JPH02502967A - magnetic field generator - Google Patents
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- JPH02502967A JPH02502967A JP50306988A JP50306988A JPH02502967A JP H02502967 A JPH02502967 A JP H02502967A JP 50306988 A JP50306988 A JP 50306988A JP 50306988 A JP50306988 A JP 50306988A JP H02502967 A JPH02502967 A JP H02502967A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】 旦且 本発明は磁界発生装置に関するものである。[Detailed description of the invention] husband and husband The present invention relates to a magnetic field generating device.
用いられている。これらの適用分野において、所定の領域内で均一性の高い磁界 を発生させることが重要である。即ち、その領域内では磁界強度が殆ど変化しな いということである。It is used. In these application areas, magnetic fields with high homogeneity within a given area are It is important to generate In other words, the magnetic field strength hardly changes within that region. That is to say, yes.
一般に受は入れられる均一性の度合いは直径５０Ωの球内で１５ｐｐ−未満での 磁界強度の変化である。It is generally accepted that the degree of uniformity acceptable is less than 15 pp- within a 50 Ω diameter sphere. This is a change in magnetic field strength.
過去、磁界発生部品は電気コイル、特に超電導コイルから組み立てられてきた。In the past, magnetic field generating components have been assembled from electrical coils, particularly superconducting coils.
これらの部品は一般に満足できる均一な磁界を発生したが、必要なコイルの物理 的大きさのため、および超電導コイルの場合にはそのコイルを低温保持装置内に 位置せしめる必要性のために、かなりの大きさのスペースを必要とした。Although these components generally produced satisfactory uniform magnetic fields, the required coil physics Due to the size of the Due to the need for location, a considerable amount of space was required.
比較的大きい構造のものであっても、満足できない磁界の変化が起きることがあ る。従来、これら歪の修正は装置の空間の周りに配置された小抵抗性の電気コイ ル（即ち、金属板を重ねたいわゆるシミングコイル）を用いてなされてきた。Even with relatively large structures, unsatisfactory changes in the magnetic field may occur. Ru. Traditionally, these distortions have been corrected using small resistive electrical coils placed around the equipment space. This has been achieved using a so-called shimming coil made of stacked metal plates.
これら従来の方法には更にパワーが必要となるなど多くの欠点があった。These conventional methods had many drawbacks, including the need for more power.
本発明による゛と、磁界発生装置は作用容体内で磁界を発生するための磁界発生 手段と、その磁界内の軸対称または非軸対称の変化を低減してその作用容体内の 磁界の均一性を改善するように、その作用容体を貫通する軸のまわりに配置され た１以上の強磁性部材を含む磁界修正システムからなる。According to the present invention, a magnetic field generating device is provided for generating a magnetic field for generating a magnetic field in a working volume. means and reduce axisymmetric or non-axisymmetric variations in its magnetic field within its working volume. arranged around an axis passing through its working volume so as to improve the uniformity of the magnetic field. The magnetic field modification system includes one or more ferromagnetic members.
また、磁界での軸対象の歪だけでなく、非軸対象の歪も低減され、相殺されさえ もするような方法で、活性化した磁界発生装置の中に、能動的な強磁性部材を組 み込むことが可能であることを見出した。Also, not only the axisymmetric distortion in the magnetic field, but also the non-axisymmetric distortion is reduced and even cancelled. Incorporating active ferromagnetic elements into an activated magnetic field generator in such a way that We have found that it is possible to incorporate
本発明の一態様において、磁界発生手段は作用容体内に実質的に非対称な磁界を 発生し、磁界修正手段は磁界発生手段と協働して作用容体内の磁界がほぼ均一と なるように、磁界を修正する。In one aspect of the invention, the magnetic field generating means generates a substantially asymmetric magnetic field within the working volume. The magnetic field modifying means cooperates with the magnetic field generating means to make the magnetic field in the working volume substantially uniform. Modify the magnetic field so that
この態様は所定の容積内の磁界の均一性の度合を増すばかりでなく、無視できる ほどの重さの増加で装置に必要なスペースを大幅に減らすということが見出され た。This aspect not only increases the degree of homogeneity of the magnetic field within a given volume, but also makes it negligible. It has been found that a modest increase in weight can significantly reduce the space required for the device. Ta.
なお、“非均−な磁界”とは磁界の強度がほんの数ｐｐ＋ｍ以上により変化する 磁界を意味するものとする。例えば、その変化は数パーセントのオーダであり得 る。このように、この態様では、磁界修正システムは磁界発生手段により発生さ れた磁界内における小さな誤差問題を修正するばかりでなく、磁界の均一性に実 質的な貢献をもたらすものである。実際に、磁界発生装置はまず、磁界発生手段 （例えば、電気コイル）および修正システムを集積化した方法で考えることによ り設計されうる。Note that "non-uniform magnetic field" means that the strength of the magnetic field changes by more than just a few pp+m. shall mean a magnetic field. For example, the change may be on the order of a few percent. Ru. Thus, in this aspect, the magnetic field modification system is generated by the magnetic field generating means. It not only corrects small error problems in the magnetic field, but also improves the uniformity of the magnetic field. It provides a qualitative contribution. In fact, magnetic field generators are first developed by means of magnetic field generation. (e.g. electric coils) and modification systems in an integrated way. can be designed differently.
強磁性部材は、好ましくは粒子方向性のある強磁性物質からなり、粒子方向性が 要素内の磁界ベクトルの回転による問題を低減する。The ferromagnetic member is preferably made of a ferromagnetic material with grain orientation; Reduces problems due to rotation of the magnetic field vector within the element.
一般に、磁界発生手段は磁界修正システムの軸と同じ軸を定めるソレイノド磁界 を発生するだろう。この例は軸が患者の方向に横たわるＭＲＩに好適な装置であ る。Generally, the magnetic field generating means includes a solenoid magnetic field that defines the same axis as the axis of the magnetic field modification system. will occur. This example is a device suitable for MRI, where the axis lies towards the patient. Ru.
非軸対称の修正システムは製造誤差の許容範囲をそれほど厳しくする必要がない ため、製作コストを減らすという利点を備えている。Non-axisymmetric correction systems require less tight manufacturing tolerances Therefore, it has the advantage of reducing manufacturing costs.
一般に、その要素部材は円筒形状の表面に巻き付けられる、磁化できる物質の平 らなシートからなる。Generally, the element is a flat piece of magnetizable material wrapped around a cylindrical surface. It consists of sheets.
また、本発明は従来のシミングコイル技術による修正される歪と比べて、比較的 に小さい磁界内の歪の修正にも適用されうる。これらの構成において、磁界修正 システムは好ましくは作用容体の回わりに位置する磁化されうる要素部材の配列 からなる。Additionally, the present invention provides relatively less distortion compared to the distortion corrected by conventional shimming coil technology. It can also be applied to the correction of distortions in small magnetic fields. In these configurations, the magnetic field correction The system preferably includes an array of magnetizable elements positioned around a working volume. Consisting of
そのためのパラメータがミニコンまたはおそらくマイコンを使って比較的容易に 定めうる磁界修正システムを作ることが可能であることがわかった。これにより 組み立てコストはかなり減少する。また、磁界の拡大によるより多くの条件の補 償を可能とする。The parameters for that can be set relatively easily using a minicomputer or perhaps a microcomputer. It turns out that it is possible to create a magnetic field modification system that can be defined. This results in Assembly costs are significantly reduced. In addition, more conditions can be compensated for by expanding the magnetic field. make redemption possible.
一般に、磁化され得る要素部材は磁界発生手段内に位置するだろう。Generally, the element member capable of being magnetized will be located within the magnetic field generating means.
好ましくは、磁界修正システムは磁化され得る要素部材が置かれる非磁性体の支 持体を含む。Preferably, the magnetic field modification system comprises a non-magnetic support on which the magnetizable element is placed. Including holding body.
例えば、その支持体はその作用容体の周りに数多く位置する。そして、除去可能 で、かつ磁化され得る要素部材が磁界に対して小さな修正を行うようにその位置 のうちの特定の１つに置かれることができる。For example, the supports are located in large numbers around the working volume. and can be removed and its position such that the element member that can be magnetized makes a small correction to the magnetic field. can be placed in a specific one of the
−Ｓに、その位置は各々、直線状の配列の形で配置されるだろう。-S, the positions will each be arranged in a linear array.
−ｍに、磁界発生部品は円筒形状または管状の空洞を形成し、その磁化され得る 要素部材はその空洞の軸の回わりのほぼ同じ半径範囲上に位置せしめられる。- m, the magnetic field generating part forms a cylindrical or tubular cavity, which can be magnetized; The elements are positioned within approximately the same radius around the axis of the cavity.
この構成は磁界修正システムはユニットとして既に存在している磁場の空洞の中 に置かれうるので、従来の磁石を使ったものに特に適している。This configuration allows the magnetic field modification system to be used as a unit within the already existing magnetic field cavity. It is particularly suitable for those using conventional magnets as it can be placed in
特定の応用例においては、磁化され得る要素部材内の磁化（ベクトル量）の方向 の非単一方向性から問題が起こり得る。In certain applications, the direction of magnetization (vector quantity) in an element member that can be magnetized Problems can arise from the non-unidirectional nature of
この問題に対する一つの解決策は磁化され得る要素部材を粒子方向性のある薄片 状構造とすることである。粒子方向性のある薄片状構造とすることの利点は磁化 率が２回転方向”において磁化の明らかに好ましい方向と異方向性を示すことで ある。この影響は、磁性物質が主に幾可学的な面の方向に磁化されて、要素部材 の磁化の単一方向性化がよりもたらされ得るということである。これについて計 算された効果と計測された効果との間によりよい一致をみることができ、これに より要素部材設計における信頼性を増した。One solution to this problem is to transform the magnetizable element into a particle-oriented flake. The structure is as follows. The advantage of having a flaky structure with particle orientation is that magnetization By showing a clearly favorable direction and anisotropy of magnetization in the direction of 2 rotations, be. This effect is due to the fact that the magnetic material is mainly magnetized in the direction of the geometric plane, causing the element member to This means that more unidirectional magnetization can be achieved. About this This allows for better agreement between calculated and measured effects; This increases reliability in element and member design.
また、すべてのこれらの構成において、磁界修正システムは能動的なシステムで あり、それ自身の電源を必要としないことも注目されるべきである。このことは 付加的な電気コイルを使用した従来の構成と対比されるべきである。Also, in all these configurations, the magnetic field modification system is an active system. It should also be noted that it does not require its own power source. This thing is This should be contrasted with conventional configurations using additional electrical coils.
一般に、磁界発生手段は１以上の電気コイル、特に超電導性のコイルを含むだけ でな（、永久磁石システムも備えることができる。In general, the magnetic field generating means only include one or more electrical coils, in particular superconducting coils. A permanent magnet system can also be provided.
本発明による磁界発生装置のうちのいくつかの例を添付の図面を参照して説明す る。Some examples of magnetic field generating devices according to the present invention will be explained with reference to the accompanying drawings. Ru.
第１図は以下に記述された数学的解析に用いられる変数を図示するものである。FIG. 1 illustrates the variables used in the mathematical analysis described below.
第２図は修正システムの一例を有する磁石部の１の象限の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of one quadrant of a magnet section with an example correction system.
第３図は第２図に示されるタイプの修正システムの部分を概略的に図示するもの である。FIG. 3 schematically illustrates parts of a correction system of the type shown in FIG. It is.
第４図は第３図に示される修正システムの部分を、数学的な解析に好適な形で、 図示するものである。FIG. 4 shows the part of the correction system shown in FIG. 3 in a form suitable for mathematical analysis. It is shown in the figure.
第５図は本装置の第２の実施例の概略斜視図である。FIG. 5 is a schematic perspective view of a second embodiment of the device.
第６図は第５図の実施例における鉄からなるシミング板を支持する円筒状の表面 中の磁界の方向の変化の例を示したグラフである。Figure 6 shows the cylindrical surface supporting the iron shimming plate in the embodiment shown in Figure 5. 3 is a graph showing an example of a change in the direction of a magnetic field inside.
第７図は磁化方向を変えて、回転方向に対して様々な角度で典型的な粒子方向性 のある鋼鉄の磁化特性を示したグラフである。Figure 7 shows typical particle orientation at various angles to the rotation direction by changing the magnetization direction. 1 is a graph showing the magnetization characteristics of steel with .
超電導コイル・システムのような磁界発生手段と共に用いられる磁界修正システ ムの構成を決定する一つの方法はその容積内の磁界を数学的に表わすことである 。これは例えばフーリエ・ベッセル展開、任意の形の表面またはその容積内での 数値偏差、またはだ円領域のための偏長および偏平な球状展開を含む、様々な方 法でなし得る０本発明においては、磁界を次の公式のフーリエ・ルジャンドル級 数により表わす。Magnetic field modification systems used in conjunction with magnetic field generating means such as superconducting coil systems One way to determine the composition of a volume is to mathematically represent the magnetic field within its volume. . This is for example a Fourier-Bessel expansion, on a surface of arbitrary shape or within its volume. Numerical deviations, or various methods including prolate and oblate spherical expansions for elliptical regions. In the present invention, the magnetic field can be calculated using the Fourier-Legendre class of the following formula. Expressed by number.
上式において、 ｒは球体の半径、 公知である基礎球体の半径、 θ、φは球体の表面上のある点の位置を定める球体の極座標、 みの値である。In the above formula, r is the radius of the sphere, The known radius of the basic sphere, θ, φ are the polar coordinates of the sphere that define the position of a certain point on the surface of the sphere, It is the value of
周囲上の磁界をプロットすることにより決定される０選ばれた円盤は、ＭＲＩの 場合、患者に沿って横たわるＺ軸に垂直である。その円盤の半径は全てのプロッ トされた点が必要とされる球体の表面上にくるように選ばれる。第１図を参照に すれば、プロットされた点からなる各円盤上でｒおよびθが一定であることがわ かるだろう、そこで、磁界の変化は次式のように簡略化される。0 selected disks determined by plotting the magnetic field on the MRI , perpendicular to the Z-axis lying along the patient. The radius of that disk is The point drawn is chosen so that it lies on the surface of the required sphere. See Figure 1 Then we know that r and θ are constant on each disk of plotted points. Therefore, the change in magnetic field can be simplified as follows:
これは簡単なフーリエ級数である。ここでわかるように、プロットされた各円盤 のまわりの変化は含まれている磁界障害要因の次数（ｍ）によってのみ決定され 、その一方で円盤のまわりの変化の大きさはその障害要因の次数および位数の両 者によって決定される。This is a simple Fourier series. As you can see here, each disk plotted The variation around is determined only by the order (m) of the magnetic field disturbance factor involved. , while the magnitude of the change around the disk depends on both the order and the order of the disturbance factor. determined by the person.
異なる半径の様々な球体上に表わされたときの障害要因係数の値を考えると、そ の係数の大きさは次のとおりである。Considering the values of the disturbance factor coefficients when represented on various spheres with different radii, The magnitude of the coefficient is as follows.
そして、この磁界障害要因の次数および位数に関する、次の一般的なことがいえ る。The following general statements can be made regarding the order and order of this magnetic field disturbance factor. Ru.
１、異なる半径の球体上で決められる係数値の変化はその障害要因の位数にのみ 依存する。1. Changes in coefficient values determined on spheres with different radii occur only in the order of the disturbance factor. Dependent.
２、ｚ方向に垂直な円盤のまわりの変化はその障害要因の次数にのみ依存する。2. The variation around the disk perpendicular to the z-direction depends only on the order of the disturbance factor.
３、球体の容積上の異なる円盤であるとすると、各円盤のまわりの大きさの変化 は位数および次数の両者に依存する。3. Assuming that there are different disks on the volume of a sphere, the change in size around each disk depends on both order and degree.
０次の項だけでなく、ゼロでない、非軸対称（ｍ≠０）の次数の項も相殺する鉄 のような能動的な強磁性物質を用いて多くの構成を設計することが可能であるこ とを見出した。Iron that cancels out not only the zero-order terms but also non-zero, non-axisymmetric (m≠0) order terms. It is possible to design many configurations using active ferromagnetic materials such as I discovered that.
第２ｙ！Ｊに示される第１の構成において、２つの対のコイル１．２が設けられ 、各村の１つが図面に示されている。各村のコイルは磁石の中央の面３について 対称に配置されており、磁石（図示せず）の空洞の円筒の軸４と軸を同じくして いる。2nd y! In the first configuration shown in J, two pairs of coils 1.2 are provided. , one of each village is shown on the drawing. The coil of each village is about plane 3 in the center of the magnet. symmetrically arranged and coaxial with the axis 4 of the hollow cylinder of the magnet (not shown). There is.
各コイルの内側に、放射状に鉄のシミング板６．７が各々位置する。各鉄シミン グ板は磁界ベクトルの変化を減らすために粒子方向性のある物質から形成されて おり、シミング板はコイル１．２と関連して、磁石の中央のところの球状の作用 容体内に、はぼ均一な磁界を作るよう形成される。シミング板６．７は軸対称で あってもなくてもよいし、（軸４の回ねりで丸めた）一枚の板またはそのような 板を重ねたものを含んでもよい。Inside each coil, a radial iron shimming plate 6.7 is respectively located. Each iron simin The magnetic plate is made of grain-oriented material to reduce changes in the magnetic field vector. The shimming plate, in conjunction with the coil 1.2, has a spherical effect at the center of the magnet. It is configured to create a nearly uniform magnetic field within the container. Shimming plate 6.7 is axially symmetrical. It may or may not be a piece of board (rolled up by the turns of axis 4) or something like that. It may also include stacked boards.
一般に、コイル１，２およびシミング板はコイルが超電導的に動作し得るように 低温保持装置内に位置せしめられるでれたシミング板９の一般化された形態を図 示するものである。Generally, the coils 1 and 2 and the shimming plate are arranged so that the coils can operate superconductingly. Fig. 9 shows a generalized form of a protruding shimming plate 9 located in a cryostat. It is meant to show.
これらの非軸対称の構成はコイルの載置位置の大きな誤まり、または構造を支持 するための圧力歪みを修正するために有用である。このシミング板は方向性のあ る粒子からなる物質のシートから切り取られた不規則な形に形成され、通常は鋼 鉄からなる。These non-axisymmetric configurations result in large errors in coil placement or support structures. Useful for correcting pressure distortion. This shimming board has a directional formed into irregular shapes cut from a sheet of material consisting of particles, usually made of steel Made of iron.
これらのシミング板の次元を求めるための方法を第４図を参照にして概説する。A method for determining the dimensions of these shimming plates will be outlined with reference to FIG.
先ず、ある仮定がなされる。First, certain assumptions are made.
（ｉｉ ）放射方向の厚さは平均半径と比べると小さい、磁気比例する。(ii) The radial thickness is small compared to the mean radius and is magnetically proportional.
（ｉｊ）マクロシミング板は以下に記載されるように磁化された円弧（φ方向、 横断方向）上にモデル化され得るし、また軸方向の磁化（Ｍｚ）が前提とされな ければならないが磁化された棒（２方同、軸方向）のようにモデル化されうる。(ij) The macro shimming plate is a magnetized circular arc (φ direction, transverse direction) and no axial magnetization (Mz) is assumed. However, it can be modeled like a magnetized rod (on both sides, axially).
（ｉｖ ）以下の数字は仮定（ｉ）および（ｉｉ）が適用された出すことにより 作られるシミング板を記述する。(iv) The following numbers are obtained by applying assumptions (i) and (ii). Describe the shimming board that will be made.
円錐表面上または何らかの回転体上にシミング板を展開することができる。（こ の場合二つの磁化成分Ｍｚ’とＭｒを考えねばならない。） （Ｖ）マクロシミング板の設計問題は非線型な制限のある最適化の問題となり、 磁界障害要因を最小とし、磁界特性機能を最大とする。The shimming plate can be deployed on a conical surface or on some rotating body. (child In this case, two magnetization components Mz' and Mr must be considered. ) (V) The design problem of the macro shimming plate becomes an optimization problem with nonlinear constraints. Minimize magnetic field disturbance factors and maximize magnetic field characteristic functions.
下部および上部のシミング板の境界線をΦＬ （ｚ’）。Mark the boundary line between the lower and upper shimming plates as ΦL (z’).
ΦＵ （Ｚ’）（第４図）を次式を満たす関数として表わす。ΦU (Z') (FIG. 4) is expressed as a function that satisfies the following equation.
ａ）終端点Ａ、Ｃにおいて、 Φｔ Ｃｚ’ ＝−Ａ）＝ΦＬ Ｃｚ’ −Ｃ） −０（２）Φ” ＣＺ’ ＝ −Ａ）−Φｕ Ｃｚ’ ＝Ｃ） ＝Ｃ（３）ｂ） Φ、（Ｚ’）−ΦＬ（ｚ’ ）≧ｏ（４）すなわち、ゼロ角度幅では正で菖る。a) At terminal points A and C, Φt Cz' =-A)=ΦL Cz' -C) -0(2)Φ"CZ'= -A) -Φu Cz' = C) = C (3) b) Φ, (Z') - ΦL (z' )≧o(4) That is, it is positive and convergent at zero angle width.
境界線は等式（２）および（３）を満足する３角級数により定義される。The boundary line is defined by a triangular series satisfying equations (2) and (3).
例えば、 シミング板の形はＮ Ｇ ＋ Ｎ Ｈ、係数Ｇｋ、ＨＩ、 システム最適化変数 および球体の容積内の障害要因Ａ：＊Ｂ：または任意の形の想像上の容積内の単 純な磁界値の関係による磁界特性により決定される。for example, The shape of the shimming plate is N G + N H, coefficient Gk, HI, system optimization variable and disturbance factor A:*B within the volume of a sphere; or a single unit within an imaginary volume of any shape. It is determined by the magnetic field characteristics based on the relationship between pure magnetic field values.
うになる。I'm going to growl.
Ｘ ［ＳｉｎΦｕ（ｚ’）＊−５ｉｎ ＩｔΦｔ（ｚ’）］ｄｚ’ （７） 上記式において、 Ｍ□１＝飽和磁化、 θ′−極角度、ａ’＝シリンダの平均平径、 占’ ＝ Ｃｏｓ （θ′）、Ｔ−シリンダの厚さ、δｓｐ −（ｍｍＱであれば）■Ｒ ，＝想像上の球の半径、δ麟＝ （ｍｍＱ７あれば）０想像上の容積内のいかな る点の磁界の２成分もベッセル関数変換により円筒形の極座標で表わされる。X [SinΦu(z’)*-5in ItΦt(z’)]dz’ (7) In the above formula, M□1 = saturation magnetization, θ' - polar angle, a' = average diameter of cylinder, Cos (θ'), T-cylinder thickness, δsp - (if mmQ) ■R , = radius of imaginary sphere, δrin = (if mmQ7) 0 How much is inside the imaginary volume The two components of the magnetic field at the point are also expressed in cylindrical polar coordinates by Bessel function transformation.
フーリエ・ルジャンドル級数による等式（７）および（８）から、平均磁界およ び分散 ｔｙ” Ｂｚ （＝ （Ｂｇ ） （Ｂｚ ） ” カ求メラｈｍＺ＋。From equations (7) and (8) according to the Fourier-Legendre series, the average magnetic field and and dispersion ty” Bz (= (Bg)) (Bz)” Camera request hmZ+.
限、例えば正またはゼロの角度幅で決まるσ２０を最小にする。minimize σ20, which is determined by a limit, for example a positive or zero angular width.
シミング板６．７によってもたらされる修正の大きさは比較的大きい（例えば、 数パーセントにまで）。第５乃至７図に示される例はそれ自体がかなり均一に近 い磁界を発生する磁界発生装置内で、より小さい修正を行うようにしたものであ る。一般に、この第２の例では修正の度合いは数ｐｐｍのオーダとなろう。The magnitude of the modification brought about by the shimming plate 6.7 is relatively large (e.g. up to a few percent). The examples shown in Figures 5-7 are themselves fairly close to uniform. It is designed to make smaller corrections in a magnetic field generator that generates a strong magnetic field. Ru. Generally, in this second example, the degree of modification will be on the order of a few ppm.
第５図に示される磁界発生器は第５図中に概略的に図示されている低温保持装置 ２１内に位置する、多くの起電導コイル（図示せず）を含んでいる。これらのコ イルはその中でほぼ均一の磁界がその中心の球形領域内に発生される円筒形状の 空洞２２を形成する。The magnetic field generator shown in FIG. 5 is the cryostat shown schematically in FIG. It includes a number of electromotive conductive coils (not shown) located within 21. These parts is a cylindrical shape in which a nearly uniform magnetic field is generated within a spherical region at its center. A cavity 22 is formed.
製造誤差および環境の影響によって、この球形領域内の磁界は少し歪みを生じ得 る。このことは磁石が磁石共鳴イメージング装置などに用いられるときに非常に 重要となる。これを処理するために、磁界修正システム２４が円筒形状の空洞２ ２内にすべり込められる。部品２４は非強磁性物質からなる内部シリンダ２５を 含んでおり、その外側のまわりには軸方向に離間して、３つの非磁性物質からな る帯状体２６が配置される。各帯状体２６の内表面はシリンダ２５の回わりをと りまくように配置され、延長溝２７を備えている。配列された溝２７の各々は非 磁性物質からなる延長トレイ２８を受は入れるようになっており、この延長トレ イ２８は、その溝を通してすべり込ませることができ、空洞２２の軸からほぼ一 定の半径の距離だけ離れ、シリンダ２５の全長に沿って延びる。各トレイ２８は その長さ方向に沿って所定間隔で位置するポケット２９を備えている。Due to manufacturing tolerances and environmental influences, the magnetic field within this spherical region may be slightly distorted. Ru. This is extremely important when magnets are used in magnetic resonance imaging devices, etc. becomes important. To handle this, a magnetic field modification system 24 is inserted into the cylindrical cavity 2. It can be slipped into 2. Part 24 has an inner cylinder 25 made of non-ferromagnetic material. It includes three non-magnetic materials axially spaced around its outside. A strip 26 is arranged. The inner surface of each strip 26 can be rotated around the cylinder 25. The extension grooves 27 are arranged so as to extend all the way around. Each of the arranged grooves 27 is The receiver is adapted to receive an extension tray 28 made of magnetic material, and this extension tray The hole 28 can be slid through the groove and is approximately aligned with the axis of the cavity 22. are spaced a fixed radial distance apart and extend along the entire length of cylinder 25. Each tray 28 It is provided with pockets 29 located at predetermined intervals along its length.
各ポケットの中には、粒子方向性のある（すなわち、ローラで延ばされた）鋼鉄 の薄板から構成される１以上の同じようなシミング板が配置される。１例におい ては、各鋼鉄またハ鉄板は５０ｍ＋ａＸ５０ｍｍの寸法で、同じ厚さである。そ して、鉄板の厚さを異ならしめるには、各ポケット内において適当な数のシミン グ板をポケット内に積み重ねる。Inside each pocket is a grain-oriented (i.e., roller-stretched) steel One or more similar shimming plates are arranged consisting of thin plates of. 1 case odor In other words, each steel or iron plate has dimensions of 50 m + a x 50 mm and the same thickness. So To make the thickness of the iron plate different, place an appropriate number of shims in each pocket. Stack the recording boards in your pocket.
各トレイ２８上には１１個のポケット２９があり、計４０個のトレイがあるので 、このことはシリンダ２５０円周のまわりに配置されるシミング板のために、計 ４４０の独立した、あらかじめ定められた場所をもたらす。There are 11 pockets 29 on each tray 28, for a total of 40 trays. , this is calculated due to the shimming plate placed around the cylinder 250 circumference. Provides 440 independent, predefined locations.
各配置部での鉄量は、検索方向が２次式プログラミング（ＱＰ）問題の解法であ る連続的な２次式プログラミング（ＳＱＰ）アルゴリズムを使ってミニ・コンピ ュータにより計算される。The amount of iron at each location is determined by the search direction being a solution to a quadratic programming (QP) problem. mini-computers using a continuous quadratic programming (SQP) algorithm. Calculated by computer.
一方法においては、このシステムは、その源が任意に定められた容積の空間にか けての主磁界発生装置である主磁束密度ベクトルＢ、の、特定された一定値から の偏差を低減せしめるように、強磁性物質片を置くというシステマテイツクな手 段として考えられる。右手側の円筒座標システムについてみると、その源は主磁 界発生装置に対して固定されているが、これらの偏差は分位角、軸および半径の 方向において起こる。In one method, the system is configured such that the source is located in an arbitrarily defined volume of space. From the specified constant value of the main magnetic flux density vector B, which is the main magnetic field generator, A systematic method of placing pieces of ferromagnetic material to reduce the deviation of It can be thought of as stages. Looking at the cylindrical coordinate system on the right hand side, its source is the main magnetic are fixed relative to the field generator, but these deviations are quantile, axial, and radial. occurs in the direction.
主磁束密度の偏差の低減が必要とされる特定の容積の空間これは次式により求め うる。A space of a certain volume in which a reduction in the deviation of the main magnetic flux density is required is determined by the following formula: sell.
これは容積Ｖでの偏差Ｂ、を求めるものである。良好さの計測値、ＧはＢＰが容 積ｖ内で所定の平均値ＢＰからの偏差が全くなければ、ゼロとなるだろう。This is to find the deviation B in the volume V. Goodness measurement value, G is BP is acceptable. If there is no deviation within the product v from the predetermined average value BP, it will be zero.
式（ａ）を利用するためには、等式（ａ）内のＢＰを２つの部分ＢＯＦおよびΔ Ｂ、に分けることが必要である。これらの２つの部分は主磁界発生装置による磁 界およびその主磁界内に強磁性体を置くことにより、その磁界に加えられる修正 を表わす。To utilize equation (a), BP in equation (a) is divided into two parts BOF and Δ It is necessary to divide it into B. These two parts are magnetically generated by the main magnetic field generator. field and the modification made to that magnetic field by placing a ferromagnetic material within its main magnetic field represents.
ＢＯＰは３直交座標の既知の関数であると考えられ、実際に計測される。ΔＢｒ は特定された一定の磁束密度丁、からのＢＯＦの偏差を修正するに必要な関数で ある。ΔＢＦの源は強磁性体である。BOP is considered to be a known function of three orthogonal coordinates and is actually measured. ΔBr is the function required to correct the deviation of the BOF from the specified constant magnetic flux density, be. The source of ΔBF is a ferromagnetic material.
磁界内に置かれた強磁性物質の量により作られるΔＢ、の量は次のマックスウェ ルの方程式の基本の部分から計算される。The amount of ΔB produced by the amount of ferromagnetic material placed in the magnetic field is given by the following MaxWare: It is calculated from the basic part of the equation.
Ｈ＝−Φ ００Ｂ＝ｕｏＨ０２１ ここでは、ユニットのＳ、■、システムが想定され、各値は次の意味を持ってい る。H=-Φ 00B=uoH021 Here, a unit S,■,system is assumed, and each value has the following meaning. Ru.
Φ−磁磁性力カラポテンシャル Ｍ−磁化ベクトル Ｈ−磁界強度ベクトル Ｂ−束密度ベクトル ｕｏ−自由空間の透磁率 τ−−磁性体の量にかけての集積度を示すＲ−強磁性体内または上の点から、Ｂ 、に対する修正が必要とされる容体内の点までの距離 一基準勾配操作子 最終的にΔＢＦは主軸上への式０りの投影である０本目的のために、次の単純化 された仮定が通常、必要となる。Φ - magnetomagnetic force color potential M - magnetization vector H - magnetic field strength vector B - flux density vector uo - magnetic permeability of free space τ - indicates the degree of integration over the amount of magnetic material R - from a point in or on the ferromagnet, B , the distance to the point in the volume that requires correction for , One reference gradient operator Finally, ΔBF is the projection of the equation 0 onto the principal axis.For the purpose, we use the following simplification. assumptions are usually required.
１、磁化ベクトルＭは唯一の成分、すなわち主要成分、Ｍｙのみをもっている。1. The magnetization vector M has only one component, the principal component, My.
２、磁化ベクトル、ＭＰは既知である。2. The magnetization vector, MP, is known.
これらの仮定により、式０ＩＩｌ、 ００およびＱ２１が最適化手順を決めるの に弐（９）と共に用いられ、その手順においては機械的装置内の場所でのシミン グ板の厚さが、式（９）が空間の特定された容積、■にかけて受は入れられる程 度↓＝小さくなるように、選ばれる。With these assumptions, equations 0IIl, 00 and Q21 determine the optimization procedure. Used in conjunction with (9), the procedure involves simulating a location within a mechanical device. The thickness of the board is such that equation (9) is the specified volume of the space, Selected so that the degree ↓=smaller.
それに代わる方法においては、上述の磁界展開式（１）は所定の軸上の位置（す なわち、固定されたｃｏｓθ）について、単純化され、その結果、シリンダの表 面上に置かれた鉄のＮ個の片により作られる磁界歪みが固定され、所定のｎ位に ついて展開式が次式となる。In an alternative method, the above magnetic field expansion equation (1) is i.e., for fixed cos θ), the table of the cylinder The magnetic field distortion created by N pieces of iron placed on a surface is fixed and at a given n position. Therefore, the expansion formula is as follows.
これは単純に次式のように表わされうる有限フーリエ 級数である。This is a finite Fourier series that can be simply expressed as:
なお、Ｄ” ＝ １／２（Ｃ”−ｊＳ“）であり、これはフーリエ級数の複素表 示である。Note that D" = 1/2 (C"-jS"), which is the complex table of the Fourier series. This is an indication.
方位角方向に鉄が適当に分配されていれば弐〇委を調べることにより“純粋なシ ミング板”を作りうる可能性があることがわかる。If iron is properly distributed in the azimuthal direction, then by examining the It can be seen that there is a possibility of creating a "mining board".
例えば、角度位置φ、およびφ２で２つの鉄片を用いてｍ＝２とならない（すな わち、主にｍ＝１）シミング板を作る説明をする。For example, if two iron pieces are used at angular positions φ and φ2, m = 2 (i.e. That is, I will mainly explain how to make a shimming board (m=1).
この分配がｍ＝２をもたらさないようにという状態は級数においてｍ＝２を取り 代え、存在する対象物の数だけ加算することにより０４）からひき出され得る。The condition that this distribution does not result in m = 2 is to take m = 2 in the series. Alternatively, it can be derived from 04) by adding the number of objects present.
これがｍ＝２でない、次式の状態をもたらす。This results in the following situation where m is not 2.
ｊ２ （φ２−φ１）＝π 上述の記載は９０′だけ離れた２つの鉄片はｍ＝２の障害要因を生成し得ないこ とを示している。また、弐〇４１を調べることにより、この配置は、ｍ＝０は生 成されるだろうが、ｍ＝６．１０．１４・・・ちまた生成しないことが明らかで ある。j2 (φ2-φ1) = π The above description shows that two pieces of iron separated by 90' cannot generate m=2 disturbance factors. It shows. Also, by examining 2041, this arrangement shows that m=0 is However, m = 6.10.14... It is clear that it will not be generated. be.
もし、我々が“純粋なシミング板”はｍ＝２と同様ｍ＝０も生成しないとするな らば、これは基本的な構成ブロックとしてｍ＝２でない配置を用いることにより 達成されうる。If we assume that a “pure shimming board” does not generate m = 0 as well as m = 2, then If so, this can be achieved by using a configuration other than m=2 as the basic building block. can be achieved.
いま、４つの鉄片を考えてみる。４というのはｍ＝２およびｍ＝３を生成しない ように調整された２の次の倍数である。Now consider four pieces of iron. 4 does not produce m=2 and m=3 It is the next multiple of 2 adjusted as follows.
このための条件は（３）式から次のように記述されうる。The conditions for this can be described from equation (3) as follows.
これは次のようになる。This looks like this:
ｍ＝２が生成されないという条件を弐〇８）に適用すると、次式これは次のとき 満たされる。Applying the condition that m=2 is not generated to 208), the following equation becomes It is filled.
条件式（２３）によりｍ＝３．９，１５．２１・・・が生成され得ないだろうし 、その一方では条件式■および式（２１）によりｍ＝２．６．１０，１４．１８ ・・・が生成されないことが確かめられる。以上、概説したプロセスは“効果的 に純粋なｍ＝１のシミング板が生成されるまで続けられる。“効果的に純粋”と は生成されるｍ≠１の最初の値が取るに足らない程度の高位のものである。とい うことである。一般に使用される“純粋なシミング板”は以下に与えられており 、それらの角度位置は表１にまとめて示す（“極性”は低減されるべき項の符号 を示している。） 盗」−″ な註め の工のための Ｐα１次数 極性 角度位置φ 次数 極性 角度位置φ 実施例１ な−゛の 段階１：まず、第２次の項に何ら貢献しないように位置する２つの鉄片を考える 。これを達成するために、その鉄片はπ／２（９０°）だけ離れていなければな らない。この配列を段階２において構成ブロックとして用いる。According to conditional expression (23), m = 3.9, 15.21, etc. cannot be generated. , on the other hand, m = 2.6.10, 14.18 according to conditional expression (■) and expression (21) It can be confirmed that ... is not generated. The process outlined above is “effective”. This continues until a pure m=1 shimming plate is generated. “Effectively pure” is of such high order that the first value of m≠1 generated is negligible. Toi That is true. A commonly used “pure shimming board” is given below. , their angular positions are summarized in Table 1 (“polarity” indicates the sign of the term to be reduced). It shows. ) Pα 1st order polarity angular position φ for the work of "theft"-" Order Polarity Angular position φ Example 1 Na-゛'s Step 1: First, consider two pieces of iron that are positioned so that they do not contribute anything to the second-order term. . To achieve this, the pieces must be separated by π/2 (90°). No. This array is used as a building block in stage 2.
段階２：前記と同じ原理を用いる。π／３ （６０” ）だけ離れている２つの 配列は第３次の項に何ら貢献しないだろう。従って、段階１で生成された２つの 対象物を対象物配列として用いれば、第２次または第３次の障害要因に何ら貢献 し得ない４つの対象物構成ブロックを達成することができる。Step 2: Using the same principle as above. Two objects separated by π/3 (60”) The array will not contribute anything to the third order term. Therefore, the two If the object is used as an object array, it will not contribute to secondary or tertiary disturbance factors. It is possible to achieve four object building blocks that are impossible to achieve.
段階３：最後に、π／４ （４５” ）だけ離れた対象物の２つの配列をとると 、第４次の項に対する正味の貢献はゼロである。段階２０４つの対象物構成ブロ ックを使用すれば、第２次、第３次または第４次の項に何ら貢献し得ない８個の 対象物の構成を成しとげる。Step 3: Finally, if we take two arrays of objects separated by π/4 (45”), , the net contribution to the fourth order term is zero. Step 20 Four object composition blocks If we use the Achieve the composition of the object.
実施例２ ″ な ２゛ の 」■瓦 段階１：まず、π（１８０″′）だけ離れている２片の鉄を考えてみよう。これ らの鉄片は１，３，５，７゜８．１１・・・の次数の障害要因は生成しないだろ う。Example 2 ″ 2゛ ■■Tile Step 1: First, consider two pieces of iron separated by π (180″′). These pieces of iron will not generate failure factors of orders 1, 3, 5, 7° 8.11... cormorant.
段階２：π／４（４５＠）だけ離れている対象物の２つの配列を用いると、正味 の４次の項は残り得ない。Step 2: Using two arrays of objects separated by π/4 (45@), the net The fourth order term cannot remain.
段階１において生成された２つの対象物を対象物の配列として用いると、１，３ または４０次数の障害要因を生成し得ない、４個の対象物の配列を生成する。Using the two objects generated in step 1 as the object array, 1, 3 Alternatively, an array of four objects is generated that cannot generate a 40-order disturbance factor.
ｍ＝ｏの の い これまで、ｍｈｏの障害要因のみが扱われてきた、通常は、シミング板を必要と するｍ＝ｏの項も存在する。これらの項は非軸対称な、ｍｈｏの項をシミング板 で行うように、シリンダ上に鉄を置くことにより、より大きくなるだろう。ｍ＝ ０の項はチューブ状のシミング板のまわりに鉄の輪を置（ことにより重ねあわさ れうる。しかしながら、実際には多くの分離した鉄片により、１つの輪に近位さ せ得るので、輪を使う必要はない。いかに数少ない鉄片しか必要でないかを図示 するために、０°、±４５°、±９０’、±１３５°および１８０＠に位置する 、８個の分離した鉄片を考えてみると、式０４１より、生成されうる唯一の０で ないｍの値はｍ＝８．ｍ＝１６・・・であることが考えられる。これらの障害要 因は極めて高位であるので、所要の球体上の磁界の歪みは無視されるべきである 。ｍ＝ｏのシミング板について鉄の適当な位置の表が表２に示されている。実際 には、不要な歪みが生成されないということを確かめるのに要する片の最小の数 は１２であることがわかっている。しかしながら、いくらかの設計例においては 、より少ない数の使用可能な鉄片により輪に近似するように正確にモデル化され うるように、用いられなければならないかもしれない。of m=o Until now, only mho failure factors have been addressed, usually requiring a shimming board. There is also the term m=o. These terms are non-axisymmetric, mho terms are shimmed By placing the iron on the cylinder, as you do in , it will become larger. m= The term 0 means that an iron ring is placed around the tubular shimming plate (possibly overlapped). It can be done. However, in practice, many separate pieces of iron may cause There is no need to use a ring because you can Illustrating how few pieces of iron are needed located at 0°, ±45°, ±90’, ±135° and 180＠ to , considering eight separate pieces of iron, from equation 041, the only 0 that can be generated is The value of m without is m=8. It is possible that m=16... These obstacles The distortion of the magnetic field on the required sphere should be ignored, since the factors are of a very high order. . A table of suitable iron positions for m=o shimming plates is shown in Table 2. actual is the minimum number of pieces required to ensure that no unwanted distortions are generated. is known to be 12. However, in some design examples , accurately modeled to approximate a ring with fewer available pieces of iron. It may have to be used in a similar way.
（以下、余白） ｉｔ 推奨される鉄片の軸対称の角度上の配置鉄片によりもたらされる歪みは 式（１）のフーリエ・ルジャンドル級数によって求められる。この表現中に含ま れている障害要因を相殺するに必要な鉄の対象物によりもたらされるこのことは 一見して、２つの異なるタイプはそれらにシミング板を重ねるのに異なる手続き を要することを示唆しているが、実際には、９０”７ｍによるコサイン環の回転 は等価なサイン環をもたらすので、そうはなっていない。(Hereafter, margin) It is recommended that the strain introduced by the axially symmetrical angular arrangement of the iron piece is It is determined by the Fourier-Legendre series of equation (1). included in this expression This is brought about by the ferrous objects necessary to offset the disturbance factors that are present. At first glance, the two different types require different procedures to layer shimming boards on them. However, in reality, the rotation of the cosine ring by 90"7m This is not the case since yields an equivalent sine ring.
の回転が等価な負の項をもたらすので、特別な扱いを必要としない。does not require special treatment since the rotation of yields an equivalent negative term.
特定な構成例を説明する。A specific configuration example will be explained.
多くの障害要因のリストのために“純粋”な項を作るために、各軸上の場所で必 要とされる鉄の厚さを詳解する一連の表が作られる。数点の特別な注意点がある 。required at a location on each axis to create “pure” terms for a long list of failure factors. A series of tables are created detailing the required iron thickness. There are a few special points to note .
１、厚さが特定された各鉄片は５０Ｘ５０ｍｍであるとする。1. It is assumed that each iron piece whose thickness is specified is 50×50 mm.
２、磁界は０．５テスラ（７ｅｓｌａ）であるとする。2. Assume that the magnetic field is 0.5 Tesla (7 esla).
３．０より大きい次数の項のために、その厚さのものは５０Ｘ５０１１ｍの鉄片 がその所要の次数の項を作るのに必要な全ての角度上の位置に配置されるものと する。For terms of order greater than 3.0, the thickness is 50x5011m piece of iron be placed at all angular positions necessary to create a term of the required order. do.
°４．軸対称の項（次数０）については、その厚さは各軸上の場所のところで唯 一の鉄片に対して特定される。各軸上の場所でより多くの鉄片を使用することに より、様々な強度がが表３である。特定の項のための“純粋な”シミング板の設 計は非軸対称の次数に関してのみ純粋である。これに関し、非軸対称の項は軸対 称の項の前に扱われるべきである。このように、非軸対称のシミング板（ｍｈｏ ）によりもたらされる軸対称の誤まりは磁石内に既に存在する軸対称の頂上に重 畳されるだろう。°4. For axisymmetric terms (order 0), the thickness is unique at each axis location. Specified for one piece of iron. Using more shingles at each axis location Table 3 shows the various strengths. Setting up “pure” shimming plates for specific terms The meter is pure only with respect to non-axisymmetric orders. In this regard, non-axisymmetric terms are should be treated before the title section. In this way, a non-axisymmetric shimming plate (mho ), the axisymmetric error introduced by It will be folded.
その磁界表示が次に示す一次のコサイン環を有した障害要因を表わす、０．５テ スラの磁石を考えてみる。The magnetic field display represents a disturbance factor with a first-order cosine ring as shown below. Consider Sura's magnet.
Ｃ５＝ ０．ｌｐｐｍ 能動的なシミング板は直径９２０ｍのシリンダ上に位置する。C5= 0. lppm The active shimming plate is located on a cylinder with a diameter of 920 m.
段階ｌ：″直径９２０■シミング板。Ｍ＝１のシミング板”と題する表３により 、各々の軸上の位置で８片の鉄を使用する。Stage 1: according to Table 3 entitled "Diameter 920 ■ Shimming plate. Shimming plate with M=1" , using eight pieces of iron at each axial position.
段階２：各軸上の位置での各障害要因に必要とされる鉄片のために必要とされる ｐｐｍと共に表の鉄の厚さを用いる（表４参照）。Step 2: Required shingles for each fault factor at each axis location Use the iron thickness in the table along with the ppm (see Table 4).
この手順を図示するために、（次数Ｍ−１の障害要因について９２０ｍｍの直径 のシリンダのための）表４は位置１ （ｚ＝−６６０，６ｍｍ）での０．０４９ ５の厚さのシミング板は０．５ Ｔの磁界の１ ｐｐｍをもたらり除くためには 、障害要因は５０ｘ０．０４９５＝２．４７５ｍの厚さのシミング板を必要とす る。これはこの位置および次数（ｎ＝１）のために表４内に示された数値である 。To illustrate this procedure, (for a disturbance factor of order M−1 a diameter of 920 mm ) Table 4 shows 0.049 at position 1 (z=-660,6mm) A shimming plate of thickness 5 is required to introduce and remove 1 ppm of a magnetic field of 0.5 T. , the failure factor requires a shimming board with a thickness of 50x0.0495=2.475m Ru. This is the number shown in Table 4 for this position and order (n=1) .
段階３：各軸上の位置での鉄の必要分だけ加算する。表中負の厚さはシリンダの 軸のまわりにπ（１８０”）の回転に対応する。Step 3: Add the required amount of iron at each axis position. The negative thickness in the table indicates the cylinder thickness. Corresponds to a rotation of π (180”) around the axis.
所定の磁界歪みを補償する鉄のシミング板の配置の計算において、誤まりの主な 源はシミング板の磁化方向における非単−性によりもたらされる。この現象を図 示するために、磁化の方向における誤まりを、典型的なＭＲＩ磁石について、第 ６図に示した。磁化ベクトル計算不可能な大回転の影響を低減するために、粒子 方向性のある薄板構造体が鉄のシミング板の代りに用いられる。第７図かられか るように、粒子方向性のある薄板を用いる利点は磁気感度が回転方向における磁 化が明らかである好ましい方向とは異方向性であるをいうことである。第７図は 誘起磁界に対するＤＣ磁化の変化を異なる方向毎に一連の曲線で示している。The main error in calculating the placement of iron shimming plates to compensate for a given magnetic field distortion is The source is caused by the non-uniformity in the magnetization direction of the shimming plate. This phenomenon is illustrated To illustrate, the error in the direction of magnetization is It is shown in Figure 6. In order to reduce the effect of large rotations that make it impossible to calculate the magnetization vector, the particle A oriented sheet metal structure is used in place of the iron shimming plate. From Figure 7 The advantage of using a thin plate with particle orientation is that the magnetic sensitivity is lower in the direction of rotation. The preferable direction in which the change is obvious is the opposite direction. Figure 7 is The variation of DC magnetization with respect to the induced magnetic field is shown in a series of curves in different directions.
（以下、余白） Ｙ 罪 圧 田 り 国際調査報告(Hereafter, margin) Y sin pressure Field the law of nature international search report
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- 1988-04-14 EP EP19880903302 patent/EP0345300A1/en not_active Withdrawn
- 1988-04-14 WO PCT/GB1988/000286 patent/WO1988008126A1/en not_active Application Discontinuation
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Also Published As
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|---|---|
| EP0345300A1 (en) | 1989-12-13 |
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