(57)【要約】【課題】あるパッシブシム温度範囲にわたってイメージング・システム内の磁場の均一性を維持する。【解決手段】撮像用マグネット１６を備えたイメージング・システム１０のマグネット・ボア１８は内部に複数のパッシブシム２６と、複数の抵抗性シム４６も配置している。複数の温度計２８をある選択した数の複数のパッシブシム２６と熱的に結合させ、パッシブシム温度３６を読み取らせている。コントローラ３２をこの複数の温度計２８と複数の抵抗性シム４６に接続している。このコントローラ３２は、磁場の強度及びその均一性を維持するように、複数の抵抗性シム４６の各々に送られる制御電流４０を温度計２８の各々から受け取った抵抗性シム温度３６に応答して調整するように適合させたロジックを含んでいる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネット・ボア（１８）を含む撮像用マグネット（１６）と、
前記マグネット・ボア（１８）の内部に配置した複数のパッシブシム（１２）と、
前記マグネット・ボア（１８）の内部に配置した複数の抵抗性シム（４２）と、
その各々がパッシブシム温度（３６）を読み取っているような、前記複数のパッシブシム（１２）のうちの１つまたは複数と熱的に結合させた複数の温度計（２８）と、
磁気的均一性を維持させるように、前記複数の抵抗性シム（４２）の各々に送られる制御電流（４０）を前記温度計（２８）から受け取った前記パッシブシム温度（３６）に応答して調整するように適合させたロジックを含むような、前記温度計（２８）及び前記複数の抵抗性シム（４２）と接続したコントローラ（３２）と、
を備えるイメージング・システム（１０）。
【請求項２】
前記複数の抵抗性シム（４２）が前記コントローラ（３２）と電気的に接続した複数のコイル（４６）を備えている、請求項１に記載のイメージング・システム（１０）。
【請求項３】
前記複数のパッシブシム（１２）をその上に配置させている、前記マグネット・ボア（１８）の内部に配置した第１の円筒形表面（２４）と、
前記複数のコイル（４６）をその上に配置させている、前記第１の円筒形表面（２４）の内部に配置した第２の円筒形表面（４４）と、
をさらに備える請求項２に記載のイメージング・システム（１０）。
【請求項４】
前記ロジックがさらに、
前記パッシブシム温度のうちの１つを前記磁気的均一性と関連させている第１の伝達関数を生成させる工程（１３０）と、
前記第１の伝達関数を利用して前記制御電流のうちの１つを決定する工程（１４０）と、
前記制御電流を前記複数の抵抗性シムのうちの１つに送る工程（１７０）と、
を実行するように適合されている、請求項１に記載のイメージング・システム（１０）。
【請求項５】
前記複数のパッシブシムの各々は複数のパッシブシム位置（３０）を含んでおり、該複数のパッシブシム位置（３０）の各々と前記複数の温度計（２８）のうちの１つを熱的に結合させている、請求項１に記載のイメージング・システム（１０）。
【請求項６】
マグネット・ボア（１８）を含む撮像用マグネット（１６）と、
前記マグネット・ボア（１８）の内部に配置したパッシブシム（１２）と、
前記マグネット・ボア（１８）の内部に配置した抵抗性シム（４２）と、
前記パッシブシム（１２）と熱的に結合させた、パッシブシム温度（３６）を計測している温度計（２８）と、
磁気的均一性を維持させるように、前記抵抗性シム（４２）に送られる制御電流（４０）を前記温度計（２８）から受け取った前記パッシブシム温度（３６）に応答して調整するように適合させたロジックを含むような、前記温度計（２８）及び前記抵抗性シム（４２）と接続したコントローラ（３２）と、
を備えたイメージング・システム（１０）。
【請求項７】
イメージング・システム（１０）が発生させる磁場の均一性の制御方法であって、
磁場の内部に配置した複数のパッシブシムのパッシブシム温度を計測する工程（１８０）と、
磁場の均一性を維持するように、磁場の内部に配置した複数の抵抗性シムに送られる複数の制御電流を前記複数のパッシブシム温度に応答して調整する工程（１９０）と、
を含む方法。
【請求項８】
前記パッシブシム温度を磁場の均一性と関連させている複数の伝達関数を利用して前記複数の制御電流を決定する工程（１４０）をさらに含む請求項７に記載のイメージング・システムが発生させる磁場の均一性の制御方法。
【請求項９】
磁場の均一性を変化させるために前記複数のパッシブシムを加熱する工程（１１０）と、
磁場の均一性の変化を計測する工程（１２０）と、
前記パッシブシム温度を磁場の均一性と関連させている複数の伝達関数を生成させる工程（１３０）と、
をさらに含む請求項８に記載のイメージング・システムが発生させる磁場の均一性の制御方法。
【請求項１０】
前記複数のパッシブシムの磁化の変化を前記パッシブシム温度の関数として決定する工程（１５０）と、
磁化の前記変化による磁場の均一性の変化を複数のパッシブシム位置において計算する工程（１６０）と、
をさらに含む請求項７に記載のイメージング・システムが発生させる磁場の均一性の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的には磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムに関し、またさらに詳細には、あるパッシブシム温度範囲にわたってイメージング・システム内の磁場の均一性を維持するための方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴イメージング法（ＭＲＩ）は多くの場合、得られる医用画像の改善に関して均一な磁場に依存している。所望の均一磁場を発生させるためには、パッシブシムとして使用する強磁性素子を撮像用マグネットのボア内に配置させることが一般的である。多くの場合これらのパッシブシムは、磁場に影響を与えるその能力を高めるために、しばしば抵抗性シムと呼ぶような給電を受けた磁場補正コイルを使用することによって補完させている。パッシブシムの位置は、磁場に対するその影響によって磁場がより均一となるように慎重に選択しなければならない。
【０００３】
このパッシブシムは磁場均一性の改善に関しては有効であるが、鉄片などの多くのパッシブシムでは温度による影響を受けることが知られている。イメージング・システムを動作させると、パッシブシムはその温度が変化することがある。多くのパッシブシムでは、この温度変化がシムの磁化に影響を及ぼし、このためその磁場に影響を及ぼすことがある。これによってボア内の磁場強度が変化するのみならず、パッシブシムの温度の変化に伴って磁場の均一性も悪くなることがある。磁場の均一性に対するこのマイナスの影響は画質の劣化につながる可能性がある。
【０００４】
鉄などのパッシブシムの磁場に対する影響を排除しようとするアプローチの１つは、使用している鉄などの材料の量を最小限にすることである。このことは、熱的に安定である場合に鉄製あるいは同様のシムによって提供されるプラスの恩恵に逆行することになる。別のアプローチでは、超伝導コイルなど代替的なシム調整解決法を目指している。しかし、これら代替的な解決法では、その適応性や実現性に不利に働くような実現コストの上昇を伴うことが多い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、磁場均一性に対する制御を改良させた磁気共鳴イメージング・アセンブリがあることが極めて望ましい。さらに、周知の多くの代替的シム調整解決法に関連するコストを生じさせることなく磁場均一性に対してこうした改良型制御を有することが極めて望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
マグネット・ボアを有する撮像用マグネットを備えたイメージング・システムを提供する。このマグネット・ボアの内部には、複数のパッシブシムを配置している。マグネット・ボアの内部にはさらに、複数の抵抗性シムも配置している。これら複数のパッシブシムのうちの選択した数のパッシブシムには、複数の温度計を熱的に結合させ、パッシブシム温度を読み取らせている。この複数の温度計及び複数の抵抗性シムにはコントローラを接続させている。このコントローラは、磁気的均一性を維持するように複数の抵抗性シムの各々に送る制御電流を温度計の各々から受け取ったパッシブシム温度に応答して調整するように適合させたロジックを含んでいる。
【０００７】
本発明のその他の特徴は、付属の図面及び添付の特許請求の範囲と関連して取り上げた好ましい実施形態に関する詳細な説明に照らして検討することによって明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明は、パッシブシム・アセンブリ１２の温度の変化に起因する磁場の値や磁場均一性の変化を実質的に相殺させるように抵抗性シム・アセンブリ１４に供給する電流の調整が可能となるように、パッシブシム・アセンブリ１２内部の温度変化を監視し、抵抗性シム・アセンブリ１４（磁場の値を変更させるようなＢ０成分も含むことがある）にフィードバックを提供するように設計したイメージング・システム１０（具体的には、磁気共鳴イメージング・システム）を含む。本発明の実施の一形態の図を図１に表している。
【０００９】
イメージング・システム１０は、マグネット・ボア１８をその中心に形成させて製作した撮像用マグネット１６を含んでいる。この撮像用マグネット１６と組み合わせて傾斜コイル２０（または、複数の傾斜コイル）を配置することがあり、またこの傾斜コイル２０は撮像用マグネット・ボアの内部に配置するのが一般的である。しかし、本発明はさらに、マグネット・ボア１８の内部に配置したパッシブシム・アセンブリ１２を含んでいる。本発明では多種多様なパッシブシム・アセンブリ１２を企図している。実施の一形態では、マグネット・ボア１８の内部に配置した第１の円筒形表面２４の周りに形成させた鉄製リング素子などの鉄片２２の使用を企図している。別の実施形態では、制御した量の鉄２２をその内部に導入するための多数の小型の局在ポケットの使用を企図している。多くの場合に、例えば１つのシムトレイを受け入るようにその各々を適合させた複数のシムスロットを利用しており、一方このシムトレイによって複数の個々のパッシブシム２６を保持することができる。こうした鉄片２２は複数個使用することができると共に、その各々を個々のパッシブシム２６と見なすことができることを理解されたい。これらのパッシブシム２６では、個々のパッシブシム温度を変化させるとその磁化が変化することが知られている。これによって、撮像用マグネット１６が発生させる磁場が変化することが知られている。
【００１０】
本発明は、ある選択した数の複数のパッシブシム２６と熱的に結合させた複数の温度計２８をさらに含めることによって、パッシブシム・アセンブリ１２の温度変化に関する問題に対処している。パッシブシム２６のすべてに温度計２８を結合させる必要はないが、温度変化を正確に反映させるのに適したある選択した数だけは必要であることを理解されたい。この方式では、パッシブシム２６の温度を監視することができる。温度計２８という語は、温度を監視するように設計したすなわち適合させた広範な方法及びデバイスのすべてを包含させるように意図しており、特定の計測器に限定することを意図していない。複数のパッシブシム２６に対して単一の温度計２８を利用することもあるが、本発明は複数のパッシブシム位置３０を含むことがあると共に、複数のパッシブシム位置３０の各々に１つの温度計２８を結合させることがあることを企図している。温度計２８とパッシブシム位置３０の全体の数を利用して、本システムの精度を変更することができる。
【００１１】
複数の温度計２８の各々はコントローラ３２と接続している。このコントローラ３２は、温度計２８からの電気インパルスを複数のパッシブシム温度３６に変換するために使用するサーミスタ読取器３４を含むことがある。しかし、代替的な実施形態では、温度計２８の読み値を利用可能なディジタル情報に変換するためによく知られた広範な方法を利用することがある。コントローラ３２はさらに、抵抗性シム・アセンブリ１４と接続している。このコントローラ３２は、抵抗性シム・アセンブリ１４を形成している複数の抵抗性シム４２の各々に送られる制御電流４０を制御できる電流ドライバ３８を含むことがあることが企図される。この制御電流４０は温度変化によるパッシブシム２６の磁化の変化をすべて相殺させるために利用している。この抵抗性シム・アセンブリ１４は、磁気ボア１８の内部かつ第１の円筒形表面２４の内部にある第２の円筒形表面４４上に配置することがある。
【００１２】
抵抗性シム・アセンブリ１４は、多様な抵抗性シム４６を備えることがある。抵抗性シム４６の数及び位置は、特定のタイプの磁場補正を提供するように変更することが可能である。実施の一形態では、個別化した制御電流４０を各コイル４６（図２参照）に送信できるように、独立した回路上でコントローラ３２に配線した銅コイルなど複数の個別のコイル４６の使用が企図される。これによって、マグネット１６の均一性を最適に維持することが可能となる。本発明を完全に最適化するためには、個々のコイル４６の数及び配置以外に、各コイルの巻き線数や個々の各コイル４６の精密な配置を調整することがあることが企図される。個々のコイル４６の構成を変更することもある。図３は、Ｚ２タイプの抵抗性シムコイル４７、並びにＸタイプの抵抗性シムコイル４９を使用しているところを図示している。さらにこの傾斜コイル２０は、傾斜コイル２０及び抵抗性シム４６とパッシブシム・アセンブリ１２、あるいはマグネット１６や一般にクライオスタット５１を含むような伝導素子との相互作用にもさらに対処できるように、コントローラ３２と接続していること（図１参照）を理解されたい。傾斜コイル２０や抵抗性シム４６が動作すると、クライオスタット５１を含む伝導素子内に流れるうず電流のために磁場に小さなゆらぎが生ずることがあり得る。この実施形態では、抵抗性シム４２の各々に送られる制御電流４０はさらに、熱的変動以外に傾斜コイル２０の干渉を相殺させるようにコントローラ３２によって調整することがある。較正制御以外にイメージング・アセンブリ１０に対するユーザ制御を可能とするように、コントローラ３２と接続させてコンソール要素４８を配置することがある。
【００１３】
本発明の構造についてこうして詳細に記載してきたが、本発明を動作させように広範な変形形態を開発できることを理解されたい。本発明の動作上の性質に関する実施の一形態を図４の流れ図で表している。本発明は、イメージング・システムの較正（１００）で開始となる。この較正は多種多様な方式で実現することができる。図５に示す実施の一形態では、磁場の均一性を変更するためにパッシブシムを加熱する（１１０）ように企図している。この加熱は、多種多様な方式で実現することができる。傾斜コイル２０をオンにさせてオン状態のままにすることがある。液体冷却アセンブリをオフにしたり、あるいはその流れを減少させることがある。パッシブシムを加熱させるために、外部の加熱素子または加熱デバイスを使用することもあり得る。パッシブシム２６に対する温度勾配を意図的に変化させることによって、その温度変化に応答して磁場の均一性を意図的に変化させることができる。したがって、この較正は、磁場の均一性の変化を計測する工程（１２０）を含む。この工程は、磁場を計測するための周知の多種多様な手順のうちの任意の手順を用いて実現することができる。したがって、パッシブシム２６の温度プロフィールとマグネットの均一性に対する影響との間で一組の伝達関数を決定している（１３０）。これらの伝達関数は、そのマグネットを最適にシム調整するために抵抗性シムで必要となる電流を決定する（１４０）ために使用することができる（図４参照）。この決定は、パッシブシム２６に対する温度の影響のために生じるのと逆方向の変化を生成させることによって実現させている。
【００１４】
図６に示す代替的な較正手順（１００）では、パッシブシムの温度変化によるマグネット均一性に対する影響を決定するための理論的分析を実施することができる。この分析では、パッシブシムの磁化の変化をパッシブシム温度の関数として決定すること（１５０）が必要である。この機能上の関係は実験的に決定することができる。この機能上の関係はコンピュータ・プログラムなどの予測ツールと組み合わせて使用することができ、この予測ツールによって、パッシブシムを配置させた位置における磁化の変化による磁場の均一性の変化を計算している（１６０）。こうした予測機能を提供するには、既存のパッシブシム調整ソフトウェアを利用することができる。この予測ツールから、磁化の変化を相殺するために要する制御電流を計算することができる（１７０）。パッシブシム温度を制御電流と相関させるこの方法は、同じ結果を達成させるための上述した伝達関数の代わりに利用することもある。
【００１５】
イメージング・システム１０を適正に構成させた後、イメージング・システム１０の動作時にパッシブシム温度のリアルタイム計測を実施する（１８０）。これによってパッシブシム温度の連続した監視が可能となる。次いで、本システムは伝達関数を利用してパッシブシム温度を、パッシブシム温度による磁場の変化を相殺するのに適した相関させた制御電流に変換すること（１４０）ができる。予測ツール較正の場合では、パッシブシム温度と、磁場の変化を相殺するために抵抗性シムによって要求される必要な制御電流との間の正確な関係が既知である限りにおいて、伝達関数の代わりに相関テーブルあるいはその他の機能上の関係を利用できることを理解されたい。適正な制御電流を決定した後、抵抗性シムに送られる制御電流は、磁場均一性を維持させる（２００）ようにパッシブシム温度に応答して調整（１９０）している。この方式によって本発明は、磁場均一性のリアルタイムでの改善を提供しており、したがって画質の改善に寄与することができる。
【００１６】
本発明に関する具体的な実施形態を図示し記載してきたが、当業者には多くの変形形態や代替的な実施形態が得られよう。したがって、本発明は添付の特許請求の範囲によってのみ限定するように意図している。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の一形態による医用イメージング・システムの図である。
【図２】図１に示す複数の抵抗性シムの詳細図である。
【図３】図２に示す抵抗性シム・アセンブリの代替的な実施形態の詳細図である。
【図４】本発明によるイメージング・システムの内部の磁場の均一性を制御する方法を表した流れ図である。
【図５】図４に示す方法を較正するための方法を表した流れ図である。
【図６】図４に示す方法を較正するための代替的な方法を表した流れ図である。
【符号の説明】
【００１８】
１０  磁気共鳴イメージング・システム
１２  パッシブシム・アセンブリ
１４  抵抗性シム・アセンブリ
１６  撮像用マグネット
１８  マグネット・ボア
２０  傾斜コイル
２２  鉄製リング素子
２４  円筒形表面
２６  パッシブシム
２８  温度計
３０  パッシブシム位置
３２  コントローラ
３４  サーミスタ読取器
３６  パッシブシム温度
３８  電流ドライバ
４０  制御電流
４２  抵抗性シム
４４  円筒形表面
４６  抵抗性シム
４７  Ｚ２タイプの抵抗性シムコイル
４８  コンソール
４９  Ｘタイプの抵抗性シムコイル
５１  クライオスタット
【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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