JP2013098439A - Electromagnet unit and manufacturing method of shim coil - Google Patents

Electromagnet unit and manufacturing method of shim coil Download PDF

Info

Publication number
JP2013098439A
JP2013098439A JP2011241689A JP2011241689A JP2013098439A JP 2013098439 A JP2013098439 A JP 2013098439A JP 2011241689 A JP2011241689 A JP 2011241689A JP 2011241689 A JP2011241689 A JP 2011241689A JP 2013098439 A JP2013098439 A JP 2013098439A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
magnetic field
coil
shim
coils
shim coil
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2011241689A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6039896B2 (en
Inventor
Mitsuji Abe
充志 阿部
Yukihiro Murata
幸弘 村田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP2011241689A priority Critical patent/JP6039896B2/en
Publication of JP2013098439A publication Critical patent/JP2013098439A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6039896B2 publication Critical patent/JP6039896B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electromagnet unit comprising a shim coil which is capable of generating such a correction magnetic field as canceling a disturbance magnetic field.SOLUTION: An electromagnet unit comprises a plurality of magnetostatic coils of which the center axes are matched to each other, and generates magnetostatic fields in parallel with the center axes in a uniform magnetic field region. The electromagnet unit further comprises a plurality of shim coils (No.1 to No.6) for improving uniformity of magnetic fields in the uniform magnetic field region by generating a magnetic field which is capable of canceling magnetic fields in an arbitrary radial direction of the magnetostatic coils approximately vertical to the center axes generated in the uniform magnetic field region. The magnetostatic coil is a superconducting coil and the shim coil 1 includes the superconducting coil. Magnetic flux storage in a superconducting state of the superconducting coils is utilized to passively cancel an error magnetic field caused by the outside. The superconducting coils of the magnetostatic coils and the shim coils 1 are operated under a permanent current mode.

Description

本発明は、静磁場を発生させる静磁場コイルとその静磁場の均一性を向上させるシムコイルとを有する電磁石装置と、そのシムコイルの製造方法に関する。   The present invention relates to an electromagnet device having a static magnetic field coil that generates a static magnetic field and a shim coil that improves the uniformity of the static magnetic field, and a method of manufacturing the shim coil.

電磁石装置は、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ：Magnetic Resonance Imaging）装置等で用いられている。ＭＲＩ装置に用いられる電磁石装置では、静磁場を発生させる静磁場コイルとして、超伝導コイルが用いられている。超伝導コイルに永久電流モードで通電している場合、その内部の磁束は保存され、静磁場の磁場強度を時間的に一定に保つことができる。また、ＭＲＩ装置に用いられる電磁石装置では、シムコイルを有するものが提案されている（例えば、特許文献１等参照）。シムコイルは、その時間的に一定な静磁場の空間的な均一性を向上させることができる。 Electromagnet device, a magnetic resonance imaging (MRI: M agnetic R esonance I maging) used in the device. In an electromagnet device used for an MRI apparatus, a superconducting coil is used as a static magnetic field coil for generating a static magnetic field. When the superconducting coil is energized in the permanent current mode, the magnetic flux therein is preserved, and the magnetic field strength of the static magnetic field can be kept constant over time. Moreover, the electromagnet apparatus used for an MRI apparatus has proposed what has a shim coil (for example, refer patent document 1 etc.). The shim coil can improve the spatial uniformity of the temporally constant static magnetic field.

特開２００５−２８１０７号公報JP 2005-28107 A

電磁石装置は、粒子保持機にも用いられている。粒子保持機は、イオン等の荷電粒子をループ軌道上に運動させることでその荷電粒子を保持することができる。そして、荷電粒子を保持することで、その荷電粒子の寿命等を測定することができる。粒子保持機に用いられる電磁石装置でも、静磁場を発生させる静磁場コイルとして、超伝導コイルが用いられている。これにより、静磁場の磁場強度を時間的に一定に保つことができ、荷電粒子のループ軌道を安定させることができる。   Electromagnet devices are also used in particle holders. The particle holder can hold charged particles by moving charged particles such as ions on a loop orbit. And the lifetime of the charged particle etc. can be measured by hold | maintaining a charged particle. Also in the electromagnet device used for the particle holding machine, a superconducting coil is used as a static magnetic field coil for generating a static magnetic field. As a result, the magnetic field strength of the static magnetic field can be kept constant over time, and the loop trajectory of the charged particles can be stabilized.

しかし、このループ軌道が不安定になる場合があった。この場合を詳細に検討してみると、静磁場コイルによって発生させている静磁場の方向と垂直な方向の磁場が、電磁石装置の外部から外乱磁場として、ループ軌道上に入り込み、ループ軌道を乱すことがわかった。静磁場コイルである超伝導コイルに永久電流モードで通電している場合、その超伝導コイルをくぐる磁束は保存され、静磁場の磁場強度を時間的に一定に保つが、超伝導コイルをくぐってこない外乱磁場による磁束は、ループ軌道上に入り込むと考えられた。そして、このような外乱磁場を打ち消すような補正磁場を発生できれば、ループ軌道を安定させることができると考えられた。   However, this loop trajectory may become unstable. When this case is examined in detail, a magnetic field perpendicular to the direction of the static magnetic field generated by the static magnetic field coil enters the loop orbit as a disturbance magnetic field from the outside of the electromagnet device and disturbs the loop orbit. I understood it. When a superconducting coil, which is a static magnetic field coil, is energized in a permanent current mode, the magnetic flux passing through the superconducting coil is preserved and the magnetic field strength of the static magnetic field is kept constant over time. It was thought that the magnetic flux caused by the disturbance magnetic field entered the loop orbit. Then, it was thought that the loop trajectory could be stabilized if a correction magnetic field capable of canceling such a disturbance magnetic field could be generated.

ただ、外乱磁場は、いつ発生するかわからず（時間的に不定であり）、その大きさもその方向もまちまちである。そこで、このような外乱磁場であっても打ち消すことができる補正磁場を発生できるシムコイルを有する電磁石装置があれば有用である。そして、このようなシムコイルを製造することができる製造方法があれば有用である。さらに、そのシムコイルの製造方法によって、時間的に不定の外乱磁場を打ち消し静磁場の空間的な均一性を向上させるシムコイルだけでなく、時間的に一定の静磁場に対して時間的に一定の補正磁場を発生させ静磁場の空間的な均一性を向上させるシムコイルも製造できれば、一層有用である。   However, the disturbance magnetic field does not know when it occurs (it is indefinite in time), and its magnitude and direction vary. Therefore, it is useful to have an electromagnet device having a shim coil that can generate a correction magnetic field that can be canceled even with such a disturbance magnetic field. And if there exists a manufacturing method which can manufacture such a shim coil, it will be useful. Furthermore, the shim coil manufacturing method not only corrects the temporally indefinite disturbance magnetic field and improves the spatial uniformity of the static magnetic field, but also corrects the temporally constant static magnetic field. It would be even more useful if a shim coil could be produced that would generate a magnetic field and improve the spatial uniformity of the static magnetic field.

すなわち、本発明が解決しようとする課題は、外乱磁場を打ち消すような補正磁場を発生できるシムコイルを備えた電磁石装置を提供することであり、また、そのようなシムコイルを含め静磁場の均一性を向上できるシムコイルの製造方法を提供することである。   That is, the problem to be solved by the present invention is to provide an electromagnet device including a shim coil that can generate a correction magnetic field that cancels a disturbance magnetic field, and to improve the uniformity of a static magnetic field including such a shim coil. It is to provide a method of manufacturing a shim coil that can be improved.

前記課題を解決するために、本発明は、
互いに中心軸が一致する複数の静磁場コイルを有し、前記中心軸に平行な方向の静磁場を発生させる電磁石装置において、
前記中心軸に略垂直な方向の内の前記静磁場コイルの任意の半径方向の磁場を、打ち消せる磁場を発生させ、前記静磁場の均一性を向上させる複数のシムコイルを有することを特徴としている。 In order to solve the above problems, the present invention provides:
In an electromagnet apparatus having a plurality of static magnetic field coils whose central axes coincide with each other and generating a static magnetic field in a direction parallel to the central axis,
It has a plurality of shim coils that generate a magnetic field that can cancel out any radial magnetic field of the static magnetic field coil in a direction substantially perpendicular to the central axis and improve the uniformity of the static magnetic field. .

また、本発明は、
互いに中心軸が一致し前記中心軸に平行な方向の静磁場を発生させる複数の静磁場コイルの近傍に、前記静磁場の均一性を向上させる複数のシムコイルを配置する電流面と、前記静磁場を囲むように磁場評価面とを設け、
前記磁場評価面上の評価点毎に、大きさが前記磁場評価面内で均一である目標磁場を設定し、
前記電流面上の接点の電流ポテンシャル値を要素に持つ電流ポテンシャルベクトルによって、前記評価点に生じる磁場を要素に持つ磁場ベクトルが求められる応答行列を取得し、
前記応答行列を特異値分解し、特異値の大きい順に複数の前記電流ポテンシャルベクトルの固有ベクトルを取得し、
複数の前記固有ベクトルに基づいて、前記固有ベクトル毎に前記電流面上における前記電流ポテンシャル値の等高線を取得するシムコイルの製造方法であることを特徴としている。 The present invention also provides:
A current surface in which a plurality of shim coils for improving the uniformity of the static magnetic field are arranged in the vicinity of a plurality of static magnetic field coils that generate a static magnetic field in a direction parallel to the central axis that coincide with each other, and the static magnetic field A magnetic field evaluation surface is provided so as to surround
For each evaluation point on the magnetic field evaluation surface, set a target magnetic field whose size is uniform within the magnetic field evaluation surface,
By obtaining a response matrix in which a magnetic field vector having the magnetic field generated at the evaluation point as an element is obtained by a current potential vector having the current potential value of the contact on the current surface as an element,
Singular value decomposition of the response matrix, obtaining eigenvectors of the plurality of current potential vectors in descending order of singular values,
It is a shim coil manufacturing method that acquires contour lines of the current potential value on the current surface for each eigenvector based on a plurality of eigenvectors.

本発明によれば、外乱磁場を打ち消すような補正磁場を発生できるシムコイルを備えた電磁石装置を提供できる。また、そのようなシムコイルを含め静磁場の均一性を向上できるシムコイルの製造方法を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the electromagnet apparatus provided with the shim coil which can generate | occur | produce the correction | amendment magnetic field which cancels a disturbance magnetic field can be provided. Moreover, the manufacturing method of the shim coil which can improve the uniformity of a static magnetic field including such a shim coil can be provided.

本発明の第１の実施形態に係る電磁石装置に用いられる複数のシムコイルそれぞれの展開図である。It is an expanded view of each of the several shim coil used for the electromagnet apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態に係る電磁石装置を備えた粒子保持機の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the particle holding machine provided with the electromagnet apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態に係る電磁石装置に複数のシムコイルを配置する配置方法のフローチャートである。It is a flowchart of the arrangement | positioning method which arrange | positions several shim coils in the electromagnet apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 複数のシムコイルの配置方法で使用する計算体系（電流面と磁場評価面）の斜視図である。It is a perspective view of the calculation system (electric current surface and magnetic field evaluation surface) used with the arrangement method of a plurality of shim coils. 本発明の第２の実施形態に係る電磁石装置を備えたＭＲＩ装置の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the MRI apparatus provided with the electromagnet apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３の実施形態に係る電磁石装置を備えたＭＲＩ装置の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the MRI apparatus provided with the electromagnet apparatus which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第３の実施形態に係る電磁石装置に用いられる複数のシムコイルそれぞれの展開図である。It is an expanded view of each of several shim coil used for the electromagnet apparatus which concerns on the 3rd Embodiment of this invention.

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。   Next, embodiments of the present invention 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.

（第１の実施形態）
図２に、本発明の第１の実施形態に係る電磁石装置２を備えた粒子保持機１１の縦断面図を示す。粒子保持機１１は、円筒形状の電磁石装置２と、電磁石装置２の円筒内に差し込まれている円柱形状の真空ダクト３を有している。粒子保持機１１は、イオン等の荷電粒子をループ軌道５上に運動させることで、その荷電粒子を保持することができる。そして、荷電粒子を保持することで、その荷電粒子の寿命等を測定することができる。 (First embodiment)
In FIG. 2, the longitudinal cross-sectional view of the particle holding machine 11 provided with the electromagnet apparatus 2 which concerns on the 1st Embodiment of this invention is shown. The particle holder 11 has a cylindrical electromagnet device 2 and a columnar vacuum duct 3 inserted into the cylinder of the electromagnet device 2. The particle holder 11 can hold charged particles by moving charged particles such as ions on the loop orbit 5. And the lifetime of the charged particle etc. can be measured by hold | maintaining a charged particle.

電磁石装置２は、互いに中心軸１０（Ｚ軸）が一致する環形状の複数（図２の例では４個）の静磁場コイル２ａを有している。複数の静磁場コイル２ａは、中心軸１０（Ｚ軸）の方向に並べられている。これら複数の静磁場コイル２ａは、中心軸１０に平行な方向の静磁場７を、真空ダクト３内に発生させる。中心軸１０（Ｚ軸）が鉛直方向に平行になるように、電磁石装置２（粒子保持機１１）は、設置されている。   The electromagnet device 2 includes a plurality of (four in the example of FIG. 2) static magnetic field coils 2a whose center axes 10 (Z-axis) coincide with each other. The plurality of static magnetic field coils 2a are arranged in the direction of the central axis 10 (Z axis). The plurality of static magnetic field coils 2 a generate a static magnetic field 7 in a direction parallel to the central axis 10 in the vacuum duct 3. The electromagnet device 2 (particle holder 11) is installed so that the central axis 10 (Z axis) is parallel to the vertical direction.

静磁場コイル２ａには、超伝導コイルを利用することが多く、その場合、３層構造の容器内に収納されている。まず、静磁場コイル２ａ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、自身の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、静磁場コイル２ａ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することができる。   As the static magnetic field coil 2a, a superconducting coil is often used, and in that case, it is housed in a three-layered container. First, the static magnetic field coil 2a is accommodated in the refrigerant container 2e together with the liquid helium (He). 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 thereof 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 static magnetic field coil 2a can be stably set to the cryogenic temperature that is the temperature of the refrigerant, and can function as a superconducting electromagnet.

電磁石装置２は、複数のシムコイル１を有している。複数のシムコイル１は、冷媒容器２ｅの内部で、静磁場コイル２ａの径方向の外側に設けられる電流面４ａ上に配置することができる。また、複数のシムコイル１は、冷媒容器２ｅの内部で、静磁場コイル２ａの径方向の内側に設けられる電流面４ｂ上に配置してもよい。また、静磁場コイル２ａと同じ位置に静磁場コイル２ａを重ねて重ね巻きにしてもよい。複数のシムコイル１は、真空容器２ｃ（冷媒容器２ｅ）の外部で、静磁場コイル２ａの径方向の内側に設けられる電流面４ｃ上に配置してもよい。複数のシムコイル１は、電流面４ａ、４ｂ、４ｃ上に、分散して配置してもよい。複数のシムコイル１は、中心軸１０に略垂直な方向の内の静磁場コイル２ａの任意の径方向の磁場を、打ち消せる磁場を発生させ、静磁場７の均一性を向上させることができる。   The electromagnet device 2 has a plurality of shim coils 1. The plurality of shim coils 1 can be disposed on the current surface 4a provided outside the radial direction of the static magnetic field coil 2a inside the refrigerant container 2e. The plurality of shim coils 1 may be disposed on the current surface 4b provided inside the refrigerant container 2e and inside the radial direction of the static magnetic field coil 2a. Alternatively, the static magnetic field coil 2a may be overlapped and wound in the same position as the static magnetic field coil 2a. The plurality of shim coils 1 may be arranged on a current surface 4c provided outside the vacuum vessel 2c (refrigerant vessel 2e) and inside the static magnetic field coil 2a in the radial direction. The plurality of shim coils 1 may be arranged in a distributed manner on the current surfaces 4a, 4b, 4c. The plurality of shim coils 1 can generate a magnetic field that can cancel the magnetic field in an arbitrary radial direction of the static magnetic field coil 2 a in a direction substantially perpendicular to the central axis 10, thereby improving the uniformity of the static magnetic field 7.

電流面４ａ、４ｂに配置され、冷媒容器２ｅの内部に設けられるシムコイル１には、超伝導コイルを用いることができる。シムコイル１の超伝導コイルを永久電流モードで運転することにより、超伝導コイルの超伝導状態における磁束保存を利用して、受動的に、中心軸１０に対して垂直方向の外部由来の誤差磁場を打ち消すことができる。なお、静磁場コイル２ａの超伝導コイルも、永久電流モードで運転することにより、超伝導コイルの超伝導状態における磁束保存を利用して、受動的に、中心軸１０に対して平行方向の外部由来の誤差磁場を打ち消すことができる。これは、静磁場コイル２ａの超伝導コイルのコイル面は、中心軸１０に対して平行方向の誤差磁場の磁束と交差し、シムコイル１の超伝導コイルのコイル面は、中心軸１０に対して垂直方向の誤差磁場の磁束と交差するからである。   A superconducting coil can be used as the shim coil 1 disposed on the current surfaces 4a and 4b and provided inside the refrigerant container 2e. By operating the superconducting coil of the shim coil 1 in the permanent current mode, an error magnetic field derived from the outside in a direction perpendicular to the central axis 10 is passively made by using magnetic flux conservation in the superconducting state of the superconducting coil. Can be countered. Note that the superconducting coil of the static magnetic field coil 2a is also operated in the permanent current mode to passively use the magnetic flux conservation in the superconducting state of the superconducting coil, and passively externally run in the direction parallel to the central axis 10. It is possible to cancel the error magnetic field derived from the origin. This is because the coil surface of the superconducting coil of the static magnetic field coil 2a intersects the magnetic flux of the error magnetic field in the direction parallel to the central axis 10, and the coil surface of the superconducting coil of the shim coil 1 is relative to the central axis 10. This is because it intersects with the magnetic flux of the error magnetic field in the vertical direction.

図１に、複数（図１の例では６種類）のシムコイル１それぞれの展開図を示す。複数のシムコイル１は、Ｎｏ.１〜６の６種類のシムコイル１を有している。Ｎｏ.１〜６の６種類のシムコイル１はそれぞれ、横軸が円筒状の電流面４ａ（４ｂ、４ｃ）の周回方向の角度（ラジアン）であり、縦軸が中心軸１０の軸方向位置（０．１ｍ単位）である展開面上に、展開されている。軸方向位置の±０．７ｍ（±７．００×０．１ｍ（単位））に描いている横線（直線）は、筒状の電流面４ａ（４ｂ、４ｃ）、すなわち、Ｎｏ.１〜６の６種類のシムコイル１の中心軸（Ｚ軸）１０の方向の両端部を表している。   FIG. 1 shows a development view of each of a plurality (six types in the example of FIG. 1) of shim coils 1. The plurality of shim coils 1 have six types of shim coils 1 of No. 1 to No. 6. In each of the six types of shim coils No. 1 to 6, the horizontal axis is an angle (radian) of the circular current surface 4a (4b, 4c) and the vertical axis is the axial position of the central shaft 10 ( It is developed on the development surface which is 0.1 m unit). The horizontal line (straight line) drawn at ± 0.7 m (± 7.00 × 0.1 m (unit)) in the axial position is the cylindrical current surface 4a (4b, 4c), that is, No. 1-6. The two ends of the six types of shim coils 1 in the direction of the central axis (Z-axis) 10 are shown.

Ｎｏ.１〜６の６種類のシムコイル１は、円筒状の電流面４ａ（４ｂ、４ｃ）に沿って、互いに重ねられて配置される。Ｎｏ.１〜６の６種類のシムコイル１には、多くの巻き線が存在するが、表示の簡単化のために数十巻きに１巻き程度の割合で簡単化して描いている。また、Ｎｏ.１〜６の６種類のシムコイル１には、受動的配線の場合には、巻き線間を接続する渡り線(もしくは段落とし線)および戻り線が配置され、能動的配線の場合には、さらに、給電線と電源が配置されるが、図示を省略している。シムコイル１は、ドットのハッチングが施されている領域に配置されているものと、白抜きのハッチングが施されている領域に配置されているものとがある。ドットのハッチングが施されている領域に配置されているシムコイル１に、例えば、時計周りの方向に電流が流れるとすると、白抜きのハッチングが施されている領域に配置されているシムコイル１には、反時計周りの方向に電流が流れ、互いの領域で反対方向に電流が流れるようになっている。   The six types of shim coils 1 of No. 1 to 6 are arranged so as to overlap each other along the cylindrical current surface 4a (4b, 4c). The six types of shim coils 1 of No. 1 to 6 have many windings, but are simplified and drawn at a ratio of about one turn to several tens of turns for simplification of display. In addition, in the case of passive wiring, the six types of shim coils 1 of Nos. 1 to 6 are provided with connecting lines (or paragraph lines) and return lines for connecting the windings. Further, although a power supply line and a power source are arranged, the illustration is omitted. The shim coil 1 may be disposed in a region where dots are hatched or may be disposed in a region where white hatching is performed. For example, if a current flows in the clockwise direction in the shim coil 1 arranged in the area where the dot hatching is applied, the shim coil 1 arranged in the area where the white hatching is applied The current flows in the counterclockwise direction, and the current flows in the opposite direction in each other region.

Ｎｏ.１のシムコイル１は、時計周りの方向に電流が流れるシムコイル１と、反時計周りの方向に電流が流れるシムコイル１とを、周回方向（横軸方向）に１つずつ有している。時計周りの方向に電流が流れるシムコイル１と、反時計周りの方向に電流が流れるシムコイル１とは、周回方向（横軸方向）に均等に配置されている。時計周りの方向に電流が流れるシムコイル１と、反時計周りの方向に電流が流れるシムコイル１とは、中心軸１０（図２参照）を挟んで対向するように配置されることになり、中心軸１０に垂直な補正磁場を発生することができ、同様に垂直な外乱磁場を打ち消すことができる。Ｎｏ.１のシムコイル１は、軸方向（縦軸方向）には、１つのシムコイル１が配置されている。このように、Ｎｏ.１のシムコイル１は、電流面４ａ（４ｂ、４ｃ）上に２つのシムコイル１を有している。   The No. 1 shim coil 1 has one shim coil 1 in which a current flows in a clockwise direction and one shim coil 1 in which a current flows in a counterclockwise direction, one in a circumferential direction (horizontal axis direction). The shim coils 1 through which current flows in the clockwise direction and the shim coils 1 through which current flows in the counterclockwise direction are equally arranged in the circumferential direction (horizontal axis direction). The shim coil 1 in which the current flows in the clockwise direction and the shim coil 1 in which the current flows in the counterclockwise direction are arranged so as to face each other with the central axis 10 (see FIG. 2) interposed therebetween. A correction magnetic field perpendicular to 10 can be generated, and a disturbance magnetic field perpendicular to the same can be canceled. In the No. 1 shim coil 1, one shim coil 1 is arranged in the axial direction (vertical axis direction). Thus, the No. 1 shim coil 1 has two shim coils 1 on the current surface 4a (4b, 4c).

Ｎｏ.２のシムコイル１は、Ｎｏ.１のシムコイル１に対して、周回方向（横軸方向）に、１．５７（＝３．１４／２）ラジアン（９０°）回転させた構造をしている。Ｎｏ.２のシムコイル１は、Ｎｏ.１のシムコイル１による補正磁場に対して垂直な方向であり、中心軸１０に対しても垂直な方向である補正磁場を発生させることができる。   The No. 2 shim coil 1 has a structure in which the No. 1 shim coil 1 is rotated 1.57 (= 3.14 / 2) radians (90 °) in the circumferential direction (horizontal axis direction). Yes. The No. 2 shim coil 1 is capable of generating a correction magnetic field that is perpendicular to the correction magnetic field generated by the No. 1 shim coil 1 and that is also perpendicular to the central axis 10.

Ｎｏ.３のシムコイル１は、時計周りの方向に電流が流れるシムコイル１と、反時計周りの方向に電流が流れるシムコイル１とを、周回方向（横軸方向）に２つずつ有している。２つの時計周りの方向に電流が流れるシムコイル１と、２つの反時計周りの方向に電流が流れるシムコイル１とは、周回方向（横軸方向）に均等にかつ交互に配置（配列）されている。２つの時計周りの方向に電流が流れるシムコイル１が中心軸１０（図２参照）を挟んで対向するように配置され、２つの反時計周りの方向に電流が流れるシムコイル１が中心軸１０（図２参照）を挟んで対向するように配置されることになる。Ｎｏ.３のドットのハッチングが施されている領域に配置されている２つのシムコイル１の巻き線の渦の中心の位置（周回方向角度と軸方向位置）は、Ｎｏ.１の２つのシムコイル１の巻き線の渦の中心の位置に一致している。   The No. 3 shim coil 1 has two shim coils 1 in which the current flows in the clockwise direction and two shim coils 1 in which the current flows in the counterclockwise direction in the circumferential direction (horizontal axis direction). The two shim coils 1 through which current flows in the clockwise direction and the two shim coils 1 through which current flows in the counterclockwise direction are arranged (arranged) equally and alternately in the circumferential direction (horizontal axis direction). . Two shim coils 1 through which current flows in the clockwise direction are arranged so as to face each other across the central axis 10 (see FIG. 2), and the shim coil 1 through which current flows in two counterclockwise directions is the central axis 10 (see FIG. 2). 2) is arranged so as to face each other. The positions of the vortex centers (circular direction angle and axial position) of the windings of the two shim coils 1 arranged in the area where the dots of No. 3 are hatched are the two shim coils 1 of No. 1. It coincides with the position of the center of the vortex of the winding.

Ｎｏ.３のシムコイル１による補正磁場の磁束は、時計周りの方向に電流が流れるシムコイル１と反時計周りの方向に電流が流れるシムコイル１との一方から入って両隣にある他方から出る。このため、中心軸１０上では中心軸１０に垂直な補正磁場を発生することはできないが、中心軸１０から離れた領域では、中心軸１０に垂直な補正磁場を発生することができ、同様に垂直な外乱磁場を打ち消すことができる。Ｎｏ.３のシムコイル１は、軸方向（縦軸方向）には、１つのシムコイル１が配置されている。このように、Ｎｏ.３のシムコイル１は、電流面４ａ（４ｂ、４ｃ）上に４つのシムコイル１を有している。   The magnetic flux of the correction magnetic field generated by the No. 3 shim coil 1 enters from one of the shim coil 1 in which current flows in the clockwise direction and the shim coil 1 in which current flows in the counterclockwise direction, and exits from the other on both sides. For this reason, a correction magnetic field perpendicular to the central axis 10 cannot be generated on the central axis 10, but a correction magnetic field perpendicular to the central axis 10 can be generated in a region away from the central axis 10. The perpendicular disturbance magnetic field can be canceled out. In the No. 3 shim coil 1, one shim coil 1 is arranged in the axial direction (vertical axis direction). Thus, the No. 3 shim coil 1 has four shim coils 1 on the current surface 4a (4b, 4c).

Ｎｏ.４のシムコイル１は、Ｎｏ.３のシムコイル１に対して、周回方向（横軸方向）に、０．７８（＝３．１４／４）ラジアン（４５°）回転させた構造をしている。Ｎｏ.４のシムコイル１も、Ｎｏ.３のシムコイル１による補正磁場と同様に、中心軸１０から離れた領域で、中心軸１０に垂直な補正磁場を発生することができ、同様に垂直な外乱磁場を打ち消すことができる。   The No. 4 shim coil 1 has a structure in which the No. 3 shim coil 1 is rotated by 0.78 (= 3.14 / 4) radians (45 °) in the circumferential direction (horizontal axis direction). Yes. Similarly to the correction magnetic field generated by the No. 3 shim coil 1, the No. 4 shim coil 1 can also generate a correction magnetic field perpendicular to the central axis 10 in a region away from the central axis 10, and similarly a vertical disturbance. The magnetic field can be canceled out.

Ｎｏ.５のシムコイル１は、時計周りの方向に電流が流れるシムコイル１と、反時計周りの方向に電流が流れるシムコイル１とを、周回方向（横軸方向）に１つずつ有している。時計周りの方向に電流が流れるシムコイル１と、反時計周りの方向に電流が流れるシムコイル１とは、周回方向（横軸方向）に均等に配置されている。時計周りの方向に電流が流れるシムコイル１と反時計周りの方向に電流が流れるシムコイル１は、中心軸１０（図２参照）を挟んで対向するように配置されている。   The No. 5 shim coil 1 has one shim coil 1 in which a current flows in a clockwise direction and one shim coil 1 in which a current flows in a counterclockwise direction, one in a circumferential direction (horizontal axis direction). The shim coils 1 through which current flows in the clockwise direction and the shim coils 1 through which current flows in the counterclockwise direction are equally arranged in the circumferential direction (horizontal axis direction). The shim coil 1 in which the current flows in the clockwise direction and the shim coil 1 in which the current flows in the counterclockwise direction are arranged so as to face each other with the center axis 10 (see FIG. 2) interposed therebetween.

また、Ｎｏ.５のシムコイル１は、軸方向（縦軸方向）に、時計周りの方向に電流が流れるシムコイル１と、反時計周りの方向に電流が流れるシムコイル１とを、１つずつ有している。時計周りの方向に電流が流れるシムコイル１と、反時計周りの方向に電流が流れるシムコイル１とは、軸方向（縦方向）に均等に配置されている。Ｎｏ.５のシムコイル１の巻き線の渦の中心に配置される周回方向角度は、Ｎｏ.１の２つのシムコイル１の巻き線の渦の中心の周回方向角度に一致している。このように、Ｎｏ.５のシムコイル１は、電流面４ａ（４ｂ、４ｃ）上に４つ（＝２×２）のシムコイル１を有している。   The No. 5 shim coil 1 has one shim coil 1 in which current flows in the clockwise direction and one shim coil 1 in which current flows in the counterclockwise direction in the axial direction (vertical axis direction). ing. The shim coils 1 in which current flows in the clockwise direction and the shim coils 1 in which current flows in the counterclockwise direction are equally arranged in the axial direction (vertical direction). The rotation direction angle arranged at the center of the winding vortex of the No. 5 shim coil 1 coincides with the rotation direction angle of the center of the winding vortex of the two No. 1 shim coils 1. Thus, the No. 5 shim coil 1 has four (= 2 × 2) shim coils 1 on the current surface 4a (4b, 4c).

Ｎｏ.５のシムコイル１による補正磁場の磁束は、軸方向に並んでいる時計周りの方向に電流が流れるシムコイル１と反時計周りの方向に電流が流れるシムコイル１との一方から入って他方から出る。このため、中心軸１０近傍では中心軸１０に平行な補正磁場を発生するが、中心軸１０から離れた領域では、中心軸１０に垂直な補正磁場を発生することができ、同様に垂直な外乱磁場を打ち消すことができる。   The magnetic flux of the correction magnetic field generated by the No. 5 shim coil 1 enters from one side of the shim coil 1 in which current flows in the clockwise direction and the shim coil 1 in which counter current flows in the counterclockwise direction, and exits from the other. . For this reason, a correction magnetic field parallel to the central axis 10 is generated in the vicinity of the central axis 10, but a correction magnetic field perpendicular to the central axis 10 can be generated in a region away from the central axis 10. The magnetic field can be canceled out.

Ｎｏ.６のシムコイル１は、Ｎｏ.５のシムコイル１に対して、周回方向（横軸方向）に、１．５７（＝３．１４／２）ラジアン（９０°）回転させた構造をしている。Ｎｏ.６のシムコイル１も、Ｎｏ.５のシムコイル１による補正磁場と同様に、中心軸１０から離れた領域で、中心軸１０に垂直な補正磁場を発生することができ、同様に垂直な外乱磁場を打ち消すことができる。   The No. 6 shim coil 1 has a structure in which the No. 5 shim coil 1 is rotated 1.57 (= 3.14 / 2) radians (90 °) in the circumferential direction (horizontal axis direction). Yes. Similarly to the correction magnetic field generated by the No. 5 shim coil 1, the No. 6 shim coil 1 can also generate a correction magnetic field perpendicular to the central axis 10 in a region away from the central axis 10, and similarly a vertical disturbance. The magnetic field can be canceled out.

Ｎｏ.１〜６の６種類のシムコイル１はそれぞれ、軸方向位置の０．００ｍ（０．００×０．１ｍ（単位））に描いてある横線（直線）に対して、線対称になっている。   Each of the six types of shim coils 1 of No. 1 to 6 is symmetrical with respect to a horizontal line (straight line) drawn at an axial position of 0.00 m (0.00 × 0.1 m (unit)). Yes.

図３に、本発明の第１の実施形態に係る電磁石装置２に複数のシムコイル１を配置する配置方法のフローチャートを示す。   FIG. 3 shows a flowchart of an arrangement method for arranging a plurality of shim coils 1 in the electromagnet apparatus 2 according to the first embodiment of the present invention.

ステップＳ１で、汎用のコンピュータ等を用い、計算体系データを作成する。具体的には、まず、シムコイル面と磁場評価面（MFES= Magnetic Field Evaluation Surface）８ａを生成（追加）する。シムコイル面とは、シムコイル１を配置する、いわゆる電流面（CCS = Current Carrying Surface）４ａ（４ｂ、４ｃ）のことであり、例えば、図２に示すような電流面４ａ〜４ｃが計算体系として設けられることになる。また、磁場評価面８ａとしては、例えば、外乱磁場による磁力線の真空ダクト３内部への侵入経路となりやすい真空ダクト３の側面（電磁石装置２の内周面）に計算体系として設定することで、シールド効果を評価することができる。電流面４ａ〜４ｃと、磁場評価面８ａは、静磁場コイル２ａの近傍に配置され、静磁場コイル２ａが作る静磁場７、すなわち、荷電粒子のループ軌道５を、取り囲むように配置される。   In step S1, calculation system data is created using a general-purpose computer or the like. Specifically, first, a shim coil surface and a magnetic field evaluation surface (MFES) 8a are generated (added). The shim coil surface is a so-called current surface (CCS = Current Carrying Surface) 4a (4b, 4c) on which the shim coil 1 is arranged. For example, current surfaces 4a to 4c as shown in FIG. Will be. Moreover, as the magnetic field evaluation surface 8a, for example, by setting the calculation system on the side surface of the vacuum duct 3 (inner peripheral surface of the electromagnet device 2) that is likely to be a path of entry of magnetic lines of force due to a disturbance magnetic field into the vacuum duct 3, The effect can be evaluated. The current surfaces 4a to 4c and the magnetic field evaluation surface 8a are disposed in the vicinity of the static magnetic field coil 2a, and are disposed so as to surround the static magnetic field 7 created by the static magnetic field coil 2a, that is, the loop trajectory 5 of charged particles.

図４に、設定した計算体系データの電流面４ａ（４ｂ、４ｃ）と、磁場評価面８ａの斜視図を示す。電流面４ａ（４ｂ、４ｃ）は、任意の断面形状を許容するが、静磁場コイル２ａ（図２参照）に沿った形状が望ましく、断面形状が円形となる円筒形状に設定している。また、磁場評価面８ａは、真空ダクト３（図２参照）の側面に沿った形状が望ましく、円筒形状に設定している。   FIG. 4 is a perspective view of the current plane 4a (4b, 4c) and the magnetic field evaluation plane 8a of the set calculation system data. Although the current surface 4a (4b, 4c) allows an arbitrary cross-sectional shape, a shape along the static magnetic field coil 2a (see FIG. 2) is desirable, and the current surface 4a (4b, 4c) is set to a cylindrical shape having a circular cross-sectional shape. Further, the magnetic field evaluation surface 8a is preferably shaped along the side surface of the vacuum duct 3 (see FIG. 2), and is set in a cylindrical shape.

ステップＳ２で、汎用のコンピュータ等を用い、電流面４ａ（４ｂ、４ｃ）上にメッシュを形成する。三角形のメッシュの交点（角）を、接点４ｄとする。また、磁場評価面８ａ上にも三角形のメッシュを形成する。三角形のメッシュの交点（角）に、磁場評価点８ｂを形成する。磁場評価点８ｂは、磁場評価面８ａの面上に構成する必要はないが、図４においては、メッシュに切った三角形の頂点に設定している。   In step S2, a mesh is formed on the current surface 4a (4b, 4c) using a general-purpose computer or the like. An intersection (corner) of the triangular mesh is defined as a contact point 4d. A triangular mesh is also formed on the magnetic field evaluation surface 8a. Magnetic field evaluation points 8b are formed at the intersections (corners) of the triangular mesh. The magnetic field evaluation point 8b does not need to be formed on the surface of the magnetic field evaluation surface 8a, but in FIG. 4, it is set at the apex of a triangle cut into a mesh.

ステップＳ３で、汎用のコンピュータ等を用い、図２に示すように、磁場評価点８ｂ毎に、磁場評価面８ａの法線方向（半径方向）を向き、大きさが磁場評価面８ａ内で均一の目標磁場Ｂｔｇを設定する。 In step S3, using a general-purpose computer or the like, as shown in FIG. 2, the normal direction (radial direction) of the magnetic field evaluation surface 8a is directed to each magnetic field evaluation point 8b, and the size is uniform within the magnetic field evaluation surface 8a. The target magnetic field B tg is set.

図２で、磁場評価面８ａで達成すべき目標磁場Ｂｔｇの概念を説明する。図２では、目標磁場Ｂｔｇを、磁場評価面８ａ（磁場評価点８ｂ）を始点とする矢印で表している。目標磁場Ｂｔｇの矢印の方向は、目標磁場（磁力線）Ｂｔｇの方向を、矢印の長さは目標磁場Ｂｔｇの強さを表している。磁場評価面８ａでの目標磁場Ｂｔｇの方向は、中心軸（Ｚ軸）１０と垂直に交わる方向（径方向）である。磁場評価面８ａでの目標磁場Ｂｔｇの強さは、磁場評価面８ａ内で均一になっている。このような径方向に対して均一な目標磁場Ｂｔｇを、複数のシムコイル１それぞれで形成される磁場の合成磁場として形成できるのであれば、その複数のシムコイル１の中の一部のシムコイル１を用いることで、均一な磁場ではなく、不均一な磁場を形成することができ、その不均一な磁場により、径方向における任意な方向から入射しようとする磁力線（外乱磁場）を打ち消すような、あらゆる方向の補正磁場を形成できると考えられる。そのために、複数のシムコイル１は、それぞれ、独立に閉回路を構成し、シムコイル１毎に異なる大きさで異なる方向の電流を流せるようになっている。 The concept of the target magnetic field B tg to be achieved on the magnetic field evaluation surface 8a will be described with reference to FIG. In FIG. 2, the target magnetic field B tg is represented by an arrow starting from the magnetic field evaluation surface 8a (magnetic field evaluation point 8b). The direction of the arrow of the target magnetic field B tg represents the direction of the target magnetic field (line of magnetic force) B tg , and the length of the arrow represents the strength of the target magnetic field B tg . The direction of the target magnetic field B tg on the magnetic field evaluation surface 8 a is a direction (radial direction) perpendicular to the central axis (Z axis) 10. The strength of the target magnetic field B tg on the magnetic field evaluation surface 8a is uniform within the magnetic field evaluation surface 8a. If such a uniform target magnetic field B tg with respect to the radial direction can be formed as a combined magnetic field formed by each of the plurality of shim coils 1, some of the shim coils 1 in the plurality of shim coils 1 are formed. By using it, it is possible to form a non-uniform magnetic field instead of a uniform magnetic field. By this non-uniform magnetic field, any magnetic field lines (disturbance magnetic fields) that try to enter from any direction in the radial direction are canceled. It is considered that a directional correction magnetic field can be formed. For this purpose, each of the plurality of shim coils 1 independently forms a closed circuit, and each shim coil 1 can pass currents of different sizes and directions.

ステップＳ４で、汎用のコンピュータ等を用い、電流面４ａ（４ｂ、４ｃ）上の接点４ｄの電流ポテンシャル値を要素に持つ電流ポテンシャルベクトルＴによって、磁場評価面８ａ上の磁場評価点８ｂに生じる磁場を要素に持つ磁場ベクトルＢが求められる応答行列Ａを取得する。具体的には、前記計算体系データにおける方程式（１）を構築する。なお、応答行列Ａは、磁場評価点８ｂの数を行数とし、接点４ｄの数を列数とする行列である。電流ポテンシャルベクトルＴは、式（∇Ｔ）×ｎ＝ｊ（ここで、ｎは電流面の法線方向の単位ベクトルである）を用いて、その勾配（∇Ｔ）から電流密度ベクトルｊに換算することができ、電流分布を計算することができる。算出された電流分布から、ビオサバールの式を用いて、磁場ベクトルＢを計算できる。そこで、適当な電流ポテンシャルベクトルＴに対して、電流密度ベクトルｊ、電流分布、磁場ベクトルＢを順に算出し、適当な電流ポテンシャルベクトルＴと算出した磁場ベクトルＢの方程式（１）の応答関係を満足するように応答行列Ａを決定する。
Ｂ＝ＡＴ ・・・（１） In step S4, using a general-purpose computer or the like, the magnetic field generated at the magnetic field evaluation point 8b on the magnetic field evaluation surface 8a by the current potential vector T having the current potential value of the contact 4d on the current surface 4a (4b, 4c) as an element. A response matrix A that obtains a magnetic field vector B having as elements is obtained. Specifically, equation (1) in the calculation system data is constructed. The response matrix A is a matrix in which the number of magnetic field evaluation points 8b is the number of rows and the number of contact points 4d is the number of columns. The current potential vector T is converted from the gradient (∇T) to the current density vector j using the formula (∇T) × n = j (where n is a unit vector in the normal direction of the current surface). Current distribution can be calculated. From the calculated current distribution, the magnetic field vector B can be calculated using the Biosavart equation. Therefore, the current density vector j, the current distribution, and the magnetic field vector B are calculated in order with respect to the appropriate current potential vector T, and the response relation of the equation (1) between the appropriate current potential vector T and the calculated magnetic field vector B is satisfied. The response matrix A is determined as follows.
B = AT (1)

ステップＳ５で、汎用のコンピュータ等を用い、応答行列Ａを特異値分解する。その際には、特異値の大きい順に、複数の電流ポテンシャルベクトルＴの固有ベクトルを取得する。複数の特異値λ１、λ２、λ３、λ４、λ５、λ６を大きいものから順に取得し（λ１≧λ２≧λ３≧λ４≧λ５≧λ６）、それらに対応する磁場分布（磁場ベクトルＢ）の複数の固有ベクトルｕ１、ｕ２、ｕ３、ｕ４、ｕ５、ｕ６と、電流ポテンシャル分布（電流ポテンシャルベクトルＴ）の複数の固有ベクトルｖ１、ｖ２、ｖ３、ｖ４、ｖ５、ｖ６を取得する。ここでは、図１にＮｏ.１〜６の６種類のシムコイル１が示されているのに対応して、特異値λ１、λ２、λ３、λ４、λ５、λ６と、磁場ベクトルＢの固有ベクトルｕ１、ｕ２、ｕ３、ｕ４、ｕ５、ｕ６と、電流ポテンシャルベクトルＴの固有ベクトルｖ１、ｖ２、ｖ３、ｖ４、ｖ５、ｖ６とを、６個ずつ取得している。 In step S5, the response matrix A is subjected to singular value decomposition using a general-purpose computer or the like. At that time, eigenvectors of a plurality of current potential vectors T are acquired in descending order of singular values. A plurality of singular values λ 1 , λ 2 , λ 3 , λ 4 , λ 5 , λ 6 are obtained in order from the largest (λ 1 ≧ λ 2 ≧ λ 3 ≧ λ 4 ≧ λ 5 ≧ λ 6 ) A plurality of eigenvectors u 1 , u 2 , u 3 , u 4 , u 5 , u 6 of the corresponding magnetic field distribution (magnetic field vector B) and a plurality of eigenvectors v 1 , v 2 of the current potential distribution (current potential vector T). , V 3 , v 4 , v 5 , v 6 are obtained. Here, the singular values λ 1 , λ 2 , λ 3 , λ 4 , λ 5 , λ 6, and the magnetic field corresponding to the six types of shim coils 1 of No. 1 to 6 shown in FIG. Eigenvectors u 1 , u 2 , u 3 , u 4 , u 5 , u 6 of vector B and eigenvectors v 1 , v 2 , v 3 , v 4 , v 5 , v 6 of current potential vector T Acquired one by one.

磁場ベクトルＢの固有ベクトルｕｊと電流ポテンシャルベクトルＴの固有ベクトルｖｊと特異値λｊの間には、式（２）の関係がある。また、特異値λｊの添え字ｊは特異値の大きさ順の番号であり、式（２）の関係において対応する固有ベクトルｕｊ、ｖｊにも同じ番号を付している。すなわち、特異値λｊと固有ベクトルｕｊと固有ベクトルｖｊとはセットになっている。
λｊ・ｕｊ＝Ａ・ｖｊ ・・・（２） There is a relationship of Equation (2) between the eigenvector u j of the magnetic field vector B, the eigenvector v j of the current potential vector T, and the singular value λ j . The subscript j of the singular value λ j is a number in the order of the singular value, and the corresponding eigenvectors u j and v j in the relationship of the expression (2) are also given the same number. That is, the singular value λ j , the eigenvector u j, and the eigenvector v j are a set.
λ j · u j = A · v j (2)

ステップＳ６で、汎用のコンピュータ等を用い、大きさ順に取得している特異値λ１、λ２、λ３、λ４、λ５、λ６が、最も大きい第１特異値λ１の１０分の１以上か否かを判定する。大きさ順に取得している特異値λ１、λ２、λ３、λ４、λ５、λ６が、最も大きい第１特異値λ１の１０分の１以上であれば（ステップＳ６、Ｙｅｓ）、その特異値を取得し記憶するとともに、ステップＳ５へ戻り、次に大きい特異値を取得する。大きさ順に取得している特異値λ１、λ２、λ３、λ４、λ５、λ６が、最も大きい第１特異値λ１の１０分の１以上でなければ（ステップＳ６、Ｎｏ）、その特異値を記憶せずに、ステップＳ７へ進む。特異値λ１、λ２、λ３、λ４、λ５、λ６は単位電流あたりの磁場強度であり、第１番目の特異値λ１と比較して１０分の１以上の特異値λ１、λ２、λ３、λ４、λ５、λ６を選択することにより、外乱磁場の内、９０％は打ち消し（除去）可能になる。 In step S6, the singular values λ 1 , λ 2 , λ 3 , λ 4 , λ 5 , and λ 6 acquired in order of magnitude using a general-purpose computer or the like are 10 minutes of the largest first singular value λ 1 . It is determined whether it is 1 or more. If the singular values λ 1 , λ 2 , λ 3 , λ 4 , λ 5 , λ 6 acquired in order of magnitude are equal to or larger than 1/10 of the largest first singular value λ 1 (step S6, Yes) The singular value is acquired and stored, and the process returns to step S5 to acquire the next largest singular value. The singular values λ 1 , λ 2 , λ 3 , λ 4 , λ 5 , λ 6 acquired in order of magnitude are not more than one tenth of the largest first singular value λ 1 (step S6, No ), The process proceeds to step S7 without storing the singular value. The singular values λ 1 , λ 2 , λ 3 , λ 4 , λ 5 , and λ 6 are the magnetic field strengths per unit current, and the singular value λ is one- tenth or more compared to the first singular value λ 1. By selecting 1 , λ 2 , λ 3 , λ 4 , λ 5 , λ 6 , 90% of the disturbance magnetic field can be canceled (removed).

ステップＳ７で、汎用のコンピュータ等を用い、電流ポテンシャル分布（電流ポテンシャルベクトルＴ）の固有分布関数（固有ベクトル）ｖ１、ｖ２、ｖ３、ｖ４、ｖ５、ｖ６毎の等高線に、巻き線が沿う複数のシムコイルパターンを取得する。電流ポテンシャルベクトルＴの固有ベクトルを、電流面４ａ（４ｂ、４ｃ）における電流ポテンシャル分布とみて、電流ポテンシャル値の等高線を生成する。等高線は複数本の閉曲線であり、互いにクロスしないように幾重にも配置される。この複数本の等高線に基づいて、シムコイル１のコイルパターンを形成する。固有ベクトルｖ１、ｖ２、ｖ３、ｖ４、ｖ５、ｖ６毎に、図１に示すように、それぞれに対応するＮｏ．１〜６のシムコイル１のコイルパターンが取得される。 In step S7, using a general-purpose computer or the like, winding is performed on the contour lines of the eigen distribution function (eigen vector) v 1 , v 2 , v 3 , v 4 , v 5 , v 6 of the current potential distribution (current potential vector T). A plurality of shim coil patterns along the line are acquired. The eigenvector of the current potential vector T is regarded as a current potential distribution on the current surface 4a (4b, 4c), and a contour line of the current potential value is generated. The contour lines are a plurality of closed curves and are arranged in layers so as not to cross each other. A coil pattern of the shim coil 1 is formed based on the plurality of contour lines. For each eigenvector v 1 , v 2 , v 3 , v 4 , v 5 , v 6 , as shown in FIG. Coil patterns of 1 to 6 shim coils 1 are acquired.

ステップＳ８で、汎用のコンピュータ等を用い、Ｎｏ．１〜６のシムコイル１のコイルパターン上に導体を配置することで、シムコイル１を製作することができる。シムコイル１は、超伝導材で製作しても、常電導材で製作してもよい。シムコイル１は、電源を接続するしないに関わらず、閉回路として使用する。固有ベクトル（電流分布）ｖｊの電流面４ａ（４ｂ、４ｃ）での電流ポテンシャル値の等高線に沿って導体を配置すれば、磁場ベクトルＢの固有ベクトルｕｊの分布を磁場評価面８ａに持つシムコイル１を構成できる。なお、図１では、巻き線間を結ぶ渡り線や戻り線および電源からの給電線を結ぶ配線の記載は、省略している。以上で、複数（Ｎｏ．１〜６）のシムコイル１を配置する配置方法のフロー（チャート）を終了する。 In step S8, a general-purpose computer or the like is used. The shim coil 1 can be manufactured by arranging conductors on the coil patterns of the 1 to 6 shim coils 1. The shim coil 1 may be made of a superconductive material or a normal conductive material. The shim coil 1 is used as a closed circuit regardless of whether a power source is connected. If the conductor is arranged along the contour line of the current potential value of the eigenvector (current distribution) v j on the current surface 4a (4b, 4c), the shim coil 1 having the distribution of the eigenvector u j of the magnetic field vector B on the magnetic field evaluation surface 8a. Can be configured. In FIG. 1, the description of the connecting line connecting the windings, the return line, and the wiring connecting the power supply line from the power source is omitted. Above, the flow (chart) of the arrangement | positioning method which arrange | positions the multiple (No. 1-6) shim coils 1 is complete | finished.

複数（Ｎｏ．１〜６）のシムコイル１によれば、中心軸（Ｚ軸）１０と垂直な方向の外乱磁場に対しても静磁場を補正する補正磁場を生成することができる。粒子保持機（研究用加速器）１１で、荷電粒子のループ軌道（粒子軌道）５を一定に保つことが要求される場合、粒子軌道に垂直な外乱磁場が入り込むと、粒子軌道は乱れるが、複数（Ｎｏ．１〜６）のシムコイル１によれば、補正磁場を発生し、外乱磁場を打ち消すので、粒子軌道の乱れは少なくできる。特に、複数（Ｎｏ．１〜６）のシムコイル１を超伝導コイルとすれば、外乱磁場の発生を受けて、受動的に外乱磁場を補正する電流を流すことができる。外乱磁場は特定の方向からでは無く、不特定の方向から粒子軌道に入り込む可能性がある。そのために、複数（Ｎｏ．１〜６）のシムコイル１では、互いに配置位置を変えて配置されている。そして、このような複数（Ｎｏ．１〜６）のシムコイル１（シムコイル群）を求める設計手法として、M.Abeらによる非特許文献（M. ABE, T. NAKAYAMA, S. OKAMURA, K. MATSUOKA , “A new technique to optimize coil winding path for the arbitrarily distributed magnetic field and application to a helical confinement system”, Phys. Plasmas. Vol.10 No.4 (2003)1022.）の計算手法を用いることができる。   According to the plurality (No. 1 to 6) of shim coils 1, it is possible to generate a correction magnetic field that corrects a static magnetic field even with respect to a disturbance magnetic field in a direction perpendicular to the central axis (Z axis) 10. When the particle holder (research accelerator) 11 is required to keep the charged particle loop orbit (particle orbit) 5 constant, if a disturbance magnetic field perpendicular to the particle orbit enters, the particle orbit is disturbed. According to the shim coil 1 of (No. 1 to 6), since the correction magnetic field is generated and the disturbance magnetic field is canceled, the disturbance of the particle trajectory can be reduced. In particular, if a plurality of (No. 1 to 6) shim coils 1 are superconducting coils, a current that passively corrects the disturbance magnetic field can be passed in response to the generation of the disturbance magnetic field. The disturbance magnetic field may enter the particle trajectory from an unspecified direction, not from a specific direction. For this purpose, the plurality (No. 1 to 6) of shim coils 1 are arranged at different positions. As a design method for obtaining such a plurality (No. 1 to 6) of shim coils 1 (shim coil groups), non-patent literature (M. ABE, T. NAKAYAMA, S. OKAMURA, K. MATSUOKA) by M.Abe et al. , “A new technique to optimize coil winding path for the arbitrarily distributed magnetic field and application to a helical confinement system”, Phys. Plasmas. Vol. 10 No. 4 (2003) 1022.).

複数（Ｎｏ．１〜６）のシムコイル１に、超伝導コイルを用い、超伝導状態とし、永久電流モードで通電している場合、その内部の磁束は保存され、磁場強度は一定に保たれる。すなわち、粒子軌道上の静磁場の磁場強度は、外乱磁場によらず、一定に保たれる。なお、複数（Ｎｏ．１〜６）のシムコイル１に、常電導コイルを用いてもよい。これによっても、外乱磁場によって、複数（Ｎｏ．１〜６）のシムコイル１に、逆起電力が生じ、電流が流れ、外乱磁場を打ち消す補正磁場を発生させることができる。   When a plurality of (No. 1 to 6) shim coils 1 are superconducting in a superconducting state and energized in a permanent current mode, the magnetic flux therein is preserved and the magnetic field strength is kept constant. . That is, the magnetic field strength of the static magnetic field on the particle orbit is kept constant regardless of the disturbance magnetic field. In addition, you may use a normal conducting coil for the plural (No. 1-6) shim coils 1. Also by this, a back electromotive force is generated in the plural (No. 1 to 6) shim coils 1 due to the disturbance magnetic field, a current flows, and a correction magnetic field that cancels the disturbance magnetic field can be generated.

（第２の実施形態）
図５に、本発明の第２の実施形態に係る電磁石装置２を備えたＭＲＩ装置１２の縦断面図を示す。ＭＲＩ装置１２と電磁石装置２を、水平軸である中心軸（Ｚ軸）１０と鉛直軸であるＹ軸とを含む平面で切断した縦断面図を、図５に示している。ＭＲＩ装置１２は、被健診者９をベッド６に載せたまま内部の撮像領域８に導入可能な円筒形状の電磁石装置２と、以下、図示は省略したが、導入された被健診者９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、被健診者９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、被健診者９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）等で構成されている。 (Second Embodiment)
FIG. 5 shows a longitudinal sectional view of an MRI apparatus 12 provided with an electromagnet apparatus 2 according to a second embodiment of the present invention. FIG. 5 shows a longitudinal sectional view of the MRI apparatus 12 and the electromagnet apparatus 2 cut along a plane including a central axis (Z axis) 10 that is a horizontal axis and a Y axis that is a vertical axis. The MRI apparatus 12 includes a cylindrical electromagnet apparatus 2 that can be introduced into the internal imaging region 8 while the medical examinee 9 is placed on the bed 6, and the medical examinee 9 that has been introduced, although not shown in the drawings. An irradiation coil (not shown) for irradiating a high-frequency signal to cause nuclear magnetic resonance in the nuclei constituting the living tissue, and an inclination for giving positional information to each magnetic resonance signal emitted from the medical examinee 9 A magnetic field generator (not shown) and a receiving coil (not shown) for receiving a magnetic resonance signal emitted from the medical examinee 9 are configured.

電磁石装置２は、被健診者９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、撮像領域８に静磁場７の均一磁場（均一磁場領域）を生成する。第２の実施形態の電磁石装置２は、中心軸（Ｚ軸）１０が水平方向に平行になっている点が、第１の実施形態の電磁石装置２と異なっており、第１の実施形態の電磁石装置２を横にねかしたような構成になっている。そして、複数の静磁場コイル２ａは、略球形状の撮像領域（均一磁場領域）８に、均一磁場となる静磁場７を生成する。   The electromagnet device 2 generates a uniform magnetic field (homogeneous magnetic field region) of the static magnetic field 7 in the imaging region 8 in order to orient the spins of atoms constituting the living tissue of the medical examinee 9. The electromagnet device 2 of the second embodiment is different from the electromagnet device 2 of the first embodiment in that the central axis (Z axis) 10 is parallel to the horizontal direction. The configuration is such that the electromagnet device 2 is bent sideways. The plurality of static magnetic field coils 2 a generate a static magnetic field 7 that becomes a uniform magnetic field in a substantially spherical imaging region (uniform magnetic field region) 8.

第１の実施形態では、荷電粒子のループ軌道５に、外乱磁場が入らないように、荷電粒子のループ軌道５の外側に、磁場評価面８ａを設定した（図３のステップＳ１参照）。第２の実施形態では、撮像領域８に、外乱磁場が入らないように、撮像領域８の外側に、円筒形状の磁場評価面８ａを設定している。また、磁場評価面を、球形状の撮像領域８の外周面に設定してもよい。この場合、図３のステップＳ２において、磁場評価点８ｂは、撮像領域８の外周面（球面）の磁場評価面上に設定される。そして、図５に示すように、図３のステップＳ３において、磁場評価点８ｂ毎に、撮像領域８の外周面（球面）の磁場評価面の法線方向（半径方向）を向き、大きさが撮像領域８の外周面（球面）の磁場評価面内で均一の目標磁場Ｂｔｇを設定される。そして、これによっても、図１に示したシムコイル１と同様なシムコイル１を設定することができる。また、またシムコイル１自体の調整も行うことが想定される場合には、撮像領域８の外周面（球面）の磁場評価面近傍で応答性がよい、常温ボア内部の電流面４ｃに、シムコイル１を設ければよい。 In the first embodiment, the magnetic field evaluation surface 8a is set outside the charged particle loop trajectory 5 so that the disturbance magnetic field does not enter the charged particle loop trajectory 5 (see step S1 in FIG. 3). In the second embodiment, a cylindrical magnetic field evaluation surface 8 a is set outside the imaging region 8 so that a disturbance magnetic field does not enter the imaging region 8. Further, the magnetic field evaluation surface may be set to the outer peripheral surface of the spherical imaging region 8. In this case, in step S <b> 2 of FIG. 3, the magnetic field evaluation point 8 b is set on the magnetic field evaluation surface of the outer peripheral surface (spherical surface) of the imaging region 8. As shown in FIG. 5, in step S <b> 3 of FIG. 3, for each magnetic field evaluation point 8 b, the normal direction (radial direction) of the magnetic field evaluation surface of the outer peripheral surface (spherical surface) of the imaging region 8 is directed and has a size. A uniform target magnetic field B tg is set within the magnetic field evaluation surface of the outer peripheral surface (spherical surface) of the imaging region 8. Also by this, a shim coil 1 similar to the shim coil 1 shown in FIG. 1 can be set. In addition, when it is assumed that the shim coil 1 itself is also adjusted, the shim coil 1 is connected to the current surface 4c inside the room temperature bore, which has good responsiveness in the vicinity of the magnetic field evaluation surface of the outer peripheral surface (spherical surface) of the imaging region 8. May be provided.

（第３の実施形態）
図６に、本発明の第３の実施形態に係る電磁石装置２を備えたＭＲＩ装置１２の縦断面図を示す。第３の実施形態の電磁石装置２（ＭＲＩ装置１２）が、第２の実施形態の電磁石装置２（ＭＲＩ装置１２）と異なっている点は、目標磁場Ｂｔｇの方向が、中心軸（Ｚ軸）１０の方向（静磁場７の方向）と平行に設定されている点である。 (Third embodiment)
In FIG. 6, the longitudinal cross-sectional view of the MRI apparatus 12 provided with the electromagnet apparatus 2 which concerns on the 3rd Embodiment of this invention is shown. The electromagnet apparatus 2 (MRI apparatus 12) of the third embodiment is different from the electromagnet apparatus 2 (MRI apparatus 12) of the second embodiment in that the direction of the target magnetic field B tg is the central axis (Z axis). ) It is a point set in parallel with the direction of 10 (direction of the static magnetic field 7).

図７に、本発明の第３の実施形態に係る電磁石装置２（ＭＲＩ装置１２）に用いられる複数（Ｎｏ.１〜６の６種類）のシムコイル１それぞれの展開図を示す。これらの複数（Ｎｏ.１〜６の６種類）のシムコイル１のコイルパターンは、図３に示したシムコイルの配置方法において、目標磁場Ｂｔｇの方向の設定を第１（２）の実施形態とは変えて求めたものである。目標磁場Ｂｔｇの方向が、静磁場７の方向と同じ方向に設定され、目標磁場Ｂｔｇの大きさは磁場評価面８ａ内で均一に設定されているので、複数（Ｎｏ.１〜６の６種類）のシムコイル１は、静磁場７の方向と同じ方向の外乱磁場を打ち消すような補正磁場を発生させることができ、静磁場７の外乱磁場による変動を抑えることができる。 FIG. 7 is a development view of each of a plurality (six types of No. 1 to 6) of shim coils 1 used in the electromagnet device 2 (MRI device 12) according to the third embodiment of the present invention. The coil patterns of these plural (No. 1 to 6 types) shim coils 1 are different from those of the first (2) embodiment in setting the direction of the target magnetic field B tg in the shim coil arrangement method shown in FIG. Is what I asked for. Since the direction of the target magnetic field B tg is set to the same direction as the direction of the static magnetic field 7, and the size of the target magnetic field B tg is set uniformly in the magnetic field evaluation surface 8a, a plurality of (No. 1 to 6) Six types of shim coils 1 can generate a correction magnetic field that cancels the disturbance magnetic field in the same direction as the direction of the static magnetic field 7, and can suppress fluctuations of the static magnetic field 7 due to the disturbance magnetic field.

図７のＮｏ.１のシムコイル１は、周回方向（横軸方向）に流れ、周回方向角度の増加する方向に電流が流れるシムコイル１と、周回方向角度の減少する方向に電流が流れるシムコイル１とを有している。シムコイル１は、ドットのハッチングが施されている領域に配置されているものと、白抜きのハッチングが施されている領域に配置されているものとがある。ドットのハッチングが施されている領域に配置されているシムコイル１に、例えば、周回方向角度の増加する方向（時計周りの方向）に電流が流れるとすると、白抜きのハッチングが施されている領域に配置されているシムコイル１には、周回方向角度の減少する方向（反時計周りの方向）に電流が流れ、互いの領域で反対方向に電流が流れるようになっている。周回方向角度の増加する方向に電流が流れるシムコイル１と、周回方向角度の減少する方向に電流が流れるシムコイル１との、どちらか一方は、軸方向位置（縦軸）の中央部に配置され、他方は、軸方向位置（縦軸）の両端部に配置されている。これによれば、中心軸１０（図６参照）に平行な補正磁場を発生することができ、同様に平行な外乱磁場を打ち消すことができる。Ｎｏ.１のシムコイル１は、軸方向（縦軸方向）には、３つのシムコイル１が配置されている。このように、Ｎｏ.１のシムコイル１は、電流面４ａ（４ｂ、４ｃ）上に３つのシムコイル１を有している。   The shim coil 1 of No. 1 in FIG. 7 flows in the circumferential direction (horizontal axis direction), a shim coil 1 in which current flows in a direction in which the circumferential direction angle increases, and a shim coil 1 in which current flows in a direction in which the circumferential direction angle decreases have. The shim coil 1 may be disposed in a region where dots are hatched or may be disposed in a region where white hatching is performed. For example, if a current flows in the shim coil 1 disposed in a dot hatched region in a direction in which the angle in the rotation direction increases (clockwise direction), the region in which the white hatching is performed In the shim coil 1 arranged at, a current flows in a direction (counterclockwise direction) in which the rotation direction angle decreases, and a current flows in the opposite direction in each region. One of the shim coil 1 in which the current flows in the direction in which the circumferential direction angle increases and the shim coil 1 in which the current flows in the direction in which the circumferential direction angle decreases are arranged at the center of the axial position (vertical axis), The other is disposed at both ends of the axial position (vertical axis). According to this, a correction magnetic field parallel to the central axis 10 (see FIG. 6) can be generated, and similarly, a disturbance magnetic field parallel to the center axis 10 can be canceled. In the No. 1 shim coil 1, three shim coils 1 are arranged in the axial direction (vertical axis direction). Thus, the No. 1 shim coil 1 has three shim coils 1 on the current surface 4a (4b, 4c).

Ｎｏ.２のシムコイル１は、周回方向角度の増加する方向に電流が流れるシムコイル１と、周回方向角度の減少する方向に電流が流れるシムコイル１との、どちらか一方は、軸方向位置（縦軸）の一端側（正側）に配置され、他方は、軸方向位置（縦軸）の他端側（負側）に配置されている。これによれば、中心軸１０（図６参照）に平行な補正磁場を発生することができ、同様に平行な外乱磁場を打ち消すことができる。Ｎｏ.２のシムコイル１は、軸方向（縦軸方向）には、２つのシムコイル１が配置されている。このように、Ｎｏ.２のシムコイル１は、電流面４ａ（４ｂ、４ｃ）上に２つのシムコイル１を有している。   The shim coil 1 of No. 2 has either a shim coil 1 in which a current flows in a direction in which the rotation direction angle increases or a shim coil 1 in which a current flows in a direction in which the rotation direction angle decreases. ) Is disposed on one end side (positive side), and the other is disposed on the other end side (negative side) of the axial position (vertical axis). According to this, a correction magnetic field parallel to the central axis 10 (see FIG. 6) can be generated, and similarly, a disturbance magnetic field parallel to the center axis 10 can be canceled. In the No. 2 shim coil 1, two shim coils 1 are arranged in the axial direction (vertical axis direction). Thus, the No. 2 shim coil 1 has two shim coils 1 on the current surface 4a (4b, 4c).

Ｎｏ.３のシムコイル１は、時計周りの方向に電流が流れるシムコイル１と、反時計周りの方向に電流が流れるシムコイル１とを、周回方向（横軸方向）に１つずつ有している。時計周りの方向に電流が流れるシムコイル１と、反時計周りの方向に電流が流れるシムコイル１とは、周回方向（横軸方向）に均等に配置されている。時計周りの方向に電流が流れるシムコイル１と反時計周りの方向に電流が流れるシムコイル１は、中心軸１０（図６参照）を挟んで対向するように配置されている。
また、Ｎｏ.３のシムコイル１は、時計周りの方向に電流が流れるシムコイル１と、反時計周りの方向に電流が流れるシムコイル１との一方を、軸方向（縦軸方向）に１つ有し、他方を、軸方向（縦軸方向）にその一方の両側に１つずつ計２つ有している。Ｎｏ.３のシムコイル１の巻き線の渦の中心に配置される周回方向角度は、図１のＮｏ.１の２つのシムコイル１の巻き線の渦の中心の周回方向角度に一致している。このように、Ｎｏ.３のシムコイル１は、電流面４ａ（４ｂ、４ｃ）上に６つ（＝２×３）のシムコイル１を有している。 The No. 3 shim coil 1 has one shim coil 1 in which a current flows in a clockwise direction and one shim coil 1 in which a current flows in a counterclockwise direction, one in a circumferential direction (horizontal axis direction). The shim coils 1 through which current flows in the clockwise direction and the shim coils 1 through which current flows in the counterclockwise direction are equally arranged in the circumferential direction (horizontal axis direction). The shim coil 1 in which the current flows in the clockwise direction and the shim coil 1 in which the current flows in the counterclockwise direction are arranged so as to face each other with the central axis 10 (see FIG. 6) interposed therebetween.
The No. 3 shim coil 1 has one shim coil 1 in which the current flows in the clockwise direction and one shim coil 1 in which the current flows in the counterclockwise direction in the axial direction (vertical axis direction). The other has two in total, one on each side of the one in the axial direction (vertical direction). The rotation direction angle arranged at the center of the winding vortex of the No. 3 shim coil 1 coincides with the rotation direction angle of the center of the winding vortex of the two No. 1 shim coils 1 of FIG. Thus, the No. 3 shim coil 1 has six (= 2 × 3) shim coils 1 on the current surface 4a (4b, 4c).

Ｎｏ.３のシムコイル１による補正磁場の磁束は、軸方向に平行に並んでいる時計周りの方向に電流が流れるシムコイル１と反時計周りの方向に電流が流れるシムコイル１との一方から入って他方から出る。このため、中心軸１０に平行な補正磁場を発生することができ、同様に平行な外乱磁場を打ち消すことができる。   The magnetic flux of the correction magnetic field generated by the No. 3 shim coil 1 enters from one side of the shim coil 1 in which the current flows in the clockwise direction and the shim coil 1 in which the current flows in the counterclockwise direction. Get out of. For this reason, a correction magnetic field parallel to the central axis 10 can be generated, and a parallel disturbance magnetic field can be canceled in the same manner.

Ｎｏ.４のシムコイル１は、Ｎｏ.３のシムコイル１に対して、周回方向（横軸方向）に、１．５７（＝３．１４／２）ラジアン（９０°）回転させた構造をしている。Ｎｏ.４のシムコイル１も、Ｎｏ.３のシムコイル１による補正磁場と同様に、中心軸１０に平行な補正磁場を発生することができ、同様に平行な外乱磁場を打ち消すことができる。   The No. 4 shim coil 1 has a structure in which the No. 3 shim coil 1 is rotated 1.57 (= 3.14 / 2) radians (90 °) in the circumferential direction (horizontal axis direction). Yes. The No. 4 shim coil 1 can generate a correction magnetic field parallel to the central axis 10 as well as the correction magnetic field generated by the No. 3 shim coil 1, and can cancel the parallel disturbance magnetic field.

Ｎｏ.５のシムコイル１は、時計周りの方向に電流が流れるシムコイル１と、反時計周りの方向に電流が流れるシムコイル１とを、周回方向（横軸方向）に１つずつ有している。時計周りの方向に電流が流れるシムコイル１と、反時計周りの方向に電流が流れるシムコイル１とは、周回方向（横軸方向）に均等に配置されている。時計周りの方向に電流が流れるシムコイル１と反時計周りの方向に電流が流れるシムコイル１は、中心軸１０（図６参照）を挟んで対向するように配置されている。   The No. 5 shim coil 1 has one shim coil 1 in which a current flows in a clockwise direction and one shim coil 1 in which a current flows in a counterclockwise direction, one in a circumferential direction (horizontal axis direction). The shim coils 1 through which current flows in the clockwise direction and the shim coils 1 through which current flows in the counterclockwise direction are equally arranged in the circumferential direction (horizontal axis direction). The shim coil 1 in which the current flows in the clockwise direction and the shim coil 1 in which the current flows in the counterclockwise direction are arranged so as to face each other with the central axis 10 (see FIG. 6) interposed therebetween.

また、Ｎｏ.５のシムコイル１は、軸方向（縦軸方向）に、時計周りの方向に電流が流れるシムコイル１と、反時計周りの方向に電流が流れるシムコイル１とを、１つずつ有している。時計周りの方向に電流が流れるシムコイル１と、反時計周りの方向に電流が流れるシムコイル１とは、軸方向（縦方向）に均等に配置されている。Ｎｏ.５のシムコイル１の巻き線の渦の中心に配置される周回方向角度は、図１のＮｏ.１の２つのシムコイル１の巻き線の渦の中心の周回方向角度に一致している。このように、Ｎｏ.５のシムコイル１は、電流面４ａ（４ｂ、４ｃ）上に４つ（＝２×２）のシムコイル１を有している。   The No. 5 shim coil 1 has one shim coil 1 in which current flows in the clockwise direction and one shim coil 1 in which current flows in the counterclockwise direction in the axial direction (vertical axis direction). ing. The shim coils 1 in which current flows in the clockwise direction and the shim coils 1 in which current flows in the counterclockwise direction are equally arranged in the axial direction (vertical direction). The rotation direction angle arranged at the center of the winding vortex of the No. 5 shim coil 1 coincides with the rotation direction angle of the center of the winding vortex of the two No. 1 shim coils 1 of FIG. Thus, the No. 5 shim coil 1 has four (= 2 × 2) shim coils 1 on the current surface 4a (4b, 4c).

Ｎｏ.５のシムコイル１による補正磁場の磁束は、軸方向に平行に並んでいる時計周りの方向に電流が流れるシムコイル１と反時計周りの方向に電流が流れるシムコイル１との一方から入って他方から出る。このため、中心軸１０に平行な補正磁場を発生することができ、同様に平行な外乱磁場を打ち消すことができる。   The magnetic flux of the correction magnetic field generated by the No. 5 shim coil 1 enters from one of the shim coil 1 in which the current flows in the clockwise direction and the shim coil 1 in which the current flows in the counterclockwise direction. Get out of. For this reason, a correction magnetic field parallel to the central axis 10 can be generated, and a parallel disturbance magnetic field can be canceled in the same manner.

Ｎｏ.６のシムコイル１は、Ｎｏ.５のシムコイル１に対して、周回方向（横軸方向）に、１．５７（＝３．１４／２）ラジアン（９０°）回転させた構造をしている。Ｎｏ.６のシムコイル１も、Ｎｏ.５のシムコイル１による補正磁場と同様に、中心軸１０に平行な補正磁場を発生することができ、同様に平行な外乱磁場を打ち消すことができる。   The No. 6 shim coil 1 has a structure in which the No. 5 shim coil 1 is rotated 1.57 (= 3.14 / 2) radians (90 °) in the circumferential direction (horizontal axis direction). Yes. Similarly to the correction magnetic field generated by the No. 5 shim coil 1, the No. 6 shim coil 1 can generate a correction magnetic field parallel to the central axis 10 and can cancel the parallel disturbance magnetic field.

Ｎｏ.１〜６の６種類のシムコイル１はそれぞれ、軸方向位置の０．００ｍ（０．００×０．１ｍ（単位））に描いてある横線（直線）に対して、線対称になっている。   Each of the six types of shim coils 1 of No. 1 to 6 is symmetrical with respect to a horizontal line (straight line) drawn at an axial position of 0.00 m (0.00 × 0.1 m (unit)). Yes.

Ｎｏ.１〜６の６種類のシムコイル１によれば、補正磁場が電流に対して最も大きくなるようなコイルパターンであり、Ｎｏ.１〜６の６種類の個々のシムコイル１は、不均一な補正磁場を発生させる。そして、Ｎｏ.１〜６の６種類のシムコイル１を組み合わせることより、ランダムな方向から生じる外乱磁場を打ち消すような、あらゆる方向の補正磁場を発生させることができる。   According to the six types of shim coils 1 of No. 1 to 6, the correction magnetic field is a coil pattern that is the largest with respect to the current, and the six types of individual shim coils 1 of No. 1 to 6 are not uniform. A correction magnetic field is generated. Then, by combining the six types of shim coils 1 of Nos. 1 to 6, it is possible to generate correction magnetic fields in all directions that cancel the disturbance magnetic field generated from random directions.

１ シムコイル（超伝導コイル、電流ポテンシャル値の等高線）
２ 電磁石装置
２ａ 静磁場コイル（超伝導コイル）
２ｃ 真空容器（導体物）
２ｄ 熱輻射シールド
２ｅ 冷媒容器
３ 真空ダクト
４ａ、４ｂ、４ｃ 電流面
４ｄ 接点
５ 荷電粒子のループ軌道
６ ベッド
７ 静磁場
８ 撮像領域（均一磁場領域、中央領域）
８ａ 磁場評価面（均一磁場領域）
８ｂ 磁場評価点（評価点）
９ 被健診者
１０ 対称軸（中心軸、Ｚ軸）
１１ 粒子保持機
１２ ＭＲＩ装置
Ｂｔｇ 目標磁場 1 Shim coil (superconducting coil, current potential contour)
2 Electromagnet device 2a Static magnetic field coil (superconducting coil)
2c Vacuum container (conductor)
2d Thermal radiation shield 2e Refrigerant container 3 Vacuum duct 4a, 4b, 4c Current surface 4d Contact point 5 Loop trajectory of charged particle 6 Bed 7 Static magnetic field 8 Imaging region (uniform magnetic field region, central region)
8a Magnetic field evaluation surface (uniform magnetic field region)
8b Magnetic field evaluation points (evaluation points)
9 Medical examinees 10 Axis of symmetry (central axis, Z axis)
11 Particle holder 12 MRI apparatus Btg Target magnetic field

Claims (5)

互いに中心軸が一致する複数の静磁場コイルを有し、前記中心軸に平行な方向の静磁場を発生させる電磁石装置において、
前記中心軸に略垂直な方向の内の前記静磁場コイルの任意の半径方向の磁場を、打ち消せる磁場を発生させ、前記静磁場の均一性を向上させる複数のシムコイルを有することを特徴とする電磁石装置。 In an electromagnet apparatus having a plurality of static magnetic field coils whose central axes coincide with each other and generating a static magnetic field in a direction parallel to the central axis,
It has a plurality of shim coils that generate a magnetic field that can cancel out any radial magnetic field of the static magnetic field coil in a direction substantially perpendicular to the central axis, and improve the uniformity of the static magnetic field. Electromagnet device. 前記静磁場コイルは、超伝導コイルであり、
前記シムコイルは、超伝導コイルを有し、
これらの超伝導コイルの超伝導状態における磁束保存を利用して受動的に外部由来の誤差磁場を打ち消すことを特徴とする請求項１に記載の電磁石装置。 The static magnetic field coil is a superconducting coil,
The shim coil has a superconducting coil,
2. The electromagnet device according to claim 1, wherein an error magnetic field derived from the outside is passively canceled using magnetic flux conservation in a superconducting state of these superconducting coils. 前記静磁場コイルと前記シムコイルの超伝導コイルは、永久電流モードで運転することを特徴とする請求項２に記載の電磁石装置。   The electromagnet apparatus according to claim 2, wherein the static magnetic field coil and the superconducting coil of the shim coil are operated in a permanent current mode. 互いに中心軸が一致し前記中心軸に平行な方向の静磁場を発生させる複数の静磁場コイルの近傍に、前記静磁場の均一性を向上させる複数のシムコイルを配置する電流面と、前記静磁場を囲むように磁場評価面とを設け、
前記磁場評価面上の評価点毎に、大きさが前記磁場評価面内で均一である目標磁場を設定し、
前記電流面上の接点の電流ポテンシャル値を要素に持つ電流ポテンシャルベクトルによって、前記評価点に生じる磁場を要素に持つ磁場ベクトルが求められる応答行列を取得し、
前記応答行列を特異値分解し、特異値の大きい順に複数の前記電流ポテンシャルベクトルの固有ベクトルを取得し、
複数の前記固有ベクトルに基づいて、前記固有ベクトル毎に前記電流面上における前記電流ポテンシャル値の等高線を取得することを特徴とするシムコイルの製造方法。 A current surface in which a plurality of shim coils for improving the uniformity of the static magnetic field are arranged in the vicinity of a plurality of static magnetic field coils that generate a static magnetic field in a direction parallel to the central axis that coincide with each other, and the static magnetic field A magnetic field evaluation surface is provided so as to surround
For each evaluation point on the magnetic field evaluation surface, set a target magnetic field whose size is uniform within the magnetic field evaluation surface,
By obtaining a response matrix in which a magnetic field vector having the magnetic field generated at the evaluation point as an element is obtained by a current potential vector having the current potential value of the contact on the current surface as an element,
Singular value decomposition of the response matrix, obtaining eigenvectors of the plurality of current potential vectors in descending order of singular values,
A method for manufacturing a shim coil, comprising: obtaining contour lines of the current potential value on the current surface for each eigenvector based on a plurality of eigenvectors. 前記固有ベクトル毎に前記等高線に沿ったコイルパターンの超伝導コイルを形成することを特徴とする請求項４に記載のシムコイルの製造方法。   The shim coil manufacturing method according to claim 4, wherein a superconducting coil having a coil pattern along the contour line is formed for each eigenvector.
JP2011241689A 2011-11-02 2011-11-02 Electromagnet device and shim coil manufacturing method Active JP6039896B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011241689A JP6039896B2 (en) 2011-11-02 2011-11-02 Electromagnet device and shim coil manufacturing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011241689A JP6039896B2 (en) 2011-11-02 2011-11-02 Electromagnet device and shim coil manufacturing method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013098439A true JP2013098439A (en) 2013-05-20
JP6039896B2 JP6039896B2 (en) 2016-12-07

Family

ID=48620065

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011241689A Active JP6039896B2 (en) 2011-11-02 2011-11-02 Electromagnet device and shim coil manufacturing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6039896B2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016036420A (en) * 2014-08-06 2016-03-22 株式会社日立製作所 Magnetic field adjustment device, magnet device, and magnetic field adjustment method
CN110068319A (en) * 2019-05-24 2019-07-30 中国工程物理研究院总体工程研究所 Shim coil optimization design, production method and its structure
US10512418B2 (en) 2016-01-27 2019-12-24 Hitachi, Ltd. Magnetic field adjustment device and magnetic resonance imaging device
CN113030810A (en) * 2021-05-19 2021-06-25 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院 Design method of flat plate type shimming coil

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6124209A (en) * 1984-07-05 1986-02-01 ゼネラル・エレクトリツク・カンパニイ Correcting coil assembly
US4949043A (en) * 1988-04-18 1990-08-14 Resonance Research Inc. Apparatus for rendering a static magnetic field uniform
JP2001110626A (en) * 1999-10-12 2001-04-20 Mitsubishi Electric Corp Superconducting magnet
JP2004305736A (en) * 2003-04-03 2004-11-04 Tesla Eng Ltd Production method of shim wire coil
JP2011062360A (en) * 2009-09-17 2011-03-31 Hitachi Ltd Open type electromagnetic device and magnetic resonance imaging apparatus
WO2011065455A1 (en) * 2009-11-27 2011-06-03 株式会社日立メディコ Gradient coil, magnetic resonance imaging device, and method for designing coil pattern
US20110260727A1 (en) * 2010-04-21 2011-10-27 Punchard William F B Shim insert for high-field MRI magnets

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6124209A (en) * 1984-07-05 1986-02-01 ゼネラル・エレクトリツク・カンパニイ Correcting coil assembly
US4949043A (en) * 1988-04-18 1990-08-14 Resonance Research Inc. Apparatus for rendering a static magnetic field uniform
JP2001110626A (en) * 1999-10-12 2001-04-20 Mitsubishi Electric Corp Superconducting magnet
JP2004305736A (en) * 2003-04-03 2004-11-04 Tesla Eng Ltd Production method of shim wire coil
JP2011062360A (en) * 2009-09-17 2011-03-31 Hitachi Ltd Open type electromagnetic device and magnetic resonance imaging apparatus
WO2011065455A1 (en) * 2009-11-27 2011-06-03 株式会社日立メディコ Gradient coil, magnetic resonance imaging device, and method for designing coil pattern
US20110260727A1 (en) * 2010-04-21 2011-10-27 Punchard William F B Shim insert for high-field MRI magnets

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016036420A (en) * 2014-08-06 2016-03-22 株式会社日立製作所 Magnetic field adjustment device, magnet device, and magnetic field adjustment method
US10512418B2 (en) 2016-01-27 2019-12-24 Hitachi, Ltd. Magnetic field adjustment device and magnetic resonance imaging device
CN110068319A (en) * 2019-05-24 2019-07-30 中国工程物理研究院总体工程研究所 Shim coil optimization design, production method and its structure
CN110068319B (en) * 2019-05-24 2024-03-12 中国工程物理研究院总体工程研究所 Shimming coil optimal design method, manufacturing method and structure thereof
CN113030810A (en) * 2021-05-19 2021-06-25 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院 Design method of flat plate type shimming coil

Also Published As

Publication number Publication date
JP6039896B2 (en) 2016-12-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5497785B2 (en) Gradient magnetic field coil and nuclear magnetic resonance imaging apparatus
GB2427478A (en) Particle Radiation Therapy Equipment
JP4247948B2 (en) Magnet apparatus and MRI apparatus
JP6039896B2 (en) Electromagnet device and shim coil manufacturing method
US9857444B2 (en) Magnetic resonance imaging apparatus with a connector shape defined by a superposition of an H and an X
JP2024020318A (en) Normal conduction electromagnet system
EP3011354B1 (en) Shim system for a magnetic resonance hybrid scanner
US9229078B2 (en) Method for reducing mechanical vibrations in a magnetic resonance imaging system
JP2023123651A (en) Device, system, and method for obtaining result of magnetic measurement using permanent magnet
EP1340456A1 (en) Low-leakage magnetic-field magnet and shield coil assembly
US10067202B2 (en) Magnetic resonance imaging apparatus and gradient coil
JP3980105B2 (en) Static magnetic field generator and magnetic resonance imaging apparatus
JP5204813B2 (en) Gradient magnetic field coil and magnetic resonance imaging apparatus
JP5819215B2 (en) Gradient magnetic field coil and magnetic resonance imaging apparatus
JP4866215B2 (en) Superconducting magnet apparatus and nuclear magnetic resonance imaging apparatus
Murata et al. A novel design method of shapes of ferromagnetic materials for the superconducting MRI magnets
JP3372098B2 (en) Static magnetic field generator for magnetic resonance imaging
US11774531B1 (en) Systems, assemblies, and methods of suppressing magnet-gradient interaction in magnetic resonance systems
WO2002052301A1 (en) High efficiency planar open magnet mri system structure and arranged to provide orthogonal ferrorefractory effect
WO2023011128A1 (en) Magnetic resonance imaging systems and components thereof
JP4651236B2 (en) Magnetic resonance imaging system
JP2008125895A (en) Magnetic resonance imaging apparatus
JP4503405B2 (en) Superconducting magnet apparatus and magnetic resonance imaging apparatus using the same
JP2016032504A (en) Magnetic resonance imaging device
JP5298056B2 (en) Superconducting magnet apparatus and magnetic resonance imaging apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20140819

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20150624

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20150707

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150907

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160322

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160512

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20160715

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20161101

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20161107

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6039896

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150