JP6227270B2 - Magnetic resonance imaging apparatus and magnetic resonance imaging method - Google Patents
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Description
本発明は、磁気共鳴イメージング(以下、MRIと呼ぶ。)技術に関する。特に、撮像空間における高周波磁場(RF)パルスの照射均一度を向上させるRFシミング技術に関する。 The present invention relates to a magnetic resonance imaging (hereinafter referred to as MRI) technique. In particular, the present invention relates to an RF shimming technique for improving the irradiation uniformity of a radio frequency magnetic field (RF) pulse in an imaging space.
MRI装置では、静磁場中におかれた原子核の磁気モーメントに対し、固有の周波数を有するRFパルスを照射し、これにより生じる磁気共鳴現象を利用して物質の自然科学的な情報を測定、画像として可視化する。 The MRI system irradiates an RF pulse having a specific frequency with respect to the magnetic moment of a nucleus placed in a static magnetic field, and measures the natural scientific information of the substance using the magnetic resonance phenomenon caused by this, image Visualize as.
近年、より鮮明な画像を得るために装置の高磁場化が進み、3テスラ機などが登場している。この3テスラ機では、使用する周波数のRF波長が、主な撮像対象である人体の大きさと合致するために、撮像対象内に定常波が生じ、これにより、撮像空間内でRFパルスの照射強度の不均一、すなわち、生成される回転磁界の分布(B1分布)の不均一が発生している。この不均一を克服するため、複数のチャンネルを持つ送信コイルを用い、それぞれのチャンネルに与えるRFパルスの強度と位相とを独立に制御することで、B1分布の均一度を高めるRFシミングが考案されている(例えば、非特許文献1、特許文献1参照)。RFシミングは、現在では3テスラ以外の静磁場強度下でも用いられ、RF波長と撮像対象の大きさに起因したB1分布の不均一だけでなく、撮像対象の形状に起因したB1分布の不均一を補正する技術としても用いられている。 In recent years, in order to obtain a clearer image, the magnetic field of the apparatus has been increased, and a 3 Tesla machine has appeared. In this 3 Tesla machine, since the RF wavelength of the frequency to be used matches the size of the human body that is the main imaging object, a standing wave is generated in the imaging object, and thus the irradiation intensity of the RF pulse in the imaging space is increased. Non-uniformity, that is, non-uniformity of the generated rotating magnetic field distribution (B1 distribution) occurs. In order to overcome this non-uniformity, RF shimming was devised to improve the uniformity of the B1 distribution by using a transmission coil having a plurality of channels and independently controlling the intensity and phase of the RF pulse applied to each channel. (For example, see Non-Patent Document 1 and Patent Document 1). RF shimming is currently used even under static magnetic field strengths other than 3 Tesla, and not only the B1 distribution due to the RF wavelength and the size of the imaging target, but also the B1 distribution due to the shape of the imaging target. It is also used as a technique for correcting the above.
RFシミングは、照射系を複数のチャンネルに分割しさえすれば実現可能であり、汎用性が高く、B1分布の均一度を向上させるためには大変重要な技術である。しかしながら、RFシミングにより撮像空間内のB1分布の均一度は向上するものの、印加するRFパルスの強度および位相をチャンネル毎に調整するため、全体としての強度が増減する。このため、この増減に対応可能な高性能なハードウェアが必須となる。このような高性能なハードウェアがないと、照射ゲインの調整幅を超えてしまい、適切なRFパルスの照射が行えない。 RF shimming can be realized as long as the irradiation system is divided into a plurality of channels, is highly versatile, and is a very important technique for improving the uniformity of the B1 distribution. However, although the uniformity of the B1 distribution in the imaging space is improved by RF shimming, since the intensity and phase of the applied RF pulse are adjusted for each channel, the intensity as a whole increases or decreases. For this reason, high-performance hardware that can cope with this increase / decrease is essential. Without such high-performance hardware, the adjustment range of the irradiation gain is exceeded, and appropriate RF pulse irradiation cannot be performed.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ハードウェアを高性能化することなしに、前述の課題を克服する技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a technique for overcoming the above-described problems without increasing the performance of hardware.
本発明は、RFシミングを目的として調整される、各チャンネルに与えるRFパルスの強度、位相を、RFシミングにより得られたB1分布の均一度を維持しながら、撮像空間に生じる正味の照射強度を規格化し、実質的な照射強度の変化を抑える。規格化は、各チャンネルからの出力の合成ベクトルの絶対値がRFシミング前後で変化しないよう、各チャンネルに与えるRFパルスの強度を任意の割合で変化させる。 The present invention adjusts the intensity and phase of the RF pulse applied to each channel, adjusted for the purpose of RF shimming, while maintaining the uniformity of the B1 distribution obtained by RF shimming, and the net irradiation intensity generated in the imaging space. Standardize and suppress substantial changes in irradiation intensity. In normalization, the intensity of the RF pulse applied to each channel is changed at an arbitrary ratio so that the absolute value of the combined vector of the output from each channel does not change before and after RF shimming.
本発明によれば、ハードウェアを高性能化することなしに、RFシミングが要求するRFパルス照射を実現できる。 According to the present invention, RF pulse irradiation required by RF shimming can be realized without increasing the performance of hardware.
以下、添付図面に従って本発明に係る好ましい実施形態について詳説する。なお、発明の実施形態を説明するための全図において、特に明示しない限り、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof will be omitted unless otherwise specified.
本実施形態では、画像取得装置としてMRI装置を用いる場合を例にあげて説明する。まず、本実施形態のMRI装置の一例の全体概要を図1に基づいて説明する。図1は、本実施形態のMRI装置の一実施形態の全体構成を示すブロック図である。 In the present embodiment, a case where an MRI apparatus is used as an image acquisition apparatus will be described as an example. First, an overall outline of an example of the MRI apparatus of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of one embodiment of the MRI apparatus of this embodiment.
本実施形態のMRI装置100は、NMR現象を利用して被検体の断層画像を得るもので、図1に示すように、静磁場発生部120と、傾斜磁場発生部130と、高周波磁場照射部(以下、送信部)150と、高周波磁場検出部(以下、受信部)160と、制御処理部170と、シーケンサ140と、を備える。
The
静磁場発生部120は、垂直磁場方式であれば、被検体101の周りの空間にその体軸と直交する方向に、水平磁場方式であれば、体軸方向に、均一な静磁場を発生させるもので、被検体101の周りに配置される永久磁石方式、常電導方式あるいは超電導方式の静磁場発生源を備える。
The static
傾斜磁場発生部130は、MRI装置100の座標系(装置座標系)であるX、Y、Zの3軸方向に巻かれた傾斜磁場コイル131と、それぞれの傾斜磁場コイルを駆動する傾斜磁場電源132とを備え、後述のシーケンサ140からの命令に従ってそれぞれの傾斜磁場コイル131の傾斜磁場電源132を駆動することにより、X、Y、Zの3軸方向に傾斜磁場Gx、Gy、Gzを印加する。この傾斜磁場により、被検体101に対するスライス面を設定する。また、後述する核磁気共鳴信号をエンコードし、位置情報を付与する。
The gradient magnetic
送信部150は、被検体101の生体組織を構成する原子の原子核スピンに核磁気共鳴を起こさせるために、被検体101に高周波磁場パルス(RFパルス)を照射するもので、高周波発振器(シンセサイザ)152と変調器153と高周波増幅器154と送信側の高周波コイル(送信コイル)151とを備える。本実施形態の送信部150は、複数のチャンネルを有し、各チャンネルからそれぞれRFパルスを照射する。
The
送信コイル151は、チャンネル毎に給電点を有し、各給電点に供給されるRFパルスを照射する。シンセサイザ152と、変調器153と、高周波増幅器154とは、チャンネル毎に備えられる。一例として、それぞれ2つ備える場合を図2に示す。本図に示すように、それぞれ、第一のチャンネル(チャンネル1:Ch1)に対応し、シンセサイザ152a、変調器153a、高周波増幅器154aが備えられ、第二のチャンネル(チャンネル2:Ch2)に対応し、シンセサイザ152b、変調器153b、高周波増幅器154bが備えられる。ただし、シンセサイザは共有でも構わない。
The
シンセサイザ152はRFパルスを生成し、出力する。変調器153は、シーケンサ140からの指令に従って出力されたRFパルスを強度および位相を変調する。高周波増幅器154は、この変調されたRFパルスを増幅し、被検体101に近接して配置された送信コイル151の給電点に供給する。送信コイル151は供給されたRFパルスを被検体101に照射する。シーケンサ140から変調器153に与えられる変調の指示、タイミングは、制御処理部170により制御される。
The
受信部160は、被検体101の生体組織を構成する原子核スピンの核磁気共鳴により放出される核磁気共鳴信号(エコー信号、NMR信号)を検出するもので、受信側の高周波コイル(受信コイル)161と信号増幅器162と直交位相検波器163と、A/D変換器164とを備える。受信コイル161は、被検体101に近接して配置され、送信コイル151から照射された電磁波によって誘起された被検体101の応答のNMR信号を検出する。検出されたNMR信号は、信号増幅器162で増幅された後、シーケンサ140からの指令によるタイミングで直交位相検波器163により直交する二系統の信号に分割され、それぞれがA/D変換器164でディジタル量に変換されて、制御処理部170に送られる。
The receiving
送信コイル151と傾斜磁場コイル131とは、被検体101が挿入される静磁場発生部120の静磁場空間内に、垂直磁場方式であれば被検体101に対向して、水平磁場方式であれば被検体101を取り囲むようにして設置される。また、受信コイル161は、被検体101に対向して、或いは取り囲むように設置される。
The
シーケンサ140は、制御処理部170からの指示に従って、RFパルスと傾斜磁場パルスとを印加するよう各部を動作させる。具体的には、制御処理部170からの指示に従って、被検体101の断層画像のデータ収集に必要な種々の命令を送信部150、傾斜磁場発生部130、および受信部160に送信する。
The
制御処理部170は、MRI装置100全体の制御、各種データ処理等の演算、処理結果の表示及び保存等を行うもので、CPU171と記憶装置172と表示装置173と入力装置174とを備える。
The
記憶装置172は、ハードディスクなどの内部記憶装置と、外付けハードディスク、光ディスク、磁気ディスクなどの外部記憶装置とにより構成される。記憶装置172は、例えば、経時的な画像解析処理及び計測を行うプログラムやその実行において用いる不変のパラメータなどを記憶するROM(読み出し専用メモリ)と、計測結果や受信部160で検出したエコー信号、及び関心領域設定に用いる画像を一時保管すると共にその関心領域を設定するためのパラメータなどを記憶するRAM(随時書き込み読み出しメモリ)と、CPU171で再構成された画像データを記録するデータ格納部となる光磁気ディスク、磁気ディスクなどを備える。
The storage device 172 includes an internal storage device such as a hard disk and an external storage device such as an external hard disk, an optical disk, and a magnetic disk. The storage device 172 includes, for example, a ROM (read-only memory) that stores a program for performing image analysis processing and measurement over time, an invariant parameter used in the execution, a measurement result, an echo signal detected by the receiving
表示装置173は、記憶装置172から読み出した画像データを映像化して断層像として表示する表示部であり、例えば、CRT、液晶などのディスプレイ装置で構成される。
The
入力装置174は、MRI装置100の各種制御情報や制御処理部170で行う処理の制御情報の入力のインタフェースであり、例えば、トラックボールまたはマウスとキーボードとを備える。入力装置174は、表示装置173に近接して配置される。操作者は、表示装置173を見ながら入力装置174を通してインタラクティブにMRI装置100の各種処理に必要な指示、データを入力する。
The input device 174 is an interface for inputting various control information of the
CPU171は、操作者が入力した指示に従って、記憶装置172に予め保持されるプログラムを実行することにより、MRI装置100の動作の制御、各種データ処理等の制御処理部170の各処理を実現する。例えば、送信部150の各チャンネルに与えるRFパルスの強度と位相とを決定する。また、受信部160からのデータが制御処理部170に入力されると、CPU171は、信号処理、画像再構成処理等を実行し、その結果である被検体101の断層像を表示装置173に表示するとともに、記憶装置172に記憶する。また、シーケンサ140を制御する。
The
現在、MRI装置の撮像対象核種で、臨床で普及しているものは、被検体101の主たる構成物質である水素原子核(プロトン)である。MRI装置100では、プロトン密度の空間分布や、励起状態の緩和時間の空間分布に関する情報を画像化することで、人体頭部、腹部、四肢等の形態または機能を、二次元もしくは三次元的に撮像する。
Currently, the nuclide to be imaged by the MRI apparatus, which is widely used clinically, is a hydrogen nucleus (proton) that is a main constituent material of the subject 101. In the
また、静磁場の不均一を調整するシムコイルを備えていてもよい。傾斜磁場の印加に起因する渦電流の空間的かつ時間的な情報から、シムコイルに補償電流を印加する。なお、渦電流は、傾斜磁場発生部130に補償電流を印加することによりキャンセルしてもよい。
Moreover, you may provide the shim coil which adjusts the nonuniformity of a static magnetic field. A compensation current is applied to the shim coil from the spatial and temporal information of the eddy current resulting from the application of the gradient magnetic field. The eddy current may be canceled by applying a compensation current to the gradient
次に、本実施形態の制御処理部170が実現する機能について説明する。本実施形態の制御処理部170は、図3に示すように、撮像条件設定部210と、撮像部230とを備える。撮像条件設定部210は、ユーザから撮像パラメータを含む撮像条件の設定を受け付け、設定する。撮像部230は、撮像条件設定部210により設定された撮像条件に従って、各部を動作させ、撮像を実行する。
Next, functions realized by the
本実施形態の撮像条件設定部210は、各チャンネルに与えられるRFパルスの強度および位相を、照射強度および照射位相として決定する照射磁場決定部(RF決定部)220を備える。
The imaging
本実施形態のRF決定部220は、撮像領域内の高周波磁場分布の均一度を高めるよう、強度の初期値(初期強度)および位相の初期値(初期位相)をチャンネル毎に調整するRFシミングを行い、調整後の初期強度を、各チャンネルから照射されるRFパルスの合成強度が所定の範囲内になるよう補正し、照射強度を得る。この補正を規格化と呼ぶ。
The
本実施形態のRF決定部220は、各チャンネルに与えるRFパルスの強度および位相を決定するため、図3に示すように、照射ゲイン調整部221と、初期設定部222と、RFシミング部223と、RF補正部224と、機差補正部225と、備える。
In order to determine the intensity and phase of the RF pulse applied to each channel, the
なお、制御処理部170の各部は、予め記憶装置172に格納されるプログラムを、CPU171がメモリにロードして実行することにより実現される。
Each unit of the
照射ゲイン調整部221は、照射ゲインを測定し、撮像条件で設定されたフリップアングルの励起を実現する照射ゲインの初期値を決定する。そして、決定した照射ゲインの初期値を初期照射ゲインとして設定する。初期照射ゲインを設定する処理は、RFシミング部223およびRF補正部224による各処理に先立ち、行われる。
The irradiation
初期設定部222は、各チャンネルに与えるRFパルスの初期強度および初期位相を設定する。2チャンネル照射の場合、QD照射を実現するよう、初期強度および初期位相が決定されるのが一般的である。
The
RFシミング部223は、撮像空間に生じる高周波磁場B1の均一度を向上させるよう、各チャンネルに与えられるRFパルスの強度と位相とを個別に調整する、いわゆるRFシミング処理を行う。本実施形態では、調整後の位相と、調整後の強度とを算出する。2チャンネルの場合、一方のチャンネルを基準としてRFシミング処理を行う。従って、位相については、基準としないチャンネルの、基準とするチャンネルの位相からの差(位相差)を出力する。なお、RFシミング処理は、公知の手法を用いる。
The
RF補正部224は、上記規格化を行う。本実施形態では、RFシミングにより得られたRFパルスの照射均一度を保ちながら、RFシミング後の正味のRF強度(合成調整強度)が、RFシミング前の正味のRF強度(合成初期強度)にできるだけ近づくよう、各チャンネルの調整強度を補正し、照射強度を得る。なお、このとき、位相については、RFシミング後の位相値(調整位相)を維持する。
The
RFシミングでは、各チャンネルに与えるRFパルスの強度と位相とを個別に制御し、撮像空間に生じる正味のRFの均一度を向上させる。しかし、前記各チャンネルに与えるRFパルスの強度と位相とを変化させるため、正味のRFの強度は、RFシミング前後で変化することがある。本実施形態のRF補正部224は、この正味のRF強度の変化を低減させるよう、各チャンネルに与えるRFパルスの強度を補正する。
In RF shimming, the intensity and phase of the RF pulse applied to each channel are individually controlled to improve the net RF uniformity generated in the imaging space. However, since the RF pulse intensity and phase applied to each channel are changed, the net RF intensity may change before and after RF shimming. The
なお、上記照射ゲインの決定処理、RFシミング処理、規格化処理は、設定された照射ゲイン(強度)および位相に応じて、正確に送信コイル151からRFパルスが出力されることが前提である。しかしながら、一般に、ハードウェアには機差が存在するため、実際は、誤差が発生する。機差補正部225は、このハードウェア機差による誤差を予め調整し、上記前提を実現する。具体的には、チャンネル毎に、変調器153や高周波増幅器154の機差を解消するように定められたオフセット値を予め加算あるいは減算し、誤差をキャンセルする。この際、各チャンネルの強度および位相は、オシロスコープを用いた実測などにより求める。強度については、照射ゲイン調整ツールを用いたシーケンス的な調整を1チャンネルずつ行うことで求めても良い。
The irradiation gain determination process, the RF shimming process, and the normalization process are based on the assumption that an RF pulse is accurately output from the
次に、本実施形態のRF補正部224による規格化処理の概要を説明する。ここでは、チャンネル数は2とし、QD照射を行うよう設定されているものとする。また、各チャンネルを、それぞれ、チャンネル1(Ch1)およびチャンネル2(Ch2)と呼び、RFシミング処理では、チャンネル1(Ch1)を基準として、チャンネル2(Ch2)に与えるRFパルスの強度および位相を算出する。従って、2チャンネルの環境下でのRFシミングによる変化は、チャンネル2(以下、Ch2という)にのみ生じる。
Next, an outline of normalization processing by the
チャンネル1およびチャンネル2にそれぞれ与えられるRFパルスの強度を、R1、R2[Tesla]、位相を、θ1、θ2[degree]とすると、各チャンネルからの照射を表すベクトルRch1およびRch2は、以下の式(1)で表される。
なお、本実施形態では、QD照射を行うよう、各チャンネルに与えられるRFパルスの強度および位相の初期値(初期強度および初期位相)が定められる。チャンネル1を基準とすると、QD照射時は、R2=R1、θ1=0、θ2=90[degree]と設定されるため、式(1)のベクトルRch1およびRch2は、本実施形態では、以下の式(2)で表される。
与えられるRFパルスの強度および位相が、上記初期強度および初期位相に設定されている場合、図4(a)に示すように、合成初期強度、すなわち、QD照射時の正味の照射強度SQDは、上記式(2)の2つのベクトルRch1およびRch2の和の絶対値となるため、以下の式(3)で表される。
本実施形態では、QD照射用に調整された各チャンネルに与えるRFパルスの初期強度および初期位相に対し、RFシミング部223がRFシミング処理を行う。RFシミング処理後のチャンネル2(Ch2)の強度(調整強度)をA・R1、チャンネル1(Ch1)との間の位相差で表される位相(調整位相)をθ[degree]とする。なお、照射ゲイン調整部221は、この調整強度A・R1を実現する照射ゲインの補正値AdB[dB](強度A)を算出し、その照射ゲインAdB[dB]を設定するよう、シーケンサ140を介して送信部150に指令を出す。得られた調整強度(照射ゲインの補正値)および調整を反映すると、式(2)は、以下の式(4)のように表される。
なお、これら2つのベクトルRch1およびRch2で表される照射による、正味の照射強度SB1shim、すなわち、合成調整強度は、図4(b)に示すように、2つのベクトルRch1およびRch2の和の絶対値であるため、以下の式(5)で表される。
図4(a)および図4(b)に示すように、RFシミングを行うことにより、その前後で、正味の照射強度が異なることがある。本実施形のRF補正部224は、RFシミングにより得られたRF照射の均一度が維持された状態で、RFシミング後の正味の照射強度(合成調整強度)SB1shimを、RFシミング前の正味の照射強度(合成初期強度)SQDに近づける。すなわち、RF補正部224は、合成調整強度が合成初期強度の所定数倍以内となるよう調整強度を補正し、照射強度を得る。これにより、RFシミング前後で、撮像空間に生じる正味の照射強度の変化が所望の範囲となり、照射ゲインの変化も所望の範囲に納まる。
As shown in FIGS. 4A and 4B, the net irradiation intensity may differ before and after performing RF shimming. The
具体的には、まず、所望の範囲を特定する係数Rangeを定義する。この係数Rangeを用いると、RFシミング後の正味の照射強度(合成調整強度)SB1shimと、RFシミング前の正味の照射強度(合成初期強度)SQDとの関係は、以下の式(6)で表される。
上記式(6)を満たすよう、両チャンネルからの照射を調整するため、本実施形態では、上記2つのベクトルの強度を同じ割合で増減する係数Coeffを導入する。同じ割合で増減させるとは、2つのベクトルの強度の大きさの比を維持しながら、大きさを変化させることである。この係数Coeffを導入した際のRFシミング後の正味の照射強度SB1shimは、以下の式(7)で表される。
上記式(3)、式(6)および式(7)から、各チャンネルの係数Coeffは、以下の式(8)により算出される。
規格化後のチャンネル1(Ch1)の強度は、Coeff・R1であり、規格化後のチャンネル2(Ch2)の強度は、Coeff・A・R1である。従って、規格化を行った後の、チャンネル1の照射ゲインの補正値AN_dB1は、20log10(Coeff)[dB]となり、チャンネル2の照射ゲインの補正値AN_dB2は、(20log10(Coeff)+AdB)[dB]となる。なお、位相は、RFシミング後同様、それぞれ、0、θ[degree]である。 The intensity of channel 1 (Ch1) after normalization is Coeff · R 1 , and the intensity of channel 2 (Ch2) after normalization is Coeff · A · R 1 . Therefore, after the normalization, the correction value A N_dB1 of the irradiation gain of the channel 1 is 20 log 10 (Coeff) [dB], and the correction value A N_dB2 of the irradiation gain of the channel 2 is (20 log 10 (Coeff) + A dB ) [dB]. The phases are 0 and θ [degree], respectively, after RF shimming.
上記強度および位相で照射される、補正後の各チャンネルに与えられるRFパルスの正味の照射強度Snormを、図4(c)に示す。ここでは、Rangeが1で、式(8)で、Coeffを最大値に設定した場合を例示する。本図に示すように、Snormの大きさは、SQDの大きさと等しくなり、Snormの向きは、SB1shimの向きとなる。また、位相θはRFシミング時の値が維持されるため、ベクトルRch2のベクトルRch1に対する角度は、RFシミング後の図4(b)と同じとなる。 FIG. 4C shows the net irradiation intensity S norm of the RF pulse applied to each channel after correction irradiated with the intensity and phase. Here, a case where Range is 1 and Coeff is set to the maximum value in Expression (8) is illustrated. As shown in the figure, the size of S norm is equal to the size of S QD , and the direction of S norm is the direction of S B1shim . In addition, since the value of the phase θ is maintained at the time of RF shimming, the angle of the vector Rch2 with respect to the vector Rch1 is the same as that in FIG.
なお、撮像条件設定部210は、得られた照射強度および照射位相を設定する。撮像部230は、チャンネル毎に、設定した照射強度および設定した照射位相でRFパルスを送信コイル151の給電点に与え、撮像を実行する。
The imaging
なお、上記例では、RFシミング後の正味の照射強度(合成調整強度)SB1shimが、RFシミング前の正味の照射強度(合成初期強度)SQDの所定の範囲内に納まるよう、係数Coeffを計算しているが、これに限られない。例えば、RFシミング後の正味の照射強度(合成調整強度)SB1shimが、RFシミング前の正味の照射強度(合成初期強度)SQDに合致するよう係数Coeffを計算するよう構成してもよい。 In the above example, the coefficient Coeff is set so that the net irradiation intensity (synthesis adjustment intensity) S B1shim after RF shimming falls within a predetermined range of the net irradiation intensity (synthesis initial intensity) S QD before RF shimming. Although it is calculating, it is not restricted to this. For example, the coefficient Coeff may be calculated so that the net irradiation intensity (synthesis adjustment intensity) S B1shim after RF shimming matches the net irradiation intensity (synthesis initial intensity) S QD before RF shimming.
この場合、上記式(6)は、以下の式(9)で表される。
この場合、RFシミングにより得られた均一度が維持されたまま、RFシミング前後で撮像空間に生じる正味の照射強度の変化が無くなり、照射ゲインの変化も生じない。 In this case, while maintaining the uniformity obtained by RF shimming, there is no change in the net irradiation intensity that occurs in the imaging space before and after RF shimming, and no change in irradiation gain.
また、このとき得られる各チャンネルの照射ゲインの補正値AN_dB1およびAN_dB2を、図5(a)および図5(b)に示す。図5(a)は、チャンネル1(Ch1)の照射ゲインの補正値AN_dB1を、図5(b)は、チャンネル2(Ch2)の照射ゲインの補正値AN_dB2を、横軸を照射位相θにとり、それぞれ、RFシミング直後の照射ゲインの補正値AdB毎に示したものである。 Further, correction values A N_dB1 and A N_dB2 of the irradiation gain of each channel obtained at this time are shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b). 5 (a) is the correction value A N_dB1 irradiation gain channel 1 (Ch1), FIG. 5 (b), the correction value A N_dB2 irradiation gain channel 2 (Ch2), the horizontal axis illumination phase θ In each case, the values are shown for each correction value A dB of the irradiation gain immediately after RF shimming.
以下、本実施形態の、撮像時の処理の流れを説明する。図6(a)は、本実施形態の撮像処理の処理フローである。 Hereinafter, the flow of processing during imaging according to the present embodiment will be described. FIG. 6A is a processing flow of the imaging process of the present embodiment.
撮像条件設定部210が、ユーザから撮像パラメータの入力を受け付けると、初期設定部222は、各チャンネルに与えるRFパルスの初期強度および初期位相を設定する(ステップS1001)。本実施形態では、2チャンネルQD照射を行うため、初期位相は、チャンネル1(Ch1)が0、チャンネル2(Ch2)が90度に設定される。
When the imaging
照射ゲイン調整部221は、撮像条件で定められた各チャンネルに与えるRFパルスの強度(初期強度)を実現する照射ゲインを初期照射ゲインとして決定する(ステップS1002)。
The irradiation
RFシミング部223は、RFシミング処理を行い、チャンネル2(Ch2)の、照射ゲインの補正値AdBおよび位相の補正値θを算出する(ステップS1003)。
The
RF補正部224は、規格化処理を行い、チャンネル1(Ch1)およびチャンネル2(Ch2)それぞれの、照射ゲインの補正値(AN_dB1、AN_dB2)を算出する(ステップS1004)。本実施形態では、上述のように、RFシミング後の正味の照射強度SB1shimが、RFシミング前の正味の照射強度SQDにできる限り近づくよう、上記係数Coeffを算出し、それを用いて算出する。
The
撮像条件設定部210は、撮像条件を決定し、設定する(ステップS1005)。ここでは、算出された照射ゲインの補正値分各チャンネルの照射ゲインを調整するとともに、位相を調整する。そして、撮像部230は、設定された撮像条件に従って、撮像を実行する(ステップS1006)。
The imaging
なお、ここで、本実施形態の規格化処理無しの従来の撮像処理の流れを比較のために説明する。従来の撮像処理の流れを図6(b)に示す。 Here, the flow of the conventional imaging process without the normalization process of the present embodiment will be described for comparison. A flow of conventional imaging processing is shown in FIG.
撮像条件に従って、各チャンネルに与えるRFパルスの初期強度および初期位相を設定する(ステップS1101)。例えば、2チャンネルQD照射を行う場合、初期位相は、チャンネル1(Ch1)が0、チャンネル2(Ch2)が90度に設定される。次に、撮像条件で定められた各チャンネルに与えるRFパルスの強度(初期強度)を実現する照射ゲインを初期照射ゲインとして決定する(ステップS1102)。そして、RFシミング処理を行う(ステップS1103)。 In accordance with the imaging conditions, the initial intensity and initial phase of the RF pulse applied to each channel are set (step S1101). For example, when performing 2-channel QD irradiation, the initial phase is set to 0 for channel 1 (Ch1) and 90 degrees for channel 2 (Ch2). Next, an irradiation gain that realizes the intensity (initial intensity) of the RF pulse applied to each channel determined by the imaging conditions is determined as an initial irradiation gain (step S1102). Then, RF shimming processing is performed (step S1103).
その後、RFシミング後の各チャンネルに与えられるRFパルスの強度および位相を実現する照射ゲインを再計算する(ステップS1104)。そして、再計算した照射ゲインと、照射ゲインに関するハードウェア許容値とを比較する(ステップS1105)。比較の結果、計算した照射ゲインがハードウェア許容値を超えている場合、照射ゲインをハードウェア許容値に再設定する照射ゲイン頭打ち処理を行い(ステップS1106)、撮像条件と設定する(ステップS1107)。一方、超えていない場合は、RFシミング処理後の強度および位相値をそのままRFの撮像条件と決定する。そして、設定された撮像条件に従って、撮像を実行する(ステップS1108)。 Thereafter, the irradiation gain for realizing the intensity and phase of the RF pulse given to each channel after RF shimming is recalculated (step S1104). Then, the recalculated irradiation gain is compared with the hardware allowable value related to the irradiation gain (step S1105). If the calculated irradiation gain exceeds the hardware allowable value as a result of the comparison, an irradiation gain peaking process is performed to reset the irradiation gain to the hardware allowable value (step S1106), and the imaging condition is set (step S1107). . On the other hand, if not, the intensity and phase value after the RF shimming process are determined as they are as the RF imaging conditions. Then, imaging is executed according to the set imaging conditions (step S1108).
本実施形態の撮像処理と従来の撮像処理とを比較すると、本実施形態では、照射ゲインを再計算し、再度設定する必要がないし、また、再設定後の照射ゲインが、ハードウェアの許容値内であるか否かの判別も不要となる。さらに、ハードウェア許容値を超えていた場合の頭打ち処理もない。 Comparing the imaging processing of the present embodiment and the conventional imaging processing, in this embodiment, it is not necessary to recalculate and set the irradiation gain again, and the irradiation gain after the resetting is an allowable value of hardware. It is not necessary to determine whether or not it is within. Furthermore, there is no peak processing when the hardware allowable value is exceeded.
以上説明したように、本実施形態のMRI装置100は、複数チャンネルを有し、各チャンネルからそれぞれ高周波磁場パルスを撮像領域に照射する高周波磁場照射部(送信部)150と、前記照射する高周波磁場の強度および位相を、照射強度および照射位相として前記チャンネル毎に決定する照射磁場決定部(RF決定部)220と、前記決定された照射強度および照射位相で各前記チャンネルから前記高周波磁場パルスを照射し、撮像を行う撮像部230と、を備え、前記照射磁場決定部(RF決定部)220は、前記撮像領域内の高周波磁場分布の均一度を高めるよう前記初期強度および前記初期位相を前記チャンネル毎に調整するRFシミングを行い、調整後の前記初期強度を、両チャンネルから照射される高周波磁場パルスの合成強度が所定の範囲内となるよう補正し、前記照射強度を得る。
As described above, the
このように、本実施形態では、RFシミングによって得られた調整位相を維持したまま、各チャンネルの調整強度を、同じ割合で調整し、合成強度がRFシミング前の合成強度の所定の範囲内に納まるよう再設定する。これにより、本実施形態によれば、RFシミングを行ったとしても、正味の照射強度(合成強度)がRFシミング前の値の所定の範囲に納まる。従って、RFシミングにより実現される照射の均一度を維持し、且つ正味の照射強度変化を抑えることが可能となる。 As described above, in this embodiment, the adjustment strength of each channel is adjusted at the same ratio while maintaining the adjustment phase obtained by RF shimming, and the combined strength is within a predetermined range of the combined strength before RF shimming. Reset to fit. Thereby, according to this embodiment, even if RF shimming is performed, the net irradiation intensity (synthetic intensity) falls within a predetermined range of values before RF shimming. Therefore, it is possible to maintain the uniformity of irradiation realized by RF shimming and suppress the net change in irradiation intensity.
以上説明したように、本実施形態によれば、RFシミングにより、各照射チャンネルの強度および位相の変更のために生じてしまう撮像空間内の正味の照射強度の増減を回避し、照射ゲインがRFシミング前後で大きく変わってしまうことを避けることができる。すなわち、RFシミングを用いたRF均一度の向上を得るために、撮像空間に生じるRFの照射強度に変化が生じた場合でも、RFシミングの結果として得られた各チャンネルの調整強度と調整位相を用いた照射の規格化を行うことで、その変化を抑えることが可能となる。これにより、照射ゲインの調整幅が狭いハードウェアを用いた場合においても、弊害無くRFシミングを行うことが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, the increase or decrease of the net irradiation intensity in the imaging space caused by the change of the intensity and phase of each irradiation channel is avoided by RF shimming, and the irradiation gain is RF. It is possible to avoid a significant change before and after shimming. In other words, in order to obtain an improvement in RF uniformity using RF shimming, the adjustment intensity and adjustment phase of each channel obtained as a result of RF shimming can be obtained even when there is a change in the RF irradiation intensity generated in the imaging space. The change can be suppressed by standardizing the used irradiation. As a result, even when hardware with a narrow adjustment range of the irradiation gain is used, RF shimming can be performed without adverse effects.
本実施形態では、上記処理を、撮像条件の設定時の、制御処理部170による補正処理により実現する。一般に、RFシミングは、チャンネル毎に出力を変更するため、正味の出力が大きく変動する。このため、照射ゲインに幅広い調整幅が要求される。このような照射ゲインの調整幅の広いハードウェアは高価格であり、価格競争の激しい1.5テスラといった低磁場機においては、無視できない。しかしながら、本実施形態によれば、照射ゲインの調整幅が狭いハードウェアであっても、常にRFシミングを適切に実現できる。従って、ハードウェアを高性能化することなく、適切なRFシミングを実現でき、低磁場機には特に有効である。
In the present embodiment, the above processing is realized by correction processing by the
100:MRI装置、101:被検体、120:静磁場発生部、130:傾斜磁場発生部、131:傾斜磁場コイル、132:傾斜磁場電源、140:シーケンサ、150:送信部、151:送信コイル、152:シンセサイザ、152a:シンセサイザ、152b:シンセサイザ、153:変調器、153a:変調器、153b:変調器、154:高周波増幅器、154a:高周波増幅器、154b:高周波増幅器、160:受信部、161:受信コイル、162:信号増幅器、163:直交位相検波器、164:A/D変換器、170:制御処理部、171:CPU、172:記憶装置、173:表示装置、174:入力装置、210:撮像条件設定部、220:RF決定部、221:照射ゲイン調整部、222:初期設定部、223:RFシミング部、224:RF補正部、225:機差補正部、230:撮像部 100: MRI apparatus, 101: subject, 120: static magnetic field generation unit, 130: gradient magnetic field generation unit, 131: gradient magnetic field coil, 132: gradient magnetic field power supply, 140: sequencer, 150: transmission unit, 151: transmission coil, 152: synthesizer, 152a: synthesizer, 152b: synthesizer, 153: modulator, 153a: modulator, 153b: modulator, 154: high frequency amplifier, 154a: high frequency amplifier, 154b: high frequency amplifier, 160: reception unit, 161: reception Coil, 162: Signal amplifier, 163: Quadrature detector, 164: A / D converter, 170: Control processing unit, 171: CPU, 172: Storage device, 173: Display device, 174: Input device, 210: Imaging Condition setting unit, 220: RF determination unit, 221: Irradiation gain adjustment unit, 222: Initial setting unit, 223: R F shimming unit, 224: RF correction unit, 225: Machine difference correction unit, 230: Imaging unit
Claims (10)
前記高周波磁場パルスの照射強度および照射位相を前記チャンネル毎に決定する照射磁場決定部と、
前記照射強度および照射位相に従って各前記チャンネルから前記高周波磁場パルスを照射し、撮像を行う撮像部と、を備え、
前記照射磁場決定部は、
予め定められた初期強度および初期位相に対し、前記撮像領域内の高周波磁場分布の均一度を高めるよう前記チャンネル毎に調整するRFシミングを行って調整強度および照射位相を得るRFシミング部と、
各前記チャンネルから前記調整強度および前記照射位相で照射される前記高周波磁場パルスを合成した合成調整強度の大きさが、前記各チャンネルから前記初期強度および前記初期位相で照射される前記高周波磁場パルスを合成した合成初期強度の大きさに近づくように、各前記チャンネルについて等しい割合で照射強度を増減させることにより前記調整強度を補正して撮像に用いる照射強度を得るRF補正部と、を備えること
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 A high-frequency magnetic field irradiation part for irradiating a radio frequency magnetic field pulse to the imaging region into a plurality channels,
An irradiation field decision unit that determines the irradiation morphism intensity and irradiation phase before SL RF magnetic field pulse for each of said channels,
Irradiating the high frequency magnetic field pulse from each of said channels according to the previous SL irradiation intensity and irradiation phase, and an imaging unit that performs imaging,
The irradiation magnetic field determination unit
To advance initial intensity defined and Initial phase, RF shimming to obtain a high-frequency magnetic field distribution adjusting intensity performing RF shimming for adjusting for each of the channels so as to enhance the uniformity and illumination phase of the imaging area And
The magnitude of the combined adjustment intensity obtained by synthesizing the high-frequency magnetic field pulses irradiated from the channels with the adjustment intensity and the irradiation phase is determined from the high-frequency magnetic field pulses irradiated from the channels with the initial intensity and the initial phase. An RF correction unit that corrects the adjustment intensity by increasing / decreasing the irradiation intensity at an equal rate for each of the channels so as to approach the magnitude of the combined initial intensity to obtain the irradiation intensity used for imaging. A magnetic resonance imaging apparatus.
前記RF補正部が、各チャンネルから前記調整強度および前記照射位相で照射される前記高周波磁場パルスを表す各ベクトルについて、各該ベクトルの強度を等しい割合で増減させることにより、各前記ベクトルを合成した合成ベクトルが、各前記チャンネルから前記初期強度および前記初期位相で照射される前記高周波磁場パルスを表す各ベクトルを合成した初期合成ベクトルの大きさに近づくよう補正し、撮像に用いる照射強度を得ること
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 The magnetic resonance imaging apparatus according to claim 1,
The RF correction unit synthesizes each vector by increasing / decreasing the intensity of each vector at an equal rate with respect to each vector representing the high-frequency magnetic field pulse irradiated with the adjustment intensity and the irradiation phase from each channel . The combined vector is corrected so as to approach the magnitude of the initial combined vector obtained by combining the vectors representing the high-frequency magnetic field pulses irradiated from the channels with the initial intensity and the initial phase, and the irradiation intensity used for imaging is obtained. A magnetic resonance imaging apparatus.
前記チャンネル数は2であり、
前記初期強度および前記初期位相はQD照射を実現する値であること
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 The magnetic resonance imaging apparatus according to claim 1 or 2,
The number of channels is 2,
The magnetic resonance imaging apparatus, wherein the initial intensity and the initial phase are values that realize QD irradiation .
前記RF補正部が、以下の式(1)に従って、前記調整強度を補正して撮像に用いる照射強度を得ること
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
The RF resonance unit corrects the adjustment intensity according to the following formula (1) to obtain an irradiation intensity used for imaging.
前記RF補正部が、前記式(1)における係数Coeffを、以下の式(2)によって算出すること
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
The magnetic resonance imaging apparatus , wherein the RF correction unit calculates a coefficient Coeff in the equation (1) by the following equation (2) .
前記照射磁場決定部は、前記初期強度を実現する照射ゲインを初期照射ゲインとして決定する照射ゲイン調整部をさらに備えること
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 The magnetic resonance imaging apparatus according to any one of claims 1 to 5,
The irradiation field decision unit of the previous SL magnetic resonance imaging apparatus characterized by further comprising an irradiation gain adjustment unit that determines a radiation gain to achieve an initial strength as an initial radiation gain.
前記照射ゲイン調整部は、前記照射強度を得る照射ゲインを各チャンネルのゲイン補正値として算出すること
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 The magnetic resonance imaging apparatus according to claim 6,
The magnetic resonance imaging apparatus, wherein the irradiation gain adjustment unit calculates an irradiation gain for obtaining the irradiation intensity as a gain correction value for each channel.
前記高周波磁場照射部の、前記チャンネル毎に備えられたハードウェアのチャンネル間の出力誤差を補正する機差補正部をさらに備えること
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 The magnetic resonance imaging apparatus according to any one of claims 1 to 7,
A magnetic resonance imaging apparatus, further comprising a machine difference correction unit that corrects an output error between hardware channels of each of the channels of the high-frequency magnetic field irradiation unit.
前記撮像領域内の高周波磁場分布の均一度を高めるよう前記初期強度および前記初期位相を前記チャンネル毎に調整するRFシミングを行い、調整強度および照射位相を得るRFシミングステップと、
前記各チャンネルから前記調整強度および前記照射位相で照射される前記高周波磁場パルスを合成した合成調整強度が、前記各チャンネルから前記初期強度および前記初期位相で照射される前記高周波磁場パルスを合成した合成初期強度に近づくよう、各前記チャンネルについて等しい割合で照射強度を増減させることにより前記調整強度を補正して撮像に用いる照射強度を得るRF補正ステップと、
前記照射強度および前記照射位相で各前記チャンネルから前記高周波磁場パルスを照射し、撮像を行う撮像ステップと、を含むこと
を特徴とする磁気共鳴イメージング方法。 An initial setting step for setting the intensity and phase of the high-frequency magnetic field pulse irradiated to the imaging region from each of the plurality of channels to an initial intensity and an initial phase that are the intensity and phase with the highest irradiation efficiency;
RF shimming for adjusting the initial intensity and the initial phase for each channel so as to improve the uniformity of the high-frequency magnetic field distribution in the imaging region, and obtaining the adjustment intensity and the irradiation phase;
The synthetic adjusted intensity obtained by combining the high-frequency magnetic field pulses emitted by the adjusting intensity and the irradiation phase from each channel, and combining the said radio frequency magnetic field pulses emitted by the initial strength and the initial phase from the channel synthesis An RF correction step for correcting the adjustment intensity by increasing or decreasing the irradiation intensity at an equal rate for each of the channels so as to approach the initial intensity to obtain the irradiation intensity used for imaging ;
An imaging step of performing imaging by irradiating the high-frequency magnetic field pulse from each of the channels with the irradiation intensity and the irradiation phase.
前記RF補正ステップにおいて、各チャンネルから前記調整強度および前記照射位相で照射される前記高周波磁場パルスを表す各ベクトルについて、各該ベクトルの強度を等しい割合で増減させることにより、各前記ベクトルを合成した合成ベクトルが、各前記チャンネルから前記初期強度および前記初期位相で照射される前記高周波磁場パルスを表す各ベクトルを合成した初期合成ベクトルの大きさに近づくよう補正し、撮像に用いる照射強度を得ること In the RF correction step, for each vector representing the high-frequency magnetic field pulse irradiated from each channel with the adjustment intensity and the irradiation phase, the vectors are synthesized by increasing / decreasing the intensity of each vector at an equal ratio. The combined vector is corrected so as to approach the magnitude of the initial combined vector obtained by combining the vectors representing the high-frequency magnetic field pulses irradiated from the channels with the initial intensity and the initial phase, and the irradiation intensity used for imaging is obtained.
を特徴とする磁気共鳴イメージング方法。 A magnetic resonance imaging method.
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