特許 5752837 磁場調整装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5752837

(24)【登録日】2015年5月29日

(45)【発行日】2015年7月22日

(54)【発明の名称】磁場調整装置

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/055 20060101AFI20150702BHJP

   G01R 33/3873 20060101ALI20150702BHJP

   H01F 6/00 20060101ALI20150702BHJP

【ＦＩ】

   A61B5/05 332

   G01N24/06 520E

   H01F7/22 ZZAA

【請求項の数】2

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2014-188762(P2014-188762)

(22)【出願日】2014年9月17日

(62)【分割の表示】特願2011-199545(P2011-199545)の分割

【原出願日】2011年9月13日

(65)【公開番号】特開2015-27530(P2015-27530A)

(43)【公開日】2015年2月12日

【審査請求日】2014年9月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】000153498

【氏名又は名称】株式会社日立メディコ

(74)【代理人】

【識別番号】100064414

【弁理士】

【氏名又は名称】磯野 道造

(72)【発明者】

【氏名】柴田 圭一郎

(72)【発明者】

【氏名】阿部 充志

(72)【発明者】

【氏名】安藤 竜弥

(72)【発明者】

【氏名】榊原 健二

【審査官】 竹内 あや乃

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２００４／１０６９６０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−２８９７０３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｂ ５／０５５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数枚の薄板状の磁性体片と、前記磁性体片が収められる複数のポケットが設けられたシムトレイとを備え、前記磁性体片を積層して前記ポケット内に収め、超電導コイルが所定空間に発生させた静磁場の磁場均一度を調整する磁場調整装置において、
前記磁性体片の積層方向と異なる方向に前記磁性体片を出し入れする開口部を有し、複数枚の前記磁性体片を収納し、前記ポケット内に収められる収納容器を備えることを特徴とする磁場調整装置。

【請求項2】

前記収納容器は、
前記磁性体片が収納される収納空間を前記積層方向に分割する仕切り板を有することを特徴とする請求項１に記載の磁場調整装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超電導コイルが発生させた磁場の磁場均一度を調整するための磁場調整装置に関する。

【背景技術】

【0002】

磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ：Magnetic Resonance Imaging）装置では、鮮明な画像を得るために撮像領域（ＦＯＶ：Field Of View）において高精度の磁場均一度（例えば数ｐｐｍ以下）を高い磁場強度で達成することが要求される。そのため、ＭＲＩ装置には、高磁場を発生させることができる超電導コイルが用いられている。そして、ＭＲＩ装置の稼働前段階において、補正用の磁性体片（以下、シム鉄と記す）を適切な位置に適切な量を設置することにより、ＦＯＶの磁場分布を調整して磁場均一度を向上させるシミングと呼ばれる作業が実施されている。このシミングにおいてシム鉄を配置するべき位置及び量を算出する方法、並びにシミングに使用する装置が開示されている（例えば、特許文献１、２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９−２６８７９１号公報

【特許文献2】特開２００８−２８９７０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ＭＲＩ装置の設計段階では要求される磁場均一度の仕様を満足すべく超電導コイルのコイル配置を最適化している。しかし、ＭＲＩ装置の加工、組立て段階における超電導コイルの設置誤差、及びＭＲＩ装置周囲に設置された磁性体がつくる磁場により、ＦＯＶの磁場均一度は設計段階の設計値より劣化する。

【0005】

鮮明な画像を得るためにＭＲＩ装置では高磁場化が進んでいる。１．５Ｔ以上の高磁場を備えたＭＲＩ装置には、円筒形状のトンネル型ＭＲＩ装置が開発されている。トンネル型ＭＲＩ装置では、円筒形状の中心軸方向に離散的に配置されたシムポケットとよばれる磁性体収納部を有する細長いシムトレイが、トンネル内表面の周回方向に離散的に設置されている。前記シムポケット内に薄板形状のシム鉄を、前記円筒形状の半径方向に積層し、その量を調整することによりシミング作業を実施する。

【0006】

標準的なシミング作業の手順を以下に示す。初めにシム鉄がない状態（シムトレイが空の状態）で超電導コイルを励磁し、ＦＯＶの磁場分布を測定する。前記測定後、シムトレイをＭＲＩ装置本体から引抜き、各シムポケット内のシム鉄量を調整する。調整後のシムトレイをＭＲＩ装置本体に挿入し、再度超電導コイルを励磁してＦＯＶの磁場分布を測定する。計算時のシム鉄量と実際に配置したシム鉄量の誤差等が原因で、１回のシム鉄量の調整では、数ｐｐｍの磁場均一度を達成することは困難なため、前記のシミング作業の磁場分布測定とシム鉄量の調整からなる手順を所定の磁場均一度となるまで繰り返す。

【0007】

シミング作業では、磁場分布測定とシム鉄量の調整を繰返すため、シミング作業全体の作業時間を短縮してＭＲＩ装置の稼働率を向上させるためには、１回のシム鉄量の調整に要する時間を短縮することが重要な課題となる。また、超電導コイルの励磁・消磁の度に永久電流スイッチのヒータに通電するため、冷媒を大量に消費している。このため、ランニングコスト低減のためには、超電導コイルの励磁・消磁の回数の低減を図ることが重要な課題となる。

【0008】

すなわち、本発明が解決しようとする課題は、シミング作業においてシム鉄量の調整が短時間でできる磁場調整装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明に関する参考例は、
所定空間（ＦＯＶ）に静磁場を発生させる超電導コイルと、
前記所定空間における前記静磁場の磁場均一度を調整するための磁性体片（シム鉄）を配置するシムトレイとを有する磁場発生装置（ＭＲＩ装置）の磁場調整方法において、
前記静磁場を前記所定空間に発生させ前記静磁場の計測を行う前に、前記シムトレイに前記磁性体片を配置するものである。

【0010】

前記課題を解決するために、本発明は、
複数枚の薄板状の磁性体片と、前記磁性体片が収められる複数のポケットが設けられたシムトレイとを備え、前記磁性体片を積層して前記ポケット内に収め、超電導コイルが所定空間に発生させた静磁場の磁場均一度を調整する磁場調整装置において、
前記磁性体片の積層方向と異なる方向に前記磁性体片を出し入れする開口部を有し、複数枚の前記磁性体片を収納し、前記ポケット内に収められる収納容器を備えることを特徴としている。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、シム鉄量の調整が短時間でできる磁場調整装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1A】本発明の第１の実施形態に係る磁場調整装置を備えたＭＲＩ（磁気共鳴イメージング）装置（磁場発生装置）をＸ軸Ｙ軸に平行な平面で切断した断面図である。

【図1B】本発明の第１の実施形態に係る磁場調整装置を備えたＭＲＩ（磁気共鳴イメージング）装置（磁場発生装置）をＹ軸Ｚ軸を通る平面で切断した断面図である。

【図2A】本発明の第１の実施形態に係る磁場調整装置の平面図である。

【図2B】本発明の第１の実施形態に係る磁場調整装置の側面図である。

【図2C】図２ＡのＡ−Ａ方向の矢視断面図である。

【図2D】本発明の第１の実施形態に係る磁場調整装置の収納容器周辺部分の断面図であり、図２Ｃの一部の拡大図である。

【図3】本発明の第１の実施形態に係る磁場調整装置の収納容器（蓋を開けた状態）の斜視図である。

【図4】本発明の第２の実施形態に係る磁場調整装置の収納容器（蓋を開けた状態）の斜視図である。

【図5】本発明の第３の実施形態に係るＭＲＩ装置（磁場発生装置）の磁場調整方法のフローチャートである。

【図6】ＭＲＩ装置（磁場発生装置）の磁場調整方法における事前シム鉄分布のシミュレーション方法（その１）のフローチャートである。

【図7】ＭＲＩ装置（磁場発生装置）が設置される検査室の平面図である。

【図8A】本発明の第４の実施形態に係るＭＲＩ装置（磁場発生装置）の磁場調整方法における事前シム鉄分布のシミュレーション方法（その２−１）のフローチャートである。

【図8B】本発明の第４の実施形態に係るＭＲＩ装置（磁場発生装置）の磁場調整方法における事前シム鉄分布のシミュレーション方法（その２−２）のフローチャートである。

【図9】本発明の第５の実施形態に係るＭＲＩ装置（磁場発生装置）の磁場調整方法における事前シム鉄分布のシミュレーション方法（その３）のフローチャートである。

【図10】本発明の第６の実施形態に係るＭＲＩ装置（磁場発生装置）の磁場調整方法における事前シム鉄分布のシミュレーション方法（その４）のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

次に、本発明の実施形態について、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。

【0014】

（第１の実施形態）
図１Ａに、本発明の第１の実施形態に係る磁場調整装置４を備えたＭＲＩ（磁気共鳴イメージング）装置１（磁場発生装置２）をＸ軸Ｙ軸に平行な平面で切断した断面図を示し、図１Ｂに、そのＭＲＩ装置１（磁場発生装置２）をＹ軸Ｚ軸を通る平面で切断した断面図を示す。ＭＲＩ装置１は、被検体を内部の撮像領域（ＦＯＶ、所定空間）３に導入可能な円筒形状の磁場発生装置２と、以下、図示は省略したが、導入された被検体の生体組織を構成する原子核に核磁気共鳴を起こさせるために高周波信号を照射する照射コイル（図示省略）と、被検体から発せられる各々の磁気共鳴信号に位置情報を与えるための傾斜磁場発生装置（図示省略）と、被検体から発せられる磁気共鳴信号を受信するための受信コイル（図示省略）と、被検体を積載する寝台（図示省略）等で構成されている。

【0015】

磁場発生装置２は、被検体の生体組織を構成する原子のスピンを配向させるために、ＦＯＶ３に均一磁場を生成する。磁場発生装置２は、水平方向に平行なｚ軸を中心軸とする円筒形状をしている。磁場発生装置２は、超電導コイルである複数のメインコイル２ａと、超電導コイルである複数のシールドコイル２ｂと、メインコイル２ａとシールドコイル２ｂを冷媒と共に収納し冷却する冷媒容器２ｄと、冷媒容器２ｄを真空環境下に収納し断熱する真空容器２ｃと、真空容器２ｃのＦＯＶ３側の表面（内周面）に設けられる磁場調整装置４等を有している。

【0016】

複数のメインコイル２ａは、Ｚ軸を互いに共通する中心軸とするリング形状をしている。複数のメインコイル２ａは、Ｚ軸方向に複数（図１Ｂの例では４個）配置されている。複数のメインコイル２ａは、ＦＯＶ３に、均一磁場となる静磁場を生成する。複数のメインコイル２ａは、ＦＯＶ３以外にも、静磁場を生成し、特に、Ｚ軸に対して、メインコイル２ａよりも遠くの位置に漏洩磁場を生成させ、磁場調整装置４の配置位置にも静磁場を生成させる。複数のシールドコイル２ｂは、その漏洩磁場の大きさを小さくすることができ、磁場調整装置４の配置位置にも静磁場を生成させる。複数のシールドコイル２ｂは、Ｚ軸を互いに共通する中心軸とするリング形状をしている。複数のシールドコイル２ｂは、Ｚ軸方向に複数（図１Ｂの例では２個（一対））配置されている。複数のシールドコイル２ｂは、Ｚ軸方向において複数個配列された内の両端に配置された一対のメインコイル２ａの近傍に配置されている。複数のシールドコイル２ｂは、Ｘ軸及びＹ軸方向に関してＺ軸の両端に配置された一対のメインコイル２ａよりも遠くに配置されている。メインコイル２ａと、シールドコイル２ｂとは、お互いに逆方向に通電される。メインコイル２ａと、シールドコイル２ｂとは、ＦＯＶ３における磁場均一度を高め、漏洩磁場を低減するように、それらの断面中心、辺長、及び起磁力（電流×ターン数）が最適化されている。

【0017】

磁場調整装置４は、真空容器２ｃのＦＯＶ３側の表面（内周面）に、複数個設けられている。複数の磁場調整装置４は、その長手方向が、Ｚ軸方向に平行になるように配置されている。磁場調整装置４は、真空容器２ｃのＦＯＶ３側の内周面上に、Ｚ軸回りの周回方向に、離散的に、そして、等間隔に配置されている。作業者は、磁場調整装置４を用いて、シミング作業を行うことにより、ＭＲＩ装置１が設置されている場所の環境磁場と、超電導コイルのメインコイル２ａとシールドコイル２ｂの設置誤差による誤差磁場を、ＦＯＶ３において打ち消し、ＦＯＶ３における磁場均一度を所定の値（例えば数ｐｐｍ）以下にする。

【0018】

図２Ａに、本発明の第１の実施形態に係る磁場調整装置４の平面図を示し、図２Ｂに、その側面図を示す。図２Ｃに、図２ＡのＡ−Ａ方向の矢視断面図を示し、図２Ｄに、図２Ｃの一部を拡大した、磁場調整装置４の収納容器７周辺部分を示す。

【0019】

図２Ａに示すように、磁場調整装置４は、シムトレイ６と収納容器７とを有している。シムトレイ６と収納容器７には、非磁性体、例えば、樹脂やアルミニウムを用いることができる。シムトレイ６には、長手方向（Ｌ方向）に、離散的に、そして、等間隔で一列に、複数のシムポケット６ａが配置されている。また、シムトレイ６は、ねじ孔６ｂを用いて、真空容器２ｃ（図１Ａ参照）に固定可能になっている。

【0020】

図２Ｂに示すように、シムポケット６ａは、シムトレイ６において、Ｔ方向（積層方向）に形成されたくぼみであり、複数のシムポケット６ａの中に、それぞれ１つずつ、収納容器７が収められている。収納容器７は、シムポケット６ａのＴ方向からシムポケット６ａへ移動させることで、シムポケット６ａ内に嵌め込むことができる。収納容器７は、シムポケット６ａに対して相対的に、Ｌ方向やＷ方向に殆んど移動しないように、シムポケット６ａ内に嵌め込まれている。

【0021】

また、図２Ａに示すように、収納容器７は、容器本体７ａと、その容器本体７ａの開口部７ｃに蓋をする蓋７ｂとを有している。蓋７ｂは、容器本体７ａに対して相対的に、Ｌ方向に移動させることで、容器本体７ａの開口部７ｃから蓋７ｂを外すことができる。収納容器７がシムポケット６ａ内に嵌め込まれている状態では、蓋７ｂを容器本体７ａに対して相対的にＬ方向に移動させられないので、蓋７ｂが外れることはない。

【0022】

図２Ｃと図２Ｄに示すように、収納容器７の内部には、複数枚のシム鉄片（磁性体片）５（５１、５２、５３）と、複数枚のスペーサ５ａ（５４、５５、５６、５７）とが、Ｔ方向（積層方向）に積層された状態で収納されている。シム鉄片（磁性体片）５には、薄板状の磁性体、例えば、鉄、或いは珪素鋼板を用いることができる。スペーサ５ａには、薄板状の非磁性体、例えば、樹脂やセラミックを用いることができる。スペーサ５ａは、収納容器７内で、隙間ができて、シム鉄片（磁性体片）５が移動しないように設けられている。収納容器７内に収めるシム鉄片５の量（シム鉄量）を調整することにより、ＦＯＶ３（図１Ａ参照）における静磁場の磁場強度分布を変更し、磁場均一度を調整することができる。具体的には、収納容器７内に収めるシム鉄片５の枚数や、個々のシム鉄片５の厚さを調整（変更）することにより、ＦＯＶ３（図１Ａ参照）における静磁場の磁場強度分布を変更する。シム鉄片５の枚数を変更するには、例えば、シム鉄片５１を収納容器７から引き抜いて、替わりに同じ厚さのスペーサ５ａを差し込んだり、スペーサ５ａ（５７）を収納容器７から引き抜いて、替わりに同じ厚さのシム鉄片５を差し込んだりすればよい。シム鉄片５の厚さを変更するには、例えば、シム鉄片５１とスペーサ５７を収納容器７から引き抜いて、替わりに、シム鉄片５１とスペーサ５７を合わせた厚さのシム鉄片５を差し込んだり、シム鉄片５３を収納容器７から引き抜いて、合わせた厚さがシム鉄５３の厚さと同じのシム鉄片５とスペーサ５ａを差し込んだりすればよい。

【0023】

図３に、シムポケット６ａ（図２Ａ参照）から取り出され、蓋７ｂを開けた状態の収納容器７の斜視図を示す。収納容器７内に収めるシム鉄片５のシム鉄量、すなわち、シム鉄片５の枚数や、個々のシム鉄片５の厚さを、変更するには、図３に示すように、収納容器７をシムポケット６ａ（図２Ａ参照）から取り出し、収納容器７の容器本体７ａから蓋７ｂを外す。これにより、容器本体７ａの開口部７ｃが開き、収納容器７内に収められていた全てのシム鉄片５（５１、５２、５３）の端面と、収納容器７内に収められていた全てのスペーサ５ａ（５４、５５、５６、５７）の端面が露出する。シミング作業の作業者は、開口部７ｃから一見するだけで、収納容器７内に収められている全てのシム鉄片５（５１、５２、５３）の枚数とそれぞれの厚さと、収納容器７内に収められている全てのスペーサ５ａ（５４、５５、５６、５７）の枚数とそれぞれの厚さを知ることができる。そして、引き抜くべき厚さを備えたシム鉄片５（５１、５２、５３）やスペーサ５ａ（５４、５５、５６、５７）を、他のシム鉄片５やスペーサ５ａを引き抜くことなく、引き抜くことができる。そして、替わりのシム鉄片５やスペーサ５ａを差し込むことができる。このように、所望のシム鉄片５（５１、５２、５３）とスペーサ５ａ（５４、５５、５６、５７）に限っての引き差し（出し入れ）ができるのは、シム鉄片５（５１、５２、５３）とスペーサ５ａ（５４、５５、５６、５７）の積層方向（Ｔ方向）以外のＬ方向やＷ方向（図３の例ではＬ方向）から、シム鉄片５（５１、５２、５３）とスペーサ５ａ（５４、５５、５６、５７）を出し入れしているからである。収納容器７の蓋７ｂを開ければ、どの位置に除去すべき適切な厚さのシム鉄片５があるか一目でわかる。そして、適切な厚さのシム鉄片５のみを直接取り除くことができ、調整に要する時間を短縮することができる。また、取り出すべきシム鉄片５以外は収納容器７から外に出さないので、シミング作業中のシム鉄片５の飛散、再積層時のスペーサ５ａとシム鉄片５の配置ミス、取り出した際のシム鉄の変形等による磁化の変化を防止し、シミングの精度を向上させることができる。シミング精度の向上により、シミング回数の低減を図ることができる。

【0024】

このように、積層方向（Ｔ方向）と異なる方向（図３の例ではＬ方向だが、Ｗ方向でもよい）に開口部７ｃを持つ収納容器７をシムトレイ６に設置することにより、収納容器７からシム鉄片５を外して開口部７ｃから最適な厚さのシム鉄片５を選んで除去することができ、再度積層し直す手間がなくなるため作業時間を低減することが可能となる。また、除去するシム鉄片５以外の配置を変えることがないため、シム鉄片５の飛散、積層時の配置ミス等を防止することができる。

【0025】

（第２の実施形態）
図４に、本発明の第２の実施形態に係る磁場調整装置の収納容器７（蓋７ｂを開けた状態）の斜視図を示す。第２の実施形態の収納容器７が、第１の実施形態の収納容器７と異なっている点は、シム鉄片５とスペーサ５ａが収納される収納空間７ｄを積層方向（Ｔ方向）に分割する仕切り板７ｅを有している点である。仕切り板７ｅは、容器本体７ａに固定されている。

【0026】

詳細は後記するが、本願発明では、シミング作業において、磁場分布測定とシム鉄量の調整を行うが、磁場分布測定に先立って、シム鉄量の調整を行う。磁場分布測定に先立ったシム鉄量の調整で、シム鉄片５とスペーサ５ａが収納容器７内に置かれるので、その後の磁場分布測定の後のシム鉄量の調整では、既に収納容器７内に置かれているシム鉄片５を除去することができる。磁場分布測定に先立ったシム鉄量の調整では、仕切り板７ｅの上側に図４の例に示すようにシム鉄片５１を配置し、下側の収納空間７ｄにシム鉄片５２、５３を配置している。このように、少なくとも上側の収納空間７ｄにシム鉄片５１を配置しておく。そして、磁場分布測定の後のシム鉄量の調整では、下側の収納空間７ｄに配置したシム鉄片５２、５３（５）を増減させる。磁場分布測定の際には、Ｔ方向（積層方向）の上方向にＦＯＶ３（図１Ａ参照）が位置するので、シム鉄量の調整で増減されないＦＯＶ３側のシム鉄片５１とＦＯＶ３との距離は変わらず一定となる。これによって、シム鉄片５（５１、５２、５３）が、ＦＯＶ３に作る磁場の再現性を向上させることができる。そして、シミング作業におけるシム鉄量の調整の回数を低減させることができる。

【0027】

（第３の実施形態）
図５に、本発明の第３の実施形態に係るＭＲＩ装置１（磁場発生装置２、図１Ａ参照）の磁場調整方法（シミング作業）のフローチャートを示す。第３の実施形態では、シミング作業において、磁場分布測定とシム鉄量の調整を行うが、磁場分布測定に先立って、シム鉄量の調整を行う。そして、その磁場分布測定に先立つシム鉄量の調整は、事前に実施するシム鉄分布のシミュレーションの結果に基づいて行われる。このため、超電導コイルによって静磁場をＦＯＶ３に発生させその静磁場を計測する磁場分布測定を行う前に、シム鉄量の調整が行われ、シムトレイ６の収納容器７にシム鉄片５が配置されることになる。

【0028】

図５に示すように、まず、ステップＳ１で、計算機が、事前シム鉄分布のシミュレーションを行う。

【0029】

次に、ステップＳ２で、シミング作業の作業者が、事前シム鉄分布のシミュレーション結果に基づいて、シム鉄量の調整を行う。具体的には、シム鉄片５とスペーサ５ａを収納容器７内に配置（挿入）し、その収納容器７をシムトレイ６に配置し、そのシムトレイ６を真空容器２ｃに配置する。

【0030】

ステップＳ３で、ＭＲＩ装置１（磁場発生装置２）は、メインコイル２ａとシールドコイル２ｂを励磁させ、ＦＯＶ３に静磁場を発生させる。シミング作業の作業者は、ＦＯＶ３における磁場分布Ｂ１を計測する。

【0031】

ステップＳ４で、計算機は、ＦＯＶ３における磁場分布Ｂ１の計測結果に基づいて、ＦＯＶ３における磁場分布Ｂ１の磁場均一度を計算する。シミング作業の作業者は、計算結果の磁場均一度が、所定の高精度な磁場均一度（例えば数ｐｐｍ以下）を達成しているか否か判定する。達成している場合は（ステップＳ４、Ｙｅｓ）、この磁場調整方法（シミング作業）のフロー（チャート）をストップし、シミング作業を終了させる。達成していない場合は（ステップＳ４、Ｎｏ）、ステップＳ５へ進む。

【0032】

ステップＳ５で、シミング作業の作業者が、ステップＳ３において計測した磁場分布Ｂ１に基づいて、シム鉄量の調整を行う。具体的には、消磁してからシムトレイ６を真空容器２ｃから引き抜く。各シムポケット６ａから収納容器７を外し、蓋７ｂを開けて、シム鉄片５とスペーサ５ａを抜き差しし、シム鉄量を調整する。なお、シム鉄片５は、ステップＳ２において、収納容器７に挿入されているので、ステップＳ５では、挿入のみならず除去することができる。その収納容器７をシムトレイ６に配置し、そのシムトレイ６を真空容器２ｃに配置する。そして、ステップＳ３に戻る。このステップＳ３、Ｓ４、Ｓ５のループを、磁場均一度が所定の値に達するまで繰り返す。

【0033】

図６に、図５のステップＳ１の事前シム鉄分布のシミュレーション方法（その１）のフローチャートを示す。
まず、ステップＳ１１で、計算機は、超電導コイルのメインコイル２ａとシールドコイル２ｂの起磁力配置を、作業者等からの入力により取得する。取得する起磁力配置としては、メインコイル２ａとシールドコイル２ｂのターン数と、それぞれのターンに流す電流と、それぞれのターンの断面の断面中心と辺長等を挙げることができる。そして、起磁力は、メインコイル２ａとシールドコイル２ｂのコイルに流れる電流とそれらのコイルのターン数の積によって求めることができる。

【0034】

ステップＳ１２で、計算機は、取得した起磁力配置に基づいて、超電導コイルのメインコイル２ａとシールドコイル２ｂが、ＦＯＶ３（所定空間）に作る磁場分布Ｂ１（第２磁場分布）を計算する。

【0035】

次に、Ａ部を構成するステップＳ１３〜Ｓ１６と、Ｂ部を構成するステップＳ２２〜Ｓ２７との少なくともどちらか一方を実施する。まず、Ａ部について説明する。

【0036】

ステップＳ１３で、計算機は、ＭＲＩ装置１（磁場発生装置２）の周囲に設置される磁性体の配置場所を、作業者等からの入力により取得する。

【0037】

図７に、ＭＲＩ装置１（磁場発生装置２）が設置される検査室の平面図を示す。ＭＲＩ装置１では、超電導コイルのメインコイル２ａとシールドコイル２ｂを冷却する冷媒の消費量を低減するために冷凍機が設置されている。その冷凍機には、メインコイル２ａとシールドコイル２ｂによる強力な磁場から冷凍機のモータを保護するために、磁性体を用いた磁気シールド８ａが、磁場発生装置２（真空容器２ｃ（図１Ａ参照））の上の外側の一部に設置されている。このように、磁気シールド８ａは、磁場発生装置２に対して、均等ではなく局所的に配置されている。

【0038】

また、検査室から漏洩磁場を低減するために、磁性体を用いた磁気シールド８ｂが、検査室の壁（天井、床を含む）として、又は、壁に沿って設置されている。ＭＲＩ装置１では、オペレータは操作するためのコンソール１１が、磁気シールド８ｂの外側に置かれている。このため、磁気シールド８ｂの内のコンソール１１に面している磁気シールド面８ｂ１は、他の磁気シールド面８ｂ２とは異なり、窓を有している。また、ＭＲＩ装置１は、被検体を寝かせるベッド９を有している。被検体はベッド９に寝たまま、磁場発生装置２（ＦＯＶ３（図１Ｂ参照））に対して出し入れされる。このため、図７に示すように、磁場発生装置２から引き出された状態でのベッド９のスペースを検査室内に確保するために、磁場発生装置２は検査室の中央から外れたところに配置され、１つの磁気シールド面８ｂ２が、他の磁気シールド面８ｂ１、８ｂ２より、磁場発生装置２から離れている。また、検査室の上の階や下の階に部屋が無い場合（上下の階が無い場合）は、検査室の天井や床に、壁と同様に、磁気シールド８ｂを設ける必要はない。これらより、磁気シールド８ｂは、磁場発生装置２に対して、不均等に配置されている。

【0039】

また、検査室内には、精密機械をメインコイル２ａとシールドコイル２ｂによる強力な磁場から保護するために、精密機械を覆うように磁気シールド（磁性体）８ｃが設けられている。磁気シールド８ｃは、精密機械の配置場所に応じて、均等ではなく局所的に配置されている。

【0040】

これらの磁気シールド（磁性体）８ａ、８ｂ、８ｃは、超電導コイルのメインコイル２ａとシールドコイル２ｂとがつくる磁場により磁化され、ＦＯＶ３に不整磁場を発生させる。

【0041】

ステップＳ１４で、計算機は、ステップＳ１１で取得した起磁力配置に基づいて、超電導コイルのメインコイル２ａとシールドコイル２ｂが、磁気シールド（磁性体）８ａ、８ｂ、８ｃの配置位置に作る磁場分布Ｂ２を計算する。

【0042】

ステップＳ１５で、計算機は、磁場分布Ｂ２によって磁化した磁気シールド（磁性体）８ａ、８ｂ、８ｃにおける磁化分布Ｍ１を計算する。

【0043】

ステップＳ１６で、計算機は、磁化分布Ｍ１がＦＯＶ３に作る磁場分布Ｂ３（第１磁場分布）を計算する。以上により、Ａ部は終了する。次に、Ａ部の後に実施されるステップＳ１７〜Ｓ２１について説明する。なお、Ａ部が実施されない場合は、ステップＳ１７〜Ｓ２１は、ステップＳ１２の後に実施される。

【0044】

ステップＳ１７で、計算機は、共にＦＯＶ３における磁場分布Ｂ３（第１磁場分布）と磁場分布Ｂ１（第２磁場分布）について、磁場分布Ｂ３（第１磁場分布）を磁場分布Ｂ１（第２磁場分布）に加えて（重ね合わせて）、合成磁場分布Ｂ４を計算する（Ｂ４＝Ｂ１＋Ｂ３）。

【0045】

ステップＳ１８で、計算機は、ＦＯＶ３における磁場均一度を調整する際に目標とする目標磁場分布Ｂ０と、合成磁場分布Ｂ４との、差分磁場分布ΔＢ１（第１差分磁場分布）を計算する（ΔＢ１＝Ｂ４−Ｂ０）。

【0046】

ステップＳ１９で、計算機は、ＦＯＶ３に差分磁場分布ΔＢ１（第１差分磁場分布）を作るような、シムトレイ６（収納容器７）の配置場所における事前磁化分布ΔＭ１（第１追加事前磁化分布）を計算する。この計算には、先行技術文献として示した特許文献１と２に記載された特異値分解法あるいは球面調和関数による展開法を用いることができる。

【0047】

ステップＳ２０で、計算機は、ステップＳ１１で取得した起磁力配置に基づいて、超電導コイルのメインコイル２ａとシールドコイル２ｂが、シムトレイ６（収納容器７）の配置場所に作る磁場分布Ｂ５（第３磁場分布）を計算する。

【0048】

ステップＳ２１で、計算機は、シムトレイ６（収納容器７）の配置場所において、ステップＳ２０で計算した磁場分布Ｂ５（第３磁場分布）によって、ステップＳ１９で計算した事前磁化分布ΔＭ１（第１事前磁化分布）を生じるような、事前シム鉄分布ΔＳ１（第１シム鉄分布）を計算する。事前シム鉄分布ΔＳ１（第１シム鉄分布）により、収納容器７毎に挿入（除去）すべきシム鉄量（シム鉄片５の量）が取得可能になり、シム鉄片５の配置が可能になる。事前シム鉄分布ΔＳ１（第１シム鉄分布）にしたがったシム鉄量を収納容器７に配置することで、ＭＲＩ装置１の周囲に設置された磁気シールド（磁性体）８ａ、８ｂ、８ｃがつくる磁場によるＦＯＶ３の磁場均一度の低下を抑制することができる。

【0049】

次に、ステップＳ２２〜Ｓ２７で構成されるＢ部について説明する。Ｂ部によれば、ＭＲＩ装置１の加工、組立て段階における超電導コイルのメインコイル２ａとシールドコイル２ｂの設置誤差によるＦＯＶ３の磁場均一度の劣化を抑制することができる。

【0050】

ステップＳ２２で、計算機は、超電導コイルのメインコイル２ａとシールドコイル２ｂの設置誤差の最大許容値を、作業者等からの入力により取得する。

【0051】

ステップＳ２３で、計算機は、設置誤差の最大許容値分ずらした超電導コイルのメインコイル２ａとシールドコイル２ｂが、ＦＯＶ３に作る磁場分布Ｂ１１（第４磁場分布）を計算する。

【0052】

ステップＳ２４で、計算機は、ＦＯＶ３における磁場均一度を調整する際に目標とする目標磁場分布Ｂ０と、磁場分布Ｂ１１（第４磁場分布）との差分磁場分布ΔＢ２（第２差分磁場分布）を計算する（ΔＢ２＝Ｂ１１−Ｂ０）。

【0053】

ステップＳ２５で、計算機は、差分磁場分布ΔＢ２（第２差分磁場分布）の磁場強度を略半分（１／２）にした差分磁場分布ΔＢ３（第３差分磁場分布）を計算する（ΔＢ３＝ΔＢ２／２）。磁場強度を略半分（１／２）にしているのは、設置誤差による磁場変化量にはプラス成分とマイナス成分があり、マイナス成分に相当するシム鉄片５を、図５のステップＳ２で予めシムトレイ６（収納容器７）に分布させておくためである。

【0054】

ステップＳ２６で、計算機は、ＦＯＶ３に差分磁場分布ΔＢ３（第３差分磁場分布）を作るような、シムトレイ６（収納容器７）の配置場所における事前磁化分布ΔＭ２（第２事前磁化分布）を計算する。この計算には、先行技術文献として示した特許文献１と２に記載された特異値分解法あるいは球面調和関数による展開法を用いることができる。

【0055】

ステップＳ２７で、計算機は、シムトレイ６（収納容器７）の配置場所において、ステップＳ２０で計算した磁場分布Ｂ５（第３磁場分布）によって、ステップＳ２６で計算した事前磁化分布ΔＭ２（第２事前磁化分布）を生じるような、事前シム鉄分布ΔＳ２（第２シム鉄分布）を計算する。事前シム鉄分布ΔＳ２（第２シム鉄分布）により、収納容器７毎に挿入（除去）すべきシム鉄量（シム鉄片５の量）が取得可能になり、シム鉄片５の配置が可能になる。事前シム鉄分布ΔＳ２（第２シム鉄分布）にしたがったシム鉄量を収納容器７に配置することで、ＭＲＩ装置１の加工、組立て段階における超電導コイルのメインコイル２ａとシールドコイル２ｂの設置誤差によるＦＯＶ３の磁場均一度の劣化を抑制することができる。以上で、Ｂ部が終了する。

【0056】

最後に、ステップＳ２８で、計算機は、シムトレイ６（収納容器７）の配置場所において、事前シム鉄分布ΔＳ１（第１シム鉄分布）と、事前シム鉄分布ΔＳ２（第２シム鉄分布）を重ねて足し合わせ、合成シム鉄分布ΔＳ３を計算する（ΔＳ３＝ΔＳ１＋ΔＳ２）。合成シム鉄分布ΔＳ３により、シム鉄量を収納容器７に配置することで、ＭＲＩ装置１の周囲に設置された磁気シールド（磁性体）８ａ、８ｂ、８ｃがつくる磁場によるＦＯＶ３の磁場均一度の低下を抑制することができ、かつ、ＭＲＩ装置１の加工、組立て段階における超電導コイルのメインコイル２ａとシールドコイル２ｂの設置誤差によるＦＯＶ３の磁場均一度の劣化を抑制することができる。以上で、事前シム鉄分布のシミュレーション方法（その１）のフロー（チャート）が終了する。

【0057】

これらによれば、ＦＯＶの磁場分布を測定する前に、シム鉄量の調整ができるので、超電導コイルのメインコイル２ａとシールドコイル２ｂの励磁・消磁の回数を低減することができる。

【0058】

（第４の実施形態）
第４の実施形態では、第３の実施形態で説明した図５のステップＳ１の事前シム鉄分布のシミュレーション方法を、データベースを作成するその２−１と、そのデータベースを利用するその２−２とに変更している。

【0059】

図８Ａに、第４の実施形態で用いる事前シム鉄分布のシミュレーション方法（その２−１）のフローチャートを示し、図８Ｂに、第４の実施形態で用いる事前シム鉄分布のシミュレーション方法（その２−２）のフローチャートを示す。

【0060】

まず、図８ＡのステップＳ３１で、計算機は、ステップＳ１１と同様に超電導コイルのメインコイル２ａとシールドコイル２ｂの起磁力配置を取得し、ステップＳ１３と同様に磁性体の配置場所を取得する。

【0061】

ステップＳ３２で、ステップＳ１４と同様に、計算機は、ステップＳ３１で取得した起磁力配置に基づいて、超電導コイルのメインコイル２ａとシールドコイル２ｂが、磁気シールド（磁性体）８ａ、８ｂ、８ｃの配置位置に作る磁場分布Ｂ２を計算する。

【0062】

ステップＳ３３で、ステップＳ１５と同様に、計算機は、磁場分布Ｂ２によって磁化した磁気シールド（磁性体）８ａ、８ｂ、８ｃにおける磁化分布Ｍ１を計算する。

【0063】

ステップＳ３４で、ステップＳ１６と同様に、計算機は、磁気シールド（磁性体）８ａ、８ｂ、８ｃ毎に、磁化分布Ｍ１がＦＯＶ３に作る磁場分布Ｂ３（第１磁場分布）を計算する。

【0064】

ステップＳ３５で、計算機は、磁気シールド（磁性体）８ａ、８ｂ、８ｃ毎に、磁場分布Ｂ３（第１磁場分布）を記憶したデータベースを作成する。このデータベースは、超電導コイルの起磁力配置と、磁気シールド（磁性体）８ａ、８ｂ、８ｃ毎の配置場所とに基づいて、対応する磁気シールド（磁性体）８ａ、８ｂ、８ｃが生成する磁場分布Ｂ３を読出すことができる。例えば、冷凍機のモータを保護するための磁気シールド８ａ（図７参照）では、冷凍機の機種毎に磁気シールド８ａの形状が異なるのであれば、その冷凍機の機種毎（磁気シールド８ａの形状毎）に、磁場分布Ｂ３（第１磁場分布）を計算し、データベースに記憶させておく。また、検査室からの漏洩磁場を低減するための磁気シールド８ｂ（図７参照）では、磁気シールド８ｂを、検査室の天井と床に設けるか否かの場合分けによって、その場合分け毎に、磁場分布Ｂ３（第１磁場分布）を計算し、データベースに記憶させておく。また、精密機械を覆うための磁気シールド８ｃ（図７参照）では、その精密機械の種類毎（磁気シールド８ｃの形状毎）に、磁場分布Ｂ３（第１磁場分布）を計算し、データベースに記憶させておく。以下では、以上で作成されたデータベースを利用して、合成シム鉄分布ΔＳ３を決定（計算）する。

【0065】

まず、図８ＢのステップＳ１１で、計算機は、図６のステップＳ１１と同様に超電導コイルのメインコイル２ａとシールドコイル２ｂの起磁力配置を取得する。

【0066】

図８ＢのステップＳ１２で、計算機は、図６のステップＳ１２と同様に、超電導コイルのメインコイル２ａとシールドコイル２ｂが、ＦＯＶ３（所定空間）に作る磁場分布Ｂ１（第２磁場分布）を計算する。

【0067】

図８ＢのステップＳ３６とＳ３７からなるＡ２部は、図６のＡ部に置き換わるものである。したがって、第３の実施形態と同様に、Ａ２部（ステップＳ３６とＳ３７）を実施せずに、ステップＳ２２へ進んでもよい。

【0068】

ステップＳ３６で、作業者は、ＭＲＩ装置１の設置環境にあるような磁性体（磁気シールド）を、データベース内から選択し、選択結果を計算機に入力する。

【0069】

ステップＳ３７で、計算機は、選択された磁気シールドに対応する磁場分布Ｂ３（第１磁場分布）を、データベースから読み出す。そして、図６のステップＳ１７へ進む。

【0070】

これによれば、以前に計算した磁性体配置であれば、計算を省略して、磁場分布Ｂ３（第１磁場分布）を取得できるので、計算の高速化、低コスト化を図ることが可能となる。

【0071】

（第５の実施形態）
第５の実施形態では、第４の実施形態で作成したデータベースを利用する方法に関する。なお、第４の実施形態で利用するデータベースは、様々な磁気シールドに関して磁場分布Ｂ３（第１磁場分布）を記憶させたが、なお、第５の実施形態で利用するデータベースでは、様々な磁気シールドと様々な超電導コイルの起磁力配置の組、すなわち、磁気シールドと超電導コイルの様々な組（組合せ）に対して、磁場分布Ｂ３（第１磁場分布）を記憶させておく。様々な超電導コイルとしては、メインコイル２ａ及びシールドコイル２ｂの断面の中心と辺長、ターン数とそれぞれのターンに流す電流等が変えられている。

【0072】

図９に、第５の実施形態で用いる事前シム鉄分布のシミュレーション方法（その３、データベースの利用方法）のフローチャートを示す。

【0073】

まず、図９のステップＳ４１で、計算機は、データベースから、超電導コイル（の起磁力配置）と、磁気シールド（磁性体）（の配置場所）の組を、順に読み出す。

【0074】

ステップＳ４２で、計算機は、ステップＳ１２と同様に、その組における超電導コイルの起磁力配置に基づいて、超電導コイルのメインコイル２ａとシールドコイル２ｂが、ＦＯＶ３（所定空間）に作る磁場分布Ｂ１（第２磁場分布）を計算する。

【0075】

ステップＳ４３で、計算機は、その組に対応する磁場分布Ｂ３（第１磁場分布）を、データベースから読み出す。さらに、磁場分布Ｂ３（第１磁場分布）を磁場分布Ｂ１（第２磁場分布）に加えて（重ね合わせて）、合成磁場分布Ｂ４を計算する（Ｂ４＝Ｂ１＋Ｂ３）。

【0076】

ステップＳ４４で、計算機は、組毎に、ステップＳ４３で計算した合成磁場分布Ｂ４における最大値と最小値を取得する。

【0077】

ステップＳ４５で、計算機は、組毎に、最大値と最小値の差である差分値Ｂｐを計算する。

【0078】

ステップＳ４６で、計算機は、差分値Ｂｐが最小となる組を抽出する。この差分値Ｂｐが最小となる組では、磁場分布Ｂ３（第１磁場分布）と、磁場分布Ｂ１（第２磁場分布）とが、互いに打ち消し合っていると考えられ、超電導コイルと磁気シールドとが最良の組合せになっている。そこで、ステップＳ４７で、作業者は、この組で、ＭＲＩ装置１を設置し、計算機は、このＭＲＩ装置１に対して、図６や図８Ｂに記載の事前シム鉄分布のシミュレーション方法を実施する。これによれば、ＭＲＩ装置１全体でのシム鉄量を低減することができる。

【0079】

（第６の実施形態）
第６の実施形態では、ＭＲＩ装置１の周辺に配置される代表的な磁気シールドによる磁場分布Ｂ３（第１磁場分布）を打ち消すような磁場分布Ｂ１（第２磁場分布）を生成するような起磁力配置を持つ超電導コイルを設計することにより、シム鉄量を低減する。

【0080】

図１０に、第６の実施形態で用いる事前シム鉄分布のシミュレーション方法（その４）のフローチャートを示す。

【0081】

まず、図１０のステップＳ５１で、計算機は、ステップＳ１１と同様に、ベースとする超電導コイルのメインコイル２ａとシールドコイル２ｂの起磁力配置ｅを取得する。

【0082】

ステップＳ５２で、計算機は、ステップＳ１２と同様に、取得した起磁力配置ｅに基づいて、超電導コイルのメインコイル２ａとシールドコイル２ｂが、ＦＯＶ３（所定空間）に作る磁場分布Ｂ１（第２磁場分布）を計算する。

【0083】

ステップＳ５３で、計算機は、ステップＳ１３と同様に、代表的な（特定の）磁気シールド（磁性体）の配置場所を取得する。

【0084】

ステップＳ５４で、計算機は、ステップＳ１４と同様に、起磁力配置ｅに基づいて、超電導コイルのメインコイル２ａとシールドコイル２ｂが、代表的な（特定の）磁気シールドの配置位置に作る磁場分布Ｂ２を計算する。

【0085】

ステップＳ５５で、計算機は、ステップＳ１５と同様に、磁場分布Ｂ２によって磁化した代表的な（特定の）磁気シールドにおける磁化分布Ｍ１を計算する。

【0086】

ステップＳ５６で、計算機は、ステップＳ１６と同様に、磁化分布Ｍ１がＦＯＶ３に作る磁場分布Ｂ３（第１磁場分布）を計算する。

【0087】

ステップＳ５７で、計算機は、ステップＳ１７と同様に、磁場分布Ｂ３（第１磁場分布）を磁場分布Ｂ１（第２磁場分布）に加えて（重ね合わせて）、合成磁場分布Ｂ４を計算する（Ｂ４＝Ｂ１＋Ｂ３）。

【0088】

ステップＳ５８で、計算機は、ステップＳ１８と同様に、目標磁場分布Ｂ０と、合成磁場分布Ｂ４との、差分磁場分布ΔＢ１（第１差分磁場分布）を計算する（ΔＢ１＝Ｂ４−Ｂ０）。

【0089】

ステップＳ５９で、計算機は、ＦＯＶ３に差分磁場分布ΔＢ１（第１差分磁場分布）を作るような、超電導コイルのメインコイル２ａとシールドコイル２ｂの配置場所における差分起磁力配置Δｅを計算する。この計算には、先行技術文献として示した特許文献１と２に記載された特異値分解法あるいは球面調和関数による展開法を用いることができる。

【0090】

ステップＳ６０で、計算機は、起磁力配置ｅに差分起磁力配置Δｅを加え、正味の起磁力配置ｅ１を計算する。作業者は、正味の起磁力配置ｅ１に基づいて、超電導コイルのメインコイル２ａとシールドコイル２ｂを作製し、これらを備えたＭＲＩ装置１を作製する。そして、このＭＲＩ装置１を、代表的な（特定の）磁気シールド（磁性体）が配置された場所に設置する。

【0091】

ステップＳ６１で、計算機は、この代表的な（特定の）磁気シールド（磁性体）の配置場所と、ステップＳ６０で計算した正味の起磁力配置ｅ１とに基づいて、図６や図８Ｂに記載の事前シム鉄分布のシミュレーション方法を実施する。これによれば、ＭＲＩ装置１全体でのシム鉄量を低減することができる。そして、シミング作業に要する時間を短縮し、シミング作業において超電導コイルの励磁・消磁の回数を低減できる。

【符号の説明】

【0092】

１ ＭＲＩ（磁気共鳴イメージング）装置
２ 磁場発生装置
２ａ 超電導コイル（メインコイル）
２ｂ 超電導コイル（シールドコイル）
２ｃ 真空容器
２ｄ 冷媒容器
３ 撮像領域（FOV: Field Of View、所定空間）
４ 磁場調整装置
５ シム鉄片（磁性体片）
５ａ スペーサ
６ シムトレイ
６ａ シムポケット
７ 収納容器
７ａ 容器本体
７ｂ 容器の蓋
７ｃ 開口部
７ｄ 収納空間
７ｅ 仕切り板
８ａ 冷凍機モータを保護するための磁気シールド（磁性体）
８ｂ 漏洩磁場を低減するための磁気シールド（磁性体）
８ｃ 精密機械を保護するための磁気シールド（磁性体）
９ ベッド

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9】

【図10】