JPH1189817A

JPH1189817A - 磁気共鳴イメージング装置

Info

Publication number: JPH1189817A
Application number: JP9256982A
Authority: JP
Inventors: Yasumasa Saito; 安正齊藤; Hiroyuki Takeuchi; 博幸竹内
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1997-09-22
Filing date: 1997-09-22
Publication date: 1999-04-06

Abstract

(57)【要約】【課題】渦電流損の無い、安定した傾斜磁場発生系を
提供する。【解決手段】ＭＲＩ装置の傾斜磁場発生系に、デジタル
で渦電流補正波形を発生するデジタル渦電流補正部27
と、発生した磁場波形を検出する磁場検出回路24と、検
出した磁場をデジタル値に変換するA/Dコンバータ25
と、これを制御する制御MPU26と、不揮発性メモリ28と
を備えたデジタル渦電流補正回路を設ける。制御MPU26
は、磁場検出回路で検出した磁場波形と、所望の磁場波
形を比較し、デジタル渦電流補正部に所望の補正パラメ
ータを設定し、渦電流損を補正するための補正傾斜磁場
波形をデジタル渦電流補正部から出力させる。また、設
定したパラメータは不揮発性メモリに保存し、MRI装置
の電源投入時毎に上記パラメータを渦電流補正部27に設
定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、核磁気共鳴現象を
利用して被検体（人体）の所望部位の断層像を得る磁気
共鳴イメージング装置（以下、ＭＲＩ装置という）に関
し、特に傾斜磁場発生手段に印加する傾斜磁場波形に対
する渦電流損を補正することができるＭＲＩ装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＭＲＩ装置においては、傾斜磁場
コイルを極めて短時間で切換えて撮像する高速撮像法が
主流となっており、このような撮像法では傾斜磁場を高
周波パルスで発生させるため、高周波分が多くなり、こ
の高周波分によって傾斜磁場発生系に渦電流が発生する
という問題が生じている。図６（ａ）は、この様子を説
明する図で、磁場発生指示波形Ｖi36に対し、渦電流の
影響で傾実際の傾斜磁場波形Ｖoが36'のようになること
を示している。ここでｇ(t)は、傾斜磁場発生系３の応
答関数式で、一般的に図６（ｂ）で表される回路30で近
似でき、次式で表される。

【０００３】ｇ(t)＝Ｋ・sＣＲ／（１＋sＣＲ）式中、sはラプラス演算子、Ｋは可変アンプのゲイン、
Ｃはコンデンサ容量、Ｒは抵抗である。

【０００４】従来、このような傾斜磁場波形に対する渦
電流損の影響を除去するために、傾斜磁場電源に磁場発
生指示波形を送出するシーケンサと傾斜磁場電源との間
にｇ（ｔ）の逆関数となるような伝達関数を有する渦電
流補正回路30'を挿入していた。

【０００５】この渦電流補正回路30'は、一般に図７に
示すように上記渦電流損による影響が数種の指数関数に
より構成されると仮定して、数種のコンデンサＣ1、Ｃ
2、Ｃ3・・・と、抵抗Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3・・・と、可変ゲインア
ンプＫ1、Ｋ2、Ｋ3・・・とをそれぞれ組み合わせてなる微
分回路により構成し、上記シーケンサから入力した指示
信号（Ｖi）36をオーバードライブさせ、このオーバー
ドライブさせた信号37（Ｖo）を傾斜磁場磁場電源へ送
出するようになっていた。図６（ｃ）は、渦電流補正回
路30'によりオーバードライブさせた信号37を傾斜磁場
系に入力したときの様子を示す。これにより、上記傾斜
磁場電源からの出力信号がオーバードライブされ、この
オーバードライブ量により傾斜磁場発生手段に印加する
傾斜磁場波形に対する渦電流損を補正していた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来のＭＲＩ装置においては、その渦電流補正回路30'が
図７に示すように数種のコンデンサＣと抵抗Ｒと可変ゲ
インアンプＫをそれぞれ組み合わせて成る微分回路で構
成されているので、渦電流損を補正するための補正波形
が単純な波形でない場合は、数種の指数関数に対応する
ため微分回路をいくつも挿入しなければならなかった。
また、発生した傾斜磁場波形を常時観察しながら、コン
デンサ容量Ｃと抵抗Ｒと振幅ゲインＫからなる補正成分
を試行錯誤的に調整しなければならず、調整が複雑であ
ると共に長時間を要するものであった。

【０００７】また、一般にコンデンサ容量Ｃと抵抗Ｒ
は、温度によって値が変化する温度特性を持つため、周
囲の温度が変わると、ＣとＲで決まる時定数が変化し、
補正波形が変化する可能性がある。そこで、これらのコ
ンデンサ容量Ｃと抵抗Ｒは、出来るだけ温度特性の良好
な部品を使用しているが、それでも若干の温度による変
化は起こってしまい、補正波形の変化が現われてしまう
という問題がある。

【０００８】このようなアナログ渦電流補正回路に対
し、本出願人はデジタル渦電流補正回路を提案している
（特開平7-171129号）。ここでは、傾斜磁場発生系の、
渦電流の発生を考慮に入れた伝達関数の逆数を表すデジ
タル信号を発生させる手法が開示されており、デジタル
渦電流補正回路とすることにより、アナログ回路による
温度依存性の問題が解決された。しかし、伝達関数の逆
関数のパラメータを設定するという問題は依然として存
在する。

【０００９】本発明は、上述のデジタル渦電流補正回路
を採用したＭＲＩ装置において、発生した磁場波形の検
出を行なうことにより傾斜磁場発生波形の調整を自動で
行なうことが可能なＭＲＩ装置を提供することを目的と
する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のＭＲＩ装置は、傾斜磁場発生手段として、
傾斜磁場を発生するコイルと、その電源と、傾斜磁場コ
イルに印加される指示波形に対し、渦電流の影響を補正
する補正手段とを備え、更に補正手段は、指示波形を所
定の補正関数で補正した波形をデジタル信号として出力
するデジタル補正手段と、傾斜磁場コイルの発生する傾
斜磁場波形を検出する検出手段と、検出手段で検出され
た磁場波形をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換手段と、
デジタル化された検出波形と指示波形とを比較し、検出
波形が指示波形とが等しくなるように補正関数のパラメ
ータを設定する制御手段とを備えている。

【００１１】ここでデジタル補正手段における補正関数
Ｆ(s)は、傾斜磁場発生系の伝達関数の逆数となる関数
で、式（１）で表される。好適には傾斜磁場発生系の伝
達関数が複雑な場合に対応し、複数の指数関数に対応す
る複数の補正関数の組合せからなる。

【００１２】

【数１】Ｆ(s)＝１／（１−Ｇ(s)）Ｇ(s)＝Ｋ・sＣＲ／（１＋sＣＲ）式中、sはラプラス演算子を、Ｋ、ＣＲはそれぞれ関数
のパラメータを表す。

【００１３】デジタル信号として補正波形を生成するの
で、温度による補正波形の変化を生じることがない。ま
た調整時に、発生した磁場波形の検出を行ない磁場発生
波形の調整を自動で行なうので、予めコイルについての
特性値を測定しておく必要がなく、短時間で調整を完了
させることができる。

【００１４】尚、本発明のＭＲＩ装置は、制御設定する
補正パラメータを保存するために不揮発性メモリを設け
ている。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を参
照して説明する。

【００１６】図５は、本発明が適用されるＭＲＩ装置の
全体構成を示す図であり、このＭＲＩ装置は、主として
静磁場発生磁石２と、傾斜磁場発生系３と、送信系４
と、受信系５と、信号処理系６と、シーケンサ７と、中
央処理装置（ＣＰＵ）８とから構成されている。

【００１７】静磁場発生磁石２は、被検体１の周りにそ
の体軸方向または体軸と直交する方向に強く均一な静磁
場を発生させるもので、被検体１の周りのある広がりを
もった空間に永久磁石または常電導方式あるいは超電導
方式の磁場発生手段が配置されている。

【００１８】傾斜磁場発生系３は、Ｘ、Ｙ、Ｚの三軸方
向に巻かれた傾斜磁場コイル９と、渦電流補正回路23
と、それぞれのコイルを駆動する傾斜磁場電源10とから
成り、シーケンサ７からの命令に従ってそれぞれのコイ
ルの傾斜磁場電源10を駆動することにより、Ｘ、Ｙ、Ｚ
の三軸方向の傾斜磁場Ｇx、Ｇy、Ｇzを被検体１に印加
するようになっている。これら傾斜磁場の加え方によ
り、被検体１に対するスライス面を設定することができ
る。渦電流補正回路23は、後述するように本発明におい
てデジタル回路として構成され、傾斜磁場波形に対する
渦電流損を補正するように、シーケンサ７から送られる
指令波形を補正する。

【００１９】送信系４は、被検体１の生体組織を構成す
る原子の原子核に核磁気共鳴を起こさせるために高周波
信号を照射するもので、高周波発振器11と変調器12と高
周波増幅器13と送信側の高周波コイル14とから成り、高
周波発振器11から出力された高周波パルスをシーケンサ
７の命令に従って変調器12で振幅変調し、この振幅変調
された高周波パルスを高周波増幅器13で増幅した後に被
検体１に近接して配置された高周波コイル14に供給する
ことにより、電磁波が被検体1に照射されるようになっ
ている。

【００２０】受信系５は、被検体１の生体組織の原子核
の核磁気共鳴により放出される高周波信号（NMR信号）
を検出するもので、受信側の高周波コイル15と増幅器16
と直交位相検波器17とA/D変換器18とから成り、送信側
の高周波コイル14から照射された電磁波による被検体１
の応答の電磁波（NMR信号）は、被検体１に近接して配
置された高周波コイル15で検出され、増幅器16および直
交位相検波器17を介してA/D変換器18に入力してデジタ
ル量に変換され、更にさらにシーケンサ７からの命令に
よるタイミングでA/D変換器18によりサンプリングされ
た二系列の収集データとされ、その信号が信号処理系６
に送られるようになっている。

【００２１】信号処理系６は、ＣＰＵ８と、磁気テープ
20a及び磁気ディスク20b等の記録装置と、ＣＲＴなどの
ディスプレイ21と、キーボード22とから成り、ＣＰＵ８
でフーリエ変換、補正係数計算像再構成等の処理を行な
い、任意断面の信号強度分布あるいは複数の信号に適当
な演算を行なって得られた分布を画像化してディスプレ
イ21に断層像として表示するようになっている。

【００２２】シーケンサ７は、ＣＰＵ８の制御で動作
し、被検体１の断層像のデータ収集に必要な種々の命令
を送信系４及び受信系５に送ると共に傾斜磁場発生系３
に傾斜磁場発生指示波形を送るものである。

【００２３】図１は、本発明のデジタル渦電流補正回路
23のブロック図で、各傾斜磁場コイルの発生磁場を磁場
波形として検出する検出回路（検出手段）24、検出回路
24で検出された磁場波形をデジタル信号に変換するA/D
コンバータ（A/D変換手段）25、検出波形と各傾斜磁場
コイルに印加される指示波形Ｖiとを比較し、指示波形
を補正するための演算を行う制御ＭＰＵ（制御手段）2
6、制御ＭＰＵ26により決定された補正パラメータに基
づき所定の補正関数で指示波形を補正するデジタル渦電
流補正部（デジタル補正手段）27、及び制御ＭＰＵ26に
より決定された補正パラメータを保存するための不揮発
性メモリ28から構成される。デジタル渦電流補正部27
は、三軸方向の傾斜磁場コイルに対応して、Ｘ、Ｙ、Ｚ
の３チャンネル分を用意する。

【００２４】デジタル渦電流補正部27は、更に詳細を図
２に示すように、その出力Ｖoに対し、補正関数Ｇ（s）
による演算を施すデジタル回路と、このデジタル回路の
出力と指示波形Ｖiとの和である波形Ｖoをデジタル信号
として発生する加算器30とからなる。デジタル回路は複
数の演算回路35、35'、35"・・・を多段的に備えており、
各演算回路は２つの乗算器29と、加算器30、減算器31、
レジスタ32、振幅パラメータレジスタ33及び時定数パラ
メータレジスタ34から構成される。演算回路の加算器30
とレジスタ32は積分回路を構成する。

【００２５】このデジタル回路の出力である補正関数Ｇ
（s）は、次式（１）で与えられる。

【００２６】

【数２】ここでｓはラプラス演算子、Ｋ、Ｃ及びＲはそれぞれア
ナログの場合（図７）のＫ、Ｃ、Ｒに相当し、Ｋは振幅
パラメータレジスタ33のパラメータ、１／ＣＲは時定数
パラメータレジスタ34のパラメータである。これらパラ
メータレジスタ33、34の値は、検出回路24で検出された
磁場波形に基づき、制御ＭＰＵ26により求められる。

【００２７】このデジタル回路の出力は、図２中39で示
す波形となり、これを指示波形36に加算することによ
り、オーバードライブされた補正波形37が出力される。

【００２８】次にこの補正関数Ｇ（s）により、従来の
アナログ回路と同様の補正波形を生成可能であることを
説明する。

【００２９】今、１つの傾斜磁場コイルに指示波形Ｖi
を印加した場合における渦電流による磁場の応答を時定
数一定と仮定すると、その応答式は、

【００３０】

【数３】Ｖo＝（１−Ｋ・sＣＲ／（１＋sＣＲ））Ｖi （２）となる。ここで、Ｖo＝Ｖiとなるような補正伝達関数を
Ｆ（s）と定義すると

【００３１】

【数４】Ｖo＝（１−Ｋ・sＣＲ／（１＋sＣＲ））・Ｆ（s）・Ｖi （３）となり、Ｆ（s）は、

【００３２】

【数５】Ｆ（s）＝１／（１−Ｋ・sＣＲ／（１＋sＣＲ））（４）となる。

【００３３】また、図３のように関数Ｇ（s）を用い
て、補正伝達関数Ｆ（s）の形式を仮定すると、

【００３４】

【数６】Ｖo・Ｇ（s）＋Ｖi＝Ｖo （５）となり、従って、

【００３５】

【数７】Ｖo／Ｖi＝１／（１−Ｇ（s））（６）となる。ここで、（４）（６）より

【００３６】

【数８】Ｇ（s）＝Ｋ・sＣＲ／（１＋sＣＲ）（７）となり、これは式（１）と同じである。従ってＧ（s）
のパラメータＫ、Ｃ、Ｒを適当に設定することにより、
補正波形を生成することが可能となる。図２に示すデジ
タル渦電流補正部では、複数の演算回路35、35'、35”・
・・を設け、これら回路のパラメータ（ＣＲ1、ＣＲ2、・・
・、Ｋ1、Ｋ2、・・・）を順次設定することにより、渦電流
損を補正するための補正波形が単純な波形でない場合に
も対応できる。

【００３７】次に本発明のＭＲＩ装置において、この渦
電流補正部における各演算回路のパラメータの算出を行
う手順について図４を用いて説明する。

【００３８】まずデジタル渦電流補正部を補正無しの状
態で動作し、シーケンサ７から、あらかじめ決められた
磁場発生指示波形Ｖiを連続的に出力させる（ステップ
Ａ）。シーケンサ７からの信号は、制御ＭＰＵ26内にも
取り込まれる（ステップＢ）。この信号は、図５に示し
た傾斜磁場電源10で増幅され、傾斜磁場コイル９に印加
される（ステップＣ）。

【００３９】次に、この傾斜磁場コイル９の近傍に設置
した磁場検出回路24で、発生した磁場を検出する（ステ
ップＤ）。検出した信号は制御ＭＰＵ26からの命令でA/
Dコンバータ25を制御し、発生した磁場の波形をデジタ
ル値に変換させ、制御ＭＰＵ26内に収集する（ステップ
Ｅ）。制御ＭＰＵ26は、シーケンサ７からの信号（指示
波形）と収集したデータＢとを比較し（ステップＦ）、
差分波形を求め、この差分波形の時定数（１／ＣＲ）及
び振幅（Ｋ）を演算する（ステップＧ）。これら時定数
１／ＣＲ1及び振幅Ｋ1を第１段の演算回路35の時定数パ
ラメータレジスタ34及び振幅パラメータレジスタ33にセ
ットする（ステップＨ）。

【００４０】次にパラメータを設定した状態でデジタル
渦電流補正回路を動作し、指示波形に補正を加えて出力
させる（ステップＡ）。その後、上述したステップＣ〜
Ｆを繰り返す。最初に検出された磁場波形が単純な場合
には、第１段の演算回路35による補正で、ほぼ渦電流補
正が達成され、補正波形の印加によって発生した磁場波
形と指示波形とが一致する。その場合には、上記ステッ
プＨで設定した各パラメータを不揮発メモリ28に保存す
る。

【００４１】一方、磁場波形が複雑な場合には、補正波
形の印加によって発生した磁場波形と指示波形との差分
波形を更に求め、この差分波形の時定数及び振幅を演算
する（ステップＧ）。これら時定数１／ＣＲ2及び振幅
Ｋ2を第２段の演算回路35'の時定数パラメータレジスタ
33及び振幅パラメータレジスタ33にセットする（ステッ
プＨ）。以下、同様にステップＡ、Ｃ〜Ｈを繰り返し、
用意された複数の演算回路に順次パラメータのセットを
行なう。そして磁場発生指示波形と発生した磁場波形が
ほぼ一致した時点で、制御ＭＰＵ26は、これらのパラメ
ータを不揮発性28メモリに保存し（ステップＩ）、終了
する（ステップＪ）。

【００４２】この保存されたパラメータは、ＭＲＩ装置
の電源投入時に、制御ＭＰＵ26が不揮発性メモリ28から
パラメータを読み出し、デジタル渦電流補正部27にセッ
トされるため、調整後は、常に渦電流損を補償した波形
が発生し、磁場発生指示波形と磁場発生波形が一致し、
理想の傾斜磁場が発生する。

【００４３】尚、以上の説明では図１の渦電流補正部27
のうちの１つの調整のみを説明したが、３つの渦電流補
正部27について並行して上述したステップを行うことに
より、他の傾斜磁場コイルにより発生する渦電流の影響
も考慮した補正、そのためのパラメータ設定を行うこと
ができる。

【００４４】このように渦電流補正部27のパラメータ
を、検出した磁場波形と指示波形との差から演算によっ
て自動的に求め、設定するので、短時間に渦電流補正を
行うことができる。また渦電流補正部27における補正回
路（演算回路）を多段的に設けたことにより、検出波形
が複雑な波形であっても高い精度で補正が可能となる。

【００４５】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、渦電流補正波形をデジタル回路で発生させたことに
より、温度変動の無い安定した渦電流補正波形を出力す
ることができる。また、デジタル渦電流補正回路のパラ
メータを、磁場波形検出回路の出力に基づき求めること
により、これまで、手動で行なっていた渦電流補正波形
の調整が自動に行なうことができ、短時間で調整を行な
うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のデジタル渦電流補正回路の一実施例
を示す図。

【図２】本発明のデジタルによる渦電流補正部の概略
図。

【図３】本発明のデジタル渦電流補正部の伝達関数の
概念図。

【図４】本発明の渦電流損の補正パラメータ設定の手
順を示すフローチャート図。

【図５】ＭＲＩ装置の全体構成を示す図。

【図６】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ傾斜磁場発生系の
渦電流損の補正動作の概念図を示す説明図。

【図７】従来のアナログによる補正波形発生回路の概
略図。

【符号の説明】

２・・・・・・静磁場発生磁気回路３・・・・・・傾斜磁場発生系４・・・・・・送信系（高周波磁場を発生する手段）５・・・・・・受信系（核磁気共鳴信号を検出する手段）６・・・・・・信号処理系（画像再構成手段）７・・・・・・シーケンサ８・・・・・・ＣＰＵ９・・・・・・傾斜磁場コイル 10・・・・・・傾斜磁場電源 23・・・・・・渦電流補正回路（補正手段） 24・・・・・・発生磁場検出回路（検出手段） 25・・・・・・A/Dコンバータ 26・・・・・・制御ＭＰＵ（制御手段） 27・・・・・・デジタル補正部（デジタル補正手段） 28・・・・・・不揮発性メモリ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検体の置かれる空間に静磁場を発生す
る手段、前記静磁場に重畳して傾斜磁場を発生する手
段、前記被検体を構成する原子核スピンを励起するため
の高周波磁場を発生する手段、前記被検体から発生する
核磁気共鳴信号を検出する手段および前記核磁気共鳴信
号をもとに前記被検体の断層像を構成する画像再構成手
段を備えた磁気共鳴イメージング装置において、前記傾斜磁場発生手段は、傾斜磁場を発生する傾斜磁場
コイルと、その電源と、前記傾斜磁場コイルに印加され
る指示波形に対し、渦電流の影響を補正する補正手段と
を備え、前記補正手段は、前記指示波形を所定の補正関数で補正
した波形をデジタル信号として出力するデジタル補正手
段と、前記傾斜磁場コイルの発生する傾斜磁場波形を検
出する検出手段と、前記検出手段で検出された磁場波形
をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換手段と、デジタル化
された検出波形と指示波形とを比較し、前記検出波形が
前記指示波形とが等しくなるように前記補正関数のパラ
メータを設定する制御手段とを備えたことを特徴とする
磁気共鳴イメージング装置。