(57)【要約】【課題】ＭＲＩ装置において、傾斜磁場の発生に伴う誤差磁場をさらに低減することが可能な磁場補正回路を実現する。【解決手段】補正回路３１において傾斜磁場パルス信号Ｓ1は(a)、(b)、(c)の３つの系統に供給される。(a)系統では信号S1はアンプ32により増幅され信号S2として傾斜磁場コイル9に供給される。(b)系統ではアンプ33により増幅され(c)系統からの信号と加算される。(c)系統では信号S1は絶対値化回路34により絶対値化された信号S3とされた後アンプ35により増幅され(b)系統からの信号と加算される。増幅された信号S1と増幅された絶対値化信号S3とが加算された信号S4が得られ、信号S4のパルス波高はアンプ33から出力された信号のレベルL1、L2よりプラス側にシフトした信号となり磁場補正コイル36に供給される。この結果、傾斜磁場コイルの磁束密度特性は補正され誤差磁場が補正される。【選択図】      図２
2005034538.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気共鳴イメージング装置の傾斜磁場コイルにより発生される傾斜磁場を補正する磁場補正装置において、
上記傾斜磁場コイルに供給される傾斜磁場発生用パルス信号の絶対値に比例して、上記傾斜磁場の誤差磁場を補正することを特徴とする磁場補正装置。
【請求項２】
請求項１記載の磁場補正装置において、空間的に１次の分布の誤差磁場を補正することを特徴とする磁場補正装置。
【請求項３】
請求項１記載の磁場補正装置において、空間的に均一な分布の誤差磁場を補正することを特徴とする磁場補正装置。
【請求項４】
請求項１、２、３のうちのいずれか一項記載の磁場補正装置において、傾斜磁場により発生される渦電流による誤差磁場を補正する渦電流補正手段を、さらに備えることを特徴とする磁場補正装置。
【請求項５】
被検体に静磁場および傾斜磁場を与える磁場発生系と、被検体に高周波磁場を照射する送信系と、核磁気共鳴信号を検出する受信系と、この受信系で検出された核磁気共鳴信号を用いて画像再構成演算をおこなう信号処理系と、装置全体の動作を制御する動作制御部とを有する磁気共鳴イメージング装置において、
上記傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイルに供給される傾斜磁場発生用パルス信号の絶対値を算出し、この算出した絶対値に比例する磁場補正パルス信号に基づいて、上記傾斜磁場の誤差磁場を補正する磁場補正手段を備える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、傾斜磁場の駆動に伴う誤差磁場を低減する磁場補正装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＲＩ装置において、時間的変動が小さく、空間的に線形であり、時間的には矩形に近い傾斜磁場パルスを発生させることは重要な課題であり、多くの発明がなされている。
【０００３】
その中で、傾斜磁場コイルによるパルス磁場が、コイル周囲の金属構造物に渦電流を生じさせ、磁場波形が鈍る事に対しても多くの発明がなされている。
【０００４】
渦電流による影響の補正としては、次の２つの事項を組み合わせることが知られている。
【０００５】
（１）渦電流による鈍り相当分を予めコイル電流に上乗せして駆動する。
【０００６】
（２）周囲の金属構造物に傾斜磁場パルスが到達しないようなアクティブシールド型の傾斜磁場コイルとする。
【０００７】
また、特許文献１には、渦電流による影響の向きが異なっても補正できるような技術が記載されている。
【０００８】
次に、渦電流の影響を補正した結果の誤差磁場として、傾斜磁場パルスの中心と、渦電流磁場の中心とがずれることが判明され、これを解消することが課題となった。
【０００９】
すなわち、傾斜磁場コイルの周囲導電体が空間的に互いに非対称に置かれたとき、傾斜磁場コイルが作る磁場分布と周囲導電体の渦電流による磁場分布とが一致しないため、傾斜磁場コイルの電流を補正したとしても、撮影空間全体では理想的な傾斜磁場パルスを得ることが出来ない。
【００１０】
そこで、次のような技術が考えられた。  
（１）傾斜磁場コイル以外に補正コイルを配置し、傾斜磁場電流に比例した補正電流を流す。
【００１１】
（２）周囲導体が対称になるように導体を配置する。
【００１２】
前者の例としては、特許文献２や非特許文献１に記載された技術がある。また、後者の例としては、特許文献３に記載された技術がある。
【００１３】
以上に述べた従来の技術でも、理想的な傾斜磁場パルスにかなり近いものを発生することが出来る。
【００１４】
つまり、定量的には何も補正しない状態にて１０％のオーダーの誤差磁場が発生するが、上記補正により、約０．１％程度の誤差磁場とすることができる。
【００１５】
【特許文献１】特開平８−６６３８３号公報
【００１６】
【特許文献２】特開昭６３−８４５３７号公報
【特許文献３】特開昭６３−１５００６０号公報
【非特許文献１】A Method for Correcting Eddy Current Induced by BO Compensation Coi1s; J.S.Gati: Proc. Intl. Soc. Mag. Reson. Med. 10(2002)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
ところで、最近では、ＭＲＩ装置において、傾斜磁場の発生に伴う誤差磁場をさらに、低減することが望まれている。
【００１８】
従来技術にあっては、コイル電流値に比例した成分についてのみ磁場を補正していたが、本発明者によれば、コイル電流の向きにはよらず、コイル電流の大きさにのみ比例する誤差磁場が生じ得ることが判明された。
【００１９】
ここで、コイル電流の向きによらない誤差磁場の発生について図５を参照して説明する。  
図５の（Ａ）に示すような正負のパルス電流を、傾斜磁場コイルに与えたときの様子を、図５の（Ｂ）（正の向きの電流が流れているとき（１））、図５の（Ｃ）（負の向きに電流が流れているとき（２））とに分けて説明する。
【００２０】
なお、図５の右方向をＸ方向、上方向をＺ方向とし、静磁場Bｓの向きを太矢印、傾斜磁場コイルの作る磁場Bｇを細い矢印で示した。また、図５に示すような向きにコイル電流が流れたとき、静磁場により発生するローレンツ力ｆの向きを横向きの三角形にて示した。
【００２１】
傾斜磁場コイルは、剛体となるように作られているが、完全な剛体では無いため変形が生じていると仮定できる。その場合、図５の（Ｂ）に示すように、正の電流が流れているとき（１）では、Ｘ方向に正の位置に配置された傾斜磁場コイルは、コイルの外周方向に力ｆが作用し、磁束が通過する面積が大となり、Ｘ方向に負の位置に配置された傾斜磁場コイルは、コイルの内周方向に力ｆが作用し、磁束が通過する面積が小となる。
【００２２】
また、図５の（Ｃ）に示すように、負の電流が流れているとき（２）では、Ｘ方向に正の位置に配置された傾斜磁場コイルは、コイルの内周方向に力ｆが作用し、磁束が通過する面積が小となり、Ｘ方向に負の位置に配置された傾斜磁場コイルは、コイルの外周方向に力ｆが作用し、磁束が通過する面積が大となる。
【００２３】
Ｘ座標に対する磁束密度をプロットすると、図６に示す実線（１）、（２）のようになる。破線（１０）、（２０）は傾斜磁場コイルに変形が生じていない場合の磁束密度である。なお、図６において、横軸はＸ方向、縦軸は磁束密度Ｂを示す。
【００２４】
実線（１）と破線（１０）との差分、及び実線（２）と破線（２０）との差分がいわゆる誤差磁場であり、図６の場合、X座標によらない均一な空間分布で、かつ実線（１）及び（２）に対して同じ向きの（電流の絶対値に比例した）誤差磁場が発生している。
【００２５】
以上の説明から明らかなように、誤差磁場は、傾斜磁場コイルの電流の向きに因らず、その大きさ（絶対値）に比例する成分が作用しており、従来技術においては、この絶対値に比例する成分について、何ら考慮されていなかったため、誤差磁場の低減に限界が生じていた。
【００２６】
本発明の目的は、上記メカニズムに限らず、電流の絶対値に比例した誤差磁場をさらに低減することが可能な磁場補正装置及びこれを用いたＭＲＩ装置を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
上記目的を達成するため、本発明は次のように構成される。  
（１）磁場補正装置は、磁気共鳴イメージング装置の傾斜磁場コイルに供給される傾斜磁場発生用パルス信号の絶対値に比例して、上記傾斜磁場の誤差磁場を補正する。
【００２８】
（２）上記（１）において、磁場補正パルス信号は、空間的に１次の分布の磁場を補正する手段に接続されている。
【００２９】
例えば、傾斜磁場コイルや別に設けた補正コイルに接続することにより、電流の絶対値に比例した１次分布の磁場を補正することができる。
【００３０】
（３）上記（１）において、磁場補正パルス信号は、空間的に均一な分布の磁場を補正する手段に接続されている。
【００３１】
例えば、当業者らが言うところのBo補正コイルに接続することにより、電流の絶対値に比例した空間的に均一な分布の磁場を補正することができる。例えば、図６の例を補正するには、このような方法をとる。
【００３２】
（４）上記（１）、（２）、（３）において、傾斜磁場により発生される渦電流による誤差磁場を補正する渦電流補正手段をさらに備える。
【００３３】
渦電流補正手段を備えれば、上記に加えて、渦電流により動的に変化する誤差磁場を補正することができる。
【発明の効果】
【００３４】
傾斜磁場コイルに供給されるパルス信号と、このパルス信号を絶対値化した信号とを加算して、磁場補正コイルに供給するように構成したので、磁束密度分布のシフトを補正でき、傾斜磁場の発生に伴う誤差磁場をさらに低減することが可能な磁場補正装置及びこれを用いたＭＲＩ装置を実現することができ、撮像画像の画質を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して説明する。
【００３６】
図１は、本発明が適用されるＭＲＩ装置の全体概略構成図である。
【００３７】
図１において、ＭＲＩ装置は大別して静磁場発生磁気回路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とを備えている。
【００３８】
静磁場発生磁気回路２は、被検体１の周りに所定の方向の均一な静磁場を発生させるためのものであり、送信系４の高周波コイル（照射用コイル）１４と、傾斜磁場発生系３の傾斜磁場コイル９と、受信系５の高周波コイル（受信用コイル）１５とを備える。
【００３９】
また、傾斜磁場発生系３は、シーケンサ７による制御と傾斜磁場電源１０による電流供給により、傾斜磁場コイル９から被検体１の周りに傾斜磁場を発生させる。
【００４０】
送信系４は、高周波発振器１１と、変調器１２と、増幅器１３と、照射用コイル１４とを備え、シーケンサ７の指令により、高周波発振器１１からの基準高周波パルスを変調器１２、増幅器１３を介して照射用コイル１４に供給し、所定のパルス状の電磁波を被検体１に照射する。
【００４１】
受信系５は、受信用コイル１５と、増幅器１６と、直交位相検波器１７と、アナログ・ディジタル変換器（ＡＤＣ）１８とを備える。そして、受信系５は、被検体１からの核磁気共鳴信号（ＮＭＲ信号）を受信用コイル１５、増幅器１６、直交位相検波器１７、シーケンサ７に制御されるＡＤＣ１８を介して、サンプリングされた収集データに変換しＣＰＵ８に送る。
【００４２】
信号処理系６は、光ディスク２０ａ、磁気ディスク２０ｂなどを含む外部記憶装置と、ディスプレイ２１と、キーボード２２とを備える。そして、受信系５からのデータがＣＰＵ８に入力されると、ＣＰＵ８が信号処理、画像再構成などの処理を実行し、被検体１の断層面の画像をディスプレイ２１に表示すると共に、外部記億装置２０に記憶する。
【００４３】
ＣＰＵ８は、予め定められたプログラムに従い、シーケンサ７、送信系４、受信系５、信号処理系６を制御する。シーケンサ７はＣＰＵ８からの制御指令に基づいて動作し、被検体１の断層面の画像のデータ収集に必要な種々の命令を送信系４、傾斜磁場発生系３、受信系５に送るようになっている。
【００４４】
図１においては、省略されているが、ＭＲＩ装置の磁場補正コイル及び磁場補正回路（装置）が配置されている。
【００４５】
次に、磁場補正コイル及び傾斜磁場コイルに供給する傾斜磁場パルス信号の補正回路について説明する。  
図２は、傾斜磁場パルス信号の補正回路（磁場補正装置）３１の概略構成図である。図２において、正負のパルス信号を有する傾斜磁場パルス信号Ｓ1は、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の３つの系統のそれぞれに供給される。
【００４６】
（ａ）系統では、パルス信号Ｓ1は、アンプ３２により増幅され、パルス信号Ｓ2として傾斜磁場コイル９に供給される。
【００４７】
（ｂ）系統では、アンプ３３により増幅された後、（ｃ）系統からの信号と加算される。
【００４８】
（ｃ）系統では、パルス信号Ｓ1は、後述する絶対値化回路３４により、絶対値化されたパルス信号Ｓ3とされた後、アンプ３５により増幅され、（ｂ）系統からの信号と加算される。そして、増幅されたパルス信号Ｓ1と、増幅された絶対値化パルス信号Ｓ3とが加算されたパルス信号Ｓ4が得られる。
【００４９】
このパルス信号Ｓ4のパルス波高は、アンプ３３から出力されたパルス信号のレベルＬ1、Ｌ2より、プラス側にシフトした信号となっている。
【００５０】
そして、パルス信号Ｓ4が磁場補正コイル３６に供給される。図６における誤差磁場は空間的に均一な分布であったので、このような分布を発生させる磁場補正コイルを接続することにより、図６に示した実線から破線に示す特性に補正され、誤差磁場が補正されることとなる。つまり、傾斜磁場の座標原点に対するオフセット（誤差磁場）がなく、線対称な磁場を発生することができる。
【００５１】
図３は、図２に示した絶対値化回路３４の回路構成図である。  
図３において、パルス信号Ｓ1は、ダイオード３４aを介して正方向成分が除去されたパルス信号Ｓ32となる。また、パルス信号Ｓ1は、ダイオード３４bを介して負方向成分が除去されたパルス信号Ｓ31となる。
【００５２】
そして、パルス信号Ｓ31は差動増幅器３４cの非反転入力端子に供給され、パルス信号Ｓ32は差動増幅器３４cの反転入力端子に供給される。その結果、差動増幅器３４cの出力端子からは、絶対値化パルス信号Ｓ3が出力される。
【００５３】
以上のように、本発明の一実施形態によれば、傾斜磁場コイルに供給されるパルス信号Ｓ1を増幅した信号と、パルス信号Ｓ1を絶対値化した信号を増幅した信号とを加算して、磁場補正コイルに供給するように構成したので、磁束密度分布のシフトを補正でき、傾斜磁場の発生に伴う誤差磁場をさらに低減することが可能な磁場補正装置を実現することができる。
【００５４】
また、上記傾斜磁場の発生に伴う誤差磁場をさらに低減することができる磁場補正装置をＭＲＩ装置に使用すれば、撮像画像の画質を向上することができる。
【００５５】
なお、上述した補正回路３１においては、渦電流補正回路が付加されていない例であるが、補正回路３１に、図４に示す渦電流補正回路（渦電流補正手段）３７を付加することも可能である。
【００５６】
図４は、上記渦電流補正回路３７の一例を示す図である。  
図４において、矩形波であるパルス入力信号Ｓiは、アンプ３８で増幅された後、抵抗Ｒ及びコンデンサＣを介して、所定の時定数を有し、所定期間指数関数状に増加した後、立ち下がる信号が形成され、アンプ３９の非反転入力端子に供給される。
【００５７】
また、アンプ３９の反転入力端子には、パルス信号Ｓiが供給されている。したがって、アンプ３９の出力端子からは、一定レベルから急激に立ち下がった後、指数関数状に増加し、一定レベルとなった後に急激に立ち上がった後、指数関数状に一定レベルにまで現象するパルス信号が得られる。そして、このパルス信号は、可変抵抗４０でゲインが調整された後、アンプ４２の反転入力端子に供給される。
【００５８】
また、入力信号Ｓiは、アンプ４１を介してアンプ４２の反転入力端子に供給される。これにより、アンプ４２の出力端子からは、パルス出力信号Ｓoが出力される。この出力信号Ｓoは、一定レベルから急激に立ち上がった後、指数関数状に、一定レベルより高い値まで減少した後、急激に立ち下がり、その後、一定レベルまで指数関数状に増加する信号である。
【００５９】
この図４に示した１つの渦電流補正回路３７が、図２に示したアンプ３２の出力端子に接続される。また、さらに他の１つの渦電流補正回路３７がアンプ３３の出力端子側に接続され、アンプ３３の出力信号波形に補正が加えられる。
【００６０】
このように、補正回路３１に渦電流補正回路３７を付加すれば、時間的に減衰していく渦電流磁場の補正も行うことができる。
【００６１】
なお、図４に示した渦電流補正回路３７では、１つの時定数で減衰する成分しか補正することはできないが、この渦電流補正回路３７を複数並列に接続することにより、複数の時定数について補正が可能である。
【００６２】
また、この渦電流補正回路３７は、アンプ３５の出力端子に接続することもでき、不整磁場の補正を行うことも可能である。
【００６３】
また、図２に示した例では、絶対値化回路３４とアンプ３５との直列回路は、アンプ３３に並列に接続されているのみであるが、これとは別個に、同様な構成の絶対値化回路３４とアンプ３５との直列回路をアンプ３２に並列に接続する事も可能である。
【００６４】
また、上述した例は、アンプ、ダイオード、抵抗素子等を用いたアナログ補正回路の例であるが、傾斜磁場パルス信号の絶対値に基づいて、図２に示した信号Ｓ4を形成できるものであれば、ディジタル制御によりソフトウエアで補正波形を形成することもできる。
【００６５】
また、上述した例は、空間的に均一な分布を補正する補正コイルについての例であり、それ以外の分布（例えば、１次、２次、３次関数的に変化する磁場）を有する磁場の補正については、そのための補正コイルが使用されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明が適用されるＭＲＩ装置の全体概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態である傾斜磁場補正回路（傾斜磁場補正装置）の構成図である。
【図３】図２に示した傾斜磁場補正回路の絶対値化回路の構成図である。
【図４】渦電流補正回路の構成図である。
【図５】傾斜磁場コイル電流の正負によらない誤差磁場の発生を説明する図である。
【図６】傾斜磁場コイル電流の正負によらない誤差磁場によって磁束密度がオフセットされることを示す図である。
【符号の説明】
【００６７】
１            被検体
２            静磁場発生回路
３            傾斜磁場発生系
４            送信系
５            受信系
６            信号処理系
７            シーケンサ
８            ＣＰＵ
９            傾斜磁場コイル
１０          傾斜磁場電源
１１          高周波発信器
１２          変調器
１３、１６    増幅器
１４          照射用コイル
１５          受信用コイル
１７          直交位相検波器
１８          アナログ・ディジタル変換器
１９          寝台
２０ａ        光ディスク
２０ｂ        磁気ディスク
２１          ディスプレイ
２２          キーボード
３２、３３    アンプ
３４          絶対値化回路
３４a、３４b  ダイオード
３４ｃ、３５  アンプ
３６          磁場補正コイル
３８、３９    アンプ
４０          可変抵抗
４１、４２    アンプ
Ｒ            抵抗
Ｃ            コンデンサ
【図１】
2005034538.tif 000003
【図２】
2005034538.tif 000004
【図３】
2005034538.tif 000005
【図４】
2005034538.tif 000006
【図５】
2005034538.tif 000007
【図６】
2005034538.tif 000008