JP3507586B2 - 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、スピンエコー法等によ
りエコーを収集し、このエコーに基づいて画像を生成す
る磁気共鳴イメージング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】磁気共鳴イメージングにおいては、パル
スシーケンスの傾斜磁場波形はハードウエアの特定、特
に渦電流の影響で歪む。このためエコー中心(t=T
E)では0次の位相がゼロにならず、このため位相画像
では位相値エラーとして現象し、また通常の絶対値画像
では形状の歪みや濃度不均一性として現象する。従来こ
の渦電流の影響を低減するために、傾斜磁場コイルに印
加する電流波形をオーバシュートやアンダーシュートさ
せて磁場波形の一次遅れ波形を理想的な矩形波に近付け
る第1の方法、Active Shielded Gradient Coil により
渦電流そのものを抑制する第2の方法、収集した磁気共
鳴信号を信号処理上で位相補正する第3の方法が用いら
れている。
【0003】しかし、このような方法では位相誤差を十
分抑制できず、例えばフェーズコントラスト法(Phase
Contrast法)や高速スピンエコー法(fast Spin Echo)
法等のような位相誤差に敏感なパルスシーケンスには対
応できないのが現状である。例えば、フェーズコントラ
スト法では依然、定量性の低下が見られ、また高速スピ
ンエコー法ではマルチスライスの画像間の濃度むらが見
られる。
【0004】また、第2の方法はActive Shielded Grad
ient Coil (ASGC)を随所に設置することが必要とされ
るためコストがかかるし、またASGCを設置しても十分で
ない。また、第3の方法では2次以上の成分については
単純に補正することができない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、渦電
流によるエコー中心での位相誤差を低減することのでき
る磁気共鳴診断装置を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、傾斜磁場コイ
ルに所定のパルスシーケンスに従った波形の電流を供給
し、時間的に変化する磁場分布を形成し、エコーを収集
し、このエコーに基づいて画像を生成する磁気共鳴イメ
ージング装置において、渦電流の時定数と前記電流の波
形とに基づいて空間的な磁場分布の時間変化を求め、こ
の時間変化に基づいてエコー中心における位相の絶対値
が極小化するように前記電流の波形を変更することを特
徴とする。
【0007】
【作用】本発明によれば、電流波形の変更によりエコー
中心における位相の絶対値が極小化され、渦電流による
エコー中心での位相誤差を低減することができる。ASGC
を入れた上でさらに位相誤差を小さくできる。
【0008】
【実施例】以下、図面を参照して本発明による磁気共鳴
イメージング装置の一実施例を説明する。図1に本実施
例による磁気共鳴イメージング装置の構成を示す。被検
体Pを収容できるように円筒状の内部空間を有するコイ
ルアセンブリ20には、静磁場磁石1、X・Y・Z軸傾
斜磁場コイル2、RFコイル3が装備される。常電導磁
石又は超電導磁石である静磁場磁石1は、静磁場制御装
置4から電流供給を受けて円筒内部に通常、Z軸に沿っ
て静磁場を形成可能に構成されている。X・Y・Z軸傾
斜磁場コイル2は、X、Y、Z軸各々に対応する3組の
コイルから構成されていて、それぞれ傾斜磁場電源7,
8,9から電流の供給を受けて、任意に撮影断面を決め
たり、磁気共鳴信号(ここではエコー)に空間的位置情
報を与えるためのX、Y、Z各軸の傾斜磁場を形成す
る。多くの場合、、X、Y、Z各軸の傾斜磁場はそれぞ
れ、リード方向(周波数エンコード方向)に沿って磁場
強度が変化するリードアウト用傾斜磁場Gr 、位相エン
コード方向に沿って磁場強度が変化する位相エンコード
用傾斜磁場Ge 、スライス方向に沿って磁場強度が変化
するスライス用傾斜磁場Gs として用いられる。これら
3方向の磁場強度が全て線形に変化する領域(撮影領
域)内で磁気共鳴信号の収集がなされる。磁気共鳴信号
の収集時には、被検体Pは寝台13の天板に載置された
状態で、天板のスライドに伴って撮像領域に挿入され
る。
【0009】RFコイル3は、RFパルス(高周波磁場
または回転磁場ともいう)を被検体に送信し、被検体か
らの磁気共鳴信号を受信するためのコイルである。この
ように送受信にRFコイル3を兼用するのではなく、送
信用コイルと受信用コイルとを別体で設けてもよい。送
信器5は、対象原子核に固有のラーモア周波数に応じた
高周波パルスをRFコイル3に供給して、対象原子核の
スピンを励起状態にするためのものであり、ここではス
ライス選択励起法に対応して、さらに高周波パルスを周
波数調整、及びシンク関数等に基づいて振幅調整する機
能を有している。受信器6は、励起されたスピンが緩和
する過程で放出される高周波の磁気共鳴信号をRFコイ
ル3を介して受信し、これを増幅検波し、さらにアナロ
グ/ディジタル変換する機能を有している、シーケンサ
10は、送信器5、受信器6、XYZ各軸の傾斜磁場電
源7,8,9を制御して所定のパルスシーケンスを実行
するものである。シーケンサ10は、傾斜磁場電源7,
8,9それぞれに対して出力電流の波形(時間振幅変
化)を整形するための制御信号を供給する。
【0010】コンピュータシステム11は、受信器6で
ディジタル化された磁気共鳴信号(磁気共鳴データ)を
取り込み、これを例えば2次元フーリエ変換することに
より磁気共鳴画像を再構成する。この画像は表示部12
に表示される。また、コンピュータシステム11は、詳
細は後述するが、予め計算により又は実測により求めら
れた装置固有の渦電流の時定数を保持していて、この渦
電流の時定数と、所定のパルスシーケンス上の傾斜磁場
波形に対応する電流の波形とに基づいて空間的な磁場分
布の時間変化を求め、この時間変化に基づいてエコー中
心における位相の絶対値が極小化するように上記電流波
形を変更し、この変更した電流波形を示す情報をシーケ
ンサ10に供給する。
【0011】次に電流波形の求める方法について説明す
る。本実施例による渦電流による位相誤差低減について
説明する。図2にここで取り扱う変数r,Aを示してい
る。エコー中心(t=TE;TEはエコー時間)での空
間座標(Z,r)における渦電流のみによる位相成分△
φ(Z,r,TE)は(1)式で与えられる。
【0012】
【数1】
【0013】渦電流の作る磁場(渦磁場)の強度の空間
的・時間的変化関数He(Z,r,t)は、ASGCの装備有無で相
違し、ASGCを装備した場合を(2)式で、ASGCを装備し
ない場合を(3)式でそれぞれ示す。
【0014】
【数2】
【0015】ASGCの装備有無に応じて、(2)式又は
(3)式を、(1)式に代入し、△φ(Z,r,TE)を極小化
(最小化)するように、傾斜磁場の強度の空間的・時間
的変化関数を決定し、この関数にしたがって傾斜磁場の
波形を定める。これにより、渦電流が作る磁場に起因す
るエコー中心での位相誤差を低減することができる。
【0016】例えば、スピンエコー法において、スライ
ス方向の傾斜磁場(スライス選択用傾斜磁場)の変化に
よる渦電流に関して見ると、図3に示すように、位相補
償用の傾斜磁場Gsa、Gsbの面積比(面積=振幅×印加
時間)を、△φ(Z,r,TE)を極小化(最小化)するように
調整すればよい。勿論この調整はコンピュータシステム
11でなされる。
【0017】次に渦磁場の強度の空間的・時間的変化関
数He(Z,r,t)について説明する。ここではスライス方向
の傾斜磁場の変化による渦電流が作る磁場(渦磁場)に
起因する位相誤差を補償する場合を考える。スライス方
向の傾斜磁場の変化による渦磁場は、スライス平面内で
2次分布を示すと実測された。
【0018】ここで、傾斜磁場波形、渦電流の時定数、
位相の空間的分布を関数式にしたがってシュミレートす
る。説明の便宜上、空間的位置をrのみで扱うものとす
る。渦磁場He(r,t)は(4)式で与えられる。
【0019】
【数3】
【0020】この場合、渦磁場He(r,t)、渦磁場He(r,
t)と渦磁場ゼロのときの原磁場Ho(r,t)とを合わせた観
測磁場Hm(r,t)を求め、エコー中心(t=TE)におけ
る位相φ(r,TE)を(5)式にしたがって算出する。
【0021】
【数4】
【0022】(5)式において、渦電流の時定数τを変
えながら、位相φ(r,TE)の空間的変化を、バイポーラ
型(bipolar-type)とユニポーラ型(unipolar-type) それ
ぞれについて計算しグラフ化したものが図5(a)乃至
図5(f)である。
【0023】傾斜磁場波形が矩形波である場合の渦磁場
及び観測磁場の時間変化を考える。図6にこの波形の一
例を示す。傾斜磁場の変化時刻を順にT0 ,T1 ,T2
,…,Ti ,Ti+1 とする。各時刻の渦磁場ゼロのと
きの原磁場強度を順にH0 ,H1 ,H2 ,…,Hi とす
る。iは傾斜磁場の変化回数を示すパラメータである。
各時刻の渦磁場強度は(6)式、(7)式、(8)式で
与えられる。
【0024】
【数5】 これら(6)乃至(8)式を一般化すると、(9)式が
与えられる。
【0025】
【数6】 一方観測磁場の時間変化は(10)式で与えられる。
【0026】
【数7】
【0027】次に上記時刻T0 ,T1 ,T2 ,…,Ti
,Ti+1 における各期間における渦磁場の積分値を考
える。渦磁場He(t)は、ゲインA、時定数τの一次遅れ
系とみなせるから、(11)式で表現できる。
【0028】
【数8】 次に原磁場Ho(t)が矩形波とした場合の各期間の渦磁場
の累積値は(12)式、(13)式、(14)式で与え
られる。
【0029】
【数9】 これら(12)乃至(14)式を一般化すると、(1
5)式が与えられる。
【0030】
【数10】 (15)式の(B)項は(16)式で与えられる。
【0031】
【数11】 したがって、各期間の渦磁場の累積値は(17)式で与
えられる。
【0032】
【数12】 以上をまとめると、傾斜磁場の変化回数に応じて(1
9)式、(20)式が得られる。
【0033】
【数13】
【0034】次に、以上のような関数式にしたがって位
相変化をシュミレートする。なお、ここではA(r) =0.
001 ×r2 、τ=2として与えた。ただし、0≦A(r)
≦10である。図7(a)にユニポーラ型の位相の時間
変化を示し、図7(b)にバイポーラ型の位相の時間変
化を示し、図7(c)に両型の位相の空間的変化を示
す。
【0035】また、τを変化させて位相の空間的変化を
関数志木にしたがって求めたものを図5(a)乃至図5
(f)に示した。以上のシュミレートから、(1)エコ
ー中心での位相の空間的変化(r vs φ(r,TE))は、傾
斜磁場波形、渦電流の時定数に依存する、(2)ユニポ
ーラ型のスピンエコーシーケンスではτ=2のとき、位
相φ(r,TE)は渦磁場の影響は少ない、(3)バイポーラ
型のスピンエコーシーケンスではτ=2のとき、位相φ
(r,TE)は渦磁場の影響を受けて、rに依存して発散す
る、(4)バイポーラ型のスピンエコーシーケンスでは
τ=4のとき、位相φ(r,TE)は渦磁場の影響を受けず、
rにほとんど依存しない、ことが検証された。
【0036】このように、パルスシーケンスの傾斜磁場
波形、渦電流の時定数に依存して位相は変化するが、図
8に示すように、位相がエコー中心でほぼゼロとなる例
えば検証(2)、(4)のような条件が存在する。この
条件が成立するときはスライス面内での渦磁場の空間的
分布の形状には依存しない。
【0037】したがって、渦電流の時定数、傾斜磁場の
強度分布のもとで、傾斜磁場の型を選択し、そして位相
補償用の傾斜磁場Gsa、Gsbの面積比(面積=振幅×印
加時間)を、△φ(Z,r,TE)を極小化(最小化)するよう
に調整することにより電流による位相誤差を最小化する
ことができる。
【0038】このように本実施例では傾斜磁場波形の最
適条件を計算により求めることができるのでパルスシー
ケンス調整の時間が短縮されオペレータの負担が軽減さ
れ、また渦電流による位相エコーが小さくなるので画像
の分解能が向上し濃度むらが低減され、また渦電流の空
間分布が変化しても位相エラーによる影響を抑えること
ができ、またASGCが装備されていなくても或る程度位相
エラーを低減できコスト低減に寄与し、またASGCを装備
した場合にはASGCだけの場合より位相誤差を小さくで
き、フローリフェーズのシーケンスで動きに対して高次
の位相エラーまで解消してモーションアーチファクトを
低減させことができる。
【0039】なお上記説明ではSE法を例に説明したが、
Fast SE 法、Fast GSE(GRASE) 法、EPI (エコープレナ
ー)法、PC(フェーズコントラスト)法、水脂肪分離法
等にも適用できる。本発明は上記実施例に限定されるこ
となく種々変形して実施可能である。
【0040】
【発明の効果】本発明によれば、電流波形の変更により
エコー中心における位相の絶対値が極小化され、渦電流
によるエコー中心での位相誤差を低減することができ
る。ASGCを入れた上で、さらに位相誤差を小さくでき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る磁気共鳴イメージング装置の一実
施例の構成図。
【図2】変数r、Aの説明図。
【図3】位相補償用の傾斜磁場波形を示す図。
【図4】傾斜磁場波形の型を示す図。
【図5】エコー中心における位相の型別の空間的変化を
示す図。
【図6】矩形波の傾斜磁場波形を示す図。
【図7】位相の時間的、空間的変化を示す図。
【図8】位相の時間変化を示す図。
【符号の説明】
1…静磁場磁石、 2…傾斜磁場コイ
ル、3…RFコイル、 4…静磁場制
御装置、5…送信器、 6…受信
器、7,8,9…傾斜磁場電源、 10…シーケン
サ、11…コンピュータシステム、 12…表示部、
13…寝台、 20…コイルアセン
ブリ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) A61B 5/055

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 傾斜磁場コイルに所定のパルスシーケン
    スに従った波形の電流を供給し、時間的に変化する磁場
    分布を形成し、エコーを収集し、このエコーに基づいて
    画像を生成する磁気共鳴イメージング装置において、 渦電流の時定数と前記電流の波形とに基づいて空間的な
    磁場分布の時間変化を求め、この時間変化に基づいてエ
    コー中心における位相の絶対値が極小化するように前記
    電流の波形を変更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】 前記空間的な磁場分布の時間変化は2次
    成分において一次遅れ応答であ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】 前記傾斜磁場コイルはスライス方向軸に
    関して磁場分布を形成す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。
  4. 【請求項4】 前記パルスシーケンスはスピンエコー法
    と高速スピンエコー法のいずれかであることを特徴とす
    る請求項1記載の磁気共鳴イメージング装置。
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