JP2002143127A - 磁気共鳴撮像のための補償方法及び装置 - Google Patents

磁気共鳴撮像のための補償方法及び装置

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JP2002143127A JP2001230720A JP2001230720A JP2002143127A JP 2002143127 A JP2002143127 A JP 2002143127A JP 2001230720 A JP2001230720 A JP 2001230720A JP 2001230720 A JP2001230720 A JP 2001230720A JP 2002143127 A JP2002143127 A JP 2002143127A
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Richard Scott Hinks
リチャード・スコット・ヒンクス
John Edward Lorbiecki
ジョン・エドワード・ロルビエッキ
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 画像データの取得中の分極用磁場の変化を補
償するための手法を提供する。 【解決手段】 ＭＲＩシステムによる走査中にインタリ
ーブ態様で監視信号を取得する。監視信号を用いて、分
極用磁場Ｂ0 の変動によって生ずる周波数変化を測定し
て、これら測定された周波数変化を用いて、走査中に取
得される画像データを補償する。一組のシム・コイルに
電流を生じさせて、監視コイルの直近部で分極用磁場Ｂ
0 をシム調整する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明の分野は、核磁気共鳴
撮像（ＭＲＩ）方法及びシステムである。より具体的に
は、本発明は、データの取得中の分極用磁場の変化によ
って生ずるＭＲＩ画像のアーティファクトの除去に関す
る。
【０００２】
【発明の背景】人体組織のような物質が一様の磁場（分
極用磁場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、この分極用磁場Ｂ0 に沿って整列
しようとするが、その代わりに、スピンの磁気回転定数
γ及び分極用磁場Ｂ0 によって決定される固有のラーモ
ア周波数で乱雑な秩序で分極用磁場Ｂ0 の周りを歳差運
動する。物質すなわち組織が、ｘｙ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ｘｙ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。励起されたス
ピンによって信号が発生され、そして励起磁場Ｂ1 を停
止させた後に核磁気共鳴（ＮＭＲ）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】これらの信号を用いて画像を形成するとき
には、磁場勾配（Ｇx 、Ｇy 及びＧ z ）が用いられる。
典型的には、撮像される領域は、採用されている特定の
局在化方法に応じてこれらの勾配が変化するような一連
の独立した測定サイクル（「ビュー」と呼ばれる）によ
って走査される。ＮＭＲ受信信号の得られた組をディジ
タル化して処理し、多くの周知の再構成手法の一つを用
いて画像を再構成する。
【０００４】ＭＲＩシステムに関連する周知の問題点
は、分極用磁場Ｂ0 の強度に変動が生ずることである。
これらの変動は取得される画像に二つの方式で影響を及
ぼす。第一に、分極用磁場Ｂ0 の変化に対応して、取得
されるＮＭＲ信号の位相に変化が生ずる。これらの偽の
位相変化は、取得されるＮＭＲ信号すなわち「ｋ空間デ
ータ」に現われて、フーリエ変換法を用いて再構成され
る画像にゴースト又はボケのアーティファクトを生ず
る。偽の位相シフトは、ＲＦ励起とデータ取得との間で
絶えず蓄積するので、これらのアーティファクトは長い
エコー時間ＴＥを有するグラディエント・リコールド・
エコー方式のパルス・シーケンスの場合に特に問題とな
る。また、分極用磁場Ｂ0 の変化により、周波数エンコ
ード（すなわち読み出し）勾配方向に沿った見かけ上の
空間シフトも生じ得る。
【０００５】分極用磁場Ｂ0 の変化による第二の悪影響
は、パルス・シーケンスにスライス選択手法が用いられ
ている場合に生ずる。分極用磁場Ｂ0 の変化により、ラ
ーモア周波数の変化を選択的ＲＦ励起パルスの帯域幅で
除算したものに等しい量だけ励起したスライスの位置が
ずれる。例えば、分極用磁場Ｂ0 によりラーモア周波数
が２０Ｈｚだけずれて、選択的ＲＦ励起パルスが１００
０Ｈｚの帯域幅を有する場合には、励起したスライス
は、スライス選択勾配軸に沿ったその所期の位置から２
％ずれる。これらのずれにより、取得されるデータに振
幅の変化が生じ得る。
【０００６】分極用磁場Ｂ0 を制御すると共に調節する
ために多くの方法が用いられている。これらの方法の殆
どが、スキャナ自体の内部の状態を変化させることを扱
っており、極めて実効的である。例えば、磁場勾配を変
化させることにより生ずる渦電流によって分極用磁場Ｂ
0 に及ぶ影響を補償する方法が、米国特許第４，６９
８，５９１号、同第５，２８９，１２７号及び同第５，
７７０，９４３号に開示されている。
【０００７】分極用磁場の強度Ｂ0 は、スキャナの付近
を大きな金属塊が移動する等の外部の事象による影響を
受ける可能性がある。自動車、トラック、列車及びエレ
ベータのような移動する物体により、分極用磁場Ｂ0 が
変化して画像アーティファクトが生ずることがしばしば
ある。
【０００８】これらのような擾乱の影響を少なくするた
めに、二つの方法すなわち受動的方法及び能動的方法が
用いられている。受動的方法には、例えば米国特許第
４，６４６，０４６号に記載されているように、主磁石
の周囲に遮蔽材を用いるものがある。大量のケイ素鋼製
シートを磁石の周囲に設けるが、これにより、システム
の設置が高価で、大重量且つ困難になる。
【０００９】能動的補償システムは、スキャナの付近の
位置での磁束の変化を測定し、この情報を利用してシス
テムを補償するセンサを採用している。このような補償
は、相殺用の補正磁場を発生する電流をコイルに発生さ
せることを含み得る。これらの方法は、例えば米国特許
第５，９５２，７３４号に記載されているように磁束セ
ンサを採用しているか、又は米国特許第５，４８８，９
５０号に開示されているようにＥＳＲ機器を採用してい
る。しかしながら、これらの能動的方法は、磁場の擾乱
が多数の発生源又は大きさ若しくは位置が変化する発生
源によって生じている場合には良好に作用しない。
【００１０】磁場の安定性を監視するためのＮＭＲ信号
の取得は、ＲＦコイルとＮＭＲサンプルとから成る専用
のプローブを用いて行なうことができ、このプローブ
を、磁場の一様性が確実である領域と一致するように配
置する。ＭＲＩ磁石のシム調整対象空間内にプローブを
配置すると、占有しておくべき領域に干渉して操作者の
誤りが生じ易い。一方、ＭＲＩ磁石のシム調整対象空間
の外部にプローブを配置すると、専用のＮＭＲプローブ
からの信号の品質が低下する。従って、取得される監視
信号の有用性及び品質を高めるために、適当な磁場の一
様性を保持しつつ、磁石のシム調整対象空間の外部に専
用の監視プローブを配置することを可能にする装置及び
方法が必要とされている。
【００１１】
【発明の概要】前述の問題点及び短所に鑑みて、本発明
の方法は、そこから画像が再構成される画像データを取
得するために、ＭＲＩシステムによって撮像用パルス・
シーケンスを実行することにより、ＭＲＩシステムによ
って被検体から画像を取得する。次いで、本方法は、画
像データの取得中の分極用磁場Ｂ0 の変化を補償するた
めに被検体の付近に配置されているＲＦ監視コイルから
データを取得するために、磁気共鳴イメージング・シス
テムによって複数の監視用パルス・シーケンスを実行す
る。結果として、監視用パルス・シーケンスが撮像用パ
ルス・シーケンスにインタリーブされる。最後に、本方
法は、各回の監視用パルス・シーケンスの最中にシム・
コイルに電流を生じさせることにより、ＲＦ監視コイル
の直近部で分極用磁場Ｂ0 をシム調整する。
【００１２】本発明のもう一つの観点は、ＮＭＲサンプ
ルと、該サンプルの周囲に配設されている監視コイル
と、該監視コイルに隣接して配設されている一組のシム
・コイルと、該一組のシム・コイルに電流を生じさせて
監視コイルの直近部で分極用磁場Ｂ0 をシム調整する一
組のシム増幅器とを備えた監視コイル・アセンブリを含
んでいる。
【００１３】
【好適実施形態の説明】先ず、図１を参照して述べる
と、本発明を組み入れるように修正された好ましいＭＲ
Ｉシステムの主要な構成要素が示されている。ＭＲＩシ
ステムの動作は、キーボード（図示されていない）、制
御パネル１０２及び表示器１０４を含んでいる操作者コ
ンソール１００によって制御される。操作者コンソール
１００は好ましくは、シリアル・リンク１１６を介して
独立したコンピュータ・システム１０７と連絡してお
り、コンピュータ・システム１０７により、操作者は表
示器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。独立したコンピュータ・システム１０７
は、バックプレーン１０５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・アレイ（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１０７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１１
２に結合されており、また、高速シリアル・リンク１１
５を介して別個のシステム制御部１２２と連絡してい
る。
【００１４】システム制御部１２２は、バックプレーン
１１８によっ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、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を介して操作者コンソール１００に接続されてい
る。シリアル・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。次いで、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、強さ及び形状、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生成する。パ
ルス発生器モジュール１２１は、走査時に発生される勾
配パルスのタイミング及び形状を指示するために勾配補
償システム１２９を介して一組の勾配増幅器１２７に接
続されている。パルス発生器モジュール１２１はまた、
様々な前置増幅器１３２及び１５３から患者及び磁石ア
センブリ１４１の状態に関連した信号を受け取るマルチ
プレクサ１３０に接続されている。マルチプレクサ１３
０を介して、前置増幅器１３２及び１５３並びに複数の
送受信（Ｔ／Ｒ）スイッチ１３８及び１５４から戻って
きた信号がパルス発生器モジュール１２１で受信され
る。
【００１５】パルス発生器モジュール１２１によって発
生された勾配波形は、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、複数の勾配増幅器１２
７で構成されている勾配増幅器システムに印加される。
各々の勾配増幅器１２７が、磁石アセンブリ１４１の一
部を形成している対応する勾配コイル（図示されていな
い）を励起させる。当技術分野で周知のように、これら
の勾配コイルは、取得された信号を位置エンコードする
のに用いられる線形磁場勾配を発生する。磁石アセンブ
リ１４１はまた、分極用磁石と、図７に立面図で示す全
身型ＲＦ監視コイル４０４とを含んでいる。好適実施形
態では、分極用磁場Ｂ0 は、発明の名称「ＭＲＩ装置の
ための磁石アセンブリ」の米国特許第５，６５２，５１
７号に記載されているように、永久磁石と、磁場を整形
して方向を制御するのに用いられる付設された鉄心とに
よって発生される。
【００１６】システム制御部１２２内の送受信器モジュ
ール１５０がＲＦパルスを発生し、これらのＲＦパルス
はＲＦ増幅器１５１によって増幅されて、送受信スイッ
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、患者の体内の励起した
核によって発生された信号は、同じＲＦコイルによって
検知することができて、送受信スイッチ１３８及び１５
４を介してそれぞれの前置増幅器１３２及び１５３に結
合される。増幅されたＮＭＲ信号は、送受信器モジュー
ル１５０の受信器部（図示されていない）において復調
され、フィルタ処理されて、ディジタル化される。具体
的には、送受信スイッチ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電力増幅器１５１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に接続する。送
受信スイッチ１５４はまた、後に詳述するように、送信
モード又は受信モードのいずれの場合にも用いられる本
発明の別個のＲＦ較正コイルをイネーブルにする。同様
に、送受信スイッチ１３８はパルス発生器モジュール１
２１からの信号によって制御されて、送信モード時には
送信器１３４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１３２に接続する。プローブ・シム
調整及びデータ取得に好ましいタイミング系列を図３に
示す。
【００１７】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１６
０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内に取得されたら、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、ディスク記憶装置１１１に記憶さ
れる。操作者コンソール１００から受け取った命令に応
答して、この画像データを外部のテープ・ドライブ１１
２に保管してもよいし、又は画像プロセッサ・モジュー
ル１０６によってさらに処理して操作者コンソール１０
０へ伝送して、表示器１０４に表示してもよい。
【００１８】図１及び図２について詳細に説明する。送
受信器モジュール１５０は、ＲＦ電力増幅器１５１を介
して第１のコイル１５２ＡにおいてＲＦ励起磁場Ｂ1 を
発生すると共に、第２のコイル１５２Ｂに誘導された結
果のＮＭＲ信号を受信する。上述のように、コイル１５
２Ａ及びコイル１５２Ｂは、図２に示すような分離型で
あってもよいし、又は図７に示すような単体の全身型コ
イルであってもよい。ＲＦ励起磁場の基本周波数すなわ
ち搬送周波数は、ＣＰＵモジュール１１９及びパルス発
生器モジュール１２１から一組のディジタル信号を受信
している周波数合成器２００の制御下で発生される。こ
れらのディジタル信号は、出力２０１において発生され
るＲＦ搬送波信号の周波数及び位相を指示している。命
令に従って発生されたＲＦ搬送波は変調器及びアップ・
コンバータ２０２に印加され、ここで、その振幅は、パ
ルス発生器モジュール１２１から受信された信号Ｒ
（ｔ）に応答して変調される。信号Ｒ（ｔ）は、発生さ
れるべきＲＦ励起パルスの包絡線を画定しており、記憶
されている一連のディジタル値を相次いで読み出すこと
によりパルス発生器モジュール１２１内で発生されてい
る。これらの記憶されているディジタル値はまた、操作
者コンソール１００から変更してもよく、所望の任意の
ＲＦパルス包絡線を発生することを可能にしている。
【００１９】出力２０５において発生されたＲＦ励起パ
ルスの振幅は、バックプレーン１１８からディジタル命
令ＴＡを受信している励起用減衰器回路２０６によって
減衰される。減衰されたＲＦ励起パルスは、ＲＦコイル
１５２Ａを駆動するＲＦ電力増幅器１５１に印加され
る。送受信器モジュール１５０のこの部分については、
米国特許第４，９５２，８７７号にさらに詳細に記載さ
れている。本特許はここに参照されるべきものである。
【００２０】図１及び図２の説明を続ける。被検体によ
って発生されたＮＭＲ信号は、受信用コイル１５２Ｂに
よって検知されて、前置増幅器１５３を介して受信器減
衰器２０７の入力に印加される。受信器減衰器２０７
は、バックプレーン１１８から受信されるディジタル減
衰信号ＲＡによって決定されている量だけ信号をさらに
増幅する。
【００２１】受信される信号は、ラーモア周波数又はそ
れに近い周波数にあり、この高周波信号は、ダウン・コ
ンバータ２０８によって次の二段階の処理で下降変換
（ダウン・コンバート）される。すなわち、先ず、ＮＭ
Ｒ信号を線２０１の搬送波信号と混成し、次いで、得ら
れた差信号を線２０４の２．５ＭＨｚの基準信号と混成
する。前述のように、線２０１の搬送波信号の位相は、
パルス発生器モジュール１２１から受信された位相命令
に応答して周波数合成器２００によって制御されてい
る。好適実施例を実施するためには、この位相命令を、
分極用磁場Ｂ0 の強度の変化を相殺すなわち補償するよ
うにデータの取得中に変化させる。
【００２２】下降変換されたＮＭＲ信号は、アナログ・
ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器２０９の入力に印加され、
Ａ／Ｄ変換器２０９は、アナログ信号をサンプリングし
てディジタル化してディジタル検出器及び信号プロセッ
サ２１０に印加し、ディジタル検出器及び信号プロセッ
サ２１０は、受信信号に対応する１６ビットの同相
（Ｉ）値及び１６ビットの直角位相（Ｑ）値を生成す
る。受信信号についてのディジタル化されたＩ値及びＱ
値から成る得られたストリームは、バックプレーン１１
８を介してメモリ・モジュール１６０へ出力され、ここ
で画像を再構成するのに用いられる。
【００２３】２．５ＭＨｚの基準信号、２５０ｋＨｚの
サンプリング信号、並びに５ＭＨｚ、１０ＭＨｚ及び６
０ＭＨｚの基準信号は、共通の２０ＭＨｚマスタ・クロ
ック信号から基準周波数発生器２０３によって発生され
ている。受信器については、米国特許第４，９９２，７
３６号にさらに詳細に記載されている。本特許はここに
参照されるべきものである。
【００２４】ＭＲＩシステムの付近を通過する移動する
金属（すなわち自動車、トラック、エレベータ、列車
等）により、分極用磁場Ｂ0 の強度が時間の関数Ｂ
0 （ｔ）として変化する。時間の関数として、移動する
物体による分極用磁場Ｂ0 （ｔ）の変動は、分極用磁場
Ｂ0 が０．５秒間乃至２．０秒間の経過にわたって滑ら
かに変化するような低周波の関数となる傾向にある。ベ
ースラインの分極用磁場Ｂ0からのピーク変位は、数Ｈ
ｚ（自動車）から数十Ｈｚ又は場合によっては数百Ｈｚ
（トラック及びさらに大型のもの）にわたって変動し得
る。分極用磁場Ｂ0 のこの変動は、磁気振動から観測さ
れるゆらぎ（１Ｈｚ〜１００Ｈｚ）よりも遥かに遅いの
で、監視エコーを用いて分極用磁場Ｂ0 を測定して、観
測された周波数変化を先行的に（送受信器の基準周波数
の周波数シフト）又は画像再構成時に遡及的に補償する
ことにより上述の相対的に遅い分極用磁場Ｂ0 のゆらぎ
を補償し得るという判断が導かれる。
【００２５】移動する金属物体によって生ずる分極用磁
場の変化Ｂ0 （ｔ）は、取得されるＮＭＲ信号Ｓ（ｔ）
に位相シフトを生ずる。ＮＭＲ信号Ｓ（ｔ）は偽の位相
シフトを蓄積し、これらの位相シフトは生のｋ空間デー
タに出現して、再構成画像にゴースト又はボケのアーテ
ィファクトを生ずる。位相シフトΔφはＢ0 （ｔ）の積
分すなわち Δφ＝γ∫ΔＢ0（ｔ）ｄｔ として蓄積す
る。これらの位相シフトは、ＲＦ励起パルスの印加に始
まりデータ取得まで延在するグラディエント・リコール
ド・エコー方式の撮像用パルス・シーケンスの実行中に
絶えず蓄積する。このように、グラディエント・エコー
走査は、長いエコー時間ＴＥにおいては特に、移動する
金属に極めて敏感である。
【００２６】本発明の装置及び方法を用いて、監視用Ｎ
ＭＲ信号の周波数を走査中に周期的に測定し、次いで、
この情報を用いて、後続の較正段階として走査中に取得
されているＮＭＲデータを補償することにより、移動す
る金属による分極用磁場Ｂ0の変動を補償することがで
きる。好適実施例では、これらの監視用ＮＭＲ信号は、
図４に示す独立した監視用パルス・シーケンスによって
発生され、このパルス・シーケンスにおいて、図７に示
す監視コイル・アセンブリ４００から監視信号が取得さ
れる。この監視用パルス・シーケンスは、ＮＭＲ監視信
号が走査中に５０ミリ秒乃至１００ミリ秒毎に取得され
るように、撮像用パルス・シーケンスの間に挿入（イン
タリーブ）される。後述するように、取得されたＮＭＲ
監視信号を処理し、この信号を用いて送受信器モジュー
ル１５０において用いられる基準周波数を調節する。後
に詳述するように、監視コイル・アセンブリ４００は好
ましくは、ｘｙ平面内に配設されて別個にシム調整され
る。このようなものとして、本発明は、別個のシム調整
という要件を設けることにより、撮像領域を従来の態様
でシム調整し、補助的なシム調整対象領域を後続の較正
段階でシム調整する。
【００２７】より明確に述べると、本発明は、撮像領域
及び小さいサンプリング領域の両方について磁場の非一
様性を補償する。従来の「静的」シム調整では、両方の
領域で良質のシム調整を行うという要件を達成すること
は、全く不可能ではないまでも極めて困難である。本発
明では、シム調整の要件を分離し、これにより、撮像領
域を従来の態様でシム調整し、後続のシステムの較正段
階として補助的なシム調整対象領域を設定する。本発明
によれば、電気的な磁場シム調整システムが、パルス式
シム調整を用いて、撮像と監視信号の取得との間を切り
換える。従って、図３に示すように、補助的シム調整が
撮像中には停止して画像領域におけるシム調整が補助的
シム調整の影響を受けないので、画像領域におけるシム
調整の品質が向上する。このように、本発明は、有用性
のある監視信号の取得を可能にするように適当な磁場を
保持しつつ、ＭＲＩ磁石のシム調整対象空間の外部に専
用の監視用プローブを設ける。これらの信号により、移
動する金属物体によって生ずる磁場ドリフト及び磁場誤
差を補償する。
【００２８】図４について詳細に説明する。監視用パル
ス・シーケンスは、９０°のフリップ角及び０．５ミリ
秒の持続時間を有する非選択的ＲＦ励起パルス１０を含
んでいる。ＲＦ励起パルス１０は、そこから監視信号が
取得されるスピンの周波数に対応するように設定された
周波数を有する。ＲＦ励起パルス１０の停止の後に、シ
ステムは可能な限り高速（約２００マイクロ秒）で受信
モードに切り換わり、ＮＭＲ監視信号１２が取得され
る。全部で２５６個のモニタ信号１２のサンプルが、１
６マイクロ秒毎に１サンプルずつの割合で取得される。
前述のように、各々のサンプルのＩ値及びＱ値をメモリ
・モジュール１６０に記憶させることができる。
【００２９】ここで、図５について説明する。本発明の
方法を実施する第一段階は、処理ブロック３００に示す
ように、補償すべき画像データと共に監視信号データを
取得するものである。監視データは、処理ブロック３０
２に示すように、先ず各々のサンプルの大きさを次式 Ｍ＝（Ｉ2＋Ｑ2）1/2 によって算出することにより、速やかに処理される。次
いで、処理ブロック３０４に示すように、各々の監視信
号サンプルの位相を次式 φ＝ｔａｎ-1（Ｉ／Ｑ） によって算出する。好適実施例では、この計算には「ａ
ｔａｎ２］のＣコード呼び出しを用いる。
【００３０】次いで、処理ブロック３０６に示すよう
に、２５６個の監視信号サンプルの各々について算出さ
れた位相値φを直線に当てはめる（フィットさせる）。
この工程を実行するためには加重付き最小自乗法フィッ
ト・サブルーチンが用いられ、このサブルーチンではス
テップ３０２において算出された大きさの値を用いて位
相値に加重する。次いで、処理ブロック３０８に示すよ
うに、測定された位相値にフィットさせられた直線の傾
きを用いて監視信号の周波数（ｆ）が次式 ｆ＝Δφ／Δｔ によって算出される。このようにして、位相対時間値の
傾きを決定するフィルタ関数を用いて周波数（ｆ）が決
定され、信号の位相が２πの位相の移行を経る場合には
いわゆる位相巻き戻し方法(phase unwrapping method)
を用いる。周波数（ｆ）は、監視信号が取得された瞬間
での分極用磁場の値Ｂ0 において励起したスピンのラー
モア周波数となっている。次いで、処理ブロック３１０
に示すように、この周波数（ｆ）を用いて、以下に記載
する手法の一つを用いて、取得された画像データを補償
する。
【００３１】一つの好適実施例では、測定されたラーモ
ア周波数（ｆ）を後続の画像データの取得中に利用す
る。図２を参照して述べると、周波数（ｆ）は、線２０
１上のＲＦ搬送波信号の周波数を制御するための送受信
器モジュール１５０内の周波数合成器２００への命令と
して出力される。この搬送波信号は、後続の撮像用パル
ス・シーケンスによって発生されるＲＦ励起パルスの中
心周波数を決定すると共に、後続のＮＭＲ信号を取得す
るのに用いられる復調周波数を決定する。この実時間の
補償手法により、ＮＭＲ信号が取得される前に分極用磁
場Ｂ0 の変動が補正される。図４の独立した監視用パル
ス・シーケンスを用いる場合には、次の監視信号が取得
されて処理されるまでの走査中に５０ミリ秒乃至１００
ミリ秒の時間にわたって補正後の搬送波周波数（ｆ）を
用いることが好ましい。このようにして走査中に分極用
磁場関数の変動Ｂ0 （ｔ）が測定されて、搬送波周波数
（ｆ）は、取得されるＮＭＲ画像データが影響を受けな
いような態様で変更される。分極用磁場Ｂ0 （ｔ）が測
定される速度が速まるほど補償の精度が高まる。
【００３２】補償の精度を高めるために高速で監視信号
を取得する場合に、先行的な補償手法を具現化するのに
十分なだけ速く送受信器の搬送波周波数を変更するのは
無理な場合がある。このような応用では、好ましい補償
手法は、ｋ空間画像データが取得された後にこの取得さ
れたデータを「遡及的」に補正するものとなる。
【００３３】図６について詳細に説明する。遡及的な補
償手法は、ｋ空間画像データが取得されて記憶された後
に、この取得されたｋ空間画像データの位相を変更す
る。処理ブロック３１２に示す第一段階は、分極用磁場
Ｂ0 の変化に起因する周波数誤差を算出するものであ
る。この処理は、分極用磁場Ｂ0 が摂動を受けていない
基準値にあるときに発生される基準ラーモア周波数（ｆ
0 ）を、同時取得されたＮＭＲ監視信号によって測定さ
れたラーモア周波数（ｆ）から減算することにより実行
される。基準値は、時間にわたる平均値であるか、或い
は予め選択しておくこともできる。次いで、処理ブロッ
ク３１４に示すように、この周波数誤差Δｆによって生
ずる位相誤差を算出する。処理ブロック３１６に示すよ
うに、ＮＭＲ画像信号の各々の複素（Ｉ、Ｑ）サンプル
に対して位相補正−Δφを施す。ｋ空間画像データ集合
に含まれる取得された各々のＮＭＲ画像信号に対して、
関連するＮＭＲ監視信号から導出される周波数情報を用
いて同様の補正を施す。次いで、処理ブロック３１８に
示すように、補償されたｋ空間データを用いて画像が再
構成される。
【００３４】ここで図７の監視コイル・アセンブリ４０
０を参照すると、監視コイル・アセンブリ４００は、Ｎ
ＭＲサンプル４０２と、ＮＭＲサンプル４０２の周囲に
配設されている監視コイル４０４と、監視コイル４０４
に隣接して配置されている一組のシム・コイル４０６
と、コイル４０６に電流を生じさせて監視コイル４０４
の直近部で分極用磁場Ｂ0 をシム調整するように、監視
データの取得中にＭＲＩシステムによって動作させるこ
とができる一組のシム増幅器１３６（図１を参照）とを
含んでいる。
【００３５】より明確に述べると、図１に示すように、
監視コイル・アセンブリ４０４は好ましくは、形状が円
筒形であり、シム・コイル４０６はＮＭＲサンプル４０
２の頂部及び底部でＮＭＲサンプル４０２を包囲してい
る。一組のシム・コイル４０６は、ＮＭＲサンプル４０
２及び監視コイル４０４がシム・コイル４０６に挟まれ
るようにして監視コイル４０４に隣接して配設されてい
る。複数のシム・コイル４０６はそれぞれ頂部層４０８
及び底部層４１０を含んでおり、各々の層が、ｘ方向に
シム調整する最頂部コイル、ｙ方向ににシム調整する第
二の層及びｚ方向にシム調整する第三の層を有してい
て、第二の層は第一の層と第三の層との間に介在してい
る。加えて、所謂Ｚ2 方向にシム調整を行なうためにさ
らに高次のシム・コイルを設けてもよく、また、ＮＭＲ
サンプル４０２は好ましくは、Ｔ1緩和時間及びＴ2 緩
和時間を約２０ミリ秒とするような濃度のＣｕＳＯ4 溶
液で充填されている。
【００３６】一組のシム・コイル４０６は、コイル巻型
の上に周知の手法を用いて構成することができる。例え
ば、コイル巻型は、コイル巻線を収容するように内部に
空間を機械加工した非導電性プラスチック材料又は複合
材料で構成されていてよい。但し、好適実施形態では、
シム・コイル４０６は、図８〜図１０に示すプリント回
路基板上のパターンから成る。
【００３７】従って、本発明の監視コイル・アセンブリ
４００を用いて、分極用磁場Ｂ0 についてシム・コイル
４０６を整調する。図３〜図４に関連して前述したよう
に、監視コイル・アセンブリ４００は、監視信号を取得
している間は作動（オン）に切り換わり、撮像信号を取
得している間は停止（オフ）に切り換わる。この切り換
え動作のタイミングは、パルス発生器モジュール１２１
によって発生される制御信号によって制御される。パル
ス発生器モジュール１２１はまた、監視信号及び撮像信
号の取得も制御する。
【００３８】好適実施形態では、前述の線形の磁場の非
一様性を補償するために、シム・コイル４０６は三つの
軸に線形勾配磁場を形成する。一般にＺ2 コイル、Ｚ3
コイル及びＺ4 コイルと呼ばれているようなさらに高次
のシム・コイルを提案する代替的な実施形態をここに取
り入れてもよい。
【００３９】図７の頂部層４０８は、それぞれＧx 勾配
磁場、Ｇy 勾配磁場及びＧz 勾配磁場に対応するｘシム
・コイル、ｙシム・コイル及びｚシム・コイルを含んで
いる。同様に、底部層４１０もまた、それぞれＧx 勾配
磁場、Ｇy 勾配磁場及びＧz勾配磁場に対応するｘシム
・コイル、ｙシム・コイル及びｚシム・コイルを含んで
いる。これらのシム・コイル４０６は、図１に示すシム
増幅器１３６によって駆動される。シム・コイル４０６
の内部でのこれらのシム・コイル４０６の巻線パターン
を図８〜図１０に示し、以下に詳述する。
【００４０】図８は、横断型(transverse)の線形シム・
コイル巻線パターンを示す。このパターンは、Ｇx 勾配
磁場及びＧy 勾配磁場を形成するのに用いる。図示のコ
イル巻線パターンは、頂部層４０８及び底部層４１０で
同じであるが、Ｇx コイル及びＧy コイルは互いに対し
て９０°ずつ離隔するように回転している。電流は、頂
部層４０８及び底部層４１０で同じ方向に流れる。
【００４１】図９は、Ｚ線形シム・コイル巻線パターン
を示す。このパターンは、Ｇz 勾配磁場を形成するのに
用いる。このシム・コイル４０６の場合には、電流は、
頂部層４０８及び底部層４１０で反対の方向に流れる。
【００４２】図１０は、さらに高次のシム・コイル４０
６、すなわちＺ2コイル巻線パターンを示す。図示のコ
イル巻線パターンは頂部層４０８及び底部層４１０で同
じであり、電流は頂部層４０８及び底部層４１０で同方
向に流れる。
【００４３】再び図１を参照して述べると、均一である
が患者の配置及び走査に干渉しないような領域に監視コ
イル・アセンブリ４００を配置することが望ましい。従
って、好適実施形態では、このアセンブリは患者の下方
で且つＲＦコイルの平面内に配置され、例えばｘｙ平面
内に配設される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施するように修正されている公知の
ＭＲＩシステムのブロック図である。
【図２】図１の送受信器モジュールの電気ブロック図で
ある。
【図３】プローブによるシム調整及びデータ取得のタイ
ミング系列図である。
【図４】図１のＭＲＩシステムに用いることのできる監
視信号用パルス・シーケンスの好適実施例のグラフ図で
ある。
【図５】本発明の好適実施例を実施するのに用いられる
工程の流れ図である。
【図６】本発明のもう１つの好適実施例を実施するのに
用いられる追加の工程の流れ図である。
【図７】様々な部分を取り除いて図１の監視コイル・ア
センブリを示す単純化した立面図である。
【図８】図７の監視コイル・アセンブリに用いられる線
形シム・コイル巻線パターンの図である。
【図９】図７の監視コイル・アセンブリに用いられるＺ
線形シム・コイル巻線パターンの図である。
【図１０】図７の監視コイル・アセンブリに用いられる
Ｚ2 シム・コイル巻線パターンの図である。
【符号の説明】
１０ 非選択ＲＦ励起パルス １２ ＮＭＲ監視信号 １００ 操作者コンソール １０２ 制御パネル １０４ 表示器 １０５、１１８ バックプレーン １１１ ディスク記憶装置 １１２ テープ・ドライブ １１５ 高速シリアル・リンク １１６、１２５ シリアル・リンク １４１ 磁石アセンブリ １５２Ａ、１５２Ｂ ＲＦコイル ２０１、２０４、２０５ 出力線 ４００ 監視コイル・アセンブリ ４０２ ＮＭＲサンプル ４０４ 監視コイル ４０６ シム・コイル ４０８ 頂部層 ４１０ 底部層
フロントページの続き (72)発明者 リチャード・スコット・ヒンクス アメリカ合衆国、ウィスコンシン州、ワー ケシャー、タコマ・ドライブ、ダブリュー 226・エヌ174番 (72)発明者 ジョン・エドワード・ロルビエッキ アメリカ合衆国、ウィスコンシン州、ヒュ ーベルタス、バレー・ビュー・ドライブ、 1508番 Ｆターム(参考） 4C096 AA01 AB18 AD02 AD08 AD23 CA23 CA27 CA29 CC40 DA04

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 磁気共鳴イメージング・システムに用い
    られる監視コイル・アセンブリ（４００）であって、 信号を発生する核磁気共鳴サンプル（４０２）と、 該核磁気共鳴サンプルの周囲に配設されている無線周波
    数コイル（４０４）と、 該監視コイル（４０４）に隣接して配設されている一組
    のシム・コイル（４０６）と、 該一組のシム・コイル（４０６）に電流を生じさせて前
    記監視コイルの直近部で分極用磁場をシム調整するよう
    に、監視データの取得中に前記磁気共鳴イメージング・
    システムにより動作させることができる一組のシム・コ
    イル増幅器（１３６）と、を備えた監視コイル・アセン
    ブリ。
  2. 【請求項２】 前記監視コイル（４０４）はｘｙ平面に
    配設されている請求項１に記載の監視コイル・アセンブ
    リ。
  3. 【請求項３】 前記核磁気共鳴サンプル（４０２）はＣ
    ｕＳＯ4 溶液を含んでいる請求項１に記載の監視コイル
    ・アセンブリ。
  4. 【請求項４】 前記核磁気共鳴サンプル（４０２）は非
    導電性材料に収容されている請求項１に記載の監視コイ
    ル・アセンブリ。
  5. 【請求項５】 前記シム・コイル（４０６）はプリント
    回路基板上のパターン（図８、９、１０）を含んでいる
    請求項１に記載の監視コイル・アセンブリ。
  6. 【請求項６】 前記プリント回路基板上の前記パターン
    は線形シム・コイル巻線パターンを含んでいる請求項５
    に記載の監視コイル・アセンブリ。
  7. 【請求項７】 前記プリント回路基板上の前記パターン
    はＺ線形シム・コイル巻線パターンを含んでいる請求項
    ５に記載の監視コイル・アセンブリ。
  8. 【請求項８】 前記プリント回路基板上の前記パターン
    はＺ2 シム・コイル巻線パターンを含んでいる請求項５
    に記載の監視コイル・アセンブリ。
  9. 【請求項９】 前記プリント回路基板上の前記パターン
    はＺ3 シム・コイル巻線パターンを含んでいる請求項５
    に記載の監視コイル・アセンブリ。
  10. 【請求項１０】 磁気共鳴イメージング・システムによ
    り被検体から画像を取得する方法であって、 そこから画像が再構成される画像データ（３００）を取
    得するように、前記磁気共鳴イメージング・システムに
    より複数回にわたって撮像用パルス・シーケンスを実行
    する工程と、 画像データの取得中の分極用磁場の変化を補償するため
    に被検体の付近に配置されているＲＦ監視コイル（４０
    ４）からデータを取得するために、前記磁気共鳴イメー
    ジング・システムにより複数の監視用パルス・シーケン
    ス（図４）を実行し、これにより監視用パルス・シーケ
    ンスを撮像用パルス・シーケンスにインタリーブさせ
    る、監視用パルス・シーケンス実行工程と、 各回の監視用パルス・シーケンスの最中にシム・コイル
    （４０６）に電流を生じさせることにより、前記ＲＦ監
    視コイルの直近部で前記分極用磁場をシム調整する工程
    と、を備えた方法。
  11. 【請求項１１】 前記シム・コイル（４０６）は前記監
    視用パルス・シーケンスの最中に作動する請求項１０に
    記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記シム・コイル（４０６）は前記画
    像パルス取得の最中に停止する請求項１０に記載の方
    法。
  13. 【請求項１３】 前記監視コイル（４０４）は核磁気共
    鳴サンプル（４０２）の周囲に配設されている請求項１
    ０に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記核磁気共鳴サンプル（４０２）は
    非導電性材料に収容されている請求項１３に記載の方
    法。
  15. 【請求項１５】 前記核磁気共鳴サンプル（４０２）は
    ＣｕＳＯ4 溶液を含んでいる請求項１３に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 前記シム・コイル（４０６）はプリン
    ト回路基板上のパターン（図８、９、１０）を含んでい
    る請求項１０に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 前記プリント回路基板上の前記パター
    ンは線形シム・コイル巻線パターンを含んでいる請求項
    １６に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 前記プリント回路基板上の前記パター
    ンはＺ線形シム・コイル巻線パターンを含んでいる請求
    項１６に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 前記プリント回路基板上の前記パター
    ンはＺ2 線形シム・コイル巻線パターンを含んでいる請
    求項１６に記載の方法。
  20. 【請求項２０】 監視データの取得中に前記磁気共鳴イ
    メージング・システムにより動作させることができる一
    組のシム・コイル増幅器（１３６）が、前記シム・コイ
    ル（４０６）に電流を生じさせる請求項１０に記載の方
    法。
  21. 【請求項２１】 前記シム・コイル（４０６）は前記監
    視コイル（４０４）に隣接して配設されている請求項１
    ０に記載の方法。
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