JPH0295288A - 自動磁場シミング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 この発明は、核磁気共鳴（ＮＭＲ）装置等高均一な磁場
が必要とされる装置に適用される、自動磁場シミング装
置に関する。

（ロ）従来の技術 例えば、ＮＭＲ装置では、ＮＭＲ信号を検出する領域を
高均一な磁場内におく必要がある。しかし、この領域で
は試料やプローブ等の影響を受けて、６ｎ場の均一性が
損われる場合がある。そこで、従来のＮＭＲ装置では、
このような場合の磁場の不均一成分を補正するために自
動磁場シミング装置が備えられている。

この自動磁場シミング装置は、前記領域の周囲に、例え
ば３つのチャネル、すなわちＸ方向、Ｘ方向、２方向の
磁場を補正するシムコイルを設け、これらシムコイルに
それぞれ印加すべきシム電流の値を自動的に決定し、こ
の決定された値のシム電流をそれぞれのシムコイルに印
加して磁場を均−に補正するものである。各シムコイル
に印加するシム電流の値を決定するには、まず、適当な
シム電流を各シムコイルに印加して、それぞれシム電流
を変化させていく。この時、プローブで検出されるＮＭ
Ｒ信号の線巾ΔＷ（第６図参照）は、磁場の不均一成分
の大きさに比例しているから、ＮＭＲ信号の線巾が最も
小さくなるような、シム電流の値を探す。

（ハ）発明が解決しようとする課題 上記従来の自動磁場シミング装置では、適切なシム電流
値を決定するために、測定と印加電圧変更を繰返して行
う必要がある。しかも、３つのチャネルについて、シム
電流値をそれぞれ変更して行かねばならないから、シム
電流値の決定に非常に時間がかかるという問題点があっ
た。

この発明は、上記に鑑みなされたものであり、適正なシ
ム電流値が迅速に決定できる自動磁場シミ゛ング装置の
提供を目的としている。

（ニ）課題を解決するための手段 上記課題を解決するため、この発明の自動磁場シミング
装置は、以下のｉ〜Ｖ項に列記する構成を有している。

；：均−磁場を形成すべき領域の周囲に設けられる、１
又は２以上のチャネルのシムコイルと、ｉｉ：これらシ
ムコイルのそれぞれに、前記領域の磁場の不均一成分を
補正するシム電流及びこれらシム電流決定のための所定
電流を印加する電流印加手段と、 ｉｉｉ　：前記領域の磁場の不均一成分の大きさを測定
する磁場不均一成分測定手段と、 ｉｖ：前記所定電流を前記シムコイルに印加した時、前
記磁場不均一成分測定手段で測定される新たな磁場不均
一成分の大きさの測定値と、その予測値とが一致するよ
うに、補正すべき磁場不均一成分を算出する磁場不均一
成分算出手段と、Ｖ：この磁場不均一成分算出手段で算
出された補正すべき磁場の不均一成分より、前記シム電
流のそれぞれの値を決定するシム電流値決定手段。

（ホ）作用 前記領域の磁場Ｈｚ（ｘ、ｙ、ｚ）は、以下の（１）式
で表すことができる。

Ｈ＊　　（ｘ、ｙ、ｚ）＝Ｈｏ　＋Ｇ、ｌ−ｘ＋Ｇ、・
ｙ＋Ｇ、・２　・・・（１） ここで、Ｈｏは静磁場であり、ＧＸ、Ｇ、　、Ｇ。

は、それぞれ磁場の不均一成分ｄ０のＸ成分、Ｘ成分、
２成分である（Ｇｏ＝　　Ｇｘ”　十〇、Ｚ　＋Ｇ、）
なお、（１）式では、２次以上の高次成分は無視してい
る。

例えば、ＮＭＲ装置の場合には、検出領域に球状のファ
ントム（例えばＨ２Ｏ）をおいて測定されるＮＭＲ信号
の中心周波数Ｗ０、線巾ΔＷと磁場との間には、以下の
（２）（３）式の関係がある。

Ｗｅ　＝ｒ−Ｈａ　　　　　　−（２）Δｗ＝　ｒ−Ｇ
ｏ　　−ａ　　　　　　”（３）ここで、ｒは磁気回転
比、ａは前記ファントムの半径であり、線巾ΔＷが磁場
の不均一成分の大き情、の指標となっている。

さて、シムコイルのチ中ンネル数が３であるとし、各シ
ムコイルに電流（ｒＸ、ｔ、、Ｌ）を印加すると、磁場
Ｈｚ　　（ｘ、ｙ、ｚ）は、Ｈ２（Ｘｌ　ｙ、、Ｚ） ＝Ｈａ十Ｇ、　　・Ｘ　十〇ｙ　　”ｆ　＋　ＧＭ　　
’　Ｚ＋　　（ｇｘ　　（ｘ−Ｘｏ　　）　　＋ｇｙ　
　（ｙ−ｙｏ　　）＋ｇｚ　　（Ｚ　　　Ｚｏ） ＝Ｈｏ　　　（ｇｘ　　Ｘｏ　　＋　ｇｙ　　’！ｏ　
　＋ｇ＊　　Ｚｏ　　）＋　（Ｇ、　十ｇｘ　）　ｘ＋
（Ｇｙ　＋ｇｙ　）　ｙ＋　（Ｇ２　＋ｇｚ　）　ｚ　
　　　　・・・（４）の関係がある。ただし α６、α９、α２は定数であり、これらは計算により求
める。ことができる。

従って、 Ｇｘ　＋ｇｘ　”Ｇｙ　＋ｇｙ　＝Ｇ、＋ｇｚ　＝０・
・・（６）となるような、電流（ｒ、、■９、ｒ、）を
求めで、これをシムコイルに印加すれば、磁場の不均一
成分を補正できる。

さて、所定の電流（１，、９、Ｌ）をシム■ コイルに印加した時、新たに生じる磁場の不均一成分の
大きさＧと、例えばＮＭ、Ｒ信号の線巾ΔＷとの間には
、以下の（３”）式の関係がある。

Δｗ’　＝ｒ−Ｇ−ａ　　　　−（３’）式％式％） すなわち、ＮＭＲ信号の線巾△Ｗ″より、新たに生じる
磁場の不均一成分Ｇの大きさを知ることができる。

そこで、この発明の自動磁場シミング装置では何種類か
の所定電流（１，、ア、Ｌ）をシム■ コイルに加えて、言いかえれば何種類かの１゜しく第５
図参照）、例えばこれら観測値Ｇ　ｉ　ｍと（８）式を
（７）弐に代入して計算される予測値Ｇ　ｉ　Ｃについ
てΣ　（Ｇ；ｃ　（ｉｔ　　、ｅ、ｏ　　）　　−ｃ、
、　（ｆ；　　）　　）　”　　−（９）が最小となる
条件から１，５ｏを決定することができる。そして、こ
のご。を（６）式に代入し得られた（ｇｘ、ｇｙ、ｇｚ
　）を（５）式に代入してシム電流（■ｏ、Ｉｙい　Ｉ
。）を決定することができる。

よって、従来のように測定と電流値変更を繰返すことな
く、迅速にシム電流を決定することが可能となる。

（へ）実施例 この発明の一実施例を図面に基づいて以下に説明する。

この実施例は、本発明の自動磁場シミング装置をＮＭＲ
装闇に適用したものであり、第２図は、同ＮＭＲ装置の
検出部２を示す説明図である。検出部２は、円筒３をシ
ムコイル４、さらに超電導磁石５でとり囲む構成を有し
ており、超電導磁石５により円筒３内に、Ｚ方向（第２
図紙面上方向）の磁場が形成されている。円筒３内には
、プローブ６が支持されている。プローブ６内には、通
常は試料を入れた試験管が挿入されるが、シミングの場
合には、ファントム用の試験管７が挿入される。

このファントム用の試験管７は、第４図にその断面を示
すように、半径がａの球状部７ｂを有しており、この球
状部７ｂに純水を溝たすことにより１１２０のファント
ムが形成される。この球状部７ｂがプローブ６の中央に
位置するように、ファントム用試験管７が支持される。

第３図は、ＮＭＲ装置の概略構成を示すブロック図であ
る。プローブ６で検出されたＮＭＲ信号は、プリアンプ
８、アンプ９で増幅された後、アナログ／デジタル（Ａ
／Ｄ）変換器１０でデジタル信号に変換され、コンピュ
ータ１１に取込まれる。一方、シムコイル４の３つのチ
ャネルには、シムコイル電流印加回路１２により、それ
ぞれ電流１．、Ｉｙ、ｒ、が印加される。このシムコイ
ル電流印加回路１２は、コンピュータＩＩの指令に基づ
いた値の電流をシムコイルに印加する。

コンピュータ１１は、取り込まれたＮＭＲ信号をフーリ
エ変換し、線の中心周波数ｗ０や線半値巾δｗ＋、。等
を検出する機能、最適なシム電流を決定する機能、シム
コイル電流印加回路１２を制御する機能等を有している
。

次に、このＮＭＲ装置のシミング動作を第１図、第６図
も参照しながら説明する。

まず、検出領域２にファントム試験管７がセットされる
（ステップ（以下ＳＴという）１、第１図参照〕。次い
で、シムコイル４に印加されている電流がオフにされ（
Ｓｒ１）、この時のＮＭＲ信号より線巾Δｗ（０）が求
められる（Ｓｒ１）。

フーリエ変換されたＮＭＲ信号は、第６図に示すような
形を有しており、線巾Δ（ｉ）を求めるには、実際に線
の高さの半分となるところでの線巾、すなわち半値巾δ
ｗ＋、□を求め、次の００）式で線巾Δｗ　（ｉ）に換
算する。

６ｗ　（ｉ）　＝δｗｌ／２　／　ＪＴ　　　　　　　
−００）続いて、Ｓｒ１ではシムコイルに所定の電流を
加え、Ｓｒ５でこの時のＮＭＲ信号を測定して、線巾Δ
ｗ　（ｉ）を求める。Ｓｒ６では、Ｓｒ１、Ｓｒ５が必
要回数ｎ回繰返されたか否か判定し、この判定がＮＯの
場合はＳｒ１へ、ＹＥＳの場合にはＳｒ７へ分岐する。

Ｓｒ１、Ｓｒ１の処理では、シムコイル４に所定の電流
を与えることにより、検出領域２に磁場７ｉｉ（ｇｘ　
、ｇｙ’、ｇ２）を生じさせる。例えば、ｎが６の場合
には、以下のような成分の１．を順に加えていくことと
なる。

６ｗ　（ｉ）と、理論予測値Δｗｃ（ｉ）に最小自乗法
を適用し、 Ｄ　（ＧＸ、　Ｇ、、Ｇ２）＝Σ（６ｗ（ｉ）−ΔＷＣ
（ｉ））　”のＤ　（Ｇ、、Ｇｙ、Ｇ、）が最小となる
ＧＸ、Ｇ、、Ｇ２を算出する。なお、この（９ａ）式は
線巾ΔＷで表した形となっているが、磁場Ｇで表した前
記（９）式と実質的には同じである。

さて、Ｄ　（ｃＸ、ｃ、、Ｇ、）を最小とするには、 ・・・（９ａ） なお、ｔｏは、シムコイル４の電流をオフにした状態（
Ｓｒ２．５Ｔ３）に対応し、その成分は（０，０，０）
となる。

≦？ｒ７では、コンピュータ１１は、磁場ｊ、を加えた
時の予測値Δｗｃ（ｉ）をそれぞれ計算する。

Δｗｃ（ｉ）の計算は、前記（３）及び（７）式を適用
する。

ΔＷｃ（ｉ）＝ｒ　−ａ　−Ｇ、　　　　　　　　・・
・（３ａ）Ｇｉ−Ｇｘ＋ｇｘ　）”＋（Ｇｙ＋ｇｙ）２
＋（Ｇ、＋ｇ、）”　・・・（７ａ）Ｓｒ１では、コン
ピュータ１１は線巾の実測値δＧＸ　　　　δＧ、　　
　　　６Ｇ。

を満たすＧＸ、Ｇ、　、Ｇ、を求めればよい。しかし０
２）式の解析解を求めるのは困難であるから、ルンゲー
クッタ法等の数値解析を適用する。

Ｓｒ１では、Ｓｒ１で得られたＧＸ、Ｇ、、Ｇ。

の値に基づいて、シム電流Ｉ　ｘｔ、Ｉ　ＶＳ、Ｉ　２
１＋が決定される。すなわち、（５）（６）式より５Ｔ
ＩＯでは、コンピューター１がシムコイル電流印加回路
１２に指令を与え、Ｓｒ１で求まったシム電流（Ｉ　Ｘ
１％　　ｙい　ｌ２ｓ）を、シムコイル■ ４に印加する。

５Ｔ１１では、シム電流（ｒ　ｘｔ、Ｉ、、、　　（ｚ
ｓ）を印加した状態で、ＮＭＲ信号を測定し、その線巾
ΔＷが所定の範囲に収まっているか否かを判定する。こ
れは、シム電流（Ｉ８５、Ｔ　ｙｑ、■２．）の印加に
より、磁場がどの程度まで均一に補正されたかを確認し
ているもので、この判定がＹＥＳの場合には、磁場の不
均一が許容範囲に収まるまで補正されているとして、シ
ミングを終了する。

一方、５ＴＩＩの判定がＮＯの場合には、Ｓｒ１へ戻り
、再びシミングを繰返す。この場合には、上記シム電流
（１，、、Ｉ、ｓ、■２．）にさらに所定の電流を加え
てｔ、を与えることとなる。

なお、上記実施例では、球状のファントムを用いてシミ
ングを行っているが、球状以外のファントムや、試料そ
のものを用いてもシミングを行うことが可能である。も
っとも、この場合には、シミングは繰返して行われるで
あろう。

また、１．の与え方は、上記実施例に限定されるもので
はなく、適宜変更可能である。

さらに、磁場の不均一成分と。の（Ｇ、、Ｇ、、Ｇ、）
を算出するのに、上記実施例では最上自乗法を適用して
いるが、これに限定されるものでもない。

（ト）発明の詳細 な説明したように、この発明の自動磁場シミング装置は
、均一磁場を形成すべき領域の周囲に設けられる、１又
は２以上のチャネルのシムコイルと、 これらシムコイルのそれぞれに、前記領域の磁場の不均
一成分を補正するシム電流及びこれらシム電流決定のた
めの所定電流を印加する電流印加手段と、 前記領域の磁場の不均一成分の大きさを測定する磁場不
均一成分測定手段と、 前記所定電流を前記シムコイルに印加した時、前記磁場
不均一成分測定手段で測定される新たな磁場不均一成分
の大きさの測定値と、その予測値とが一致するように、
補正すべき磁場不均一成分を算出する磁場不均一成分算
出手段と、この磁場不均一成分算出手段で算出された補
正すべき磁場の不均一成分より、前記シム電流のそれぞ
れの値を決定するシム電流値決定手段とを備えてなるも
のであるから、迅速にシム電流値を決定できる利点を有
している。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明が適用されるＮＭＲ装置のシミング
動作を説明するフロー図、第２図は、同ＮＭＲ装置の検
出領域を説明する図、第３図は、同ＮＭＲ装置の構成を
説明するブロツク図、第４図は、同ＮＭＲ装置のシミン
グに適用されるファントム用試験管の中央縦断面図、第
５図は、この発明の詳細な説明するための図、第６図は
、ＮＭＲ信号の一例を示す図である。 ２：検出領域、　　　４ニジムコイル、６：プローブ、
　　　１１：コンピュータ、１２ニジムコイル電流印加
回路。 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）均一磁場を形成すべき領域の周囲に設けられる、
   １又は２以上のチャネルのシムコイルと、これらシムコ
   イルのそれぞれに、前記領域の磁場の不均一成分を補正
   するシム電流及びこれらシム電流決定のための所定電流
   を印加する電流印加手段と、 前記領域の磁場の不均一成分の大きさを測定する磁場不
   均一成分測定手段と、 前記所定電流を前記シムコイルに印加した時、前記磁場
   不均一成分測定手段で測定される新たな磁場不均一成分
   の大きさの測定値と、その予測値とが一致するように、
   補正すべき磁場不均一成分を算出する磁場不均一成分算
   出手段と、 この磁場不均一成分算出手段で算出された補正すべき磁
   場の不均一成分より、前記シム電流のそれぞれの値を決
   定するシム電流値決定手段とを備えてなる自動磁場シミ
   ング装置。