JP2019097747A

JP2019097747A - 磁気共鳴イメージング装置

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Publication number: JP2019097747A
Application number: JP2017230219A
Authority: JP
Inventors: 仁金澤; Hitoshi Kanazawa
Original assignee: Canon Medical Systems Corp
Current assignee: Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2017-11-30
Filing date: 2017-11-30
Publication date: 2019-06-24
Anticipated expiration: 2037-11-30
Also published as: JP7152146B2

Abstract

【課題】傾斜磁場電源の能力をより有効に活用すること。【解決手段】実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置は、シーケンス制御部と、渦補正部とを備える。シーケンス制御部は、撮像条件に基づいて傾斜磁場波形を算出する。渦補正部は、前記シーケンス制御部から出力された傾斜磁場波形に対して渦磁場の補正処理を行い、補正後の傾斜磁場波形を傾斜磁場電源に出力する。前記シーケンス制御部は、前記補正後の傾斜磁場波形において、少なくとも一部の期間で振幅の大きさが前記傾斜磁場電源で許容される振幅の最大値を超えない範囲内で当該最大値に近い大きさに継続して維持されるように、前記撮像条件に基づいて算出された傾斜磁場波形を変更して前記渦補正部に出力する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、磁気共鳴イメージング装置に関する。

従来、磁気共鳴イメージング装置において、傾斜磁場コイルに発生する渦電流による画質劣化を抑制するための技術として、渦電流によって発生する渦磁場を打ち消すように、傾斜磁場電源に入力される傾斜磁場波形を事前に補正する方法が知られている。この方法では、例えば、傾斜磁場電源に入力される傾斜磁場波形について、波形の立ち上がり部分における振幅を強調する補正（以下、渦補正）が行われる。

このような渦補正が行われる場合には、通常、補正後の傾斜磁場波形の振幅が傾斜磁場電源で許容される振幅の最大値を超えないように、補正前の傾斜磁場波形が設定される際に振幅の制限が行われる。この結果、傾斜磁場電源が補正後の傾斜磁場波形に従って傾斜磁場コイルに電流を出力する際には、波形の立ち上がり部分以外の期間では制限された振幅の大きさで電流を出力することになり、傾斜磁場電源の能力が最大限に活用されないことになる。

米国特許出願公開第２０１５／００３５５３１号明細書米国特許第９，１５７，９７３号明細書米国特許第８，８９０，５３０号明細書

「Pre-emphasis Questions and Answers in MRI」、［平成２９年１１月１６日検索］、インターネット＜URL:http://mriquestions.com/what-is-pre-emphasis.html＞

本発明が解決しようとする課題は、傾斜磁場電源の能力をより有効に活用することである。

実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置は、シーケンス制御部と、渦補正部とを備える。シーケンス制御部は、撮像条件に基づいて傾斜磁場波形を算出する。渦補正部は、前記シーケンス制御部から出力された傾斜磁場波形に対して渦磁場の補正処理を行い、補正後の傾斜磁場波形を傾斜磁場電源に出力する。前記シーケンス制御部は、前記補正後の傾斜磁場波形において、少なくとも一部の期間で振幅の大きさが前記傾斜磁場電源で許容される振幅の最大値を超えない範囲内で当該最大値に近い大きさに継続して維持されるように、前記撮像条件に基づいて算出された傾斜磁場波形を変更して前記渦補正部に出力する。

図１は、本実施形態に係る磁気共鳴イメージング（Magnetic Resonance Imaging：ＭＲＩ）装置の構成を示すブロック図である。図２は、本実施形態の比較例に係る渦補正の例を示す図である。図３は、本実施形態の比較例に係る渦補正の例を示す図である。図４は、本実施形態に係るＭＲＩ装置によって行われる処理の処理手順を示すフローチャートである。図５は、本実施形態に係る渦補正の例を示す図である。図６は、本実施形態に係る渦補正の例を示す図である。図７は、本実施形態に係る渦補正の他の例を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本実施形態に係るＭＲＩ装置について詳細に説明する。

図１は、本実施形態に係るＭＲＩ装置の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、本実施形態に係るＭＲＩ装置１００は、静磁場磁石１、静磁場電源２、傾斜磁場コイル３、処理回路４、処理回路５、処理回路６、処理回路１０、ＲＦ（Radio Frequency）コイル７、送信器８Ｔ、受信器８Ｒ、記憶回路１１、ディスプレイ１２、インタフェース１３、シムコイル１４、シムコイル電源１５、音声発生器１６、ＥＣＧ（Electrocardiogram）ユニット１８、傾斜磁場電源１９等を備える。

静磁場磁石１は、例えば超伝導磁石等であり、静磁場電源２から電流の供給を受けて、被検体が配置される撮像空間に静磁場Ｂ₀を発生させる。傾斜磁場コイル３は、傾斜磁場電源１９から電流の供給を受けて、撮像空間に傾斜磁場を印加する。ＲＦコイル７は、撮像空間にＲＦパルスを印加し、当該ＲＦパルスの影響によって被検体から発生するＭＲ信号（エコー信号）を受信する。送信器８Ｔは、ラーモア周波数に対応するＲＦパルスをＲＦコイル７に供給する。受信器８Ｒは、ＲＦコイル７によって受信されたＭＲ信号を処理回路１０へ送る。シムコイル１４は、シムコイル電源１５から電流の供給を受けて、静磁場Ｂ₀を均一化する。

処理回路４は、渦補正機能４ａを有する。また、処理回路５は、シーケンス制御機能５ａを有する。また、処理回路６は、主制御機能６ａを有する。また、処理回路１０は、演算機能１０ａを有する。なお、渦補正機能４ａは、渦補正部の実現手段の一例であり、シーケンス制御機能５ａは、シーケンス制御部の実現手段の一例である。

例えば、処理回路４、処理回路５、処理回路６、処理回路１０は、それぞれプロセッサによって実現される。この場合に、各処理回路が有する処理機能は、コンピュータによって実行可能なプログラムの形態で記憶回路１１に記憶されている。そして、各処理回路は、記憶回路１１から各プログラムを読み出して実行することで、各プログラムに対応する機能を実現する。換言すると、各プログラムを読み出した状態の各処理回路は、図１の各処理回路内に示された各機能を有することとなる。なお、図１に示す例では、複数のプロセッサによって各処理機能が実現されるものとして説明したが、単一のプロセッサで処理回路を構成し、当該プロセッサがプログラムを実行することにより機能を実現するものとしても構わない。また、各処理回路が有する処理機能は、単一又は複数の処理回路に適宜に分散又は統合されて実現されてもよい。また、図１に示す例では、単一の記憶回路１１が各処理機能に対応するプログラムを記憶するものとして説明したが、複数の記憶回路を分散して配置して、処理回路が個別の記憶回路から対応するプログラムを読み出す構成としても構わない。

このような構成のもと、本実施形態に係るＭＲＩ装置１００では、処理回路６、処理回路１０、記憶回路１１、ディスプレイ１２、及びインタフェース１３が、撮像するパルスシーケンスの種類や撮像領域のサイズ、スライスの厚さ、空間分解能、繰り返し時間（Repetition Time：ＴＲ）、エコー時間（Echo Time：ＴＥ）等の撮像条件を設定する。また、処理回路６の主制御機能６ａが、撮像条件に合致した各ユニットへの制御信号のタイミングチャート（パルスシーケンス）を作成する。

ここで、処理回路５には、傾斜磁場系、シムコイル系、送受信系の３種類の主要な系統のユニット、及び、ＥＣＧユニット１８や音声発生器１６等のその他のユニットが接続されている。ＥＣＧユニット１８は、被検体に装着されたＥＣＧセンサ１７から心電信号を受信して所定の心電波形を検出する。傾斜磁場系は、傾斜磁場コイル３（ｘ、ｙ、ｚの３つのチャンネルあり、それぞれＸチャンネルコイル３ｘ、Ｙチャンネルコイル３ｙ、Ｚチャンネルコイル３ｚ）と、傾斜磁場コイル３に加える電流を制御及び供給する処理回路４及び傾斜磁場電源１９からなる。シムコイル系は、シムコイル１４と、それに電流を供給するシムコイル電源１５とからなる。送受信系は、被検体である撮像対象２００へ高周波を照射し、それによって発生する磁気共鳴信号を受信するＲＦコイル７と、送信器８Ｔと、受信器８Ｒとからなる。

そして、撮像が開始されると、処理回路５のシーケンス制御機能５ａが、処理回路６の主制御機能６ａから送られたパルスシーケンスに基づいて、接続されている各ユニットに対して必要なタイミングで指示を出す。具体的には、シーケンス制御機能５ａは、傾斜磁場系には、傾斜磁場電源１９の制御信号２１の他に、傾斜磁場コイル３に流す電流の強弱を示す傾斜磁場波形２０を送る。また、シーケンス制御機能５ａは、送受信系には、送信するＲＦパルスの波形、受信の開始タイミングやサンプリングのピッチ等の情報を送る。これらの信号に基づいて、処理回路５に接続された各系統のユニットが動作することによって、撮像対象の空間２３でエコー信号が発生する。このエコー信号は、ＲＦコイル７によって受信されて、受信器８Ｒ及びシーケンサを介して処理回路１０に送られ、処理回路１０の演算機能１０ａによって画像に再構成される。そして、再構成された画像は記憶回路１１に保存され、必要に応じて、ディスプレイ１２に表示される。

次に、本実施形態に係る傾斜磁場系について、より詳細に説明する。

傾斜磁場コイル３に流す電流が急激に変化すると、磁束の変化によって周囲の導体に渦電流が発生し、これにより傾斜磁場を打ち消そうとする渦磁場が発生する。この渦磁場は、所望の傾斜磁場を乱すためＭＲＩ画像の画質劣化の一因になり得る。

そこで、本実施形態に係るＭＲＩ装置１００では、この渦磁場を補正するために、シーケンス制御機能５ａが発生する傾斜磁場波形２０をそのまま傾斜磁場コイル３に流すのではなく、処理回路４が有する渦補正機能４ａにより、渦電流によって発生する渦磁場を打ち消すように傾斜磁場電源１９の入力の補正（渦補正）を行う。一般的に、この補正は、傾斜磁場電源１９の入力波形を渦磁場の分だけ事前に強調しておくことからｐｒｅ−ｅｍｐｈａｓｉｓとも呼ばれている（例えば、http://mriquestions.com/what-is-pre-emphasis.htmlを参照）。

ここで、渦磁場が単純な１成分のみのモデルで表されると仮定した場合における、渦磁場の時定数及び強度と補正処理の内容について説明する。なお、以下では、傾斜磁場波形の振幅の大きさを傾斜磁場強度で表すこととし、傾斜磁場電源１９に含まれる傾斜磁場アンプが出力可能な傾斜磁場強度の最大値を、傾斜磁場電源１９で許容される振幅の最大値とした場合の例を説明する。

例えば、シーケンス制御機能５ａが出力する傾斜磁場波形をＧ_seq(t)、渦磁場の強度をＡ_eddy、時定数をＴｃ_eddyとすると、渦補正機能４ａを用いた渦補正を行わずに、シーケンス制御機能５ａが発生するＧ_seq(t)をそのまま傾斜磁場コイル３に流した場合に傾斜磁場コイル３内で発生する磁場波形Ｇ_gcoil（ｔ）は、以下の（１）式で表すことができる。

このように、本来は、シーケンス制御機能５ａの出力波形を忠実に傾斜磁場コイル３内で磁場波形として発生させたいが、その場合には、（１）式の第２項に示すような渦磁場による誤差が入ってしまう。

そこで、本実施形態では、渦補正機能４ａが、補正後の渦磁場の強度をＡ_ecc、時定数をＴｃ_eccとした場合に、入力であるＧ_seq(t)に対して以下の（２）式で示される補正を行うことで、補正後の傾斜磁場波形Ｇ_ecc(t)を算出する。

このとき、渦補正機能４ａは、観測される渦磁場の強度Ａ_eddy及び時定数Ｔｃ_eddyに対して以下の（３）式及び（４）式に示す関係で補正を行うことで、補正後の渦磁場の強度Ａ_ecc及び時定数Ｔｃ_eccを算出する。

これにより、渦磁場による傾斜磁場波形の変形が相殺されて、以下の（５）式に示すように、シーケンス制御機能５ａから出力された傾斜磁場波形Ｇ_seq(t)と傾斜磁場コイル３内で発生する磁場波形Ｇ_{gcoil,corrected}（ｔ）とが、ほぼ一致するようになる。

図２及び３は、本実施形態の比較例に係る渦補正の例を示す図である。

ここで、図２の（ａ）〜（ｆ）に示すグラフは、それぞれ傾斜磁場波形を示しており、縦軸が傾斜磁場強度を示し、横軸が時間を示している。

具体的には、図２の（ａ）〜（ｃ）は、渦補正を行わない場合の傾斜磁場波形の例を示しており、（ｄ）〜（ｆ）は、本実施形態の比較例に係る渦補正における傾斜磁場波形の例を示している。また、図２の（ａ）及び（ｄ）は、渦補正機能４ａの入力波形（２０）を示しており、（ｂ）及び（ｅ）は、渦補正機能４ａの出力波形（２２）を示しており、（ｃ）及び（ｆ）は、傾斜磁場コイル３内の磁場波形（２３）を示している。

なお、図２に示す例では、傾斜磁場アンプが出力可能な傾斜磁場強度の最大値を１００ｍＴ／ｍ、Ｓｌｅｗｒａｔｅ（傾斜磁場の時間変化率）を２００ｍＴ／ｍ／ｍｓ、渦磁場の強度を１０％、時定数を４ｍｓと仮定した。

また、図３は、図２の（ｄ）〜（ｆ）に示す各波形を同じグラフ上で重ねたものである。図３において、線４０は、渦補正機能４ａの入力波形（２０）を示しており、線４１は、渦補正機能４ａの出力波形（２２）（傾斜磁場電源１９の出力電流がこの波形に比例する）を示しており、線４２は、傾斜磁場コイル３内の磁場波形（２３）を示している。また、Ｇ_maxは、傾斜磁場アンプが出力可能な傾斜磁場強度の最大値である。

図３に示す例では、線４１で示す渦補正機能４ａの出力波形（２２）が立ち上がり直後の一番高い瞬間にＧ_maxになるように、線４０で示す渦補正機能４ａの入力波形（２０）のフラットトップ部分における傾斜磁場強度の最大値Ｇ_max’を設定した。この場合に、線４０で示す渦補正機能４ａの入力波形（２０）と、線４２で示す傾斜磁場コイル３内の磁場波形（２３）とは一致し、狙い通り渦補正ができていることが分かる。

しかし、図３に示す例において、もしも、線４０で示す渦補正機能４ａの入力波形（２０）のフラットトップ部分における傾斜磁場強度がＧ_max’を超えた場合には、線４１で示す渦補正機能４ａの出力波形（２２）において、傾斜磁場強度がＧ_maxを超える期間が存在するようになる。この場合には、その期間でＧ_maxを超える大きさの傾斜磁場が出力されないことになるため、線４０で示す渦補正機能４ａの入力波形（２０）と、線４２で示す傾斜磁場コイル３内の磁場波形（２３）とが一致しなくなり、正しく渦補正ができなくなる。

これに対し、例えば、シーケンス制御機能５ａにおいて、Ｇ_max’以下の最大値を設けて、線４０で示す渦補正機能４ａの入力波形（２０）の傾斜磁場強度がＧ_max’より大きな値とならないように出力範囲を制限することが考えられる。この場合に、Ｇ_max’の大きさは、傾斜磁場の立ち上がり時間に対して渦磁場の時定数が十分に長いとすると、ほぼ（１−Ａ_eddy）・Ｇ_maxとなり、Ｇ_maxに対して渦磁場の強度分だけ低くなる。例えば、渦磁場の強度が０．１（＝１０％）の場合には、Ｇ_max’は、ほぼ同じ１０％だけＧ_maxより小さくなる。

このように、渦補正のために、シーケンス制御機能５ａの出力である、線４０で示す渦補正機能４ａの入力波形（２０）に関して振幅（傾斜磁場強度）の制限を行う場合には、想定される渦磁場の強度、時定数等によって制限範囲が決められるが、基本的には、この制限範囲は、制御を簡単にするため、波形の形状によらずに固定値で設定されると想定される。

この場合には、傾斜磁場電源１９が渦補正機能４ａの出力波形（２２）（＝傾斜磁場電源１９の出力電流）に従って傾斜磁場コイル３に電流を出力する際には、立ち上がりの瞬間以外の期間では最大値Ｇ_maxより小さい傾斜磁場強度で電流を出力することになり、傾斜磁場電源１９の能力が最大限に活用されないことになる。特に、渦補正機能４ａの出力波形（２２）が、渦磁場の時定数に対して比較的長い間隔で立ち上がり、立ち下がりを有する波形であった場合には、傾斜磁場電源１９の能力を活用する程度も低くなる。

具体的なパルスシーケンスの撮像条件に関して言うと、例えば、ＭＰＧ（Motion Probing Gradient）パルスを用いる拡散強調撮像の場合には、本来、傾斜磁場電源１９が有する実力より弱いＭＰＧパルスしか出せないため、拡散を強調する程度が低くなり、画質が低下する。また、フェーズコントラスト法と呼ばれる撮像対象の流速を測定する撮像法の場合には、遅い流速を検出する感度を調整する傾斜磁場パルス（フローエンコード傾斜磁場パルス）の強度が、本来、傾斜磁場電源１９が有する実力より弱い強度しか出せないため、流速の検出能力が低下する。

このように、図３に示す例では、固定値で制限するため簡単ではあるが、傾斜磁場電源１９が有する能力が随時最大限に発揮されず非効率である。また、図３に示す例では、本来の傾斜磁場電源１９の能力に比べて低い撮像条件でしか撮像ができない状態になり、画質を劣化させたり、撮像時間の延長をきたしたりすることがあり得る。

このようなことから、本実施形態に係るＭＲＩ装置１００では、シーケンス制御機能５ａが、図３に線４１で示す渦補正機能４ａの出力波形（２２）（＝傾斜磁場電源１９の出力電流）がより長い期間で最大値となるように、線４０で示す渦補正機能４ａの入力波形（２０）を決定する。

具体的には、シーケンス制御機能５ａは、渦補正用の波形を含めた傾斜磁場電源１９の入力波形（図３に線４１で示す渦補正機能４ａの出力波形（２２））が、常時、上限を超えないが極力上限に近くなるように、線４０で示す渦補正機能４ａの入力波形（２０）を決定する。このために、シーケンス制御機能５ａは、パルスシーケンスを生成する段階で、予め決められた渦補正モデルを使って、傾斜磁場電源１９の入力波形を推定する。

このような構成によれば、渦補正が正しくできる範囲内で、より長い期間で傾斜磁場電源１９の上限に近い波形が出力できるようになる。これにより、例えば、拡散強調撮像で、同じエコー時間ＴＥでより面積の大きなＭＰＧパルスが出せるようになることによって、より高いｂ値の撮像ができるようになり、拡散を強調する程度が大きい、より高い画質の画像が得られるようになる。また、その他の多くの撮像方法でも、より高い傾斜磁場能力を要求する撮像条件で撮像できるようになり、より画質の高い画像を得ることができるようになる。

図４は、本実施形態に係るＭＲＩ装置１００によって行われる処理の処理手順を示すフローチャートである。

図４に示すように、本実施形態に係るＭＲＩ装置１００では、まず、主制御機能６ａが、初期条件を設定する（ステップＳ１０１）。具体的には、主制御機能６ａは、傾斜磁場アンプが出力可能な傾斜磁場強度の最大値Ｇ_max（単位：ｍＴ／ｍ）、最大ＳｌｅｗｒａｔｅＳＲ_max（単位：ｍＴ／ｍ／ｍｓ）、渦電流の強度Ａ_eddy、時定数Ｔｃ_eddy（単位：ｓ）等を設定する。これらの値は、ＭＲＩ装置１００が有する装置固有の値であり、実際に計測された最大値や測定値である。

また、主制御機能６ａは、初期条件に基づいて、補正後の渦磁場の強度Ａ_ecc、時定数Ｔｃ_ecc（単位：ｓ）を決定する（ステップＳ１０２）。具体的には、主制御機能６ａは、前述した（３）式を用いて、Ａ_eddyからＡ_eccを算出する。また、主制御機能６ａは、前述した（４）式を用いて、Ｔｃ_eddy及びＡ_eddyからＴｃ_eccを算出する。

また、主制御機能６ａは、撮像条件を設定する（ステップＳ１０３）。具体的には、主制御機能６ａは、インタフェース１３を介して操作者から受け付けた各種撮像パラメータの入力値や、初期条件として設定されたＳＲ_max等に基づいて、撮像条件を設定する。

そして、主制御機能６ａは、操作者によって撮像開始が指示された場合に（ステップＳ１０４，Ｙｅｓ）、設定された撮像条件に基づいて、渦補正機能４ａの入力波形Ｇ_seq(t)（単位：ｍＴ／ｍ）を算出する（ステップＳ１０５）。具体的には、主制御機能６ａは、設定された撮像条件や、初期条件として設定されたＳＲ_max等に基づいて、シーケンス制御機能５ａによって生成される傾斜磁場波形２０に相当する、渦補正機能４ａの入力波形Ｇ_seq(t)を算出する。

その後、シーケンス制御機能５ａが、以下のように、傾斜磁場波形の期間を一定の時間間隔ｔ＿ｄｉｖで分けた時刻毎に波形計算を行うことで、撮像条件に基づいて算出された入力波形Ｇ_seq(t)を変更する。

まず、シーケンス制御機能５ａは、時刻Ｔを初期値に設定し（ステップＳ１０６）、続いて、渦磁場の補正後の傾斜磁場波形Ｇ_ecc(T)を算出する（ステップＳ１０７）。具体的には、シーケンス制御機能５ａは、前述した（２）式を用いて、Ｇ_seq(T)、Ａ_ecc、Ｔｃ_eccからＧ_ecc(T)を算出する。

続いて、シーケンス制御機能５ａは、Ｇ_ecc(T)とＧ_maxを比較する（ステップＳ１０８）。そして、Ｇ_ecc(T)がＧ_maxを超えていた場合には（ステップＳ１０８，Ｇ_max＜Ｇ_ecc(T)）、シーケンス制御機能５ａは、Ｇ_ecc(T)がＧ_maxを超えている分だけＧ_seq(T)を減らした後に（ステップＳ１０９ａ）、再度、補正後の傾斜磁場波形Ｇ_ecc(T)を算出して（ステップＳ１０７）、またＧ_ecc(T)とＧ_maxを比較する（ステップＳ１０８）。同様に、Ｇ_ecc(T)が−Ｇ_max未満である場合には（ステップＳ１０８，Ｇ_ecc(T)＜−Ｇ_max）、シーケンス制御機能５ａは、Ｇ_ecc(T)がＧ_maxを負に超えている分だけＧ_seq(T)を増やした後に（ステップＳ１０９ｂ）、再度、補正後の傾斜磁場波形Ｇ_ecc(T)を算出して（ステップＳ１０７）、またＧ_ecc(T)とＧ_maxを比較する（ステップＳ１０８）。

一方、Ｇ_ecc(T)が−Ｇmax≦Ｇ_ecc(T)≦Ｇ_maxの条件に合致している場合には（ステップＳ１０８，−Ｇ_max≦Ｇ_ecc(T)≦Ｇ_max）、シーケンス制御機能５ａは、Ｇ_seq(T)の修正を行わず、Ｔが最終値に達しているか否かだけを判定する（ステップＳ１１０）。そして、Ｔが最終値に達していない場合には（ステップＳ１１０，Ｎｏ）、シーケンス制御機能５ａは、Ｔをｔ＿ｄｉｖだけ増やした後に（ステップＳ１１１）、再度、補正後の傾斜磁場波形Ｇ_ecc(T)を算出して（ステップＳ１０７）、Ｇ_ecc(T)とＧ_maxを比較する（ステップＳ１０８）。

このように、シーケンス制御機能５ａは、Ｇ_ecc(T)が−Ｇ_max≦Ｇ_ecc(T)≦Ｇ_maxの条件に合致し（ステップＳ１０８，−Ｇ_max≦Ｇ_ecc(T)≦Ｇ_max）、かつ、Ｔが最終値に達するまで（ステップＳ１１０，Ｙｅｓ）、補正後の傾斜磁場波形Ｇ_ecc(T)の算出を繰り返し、この条件が成立した場合に、その時点で算出されている変更後のＧ_seq(T)を渦補正機能４ａに出力する（ステップＳ１１２）。

その後、渦補正機能４ａが、シーケンス制御機能５ａから出力されたＧ_seq(T)に対して渦磁場の補正処理を行い（ステップＳ１１３）、補正後の傾斜磁場波形Ｇ_ecc(t)を傾斜磁場電源１９に出力する（ステップＳ１１４）。

そして、傾斜磁場電源１９が、補正後の傾斜磁場波形Ｇ_ecc(t)に基づいて傾斜磁場コイル３に電流を供給することで、傾斜磁場系及び送受信系等によって撮像が実行される（ステップＳ１１５）。

ここで、図４に示す処理手順のうち、ステップＳ１０１〜Ｓ１０５の処理は、例えば、処理回路６が、主制御機能６ａに対応する所定のプログラムを記憶回路１１から読み出して実行することによって実現される。また、ステップＳ１０６〜Ｓ１１３の処理は、例えば、処理回路５が、シーケンス制御機能５ａに対応する所定のプログラムを記憶回路１１から読み出して実行することによって実現される。また、ステップＳ１１４の処理は、例えば、処理回路４が、渦補正機能４ａに対応する所定のプログラムを記憶回路１１から読み出して実行することによって実現される。

図５及び６は、本実施形態に係る渦補正の例を示す図である。

ここで、図５の（ｄ）〜（ｉ）に示すグラフは、図２と同様に、それぞれ傾斜磁場波形を示しており、縦軸が傾斜磁場強度を示し、横軸が時間を示している。

具体的には、図５の（ｄ）〜（ｆ）は、図２の（ｄ）〜（ｆ）と同じ傾斜磁場波形を示しており、（ｇ）〜（ｉ）は、本実施形態に係る渦補正における傾斜磁場波形を示している。また、図５の（ｄ）及び（ｇ）は、渦補正機能４ａの入力波形（２０）を示しており、（ｅ）及び（ｈ）は、渦補正機能４ａの出力波形（２２）を示しており、（ｆ）及び（ｉ）は、傾斜磁場コイル３内の磁場波形（２３）を示している。

なお、図５に示す例でも、傾斜磁場アンプが出力可能な傾斜磁場強度の最大値を１００ｍＴ／ｍ、Ｓｌｅｗｒａｔｅを２００ｍＴ／ｍ／ｍｓ、渦磁場の強度を１０％、時定数を４ｍｓと仮定した。

また、図６の（ｊ）は、図５の（ｄ）〜（ｆ）に示す各波形を同じグラフ上で重ねたものであり、（ｋ）は、図５の（ｇ）〜（ｉ）に示す各波形を同じグラフ上で重ねたものである。図６において、線４０及び線７０は、渦補正機能４ａの入力波形（２０）を示しており、線４１及び線７１は、渦補正機能４ａの出力波形（２２）（傾斜磁場電源１９の出力電流がこの波形に比例する）を示しており、線４２及び線７２は、傾斜磁場コイル３内の磁場波形（２３）を示している。また、Ｇ_maxは、傾斜磁場アンプが出力可能な傾斜磁場強度の最大値であり、Ｇ_max’は、比較例における渦補正機能４ａの入力波形（２０）のフラットトップ部分における傾斜磁場強度の最大値である。

図６の（ｊ）と（ｋ）とを比較すると分かるように、本実施形態では、線７１で示す渦補正機能４ａの出力波形（２２）が、立ち上がり直後からＧ_maxに張り付いた状態で出力されるように、線７０で示す渦補正機能４ａの入力波形（２０）が変化している。これにより、比較例では、線４０で示す渦補正機能４ａの入力波形（２０）が、全ての時間においてＧ_max’を超えることは無いのに比べ、本実施形態では、立ち上がり直後からＧ_max’を超え、時間が経過するとほとんどＧ_maxの強度になっていることが分かる。

上述したように、本実施形態では、シーケンス制御機能５ａが、撮像条件に基づいて傾斜磁場波形を算出する。また、渦補正機能４ａが、シーケンス制御機能５ａから出力された傾斜磁場波形に対して渦磁場の補正処理を行い、補正後の傾斜磁場波形を傾斜磁場電源１９に出力する。そして、シーケンス制御機能５ａは、渦補正機能４ａから傾斜磁場電源１９に出力される補正後の傾斜磁場波形において、少なくとも一部の期間で振幅の大きさが傾斜磁場電源１９で許容される振幅の最大値を超えない範囲内で当該最大値に近い大きさに継続して維持されるように、撮像条件に基づいて算出された傾斜磁場波形を変更して渦補正機能４ａに出力する。

また、シーケンス制御機能５ａは、渦補正機能４ａから傾斜磁場電源１９に出力される補正後の傾斜磁場波形において、少なくとも一部の期間で振幅の大きさが傾斜磁場電源１９で許容される振幅の最大値と一致する大きさに継続して維持されるように、撮像条件に基づいて算出された傾斜磁場波形を変更する。

また、シーケンス制御機能５ａは、撮像条件に基づいて算出された傾斜磁場波形の期間を一定の時間間隔で分けた時刻毎に、当該傾斜磁場波形の振幅が最大値を超えているか否かを判定して当該振幅の大きさを変更することで、撮像条件に基づいて算出された傾斜磁場波形を変更する。

また、シーケンス制御機能５ａは、傾斜磁場波形の期間を一定の時間間隔で分けた時刻毎に、当該傾斜磁場波形の振幅が最大値を超えているか否かを判定した結果、最大値を超えていた場合には、当該振幅の大きさを最大値との差分だけ減らして、再度、当該振幅が最大値を超えない範囲に入っているか否かを判定し、最大値を超えていない場合には、次の時刻について、傾斜磁場波形の振幅が最大値を超えているか否かを判定する。

なお、上述した実施形態では、シーケンス制御機能５ａが、傾斜磁場波形の期間を時間間隔ｔ＿ｄｉｖで分けた時刻Ｔ毎に、その時点でのＧ_ecc(T)がＧ_maxを超えているか否かを確認して再計算することとしたが、実施形態はこれに限られない。例えば、シーケンス制御機能５ａは、前述した（２）式を用いて、Ｇ_ecc(T)がＧ_maxから超えている分だけＧ_ecc(T)自体が低くなるＧ_seq(T)の値を推定し、その値を次回のＧ_seq(T)の値としてもよい。または、シーケンス制御機能５ａは、Ｇ_ecc(T)がＧ_maxから超えている分に１以下の正の数の比例定数を乗じることで、Ｇ_seq(T)を減らしてもよい。

いずれにせよ、シーケンス制御機能５ａが、Ｇ_seq(T)を固定値の上限又は下限の範囲内に抑制するのではなく、何らかの手段でＧ_ecc(T)を推定し、Ｇ_ecc(T)が絶えずＧ_maxを超えないか（または、−Ｇ_max〜＋Ｇ_maxの範囲内に入っているか）を確認してＧ_seq(T)を変更する点が、本実施形態の特徴である。このような趣旨に逸脱しない範囲内で、Ｇ_seq(T)を変更する処理を変形させてもよい。

また、上述した実施形態では、渦磁場の成分を１成分とした場合の例を示したが、実施形態はこれに限られない。例えば、渦磁場の成分を複数とした場合でも、上述した趣旨に逸脱しない範囲内で、同様にＧ_seq(T)の変更を行うことができる。この場合には、渦磁場のモデルとして、複数の成分を含んだモデルが用いられる。

また、上述した実施形態では、傾斜磁場電源１９に関して固定の最大電流値がある場合を想定して説明したが、実施形態はこれに限られない。上述した実施形態は、Ｇ_ecc(T)が絶えずＧ_maxを超えないか傾斜磁場波形の変化に対して十分小さい時間間隔で確認を行うため、例えば、傾斜磁場電源１９の最大電流値が動作状態によってリアルタイムに変わる場合、つまりＧ_maxが時間の関数で表されるように変化する場合でも適用が可能である。このように、状況の変化に柔軟に対応して傾斜磁場系が有する能力を効率的に発揮させることができることも本実施形態の利点である。

なお、上述した実施形態では、傾斜磁場波形が立ち上がった後に、能力の限界まで引き出すように振幅が調節されるため波形が平坦にならないという点がある。このため、例えば、拡散強調撮像で用いられるＭＰＧパルスや、フェーズ法で用いられるフローエンコード傾斜磁場パルスについては、その波形の変形を考慮して感度計算をするのが望ましい。また、エコー信号のための読み出し傾斜磁場として用いる場合は、波形が平坦でないため、エコーサンプリングを傾斜磁場強度の変化に応じて間隔を変化させる、いわゆる不等間隔サンプリングを行うか、等間隔にサンプリングを行った後に、画像を再構成する前にリグリッディングと呼ばれる処理を行うのが望ましい。シーケンス制御機能５ａは、これらの点を考慮して適宜にシーケンス生成や後処理を行うのが望ましい。

また、上述した実施形態では、傾斜磁場の波形が平坦な正極性を有する波形（以下、ＲＡＭＰ波形と呼ぶ）である場合の例を説明したが、実施形態はこれに限られない。例えば、上述した実施形態は、傾斜磁場の波形が、負極性を有する傾斜磁場パルスと正極性を有する傾斜磁場パルスとを含んだ波形となる場合でも、同様に適用が可能である。

図７は、本実施形態に係る渦補正の他の例を示す図である。

ここで、図７では、渦補正機能４ａの入力波形（２０）が、負極性を有する１つの傾斜磁場パルスと正極性を有する１つの傾斜磁場パルスとを含んだ波形（以下、ＢＩ−ＰＯＬＡＲ波形と呼ぶ）である場合の例を示している。

具体的には、図７の（ｌ）は、図２及び５の（ｄ）〜（ｆ）に示した比較例と同様に渦補正機能４ａの入力波形（２０）に関して振幅制限を行った場合の例を示しており、図７の（ｍ）は、本実施形態に係る渦補正を行った場合の例を示している。また、図７の（ｌ）及び（ｍ）は、それぞれ、図３及び６と同様に、渦補正機能４ａの入力波形（２０）、渦補正機能４ａの出力波形（２２）、及び、傾斜磁場コイル３内の磁場波形（２３）を同じグラフ上に重ねたものである。

図７において、線８０及び線９０は、渦補正機能４ａの入力波形（２０）を示しており、線８１及び線９１は、渦補正機能４ａの出力波形（２２）（傾斜磁場電源１９の出力電流がこの波形に比例する）を示しており、線８２及び線９２は、傾斜磁場コイル３内の磁場波形（２３）を示している。また、Ｇ_maxは、傾斜磁場アンプが出力可能な傾斜磁場強度の正の最大値であり、Ｇ_max’は、比較例における渦補正機能４ａの入力波形（２０）のフラットトップ部分における傾斜磁場強度の正の最大値である。また、−Ｇ_maxは、傾斜磁場アンプが出力可能な傾斜磁場強度の負の最大値であり、−Ｇ_max’は、比較例における渦補正機能４ａの入力波形（２０）のフラットトップ部分における傾斜磁場強度の負の最大値である。

図７の（ｌ）と（ｍ）とを比較すると分かるように、この例でも、本実施形態の方が、線９１で示す渦補正機能４ａの出力波形（２２）が、より長い期間、強度がＧ_max又は−Ｇ_maxに張り付いた状態で出力されていることが分かる。これにより、線９０で示す渦補正機能４ａの入力波形（２０）でも、傾斜磁場コイル３内の磁場波形でも、より強度を大きく（絶対値が大きく）することができている。

以下に示す表１は、図６に示したＲＡＭＰ波形の例において、（ｊ）に線４２で示した比較例における傾斜磁場コイル３内の磁場波形、及び、（ｋ）に線７２で示した本実施形態における傾斜磁場コイル３内の磁場波形について、立ち上がりから１０ｍｓまでの面積比と、立ち上がりから３０ｍｓまでの面積比と、最大振幅（フラットトップ部分における傾斜磁場強度の最大値）の比と、それぞれの改善率とを示したものである。

表１に示すように、図６に示した傾斜磁場コイル３内の磁場波形について、傾斜磁場の立ち上がりから１０ｍｓまでの傾斜磁場の時間積分値（面積）を比べると、本実施形態の方が６．４１％大きいことが分かる。また、傾斜磁場の立ち上がりから３０ｍｓまでの傾斜磁場の時間積分値（面積）を比べると、本実施形態の方が８．９％大きいことが分かる。また、最大振幅を比べると、本実施形態の方が１０．３％大きいことが分かる。

また、以下に示す表２は、図７に示したＢＩ−ＰＯＬＡＲ波形の例において、（ｌ）に線８２で示した比較例における傾斜磁場コイル３内の磁場波形、及び、（ｍ）に線９２で示した本実施形態における傾斜磁場コイル３内の磁場波形について、パルス幅となる５ｍｓの期間における最大振幅（フラットトップ部分における傾斜磁場強度の最大値）の比と、その改善率とを示したものである。

表２に示すように、図７に示した傾斜磁場コイル３内の磁場波形について、最大振幅を比べると、本実施形態の方が１７．３％大きいことが分かる。

このように、本実施形態では、同じ性能の傾斜磁場電源１９でもより面積の大きい傾斜磁場パルスを出力できるようになり、より厳しい撮像条件の撮像ができる。言い換えると、傾斜磁場電源１９の能力をより長い期間、より有効に発揮させることができるようになる。これにより、例えば、拡散強調撮像で、同じエコー時間ＴＥでより面積の大きなＭＰＧパルスが出せるようになることによって、より高いｂ値の撮像ができるようになり、拡散を強調する程度が大きい、より高い画質の画像が得られるようになる。また、その他の多くの撮像方法でも、より高い傾斜磁場能力を要求する撮像条件で撮像ができるようになり、より画質の高い画像を得ることができるようになる。

したがって、本実施形態によれば、傾斜磁場電源の能力をより有効に活用することができる。

なお、上述した実施形態では、本明細書におけるシーケンス制御部を処理回路５のシーケンス制御機能５ａによって実現し、本明細書における渦補正部を処理回路４の渦補正機能４ａによって実現する場合の例を説明したが、実施形態はこれに限られない。例えば、本明細書におけるシーケンス制御部及び渦補正部は、それぞれ、実施形態で述べたシーケンス制御機能５ａ及び渦補正機能４ａによって実現する他にも、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、又は、ハードウェアとソフトウェアとの混合によって同機能を実現するものであっても構わない。

また、上述した実施形態の説明で用いた「プロセッサ」という文言は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、或いは、特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit：ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Simple Programmable Logic Device：ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Complex Programmable Logic Device：ＣＰＬＤ）、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（Field Programmable Gate Array：ＦＰＧＡ））等の回路を意味する。なお、記憶回路にプログラムを保存する代わりに、プロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むように構成しても構わない。この場合には、プロセッサは回路内に組み込まれたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。また、本実施形態の各プロセッサは、プロセッサ毎に単一の回路として構成される場合に限らず、複数の独立した回路を組み合わせて１つのプロセッサとして構成され、その機能を実現するようにしてもよい。さらに、図１における複数の構成要素を１つのプロセッサへ統合してその機能を実現するようにしてもよい。

ここで、プロセッサによって実行されるプログラムは、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）や記憶回路等に予め組み込まれて提供される。このプログラムは、これらの装置にインストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ（Compact Disk）−ＲＯＭ、ＦＤ（Flexible Disk）、ＣＤ−Ｒ（Recordable）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等のコンピュータで読み取り可能な記憶媒体に記録されて提供されてもよい。また、このプログラムは、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納され、ネットワーク経由でダウンロードされることにより提供又は配布されてもよい。例えば、このプログラムは、上述した各機能部を含むモジュールで構成される。実際のハードウェアとしては、ＣＰＵが、ＲＯＭ等の記憶媒体からプログラムを読み出して実行することにより、各モジュールが主記憶装置上にロードされて、主記憶装置上に生成される。

以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、傾斜磁場電源の能力をより有効に活用することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１００磁気共鳴イメージング（Magnetic Resonance Imaging：ＭＲＩ）装置
５処理回路
５ａシーケンス制御機能
４処理回路
４ａ渦補正機能
１９傾斜磁場電源

Claims

撮像条件に基づいて傾斜磁場波形を算出するシーケンス制御部と、
前記シーケンス制御部から出力された傾斜磁場波形に対して渦磁場の補正処理を行い、補正後の傾斜磁場波形を傾斜磁場電源に出力する渦補正部と
を備え、
前記シーケンス制御部は、前記補正後の傾斜磁場波形において、少なくとも一部の期間で振幅の大きさが前記傾斜磁場電源で許容される振幅の最大値を超えない範囲内で当該最大値に近い大きさに継続して維持されるように、前記撮像条件に基づいて算出された傾斜磁場波形を変更して前記渦補正部に出力する、
磁気共鳴イメージング装置。
前記シーケンス制御部は、前記補正後の傾斜磁場波形において、前記少なくとも一部の期間で振幅の大きさが前記最大値と一致する大きさに継続して維持されるように、前記撮像条件に基づいて算出された傾斜磁場波形を変更する、
請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
前記シーケンス制御部は、前記撮像条件に基づいて算出された傾斜磁場波形の期間を一定の時間間隔で分けた時刻毎に、当該傾斜磁場波形の振幅が前記最大値を超えているか否かを判定して当該振幅の大きさを変更することで、前記撮像条件に基づいて算出された傾斜磁場波形を変更する、
請求項１又は２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
前記シーケンス制御部は、前記傾斜磁場波形の期間を一定の時間間隔で分けた時刻毎に、当該傾斜磁場波形の振幅が前記最大値を超えているか否かを判定した結果、前記最大値を超えていた場合には、当該振幅の大きさを前記最大値との差分だけ減らして、再度、当該振幅が前記最大値を超えない範囲に入っているか否かを判定し、前記最大値を超えていない場合には、次の時刻について、前記傾斜磁場波形の振幅が前記最大値を超えているか否かを判定する、
請求項３に記載の磁気共鳴イメージング装置。