JPH11104108A

JPH11104108A - 磁気共鳴イメージング方法

Info

Publication number: JPH11104108A
Application number: JP9272941A
Authority: JP
Inventors: Kazumi Nishimura; 和美西村; Tetsuhiko Takahashi; 哲彦高橋
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1997-10-06
Filing date: 1997-10-06
Publication date: 1999-04-20
Anticipated expiration: 2017-10-06
Also published as: JP3887082B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ＭＲＩ装置によるマルチスライス撮影において
各スライスでの静磁場補正を精度よく行い、画像やスペ
クトルの歪みを解消する。【解決手段】複数のスライスについて順次励起、信号計
測を行い複数のスライスについての画像或いはスペクト
ルを再構成するＭＲＩ方法において、複数のスライス面
を含む第１の空間について静磁場分布を計測し、その静
磁場分布に基づき第１の空間の静磁場の不均一を補正す
る第１の付加的磁場を発生し、第１の付加的磁場の存在
下で複数のスライス面の各々に対応する第２の空間につ
いてそれぞれ静磁場分布を計測し、それら静磁場分布に
基づき第２の空間の静磁場の不均一を補正する第２の付
加的磁場の強度を求め、複数のスライス面の撮像を、第
１の付加的磁場及び対応する第２の付加的磁場を発生さ
せた状態で行う。第２の付加的磁場は１次項のみとし傾
斜磁場のオフセットで実現する。これによりスライスの
切換えに伴い高速にシムチャンネルを切換えることがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気共鳴イメージ
ング（以下、ＭＲＩという）方法に関し、特に静磁場の
不均一性を改善したＭＲＩ方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＭＲＩ装置は均一な静磁場内に置かれた
被検体に生じる核磁気共鳴（以下、ＮＭＲという）を利
用して、被検体の断層像やスペクトルを描出する画像診
断装置であり、歪みのない画像や高精度のスペクトルを
得るために静磁場の均一性が要求される。特に、ＥＰＩ
（エコープレナーイメージング）等の超高速ＭＲＩの場
合には、高い磁場の均一性が望まれる。また、スペクト
ロスコピックイメージ等の高精度の計算の場合には、生
体を磁場中に挿入することによって生じる静磁場不均一
性をも解消する必要があり、これを軽減するために、被
検体毎に磁場の不均一を補正することが必要である。

【０００３】静磁場不均一性を補正する手法（シミン
グ）として、磁性体を配置したパッシブシムあるいは、
磁場補正用のコイル（シムコイル）に流す電流（シム電
流）を調整するアクティブシムが用いられており、シム
による磁場調整の良否が画像に直接影響する。シムコイ
ルは、通常互いに直交する磁場、例えば球面調和関数の
各項に対応する磁場を発生する３チャンネル以上の静磁
場発生コイルから成り、これらシムコイルに電流を流す
ことによって発生する付加的な静磁場と、主コイルが発
生する静磁場を重ね合わせることにより、より均一な磁
場を得るようにしている。

【０００４】ところでＭＲＩの撮像方法として、複数の
スライス面を順次励起し、各スライス面からＮＭＲ信号
を計測するマルチスライス撮影方法がよく知られてい
る。この場合、シミングには以下の２つの方法がある。
第１の方法は、撮影しようとする領域に対して最も均一
度が上がるようなシム電流を求め、これを各シムコイル
に流す方法である（図６）。すなわち、撮影スライスを
含む最小の領域を対象にして、この範囲の静磁場が均一
となるようなシム電流値を計算し、撮影に先立ってこの
シム電流を流して所望の磁場を発生させて、静磁場不均
一の補正の精度を向上させる。マルチスライスの場合は
全スライスを含む最小の領域について静磁場不均一を補
正するシム電流値を求める。以下、この方法を「手法
１」という。

【０００５】第２の方法は、スライス毎に対象スライス
内の磁場不均一を補正するシム電流値を予め計算してお
き、各スライスの撮影に先立って対応するシム電流を流
してスライス毎に異なる磁場を発生させて、静磁場不均
一の補正の精度を向上させる方法である（図７）。この
方法を以下、「手法２」という。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】手法１でマルチスライ
ス撮影する場合とシングルスライス撮影する場合とを比
較すると、前者の方が静磁場不均一の補正精度が下が
り、それに伴って画質も劣化する。例えば、lcmおきに5
枚のスライスを撮影する場合、撮影領域の両端での静磁
場分布は数ppm程度異なる場合がある。均一度を高める
ためには高次シムチャンネルが必須であり、その場合で
も０．３〜０．８ppmが限度である。

【０００７】一方、手法２は、スライス毎にシミングを
行うため撮影シーケンスに合わせて高速なシム電流値の
切り替えが必須である。しかもシム精度を上げるために
は多数のチャンネルのシムコイルを実装する必要があ
り、広いスペースと高コストが必要となる。

【０００８】このように両方法とも一長一短であり、比
較的簡易な構成で且つ高精度のシミングが可能な方法は
なかった。そのため、マルチスライス撮影でのシミング
精度が落ち、画質が劣化する傾向があった。本発明は、
これらの問題を解決し、高精度のシミングを提供するこ
とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のＭＲＩ方法は、静磁場中に置かれた検査対
象に、高周波磁場、傾斜磁場を所定のパルスシーケンス
で印加し、検査対象の複数のスライス面を順次励起する
とともに複数のスライス面から生じるＮＭＲ信号信号を
順次検出し、ＮＭＲ信号をもとに検査対象の複数のスラ
イス面の画像或いはスペクトル情報を画像化する際に、
複数のスライス面を含む第１の空間について静磁場分布
を計測し、その静磁場分布に基づき第１の空間の静磁場
の不均一を補正する第１の付加的磁場を発生し、第１の
付加的磁場の存在下で複数のスライス面の各々に対応す
る第２の空間についてそれぞれ静磁場分布を計測し、そ
れら静磁場分布に基づき第２の空間の静磁場の不均一を
補正する第２の付加的磁場の強度を求め、複数のスライ
ス面の撮像を、第１の付加的磁場及び対応する第２の付
加的磁場を発生させた状態で行う。

【００１０】上述の如く構成された本発明では、全スラ
イスを含む領域（第１の空間）については第１の付加的
磁場によって静磁場不均一を補正し、各スライスに対応
する領域（第２の空間）については、第２の付加的磁場
によって個々に（各スライス毎に）静磁場不均一を補正
することにより、任意断面の磁場不均一を高精度で補正
することができる。好適には、第２の付加的磁場は１次
項のみを発生する。第１の付加的磁場によりかなりの精
度まで磁場不均一性が補正されているので、１次項のみ
で更に高精度な補正が可能であり、またこれにより少な
いチャンネル数でスライス毎のシムの切換えを実施する
ことができ、装置スペースの増大や高コスト化を抑えら
れる。また１次項のみとした場合には、第２の付加的磁
場を発生する手段として傾斜磁場発生手段を利用するこ
とができ、オフセット値を変化させることにより装置へ
の負担なく第２の付加的磁場を発生させることができ
る。

【００１１】尚、本発明で対象とする撮影方法は、複数
のスライスを目的とした撮影法であれば１つのスライス
の繰り返し時間内で複数のスライスの撮影を行うマルチ
スライス撮影のほか、ＥＰＩ法、高速スピンエコー法等
何でも適用できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、実施例を用いて本発明のＭ
ＲＩ方法を詳細に説明する。

【００１３】図３は本発明が適用されるＭＲＩ装置の概
略構成図である。同図において静磁場発生磁気回路302
は、被検体301内部に一様な静磁場ＨOを発生させるため
の電磁石または永久磁石から構成され、磁気回路302内
の空間に、静磁場の不均一を補正するためのシムコイル
318、直交するｘ、ｙおよびｚの３方向に強度が線形に
変化する傾斜磁場Ｇx、Ｇy、Ｇzを発生する傾斜磁場コ
イル309、高周波磁場を発生する送信コイル314a、被検
体から生じる核磁気共鳴信号を検出するための検出コイ
ル314bが設置されている。コイル314は送受信両用でも
よく、図示のように別々でもよい。

【００１４】シムコイル318及び傾斜磁場コイル309は、
それぞれ電流を供給するための電源319、310が接続され
ている。シムコイルは低次から高次のコイルを組合せて
多チャンネル化したもので、例えば、Ｚ⁰、Ｚ²、Ｚ³、
Ｚ⁴、Ｚ⁵、ＺＸ、ＺＹ、Ｚ²Ｘ、Ｚ²Ｙ、ＸＹ、Ｘ
^2-Ｙ²、Ｚ(Ｘ^2-Ｙ²)、ＺＸＹ、Ｘ³、Ｙ³、Ｘ、Ｙ、Ｚの
18チャンネルからなる。このうち１次項については傾斜
磁場コイル309がシムを兼ねてもよい。これらシムコイ
ルの特性、即ちシムコイルに流す単位電流当りの静磁場
分布の変化は、このＭＲＩ装置固有の値として、予め測
定され記憶されており、後述するシミングにおいてシム
電流を計算するときに用いられる。

【００１５】尚、傾斜磁場コイル309は渦電流の発生を
抑制したアクティブシールド型を用いることが好まし
い。渦電流が抑制されることにより、高速で切換えるこ
とができ、本発明によるシミングを効果的に行うことが
できる。

【００１６】このような構成において、シンセサイザ31
1により発生させた高周波を変調器312で変調し電力増幅
器313で増幅し、コイル314aに供給することにより被検
体301の内部に高周波磁場を発生させ、核スピンを励起
させる。通常は¹Hを対象とするが、³¹P、¹³C等、核スピ
ンを有する他の原子核を対象とすることもある。この高
周波磁場による励起の際に、所望の方向に傾斜磁場を発
生させることにより、任意のスライスを選択して励起す
ることができる。

【００１７】被検体301から放出される核磁気共鳴信号
はコイル314bにより受信され、増幅器315を通った後、
検波器316で直交位相検波され、Ａ／Ｄ変換器317を経て
コンピュータ308へ入力される。コンピュータ308は信号
処理後、前記核スピンの密度分布、緩和時間分布、スペ
クトル分布等に対応する画像をCRTディスプレイ328に表
示する。計算途中のデータあるいは最終データはメモリ
324、325に収納される。傾斜磁場発生系303、送信系304
はシーケンサ307によって制御され、このシーケンサ307
と検出系305はコンピュータ308によって制御される。コ
ンピュータ308は操作部321からの指令により制御され
る。

【００１８】このような装置におけるマルチスライス撮
影の手順を図１を参照して説明する。

【００１９】まず図２に示すように撮像対象とするスラ
イスｓ1、ｓ2・・・を全部含む領域（第１の空間）Ｓに
ついて静磁場分布を計測する。例えば、断面はTRS、撮
影視野は250mm×250mm、スライス数は10スライス、スラ
イス厚さ10mm、スライス間隔10mmとすると、静磁場分布
を計測すべき空間は、250mm×250mm×200mmとなる。こ
のとき計測する静磁場は、主コイルのみによって発生さ
れた磁場でもよいが、予め被検体のない状態で主コイル
の磁場不均一性を補正するためにシムコイルに電流を加
えている場合には、主コイルの発生する静磁場にシムコ
イルの発生する磁場を足し合わせた磁場のどちらであっ
ても構わない。但し、本発明では実際に撮影する被検体
を撮影空間に配置した状態で計測する。

【００２０】静磁場の分布の測定方法としては、傾斜磁
場の反転により得られるエコー信号の位相情報から求め
る方法やケミカルシフトイメージング法によりマルチピ
クセルのスペクトルを計測し、特定分子のスペクトルの
周波数のずれから局所の静磁場強度を求める方法があ
り、どちらの方法も採用できるが、エコー信号の位相情
報から静磁場分布を求める方法を簡単に説明する。

【００２１】この方法では、図４に示すようにスライス
選択のためのスライス傾斜磁場Ｇs403の印加と共に、90
゜パルス401を印加して被検体組織を構成する原子核ス
ピンを励起し、スピンの位相を変化させるために位相エ
ンコード傾斜磁場Ｇp405を印加する。90゜パルスからτ
時間後に、スライス傾斜磁場Ｇs404と共に180゜パルス4
02を印加する。その後リードアウト傾斜磁場Ｇr406を印
加し、引き続きリードアウト傾斜磁場Ｇr406の反転パル
ス407を印加し、スピンエコー（図示せず）を発生させ
る。この場合、リードアウト傾斜磁場Ｇrの反転のタイ
ミングは、180゜パルスとエコー信号が最大となる時点
との間隔412が、90゜パルスと180゜パルスとの間隔411
（＝τ）と、微小時間εだけ異なるように調整する。18
0゜パルス印加後から時間τが経過すると、90゜パルス
印加直後からの静磁場不均一に起因するスピンの位相変
化は完全に相殺されるため、上記計測で得られる画像Ｓ
(x,y,z)には、微小時間εの間に、静磁場不均一により
生じる位相情報だけが含まれる。この画像Ｓ(x,y,z)の
実部と虚部をそれぞれＳr(x,y,z)およびＳi(x,y,z)で表
すと、静磁場不均一分布Ｅ(x,y,z)は式（１）で表すこ
とができる。

【００２２】

【数１】尚、式（１）中、γは磁気回転比を表す。

【００２３】このように静磁場分布を求めた後、この静
磁場分布と予め計測しておいたシム特性行列を式（２）
に適用し、全スライス含む領域全体の静磁場不均一を最
もよく補正するようなシム電流の組を求める。

【００２４】

【数２】式（２）中、Ｂjは画素ｊにおける静磁場不均一を表
し、Ａjkはシム特性を表す行列で、シムコイルｋ（ｋ＝
１〜ch：chはチャンネル数）に単位電流を流したときの
画素ｊの磁場の変化量を表す。またΔＩkは、静磁場不
均一Ｂjを補正するためのシム電流を表す。

【００２５】このように算出された電流値をシムコイル
に流す。シムコイルに始めから電流が流れていた場合
は、その値に求めたシム電流値を足す（ステップ１）。
既に述べたようにシムチャンネルは、例えば、Ｚ⁰、
Ｚ²、Ｚ³、Ｚ⁴、Ｚ⁵、ＺＸ、ＺＹ、Ｚ²Ｘ、Ｚ²Ｙ、Ｘ
Ｙ、Ｘ^2-Ｙ²、Ｚ(Ｘ^2-Ｙ²)、ＺＸＹ、Ｘ³、Ｙ³、Ｘ、
Ｙ、Ｚの18チャンネルからなり、撮像スライス全体を含
む領域について高次のシミング（第１の付加的磁場によ
る補正）が達成される。尚、これらのうちＸ、Ｙ、Ｚは
傾斜磁場コイルのオフセット値で調整する。

【００２６】次に上述のシム電流を流した状態で、各ス
ライス（第２の空間）毎に静磁場分布を計測し、各スラ
イスの静磁場不均一を最もよく補正するようなシム電流
の組を求めて記憶する（ステップ２）。前掲の例の場
合、静磁場を計測する空間は、それぞれ250mm×250mm×
10mmとなる。スライス毎の静磁場分布の測定は、第１の
空間について測定した場合と同様に、図４に示すような
エコー信号に静磁場不均一のみによる位相情報をもたせ
て計測する方法や化学シフトイメージングを利用した方
法が採用できる。またこのとき用いるシムチャンネル
は、好適にはＸ、Ｙ、Ｚのみとし、シム電流は傾斜磁場
オフセットとして各傾斜磁場コイルに加えられる。

【００２７】次いで各スライスの撮影に入る。このとき
撮像スライス全体を含む領域について高次のシミングを
行っている状態で、撮影対象となるスライスｓ１につい
て記憶されたシム電流値を記憶手段から読み出し（ステ
ップ３）、その値を傾斜磁場コイルにオフセットとして
加えた後、スライスｓ１を撮影する（ステップ４）。以
下、同様に撮影対象スライスが変るのに合せて、それに
対応するシム電流値を記憶手段から読み出し傾斜磁場コ
イルに加え、撮影する（図５）。

【００２８】例えば100ms毎に１スライスから１０スラ
イスまでをシングルショットＥＰＩで順次撮影するとす
ると、これに伴って各スライスに対応したシム電流値
（この場合、傾斜磁場オフセット）を100ms毎に切り替
えていくことになる（ステップ３、５）。この際、傾斜
磁場コイルは、アクティブシールド型コイルを用い、渦
電流が抑制されているので、このような高速な切り替え
に対応できる。

【００２９】このように本発明によれば、高次シミング
は撮影スライス全体に対するシミング（ボリュームシ
ム）として行い、スライス毎には高速な１次シムを行う
ので、マルチスライス撮影時の磁場均一性が向上する。
例えばボリュームシムは０．８〜０．３ppm程度が限度
であるが、スライス毎の１次シムを組合せることによ
り、この値を更に０．２ppm程度まで下げることがで
き、極めて高い磁場均一度が得られる。従ってＥＰＩや
脳機能計測のような高い静磁場精度の要求される撮像方
法において高信頼性の画像を得ることができる。

【００３０】尚、本発明が適用されるマルチスライス撮
影は、上述したシングルショットＥＰＩの撮影を複数の
スライスについて行う場合のみならず、１つのスライス
の繰り返し時間内に第２、第３のスライスの励起と信号
計測を行う撮影にも適用でき、その場合には、スライス
の励起に合せて対応するシム電流値を加えるようにパル
スシーケンスを制御する。

【００３１】また以上の説明では、第２の空間のシミン
グは１次項のみのシミングとしたが、少なくとも静磁場
の不均一が生じやすい軸に沿って２次項のシミングを加
えてもよい。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
マルチスライス撮影を行なう場合に、全スライスを含む
第１の空間で静磁場不均一を補正するシム電流を流した
後、更に各スライスに対応する第２の空間の静磁場不均
一を補正するシム電流の組を求め記憶しておき、各スラ
イスの撮影に先立って、上記シム電流の組からスライス
に対応する値を読み出しシムコイルに加えるようにした
ので、生体を磁場中に挿入することによって生じる静磁
場の不均一性を大幅に軽減することができ、それによっ
て生じていた画像やスペクトルの歪みを解消させる効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による静磁場不均一補正を含むＭＲＩ方
法の一実施例を示すフロー図。

【図２】本発明による静磁場不均一補正の領域を示す
図。

【図３】本発明が適用されるＭＲＩ置の全体の構成を示
す図。

【図４】静磁場分布を計測する一般的なシーケンスを示
す図。

【図５】本発明によるＭＲＩ方法におけるシム電流値の
切り替え手順を示す図。

【図６】従来の静磁場不均一補正方法を示す図。

【図７】従来の静磁場不均一補正方法を示す図。

【符号の説明】

Ｓ・・・・・・第１の空間ｓ１、ｓ２・・・・・・第２の空間 309・・・・・・傾斜磁場コイル 318・・・・・・シムコイル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】静磁場中に置かれた検査対象に、高周波磁
場、傾斜磁場を所定のパルスシーケンスで印加し、前記
検査対象の複数のスライス面を順次励起するとともに前
記複数のスライス面から生じる核磁気共鳴信号を順次検
出し、前記核磁気共鳴信号をもとに前記複数のスライス
面の画像或いはスペクトル情報を画像化する磁気共鳴イ
メージング方法において、前記複数のスライス面を含む第１の空間について静磁場
分布を計測し、その静磁場分布に基づき前記第１の空間
の静磁場の不均一を補正する第１の付加的磁場を発生
し、前記第１の付加的磁場の存在下で前記複数のスライ
ス面の各々に対応する第２の空間についてそれぞれ静磁
場分布を計測し、それら静磁場分布に基づき前記第２の
空間の静磁場の不均一を補正する第２の付加的磁場の強
度を求め、前記複数のスライス面の撮像を、前記第１の
付加的磁場及び対応する第２の付加的磁場を発生させた
状態で行うことを特徴とする磁気共鳴イメージング方
法。