JPWO2012086644A1 - Static magnetic field coil apparatus, nuclear magnetic resonance imaging apparatus, and coil arrangement method for static magnetic field coil apparatus - Google Patents

Static magnetic field coil apparatus, nuclear magnetic resonance imaging apparatus, and coil arrangement method for static magnetic field coil apparatus Download PDF

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Abstract

コストの増大を避けながら静磁場の均一度のよい静磁場コイル装置およびこの静磁場コイル装置を用いた核磁気共鳴撮像装置(MRI装置)を提供する。所定の領域(8)内に静磁場を発生させる同軸上に配置された複数のコイル(2a)を備える静磁場コイル装置(2)であって、前記複数のコイル(2a)は、該コイル(2a)の中心軸(10)と垂直な面を対称面(11)として、面対称に前記コイル(2a)が配置され、前記対称面(11)より遠い位置に存在するコイル(12a)ほど、軸方向に長く、かつ、半径方向に幅の広い。Provided are a static magnetic field coil device having a good static magnetic field uniformity while avoiding an increase in cost, and a nuclear magnetic resonance imaging apparatus (MRI apparatus) using the static magnetic field coil device. A static magnetic field coil device (2) comprising a plurality of coaxially arranged coils (2a) for generating a static magnetic field in a predetermined region (8), wherein the plurality of coils (2a) The coil (2a) is arranged in plane symmetry with a plane perpendicular to the central axis (10) of 2a) as the symmetry plane (11), and the coil (12a) located farther from the symmetry plane (11) Long in the axial direction and wide in the radial direction.

Description

本発明は、静磁場を発生させる静磁場コイル装置、この静磁場コイル装置を用いた核磁気共鳴撮像装置(以下、MRI(Magnetic Resonance Imaging)装置と称する)および静磁場コイル装置のコイル配置方法に関する。   The present invention relates to a static magnetic field coil device that generates a static magnetic field, a nuclear magnetic resonance imaging device (hereinafter referred to as an MRI (Magnetic Resonance Imaging) device) using the static magnetic field coil device, and a coil arrangement method for the static magnetic field coil device. .

MRI装置は、均一な静磁場中に置かれた被検体に高周波パルスを照射したときに生じる核磁気共鳴現象を利用して、被検体の物理的、化学的性質を表す断面画像を得る装置であり、特に、医療用として用いられている。MRI装置は、主に、被検体が挿入される撮像領域に均一な静磁場を生成する静磁場コイル装置と、撮像領域に位置情報を付与するために空間的に磁場強度が傾斜勾配した傾斜磁場をパルス状に発生させる傾斜磁場コイルと、被検体に高周波パルスを照射するRF(Radio Frequency)コイルと、被検体からの磁気共鳴信号を受信する受信コイルと、受信した磁気共鳴信号を処理して前記断面画像を表示するコンピュータシステムとを有している。   An MRI apparatus is a device that obtains a cross-sectional image representing the physical and chemical properties of a subject by utilizing a nuclear magnetic resonance phenomenon that occurs when a subject placed in a uniform static magnetic field is irradiated with a high-frequency pulse. In particular, it is used for medical purposes. The MRI apparatus mainly includes a static magnetic field coil device that generates a uniform static magnetic field in an imaging region into which a subject is inserted, and a gradient magnetic field in which the magnetic field strength is spatially inclined to give position information to the imaging region. A gradient magnetic field coil for generating a pulse, an RF (Radio Frequency) coil for irradiating a subject with a high frequency pulse, a receiving coil for receiving a magnetic resonance signal from the subject, and processing the received magnetic resonance signal A computer system for displaying the cross-sectional image.

撮像領域(例えば、半径15〜30cm程度の球体、もしくはそれに近い大きさの回転楕円体の領域)に静磁場コイル装置が生成する均一な静磁場は、強力な磁場(例えば、0.1から数テスラ以上)であることが要求され、かつ、非常に一様性の高い均一な磁場(例えば、磁場の偏差が3ppm程度以内)であることが要求される。   The uniform static magnetic field generated by the static magnetic field coil device in the imaging region (for example, a sphere having a radius of about 15 to 30 cm or a spheroid having a size close to that) is a strong magnetic field (for example, 0.1 to several). Tesla or higher) and a very uniform magnetic field (for example, the deviation of the magnetic field is within about 3 ppm).

また、静磁場コイル装置が生成する磁場は、撮像領域のみに形成することができず、静磁場コイル装置の周囲にも磁場が漏れる。この漏れ磁場は、MRI装置の撮像のためには不要なものであるので、漏れ磁場の低減が試みられている。例えば、撮像領域に均一な静磁場を生成する主コイル群と、周囲への漏れ磁場を打ち消す磁場を発生させるシールドコイル群とを備えた能動的磁気遮断方式の磁石装置が提案されている(例えば、特許文献1)。   In addition, the magnetic field generated by the static magnetic field coil device cannot be formed only in the imaging region, and the magnetic field leaks around the static magnetic field coil device. Since this leakage magnetic field is unnecessary for imaging by the MRI apparatus, attempts have been made to reduce the leakage magnetic field. For example, there has been proposed an active magnetic shielding type magnet device including a main coil group that generates a uniform static magnetic field in an imaging region and a shield coil group that generates a magnetic field that cancels a leakage magnetic field to the surroundings (for example, Patent Document 1).

また、均一な静磁場を発生させる装置として、特許文献2には、小超電導コイル(主コイル)のコイル巻数を外側ほど大きくなるように、該小超電導コイルを7ないし9個設置したことを特徴とするMRI用超電導マグネットアセンブリが開示されている。なお、特許文献2では、磁場の表現にn次のルジャンドル関数を用いて、均一磁場を確保するように小超電導コイルの位置を規定している。   Moreover, as a device for generating a uniform static magnetic field, Patent Document 2 is characterized in that 7 to 9 small superconducting coils are installed so that the number of turns of the small superconducting coil (main coil) increases toward the outside. A superconducting magnet assembly for MRI is disclosed. In Patent Document 2, the position of the small superconducting coil is defined so as to ensure a uniform magnetic field by using an nth-order Legendre function for expressing the magnetic field.

また、発生した静磁場を調整する装置として、特許文献3には、円筒状の超電導マグネットの内周軸方向に磁性体シム機構を配置した超電導マグネットの磁場調整装置において、前記磁性体シム機構は、軸方向に分割された複数の分割シムトレイとこれらのシムトレイ間に挿入されたシムトレイスペーサとを直線状に結合した組合せシムトレイを備え、前記分割シムトレイに磁場調整用の磁性体シムを収納したことを特徴とする超電導マグネットの磁場調整装置が開示されている。   In addition, as a device for adjusting the generated static magnetic field, Patent Document 3 discloses a magnetic field adjustment device for a superconducting magnet in which a magnetic material shim mechanism is arranged in the inner peripheral axis direction of a cylindrical superconducting magnet. A combination shim tray in which a plurality of divided shim trays divided in the axial direction and shim tray spacers inserted between the shim trays are linearly coupled, and a magnetic shim for magnetic field adjustment is stored in the divided shim tray A magnetic field adjustment device for a superconducting magnet is disclosed.

特開2009− 397号公報JP 2009-397 特開平05 −190323号公報Japanese Patent Laid-Open No. 05-190323 特開2008−289703号公報JP 2008-289703 A

静磁場コイル装置には、コイル(主コイル,シールドコイル)の数を増やすことなく、また、コイルそれぞれの起磁力をできるだけ小さくして、かつ、周囲への漏れ磁場を低減しながら、MRI装置に実装した際に撮像性能の良い能動的磁気遮断方式の起磁力配置(コイル配置)が求められている。   In the static magnetic field coil apparatus, the number of coils (main coil, shield coil) is not increased, the magnetomotive force of each coil is made as small as possible, and the leakage magnetic field to the surroundings is reduced while the MRI apparatus is used. There is a demand for magnetomotive force arrangement (coil arrangement) of an active magnetic block system with good imaging performance when mounted.

しかしながら、特許文献2に開示された方法では、小超電導コイル(主コイル)の位置や形状の決定について、収束性が十分ではない。また、小超電導コイルの断面形状については言及されていない。なお、7個以上の小超電導コイルを用いて静磁場の均一度を確保しているが、小超電導コイルの数が少ないほどコスト面で優位となり、装置の小型化が可能となる。
また、特許文献3に開示された方法では、軸方向に必要な位置分解能(コイルでは断面形状に相当)について十分な議論がされていない。
However, the method disclosed in Patent Document 2 does not have sufficient convergence in determining the position and shape of the small superconducting coil (main coil). Moreover, the cross-sectional shape of the small superconducting coil is not mentioned. In addition, although the uniformity of the static magnetic field is ensured using seven or more small superconducting coils, the smaller the number of small superconducting coils, the more advantageous in terms of cost and the miniaturization of the apparatus becomes possible.
In addition, in the method disclosed in Patent Document 3, sufficient discussion has not been made on the positional resolution (corresponding to the cross-sectional shape of the coil) required in the axial direction.

そこで、本発明は、コストの増大を避けながら静磁場の均一度のよい静磁場コイル装置、この静磁場コイル装置を用いた核磁気共鳴撮像装置(MRI装置)および静磁場コイル装置のコイル配置方法を提供することを課題とする。   Accordingly, the present invention provides a static magnetic field coil apparatus with good static magnetic field uniformity while avoiding an increase in cost, a nuclear magnetic resonance imaging apparatus (MRI apparatus) using the static magnetic field coil apparatus, and a coil arrangement method for the static magnetic field coil apparatus It is an issue to provide.

このような課題を解決するために、請求項1に係る発明は、所定の領域内に静磁場を発生させる同軸上に配置された複数のコイルを備える静磁場コイル装置であって、前記複数のコイルは、該コイルの中心軸と垂直な面を対称面として、面対称に前記コイルが配置され、前記対称面より遠い位置に存在するコイルほど、軸方向に長く、かつ、半径方向に幅の広いことを特徴とする。   In order to solve such a problem, the invention according to claim 1 is a static magnetic field coil device including a plurality of coils arranged coaxially to generate a static magnetic field in a predetermined region, The coil is arranged symmetrically with a plane perpendicular to the central axis of the coil as a plane of symmetry, and the coil located farther from the plane of symmetry is longer in the axial direction and wider in the radial direction. It is wide.

本発明によればコストの増大を避けながら静磁場の均一度のよい静磁場コイル装置、この静磁場コイル装置を用いた核磁気共鳴撮像装置(MRI装置)および静磁場コイル装置のコイル配置方法を提供することができる。   According to the present invention, there are provided a static magnetic field coil device with good uniformity of a static magnetic field while avoiding an increase in cost, a nuclear magnetic resonance imaging device (MRI device) using the static magnetic field coil device, and a coil arrangement method of the static magnetic field coil device. Can be provided.

本実施形態に係る核磁気共鳴撮像(MRI)装置の外観斜視図である。1 is an external perspective view of a nuclear magnetic resonance imaging (MRI) apparatus according to the present embodiment. 本実施形態に係るMRI装置を、中心対象軸(z軸)を含むy−z平面で切断した断面図である。It is sectional drawing which cut | disconnected the MRI apparatus which concerns on this embodiment by the yz plane containing a center object axis | shaft (z axis). 静磁場コイル装置の主コイルおよびシールドコイルの配置を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows arrangement | positioning of the main coil and shield coil of a static magnetic field coil apparatus. 7個の固有モードを用いて磁場分布を求めた例である。In this example, the magnetic field distribution is obtained using seven eigenmodes. 用いた固有モードの個数ごとに、コイル群全軸長と撮像領域内の均一度との関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship between the coil group total axial length and the uniformity in an imaging region for every number of used eigenmodes. 主コイルの配置および断面形状の決定方法を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the arrangement | positioning of a main coil, and the determination method of cross-sectional shape. 主コイルの配置の調整を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining adjustment of arrangement | positioning of the main coil. 本手法により決定した主コイルの配置および形状を示す図である。It is a figure which shows arrangement | positioning and shape of the main coil determined by this method. あらかじめ与えたコイル群全軸長に対して、均一磁場を発生できる起磁力配置を求めた結果である。It is the result of having calculated | required the magnetomotive force arrangement | positioning which can generate | occur | produce a uniform magnetic field with respect to the coil group whole axial length given beforehand. コイル群全軸長に対する各数値を示した表である。It is the table | surface which showed each numerical value with respect to coil group total axial length. 起磁力相対値および導体量相対値をコイル群全軸長/内径(コイル内半径)の関数としプロットしたグラフである。It is the graph which plotted the magnetomotive force relative value and the conductor amount relative value as a function of coil group total axial length / inner diameter (inner coil radius). シムトレイの概念図である。It is a conceptual diagram of a shim tray.

以下、本発明を実施するための形態(以下「実施形態」という)について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。   Hereinafter, modes for carrying out the present invention (hereinafter referred to as “embodiments”) will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. In each figure, common portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

<核磁気共鳴撮像装置>
図1は、本実施形態に係る核磁気共鳴撮像(MRI)装置1の外観斜視図である。
MRI装置1は、ベッド6に寝たままの状態で被検体5が挿入される撮像領域8に均一な静磁場を生成する静磁場コイル装置2と、撮像領域8に位置情報を付与するために空間的に磁場強度が傾斜勾配した傾斜磁場をパルス状に発生させる傾斜磁場コイル3と、被検体5に高周波パルスを照射するRFコイル4と、被検体5からの磁気共鳴信号を受信する受信コイル(図示省略)と、受信した磁気共鳴信号を処理して前記断面画像を表示するコンピュータシステム(図示省略)とを有している。そして、MRI装置1によれば、均一な静磁場中に置かれた被検体5に高周波パルスを照射したときに生じる核磁気共鳴現象を利用して、被検体5の物理的、化学的性質を表す断面画像を得ることができ、その断面画像は、特に、医療用として用いられている。ここでの静磁場コイル装置2と、傾斜磁場コイル装置3と、RFコイル4とは、筒状であり、筒状の中心対称軸10は互いに概ね一致している。
<Nuclear magnetic resonance imaging device>
FIG. 1 is an external perspective view of a nuclear magnetic resonance imaging (MRI) apparatus 1 according to this embodiment.
The MRI apparatus 1 is provided with a static magnetic field coil device 2 that generates a uniform static magnetic field in the imaging region 8 in which the subject 5 is inserted while lying on the bed 6, and for providing position information to the imaging region 8. Gradient magnetic field coil 3 that generates a gradient magnetic field with a spatial gradient of magnetic field intensity in a pulse shape, RF coil 4 that irradiates the subject 5 with a high-frequency pulse, and a reception coil that receives a magnetic resonance signal from the subject 5 (Not shown) and a computer system (not shown) for processing the received magnetic resonance signal and displaying the cross-sectional image. According to the MRI apparatus 1, the physical and chemical properties of the subject 5 are determined using the nuclear magnetic resonance phenomenon that occurs when the subject 5 placed in a uniform static magnetic field is irradiated with a high-frequency pulse. A cross-sectional image can be obtained, and the cross-sectional image is particularly used for medical purposes. Here, the static magnetic field coil device 2, the gradient magnetic field coil device 3, and the RF coil 4 have a cylindrical shape, and the cylindrical central symmetry axes 10 substantially coincide with each other.

図2は、本実施形態に係るMRI装置1を、中心対称軸10(z軸)を含むy−z平面で切断した断面図である。
MRI装置1は、静磁場の方向7が水平方向である水平磁場型MRI装置である。被検体5は可動式のベッド6によって撮像領域8まで運ばれる。
また、後記する説明の理解を容易にするために互いに直角になるようにx軸とy軸とz軸を設定し、原点は撮像領域8の中心付近に設定している。z軸は円筒状のコイル(後述する静磁場コイル装置2のコイル2a,2b、傾斜磁場コイル3、RFコイル4)の中心対称軸10に一致するように設けられ、静磁場の(磁力線)方向7にも一致している。y軸は上下方向に設けられ、x軸は紙面に垂直方向に設けられている。なお、符号2a,2bのコイルについて、両者を区別しないときはコイル2a,2bと記載し、両者を区別するときは主コイル2a、シールドコイル2bと記載する。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the MRI apparatus 1 according to the present embodiment cut along a yz plane including the central symmetry axis 10 (z axis).
The MRI apparatus 1 is a horizontal magnetic field type MRI apparatus in which the direction 7 of the static magnetic field is the horizontal direction. The subject 5 is carried to the imaging region 8 by the movable bed 6.
In order to facilitate understanding of the description to be described later, the x-axis, y-axis, and z-axis are set so as to be perpendicular to each other, and the origin is set near the center of the imaging region 8. The z-axis is provided so as to coincide with the central symmetry axis 10 of a cylindrical coil (coils 2a and 2b, gradient magnetic field coil 3 and RF coil 4 of a static magnetic field coil device 2 to be described later), and the (magnetic field line) direction of the static magnetic field 7 is also consistent. The y axis is provided in the vertical direction, and the x axis is provided in the direction perpendicular to the paper surface. In addition, about the coil of 2a, 2b, when not distinguishing both, it describes as coil 2a, 2b, and when distinguishing both, it describes as the main coil 2a and the shield coil 2b.

静磁場コイル装置2には、対称面11(z=0面)に対して左右(z<0とz>0の部分)で対を成すように、静磁場を生成する主コイル2aと、静磁場の周囲への漏れを抑制するシールドコイル2bとが用いられている。これらのコイル2a,2bはそれぞれ、中心対称軸10を共通の中心軸とする円環形状をしている。
また、静磁場コイル装置2が生成する静磁場として、高磁場で時間的に安定性のよい磁場を得るために、コイル2a,2bは超電導コイルが用いられている。そのため、コイル2a,2bは、3層構造の容器内に収納されている。まず、コイル2a、2bは、冷媒の液体ヘリウム(He)と共に冷媒容器2e内に収容されている。冷媒容器2eは、内部への熱輻射を遮断する熱輻射シールド2dに内包されている。そして、真空容器2cは、冷媒容器2e及び熱輻射シールド2dを収容しつつ、内部を真空に保持している。真空容器2cは、普通の室温の室内に配置されても、真空容器2c内が真空になっているので、室内の熱が伝導や対流で、冷媒容器2eに伝わることはない。また、熱輻射シールド2dは、室内の熱が輻射によって真空容器2cから冷媒容器2eに伝わることを抑制している。このため、コイル2a,2bは、冷媒の温度である極低温に安定して設定することができ、超伝導電磁石として機能させることができる。冷媒容器2eと、熱輻射シールド2dと、真空容器2cには、不必要な磁場が発生しないように非磁性の部材が用いられ、さらに、真空を保持しやすいことから非磁性の金属が用いられる。
The static magnetic field coil device 2 includes a main coil 2a that generates a static magnetic field so as to form a pair on the left and right (parts where z <0 and z> 0) with respect to the symmetry plane 11 (z = 0 plane), A shield coil 2b that suppresses leakage of the magnetic field to the surroundings is used. Each of these coils 2a and 2b has an annular shape having a central axis of symmetry 10 as a common central axis.
Further, in order to obtain a high magnetic field and a temporally stable magnetic field as the static magnetic field generated by the static magnetic field coil device 2, superconducting coils are used as the coils 2a and 2b. Therefore, the coils 2a and 2b are housed in a three-layer container. First, the coils 2a and 2b are accommodated in the refrigerant container 2e together with the liquid helium (He) as a refrigerant. The refrigerant container 2e is contained in a heat radiation shield 2d that blocks heat radiation to the inside. The vacuum container 2c holds the refrigerant container 2e and the heat radiation shield 2d while keeping the inside in a vacuum. Even if the vacuum container 2c is disposed in a room at a normal room temperature, the inside of the vacuum container 2c is in a vacuum, so that the heat in the room is not transmitted to the refrigerant container 2e by conduction or convection. Moreover, the heat radiation shield 2d suppresses that the heat in the room is transmitted from the vacuum container 2c to the refrigerant container 2e by radiation. For this reason, the coils 2a and 2b can be stably set to the cryogenic temperature which is the temperature of the refrigerant, and can function as a superconducting electromagnet. The refrigerant container 2e, the heat radiation shield 2d, and the vacuum container 2c are made of a nonmagnetic member so as not to generate an unnecessary magnetic field, and further, a nonmagnetic metal is used because it is easy to maintain a vacuum. .

傾斜磁場コイル3は筒状の形状を有し、この筒状の形状の傾斜磁場コイル3は、撮像領域8を内蔵するように配置されている。RFコイル4も筒状の形状を有し、この筒状の形状のRFコイル4は、撮像領域8を内蔵するように配置されている。傾斜磁場コイル3は、静磁場の方向7と同じ方向の成分の磁場強度がx方向、y方向、z方向の3方向それぞれの方向に傾斜した傾斜磁場9をパルス状に交互に発生させる。傾斜磁場コイル3は、x方向、y方向、z方向の3方向に独立な傾斜磁場9を、静磁場に重ねて発生できるような機能を持っている。図2ではy方向に傾斜した傾斜磁場9を示している。   The gradient magnetic field coil 3 has a cylindrical shape, and this cylindrical gradient magnetic field coil 3 is arranged so as to incorporate the imaging region 8. The RF coil 4 also has a cylindrical shape, and the cylindrical RF coil 4 is disposed so as to incorporate the imaging region 8. The gradient magnetic field coil 3 alternately generates a gradient magnetic field 9 in which the magnetic field intensity of the component in the same direction as the direction 7 of the static magnetic field is inclined in each of the three directions of the x direction, the y direction, and the z direction. The gradient magnetic field coil 3 has a function capable of generating independent gradient magnetic fields 9 in three directions of the x direction, the y direction, and the z direction so as to overlap the static magnetic field. FIG. 2 shows a gradient magnetic field 9 inclined in the y direction.

<静磁場コイル装置>
図2に示すように、静磁場コイル装置2のコイル2a,2bは、巻き枠(図示せず)に素線(導体、超電導線材)が巻回されて形成され、中心対称軸10を共通の中心軸として、同軸に配置されている。また、静磁場コイル装置2のコイル2a,2bは、対称面11(z=0面)に対して面対称となるように配置されている。
<Static magnetic field coil device>
As shown in FIG. 2, the coils 2 a and 2 b of the static magnetic field coil device 2 are formed by winding a wire (conductor, superconducting wire) around a winding frame (not shown), and share a central symmetry axis 10. It is coaxially arranged as the central axis. The coils 2a and 2b of the static magnetic field coil device 2 are arranged so as to be plane-symmetric with respect to the symmetry plane 11 (z = 0 plane).

図3は、静磁場コイル装置2の主コイル2aおよびシールドコイル2bの配置を示す概念図である。
図3に示す静磁場コイル装置2は、真空容器2cの内部に、主コイル2aとなる3対、6個のコイル(主コイルMC10、主コイルMC20、主コイルMC30、主コイルMC31、主コイルMC21、主コイルMC11)を有している。また、主コイル2aは対称面11に対して面対称となるように配置され、主コイルMC10と主コイルMC11とで対となるコイル12aをなし、主コイルMC20と主コイルMC21とで対となるコイル12bをなし、主コイルMC30と主コイルMC31とで対となるコイル12cをなしている。
また、図3に示す静磁場コイル装置2は、真空容器2cの内部に、シールドコイル2bとなる1対、2個のコイル(シールドコイルSC10、シールドコイルSC11)を有している。また、シールドコイル2bは対称面11に対して面対称となるように配置され、シールドコイルSC10とシールドコイルSC11とで対となるコイル12dをなしている。
FIG. 3 is a conceptual diagram showing the arrangement of the main coil 2 a and the shield coil 2 b of the static magnetic field coil device 2.
The static magnetic field coil device 2 shown in FIG. 3 has three pairs and six coils (main coil MC10, main coil MC20, main coil MC30, main coil MC31, main coil MC21) which become the main coil 2a inside the vacuum vessel 2c. , Main coil MC11). The main coil 2a is arranged so as to be symmetrical with respect to the plane of symmetry 11, the main coil MC10 and the main coil MC11 form a pair of coils 12a, and the main coil MC20 and the main coil MC21 form a pair. The coil 12b is formed, and the main coil MC30 and the main coil MC31 form a pair of coils 12c.
Moreover, the static magnetic field coil apparatus 2 shown in FIG. 3 has one pair and two coils (shield coil SC10, shield coil SC11) which become the shield coil 2b inside the vacuum vessel 2c. The shield coil 2b is arranged so as to be plane-symmetric with respect to the symmetry plane 11, and the shield coil SC10 and shield coil SC11 form a pair of coils 12d.

主コイルMC10,MC11,MC20,MC21,MC30,MC31は、互いに同じ方向に一定電流を流し、それぞれ磁気モーメントを形成することで、均一な静磁場を撮像領域8に生成することができる。
シールドコイルSC10,SC11は、主コイルMC10,MC11,MC20,MC21,MC30,MC31と反対の方向に一定電流を流し、それぞれ磁気モーメントを形成することで、反対方向の磁場を生成し、静磁場コイル装置2から外部への磁場の漏れを低減させている。
The main coils MC10, MC11, MC20, MC21, MC30, and MC31 can generate a uniform static magnetic field in the imaging region 8 by flowing a constant current in the same direction and forming a magnetic moment.
The shield coils SC10 and SC11 generate a magnetic field in the opposite direction by causing a constant current to flow in the opposite direction to the main coils MC10, MC11, MC20, MC21, MC30, and MC31 and forming magnetic moments, respectively. The leakage of the magnetic field from the apparatus 2 to the outside is reduced.

また、図3には、主コイルMC10,MC11,MC20,MC21,MC30,MC31およびシールドコイルSC10,SC11の配置によって、静磁場コイル装置2が生成する磁場の磁束等高線(磁力線)16と磁場強度等高線17とが図示されている。これらの磁束等高線16と磁場強度等高線17とは、シミュレーションにより算出したものである。磁場強度等高線17は、磁場強度3T+3ppmと、磁場強度3T−3ppmとを、真空容器2cの内周側面で囲まれた領域に引いている。なお、MRI装置1が要求する磁場強度は装置ごとに異なるが、ここでは、3Tとして説明する。この磁場強度等高線17で囲まれた領域には、複数のドットが記載されている。このドットそれぞれは、シミュレーションにより磁場強度を算出した位置を示している。そして、その位置での磁場強度が3T以上の磁場強度を有する位置のドットのみを記載している。すなわち、ドットが記載されていない位置でもシミュレーションによる磁場強度の算出は行っているが、磁場強度が前記範囲外なので記載されていない。そして、ドットの記載された領域と、記載されていない領域との境界が、基準の磁場強度3Tである。また、この境界に沿って引かれている3T±3ppmの磁場強度等高線17が撮像領域8を取り囲んでいる。このことから、撮像領域8では、3Tの強磁場が、最大最小値の範囲が3ppm程度の高い均一性で実現可能であることがわかる。この撮像領域8に形成される磁場は、時間的に定常で空間的にも一定な磁場であり、0.1Tから7T以上の磁場強度に設定可能である。そして、数ppm程度の均一性を有する撮像領域8は、直径(もしくは長径)が30cm〜40cmの球(もしくは楕円体)の範囲に設定することが可能である。   FIG. 3 also shows magnetic field contour lines (magnetic lines) 16 and magnetic field intensity contour lines generated by the static magnetic field coil device 2 depending on the arrangement of the main coils MC10, MC11, MC20, MC21, MC30, MC31 and the shield coils SC10, SC11. 17 is shown. These magnetic flux contour lines 16 and magnetic field strength contour lines 17 are calculated by simulation. The magnetic field strength contour line 17 draws the magnetic field strength 3T + 3 ppm and the magnetic field strength 3T-3 ppm in a region surrounded by the inner peripheral side surface of the vacuum vessel 2c. In addition, although the magnetic field intensity | strength which the MRI apparatus 1 requires changes for every apparatus, it demonstrates as 3T here. In the region surrounded by the magnetic field strength contour line 17, a plurality of dots are described. Each dot indicates a position where the magnetic field strength is calculated by simulation. Only the dots at positions where the magnetic field intensity at that position has a magnetic field intensity of 3T or more are shown. That is, the magnetic field strength is calculated by simulation even at a position where no dot is described, but is not described because the magnetic field strength is outside the above range. The boundary between the area where the dots are described and the area where the dots are not described is the reference magnetic field strength 3T. Further, a magnetic field strength contour line 17 of 3T ± 3 ppm drawn along this boundary surrounds the imaging region 8. From this, it can be seen that in the imaging region 8, a 3T strong magnetic field can be realized with high uniformity such that the range of the maximum and minimum values is about 3 ppm. The magnetic field formed in the imaging region 8 is a temporally steady and spatially constant magnetic field, and can be set to a magnetic field strength of 0.1T to 7T or more. The imaging region 8 having a uniformity of about several ppm can be set in a range of a sphere (or ellipsoid) having a diameter (or major axis) of 30 cm to 40 cm.

≪起磁力配置の最適化≫
次に、静電場を生成する静磁場コイル装置2の起磁力配置の最適化について説明する。なお、起磁力配置は、主コイル2aおよびシールドコイル2bの配置および形状(断面形状)により決定される。また、起磁力配置の最適化とは、少ないコイルの導体量で、良好な均一磁場を発生できるようにコイルを配置することをいう。
なお、漏れ磁場に対する最適化については、特許文献1(特開2009−397号公報)に示されており、本実施形態では、良好な静磁場を生成する起磁力配置、即ち、主コイル2aの配置および形状の決定手法について説明する。
≪Optimization of magnetomotive force arrangement≫
Next, optimization of magnetomotive force arrangement of the static magnetic field coil device 2 that generates an electrostatic field will be described. The magnetomotive force arrangement is determined by the arrangement and shape (cross-sectional shape) of the main coil 2a and the shield coil 2b. Also, optimizing the magnetomotive force arrangement refers to arranging the coils so that a good uniform magnetic field can be generated with a small amount of coil conductors.
In addition, about the optimization with respect to a leakage magnetic field is shown by patent document 1 (Unexamined-Japanese-Patent No. 2009-397), In this embodiment, the magnetomotive force arrangement | positioning which produces | generates a favorable static magnetic field, ie, the main coil 2a, is shown. An arrangement and shape determination method will be described.

<特異値分解>
ここで、主コイル2aの配置および形状の決定手法の説明の前に、特異値分解について説明する。
参考文献(阿部充志 博士論文 「特異値分解を用いた磁場再構成・制御法と核融合研究への応用に関する研究」 総合研究大学院大学 2009年)では起磁力分布から磁場分布への応答行列を特異値分解して得る分布関数を用いている。本実施形態でもこの特異値分解を用いる。一般に解くべき式は、
B=AI ・・・(1)
であり、Bは磁場分布(単位:テスラ(T))を表すベクトルで、Iは各回路の電流を表すパラメータ(単位:アンペア(A))であり、Aはその応答行列(単位:T/A)である。
特異値分解で得る固有分布を表すベクトルbおよびiはそれぞれ、磁場と電流配分の規格化された基底ベクトルであり、応答行列Aのランク数まで添え字は増加し得る。つまり、
A=ΣC λ・・・(2)
である。上添え字tは転置を表す。和Σは添え字iについて行われ、Cの大きさの組み合わせで必要な磁場精度になるように加算する。ここで、Cは固有分布を加算する割合であるが、例えば、磁場分布ベクトルBと固有分布ベクトルbの内積で求めることもできる。和を実行する固有分布の選択は目的の磁場精度となるように選択する。λは数学的には特異値であるが、ここでは単位電流あたりの磁場強度に相当する。つまりλの大きな固有分布を用いると、効率的に小さな起磁力で目標の磁場分布、ここでは良い均一度の磁場分布を実現できる。
これが基本アイデアであるが、以下では実際の計算例を示していく。また、以下の説明においてb λをひとまとめにして固有モードと呼ぶことにする、また添え字iを用いてi番目の固有モードとも呼ぶことにする。
<Singular value decomposition>
Here, singular value decomposition will be described before the description of the arrangement and shape determination method of the main coil 2a.
In the reference (Mr. Abe, Ph.D., "Research on Magnetic Field Reconstruction and Control Using Singular Value Decomposition and Its Application to Fusion Research", The Graduate University for Advanced Studies 2009), the response matrix from magnetomotive force distribution to magnetic field distribution is singular. A distribution function obtained by value decomposition is used. This embodiment also uses this singular value decomposition. In general, the equation to be solved is
B = AI (1)
B is a vector representing the magnetic field distribution (unit: Tesla (T)), I is a parameter (unit: ampere (A)) representing the current of each circuit, and A is its response matrix (unit: T / A).
The vectors b i and i i representing the eigendistribution obtained by the singular value decomposition are respectively normalized basis vectors of the magnetic field and the current distribution, and the subscript i can be increased up to the rank number of the response matrix A. That means
A = ΣC i b i t λ i i i ··· (2)
It is. The superscript t represents transposition. The sum Σ is performed for the subscript i, and is added so that the required magnetic field accuracy is obtained by the combination of the sizes of C i . Here, C i is a ratio of adding the eigen distribution, but it can also be obtained by, for example, the inner product of the magnetic field distribution vector B and the eigen distribution vector b i . The eigen distribution for executing the sum is selected so that the target magnetic field accuracy is obtained. λ i is mathematically a singular value, but here corresponds to the magnetic field strength per unit current. That is, if a large eigen distribution of λ i is used, a target magnetic field distribution, here a magnetic field distribution with good uniformity can be realized with a small magnetomotive force.
This is the basic idea, but in the following, an actual calculation example will be shown. Also, it will be referred to as eigenmodes with the b i t lambda i i i collectively in the following description, also is referred to as i-th eigenmode using subscript i.

<主コイル数の決定>
以下に本実施形態の良好な静磁場を生成する起磁力配置、即ち、主コイル2aの配置および形状の決定手法について説明する。
まず、静磁場コイル装置2の起磁力配置の最適化として、静磁場コイル装置2の有する主コイル2aのコイル数の決定について説明する。
図4は、7個の固有モードを用いて磁場分布を求めた例である。
ここでは、主コイル2aに流れる電流を、多数の線輪電流の集まりと仮定して検討する。線輪電流とは、ある軸方向位置において、断面積が零の線電流が中心対称軸10を軸として流れる所定半径の円電流であり、電流ポテンシャルベクトルIの各要素は、軸方向位置ごとの線輪電流値18である。
<Determination of the number of main coils>
Hereinafter, a magnetomotive force arrangement for generating a good static magnetic field according to the present embodiment, that is, a method for determining the arrangement and shape of the main coil 2a will be described.
First, determination of the number of coils of the main coil 2a of the static magnetic field coil device 2 will be described as optimization of the magnetomotive force arrangement of the static magnetic field coil device 2.
FIG. 4 is an example in which the magnetic field distribution is obtained using seven eigenmodes.
Here, the current flowing through the main coil 2a is considered as a collection of a large number of wire ring currents. The ring wheel current is a circular current having a predetermined radius in which a line current having a zero cross-sectional area flows about the central symmetry axis 10 at a certain axial position, and each element of the current potential vector I is The current value of the ring wheel is 18.

各線輪電流値18を要素に持つ電流ポテンシャルベクトルIから磁場ベクトルBへの応答は、応答行列Aを用いて、B=AIとして表すことができる。
ここで、線輪電流において、単位電流量の電流が流れているとすると、ビオサバールの式を用いて単位電流量の線輪電流に対する磁場ベクトルBを算出することができる。各線輪電流について、順次磁場ベクトルBを算出し応答行列Aを決定することができる。
そして、特異値分解の手法により、要求する磁場ベクトルB(撮像領域8内が均一な静磁場)から、電流ポテンシャルベクトルI(軸方向位置に対応する線輪電流値18の集まり)を算出することができる。そして、特異値分解の手法により算出した電流ポテンシャルベクトルIに基づいて、応答関数Aを用いて磁場ベクトルB(磁場分布)を算出することができる。
The response from the current potential vector I having each ring wheel current value 18 as an element to the magnetic field vector B can be expressed as B = A 1 I using the response matrix A 1 .
Here, assuming that a current of a unit current amount flows in the ring current, the magnetic field vector B for the ring current of the unit current amount can be calculated using the Biosavall equation. For each line wheels current, it is possible to determine the response matrix A 1 is calculated sequentially magnetic field vector B.
Then, the current potential vector I (a collection of the ring current values 18 corresponding to the axial position) is calculated from the required magnetic field vector B (the static magnetic field in the imaging region 8 is uniform) by the singular value decomposition method. Can do. Then, based on the current potential vector I calculated by the method of singular value decomposition, it is possible to calculate the magnetic field vector B (magnetic field distribution) using a response function A 1.

なお、特異値分解において、固有モードには、対称面11に対して反対称となる固有モードも考えられるが、静磁場コイル装置2のコイル2a,2b(図2参照)は対称面11に対して面対称となるように配置するため、対称面11に対して対称となる固有モードのみを扱う、即ち、軸方向位置(z軸)について、偶関数となる電流分布をもつ固有モードを扱う。   In the singular value decomposition, the eigenmode may be an eigenmode that is antisymmetric with respect to the symmetry plane 11, but the coils 2 a and 2 b (see FIG. 2) of the static magnetic field coil device 2 are with respect to the symmetry plane 11. Therefore, only eigenmodes that are symmetric with respect to the symmetry plane 11 are handled, that is, eigenmodes having a current distribution that is an even function are handled with respect to the axial position (z-axis).

図4の上方向にそれぞれ伸びた矢印は、その根もとの位置に配置した線輪電流を示し、矢印の長さが線輪電流の大きさである線輪電流値18を示し、矢印の向きが上向きの場合には正電流が流れていることを示し、矢印の向きが下向きの場合には負電流が流れていることを示す。図4に示すように、軸方向に沿った電流分布に固有モード数(図4では7個)と同じ数のピークが存在する。   Each arrow extending upward in FIG. 4 indicates a wire ring current arranged at the root position, and the arrow length indicates a wire ring current value 18 that is the magnitude of the wire ring current. When the direction is upward, it indicates that a positive current is flowing, and when the direction of the arrow is downward, it indicates that a negative current is flowing. As shown in FIG. 4, there are the same number of peaks as the number of eigenmodes (seven in FIG. 4) in the current distribution along the axial direction.

なお、後述するように、このピーク付近に主コイル2a(図2参照)を配置することになるが、図4の例では、線輪電流値18に7個のピークがあり、主コイル2aとして7個のコイルを配置することになる。シールドコイル2b(図2参照)はあらかじめ特許文献1(特開2009−397号公報)を参考に配置し、その電流値は特許文献3(特開2008−289703号公報)に記載されている最適な電流値としている。   As will be described later, the main coil 2a (see FIG. 2) is disposed in the vicinity of this peak. In the example of FIG. 4, there are seven peaks in the ring current value 18, and the main coil 2a Seven coils are arranged. The shield coil 2b (see FIG. 2) is arranged in advance with reference to Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2009-397), and the current value is the optimum described in Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2008-289703). Current value.

図5は、用いた固有モードの個数ごとに、コイル群全軸長と撮像領域8(図4参照)内の磁場の均一度との関係を示したグラフである。なお、図5における各点(図5中の□○△で示す点)は、固有モードの数とコイル群全軸長を設定して、図4の場合と同様に磁場分布をシミュレーションにより算出し、算出した磁場分布から撮像領域8内の静磁場の均一度を求め、各固有モードにおけるコイル群全軸長と撮像領域8内の静磁場の均一度との関係をプロットしたものである。
ここで、「コイル群全軸長」とは、対称面11より最も遠い位置に存在するコイルである主コイル2aの中心対称軸10方向の端から、面対称に配置される主コイル2aの中心対称軸10方向の端までの距離であり、即ち、中心対称軸10方向の主コイル2aの全体の長さであり(図6参照)、図4に示す線輪電流値が正となる中心対象軸10方向の両端に位置する線輪電流の間隔である。また、「均一度」とは、撮像領域8内の磁場の偏差であり、均一度が小さいほど好適な静磁場となる。
図5には、主コイル2aのコイル数(即ち、固有モードの数)が5個から7個の場合について、コイル群全軸長と撮像領域8内の静磁場の均一度との関係を示した。なお、撮像領域8は、直径40cmの球内とし、主コイル2aの内径を985mmとし、シールドコイル2bの内径を2046mmとした。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the total axial length of the coil group and the uniformity of the magnetic field in the imaging region 8 (see FIG. 4) for each number of eigenmodes used. Each point in FIG. 5 (points indicated by □ ○ △ in FIG. 5) is calculated by simulation by calculating the magnetic field distribution in the same manner as in FIG. 4 by setting the number of eigenmodes and the total axial length of the coil group. The uniformity of the static magnetic field in the imaging region 8 is obtained from the calculated magnetic field distribution, and the relationship between the total axial length of the coil group in each eigenmode and the uniformity of the static magnetic field in the imaging region 8 is plotted.
Here, the “coil group total axial length” means the center of the main coil 2a that is symmetrically arranged from the end in the direction of the central symmetry axis 10 of the main coil 2a that is the coil that is located farthest from the symmetry plane 11. This is the distance to the end in the direction of the symmetry axis 10, that is, the total length of the main coil 2a in the direction of the center symmetry axis 10 (see FIG. 6), and the center object in which the wire ring current value shown in FIG. It is the space | interval of the wire ring current located in the both ends of the axis | shaft 10 direction. The “uniformity” is a deviation of the magnetic field in the imaging region 8, and the smaller the uniformity, the more suitable the static magnetic field.
FIG. 5 shows the relationship between the total axial length of the coil group and the uniformity of the static magnetic field in the imaging region 8 when the number of coils of the main coil 2a (that is, the number of eigenmodes) is 5 to 7. It was. The imaging region 8 was in a sphere having a diameter of 40 cm, the inner diameter of the main coil 2a was 985 mm, and the inner diameter of the shield coil 2b was 2046 mm.

図5に示すように、コイル群全軸長を長くすれば、撮像領域8内の静磁場の均一度は改善する(小さくなる)。
ここで、コイル群全軸長はコイル部分のみの軸長であり、さらに、コイルの巻き枠(図示せず)、冷媒容器2e、熱輻射シールド2d、真空容器2c等が加わって静磁場コイル装置2の大きさとなる。このため、コイル群全軸長を大きくすれば、静磁場コイル装置2も大きくなり、MRI装置1も大きくなる。
このため、MRI装置1を設置する部屋への搬入を考慮して、コイル群全軸長の最大値が設定される。なお、以下の説明において、コイル群全軸長の最大値を1.6mとして説明する。
As shown in FIG. 5, if the total axial length of the coil group is increased, the uniformity of the static magnetic field in the imaging region 8 is improved (decreased).
Here, the total axial length of the coil group is the axial length of only the coil portion, and further, a coil winding frame (not shown), a refrigerant container 2e, a heat radiation shield 2d, a vacuum container 2c, etc. are added to the static magnetic field coil device. 2 in size. Therefore, if the total axial length of the coil group is increased, the static magnetic field coil device 2 is also increased, and the MRI apparatus 1 is also increased.
For this reason, the maximum value of the total axial length of the coil group is set in consideration of carrying into the room where the MRI apparatus 1 is installed. In the following description, the maximum value of the total axial length of the coil group is assumed to be 1.6 m.

コイル群全軸長を1.6m以内とする条件の下では、主コイル数が5個における撮像領域8内の静磁場の均一度は、5ppm程度となる。高性能なMRI装置1に要求される撮像領域8内の静磁場の均一度は3ppm以下であるため、主コイル数が5個の場合においては、撮像に必要な撮像領域8内の静磁場の均一度を達成していない。
したがって、本実施形態における静磁場コイル装置2の主コイル2aのコイル数は、6個以上となる。
Under the condition that the total axial length of the coil group is within 1.6 m, the uniformity of the static magnetic field in the imaging region 8 when the number of main coils is 5 is about 5 ppm. Since the uniformity of the static magnetic field in the imaging region 8 required for the high-performance MRI apparatus 1 is 3 ppm or less, when the number of main coils is 5, the static magnetic field in the imaging region 8 necessary for imaging is reduced. Uniformity is not achieved.
Therefore, the number of coils of the main coil 2a of the static magnetic field coil device 2 in the present embodiment is 6 or more.

一方、主コイル数を7個とすると、撮像領域8内の静磁場の均一度は改善されるが、コイル数が多くなるために静磁場コイル装置2の製作コストが増大する。
このように、本実施形態における静磁場コイル装置2において、撮像に必要な均一度(3ppm以下)を満たし、かつ、製作コストの増大を防ぐためには、主コイル2aのコイル数は6個が好適となる。
On the other hand, when the number of main coils is 7, the uniformity of the static magnetic field in the imaging region 8 is improved, but the manufacturing cost of the static magnetic field coil device 2 increases because the number of coils increases.
As described above, in the static magnetic field coil device 2 according to the present embodiment, the number of coils of the main coil 2a is preferably six in order to satisfy the uniformity required for imaging (3 ppm or less) and prevent an increase in manufacturing cost. It becomes.

ところで、コイル群全軸長を短くすることにより、撮像領域8内の静磁場の均一度が悪化する(大きくなる)だけでなく、コイル電流の点からも問題が生じる。
図4に示すように、軸方向位置±0.5m付近に負の電流(下向きの矢印で示す線輪電流値18)が分布している。このような負の電流が発生する領域は、主コイル2aのコイル数(固有モードの数)とコイル群全軸長の関係において、図5に示すように、左上から右下に引かれた線51で2つに別けられた領域のうち左側の領域(図5では網掛けした領域52)となる。
このように、コイル群全軸長を短くして撮像領域8内の静磁場の均一度を確保するためには、主コイル2aと並んで負電流(主コイル2aに流す電流と逆向きの電流)を流すコイルを配置することが必要となる。
By the way, shortening the total axial length of the coil group not only deteriorates (increases) the uniformity of the static magnetic field in the imaging region 8, but also causes problems in terms of coil current.
As shown in FIG. 4, a negative current (wire ring current value 18 indicated by a downward arrow) is distributed in the vicinity of the axial position ± 0.5 m. The region where such a negative current is generated is a line drawn from the upper left to the lower right as shown in FIG. 5 in the relationship between the number of coils of the main coil 2a (number of eigenmodes) and the total axial length of the coil group. This is the left area (the shaded area 52 in FIG. 5) of the two areas 51.
As described above, in order to shorten the total axial length of the coil group and ensure the uniformity of the static magnetic field in the imaging region 8, a negative current (current opposite to the current flowing through the main coil 2a) is aligned with the main coil 2a. ) Is required to be placed.

負電流を流すコイルを配置した場合、撮像領域8内の静磁場の磁場強度を確保するために、主コイル2aに流す電流はその負電流を補う電流がさらに必要となり、即ち、主コイル2aの起磁力や、主コイル2aの導体(超電導線材)の量が増加する。このため、静磁場コイル装置2の製作コストは増大する。また、正負の電流がこの隣り合うためにコイル(主コイル2a、負電流を流すコイル)の導体(超電導線材)の経験磁界も上昇する。
このため、安定した超伝導通電を確保するために、導体(超電導線材)の量を増加させる必要がある。このように、負の電流が発生する領域52では、静磁場コイル装置2の製作コストは増大する。
When a coil for passing a negative current is arranged, in order to secure the magnetic field strength of the static magnetic field in the imaging region 8, the current passed through the main coil 2a further needs a current to compensate for the negative current. The magnetomotive force and the amount of the conductor (superconducting wire) of the main coil 2a increase. For this reason, the manufacturing cost of the static magnetic field coil apparatus 2 increases. Further, since the positive and negative currents are adjacent to each other, the empirical magnetic field of the conductor (superconducting wire) of the coil (main coil 2a, coil through which the negative current flows) also increases.
For this reason, in order to ensure the stable superconducting electricity supply, it is necessary to increase the quantity of a conductor (superconducting wire). Thus, in the region 52 where the negative current is generated, the manufacturing cost of the static magnetic field coil device 2 increases.

以上のような検討から、主コイル2aのコイル数が6個(即ち、固有モードが6)で、負電流の発生しないコイル群全軸長の中で、できるだけコイル群全軸長が短い静磁場コイル装置2とすることがコストおよび性能の面において有利であるといえる。
即ち、図5の線51と、固有モード6におけるコイル群全軸長と均一度との関係を示す線の交点付近(図5の領域53)で静磁場コイル装置2を設計することがコンパクトさ・性能・コストの面において有利である。
From the above examination, the number of coils of the main coil 2a is 6 (that is, the natural mode is 6), and the static magnetic field is as short as possible in the total length of the coil group where no negative current is generated. It can be said that the coil device 2 is advantageous in terms of cost and performance.
That is, it is compact to design the static magnetic field coil device 2 near the intersection (line 53 in FIG. 5) of the line 51 in FIG. 5 and the line indicating the relationship between the coil group total axis length and the uniformity in the eigenmode 6. -It is advantageous in terms of performance and cost.

<離散的コイル配置>
次に、静磁場コイル装置2の起磁力配置の最適化として、静磁場コイル装置2の有する主コイル2aの配置および断面形状の決定について説明する。
固有モードが6で、負電流の発生しないコイル群全軸長を設定して(図5参照)、シミュレーションにより電流ポテンシャルベクトルI(線輪電流値18(図4参照))を算出する。そして、線輪電流値18がピークとなる位置に主コイル2a(MC10,MC11,MC20,MC21,MC30,MC31)(図3参照)を配置する。
<Discrete coil arrangement>
Next, as an optimization of the magnetomotive force arrangement of the static magnetic field coil device 2, the arrangement of the main coil 2a and the cross-sectional shape of the static magnetic field coil device 2 will be described.
The eigenmode is 6 and the total axial length of the coil group that does not generate a negative current is set (see FIG. 5), and the current potential vector I (the ring wheel current value 18 (see FIG. 4)) is calculated by simulation. And the main coil 2a (MC10, MC11, MC20, MC21, MC30, MC31) (refer FIG. 3) is arrange | positioned in the position where the wire ring electric current value 18 becomes a peak.

シミュレーションにより求めた線輪電流分布(電流ポテンシャルベクトルI)は、図4に示すように、固有モードの数と等しい数の山(ピーク)が形成されるため(但し、図4では固有モードが7の例を示す)、固有モードの数が6個の場合、これと等しい6個の山が形成されている。各山になった部分の軸方向長を各主コイル2aの軸方向長とする。そして、各山における線輪電流値18を加算して、各主コイル2aの起磁力(概算値)を算出する。各主コイル2aについて、算出した起磁力(概算値)と、後述する電流密度と、各主コイル2aの軸方向長に基づいて、各主コイル2aの半径方向幅を算出する。
ここで、電流密度は、利用する導体(超電導線材)と巻き線方法とを想定して、固定値として決定する。主コイル2aが超伝導コイルの場合、例えば、50〜250A/mm程度の電流密度値となる。
このように決定した主コイル2aの位置と断面形状(主コイル2aの軸方向長および半径方向幅)を初期値として、均一な静磁場を撮像領域8に生成できるように最適化する。
The ring current distribution (current potential vector I) obtained by the simulation has a number of peaks (peaks) equal to the number of eigenmodes as shown in FIG. 4 (however, the eigenmode is 7 in FIG. 4). When the number of eigenmodes is six, six equal peaks are formed. The axial length of each crested portion is defined as the axial length of each main coil 2a. Then, the magnetomotive force (approximate value) of each main coil 2a is calculated by adding the wire ring current value 18 at each mountain. For each main coil 2a, the radial width of each main coil 2a is calculated based on the calculated magnetomotive force (approximate value), the current density described later, and the axial length of each main coil 2a.
Here, the current density is determined as a fixed value assuming a conductor (superconducting wire) and a winding method to be used. When the main coil 2a is a superconducting coil, for example, the current density value is about 50 to 250 A / mm 2 .
The position and cross-sectional shape (the axial length and the radial width of the main coil 2a) determined in this way are used as initial values, and optimization is performed so that a uniform static magnetic field can be generated in the imaging region 8.

図6は、主コイル2aの配置および断面形状の決定方法を説明する概念図である。
次に、主コイル2aの位置と断面形状(主コイル2aの軸方向長および半径方向幅)の初期値に基づいて、電流密度を固定したまま、コイルの断面積の大きさを変化させて、撮像領域8内に均一な静磁場を生成できるように最適化する。
FIG. 6 is a conceptual diagram for explaining the arrangement of the main coil 2a and the method for determining the cross-sectional shape.
Next, based on the initial value of the position and cross-sectional shape of the main coil 2a (the axial length and radial width of the main coil 2a), the size of the cross-sectional area of the coil is changed while the current density is fixed, Optimization is performed so that a uniform static magnetic field can be generated in the imaging region 8.

ここで、図6に示すように、主コイル2aは対称面11に対して面対称となるように配置されるため、図6の左側の主コイル2aの断面形状を決定すれば、図6の右側の主コイル2aの断面形状も決定される。
また、主コイル2aのコイル群全軸長が変化しないように、コイル12aの対称面11から遠い側の辺の位置を固定する。また、主コイル2aの内径は静磁場コイル装置2(MRI装置1)の幾何学的な制約条件から自由に変更することはできないので、内径を固定する。なお、図6において、断面形状のうちこれら固定される辺には「●」の記号を付している。
Here, as shown in FIG. 6, the main coil 2a is arranged so as to be plane-symmetric with respect to the symmetry plane 11. Therefore, if the cross-sectional shape of the main coil 2a on the left side of FIG. The cross-sectional shape of the right main coil 2a is also determined.
Further, the position of the side of the coil 12a far from the symmetry plane 11 is fixed so that the total length of the coil group of the main coil 2a does not change. In addition, the inner diameter of the main coil 2a cannot be freely changed due to the geometric constraints of the static magnetic field coil apparatus 2 (MRI apparatus 1), so the inner diameter is fixed. In FIG. 6, the fixed sides of the cross-sectional shape are marked with “●”.

以上より、図6に示すように、主コイル2aのコイル数が6個(固有モード:6)の場合、コイル断面積の大きさを変化させる際、変更可能な断面形状の辺は8箇所となる。なお、図6において、これら変化させる辺には「←→」の記号を付している。   From the above, as shown in FIG. 6, when the number of coils of the main coil 2a is 6 (eigenmode: 6), when the size of the coil cross-sectional area is changed, the sides of the cross-sectional shape that can be changed are 8 locations. Become. In FIG. 6, the symbols “← →” are attached to the sides to be changed.

例えば、コイル12aにおいて、コイルの断面積をコイルの半径方向にΔX変化したとすると(即ち、半径方向幅をΔX変化したとすると)、コイル12aを流れる電流の変化量ΔIは、ΔI=ΔX×(コイル12aの軸方向長)×(電流密度)となる。
同様に、コイル12aにおいて、コイルの断面積をコイルの軸方向にΔX変化したとすると(即ち、軸方向長をΔX変化したとすると)、コイル12aを流れる電流の変化量ΔIは、ΔI=ΔX×(コイル12aの半径方向幅)×(電流密度)となる。
For example, in the coil 12a, and the cross-sectional area of the coil and the [Delta] X 1 varies in the radial direction of the coil (i.e., assuming that the radial width [Delta] X 1 varies), the amount of change [Delta] I 1 of the current flowing through the coil 12a is, [Delta] I 1 = ΔX 1 × (axial length of the coil 12a) × (current density).
Similarly, in the coil 12a, and the cross-sectional area of the coil and the [Delta] X 2 changes in the axial direction of the coil (i.e., assuming that the axial length [Delta] X 2 changes), the amount of change [Delta] I 2 of the current flowing through the coil 12a is ΔI 2 = ΔX 2 × (radial width of the coil 12a) × (current density).

ここで、コイル12aの軸方向長および半径方向幅は、初期値として求めたものを用い、電流密度は固定されている。このため、コイルの断面形状をΔX変化させた際の電流変化量ΔIを求めることができる。
即ち、コイルの断面形状を変化させた後の変化量ポテンシャルベクトルΔXから磁場ベクトルBへの応答は、応答行列Aを用いて、B=AΔXとして表すことができる。なお、変化量ポテンシャルベクトルΔXの各要素は、各辺ごとの変化量ΔXである。
ここで、コイルの断面形状のうち一辺(ΔX)を単位量変化させた際の電流変化量ΔIを算出することができるので、電流変化量ΔIからビオサバールの式を用いて断面形状の単位変化量に対する磁場ベクトルBを算出することができる。コイルの断面形状の変更可能な8箇所の辺について、順次単位量を変化させて、磁場ベクトルBを算出し応答行列Aを決定することができる。
そして、特異値分解の手法により、要求する磁場ベクトルB(撮像領域8内が均一な静磁場)から、変化量ポテンシャルベクトルΔX(図6の「←→」の記号が付された辺の変化量ΔXの集まり)を算出することができる。
Here, the axial length and radial width of the coil 12a are obtained as initial values, and the current density is fixed. Therefore, the current change amount ΔI i when the cross-sectional shape of the coil is changed by ΔX i can be obtained.
That is, the response from the variation potential vector ΔX to the magnetic field vector B after changing the cross-sectional shape of the coil can be expressed as B = A 2 ΔX using the response matrix A 2 . Each element of the variation potential vector ΔX is a variation ΔX i for each side.
Here, since the current change amount ΔI i when changing one side (ΔX i ) of the cross-sectional shape of the coil by a unit amount can be calculated, the cross-sectional shape of the cross-sectional shape can be calculated from the current change amount ΔI i using the Biosavall equation. The magnetic field vector B with respect to the unit change amount can be calculated. The sides of the modifiable eight cross-sectional shape of a coil, by changing the sequential unit amount, it is possible to determine the response matrix A 2 calculates the magnetic field vector B.
Then, by the technique of singular value decomposition, from the required magnetic field vector B (the static magnetic field in which the imaging region 8 is uniform), the change potential vector ΔX (the change amount of the side marked with “← →” in FIG. 6) A set of ΔX i ) can be calculated.

ここで、図6に示すように、主コイル2aのコイル数が6個(固有モード:6)の場合、前記のとおり、変更可能な断面形状の辺は8個であり、対称面11に対称な成分の固有分布を8個生成できることを示している。この数は図5で説明した必要固有分布数の6個より多くなっており、線輪電流で近似した場合と同等な精度で均一な静磁場を撮像領域8に生成できるように最適化することができる。   Here, as shown in FIG. 6, when the number of coils of the main coil 2 a is 6 (eigenmode: 6), as described above, there are 8 sides of the cross-sectional shape that can be changed, and the symmetry plane 11 is symmetric. This shows that eight eigen distributions of various components can be generated. This number is larger than the required number of eigendistributions described in FIG. 5 and is optimized so that a uniform static magnetic field can be generated in the imaging region 8 with the same accuracy as when approximated by the ring current. Can do.

このように、あらかじめ与えたコイル群全軸長と、主コイル2aの内径の制限と、電流密度と、均一磁場分布領域と均一度の条件と、に対して、線輪電流で近似した場合と同様に、特異値分解で得た固有モードの組み合せで、主コイル2aの断面形状の変化量ΔXを決定することができる。即ち、主コイル2aの位置と断面形状の初期値と、主コイル2aの断面形状の変化量ΔXとから、主コイル2aの位置と断面形状を決定することができる。As described above, when the total axial length of the coil group, the inner diameter limit of the main coil 2a, the current density, the uniform magnetic field distribution region and the uniformity condition are approximated by the wire ring current, Similarly, the change amount ΔX i of the cross-sectional shape of the main coil 2a can be determined by a combination of eigenmodes obtained by singular value decomposition. That is, the position and cross-sectional shape of the main coil 2a can be determined from the position of the main coil 2a, the initial value of the cross-sectional shape, and the amount of change ΔX i of the cross-sectional shape of the main coil 2a.

但し、今回の主コイル2aの断面形状の変化量Δを決定(主コイル2aの位置と断面形状を決定)は、繰り返し計算により最適な値とする。これは、断面形状の変化に対する磁場の変化が線型ではないためであり、非線形な計算に対して繰り返し計算により最適な値(位置・形状)に収束させる。However, determining the amount of change delta i of the cross-sectional shape of this main coil 2a (determining the position and cross sectional shape of the main coil 2a) is an optimum value by repeated calculation. This is because the change in the magnetic field with respect to the change in the cross-sectional shape is not linear, and the non-linear calculation is converged to an optimum value (position / shape) by repeated calculation.

また、本実施形態では、断面形状を変化させるコイルは主コイル2aであるとして説明したが、シールドコイル2bの断面形状も変化させてもよい。しかし、シールドコイル2bは静磁場の均一度に対する影響が小さいため、特許文献3(特開2008−289703号公報)のように、主に磁気遮蔽のために起磁力を最適化することが望ましい。   In the present embodiment, the coil whose cross-sectional shape is changed is described as the main coil 2a. However, the cross-sectional shape of the shield coil 2b may be changed. However, since the shield coil 2b has little influence on the uniformity of the static magnetic field, it is desirable to optimize the magnetomotive force mainly for magnetic shielding as in Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2008-289703).

また、本実施形態では4辺(図6に示す「●」が付された辺)を固定し、8辺を変化させるものとして説明したが、これに限られるものではない。
例えば、全12辺について重みWを導入し、「ΔX→ΔX/W」および「A→A」と変数変換して、Aで構成される行列を特異値分解してもよい。ここで、Wに小さな値を入れると特異値分解で得る固有モードでは小さなΔXの変化のみが現れることになる。したがって、ほぼ同じ位置にコイル断面の端位置がとどまる。すなわち、図6に示す「●」が付された辺として、小さなWを設定することも実用的な方法である。
In the present embodiment, four sides (sides indicated with “●” in FIG. 6) are fixed and eight sides are changed. However, the present invention is not limited to this.
For example, weights W i are introduced for all 12 sides, variable transformation is performed as “ΔX i → ΔX i / W i ” and “A 2 → A 2 W i ”, and a matrix composed of A 2 W i is singular Value decomposition may be performed. Here, when a small value is entered in W i , only a small change in ΔX i appears in the eigenmode obtained by singular value decomposition. Therefore, the end position of the coil cross section remains at substantially the same position. That is, sides "●" is attached is shown in FIG. 6, it is also practical way to set a smaller W i.

<コイル起磁力の離散起磁力化とコイル位置の微調整>
前述のように、主コイル2aの位置と断面形状(主コイル2aの軸方向長および半径方向幅)を決定したが、この段階ではコイル起磁力が連続な値をとることができるものとしている。しかし、実際の静磁場コイル装置2では、コイル起磁力は、素線電流と巻き数の積であり、巻き数に比例し、離散化した起磁力をとることとなる。
<Discrete coil magnetomotive force and fine adjustment of coil position>
As described above, the position and the cross-sectional shape of the main coil 2a (the axial length and the radial width of the main coil 2a) are determined. At this stage, the coil magnetomotive force can take a continuous value. However, in the actual magnetostatic coil device 2, the coil magnetomotive force is the product of the wire current and the number of turns, and is proportional to the number of turns and takes a discrete magnetomotive force.

決定した主コイル2aの位置と断面形状に近い形状とコイル起磁力となるように、巻き方を決める。このように巻き方を決めると、主コイル2aの断面(軸方向のターン数と半径方向の層数)が決定され、主コイル2aの位置(半径方向および軸方向)のみが、変数となる。
しかし、コイル起磁力は離散値(素線電流と巻き数の積)となり、正確に一致させることはできない。この対策として、コイル位置を微調整して、磁場均一度を確保する。
このとき、コイル内半径の所定値を確保するために、コイル素線電流値を変化させてコイル半径位置を調整できる。つまり、この段階では、磁場分布の調整は、コイル位置(各コイルに2方向の微調整)と素線電流値の調整を行うことが可能である。
The winding method is determined so as to obtain a coil magnetomotive force and a shape close to the determined position and cross-sectional shape of the main coil 2a. When the winding method is determined in this way, the cross section (the number of turns in the axial direction and the number of layers in the radial direction) of the main coil 2a is determined, and only the position (radial direction and axial direction) of the main coil 2a becomes a variable.
However, the coil magnetomotive force is a discrete value (the product of the wire current and the number of turns) and cannot be matched exactly. As a countermeasure, fine adjustment of the coil position ensures magnetic field uniformity.
At this time, in order to secure a predetermined value of the in-coil radius, the coil radius position can be adjusted by changing the coil wire current value. That is, at this stage, the magnetic field distribution can be adjusted by adjusting the coil position (two-way fine adjustment for each coil) and the wire current value.

図7は、主コイル2aの配置の調整を説明する概念図である。
図7に示すように、主コイル2aは巻き線で構成され、その巻き線の様子を一部領域で示している。図7には、丸断面導体15aと角段面導体15bを例として示している。また、導体15a,15bが、超伝導導体であればこの導体中に超伝導導体が含まれる。
また、図7にはコイル12a,12b,12cの位置変更可能な方向を矢印で示している。
FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating adjustment of the arrangement of the main coil 2a.
As shown in FIG. 7, the main coil 2a is composed of windings, and the winding state is shown in a partial region. FIG. 7 shows a round cross-section conductor 15a and a square stepped conductor 15b as examples. Further, if the conductors 15a and 15b are superconducting conductors, these conductors include superconducting conductors.
Further, in FIG. 7, directions in which the positions of the coils 12a, 12b, and 12c can be changed are indicated by arrows.

そして、この段階でも特異値分解を適用する。つまり、コイル位置と素線電流の変化、もしくはコイル位置変化のみを入力側のベクトルとして、均一磁場領域の磁場への応答行列を求め、その特異値分解で得る固有モードの組み合わせで、新しいコイル位置を得る。この計算を繰り返して収束させて、均一磁場を確保したコイル位置を得る。   The singular value decomposition is also applied at this stage. In other words, the new coil position is obtained by combining the eigenmodes obtained by the singular value decomposition by obtaining the response matrix to the magnetic field in the uniform magnetic field region using only the coil position and wire current change or only the coil position change as the vector on the input side. Get. This calculation is repeated and converged to obtain a coil position that secures a uniform magnetic field.

このときの主コイル2aの位置の変数は、図7の矢印で示すように、5個である。この数は、固有モードの数6より少ないが、実用上問題なく精度良い均一度を得ることはできる。これは、既に特異値分解を用いて線輪電流を算出し、更に特異値分解を用いて主コイル2aの位置と断面形状とを決定しているため、コイル位置と電流がほぼ最適化されているためである。
また、この段階において、素線電流値を変数として扱えば、6個の変数を得ることは可能であり、精度よく撮像領域8内に均一な静磁場を生成する起磁力配置、即ち、主コイル2aの配置および形状の決定することができる。図8に、本手法により決定した主コイル2aの配置および形状を示す。
At this time, there are five variables for the position of the main coil 2a, as indicated by arrows in FIG. Although this number is less than the number of eigenmodes 6, it is possible to obtain a uniform accuracy with no practical problem. This is because the ring current is already calculated using singular value decomposition, and the position and cross-sectional shape of the main coil 2a are determined using singular value decomposition, so that the coil position and current are substantially optimized. Because it is.
At this stage, if the wire current value is treated as a variable, six variables can be obtained, and a magnetomotive force arrangement that generates a uniform static magnetic field in the imaging region 8 with high accuracy, that is, the main coil. The arrangement and shape of 2a can be determined. FIG. 8 shows the arrangement and shape of the main coil 2a determined by this method.

ここで、図7において、最も起磁力の大きなコイル12a(MC10,MC11(図3参照))について、軸方向の位置変化だけを許容し、半径方向の位置は固定するものとしているが、これは、主コイル2aの内径の大きさを確保することにより、被検体5を可動式のベッド6によって撮像領域8まで運ぶための空間(ボア)を必要な大きさに確保するためである。
また、コイル12b(MC20,MC21(図3参照))やコイル12c(MC30,MC31(図3参照))は半径方向の位置変化を許容しているが、実用的にはコイル内径をコイル12a(MC10,MC11)より小さくすることはできない。このため、コイル内径が大きくなる方向に移動させて調整する。
したがって、図8に示すように、コイル12a(MC10,MC11)の内径をRa、コイル12b(MC20,MC21)の内径をRb、コイル12c(MC30,MC31)の内径をRcとすると、「Ra<Rb<Rc」の関係が成立するように調整することになる。
ここで、「Rb<Rc」とするのは、コイル形状の誤差に対する影響に対してロバストとするために、対称面11に近いコイル位置を撮像領域8からやや遠ざけるためである。但し、この半径の変化は、Raに対して10%程度以内である。
Here, in FIG. 7, the coil 12a (MC10, MC11 (see FIG. 3)) having the largest magnetomotive force is allowed only to change its position in the axial direction, and its radial position is fixed. This is because, by securing the size of the inner diameter of the main coil 2a, a space (bore) for carrying the subject 5 to the imaging region 8 by the movable bed 6 is secured in a necessary size.
Further, although the coil 12b (MC20, MC21 (see FIG. 3)) and the coil 12c (MC30, MC31 (see FIG. 3)) are allowed to change their position in the radial direction, the coil inner diameter is practically set to the coil 12a (see FIG. 3). MC10, MC11) cannot be made smaller. For this reason, it adjusts by moving to the direction where a coil internal diameter becomes large.
Therefore, as shown in FIG. 8, assuming that the inner diameter of the coil 12a (MC10, MC11) is Ra, the inner diameter of the coil 12b (MC20, MC21) is Rb, and the inner diameter of the coil 12c (MC30, MC31) is Rc, “Ra < Adjustment is made so that the relationship of Rb <Rc ”is established.
Here, “Rb <Rc” is used to move the coil position close to the symmetry plane 11 slightly away from the imaging region 8 in order to be robust against the influence on the coil shape error. However, this change in radius is within about 10% of Ra.

以上の手順により、導体の素線電流と巻き線数をも反映して、主コイル2aの配置や断面形状を目標とする磁場分布を再現できるようになる。すなわち、本実施形態に係る静磁場コイル装置2は、MRI装置1が要求する均一な静磁場を撮像領域8内に生成することができる。
このように、シールドコイル2bの起磁力を適切な値に決めた上で、特異値分解を応用しながら主コイル2aの配置や形状を、撮像領域8内の静磁場の均一度が確保できるように最適化していくことができる。
また、特異値分解を利用して、特異値の大きな固有モードを選択して、起磁力配置を決めると、起磁力が小さく、そして均一磁場を確保できる起磁力配置を決定することができる。特に、特異値分解を応用しているために、起磁力、つまり素線電流と巻き数の積、を小さく保ち、磁場均一度を確保できる。これにより、コストを下げつつも性能(均一度)を確保することを可能とする。
By the above procedure, it is possible to reproduce the magnetic field distribution targeting the arrangement and cross-sectional shape of the main coil 2a, reflecting the conductor wire current and the number of windings. That is, the static magnetic field coil apparatus 2 according to the present embodiment can generate a uniform static magnetic field required by the MRI apparatus 1 in the imaging region 8.
Thus, after determining the magnetomotive force of the shield coil 2b to an appropriate value, the uniformity and the uniformity of the static magnetic field in the imaging region 8 can be ensured by applying the singular value decomposition to the arrangement and shape of the main coil 2a. Can be optimized.
Further, if the eigenmode having a large singular value is selected by utilizing singular value decomposition and the magnetomotive force arrangement is determined, the magnetomotive force arrangement having a small magnetomotive force and ensuring a uniform magnetic field can be determined. In particular, since singular value decomposition is applied, the magnetomotive force, that is, the product of the wire current and the number of turns, can be kept small, and the magnetic field uniformity can be ensured. This makes it possible to ensure performance (uniformity) while reducing costs.

<本手法により決定された起磁力配置>
本実施形態に係る静磁場コイル装置2の起磁力配置(コイル配置)について図3を用いて説明する。
特異値分解を利用することで、与えた主コイル2a(12a,12b,12c)の内径、コイル群全軸長、コイル数と要求する静磁場の均一度に対して、起磁力および線材量が最少に抑えられている。この点で、コストを抑えた起磁力配置である。
<Magnetomotive force arrangement determined by this method>
The magnetomotive force arrangement (coil arrangement) of the static magnetic field coil device 2 according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
By utilizing the singular value decomposition, the magnetomotive force and the amount of wire can be reduced with respect to the given inner diameter of the main coil 2a (12a, 12b, 12c), the total axial length of the coil group, the number of coils and the required uniformity of the static magnetic field. Minimized. In this respect, the magnetomotive force is arranged with reduced cost.

また、本実施形態に係る静磁場コイル装置2の起磁力配置(コイル配置)は、中心対称軸10に垂直な対称面11から最も遠い、コイル12a(MC10,MC11)が、より対称面11に近いコイル12c(MC30,MC31)およびコイル12b(MC20,MC21)に比べて軸方向のコイル長さが長く、半径方向の幅が広い特徴を持つ。この理由は、次に記述の原理である。   Further, the magnetomotive force arrangement (coil arrangement) of the static magnetic field coil device 2 according to the present embodiment is farthest from the symmetry plane 11 perpendicular to the central symmetry axis 10, and the coils 12 a (MC 10, MC 11) are more symmetrical to the symmetry plane 11. Compared to the close coils 12c (MC30, MC31) and the coils 12b (MC20, MC21), the coil length in the axial direction is long and the width in the radial direction is wide. The reason for this is the principle described next.

図3中の磁束等高線(磁力線)16の間隔は、磁場強度と半径の積に比例しているが、図中で磁場強度も、磁場強度等高線17と3T程度の撮像領域の平均磁場強度以上の領域をドットで示している。
磁場強度等高線17は正確に平均磁場強度にたいして±3ppmの等高線を示している。ここで磁場強度は静磁場の方向7(図2参照)の矢印に平行な磁場であり、z軸方向(中心対称軸10)に平行な成分Bである。
静磁場コイル装置2の中心の撮像領域8(図中では実線の半円で示す球体領域、均一磁場領域とも言う)では、±3ppm以内の磁場強度となっており、良好な均一度が確保されたる起磁力配置であることが解る。
The interval between the magnetic flux contour lines (magnetic field lines) 16 in FIG. 3 is proportional to the product of the magnetic field strength and the radius, but in the figure, the magnetic field strength is also greater than the average magnetic field strength of the imaging area of about 3T with the magnetic field strength contour line 17. Regions are indicated by dots.
The magnetic field strength contour line 17 shows a contour line of ± 3 ppm accurately with respect to the average magnetic field strength. Here, the magnetic field strength is a magnetic field parallel to the arrow in the direction 7 (see FIG. 2) of the static magnetic field, and is a component B z parallel to the z-axis direction (central symmetry axis 10).
In the imaging region 8 at the center of the static magnetic field coil device 2 (in the figure, a spherical region indicated by a solid semicircle, also referred to as a uniform magnetic field region), the magnetic field strength is within ± 3 ppm, and good uniformity is ensured. It can be seen that this is a magnetomotive force arrangement.

この均一磁場領域を生成する時に、均一磁場領域の周囲の磁場分布は、均一磁場領域周囲で磁場の強弱を原点の周りで繰り返している。これは、既に説明した特異値分解で得た固有モードを重ね合わせて目標の均一な磁場分布を得た結果である。図3中で磁場の強弱の領域は、静磁場コイル装置2の中心から概略として放射状に広がっている。均一磁場領域から離れるほど幅広い磁場の強い領域となる。同様に、磁場の弱い領域も、均一磁場領域から遠いところで、広がっていく。磁場の強い領域は、当然、コイルの起磁力で生成されるので、この磁場の強い領域にコイルも存在する。したがって、対称面11から遠い所にあるコイルほど幅広い磁場の強い所に存在し、強磁場域の幅の広さに対応して、コイルの軸方向の長さも長くなる。また均一磁場領域から遠ざかるのでより強い起磁力も要求され、対称面11から遠いコイルほどコイルの半径方向幅も広くなって起磁力を強くしている。   When generating this uniform magnetic field region, the magnetic field distribution around the uniform magnetic field region repeats the strength of the magnetic field around the origin around the uniform magnetic field region. This is a result of obtaining the target uniform magnetic field distribution by superimposing the eigenmodes obtained by the singular value decomposition already described. In FIG. 3, the region of the strength of the magnetic field extends radially from the center of the static magnetic field coil device 2. The farther away from the uniform magnetic field, the stronger the magnetic field. Similarly, the region where the magnetic field is weak spreads away from the uniform magnetic field region. Since the strong magnetic field is naturally generated by the magnetomotive force of the coil, the coil is also present in the strong magnetic field. Therefore, the coil located farther from the symmetry plane 11 is present in a wider field with a stronger magnetic field, and the axial length of the coil becomes longer corresponding to the width of the strong magnetic field region. Further, since the magnetic field is further away from the uniform magnetic field region, a stronger magnetomotive force is required, and the coil in the radial direction becomes wider as the coil is farther from the symmetry plane 11 to increase the magnetomotive force.

図9は、あらかじめ与えたコイル群全軸長に対して、均一磁場を発生できる起磁力配置を求めた結果である。
図9の上段では、3種類のコイル群全軸長(長中短)を例に起磁力配置を図示している。磁場の強弱の位置は、均一磁場を生成するためには、コイル群全軸長に依存せず一定の位置に存在する。このため、コイル群全軸長の入力を変化させても、コイル位置はほぼ同じ位置に存在している。
入力したコイル群全軸長の変化で大きく変わっているのは、最端部にある主コイルMC10,MC11(コイル12a)の長さ(軸方向長さ)および幅(半径方向幅)のみであると言える。
FIG. 9 shows a result of obtaining a magnetomotive force arrangement capable of generating a uniform magnetic field with respect to all the axial lengths of the coil groups given in advance.
In the upper part of FIG. 9, the magnetomotive force arrangement is illustrated by taking three types of coil group total axial lengths (long, medium and short) as an example. In order to generate a uniform magnetic field, the position of the strength of the magnetic field does not depend on the total axial length of the coil group and exists at a certain position. For this reason, even if the input of the total axial length of the coil group is changed, the coil position exists at substantially the same position.
Only the length (axial length) and width (radial width) of the main coils MC10 and MC11 (coil 12a) at the extreme ends are largely changed by the change in the total axial length of the input coil group. It can be said.

コイル群全軸長を長く取れば、静磁場の均一度は向上し、コイル導体の経験磁界が下がって、より安定した性能の磁石を製作できるが、導体線材物量は多くなる。また、静磁場コイル装置2が大型となりコストの増加を招く。
一方、コイル群全軸長を短く取れば、静磁場コイル装置2の外形は小型にできるが、導体の量(線材長)は、特に主コイルMC10,MC11(コイル12a)の半径方向幅が広がり、平均の巻き線半径が大きくなるために、多くなりコスト増加となる。また、導体の経験磁界も高くなり、やはりコスト増大の要因となる。
MRI装置1として、代表的なコイル内半径(500mm)と能動的磁気遮蔽の機能のシールドコイル2b(図2参照)持つ静磁場コイル装置2では、コイル群全軸長1500mm程度で最も導体の長さを小さくできるため、この1500mm付近で磁石を設計、製作することが適切であると言える。また、MRI装置1の静磁場コイル装置2としてはコンパクトに製作された方が設置性の良い装置となる。したがって、コイル群全軸長が1500mm付近で、コイル群全軸長が短軸長側の静磁場コイル装置2が好ましい。
しかし、図9の下段のグラフの「○」で示すように、コイルの経験磁界がコイル群全軸長の短軸化と共に急速に高くなっていくので1450mm程度以下の全軸長も好ましくない。
なお、この際、コイル断面の形状として大きく変化していくのは、端部にある主コイルMC10,MC11(コイル12a)の長さ(軸方向長さ)および幅(半径方向幅)のみである(図9上段参照)。
If the total axial length of the coil group is increased, the uniformity of the static magnetic field is improved and the empirical magnetic field of the coil conductor is lowered, and a magnet with more stable performance can be manufactured, but the amount of the conductor wire material is increased. Further, the static magnetic field coil device 2 becomes large and causes an increase in cost.
On the other hand, if the total axial length of the coil group is shortened, the outer shape of the static magnetic field coil device 2 can be reduced, but the amount of the conductor (wire length) is particularly wide in the radial width of the main coils MC10 and MC11 (coil 12a). Since the average winding radius is increased, the cost is increased. In addition, the empirical magnetic field of the conductor is increased, which also causes an increase in cost.
As the MRI apparatus 1, in the static magnetic field coil apparatus 2 having a representative coil inner radius (500 mm) and a shield coil 2b (see FIG. 2) having a function of active magnetic shielding, the coil length is about 1500 mm and the length of the conductor is the longest. Since the thickness can be reduced, it can be said that it is appropriate to design and manufacture the magnet around 1500 mm. In addition, the static magnetic field coil device 2 of the MRI apparatus 1 is more easily installed if it is made compact. Therefore, the static magnetic field coil device 2 in which the total axial length of the coil group is in the vicinity of 1500 mm and the total axial length of the coil group is the short axis length side is preferable.
However, as indicated by “◯” in the lower graph of FIG. 9, the empirical magnetic field of the coil rapidly increases as the total axial length of the coil group becomes shorter, so that the total axial length of about 1450 mm or less is not preferable.
At this time, only the length (axial direction length) and width (radial direction width) of the main coils MC10 and MC11 (coil 12a) at the end are greatly changed as the shape of the coil cross section. (See the upper part of FIG. 9).

図10は、コイル群全軸長に対する各数値を示した表である。
「全軸長/内径」は、コイル群全軸長をコイル12a(MC10,MC11)の内径で規格化している。「長さ比(MC10/MC20)」は、コイル12a(MC10,MC11)の軸方向長さをコイル12b(MC20,MC21)の軸方向長さで除算したものである。「長さ比(MC10/MC30)」は、コイル12a(MC10,MC11)の軸方向長さをコイル12c(MC30,MC31)の軸方向長さで除算したものである。「長さ/幅(MC10)」は、コイル12a(MC10,MC11)の軸方向長さをコイル12a(MC10,MC11)の半径方向幅で除算したものである。「幅比(MC10/MC20)」コイル12a(MC10,MC11)の半径方向幅をコイル12b(MC20,MC21)の半径方向幅で除算したものである。「起磁力相対値」は、コイル12a(MC10,MC11)の起磁力について、「全軸長/内径」が3.0(内半径500mmでコイル群全軸長1500mm)の時の起磁力を基準値1.0として規格化している。「導体量相対値」は、全コイル(MC10,MC11,MC20,MC21,MC30,MC31,SC10,SC11)合計の導体量について、「全軸長/内径」が3.0(内半径500mmでコイル群全軸長1500mm)の時の導体量を基準値1.0として規格化している。
FIG. 10 is a table showing numerical values for the total axial length of the coil group.
The “total axial length / inner diameter” standardizes the total axial length of the coil group by the inner diameter of the coil 12a (MC10, MC11). “Length ratio (MC10 / MC20)” is obtained by dividing the axial length of the coil 12a (MC10, MC11) by the axial length of the coil 12b (MC20, MC21). “Length ratio (MC10 / MC30)” is obtained by dividing the axial length of the coil 12a (MC10, MC11) by the axial length of the coil 12c (MC30, MC31). “Length / width (MC10)” is obtained by dividing the axial length of the coil 12a (MC10, MC11) by the radial width of the coil 12a (MC10, MC11). The “width ratio (MC10 / MC20)” coil 12a (MC10, MC11) radial width is divided by the coil 12b (MC20, MC21) radial width. “Relative value of magnetomotive force” refers to the magnetomotive force of the coil 12a (MC10, MC11) when the “total axial length / inner diameter” is 3.0 (the inner radius is 500 mm and the total axial length of the coil group is 1500 mm). Normalized as a value of 1.0. “Conductor amount relative value” is the total conductor amount of all coils (MC10, MC11, MC20, MC21, MC30, MC31, SC10, SC11). The conductor amount when the total axial length of the group is 1500 mm) is standardized with a reference value of 1.0.

図11は、図10に示す代表的なパラメータとして、「起磁力相対値」および「導体量相対値」を「全軸長(コイル群全軸長)/内径(コイル内半径)」の関数としプロットしたグラフである。
図10に示す表および、図11に示すグラフから分かるように、「全軸長/内径」が2.92〜3.00で起磁力(起磁力相対値)が小さくなる。
また、「全軸長/内径」が3.00〜3.10で導体量(導体量相対値)が小さくなる。
コイルの製作性を考慮すると、コイル12a(MC10,MC11)の起磁力が増大することは好ましくない。一方、導体の物量は少ない方がコストの面で有利である。このように考えるとコイルの設計は「全軸長/内径」が3.0付近で行うことが望ましいといえるが、実際の設計はその前後で。コイル12a(MC10,MC11)の起磁力と導体量の両者が十分に小さい2.92から3.04が好ましい領域である。なお、前述したコイル群全軸長1500mm,内半径500mmもこの中に含まれている。
FIG. 11 shows a typical parameter shown in FIG. 10 in which “magnetomotive force relative value” and “conductor amount relative value” are functions of “total axis length (coil group total axis length) / inner diameter (coil radius)”. This is a plotted graph.
As can be seen from the table shown in FIG. 10 and the graph shown in FIG. 11, the magnetomotive force (relative value of magnetomotive force) decreases when the “total axial length / inner diameter” is 2.92 to 3.00.
Further, when the “total axial length / inner diameter” is 3.00 to 3.10, the conductor amount (conductor amount relative value) decreases.
Considering the manufacturability of the coil, it is not preferable that the magnetomotive force of the coil 12a (MC10, MC11) increases. On the other hand, a smaller amount of conductor is advantageous in terms of cost. Considering this, it can be said that the coil should be designed so that the “total axial length / inner diameter” is around 3.0, but before and after the actual design. 2.92 to 3.04 is a preferable region in which both the magnetomotive force and the conductor amount of the coil 12a (MC10, MC11) are sufficiently small. The coil group total axial length of 1500 mm and the inner radius of 500 mm are also included in this.

これまでに議論した内容をこれらのパラメータに換算すると、コイル12a(MC10,MC11)の「長さ/幅」の値は、4.04から6.47とするのが妥当である。実際のコイルでは導体の種類により値は変動するため、これよりやや大小する可能性があるが、それでも、4.0から6.5の範囲とすることが妥当である。
また、この範囲では軸方向長さの「長さ比(MC10/MC30)」も変化しているが、2.33から2.82の範囲である。これは、均一磁場を確保するために必要な値である。
When the contents discussed so far are converted into these parameters, it is appropriate that the value of the “length / width” of the coil 12a (MC10, MC11) is 4.04 to 6.47. In an actual coil, the value varies depending on the type of conductor, so it may be slightly larger or smaller than this, but it is still appropriate to set the value in the range of 4.0 to 6.5.
In this range, the “length ratio (MC10 / MC30)” of the axial length also changes, but is in the range of 2.33 to 2.82. This is a value necessary for ensuring a uniform magnetic field.

<シムの配置>
ところで、実際の静磁場コイル装置2では、製作・組み立て上の誤差があり、正確なコイル位置にコイルを配置することはできない。このため、静磁場コイル装置2を製作し、MRI装置1を据え付けた時に、実際に磁場を発生させて磁場を計測し均一な静磁場となるように、微調整を行う。
<Sim placement>
By the way, in the actual static magnetic field coil apparatus 2, there is an error in manufacturing and assembly, and the coil cannot be arranged at an accurate coil position. For this reason, when the static magnetic field coil device 2 is manufactured and the MRI apparatus 1 is installed, fine adjustment is performed so that the magnetic field is actually generated and the magnetic field is measured to obtain a uniform static magnetic field.

強大な電磁力の発生させるコイルは、静磁場コイル装置2内でしっかりと固定されており、また、真空容器2c,熱輻射シールド2d,冷媒容器2eで覆われているため、コイルの位置を補正することはできない。このため、通常は鉄片(磁性体)を配置する、微調整用のコイルを付加してその電流値を調整する等の方法が用いられている。
鉄片を配置する場合、特許文献3に示されているように、軸方向に長いシムトレイを用意し、その中に分割した箱(トレイ)状の容器を(分割シムトレイとする)配置し、さらにその中に分割シムトレイに大きさが適応する磁性体片を収納する方法が知られている。
特許文献3では、この分割シムトレイの位置を磁場補正に必要な位置に変更するが、その方法はシムトレイスペーサと組み合わせの順番を変えることで行う。
The coil that generates a strong electromagnetic force is firmly fixed in the static magnetic field coil device 2 and is covered with the vacuum vessel 2c, the thermal radiation shield 2d, and the refrigerant vessel 2e, so that the position of the coil is corrected. I can't do it. For this reason, methods such as arranging an iron piece (magnetic material) or adjusting a current value by adding a fine adjustment coil are usually used.
When arranging the iron pieces, as shown in Patent Document 3, prepare a shim tray that is long in the axial direction, arrange a box-shaped container (to be referred to as a divided shim tray) therein, and further There is known a method of accommodating a magnetic piece having a size adapted to a divided shim tray.
In Patent Document 3, the position of the divided shim tray is changed to a position necessary for magnetic field correction. This method is performed by changing the order of combination with the shim tray spacer.

ところで、磁場調整は、磁場分布を図3に示すように、強弱の分布となるように調整する意味を持つ。したがって、シムトイレイの中で磁性体シムの配置は、強弱の分布の軸方向長さに対して1/2の位置の分解能を持つ必要があり、またそれ以上の分解能は必要ではない。
そこで、本発明の知見を生かせば、上記のコイル配置の間隔の半分以内の軸方向の大きさであれば、十分な軸方向位置分解能を持つと言える。そして、シムトレイの軸方向の大きさは、対称面11から遠い位置にあるものほど軸方向に大きな長さを鉄片およびその鉄片を配置する入れ物である箱を用意しておくと、効率的な磁場調整(シミング)が可能となる。
By the way, the magnetic field adjustment has a meaning of adjusting the magnetic field distribution so as to become a strong and weak distribution as shown in FIG. Therefore, the arrangement of the magnetic shim in the shim toilet needs to have a resolution of 1/2 position with respect to the axial length of the strong and weak distribution, and further resolution is not necessary.
Therefore, if the knowledge of the present invention is utilized, it can be said that the axial position resolution is sufficient as long as the size in the axial direction is within half of the interval of the coil arrangement. The size of the shim tray in the axial direction is such that the farther away from the symmetry plane 11, the larger the length in the axial direction. Adjustment (shimming) is possible.

図11はこのようなシムトレイの概念図を示している。図11で、上側にはシムトレイ24の断面を、中心軸に垂直な面の断面(上右側)と中心軸を含む面上の断面(上左側)を示している。
周回方向及び軸方向に分割されて、シム磁性体22が配置されている。ここで、従来は、軸方向に同じ長さのシム磁性体を使っていた。したがって、シムトレイ24の中には同じ大きさの磁性体を配置できるような構造となっていた。
FIG. 11 shows a conceptual diagram of such a shim tray. In FIG. 11, a cross section of the shim tray 24 is shown on the upper side, a cross section of the plane perpendicular to the central axis (upper right side) and a cross section on the plane including the central axis (upper left side).
The shim magnetic body 22 is arranged in a circumferential direction and an axial direction. Here, conventionally, shim magnetic bodies having the same length in the axial direction have been used. Therefore, the shim tray 24 has a structure in which magnetic bodies of the same size can be arranged.

これに対し、本発明の知見を用いると、シムトレイ20の内部の磁性体22A,22Bのように軸方向の大きさが異なり、撮像領域8から遠ざかるにつれて、軸方向に長い磁性体を配置する。即ち、撮像領域8に近い側の磁性体22Bは従来の磁性体と同様な軸方向の長さを有する磁性体であるが、撮像領域8に遠い側の磁性体22Aは撮像領域8に近い側の磁性体22Bよりも軸方向長さが長く設計されている。また、シムトレイ24の形状もこのような磁性体22A,22Bが配置できる構造となっている。   On the other hand, when the knowledge of the present invention is used, the magnetic bodies 22 </ b> A and 22 </ b> B inside the shim tray 20 have different sizes in the axial direction, and a longer magnetic body is disposed in the axial direction as the distance from the imaging region 8 increases. That is, the magnetic body 22B closer to the imaging area 8 is a magnetic body having the same axial length as the conventional magnetic body, but the magnetic body 22A farther from the imaging area 8 is closer to the imaging area 8. The length in the axial direction is longer than that of the magnetic body 22B. Further, the shape of the shim tray 24 has a structure in which such magnetic bodies 22A and 22B can be arranged.

シムトレイ24は磁石ボアの部分に配置する。図3では、半径位置が40cm付近である。磁性体の軸方向長さは図3で強弱(打点領域と非打点領域)波長の半分程度の大きさであるので、撮像領域8に近いところ(コイル12cに近い部分)では5〜7.5cmの軸方向長さである。これに対し、コイル12aに近い位置(撮像領域8から遠い位置)では、コイルの長さ比「(MC10/MC20)」(図10参照)と同様に1.5倍の軸方向長さでも十分な磁場調整ができると言える。   The shim tray 24 is disposed in the magnet bore portion. In FIG. 3, the radial position is around 40 cm. Since the axial length of the magnetic material is about half the wavelength in FIG. 3 (strike area and non-spot area), it is 5 to 7.5 cm near the imaging area 8 (part close to the coil 12c). Is the axial length. On the other hand, at a position close to the coil 12a (a position far from the imaging region 8), an axial length of 1.5 times is sufficient as with the coil length ratio “(MC10 / MC20)” (see FIG. 10). It can be said that magnetic field adjustment can be performed.

図12(a)に示すように、シムトレイ24に配置する磁性体22(22A,22B)は一枚の磁性体片で構成されていてもよく、図12(b)に示すように、磁性体薄片22a,22b,22cを組み合せることにより、所望の厚さに重ね合わせて磁性体22(22A,22B)を構成することができる。またシムトレイ24は中心軸周りに囲むようにシム磁性体22を配置できる構造としている。これにより、軸方向と周回方向の任意の位置にシム磁性体22を配置できる。   As shown in FIG. 12A, the magnetic body 22 (22A, 22B) arranged on the shim tray 24 may be composed of a single magnetic body piece. As shown in FIG. By combining the thin pieces 22a, 22b, and 22c, the magnetic body 22 (22A and 22B) can be configured to be overlapped with a desired thickness. The shim tray 24 has a structure in which the shim magnetic body 22 can be disposed so as to surround the central axis. Thereby, the shim magnetic body 22 can be arrange | positioned in the arbitrary positions of an axial direction and a circumference direction.

以上の議論では、漏れ磁場を適切化するために、シールドコイル2bの磁気モーメント(Mres=Σ∫iπr drdz)を、主コイル2aの磁気モーメントより0.25%〜2.00%小さくしている。
ここで、iは周回方向電流の密度で、シールドコイル2bは主コイル2aと反対方向の電流が流れるために負の電流密度である。rはシールドコイル2bの半径であり、積分は全コイルの断面での面積積分となる。また総和はコイル毎の積分値の和をとる。
シールドコイル2bの磁気モーメントを主コイル2aの磁気モーメントより小さくすることで、コイル全体の導体量を減すと共に、漏れ磁場の領域も最適化している。
なお、主コイル2aの磁気モーメントよりシールドコイル2bの磁気モーメントを小さくする割合を2.00%より大きくすると、シールドコイル2bにより漏れ磁場の発生を十分に抑制することができない。また、主コイル2aの磁気モーメントよりシールドコイル2bの磁気モーメントを小さくする割合を0.25%より小さくすると、コイル全体の導体量を減す効果が小さくなる。このため、シールドコイル2bの磁気モーメントを主コイル2aの磁気モーメントより0.25%〜2.00%小さくするのが望ましい。
In the above discussion, in order to optimize the leakage magnetic field, the magnetic moment of the shield coil 2b (Mres = Σ∫i r πr drdz) is made 0.25% to 2.00% smaller than the magnetic moment of the main coil 2a. ing.
Here, i is the density of the current in the circumferential direction, and the shield coil 2b has a negative current density because a current in the direction opposite to that of the main coil 2a flows. r is the radius of the shield coil 2b, and the integral is the area integral in the cross section of all the coils. The sum is the sum of the integral values for each coil.
By making the magnetic moment of the shield coil 2b smaller than the magnetic moment of the main coil 2a, the amount of conductor of the entire coil is reduced and the area of the leakage magnetic field is also optimized.
If the ratio of reducing the magnetic moment of the shield coil 2b from the magnetic moment of the main coil 2a is greater than 2.00%, the generation of the leakage magnetic field cannot be sufficiently suppressed by the shield coil 2b. Further, if the ratio of reducing the magnetic moment of the shield coil 2b to the magnetic moment of the main coil 2a is less than 0.25%, the effect of reducing the conductor amount of the entire coil is reduced. For this reason, it is desirable to make the magnetic moment of the shield coil 2b 0.25% to 2.00% smaller than the magnetic moment of the main coil 2a.

1 核磁気共鳴撮像(MRI)装置
2 静磁場コイル装置
2a,12a,12b,12c 主コイル(コイル)
2b,12d シールドコイル
2c 真空容器
2d 熱輻射シールド
2e 冷媒容器
3 傾斜磁場コイル
4 RFコイル
5 被検体
6 ベッド
7 静磁場の(磁力線)方向
8 撮像領域(所定の領域)
9 傾斜磁場
10 中心対称軸
11 対称面
24 シムトレイ(シム鉄片の配置機構)
22,22A,22B シム磁性体(シム鉄片)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Nuclear magnetic resonance imaging (MRI) apparatus 2 Static magnetic field coil apparatus 2a, 12a, 12b, 12c Main coil (coil)
2b, 12d Shield coil 2c Vacuum vessel 2d Thermal radiation shield 2e Refrigerant vessel 3 Gradient magnetic field coil 4 RF coil 5 Subject 6 Bed 7 Static magnetic field (lines of magnetic force) direction 8 Imaging region (predetermined region)
9 Gradient magnetic field 10 Center symmetry axis 11 Symmetry plane 24 Shim tray (Sim iron arrangement mechanism)
22, 22A, 22B Shim magnetic body (shim iron piece)

Claims (10)

所定の領域内に静磁場を発生させる同軸上に配置された複数のコイルを備える静磁場コイル装置であって、
前記複数のコイルは、
該コイルの中心軸と垂直な面を対称面として、面対称に前記コイルが配置され、
前記対称面より遠い位置に存在するコイルほど、軸方向に長く、かつ、半径方向に幅の広い
ことを特徴とする静磁場コイル装置。
A static magnetic field coil device comprising a plurality of coils arranged coaxially for generating a static magnetic field in a predetermined region,
The plurality of coils are:
The coil is arranged in plane symmetry with a plane perpendicular to the central axis of the coil as a plane of symmetry,
A static magnetic field coil device, wherein a coil located farther from the symmetry plane is longer in the axial direction and wider in the radial direction.
前記対称面より最も遠い位置に存在する前記コイルの断面の軸方向長さ対半径方向幅の比率が、4.0から6.5の範囲である
ことを特徴とする請求項1に記載の静磁場コイル装置。
The static ratio according to claim 1, wherein a ratio of an axial length to a radial width of a cross section of the coil existing farthest from the symmetry plane is in a range of 4.0 to 6.5. Magnetic field coil device.
前記対称面より最も遠い位置に存在する前記コイルの軸方向の端から、面対称に配置される前記コイルの軸方向の端までの距離であるコイル群全軸長と、前記コイルの内半径との比率が、2.92から3.04の範囲内である
ことを特徴とする請求項1に記載の静磁場コイル装置。
The total axial length of the coil group, which is the distance from the axial end of the coil located farthest from the symmetry plane to the axial end of the coil arranged symmetrically, and the inner radius of the coil The static magnetic field coil device according to claim 1, wherein the ratio is in a range of 2.92 to 3.04.
前記対称面より最も遠い位置に存在する前記コイルの内径は、
該コイルよりも前記対称面に近い位置に存在する前記コイルの内径のよりも小さい
ことを特徴とする請求項1に記載の静磁場コイル装置。
The inner diameter of the coil present at a position farthest from the plane of symmetry is:
2. The static magnetic field coil device according to claim 1, wherein the coil has an inner diameter smaller than the inner diameter of the coil located closer to the symmetry plane than the coil.
前記複数のコイルが前記所定の領域外に発生させる磁場を低減するシールドコイルを更に備え、
該シールドコイルの磁気モーメントの総和が、前記複数のコイルの磁気モーメントの総和より0.25%〜2.00%小さい
ことを特徴とする請求項1に記載の静磁場コイル装置。
A shield coil for reducing a magnetic field generated by the plurality of coils outside the predetermined region;
2. The static magnetic field coil device according to claim 1, wherein a sum of magnetic moments of the shield coils is 0.25% to 2.00% smaller than a sum of magnetic moments of the plurality of coils.
磁場分布の調整を行うシム鉄片を配置する配置機構を更に備え、
前記対称面から遠い位置に配置されるシム鉄片の配置機構は、
該配置機構より前記対称面に近い位置に存在するシム鉄片の配置機構と比較して、より軸方向に大きなシム鉄片が配置可能に構成される
ことを特徴とする請求項1に記載の静磁場コイル装置。
It further comprises an arrangement mechanism for arranging shim iron pieces for adjusting the magnetic field distribution,
The arrangement mechanism of shim iron pieces arranged at a position far from the symmetry plane is as follows:
2. The static magnetic field according to claim 1, wherein a larger shim iron piece can be arranged in a more axial direction as compared with a shim iron piece arrangement mechanism that is closer to the symmetry plane than the arrangement mechanism. Coil device.
前記複数のコイルの各々は、素線が巻回されて形成される
ことを特徴とする請求項1に記載の静磁場コイル装置。
2. The static magnetic field coil device according to claim 1, wherein each of the plurality of coils is formed by winding a wire. 3.
請求項1に記載の静磁場コイル装置用いることを特徴とする核磁気共鳴撮像装置。   A nuclear magnetic resonance imaging apparatus using the static magnetic field coil apparatus according to claim 1. 所定の領域内に静磁場を発生させる同軸上に配置された複数のコイルを備える静磁場コイル装置のコイル配置方法であって、
複数の線輪電流の電流分布で前記複数のコイルの個数と概略位置を決定する個数決定ステップと、
前記線輪電流の電流分布に基づいて、その起磁力に相当するコイル断面形状を決定する断面形状決定ステップと、
前記決定したコイル断面形状を特異値分解により最適化する断面形状最適化ステップと、を有する
ことを特徴とする静磁場コイル装置のコイル配置方法。
A coil arrangement method of a static magnetic field coil device comprising a plurality of coils arranged coaxially to generate a static magnetic field in a predetermined region,
A number determining step for determining the number and approximate position of the plurality of coils in a current distribution of a plurality of wire ring currents;
A cross-sectional shape determining step for determining a coil cross-sectional shape corresponding to the magnetomotive force based on the current distribution of the wire ring current;
And a step of optimizing the determined cross-sectional shape of the coil by singular value decomposition.
前記コイルは、素線が巻回されて形成され、
前記最適化した断面形状に基づいて素線の巻き線構造を決定し、前記コイルの位置を特異値分解により最適化する位置最適化ステップと、をさらに有する
ことを特徴とする請求項9に記載の静磁場コイル装置のコイル配置方法。
The coil is formed by winding a wire,
The position optimization step of determining a winding structure of the wire based on the optimized cross-sectional shape and optimizing the position of the coil by singular value decomposition. The coil arrangement method of the static magnetic field coil apparatus.
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