CN101002678B - 磁共振成像装置以及静磁场的修正方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种磁共振成像装置以及静磁场的修正方法，磁共振成像装置根据从配置在静磁场中的被检体放射的磁共振信号，来重构与上述被检体有关的图像，具备：收集单元，收集反映了上述静磁场的着眼区域内的强度分布的磁共振信号；以及修正磁场产生单元，根据由上述收集单元收集的上述磁共振信号中的、反映了与仅为上述着眼区域的一部分的特定区域有关的上述强度分布的磁共振信号，产生用于修正上述静磁场的不均匀的修正磁场。

Description

磁共振成像装置以及静磁场的修正方法

相关申请的交叉引用

本发明基于并要求2006年1月16日提交的在先日本专利申请No.2006-7911的优先权。该申请的全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本发明涉及磁共振成像装置(MRI装置)以及静磁场的修正方法，特别是涉及用于调整起因于患者而产生的静磁场的不均匀性。

背景技术

现有的MRI装置为了调整针对每个患者而改变的静磁场的均匀性，进行匀场(shimming)。匀场通常是取得反映了静磁场的影响的数据，并根据该数据来计算静磁场的修正量。然后，决定对应于修正量的电流值，通过使该值的电流在修正线圈中流动，来修正静磁场的均匀性。

反映了静磁场的影响的数据的收集一般是以充分地包含患者的大区域为对象进行。但在这种情况下，也包含了与诊断对象以外的区域有关的数据。在诊断对象以外的区域的静磁场分布与诊断对象区域的静磁场分布大大不同的情况下，会产生无法计算适当的修正量的情况。例如，在心脏部分和胸壁部分，静磁场的状态大大不同，因此，在混入了这些数据的状态下，产生所计算的修正量产生误差、无法进行最佳的磁场调整的情况。

因此，有人提出根据仅从在诊断对象区域的周围限定地设定的感兴趣区域(ROI，region of interest)的内侧收集的数据来计算修正量的方法。该方法被称为局部匀场。但是，为了正确地收集诊断对象区域的数据，必须将同时包含诊断对象区域的周围的区域作为ROI，因此ROI不得不比诊断对象区域大的多。因此产生ROI中还包含作为诊断对象的区域以外的数据、仍然无法计算适当的修正量的情况。

另外，还有人提出根据诊断对象区域的位置或大小来调整静磁场的技术(例如参照特许第3237964号公报)。

如上所述，现有技术存在的问题是，难以计算适当的修正量，无法适当地修正诊断对象区域的静磁场。

发明内容

鉴于上述问题，希望能够适当地修正诊断对象区域的静磁场。

本发明第1方面的磁共振成像装置具备：收集单元，收集反映了静磁场的着眼区域内的强度分布的磁共振信号；以及修正磁场产生单元，根据由上述收集单元收集的上述磁共振信号中的、反映了与仅为上述着眼区域的一部分的特定区域有关的上述强度分布的磁共振信号，产生用于修正上述静磁场的不均匀的修正磁场。

本发明第2方面的磁共振成像装置具备：匀场线圈，为了修正静磁场的磁场不均匀性而设置；设定单元，设定三维区域；计测单元，对由上述设定单元设定的三维区域中的上述静磁场的磁场分布进行计测；以及计算单元，根据由上述计测单元计测的上述磁场分布当中的、包含在上述三维区域中的球区域内或椭圆区域内的磁场分布，计算为了修正上述静磁场的磁场不均匀性而应该流向上述匀场线圈的电流值。

本发明第3方面的磁共振成像装置具备：计测单元，对静磁场的磁场分布进行计测；抽取单元，抽取由上述计测单元计测的上述磁场分布当中的、球区域内或椭圆区域内的磁场分布；以及匀场单元，根据由上述抽取单元抽取的磁场分布，进行用于提高上述静磁场的均匀性的匀场。

本发明第4方面的修正方法收集反映了静磁场的着眼区域内的强度分布的磁共振信号；根据所收集的上述磁共振信号中的、反映了与仅为上述着眼区域的一部分的特定区域有关的上述强度分布的磁共振信号，产生用于修正上述静磁场的不均匀的修正磁场。

本发明第5方面的修正方法设定三维区域；对所设定的上述三维区域中的上述静磁场的磁场分布进行计测；根据所计测的上述磁场分布当中的、包含在上述三维区域中的球区域内或椭圆区域内的磁场分布，计算为了修正上述静磁场的磁场不均匀性而应该流向上述匀场线圈的电流值。

本发明第6方面的修正方法对静磁场的磁场分布进行计测；抽取所计测的上述磁场分布当中的、球区域内或椭圆区域内的磁场分布；根据所抽取的上述球区域内或上述椭圆区域内的磁场分布，进行用于提高上述静磁场的均匀性的匀场。

本发明的其它目的和优点将在下面的描述中进行阐述，并且部分将从该描述中显而易见，或者可以通过实施本发明而获知。本发明的这些目的和优点可以借助于下文中特别指明的手段和组合而实现和获得。

附图说明

结合到说明书中并且形成说明书的一部分的附图图示出本发明当前优选的实施例，并且连同上面给出的概括性说明以及下面给出的优选实施例的详细描述一起，用于解释本发明的原理。

图1是表示本发明一个实施方式的MRI装置的结构的图。

图2是表示用于计算修正量的图1中的控制部的处理过程的流程图。

图3A、图3B和图3C是说明设定特定区域的第一种方法的图。

图4A、图4B和图4C是说明设定特定区域的第一种方法的图。

图5A和图5B是说明利用第一种方法设定的特定区域的图。

图6A和图6B是说明第一种方法的变形例的图。

图7A和图7B是说明第一种方法的变形例的图。

图8A和图8B是说明设定特定区域的第二种方法的图。

图9是说明设定特定区域的第三种方法的图。

图10A和图10B是说明设定特定区域的第四种方法的图。

具体实施方式

以下参照附图说明本发明的一个实施方式。

图1是表示本实施方式的MRI装置的结构的图。该MRI装置具备静磁场磁体(static field magnet)单元1、倾斜磁场线圈(gradientcoil)2、倾斜磁场电源(gradient power supply)3、床4、床控制部5、发送用RF线圈6、发送部7、接收用RF线圈8、接收部9以及计算机系统10。

静磁场磁体单元1形成中空的圆筒形，在内部的空间中产生一致的静磁场。该静磁场磁体单元1包括静磁场磁体11和修正线圈12。静磁场磁体11例如使用永久磁体或超导磁体等。修正线圈12由多个线圈组合而成。修正线圈12产生用于修正由静磁场磁体11产生的静磁场的均匀性的修正磁场。

倾斜磁场线圈2形成中空的圆筒形，并配置在静磁场磁体单元1的内侧。倾斜磁场线圈2由与相互正交的X、Y、Z各轴相对应的3个线圈组合而成。倾斜磁场线圈2的上述3个线圈个别地从倾斜磁场电源3接受电流供给，产生磁场强度沿X、Y、Z各轴变化的倾斜磁场(gradient magnetic field)。Z轴方向例如与静磁场同方向。X、Y、Z各轴的倾斜磁场分别任意地用作例如切片选择用倾斜磁场Gs、相位编码用倾斜磁场Ge和读出用倾斜磁场Gr。切片选择用倾斜磁场Gs用于任意地决定拍摄断面。相位编码用倾斜磁场Ge用于根据空间位置使磁共振信号的相位发生变化。读出用倾斜磁场Gr用于根据空间位置使磁共振信号的频率发生变化。

被检体200在载置于床4具有的床板41上的状态下插入到倾斜磁场线圈2的空洞(拍摄口)内。床板41由床控制部5驱动，沿其长向和上下方向移动。通常将床4设置成该长向与静磁场磁体单元1的中心轴平行。

发送用RF线圈6配置在倾斜磁场线圈2的内侧。发送用RF线圈6从发送部7接受高频脉冲的供给，产生高频磁场。

发送部7内置振荡部、相位选择部、频率转换部、振幅调制部、高频功率放大部等。振荡部产生静磁场中的对象原子核所固有的共振频率的高频信号。相位选择部选择上述高频信号的相位。频率转换部转换从相位选择部输出的高频信号的频率。振幅调制部例如按照同步函数对从频率调制部输出的高频信号的振幅进行调制。高频功率放大部放大从振幅调制部输出的高频信号。然后，作为这些各部分的动作结果，发送部7将对应于拉莫频率(Larmor frequency)的高频脉冲发送给发送用RF线圈6。

接收用RF线圈8配置在倾斜磁场线圈2的内侧。接收用RF线圈8接收由于上述高频磁场的影响而从被检体放射的磁共振信号。接收用RF线圈8的输出信号输入到接收部9中。

接收部9根据接收用RF线圈8的输出信号生成磁共振信号数据。

计算机系统10具有接口部101、数据收集部102、重构部103、存储部104、显示部105、输入部106和控制部107。

接口部101上连接有倾斜磁场电源3、床控制部5、发送部7、接收用RF线圈8以及接收部9等。接口部101在所连接的这些各个部分与计算机系统10之间进行所授受的信号的输入输出。

数据收集部102经由接口部101收集从接收部9输出的数字信号。数据收集部102将所收集的数字信号、即磁共振信号数据存储在存储部104中。数据收集部102在应当收集用于计算静磁场的修正量的数据时，在控制部104的控制下，收集与ROI的内侧有关的磁共振信号数据。这样，数据收集部102与控制部104一起构成收集单元。

重构部103对存储在存储部104中的磁共振信号数据执行后处理、即傅立叶变换等的重构(reconstruction)，求出被检体200内的期望的核自旋的谱数据或图像数据。

存储部104针对每个患者存储磁共振信号数据和谱数据或图像数据。

显示部105在控制部107的控制下显示谱数据或图像数据等各种信息。可以使用液晶显示器等显示设备作为显示部105。

输入部106接受来自操作者的各种指令或信息输入。输入部106适当地具备鼠标或轨迹球等位置指示设备、模式切换开关等选择设备或键盘等输入设备。

控制部107具有未图示的CPU或存储器等。总括地控制本实施方式的MRI装置。另外，控制部107除了具备控制MRI装置中的公知动作的功能，还具备该实施方式所特有的下述功能。上述功能中的一个是从针对ROI收集的磁共振信号数据中，抽取反映了仅由该ROI的一部分决定的特定区域的静磁场的强度分布的数据。上述功能的另一个是根据上述所抽取的数据，计算用于修正静磁场的不均匀的修正量。上述功能的另一个是控制修正线圈，以产生与上述修正量相对应的修正磁场。上述功能的又一个是利用输入部106来输入用于确定特定区域的信息。

以下说明如上构成的MRI装置的动作。

在该MRI装置中，用于得到诊断用图像的动作与现有公知的动作可以是相同的。在得到诊断用图像时，利用由修正线圈12产生的修正磁场，来修正由静磁场磁体11产生的静磁场的不均匀性。因此，控制部107在进行用于得到诊断用图像的动作之前，如下求出修正量。修正量是用于修正由静磁场磁体11产生的静磁场的强度分布的不均匀性的修正磁场的强度。

图2是表示用于计算修正量的控制部107的处理过程的流程图。

在步骤Sa1中，控制部107使各部分动作，以收集反映了由静磁场磁体11产生的静磁场的强度分布的磁共振信号数据。此时的收集范围是在预定的ROI的范围内。ROI可以固定地设定在MRI装置中，也可以由用户任意地设定。ROI至少包含要得到诊断用图像的区域，形成长方体或立方体状的空间。一般情况下，为了防止读出方向和编码方向上的折叠(aliasing)，将ROI设定成大于要得到诊断用图像的区域。

在步骤Sa2中，控制部107根据如上收集的磁共振信号数据，制成以ROI的整个区域为对象的相位差图。相位差图的制作可以直接利用现有公知的用于匀场的相位差图的制作方法。

在步骤Sa3中，控制部107从相位差图的数据中仅抽取与特定区域有关的数据。特定区域设定为仅为ROI的一部分的区域。特定区域的设定详情后述。

在步骤Sa4中，控制部107根据与所抽取的特定区域有关的相位差分布的数据，计算静磁场的修正量。

根据修正线圈12的特性来确定为了产生与这样计算出的修正量相当的磁场而应当供给修正线圈12的电流值。然后，在收集在诊断用图像的重构中使用的磁共振信号数据时，将这样确定的电流值供给修正线圈12。

以下说明设定特定区域的方法。可以固定地仅使用以下说明的方法当中的一种，或者也可以根据用户的指示选择性地使用多种方法中的任意一种。

(1)第一种方法

图3A、图3B、图3C以及图4A、图4B、图4C是说明设定特定区域的第一种方法的图。

图3A和图4A在轴向面和冠状面上示出ROI的设定状况。ROI如图3A和图4A所示，也可以进行全区域指定，但在本实施方式中，最好仅指定要得到诊断用图像的对象的周边的局部区域。在图3A和图4A中，将心脏区域指定为ROI。如图3A和图4A所示，在ROI中除了包含心脏区域，还包含胸壁部分等，这样的情况时常会发生。

图3B和图4B是表示与ROI有关的相位差图的一个例子的图。但在图3B和图4B中仅图示出心脏的范围。

在第一种方法中，计算中心与这样的相位差图的区域基本一致、并且与相位差图的区域内切的球体或椭圆体的区域，并将该区域确定为特定区域。图3C和图4C表示这样确定的特定区域。图3C和图4C为了如图5A所示示出某个切片面上的特定区域的断面形状，而将特定区域形成圆形。但是，如图5B所示，该圆形在从切片的一端到达另一端的过程中，从小的圆形区域逐渐变成大的圆形区域，进而又变成小的圆形区域，实际上特定区域形成球体区域。在该例子中，ROI为立方体形状，因此特定区域形成球体区域，但如果ROI为长方体形状，则特定区域形成椭圆体区域。与各切片面上的特定区域的范围的外侧区域、即图5B所示的影线区域有关的数据例如通过填入0等使其无效。

另外，也可以如图6A和图7A所示，从所收集的磁共振信号数据中，通过适用与上述同样地确定的特定区域，来抽取该特定区域内的数据，并根据该抽出的数据，如图6B和图7B所示，制成与特定区域有关的相位差图。

(2)第二种方法

在第二种方法中，控制部107根据如图8A所示的三维图像，如图8B所示，针对多个切片面，让用户指定特定区域的范围。这种情况下，用户可以针对全部切片面来指定范围，也可以在切片的两端以及任意张数的中间切片上指定范围。控制部107根据所指定的范围，一边根据需要进行线性插值等，一边确定三维的特定区域。与各切片面上的特定区域的范围的外侧区域、即如图8B所示的影线区域有关的数据例如通过填入0等使其无效。

根据该第二种方法，不限于球体或椭圆体，可以确定任意形状的特定区域。

另外，该第二种方法中的由用户进行的范围指定也可以在ROI的设定时接受。

(3)第三种方法

在第三种方法中，针对多个切片面，让用户指定特定区域的范围、并基于此来确定特定区域的做法与第二种方法相同。但是，在第三种方法中，如图9所示，仅让用户指定特定区域的范围的轮廓线上的多个点。该点的指定可以利用例如鼠标指针等进行。控制部107将通过用直线或曲线来连接所指定的点而确定的范围作为特定区域的范围。对于连接所指定的点的线，也可以实施样条插值。

根据该第三种方法，用户只要指定几个点即可，因此与第二种方法相比，可以减轻用户的负担。

(4)第四种方法

在第四种方法中，针对多个切片面，让用户指定特定区域的范围、并基于此来确定特定区域的做法与第二种方法相同。但是，在第四种方法中，如图10A所示，在基于针对ROI收集的磁共振信号数据的图像上，让用户指定种子(seed)点。此时，用户以使其位于作为诊断对象的目的部位中的方式来指定种子点。种子点的指定例如可以利用鼠标指针来进行。控制部107以种子点为基准，通过图像处理，如图10B所示检测出目的部位的轮廓。可以利用公知的区域成长(regiongrowing)法等作为该图像处理。

根据该第四种方法，用户可以仅指定一个种子点，因此与第二种方法和第三种方法相比，可以减轻用户的负担。

另外，如图10A和图10B所示，可以以各个目的部位为对象，指定各个种子点，并且可以将各目的部位的范围分别确定为特定区域。

另外，可以向用户提示区域成长的计算结果，根据用户的进一步操作，来修正每个切片的范围。

在区域成长法中，可以根据三维图像来检测三维区域。因此，可以在三维图像中指定种子点，通过区域成长处理直接检测出特定区域。

如上所述，根据本实施方式，从所收集的数据中去掉那些在分析要得到诊断用图像的区域的静磁场的强度分布时不适当的区域的数据，因此可以根据想要进行磁场调整的区域的静磁场的强度分布，求出适合修正其不均匀性的修正量。结果可以确实地使要得到诊断用图像的区域的静磁场均匀化，从而可以高精度地得到诊断用图像。

本领域技术人员可以很容易想到其它的优点和修改。因此，本发明在广义上不限于这里描述和示出的具体细节和代表性实施例。所以，在不脱离所附权利要求及其等同内容所限定的总的发明构思的精神或范围的情况下，可以作出各种修改。

Claims (14)

1.一种磁共振成像装置，根据从配置在静磁场中的被检体放射的磁共振信号，来重构与上述被检体有关的图像，其特征在于，具备：

收集单元，收集反映了上述静磁场的着眼区域内的强度分布的磁共振信号；以及

修正磁场产生单元，根据由上述收集单元收集的上述磁共振信号中的、反映了与仅为上述着眼区域的一部分的特定区域有关的上述强度分布的磁共振信号，产生用于修正上述静磁场的不均匀的修正磁场。

2.如权利要求1所述的磁共振成像装置，其特征在于，

上述修正磁场产生单元具备：

磁场产生单元，产生与上述静磁场不同的磁场，并叠加到上述静磁场上；

抽取单元，从由上述收集单元收集的上述磁共振信号中，抽取反映了与仅为上述着眼区域的一部分的特定区域有关的上述强度分布的磁共振信号；

计算单元，根据由上述抽取单元抽取的上述磁共振信号，计算用于修正上述静磁场的不均匀的修正量；和

控制单元，控制上述磁场产生单元，以产生与上述修正量相对应的修正磁场。

3.如权利要求1或2所述的磁共振成像装置，其特征在于，

将具有与上述着眼区域的中心大体一致的中心、并且与上述着眼区域内切的大致球体或大致椭圆体的内侧区域作为上述特定区域。

4.如权利要求2所述的磁共振成像装置，其特征在于，还具备：

输入单元，与基于由上述收集单元收集的上述磁共振信号的图像相关联地输入用于确定上述特定区域的信息，

其中，将根据上述信息确定的区域作为上述特定区域。

5.如权利要求4所述的磁共振成像装置，其特征在于，

上述输入单元将表示上述特定区域的轮廓线的信息作为上述信息输入，

将上述轮廓线的内侧区域作为上述特定区域。

6.如权利要求4所述的磁共振成像装置，其特征在于，

上述输入单元将表示上述特定区域的轮廓线上的离散的多个点的信息作为上述信息输入，

将通过插补上述多个点而求出的轮廓线的内侧区域作为上述特定区域。

7.如权利要求4所述的磁共振成像装置，其特征在于，

上述输入单元将表示上述特定区域内的种子点的信息作为上述信息输入，

上述抽取单元将根据上述种子点并利用区域成长法确定的区域作为上述特定区域。

8.如权利要求1或2所述的磁共振成像装置，其特征在于，

将存在于上述着眼区域内、非长方体的三维区域作为上述特定区域。

9.一种磁共振成像装置，通过向配置于静磁场中的被检体施加高频磁场和倾斜磁场，来收集来自上述被检体的磁共振信号，其特征在于，具备：

匀场线圈，为了修正上述静磁场的磁场不均匀性而设置；

设定单元，设定三维区域；

计测单元，对由上述设定单元设定的三维区域中的上述静磁场的磁场分布进行计测；以及

计算单元，根据由上述计测单元计测的上述磁场分布当中的、包含在上述三维区域中的球区域内或椭圆区域内的磁场分布，计算为了修正上述静磁场的磁场不均匀性而应该流向上述匀场线圈的电流值。

10.如权利要求9所述的磁共振成像装置，其特征在于，

上述三维区域是长方体区域，上述球区域或上述椭圆区域是与上述长方体区域内切的区域。

11.一种磁共振成像装置，通过向配置于静磁场中的被检体施加高频磁场和倾斜磁场，来收集来自上述被检体的磁共振信号，其特征在于，具备：

计测单元，对上述静磁场的磁场分布进行计测；

抽取单元，抽取由上述计测单元计测的上述磁场分布当中的、球区域内或椭圆区域内的磁场分布；以及

匀场单元，根据由上述抽取单元抽取的磁场分布，进行用于提高上述静磁场的均匀性的匀场。

12.一种修正方法，利用磁共振成像装置来修正静磁场，该静磁场配置有作为收集磁共振信号的对象的被检体，其特征在于，

收集反映了上述静磁场的着眼区域内的强度分布的磁共振信号；

根据所收集的上述磁共振信号中的、反映了与仅为上述着眼区域的一部分的特定区域有关的上述强度分布的磁共振信号，产生用于修正上述静磁场的不均匀的修正磁场。

13.一种修正方法，为了利用磁共振成像装置来修正静磁场，驱动设置在上述磁共振成像装置中的匀场线圈，来修正上述静磁场，其中上述静磁场配置有为了收集磁共振信号而被施加了高频磁场和倾斜磁场的被检体，其特征在于，

设定三维区域；

对所设定的上述三维区域中的上述静磁场的磁场分布进行计测；

根据所计测的上述磁场分布当中的、包含在上述三维区域中的球区域内或椭圆区域内的磁场分布，计算为了修正上述静磁场的磁场不均匀性而应该流向上述匀场线圈的电流值。

14.一种修正方法，利用磁共振成像装置来修正静磁场，该静磁场配置有为了收集磁共振信号而被施加了高频磁场和倾斜磁场的被检体，其特征在于：

对上述静磁场的磁场分布进行计测；

抽取所计测的上述磁场分布当中的、球区域内或椭圆区域内的磁场分布；

根据所抽取的上述球区域内或上述椭圆区域内的磁场分布，进行用于提高上述静磁场的均匀性的匀场。

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