JP3499922B2 - 勾配パルス系列の限界を自動的に決定する方法 - Google Patents
勾配パルス系列の限界を自動的に決定する方法Info
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- G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
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- G01R33/483—NMR imaging systems with selection of signals or spectra from particular regions of the volume, e.g. in vivo spectroscopy
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- G01R33/28—Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
- G01R33/38—Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field
- G01R33/385—Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field using gradient magnetic field coils
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明の分野は核磁気共鳴イメー
ジング(MRI)であり、特に斜め(oblique)
MRI画像を得るときに勾配の使い方を分析するための
システムである。
ジング(MRI)であり、特に斜め(oblique)
MRI画像を得るときに勾配の使い方を分析するための
システムである。
【0002】
【従来の技術】人体組織に分極磁界B0 が加えられたと
き、組織内のスピンの個々の磁気モーメントはこの分極
磁界と揃おうとするが、それを中心として、主として磁
界の強さで決まるラーモア周波数で歳差運動を行う。歳
差運動によって、共鳴信号が作られる。重ね合わされた
直交する勾配磁界(Gx ,Gy ,Gz )により空間に依
存する位相および周波数をスピンに与えることによっ
て、この共鳴信号を検出し、これを使用して画像を発生
することができる。
き、組織内のスピンの個々の磁気モーメントはこの分極
磁界と揃おうとするが、それを中心として、主として磁
界の強さで決まるラーモア周波数で歳差運動を行う。歳
差運動によって、共鳴信号が作られる。重ね合わされた
直交する勾配磁界(Gx ,Gy ,Gz )により空間に依
存する位相および周波数をスピンに与えることによっ
て、この共鳴信号を検出し、これを使用して画像を発生
することができる。
【0003】これらの勾配磁界が個別にまたは一緒に用
いられる。第1に、RF励起と共に、機能的勾配(fu
nctional gradient)たとえば「選
択」勾配FS を発生することにより、スピンが可干渉性
であるスライス容積が、最初に選択される。第2に、こ
のスライスの中で、別の機能的勾配すなわち「周波数」
勾配Ff により、勾配Ff の軸に沿ったそれらの位置に
応じてスピンの周波数が変えられる。最後に、FS 勾配
およびFf 勾配に直角な軸に沿って、次第に大きくなる
更に別の機能的勾配すなわち「位相」勾配Fp が加えら
れることにより、その軸に沿ったそれらの位置に応じて
スピンの位相が変えられる。一組の異なる位相符号化に
対するデータの時間系列によりデータ配列が作成され、
このデータ配列に二次元フーリエ変換を行うと、患者の
スライスの画像が得られる。MRI画像再構成の基礎的
な概説は、ここに引用するディー・エヌ・キーンおよび
エム・エー・スミス著の書籍「磁気共鳴イメージング、
原理と応用(Magnetic Resonance
Imaging, Principles andAp
plications)」に記載されている。
いられる。第1に、RF励起と共に、機能的勾配(fu
nctional gradient)たとえば「選
択」勾配FS を発生することにより、スピンが可干渉性
であるスライス容積が、最初に選択される。第2に、こ
のスライスの中で、別の機能的勾配すなわち「周波数」
勾配Ff により、勾配Ff の軸に沿ったそれらの位置に
応じてスピンの周波数が変えられる。最後に、FS 勾配
およびFf 勾配に直角な軸に沿って、次第に大きくなる
更に別の機能的勾配すなわち「位相」勾配Fp が加えら
れることにより、その軸に沿ったそれらの位置に応じて
スピンの位相が変えられる。一組の異なる位相符号化に
対するデータの時間系列によりデータ配列が作成され、
このデータ配列に二次元フーリエ変換を行うと、患者の
スライスの画像が得られる。MRI画像再構成の基礎的
な概説は、ここに引用するディー・エヌ・キーンおよび
エム・エー・スミス著の書籍「磁気共鳴イメージング、
原理と応用(Magnetic Resonance
Imaging, Principles andAp
plications)」に記載されている。
【0004】機能的勾配FS 、Ff およびFp は物理的
勾配Gx 、Gy およびGz と揃う必要は無く、種々の物
理的勾配Gx 、Gy およびGz の同時付勢によって任意
の方向に向けることができる。物理的勾配Gx 、Gy お
よびGz のベクトル和は、任意の軸に沿って機能的勾配
を作成することができる。機能的勾配FS 、Ff または
Fp が物理的勾配Gx 、Gy またはGz のいずれかと揃
っていないときは、作成される画像は「斜め」画像と呼
ばれる。斜めイメージングは、診断の目的のための身体
の特定部分の検査にとって好ましい。
勾配Gx 、Gy およびGz と揃う必要は無く、種々の物
理的勾配Gx 、Gy およびGz の同時付勢によって任意
の方向に向けることができる。物理的勾配Gx 、Gy お
よびGz のベクトル和は、任意の軸に沿って機能的勾配
を作成することができる。機能的勾配FS 、Ff または
Fp が物理的勾配Gx 、Gy またはGz のいずれかと揃
っていないときは、作成される画像は「斜め」画像と呼
ばれる。斜めイメージングは、診断の目的のための身体
の特定部分の検査にとって好ましい。
【0005】一般的に、速い立ち上がり時間と立ち下が
り時間(「高いスルーレート」)を持ち、かつ大振幅を
持つ勾配磁界を作成できることが望ましい。一般に、勾
配のスルーレート(slew rate)が大きくなる
と、必要なMRI信号をより早く取得することができ
る。また勾配磁界の振幅が大きくなると、たとえばNM
R受信器の帯域幅の増大と協働して、MRI信号を得る
のに必要な時間を短縮することができる。更に、磁界が
より強くても、イメージングプロセスの空間分解能が増
大し、患者のより小さなボクセルを識別することができ
る。一般に、勾配のスルーレートと振幅はともに、勾配
コイルに給電する勾配増幅器の最大電圧および電流によ
って決まる。
り時間(「高いスルーレート」)を持ち、かつ大振幅を
持つ勾配磁界を作成できることが望ましい。一般に、勾
配のスルーレート(slew rate)が大きくなる
と、必要なMRI信号をより早く取得することができ
る。また勾配磁界の振幅が大きくなると、たとえばNM
R受信器の帯域幅の増大と協働して、MRI信号を得る
のに必要な時間を短縮することができる。更に、磁界が
より強くても、イメージングプロセスの空間分解能が増
大し、患者のより小さなボクセルを識別することができ
る。一般に、勾配のスルーレートと振幅はともに、勾配
コイルに給電する勾配増幅器の最大電圧および電流によ
って決まる。
【0006】斜めイメージングでは、物理的勾配がそれ
らの限界を超えないように機能的勾配の最大値を制限し
なければならないという必要性によって、勾配のスルー
レートおよび振幅の限界が悪化する。この制限に対する
理由は、2つの機能的勾配の成分を与えるために単一の
物理的勾配が同時に呼び出されて、過負荷になる可能性
があるからである。したがって、斜めの方向に対するピ
ーク(最大)の機能的勾配は通常、斜めでないビューに
対して得られるピーク勾配のほんの一部分に制限され
る。
らの限界を超えないように機能的勾配の最大値を制限し
なければならないという必要性によって、勾配のスルー
レートおよび振幅の限界が悪化する。この制限に対する
理由は、2つの機能的勾配の成分を与えるために単一の
物理的勾配が同時に呼び出されて、過負荷になる可能性
があるからである。したがって、斜めの方向に対するピ
ーク(最大)の機能的勾配は通常、斜めでないビューに
対して得られるピーク勾配のほんの一部分に制限され
る。
【0007】
【発明の概要】本発明は、斜めイメージングでは物理的
勾配についての要求が多過ぎることがあるが、機能的勾
配の最悪の場合のディレーティング(deratin
g)により、結果として、MRI装置の利用状態が最適
状態より劣る状態となるということを認識する。したが
って、本発明は、操作者が規定した角度および勾配使用
についてのある簡単な仮定に基づいて、斜めイメージン
グで機能的勾配に課さなければならない限界をより精密
に表示する方法を提供する。
勾配についての要求が多過ぎることがあるが、機能的勾
配の最悪の場合のディレーティング(deratin
g)により、結果として、MRI装置の利用状態が最適
状態より劣る状態となるということを認識する。したが
って、本発明は、操作者が規定した角度および勾配使用
についてのある簡単な仮定に基づいて、斜めイメージン
グで機能的勾配に課さなければならない限界をより精密
に表示する方法を提供する。
【0008】詳しく述べると、機能的勾配軸と物理的勾
配軸との間の操作者が選択した方向は、直交回転行列に
よって記述することができる。本発明では、MRI勾配
パルス系列を制御するために使用される電子コンピュー
タを用いて、直交回転行列の「最大絶対行和」を決め
る。この最大絶対行和は単に、回転行列の各行の要素ま
たは選択された要素の絶対値を加算して得られた一組の
和の内の最大の和である。次に、物理的勾配の振幅限界
hを最大絶対行和で割ることにより、目標振幅Tが作成
される。この目標振幅を使用して、機能的勾配の限界の
表示が操作者に与えられる。
配軸との間の操作者が選択した方向は、直交回転行列に
よって記述することができる。本発明では、MRI勾配
パルス系列を制御するために使用される電子コンピュー
タを用いて、直交回転行列の「最大絶対行和」を決め
る。この最大絶対行和は単に、回転行列の各行の要素ま
たは選択された要素の絶対値を加算して得られた一組の
和の内の最大の和である。次に、物理的勾配の振幅限界
hを最大絶対行和で割ることにより、目標振幅Tが作成
される。この目標振幅を使用して、機能的勾配の限界の
表示が操作者に与えられる。
【0009】したがって本発明の1つの目的は、斜め画
像に対して必要とされる機能的勾配のディレーティング
の量をより正確に確かめる簡単で素早い方法を提供する
ことである。斜め画像と物理的勾配軸との間の角度変位
が小さければ、最大絶対行和が1に近くなり、最悪の場
合よりもずっと小さいディレーティングを行うことが必
要とされる。
像に対して必要とされる機能的勾配のディレーティング
の量をより正確に確かめる簡単で素早い方法を提供する
ことである。斜め画像と物理的勾配軸との間の角度変位
が小さければ、最大絶対行和が1に近くなり、最悪の場
合よりもずっと小さいディレーティングを行うことが必
要とされる。
【0010】一実施例では、回転行列のいずれかの列に
1の値が含まれていれば、その列に関連する機能的勾配
に対する目標振幅は、最大絶対行和にかかわらず最大物
理的勾配に等しく設定される。これは、1つの物理的勾
配軸が1つの機能的勾配軸に正確に対応する特別な場合
を反映しているので、ディレーティングは何ら必要とさ
れない。更に、残りの2つの機能的勾配軸に対する目標
勾配振幅は、1の値を含む列からの要素を含まない最大
絶対行和で計算される。
1の値が含まれていれば、その列に関連する機能的勾配
に対する目標振幅は、最大絶対行和にかかわらず最大物
理的勾配に等しく設定される。これは、1つの物理的勾
配軸が1つの機能的勾配軸に正確に対応する特別な場合
を反映しているので、ディレーティングは何ら必要とさ
れない。更に、残りの2つの機能的勾配軸に対する目標
勾配振幅は、1の値を含む列からの要素を含まない最大
絶対行和で計算される。
【0011】上記の手法は簡単かつ効率的であり、実際
のパルス系列の知識を必要としない。異なる機能的勾配
軸に沿った多重パルスを同時に活性化することができ、
ピーク勾配hがすべての物理的勾配軸に対して同じであ
ると仮定される。他の目的および利点は、熟練した当業
者には、以下の本発明の実施例の説明から明らかとなろ
う。説明では、付図を参照する。付図は説明の一部を構
成し、本発明の一例を示す。しかし、このような例は本
発明の種々の代替の態様を網羅するものではないので、
発明の範囲は特許請求の範囲を参照して定められる。
のパルス系列の知識を必要としない。異なる機能的勾配
軸に沿った多重パルスを同時に活性化することができ、
ピーク勾配hがすべての物理的勾配軸に対して同じであ
ると仮定される。他の目的および利点は、熟練した当業
者には、以下の本発明の実施例の説明から明らかとなろ
う。説明では、付図を参照する。付図は説明の一部を構
成し、本発明の一例を示す。しかし、このような例は本
発明の種々の代替の態様を網羅するものではないので、
発明の範囲は特許請求の範囲を参照して定められる。
【0012】
【好ましい実施例の説明】図1に示すように、MRIシ
ステムにほぼ円筒形の容積を形成するための磁石内腔
(ボア)10が含まれている。この円筒形の容積は、磁
石内腔10の軸およびデカルト座標系のz軸に沿う方向
を向いた一様な分極磁界B0 を持つ。内腔10の中に同
心状に円筒形のコイル枠12が配置されている。円筒形
のコイル枠12はその表面でコイル巻線14を支持す
る。コイル巻線14は3つの直交する物理的勾配Gx 、
Gy およびGz を生じる。
ステムにほぼ円筒形の容積を形成するための磁石内腔
(ボア)10が含まれている。この円筒形の容積は、磁
石内腔10の軸およびデカルト座標系のz軸に沿う方向
を向いた一様な分極磁界B0 を持つ。内腔10の中に同
心状に円筒形のコイル枠12が配置されている。円筒形
のコイル枠12はその表面でコイル巻線14を支持す
る。コイル巻線14は3つの直交する物理的勾配Gx 、
Gy およびGz を生じる。
【0013】電動機/エンコーダ16によって、コイル
枠12をz軸のまわりに回転させることができる。これ
により、物理的勾配Gx およびGy の軸を角度φだけ角
度方向に掃引(sweep)することができる。電動機
/エンコーダ16はパルス系列コンピュータ18によっ
て制御される。パルス系列コンピュータ18は、勾配コ
イル枠12(したがって物理的勾配Gx およびGy )を
動かすための電動機/エンコーダ16に信号を供給す
る。電動機/エンコーダ16は、回転確認のための角度
帰還信号もパルス系列コンピュータ18に供給する。
枠12をz軸のまわりに回転させることができる。これ
により、物理的勾配Gx およびGy の軸を角度φだけ角
度方向に掃引(sweep)することができる。電動機
/エンコーダ16はパルス系列コンピュータ18によっ
て制御される。パルス系列コンピュータ18は、勾配コ
イル枠12(したがって物理的勾配Gx およびGy )を
動かすための電動機/エンコーダ16に信号を供給す
る。電動機/エンコーダ16は、回転確認のための角度
帰還信号もパルス系列コンピュータ18に供給する。
【0014】パルス系列コンピュータ18は、MRIパ
ルス系列の間に磁界勾配Gx 、GyおよびGz を制御す
るために使用される勾配パルス系列を記憶する。このよ
うな系列は、パルス系列コンピュータ18に接続された
端末装置20を介して操作者により規定される。端末装
置20には、表示装置22およびキーボード24も設け
られており、これらによりパルス系列コンピュータ18
からの出力およびパルス系列コンピュータ18への入力
が行える。パルス系列コンピュータ18は勾配増幅器2
6と通信し、パルス系列を示すディジタル化された値を
勾配増幅器26に供給する。これらのディジタル化され
た値は、勾配増幅器26によって、コイル枠12のコイ
ル巻線14を駆動する実際の勾配電流に変換され、所望
の勾配磁界を作成する。
ルス系列の間に磁界勾配Gx 、GyおよびGz を制御す
るために使用される勾配パルス系列を記憶する。このよ
うな系列は、パルス系列コンピュータ18に接続された
端末装置20を介して操作者により規定される。端末装
置20には、表示装置22およびキーボード24も設け
られており、これらによりパルス系列コンピュータ18
からの出力およびパルス系列コンピュータ18への入力
が行える。パルス系列コンピュータ18は勾配増幅器2
6と通信し、パルス系列を示すディジタル化された値を
勾配増幅器26に供給する。これらのディジタル化され
た値は、勾配増幅器26によって、コイル枠12のコイ
ル巻線14を駆動する実際の勾配電流に変換され、所望
の勾配磁界を作成する。
【0015】前に述べたように、物理的勾配Gx 、Gy
及びGz を使用することにより、コイル枠12の中に配
置された患者のスライスを選択して画像を作成すること
ができる。たとえば、軸方向の斜めでないイメージング
では、スライス平面がx−y平面に平行であり、x方向
およびy方向に沿って位相および周波数の符号化を行う
ことができ、この場合、物理的勾配Gx およびGy の軸
は座標のそれぞれの軸と整列される。
及びGz を使用することにより、コイル枠12の中に配
置された患者のスライスを選択して画像を作成すること
ができる。たとえば、軸方向の斜めでないイメージング
では、スライス平面がx−y平面に平行であり、x方向
およびy方向に沿って位相および周波数の符号化を行う
ことができ、この場合、物理的勾配Gx およびGy の軸
は座標のそれぞれの軸と整列される。
【0016】斜めイメージングの場合、イメージングさ
れるスライスはx−y平面、y−z平面、またはx−z
平面に平行でなく、かわりに勾配FS の軸に垂直な平面
に平行である。この場合、位相符号化は機能的勾配Fp
軸に沿っており、周波数符号化は機能的勾配Ff 軸に沿
っている。一般に、一組の直交する機能的勾配FS 、F
f およびFp 軸は物理的勾配Gx 、Gy およびGz 軸に
対して任意の角度方向に配置することができる。
れるスライスはx−y平面、y−z平面、またはx−z
平面に平行でなく、かわりに勾配FS の軸に垂直な平面
に平行である。この場合、位相符号化は機能的勾配Fp
軸に沿っており、周波数符号化は機能的勾配Ff 軸に沿
っている。一般に、一組の直交する機能的勾配FS 、F
f およびFp 軸は物理的勾配Gx 、Gy およびGz 軸に
対して任意の角度方向に配置することができる。
【0017】図2に示すように、機能的勾配FS 、Ff
およびFp 軸の方位と物理的勾配G x 、Gy およびGz
軸との間の角度関係は、原点30のまわりの3つの回転
角度a、bおよびcによって規定することができる。た
とえば、角度aはほぼ原点30と勾配FS 軸のまわりの
回転角度とし、角度bは原点30と勾配Ff 軸のまわり
の角度aに続く回転角度とし、角度cは原点30と勾配
FS 軸のまわりの回転角度とすることができる。3つの
変数を持つ他の角度方式を使用してもよい。たとえば、
ジョン・ウィリズ・アンド・サンズ社発行、エー・メシ
ア著、「量子力学(Quantum Mechanic
s)」、第3卷、13章、3.10節(1978年)を
参照されたい。
およびFp 軸の方位と物理的勾配G x 、Gy およびGz
軸との間の角度関係は、原点30のまわりの3つの回転
角度a、bおよびcによって規定することができる。た
とえば、角度aはほぼ原点30と勾配FS 軸のまわりの
回転角度とし、角度bは原点30と勾配Ff 軸のまわり
の角度aに続く回転角度とし、角度cは原点30と勾配
FS 軸のまわりの回転角度とすることができる。3つの
変数を持つ他の角度方式を使用してもよい。たとえば、
ジョン・ウィリズ・アンド・サンズ社発行、エー・メシ
ア著、「量子力学(Quantum Mechanic
s)」、第3卷、13章、3.10節(1978年)を
参照されたい。
【0018】原点30のまわりのどの回転も、3×3の
直交回転行列によって記述することができる。この3×
3の直交回転行列は、上記のような数個の規定のいずれ
かに従って3つのオイラー(Euler)角をパラメー
タとすることができる。3つのオイラー角が3×3の直
交回転行列を規定する。したがって、物理的勾配と機能
的勾配との間の関係は、機能的勾配と回転行列との次式
のような行列乗算によって規定することができる。
直交回転行列によって記述することができる。この3×
3の直交回転行列は、上記のような数個の規定のいずれ
かに従って3つのオイラー(Euler)角をパラメー
タとすることができる。3つのオイラー角が3×3の直
交回転行列を規定する。したがって、物理的勾配と機能
的勾配との間の関係は、機能的勾配と回転行列との次式
のような行列乗算によって規定することができる。
【0019】
【数1】
【0020】式(1)の因数
【0021】
【数2】
【0022】は回転行列であり、その行は物理的勾配G
x 、Gy およびGz の各々に対応し、列は機能的勾配F
S 、Ff およびFp の各々に対応する。これは、正規行
列乗算のパターンに従うものであり、後で説明する。物
理的勾配および機能的勾配に対する行および列の対応
は、回転行列の要素の下付き文字によって示されてい
る。例えば、第1列の要素bはすべて下付き文字“f”
を持つが、これは、それらが周波数符号化勾配Ff に対
応することを示している。
x 、Gy およびGz の各々に対応し、列は機能的勾配F
S 、Ff およびFp の各々に対応する。これは、正規行
列乗算のパターンに従うものであり、後で説明する。物
理的勾配および機能的勾配に対する行および列の対応
は、回転行列の要素の下付き文字によって示されてい
る。例えば、第1列の要素bはすべて下付き文字“f”
を持つが、これは、それらが周波数符号化勾配Ff に対
応することを示している。
【0023】式(1)は機能的勾配と物理的勾配との間
の変換を行う。これは三次元機能的勾配空間から三次元
物理的勾配空間31への写像(mapping)と考え
ることができる。三次元物理的勾配空間は勾配エンベロ
ープ32を保持する。勾配エンベロープ32は、各辺が
物理的勾配の軸と整列し、各辺の長さが各物理的勾配の
最大範囲に等しい直四角柱である。したがって、各物理
的勾配が±hの値の間の範囲にあれば、物理的勾配エン
ベロープ32は立方体である。上記の式(1)で示され
る変換により、機能的勾配FS 、Ff およびFp の値は
物理的勾配空間に写像することができる。
の変換を行う。これは三次元機能的勾配空間から三次元
物理的勾配空間31への写像(mapping)と考え
ることができる。三次元物理的勾配空間は勾配エンベロ
ープ32を保持する。勾配エンベロープ32は、各辺が
物理的勾配の軸と整列し、各辺の長さが各物理的勾配の
最大範囲に等しい直四角柱である。したがって、各物理
的勾配が±hの値の間の範囲にあれば、物理的勾配エン
ベロープ32は立方体である。上記の式(1)で示され
る変換により、機能的勾配FS 、Ff およびFp の値は
物理的勾配空間に写像することができる。
【0024】この写像過程の後に勾配パルス系列の機能
的勾配FS 、Ff およびFp の値は、それらが物理的勾
配エンベロープ32の中に入る場合のみ、達成できる。
したがって、図2に一般的に示されているように、斜め
画像の場合、機能的勾配値の限界は物理的勾配の限界よ
り小さい。たとえば、機能的勾配が同時に作用し、最大
値が等しいと仮定すれば、機能的勾配は物理的勾配エン
ベロープ32の中で傾けられた、機能的勾配境界34を
持つ小さな立方体で表すことができる。機能的勾配
FS 、Ff およびFp の最悪の回転の場合(回転行列の
各要素は絶対値=1/(3)1/2 を持つ)、機能的勾配
境界34の各辺の長さは物理的勾配の実際の限界hの
(3)1/2 分の1となる。この幾何学的洞察は、行列モ
デルに戻ることにより、より詳細に行うことができる。
それは、次式のようにそれぞれの機能的勾配FS 、Ff
およびFp が超えない目標を規定することである。
的勾配FS 、Ff およびFp の値は、それらが物理的勾
配エンベロープ32の中に入る場合のみ、達成できる。
したがって、図2に一般的に示されているように、斜め
画像の場合、機能的勾配値の限界は物理的勾配の限界よ
り小さい。たとえば、機能的勾配が同時に作用し、最大
値が等しいと仮定すれば、機能的勾配は物理的勾配エン
ベロープ32の中で傾けられた、機能的勾配境界34を
持つ小さな立方体で表すことができる。機能的勾配
FS 、Ff およびFp の最悪の回転の場合(回転行列の
各要素は絶対値=1/(3)1/2 を持つ)、機能的勾配
境界34の各辺の長さは物理的勾配の実際の限界hの
(3)1/2 分の1となる。この幾何学的洞察は、行列モ
デルに戻ることにより、より詳細に行うことができる。
それは、次式のようにそれぞれの機能的勾配FS 、Ff
およびFp が超えない目標を規定することである。
【0025】
【数3】
Ts =Tf =Tp =T (2)
この等しい目標振幅の選択は、勾配波形が同時に活性状
態にあり得るということ以外、勾配波形についての事前
の知識が無いときには、論理的である。式(1)と
(2)から次式が得られる。
態にあり得るということ以外、勾配波形についての事前
の知識が無いときには、論理的である。式(1)と
(2)から次式が得られる。
【0026】
【数4】
【0027】したがって、目標勾配振幅Tの実現可能な
値は式(3)から求めることができる。
値は式(3)から求めることができる。
【0028】
【数5】
T=h/max{|bXf|+|bXp|+|bXs|;
|bYf|+|bYp|+|bYs|;|bZf|+|bZp|+|bZs|} (4)
ここで、max{}は括弧内の要素の最大を示す。式
(4)の分母は最大絶対行和すなわちMARS(max
imum absolute row sum)と呼ば
れる。MARSのこの計算は、直交回転行列によって規
定されるように傾斜角に従って関数軸の最大値をディレ
ーティングする簡単な方法を提供する。
(4)の分母は最大絶対行和すなわちMARS(max
imum absolute row sum)と呼ば
れる。MARSのこの計算は、直交回転行列によって規
定されるように傾斜角に従って関数軸の最大値をディレ
ーティングする簡単な方法を提供する。
【0029】3つの物理的勾配限界が異なっている場合
には、それらの限界をhx 、hy およびhz で表す。こ
の場合、式(4)は式(4’)で置き換えられる。
には、それらの限界をhx 、hy およびhz で表す。こ
の場合、式(4)は式(4’)で置き換えられる。
【0030】
【数6】
T=min{hx /(|bXf|+|bXp|+|bXs|);
hy /(|bYf|+|bYp|+|bYs|);
hz /(|bZf|+|bZp|+|bZs|)} (4’)
ここで、min{}は括弧内の要素の最小を示す。
【0031】この手順は斜めMRI画像と非斜めMRI
画像の両方に有用であることに注意するべきである。一
般に、斜め画像の傾斜の程度が小さければ、ディレーテ
ィングは小さくなる。これに反して、図2に示すように
最大傾斜では、機能的勾配の最大値はずっと小さくな
る。一般に、パルス系列コンピュータ18は目標値Tを
使用して、視野、空間分解能、スライス厚さ、または取
得時間に関する限界を操作者に与える。勾配スルーレー
トおよび振幅と上記の要因との間の関係は、当業者には
周知である。代わりに、値Tを直接表示してもよい。
画像の両方に有用であることに注意するべきである。一
般に、斜め画像の傾斜の程度が小さければ、ディレーテ
ィングは小さくなる。これに反して、図2に示すように
最大傾斜では、機能的勾配の最大値はずっと小さくな
る。一般に、パルス系列コンピュータ18は目標値Tを
使用して、視野、空間分解能、スライス厚さ、または取
得時間に関する限界を操作者に与える。勾配スルーレー
トおよび振幅と上記の要因との間の関係は、当業者には
周知である。代わりに、値Tを直接表示してもよい。
【0032】〔ある勾配が休止状態にある特別な場合〕
パルス系列の間に(すなわち関心のある期間の間に)機
能的勾配FS 、Ff およびFp の1つ以上が休止状態に
ある場合には、式(4)を簡単にすることができる。こ
れは、その休止状態にある勾配に対応する式(3)の回
転行列の列からの寄与が実質的に無くなるからである。
たとえば、位相符号化勾配Fp が休止状態にある場合に
は、式(4)は次のようになる。
パルス系列の間に(すなわち関心のある期間の間に)機
能的勾配FS 、Ff およびFp の1つ以上が休止状態に
ある場合には、式(4)を簡単にすることができる。こ
れは、その休止状態にある勾配に対応する式(3)の回
転行列の列からの寄与が実質的に無くなるからである。
たとえば、位相符号化勾配Fp が休止状態にある場合に
は、式(4)は次のようになる。
【0033】
【数7】
T=h/max{|bXf|+|bXs|;|bYf|+|bYs|;
|bZf|+|bZs|} (5)
同様に、たとえば活性状態にある勾配が周波数符号化勾
配Ff だけである場合には、式(4)は次式のようにな
る。
配Ff だけである場合には、式(4)は次式のようにな
る。
【0034】
【数8】
T=h/max{|bXf|;|bYf|;|bZf|} (6)
他の軸についても同様の結果が成り立つ。
〔機能的勾配が「混合されない」特別な場合〕物理的勾
配Gx 、Gy およびGz に対する機能的勾配FS 、Ff
およびFp の回転により、回転行列のいずれかの列が1
または−1を(したがって、2つの0も)含むようにな
っている場合には、その列に対応する勾配は「混合され
てない」と考えられる。この混合されてない勾配は、例
えば機能的勾配FS 、Ff およびFp が単に物理的勾配
Gx 、Gy およびGz をGz 軸のまわりに回転したもの
である場合に生じ得る。この場合、機能的勾配FS は他
の機能的勾配Ff およびFp と混合されず、回転行列の
第3列は1(または−1)と2つの0を持つ。
配Gx 、Gy およびGz に対する機能的勾配FS 、Ff
およびFp の回転により、回転行列のいずれかの列が1
または−1を(したがって、2つの0も)含むようにな
っている場合には、その列に対応する勾配は「混合され
てない」と考えられる。この混合されてない勾配は、例
えば機能的勾配FS 、Ff およびFp が単に物理的勾配
Gx 、Gy およびGz をGz 軸のまわりに回転したもの
である場合に生じ得る。この場合、機能的勾配FS は他
の機能的勾配Ff およびFp と混合されず、回転行列の
第3列は1(または−1)と2つの0を持つ。
【0035】混合されてない勾配は、それと整列する物
理的勾配の最大振幅に等しい最大強さで用いることがで
きる。他方、残りの2つの勾配は、混合されてない勾配
の列無しに計算されたMARSによって必要とされる通
りに制限される。たとえば、位相符号化勾配Fp が物理
的勾配Gy と整列していれば、式(4)は次のように簡
単になる。
理的勾配の最大振幅に等しい最大強さで用いることがで
きる。他方、残りの2つの勾配は、混合されてない勾配
の列無しに計算されたMARSによって必要とされる通
りに制限される。たとえば、位相符号化勾配Fp が物理
的勾配Gy と整列していれば、式(4)は次のように簡
単になる。
【0036】
【数9】
Tp =h (7)
Ts =Tf =h/max{|bXf|+|bXs|;
|bYf|+|bYs|;|bZf|+|bZs|} (8)
他の軸についても同様の結果が成り立つ。
【0037】「混合される」軸の1つが休止状態にある
場合には、上記の規則により、休止状態にある軸の列を
MARS計算で省略することができる。したがって、た
とえば式(8)の例のスライス選択勾配FS 軸が休止状
態にある場合には、式(8)は次式のようになる。
場合には、上記の規則により、休止状態にある軸の列を
MARS計算で省略することができる。したがって、た
とえば式(8)の例のスライス選択勾配FS 軸が休止状
態にある場合には、式(8)は次式のようになる。
【0038】
【数10】
Tf =h/max{|bXf|;|bYf|;|bZf|} (9)
ここで図3を参照して説明する。各機能的勾配に同じ振
幅限界があるという仮定は必ずしも有効でなく、場合に
よっては機能的勾配のディレーティングが非常に控えめ
になることがある。たとえば、1つの機能的勾配が他の
2つより優位に立つ場合には、機能的勾配の境界は立方
体である必要はなく、細長い直四角柱であってもよい。
唯1つの機能的勾配が活性状態にある特別な場合には、
機能的勾配境界34は一本の線の形になる。
幅限界があるという仮定は必ずしも有効でなく、場合に
よっては機能的勾配のディレーティングが非常に控えめ
になることがある。たとえば、1つの機能的勾配が他の
2つより優位に立つ場合には、機能的勾配の境界は立方
体である必要はなく、細長い直四角柱であってもよい。
唯1つの機能的勾配が活性状態にある特別な場合には、
機能的勾配境界34は一本の線の形になる。
【0039】このため、勾配パルス系列の、より詳細な
解析を行うことができる。この解析では、より小さな2
つの勾配の振幅が選定され、第3の勾配に対して目標限
界が計算される。あるいは、二次元の場合には、単一の
最も小さい勾配だけを選定し、残りの混合される勾配に
対する目標限界を求めてもよい。物理的勾配によって規
定される直四角柱の中にはまる直四角柱を機能的勾配の
モデルとする本発明の考察によれば、反復的過程によ
り、これらの状況のいずれかで独立の単一の機能的勾配
(FS 、Ff 、Fp )軸に対して目標Tを容易に決定す
ることができる。この反復的過程では、四角柱34が回
転行列の指示する方向を向いた状態で、Tで表される機
能的勾配の四角柱34の単一の規定されていない寸法を
反復的に拡大して、この拡大を、四角柱34の1つの頂
点が物理的勾配Gx 、Gy およびGz によって規定され
る勾配エンベロープ32の直四角柱から最初に突き出る
まで行う。このときの拡張された寸法の長さが、その機
能的勾配に対する目標となる。たとえば、機能的勾配F
f およびFp の振幅限界がそれぞれTf およびTp であ
ることが分かっている場合、機能的勾配境界34の直四
角柱は、回転行列の指示する方向を向いた軸を持ち、寸
法がTs 、Tf およびT s で、Ts が最初零であるもの
としたモデルを形成することができる。機能的勾配境界
34の四角柱の頂点を試験して、それらが勾配エンベロ
ープ32の四角柱の中にとどまっているか判定する。四
角柱の中にとどまっていれば、Ts を少し大きくして、
この試験を繰り返す。機能的勾配境界34の四角柱のい
ずれかの頂点が勾配エンベロープ32の四角柱の外側に
突き出せば、反復的試験が停止され、そのときの値がT
s の限界として採用される。
解析を行うことができる。この解析では、より小さな2
つの勾配の振幅が選定され、第3の勾配に対して目標限
界が計算される。あるいは、二次元の場合には、単一の
最も小さい勾配だけを選定し、残りの混合される勾配に
対する目標限界を求めてもよい。物理的勾配によって規
定される直四角柱の中にはまる直四角柱を機能的勾配の
モデルとする本発明の考察によれば、反復的過程によ
り、これらの状況のいずれかで独立の単一の機能的勾配
(FS 、Ff 、Fp )軸に対して目標Tを容易に決定す
ることができる。この反復的過程では、四角柱34が回
転行列の指示する方向を向いた状態で、Tで表される機
能的勾配の四角柱34の単一の規定されていない寸法を
反復的に拡大して、この拡大を、四角柱34の1つの頂
点が物理的勾配Gx 、Gy およびGz によって規定され
る勾配エンベロープ32の直四角柱から最初に突き出る
まで行う。このときの拡張された寸法の長さが、その機
能的勾配に対する目標となる。たとえば、機能的勾配F
f およびFp の振幅限界がそれぞれTf およびTp であ
ることが分かっている場合、機能的勾配境界34の直四
角柱は、回転行列の指示する方向を向いた軸を持ち、寸
法がTs 、Tf およびT s で、Ts が最初零であるもの
としたモデルを形成することができる。機能的勾配境界
34の四角柱の頂点を試験して、それらが勾配エンベロ
ープ32の四角柱の中にとどまっているか判定する。四
角柱の中にとどまっていれば、Ts を少し大きくして、
この試験を繰り返す。機能的勾配境界34の四角柱のい
ずれかの頂点が勾配エンベロープ32の四角柱の外側に
突き出せば、反復的試験が停止され、そのときの値がT
s の限界として採用される。
【0040】たとえば、回転行列が1または−1を含ん
でいるので、2つの寸法だけを考えればよいときは、勾
配エンベロープ32の直四角柱および機能的勾配境界3
4は等価な長方形に置き換えることができ、その結果、
試験が簡単になる。以上の実施例で注意すべきことは、
物理的勾配エンベロープ32は立方体である必要はな
く、物理的勾配の振幅の可能な差異を反映するようにで
きることである。いずれの場合も、頂点40がエンベロ
ープ32の中にあるか否かの判定は、3つの勾配Gx 、
Gy およびGz に対応する3つの座標に対する簡単なし
きい値処理である。
でいるので、2つの寸法だけを考えればよいときは、勾
配エンベロープ32の直四角柱および機能的勾配境界3
4は等価な長方形に置き換えることができ、その結果、
試験が簡単になる。以上の実施例で注意すべきことは、
物理的勾配エンベロープ32は立方体である必要はな
く、物理的勾配の振幅の可能な差異を反映するようにで
きることである。いずれの場合も、頂点40がエンベロ
ープ32の中にあるか否かの判定は、3つの勾配Gx 、
Gy およびGz に対応する3つの座標に対する簡単なし
きい値処理である。
【0041】本発明の範囲内に入る種々の実施例を含む
ように、特許請求の範囲は記述してある。
ように、特許請求の範囲は記述してある。
【図1】磁石の内腔内で磁石の軸のまわりに回転できる
ようにはめこまれた勾配コイル集合体を示すと共に、機
能的勾配FS 、Ff およびFf の座標ならびに物理的勾
配Gx 、Gy およびGz の座標を区別して示すMRIシ
ステムの概略構成図である。
ようにはめこまれた勾配コイル集合体を示すと共に、機
能的勾配FS 、Ff およびFf の座標ならびに物理的勾
配Gx 、Gy およびGz の座標を区別して示すMRIシ
ステムの概略構成図である。
【図2】物理的勾配に対する回転の向きによって定めら
れるような機能的勾配のディレーティングを幾何学的に
表現する説明図である。
れるような機能的勾配のディレーティングを幾何学的に
表現する説明図である。
【図3】異なるピーク値の機能的勾配に対する図2と同
様の説明図である。
様の説明図である。
10 磁石の内腔
12 円筒形のコイル枠
14 コイル巻線
18 パルス系列コンピュータ
32 物理的勾配エンベロープ
34 機能的勾配境界
FS ,Ff ,Fp 機能的勾配
Gx ,Gy ,Gz 物理的勾配
h 物理的勾配の振幅限界
T 目標振幅
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭64−88171(JP,A)
特開 平1−146534(JP,A)
特開 平5−42126(JP,A)
特開 平5−146420(JP,A)
(58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名)
A61B 5/055
Claims (6)
- 【請求項1】 それぞれ最大勾配振幅hを持つ物理的勾
配(Gx ,Gy ,G z )の軸に沿って少なくとも2つの
直交勾配コイル(14)をそなえたMRIシステムの中
の電子コンピュータ(18)に記憶されている勾配パル
ス系列の限界であって、電子コンピュータに記憶されて
いる直交回転行列によって規定された通りに物理的勾配
軸に対して傾斜して配置された、斜めMRI画像を取得
するために使用される少なくとも2つの機能的勾配(F
S 、Ff 、Fp )の軸に沿って規定された勾配パルス系
列の限界を自動的に決定する方法に於いて、 電子コンピュータを用いて、 (a)直交回転行列の最大絶対行和を決定するステッ
プ、 (b)最大勾配振幅hを最大絶対行和で割ることによ
り、目標振幅Tを作成するステップ、および (c)Tを用いることにより、視野、スライス厚さ、空
間分解能および取得時間の限界で明らかとなるような機
能的勾配軸に沿った最大勾配を表示するステップを含む
ことを特徴とする方法。 - 【請求項2】 電子コンピュータ(18)を用いて、回
転行列の中から1に等しい大きさの値を含む列を識別
し、上記ステップ(b)にかかわらず、その列に対応す
る勾配に対する目標振幅Tをhに設定するステップを含
む請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 回転行列の中の1に等しい大きさの値を
含む列が目標値を求めるための最大絶対行和の計算から
除外される請求項2記載の方法。 - 【請求項4】 電子コンピュータ(18)を用いて、勾
配パルス系列によって用いられない機能的勾配軸を識別
し、上記ステップ(a)で、その用いられない機能的勾
配軸に対応する列を省略して直交回転行列の最大絶対行
和の計算を行うステップを含む請求項1記載の方法。 - 【請求項5】 それぞれ最大勾配振幅hx 、hy および
hz を持つ物理的勾配(Gx ,Gy ,Gz )の軸に沿っ
て少なくとも3つの直交勾配コイル(14)をそなえた
MRIシステムの中の電子コンピュータ(18)に記憶
されている勾配パルス系列の限界であって、電子コンピ
ュータに記憶されている直交回転行列によって規定され
た通りに物理的勾配軸に対して方向が定められた、MR
I画像を取得するために使用される少なくとも2つの機
能的勾配(FS 、Ff 、Fp )の軸に沿って規定された
勾配パルス系列の限界を自動的に決定する方法に於い
て、 電子コンピュータを用いて、 (a)直交回転行列の各行の絶対行和を決定するステッ
プ、 (b)各最大勾配振幅hx 、hy 、hz を上記ステップ
(a)からの対応する絶対行和で割った値の最小値に等
しい目標振幅Tを作成するステップ、および (c)Tを用いることにより、視野、スライス厚さ、空
間分解能および取得時間の限界で明らかとなるような機
能的勾配軸に沿った最大勾配を表示するステップを含む
ことを特徴とする方法。 - 【請求項6】 それぞれ最大勾配振幅hを持つ物理的勾
配(Gx ,Gy ,G z )の軸に沿って少なくとも2つの
直交勾配コイル(14)をそなえたMRIシステムの中
の電子コンピュータ(18)に記憶されている勾配パル
ス系列の限界であって、電子コンピュータに記憶されて
いる直交回転行列によって規定された通りに物理的勾配
軸に対して傾斜して配置された、斜めMRI画像を取得
するために使用される少なくとも2つの機能的勾配(F
S 、Ff 、Fp )の軸に沿って規定された勾配パルス系
列の限界を自動的に決定する方法に於いて、 電子コンピュータを用いて、 (a)1つの機能的勾配の振幅限界Tx を求めるステッ
プ、 (b)少なくとも2つの寸法を持ち、第1の寸法がTx
であり、直交回転行列に従って回転された軸を持つ四角
形(34)のモデルを形成するステップ、 (c)第2の寸法を試験寸法Ty に設定するステップ、 (d)物理的勾配によって規定される限界(32)に対
して四角形(34)の頂点を試験するステップ、 (e)四角形の頂点が物理的勾配によって規定される限
界の中にある場合には、寸法Ty を増分的に増加させ
て、上記ステップ(b)乃至(e)を反復するステッ
プ、および (f)四角形の頂点が物理的勾配によって規定される限
界の外に出たときには、そのときのTy を用いて機能的
勾配軸に沿った最大勾配を決定するステップを含むこと
を特徴とする方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US102661 | 1993-08-05 | ||
US08/102,661 US5399969A (en) | 1993-08-05 | 1993-08-05 | Analyzer of gradient power usage for oblique MRI imaging |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07148138A JPH07148138A (ja) | 1995-06-13 |
JP3499922B2 true JP3499922B2 (ja) | 2004-02-23 |
Family
ID=22291006
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP17935294A Expired - Fee Related JP3499922B2 (ja) | 1993-08-05 | 1994-08-01 | 勾配パルス系列の限界を自動的に決定する方法 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5399969A (ja) |
JP (1) | JP3499922B2 (ja) |
DE (1) | DE4426773A1 (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5600245A (en) * | 1993-10-08 | 1997-02-04 | Hitachi, Ltd. | Inspection apparatus using magnetic resonance |
JP3368451B2 (ja) * | 1995-03-17 | 2003-01-20 | 富士通株式会社 | 回路基板の製造方法と回路検査装置 |
WO1998012964A1 (en) * | 1996-09-25 | 1998-04-02 | Cho Zang Hee | Apparatus and method for silent magnetic resonance imaging with rotating gradient coil |
US6008648A (en) * | 1997-12-04 | 1999-12-28 | General Electric Company | Method for producing physical gradient waveforms in magnetic resonance imaging |
US6198282B1 (en) | 1999-10-07 | 2001-03-06 | General Electric Company | Optimized MRI gradient system for providing minimum-duration gradient pulses |
US20050261763A1 (en) * | 2003-04-08 | 2005-11-24 | Xingwu Wang | Medical device |
US20050278020A1 (en) * | 2003-04-08 | 2005-12-15 | Xingwu Wang | Medical device |
US20050244337A1 (en) * | 2003-04-08 | 2005-11-03 | Xingwu Wang | Medical device with a marker |
US20050240100A1 (en) * | 2003-04-08 | 2005-10-27 | Xingwu Wang | MRI imageable medical device |
US20050155779A1 (en) * | 2003-04-08 | 2005-07-21 | Xingwu Wang | Coated substrate assembly |
US20070027532A1 (en) * | 2003-12-22 | 2007-02-01 | Xingwu Wang | Medical device |
WO2009120635A2 (en) | 2008-03-23 | 2009-10-01 | Scott Rosa | Diagnostic imaging method |
JP6104540B2 (ja) * | 2012-09-06 | 2017-03-29 | 東芝メディカルシステムズ株式会社 | 磁気共鳴イメージング装置及び磁気共鳴イメージング方法 |
GB2513583A (en) * | 2013-04-30 | 2014-11-05 | Dbdt Ltd | MRI gradient system with improved performance |
CN107806861B (zh) * | 2017-09-14 | 2020-03-06 | 中国人民解放军92859部队 | 一种基于本质矩阵分解的倾斜影像相对定向方法 |
EP4009066A1 (en) * | 2020-12-07 | 2022-06-08 | Siemens Healthcare GmbH | Magnetic resonance imaging with improved gradient usage |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5068786A (en) * | 1984-11-08 | 1991-11-26 | Elscint Ltd. | Method for controlling radio frequency excitation and gradient pulse characteristics in a magnetic resonance imaging system |
US4933626A (en) * | 1989-08-31 | 1990-06-12 | Field Effects | Methods and apparatus for controlling power amplifiers driving highly inductive loads |
US5066914A (en) * | 1990-03-26 | 1991-11-19 | General Electric Company | Gradient amplifier system with flexible amplifier allocation |
-
1993
- 1993-08-05 US US08/102,661 patent/US5399969A/en not_active Expired - Lifetime
-
1994
- 1994-07-28 DE DE4426773A patent/DE4426773A1/de not_active Ceased
- 1994-08-01 JP JP17935294A patent/JP3499922B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US5399969A (en) | 1995-03-21 |
DE4426773A1 (de) | 1995-02-09 |
JPH07148138A (ja) | 1995-06-13 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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