JPH07299049A - 中空円筒形磁石に受動的にシムを設けるための方法 - Google Patents
中空円筒形磁石に受動的にシムを設けるための方法Info
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- JPH07299049A JPH07299049A JP7043203A JP4320395A JPH07299049A JP H07299049 A JPH07299049 A JP H07299049A JP 7043203 A JP7043203 A JP 7043203A JP 4320395 A JP4320395 A JP 4320395A JP H07299049 A JPH07299049 A JP H07299049A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）装置のボア内の所定の
径の球状空間（ＤＳＶ）内の磁界の不均一性を低減する
こと。 【構成】ＤＳＶの表面における磁界強度を測定し、ＤＳ
Ｖ内の磁界の不均一性をモデル化するよう、ルジャンド
ル多項式を得る。磁界強度の測定値から多項式の調和項
の係数の組を計算し、評価のため３つの別々のグループ
に分ける。個々の双極子、直線状のバーおよびリング配
列に、ボアの表面に強磁性シムを取り付け、所定のピー
ク対ピーク時の不均一性レンジに対応する許容可能なレ
ベルまで、調和係数の第１、第２および第３グループを
別々に低減する。
径の球状空間（ＤＳＶ）内の磁界の不均一性を低減する
こと。 【構成】ＤＳＶの表面における磁界強度を測定し、ＤＳ
Ｖ内の磁界の不均一性をモデル化するよう、ルジャンド
ル多項式を得る。磁界強度の測定値から多項式の調和項
の係数の組を計算し、評価のため３つの別々のグループ
に分ける。個々の双極子、直線状のバーおよびリング配
列に、ボアの表面に強磁性シムを取り付け、所定のピー
ク対ピーク時の不均一性レンジに対応する許容可能なレ
ベルまで、調和係数の第１、第２および第３グループを
別々に低減する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般的には、ＭＲＩシス
テムにおいて、撮像をするために均一な磁界を必要とす
る核磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システムに関するものであ
り、より詳細には、ボア内の特定の球状空間内の磁界の
不均一性を最小とするよう、円筒形ＭＲＩシステムのボ
ア内に受動的にシム（shim）を設ける方法に関する。本
発明は、個々のＭＲＩシステムのユニークさにより生じ
たり、また、ＭＲＩシステムの物理的な位置から生じる
地球上での磁気異常によって生じるＭＲＩシステムの磁
界における不均一性を低減するのに特に有効であるが、
これのみに限られるものではない。
テムにおいて、撮像をするために均一な磁界を必要とす
る核磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システムに関するものであ
り、より詳細には、ボア内の特定の球状空間内の磁界の
不均一性を最小とするよう、円筒形ＭＲＩシステムのボ
ア内に受動的にシム（shim）を設ける方法に関する。本
発明は、個々のＭＲＩシステムのユニークさにより生じ
たり、また、ＭＲＩシステムの物理的な位置から生じる
地球上での磁気異常によって生じるＭＲＩシステムの磁
界における不均一性を低減するのに特に有効であるが、
これのみに限られるものではない。
【０００２】
【従来技術】磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）装置では、患者の
身体の一部を均一磁界内に収容し、ＭＲＩによって有効
に可視化できるようにするには、十分な寸法の、極めて
大強度の均一磁界が必要である。ＭＲＩは医療診断に有
益であり、ガン組織、腫瘍等の早期発見に極めて役立
つ。
身体の一部を均一磁界内に収容し、ＭＲＩによって有効
に可視化できるようにするには、十分な寸法の、極めて
大強度の均一磁界が必要である。ＭＲＩは医療診断に有
益であり、ガン組織、腫瘍等の早期発見に極めて役立
つ。
【０００３】一般にＭＲＩシステムは、主電気コイルを
使用して磁界を発生することにより作動する。磁界内の
所定の球状領域は、所定の径の球状空間（ＤＳＶ）とし
て定義される。この空間は有効なＭＲＩ像を得ることが
できる所定の設計空間である。ＭＲＩ技術で適当な画像
を得るにはＤＳＶ内の磁界を十分な強度とし、かつ、均
一にすることが重要である。
使用して磁界を発生することにより作動する。磁界内の
所定の球状領域は、所定の径の球状空間（ＤＳＶ）とし
て定義される。この空間は有効なＭＲＩ像を得ることが
できる所定の設計空間である。ＭＲＩ技術で適当な画像
を得るにはＤＳＶ内の磁界を十分な強度とし、かつ、均
一にすることが重要である。
【０００４】ほとんどのＭＲＩシステムでは、中空の円
筒形主磁石を使用し、この磁石のボア内の所定位置に所
定の径のＤＳＶを構成する。ＭＲＩシステムのボア内に
患者を収容し、撮像すべき患者の身体の特定部分をＤＳ
Ｖ内に位置決めすることができる。主コイルが附勢され
ると、ＤＳＶ内の磁界は実質的に均一となる。換言すれ
ば、ＤＳＶ全体にわたってほぼ一様な磁束密度が得られ
る。これによりＤＳＶ内の患者内の特定タイプの原子の
スピン軸が互いに整列する。次にＭＲＩ装置内のＲＦソ
ースから高周波の電磁波を瞬間的に患者に照射すると、
この照射の作用により、患者の原子は元の配列状態から
瞬間的に傾斜し、次に元の配列に復帰できるが、この
時、ＲＦ電波の放出を伴う。このＲＦ電波はＲＦ受信機
によって検出できる。共鳴周波数または磁界の関数とし
て受信信号の強度を測定すると、注目原子についての動
作情報が得られる。
筒形主磁石を使用し、この磁石のボア内の所定位置に所
定の径のＤＳＶを構成する。ＭＲＩシステムのボア内に
患者を収容し、撮像すべき患者の身体の特定部分をＤＳ
Ｖ内に位置決めすることができる。主コイルが附勢され
ると、ＤＳＶ内の磁界は実質的に均一となる。換言すれ
ば、ＤＳＶ全体にわたってほぼ一様な磁束密度が得られ
る。これによりＤＳＶ内の患者内の特定タイプの原子の
スピン軸が互いに整列する。次にＭＲＩ装置内のＲＦソ
ースから高周波の電磁波を瞬間的に患者に照射すると、
この照射の作用により、患者の原子は元の配列状態から
瞬間的に傾斜し、次に元の配列に復帰できるが、この
時、ＲＦ電波の放出を伴う。このＲＦ電波はＲＦ受信機
によって検出できる。共鳴周波数または磁界の関数とし
て受信信号の強度を測定すると、注目原子についての動
作情報が得られる。
【０００５】ＤＳＶ内の主磁界に瞬間的に所定の方向勾
配を加え、注目原子に関する動作位置情報を得るのに、
勾配コイルと呼ばれる別の電磁コイルが使用される。こ
れら勾配コイルはＭＲＩ装置内に患者が入っている間、
これらの勾配を加えるために選択的にパルス駆動され、
ＤＳＶ内の空間的識別を瞬間的に行う。勾配コイルのパ
ルス駆動はＲＦソースのパルス駆動と一致している。換
言すれば、勾配コイルはＤＳＶ内の各点で自己のユニー
クな磁界の値を瞬間的に与え、各点での原子に対しユニ
ークな共鳴周波数を定める。受信されたＲＦ信号は共鳴
周波数の関数として評価されるので、これによりオペレ
ータは原子のスピン軸の再配列の結果として受信された
各ＲＦ信号のソース（発信元）の正確な位置を識別する
ことが可能となる。ソースの位置および原子の傾斜およ
び再回復によって生じたエコー信号の各々の強度および
周波数に基づき、ＭＲＩシステムはＤＳＶ内に位置する
患者の一部の像を発生できる。
配を加え、注目原子に関する動作位置情報を得るのに、
勾配コイルと呼ばれる別の電磁コイルが使用される。こ
れら勾配コイルはＭＲＩ装置内に患者が入っている間、
これらの勾配を加えるために選択的にパルス駆動され、
ＤＳＶ内の空間的識別を瞬間的に行う。勾配コイルのパ
ルス駆動はＲＦソースのパルス駆動と一致している。換
言すれば、勾配コイルはＤＳＶ内の各点で自己のユニー
クな磁界の値を瞬間的に与え、各点での原子に対しユニ
ークな共鳴周波数を定める。受信されたＲＦ信号は共鳴
周波数の関数として評価されるので、これによりオペレ
ータは原子のスピン軸の再配列の結果として受信された
各ＲＦ信号のソース（発信元）の正確な位置を識別する
ことが可能となる。ソースの位置および原子の傾斜およ
び再回復によって生じたエコー信号の各々の強度および
周波数に基づき、ＭＲＩシステムはＤＳＶ内に位置する
患者の一部の像を発生できる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、主磁界
内に好ましくない不均一性があると、これにより勾配コ
イルによって得られた位置情報がゆがみ、画質が劣化す
る。当該高周波のずれが１００万分の１の数倍以下の範
囲内にある場合、ＤＳＶ内の主磁界の不均一性も１００
万分の１の数倍に制限しなければならない。残念なこと
に、細心の注意を払って設計し、製造したＭＲＩ装置で
もそのほとんどで、主磁界に不均一性が存在し、補正が
必要である。
内に好ましくない不均一性があると、これにより勾配コ
イルによって得られた位置情報がゆがみ、画質が劣化す
る。当該高周波のずれが１００万分の１の数倍以下の範
囲内にある場合、ＤＳＶ内の主磁界の不均一性も１００
万分の１の数倍に制限しなければならない。残念なこと
に、細心の注意を払って設計し、製造したＭＲＩ装置で
もそのほとんどで、主磁界に不均一性が存在し、補正が
必要である。
【０００７】磁界の均一性を改善するため、補正コイル
がよく使用されている。主コイルおよび勾配コイルの双
方の外に追加されるこれら補正コイルは、異なる形状の
磁界を発生でき、この磁界は、不均一な主磁界に重ねる
ことができる。これらの重ねられた磁界は磁界全体の均
一性を増すような主磁界の形状にする。一般に、補正コ
イルの組は多数必要である。１０〜２０の独立した組の
補正コイルが必要となることが多く、各組のコイルは正
しく作動するための補正電流を流すのに、自己の電源を
必要とする。
がよく使用されている。主コイルおよび勾配コイルの双
方の外に追加されるこれら補正コイルは、異なる形状の
磁界を発生でき、この磁界は、不均一な主磁界に重ねる
ことができる。これらの重ねられた磁界は磁界全体の均
一性を増すような主磁界の形状にする。一般に、補正コ
イルの組は多数必要である。１０〜２０の独立した組の
補正コイルが必要となることが多く、各組のコイルは正
しく作動するための補正電流を流すのに、自己の電源を
必要とする。
【０００８】必要な磁界の均一性を得る別の方法は、鉄
またはその他の強磁性材料片を使用し、不均一な磁界を
撮像用の均一性の仕様条件に合わせるよう、磁石を受動
的にシムとして設けることである。鉄は双極子と称され
る小片、バーと称されるより長い片およびリングを含む
種々の形態で使用できる。バーおよびリングは固体また
は複数の双極子で製造できる。ドリー等に付与された米
国特許第５，０４５，７９４号には、ＭＲＩ磁石におけ
る不均一性を低減するのに、鉄製の双極子シムを使用す
る装置が開示されている。このドリー特許は、磁界の不
均一性を測定し、複数の所定の位置に設置された所定の
シムの効果を測定し、ピーク対ピークの不均一性を最小
にするよう、所定位置に設置すべきシムの大きさを計算
する方法を開示している。このような計算の後に、計算
で示されたようなシムを設置し、不均一性を再測定す
る。磁界が許容度内に入っていなければ、再び計算を行
い、より多くのシムを追加したり、いくつかのシムを除
いたりする。ドリー特許に開示された方法では、使用さ
れるシム材料の量および磁界の不均一性を表す数学的モ
デルを作成し、ＤＳＶ全体の不均一性を同時に低減する
ように、このモデルに対し一つの最小化方法を適用して
いる。従ってドリー特許に開示された方法は、先に補正
した不均一性の低下を避けるような順序でＤＳＶ内の不
均一性を低減できる可能性については検討していない。
しかしながら、本発明はこの可能性について着目したも
のである。
またはその他の強磁性材料片を使用し、不均一な磁界を
撮像用の均一性の仕様条件に合わせるよう、磁石を受動
的にシムとして設けることである。鉄は双極子と称され
る小片、バーと称されるより長い片およびリングを含む
種々の形態で使用できる。バーおよびリングは固体また
は複数の双極子で製造できる。ドリー等に付与された米
国特許第５，０４５，７９４号には、ＭＲＩ磁石におけ
る不均一性を低減するのに、鉄製の双極子シムを使用す
る装置が開示されている。このドリー特許は、磁界の不
均一性を測定し、複数の所定の位置に設置された所定の
シムの効果を測定し、ピーク対ピークの不均一性を最小
にするよう、所定位置に設置すべきシムの大きさを計算
する方法を開示している。このような計算の後に、計算
で示されたようなシムを設置し、不均一性を再測定す
る。磁界が許容度内に入っていなければ、再び計算を行
い、より多くのシムを追加したり、いくつかのシムを除
いたりする。ドリー特許に開示された方法では、使用さ
れるシム材料の量および磁界の不均一性を表す数学的モ
デルを作成し、ＤＳＶ全体の不均一性を同時に低減する
ように、このモデルに対し一つの最小化方法を適用して
いる。従ってドリー特許に開示された方法は、先に補正
した不均一性の低下を避けるような順序でＤＳＶ内の不
均一性を低減できる可能性については検討していない。
しかしながら、本発明はこの可能性について着目したも
のである。
【０００９】上記に鑑み、本発明の目的は磁石に対し強
磁性シムを正しく位置決めすることにより、ＭＲＩ磁石
の主磁界の不均一性を受動的に最小とすることである。
さらに本発明の目的は、各工程において、不均一性に対
する特定の寄与分を最小とするように設計された特定の
形状にシムを設置するような工程から成るシーケンス
で、磁界のＤＳＶ内の不均一性を最適に最小とするため
の方法を提供することにある。本発明の更に別の目的
は、実現が容易であり、比較的コスト的に有効な、磁石
を受動的にシムとして設けるための方法を提供すること
である。
磁性シムを正しく位置決めすることにより、ＭＲＩ磁石
の主磁界の不均一性を受動的に最小とすることである。
さらに本発明の目的は、各工程において、不均一性に対
する特定の寄与分を最小とするように設計された特定の
形状にシムを設置するような工程から成るシーケンス
で、磁界のＤＳＶ内の不均一性を最適に最小とするため
の方法を提供することにある。本発明の更に別の目的
は、実現が容易であり、比較的コスト的に有効な、磁石
を受動的にシムとして設けるための方法を提供すること
である。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、ＭＲＩ磁石の
ボア内の磁界の不均一性を低減するための方法に関し、
この方法は３つの段階から成る。
ボア内の磁界の不均一性を低減するための方法に関し、
この方法は３つの段階から成る。
【００１１】本発明の第１段階では、オペレータは磁界
が均一となっているＤＳＶとしてボア内のある領域を定
める。所望のＤＳＶが決定されればオペレータはＤＳＶ
の表面上の種々の所定位置に順次センサを置き、これら
選択した位置での磁界強度の初期測定値を得る。測定点
はボアの軸に垂直なゾーン平面と称される複数の平面に
選択される。一般に７〜１２のゾーン平面を使用する。
が均一となっているＤＳＶとしてボア内のある領域を定
める。所望のＤＳＶが決定されればオペレータはＤＳＶ
の表面上の種々の所定位置に順次センサを置き、これら
選択した位置での磁界強度の初期測定値を得る。測定点
はボアの軸に垂直なゾーン平面と称される複数の平面に
選択される。一般に７〜１２のゾーン平面を使用する。
【００１２】第２段階では、第１段階で得た磁界強度の
測定値を用いることにより、ＤＳＶの表面における磁界
の磁束密度を高次の精度で表す高次のルジャンドル多項
式を発生する。この多項式の一般的フォームはＭＲＩ技
術で周知であり、一般的フォームに測定した磁界データ
を挿入することにより、特定フォームの多項式を発生す
る。この多項式は主磁石の長手方向軸がＺ軸となるよう
な球面座標またはデカルト座標で表示できる。球面座標
では、磁界は下記の一般式を備えた関数Ｐn m（θ）の
調和関数で記載される。
測定値を用いることにより、ＤＳＶの表面における磁界
の磁束密度を高次の精度で表す高次のルジャンドル多項
式を発生する。この多項式の一般的フォームはＭＲＩ技
術で周知であり、一般的フォームに測定した磁界データ
を挿入することにより、特定フォームの多項式を発生す
る。この多項式は主磁石の長手方向軸がＺ軸となるよう
な球面座標またはデカルト座標で表示できる。球面座標
では、磁界は下記の一般式を備えた関数Ｐn m（θ）の
調和関数で記載される。
【００１３】
【数２】
【００１４】この式の右辺の多項式の各項（調和項と称
す）は、調和係数と称される数値係数を有する。これら
係数は磁界データから特定の多項式を引き出すプロセス
の一部として計算される。更にＤＳＶの表面上の磁界の
全ピーク対ピークの均一性を計算する。この全ピーク対
ピークの不均一性は、ＤＳＶの表面上の測定点における
最大磁束密度と最小磁束密度との差の中心の磁束密度に
対する比を示しており、１００万分のいくつかで表現さ
れる。
す）は、調和係数と称される数値係数を有する。これら
係数は磁界データから特定の多項式を引き出すプロセス
の一部として計算される。更にＤＳＶの表面上の磁界の
全ピーク対ピークの均一性を計算する。この全ピーク対
ピークの不均一性は、ＤＳＶの表面上の測定点における
最大磁束密度と最小磁束密度との差の中心の磁束密度に
対する比を示しており、１００万分のいくつかで表現さ
れる。
【００１５】ルジャンドル多項式の項は３つのグループ
に分割する。第１グループの項はＤＳＶの表面上の点の
位置を示す座標のうちの３つのすべてと共に変わる不均
一性を示している。換言すれば、これら項はデカルト座
標系では３つの方向Ｘ、ＹおよびＺのすべてにおける不
均一性を示しており、第３グループの項は点の軸方向の
座標と無関係に、主として点の径方向および回転角方向
と共に、すなわちデカルト座標ではＸおよびＹと共に変
化する不均一性を示している。第３グループの項は、点
の軸方向座標、すなわちデカルト座標系ではＺと共にし
か変化しない不均一性を示している。これら３つのグル
ープの項はそれぞれモザイク状双極子グループ、モザイ
ク状バーグループおよびゾーングループと称される。多
項式のうちのモザイク状双極子項は、式ｚｘ、ｚｙ、ｚ
2 ｘ、ｚ2 ｙ、ｚ3 ｙ、ｚ（ｘ2−ｙ2 ）、ｚｘｙ、ｚ
2 （ｘ2 −ｙ2 ）およびｚ2 ｘｙを含む式として代数的
に表現され、モザイク状バー項は式ｘ、ｙ、ｘ2 −
ｙ2 、ｘｙ、ｘ3 およびｙ3 を含む式であり、ゾーン項
は式ｚ，ｚ2 ，ｚ3 ……ｚn-1 （ここでｎは１から磁界
の測定を行ったゾーン平面の数未満の数である）しか含
まない式である。
に分割する。第１グループの項はＤＳＶの表面上の点の
位置を示す座標のうちの３つのすべてと共に変わる不均
一性を示している。換言すれば、これら項はデカルト座
標系では３つの方向Ｘ、ＹおよびＺのすべてにおける不
均一性を示しており、第３グループの項は点の軸方向の
座標と無関係に、主として点の径方向および回転角方向
と共に、すなわちデカルト座標ではＸおよびＹと共に変
化する不均一性を示している。第３グループの項は、点
の軸方向座標、すなわちデカルト座標系ではＺと共にし
か変化しない不均一性を示している。これら３つのグル
ープの項はそれぞれモザイク状双極子グループ、モザイ
ク状バーグループおよびゾーングループと称される。多
項式のうちのモザイク状双極子項は、式ｚｘ、ｚｙ、ｚ
2 ｘ、ｚ2 ｙ、ｚ3 ｙ、ｚ（ｘ2−ｙ2 ）、ｚｘｙ、ｚ
2 （ｘ2 −ｙ2 ）およびｚ2 ｘｙを含む式として代数的
に表現され、モザイク状バー項は式ｘ、ｙ、ｘ2 −
ｙ2 、ｘｙ、ｘ3 およびｙ3 を含む式であり、ゾーン項
は式ｚ，ｚ2 ，ｚ3 ……ｚn-1 （ここでｎは１から磁界
の測定を行ったゾーン平面の数未満の数である）しか含
まない式である。
【００１６】本方法の第３段階ではルジャンドル多項式
の項の調和係数の各々を最小にするような最適なシム配
置およびシム寸法を計算する。主ＭＲＩ磁石のボア内の
双極子、バーおよびリングを順に、かつ選択的に配置す
る効果を計算することにより、多項式の係数の各々、従
ってピーク対ピークの不均一性に対する各項の寄与分を
減少させる。従来のコンピュータ技術を用いて、特定グ
ループの項における調和項の絶対的、かつ相対的大きさ
を解析し、影響を受けた調和係数に対する異なる理論上
のシムアレイの予想される効果を計算することにより、
シムの正確な大きさおよび設置位置が決定される。最小
化を連続的に繰り返して、必要に応じて鉄を最も効果的
に増減するように、シムの大きさおよび位置を鉄製シム
の目録に記録し、保持する。多項式の各項は、この項の
係数の低減に向けられる相対的強調度を決定する重み付
けファクターを割り当てる。重み付けファクターが大き
くなればなるほど、その項の減少がより強く強調され
る。一般に、高次の項にはより大きな重み付けファクタ
ーを割り当てなければならず、この重み付けファクター
は一般に０〜３２まで変わる。他の重み付けファクター
も使用できるが、その最終目的は、他の係数に対する所
定の係数の減少に対する強調度を定めることである。ま
ず最初、所定の磁石の形状に対する重み付けファクター
の選択は、最初は必ず任意となろう。
の項の調和係数の各々を最小にするような最適なシム配
置およびシム寸法を計算する。主ＭＲＩ磁石のボア内の
双極子、バーおよびリングを順に、かつ選択的に配置す
る効果を計算することにより、多項式の係数の各々、従
ってピーク対ピークの不均一性に対する各項の寄与分を
減少させる。従来のコンピュータ技術を用いて、特定グ
ループの項における調和項の絶対的、かつ相対的大きさ
を解析し、影響を受けた調和係数に対する異なる理論上
のシムアレイの予想される効果を計算することにより、
シムの正確な大きさおよび設置位置が決定される。最小
化を連続的に繰り返して、必要に応じて鉄を最も効果的
に増減するように、シムの大きさおよび位置を鉄製シム
の目録に記録し、保持する。多項式の各項は、この項の
係数の低減に向けられる相対的強調度を決定する重み付
けファクターを割り当てる。重み付けファクターが大き
くなればなるほど、その項の減少がより強く強調され
る。一般に、高次の項にはより大きな重み付けファクタ
ーを割り当てなければならず、この重み付けファクター
は一般に０〜３２まで変わる。他の重み付けファクター
も使用できるが、その最終目的は、他の係数に対する所
定の係数の減少に対する強調度を定めることである。ま
ず最初、所定の磁石の形状に対する重み付けファクター
の選択は、最初は必ず任意となろう。
【００１７】係数の最も望ましい値は０である。しかし
ながら、係数のすべてを実際に０まで減少させるには、
通常不可能なほどの繰り返し回数がかかり、過度な時間
がかかってしまう。従って調和係数の各々に対する許容
可能な目標値を選択し、許容可能な全ピーク対ピークの
不均一性を生じさせるような選択目標値を予想する。ま
ず最初に、所定の磁石にシムを設けるに当たり、係数に
対する許容目標値を選択する際、選択される値は必ず任
意の値となる。４０〜５０ｃｍの所定の径の球状空間
（ＤＳＶ）を有する円筒形磁石に対しては、一般に５ｐ
ｐｍより低い係数が満足できるものであることが判って
いる。選択された係数範囲まで調和係数を減少しても、
許容可能な均一性が得られない場合、目標係数範囲をよ
り低い値に減少し、計算プロセスを繰り返すことができ
る。最終的には、その磁石形状に対する所望のピーク対
ピークの不均一性を生じるような重み付けファクターの
組および目標係数範囲が主磁石の各形状に対して学習さ
れる。
ながら、係数のすべてを実際に０まで減少させるには、
通常不可能なほどの繰り返し回数がかかり、過度な時間
がかかってしまう。従って調和係数の各々に対する許容
可能な目標値を選択し、許容可能な全ピーク対ピークの
不均一性を生じさせるような選択目標値を予想する。ま
ず最初に、所定の磁石にシムを設けるに当たり、係数に
対する許容目標値を選択する際、選択される値は必ず任
意の値となる。４０〜５０ｃｍの所定の径の球状空間
（ＤＳＶ）を有する円筒形磁石に対しては、一般に５ｐ
ｐｍより低い係数が満足できるものであることが判って
いる。選択された係数範囲まで調和係数を減少しても、
許容可能な均一性が得られない場合、目標係数範囲をよ
り低い値に減少し、計算プロセスを繰り返すことができ
る。最終的には、その磁石形状に対する所望のピーク対
ピークの不均一性を生じるような重み付けファクターの
組および目標係数範囲が主磁石の各形状に対して学習さ
れる。
【００１８】まず最初に、モザイク状双極子グループを
減少する。数学的モデルにおける調和係数のうちのモザ
イク状双極子グループの解析により、好ましいと思われ
る双極子の理論的な配置を誘導する。この誘導では、い
くつかの周知の形態を取り得る。一般に、まず鉄製のシ
ムを理論上設置し、その後解析中のグループの係数を変
えながら、シムの設置の予想効果を計算する。係数が選
択した目標値に減少されるまでこのプロセスの繰り返し
を何回も行う。その後、ボア内に双極子を置き、磁界強
度を再測定し、３つのグループのすべての係数に対する
実際の新しい値を計算する。次に同様な解析方法によ
り、モザイク状バーグループを減少する。調和係数のモ
ザイク状バーグループを解析することにより、主磁石の
ボアの軸に平行に配列された鉄製の直線状バーの理論的
な大きさおよび配置を計算する。次に実際にバーを所定
位置に置き、磁界を再測定する。その後、３つのすべて
のグループにおける係数の新しい値を計算する。最後
に、ゾーングループの係数を解析し、ボアの軸に垂直な
平面に配列された鉄製リングの所望の理論的な配置また
は双極子の円形の配置を計算することにより、ゾーング
ループを減少できる。次に実際にリングを所定位置に置
き、磁界を再測定し、３つのすべてのグループに対して
新しい係数を計算する。
減少する。数学的モデルにおける調和係数のうちのモザ
イク状双極子グループの解析により、好ましいと思われ
る双極子の理論的な配置を誘導する。この誘導では、い
くつかの周知の形態を取り得る。一般に、まず鉄製のシ
ムを理論上設置し、その後解析中のグループの係数を変
えながら、シムの設置の予想効果を計算する。係数が選
択した目標値に減少されるまでこのプロセスの繰り返し
を何回も行う。その後、ボア内に双極子を置き、磁界強
度を再測定し、３つのグループのすべての係数に対する
実際の新しい値を計算する。次に同様な解析方法によ
り、モザイク状バーグループを減少する。調和係数のモ
ザイク状バーグループを解析することにより、主磁石の
ボアの軸に平行に配列された鉄製の直線状バーの理論的
な大きさおよび配置を計算する。次に実際にバーを所定
位置に置き、磁界を再測定する。その後、３つのすべて
のグループにおける係数の新しい値を計算する。最後
に、ゾーングループの係数を解析し、ボアの軸に垂直な
平面に配列された鉄製リングの所望の理論的な配置また
は双極子の円形の配置を計算することにより、ゾーング
ループを減少できる。次に実際にリングを所定位置に置
き、磁界を再測定し、３つのすべてのグループに対して
新しい係数を計算する。
【００１９】これら最小化工程を実行した後、ＤＳＶ内
の磁界を再測定し、必要であればこのプロセスを繰り返
す。数学的モデルの調和係数の各々は、ステップ状の減
少プロセスで許容可能な値まで減少すれば、第３段階の
うちのこの部分を完了する。しかしながらこのプロセス
の結果、許容できるとみなされるレベルまで全ピーク対
ピークの不均一性が減少できないことがある。本発明で
は、径が４０〜５０ｃｍの所定径の球状空間（ＤＳＶ）
に対しては、許容可能な全ピーク対ピークの不均一性
は、５〜２５ｐｐｍとなっている。更にこのピーク対ピ
ークの値が十分低くなっていても磁束のばらつきに多く
のシャープなピーク点および谷があって、画質を悪化さ
せることもある。
の磁界を再測定し、必要であればこのプロセスを繰り返
す。数学的モデルの調和係数の各々は、ステップ状の減
少プロセスで許容可能な値まで減少すれば、第３段階の
うちのこの部分を完了する。しかしながらこのプロセス
の結果、許容できるとみなされるレベルまで全ピーク対
ピークの不均一性が減少できないことがある。本発明で
は、径が４０〜５０ｃｍの所定径の球状空間（ＤＳＶ）
に対しては、許容可能な全ピーク対ピークの不均一性
は、５〜２５ｐｐｍとなっている。更にこのピーク対ピ
ークの値が十分低くなっていても磁束のばらつきに多く
のシャープなピーク点および谷があって、画質を悪化さ
せることもある。
【００２０】所望の均一性が得られない場合、２つの方
法のうちの一つによって更に全体の不均一性を減少する
ことができる。第１方法では最大磁界値および最小磁界
値を同時に解析して、理論的な鉄製シムの設置または取
り除き方法に達する。次に、３つのすべてのグループに
対するこのような理論的な方法の作用を計算し、全ピー
ク対ピークの均一性の許容可能な範囲に達するのに必要
であれば、この方法を繰り返す。第２方法では測定され
た磁界の形状のグラフを観察し、全体の不均一性を視覚
的に最小するよう、双極子を追加したり除いたりするこ
とを提案できる。このような追加または取り除きの結果
を測定し、その結果生じた不均一性が十分に減少したか
どうかを判断するようにグラフ化することができる。
法のうちの一つによって更に全体の不均一性を減少する
ことができる。第１方法では最大磁界値および最小磁界
値を同時に解析して、理論的な鉄製シムの設置または取
り除き方法に達する。次に、３つのすべてのグループに
対するこのような理論的な方法の作用を計算し、全ピー
ク対ピークの均一性の許容可能な範囲に達するのに必要
であれば、この方法を繰り返す。第２方法では測定され
た磁界の形状のグラフを観察し、全体の不均一性を視覚
的に最小するよう、双極子を追加したり除いたりするこ
とを提案できる。このような追加または取り除きの結果
を測定し、その結果生じた不均一性が十分に減少したか
どうかを判断するようにグラフ化することができる。
【００２１】添付図面を参照しながら下記の説明を読め
ば、本発明の新規な特徴のみならず、発明自体の構造お
よびその作動について最良に理解できよう。図中、同じ
参照符号は同様な部品を表示している。
ば、本発明の新規な特徴のみならず、発明自体の構造お
よびその作動について最良に理解できよう。図中、同じ
参照符号は同様な部品を表示している。
【００２２】
【実施例】まず図１を参照する。ここには、全体が番号
１０で表示された円筒形状のＭＲＩ装置が示されてい
る。このＭＲＩ装置１０は、ボア１２を備えた主磁石１
１を有する。ボア１２は一般にウォーム（warm）ボアと
称され、ＭＲＩ装置１０の中心軸に沿って長手方向に形
成されている。ボア１２内には所定径の球状空間（以
下、ＤＳＶ１４と称す）が設計者またはオペレータによ
って定められる。このＤＳＶ１４は、正しい撮像を行う
のに大強度の均一な磁界を含んでいなければならない。
１０で表示された円筒形状のＭＲＩ装置が示されてい
る。このＭＲＩ装置１０は、ボア１２を備えた主磁石１
１を有する。ボア１２は一般にウォーム（warm）ボアと
称され、ＭＲＩ装置１０の中心軸に沿って長手方向に形
成されている。ボア１２内には所定径の球状空間（以
下、ＤＳＶ１４と称す）が設計者またはオペレータによ
って定められる。このＤＳＶ１４は、正しい撮像を行う
のに大強度の均一な磁界を含んでいなければならない。
【００２３】通常の作動ではボア１２内に患者（図示せ
ず）が収容される。患者は患者の身体の撮像部分とＤＳ
Ｖ１４とが一致するように配置される。次に勾配コイル
およびＲＦソース（図示せず）がパルス駆動される。こ
の結果生じるＲＦ信号に基づき、ＭＲＩシステム１０が
像を発生する。
ず）が収容される。患者は患者の身体の撮像部分とＤＳ
Ｖ１４とが一致するように配置される。次に勾配コイル
およびＲＦソース（図示せず）がパルス駆動される。こ
の結果生じるＲＦ信号に基づき、ＭＲＩシステム１０が
像を発生する。
【００２４】図１に示すように、主磁石１１にはシムが
設けられていないので、ＤＳＶ１４は波形の磁束線１６
によって表示された不均一な磁界を有する。磁界センサ
２０が調節自在なマッピング装置１８によりボア１２内
の種々の位置に選択的に位置決めされるので、この磁界
センサ２０によって均一磁界が測定される。
設けられていないので、ＤＳＶ１４は波形の磁束線１６
によって表示された不均一な磁界を有する。磁界センサ
２０が調節自在なマッピング装置１８によりボア１２内
の種々の位置に選択的に位置決めされるので、この磁界
センサ２０によって均一磁界が測定される。
【００２５】図１には、ＤＳＶ１４の表面上にある複数
の測定点２２も示されている。図示された点は総測定点
の一部となっている。初期の磁界測定中、またはその後
の磁界測定中に、磁界測定値を得るため、ＤＳＶ１４の
表面上の測定点２２に磁気センサ２０が配置され、磁界
測定値はＤＳＶ１４の表面上の磁界の不均一性の数学的
モデルを作るのに使用される。磁界強度の測定に当たり
電磁気学で周知のように、ＤＳＶ１４内部の磁界の不均
一性は一般に表面における不均一性よりも小さいので、
ＤＳＶ１４の表面の磁界測定値だけを取り込めばよい。
従ってＤＳＶ１４の表面における不均一性が所望のレベ
ル内にあれば、ＤＳＶ１４内の不均一性も所望のレベル
内にしなければならない。
の測定点２２も示されている。図示された点は総測定点
の一部となっている。初期の磁界測定中、またはその後
の磁界測定中に、磁界測定値を得るため、ＤＳＶ１４の
表面上の測定点２２に磁気センサ２０が配置され、磁界
測定値はＤＳＶ１４の表面上の磁界の不均一性の数学的
モデルを作るのに使用される。磁界強度の測定に当たり
電磁気学で周知のように、ＤＳＶ１４内部の磁界の不均
一性は一般に表面における不均一性よりも小さいので、
ＤＳＶ１４の表面の磁界測定値だけを取り込めばよい。
従ってＤＳＶ１４の表面における不均一性が所望のレベ
ル内にあれば、ＤＳＶ１４内の不均一性も所望のレベル
内にしなければならない。
【００２６】次に図２を参照すると、この図のＭＲＩ装
置１０は、本発明の方法を完了したときの状態として示
されている。空間の位置はデカルト座標または球面座標
で表示できる。基準のためＭＲＩシステム１０のボア１
２内のＤＳＶ１４の中心は、座標系の中心として定義で
き、Ｚ軸はボア１２の中心軸と同一直線上にある。従っ
てデカルト座標系ではＸ軸およびＹ軸はボア１２の中心
軸に対して垂直な平面を定めている。
置１０は、本発明の方法を完了したときの状態として示
されている。空間の位置はデカルト座標または球面座標
で表示できる。基準のためＭＲＩシステム１０のボア１
２内のＤＳＶ１４の中心は、座標系の中心として定義で
き、Ｚ軸はボア１２の中心軸と同一直線上にある。従っ
てデカルト座標系ではＸ軸およびＹ軸はボア１２の中心
軸に対して垂直な平面を定めている。
【００２７】図２においてＤＳＶ１４は磁石１１の中心
軸にほぼ平行な直線上の磁束線３０によって示された均
一磁界を含み、本発明の方法が完了したことを意味して
いる。ＤＳＶ１４内で均一磁界を得るには、複数の個々
の双極子２４、バー２６およびリング２８がボア１２の
表面に配置されていた。これら双極子、バーおよびリン
グは、一般に所定のＭＲＩ装置で本方法を実行するのに
使用する複数のかかる鉄要素を代表しているにすぎな
い。
軸にほぼ平行な直線上の磁束線３０によって示された均
一磁界を含み、本発明の方法が完了したことを意味して
いる。ＤＳＶ１４内で均一磁界を得るには、複数の個々
の双極子２４、バー２６およびリング２８がボア１２の
表面に配置されていた。これら双極子、バーおよびリン
グは、一般に所定のＭＲＩ装置で本方法を実行するのに
使用する複数のかかる鉄要素を代表しているにすぎな
い。
【００２８】各双極子２４はＤＳＶ１４内の磁界の不均
一性を減少するように、ボア１２の表面に配置されてい
る。双極子２４は表面に沿う所であればどんな領域およ
び回転角位置にも必要に応じて配置できる。双極子２４
の形状により３つの方向すべてに磁界の変化が生じる。
従って双極子２４は数学的モデルの項のモザイク状の双
極子グループの調和係数を主として減少するように使用
されるが、項の他の２つのグループはある程度影響を受
ける。
一性を減少するように、ボア１２の表面に配置されてい
る。双極子２４は表面に沿う所であればどんな領域およ
び回転角位置にも必要に応じて配置できる。双極子２４
の形状により３つの方向すべてに磁界の変化が生じる。
従って双極子２４は数学的モデルの項のモザイク状の双
極子グループの調和係数を主として減少するように使用
されるが、項の他の２つのグループはある程度影響を受
ける。
【００２９】ボア１２の軸に平行なボア１２の表面に、
長手方向に沿って各バー２６が取り付けられている。こ
のバー２６は表面に沿って任意の回転角位置に必要に応
じて配置できる。バー２６の形状により、主にＸおよび
Ｙ方向に磁界の不均一性が減少する。従ってバー２６は
項のモザイク状バーグループの調和係数を減少するのに
使用されるが、ゾーングループもある程度は影響を受け
る。モザイク状双極子グループでは大きな影響は生じな
い。
長手方向に沿って各バー２６が取り付けられている。こ
のバー２６は表面に沿って任意の回転角位置に必要に応
じて配置できる。バー２６の形状により、主にＸおよび
Ｙ方向に磁界の不均一性が減少する。従ってバー２６は
項のモザイク状バーグループの調和係数を減少するのに
使用されるが、ゾーングループもある程度は影響を受け
る。モザイク状双極子グループでは大きな影響は生じな
い。
【００３０】最後にボア１２の軸線に垂直な平面内にあ
るボア１２の表面にリング２８を配置する。リング２８
は表面に沿う任意のゾーン位置に、必要に応じて配置で
きる。リング２８の形状により主にＺ方向に磁界の不均
一性が減少する。従ってリング２８は項のゾーングルー
プの調和係数を減少するのに使用され、他の２つのグル
ープには大きな影響は生じない。
るボア１２の表面にリング２８を配置する。リング２８
は表面に沿う任意のゾーン位置に、必要に応じて配置で
きる。リング２８の形状により主にＺ方向に磁界の不均
一性が減少する。従ってリング２８は項のゾーングルー
プの調和係数を減少するのに使用され、他の２つのグル
ープには大きな影響は生じない。
【００３１】本発明の方法の概略フローチャートを示す
図３に、ＭＲＩ装置１０に受動的にシムを設ける方法が
示されている。この方法は、ステップ３２でＤＳＶ１４
を定義することによりスタートする。ステップ３４でＤ
ＳＶの表面上の初期磁界強度を測定する。これにより段
階１のアイテム４６が完了する。
図３に、ＭＲＩ装置１０に受動的にシムを設ける方法が
示されている。この方法は、ステップ３２でＤＳＶ１４
を定義することによりスタートする。ステップ３４でＤ
ＳＶの表面上の初期磁界強度を測定する。これにより段
階１のアイテム４６が完了する。
【００３２】ステップ３４における初期磁界測定中で得
られた値から調和係数が計算され、ＤＳＶの表面上の磁
界の不均一性を示すための下記の式を有するルジャンド
ル多項式が得られ、ステップ３６でピーク対ピークの全
不均一性が計算される。
られた値から調和係数が計算され、ＤＳＶの表面上の磁
界の不均一性を示すための下記の式を有するルジャンド
ル多項式が得られ、ステップ３６でピーク対ピークの全
不均一性が計算される。
【００３３】
【数３】
【００３４】次にステップ３８で、多項式の項を３つの
グループに分離する。これらグループのことを、モザイ
ク状双極子グループ、モザイク状バーグループおよびゾ
ーングループと称す。これにより、段階２、アイテム４
８が完了する。
グループに分離する。これらグループのことを、モザイ
ク状双極子グループ、モザイク状バーグループおよびゾ
ーングループと称す。これにより、段階２、アイテム４
８が完了する。
【００３５】次にステップ４０で、ボア１２の表面に複
数の双極子２４を選択的に置くことにより、調和項のモ
ザイク状双極子グループで表示されるような、ＤＳＶ１
４内の磁界の不均一性が減少される。双極子２４を上記
のように設置することにより生じる磁界変化を考慮し、
ステップ４２でボア１２の表面に直線状のバー２６を選
択的に置くか、双極子を直線状に配置することにより調
和項のモザイク状バーグループで表示されるような、主
にＸおよびＹ方向に生じるＤＳＶ１４内の磁界の不均一
性が減少される。最後に、双極子２４または直線状のバ
ー２６を上記のように設置する結果生じる磁界変化を考
慮し、高調波の項のゾーングループで表示される、ＤＳ
Ｖ１４内で主にＺ方向に生じる磁界の不均一性が、リン
グ２８をステップ４４でボア１２の表面にリング２８を
選択的に置くか、双極子を円形に配列することにより減
少する。最後に、ステップ４５で、調和項のすべてを一
度に解析するか、または磁界の強度のグラフを目で見て
分析し、かつボア１２の表面に双極子を選択的に置くこ
とにより、磁界全体の不均一性を減少する。これにより
段階３、アイテム５０が完了する。
数の双極子２４を選択的に置くことにより、調和項のモ
ザイク状双極子グループで表示されるような、ＤＳＶ１
４内の磁界の不均一性が減少される。双極子２４を上記
のように設置することにより生じる磁界変化を考慮し、
ステップ４２でボア１２の表面に直線状のバー２６を選
択的に置くか、双極子を直線状に配置することにより調
和項のモザイク状バーグループで表示されるような、主
にＸおよびＹ方向に生じるＤＳＶ１４内の磁界の不均一
性が減少される。最後に、双極子２４または直線状のバ
ー２６を上記のように設置する結果生じる磁界変化を考
慮し、高調波の項のゾーングループで表示される、ＤＳ
Ｖ１４内で主にＺ方向に生じる磁界の不均一性が、リン
グ２８をステップ４４でボア１２の表面にリング２８を
選択的に置くか、双極子を円形に配列することにより減
少する。最後に、ステップ４５で、調和項のすべてを一
度に解析するか、または磁界の強度のグラフを目で見て
分析し、かつボア１２の表面に双極子を選択的に置くこ
とにより、磁界全体の不均一性を減少する。これにより
段階３、アイテム５０が完了する。
【００３６】本方法の第２段階、すなわち図３の括弧４
８では、調和係数は変数Ｘ、ＹおよびＺの項で示される
ルジャンドル多項式の調和代数項の数値係数として定義
されている。これら項は３つのグループ、すなわちモザ
イク状の双極子グループと、モザイク状のバーグループ
と、ゾーングループに別れている。
８では、調和係数は変数Ｘ、ＹおよびＺの項で示される
ルジャンドル多項式の調和代数項の数値係数として定義
されている。これら項は３つのグループ、すなわちモザ
イク状の双極子グループと、モザイク状のバーグループ
と、ゾーングループに別れている。
【００３７】より詳細に説明すれば、調和項のモザイク
状双極子グループｆ（ｘ，ｙ，ｚ）は、式ｚｘ、ｚｙ、
ｚ2 ｘ、ｚ2 ｙ、ｚ3 ｘ、ｚ3 ｙ、ｚ（ｘ2 −ｙ2 ）、
ｚｘｙ、ｚ2 （ｘ2 −ｙ2 ）およびｚ2 ｘｙを含む式で
ある。これをグループ１と称すことができる。調和項ｆ
（ｘ，ｙ）のモザイク状バーグループは、式ｘ、ｙ、ｘ
2 −ｙ2 、ｘｙ、ｘ3 およびｙ3 を含む式である。これ
をグループ２と称すことができる。最後に、調和項ｆ
（ｚ）のゾーングループは、式ｚn （ここでｎは１から
磁界の測定を行ったゾーン平面の数未満の数である）を
含む式である。これをグループ３と称すことができる。
状双極子グループｆ（ｘ，ｙ，ｚ）は、式ｚｘ、ｚｙ、
ｚ2 ｘ、ｚ2 ｙ、ｚ3 ｘ、ｚ3 ｙ、ｚ（ｘ2 −ｙ2 ）、
ｚｘｙ、ｚ2 （ｘ2 −ｙ2 ）およびｚ2 ｘｙを含む式で
ある。これをグループ１と称すことができる。調和項ｆ
（ｘ，ｙ）のモザイク状バーグループは、式ｘ、ｙ、ｘ
2 −ｙ2 、ｘｙ、ｘ3 およびｙ3 を含む式である。これ
をグループ２と称すことができる。最後に、調和項ｆ
（ｚ）のゾーングループは、式ｚn （ここでｎは１から
磁界の測定を行ったゾーン平面の数未満の数である）を
含む式である。これをグループ３と称すことができる。
【００３８】本発明の第３段階すなわち図３の括弧５０
では、調和係数を減少する。調和係数の減少量を計算す
る手段は、通常、コンピュータ手段（図示せず）であ
り、このコンピュータ手段は不均一性に対する所定グル
ープの項の寄与分を解析し、シムの大きさおよびその設
置位置を理論化し、理論的なシムの設置の効果を計算す
るのに、周知のアルゴリズムを計算する。磁界のグラフ
の解析は、均一性全体を視覚的に最小にするようにマニ
ュアルで行うことができる。
では、調和係数を減少する。調和係数の減少量を計算す
る手段は、通常、コンピュータ手段（図示せず）であ
り、このコンピュータ手段は不均一性に対する所定グル
ープの項の寄与分を解析し、シムの大きさおよびその設
置位置を理論化し、理論的なシムの設置の効果を計算す
るのに、周知のアルゴリズムを計算する。磁界のグラフ
の解析は、均一性全体を視覚的に最小にするようにマニ
ュアルで行うことができる。
【００３９】次のチャートは、次の表は、５０ｃｍのＤ
ＳＶに対し１. ５テスラの磁石をシムとして設けた場合
の１２のゾーン平面をプロットした場合解析された項
の、別の異なるグループをリストアップしたものであ
る。均一性をより高くしたい場合は、より高次の項を解
析することができる。
ＳＶに対し１. ５テスラの磁石をシムとして設けた場合
の１２のゾーン平面をプロットした場合解析された項
の、別の異なるグループをリストアップしたものであ
る。均一性をより高くしたい場合は、より高次の項を解
析することができる。
【００４０】
【表１】
【００４１】表１に示すように、調和項は３つの列に分
けられる。左の列はモザイク状双極子調和項を示し、中
間の列はモザイク状バーの調和項を示し、右の列はゾー
ン調和項を示す。各項の隣には最適化工程の前に計算し
た初期係数（ＩＣ）と、すべてのグループを最適化した
後に計算した最終係数（ＦＣ）と、項が存在しているグ
ループの最適化中にこれら項に割り当てられる重み付け
ファクター（ＷＦ）がリストされている。最適化されて
いない他の２つのグループの各項には、選択されたグル
ープの最適化中に比較的小さくなったり、または０とも
なる、別の重み付けファクターを割り当てすることがで
きる。この表にはかかる別の重み付けファクターは示さ
れていない。このような最適化中にピーク対ピークの全
体の不均一性は、２０６. ３３ｐｐｍから１３. ９４ｐ
ｐｍに減少した。
けられる。左の列はモザイク状双極子調和項を示し、中
間の列はモザイク状バーの調和項を示し、右の列はゾー
ン調和項を示す。各項の隣には最適化工程の前に計算し
た初期係数（ＩＣ）と、すべてのグループを最適化した
後に計算した最終係数（ＦＣ）と、項が存在しているグ
ループの最適化中にこれら項に割り当てられる重み付け
ファクター（ＷＦ）がリストされている。最適化されて
いない他の２つのグループの各項には、選択されたグル
ープの最適化中に比較的小さくなったり、または０とも
なる、別の重み付けファクターを割り当てすることがで
きる。この表にはかかる別の重み付けファクターは示さ
れていない。このような最適化中にピーク対ピークの全
体の不均一性は、２０６. ３３ｐｐｍから１３. ９４ｐ
ｐｍに減少した。
【００４２】本発明の一実施例では、調和係数は左の列
から右の列までの順に減少する。調和係数のモザイク状
双極子グループが一旦減少すると、その後の調和係数の
うちのモザイク状バーグループおよびゾーングループの
減少は、先に達成されたモザイク状双極子調和係数の値
に最小の作用しかしない。言い換えれば、調和係数のう
ちのモザイク状バーグループおよびゾーングループの減
少は、調和係数のモザイク双極子グループに対して行わ
れる減少を悪化させるものではない。更に調和係数のう
ちのモザイク状バーグループが一旦減少すると、調和係
数のうちの既に減少したモザイク状双極子およびモザイ
ク状バーグループの値に最小の影響しか与えない。この
ような影響は、調和項の分離から直接生じるものであ
る。
から右の列までの順に減少する。調和係数のモザイク状
双極子グループが一旦減少すると、その後の調和係数の
うちのモザイク状バーグループおよびゾーングループの
減少は、先に達成されたモザイク状双極子調和係数の値
に最小の作用しかしない。言い換えれば、調和係数のう
ちのモザイク状バーグループおよびゾーングループの減
少は、調和係数のモザイク双極子グループに対して行わ
れる減少を悪化させるものではない。更に調和係数のう
ちのモザイク状バーグループが一旦減少すると、調和係
数のうちの既に減少したモザイク状双極子およびモザイ
ク状バーグループの値に最小の影響しか与えない。この
ような影響は、調和項の分離から直接生じるものであ
る。
【００４３】図４には、ＤＳＶ１４内の磁界の不均一性
を低減するための方法の特定の工程が示されており、こ
れら図では、本発明の方法の第３フェーズが示されてい
る。この第３段階では、調和係数の３つのグループを段
階的に減少させる。グループ１および２の係数を別々に
減少するか、または同時に減少するかは任意である。一
般に、モザイク状双極子グループを減少させる工程は、
括弧９２で表示されており、モザイク状バーグループの
減少を示す工程は、括弧９３で表示されており、調和係
数のゾーングループを減少する工程は、括弧９４で表示
されており、最後にピーク対ピーク時の不均一性を全体
に減少するための工程は括弧９５で示されている。
を低減するための方法の特定の工程が示されており、こ
れら図では、本発明の方法の第３フェーズが示されてい
る。この第３段階では、調和係数の３つのグループを段
階的に減少させる。グループ１および２の係数を別々に
減少するか、または同時に減少するかは任意である。一
般に、モザイク状双極子グループを減少させる工程は、
括弧９２で表示されており、モザイク状バーグループの
減少を示す工程は、括弧９３で表示されており、調和係
数のゾーングループを減少する工程は、括弧９４で表示
されており、最後にピーク対ピーク時の不均一性を全体
に減少するための工程は括弧９５で示されている。
【００４４】調和係数のモザイク状双極子グループを減
少する際に上記計算を行うと、その結果、双極子２４に
対する位置および寸法が示唆される（ステップ５４）。
上記のように、これらの計算を行う技術は、当分野では
周知である。示唆された位置に置かれた双極子２４は不
均一性を減少するためのものであり、これら結果を使う
ことにより、ボア１２の表面の示唆された位置に双極子
２４を置く（ステップ５６）。グループ１と２を同時に
減少するかの判断を行う（ステップ５７）。判断がＮＯ
であればステップ５８に進み、判断がＹＥＳであればス
テップ６４に進む。ステップ５８において、双極子２４
を置くことによって変わった磁界強度を測定する。新し
い磁界強度の測定値から、３つのすべてのグループに対
し調和係数の新しい組を計算する（ステップ６０）。ス
テップ６２において、調和係数のモザイク状双極子グル
ープのための新しい値を、所定の限度と比較すると、望
ましいピーク対ピークの不均一性のレンジが得られる。
仮に調和係数のモザイク状双極子グループの値がこのレ
ンジに入る場合、本方法の作動はステップ６４で続くこ
とになる。しかしながら調和係数のモザイク状双極子グ
ループの新しい値が所定のレンジ内に入らない場合、ス
テップ５４〜６２を繰り返す。有効なことに、ステップ
５４〜６２は、調和係数のモザイク状双極子グループを
別個に少なくするための方法を示している。
少する際に上記計算を行うと、その結果、双極子２４に
対する位置および寸法が示唆される（ステップ５４）。
上記のように、これらの計算を行う技術は、当分野では
周知である。示唆された位置に置かれた双極子２４は不
均一性を減少するためのものであり、これら結果を使う
ことにより、ボア１２の表面の示唆された位置に双極子
２４を置く（ステップ５６）。グループ１と２を同時に
減少するかの判断を行う（ステップ５７）。判断がＮＯ
であればステップ５８に進み、判断がＹＥＳであればス
テップ６４に進む。ステップ５８において、双極子２４
を置くことによって変わった磁界強度を測定する。新し
い磁界強度の測定値から、３つのすべてのグループに対
し調和係数の新しい組を計算する（ステップ６０）。ス
テップ６２において、調和係数のモザイク状双極子グル
ープのための新しい値を、所定の限度と比較すると、望
ましいピーク対ピークの不均一性のレンジが得られる。
仮に調和係数のモザイク状双極子グループの値がこのレ
ンジに入る場合、本方法の作動はステップ６４で続くこ
とになる。しかしながら調和係数のモザイク状双極子グ
ループの新しい値が所定のレンジ内に入らない場合、ス
テップ５４〜６２を繰り返す。有効なことに、ステップ
５４〜６２は、調和係数のモザイク状双極子グループを
別個に少なくするための方法を示している。
【００４５】次にステップ６４を参照する。ここでグル
ープ２の項を分析し、バー２６の位置および大きさを計
算する。この計算を行うアルゴリズムは、ボア１２に加
えられる双極子バー２６が主にＸ方向およびＹ方向に、
磁界の均一性を減少する作用をなすように設計されてい
る。かかる結果は、調和係数のモザイク状バーグループ
に対する減少した値として表される。ステップ６６で、
ボア１２にバー２６の提案された配列が加えられる。次
に、ステップ６８で、磁界強度を再測定し、バー２６の
取り付けにより変わったような３つのグループすべてに
対する新しい調和係数を計算する（ステップ７０）。次
にステップ７２でモザイク状バーグループおよびモザイ
ク状双極子グループにおける係数の値を評価し、これら
の値が満足できるものであればステップ７６へ進み、満
足できないものであればステップ６２へ戻る。グループ
１と２とを同時に減少する場合、グループ１の係数の許
容度に応じて、ステップ６２へ復帰する際のグループ１
の係数の評価により、ステップ５４に復帰してもよい
し、ステップ６２に復帰してもよいことに留意すべきで
ある。他方、まずグループ１を別個に減少し、その後グ
ループ２を減少する場合、グループ１の係数は使用条件
内にあるはずであるので、ステップ６２に復帰する際の
グループ１の係数の評価により、ステップ６４へ復帰し
なければならない。
ープ２の項を分析し、バー２６の位置および大きさを計
算する。この計算を行うアルゴリズムは、ボア１２に加
えられる双極子バー２６が主にＸ方向およびＹ方向に、
磁界の均一性を減少する作用をなすように設計されてい
る。かかる結果は、調和係数のモザイク状バーグループ
に対する減少した値として表される。ステップ６６で、
ボア１２にバー２６の提案された配列が加えられる。次
に、ステップ６８で、磁界強度を再測定し、バー２６の
取り付けにより変わったような３つのグループすべてに
対する新しい調和係数を計算する（ステップ７０）。次
にステップ７２でモザイク状バーグループおよびモザイ
ク状双極子グループにおける係数の値を評価し、これら
の値が満足できるものであればステップ７６へ進み、満
足できないものであればステップ６２へ戻る。グループ
１と２とを同時に減少する場合、グループ１の係数の許
容度に応じて、ステップ６２へ復帰する際のグループ１
の係数の評価により、ステップ５４に復帰してもよい
し、ステップ６２に復帰してもよいことに留意すべきで
ある。他方、まずグループ１を別個に減少し、その後グ
ループ２を減少する場合、グループ１の係数は使用条件
内にあるはずであるので、ステップ６２に復帰する際の
グループ１の係数の評価により、ステップ６４へ復帰し
なければならない。
【００４６】ステップ７２における判断がＹＥＳである
と仮定すると、グループ３の項を解析し、ステップ７６
で必要なリング２８の位置および大きさを計算する。こ
の計算を行うアルゴリズムは、ボアに加えられるリング
２８が主にＺ方向に磁界の不均一性を減少する作用を
し、先に減少した不均一性に対する作用を、ＸまたはＹ
方向に最小とするように設計されている。Ｚ方向への不
均一性の減少は、調和係数のゾーングループに対する減
少した値として表される。ステップ７８で、リング２８
をボア１２に取り付ける。次にステップ８０で、磁界強
度を再測定し、ステップ８２で３つのすべてのグループ
に対しリング２８の取り付けにより変わった新しい調和
係数を計算する。ここで、ステップ６０、７０、８２お
よび１００で新しい係数が計算される度に、新しい全ピ
ーク対ピーク時の不均一性も計算する。次にステップ８
４で、ゾーングループの係数の新しい値を評価する。新
しい値が満足できないものであれば、ステップ７６へ復
帰し、満足できるものであれば、ステップ８６に進む。
と仮定すると、グループ３の項を解析し、ステップ７６
で必要なリング２８の位置および大きさを計算する。こ
の計算を行うアルゴリズムは、ボアに加えられるリング
２８が主にＺ方向に磁界の不均一性を減少する作用を
し、先に減少した不均一性に対する作用を、ＸまたはＹ
方向に最小とするように設計されている。Ｚ方向への不
均一性の減少は、調和係数のゾーングループに対する減
少した値として表される。ステップ７８で、リング２８
をボア１２に取り付ける。次にステップ８０で、磁界強
度を再測定し、ステップ８２で３つのすべてのグループ
に対しリング２８の取り付けにより変わった新しい調和
係数を計算する。ここで、ステップ６０、７０、８２お
よび１００で新しい係数が計算される度に、新しい全ピ
ーク対ピーク時の不均一性も計算する。次にステップ８
４で、ゾーングループの係数の新しい値を評価する。新
しい値が満足できないものであれば、ステップ７６へ復
帰し、満足できるものであれば、ステップ８６に進む。
【００４７】ステップ８６で、磁界のその他の特性、例
えば多数の鋭いピークおよび谷の存在と共に、全ピーク
対ピーク時の均一性を評価し、更に最適化することが必
要であるかどうかを判断する。これら特性が満足できる
ものであれば、ステップ１０２で本方法を完了する。こ
れら特性のうちの一つ以上が満足できないものであれ
ば、ステップ８８で調和係数のすべてを同時に解析する
か、または磁界強度のグラフを見ることにより２つの可
能な補正措置のうちの一方を開始する。次にステップ９
０で、付加的、すなわち変えた双極子の位置および大き
さを計算し、ステップ９６で双極子を所定の位置に置い
たり、再配置したり、または除いたりするか、双極子の
大きさを増減する。ステップ９８で磁界強度を再測定し
た後、ステップ１００で新しい調和係数および新しい全
ピーク対ピーク時の不均一性を計算する。次にステップ
８６で上記磁界の特性を再評価し、別の繰り返しを実行
するか、または本方法を完了する。
えば多数の鋭いピークおよび谷の存在と共に、全ピーク
対ピーク時の均一性を評価し、更に最適化することが必
要であるかどうかを判断する。これら特性が満足できる
ものであれば、ステップ１０２で本方法を完了する。こ
れら特性のうちの一つ以上が満足できないものであれ
ば、ステップ８８で調和係数のすべてを同時に解析する
か、または磁界強度のグラフを見ることにより２つの可
能な補正措置のうちの一方を開始する。次にステップ９
０で、付加的、すなわち変えた双極子の位置および大き
さを計算し、ステップ９６で双極子を所定の位置に置い
たり、再配置したり、または除いたりするか、双極子の
大きさを増減する。ステップ９８で磁界強度を再測定し
た後、ステップ１００で新しい調和係数および新しい全
ピーク対ピーク時の不均一性を計算する。次にステップ
８６で上記磁界の特性を再評価し、別の繰り返しを実行
するか、または本方法を完了する。
【００４８】本明細書に詳細に開示した、図示したＭＲ
Ｉ装置に受動的にシムを設けるための特定の方法は、上
記目的を完全に達成し、かつ利点を得ることができる
が、本発明の好ましい実施例は単なる説明のためのもの
であり、特許請求の範囲に記載以外の構造または設計の
細部を限定するものではないと解すべきである。
Ｉ装置に受動的にシムを設けるための特定の方法は、上
記目的を完全に達成し、かつ利点を得ることができる
が、本発明の好ましい実施例は単なる説明のためのもの
であり、特許請求の範囲に記載以外の構造または設計の
細部を限定するものではないと解すべきである。
【図１】初期磁界データを測定中の不均一ＤＳＶを示す
ＭＲＩ装置の切り欠き斜視図である。
ＭＲＩ装置の切り欠き斜視図である。
【図２】ボア内に個々の双極子、バーおよびリングが設
置された状態の、本発明の方法を実施した後の、均一な
ＤＳＶを示すＭＲＩ装置の切り欠き斜視図である。
置された状態の、本発明の方法を実施した後の、均一な
ＤＳＶを示すＭＲＩ装置の切り欠き斜視図である。
【図３】本発明の方法の略図である。
【図４】本発明の方法の段階３の工程の詳細図である。
１０ ＭＲＩ装置 １１ 主磁石 １２ ボア １４ ＤＳＶ ２０ 磁気センサ ２４ 双極子 ２６ バー ２８ リング
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジャング − ユ ス アメリカ合衆国カリフォルニア州ソラナ ビーチ，サンタ カリナ 520
Claims (15)
- 【請求項１】円筒形表面によって構成された中心ボアの
内部の所定の径の球状空間（ＤＳＶ）内の磁界の不均一
性を減少するように、前記ボアを有する中心円筒形磁石
に受動的にシムを設けるための方法であって、 前記ＤＳＶ内の複数の所定の点において前記磁界を測定
する工程と、 前記磁界の測定値に従って前記磁界内で検出された不均
一性をモデル化するように、各々の項が係数を有する複
数の調和項を有する多項式を発生する工程と、 前記磁界における前記不均一性を所望通り減少させるよ
うな結果を生じる目標値を、前記各係数に対して選択す
る工程と、 各グループに対して一義的に定められた方向だけの前記
磁界の変化を、各グループが示すような複数のグループ
となるように前記複数の調和項を分離する工程と、 前記不均一性に対する項のうちの前記各グループの寄与
分を決定するよう、前記調和項のうちの前記各グループ
を別々に解析する工程と、 各々が所定グループにおける前記調和項を最小にするよ
う、前記各グループに対してシムアレイを設計する工程
とを備えた、中空円筒磁石に受動的にシムを設けるため
の方法。 - 【請求項２】第１グループを別個に解析した後であっ
て、かつ別のグループを解析する前に前記第１グループ
に対して設計されたシムアレイを、前記ボアの前記表面
に配置する工程と、 前記磁界を再測定する工程と、 前記各調和項に対する前記係数を再計算する工程と、 前記第１グループの前記再計算された各係数と、それぞ
れの目標値とを比較する工程と、 前記第２グループに対する前記シムアレイを設計する前
に前記第１グループの前記係数がそれぞれの目標値に達
するまでに、前記シムアレイを設計する工程、前記シム
アレイを配置する工程、前記磁界を再測定する工程およ
び前記係数を再計算する工程を繰り返す工程を更に含
む、請求項１記載の方法。 - 【請求項３】前記調和項の前記第１グループは、３方向
への磁界の不均一性を表示し、 前記調和項の前記第２グループは、径方向および回転角
方向のみの磁界の不均一性を表示し、 前記調和項の前記第３グループは、軸方向のみの磁界の
不均一性を表示する、請求項２記載の方法。 - 【請求項４】項の前記第１グループに対して設計された
前記シムアレイは、少なくとも一つの双極子を含み、 項の前記第２グループに対して設計された前記シムアレ
イは、少なくとも１つのバーを含み、 項の前記第３グループに対して設計された前記シムアレ
イは、少なくとも１つのリングを含む、請求項３記載の
方法。 - 【請求項５】前記バーは、前記表面に直線状にバーの形
態で配置され、前記ボアの軸にほぼ平行に配置された複
数の双極子から成る、請求項４記載の方法。 - 【請求項６】前記リングは、前記ボアの軸に垂直な平面
において前記表面上の円に配置された複数の双極子から
成る、請求項４記載の方法。 - 【請求項７】前記ＤＳＶは円筒形表面を有し、 前記磁界を測定するための前記所定の点は、前記ＤＳＶ
の前記球面上にある、請求項１記載の方法。 - 【請求項８】前記シムアレイは鉄から構成されている、
請求項１記載の方法。 - 【請求項９】第１グループおよび第２グループを別個に
解析した後であって、かつ別のグループを解析する前に
前記第１グループおよび前記第２グループに対して設計
されたシムアレイを、前記ボアの前記表面に配置する工
程と、 前記磁界を再測定する工程と、 前記各調和項に対する前記係数を再計算する工程と、 前記第１グループおよび前記第２グループの前記再計算
された各係数と、それぞれの目標値とを比較する工程
と、 前記別のグループに対する前記シムアレイを設計する前
に前記第１および第２グループの前記係数がそれぞれの
目標値に達するまでに、前記シムアレイを設計する工
程、前記シムアレイを配置する工程、前記磁界を再測定
する工程および前記係数を再計算する工程を繰り返す工
程を更に含む、請求項１記載の方法。 - 【請求項１０】円筒形表面によって構成された中心ボア
の内部の所定の径の球状空間（ＤＳＶ）内の磁界の不均
一性を減少するように、前記ボアを有する中心円筒形磁
石に受動的にシムを設けるための方法であって、 前記ＤＳＶ内の複数の所定の点において、前記磁界を測
定する工程と、 前記磁界の測定値に従って前記磁界をモデル化するよう
に、下記のフォーム 【数１】 を有する調和式を発生する工程と、 前記磁界における前記不均一性を所望通り減少させるよ
うな結果を生じさせるように選択された最大の可能な値
を、前記式の複数の調和項の各々の係数に対して選択す
る工程と、 前記各グループに対して一義的に定められた方向だけの
前記磁界の変化を、各グループが示すような３つのグル
ープとなるように前記複数の調和項を分離する工程と、 ３つの方向への不均一性を表示する前記第１グループ
の、前記不均一性に対する寄与分を決定するよう、前記
調和項のうちの前記第１グループを別々に解析する工程
と、 前記第１グループにおける前記調和項を最小にするよ
う、双極子アレイを設計する工程と、 前記ボアの前記表面に前記双極子アレイを配置する工程
と、 前記磁界を再測定する工程と、 ３つのすべてのグループの前記複数の調和項の前記係数
を再計算する工程と、 調和項の前記第１グループの前記係数がそれぞれの最大
可能値に減少したかどうかを評価する工程とを備えた、
中空円筒形磁石に受動的にシムを設けるための方法。 - 【請求項１１】前記第１グループの項の前記係数が、そ
れぞれの最大可能値に減少するまで、双極子アレイを設
計する工程、前記双極子アレイを配置する工程、前記磁
界を再測定する工程、前記係数を再計算する工程、およ
び調和項の前記第１グループを評価する工程を繰り返す
工程を更に含む、請求項１０記載の方法。 - 【請求項１２】回転角および径方向のみへの不均一性を
表示する前記第２グループの、前記不均一性に対する寄
与分を決定するよう、前記調和項のうちの前記第２グル
ープを別々に解析する工程と、 前記第２グループにおける前記調和項を最小にするよ
う、バーアレイを設計する工程と、 前記ボアの前記表面に前記バーアレイを配置する工程
と、 前記磁界を再測定する工程と、 ３つのすべてのグループの前記複数の調和項の前記係数
を再計算する工程と、 調和項の前記第２グループの前記係数がそれぞれの最大
可能値に減少したかどうかを評価する工程とを備えた、
請求項１０記載の方法。 - 【請求項１３】前記第２グループの項の前記係数が、そ
れぞれの最大可能値に減少するまで、バーアレイを設計
する工程、前記バーアレイを配置する工程、前記磁界を
再測定する工程、前記係数を再計算する工程、および調
和項の前記第２グループを評価する工程を繰り返す工程
を更に含む、請求項１２記載の方法。 - 【請求項１４】軸方向のみへの不均一性を表示する前記
第３グループの、前記不均一性に対する寄与分を決定す
るよう、前記調和項のうちの前記第３グループを別々に
解析する工程と、 前記第３グループにおける前記調和項を最小にするよ
う、リングアレイを設計する工程と、 前記ボアの前記表面に前記リングアレイを配置する工程
と、 前記磁界を再測定する工程と、 ３つのすべてのグループの前記複数の調和項の前記係数
を再計算する工程と、 調和項の前記第３グループの前記係数がそれぞれの最大
可能値に減少したかどうかを評価する工程とを備えた、
請求項１２記載の方法。 - 【請求項１５】前記第３グループの項の前記係数が、そ
れぞれの最大可能値に減少するまで、リングアレイを設
計する工程、前記リングアレイを配置する工程、前記磁
界を再測定する工程、前記係数を再計算する工程、およ
び調和項の前記第３グループを評価する工程を繰り返す
工程を更に含む、請求項１４記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US237256 | 1994-05-02 | ||
| US08/237,256 US5418462A (en) | 1994-05-02 | 1994-05-02 | Method for determining shim placement on tubular magnet |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07299049A true JPH07299049A (ja) | 1995-11-14 |
| JP2781529B2 JP2781529B2 (ja) | 1998-07-30 |
Family
ID=22892964
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7043203A Expired - Fee Related JP2781529B2 (ja) | 1994-05-02 | 1995-03-02 | 中空円筒形磁石に受動的にシムを設けるための方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5418462A (ja) |
| JP (1) | JP2781529B2 (ja) |
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| JP2781529B2 (ja) | 1998-07-30 |
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