JP2003135416A - 磁気共鳴撮像装置および勾配磁場非線形成分計測方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 勾配磁場の非線形成分を、精度良く短時間に
計測することを実現する。 【解決手段】 周波数エンコード軸方向のディフェーズ
勾配の強度を変化させて２枚の生データを取得し（ステ
ップＳ２２０およびステップＳ２３０）、これらを画像
再構成して生成した画像情報から位相角度を算出し（ス
テップＳ２５０）、各画素ごとにその差分を取る（ステ
ップＳ２６０）こととしているので、周波数エンコード
軸方向の勾配磁場の非線形成分を各画素ごとに位相角度
を用いて検出し、非線形成分の周波数エンコード軸上の
位置および強度を高い精度でもって短時間で計測するこ
とを実現させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、均一な静磁場領
域に勾配磁場を形成し、この勾配磁場を用いて被検体を
選択的に励起して、この励起された磁気共鳴信号の位置
情報を勾配磁場を用いて得る磁気共鳴撮像装置および勾
配磁場非線形成分計測方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、磁気共鳴撮像装置のパルスシーケ
ンス（ｐｕｌｓｅ ｓｅｑｕｅｎｃｅ）の高速化、画像
の精細化に伴い、より高い精度の静磁場均一度、勾配磁
場の線形性が求められている。特に、勾配磁場の非線形
成分は、画像の歪み等を引き起こし、磁気共鳴撮像装置
の画質に影響を及ぼす。勾配磁場の非線形成分は、勾配
磁場を形成する勾配磁場コイル（ｃｏｉｌ）の設計を改
善することにより軽減されるが、そこには物理的な限界
が存在する。

【０００３】そこで、勾配磁場の非線形成分を計測し
て、この情報に基づいて画像を補正することが行われ
る。この方法によれば、例えば格子状ファントム（ｐｈ
ａｎｔｏｍ：疑似被検体）の磁気共鳴画像を取得する
と、この格子状模様は勾配磁場に非線形成分が存在する
ために歪みを生じる。この歪み、すなわち形状変化の計
測結果から、勾配磁場の非線形成分を知ることができ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術によれば、勾配磁場の非線形成分を精度良く知る
ことができなかった。すなわち、歪みが生じた格子状フ
ァントムの磁気共鳴画像は、磁気共鳴撮像方法の原理に
起因するぼけを有しているので、格子状模様の境界が不
鮮明であり、形状変化を精度良く計測することができな
かった。

【０００５】特に、精度良く勾配磁場の非線形成分を計
測することができないので、この非線形成分に基づいて
行われる画像の歪み補正も満足の行くものでなかった。
これらのことから、精度良く勾配磁場の非線形成分を計
測することををいかに実現するかが極めて重要となる。

【０００６】この発明は、上述した従来技術による課題
を解決するためになされたものであり、勾配磁場の非線
形成分を精度良く計測することができる、磁気共鳴撮像
装置および勾配磁場非線形成分計測方法を提供すること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決し、
目的を達成するために、第１の観点の発明に係る磁気共
鳴撮像装置は、静磁場を形成する静磁場形成手段と、勾
配磁場を形成する勾配磁場形成手段と、前記静磁場内の
被検体に高周波磁場を送信する送信手段と、前記被検体
からの磁気共鳴信号を受信する受信手段と、前記勾配磁
場形成手段、前記送信手段および前記受信手段を、周波
数エンコード軸方向にディフェーズ勾配磁場と読み出し
勾配磁場を有するパルスシーケンスを用いて制御する制
御手段と、前記磁気共鳴信号からフーリエ変換を行い画
像情報を生成および処理する画像処理手段と、を備える
磁気共鳴撮像装置であって、前記パルスシーケンスは、
前記ディフェーズ勾配磁場の強度を変更させる変更手段
を有し、前記画像処理手段は、前記変更手段により得ら
れる複数の前記画像情報から位相情報を算出する算出手
段と、複数の前記位相情報の同一位置の差分を取ること
により前記勾配磁場の非線形成分を抽出する抽出手段
と、を備えることを特徴とする。

【０００８】この第１の観点による発明によれば、パル
スシーケンスは、ディフェーズ勾配磁場の強度を変更さ
せる変更手段を有し、画像処理手段は、変更手段により
得られる複数の画像情報から位相情報を算出する算出手
段と、複数の位相情報の同一位置の差分を取ることによ
り勾配磁場の非線形成分を抽出する抽出手段と、を備え
ることとしているので、勾配磁場の非線形成分を精度良
く計測し、勾配磁場の非線形成分による画像の歪みを補
正することができる。

【０００９】また、第２の観点の発明に係る磁気共鳴撮
像装置によれば、前記変更手段は、前記ディフェーズ勾
配磁場の強度を、前記磁気共鳴信号の最大点が読み出し
勾配磁場の時間中心と一致するときの強度と、前記磁気
共鳴信号の最大点が読み出し勾配磁場の時間中心から離
れて位置するときの強度と、に変更することを特徴とす
る。

【００１０】この第２の観点の発明によれば、変更手段
は、ディフェーズ勾配磁場の強度を、磁気共鳴信号の最
大点が読み出し勾配磁場の時間中心と一致するときの強
度と、磁気共鳴信号の最大点が読み出し勾配磁場の時間
中心から離れて位置するときの強度と、に変更すること
としているので、画像情報から算出される位相情報とし
て、磁気共鳴信号の最大点と読み出し勾配の時間中心と
の時間差に比例した位相勾配を有する位相情報と、前記
位相勾配を含まない位相情報と、を得ることができる。

【００１１】また、第３の観点の発明に係る磁気共鳴撮
像装置によれば、前記変更手段は、前記読み出し勾配磁
場の強度および出力時間が、前記変更の前と後で同一で
あることを特徴とする。

【００１２】この第３の観点の発明によれば、変更手段
は、読み出し勾配磁場の強度および出力時間が、変更の
前と後で同一であることとしているので、静磁場不均一
およびハードウェアに起因する位相情報を同一とするこ
とができる。

【００１３】また、第４の観点の発明に係る磁気共鳴撮
像装置よれば、前記変更手段は、前記ディフェーズ勾配
磁場の強度の変化分が、前記位相情報の変化量が２πラ
ジアン以内とする強度であることを特徴とする。

【００１４】この第４の観点の発明によれば、変更手段
は、ディフェーズ勾配磁場の強度の変化分が、位相情報
の変化量が２πラジアン以内とする強度であることとし
ているので、画像情報内の位相情報が折り返しを生じ
て、異なる勾配磁場強度の画素位置が同一位相を有する
ことを防ぐことができる。

【００１５】また、第５の観点の発明に係る磁気共鳴撮
像装置よれば、前記算出手段は、フーリエ変換された前
記画像情報における各画素の信号強度が有する位相角度
を位相情報とすることを特徴とする。

【００１６】この第５の観点の発明によれば、算出手段
は、フーリエ変換された前記画像情報における各画素の
信号強度が有する位相角度を位相情報とすることとして
いるので、勾配磁場の非線形成分を含んだ位相情報を得
ることができる。

【００１７】また、第６の観点の発明に係る磁気共鳴撮
像装置よれば、前記抽出手段は、複数の前記画像情報に
ついての同一画素位置の位相情報の差分から前記勾配磁
場の前記画素位置の非線形成分を抽出することを特徴と
する。

【００１８】この第６の観点の発明によれば、抽出手段
は、複数の画像情報についての同一画素位置の位相情報
の差分から勾配磁場の画素位置の非線形成分を抽出する
こととしているので、勾配磁場の非線形成分の位置する
場所を特定することができる。

【００１９】また、第７の観点の発明に係る磁気共鳴撮
像装置よれば、前記パルスシーケンスは、スピンエコー
法を用いることを特徴とする。この第７の観点の発明に
よれば、パルスシーケンスは、スピンエコー法を用いる
こととしているので、位相情報として静磁場不均一の効
果を少なくでき、精度良く勾配磁場の非線形成分を抽出
することができる。

【００２０】また、第８の観点の発明に係る勾配磁場非
線形成分計測方法によれば、静磁場を形成し、勾配磁場
を形成し、前記静磁場内の被検体に高周波磁場を送信
し、前記被検体からの磁気共鳴信号を受信し、前記勾配
磁場の形成、前記高周波磁場の送信および前記磁気共鳴
信号の受信を、周波数エンコード軸方向にディフェーズ
勾配磁場と読み出し勾配磁場を有するパルスシーケンス
を用いて制御し、前記磁気共鳴信号のフーリエ変換を行
い画像情報を生成および処理することを特徴とする勾配
磁場非線形成分計測方法であって、前記パルスシーケン
スは、前記ディフェーズ勾配磁場の強度を変更し、前記
画像情報の生成および処理は、前記変更により得られた
複数の前記画像情報から位相情報を算出し、複数の前記
位相情報の同一位置の差分を取ることにより前記勾配磁
場の非線形成分を抽出することを特徴とする。

【００２１】この第８の観点の発明によれば、パルスシ
ーケンスは、ディフェーズ勾配磁場の強度を変更し、こ
の画像情報の生成および処理は、変更により得られた複
数の画像情報から位相情報を算出し、複数の位相情報の
同一位置の差分を取ることにより勾配磁場の非線形成分
を抽出することとしているので、勾配磁場の非線形成分
を精度良く測定し、勾配磁場の非線形成分による画像の
歪みを補正することができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照して、この
発明にかかる磁気共鳴撮像装置および勾配磁場非線形成
分計測方法の好適な実施の形態について説明する。な
お、これにより本発明が限定されるものではない。

【００２３】まず、本実施の形態に係る磁気共鳴撮像装
置の全体構成について説明する。図１に磁気共鳴撮像装
置のブロック（ｂｌｏｃｋ）図を示す。同図に示すよう
に、本装置はマグネットシステム（ｍａｇｎｅｔ ｓｙ
ｓｔｅｍ）１００を有する。マグネットシステム１００
は主磁場コイル部１０２、勾配コイル部１０６およびＲ
Ｆ（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）コイル部１０８
を有する。これら各コイル部は概ね円筒状の形状を有
し、互いに同軸的に配置されている。また、マグネット
システム１００の概ね円柱状の内部空間（ボア：ｂｏｒ
ｅ）の中心部に、撮像の被検体１が配置される。

【００２４】被検体１は、内部に水を主成分とする液体
を含んだ球形の非磁性体が好ましい。測定する勾配磁場
の非線形領域が広いほど、大きな直径のものが必要とな
る。また、多方向の非線形領域を測定するため、方向性
の無い球形が望まれる。

【００２５】主磁場コイル部１０２はマグネットシステ
ム１００の内部空間に静磁場を形成する。静磁場の方向
は概ね同軸的に配置された円筒状コイルの軸方向に平行
である。すなわちいわゆる水平磁場を形成する。主磁場
コイル部１０２は例えば超伝導コイルを用いて構成され
る。なお、超伝導コイルに限らず常伝導コイル等を用い
て構成してもよい。

【００２６】勾配コイル部１０６は、互いに垂直な３軸
すなわちスライス（ｓｌｉｃｅ）軸、位相エンコード
（ｅｎｃｏｄｅ）軸および周波数エンコード軸の方向に
おいて、それぞれ静磁場強度に勾配を持たせるための３
つの勾配磁場を生じる。

【００２７】静磁場空間における互いに垂直な座標軸を
ｘ，ｙ，ｚとしたとき、いずれの軸もスライス軸とする
ことができる。その場合、残り２軸のうちの一方を位相
エンコード軸とし、他方を周波数エンコード軸とする。
また、スライス軸、位相エンコード軸および周波数エン
コード軸は、相互間の垂直性を保ったままｘ，ｙ，ｚ軸
に関して任意の傾きを持たせることも可能である。本装
置では同軸的に配置された円筒状コイルの軸方向をｚ軸
方向とする。

【００２８】スライス軸方向の勾配磁場をスライス勾配
磁場ともいう。位相エンコード軸方向の勾配磁場を位相
エンコード勾配磁場ともいう。周波数エンコード軸方向
の勾配磁場は、被検体１に励起された磁気共鳴信号の位
相を相互にばらけさせるディフェーズ（ｄｅｐｈａｓ
ｅ）勾配磁場と、このばらけた磁気共鳴信号の位相を再
度同じものとするリフォーカス（ｒｅｆｏｃｕｓ）のた
めの読み出し勾配磁場とを有する。このような勾配磁場
の発生を可能にするために、勾配コイル部１０６は図示
しない３系統の勾配コイルを有する。以下、勾配磁場を
単に勾配ともいう。

【００２９】ＲＦコイル部１０８は静磁場空間に被検体
１の体内のスピン（ｓｐｉｎ）を励起するための高周波
磁場を形成する。以下、高周波磁場を形成することをＲ
Ｆ励起信号の送信ともいう。また、ＲＦ励起信号をＲＦ
パルスともいう。ＲＦコイル部１０８は、また、励起さ
れたスピンが生じる電磁波すなわち磁気共鳴信号を受信
する。

【００３０】ＲＦコイル部１０８は図示しない送信用の
コイルおよび受信用のコイルを有する。送信用のコイル
および受信用のコイルは、同じコイルを兼用するかある
いはそれぞれ専用のコイルを用いる。

【００３１】勾配コイル部１０６には勾配駆動部１３０
が接続されている。勾配駆動部１３０は勾配コイル部１
０６に駆動信号を与えて勾配磁場を発生させる。勾配駆
動部１３０は、勾配コイル部１０６における３系統の勾
配コイルに対応して、図示しない３系統の駆動回路を有
する。

【００３２】ＲＦコイル部１０８にはＲＦ駆動部１４０
が接続されている。ＲＦ駆動部１４０はＲＦコイル部１
０８に駆動信号を与えてＲＦパルスを送信し、被検体１
の体内のスピンを励起する。

【００３３】ＲＦコイル部１０８にはデータ収集部１５
０が接続されている。データ収集部１５０は、ＲＦコイ
ル部１０８が受信した受信信号をサンプリング（ｓａｍ
ｐｌｉｎｇ）によって取り込み、それをディジタルデー
タ（ｄｉｇｉｔａｌ ｄａｔａ）として収集する。

【００３４】勾配駆動部１３０、ＲＦ駆動部１４０およ
びデータ収集部１５０には制御部１６０が接続されてい
る。制御部１６０は、勾配駆動部１３０ないしデータ収
集部１５０をそれぞれ制御して撮像を遂行する。

【００３５】制御部１６０は、例えばコンピュータ（ｃ
ｏｍｐｕｔｅｒ）等を用いて構成される。制御部１６０
は図示しないメモリ（ｍｅｍｏｒｙ）を有する。メモリ
は制御部１６０用の制御プログラム（ｐｒｏｇｒａｍ）
であるパルスシーケンスおよび各種のデータを記憶して
いる。制御部１６０の機能は、コンピュータがメモリに
記憶されたプログラムを実行することにより実現され
る。

【００３６】データ収集部１５０の出力側はデータ処理
部１７０に接続されている。データ収集部１５０が収集
したデータがデータ処理部１７０に入力される。データ
処理部１７０は、例えばコンピュータ等を用いて構成さ
れる。データ処理部１７０は図示しないメモリを有す
る。メモリはデータ処理部１７０用のプログラムおよび
各種のデータを記憶している。

【００３７】データ処理部１７０は制御部１６０に接続
されている。データ処理部１７０は制御部１６０の上位
にあってそれを統括する。本装置の機能は、データ処理
部１７０がメモリに記憶されたプログラムを実行するこ
とによりを実現される。

【００３８】データ処理部１７０は、データ収集部１５
０が収集した磁気共鳴信号である生データをメモリに記
憶する。この生データは２次元フーリエ（Ｆｏｕｒｉｅ
ｒ）変換により画像再構成が行われ、画像情報が生成さ
れる。そして、この画像情報はメモリに記憶される。

【００３９】データ処理部１７０には表示部１８０およ
び操作部１９０が接続されている。表示部１８０は、グ
ラフィックディスプレー（ｇｒａｐｈｉｃ ｄｉｓｐｌ
ａｙ）等で構成される。操作部１９０はポインティング
デバイス（ｐｏｉｎｔｉｎｇｄｅｖｉｃｅ）を備えたキ
ーボード（ｋｅｙｂｏａｒｄ）等で構成される。

【００４０】表示部１８０は、データ処理部１７０から
出力される再構成画像および各種の情報を表示する。操
作部１９０は、使用者によって操作され、各種の指令や
情報等をデータ処理部１７０に入力する。使用者は表示
部１８０および操作部１９０を通じてインタラクティブ
（ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ）に本装置を操作する。

【００４１】次に、本発明の動作について図２のフロー
チャートを用いて説明する。図２は、データ処理部の動
作を示すフローチャートである。まず、被検体１をマグ
ネットシステム１００のボア内中心部に設置する（ステ
ップＳ２１０）。ここで、ボア中心部と、被検体１の中
心が一致することが好ましい。

【００４２】その後、スピンエコー法を用いてスキャン
を行う（ステップＳ２２０）。このスピンエコー法を用
いたスキャンについて図３のパルスシーケンスを用いて
説明する。図３は、制御部１３０に内蔵される制御プロ
グラムであるパルスシーケンスを図示したものである。
パルスシーケンスは、時間軸ｔに沿って左から右に進行
しつつ、勾配駆動部１３０ないしデータ収集部１５０を
順次起動し、磁気共鳴信号を得るものである。

【００４３】まず、スライス勾配を勾配駆動部１３０か
ら出力しつつ（図３（２））９０度パルス３００をＲＦ
駆動部１４０から送信し（図３（１））、被検体１のス
ライス軸と直交する断面の磁化ベクトルを９０度回転し
て選択的に励起する。そして、周波数エンコード軸方向
の勾配駆動部１３０によりディフェーズ勾配３１０を加
え（図３（３））、励起された磁気共鳴信号のディフェ
ーズを行う。この際、ディフェーズ勾配３１０の面積
は、読み出し勾配３２０の面積の半分とする。

【００４４】つづいて、スライス勾配を勾配駆動部１３
０から出力しつつ（図３（２））１８０度パルス３０１
をＲＦ駆動部１４０から送信し（図３（１））、選択的
に励起された磁化ベクトルを１８０度回転して位相反転
を行う。そして、位相エンコード軸方向の勾配駆動部１
３０により位相エンコード勾配３３０を加えて位相エン
コードを行い（図３（４））、さらに周波数エンコード
軸方向に勾配駆動部１３０により読み出し勾配３２０を
加え（図３（４））、データ収集部１５０により受信エ
コー３６０を受信する（図３（５））。その後、位相エ
ンコード軸方向の位相エンコード勾配３３０（図３
（４））の強度を、例えば２５６段階に順次切り替え
て、同様の操作を行い、２次元的な１枚の生データを取
得する。

【００４５】また、図２のステップ２１０につづいて、
ディフェーズ勾配の強度を変更して次のスキャンを行う
（ステップＳ２２０）。このスキャンでは、図３に示し
たパルスシーケンスのディフェーズ勾配３１０の代わり
に、ディフェーズ勾配３１１（図３（３）：破線部）を
用いてスキャンを行う。ディフェーズ勾配３１１を用い
た際に受信される受信エコー３７０は、ディフェーズ勾
配３１１がディフェーズ勾配３１０より小さく設定され
ているので、受信エコー３６０より手前に出現する（図
３（６））。その他は、ステップＳ２２０と全く同様な
ので説明を省略する。

【００４６】また、図２のステップＳ２２０につづい
て、データ処理部１７０は、ステップＳ２１０およびス
テップＳ２２０で取得した生データにフーリエ変換を施
し画像再構成を行う（ステップＳ２４０）。ステップＳ
２４０により、各生データは、実数成分と虚数成分の２
つの２次元画像情報を生成し、この２つの２次元画像情
報の同一位置の各画素値を、ガウス平面（ｇａｕｓｓｉ
ａｎ ｐｌａｎｅ）上の各々直交する実数成分および虚
数成分として、二乗和の平方根を求めたものが被検体１
の絶対値画像として表示される。一方、２つの２次元画
像情報の同一位置の各画素値を、ガウス平面上の各々直
交する実数成分および虚数成分として位相角度を求め
（ステップＳ２５０）、この位相情報を２次元的に配
列、表示したものがフェイズマップ（ｐｈａｓｅ ｍａ
ｐ）である。

【００４７】図４は、フェイズマップの周波数エンコー
ド軸方向の位相情報を抽出し、１次元的に表示した例で
ある。縦軸は、位相角度を−π〜πラジアンの範囲で現
し、横軸は、一例として２５６画素の画素位置をー１２
７〜１２８の整数で現した。図４（１）は、受信エコー
３６０をフーリエ変換して求めた位相情報の例で、被検
体の断層画像が位置する被検体領域と、被検体が全く存
在せずノイズ成分だけのノイズ領域とからなる。ノイズ
成分の位相角度は全く確定せず、図のように−π〜πラ
ジアンの範囲で自由な値を持つ。被検体領域の位相角度
は、磁場不均一、勾配磁場の非線形成分、およびＲＦ送
信と受信の際の位相誤差を含んだものとなる。受信エコ
ー３６０は、受信エコーの中心と読み出し勾配の時間中
心が一致しているので、画素位置に比例して変化する位
相成分を持たない。

【００４８】また、図４（２）は、受信エコー３７０を
フーリエ変換して求めた位相情報の例である。受信エコ
ー３７０は、受信エコーの中心が読み出し勾配の時間中
心の手前に位置しているので、図４（２）の位相角度
は、画素位置に対して、その時間差Δｔに比例した位相
角度の傾きを有している。なお、位相角度に寄与する磁
場不均一およびＲＦ送信と受信の際の位相誤差といった
成分は、読み出し勾配３２０を全く同一の強度および時
間としているので同一である。一方、勾配磁場の非線形
成分の位相角度への寄与は、ディフェーズ勾配３１１を
小さなものとしているので減少する。

【００４９】ここで、ディフェーズ勾配３１１の強度が
ディフェーズ勾配３１０よりΔＧ（ｇａｕｓｓ／ｃｍ）
小さくなったとし、周波数エンコード勾配３２０の強度
をＧＲ（ｇａｕｓｓ／ｃｍ）とすると、 Δｔ（ｍｓｅｃ）＝（ΔＧ／ＧＲ）Ｔ の時間だけ受信エコー３７０は、受信エコー３６０より
速く出現する。ここでＴ（ｍｓｅｃ）は、ディフェーズ
勾配３１０および３１１の出力時間である。なお、勾配
磁場の立ち上がり時間、立ち下がり時間は無視した。ま
た、ディフェーズ勾配として半円形、その他の形状のも
のが用いられる場合もあるが、全く同様の議論であるの
で、以下の議論では、勾配磁場は矩形であるする。

【００５０】そして、この時、図４（２）の位相角度の
傾きα（ｒａｄｉａｎ／ｃｍ）は、ラーモア（ｌａｒｍ
ｏｒ）の式から、 α＝２πγＧＲΔｔ＝２πγΔＧＴ ――――――（１） となる。ここで、γ（ｃｙｃｌｅ／ｇａｕｓｓ・ｍｓｅ
ｃ）は、磁気回転比である。また、位相角度の変化範囲
を２π以内とするため、図４（２）の被検体領域の長さ
をＬ（ｃｍ）とすると、 ２π＞αＬ が成立する必要があり、この式からΔｔおよびΔＧの上
限値が限定される。

【００５１】さらに、ここで勾配磁場の線形成分、非線
形成分および位相角度について数式を用いて説明する。
勾配磁場Ｂ（ｘ）（ｇａｕｓｓ）は、線形成分の勾配を
Ｇ（ｇａｕｓｓ／ｃｍ）、非線形成分をＮ（ｘ）（ｇａ
ｕｓｓ）とすると、 Ｂ（ｘ）＝Ｇｘ＋Ｎ（ｘ）―――――――――（２） となり（図５）、これがパルスシーケンス上で勾配Ｇの
勾配磁場を指定した際に実際に出力される勾配磁場Ｂ
（ｘ）である。（２）式では、簡単のためにｘ軸方向の
みを考慮したが、ｙ軸およびｚ軸方向も全く同様である
のでここでの説明を省略する。図５では、ボアの中心近
傍において良い線形性が成り立っているが、中心近傍か
ら外れると非線形成分Ｎ（ｘ）の効果が大きくなり線形
性からの誤差が大きくなる。

【００５２】図３のディフェーズ勾配３１０の強度を
Ｇ、出力時間をＴとした場合に、９０度パルス３００お
よび１８０度パルス３０１間で加えられる実際の位相角
度Φ（ｘ）は、ラーモアの式より、 Φ（ｘ）＝２πγＢ（ｘ）Ｔ ―――――――――（３） となる。（３）式に（２）式を代入すると、 Φ（ｘ）＝２πγ（ＧｘＴ＋Ｎ（ｘ）Ｔ） ―――――（４） となる。ここで、（４）式中のＧｘＴの項は、ディフェ
ーズ勾配３１０を用いた場合には、１８０度パルス以降
の周波数エンコード軸上で読み出し勾配３２０によりリ
フォーカス（ｒｅｆｏｃｕｓ）され、読み出し勾配３２
０の時間中心においてｘに依存せず零となる。その結果
として、読み出し勾配３２０の時間中心と磁気共鳴信号
の最大点とは一致する。

【００５３】また、図２のステップＳ２５０につづい
て、ディフェーズ勾配を変更する前と後の位相情報の差
分を求める（ステップＳ２６０）。図４（３）にこの差
分により得られる位相情報の例を示した。被検体領域の
位相角度からは、磁場不均一およびＲＦ送信と受信の際
の位相誤差といった成分は消え去り、受信エコーの中心
位置と読み出し勾配の時間中心の不一致に起因する線形
位相勾配と、勾配磁場の非線形成分に起因する線形位相
勾配からのずれが残る。なお、画素位置が０の近傍で
は、勾配磁場の非線形成分は全く零とみなせるので、こ
の位相情報から線形位相勾配を除去して非線形成分のみ
（図４（３）中の実線部分と点線部分の差）を抽出する
こともできる。

【００５４】また、式で表現すると、ディフェーズ勾配
３１０と３１１の強度の差ΔＧは、ΔＧ＝ｋＧと表すこ
とができて（ｋ：比例常数）、ディフェーズ勾配を変更
する前と後の位相角度の差分ΔΦ（ｘ）は、（４）式よ
り、 ΔΦ（ｘ）＝２πγ（ΔＧｘＴ＋ΔＮ（ｘ）Ｔ） ―――（５） となる。ここでΔＮ（ｘ）は、非線形成分の差分であ
る。勾配磁場Ｂ（ｘ）の強度が勾配コイル部１０６に流
される電流値により制御され、またビオサバール（Ｂｉ
ｏｔＳａｖａｒｔ）の法則から、勾配磁場Ｂ（ｘ）の強
度がこの電流値に比例することを考慮すると、 ΔＮ（ｘ）＝ｋＮ（ｘ） ―――――――――（６） となる。従って、（６）式を（５）式に代入すると、 ΔΦ（ｘ）＝２πγ（ΔＧｘＴ＋ｋＮ（ｘ）Ｔ） ―――（７） となる。式（７）中の第１項は、線形位相勾配成分で式
（１）と同一であり図４（３）中に示した位相勾配αを
現している。また、第２項は図４（３）中の非線形成分
を現しており、ｋおよびＴがｘとは独立な常数であるこ
とから、非線形成分Ｎ（ｘ）が位相角度Φの差分を取る
ことにより抽出されることがわかる。

【００５５】なお、式（７）では、９０度パルス３００
および１８０度パルス３０１間で加えられるディフェー
ズ勾配３１０および３１１の効果のみを考慮した。１８
０度パルス３０１以降に加えられる読み出し勾配３２０
は、ディフェーズ勾配３１０を変更する前と後で全く同
一のものとしているので、変化分だけを考える際には、
考慮する必要がない。

【００５６】上述してきたように、本実施の形態では、
周波数エンコード軸方向のディフェーズ勾配３１０の強
度を変化させて２枚の生データを取得し、これらを画像
再構成して生成した画像情報から位相角度を算出し、各
画素ごとにその差分を取ることとしているので、周波数
エンコード軸方向の勾配磁場の非線形成分を各画素ごと
に位相角度を用いて検出し、非線形成分の周波数エンコ
ード軸上の位置および強度を高い精度でもって短時間で
計測することができる。

【００５７】なお、前記生データのノイズ成分は、前記
スキャンを繰り返し行い、多数の生データの平均化を行
うことにより、減少させることができる。従って、生デ
ータに基づいて算出される位相角度も、繰り返しスキャ
ンを行うことにより精度を向上することができる。

【００５８】また、本実施の形態では、ディフェーズ勾
配３１１の強度は、ディフェーズ勾配３１０の強度より
小さいものとしたが、大きいものとして行うこともでき
る。この際の位相角度の勾配αは、ディフェーズ勾配３
１１の強度がディフェーズ勾配３１０の強度より小さい
ものとした場合とは、逆符号を有する。

【００５９】また、ディフェーズ勾配３１１の強度を複
数回変更して前記スキャンを行い、複数の非線形成分情
報を取得することもできる。この場合には、複数の非線
形成分情報の平均を求めることにより、非線形成分情報
の精度を向上することができる。さらに、ディフェーズ
勾配３１１の代わりに、磁気共鳴信号の最大点が読み出
し勾配磁場の時間中心から離れて位置する強度のディフ
ェーズ勾配を用いることもできる。

【００６０】また、本実施の形態では、周波数エンコー
ド軸は、磁気共鳴撮像装置のｘ、ｙ、ｚ軸およびそれら
を組み合わせた方向に設定することができるので、すべ
ての方向の勾配磁場の非線形成分を求めることができ
る。

【００６１】また、本実施の形態では、スピンエコー法
を用いたパルスシーケンスの例を示したが、その他のパ
ルスシーケンス、例えばファーストスピンエコー（Ｆａ
ｓｔＳｐｉｎ Ｅｃｈｏ）法とか、グラジエントエコー
（Ｇｒａｄｉｅｎｔ Ｅｃｈｏ）法とかを用いて行うこ
とができる。

【００６２】ファーストスピンエコー法を用いた場合に
は、被検体１を励起した後で複数の１８０度パルスを用
いて複数の受信エコーを得るため、受信エコーごとにデ
ィフェーズ勾配量を変化させることにより、１回の撮像
で、２枚あるいはそれ以上の生データを取得し、勾配磁
場の非線形成分を求めることができる。また、グラジエ
ントエコー法を用いた場合には、１８０度パルスを用い
ないため、１回の撮像を短時間で終了することができる
が、フェイズマップの位相角度に磁場不均一の効果が大
きく影響するので勾配磁場の非線形成分の位相角度の精
度は低下する。

【００６３】また、本実施の形態では、主磁場として水
平磁場を用いた例を示したが、主磁場として垂直磁場を
用いた磁気共鳴撮像装置にも同様に適用することができ
る。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
周波数エンコード軸方向のディフェーズ勾配の強度を変
化させて複数の磁気共鳴信号を取得し、これらを画像再
構成して生成した画像情報から位相角度を算出し、各画
素ごとにその差分を取ることとしているので、周波数エ
ンコード軸方向の勾配磁場の非線形成分を各画素ごとに
位相角度を用いて検出し、非線形成分の周波数エンコー
ド軸上の位置および強度を高い精度でもって短時間で計
測することができ、ひいては勾配磁場の非線形成分によ
る画像の歪みを高精度で補正できるという効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】磁気共鳴装置の全体構成を示すブロック図であ
る。

【図２】実施の形態のデータ処理部の動作を示すフロー
チャートである。

【図３】実施の形態のパルスシーケンスを示す模式図で
ある。

【図４】実施の形態の周波数エンコード軸方向の位相情
報を示す図である。

【図５】勾配磁場の非線形性を示す図である。

【符号の説明】

１ 被検体 １００ マグネットシステム １０２ 主磁場コイル部 １０６ 勾配コイル部 １０８ ＲＦコイル部 １３０ 制御部 １３０ 勾配駆動部 １４０ ＲＦ駆動部 １５０ データ収集部 １６０ 制御部 １７０ データ処理部 １８０ 表示部 １９０ 操作部 ３００ ９０度パルス ３０１ １８０度パルス ３１０、３１１ ディフェーズ勾配 ３２０ 読み出し勾配 ３３０ 位相エンコード勾配 ３６０、３７０ 受信エコー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮本 昭栄 東京都日野市旭が丘四丁目７番地の127 ジーイー横河メディカルシステム株式会社 内 Ｆターム(参考） 4C096 AA20 AB33 AD02 AD06 AD09 AD12 AD14 AD23 BA04 CB08 DC04

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 静磁場を形成する静磁場形成手段と、 勾配磁場を形成する勾配磁場形成手段と、 前記静磁場内の被検体に高周波磁場を送信する送信手段
   と、 前記被検体からの磁気共鳴信号を受信する受信手段と、 前記勾配磁場形成手段、前記送信手段および前記受信手
   段を、周波数エンコード軸方向にディフェーズ勾配磁場
   と読み出し勾配磁場を有するパルスシーケンスを用いて
   制御する制御手段と、 前記磁気共鳴信号からフーリエ変換を行い画像情報を生
   成および処理する画像処理手段と、を備える磁気共鳴撮
   像装置であって、 前記パルスシーケンスは、 前記ディフェーズ勾配磁場の強度を変更させる変更手段
   を有し、 前記画像処理手段は、 前記変更手段により得られる複数の前記画像情報から位
   相情報を算出する算出手段と、 複数の前記位相情報の同一位置の差分を取ることにより
   前記勾配磁場の非線形成分を抽出する抽出手段と、を備
   えることを特徴とする磁気共鳴撮像装置。
2. 【請求項２】 前記変更手段は、前記ディフェーズ勾配
   磁場の強度を、前記磁気共鳴信号の最大点が読み出し勾
   配磁場の時間中心と一致するときの強度と、前記磁気共
   鳴信号の最大点が読み出し勾配磁場の時間中心から離れ
   て位置するときの強度と、に変更することを特徴とする
   請求項１に記載の磁気共鳴撮像装置。
3. 【請求項３】 前記変更手段は、前記読み出し勾配磁場
   の強度および出力時間が、前記変更の前と後で同一であ
   ることを特徴とする請求項１あるいは２のいずれか１つ
   に記載の磁気共鳴撮像装置。
4. 【請求項４】 前記変更手段は、前記ディフェーズ勾配
   磁場の強度の変化分が、前記位相情報の変化量が２πラ
   ジアン以内とする強度であることを特徴とする請求項１
   あるいは３のいずれか１つに記載の磁気共鳴撮像装置。
5. 【請求項５】 前記算出手段は、フーリエ変換された前
   記画像情報における各画素の信号強度が有する位相角度
   を位相情報とすることを特徴とする請求項１ないし４の
   いずれか１つに記載の磁気共鳴撮像装置。
6. 【請求項６】 前記抽出手段は、複数の前記画像情報に
   ついての同一画素位置の位相情報の差分から前記勾配磁
   場の前記画素位置の非線形成分を抽出することを特徴と
   する請求項１ないし５のいずれか１つに記載の磁気共鳴
   撮像装置。
7. 【請求項７】 前記パルスシーケンスは、スピンエコー
   法を用いることを特徴とする請求項１ないし６のいずれ
   か１つに記載の磁気共鳴撮像装置。
8. 【請求項８】 静磁場を形成し、 勾配磁場を形成し、 前記静磁場内の被検体に高周波磁場を送信し、 前記被検体からの磁気共鳴信号を受信し、 前記勾配磁場の形成、前記高周波磁場の送信および前記
   磁気共鳴信号の受信を、周波数エンコード軸方向にディ
   フェーズ勾配磁場と読み出し勾配磁場を有するパルスシ
   ーケンスを用いて制御し、 前記磁気共鳴信号のフーリエ変換を行い画像情報を生成
   および処理することを特徴とする勾配磁場非線形成分計
   測方法であって、 前記パルスシーケンスは、 前記ディフェーズ勾配磁場の強度を変更し、 前記画像情報の生成および処理は、 前記変更により得られた複数の前記画像情報から位相情
   報を算出し、 複数の前記位相情報の同一位置の差分を取ることにより
   前記勾配磁場の非線形成分を抽出することを特徴とする
   勾配磁場非線形成分計測方法。