JP4528389B2 - Magnetic resonance diagnostic equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は磁気共鳴現象を利用して被検体(生体)のスライス画像等の形態情報やスペクトロスコピー等の機能情報を得る磁気共鳴診断装置に関し、特に、静磁場分布の不均一性に起因する磁気共鳴スペクトルの劣化を抑制し、かつ局所領域における磁気共鳴スペクトルを高速に計測できる磁気共鳴診断装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
磁気共鳴イメージング(MRI)装置や磁気共鳴スペクトロスコピー(MRS)装置において、静磁場の均一性はMR画像やMRスペクトルの質や精度を大きく左右するため、非常に高い均一性が求められる。特に、1H(代謝物)−MRS装置においては、化学シフトの範囲が狭いため、最大で0.1ppm程度の磁場不均一性しか許容されていない。このため、磁気共鳴診断装置では、静磁場を発生する主磁石の他に、静磁場不均一性を相殺するための複数の補正コイル(シムコイルと呼ばれる)が設けられ、シムコイルに流す電流値を調整することにより静磁場の不均一性を補償することが行われている。
【0003】
しかし、シムコイルを使用したとしても、被検体が生体など多成分からなり、不均一な分布・成分を有する場合には、被検体の全領域において上述したような静磁場の均一性を実現することは極めて難しい。何故ならば、人体の場合には、2次以上の高次成分の磁場不均一性が生じることが多いためである。
【0004】
このため、関心のある局所領域においてのみ磁場均一性を高める方法が考えられている。具体例としては、特開平4−227232号公報に記載のスティミュレーテッド・エコー(STE)法のパルスシーケンス等によって、局所領域から磁気共鳴信号を発生させ、その信号の減衰の時定数が最も長くなるように1次のシム電流を決定する方法がある。磁場が不均一な程、信号の減衰が早いという事実に基づいている。
【0005】
しかし、この方法にも欠点がある。それは、シム電流を逐次変化させて最適な電流値を算出するため、調整時間がかかるということである。さらに、別の局所領域のMRスペクトルを計測する場合は、再度同じ調整を最初から実施する必要がある。
【0006】
一方、特開平4−208133号公報に記載のように、MR画像の位相情報から磁場不均一性を求め、求めた不均一性に応じて局所領域毎にシム電流を算出するという方法も考えられている。これは、局所領域を含む広い範囲にて1回の磁場計測を行い、局所での磁場分布からシム電流を算出するものである。算出方法としては、計測した静磁場不均一分布をシムコイルが発生することのできる磁場成分に展開することが行われ、この展開には直交関数展開が使われることが多い。この際、注意すべきことは展開の精度であり、展開の項数が増えるほどデータ点数を多くする(分解能を細かくするか、広い領域を計測する)必要がある。これは、MR画像を取得する段階で撮影時間の延長につながる。逆に、展開の項数を減らした場合には、撮影時間が短くなる代りに、前述した2次以上の高次成分の磁場不均一性によりスペクトルの線幅が広くなってしまい、S/Nが劣化するという欠点がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来の磁気共鳴診断装置には、静磁場の不均一性分布を局所的に補償する磁場をシムコイルにより発生して、静磁場の均一性を局所的に高めるには、シム電流の調整時間がかかるという問題があった。
【0008】
本発明の目的は、局所領域において静磁場の均一性を短時間、高精度に高め、高精度に磁気共鳴データを収集できる磁気共鳴診断装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決し目的を達成するために、本発明は以下に示す手段を用いている。
【0010】
(1)本発明の一態様による磁気共鳴診断装置は、被検体を挿入可能な撮影空間にほぼ一様な静磁場を発生させる主磁石と、該静磁場の不均一性を補正するための磁場を発生する複数のシムコイルと、前記複数のシムコイルにシム電流を供給するシム電源とを具備する磁気共鳴診断装置において、撮影空間内の第1の領域の磁場分布を測定する手段と、第1の領域の磁場分布から第1のシム電流セットを算出し、第1のシム電流セットをシム電源に設定する手段と、第1のシム電流セットを用いて撮影領域内の前記第1の領域に含まれ、前記第1の領域より小さい局所領域を含む第2の領域の磁場分布を測定する手段と、前記局所領域の磁場分布のみを使って第2のシム電流セットを算出し、第1のシム電流セットと第2のシム電流セットから第3のシム電流セットを算出し、第3のシム電流セットをシム電源に設定する手段とを具備することを特徴とするものである。
【0011】
(2)本発明の他の態様による磁気共鳴診断装置は、被検体を挿入可能な撮影空間にほぼ一様な静磁場を発生させる主磁石と、該静磁場の不均一性を補正するための磁場を発生する複数のシムコイルと、前記複数のシムコイルに電流を供給するシム電源とを具備する磁気共鳴診断装置において、撮影空間内の第1の領域の磁場分布を測定する手段と、第1の領域の磁場分布から第1のシム電流セットを算出し、第1のシム電流セットをシム電源に設定する手段と、第1のシム電流セットを用いて撮影領域内の前記第1の領域に含まれる第2の領域の磁場分布を測定し、第2の領域の磁場分布を記憶する手段と、前記第1の領域より小さい局所領域を指定する指定手段と、前記指定手段により指定された局所領域が第2の領域に含まれているか否か判定する判定手段と、前記判定手段が前記局所領域が第2の領域に含まれていると判定した場合、前記局所領域の磁場分布のみを使って第2のシム電流セットを算出し、第1のシム電流セットと第2のシム電流セットから第3のシム電流セットを算出し、第3のシム電流セットをシム電源に設定する手段とを具備することを特徴とするものである。
【0012】
(3)本発明の他の態様による磁気共鳴診断装置は、上記(1)または(2)に記載した磁気共鳴新断装置において、第1の領域の磁場分布の空間分解能が第2の領域の磁場分布の空間分解能より粗いことを特徴とするものである。
【0013】
(4)本発明の他の態様による磁気共鳴診断装置は、上記(1)〜(3)のいずれかに記載した磁気共鳴診断装置において、第2のシム電流セットのチャネル数が第1のシム電流セットのチャネル数より少なく、第3のシム電流セットのうち、第2のシム電流セットに対応するチャネルのシム電流は第2のシム電流セットの値と対応するチャネルの第1のシム電流との和で算出され、第3のシム電流セットの残りのチャネルのシム電流は対応するチャネルの第1のシム電流のみで決定されることを特徴とするものである。
【0014】
(5)本発明の他の態様による磁気共鳴診断装置は、上記(1)〜(4)のいずれかに記載した磁気共鳴診断装置において、第1のシム電流セットは1次から高次までの磁場分布補正のためのシム電流であり、第2のシム電流セットは1次の磁場分布補正のためのシム電流であることを特徴とするものである。
【0016】
このような磁気共鳴診断装置によれば、局所領域から磁気共鳴信号を検出し解析する磁気共鳴診断装置において、撮影時間の延長をもたらすことなく高精度の磁場均一性調整をおこなうことが可能となる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明による磁気共鳴診断装置の実施形態を説明する。
【0018】
第1実施形態
図1は本発明の第1実施形態に係る磁気共鳴診断装置の構成を示すブロック図である。図示していないガントリ内に、主磁場(静磁場)を発生するための主磁石10、直交する3軸x、y、zの方向に線形の傾斜磁場分布を持つ傾斜磁場を発生するための3つの傾斜磁場コイルからなる傾斜磁場コイル系12、主磁石10が発生する静磁場の不均一性を相殺するための複数のシムコイルからなるシムコイル系14、及びRFコイル16が設けられる。静磁場発生装置としての主磁石10は、例えば、超電導コイル、常伝導コイル、または永久磁石を用いて構成される。RFコイル16は、高周波(RF)パルスを発生し、かつ磁気共鳴により発生したエコー信号を検出するために使用される。なお、RFパルスの送信とエコー信号の受信は別々の送信コイル、受信コイルによって行ってもよい。
【0019】
主磁石10は、主磁石電源18により駆動される。RFコイル16は、磁気共鳴の励起時には送信器24により駆動され、かつエコー信号の検出時には受信器26に結合される。傾斜磁場コイル系12は傾斜磁場電源20(傾斜磁場電流)により駆動され、シムコイル系14はシムコイル電源22(シム電流)により駆動される。
【0020】
傾斜磁場電源20、シムコイル電源22、送信器24はシーケンスコントローラ32により所定のシーケンスに従って駆動され、x軸傾斜磁場Gx、y軸傾斜磁場Gy、z軸傾斜磁場Gz、高周波(RF)パルスを、所定のパルスシーケンスで発生する。この場合、x軸傾斜磁場Gx、y軸傾斜磁場Gy、z軸傾斜磁場Gzは、主として、例えば、読出し用傾斜磁場Gr、位相エンコード用傾斜磁場Ge、スライス用傾斜磁場Gsとしてそれぞれ使用される。コンピュータシステム28はシーケンスコントローラ32を駆動制御するとともに、受信器26で受信されるエコー信号としてのエコー信号を取り込んで所定の信号処理を施すことにより、被検体の磁気共鳴スペクトロスコピー、あるいは磁気共鳴スペクトルスコピックイメージングを再構成し、表示部30で表示する。
【0021】
図2は第1実施形態による磁気共鳴スペクトルの収集に先立って磁場不均一性の調整を行うシーケンスコントローラ32のフロー図である。先ず、磁気共鳴スペクトルを観測すべき局所領域を予め取得された画像から設定する(図3参照)。本実施形態では、局所領域の他に、局所領域を含む第2の領域と、第2の領域をほぼ含む第1の領域を設定する。
【0022】
ステップS1で、第1の領域の磁場分布を測定する。磁場分布の計測は、スピンエコー(SE)法やフィールドエコー(FE)法、化学シフトイメージング法を使った公知の計測方法によって実現可能であり、ここでは、図4に示すようなFE法のイメージングシーケンスに従って、再構成された画像の位相情報が磁場不均一性の影響を反映することを利用して磁場の不均一分布を求める。エコー信号E1とE2をそれぞれ再構成し、位相画像の差分をとり、適切な係数を掛けることで磁場分布が得られる。なお、図4は、特定のスライス面における磁場分布を求めるパルスシーケンスを示しているが、マルチスライス手法等の3D空間における測定も同様の原理に基づいて容易に実現可能である。
【0023】
ステップS2で、このようにして測定された第1の領域の磁場分布をシムコイル系14によって発生できる磁場成分に展開し、それに基づいて局所領域に対応する磁場不均一性を相殺するのに必要な第1のシム電流セットを算出する。シム電流セットの算出方法は、最小2乗法など一般的に知られたフィット計算で実現される。シムコイルの作る磁場分布がルジャンドル関数などの直交関数状になることが多いので、磁場分布をその直交関数系で展開する(特に球面展開する)ことが一般的である。
【0024】
ステップS3で、第1のシム電流セットをシムコイル電源22に設定する。
【0025】
ステップS4で、シムコイル電源22から第1のシム電流セットをシムコイル系14へ流した状態で、第2の領域の磁場分布を測定する。第2の領域の磁場分布の測定も、ステップS1における第1の領域の磁場分布の測定と同様に、再構成画像の位相情報に基づいて磁場分布を求める。しかし、第2の領域の磁場分布の測定の空間分解能は第1の領域の磁場分布の測定の空間分解能よりも高い。
【0026】
ステップS5で、第2の領域の磁場分布の一部を使って第2のシム電流セットを算出する。第2のシム電流セットの算出も、ステップS2における第1のシム電流セットの算出と同様に、直交関数展開を利用する。
【0027】
ステップS6で、第1のシム電流セットと第2のシム電流セットとの和により第3のシム電流セットを算出する。
【0028】
ステップS7で、第3のシム電流セットをシムコイル電源22に設定する。この第3のシム電流セットにより、局所領域の磁場均一性が向上される。このように静磁場の不均一性が補正された後、磁気共鳴スペクトルの収集が開始される。
【0029】
ステップS1からステップS7は連続して実施することも可能であるし、途中にMRイメージング動作を追加することもできる。
【0030】
本実施形態では、ステップS4における第2の領域の磁場分布の計測の空間分解能をステップS1における第1の領域の磁場分布の計測の空間分解能より高めているので、局所領域の磁場均一性を向上させることができる。この効果は、第1のシム電流セットの項数(チャネル数)と第2のシム電流セットの項数が等しくても達成される。従来は、第2の領域だけ高空間分解能で磁場分布を計測しているが、実際には、その周囲の第1の領域の磁場分布も必要であり、この点で従来は高精度に不均一性を補正することができず、均一性の程度が低かった。しかし、本実施形態によれば、第1の領域の磁場分布の計測に加えて狭い第2の領域の磁場分布の高空間分解能の計測を行い、それぞれの計測結果からフィット演算により2次、1次までの不均一を相殺する第1、第2のシム電流セットを求め、それらを加算することにより最終的なシム電流セットを求めているので、第1のシム電流セットにより補正した上で第2の領域の分布を求めることになり、不均一性の計測精度が向上する。さらに、局所領域での磁場データ数が増えているので、フィットの精度が向上する。そのため、局所領域の磁場均一性を向上させることができる。
【0031】
発明者の検討では、1次のシムコイル(3チャンネル)が装備された磁気共鳴診断装置において、第1実施形態の構成により、人体頭部のスペクトル半値幅が調整前の1.47ppmから0.30ppmに改善された。これは、生体による2次以上の磁場不均一性があるために、シム電流を算出する元となる磁場分布計測領域が広ければ広いほど、1次だけの展開では誤差を有するからである。このことを裏付けるように、2次のシムコイル(5チャンネル)までを有する磁気共鳴診断装置では、人体頭部のスペクトル半値幅が0.18ppm程度までさらに改善することが確かめられた。
【0032】
本実施形態での調整時間を述べると、ステップS1の第1の領域の磁場分布計測ステップにおいて約20秒、ステップS4の第2の領域の磁場分布計測ステップにおいて1分、およびこれらの撮影条件(スライス厚、マトリックス数など)を設定するのに約20秒、計1分40秒かかった。従来技術で述べたSTE法により信号減衰をモニターする方法では約3分程度の調整時間が必要である。これからも本実施形態による時間短縮の効果は大きいことが分かる。
【0033】
以上説明したように、第1実施形態によれば、スペクトルを計測したい局所領域を含む第2の領域と、第2の領域を含む第1の領域の磁場分布を空間分解能を変えて(第2の領域の空間分解能を高くする)計測し、それぞれ1次と2次の関数展開をしてシム電流セットを求めているので、局所領域の磁場均一性を向上させることができる。
【0034】
以下、本発明による磁気共鳴診断装置の他の実施形態を説明する。他の実施形態の説明において第1実施形態と同一部分は同一参照数字を付してその詳細な説明は省略する。
【0035】
第2実施形態
第2実施形態は第1実施形態の改良に関する。第1実施形態では、第1のシム電流セット(2次の不均一性を補正)と第2のシム電流セット(1次の不均一性を補正)のチャネル数が等しいとしたが、第2実施形態では、第2のシム電流セットのチャネル数が第1のシム電流セットのチャネル数より少ないことが特徴である。全体の構成、動作は図1、図2に示した第1実施形態の場合と同様であるが、図2のステップS6の第3のシム電流セットの算出のみが異なっている。図5に示すように、第1のシム電流セットはA、B、Cの3チャネルあり、第2のシム電流セットはA、Bの2チャネルのみであるとする。第3のシム電流セット(3チャネル)は第1、第2のシム電流セットに共通の2チャネル(チャネルA、チャネルB)については第1実施形態と同様に第1、第2のシム電流セットの和であるが、第1のシム電流セットにしかない1チャネル(チャネルC)については、第1のシム電流セットのチャネルCの電流値がそのまま設定される。
【0036】
局所領域の磁場不均一性は1次成分が主体的であるので、第2実施形態では、人体頭部の場合には次のような調整を行えば良いことが判明した。シムコイルが1次分布3チャンネルと2次分布5チャンネルで構成される場合を考える。図2のステップS1において、頭部を広くカバーするように第1の領域の磁場分布を測定し、ステップS2において、2次の球面展開を行って第1のシム電流セット(1次および2次分布8チャンネル分)を算出する。ステップS3で、この値をシムコイル電源22に設定する。ステップS4で、局所の関心領域を含み、かつステップS1で計測した第1の領域よりも狭い第2の領域でステップS1の計測より空間分解能の高い磁場計測を行う。ここで得られた磁場分布のうち局所の関心領域とほぼ同程度の領域の磁場分布を用いて(ほぼ同程度と言う意味は、データが離散的であるので、局所領域と正確に同じ領域のデータが無い場合もあるからである)、ステップS5で、1次の球面展開をおこなって第2のシム電流セット(1次分布3チャンネル分)を算出する。第3のシム電流セットの1次分布3チャンネルは、第1のシム電流セットの1次分布3チャンネルと第2のシム電流セット(1次分布3チャンネル分)との和で算出する。また、第3のシム電流セットの2次分布5チャンネルは、第1のシム電流セットの2次5チャンネル分と等しい値にする。
【0037】
人体頭部における実例を紹介する。ステップS2およびステップS3の調整によりステップS4で得られた磁場分布を図6に示す。不均一性の程度は小さくなったが、依然として無視できない磁場不均一性は生じている。ここで図6の領域Aに注目すると、残っている不均一性が領域Aではほぼ線形であるということである。そこで、ステップS5においては1次3チャンネル分だけの球面展開を行えばよいことの妥当性が示されている。図7は、ステップS7で得られた第3のシム電流セットにより実現される磁場分布であり、領域Aでほぼ水平(=均一)になっている。発明者の実験結果では、第1実施形態で実験した同じ局所領域において、本実施形態により0.14ppmのスペクトル線幅(第1実施形態では0.18ppm)が実現され、磁気共鳴スペクトルを高精度に計測できるレベルまでの磁場均一性が向上された。
【0038】
第3実施形態
第3実施形態は、第1実施形態と第2実施形態の両方の変形に関するものであり、第1実施形態に基づいた処理の流れを図8に示す。
【0039】
ステップS11で、広い領域である第1の領域の磁場分布を低空間分解能で測定する。
【0040】
ステップS12で、第1の領域の磁場分布から2次までの第1のシム電流セットを算出する。
【0041】
ステップS13で、第1のシム電流セットをシムコイル電源22に設定する。
【0042】
ステップS14で、第1のシム電流セットを用いて狭い領域である第2の領域の磁場分布を高空間分解能で測定する。
【0043】
ステップS15で、ステップS14で得られた第2の領域の磁場分布を記憶する。
【0044】
ステップS16で、MRスペクトルデータの収集のための位置決めを開始する。ステップS17で、スペクトルデータを収集する局所領域を指定する。ステップS18で、該局所領域が第2の領域に含まれているか否か判定する。該局所領域が第2の領域に含まれている場合、ステップS15で記憶した第2の領域の磁場分布の一部を使って、ステップS19で第2のシム電流セットを算出する。ステップS20で、第1のシム電流セットと第2のシム電流セットから第3のシム電流セットを算出する。ステップS21で、第3のシム電流セットをシムコイル電源22に設定する。ステップS22で局所領域のMRスペクトルの収集を開始する。なお、ステップS18で、該局所領域が第2の領域に含まれていない場合、ステップS23で警告を発し、第2の領域を設定し直して再度調整動作(ステップS11〜)を行う。あるいは、局所領域を設定し直してステップS18の判定を繰り返す。
【0045】
このようにすると、ステップS17で指定する局所領域が第2の領域に含まれている限り、その場所に応じた最適なシム電流値を算出することができる。この処理は単なる数値計算処理であり、計算時間は無視できるぐらい短いものである。したがって、スペクトルを計測したい局所領域が多いほど、撮影のトータルの時間における磁場均一性調整の処理が占める割合は、大幅に減少させることができる。
【0046】
なお、ステップS17で指定する局所領域のサイズは第1実施形態の局所領域とほぼ同じであることが望ましい。これは、指定する局所領域が非常に小さいと、磁場分布の信号対雑音比が低く、関数フィッティング演算が不可能な場合もあるからである。そこで、ステップS18では局所領域が小さすぎる場合や、磁場データの信号対雑音比が低い場合も判定し、「データが足りません」等の警告メッセージを出すことも好ましい。あるいは、警告を出す代わりに自動的にデータ量を増やしてもよい。すなわち、ステップS19で用いるデータ領域として、局所領域を所定の量だけ拡大した範囲にすることが考えられる。この拡大処理を実行する条件としては、データ点数が必要な数に達しているか否か、あるいは展開の際に十分な精度のシム電流が得られるか否か等の観点から判断される。
【0047】
さらに、磁場分布の信号対雑音比が悪い場合には、磁場分布の平滑化処理を行ってもよい。これにより、シム電流の決定精度を向上することができる。
【0048】
また、第3実施形態は図8に示すフローに限らず、第2のシム電流セットのチャネル数が第1のシム電流セットのチャネル数より少ない第2実施形態に基づいてもよい。
【0049】
本発明は上述した実施形態に限定されず、種々変形して実施可能である。例えば、上述の説明はMRスペクトル計測について行ったが、本発明はMRイメージングにおいても、同様に実施可能である。また、第1のシム電流セットは2次の磁場不均一性までの補正を行うとしたが、3次以上の高次の不均一性まで補正してもよい。さらに、その場合、第1、第2の領域以外の領域を設定してもよい。例えば、第2の領域より小さく、局所領域を含む第3の領域を設定し、第1、第2の領域ではそれぞれ3次、2次までのシム電流セットを求め、第3の領域で1次までのシム電流セットを求めてもよい。
【0050】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により、局所領域から磁気共鳴信号を検出し解析する磁気共鳴診断装置において、撮影時間の延長をもたらすことなく高精度の磁場均一性調整をおこなうことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による磁気共鳴診断装置の第1実施形態の構成を示すブロック図。
【図2】本発明による磁気共鳴診断装置の第1実施形態の磁場均一性調整動作を示すフローチャート。
【図3】本発明における局所領域、第1、第2の領域の設定例を示す概略図。
【図4】磁場計測のためのFE法のパルスシーケンスを示す図。
【図5】本発明の第2実施形態における第3のシム電流セットの算出を示す概略図。
【図6】第2実施形態により調整を行う前の磁場不均一性を示す図。
【図7】第2実施形態による調整後の磁場不均一性を示す図。
【図8】本発明の第3実施形態の磁場均一性調整動作を示すフローチャート。
【符号の説明】
10…主磁石
12…傾斜磁場コイル系
14…シムコイル系
16…RFコイル
18…主磁石電源
20…傾斜磁場電源
22…シムコイル電源
24…送信器
26…受信器
32…シーケンスコントローラ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a magnetic resonance diagnostic apparatus that uses a magnetic resonance phenomenon to obtain morphological information such as a slice image of a subject (living body) and functional information such as spectroscopy, and in particular, magnetism caused by nonuniformity of a static magnetic field distribution. The present invention relates to a magnetic resonance diagnostic apparatus capable of suppressing deterioration of a resonance spectrum and measuring a magnetic resonance spectrum in a local region at high speed.
[0002]
[Prior art]
In the magnetic resonance imaging (MRI) apparatus and the magnetic resonance spectroscopy (MRS) apparatus, the uniformity of the static magnetic field greatly affects the quality and accuracy of the MR image and the MR spectrum, and therefore very high uniformity is required. Particularly, in the 1 H (metabolite) -MRS apparatus, since the range of chemical shift is narrow, only magnetic field inhomogeneities of about 0.1 ppm at the maximum are allowed. For this reason, in the magnetic resonance diagnostic apparatus, in addition to the main magnet that generates a static magnetic field, a plurality of correction coils (called shim coils) for canceling the static magnetic field inhomogeneity are provided, and the value of the current flowing through the shim coil is adjusted. By doing so, the inhomogeneity of the static magnetic field is compensated.
[0003]
However, even if shim coils are used, if the subject is composed of multiple components such as a living body and has a non-uniform distribution / component, the static magnetic field uniformity as described above should be realized in the entire region of the subject. Is extremely difficult. This is because, in the case of the human body, the magnetic field inhomogeneity of the second or higher order component often occurs.
[0004]
For this reason, a method for improving the magnetic field uniformity only in a local region of interest has been considered. As a specific example, a magnetic resonance signal is generated from a local region by a pulse sequence of the stimulated echo (STE) method described in JP-A-4-227232, and the time constant of attenuation of the signal is the most. There is a method of determining the primary shim current so as to be longer. This is based on the fact that the more homogeneous the magnetic field, the faster the signal decays.
[0005]
However, this method also has drawbacks. That is, it takes adjustment time to calculate the optimum current value by sequentially changing the shim current. Furthermore, when the MR spectrum of another local region is measured, it is necessary to perform the same adjustment again from the beginning.
[0006]
On the other hand, as described in JP-A-4-208133, a method is also conceivable in which the magnetic field inhomogeneity is obtained from the phase information of the MR image, and the shim current is calculated for each local region according to the obtained inhomogeneity. ing. In this method, magnetic field measurement is performed once in a wide range including a local region, and a shim current is calculated from the local magnetic field distribution. As a calculation method, the measured static magnetic field inhomogeneous distribution is developed into a magnetic field component that can be generated by a shim coil, and orthogonal function expansion is often used for this expansion. At this time, what should be noted is the accuracy of the expansion, and the number of data points needs to be increased (the resolution is made finer or a wide area is measured) as the number of expansion terms increases. This leads to extension of the photographing time at the stage of acquiring the MR image. On the contrary, when the number of expansion terms is reduced, instead of shortening the imaging time, the line width of the spectrum becomes wider due to the above-described magnetic field inhomogeneity of the second and higher order components, and S / N Has the disadvantage of deteriorating.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the conventional magnetic resonance diagnostic apparatus, a shim coil generates a magnetic field that locally compensates for the non-uniform distribution of the static magnetic field, and the shim current is adjusted to increase the uniformity of the static magnetic field locally. There was a problem that it took time.
[0008]
An object of the present invention is to provide a magnetic resonance diagnostic apparatus that can improve the uniformity of a static magnetic field in a local region in a short time with high accuracy and collect magnetic resonance data with high accuracy.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems and achieve the object, the present invention uses the following means.
[0010]
(1) A magnetic resonance diagnostic apparatus according to an aspect of the present invention includes a main magnet that generates a substantially uniform static magnetic field in an imaging space in which a subject can be inserted, and a magnetic field for correcting non-uniformity of the static magnetic field. A magnetic resonance diagnostic apparatus comprising: a plurality of shim coils for generating a shim; and a shim power supply for supplying a shim current to the plurality of shim coils; and means for measuring a magnetic field distribution in a first region in the imaging space; Means for calculating a first shim current set from the magnetic field distribution of the region, and setting the first shim current set to a shim power source, and the first shim current set is used to include the first shim current set in the imaging region is a means for measuring the magnetic field distribution of the second area including the first area is smaller than the local region, and calculates the second shim current set using only the magnetic field distribution of the local region, the first Is the shim current set and the second shim current set? Calculating a third shim current set, it is characterized in that a third shim current set and means for setting the shim power supply.
[0011]
(2) magnetic resonance diagnostic apparatus according to another aspect of the present invention, a main magnet for generating a substantially uniform static magnetic field can be inserted shooting space object, for correcting the non-uniformity of the static magnetic field A magnetic resonance diagnostic apparatus comprising: a plurality of shim coils that generate a magnetic field; and a shim power supply that supplies current to the plurality of shim coils; a first unit that measures a magnetic field distribution in a first region in an imaging space; Means for calculating a first shim current set from the magnetic field distribution of the region, and setting the first shim current set to a shim power source, and the first shim current set is used to include the first shim current set in the imaging region Means for measuring the magnetic field distribution of the second region to be stored, storing the magnetic field distribution of the second region, designating means for designating a local region smaller than the first region, and the local region designated by the designating means Is included in the second region Or a determination unit, when the determination means determines that the local region is included in the second region, and calculates the second shim current set using only the magnetic field distribution of the local region, the Means for calculating a third shim current set from one shim current set and a second shim current set and setting the third shim current set to a shim power source is provided.
[0012]
(3) A magnetic resonance diagnostic apparatus according to another aspect of the present invention is the magnetic resonance diagnostic apparatus according to (1) or (2) above, wherein the spatial resolution of the magnetic field distribution of the first region is that of the second region. It is characterized by being coarser than the spatial resolution of the magnetic field distribution.
[0013]
(4) A magnetic resonance diagnostic apparatus according to another aspect of the present invention is the magnetic resonance diagnostic apparatus according to any one of (1) to (3), wherein the number of channels of the second shim current set is the first shim. Less than the number of channels in the current set, and among the third shim current sets, the shim current of the channel corresponding to the second shim current set is the first shim current of the channel corresponding to the value of the second shim current set. The shim currents of the remaining channels of the third shim current set are determined only by the first shim currents of the corresponding channels.
[0014]
(5) A magnetic resonance diagnostic apparatus according to another aspect of the present invention is the magnetic resonance diagnostic apparatus according to any one of (1) to (4), wherein the first shim current set is from the first to the higher order. This is a shim current for magnetic field distribution correction, and the second shim current set is a shim current for primary magnetic field distribution correction.
[0016]
According to such a magnetic resonance diagnostic apparatus, in a magnetic resonance diagnostic apparatus that detects and analyzes a magnetic resonance signal from a local region, it is possible to perform high-precision magnetic field uniformity adjustment without extending the imaging time. .
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of a magnetic resonance diagnostic apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0018]
First Embodiment FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a magnetic resonance diagnostic apparatus according to a first embodiment of the present invention. In a gantry (not shown), a
[0019]
The
[0020]
The gradient magnetic
[0021]
FIG. 2 is a flowchart of the
[0022]
In step S1, the magnetic field distribution in the first region is measured. The measurement of the magnetic field distribution can be realized by a known measurement method using a spin echo (SE) method, a field echo (FE) method, or a chemical shift imaging method. Here, the FE method imaging as shown in FIG. According to the sequence, the inhomogeneous distribution of the magnetic field is obtained using the fact that the phase information of the reconstructed image reflects the influence of the inhomogeneity of the magnetic field. The magnetic field distribution is obtained by reconstructing the echo signals E1 and E2, respectively, taking the difference between the phase images, and multiplying by an appropriate coefficient. FIG. 4 shows a pulse sequence for obtaining a magnetic field distribution in a specific slice plane, but measurement in 3D space such as a multi-slice method can be easily realized based on the same principle.
[0023]
In step S2, the magnetic field distribution of the first region measured in this way is developed into a magnetic field component that can be generated by the
[0024]
In
[0025]
In step S4, the magnetic field distribution in the second region is measured with the first shim current set flowing from the shim
[0026]
In step S5, a second shim current set is calculated using a part of the magnetic field distribution in the second region. The calculation of the second shim current set also uses orthogonal function expansion in the same manner as the calculation of the first shim current set in step S2.
[0027]
In step S6, a third shim current set is calculated from the sum of the first shim current set and the second shim current set.
[0028]
In step S 7, the third shim current set is set in the shim
[0029]
Steps S1 to S7 can be performed continuously, or an MR imaging operation can be added along the way.
[0030]
In this embodiment, since the spatial resolution of the measurement of the magnetic field distribution of the second region in step S4 is higher than the spatial resolution of the measurement of the magnetic field distribution of the first region in step S1, the magnetic field uniformity in the local region is improved. Can be made. This effect is achieved even if the number of terms (number of channels) in the first shim current set is equal to the number of terms in the second shim current set. Conventionally, the magnetic field distribution is measured with high spatial resolution only in the second region, but in reality, the magnetic field distribution in the surrounding first region is also necessary. The uniformity could not be corrected and the degree of uniformity was low. However, according to the present embodiment, in addition to the measurement of the magnetic field distribution in the first region, the measurement of the high spatial resolution of the magnetic field distribution in the narrow second region is performed. Since the first and second shim current sets that cancel the non-uniformity up to the next are obtained, and the final shim current set is obtained by adding them, the first shim current set is corrected and the first shim current set is corrected. The distribution of the area 2 is obtained, and the measurement accuracy of nonuniformity is improved. Furthermore, since the number of magnetic field data in the local region is increased, the accuracy of fitting is improved. Therefore, the magnetic field uniformity in the local region can be improved.
[0031]
According to the inventor's study, in the magnetic resonance diagnostic apparatus equipped with the primary shim coil (3 channels), the spectrum half-width of the human head is adjusted from 1.47 ppm before adjustment to 0.30 ppm by the configuration of the first embodiment. Improved. This is because there is a second or higher order magnetic field inhomogeneity due to the living body, and the larger the magnetic field distribution measurement region from which the shim current is calculated, the larger the error in the first-order expansion. In support of this, it was confirmed that in the magnetic resonance diagnostic apparatus having up to the secondary shim coils (5 channels), the spectrum half-width of the human head is further improved to about 0.18 ppm.
[0032]
The adjustment time in this embodiment will be described. About 20 seconds in the magnetic field distribution measurement step of the first region in step S1, 1 minute in the magnetic field distribution measurement step of the second region in step S4, and these imaging conditions ( It took about 20 seconds, a total of 1 minute and 40 seconds, to set the slice thickness and the number of matrices. In the method of monitoring signal attenuation by the STE method described in the prior art, an adjustment time of about 3 minutes is required. From this, it can be seen that the effect of time reduction according to the present embodiment is great.
[0033]
As described above, according to the first embodiment, the magnetic field distribution of the second region including the local region where the spectrum is to be measured and the first region including the second region is changed by changing the spatial resolution (second The spatial resolution of the region is increased), and the shim current set is obtained by performing first-order and second-order function expansions, respectively, so that the magnetic field uniformity in the local region can be improved.
[0034]
Hereinafter, other embodiments of the magnetic resonance diagnostic apparatus according to the present invention will be described. In the description of the other embodiments, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the detailed description thereof is omitted.
[0035]
Second Embodiment The second embodiment relates to an improvement of the first embodiment. In the first embodiment, the number of channels of the first shim current set (correcting the second-order nonuniformity) and the second shim current set (correcting the first-order nonuniformity) are equal. The embodiment is characterized in that the number of channels of the second shim current set is smaller than the number of channels of the first shim current set. The overall configuration and operation are the same as those of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2, except for the calculation of the third shim current set in step S6 of FIG. As shown in FIG. 5, it is assumed that the first shim current set has three channels A, B, and C, and the second shim current set has only two channels A and B. The third shim current set (three channels) is the first and second shim current sets for the two channels (channel A and channel B) common to the first and second shim current sets, as in the first embodiment. For one channel (channel C) that has only the first shim current set, the current value of channel C of the first shim current set is set as it is.
[0036]
Since the primary component is mainly used for the magnetic field inhomogeneity in the local region, in the second embodiment, it has been found that the following adjustment may be performed in the case of the human head. Consider a case where a shim coil is composed of three primary distribution channels and five secondary distribution channels. In step S1 of FIG. 2, the magnetic field distribution of the first region is measured so as to cover the head widely, and in step S2, the second spherical expansion is performed to perform the first shim current set (primary and secondary).
[0037]
An example of the human head is introduced. FIG. 6 shows the magnetic field distribution obtained in step S4 by adjusting step S2 and step S3. Although the degree of inhomogeneity has been reduced, magnetic field inhomogeneities still cannot be ignored. When attention is paid to the area A in FIG. 6, the remaining non-uniformity is almost linear in the area A. Therefore, in step S5, it is shown that it is sufficient to perform spherical expansion for only the first three channels. FIG. 7 shows the magnetic field distribution realized by the third shim current set obtained in step S7, which is substantially horizontal (= uniform) in the region A. As a result of the inventor's experiment, in the same local region tested in the first embodiment, a spectral line width of 0.14 ppm (0.18 ppm in the first embodiment) is realized by this embodiment, and the magnetic resonance spectrum is highly accurate. Magnetic field uniformity up to a level that can be measured quickly has been improved.
[0038]
Third Embodiment A third embodiment relates to a modification of both the first embodiment and the second embodiment, and FIG. 8 shows a flow of processing based on the first embodiment.
[0039]
In step S11, the magnetic field distribution in the first area, which is a large area, is measured with low spatial resolution.
[0040]
In step S12, a first shim current set from the magnetic field distribution of the first region to the second order is calculated.
[0041]
In step S <b> 13, the first shim current set is set to the shim
[0042]
In step S14, the magnetic field distribution of the second region, which is a narrow region, is measured with high spatial resolution using the first shim current set.
[0043]
In step S15, the magnetic field distribution of the second region obtained in step S14 is stored.
[0044]
In step S16, positioning for collecting MR spectrum data is started. In step S17, a local region for collecting spectrum data is designated. In step S18, it is determined whether or not the local region is included in the second region. If the local region is included in the second region, a second shim current set is calculated in step S19 using a part of the magnetic field distribution of the second region stored in step S15. In step S20, a third shim current set is calculated from the first shim current set and the second shim current set. In step S21, the third shim current set is set to the shim
[0045]
In this way, as long as the local region specified in step S17 is included in the second region, an optimum shim current value corresponding to the location can be calculated. This process is merely a numerical calculation process, and the calculation time is negligibly short. Therefore, as the number of local regions in which the spectrum is to be measured increases, the proportion of the magnetic field uniformity adjustment process in the total imaging time can be significantly reduced.
[0046]
Note that the size of the local area specified in step S17 is preferably substantially the same as the local area of the first embodiment. This is because if the specified local region is very small, the signal-to-noise ratio of the magnetic field distribution is low and function fitting calculation may not be possible. In step S18, it is also preferable to determine whether the local region is too small or the signal-to-noise ratio of the magnetic field data is low, and issue a warning message such as “data is insufficient”. Alternatively, the amount of data may be automatically increased instead of issuing a warning. That is, it can be considered that the data area used in step S19 is a range in which the local area is enlarged by a predetermined amount. The conditions for executing this enlargement process are determined from the viewpoint of whether the number of data points has reached a required number, or whether a sufficiently accurate shim current can be obtained at the time of expansion.
[0047]
Further, when the signal-to-noise ratio of the magnetic field distribution is poor, the magnetic field distribution may be smoothed. Thereby, the determination accuracy of the shim current can be improved.
[0048]
Further, the third embodiment is not limited to the flow shown in FIG. 8, and may be based on the second embodiment in which the number of channels of the second shim current set is smaller than the number of channels of the first shim current set.
[0049]
The present invention is not limited to the embodiment described above, and can be implemented with various modifications. For example, although the above description has been made with respect to MR spectrum measurement, the present invention can be similarly applied to MR imaging. In addition, although the first shim current set is corrected to the second order magnetic field non-uniformity, it may be corrected to the third order or higher order non-uniformity. In that case, an area other than the first and second areas may be set. For example, a third region that is smaller than the second region and includes a local region is set, and third and second shim current sets are obtained in the first and second regions, respectively, and the first region is obtained in the third region. The shim current set up to may be obtained.
[0050]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in a magnetic resonance diagnostic apparatus that detects and analyzes a magnetic resonance signal from a local region, it is possible to perform high-precision magnetic field uniformity adjustment without increasing the imaging time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a first embodiment of a magnetic resonance diagnostic apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing the magnetic field uniformity adjustment operation of the first embodiment of the magnetic resonance diagnostic apparatus according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of setting a local area, first area, and second area in the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a pulse sequence of an FE method for measuring a magnetic field.
FIG. 5 is a schematic diagram showing calculation of a third shim current set in the second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing magnetic field inhomogeneity before adjustment according to the second embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing magnetic field inhomogeneity after adjustment according to the second embodiment.
FIG. 8 is a flowchart showing the magnetic field uniformity adjustment operation of the third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (5)
撮影空間内の第1の領域の磁場分布を測定する手段と、
第1の領域の磁場分布から第1のシム電流セットを算出し、第1のシム電流セットをシム電源に設定する手段と、
第1のシム電流セットを用いて撮影領域内の前記第1の領域に含まれ、前記第1の領域より小さい局所領域を含む第2の領域の磁場分布を測定する手段と、
前記局所領域の磁場分布のみを使って第2のシム電流セットを算出し、第1のシム電流セットと第2のシム電流セットから第3のシム電流セットを算出し、第3のシム電流セットをシム電源に設定する手段と、
を具備することを特徴とする磁気共鳴診断装置。A main magnet for generating a substantially uniform static magnetic field can be inserted shooting space object, a plurality of shim coils for generating a magnetic field for correcting the non-uniformity of the static magnetic field, shim current to the plurality of shim coils In a magnetic resonance diagnostic apparatus comprising a shim power supply for supplying
Means for measuring the magnetic field distribution of the first region in the imaging space;
Means for calculating a first shim current set from the magnetic field distribution of the first region and setting the first shim current set to a shim power source;
Means for measuring a magnetic field distribution of a second region that is included in the first region within the imaging region using a first shim current set and includes a local region smaller than the first region ;
A second shim current set is calculated using only the magnetic field distribution in the local region, a third shim current set is calculated from the first shim current set and the second shim current set, and the third shim current set is calculated. Means to set the shim power,
A magnetic resonance diagnostic apparatus comprising:
撮影空間内の第1の領域の磁場分布を測定する手段と、
第1の領域の磁場分布から第1のシム電流セットを算出し、第1のシム電流セットをシム電源に設定する手段と、
第1のシム電流セットを用いて撮影領域内の前記第1の領域に含まれる第2の領域の磁場分布を測定し、第2の領域の磁場分布を記憶する手段と、
前記第1の領域より小さい局所領域を指定する指定手段と、
前記指定手段により指定された局所領域が第2の領域に含まれているか否か判定する判定手段と、
前記判定手段が前記局所領域が第2の領域に含まれていると判定した場合、前記局所領域の磁場分布のみを使って第2のシム電流セットを算出し、第1のシム電流セットと第2のシム電流セットから第3のシム電流セットを算出し、第3のシム電流セットをシム電源に設定する手段と、
を具備することを特徴とする磁気共鳴診断装置。A main magnet for generating a substantially uniform static magnetic field can be inserted shooting space object, a plurality of shim coils generates a magnetic field for correcting the non-uniformity of the static magnetic field, a current to the plurality of shim coils In a magnetic resonance diagnostic apparatus comprising a shim power supply to supply,
Means for measuring the magnetic field distribution of the first region in the imaging space;
Means for calculating a first shim current set from the magnetic field distribution of the first region and setting the first shim current set to a shim power source;
Means for measuring a magnetic field distribution of a second region included in the first region in the imaging region using a first shim current set, and storing the magnetic field distribution of the second region;
Designating means for designating a local region smaller than the first region ;
Determining means for determining whether or not the local area specified by the specifying means is included in the second area;
When the determination unit determines that the local region is included in the second region, a second shim current set is calculated using only the magnetic field distribution of the local region, and the first shim current set and the first shim current set Means for calculating a third shim current set from the two shim current sets and setting the third shim current set to a shim power supply;
A magnetic resonance diagnostic apparatus comprising:
第3のシム電流セットのうち、第2のシム電流セットに対応するチャネルのシム電流は第2のシム電流セットの値と対応するチャネルの第1のシム電流との和で算出され、第3のシム電流セットの残りのチャネルのシム電流は対応するチャネルの第1のシム電流のみで決定されることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の磁気共鳴診断装置。The number of channels of the second shim current set is less than the number of channels of the first shim current set;
Of the third shim current set, the shim current of the channel corresponding to the second shim current set is calculated by the sum of the value of the second shim current set and the first shim current of the corresponding channel, 4. The magnetic resonance diagnostic apparatus according to claim 1, wherein the shim current of the remaining channels of the set of shim currents is determined only by the first shim current of the corresponding channel. 5. .
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