(57)【要約】      （修正有）【課題】不均一磁場成分の分布を表す磁場マップの生成に際し、測定回数を減らし、全体としての測定時間を短くすることのできるＮＭＲ測定装置を提供する。【解決手段】予備的測定工程Ｓ３０においてオフセットマップを事前に求めておく。longτパルスシーケンスの実行Ｓ３２により位相マップが生成されるＳ３４。位相マップ及び位相オフセットマップに基づいて磁場マップが演算されるＳ３６。磁場マップに基づいてシム調整が実施されるＳ４０。オフセットマップは、第１パルスシーケンスの実行により得られた第１位相マップと、第２パルスシーケンスの実行により得られた第２位相マップと、位相展開時間についての比率αと、に基づいて演算される。【選択図】図４
2018205080.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１位相展開時間を有する第１パルスシーケンスの予備的実行により得られた第１位相マップと、第２位相展開時間を有する第２パルスシーケンスの予備的実行により得られた第２位相マップと、に基づいて、不均一磁場成分の空間的分布及び位相展開時間に依存しない位相オフセットマップを演算する位相オフセットマップ演算手段と、
前記第２パルスシーケンスの実行により得られた位相マップと、前記位相オフセットマップと、に基づいて、前記不均一磁場成分の空間的分布を示す磁場マップを演算する磁場マップ演算手段と、
前記磁場マップに基づいてシム調整を行う手段と、
を含むことを特徴とするＮＭＲ測定装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記第２位相展開時間は前記第１位相展開時間よりも長い、
ことを特徴とするＮＭＲ測定装置。
【請求項３】
請求項２記載の装置において、
前記磁場マップ演算手段は、前記位相マップから前記オフセットマップを減算することにより前記磁場マップを演算する、
ことを特徴とするＮＭＲ測定装置。
【請求項４】
請求項２記載の装置において、
前記位相オフセットマップ演算手段は、前記第２位相マップ−α（前記第２位相マップ−前記第１位相マップ）を計算することにより（但しαは比率）、前記位相オフセットマップを演算する、
ことを特徴とするＮＭＲ測定装置。
【請求項５】
請求項４記載の装置において、
前記位相オフセットマップ演算手段は、
特定のシム係数の値を正側に変化させた状態において前記第１パルスシーケンス及び前記第２パルスシーケンスを予備的に実行することにより正側第１位相マップ及び正側第２位相マップを取得し、前記特定のシム係数の値を負側へ変化させた状態において前記第１パルスシーケンス及び前記第２パルスシーケンスを予備的に実行することにより負側第１位相マップ及び負側第２位相マップを取得する手段と、
前記正側第１位相マップ、前記正側第２位相マップ、前記負側第１位相マップ、及び、前記負側第２位相マップに基づいて、前記比率αを演算する比率演算手段と、
を含むことを特徴とするＮＭＲ測定装置。
【請求項６】
請求項５記載の装置において、
前記比率演算手段は、
前記正側第２位相マップから前記正側第１位相マップを減算することにより生成される第１減算マップから、前記負側第２位相マップから前記負側第１位相マップを減算することにより生成される第２減算マップを減算することにより、第１キャリブレーションマップを生成する手段と、
前記正側第２位相マップから前記負側第２位相マップを減算することにより第２キャリブレーションマップを生成する手段と、
前記第１キャリブレーションマップ及び前記第２キャリブレーションマップに基づいて前記比率αを演算する手段と、
を含むことを特徴とするＮＭＲ測定装置。
【請求項７】
請求項４記載の装置において、
前記第１位相展開時間及び前記第２位相展開時間に基づいて前記比率αを演算する比率演算手段を含む、
ことを特徴とするＮＭＲ測定装置。
【請求項８】
第１位相展開時間を有する第１パルスシーケンスの予備的実行により得られた第１位相マップと、前記第１位相展開時間よりも長い第２位相展開時間を有する第２パルスシーケンスの予備的実行により得られた第２位相マップと、に基づいて、不均一磁場成分の空間的分布及び位相展開時間に依存しない位相オフセットマップを演算する工程と、
前記第２パルスシーケンスの実行により得られた位相マップと、前記位相オフセットマップと、に基づいて、前記不均一磁場成分の空間的分布を示す磁場マップを演算する工程と、
を含むことを特徴とする磁場マップ演算方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＮＭＲ測定装置に関し、特に、静磁場の補正に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＮＭＲ測定装置は一般にシム（Shim）システムを備えている。シムシステムは、静磁場に対して補正磁場を加えることにより静磁場の空間的な均一性を向上させるシミング（Shimming）のためのシステムである。勾配磁場を利用してシミングを行う手法はグラジエントシミングと呼ばれている。
【０００３】
通常、シムシステムは、シムコイル群を備えるシムコイルユニット、シムコイル群に電流群を供給するドライバ、シムコイル群に流す電流群を制御するシムシステムコントローラ、等を有する。シムシステムを利用して、不均一磁場成分の空間的な分布（磁場マップ）が打ち消されるように、補正磁場を規定する複数のシム値の最適な組み合わせが探索される。ここで、複数のシム値は、複数のシム項（Z1，Z2，Z3，・・・）の実体をなす複数の基本マップ（キャリブレーションマップ、シム関数）に与える複数の係数値である。より詳しくは、複数の基本マップからなる合成マップを磁場マップに加算した後において、両者の差分に相当する残差マップがそれ全体としてゼロに近付くように、複数の基本マップに与える複数のシム値が調整される。探索された複数のシム値の組み合わせから複数の電流値が定められる。なお、静磁場と平行な方向（ｚ方向）だけシミングを行う一次元シミングの他、二次元シミング及び三次元シミングも知られている。
【０００４】
以下に、一次元シミングを例にとり、磁場マップ生成方法の一種であるスピンエコー法について説明する。
【０００５】
スピンエコー法においては、第１パルスシーケンスと第２パルスシーケンスが利用される。例えば、第１パルスシーケンスは、短い位相展開時間（以下「shortτ」と表現する。）を有するパルスシーケンスであり、第２のパルスシーケンスは、長い位相展開時間（以下「longτ」と表現する。）を有するパルスシーケンスである。いずれのパルスシーケンスにおいても、ｚ方向の位置を特定するためにｚ方向に強さが変化する勾配磁場が利用される。それらのパルスシーケンスの具体的内容については後に示す。
【０００６】
第１パルスシーケンスの実行結果として得られた受信信号を周波数解析して得られる複素信号から、shortτ位相マップが生成される。また、第２のパルスシーケンスの実行結果として得られた受信信号を周波数解析して得られる複素信号から、longτ位相マップが生成される。各位相マップの内訳は以下のとおりである。
【０００７】
［数１］
shortτ位相マップ
＝shortτ＊ΔB0inhomo磁場マップ＋位相オフセットマップ  …(1)
longτ位相マップ
＝longτ＊ΔB0inhomo磁場マップ＋位相オフセットマップ   …(2)
【０００８】
上記(1)式及び上記(2)式は、それぞれ、ｚ方向の各位置における位相の内訳を示すものである。ここで、ΔB0inhomo磁場マップは、ｚ方向の各位置における不均一磁場成分（歪み成分）を示している。そのような静磁場不均一性が生じている状況下において、位相展開時間τにわたって、不均一磁場成分の大きさに依存して位相が広がる（横磁化が回転する回転座標系上でのオンレゾナンスからのずれ（位相）が増大する）。位相オフセットマップは、ｚ方向の各位置における位相オフセットからなるものであり、それはｚ方向の各位置における位相の初期値とも言えるものである。そのような位相オフセットは、ＮＭＲ測定装置内での信号処理上、不可避的に生じてしまうものであり、それは、不均一磁場成分には依存せず且つτにも依存しない未知成分である。
【０００９】
longτ位相マップからshortτ位相マップを引くことにより、以下に示すΔτ位相マップが求められる。
【００１０】
［数２］
Δτ位相マップ
＝longτ位相マップ−shortτ位相マップ
＝（longτ＊ΔB0inhomo磁場マップ＋位相オフセットマップ）
−（shortτ＊ΔB0inhomo磁場マップ＋位相オフセットマップ）
＝（longτ−shortτ）＊ΔB0inhomo磁場マップ            …(3)
【００１１】
上記のΔτ位相マップは、ｚ方向の各位置において、位相展開時間差Δτにおいて広がる位相を示すものである。ここで、Δτは（longτ−shortτ）である。上記(3)式により演算されたΔτ位相マップをΔτで割ることにより、ΔB0inhomo磁場マップ（ｚ方向の各位置における不均一磁場成分からなる磁場マップ）が求められる。もっとも、実際の装置上、一定条件下で、Δτによる除算を省略し得る。Δτ位相マップをΔB0inhomo磁場マップに相当するものとして取り扱えるからである。上記の差分演算の過程で、上記(1)式及び(2)式に含まれる位相オフセットマップがキャンセルされている。なお、上記のように求められた磁場マップに基づいて複数のシム値の最適な組み合わせが探索されることについては上述したとおりである。
【００１２】
磁場マップ生成方法としては、上記スピンエコー法の他、グラジエントエコー法も知られている。いずれの方法も、ｚ方向に傾斜した勾配磁場を利用するものである。また、いずれの方法も、２種類の位相展開時間（τ）を利用するものである。なお、τは、tau、TE等と表記されることもある。
【００１３】
以下の非特許文献１の図１にはスピンエコー法が示されている。同文献の図２には複数のシム項（Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，・・・）の実体をなす複数の基本マップが示されている。以下の非特許文献２には三次元シミングについて記述されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】Herve Barjat, Paul B Chilvers, Bayard K Fetler, Timothy J Horne, Gareth A Morris, A Practical Method for Automated Shimming with Normal Spectrometer Hardware, Journal of Magnetic Resonance, Volume 125, Issue 1, 1997, pp.197-201.
【非特許文献２】Guangcao Liu, Xiaobo Qu, Shuhui Cai, Zhiyong Zhang, Zhiwei Chen,  Congbo Cai, Zhong Chen, Fast 3D gradient shimming by only 2 × 2 pixels in XY plane for NMR-solution samples, Journal of Magnetic Resonance, Volume 248, November 2014, pp.13-18.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上記従来方法では、磁場マップの取得に当たり、位相展開時間を異ならせて２回の測定を行うことが必要となる。しかも、必要に応じて、そのような２回の測定を繰り返すことが必要となる。このため磁場マップの生成に時間がかかるという問題がある。
【００１６】
本発明の目的は、不均一磁場成分の分布を表す磁場マップの生成に際し、測定回数を減らし、全体としての測定時間を短くすることにある。あるいは、本発明の目的は、位相オフセットマップそれ自体を推定できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
実施形態に係るＮＭＲ測定装置は、第１位相展開時間を有する第１パルスシーケンスの予備的実行により得られた第１位相マップと、第２位相展開時間を有する第２パルスシーケンスの予備的実行により得られた第２位相マップと、に基づいて、不均一磁場成分の空間的分布及び位相展開時間に依存しない位相オフセットマップを演算する位相オフセットマップ演算手段と、前記第２パルスシーケンスの実行により得られた位相マップと、前記位相オフセットマップと、に基づいて、前記不均一磁場成分の空間的分布を示す磁場マップを演算する磁場マップ演算手段と、前記磁場マップに基づいてシム調整を行う手段と、を含む。
【００１８】
上記構成によれば、位相オフセットマップが事前に演算され、その後、実測された位相マップと位相オフセットマップとから、磁場マップが演算される。これにより、磁場マップの演算に際して、従来に比べて、測定回数を半減させることが可能となる。上記手法は、スピンエコー法、グラジエントエコー法、その他の方法に適用され得る。また、上記手法は、一次元シミング、二次元シミング及び三次元シミングにおいて適用され得る。
【００１９】
実施形態において、前記第２位相展開時間は前記第１位相展開時間よりも長い。この構成によれば、長い位相展開時間を有する第２パルスシーケンスを実行して位相マップを得ているので、位相マップの測定精度ひいては磁場マップの演算精度を高められ得る。
【００２０】
実施形態において、前記位相オフセットマップ演算手段は、前記第２位相マップ−α（前記第２位相マップ−前記第１位相マップ）を計算することにより（但しαは比率）、前記位相オフセットマップを演算する。上記の計算は、磁場マップをキャンセルし、位相オフセットマップを特定するものである。その際においては比率αが利用される。実施形態において、比率αは第２位相展開時間／（第２位相展開時間−第１位相展開時間）に相当する。比率αを実測演算するのが望ましいが、第１及び第２位相展開時間の設定値から比率αを求めることも可能である。
【００２１】
実施形態において、前記位相オフセットマップ演算手段は、特定のシム係数の値を正側に変化させた状態において前記第１パルスシーケンス及び前記第２パルスシーケンスを予備的に実行することにより正側第１位相マップ及び正側第２位相マップを取得し、前記特定のシム係数の値を負側へ変化させた状態において前記第１パルスシーケンス及び前記第２パルスシーケンスを予備的に実行することにより負側第１位相マップ及び負側第２位相マップを取得する手段と、前記正側第１位相マップ、前記正側第２位相マップ、前記負側第１位相マップ、及び、前記負側第２位相マップに基づいて、前記比率αを演算する比率演算手段と、を含む。
【００２２】
実施形態において、前記比率演算手段は、前記正側第２位相マップから前記正側第１位相マップを減算することにより生成される第１減算マップから、前記負側第２位相マップから前記負側第１位相マップを減算することにより生成される第２減算マップを減算することにより、第１キャリブレーションマップを生成する手段と、前記正側第２位相マップから前記負側第２位相マップを減算することにより第２キャリブレーションマップを生成する手段と、前記第１キャリブレーションマップ及び前記第２キャリブレーションマップに基づいて前記比率αを演算する手段と、を含む。
【００２３】
実施形態に係るＮＭＲ測定装置は、更に、前記第１位相展開時間と前記第２位相展開時間とに基づいて前記比率αを演算する比率演算手段を含む。これは２つの設定値から理論的に比率を演算するものである。第２位相展開時間と位相展開時間差から比率を求める態様も上記構成の一態様である。
【００２４】
本発明に係る磁場マップ演算方法は、第１位相展開時間を有する第１パルスシーケンスの予備的実行により得られた第１位相マップと、前記第１位相展開時間よりも長い第２位相展開時間を有する第２パルスシーケンスの予備的実行により得られた第２位相マップと、に基づいて、不均一磁場成分の空間的分布及び位相展開時間に依存しない位相オフセットマップを演算する工程と、前記第２パルスシーケンスの実行により得られた位相マップと、前記位相オフセットマップと、に基づいて、前記不均一磁場成分の空間的分布を示す磁場マップを演算する工程と、を含む。
【００２５】
上記構成は今まで未知とされていた位相オフセットマップを事前に推定しておき、それを磁場マップの演算において利用するものである。なお、上記の磁場マップ演算方法は、ハードウエアの機能として又はソフトウエアの機能として実現され、後者の場合、磁場マップ演算プログラムがネットワークを介して又は可搬型記録媒体を介してＮＭＲ測定装置にインストールされ得る。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、不均一磁場成分の分布を表す磁場マップの生成に際し、測定回数を減らし、全体としての測定時間を短くすることが可能である。あるいは、本発明によれば、今までキャンセル対象とされていた位相オフセットマップを磁場マップの演算において利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施形態に係るＮＭＲ測定装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】従来のシミング方法を示すフローチャートである。
【図３】第１パルスシーケンス及び第２パルスシーケンスの一例を示す図である。
【図４】実施形態に係るシミング方法を示すフローチャートである。
【図５】図４に示した予備的測定工程の第１例を示す図である。
【図６】上記第１例においてＺ１項を利用して推定された位相オフセットマップを示す図である。
【図７】上記第１例においてＺ２項を利用して推定された位相オフセットマップを示す図である。
【図８】上記第１例においてＺ３項を利用して推定された位相オフセットマップを示す図である。
【図９】上記第１例においてＺ４項を利用して推定された位相オフセットマップを示す図である。
【図１０】従来法により演算された磁場マップと実施形態に係る手法により演算された磁場マップとを示す図である。
【図１１】図４に示した予備的測定工程の第２例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２９】
図１には、実施形態に係るＮＭＲ測定装置の構成例がブロック図として示されている。以下においては、説明簡略化のため、ｚ方向の一次元シミングについて記述する。本発明は、二次元シミング及び三次元シミングに対しても適用され得る。
【００３０】
ＮＭＲ測定装置は、本実施形態において、演算制御部１０、送受信部１２及び測定部１４を有する。それらに跨ってシムシステムが構成されている。シムシステムは、シムシステムコントローラ４０、シムドライバ４３、シムコイルユニット２０の他、磁場マップを演算するための特別な構成を含んでいる。演算制御部１０は、演算部及び制御部として機能する情報処理装置等によって構成される。
【００３１】
測定部１４は、超電導コイルを含む静磁場発生器１６、そのボア１６Ａ内に設置されるシムコイルユニット２０、及び、プローブ１８を有している。プローブ１８は、試料管２２を備えており、その内部には測定対象試料（溶液）が入れられている。プローブ１８は、ボア１６Ａ内に挿入される挿入部とボア１６Ａの外部に設けられる基部とからなる。挿入部には、試料管の他、検出コイルを含む電気回路が設けられている。試料管２２は必要に応じて回転駆動される。例えば、ｚ方向シミングを実行する場合に、試料管２２が回転駆動される。なお、後述する２つのキャリブレーションマップを生成する際には標準試料が利用される。
【００３２】
シムコイルユニット２０は、シミングのための複数のシムコイル（シムコイル群）を含むものである。例えば、三次元シミングを行うために、数十個のシムコイルが設けられる。それには、Ｚ１項に対応するＺ１シムコイル、Ｚ２項に対応するＺ２シムコイル、Ｚ３項に対応するＺ３シムコイル、等が含まれる。シムコイルユニット２０内の特定のシムコイルを利用して勾配磁場が生成されてもよい（その場合、そのコイルはHomospiolコイルと呼ばれる）。プローブ１８内に勾配磁場生成用のコイル（ＦＧコイル）を設けてもよい。
【００３３】
測定分解能を高めるために、測定対象試料が存在する領域の全体にわたって、静磁場の均一度を高めることが必要であり、そのための構成がシムシステムである。プローブごとに且つ測定対象試料ごとに、必要に応じて、シミングが実行される。
【００３４】
演算制御部１０は、送受信制御部２４、信号処理部３０、磁場マップ演算部３８、シムシステムコントローラ４０、記憶部４２等を有する。送受信制御部２４は、パルスシーケンスに従って、送信信号の生成及び受信信号の処理を制御するものである。送受信制御部２４はシーケンサとしての機能を備えている。図示されていない情報処理装置においてパルスシーケンスが生成され、それを示すデータが送受信制御部２４に与えられている（符号２５を参照）。送受信制御部２４がパルスシーケンス生成機能を備えていてもよい。送受信制御部２４は、位相オフセットマップ生成用送受信制御部２４Ａを有している。その送受信制御部２４Ａは、位相オフセットマップを生成する予備的測定工程において送受信制御を実行するものであり、具体的には、当該工程において、後に図３に例示する第１パルスシーケンス及び第２パルスシーケンスに従う送受信を制御する。
【００３５】
信号処理部３０は、受信信号を処理するモジュールであり、それは、周波数解析部３２、位相オフセットマップ生成部３４及びα演算部３６を有している。周波数解析部３２は、複素ＦＦＴ演算により、時間軸上の複素信号（受信信号）から周波数軸上の複素信号を生成する。予備的測定工程においては、複素ＦＦＴ演算後の複素信号を構成する実数部及び虚数部から、偏角としての位相が演算される。
【００３６】
位相オフセットマップ生成部３４及びα演算部３６は、予備的測定工程において機能するものである。位相オフセットマップは、ｚ方向の各位置における位相オフセットからなるものである。各位相オフセットは、位相展開時間τに依存せず且つ不均一磁場成分に依存しない位相の初期値に相当する。αは、位相オフセットマップの生成時において、及び、磁場マップの演算時において、利用される比率である。位相オフセットマップの生成及び比率αの演算については後に詳述する。
【００３７】
なお、信号処理部３０は位相マップ生成手段として機能する。位相オフセットマップ生成部３４が位相オフセットマップ生成手段として機能する。後述する磁場マップ演算部３８が磁場マップ演算手段として機能し、シムシステムコントローラ４０がシム調整手段として機能する。
【００３８】
記憶部４２には、予備的測定工程において演算された位相オフセットマップ及び比率αが格納される。また、記憶部４２には、各シム項の実体をなす基本マップ（Ｚ１マップ等）が事前に格納される。三次元シミングを行う場合、Ｚ１マップ〜Ｚ６マップの他、Ｘ１マップ、ＸＺ１マップ、Ｘ２マップ、ＸＺ２マップ、・・・等が事前に求められて、それらが記憶部４２に格納される。
【００３９】
磁場マップ演算部３８は、長い位相展開時間longτを有する第２パルスシーケンスの実行によって得られた位相マップと、記憶部４２に記憶された位相オフセットマップ及び比率αと、に基づいて、磁場マップを演算するものである。本実施形態では、事前に位相オフセットマップ及び比率αが求められていることを前提として、磁場マップ演算ごとに、第２パルスシーケンスだけ実行すれば足り、短い位相展開時間shortτを有する第１パルスシーケンスの実行は不要である。
【００４０】
シムシステムコントローラ４０は、シミングを制御するものであり、具体的には、磁場マップから合成マップを減算した後の残差マップが最小となるように、合成マップを構成する複数の基本マップに与える複数のシム値の最適な組合せを求めるものである。その際には、記憶部４２に記憶された複数の基本マップが参照される。通常、複数のシム値の組み合わせを変えながら、残差マップを演算及び評価する過程（つまり補正磁場調整）が繰り返される。
【００４１】
送受信部１２は、シムドライバ４３、送信部２６及び受信部２８からなる。送信部２６は、送受信制御部２４の制御の下、パルスシーケンスに従うＲＦ送信パルスを生成し、それをプローブ１８へ供給する回路である。受信部２８は、送受信制御部２４の制御の下、プローブ１８から出力されたＲＦ受信信号（ＦＩＤ信号）を処理する回路である。処理後の受信信号が信号処理部３０へ送られる。なお、勾配磁場を形成する際に、送受信制御部２４からシムシステムコントローラ４０に対して制御信号が与えられてもよい。
【００４２】
図２には、従来のシミング動作が示されている。Ｓ１０Ａでは、shortτパルスシーケンス（第１パルスシーケンス）に基づく送受信が実行される。これにより、Ｓ１２Ａにおいて、shortτ位相マップが生成される。位相マップの横軸はｚ軸であり、位相マップの縦軸は位相軸である。shortτ位相マップは上記(1)式で表される。Ｓ１０Ａとは別のタイミングにおいて、Ｓ１０Ｂが実行される。Ｓ１０Ｂでは、longτパルスシーケンス（第２パルスシーケンス）に基づく送受信が実行される。これにより、Ｓ１２Ｂにおいて、longτ位相マップが生成される。longτ位相マップは上記(2)式で表される。
【００４３】
Ｓ１６では、上記(3)式に従って、longτ位相マップからshortτ位相マップを減算することにより、Δτ位相マップが演算される。Δτ位相マップをΔτで割ることにより、磁場マップが演算される。その磁場マップは、上記(3)式中のΔB0inhomo磁場マップである。このように求められた磁場マップに対して合成マップを加算した結果が、できるだけ平坦になるように、Ｓ１８において、合成マップを構成する複数の基本マップに与える複数のシム値（シム値列）が探索される。Ｓ２０では、複数のシム値に基づいて複数の電流値が演算され、それらの電流値を有する複数の電流がシムコイル群へ供給される。これにより、補正磁場が生成され、あるいは、既に加えられている補正磁場が変更される。補正磁場を可変しながら上記過程を繰り返すことによって、複数のシム値の最適な組合せが探索される。なお、Ｓ１６において、Δτ位相マップに対するΔτによる除算を省略し、Δτ位相マップをΔB0inhomo磁場マップに相当するものとして取り扱うようにしてもよい。
【００４４】
図３の上部５０には第１パルスシーケンスが示されている。図３の下部５２には第２パルスシーケンスが示されている。上部５０及び下部５２において、上段には２つの送信パルス（90°パルス，１８０°パルス）及び受信期間（Acq_time）５８が示されており、下段には勾配磁場の印加期間６２が示されている。
【００４５】
第１パルスシーケンス及び第２パルスシーケンスについて具体的に説明する。最初に、９０°パルスにより、横磁化が生成される。その後の期間５４Ａ，５４Ｂが位相展開時間τ（sortτ，longτ）であり、当該期間５４Ａ，５４Ｂにわたって、ｚ方向の各位置において、不均一磁場成分の大きさに応じて、横磁化の位相が広がる（換言すれば、回転座標系において、オンレゾナンスからのずれが拡大していく）。次の期間５６は受信期間の半分の時間長（Acq_time／２）を有し、当該期間５６においては、不均一磁場成分及び勾配磁場の２つにより位相が広がる。その後、１８０°パルスにより、Ｚ方向の各位置において位相が反転する。受信期間５８においては、その中間時点６０（つまり１８０°パルスからAcq_time／２だけ経過した時点）で、期間５４Ａ，５４Ｂ以外で広がった位相成分がゼロに収束し、スピンエコーが観測される。すなわち、その時に観測される位相は、不均一磁場成分の影響を受けて広がった位相だけとなる。なお、位相は、周波数解析後の複素信号における実数部と虚数部とを用いて偏角を演算することにより特定される。その場合には例えばφ＝atan2（imag, real）が計算される。
【００４６】
以上のように、第１パルスシーケンスの実行により第１位相マップが取得され、第２パルスシーケンスの実行により第２位相マップが取得される。その上で、第２位相マップから第１位相マップを減算することにより、位相オフセットマップがキャンセルされつつ、Δτ位相マップが得られる。その後、Δτ位相マップをΔτで割ることにより磁場マップが求められる。上記のようにΔτの除算は省略され得る。
【００４７】
図２に示した従来法では、磁場マップの１回の演算当たり２回の測定を行うことが必須となる。これに対し、以下に説明する本実施形態による手法によれば、測定回数を半減させることが可能である。
【００４８】
図４において、Ｓ３２以降の本測定工程（磁場マップ演算工程）の実行に先立って、予備的測定工程Ｓ３０が実行される。その予備的測定工程Ｓ３０は、longτとΔτの比率αを演算する工程Ｓ３０Ａと、位相オフセットマップを生成する工程Ｓ３０Ｂと、を含むものである。それらの詳細については後に図５を用いて説明する。
【００４９】
Ｓ３２では、longτパルスシーケンス（第２パルスシーケンス）に従う送受信が実行される。これにより、Ｓ３４において、longτ位相マップが生成される。Ｓ３６では、以下の計算式を実行することにより、磁場マップが生成される。
【００５０】
［数３］
磁場マップ＝（longτ位相マップ−位相オフセットマップ）／（αΔτ）  …(4)
【００５１】
上記(4)式の分子である（longτ位相マップ−位相オフセットマップ）は、上記(2)式から、（longτ＊ΔB0inhomo磁場マップ）と表現される。(4)式の分母に含まれるαは、α＝longτ／（longτ−shortτ）で定義される。αについては後に詳述する。Δτは上記のように位相展開時間差であり、上記(4)式を実行する場合、Δτとして設定値を用いることになる。なお、(4)式において、Δτの除算を省略することも可能であり、その場合、Δτが乗算された磁場マップが求められる。
【００５２】
Ｓ３８及びＳ４０では図２に示したＳ１８及びＳ２０と同様の工程が実行される。いずれにしても、本実施形態の手法によれば、磁場マップ演算の都度、2回の測定を行わなくてよく、1回の測定で足りることになる。これはシミング時間の短縮という大きな利点をもたらすものである。
【００５３】
図５には、予備的測定工程（図４中のＳ３０）の第１例が概念図として示されている。符号６４Ａ，６４Ｂから符号８０までが比率演算工程を示しており、符号８４Ａ，８４Ｂから符号９０までが位相オフセットマップ演算工程を示している。
【００５４】
まず、比率演算工程について説明する。比率αは、α＝longτ／（longτ−shortτ）＝longτ／Δτとして定義される。以下に説明するように、不均一磁場成分及び位相オフセットに影響されずに、比率αが演算される。
【００５５】
複数のシム項の内で、特定のシム項（例えば、Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３又はＺ４）が選択される。後に図６乃至図９に示すように、実験によれば、いずれのシム項を選択しても、ほぼ同じようなオフセットマップが得られている。
【００５６】
特定のシム項についてのシム値（現在値）を所定値だけプラス側に変化させた上で、shortτパルスシーケンス６４Ａ及びlongτパルスシーケンス６４Ｂを実行することにより、Shim(+)shortτ位相マップ（正側第１位相マップ）６８Ａ及びShim(+)longτ位相マップ（正側第２位相マップ）７０Ａが得られる。一方、特定のシム項についてのシム値（現在値）を所定値だけマイナス側に変化させた上で、shortτパルスシーケンス６４Ａ及びlongτパルスシーケンス６４Ｂを実行することにより、Shim(-)shortτ位相マップ（負側第１位相マップ）６８Ｂ及びShim(-)longτ位相マップ（負側第２位相マップ）７０Ｂが得られる。それら４つの位相マップは以下のように表される。
【００５７】
［数４］
Shim(+)shortτ位相マップ
＝位相オフセットマップ＋shortτ＊ΔB0inhomo磁場マップ
＋shortτ＊Shim(+)磁場マップ                          …(5-1)
Shim(+)longτ位相マップ
＝位相オフセットマップ＋longτ＊ΔB0inhomo磁場マップ
＋longτ＊Shim(+)磁場マップ                           …(5-2)
Shim(-)shortτ位相マップ
＝位相オフセットマップ＋shortτ＊ΔB0inhomo磁場マップ
＋shortτ＊Shim(-)磁場マップ                           …(5-3)
Shim(-)longτ位相マップ
＝位相オフセットマップ＋longτ＊ΔB0inhomo磁場マップ
＋longτ＊Shim(-)磁場マップ                            …(5-4)
【００５８】
上記において、ΔB0inhomo磁場マップは、測定前から生じている不均一磁場成分の分布である。Shim(+)磁場マップは、特定のシム値をプラス側に変化させた場合における、ｚ方向の各位置での磁場の変化分を示すものである。Shim(-)磁場マップは、特定のシム値をマイナス側に変化させた場合における、ｚ方向の各位置での磁場の変化分を示すものである。なお、図５においては、４つの位相マップが符号７２で特定されている。Shim(+)longτ位相マップ７０Ａ及びShim(-)longτ位相マップ７０Ｂが符号７４で特定されている。
【００５９】
以上を前提として、シムの基本マップ（キャリブレーションマップ）を求める手法に倣って、キャリブレーションマップＡ（符号７６参照）は以下のように演算される。
【００６０】
［数５］
キャリブレーションマップＡ
＝（shim(+)longτ位相マップ−shim(+)shortτ位相マップ）
−（shim(-)longτ位相マップ−shim(-)shortτ位相マップ）  …(6-1)
＝（longτ−shortτ）＊（shim(+)磁場マップ−shim(-)磁場マップ）
＝Δτ＊Δshimキャリブレーションマップ                   …(6-2)
【００６１】
キャリブレーションマップＡは、ｚ方向の各位置における、Δτの期間で生じた、シム変化量に対する位相変化量を示すものである。キャリブレーションマップＡの導出過程で、不均一磁場成分の分布（磁場マップ）及び位相オフセットマップがキャンセルされている。よって、キャリブレーションマップＡを基準Δτ位相マップと称することも可能である。(6-2)式において、Δτは、αを演算するために必要な２つのパラメータの内の一方であり、Δshimキャリブレーションマップはシムの基本マップ（補正磁場成分の分布を示すキャリブレーションマップ）に相当するものである。なお、Δshimキャリブレーションマップではなく、Δτ＊Δshimキャリブレーションマップをシムの基本マップとして用いることも可能である。磁場マップ及び各基本マップのいずれにもΔτが乗算されていれば、磁場マップと合成マップとを比較する上で不都合は生じない。
【００６２】
一方、キャリブレーションマップＢ（符号７８参照）は以下のように演算される。
【００６３】
［数６］
キャリブレーションマップＢ
＝shim(+)longτ位相マップ−shim(-)longτ位相マップ  …(7-1)
＝longτ＊（shim(+)磁場マップ−shim(-)磁場マップ）
＝longτ＊Δshimキャリブレーションマップ           …(7-2)
【００６４】
キャリブレーションマップＢは、ｚ方向の各位置における、longτの期間で生じた、シム変化量に対する磁場変化量を示すものである。キャリブレーションマップＢの導出過程で、不均一磁場成分の分布（磁場マップ）及び位相オフセットマップはキャンセルされている。よって、キャリブレーションマップＢを基準longτ位相マップと称することも可能である。(7-2)式において、longτは、αを演算するために必要な２つのパラメータの内の他方であり、Δshimキャリブレーションマップは上記キャリブレーションマップＡにも含まれる成分である。
【００６５】
比率αは、以下の(8)式を前提として、Σε2を最小とするα及びβの組み合わせを求めることにより、特定される。
【００６６】
［数７］
ε＝−α（キャリブレーションマップＡ）
＋（キャリブレーションマップＢ）＋β  …(8)
【００６７】
Σε2を最小とするα及びβの組み合わせを求めるには最小二乗法を利用することができ、具体的には、特異値分解やNewton法等を利用することができる。上記(6-2)式及び上記(7-2)式を対比すると、それらの間において、Δshimキャリブレーションマップは共通しており、相違するのはΔτ及びlongτである。上記(8)式において、Σε2が最小となった時点は、比率αの作用により２つのキャリブレーションマップが最も良好にフィッティングした時点である。その時点での比率αがΔτとlongτの間の真の関係（α＝longτ／Δτ）を示すものであるとみなせる。
【００６８】
ここで、longτ位相マップ−α（longτ位相マップ−shortτ位相マップ）を計算すると、上記(1)式及び(2)式から、並びに、比率αの上記定義から、以下が導かれる。
【００６９】
［数８］
longτ位相マップ−α（longτ位相マップ−shortτ位相マップ）
＝位相オフセットマップ＋longτ＊ΔB0inhomo磁場マップ
−longτ／（longτ−shortτ）（位相オフセットマップ
＋longτ＊ΔB0inhomo磁場マップ−位相オフセットマップ
−shortτ＊ΔB0inhomo磁場マップ）
＝位相オフセットマップ
【００７０】
整理すると、位相オフセットマップは以下のように演算される。
【００７１】
［数９］
位相オフセットマップ
＝longτ位相マップ−α（longτ位相マップ−shortτ位相マップ）  …(9)
【００７２】
よって、図５において、shortτパルスシーケンス８４Ａ及びlongτパルスシーケンス８４Ｂを順次実行して、shortτ位相マップ８８Ａ及びlongτ位相マップ８８Ｂを得れば、それらと既に求まっている比率αから、上記(9)式に基づいて、位相オフセットマップ９０を求めることが可能となる。
【００７３】
予備的測定工程において演算された位相オフセットマップ及び比率αは記憶部上に格納される。その後、磁場マップを求める工程では、第２パルスシーケンスの実行によって得られた位相マップと、記憶されたオフセットマップ及び比率αから、上記(4)式に従って、磁場マップが演算される。その磁場マップに従ってシム調整が実行される。
【００７４】
上記の予備的測定工程の第１例においては、実際のshortτ及びlongτ（あるいはlongτ及びΔτ）が不明であっても、比率αを正確に推定することが可能であり、ひいては位相オフセットマップを正確に演算することが可能である。
【００７５】
図６には、キャリブレーションマップＡ，Ｂの生成に際してシムＺ１が選択された場合において演算された位相オフセットマップ１００が示されている。横軸はｚ方向の位置を示しており、縦軸は位相（角周波数ω）を示している。このことは以下に説明する図７乃至図９においても同様である。図７には、キャリブレーションマップＡ，Ｂの生成に際してシムＺ２が選択された場合において演算された位相オフセットマップ１０２が示されている。図８には、キャリブレーションマップＡ，Ｂの生成に際してシムＺ３が選択された場合において演算された位相オフセットマップ１０４が示されている。図９には、キャリブレーションマップＡ，Ｂの生成に際してシムＺ４が選択された場合において演算された位相オフセットマップ１０６が示されている。図６乃至図９の相互対比から理解できるように、いずれのシム（シム項）を選択しても、ほぼ同様の位相オフセットマップが得られている。なお、図６乃至図９の測定結果を得るに際して、測定対象核は２Ｈであり、１Ｈ周波数で６００MHz（１４．１Ｔ）の静磁場が利用されている。
【００７６】
図１０には、図２に示した従来方法によって得られた磁場マップ（実線）１０８と、図４等に示した本実施形態の方法によって得られた磁場マップ（破線）１１０と、が示されている。測定条件は上記同様である。横軸はｚ方向の位置を示しており、縦軸は不均一磁場成分の強さを示している。横軸の両端部は実際には利用されない領域であり、両端部の間が実際に利用される領域である。その領域内において、磁場マップ１１０は磁場マップ１０８にかなり近いものとなっている。このことから、実施形態に係る手法は従来方法に十分に代替可能なものであることを理解できる。
【００７７】
図１１には、予備的測定工程の第２例が示されている。shortτ及びlongτ（あるいはlongτ及びΔτ）が既知である場合（例えば各設定値をそのまま利用しても問題がないような場合）、図１１に示す第２例を採用することが可能である。ここで、符号８４Ａから符号９０で示す内容は図５に示した第１例と同じである。第２例においては、α演算９２において、設定あるいは実測されたshortτ及びlongτ（あるいはlongτ及びΔτ）から、比率αが演算される。その比率αが位相オフセットマップ９０の演算で利用され、また、磁場マップの演算で利用される。
【００７８】
上記においては一次元グラジエントシミングを前提として実施形態に係る手法を説明したが、本実施形態に係る手法を二次元グラジエントシミング及び三次元グラジエントシミングに適用することも可能である。この場合、位相オフセットマップは三次元座標（ｘ、ｙ、ｚ）ごとの位相オフセットからなる三次元マップとなる。
【００７９】
上記実施形態では、磁場測定に際し、longτ位相マップが取得されていたが、それに代えてshortτ位相マップを取得することも考えられる。上記実施形態においては、パルスエコー法が適用されていたが、グラジエントエコー法及びその他の方法が適用されてもよい。
【符号の説明】
【００８０】
１０  演算制御部、１２  送受信部、１４  測定部、２０  シムコイルユニット、２４  送受信制御部、２４Ａ  オフセットマップ生成用送受信制御部、３０  信号処理部、３４  オフセットマップ生成部、３６  α演算部、４２  記憶部、５０  第１パルスシーケンス、５２  第２パルスシーケンス。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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