JP2000166898A - 磁気共鳴イメ―ジング・システム内の残留磁気を補償する方法及び磁気共鳴イメ―ジング・システム - Google Patents
磁気共鳴イメ―ジング・システム内の残留磁気を補償する方法及び磁気共鳴イメ―ジング・システムInfo
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- G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
- G01R33/44—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance using nuclear magnetic resonance [NMR]
- G01R33/48—NMR imaging systems
- G01R33/54—Signal processing systems, e.g. using pulse sequences ; Generation or control of pulse sequences; Operator console
- G01R33/56—Image enhancement or correction, e.g. subtraction or averaging techniques, e.g. improvement of signal-to-noise ratio and resolution
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- G01R33/56518—Correction of image distortions, e.g. due to magnetic field inhomogeneities due to eddy currents, e.g. caused by switching of the gradient magnetic field
Abstract
(57)【要約】
【課題】 画像アーティファクトを減少させるように磁
気共鳴イメージング・システムの残留磁気を制御する。 【解決手段】 本発明の磁気共鳴イメージング・システ
ムは、走査中に発生されるイメージング勾配波形に残留
磁気リセット勾配波形（３６、３７）を付加する勾配補
償システム１２９を含んでいる。これらの磁気補償勾配
は、磁気共鳴イメージング・システムの残留磁気を一定
のレベルに維持し、これにより、画像アーティファクト
を減少させる。
気共鳴イメージング・システムの残留磁気を制御する。 【解決手段】 本発明の磁気共鳴イメージング・システ
ムは、走査中に発生されるイメージング勾配波形に残留
磁気リセット勾配波形（３６、３７）を付加する勾配補
償システム１２９を含んでいる。これらの磁気補償勾配
は、磁気共鳴イメージング・システムの残留磁気を一定
のレベルに維持し、これにより、画像アーティファクト
を減少させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明の分野は、核磁気共鳴
イメージング方法及びシステムである。より具体的に
は、本発明は、ＭＲＩ（磁気共鳴イメージング）システ
ムにおいて磁場勾配によって生ずる残留磁気を補償する
ことに関する。
イメージング方法及びシステムである。より具体的に
は、本発明は、ＭＲＩ（磁気共鳴イメージング）システ
ムにおいて磁場勾配によって生ずる残留磁気を補償する
ことに関する。
【０００２】
【従来の技術】人体組織のような物体が一様の磁場（静
磁場Ｂ0 ）にさらされると、組織内のスピンの個々の磁
気モーメントは、この分極磁場に沿って整列しようとす
るが、各スピン固有のラーモア周波数でランダムな秩序
で分極磁場の周りを歳差運動する。物体すなわち組織
が、ｘ−ｙ平面内に存在すると共にラーモア周波数に近
い周波数を持つ磁場（励起磁場Ｂ1 ）にさらされると、
整列した正味の磁気モーメントＭz がｘ−ｙ平面に向か
って回転すなわち「傾斜」して、正味の横磁気モーメン
トＭt を生成する。このように励起されたスピンによっ
て信号が放出され、励起信号Ｂ1 を停止させた後に該信
号を受信して処理することにより画像を形成することが
できる。
磁場Ｂ0 ）にさらされると、組織内のスピンの個々の磁
気モーメントは、この分極磁場に沿って整列しようとす
るが、各スピン固有のラーモア周波数でランダムな秩序
で分極磁場の周りを歳差運動する。物体すなわち組織
が、ｘ−ｙ平面内に存在すると共にラーモア周波数に近
い周波数を持つ磁場（励起磁場Ｂ1 ）にさらされると、
整列した正味の磁気モーメントＭz がｘ−ｙ平面に向か
って回転すなわち「傾斜」して、正味の横磁気モーメン
トＭt を生成する。このように励起されたスピンによっ
て信号が放出され、励起信号Ｂ1 を停止させた後に該信
号を受信して処理することにより画像を形成することが
できる。
【０００３】この磁気共鳴をイメージング及び多くの局
在化スペクトル法に応用するとき、特定の領域を選択的
に励起すると共にＮＭＲ（核磁気共鳴）信号内に空間情
報をエンコードするために線形磁場勾配が利用されてい
る。ＮＭＲ実験の際には、特別に選択された時間変化を
有する磁場勾配波形が用いられる。従って、理想的な磁
場勾配波形の適用から少しでも逸脱すると、画像歪み、
強度損失、ゴースト発生及び他のアーティファクトが導
入されるものと予測され得る。例えば、スライス選択磁
場勾配が１８０°ＲＦパルスの前後で均衡していなけれ
ば、核スピンの再位相合わせ(rephasing) が不完全にな
り、これに伴って信号の損失が生ずる。この影響が、マ
ルチ・エコー（Carr-Purcell-Meiboom-Gill ）シーケン
スにおける後のスピン・エコー内に混入する。加えて、
（勾配パルスの終了後の残留磁気に起因して）勾配磁場
がゼロであるべきときにゼロでないと、意図しない位相
分散によって、化学シフト・イメージング（ＣＳＩ）シ
ーケンスにおいてはスペクトルに歪みが生じ、マルチ・
エコー・シーケンスにおいてはスピン−スピン緩和時間
（Ｔ2 ）の決定が不正確になる可能性がある。従って、
当業者は、磁場勾配が発生されるときの精度に特に注意
を払っている。
在化スペクトル法に応用するとき、特定の領域を選択的
に励起すると共にＮＭＲ（核磁気共鳴）信号内に空間情
報をエンコードするために線形磁場勾配が利用されてい
る。ＮＭＲ実験の際には、特別に選択された時間変化を
有する磁場勾配波形が用いられる。従って、理想的な磁
場勾配波形の適用から少しでも逸脱すると、画像歪み、
強度損失、ゴースト発生及び他のアーティファクトが導
入されるものと予測され得る。例えば、スライス選択磁
場勾配が１８０°ＲＦパルスの前後で均衡していなけれ
ば、核スピンの再位相合わせ(rephasing) が不完全にな
り、これに伴って信号の損失が生ずる。この影響が、マ
ルチ・エコー（Carr-Purcell-Meiboom-Gill ）シーケン
スにおける後のスピン・エコー内に混入する。加えて、
（勾配パルスの終了後の残留磁気に起因して）勾配磁場
がゼロであるべきときにゼロでないと、意図しない位相
分散によって、化学シフト・イメージング（ＣＳＩ）シ
ーケンスにおいてはスペクトルに歪みが生じ、マルチ・
エコー・シーケンスにおいてはスピン−スピン緩和時間
（Ｔ2 ）の決定が不正確になる可能性がある。従って、
当業者は、磁場勾配が発生されるときの精度に特に注意
を払っている。
【０００４】磁場勾配の形成の歪みの一因は、クライオ
スタット（超伝導磁石を有する設計の場合）、シム・コ
イル系、又はＲＦコイルから勾配コイルを減結合するの
に用いられるＲＦシールド等の分極磁石内部の導電性構
造に勾配磁場が結合する場合に生じ得る。これら周囲構
造での電流の誘導は、渦電流として知られている。渦電
流によって、勾配コイルに対する台形電流パルスの印加
中及び印加後にそれぞれ、磁場勾配の指数的増大及び減
衰が典型的に観測される。
スタット（超伝導磁石を有する設計の場合）、シム・コ
イル系、又はＲＦコイルから勾配コイルを減結合するの
に用いられるＲＦシールド等の分極磁石内部の導電性構
造に勾配磁場が結合する場合に生じ得る。これら周囲構
造での電流の誘導は、渦電流として知られている。渦電
流によって、勾配コイルに対する台形電流パルスの印加
中及び印加後にそれぞれ、磁場勾配の指数的増大及び減
衰が典型的に観測される。
【０００５】米国特許第４，６９８，５９１号の「磁場
勾配の渦電流補償方法（A Method for Magnetic Field
Gradient Eddy Current Compensation）」では、勾配電
源装置内にアナログ・プリエンファシス・フィルタを用
いて、渦電流により誘起される勾配磁場の歪みを減少さ
せるような態様で勾配コイルに印加される電流を成形す
る方法が開示されている。このフィルタは、複数の指数
減衰成分と、システム較正中に設定すべき調節自在のポ
テンショメータとを含んでいる。システム較正に先立っ
て、未補正の磁場勾配のインパルス応答を測定する測定
手法が用いられ、次いで、プリエンファシス・フィルタ
についてポテンショメータ設定値が算出される。このよ
うな手法が米国特許第４，９５０，９９４号、同第４，
６９８，５９１号及び同第４，５９１，７８９号に記載
されている。
勾配の渦電流補償方法（A Method for Magnetic Field
Gradient Eddy Current Compensation）」では、勾配電
源装置内にアナログ・プリエンファシス・フィルタを用
いて、渦電流により誘起される勾配磁場の歪みを減少さ
せるような態様で勾配コイルに印加される電流を成形す
る方法が開示されている。このフィルタは、複数の指数
減衰成分と、システム較正中に設定すべき調節自在のポ
テンショメータとを含んでいる。システム較正に先立っ
て、未補正の磁場勾配のインパルス応答を測定する測定
手法が用いられ、次いで、プリエンファシス・フィルタ
についてポテンショメータ設定値が算出される。このよ
うな手法が米国特許第４，９５０，９９４号、同第４，
６９８，５９１号及び同第４，５９１，７８９号に記載
されている。
【０００６】ところで、鉄心の永久磁石又は鉄心強化型
超伝導磁石には、他の形式の勾配誘起による磁場摂動が
存在する。この摂動は、ヒステリシスとして知られてお
り、十分に研究されてきておらず、一般化された補正法
は完全には開発されていない。ヒステリシス現象を理解
するために、図２に示すバイポーラ勾配波形の効果を考
察する。鉄の磁化は図３に示す初期状態８にあるものと
仮定する。磁化の初期状態は、未磁化の状態と定義され
るが、この場合には、磁場が上昇した後で且つ一切の勾
配が印加される前の状態と考えられる。最初の傾斜の立
ち上がり（図２の１０）の間に、鉄心が受ける磁場Ｈと
共に、勾配コイルの電流が次第に増大する。この結果、
図３の曲線１１によって示すように、磁気誘導Ｂが磁場
Ｈにつれて増大する。しかしながら、勾配が図２の参照
番号１２で示すようにゼロまで下降するとき、磁気誘導
Ｂはゼロに回復しない。その代わりに、磁気誘導Ｂの磁
場への依存は、他の曲線１４によって特徴付けられる。
この現象は、ヒステリシスとして知られており、残留し
た磁気誘導（ΔＢ）は、レマネンス（remanence ）すな
わち残留磁気と呼ばれている。勾配が図２の参照番号１
６で示すように負値まで更に下降すると、磁気誘導Ｂは
曲線１８を辿る。その後の勾配傾斜２０によって、Ｈ対
Ｂ曲線２２が負の残留磁気（−ΔＢ）で終了する。以後
の勾配パルスは磁化をループ状に変化させ、このループ
はヒステリシス・ループとして知られている。
超伝導磁石には、他の形式の勾配誘起による磁場摂動が
存在する。この摂動は、ヒステリシスとして知られてお
り、十分に研究されてきておらず、一般化された補正法
は完全には開発されていない。ヒステリシス現象を理解
するために、図２に示すバイポーラ勾配波形の効果を考
察する。鉄の磁化は図３に示す初期状態８にあるものと
仮定する。磁化の初期状態は、未磁化の状態と定義され
るが、この場合には、磁場が上昇した後で且つ一切の勾
配が印加される前の状態と考えられる。最初の傾斜の立
ち上がり（図２の１０）の間に、鉄心が受ける磁場Ｈと
共に、勾配コイルの電流が次第に増大する。この結果、
図３の曲線１１によって示すように、磁気誘導Ｂが磁場
Ｈにつれて増大する。しかしながら、勾配が図２の参照
番号１２で示すようにゼロまで下降するとき、磁気誘導
Ｂはゼロに回復しない。その代わりに、磁気誘導Ｂの磁
場への依存は、他の曲線１４によって特徴付けられる。
この現象は、ヒステリシスとして知られており、残留し
た磁気誘導（ΔＢ）は、レマネンス（remanence ）すな
わち残留磁気と呼ばれている。勾配が図２の参照番号１
６で示すように負値まで更に下降すると、磁気誘導Ｂは
曲線１８を辿る。その後の勾配傾斜２０によって、Ｈ対
Ｂ曲線２２が負の残留磁気（−ΔＢ）で終了する。以後
の勾配パルスは磁化をループ状に変化させ、このループ
はヒステリシス・ループとして知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】以上の分析から、時間
依存性の磁場勾配パルスがイメージングに用いられると
きには、強磁性物質内に摂動磁場ΔＢが生じ得ることが
分かる。ヒステリシス効果が補償されなければ、多くの
画像アーティファクトが生じ得る。例えば、高速スピン
・エコー（ＦＳＥ）法における位相エンコーディング勾
配パルスによって誘起される残留磁気は、ｋ空間データ
に一貫していない位相誤差を生じさせて、画像ボケ及び
ゴーストを招く可能性がある。
依存性の磁場勾配パルスがイメージングに用いられると
きには、強磁性物質内に摂動磁場ΔＢが生じ得ることが
分かる。ヒステリシス効果が補償されなければ、多くの
画像アーティファクトが生じ得る。例えば、高速スピン
・エコー（ＦＳＥ）法における位相エンコーディング勾
配パルスによって誘起される残留磁気は、ｋ空間データ
に一貫していない位相誤差を生じさせて、画像ボケ及び
ゴーストを招く可能性がある。
【０００８】この問題は、米国特許第５，７２９，１３
９号で取り扱われている。この従来特許で提案されてい
る解決法は、残留磁気によって生ずる位相誤差を補正す
るものである。これを実現する１０通りの特定の方法が
提案されており、これらの方法のすべてが、特別な規定
されたパルス・シーケンス中の勾配パルス波形に対して
変更を必要としている。しかしながら、規定することの
出来るパルス・シーケンスに取り得る変形は無数にある
ので、この従来法の教示に従って各々のパルス・シーケ
ンスを変更することは実用的ではない。
９号で取り扱われている。この従来特許で提案されてい
る解決法は、残留磁気によって生ずる位相誤差を補正す
るものである。これを実現する１０通りの特定の方法が
提案されており、これらの方法のすべてが、特別な規定
されたパルス・シーケンス中の勾配パルス波形に対して
変更を必要としている。しかしながら、規定することの
出来るパルス・シーケンスに取り得る変形は無数にある
ので、この従来法の教示に従って各々のパルス・シーケ
ンスを変更することは実用的ではない。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、画像アーティ
ファクトを減少させるようにＭＲＩシステムの残留磁気
を制御するための方法及び装置である。より具体的に
は、ＭＲＩシステムは残留磁気補償機能を含んでおり、
この機能は、残留磁気を予め選択された状態に駆動し、
更に各々のいわゆるイメージング勾配に残留磁気リセッ
ト勾配波形を付加して残留磁気を該予め選択された状態
に戻すようにする。残留磁気は、各々の勾配波形が発生
された後に常に同じ値へ駆動されるので、取得されるＮ
ＭＲデータに生ずる位相誤差は、走査全体にわたって一
貫して同一となる。取得されたＮＭＲデータがフーリエ
変換を用いて濃淡画像に再構成されるときには、この一
定の位相誤差は実効的に不可視化されている。
ファクトを減少させるようにＭＲＩシステムの残留磁気
を制御するための方法及び装置である。より具体的に
は、ＭＲＩシステムは残留磁気補償機能を含んでおり、
この機能は、残留磁気を予め選択された状態に駆動し、
更に各々のいわゆるイメージング勾配に残留磁気リセッ
ト勾配波形を付加して残留磁気を該予め選択された状態
に戻すようにする。残留磁気は、各々の勾配波形が発生
された後に常に同じ値へ駆動されるので、取得されるＮ
ＭＲデータに生ずる位相誤差は、走査全体にわたって一
貫して同一となる。取得されたＮＭＲデータがフーリエ
変換を用いて濃淡画像に再構成されるときには、この一
定の位相誤差は実効的に不可視化されている。
【００１０】本発明は、商用ＭＲＩシステムにおいて具
現化するのが容易である。各々のイメージング勾配波形
に同一の残留磁気リセット勾配波形を付加することがで
きるので、複雑な計算は必要でなく、また、可能な各々
のパルス・シーケンスを逐一カスタマイズする必要もな
い。残留磁気リセット勾配波形は、走査中にＭＲＩシス
テムによって発生される各々のイメージング勾配波形の
終端に単純に付加される。
現化するのが容易である。各々のイメージング勾配波形
に同一の残留磁気リセット勾配波形を付加することがで
きるので、複雑な計算は必要でなく、また、可能な各々
のパルス・シーケンスを逐一カスタマイズする必要もな
い。残留磁気リセット勾配波形は、走査中にＭＲＩシス
テムによって発生される各々のイメージング勾配波形の
終端に単純に付加される。
【００１１】
【発明の一般的な説明】ＭＲＩシステムにおいて、図４
に示すような一連の次第に減少する振幅を有する勾配波
形２４、２５、２６及び２７が印加された場合、このＭ
ＲＩシステム内の強磁性構造は、図５に示すようにそれ
ぞれのヒステリシス曲線２８、２９、３０及び３１に沿
って駆動される。最大振幅の勾配パルスが最初に印加さ
れているので、残留磁気は、各々の勾配波形が印加され
た後に点３２の同じ値に戻る。図から分かるように、相
対的に小さい勾配パルスのヒステリシス・ループは、第
１の勾配パルス２４の相対的に大きいヒステリシス・ル
ープ２８内に入れ子式になっている。第１の勾配パルス
２４がＭＲＩシステムに可能な最大の振幅である場合、
以降のすべての正の勾配パルスによって同じレベルΔＢ
s,max の残留磁気が残る。一連の負の勾配波形が発生さ
れるときにも同じ結果が生ずるが、この場合には、残留
磁気の値は−ΔＢs,max となり、この値に留まる。
に示すような一連の次第に減少する振幅を有する勾配波
形２４、２５、２６及び２７が印加された場合、このＭ
ＲＩシステム内の強磁性構造は、図５に示すようにそれ
ぞれのヒステリシス曲線２８、２９、３０及び３１に沿
って駆動される。最大振幅の勾配パルスが最初に印加さ
れているので、残留磁気は、各々の勾配波形が印加され
た後に点３２の同じ値に戻る。図から分かるように、相
対的に小さい勾配パルスのヒステリシス・ループは、第
１の勾配パルス２４の相対的に大きいヒステリシス・ル
ープ２８内に入れ子式になっている。第１の勾配パルス
２４がＭＲＩシステムに可能な最大の振幅である場合、
以降のすべての正の勾配パルスによって同じレベルΔＢ
s,max の残留磁気が残る。一連の負の勾配波形が発生さ
れるときにも同じ結果が生ずるが、この場合には、残留
磁気の値は−ΔＢs,max となり、この値に留まる。
【００１２】本発明は、ＭＲ走査の全体にわたって残留
磁気を±ΔＢs,max に容易に維持することができるとい
う事実を認識し、この事実を利用している。この一貫し
た残留磁気によって生ずる位相誤差は、再構成後の濃淡
画像では一切見えない。なぜならば、再構成がフーリエ
変換法を用いて行われるからである。
磁気を±ΔＢs,max に容易に維持することができるとい
う事実を認識し、この事実を利用している。この一貫し
た残留磁気によって生ずる位相誤差は、再構成後の濃淡
画像では一切見えない。なぜならば、再構成がフーリエ
変換法を用いて行われるからである。
【００１３】本発明は、多くの方法で具現化することが
できる。走査の開始時に、残留磁気を＋ΔＢs,max 又は
−ΔＢs,max のいずれかに変化させるような勾配パルス
を印加する。必要があれば、このようなパルスを、３つ
すべての軸上で相次いで又は同時に印加することができ
る。次いで、イメージング・パルス・シーケンス中に勾
配波形が発生されるとき、必要に応じて残留リセット勾
配波形を勾配波形に付加して、残留磁気を±ΔＢs,max
に戻す。例えば、＋ΔＢs,max を選択した場合には、残
留磁気リセット勾配波形は、イメージング・パルス・シ
ーケンス中に発生される各々の負の勾配パルスに続く極
めて短い持続時間の最大振幅の正の勾配パルスである。
イメージング勾配パルスの極性が正であれば、残留磁気
リセット・パルスは、図５について上述した理論に従っ
て省略してよい。しかしながら、イメージング勾配パル
スの極性が負である場合は、リセット・パルスを印加し
なければならない。
できる。走査の開始時に、残留磁気を＋ΔＢs,max 又は
−ΔＢs,max のいずれかに変化させるような勾配パルス
を印加する。必要があれば、このようなパルスを、３つ
すべての軸上で相次いで又は同時に印加することができ
る。次いで、イメージング・パルス・シーケンス中に勾
配波形が発生されるとき、必要に応じて残留リセット勾
配波形を勾配波形に付加して、残留磁気を±ΔＢs,max
に戻す。例えば、＋ΔＢs,max を選択した場合には、残
留磁気リセット勾配波形は、イメージング・パルス・シ
ーケンス中に発生される各々の負の勾配パルスに続く極
めて短い持続時間の最大振幅の正の勾配パルスである。
イメージング勾配パルスの極性が正であれば、残留磁気
リセット・パルスは、図５について上述した理論に従っ
て省略してよい。しかしながら、イメージング勾配パル
スの極性が負である場合は、リセット・パルスを印加し
なければならない。
【００１４】後述する好ましい実施例では、残留磁気リ
セット勾配波形は、図６に示すようなバイポーラ勾配波
形である。この波形は、負のローブ３６及びこの後に続
く同様な正のローブ３７を含んでおり、第ゼロ勾配モー
メントを維持する。勾配ローブ３６及び３７は可能な最
大の振幅を有し、これらの勾配の持続時間は可能な限り
短くする。パルスの短さは、主として勾配増幅器のスル
ー・レート（slew rate ）によって決定される。
セット勾配波形は、図６に示すようなバイポーラ勾配波
形である。この波形は、負のローブ３６及びこの後に続
く同様な正のローブ３７を含んでおり、第ゼロ勾配モー
メントを維持する。勾配ローブ３６及び３７は可能な最
大の振幅を有し、これらの勾配の持続時間は可能な限り
短くする。パルスの短さは、主として勾配増幅器のスル
ー・レート（slew rate ）によって決定される。
【００１５】図６の残留磁気リセット勾配波形の正のロ
ーブ３７は、残留磁気を＋ΔＢs,ma x に駆動する。負の
勾配ローブ３６は、正の勾配ローブ３７と面積が等し
く、波形全体の正味の面積がゼロとなるようにする。こ
れにより、横磁化の正味の位相を乱さずに残留磁気リセ
ット勾配波形をイメージング勾配波形に付加することが
可能になる。−ΔＢs,max の残留磁気が選択される場合
には、勾配ローブ３６及び３７の極性を入れ替えて、最
後の勾配ローブが残留磁気を−ΔＢs,max に駆動するよ
うにする。
ーブ３７は、残留磁気を＋ΔＢs,ma x に駆動する。負の
勾配ローブ３６は、正の勾配ローブ３７と面積が等し
く、波形全体の正味の面積がゼロとなるようにする。こ
れにより、横磁化の正味の位相を乱さずに残留磁気リセ
ット勾配波形をイメージング勾配波形に付加することが
可能になる。−ΔＢs,max の残留磁気が選択される場合
には、勾配ローブ３６及び３７の極性を入れ替えて、最
後の勾配ローブが残留磁気を−ΔＢs,max に駆動するよ
うにする。
【００１６】当業者には、残留磁気リセット勾配波形が
多くの異なる形状を有し得ることが明らかであろう。例
えば、残留磁気リセット勾配波形は、各々のローブが最
大勾配振幅にあるような正弦波の形状であってよい。ま
た、イメージング・パルス・シーケンスが再集束ＲＦパ
ルスを含んでいるときには、残留磁気リセット勾配波形
を２つの部分に分割して、一方のローブを再集束パルス
の前に印加し、他方のローブを再集束パルスの後に印加
するようにすることができる。スピン磁化は再集束パル
スによって極性を反転させられるので、２つのリセット
勾配ローブの極性は同じにする。
多くの異なる形状を有し得ることが明らかであろう。例
えば、残留磁気リセット勾配波形は、各々のローブが最
大勾配振幅にあるような正弦波の形状であってよい。ま
た、イメージング・パルス・シーケンスが再集束ＲＦパ
ルスを含んでいるときには、残留磁気リセット勾配波形
を２つの部分に分割して、一方のローブを再集束パルス
の前に印加し、他方のローブを再集束パルスの後に印加
するようにすることができる。スピン磁化は再集束パル
スによって極性を反転させられるので、２つのリセット
勾配ローブの極性は同じにする。
【００１７】
【好適実施例の説明】図１には、本発明を組み込んだ好
ましいＭＲＩシステムの主要な構成要素が示されてい
る。システムの動作は、キーボード及び制御パネル１０
２及び表示装置１０４を含んでいるオペレータ・コンソ
ール１００によって制御される。コンソール１００はリ
ンク１１６を介して独立したコンピュータ・システム１
０７と接続されており、コンピュータ・システム１０７
により、操作者はスクリーン１０４上での画像の形成及
び表示を制御することが可能になる。コンピュータ・シ
ステム１０７は、バックプレーンを介して互いに連絡す
る幾つかのモジュールを含んでいる。これらのモジュー
ルには、画像プロセッサ・モジュール１０６と、ＣＰＵ
モジュール１０８と、画像データ配列を記憶するフレー
ム・バッファとして当業界で公知のメモリ・モジュール
１１３とが含まれている。コンピュータ・システム１０
７は、画像データ及びプログラムを記憶するためのディ
スク記憶装置１１１及びテープ・ドライブ１１２に結合
されており、また、高速シリアル・リンク１１５を介し
て別個のシステム制御部１２２と通信する。
ましいＭＲＩシステムの主要な構成要素が示されてい
る。システムの動作は、キーボード及び制御パネル１０
２及び表示装置１０４を含んでいるオペレータ・コンソ
ール１００によって制御される。コンソール１００はリ
ンク１１６を介して独立したコンピュータ・システム１
０７と接続されており、コンピュータ・システム１０７
により、操作者はスクリーン１０４上での画像の形成及
び表示を制御することが可能になる。コンピュータ・シ
ステム１０７は、バックプレーンを介して互いに連絡す
る幾つかのモジュールを含んでいる。これらのモジュー
ルには、画像プロセッサ・モジュール１０６と、ＣＰＵ
モジュール１０８と、画像データ配列を記憶するフレー
ム・バッファとして当業界で公知のメモリ・モジュール
１１３とが含まれている。コンピュータ・システム１０
７は、画像データ及びプログラムを記憶するためのディ
スク記憶装置１１１及びテープ・ドライブ１１２に結合
されており、また、高速シリアル・リンク１１５を介し
て別個のシステム制御部１２２と通信する。
【００１８】システム制御部１２２は、バックプレーン
１１８によって互いに接続されている一組のモジュール
を含んでいる。これらのモジュールには、ＣＰＵモジュ
ール１１９とパルス発生器モジュール１２１とが含まれ
ており、パルス発生器モジュール１２１はシリアル・リ
ンク１２５を介してオペレータ・コンソール１００に接
続されている。リンク１２５を介して、システム制御部
１２２は実行されるべき走査シーケンスを指示する命令
（コマンド）を操作者から受け取る。パルス発生器モジ
ュール１２１は、システムの構成要素を動作させて、所
望の走査シーケンスを実行させる。パルス発生器モジュ
ール１２１は、発生されるべきＲＦパルスのタイミン
グ、大きさ及び形状、並びにデータ取得ウィンドウのタ
イミング及び長さを指示するデータを発生する。パルス
発生器モジュール１２１は、勾配補償システム１２９を
介して一組の勾配増幅器１２７に接続されており、走査
中に発生される勾配パルスのタイミング及び形状を指示
する。パルス発生器モジュール１２１はまた走査室イン
タフェイス回路１３３に接続されており、走査室インタ
フェイス回路１３３は、患者及び磁石システムの状態に
関連した様々なセンサからの信号を受信する。走査室イ
ンタフェイス回路１３３を介して、患者位置決めシステ
ム１３４もまた、走査に望ましい位置に患者を移動させ
るための命令を受信する。
１１８によって互いに接続されている一組のモジュール
を含んでいる。これらのモジュールには、ＣＰＵモジュ
ール１１９とパルス発生器モジュール１２１とが含まれ
ており、パルス発生器モジュール１２１はシリアル・リ
ンク１２５を介してオペレータ・コンソール１００に接
続されている。リンク１２５を介して、システム制御部
１２２は実行されるべき走査シーケンスを指示する命令
（コマンド）を操作者から受け取る。パルス発生器モジ
ュール１２１は、システムの構成要素を動作させて、所
望の走査シーケンスを実行させる。パルス発生器モジュ
ール１２１は、発生されるべきＲＦパルスのタイミン
グ、大きさ及び形状、並びにデータ取得ウィンドウのタ
イミング及び長さを指示するデータを発生する。パルス
発生器モジュール１２１は、勾配補償システム１２９を
介して一組の勾配増幅器１２７に接続されており、走査
中に発生される勾配パルスのタイミング及び形状を指示
する。パルス発生器モジュール１２１はまた走査室イン
タフェイス回路１３３に接続されており、走査室インタ
フェイス回路１３３は、患者及び磁石システムの状態に
関連した様々なセンサからの信号を受信する。走査室イ
ンタフェイス回路１３３を介して、患者位置決めシステ
ム１３４もまた、走査に望ましい位置に患者を移動させ
るための命令を受信する。
【００１９】パルス発生器モジュール１２１によって発
生される勾配波形は、後に詳述するように勾配補償シス
テム１２９によって補償されて、Ｇx 増幅器とＧy 増幅
器とＧz 増幅器とで構成されている勾配増幅器システム
１２７に印加される。各々の勾配増幅器は、対応する勾
配コイル（図示されていない）を励起する。当業界で周
知のように、勾配コイルは、取得される信号を空間的に
エンコードするのに用いられる線形磁場勾配を発生す
る。また、磁石アセンブリ１４１が、分極用磁石（図示
されていない）と全身型ＲＦコイル（図示されていな
い）を含んでいる。好ましい実施例では、分極磁場は、
米国特許第５，６５２，５１７号「ＭＲＩ装置用の磁石
アセンブリ（Magnet Assembly For MRI Apparatus ）」
に記載されているように、永久磁石、及び磁場を成形す
ると共に方向付けるのに用いられる付設の鉄心によって
形成される。これらの要素は、勾配磁場によって磁化さ
れて、本発明が扱う問題を生ずるものである。但し、本
発明は、鉄心強化型超伝導磁石等のその他の磁石構造に
も応用可能である。
生される勾配波形は、後に詳述するように勾配補償シス
テム１２９によって補償されて、Ｇx 増幅器とＧy 増幅
器とＧz 増幅器とで構成されている勾配増幅器システム
１２７に印加される。各々の勾配増幅器は、対応する勾
配コイル（図示されていない）を励起する。当業界で周
知のように、勾配コイルは、取得される信号を空間的に
エンコードするのに用いられる線形磁場勾配を発生す
る。また、磁石アセンブリ１４１が、分極用磁石（図示
されていない）と全身型ＲＦコイル（図示されていな
い）を含んでいる。好ましい実施例では、分極磁場は、
米国特許第５，６５２，５１７号「ＭＲＩ装置用の磁石
アセンブリ（Magnet Assembly For MRI Apparatus ）」
に記載されているように、永久磁石、及び磁場を成形す
ると共に方向付けるのに用いられる付設の鉄心によって
形成される。これらの要素は、勾配磁場によって磁化さ
れて、本発明が扱う問題を生ずるものである。但し、本
発明は、鉄心強化型超伝導磁石等のその他の磁石構造に
も応用可能である。
【００２０】システム制御部１２２内の送受信器モジュ
ール１５０がパルスを発生し、これらのパルスは、ＲＦ
増幅器１５１によって増幅されて、送信／受信（Ｔ／
Ｒ）スイッチ１５４によって磁石アセンブリ１４１内の
ＲＦコイルに結合される。この結果として、患者の体内
の励起された核によって発生される信号は、同じＲＦコ
イルによって検知されて、送信／受信スイッチ１５４を
介して前置増幅器１５３に結合される。増幅されたＮＭ
Ｒ信号は、送受信器１５０の受信器部において復調さ
れ、濾波され、ディジタル化される。送信／受信スイッ
チ１５４は、パルス発生器モジュール１２１からの信号
によって制御されて、送信モード時にはＲＦ増幅器１５
１をＲＦコイルに電気的に接続し、受信モード時には前
置増幅器１５３をＲＦコイルに電気的に接続する。送信
／受信スイッチ１５４はまた、送信モード又は受信モー
ドのいずれの場合にも、分離型ＲＦコイル（例えば、頭
部コイル又は表面コイル）を用いることを可能にする。
ール１５０がパルスを発生し、これらのパルスは、ＲＦ
増幅器１５１によって増幅されて、送信／受信（Ｔ／
Ｒ）スイッチ１５４によって磁石アセンブリ１４１内の
ＲＦコイルに結合される。この結果として、患者の体内
の励起された核によって発生される信号は、同じＲＦコ
イルによって検知されて、送信／受信スイッチ１５４を
介して前置増幅器１５３に結合される。増幅されたＮＭ
Ｒ信号は、送受信器１５０の受信器部において復調さ
れ、濾波され、ディジタル化される。送信／受信スイッ
チ１５４は、パルス発生器モジュール１２１からの信号
によって制御されて、送信モード時にはＲＦ増幅器１５
１をＲＦコイルに電気的に接続し、受信モード時には前
置増幅器１５３をＲＦコイルに電気的に接続する。送信
／受信スイッチ１５４はまた、送信モード又は受信モー
ドのいずれの場合にも、分離型ＲＦコイル（例えば、頭
部コイル又は表面コイル）を用いることを可能にする。
【００２１】ＲＦコイルによって検知されたＮＭＲ信号
は、送受信器モジュール１５０によってディジタル化さ
れて、システム制御部１２２内のメモリ・モジュール１
６０へ転送される。走査が完了してデータ・アレイの全
体がメモリ・モジュール１６０内に取得されたときに、
アレイ・プロセッサ１６１が動作して、このデータを画
像データ・アレイへ変換する。この画像データの集合
は、シリアル・リンク１１５を介してコンピュータ・シ
ステム１０７へ伝送されて、ここで、ディスク・メモリ
１１１に記憶される。オペレータ・コンソール１００か
ら受信された命令に応答して、この画像データを外部ド
ライブ１１２に保管してもよいし、又は後に詳述するよ
うに画像プロセッサ１０６によって更に処理してオペレ
ータ・コンソール１００へ伝送して、表示装置１０４に
表示してもよい。
は、送受信器モジュール１５０によってディジタル化さ
れて、システム制御部１２２内のメモリ・モジュール１
６０へ転送される。走査が完了してデータ・アレイの全
体がメモリ・モジュール１６０内に取得されたときに、
アレイ・プロセッサ１６１が動作して、このデータを画
像データ・アレイへ変換する。この画像データの集合
は、シリアル・リンク１１５を介してコンピュータ・シ
ステム１０７へ伝送されて、ここで、ディスク・メモリ
１１１に記憶される。オペレータ・コンソール１００か
ら受信された命令に応答して、この画像データを外部ド
ライブ１１２に保管してもよいし、又は後に詳述するよ
うに画像プロセッサ１０６によって更に処理してオペレ
ータ・コンソール１００へ伝送して、表示装置１０４に
表示してもよい。
【００２２】送受信器１５０に関する更なる詳細につい
ては、米国特許第４，９５２，８７７号及び同第４，９
９２，７３６号に記載されている。これらの特許はここ
に参照されるべきものである。
ては、米国特許第４，９５２，８７７号及び同第４，９
９２，７３６号に記載されている。これらの特許はここ
に参照されるべきものである。
【００２３】図１及び図７について詳細に説明する。本
発明は、パルス発生器モジュール１２１及び勾配補償シ
ステム１２９において具現される。勾配補償システム１
２９は波形メモリ２００を含んでおり、波形メモリ２０
０は、図６の残留磁気リセット勾配波形をディジタル形
態で記憶する。コントローラ２０２が制御バス２０４を
介してパルス発生器モジュール１２１から命令を受け取
ると、この記憶されている波形がコントローラ２０２に
よって読み出される。
発明は、パルス発生器モジュール１２１及び勾配補償シ
ステム１２９において具現される。勾配補償システム１
２９は波形メモリ２００を含んでおり、波形メモリ２０
０は、図６の残留磁気リセット勾配波形をディジタル形
態で記憶する。コントローラ２０２が制御バス２０４を
介してパルス発生器モジュール１２１から命令を受け取
ると、この記憶されている波形がコントローラ２０２に
よって読み出される。
【００２４】波形メモリ２００から読み出されたディジ
タル値は、データ・バス２１０を介して１つ又はそれ以
上のＤ／Ａ変換器２０６、２０７及び２０８へ印加され
る。コントローラ２０２は、適当なＤ／Ａ変換器２０６
〜２０８をイネーブルにし、メモリ２００から波形を読
み込んで、１つ又はそれ以上のＤ／Ａ変換器２０６〜２
０８の出力に図６のアナログ形式の波形を発生する。こ
れらの出力が、それぞれｘ軸、ｙ軸及びｚ軸の勾配増幅
器１２７を駆動する。
タル値は、データ・バス２１０を介して１つ又はそれ以
上のＤ／Ａ変換器２０６、２０７及び２０８へ印加され
る。コントローラ２０２は、適当なＤ／Ａ変換器２０６
〜２０８をイネーブルにし、メモリ２００から波形を読
み込んで、１つ又はそれ以上のＤ／Ａ変換器２０６〜２
０８の出力に図６のアナログ形式の波形を発生する。こ
れらの出力が、それぞれｘ軸、ｙ軸及びｚ軸の勾配増幅
器１２７を駆動する。
【００２５】イメージング・パルス・シーケンスが図１
のＭＲＩシステムによって実行されるときには、パルス
発生器モジュール１２１は、データ・バス２１０上にイ
メージング勾配波形を形成し、これらの波形を適当なＤ
／Ａ変換器２０６〜２０８へ印加する。次いで、コント
ローラ２０２が制御バス２０４から図６に示すような残
留磁気リセット勾配波形を付加するように信号で指示さ
れる。コントローラ２０２は、メモリ２００から適当な
波形を読み込んで、この波形を適当なＤ／Ａ変換器２０
６〜２０８へ印加する。上で議論したように、残留磁気
リセット勾配波形は、パルス発生器モジュール１２１に
よって形成される各々のイメージング波形の後に付加し
てもよいし、又は選択されたプラス若しくはマイナスの
ΔＢs,ma x と反対の極性の勾配ローブを有する波形の後
にのみ付加してもよい。
のＭＲＩシステムによって実行されるときには、パルス
発生器モジュール１２１は、データ・バス２１０上にイ
メージング勾配波形を形成し、これらの波形を適当なＤ
／Ａ変換器２０６〜２０８へ印加する。次いで、コント
ローラ２０２が制御バス２０４から図６に示すような残
留磁気リセット勾配波形を付加するように信号で指示さ
れる。コントローラ２０２は、メモリ２００から適当な
波形を読み込んで、この波形を適当なＤ／Ａ変換器２０
６〜２０８へ印加する。上で議論したように、残留磁気
リセット勾配波形は、パルス発生器モジュール１２１に
よって形成される各々のイメージング波形の後に付加し
てもよいし、又は選択されたプラス若しくはマイナスの
ΔＢs,ma x と反対の極性の勾配ローブを有する波形の後
にのみ付加してもよい。
【図１】本発明を採用するＭＲＩシステムのブロック図
である。
である。
【図２】図１のＭＲＩシステムによって発生されるイメ
ージング勾配波形の一例を示す波形図である。
ージング勾配波形の一例を示す波形図である。
【図３】図２のイメージング勾配波形によって形成され
るヒステリシス曲線を示す単純化されたグラフである。
るヒステリシス曲線を示す単純化されたグラフである。
【図４】本発明の基礎を成す理論を説明するのに用いら
れる一連の勾配波形を示す波形図である。
れる一連の勾配波形を示す波形図である。
【図５】図４の勾配によって形成されるヒステリシス曲
線を示すグラフである。
線を示すグラフである。
【図６】図１のＭＲＩシステムに用いられる残留磁気リ
セット勾配波形の好ましい実施例を示す波形図である。
セット勾配波形の好ましい実施例を示す波形図である。
【図７】図１のＭＲＩシステムの一部を形成する勾配補
償システムの電気ブロック図である。
償システムの電気ブロック図である。
１００ オペレータ・コンソール １０２ キーボード及び制御パネル １０４ 表示装置 １０６ 画像プロセッサ・モジュール １０７ コンピュータ・システム １０８、１１９ ＣＰＵモジュール １１１ ディスク記憶装置 １１２ テープ・ドライブ １１３、１６０ メモリ・モジュール １１５ 高速シリアル・リンク １１６ リンク １１８ バックプレーン １２１ パルス発生器モジュール １２２ システム制御部 １２５ シリアル・リンク １２７ 勾配増幅器システム １２９ 勾配補償システム １３３ 走査室インタフェイス回路 １３４ 患者位置決めシステム １４１ 磁石アセンブリ １５０ 送受信器 １５１ ＲＦ増幅器 １５３ 前置増幅器 １５４ 送信／受信スイッチ １６１ アレイ・プロセッサ ２００ 波形メモリ ２０２ コントローラ ２０４ 制御バス ２０６、２０７、２０８ Ｄ／Ａ変換器 ２１０ データ・バス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クシアオホング・ゾー アメリカ合衆国、ウィスコンシン州、フラ ンクリン、サウス・ライアン・グリーン・ コート、9517番 (72)発明者 グリーム・コリン・マッキンノン アメリカ合衆国、ウィスコンシン州、ハー トランド、オールド・スティープル・ロー ド、エヌ49・ダブリュ31157
Claims (17)
- 【請求項１】 走査時に磁気共鳴画像データを取得する
のに用いられるイメージング勾配波形により生じる磁気
共鳴イメージング・システム内の残留磁気に起因する磁
気共鳴画像の画像アーティファクトを減少させる方法で
あって、 前記磁気共鳴イメージング・システム内の残留磁気を予
め選択された値へ駆動する工程と、 前記走査時にイメージング勾配波形に残留磁気リセット
勾配波形を付加することにより、前記磁気共鳴画像デー
タが前記走査時に取得されるときの前記残留磁気を前記
予め選択された値に維持する工程とを有する前記方法。 - 【請求項２】 前記予め選択された値は、前記イメージ
ング勾配波形により発生され得る最大残留磁気である請
求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 前記残留磁気リセット勾配波形は、前記
走査時に発生されるすべてのイメージング勾配波形に付
加される請求項１に記載の方法。 - 【請求項４】 前記残留磁気リセット勾配波形は、反対
の極性を有する２つの同一の勾配ローブを有する請求項
１に記載の方法。 - 【請求項５】 前記各々の勾配ローブは、前記磁気共鳴
イメージング・システムに可能な最大の勾配磁場を発生
する請求項４に記載の方法。 - 【請求項６】 前記各々の勾配ローブは、持続時間が可
能な限り短い請求項５に記載の方法。 - 【請求項７】 残留磁気リセット勾配波形をイメージン
グ勾配波形に付加する前記工程は、該イメージング勾配
波形の形状を変更する工程を含んでいる請求項１に記載
の方法。 - 【請求項８】 前記イメージング勾配波形の持続時間が
変更される請求項７に記載の方法。 - 【請求項９】 前記イメージング勾配波形の持続時間が
増大される請求項８に記載の方法。 - 【請求項１０】 前記イメージング勾配波形の持続時間
が減少される請求項８に記載の方法。 - 【請求項１１】 パルス発生器により発生されるイメー
ジング勾配波形に応答して走査時にイメージング磁場勾
配を発生する勾配システムを有している磁気共鳴イメー
ジング・システムにおいて、 前記勾配システムに結合されていて、各々のイメージン
グ磁場勾配の発生の後に残留磁気補償磁場勾配を発生す
る勾配補償システムを備え、 当該磁気共鳴イメージング・システム内の残留磁気が、
前記走査の全体にわたって、予め選択された最大レベル
に維持されることを特徴とする磁気共鳴イメージング・
システム。 - 【請求項１２】 前記勾配補償システムは、前記走査時
に発生される各々のイメージング磁場の後に前記残留磁
気補償磁場を発生するように前記勾配システムに指令す
る請求項１１に記載の磁気共鳴イメージング・システ
ム。 - 【請求項１３】 前記勾配補償システムは、反対の極性
の２つの同一のローブを有する残留磁気リセット勾配波
形を発生する請求項１１に記載の磁気共鳴イメージング
・システム。 - 【請求項１４】 各々の前記ローブが、前記磁気共鳴イ
メージング・システムに可能な最大の振幅を有する請求
項１３に記載の磁気共鳴イメージング・システム。 - 【請求項１５】 前記勾配補償システムは、少なくとも
部分的には前記イメージング磁場勾配を変化させること
により、前記残留磁気リセット磁場勾配を発生する請求
項１１に記載の磁気共鳴イメージング・システム。 - 【請求項１６】 前記イメージング磁場勾配は、その持
続時間を減少させることにより変更される請求項１５に
記載の磁気共鳴イメージング・システム。 - 【請求項１７】 前記イメージング磁場勾配は、その持
続時間を増大させることにより変更される請求項１５に
記載の磁気共鳴イメージング・システム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/197858 | 1998-11-23 | ||
| US09/197,858 US6043656A (en) | 1998-11-23 | 1998-11-23 | Method for compensating an MRI system for residual magnetization |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000166898A true JP2000166898A (ja) | 2000-06-20 |
| JP4519967B2 JP4519967B2 (ja) | 2010-08-04 |
Family
ID=22731024
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32622699A Expired - Fee Related JP4519967B2 (ja) | 1998-11-23 | 1999-11-17 | 磁気共鳴イメージング・システム内の残留磁気を補償する方法及び磁気共鳴イメージング・システム |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6043656A (ja) |
| EP (1) | EP1004893B1 (ja) |
| JP (1) | JP4519967B2 (ja) |
| KR (1) | KR100671090B1 (ja) |
| CN (1) | CN1199044C (ja) |
| DE (1) | DE69931582T2 (ja) |
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