(57)【要約】  【課題】  磁気共鳴現象を利用して被検体の任意部位の断層像を得るための磁気共鳴イメージング装置に関し、特に傾斜磁場を印加した際に生じる残留磁場による磁場変動がもたらす様々な画質劣化（画像の歪み、信号強度の低下、ゴーストなど）を防止するため、傾斜磁場の同一方向への印加回数に対応した残留磁場補正を行う。  【解決手段】  静磁場を発生する静磁場発生源と、前記静磁場発生源が発生する磁束の経路となる磁気回路部と、傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段と、前記傾斜磁場によって前記磁気回路部の少なくとも一部に発生する残留磁化に基づく残留磁場を補正する補正手段とを有し、前記補正手段は、前記傾斜磁場の同一方向への印加回数に対応して前記残留磁場を補正する。【選択図】      図４
2006130105.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静磁場を発生する静磁場発生源と、前記静磁場発生源が発生する磁束の経路となる磁気回路部と、傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段と、前記傾斜磁場によって前記磁気回路部の少なくとも一部に発生する残留磁化に基づく残留磁場を補正する補正手段とを有する磁気共鳴イメージング装置において、
前記補正手段は、前記傾斜磁場の同一方向への印加回数に対応して前記残留磁場を補正する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記載の磁気共鳴イメージング装置において、
前記補正手段は、直前に発生した前記傾斜磁場の強度と極性にも対応して前記残留磁場の補正を行うことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項３】
請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置において、
前記補正手段は、事前に取得された前記傾斜磁場の印加回数に対する残留磁場の計測データに基づいて、前記残留磁場の補正を行うことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気共鳴現象を利用して被検体の任意部位の断層像を得る磁気共鳴イメージング(以下、MRIという)装置に関し、特に傾斜磁場を印加した際に生じる残留磁場による磁場変動がもたらす様々な画質劣化(画像の歪み、信号強度の低下、ゴーストなど)を防止する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
傾斜磁場パルスを制御して断層画像を得るMRI装置では、傾斜磁場パルスの波形およびタイミングを任意かつ正確に制御して所望の印加量(傾斜磁場パルス波形と時間軸との囲む面積)を印加する必要がある。
【０００３】
しかし、強磁性体である鉄ヨークを用いて磁気回路を構成するMRI装置、例えば永久磁石を用いたMRI装置(以下、永久磁石装置という)では、傾斜磁場の印加によってヒステリシス現象を伴う残留磁場が発生する。この残留磁場は、磁気回路を構成する磁極(ポールピース)と鉄ヨークの材質が強磁性体であるために、強磁性体物質が示す物理的特性である残留磁化(Residual Magnetization)が傾斜磁場の印加によって磁極や鉄ヨークに残留することに起因する。具体的には傾斜磁場の印加を止めても、印加した傾斜磁場の強度や方向、および印加履歴に応じた磁場が残ってしまう現象である。特に永久磁石装置における残留磁場は、渦電流と併せて撮影空間の磁場を複雑に乱し、画質劣化の大きな要因となっている。
この残留磁場を補正する技術としては、(特許文献1)，(特許文献2)，(特許文献3)に開示された技術が公知である。
【０００４】
特許文献1は、撮影シーケンスの前にMRI装置の最大傾斜磁場を準備パルスとして付加して、残留磁場を一定値にする手法を開示している。
特許文献2は、事前に傾斜磁場波形毎の残留磁場を計測して補正テーブルを作成し(あるいは関数化して)、撮影を行う際には印加する傾斜磁場波形に応じた補正傾斜磁場を印加する手法を開示している。
【０００５】
特許文献3は、永久磁石装置で発生する残留磁場を最小限の傾斜磁場波形を用いて測定すると共に、残留磁場のヒステリシス曲線をモデル化し、傾斜磁場の印加履歴を元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に対して残留磁場をリアルタイム補正できるMRI装置を開示している。
【特許文献１】米国特許第6043656号公報
【特許文献２】特開2000-157509号公報
【特許文献３】特願2003-380242号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述のように、永久磁石装置では傾斜磁場の印加によって残留磁場が発生し、画質劣化の主要な原因となっている。
発明者らの検討によれば、1回の傾斜磁場の印加に基づく残留磁場のヒステリシスに加え、傾斜磁場の同方向への印加回数(すなわち、傾斜磁場を同じ方向に何発印加するか)に依存して発生する残留磁場が大きく変動し、この残留磁場変動は同方向への印加回数に対して非線形の依存性を持つことが判明した。
【０００７】
このような残留磁場変動は、特に同じ方向に大きな傾斜磁場が印加される場合に顕著となり、その例が拡散強調イメージング法(Diffusion Weighted Imaging；DWI)におけるMPG(Motion Probing Gradient)パルスである。この拡散強調画像には、MPGパルスの印加回数に応じて大きな画像歪みが生じる。
【０００８】
しかし、上記特許文献に開示された技術の何れも、一回の傾斜磁場の印加に基づく残留磁場の補正を行うことを前提としており、同方向への印加回数に応じた残留磁場補正に関しては何も開示してない。また、印加する補正傾斜磁場も1次(つまり、傾斜磁場コイルを用いて補正磁場を印加する。)であるために、同方向への印加回数に対して非線形な強度で残る残留磁場にまで対応してこれを補正することは、開示された技術思想の範囲を超えており、この課題が未可決のまま残されている。
【０００９】
そこで本発明のMRI装置は、このような課題を解決するためになされたものであり、磁気回路を有するMRI装置において、同じ方向に印加された傾斜磁場の印加回数に応じて残留磁場をリアルタイムに補正する事を目的としている。特に、永久磁石装置においてこの様な補正を行うことを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のMRI装置は上記目的を達成するために、以下の様に構成されることを特徴としている。即ち、
静磁場を発生する静磁場発生源と、前記静磁場発生源が発生する磁束の経路となる磁気回路部と、傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段と、前記傾斜磁場によって前記磁気回路部の少なくとも一部に発生する残留磁化に基づく残留磁場を補正する補正手段とを有する磁気共鳴イメージング装置において、前記補正手段は、前記傾斜磁場の同一方向への印加回数に対応して前記残留磁場を補正する。
【００１１】
これにより、傾斜磁場の印加回数に対して複雑な依存性を呈する残留磁場もリアルタイムに補正することができる。この結果、装置として使用できる傾斜磁場強度の最大値を飛躍的に増やす事が可能となり、より高分解能かつ高機能な撮影が可能となる。また、画像のSNRおよび画質を向上させることができる。
【００１２】
本発明のMRI装置の他の実施態様は、前記実施態様のおいて、前記補正手段は更に、直前に発生した前記傾斜磁場の強度と極性にも対応して前記残留磁場の補正を行う。或いは、事前に取得された前記傾斜磁場の印加回数に対する残留磁場の計測データに基づいて、前記残留磁場の補正を行う。
これにより、傾斜磁場の印加回数に対して複雑な依存性を呈する残留磁場を詳細且つ柔軟に行うことができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明した本発明のMRI装置には、以下のような直接的効果がある。即ち、
簡単な残留磁場特性を予め計測しておくだけで、傾斜磁場の印加回数に対する複雑な依存性を呈する残留磁場をリアルタイムに補正することができる。
その結果、装置として使用できる傾斜磁場強度の最大値を飛躍的に増やす事が可能となり、より高分解能かつ高機能な撮影が可能となる。また、画像のSNRおよび画質を向上させることができる。
【００１４】
また、残留磁場の影響を補正するための補正傾斜磁場は撮影用の傾斜磁場に重畳して印加され得るので、補正傾斜磁場を制御する手段を別途設ける方法と異なり、撮影シーケンスの延長や制限といった弊害が生じない。
【００１５】
上記本発明のMRI装置における直接的効果は、撮影においては以下の様な間接的効果を有する。即ち、
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(DWI)では、MPGの印加回数に対応して残留磁場の補正を行うことができるので、拡散強調画像の画質を向上させることができる。
また、残留磁場による静磁場均一度の劣化を低減できるので、化学シフトを利用したRF脂肪抑制画像の画質を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付図面に従って本発明のMRI装置の好ましい実施形態について詳説する。なお、発明の実施形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００１７】
最初に、本発明に係るMRI装置の全体概要を図1，2に基づいて説明する。
図1は本発明による処理方法が適用されるMRI装置の全体構成を示すブロック図である。図1に示すMRI装置は、磁気共鳴現象を利用して被検体の断層像を得るもので、同図に示すように静磁場発生磁気回路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、シーケンサ6と、中央処理装置(CPU)7と、操作部8とを備えて成る。
【００１８】
静磁場発生磁気回路1は、被検体9の周りにその体軸方向または体軸と直交する方向に均一な静磁場を発生させるもので、上記被検体9の周りのある広がりをもった空間に永久磁石方式、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。
【００１９】
傾斜磁場発生系2は、X，Y，Zの三軸方向に巻かれた傾斜磁場コイル10と、それぞれのコイルを駆動する傾斜磁場電源11とから成り、シーケンサ6から命令にしたがってそれぞれのコイルの傾斜磁場電源11を駆動することにより、X，Y，Zの三軸方向の傾斜磁場Gs，Gp，Gfを被検体9に印加するようになっている。この傾斜磁場の加え方により、被検体9に対するスライス面を設定することができ、またエコー信号をエンコードし位置情報を付与する。また傾斜磁場の印加に起因する渦電流と残留磁場の空間かつ時間的な情報から、静磁場発生磁気回路1の一部を形成しているシムコイルや局在コイル、あるいは傾斜磁場発生系2に対して補正電流を逐次印加することが出来る。
【００２０】
送信系3は、シーケンサ6から送出される高周波磁場パルスにより被検体9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12と、変調器13と、高周波増幅器14と、送信側の高周波コイル15とから成り、高周波発振器12から出力された高周波パルスを高周波増幅器14で増幅した後に被検体9に近接して配置された送信側の高周波コイル15に供給することにより、電磁波(高周波信号)が上記被検体9に照射されるようになっている。
【００２１】
受信系4は、被検体9の生体組織を構成する原子核の核磁気共鳴により放出されるエコー信号(NMR信号)を検出するもので、受信側の高周波コイル16と、増幅器17と、直交位相検波器18と、A/D変換器19とから成り、送信側の高周波コイル15から照射された電磁波による被検体9の応答の電磁波(NMR信号)は被検体9に近接して配置された受信側の高周波コイル16で検出され、増幅器17及び直交位相検波器18を介してA/D変換器19に入力してデジタル量に変換され、さらにシーケンサ6からの命令によるタイミングで直交位相検波器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5に送られるようになっている。
【００２２】
信号処理系5は、受信系4で検出したエコー信号を用いて画像再構成演算を行うと共に画像表示をするもので、エコー信号についてフーリエ変換、補正係数計算、画像再構成等の処理及びシーケンサ6の制御を行うCPU7と、経時的な画像解析処理及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記憶するROM(読み出し専用メモリ)20と、前計測で得た計測パラメータや受信系4で検出したエコー信号、及び関心領域設定に用いる画像を一時保管すると共にその関心領域を設定するためのパラメータなどを記憶するRAM(随時書き込み読み出しメモリ)21と、CPU7で再構成された画像データを記録するデータ格納部となる光磁気ディスク22及び磁気ディスク23と、これらの光磁気ディスク22又は磁気ディスク23から読み出した画像データを映像化して断層像として表示する表示部となるディスプレイ24とから成る。
【００２３】
シーケンサ6は、上記被検体9の生体組織を構成する原子核に核磁気共鳴を起こさせる高周波磁場パルスをある所定のパルスシーケンスで繰り返し印加する制御手段となるもので、CPU7の制御で動作し、被検体9の断層像のデータ収集に必要な種々の命令を送信系3、静磁場発生磁気回路1の一部を形成しているシムコイルや局在コイル、傾斜磁場発生系2、および受信系4に送るようになっている。
【００２４】
操作部8は、信号処理系5で行う処理の制御情報を入力するもので、トラックボールやマウス25及び、キーボード26から成る。
【００２５】
図2は、永久磁石を用いた上記静磁場発生磁気回路1の一例の概略断面図である。図1に示した装置においては、被検体を挿入する均一磁場空間44を挟んで極性の異なる一対の永久磁石42a，42bが設けられている。これらの永久磁石42a，42bは、上下一対の矩形状の継鉄41a，41bに当接保持されており、継鉄41a，41bは1本以上(図2では2本)の支柱47a，47bにより所定の距離を隔てて支持され、永久磁石42a，42bの間の均一磁場空間44を確保している。さらに永久磁石42a，42bの均一磁場空間側44の面には、磁極片43a，43bが密着した状態で当接保持されており、これらの磁極片43a，43bの相対する面の周辺部には上下とも同一形状の環状突起部46が設けられている。従って、被検体が入り得る有効ギャップは、磁極片43a，43bの環状突起部間の距離となる。但し、このギャップの間の空間には、被検体44の他、イメージングに必要な傾斜磁場コイル10、RF照射コイル(図示せず)、RF受信コイル(図示せず)が配置される。
【００２６】
そして、支柱47a，47b、継鉄41a，41b及び磁極片43a，43bは強磁性体部材で構成されており、一般的に磁極片43a，43bは珪素鋼板を用いて作成され、支柱47a，47bと継鉄41a，41bは鉄ヨークである。永久磁石42a，42bから磁束が発生し、磁極片43a，43bを介して均一磁場空間内に静磁場を発生させる。そして支柱47a，47b、継鉄41a，41b及び磁極片43a，43bは永久磁石42a，42bと磁気的に結合して磁束の通路となる磁気回路を形成する。環状突起部46は磁束が均一磁場空間の周辺部に漏洩するのを抑制しており、磁極片43a，43bの間、即ち均一磁場空間44内部の磁場の均一度を改善している。
【００２７】
次に、上記の機能を備えた永久磁石装置における、傾斜磁場の印加回数に対応した補正方法について具体的に説明する。
最初に、残留磁場強度の傾斜磁場印加回数に対する依存性を説明する。図3は、発明者らが行った実験結果である。この図3は、MRI装置のX方向に、強度および印加時間をそれぞれ15 [mT/m], 4000 [us]に固定した1次傾斜磁場を複数回印加して、印加軸方向に発生する1次の残留磁場を計測してプロットしたものである。横軸は傾斜磁場の印加回数、縦軸は計測した残留磁場強度である。
【００２８】
残留磁場は、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RF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良い。
図3より、発生する残留磁場強度は、傾斜磁場の印加回数に応じて約2倍程度の変化を呈し、ある程度の印加回数を越えると飽和していくのが理解される。つまり、傾斜磁場の印加回数に対して非線形に残留磁場が変化することが理解される。
【００２９】
次に、図3に示した様な残留磁場強度の傾斜磁場印加回数に対する依存性のモデル化について説明する。モデル化としては、例えば以下の2つの方法がある。
(a)残留磁場が指数関数的に飽和するものとして計測したデータに予測関数を当てはめる。    
(b)未計測の印加回数(整数)における残留磁場強度を、計測済みデータで補完することにより、印加回数毎の残留磁場強度の数値データを作成する。
【００３０】
(a)の場合は、予測関数の係数を装置固有の値として装置毎に保持する。RMを残留磁場強度、nを傾斜磁場の印加回数とすると、図3の結果は、例えば(1)式のようにモデル化できる。
【数１】
2006130105.tif 000003
そして、残留磁場補正の際には、予測関数に基づいて傾斜磁場の印加回数に対応して残留磁場を算出して装置毎に残留磁場の補正を行う。
【００３１】
また(b)の場合は、傾斜磁場印加回数毎の残留磁場強度の数値データ全てを装置固有の値として、装置毎に保持する。そして、残留磁場補正の際には、この数値データに基づいて傾斜磁場の印加回数に応じて装置毎に残留磁場の補正を行う。
上記モデル化は、X，Y，Zの三軸方向に関してそれぞれ独立に行う。従って(a)の場合は三軸方向にそれぞれ予測関数を作成して、その軸毎の予測関数に基づいて軸毎に残留磁場の補正を行う。
【００３２】
また(b)の場合は、三軸方向にそれぞれ傾斜磁場印加回数毎の残留磁場強度の数値データを作成して、その軸毎の数値データに基づいて、軸毎に残留磁場の補正を行う。
なお、上記(a)，(b)の何れの方法においても、MRI装置に使用している磁石の組成および素性に差が無く傾向が定まっていれば、共通の基本データのみを各装置に保持しておき、装置毎の差はスケールファクタで吸収しても良い。
【００３３】
最後に、残留磁場の補正方法について説明する。図4に補正方法の一例のフローチャートを示す。各処理ステップは以下の通り。
【００３４】
ステップ401で、n番目に印加する傾斜磁場の強度をG(n)とする。
【００３５】
ステップ402で、G(n)が1つ前の傾斜磁場強度G(n-1)と逆極性で、且つ強度が未満か否かを判断する。ここで、Rtnは所定の係数である。なお、1つ前の傾斜磁場G(n-1)に対する比を乗じた値を用いて判断するのではなく、固定値を閾値として用いても良い。
【００３６】
ステップ403で、ステップ402の判断処理が真(yes)のとき、これまでカウントしていた傾斜磁場の印加回数をリセットする。これにより、同極性の傾斜磁場によって蓄積していた残留磁場が、ある閾値以上の強度を有する反極性の傾斜磁場によってリセットされて単発系に移行する現象を再現する。偽(no)の時には、次のステップ404に進む。
【００３７】
ステップ404で、G(n)が1つ前の傾斜磁場強度G(n-1)と同極性で、且つ強度が未満か否かを判断する。ここで、Rtpは所定の係数である。1つ前の傾斜磁場G(n-1)に対する比を乗じた値を用いて判断するのではなく、固定値を閾値として用いても良い。
【００３８】
ステップ405で、ステップ404の判断処理が真(yes)のとき、現在の印加回数を保持(ホールド)する。すなわち、未満の傾斜磁場では印加回数による残留磁場の増強効果が無いと判断する。偽(no)の時には、次のステップ406に進む。
【００３９】
ステップ406で、傾斜磁場の印加回数をカウント、つまり印加回数に(+1)加え、その値を保持する。
【００４０】
ステップ407で、予め計測したデータを元にモデル化した値を参照して、傾斜磁場の印加回数に応じた補正値(補正項Cnum)を算出する。
【００４１】
ステップ408で、ステップ407で算出した補正値(Cnum)に基づいて残留磁場補正を行う。そのためには、例えば、従来の補正技術である単発系ヒステリシス補正処理(例えば特許文献3)に、この補正値に対応する補正磁場を重畳して傾斜磁場を印加しても良いし、或いは補正値に対応する傾斜磁場を単独で印加してもよい。
【００４２】
以上説明したように、上記本発明のMRI装置によれば、簡単な残留磁場特性を予め計測しておくだけで、複雑な印加回数依存性を呈する残留磁場をリアルタイムに補正することができる。
【００４３】
一般的に、SEやFSEといった通常の臨床計測で用いられるシーケンスにおいて、位相エンコード方向を除く読み出し方向とスライス方向に傾斜磁場を印加している割合は非常に高く、その強度も大きい。したがって、単発系ヒステリシスで再現できない非線形現象が常に生じていると判断できる。本発明の補正を行えば、装置として使用できる傾斜磁場強度の最大値を飛躍的に増やす事が可能となり、より高分解能かつ高機能な撮影が可能となる。また、画像のSNRおよび画質を向上させることができる。また、残留磁場の変動をモデル化して補正するので、その補正を詳細且つ柔軟に行うことが可能になる。
【００４４】
さらに、補正傾斜磁場は撮影用の傾斜磁場に重畳して印加され得るので、補正傾斜磁場を制御する手段を別途設ける方法と異なり、撮影シーケンスの延長や制限といった弊害が生じない。
【００４５】
そして、本発明のMRI装置における上記効果は、特に以下のような場合に有効となる。即ち、
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(DWI)では、同じ方向にMPGを何度も印加する必要がある。この際、MPG印加回数に起因した残留磁場の変動が画質劣化を引き起こすが、本発明により特殊な調整や補正無しで発生する残留磁場を補正する事ができる。
【００４６】
また、残留磁場による静磁場均一度の劣化は、永久磁石装置における化学シフトを利用したRF脂肪抑制の大きな妨げとなっている。しかし本発明により、残留磁場に起因する静磁場の乱れを最小に抑えることが可能となり、RF脂肪抑制による画質を向上させることができる。
【００４７】
以上までが、本発明のMRI装置の実施形態の説明である。しかし、本発明は、以上の実施形態の説明で開示された内容にとどまらず、本発明の趣旨を踏まえた上で他の形態を取り得る。例えば、上記実施形態の説明では磁場発生源として永久磁石を用いた例を説明したが、本発明のMRI装置は永久磁石に限らず超電導磁石または常電導磁石を磁場発生源として用い、強磁性体部材を磁気回路の少なくとも一部として用いたMRI装置に対しても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明によるMRI装置の全体構成を示すブロック図。
【図２】静磁場発生磁気回路の一例を示す断面図。
【図３】本発明における、残留磁場の傾斜磁場印加回数依存性の例を示した図。
【図４】本発明における、印加回数補正の手順を示した図。
【符号の説明】
【００４９】
１  静磁場発生回路、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  中央処理装置(CPU)、８  操作部、９  被検体、１０  傾斜磁場コイル、１１  傾斜磁場電源、１２  高周波発振器、１３  変調器、１４  高周波増幅器、１５  高周波コイル、１６  高周波受信コイル、１７  増幅器、１８  直交位相検波器、１９  A/D変換器
【図１】
2006130105.tif 000004
【図２】
2006130105.tif 000005
【図３】
2006130105.tif 000006
【図４】
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