(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
静磁場を発生する手段と、
前記静磁場に関する空間的な磁場分布を測定する測定手段と、
補正対象である複数の成分のそれぞれについてのシミング値を前記強度分布特性に基づいて計算する第１の計算手段と、
前記第１の計算手段が計算した複数のシミング値のうちに、前記複数の成分毎に予め定めた閾値を越えるシミング値が含まれるか否かを確認する確認手段と、
前記確認手段が前記閾値を越えるシミング値が含まれることを確認した場合に、前記閾値を越えるシミング値が前記第１の計算手段により計算された成分についてのシミング値を０に定めた条件の下で、シミング値を０に定めた成分以外の成分についてのシミング値を前記強度分布特性に基づいて計算する第２の計算手段と、
前記確認手段が前記閾値を越えるシミング値が含まれないことを確認した場合には、前記第１の計算手段が計算した複数のシミング値のそれぞれを今回のシミングに使用するためのシミング値として決定し、前記確認手段が前記閾値を越えるシミング値が含まれることを確認した場合には、前記前記閾値を越えるシミング値が前記第１の計算手段により計算された成分については０を今回のシミングに使用するためのシミング値として決定するとともに、前記第２の計算手段が計算したシミング値を今回のシミングに使用するシミング値として決定する決定手段とを具備したことを特徴とする磁気共鳴画像診断装置。
【請求項２】
前記測定手段は、前記磁場分布を位相マップとして空間的に求め、
前記第１の計算手段は、前記位相マップとして求めた磁場分布をシミング対象としている磁場成分ごとに展開し、磁場成分ごとに磁場分布が安定的となるような磁場強度を得るのに要するシミング値を求めることを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴画像診断装置。
【請求項３】
前記測定手段は、複数枚のスライス領域全体の磁場分布を測定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の磁気共鳴画像診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静磁場の不均一成分を補正する機能を備えた磁気共鳴画像診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ：magnetic resonance imaging）では、さまざまな撮像法において非常に高い静磁場均一性が要求されており、静磁場の不均一性を補正するいわゆるシミング(shimming)が重要である。シミングは、パッシブシミングとアクティブシミングとに大別される。パッシブシミングは、静磁場磁石が発生する静磁場中に鉄片（shim）などを配置することによって、撮像領域における静磁場を均一化する。アクティブシミングは、シムコイルにより発生した補正磁場を静磁場磁石が発生する静磁場に重畳することで、撮像領域における静磁場を均一化する。近年の磁気共鳴イメージングでは、アクティブシミングが重要であるので、以下ではこのアクティブシミングについて述べることとし、単にシミングと記す。
【０００３】
静磁場の不均一性は、０次成分Ｘ0，Ｙ0，Ｚ0、１次成分Ｘ1，Ｙ1，Ｚ1および２次成分Ｘ2，Ｙ2，Ｚ2，ＸＹ，ＺＹ，ＺＸなどの各成分に分けて表すことができる。３次成分以上のさらなる高次の成分も存在する。
【０００４】
シミングは、上記のような不均一成分ごとに行われるのが一般的である。ただし、補正する成分に１対１に対応するシムコイルが必要となるため、１次成分まであるいは２次成分までというように、成分を絞って補正することが一般的である。
【０００５】
シミング計算では、関心領域における磁場分布を計測するための信号収集を実際に行い、磁場分布をシミング対象としている磁場成分ごとに展開し、静磁場の不均一成分を打ち消す補正磁場を求める。そして、上記の補正磁場を発生するために各シムコイルに供給するべき電流値すなわち補正値を計算する。例えば均一な磁場強度の基準値をＢ0とし、１次成分まで磁場分布を求めてシミングを行うこととし、さらに簡単のために磁場分布の展開式においてはＸ方向とＹ方向は考えずＺ方向のみを考慮することとするならば、磁場分布を１次まで展開した結果の式Ｃ1Ｚ＋Ｃ0＋Ｂ0に対して、１次成分の補正値は−Ｃ1、０次成分の補正値は−Ｃ0として与えられる。
【特許文献１】特公平３−５１１７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、シムコイルに設定できる電流には上限があるため、シミングの補正値がその許容できる上限を超える値になると、適切な補正が行われないことになる。もちろんこれらの場合でも、磁場分布を成分展開し計算しているため、シミングの補正値を求めることはできるが、シムコイルの許容電流値などの制約の影響を受けた下で計算した結果であるため、求めた補正磁場が実際の磁場分布に合わない恐れがあった。
【０００７】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、適切な補正磁場を得られるようにし、静磁場均一性を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様による磁気共鳴画像診断装置は、静磁場を発生する手段と、前記静磁場に関する空間的な磁場分布を測定する測定手段と、補正対象である複数の成分のそれぞれについてのシミング値を前記強度分布特性に基づいて計算する第１の計算手段と、前記第１の計算手段が計算した複数のシミング値のうちに、前記複数の成分毎に予め定めた閾値を越えるシミング値が含まれるか否かを確認する確認手段と、前記確認手段が前記閾値を越えるシミング値が含まれることを確認した場合に、前記閾値を越えるシミング値が前記第１の計算手段により計算された成分についてのシミング値を０に定めた条件の下で、シミング値を０に定めた成分以外の成分についてのシミング値を前記強度分布特性に基づいて計算する第２の計算手段と、前記確認手段が前記閾値を越えるシミング値が含まれないことを確認した場合には、前記第１の計算手段が計算した複数のシミング値のそれぞれを今回のシミングに使用するためのシミング値として決定し、前記確認手段が前記閾値を越えるシミング値が含まれることを確認した場合には、前記前記閾値を越えるシミング値が前記第１の計算手段により計算された成分については０を今回のシミングに使用するためのシミング値として決定するとともに、前記第２の計算手段が計算したシミング値を今回のシミングに使用するシミング値として決定する決定手段とを備える。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、適切な補正磁場を得られるようにし、静磁場均一性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。
【００１６】
図１は本実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ装置）の構成を示す図である。この図１に示すＭＲＩ装置は、静磁場磁石１、傾斜磁場コイル２、傾斜磁場電源３、寝台４、寝台制御部５、送信ＲＦコイルユニット６、送信部７、受信ＲＦコイルユニット８、受信部９、計算機システム１０、シムコイルユニット１１、シムコイル電源、シムコントローラ１３およびシーケンサ１４を具備する。
【００１７】
静磁場磁石１は、中空の円筒形をなし、内部の空間に一様な静磁場を発生する。この静磁場磁石１としては、例えば永久磁石、超伝導磁石等が使用される。
【００１８】
傾斜磁場コイル２は、中空の円筒形をなし、静磁場磁石１の内側に配置される。傾斜磁場コイル２は、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚの各軸に対応する３種類のコイルが組み合わされている。傾斜磁場コイル２は、上記の３つのコイルが傾斜磁場電源３から個別に電流供給を受けて、磁場強度がＸ，Ｙ，Ｚの各軸に沿って変化する傾斜磁場を発生する。なお、Ｚ軸方向は、例えば静磁場と同方向とする。Ｘ，Ｙ，Ｚ各軸の傾斜磁場は、例えば、スライス選択用傾斜磁場Ｇs、位相エンコード用傾斜磁場Ｇeおよびリードアウト用傾斜磁場Ｇrにそれぞれ対応する。スライス選択用傾斜磁場Ｇsは、任意に撮像断面を決めるために利用される。位相エンコード用傾斜磁場Ｇeは、空間的位置に応じて磁気共鳴信号の位相を変化させるために利用される。リードアウト用傾斜磁場Ｇrは、空間的位置に応じて磁気共鳴信号の周波数を変化させるために利用される。
【００１９】
静磁場磁石１および傾斜磁場コイル２は、ガントリに収容される。ガントリには、傾斜磁場コイル２の内側に空洞が形成されており、この空洞の内部が撮像領域となる。
【００２０】
被検体Ｐは、寝台４の天板４１に載置された状態で撮像領域に挿入される。寝台４の天板４１は寝台制御部５により駆動され、その長手方向および上下方向に移動する。通常、この長手方向が静磁場磁石１の中心軸と平行になるように寝台４が設置される。
【００２１】
送信ＲＦコイルユニット６は、少なくとも１つのコイルを内蔵し、傾斜磁場コイル２の内側に配置される。送信ＲＦコイルユニット６は、送信部７から高周波パルスの供給を受けて、高周波磁場（回転磁場）を発生する。
【００２２】
送信部７は、ラーモア周波数に対応する高周波パルスを送信ＲＦコイルユニット６に送信する。
【００２３】
受信ＲＦコイルユニット８は、少なくとも１つのコイルを内蔵し、傾斜磁場コイル２の内側に配置される。受信ＲＦコイルユニット８は、上記の高周波磁場の影響により励起された被検体の対象原子核のスピンが緩和する過程で放出される高周波の磁気共鳴信号を受信する。受信ＲＦコイルユニット８からの出力信号は、受信部９に入力される。なお、受信ＲＦコイルユニット８は、送信ＲＦコイルユニット６と兼用としても良い。
【００２４】
受信部９は、受信ＲＦコイルユニット８が出力する磁気共鳴信号を増幅し、直交位相検波し、さらにアナログ／ディジタル変換することによって磁気共鳴信号データを生成する。
【００２５】
計算機システム１０は、インタフェース部１０１、データ収集部１０２、再構成部１０３、記憶部１０４、表示部１０５、入力部１０６および主制御部１０７を有している。
【００２６】
インタフェース部１０１には、傾斜磁場電源３、寝台制御部５、送信部７、受信ＲＦコイルユニット８および受信部９等が接続される。インタフェース部１０１は、これらの接続された各部と計算機システム１０との間で授受される信号の入出力を行う。
【００２７】
データ収集部１０２は、受信部９から出力されるデジタル信号をインタフェース部１０１を介して収集する。データ収集部１０２は、収集したデジタル信号、すなわち磁気共鳴信号データを、記憶部１０４に格納する。
【００２８】
再構成部１０３は、記憶部１０４に記憶された磁気共鳴信号データに対して、後処理、すなわち２次元フーリエ変換（２ＤＦＴ）等の再構成を実行し、被検体Ｐ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。
【００２９】
記憶部１０４は、磁気共鳴信号データと、スペクトラムデータあるいは画像データとを、患者毎に記憶する。
【００３０】
表示部１０５は、スペクトラムデータあるいは画像データ等の各種の情報を主制御部１０７の制御の下に表示する。表示部１０５としては、液晶表示器などの表示デバイスを利用可能である。
【００３１】
入力部１０６は、オペレータからの各種指令や情報入力を受け付ける。入力部１０６としては、マウスやトラックボールなどのポインティングデバイス、モード切替スイッチ等の選択デバイス、あるいはキーボード等の入力デバイスを適宜に利用可能である。
【００３２】
主制御部１０７は、図示していないＣＰＵやメモリ等を有しており、本実施形態のＭＲＩ装置を総括的に制御する。
【００３３】
シムコイルユニット１１は、ＦＵＣ（field uniformity correction）法で直接的および間接的に補正対象としない高次の不均一磁場成分を補正対象とする。シムコイルユニット１１は、補正対象とする静磁場の不均一磁場成分がおのおの異なる複数のシムコイルを含んでいる。
【００３４】
図２はシムコイルユニット１１の各シムコイルの積層状態をその軸方向から見た配置図である。
【００３５】
図１では傾斜磁場コイル２とシムコイルユニット１１との区別を容易とするためにそれらを離間して示しているが、実際には傾斜磁場コイル２の外周表面上にシムコイルユニット１１が隙間無く接合されている。
【００３６】
シムコイルユニット１１は図２に示すように、「ＺＸ」、「ＺＹ」、「ＸＹ」、「Ｘ2−Ｙ2」、「Ｚ2」の２次シムの構造を成している。これを詳述すると、シムコイルユニット１１は、内側樹脂層２０、シムコイル２１，２２，２３，２４，２５および樹脂テープ層２６を含む。
【００３７】
内側樹脂層２０は、傾斜磁場コイル２の外周面上に円筒状に形成されている。シムコイル２１，２２，２３，２４，２５はそれぞれ、例えばフレキシブル基板を絶縁性のベース上に所要コイルパターンをなすように形成している。そしてシムコイル２１，２２，２３，２４，２５は、順に積層された状態で内側樹脂層２０の外周面上に配置されている。シムコイル２１は、静磁場磁石１が発生する静磁場のＺＸ成分とほぼ同じ磁場方向を持つ磁場を発生するコイルパターンを持つ。シムコイル２２は、静磁場磁石１が発生する静磁場のＺＹ成分とほぼ同じ磁場方向を持つ磁場を発生するコイルパターンを持つ。シムコイル２３は、静磁場磁石１が発生する静磁場のＸＹ成分とほぼ同じ磁場方向を持つ磁場を発生するコイルパターンを持つ。シムコイル２４は、静磁場磁石１が発生する静磁場のＸ2−Ｙ2成分とほぼ同じ磁場方向を持つ磁場を発生するコイルパターンを持つ。シムコイル２５は、静磁場磁石１が発生する静磁場のＺ2成分とほぼ同じ磁場方向を持つ磁場を発生するコイルパターンを持つ。樹脂テープ層２６は、シムコイル２５の外周面上に樹脂テープを巻き付けて構成される。樹脂テープ層２６は、シムコイル２１，２２，２３，２４，２５を保護および絶縁する。
【００３８】
なお、この図２に示すような構造をもつシムコイルユニット１１については、特開平８−１９６５１８号公報により詳しく記載されている。
【００３９】
このような構成によりシムコイルユニット１１は、５チャンネルの補正磁場を発生することができる。より多くのシムコイルを搭載し、１３チャンネルや１８チャンネルの補正磁場を発生可能なシムコイルユニットも実現されている。
【００４０】
シムコイル電源１２は、シムコイルユニット１１の複数のシムコイル各々に独立して電流（シム電流）を供給する。シムコイル電源１２は、シム電流をシムコントローラ１３から出力されるシミング値に応じた大きさとする。
【００４１】
シムコントローラ１３は、受信部９から磁気共鳴信号データを取り込み、これに基づいて空間的な磁場分布を求め、この磁場分布に基づいて成分ごとにシミング値（補正量）を求める。シムコントローラ１３は、シムコイルユニット１１が補正対象とする不均一成分のシミング値を、データ収集する部分領域の移動に応じて変えながらシムコイル電源１２に供給する。シムコントローラ１３は、１次の不均一成分のシミング値をオフセット値として、データ収集する部分領域の移動に応じて変えながらシーケンサ１４に供給する。さらにシムコントローラ１３は、０次成分、つまり共鳴周波数のずれに対するシミング値に応じて、受信部９内における直交位相検波の参照周波数を調整することにより、０次成分をシミングする。
【００４２】
シーケンサ１４は、送信部７、受信部９および傾斜磁場電源３の各動作タイミングを制御して、シミング値を決めるためのパルスシーケンスやイメージングのためのパルスシーケンスを実行する。シーケンサ１４は、イメージングのためのパルスシーケンスを実行する際には、上記のオフセット値を規準値に加算して、この加算値を傾斜磁場電源３に供給する。傾斜磁場電源３は、上記の加算値に応じた傾斜磁場電流をＸ，Ｙ，Ｚ各軸の傾斜磁場コイルに供給することにより、１次成分をシミングする。
【００４３】
次に以上のように構成されたＭＲＩ装置の動作について説明する。
【００４４】
本実施形態では、シムコイルを用いるシミングと、傾斜磁場にオフセットを与えることによる、いわゆるＦＵＣ法と呼ばれるシミングのどちらも対象とする。ＦＵＣ法とは、Ｘ，Ｙ，Ｚ各軸の傾斜磁場にオフセットを重畳することにより、静磁場の１次の不均一成分を直接的に補正するものであるが、本実施形態ではこのＦＵＣ法を使って、これよりも高次、つまり２次の不均一成分についても間接的に補正することを可能とする。本実施形態ではＦＵＣ法と同様に、シムコイル各々が直接的に補正する不均一成分以外の成分も間接的に補正することを可能とする。
【００４５】
次にシミング値の決定方法について説明する。
【００４６】
シミング値（シム電流値）の決定方法としては、次の方法がある。
【００４７】
(1)  傾斜磁場を重畳することなく対象領域からの磁気共鳴信号を取得し、この信号減衰時定数が最も長いシム電流値を求める。
【００４８】
(2)  傾斜磁場を重畳することなく対象領域からの磁気共鳴信号を取得し、この磁気共鳴信号をフーリエ変換し、その変換データの周波数帯域が最小となるようなシム電流値を求める。
【００４９】
(3)  磁場分布を位相マップとして空間的に求め、この磁場分布をシミング対象としている磁場成分ごとに展開（分解）し、磁場成分ごとに磁場分布が安定的となるような磁場強度を得るのに要するシム電流値を求める。
【００５０】
これらの方法のうちで最良の方法は(3)の方法であるので、本実施形態では上記(3)の方法を基礎とする。この方法では、関心対象は例えば非常に薄い３mm厚のスライス領域である。スライス方向が、最も一般的なＺ方向であると考えると、Ｚ方向の不均一性を表わす成分に対するシム電流値を薄い１枚のスライス領域だけの磁場分布からシム電流値を求めると、精度低下が懸念される。そこで本実施形態では、広い領域、つまり複数枚のスライス領域全体の磁場分布からシム電流値を求めることでこの懸念を解消している。
【００５１】
図３はシムコントローラ１３がシミング値を決定する手順を示すフローチャートである。
【００５２】
ステップＳａ１においてシムコントローラ１３は、補正対象である成分の全てをシミング値の計算対象とする。そしてステップＳａ２においてシムコントローラ１３は、計算対象である各成分のシミング値をそれぞれ計算する。このシミング値の計算には、周知の処理を適用できる。ステップＳａ３においてシムコントローラ１３は、上記の計算により求まったシミング値のうちに、成分毎に予め定めた閾値を超えるものが含まれるか否かを確認する。なお閾値は、シムコイル電源１２がシムコイルユニット１１の各シムコイルに供給可能な最大電流量に相当する値か、あるいはそれより若干小さな値に設定される。
【００５３】
閾値を超えるシミング値が無ければ、シムコントローラ１３はステップＳａ３からステップＳａ４へ進む。ステップＳａ４においてシムコントローラ１３は、上記のように計算した値を、今回のシミングに使用するためのシミング値として決定する。
【００５４】
一方、閾値を超えるシミング値が有った場合、シムコントローラ１３はステップＳａ３からステップＳａ５へ進む。ステップＳａ５においてシムコントローラ１３は、補正対象である成分のうちの一部成分のシミング値を所定値に定める。ステップＳａ６においてシムコントローラ１３は、上記の一部成分以外の成分を計算対象とする。ステップＳａ７においてシムコントローラ１３は、一部成分のシミング値を所定値に定めた条件の下で、計算対象である各成分のシミング値をそれぞれ計算する。そしてステップＳａ８においてシムコントローラ１３は、ステップＳａ５で一部成分に対して定めた所定値と、ステップＳａ７で計算した値とを、今回のシミングに使用するためのシミング値として決定する。
【００５５】
なお、一部成分は、例えばステップＳａ２で計算された値が閾値を超えている成分や、高次の成分とすることが考えられる。所定値は、例えば０とすることが考えられる。
【００５６】
かくして本実施形態によれば、従来の全成分を直接的に補正する方法でシミングが安定しない場合に、成分を限定して間接的に補正を行うことができ、シミングの安定性をより高めることができる。
【００５７】
また、所定値は閾値程度の値として、一部成分についての補正を可能な範囲で行うようにすることも可能であるが、本実施形態のように所定値を０とすることにより、一部成分についての補正量を０として他の成分で補正を行うほうが、静磁場を適正に補正することができる。
【００５８】
この実施形態は、次のような種々の変形実施が可能である。
【００５９】
上記のステップＳａ１乃至ステップＳａ４の処理を省略して、最初から一部成分のシミング値を所定値に固定しても良い。これにより、例えばＺＸの成分のシミング値をある値に固定し、かつＺＸ以外の２次以上の高次成分のシミング値を０に固定して残りの成分のシミング値を求めることで、ＺＸおよび２次未満の成分だけでＺＸの成分および上記の高次成分を間接的に補正する、ということが可能となる。他に例えば、特定次数の成分のシミング値は０としてそれ以外の成分のシミング値を解くと、結果的に上記特定次数以外の成分で上記特定次数の成分を間接的に補正を行えたりするなど、本発明の方法によりシミングの補正において成分の組み合わせの自由度を上げることができる。
【００６０】
また、１回のシミング計算で求めた補正値よりもさらに磁場均一性の高い収束した解を見つけるために、例えば２次までのシミングを行うことを考えた場合、最初は２次成分のシミング値を０に設定して残りの成分のシミング値を求め、その次は求めた成分を固定して最初に０とした２次成分を求めるということを何回か繰り返しても良い。もちろん各シミング計算において、どの成分をどの値に固定するかは任意である。これにより、１回の計算では最適解が得られない場合に、計算を繰り返すことで、より収束した解を求めることができ、シミングの安定性をより高めることができる。
【００６１】
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。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ装置）の構成を示す図。
【図２】図１中のシムコイルユニット１１の各シムコイルの積層状態をその軸方向から見た配置図。
【図３】図１中のシムコントローラ１３がシミング値を決定する手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００６３】
１…静磁場磁石、２…傾斜磁場コイル、３…傾斜磁場電源、４…寝台、５…寝台制御部、６…送信コイルユニット、７…送信部、８…受信コイルユニット、９…受信部、１０…計算機システム、１１…シムコイルユニット、１２…シムコイル電源、１３…シムコントローラ、１４…シーケンサ。
【図１】
0005148146.tif 000002
【図２】
0005148146.tif 000003
【図３】
0005148146.tif 000004