JP3677064B2

JP3677064B2 - 核スピン共鳴装置の被検空間における磁場のシミング方法

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Publication number: JP3677064B2
Application number: JP23781394A
Authority: JP
Inventors: 篤孝真辺
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1993-09-30
Filing date: 1994-09-30
Publication date: 2005-07-27
Anticipated expiration: 2020-07-27
Also published as: DE4333440C1; JPH07148142A; US5592091A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、磁場を数学的に球面調和関数の形で表し、シムコイルを設け、該シムコイルは被検空間に実質的に磁場分布を惹起するように構成されており、該磁場分布は球面調和関数の所定の係数に相応するものである、核スピン共鳴装置の被検空間における磁場のシミング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
核スピン共鳴装置では、基本磁場の均一性が結像品質に対する重要なファクタである。画像形成の際に、磁場不均一性は画像領域における幾何的な画像歪の原因となる。この画像歪は磁場偏差に比例する。とくに重要なことはエコープランナー法での磁場均一性である。
【０００３】
さらにスペクトルスコープの領域では、スペクトル線の十分な分解能を達成するため磁場均一性に極端に高い要求が課せられる。磁場不均一性はスペクトル線のオーバーラップにつながる。
【０００４】
刊行物「ＡｓｐｅｃｔｓｏｆｓｈｉｍｍｉｎｇａｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅｗｈｏｌｅｂｏｄｙＭＲＩｍａｇｎｅｔ」、Ｇ．Ｆｒｅｓｅら著、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅ９ｔｈＩｎｔ．Ｃｏｎｆ．ｏｎＭａｇ．Ｔｅｃｈｎ．、チューリヒ、１９８５年９月１３日、２４９〜２５１頁に記載されているように、磁場は球面調和関数の展開係数によって表される。前記の刊行物からすでに、磁場偏差を電気的なシムコイルにより補償することが公知である。線形な磁場偏差、すなわち１次の磁場誤差はまた次のようにして補償することができる。すなわち、勾配コイルにオフセット電流を供給する、言い替えると勾配パルスシーケンスに重畳される一定の電流を供給するのである。
【０００５】
磁場均一性に高い要求が課せられる場合、線形の磁場偏差だけでなく高次の磁場誤差も補償しなければならない。このために勾配コイルに加えて特別のシムコイルが設けられ、シムコイルには適切な電流が供給される。画像形成では、個々のシムコイルにわたる電流の調整ないし勾配コイルのオフセット電流の調整、すなわちシミングは個々の患者の検査の前に実行され、スペクトルスコープでは典型的には各測定の前に実行される。
【０００６】
最適の磁場均一性を得るためのシムコイルに対する電流の調整および勾配コイルに対するオフセット電流の調整は、これまで相互的に何回も反復して解決された複合的な問題である。しかし相互的な反復方法は比較的時間がかかり、そのため核スピン断層写真装置における患者の滞在時間が延長される。このことは患者の心理的負荷の点（とくに密室恐怖の傾向がある場合）からも、患者の検査時間の点からも不利である。
【０００７】
磁石を一般的にシミングするための非相互的方法は、刊行物「Ｆａｓｔ，ｎｏｎ−ｉｔｅｒａｔｉｖｅｓｈｉｍｍｉｎｇｏｆｓｐａｔｉａｌｌｙｌｏｃａｌｉｚｅｄｓｉｇｎａｌｓ」、ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｇｎｅｔｉｃＲｅｓｏｎａｎｃｅ，３２３〜３３４頁（１９９２）に記載されている。ここでは核スピンの位相が、刺激されたエコーシーケンスにより複数の投影方向で検出される。この位相経過に基づき磁場経過をこの投影で測定し、これにより球面調和関数における磁場表現の際にその係数を検出することができる。各シムコイルは、ｎ階かつｍ次の球面調和関数に割り当てられる。上記の方法に従って求められた係数は、シムコイルに供給されるべき電流に対する尺度として使用される。
【０００８】
米国特許出願第０８／０４７３０７号明細書には、シミング方法が記載されている。この方法では勾配シーケンスまたはスピンエコーシーケンスによりまず核共鳴信号が形成される。核共鳴信号の解析により、磁場分布を表す関数の係数が求められる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、シミングの精度と安定性を改善することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題は本発明により、ａ）核スピン共鳴信号を励起し、当該信号の評価によって球面調和関数の係数を求めるためのデータセットを検出するステップと、
ｂ）前記ステップａ）を各データセットごとに複数回実行するステップと、
ｃ）このようにして得られた各データセットに当該データセットの妥当性に相関する重み付け係数を割り当てるステップと、
ｄ）前記重み付け係数を考慮して、このようにして得られたデータセットから球面調和関数の係数を求め、これにより所属のシムコイルに供給すべき電流を決定するステップとからなる方法によって解決される。
【００１１】
本発明の有利な構成は従属請求項に記載されている。
【００１２】
【実施例】
公知のように、核スピン断層写真における核スピン共鳴信号の位置分解は、１Ｔのオーダの均一静磁場に線形の磁場勾配を重畳することによって行う。画像形成の原理は、例えばＢｏｔｔｏｍｌｅｙ著の刊行物「ＮＭＲ−ｉｍａｇｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ：Ａｒｅｖｉｅｗ」，ＲｅｖｉｅｗｏｆＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＩｎｓｔｒｕｍ．，５３（９），９／８２，１３１９〜１３３７頁に記載されている。
【００１３】
３次元の位置分解を行うために、磁場勾配を３つの有利には相互に直交する方向で形成しなければならない。図１および図２にはそれぞれ、座標系ｘ，ｙ，ｚが示されている。この座標系はそれぞれの勾配の方向を表すものである。図１は概略的に、磁場勾配Ｇｙをｙ方向で形成するための勾配コイルの従来の構成を示す。勾配コイル２はサドル形コイルとして構成されており、コイルは支持管１に固定されている。導体区間２ａによって球面被検空間１１内にはほぼ一定の磁場勾配Ｇｙがｙ方向で形成される。帰還導体は被検空間１１から比較的大きく離れているため、無視できる程度の成分しか形成しない。
【００１４】
ｘ磁場勾配に対する勾配コイルはｙ磁場勾配に対する勾配コイル２と同じように構成されており、単に支持管１に対して９０°方位方向で回転しているだけである。したがって見やすくするためこれらのコイルは図１には図示されていない。
【００１５】
図１にはさらにシムコイル４〜６が示されている。シムコイルはサドル形コイルと同じように構成されている。シムコイル４〜６は単に概略的に図示されており、シムコイルの構成に関する実施例は例えば米国特許第３５６９８２３号明細書に記載されている。各シムコイル４〜６にはそれぞれ１つの電流供給部ＳＨ１〜ＳＨ３が配属されている。電流供給部はそれぞれのシムコイル４〜６に電流Ｉ４〜Ｉ６を給電する。電流Ｉ４〜Ｉ６は計算ユニットＣを介して制御される。
【００１６】
ｚ方向の磁場勾配に対する勾配コイル３は図２に概略的に示されている。コイルはリング状に構成されており、被検空間１１の中点に対して対称に配置されている。２つの個々のコイル３ａと３ｂには図２に示したように反対方向で電流が流れるから、これらのコイルはｚ方向の磁場勾配を形成する。さらに図２には概略的に、この場合はリング状のシムコイル７〜９が図示されている。これらのシムコイルにも同様に電流供給部ＳＨ４〜ＳＨ６を介して電流Ｉ４〜Ｉ６が給電される。電流Ｉ４〜Ｉ６も計算ユニットＣにより制御される。
【００１７】
図１と図２にはさらに概略的に勾配コイル２、３に対する電流供給部Ｖが示されている。それぞれの勾配コイル２、３を流れる電流は、測定シーケンスを設定するパルス発生器Ｐと電流センサＯにより検出される。パルス発生器ＰとセンサＯの出力信号は加算される。
【００１８】
図でに述べた刊行物、Ｆｒｅｓｅ等著「ＡｓｐｅｃｔｓｏｆｓｈｉｍｍｉｎｇａｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅｗｈｏｌｅｂｏｄｙＭＲＩｍａｇｎｅｔ」で説明されているように、磁場は球面調和関数に基づいて表される。ここで専ら興味の対象となる磁場の軸成分Ｂｚに対しては、
【００１９】
【数１】

【００２０】
があてはまる。ここでｑとｊはベクトルｒの球面座標、Ｒは結像すべき空間の半径、Ｐ（ｎ，ｍ）はｎ階とｍ次の相応のルジャンドル多項式、Ａ（ｎ，ｍ）とＢ（ｎ，ｍ）は球面調和関数の係数である。Ａ（０，０）は均一磁場を表し、他のすべての係数は均一性偏差を表す。同じように引用した米国特許第３５６９８２３号明細書で説明されているように、シムコイルが実質的にこれら係数の１つを制御し、この係数に相応する磁場障害を補償するようにシムコイルを構成することができる。
【００２１】
もちろん実際には制限された数のシムコイルを設けることができる。したがって球面調和関数の相応する数の係数だけをゼロにセットすれば良い。核スピン断層写真およびスペクトルスコープでは、要求が高い場合でも一般的には新たな非線形シムコイルで十分である。したがって３つの勾配コイルと共に、通常は磁場分布を障害する１２の球面係数をゼロにすることができる。
【００２２】
シミングを行うためにはまず存在する磁場分布を検出する必要がある。これは例えば、すでに冒頭に述べた米国特許出願第０８／０４７３０７号明細書に記載の方法により行うことができる。本発明を説明するため、以下この方法を図３から図１０に基づいて説明する。
【００２３】
図３は概略的に従来の勾配エコーシーケンスを示す。このシーケンスでは高周波励起パルスＲＦの後で励起されたスピンが勾配Ｇ_ROによりまずディフェージングされ、次いで勾配Ｇ_ROの反転により再びリフェージングされる。勾配Ｇ_ROを除けば完全に均一である磁場では、時点ｔ０で勾配エコー信号Ｓが出現する。ここで時点ｔ０は全体で作用する勾配Ｇ_ROに関する時間積分がゼロであることにより定義される。
【００２４】
【数２】

【００２５】
図４は同じパルスシーケンスを示す。しかしここでは基本磁場に、この場合は線形と仮定される不均一磁場ＢＩが勾配Ｇ_ROの方向で重畳されている。この線形不均一磁場ＢＩは勾配Ｇ_ROの方向でこの勾配に重畳することができる。これによりエコー条件にさらに早期に達する。すなわち、信号Ｓは時間Δｔ１だけ通常のエコー時点ｔ０より前にある。
【００２６】
図５では、図３の勾配エコーシーケンスが勾配Ｇ_ROの方向で負に線形磁場偏差している。そのためエコー時点は時間Δｔ２だけ通常のエコー時点ｔ０より後にある。
【００２７】
したがって時間ずれΔｔは勾配Ｇ_ROの方向での線形磁場偏差に対する尺度である。
【００２８】
磁場不均一性に関する情報は勾配エコーによってだけでなく、図６から図８の択一的実施例のようにスピンエコーによっても得ることができる。説明のため図６には従来のスピンエコーシーケンスが示されている。ここでは高周波パルスＲＦに続いてまず勾配Ｇ、次に１８０°高周波パルスＲＦ^*、最後に勾配Ｇ^*が続く。勾配Ｇ^*の下にはスピンエコー信号Ｓが示されている。時間全体にわたり勾配Ｇの方向で線形不均一磁場ＢＩ、すなわち１次の不均一磁場が作用する。この不均一磁場は勾配Ｇの方向での付加的勾配に相応する。
【００２９】
通常の場合、１８０°高周波パルスＲＦ^*は高周波パルスＲＦとスピンエコー信号Ｓとの間の中央に配置される。これにより一定の不均一磁場ＢＩがスピンエコー信号Ｓの位置に影響を及ぼさない。というのは、勾配面積は１８０°高周波パルスＲＦ^*の左と右で同じだからである。
【００３０】
不均一磁場ＢＩを求めるために、図７の第１のシーケンスでは１８０°高周波パルスＲＦ１^*が中央位置に対して左にずらされている。不均一磁場がなければこれはスピンエコーＳ１の位置には何の影響も及ぼさない。というのは、エコー条件に対しては勾配Ｇ１とＧ１^*の勾配面積が重要だからである。しかし線形不均一磁場ＢＩによりエコー信号Ｓ１は左にずらされる（すなわち比較的に早期に発生する）。これは第１の高周波パルスＲＦ１と１８０°高周波パルスＲＦ１^*との間の全体勾配面積と、１８０°高周波パルスＲＦ１^*とエコー信号Ｓ１との間の勾配面積との比較により明らかである。
【００３１】
第２の高周波パルスＲＦ２と第２の勾配パルスＧ２による第２のシーケンスでは、１８０°高周波パルスＲＦ２^*が中央位置に対して右にずらされている。これにより不均一磁場ＢＩの所属のスピンエコー信号Ｓ２への作用によってスピンエコー信号Ｓ２は右にずらされる。これも作用する勾配面積の比較により明らかである。
【００３２】
図７と図８による２つのシーケンスのエコー位置を比較することにより、同様に時間差Δｔを求めることができる。この時間差も線形不均一磁場に対する尺度である。
【００３３】
したがってエコー時点をずらすことに基づき、所定の方向での線形不均一磁場を勾配エコーシーケンスまたは勾配を有するスピンエコーシーケンスによってこの方向において検出することができる。しかし時間差を直接測定することには、これにより線形磁場偏差だけが識別され、エコー中央の所要の検出が簡単でないという欠点がある。しかし不均一磁場は一般的には、エコー信号のフーリエ変換に従って得られた位相曲線の解析から求めることができる。これを以下説明する。
【００３４】
完全に均一な磁場では、勾配エコーのすべてのスピンが同じ位相を有する。したがってエコー信号をフーリエ変換し位相について評価すれば、スピン位置につい一定値の位相が得られる。図９にはエコー位置と位相曲線が磁場が完全に均一な場合に対して示されている。勾配エコーは正確に通常のエコー位置ｔ０で発生し、スピン位置ＳＰ上に概略的に示された位相Ｐｈはスピン位置ＳＰに依存しないで一定値を有する。
【００３５】
図１０には図５に相応して負の線形磁場偏差が示されている。負の線形磁場偏差とは勾配Ｇ_ROの方向での１次の磁場偏差である。この場合、エコー時点は右にずらされ、位相曲線は傾きを有する。この傾きは正確にエコー時間ずれに相応し、勾配Ｇ_ROの方向での１次の不均一磁場に関する情報である。同様の場合が図１１には、正の線形磁場偏差に対して（すなわちこれも１次の不均一磁場に対して）示されている。
【００３６】
しかしフーリエ変換によって１次の磁場偏差だけでなく、比較的高次の磁場偏差も検出することができる。図１２は左に時間領域内の信号を示す。この信号では磁場は１次の磁場不均一性ではなく２次の磁場不均一性を有する。この場合エコー時点はずれていはいないがエコーの幅が広がっている。１つのスピンの概略的に図示した位相を有する所属の位相曲線は２次の磁場不均一性を表す。
【００３７】
図１３は高次の磁場不均一性を示す。ここでは磁場不均一性に関する時間信号は直接には何も表さない。しかし位相曲線は明らかに高次の磁場不均一性を示している。
【００３８】
一般に言って勾配エコーまたはスピンエコーを形成し、得られた核共鳴信号をフーリエ変換し、これにより得られた位相情報を評価することによって、適用された勾配の方向での磁場経過を検出することができる。ｎ次の磁場不均一性はｎ次の位相曲線に作用する。磁場不均一性に関する十分な情報を得るためには、以下投影と称する方法を複数の勾配方向に対して実行しなければならない。所要の投影の数は、磁場表現において磁場不均一性を表す項がいくつ球面調和関数によって補償されるべきかに依存する。したがって除去すべき球面調和関数の各係数を投影によって求めなければならない。所要の投影の数を小さくするため投影軸は、個々の係数への作用が単純であるようできるだけ分離できるように選択される。表１には１２の球面係数Ａ（ｎ，ｍ）とＢ（ｎ，ｍ）が示されている。これらの係数は通常は磁場不均一性に対する最大の誘因である。これらの係数は、数式１に相応する基本磁場の表現に関連する。同じ行にはさらにこの成分に対する略号はデカルト表記で示されている。
【００３９】
【表１】

【００４０】
表１の係数を求めるには、磁場経過を以下の投影で検出するのが有利であることが示された。ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸、軸ｘ＝ｙ、軸ｘ＝−ｙ、軸ｘ＝ｚ、軸ｘ＝−ｚ、軸ｙ＝ｚそして軸ｙ＝−ｚである。表１は、球面係数Ａ（ｎ，ｍ），Ｂ（ｎ，ｍ）により表される磁場不均一性がどのように投影に作用するかを示す。ここでｒは原点からの距離を示し、αは係数を示す。例えば以下の関係を識別することができる。
【００４１】
係数Ａ２．０により表される磁場不均一性はすべての投影に作用する。
【００４２】
係数Ａ２．２により表される磁場不均一性はｘ，ｙ，ｘ＝ｚ，ｘ＝−ｚ，ｙ＝ｚ，ｙ＝−ｚ投影に作用する。
【００４３】
係数Ｂ２．２により表される磁場不均一性は投影ｘ＝ｙとｘ＝−ｙに出現する。すなわち、ｘ／ｙ平面内に４５°または１３５°の角度を有する軸に出現する。
【００４４】
この表に基づいて、１２すべての球面係数を求めることができる。
【００４５】
実際にはフーリエ変換によって得られた位相曲線は次のように評価される。すなわち、フーリエ変換後にまず平滑化、次にＦＩＴを実施するのである。このＦＩＴによって数式１の多項係数に関連する多項係数が得られる。これにより段階的にすべての多項係数を表１から求めることができ、したがって球面係数が得られる。
【００４６】
本発明の方法の精度は、各投影で測定を行うのではなく、複数の測定を平均することにより改善することができる。各球面係数の影響は複数の投影軸に出現するから、測定精度を例えば種々異なる投影軸で平均することにより測定値を高めることができる。表１からわかるように、球面係数Ｂ２．２は“ｘ＝ｙ”軸にも“ｘ＝−ｙ”軸にも作用を及ぼす。したがって測定値の単純平均を行うことができる。
【００４７】
しかし実際には個々の位相曲線の妥当性ないし信頼性は非常に異なる。これには種々異なる多数の原因がある。例として勾配磁場の方向に依存する不均一性、運動アーチファクト（例えば心拍または患者の運動による）、低いＳ／Ｎ比および外部障害がある。
【００４８】
本発明によれば、磁場分布を表す球面調和関数の係数検出の際の精度を次のようにして格段に改善することができる。すなわち、単純平均を実行するのではなく、各測定値にファジー変数を割り当てるのである。この実施例では位相曲線の多項係数にこのようなファジー変数を重み付けとして割り当てることができる。
【００４９】
この重み付けでは、基礎となる測定値（この場合は測定された核共鳴信号）の妥当性が高ければ高いほど重み付け係数も大きくなる。妥当性（信頼性）のあるデータは最終結果に寄与し、妥当性（信頼性）が小さいと識別されたデータは最終結果の計算の際にほとんど無視される。ファジー変数ないし重み付け係数として例えば、算出されたＦＩＴ関数と算出された位相曲線との相関係数を選択することができる。相関係数が１に近ければ、基礎となる測定値には信頼性があると考えることができる。次に当該のＦＩＴ関数から得られた各多項係数のそれぞれのファジー変数を相関係数の関数として計算することができる。
【００５０】
別のファジー変数として時空間における核共鳴信号の振幅を用いることができる。この振幅はフーリエ変換信号の振幅積分に相応し、したがって選択的にこの積分を用いることもできる。振幅の大きな核共鳴信号にはノイズが少なく、したがってそこから得られるデータは振幅の小さな核共鳴信号の場合よりも正確であるということには蓋然性がある。
【００５１】
図１４および図１５に基づいて以下、球面調和関数の係数Ｂ２．２に対する方法を説明する。
【００５２】
図１４および表１からわかるように、係数Ｂ２．２は“ｘ＝ｙ”軸と“ｘ＝−ｙ”軸に影響する。“ｘ＝ｙ”軸では理論的影響値は＋α・ｒ²であり、“ｘ＝−ｙ”軸では−α・ｒ²である。ここでｒは球面座標系の原点からの距離であり、αは係数を表す。核共鳴信号のフーリエ変換および引き続くＦＩＴ演算によって得られた図１４のＦＩＴ曲線に基づいて、測定値としてβ₂₁ｒ²とβ₂₂ｒ²が得られる。測定により得られたこれらの係数β₂₁とβ₂₂から、単純平均を行う場合は係数αを次のように計算する。
【００５３】
【数３】

【００５４】
しかしファジーロジックによれば係数αは次のようにして算出される。
【００５５】
【数４】

【００５６】
ここでＣ１とＣ２はそれぞれのＦＩＴ関数に割り当てられたファジー変数を表す。
【００５７】
図１５の実施例では、単純平均値形成とファジーロジックの制御による値の検出が対比されている。すなわち、ここでも“ｘ＝ｙ”軸と“ｘ＝−ｙ”軸に対して示されている。“ｘ＝ｙ”軸に対する信号検出の際にはＳ／Ｎ比が大きく、“ｘ＝−ｙ”軸の測定の際にはＳ／Ｎ比が小さいことが仮定される。得られた信号のフーリエ変換により求められた位相曲線は、“ｘ＝ｙ”軸に対しては比較的滑らかな経過を示し、“ｘ＝−ｙ”軸に対しては非常に不規則な経過を示す。２次のＦＩＴ関数は比較的正確な位相経過を示す。正確な値がα＝２であると仮定すれば、“ｘ＝ｙ”軸に対するＦＩＴ関数では測定が正確な場合、関数φ＝２ｒ²が得られる。しかし“ｘ＝−ｙ”軸に対しては不正確な値、図示の例ではφ＝−２ｒ²ではなくφ＝−１ｒ²が得られる。
【００５８】
単純平均によればαに対して以下の値を得ることとなる。
【００５９】
【数５】

【００６０】
しかしファジー係数をＣ＝ｖ²と定義すれば、ただしｖは位相曲線とＦＩＴ関数との相関係数、以下の値αが得られる。
【００６１】
【数６】

【００６２】
ファジーロジックにより得られた値は、平均により得られた値よりの真の値α＝２に格段に近い。
【００６３】
図１６は、個々のシムコイルに供給されるべき電流を求めるためのフローチャートを示す。まず位相曲線が求められる。次にＦＩＴ演算が実行され、ＦＩＴ関数から多項係数β_ijが算出される。相関係数ｖ_jが検出され、これから多項係数β_ijに割り当てるべきファジー変数Ｃ_j＝ｆ（ｖ_j）が検出される。この過程は何回も実行され、求められた多項係数β_ijの多数とそれぞれ割り当てられたファジー変数Ｃ_jから球面調和係数α_kが検出される。この球面調和係数に基づいて適切なシム電流を求めることができる。
【００６４】
実際にはさらにオフセット作用を除去しなければならない。これは図４と図５に示されたように行う。時間ずれ−Δｔ１をオフセットから除去するために、反対の符号の勾配Ｇ_ROを有する同じシーケンスを実行することができる。これにより負の時間ずれ−Δｔ１（図４）から正の時間ずれ＋Δｔ１（図５）を除去し、そして２つの時間の差からオフセットのない実際の時間ずれを求めることができる。このことは相応してフーリエ変換法に対してもあてはまる。
【００６５】
図１７には、有利には１２の球面係数を表に従って検出するに用いるパルスシーケンスが示されている。ここではＡＤによりそれぞれ核スピン共鳴信号に対するサンプリング間隔が示されている。ｘ，ｙおよびｚ投影はそれぞれ異なる符号の勾配により２回実行される。他の投影（ｘ＝ｙ，ｘ＝−ｙ，ｘ＝ｚ，ｘ＝−ｚ，ｙ＝ｚおよびｙ＝−ｚ）はそれぞれ１回だけ実行される。ｘ，ｙおよびｚ投影に対する第２の測定はオフセット作用を除去するための基準量となる。
【００６６】
シム方法を被検空間全体に関連させるのではなく、各投影方向ごとにこの投影の方向に延在するブロックに関連させるのも有利である。これはパルスシーケンスによる前飽和によって達成される。これが図１８から図２２に示されている。ここで第１の周波数選択性高周波パルスＲＦ１は勾配Ｇｙと共に照射される。これによりｙ方向に対して垂直の層が励起される。これに３つのスポイラ勾配Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚが続き、別の第２の高周波パルスＲＦ２が勾配Ｇｙと共に照射される。この第２の第２の高周波パルスＲＦ２は第１の高周波パルスＲＦ１とは別の周波数スペクトルを有する。最後に再び３つのスポイラ勾配Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚが続く。これらのパルスシーケンスによりｙ軸に対して垂直な中央層の外にあるスピンはすべて飽和される。それぞれ勾配Ｇｚの作用下で照射される別の高周波パルスＲＦ３とＲＦ４、および各高周波パルスＲＦ３，ＲＦ４に続くスポイラ勾配Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚはさらにｚ軸に対して垂直な中央層の外にあるすべてのスピンを飽和させる。これにより、ｘ方向に延在するブロックのスピンだけが不飽和のままとなる。このブロックは図２３に示されている。この前飽和の後、まだ不飽和のスピンが別の高周波パルスＲＦ５により励起され、前記の実施例のように勾配エコー信号Ｓが読出される。このパルスシーケンスはすでに述べたように、複数の方向に対して実行しなければならない。
【００６７】
図１８から図２２によるパルスシーケンスに対する実施例は、前に説明したパルスシーケンスとはｘ方向の運動再焦点合わせ勾配パルスの点で異なる。この運動再焦点合わせ勾配パルスにはＧＭＲ（ｇｒａｄｉｅｎｔｍｏｔｉｏｎｒｅｆｏｃｕｓｓｉｎｇ）が付してある。このバイポーラ勾配によって運動アーチファクトを回避することができる。運動再焦点合わせパルスの作用は、例えば米国特許第４６１６１８０号明細書に記載されている。
【００６８】
さらにシーケンスの最後にはｘ方向のスポイラ勾配ＧＳが示されている。このスポイラ勾配ＧＳはまだ存在する位相コヒーレンシーを壊し、これにより他の投影に対する別のパルスシーケンスを直接続けて実行することができる。
【００６９】
ブロック形の被検空間の選択は（前に説明した実施例では前飽和により達成された）選択的励起により得られる。相応する実施例を以下、図２４に基づいて説明する。
【００７０】
図２４ａは周波数選択性の９０°高周波パルスＲＦ１を示す。この高周波パルスは、図２４ｂの層選択勾配Ｇ_SL1の作用下で照射される。これにより、第１の層選択勾配Ｇ_SL1に対して垂直の層だけが励起される。引き続き、第１の層選択勾配Ｇ_SL1の反転により、正の部分パルスによって引き起こされたディフェージングが再び取り消される。後続の同じように周波数選択性の１８０°高周波パルスＲＦ２によりスピン種族が反転される。１８０°高周波パルスは第２の層選択勾配Ｇ_SL2の下で照射される。この第２の層選択勾配Ｇ_SL2は第１の層選択勾配Ｇ_SL1に対して垂直である。したがって１８０°高周波パルスＲＦ２により選択的に、第２の層選択勾配Ｇ_SL2の方向に対して垂直の層にある核スピンだけが反転される。
【００７１】
最後に読出し勾配Ｇ_ROが負の方向で照射される。読出し勾配Ｇ_ROの正の部分の下で核共鳴信号が読出される。これは図２４ｅに個々のサンプリング時点ＡＤにより示されている。
【００７２】
すべての核共鳴信号は、９０°高周波パルスにより励起された層にありかつ１８０°高周波パルスＲＦ２により反転された層にある領域から発生する。すなわち反転されなかった核スピンはスピンエコーを形成せず、したがって読出し勾配Ｇ_ROの下で発生する核共鳴信号には関与しない。したがって図示のパルスシーケンスによって、２つの選択された層の切断量に相応する空間が検査される。この空間は図２３のブロック内にあり、ブロックの長手方向は層選択勾配Ｇ_SL1とＧ_SL2の方向により選択することができる。ブロックの厚さは高周波パルスＲＦ１とＲＦ２の周波数スペクトルによって決定される。
【００７３】
すでに図６から図８に基づいて説明したように、不均一性に関する情報は、１８０°高周波パルスＲＦ２が高周波励起パルスＲＦ１とエコー時点Ｔｅの中央にはない場合のスピンエコーシーケンスにおいてだけ得られる。図２４から図２８のパルスシーケンスには、エコー時点Ｔｅ^*からの（これを基準にして１８０°高周波パルスＲＦ２が中央にあったとして）実際のエコー時点Ｔｅの間隔がΔＴｅにより示されている。
【００７４】
【発明の効果】
本発明により、シミングの精度と安定性が改善される。
【図面の簡単な説明】
【図１】ｘ勾配コイルないしｙ勾配コイルおよびサドル状に配置されたシムコイルに対する実施例の概略図である。
【図２】ｚ勾配コイルおよび別のシムコイルに対する実施例の概略図である。
【図３】励起されたブロックを示す線図である。
【図４】勾配エコーシーケンスを示す線図である。
【図５】勾配エコーシーケンスを示す線図である。
【図６】スピンエコーシーケンスを示す線図である。
【図７】スピンエコーシーケンスを示す線図である。
【図８】スピンエコーシーケンスを示す線図である。
【図９】投影に沿ったスピンの位相経過を示す線図である。
【図１０】投影に沿ったスピンの位相経過を示す線図である。
【図１１】投影に沿ったスピンの位相経過を示す線図である。
【図１２】投影に沿ったスピンの位相経過を示す線図である。
【図１３】投影に沿ったスピンの位相経過を示す線図である。
【図１４】２つの投影への項の影響を説明する図である。
【図１５】２つの投影における核共鳴信号、位相曲線およびＦＩＴ曲線の関係を説明する図である。
【図１６】本発明の方法のフローチャートである。
【図１７】種々異なる投影におけるパルスシーケンスセットの線図である。
【図１８】前飽和および運動再焦点合わせを行った勾配エコーシーケンスの線図である。
【図１９】前飽和および運動再焦点合わせを行った勾配エコーシーケンスの線図である。
【図２０】前飽和および運動再焦点合わせを行った勾配エコーシーケンスの線図である。
【図２１】前飽和および運動再焦点合わせを行った勾配エコーシーケンスの線図である。
【図２２】前飽和および運動再焦点合わせを行った勾配エコーシーケンスの線図である。
【図２３】励起されたブロックを示す線図である。
【図２４】ブロックの選択的励起を行ったスピンエコーシーケンスの線図である。
【符号の説明】
ａｘｉｓ軸
ＲＦ高周波パルス

Claims

磁場（Ｂｚ）を数学的に球面調和関数の形で表し、シムコイル（４〜９）を設け、該シムコイルは被検空間に実質的に磁場分布を惹起するように構成されており、該磁場分布は球面調和関数の所定の係数に相応するものである、核スピン共鳴装置の被検空間における磁場のシミング方法において、
ａ）核スピン共鳴信号（Ｓ）を励起し、当該信号の評価によって球面調和関数の係数を求めるためのデータセットを検出するステップと、
ｂ）前記ステップａ）を各データセットごとに複数回実行するステップと、
ｃ）このようにして得られた各データセットに当該データセットの妥当性に相関する重み付け係数を割り当てるステップと、
ｄ）前記重み付け係数を考慮して、このようにして得られたデータセットから球面調和関数の係数を求め、これにより所属のシムコイル（４〜９）に供給すべき電流を決定するステップ
とからなることを特徴とする、核スピン共鳴装置の被検空間における磁場のシミング方法。
データセットの結合をファジーロジックの制御に従って行う請求項１記載の方法。
重み付け係数の検出を相関解析に基づいて行う請求項１または２記載の方法。
重み付け係数の検出を時空間の核共鳴信号の振幅に基づいて行う請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
ａ）高周波パルス（ＲＦ）とバイポーラ勾配パルス（Ｇ_RO）とからなる勾配エコーシーケンスを所定の方向で適用し、その際に発生する核スピン共鳴信号（Ｓ）を検出するステップと、
ｂ）核スピン共鳴信号（Ｓ）をフーリエ変換し、これから所定の方向における核スピンの位相曲線を検出するステップと、
ｃ）前記ステップａ）とｂ）をバイポーラ勾配パルス（Ｇ_RO）の異なる方向により複数回繰り返すステップと、
ｄ）得られた位相曲線をＦＩＴ法により解析し、これによりｉ次の多項係数を検出するステップと、
ｅ）ＦＩＴ法の相関係数を求め、ｉ次の多項係数に対して重み付け係数を算出するために使用するステップと、
ｆ）ｉ次の少なくとも２つの多項係数を求めるために前記ステップａ）からｅ）を少なくとも２回実行し、前記２つの多項係数は球面調和関数の同じ係数に割り当てられるステップと、
ｇ）ｉ次の多項係数をそれぞれの重み付け係数を考慮して結合し、これから磁場分布を表すｉ次の球面調和関数の係数をそれぞれ求め、これにより所属のシムコイルに供給すべき電流を決定するステップと
を有する請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
ａ）時間的順序で、第１の高周波パルス（ＲＦ１）と、所定の方向の第１の勾配パルス（（Ｇ１）と、第２の高周波パルス（ＲＦ１^*）と、所定の方向の第２の勾配パルス（Ｇ１^*）とからなるスピンエコーシーケンスを適用し、前記第２の勾配パルス（Ｇ１^*）の下で核スピン共鳴信号（Ｓ）を読出すステップと、ただし前記第２の高周波パルス（ＲＦ１^*）は第１の高周波パルス（ＲＦ１）と核共鳴信号（Ｓ）を基準にして中央になく、
ｂ）このようにして得られた核共鳴信号（Ｓ）をフーリエ変換し、そこから所定の方向における核スピンの位相曲線を求めるステップと、
ｃ）前記ステップａ）とｂ）を勾配パルス（Ｇ１，Ｇ１^*）の異なる方向により複数回繰り返すステップと、
ｄ）得られた位相曲線をＦＩＴ法により解析し、これによりｉ次の多項係数を検出するステップと、
ｅ）ＦＩＴ法の相関係数を求め、ｉ次の多項係数に対して重み付け係数を算出するために使用するステップと、
ｆ）ｉ次の少なくとも２つの多項係数を求めるために前記ステップａ）からｅ）を少なくとも２回実行し、前記２つの多項係数は球面調和関数の同じ係数に割り当てられるステップと、
ｇ）ｉ次の多項係数をそれぞれの重み付け係数を考慮して結合し、これから磁場分布を表すｉ次の球面調和関数の係数をそれぞれ求め、これにより所属のシムコイルに供給すべき電流を決定するステップと
を有する請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
勾配方向によって設定される、種々異なる投影から得られたｉ次の多項係数を結合する請求項５または６記載の方法。
複数の勾配方向に対して直接順次実行し、各高周波パルスの前にスポイラ勾配（ＧＳ）を照射する請求項５から７までのいずれか１項記載の方法。
前飽和シーケンスを実行し、該前飽和シーケンスにより各パルスシーケンスごとに、それぞれの勾配パルスの方向に延在するブロックの外にあるスピンを飽和する請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
高周波パルス（ＲＦ）は周波数選択性であり、層選択勾配の作用下で照射され、これにより被検空間のある層だけが励起される請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
線形磁場偏差を補償するために、勾配コイル（２、３）に請求項１から５までの方法に従って検出されたオフセット電流を供給する請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。
各検査フェーズの前に実行する請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法。