(57)【要約】      （修正有）【課題】ＭＲＩ装置の磁石装置に起因する残留磁場による画質の劣化、撮影法への制限の問題を解決する。【解決手段】強磁性体を有する磁石装置を備えたＭＲＩ装置は、傾斜磁場の印加によって生じる残留磁場を補正する手段として、磁石装置の残留磁場応答曲線を記憶する手段と、傾斜磁場の印加履歴からリアルタイムで残留磁場応答曲線を更新し、更新後の残留磁場応答曲線を用いて印加すべき傾斜磁場を補正する手段とを備えている。この補正する手段は、印加すべき傾斜磁場について最新の残留磁場応答曲線から求めた残留磁場を補償する補正磁場を、当該傾斜磁場に重畳して印加し、リアルタイムで残留磁場を補正する。【選択図】図２
2010042275.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静磁場を発生する磁石装置、前記磁石装置が発生する静磁場中に傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段、前記静磁場内に置かれた被検体から発生する磁気共鳴信号を検出する検出手段、前記傾斜磁場発生手段および検出手段を制御する制御手段、および前記磁気共鳴信号を用いて前記被検体の画像を再構成し、表示する信号処理手段を備えた磁気共鳴イメージング装置であって、
前記磁石装置の残留磁場応答曲線を記憶する手段と、傾斜磁場の印加履歴からリアルタイムで前記残留磁場応答曲線を更新し、更新後の残留磁場応答曲線を用いて印加すべき傾斜磁場を補正する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。
【請求項２】
前記補正する手段は、印加すべき傾斜磁場について最新の残留磁場応答曲線から求めた残留磁場を補償する補正磁場を、当該傾斜磁場に重畳して印加することを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項３】
前記補正する手段は、印加すべき傾斜磁場の強さと、前記磁石装置に固有の残留磁場応答特性とに基づき、当該傾斜磁場に適用した残留磁場応答曲線を更新することを特徴とする請求項１又は２記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項４】
静磁場を発生する磁石装置、前記磁石装置が発生する静磁場中に傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段、および前記傾斜磁場発生手段を制御する制御手段を備えた磁気共鳴イメージング装置をアップグレードする方法であって、
前記磁石手段の残留磁場を初期化するステップ（１）、
所定の傾斜磁場パターンを印加し、その際、発生した残留磁場の応答特性を計測するステップ（２）、
ステップ（２）で計測した残留磁場応答特性を装置固有の較正値として記憶するステップ（３）、および
前記較正値を用いて残留磁場応答曲線を算出する残留磁場算出プログラムおよび前記残留磁場応答曲線をその後の傾斜磁場印加履歴に応じて更新するプログラムを、前記制御手段に組み込むステップ（４）を含む磁気共鳴イメージング装置のアップグレード方法。
【請求項５】
請求項４記載のアップグレード方法であって、前記ステップ（４）で算出した残留磁場応答曲線に基き、印加すべき傾斜磁場による残留磁場を補償する補正磁場を算出する傾斜磁場補正プログラムを組み込むステップを含む磁気共鳴イメージング装置のアップグレード方法。
【請求項６】
静磁場を発生する磁石装置、前記磁石装置が発生する静磁場中に傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段、前記静磁場内に置かれた被検体から発生する磁気共鳴信号を検出する検出手段、前記傾斜磁場発生手段および検出手段を制御する制御手段、および前記磁気共鳴信号を用いて前記被検体の画像を再構成し、表示する信号処理手段を備えた磁気共鳴イメージング装置であって、
前記磁石装置の残留磁場応答特性を記憶する手段と、前記残留磁場応答特性をもとに、磁石装置に存在する残留磁場を消去するための消磁パルス列を算出し、記憶する手段、前記制御手段からの指令に基づき前記消磁パルス列の印加を実行する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。
【請求項７】
所定の磁場強度の磁場パルスを始まりとし、極性が交互に反転し且つ強度が漸減する複数の磁場パルスを含む消磁パルス列を用いた磁気共鳴イメージング装置用磁石の消磁方法であって、前記消磁パルス列として、次式（１）で表わされる強度のパルスを用いることを特徴とする消磁方法。
【数１】
2010042275.tif 000005
（式中、Gmaxは磁気共鳴イメージング装置が許容する最大傾斜磁場強度、ｒは装置固有の特性値でｒ＜１を満たす値、nは1,2,3・・・Nで表わされる整数、Nは消磁パルス列のパルス数を表わす）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、磁気共鳴現象を利用して被検体の断層像やスペクトル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、特に傾斜磁場の印加によってもたらされた残留磁場の影響をリアルタイムで補正する手段を備えたＭＲＩ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＲＩ装置は、静磁場中に置かれた被検体に高周波磁場を印加し、それによって被検体から発生する核磁気共鳴信号を収集し画像化する装置であり、ＮＭＲ信号に位置情報を付加するために、静磁場に重畳して傾斜磁場を印加する。傾斜磁場は通常３軸方向の傾斜磁場が用いられ、撮影方法によって、それら傾斜磁場を印加するタイミングや傾斜磁場の波形や印加量が決められている。
【０００３】
一方、ＭＲＩ装置において静磁場を発生する磁石装置としては、永久磁石や超伝導磁石などが用いられているが、永久磁石を用いたＭＲＩ装置では、上述した傾斜磁場の印加によってヒステリシスを伴う残留磁場が発生する。残留磁場は強磁性体物質が示す物理的特性である残留磁化に起因するものであり、傾斜磁場の印加を止めても、その印加履歴に応じた強度、方向の磁場として残っている。このような残留磁場は、傾斜磁場の印加によって構造体に発生する渦電流とともに、撮影空間の磁場を複雑にし画質劣化の原因となる。
【０００４】
残留磁場がＭＲＩ装置に与える影響を取り除く技術として、例えば、特許文献１には、撮影シーケンスを実行する前にＭＲＩ装置の最大傾斜磁場を準備パルスとして印加し、予め残留磁場を一定にしておく手法が提案されている。この方法は、永久磁石が呈する残留磁場のヒステリシス曲線上で最大領域を走査することにより、残留磁場を一定値に初期化することを目的としている。また特許文献２には、事前に傾斜磁場波形毎の残留磁場を計測し、波形に応じた傾斜磁場の補正量をテーブル化し或いは関数化し、撮影を行う際に、テーブルを参照して波形に応じて補正された磁場を印加する手法が提案されている。
これら手法の実施にあたって残留磁場を計測するためには、既に発生している残留磁場を消去する必要がある。消磁パルスについては、例えば特許文献３に例示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許6043656号公報
【特許文献２】特開2000-157509号公報
【特許文献３】米国特許6291997号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載された技術は、準備パルスである最大傾斜磁場と同極性を持つ傾斜磁場の印加については有効であるが、極性が反対である傾斜磁場を印加した時点で残留磁場は初期状態から逸脱してしまう。ＭＲＩ撮影において傾斜磁場の極性を反転することは必須であり、したがって、この手法の有効性は低い。また撮影シーケンスの繰り返し毎に準備パルスを付加するため、撮影時間が延長するという問題もある。
【０００７】
また特許文献２に記載された技術は次の点で問題がある。まず傾斜磁場の補正テーブル或いは補正用関数は、事前に種々の傾斜磁場波形に対して残留磁場を計測することにより作成されるとしているが、実際の撮影シーケンスを想定した全ての波形に対して計測を行うことは多大の時間と煩雑な作業を伴い、実現性が低い。また、残留磁場は傾斜磁場の印加履歴によって逐次変動するものであるが、特許文献２に記載された技術では印加履歴が考慮されていない。例えば、特許文献２に記載された技術では、補正テーブルを作成するために、消磁パルス印加後にテスト傾斜磁場を印加し残留磁場を計測している。しかし、このとき発生する残留磁場は、あくまで消磁パルスに続いて３発目にテスト傾斜磁場を印加したときに生じるものであり、任意の傾斜磁場波形で生じる残留磁場とは一致しない。即ち補正テーブルの基礎となる残留磁場は、補正すべき傾斜磁場によって生じる残留磁場とは一致しない可能性がある。さらにこの文献では、傾斜磁場を印加した後に補正傾斜磁場を印加しているが、この手法では撮影条件および撮影シーケンスに制約を生じ、且つ撮影時間が延長する。
【０００８】
また消磁パルスについては、特許文献３に、極性が交互に反転し且つ振幅が単調に減少するようなパルス列が提案されているが、ここでは装置の特性を考慮した定量的且つ系統的な検討はなされていない。無作為な消磁パルスを用いると正しく残留磁場を消去できないばかりか、撮影時間が無意味に延長する可能性がある。
【０００９】
そこで本発明は、煩雑で多大な時間がかかる作業を必要とすることなく、また撮影の延長を招くことなく、印加されるすべての傾斜磁場をその時々の残留磁場を用いてリアルタイムで補正することが可能なＭＲＩ装置を提供することを目的とする。
また本発明は、磁石の特性に応じて、残留磁場を最小限の時間で消去することが可能な消磁方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明者らは、ＭＲＩ装置で発生する残留磁場を測定するとともに、残留磁場の応答曲線（ヒステリシス）をモデル化し、傾斜磁場の印加履歴によって変化する残留磁場応答曲線の変更アルゴリズムを確立した。本発明のＭＲＩ装置では、この応答曲線モデルを用いて、傾斜磁場の印加履歴、印加強度および印加時間をもとに発生する残留磁場を逐次算出し、撮影に用いられる全ての傾斜磁場をリアルタイムで補正する。残留磁場の応答曲線は、傾斜磁場が新たに印加されることにより更新される。
【００１１】
また本発明は、既存のＭＲＩ装置をアップグレードし、このような残留磁場補正機能を付加する方法を提供する。
さらに本発明は、モデル化した残留磁場の応答曲線をもとに、効率よく残留磁場を消去することができる消磁パルス列を提供するとともに、このような消磁パルス列の算出を行うとともにこれを傾斜磁場の印加パターンとして備えたＭＲＩ装置を提供する。
【００１２】
すなわち本発明のＭＲＩ装置は、静磁場を発生する磁石装置、前記磁石装置が発生する静磁場中に傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段、前記静磁場内に置かれた被検体から発生する磁気共鳴信号を検出する検出手段、前記傾斜磁場発生手段および検出手段を制御する制御手段、および前記磁気共鳴信号を用いて前記被検体の画像を再構成し、表示する信号処理手段を備えた磁気共鳴イメージング装置であって、
前記磁石装置の残留磁場応答曲線を記憶する手段と、傾斜磁場の印加履歴からリアルタイムで前記残留磁場応答曲線を更新し、更新後の残留磁場応答曲線を用いて印加すべき傾斜磁場を補正する手段とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
本発明において残留磁場応答曲線とは、傾斜磁場の強度と、それによって磁石装置に生じる残留磁場の強度との関係を示す曲線である。
このＭＲＩ装置によれば、傾斜磁場によって発生する残留磁場を算出するために、所定の残留磁場応答曲線を用いるとともに、この残留磁場応答曲線を傾斜磁場の印加履歴に応じて更新するようにしたので、リアルタイムで残留磁場の影響をなくすことができる。従って特別の補正や調整を行うことなく、残留磁場による画質劣化や撮影の制限をなくすことができる。また残留磁場の影響が大きい永久磁石装置においても、高い静磁場均一度が要求される撮影法を実現することができる。
【００１４】
また本発明のＭＲＩ装置は、前記補正する手段が、印加すべき傾斜磁場について最新の残留磁場応答曲線から求めた残留磁場を補償する補正磁場を、当該傾斜磁場に重畳して印加することを特徴とする。
このＭＲＩ装置によれば、残留磁場を補償する補正磁場は、傾斜磁場に重畳して印加されることにより、補正磁場の追加による撮影時間の延長を防止できる。
【００１５】
さらに本発明のＭＲＩ装置は、前記補正する手段が、印加すべき傾斜磁場の強さと、前記磁石装置に固有の残留磁場応答特性に基づき、当該傾斜磁場に適用した残留磁場応答曲線を更新することを特徴とする。
このＭＲＩ装置によれば、磁石装置に固有の残留磁場応答特性を記憶しておくことにより、入力された傾斜磁場の強さをもとに、直ちに残留磁場応答曲線を更新することができる。これにより残留磁場補正のリアルタイム性を向上することができる。
【００１６】
また本発明のＭＲＩ装置のアップグレード方法は、静磁場を発生する磁石装置、前記磁石装置が発生する静磁場中に傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段、および前記傾斜磁場発生手段を制御する制御手段を備えた方法であって、
前記磁石手段の残留磁場を初期化するステップ（１）、
所定の傾斜磁場パターンを印加し、その際、発生した残留磁場の応答特性を計測するステップ（２）、
ステップ（２）で計測した残留磁場応答特性を装置固有の較正値として記憶するステップ（３）、および
前記較正値を用いて残留磁場応答曲線を算出する残留磁場算出プログラムおよび前記残留磁場応答曲線をその後の傾斜磁場印加履歴に応じて更新するプログラムを、前記制御手段に組み込むステップ（４）を含む。
【００１７】
このアップグレード方法によれば、既存の装置においても、本発明によるリアルタイムの残留磁場補正を行うことができる。
このアップグレード方法は、さらに、前記ステップ（４）で算出した残留磁場応答曲線に基き、印加すべき傾斜磁場による残留磁場を補償する補正磁場を算出する傾斜磁場補正プログラムを組み込むステップを含むことが好ましい。
【００１８】
さらに本発明のＭＲＩ装置は、磁石装置の残留磁場応答特性を記憶する手段と、残留磁場応答特性をもとに、磁石装置に存在する残留磁場を消去するための消磁パルス列を算出し、記憶する手段、前記制御手段からの指令に基づき前記消磁パルス列の印加を実行する手段とを備えている。
このＭＲＩ装置によれば、磁石装置の残留磁場応答特性をもとに消磁パルス列（強度、極性、パルス数、印加時間）を算出するので、最小限の時間で効率よく残留磁場の消去或いは任意の残留磁場強度までの低減を図ることができる。
【００１９】
本発明によるＭＲＩ装置用磁石の消磁方法は、所定の磁場強度の磁場パルスを始まりとし、極性が交互に反転し且つ強度が漸減する複数の磁場パルスを含む消磁パルス列を用いた消磁方法であって、消磁パルス列として、次式（１）で表わされる強度のパルスを用いることを特徴とする。
【数１】
2010042275.tif 000003
（式中、Gmaxは磁気共鳴イメージング装置が許容する最大傾斜磁場強度、ｒは装置固有の特性値でｒ＜１を満たす値、nは1,2,3・・・Nで表わされる整数、Nは消磁パルス列のパルス数を表わす）
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、煩雑で多大な時間がかかる作業を必要とすることなく、また撮影の延長を招くことなく、印加されるすべての傾斜磁場をその時々の残留磁場を用いてリアルタイムで補正することができる。
また本発明によれば、磁石の特性に応じて、残留磁場を最小限の時間で消去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明が適用されるＭＲＩ装置の全体概要を示す図
【図２】残留磁場補正手段の一実施形態を示す図
【図３】ＭＲＩ装置への残留磁場補正機能の組み込み手順を示す図
【図４】磁石装置の消磁パルスおよびテストパルスの例を示す図
【図５】消磁後の磁石装置の残留磁場応答曲線モデルを示す図
【図６】消磁後にＭＲＩ装置が可能な最大傾斜磁場（＋Gmax）を印加した後の残留磁場応答曲線
【図７】消磁後にＭＲＩ装置が可能な最大傾斜磁場（−Gmax）を印加した後の残留磁場応答曲線
【図８】傾斜磁場印加による残留磁場応答曲線の変化を説明する図
【図９】傾斜磁場印加による残留磁場応答曲線の変化を説明する図
【図１０】傾斜磁場印加による残留磁場応答曲線の変化を説明する図
【図１１】傾斜磁場印加による残留磁場応答曲線の変化を説明する図
【図１２】本発明による残留磁場応答曲線の作成手順を示す図
【図１３】本発明による残留磁場応答曲線の作成手順を示す図
【図１４】本発明による残留磁場応答曲線の作成手順を示す図
【図１５】本発明による残留磁場応答曲線の作成手順を示す図
【図１６】残留磁場補正手段が保持する較正データの一例を示す図
【図１７】ＭＲＩ装置を初期化するための準備パルスの例を示す図
【図１８】リアルタイムで更新される残留磁場応答曲線を適用して残留磁場補正を行うシーケンスの一実施形態を示す図
【図１９】本発明によるＭＲＩ装置のアップグレードの手順を示す図
【図２０】本発明の消磁方法の手順を示す図
【図２１】本発明の消磁パルスによる消磁の原理を説明する図
【図２２】本発明の消磁パルスによる消磁の原理を説明する図
【図２３】本発明の消磁方法を適用した場合の残留磁場の振る舞いを示す図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明のＭＲＩ装置を図面を参照して説明する。
図１は、本発明が適用されるＭＲＩ装置の全体構成を示す図である。このＭＲＩ装置は、主として、静磁場発生系１と、傾斜磁場発生系２と、送信系３と、受信系４と、信号処理系５と、制御系（ＣＰＵ７）とを備えている。
【００２３】
静磁場発生系１は、被検体９の周りの空間に均一な静磁場を発生させるもので、永久磁石方式、常電導方式或いは超電導方式の磁石装置からなる。本発明においては、残留磁場を生じる強磁性体材料を含む磁石装置を備えている。具体的には、強磁性体を用いた永久磁石方式の磁石装置或いは強磁性体の鉄芯或いは磁気回路を用いた常電導方式或いは超電導方式の磁石装置に適用される。静磁場の方向は、通常、被検体の体軸方向或いはそれと直交する方向である。
【００２４】
傾斜磁場発生系２は、静磁場の方向を例えばＺ方向とし、それと直交する２方向をＸ，Ｙとするとき、これら３軸方向の傾斜磁場を発生する３つの傾斜磁場コイル10と、それらをそれぞれ駆動する傾斜磁場電源11とからなる。傾斜磁場電源11を駆動することにより、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸或いはこれらを合成した方向の傾斜磁場を発生することができる。傾斜磁場は、被検体９から発生するＮＭＲ信号に位置情報を付与するために印加される。また図１には示していないが、磁石装置が発生する静磁場の均一性を上げるためにシミング手段が備えられている。シミング手段は、複数のシムコイルとシム電源とからなり、シム電源を駆動し、シムコイルに電流を流すことにより、装置に固有の磁場不均一や外的要因によって生じる磁場不均一を取り除くことができる。
【００２５】
送信系３は、高周波発振器12と、変調器13と、高周波増幅器14と、送信用の高周波コイル15とから成る。高周波発振器12が発生した高周波パルスを変調器13で所定のエンベロープの信号に変調した後、高周波増幅器14で増幅し、高周波コイル15に印加することにより、被検体を構成する原子の原子核に核磁気共鳴を起こさせる電磁波(高周波信号)が被検体に照射される。高周波コイル15は、通常、被検体に近接して配置されている。
【００２６】
受信系４は、受信用の高周波コイル16と、増幅器17と、直交位相検波器18と、Ａ/Ｄ変換器19とから成る。送信用高周波コイル15から照射された電磁波の応答として被検体が発生したＮＭＲ信号は、受信用の高周波コイル16により検出され、増幅器17で増幅された後、直交位相検波器18を介してＡ/Ｄ変換器19によりデジタル量に変換され、二系列の収集データとして信号処理系５に送られる。
【００２７】
信号処理系５は、ＣＰＵ７と、記憶装置20と、操作部30とから成り、ＣＰＵ７において受信系４が受信したデジタル信号にフーリエ変換、補正係数計算、画像再構成等の種々の信号処理を行う。記憶装置20は、ＲＯＭ21、ＲＡＭ22、光磁気ディスク23、磁気ディスク24等を備え、例えば、経時的な画像解析処理および計測を行うプログラムやその実行において用いる不変のパラメータなどをＲＯＭ21に、全計測で得た計測パラメータや受信系で検出したエコー信号などをＲＡＭ22に、再構成された画像データを光磁気ディスク23や磁気ディスク24にそれぞれ格納する。操作部30は、トラックボール或いはマウス31、キーボード32などの入力手段と、入力に必要なＧＵＩを表示するとともに信号処理系５における処理結果などを表示するディスプレイ33とを備えている。ＣＰＵ７が行う各種処理や制御に必要な情報は、操作部30を介して入力される。また撮影により得られた画像はディスプレイ33に表示される。
【００２８】
制御系は、ＣＰＵ７とシーケンサ６とから成り、上述した傾斜磁場発生系２、送信系３、受信系４および信号処理系５の動作を制御する。特に傾斜磁場発生系２および送信系３が発生する傾斜磁場パルスおよび高周波パルスの印加タイミングならびに受信系４によるエコー信号の取得タイミングは、シーケンサ６を介して撮影方法によって決まる所定のパルスシーケンスにより制御される。
【００２９】
また本発明のＭＲＩ装置では、傾斜磁場パルスを磁石装置１の残留磁場に応じて補正する傾斜磁場補正手段を備えている。この傾斜磁場補正手段は、制御系の一部として備えてもよいし、傾斜磁場系に付随するものとして備えていてもよい。
【００３０】
図２に、傾斜磁場補正手段の一例を示す。図示する実施形態において、傾斜磁場補正手段は、シーケンサ６と傾斜磁場発生系２およびシミング手段８との間に設けられる残留磁場補正装置25と、後述する装置の初期値である残留磁場応答曲線を較正値として記憶する記憶部26とから成る。残留磁場補正装置25は、シーケンサ６から送られる傾斜磁場パルスの波形、強度を読み取り、その時点の残留磁場応答曲線をもとに、残留磁場の影響をキャンセルする補正をシーケンサ６からの傾斜磁場情報に加え、これを傾斜磁場電源11およびシム電源に渡す。
【００３１】
本発明のＭＲＩ装置において、残留磁場補正は、残留磁場応答曲線（以下、ＲＭ曲線ともいう）をモデル化したものを基礎にし、与えられる傾斜磁場のＲＭ曲線上の位置を求めることにより、残留磁場を直ちに求めるというものである。こうして求めた残留磁場を補償する補正磁場を、傾斜磁場に重畳して印加する。これと並行して、印加する傾斜磁場強度をもとに残留磁場応答曲線を更新し、次に印加される傾斜磁場の残留磁場補正に備える。
【００３２】
以下、残留磁場補正手段が適用する残留磁場応答曲線と、その更新アルゴリズムについて説明する。
【００３３】
本実施形態において採用する残留磁場応答曲線は、本発明者らが行った測定に基づきモデル化したものであり、次の特徴を備えている。検討の詳細は後述する。
１．全く傾斜磁場履歴のない状態（消磁後）に、傾斜磁場強度をＭＲＩ装置で可能な最大幅で変えて残留磁場を測定することにより得られる傾斜磁場強度と残留磁場との関係は、磁石装置固有の残留磁場曲線であり、傾斜磁場強度ゼロ近傍を直線で近似することができる。これを基本の残留磁場応答特性（R1）とする。
【００３４】
２．残留磁場応答曲線は、傾斜磁場履歴によって決まるマイナーループを含む曲線で表現することができる。強磁性体である磁石装置において、マイナーループは、それを決定する傾斜磁場の次に印加される傾斜磁場が同極性で強度が小さいところでは、変動しないプラトーで近似することができ、極性が反転すると磁石装置固有の残留磁場特性（R2）に従い変化する。残留磁場特性（R2）は、磁石装置の消磁後にＭＲＩ装置が許容する最大の傾斜磁場を印加した後の残留磁場応答曲線を測定することにより求めることができる。
【００３５】
３．マイナーループは、その両端の値よりも強度の大きい傾斜磁場が印加されたときに更新される。マイナーループのプラトーの範囲の傾斜磁場が印加されたときには、更新されない。
４．マイナーループの両端の値よりも強度の小さい傾斜磁場が印加された場合には、その強度および極性に応じてマイナーループに所定の規則に従った変形が与えられる。
【００３６】
本実施形態のＭＲＩ装置では、このような残留磁場応答曲線とその変更アルゴリズムに基づく残留磁場補正を実現するために、まず基本となるＲＭ曲線および残留磁場特性を測定し、これを較正値として保持する。この操作は、変更アルゴリズムを含むプログラムの搭載とともに、ＭＲＩ装置の出荷前処理として行ってもよいし、既存のＭＲＩ装置のアップグレード処理として行ってもよい。以下、その手順を図３（a）、（b）を参照して説明する。
【００３７】
１．基本の残留磁場応答曲線の決定（図３（a））
上述したように基本となるＲＭ曲線は、装置によって固有のものであり、次のような手順で測定することができる。
【００３８】
まず磁石装置が保持する残留磁場を消磁する（ステップ301）。残留磁場の消磁は公知の手法を採用することができ、例えば、消磁パルスを用いることができる。この消磁パルスは、図４（a）に示すように、装置が印加可能な最大強度の傾斜磁場から順次振幅が減衰し且つ極性が交互に反転する一連のパルス列からなる。このような消磁パルスを３方向の傾斜磁場すべてについて印加することにより、装置の強磁性体（例えば永久磁石）が保持する残留磁場を打ち消すことができる。なお、図では一例として８個のパルスからなる消磁パルス列を示しているが、必要に応じて傾斜磁場パルスの個数および印加時間を変更することができる。
【００３９】
このように残留磁場を消磁した後、任意の波形を有するテスト傾斜磁場によって発生した残留磁場を測定する（ステップ302）。テスト傾斜磁場は、例えば、図４（b）、（c）に示すような単一のパルスでも、同図（d）に示すような複数のパルスの組み合わせであってもよい。テスト傾斜磁場によって発生した残留磁場の測定は、例えば、テスラメータを用いて共鳴周波数から算出することができる。或いはＭＲＩファントムをＲＦ励起し、残留磁場の影響が無視できるような強度の傾斜磁場を用いて画像化する。この画像の位相マップはそのまま残留磁場を反映したものとなるので、その位相変化から残留磁場を算出することができる。
このようなテスト傾斜磁場の強度を、印加する傾斜磁場パルスの強度を装置が印加できる傾斜磁場の正の最大強度（+Gmax）から負の最大強度（-Gmax）まで変化させて（ステップ303）、そのときに発生した残留磁場を測定し、傾斜磁場強度とそれによって発生する残留磁場応答との関係を表す曲線、即ちＲＭ曲線を作成する（ステップ304）。
【００４０】
図４（b）および（c）に示すテスト磁場を用いて作成したＲＭ曲線の一例を図５に示す。図中、横軸は傾斜磁場強度、縦軸は残留磁場を表し、黒丸は測定結果である。図中、右下に用いたテスト傾斜磁場501を示す。このＲＭ曲線502は、図示するように、残留磁場を生じる最小の傾斜磁場（Gmin）における残留磁場と最大強度(Gmax)における残留磁場とを結ぶ直線で近似できる。このＲＭ曲線の特性R1（勾配および切片）は、残留磁場補正装置25の記憶部26に格納される。
【００４１】
２．残留磁場特性（図３（b））
上述のように基本のＲＭ曲線を作成した後、磁石装置の残留磁場特性を求める。
磁石装置の残留磁場特性とは、消磁後に印加される１発の傾斜磁場パルスによって生じた基本のＲＭ曲線が受ける変形を特徴付ける装置の因子であり、次のように求めることができる。消磁後（ステップ311）、例えば図６の右下に示すような最大強度（+Gmax）の傾斜磁場601を印加し（ステップ312）、次いで傾斜磁場パルス602を印加した場合に生じる残留磁場を計測する（ステップ313）。ここでも２発目の傾斜磁場パルス602の強度を、装置が許容する正の最大強度（+Gmax）から負の最大強度（-Gmax）まで変化させたときに発生した残留磁場を測定する（ステップ314）。これによって基本ＲＭ曲線と同様に、横軸を傾斜磁場強度、縦軸を残留磁場強度とするＲＭ曲線603が得られる（ステップ315）。
【００４２】
このＲＭ曲線は、図６に示すように、１発目の傾斜磁場601と同極性の傾斜磁場602を印加した場合に発生する残留磁場は最大強度の傾斜磁場によって生じる残留磁場と同じである。２発目の傾斜磁場602の極性が、１発目の傾斜磁場601と反転しているところでは、その絶対値が大きくなるにつれ残留磁場は減少し、ある値を超えたところでは基本のＲＭ曲線（R1）に等しくなる。
１発目の傾斜磁場として負の最大強度の傾斜磁場を印加した場合には、これと原点対称な現象となる。すなわち、図７に示すように、消磁後、負の最大強度（-Gmax）の傾斜磁場701を印加した後に、傾斜磁場パルス702を印加した場合のＲＭ曲線703は、２発目の傾斜磁場702の極性が１発目の傾斜磁場701と同じである間は、最大強度の傾斜磁場によって生じる残留磁場と同じであるが、極性が反転すると残留磁場は減少し、ある値を超えたところでは基本のＲＭ曲線（R1）に等しくなる。
【００４３】
ここで２つのＲＭ曲線603および703において、２発目の傾斜磁場による残留磁場の極性が、１発目の傾斜磁場の極性と反転した後の残留磁場の変化は、静磁場発生用の磁石装置の素性に依存し、直線で近似することができる。すなわち、曲線603、703の側壁の勾配R2は装置固有の値であり、これを較正値として上述した残留磁場補正装置25の記憶部26に格納する。
【００４４】
残留磁場応答曲線は、傾斜磁場の強度とそれによって発生する残留磁場の大きさとの関係を示すものであり、残留磁場応答曲線が決まれば、印加する傾斜磁場に応じて残留磁場とそれを補償する補正磁場を算出することができる。しかし、残留磁場応答曲線は、傾斜磁場の印加に伴い、それ自体、逐次変更される。このため本実施形態の残留磁場補正装置25には、印加すべき傾斜磁場の強度および極性を入力とし、上述のようにして求めた基本のＲＭ曲線の特性R1および残留磁場特性R2を用いて残留磁場応答曲線を逐次変更し、残留磁場補正に用いる。残留磁場応答曲線を逐次変更するためのアルゴリズムは、プログラムとして残留磁場補正装置25に搭載されている。
【００４５】
３．残留磁場応答曲線の変更アルゴリズムの設定
以下、残留磁場応答曲線の変更アルゴリズムを作成するために、本発明者らが行った検討結果を図８〜図１１を参照して説明する。
【００４６】
まず図８に示すように、消磁後、最大強度（+Gmax）の1/2の強度の傾斜磁場801を印加した後に傾斜磁場パルス802を印加した場合に生じる残留磁場を測定した。この場合にも傾斜磁場パルス802の強度を変化させて残留磁場を測定し、ＲＭ曲線803を作成した。この場合、傾斜磁場パルス802が１発目の傾斜磁場801と同極性であってその絶対値が１発目の傾斜磁場801より大きいところでは、基本のＲＭ曲線502と等しくなるが、絶対値が小さいところでは、１発目の傾斜磁場801による残留磁場の影響を受けているため、ＲＭ曲線502とは異なる応答曲線になる。すなわち、傾斜磁場パルス802の極性が１発目の傾斜磁場801と同極性であってその絶対値が１発目の傾斜磁場801より小さいところでは、残留磁場は変化しないプラトーが形成され、傾斜磁場802の極性が反転すると、装置固有の傾斜Ｒ２で残留磁場が減少し、ある値を超えるとＲＭ曲線502と等しくなる。このように、２発目の傾斜磁場パルス802によってもたらされる残留磁場の応答（ＲＭ曲線）は、１発目の傾斜磁場の強度(G1)と装置の残留磁場特性R2に依存するマイナーループ（ＭＬ）が形成されたものとなる。このマイナーループをCDML(G1)と定義し、マイナーループの正側の端部をMLPA(G1)、負側の端部をMLNA(G1)と定義する。
【００４７】
なお図示しないが、図８における１発目の傾斜磁場パルス801として負の最大強度の1/2の傾斜磁場パルスを用いた場合には、図８のＲＭ曲線と原点対称な曲線となる。
【００４８】
次に、図９および図１０の右下に示すように消磁後に、２発の傾斜磁場パルス901、902を印加した後に傾斜磁場パルス903を印加した場合に生じる残留磁場のＲＭ曲線904、905を求めた。１発目の傾斜磁場パルス901は最大強度の1/2の傾斜磁場パルスを用い、２発目の傾斜磁場パルス902はそれと逆極性の傾斜磁場パルスを用いた。３発目の傾斜磁場パルス903によるＲＭ曲線904は、１発目の傾斜磁場に依存して形成されるＲＭ曲線（図８、803）と比較すると、２発目の傾斜磁場パルス902によって生じている残留磁場変化を含むことになる。そして、その変化の仕方は、２発目の傾斜磁場パルス902の強度（G2）に依存する。
【００４９】
図９に示すRM曲線904は、２発目の傾斜磁場902がMLNA(G1)の絶対値よりも小さい場合（極性を考慮するとMLNA(G1)＜G2＜０）の結果である。この場合には、２発目の傾斜磁場902の強度(G2)によって決まるCDML(G1)の側壁上の点ＰとCDML(G1)のプラトー側の端部MLPA(G1)を結ぶ線Ｌとすると、傾斜磁場強度が点Ｐからゼロまでは残留磁場は変化せず、極性が反転するとR2に従って変化し、その後Ｌに従って変化する。つまり２発目の傾斜磁場902が印加されたことにより、その強度に依存して図８のＲＭ曲線803のマイナーループCDML(G1)は変形し、その内側にさらに小さいマイナーループが形成されている。２発目の傾斜磁場902の強度（G2）によって決まるCDML(G1)の側壁上の点PをPOSWと定義する。
【００５０】
図１０は、２発目の傾斜磁場パルス902の絶対値がMLNA(G1)よりも大きい場合（極性を考慮するとG2＜MLNA(G1)＜０）の結果であり、この場合には、３発目の傾斜磁場パルス903による残留磁場は２発目の傾斜磁場パルスの応答曲線とは関係なく、新たな応答曲線905となる。ここでは３発目の傾斜磁場パルス903の極性が２発目の傾斜磁場902と同じで、その絶対値(G3)が２発目の傾斜磁場パルス902の強度（G2）の絶対値より小さいところでは０までは残留磁場は変化しない。そして０を超えると、装置固有の傾斜R2で変化する。この応答曲線905は、強度がG2である１発の傾斜磁場パルスに依存して形成されるマイナーループと同等である。このように応答曲線は更新され、MLNA(G2)、MLPA(G2)によって特徴付けられる新たなマイナーループCDML(G2)が形成される。
【００５１】
さらに３発の傾斜磁場パルス911、912、913を印加した後に印加される傾斜磁場パルス914によって生じる残留磁場の応答曲線915を求めた結果を図１１に示す。ここで最初の２発の傾斜磁場パルス911、912は、図９に示す条件（MLNA(G1)＜G2＜０）を満たし、３発目の傾斜磁場パルス913の強度G3は、０＜G3＜MLPA(G1)の関係を満たすものとした。この場合、４発目の傾斜磁場パルス914によって生じる残留磁場は、３発目の傾斜磁場パルス913の強度（G3）によって決まるＲＭ曲線904上の点Ｐからゼロまでは変化せず、極性が反転すると、２発目の傾斜磁場パルス912の強度（G2）によって決まるCDML(G1)上の点POSWまで直線的に変化する。
【００５２】
以上のような検討結果から、傾斜磁場パルスによって生じる残留磁場の残留磁場応答曲線は、印加される傾斜磁場の強度と極性に依存して更新或いは変形され、変形される仕方は装置の特性に依存することがわかる。このような残留磁場応答曲線更新の規則を更新アルゴリズムとして一般化したものを図１２〜図１６に示す。
【００５３】
まず図１２に示すように、ｎ発目の傾斜磁場パルス印加の指令があると、その傾斜磁場パルスの強度G(n)（n=1,2,3・・・）を入力し(ステップ1001)、その時点で最新の残留磁場応答曲線RMC(n-1)において、強度G(n)の位置Ｐ(n)を求める（ステップ1002）。この手順における残留磁場応答曲線の初期値は、例えば図５に示すような単一の傾斜磁場パルス印加による残留磁場応答曲線R1或いは図６および図７に示すようなＲＭ曲線である。残留磁場応答曲線R1の場合、傾斜磁場強度０前後の残留磁場が変化しない範囲をMLNAおよびMLPAの初期値とする。
【００５４】
ここでステップ1001で読み込まれたG(n)が０の場合には、残留磁場応答曲線RMC(n-1)を変更することなく、この回のRMC(n)とする（ステップ1003）。またＰ(n)がRMC(n-1)のプラトー上にある場合にも残留磁場応答曲線RMC(n-1)を変更することなく、この回のRMC(n)とする（ステップ1004）。Ｐ(n)がRMC(n-1)のプラトー外にある場合には、図１３の手順Ｂに従う。
【００５５】
手順Ｂでは、まずＰ(n)が最新の残留磁場応答曲線RMC(n-1)に存在する支配マイナーループCDML(n-1)の上にあるか否かを判断する（ステップ1005）。すなわちG(n)の絶対値が始点MLNAおよびMLPAのＧ値の絶対値より大きい場合には、Ｐ(n)は支配マイナーループML(n-1)上にはないので、図１４の手順Ｃに進み、支配マイナーループCDMLを更新して新たなRMC(n)を作成する。最新の残留磁場応答曲線RMC(n-1)に支配マイナーループCDMLが存在しない初期の状態では、G(n)の絶対値は始点MLNAおよびMLPAのＧ値の絶対値より大きくなるので、同様に図１４の手順Ｃに進むことになる。
【００５６】
一方、ステップ1005において、Ｐ(n)が支配マイナーループCDML内にあると判断された場合には、さらにＰ(n)の極性が支配マイナーループCDMLのプラトーと同じ極性か否かを判断する（ステップ1006）。そして、Ｐ(n)の極性に応じて異なる作成処理（Ｄ又はＥ）を行う。
【００５７】
図１４の手順Ｃは、新たな支配マイナーループCDML(n)を作成する手順であり、Ｐ(n)と同極性側は、Ｐ(n)からゼロまでをプラトーとし、ゼロ切片から支配マイナーループCDML (n-1)の側壁と平行に（勾配R2で）引いた直線とR1を結び、これを新しい支配マイナーループCDML(n)とする（ステップ1007、1008）。更新された支配マイナーループCDML(n)とR1を組み合わせてRMC(n)とする（ステップ1009）。支配マイナーループが更新されたことにより、従前のマイナーグループ上で定義されたPOSWをクリアする（ステップ1010）。この処理は、例えば、図５に示す初期値R1から図８に示すようなマイナーループを作成する処理、或いは図８に示す状態から図１０に示すようにマイナーループを更新する処理に当たる。
【００５８】
図１３のステップ1005において、Ｐ(n)の極性が支配マイナーループCDMLのプラトーと逆極性の場合には、図１５に示す手順Ｄに進み、CDML(n-1)プラトーの頂点とP(n)とを結んだ直線をＬとし、Ｐ(n)と同極性側は、ゼロまで結びプラトーとする（ステップ1011、1012）。ゼロ切片からCDML(n-1)の側壁と平行に（勾配R2で）引いた線とＬを結び、これをRMC(n)とする（ステップ1013）。そして、Ｐ(n)を新たなPOSWとし、POSWを更新する（ステップ1014）。この処理は、例えば、図８に示す支配マイナーループ内にさらにマイナーループを作成し、図９に示すような状態にする処理に当たる。
【００５９】
また、Ｐ(n)の極性が支配マイナーループCDMLのプラトーと同極性の場合には、図１５の手順Ｅに進み、Ｐ(n)と同極性側は、ゼロまで結びプラトーとし、ゼロ切片からPOSWを結び、これをRMC(n)とする（ステップ1015、1016）。この処理は、例えば、図９に示す状態から、図１１に示すようなRMCを作成する処理に当たる。
【００６０】
以上、説明した一連のステップを行うことにより、傾斜磁場履歴に応じたRM曲線が作成され、更新される。こうして作成されたRM曲線RMC(n)は、ｎ番目の傾斜磁場が印加された後に印加される傾斜磁場に適用され、この（n+1）番目の傾斜磁場の残留磁場を補償する補正磁場の算出に用いられる。例えば、図１１に示すRMCを例にすると、傾斜磁場パルス914によって発生する残留磁場は、それ以前の傾斜磁場履歴(例えば、傾斜磁場パルス911、912、913)によって算出されたRMC915を用いて一義的に決定することができ、この残留磁場を補償する補正磁場を傾斜磁場パルス914に重畳して印加することにより残留磁場の影響を排除することができる。
【００６１】
次に、本発明のＭＲＩ装置において、上述した残留磁場応答モデルの更新アルゴリズムを用いた傾斜磁場の残留磁場補正を説明する。
前提として、残留磁場補正装置25の記憶部26には磁石装置の残留磁場特性（R1、R2）が格納されている。図１６はその一例であり、例えば図中の黒丸で示す数点のみを予め計測しておけばよい。図示する例では、R1、R2それぞれについて正側の特性R1p、R2pと負側の特性R1n、R2nを較正データとして保持している。
【００６２】
撮影に際しては、全ての撮影シーケンスを開始する前に、図１７（a）〜（f）に示すような複数のパルス列からなる準備パルスを印加する。これら準備パルスの最後のパルスは、装置が印加できる最大の傾斜磁場強度を有する。このような準備パルスを印加することにより、残留磁場応答曲線は、図６に示すＲＭ曲線603或いは図７に示すＲＭ曲線703のように初期化される。
【００６３】
このように装置の残留磁場の状態を初期化した後、撮影シーケンスを開始する。撮影シーケンスを実行する過程で、傾斜磁場パルスの印加毎に、直前の傾斜磁場履歴を含むＲＭＣを適用して残留磁場補正を行うとともに、上述したＲＭ曲線更新アルゴリズムに従いリアルタイムでＲＭ曲線を作成、更新し、次の傾斜磁場パルスに適用する。
【００６４】
図１８は、一連（ここでは４つ）の傾斜磁場パルス印加を含むシーケンスの実行における残留磁場補正の様子を示した図である。図中、(b)はシーケンサからの傾斜磁場印加の命令を表し、(a)は実際に印加される傾斜磁場を表している。また(c)は補正磁場、(d)は参照する残留磁場曲線を示している。まず(n+1)番目の傾斜磁場パルス1801印加の指令があると、それまでの履歴に応じて作成されている最新のRMC(n)と(n+1)番目の傾斜磁場パルスの強度G(n+1)から残留磁場を求める。そしてこの残留磁場を補償する補正磁場1802を、その傾斜磁場パルス1801に重畳して印加する。これと並行して、傾斜磁場パルス1801の印加履歴を含むようにＲＭ曲線が更新される。即ち、図１２のステップ1001において傾斜磁場パルスの強度G(n+1)を入力し、それがRMC(n)上で対応する点Ｐの位置、極性に応じて、手順Ｂ〜Ｅいずれかの処理によりRMC(n+1)が算出される。
【００６５】
傾斜磁場パルス1801の印加が終了した時点では、RMC(n+1)を適用した補正磁場が印加されるとともに、ＲＭＣが更新される。図示する例では、傾斜磁場パルス1801の印加終了から次の傾斜磁場パルス1803印加までに印加される傾斜磁場の強度G(n+1)はゼロであるので、図１１のステップ1003より、RMC(n+1)は更新されず（RMC(n)=RMC(n+1)）、RMC(n)から求めた補正磁場が印加される。次に傾斜磁場パルス1803印加の指令があると、このRMC(n+1)と傾斜磁場パルス1803の強度G(n+2)から、傾斜磁場パルス1803によって生じる残留磁場とそれを補正磁場を求め、傾斜磁場パルス1803に重畳して印加する。以下、同様に、傾斜磁場パルスの立ち上げ、立ち下げの指令の度に、最新のＲＭＣを適用して補正磁場を印加するとともに、そのＲＭＣを更新する。
【００６６】
このように本実施形態では、傾斜磁場パルスの印加時に、その傾斜磁場パルス直前までの傾斜磁場履歴を考慮した残留磁場応答曲線を用いて補正するとともに、その傾斜磁場パルス印加を履歴として含む残留磁場応答曲線に更新していくので、リアルタイムで常に直前の傾斜磁場履歴を反映した残留磁場補正を行うことができる。
【００６７】
なお以上の実施形態では、撮影に先立ってＭＲＩ装置が可能な最大の傾斜磁場強度を有する準備パルスを用いて初期化する場合を説明したが、このような準備パルスを用いる代わりに図４（a）に示すような消磁パルスを用いて消磁してから撮影を開始するようにしてもよい。その場合、ＲＭＣ変更アルゴリズムの初期値は、図５に示すような基本の残留磁場応答曲線となる。
【００６８】
また以上の説明では、傾斜磁場パルスの印加軸については触れていないが、ＲＭＣはＸ、Ｙ、Ｚの３軸についてそれぞれ算出することが好ましい。さらにＸ、Ｙ、Ｚ軸以外に派生する成分（例えば、ＸＹ軸、Ｚ2軸など）についても、残留磁場の空間依存性としてあらかじめ計測して、残留磁場補正装置25内に保持しておき、シムコイル８を利用して補正することも可能である。
また傾斜磁場の印加時間や印加数によっても、残留磁場は変化するので、これらの特性を予め測定して残留磁場補正装置25内に保持しておき、傾斜磁場の印加時間および印加数に応じて適当なスケールファクターを用いて微調整してもよい。
【００６９】
以上、残留磁場応答曲線を更新しながら傾斜磁場補正を行う機能を備えたＭＲＩ装置の実施形態を説明したが、本発明によれば、既存のＭＲＩ装置をアップグレードし、これら機能を付加することも可能である。既存のＭＲＩ装置が、シーケンサ６と傾斜磁場電源11との間に、図２に示すような残留磁場補正装置25および記憶部26を備えていない場合には、図１の制御系（ＣＰＵ７）、シーケンサ６および記憶手段20でこれら機能を実現することができる。
【００７０】
図１９に、既存のＭＲＩ装置のアップグレード手順を示す。まずＭＲＩ装置の磁石装置の残留磁場を消磁して初期化した後（ステップ191）、磁石装置の応答特性を計測する（ステップ192）。計測した応答特性を装置固有の較正値として記憶手段(例えば磁気ディスク24)20に保存する（ステップ193）。初期化、応答特性の計測および保存は、図３に示す手順で行うことができる。次いで、図１２〜図１５に示す残留磁場応答曲線作成アルゴリズムを用いて残留磁場を算出するプログラムをＣＰＵ７の記憶手段20にインストールする（ステップ194）。
【００７１】
一般にＭＲＩ装置の制御には、入力装置30から入力された撮影パラメータに基き撮影のパルスシーケンスを計算し、管理する機能を有しているので、このパルスシーケンスの計算および制御において、上記プログラムの実行により算出された残留磁場をリアルタイムで読み込む機能を追加する（ステップ195）。実際の撮影に際しては、磁石装置を初期化或いは消磁した後、設定したパルスシーケンスに基く撮影を開始する。これにより制御系は、印加される傾斜磁場に応じて残留磁場応答曲線を更新するとともに、その際存在する残留磁場応答曲線から求めた補正磁場を本来の傾斜磁場に重畳して印加するようにシーケンサ６に指令を送る。こうして残留磁場応答曲線の更新と傾斜磁場の補正が、撮影が終了するまでリアルタイムで行われる。
【００７２】
なお、以上はソフトウェア側のアップグレード方法であるが、図２に示す残留磁場補正装置25を搭載した基板をシーケンサ６と傾斜磁場駆動系との間に組み込むことにより、ハードウェア側でアップグレードすることも可能である（ステップ196）。この場合には、基板上にＣＰＵも搭載し、組み込んだソフトが動作する。
【００７３】
これらの実施形態によれば、既存のＭＲＩ装置においても、傾斜磁場の印加によってもたらされる残留磁場の影響をリアルタイムで排除し、良好な画質を実現することができる。
【００７４】
次に本発明の消磁方法及びそれを実行するためのＭＲＩ装置について説明する。
装置の構成としては図１或いは図２に示す構成と同様であるが、このＭＲＩ装置は、その信号処理系の機能として、以下説明する手順で求められた装置の残留磁場特性に基づき消磁パルスを算出する機能及びその消磁パルスを実行する機能を備えている。消磁パルスの印加による消磁の指令は、操作部30を介して入力することができ、制御系の制御のもとで実行される。このＭＲＩ装置においても残留磁場特性は信号処理系の記憶装置或いは傾斜磁場系の記憶部に保存される。
【００７５】
本発明の消磁方法は、図４（a）に示すような、ＭＲＩ装置の最大強度の正負の傾斜磁場パルス対を始まりとして、極性が交互に反転し且つ振幅が漸減する傾斜磁場パルス列を印加する。ここで傾斜磁場パルスの振幅を、ＭＲＩ装置固有の磁場特性であるＲＭ曲線（R1）及び残留磁場特性（R2）をもとに決定することが特徴である。
【００７６】
図２０に本発明の消磁方法を実施するための手順を示す。まず図４（a）に示すような消磁パルスを用いてＭＲＩ装置の残留磁場を消磁する（ステップ2001）。この消磁はＭＲＩ装置の残留磁場特性が未知の状態でなされるものであり、仮の消磁である。図４（a）には８発のパルス列が例示されているが、パルスの数及び印加時間はこれに限らず必要に応じて変更することができる。また消磁パルスは、ｘ、ｙ、ｚ全方向に印加する。
【００７７】
次にＭＲＩ装置の固有のＲＭ曲線（R1）及び残留磁場特性（R2）を求める（ステップ2002）。このステップ2002は、図３（a）及び（b）に示す手順（302〜304，312〜315）とほぼ同様であり、所定のテスト磁場を印加した後の残留磁場を計測する。残留磁場の計測は、例えばテスラメータを用いて共鳴周波数から算出することができる。或いは適当なＭＲＩファントムを励起して残留磁場の影響が無視できるような強度の傾斜磁場を用いて画像化し、その位相変化から算出してもよい。ＲＭ曲線は、図５に示したように、ＭＲＩ装置のテスト傾斜磁場501を印加した場合の残留磁場を計測するという手順を、テスト傾斜磁場の強度を装置の最大幅の範囲で順次変えながら繰り返すことにより生じた残留磁場をプロットした曲線502である。
【００７８】
次に図６及び図７に示したように、最大強度の傾斜磁場601、701を印加した後、テスト傾斜磁場602、702を印加した場合の残留磁場を計測するという手順を、テスト傾斜磁場の強度を装置の最大幅の範囲で順次変えながら繰り返すことにより残留磁場曲線603、703を得る。残留磁場曲線603、703は原点対称とみなしてよいので、一方のみを求めてもよい。
【００７９】
このように基本となるＲＭ曲線502及び残留磁場曲線603（703）を求めたならば、残留磁場曲線603の側壁部がもとのＲＭ曲線と交わる点の傾斜磁場の強度（G0）の絶対値よりわずかに大きい強度（G0'）を設定し、この強度（G0'）と最大強度（Gmax）との比（ｒ）を求める。この比（ｒ）を用いて消磁パルスの強度を次式（１）により算出する（ステップ2003）。
【数２】
2010042275.tif 000004
式中、ｎは1,2,3・・・N（パルス数）のいずれかの整数で、消磁パルス列の印加順を示す。
【００８０】
消磁パルス列におけるパルス数Nは、所定の値を装置の仕様値として予め設定していてもよいし、Ｇ(n)が予め設定した閾値以下となるときのｎをパルス数Nとしてもよい。これにより消磁パルス列が決定される。こうして決定された消磁パルス列をＭＲＩ装置の信号処理系５（図１）或いは傾斜磁場発生系２の記憶部26（図２）に保存する。
消磁の実行は、例えば、操作部30を介した撮像開始の指令の入力により自動的に、或いは消磁のみの指令（ステップ2005）を入力することにより開始され、上述の保存された消磁パルス列が印加される（ステップ2004）。
【００８１】
次に式（１）に示す強度条件の消磁パルスにより、効果的に残留磁場を消去できることを説明する。図２１に示すように、仮消磁後に、例えば、最大強度の１/２の強度の傾斜磁場2101を印加した後にテスト傾斜磁場2102を最大幅で（即ち、±Gmaxの範囲で順次変化させて）印加した場合の残留磁場を測定すると、その残留磁場曲線は、基本となるＲＭ曲線の上に、MLPA及びMLNAを端部とするマイナーループCDMLが形成されたものとなる。このマイナーループCDMLの端部は、１つ目のパルスの強度によって決まり、その側壁部（逆極性の傾斜磁場によって形成される残留磁場曲線のMLNAまでの部分）は、装置固有の残留磁場特性R2に従う。このマイナーループをCDML(G1)とする。
【００８２】
さらに図２２に示すように、２つの傾斜磁場パルス2201、2202を印加した後にテスト傾斜磁場2203を最大幅で（即ち、±Gmaxの範囲で順次変化させて）印加した場合の残留磁場を測定すると、この場合には、マイナーループCDML(G1)を持つ残留磁場曲線（点線）に対して、２つ目の傾斜磁場パルス2202の強度に応じた変更が加えられる。ここで２つ目の傾斜磁場2202の強度G2の絶対値が、端部MLNAにおける傾斜磁場強度の絶対値よりも大きい場合には、図２２に実線に示すように、G2で決まる端部MLNA、MLPAを持つ新たなマイナーループCDML(G2)で更新される。一方、２つ目の傾斜磁場強度の絶対値が、MLNAにおける傾斜磁場強度の絶対値よりも大きい場合には、もとのマイナーループCDML(G1)が変形された複雑な形状となる（例えば、図９）。
【００８３】
従って、連続する複数の傾斜磁場パルスを印加するとき、傾斜磁場強度Gnの絶対値を直前に印加された傾斜磁場の強度Gn-1（絶対値）より小さく且つＧn-1で決まるマイナーループCDML(Gn-1)の端部の傾斜磁場強度（絶対値）よりも大きい値とすることにより、順次マイナーループCDMLが更新され、且つ端部をゼロに収束させることができる。ここでCDML(Gn)の端部の傾斜磁場強度とGnとの比は、CDMLの傾斜部の傾斜（R2）が装置固有の値であって一定であることから、図６或いは図７の残留磁場曲線における、ＲＭ曲線との交点における傾斜磁場強度G0と最大強度（Gmax）との比と同じ値となる。従って、式（１）の「ｒ」として、この比よりもわずかに大きい値を設定することにより（G0よりわずかに大きいG0'とGmaxとの比を取ることにより）、上述のマイナーループを更新しながらゼロに収束させる条件が実現できることになる。原理的には「ｒ」はG0/Gmaxを超える値であって１以下であれば上記条件は実現できるが、できるだけ少ないパルス数で効率よく消磁するためには、できるだけG0/Gmaxに近いことが好ましい。G0を求める際の残留磁場の測定精度や残留曲線近似の誤差を考慮し、それら誤差を許容する範囲で「ｒ」を設定する。
【００８４】
このような連続する消磁パルス列の印加による残留磁場の振る舞い（マイナーループ更新の様子）を図２３に示す。図示する例は、式（１）におけるｒ値として、本発明者らが残留磁場の実測に用いたＭＲＩ装置の値0.84を用いた場合を示している。なお、消磁パルスの数は多いほど残留磁場をゼロに近づけることができるが、10数発〜20発程度で実用的なレベルに低下させることができる。既に述べたように、このような消磁パルス数を予め設定しておいてもよいし、操作部30を介した消磁の指令に際し、ユーザーがその所要時間や求められる残留磁場の程度などを考慮して適宜設定するようにしてもよい。また消磁パルスとして用いる傾斜磁場はｘ、ｙ、ｚの全方向に印加することが好ましい。
【００８５】
このように本発明の消磁方法によれば、極性が反転し且つ振幅が漸減する傾斜磁場パルス列を用いた消磁方法において、消磁パルスの振幅を装置の残留磁場特性をもとに所定の値に設定することにより、確実に且つ効率よく残留磁場の消去を行うことができる。これにより消磁後に撮影を行う場合には、消磁に要する時間を大幅に短縮し、撮影時間の延長を最小限に抑えることができる。また撮影後に消磁すれば、次の撮影において消磁のための時間を設ける必要はない。その結果、患者を待たせることもなくなる。また患者を撮影していないときに消磁をすませておくこともできる。更に本発明の消磁方法を適宜実施することにより、最大強度の傾斜磁場の使用を増やすことができ、より高分解能かつ高機能の撮影が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明のＭＲＩ装置によれば、撮影シーケンスの実行において印加される傾斜磁場パルスによって逐次変化する残留磁場をモデル化し、この残留磁場モデルを、残留磁場補正手段においてリアルタイムで更新し適用することにより、複雑な印加履歴依存性を呈する傾斜磁場を常に正確に補償することができる。また本発明のＭＲＩ装置によれば、補償傾斜磁場を別途印加するのではなく、補償傾斜磁場は、撮影用の傾斜磁場に重畳して印加されるので、撮影シーケンスの延長や制限を招くことがない。さらに本発明のＭＲＩ装置は、従来の永久磁石を用いたＭＲＩ装置では残留磁場に起因して実行が困難であり、或いは特別の調整や補償が必要であった撮影シーケンスを、特別の調整や補償をせずに実行することができ、良好な結果を得ることができる。具体的には、ＣＰＭＧ系列を用いたファストスピンエコー（ＦＳＥ）法において、残留磁場によるＣＰＭＧ系列の乱れを防止できるのでＦＳＥ法に特化した調整や補正が必要ではなくなる。また非常に大きな傾斜磁場（MPG）を用いて水の拡散を検出する拡散強調シーケンスにおいては、画質劣化の主たる原因であるMPGの残留磁場をなくすことができ、画質の向上を図ることができる。さらに化学シフトを利用したＲＦ脂肪抑制のように高い静磁場均一度が要求される撮影についても、残留磁場による静磁場劣化を抑制することができるので、永久磁石装置を備えたＭＲＩ装置においても良好な脂肪抑制画像を得ることができる。
【００８７】
さらに本発明によれば、磁石の残留磁場特性を考慮して最適な消磁パルス列を決定することにより、最小限の時間で消磁或いは所望の程度の磁場状態とすることができるので、撮影時間の延長を防止すると共に、強度の大きい傾斜磁場の使用頻度を高めることができ、撮影の高分解能化、高機能化が可能である。
【符号の説明】
【００８８】
１・・・磁石装置、２・・・傾斜磁場発生系、３・・・送信系、４・・・受信系、５・・・信号処理系、６・・・シーケンサ、７・・・CPU（制御系）、８・・・シムコイル、25・・・残留磁場補正装置、26・・・記憶手段
【図１】
2010042275.tif 000006
【図２】
2010042275.tif 000007
【図３】
2010042275.tif 000008
【図４】
2010042275.tif 000009
【図５】
2010042275.tif 000010
【図６】
2010042275.tif 000011
【図７】
2010042275.tif 000012
【図８】
2010042275.tif 000013
【図９】
2010042275.tif 000014
【図１０】
2010042275.tif 000015
【図１１】
2010042275.tif 000016
【図１２】
2010042275.tif 000017
【図１３】
2010042275.tif 000018
【図１４】
2010042275.tif 000019
【図１５】
2010042275.tif 000020
【図１６】
2010042275.tif 000021
【図１７】
2010042275.tif 000022
【図１８】
2010042275.tif 000023
【図１９】
2010042275.tif 000024
【図２０】
2010042275.tif 000025
【図２１】
2010042275.tif 000026
【図２２】
2010042275.tif 000027
【図２３】
2010042275.tif 000028
【手続補正書】
【提出日】平成21年10月29日(2009.10.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静磁場を発生する磁石装置、前記磁石装置が発生する静磁場中に傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段、前記静磁場内に置かれた被検体から発生する磁気共鳴信号を検出する検出手段、前記傾斜磁場発生手段および検出手段を制御する制御手段、および前記磁気共鳴信号を用いて前記被検体の画像を再構成し、表示する信号処理手段を備えた磁気共鳴イメージング装置であって、
前記磁石装置の残留磁場応答特性を記憶する記憶手段と、前記残留磁場応答特性をもとに、磁石装置に存在する残留磁場を消去するための消磁パルス列を算出する消磁パルス列算出手段、前記制御手段からの指令に基づき前記消磁パルス列の印加を実行する消磁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。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置であって
前記消磁パルス列算出手段が算出する消磁パルス列は、所定の磁場強度の磁場パルスを始まりとし、極性が交互に反転し且つ強度が漸減する複数の磁場パルスを含むことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項３】
所定の磁場強度の磁場パルスを始まりとし、極性が交互に反転し且つ強度が漸減する複数の磁場パルスを含む消磁パルス列を用いた磁気共鳴イメージング装置用磁石の消磁方法であって、前記消磁パルス列として、次式（１）で表わされる強度のパルスを用いることを特徴とする消磁方法。
【数１】
2010042275.tif 000029
（式中、Gmaxは磁気共鳴イメージング装置が許容する最大傾斜磁場強度、ｒは装置固有の特性値でｒ＜１を満たす値、nは1,2,3・・・Nで表わされる整数、Nは消磁パルス列のパルス数を表わす）
【請求項４】
請求項３に記載の消磁方法であって、
前記特性値ｒは、装置固有の磁場応答曲線と、最大強度の傾斜磁場Ｇmax印加後の残留磁場曲線との交点の傾斜磁場強度をＧ0としたとき、Ｇ0/Ｇmaxにできるだけ近い値に設定されることを特徴とする消磁方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、磁気共鳴現象を利用して被検体の断層像やスペクトル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、特に傾斜磁場の印加によってもたらされた残留磁場の影響をリアルタイムで補正する手段を備えたＭＲＩ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＲＩ装置は、静磁場中に置かれた被検体に高周波磁場を印加し、それによって被検体から発生する核磁気共鳴信号を収集し画像化する装置であり、ＮＭＲ信号に位置情報を付加するために、静磁場に重畳して傾斜磁場を印加する。傾斜磁場は通常３軸方向の傾斜磁場が用いられ、撮影方法によって、それら傾斜磁場を印加するタイミングや傾斜磁場の波形や印加量が決められている。
【０００３】
一方、ＭＲＩ装置において静磁場を発生する磁石装置としては、永久磁石や超伝導磁石などが用いられているが、永久磁石を用いたＭＲＩ装置では、上述した傾斜磁場の印加によってヒステリシスを伴う残留磁場が発生する。残留磁場は強磁性体物質が示す物理的特性である残留磁化に起因するものであり、傾斜磁場の印加を止めても、その印加履歴に応じた強度、方向の磁場として残っている。このような残留磁場は、傾斜磁場の印加によって構造体に発生する渦電流とともに、撮影空間の磁場を複雑にし画質劣化の原因となる。
【０００４】
残留磁場がＭＲＩ装置に与える影響を取り除く技術として、例えば、特許文献１には、撮影シーケンスを実行する前にＭＲＩ装置の最大傾斜磁場を準備パルスとして印加し、予め残留磁場を一定にしておく手法が提案されている。この方法は、永久磁石が呈する残留磁場のヒステリシス曲線上で最大領域を走査することにより、残留磁場を一定値に初期化することを目的としている。また特許文献２には、事前に傾斜磁場波形毎の残留磁場を計測し、波形に応じた傾斜磁場の補正量をテーブル化し或いは関数化し、撮影を行う際に、テーブルを参照して波形に応じて補正された磁場を印加する手法が提案されている。
これら手法の実施にあたって残留磁場を計測するためには、既に発生している残留磁場を消去する必要がある。消磁パルスについては、例えば特許文献３に例示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許6043656号公報
【特許文献２】特開2000-157509号公報
【特許文献３】米国特許6291997号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載された技術は、準備パルスである最大傾斜磁場と同極性を持つ傾斜磁場の印加については有効であるが、極性が反対である傾斜磁場を印加した時点で残留磁場は初期状態から逸脱してしまう。ＭＲＩ撮影において傾斜磁場の極性を反転することは必須であり、したがって、この手法の有効性は低い。また撮影シーケンスの繰り返し毎に準備パルスを付加するため、撮影時間が延長するという問題もある。
【０００７】
また特許文献２に記載された技術は次の点で問題がある。まず傾斜磁場の補正テーブル或いは補正用関数は、事前に種々の傾斜磁場波形に対して残留磁場を計測することにより作成されるとしているが、実際の撮影シーケンスを想定した全ての波形に対して計測を行うことは多大の時間と煩雑な作業を伴い、実現性が低い。また、残留磁場は傾斜磁場の印加履歴によって逐次変動するものであるが、特許文献２に記載された技術では印加履歴が考慮されていない。例えば、特許文献２に記載された技術では、補正テーブルを作成するために、消磁パルス印加後にテスト傾斜磁場を印加し残留磁場を計測している。しかし、このとき発生する残留磁場は、あくまで消磁パルスに続いて３発目にテスト傾斜磁場を印加したときに生じるものであり、任意の傾斜磁場波形で生じる残留磁場とは一致しない。即ち補正テーブルの基礎となる残留磁場は、補正すべき傾斜磁場によって生じる残留磁場とは一致しない可能性がある。さらにこの文献では、傾斜磁場を印加した後に補正傾斜磁場を印加しているが、この手法では撮影条件および撮影シーケンスに制約を生じ、且つ撮影時間が延長する。
【０００８】
また消磁パルスについては、特許文献３に、極性が交互に反転し且つ振幅が単調に減少するようなパルス列が提案されているが、ここでは装置の特性を考慮した定量的且つ系統的な検討はなされていない。無作為な消磁パルスを用いると正しく残留磁場を消去できないばかりか、撮影時間が無意味に延長する可能性がある。
【０００９】
そこで本発明は、煩雑で多大な時間がかかる作業を必要とすることなく、また撮影の延長を招くことなく、印加されるすべての傾斜磁場をその時々の残留磁場を用いてリアルタイムで補正することが可能なＭＲＩ装置を提供することを目的とする。
また本発明は、磁石の特性に応じて、残留磁場を最小限の時間で消去することが可能な消磁方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明者らは、ＭＲＩ装置で発生する残留磁場を測定するとともに、残留磁場の応答曲線（ヒステリシス）をモデル化し、傾斜磁場の印加履歴によって変化する残留磁場応答曲線の変更アルゴリズムを確立した。このＭＲＩ装置では、この応答曲線モデルを用いて、傾斜磁場の印加履歴、印加強度および印加時間をもとに発生する残留磁場を逐次算出し、撮影に用いられる全ての傾斜磁場をリアルタイムで補正する。残留磁場の応答曲線は、傾斜磁場が新たに印加されることにより更新される。
【００１１】
本発明は、モデル化した残留磁場の応答曲線をもとに、効率よく残留磁場を消去することができる消磁パルス列を提供するとともに、このような消磁パルス列の算出を行うとともにこれを傾斜磁場の印加パターンとして備えたＭＲＩ装置を提供する。
【００１２】
本発明のＭＲＩ装置は、静磁場を発生する磁石装置、前記磁石装置が発生する静磁場中に傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段、前記静磁場内に置かれた被検体から発生する磁気共鳴信号を検出する検出手段、前記傾斜磁場発生手段および検出手段を制御する制御手段、および前記磁気共鳴信号を用いて前記被検体の画像を再構成し、表示する信号処理手段を備えた磁気共鳴イメージング装置であって、磁石装置の残留磁場応答特性を記憶する記憶手段と、残留磁場応答特性をもとに、磁石装置に存在する残留磁場を消去するための消磁パルス列を算出する消磁パルス列算出手段、前記制御手段からの指令に基づき前記消磁パルス列の印加を実行する消磁手段とを備えている。
このＭＲＩ装置によれば、磁石装置の残留磁場応答特性をもとに消磁パルス列（強度、極性、パルス数、印加時間）を算出するので、最小限の時間で効率よく残留磁場の消去或いは任意の残留磁場強度までの低減を図ることができる。
【００１３】
本発明によるＭＲＩ装置用磁石の消磁方法は、所定の磁場強度の磁場パルスを始まりとし、極性が交互に反転し且つ強度が漸減する複数の磁場パルスを含む消磁パルス列を用いた消磁方法であって、消磁パルス列として、次式（１）で表わされる強度のパルスを用いることを特徴とする。
【数１】
2010042275.tif 000030
（式中、Gmaxは磁気共鳴イメージング装置が許容する最大傾斜磁場強度、ｒは装置固有の特性値でｒ＜１を満たす値、nは1,2,3・・・Nで表わされる整数、Nは消磁パルス列のパルス数を表わす）
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、磁石の特性に応じて、残留磁場を最小限の時間で消去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明が適用されるＭＲＩ装置の全体概要を示す図
【図２】残留磁場補正手段の一実施形態を示す図
【図３】ＭＲＩ装置への残留磁場補正機能の組み込み手順を示す図
【図４】磁石装置の消磁パルスおよびテストパルスの例を示す図
【図５】消磁後の磁石装置の残留磁場応答曲線モデルを示す図
【図６】消磁後にＭＲＩ装置が可能な最大傾斜磁場（＋Gmax）を印加した後の残留磁場応答曲線
【図７】消磁後にＭＲＩ装置が可能な最大傾斜磁場（−Gmax）を印加した後の残留磁場応答曲線
【図８】傾斜磁場印加による残留磁場応答曲線の変化を説明する図
【図９】傾斜磁場印加による残留磁場応答曲線の変化を説明する図
【図１０】傾斜磁場印加による残留磁場応答曲線の変化を説明する図
【図１１】傾斜磁場印加による残留磁場応答曲線の変化を説明する図
【図１２】本発明による残留磁場応答曲線の作成手順を示す図
【図１３】本発明による残留磁場応答曲線の作成手順を示す図
【図１４】本発明による残留磁場応答曲線の作成手順を示す図
【図１５】本発明による残留磁場応答曲線の作成手順を示す図
【図１６】残留磁場補正手段が保持する較正データの一例を示す図
【図１７】ＭＲＩ装置を初期化するための準備パルスの例を示す図
【図１８】リアルタイムで更新される残留磁場応答曲線を適用して残留磁場補正を行うシーケンスの一実施形態を示す図
【図１９】本発明によるＭＲＩ装置のアップグレードの手順を示す図
【図２０】本発明の消磁方法の手順を示す図
【図２１】本発明の消磁パルスによる消磁の原理を説明する図
【図２２】本発明の消磁パルスによる消磁の原理を説明する図
【図２３】本発明の消磁方法を適用した場合の残留磁場の振る舞いを示す図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明のＭＲＩ装置を図面を参照して説明する。
図１は、本発明が適用されるＭＲＩ装置の全体構成を示す図である。このＭＲＩ装置は、主として、静磁場発生系１と、傾斜磁場発生系２と、送信系３と、受信系４と、信号処理系５と、制御系（ＣＰＵ７）とを備えている。
【００１７】
静磁場発生系１は、被検体９の周りの空間に均一な静磁場を発生させるもので、永久磁石方式、常電導方式或いは超電導方式の磁石装置からなる。本発明においては、残留磁場を生じる強磁性体材料を含む磁石装置を備えている。具体的には、強磁性体を用いた永久磁石方式の磁石装置或いは強磁性体の鉄芯或いは磁気回路を用いた常電導方式或いは超電導方式の磁石装置に適用される。静磁場の方向は、通常、被検体の体軸方向或いはそれと直交する方向である。
【００１８】
傾斜磁場発生系２は、静磁場の方向を例えばＺ方向とし、それと直交する２方向をＸ，Ｙとするとき、これら３軸方向の傾斜磁場を発生する３つの傾斜磁場コイル10と、それらをそれぞれ駆動する傾斜磁場電源11とからなる。傾斜磁場電源11を駆動することにより、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸或いはこれらを合成した方向の傾斜磁場を発生することができる。傾斜磁場は、被検体９から発生するＮＭＲ信号に位置情報を付与するために印加される。また図１には示していないが、磁石装置が発生する静磁場の均一性を上げるためにシミング手段が備えられている。シミング手段は、複数のシムコイルとシム電源とからなり、シム電源を駆動し、シムコイルに電流を流すことにより、装置に固有の磁場不均一や外的要因によって生じる磁場不均一を取り除くことができる。
【００１９】
送信系３は、高周波発振器12と、変調器13と、高周波増幅器14と、送信用の高周波コイル15とから成る。高周波発振器12が発生した高周波パルスを変調器13で所定のエンベロープの信号に変調した後、高周波増幅器14で増幅し、高周波コイル15に印加することにより、被検体を構成する原子の原子核に核磁気共鳴を起こさせる電磁波(高周波信号)が被検体に照射される。高周波コイル15は、通常、被検体に近接して配置されている。
【００２０】
受信系４は、受信用の高周波コイル16と、増幅器17と、直交位相検波器18と、Ａ/Ｄ変換器19とから成る。送信用高周波コイル15から照射された電磁波の応答として被検体が発生したＮＭＲ信号は、受信用の高周波コイル16により検出され、増幅器17で増幅された後、直交位相検波器18を介してＡ/Ｄ変換器19によりデジタル量に変換され、二系列の収集データとして信号処理系５に送られる。
【００２１】
信号処理系５は、ＣＰＵ７と、記憶装置20と、操作部30とから成り、ＣＰＵ７において受信系４が受信したデジタル信号にフーリエ変換、補正係数計算、画像再構成等の種々の信号処理を行う。記憶装置20は、ＲＯＭ21、ＲＡＭ22、光磁気ディスク23、磁気ディスク24等を備え、例えば、経時的な画像解析処理および計測を行うプログラムやその実行において用いる不変のパラメータなどをＲＯＭ21に、全計測で得た計測パラメータや受信系で検出したエコー信号などをＲＡＭ22に、再構成された画像データを光磁気ディスク23や磁気ディスク24にそれぞれ格納する。操作部30は、トラックボール或いはマウス31、キーボード32などの入力手段と、入力に必要なＧＵＩを表示するとともに信号処理系５における処理結果などを表示するディスプレイ33とを備えている。ＣＰＵ７が行う各種処理や制御に必要な情報は、操作部30を介して入力される。また撮影により得られた画像はディスプレイ33に表示される。
【００２２】
制御系は、ＣＰＵ７とシーケンサ６とから成り、上述した傾斜磁場発生系２、送信系３、受信系４および信号処理系５の動作を制御する。特に傾斜磁場発生系２および送信系３が発生する傾斜磁場パルスおよび高周波パルスの印加タイミングならびに受信系４によるエコー信号の取得タイミングは、シーケンサ６を介して撮影方法によって決まる所定のパルスシーケンスにより制御される。
【００２３】
また本実施の形態のＭＲＩ装置では、傾斜磁場パルスを磁石装置１の残留磁場に応じて補正する傾斜磁場補正手段を備えている。この傾斜磁場補正手段は、制御系の一部として備えてもよいし、傾斜磁場系に付随するものとして備えていてもよい。
【００２４】
図２に、傾斜磁場補正手段の一例を示す。図示する実施形態において、傾斜磁場補正手段は、シーケンサ６と傾斜磁場発生系２およびシミング手段８との間に設けられる残留磁場補正装置25と、後述する装置の初期値である残留磁場応答曲線を較正値として記憶する記憶部26とから成る。残留磁場補正装置25は、シーケンサ６から送られる傾斜磁場パルスの波形、強度を読み取り、その時点の残留磁場応答曲線をもとに、残留磁場の影響をキャンセルする補正をシーケンサ６からの傾斜磁場情報に加え、これを傾斜磁場電源11およびシム電源に渡す。
【００２５】
本実施の形態のＭＲＩ装置において、残留磁場補正は、残留磁場応答曲線（以下、ＲＭ曲線ともいう）をモデル化したものを基礎にし、与えられる傾斜磁場のＲＭ曲線上の位置を求めることにより、残留磁場を直ちに求めるというものである。こうして求めた残留磁場を補償する補正磁場を、傾斜磁場に重畳して印加する。これと並行して、印加する傾斜磁場強度をもとに残留磁場応答曲線を更新し、次に印加される傾斜磁場の残留磁場補正に備える。
【００２６】
以下、残留磁場補正手段が適用する残留磁場応答曲線と、その更新アルゴリズムについて説明する。
【００２７】
本実施形態において採用する残留磁場応答曲線は、本発明者らが行った測定に基づきモデル化したものであり、次の特徴を備えている。検討の詳細は後述する。
１．全く傾斜磁場履歴のない状態（消磁後）に、傾斜磁場強度をＭＲＩ装置で可能な最大幅で変えて残留磁場を測定することにより得られる傾斜磁場強度と残留磁場との関係は、磁石装置固有の残留磁場曲線であり、傾斜磁場強度ゼロ近傍を直線で近似することができる。これを基本の残留磁場応答特性（R1）とする。
【００２８】
２．残留磁場応答曲線は、傾斜磁場履歴によって決まるマイナーループを含む曲線で表現することができる。強磁性体である磁石装置において、マイナーループは、それを決定する傾斜磁場の次に印加される傾斜磁場が同極性で強度が小さいところでは、変動しないプラトーで近似することができ、極性が反転すると磁石装置固有の残留磁場特性（R2）に従い変化する。残留磁場特性（R2）は、磁石装置の消磁後にＭＲＩ装置が許容する最大の傾斜磁場を印加した後の残留磁場応答曲線を測定することにより求めることができる。
【００２９】
３．マイナーループは、その両端の値よりも強度の大きい傾斜磁場が印加されたときに更新される。マイナーループのプラトーの範囲の傾斜磁場が印加されたときには、更新されない。
４．マイナーループの両端の値よりも強度の小さい傾斜磁場が印加された場合には、その強度および極性に応じてマイナーループに所定の規則に従った変形が与えられる。
【００３０】
本実施形態のＭＲＩ装置では、このような残留磁場応答曲線とその変更アルゴリズムに基づく残留磁場補正を実現するために、まず基本となるＲＭ曲線および残留磁場特性を測定し、これを較正値として保持する。この操作は、変更アルゴリズムを含むプログラムの搭載とともに、ＭＲＩ装置の出荷前処理として行ってもよいし、既存のＭＲＩ装置のアップグレード処理として行ってもよい。以下、その手順を図３（a）、（b）を参照して説明する。
【００３１】
１．基本の残留磁場応答曲線の決定（図３（a））
上述したように基本となるＲＭ曲線は、装置によって固有のものであり、次のような手順で測定することができる。
【００３２】
まず磁石装置が保持する残留磁場を消磁する（ステップ301）。残留磁場の消磁は公知の手法を採用することができ、例えば、消磁パルスを用いることができる。この消磁パルスは、図４（a）に示すように、装置が印加可能な最大強度の傾斜磁場から順次振幅が減衰し且つ極性が交互に反転する一連のパルス列からなる。このような消磁パルスを３方向の傾斜磁場すべてについて印加することにより、装置の強磁性体（例えば永久磁石）が保持する残留磁場を打ち消すことができる。なお、図では一例として８個のパルスからなる消磁パルス列を示しているが、必要に応じて傾斜磁場パルスの個数および印加時間を変更することができる。
【００３３】
このように残留磁場を消磁した後、任意の波形を有するテスト傾斜磁場によって発生した残留磁場を測定する（ステップ302）。テスト傾斜磁場は、例えば、図４（b）、（c）に示すような単一のパルスでも、同図（d）に示すような複数のパルスの組み合わせであってもよい。テスト傾斜磁場によって発生した残留磁場の測定は、例えば、テスラメータを用いて共鳴周波数から算出することができる。或いはＭＲＩファントムをＲＦ励起し、残留磁場の影響が無視できるような強度の傾斜磁場を用いて画像化する。この画像の位相マップはそのまま残留磁場を反映したものとなるので、その位相変化から残留磁場を算出することができる。
このようなテスト傾斜磁場の強度を、印加する傾斜磁場パルスの強度を装置が印加できる傾斜磁場の正の最大強度（+Gmax）から負の最大強度（-Gmax）まで変化させて（ステップ303）、そのときに発生した残留磁場を測定し、傾斜磁場強度とそれによって発生する残留磁場応答との関係を表す曲線、即ちＲＭ曲線を作成する（ステップ304）。
【００３４】
図４（b）および（c）に示すテスト磁場を用いて作成したＲＭ曲線の一例を図５に示す。図中、横軸は傾斜磁場強度、縦軸は残留磁場を表し、黒丸は測定結果である。図中、右下に用いたテスト傾斜磁場501を示す。このＲＭ曲線502は、図示するように、残留磁場を生じる最小の傾斜磁場（Gmin）における残留磁場と最大強度(Gmax)における残留磁場とを結ぶ直線で近似できる。このＲＭ曲線の特性R1（勾配および切片）は、残留磁場補正装置25の記憶部26に格納される。
【００３５】
２．残留磁場特性（図３（b））
上述のように基本のＲＭ曲線を作成した後、磁石装置の残留磁場特性を求める。
磁石装置の残留磁場特性とは、消磁後に印加される１発の傾斜磁場パルスによって生じた基本のＲＭ曲線が受ける変形を特徴付ける装置の因子であり、次のように求めることができる。消磁後（ステップ311）、例えば図６の右下に示すような最大強度（+Gmax）の傾斜磁場601を印加し（ステップ312）、次いで傾斜磁場パルス602を印加した場合に生じる残留磁場を計測する（ステップ313）。ここでも２発目の傾斜磁場パルス602の強度を、装置が許容する正の最大強度（+Gmax）から負の最大強度（-Gmax）まで変化させたときに発生した残留磁場を測定する（ステップ314）。これによって基本ＲＭ曲線と同様に、横軸を傾斜磁場強度、縦軸を残留磁場強度とするＲＭ曲線603が得られる（ステップ315）。
【００３６】
このＲＭ曲線は、図６に示すように、１発目の傾斜磁場601と同極性の傾斜磁場602を印加した場合に発生する残留磁場は最大強度の傾斜磁場によって生じる残留磁場と同じである。２発目の傾斜磁場602の極性が、１発目の傾斜磁場601と反転しているところでは、その絶対値が大きくなるにつれ残留磁場は減少し、ある値を超えたところでは基本のＲＭ曲線（R1）に等しくなる。
１発目の傾斜磁場として負の最大強度の傾斜磁場を印加した場合には、これと原点対称な現象となる。すなわち、図７に示すように、消磁後、負の最大強度（-Gmax）の傾斜磁場701を印加した後に、傾斜磁場パルス702を印加した場合のＲＭ曲線703は、２発目の傾斜磁場702の極性が１発目の傾斜磁場701と同じである間は、最大強度の傾斜磁場によって生じる残留磁場と同じであるが、極性が反転すると残留磁場は減少し、ある値を超えたところでは基本のＲＭ曲線（R1）に等しくなる。
【００３７】
ここで２つのＲＭ曲線603および703において、２発目の傾斜磁場による残留磁場の極性が、１発目の傾斜磁場の極性と反転した後の残留磁場の変化は、静磁場発生用の磁石装置の素性に依存し、直線で近似することができる。すなわち、曲線603、703の側壁の勾配R2は装置固有の値であり、これを較正値として上述した残留磁場補正装置25の記憶部26に格納する。
【００３８】
残留磁場応答曲線は、傾斜磁場の強度とそれによって発生する残留磁場の大きさとの関係を示すものであり、残留磁場応答曲線が決まれば、印加する傾斜磁場に応じて残留磁場とそれを補償する補正磁場を算出することができる。しかし、残留磁場応答曲線は、傾斜磁場の印加に伴い、それ自体、逐次変更される。このため本実施形態の残留磁場補正装置25には、印加すべき傾斜磁場の強度および極性を入力とし、上述のようにして求めた基本のＲＭ曲線の特性R1および残留磁場特性R2を用いて残留磁場応答曲線を逐次変更し、残留磁場補正に用いる。残留磁場応答曲線を逐次変更するためのアルゴリズムは、プログラムとして残留磁場補正装置25に搭載されている。
【００３９】
３．残留磁場応答曲線の変更アルゴリズムの設定
以下、残留磁場応答曲線の変更アルゴリズムを作成するために、本発明者らが行った検討結果を図８〜図１１を参照して説明する。
【００４０】
まず図８に示すように、消磁後、最大強度（+Gmax）の1/2の強度の傾斜磁場801を印加した後に傾斜磁場パルス802を印加した場合に生じる残留磁場を測定した。この場合にも傾斜磁場パルス802の強度を変化させて残留磁場を測定し、ＲＭ曲線803を作成した。この場合、傾斜磁場パルス802が１発目の傾斜磁場801と同極性であってその絶対値が１発目の傾斜磁場801より大きいところでは、基本のＲＭ曲線502と等しくなるが、絶対値が小さいところでは、１発目の傾斜磁場801による残留磁場の影響を受けているため、ＲＭ曲線502とは異なる応答曲線になる。すなわち、傾斜磁場パルス802の極性が１発目の傾斜磁場801と同極性であってその絶対値が１発目の傾斜磁場801より小さいところでは、残留磁場は変化しないプラトーが形成され、傾斜磁場802の極性が反転すると、装置固有の傾斜Ｒ２で残留磁場が減少し、ある値を超えるとＲＭ曲線502と等しくなる。このように、２発目の傾斜磁場パルス802によってもたらされる残留磁場の応答（ＲＭ曲線）は、１発目の傾斜磁場の強度(G1)と装置の残留磁場特性R2に依存するマイナーループ（ＭＬ）が形成されたものとなる。このマイナーループをCDML(G1)と定義し、マイナーループの正側の端部をMLPA(G1)、負側の端部をMLNA(G1)と定義する。
【００４１】
なお図示しないが、図８における１発目の傾斜磁場パルス801として負の最大強度の1/2の傾斜磁場パルスを用いた場合には、図８のＲＭ曲線と原点対称な曲線となる。
【００４２】
次に、図９および図１０の右下に示すように消磁後に、２発の傾斜磁場パルス901、902を印加した後に傾斜磁場パルス903を印加した場合に生じる残留磁場のＲＭ曲線904、905を求めた。１発目の傾斜磁場パルス901は最大強度の1/2の傾斜磁場パルスを用い、２発目の傾斜磁場パルス902はそれと逆極性の傾斜磁場パルスを用いた。３発目の傾斜磁場パルス903によるＲＭ曲線904は、１発目の傾斜磁場に依存して形成されるＲＭ曲線（図８、803）と比較すると、２発目の傾斜磁場パルス902によって生じている残留磁場変化を含むことになる。そして、その変化の仕方は、２発目の傾斜磁場パルス902の強度（G2）に依存する。
【００４３】
図９に示すRM曲線904は、２発目の傾斜磁場902がMLNA(G1)の絶対値よりも小さい場合（極性を考慮するとMLNA(G1)＜G2＜０）の結果である。この場合には、２発目の傾斜磁場902の強度(G2)によって決まるCDML(G1)の側壁上の点ＰとCDML(G1)のプラトー側の端部MLPA(G1)を結ぶ線Ｌとすると、傾斜磁場強度が点Ｐからゼロまでは残留磁場は変化せず、極性が反転するとR2に従って変化し、その後Ｌに従って変化する。つまり２発目の傾斜磁場902が印加されたことにより、その強度に依存して図８のＲＭ曲線803のマイナーループCDML(G1)は変形し、その内側にさらに小さいマイナーループが形成されている。２発目の傾斜磁場902の強度（G2）によって決まるCDML(G1)の側壁上の点PをPOSWと定義する。
【００４４】
図１０は、２発目の傾斜磁場パルス902の絶対値がMLNA(G1)よりも大きい場合（極性を考慮するとG2＜MLNA(G1)＜０）の結果であり、この場合には、３発目の傾斜磁場パルス903による残留磁場は２発目の傾斜磁場パルスの応答曲線とは関係なく、新たな応答曲線905となる。ここでは３発目の傾斜磁場パルス903の極性が２発目の傾斜磁場902と同じで、その絶対値(G3)が２発目の傾斜磁場パルス902の強度（G2）の絶対値より小さいところでは０までは残留磁場は変化しない。そして０を超えると、装置固有の傾斜R2で変化する。この応答曲線905は、強度がG2である１発の傾斜磁場パルスに依存して形成されるマイナーループと同等である。このように応答曲線は更新され、MLNA(G2)、MLPA(G2)によって特徴付けられる新たなマイナーループCDML(G2)が形成される。
【００４５】
さらに３発の傾斜磁場パルス911、912、913を印加した後に印加される傾斜磁場パルス914によって生じる残留磁場の応答曲線915を求めた結果を図１１に示す。ここで最初の２発の傾斜磁場パルス911、912は、図９に示す条件（MLNA(G1)＜G2＜０）を満たし、３発目の傾斜磁場パルス913の強度G3は、０＜G3＜MLPA(G1)の関係を満たすものとした。この場合、４発目の傾斜磁場パルス914によって生じる残留磁場は、３発目の傾斜磁場パルス913の強度（G3）によって決まるＲＭ曲線904上の点Ｐからゼロまでは変化せず、極性が反転すると、２発目の傾斜磁場パルス912の強度（G2）によって決まるCDML(G1)上の点POSWまで直線的に変化する。
【００４６】
以上のような検討結果から、傾斜磁場パルスによって生じる残留磁場の残留磁場応答曲線は、印加される傾斜磁場の強度と極性に依存して更新或いは変形され、変形される仕方は装置の特性に依存することがわかる。このような残留磁場応答曲線更新の規則を更新アルゴリズムとして一般化したものを図１２〜図１６に示す。
【００４７】
まず図１２に示すように、ｎ発目の傾斜磁場パルス印加の指令があると、その傾斜磁場パルスの強度G(n)（n=1,2,3・・・）を入力し(ステップ1001)、その時点で最新の残留磁場応答曲線RMC(n-1)において、強度G(n)の位置Ｐ(n)を求める（ステップ1002）。この手順における残留磁場応答曲線の初期値は、例えば図５に示すような単一の傾斜磁場パルス印加による残留磁場応答曲線R1或いは図６および図７に示すようなＲＭ曲線である。残留磁場応答曲線R1の場合、傾斜磁場強度０前後の残留磁場が変化しない範囲をMLNAおよびMLPAの初期値とする。
【００４８】
ここでステップ1001で読み込まれたG(n)が０の場合には、残留磁場応答曲線RMC(n-1)を変更することなく、この回のRMC(n)とする（ステップ1003）。またＰ(n)がRMC(n-1)のプラトー上にある場合にも残留磁場応答曲線RMC(n-1)を変更することなく、この回のRMC(n)とする（ステップ1004）。Ｐ(n)がRMC(n-1)のプラトー外にある場合には、図１３の手順Ｂに従う。
【００４９】
手順Ｂでは、まずＰ(n)が最新の残留磁場応答曲線RMC(n-1)に存在する支配マイナーループCDML(n-1)の上にあるか否かを判断する（ステップ1005）。すなわちG(n)の絶対値が始点MLNAおよびMLPAのＧ値の絶対値より大きい場合には、Ｐ(n)は支配マイナーループML(n-1)上にはないので、図１４の手順Ｃに進み、支配マイナーループCDMLを更新して新たなRMC(n)を作成する。最新の残留磁場応答曲線RMC(n-1)に支配マイナーループCDMLが存在しない初期の状態では、G(n)の絶対値は始点MLNAおよびMLPAのＧ値の絶対値より大きくなるので、同様に図１４の手順Ｃに進むことになる。
【００５０】
一方、ステップ1005において、Ｐ(n)が支配マイナーループCDML内にあると判断された場合には、さらにＰ(n)の極性が支配マイナーループCDMLのプラトーと同じ極性か否かを判断する（ステップ1006）。そして、Ｐ(n)の極性に応じて異なる作成処理（Ｄ又はＥ）を行う。
【００５１】
図１４の手順Ｃは、新たな支配マイナーループCDML(n)を作成する手順であり、Ｐ(n)と同極性側は、Ｐ(n)からゼロまでをプラトーとし、ゼロ切片から支配マイナーループCDML (n-1)の側壁と平行に（勾配R2で）引いた直線とR1を結び、これを新しい支配マイナーループCDML(n)とする（ステップ1007、1008）。更新された支配マイナーループCDML(n)とR1を組み合わせてRMC(n)とする（ステップ1009）。支配マイナーループが更新されたことにより、従前のマイナーグループ上で定義されたPOSWをクリアする（ステップ1010）。この処理は、例えば、図５に示す初期値R1から図８に示すようなマイナーループを作成する処理、或いは図８に示す状態から図１０に示すようにマイナーループを更新する処理に当たる。
【００５２】
図１３のステップ1005において、Ｐ(n)の極性が支配マイナーループCDMLのプラトーと逆極性の場合には、図１５に示す手順Ｄに進み、CDML(n-1)プラトーの頂点とP(n)とを結んだ直線をＬとし、Ｐ(n)と同極性側は、ゼロまで結びプラトーとする（ステップ1011、1012）。ゼロ切片からCDML(n-1)の側壁と平行に（勾配R2で）引いた線とＬを結び、これをRMC(n)とする（ステップ1013）。そして、Ｐ(n)を新たなPOSWとし、POSWを更新する（ステップ1014）。この処理は、例えば、図８に示す支配マイナーループ内にさらにマイナーループを作成し、図９に示すような状態にする処理に当たる。
【００５３】
また、Ｐ(n)の極性が支配マイナーループCDMLのプラトーと同極性の場合には、図１５の手順Ｅに進み、Ｐ(n)と同極性側は、ゼロまで結びプラトーとし、ゼロ切片からPOSWを結び、これをRMC(n)とする（ステップ1015、1016）。この処理は、例えば、図９に示す状態から、図１１に示すようなRMCを作成する処理に当たる。
【００５４】
以上、説明した一連のステップを行うことにより、傾斜磁場履歴に応じたRM曲線が作成され、更新される。こうして作成されたRM曲線RMC(n)は、ｎ番目の傾斜磁場が印加された後に印加される傾斜磁場に適用され、この（n+1）番目の傾斜磁場の残留磁場を補償する補正磁場の算出に用いられる。例えば、図１１に示すRMCを例にすると、傾斜磁場パルス914によって発生する残留磁場は、それ以前の傾斜磁場履歴(例えば、傾斜磁場パルス911、912、913)によって算出されたRMC915を用いて一義的に決定することができ、この残留磁場を補償する補正磁場を傾斜磁場パルス914に重畳して印加することにより残留磁場の影響を排除することができる。
【００５５】
次に、本実施の形態のＭＲＩ装置において、上述した残留磁場応答モデルの更新アルゴリズムを用いた傾斜磁場の残留磁場補正を説明する。
前提として、残留磁場補正装置25の記憶部26には磁石装置の残留磁場特性（R1、R2）が格納されている。図１６はその一例であり、例えば図中の黒丸で示す数点のみを予め計測しておけばよい。図示する例では、R1、R2それぞれについて正側の特性R1p、R2pと負側の特性R1n、R2nを較正データとして保持している。
【００５６】
撮影に際しては、全ての撮影シーケンスを開始する前に、図１７（a）〜（f）に示すような複数のパルス列からなる準備パルスを印加する。これら準備パルスの最後のパルスは、装置が印加できる最大の傾斜磁場強度を有する。このような準備パルスを印加することにより、残留磁場応答曲線は、図６に示すＲＭ曲線603或いは図７に示すＲＭ曲線703のように初期化される。
【００５７】
このように装置の残留磁場の状態を初期化した後、撮影シーケンスを開始する。撮影シーケンスを実行する過程で、傾斜磁場パルスの印加毎に、直前の傾斜磁場履歴を含むＲＭＣを適用して残留磁場補正を行うとともに、上述したＲＭ曲線更新アルゴリズムに従いリアルタイムでＲＭ曲線を作成、更新し、次の傾斜磁場パルスに適用する。
【００５８】
図１８は、一連（ここでは４つ）の傾斜磁場パルス印加を含むシーケンスの実行における残留磁場補正の様子を示した図である。図中、(b)はシーケンサからの傾斜磁場印加の命令を表し、(a)は実際に印加される傾斜磁場を表している。また(c)は補正磁場、(d)は参照する残留磁場曲線を示している。まず(n+1)番目の傾斜磁場パルス1801印加の指令があると、それまでの履歴に応じて作成されている最新のRMC(n)と(n+1)番目の傾斜磁場パルスの強度G(n+1)から残留磁場を求める。そしてこの残留磁場を補償する補正磁場1802を、その傾斜磁場パルス1801に重畳して印加する。これと並行して、傾斜磁場パルス1801の印加履歴を含むようにＲＭ曲線が更新される。即ち、図１２のステップ1001において傾斜磁場パルスの強度G(n+1)を入力し、それがRMC(n)上で対応する点Ｐの位置、極性に応じて、手順Ｂ〜Ｅいずれかの処理によりRMC(n+1)が算出される。
【００５９】
傾斜磁場パルス1801の印加が終了した時点では、RMC(n+1)を適用した補正磁場が印加されるとともに、ＲＭＣが更新される。図示する例では、傾斜磁場パルス1801の印加終了から次の傾斜磁場パルス1803印加までに印加される傾斜磁場の強度G(n+1)はゼロであるので、図１１のステップ1003より、RMC(n+1)は更新されず（RMC(n)=RMC(n+1)）、RMC(n)から求めた補正磁場が印加される。次に傾斜磁場パルス1803印加の指令があると、このRMC(n+1)と傾斜磁場パルス1803の強度G(n+2)から、傾斜磁場パルス1803によって生じる残留磁場とそれを補正磁場を求め、傾斜磁場パルス1803に重畳して印加する。以下、同様に、傾斜磁場パルスの立ち上げ、立ち下げの指令の度に、最新のＲＭＣを適用して補正磁場を印加するとともに、そのＲＭＣを更新する。
【００６０】
このように本実施形態では、傾斜磁場パルスの印加時に、その傾斜磁場パルス直前までの傾斜磁場履歴を考慮した残留磁場応答曲線を用いて補正するとともに、その傾斜磁場パルス印加を履歴として含む残留磁場応答曲線に更新していくので、リアルタイムで常に直前の傾斜磁場履歴を反映した残留磁場補正を行うことができる。
【００６１】
なお以上の実施形態では、撮影に先立ってＭＲＩ装置が可能な最大の傾斜磁場強度を有する準備パルスを用いて初期化する場合を説明したが、このような準備パルスを用いる代わりに図４（a）に示すような消磁パルスを用いて消磁してから撮影を開始するようにしてもよい。その場合、ＲＭＣ変更アルゴリズムの初期値は、図５に示すような基本の残留磁場応答曲線となる。
【００６２】
また以上の説明では、傾斜磁場パルスの印加軸については触れていないが、ＲＭＣはＸ、Ｙ、Ｚの３軸についてそれぞれ算出することが好ましい。さらにＸ、Ｙ、Ｚ軸以外に派生する成分（例えば、ＸＹ軸、Ｚ2軸など）についても、残留磁場の空間依存性としてあらかじめ計測して、残留磁場補正装置25内に保持しておき、シムコイル８を利用して補正することも可能である。
また傾斜磁場の印加時間や印加数によっても、残留磁場は変化するので、これらの特性を予め測定して残留磁場補正装置25内に保持しておき、傾斜磁場の印加時間および印加数に応じて適当なスケールファクターを用いて微調整してもよい。
【００６３】
以上、残留磁場応答曲線を更新しながら傾斜磁場補正を行う機能を備えたＭＲＩ装置の実施形態を説明したが、本発明によれば、既存のＭＲＩ装置をアップグレードし、これら機能を付加することも可能である。既存のＭＲＩ装置が、シーケンサ６と傾斜磁場電源11との間に、図２に示すような残留磁場補正装置25および記憶部26を備えていない場合には、図１の制御系（ＣＰＵ７）、シーケンサ６および記憶手段20でこれら機能を実現することができる。
【００６４】
図１９に、既存のＭＲＩ装置のアップグレード手順を示す。まずＭＲＩ装置の磁石装置の残留磁場を消磁して初期化した後（ステップ191）、磁石装置の応答特性を計測する（ステップ192）。計測した応答特性を装置固有の較正値として記憶手段(例えば磁気ディスク24)20に保存する（ステップ193）。初期化、応答特性の計測および保存は、図３に示す手順で行うことができる。次いで、図１２〜図１５に示す残留磁場応答曲線作成アルゴリズムを用いて残留磁場を算出するプログラムをＣＰＵ７の記憶手段20にインストールする（ステップ194）。
【００６５】
一般にＭＲＩ装置の制御には、入力装置30から入力された撮影パラメータに基き撮影のパルスシーケンスを計算し、管理する機能を有しているので、このパルスシーケンスの計算および制御において、上記プログラムの実行により算出された残留磁場をリアルタイムで読み込む機能を追加する（ステップ195）。実際の撮影に際しては、磁石装置を初期化或いは消磁した後、設定したパルスシーケンスに基く撮影を開始する。これにより制御系は、印加される傾斜磁場に応じて残留磁場応答曲線を更新するとともに、その際存在する残留磁場応答曲線から求めた補正磁場を本来の傾斜磁場に重畳して印加するようにシーケンサ６に指令を送る。こうして残留磁場応答曲線の更新と傾斜磁場の補正が、撮影が終了するまでリアルタイムで行われる。
【００６６】
なお、以上はソフトウェア側のアップグレード方法であるが、図２に示す残留磁場補正装置25を搭載した基板をシーケンサ６と傾斜磁場駆動系との間に組み込むことにより、ハードウェア側でアップグレードすることも可能である（ステップ196）。この場合には、基板上にＣＰＵも搭載し、組み込んだソフトが動作する。
【００６７】
これらの実施形態によれば、既存のＭＲＩ装置においても、傾斜磁場の印加によってもたらされる残留磁場の影響をリアルタイムで排除し、良好な画質を実現することができる。
【００６８】
次に本発明の消磁方法及びそれを実行するためのＭＲＩ装置について説明する。
装置の構成としては図１或いは図２に示す構成と同様であるが、このＭＲＩ装置は、その信号処理系の機能として、以下説明する手順で求められた装置の残留磁場特性に基づき消磁パルスを算出する機能及びその消磁パルスを実行する機能を備えている。消磁パルスの印加による消磁の指令は、操作部30を介して入力することができ、制御系の制御のもとで実行される。このＭＲＩ装置においても残留磁場特性は信号処理系の記憶装置或いは傾斜磁場系の記憶部に保存される。
【００６９】
本発明の消磁方法は、図４（a）に示すような、ＭＲＩ装置の最大強度の正負の傾斜磁場パルス対を始まりとして、極性が交互に反転し且つ振幅が漸減する傾斜磁場パルス列を印加する。ここで傾斜磁場パルスの振幅を、ＭＲＩ装置固有の磁場特性であるＲＭ曲線（R1）及び残留磁場特性（R2）をもとに決定することが特徴である。
【００７０】
図２０に本発明の消磁方法を実施するための手順を示す。まず図４（a）に示すような消磁パルスを用いてＭＲＩ装置の残留磁場を消磁する（ステップ2001）。この消磁はＭＲＩ装置の残留磁場特性が未知の状態でなされるものであり、仮の消磁である。図４（a）には８発のパルス列が例示されているが、パルスの数及び印加時間はこれに限らず必要に応じて変更することができる。また消磁パルスは、ｘ、ｙ、ｚ全方向に印加する。
【００７１】
次にＭＲＩ装置の固有のＲＭ曲線（R1）及び残留磁場特性（R2）を求める（ステップ2002）。このステップ2002は、図３（a）及び（b）に示す手順（302〜304，312〜315）とほぼ同様であり、所定のテスト磁場を印加した後の残留磁場を計測する。残留磁場の計測は、例えばテスラメータを用いて共鳴周波数から算出することができる。或いは適当なＭＲＩファントムを励起して残留磁場の影響が無視できるような強度の傾斜磁場を用いて画像化し、その位相変化から算出してもよい。ＲＭ曲線は、図５に示したように、ＭＲＩ装置のテスト傾斜磁場501を印加した場合の残留磁場を計測するという手順を、テスト傾斜磁場の強度を装置の最大幅の範囲で順次変えながら繰り返すことにより生じた残留磁場をプロットした曲線502である。
【００７２】
次に図６及び図７に示したように、最大強度の傾斜磁場601、701を印加した後、テスト傾斜磁場602、702を印加した場合の残留磁場を計測するという手順を、テスト傾斜磁場の強度を装置の最大幅の範囲で順次変えながら繰り返すことにより残留磁場曲線603、703を得る。残留磁場曲線603、703は原点対称とみなしてよいので、一方のみを求めてもよい。
【００７３】
このように基本となるＲＭ曲線502及び残留磁場曲線603（703）を求めたならば、残留磁場曲線603の側壁部がもとのＲＭ曲線と交わる点の傾斜磁場の強度（G0）の絶対値よりわずかに大きい強度（G0'）を設定し、この強度（G0'）と最大強度（Gmax）との比（ｒ）を求める。この比（ｒ）を用いて消磁パルスの強度を次式（１）により算出する（ステップ2003）。
【数２】
2010042275.tif 000031
式中、ｎは1,2,3・・・N（パルス数）のいずれかの整数で、消磁パルス列の印加順を示す。
【００７４】
消磁パルス列におけるパルス数Nは、所定の値を装置の仕様値として予め設定していてもよいし、Ｇ(n)が予め設定した閾値以下となるときのｎをパルス数Nとしてもよい。これにより消磁パルス列が決定される。こうして決定された消磁パルス列をＭＲＩ装置の信号処理系５（図１）或いは傾斜磁場発生系２の記憶部26（図２）に保存する。
消磁の実行は、例えば、操作部30を介した撮像開始の指令の入力により自動的に、或いは消磁のみの指令（ステップ2005）を入力することにより開始され、上述の保存された消磁パルス列が印加される（ステップ2004）。
【００７５】
次に式（１）に示す強度条件の消磁パルスにより、効果的に残留磁場を消去できることを説明する。図２１に示すように、仮消磁後に、例えば、最大強度の１/２の強度の傾斜磁場2101を印加した後にテスト傾斜磁場2102を最大幅で（即ち、±Gmaxの範囲で順次変化させて）印加した場合の残留磁場を測定すると、その残留磁場曲線は、基本となるＲＭ曲線の上に、MLPA及びMLNAを端部とするマイナーループCDMLが形成されたものとなる。このマイナーループCDMLの端部は、１つ目のパルスの強度によって決まり、その側壁部（逆極性の傾斜磁場によって形成される残留磁場曲線のMLNAまでの部分）は、装置固有の残留磁場特性R2に従う。このマイナーループをCDML(G1)とする。
【００７６】
さらに図２２に示すように、２つの傾斜磁場パルス2201、2202を印加した後にテスト傾斜磁場2203を最大幅で（即ち、±Gmaxの範囲で順次変化させて）印加した場合の残留磁場を測定すると、この場合には、マイナーループCDML(G1)を持つ残留磁場曲線（点線）に対して、２つ目の傾斜磁場パルス2202の強度に応じた変更が加えられる。ここで２つ目の傾斜磁場2202の強度G2の絶対値が、端部MLNAにおける傾斜磁場強度の絶対値よりも大きい場合には、図２２に実線に示すように、G2で決まる端部MLNA、MLPAを持つ新たなマイナーループCDML(G2)で更新される。一方、２つ目の傾斜磁場強度の絶対値が、MLNAにおける傾斜磁場強度の絶対値よりも大きい場合には、もとのマイナーループCDML(G1)が変形された複雑な形状となる（例えば、図９）。
【００７７】
従って、連続する複数の傾斜磁場パルスを印加するとき、傾斜磁場強度Gnの絶対値を直前に印加された傾斜磁場の強度Gn-1（絶対値）より小さく且つＧn-1で決まるマイナーループCDML(Gn-1)の端部の傾斜磁場強度（絶対値）よりも大きい値とすることにより、順次マイナーループCDMLが更新され、且つ端部をゼロに収束させることができる。ここでCDML(Gn)の端部の傾斜磁場強度とGnとの比は、CDMLの傾斜部の傾斜（R2）が装置固有の値であって一定であることから、図６或いは図７の残留磁場曲線における、ＲＭ曲線との交点における傾斜磁場強度G0と最大強度（Gmax）との比と同じ値となる。従って、式（１）の「ｒ」として、この比よりもわずかに大きい値を設定することにより（G0よりわずかに大きいG0'とGmaxとの比を取ることにより）、上述のマイナーループを更新しながらゼロに収束させる条件が実現できることになる。原理的には「ｒ」はG0/Gmaxを超える値であって１以下であれば上記条件は実現できるが、できるだけ少ないパルス数で効率よく消磁するためには、できるだけG0/Gmaxに近いことが好ましい。G0を求める際の残留磁場の測定精度や残留曲線近似の誤差を考慮し、それら誤差を許容する範囲で「ｒ」を設定する。
【００７８】
このような連続する消磁パルス列の印加による残留磁場の振る舞い（マイナーループ更新の様子）を図２３に示す。図示する例は、式（１）におけるｒ値として、本発明者らが残留磁場の実測に用いたＭＲＩ装置の値0.84を用いた場合を示している。なお、消磁パルスの数は多いほど残留磁場をゼロに近づけることができるが、10数発〜20発程度で実用的なレベルに低下させることができる。既に述べたように、このような消磁パルス数を予め設定しておいてもよいし、操作部30を介した消磁の指令に際し、ユーザーがその所要時間や求められる残留磁場の程度などを考慮して適宜設定するようにしてもよい。また消磁パルスとして用いる傾斜磁場はｘ、ｙ、ｚの全方向に印加することが好ましい。
【００７９】
このように本発明の消磁方法によれば、極性が反転し且つ振幅が漸減する傾斜磁場パルス列を用いた消磁方法において、消磁パルスの振幅を装置の残留磁場特性をもとに所定の値に設定することにより、確実に且つ効率よく残留磁場の消去を行うことができる。これにより消磁後に撮影を行う場合には、消磁に要する時間を大幅に短縮し、撮影時間の延長を最小限に抑えることができる。また撮影後に消磁すれば、次の撮影において消磁のための時間を設ける必要はない。その結果、患者を待たせることもなくなる。また患者を撮影していないときに消磁をすませておくこともできる。更に本発明の消磁方法を適宜実施することにより、最大強度の傾斜磁場の使用を増やすことができ、より高分解能かつ高機能の撮影が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明によれば、磁石の残留磁場特性を考慮して最適な消磁パルス列を決定することにより、最小限の時間で消磁或いは所望の程度の磁場状態とすることができるので、撮影時間の延長を防止すると共に、強度の大きい傾斜磁場の使用頻度を高めることができ、撮影の高分解能化、高機能化が可能である。
【符号の説明】
【００８１】
１・・・磁石装置、２・・・傾斜磁場発生系、３・・・送信系、４・・・受信系、５・・・信号処理系、６・・・シーケンサ、７・・・CPU（制御系）、８・・・シムコイル、25・・・残留磁場補正装置、26・・・記憶手段