JP3702514B2 - 磁気共鳴装置および磁気共鳴装置のシムを行う方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気共鳴装置および方法に関する。特に本発明は、セルフシールドの傾斜コイル機構をもつ磁気共鳴撮像装置に関し、詳細な例を用いて説明する。しかし本発明は、極性磁界または所定形状をもつ磁界が有利な他の磁気共鳴装置にも関することを認識されたい。
【０００２】
【従来の技術】
一般に磁気共鳴撮像装置は、検査を受ける患者の身体を収容する直径９０ｃｍ以上の穴を有する。この穴は、実質的に均一な磁界を患者収容穴内の縦方向に生成するための一連の環状超伝導磁石により包囲される。環状磁石が軸状に配置されていればいるほど、すなわち磁石は長ければ長いほど、患者収容穴内の主磁界はより均一になる傾向にあり、また磁界の均一性が存在する軸寸法も長くなる。一般に、穴の長さは直径の約２倍である。
【０００３】
このような「長い」穴磁石は、通常Ｚ１２で示される１２位数未満の調波からの測定可能な低下は実質的にないように設計される。ずさんな構成の結果として発生する低位数の調波については、一般に穴の中に鉄片を配置してシムを行うことになる。
【０００４】
手動により、１つの磁界センサを１２の軸平面上の地点を含む様々な位置に移動させる。各平面では、検出器が１２の等しい環状インクリメントで回転し、磁界が測定される。この方法では、磁石のアイソセンタに中心を置く球状の関心容量面上の１２の平行平面の各々で１２の測定が行われる。
【０００５】
磁気穴の周りには、例えば３２から３６の多くの等角度位置でシムトレイが着脱可能に設置される。各シムトレイは穴の長さを延長し、鉄またはスチールのプレートまたはシムを収容する１２から１４のポケットを有する。シムトレイは穴から除去され、鉄またはスチールのシムがポケット内に設置される。次にシムトレイがもとの位置に戻され、磁界を再度測定し、測定された調波Ｚ１→Ｚ６が最小限化されたことを確認する。一般に高位数調波は低位数調波と比較して、補正においてかなりのスチールが必要とされる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
長穴磁石の欠点の１つは、しばしば医療人員が関心領域にアクセスできないということである。画像に基づいて処理手順が実行される場合、患者は処理手順が実行される前に穴から移動されなければならない。患者の移動は、画像と患者間の位置ずれ問題の危険を増大させる。それ以外には、長穴磁石はユーザ・フレンドリで閉所的になる傾向にあり、また大磁石は小磁石と比較して不経済である等の欠点がある。
【０００７】
患者へのアクセスを改善する方法の１つは、磁石および患者収容穴の長さを短くすることである。磁石と穴が約１メートルに、または患者穴の直径位に短くなると、患者へのアクセスはかなり改善される。均一磁界のサイズについては球形からより円板形状に圧縮されるが、それでも一連の１０から２０の隣接スライス画像に対しては実質的に均一な領域は充分なものである。
【０００８】
しかし、磁石穴を短くするにあたっては問題が伴う。第１に、磁界は高位数調波Ｚ１０，Ｚ１２等と共に非均一になりがちである。第２に、短穴磁石ではかなりの高位数調波が本発明者らにより測定された。Ｚ１２調波は、相対的に強いことが分かっている。１２のプローブで調波をモニタすると、この１２のプローブはＺ１２の調波間の中途に配置される。１２のプローブはＺ１２の調波の中間点で磁界を測定しているため、重要なＺ１２の調波さえも消滅してしまう。本発明者により、高位数調波ではより正確に位置づけられたスチールが多く必要であることが分かった。
【０００９】
本発明は、上記問題を軽減する磁気共鳴装置および磁気共鳴装置のシムを行う方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、被検体収容穴を包囲する環状主磁石を有し、前記環状主磁石は一時的に一定な磁界を前記穴内に生成し、磁界はＺ６より大きい歪み成分を含む球形調波歪みをもつ磁気共鳴装置において、前記磁界をシムしてＺ６より大きい成分による調波歪みを減少させるために前記穴の周囲にシムが配置されることを特徴とする磁気共鳴装置が提供される。
【００１１】
本装置は適切に、前記穴の周囲および前記穴に沿って縦方向に配置される多数のシム収容ポケットを含み、少なくとも２４のポケットは、該ポケット内に配置されたシムが２４の環状リングまでエミュレートできるように前記穴に沿って配置される。
【００１２】
本装置は付加的にまた選択的に、少なくとも部分的なＺ１２のシムを提供するために前記穴の周囲に固定配置された複数の鉄リングを含む。
【００１３】
本発明の第２の態様によれば、直径および軸長をもつ穴と、前記穴内に一時的に一定な磁界を軸状に生成するために前記穴を包囲する環状主磁石と、前記穴の中へ無線周波信号を送信し、前記穴から無線周波信号を受信するために配置された無線周波コイルとを有する磁気共鳴装置のシムを行う方法において、磁界の均一度の測定は、Ｚ６より大きい調波歪み成分の測定と、前記測定されたＺ６より大きい調波歪み成分を補正するためのシム部材の前記穴内への配置とを含む磁気共鳴装置のシムを行う方法が提供される。
【００１４】
前記磁界均一度測定工程は適切に、少なくとも画像容量の表面に沿った２４の軸位置、また前記画像容量周囲の複数の回転状に配置された位置における前記磁界の測定を含む。この場合、撮像容量は適切な球形である。
【００１５】
前記シム部材配置工程は、シムを前記穴に沿って、またその周囲に実質的には複数の環状リング内に設置することを含む。
【００１６】
本発明の１つの利点は、長穴磁石に匹敵する均一度を維持できる短穴磁石が可能となることである。
【００１７】
本発明の別の利点は、画質を保ちながら患者へのアクセスが容易となることである。
【００１８】
本発明のまた別の利点は、軸傾斜だけでなく、高位数の横傾斜のシムが可能となることである。
【００１９】
【実施例】
次に添付図面を参照しながら、本発明による医療診断撮像装置の一部を形成する磁気共鳴装置およびその装置にシムを入れる方法について説明する。
【００２０】
図１、図２および図３を参照すると、装置は、中央患者収容穴１２の縦軸、またはｚ軸に沿って一時的に一定の磁界を生成する複数の主磁石コイル１０を含む磁気共鳴装置を有する。穴の全長と直径の比率は１．７５：１、またはそれ以下で、好ましいのは１．６７：１である。しかし、１：１等のさらに低い比率も考えられている。好ましい超伝導性の実施例では、主磁石コイルは成形具１４にサポートされ、トロイダルヘリウム管または缶１６に収容される。管は液状ヘリウムで満たされ、主磁石コイルを超伝導温度に保つ。缶はジュワー真空体２０にサポートされた１つ以上の冷却シールド１８により包囲されている。
【００２１】
装置はさらに、穴１２の周囲に設置されたｘ，ｙおよびｚ傾斜コイルをもつ全身傾斜コイル機構３０を含む。好ましい実施例では、傾斜コイル機構は、誘電性の成形具３４に入った主ｘ，ｙおよびｚ傾斜コイル機構３２と、ジュワー真空体２０の穴決定シリンダ３８上にサポートされた副またはシールド型の傾斜コイル機構３６とを含むセルフシールド傾斜コイル機構である。主傾斜コイル入りの誘電成形具３４は穴ライナとして機能でき、また、装飾穴ライナを挿入しての整列も可能である。
【００２２】
主および副傾斜コイル機構は間隔を開けて設置され、その間に環状のシム収容空洞４０を限定する。シム収容空洞４０内には機械的サポート４２が延び、主傾斜コイル機構をサポートする。このサポートの円周方向の幅は、複数のシムトレイ４４が実質的に並んで配置されるように最小限にされる。図示した実施例では、主傾斜コイル機構のシリンダ成形具３４の外側の表面に３６のシムトレイが設置されている。
【００２３】
図４を参照すると、好ましい実施例におけるシムトレイ４４はそれぞれ、主傾斜コイル機構の湾曲半径を収容するための下部表面５２をもつ誘電性の帯部材５０を有する。端表面５４は、トレイが円形を成す主傾斜コイル機構上に実質的に隣接して設置できるように構成される。トレイは、ポケット印をもつ中心領域５６を限定し、ポケットが各々の識別を助長するための適切なラベルを提供する。トレイは中心印の両側に２４のポケット５８をもつ。各ポケットは、底に開口６０を有する。多数提供される薄い鉄シム６２は、選択的にポケット内に配置される。シムについては、各々が同量のシムを提供するように全て同じ厚さで同じ磁気材料であってもよく、また、例えば２倍、４倍の厚さのシム等、異なる強さのシムが提供されてもよい。適量のシム材料でポケットが満たされた後、シムをその場所に確実に固定するために誘電性のスペーサまたはスプリングが挿入される。その後、シムの上にカバー部材６４が固定される。留め具６８を収容する開口または穴６６は選択された間隔で提供され、トレイを主傾斜コイルに確実に設置する。
【００２４】
再度図１から図３を参照すると、無線周波コイル７０が主傾斜コイル内に設置されている。銅メッシュ層等の無線周波シールド７２は、無線周波コイルと傾斜コイル機構３０間に設置される。
【００２５】
図１を特に参照すると、磁界センサプローブ８０は、穴１２の中心軸に沿って脱着可能に確実に設置される中心シャフトを含む。このシャフトを好ましくは１０°〜１２°のインクリメントで選択的に回転させるため、手段８４が提供される。シャフトは、２４の磁界センサプローブ８８をもつ。プローブは選択位置に配置されることにより、一組の球形調波のサンプリングを行う。半容量が選択され、磁界がシムにより最適となる画像領域の表面に沿ってプローブが配置されるようにする。磁界エラーのプロット計算における球形座標の使用を簡易化するためには、球形サンプリング容量が好ましい。
【００２６】
操作者制御端末９０は手段８４およびプローブ８８と接続され、プローブ機構を選択された角インクリメントで回転させて各位置におけるプローブの出力を読み取る。操作者端末は磁界測定を生成して均一度からの偏差を決定する。この偏差から、シム帯５０の各ポケット内に配置されるシムの数が、操作者により反復的に、またはコンピュータプログラムにより決定される。
【００２７】
２４のプローブにより、少なくともＺ１２までの調波が正確に測定できることがサンプリング理論から示される。サイン波においては、サイクル毎の２つの測定点により正確なサンプリングが得られる。測定点がサイクル毎に１つしかないと、サイン波と直線を区別するのが困難となる。２４のプローブはＺ１２、すなわちＺ¹²成分を通して最適なサンプリングを行うが、Ｚ１８成分はサイクル毎１．５サンプルのサンプル率である。実際、２４プローブのサンプリング装置はＺ１８を通して相対的に正確なサンプリングを行う。一般的な調波の歪みは以下に示す通りである。
【００２８】
【表１】

【００２９】
伝統的な長穴磁石では、上記軸項Ｚ６は通常零または零に近い値となる。しかし、一般に高位数項および補正はエーリアシングを低位数項に戻してしまう。しかし１２プローブの磁界サンプリング装置では、サンプリング密度はＺ１２、Ｚ１４およびＺ１６等の高位数調波を検出するには小さすぎることに注意されたい。
【００３０】
シムトレイ４４は、磁界変数に基づいて主傾斜コイル機構３２の外側に装填、設置される。再度同じように磁界がサンプリングされて、シムがどのくらい正確に磁界調波収差を補正したかを判別する。シムトレイにはシムを新たに追加してもまた除去してもよく、許容レベルの磁界エラーが得られるまで手順を反復的に繰り返してもよい。
【００３１】
本発明者により、Ｚ１２、Ｚ１４およびＺ１６成分の補正を行う場合、金属シムは主としてリング形状でサークルのアイソセンタの周りに対称的に配置され、一般にアイソセンタの各側には３つまたは４つのリングがあることが分かった。さらに本発明者により、Ｚ１２、Ｚ１４を補正し、Ｚ１６を限定範囲に置くには、軸項Ｚ１〜Ｚ１４の補正で使用されるスチールの約９０％が使われることが分かった。
【００３２】
図２を再度参照すると、一般に穴の周囲の上記環状リングは、同様に設計された磁石全てのアイソセンタから等距離に位置している。しかし、各リングにはかなりのスチールが必要とされるため、リングが少しでも不正確に軸配置された場合は悪影響を及ぼすことになる。他の実施例では、セグメント状のスチールリング９２を主磁界成形具の周囲に配置することでシムが行われる。図示した実施例では、主傾斜磁界コイル成形具３４には溝が設けられ、この溝には鉄またはスチールのセグメントが入る。各々が絶縁コーティングされた複数の薄いプレート等のセグメントは、１つ以上の層で溝の周囲に拡張する。別の実施例では、スチールプレートを横並びに配置して放射状に拡張させ、絶縁層またはスペーサにより分離させる。この他に様々なセグメンテーションを鉄材料に適用することにより、材料を充分小さい片に分割し、無線周波磁界または傾斜磁界による多くのうず電流が誘電されないようにする。
【００３３】
製造過程においてセグメント状のリングは傾斜コイル機構内に取り付けられる。従って、磁界の初期読み取りが行われるとき、これらの金属リングは既にその場所に設置されている。その後シムトレイ内のシム配列が計算され、セグメント状の金属リングにより得られた第１の位数補正を修正、最活用する。
【００３４】
シムトレイは主傾斜コイル上に設置する代わりに、副傾斜コイルの誘電成形具３８上に設置することも可能である。しかし、スチールシムの設置は画像容量に近ければ近いほどその効果が強くなるので、シムトレイは主傾斜コイル機構上に配置する方が好ましい。Ｚ１２、Ｚ１４およびＺ１６傾斜はＺ１からＺ６までの軸項と比べてスチールを大量に必要とするので、これらの鉄材料を画像容量に近づけることによりスチールの量はかなり減少される。
【００３５】
操作者インタフェース・制御端末９０には、ビデオモニタ１００等の人が読み取り可能なディスプレイ、およびキーボード１０２とマウス１０４を含む操作者の入力手段が含まれる。また、コントロールボール、ライトペンおよびその他の操作者入力機器も考えられている。コンピュータラック１０６は、磁気共鳴シーケンスメモリ・制御器、再構成プロセッサ、および、反響平面、反響容量、スピン反響等を含む従来の多くの磁気共鳴撮像シーケンスを実行するために無線周波コイル７０と傾斜コイル機構３０を制御する他のコンピュータ・ハードウェアおよびソフトウェアを有する。反響平面および反響容量撮像シーケンスは、データ取得時間の短さと、傾斜強度の強さおよび高速な旋回速度により特徴づけられる。
【００３６】
コンピュータラック１０６はまた、ＲＦコイル７０に無線周波励起信号と磁気操作信号を供給するデジタル送信機、および無線周波コイルまたは挿入式コイル（図示せず）からの磁気共鳴信号を受信・復調するデジタル受信機を有する。アレイプロセッサおよび関連のソフトウェアは、受信された磁気共鳴信号を、コンピュータメモリ、ディスク等の記憶媒体に記憶される画像表示に再構成する。ビデオプロセッサは、記憶された再構成画像表示の部分を選択的に抜粋し、データをビデオモニタ１００表示用にフォーマットする。画像プリンタは、選択画像のフィルムコピーを選択的に提供する。
【００３７】
好ましい実施例では、穴１２の長さと直径の比は約１．６７：１である。しかし、本発明は他の幾何学による磁石にも適用可能であり、特に、磁界の均一性が制限される磁石にも適用できることを認識されたい。一般にＺ１２の補正では、穴の長さと直径の比が１．７５：１またはそれ以下である磁石が予期されるかもしれない。しかし本発明は、Ｚ６より大きい高位数調波内にかなりの磁界不均一をもつより長い穴の磁気共鳴コイルにも適用可能である。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、長穴磁石に匹敵する均一度を維持できる短穴磁石が可能となり、画質を保ちながら患者へのアクセスが容易となり、軸傾斜だけでなく高位数の横傾斜のシムが可能となる磁気共鳴装置および磁気共鳴装置のシムを行う方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による撮像装置およびシム方法で使用される２４プローブの磁界センサを示す概略図である。
【図２】本装置のシムトレイとＲＦコイルおよび主・副傾斜コイルとの関係を示す横断面図である。
【図３】図２の３−３部の側断面図である。
【図４】１つのシムトレイの斜視図である。
【符号の説明】
１０ 主磁石コイル
１２ 患者収容穴
１４ 成形具
１６ トロイダルヘリウム管
１８ 冷却シールド
２０ ジュワー真空体
３０ 全身傾斜コイル機構
３２ 主傾斜コイル機構
３４ 誘電成形具
３６ 副傾斜コイル機構
３８ 穴限定シリンダ
４０ シム収容空洞
４２ 機械的サポート
４４ シムトレイ
５０ 誘電帯部材
５２ 下部表面
５４ 端表面
５６ 中心領域
５８ ２４のポケット
６０ 開口
６２ 鉄シム
６４ カバー部材
６６ 開口
６８ 留め具
７０ 無線周波コイル
７２ 無線周波シールド
８０ 磁界センサプローブ
８２ 中心シャフト
８４ シャフト回転手段
８８ 磁界センサプローブ２４個
９０ 操作者制御端末
１００ ビデオモニタ
１０２ キーボード
１０４ マウス
１０６ コンピュータラック

Claims (6)

1. 被検体収容穴（１２）内に、球面調和歪成分Ｚ１２を含むＺ６以上の高次歪成分を有する一時的に一定な磁界を生成するための環状主磁石（１０）と、
   前記穴（１２）の周囲に固定配置して、少なくとも前記Ｚ１２歪成分をシミングする多数のスチールリング（９２）と、
   前記穴（１２）の周囲に且つ前記スチールリング（９２）より大径側に、更に、前記穴（１２）の円筒が伸びる方向に沿って、円周状に配置した多数のシム収容ポケット（５８）と、
   Ｚ６歪成分より高次の歪成分をシミングすると共に、更に前記Ｚ１２歪成分をより一層シミングするためのシム（６２）を、前記シム収容ポケット（５８）に装着
   とを備えたことを特徴とする磁気共鳴装置。
2. 前記シム収容ポケット（５８）内に配置された前記シム（６２）が、少なくとも２４の環状リングをエミュレートできるように前記穴（１２）に沿って配置される少なくとも２４個の前記シム収容ポケット（５８）を備えた請求項１記載の磁気共鳴装置。
3. 主傾斜コイル（３２）およびそれより大きい直径のシールド傾斜コイル（３６）を含むセルフシールド傾斜コイル機構（３０）を有して、
   前記主傾斜コイル（３２）と前記シールド傾斜コイル（３６）との間に環状のシムトレイ収容開口（４０）を配して、
   シムトレイ（４４）を前記シムトレイ収容開口（４０）の内部で前記主傾斜コイル（３２）に固定して、
   多数の前記シム収容ポケット（５８）を前記シムトレイ（４４）に備えた請求項１あるいは請求項２に記載の磁気共鳴装置。
4. 前記穴（１２）は１．７５：１よりも低い比率の直径を有する請求項１乃至３のいずれかに記載の磁気共鳴装置。
5. 直径および軸長をもつ穴（１２）と、
   前記穴（１２）内に一時的に一定な磁界を軸方向に生成するために前記穴（１２）を包囲する環状磁石（１０）と、
   前記穴（１２）の中へ無線周波信号を送信し、前記穴（１２）から無線周波信号を受信するために配置された無線周波コイル（７０）と、
   を有する磁気共鳴装置のシムを行う方法において、
   （ａ）調和歪成分Ｚ１２を含むＺ６以上の高次歪成分を測定することを含む磁界の均一度を測定する工程と、
   （ｂ）測定された少なくともＺ１２歪成分を凡そ補正するために、前記穴（１２）の周囲に環状の鉄シム部材（９２）を配置する工程と、
   （ｃ）画像容積の表面に沿った位置であり且つ軸長方向に異なる位置で少なくとも２４地点を、前記画像容積の周囲で回動した複数の回動地点において磁界を測定する工程と、
   （ｄ）調和歪成分Ｚ１２を取り除き、更に調和歪成分Ｚ６以上の高次歪成分をシミングするために、前記工程（ｃ）の測定に従って、前記穴（１２）の周囲で円筒状に配置したシムトレイ（４４）のシム収容ポケット（５８）の配列の中に、選択的に鉄片（６２）を装着する工程
   とを有することを特徴とする磁気共鳴装置のシムを行う方法。
6. 前記画像容積は球形である請求項５記載の磁気共鳴装置のシムを行う方法。

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