JP2002224083A

JP2002224083A - 磁気共鳴画像診断装置

Info

Publication number: JP2002224083A
Application number: JP2001029937A
Authority: JP
Inventors: Hiromichi Shimizu; 博道清水
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2001-02-06
Filing date: 2001-02-06
Publication date: 2002-08-13

Abstract

(57)【要約】【課題】シングルショットＥＰＩ等の渦電流の発生量
が多いシーケンスにおいて、渦電流に由来する偽像を正
確に低減できる磁気共鳴画像診断装置を実現する。【解決手段】ＥＰＩのリードアウト傾斜磁場の高速反
転によって生じる動的な渦電流磁場分布を時間の関数と
して予備計測し、予備計測した分布データを用いて本計
測信号を補正後、再構成を行う。渦電流磁場分布データ
は代表的なリードアウト傾斜磁場駆動条件の下で計測
し、装置関数として保存しておいたデータから、本撮像
のリードアウト傾斜磁場による渦電流磁場分布をシミュ
レーションで合成したものを用いる。サーチコイルを併
用し時間分解能が高い渦電流磁場分布を得る。これによ
り、シングルショットＥＰＩなどの短周期のリードアウ
ト傾斜磁場の反転を伴うシーケンスにおいて、渦電流に
由来する偽像を効果的に低減できる。また、永久磁石の
ヒステリシスに起因する偽像を低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気共鳴診断装置
（ＭＲＩ）に関し、特にＥＰＩ法の画質補正に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＭＲＩは組織描出能に優れた画像
診断装置として、Ｘ線ＣＴと並び、疾病の重要な診断手
段となっている。このＭＲＩは、近年、撮影の短時間
化、多機能化を達成してきているが、高画質の画像を短
時間で得るにはまだ十分とは言えない。

【０００３】例えば、呼吸運動を行っている腹部を撮影
すると、体動アーチファクトが発生する。これは、位相
エンコード毎に位置がずれた被検体を計測し、フーリエ
変換によって１枚の画像を合成したためである。

【０００４】体動の影響を受けない撮影法として、超高
速撮像法、ＥＰＩがある。これは５０〜１００ｍｓ程度
の時間で１枚の画像を計測するもので、この程度の短時
間であれば被検体は事実上静止しているとみなすことが
できる。

【０００５】しかし、画像はアーチファクトや歪みが多
く、現状では、一般の臨床撮像法に置き換えられるもの
までには至っていない。ＥＰＩは１回の磁化の励起で１
枚の画像生成が可能である反面、データ取得の時間が長
いため、静磁場分布の影響が時間的に累積し、歪みや偽
像を生じがちである。

【０００６】画像から静磁場分布の影響を取り除く方法
として、静磁場分布データを用いてｋ空間（計測データ
を配置する空間）のデータを補正してから再構成する方
法が最近提案された（Y.M.Kadah and X.Hu,“Simulated
Phase Evolution Rewiding(SPHERE):A Tchniique for
Reducing Bo Inhomogeneity Effects in MR Images”,M
agnetic Resonance in Medecine,vol.38,615-627(199
7))。

【０００７】静磁場分布が存在するとき、計測されたｋ
空間データＤ（ｋ）は次式１となる。ただし、式１にお
いては、Ｔ２減衰の効果は省略している。

【０００８】

【数１】

【０００９】上記式１において、ｆ（ｒ）は核スピン密
度分布、△ν（ｒ）は静磁場不均一による共鳴周波数の
ずれ、ｔ（ｋ）はスピンが静磁場不均一を感受する時
間、ｒは空間座標、γは磁気回転比、ｊは虚数単位であ
る。静磁場強度をＢ（ｒ）とすると、△ν（ｒ）＝γΔ
β（ｒ）である。

【００１０】また、上記式１は傾斜磁場による空間座標
のエンコードに加えて、静磁場不均一による位相回転が
スピン密度分布関数に加わることを示す。

【００１１】ここで、次式２が成り立つ場合、すなわ
ち、ｋ空間を充填するためにデータを計測する時間が、
静磁場不均一によってスピンが分散する時間よりも十分
短ければ、上記式１は次式３へ近似することができる。

【００１２】

【数２】

【００１３】

【数３】

【００１４】上記式３において、ｔ₀は計測の代表的な
時刻、例えばエコー中心の時刻である。

【００１５】上記式３のＤ（ｋ）をｋについてフーリエ
変換すると［］内の被積分関数が得られる。この関数
は本来のスピン分布関数ｆ（ｒ）が△ν（ｒ）による位
相回転を受けたものである。診断のための画像は、通
常、フーリエ変換後、絶対値を取ったものがディスプレ
イの輝度変調に用いられるので、位相因子は取り除か
れ、スピン密度分布ｆ（ｒ）が表示される。上記式２が
成立しない場合は、式１の再構成画像には歪みとぼけが
生じる。

【００１６】Ｋａｄａｈらの方法は、式１のＤ（ｋ）を
そのまま再構成する代わりに、次の式４により補正され
たＤ（ｋ）の推定値を計算し、これを再構成する方法で
ある。

【００１７】

【数４】

【００１８】ここで、記号（＾）は推定値を表す。式４
では、ｆ（ｒ）の推定値は静磁場不均一による位相回転
を含むものと仮定し、これを逆符号の位相項で相殺して
いる。このようなｆ（ｒ）の推定値は、式１の元のＤ
（ｋ）を再構成して得た画像ｆ（ｒ）で近似することが
できる。

【００１９】静磁場分布△ｖ（ｒ）の推定値はエコー時
間をずらせて計測した２枚の画像の位相差をアンラップ
処理した後、磁場強度へ換算して得る。

【００２０】上記式４の右辺のｒに関する積分を実行
し、Ｄ（ｋ）の推定値を得て、これを改めて再構成して
最終画像を得る。なお、この最終画像からは静磁場不均
一の影響が取り除かれている。

【００２１】上記式３の近似が成り立たないのは、信号
計測窓が長い撮影シーケンスの場合である。このような
シーケンスとして、図８に示すシングルショットＥＰＩ
がある。

【００２２】シングルショットＥＰＩでは一回の励起
（図８の符号２１）で一枚の画像形成に必要な全ての位
相エンコード（図８の符号８３）のデータを取得する。
リードアウト傾斜磁場２４の反転周期は、装置的な限界
から３ｍｓ程度であり、６４エコーを取得するとすれ
ば、エコー列２５の全長は３ｍｓ＊６４／２＝９６ｍｓ
になる。

【００２３】データ計測窓（図８の符号２６）はこれを
カバーする必要から約１００ｍｓに及ぶものとなる。静
磁場強度が１．５Ｔで静磁場不均一が１ｐｐｍ、信号計
測窓が１００ｍｓとすると、△ν＝６４ＭＨｚ＊１０⁶
＝６４Ｈｚ，ｍａｘ（ｔ）−ｍｉｎ（ｔ）＝１００ｍｓ
より、上記式２の左辺は６４＊０．１＝６．４となり、
式２の条件が大きく満たさないこととなる。これに対し
て、従来形ＳＥでは計測窓は３〜３０ｍｓ程度である。

【００２４】以上を要約すると、シングルショットＥＰ
Ｉでは、静磁場不均一による位相回転の影響が従来のシ
ーケンスに比べて大きく現れる。静磁場不均一は被検体
の磁気感受率が組織によって異なることによって生じ、
シミングなどの機械的な方法で補正するには限界があ
る。

【００２５】静磁場分布の影響を低減するために、静磁
場分布を別途計測し、これに基づいてｋ空間データを補
正してから再構成する方法が提案されている。

【００２６】

【発明が解決しようとする課題】ここで、ＥＰＩのリー
ドアウト傾斜磁場を考えると、正負に極性反転する強力
な傾斜磁場（図８の符号２４）によって、磁石の機械的
要素、すなわち、超電導磁石においては冷媒容器や熱シ
ールド板、永久磁石においてはポールピースやヨークに
時間的に変動する渦電流が生じ、この渦電流は固有の磁
場分布を発生する。また、この渦電流はそれが流れる部
分の材質や構造に応じて異なる時定数で減衰する。

【００２７】したがって、渦電流磁場は傾斜磁場の周期
に対応して変動する成分と、周期とは異なる変化を示す
成分とからなる。時間的に変化する渦電流を考慮したＭ
ＲＩの計測信号は式５で表される。

【００２８】

【数５】

【００２９】ここで、△νｅ（ｒ，ｔ）は、空間
（ｒ）、時間（ｔ）の関数としての渦電流磁場による共
鳴周波数のずれを表す。指数関数の第一項は渦電流によ
る位相回転を表し、積分はリードアウト傾斜磁場の印加
開始時刻からデータ点ｋのサンプリング時刻までについ
て行われる。

【００３０】なお、渦電流による位相回転は、図８に示
すＳＥ型ＥＰＩにおいて、リフォーカスπパルスによっ
てリフォーカスされることはない。

【００３１】渦電流磁場はそれが生じる機械的要素の近
くでは強く、離れるに従って減衰する分布を示すと考え
られる。渦電流磁場が存在すると、画像に歪みや偽像が
発生する。渦電流を低減する機械的な手段としてアクテ
ィブシールド型傾斜磁場コイルが一般に用いられている
が、完全に渦電流を防止することはできない。

【００３２】渦電流磁場を装置的に補正する方法とし
て、Ｏｎｏｄｅｒａらのシミング方法がある（Y.Onoder
a,K.Tskada,“Automatic shimming effective in impro
ving Ho homogeneities deteriorated because of eddy
currents”,ISMRM98,2118(1998))。

【００３３】これは、ゼロ位相エンコードのエコー時刻
における渦電流磁場と静磁場の合成を計測し、合成磁場
を打ち消すシミングを行ってから本撮影のＥＰＩ法を行
う。この方法は有効なものであるが、ゼロ位相エンコー
ドのエコー時刻における渦電流磁場のみを補正する点で
限界がある。

【００３４】渦電流磁場の影響をデータ処理によって補
正する方法を考えると、前述のＫａｄａｈらの方法では
渦電流磁場は補正できない。

【００３５】渦電流磁場が位置に依存しないと仮定でき
る場合は、渦電流の項を積分の外へ出すことができ、式
５は次式６となる。

【００３６】

【数６】

【００３７】渦電流の影響は、位相因子Ｐ（ｋｘ，ｋ
ｙ）がｋ空間の本来のデータに乗算された形で現れる。
この位相因子はｋ空間のデータ点毎に異なる量だけ信号
の位相を回転させる。

【００３８】したがって、位相因子Ｐの逆数を計測信号
に乗ずることによって相殺できる。位相信号Ｐを計測で
得るには、ＥＰＩにおいて位相エンコードを全てのエコ
ーに対して共通に設定して、エコー毎に位相分布を得る
(X.Wan,G.T.Gullberg,D.L.Parker,G,L,Zeng,“Reductio
n of Geometric and Intensity Distortions in Echo-P
lanar Imaging Using a Multireference Scan”,Magnet
ic Resonance in Medicine,vol.37,932-944(1997)を参
照）。

【００３９】ただし、この方法は、その前提から、渦電
流磁場の空間分布が非常に緩やかな場合にのみ有効であ
る。

【００４０】本発明の目的は、シングルショットＥＰＩ
等の渦電流の発生量が多いシーケンスにおいて、渦電流
に由来する偽像を正確に低減することができる磁気共鳴
画像診断装置を実現することである。

【００４１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は次のように構成される。（１）静磁場発生手段と、傾斜磁場発生手段と、高周波
磁場発生手段と、磁気共鳴信号検出手段と、画像再構成
手段と、画像表示手段と、これらの制御手段とを備え、
振動するリードアウト傾斜磁場を用いる磁気共鳴画像診
断装置において、傾斜磁場の駆動に伴って発生し、偽像
を生じさせる磁場の分布に関するデータを予備計測とし
て計測し、分布データを保存する機能と、本撮影を実施
し、計測データを再構成処理して画像データを得て、得
られた画像データを保存する機能と、上記偽像を生じさ
せる磁場の分布に関するデータと本撮影画像データとか
ら、上記偽像を生じさせる磁場の分布を補正したｋ空間
の計測データを生成し、この補正されたｋ空間の計測デ
ータを再構成することによって最終画像を得る機能とを
備える。

【００４２】（２）静磁場発生手段、傾斜磁場発生手
段、高周波磁場発生手段、磁気共鳴信号検出手段、画像
再構成手段、画像表示手段、およびこれらの制御手段を
備え、振動するリードアウト傾斜磁場を用いる磁気共鳴
画像診断装置において、傾斜磁場の駆動に伴って発生す
る偽像を発生させる磁場渦電流磁場の分布に関するデー
タを予備計測として計測し、計測した分布データを保存
する機能と、本撮影を実施し計測データを再構成処理し
画像データを得て、これを保存する機能と、上記渦電流
磁場の分布に関するデータと本撮影画像データとから、
渦電流磁場の分布を補正したｋ空間の計測データを生成
し、この補正されたｋ空間計測データを再構成すること
によって最終画像を得る機能とを備える。

【００４３】（３）好ましくは、上記（２）において、
上記渦電流磁場の分布に関するデータは、振動傾斜磁場
によって生成する２つ以上のエコーに対してエコー毎に
計測される。

【００４４】（４）また、好ましくは、上記（２）にお
いて、静磁場分布に関するデータを予備計測として計測
し、この静磁場分布に関するデータを保存する機能を備
え、渦電流磁場の分布に関するデータと静磁場分布に関
するデータと本撮影画像データとから、渦電流磁場およ
び静磁場の分布を補正したｋ空間の計測データを生成
し、補正されたｋ空間計測データを再構成することによ
って最終画像を得る機能を有する。

【００４５】（５）また、好ましくは、上記（２）から
（４）において、位相エンコードステップ毎に振動する
リードアウト傾斜磁場を印加し、この振動傾斜磁場によ
って生成する第ｎエコーを時刻ｔｎに計測し、この操作
を全ての位相エンコードにわたって繰り返して第ｎエコ
ーから位相画像ｔｎを作成し保存し、同様に全てのエコ
ー（ｎ＝１，２，３・・・）に対して位相画像を作成し
保存し、位相画像ｔｎと位相画像ｔｎ−１との差分から
隣合うエコー間の磁場分布の変化分を作成し、全ての隣
り合うエコーについて同様の処理を行い、渦電流磁場分
布の時間変化に関するデータを得る。

【００４６】（６）また、好ましくは、上記（２）から
（５）において、被検体に対して予備計測として渦電流
磁場分布を計測し、この渦電流磁場分布計測におけるリ
ードアウト傾斜磁場駆動条件を本計測のリードアウト傾
斜磁場駆動条件と同一にする。

【００４７】（７）また、好ましくは、上記（２）から
（５）において、上記渦電流磁場の分布に関するデータ
は、特定の複数の強度、周期、形状（立ち上がり）の振
動傾斜磁場に対して計測し保存し、中間または範囲外の
強度、周期における渦電流磁場の分布は補間または外挿
処理によって作成する。

【００４８】（８）また、好ましくは、上記（２）から
（５），（７）において、上記渦電流磁場の分布に関す
るデータは、２つ以上の傾斜磁場コイルの動作に対して
計測し保存し、２つ以上の傾斜磁場コイルの同時印加に
おいては、重みをつけて合成された渦電流磁場の分布を
作成する。

【００４９】（９）また、好ましくは、上記（２）から
（４），（７），（８）において、上記渦電流磁場の分
布に関するデータは、サーチコイルを磁石内で空間的に
移動させながら局所の磁場の時間変動を記録することに
よって得る。

【００５０】（１０）静磁場発生手段と、傾斜磁場発生
手段と、高周波磁場発生手段と、磁気共鳴信号検出手段
と、画像再構成手段と、画像表示手段と、およびこれら
の制御手段とを傭え、振動するリードアウト傾斜磁場に
伴って残留磁場が生成する静磁場発生用磁石を用いる磁
気共鳴画像診断装置において、傾斜磁場の駆動に伴って
発生する残留磁場の分布に関するデータを予備計測とし
て計測し、分布データを保存する機能と、本撮影を実施
し計測データを再構成処理し画像データを得て、これを
保存する機能と、上記残留磁場の分布に関するデータと
本撮影画像データとから、残留磁場の分布を補正したｋ
空間の計測データを生成し、補正されたｋ空間計測デー
タを再構成することによって最終画像を得る機能とを備
える。

【００５１】（１１）好ましくは、上記（２）〜（１
０）において、上記渦電流磁場の分布に関するデータ
は、振動傾斜磁場によって生成する２つ以上のエコーに
対して計測され、エコー中心以外の時刻の分布データ
は、このエコー中心時刻の分布データから補間処理によ
って生成される。

【００５２】ＥＰＩのリードアウト傾斜磁場の高速反転
によって生じる動的な渦電流磁場分布を時間の関数とし
て予備計測し、この分布データを用いて本計測信号を補
正してから再構成を行うので、シングルショットＥＰＩ
などの渦電流の発生量が多いシーケンスにおいて、渦電
流に由来する偽像を正確に低減できる。渦電流磁場分布
データは、代表的なリードアウト傾斜磁場駆動条件の下
で計測し装置関数として保存しておいたデータから、本
撮像のリードアウト傾斜磁場による渦電流磁場分布をシ
ミュレーションで合成したものを用いるので、本撮像の
度に計測する必要がない。

【００５３】静磁場分布を別途計測すれば、補正ｋ空間
データの作成時に渦電流分布と静磁場分布を同時に補正
することができる。サーチコイルを併用すれば時間分解
能が高い渦電流磁場分布が得られる。

【００５４】

【発明の実施の形態】まず、本発明の原理について説明
する。本発明ではｋ空間のデータに対して、渦電流分布
の補正を行ったｋ空間データのＤ（ｋ）の推定値を、例
えば、次式７により計算し、このＤ（ｋ）の推定値をフ
ーリエ変換して画像を得る。

【００５５】

【数７】

【００５６】ここで、ｆ（ｒ）の推定値には式５のＤ
（ｋ）、すなわち実測したｋ空間データを再構成した画
像を近似的に用いることができる。

【００５７】渦電流分布△νｅ（ｒ，ｔ）の推定値を傾
斜磁場開始時からデータ点ｋのサンプリング時刻まで時
間積分し、符号を反転したものを補正の位相回転量とす
る。式７の空間積分を行い、補正されたｋ空間データＤ
（ｋ）の推定値を得る。Ｄ（ｋ）の推定値をｋについて
フーリエ変換し、渦電流の影響が除去された画像ｆ
（ｒ）を得る。

【００５８】渦電流磁場の推定値、つまり、Δνｅ
（ｒ，ｔ）の推定値は、例えば、図２に示す予備計測を
行って得る。この予備計測は本計測のＥＰＩのリードア
ウト傾斜磁場と同一の振幅、周期、反転数、形状（立ち
上がり、立ち下がり）のリードアウト傾斜磁場を用いる
が、位相エンコード（図２の符号２３）はＥＰＩとは異
なり、リードアウト傾斜磁場２４の印加前にステップ的
な強度で与える。

【００５９】位相エンコードステップ２３を時間ＴＲで
反復し、画像を得る。反復回数はｙ方向画素数分とす
る。具体的には６４程度である。なお、渦電流はリード
アウト傾斜磁場のみから発生するものと仮定している。

【００６０】図２の位相エンコードステップ毎に振動す
るリードアウト傾斜磁場を印加し、この振動傾斜磁場に
よって生成する第ｎエコーを時刻ｔｎに計測し、この操
作を全ての位相エンコードにわたって繰り返して、第ｎ
エコーから位相画像ｔｎを作成する。同様に、全てのエ
コー（ｎ＝１，２，３・・・）に対して位相画像を作成
する。

【００６１】ここで、第ｎエコーの中心時刻ｔ＝ｔｎに
おけるΔνｅ（ｒ，ｔ）は近似的に、次式８となる。た
だし、静磁場分布は無いと仮定している。

【００６２】

【数８】

【００６３】ここで、θ（ｒ，ｔｎ）は、図２に示した
のシーケンスによる第ｎエコーの位相画像であり、θ
（ｒ，ｔｎ）は第ｎ−１エコーの位相画像、εはエコー
間隔である。

【００６４】位相画像ｔｎと位相画像ｔｎ-1との差分を
とり、式８から隣合うエコー間の磁場分布の変化分を作
成し、全ての隣り合うエコー（ｎ＝１，２，３・・・）
について同様の処理を行い、各エコーの中心時刻におけ
る渦電流磁場分布Δνｅ（ｒ，ｔ）を得る。エコーとエ
コーとの中間の時刻のΔνｅ（ｒ，ｔ）は補間計算によ
り作成する。これを渦電流磁場分布の推定値、つまりΔ
νｅ（ｒ，ｔ）の推定値とする。

【００６５】さて、渦電流磁場は主に装置的要因で決ま
り、被検体には依存しないと見なすことができる。ま
た、渦電流磁場は傾斜磁場の振幅や周期などの動作条件
に依存して変化するがその変化は緩やかである。

【００６６】また、ｘ，ｙ，ｚ軸の傾斜磁場による合成
渦電流磁場は各々の渦電流磁場の加算で近似できる。

【００６７】以上から、渦電流磁場分布Δνｅ（ｒ，
ｔ）は事前に計測したものを装置関数としてメモリへ保
存しておき、個々の被検体計測での補正計算において
は、傾斜磁場の駆動の条件に合わせてシミュレーション
された渦電流磁場分布を用いるのが実際的である。

【００６８】また、本計測の視野のサイズが予備計測の
視野のサイズと一致するとは限らない。予備計測は十分
大きい視野について装置関数データΔνｅ（ｒ，ｔ）を
取得しておき、本計測データの補正においては装置関数
データの部分を、上記式５の空間積分に用いるのが実際
的である。

【００６９】上記の方法では渦電流磁場をＭＲＩの画像
から得るので、画像取得に要する時間によって時間分解
能が制限される。図２ではエコー間の間隔が時間分解能
の限界となる。

【００７０】エコーとエコーとの中間の渦電流磁場を時
間分解能を上げて計測するには、サーチコイルを用いて
もよい。サーチコイルでは空間の微小領域の磁場が任意
の時刻に計測できる。サーチコイルをｘ，ｙ，ｚステー
ジヘ載せて空間分布Δνｅ（ｒ，ｔ）を得ることもでき
る。ＭＲＩ画像による分布とサーチコイルによる分布と
を相補的に用いれば空間分解能と時間分解能とが高い分
布を作成することができる。

【００７１】静磁場分布Δνｓ（ｒ）が同時に存在する
場合は、計測信号は次式９となる。

【００７２】

【数９】

【００７３】ここで、ｔｓは横磁化の静磁場感受時間で
あり、ＧｒＥ法では磁化の励起から検出までの時間であ
り、ＳＥ法ではスピンエコー時刻から検出までの時間で
ある。

【００７４】静磁場分布についても別途計測したもの
を、Ｄ（ｋ）の補正の計算に含めることができる。静磁
場分布Δνｓ（ｒ）を含めたＤ（ｋ）の補正は次式１０
となる。

【００７５】

【数１０】

【００７６】図１は、補正処理の流れを示すフローチャ
ートである。この補正処理に関しては、後に、詳細に説
明する。

【００７７】また、被検体内の静磁場分布計測には公知
の様々なシーケンスを利用することができるが、最も基
本的なシーケンスを図３に示す。図３はエコー時刻を異
ならせた２つのＧｒＥ法（図３のａ，ｂ）から構成され
ている。静磁場分布はそれぞれのＧｒＥ画像の位相分布
から次式１１により得られる。

【００７８】

【数１１】

【００７９】上記式１１において、θａ（ｒ）、θｂ
（ｒ）はそれぞれ、図３（ａ）、（ｂ）のシーケンスに
よる位相分布であり、εはエコー時刻の差である。エコ
ー時刻の差εは位相差はある程度大きいが、位相アンラ
ップ処理が困難にならない程度の値にする（数ｍｓ〜十
数ｍｓ）。

【００８０】１．５Ｔで１ｐｐｍの静磁場不均一がある
と、１ｍｓで位相は２３度回転する（６４ＭＨｚ＊１＊
１０^-6＊０．００１＊３６０°＝２３°）。

【００８１】従って、エコー時刻の差εが１６ｍｓ以上
に長くなると主値周りが生じる。図３のシーケンスでは
リードアウト傾斜磁場３２の強度は渦電流の発生が無視
できる程度に小さくする。

【００８２】以上のように、本発明の原理によれば、Ｅ
ＰＩのリードアウト傾斜磁場の高速反転によって生じる
動的な渦電流磁場分布を時間の関数として予備計測し、
この予備計測した分布データを用いて本計測信号を補正
してから再構成を行うので、シングルショットＥＰＩな
どの渦電流の発生量が多いシーケンスにおいて、渦電流
に由来する偽像を正確に低減できる。

【００８３】また、渦電流磁場分布データは、代表的な
リードアウト傾斜磁場駆動条件の下で計測し装置関数と
して保存しておいたデータから、本撮像のリードアウト
傾斜磁場による渦電流磁場分布をシミュレーションで合
成したものを用いるので、本撮像の度に計測する必要が
ない。

【００８４】また、静磁場分布を別途計測すれば、補正
ｋ空間データの作成時に渦電流分布と静磁場分布とを同
時に補正することができる。さらに、サーチコイルを併
用すれば時間分解能が高い渦電流磁場分布が得られる。

【００８５】次に、上述した本発明の原理に基づく、実
施形態を詳細に説明する。図４は本発明の適応対象であ
る核磁気共鳴診断装置の慨略構成図である。同図におい
て、４０２は被検体内部に一様な静磁場Ｂｏを発生させ
るための電磁石または永久磁石、４０１は被検体、４１
４ａは高周波磁場を発生する送信コイル、４１４ｂは被
検体から生じる核磁気共鳴信号を検出するための検出コ
イル、４０９は直交するｘ，ｙおよびｚの３方向に強度
が線形に変化する傾斜磁場Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚを発生する
傾斜磁場コイル、４１０は傾斜磁場に電流を供給するた
めの電源である。また、４０８はコンピュータ、４０６
は信号処理及び記録装置、４２１は操作部である。

【００８６】次に、上記核磁気共鳴診断装置の動作の概
要を説明する。シンセサイザ４１１から発生された高周
波を変調器４１２で振幅または位相変調して電力増幅器
４１３で増幅し、高周波コイル４１４ａに供給すること
により被検体４０１の内部に高周波磁場を発生させ、核
スピンを励起させる。

【００８７】通常は、¹Ｈを対象とするが、³¹Ｐ、¹²Ｃ
等、核スピンを有する他の原子核を対象とすることもあ
る。

【００８８】励起核のエネルギー緩和に伴い、被検体４
０１から放出される核磁気共鳴信号は、高周波コイル４
１４ｂにより受信され、増幅器４１５で増幅された後、
直交位相検波器４１６で直交位相検波され、Ａ／Ｄ変換
器４１７を経てコンピュータ４０８へ入力される。コイ
ル４１４ａ，４１４ｂは送受信両用でもよく、別々でも
よい。

【００８９】コンピュータ４０８は信号処理後、上記核
スピンの密度分布、緩和時定数でコントラストを付与し
た密度分布、スペクトル分布等に対応する画像をディス
プレイ４２８に表示する。４２４と４２５は計算途中の
データあるいは最終データを収納するメモリ（ＲＯＭ、
ＲＡＭ）である。傾斜磁場発生系４０３，送信系４０
４，検出系４０５は全てシーケンサ４０７によって制御
され、このシーケンサ４０７はコンピュータ４０８によ
って制御される。また、コンピュータ４０８は操作部４
２１からの指令により制御される。

【００９０】図１は補正処理の流れを示すフローチャー
トである。図１において、代表的なＥＰＩのリードアウ
ト傾斜磁場の駆動条件でファントム用いて渦電流磁場分
布画像を計測し、装置関数としてメモリヘ保存する（工
程１１）。この処理は装置関数を求めるものであり、原
則としてファントムを用いて一度行えばよい。

【００９１】次に、被検体の撮影開始後、被検体内の静
磁場分布をｉｎｖｉｖｏ計測し、Δνｓ（ｒ）の推定
値とし（工程１３）、静磁場画像を再構成する（工程１
４）。また、撮影条件で決まるリードアウト傾斜磁場の
駆動条件（撮影条件）から渦電流磁場をシミュレート
し、Δνｅ（ｒ，ｔ）を得る（工程１２）。これは予備
計測内のリードアウト傾斜磁場の駆動条件と本撮影内の
リードアウト傾斜磁場の駆動条件とが通常は異なるため
に必要となる。駆動条件にはｘ，ｙ，ｚ各軸の傾斜磁場
強度、反転周期、形状、反転数などが含まれる。

【００９２】また、ＥＰＩによる本画像を計測し（工程
１５）、再構成する（工程１６）。これをｆ（ｒ）の推
定画像とする。渦電流磁場Δνｅ（ｒ，ｔ）の推定値
と、静磁場Δνｓ（ｒ）の推定値と、画像ｆ（ｒ）の推
定画像を用い、式１０の右辺の空間座標ｒに関する積分
を実行し、補正ｋ空間データＤ（ｋ）の推定データを得
る（工程１７）。

【００９３】そして、補正ｋ空間データＤ（ｋ）の推定
値をフーリエ変換して補正画像を再構成して（工程１
８）、最終結果としてその補正画像を表示する（工程１
９）。

【００９４】なお、式１０において、時間ｔ’と時間ｔ
ｓはｋをパラメータとして記述され、ｋ空間の軌跡に依
存したものになる。式１０の計算は厳密には変数ｋの全
ての離散値にわたって必要になるが、画像への寄与が大
きいｋ空間の原点近傍の領域に限定することもできる。

【００９５】補正しないデータ点ｋでは元のＤ（ｋ）を
そのまま、推定値とする。この様子を図５に示す。これ
により、積分計算の計算時間が短縮できる。

【００９６】渦電流磁場Δνｅ（ｒ，ｔ）の推定値は上
述のように、ファントムを用いて図２のシーケンスによ
る予備計測を行って得る。ファントムは導電性が低く、
渦電流の発生がないものを使用する。この予備計測にお
いて静磁場分布が無視できない場合は、例えば、図３の
シーケンスで静磁場分布計測を行い、エコー間における
静磁場による位相回転を減算する。式８は式１２とな
る。

【００９７】

【数１２】

【００９８】上記式１２において、Δνｓ（ｒ）はファ
ントム画像の静磁場分布を表す。静磁場分布Δνｓ
（ｒ）は時間依存性がない。同様の処理を全てのエコー
（ｎ＝１，２，３・・・）について行うことにより、各
エコーの中心時刻における渦電流磁場分布Δνｅ（ｒ，
ｔｎ）が得られる。

【００９９】エコーとエコーとの中間の時刻の渦電流磁
場Δνｅ（ｒ，ｔ）は補間計算により作成する。これを
図６で説明する。図６において、符号６１をリードアウ
ト傾斜磁場駆動電流波形とするとき、渦電流は符号６２
に模式的に示すように変化する。これは、傾斜磁場の周
期で概略指数関数的に変化する成分と正負の非対称性に
よるドリフト成分との和で近似することができる。

【０１００】黒丸６４はエコー中心であり、図２のシー
ケンスによる渦電流磁場の計測時刻を示す。黒丸６４ど
うしを結ぶ指数関数の結合により渦電流磁場の変動を近
似することができる。より正確な曲線を得るには、サー
チコイルによる磁場計測データを、例えば白丸６３のよ
うに黒丸６４の間の時刻に取得して補ってもよい。

【０１０１】以上は、渦電流分布計測をファントムを用
いて行う場合であるが、渦電流分布計測を被検体に対し
て予備計測として実施してもよい。この場合は、図２の
シーケンスを被検体に対して行い、リードアウト傾斜磁
場は本撮影と同一の強度、周波数、形状、反転数とする
ことができる。

【０１０２】渦電流分布のマトリクスを６４＊６４、Ｔ
Ｒを１秒とした場合、この計測に要する時間は６４秒で
ある。この場合の処理の流れを図７に示す。図７におい
て、被検体の撮影条件と同じ条件でリードアウト傾斜磁
場を設定して渦電流分布を計測し、また、静磁場分布デ
ータを計測する（工程７１）。そして、渦電流及び静磁
場分布画像を再構成して分布Δνｅ（ｒ，ｔ），Δνｓ
（ｒ）を得る（工程７２）。

【０１０３】渦電流磁場分布はリードアウト傾斜磁場の
強度、周期、形状、反転数によって変化する。全ての場
合についてに予め計測しておくことは実際的でない。代
表的な複数の強度、周期、形状、反転数の振動傾斜磁場
に対して渦電流磁場分布を計測し保存しておき、本撮像
で使用される中間の強度、周期、形状、反転数における
渦電流磁場の分布は補間処理によって作成する。

【０１０４】特に、強度については、低強度時の渦電流
磁場の測定値から大強度時の渦電流磁場を外挿によって
求めることは有効である。これは大強度時には大きな渦
電流の発生によって位相マップの空間的な歪みが増大
し、渦電流分布Δνｅ（ｒ，ｔ）の精度が低下するため
である。

【０１０５】補正データＤ（ｋ）の推定値は式７あるい
は式１０により空間積分で作られる。補正データＤ
（ｋ）の推定値の積分計算には時間がかかる。そこで、
図５に示すように、画像への寄与が大きいｋ空間原点
（ｋｘ＝０，ｋｙ＝０）に近いデータ点のみを補正し、
原点から遠いデータは補正を省略してもよい。

【０１０６】オブリーク面の計測では複数の軸のリード
アウト傾斜磁場の合成磁場が印加される。この場合に発
生する渦電流磁場は、各軸の渦電流磁場の和で近似でき
る。従って、ｘ，ｙ，ｚ軸の各々の傾斜磁場の動作に対
して計測し保存しておいた渦電流磁場を、各軸の振幅に
応じて重み付けして合成した渦電流磁場Δνｅ（ｒ，
ｔ）を補正Ｄ（ｋ）の推定値の計算に用いることができ
る。

【０１０７】以上、渦電流磁場について述べてきたが、
永久磁石を用いたＭＲＩ装置では振動傾斜磁場に伴い残
留磁場が発生する。これは永久磁石のヒステリシスに起
因する。残留磁場は、渦電流磁場と同様に偽像を生じさ
せる。この残留磁場は渦電流磁場と同様に、ＥＰＩのエ
コー毎に異なる寄与をするので、渦電流磁場と同様に補
正することができる。

【０１０８】永久磁石ＭＲＩで図２のシーケンスを行っ
て得られるΔνｅ（ｒ，ｔ）は渦電流磁場と残留磁場と
の合成磁場とみなすことができ、これまでに述べた方法
で同様に補正できる。ただし、残留磁場の計測にあたっ
ては予備撮像と本撮像の開始時のヒステリシスカーブ上
の条件を一致させる必要がある。それには例えば両方の
シーケンスの先頭で、十分大きく長い傾斜磁場を３軸に
印加して永久磁石の動作点を揃える方法がある。

【０１０９】式７あるいは式１０の結果得られた画像を
再びｆ（ｒ）の推定値として用い、式７あるいは式１０
を再帰的に計算することにより更に高精度の補正が可能
になる。

【０１１０】以上、ＥＰＩを例にして説明してきたが、
本発明はスパイラルスキャン等種々のリードアウト傾斜
磁場の短周期の反転と長い計測窓を有するシーケンスヘ
も適用することができる。

【０１１１】本発明では予備撮像として渦電流磁場分布
計測が必要になるため、その分だけ全検査時間は延長さ
れる。従ってＥＰＩの本撮影が１回のみの場合は、時間
的にはメリットが小さい。これに対して、同一視野の画
像を多数計測する場合は、１回の渦電流磁場分布計測デ
ータを画像間で共通に利用でき、全検査時間の延長を抑
えることができる。

【０１１２】例えば、脳機能計測では、刺激印加の時間
パターンを変化させて数十〜数百のシングルショットＥ
ＰＩを同じ視野で連続撮影する。また、ＥＰＩを用いた
ＭＲＡやＰｅｒｆｕｓｉｏｎで経時的に造影剤やスピン
ラベル付けしたボーラスを追跡する場合にも有効であ
る。

【０１１３】また、拡散異方性計測では２回の対称な拡
散テンソルの６個の独立成分を計測するため、基準計測
を含めて７回のシングルショットＥＰＩが必要になる。
これらの計測時に渦電流の影響を低減する上で、本発明
は特に有効である。

【０１１４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
シングルショットＥＰＩ等の渦電流や残留磁場の偽像を
発生させる磁場の発生量が多いシーケンスにおいて、渦
電流や残留磁場に由来する偽像を正確に低減することが
可能な磁気共鳴画像診断装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の補正処理の流れを示すフローチャート
である。

【図２】渦電流磁場の計測のためのシーケンスを示す図
である。

【図３】静磁場分布を計測するためのシーケンスを示す
図である。

【図４】磁気共鳴画像診断装置の全体の構成を示す図で
ある。

【図５】空間の補正領域を示す図である。

【図６】渦電流波形と渦電流磁場計測点を示す図であ
る。

【図７】本発明の別の実施例における処理の流れを示す
図である。

【図８】ＳＥ型ＥＰＩのシーケンスを示す図である。

【符号の説明】

２１励起９０°ＲＦパルス２２スライス選択傾斜磁場パルス２３位相エンコード傾斜磁場パルス２４リードアウト傾斜磁場パルス２５エコー列２６信号計測窓３１リードアウトオフセット傾斜磁場パルス３２リードアウト傾斜磁場パルス３３エコー６１リードアウト傾斜磁場駆動波形６２渦電流６３サーチコイルによる渦電流磁場計測点６４ＭＲＩによる渦電流磁場計測点８１反転１８０°ＲＦパルス８２スライス選択傾斜磁場パルス８３位相エンコード傾斜磁場パルス４０１被検体４１３ＲＦアンプ４１４ａ送信ＲＦコイル４１４ｂ検出ＲＦコイル４１５プリアンプ４１７Ａ−Ｄ変換器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】静磁場発生手段と、傾斜磁場発生手段
と、高周波磁場発生手段と、磁気共鳴信号検出手段と、
画像再構成手段と、画像表示手段と、これらの制御手段
とを備えた磁気共鳴画像診断装置において、傾斜磁場の駆動に伴って発生し、偽像を生じさせる磁場
の分布に関するデータを予備計測として計測し、分布デ
ータを保存する機能と、本撮影を実施し、計測データを再構成処理して画像デー
タを得て、得られた画像データを保存する機能と、上記偽像を生じさせる磁場の分布に関するデータと本撮
影画像データとから、上記偽像を生じさせる磁場の分布
を補正したｋ空間の計測データを生成し、この補正され
たｋ空間の計測データを再構成することによって最終画
像を得る機能と、を備えることを特徴とする磁気共鳴画像診断装置。
【請求項２】請求項１記載の磁気共鳴画像診断装置に
おいて、上記偽像を生じさせる磁場は渦電流磁場であ
り、この渦電流磁場の分布に関するデータは、前記傾斜
磁場発生手段からの振動するリードアウト傾斜磁場によ
って生成する２つ以上のエコーに対してエコー毎に計測
されることを特徴とする磁気共鳴画像診断装置。