JP3419889B2 - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

磁気共鳴イメージング装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、磁気共鳴イメージング
(以下MRI)撮影方法に係わり、特にエコープラナー
撮影法に関する。
【0002】
【従来の技術】エコープラナ撮影法は、磁気共鳴現象を
利用した断層像撮影装置であるMRI装置で用いられる
超高速撮影方法の一つである。一般的な撮影原理の概略
は以下のとおりである。
【0003】静磁場中に検査対象を置き、高周波磁場パ
ルスを印加して水素原子などの磁化を励起した後、位相
エンコード傾斜磁場とリードアウト傾斜磁場を印加して
各磁化に位置情報を与えながら、磁気共鳴信号(エコ
ー)を計測する。リードアウト傾斜磁場については、正
のパルスと負のパルスを交互に印加しながら1個のパル
スに付き1個のエコーを計測する。また、位相エンコー
ド傾斜磁場については、エコーの直前にステップ状のパ
ルスを印加するか、あるいは強度の小さいオフセット傾
斜磁場を連続的に印加する。サンプリング点数は1個の
エコーに付き通常64から512であり、計測するエコ
ーの数は64から256である。
【0004】計測終了後、2次元平面の横方向をサンプ
リング方向、縦方向をエコー方向として全エコーを配置
し、2次元フーリエ変換により画像再構成し、断層像を
得る。画像のマトリックスサイズは(1個のエコーのサ
ンプリング点数)×(エコー数)となる。このほかに、
計測するエコーの数を約半分にし、残りのエコーを計測
したエコーから推定するハーフフーリエ法もある。
【0005】なお、エコープラナ撮影法の詳細は、ジャ
ーナル オブ マグネチック リゾナンス(Journal of
Magnetic Resonance),vol.29,pp.355−373,(1978)
に記載されている。
【0006】静磁場は、撮影する領域全体にわたって均
一であることが望ましいが、実際には、若干の不均一が
存在する。この静磁場不均一は、撮影した画像にひずみ
や偽像(アーチファクト)として現れ、悪影響をおよぼ
す。
【0007】この問題を解決するため、あらかじめ静磁
場不均一を補正しておく必要がある。この補正は、MR
I装置に用意された静磁場不均一補正用のシムコイルに
流す電流を調整することによって行う。これをシミング
という。シミングの詳細については、マグネティック
リゾナンス イン メディシン(Magnetic Resonancein
Medicine),vol.18,pp.335−347,(1991)に記載さ
れている。通常は、ボアの中心から半径15ないし20
cmの範囲内の静磁場均一度が平均的に最も良くなるよう
にシミングを行う。しかし、完全に不均一が補正できる
わけではない。
【0008】一般の撮影でよく用いられているスピンエ
コー撮影法の場合、シミング後に存在する静磁場不均一
により発生する画像のひずみを補正する方法がいくつか
提案されている(例えば、アイイーイーイー トランザ
クションズ オン メディカル イメージング(IEEE T
ransactions on Medical Imaging),vol.11,No.3,p
p.319−329,1992)。この方法を用いれば、静磁場不均
一の方向によることなく、画像のひずみを除去すること
ができる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】一方、エコープラナー
撮影法では、リードアウト方向の静磁場不均一によって
発生する画像ひずみやアーチファクトを補正する方法が
既に提案されている(例えば、Magnetic Resonance in
Medicine,vol.23,pp.311−323,1992)。しかし、位相
エンコード方向の静磁場不均一によって発生する画像ひ
ずみを補正する方法は現在のところ知られていない。本
発明の課題は、エコープラナー撮影法で、位相エンコー
ド方向の静磁場不均一によって発生する画像ひずみやア
ーチファクトを低減することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記課題は、位相エンコ
ード方向の静磁場均一度をリードアウト方向の静磁場均
一度よりも良くするステップを含むことによって解決さ
れる。
【0011】
【作用】位相エンコード方向の静磁場不均一を小さくす
るため、これにより発生する画像ひずみやアーチファク
トを少なくすることができる。また、リードアウト方向
の静磁場不均一によって発生する画像ひずみとアーチフ
ァクトは、前述の補正方法を用いて補正することができ
る。これにより画像全体として、静磁場不均一により発
生する画像ひずみ・アーチファクトを少なくすることが
できる。
【0012】
【実施例】図1は本発明にかかる磁気共鳴を用いた検査
装置(以下、単に検査装置という)の一例を示すブロック
図である。図において、101は静磁場を発生するコイ
ル(マグネット)、102は傾斜磁場を発生するコイ
ル、103は検査対象であり、これはコイル101およ
び102内に設置される。また、シーケンサ104は傾
斜磁場電源105と高周波磁場発生器106に命令を送
り、傾斜磁場および高周波磁場を発生する。高周波磁場
はプローブ107を通じて検査対象103に印加され
る。検査対象103から発生した信号はプローブ107
によって受波され、受信器108を通って計算機109
に送られ、ここで信号処理が行われる。結果はディスプ
レイ110に表示される。必要に応じて、記憶媒体11
1に信号や測定条件を記憶させることもできる。
【0013】静磁場均一度を調整する必要があるとき
は、シムコイル112を使う。シムコイル112は複数
のチャネルからなり、シム電源113により電流が供給
される。静磁場均一度調整時には各コイルに流れる電流
をシーケンサ104により制御する。シーケンサ104
はシム電源113に命令を送り、静磁場不均一を補正す
るような付加的な磁場をコイル112より発生させる。
なお、シーケンサ104は予めプログラムされたタイミ
ング,強度で各装置が動作するように制御を行う。プロ
グラムの内、特に高周波磁場,傾斜磁場,信号受信のタ
イミングや強度を記述したものはパルスシーケンスと呼
ばれている。
【0014】次に図2に本発明の実施例にかかるエコー
プラナー撮影法のパルスシーケンスの典型的な例を示
す。スライス傾斜磁場201の印加とともに磁化励起用
高周波磁場(RF)パルス202を印加し、対象物体内
のあるスライス内に磁気共鳴現象を誘起する。2個のパ
ルス203と204は磁化の位相を一旦負にするために
印加するディフェーズ用傾斜磁場パルスである。
【0015】磁気共鳴信号(エコー)205は、磁化の
位相に位相エンコード方向の位置情報を付加するための
位相エンコード傾斜磁場206を印加し、リードアウト
方向の位置情報を付加するためのリードアウト傾斜磁場
パルス207を印加しながら計測される。リードアウト
傾斜磁場パルスは正負交互に印加され、その間、複数の
エコーが計測される。
【0016】まず、静磁場分布をもとに位相エンコード
方向を決定する方法について説明する。図3に静磁場分
布の一例を示す。図は、正方形の撮影視野内に置かれた
円形の検査対象内部の静磁場分布を、それに比例する磁
化の位相で表している。図の下には線分AB上の静磁場
不均一を示す。図のしまに対して垂直の方向に静磁場不
均一が存在する。従って、この場合は図に示した矢印の
方向が最も静磁場均一度が良い方向である。そこで、位
相エンコード方向をこの矢印の向きに決定する。特別な
場合として、傾斜磁場発生コイルの制約のため、最も静
磁場均一度の良い方向を位相エンコード方向にできない
場合がある。例えば、ある軸方向だけ立ち上がり時間の
非常に短い傾斜磁場を要求するパルスシーケンスを実行
する際、その仕様が傾斜磁場発生コイルの特定の軸でし
か満たされていない場合には、位相エンコード方向を任
意に決めることができない。その場合には、位相エンコ
ードにできる方向の中から、最も静磁場均一度の良い方
向に決定すればよい。なお、通常、撮影前には静磁場均
一度を良くするためにシミングを行う。その場合、この
位相エンコード方向の決定はシミング後に行う。
【0017】次に、位相エンコード方向を任意に決定し
た後、その方向の静磁場均一度が最も良くなるようにシ
ミングを行う方法について述べる。
【0018】まず、通常行われているシミングについて
説明する。シムコイルは、x,y,z,x2−y2,x
y,z2,z3,…など、さまざまな特性を有する多チ
ャネルのコイルシステムであり、例えば、xはx軸に対
してリニアに変化するような磁場を発生し、その変化率
はコイルに流す電流値にほぼ比例する。これらの付加的
な静磁場を主コイルの発生する静磁場と重ね合わせるこ
とにより、より均一な静磁場分布が得られるようになっ
ている。従って、シミングとは、最適な静磁場分布を与
えるようなシム電流値の組を求めることに他ならない。
この工程は次のようになる。
【0019】工程1:撮影領域を含む調整領域における
各シムコイルの電流−磁場特性(シム特性)を調べる。
上記シム特性は計算により求めても良いし、水試料等を
磁石内に挿入して各チャネルごとにシム電流値の変化に
対する静磁場分布の変化量を求めてもよい。 工程2:撮影領域の静磁場分布を計測する。このときの
計測対象は、実際に撮影する検査対象を用いることが望
ましい。 工程3:工程1で求めた各チャネルのシム特性を用い
て、工程2で求めた静磁場分布を打ち消すようなシム電
流値の組を見つける。 工程4:工程3で求めたシム電流をシムコイルに流す。
【0020】工程3において、静磁場分布を打ち消すよ
うなシム電流値の組を見つける際、シムコイルのチャネ
ル数よりも静磁場分布のマトリクス数が多いので、シミ
ング前の静磁場分布とシムコイルによって作られる磁場
分布を完全に等しくすることはできない。そこで通常
は、最小二乗法などを用いて近似解を求める。つまり、
静磁場不均一が領域全体で平均的に小さくなるようにす
る。
【0021】これに対し本発明のシミングでは、工程3
において、先に任意に決定した位相エンコード方向に重
点を置き、その方向の静磁場分布の変化が最小になるよ
うなシム電流値の組を見つける。ここでは、位相エンコ
ード方向がy方向の場合を例に、その方法について説明
する。シムチャネルkに電流Ikを流したとき、ある平
面内のピクセル(i,j)の静磁場強度は、Ik=0の
場合の静磁場強度を行列[Esij]で表すと数1にな
る。
【0022】
【数1】
【0023】ここで、Nx,Nyは横方向・縦方向のピ
クセル数であり、行列[A]は各要素がシムチャネルk
の電流値を単位量変化させたときのピクセル(i,j)
におけるシム磁場の変化量を表すシム特性である。数1
の[Eij]の列だけを展開して表記すると数2にな
る。
【0024】
【数2】
【0025】この式は、x=iの1ラインにおける磁場
強度を表す。y方向の静磁場均一度を良くするには、数
3を最小にする電流ベクトル[Ik]を求めればよい。
【0026】
【数3】
【0027】この式は、j=Ny/2の静磁場強度を基
準にした各ピクセルの静磁場強度の2乗誤差の和であ
る。これにより、x=iのラインの静磁場均一度を最良
にできる。平面内全体でy方向の静磁場均一度を最良に
するには、x方向にも数3の総和をとった数4を最小に
すればよい。
【0028】
【数4】
【0029】以上の方法により、位相エンコード方向の
静磁場均一度を最良にすることができる。この方法は、
位相エンコード方向がy方向以外の場合でも同様に適用
できる。
【0030】工程1,工程2における静磁場分布は、例
えば、水試料や検査対象の磁気共鳴信号の位相分布や共
鳴周波数分布から得られる。磁気共鳴信号の位相分布か
ら静磁場分布を求める場合には、例えばジャーナル オ
ブ フィジックス E:サイエンティフィック インス
ツルメント(Journal of Physics E:ScientificInstru
ment),vol.18,pp.224−227,(1985)に記載されてい
る方法を用いることができる。また、共鳴周波数分布か
ら静磁場分布を求める場合には、例えば、Jounal of Ma
gnetic Resonance,vol.85,pp.244−254,(1989)に記
載されている方法を用いることができる。
【0031】MRIでは、高周波磁場で異なる領域を励
起して連続に画像を撮影する場合がある。このときに
は、一連の撮影に先だって各領域の位相エンコード方向
を任意に決めておき、本発明のシミングを行ってそのシ
ム電流値を記憶しておき、各領域を撮影する前にシムコ
イルの電流値をその値に切り替えるようにする。これに
より、各画像に対して最適な静磁場均一度を実現するこ
とができる。
【0032】位相エンコード方向は、実際に撮影した画
像をもとに決定してもよい。この場合、本撮影に先立っ
て位相エンコード方向を任意にとった複数の画像を撮影
し、位相補正を行って再構成しておく。その画像の中か
ら最も画質の良いものを選び、その位相エンコード方向
を本撮影で採用する。
【0033】ここまで説明してきたいずれかの方法で位
相エンコード方向の静磁場均一度を良くした場合の効果
について説明する。図4と図5に静磁場が均一である場
合とそうでない場合のエコープラナー撮影法で撮影した
格子モデルの画像を示す。図5(a)はリードアウト方
向、(b)は位相エンコード方向のそれぞれ2次の静磁
場不均一が存在するときの画像で、補正は行っていな
い。図4に比べどちらも格子がひずんでいるのが分か
る。
【0034】図6にそれぞれの場合について補正を適用
した結果を示す。(a)のリードアウト方向に静磁場不
均一がある場合には完全に補正ができているが、(b)
の位相エンコード方向に不均一がある場合には補正の効
果がない。このように、リードアウト方向の静磁場不均
一によって発生する画像ひずみは完全に補正することが
可能であるため、位相エンコード方向の静磁場不均一を
小さくすることによって静磁場不均一の影響をほぼ完全
に除去することができる。
【0035】なお、以上の説明では2次元の場合につい
て述べたが、3次元の画像の場合についても同様であ
る。3次元の画像を計測する場合には、図2のスライス
傾斜磁場の方向に第2の位相エンコード傾斜磁場を印加
する。このときは、二つの位相エンコード方向のどちら
かに注目して同様の手順を行えばよい。
【0036】
【発明の効果】本発明によれば、補正が困難な位相エン
コード方向の静磁場不均一を、補正可能なリードアウト
方向の静磁場不均一よりも小さくすることにより、従来
よりも画像ひずみやアーチファクトの少ない画像を撮影
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の装置構成の一例を示すブロ
ック図。
【図2】本発明の一実施例のパルスシーケンスを示す説
明図。
【図3】位相エンコード方向の決定に用いる静磁場分布
図。
【図4】静磁場が均一であるときのエコープラナー撮影
画像を示す説明図。
【図5】静磁場が不均一であるときのエコープラナー撮
影画像を示す説明図。
【図6】静磁場が不均一であるときの位相補正を行った
エコープラナー撮影画像を示す説明図。
【符号の説明】
101…コイル、102…コイル、103…検査対象、
104…シーケンサ、105…傾斜磁場電源、106…
高周波磁場発生器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−207343(JP,A) 特開 平1−119237(JP,A) 特開 平4−208133(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) A61B 5/055 JICSTファイル(JOIS)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】所定の空間に静磁場を発生する静磁場発生
    手段と、前記空間に置かれた検査対象に対し、磁化励起
    用の高周波磁場を発生する高周波磁場発生手段と、前記
    励起する領域を決定するスライス傾斜磁場と磁化に位置
    情報を与えるためのリードアウト傾斜磁場及び位相エン
    コード傾斜磁場とを印加する傾斜磁場発生手段とを有す
    る磁気共鳴イメージング装置において、 前記傾斜磁場発生手段は、エコープラナー撮影法の実行
    に際し、前記静磁場の分布に基づいて位相エンコード傾
    斜磁場の印加方向を決定することを特徴とする磁気共鳴
    イメージング装置。
  2. 【請求項2】前記傾斜磁場発生手段は、前記静磁場の分
    布の不均一度が最も小さい方向と位相エンコード傾斜磁
    場の印加方向とを一致させることを特徴とする請求項1
    記載の磁気共鳴イメージング装置。
  3. 【請求項3】前記静磁場の不均一を補正するためのシム
    コイルを備え、前記位相エンコード傾斜磁場の所望の印
    加方向を基準にシミングを行うことを特徴とする請求項
    1記載の磁気共鳴イメージング装置。
  4. 【請求項4】前記シムコイルは、前記位相エンコード方
    向の静磁場均一度に基づいてシム電流値を決定し、前記
    シム電流値を記憶し、励起領域ごとに対応するシム電流
    値に切り替えることを特徴とする請求項3に記載の磁気
    共鳴イメージング装置。
  5. 【請求項5】所定の空間に静磁場を発生する静磁場発生
    手段と、前記空間に置かれた検査対象に対し、磁化励起
    用の高周波磁場を発生する高周波磁場発生手段と、前記
    励起する領域を決定するスライス傾斜磁場と磁化に位置
    情報を与えるためのリードアウト傾斜磁場及び位相エン
    コード傾斜磁場とを印加する傾斜磁場発生手段と、前記
    検査対象からの信号に基づいて画像を再構成する画像処
    理手段とを有する磁気共鳴イメージング装置において、
    前記画像処理手段は、位相エンコード方向の異なる複数
    の画像を計測すると共に画像の補正を行ない、ひずみが
    最小になる画像を求め、前記傾斜磁場発生手段は、前記
    ひずみが最小の画像に基づいて位相エンコード傾斜磁場
    の印加方向を決定することを特徴とする磁気共鳴イメー
    ジング装置。
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