JP2002538862A - 磁気共鳴撮像の際の主磁場の変動を補償する方法及び装置 - Google Patents

磁気共鳴撮像の際の主磁場の変動を補償する方法及び装置

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JP2002538862A
JP2002538862A JP2000604239A JP2000604239A JP2002538862A JP 2002538862 A JP2002538862 A JP 2002538862A JP 2000604239 A JP2000604239 A JP 2000604239A JP 2000604239 A JP2000604239 A JP 2000604239A JP 2002538862 A JP2002538862 A JP 2002538862A
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エル ヘー ハム,コルネリス
ベー イェー ミュルデル,ヘラルドス
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Abstract

(57)【要約】 磁気共鳴撮像装置の磁場と相互作用する磁化可能材料の温度依存性の磁気特性に特徴的な少なくとも1つの特徴量が、上記装置の主磁石の主磁場の時間的に変動する磁場の強さを補償するために決められる。変動する磁場の強さによって撮像結果にもたらされる影響を補償するために、補償信号が特徴量に基づいて形成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 本発明は、磁気共鳴撮像装置に主磁石の主磁場の時間的に変動する磁場の強さ
を補償する補償信号を決める方法に係り、上記磁気共鳴撮像装置は更に傾斜磁場
を発生させる少なくとも1つの傾斜磁場コイルと、上記磁気共鳴撮像装置の磁場
と相互作用する磁化可能材料を含む。
【0002】 磁気共鳴撮像装置は、例えば、磁気によって例えば人体又は人体の部分のよう
な物体を撮像することが公知である。このような撮像は、文献には「磁気共鳴撮
像法(MRI)」又は「核磁気共鳴(NMR)」と呼ばれる。
【0003】 例えば米国特許第5214383号から公知である典型的な磁気共鳴撮像装置
は、撮像される対象を収容する受容空間を含む。磁石によって、上記受容空間に
静止磁場又は主磁場が発生される。当該対象の撮像される領域を選択するために
、1つ以上の傾斜コイルと呼ばれるコイルが設けられ、傾斜磁場が主磁場上に重
ねられる。一般的に、傾斜磁場コイルは、直角座標系のx軸、y軸及びz軸に沿
って主磁場の線形変動をもたらす。撮像される選択された人体領域の核共鳴を達
成するには、共鳴した核から放射された信号を受信する受信器としても機能する
、1つ以上のRFコイルが設けられる。
【0004】 上記のような種類の画像装置における重要な条件は、撮像データを得る動作に
おいて、主磁場はできるだけ均一及び一定であることである。主磁場における変
動は、装置の撮像精度に直接的なマイナスの効果をもたらす。
【0005】 10Hzより小さい大きさのオーダの周波数で起きる、主磁場の磁場の強さの
概して比較的遅い変動を検出するには、上記米国特許第5214383号では、
磁場の強さの変動を測定するために複数のセンサを使用することが記載されてい
る。傾斜磁場コイルによって主磁場に重ねられた傾斜磁場は、磁石の中心におい
てのみゼロであり、従ってこの位置が、比較的遅い主磁場変動を測定するセンサ
を設けるのに理想的な位置である。しかし、磁気共鳴撮像装置の場合、磁石の中
心は、例えば検査される患者の体のような対象の受容空間内に位置しているので
利用できない。
【0006】 従って、本発明は、主磁場の磁場の強さの変動を補償する補償信号を決める新
規且つ改善された方法を提供することを第1の目的とする。
【0007】 上記のような種類の磁気共鳴撮像装置において、上記目的は、本発明では磁化
可能材料の温度依存性の磁気特性に特徴的な少なくとも1つの特徴量が決められ
、上記特徴量に基づいて補償信号が供給されることによって達成される。
【0008】 本発明は、例えば主磁石をシムするのに用いられるシム鉄及び/又は、磁気遮
蔽に用いられ上記装置の磁場と相互作用する磁化可能材料のような上記装置の磁
化可能材料の磁気特性は、使用の際の加熱影響下で変化するという事実の認識に
基づいている。上記のような変化は、例えば主磁場にドリフトをもたらすなど幾
つかの不利な効果を有する。主磁場の磁場の強さの時間的変動を表す補償信号は
、上記のような温度に依存する変動の特徴量を決めることによって得られる。
【0009】 本発明の方法の実施例では、傾斜磁場コイル又は各傾斜磁場コイルに与えられ
た電気信号が特徴量として決められる。この実施例は、傾斜磁場コイル又は各傾
斜磁場コイルにおける信号の波形は実際には正確に周知であり、従って傾斜磁場
コイルの熱に対する挙動も周知であるという事実の認識に基づいている。これは
、コイル内で電力が散逸される所与の傾斜波形に対して、上記コイル内で用いら
れ又は上記コイルと相互作用する磁化可能材料の磁気特性は、渦電流のような誘
導の影響を受けることによって、所与の数学的モデルに従って変動するというこ
とを意味する。主磁場の磁場の強さへの正確な影響は、所与の特徴量及び磁化可
能材料の構成に対して計算され得る。これは特に主磁石が超伝導コイル又は無視
できる電力散逸する実質的に超伝導コイルで構成される場合に可能である。主磁
石自体が、電力散逸の観点から無視できるほど小さくない抵抗を有する磁場コイ
ルを含む場合、主磁場の変動及び強さに対する磁化材料の熱の挙動の影響は、例
えば主磁場コイル内に散逸された電力のような磁化可能材料の磁気特性の変動の
特徴である、当該の更なる特徴量を測定することによって更に決められる。
【0010】 従来技術とは異なって、本発明による補償信号の決定は原則的に別のセンサ又
は複数のセンサを必要としない。しかし、本発明のコンテキストにおいて、セン
サを使用することは除外されるものではない。
【0011】 本発明の更なる実施例では、従って磁化可能材料の温度が特徴量として直接的
に測定される。上記のような測定は、例えば、上記装置の受容空間の中心に配置
されている必要のない1つ以上の適当なセンサによって行なわれる。上記のよう
な温度測定は、磁化可能材料の加熱に寄与する全ての影響が漸増的に含まれると
いう利点を与える。
【0012】 本発明の方法は、補償信号が磁化可能材料の温度依存性の磁気特性と、当該特
徴量又は各当該特徴量の間の所定の関数関係に基づいて決められるという更なる
実施例を有する。
【0013】 1つ以上の傾斜磁場コイルの磁気特性の変動によって引き起こされた主磁場の
変動間に直接的な数学的関係がない場合、本発明の方法の別の実施例においては
ルックアップテーブルが使用され上記当該関数関係が利用される。入力変数が測
定された特徴量であり、出力変数は補償信号又はそれを表したものによって形成
される。主磁場コイルが超伝導体から構成されない場合、本発明によって決めら
れた補償信号を用いて主磁場コイルへの電流の印加を制御することによって主磁
場は補償されうる。従って、主磁場は、更なる補償コイル等を必要とせずに一定
に保たれる。しかし、本発明は、主磁場の変動を補償するためにBコイルと呼
ばれる補助的コイルが設けられた装置にも使用され得る。
【0014】 磁気共鳴撮像装置において、主磁場と主発振器(シンセサイザ)が両方とも非
常に安定している場合の最適な画像結果、又は両方とも同じように時間的に異な
る場合の最適な画像結果には違いがないことが明らかである。最新の磁気共鳴撮
像装置は、周波数及び位相が調節可能なシンセサイザを含む。
【0015】 本発明の方法の実施例では、主磁場の磁場の強さの変動は画像結果に対して補
償され、使用の際にRF発振器手段の周波数は決められた補償信号に従って適応
される。
【0016】 本発明は、RF発振器手段及び/又は主磁場の周波数の補償に代わり又は追加
して、最終的な結果、即ち情報信号が磁場の強さの変動による欠点に対して、補
償され得る補償信号を供給することが可能である。このために、補償信号は、最
終的な情報信号を送出する処理手段と好適に協働し、補償は完全にソフトウェア
に基づいて実現され得る。
【0017】 本発明の方法によると、主磁場の磁場の強さの変動は、必要であるならば、デ
ータ獲得時間の前に決められ、補償され得る。このような補償は、例えば1つ以
上の傾斜磁場コイル又は主磁場コイル自体の磁化可能材料の温度がゆっくりと上
昇又は下降することによってもたらされる、主磁場のゆっくりとした変動に対し
て適当であると一般的に考えられる。しかし、主磁場の磁場の強さのより高速な
変動の場合、主磁場の磁場の強さの変動は、必要であるならば、本発明の方法に
従ってデータ獲得時間の間に一回以上決められ補償される。
【0018】 傾斜磁場コイルの変動する磁気特性によってもたらされた主磁場の変動に加え
て、主磁場の磁場の強さに影響を与える他の妨害源も実際には周知である。
【0019】 従って、本発明の方法の更なる実施例では、外部磁場、気圧、主磁石から発生
した振動を含む1つ以上の更なる特徴量によってもたらされる主磁場の磁場の強
さの変動が決められ、主磁場の測定された特徴量の影響を示す当該関数に基づい
て補償の度合いが決められて、上記補償信号が決められる。
【0020】 上記のように得られる補償信号は、画質に影響を与える磁場の強さの望ましく
ない変動を高い度合いで排除することが可能である。
【0021】 本発明は更に、撮像される対象を収容する受容空間と、上記受容空間に主磁場
を発生させる主磁石と、少なくとも1つの傾斜磁場コイル及び少なくとも1つの
高周波数(RF)コイルと、主磁石、上記傾斜磁場コイル及び上記RFコイルに
エネルギーを与え制御するエネルギー付加及び制御手段と、主磁場の時間的に変
動する磁場の強さを補償する補償信号を決めるために、上記エネルギー付加及び
制御手段にアクティブに接続された処理手段とを含む磁器共鳴画像装置を提供し
、上記処理手段は上記説明された本発明の方法を実施するよう配置されることを
特徴とする。
【0022】 本発明の方法は、例えば医療アプリケーション用の磁気共鳴撮像装置において
使用されることが好適なだけでなく、動作中に磁気特性が変動する主磁場及び補
助磁場を含む、例えば分光器のような任意の装置にも本質的に好適である。
【0023】 本発明を、磁気共鳴撮像装置に基づいて添付図面を参照し、以下に詳細に説明
する。
【0024】 図1に示される時期共鳴画像装置は、画像又は部分的な画像が得られる、例え
ば人体のような対象を収容するための受容空間1を含む。
【0025】 磁石系2は、上記受容空間1に静止磁場又は主磁場Bを発生させるために設け
られ、上記磁石系2は、超伝導体又は電力散逸に関して無視できるほど小さくな
い抵抗を有する伝導体から構成された1つ以上の静止磁場コイル又は主磁場コイ
ルを含む。傾斜磁場Gは、主磁場コイルの間に配置された傾斜磁場コイル3によ
って受容空間1内で主磁場Bの上に重ねられる。一般的に、傾斜磁場コイル3は
、直径座標系のx軸、y軸及びz軸方向に傾斜磁場を形成するように配置される
。z軸は主磁場Bの方向と一致するように選択される。受容空間1内の人体の所
与の断面又はスライス11は、電流波形Ix,y,zのような所定のエネルギー
付加信号を発生可能なエネルギー付加手段4によって傾斜磁場コイル3を適当に
制御することによって選択される。磁石系2は、電源5によってエネルギーが付
加される。
【0026】 高周波数(RF)コイル6は、受容空間1内の対象内に核共鳴を発生させるよ
う設けられる。本実施例におけるRFコイル6は、受容空間1内の検査される対
象から発生する共鳴信号を検出する受信器としても機能する。このために、RF
コイル6はRF送信器/受信器7に接続される。対象内の核を励起させるRFコ
イルと、共鳴信号を受信するための別のRFコイルを使用する装置も実際には周
知である。
【0027】 エネルギー付加手段4、5及びRF送信器/受信器7は処理手段10にアクテ
ィブに接続され、望ましい断面又はスライス11が選択され、更に上記が適当に
RF発振器又はシンセサイザ19によって励起される。処理手段10は得られた
画像を表示する表示手段18を制御する。
【0028】 本実施例の傾斜磁場コイル3は、磁石系の内部孔である受容空間1をできるだ
け小さく保つためにシム鉄12と一緒にされ、装置にかかる経費ができるだけ少
なくなるようにされる。シム鉄12は、磁石系2を「シムする」ために使用され
る。
【0029】 傾斜磁場コイル3とシム鉄12を一緒にすることにより、しかしより一般的に
は、装置の磁場に影響を受け例えば外部磁気シールド13と相互作用する任意の
磁化可能材料の存在によって、温度変動によってもたらされる磁化可能材料の磁
気特性の変動が主磁場Bの磁場の強さに変動をもたらすという欠点がある。
【0030】 時間的に変動する主磁場Bの磁場の強さは、画質に不利な効果をもたらす。
【0031】 主磁場Bの磁場の強さの変動を補償するために、実際には、補助磁場コイル又
はBコイル8が使用される。このようなBコイル8は、処理手段10及びエ
ネルギー付加手段9を介し、B磁場が主磁場Bの変動をできる限り補償するよ
う駆動される。
【0032】 傾斜磁場コイル3のエネルギー付加信号Ix,y,zは、対象の画像を形成す
る実際においては既知である。装置自体及び装置の直ぐ付近、即ちシールド13
は静止しているので、傾斜磁場と磁化可能材料12、13の間の相互作用、従っ
て、その間の渦電流のような誘導による温度変動は、本発明の考えに従って、傾
斜磁場コイル3のエネルギー付加信号Ix,y,zから直接得られる。
【0033】 超伝導体コイルと異なって電力散逸(熱の発生)に関して無視できるほど小さ
くない抵抗を有する磁場コイルを有する磁石系2によって主磁場Bが発生される
場合、本発明は上記のような磁場コイルが磁化可能材料12、13の変動に与え
る影響も決めることも提案する。このために、エネルギー付加手段5のエネルギ
ー付加信号は、処理手段10又は、望まれれば、図1において破線で示される別
の測定手段17によって分析され得る。磁化可能材料12、13の温度変動を電
気的に決定することの代わり又は補助として、シム鉄12及び可能であるならば
シールド13の温度も例えば周知の温度センサのような適当な測定手段14によ
って直接的に測定され得る。上記は測定手段15として示される。
【0034】 測定手段15によって供給された信号は、そこから主磁場Bの時間的変動の測
定である補償信号を決めるために処理手段10に送られる。
【0035】 磁化可能材料12、13の変動する磁気特性が主磁場Bに与える影響、及び鉄
含有量が既知となると、静止磁場Bを一定に保つために補償の度合いがそこから
決められる。主磁場Bを一定に保つために、処理手段10は、補償信号に基づい
てBコイル8に対してエネルギー付加手段9を好適に制御する。
【0036】 しかし、上記装置のRF発振器又はシンセサイザ19を、本発明に従って決め
られた補償信号によって制御することも可能である。即ち、主磁場Bの時間的変
動が従うようにその周波数を変動させる。磁気共鳴撮像装置の最適な画質を得る
ためには、主磁場Bのみならず発振器信号も可能な限り一定であり、又は両方と
も同じように時間的に異なるべきである。
【0037】 補償の度合いは、数学的モデル又は経験的モデルに従って温度と温度に対応す
る決められた特徴量の間の関係を決める関数関係から決められる。上記目的のた
めにメモリ16に記憶され、処理手段10によってアクセス可能なルックアップ
テーブルを使用することが有利である。
【0038】 図2に、多数の特徴量を計る(20)ことによって補償信号が形成される様子
を示す。B(P)(ステップ27)は、磁石系2の傾斜磁場コイル3内の信号の
電気特性、即ち散逸された電力P(ステップ21)と、シム鉄12、シールド1
3などを加熱したことによる磁場の強さの変動の関係を表す。
【0039】 B(T)(ステップ28)では、磁化可能材料の直接測定された温度T(ステ
ップ22)と、主磁場Bの磁場の強さ変動の関係を表す。
【0040】 B(Ix,y,z)(ステップ29)は、傾斜磁場コイル3の電流波形Ix, y,z (ステップ23)による装置の磁化可能材料の温度変動によって主磁場B
にもたらされた影響を表す。
【0041】 上記の特徴量に加えて、本発明は特に外部磁場Bext、気圧Patm、振動
vなどの影響を、それぞれに対する適当なセンサ又は測定手段24、25、26
と、測定された特徴量の主磁場Bの磁場の強さにおける影響を表す好適な伝達関
係、つまりそれぞれB(Bext)(ステップ30)、B(Patm)(ス
テップ31)、B(v)(ステップ32)である伝達関係によって決めること
を提案する。これらの関係も、数学的に、ルックアップテーブル又は処理手段1
0で実行されて決められる。
【0042】 計る手段20によって発生した補償信号は、Bコイル8を介して主磁場Bを
補償する及び/又はRF発振器手段19の周波数を好適に適応させるために用い
られる。主磁場コイルの場合、主磁場はエネルギー付加手段5を介しても影響す
ることが可能である。
【0043】 本発明によると、主磁場Bの変動の影響を補償する可能性は更に、画像信号が
形成される際に直に補償を行なう補償信号を発生することが含まれる。つまりこ
れは画像処理ソフトウェアが直接干渉されること(ステップ33)を意味する。
【0044】 時間的に全体的にゆっくりとした変動に関する場合、主磁場Bはデータを獲得
する時間の始まりで毎回測定されることが可能であり、必要であるならば図3に
示されるように補償が行なわれる。より高速な変動を測定及び補償可能にする、
又は最適な画質を達成するためには、データ獲得時間の間1回以上測定及び補償
を行なうことが可能であることが明らかである。
【0045】 典型的なデータ獲得時間は、異なる測定時間又は反復時間を含む場合があり、
RF励起パルス及び図3に示されるように一般的にG、G及びGである1
つ以上の傾斜磁場Gの連続的に用いられて構成される。
【0046】 Bコイル8及び/又は発振器手段19の周波数を介しての磁場Bの適応は、
必要であるならば、矢印Tによって示される走査時間毎に行なわれる。
【0047】 磁気共鳴撮像装置で使用するように上記のように説明される本発明の方法は、
分光器等のような装置においても用いられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による磁気共鳴撮像装置を示す図である。
【図2】 本発明による様々な測定された特徴量からの補償信号の決定過程を示す図であ
る。
【図3】 磁気共鳴画像においてデータを獲得する典型的な信号の一連を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ミュルデル,ヘラルドス ベー イェー オランダ国,5656 アーアー アインドー フェン, プロフ・ホルストラーン 6 Fターム(参考) 4C096 AB32 AD08 AD10 CA02 CA03 CA23 CA25 CA42 CA47 CC40

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 磁気共鳴撮像装置の主磁石の主磁場の時間的に変動する磁場
    の強さを補償する補償信号の決定方法であって、 上記磁気共鳴撮像装置は、傾斜磁場を発生させる少なくとも1つの傾斜磁場コ
    イルと、上記磁気共鳴撮像装置の磁場と相互作用する磁化可能材料とを更に含み
    、 上記磁化可能材料の温度依存性の磁気特性に特徴的な少なくとも1つの特徴量
    が決められ、 上記特徴量に基づいて上記補償信号が供給されることを特徴とする方法。
  2. 【請求項2】 上記傾斜磁場コイル又は各傾斜磁場コイルに与えられる電気
    信号は、上記特徴量と決められることを特徴とする請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 上記磁化可能材料の温度は、上記特徴量として測定されるこ
    とを特徴とする請求項1又は2記載の方法。
  4. 【請求項4】 上記主磁石は、電力散逸の観点から無視できるほど小さくな
    い抵抗を有する主磁場コイルを含み、 上記磁化可能材料の上記温度依存性の磁気特性に特徴的な更なる特徴量が、上
    記主磁場コイルに散逸された電力から決められることを特徴とする請求項1乃至
    3のうちいずれか一項記載の方法。
  5. 【請求項5】 上記補償信号は、上記磁化可能材料の上記温度依存性の磁気
    特性と当該特徴量又は各当該特徴量との間の所定の関数関係に基づいて決められ
    ることを特徴とする請求項1乃至4のうちいずれか一項記載の方法。
  6. 【請求項6】 上記当該の関数関係はルックアップテーブルに入れられ、 上記当該の関数関係の入力変数は上記特徴量又は各特徴量を表すものであり、
    出力変数は補償信号を表すものであることを特徴とする請求項5記載の方法。
  7. 【請求項7】 上記磁気共鳴撮像装置は、上記主磁場の磁場の強さを補償す
    る補助磁場コイルを含み、 上記主磁場は、上記決められた補償信号に従って上記補助磁場コイルによって
    補助磁場を発生させることにより補償されることを特徴とする請求項1乃至6の
    うちいずれか一項記載の方法。
  8. 【請求項8】 上記主磁石は、電力散逸の観点から無視できるほど小さくな
    い抵抗を有する主磁場コイルを含み、 上記主磁場は、決められた補償信号に従って上記主磁場コイルへの電気的エネ
    ルギーの付加を制御することにより補償されることを特徴とする請求項1乃至7
    のうちいずれか一項記載の方法。
  9. 【請求項9】 上記磁気共鳴撮像装置は、少なくとも1つの高周波数(RF
    )コイルにエネルギーを付加する高周波数(RF)発振器手段を含み、 上記RF発振器手段の周波数は、動作中は決められた補償信号に従って適応さ
    れることを特徴とする請求項1乃至8のうちいずれか一項記載の方法。
  10. 【請求項10】 上記RF発振器手段の周波数は、1つ以上の傾斜磁場信号
    を与える前に適応されることを特徴とする請求項9記載の方法。
  11. 【請求項11】 上記磁気共鳴撮像装置は、上記主磁場の影響下で獲得した
    情報信号を処理するプロセッサによって制御される処理手段を含み、 補償された情報信号を供給するために上記処理手段は上記決められた補償信号
    に従って制御されることを特徴とする請求項1乃至10のうちいずれか一項記載
    の方法。
  12. 【請求項12】 上記主磁場の磁場の強さの変動は、必要であるならば、獲
    得時間の間に一度以上決められ、補償されることを特徴とする請求項1乃至11
    のうちいずれか一項記載の方法。
  13. 【請求項13】 上記補償信号は更に、外部磁場、気圧及び機械的振動を含
    む1つ以上の更なる特徴量によって引き起こされた上記主磁場の磁場の強さの変
    動を測定して決められ、 補償の度合いは、上記当該の特徴量の上記主磁場に与える影響を表す当該関数
    関係から決められることを特徴とする請求項1乃至12のうちいずれか一項記載
    の方法。
  14. 【請求項14】 撮像される対象を収容する受容空間と、 上記受容空間に主磁場を発生させる主磁石と、 少なくとも1つの傾斜磁場コイルと、 少なくとも1つの高周波(RF)コイルと、 上記主磁石、上記傾斜磁場コイル及び上記RFコイルにエネルギーを付加及び
    制御するエネルギー付加及び制御手段と、 上記主磁場の時間的に変動する磁場の強さを補償する補償信号を決めるために
    、上記エネルギー付加及び制御手段にアクティブに接続される処理手段とを含む
    磁気共鳴撮像装置であって、 上記処理手段は、請求項1乃至13のうちいずれか一項記載の方法を実施する
    ように設けられることを特徴とする磁気共鳴撮像装置。
JP2000604239A 1999-03-10 2000-02-23 磁気共鳴撮像の際の主磁場の変動を補償する方法及び装置 Withdrawn JP2002538862A (ja)

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EP99200721 1999-03-10
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