JPH0388309A - 磁気共鳴走査装置の渦電流磁界の補償方法および装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、磁気共鳴イメージヤ−およびスペクトロメ
ータのような磁気共鳴（ＭＲ）装置、−層詳細には、パ
ルスト磁界勾配コイルを有するＭＲ装置内の渦電流擾乱
を実質的に減するための方法および装置に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

ＭＲシステムは核磁気共鳴（ＮＭＲ）の現象に基づいて
いる。対象物が磁界中に置かれている時、磁界は正味磁
気モーメント（たとえば”Ｈｓ　”Ｃ−。

ｓｔｐおよび富３Ｎａ）を有する特定の形式の核のスピ
ンベクトルを、供給された磁界の方向に配向させる。こ
れらの核スピンベクトルは、正しい量のエネルギーを供
給される時、与えられたエネルギーに従って磁界中で再
配向し、またプロセス中にエネルギーを放出または吸収
する。核スピンベクトルを摂動させるのに必要とされる
エネルギーはラジオ周波数（ＲＦ）範囲内にあり、また
特定周波数は核が受ける磁界の強度に関係する。供給さ
れる磁界の空間的位置決めの電気的制御を行わないＭＲ
詰装置は、試料は大きい均等な静的な磁界のなかに直か
れる。ＭＲ能動材料の試料はＲＦコイルに与えられるラ
ジオ周波数エネルギーのパルスにより摂動させられ、ま
た核スピンベクトルの周波数がＲＦコイルおよび記録さ
れた摂動の応答信号により検出される。核における共鳴
周波数または磁界の関数としての信号強度の尺度（たと
えば自由誘導崩壊（ＦＩＤ）信号）が、試料に関する像
または分光学的情報を導き出すべく、よく知られている
仕方で、得られかつ解析される。

撮像および空間的に関係する分光分析法は上記のＭＲ法
を、さらに静的−次背景（主）均等磁界に加えて磁界勾
配を使用することにより、ｌステップ進める。ＭＲ能動
檎の共鳴周波数はそれに与えられる精密な磁界強度に関
係するので、供給された磁界勾配は、空間情報を検出さ
れた周波数応答信号のなかへエンコードするための方法
を提供するのに使用される。ＭＲ詰装置所与の周波数に
おける信号強度と所与の位置における試料濃度および緩
和パラメータとの相関をとる。これは、濃度および（ま
たは）ｌｌ和時間の差に起因する信号強度の変化に基づ
いて、対象物のマツプまたは像を作るのに使用される空
間情報を提供する。スペクトロメータでは、これらの磁
界勾配は分析されるべき試料対象物の特定の部分の空間
的選択を許す、磁界勾配は勾配コ・イルの集合により発
生される。これらのコイルはしばしば“パルスト勾配コ
イル”と呼ばれる。なぜならば、それらは主磁界を２つ
またはそれ以上の直交方向にグレード付けするパルスに
より付勢されるからである。

患者の全身の撮像は、たとえば、典型的に定常的な高い
均等性の主磁界と、典型的に０．１〜１．０ｍｓのオー
ダーの可能なかぎり短い立ち上がりおよび立ち下がり時
間を有するたとえば０．１〜１．０ガウス／　ｃ　ｍの
範囲内の高度に直線的な勾配磁界とを必要とする０周知
のように、軸線方向（たとえば″２″方向）の勾配は典
型的にソレノイドコイルにより発生され、他方において
半径方向の勾配（“Ｘ″および“Ｙ″方向定める）は鞘
状のコイルにより発生される。

静的な背ｍ１ｔｔ界がたとえば超伝導磁石システムによ
り発生される仕方にかかわりなく、勾配コイルのパルス
制御の結果として変化する磁界は付近の導電性媒体のな
かに渦電流を誘導する。超伝導磁石を使用するＭＲ詰装
置場合には、渦１ｉ流のほとんどは、寒剤の蒸発を減す
るべく設計されている放射シールドのなかに誘導される
。渦電流はシムコイルシステムおよび（または）ＲＦコ
イルから勾配コイルを減結合するために使用されている
ＲＦシールドのなかにも誘導される。

渦電流は所望の勾配磁界の空間的な質および時間的な質
の双方に不利な影響を有する。渦電流自体は勾配コイル
により発生される磁界に重畳する磁界を発生し、それに
より勾配コイル磁界を空間的にも時間的にもその所望の
レベルおよび質から乱す、たとえば、勾配コイルへの方
形電流パルスの供給中および供給後のそれぞれで勾配磁
界の近似的に指数的な立ち上がりおよび崩壊が観測され
る。この摂動の結果として、ＲＦコイルにより検出され
るＭＲ信号の振幅および位相特性が歪ませられ、それに
より分光分析の精度または発生される像の質を低下させ
る。従って、渦電流を注意深く制御し、補償し、または
有意でないレベルに減少する必要がある。

ＭＲ装置の当業者によく知られているように、基本的に
２つのアプローチが渦電波の影響を消去するのに使用さ
れている。１つのアプローチは、考え方として、主磁石
の包囲構造への勾配磁界の貫通を阻止する自己シールド
された勾配コイルを設けることである。こうして、渦電
流を発生する磁界が全体的に避けられる。１９８８年３
月２２日付けの米国特許第４，７３３．１８９号はこの
方法の例であり、また能動シールドを開示している。こ
のアプローチには、いくつかの欠点がある。第一に、勾
配コイルの直径が能動シールドの存在のために減ぜられ
る。このことは検査され得る対象物の寸法を制限する。

第二に、勾配コイルの電力消費が勾配コイルへの能動シ
ールドの密な近接のために増される。さらに、能動シー
ルドと勾配コイルとの間の偏心が存在すると、勾配パル
スの供給中にベース磁界シフトが生ずる。磁石および勾
配増幅器の双方の設計はそれらの関連テクノロジーのエ
ツジへ押し進められてきたので、これらの欠点は全くシ
ビアであり、また能動的にシールドされた勾配コイルの
広く普及した実施を制限してきた。

第２のアプローチは、渦電流の影響を減少または消去す
るような仕方で勾配パルスの変更を行うことである。こ
の変更は典型的に、モノ指数関数の集合により所望の勾
配パルス形状を重畳することにより達成される０重畳を
達成するのに使用されるハードウェアはよく知られてい
る（たとえば米国特許第４，７０３．２７５号明細書を
見よ、参照によりここに組み入れたものとする）が、回
路構成要素の値の計算が非常に回能であることが判明し
ている。米国特許第４．６９８．５９１号（参照により
ここに組み入れたものとする）は、自由誘導崩壊（ＦＩ
Ｄ）の位相特性を解析することにより所望の勾配パルス
形状のデコンボリエーシゴンを行うため指数関数を計算
するための方法に関するものである。指数関数の初期推
定が行われた後に初期推定点のまわりのテーラ−級数展
開のカイ二乗最小化法がマルチ指数関数を決定するため
に使用される。

ＦＩＤ信号の位相の取得および解析はＭＲ装置内に通常
見い出される技術ではないので、ＦＥＤ信号の位相のこ
のような取得および解析はＭＲ装置内で特別に取得され
かつ処理されなければならない、追加的に、カイ二乗最
小化法およびテーラ−級数展開もＭＲ装置内に見い出さ
れない信号処理法であり、従って特別に供給されなけれ
ばならない− 従って、本発明は、渦電流の影響を測定し、また渦電流
の影響を相殺または補償するのに使用され得る係数を正
確に計算するための方法および装置を指向している。こ
れらの係数は米国特許第４゜７０３、２７５号（上記）
で使用される形式のプレエンファシスフィルタの時定数
および振幅特性をセットするのに使用され得るし、また
は正しい“予め歪ませられた”前縁および後縁を有する
勾配電流パルスを最初に発生するためにＭＲ計算機シス
テムのソフトウェアにより使用され得る。勾配コイルお
よび渦電波により発生される複合磁界の過渡的な性質が
、周波数領域でＦＩＤ信号を調べることによりＭＲ装置
の内在的な高い感度により評価され、また、特別なプロ
ゲラ電ングパッケージがＦＩＤ信号の位相を決定するの
にも、振幅および時定数補正係数を計算するために位相
応答を解析するのにも必要とされない点で、米国特許第
４，６９８．５９１号の方法にくらべて有意義な改善を
提供する０本発明では、ＭＲ装置に既に組み入れられて
いる標準的な信号処理法、すなわち−次元フーリ工変換
処理が渦電流の影響の定量化のために利用される。

〔発明の概要〕

パルスト磁界勾配に起因する渦電流の定量化および補償
を許す新規な方法が開発された。ＭＲ能動物質を入れた
小さい試料が勾配コイルの電気的中心からずらして宣か
れる。複数個の磁界勾配パルスが順次に与えられ、各々
は相い続いて増される可変の遅れ、９０°ＲＦパルスお
よび結果としての自由誘導崩壊の取得により続かれる。

渦電流の崩壊により影響される順次に取得された自由誘
導崩壊は周波数領域へフーリエ変換され、またそれらの
ピーク周波数が、渦電流の指数的崩壊を定量化しかつそ
れにより渦電流の補償のための適切な補正係数を求める
ために、勾配パルスおよびＲＦパルスの端の間の時間遅
れの関数として評価される。

本発明の上記の特徴および利点は以下の好ましい実施例
の説明および特許請求の範囲から明らかになろう。

本発明の完全な理解のためには、本発明の好ましい実施
例の以下の説明および添付図面を参暇されたい。

〔実施例］ １１１１ａ図には超伝導磁石組立体２の断面図と、磁石
２と組み合わされており、磁石２を作動させまたそのな
かに置かれた検査対象物（図示せず）の解析（画像的ま
たは分光的）を行う電子システム４のブロック図とが示
されている。第１ｂ図には磁石２の斜視図がその超伝導
磁界巻線を示すため部分的に切欠いて示されている。超
伝導磁石２は円筒状のハウジング６と、検査対象物が磁
石２の円筒状の孔１０のなかに置かれることを許すため
に中央に孔を有する端板８とを含んでいる。ハウジング
６のなかの円筒状の容器１２は、孔１０のなかで軸線方
向に一直線上のベース磁界Ｈ０を発生するためのベース
（主＞　ｍｓ巻線１４を含んでいる。

たとえば１〜ｌＯテスラのオーダーの高い磁界を得るた
めに、巻線１４は容器１２の壁のなかに入れられた液体
ヘリウム中に浸漬することにより適冷されている。詳細
には示されていないが、容器１２は典型的に、液体窒素
を入れた金属チャンバを含んでおり、これが液体ヘリウ
ムを入れた追加的な金属チャンバを囲んでいる。さらに
、少なくともＩ＃ｌｉの放射シールドが典型的に、液化
された気体の間の絶縁を行いかつ熱放射に起因するそれ
らの蒸発率を減少させるために、チャンバ１２のなかに
含まれている。

第１ｂ図中に示されているように、勾配コイルフォーマ
−１６はＸ、Ｙおよび２勾配コイルを有する勾配コイル
組立体１８およびラジオ周波数（ＲＦ）コイル２０を取
付ける役割をする。勾配コイル組立体はＲＦコイルと共
に次いで磁石２の孔１０の内側に置かれる。

電子システム４は（少なくとも最初に）主巻線１４に電
流を供給するための主電源２２と、勾配巻線組立体１Ｂ
（およびシムコイル、図示せず）に電流を供給するため
の勾配／シム電源２４と、ＲＦエネルギーをＲＦコイル
に送り、また検査対象物中の陽子の歳差運動の結果とし
てコイル２９によりピックアップされた磁気共鳴信号を
受信する送信および受信（Ｔ／Ｒ）モジュール２６とを
含んでいる。ホスト計算機２８は勾配コイル組立体１８
への勾配信号の供給を制御し、またＴ／Ｒモジエール２
６への接続を介してＲＦコイルへのまたそれからの送受
信信号の処理を制御する。Ｔ／Ｒモジュール２６および
ホスト計算機２８は受信された信号を、検査対象物の像
信号（またはスペクトル分析）を得るために、−次元ま
たは二次元フーリエ変換法を使用してよく知られている
仕方で処理する。処理された信号は次いで表示／記録ユ
ニット３０を介して情報を表示かつ（または）記録する
のに使用される。上記の装置は、当業者によく知られて
おりまた種々のメーカーから商業的に入手可能である形
式の通常のＭＲ詰装置して構成されており、かつ作動す
る。

作動中、勾配コイル１８は主磁界と同一の方向に実質的
に一定の磁界勾配Ｇ、　、Ｇ、およびＧ。

を発生し、勾配は直交座標系の互いに直交するＸ１Ｙお
よび２軸方向に向けられている。すなわち、もし主磁石
１４により発生される磁界が２方向に向けられており、
また参照符号Ｂ、を付され、またＺ方向の全磁界が参畷
符号Ｂ１を付されるならば、Ｇ、−６Ｂ、／δＸ、Ｑ、
　箇δＢ、／δｙかつＧ、−６Ｂ、／δｔであり、また
任意の点（ｘ。

ｙ、ｚ）における磁界の２戒分はＢ　（ｘ、　　ｙ、　
　ｚニーＢ、＋Ｇ＊　Ｘ＋Ｇｖ　Ｙ＋Ｇｍ　Ｚにより与
えられている＊Ｇ１１勾配はＸ輪の中心点に置かれてい
る平面ｘ−０に影響しない、同様に、Ｇ、およびＧ。

はそれぞれＹおよびＺ軸の中心点に置かれている平面ｙ
−０およびＥ−０に影響しない０点（０゜０．０）は“
アイソセンター”と呼ばれ、勾配のいずれも影響しない
空間内の点である。アイソセンターは通常実質的に静的
磁界体積の中心に置かれている。

よく知られているように、勾配磁界は、空間情報を検査
中の検査対象物の領域から発するＭＲ信号にエンコード
するべく、Ｔ／Ｒモジエール２６から供給されるＲＦ磁
界と組み合わせて利用される０作動中、ＲＦコイル２０
は検査対象物のなかの特定の陽子を選択的に励起し、ま
たその後に、励起された陽子がベース主磁界および勾配
磁界により確立された平衡位置へ戻る（ｔ１１動する）
につれて、励起された陽子からＭＲ信号を受信する。

不幸なことに、検査対象物に影響する複合磁界（主磁界
中勾配磁界）はチャンバ１２（一般にコールドまたは放
射シールドと呼ばれる）の最も近い放射シールドの金属
壁のような勾配コイルを囲む１つまたはそれ以上の導電
性媒体中に誘導される渦電流からの磁界影響により摂動
される。勾配コイルに供給されるパルスにより１つまた
はそれ以上のコールドシールドのなかへ誘導された渦電
流はそれぞれ、所望の供給された勾配磁界と反対向きの
、またその特定のコールドシールドの特性である時定数
で崩壊する固有の磁界を発生する。

渦１！ｌ流により惹起される摂動はＭＲ信号の位相およ
び振幅を歪ませ、またそれによりそれぞれイメージ中−
／スペクトロメータの像質／分光分析精度を減する。

本発明の好ましい実施例の局面によれば、渦電流は実質
的に単一の導電性媒体に局限される。もしいくつかの導
電性媒体が存在するならば、それらの１つ、典型的に勾
配コイルに最も近いものが支配的にされなければならな
い、これは、磁石の内側の第１の導電性シリンダ（放射
シールド）を非常に抵抗の低いものとして設計すること
により連成され得る。完全な局限は、もしシリンダの壁
の厚みが特定の勾配スイッチングシーケンスの最低周波
数酸分の表皮効果深さよりもはるかに大きいならば、達
成され得る。

いま第２図を参畷すると、Ｇ、勾配を発生するべく勾配
コイル１８Ｘを付勢するための（第１ｒＩ！Ｊ中に示さ
れている勾配／シム電源２４のなかに含まれている）勾
配増幅器４０が示されている。理想的な作動条件のもと
に、増幅器４０に供給された方形電流パルス４２が、波
形４４に示されているように増幅され、また、勾配コイ
ルを付勢するのに使用される時、実質的に方形の勾配磁
界パルス４６を発生する。しかし、先に説明したように
、損失のある構造（たとえば放射シールド）への結合お
よび渦電流の誘導に起因するスプリアスな成分のために
、実際には、結果として得られる磁界勾配は、それぞれ
４８および５０で示されているように、有限の立ち上が
りおよび立ち下がり時間を有する。先に述べたように、
このような勾配歪みは、信号の喪失および核スピンベク
トルの意図しない位相歪みに通じ得る。

本発明の１つの実施例では、勾配歪みは、波形５４によ
り示されているように電流パルスを予め歪ませるべく本
発明に従って振幅および時定数係数集合を有するプレエ
ンファシスフィルタに、第３図中に示されているように
、電流パルス４２を供給することにより減ぜられる。増
幅された電流パルス５６は次いで、所望の方形の勾配パ
ルス４６を発生するべく勾配コイルに供給される。典型
的なＭＲ応用では、勾配パルスは直交座標系の袖の少な
くとも各々に供給されるので、本発明を実施するための
ＭＲシステムは一般にすべての３つの軸に沿う補正を達
成するべく第３図中に示されているものと機能的に類似
の手段を有する。しかし、説明を簡単にするため、以下
の説明は軸の１つに沿う補正に関してのみ行い、もし他
の軸に沿う補正も必要とされるならば、それが繰り返さ
れるものとする。

第３図中の電流パルス４２がどのように予め歪ませされ
るべきか（従ってまた所望の予歪みを達成するのに必要
とされるプレエンファシスフィルタ５２に対する振幅お
よび時定数係数）を決定するためには、消去されるべき
勾配歪みの特性が先ず測定され、また解析されなければ
ならない、これを本発明に従って成就する仕方を次に説
明する。

第４図には本発明のフローチャートが示されている。こ
のフローチャートを先ず簡単に説明し、次いで一層詳細
に説明する。ステップ６０では、勾配コイルの電気的ア
イソセンターが見い出される。これが完了されると、ス
テップ６２で、ＭＲ能動試料がアイソセンターから距Ｈ
Ｘのところに置かれる。この距離は、まだ勾配コイルの
直線範囲内にあり、また有意な振幅が発生されるのを許
す距１ｌｌＩＸまたとえば４ｃｍである０次に、ステッ
プ６４で、渦電流を補償するための補正係数を計算する
ために後のステップで使用され得るように、局部的な勾
配磁界強度が決定される０次に、ステップ６６で、未補
償の勾配磁界の存在中に得られるＦＩＤ−ＭＲ信号の周
波数シフト特性を記録しかつ解析することにより、渦電
流に起因する勾配磁界減衰が決定される。その後に、ス
テップ６８で、ステップ６６から集められた周波数シフ
トデータが渦電流の影響を補償するために必要とされる
結合および時定数係数を計算するために使用される。も
し放射シールドの１つが完全に支配的に作られていない
ならば、マルチ指数的に崩壊する渦電流が存在し、また
最も長い時定数を有する渦電流の影響がこのステップで
特徴付けられる０次に、ステップ７０で、ステップ６８
で計算された係数がプレエンファシスフィルタ５２に対
する補償回路値に翻訳される。その後に、ステップ７２
で、もし渦電流効果を生ずる１つの放射シールドしか存
在しないことが知られているならば、これが（Ｘ軸に対
する）補償手順の終端である。しかし、もし渦電流効果
がマルチ指数的であれば、ステップ６６ないし７０が先
の補償の後に残留する最も遅い（最も長い時定数の）崩
壊の各々に対して一回繰り返される。

上記の手順はプレエンファシスフィルタの時定数特性を
セットするべく計算された結合および時定数係数を供給
するが、本発明の１つの代替的な実施例では、結合およ
び時定数係数が能動フィルタのような他のフィルタの実
施例で利用され得るし、または適切な予歪みを有するよ
うに最初に電流パルス４２を発生するためにＭＲ装置の
計算機システムにより利用され得る。

次に第４図のフローチャートを詳細に説明する。

ステップ６０に対しては、勾配コイル組立体１８の内側
の磁界勾配を検出するのに誘導ピックアップコイルが使
用され得るが、簡単のために、本発明を実行するためＭ
Ｒ装置内で標準的な構成要素のみを使用することは好ま
しい、従って、勾配コイルのアイソセンターを見い出す
ために、ＭＲ能動物賃から成る小さい試料、通常は約１
ｃｃの水を入れた小さい瓶が勾配コイル組立体１８のな
かのアイソセンター（０，０，０）の最良の推定である
位ｆ（ｘ、　ｙ、　　ｚ）に置かれる。第５図の波形８
０〜８６により示されているように、最も長い継続時間
の磁界勾配パルス８０が供給され、時間遅れＴ４により
続かれる。続いて短い９０＠ＲＦパルス８２が供給され
る。結果としての自由誘導崩壊（ＦＩＤ）信号８４がサ
ンプルされ、ディジタル化され、フーリエ変換され、ま
た解析される。勾配パルスの前縁に続く共鳴角周波数は
一般に下式により表され得る： ωｘ（ｔ）　　−ｒＢ＠＋　Ｔ　　ＣＧＭ　Ｘ　（１−
Σ　ａｋ、−ｔ／？ｋ）　）（１） ここで： ０ｍ　　（１）−位置Ｘにおける時間に関係する共鳴角
周波数 Ｔ−磁気回転比 Ｂ・−主磁界 遅れ周期ｔ４の後に、すべての時間に関係する渦電流効
果は崩壊しており、式１は下式となる：ａ＋ｘ（ｔ）　
−ｒ　（ｎｏ　＋ｃ、　り　　　　　　　　　（２）さ
らに、変位ｘ−０において、ω、　ｍ　７１３．。

従って、勾配パルスが供給されていない時に検出される
ＦＩＤ信号に比較して、勾配パルスが供給されている時
に検出されるＦＩＤ信号は周波数領域内で解析される時
に周波数シフトを有していない、従って、上記の条件（
ω、−γＢ、）が到達されるまで、ＭＲ能動試料は反復
して再び置かれ、またＦＩＤ信号が解析される０代替的
に、Ｂ、は計算され得るので、ω８が既知のＩ！離を有
する２つの点で測定され、またどの変位ω、でＴＢｅに
対する計算された値が等しいかを計算するべ（解析され
得る。

ステップ６２に対しては、ＭＲ試料が勾配磁界の原点を
除いて検査下の座標輪に沿う任意の位置に置かれ得る。

高い信号感度を与えかつ典型的な勾配コイルの直線範画
内にある典型的な変位は４ｃｍである。ＩＲ６図には勾
配コイル１８のアイソセンターから距離“Ｘ′″のＭＲ
能動試料９０の位置決めが示されている。試料９０は、
渦電流により惹起される勾配歪みを調べるのに使用され
るＭＲ信号の源としての役割をする。

ステップ６４に対しては、前記のように、局部勾配強度
の測定が勾配コイルと放射シールドとの間の結合定数の
計算のための前提条件である０ＭＲ試料がセンターから
ずらして置かれた状態で、またすべての渦電流効果の崩
壊を許すのに十分に長い遅れ周期の後に、局部勾配強度
の測定のための第５＠のシーケンスを使用して、ＦＩＤ
信号の共鳴角周波数ω、が式２に従って決定される。Ｔ
Ｂｏは勾配磁界の不存在時の共鳴角周波数であるから、
局部勾配に起因する周波数シフトω、はｍ＠　＝　ＴＧ
ＩＩＸ　ｍｌ１ＩＮＴＢｏ　　　　　　　（ａ　）とし
て計算され得る。

こうして、ＴＢｏは勾配磁界の不存在時のω。

として測定され、またω、は上記のように決定され、ま
た式３が次いでω、に対して解かれる。

第７ｒＭには、渦電流に起因する勾配磁界減衰の測定の
ために使用されるパルスシーケンスが示されているＣ第
４図のステップ６６に対応する）。

そこに示されているように、長い継続時間ｔ１、典型的
に１０１００Ｏの勾配パルス９２が供給され、その後に
時間遅れｔ４および典型的に１０ａＳの短い非選択的な
９０°ＲＦパルス９４が続り。

崩壊する渦電流により周波数変調されている自由銹導崩
壊信号９６（勾配パルスへのそれらの影響は破線９８に
より示されている）が次いでＡ／Ｄ取得間１１１１００
の間に取得される。上記の手順は勾配パルスの終端と９
０＠ＲＦパルスの供給との間に可変の時間遅れｔ４を有
するＲＦパルスにより続かれる複数個（ｎ）の長い継続
時間の勾配パルスで繰り返される。取得された複数個の
ＦＥＤ信号は次いで、第８図中に示されているように、
周波数領域へフーリエ変換される。第８図中に示されて
いる手順では、Ｌａはｎ−１５ステツプで０．０Ｏ１ｓ
から５Ｓまで変化し、また対数目盛で垂直にプロットさ
れている。水平軸はＦＩＤ信号の周波数シフトを表す（
すなわち局部勾配強度ω。

に関して正規化されている）、フーリエ変換されたＦＩ
Ｄ信号のピーク周波数のシフトの解析により時間遅れ１
．の関数として渦電流の所望の測定が行われ得る。

結合および時定数補正係数の計算（ステップ６８）のた
めには、勾配コイルに対して同心の放射シールドの集合
と共に超伝導磁石を含んでいるＭＲ詰装置相互に結合さ
れた集中されたインダクタおよび抵抗器の系としてモデ
ル化されている。第９図には放射シールドを有するこの
ようなＭＲ詰装置磁気的等価モデルが示されている。こ
のモデルは結合および時定数補正係数の計算のために使
用される。各シールドは抵抗器（Ｒ）、インダクタ（Ｌ
）、相互結合係数（Ｍ）および電流（ｉ）を有するルー
プ回路としてモデル化されており、勾配コイルは定電流
源により駆動される。

放射シールドのなかで発生される渦電流の影響は、もし
全磁束φ（１）が勾配パルスの供給中には一定であり、
また勾配パルスの後では零であれば、完全に補償される
。

本発明の１つの局面（および１つの放射シールドが支配
的にされているＭＲ詰装置好ましい実施例）によれば、
第９図の一般化モデルは、−度に１つの放射シールドを
考察することのみにより大幅に簡単化されており、従っ
て実際的に有用にされている０発明者は、ＭＲ詰装置構
造的性質に起因して、渦電流に関係して各々が種々の時
定数で崩壊するいくつかの指数的崩壊があり得るけれど
も、ただ１つの時定数、最も長い時定数のみを一度に考
察する簡単化が可能であることを見い出した。

こうして、第９図を参照すると、単一の放射シールドに
対して、シールド１および勾配コイルにキルヒホフの電
圧法則を通用すると、下式が得られるニ ーＭ１２　ｄｉｌ／ｄｔ＋Ｒ２ｉ２＋Ｌ２　ｄｉ２／ｄ
ｔ　＝　Ｏ（４）計算を容易にするため、式４はＳｗＩ
域へ変換されるニ ーＭ１２　ｓ　１１（ｓ）＋Ｒ２１２（ｓ）＋Ｌ２　ｓ
　１２（ｓ）−０（５）シールド内の電流に対して式５
を解くと、−１２（ｓ）＝（Ｍ１２　Ｓ　１１（ｓ））
／（Ｒ２＋Ｌ２　ｓ）　−０（６）となる。

磁石は磁束（φ）が電流（ｉ）に比例している線形装置
とみなされ得るので、Ｓ９３域でΦ２（ｓ）　＝　（Ｍ
１２　ｓΦ１（ｓ））／（Ｒ２＋Ｌ２　ｓ）　　　　（
７）と書くことができる。

レンツの法則に従って、全磁束はφを一φ１−φ２であ
る（φ１−勾配コイルにより発生される磁束、φ２−シ
ールド１により発生される磁束）。

従って、式７を使用して Φｔ（ｓ）−Φ１（ｓ）　（１−（Ｍ１２　ｓ）／（Ｒ
２＋Ｌ２　ｓ））　　（８）が得られる。

シールド１に対する時定数を７２−Ｌ２／Ｒ２として置
換した後、磁石伝達関数Ｈ（ｓ）−Φｔ（Ｓ）／Φ１（
Ｓ）は Ｈ（ｓ）＝　１−（Ｍ１２　ｓ）／（ｓ＋１／Ｔ２）　
　　　　　　（９）となる。

正規化電流ステップｆｌｕ（ｔ）に続く渦電流を補償す
るには、条件 Φｔ（ｓ）＝Ｈ（ｓ）　　Φ１（ｓ）−１／ｓ　　　　
　　　　（１０）が満足されていなければならない、１
１（ｓ；に比例しているΦ１（Ｓ）に対して解き、また
式９で置換すると、 逆ラプラス変換Ｌ−１（Φ１（ｓ））により、１１（ｔ
）に比例しており、上記の正規化電流パルスを補償する
ための必要な時間領域関数であるφ１（ｔ）の所望の時
間ｔＪＩ域関数 Ｌ−’（Φ１（Ｓ））＝　（Ｍ１２／（１−Ｍ１２））
　ｅ−”””−””　（１２）が得られる。

こうして、振幅補正係数はＭ１２／（１−Ｍ１２）に等
しく、また時定数補正係数はＴ２／（１−Ｍ１２）に等
しい、Ｍ１２およびＴ２に対する値は未補償の渦電流の
測定から、第８図中に示されているＦＩＤ信号への渦電
流の影響を参照することにより、指数フィツトを使用し
て抽出され得る。

Ｔ２＝　（ｔｄ（ｎ）−ｔｄ（ｎ−１））　／ｉｎ　（
ω、（＋１）／ａ＋、（ｎ−１））　　（１３）および Ｍ１２−（ω＊（ｎ）／ｅ−””　）　／ω、（１４）
ここで、ω、（ｎ）はインデックスｎ（ｎは１から１５
まで変化する）の時間遅れｔ、における渦電流に起因す
る周波数シフト、またｇは（先に計算された）局部勾配
に起因する周波数シフトである。

適切な補正係数、すなわち時定数（ＴＣ）および振幅（
ＡＭＰ）は第８図の測定データに式１３および１４を適
用することにより計算される。前記のように、もし支配
的な放射シールドが存在しないならば、先ず崩壊する渦
電流の最も長い時定数の成分を考察することにより補償
計算を開始するのが本発明の１つの局面である。こうし
て、測定データは時間遅れの最も長いもので開始して解
析される。勾配パルスの終端と９０′″ＲＦパルスとの
間の５８の遅れを表すインデックス（ｎ）−１５におい
て、周波数シフトは零であることが見られる。インデッ
クス（ｎ）−１４においては、ＴＣおよびＡＭＰ係数は
インデックス１５からの零周波数シフトに起因して非決
定的である。しかし、残りのインデックスに対しては、
ＴＣおよびＡＭＰ係数が式１３および１４を使用して計
算され、このような計算の結果が表形式で下記の第１表
に示されている。

いまの例では、ω、は１８．７３３Ｈｚであった。

第１表を参照すると、ＴＣおよびＡＭＰデータがインデ
ックス１２で出発する良好な特性の関数を記述すること
が見られる。これは、インデックス１５および１４にお
けるデータが確実であるにはあまりに小さく、従ってイ
ンデックス１４および１３に対するＴＣおよびＡＭＰの
計算に誤差を導入するからである。従って、第１表、イ
ンデックス１２から、　０．３４３ｇの時定数および２
２６Ｈｚの結合係数が最も長い指数的に崩壊する渦電流
成分を記述する。これらの値は式１２に与えられ、ここ
で７２−−０．３４３およびＭｌ　２−２２６であり、
ＴＣ−−０，３３６ｓおよびＡＭＰ＝１％の計算された
補正係数を生ずる（すなわち、１８．７３３１（ｚの局
部勾配強度（ω、）の１％＝１８７Ｈｚ）、これらの計
算された値は次いで第３図のプレエンファシスフィルタ
５２を調節するのに使用される。

プレエンファシスフィルタの典型的な実施例が第１Ｏ図
に回路図で示されている。このフィルタは演算増幅器１
１０およびフィルタ回路ｖＭ１１２．１１４および１１
６を含んでいる０図示されてはいないが、絶縁増幅器も
回路ｍ１１２〜１１６を互いに絶縁するべく含まれてい
る。予め歪ませられた出力が、勾配コイルを付勢するた
め勾配増幅器（たとえば第３図の４０）に与えられる。

その入力端で、演算増幅器１１０は人力抵抗器Ｒ０およ
び１つまたはそれ以上の並列接続されたＲＣ回路網１１
２〜１１６を通じて電流パルス４２により付勢される。

ＲＣ回路網の数は、放射シールドのただ１つを支配的に
するＭＲ装置設計者の成功に依存する。破線１１８ａお
よび１１８ｂは、追加的なＲＣ回路網が必要に応じて追
加され得ることを示唆している。各ＲＣ回路網は出力可
変抵抗器（たとえばＲ１）と直列に接続されている入力
キャパシタ（たとえばＣＩ）を含んでおり、これらのキ
ャパシタおよび可変抵抗器の間の共通点は第２の可変抵
抗器（たとえばＲ２）を通じて接地点に接続されている
。第１Ｏ図に示されている回路は、３つのＲＣ回路網が
存在するので、３つの指数的補正を行う、好ましくは、
ただ１つのＲＣ回路網が必要とされる。

こうして、Ｃ１、Ｒ１およびＲ２が、−０，３４３ｓの
ＴＣおよび１％のＡＭＰを生ずるべく、いくつかの周知
の仕方のいずれかで！Ｉ鮪される０本実施例では、発明
者は、出力パルスが１％オーバーシュート（すなわち、
その未補償振幅の１０１％）を有する前縁および−０，
３４３ｇの崩壊特定数を有するまで、オシロスコープを
使用してＲｃ回路網を調節した。これは渦電流磁界の最
も長い崩壊成分に対する補償を完了する。

次に、もし放射シールドの１つが支配的でなかったなら
ば、上記の手順が、崩壊する渦電流の新しい最も長い残
りの時定数を補償するべく繰り返され得る。第１１図に
は、上記の補償の後に第８図に示されている仕方と類似
の仕方で取得されるＦＩＤ信号が示されている。注目す
べきこととして、周波数シフトは、上記の補償による改
善を示すインデックス（ｎ）−１０まで、認め得るよう
にならない、第１１図を参照し、また式１３および１４
を第８図に間して先に説明した仕方と類似の仕方で適用
すると、いま部分的に補償された勾配磁界の尺度である
下記の第２表が得られる。

第２表を参照すると、ＴＣおよびＡＭＰデータがインデ
ックス８で良好に挙動するようになることが見られ、従
って、崩壊する渦電流の次の指数成分の補償のために、
−０，１１３ｓのＴＣおよび３３１ＨｚのＡＭＰが使用
される。これらの値を式１２に与えると、計算された補
正係数はＴＣ−一０．１１１およびＡＭＰ−２％である
。こうして、第１０図のフィルタ部分１１４の抵抗器設
定が、プレエンファシスフィルタ５２に対してこれらの
値を確立するべく調節される。

次に、上記の手順が３回目に繰り返される。第１２図に
はフーリエ変換されたＦＩＤ信号が示されており、また
第３表には計算されたＴＣおよびＡＭＰ値が示されてい
る。

第３表 第３表を参照すると、まだいくらかの未補償の渦電流が
残されていることが見られる。インデックス４における
データは、ＴＣおよびＡＭＰ値が良好に挙動するように
なる最も長い遅れである。

従って、次の補正手順に対しては、−０，０１６ｓのＴ
Ｃおよび６５１（ｚのＡＭＰが使用される。これらの値
を式１２に与えると、−０，０１６のＴＣおよび０％の
ＡＭＰが得られ、これが、第１０図中に示されているプ
レエンファシスフィルタの回路ｗＲ１１６のなかの構成
要素の値を調節するのに使用される０代替的に、第３表
のＴＣおよびＡＭＰの値はインデックス１〜４に対して
は近い値なので、これらの値の平均が使用され得る。

最後に、第１３図および第４表には、崩壊する渦電流に
関して勾配パルスがいま実質的に補償されていることが
示されている。なぜならば、フーリエ変換されたＦＩＤ
信号が時間遅れｔ４の関数として認め得る周波数シフト
をもはや示さないからである。

これでＸ軸に対する補償が終了し、 また、 もし 必要であれば、ＹおよびＺ軸に対する補償が繰り返され
得る。

本発明を特定の実施例を参照して説明してきたが、上記
の開示を参考にして他の変更が当業者により行われ得る
。言及すべきこととして、伝達間数Ｈ（ｓ）の計１は一
回に１つの放射シールドに基づいて行われたが、式ｌＯ
はあらゆる場合に真を保ち、また、もしＨ（ｓ）が多重
の放射シールドに対して導き出されたならば、１１（ｔ
）を記述するすべての係数が同時に計算され得る０本発
明の思想から逸脱しないすべてのこのような変更および
他の使用および応用は、特許請求の範囲によってのみ限
定される本発明の範囲に属するものとする。

【図面の簡単な説明】

第１図は典型的な磁気共鳴装置（イメージヤ−またはス
ペクトロメータ）を一部はブロック図で、また一部は断
面図および斜視図で示す図、第２図は通常の勾配増幅器
および勾配コイルの連鎖を示す図、第３図は本発明の方
法および装置に従って渦ｉｔ流を補償するためプレエン
ファシスフィルタを含むものとして変更された第２図の
連鎖を示す図、第４図は本発明のフローチャートを示す
図、第５図は局部的勾配強度を測定するために使用され
る典型的なパルスシーケンスを示す図、第６図はＭＲシ
ステムのアイソセンターから離して置かれたＭＲ能動試
料を示す図、第７図は渦電流に起因する勾配磁界減衰を
測定するために使用されるＦＩＤ信号を取得するための
本発明による典型的なパルスシーケンスを示す図、第８
図は第７図のパルスシーケンスを使用して取得されたＦ
ＩＤ信号の周波数領域表現を示す図、第９図はｎ放射シ
ールドを有する勾配コイルから成る超伝導磁石のモデル
を示す図、第１０図はプレエンファシスフィルタの典型
的な実施例を示す図、第１１図、第１２図および第１３
図はマルチ指数的に崩壊する渦電流の相い続く補償の後
に取得されたＦＩＤ信号の周波数領域表現を示す図であ
る。 ２・・・超伝導磁石組立体 ４・・・電子システム ６・・・円筒状ハウジング ８・・・端板 ｌＯ・・・円筒状孔 １２・・・円筒状容器 １４・・・ベース（主）磁界巻線 １６・・・勾配コイルフォーマ− １８・・・勾配コイル組立体 ２０・・・ラジオ周波数（ＲＦ）コイル２２・・・主電
源 ２４・・・勾配／シム電源 ２６・・・送信および受信（Ｔ／Ｒ）モジュール２８・
・・ホストコンピュータ ３０・・・表示／記録ユニット １１０・・・演算増幅器 １１２．１１４．１１６・・・フィルタ回Ｎ！ＩＮ４− ＦｌＱ・言 Ｍ　１　ｍ ｒ＝　−−−−−−−−−−１ イシ 用＋１１算シフト（Ｈｇ）− Ｆ＋Ｃ，、ｔｌ ＦｒＥＱＵｔ〜（’ｒ’　５ＨＩＩＴ（Ｈｚ）ｆ平？Ｌ
敷シフ１（）１％）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）　磁気共鳴（ＭＲ）走査装置のパルス勾配コイルの
   磁界中の渦電流磁界を補償するための方法において、 （ａ）前記勾配コイルの磁界中の所与の座 標軸に沿って原点からある距離にＭＲ能動試料を置く過
   程と、 （ｂ）前記の所与の座標軸に沿って対応す る複数個の勾配磁界パルスを発生するため前記勾配コイ
   ルに複数個のタイムシーケンシャルな勾配コイルパルス
   を供給する過程と、 （ｃ）複数個のタイムシーケンシャルなＭ Ｒ信号を発生するように、前記勾配コイルパルスの各々
   の印加に続いて増される所与の時間遅れをもってラジオ
   周波数励起パルスにより前記試料を照射する過程と、 （ｄ）蓄積されたデータにより前記渦電流 磁界の尺度を表すように、前記のタイムシーケンシャル
   なＭＲ信号の各々のフーリエ変換をデータとして測定し
   かつ蓄積する過程と、（ｅ）フーリエ変換された前記Ｍ
   Ｒ信号の 相い続く１つの蓄積されたデータから決定されたピーク
   周波数シフトデータを使用して前記渦電流磁界に関して
   前記勾配コイルの磁界を補償するため補正係数を計算す
   る過程と、（ｆ）前記勾配コイル磁界への前記渦電流 磁界の影響を補償する予め歪ませられた勾配コイルパル
   スを発生するように前記補正係数を供給する過程と を含んでいることを特徴とする磁気共鳴走 査装置の渦電流磁界の補償方法。 ２）　前記の所与の時間遅れが零に実質的に等しい最小
   周期で開始し、また前記渦電流磁界がもはや前記勾配コ
   イル磁界に影響しないと期待される時間に実質的に対応
   する最大時間遅れに増大することを特徴とする請求項１
   記載の方法。 ３）　前記供給過程が、前記勾配コイルと共に使用され
   ているプレエンファシスフィルタを調節するのに前記補
   正係数を使用する過程を含んでいることを特徴とする請
   求項１記載の方法。 ４）　前記供給過程が、計算機システムに前記勾配コイ
   ルパルスの発生を制御させるのに前記補正係数を使用す
   る過程を含んでいることを特徴とする請求項１記載の方
   法。 ５）　前記照射過程が前記ＭＲ信号として自由誘導崩壊
   （ＦＩＤ）信号を発生することを特徴とする請求項１記
   載の方法。 ６）　前記計算過程が、それにより確実に表される前記
   渦電流磁界の最も長い時定数に対応するピーク周波数シ
   フトデータから時定数および結合係数を計算する過程を
   含んでいることを特徴とする請求項１記載の方法。 ７）　過程（ａ）〜（ｅ）が前記渦電流磁界のモノ指数
   成分を補償するための補正係数を決定し、また過程（ａ
   ）〜（ｅ）が補正係数の相い続く集合を発生するように
   複数回繰り返され、各集合が前記渦電流磁界の異なった
   モノ指数成分を実質的に補償することを特徴とする請求
   項１記載の方法。 ８）　前記計算過程が、それにより確実に表される前記
   渦電流磁界の最も長い時定数に対応するピーク周波数シ
   フトデータから時定数および結合係数を計算する過程を
   含んでいることを特徴とする請求項５記載の方法。 ９）　過程（ａ）〜（ｅ）が前記渦電流磁界のモノ指数
   成分を補償するための補正係数を決定し、また過程（ａ
   ）〜（ｅ）が補正係数の相い続く集合を発生するように
   複数回繰り返され、各集合が前記渦電流磁界の異なった
   モノ指数成分を実質的に補償することを特徴とする請求
   項８記載の方法。 １０）　磁気共鳴（ＭＲ）走査装置の渦電流磁界の補償
   装置において、 ベース磁界が形成される軸線方向の貫通孔 を有する主磁石と、 前記主磁石の前記孔の内側に置かれており、前記孔の内
   側の所与の座標軸に沿って複数個の勾配磁界パルスを与
   えるため勾配コイルパルスに応答する勾配コイル手段と
   、 前記の所与の座標軸の原点から距離をおい て前記孔の内側に置かれたＭＲ能動試料と、前記の所与
   の軸線に沿って少なくとも１つ の擾乱磁界を発生する前記勾配コイル手段の付近に置か
   れた導電性の媒体と、 対応する複数個の相い続くＲＦパルスによ る前記試料の照射の後に前記ＭＲ能動試料により発生さ
   れる複数個の相い続くＭＲ信号を検出するため前記磁石
   の前記孔の内側に置かれた信号検出手段と、 データとして前記の検出されたＭＲ信号の 各々のフーリエ変換を測定しかつ蓄積するため、フーリ
   エ変換されている前記ＭＲ信号の相い続く信号の蓄積さ
   れたデータから決定されたピーク周波数シフトデータを
   使用して前記渦電流磁界に関して前記勾配コイルの磁界
   を補償するための補正係数を計算するため、また前記勾
   配コイル磁界への前記渦電流磁界の影響を補償する予め
   歪んだ勾配コイルパルスを発生するように前記補正係数
   を施すため、前記信号検出手段および前記勾配コイル手
   段と接続されている計算機手段と を含んでいることを特徴とする磁気共鳴走 査装置の渦電流磁界の補償装置。 １１）　前記勾配コイル手段が、複数個のタイムシーケ
   ンシャルな勾配コイルパルスを発生するように前記計算
   機手段により制御され、また前記信号検出手段が、前記
   ＭＲ信号の複数個のタイムシーケンシャルな信号を発生
   するように、前記勾配コイルパルスの各々の印加に続い
   て増される所与の時間遅れでラジオ周波数励起パルスに
   より前記試料を照射するべく、前記計算機手段により制
   御されることを特徴とする請求項１０記載の装置。 １２）　前記計算機手段により計算された補正係数に従
   って前記勾配コイルパルスにプレエンファシスを与える
   ため前記勾配コイルパルスに結合されたプレエンファシ
   スフィルタ手段を含んでいることを特徴とする請求項１
   １記載の装置。 １３）　前記計算機手段がそれにより確実に表される擾
   乱磁界の最も長い時定数に対応する蓄積されたデータを
   解析することにより時定数および結合係数を計算するこ
   とを特徴とする請求項１１記載の装置。