JP2013146283A

JP2013146283A - 磁気共鳴イメージング装置

Info

Publication number: JP2013146283A
Application number: JP2012006629A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Obara; 孝之小原; Masanao Terada; 将直寺田
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2012-01-17
Filing date: 2012-01-17
Publication date: 2013-08-01

Abstract

【課題】被検体が発生する磁場不均一成分を、好適に補正することが可能なMRI装置を提供する。
【解決手段】軸に垂直な断面が楕円形状のメイン傾斜磁場コイルと、軸に垂直な断面が円計上であるシールド傾斜磁場コイルとから成るアクティブシールド型傾斜磁場コイルを有する磁気共鳴イメージング装置において、メイン傾斜磁場コイルとシールド傾斜磁場コイルの間のスペースの鉛直方向上側あるいは鉛直方向下側の少なくとも一方の領域に、被検体の発生する静磁場不均一成分を補正するためのコイルが配置されている。
【選択図】図5

Description

本発明は、磁気共鳴イメージング(以下、MRIという。)装置に係り、特に、被検体が発生する磁場不均一成分を、好適に補正することが可能なMRI装置に関する。

MRI装置は、磁場中に置かれた被検体の核磁気共鳴(以下「NMR」という)現象から得られる信号を計測し演算処理することにより、被検体中の核スピンの密度分布、緩和時間分布等を断層像として画像表示するものであり、人体を被検体として各種の診断等に使用されている。NMR現象から信号を得るためには、空間的、時間的に一様な静磁場中に被検体を置き、高周波コイルによりパルス状に電磁波を被検体に照射し、それによって発生するNMR信号を高周波コイルにより受信する。さらにNMR信号に位置情報を与えるために静磁場に傾斜磁場が重畳される。このため、MRI装置は3軸方向に直交する傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生装置を備えている。

ところで、MRI装置による検査の対象となる人体は、それ自体が磁化し、微小な不整磁場(静磁場不均一成分)を生成することがわかっている。例えば、非特許文献1のTbale2には、Fit of Bo Field Map Data to the Second, Third, and Forth Order Spherical Harmonic Terms Shown in Table 2が示されている。そのStandard deviation(μＴ/mⁿ)の記載されている列を詳細に見れば、ZXcoilにより発生すべき磁場成分(60.0)より、ZYcoilにより発生すべき磁場成分(78.4)は大きく、Z²Xcoilにより発生すべき磁場成分(204.5)より、Z²Ycoilにより発生すべき磁場成分(498.0)は大きく、X³coilにより発生すべき磁場成分(15.6)より、Y³coilにより発生すべき磁場成分(33.5)は大きくなっている。すなわち、被検体磁場が発生し、シムコイルにより発生すべき磁場成分は、X軸(円筒の水平磁場方式のMRI装置における中心軸に直交する水平方向)に関係する磁場成分より、Y軸(円筒の水平磁場方式のMRI装置における中心軸に直交する鉛直方向)に関係する磁場成分の方が大きい。

一方、水平磁場方式MRI装置において、被検体の配置されるスペースを、例えば仰向けに横たわった被検体の形状に合わせて、横幅を少し広めにとった楕円ボアを持つMRI装置が知られている。特許文献1では、断面が楕円形状のアクティブシールド型傾斜磁場コイル装置が開示されているが、より具体的には、断面が楕円形状の主傾斜磁場コイル及び断面が楕円形状のシールド傾斜磁場コイルが開示されている。ここでさらに、主傾斜磁場コイル(メイン傾斜磁場コイルとも呼ぶ。以下、同じ。)のみの断面を楕円とし、シールド傾斜磁場コイルの断面を円形としたアクティブシールド型傾斜磁場コイル装置も考えられる。このような傾斜磁場コイルの内側が楕円形状で、外側が円形状のMRI装置は、以下の利点がある。

すなわち、第1に、外側の傾斜磁場コイルであるシールド傾斜磁場コイルの断面を円形にすると、円筒形状である磁石の形状とうまく適合するため、傾斜磁場コイルを固定しやすい。また、第2に、XYZの3種類のメイン傾斜磁場コイルのうちY軸方向のメイン傾斜磁場コイルが、被検体により近接しているため、Y軸方向の傾斜磁場の発生効率が高く、その結果Y軸方向傾斜磁場強度を高め、MRI装置の空間分解能を向上させられるとともに、Y軸方向の傾斜磁場コイルのインダクタンスを低減して、Y軸方向の傾斜磁場コイルに加えられるパルス電流のスイッチング速度を高めて、高速シーケンスへの適用が容易になる。第3に、Y軸方向のメイン傾斜磁場コイルのY軸方向のシールド傾斜磁場コイルとの距離が増すため、シールド傾斜磁場コイルによるその背面への漏洩傾斜磁場を防ぎやすくなる等の利点がある。

特開2007-296195号公報

Magnetic Resonance in Medicine 55:210-214 (2006)"Requirements for Room Temperature Shimming of the Human Brain"

しかしながら、本発明者は上記従来技術を検討した結果、次のような点に着目した。すなわち、被検体が発生する静磁場不均一成分は、Y軸に関係する成分が多いが、上述した傾斜磁場コイルの内側の断面が楕円形状で、外側の断面が円形状のMRI装置は、メインコイルとシールドコイル間が、X軸方向よりもY軸方向の方が間隔が広い。そのスペースにより好適にシムコイルを配置すれば、被検体が発生する静磁場不均一成分を、好適に補正することが可能なMRI装置が提供できるのではないかと考えた。

本発明の目的は、被検体が発生する磁場不均一成分を、好適に補正することが可能なMRI装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明は、軸に垂直な断面が楕円形状のメイン傾斜磁場コイルと、軸に垂直な断面が円計上であるシールド傾斜磁場コイルとから成るアクティブシールド型傾斜磁場コイルを有する磁気共鳴イメージング装置において、メイン傾斜磁場コイルとシールド傾斜磁場コイルの間のスペースの鉛直方向上側あるいは鉛直方向下側の少なくとも一方の領域に、被検体の発生する静磁場不均一成分を補正するためのコイルが配置されている。

本発明によれば、被検体が発生する磁場不均一成分を、好適に補正することが可能なMRI装置が提供される。

本発明に係るMRI装置のブロック図図2は、水平磁場方式であり、水平方向に横に長い横長筒状のボアを持つアクティブシールド型傾斜磁場コイル図3は、Z軸を中心として軸対称な磁場を補正するために螺旋状なパターンを配置した軸対称コイル図4は、Z軸を中心として軸対称な磁場を補正するために螺旋状なパターンを配置した軸対称コイル図5は、本発明の実施例1に係る傾斜磁場コイルの断面の一部を拡大して示した図図6は、本発明の実施例2に係る傾斜磁場コイルの断面の一部を拡大して示した図

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図1は、本発明に係るMRI装置のブロック図である。図1において、1は、後述する撮影空間4に静磁場を発生させる磁石である。2は、磁石よりも撮影空間4側に配置され、撮影空間4に傾斜磁場を発生させる傾斜磁場コイルである。傾斜磁場は、静磁場に重畳して印加され、被検体の各部位に位置情報を与えるために、互いに直交する3軸方向に線形に磁場強度が変えられたものである。3は、傾斜磁場コイル2より撮影空間4側に配置され、プロトンの共鳴周波数を持つ電磁波を送信するRFコイルである。4は、被検体を配置する空間である撮影空間4である。5は、傾斜磁場コイル2より撮影空間4側に配置され、被検体から発生されるNMR信号を受信する受信コイルである。

また、傾斜磁場コイル2には、X方向の傾斜磁場を発生させるX軸方向傾斜磁場コイルとY方向の傾斜磁場を発生させるY軸方向傾斜磁場コイルとZ方向の傾斜磁場を発生させるZ軸方向傾斜磁場コイルがある。そして、6は、X方向の傾斜磁場を発生させる傾斜磁場コイルに接続され、それに電流を供給するX傾斜磁場電源、7は、Y方向の傾斜磁場を発生させる傾斜磁場コイルに接続され、それに電流を供給するY傾斜磁場電源、8は、Z方向の傾斜磁場を発生させる傾斜磁場コイルに接続され、それに電流を供給するZ傾斜磁場電源である。傾斜磁場コイル2と傾斜磁場電源6−8により、傾斜磁場発生手段が構成されている。また、9は、RFコイル3に接続され、RFコイル3に高周波電力を供給する高周波送信器である。また、10は、受信コイル5に接続され、受信コイル5により受信した信号を増幅する高周波受信器10である。RFコイル3と受信コイル5と高周波送信器9と高周波受信器10とで、高周波送受信系を構成している。

更に、11は、傾斜磁場電源6から8、高周波送受信系に接続され、それらの動作を制御する為のPCである。PC11は、高周波受信器10によって増幅されたNMR信号に演算処理を施し、画像を構成する機能も有している。また、12は、PC11に接続され、操作者により指定された計測の条件、パルスシーケンスの選択等を表示するモニタである。

以下、本発明の実施例1について図2〜図5を用いて説明する。図2は、水平磁場方式であり、水平方向に横に長い横長筒状のボアを持つアクティブシールド型傾斜磁場コイルの概略断面図である。図2において、21は、傾斜磁場コイル2の一部であり、その内側に配置されている断面が楕円形状のメイン傾斜磁場コイルである。また、22は、傾斜磁場コイル2の一部であり、その外側に配置されている断面が円形状のシールド傾斜磁場コイルである。メイン傾斜磁場コイル21とシールド傾斜磁場コイル22は、図示していないが、それぞれX、Y、Z軸方向の傾斜磁場を与える3層から成っている。また、23は、メイン傾斜磁場コイル21とシールド傾斜磁場コイル22の間に配置され、静磁場不均一(人体が入ったときに発生するものを含む)を補正するためのシムコイルである。

次に、シムコイルの詳細な形状を図3及び図4を用い説明する。図3は、Z軸を中心として軸対称な磁場を補正するために螺旋状なパターンを配置した軸対称コイル、図4は、Z軸を中心として軸対称でない磁場を補正するために渦巻状のパターンをメインコイル外側に配置した非軸対称コイルである。

次に、図5は、本発明の実施例1に係る傾斜磁場コイルの断面の一部を拡大して示した図である。図5によれば、シムコイル23は24、25、26、27から成っている。24と25は、図3に示すような軸対称なコイルを断面が円形になるように配置したものであり、24はB₀コイル、25はZ²コイルである。また、26は、Z²コイルの外側に、ZXコイルを配置したものである。そして、27は、B₀コイルやZ²コイルよりもメイン傾斜磁場コイル21側(撮影空間側)の領域28に配置されたZYコイルである。ZYコイルは、例えばY軸から±45°の領域に配置されている。メインコイルとシールドコイルとの曲率の差が大きい場合、すなわり領域28が広い場合は、領域28は、Y軸を中心に広がっている。ここで、軸対称なコイル(B₀コイル24とZ²コイル25)は、メイン傾斜磁場コイル21の外側に螺旋状のパターンを配置することが多いためメイン傾斜磁場コイル21の外側全周囲にパターンが配置されるようになっている。

一方、非軸対称なコイルにはZXコイル26と、ZYコイル27があるが、この非軸対称なコイルは、メイン傾斜磁場コイル21の外側全周囲に亙って配置する必要はない場合がある。そこで、図5の例では、特に被検体の発生する静磁場不均一成分を補正するために必要なZYコイル27が、メイン傾斜磁場コイルの撮影空間に対してX軸方向裏側の位置には存在しない。より具体的には、ZYコイル27が、Y軸からの角度を±45°の範囲に制限されている。ZYコイル27は、撮影空間への距離が短いため、Y軸から角度を制限しても十分な磁場強度を確保できるからである。このようにして、傾斜磁場コイルの内側が楕円形状で、外側が円形状のMRI装置の、メイン傾斜磁場コイル21の撮影空間に対してX軸方向裏側でなく、Y軸方向裏側の空いたスペースをうまく利用できる。

すなわち、上記実施例によれば、軸に垂直な断面が楕円形状のメイン傾斜磁場コイルと、軸に垂直な断面が円計上であるシールド傾斜磁場コイルとから成るアクティブシールド型傾斜磁場コイルを有する磁気共鳴イメージング装置において、メイン傾斜磁場コイルとシールド傾斜磁場コイルの間のスペースの鉛直方向上側あるいは鉛直方向下側の少なくとも一方の領域に、被検体の発生する静磁場不均一成分を補正するためのコイルが配置されている。前記領域とは、撮影空間の中央を中心に鉛直方向に見込む角が所定の角度以下の領域である。また、前記所定の角度は、45度である。

以上より、シムコイルの一部の、Y軸(円筒の水平磁場方式のMRI装置における中心軸に直交する鉛直方向)に関係する成分を補正するもの(ZYコイル27)を、メイン傾斜磁場コイル21の撮影空間に対してY軸方向裏側の空いたスペースをうまく利用して、傾斜磁場コイル2の内径を狭めることなく配置できる。Y軸(円筒の水平磁場方式のMRI装置における中心軸に直交する鉛直方向)に関係する成分を補正するものは、一つのみでなくても良く2つ以上であっても良い。例えば、次のようなコイルを並べて配置しても良い。すなわち、Z²Yコイル、ZXYコイル、Y³コイル、Z³Yコイル、Z²XYコイル、ZY³コイル、X³Yコイル等である。

これらのコイルを使用することでMRI装置が必要とする均一な磁場空間の空間的な範囲が広がるので、広い領域をより良い画質で撮影することができる。

次に、本発明の実施例2について、図6を用い説明する。図6は、本発明の実施例2に係る傾斜磁場コイルの断面の一部を拡大して示した図である。図6によれば、軸対称コイルであるB₀コイル24やZ²コイル25は、断面が楕円状に配置されており、その外側に非軸対称なコイルであるZXコイル26が配置されている。さらにその外側のZXコイル26とシールド傾斜磁場コイル22の間の領域29に配置されたZYコイルである。ZYコイルは、例えばY軸から±45°の領域に配置されている。

上記実施例によっても、傾斜磁場コイルの内側が楕円形状で、外側が円形状のMRI装置の、メイン傾斜磁場コイル21の撮影空間に対してX軸方向裏側でなく、Y軸方向裏側の空いたスペースをうまく利用できる。すなわち、シムコイルの一部の、Y軸(円筒の水平磁場方式のMRI装置における中心軸に直交する鉛直方向)に関係する成分を補正するもの(ZYコイル27)を、メイン傾斜磁場コイル21の撮影空間に対してY軸方向裏側の空いたスペースをうまく利用して、傾斜磁場コイル2の内径を狭めることなく配置できる。Y軸(円筒の水平磁場方式のMRI装置における中心軸に直交する鉛直方向)に関係する成分を補正するものは、一つのみでなくても良く2つ以上であっても良い。例えば、次のようなコイルを並べて配置しても良い。すなわち、Z²Yコイル、ZXYコイル、Y³コイル、Z³Yコイル、Z²XYコイル、ZY³コイル、X³Yコイル等である。

本発明は、以上の各実施形態に開示された内容にとどまらず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各種の形態を取り得る。例えば、被検体の発生する静磁場不均一成分を補正するために用いられるシムコイルに流す電流の電流値は、被検体の体重に相関する値であっても良い。彼検体の発生する静磁場不均一成分を補正するために用いられるシムコイルに流す電流の電流値は、被検体の撮像部位の大きさ又は重さに相関する値であっても良い。また、被検体の撮像部位の大きさ又は重さは、スキャノグラム像に基づいて推定されても良い。被検体の体重は、磁気共鳴イメージング装置に取りつけられた重量計により計測されても良い。被検体の撮像部位の重さは、磁気共鳴イメージング装置に取りつけられた重量計により計測されても良い。被検体の体重は、磁気共鳴イメージング装置に備えられた入力手段により操作者により入力されても良い。

本発明は、磁気共鳴イメージング装置に利用することができる。

21 メイン傾斜磁場コイル、22 シールド傾斜磁場コイル、24 B₀コイル、25 Z²コイル、26 ZXコイル、27 ZYコイル

Claims

軸に垂直な断面が楕円形状のメイン傾斜磁場コイルと、軸に垂直な断面が円計上であるシールド傾斜磁場コイルとから成るアクティブシールド型傾斜磁場コイルを有する磁気共鳴イメージング装置において、
メイン傾斜磁場コイルとシールド傾斜磁場コイルの間のスペースの鉛直方向上側あるいは鉛直方向下側の少なくとも一方の領域に、被検体の発生する静磁場不均一成分を補正するためのコイルが配置されていることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
前記領域とは、撮影空間の中央を中心に鉛直方向に見込む角が所定の角度以下の領域であることを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
前記所定の角度は、４５度であることを特徴とする請求項２に記載の磁気共鳴イメージング装置。