JPH07194571A - 核スピン共鳴装置におけるシムコイル及び傾斜磁場コイルを流れる電流の調整方法 - Google Patents

核スピン共鳴装置におけるシムコイル及び傾斜磁場コイルを流れる電流の調整方法

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JPH07194571A
JPH07194571A JP5094199A JP9419993A JPH07194571A JP H07194571 A JPH07194571 A JP H07194571A JP 5094199 A JP5094199 A JP 5094199A JP 9419993 A JP9419993 A JP 9419993A JP H07194571 A JPH07194571 A JP H07194571A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 できるだけ高い均質性(均一性)が短時間に
達成されるように当該磁場のシミング方法を実現するこ
とが本発明の目的である。 【構成】 先ず(傾斜)磁場不均一性を求めるため勾配
エコーシーケンス又はスピンエコーシーケンス動作が非
中心位置の180°高周波パルスを以て実施される。そ
のようにして得られた核スピン共鳴信号(S)をフーリ
ェ変換し、それにより、所定の方向の核スピンの位相カ
ーブを求める。上記ステップを両極性の傾斜磁場パルス
(GRO)の種々異なる方向を以て多重に(複数回)繰
返す。当該の得られた位相カーブをFit方法で解析
し、上記のFit方法で得られた、i(番目の)次
(数)の多項式から、当該の磁場分布を表わすi次の球
面調和関数の係数を求め当該オフセット電流を求める。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は核スピン共鳴装置におけ
るシムコイル及び傾斜磁場コイルを流れる電流の調整方
法に関する。
【0002】核スピン共鳴装置においては、基本磁場の
均質性(均一性)は結像品質にとって決定的な要因であ
る。像生成に際して画像領域にて磁場不均質性によって
は磁場偏差に比例する幾何学的ひずみが生ぜしめられ
る。特に重要であるのはエコープレーナ法における磁場
不均質性(不均一性)である。
【0003】更に、スペクトロスコピーの領域では、当
該スペクトル線にて十分な分解能を達成するために、磁
場不均質性(不均一性)に対して高い要求が課せられ
る。磁場不均質性(非均質性)によってはスペクトル線
の重畳が生ぜしめられる。
【0004】論文“Aspects of shimm
ing a superconductive who
le body MRI magnet”,G.Fre
stet al,Proceedings of th
e 9th Int.Conf.on Mag. Te
chn. Zuerich, 9.−13.9.198
5,第249−251頁において述べられているよう
に、磁場は球面調和関数の展開係数により表現され得
る。上記の論文からは磁場偏差が電気的シムコイルによ
り補償され得ることも既に公知である。直線的磁場偏差
即ち1次の磁場誤差は次のようにしても補償され得る、
即ち傾斜磁場コイルにオフセット電流即ち勾配パルスシ
ーケンスに重畳される一定の電流を供給することによっ
ても補償され得る。
【0005】磁場均質性(不均一性)への比較的高い要
求のある場合は直線的磁場偏差のみならず、比較的高次
の磁場偏差をも補償しなければならない。このために、
傾斜磁場コイルのほかに付加的に、適当な電流を供給さ
るべき特別なシムコイルが設けられる。画像生成におい
て、シミング、即ち、個々のシムコイルを介しての当該
電流の調整、及び場合により傾斜磁場コイルのオフセッ
ト電流の調整が、有利に夫々の患者の検査前に、スペク
トロスコピーでは典型的に各測定前に実施される。
【0006】最適の磁場均質性を得るための傾斜磁場コ
イルに対するオフセット電流及びシムコイルに対する電
流の調整は複雑な問題を提起しており、この問題は従来
屡々繰返し(逐次)式に解決されていた。繰返し(逐
次)式手法は相当時間を要し、その結果核スピントモグ
ラフィにおける患者の滞留時間が延長される。このこと
は患者に対する心的(精神的)負担に鑑みて(殊に密閉
室恐怖症のある場合)も、患者に対する診断検査処置能
力の制約に鑑みても不利である。
【0007】磁石の一般的シミングのための非反復性
(非逐次性)手法は次の論文中に記載されている。
【0008】論文“Fast,non−iterati
ve shimming of spatially
localized signals”in Jour
nal of Magnetic Resonanc
e, S.323 bis 334(1992)。その
場合、複数の投影の方向での核スピンの位相が、生成さ
れたエコーシーケンスにより求められる。位相特性に基
いて、当該投影にて磁気的特性経過が測定され、もっ
て、球面調和関数での磁場の表現の際当該係数が求めら
れ得る。核シムコイルはn次及びm次数(オーダ)の球
面調和関数に対応付けられている。上述の手法により求
められた係数はシムコイル供給さるべき電流に対する尺
度として使用される。
【0009】
【発明の目的】本発明の目的ないし課題とするところは
できるだけ高い均質性(均一性)が短時間に達成される
ように当該磁場のシミング方法を実現することである。
【0010】
【発明の構成】上記課題は請求項1の構成要件により解
決され、さらに、選択的実施例にて請求項2〜4の構成
要件により解決される。有利な実施態様は引用請求項に
記載されている。
【0011】次に本発明の実施例を図1〜図34を用い
て説明する。
【0012】
【図面の説明】公知のように、核スピントモグラフィー
における核スピン共鳴信号の局所分解が次のようにして
行なわれる、即ち、1テスラのオーダの均質なスタチッ
クな基本磁場に直線的磁場勾配ないし傾斜磁場が重畳さ
れるようにするのである。画像生成の原理、方式は例え
ば、論文Bottomley著述“NMR−imagi
ng techniques and applica
tions:A review”in Review
of Scientific Instrum.,53
(9),9/82,第1319 bis 1337頁、
に記載されている。
【0013】3つのディメンションでの局所分解のた
め、3つの有利に相互に垂直の方向で磁場勾配ないし傾
斜磁場が形成されねばならない。図1及び図2にはそれ
ぞれの磁場勾配の方向を表わすべき直交座標X,Y,Z
が夫々示してある。図1はY方向での傾斜磁場GYを形
成するための傾斜磁場コイルの従来配置構成を示す。傾
斜磁場コイル2は鞍形コイルとして構成されており、こ
のコイルは支持管1上に取付けられている。導体セクシ
ョン2aにより、球状被検体積11内部に、Y方向に著
しく一定の傾斜磁場GYが生ぜしめられる。当該戻り導
体によっては被検体積11からの比較的大きな距離に基
づき、そこにはたんに無視可能な成分のみが生ぜしめら
れる。
【0014】X傾斜磁場に対する傾斜磁場コイルはY傾
斜磁場コイル2と同じように構成されており、ただし、
支持管1上で90°だけ方位方向に回転されている。
【0015】更に、図1には同じく鞍形コイルとして構
成されているシムコイル4〜6が示してある。シムコイ
ル4〜6はたんに略示してあるに過ぎず、シムコイルの
設計についての説明は例えば米国特許第3569823
号明細書になされている。各シムコイル4〜6には夫々
電流給電部I4〜I6が配属されており、これら電流給
電部はそれぞれのシムコイル4〜6に電流I4〜I6を
供給する。当該電流I4〜I6は計算ユニットCを介し
て可調整である。
【0016】Z方向での傾斜磁場に対する傾斜磁場コイ
ル3は図2には略示してある。当該コイルはリング状に
構成されており、被検体積11の中心点に対して対称的
に配置されている。2つの個別コイル3a,3bはここ
には図2に示す形式で逆方向に電流が流れるので、Z方
向に傾斜磁場を生じさせる。更に図2には−やはりたん
に略示してあるが−本事例ではリング状のシムコイル7
〜9が示してあり、これらシムコイルは同様に電流給電
部SH4〜SH6を介して、電流I4〜I6の供給を受
ける。上記電流I4〜I6はやはり計算ユニットCによ
り可制御である。
【0017】傾斜磁場コイルの構成についての詳細な説
明はEP−A1−0073402になされている。更に
図1及び図2には傾斜磁場コイル2,3に対する電流給
電部はVが示してある。夫々の傾斜磁場コイル2,3を
流れる電流は測定シーケンスを設定する(与える)パル
ス発生器Pと電流に対する発生器Oとによって定められ
る。PとOの出力信号は相加えられる。
【0018】既述の論文Frest et al“As
pects of shimming a super
conductive whole body MRI
magnet”にて述べられているように、磁場は球
面調和関数に基づき表示表現され得る。磁場のここで専
ら関心のある(注目すべき)軸方向成分BZについては
下記関係式が成立つ。
【0019】
【数1】
【0020】但し、R,θ,φはベクトルrの球面座標
である。Rは結像(写像)さるべき体積の半径である。
P(n,m)は次数n及びm次(オーダ)の相応のルジ
ャンドル(Legendre)−多項式である。A
(n,m)及びB(n,m)は球面調和関数の係数であ
る。当該係数A(o,o)は均質な基本磁場を表わし、
他のすべての係数が均質性偏差を表わす。同様に既に引
用された米国特許第3,569,823号明細書に記載
されているように、シムコイルを次のように構成でき
る、即ち、実質的に、それらの係数のうちの1つに影響
を与え、即ちそれらの係数に相応する磁場障害(ノイ
ズ)を補償するように構成できる。
【0021】実際上は勿論、限られた数のシムコイルの
みしか設けられ得ず、それにより、球面調和関数の上述
の係数の相応の数が零にセットされ得る。核スピントモ
グラフィー及びスペクトロスコピーにおいて、高い要求
の場合にも一般に、9つの非直線性のシムコイルで事足
り、その結果3つの傾斜磁場コイルと共に12の球面係
数(これらは磁場分布に最も強く障害を与える)は零に
され得る。
【0022】シミングのため、先ず、存在する磁場経過
を検出することが必要である。
【0023】
【実施例の説明】本発明の方法を以下図3〜図10を用
いて説明する。
【0024】図3は従来の勾配エコーシーケンスを示
し、ここでは高周波励起パルスRFの後励起されたスピ
ンが傾斜磁場GROにより先ずディフェーズされ、次い
で、当該傾斜磁場GROの反転によりリフェイズされる。
当該傾斜磁場GROを別として完全に均質な磁場におい
て、時点t0にて、勾配エコー信号Sが現われ、その際
当該時点t0は次のようにして規定される、即ち有効傾
斜磁場GROについての時間積分が零になるようにして規
定される。
【0025】
【数2】
【0026】図4は同じパルス列を示すが、但し、当該
基本磁場には本例では直線的として仮定された、均質性
磁場BIが当該傾斜磁場GROの方向で重畳されている。
傾斜磁場GROの方向での当該の直線的均質磁場が、上記
傾斜磁場GROに加えられ、而して、今や、エコー条件が
早目に充足され、換言すれば、当該信号Sは通常のエコ
ー時点t0より時間間隔t1だけ前に現われる。
【0027】図5は図3の勾配エコーシーケンスを示
し、ここで、負の直線的磁場偏差が、傾斜磁場GROの方
向で生じる。そこでそれによって、エコー時点は通常の
エコー時点t0より時間間隔Δt2だけ後に位置する。
【0028】要するに時間ずれΔtは傾斜磁場GROの方
向での直線的磁場偏差に対する尺度である。
【0029】均質磁場についての情報を勾配エコーによ
ってのみならず、図6〜図8の実施例ではスピンエコー
により得ることができる。説明の都合上、図6に先ず従
来のスピンエコーシーケンスを示す。その際高周波パル
スHFにつづいて傾斜磁場Gがつづき、次いで、180
°高周波パルスRF*がつづき、更に、傾斜磁場G*が
つづき、このG*のもとで、スピンエコー信号Sが読出
される。当該時間全体中傾斜磁場Gの方向に、直線状均
質磁場BI、すなわち、1次の均質磁場が作用する。こ
の均質磁場は傾斜磁場の方向での付加的傾斜磁場に相応
する。
【0030】通常の場合において、当該180°高周波
パルスRF*は高周波パルスRFとスピンエコー信号S
との間の中央に配置されている。それによって、一定の
均質磁場がスピンエコー信号Sの位置に影響を与えない
ようになる、それというのは180°高周波パルスRF
*の右、左側で傾斜磁場面積は等しいからである。
【0031】均質磁場BIを求めるため、図7の第1の
シーケンスでは180°高周波パルスRF*が中央位置
に対して左方へずらされている。均質磁場がないとすれ
ばスピンエコーS1の位置へ何ら影響、作用が及ぼされ
なくなる、それというのも、エコー条件にとって傾斜磁
場GI,GI*の傾斜磁場面積のみが規定的となるから
である。ところが、当該の直線的均質磁場によってはエ
コー信号S1は左方へシフトされる(要するに早めに生
じる)ようになる。このことは第1の高周波パルスRF
1と180°高周波パルスRF*との間の面積と、18
0°高周波パルスRF*とエコー信号S1との間の総合
面積との比較により明らかになる。
【0032】第2高周波パルスRF2と、第2傾斜磁場
パルスG2とを有する第2シーケンスにおいて、180
°高周波パルスRF2*は中央位置に対して右方へシフ
トされる。それにより、所属のスピンエコー信号S2へ
の均質磁場BJの作用により右方へシフトされ、このこ
とは同じく有効傾斜磁場面積の比較により明らかにな
る。
【0033】もって、図7及び図8による両シーケンス
におけるエコー位置の比較により、時間差Δtが求めら
れ得、この時間差は同じく直線的磁場不均一性BIに対
する尺度を成す。
【0034】要するに、エコー時点のシフトに基づき、
所定の方向での直線的磁場不均一性(非均質性)を当該
の方向での傾斜磁場を有するスピンエコーシーケンス又
は勾配エコーシーケンスにより検出し得る。当該時間差
の直接測定の欠点とするところはそれによっては直線的
磁場偏差しか検出されず、エコー中心(センタ)の所要
の検出がさして簡単ではないことである。一般的種類の
磁場不均一性(非均質性)はエコー信号のフーリエ変換
後得られた位相カーブの解析により求められ得これにつ
いては以下説明する。
【0035】完全に均質(均一)な磁場の場合或1つの
勾配エコーのすべてのスピンは同じ位相位置を有する。
要するに当該エコー信号をフーリエ変換し位相位置に関
し評価する際、スピン位置について位相位置状態の一定
値が得られる。図9には完全に均質の磁場の場合に対す
るエコー位置(ポジション)及び位相カーブが示してあ
る。勾配エコーは丁度通常のエコー位置t0を有し、ス
ピン位置SPに関して略示された位相Phはスピン位置
SPに無関係に一定の値を有する。
【0036】図10には図5に相応して、負の直線的磁
場偏差、即ち、傾斜磁場GROの方向での1次の磁場分布
が示してある。この場合において、エコー時点は右方へ
シフトされており、当該位相カーブは次のような勾配を
有する、即ちエコー時間シフトに精確に相応すると共に
傾斜磁場GROの方向での1次の均質磁場についての情報
を表わす勾配を有する。同様の場合(事例)は図11に
正の直線的磁場偏差(すなわち同じく1次の非均質磁場
ないし不均一磁場)に対して示してある。
【0037】ところが、フーリエ変換を用いては1次の
磁場偏差のみならず、比較的に高い次数の磁場偏差をも
検出できる。図12は左方に時間領域における信号を示
し、ここには当該磁場は1次の磁場不均一性を有しない
が2次の磁場不均一性を有する。その場合、エコー時点
はシフトされないが、エコーは拡げられる。個々のスピ
ンの略示した位相位置を以ての所属の位相カーブは2次
の磁場不均一性を表わす。
【0038】図13は比較的に高い次数の磁場不均一性
(非均質性磁場)に係わる。ここには磁場不均一性(非
均質性磁場)に関する時間信号は直接的にはもはや情報
内容を含まない。但し、当該位相カーブは比較的に高次
の磁場不均一性(非均質性磁場)をも明瞭に表わす。
【0039】要するに一般的に云って、勾配エコー又は
スピンエコーの生成、得られた核共鳴信号のフーリエ変
換、及び、それにより得られた位相情報の評価により、
適用された傾斜磁場の方向での磁場(特性)経過が求め
られ得る。第n次の不均一磁場(非均質磁場)は同じ次
数の位相カーブにおいて有効性が現われる。磁場不均一
性(非均質磁場)についての十分な情報を得るには複数
の傾斜磁場方向(以下たんに投影と称される)に対する
その種プロセスが実施されねばならない。所要の投影の
数は球面調和関数による磁場の表現における、磁場不均
一性(非均質磁場)を表わす次の幾つが補償さるべきで
あるかに依存する。要するに、除去さるべき球面調和関
数の各係数が、投影により求められねばならない。所要
の投影の数をわずかにするために、当該投影軸は次のよ
うに選択される、即ち個々の係数への作用、影響ができ
るだけ簡単に選別識別され得るように選択される。表1
中には(図20)通常磁場不均一性(非均質磁場)への
最高の寄与度を与える12の球面係数A(n,m)、B
(n,m)が示してある。上記係数は式(1)に相応す
る基本磁場の表示、表現に係わる。更に同じ列(欄、コ
ラム)には当該成分に対して直交座標記号表示を略称で
示してある。
【0040】表1(図26)の係数を求めるため磁場特
性経過を次の投影で求めるのが有利であることが判って
いる、即ち:X軸、Y軸、Z軸、軸X=Y、軸X=−
Y、軸X=Z、軸X=−Z、軸Y=Z、軸Y=−Zを決
定すると有利であることが判っている。表1には球面係
数A(n,m)、B(n,m)により表わされる非均質
磁界がどのように当該投影に作用を及ぼすかが示されて
いる。その際、γは原点からの距離間隔を示し、αは係
数を表わす。例えば次の関係性が認められる。
【0041】係数A2.0により表わされる磁場不均一
性はすべての投影に影響を及ぼす。係数A2.2により
表わされる磁場不均一性はX、Y、X=Z、Y=Z、Y
=−Zの投影に影響を及ぼす。
【0042】係数B2.2により表わされる磁場不均一
性は投影X=Y、X=−Yにおいて現われる、即ち、X
/Y平面内で45°又は135°を有する軸上に現われ
る。当該のテーブルに基づき、すべての12の球面(調
和関数)係数が求められ得る。
【0043】実際上フーリエ変換により得られた位相カ
ーブは次のように評価される、即ち、フーリエ変換の後
先ず、平滑化、次いでFitプロセス(手法)を実施
し、これにより多項係数が得られ、この多項係数を式
(1)の多項式−係数に関連付けるように評価される。
もって、歩進的に、表1からすべての多項式−係数を求
め得、従って、球面係数が得られる。当該プロセス(手
法)の精度は各投影ごとに1回の測定を行なうのみなら
ず複数回の測定を平均化することにより、改善され得
る。実際上、更に、表1の9回の測定のみにとどまらな
い、それは、オフセット−効果を除去しなければならな
いからである。このことは図4及び図5を用いて示され
得る。当該時間ずれ−Δt1をオフセットなしで求める
ため、傾斜磁場GROの逆極性を以て同一シーケンスを経
過させ得る。もって、負の時間ずれ−Δt1(図4)は
正の時間ずれ+Δt1となり、両時間の差から、実際の
時間ずれが求められ得る。このことは相応にフーリエ変
換方式にも、比較的に高い次数の項にも当嵌まる。
【0044】図14には有利に表により12の球面係数
を求めるため用いられるパルスシーケンスを示す。その
場合、ADCによっては夫々核スピン共鳴信号に対する
走査インターバルを示す。X−、Y−、Z−投影は夫々
12回、傾斜磁場の異なる極性を以て実施される。残り
の投影(X=Y、X=−Y、X=Z、X=−Z、Y=
Z、Y=−Z)は夫々一度実施される。X−、Y−、Z
−投影に対する第2測定により夫々、オフセット効果の
除去のための基準量が得られる。
【0045】シム方法を、検査体積全体に関連づけない
で、各投影方向に対して1つのブロック(これは投影の
方向に延在する)に関連づけることも有利である。この
ことは図15〜図19に示されているようなパルスシー
ケンスを用いて予備飽和により行なわれ得る。その場合
第1の周波数選択性高周波パルスRF1が、傾斜磁場G
y(図18)と共に入力照射され、その結果Y方向に対
して垂直方向のスライス(層)が励起される。それにひ
きつづいて、3つのスポイラ傾斜磁場Gx、Gy、G
z、次いで別の高周波パルスRF2が起こり、この別の
高周波パルスRF2は第1高周波パルスRF1とは異な
る周波数スペクトルを有し、同様に傾斜磁場Gyのもと
に作用印加される。さらに、3つのスポイラ傾斜磁場が
つづいている。これまで説明されたパルスシーケンスに
より、Y軸に対して垂直方向に位置する中心のスライス
(層)外に位置するすべてのスピンが飽和される。さらな
る高周波パルスRF3,RF4(これらは夫々傾斜磁場
Gz(図19)の作用下で投入印加される)および、各高
周波パルスRF3,RF4につづくスポイラー(スポイ
リング)傾斜磁場によっては、すべてのスピン、即ちZ
軸に対して垂直に位置する中心スライス(層)外にある
すべてのスピンが飽和される。それにより、X方向に延
在するブロック(図20)のスピンのみが非飽和状態に
おかれる。当該の事前(予備)飽和の後、なお非飽和状
態のスピンが、さらなる高周波パルスRF5で励起さ
れ、前掲の例におけるように勾配エコーSが読出され
る。当該パルスシーケンスは前述のように複数方向に対
して実施されなければならない。
【0046】図15〜図19によるパルスシーケンスの
実施例は前述のパルスシーケンスと異なって、X−方向
での運動−リフォーカシング(再収束)する傾斜磁場パ
ルス(これはGMR(gradient motion
refocussing)で示す)を含む(図1
7)。上記の両極性傾斜磁場によっては運動アーケファ
クトが回避され得る。運動リフォーカシングパルスの作
用は例えば米国特許第4616180号明細書に記載さ
れている。
【0047】更に、当該シーケンスの終りにて、なお、
依然として位相コヒーレンスを損なうX方向でのスポイ
ラー傾斜磁場GS(図17)が示してあり、その結果、
他の投影に対するさらなるパルスシーケンスが直ちにつ
づいて実施され得る。
【0048】ブロック形式の被検体積の選択(これは前
述の例では事前磁化によって達成されている)は選択的
励起によっても達成され得る。相応の実施例を図21〜
図25を用いて説明する。
【0049】図21は図22によるスライス(層)選択
傾斜磁場GSL1の作用下で作用印加される周波数選択性
の90°高周波パルスRF1を示す。それにより、第1
スライス選択傾斜磁場GSL1に対して垂直のスライスが
励起される。それにひきつづいて、第1スライス選択傾
斜磁場GSL1の反転によっては正の部分パルスで惹起さ
れたディフエーズが再び解消される。後続の、同様に周
波数選択性の180°−高周波パルスにより、スピン集
合ないし母集団(spimpopuldtion)が反
転される。180°−高周波パルスは第2のスライス選
択傾斜磁場が第1のスライス選択傾斜磁場に対して垂直
である。従って、180°−高周波パルスRF2によ
り、選択的に次のような核スピンが反転される、即ち、
第2スライス選択傾斜磁場GSL2の方向に対して垂直な
スライス内に位置する核スピンのみが反転される、更
に、読出傾斜磁場GROが負の方向に作用印加され、次い
で反転される。読出傾斜磁場GROの正の部分のもとに、
核スピン共鳴信号が読出され、このことは図25中個々
の走査時点ADで示される。
【0050】すべての核共鳴信号は或領域から由来する
ものであり、該領域は一方では90°高周波パルスによ
り励起されるスライス中に位置しなければならず、更
に、180°−高周波パルスRF2により反転される層
(スライス)内に位置するものである。従って、図示の
パルスシーケンスによっては2つの選択されたスライス
の断面集合体に相応する体積がしらべられる。このこと
は図20に相応するブロック内に示してあり、その際当
該ブロックの長手方向が、スライス選択傾斜磁場
SL1,GSL2の方向により選択され得る。当該ブロック
の厚さは高周波パルスRF1,RF2の周波数スペクト
ルにより定まる。
【0051】図6及び図8を用いて上述したように、次
のような際のみスピンエコーシーケンスにおける当該不
均一性(非均質性)についての情報が得られる、即ち、
180°高周波励起パルスRF2が高周波励起パルスF
R1とエコー時点Teとの間で中央に位置しない際のみ
当該の情報が得られる。図21〜図25によるパルスシ
ーケンスではエコー時点Te*からの実際のエコー時点
Teの間隔がΔTeで示してあり、当該エコー時点Te
*から見て180°高周波パルスRF2が中心に位置す
る(センタリングされる)べきものである。
【0052】直線的磁場誤差の補正に限定する場合、傾
斜磁場にオフセット電流を加えることで十分である。こ
れまで述べた一般的手法の簡単な特別事例として適当な
オフセット電流を求める手法は図27及び図28を用い
て説明する。
【0053】先ず、被検体積に90°−高周波パルスR
Fが作用印加される。時点T1から時点T2まで傾斜磁場
コイルのうちの1つに電流が供給され、この電流によっ
ては負のX−、Y−又はZ−方向に傾斜磁場G1~が生
ぜしめられる。傾斜磁場G1~の上昇時間はΔTで示さ
れ、同じ下降時間は同様にΔTで示され、それの振幅は
−Adeで示される。それにひきつづいて、電流方向が傾
斜磁場コイルにより反転され、それにより生じる、正の
X−,Y−又はZ−方向の傾斜磁場がG1+で示され、
それの振幅はArdで、そしてそれの上昇ないし下降時間
はΔTで示される。
【0054】傾斜磁場反転によってはHFパルスRT1
で励起されたスピンが、公知のようにリフォーカミング
され、その結果時点Teにて、勾配エコー信号Sが生じ
る。公知のように、エコーの時点は次のようにして与え
られる、即ち、正の傾斜磁場成分G1+の時間積分が、
負の傾斜磁場成分G1~の時間積分に等しくなければな
らない、又は、―換言すれば、―両傾斜磁場成分G1
~,G1+のもとでの積分が等しくなければならないとい
うことにより与えられる。
【0055】基本磁場が傾斜磁場G1の方向で一定でな
い場合はそれにより与えられる不所望の傾斜磁場は次の
ような傾斜磁場に重畳される、即ち、相応の傾斜磁場コ
イルを流れる電流により惹起される傾斜磁場に重畳され
る。それにより惹起される傾斜磁場オフセットは図27
の実施例では正であって、Aoffで示されている。エコ
ー条件(正の傾斜磁場面積=負の傾斜磁場面積)の場
合、磁場不均質性により惹起される傾斜磁場オフセット
offが考慮されるべきであり、図27の実施例ではエ
コー信号S1は左方へシフトされるようになる。図27
では傾斜磁場オフセットAoffの考慮下で作用する(有
効な)負の面積が点点で示されており、正の面積はハッ
チングで示されている。両面積はエコー信号Sの発生の
ためには等しくなければならない。
【0056】図28に示すように、同じシーケンスを、
傾斜磁場Gの反転した極性を以て経過させる場合、当該
エコー信号は同じ傾斜磁場オフセットのもとで時間軸上
にて右方へシフトされる。この場合においてエコー条件
は当該面積IとIIの比較から容易にわかるように、よ
り早期に達せられる(充足される)。
【0057】傾斜磁場オフセットAoffが無いとすれ
ば、当該エコー信号は図27及び図28のシーケンスの
場合HFパルスRFの後の同じ時点teで生じることと
なる。
【0058】図27及び図28のシーケンスの場合にお
いて、夫々のHFパルスRF1,RF2に対する夫々の
エコー信号S1,S2の間隔間の差から、下記の手法に
従って存在する傾斜磁場オフセットAoffが求められ得
る。図27及びエコー条件から出発して、即ち、傾斜磁
場全体G(t)に亘っての時間積分が零に等しくなけれ
ばならない、というエコー条件から出発して、次の方程
式(関係式)が得られる。
【0059】
【数3】
【0060】ここにおいて、傾斜磁場全体G(t)は傾
斜磁場G1~,G1+、傾斜磁場オフセットAoffから合
成される。
【0061】
【数4】
【0062】その場合当該積分は次のように算出され
る。
【0063】
【数5】
【0064】但し、Adeは傾斜磁場G1~の振幅を示
し、Ardは傾斜磁場G1+の振幅を示す。 式(2)に
(4),(5)を代入すると次のようになる。
【0065】
【数6】
【0066】それによりエコー時点Telは次のように得
られる。
【0067】
【数7】
【0068】上記式を図28の測定シーケンスに適用す
ると、相応のエコー時間Tezは次のようになる。
【0069】
【数8】
【0070】式(7)と(8)から次のようになる。
【0071】
【数9】
【0072】もって、下記の傾斜磁場オフセットAoff
が得られる。
【0073】
【数10】
【0074】その場合、Te1,Te2は図27及び図28
による両シーケンスに基づき測定され得、傾斜磁気場振
幅Aedは傾斜磁場コイルに由来する傾斜磁場に対する規
定量であり、もって既知である。
【0075】傾斜磁場オフセットをそのようにして計算
すると、当該オフセットを次のようにして補償できる、
即ち、夫々の傾斜磁場コイル相応のオフセット電流を供
給してのオフセット電流はパルス発生器により設定され
る傾斜磁場電流に加えられるようにするのである。もっ
て上記オフセット電流は時間の要する反復(逐次)手法
を用いずに簡単な計算法で見出され得る。
【0076】シミングの一般的事例に対して既述されて
いるように、時間間隔Te1,Te2を次のようにして求め
得る、即ち、各エコー信号をフーリェ変換し、それによ
り得られた位相カーブの勾配を比較するのである。上記
勾配はフーリェ変換のための時間原点とエコー信号との
間の時間間隔に対する尺度である。エコー位置と時間原
点が一致する場合、一定の位相経過が生じる、そして、
一致しない場合は正又は負の勾配(これは当該時間間隔
に比例する)が生じる。基本磁場が比較的に高次の偏差
を有する場合当該位相カーブは直線的でない。従って、
位相カーブに直線的(リニア)−Fit−方法を適用す
ると有利である。
【0077】傾斜磁場オフセットが存在する場合当該シ
ーケンスの位相カーブの勾配は等しくない。当該勾配の
偏差は傾斜磁場Aoffに対する尺度を成す。上記偏差に
基づき、同様に、傾斜磁場オフセットAffを補償するた
めに必要な傾斜磁場オフセット電流を計算できる。
【0078】すべての3つの空間方向で磁場の1次の誤
差項を補償するため、一般に、前述のプロセス過程を、
3つの空間方向で、つまり、3つの存在する傾斜磁場コ
イルに関して実施する。相応のシーケンスが図29〜図
34に示してある。このために実施例中、全部で6つの
HFパルスRF1〜RF6の1つのシーケンス(列)が
投入照射される。当該測定をできるだけ速やかに実施し
得るため、2つのHF−パルスRF2〜RF6間でスピ
ンの緩和時間は待機されない。後続する測定への或1つ
の測定の影響を回避するため、各HFパルスRFには各
傾斜磁場方向でスポイラ傾斜磁場GSx,GSy,GS
z(これはなお存在する位相コヒーレンスを損なう)が
前置される。上記スポイラー傾斜磁場GSは直ぐ先行す
る傾斜磁場と同じ方向を有する、それは、それよりそれ
の作用が増強されるからである。
【0079】HFパルスRF1,RF2によって先ず、
図27、図28を用いて説明されたパルスシーケンス動
作が、X傾斜磁場に対して実施される。その際得られた
信号S1,S2は既述のようにX方向でのオフセット調
整のため使用される。HFパルスRF3,RF4ないし
RF5,RF6によってはY−ないしZ−傾斜磁場に対
する相応のシーケンスが実施される。その際そのつど生
じる信号S3,S4ないしS5,S8は同じくY−ない
しZ−傾斜磁場のオフセット調整のため使用される。
【0080】傾斜磁場オフセットの補償のための上述の
方法は迅速に実施され得る。必要な場合、当該調整は核
スピントモグラフィー装置での各検査の前に、検査時間
の大した延長なしで可能である。
【0081】所要の傾斜磁場オフセットはスピンエコー
に基づいても求められ得る(図6〜図8を用いて既に述
べたように)。
【0082】もって、図7及び図8による両シーケンス
におけるエコー位置の比較により、同じく傾斜磁場A
offに対する尺度を成す時間差Δtを求め得る。当該時
間差は有利に、既述のように、エコー信号S1,S2の
フーリェ変換及びそれにより得られた位相カーブの勾配
の比較により求められ得る。当該時間差Δtからは傾斜
磁場オフセットAoffの補償に必要なオフセット電流I
offを求め得る。
【0083】
【発明の効果】本発明によればできるだけ高い均質性
(均一性)が短時間に達成されるように当該磁場のシミ
ング方法を実現出来るという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】X−ないしY−傾斜磁場コイル及び鞍形配置さ
れたシムコイルの実施例を示す構成略図である。
【図2】Z−傾斜磁場コイル及び別のシムコイルの実施
例の構成略図である。
【図3】従来勾配エコーシーケンスの特性図である。
【図4】図3と同じパルスシーケンス(列)であるが傾
斜磁場の方向に均質磁界を重畳した当該シーケンスを示
す特性用である。
【図5】同じく図3の勾配エコーシーケンスであるが但
し、傾斜磁場の方向で負の直線的磁場偏差を含む当該シ
ーケンスを示す特性図である。
【図6】従来のスピンシーケンスの特性図である。
【図7】180°高周波パルスを中心位置に対して左方
へシフトした状態を示す特性図である。
【図8】180°高周波パルスを中心位置に対して右方
へシフトした状態を示す特性図である。
【図9】完全に均質な磁場a場合に対する位相カーブ及
びエコー位置を示す特性図である。
【図10】図5に相応して、負の直線的磁場偏差のある
場合の図9に相応する当該の特性図である。
【図11】正の直線的磁場偏差のある場合の図9に相応
する当該の特性図である。
【図12】当該磁場が1次の磁場不均質性を有しない場
合における同様な当該の特性図である。
【図13】比較的高次の磁場不均質性のある場合の同様
な当該の特性図である。
【図14】種々の投影におけるパルスシーケンスのセッ
トの様子と示す特性図である。
【図15】事前(予備)磁化及び運動リフォーカシング
の場合における勾配エコーシーケンス発生の際の高周波
パルス列の特性図である。
【図16】当該勾配エコーシーケンス作成の際の走査時
点ADにおける当該の読出された核スピン共鳴信号の特
性図である。
【図17】当該勾配エコーシーケンス発生の際のGMR
及びGsを示す特性図である。
【図18】当該勾配エコーシーケンス発生の際のGyを
示す特性図である。
【図19】同様にGzを示す特性図である。
【図20】励振されるブロックの概念図である。
【図21】ブロックの選択的励起を行なう際のスピンエ
コーシーケンス発生の際のRF1とRF2の生起の様子
を示す特性図である。
【図22】同上当該スピンエコーシーケンス発生の際の
選択傾斜磁場GSL1の生起の様子を示す特性図である。
【図23】当該スピンエコー発生の際の第2スライス選
択傾斜磁場GSL2の生起の様子を示す特性図である。
【図24】当該スピンエコー発生の際の読出傾斜磁場G
ROの生起の様子を示す特性図である。
【図25】当該スピンエコーシーケンス発生の際の個々
の走査時点ADにて読出される核スピン共鳴信号生起の
様子を示す特性図である。
【図26】すべての球面(調和関数)係数を求め得るた
めの表を示す図である。
【図27】正の傾斜磁場オフセットを以ての勾配エコー
シーケンスの様子を示す特性図である。
【図28】負の傾斜磁場オフセットを以ての勾配エコー
シーケンスの様子を示す特性図である。
【図29】傾斜磁場コイルのオフセット調整のためのパ
ルスシーケンスにおけるHf−RF(高周波パルス)の
特性図である。
【図30】当該オフセット調整における(スポイラ傾斜
磁場)GSxの様子を示す特性図である。
【図31】当該オフセット調整におけるGSyの様子を
示す特性図である。
【図32】当該オフセット調整におけるGSzの様子を
示す特性図である。
【図33】当該オフセット調整にために使用されるS信
号の様子を示す特性図である。
【図34】当該オフセット調整におけるオフセット電流
のON状態の際の信号の様子を示す特性図である。
【符号の説明】
1 支持管、 2,3 傾斜磁場コイル、 4〜6 ジ
ムコイル
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G01N 24/06 520 K 8203−2G G01R 33/22 (72)発明者 柿本 茂文 神奈川県厚木市鳶尾2−27−8 (72)発明者 和田 康弘 神奈川県厚木市下荻野1449−4

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 核スピン共鳴装置の検査空間における磁
    場のシミング(磁場調整)方法であって、当該磁場(B
    Z)は数学的に球面調和関数の形で表わされ、ここにお
    いてシムコイル(4〜9)が用いられ該コイルは当該の
    球面調和関数の所定係数に相応する磁場分布を実質的に
    検査空間中に生じさせるものであるようにした方法にお
    いて、下記のステップを有する即ち、 a) 所定方向の高周波パルス(RF)と両極性傾斜磁
    場パルス(GRO)から成る勾配エコーシーケンスを適用
    し、その際生じる核スピン共鳴信号(S)を検出し、 b) そのようにして得られた核スピン共鳴信号(S)
    をフーリエ変換し、それにより、所定の方向の核スピン
    の位相カーブを求め、 c) 上記ステップa)とb)を両極性の傾斜磁場パル
    ス(GRO)の種々異なる方向を以て多重に(複数回)繰
    返し、 d) 当該の得られた位相カーブをFit方法で解析
    し、 e) 上記のFit方法で得られた、i(番目の)次
    (数)の多項式から、当該の磁場分布を表わすi次の球
    面調和関数の係数を求め、以て、所属のシムコイルに供
    給さるべき電流を求めるようにしたことを特徴とする核
    スピン共鳴装置におけるシムコイル及び傾斜磁場コイル
    を流れる電流の調整方法。
  2. 【請求項2】 核スピン共鳴装置の検査空間における磁
    場のシミング(磁場調整)方法であって、当該磁場(B
    Z)は数学的に球面調和関数の形で表わされ、ここにお
    いてシムコイル(4〜9)が用いられ該コイルは当該の
    球面調和関数の所定係数に相応する磁場分布を実質的に
    検査空間中に生じさせるものであるようにした方法にお
    いて、時間順序で第1高周波パルス(RF1)と、所定
    方向の第1傾斜磁場パルス(G1)と、180°のフリ
    ップ角度を有する第2高周波パルス(RF*)と、所定
    方向の第2傾斜磁場パルス(G1*)とから成るスピン
    エコーシーケンスを適用し、上記第2傾斜磁場パルスの
    もとで核スピン共鳴信号(S)を読出し、ここにおい
    て、上記第2高周波パルス(RF1*)は第1高周波パ
    ルス(RF1)と核共鳴信号(S)とに関して非中心位
    置におかれており(センタリングされていないものであ
    り)、 b) そのようにして得られた核スピン共鳴信号(S)
    をフーリエ変換し、それにより、所定の方向の核スピン
    の位相カーブを求め、 c) 上記ステップa)とb)を傾斜磁場コイル(G
    1,G1*)の異なる方向を以て多重に(複数回)繰返
    し、 d) 得られた位相カーブをFit方法で解析し、 e) Fit方法で得られた、i次の多項式係数から、
    磁場分布を表わすi次の球面調和関数の各係数、もっ
    て、所属のシムコイルに供給さるべき電流を求めること
    を特徴とする方法。
  3. 【請求項3】 核スピントモグラフィー装置において傾
    斜磁場コイル(2,3)を流れる傾斜磁場電流
    (Ioff)のオフセットを調整する方法において、 下記のステップを有する、即ち a) 検査空間における体積を励振する第1のHf(高
    周波)パルスを作用印加し、上記検査空間の体積は少な
    くとも第1の方向に延在するものであり、 b) 第1方向での第1傾斜磁場パルス(G1)の作用
    印加及びそれにひきつづいての傾斜磁場パルス(G1)
    の反転により、第1の勾配エコー信号(S1)を生じさ
    せ、 c) 検査空間における体積を励振する第2Hf(高周
    波)パルス(RF2)を作用印加し、上記検査空間の体
    積は少なくとも第1方向に延在するものであり、 d) 上記第1方向に対して逆方向での第2傾斜磁場
    (G2)の作用印加およびそれにひきつづく当該傾斜磁
    場パルス(G2)の反転により第2勾配エコー信号(S
    2)を生じさせ、 e) 第1Hfパルス(RF1)/第1勾配エコー信号
    (S1)と、第2Hfパルス(RF2)/第2勾配エコ
    ー信号(S2)との間の時間間隔(te1,te2)の差か
    らオフセット電流(Ioff)を求め、ここにおいて、当
    該オフセット電流の、当該傾斜磁場コイル(2,3)へ
    の供給の際上記時間間隔の差が零であるようにし、 f) 後続の検査フェーズ中それぞれの傾斜磁場(2,
    3)は1つの測定シーケンスの傾斜磁場パルスのほかに
    付加的に、そのようにして求められた一定のオフセット
    電流(Ioff)の供給を受けるようにしたことを特徴
    とする方法。
  4. 【請求項4】 核スピントモグラフィー装置において傾
    斜磁場コイル(2,3)を流れる傾斜磁場電流
    (Ioff)のオフセットを調整する方法において、下記
    のステップを有する、即ち a) 検査空間における体積を励振する第1のHf(高
    周波)パルスを作用印加し、上記検査空間は少なくとも
    第1の方向に延在するものであり、 b) 第1方向の第1傾斜磁場パルスを作用印加し、 c) 上記第1のHfパルス(RF1)及びエコー時点
    に関して中心位置に位置してない第1の180°−Hf
    −パルス(RF1*)を作用印加し、 d) 第1方向の第1の読出傾斜磁場(G1*)のもと
    に、第1エコー信号(S1)を読出し、 e) 検査空間における体積を励振する第2Hf(高周
    波)パルス(RF2)を作用印加し、上記検査空間の体
    積は少なくとも第1方向に延在するものであり、 f) 上記第1方向の第2の傾斜磁場パルスを作用印加
    し、 g) 上記の第1の180°Hfパルス(RF1*)と
    第1のHfパルス(RF1)との間隔とは異なった間隔
    を、第2のHf−パルス(RF2)との間に有する第2
    の180°−Hf−パルス(RF2*)を作用印加し、 h) 第1方向の第2読出傾斜磁場(G2*)のもとで
    第2スピンエコー信号(S2)を読出し、 i) 第1Hfパルス(RF1)/第1スピンエコー信
    号(S1)と、第2Hfパルス(RF2)/第2スピン
    エコー信号(S2)との間の時間間隔の差(Δt)から
    オフセット電流(Ioff)を求め、ここにおいて、当該
    オフセット電流の、当該傾斜磁場コイル(2,3)への
    供給の際上記時間間隔の差が零であるようにし、 j) 後続の検査フェーズ中それぞれの傾斜磁場(2,
    3)は1つの測定シーケンスの傾斜磁場パルスのほかに
    付加的に、そのようにして求められた一定のオフセット
    電流(Ioff)の供給を受けるようにしたことを特徴と
    する方法。
  5. 【請求項5】 当該時間間隔(Te1,Te2)の差が間接
    的に両エコー信号(S1,S2)のフーリエ変換の後当
    該位相カーブの平均勾配の比較により求められるように
    した請求項3又は4記載の方法。
  6. 【請求項6】 当該Hfパルス(RF1,RF2)の入力
    照射中傾斜磁場が作用印加されるようにした請求項3か
    ら5までのうちいずれか1項記載の方法。
  7. 【請求項7】 複数の傾斜磁場方向に対して直ちに相次
    いで当該方法(プロセス)過程が実施され、その際各高
    周波パルスの前に、スポイラ傾斜磁場(GS)が作用印
    加されるようにした請求項1から6までのうちいずれか
    1項記載の方法。
  8. 【請求項8】 事前(予備)飽和シーケンスを実施し、
    該事前飽和シーケンスによっては各パルスシーケンスに
    対して夫々の傾斜磁場パルスの方向に延在するブロック
    外でスピンが飽和されるようにした請求項1から7まで
    のうちいずれか1項記載の方法。
  9. 【請求項9】 当該高周波パルス(RF)は周波数選択
    性であり、スライス選択傾斜磁場の作用下で入力照射さ
    れ、それにより、当該検査容積(体積)の唯1つのスラ
    イスのみが励起されるようにした請求項1から8までの
    うちいずれか1項記載の方法。
  10. 【請求項10】 直線的磁場偏差の補償のため、上記傾
    斜磁場コイル(2,3)は請求項1から5までの方法に
    より求められたオフセット電流の供給を受けるようにし
    た請求項1から9までのうちいずれか1項記載の方法。
  11. 【請求項11】 当該方法ステップ過程は各検査フェー
    ズ前に実施されるようにした請求項1から10までのう
    ちいずれか1項記載の方法。
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