JP2000185028A - Mrトモグラフィ装置の磁石システムをシミングするための方法およびこの方法を実行するためのmrトモグラフィ装置 - Google Patents

Mrトモグラフィ装置の磁石システムをシミングするための方法およびこの方法を実行するためのmrトモグラフィ装置

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JP2000185028A JP11363039A JP36303999A JP2000185028A JP 2000185028 A JP2000185028 A JP 2000185028A JP 11363039 A JP11363039 A JP 11363039A JP 36303999 A JP36303999 A JP 36303999A JP 2000185028 A JP2000185028 A JP 2000185028A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 シム電流を与えられる少なくとも1つのシム
チャネルを有するMRトモグラフィ装置における磁石シ
ステムのシミングを行う方法において、多くの同時に存
在するk空間経路において、測定される核共鳴信号への
基本磁界の不均一性の影響を減ずる。 【解決手段】 シム電流がk空間経路の寿命の間に変更
される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、MRトモグラフィ
装置の磁石システムをシミングするための方法およびこ
の方法を実行するためのMRトモグラフィ装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】MRトモグラフィ装置では、基本磁界の
均等性が決定的な因子である。相応の磁石設計および固
定的なシム装置、例えば適当な個所に取付けられた強磁
性材料により画定された体積の中で、所定の磁界均等性
が達成される。以下では測定体積と呼ぶこの体積は、典
型的に50cmと60cmとの間の直径を有する球であ
る。それとならんでMRトモグラフィ装置には、通常シ
ムコイルが存在しており、それにより像データ測定の直
前に磁界のもう一度改善されたシミングが達成される。
通常その際に、存在する不均等性を測定するため、局所
化されない励起の後に、核共鳴装置のアンテナにより受
信される全ての核共鳴信号が利用される。このようなシ
ミングは以下で“グローバルな”シミングとも呼ばれ
る。
【0003】米国特許第 4,700,136号明細書から、均等
性を設定するために、後に本来の測定も行われる領域か
らの信号のみが利用されるならば、均等性が局所的にな
お一層改善されることは知られている。この領域は、以
下では目的領域と呼ばれる。基本磁界の局所的なシミン
グのために適する方法は、例えば米国特許第 5,614,827
号明細書から知られている。シミングの目的はこれま
で、全ての像データ測定の間に基本磁界の中の不均等性
をシムコイルにより発生される磁界により補償すること
であった。しかし局所的なシミングは特定の領域にしか
作用しない。すなわち特定のシム電流設定により、特定
の領域内の基本磁界中の不均等性は補償できるが、他の
領域内の基本磁界中の不均等性は補償できない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、多く
の同時に存在するk空間経路において、測定される核共
鳴信号への基本磁界の不均等性の影響を減ずることであ
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】この課題は、本発明によ
れば、請求項1の特徴により解決される。k空間経路の
寿命の間のシム電流が変更可能性により、種々の同時に
存在するk空間経路に、励起または読出し時点またはk
空間経路が相異なっているかぎり、個別に影響を与える
可能性が生ずる。k空間経路とはその際に下記のように
定義されているk空間の中の信号位置の時間的な経過を
意味する: kx=γ∫Gx・x・dt ky=γ∫Gy・y・dt ky=γ∫Gz・z・dt その際にGx、Gy、Gzは勾配システムにより発生さ
れる(所望の)勾配を表すだけでなく、磁界の不均等性
を一緒に含んでいる。x、y、zは直角座標系の中の座
標を表し、またγは磁気回転定数である。本発明は、基
本磁界の均等性がMRシーケンスの励起および読出し位
相の間のみ重要であるという認識から出発する。励起お
よび読出しなしの時間間隔の中では、どの時間的展開の
中でスピンデフェージングが影響されるかは重要でな
い。一般に、読出し時点でシム磁界により基本磁界の不
均等性により惹起されるデフェージングが励起と読出し
との間の時間間隔にわたる時間積分として補償されてい
ることに注意しさえすればよい。
【0006】本発明の有利な実施態様は従属請求項にあ
げられている。
【0007】
【実施例】以下、本発明の実施例を図1ないし4により
一層詳細に説明する。
【0008】図1による概要図はそのつどの勾配の方向
を表すべき同じく記入されている直角座標系x、y、z
によるy方向に磁界勾配Gyを発生するための勾配コイ
ルの配置を示す。勾配コイルは保持管1の上に固定され
ている鞍形コイルとして構成されている。導体部分2a
により球状の検査体積11の内側にy方向のほぼ一定な
磁界勾配Gyが発生される。戻り導体は、検査体積11
からの距離がより大きいので、そこに無視可能な成分の
みを発生する。x磁界勾配に対する勾配コイルはy磁界
勾配に対する勾配コイル2と同一に構成されており、ま
た単に保持管1の上で90°だけ方位方向に回転されて
いる。従って、図面を見易くするため、それらは図1中
に示されていない。
【0009】図1中にはさらに、同じく鞍形コイルとし
て構成されているシムコイル4ないし6の概要が示され
ている。シムコイルの設計に関する実施例は、例えば米
国特許第3,569,823号明細書に示されている。各々のシ
ムコイル4ないし6に、各シムコイル4ないし6に電流
I1ないしI3を供給するそれぞれ電流供給源SH1な
いしSH3が対応付けられている。電流I1ないしI3
は計算ユニットCを介して制御可能である。
【0010】z方向の磁界勾配に対する勾配コイル3
は、図2中に概要を示されている。これらのコイルはリ
ング状に構成されており、また検査体積11の中心点に
対して対称に配置されている。両方の個別コイル3aお
よび3bは図2中に示されている方法で逆向きの方向に
流されており、それらはz方向の磁界勾配を惹起する。
さらに図2中には、この場合にはリング状の別のシムコ
イル7ないし9が再び概要図で示されており、これらの
シムコイルは同じく電流供給源SH4ないしSH6を介
して電流I4ないしI6を与えられる。電流I4ないし
I6は再び計算ユニットCにより制御可能である。
【0011】図1および2にはさらに勾配コイル2、3
に対する電流供給源Vが示されている。そのつどの勾配
コイル2、3を通る電流Iは測定シーケンスを予め定め
るパルス発生器Pおよび電流に対する発生器Oにより決
定され、その際にパルス発生器Pおよび発生器Oの出力
信号はオフセット電流を重畳するために加算される。発
生器Oは同じく計算ユニットCにより制御される。
【0012】図2中にはさらに、図1中では図面を見易
くするため省略した信号取得のための要素が、その概要
を示されている。アンテナ15により高周波信号が検査
対象物の上に入射され、また核共鳴信号がこのアンテナ
により受信される。送信−受信ユニット16の中で送信
信号が発生され、そして受信された核共鳴信号が位相に
相応して復調される。復調された核共鳴信号は、評価回
路17の中で評価される。詳細には、一方ではモニター
18の上に表示される像情報を得るため、また他方では
計算ユニットCの中でシム電流に変換される必要なシミ
ングに関する情報を得るために評価される。
【0013】磁界は、球状の調波関数に基づいて表示可
能である。ここで専ら関心のある軸線方向の磁界の成分
Zに対しては:
【数1】 が当てはまる。ここでr、ΘおよびφはベクトルVeの
球座標、Rは撮像すべき体積の半径、P(n,m)はグ
レードnの相応のLegendre多項式、そして次数
mおよびA(n,m)およびB(n,m)は球状の調波
関数の係数である。係数(0,0)は均等な基本磁界を
特徴付け、全ての他の係数は均等性の偏差を記述する。
既に引用した米国特許第 3,569,823号明細書に説明され
ているように、シムパルスは本質的にこれらの係数の1
つに影響を与えるように、すなわちこれらの係数に相応
する磁界の乱れを補償するように、形成される。
【0014】均等性の偏差の直線的な項は、直線項の各
方向に各直線項を補償するのに適したオフセット電流
を、予め定められた勾配電流に加えることにより補償さ
れる。特定の次数までの均等性の偏差のより高い次数の
項は、特別なシムパルスにより補償される。
【0015】シミングのためには、存在する磁界経過を
確かめることがもちろん必要である。そのための方法
は、既に引用した米国特許第 5,614,827号明細書に記載
されている。
【0016】これまでシミングは常に、考察対象の体積
に対し、測定または全測定系列の開始前に磁界の不均等
性が決定され、またシム電流(勾配コイルに対するオフ
セット電流をも含む)の相応の設定により補償されるよ
うに実行されてきた。しかしながらその際に、正確なシ
ミングが全測定体積の一部分に対してしか可能でないと
いう問題が生ずる。従って測定過程で多くの互いに隔て
られた層を次々と励起するならば、考察される層の1つ
に対してしかシミングを正確に設定することができな
い。他の層では不十分なシムに基づいて、状況によって
は有害な基本磁界の不均等性が残る。層の中でも正確な
シミングが部分範囲に対してしか可能でない。
【0017】このような多層励起は、例として図3中に
示されている。その際に層選択励起のために必要な層選
択勾配は、図面を見易くするため図示を省略されてい
る。典型的な勾配エコーシーケンスでは、高周波パルス
RF1が第1の層の上に入射され、続いて勾配Gpによ
り位相コーディングが位相コーディング方向に、また勾
配パルスGr- によりプリフェージングが負の読出し方
向に行われる。読出し勾配パルスGr- の作用のもとに
最後に生ずる勾配エコー信号S1が読出される。反復時
間TRによりシーケンスが相異なる位相コーディング勾
配Gpにより繰り返される。すなわち別の高周波パルス
RF1が入射され、そして別の勾配エコー信号S1が読
出される。反復時間TRは、すぐ次の高周波パルスRF
2が直接に読出し位相に続くほど短くはできない。すな
わち、さもなければスピンの飽和が生ずるであろう。す
なわち、基本磁界の方向に十分なスピンを励起のために
利用できず、従ってまた得られた核共鳴信号が強く低下
する結果となる。しかし2つの励起間の中間空間は、一
般に検査対象物の別の層を励起するために利用される。
そのために読出し勾配パルスGr- の終了後に別の高周
波パルスRF2が入射され、その際にしかしここでは、
励起がいま第1の層と重ならない第2の層の中で行われ
るように、他の層選択勾配が有効である。ここでもスピ
ンは再び位相コーディング勾配Gpにより位相コーディ
ングされ、そして読出し勾配パルスGrの作用のもとに
読出される。一般に反復時間の中で、2つよりも多い層
を励起することさえ可能である。
【0018】しかし従来通常のシム方法では、基本磁界
が層の中でしか正確にシムされ得ず、他方においてシミ
ングが全ての他の層中で不完全であるという前記の問題
が生ずる。本発明によればこの問題は、いま、シム電流
(オフセット電流を含む)を測定の開始前に固定的に設
定するのではなく、それらを測定の間に、相異なるk空
間経路が相異なる影響を受けるように、パルス状に制御
することで解決される。
【0019】図3中に示されている多層方法に応用され
る相応の例を、以下に図4により一層詳細に説明する。
前記のように問題は、相異なる層の中で相異なる磁界不
均等性が支配的であることにある。例えば、層1の中で
は項Axにより示されるx方向の不均等性が、第2の層
の中では項Azにより示されるz方向の不均等性が支配
的であると仮定される。実際には確かに多くの方向の相
異なる不均等性を考慮に入れなければならないが、作用
の説明のためには、種々の方向のそれぞれの項について
の簡単化された記述で十分である。
【0020】励起位相の間、すなわち高周波パルスRF
1の入射の間は、この層の中の不均等性は、相応のシム
パルスを介してx方向の不均等性を等化する電流パルス
Ix1により補償される。それによって、結果として生
ずる層選択勾配のベクトルが、選択された層が正確に位
置決めされるように、正しい方向を指し、また正しい大
きさを有することが保証される。
【0021】励起位相の終了後に、時点t2で電流パル
スIx2がスイッチングされる。これは下記のようにデ
ィメンジョニングされている。即ち時点t2から時点t
7での読出し間隔の開始時まで、励起された層の中に、
励起された核スピンのデフェージングを惹起する磁界不
均等性Axが有効である。このデフェージングは磁界誤
差に関する時間積分に比例している。電流パルスIx2
はいま、この電流Ix2により惹起されるシム磁界の磁
界‐時間積分が磁界不均等性に関する時間積分と逆向き
に等しいように寸法決めされる。それによって時点t7
での読出し間隔の開始時に、スピンが従来通常の方法と
同様にリフェージングされており、そこで磁界不均等性
が一貫して補償されている。時点t7とt8との間の読
出し間隔自体の中では、結果として生ずる読出し勾配の
振幅変化または回転を避けるために、読出された層の中
に存在する磁界不均等性が電流パルスIx3により一貫
して補償される。
【0022】時点t3とt5との間で高周波パルスRF
2により励起される第2の層の中では下記のように進行
する:励起自体の間は係数Azにより示されるz方向の
不均等性が、負の電流パルスIz1により完全に補償さ
れる。続いて、電流パルスIz1と逆向きの時間積分を
有する正の電流方向の電流パルスIz2が続く。電流パ
ルスIz2は、単に第1の層中の信号を考慮してスイッ
チングされ、このことは後で相応のk空間経路の考察に
より一層明らかになる。時点t8とt9との間の読出し
間隔の前に、負の電流パルスIz3がスイッチングされ
る。これは、発生されるシム磁界の時間に関する積分が
時点t5から時点t9までの第2の層中の磁界誤差Az
に関する積分と、電流パルスIz2により発生されるシ
ム磁界に関する積分との和と逆向きに等しいようにディ
メンジョニングされる。それによって第2の層からの読
出し間隔の開始時に、すなわち時点t9において、磁界
不均等性により惹起されるデフェージングが再び補償さ
れる。時点t9とt10との間の読出し間隔の間は、電
流パルスIz4がスイッチングされ、その際にそれによ
り発生されるシム磁界が磁界不均等性Azを補償する。
【0023】ここに示されているパルスシム過程の作用
は、磁界不均等性およびシム磁界の結果として生ずるk
空間経路の考察の際に最も明らかになる。これらはkx
およびkzに対して別個に考察される。両方の考察され
る層1および2の中の磁界不均等性は、相異なった作用
をするので、全体として4つのk空間経路、すなわち層
1の中のk空間経路kx1およびkz1および層2の中
のk空間経路kx2およびkz2が考察される。
【0024】層1の中では、励起位相中にk空間経路k
x1も、k空間経路kz1も先ず零線の上を延びてい
る。なぜならば、層1の中に存在する磁界不均等性Ax
が、電流パルスIx1により完全に補償されているから
である。電流パルスIx2によりk空間経路は先ず強く
負の方向に延びる。時点t3とt7との間では磁界不均
等性Axが作用し、k空間経路が正の方向に延び、また
時点t7で再び零線に達する。時点t7とt8との間の
読出し間隔の間、k空間経路は再び零線の上に延びてい
る。なぜならば、この時間間隔の中では、磁界不均等性
Axが電流パルスIx3により再び完全に補償されてい
るからである。
【0025】z方向に関しては、層1の中で不均等性は
支配的でなく,従ってk空間経路は本来的に零線の上を
延びるであろう。しかしながら電流パルスIz1により
発生されるシム磁界は層1にも作用し、またこうしてそ
こでk空間経路を負のz方向に延びさせる。
【0026】正の電流パルスIz2により、k空間経路
kz1はしかしながら再び零線に達する。それによって
スピンは核スピンの読出し窓AQ1の間は層1の中で完
全にリフェージングされている。
【0027】層2については下記のように考察される:
即ち励起の間は層2の中の高周波パルスRF2により、
この層の中で支配的である磁界不均等性は完全に補償さ
れており、従ってk空間経路kz2は零線の上にとどま
る。続いてk空間経路kz2は、層2の中で支配的であ
る不均等性Azの作用により、それが時点t8で電流パ
ルスIz3により再び零線の上に達するまで上昇する。
読出し間隔AQ2の間は、k空間経路kz2は零線の上
にとどまる。
【0028】x方向に関しては、最初の仮定に相応して
不均等性が支配的でないが、電流パルスIx3により第
2の層の中にデフェージングされたシム磁界が発生され
る。これはk空間経路を負の方向に延びさせる。しかし
電流パルスIx4により読出し間隔の開始までにk空間
経路は再び零線の上に復帰する。
【0029】自明のとおり、核スピンのパルス状のリフ
ェージングによって、2つの同時に存在するk空間経路
の目的にかなったリフェージングが可能であり、他方に
おいてシム電流が測定の全継続時間中一定に設定された
従来通常の方法ではk空間経路のみが零線の上を導かれ
た。その際に、最後の励起の際および読出しの際のk空
間位置のみが重要であり、他方においてその間に位置す
るk空間位置は重要でないという事実を利用する。2つ
の同時に存在するk空間経路を有する上記の例は、より
多くの、同時に存在するk空間経路に容易に拡張でき
る。一般的に言って、より多くの、同時に存在するk空
間経路のパルスシミングにより可能な個別的な影響は、
k空間軌道が勾配エコー、スピンエコーおよび刺激され
たエコー経路の列の中で区別されるときに常に利用でき
る。従ってこれは例えば核共鳴信号の励起および/また
は読出し時点が区別されることに由来する。
【0030】ハードウェアとしては、従来通常の装置に
比べて僅かな変更で足りる。シムコイル4ないし9の電
流供給源SH1ないしSH6は、従来通常の装置では、
ここで必要な速度を持ったパルス状のスイッチングに適
するよう構成されていない。しかしそれらは、大きな費
用なしに、この要求を満たすように構成可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】MRトモグラフィ装置の基本磁界磁石に対する
シムチャネルの、それ自体は公知の配置の概要を示す
図。
【図2】MRトモグラフィ装置の基本磁界磁石に対する
シムチャネルの、それ自体は公知の配置の概要を示す
図。
【図3】本発明の利点を説明するために、それ自体は公
知の多層励起に対する例を示す図。
【図4】シム電流のパルス状の制御を有する測定シーケ
ンスの進行に対する例を示す図。
【符号の説明】
1 保持管、層 2、3 勾配コイル 2a 導体部分 3a、3b 個別コイル 4〜9 シムコイル 11 検査体積 15 アンテナ 16 送信‐受信ユニット 17 評価回路 18 モニター AQ 読出し間隔 Ax 磁界不均等性 Az 磁界誤差 BZ 成分 C 計算ユニット G 勾配 I 電流 O 発生器 P パルス発生器 RF 高周波パルス S 勾配エコー信号 SH 電流供給源 t 時点 V 電流供給源

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シム電流を与えられる少なくとも1つの
    シムチャネルを有するMRトモグラフィ装置の磁石シス
    テムをシミングするための方法において、シム電流がk
    空間経路の寿命の間に変更されることを特徴とする方
    法。
  2. 【請求項2】 多くの同時に存在するk空間経路におい
    てシム電流が、各々の核共鳴信号のリフェージング時点
    でそれぞれ有効な磁界不均等性に関する時間積分とシム
    チャネルにより発生されるシム磁界とが零になるように
    制御されることを特徴とする請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 k空間経路が相異なる位置に対応付けら
    れていることを特徴とする請求項1または2記載の方
    法。
  4. 【請求項4】 シム電流が、核共鳴信号の励起および読
    出し間隔の間は一定であることを特徴とする請求項1な
    いし3の1つに記載の方法。
  5. 【請求項5】 少なくとも1つのセットのシムコイル
    と、それに対応付けられており、制御装置により制御さ
    れるシム電流供給源とを有するMRトモグラフィ装置に
    おいて、シム電流供給源が、シム電流が核共鳴信号の励
    起と読出しとの間の測定シーケンスの進行の間に変更さ
    れるように予制御されることを特徴とするMRトモグラ
    フィ装置。
JP36303999A 1998-12-22 1999-12-21 Mrトモグラフィ装置の磁石システムのシミング方法およびmrトモグラフィ装置 Expired - Lifetime JP4331363B2 (ja)

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