JPWO2016132832A1 - 磁場均一度調整方法、磁場均一度調整プログラムおよび磁場均一度調整装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の第1の実施形態の静磁場調整方法について説明する。本実施形態の静磁場調整方法は、図1のように、シムトレイ71を備えた静磁場発生装置73の磁場均一度を調整する方法である。シムトレイ71は、静磁場発生装置73が均一磁場空間77に発生する静磁場の均一度を調整するための磁性体片を、所定の複数の位置(番号1〜20)でそれぞれ保持にするために、位置(番号1〜20)にそれぞれ凹部72を備えている。シムトレイ71は、静磁場発生装置73の均一磁場空間77側に複数が並べて配置されている。
ただし、Be:誤差磁場分布を表す行列、Bm:計測磁場の分布を表す行列、Btg:均一な目標磁場を表す行列
Be=AI ・・・(2)
ただし、Be:誤差磁場分布を表す行列、A:磁場の応答行列、I:磁性体片の位置と量を表す電流ポテンシャルの行列
I=A-1Be ・・・(3)
応答行列Aは、以下のように、鉄の磁気モーメントと、MRI装置のシムトレイ71の凹部72からFOV(撮像視野)との距離rと向きを示すベクトルrを用いて、以下のように予め求めておく。点配置の磁気モーメントmは、m=(mX,mY,mZ)の任意の方向の磁気双極子と定義できる。
ここで、単位体積あたりの磁気モーメントをFとすると、鉄量Iの磁気モーメントmは、式(5)のようになり、磁場補正に磁気モーメント(鉄)を使用する場合、応答行列Aは、式(6)で表される。
る。
すなわち、
B={(10-7){3(F・R)R/r2−F}/r3}×I ・・・(5)
A={(10-7){3(F・R)R/r2−F}/r3} ・・・(6)
シムトレイ71の凹部72に番号jをつけると、k番目の計測点での磁場は、各凹部72の鉄量Ij(m3)に対して、式(7)で表される。
しかしながら、式(6)で表される応答行列Aは、正則でなく、逆行列は存在しないため、特異値分解法(SVD)を行い、磁場の応答行列Aを式(8)により求める。
ただし、i:固有モードの次数、vi:次数iの電流ポテンシャルの固有分布を表す行列、ui:次数iの誤差磁場の固有分布を表す行列、λi:次数iの特異値
式(3)、(8)より、磁性体片の位置と量を表す電流ポテンシャルの行列Iは、式(9)で求めることができる。
ただし、Pi=ui tBei/np 1/2、np:磁場の計測点の数
式(9)より、次数iの固有モードで生じる磁場強度Beiは、np 1/2Piuiで表されることがわかる。固有モードごとの磁場強度Beiは図9のように分布し、次数iが小さいものほど大きな磁場強度Beiとなっている。よって、np 1/2Piuiの値を、次数i=1からS515で受け付けた固有モードの最大値の次数i=MDまで加算し、さらに計測磁場Bmと下式(6)のように加算することにより、調整後の磁場分布の推定値:BPredictedを算出することができる。
CPU34は、S852において式(8)、式(9)を演算して、固有モードごとの磁性体片の位置と量を求める。そして、設定した最大値MD以下の固有モードについての磁性体片の位置と量を目標磁場Btgに対応させてメモリ35に格納する。複数の固有モードにおいて、同じ位置の凹部72に磁性体片を配置する場合は、複数の固有モードの磁性体片の量の合計を算出し、凹部72ごとの合計後の磁性体片の量を、メモリ35に格納する。
(算出したIj>Imaxのとき、Ij=Imax、算出したIj≦Imaxのとき、Ij=Ij)
式(12)を適用後の行列IJは、S852において算出した誤差磁場を修正するための磁性体片の量に対し、凹部72に配置を許可する上限を適用した磁性体片の量および配置を表している。これを、例えば図10のように、凹部72の番号により、凹部72の位置を特定する表形式等で磁性体片の量をメモリ35に格納する。
Bep=BPredicted−Btg ・・・(14)
CPU34は、S852で求めた磁性体片の量及び分布を表す行列IJと式(13)、(14)を用いて、不均一磁場分布を表す行列Bepを求める。ただし、式(13)において、応答行列Aとして、式(8)用いる。
={(行列Bepの行列要素の最大値)−(行列Bepの行列要素の最小値)}
/(平均磁場強度)×10-6[ppm] ・・・(15)
上記S851〜S853の演算を、目標磁場Btgを設定された磁場範囲の最小値(Btgc-ΔB・n/2)からΔBずつ変化させながら最大値(Btgc+ΔB・n/2)まで繰り返す。これにより、設定された磁場範囲のΔB刻みのn個の目標磁場について、それぞれ到達可能な磁場均一度を算出することができる。
本発明の第2の実施形態の磁場均一度調整方法について説明する。第2の実施形態は、必要な磁場均一度(例えば10ppm以下)に対して、計測磁場の分布が大きい(例えば100〜1000ppm)場合であっても、目標磁場を変化させる幅ΔBを変えながら到達可能な磁場均一度の計算を繰り返すことにより、効率よく必要な磁場均一度を達成する磁性体片の配置と量を求める。これを図13のフローを用いて説明する。
第3の実施形態では、磁場計測や、静磁場発生装置の超電導磁石の励磁を自動で行う場合について説明する。本実施形態では、図4、図14に示したように、均一磁場調整装置33が、静磁場発生装置の均一磁場空間77に配置された計測部74と、静磁場発生装置73に内蔵されている超電導コイル4aの励磁電源2に接続されている。
ただし、Pi=ui tBei/np 1/2、np:磁場の計測点の数
式(9)より、次数iの固有モードで生じる磁場強度Beiは、np 1/2Piuiで表されることがわかる。固有モードごとの磁場強度Beiは図9のように分布し、次数iが小さいものほど大きな磁場強度Beiとなっている。よって、np 1/2Piuiの値を、次数i=1からS515で受け付けた固有モードの最大値の次数i=MDまで加算し、さらに計測磁場Bmと下式(10)のように加算することにより、調整後の磁場分布の推定値:BPredictedを算出することができる。
={(行列Bepの行列要素の最大値)−(行列Bepの行列要素の最小値)}
/(平均磁場強度)×10-6[ppm] ・・・(15)
上記S851〜S853の演算を、目標磁場Btgを設定された磁場範囲の最小値(Btgc-ΔB・n/2)からΔBずつ変化させながら最大値(Btgc+ΔB・n/2)まで繰り返す(S854)。これにより、設定された磁場範囲のΔB刻みのn個の目標磁場について、それぞれ到達可能な磁場均一度を算出することができる。
(算出したIj>Imaxのとき、Ij=Imax、算出したIj≦Imaxのとき、Ij=Ij)
式(12)を適用後の行列IJは、S852において算出した誤差磁場を修正するための磁性体片の量に対し、凹部72に配置を許可する上限を適用した磁性体片の量および配置を表している。これを、例えば図10のように、凹部72の番号により、凹部72の位置を特定する表形式等で磁性体片の量をメモリ35に格納する。
Claims (15)
- 発生する静磁場の均一度を調整するための磁性体片を所定の複数の位置でそれぞれ保持にするためのシムトレイを備えた静磁場発生装置の特異値分解法を用いた磁場均一度調整方法であって、
前記静磁場発生装置の生成する静磁場の分布を計測して、前記静磁場の分布と目標磁場との誤差磁場を算出し、
前記シムトレイの前記複数の位置のうち1以上に前記磁性体片を配置した場合に到達可能な磁場均一度を、前記目標磁場を所定の磁場範囲で変化させながらそれぞれ算出し、
前記シムトレイの前記各位置の磁性体片の量が所定の上限値以下であって、前記到達可能な磁場均一度が所定値以下である前記目標磁場を選択し、前記シムトレイにその目標磁場に対応する前記磁性体片の量を配置することを特徴とする磁場均一度調整方法。 - 請求項1に記載の磁場均一度調整方法であって、選択した前記目標磁場を含み、前記所定の磁場範囲よりも小さい範囲の第2の磁場範囲を設定し、前記第2の磁場範囲内で前記目標磁場を変化させながら、前記到達可能な磁場均一度を再度算出し、前記シムトレイの前記各位置の磁性体片の量が所定の上限値以下であって前記到達可能な磁場均一度が最小である前記目標磁場を選択し、前記シムトレイに選択した前記目標磁場に対応する前記磁性体片の量を配置することを特徴とする磁場均一度調整方法。
- 請求項1に記載の磁場均一度調整方法であって、前記特異値分解法により算出した複数の固有モードを用いて前記磁性体片の配置とその量を算出することを特徴とする磁場均一度調整方法。
- 請求項1に記載の磁場均一度調整方法であって、前記静磁場発生装置が、磁気共鳴イメージング装置の静磁場発生装置である場合、求めた前記目標磁場に対応する高周波磁場の周波数を算出し、前記磁気共鳴イメージング装置の高周波磁場発生部に設定することを特徴とする磁場均一度調整方法。
- 請求項1に記載の磁場均一度調整方法であって、計測した前記静磁場の分布に基づいて前記目標磁場の中心値を設定し、前記目標磁場の中心値を中心に前記所定の磁場範囲を設定することを特徴とする磁場均一度調整方法。
- 請求項3に記載の磁場均一度調整方法であって、前記複数の固有モードのうち所定の複数の次数のみを選択的に用いて、前記磁性体片の配置とその量を算出することを特徴とする磁場均一度調整方法。
- 請求項1に記載の磁場均一度調整方法であって、前記目標磁場を所定の磁場範囲で変化させながらそれぞれ算出した前記磁場均一度の変化に基ずいて、前記目標磁場を選択する
ことを特徴とする磁場均一度調整方法。 - 発生する静磁場の均一度を調整するための磁性体片を所定の複数の位置でそれぞれ保持にするためのシムトレイを備えた静磁場発生装置の磁場均一度を調整するために、コンピュータに、
前記静磁場発生装置の生成する静磁場の計測結果を取り込んで、前記静磁場と目標磁場との誤差磁場を算出する第1ステップ、
前記シムトレイの前記複数の位置のうち1以上に前記磁性体片を配置した場合に到達可能な磁場均一度を、前記目標磁場を所定の磁場範囲で変化させながらそれぞれ算出する第2ステップ、
前記第2ステップで算出した前記到達可能な磁場均一度の算出結果に基づいて、前記シムトレイの前記各位置の磁性体片の量が所定の上限値以下であって、前記到達可能な磁場均一度が所定値以下となる前記目標磁場を選択する第3ステップ、および、
前記第3ステップで選択した目標磁場に対応する前記磁性体片の配置とその量を表示装置に表示させる第4ステップ
を実行させることを特徴とする磁場均一度調整プログラム。 - 請求項8に記載の磁場均一度調整プログラムであって、
前記第3ステップで選択した前記目標磁場を含み、前記所定の磁場範囲よりも小さい第2の磁場範囲を設定する第5ステップ、
前記第2の磁場範囲内で前記目標磁場を変化させながら、前記到達可能な磁場均一度を再度算出する第6ステップ、および、
前記第6ステップの算出結果に基づいて、前記シムトレイの前記各位置の磁性体片の量が所定の上限値以下であって前記到達可能な磁場均一度が最小である前記目標磁場を選択する第7ステップを、コンピュータにさらに実行させ、
前記第4ステップでは、前記第7ステップで選択した前記目標磁場に対応する前記磁性体の配置とその量を表示装置に表示させることを特徴とする磁場均一度調整プログラム。 - 請求項8に記載の磁場均一度調整プログラムであって、前記第2ステップは、特異値分解法により算出した複数の固有モードを用いて前記磁性体片の配置とその量を算出することを特徴とする磁場均一度調整プログラム。
- 請求項8に記載の磁場均一度調整プログラムであって、前記静磁場発生装置が、磁気共鳴イメージング装置の静磁場発生装置である場合、前記第3ステップで選択した前記目標磁場に対応する高周波磁場の周波数を算出する第8ステップ、および、
前記第8ステップで算出した前記高周波磁場の周波数を、前記磁気共鳴イメージング装置の高周波磁場発生部に設定すべき周波数として表示装置に表示させる第9ステップとをコンピュータにさらに実行させることを特徴とする磁場均一度調整プログラム。 - 請求項8に記載の磁場均一度調整プログラムであって、前記第2ステップは、前記第1ステップで取り込んだ前記静磁場の分布に基づいて前記静磁場の分布幅の中に前記目標磁場の中心値を設定し、前記目標磁場の中心値を中心に前記所定の磁場範囲を設定することを特徴とする磁場均一度調整プログラム。
- 請求項10に記載の磁場均一度調整プログラムであって、前記第2ステップは、前記磁性体片の配置とその量の算出に用いる複数の次数を操作者から受け付けることを特徴とする磁場均一度調整プログラム。
- 請求項10に記載の磁場均一度調整プログラムであって、前記第2ステップは、前記目標磁場のみならず、前記固有モードの次数を変化させながら前記到達可能な磁場均一度を算出することを特徴とする磁場均一度調整プログラム。
- 発生する静磁場の均一度を調整するための磁性体片を所定の複数の位置でそれぞれ保持にするためのシムトレイを備えた静磁場発生装置の磁場均一度を調整するための磁場均一度調整装置であって、
前記静磁場発生装置の生成する静磁場の計測結果と、前記複数の位置の磁性体片の量の上限値と、目標磁場の範囲とを受け付ける受け付け部と、
前記受け付け部が受け付けた条件を用いて前記シムトレイに配置すべき前記磁性体片の配置とその量を算出する演算部とを有し、
前記演算部は、前記静磁場と目標磁場との誤差磁場を算出し、前記シムトレイの前記複数の位置のうち1以上に前記磁性体片を配置した場合に到達可能な磁場均一度を、前記目標磁場を前記受け付け部が受け付けた目標磁場の範囲で変化させながらそれぞれ算出し、算出した前記到達可能な磁場均一度の算出結果に基づいて、前記シムトレイの前記各位置の磁性体片の量が前記受け付けた前記上限値以下であって、前記到達可能な磁場均一度が所定値以下となる前記目標磁場を選択し、選択した目標磁場に対応する前記磁性体片の配置とその量を表示装置に表示させることを特徴とする磁場均一度調整装置。
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