JP7134679B2 - 磁気共鳴イメージング装置および静磁場補正方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ：Magnetic Resonance Imaging）装置および静磁場補正方法に関する。

ＭＲＩ装置は、静磁場中に被検体を配置して、被検体の内部情報を画像データとして取得する装置である。ＭＲＩ装置は、高い静磁場強度を実現するために、超伝導磁石を用いることがある。ＭＲＩ装置において、品質の高い画像を取得するためには、超伝導磁石によって形成される静磁場を均一化することが求められる。

国際公開第２０１２／１３２９１１号

本発明が解決しようとする課題は、静磁場磁石の外部に設けられた磁性体により静磁場の均一性を向上させることである。

実施形態に係るＭＲＩ装置は、静磁場磁石と、傾斜磁場コイルと、磁石架台と、磁性体とを備える。静磁場磁石は、第１の磁場を形成するメインコイル、及び、第２の磁場を形成するキャンセルコイルを含む。傾斜磁場コイルは、傾斜磁場を形成する。磁石架台は、静磁場磁石と傾斜磁場コイルとを収める。磁性体は、磁石架台の外部であって、キャンセルコイル近傍に配置される。ＭＲＩ装置は、第２の磁場を受けて磁化された磁性体が形成する第３の磁場により、第１の磁場及び前記第２の磁場により形成される静磁場を補正する。

図１は、実施形態に係るＭＲＩ装置の全体構成を示す概略図。 図２は、実施形態に係るＭＲＩ装置に備えられるメインコイル、キャンセルコイル、磁性体のそれぞれが形成する磁場について説明する図。 図３は、実施形態に係る磁性体が磁化される様子を示す図。 図４は、実施形態に係るＭＲＩ装置に備えられる磁性体の配置例を示す図。 図５は、実施形態に係るＭＲＩ装置において、ボア内の任意のＸＹ平面を極座標系で表現した図。 図６は、実施形態に係るＭＲＩ装置において、図５に示す角度θに対する静磁場の均一性を示すグラフ。 図７は、実施形態に係るＭＲＩ装置における静磁場補正方法の手順をフローチャートとして示す図。

以下、図面を参照しながら、ＭＲＩ装置および静磁場補正方法の実施形態について詳細に説明する。

図１は、実施形態に係るＭＲＩ装置の全体構成を示す概略図である。

図１は、実施形態に係るＭＲＩ装置１を示す。ＭＲＩ装置１は、撮像装置５及び磁場計算装置７を備える。撮像装置５は、磁石架台１００、磁石脚２００（図４及び図５に図示）、制御キャビネット３００、コンソール４００、及び寝台装置５００を備える。磁石架台１００、磁石脚２００、制御キャビネット３００、及び寝台装置５００は、一般的には、検査室に備えられる。検査室は、撮影室とも呼ばれる。コンソール４００は、制御室に備えられる。制御室は、操作室とも呼ばれる。磁場計算装置７は、撮像装置５とは別体として設けられるものとして説明するが、その場合に限定されるものではない。例えば、磁場計算装置７の出力結果を、撮像装置５のコンソール４００に表示できるように、磁場計算装置７とコンソール４００とを、例えば電気通信回線を介して接続できるように構成してもよい。

磁石架台１００は、静磁場磁石１０、傾斜磁場コイル１１、及びＷＢコイル１２を内部に収容する。寝台装置５００は、寝台本体５０及び天板５１を有する。

磁石脚２００は、磁石架台１００の外部に設けられ、磁石架台１００を外部から支持する。例えば、磁石脚２００は、４脚設けられる。

制御キャビネット３００は、傾斜磁場用電源３１（Ｘ軸用３１ｘ、Ｙ軸用３１ｙ、Ｚ軸用３１ｚ）、ＲＦ送信器３２、ＲＦ受信器３３、及びシーケンスコントローラ３４を備える。

磁石架台１００の静磁場磁石１０は、超伝導磁石である。静磁場磁石１０は、概略円筒形状をなしており、被検体、例えば患者Ｕが搬送されるボアＷ内に静磁場を発生させる。ボアＷとは、磁石架台１００の円筒内部の空間のことである。静磁場磁石１０は、例えば、筐体１０Ａ及び熱シールド１０Ｂを備える。

筐体１０Ａは、例えば、冷凍機（図示省略）により極低温に冷却された液体ヘリウムを収容する。筐体１０Ａ内において、メインコイル６１及びキャンセルコイル６２が例えば液体ヘリウムにより冷却される。メインコイル６１は、筐体１０Ａの内部に備えられる超伝導コイルであり、第１の磁場を形成する。キャンセルコイル６２は、筐体１０Ａの内部に備えられ、メインコイル６１とは逆向きに巻かれた超伝導コイルであり、第２の磁場を形成する。キャンセルコイル６２は、例えば磁石の開口端部側に設置されており、撮像領域外に漏洩しているメインコイル６１により形成された静磁場、つまり漏洩磁場を第２の磁場を形成することにより弱めている。

熱シールド１０Ｂは、輻射熱を防ぐものであり、例えば導電体であるアルミニウムなどで構成される。

静磁場磁石１０は、励磁モードにおいて静磁場用電源から供給される電流がメインコイル６１，キャンセルコイル６２に印加されることで静磁場を発生する。その後、永久電流モードに移行すると、静磁場用電源は切り離される。一旦永久電流モードに移行すると、静磁場磁石１０は、長時間、例えば数年以上に亘って、静磁場を発生し続ける。

傾斜磁場コイル１１は、静磁場磁石１０と同様に概略円筒形状をなし、静磁場磁石１０の内側に設置されている。傾斜磁場コイル１１は、傾斜磁場用電源３１から供給される電流（電力）により傾斜磁場を形成する。傾斜磁場コイル１１は、Ｘ軸方向について傾斜磁場を発生させるＸｃｈコイルと、Ｙ軸方向について傾斜磁場を発生させるＹｃｈコイルと、Ｚ軸方向の傾斜磁場を発生させるＺｃｈコイルとを備える。

また、傾斜磁場コイル１１は、シムトレイユニット（図示省略）を備える。シムトレイユニットは、概略円筒形状をなし、例えば、概略円筒形状のメインコイルとシールドコイルとの間に挟まれる。シムトレイユニットの周方向には、略均等な間隔で複数のスロットが形成される。各スロットは、シムトレイユニットの長手方向（Ｚ軸方向）の両端面に開口を形成し、シムトレイユニットのＺ軸方向に全長にわたって形成された貫通穴である。各スロットには、シムトレイが挿入可能である。シムトレイは、Ｚ軸方向においてシムトレイユニットの概ね中央部に固定される。Ｚ軸方向におけるシムトレイユニットの概ね中央部は、Ｚ軸方向における傾斜磁場コイル１１の中央部でもある。シムトレイは、例えば、非磁性、かつ、非電導性材料である樹脂にて形成され、概略棒状を成す。

各シムトレイには、複数のシムポケットが形成される。ボアＷ内の撮像領域の静磁場を均一化する目的で、各シムポケットに必要な数の金属シムが収納される。金属シムの材料は、例えばケイ素鋼板などである。撮像装置５の据え付け時に各シムポケットに収納される金属シムの数を調整し、ボアＷ内の撮像領域における静磁場を均一にすることを、パッシブシミングと呼ぶ。

静磁場磁石１０は、ボアＷ内の静磁場が可能な限り均一になるように設計及び製造される。しかし、現実には、磁石製造誤差やボアＷ周囲の構造物の影響を受けるため、何らかの調整なしに静磁場を完全に均一とすることは難しい。また、静磁場の不均一の度合いは、装置の個体間によっても異なり、装置の設置場所の周囲環境によっても異なる。このため、通常、装置の据え付け毎に、金属シムを用いたパッシブシミングが行われる。

ＷＢコイル１２は、全身用コイルとも呼ばれ、傾斜磁場コイル１１の内側に患者Ｕを取り囲むように概略円筒形状に設置されている。ＷＢコイル１２は、送信コイルとして機能する。つまり、ＷＢコイル１２は、ＲＦ送信器３２から伝送されたＲＦパルス信号に従ってＲＦパルスを患者Ｕに向けて送信する。一方、ＷＢコイル１２は、ＲＦパルスを送信する送信コイルとしての機能に加え、受信コイルとしての機能を備える場合もある。その場合、ＷＢコイル１２は、受信コイルとして、原子核の励起によって患者Ｕから放出されるＭＲ信号を受信する。

撮像装置５は、ＷＢコイル１２の他、ローカルコイル２０を備える場合もある。ローカルコイル２０は、患者Ｕの体表面に近接して配置される。ローカルコイル２０は、複数のコイル要素を備えても良い。これら複数のコイル要素は、ローカルコイル２０の内部でアレイ状に配列されるため、ＰＡＣ（Phased Array Coil）と呼ばれることもある。

ローカルコイル２０には幾つかの種別がある。例えば、ローカルコイル２０には、図１に示すように患者Ｕの胸部、腹部、又は脚部に設置されるボディコイル（Body Coil）や、患者Ｕの背側に設置されるスパインコイル（Spine Coil）といった種別がある。この他、ローカルコイル２０には、患者Ｕの頭部を撮像するための頭部コイル（Head Coil）や、足を撮像するためのフットコイル（Foot Coil）といった種別もある。また、ローカルコイル２０には、手首を撮像するためのリストコイル（Wrist Coil）、膝を撮像するためのニーコイル（Knee Coil）、肩を撮像するためのショルダーコイル（Shoulder Coil）といった種別もある。

ローカルコイル２０は、受信コイルとして機能する。つまり、ローカルコイル２０は、前述のＭＲ信号を受信する。ただし、ローカルコイル２０は、ＭＲ信号を受信する受信コイルとしての機能に加え、ＲＦパルスを送信する送信コイルとしての機能を備える送受信コイルでもよい。例えば、ローカルコイル２０としての頭部コイル及びニーコイルの中には、送受信コイルも存在する。つまり、ローカルコイル２０は、送信専用、受信専用、送受信兼用の種別を問わない。

傾斜磁場用電源３１は、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向について傾斜磁場を発生するコイルそれぞれを駆動する各チャンネル用の傾斜磁場用電源３１ｘ，３１ｙ，３１ｚを備える。傾斜磁場用電源３１ｘ，３１ｙ，３１ｚは、シーケンスコントローラ３４の指令により、必要な電流を各チャンネル独立に出力する。それにより、傾斜磁場コイル１１は、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の方向における傾斜磁場（「勾配磁場」とも呼ばれる）を患者Ｕに印加することができる。

ＲＦ送信器３２は、シーケンスコントローラ３４からの指示に基づいてＲＦパルス信号を生成する。ＲＦ送信器３２は、生成したＲＦパルス信号をＷＢコイル１２に伝送する。

ローカルコイル２０で受信したＭＲ信号、より具体的には、ローカルコイル２０内の各コイル要素で受信したＭＲ信号は、ＲＦ受信器３３に伝送される。各コイル要素の伝送線路や、ＷＢコイル１２の伝送線路はチャンネルと呼ばれる。このため、各コイル要素やＷＢコイル１２から出力される夫々のＭＲ信号をチャンネル信号と呼ぶこともある。ＷＢコイル１２で受信したチャンネル信号もＲＦ受信器３３に伝送される。

ＲＦ受信器３３は、ローカルコイル２０やＷＢコイル１２からのチャンネル信号、即ち、ＭＲ信号をＡＤ（Analog to Digital）変換して、シーケンスコントローラ３４に出力する。デジタルに変換されたＭＲ信号は、生データ（Raw Data）と呼ばれることもある。

シーケンスコントローラ３４は、コンソール４００による制御のもと、傾斜磁場用電源３１、ＲＦ送信器３２、及びＲＦ受信器３３をそれぞれ駆動することによって患者Ｕの撮像を行う。撮像によってＲＦ受信器３３から生データを受信すると、シーケンスコントローラ３４は、その生データをコンソール４００に送信する。

シーケンスコントローラ３４は、処理回路（図示を省略）を具備する。この処理回路は、例えば所定のプログラムを実行するプロセッサや、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）及びＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のハードウェアで構成される。

コンソール４００は、処理回路、記憶回路、ディスプレイ、及びインターフェース（図示省略）を備える。コンソール４００は、ホスト計算機として機能する。なお、コンソール４００の処理回路、記憶回路、ディスプレイ、及びインターフェースは、後述する処理回路７０、記憶回路７１、演算回路７２、ディスプレイ７３、及びインターフェース７４と同等の構成を備えるものとして説明を省略する。

コンソール４００の処理回路は、記憶回路に記憶された、又は、処理回路内に直接組み込まれたプログラムを読み出し実行することで、パルスシーケンスに従った撮像を実行してＭＲ画像を生成する画像生成機能を実現する。コンソール４００は、処理回路による制御の下、シーケンスコントローラ３４から送信されるＭＲ信号を収集し、収集したＭＲ信号を記憶回路に記憶する。コンソール４００は、処理回路による制御の下、記憶回路に記憶されたＭＲ信号に対して、後処理、即ち、フーリエ変換等の再構成処理を施すことによって、患者Ｕ内の所望のＭＲ画像を生成する。そして、コンソール４００は、処理回路による制御の下、生成した各種ＭＲ画像を記憶回路に格納する。

寝台装置５００は、寝台本体５０及び天板５１を備える。寝台本体５０は、天板５１を例えば、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向に移動可能なように配置する。天板５１のＸ軸方向の移動は、天板５１の左右方向、つまり、天板５１の短手方向の移動である。天板５１のＹ軸方向の移動は、天板５１の上下方向、つまり、天板５１の厚み方向の移動である。天板５１のＺ軸方向の移動は、天板５１の前後方向、つまり、天板５１の長手方向の移動である。

磁場計算装置７は、処理回路７０、記憶回路７１、演算回路７２、ディスプレイ７３、及びインターフェース７４を備える。磁場計算装置７は、撮像装置５の周辺環境、および静磁場磁石１０の静磁場の特性を入力として受け付け、後述する磁性体Ｍの配置情報を出力する。磁場計算装置７による磁性体Ｍの配置情報の計算については後述する。

処理回路７０は、専用又は汎用のＣＰＵ（Central Processing Unit）又はＭＰＵ（Micro Processor Unit）の他、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、及び、プログラマブル論理デバイス等の処理回路を意味する。プログラマブル論理デバイスとしては、例えば、単純プログラマブル論理デバイス（ＳＰＬＤ：Simple Programmable Logic Device）、複合プログラマブル論理デバイス（ＣＰＬＤ：Complex Programmable Logic Device）、及び、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）等の回路が挙げられる。

また、処理回路７０は、単一の処理回路によって構成されてもよいし、複数の独立した処理回路の組み合わせによって構成されてもよい。後者の場合、複数の記憶回路７１が複数の処理回路の機能に対応するプログラムをそれぞれ記憶するものであってもよいし、１個の記憶回路７１が複数の処理回路の機能に対応するプログラムを記憶するものであってもよい。

記憶回路７１は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、フラッシュメモリ（Flash Memory）等の半導体メモリ素子、ハードディスク、及び光ディスク等を備える。記憶回路７１は、ＵＳＢ（Universal Serial bus）メモリ及びＤＶＤ（Digital Video Disk）等の可搬型メディアを備えてもよい。記憶回路７１は、処理回路７０において用いられる各種処理プログラム（アプリケーションプログラムの他、ＯＳ（Operating System）等も含まれる）や、プログラムの実行に必要なデータ等を記憶する。また、ＯＳに、操作者に対するディスプレイ７３への情報の表示にグラフィックを多用し、基礎的な操作をインターフェース７４によって行うことができるＧＵＩ（Graphical User Interface）を含めることもできる。

演算回路７２は、後述する磁性体Ｍの検査室内における配置情報、およびシムトレイ内の金属シムの配置及び数を算出する。

ディスプレイ７３は、液晶ディスプレイパネル、プラズマディスプレイパネル、及び有機ＥＬ（Electro Luminescence）パネル等の表示デバイスである。

インターフェース７４は、操作者によって操作が可能な入力デバイスと、入力デバイスからの信号を入力する入力回路とを含む。入力デバイスは、ポインティングデバイス（例えばマウス）、キーボード、及び各種ボタン等を含む。操作者により入力デバイスが操作されると、入力回路はその操作に応じた入力信号を生成して処理回路７０に出力する。なお、磁場計算装置７は、入力デバイスがディスプレイ７３と一体に構成されたタッチパネルを備えてもよい。

本実施形態に係る磁石架台１００の外部には、磁性体Ｍが設けられる。例えば、図４に示すように、磁性体Ｍは、キャンセルコイル６２の近傍に配置される。磁性体Ｍは、キャンセルコイル６２により形成される第２の磁場を受けて磁化される位置に配置される。例えば、磁性体Ｍは、静磁場磁石１０の下部領域、例えば図４に図示されるように、床下に設けられる。

磁性体Ｍが配置される位置は、例えば、演算回路７２によって求められる。演算回路７２は、撮像装置５の周辺環境、および静磁場磁石１０の静磁場の特性を入力として受け付け、磁性体Ｍの配置情報を出力する。撮像装置５の周辺環境とは、例えば、検査室周辺の柱や梁、床材に含まれる鉄筋の位置や量である。換言すると、検査室周辺の磁性体の配置情報である。静磁場磁石１０の静磁場の特性とは、例えば、静磁場磁石１０が製造された時点における静磁場スペックであり、完全に均一な静磁場を基準とした静磁場のずれ量の分布を示す。演算回路７２が出力する磁性体Ｍの配置情報とは、例えば磁性体Ｍの検査室内における配置位置や磁性体Ｍの厚みなどである。

演算回路７２により出力される磁性体Ｍの配置情報に基づいて、磁性体Ｍが配置された後、静磁場磁石１０の磁場が立ち上げられる。静磁場磁石１０の磁場が形成された後に、ボアＷ内における撮像領域内の静磁場を均一化するためにパッシブシミングが行われる。演算回路７２は、パッシブシミングにおける、シムトレイ内の金属シムの配置及び数を算出する。演算回路７２は、例えば、ボアＷ内にＮＭＲ（Nuclear Magnetic Resonance）プローブを設けて測定した静磁場の分布に基づいて、繰り返しシムトレイ内の金属シムの配置及び数を算出する。

なお、上述した演算回路７２は、磁性体Ｍの配置情報の計算と、パッシブシミングにおける金属シムの配置及び数の算出の、それぞれの機能を兼ね備えるように説明したが、異なる回路あるいは装置として実現されても構わない。また、上述した演算回路７２は、パッシブシミングを行なう前に、磁性体Ｍの配置情報を計算しているが、パッシブシミングを行った後の静磁場の特性を入力として受け付け、磁性体Ｍの位置情報を計算しても構わない。

なお、演算回路７２は、磁場計算装置７でなく、コンソール４００に備えられるものであってもよい。また、演算回路７２の機能は、処理回路７０がプログラムを実行することによって実現されるものであってもよい。

ここで、メインコイル６１、キャンセルコイル６２、磁性体Ｍのそれぞれが形成する磁場について図２および図３を用いて説明する。

図２（ａ）における磁場Ｂ０ａは、メインコイル６１により形成される第１の磁場であり、図２（ｂ）における磁場Ｂ０ｂは、キャンセルコイル６２により形成される第２の磁場である。図２では、わかりやすさのため、メインコイル６１とキャンセルコイル６２が各々形成する磁場を書き分けて説明しているが、実際には、磁性体Ｍが受ける磁場は合成された磁場である。図３（ａ）は、磁性体Ｍが磁場Ｂ０ａと磁場Ｂ０ｂのそれぞれによって磁化される方向を示す図である。キャンセルコイル６２付近に配置された磁性体Ｍは、磁場Ｂ０ａよりも、磁場Ｂ０ｂによる影響を強く受ける。つまり、磁場Ｂ０ｂの影響が支配的になるので、磁性体Ｍは磁場Ｂ０ｂと同じ方向に磁化され、第３の磁場として磁場Ｂ０ｃを形成する。図３（ｂ）は、磁性体Ｍが磁場の影響を受けて磁化される様子を模式的に示す図である。磁性体Ｍが形成する磁場Ｂ０ｃは、磁場Ｂ０ａと逆向きに形成される。

図４は、磁性体の配置例を示す図である。図４に示すように、磁性体Ｍは、静磁場磁石１０の下部領域、例えば床下に設けられる。なお、磁性体Ｍは、磁石架台１００の外部であってキャンセルコイル６２の近傍に設けられればよく、例えば、静磁場磁石１０を保持する磁石脚２００、又は、静磁場磁石１０の床上の空間に設けられてもよい。

静磁場磁石１０のメインコイル６１により形成される第１の磁場を弱める方向に、キャンセルコイル６２は第２の磁場を形成する。磁性体Ｍは、キャンセルコイル６２により形成される第２の磁場Ｂ０ｂを受けて、第３の磁場を形成することになる。

続いて、図４に示すようにＭＲＩ装置１が磁性体を配置する場合の効果について、図５及び図６を用いて説明する。

図５は、ボアＷ内の任意のＸＹ平面を極座標系で表現した図である。図６は、図５に示す角度θに対する静磁場の均一性を示すグラフである。つまり、図６は、角度θにおける、基準となる静磁場強度に対応する共鳴周波数からの誤差をｐｐｍ（parts par million）単位で概念的に示したグラフである。

磁性体Ｍがキャンセルコイル６２により発生する磁場により磁化される位置に設置されると、いわゆる金属シムによるパッシブシミングのように、不均一な静磁場を整えることが可能になる。図６に示すように、例えば磁性体Ｍが設置されない場合は、静磁場の均一性が±Ａ［ｐｐｍ］の範囲で異なっているのに対し、磁性体Ｍが設置される場合は、誤差の範囲が小さい±Ｂ［ｐｐｍ］の範囲で静磁場の均一性が担保される。なお、縦軸における±Ｃ［ｐｐｍ］の範囲が、最終的にＭＲＩ装置１が満たすべき静磁場均一性の目標範囲である。磁性体Ｍの配置のみでは、±Ｃ［ｐｐｍ］の範囲まで静磁場の均一性を収束させることこそできていないが、金属シムに依存せずに、目標範囲近くまで静磁場均一性を高めることができている。

撮像空間内における球面を考えた時、その球面上の磁場分布は球面調和関数で表すことが可能である。ルジャンドル（Ｌｅｇｅｎｄｒｅ）多項式による球面調和関数の展開における展開係数のうち、１次項のＹ軸成分は、静磁場のＹ軸成分を表している。例えば、磁石脚２００の下部に意図的に設置された静磁場補正用の磁性体Ｍは、静磁場のＹ軸成分を補正するのに適している。例として、撮像空間内における球面上の磁束密度が、Ｙ軸正側の領域と比較して、Ｙ軸負側の領域において高くなる磁場特性を有する静磁場磁石１０を想定する。磁石脚２００付近に磁性体Ｍが設けられると、磁性体Ｍによって形成される磁場Ｂ０ｃが、メインコイルにより形成される磁場Ｂ０ａを、撮像空間内における球面上Ｙ軸負側で打ち消す。つまり、撮像空間内における球面上のＹ軸負側の磁束密度が減少するので、球面全体における磁束密度分布の偏りが緩和され、静磁場が均一化されることになる。

以上説明したように、磁石架台１００の外部であってキャンセルコイル６２の近傍に磁性体Ｍを配置して第３の磁場を形成させることで、静磁場の均一性を向上させることができる。

図７は、ＭＲＩ装置１における静磁場補正方法の手順をフローチャートとして示す図である。

まず、磁場計算装置７の演算回路７２は、磁性体Ｍの配置情報を計算する（ステップＳＴ１）。そして、ＭＲＩ装置１の撮像装置５の据え付け時に、磁石架台１００の外部であってキャンセルコイル６２の近傍に磁性体Ｍが配置される（ステップＳＴ２）。磁場計算装置７の演算回路７２は、ステップＳＴ２により磁性体Ｍが配置された状態で、かつ、傾斜磁場コイル１１の各シムポケットの全てが空の状態、つまり、金属シムが全く配置されていない状態で、静磁場磁石１０の磁場特性を測定する。例えば、演算回路７２は、各シムポケットの全てが空の状態で、ボアＷ中央部の多数点の磁場を測定する（ステップＳＴ３）。ステップＳＴ３の時点はパッシブシミング前なので、測定された静磁場の均一性は担保されていない。なお、測定は任意の磁場測定器を用いて行われる。また、磁場の測定において、シムポケットは必ずしも全て空の状態である必要はなく、金属シムがいくつか予め備えられていてもよい。

演算回路７２は、撮像装置５の据え付け時に、ステップＳＴ３における磁場の測定値に基づいて最適化計算を実行し、各シムポケットに収納すべき金属シムの数を算出する（ステップＳＴ４）。このように、静磁場磁石１０の外部であってキャンセルコイル６２の近傍に磁性体Ｍが配置された状態で、最適化計算が実行される。ここで、最適化計算とは、パラメータｘ（ｘは通常多変数）の関数として目的関数ｆ（ｘ）及び制約条件ｇ（ｘ）を設定し、制約条件ｇ（ｘ）を満たしつつ目的関数ｆ（ｘ）が最小（又は最大）となるようなパラメータｘを決定する手法のことである。なお、制約条件ｇ（ｘ）は、撮像装置５で予め定められた静磁場不均一性の許容範囲を表す。制約条件として、制約条件ｇ（ｘ）のみならず複数設定されてもよい。

パラメータｘは、各シムポケットの金属シムの数がそれぞれ最適化された値である。そして、制約条件ｇ（ｘ）として、例えば、磁場の不均一性を表す指標が所定の範囲内、つまり空間的な変動成分が所定の範囲内であることを示す不等式が設定される。また、目的関数ｆ（ｘ）として、各シムポケットの金属シムの数が設定される。これらの設定で最適化計算が実行されることにより、磁場の不均一性を表す指標が所定の範囲内に抑制された状態で金属シムの総数が最小となるように、各シムポケットの金属シムの数が最適化される。

次いで、ステップＳＴ４による最適化計算の実行後、各シムポケットに配置されるべき金属シムの数に従って、各シムポケットに金属シムが配置される（ステップＳＴ５）。

図７に示す静磁場補正方法によれば、静磁場磁石１０の外部であってキャンセルコイル６２の近傍に磁性体Ｍを配置して第３の磁場を形成させ、球面調和関数の展開における展開係数のうちの１次項のＹ軸成分がある程度小さくなった状態で各シムポケットの金属シムの数が最適化される。

また、当該静磁場補正方法によれば、磁石架台１００の外部であってキャンセルコイル６２の近傍に磁性体Ｍを配置して第３の磁場を形成させることで、配置される金属シムの数を減らすことができる。これにより、熱による金属シムの磁化率の変化による静磁場の不均一化を抑制することもできる。また、磁場の測定（ステップＳＴ３）及び最適化計算（ステップＳＴ４）を繰り返す処理を減らすことができる。

なお、当該静磁場補正方法を、磁性体Ｍの複数の配置位置においてそれぞれ適用することで、複数の配置位置の中から磁性体Ｍの好適な配置位置を算出することもできる。好適な配置位置とは、例えば、ステップＳＴ４によって算出された、金属シムが最少の場合の磁性体Ｍの配置位置である。

以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、磁石架台１００の外部に設けられた磁性体Ｍにより静磁場の均一性を向上させることができる。具体的には、磁石架台１００の外部に設けられた磁性体Ｍは、金属シムのように、傾斜磁場コイル１１の熱で温められないので、磁化率変化の影響を受けずに静磁場を調整することができる。また、傾斜磁場コイル１１の内部に配置される鉄シムが減らせられれば、熱による静磁場不均一化の問題を抑制することができる。さらに、鉄シムでは対処しきれない静磁場不均一性を有する静磁場磁石を使用する場合であっても、静磁場を調整することができる。

なお、演算回路７２は、「演算部」の一例である。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ 磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置
５ 撮像装置
７ 磁場計算装置
１０ 静磁場磁石
４０ 処理回路
６１ メインコイル
６２ キャンセルコイル
７２ 演算回路
１００ 磁石架台
２００ 磁石脚
Ｍ 磁性体

Claims (5)

1. 第１の磁場を形成するメインコイル、及び、第２の磁場を形成するキャンセルコイルを含む静磁場磁石と、
   傾斜磁場を形成する傾斜磁場コイルと、
   前記静磁場磁石と前記傾斜磁場コイルとを収めた磁石架台と、
   前記磁石架台の外部であって、前記第１の磁場より前記第２の磁場の影響が支配的な複数の位置にそれぞれ配置された複数の磁性体と、
   前記傾斜磁場コイルの各シムポケットに、前記複数の磁性体の配置に基づく数だけ配置される金属シムと、
   を備え、
   前記第２の磁場を受けて磁化された前記複数の磁性体が形成する第３の磁場により、前記第１の磁場及び前記第２の磁場により形成される静磁場を補正する、
   磁気共鳴イメージング装置。
2. 前記キャンセルコイルは、前記第２の磁場を、前記メインコイルにより形成される前記第１の磁場を弱める方向に形成する、
   請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
3. 前記複数の磁性体は、前記キャンセルコイルにより形成される前記第２の磁場を受けて磁化可能な位置に配置される、
   請求項１又は２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
4. 前記複数の磁性体は、前記静磁場磁石を保持する脚部、又は、撮像中心の直下を含む領域に設けられる、
   請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
5. 前記複数の磁性体の配置位置において前記各シムポケットに収納すべき前記金属シムの数を算出する演算部、
   をさらに備えた請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載の磁気共鳴イメージング装置。

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