JP2006502783A - 正確に整合された磁場変更構造を有する磁気共鳴撮像スキャナ - Google Patents

Abstract

磁気共鳴撮像スキャナの磁石ボア内で磁場変更構造を整合させる方法では、磁場変更構造を挿入させずに、磁石ボアの参照磁場マップが測定される。磁場変更構造は、磁石ボア内に挿入される。磁石ボアの第２の磁場マップは、磁場変更構造を挿入した状態で測定される。第１及び第２の磁場マップの少なくとも１つの奇数次の高調波成分が抽出される。磁場変更構造は、第１及び第２の磁場マップの奇数次の高調波の比較に基づいて磁石ボア内で整合される。

Description

本発明は、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）技術に関連する。本発明は特に、ＭＲＩスキャナ用の短いボアの水平磁石に関連し、以下、これを特に参照して説明する。しかしながら、以下のことは、長いボアの磁石、オープン磁石、垂直磁石等の他のＭＲＩスキャナ磁石、及び、磁気共鳴撮像技術の範囲内の及び磁気共鳴撮像技術の範囲外の様々な種類の磁石に関連する。

典型的なＭＲＩスキャナでは、円筒ボア電磁石は、磁石ボア内に、患者等の対象、又は、磁気共鳴の性質を示す任意のものを受容するよう配置される。医用撮像では、電磁石は、うつ伏せ又は仰向けの位置で水平患者支持体に配置された患者を容易に収容するよう、円筒軸を水平方向に向けて配置される。しかしながら、例えば「オープン」磁石等の他の形状を有する電磁石を使用するＭＲＩスキャナもまた知られている。

これまで、円筒軸に沿った方向に向いた大きい非常に均一な磁場を達成するために、複数の軸方向に離間した環状巻線を有する長いボアの円筒状の電磁石が使用されてきた。しかしながら、かかる磁石は、大きく、患者が近づくのを妨げる。更に、医療撮像では、閉所恐怖症又は神経質な患者は、しばしば、長いボアの電磁石中に置かれることにより怖がることが分かっている。従って、ＭＲＩスキャナ用により短いボアの磁石が要請される。

しかしながら、磁石ボアが短くされると、磁場の均一性が減少する。特に、撮像のために十分に均一な磁場を有する磁石ボア内の撮像体積は、磁石ボアが短くされるにつれて減少する。また、導線に関する要件の増加及びより大きいコイルにより、小型磁石内に大きい均一な磁場を生成する問題を生ずる高い磁場に対する要請がある。磁気共鳴信号は磁場強度に比例するため、大きい主磁場が望ましい。この信号の利点は、高い空間解像度、高速なデータ捕捉速度、及び他の撮像の利益を得るよう、様々な方法で使用されうる。

ある程度は、磁場の不均一性は、スチール製のシムを用いて補正されうる。特に、磁石によって生成された磁場中の選択された位置に選択された可変量のスチールを加えることにより、磁場は改善された磁場均一性へ整形されうる。かかるシム調整は、一般的には製造のばらつきについて補償するために行われる。即ち、シムは、製造の不完全さについて補正するよう較正中に加えられ、一般的には磁石設計の一部ではない。シム補正は、より低次の高調波磁場成分として特徴付けられる磁場のばらつきに対して有効であるが、より高次の補正を行うためにかなりの量のスチールが必要であるため、より高次の磁場成分を補正又は変更するのにはあまり有効ではない。

磁場の均一性及び強度を改善するために、電磁石は、より大きい撮像体積を画成するよう磁場と相互作用するスチール構造、組立体、配列等と共に設計されている。スチール構造は、製造の不完全性を補正するのに使用されるのではなく、磁石設計に組み入れられる。

しかしながら、強磁性材料の磁場整形配置を組み込んだ磁石では問題が生ずる。特に、スチール構造は、最善の磁場均一性を達成するよう磁石内で非常に正確に整合されねばならない。１ミリメートル（１メートルの磁石ボアに対して約０．１％）ほどの小さな相対的なずれは、かなりの磁場の不均一性を生じさせうる。磁石の軸方向上のスチール構造のずれは、特に問題である。

本発明は、上述の制限及び他の制限を克服する改善された装置及び方法について扱う。

１つの面によれば、磁気共鳴撮像スキャナの主磁石によって画成される磁石ボア内で磁場変更構造を整合させる方法が提供される。磁場変更構造は磁石ボアに挿入される。挿入する段階に続いて、（i）主磁石及び磁場変更構造によって協働して生成される磁場の奇数次の高調波成分の値、並びに、（ii）主磁石によって生ずる磁場によって磁場変更構造に及ぼされる力の値のうちのいずれかが測定される。測定された値を最小化するよう磁石ボア中で磁場変更構造の位置が調整される。

他の面によれば、磁気共鳴撮像スキャナの主磁石によって画成される磁石ボア内で磁場変更構造を整合させる装置が開示される。磁場測定手段は、（i）主磁石及び磁場変更構造によって協働して生成される磁場の奇数次の高調波成分の値、並びに、（ii）主磁石によって生ずる磁場によって磁場変更構造に及ぼされる力の値のうちのいずれかを測定する。測定された値を最小化するよう磁石ボア中で磁場変更構造に対する位置調整を示す手段が与えられる。

更なる他の面によれば、略円筒状の磁石ボアを画成する主磁石磁場を含む磁気共鳴撮像装置が開示される。磁場変更構造は、主磁石によって生ずる磁場の少なくとも１つの偶数次の高調波成分を変更するよう構成される。磁場変更構造は、磁場の少なくとも１つの奇数次の高調波成分を最小化することにより磁石ボア内で整合される。

１つの利点は、ＭＲＩスキャナの磁石ボア内で強磁性構造、他の電磁石、又は他の磁気構造、組立体、配列等の非常に正確な整合が行われることである。他の利点は、向上された磁場の均一性及び均質性である。他の利点は、整合処理の向上された安全性及び速度である。更なる他の利点は、スチール構造が変更しようとする磁場成分に密接に関連付けられる磁場成分に対してスチール構造を整合させることにある。多くの更なる利点及び利益については、望ましい実施例の以下の詳細な説明を読むことにより当業者により明らかとなろう。

本発明は、様々な構成要素及び構成要素の配置、並びに、様々な処理操作及び処理操作の配置の形をとりうる。図面は、望ましい実施例を例示するためだけのものであって、本発明を制限するものと解釈されるべきではない。

図１及び図２を参照するに、磁気共鳴撮像スキャナ８は、磁石ボア１２内に時間的に一定の主磁場を発生する１次コイル１０を含む主磁石を有する。ボア１２の幾何学的中心に略配置される撮像領域内では、主磁石によって発生される磁場は、選択された公差内では略均一であり、長手方向又はＺ方向に軸方向に延びる。Ｚ方向に対して直交する座標ｘ及びｙ方向（参照符号を付していない）は、慣習的なデカルト座標系を定義する。患者等の撮像対象、又は磁気共鳴性質を与える任意のものは、ボア１２内にある。望ましい短いボアの実施例では、ボア１２は、アキシアル又はＺ方向では１．７メートルよりも短い長さを有し、一般的には約１．５メートルである。しかしながら、例えば約１．７メートル又はそれよりも長いアキシアル方向の長さを有する磁石等の、中間又は長いボア磁石も使用されうる。

１次コイル１０は、トロイダル・ヘリウム容器又は缶１６内に受容される巻型１４によって支持される。ヘリウム容器１６は、超伝導温度において１次磁石コイル１０を維持するよう液体ヘリウムで満たされている。缶は、真空ジュワー２０内で支持された１つ又はそれ以上のコールド・シールド１８によって囲まれる。

全身傾斜磁場コイル組立体３０は、ボア１２の周りに取り付けられたｘ、ｙ、及びｚ傾斜磁場コイルを含む。望ましい実施例では、傾斜磁場コイル組立体は、誘電体巻型３４内に嵌め込まれた１次ｘ、ｙ、ｚ傾斜磁場コイル組立体３２と、真空ジュワー２０の外側円筒面又は壁３８上に支持された２次又は傾斜磁場コイル組立体３６とを含む自己遮蔽傾斜磁場コイル組立体である。嵌め込まれた１次傾斜磁場コイル３２を有する誘電体巻型３４は、ボア・ライナとして機能する。或いは、装飾的なボア・ライナが含まれる。

望ましくは、ボア１２の周りに外周に配置された複数の誘電体トレイ５０は、夫々が様々な数の薄い鉄のシム６２を受容するポケット５８を画成する。シム６２の数及び分布は、主磁石の製造の不完全性によって生ずる不均一性について時間的に一定な主磁場を補正するよう選択される。シム６２は、主磁石設計に内在する低次の磁場の不均一性について補正するために用いられ得る。しかしながら、シム６２の寸法及び位置は、高次の磁場の項をシム調整によって実質的に補正することを困難にする。

無線周波コイル７０は、１次傾斜磁場コイル３２の内部に取り付けられる。図示のコイル７０は、ボア１２の長さ全体に亘って実質的に延びるバードケージコイルである。任意に、より小さい送信及び／又は受信コイル又はコイル配列が含まれる（図示せず）。銅のメッシュの層といった無線周波シールド７２は、無線周波コイル７０と１次傾斜磁場コイル３２との間に取り付けられる。

主磁石は、更に、図示の実施例では、磁石ボア１２の中に摺動可能に嵌め込まれるような形とされた誘電体巻型７８上に取り付けられた複数のスチール・リング７６を含む磁場変更構造７４を組み込むよう更に設計される。スチール・リング７６は、鉄又はスチールの帯、分割された又は薄層とされたバンド、血小板、小球、樹脂に封入された粉末等から形成されうる。磁場変更構造７４は、磁石ボア１２内に調整可能に保持される。正しく整列されると、主磁石は、磁場変更構造７４のスチール７６によって誘導的に変更される磁場を生成し、主磁石及び磁場変更構造７４は、実質的に空間的に均一な磁場を協働的に生成する。

より特定的には、磁場変更構造７４は、Ｚ１０及び／又はＺ１２球状ゾーン高調波といった１次又はそれよりも高次の磁場高調波を変更するよう構成される。磁場変更構造７４は、主磁石中に対象に位置決めされる。スチール・リング７６の寸法、数、及び配置は、補正されるべき高調波によって決定される。この対称的に整合された位置では、磁場変更構造７４の誘導変更を含む磁場は、奇数次のゾーン高調波を大きく減少させた（理想的にはゼロの大きさ）。

しかしながら、主磁石に対する磁場変更構造７４のわずかなずれは、変更された高調波、例えばＺ１０ゾーン高調波の値にかなりの誤差を生じさせる。更に、このようなずれは、目標とする偶数次の高調波に数値的に隣り合う又は交互とされるインデックス値を有する奇数次の高調波に対しては、より増加した大きさの奇数次の高調波を生じさせる。Ｚ１０偶数次高調波を変更させるよう設計された典型的な磁場変更構造７４では、一般的には、隣り合う奇数次の高調波Ｚ９及びＺ１１は、ずれによって最も強く影響を受ける。

引き続き図１及び図２を参照するに、磁場マッピングセンサ配列８０は、磁気ボア１２の中心軸８６に沿って回転支持体８４を介してしっかりとしかし着脱可能に取り付けられる中心シャフト８２を含む。回転子自体８４は、例えば１０°乃至１２°の角度的な増分で中心シャフト８２を選択的に回転させるステッピング・モータ又は他の機構を含む。中心シャフト８２は、複数の磁場プローブ又はセンサ８８を担持する。１つ又は複数のセンサ８８は、一組の球状高調波をサンプリングするために選択された位置に配置される。球体サンプリング体積は、磁場誤差計算のための球状座標の使用を簡単化するため望ましい。磁場センサ８８は、主磁石が動作している状態でボア内に磁場の磁場マップを与える。

ユーザインタフェース９０は、望ましくはグラフィックであるビデオモニタ等の人間が読み取り可能なディスプレイ１００と、キーボード１０２及びマウス１０４といった１つ又はそれ以上のユーザ入力装置とを含む。１つ以上の電子機器ラック１０６は、エコー・プレーナ撮像、スピンエコー撮像等の様々な種類の磁気共鳴撮像を行うよう配置され相互接続された磁気共鳴シーケンス制御器、データ記憶ユニット、再構成プロセッサ、無線周波送信器及び受信機電子機器等を保持する。

任意に、電子機器ラック１０６は、磁場マッピング装置８０からの磁場サンプリングデータを受信し処理する電子機器を保持する。しかしながら、使用を容易とするために、磁場マッピング装置８０は、望ましくは、センサ８８の離散的な磁場測定値からＺ９、Ｚ１０及びＺ１１といった球状磁場高調波成分を計算する統合電子機器プロセッサ１１０を含む。

計算された高調波成分は、ユーザが磁石ボア１２内の磁場変更構造７４の整合を最適化させるのを可能とするようユーザインタフェース９０によって受信され表示される。典型的には、アキシアル又はＺ方向の磁場変更構造７４のずれは、ｘ方向又はｙ方向のずれと比較して磁場高調波に対して約１オーダ大きい影響を与える。しかしながら、ねじれのずれは、依然として、１つの実施例で補正されるべき不均一性を生じさせる。

磁場変更構造７４は、巻型７８を磁石ボア１２内に精密許容差で当てはめることによって定められるｘ及びｙ方向の整合を伴う剛構造として構築される。アキシアル又はＺ方向整合は、磁石ボア１２内の磁場変更構造７４のアキシアル位置の摺動調整によって達成される。ユーザは、１つ又はそれ以上の選択された奇数次の磁場高調波成分を最小化するようアキシアル整合を最適化させる。

磁気共鳴撮像システム、磁場変更構造７４、及び整合ハードウエア１２０は、例示のためのものにすぎない。適切な整合ハードウエアは、誘電体巻型７８の両端でボア１２に調整可能に取り付けられた先止め部１２０の配列を含む。止め部１２０は、任意に、例えばネジ山つきの要素を進めることによる、面をカム動作させることを含む。カム面又は止め部をボア１２の周りで差動的に進行させること又は後退させることにより、傾き又はねじれについての調整がなされうる。

当業者は、特定の撮像スキャナ、磁場変更構造、及び利用可能な磁場プローブに対して図示のシステムを適切に適合させることができる。例えば、マルチセンサ磁場マッピング装置８０は、ユーザが磁場をマッピングするために印加する手動で動作される離散磁場センサによって置き換えられ得る。最適化された奇数次の高調波は、磁場変更構造が変更するよう設計された偶数次の高調波に数値的に隣接するよう選択され、なぜならばこれらの奇数次の高調波は、典型的にはずれに対して最も敏感だからである。磁場センサの代わりに、磁場変更構造７４上の磁場の力を測定するために、先止め部１２０に配置された力変換器１２２が使用されうる。

引き続き図１及び図２を参照し、更に図３を参照するに、磁石ボア１２内で磁場変更構造７４を整合させるのに適した方法１５０を説明する。主磁石は、磁石ボア１２内に主磁場を生成するよう付勢される１５２。主磁場は、スチール・リング７６のスチール材料を磁気的に飽和させるよう十分に高いレベルで安定化される。

磁気共鳴撮像は、典型的には、約０．５テスラ以上の磁場で生ずる。これらの撮像磁場は、スチール・リング７６の飽和磁場強度を上回る。しかしながら、主磁場の空間的な幾何学的形態は、スチール・リング７６、シム６２、及び磁場内の他の磁性材料の飽和磁場強度を上回る磁場に対する磁場強度とは実質的に独立であるため、磁場がスチール・リング７６及び磁場内にある他の磁性材料に対して飽和を上回るかぎり、整合処理１５０は、典型的な撮像磁場強度よりも低い磁場強度で行われうる。より低い磁場での整合は、磁場の傾き及び安定化時間を有利に減少させ、安全性を促進する。

磁場センサ８８は、参照磁場マップを測定するために（１５４）用いられる。磁場変更構造７４は、磁石ボア１２内に挿入され（１５８）、磁場変更構造７４が挿入された状態で第２の磁場マップが測定される（１６０）。参照磁場マップ及び第２の磁場マップは、夫々が、Ｚ９及びＺ１１の奇数次の高調波成分等の１つ又はそれ以上の奇数次の磁場高調波成分を抽出する（１６６）よう解析される。

適切なシーケンスでは、磁場マッピング装置８０は、主磁石内でセンタリングされる。センタリングは、主磁石内に磁気プローブ８０を整合させることによって、又は磁場マップを補正することによってなされうる。プローブ整合は、奇数次の磁場高調波を参照して適切に行われる。磁気プローブ８０がセンタリングされた後、磁場変更構造７４を所定の位置にして磁場マップが得られる。磁場プローブ８０に対する主磁石の位置は既にセンタリングされているため、第１の磁場マップと第２の磁場マップの間の相対的なシフトは、ずれを示す。

望ましい実施例では、この抽出１６６は、各磁場マップを球状ゾーン高調波成分Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４、Ｚ５等へ分解することによって行われる。抽出１６６は、ずれに対して最も感度のある１つ、２つ、又はいくつかの奇数次の高調波成分を選択する。典型的には、最も感度のある奇数次の高調波成分は、磁場変更構造７４が変更することが設計された１つ又はそれ以上の偶数次の高調波成分のインデックスと隣り合うよう又は交互に配置されるようインデックス付けされたものである。例えば、Ｚ１０及びＺ１２の偶数次の高調波を変更する構造は、典型的には、隣接するＺ９及びＺ１３奇数次高調波についての、また、交互は位置されたＺ１１奇数次高調波に対するゼロの大きさからの実質的な逸脱としてのずれを示す。

補正調整は、参照磁場マップ及び第２の磁場マップの抽出された１つ又は複数の奇数次の高調波成分に基づいて計算される（１６８）。測定された高調波成分を、同様のスキャナでの以前の測定値及び補正のために以前に必要とされた以前に決定された調整距離と比較することにより、現在測定されている高調波成分を補正するのに必要な物理的な変位の推定が行われる。主磁石の円筒状の対称性により、奇数次の高調波成分は理想的にはゼロである。同様に、磁場変更構造７４は、磁気的に球体的に対称であるよう設計される。従って、磁場変更構造７４は、主磁場の対称性に対して正確に挿入されたときは、主磁場の円筒状の対称性に対して影響がないはずであり、従って、奇数次の高調波成分は、理想的には正確な挿入の後はゼロのままである。

実際上は、主磁石は、典型的には、非ゼロの奇数次の高調波成分を生成する製造における不完全性を含む。シム６２の最適な選択及び配置は、主磁場に対する製造上の不完全性の影響を減少させるが、一般的には除去しない。従って、実際の磁石は、一般的には、ゼロに近いが、正確にゼロではない大きさを有する奇数次の高調波成分を有する。典型的には、高次の奇数次の高調波成分は、より低次の偶数次の高調波よりも、ゼロに近い。

更に、挿入（１５８）は、磁場変更構造７４を、基準マーク又は他の視覚的に認識可能な構造的な参照物に対して整合させることを含む。磁場変更構造７４は、従って、例えばアキシアル方向に約１又は数ミリメートルだけ典型的にずらされる。かかるアキシアル方向のずれは、奇数次の高調波成分に対してかなりの影響を有し、特に、磁場変更構造７４が変更するよう設計された偶数次の高調波成分のインデックスに隣り合う又は交互配置されたインデックスを有するものである。即ち、ずれは、特に、磁場マップから抽出された（１６６）１つ又は複数の奇数次の高調波成分に特に影響を与える。

更に、引き続き図３を参照し、更に図４を参照するに、数ミリメートルの比較的小さいアキシアルずれに対して、構造７４が変更するよう設計されている偶数次の高調波の近くでは奇数次の高調波成分に対して略線形の影響がある。１つ又はそれ以上の奇数次の高調波をアキシアルずれと関連付ける較正（１７０）は、補正調整の計算（１６８）に用いられる。図４は、Ｚ１０偶数次高調波磁場成分を変更する磁場変更構造を組み込むよう設計された主磁場に対する典型的な較正１７０を示す。

特に、図４中、Ｚ１０高調波に隣り合うＺ９及びＺ１１の偶数次の高調波成分は、ミリメートル（ｍｍ）単位のアキシアルずれに対して正規化された百万分の一（ppm）単位でプロットされる。Ｚ９及びＺ１１成分の大きさの実質的な線形の逸脱が図示されている。更に、ズレの方向（正又は負）は、Ｚ９及びＺ１１成分の極性によって示されている。

図４は、対応する磁場変更構造を組み込むよう設計された主磁石に対する設計パラメータに基づき計算された較正（１７０）を示す。従って、成分Ｚ９及びＺ１１が完全な整合のためにゼロである、理想的な状況について示す。実際は、主磁石は、磁場変更構造７４が挿入されていない状態で測定された（１５４）参照磁場マップから抽出された（１６６）製造の不完全性によるそれ自身の高調波成分値を有する。

アキシアル補正計算（１６８）は、望ましくは、測定（１６０）から抽出された奇数次の高調波成分と、測定（１５４）から抽出された参照奇数次高調波成分との間の差を取ることにより、主磁石の不完全性について考慮に入れる。差の値は、適切なアキシアル位置補正を計算するよう、較正（１７０）に入力される。

しかしながら、主磁石が、例えばシム調整中に行われた測定に基づき、小さい奇数次の高調波成分を有することが知られている又は予想されるとき、参照磁場測定値（１５４）は、任意に無視され、差の値は、磁場変更構造７４が挿入された状態で測定（１６０）から抽出された奇数次の高調波成分の値に等しいと想定される。（換言すれば、参照奇数次高調波成分値は、ゼロに等しいと推定される）。

計算されたアキシアル位置補正は、磁石ボア１２内での磁場変更構造７４の適切なアキシアル方向の動きによって行われる（１７２）。任意に、処理操作は、更新磁場マップを取得し（１６０）、正しい整列を確認するよう更新奇数次高調波成分値を抽出（１６２）するよう、また、必要であれば、１つ又はそれ以上の追加的なアキシアル整合補正を計算し（１６８）、行う（１７０）よう、繰り返される（１７４）。

図３に示す方法１５０は、磁場変更構造７４のスチール７６を飽和させるのに十分なレベルの上へ主磁石を付勢して（１５２）行われる。このような飽和状態では、磁石ボア１２内の主磁場は、撮像強度における主磁場と略同じ幾何学的形態を有する。

図５を参照するに、方法２５０は、主磁石をスチール７６を飽和させるのに必要なレベルよりも下に付勢して（２５２）行われることを除き、図３の方法１５０と同様である。従って、方法２５０は、更に、より低い磁場強度を用いることにより、整合時間を減少させ、安全性を高める。参照磁場マップが測定され（２５４）、磁場変更構造７４が磁石ボア１２内に挿入され（２５８）、第２の磁場マップが測定される（２６０）。これらのステップは、方法１５０の同様のステップに対応する。

図５の方法２５０では、測定（２５４、２６０）により取得された磁場マップは、磁場変更構造７４のスチール７６の適切な磁化モデル２６４に基づいて補正又は調整される（２６２）。望ましくは、磁化モデル２６４はまた、シム６２等の磁場内の他の磁性材料について考慮する。磁場マップ補正（２６２）は、飽和の下及び上の主磁場の幾何学的な形態の差について調整する。

補正された磁場マップは、方法１５０と同様に処理される。特に、選択された奇数次の高調波成分が抽出され（２６６）、較正（１７０）に基づいて位置補正が計算され（２６８）、補正が行われる（２７２）。任意に、処理操作（２６０、２６２、２６６、２６８、２７２）は、第１の調整が確認し、必要アキシアル整合を更に高めるよう繰り返される（２７４）。

図３及び図５の方法１５０、２５０は、定量的なアキシアル位置補正を計算するために較正（１７０）を使用する。しかしながら、いくつかの状況では、例えば磁場変更構造が後から取り付けられたものであって、主磁石の設計に組み込まれた部品ではないとき、較正１７０は、利用可能ではない。更に、製造の不完全性が、主磁石が比較的大きい奇数次の高調波成分値を有するものであるとき、アキシアル位置補正の定量的な計算は不正確なものでありえ、定量的な計算の利益は最小限となりうる。

図６を参照するに、較正１７０を参照することなく、磁場変更構造７４を整合させるよう反復的なアキシアル位置補正を用いる他の方法３００を示す。主磁石は、磁場を生成するよう付勢される（３０２）。定量的な補正は方法３００では計算されないため、飽和の上の磁場又は飽和の下の磁場が使用されうる。

参照磁場マップが測定され（３０４）、選択された１つ又はそれ以上の奇数次の高調波成分が抽出される（３０６）。これらの値は、続く整合処理操作のための基準線目標を与える。任意に、シム調整中に実行された測定又は他の情報が、主磁場が比較的重要でない奇数次の高調波成分を有することを示す場合、参照磁場測定（３０４）及び奇数次の高調波成分抽出（３０６）は任意に無視され、参照奇数次高調波成分に対してゼロ値が想定される。

磁場変更構造７４は、磁石ボア１２内に挿入され（３０８）、第２の磁場マップが、構造７４を磁石ボア１２内にして想定され（３１０）、選択された１つ又はそれ以上の奇数次の高調波成分が再び抽出される（３１２）。参照奇数次高調波成分と構造７４を挿入したときの奇数次の高調波成分の比較に基づいて、整合補正が行われるかどうかに関する決定が行われる（３１４）。

補正を行うことが決定されると、参照奇数次高調波成分と奇数次の高調波成分の比較に基づいて定量的なアキシアル位置調整が行われる（３１６）。定量的な補正の方向は、構造７４が挿入された状態での奇数次の高調波成分の極性に基づいて選択され、定量的な補正の大きさは、構造７４が挿入された状態での奇数次の高調波成分と参照奇数次高調波成分の間の絶対的な差に基づいて選択される。

補正（３１６）の後、処理は繰り返される（３１８）。特に、更新磁場マップが測定され（３１０）、更新磁場マップから奇数次の高調波成分が抽出され（３１２）、参照奇数次高調波成分値と比較される（３１４）。反復（３１８）の間に実質的な改善がないこと及び／又は奇数次の高調波の値が略参照奇数次高調波の値まで減少されたことにより示されるように、更新奇数次高調波の値が最小化されたと決定されると（３１４）、最適化は終了する（３２０）。

本発明について、磁気マッピング装置８０を用いて行われるアキシアル整合を参照して説明した。しかしながら、説明した実施例は、ｘ方向又はｙ方向で整合を行うよう、又は、磁石ボア内に配置される磁場変更構造のねじれ又は他の角度的なずれを補正するよう容易に適合される。更に、本願に記載の方法は、主磁場のいずれの場所に配置された磁性材料を整列させるのにも適している。例えば、方法は、全身傾斜磁場コイル組立体の中又は外に配置されたスチールを整合させるのに適用可能である。

更に、磁場マッピング装置８０は、他の適切な磁場センサ又はインジケータで置き換えられ得る。例えば、磁場を手動でマップするために、離散的な手動で操作される磁場プローブが使用されうる。

他の実施例では、力変換器１２２は、磁場変更構造に作用する力を測定するよう磁場変更構造と通信する。磁場変更構造に作用する磁力の大きさ及び極性はアキシアルずれと相関するため、力は、奇数次の高調波成分の値の測定値を与え、適切に最小化される。磁場変更構造７４のアイソセンタが磁石のアイソセンタと整合されると、奇数次の高調波だけでなく構造７４を押す力の均衡が取られる。即ち、測定される力はゼロである。アイソセンタが逸れると、磁場は、磁場変更構造７４を更に中心からずらして押す。力測定実施例は、上述の方法を用いるが、キー奇数次磁場高調波の大きさ及び極性を決定するのではなく、力の大きさ及び方向を決定する。力の測定は、望ましくは、低次の磁場高調波が、シム６２の選択的な配置からシム調整で除去された後に行われることが望ましい。

磁場変更構造及び磁場測定用プローブを含む磁気共鳴撮像システムを示す図である。 傾斜磁場コイル、ＲＦコイル、及び磁場変更構造の配置を示す図１の磁気共鳴撮像スキャナの磁石ボア領域の部分を示す詳細な断面図である。 印加された磁場及び補正調整の定量的な計算を用いる磁石ボア内の磁場変更構造を整合させる第１のシステムを示す図である。 磁場のＺ１０偶数次高調波成分を変更するよう設計された磁場変更構造に対するＺ９及びＺ１１奇数次高調波成分の典型的な較正について示す図である。 印加された磁場及び補正調整の定量的な計算を用いる磁石ボア内の磁場変更構造を整合させる第２のシステムを示す図である。 スチールの飽和の上又は下の印加された磁場及び反復的な補正調整を用いる、磁石ボア内の磁場変更構造を整合させる第３の方法を示す図である。

Claims (28)

1. 磁気共鳴撮像スキャナの主磁石によって画成される磁石ボア内で磁場変更構造を整合させる方法であって、
   前記磁場変更構造を前記磁石ボアに挿入する段階と、
   前記挿入する段階に続いて、（i）前記主磁石及び前記磁場変更構造によって協働して生成される磁場の奇数次の高調波成分の値、並びに、（ii）前記主磁石によって生ずる磁場によって前記磁場変更構造に及ぼされる力の値のうちのいずれかを測定する段階と、
   前記測定された値を最小化するよう前記磁石ボア中で前記磁場変更構造の位置を調整する段階とを含む、方法。
2. 前記磁場変更構造は、前記主磁石と誘導結合されるスチールを含む、請求項１記載の方法。
3. 前記測定する段階は、
   前記主磁石によって生じた磁場を測定する段階と、
   前記測定された磁場を高調波成分へ分解し、前記値は５次以上の次数の奇数次の高調波成分に対応する、段階とを含む、請求項１又は２記載の方法。
4. 前記測定する段階は、
   前記主磁石によって生じ、前記磁場変更構造に対して作用する磁力を測定する段階を含む、請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の方法。
5. 前記磁気共鳴撮像スキャナの動作磁場よりもかなり低い磁場を生成するよう前記主磁石を付勢する段階と、
   前記磁場を測定する段階と、
   前記測定された磁場を高調波成分へ分解する段階とを含む、請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の方法。
6. 前記磁場変更構造は、前記磁場の３次よりも大きい次数の選択された偶数次の高調波を変更するよう設計され、前記測定する段階は、
   前記選択された偶数次の高調波の次数に数値的に隣り合う次数を有する奇数次の磁場高調波を測定することを含む、請求項１乃至５のうちいずれか一項記載の方法。
7. 前記測定する段階は、
   （i）前記磁気ボアを画成する前記主磁石を付勢し、前記付勢により、飽和磁場よりも低い磁場が生じ、
   （ii）前記付勢（i）によって生ずる前記磁場に対応する磁場マップを測定し、
   （iii）前記測定された磁場マップに基づいて前記偶数次の高調波成分の値を推定する、
   請求項１乃至６のうちいずれか一項記載の方法。
8. 前記測定された磁場マップに基づいて前記偶数次の高調波成分の値を推定する段階は、
   前記磁場変更構造の磁化モデルに基づいて前記磁場マップを補正することを含む、請求項７記載の方法。
9. 前記測定する段階は、
   磁場マップを取得する段階と、
   前記磁場マップを球状高調波成分へ分解する段階とを含む、請求項１乃至８のうちいずれか一項記載の方法。
10. 前記測定された値を最小化するよう前記磁石ボア中で前記磁場変更構造の位置を調整する段階は、
    前記磁石ボア中の前記磁場変更構造のずれに関して前記測定された値の較正を決定する段階と、
    前記測定された値を前記較正と比較することによって決定される補正距離だけ前記磁場変更構造を移動させる段階とを含む、請求項１乃至９のうちいずれか一項記載の方法。
11. 前記測定された値を最小化するよう前記磁石ボア中で前記磁場変更構造の位置を調整する段階は、
    前記磁石ボア中の前記磁場変更構造の前記軸方向のずれに対する前記測定された値の較正を決定する段階と、
    前記測定された値及び前記較正に基づく軸方向補正距離だけ前記磁場変更構造を軸方向に移動させる段階とを含む、請求項１乃至９のうちいずれか一項記載の方法。
12. 前記挿入する段階の前に、前記磁場変更構造が挿入されていない状態で前記奇数次の高調波成分の参照値を測定する段階を更に含み、前記軸方向の補正距離は前記参照値に更に基づく、請求項１１記載の方法。
13. 前記測定された値を最小化するために前記磁石ボアで前記磁場変更構造の位置を調整する段階は、
    （i）前記磁石ボア内で前記磁場変更構造を移動させる段階と、
    （ii）前記移動させる段階に続いて、前記磁場変更構造が移動されたときの更新測定値を測定する段階と、
    （iii）前記移動させる段階（i）と、前記測定する段階（ii）を、前記更新測定値が目標値に略等しくなるまで繰り返す段階とを含む、請求項１乃至１２のうちいずれか一項記載の方法。
14. 前記目標値はゼロである、請求項１３記載の方法。
15. 前記挿入する段階の前に、前記磁場変更構造を挿入させずに前記奇数次の高調波成分の参照値を測定する段階を更に含み、前記目標値は前記参照値に基づいて決定される、請求項１３記載の方法。
16. 請求項１乃至１５のうちいずれか一項記載の方法を用いて位置決めされる磁石ボア及び磁場変更構造を有する、磁気共鳴装置。
17. 略円筒状の磁石ボアを画成する主磁石磁場を含む磁気共鳴撮像装置であって、
    前記主磁石によって生ずる磁場の少なくとも１つの偶数次の高調波成分を変更するよう構成された磁場変更構造を更に含み、前記磁場変更構造は、前記磁場の少なくとも１つの奇数次の高調波成分を最小化することにより前記磁石ボア内で整合される、磁気共鳴撮像装置。
18. 前記磁場変更構造は、
    前記磁石ボア中に摺動可能に固定された巻型を含み、摺動可能な固定は、前記磁石ボア内で前記巻型の軸方向の位置を摺動させて調整することを可能とし、
    前記主磁石によって生成される前記磁場の少なくとも１つの偶数次の高調波成分と結合する前記巻型に固定される１つ又はそれ以上の金属要素を含む、請求項１７記載の装置。
19. 前記１つ又はそれ以上の金属要素は、前記主磁石によって生成される前記磁場の少なくとも１つの偶数次の高調波成分と結合する対を成すスチール製のリングを含む、請求項１８記載の装置。
20. 前記少なくとも１つの奇数次の高調波成分は、前記少なくとも１つの偶数次の高調波成分と数値的に隣り合う又は数値的に交互配置される、請求項１７乃至１９のうちいずれか一項記載の装置。
21. 前記少なくとも１つの偶数次の高調波成分は、３次よりも大きい次数を有する、請求項１７乃至２０のうちいずれか一項記載の装置。
22. 磁気共鳴撮像スキャナの主磁石によって画成される磁石ボア内で磁場変更構造を整合させる装置であって、
    （i）前記主磁石及び前記磁場変更構造によって協働して生成される磁場の奇数次の高調波成分の値、並びに、（ii）前記主磁石によって生ずる磁場によって前記磁場変更構造に及ぼされる力の値のうちのいずれかを測定する磁場測定手段と、
    前記測定された値を最小化するよう前記磁石ボア中で前記磁場変更構造に対する位置調整を示す手段とを含む、装置。
23. 前記磁場変更構造は、前記主磁石と誘導結合されるスチールを含む、請求項２２記載の装置。
24. 前記磁場測定手段は、
    前記磁石ボアの磁場マップを測定する手段と、
    前記磁場マップの少なくとも１つの奇数次の高調波成分を抽出する手段とを含む、請求項２２記載の装置。
25. 前記磁場マップを測定する手段は、
    離散した位置で磁場を測定する磁場プローブと、
    マルチセンサ磁場マッピング装置と、
    のうちの一方を含む、請求項２４記載の装置。
26. 前記磁場マップの少なくとも１つの高調波成分を抽出する手段は、
    前記マルチセンサ磁場マッピング装置に関連付けられる球状高調波分解プロセッサを含む、請求項２５記載の装置。
27. 前記磁場測定手段は、
    前記磁場変更構造に作用する力を測定する力変換器を含む、請求項２２又は２３記載の装置。
28. 前記位置調整を示す手段は、
    測定値を前記磁石ボア内の前記磁場変更構造の空間的な向きのずれと相関させる手段を含む、請求項２２乃至２７のうちいずれか一項記載の装置。

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