JP2006527621A - 磁気共鳴において主磁場をシミングするための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は磁気共鳴装置において主磁場をシミングするための方法に関する。その方法は、前記磁気共鳴装置の検査ボリュームの限定領域において核スピン磁化を励起するために少なくとも１つの空間選択高周波パルス（ＲＦ）を発生させる段階と、前記主磁場の均一性に感度を有する磁気共鳴信号（ＥＳ）を取得する段階と、取得された前記磁気共鳴信号の特性に従って前記主磁場が調節されるように、前記磁気共鳴装置のシムコイル構成に電流（ＳＺ、ＳＸ，ＳＹ）を適用する段階と、を有する。選択されたボリュームの形状及び大きさがシムコイルにより発生された磁場分布の調節により影響されることが回避されるシミング方法を提供するために、本発明は、シムコイル構成に適用される電流（ＳＺ、ＳＸ，ＳＹ）は、空間選択高周波パルス（ＲＦ）の発生中、少なくとも一部においてオフにされ、磁気共鳴信号（ＥＳ）の取得中、オンにされることを提案している。

Description

本発明は、磁気共鳴装置における主磁場をシミングするための方法であって：
ａ）磁気共鳴装置の検査ボリュームの限定領域内に核スピン磁化を励起するために少なくとも１つの空間的選択高周波パルスを生成する段階；
ｂ）主磁場の均一度に感度を有する磁気共鳴信号を取得する段階；
ｃ）主磁場が段階ｂ）において取得された磁気共鳴信号の特性に従って調節されるように、磁気共鳴装置のシムコイル構成に電流を適用する段階；
を有する方法に関する。

更に、本発明は、この方法を実行するための磁気共鳴装置及び磁気共鳴装置のためのコンピュータプログラムに関する。

磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）技術は常に、通常Ｂ_０と呼ばれる空間的に均一且つ一時的に一定の主磁場を用いる。磁気共鳴イメージング装置の検査ボリューム内における核スピン磁化の励起の目的のために、Ｂ_１高周波磁場はそれぞれの陽子共鳴周波数においてＢ_０磁場に重畳される。磁気共鳴装置は、核スピン磁化の空間符号化が達成される線形勾配磁場の生成のために勾配コイルの集合を更に有する。ＭＲＩイメージング手順の間、高周波より成るパルスシーケンスと切り換え勾配磁場とが、対象から情報を得且つ対象の画像を再構成するように走査される磁気共鳴信号を生成するために対象（患者）に適用される。適用されるパルスシーケンスの特性は、対象における位置及び方向性、寸法、解像度、信号対ノイズ比、コントラスト、移動についての感度等の特性を完全に決定する。ＭＲＩ装置のオペレータは、適切なシーケンスを選択し、それぞれの適用についてのパラメータを調節及び最適化しなければならない。

理想的には、主磁場は、磁気共鳴イメージング装置の検査ボリュームに亘って均一（即ち、一様）である。実際の適用においては、しかしながら、得られる画像の品質に悪影響を与える、主磁場における不均一性が存在する。典型的な磁気共鳴イメージング装置は、それ故、主磁場の均一性を改善し、制御するためのシミング手段を有する。当該技術分野においては、受動的及び能動的シミング技術が既知である。受動的技術は、通常、静磁場不均一性を最小化するためにシムスチール要素の構成を用いる。それらの技術は、不利であることに、それぞれの走査に基づいて磁場の不均一性を扱うようには適合されておらず、磁気共鳴装置の主磁石の組み込み許容値及び固定環境の副作用を補償するために、主に、用いられている。

シムコイルの構成は、通常、能動的シミングの目的のために、既知の磁気共鳴イメージング装置と共に用いられる。主磁場における不均一性を補償する付加磁場を生成するために、電流がシムコイルに適用されることが可能である。既知のシムコイル構成のデザインにおいては、シムコイルに適用される電流により生成される磁場分布については特定の球調和関数の線形結合として説明される。そのような表現における第１項は、均一で一様な成分を表すゼロの項である。更に、３つの線形勾配球調和関数、５つの二次的成分、７つの三次的成分等が存在する。線形及び高次の球調和関数は、主磁場分布の所望のゼロの項のみを残すようにシムコイル構成に適用される電流により可及的に抑制されることが可能である。既知のシムコイル構成を用いる場合、主磁場の対応する項を補償するために実行される一次結合、二次結合及び三次結合さえ、一般に、存在する。有利であることに、能動シミングは、例えば、画像化される患者の特定な感受性及び形状によりもたらされる不均一性を補償するために、走査毎に調整されることができる。主磁場の一様性が最適化されるようにシムコイル構成に適用される電流を決定する多くの既知の方法がある。通常、磁気共鳴信号は、シミング手順の間に取得され、磁気共鳴信号の特性を主磁場の均一性が最適であるとみなすことができるようになるまで、電流をインクリメントして調節する。磁気共鳴信号は、例えば、信号振幅及びスペクトル幅が主電場の空間分布に強く依存する点で、磁場の均一性に感度を有する。例えば、既知の対象の画像劣化が適切なシム電流を計算するために評価される他の方法が周知である。

既知のシミング方法の欠点は、１つ又はそれ以上の空間選択高周波パルスにより選択されたボリュームの特定な形状及び大きさは、シミング手順の間に調節されるシムコイル構成の磁場分布により必然的に影響されることである。これは、シムコイルにより発生した線形勾配磁場は同じ方向を有するスライス選択勾配と干渉する。選択されたボリュームの大きさにおける変化は取得される磁気共鳴信号の振幅の変化を結果としてもたらす。それらの変化は、それ故、主磁場の均一性の増加又は減少によりもたらされるため、誤って解釈され得る。このようにして、取得された信号の振幅を最大化することにより主磁場の均一性を最適化するように試みる既知のシミングは、選択されたボリュームのサイズの増加のための信号振幅の増加が改善された磁場の均一性のための信号振幅の増加と区別することができないため、容易に混乱に陥らせる。

約１．５Ｔ又はそれ以下の低い主磁場において動作するプリセット磁気共鳴イメージング装置においては、シミングのために必要な典型的な勾配磁場の強度はイメージング勾配の強度の約０．２％である。シミング勾配の調節は、それ故、約０．６％の選択されたボリュームの大きさの相対的変化に繋がる。３Ｔ又はそれ以上の大きい磁場においては、シミング勾配の強度はスライス選択勾配の強度の４％までであるため、その効果は著しく大きい。１２％のオーダーの相対ボリューム変化は、そのような場合のシミング手順の間に容易に生じ得る。

それ故、磁気共鳴イメージング装置において主磁場をシミングするための方法を改善する必要があることは容易に理解される。従って、本発明の主目的は、選択されるボリュームの形状及び大きさがシムコイルにより発生された磁場分布の調整により影響されることを回避するシミング方法を提供することである。

本発明に従って、上記のような方法であって、シムコイル構成に適用される電流は、段階ａ）において空間選択高周波パルスの発生中には少なくとも一部においてオフにされ、段階ｂ）において磁気共鳴信号の取得中にはオンにされる、方法について開示する。

本発明は、選択されたボリュームの大きさ及び形状におけるシム勾配の調節の影響は、ボリューム選択中に関連シム勾配の電源をオフにすることにより弱められることができる。選択されたボリュームの大きさの変化、それ故、シミング中の信号振幅の増加又は減少の入り組んだ状態は、このようにして効果的に回避される。

本発明の方法は、特に、スペクトロスコピー、スペクトロスコピックイメージング及び三次元画像取得に関連する磁気共鳴方法において有用且つ有利であることが判明した。それらの方法において、主磁場の均一性の効果的な制御は非常に重要である。

本発明の方法を用いる場合、主磁場の均一性が繰り返して最適化されるように、段階ａ）乃至ｃ）を繰り返すことは有利である。その方法は、シムコイル構成に適用される電流の更なる調節は取得信号に対して何ら更なる影響を及ぼさなくなるまで、継続されることが可能である。取得信号の特定の特性、例えば、信号の振幅又は幅等が所定値に達するとすぐ、その手順を停止することが又、可能である。

線形勾配磁場は、磁気共鳴装置の適切な勾配コイル構成によりスライス選択の目的のために段階ａ）において高周波パルスに一時的に重畳されることが可能である。段階ｃ）においてシムコイル構成に適用される電流は、それぞれのスライス選択勾配の方向において線形勾配磁場を生成する段階ａ）において空間選択高周波パルスの生成中にシムコイル構成のその電流のみをオフにすることが有利であるように可能であるように、磁気共鳴装置の検査ボリューム内に線形勾配磁場及びより高次の磁場成分を発生させる。スライス選択勾配は、殆どの場合に、ｘ、ｙ又はｚ方向の何れかにおいて発生されるため、段階ａ）においてスライス選択高周波パルスの発生とシムコイルに適用される電流のスイッチングオフを調節することが容易に可能である。

本発明に従って、主磁場は、取得される磁気共鳴信号の振幅が最大化される及び／又は磁気共鳴信号のスペクトル幅が最小化されるように、段階ｃ）において調節されることが可能である。主磁場の均一性は、最大信号及び／又は最小スペクトル幅において容易に支援することができることによりこのようにして制御され、達成された主磁場の均一性は段階ａ）において選択される有効なボリュームにより影響されないことが確実となっている。

実質的に均一な主静磁場内に置かれた対象の磁気共鳴イメージングのための専用装置に本発明の方法を組み込むことは容易に可能である。そのようなＭＲＩスキャナは、好的には、主磁場を構築するための低温主磁気コイルと、主磁場の不均一性を補償するためのシムコイル構成と、主磁場に重畳される磁場勾配を発生させるための勾配コイルと、対象に向けて高周波パルスを放射するための高周波アンテナと、シムコイル構成に提供される電流を制御するため並びに磁場勾配及び高周波パルスの発生を制御するための制御手段と、高周波パルス及び磁場勾配パルスのシーケンスにより発生される磁気共鳴信号を受信且つサンプリングするための受信手段と、信号サンプルから画像を生成するための再構成手段と、を有する。通常、メモリ及びプログラム制御部を有するマイクロコンピュータである制御手段は、本発明についての上記の方法に従ったシミング手順の内容を有するプログラミングを有する。

本発明のシミング手順を実行するために適合されたコンピュータプログラムは、ＭＲＩスキャナの制御のための診療用使用の状態にある、何れの一般的コンピュータハードウェアにおいて有利に実行されることができる。そのコンピュータプログラムは、適切なデータ担体、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ又はディスケット等において備えられることができる。代替として、ユーザがインタイネットサーバからダウンロードすることが又、できる。

添付図面は、本発明の好的な実施形態を開示している。しかしながら、それらの図面は例示目的のみのためのものであり、本発明を限定するように規定するものではないことは理解される必要がある。

図１を参照するに、本発明のシミング手順は、一時的に連続する２つの１８０°リフォーカシングパルスにより後続される９０°励起パルスから始まる高周波パルスＲＦのシーケンスの発生を有する。空間選択は、空間の３つの直交するｚ、ｘ及びｙ方向における勾配磁場ＧＺ、ＧＸ及びＧＹの適切なスイッチングにより達成される。示している一連の高周波パルスＲＦ及びスライス選択勾配ＧＺ、ＧＸ及びＧＹは、空間的に制限された三次元ボリューム内に核スピン磁化を励起する。この磁化は、示している１８０°高周波パルスの最終の後に得られる磁気共鳴エコー信号ＥＳに寄与する。この図においては、用いられる磁気共鳴装置のシムコイル構成に適用される電流の一時的挙動は、ＳＺ、ＳＸ及びＳＹで示している。ＳＺ、ＳＸ及びＳＹは、ｚ、ｘ及びｙ方向それぞれにおける線形シム勾配の強度を示している。シム勾配ＳＺ、ＳＸ及びＳＹは、示しているシーケンスを数回繰り返す間に、エコー信号ＥＳの振幅及びスペクトル幅に従って調節される。信号ＥＳの振幅が最大にあり、例えば、簡単なフーリエ変換により決定されることができる信号ＥＳのスペクトル幅が最小にあるとき、主磁場の均一性は最適であるとみなされる。その図において更に分かるように、シム勾配ＳＺ、ＳＸ及びＳＹは、それらがスライス選択勾配ＧＺ、ＧＸ及びＧＹと干渉しないように、本発明に従ってそれぞれの高周波パルスＲＦの発生中、オフにされる。エコー信号ＥＳの取得中、全てのシム勾配ＳＺ、ＳＸ及びＳＹはオンにされ、それ故、シム電流の調節が磁場において均一性を有する効果の観測を可能にする。

図２において、磁気共鳴イメージング装置１を示している。磁気共鳴イメージング装置１は、均一な主静磁場を発生させるための主磁気コイル２の集合を有する。主磁場の不均一性を補償するためのシムコイル構成３は主磁石に組み込まれている。選択された方向において勾配を有し、制御可能強度を有する付加磁場を重畳するための３つの勾配コイル４、５及び６の集合を備えている。従来、主磁場の方向は、ｚ方向、その方向に対して垂直な２つの方向、ｘ方向及びｙ方向においてラベリングされる。勾配コイルは電源７により電力供給される。磁気共鳴イメージング装置１は患者の身体９に高周波パルスを出射するための放射線エミッタ８、即ち、アンテナ又はコイルを更に有し、放射線エミッタ８は高周波パルスを出射し且つ変調するための変調器１０に結合されている。磁気共鳴信号を受信するための受信器が又、備えられ、その受信器はエミッタ８と同一であるか又は別個である。図２に示すように、エミッタ及び受信器が物理的に同じアンテナ又はコイルである場合、送信−受信スイッチ１１は、出射されるパルスから受信信号を分離するために構成されている。受信磁気共鳴信号は復調器１２に入力される。シムコイル構成３、復調器１０、エミッタ８並びに勾配コイル４、５及び６のための電源７は、上記のシミング手順に従ってシムコイルに適用される電流を調節するため並びに高周波及び勾配磁場パルスを発生するために制御システム１３により制御される。制御システムは、通常、メモリ及びプログラム制御部を有するマイクロコンピュータである。本発明の実際の実施に対して、その制御システムは、上記の方法に従ったシミング手順の内容を有するプログラミングを有する。復調器１２は、データ処理ユニット１４、例えば、視覚ディスプレイユニット１５において見ることができる画像に受信された磁気共鳴信号を変換するためのコンピュータに結合されている。

本発明に従ったシミング方法を示す図である。 本発明のＭＲＩスキャナの実施形態を示す図である。

Claims (8)

1. 磁気共鳴装置において主磁場をシミングするための方法であって：
   ａ）前記磁気共鳴装置の検査ボリュームの限定領域において核スピン磁化を励起するために少なくとも１つの空間選択高周波パルスを発生させる段階；
   ｂ）前記主磁場の均一性に感度を有する磁気共鳴信号を取得する段階；及び
   ｃ）段階ｂ）において取得された前記磁気共鳴信号の特性に従って前記主磁場が調節されるように、前記磁気共鳴装置のシムコイル構成に電流を適用する段階；
   を有する方法であり、
   前記シムコイル構成に適用される前記電流は、段階ａ）における前記空間選択高周波パルスの発生中、少なくとも一部においてオフにされ、段階ｂ）における前記磁気共鳴信号の取得中、オンにされる；
   ことを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、段階ａ）乃至ｃ）は、前記主磁場が繰り返して最適化されるように、繰り返される、ことを特徴とする方法。
3. 請求項１又は２に記載の方法であって、線形勾配磁場は、前記磁気共鳴装置の勾配コイル構成によりスライス選択の目的のために段階ａ）において前記高周波パルスに一時的に重畳される、ことを特徴とする方法。
4. 請求項３に記載の方法であって、段階ｃ）において前記シムコイル構成に適用される前記電流は、前記磁気共鳴装置の前記検査領域において線形勾配磁場を発生させる、ことを特徴とする方法。
5. 請求項４に記載の方法であって、前記シムコイル構成に適用される前記電流のみが、前記高周波パルスに重畳されたスライス選択勾配の方向において線形勾配磁場を発生させる空間選択高周波パルスの発生中、オフにされる、ことを特徴とする方法。
6. 請求項１乃至５の何れ一項に記載の方法であって、前記主磁場は、前記の取得された磁気共鳴信号の振幅は最大化されるように及び／又は前記磁気共鳴信号のスペクトル幅は最小化されるように、段階ｃ）において調節される、ことを特徴とする方法。
7. 実質的に均一な主静磁場内に置かれた対象の磁気共鳴イメージングのための装置であって：
   前記主静磁場を構築するための主磁気コイル；
   前記主静磁場の不均一性を補償するためのシムコイル構成；
   前記主静磁場に重畳される磁場勾配を発生させるための勾配コイル；
   前記対象に向けて高周波パルスを発するための高周波アンテナ；
   前記シムコイル構成に適用される電流を制御するため及び前記高周波パルス及び前記磁場勾配の発生を制御するための制御手段；
   高周波パルス及び磁場勾配パルスのシーケンスにより発生される磁気共鳴信号を受信し且つサンプリングするための受信手段；並びに
   信号サンプルから画像を生成するための再構成手段；
   を有する装置であって、
   前記制御手段は、請求項１乃至６の何れ一項に記載の方法に従ったシミング手順の内容を有するプログラミングを有する；
   ことを特徴とする装置。
8. プログラムコードを有するコンピュータプログラムであって、前記プログラムコードは、請求項１乃至６の何れ一項に記載の方法に従ったシミング手順が磁気共鳴装置において実行されることを可能にする、ことを特徴とするコンピュータプログラム。

Images