JPWO2015178411A1 - 極狭漏れ磁場磁石型mri装置 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)時間的に定常で空間的にも一定、かつ通常0.1から数テスラ以上の強さであって撮像を行う空間(通常直径で30-40cmの球もしくは楕円体の空間)内で数ppm程度の変動範囲に収まる磁場
(2)1秒程度以下の時定数で変化して、空間的に傾斜した磁場
(3)核磁気共鳴に対応した周波数(数MHz以上)の高周波の電磁波による磁場
この磁場は、本来必要とされる撮像領域6(図3参照)のみならず、装置周囲へも漏れる。この漏れ磁場は撮像のためには全く不要なものであるが、無くしてしまうことはできない。このため、周囲への漏れ磁場を小さくする工夫が、MRI装置には施される。この漏れ磁場を抑制するためにMRI装置に施される工夫を磁気シールドと言うが、大別して下記の2種類が有る。
(1)MRI装置を配置した部屋の壁に磁性体を配置し、漏れてくる磁力線を、磁性体中でとらえて、部屋の外への漏れ磁場を小さくする方式。
(2)もっぱら撮像領域6に均一な磁場を生成する主コイル(MC)コイルブロック(CB)群とは別に、撮像領域6には負の磁場を作るが、主コイルの周囲への漏れ磁場を、装置周囲で打ち消す磁場を発生する、シールドコイル(SC)をマグネット自体が備える方式(能動的磁気遮蔽方式)。
(2)軸端部からの軸方向漏れ磁場
ここでは特に(1)の半径方向の漏れ磁場を、電磁石全体の磁気モーメントと半径方向への漏れ磁場を発生する磁場分布、つまり磁極数に注目して問題を解決する。
1.第1ステップ
MC−CB群の配置を次のように求める。
2.第2ステップ
各CBの巻き線数を連続実数として、第1ステップで求めた線輪電流20による磁場固有分布強度を再現するようにMC−CB11の位置・形状(矢印で示す断面辺位置)を調整する。同時に、漏れ磁場を調整するSC−CB群15の起磁力調整をも行う。これらの調整は、繰り返し計算で実行する。なお、この第2ステップと次の第3ステップについて詳細は後述する。
3.第3ステップ
本ステップでは、前の第2ステップで位置・形状を求めたMC−CB11やSC−CB15に対して、現実の線材に関する情報を付与し反映させる。具体的には利用する線材形状を元に、整数の巻き線数、コイルの断面形状と起磁力およびコイル位置(矢印で示す方向に調整)をCB群に付与し近似する。その上で各MC−CB11の位置を調整して、第1ステップで求めた固有磁場強度を再現する。また、SC−CB15に対しては、漏れ磁場を小さくするように調整する。ここでの漏れ磁場の調整はシールドコイルの磁気モーメント(電流x面積で半径の2乗に比例)を、SC−CB15の半径方向の位置を調整することで実行する。
A=Σuiλivi (1)
とする。ここで、ui、λi、viはそれぞれ、磁場のi番目固有分布ベクトル、i番目特異値および辺上の電流配分のi番目固有ベクトルである。なお、これら3つの要素の組み合わせを固有モードと呼び、これらの固有モードの組み合わせから辺上に配置すべき電流を求める。組み合わせる固有モードの個数は必要な磁場精度に依存して決めるが、応答行例Aのランク数を上限とし、組み合わせ数が増加するほど精度は高くなる。
Pi→内積値{(線輪電流20のi番目固有磁場分布)(一様磁場分布)} (2)
とするように変形させる。電流密度を仮定してコイル形状を連続的に変更することで調整を行う。
Pri=(一様磁場分布ベクトル−CB群による磁場分布)ui (3)
である。これを補正する(Pri→0)辺上の電流分布を表すベクトルΔIは特異値λiを用いて、
ΔI= ΣviPri/λi (4)
である。なお、ΔIは、各CB13に関し、CB変形により現れる電流を要素にもつベクトルである。ここで和は、磁場精度が必要な数の固有モードについて実行する。線輪電流20による電流の多い部分にNc個のMC−CB11を配置する場合、通常は2Ncであるが、良い磁場精度が必要な場合には2Nc+2個の固有モードについて実行する事もある。また、これらの固有モードでは、軸方向位置に対して対称にCB13が配置される磁石では半分の数の固有モード数である。のこり半分は反対称で利用できない固有モードである。
に書かれた磁場等高線(1.5T±1.5ppm)を書いている。打点領域は1.5Tを超えた磁場の強い領域である。このように、SC−CB15の配置数が増え、MCが通常の6個より少ない起磁力配置においても、必要な均一磁場を発生できる。
2…磁場強度等高線
3…電磁石容器外壁
4…磁場方向の矢印
5…磁場強度等高線(±1.5ppm)
6…撮像領域
7…均一磁場領域
8…支持脚
9…磁場等高線(5ガウス)
11…MC−CB(主コイルに対応するコイルブロック)
12…磁力線(等磁束線と同じ)
13…コイルブロック
15…SC−CB(シールドコイルに対応するコイルブロック)
20…線輪電流
21…コイルブロック断面片上の線輪電流
Claims (4)
- 両端が開口している円筒状のマグネットを持つ水平磁場型のMRI装置であって、
前記マグネットは、
円環状の主コイルと、
前記主コイルよりも径が大きく、かつ前記主コイルと同軸上に配置される円環状のシールドコイルと、をそれぞれ複数個含み、
前記シールドコイルは、前記軸上に少なくとも3個以上配置され、
いずれの前記主コイルも前記軸方向において両端に配置された前記シールドコイルよりも前記マグネットの中央側に配置され、
前記シールドコイルは、前記軸方向において、前記マグネットの中央部に近いほど径が大きい
ことを特徴とする水平磁場型のMRI装置。 - 請求項1に記載の水平磁場型のMRI装置において、
前記シールドコイルの磁気モーメントが主コイルの磁気モーメントの99.75%から98%の大きさある
ことを特徴とする水平磁場型のMRI装置。 - 主コイルが配置される所定の半径方向の位置において、軸方向に関し連続に線輪電流を配置し、
前記配置された線輪電流から撮像領域に発生させる目標磁場への応答行列を特異値分解して、前記配置された線輪電流の固有分布を9から14個求めて電流分布を算出し、
シールドコイルの起磁力を、漏れ磁場をシールドするように、前記主コイルの起磁力に応じて決め、
前記固有分布をコイルブロックと置き換え、該コイルブロック毎に電流密度を仮定し、
前記固有分布毎に固有磁場分布強度を求める第1ステップと、
前記コイルブロックの巻き線数を連続実数として、前記磁場の固有磁場分布強度を再現する主コイル形状の調整と、前記シールドコイル起磁力の調整を繰り返し計算で実行することで、コイルブロックの位置形状を求める第2ステップと、
前記第2ステップで位置形状を求めたコイルブロックについて線材の巻き線数が整数値となるよう制限を加え、
前記制限を加えたコイルブロックを前記第2ステップで求めたコイルブロックの形状、起磁力および配置位置について近似させ、
前記第1ステップで求めた固有磁場分布を再現するコイルブロックの位置を前記近似させたコイルブロックについて算出し、
前記シールドコイルの半径を外部磁場の漏れ磁場を小さくするように調整する第3ステップと、
を含む
ことを特徴とする起磁力配置の設計方法。 - 請求項3に記載の起磁力配置の設計方法において、
前記第2ステップにおける前記磁場の固有磁場分布強度を再現する主コイル形状の調整は、
前記主コイル形状の変形を線輪電流の再配置とし、前記固有磁場強度分布を再現する線輪電流の再配置を算出し、
前記算出された線輪電流の再配置を前記主コイル形状の変形に置き換えて調整する
ことを特徴とする起磁力配置の設計方法。
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阿部充志、柴田圭一郎: ""精密磁場発生用磁石の特異値分解を用いた同軸コイル配置の検討"", 「電磁力関連のダイナミクス」シンポジウム 講演論文集, vol. 第24回, JPN6015032878, May 2012 (2012-05-01), pages 79 - 82, ISSN: 0003869256 * |
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