JP2015536792A - 分極磁場のファントムベースのｍｒ磁場マッピング - Google Patents

Abstract

本発明は、基体２０２内に位置決めされた１組の共鳴ボリューム２０６を有する、磁気共鳴（ＭＲ）撮像システム１１０で使用するためのファントム２００であって、基体２０２が、ＭＲ撮像システム１１０の対象ボリューム２０３に従って球体又は楕円体形状を有し、共鳴ボリューム２０６が基体２０２の円周に位置されたファントム２００に関する。このファントムは、磁気共鳴（ＭＲ）撮像システム１１０の主磁石１１４の磁場を評価するための方法で使用され、この方法は、主磁石１１４内部にファントム２００を位置決めするステップと、ＭＲ撮像システム１１０を使用してファントム２００の３Ｄ分光ＭＲ測定を実施し、それにより共鳴ボリューム２０６の共鳴を測定するステップと、測定された共鳴を共鳴ボリューム２０６に割り当てるステップと、共鳴ボリューム２０６の測定された共鳴に基づいて、ファントム２００のＭＲ測定から主磁石１１４の磁場を評価するステップとを含む。したがって、ＭＲ撮像システム自体が、その主磁石の磁場を決定するために直接使用される。したがって、従来の磁場の決定に必要とされる独立したＮＭＲ磁力計ではなく、ＭＲ撮像システム自体が測定機器として使用され得る。

Description

本発明は、磁気共鳴（ＭＲ）撮像システムの分野に関し、特に、ＭＲ撮像システムに関するＭＲ磁場マッピングの分野に関する。

磁気共鳴（ＭＲ）撮像システムにおいて、主磁石は、強い静磁場を発生するために使用される。高精度でＭＲ測定を実施するために、静磁場が対象ボリューム内で均質であることが必要とされる。対象ボリュームは、ＭＲ撮像システムの検査空間に対応し、典型的には、約５０センチメートルの直径を有する球体又は楕円体空間である。通常、対象ボリューム内の静磁場の変動は２０ｐｐｍ未満であることが必要とされる。磁場均質性補正（或いはシミングとして知られている）の前に、典型的な主磁石は、約５００ｐｐｍの不均質性を有することがある。例えば主磁石内部に磁性材料を追加することによって、又は調節コイル内で適切な電流を設定することによって、磁場の調節が必要とされる。そのような補正が行われ得る前に、磁石内部の磁場の正確な測定が必要とされる。

磁石の中心に位置される通常は球体又は楕円体空間である対象ボリューム内部の静磁場を決定することは、磁場マッピングとも呼ばれる。ＭＲ撮像システムのこの磁場マッピングは、多数の位置での磁場の正確な決定を含む。静磁場を決定するための既知の方法では、磁場は、対象ボリュームを画定する閉じた表面にわたってサンプリングされる。対象ボリュームの表面での磁場が既知である場合、この表面によって取り囲まれた全ボリューム内で再構成が行われ得る。主磁石の長手方向軸（ｚ軸とも呼ばれる）を中心とする１２〜２４個の同心円で磁場の測定が行われる。各円は、ｚ軸に直角の平面内に提供され、測定は、ｚ軸の周りで１５〜３０度の角度距離で提供される。

従来の測定法は、核磁気共鳴（ＮＭＲ）磁力計又はそのような磁力計のアレイを採用する。ＮＭＲ磁力計は、上述のような所要の測定を実施するために、主磁石の静磁場内で所望のサンプル位置に移動される。移動は、保持装置の使用によって実現され、保持装置は通常、静磁場に対する影響を減少させるために機械的に動作される。

ＮＭＲ磁力計及びＮＭＲ磁力計を移動させるための保持装置は、取扱いが複雑であり、高価である。ＮＭＲ磁力計及び保持装置を使用してＭＲ磁場をマッピングするための方法は、時間がかかり、また実行が難しい。したがって、改良が望まれる。

静磁場は、主磁石を含むＭＲ撮像（ＭＲＩ）システムが位置される位置によって影響を及ぼされるので、さらなる問題が生じる。したがって、ＭＲＩシステムが移動される度に、特にシステムが新たな位置に設置されるときに、主磁石の均質性が検証されなければならない。したがって、ＮＭＲ磁力計及び保持装置の可用性は、移送時間により低減され、移送中のＮＭＲ磁力計及び保持装置の損傷又は損失の高い危険性がある。同じ問題は、主磁石の保守が行われなければならない度に、即ち静磁場が較正される度に生じる。

本発明の目的は、磁気共鳴（ＭＲ）撮像システムの主磁石のマッピングを容易にすることである。

本発明の一態様では、上記の目的は、磁気共鳴（ＭＲ）撮像システムの主磁石の磁場を評価するための方法であって、基体内に位置決めされた１組の共鳴ボリュームをファントムに提供する提供ステップを含み、基体が、ＭＲ撮像システムの対象ボリュームに従って球体又は楕円体形状を有し、共鳴ボリュームが基体の円周に位置される提供ステップと、主磁石内部にファントムを位置決めするステップと、ＭＲ撮像システムを使用してファントムの３Ｄ分光ＭＲ測定を実施し、それにより共鳴ボリュームの共鳴を測定するステップと、測定された共鳴を共鳴ボリュームに割り当てるステップと、共鳴ボリュームの測定された共鳴に基づいて、ファントムのＭＲ測定から主磁石の磁場を評価するステップとを含む方法によって実現される。

用語「３Ｄ分光ＭＲ測定」は、各測定点での正確な共鳴周波数の測定を表す。３Ｄ分光ＭＲ測定は、個々の共鳴ボリュームそれぞれが識別され得るように、また、各共鳴ボリュームのＮＭＲ共鳴周波数が得られるように行われる。共鳴ボリュームの磁気共鳴の特定の周波数は、共鳴ボリュームの位置での磁場の強度を示す。対象ボリュームの円周で既知の磁場によって、対象ボリューム全体の内部の静磁場が完全に決定され得る。位相コード化勾配を使用することによって、全ての空間情報が得られる。位相コード化勾配のみを用いた測定シーケンスを使用して、測定の幾何歪みは、勾配の非線形性のみによって決定される。位相コード化ステップとも呼ばれる個々の測定それぞれにおいて、３Ｄ獲得空間（ｋ空間とも呼ばれる）内の点が獲得される。３Ｄ ｋ空間データから、３Ｄ空間領域内の信号が数学的に再構成され得る。好ましい実施形態によれば、データは、正規３Ｄグリッドでサンプリングされ、高速フーリエ変換によって、空間領域内の正規３Ｄグリッドでの信号再構成を可能にする。

１組の測定値は、好ましくは、コンピュータによって処理されてテーブルを生成し、測定された磁場値を共鳴ボリュームの位置それぞれに割り当てる。次いで、この磁場マップは、対象ボリューム内部の磁場の特性を解析するため、及び磁石の磁場を均質にするのに必要とされる補正措置を決定するために、さらに処理され得る。

分光ＭＲ測定を高速化するために、ＭＲ撮像システムのｘ、ｙ、及びｚ方向で、共鳴ボリュームを識別するのに十分になるように分解能が選択され得る。分光ＭＲ測定に適した好ましい分解能は、ｘ／ｙ平面内では各軸につき８０〜２００個の測定サンプル、ｚ方向では１〜３０個のサンプルを含む。さらに好ましくは、ｘ／ｙ平面内で約１２０×１２０個の個別の測定サンプルが取られ、ｚ軸に沿って約１０個のサンプルが取られる。ファントムの既知の構造、即ち共鳴ボリュームの既知の位置により、分光測定が実施され得て、共鳴ボリュームは、３Ｄ分光ＭＲ測定において測定された共鳴に合致され得る。好ましくは、正確な位置は、ファントムの既知の構造から導出される。したがって、対象ボリューム内でのファントムの正確な配置が必要とされる。このファントムを使用して、ＭＲ撮像システムは、その主磁石の磁場を決定するために直接使用され得る。したがって、従来の磁場の決定に必要とされる独立したＮＭＲ磁力計ではなく、ＭＲ撮像システム自体が測定機器として使用され得る。この測定は、専用の磁力計システムを用いた測定よりもはるかに安価であり、信頼性が高い。さらに、測定がＭＲ撮像システム自体によって行われる場合には、測定結果は、ＭＲ撮像システムの較正のために直接使用され得る。所要のｘ／ｙ向きを有する平面を有するファントムの正確な配置が必要とされる。典型的には、各自由度、即ちｘ、ｙ、ｚ軸及び３つの回転軸に関して２〜３ｍｍの精度が必要とされる。

提供されるファントムの基体は、好ましくはプラスチック、例えばポリカーボネートから形成される。基体は、任意の適切な構造を有することができる。好ましくは、基体は、本質的に中空の物体として提供される。代替として、共鳴ボリュームが、基体内部で相互接続されてもよく、これらの共鳴ボリュームが基体の形状を画定する。代替実施形態では、基体は、低い磁化率を有する別の非導電性材料から形成される。

共鳴ボリュームは、基体内部に提供される。好ましくは、共鳴ボリュームは、基体内部の共鳴媒質の収容部によって提供される。共鳴媒質は、静磁場とＲＦ場との適切な組合せを受けるときに磁気共鳴を発生する媒質である。共鳴ボリュームは、個々のボリュームとして容易に検出するのに適した任意のサイズ及び形状を有する。好ましくは、共鳴ボリュームは、１センチメートル未満の直径、さらに好ましくは２〜３ミリメートルの直径を有する球形を有する。基体は、穴を設けられてもよく、これらの穴は、後で共鳴媒質によって充填されて封止される。好ましくは、共鳴媒質は水である。共鳴ボリュームが基体の円周に提供されるので、この円周での磁場が評価され得る。

円周磁場は、ファントム全体、即ち１組のサンプルボリュームによって取り囲まれたボリューム内の磁場を決定するのに適している。したがって、少数の共鳴ボリュームしか必要とされない。ファントムの全周の内部にある共鳴ボリュームは必要とされない。好ましくは、共鳴ボリュームは、基体の円周にわたって均等に分布され、同じボリュームを有する。全身用ＭＲ撮像システム内部の典型的な対象ボリュームは、約５０ｃｍの直径を有する球形を有する。この典型的な対象ボリュームに関して、少なくとも１００個の共鳴ボリュームをファントムに設けることが好ましい。さらに好ましくは、共鳴ボリュームの数は、少なくとも２００個である。測定計算量は共鳴ボリュームの数と共に増すので、これは、余剰の測定計算量を伴わずに磁場の十分なマッピングを可能にする。

好ましい実施形態によれば、測定された共鳴を共鳴ボリュームに割り当てるステップは、測定された共鳴を空間領域内で識別するステップを含む。したがって、共鳴ボリュームは、それが３Ｄ画像内に現れる位置に基づいて識別され得る。位置は、角度位置及び径方向位置、並びにｚ＝０平面からの距離によって特徴付けられる。特に、ＭＲ撮像システムの長手方向、即ちｚ軸での様々な位置にある共鳴ボリュームに関する複合測定を実施するために、バックフォールディングの効果が使用され得る。バックフォールディング効果により、ｚ軸の１回の測定で、様々なｚ位置の共鳴ボリュームの測定結果が見られ得る。この方法は、従来の測定とは対照的である。従来の測定では、ファントムのボリュームが３Ｄスキャンボリューム内部に完全にあり、位相コード化ステップの数が全ての共鳴ボリュームを分解するのに十分に大きく、したがってバックフォールディングを避ける。ファントムの共鳴ボリュームの既知の位置により、ｚ軸での測定の数が減少され得て、測定を高速化する。それにも関わらず、これらの測定から全ての共鳴ボリュームに関する周波数が取得され得て、ｚ軸でのより少数の位相コード化ステップと、好ましくはｚ方向でのファントムの広がりよりも小さい選択されたサイズの３Ｄ撮像ボリュームとに基づいて、磁場が完全に決定され得る。さらに好ましくは、ファントムは、平行な平面内に配置された共鳴ボリュームを提供され、したがって、ｚ方向での最小数の位相コード化ステップで全ての共鳴ボリュームが測定され得る。さらに好ましくは、ボリュームは、ファントム内部でのそれらの位置、即ち別のリングの共鳴ボリュームに対するリングの共鳴ボリュームの回転角度により区別され得る。

好ましい実施形態によれば、測定された共鳴を共鳴ボリュームに割り当てるステップは、３Ｄ分光ＭＲ測定において、各共鳴ボリュームに関する捕捉区域を生成するステップを含む。次いで、この捕捉区域内部の分光測定の周波数が、捕捉区域に対応する共鳴ボリュームからの分光測定値として使用される。これは、分光ＭＲ測定の分解能の低下を可能にし、静磁場を決定するための時間が短縮され得る。使用されるファントムの種類に応じて、各共鳴ボリュームに関して２次元又は３次元の捕捉区域が定義され得る。好ましくは、捕捉区域は、２次元区域であり、さらに好ましくはＭＲ撮像システムのｘ／ｙ平面内の区域である。共鳴ボリュームがｘ／ｙ平面内に位置決めされるとき、捕捉区域のｚ位置が予め定められ、それにより、ｚ軸に沿った捕捉は必要とされない。ｚ方向での距離は、様々な平面の共鳴ボリュームを区別するのに十分に大きい。

好ましい実施形態によれば、ファントムに提供するステップは、互いに平行に位置される異なる平面内に配置される共鳴ボリュームをファントムに提供するステップを含む。したがって、共鳴ボリュームは、円形又は楕円形リング内に配置される。平面での構成は、ファントムの製造、及び対象ボリューム内へのファントムの配置を容易にする。この構成は、各平面の共鳴ボリュームを円形、楕円形、又は環形構造内に配置することによって実現され得て、ここで、全ての平面の構造が一体に接続されてファントムを形成する。平面は、平面の各対の間で一定の距離を与えられてよく、又はその距離は、平面の異なる対毎に異なっていてもよい。さらに好ましくは、リングの位置は、θ方向でのｎ次のガウス積分のフットポイントに対応し、ここで、θは、ｚ−ｒ平面内の球角度座標であり、ｎは、リングの数である。これらの角度は、次数ｎのルジャンドル多項式のゼロ点である。好ましくは、構造は、その円周方向で均質な断面を有するリングであり、それにより、全ての共鳴ボリュームが同じ磁化率関連の周波数シフトを有する。さらに好ましくは、全ての共鳴ボリュームが、同じ断面を有するリング構造内に提供される。好ましいファントムは、２０〜３０個の平面を有し、さらに好ましくは、２４個の平面を有する。好ましくは、各平面が、最大で２０〜３０個の共鳴ボリュームを有する。ファントムの中央領域はその縁領域よりも大きい直径を有するので、中央領域の平面は縁領域よりも多数の共鳴ボリュームを設けられることが好ましい。この方法では、ＭＲスキャナ内にファントムを配置するステップは、リングが主磁石の長手方向軸とほぼ同軸であり、ファントムの軸又は回転対称線に垂直な対称面が主磁石の対応する対称面とほぼ一致するように、ファントムを位置合わせするステップを含む。

好ましい実施形態によれば、ファントムに提供するステップは、互いに均一な角度距離を有して配置される各平面の共鳴ボリュームをファントムに提供するステップを含む。共鳴ボリュームのこの分布は、測定値を処理するための最小計算量で、高い精度での磁場マッピングを可能にする。平面が異なる数の共鳴ボリュームを設けられる場合、角度距離は、異なる平面毎に異なることがある。

好ましい実施形態によれば、ファントムを提供するステップは、異なる角度位置に配置される異なる平面の共鳴ボリュームをファントムに提供するステップを含む。用語「角度位置」は、互いに対する又は共通の座標系に対する異なる平面の共鳴ボリュームの回転を表す。これは、それぞれの平面の共鳴ボリュームが、分光ＭＲ測定を実施するときにＭＲ撮像システムによって容易に認識可能になるようにする。一般に、共鳴ボリュームの絶対角度位置は重要でない。角度位置の差は、ファントムの直径、及び平面内に分布される共鳴ボリュームの数に依存する。好ましくは、それぞれの平面は、１つの平面の共鳴ボリューム間の角度の半分の角度差を有する。したがって、異なる平面の共鳴ボリュームは、ファントムの長手方向軸からの径方向距離が同一であるときでさえ、既知のファントムにより既知であるそれらの角度位置によって識別され得る。したがって、バックフォールディングにより共鳴ボリュームの分光測定が異なるリングの共鳴ボリュームに及ぶとき、共鳴ボリュームは高信頼性で識別され得る。通常は望ましくないバックフォールディングの効果がこのファントムと共に使用され得て、ファントムの長手方向軸での分光測定の数を減少させる。ファントムの長手方向軸は、ファントムがＭＲ撮像システムの内部に配置されるとき、ＭＲ撮像システムの長手方向軸、即ちｚ軸に対応する。好ましくは、回転位置の差を与えるための平面は、１回の分光測定で現れる平面の中から選択される。したがって、ファントムの測定及びサイズのパラメータに応じて、ファントムにわたる異なる平面に異なる角度位置が適用され得る。さらに好ましくは、角度位置は、複数の平面に関して互いに異なる。

好ましい実施形態によれば、ファントムに提供するステップは、ファントムの中心領域にある平行な平面間の距離がファントムの縁領域にある平行な平面間の距離よりも大きくなりながら、ファントムに提供するステップを有する。したがってまた、共鳴ボリューム間の角度差は、ファントムの長手方向軸を含む平面（即ちｘ／ｙ平面に直角の平面）内で均等に分散され得る。縁領域では、隣接する平面内のファントムの直径は、その中央領域よりも大きな変化を示し、したがって、異なる平面の共鳴ボリュームは、バックフォールディングの存在時でさえ他の平面の共鳴ボリュームから容易に区別され得る。

本発明の別の態様では、上記の目的は、静磁場を発生するための主磁石と、静磁場に重畳された勾配磁場を発生するための磁気勾配コイルシステムと、対象の被験者を内部に位置決めするために提供される検査空間と、対象の被験者の核を励起するために検査空間にＲＦ場を印加するために提供される少なくとも１つの高周波（ＲＦ）アンテナデバイスと、少なくとも１つのＲＦアンテナデバイスの動作を制御するための制御ユニットとを備える磁気共鳴（ＭＲ）撮像システムであって、磁気共鳴撮像システムが、３次元のＭＲ分光測定を実施するように構成可能であり、制御ユニットが、上記の方法を実施するように構成可能である磁気共鳴（ＭＲ）撮像システムによって実現される。ＭＲ撮像システムは、その主磁石の静磁場を決定するための上記の方法を実施するために、上記のファントムと共に使用され得る。これは、ＭＲ撮像システムの設置及び保守を容易にする。

本発明の別の態様では、上記の目的は、特にＭＲ撮像システムの磁場を評価するための磁場マッピングシステムであって、基体内に位置決めされた１組の共鳴ボリュームを有するファントムを備え、基体が、ＭＲ撮像システムの対象ボリュームに従って球体又は楕円体形状を有し、共鳴ボリュームが基体の円周に位置され、磁場マッピングシステムがさらに、ＭＲ撮像システムのための制御デバイスを備え、制御デバイスが、磁気共鳴（ＭＲ）撮像システムを使用して上記の方法を実施するように適合された磁場マッピングシステムによって実現される。

本発明の別の態様では、上記の目的は、磁気共鳴（ＭＲ）撮像システムを更新するためのソフトウェアパッケージであって、上記の方法に従ってＭＲ撮像システムを制御するための命令を含むソフトウェアパッケージによって実現される。

代替として、ＭＲ撮像システムは、最初から上記の方法を実施するために提供され得る。したがって、ソフトウェアパッケージは、ＭＲ撮像システムの初期ソフトウェアの一部でよく、特に、ソフトウェアパッケージは、ＭＲ撮像システムの制御ユニットの一部でよい。

本発明の一態様では、上記の目的は、基体内に位置決めされた１組の共鳴ボリュームを有する、磁気共鳴（ＭＲ）撮像システムで使用するためのファントムであって、基体が、ＭＲ撮像システムの対象ボリュームに従って球体又は楕円体形状を有し、共鳴ボリュームが、基体の円周に位置され、異なる平面内に配置され、それらの平面が互いに平行に配置され、各平面の共鳴ボリュームが互いに均一な角度距離を有して配置され、異なる平面の共鳴ボリュームが異なる角度位置に配置されたファントムによって実現される。

そのようなファントムは、低コストで提供され得て、取扱いが容易である。ファントムは静止しており、即ち、任意の移動部分を有さず、移動される必要がなく、したがって可動装置に比べて損壊又は誤動作の危険が低い。ファントムの円周にある共鳴ボリュームにより、ファントムは、対象ボリューム全体の内部の磁場の決定を可能にする。磁場の決定は、磁場マッピングとも呼ばれる。

基体は、好ましくはプラスチック、例えばポリカーボネートから形成される。基体は、任意の適切な構造を有することができる。好ましくは、基体は、本質的に中空の物体として提供される。代替として、共鳴ボリュームは、基体内部で相互接続されてよく、これらの共鳴ボリュームが基体の形状を画定する。代替実施形態では、基体は、非導電性であり、低い磁化率を有する別の材料から形成される。

共鳴ボリュームは、基体内部に提供される。好ましくは、共鳴ボリュームは、基体内部の共鳴媒質の収容部によって提供される。共鳴媒質は、静磁場とＲＦ場との適切な組合せを受けるときに磁気共鳴を発生する媒質である。共鳴ボリュームは、個々のボリュームとして容易に検出するのに適した任意のサイズ及び形状を有する。好ましくは、共鳴ボリュームは、１センチメートル未満の直径、さらに好ましくは２〜３ミリメートルの直径を有する球形を有する。基体は、穴を設けられてもよく、これらの穴は、後で共鳴媒質によって充填されて封止される。好ましくは、共鳴媒質は水である。共鳴ボリュームが基体の円周に提供されるので、この円周での磁場が評価され得る。

円周磁場は、ファントム全体、即ち１組のサンプルボリュームによって取り囲まれたボリューム内の磁場を決定するのに適している。したがって、少数の共鳴ボリュームしか必要とされない。ファントムの全周の内部にある共鳴ボリュームは必要とされない。好ましくは、共鳴ボリュームは、基体の円周にわたって均等に分布され、同じボリュームを有する。全身用ＭＲ撮像システム内部の典型的な対象ボリュームは、約５０ｃｍの直径を有する球形を有する。この典型的な対象ボリュームに関して、少なくとも１００個の共鳴ボリュームを有するファントムを有することが好ましい。さらに好ましくは、共鳴ボリュームの数は、少なくとも２００個である。測定計算量は共鳴ボリュームの数と共に増すので、これは、余剰の測定計算量を伴わずに磁場の十分なマッピングを可能にする。

したがって、共鳴ボリュームは、円形又は楕円形リングに構成される。平面での構成は、ファントムの製造、及び対象ボリューム内へのファントムの配置を容易にする。この構成は、各平面の共鳴ボリュームを円形、楕円形、又は環形構造内に配置することによって実現され得て、ここで、全ての平面の構造が一体に接続されてファントムを形成する。平面は、平面の各対の間で一定の距離を与えられてよく、又はその距離は、平面の異なる対毎に異なっていてもよい。さらに好ましくは、リングの位置は、θ方向でのｎ次のガウス積分のフットポイントに対応し、ここで、θは、ｚ−ｒ平面内の球角度座標であり、ｎは、リングの数である。これらの角度は、次数ｎのルジャンドル多項式のゼロ点である。好ましくは、構造は、その円周方向で均質な断面を有するリングであり、それにより、全ての共鳴ボリュームが同じ磁化率関連の周波数シフトを有する。さらに好ましくは、全ての共鳴ボリュームが、同じ断面を有するリング構造内に提供される。好ましいファントムは、２０〜３０個の平面を有し、さらに好ましくは、２４個の平面を有する。好ましくは、各平面が、最大で２０〜３０個の共鳴ボリュームを有する。ファントムの中央領域はその縁領域よりも大きい直径を有するので、中央領域の平面は縁領域よりも多数の共鳴ボリュームを設けられることが好ましい。この方法では、ＭＲスキャナ内にファントムを配置するステップは、リングが主磁石の長手方向軸とほぼ同軸であり、ファントムの軸又は回転対称線に垂直な対称面が主磁石の対応する対称面とほぼ一致するように、ファントムを位置合わせするステップを含む。

互いに対する均一な角度距離を有する共鳴ボリュームのこの分布は、測定値を処理するための最小計算量で、高い精度での磁場マッピングを可能にする。平面が異なる数の共鳴ボリュームを設けられる場合、角度距離は、異なる平面毎に異なることがある。

用語「角度位置」は、互いに対する又は共通の座標系に対する異なる平面の共鳴ボリュームの回転を表す。これは、それぞれの平面の共鳴ボリュームが、分光ＭＲ測定を実施するときにＭＲ撮像システムによって容易に認識可能になるようにする。一般に、共鳴ボリュームの絶対角度位置は重要でない。角度位置の差は、ファントムの直径、及び平面内に分布される共鳴ボリュームの数に依存する。好ましくは、それぞれの平面は、１つの平面の共鳴ボリューム間の角度の半分の角度差を有する。異なる平面の共鳴ボリュームは、ファントムの長手方向軸からの径方向距離が同一であるときでさえ、既知のファントムにより既知であるそれらの角度位置によって識別され得る。したがって、バックフォールディングにより共鳴ボリュームの分光測定が異なるリングの共鳴ボリュームに及ぶとき、共鳴ボリュームは高信頼性で識別され得る。通常は望ましくないバックフォールディングの効果がこのファントムと共に使用され得て、ファントムの長手方向軸での分光測定の数を減少させる。ファントムの長手方向軸は、ファントムがＭＲ撮像システムの内部に配置されるとき、ＭＲ撮像システムの長手方向軸、即ちｚ軸に対応する。異なる平面の共鳴ボリュームの異なる角度位置によって、異なる平面の共鳴ボリュームのクロストークが減少され得る。好ましくは、回転位置の差を与えるための平面は、１回の分光測定で現れる平面の中から選択される。したがって、ファントムの測定及びサイズのパラメータに応じて、ファントムにわたる異なる平面に異なる角度位置が適用され得る。さらに好ましくは、角度位置は、複数の平面に関して互いに異なる。

ＭＲＩ磁石の磁場のマッピングは、既に前述された以下のステップを含む。ファントムが、ＭＲスキャナの主磁石内に配置される。ＭＲＩスキャンが、個々の共鳴ボリュームそれぞれが識別され得るように、また各共鳴ボリュームのＮＭＲ共鳴周波数が得られるように行われる。これに関する好ましい撮像技法は、いわゆる３Ｄ分光撮像シーケンスであり、ここで、位相コード化勾配を使用することによって全ての空間情報が取得される。したがって、各共鳴ボリュームに関して導出される共鳴周波数は、その位置での磁石の磁場に関する尺度である。１組の測定値は、コンピュータによって処理されてテーブルを生成し、測定された磁場値を共鳴ボリュームの位置それぞれに割り当てる。次いで、この磁場マップは、対象ボリューム内部の磁場の特性を解析するため、及び磁石の磁場を均質にするのに必要とされる補正措置を決定するために、さらに処理され得る。

好ましい実施形態によれば、ファントムの中心領域にある平行な平面間の距離は、ファントムの縁領域にある平行な平面間の距離よりも大きい。したがってまた、共鳴ボリューム間の角度差は、ファントムの長手方向軸を含む平面（即ちｘ／ｙ平面に直角の平面）内で均等に分散され得る。

本発明のこれら及び他の態様は、本明細書で以下に述べられる実施形態から明らかになり、それらの実施形態を参照して説明する。しかし、そのような実施形態は本発明の完全な範囲を必ずしも表さず、したがって、本発明の範囲を解釈するためには特許請求の範囲及び本明細書が参照される。

本発明による磁気共鳴（ＭＲ）撮像システムの一実施形態の一部の概略図である。 本発明による球形を有するファントムを示す図である。 フォントムの基体を形成するリングの半球の半分をリング内の共鳴ボリュームと共に示す、図２のファントムの部分図である。 ｚ軸での１回の測定によって得られた様々なリングの共鳴ボリュームからの測定結果の視覚化を示す図である。

図１は、ＭＲスキャナ１１２を備える磁気共鳴（ＭＲ）撮像システム１１０の一実施形態の一部の概略図を示す。ＭＲ撮像システム１１０は、静磁場を発生するために提供される主磁石１１４を含む。主磁石１１４は中央穴を有し、中央穴は、対象の被験者１２０（通常は患者）が中に位置決めされるように、中心軸１１８の周りの検査空間１１６を提供する。代替実施形態では、静磁場内に検査領域を提供する異なるタイプのＭＲ撮像システムが使用される。さらに、ＭＲ撮像システム１１０は、静磁場に重畳される勾配磁場を発生するために提供される磁気勾配コイルシステム１２２を備える。当技術分野で知られているように、磁気勾配コイルシステム１２２は、主磁石１１４の穴内に同心状に配置される。

さらに、ＭＲ撮像システム１１０は、筒体を有する全身用コイルとして設計された高周波（ＲＦ）アンテナデバイス１４０を含む。ＲＦアンテナデバイス１４０は、対象の被験者１２０の核を励起するために、ＲＦ送信段階中にＲＦ磁場を検査空間１１６に印加するために提供される。また、ＲＦアンテナデバイス１４０は、ＲＦ受信段階中に、励起された核からＭＲ信号を受信するために提供される。ＭＲ撮像システム１１０の動作状態では、ＲＦ送信段階とＲＦ受信段階とは連続的に生じている。ＲＦアンテナデバイス１４０は、主磁石１１４の穴内に同心状に配置される。当技術分野で知られているように、円筒形金属ＲＦスクリーン１２４が、磁気勾配コイルシステム１２２とＲＦアンテナデバイス１４０との間に同心状に配置される。

さらに、当技術分野で一般に知られているように、ＭＲ撮像システム１１０は、獲得されたＭＲ信号からＭＲ画像を再構成するために提供されるＭＲ画像再構成ユニット１３０と、ＭＲスキャナ１１２の機能を制御するために提供される、モニタユニット１２８を有するＭＲ撮像システム制御ユニット１２６とを備える。制御ライン１３２が、ＭＲ撮像システム制御ユニット１２６とＲＦ送信機ユニット１３４との間に設置され、ＲＦ送信機ユニット１３４は、ＲＦ送信段階中にＭＲ高周波のＲＦ出力をＲＦスイッチングユニット１３６を介してＲＦアンテナデバイス１４０に供給するために提供される。また、ＲＦスイッチングユニット１３６は、ＭＲ撮像システム制御ユニット１２６によって制御され、その制御の目的を果たすために、別の制御ライン１３８が、ＭＲ撮像システム制御ユニット１２６とＲＦスイッチングユニット１３６との間に設置される。ＲＦ受信段階中、ＲＦスイッチングユニット１３６は、ＲＦアンテナデバイス１４０からのＭＲ信号を前置増幅後にＭＲ画像再構成ユニット１３０に送る。

図２及び図３は、ＭＲ撮像システム１１０で使用するための好ましい実施形態によるファントム２００を示す。ファントム２００は、ＭＲ撮像システム１１０の対象ボリューム２０３に従った球形を有する基体２０２を備える。対象ボリューム２０３は、検査空間１１６の一部である。典型的なＭＲ撮像システム１１０に関して、対象ボリュームは約５０〜６０センチメートルの直径を有し、この直径は、ファントム２００の直径でもある。

基体２０２は、１組の２４個の円形リング２０４によって形成された本質的に中空の物体であり、各円形リング２０４は、図３で見ることができるように同じ長方形断面を有する。リング２０４は、ポリカーボネートから形成され、基体２０２の円周を画定する。リング２０４は、共通の回転軸２０５（ｚ軸とも呼ばれる）を有する。

各リング２０４が平面を画定し、それらの平面は、互いに平行に位置される。ファントム２００の中央領域２０８にあるリング２０４間の距離は、ファントム２００の縁領域２１０にあるリング２０４間の距離よりも大きく、中央領域２０８にあるリング２０４は、縁領域２１０にあるリング２０４よりも大きい直径を有し、それによりファントム２００の球形を提供する。

共鳴ボリューム２０６が、共鳴媒質の収容部としてリング２０４内部に提供され、共鳴媒質は、この実施形態では水である。水は、リング２０４内部の穴内に充填され、穴は、水を受け取った後に栓によって封止される。穴は、１２０度の歯先角を有する工具で穴開けされ、栓の底面もこの工具によって穴開けされ、それにより、閉じ込められる水のボリュームはそれぞれ、直径３ｍｍのほぼ球形を有する。各リング２０４の穴は、相互間に等しい角度距離を有して位置決めされる。中央領域２０８にあるリング２０４は、２４個の共鳴ボリューム２０６を有し、縁領域２１０にあるリング２０４は、１２個の共鳴ボリューム２０６を有する。全体として、共鳴ボリューム２０６は、基体２０２の円周にわたって均等に分布され、ここで、隣接するリング２０４の共鳴ボリューム２０６は、ファントム２００のｚ軸を含む平面内で同じ角度差を有して配置される。

表１を見て分かるように、異なるリング２０４の共鳴ボリューム２０６は、異なる角度位置を有して配置される。角度位置に関する詳細は、以下にさらに説明する。

次に、ＭＲ撮像システム１１０の主磁石１１４の磁場を評価するための方法を述べる。ＭＲ撮像システム１１０は、３Ｄ分光ＭＲ測定を実施することが可能である。

ファントム２００は、対象ボリューム２０３内部に提供されて配置され、ファントム２００のｚ軸２０５は、ＭＲ撮像システム１１０の中心軸１１８と位置合わせされる。したがって、基体２０２のリング２０４は、ＭＲ撮像システム１１０のｘ／ｙ方向での平面内に正確に位置決めされる。

次に、ＭＲ撮像システム１１０は、３つの位相コード化方向で３Ｄ分光測定を実行する。用語「３Ｄ分光ＭＲ測定」は、各測定点での詳細な共鳴周波数の測定を表す。共鳴ボリューム２０６の水の磁気共鳴の特定の周波数が、この共鳴ボリューム２０６の位置での磁場の強度を示す。ＭＲ撮像システムのｘ／ｙ方向での分解能は、１２０×１２０の個別の測定点となるように選択され、ｘ方向及びｙ方向で１２０の位相コード化ステップを必要とする。ｚ方向での位相コード化ステップの数は１０に設定され、ｚ方向で１０個の画像スライスを生じる。測定中、バックフォールディングが、１つのスライスで２〜４個のリング２０４の情報の重畳をもたらす。位相コード化勾配のみを用いた測定シーケンスが使用され、したがって、測定の幾何歪みは、勾配の非線形性のみによって決定される。

測定を実施した後、測定された共鳴は、共鳴ボリューム２０６に割り当てられる。したがって、各共鳴ボリューム２０６の測定された共鳴は、個別の測定の少なくとも１つにおいて識別される。したがって、ファントム２００の分光ＭＲ測定内部の捕捉区域を使用して、各共鳴ボリューム２０６は、３Ｄ画像内でのその測定された信号の位置に基づいて識別される。次いで、この捕捉区域内部での分光測定の識別された周波数が、捕捉区域に対応する共鳴ボリューム２０６からの分光測定値として使用される。捕捉区域は、共鳴ボリューム２０６の既知の位置、ＭＲ撮像システム１１０の勾配コイルの既知の磁場プロファイル、及びスキャンシーケンスのパラメータに基づいて定義される。

表１に示されるように番号８〜１７を有するリングに関する信号再構成を可能にするために、ｚ方向での位相コード化ステップが選択されて実施される。ｚ軸２０５での１０の位相コード化ステップによって、これら１０個のリング２０４の再構成が可能である。再構成される各スライスは、それぞれの単一のリング２０４の位置にほぼ中心を取られたｚ軸２０５にある。スライス内クロストークにより、各スライスは、隣接するリング２０４の情報も含む。例えば、図４に示されるように、スライス５は、番号１２を有するリング２０４の画像を含むだけでなく、番号１１及び１３を有する隣接するリング２０４の画像も含む。図４は、ｚ方向での１回の位相コード化ステップに関する結果を示し、複数の共鳴は、様々なリング２０４の共鳴ボリューム２０６を表す。

測定された共鳴の位置に基づく共鳴ボリューム２０６の識別が行われる。図４を見て分かるように、位置は一意であり、角度位置及び径方向位置を含む。番号１２を有するリング２０４の画像は、７．５度の相対角度オフセットにより、番号１１及び１３を有するリング２０４の望ましくない情報から区別される。１０の位相コード化ステップを有する３Ｄ分光ＭＲスキャンによってカバーされる範囲外に位置されるリング２０４は、ＭＲ測定中にバックフォールディングにより現れる。さらなる例として、表１に示されるように、番号７を有するリング２０４の画像は、番号１７を有するリング２０４の画像とスライス１０で重畳される。番号７を有するリング２０４と番号１７を有するリング２０４は、ほぼ同一の直径を有するが、それらは、それらの７．５度の角度オフセットによって区別される。

表１に示されるように、番号８を有するリング２０４と番号７を有するリング２０４とは同じ角度位置を有するので、これら２つのリング２０４の間には、交番角度位置方式の不連続が現れる。番号１８を有するリング２０４の画像は、番号８を有するリング２０４の画像とスライス１で重畳されるので、これら２つのリング２０４を区別するために、７．５度の相対角度オフセットが望まれる。したがって、番号１８を有するリング２０４は、番号１７を有するリング２０４と同じ角度位置を有する。ｚ軸２０５に沿ったファントム２００のリング２０４間の離隔距離は、ファントム２００の縁領域２１０に近付くにつれて小さくなるので、縁領域２１０の複数の隣接するリング２０４の群が、同じスライス内に一緒に現れる。例えば、番号４を有するリング２０４と番号５を有するリング２０４とはどちらもスライス８に現れ、番号１５を有するリング２０４の画像と重畳される。画像情報のこの重畳により、番号４を有するリング２０４と番号５を有するリング２０４との間に７．５度の角度オフセットが提供される。ファントム２００の縁領域２１０にある番号１〜番号３を有する最初の３つのリング２０４は、スライス７に現れ、番号１４を有するリング２０４の画像と重畳される。番号１〜番号３を有する最初の３つのリング２０４は半径によって区別され、したがってこれらのリング２０４を分離することは必要とされないので、角度位置は自由に選択される。ファントム２００の他方の縁領域２１０にある番号２２〜番号２４を有する最後の３つのリング２０４に関しても同じことが当てはまる。

ファントム２００のリング２０４の数、対象ボリューム２０３のサイズ、及び３Ｄ画像の位相コード化ステップの数に関して他の値を有する他の実施形態では、リング２０４の角度位置は異なる形で選択されることは明らかであろう。

最後に、全ての共鳴ボリューム２０６の共鳴周波数が既知であるとき、主磁石１１４の磁場が評価される。共鳴ボリューム２０６の測定された共鳴から、共鳴ボリューム２０６の位置での主磁石１１４の磁場が計算される。対象ボリューム２０３の円周で既知の磁場によって、対象ボリューム２０３内部の静磁場が決定される。

このファントム２００を上記の方法と共に使用して、ＭＲ撮像システム１１０は、その主磁石１１６の磁場を決定するために直接使用される。分光３Ｄ測定値の測定後の処理ステップは、一実施形態では、ＭＲ撮像システム１１０に接続された別個の制御デバイスを使用して行われる。したがって、ファントム２００及び制御デバイスは、磁気共鳴（ＭＲ）撮像システム１１０の磁場を評価するための磁場マッピングシステムを形成し、ここで、制御デバイスは、磁気共鳴（ＭＲ）撮像システム１１０を使用して上記の方法を実施するように適合される。

代替実施形態では、方法ステップは、ＭＲ撮像システム１１０の制御ユニット１２６によって直接制御され、又はこの方法の実施に専用の別個のユニットによって制御される。

この実施形態による方法は、制御ユニット１２６又は制御デバイス内で実行されるソフトウェアとして実装される。特に、制御ユニット１２６でこの方法を実行するために、ＭＲ撮像システム１１０を更新するためのソフトウェアパッケージが提供され、ここで、ソフトウェアパッケージは、上記の方法に従ってＭＲ撮像システム１１０を制御するための命令を含む。

代替実施形態では、ソフトウェアパッケージは、ＭＲ撮像システム１１０の制御ユニット１２６の制御ソフトウェアの一部である。

本発明は、図面及び上記の説明で詳細に図示され説明されているが、そのような図示及び説明は、例説又は例示とみなされるべきであり、限定とみなされるべきではない。本発明は、開示される実施形態に限定されない。開示される実施形態に対する他の変形形態は、図面、本開示、及び添付の特許請求の範囲の検討により、当業者には理解され得て、特許請求される発明を実施する際に実施され得る。特許請求の範囲において、用語「備える」は、他の要素又はステップを除外せず、「１つの」は、複数を除外しない。特定の手段が互いに異なる従属請求項に記載されていることだけでは、これらの手段の組合せが有利に使用され得ないことは示さない。特許請求の範囲における任意の参照符号は、範囲を限定するものと解釈されるべきではない。

１１０ 磁気共鳴（ＭＲ）撮像システム
１１２ 磁気共鳴（ＭＲ）スキャナ
１１４ 主磁石
１１６ ＲＦ検査空間
１１８ 中心軸
１２０ 対象の被験者
１２２ 磁気勾配コイルシステム
１２４ ＲＦスクリーン
１２６ ＭＲ撮像システム制御ユニット
１２８ モニタユニット
１３０ ＭＲ画像再構成ユニット
１３２ 制御ライン
１３４ ＲＦ送信機ユニット
１３６ ＲＦスイッチングユニット
１３８ 制御ライン
１４０ 高周波（ＲＦ）アンテナデバイス
２００ ファントム
２０２ 基体
２０３ 対象ボリューム
２０４ リング
２０５ 回転軸、ｚ軸
２０６ 共鳴ボリューム
２０８ 中心領域
２１０ 縁領域

Claims (13)

1. 磁気共鳴（ＭＲ）撮像システムの主磁石の磁場を評価するための方法であって、
   基体内に位置決めされた１組の共鳴ボリュームをファントムに提供する提供ステップであって、前記基体が、前記ＭＲ撮像システムの対象ボリュームに従って球体又は楕円体形状を有し、前記共鳴ボリュームが前記基体の円周に位置される前記提供ステップと、
   前記主磁石内部に前記ファントムを位置決めするステップと、
   前記ＭＲ撮像システムを使用して前記ファントムの３Ｄ分光ＭＲ測定を実施する実施ステップと、前記実施ステップにより前記共鳴ボリュームの共鳴を測定するステップと、
   測定された前記共鳴を前記共鳴ボリュームに割り当てるステップと、
   前記共鳴ボリュームの前記測定された共鳴に基づいて、前記ファントムの前記３Ｄ分光ＭＲ測定から前記主磁石の前記磁場を評価するステップとを含む、方法。
2. 前記測定された共鳴を前記共鳴ボリュームに割り当てるステップは、前記測定された共鳴を空間領域内で識別するステップを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記測定された共鳴を前記共鳴ボリュームに割り当てるステップは、前記３Ｄ分光ＭＲ測定において、各共鳴ボリュームに関する捕捉区域を生成するステップを含む、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記ファントムに提供する提供ステップは、互いに平行に位置される異なる平面内に配置される前記共鳴ボリュームを前記ファントムに提供するステップを含む、請求項１、２又は３に記載の方法。
5. 前記ファントムに提供する提供ステップは、互いに均一な角度距離を有して配置される各平面の前記共鳴ボリュームを前記ファントムに提供するステップを含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記ファントムに提供する提供ステップは、異なる角度位置に配置される異なる平面の前記共鳴ボリュームを前記ファントムに提供するステップを含む、請求項４又は５に記載の方法。
7. 前記ファントムに提供する提供ステップは、前記ファントムの中心領域にある平行な平面間の距離が前記ファントムの縁領域にある平行な平面間の距離よりも大きくなって、前記ファントムに提供する、請求項４、５又は６に記載の方法。
8. 静磁場を発生するための主磁石と、
   前記静磁場に重畳された勾配磁場を発生するための磁気勾配コイルシステムと、
   対象の被験者を内部に位置決めするために提供される検査空間と、
   対象の被験者の核を励起するために前記検査空間にＲＦ場を印加するために提供される少なくとも１つの高周波（ＲＦ）アンテナデバイスと、
   前記少なくとも１つのＲＦアンテナデバイスの動作を制御するための制御ユニットとを備える、磁気共鳴（ＭＲ）撮像システムであって、
   前記磁気共鳴撮像システムが、３次元のＭＲ分光測定を実施し、
   前記制御ユニットが、請求項１乃至７の何れか一項に記載の方法を実施する、磁気共鳴（ＭＲ）撮像システム。
9. ＭＲ撮像システムの磁場を評価するための磁場マッピングシステムであって、前記磁場マッピングシステムは、
   基体内に位置決めされた１組の共鳴ボリュームを有するファントムであって、前記基体が、前記ＭＲ撮像システムの対象ボリュームに従って球体又は楕円体形状を有し、前記共鳴ボリュームが前記基体の円周に位置される前記ファントムと、
   前記ＭＲ撮像システムを動作させるための制御デバイスとを有し、
   前記制御デバイスは、前記磁気共鳴（ＭＲ）撮像システムを使用して請求項１乃至７の何れか一項に記載の方法を実施する、磁場マッピングシステム。
10. 前記ファントムの中心領域にある平行な平面間の距離が前記ファントムの縁領域にある平行な平面間の距離よりも大きい、請求項９に記載の磁場マッピングシステム。
11. 磁気共鳴（ＭＲ）撮像システムを更新するためのソフトウェアパッケージであって、請求項１乃至７の何れか一項に記載の方法に従って前記ＭＲ撮像システムを制御するための命令を含む、ソフトウェアパッケージ。
12. 基体内に位置決めされた１組の共鳴ボリュームを有する、磁気共鳴（ＭＲ）撮像システムで使用するためのファントムであって、
    前記基体が、前記ＭＲ撮像システムの対象ボリュームに従って球体又は楕円体形状を有し、
    前記共鳴ボリュームが、前記基体の円周に位置され、異なる平面内に配置され、これらの平面は互いに平行に配置され、
    各平面の前記共鳴ボリュームが互いに均一な角度距離を有して配置され、
    異なる平面の前記共鳴ボリュームが異なる角度位置に配置される、ファントム。
13. 前記ファントムの中心領域にある平行な平面間の距離が前記ファントムの縁領域にある平行な平面間の距離よりも大きい、請求項１２に記載のファントム。