JPH027940A - Ｍｒスキャナ磁界補償方法およびシム・コイル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は磁気共鳴（ＭＲ）技術に関するものである。更
に詳しくは、本発明はパルス状磁界勾配の印加によって
生じる歪みを克服するための磁界の補償に関するもので
ある。本発明は特に磁気共鳴映像（イメージング）に適
用可能であるが、それに限定されるものではない。

過去において、核磁気共鳴（ＮＭＲ）現象は化合物の構
造を分析するために構造化学者により高分解能磁気共鳴
分光装置で利用されていた。最近では、ＭＲ技術は解剖
学的像の作成ならびにインビボ非侵入式分光分析を行な
う際に適用できる医学的診断用として開発されてきた。

今では周知の通り、ＭＲ現象は均質な分極磁界Ｂｏの中
に配置された患者のような被検体にラーモア周波数の無
線周波（ＲＦ）エネルギーを照射することにより、該彼
検体内部にＭＲ現象を励起することができる。

医学的診断用途では、このＭＲ現象の励起は、検査すべ
き患者を円筒形のＲＦコイルの磁界の中に配置して、Ｒ
ＦコイルをＲＦ電力増幅器で励磁することにより行なわ
れる。ＲＦ励起の終ｒ時に、同一または異なるＲＦコイ
ルを使うことによりＲＦコイルの磁界の中に横たわって
いる患者から出てくる（しばしばスピンエコーの形をと
った）ＭＲ倍信号検出する。１つの完全なＭＲ定走査過
程で、通常はＩＳｉ数のＭＲ倍信号観察される。これら
の信号を使って、彼険体についてのＭＲ映像情報または
分光情報をｉυる。

映像用および局部的な分光の多くの技術用に磁気共鳴を
適用するには、特定１ハ領域を選択的に励起し、またＮ
ＭＲ信号の中に空間情報を符号化するために磁界勾配を
使用することが必要である。

ＮＭＲ実験の際、特に選定した時間変化を有する磁界勾
配波形が使用される。したがって、理想的な磁界勾配波
形の印加からのずれによって像の歪みがＩＬじると予想
される。たとえば、選択的な時間反転パルス（すなわち
１８０’時間反転ＲＦパルスの使用）の間、磁界勾配が
一定でなければ、核スピンの不完全な位相戻しくｒｅｐ
ｈａｓｌｎｇ　）が生じ、それに伴なって信号の損失が
生じる。この影響が多重エコー（カー・バーセル・メイ
ブーム・ギル；Ｃａｒｒ−Ｐｕｒｃ＋３１１−Ｍｅｌｂ
ｏｏｍ−Ｇｌｌｌ　）シーケンスの後の方のスピン・エ
コーの中に現われる。更に、勾配磁界がゼロであるべき
ときに（勾配パルスの終了後の残留する立トリのために
）ゼロでない場合、意図しない位相分散により、化学ン
フト映像（ｃＳＩ）シーケンスでスペクトルが歪み、ま
た多重エコーシーケンスでスピン・スピン緩和時間（Ｔ
２）の決定が不正確になる。したがって時間とともに変
る磁界勾配の発生の正確さが特に重要になる。

低温装置（磁石が超電導設計の場合）、またはシム（ｓ
ｆ＋Ｉｍ）コイル、または勾配コイルをＲＦコイルから
切り離すために使用されるＲＦｍ蔽体０ような分極磁石
内の損失の多い構造に勾配磁界が結合した場合、磁界勾
配の発生に歪みが生じｉする。

勾配の歪みはこれらの周囲構造中での電流の誘導、シム
・コイルへのエネルギーの損失、または検知された勾配
磁界に対するシム電源の実際の応答から生じる。通常、
矩形電流パルスの勾配コイルへの印加中とその後にそれ
ぞれ、磁界勾配のほぼ指数関数的な立上りと立下りが観
察される。

１９８６年１月３日出願の米国特許出願第８１６．０７
４号（特願昭６１−３０６６７４号；特開昭６２−１８
９０５７号）には、勾配磁界の歪みを低減するように勾
配コイルに印加される電流を成形するために勾配電源に
アナログ・プリエンファシス・フィルタを用いる方法が
開示されている。このフィルタには多数の指数減衰素子
および調節可能なポテンショメータが含まれており、ポ
テンショメータはシステムの較正の際に設定しなければ
ならない。システム較正の前に、補正されていない磁界
勾配のインパルス応答を測定し、次いでプリエンファシ
ス中フィルタに対するポテンショメータの設定値を計算
するという測定手法が使用される。

磁界勾配のこのような補償によってＭＲシステムの性能
は改浮されるが、パルス状磁界勾配の印加の結果として
まだ歪みが生じることがわかった。

更に詳しく述べると、磁界勾配パルスによって誘導され
る渦電流によって望ましくない磁界勾配磁界が生ずるだ
けでなく、均質な分極磁界Ｂ０が時間的に変化すること
が測定結果に示されている。

すなわち、磁界勾配パルスによって分極磁界Ｂ。

の大きさにスプリアス変化が生じる。これらの歪みの発
生する度合いは、ある程度、磁石とコイルの構成によっ
て左右される。たとえば、勾配コイルを磁石構造に対し
て正確に位置合わせすることにより歪みが小さくなる。

更に、これらの歪みが悪影響を及ぼす度合いは実行して
いる特定のＭＲｄｐ１定の性質によって左右される。た
とえば、映像用の磁界勾配パルスを非単調に変化させる
ＭＲ定走査通常の走査より大きな影響を受ける。

発明の要約 本発明は磁界勾配パルスが時間に依存する磁界勾配磁界
と時間につれて変化する均質な磁界の両方に及ぼすスプ
リアス効果をａｌｌ＋定し、これらの磁界の発生を低減
するように補償を行なうための方法を１１ノ供する。こ
の方法によれば、補償すべき勾配磁界のアイソセンタか
ら離れた２つの位置の各々に小さな試料体が配置される
。各位置に対して、磁界勾配パルスを印加し、次いで無
線周波（ＲＦ）励起パルスを印加する。その結果得られ
たＮＭＲ信号を取得して分析することにより、各位置に
於けるスプリアス磁界の表示を作成する。次にこれらの
Ａ１１ｌ定結果を使って、勾配コイルの励起に対する勾
配磁界と均質な磁界の両方のインパルス応答を推定する
ことができる。次にΔｐｊ定したインパルス応答を用い
て、勾配磁界電源に対する一層正確な補償回路形成し、
かつ均質な磁界を作るコイルを駆動する電源に対するｈ
ｒＪ償回路を形成する。

本発明の全般的な目的は磁界勾配パルスの印加によって
誘導される渦電流による磁界勾配および均質な磁界のス
プリアス歪みを低減することである。磁界勾配の中の２
つの位置にある試料からデータを取得することにより、
勾配磁界と均質な磁界の両方に於けるスプリアス歪みを
計算するのに充分な情報が得られる。次にこの情報を用
いて、適正な補償回路を作る。

本発明のもう１つの目的は磁界勾配の変化によって生じ
るスプリアス歪ろに対して均質な磁界を補償することで
ある。分極磁界は主磁石およびＢ０シム磁石によって作
られる。Ｂｏシム磁石によって作られる磁界の大きさは
通常、分極磁界のドリフトを補償するように制御される
。本発明によれば、Ｂｏシム磁石の電源は、その磁界が
勾配磁界パルスによって生じるスプリアス歪みを相殺（
オフセット）するような電流をシム磁石に印加する補償
回路を含む。

本発明の上記の目的および利点ならびに他の［」的およ
び利点は以下の説明から明らかとなろう。

以ドの説明では、本発明の一実施例を示す図面を参照す
る。しかし、このような実施例は本発明の全範囲を表わ
すものではなく、発明の範囲は特許請求の範囲によって
定められる。

図面を参照した発明の詳細な説明 まず第１図はブロック図形式でＭＲシステムの主要構成
を例示する、システムの動作全体はホスト・コンビニ〜
り・システムによって制御される。

ホスト・コンピューターシステムは全体が１００で表さ
れ、これは主コンピユータ１０１（たとえばデータ・ゼ
ネラル社のＭＶ４０００）を含む。

主コンピユータにはインタフェース１０２が備えられて
おり、このインタフェースを介して複数のコンピュータ
周辺装置および他のＭＲシステム構成品が結合される。

コンピュータ周辺装置の１つは磁気テープ駆動装置１０
４であり、これは患者のデータおよび像をテープに記録
するために主コンピユータの管理丁で使用される。処理
された患者データはまた画像ディスク記憶装置１１０に
格納することができる。データのＴ（Ｑ処理および画像
構成のために配列プロセッサ１０６が使用される。画像
プロセッサ１０８の機能は画像の拡大、比較、グレース
ケール調節のような対話形画像デイスプレィ操作を行う
ことである。コンピュータ・システムにはディスク１１
２のようなデータ記憶装置を使用する生の画像データ（
すなわち画像構成前の画像データ）を記憶する手段が設
けられている。操作卓１１６もインタフェース１０２を
介してコンピュータに結合され、これにより操作者は患
者に関するデータならびに走査の開始および終了のよう
な適性なＭＲシステムの操作に必要な制御コマンドを入
力することができる。ディスクまたは磁気テープに記憶
された画像を表示するためにも操作卓を使うことができ
る。

コンピュータ・システムはシステム制御器１１８および
勾配増幅システム１２８によってＭＲシステムに対する
制御を実行する。コンピュータは当業者には周知の方法
で（イーサネット（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ）ネットワークの
ような）ディジタル通信ネットワーク１０３によってシ
ステム制御器１１８と通信する。システム制御器には、
パルス制御モジュール（以下ＰＣＭと略称する）１２０
．無線周波トランシーバ１２２、ステータス制御モジュ
ール（以下ＳＣＭと略称する）１２４、およびこれらに
給電するための電源１２６が含まれている。

Ｐ　ＣＭはコンピユー・夕１０１から与えられる制御信
号を使って、勾配コイルの励磁に使用される電流波形お
よびＲＦパルスを変調するためにトランシーバで使用さ
れるＲ　Ｆエンヘロープ波形のようなディジタル・タイ
２ングおよび制御信号を発生ずる。勾配波形は勾配増幅
システム１２８に与えられる。勾配増幅システム１２８
は一般にＧ１増幅器１３０、Ｇｙ増幅器１３２、および
Ｇ２増幅器１３４で構成される。これらの各増幅器は全
体をアセンブリ１．（６で表わした対応するそわぞれの
勾配コイルを励磁するために使用される。励磁されたと
き、勾配コイルは主分極磁界と同じ方向に、実質的に一
定の磁界勾配Ｇ　ｚ、　、　　Ｇ　ｙおよび６３Ｈする
磁界１発生する。ここで、これらの勾配はデカルト座標
系のＪＬいに直交するＸ、ＹおよびＺ軸方向をそれぞれ
向く。すなわち、主磁石の発生する磁界（図示しない）
がＺ方向を向いていて、これをＢ。と表わし、Ｚ方向の
全磁界を８２と表わすと、Ｃｔｙニー３８ｚ　／ａｘ　
、Ｇｙ−ａＢｘ／ａＹ　オヨヒＧニー　ａＢ　、　／ｃ
ｌＺ　テあり、１壬意の点（ｘ、ｙ、ｚ）に於ける磁界
はＢ　（ｘ、ｙ、ｚ）＝Ｂ＋）＋Ｇｘ　ｘ十Ｇｙ　ｙ＋
Ｇ：！Ｚで与えられる。

ＧＸ勾配はｘ−０の平面には影響を及ぼさｌよい。

同様に、ＧｙおよびＧｚはそれぞれｙ−０の平面および
ｚ＝Ｏの平面には影響を及ぼさない。点（０，０，０）
はアイソセンタ（１ｓｏｃｅｎｔｅｒ　）と呼ばれ、ど
の勾配も影響を及ぼさない空間内の点である。通常、ア
イソセンタは主磁界のａ効な容積の実質的に中心に位置
付けされる。

勾配磁界はテうンシーバ１２２、ＲＦ増幅器】２８およ
びＲＦコイル１３８により発生される無線周波パルスと
組合せて使用され、空間情報を患者の被検領域から出て
くるＭＲ倍信号符号化する。

パルス制御モジュール１２０から発生される波形および
制御信号はＲＦＩＩ送波の変調とモード制御のためにト
ランシーバ１２２によって使用される。

送信モードでは、トランシーバは制御信号に従って変調
された無線周波搬送波形をＲＦ電力増幅器１２３に送出
する。このときＲＦ電力増幅器１２３は主磁石アセンブ
リ１４６の中にあるＲＦコイル１３８を励磁する。患者
の中の励起された核によって放射されるＮＭＲ信号は送
信に使用されるのと同じかまたは異なるＲＦコ・イルに
よって検知される。信号はトランシーバ１２２の受信部
で検出、増幅、復調、−波およびディジタル化される。

処理された信号はインタフェース１０２とトランシーバ
１２２とを結合する専用の単方向高速ディジタル・リン
ク１０５を介して主コンピユータ１０１に処理のために
送られる。

ｒ’ＣＭ　（１２０）およびＳＣＭ　（１２４）は独立
なサブシステムであり、この両者ともリンク１０３によ
り相互に、また主コンピユータ１０１、患者位置ぎめ装
置１５２のような周辺装置と通信を行なう。ＰＣＭおよ
びＳＣＭの各々は主コンピユータからの指令を処理する
ためにインテル（１ｎｔｅｌ）８０８６のような１６ビ
ツトのマイクロプロセッサで構成される。ＳＣＭには患
者寝台（図示しない）の位置および可動の患者位置合わ
せ用扇形光ビーム（図示しない）の位置に関する情報を
取得するための手段が含まれている。主コンピユータ１
０１はこの情報を使って画像デイスプレィおよびｔ１■
成パラメータを変更する。ＳＣＭはまた患者輸送装置と
位置合わせ装置の作動のような機能の開始も行なう。

勾配コイル・アセンブリ１３６およびＲＦ送受信コイル
１３８は分極磁界を発生するために使用される磁石の中
孔内に設置される。この磁石は患者位置合わせ装置１４
８、シム電源１４０および主磁石電源１４２を含む主磁
石アセンブリの一部を形成する。シム電源１４０は主磁
石に付設されたシム・コイルを励磁するために使用され
、シム・コイルは分極磁界の非均質を補正するために用
いられる。以下に更に詳細に説明するように、シム電源
１４０はパルス制御モジュール１２０から勾配磁界パル
スを受けて、これらのパルスを使って電流波形を発生す
る。この電流波形は、Ｂｏシム・コイルに印加されたと
き、本発明の教えるところに従って勾配磁界によって誘
導される電荷を補償する。抵抗性の磁石の場合、主磁石
電源１４２は連続的に磁石に給電する。超伝導磁石の場
合、主磁石電源１４２は磁石の発生する分極磁界を適正
な動作強度にするように使用された後、切り離される。

永久磁石の場合は、電源１４２は不要となる。患者位置
合わせ装置１４８は患者寝台輸送装置１５０および患者
位置ぎめ装置１５２と組合わさって動作する。外部の発
生源からの干渉を最小限にするため、主磁石アセンブリ
、勾配コイル・アセンブリ、ＲＦ送受信コイルおよび患
者操作装置の全てがＲＦ遮蔽室１４４の中に入れられる
。

遮蔽は一般に部屋全体を囲む銅またはアルミニウムのス
クリーンによって行なわれる。このスクリーンは室外で
発生されたＲＦ倍信号ら内部の装置を遮蔽すると共に、
内部の装置で発生されるＲＦ倍信号閉じ込める役目を果
す。動作周波数範囲では典型的には約１００ｄｂの双方
向減衰が得られる。

次に第２Ａ図には勾配コイル１２を励磁してＧ×勾配を
発生するための勾配増幅器１３０が示されている（第１
図にも示されている）。理想的な動作状態のもとでは、
矩形の電流パルス１４が増幅Ｒ７，１３０に印加された
とき、記号１６で示す出力パルスが発生され、したがっ
てほぼ矩形の磁界勾配パルス１８が発生される。しかし
、損失のある構造への結合とその結果のスプリアス磁界
成分の発生のため、得られる磁界勾配の立上り時間が記
号２０で示すように有限となり、また立下り時間も記号
２２で示すように存限となる。前述のように、このよう
な勾配磁界の歪みによって信号が失なわれたり、予期し
ない位相分散が生ずることがある。

本発明の一実施例によれば、これらの勾配磁界の歪みは
第２Ｂ図に示すように電流パルス１４をプリエンファシ
ス・フィルタ２４に印加して記号２６で示すように電流
パルスを予めひずませることにより低減することができ
る。その結果、増幅された電流パルス２８が勾配コイル
１２に印加されると、所望の矩形の磁界勾配パルス１８
が発生される。代表的なＭＲの用途ではデカルト座標系
の少なくとも各軸に勾配パルスが印加されるので、本発
明を実施するＭＲシステムにはすべての軸に沿って補正
を行なうために第２Ｂ図に示したちのと機能的に同じ手
段が設けられる。しかし簡単にするため、以下の説明で
は唯一っの軸に沿った補正について説明する。

第２Ｃ図を参照すると、Ｂｏシム電源はシム電源１４０
の中にあり、シム電源１４０は図示するようにシム・コ
イル５０に接続されている。電源１４０はシム・フィル
タ１９から入力信号を受け、シム・フィルタ１９はその
入力に勾配パルス１４を受ける。後で更に詳細に説明す
るように、シム・フィルタ１９はシム電源に対するイン
パルス応答補正信号を発生するように構成されている。

これらの補正信号はＢ。シム電源によって作られる電流
を一時的に増加または減少させることにより、一部がシ
ムコイル５０によって作られる−様な分極磁界を減少ま
たは増加させる。これらの補正は磁界勾配パルスによっ
て均質な磁界に生じた一時的な増加または減少を相殺す
る。

第２Ｂ図の電流パルス１４および第２Ｃ図の電流パルス
をどのように成形するか、したがって所望の形状を得る
ためにプリエンファシス・フィルタ２４およびシム・フ
ィルタ１９をどのように構成するかを定めるため、除去
すべき歪みの性質をまず測定して分析しなければならな
い。ＭＲシステムを使ってこれを行なう方法について次
に説明する。

第３Ａ図は“Ｏ″で表わした勾配の原点（すなわちシス
テムのアイソセンタ）からそれぞれ距離Ｘｌおよびｘ２
の所に位置ぎめされた試料３０および３０′を示し、各
試料はＭＲ作川用持つ物質、たとえば０．　５Ｍ　　Ｃ
ＬＬＳＯ４をドーピングした水を０．４匡入れた直径が
１／４インチ（６，３５ｍｍ）のアクリル製の管で構成
される。試料３０および３０′は磁界勾配パルスＧ×に
よって生じる歪みをａｌｌｌ定するために使用されるＮ
ＭＲ信号源としての役目を果す。第３Ｂ図は１つの試料
３０または３０′に対して、そして１つの軸に対してＮ
ＭＲ信号（Ｆ　Ｉ　Ｄ）を発生するために使用されるパ
ルス・シーケンス（パルス系列）を示す。前に述べたよ
うに、このシーケンスは補償を必要とする勾配が印加さ
れる他の軸に対して繰り返される。また第３Ａ図に示す
ように、各試料３０．３０’　はその試料から発生され
るＮＭＲ信号にだけ感応する別個の局部コイル３１．３
２によって囲まれる。

コイル３１および３２はマルチプレクサ３３に接続され
ている。１つのシーケンスの間に各試料からＮＭＲデー
タを別々に得るようにマルチプレクサ３３は走査の間に
コイル３１と３２との間に切り換えられる。マルチプレ
クサ３３の出力は第１図に示されるよ・５なトランシー
バ１２２に接続される。

第３Ｂ図に示すように、測定シーケンスは勾配・ぐルス
と、その後の自由誘導減衰（ＦＩＤ）信号を発生する９
０’ＲＦパルスとで構成される。勾配パルスが終ｊ′シ
た後に何らスプリアス磁界成分か・ｉい場合には、ＦＩ
Ｄの持続時間全体の間、試事−１体は均質で一定の磁界
の中に浸される。その結果、Ｆｉｔ）の瞬時周波数は時
間の関数として一定になる。（７かし、勾配パルスの後
に第３Ｂ図の破線の曲線で示すようにスプリアス磁界成
分がある場合は、ＦＩＤの間に試料体における磁界が変
り、ＦＩＤ信号の瞬時位相と周波数も変る。その結果得
られた自由誘導減衰信号は、時点ｔに於ける瞬時値が９
０’ＲＦパルスの印加後に生じるスプリアス磁界勾配成
分の時間積分によって定まるような位相情報を含む。

一次元密度分布Ｐ（ｘ）（すなわちＹ方向とＺ方向につ
いて積分したもの）とスピン・スピン緩和時間Ｔ２　　
（ｘ）を持つ試料から得られるＦＩＤ信号信号（ｔ）は
次式で表わされる。

（１）　　Ｓ　（ｔ）　＝　Ｊ’　Ｐ（Ｘ）Ｏ−［１１
Ｔ２］ｅ　ＦｄｘここでＦ三［１γｘ　ＩｆｔＢ　（ｔ
’　）　ｄｔ’　ｌ　＋　（Δωｔ］ 但し、γは磁気回転比、Ｂ　（ｔ）は勾配磁界応答（Ｇ
（ｔ））と空間的に均質な磁界応答（Ｂ。

（ｔ））との和、Δωは後で更に詳しく説明する一定の
共振周波数オフセットである。試料体が小さい場合には
、信号Ｓ　（ｔ）の位相は次式で表わされる。

（２）　　Φ（ｔ）＝γｘｆｏＢ（ｔ′）１」ｔ′＋ｉ
Δωｔ ＦＩＤ信号の位相には応答Ｂ　（ｔ）についての情報が
含まれており、したがって位相信号を微分することによ
りＢ　（ｔ）を直接計算できることがわかる。本発明で
はこの情報を使って磁界勾配パルスに対するシステムの
スプリアス応答を特徴付ける。もう１つの目標は測定さ
れた情報を使って勾配増幅器の電流波形を予め補償する
ことにより、所望つ勾配磁界を作り、またＢ、）（ｔ）
が分極磁界に峻ぼす影響を相段できるよ）にジム・フィ
ルタを特ｉＪ　（，１けＳことである。したがって原理
的にはスプリアス磁界Ｂ（ｔ）を特徴付けるにＦＩＤ信
号から１１９間の関数として位）ｔｌを抽出しさえずれ
ばよい。（、かし実際には、一定のＢｏの非均質性と勾
配によって誘導された非均質性の両方による位１・［Ｉ
分散により、Ｔ７ゞ減衰がスプリアス磁界の特性減衰時
間よりずっと短かくなることがある。

モの結果、Ｂ　（ｔ）曲線の全スプリアス成分の測定が
完了しないうちにＦＩＤ（ｇ号が減衰してしまう。７７
を減衰の結果、第３Ｂ図に示すような１回の実験ではＴ
２８に相当する時間の間しか勾配磁界の特徴付けを行な
えない。

この問題は一連の測定で取得したデータを連結すること
により解消される。最初の４１１１定の間、９０°ＲＦ
パルスが実質的に遅延なしに勾配パルスに続き、ＲＦパ
ルスの直後のＴＡＤミリ秒（ＴＡＤ＜Ｔ、？　”　）の
ｌｌＩｃ７）間、Ｆ　Ｉ　ＤカＭＩ定すレる。この７１
１１ｊ定によって、電流パルスを止めた後の最初のＴＡ
Ｄミリ秒の間の勾配磁界を特徴イ・１けるデータが得ら
れる。測定では、９０’ＲＦ・ずルスの印加は勾配電流
パルスを止めたときからＴ３　ミリ秒だけ遅延される。

ＲＦパルスの後のもう１つのＴＡＤミリ秒の期間の間に
ＦＩＤが測定される。

Ｔ　３　＜　Ｔ　ＡＤであれば、この実験からのデータ
と前の（Ｔ３−０）実験からのデータを組合わせること
により−ＩＣＭ長い時間にわたって勾配磁界を特徴付け
ることができる。このプロセスを繰り返すことにより長
い期間にわたってデータを取得し、スプリアス応答全体
をａｌｌｌ定することができる。

したがって第３Ｂ図のシーケンスは第４Ａ図に示すよう
に変形されて、勾配パルスと９０’ＲＦパルスとの間に
可変の時間遅延Ｔ３が挿入される。

次に長さＴＡＤ≦Ｔ２にの多数の短いデータ取得が行な
われ、Ｔ３は取得の合間にΔＴ３ＴＡＤづつ増大される
。このようにして、小さな重なり合ったセグメントのＡ
／Ｄ取得窓を通してスプリアス勾配減衰全体を掃引する
ことができる。一実施例では第４Ｂ図に示すようにＴＡ
Ｄが１０ミリ秒に選定さね、セグメント間の遅延の変化
は８ミリ秒であった。Ａ／Ｄ＋　、Ａ／Ｄ：等はスプリ
アス勾配応答曲線をサンプリングする際の隣接し宙なり
合ったセグメントを表わす。このとき曲線２２によって
表わされる全体のデータの組は第４Ｂ図に示される別々
のデータ取得３４．３５および３６を組合わせる、すな
わち連結することにより得られる。

スプリアス磁界は全データの組の導関数に比例するので
、Ｉｆｆ　７′４の間のオフセットは重要でない。

各取得からの位相データの分析に於いて、また神々の取
得からのデータを組合わせるプロセスに於いて、（１）
（ｔ）（式（２））が連続であるという事実を使う。し
たがって、任意の１つの時点での位相は２πを法として
しか計仲できなくても、２πよりずっと大きいΦ（１）
の値は測定した位相をアンラッピング（ｕｎνｒａｐｐ
１ｎｇ）することにより測定することができる。同様に
、セグメントの境界でΦ（１）の導関数が連続であるよ
うにすることにより種々のセグメントが組合わされる。

境界でセグメントをより良く整合させるためには、セグ
メントを若干重ね合わせるのが有利である。

スプリアス磁界の時間経過が試料の緩和時間（Ｔ＋およ
びＴ・）に比べて長ければ、より一層効率を向上するこ
とができる。たとえば、スプリアス磁界は勾配パルスの
後の２秒の間に測定しなければならず、したがって勾配
パルスと次の勾配パルスとの間隔を２秒より短くするこ
とはできないものと仮定する。２秒の期間全体にわたっ
て１０ミリ秒の取得窓を掃引しなければならない場合、
プロセスは極めて長くなる。しかし、試料の緩和時間が
たとえば３０ミリ秒と短ければ、各勾配パルスの後に数
回のＮＭＲ実験を実行することができる。たとえば、１
つの勾配パルスの後に１２２ミリ秒の間隔で１６回のＮ
ＭＲ実験を実行することができ、各々はスプリアス勾配
減衰データの１０ミリ秒の窓を生じる。次に１６回のＮ
ＭＲ実験全体が勾配パルスに対してプログラミングされ
た遅延で繰り返される。このプロセスは後で更に詳しく
説明する。

本発明を実施するためには、補償しようとする勾配の方
向に沿った２つの位置で上記の測定シーケンスを行う必
要がある。第３Ａ図に示すように、これは２つの試料３
０および３０′を２つの位置に置き、それらのまわりに
それぞれの局部コイル３１および３２を配置することに
より達成される。

上記の測定シーケンスを一方の試料に対して行なった後
、他方の試料に対して行なうことができるが、実施例で
はこの２つのシーケンスが組合せて行なわれる。これは
マルチプレクサ３３を一方のコイル３１に切換えてシー
ケンスを実行した後、他方のコイル３２に切換えること
により行なわれる。この切換えは制御線３８を介してパ
ルス制御モジュール１２０により制御される。

２個の試料３０および３０′からデータを取得する方法
が第５Ａ図および第５Ｂ図に示されている。特に第３Ａ
図および第５Ａ図を参照して、局部コイル３１を動作可
能状態にするようにマルチプレクサ制御線３８が一方の
状態にあるとき、９０’　ＲＦ励起パルス２００が発生
される。このときデータはこの同じ局部コイル３１によ
り１０ミリ秒にわたって取得される。次にパルス制御モ
ジュール１２０によりマルチプレクサ制御線３８が切換
えられて、１６ミリ秒後に第２の９０’ＲＦパルス２０
１が局部コイル３２に印加される。これによりサンプル
３０′から生じるＦＩＤは１０ミリ秒の期間にわたって
１ν？！ｌされ、その後システムは復旧することができ
る。このシーケンスは１２２ミリ秒の間隔で合計１６回
繰り返される。

第５Ｂ図を参照すると、第５Ａ図に示した１６個のパル
ス・シーケンスよりなる組が勾配パルスの終了からプロ
グラミングされた遅延の後に繰返されることが示されて
いる。最初の一組のパルス・シーケンスは２５０ミリ秒
の勾配パルス２０２が終Ｔしてから２ミリ秒の時間遅延
（Ｔ３）後に実？’ｌされる。最初の勾配パルス２０２
から２２００ミリ秒後に大きさと持続時間は同じである
が負の勾配パルス２０３が印加され、同じデータ取得パ
ルス・シーケンスの組が緑返される。前掲の米国特許出
願第８１６，０７４号に教示されているように、これら
２つのパルス・シーケンスの川から」−記のように得ら
れたデータは共振周波数オフセットを補正するために分
割される。このプロセスハ遅Ｌ　（Ｔ　３　）を８．１
９２５’Ｊ秒（ΔＴ３またけ大きくして合計１５回繰返
される。データ取得窓は小なり合い且つ相互にはさみ込
まれて、勾配パルスの終了後の２ミリ秒から１９５０ミ
リ秒までの窓の間に両方の試料３０および３０′に対す
るＮ　Ｍ　Ｒデータが得られる。

取得されたＮ　Ｍ　Ｒデータは格納され、各セグメ゛、
・１・力仁−緒に合オ〕されてデータの組Φ１　（ｔ）
およびΦ２　（ｔ）が得られる。これらのデータの組は
、試料３０および３０′からのＮＭＲ信号の位相を勾配
磁界パルスの終了に続く時間の関数として表わす。次に
これらのデータの組によって表わされる信号の微粉が行
なわれ、セグメントがつなぎ合わされ、その結果が励起
勾配振幅によって正規化される。こうして得られた２組
のデータを使用して、次式によりスプリアス勾配磁界応
答Ｇ（１）およびスプリアス空間不変磁界応答Ｂ。

（１）が計算される。

（３）ｄΦ＋　（ｔ　）　／　ｄｔ−Ｂ　Ｘｒ口）−Ｂ
ｏ　　（ｔ）　＋Ｇ　（ｔ）　ｘ−＋（４）　ｄΦ・　
Ｌ　ｔ　）　／　ｄｔ−Ｂ　、２　（ｔ　）−Ｂｏ　　
（ｔ）＋Ｇ　（ｔ）Ｘｒ これにより次式がｉ４１られる。

（５）　　Ｇ　（ｔ）−［Ｂ　　（ｔ）−Ｂ、（ｔ）］
／　（ｘ＋　−Ｘ２　） （６）　　Ｂｏ　　（ｔ）　−［Ｘｒ　ＢＸ２　”　）
Ｘ２　Ｂｘ＋　（ｔ）　］　／　（ｘ＋−ｘ＝　）ここ
でＢ　およびＢｘ２はそれぞれ位置Ｘ１およびｉ Ｘ２に於いて測定されたスプリアス磁界である。

Ｇ　（ｔ）およびＢＯ（ｔ）を解くためには、アイソセ
ンタからの距Ｍ　ｘ　＋およびｘ２を正確に測定しなけ
ればならない。試料の位置は第５Ｃ図のシーケンスに示
すように勾配再集束されたスピンエコーのスペクトルか
ら決定される。第５Ｃ図のパルス・シーケンスは、９０
°ＲＦ励起パルスが最初に印加された後、スピンエコー
信号を発生する逆極性の勾配パルス４０および４２が印
加される。勾配パルス４２は読出し勾配パルス（たとえ
ばＧｐ　＝　１２０ｍｇ／ｃ＋ｎ）である。Ｇｐを読出
し勾配の振幅とすれば、位置“Ｘｏの試料に対する周波
数は次式で表わされる。。

（７）　ω０−ｒＧｐＸ＋Δω （８）ｘ−（ω０−Δω）／′γＧｐ ここで、Δωは一定のオフセットである。ｃｐを百足し
た、勾配で呼び出されるエコー・ビュー（ｖｉｅｗ）の
半分を集めて、２つの組の周波数を減算することにより
オフセット周波数が除去される。

周波数はスペクトルの標弗的なしきい値モーメント解析
により見出される。

Ｘｏを測定するために幾何学的手段のかわりにスピンエ
コーを使う理由は（１）勾配の原点（すなわち零位点）
を見出すのが難しいこと、（２）特にビューの場の縁で
、勾配が完全（こ直線状でないことがあるからである。

更に、この方法は磁界勾配システムの較正されていない
利得によって生する誤差を自己補正する。したがって、
Ｘ“を計算するために磁気共鳴信号を使うことにより、
Ｇｏのどの誤差もＧｐの同じ誤差によって補償される。

ｘ＋およびＸ２をａＦＩ定した後、勾配磁界応答Ｇ　（
ｔ）および分極磁界応答Ｂｏ　口→を］二足の式（５）
および（６）に従っ′Ｃ計算することができる。次に回
帰手法を用いて、指数関数列を関数Ｇ　（ｔ）およびＢ
（、（ｔ）にあてはめる。これらの指数関数の振幅およ
び時定数（αｉおよびＴＩ）を用いて、Ｘ軸勾配コイル
１２に対するプリエンファシス・フィルタ２４およびシ
ム・フィルタ１９の正確な構成が定められる。映像シス
テムでは、振幅と時定数が調節可能な２つまたは３つの
指数関数の和がデータに極めて良く合うことがわかった
。他の用途では、より少ないかまたはより多い指数関数
成分が必要になることがある。どれだけの項数が必要か
を定めるために使用される手法はたとえば１９６９年に
マクグローヒル・ブック・カンパ＝　−（ＭｃＧｒａｖ
−１１１１１１）ｏｏｋ　Ｃｏ、、Ｎ、Ｙ、　）によっ
て発行されたピーｅア〜ルｅベビントン（Ｐ、Ｒ。

１３ｅｖｌｎｇｔｏｎ　）の著書［自然科学でのデータ
の削減と誤差の解析（Ｄａｔａ　ｌ？ｅｄｕｃｔｌｏｎ
　ａｎｄ　Ｅｒｒｏｒ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｆｏｒ　ｔ
ｉｄｅ　Ｐｈｙｓｉｃａｌ　５ｃｉｅｎｃｅｓ　）　Ｊ
に記載されているように当業者には周知である。各指数
関数に対する振幅（Ｇ１）および時定数を精密に計算す
る方法は前掲の米国特許出願筒８１６，０７４号に述べ
られており、詳しくその明細書を参照されたい。勾配磁
界Ｆ＋（ｉ償と分極磁界補償の両方に対する値（αｉ、
τ１）の組が各勾配磁界軸（デカルト座標系のＸ、　Ｙ
およびＺ軸）に対して作られ、これらが該当するフィル
タ回路で用いられる。

第６図に示すように補償フィルタの一実施例では、入力
端子３００が演算増幅器３０１に接続され、増幅器３０
１の出力がバス３０２に接続され、バス３０２は破線３
０３−３０５によって示される複数の指数関数回路の入
力としての役目を果す。

指数関数回路３０３−３０５の出力は共通のフィルタ出
力端子３０６に接続され、帰還抵抗３０７がこのフィル
タ出力端子３０６から入力端子３００へ接続されている
。３個の指数関数回路３０３３０５が示されているが、
この数はＭ　Ｒ１１定の結果と適切な結果を得るのに必
要な正確さの程度によって定まることは明らかである。

第６図に示すように、各指数関数回路３０３−３０５の
人力には結合コンデンサＣが含まれており、このコンデ
：／すＣは単極双投スイッチ３０８を介して演算増幅器
３０９に接続されている。ポテンショメータＲ１も演算
増幅器３０９の入力に接続されており、コンデンサＣと
ともにＲＣ（抵抗・コンデンサ）回路を形成する。第２
のポテンショメータＲが増幅器３０９の出力に接続され
ており、そのワイパ接点が抵抗Ｒｏを介してフィルタ出
力端子３０６に接続されている。ポテンショメータＲ×
およびＲは適正な時定数τ１およα びオーバーシュー　ト部分αノが得られるように調節さ
れる。この調節はスイッチ３０８を切換えて１０ボルト
の基準３１０を抵抗Ｒｃを介して演算増幅器３０９に印
加するという較正ステップにより行なわれる。次に演算
増幅器３０９の出力に所定の電圧■１が得られるように
ポテンショメータＲ×が設定される。次にポテンショメ
ータＲのα ワイパーに所定の電圧ｖ２が得られるようにポテンショ
メータＲが設定される。所定の電圧ｖ１α および■２はτ、およびα直の値と回路部品の値を使っ
て次のように計算される。

Ｖ＋−１０τ＋　／Ｃ／　（ｒ＋　／Ｃ＋Ｒｃ）Ｖ：！
　−２Ｖ＋　ａ＋　Ｒｏ　／Ｒｒ各指数関数回路３０３
−３０５はこのようにして別々に較正され、スイッチ３
０８がその動作位置に戻される。したがって補償フィル
タは、その人力に印加される信号に対して補償を行なう
１つ以上の指数関数回路を含む。

前に第２Ｂ図を参照して述べたように１．第６図に示す
ような補償フィルタ回路は各勾配増幅器１３０．１３２
および１３４に対するプリエンファシス・フィルタ２４
としても用いられる。更に第７図に示すように、第６図
に示すような補償フィルタ回路はシム砂フィルタ１９に
も用いられる。

更に詳しく述べると、補償フィルタはＧ１フィルタ３１
５、Ｇｙフィルタ３１６およびＧ２フィルタ３１７とし
て用いられる。ＢＯ（ｔ）インパルス応答が各較正勾配
パルスＧ、、ＧｙおよびＧ２に対して上記のようにＡＰ
Ｉ定され、結果として得られる各軸に対する指数関数回
路値Ｔ１およびα。

かそれぞれのフィルタ３１５−３１．７に人力される。

−旦較正され調節されると、フィルタ３１５３１７の人
力はペルス制御モジュール】２０からのそれぞれの勾配
パルス信号ＧＸ、ＧｙおよびＧ工によって駆動され、そ
れらの出力は演算増幅器３１８で一緒に加算される。ス
イッチ３１９〜３２１により軸補償信号の極性を相互に
切換えることができる。これは空間的に均質な磁界に及
ぼす勾配パルスの影響がいずれかの極性を持つからであ
る。

増幅器３１８の出力は勾配パルスによって生じるＢ。磁
界のスプリアス変化を相殺する補償信号である。具合の
悪いことに、この補償信号が印加される２゜シムコイル
はそれを取り囲んでいる構造に結合されていて、印加さ
れる補償信号に対して理想的には応答しない。したがっ
て、シム・コイル５０も増幅器３１８の出力に対して正
しく応答するように補償しなければならない。これはシ
ム化Ｒ１４０の入力にパルスｚ□を印加し、上記のよう
にＭＲデータを取得してインパルス応答を測定すること
により行なわれる。このＭＲデータから指数関数パラメ
ータτ１およびα１が決定され、増幅器３１８とシム電
源１４０との間に接続される補償フィルタ３２２に予め
設定される。このようにして、フィルタ３１５−３１７
は勾配パルスによって生じる影響を補償し、補償フィル
タ３２２は２．）シム・コイル自身の不完全なインパル
ス応答を補償する。正味の結果は分極磁界Ｂ。

が磁界勾配と分極磁界との間に生じ得る交さ結合につい
て補供されるということである。

指数関数的なブリエ〉・ファシス・フィルタを使用する
本発明の一実施例を上述したが、（能動フィルタ設計の
ような）他のフィルタ構成を当業者には考えられよう。

更に、減衰する（すなわち立トリの）スプリアス成分の
７１ｊｊ定に続いて、勾配コイルおよび２゜シム・コイ
ルを励磁する信号のプリエンファシス（または予め歪ま
せること）はアナログ・プリエンファシス・フィルタの
助けな（７にソフＩ・ウェアまたはデインタル技術を使
って行なうことも考えられる。

たとえばこのような゛ｌフトウエア技術に従−）て、式
（５）を使ってＧ（（）を見出した後、勾配ノ々ルス波
形を勾配増幅器に印加する前に、Ｇ　（ｔ’ｌｌを勾配
パルス波形を発生するために使用されるデータに数値の
コンボリューション法により適用することができる。

したがって、特定の軸に沿って印加すべき勾配を得るた
めの所望の勾配波形をＷ（ｔｋ）とすれば、実際の応答
を補正するために勾配増幅器に印加しなければならない
補正された波形は次式で表わされる。

Ｗ（（ｔｋ）−ΣＷ　（ｔ　ｋ、−ｊ）　ｋ　（ｔ　＝
　）ｊ−＋ 但し、Ｎはサンプリングされるフィルタの核にの中の点
の数を表わす。この演算は波形を読出しメモリに格納す
る前にコンピュータ（たとえば第１図のコレピユータ１
０１）によって行なってもよいし、あるいは格納された
波Ｗ（ｔ、）から計算によりほぼ実時間で行なってもよ
い。

特定の実施例を参照して本発明の説明を行なってきたか
、上記の開示内容に基いて当業者は他の変形や変更を行
うことができよう。

【図面の簡単な説明】

第１図はＭＲシステムの一例のブロック図である。第２
Ａ図は従来の勾配増幅器と勾配コイルを示す線図である
。第２Ｂ図は本発明の一実施例に従って勾配増幅器の前
にプリエンファシス・フィルタを設けた勾配増幅器と勾
配コイルを示す線図である。第２Ｃ図は本発明に従って
補償されるシム・コイルと電源を示す線図である。第３
Ａ図はＭＲシステムのアイソセンタから離して２つの試
料配置した測定装置ｕの概略構成図である。第３Ｂ図は
１つの軸に沿った勾配パルスによって生じるスプリアス
成分を測定するための本発明による一例のパルス・シー
ケンスを示す時間線図である。 第４Ａ図および第４Ｂ図は第３Ｂ図と類似しており、ス
プリアス勾配応答をＡＰＩ定するのに適した本発明のパ
ルス・シーケンスを示す時間線図である。 第５Ａ図および第５Ｂ図は１つの軸に沿った勾配パルス
に対するインパルス応答を測定するためのパルス・シー
ケンスの実施例を示す時間線図である。第５Ｃ図ＣＪ１
つの軸に沿ってｒｊ、利の位置を測定するだめのパルス
・シーケンスの一実施例をボす時間線図である。第６図
はプリエンファシス・フィルタの一実施例の概略回路図
である。第７図は第２Ｃ図の回路の一部を形成するシム
・フィルタの概略回路図である。 （−１りな符号の説明） １８・−・磁界勾配パルス、 ３０．３０’　　　・２式料、 ３１．３２・・・局部コイル、 ３０３〜３０５・・・指数関数回路、 Ｃ・・・結合コンデンサ、 Ｒ，Ｌ・・・ポテンショメータ、 Ｔ３・・・時間遅延。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、磁気共鳴（ＭＲ）スキャナの磁界補償方法に於いて
   、 （ａ）ＮＭＲ作用を持つ第１の試料をＭＲスキャナ装置
   のアイソセンタに対して第１の位置に配置するステップ
   、 （ｂ）上記試料に分極磁界を印加するステップ、 （ｃ）１つの軸に沿って勾配パルスを印加するステップ
   、 （ｄ）上記勾配パルスの印加に続いて所定の時間内に上
   記試料にＲＦ励起パルスを照射してＮＭＲ信号を発生さ
   せるステップ、 （ｅ）上記ＮＭＲ信号の位相角に関連したデータであっ
   て、上記第１の位置に於いて上記勾配パルスにより発生
   された磁界を上記勾配パルスの印加後の時間の関数とし
   て表わすデータを測定するステップ、 （ｆ）ＭＲスキャナ装置のアイソセンタに対して第２の
   位置にＮＭＲ作用を持つ第２の試料を配置するステップ
   、 （ｇ）上記第２の試料について上記ステップ（ｂ）乃至
   （ｄ）を反復するステップ、 （ｈ）上記ＮＭＲ信号の位相角に関連したデータであっ
   て、上記第２の位置に於いて上記勾配パルスにより発生
   された磁界を表わすデータを測定するステップ、および （ｉ）上記分極磁界を発生するための手段に用いて、上
   記磁界勾配パルスにより上記分極磁界に誘起されるスプ
   リアス効果を相殺するための補償値を、上記の測定され
   たデータから計算するステップ、 を含むことを特徴とするＭＲスキャナの磁界補償方法。 ２、上記ステップ（ａ）乃至（ｉ）を、上記ステップ（
   ｃ）の勾配パルスの印加が別の１つの軸に沿って行われ
   るようにして反復し、上記ステップ（ｉ）で計算された
   補償値が上記別の１つの軸に沿った勾配パルスによって
   生じるスプリアス効果を補償する請求項１記載のＭＲス
   キャナの磁界補償方法。 ３、上記ステップ（ｉ）で計算された補償値が補償フィ
   ルタ用の指数関数回路パラメータである請求項１記載の
   ＭＲスキャナの磁界補償方法。 ４、更に、上記分極磁界とそろった試料に磁界パルスを
   印加するステップ、 上記ステップ（ｄ）を反復するステップ、 ＮＭＲ信号の位相角に関連したデータであって、上記磁
   界パルスの印加後の時間の関数として試料の位置におい
   て上記磁界パルスによって発生される磁界を表わすデー
   タを測定するステップ、および（ｍ）上記の測定された
   データから、分極磁界を発生するための手段に用いて上
   記磁界パルスにより分極磁界に誘起されるスプリアス効
   果を相殺するための補償値を計算するステップを含んで
   いる請求項１記載のＭＲスキャナの磁界補償方法。 ５、上記ステップ（ｅ）および（ｈ）の各々がＮＭＲ信
   号の測定された位相角を時間微分することを含んでいる
   請求項１記載のＭＲスキャナの磁界補償方法。 ６、上記ステップ（ｉ）の計算がステップ（ｅ）および
   （ｈ）で取得したデータの組を算術的に組合わせ、回帰
   手法を用いて複数の指数関数を上記組合わせた結果のデ
   ータにあてはめることを含む請求項１記載のＭＲスキャ
   ナの磁界補償方法。 ７、主分極磁界を発生する磁石および磁界勾配パルスを
   発生する磁界勾配装置を含む核磁気共鳴システムに於い
   て、 上記主分極磁界に空間的にほぼ均質な磁界を加えるため
   のシム・コイル、ならびに 上記シム・コイルに結合されて上記シム・コイルを励磁
   する手段であって、磁界勾配パルスの発生を表わす信号
   を受信する手段および上記磁界勾配パルスによって主分
   極磁界の中に誘起されるスプリアス効果について主分極
   磁界を補償するための電流成分を上記シム・コイルに印
   加する手段を含む当該シム・コイル励磁手段、を有する
   ことを特徴とするシム・コイル装置。 ８、上記シム・コイルに電流成分を印加する上記手段が
   、上記の誘起されるスプリアス効果の時定数と実質的に
   同じ時定数を持つ抵抗とコンデンサをそなえた回路を含
   んでいる請求項７記載のシム・コイル装置。 ９、上記磁界勾配装置が複数の軸の各々に沿ってそろえ
   られた磁界勾配パルスを発生し、上記シム・コイル装置
   が上記各軸に対する磁界勾配パルスの発生を表わす別々
   の信号を受け、上記各軸に関連して別々の抵抗とコンデ
   ンサをそなえた回路か設けられ、それぞれの抵抗とコン
   デンサの時定数が磁界勾配パルスによって分極磁界に生
   じるスプリアス効果に関連した時定数と実質的に同じで
   ある請求項８記載のシム・コイル装置。 １０、上記シム・コイルに結合された上記シム・コイル
   励磁手段が、補償された電流成分を受けて、主分極磁界
   のレベルの変化によって主分極磁界に誘起されるスプリ
   アス効果を更に補償するように上記電流成分を変更する
   手段も含んでいる請求項７記載のシム・コイル装置。