JPH0724244B2 - 磁場補正装置 - Google Patents
磁場補正装置Info
- Publication number
- JPH0724244B2 JPH0724244B2 JP62009063A JP906387A JPH0724244B2 JP H0724244 B2 JPH0724244 B2 JP H0724244B2 JP 62009063 A JP62009063 A JP 62009063A JP 906387 A JP906387 A JP 906387A JP H0724244 B2 JPH0724244 B2 JP H0724244B2
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- Japan
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- magnetic
- axis
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- component
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、核磁気共鳴（以下NMRと称す）を利用したイ
メージング装置などに用いられる磁場補正装置に関す
る。
メージング装置などに用いられる磁場補正装置に関す
る。
（従来の技術） NMRは医療診断用のイメージング装置等に用いられ、高
均一磁場を必要とするため磁場を発生するコイル（以
下、主コイルと称す）は磁場を均一にするように特別の
注意を払って設計される。しかし実際には、主コイル自
体の製造上の誤差や主コイル周辺に存在する磁性体の影
響等により磁場の均一性にずれが生じ、誤差成分が発生
する。この誤差成分を消去して、高均一磁場を得るため
の装置が磁場補正装置であり、磁場補正用コイル（シム
コイル）や、鉄などの磁性体を用いる鉄シムと呼ばれる
ものがある。鉄シムは、主コイルの発生する磁場（以
下、主磁場と称す）中に磁性体を置き磁性体を磁化さ
せ、その磁性体の発生する磁場を磁場補正に用いる。
均一磁場を必要とするため磁場を発生するコイル（以
下、主コイルと称す）は磁場を均一にするように特別の
注意を払って設計される。しかし実際には、主コイル自
体の製造上の誤差や主コイル周辺に存在する磁性体の影
響等により磁場の均一性にずれが生じ、誤差成分が発生
する。この誤差成分を消去して、高均一磁場を得るため
の装置が磁場補正装置であり、磁場補正用コイル（シム
コイル）や、鉄などの磁性体を用いる鉄シムと呼ばれる
ものがある。鉄シムは、主コイルの発生する磁場（以
下、主磁場と称す）中に磁性体を置き磁性体を磁化さ
せ、その磁性体の発生する磁場を磁場補正に用いる。
従来の鉄シムによる磁場補正の例として、文献“SUPERC
ONDUCTIND MAGNETS FOR MRI",IEEE Transactions on Nu
clear Science,Vol.Ns−31,No.4,August 1984 に述べら
れているものがあり、第４図を参照し説明する。第４図
（ａ），（ｂ）共に主コイル１の発生する基底磁場の中
心に原点（Ｚ＝０）をとり、基底磁場方向（つまり主コ
イルの中心軸方向）にＺ軸をとり、補正を要する範囲を
図における符号３の範囲とする。（ａ）は補正を要する
範囲３の両端つまりＺ＝０に対し図における左右対称な
位置に鉄シム2,2′が配置されており、Ｚ軸に対し正方
向の補正磁場を発生させている。（ｂ）は補正を要する
範囲３の中心、つまりＺ＝０に対し鉄シム４の中心がく
るように配置されており、Ｚ軸に対し負方向の補正磁場
を発生させている。鉄シムとしてリング状等の小さい磁
性体を用いたのでは局所的に変化する磁場が発生し易い
ため、ここで用いられる鉄シム2,2′はいずれも大きい
シート状の磁性体から作られる。
ONDUCTIND MAGNETS FOR MRI",IEEE Transactions on Nu
clear Science,Vol.Ns−31,No.4,August 1984 に述べら
れているものがあり、第４図を参照し説明する。第４図
（ａ），（ｂ）共に主コイル１の発生する基底磁場の中
心に原点（Ｚ＝０）をとり、基底磁場方向（つまり主コ
イルの中心軸方向）にＺ軸をとり、補正を要する範囲を
図における符号３の範囲とする。（ａ）は補正を要する
範囲３の両端つまりＺ＝０に対し図における左右対称な
位置に鉄シム2,2′が配置されており、Ｚ軸に対し正方
向の補正磁場を発生させている。（ｂ）は補正を要する
範囲３の中心、つまりＺ＝０に対し鉄シム４の中心がく
るように配置されており、Ｚ軸に対し負方向の補正磁場
を発生させている。鉄シムとしてリング状等の小さい磁
性体を用いたのでは局所的に変化する磁場が発生し易い
ため、ここで用いられる鉄シム2,2′はいずれも大きい
シート状の磁性体から作られる。
（発明が解決しようとする問題点） しかし上述のような大きいシート状の磁性体を用いる場
合には、その取扱いが非常に困難であるという問題があ
る。そこで本発明は、小さい磁性体を用いて主磁場に存
在する誤差磁場成分を効率よく簡単に補正することがで
きる磁場補正装置を提供することを目的とする。
合には、その取扱いが非常に困難であるという問題があ
る。そこで本発明は、小さい磁性体を用いて主磁場に存
在する誤差磁場成分を効率よく簡単に補正することがで
きる磁場補正装置を提供することを目的とする。
（問題点を解決するための手段） 本発明は、主コイルの発生する基底磁場の中心に原点
（Ｚ＝０）を、基底磁場方向に直角座標系のＺ軸をと
り、前記原点を中心とした球面上における球面調和関数
展開をした場合のＺ軸に関する2n＋１次（以下、ｎは各
磁性体毎に定められた０以上の整数とする）の磁場成分
が生じない位置に、少なくとも１個の磁性体が配置され
たことを特徴としており、磁性体としてＺ軸を中心軸と
するリング状磁性体や、Ｚ軸を中心軸とする円周上に配
列された複数の小磁性体からなる集合体を用いることが
できる。
（Ｚ＝０）を、基底磁場方向に直角座標系のＺ軸をと
り、前記原点を中心とした球面上における球面調和関数
展開をした場合のＺ軸に関する2n＋１次（以下、ｎは各
磁性体毎に定められた０以上の整数とする）の磁場成分
が生じない位置に、少なくとも１個の磁性体が配置され
たことを特徴としており、磁性体としてＺ軸を中心軸と
するリング状磁性体や、Ｚ軸を中心軸とする円周上に配
列された複数の小磁性体からなる集合体を用いることが
できる。
（作用） 主コイルの発生する基底磁場の中心に原点（Ｚ＝０）を
とり、基底磁場方向に直角座標系のＺ軸をとった場合の
Ｚ＝０を中心とした球面上の任意の座標点における磁場
成分は、球面調和関数展開によって表わされる。この場
合のＺ軸に関する2n＋１次の磁場成分が生じない位置に
少なくとも１個の磁性体が配置されることにより、基底
磁場に誤差をもたらす2n＋１次の磁場成分が補正され
る。2n＋３次の磁場成分が生じない各位置に（ｎ＋１）
個の各磁性体が配置された場合には、1,3,5,…,2n＋１
次の各誤差磁場成分が補正される。
とり、基底磁場方向に直角座標系のＺ軸をとった場合の
Ｚ＝０を中心とした球面上の任意の座標点における磁場
成分は、球面調和関数展開によって表わされる。この場
合のＺ軸に関する2n＋１次の磁場成分が生じない位置に
少なくとも１個の磁性体が配置されることにより、基底
磁場に誤差をもたらす2n＋１次の磁場成分が補正され
る。2n＋３次の磁場成分が生じない各位置に（ｎ＋１）
個の各磁性体が配置された場合には、1,3,5,…,2n＋１
次の各誤差磁場成分が補正される。
（実施例） 本発明の一実施例について第１図を用いて説明する。主
コイルの発生する基底磁場の中心に原点（Ｚ＝０）をと
り、基底磁場方向（つまり主コイルの中心軸方向）にＺ
軸をとった直角座標系を考える。この座標系における座
標Ｑ（Zc，Rc）の円周と一致するように円形の鉄シム５
を配置する。この主コイル１内の測定点Ｐにおける磁場
ＢのＺ軸方向成分Bzを球面調和関数によって展開する
と、 と表わされる。この式で、ｒ、θは中心点Ｚ＝０を原点
とする球座標で表わした測定球面６上の測定点Ｐの座標
である。この（１）式における上述した鉄シム５がＺ＝
０付近に発生する磁場Bzに含まれる成分は、以下のよう
に表わされる。
コイルの発生する基底磁場の中心に原点（Ｚ＝０）をと
り、基底磁場方向（つまり主コイルの中心軸方向）にＺ
軸をとった直角座標系を考える。この座標系における座
標Ｑ（Zc，Rc）の円周と一致するように円形の鉄シム５
を配置する。この主コイル１内の測定点Ｐにおける磁場
ＢのＺ軸方向成分Bzを球面調和関数によって展開する
と、 と表わされる。この式で、ｒ、θは中心点Ｚ＝０を原点
とする球座標で表わした測定球面６上の測定点Ｐの座標
である。この（１）式における上述した鉄シム５がＺ＝
０付近に発生する磁場Bzに含まれる成分は、以下のよう
に表わされる。
Bz＝a0＋a1f1＋a2f2＋a3f3＋ ……＋anfn＋…… ………（２） ここで、ｎは０以上の整数、fnは（１）式におけるrn・
Pn・（cosθ）により表わされるＺ座標に関するｎ次の
関数、anは関数fnの係数であり、鉄シムを配置した位置
により決定される。尚、（２）式は第１図に示した鉄シ
ム５のようなリング状の磁性体だけでなく、小磁性体を
リング状に並べて鉄シムとして構成した場合にも同様に
近似的に用いることができる。
Pn・（cosθ）により表わされるＺ座標に関するｎ次の
関数、anは関数fnの係数であり、鉄シムを配置した位置
により決定される。尚、（２）式は第１図に示した鉄シ
ム５のようなリング状の磁性体だけでなく、小磁性体を
リング状に並べて鉄シムとして構成した場合にも同様に
近似的に用いることができる。
主コイル１が発生する主磁場B1についても（２）式と同
様に表示できる。この場合主コイル１はＺ＝０の面に対
して対称であるため、理論上（２）式は2n次の磁場成分
のみであり、 B1＝A0＋A2f2＋…＋A2nf2n＋ ………（３） となる。
様に表示できる。この場合主コイル１はＺ＝０の面に対
して対称であるため、理論上（２）式は2n次の磁場成分
のみであり、 B1＝A0＋A2f2＋…＋A2nf2n＋ ………（３） となる。
ところが実際には、主コイル自体の製造上の誤差や主コ
イル周辺に存在する磁性体の影響等によりＺ＝０の面に
対して完全に対称ではなく、2n＋１次の磁場成分が誤差
成分として発生するためＢ′1＝A0＋A1f1＋A2f2＋…… ＋Anfn＋ ………（４） となる。
イル周辺に存在する磁性体の影響等によりＺ＝０の面に
対して完全に対称ではなく、2n＋１次の磁場成分が誤差
成分として発生するためＢ′1＝A0＋A1f1＋A2f2＋…… ＋Anfn＋ ………（４） となる。
この（４）式において、A0が基底磁場であり、A1f1以下
が磁性体によって消去すべき誤差成分である。そこで、
消去すべき誤差成分をｎ次までとすると（４）式は と表わすことができる。ここでai,jはｊ番目（ｊは１以
上の整数）の磁性体対が発生する磁場に含まれるｉ次
（ｉは１以上の整数）成分の係数であり、viはそれぞれ
の位置に置いた鉄シムの大きさに関する量であり、基準
となる大きさの鉄シムが発生する磁場の大きさを１とし
た場合の、発生する磁場の大きさがviである鉄シムを配
置することを意味する。
が磁性体によって消去すべき誤差成分である。そこで、
消去すべき誤差成分をｎ次までとすると（４）式は と表わすことができる。ここでai,jはｊ番目（ｊは１以
上の整数）の磁性体対が発生する磁場に含まれるｉ次
（ｉは１以上の整数）成分の係数であり、viはそれぞれ
の位置に置いた鉄シムの大きさに関する量であり、基準
となる大きさの鉄シムが発生する磁場の大きさを１とし
た場合の、発生する磁場の大きさがviである鉄シムを配
置することを意味する。
（５）式を解いてviを決定する時に、マトリクス
（ai,j）が０の成分をより多く含む程解は容易に得るこ
とができる。特にマトリクス（ai,j）が単位マトリクス
であれば最も容易であり、この場合はある位置に設置し
た鉄シムが１つの次数の成分のみの磁場を発生すること
を意味する。しかしそのような磁場を発生させるために
は、Ｚ軸に関して複数の位置に鉄シムを配置しそれらを
組み合わせることになり、大量の鉄シムを必要とするた
め現実的ではない。
（ai,j）が０の成分をより多く含む程解は容易に得るこ
とができる。特にマトリクス（ai,j）が単位マトリクス
であれば最も容易であり、この場合はある位置に設置し
た鉄シムが１つの次数の成分のみの磁場を発生すること
を意味する。しかしそのような磁場を発生させるために
は、Ｚ軸に関して複数の位置に鉄シムを配置しそれらを
組み合わせることになり、大量の鉄シムを必要とするた
め現実的ではない。
そこで本発明においては、Ｚ軸に関する2n＋１次の成分
を発生しない位置に鉄シムを設置することにより、少量
の鉄シムで効率良くＺ軸に関する2n＋１次の誤差磁場成
分を補正することとする。このように１個の次数の成分
のみを発生しないようにすることは１個の磁性体で可能
であり、かつそのような磁性体を設置すべき位置を求め
ることは容易である。なお、奇数次の成分を発生しない
位置に鉄シムを設置した場合に余分に発生する偶数次の
誤差成分を補正する方法は出願済（特願昭61−256358
号）である。
を発生しない位置に鉄シムを設置することにより、少量
の鉄シムで効率良くＺ軸に関する2n＋１次の誤差磁場成
分を補正することとする。このように１個の次数の成分
のみを発生しないようにすることは１個の磁性体で可能
であり、かつそのような磁性体を設置すべき位置を求め
ることは容易である。なお、奇数次の成分を発生しない
位置に鉄シムを設置した場合に余分に発生する偶数次の
誤差成分を補正する方法は出願済（特願昭61−256358
号）である。
2n＋１次の成分を発生しない位置は、（２）式において
anfn＝０となる第３図における角度θ〔deg〕であり、f
n＝０となる解をαとするとθ＝tan-1αより求まる。
anfn＝０となる第３図における角度θ〔deg〕であり、f
n＝０となる解をαとするとθ＝tan-1αより求まる。
次数1,3,…,2n＋１の誤差磁場成分を消去する場合は、
Ｚ＝０の面に対し＋側又は−側のいずれかに次数2n＋３
の成分が発生しない角度θ上に鉄シムを任意にｎ＋１個
選択し配置すればよい。
Ｚ＝０の面に対し＋側又は−側のいずれかに次数2n＋３
の成分が発生しない角度θ上に鉄シムを任意にｎ＋１個
選択し配置すればよい。
本発明の他の実施例を第２図に示す。同図における座標
系及び主コイル（図示省略）との位置関係は、第１図の
それと同一である。ここでは、補正すべき誤差磁場成分
の次数を１次及び３次とする。この場合には、５次の成
分を生じない位置として、第１表の次数ｎ＝５の場合の
０＜θ＜ 90°における３個の角度23.9°， 47.9°,71.6°又は90°＜θ ＜180°における108.4°,132.1°,156.1°の中から任意
に２個選択し、各角度上に２個の鉄シムを設置する。第
２図において鉄シム８はθ＝47.9°の線上に、鉄シム10
はθ＝23.9°の線上に設置されている。図中の各鉄シム
8,9の直径は同一であるが、角度θの線上に配置されて
いれば異なっていてもよい。
系及び主コイル（図示省略）との位置関係は、第１図の
それと同一である。ここでは、補正すべき誤差磁場成分
の次数を１次及び３次とする。この場合には、５次の成
分を生じない位置として、第１表の次数ｎ＝５の場合の
０＜θ＜ 90°における３個の角度23.9°， 47.9°,71.6°又は90°＜θ ＜180°における108.4°,132.1°,156.1°の中から任意
に２個選択し、各角度上に２個の鉄シムを設置する。第
２図において鉄シム８はθ＝47.9°の線上に、鉄シム10
はθ＝23.9°の線上に設置されている。図中の各鉄シム
8,9の直径は同一であるが、角度θの線上に配置されて
いれば異なっていてもよい。
この場合に（５）式は以下のように表わすことができ
る。
る。
ここでa1,1＝0,a3,2＝０であるから、各鉄シムの大きさ
v1，v2を容易に求めることができる。
v1，v2を容易に求めることができる。
本発明のさらに他の実施例を第３図に示す。この場合も
同様に同図における座標系及び主コイル（図示省略）と
の位置関係は、第１図のそれと同一である。ここでは、
補正すべき誤差磁場成分を１次までとする。この場合に
は、３次の成分を生じない位置として、第１表の次数ｎ
＝３の場合の０＜θ＜90°における32.6°,65.0°また
は90°＜θ＜180°における 115.0°,147.4°の中から任意に１個選択し、各角度上
に１個の鉄シムを設置する。図中、鉄シム12はθ＝115
°の線上に設置されている。
同様に同図における座標系及び主コイル（図示省略）と
の位置関係は、第１図のそれと同一である。ここでは、
補正すべき誤差磁場成分を１次までとする。この場合に
は、３次の成分を生じない位置として、第１表の次数ｎ
＝３の場合の０＜θ＜90°における32.6°,65.0°また
は90°＜θ＜180°における 115.0°,147.4°の中から任意に１個選択し、各角度上
に１個の鉄シムを設置する。図中、鉄シム12はθ＝115
°の線上に設置されている。
この場合には、（５）式は以下のように表わすことがで
きる。
きる。
〔A1〕＋〔a1,1〕〔v1〕＝０ ……（７） 上式より鉄シムの大きさv1が求まる。
以上説明したように本発明によれば、小さい鉄シムを球
面調和関数展開におけるＺ軸に関する2n＋１次の成分を
生じない位置に少なくとも１個配置することにより、主
コイルの発生する主磁場に含まれる2n＋１次の誤差磁場
成分を効率よく容易に補正することが可能である。
面調和関数展開におけるＺ軸に関する2n＋１次の成分を
生じない位置に少なくとも１個配置することにより、主
コイルの発生する主磁場に含まれる2n＋１次の誤差磁場
成分を効率よく容易に補正することが可能である。
第１図は本発明の一実施例における鉄シムの配置を示す
縦断面図、第２図及び第３図は本発明の他の実施例を示
す縦断面図、第４図は従来の磁場補正装置の概要を示す
縦断面図である。 １……主コイル、2,2′,4,5,8,10,12……鉄シム、３…
…補正を要する範囲、６……測定球面、7,9……鉄シム
が５次の誤差磁場成分を発生しない位置、11……鉄シム
が３次の誤差磁場成分を発生しない位置。
縦断面図、第２図及び第３図は本発明の他の実施例を示
す縦断面図、第４図は従来の磁場補正装置の概要を示す
縦断面図である。 １……主コイル、2,2′,4,5,8,10,12……鉄シム、３…
…補正を要する範囲、６……測定球面、7,9……鉄シム
が５次の誤差磁場成分を発生しない位置、11……鉄シム
が３次の誤差磁場成分を発生しない位置。
Claims (4)
- 【請求項１】主コイルの発生する基底磁場の中心に原点
（Ｚ＝０）を、基底磁場方向に直角座標系のＺ軸をと
り、前記原点を中心とした球面上における球面調和関数
展開をした場合のＺ軸に関する2n＋１次（ｎは各磁性体
毎に定められた０以上の整数）の磁場成分が生じない位
置に、少なくとも１個の磁性体が配置されたことを特徴
とする磁場補正装置。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の磁場補正装置
において、前記磁性体がＺ軸を中心軸とするリング状磁
性体であることを特徴とする磁場補正装置。 - 【請求項３】特許請求の範囲第１項記載の磁場補正装置
において、前記磁性体がＺ軸を中心軸とする円周上に配
列された複数の小磁性体の集合体からなることを特徴と
する磁場補正装置。 - 【請求項４】特許請求の範囲第１項記載の磁場補正装置
において、前記球面調和関数展開におけるＺ軸に関する
2n＋３次（ｎは各磁性体毎に定められた０以上の整数）
の磁場成分が生じない各位置に（ｎ＋１）個の各前記磁
性体が配置されたことを特徴とする磁場補正装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62009063A JPH0724244B2 (ja) | 1987-01-20 | 1987-01-20 | 磁場補正装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62009063A JPH0724244B2 (ja) | 1987-01-20 | 1987-01-20 | 磁場補正装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63178508A JPS63178508A (ja) | 1988-07-22 |
| JPH0724244B2 true JPH0724244B2 (ja) | 1995-03-15 |
Family
ID=11710154
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62009063A Expired - Lifetime JPH0724244B2 (ja) | 1987-01-20 | 1987-01-20 | 磁場補正装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0724244B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5418462A (en) * | 1994-05-02 | 1995-05-23 | Applied Superconetics, Inc. | Method for determining shim placement on tubular magnet |
-
1987
- 1987-01-20 JP JP62009063A patent/JPH0724244B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63178508A (ja) | 1988-07-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |