專利名稱：Mri裝置用磁場調(diào)整的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超導磁體裝置，涉及核磁共振斷層成像裝置。
背景技術(shù)：
在使用核磁共振的診斷中，因為磁場強度與診斷部位相對應(yīng)，所以對于磁場系統(tǒng) 產(chǎn)生的磁場強度要求的精度為存在磁場強度的百萬分之一左右的變動則成為問題的精度。 在MRI裝置中的磁場中大致具有三個種類。它們是(1)在時間上穩(wěn)定并且在空間上也恒定的磁場，通常為0. 1至數(shù)特斯拉以上的強 度，在進行成像的空間(通常為直徑30-40cm的球體或橢圓體的空間)內(nèi)為數(shù)ppm左右的 變動范圍。(2)以1秒左右以下的時間常數(shù)變化，在空間上傾斜的磁場。(3)基于與核磁共振對應(yīng)的頻率(數(shù)MHz以上)的高頻的電磁波的磁場。其中，(1)的磁場在時間上恒定，并且在空間上在進行人體的斷層成像的區(qū)域 中對磁場強度要求極高精度的均勻性。所謂高精度，是指例如在直徑40cm的成像空間 FOV (Field of View)中，如士 1. 5ppm那樣要求百萬分之一的級別的精度。像這樣要求極高 精度的均勻性的磁場分布，需要在制造磁體并且勵磁后高精度地調(diào)整磁場。一般，由于制造 誤差導致的誤差磁場比均勻磁場所要求的允許誤差磁場大1000倍以上。在制造后的安裝 時要求的磁場調(diào)整(勻場)，將誤差磁場從數(shù)百ppm降低至數(shù)ppm，要求極高精度的磁場調(diào) 整裝置及其方法。作為現(xiàn)有的方法，具有通過使用線性規(guī)劃法的方法進行的勻場。例如記載在專利 文獻1和專利文獻2中，適用于實際設(shè)備的調(diào)整的方法。但是，在該使用線性規(guī)劃法的方法 中存在以下問題。(1)為了進行詳細的磁場計算，需要大量的計算時間。(2)對于這里的鐵片或電流的設(shè)置或變化，要求與高精度的磁場對應(yīng)的精度。(3)在進行了錯誤的勻場作業(yè)時，難以確定錯誤的部位，恢復需要花費功夫。并且，通過如圖2所示使用球面調(diào)和函數(shù)來調(diào)整磁場分布產(chǎn)生了問題。圖2表示 現(xiàn)有的磁場調(diào)整方法的例子，使用了球面函數(shù)(專利文獻1)。球面調(diào)和函數(shù)，在球面上正交地構(gòu)成了基底，但是在磁場調(diào)整機構(gòu)上或非球面的 磁場評價面上存在相互的干擾，當想要產(chǎn)生精度良好的球面調(diào)和函數(shù)分布的磁場時，要求 細致的磁場調(diào)整機構(gòu)上的調(diào)整。例如，均勻的磁場分布是球面調(diào)和函數(shù)的次數(shù)(order)最 低的分布，但是實際上如果不是完全圍繞磁場調(diào)整區(qū)域的磁場調(diào)整機構(gòu)，則不可能準確地 得到該分布，在現(xiàn)有技術(shù)作為對象的MRI中，不存在這樣的磁場調(diào)整機構(gòu)。專利文獻1 日本特開2001-87245號公報專利文獻2 日本特開2003-167941號公報非專利文獻1 :M. ABE, Τ. ΝΑΚΑΥΑΜΑ, S. OKAMURA, "A new technique to optimize coil winding path for the arbitrarily distributed magnetic fieldand application to a helical confinement system，，，Phys. Plasmas. Vol. 10 No. 4(2003) 1022.

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的課題在于，使用磁場調(diào)整裝置及其方法，考慮上述問題的解決，提供可以 在調(diào)整作業(yè)中確認調(diào)整的進展狀況以及能夠以怎樣的程度降低最終的誤差磁場的預測，同 時切實地完成調(diào)整的方法及裝置。提供為了盡快完成調(diào)整而包含在發(fā)生錯誤操作時也能夠 容易地自動進行修正的功能的方法、以及包含該方法，顯示磁場調(diào)整作業(yè)的指針的裝置。在對于目標磁場求出曲面或平面等任意面上的電流分布的方法中，具有在論文中 記載的使用電流電位(current potential)的方法(非專利文獻1)。該計算方法在論文中 取名為DUCAS。應(yīng)用該方法，特別是應(yīng)用在該方法中使用的電流電位和奇異值分解的思路來 進行磁場調(diào)整。在非專利文獻1的DUCAS中，作為應(yīng)該修正的誤差磁場而輸入的磁場分布，是根據(jù) 由等離子體約束理論決定的目標磁場和假定的電流電位等計算出的磁場分布的差，即通過 數(shù)值計算而求出的值，但在本發(fā)明中因為以實際裝置為對象，所以把目標磁場與測量磁場 的差作為誤差磁場，處理多個點的測量磁場來掌握誤差磁場分布。此外，在非專利文獻1中，求出電流電位T的分布，電流密度矢量^是電流電位:f 和面的法線的矢量積，通過(Vf) X Λ賦予電流，所以將f的等高線形成為線電流或線圈形 狀，但是在本發(fā)明中設(shè)為磁矩分布或鐵片密度分布。根據(jù)本發(fā)明，可以低成本制造產(chǎn)生高精度的磁場的MRI裝置。


圖1表示作為本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的磁場調(diào)整流程圖。圖2表示現(xiàn)有方法的勻場流程圖。圖3表示本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的磁場修正所需要的電流電位和磁場調(diào)整用 磁化鐵片量的換算的想法。圖4是在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中使用的計算體系的一般的體系例子的圖。圖5表示作為本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的磁場調(diào)整中使用的MRI用磁體的磁場調(diào) 整機構(gòu)的配置圖。圖6表示將本發(fā)明用于圖5的磁場調(diào)整機構(gòu)的計算模型的圖。圖7將本發(fā)明的磁場分布的磁譜與通過勻場可達到的均勻度一同表示，(a)表示 勻場前的譜圖，(b)表示勻場后的譜圖。圖8將本發(fā)明的向墊片盤(shim tray)配置磁場修正用鐵片量的顯示例與電流電 位等高線一同顯示。圖9為了本發(fā)明的鐵片顯示，表示網(wǎng)格內(nèi)磁矩計算以及鐵片量 換算的想法。圖10表示將本發(fā)明用于磁動勢配置設(shè)計方法時的流程圖。圖11是使用鐵片執(zhí)行了勻場的墊片盤面的示意圖。圖12是使用永磁體執(zhí)行了勻場的墊片盤面的示意圖。圖13是關(guān)于通過電流環(huán)進行的磁矩調(diào)整法的示意圖。
符號說明1電流；2磁化電流；3小線圈；4鐵片；4P永磁體；4C電流環(huán)；5墊片盤；6磁場測 量評價區(qū)域；7網(wǎng)格；8等高線的峰；9等高線的谷；10直流電源；11接點；12有限元；13電 流電位評價面；14磁場測量評價點的集合；15所選擇的固有模式；16非選擇的固有模式； 17可達到的均勻度；18在網(wǎng)格中配置的鐵體積；19電流電位等高線；21基于 電流電位的電 流；22表示固有模式選擇的次數(shù)上限的線；23在固有模式選擇中表示強度下限的線；IB預 備計算部分；2B磁場測量部分；3B磁場調(diào)整計算部分；IlS磁場調(diào)整開始步驟；12S磁場測 量步驟；13S測量磁場保存步驟；14S磁場數(shù)據(jù)讀出步驟；15S均勻度判斷步驟；16S奇異值 分解結(jié)果讀出步驟；17S固有模式選擇和目標磁場決定步驟；18S固有模式強度、修正電流 電位、鐵片量、修正磁場分布以及可達到的均勻度計算步驟；19S磁譜圖、可達到的均勻度 以及鐵片配置量計算步驟；20S可否實施勻場的判斷步驟；21S品質(zhì)良否判斷步驟；22S鐵 片配置作業(yè)步驟；31S計算網(wǎng)生成步驟；32S奇異值分解計算步驟；33S奇異值分解結(jié)果保 存步驟；40S磁場調(diào)整結(jié)束步驟；41S修理、調(diào)整步驟；51S磁動勢配置研究開始步驟；52S磁 動勢配置假定步驟；53S磁場計算步驟；54S磁場計算結(jié)果保存步驟；55S是否需要變更墊 片盤的判斷步驟；56S磁動勢配置改善判斷步驟
具體實施例方式以下使用

本發(fā)明的實施方式。圖3表示電流電位和小線圈的電流環(huán)、以及磁化鐵片的等價性。圖3 (a)表示計算時的有限元12和接點11以及基于電流電位T的電流21，圖3 (b) 表示通過流過小線圈3的電流1產(chǎn)生磁矩，圖3 (c)表示由于磁化的鐵片4導致的磁化電流2 而產(chǎn)生的磁矩。如圖3(a)那樣，當假定電流電位T在某個接點11存在值時，可以解釋為在 與圍繞它的接點之間回旋地流過由大小為T的電流電位引起的電流21。S卩，與在圖3(b)的 小線圈3的電流環(huán)中流過電流1的狀況等價。此外，這與在磁化的鐵片4的表面流過jm(A/ m)的磁化電流2的右側(cè)的狀況等同。即，在DUCAS中為了表現(xiàn)電流分布而使用的電流電位 值T，作為單位具有“A”的維度，這也可以認為在磁矩[Am2]的密度[1/m2]中具有“Α”的維 度。另一方面，充分磁化后的鐵片4，磁矩與磁化電流包圍的面積和磁力線方向的長度 的乘積成比例，所以具有與體積成比例的磁矩。即，在調(diào)整磁場時，電流電位T是與鐵片4 的密度[單位面積的重量g/m2或體積cc/cm2]成比例的量。利用該性質(zhì)，此外不利用現(xiàn)有 方法的球面調(diào)和函數(shù)，而是利用通過在DUCAS中使用的奇異值分解而得到的固有分布函數(shù) 和奇異值。由此提供一種裝置，該裝置利用DUCAS，以磁場產(chǎn)生裝置為對象，進行調(diào)整磁場的 輔助計算，顯示為了該調(diào)整而配置的鐵片或磁矩的配置。操作者按照顯示來進行調(diào)整，由此 可以調(diào)整為目標磁場分布。本發(fā)明可以將任意磁場分布作為目標磁場，但以下主要討論目標磁場為一樣均勻 的磁場的情況。但是，目標磁場是否具有分布，不對以下的討論產(chǎn)生影響。只是為了能夠容 易地理解說明。誤差磁場及 ·(0是位置的函數(shù)，但在本發(fā)明中考慮為固有分布函數(shù)的組合。g卩，通過式⑴來表示。Berr (F) =ICjJa (F)(1)在現(xiàn)有方法中使用了勒讓德多項式或球面調(diào)和函數(shù)。在本發(fā)明中使用基于奇異值 分解的分布函數(shù)。具體地說明要相加的函數(shù)Ψω及其系數(shù)Cm的決定方法。本發(fā)明的說明，作為一般的體系而考慮圖4的體系。圖4表示本實施例的計算體 系。由電流電位評價面13和磁場測量評價點的集合14構(gòu)成。一般，電流電位評價面13可 以有多個面，但在此作為各一個面來進行說明。此外，磁場評價點未必構(gòu)成面，但是在此表 示為面上的點。在測量點j存在三維的磁場成分Bxj、Byj、Bzj，一點的測量通過測量位置以及在該位 置定義的單位矢量P來表示測量磁場成分。作為空間的點即使是1點，在本發(fā)明中有時也 稱為三個數(shù)據(jù)。此外，在像MRI裝置那樣想要得到均勻磁場時，僅使磁場的軸向的主成分恒定。這 是因為在MRI中磁場強度恒定是重要的，但是主成分以外的磁場非常弱，所以主成分的磁 場大體等于磁場強度。在測量值與目標磁場的差、即誤差磁場中，測量數(shù)據(jù)有多個，全體成為列矢量，表 示為云e。誤差磁場B6是測量磁場Bm與調(diào)整為均勻磁場時進行調(diào)整的磁場強度Btg的差。與測量點j對應(yīng)的誤差磁場是成分為Bej的矢量5 e ,如式(2)那樣表示。Bej = Btg-Bmj (2)應(yīng)用奇異值分解的一般的體系如圖4所示。具有磁場評價點的區(qū)域，在此位置測 量磁場。在CCS面上配置磁場調(diào)整用的鐵片。在MRI中將該面稱為墊片盤面。說明該面上的鐵片密度與誤差磁場修正的關(guān)系。用三角元素劃分面，對其接點分 配電流電位。這與在非專利文獻1中記載的一樣。在元素中具有磁場評價點的測量數(shù)據(jù)的 磁場矢量、與在元素中具有CCS面上的電流電位的電流電位矢量之間的關(guān)系如式(3)那樣。B = A ‘ f(3)該式(3)是根據(jù)在元素中具有電流面上的接點的電流電位值的矢量:f ,表示磁場 評價點的磁場的響應(yīng)的式子，矩陣J5為m(磁場測量點數(shù)量)行η(接點數(shù)量)列。對該矩陣A添加接點的約束條件，根據(jù)獨立的接點的電流電位，對作為向磁場評 價點的響應(yīng)矩陣Α’的矩陣進行奇異值分解，得到磁場分布和電流電位的固有分布函數(shù)的 組。即，是作為磁場分布的基底的固有分布遼U2y作為電流電位的基底的固有 分布P1, V2, V3,在Mj和中存在式(4)的關(guān)系。X J-Mj= A ‘ Vj(4)在此，λ j是奇異值。此外，指數(shù)j是按照奇異值的大小的順序?qū)逃蟹植几郊恿?序號的順序數(shù)值。對于一個序號，表示電流電位分布與磁場分布的基底矢量分別對應(yīng)一個。 把該與一個序號相關(guān)聯(lián)的兩個基底矢量和一個奇異值綜合在一起，稱為一個固有模式。此 夕卜，順序的序號j是固有模式的次數(shù)。 每單位電流電位分布\的磁場強度為λ jUj,因此可以理解，奇異值大的低次的固 有模式可以產(chǎn)生大的磁場。另一方面，在奇異值小的固有模式下，即使改變電流電位，磁場的分布也很小。該性質(zhì)將在后面進行說明，這對本磁場調(diào)整方法起到重要的作用。作為式 (1)的分布函數(shù)，使用通過奇異值分解而得到的固有矢量的分布。在本發(fā)明中，說明與 第j次數(shù)的固有模式對應(yīng)的誤差磁場的修正法或調(diào)整法(通 過勻場來減小誤差磁場)?？梢愿鶕?jù)誤差磁場分布求出應(yīng)該進行基底電流電位分布"Pj的幾 倍修正的系 數(shù)D」。根據(jù)式(5)以及式(6)求出其大小。
權(quán)利要求
1.一種磁場調(diào)整方法，在磁場產(chǎn)生裝置中存在被賦予了目標磁場分布的區(qū)域，該磁場 調(diào)整方法用于減小該區(qū)域的磁場分布的誤差磁場成分，使磁場分布接近目標，該磁場調(diào)整 方法的特征在于，作為調(diào)整單元，具有配置電流環(huán)以及被動地磁化的鐵片等磁性體或不依賴于外部磁場 的永磁體的曲面或平面狀的磁場調(diào)整機構(gòu)，進行以下的磁場調(diào)整作業(yè)在預定數(shù)量的點進行磁場測量，計算與目標磁場的差即誤 差磁場，求出能夠近似地修正該誤差的磁場調(diào)整機構(gòu)面上的電流電位分布，將該電流電位 分布換算成磁矩，配置與該磁矩相當?shù)沫h(huán)電流、永磁體或磁性片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁場調(diào)整方法，其特征在于，從作為通過奇異值分解而得到的基底的固有分布函數(shù)中選擇分布函數(shù)，通過該分布函 數(shù)的組合表現(xiàn)近似地修正誤差磁場的電流電位的分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁場調(diào)整方法，其特征在于，根據(jù)近似地進行修正的電流電位，計算賦予了目標磁場的區(qū)域以及磁場測量點的修正 磁場量，求出磁場調(diào)整作業(yè)后與目標磁場的殘留誤差磁場，確認固有分布函數(shù)的選擇的恰 當性，并且進行達到目標殘留誤差磁場以內(nèi)的選擇。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁場調(diào)整方法，其特征在于，使電流電位成為與磁矩成比例的量，將其換算成鐵片量密度，按照該換算出的分布，配 置鐵片或永磁體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁場調(diào)整方法，其特征在于，在按照奇異值的大小順序附加的序號(次數(shù))和在誤差磁場中包含的固有分布的強度 的相關(guān)圖(磁譜圖)上，選擇用于求出誤差磁場的修正所需要的電流電位分布的固有分布 函數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁場調(diào)整方法，其特征在于，關(guān)于電流電位、或磁矩的大小或鐵片量或永磁體量，在配置鐵片的磁場調(diào)整機構(gòu)面上 包含等高線來進行密度分布的顯示，按照該顯示來配置鐵片。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的磁場調(diào)整方法，其特征在于，通過多角形對等高線和配置鐵片的面一同進行劃分，在劃分后的每個區(qū)域中，通過面 積積分值，與等高線一起或者沒有等高線地表示磁矩的大小或鐵片量或永磁體量。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的磁場調(diào)整方法，其特征在于，匯總由等高線表示的峰或谷來進行累計，將該累計量配置在峰或谷內(nèi)的一處或者分散 配置在多個部位。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁場調(diào)整方法，其特征在于，重復執(zhí)行從磁場測量到磁矩大小或鐵片量或永磁體量的配置為止的計算和作業(yè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的磁場調(diào)整方法，其特征在于，通過重復計算和作業(yè)，關(guān)于誤差磁場的大小以及通過奇異值分解而得到的表示磁場分 布的基底即固有分布函數(shù)，調(diào)查各個強度的大小，掌握磁場調(diào)整的進展。
11.一種磁場調(diào)整方法，其特征在于，與權(quán)利要求5所述的相關(guān)圖，或者在權(quán)利要求6、7或8的磁場修正作業(yè)中配置的磁性 體的量、永磁體的量或電流環(huán)的大小一起，顯示權(quán)利要求3所述的殘留誤差磁場的代表值，例如將最小最大值的差除以目標或測量磁場的平均磁場強度而得到的值。
12.一種磁體品質(zhì)掌握方法，其特征在于，通過包含磁場產(chǎn)生用線圈或磁性體的磁動勢源在內(nèi)的電磁體的權(quán)利要求3所述的磁 場調(diào)整方法，在磁場調(diào)整作業(yè)開始時能夠判斷在設(shè)為目標誤差磁場以下的條件下，由于能 夠配置權(quán)利要求6或7所述的磁矩的大小、鐵片量或永磁體量，因此能夠正常地執(zhí)行磁場調(diào)整。
13.—種磁體磁動勢配置設(shè)計方法，其特征在于，在包含磁場產(chǎn)生用線圈或磁性體的磁動勢源在內(nèi)的電磁體的設(shè)計中，賦予目標磁場 分布，根據(jù)磁動勢配置計算磁場分布，輸入代替權(quán)利要求12所述的磁場測量值的磁場計算 值，確認配置后的磁動勢源配置的恰當性，如果不恰當，則直到能夠調(diào)整磁場為止變更磁動 勢配置，求出能夠調(diào)整磁場的磁動勢配置。
14.一種裝置，其內(nèi)置了權(quán)利要求1至權(quán)利要求11中的一項所述的磁場調(diào)整方法。
15.一種裝置，其內(nèi)置了權(quán)利要求12所述的磁體品質(zhì)掌握方法。
16.一種裝置，其內(nèi)置了權(quán)利要求13所述的磁體磁動勢配置設(shè)計方法。
全文摘要
本發(fā)明提供一種磁場調(diào)整方法以及內(nèi)置了該方法的裝置。把測量到的誤差磁場分布分解為通過奇異值分解而得到的固有模式成分，組合與各模式對應(yīng)的鐵片配置，來配置在墊片盤(5)上。根據(jù)可達到的磁場精度(均勻度)和鐵片配置量的恰當性，選擇要修正的固有模式。因為可以在掌握可達到的磁場精度(均勻度)的同時進行調(diào)整，所以還可以掌握錯誤的調(diào)整，并且在重復進行調(diào)整的過程中自動進行修正。當在本發(fā)明的方法或內(nèi)置了該方法的裝置的輔助下進行磁場調(diào)整時，在重復作業(yè)的過程中可靠地完成磁場調(diào)整。結(jié)果，可以提供磁場精度高的裝置。此外，還具有通過調(diào)查可達到的均勻度(17)，可以早期地檢測出不良的磁體的特征。
文檔編號G01R33/387GK102046083SQ200980116540
公開日2011年5月4日 申請日期2009年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月9日
發(fā)明者中山武, 安藤龍彌, 阿部充志 申請人:株式會社日立制作所, 株式會社日立醫(yī)藥