(57)【要約】【課題】  パルス状に発生される傾斜磁場により発生する渦磁場を高精度に推定するための渦磁場分布推定方法等を提供すること。【解決手段】  ｘ軸方向に関する正極性の傾斜磁場と励起用高周波とによって被検体の所定断層内の所定原子核を励起すると共に、当該励起によって発生する信号が横磁化として存在する期間に、ｙ軸の傾斜磁場によって磁気共鳴信号を印加し、変調したＳＥ信号を発生させて収集する。この信号収集を、断層位置をｘ軸方向に対して原点対称に切り替え、ｘ軸方向の傾斜磁場の極性を切り替え、ｙ軸方向の傾斜磁場による位相エンコード量を切り替えながら繰り返し実行する。計測した磁気共鳴信号をフーリエ変換して得られる、断層断面の各位置における信号値を用いて、静磁場空間における渦磁場の空間分布を推定する。【選択図】      図３
2005288026.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
傾斜磁場の印加制御によって発生する渦磁場の空間分布を推定する磁気共鳴イメージング装置であって、
静磁場空間領域を生成するための静磁場生成手段と、
前記静磁場空間内の互いに直交する第１の方向、第２の方向、第３の方向に、傾斜磁場を生成するための傾斜磁場生成手段と、
前記静磁場空間内に配置された撮影対象に対して励起用高周波を送信し、当該撮影対象に発生した磁気共鳴信号を受信する高周波送受信手段と、
前記第１の方向に関する傾斜磁場と前記励起用高周波により前記撮影対象の所定断面における所定原子核を励起することによって発生する信号であって、少なくとも前記第２の方向に関する傾斜磁場によって空間エンコードされた磁気共鳴信号を生成し収集するためのパルスシーケンスを、前記所定断面の前記第１の方向に関する位置、前記第１の方向に関する傾斜磁場の極性反転、複数の位相エンコード量を変更しながら繰り返し実行するように、前記傾斜磁場生成手段及び高周波送受信手段を制御するシーケンス制御手段と、
前記パルスシーケンスの繰り返しによって得られた磁気共鳴信号をフーリエ変換し、前記断層断面の各位置における信号値を計算する計算手段と、
前記断層断面の各位置における信号値を用いて、前記静磁場空間における渦磁場の空間分布を推定する推定手段と、
を具備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】
前記推定手段は、前記渦磁場の空間分布から少なくとも前記第２の方向の１次係数を計算し、
少なくとも前記計算によって得られた１次係数に基づいて、渦磁場を原因とする前記静磁場の乱れを補正する補正手段をさらに具備すること、
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３】
前記シーケンス制御手段は、前記第１の方向に関する傾斜磁場が前記磁気共鳴信号の受信期間の中心時刻近傍で零となるように、前記傾斜磁場生成手段を制御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】
前記シーケンス制御手段は、前記磁気共鳴信号の横磁化成分が存在している期間において少なくとも前記第２の方向に関する傾斜磁場が印加されるように、前記傾斜磁場生成手段を制御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５】
傾斜磁場の印加制御によって発生する渦磁場の空間分布を推定する渦磁場分布推定方法であって、
静磁場空間内の第１の方向に関する傾斜磁場と励起用高周波とにより、前記静磁場空間内に配置された撮影対象の所定断面における所定原子核を励起することによって発生する信号であって、少なくとも前記第１の方向に直交する第２の方向に関する傾斜磁場によって空間エンコードされた磁気共鳴信号を生成し収集するためのパルスシーケンスを、前記所定断面の前記第１の方向に関する位置、前記第１の方向に関する傾斜磁場の極性反転、複数の位相エンコード量を変更しながら繰り返し実行する撮影ステップと、
前記パルスシーケンスの繰り返しによって得られた磁気共鳴信号をフーリエ変換し、前記断層断面の各位置における信号値を計算する計算ステップと、
前記断層断面の各位置における信号値を用いて、前記静磁場空間領域における渦磁場の空間分布を推定する推定ステップと、
を具備することを特徴とする渦磁場分布推定方法。
【請求項６】
前記推定ステップにおいては、前記渦磁場の空間分布から少なくとも前記第２の方向の１次係数を計算することを特徴とする請求項５記載の渦磁場分布推定方法。
【請求項７】
前記撮影ステップにおいては、前記磁気共鳴信号の受信期間の中心時刻近傍で零となるように、前記第１の方向に関する傾斜磁場を印加すること特徴とする請求項５又は６記載の渦磁場分布推定方法。
【請求項８】
前記撮影ステップにおいては、前記磁気共鳴信号の横磁化成分が存在している期間において少なくとも前記第２の方向に関する傾斜磁場を印加することを特徴とする請求項６又は７記載の渦磁場分布推定方法。
【請求項９】
傾斜磁場の印加制御によって発生する渦磁場の空間分布を推定し、これに基づいて静磁場の乱れを補正する静磁場補正方法であって、
静磁場空間内の第１の方向に関する傾斜磁場と励起用高周波とにより、前記静磁場空間内に配置された撮影対象の所定断面における所定原子核を励起することによって発生する信号であって、少なくとも前記第１の方向に直交する第２の方向に関する傾斜磁場によって空間エンコードされた磁気共鳴信号を生成し収集するためのパルスシーケンスを、前記所定断面の前記第１の方向に関する位置、前記第１の方向に関する傾斜磁場の極性反転、複数の位相エンコード量を変更しながら繰り返し実行する撮影ステップと、
前記パルスシーケンスの繰り返しによって得られた磁気共鳴信号をフーリエ変換し、前記断層断面の各位置における信号値を計算する計算ステップと、
前記断層断面の各位置における信号値を用いて、前記静磁場空間領域における渦磁場の空間分布を推定する推定ステップと、
推定された前記渦磁場の空間分布に基づいて、前記静磁場の乱れを補正する補正ステップと、
を具備することを特徴とする静磁場補正方法。
【請求項１０】
前記推定ステップにおいては、前記渦磁場の空間分布から少なくとも前記第２の方向の１次係数を計算し、
前記補正ステップにおいては、少なくとも前記計算によって得られた１次係数に基づいて、渦磁場を原因とする前記静磁場の乱れを補正すること、
を特徴とする請求項９記載の静磁場補正方法。
【請求項１１】
前記撮影ステップにおいては、前記磁気共鳴信号の受信期間の中心時刻近傍で零となるように、前記第１の方向に関する傾斜磁場を印加すること特徴とする請求項９又は１０記載の静磁場補正方法。
【請求項１２】
前記撮影ステップにおいては、前記磁気共鳴信号の横磁化成分が存在している期間において少なくとも前記第２の方向に関する傾斜磁場を印加することを特徴とする請求項９又は１０記載の静磁場補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特にパルス状に発生される傾斜磁場により発生する渦磁場の空間分布を高精度に推定可能な渦磁場分布推定方法等、及び当該方法を実行する磁気共鳴イメージング装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴イメージング装置は、被検者を含む検査空間に静磁場磁石によって均一な静磁場を印加して分極磁化を作り出し、高周波電磁場と傾斜磁場をパルス状に印加して、被検体内の原子核に磁気共鳴現象を引き起こし、この磁気共鳴現象により発生する磁気共鳴信号（ＮＭＲ信号）を受信した後、計算機処理により断層像を再構成する装置である。
【０００３】
この磁気共鳴イメージング装置では、傾斜磁場を直交する三方向のそれぞれに印加することにより、被検体の撮影断面を決定し、また、被検体から発生する磁気共鳴信号の位置を特定する。この傾斜磁場は、傾斜磁場コイルおよび傾斜磁場アンプによりパルス状に生成される。そのため、傾斜磁場コイルの周囲に電気伝導体があると、傾斜磁場の切換え時に伝導体に渦電流が発生する。電気伝導体の例としては、静磁場磁石の熱シールド等が挙げられる。
【０００４】
現在、０．５テスラ以上のＭＲＩ装置で使用される超伝導磁石の場合、最内層には液体ヘリウム温度層があり、その外層には液体窒素温度程度の温度層など複数の金属層が配置されている。これらの金属層の温度、材質、サイズは同一でないため、渦電流の強度・時定数は複数の成分を有することになる。典型的な時定数は数ｍｓから数ｓまでの広い範囲に亘っている。渦電流により生成される変動磁場（以下、渦磁場と略称する）は、ＭＲＩ装置のコントローラが指示する傾斜磁場波形を歪め、画像のアーチファクトをもたらす。
【０００５】
近年、発生される渦磁場の強度を小さくしたり、渦磁場に応じて傾斜磁場波形を整形する技術が幾つか報告されている。その代表例が、前者ではアクティブシールド型傾斜磁場コイル（ＡＳＧＣ）を用いることであり、後者では渦磁場補償である。原理的には、ＡＳＧＣによって渦磁場強度を大幅に低減することができるが、ＡＳＧＣの製造誤差やコイル線材の離散配置等の理由で、微小な渦磁場が発生することが避けられない。エコープラナー法等の近年発達の著しい超高速撮影法では、この僅かな渦磁場の存在によっても画像にアーチファクトが発生する場合がある。このため、ＡＳＧＣは単独で用いるのではなく、渦磁場補償と併用されることが多い。
【０００６】
特に進化した高速撮影法においては、渦磁場のクロスターム項（すなわち、ある方向の傾斜磁場をパルス状に印加した場合に発生する、別の方向の渦磁場成分）の補正が必要とされている。クロスターム項はＭＲ画像上のボケなどに影響するために、画像処理によって補正することは難しく、渦磁場補償によって十分に補償されていることが望ましい。
【０００７】
この渦磁場補償を正確に行うためには、渦磁場の強度と時定数をあらかじめ計測する必要がある。渦磁場を感度良く計測する手段として、ＮＭＲ信号を用いた手法が各種提案されている。しかし、後述するように、何れの手法でも、特に10ｍｓ前後以下のさらに短い時定数の渦磁場の測定において、クロスターム項の計測が難しいという問題がある。
【０００８】
ところで近年、時定数の短い渦磁場の計測方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方法では、まず、ＮＭＲ撮影のためのサンプル（例えば、水が充満された袋）を静磁場中に配置し、図６に示すように、スライス傾斜磁場を印加している際中に、９０°ＲＦパルスおよび１８０°ＲＦパルスを印加してスピンエコー（以下、ＳＥと書く）信号を発生させる。スライス傾斜磁場をＳＥ信号の中心時刻でゼロにし、信号をサンプリングする。スライス傾斜磁場によって発生した渦磁場をすぐに計測可能であるので、短い時定数の渦磁場も十分に観測可能である。
【０００９】
しかし、この方法の第１の問題はクロスターム項を計測できないことである。なぜなら、ＳＥ信号は励起されたスライス全体の総和と観測しているので、渦磁場としてもスライス全体の平均量でしかない。
【００１０】
この方法の第２の問題は、磁場の不均一性やサンプルの等質性、より長い時定数の渦磁場などの磁場散逸因子の影響によって計測精度が低下することである。
【００１１】
なお、上記時定数の短い渦磁場の計測方法による渦磁場計算方法の概略は、次の様である。
【００１２】
（１）正極性のスライス傾斜磁場を印加し、第１のオフセンタスライスの信号S1(t)をサンプルする
（２）正極性のスライス傾斜磁場を印加し、第２のオフセンタスライスの信号S2(t)をサンプルする
（３）負極性のスライス傾斜磁場を印加し、第１のオフセンタスライスの信号S3(t)をサンプルする
（４）負極性のスライス傾斜磁場を印加し、第２のオフセンタスライスの信号S4(t)をサンプルする
（５）共鳴角周波数変化fn(t)（n=1,2,3,4）を求める
（６）渦磁場γΔG(t)、γΔB(t)を次の式で求める
γΔG(t)=(f1(t)-f2(t)-f3(t)+f4(t))/4dZ  （dZ：オフセンタ量）
γΔB(t)=(f1(t)+f2(t)-f3(t)-f4(t))/4  
（５）の計算において、磁場散逸因子の影響があると、ＳＥ信号の位相変化が共鳴周波数変化が一対一で無くなってしまう。これは、ＳＥ信号がスライス内のスピン信号の総和であり、スライス面内で位相分散があると、ＳＥ信号の位相に誤差が生じてしまうためである。
【００１３】
以上述べたように、従来の渦磁場計測法においては、10ms程度以下の短い時定数の渦磁場についてクロスターム項を計測できないという問題がある。また、磁場の不均一性等の磁場散逸因子の影響によって強度や時定数の計測精度が低下するという他の問題点がある。
【特許文献１】米国特許６，４４８，７７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、パルス状に発生される傾斜磁場により発生する渦磁場の空間分布を高精度に推定するための渦磁場分布推定方法、当該空間分布を利用した静磁場補正方法、及び各方法を実行する磁気共鳴イメージング装置を提供することを目的とする。
【００１５】
より具体的には、10ms程度以下の短い時定数の渦磁場についてクロスターム項を高精度で推定でき、また、磁場の不均一性等の磁場散逸因子の影響によって強度や時定数の計測精度が低下することなく、10ms程度以下の短い時定数の渦磁場を高精度に推定できる渦磁場分布推定方法、及び当該方法を実行する磁気共鳴イメージング装置等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】
【００１６】
本発明は、上記目的を達成するため、次のような手段を講じている。
【００１７】
本発明の第１の視点は、傾斜磁場の印加制御によって発生する渦磁場の空間分布を推定する磁気共鳴イメージング装置であって、静磁場空間領域を生成するための静磁場生成手段と、前記静磁場空間内の互いに直交する第１の方向、第２の方向、第３の方向に、傾斜磁場を生成するための傾斜磁場生成手段と、前記静磁場空間内に配置された撮影対象に対して励起用高周波を送信し、当該撮影対象に発生した磁気共鳴信号を受信する高周波送受信手段と、前記第１の方向に関する傾斜磁場と前記励起用高周波により前記撮影対象の所定断面における所定原子核を励起することによって発生する信号であって、少なくとも前記第２の方向に関する傾斜磁場によって空間エンコードされた磁気共鳴信号を生成し収集するためのパルスシーケンスを、前記所定断面の前記第１の方向に関する位置、前記第１の方向に関する傾斜磁場の極性反転、複数の位相エンコード量を変更しながら繰り返し実行するように、前記傾斜磁場生成手段及び高周波送受信手段を制御するシーケンス制御手段と、前記パルスシーケンスの繰り返しによって得られた磁気共鳴信号をフーリエ変換し、前記断層断面の各位置における信号値を計算する計算手段と、前記断層断面の各位置における信号値を用いて、前記静磁場空間における渦磁場の空間分布を推定する推定手段と、を具備することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置である。
【００１８】
本発明の第２の視点は、傾斜磁場の印加制御によって発生する渦磁場の空間分布を推定する渦磁場分布推定方法であって、静磁場空間内の第１の方向に関する傾斜磁場と励起用高周波とにより、前記静磁場空間内に配置された撮影対象の所定断面における所定原子核を励起することによって発生する信号であって、少なくとも前記第１の方向に直交する第２の方向に関する傾斜磁場によって空間エンコードされた磁気共鳴信号を生成し収集するためのパルスシーケンスを、前記所定断面の前記第１の方向に関する位置、前記第１の方向に関する傾斜磁場の極性反転、複数の位相エンコード量を変更しながら繰り返し実行する撮影ステップと、前記パルスシーケンスの繰り返しによって得られた磁気共鳴信号をフーリエ変換し、前記断層断面の各位置における信号値を計算する計算ステップと、前記断層断面の各位置における信号値を用いて、前記静磁場空間領域における渦磁場の空間分布を推定する推定ステップと、を具備することを特徴とする渦磁場分布推定方法である。
【００１９】
本発明の第３の視点は、傾斜磁場の印加制御によって発生する渦磁場の空間分布を推定し、これに基づいて静磁場の乱れを補正する静磁場補正方法であって、静磁場空間内の第１の方向に関する傾斜磁場と励起用高周波とにより、前記静磁場空間内に配置された撮影対象の所定断面における所定原子核を励起することによって発生する信号であって、少なくとも前記第１の方向に直交する第２の方向に関する傾斜磁場によって空間エンコードされた磁気共鳴信号を生成し収集するためのパルスシーケンスを、前記所定断面の前記第１の方向に関する位置、前記第１の方向に関する傾斜磁場の極性反転、複数の位相エンコード量を変更しながら繰り返し実行する撮影ステップと、前記パルスシーケンスの繰り返しによって得られた磁気共鳴信号をフーリエ変換し、前記断層断面の各位置における信号値を計算する計算ステップと、前記断層断面の各位置における信号値を用いて、前記静磁場空間領域における渦磁場の空間分布を推定する推定ステップと、推定された前記渦磁場の空間分布に基づいて、前記静磁場の乱れを補正する補正ステップと、を具備することを特徴とする静磁場補正方法である。
【発明の効果】
【００２０】
以上本発明によれば、パルス状に発生される傾斜磁場により発生する渦磁場の空間分布を高精度に推定するための渦磁場分布推定方法、当該空間分布を利用した静磁場補正方法、及び各方法を実行する磁気共鳴イメージング装置を実現することができる。
【００２１】
特に、10ms程度以下の短い時定数の渦磁場についてクロスターム項を高精度で推定でき、また、磁場の不均一性等の磁場散逸因子の影響によって強度や時定数の計測精度が低下することなく、10ms程度以下の短い時定数の渦磁場を高精度に推定できる渦磁場分布推定方法、及び当該方法を実行する磁気共鳴イメージング装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
【００２３】
図１は、本実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置のブロック構成図を示している。まず、本磁気共鳴イメージング装置の構成を、図１を参照しながら説明する。
【００２４】
本磁気共鳴イメージング装置は、大きく分けて、、静磁場磁石１、傾斜磁場コイル２、送受信コイル３を具備する静磁場磁石１、ガントリ２０、寝台１３、システム本体３０によって構成されている。それぞれは、次の様な構成となっている。
【００２５】
ガントリ２０は、傾斜磁場コイル２、送受信コイル３を具備している。
【００２６】
静磁場磁石１は、一様な静磁場を発生する静磁場発生装置であり、例えば超電導コイル、常伝導コイル、または永久磁石を用いて構成される。
【００２７】
傾斜磁場コイル２は、ｘ軸方向に関する傾斜磁場Ｇｘ、ｙ軸方向に関する傾斜磁場Ｇｙ、ｚ軸方向に関する傾斜磁場Ｇｚを発生するためのコイルであり、静磁場磁石１の内側に設けられる。傾斜磁場コイル２は、一般に静磁場磁石１よりも短軸であり、各傾斜磁場アンプ（後述）から供給されるパルス電流に基づいて、各傾斜磁場Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚを発生する。この傾斜磁場コイル２が発生する傾斜磁場によって、信号発生部位（位置）が特定される。
【００２８】
なお、ｚ軸方向は、本実施形態では静磁場の方向と同方向にとるものとする。また、本実施形態において、傾斜磁場コイル２及び静磁場磁石１は円筒形をしているものとする。また、傾斜磁場コイル２は、所定の支持機構によって真空中に配置される。これは、静音化の観点から、パルス電流の印加によって発生する傾斜磁場コイル２の振動を、音波として外部に伝播させないためである。
【００２９】
送受信コイル３は、高周波（ＲＦ）パルスを発生し、かつ磁気共鳴により発生した信号（エコー信号）を検出するために使用されるコイルである。この送受信コイル３は、被検体Ｐの撮影部位と共に、ガントリ２０内のイメージング可能領域に挿入される。ここで、イメージング可能領域とは、静磁場磁石１の静磁場及び傾斜磁場によるイメージング用磁場が形成される球状の領域である。ＭＲ画像による診断は、この領域内でのみ可能となる。
【００３０】
なお、図１では、高周波送信コイルと高周波受信コイルとを一体とするシングルコイル方式を例示したが、これらを別体のコイルとするクロスコイル方式を採用する構成であってもよい。
【００３１】
寝台１３は、被検体Ｐを搭載するための天板を有する。この天板はｚ軸方向にスライド可能であり、このスライドによって被検体の撮影部位がガントリ２０内のイメージング可能領域に配置される。
【００３２】
システム本体３０は、静磁場制御装置４、送信機５、受信器６、ｘ軸傾斜磁場アンプ７、ｙ軸傾斜磁場アンプ８、ｚ軸傾斜磁場アンプ９、シーケンスコントローラ１０、ホストコンピュータ１１、表示部１２を具備している。
【００３３】
静磁場制御装置４は、静磁場磁石を駆動・制御する。
【００３４】
送信器５は、発振部、位相選択部、周波数変換部、振幅変調部、高周波電力増幅部（それぞれ図示せず）を有しており、ラーモア周波数に対応する高周波パルスを送信用高周波コイルに送信する。当該送信によって送受信コイル３から発生した高周波によって、被検体の所定原子核の磁化は、励起状態となる。
【００３５】
受信器６は、、増幅部、中間周波数変換部、位相検波部、フィルタ、Ａ／Ｄ変換器（それぞれ図示せず）を有する。受信部６は、送受信コイル３から受信した、核の磁化が励起状態から基底状態に緩和するとき放出する磁気共鳴信号（高周波信号）に対して、増幅処理、発信周波数を利用した中間周波数変換処理、位相検波処理、フィルタ処理、Ａ／Ｄ変換処理を施す。
【００３６】
なお、ホストコンピュータ１１の制御により、送受信コイルは、励起用高周波の送信時においては送信器５に接続され、被検体において発生する磁気共鳴信号を受信する受信時においては、受信器６に接続される。
【００３７】
ｘ軸傾斜磁場アンプ７、ｙ軸傾斜磁場アンプ８、ｚ軸傾斜磁場アンプ９のそれぞれは、各傾斜磁場を形成するためのパルス電流を発生し、傾斜磁場コイル２に供給する。各傾斜磁場アンプによるパルス電流の極性、電流値、発生タイミングにより、傾斜磁場の極性、強度、印加タイミングが制御される。
【００３８】
シーケンスコントローラ１０は、所定のパルスシーケンスに従って、ｘ軸傾斜磁場アンプ７、ｙ軸傾斜磁場アンプ８、ｚ軸傾斜磁場アンプ９、送信器５を駆動・制御する。特に、シーケンスコントローラ１０は、後述する渦磁場分布推定処理においては、後述するシーケンスに従って、各傾斜磁場、送信器５を駆動・制御する。
【００３９】
なお、渦磁場分布推定処理において実行されるスキャンシーケンスでは、ｘ軸方向に関する傾斜磁場Ｇｘ、ｙ軸方向に関する傾斜磁場Ｇｙ、ｚ軸方向に関する傾斜磁場Ｇｚは、それぞれ読み出し用傾斜磁場Ｇｒ、位相エンコード用傾斜磁場Ｇｅ、スライス選択用傾斜磁場Ｇｓとして使用するものとする。
【００４０】
ホストコンピュータ１１は、シーケンスコントローラ１０を駆動・制御すると共に、受信器６で受信されるエコー信号を取り込み、所定の信号処理を施して被検体Ｐの断層像を生成する。また、ホストコンピュータ１１は、渦磁場分布推定処理において得られたエコー信号から、渦磁場の空間分布を求め、これに基づいて所定方向の渦磁場成分を計算する。さらに、ホストコンピュータ１１は、得られた渦磁場成分に基づいてＡＳＧＣを制御し、渦磁場に基づく静磁場の乱れを補正する補正処理を実行する。
【００４１】
図２は、ホストコンピュータ１１の構成を示したブロック図である。同図に示すように、ホストコンピュータ１１は、記憶部１０１、ＣＰＵ１０２、データ収集部１０３、再構成部１０４、渦磁場分布推定部１０６、入力部１０８を有している。
【００４２】
記憶部１０１は、本磁気共鳴イメージング装置によって取得されるＭＲ画像、過去に撮影されたＭＲ画像等を記憶するメモリである。また、当該記憶部１０１には、後述する渦磁場分布推定処理によって求められた渦磁場の空間分布、及び当該渦磁場分布の所定方向に関する展開係数（０次、１次微分係数等）を記憶する。
【００４３】
ＣＰＵ１０２は、システム全体の制御中枢として、本磁気共鳴イメージング装置を静的又は動的に制御する。特に、ＣＰＵ１０２は、記憶部１０１に予め記憶された所定方向に関する展開係数に従って、励起高周波の周波数オフセット、傾斜磁場出力のオフセット、ＡＳＧＣ等を制御することで、傾斜磁場のスイッチングによって発生する渦磁場を相殺し、静磁場の乱れを補正する補正処理を実行する。
【００４４】
データ収集部１０３は、受信部１９によってサンプリングされたディジタル信号を収集する。
【００４５】
再構成部１０４は、データ収集部１０３によって収集されたデータに対して、後処理すなわちフーリエ変換等の再構成等を実行し、被検体内の所望核スピンのスペクトラムデータあるいは画像データを求める。
【００４６】
渦磁場分布推定部１０６は、渦磁場の空間分布推定処理において、所定のシーケンスに従って取得されフーリエ変換されたエコー信号を用いて、撮影断層面の各位置における共鳴周波数を計算し、これに基づいて渦磁場の空間分布を推定する。また、渦磁場分布推定部１０６は、渦磁場の空間分布推定処理において得られた空間分布を用いて、渦磁場分布の所定方向に関する展開係数を計算する。この渦磁場の空間分布推定処理については、後で詳しく説明する。
【００４７】
なお、渦磁場分布推定部１０６によって得られた渦磁場の空間分布、及び所定方向に関する展開係数は、自動的に記憶部１０１に記憶される。
【００４８】
入力部１０８は、オペレータからの各種指示・命令・情報をとりこむため入力装置（マウスやトラックボール、モード切替スイッチ、キーボード等）を有している。
【００４９】
表示部１２は、ホストコンピュータ１１から入力したスペクトラムデータあるいは画像データ等を表示する出力手段である。
【００５０】
（渦磁場の空間分布推定処理）
次に、本磁気共鳴イメージング装置によって実行される渦磁場の空間分布推定処理について説明する。なお、本処理は、例えばシステムの新規据え付け時、定期的な点検時において実行される。これは、渦磁場の特性は、磁気共鳴イメージング装置の個体差に加え、設置環境に影響されるからである。
【００５１】
図３は、本渦磁場の空間分布推定処理の流れを示したフローチャートである。同図に示すように、本渦磁場空間分布推定処理は、次の複数のステップから構成されている。
【００５２】
（１）エンコード傾斜磁場で位相エンコードされたＮＭＲ信号Sn(k,t)を収集するパルスシーケンスをエンコード量kを変えながら繰り返す（ステップＳ１）。
【００５３】
（２）（１）で得られた信号Sn(k,t)を、位相エンコード方向にフーリエ変換する（ステップＳ２）。
【００５４】
（３）（２）で変換された信号Mn(r,t)から共鳴角周波数変化fn(r,t)を求める（ステップＳ３）。
【００５５】
（４）（３）で求められた共鳴角周波数変化fn(r,t)から渦磁場γΔG(r,t)、γΔB(r,t)を求める（ステップＳ４）。
【００５６】
（５）渦磁場γΔB(r,t)からクロスターム渦成分γΔB(r,t)を求める（ステップＳ５）。
【００５７】
以下、各ステップにおいて実行される処理について説明する。
【００５８】
図４は、ステップＳ１で用いられるパルスシーケンスを示した図である。該パルスシーケンスは、静磁場中に配置した該サンプルに第１の傾斜磁場パルスを印加しながらＲＦパルス群を印加するとともに、該ＲＦパルス群の前後あるいは途中にエンコード用傾斜磁場パルスを印加し、生成されたスピンエコー信号Sn(k,t)を収集し、該エンコード用傾斜磁場パルスの強度ないし時間幅を変化させながら信号Sn(k,t)の収集を繰り返すものである。
【００５９】
エンコード用傾斜磁場パルスは、第１の傾斜磁場とは異なる方向の第２ないし第３、あるいは第２および第３の方向に印加される。以降説明の都合上、第１の傾斜磁場をＧｘ、第２・第３の傾斜磁場をＧｙ・Ｇｚを呼ぶことにするが、これは便宜上であって、実際には方向を入れ変えても問題ない。
【００６０】
まず、図４に示すように、ＧｘパルスとＲＦパルス群を印加することにより、ＮＭＲサンプル（例えば、渦磁場測定検査に使用される水柱等）をスライス状に励起する。この励起は、米国特許６，４４８，７７３号公報に記載の手法に従い、スライス位置、傾斜磁場極性の分類による次の４通りの組み合わせで実行され、各スピンエコー信号Sn(k,t)を得る。
【００６１】
（Ａ）正極性のＧｘにより、正方向のオフセット位置ｘ=+dxにてスライス励起された信号S1(k,t)
（Ｂ）正極性のＧｘにより、負方向のオフセット位置ｘ=-dxにてスライス励起された信号S2(k,t)
（Ｃ）負極性のＧｘにより、正方向のオフセット位置ｘ=+dxにてスライス励起された信号S3(k,t)
（Ｄ）負極性のＧｘにより、負方向のオフセット位置ｘ=-dxにてスライス励起された信号S4(k,t)
なお、図４に示すように、ｘ軸方向の傾斜磁場Ｇｘ（スライス用傾斜磁場Ｇｓ）は、スピンエコー信号の中心時刻近傍でゼロになるようにスイッチングされる。これにより、スライス用傾斜磁場Ｇｓによって発生した渦磁場をすぐに計測することができる。
【００６２】
次に、ステップＳ２では、ステップＳ１で得られた各スピンエコー信号Sn(k,t)(n=1,2,3,4)をフーリエ変換し、Mn(r,t)(n=1,2,3,4)を得る。なお、フーリエ変換をF()と表記すれば、本ステップＳ２での処理は、Mn(r,t)=F(Sn(k,t))と表現される計算となる。
【００６３】
次に、ステップＳ３では、Mn(r,t)(n=1,2,3,4)から、スライス面の各ピクセルにおける共鳴周波数変化fn(r,t)を計算する。この計算は、例えば米国特許６，４４８，７７３号公報に記載された手法に従って行うことができる。
【００６４】
すなわち、ステップＳ３およびステップＳ４では、米国特許６，４４８，７７３号公報に記載された方法で、Mn(r,t)から共鳴角周波数変化fn(r,t)を求め、渦磁場γΔG(r,t)、γΔB(r,t)を求める。ここで、γΔG(r,t)はセルフターム成分γΔGx(t)、γΔB(r,t)はゼロ次成分γΔB(t)およびクロスターム成分γΔG’y(t),γΔG’z(t)に相当する。
【００６５】
次に、ステップＳ５においては、渦磁場γΔB(r,t)のうち、エンコード方向の１次微係数を求めることで、クロスターム成分γΔG’y(t),γΔG’z(t)を求める。
【００６６】
以上述べた渦磁場の空間分布推定処理においは、ステップＳ２に続いてステップＳ３を行うことが重要である。なぜなら、ステップＳ３は非線形の計算処理になるからである。仮に、ステップＳ３につづいてステップＳ２を行った場合には、空間エンコード情報が失われてしまい、望みのデータとならない。
【００６７】
また、ステップＳ１におけるエンコード用傾斜磁場によっても渦磁場が発生するが、その量は無視できるほどに小さく設定することが可能である。そのためには、例えばエコータイム（ＴＥ）を長く設定すればよい。
【００６８】
また、エンコード用傾斜磁場パルスは、図５中の（１）乃至（４）のいずれの形態によって印加しても、その目的を達成することができる。（１）と（２）は、エンコード用傾斜磁場の強度を変化させる場合、（３）と（４）は時間幅を変化させる場合にそれぞれ対応している。
【００６９】
さらに、本実施形態では、ＲＦパルス群として、９０°パルスと１８０°パルスのペアを用いた。しかしながら、これに限定されず、他の励起パルスとの組み合わせも可能である。この場合にも、エンコード用傾斜磁場を印加するタイミングは、信号が横磁化として存在している期間であれば良い。
【００７０】
（静磁場の乱れに関する補正処理）
本磁気共鳴イメージング装置は、上記渦磁場の空間分布推定処理において得られた渦磁場分布の展開係数（０次成分、１次成分等）に基づいて、静磁場の乱れを補正する補正処理を実行する。すなわち、例えば０次成分については励起高周波の周波数オフセットを、１次成分については傾斜磁場出力のオフセットを、２次成分についてはシムコイルの電流値を制御することで、渦磁場を原因とする静磁場の乱れを補正する。
【００７１】
以上述べた構成によれば、以下の効果を得ることができる。
【００７２】
本磁気共鳴イメージング装置が実行する渦磁場の空間分布推定処理によれば、第一の方向（例えばｘ軸）の傾斜磁場と励起用高周波とによって被検体の所定断層内の所定原子核を励起すると共に、当該励起によって発生する信号が横磁化として存在する期間に、少なくとも第二の方向（例えば、ｙ軸又はｚ軸）の傾斜磁場によって磁気共鳴信号を空間エンコードするパルスシーケンスを実行する。また、このパルスシーケンスは、スライス位置を第一の方向に対して原点（アイソセンタ）対称に切り替え、第一の方向の傾斜磁場の極性を切り替え、第二の方向の傾斜磁場による位相エンコード量を切り替えながら繰り返し実行される。このシーケンスによって得られる磁気共鳴信号をフーリエ変換することにより、断層面内の位置毎の信号を取得することができる。従って、断層面内の位置毎の信号から共鳴周波数を決定し、当該共鳴周波数から渦磁場の空間分布関数を求めることで、第一の方向の傾斜磁場スイッチングによって発生する、第二の方向への影響、すなわちクロスターム成分を抽出することができる。
【００７３】
また、本渦磁場の空間分布推定処理では、第一の方向の傾斜磁場Ｇｘ（スライス用傾斜磁場Ｇｓ）は、スピンエコー信号の中心時刻近傍でゼロになるようにスイッチングされる。従って、10ms程度の短い時定数の渦磁場であっても計測することが可能である。
【００７４】
また、本渦磁場の空間分布推定処理では、断層面内の位置毎の信号から共鳴周波数を決定し、当該共鳴周波数から渦磁場の空間分布関数を求め、断層面内の各位置における渦磁場を推定している。従って、磁場不均一性等の磁場散逸因子の影響により、強度や時定数の計測精度が低下することなく、推定処理を実行することができる。
【００７５】
さらに、本磁気共鳴イメージング装置は、得られた渦磁場の空間分布推定処理において得られた渦磁場分布の展開係数（０次成分、１次成分等）に基づいて、静磁場の乱れを補正する補正処理を実行する。これにより、渦磁場による受信信号への影響（例えば、受信信号のなまり）を低減させることができ、良好な磁気共鳴信号を受信することができる。
【００７６】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
以上本発明によれば、パルス状に発生される傾斜磁場により発生する渦磁場を高精度に推定するための渦磁場分布推定方法、及び当該方法を実行する磁気共鳴イメージング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】図１は、本実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置のブロック構成図を示している。
【図２】図２は、ホストコンピュータ１１の構成を示したブロック図である。
【図３】図３は、渦磁場の空間分布推定処理の流れを示したフローチャートである。
【図４】図４は、渦磁場の空間分布推定処理において用いられるパルスシーケンスの一例を示した図である。
【図５】図４は、渦磁場の空間分布推定処理において用いられるパルスシーケンスの変形例を示した図である。
【図６】図６は、従来の渦磁場の空間分布推定処理において用いられるパルスシーケンスの一例を示した図である。
【符号の説明】
【００７９】
１…静磁場磁石、２…傾斜磁場コイル、３…送受信コイル、４…静磁場制御装置、５…送信機、６…受信器、７…ｘ軸傾斜磁場アンプ、８…ｙ軸傾斜磁場アンプ、９…ｚ軸傾斜磁場アンプ、１０…シーケンスコントローラ、１１…ホストコンピュータ、１２…表示部、１３…寝台、２０…ガントリ、３０…システム本体、１０１…記憶部、１０２…ＣＰＵ、１０３…データ収集部、１０４…再構成部、１０６…渦磁場分布推定部、１０８…入力部
【図１】
2005288026.tif 000003
【図２】
2005288026.tif 000004
【図３】
2005288026.tif 000005
【図４】
2005288026.tif 000006
【図５】
2005288026.tif 000007
【図６】
2005288026.tif 000008