JP4424968B2 - 磁気共鳴イメージング装置及び方法 - Google Patents
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Description
これら手法の実施にあたって残留磁場を計測するためには、既に発生している残留磁場を消去する必要がある。消磁パルスについては、例えば特許文献3に例示されている。
また本発明は、磁石の特性に応じて、残留磁場を最小限の時間で消去することが可能な消磁方法を提供することを目的とする。
さらに本発明は、モデル化した残留磁場の応答曲線をもとに、効率よく残留磁場を消去することができる消磁パルス列を提供するとともに、このような消磁パルス列の算出を行うとともにこれを傾斜磁場の印加パターンとして備えたMRI装置を提供する。
前記磁石装置の残留磁場応答曲線を記憶する手段と、傾斜磁場の印加履歴からリアルタイムで前記残留磁場応答曲線を更新し、更新後の残留磁場応答曲線を用いて印加すべき傾斜磁場を補正する手段とを備えたことを特徴とする。
このMRI装置によれば、傾斜磁場によって発生する残留磁場を算出するために、所定の残留磁場応答曲線を用いるとともに、この残留磁場応答曲線を傾斜磁場の印加履歴に応じて更新するようにしたので、リアルタイムで残留磁場の影響をなくすことができる。従って特別の補正や調整を行うことなく、残留磁場による画質劣化や撮影の制限をなくすことができる。また残留磁場の影響が大きい永久磁石装置においても、高い静磁場均一度が要求される撮影法を実現することができる。
このMRI装置によれば、残留磁場を補償する補正磁場は、傾斜磁場に重畳して印加されることにより、補正磁場の追加による撮影時間の延長を防止できる。
このMRI装置によれば、磁石装置に固有の残留磁場応答特性を記憶しておくことにより、入力された傾斜磁場の強さをもとに、直ちに残留磁場応答曲線を更新することができる。これにより残留磁場補正のリアルタイム性を向上することができる。
前記磁石手段の残留磁場を初期化するステップ(1)、
所定の傾斜磁場パターンを印加し、その際、発生した残留磁場の応答特性を計測するステップ(2)、
ステップ(2)で計測した残留磁場応答特性を装置固有の較正値として記憶するステップ(3)、および
前記較正値を用いて残留磁場応答曲線を算出する残留磁場算出プログラムおよび前記残留磁場応答曲線をその後の傾斜磁場印加履歴に応じて更新するプログラムを、前記制御手段に組み込むステップ(4)を含む。
このアップグレード方法は、さらに、前記ステップ(4)で算出した残留磁場応答曲線に基き、印加すべき傾斜磁場による残留磁場を補償する補正磁場を算出する傾斜磁場補正プログラムを組み込むステップを含むことが好ましい。
このMRI装置によれば、磁石装置の残留磁場応答特性をもとに消磁パルス列(強度、極性、パルス数、印加時間)を算出するので、最小限の時間で効率よく残留磁場の消去或いは任意の残留磁場強度までの低減を図ることができる。
図1は、本発明が適用されるMRI装置の全体構成を示す図である。このMRI装置は、主として、静磁場発生系1と、傾斜磁場発生系2と、送信系3と、受信系4と、信号処理系5と、制御系(CPU7)とを備えている。
1.全く傾斜磁場履歴のない状態(消磁後)に、傾斜磁場強度をMRI装置で可能な最大幅で変えて残留磁場を測定することにより得られる傾斜磁場強度と残留磁場との関係は、磁石装置固有の残留磁場曲線であり、傾斜磁場強度ゼロ近傍を直線で近似することができる。これを基本の残留磁場応答特性(R1)とする。
4.マイナーループの両端の値よりも強度の小さい傾斜磁場が印加された場合には、その強度および極性に応じてマイナーループに所定の規則に従った変形が与えられる。
上述したように基本となるRM曲線は、装置によって固有のものであり、次のような手順で測定することができる。
このようなテスト傾斜磁場の強度を、印加する傾斜磁場パルスの強度を装置が印加できる傾斜磁場の正の最大強度(+Gmax)から負の最大強度(-Gmax)まで変化させて(ステップ303)、そのときに発生した残留磁場を測定し、傾斜磁場強度とそれによって発生する残留磁場応答との関係を表す曲線、即ちRM曲線を作成する(ステップ304)。
上述のように基本のRM曲線を作成した後、磁石装置の残留磁場特性を求める。
磁石装置の残留磁場特性とは、消磁後に印加される1発の傾斜磁場パルスによって生じた基本のRM曲線が受ける変形を特徴付ける装置の因子であり、次のように求めることができる。消磁後(ステップ311)、例えば図6の右下に示すような最大強度(+Gmax)の傾斜磁場601を印加し(ステップ312)、次いで傾斜磁場パルス602を印加した場合に生じる残留磁場を計測する(ステップ313)。ここでも2発目の傾斜磁場パルス602の強度を、装置が許容する正の最大強度(+Gmax)から負の最大強度(-Gmax)まで変化させたときに発生した残留磁場を測定する(ステップ314)。これによって基本RM曲線と同様に、横軸を傾斜磁場強度、縦軸を残留磁場強度とするRM曲線603が得られる(ステップ315)。
1発目の傾斜磁場として負の最大強度の傾斜磁場を印加した場合には、これと原点対称な現象となる。すなわち、図7に示すように、消磁後、負の最大強度(-Gmax)の傾斜磁場701を印加した後に、傾斜磁場パルス702を印加した場合のRM曲線703は、2発目の傾斜磁場702の極性が1発目の傾斜磁場701と同じである間は、最大強度の傾斜磁場によって生じる残留磁場と同じであるが、極性が反転すると残留磁場は減少し、ある値を超えたところでは基本のRM曲線(R1)に等しくなる。
以下、残留磁場応答曲線の変更アルゴリズムを作成するために、本発明者らが行った検討結果を図8〜図11を参照して説明する。
前提として、残留磁場補正装置25の記憶部26には磁石装置の残留磁場特性(R1、R2)が格納されている。図16はその一例であり、例えば図中の黒丸で示す数点のみを予め計測しておけばよい。図示する例では、R1、R2それぞれについて正側の特性R1p、R2pと負側の特性R1n、R2nを較正データとして保持している。
また傾斜磁場の印加時間や印加数によっても、残留磁場は変化するので、これらの特性を予め測定して残留磁場補正装置25内に保持しておき、傾斜磁場の印加時間および印加数に応じて適当なスケールファクターを用いて微調整してもよい。
装置の構成としては図1或いは図2に示す構成と同様であるが、このMRI装置は、その信号処理系の機能として、以下説明する手順で求められた装置の残留磁場特性に基づき消磁パルスを算出する機能及びその消磁パルスを実行する機能を備えている。消磁パルスの印加による消磁の指令は、操作部30を介して入力することができ、制御系の制御のもとで実行される。このMRI装置においても残留磁場特性は信号処理系の記憶装置或いは傾斜磁場系の記憶部に保存される。
消磁の実行は、例えば、操作部30を介した撮像開始の指令の入力により自動的に、或いは消磁のみの指令(ステップ2005)を入力することにより開始され、上述の保存された消磁パルス列が印加される(ステップ2004)。
Claims (19)
- 静磁場を発生する磁石装置、前記磁石装置が発生する静磁場中に傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段、前記静磁場内に置かれた被検体から発生する磁気共鳴信号を検出する検出手段、前記傾斜磁場発生手段および検出手段を制御する制御手段、および前記磁気共鳴信号を用いて前記被検体の画像を再構成し、表示する信号処理手段を備えた磁気共鳴イメージング装置であって、
前記制御手段に接続され、前記傾斜磁場の印加によって発生する残留磁場を、前記磁石装置の残留磁場応答曲線を用いて補正する残留磁場補正手段を備え
前記残留磁場補正手段は、前記傾斜磁場の印加履歴から前記残留磁場応答曲線を更新し、更新後の残留磁場応答曲線を用いて前記傾斜磁場発生手段により印加すべき傾斜磁場を補正することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項1記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記残留磁場補正手段は、前記磁石装置の残留磁場応答曲線を記憶する手段と、傾斜磁場の印加履歴からリアルタイムで前記残留磁場応答曲線を更新し、更新後の残留磁場応答曲線を用いて前記傾斜磁場発生手段により印加すべき傾斜磁場を補正する傾斜磁場補正手段とを備えたことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項2記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記傾斜磁場発生手段は、互いに直交する3軸方向の傾斜磁場を発生する手段であり、前記残留磁場補正手段は、前記3軸方向の傾斜磁場それぞれについて、残留磁場応答曲線の記憶、更新および傾斜磁場の補正を行うことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項2又は3記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記傾斜磁場補正手段は、印加すべき傾斜磁場について最新の残留磁場応答曲線から求めた残留磁場を補償する補正磁場を、当該傾斜磁場に重畳して印加することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項4記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記補正磁場は、前記印加すべき傾斜磁場と軸を同じとする傾斜磁場を含むことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項1ないし5いずれか1項記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記残留磁場補正手段は、印加すべき傾斜磁場の強さと、前記磁石装置に固有の残留磁場応答特性とに基づき、当該傾斜磁場に適用した残留磁場応答曲線を更新することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 静磁場を発生する磁石装置、前記磁石装置が発生する静磁場中に傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段、前記静磁場内に置かれた被検体から発生する磁気共鳴信号を検出する検出手段、前記傾斜磁場発生手段および検出手段を制御する制御手段、および前記磁気共鳴信号を用いて前記被検体の画像を再構成し、表示する信号処理手段を備えた磁気共鳴イメージング装置であって、
前記制御手段は、
前記傾斜磁場によって磁石装置に発生する残留磁場を、印加する傾斜磁場の強度とそれによって発生する残留磁場の強度との関係を表す残留磁場応答曲線をもとに計算する手段と、
前記計算した残留磁場を用いて傾斜磁場を補正する手段とを備え、
少なくとも1パルス以上の傾斜磁場を連続して印加する工程を実行するに際し、
前記残留磁場応答曲線を、前記連続して印加する傾斜磁場の印加履歴に依存させて時間とともに更新することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項7記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記傾斜磁場発生手段は、互いに直交する3軸方向の傾斜磁場を発生する手段であり、前記制御手段は、前記3軸方向の傾斜磁場それぞれについて、残留磁場の計算、傾斜磁場の補正および残留磁場応答曲線の更新を行なうことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項7又は8記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記制御手段は、
少なくとも1パルス以上の傾斜磁場を連続して印加する工程が実行される前に、
前記磁石装置に発生する残留磁場を消磁するとともに、前記残留磁場応答曲線を初期化する工程が実行することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項7ないし9いずれか1項に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記制御手段は、
消磁後、あるいは、消磁後に少なくとも1パルス以上の傾斜磁場を印加した後における残留磁場応答曲線を求めて、それを較正値として記憶する手段を備えたことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項7ないし10いずれか1項に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記残留磁場応答曲線は、各軸の傾斜磁場について、それぞれ印加する傾斜磁場の強度を一つの軸、前記印加する傾斜磁場によって発生する残留磁場の強度を他の軸とする少なくとも2次元のグラフ上に描かれた曲線で表されることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項11記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記残留磁場応答関数の更新は、
前記グラフ上に示した残留磁場応答曲線において、前記残留磁場応答曲線の一つの軸をX軸、他の軸をY軸としたとき、Xの値がゼロから直前に印加した傾斜磁場パルスの強度までの範囲では、Yの値が前記計算する手段で計算した値となるよう変更する工程と、
前記グラフ上に示した残留磁場応答曲線において、Xの値がゼロから直前に印加した傾斜磁場パルスと反対方向においては、Yの値が前記計算する手段で計算した値から所定の傾きで変化するように残留磁場応答曲線を描く工程とを含むことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項12記載の磁気共鳴イメージング装置において、
前記所定の傾きは、前記記憶する手段で記憶した較正値を基に求められることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 請求項7ないし13いずれか1項に記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記少なくとも1パルス以上の傾斜磁場を連続して印加する工程は、撮像シーケンスを含み、前記制御手段は、当該撮像シーケンスの実行中に、残留磁場の計算、傾斜磁場の補正および残留磁場応答曲線の更新を行なうことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 静磁場を発生する磁石装置、前記磁石装置が発生する静磁場中に傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段、および前記傾斜磁場発生手段を制御する制御手段を備えた磁気共鳴イメージング装置をアップグレードする方法であって、
前記磁石装置の残留磁場を初期化するステップ(1)、
所定の傾斜磁場パターンを印加し、その際、発生した残留磁場の応答特性を計測するステップ(2)、
ステップ(2)で計測した残留磁場応答特性を装置固有の較正値として記憶するステップ(3)、および
前記較正値を用いて残留磁場応答曲線を算出する残留磁場算出プログラムおよび前記残留磁場応答曲線をその後の傾斜磁場印加履歴に応じて更新するプログラムを、前記制御手段に組み込むステップ(4)を含む磁気共鳴イメージング装置のアップグレード方法。 - 請求項15記載のアップグレード方法であって、前記ステップ(4)で算出した残留磁場応答曲線に基き、印加すべき傾斜磁場による残留磁場を補償する補正磁場を算出する傾斜磁場補正プログラムを組み込むステップを含む磁気共鳴イメージング装置のアップグレード方法。
- 傾斜磁場パルスの印加を含む撮像シーケンスを実行して、核磁気共鳴信号を取得し、当該核磁気共鳴信号を用いて画像再構成する磁気共鳴イメージング方法であって、
前記撮像シーケンスの実行中に、傾斜磁場の印加毎に、当該傾斜磁場の印加によって発生する残留磁場を、傾斜磁場の印加履歴に基づいて逐次求め、該求めた残留磁場に基づいて、次に印加すべき傾斜磁場を補正することを特徴とする磁気共鳴イメージング方法。 - 請求項17記載の磁気共鳴イメージング方法であって、
前記残留磁場は、当該磁気共鳴イメージング方法に用いる磁石装置の残留磁場応答曲線に基づいて求められ、当該残留磁場応答曲線は、前記傾斜磁場の印加毎に更新されることを特徴とする磁気共鳴イメージング方法。 - 静磁場を発生する磁石装置、前記磁石装置が発生する静磁場中に傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段、前記静磁場内に置かれた被検体から発生する磁気共鳴信号を検出する検出手段、所定の撮像シーケンスに従い前記傾斜磁場発生手段および検出手段を制御する制御手段、および前記磁気共鳴信号を用いて前記被検体の画像を再構成し、表示する信号処理手段を備えた磁気共鳴イメージング装置であって、
前記制御手段に接続され、前記撮像シーケンスの実行中に、前記傾斜磁場の印加によって発生する残留磁場を、前記撮像シーケンスの実行中の傾斜磁場の印加履歴に基づいて逐次求め、該求めた残留磁場に基づいて印加すべき傾斜磁場を補正する残留磁場補正手段を備えたことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
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