JPH057567A - 磁気共鳴映像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 磁気共鳴画像の画像劣化（特に画像ぼけ）を
許容値以下とする磁気共鳴映像装置を提供することを目
的とする。 【構成】 静磁場コイル系、シムコイル系、勾配コイル
系、及び高周波シールドのうち、少なくとも１つの構造
を調整する。 【効果】 画像劣化が許容範囲内となり、高画質な磁気
共鳴画像が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気共鳴映像装置に係
り、特に、渦電流やカップリング電流に起因する画質劣
化を防止する技術の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、医用画像診断装置の進歩に伴なっ
て、磁気共鳴映像装置（ＭＲＩともいう）の開発が盛ん
に進められている。

【０００３】磁気共鳴映像法はよく知られているよう
に、固有の磁気モーメントを持つ核の集団が一様な静磁
場中に置かれたときに、特定の周波数で回転する高周波
磁場のエネルギーを共鳴的に吸収する現象を利用して、
物質の化学的および物理的な微視的情報を映像化する手
法である。この磁気共鳴映像法では、画像化用パルスシ
ーケンスにおいて、多種多様な勾配磁場のスイッチング
を行う必要がある。上記パルスシーケンスとしては、ス
ピンエコー法やフィールドエコー法などの従来法、エコ
ープラナー法を始めとする超高速イメージング法、さら
に、血流の分布や速度等を求める血管・血流イメージン
グ法などがあげられる。

【０００４】これらの方法は、それぞれ固有のパルスシ
ーケンス、即ち固有の勾配磁場スイッチング方式を持
ち、スイッチングに伴って超伝導マグネットの熱シール
ド群や高周波シールド上には渦電流が発生し、シムコイ
ル上にはカップリング電流が誘起される。これらの過渡
的電流は、勾配磁場の時間的及び空間的性質を変調し、
これらは画像ぼけ等の重大な画像劣化の原因となる。一
般に過渡的磁場成分による画像ぼけは位置ごとに異なる
ため、画像復元の手段として通常用いられているｋスペ
ース（空間周波数領域）における逆フィルター法などの
方法では復元は不可能である。

【０００５】従来、これらの問題に対処する方法として
以下に示す方法が知られている。超伝導マグネットの熱
シールド群や高周波シールドに発生する渦電流に対して
は、渦電流時間応答の逆応答に相当する成分で勾配コイ
ル電流を変調し、渦電流の時間応答を補償する方法が提
案されている。しかし、この方法により渦電流の時間応
答補償が完全に実現された場合でも、渦電流磁場が勾配
磁場とは異なる空間的非線形性や磁場中心を有するため
に、画像ぼけ等の画像劣化（特に磁場中心から離れた位
置において）は完全には解消されない。しかも、これら
の画像劣化を定量的に評価する方法も提案されていなか
った。したがって、勾配コイルの巻線構造、位置、及び
高周波シールドの分割数、分割パターン、材質、厚み
等、及び、静磁場コイルの熱シールド群やヘリウムデュ
アのサイズ、材質、温度、厚み等を、画像劣化（特に画
像ぼけ）が許容値以下となるように制御する方法も考察
されていなかった。

【０００６】上記渦およびカップリング時間応答補償の
問題点を解決するために、さらに進んだ方法として、漏
洩磁場シールド型勾配コイル（アクティブシールド勾配
コイル：ＡＳＧＣ）の採用がある。図７はレーマーによ
って提案された軸に垂直方向の勾配コイルに対して構成
されるＡＳＧＣの導線配置図である。これらの導線の位
置は、値ＡＳＧＣの径の位置にシールド円筒胴体が存在
するとした場合の渦電流の連続的分布を反映したものと
なっている。

【０００７】一般に、渦電流分布は変形ベッセル関数等
の特殊関数系によって表され、この分布を忠実に離散的
な導線で置換えるためには従来の勾配コイルの導線巻線
技術では実現が困難で、数値制御（ＮＣ）等の高度な製
造技術が要求される。漏洩磁場シールド率を高めるため
には、より精密な巻線技術が要求されるため、製造コス
トも膨大となる。そして、製造コイルを下げるには、漏
洩磁場シールド率を磁気共鳴画像の画像劣化の許容限界
まで下げた、簡便で実用的な製造方法の適用が不可欠で
ある。ところが、従来ＡＳＧＣの漏洩磁場シールド率と
上記画像劣化（特に画像ぼけ）との関係は、定量的に評
価されていなかった。したがって、上記関係を踏まえた
実用的な製造方法は、全く提案されていなかった。ま
た、ＡＳＧＣを用いても高周波シールドに発生する渦電
流は低減されないので、上記対策（分割数・パターン、
材質、及び厚み等の制御）を省略することはできなかっ
た。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来にお
いては、渦電流及びカップリング電流の時間応答補償が
完全に実現された場合でも、過渡的磁場分布が勾配磁場
分布と異なるため、画像ぼけ等の画像劣化（特に磁場中
心から離れた位置において）は完全には解消されないと
いう問題があった。したがって、これらの画像劣化を定
量的に評価し、勾配コイルの巻線構造、位置、及び高周
波シールドの分割数、分割パターン、材質、及び厚み
等、及び、静磁場コイルの熱シールド群やヘリウムデュ
アのサイズ、材質、温度、及び厚みや、シムコイル群の
電気的特性等を、画像劣化（特に画像ぼけ）が許容値以
下となるように制御する方法についての要望が高まりつ
つある。

【０００９】また、上記時間応答補償の問題点を解決す
る漏洩磁場シールド型勾配コイル（アクティブシールド
勾配コイル：ＡＳＧＣ）についても、漏洩磁場シールド
率を高めるには精密な巻線技術（数値制御技術）が要求
されるため、製造コストが膨大となるという問題があっ
た。また、製造コストを下げるには、漏洩磁場シールド
率を磁気共鳴画像の画像劣化の許容限界まで下げた、簡
便で実用的な製造方法の適用が不可欠であるという欠点
があった。

【００１０】本発明は、このような従来の課題を解決す
るためになされたもので、その目的とするところは、磁
気共鳴映像装置の勾配コイル系の巻線構造、位置、特に
ＡＳＧＣのシールド率、及び高周波シールドのパター
ン、材質等、及び、静磁場コイル系の熱シールド円筒導
体群や、ヘリウムデュア及びシムコイル群のサイズ、材
質、構造、温度、及び電気的特性等を、磁気共鳴画像の
画像劣化（特に画像ぼけ）が許容値以下となるように設
定した磁気共鳴映像装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、静磁場中に置かれた被検体に勾配磁場を
所定のシーケンスに従って印加し、被検体からの磁気共
鳴信号を検出して映像化する磁気共鳴映像装置におい
て、静磁場コイル系、シムコイル系、勾配コイル系、及
び高周波シールドのうち、少なくとも１つの構造を調整
して、磁気共鳴画像の画像劣化を許容値以下とすること
が特徴である。

【００１２】

【作用】上述の如く構成すれば、静磁場コイル系、及び
シムコイル系のサイズ、材質、構造、電気特性、そし
て、勾配コイル系の巻線構造、位置、特にＡＳＧＣのシ
ールド率、高周波シールドのパターン、材質等を調整す
ることにより、画像劣化を決定する各パラメータの大き
さが、許容値となるように制御している。

【００１３】従って、画像劣化を許容範囲内とすること
ができ、高画質の磁気共鳴画像を得ることができる。

【００１４】

【実施例】図１は、本発明の一実施例に係る磁気共鳴映
像装置の構成を示すブロック図である。同図において、
静磁場磁石１は励磁用電源２にて駆動され、また主勾配
コイル群３およびアクティブシールドコイル群１４は勾
配コイル用電源４にて駆動される。これらにより、被検
体５には一様な静磁場とそれと同一方向で互いに直交す
る３方向に線形傾斜磁場分布を持つ勾配磁場が印加され
る。主勾配コイル群３とアクティブシールドコイル群１
４は直列接続された共通の勾配コイル用電源４にて駆動
されても良く、それぞれ独立に異なった勾配コイル用電
源４によって駆動されても良い。

【００１５】シムコイル群１５は、シムコイル用電源１
６により駆動され、静磁場の均一性が調整される。送信
部７は高周波信号を出力するものであり、この高周波信
号はプローブ６に送られ、被検体５に高周波磁場が印加
される。このとき、プローブ６は送受両用でも送受信別
々に設けてもよい。また、プローブ６と主勾配コイル群
３の間には、高周波シールド１７が設定されている。

【００１６】プローブ６で受信された磁気共鳴信号は、
受信部８で検波された後データ収集部１０に転送されＡ
／Ｄ変換後、データ処理部１１に送られる。そして、上
述した励磁用電源２、勾配コイル用電源４、シムコイル
用電源１６、送信部７、受信部８、データ収集部１０は
すべてシステムコントローラ９の制御下で動作するよう
になっている。システムコントローラ９およびデータ処
理部１１はコンソール１２により制御されており、デー
タ処理部１１ではデータ収集部１０から送られた磁気共
鳴信号のフーリエ変換等が行われ、被検体内の所望原子
核の密度分布などが計算される。そして、得られた画像
は画像ディスプレイ１３に表示される。

【００１７】次に、磁気共鳴画像の画像劣化の定量的評
価方法について詳細に説明する。一般に、ｋスペース
（空間周波数領域）における２次元収集データＳ（〜）
（ｋ_r ，ｋ_e ）は次の（１）式のように書ける。なお、
（ ）内の「〜」は式上では、文字Ｓの上に付される
が、電子出願の都合上上述のように表記する。（以下同
様）

【００１８】

【数１】

【００１９】ここで ｋ_r ，ｋ_e ：リード、エンコード方向の空間周波数座標 ｘ_r ，ｘ_e ：リード、エンコード方向の位置座標 ρ（ｘ_r ，ｘ_e ）：スピン密度原分布 ΔΦ ：渦・カップリング電流が存在する場合の位相誤
差 また、ΔΦをｋ_r ，ｋ_e について展開すると、次の
（２）式となる。

【００２０】

【数２】

【００２１】ここで、一例としてΔΦ（ｋ_r ，ｋ_e ；ｘ
_r ，ｘ_e ）をｋ_r ，ｋ_e についての２次までで近似する
と、Ｓ（〜）（ｋ_r ，ｋ_e ）は次の（３）式のように書
ける。ただし、ｋ_r ・ｋ_e の項は省略した。

【００２２】

【数３】

【００２３】ここで、Ｆ_0.0 はρ（ｘ_r ，ｘ_e ）の単純
な空間変調位相となっており、Ｆ_0.0 を計算または計測
によって求めることで補正可能である。また、Ｆ_1.0 及
びＦ_{1. 1} は（３）式からわかるように、それぞれ点（ｘ
_r ，ｘ_e ）におけるリード方向及びエンコード方向の位
置シフト量（画像ひずみ量）を表すことがわかる。これ
らについてもＦ_0.0 と同様にして補正可能である。さら
に、Ｆ_2.0 及びＦ_2.2 は、それぞれリード方向及びエン
コード方向の基本的な画像ぼけを表している。これらの
画像ぼけの原因は、データ収集中の勾配磁場が過渡的磁
場（渦・カップリング）の重畳により時間的にリニアに
変化していることによる。また、（２）式の右辺最終項
（ｎ≧３）は、より高次の画像ぼけを表しており、過渡
的磁場の時間的性質（非リニア成分）よっては、考察す
る必要がある。

【００２４】そして、これらの画像ぼけを表現するリー
ド方向及びエンコード方向の点広がり関数（ＰＳＦ）
を、それぞれＨ_r 及びＨ_e とすると、それらは次の
（４），（５）式で示される。

【００２５】

【数４】

【００２６】

【数５】

【００２７】ここで、（ｘ（＾）_r ，ｘ（＾）_e ）は、
リード・エンコード方向の画像劣化評価点座標である。
なお、（ ）内の「＾」は式上では、文字ｘの上に付さ
れるが、電子出願の都合上上述のように表記する。（以
下同様）（４），（５）式からかわるように、Ｈ_r 及び
Ｈ_e は、それぞれ（ｘ（＾）_r ，ｘ（＾）_e ）によって
異なるので、前述した通り、画像復元の手段として通常
用いられているｋスペースにおける逆フィルター方法な
どの方法では復元は不可能である。したがって、磁気共
鳴映像装置の各構成要素の最適仕様を決定するために
は、画像ぼけの許容条件を考察することが重要かつ不可
欠となる。

【００２８】また、（４）式，（５）式から理解される
ように、Ｈ_r 及びＨ_e は評価点（ｘ（＾）_r ，ｘ（＾）
_e ）からの距離が増すにつれて、その空間的周期が飛躍
的に短くなる。したがって評価点（ｘ（＾）_r ，ｘ
（＾）_e ）から、それぞれリード方向及びエンコード方
向へｉ番目（評価点を含むピクセルは１番目とする）の
ピクセル値は、近似的に次の（６），（７）式に示すよ
うなピクセル内でのＰＳＦの平均値として与えられる。

【００２９】

【数６】

【００３０】

【数７】

【００３１】ここで、Δｘ_r ，Δｘ_e ：リード、エンコ
ード方向のピクセルサイズまた、画像ぼけを定量的に評
価するためには、その指標の一例として、画像劣化が生
じていない場合の評価点（ｘ（＾）_r ，ｘ（＾）_e ）を
含むピクセル値（例えば、１）と画像劣化がある時の隣
ピクセル値ρ_r.2 及びρ_e.2 の比を考察すればよい。こ
れをアーチファクト比としてＡＲ_r 及びＡＲ_e とする
と、次の（８），（９）式が得られる。

【００３２】 ＡＲ_r ＝１／ρ_r.2 …（８） ＡＲ_e ＝１／ρ_e.2 …（９） （８），（９）式より、ＡＲ_r 及びＡＲ_e が小さいほ
ど、画像ぼけが顕著に生じていることがわかる。例え
ば、画像ぼけに関する典型的許容条件としては、ＡＲ_r
またはＡＲ_e が画像Ｓ／Ｎよりも大きくなる条件を考え
ればよい。

【００３３】次に、リード及びエンコード方向さらには
スライス方向画像劣化を共通に扱うために、１次元的考
察を行うことにする。その際、位置シフト量Ｆ_1.0 、Ｆ
_1.1 を位置シフトパラメータＳとし、Ｆ_2.0 、Ｆ
_2.2 （ｋ_r ² ，ｋ_e ² の係数）を画像ぼけパラメータＢ
とする。いま、ＳやＢの具体的表式を渦電流磁場のケー
ス（渦補償あり、なしの２ケース）について表わすと次
の（１０）〜（１３）式の通りとなる。

【００３４】＜位置シフトパラメータ＞ （渦補償なしの場合）

【００３５】

【数８】

【００３６】（渦補償ありの場合）

【００３７】

【数９】

【００３８】＜画像ぼけパラメータ＞ （渦補償なしの場合）

【００３９】

【数１０】

【００４０】（渦補償ありの場合）

【００４１】

【数１１】

【００４２】ここで、（１０）〜（１３）式の各変数は
以下の通りである。

【００４３】ｘ（＾） ：渦電流磁場による画像劣化評
価点座標 γ ：磁気回転比（１．５Ｔプロトンで、γ＝４
２５７（Ｈｚ／Ｇａｕｓｓ）） Ｇ ：磁場勾配強度 ｕ ：渦電流磁場相対強度（例：渦磁場２０％の
時、ｕ＝０．２） τ ：渦電流磁場時定数 Ｐ ：シーケンスパラメータ各種（スイッチング
タイミングその他） Ｓ_q ：渦・シーケンスパラメータ（渦補償なし） Δｘ_ed ：渦電流磁場中心ずれ（ｖ．ｓ．勾配磁場中
心） ｇ ：勾配磁場空間非線形性（線形勾配磁場成分
からのずれの割合） ｅ ：渦電流磁場空間非線形性（線形渦電流磁場
成分からのずれの割合） ｕ（〜） ：渦補償用相対入力強度（一成分の場合、ｕ
（〜）＝ｕ／（１−ｕ）） τ（〜） ：渦補償用時定数（一成分の場合、τ（〜）
＝（１−ｕ）・τ） Ｓ（〜）_q ：渦・シーケンスパラメータ（渦補償あり） Ｓ_q ，Ｓ（〜）_q はシーケンスパラメータと渦時定数に
依存するが、（１０）〜（１３）式からわかるように、
シーケンスの違いによる画像劣化の差はこれらのパラメ
ータのみ考察すればよいことがわかる。また、（１
１），（１３）式（渦補償ありの場合）の空間依存性部
位がこのように表記されるのは、勾配コイルを介して渦
電流磁場の時間応答補償を行っているため、勾配磁場分
布と渦電流磁場分布の差成分が残留成分となるからであ
る。以上のような画像劣化パラメータは、シムコイルか
ら発生するカップリング電流磁場についても同様に定め
ることができる。

【００４４】次に、渦・シーケンスパラメータＳ_q 、Ｓ
（〜）_qの具体的表式を、いくつかの例を用いて説明す
る。図２は、従来のスピンエコー法（ＳＥ法）やフィー
ルドエコー法（ＦＥ法）で用いられるリードパルスシー
ケンスである。このシーケンスに対する渦・シーケンス
パラメータは以下のように書ける。

【００４５】（渦補償なしの場合） Ｓ_q.r ＝（ｔ₃ −ｔ₂ ）／（２（ｔ₁ −ｔ₀ ））・（−ｅｘｐ［ｔ₀ ／τ_r ］ ＋ｅｘｐ［ｔ₁ ／τ_r ］）＋ｅｘｐ［ｔ₂ ／τ_r ］ …（14） （渦補償ありの場合）

【００４６】

【数１２】

【００４７】ここで、変数の添字ｒはリード渦であるこ
とを示す。この（１４），（１５）式、及び（１２），
（１３）式より、Ｓ_q.r ／τ_r、Ｓ（〜）_q.r ／τ
（〜）_r は、リード渦時定数τ_r がリードタイム（ｔ₃
−ｔ₂ ）の１／２程度の時に最も大きく、つまりリード
方向画像ぼけが最大となることがわかる。

【００４８】また、図３は、超高速ＭＲＩの典型的リー
ド・エンコードパルスシーケンスであり、これらのシー
ケンスに対する渦・シーケンスパラメータは次の（１
６）〜（２５）式に示す通りである。

【００４９】＜超高速ＭＲＩリード渦に対する渦・シー
ケンスパラメータ＞ （渦補償なしの場合） Ｓ_q.r ＝Ｃ_r −Ａ_r …（16）

【００５０】

【数１３】

【００５１】

【数１４】

【００５２】（渦補償ありの場合）

【００５３】

【数１５】

【００５４】

【数１６】

【００５５】

【数１７】

【００５６】＜超高速ＭＲＩエンコード渦に対する渦・
シーケンスパラメータ＞ （渦補償なしの場合）

【００５７】

【数１８】

【００５８】

【数１９】

【００５９】（渦補償ありの場合）

【００６０】

【数２０】

【００６１】

【数２１】

【００６２】ただし上式で Ｔ（〜）_r ：リード勾配
磁場スイッチング間隔 Δｔ_e ：エンコードパルス幅 Ｎ_e ：エンコードパルス（ステップ）数 ｔ_e.1 ，ｔ_e.2 ：エンコード引き込みパルス印加時刻 上式（１６）〜（２１）式と（１２），（１３）式よ
り、Ｓ_q.r ／τ_r 、Ｓ（〜）_q.r ／τ（〜）_r は、リー
ド渦時定数τ_r がリード勾配磁場スイッチング間隔Ｔ
（〜）_r の１／２程度の時に最も大きく、つまりリード
方向画像ぼけが最大となることがわかる。また、（２
２）〜（２５）式と（１２），（１３）式より、Ｓ_q.e
／τ_e 、Ｓ（〜）_q.e ／τ（〜）_e は、エンコード渦時
定数τ_e がデータ収集時間（Ｎ_e ・Ｔ（〜）_r ）の１／
２程度の時に最も大きく、つまりエンコード方向画像ぼ
けが最大となることがわかる。

【００６３】また、上述の例の他に、従来法のエンコー
ド・パルスシーケンス、スライス・パルスシーケンス全
般、さらにＭＲアンジオグラフィーのRe-phase/De-phas
e パルスシーケンスなどに対しても、全く同様に渦・シ
ーケンスパラメータを求めることができる。これらを、
（１０）〜（１３）式に代入することによって、各種パ
ルスシーケンスにおける渦電流磁場によるＭＲ画像劣化
の定量的評価が、システマティックに行える。

【００６４】以上提案したＭＲ画像劣化の定量的評価法
を用いることによって、渦電流磁場等による画像劣化
（特に画像ぼけ）が許容範囲内となるように、静磁場コ
イル系、シムコイル系、及び、勾配コイル系の仕様を決
定することが可能となる。

【００６５】次に、実際に渦電流磁場等による画像劣化
を許容範囲内となるように調整する方法について説明す
る。

【００６６】（１０）〜（１３）式から明らかなよう
に、位置シフトパラメータＳ、及び画像ぼけパラメータ
Ｂは、各パラメータｕ，τ，Δｘ_ed，ｅ（ｘ），及びｇ
（ｘ）に支配される。即ち、これら各パラメータを調整
することで、画像劣化を許容範囲内とすることができ
る。そして、この調整方法として、以下に示す７通りの
方法が考えられる。

【００６７】（１）熱シールドやヘリウムデュアの径を
コントロールし、パラメータｕを調整する。

【００６８】（２）熱シールドやヘリウムデュアの材質
・温度・厚みをコントロールし、パラメータτを調整す
る。

【００６９】（３）熱シールドやヘリウムデュアの構造
・位置をコントロールし、パラメータｕ，ｅ（ｘ），Δ
ｘ_edを調整する。

【００７０】（４）従来形勾配コイル（非シールドタイ
プ）の巻き線構造をコントロールし、ｇ（ｘ），ｅ
（ｘ）の相対関係を調整する。

【００７１】（５）勾配コイルの中心位置をコントロー
ルし、パラメータΔｘ_edを調整する。

【００７２】（６）アクティブシールド形勾配コイルの
シールド率をコントロールし、パラメータｕを調整す
る。

【００７３】（７）高周波シールドのパターン・材質・
厚みをコントロールし、パラメータｕ，τ，ｅ（ｘ）を
調整する。

【００７４】以下、７通りの方法を詳細に説明する。な
お、静磁場コイル系の各仕様を検討する際には勾配コイ
ル系の仕様は固定されているものとし、勾配コイル系の
各仕様を検討する際には静磁場コイル系の仕様は固定さ
れているものとする。

【００７５】また、評価点ｘ（＾）における画像劣化パ
ラメータＳ，Ｓ（〜），Ｂ，Ｂ（〜）の絶対値の最大許
容値を、それぞれＳ_max ，Ｓ（〜）_max ，Ｂ_max ，Ｂ
（〜）_max と決める。更に、渦電流磁場を発生する熱シ
ールド等の総数をＮ_s とし、ｉ番目の熱シールドから発
生する渦電流磁場の各パラメータを、ｕ_i ，τ_i ，Δｘ
_ed,i，ｅ_i （ｘ）とし、ｉ番目の熱シールド半径をＲ
_TS,i、勾配コイルの半径をＲ_G とする。

【００７６】＜熱シールドやヘリウムデュアの径をコン
トロールする場合＞まず、渦電流磁場の強度ｕ_i は近似
的に次の（２６）式で示される。

【００７７】 ｕ_i ＝Ｕ・ｅｘｐ［−Ａ・（Ｒ_TS,i／Ｒ_G ）］ …（26） （２６）式は、（Ｒ_TS,i／Ｒ_G ）に関して指数でカーブ
フィッティングすることにより得られ、係数Ｕ、及びＡ
の値は勾配コイルの種類によって異なる。そして、（２
６）式より、熱シールド半径Ｒ_TS,iは次の（２７）式で
表わされる。

【００７８】 Ｒ_TS,i＝（Ｒ_G ／Ａ）ｌｏｇ（Ｕ／ｕ_i ） …（27） （１０）〜（１３）式、（２７）式及び各種画像劣化の
最大許容値を用いて、評価点ｘ（＾）における各種画像
劣化が許容範囲内となる熱シールド半径Ｒ_TS,iは、次の
（２８）〜（３１）式を満足するように設定すれば良
い。

【００７９】（渦補償なしの場合の位置シフト量が許容
範囲内）

【００８０】

【数２２】

【００８１】（渦補償ありの場合の位置シフト量が許容
範囲内）

【００８２】

【数２３】

【００８３】（渦補償なしの場合の画像ぼけが許容範囲
内）

【００８４】

【数２４】

【００８５】（渦補償ありの場合の画像ぼけが許容範囲
内）

【００８６】

【数２５】

【００８７】典型的な例として、勾配コイルがアクティ
ブシールドタイプの場合には、（２８），（３０）式の
条件にて熱シールド半径Ｒ_TS,iを設定すれば良く、ま
た、勾配コイルがアクティブシールドなしの従来形であ
る場合には、（２９），（３１）式の条件を満足するよ
うにＲ_TS,iを設定すれば良い。

【００８８】ただし、このとき熱シールド半径Ｒ_TS,iを
設定する際には、その下限、上限、及び熱シールドの順
序についての制約がある。即ち、Ｒ_TS,iの下限は勾配コ
イルやシムコイルのサイズで決まり、上限は許容できる
静磁場コイルの規模で決まる。

【００８９】また、熱シールドの順序の典型的な例とし
て、内側から８０Ｋシールド、２０Ｋシールド、ヘリウ
ムデュアの順序とすることが多い。更に、（２８）〜
（３１）式から理解されるように、パルスシーケンスの
種類に応じて渦シーケンスパラメータＳ_q は変化する
が、このパラメータＳ_q が最大となるシーケンスに対し
て上記（２８）〜（３１）式の条件を求めることによ
り、Ｒ_TS,iの最適設定、即ち、渦電流磁場強度ｕ_i の最
適設定が実現できる。

【００９０】＜熱シールドやヘリウムデュアの材質・温
度・厚みをコントロールする場合＞この方法は、熱シー
ルドやヘリウムデュアの材質・温度・厚みをコントロー
ルして、渦電流磁場の時定数τを変化させ、画像劣化を
許容範囲内とする方法である。

【００９１】いま、ｉ番目の熱シールドの半径Ｒ_TS,iを
適当に定めた場合に、渦電流磁場相対強度ｕ_i は、（２
６）式で示される。このとき、評価点ｘ（＾）における
各種画像劣化が許容範囲内となる時定数τ_iは、次の
（３２）〜（３５）式を満足するように設定すれば良
い。

【００９２】（渦補償なしの場合で位置シフト許容範囲
内）

【００９３】

【数２６】

【００９４】（渦補償ありの場合で位置シフト許容範囲
内）

【００９５】

【数２７】

【００９６】（渦補償なしの場合で画像ぼけ許容範囲
内）

【００９７】

【数２８】

【００９８】（渦補償ありの場合で画像ぼけ許容範囲
内）

【００９９】

【数２９】

【０１００】そして、この場合においても前述した第１
の方法と同様に、アクティブシールドの勾配コイルの場
合には（３２）式と（３４）式の条件を考慮し、従来タ
イプ（非シールド形）の場合には（３３），（３５）式
の条件を満たすように、時定数τ_i を設定すれば良い。

【０１０１】更に、時定数τ_i の具体的な設定方法につ
いて（３５）式を基に詳説する。いま、パルスシーケン
スとして、（１４）〜（２５）式で述べた従来ＳＥ法や
ＦＥ法のリードパルスシーケンス、超高速ＭＲＩのリー
ドパルスシーケンス、エンコードパルスシーケンスを考
える。（３５）式の左辺は、従来ＳＥ法やＦＥ法のリー
ドパルスシーケンスでは、τ_i がリードタイムの（１／
２）程度の時に最大となる。

【０１０２】また、超高速ＭＲＩのリードパルスシーケ
ンス及びエンコードパルスシーケンスでは、それぞれτ
_i がリードスイッチング間隔、及びデータ収集時間の
（１／２）程度のとき最大となる。したがって、（３
５）式の条件を３種類のＲ_TS,iについて図示すると図４
のようになる。同図において、曲線４２は超高速ＭＲＩ
のリードパルスシーケンス、曲線４３は従来ＳＥ／ＦＥ
法のリードパルスシーケンス、曲線４４は超高速ＭＲＩ
エンコードパルスシーケンスを示しており、また、符号
４５はＲ_TS,iが大きいとき、符号４７はＲ_TS,iが小さい
とき、そして符号４６はＲ_TS,iが中間のときのレベルで
ある。そして、同図において矢印で示した範囲４１が、
各Ｒ_TS,iに対する画像ぼけの許容条件を満たすτ_i の範
囲である。そして、このτ_i は、熱シールドの電気伝導
率や厚み等を材質、温度等をコントロールすることによ
り所望値に設定することができる。同図からＲ_TS,iが大
きいほど（ｕ_i が小さいほど）τ_i の許容範囲が広がっ
ていくことがわかる。

【０１０３】＜熱シールドやヘリウムデュアの構造・位
置をコントロールする場合＞この方法の一例として、熱
シールドにスリットを設け、渦電流磁場相対強度ｕ_i 、
渦電流磁場空間非線形性ｅ_i （ｘ）をコントロールする
方法について説明する。

【０１０４】この場合には、評価点ｘ（＾）における各
種画像劣化が許容範囲内となるｕ_i ，ｅ_i （ｘ）は次の
（３６）〜（３９）式に示す条件を満足するように設定
すれば良い。ただし、τ_i は固定されているものとす
る。

【０１０５】（渦補償なしの場合で位置シフト許容範囲
内）

【０１０６】

【数３０】

【０１０７】（渦補償ありの場合で位置シフト許容範囲
内）

【０１０８】

【数３１】

【０１０９】（渦補償なしの場合で画像ぼけ許容範囲
内）

【０１１０】

【数３２】

【０１１１】（渦補償ありの場合で画像ぼけ許容範囲
内）

【０１１２】

【数３３】

【０１１３】そして、前述した第１、第２の方法と同様
に、アクティブシールド勾配コイルの場合には（３
６），（３８）式の条件を考慮し、従来形（非シールド
形）の場合には（３７），（３９）式の条件を満足する
ようにｕ_i ，ｅ_i （ｘ）を設定すれば良い。特に（３
７），（３９）式において、ｅ_i （ｘ）をそれぞれｇ
（ｘ）に近づけるように熱シールドの構造をコントロー
ルすることにより大幅な画質向上が期待できる。この
際、評価点として一点ではなく所望イメージング領域内
の多数ポイントに関して上記条件が成立するようにｅ_i
（ｘ）をコントロールするのが望ましい。

【０１１４】以上述べた３方法では、静磁場コイルの基
本仕様をコントロールする例について説明したが、シム
コイルの基本仕様（電気特性）をコントロールすること
によっても同様の対策が可能となる。

【０１１５】＜従来形勾配コイル（非シールドタイプ）
の巻き線構造をコントロールする場合＞この方法では、
勾配コイルの巻線構造を調整し、（１０）〜（１３）式
に示した位置シフトパラメータＳ、及び画像ぼけパラメ
ータＢが許容範囲となるようにコントロールする。

【０１１６】（１１），（１３），（２６）式より、評
価点ｘ（＾）における各種画像劣化が許容範囲となる勾
配磁場非線形性ｇ（ｘ）は、次の（４０），（４１）式
に示す条件を満足すれば良い。なお、渦電流磁場空間非
線形性ｅ（ｘ）はｇ（ｘ）の変化とともに若干変化する
が、ｇ（ｘ）の変化ほど大きくない。

【０１１７】（渦補償ありの場合で位置シフト許容範囲
以内）

【０１１８】

【数３４】

【０１１９】（渦補償ありの場合で画像ぼけ許容範囲
内）

【０１２０】

【数３５】

【０１２１】（４０），（４１）式において、ｇ（ｘ）
をｅ_i （ｘ）に近づけるように勾配コイルの巻線構造を
コントロールすることにより、大幅な画質向上が期待で
きる。

【０１２２】また、（４０），（４１）式において、評
価点を１点でなく所望するイメージング領域内の多数の
ポイントに関して許容条件が成立するようにｇ（ｘ）を
コントロールすれば、より大きな画質の向上が可能とな
る。更に、（４０），（４１）式に示した条件が、各種
渦（ｉ）や使用する全シーケンスに関して成立するよう
にｇ（ｘ）をコントロールすれば、勾配コイルの巻線構
造の最適化が実現する。

【０１２３】＜勾配コイルの中心位置をコントロールす
る場合＞この方法では、勾配コイルの中心位置を調整す
ることによって渦電流磁場の中心ずれΔｘ_edをコントロ
ールし、各種画像劣化を許容範囲内とするものである。

【０１２４】いま、簡単のため評価点ｘ（＾）＝０（勾
配磁場中心）の場合を考える。すると、（１１），（１
３）式より、ｘ（＾）＝０での画像劣化が許容範囲内に
収まるためのΔｘ_ed,iの条件は、次の（４２），（４
３）式で示される。

【０１２５】

【数３６】

【０１２６】

【数３７】

【０１２７】（４２），（４３）式では、使用する全シ
ーケンスに対して、渦の種類（ｉ）ごとに許容Δｘ_ed,i
の値が異なっていることがかわる。また、勾配コイルの
中心位置のコントロール方法として、許容Δｘ_ed,iが小
さい渦から優先的に中心に合わせる方法や、各種渦ごと
に重みづけした勾配磁場中心シフト量を求めて調整する
方法等がある。そして、重みづけ係数Ｗ_ed（ｉ）の一例
としては、各種渦（ｉ）の最大許容｜Δｘ_ed,i｜をΔｘ
_ed,max,iとして、次の（４４）式で示される。

【０１２８】

【数３８】

【０１２９】＜アクティブシールド形勾配コイルのシー
ルド率をコントロールする場合＞この方法は、アクティ
ブシールド形勾配コイルのシールド率を調整して、渦電
流磁場相対強度ｕをコントロールする方法である。

【０１３０】一般に、ｕ_i は次の（４５）式に示すよう
に表記することができる。

【０１３１】

【数３９】

【０１３２】ここで Ｒ_s ：アクティブシールド勾配コイルのシールドコイル
半径 Ｆ_s ：アクティブシールド勾配コイルの漏洩磁場シール
ド係数 （４５）式に示すＦ_s は、アクティブシールド勾配コイ
ルと従来勾配コイル（非シールドタイプ）に対するマグ
ネット熱シールド表面上の漏洩磁束比であり、シールド
コイルの巻き線仕様（パターン、製造精度）に強く依存
する。したがって、Ｆ_s が大きいほどシールド効果が低
下しｕ_i が増加するが、巻き線要求精度等が緩くなり製
造コストが下がるといったメリットが生じる。

【０１３３】即ち、従来より、係数Ｆ_s を略ゼロにする
方法はあったが、この方法ではｕ_i をゼロにすることは
できるが、コスト的に大きな負担となり実用化が困難で
あった。そこで、この例では、係数Ｆ_s をゼロではなく
許容値以下とすることで条件を緩め、製造コストの低減
化を図ろうとするものである。

【０１３４】（１０），（１２），（４５）式を用い
て、評価点ｘ（＾）における各種画像劣化が許容範囲と
なるシールド率Ｆ_s は次の（４６），（４７）式に示す
範囲内とすれば良い。

【０１３５】（渦補償なしの場合の位置シフト量が許容
範囲内）

【０１３６】

【数４０】

【０１３７】（渦補償なしの場合の画像ぼけが許容範囲
内）

【０１３８】

【数４１】

【０１３９】（４７）式において、Ｆ_s の許容範囲とＲ
_TS,i、及びτ_i との関係を図５、図６に示す。図５は熱
シールド半径が変化した場合のＦ_s の許容範囲（各曲線
の下部領域）を示しており、曲線５１はＲ_TS,iが大きい
とき、曲線５３は小さいとき、そして、曲線５２は両者
の間のときである。同図より、Ｆ_s はあるτ_i（シーケ
ンスに依存）で極小、つまり最もきびしい条件となり、
また、Ｒ_TS,iが大きいほどＦ_s の許容範囲が大きくなる
ことがわかる。

【０１４０】一方、図６は、典型的なパルスシーケンス
を考慮したときのＦ_s の許容範囲（図中斜線部分）を示
しており、曲線６１は、超高速ＭＲＩのリードパルスシ
ーケンス、曲線６２は、従来ＳＥ／ＦＥ法のリードパル
スシーケンス、そして、曲線６３は、超高速ＭＲＩのエ
ンコードパルスシーケンスである。

【０１４１】また、各パルスシーケンスの渦シーケンス
パラメータＳ_q （τ_i ，Ｐ）は（１４）〜（２５）式で
説明した通りである。この図より、渦時定数ごとにＦ_s
の最大許容値が異なっていることがわかる。

【０１４２】＜高周波シールドのパターン・材質・厚み
をコントロールする場合＞この方法では、高周波シール
ドのパターン・材質・厚みを調整することにより、ｕ，
τ，ｅ（ｘ）をコントロールする。この場合、（１
１），（１３）式を用いて、評価点ｘ（＾）における各
種画像劣化を許容範囲内とする条件は、次の（４８），
（４９）式で示される。ただし、Δｘ_ed＝０としてい
る。

【０１４３】

【数４２】

【０１４４】

【数４３】

【０１４５】こうして、上記した７通りの方法を用い
て、各種画像劣化を許容範囲内とすることができるので
ある。

【０１４６】このようにして、本実施例では、静磁場コ
イル系、及びシムコイル系のサイズ、材質、構造、及び
電気的特性を制御し、また、勾配コイル系の巻線構造、
位置、特にＡＳＧＣのシールド率、及び高周波シールド
のパターン、材質等を調整することにより、渦電流やカ
ップリング電流の形成する過渡的磁場の性質（相対強
度、時定数、空間非線形性等）が調整されるので、画像
劣化（特に画像ぼけ）が許容範囲内である高画質な磁気
共鳴画像が得られるようになる。

【０１４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、静磁
場コイル系、シムコイル系、勾配コイル系、及び高周波
シールドの構造を、所定の条件が満足するように調整し
ているので、磁気共鳴画像の画像劣化を許容範囲内とす
ることができ、高画質な磁気共鳴画像を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る磁気共鳴映像装置の構
成を示すブロック図である。

【図２】従来のＳＥ法、ＦＥ法で用いられるリードパル
スのシーケンス図である。

【図３】超高速ＭＲＩで用いられるリード及びエンコー
ドパルスのシーケンス図である。

【図４】画像劣化が許容範囲となる渦電流磁場時定数の
設定方法を示す説明図である。

【図５】画像劣化が許容範囲となるＡＳＧＣのシールド
率の設定方法を示す説明図である。

【図６】画像劣化が許容範囲となるＡＳＧＣのシールド
率の設定方法を示す説明図である。

【図７】従来のアクティブシールドＸ勾配コイルの導線
パターンを示す図である。

【符号の説明】

１ 静磁場磁石 ２ 励磁用電源 ３ 主勾配コイル群 ４ 勾配コイル用電源 ５ 被検体 ６ プローブ ７ 送信部 ８ 受信部 ９ システムコントローラ １０ データ収集部 １１ データ処理部 １２ コンソール １３ 画像ディスプレイ １４ アクティブシールド勾配コイル群 １５ シムコイル群 １６ シムコイル用電源 １７ 高周波シールド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 9118−2Ｊ Ｇ０１Ｎ 24/08 Ｙ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 静磁場中に置かれた被検体に勾配磁場を
   所定のシーケンスに従って印加し、被検体からの磁気共
   鳴信号を検出して映像化する磁気共鳴映像装置におい
   て、 静磁場コイル系、シムコイル系、勾配コイル系、及び高
   周波シールドのうち、少なくとも１つの構造を調整し
   て、磁気共鳴画像の画像劣化を許容値以下とすることを
   特徴とする磁気共鳴映像装置。
2. 【請求項２】 前記静磁場コイルの直径を制御し、該静
   磁場コイル周辺に発生する渦電流磁場の強度を、画像劣
   化が許容範囲となるように調整する請求項１記載の磁気
   共鳴映像装置。
3. 【請求項３】 前記静磁場コイルを構成する導体の材
   質、温度、及び厚さのうち少なくとも１つを制御し、該
   静磁場コイルの周辺に発生する渦電流磁場の時定数を、
   画像劣化が許容範囲となるように調整する請求項１記載
   の磁気共鳴映像装置。
4. 【請求項４】 前記静磁場コイルを構成する導体構造を
   制御し、該静磁場コイル周辺に発生する渦電流磁場の非
   線形性を、画像劣化が許容範囲内となるように調整する
   請求項１記載の磁気共鳴映像装置。
5. 【請求項５】 前記シムコイルの構造、該シムコイルへ
   供給する電源の電気特性を制御し、シムコイル上に誘起
   されるカップリング電流の振幅、時定数、振動周期を、
   画像劣化が許容範囲内となるように調整する請求項１記
   載の磁気共鳴映像装置。
6. 【請求項６】 前記勾配コイルの巻線構造を制御し、勾
   配磁場のスイッチングによって発生する渦電流磁場の空
   間非線形性と勾配磁場の空間非線形性との相対関係を、
   画像劣化が許容範囲内となるように調整する請求項１記
   載の磁気共鳴映像装置。
7. 【請求項７】 前記勾配コイルの中心位置を制御し、勾
   配磁場のスイッチングによって発生する渦電流磁場と勾
   配磁場との中心ずれを、画像劣化が許容範囲内となるよ
   うに調整する請求項１記載の磁気共鳴映像装置。
8. 【請求項８】 前記勾配磁場の中心位置は、各種渦電流
   磁場の最大許容中心ずれ量を逆重み付けして得られる補
   正シフト量だけ調整する請求項７記載の磁気共鳴映像装
   置。
9. 【請求項９】 前記勾配コイルは漏洩磁場シールド形で
   あり、この漏洩磁場シールド率を調整し、熱シールド導
   体群に発生する渦電流、シムコイル群に発生するカップ
   リング電流に起因する画像劣化を許容範囲内とする請求
   項１記載の磁気共鳴映像装置。
10. 【請求項１０】 前記高周波シールドの分割数、分割パ
    ターン、材質、及び厚みを制御し、勾配磁場のスイッチ
    ングによって高周波シールドから発生する渦電流磁場の
    強度、時定数、及び空間非線形性を、画像劣化が許容範
    囲内となるように調整する請求項１記載の磁気共鳴映像
    装置。