(57)【要約】本発明は、検査ボリューム（９）と、検査ボリュームにおいて主磁界（Ｂ０）を生成するための主磁石システム（１７）と、主磁界の勾配を生成するための勾配磁石システム（２５）と、ＭＲＩシステムの機械的振動に起因する磁界の乱れを補償するための制御システム（３７）と、を有する磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムに関する。本発明によれば、制御システムは、予め決められた応答関係に従って、勾配磁石システムの電流に依存して前記乱れに対する必要な補償を決定するフィードフォワード制御システムである。多くのＭＲＩシステムにおいて、機械的な振動は、勾配磁石システムの変化する電流及びそれによってもたらされる渦電流によって主に引き起こされるので、本発明は、前記乱れに起因する再構成画像のアーチファクト及び他の歪みが大幅に低減されるように、前記乱れに対する正確な且つ信頼できる補償を提供する。
2006518242.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査ボリュームと、
前記検査ボリュームに主磁界を生成するための主磁石システムと、
前記主磁界の勾配を生成するための勾配磁石システムと、
磁気共鳴イメージングシステムの機械的な振動によって引き起こされる前記磁界の乱れを補償するための制御システムと、
を有する磁気共鳴イメージングシステムであって、
前記制御システムが、前記勾配磁石システムの電流に対応する入力信号を受け取るための入力部と、補償出力信号を供給するための出力部とを有し、前記補償出力信号が、予め決められた応答関係によって、前記入力信号に依存して前記制御システムによって決められることを特徴とする、磁気共鳴イメージングシステム。
【請求項２】
前記検査ボリュームが、第１の磁石ユニット及び該第１の磁石ユニットから或る距離に配される第２の磁石ユニットとの間に配され、前記第１及び前記第２の磁石ユニットが、それぞれ、前記主磁石システムの第１の部分及び第２の部分並びに前記勾配磁石システムの第１の部分及び第２の部分を有し、前記第１及び前記第２の磁石ユニットが、前記検査ボリュームのアイソセンタに関して、互いにほぼ正反対の側に配される２つのポストを介して相互接続され、前記制御システムの主入力信号が、前記２つのポストが延在する仮想面に対して垂直に延びるＸ軸に沿って前記磁界の勾配を生成する前記勾配磁石システムのＸコイルの電流に対応し、前記制御システムの主出力信号が、前記Ｘ軸に沿って前記磁界の補償勾配を生成するための、前記Ｘコイルに供給される補償電流に対応することを特徴とする、請求項１に記載の磁気共鳴イメージングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検査ボリュームと、検査ボリュームに主磁界を生成するための主磁石システムと、主磁界の勾配を生成するための勾配磁石システムと、ＭＲＩシステムの機械的な振動によって引き起こされる磁界の乱れを補償するための制御システムと、を有する磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、主磁石システム及び勾配磁石システムのようなＭＲＩシステムの主要な部分は、動作中、機械的な振動を受ける。これらの振動は、例えば床の振動又はＭＲＩシステム内の患者の動きのような環境外乱によって、及び例えば主磁界と前記コイルの変化する電流との間の相互作用の結果として、勾配磁石システムの電気コイルに及ぼされる変化するローレンツ力のような内的外乱によって引き起こされる。振動は、検査ボリュームにおける磁界の、時間に依存し且つ周期的な不所望の乱れをもたらす。磁界の前記乱れの結果として、検査ボリュームにおける磁界の空間定義は、十分に正確ではなく、それによって、アーチファクト及び他の歪みが、検査ボリューム内の検査されるべき対象の再構成画像にもたらされる。
【０００３】
冒頭の段落に述べた種類のＭＲＩシステムは、米国特許第６，３９６，２６８号明細書から知られている。既知のＭＲＩシステムは、主磁石システムが上半分の磁石及び下半分の磁石に収容されており、それらの上半分と下半分の磁石の間に検査ボリュームが存在する、いわゆるオープンタイプである。上半分の磁石及び下半分の磁石は、垂直な支柱によって、互いから予め決められた距離に保たれる。既知のＭＲＩシステムの制御システムは、センサを有するフィードバック制御ループを有する。センサは、支柱に取り付けられ、磁界の乱れを測定する。既知のＭＲＩシステムにおいて、前記の乱れは、主に、上半分の磁石と下半分の磁石との相互の位置の変化によって引き起こされる。センサは、コントローラに供給される磁界変化信号を生成する。コントローラは、磁界変化信号を、磁界の測定された乱れに対する所望の補償に対応する補償信号に、変換する。第１の実施例において、既知のＭＲＩシステムは、磁界の測定された乱れに対する補償磁界を能動的に生成する複数の補償コイルを有し、補償信号は、補償コイルの所望の電流に対応する。第２の実施例において、補償信号は、ＭＲＩシステムのＲＦトランシーバコイルを制御するＭＲＩシステムのトランシーバに供給される。検査ボリュームにおける所望の選択された位置に関して、トランシーバは、磁界の測定された乱れを、ＲＦトランシーバコイルによって伝送されるＲＦ信号の周波数で補償するので、実際に選択された位置は、磁界の乱れに影響されない。第３の実施例において、補償磁界は、勾配磁石システムによって生成される。この実施例において、補償信号は、勾配磁石システムに供給される所望の付加の補償電流に対応し、補償信号は、勾配磁石システムのコイルの駆動信号に加えられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
既知のＭＲＩシステムの不利益は、制御システムによって達成される磁界の乱れの補償が十分に正確でないことである。第１の理由は、センサが、検査ボリュームにおいて、すなわち磁界の乱れが補償されるべき位置において、磁界の乱れを測定しないことである。センサを検査ボリュームに配置することは、実際的でなく、又は不可能でさえある。第２の理由は、センサの位置における磁界が、勾配磁石システムによって影響を及ぼされ、従って、センサが、単に、主磁界の乱れを測定するだけでないことである。
【０００５】
本発明の目的は、冒頭の段落に述べた種類の磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムであって、ＭＲＩシステムの機械的な振動によって引き起こされる検査ボリュームにおける磁界の乱れが、より正確な且つ信頼できる態様で補償され、それによって、再構成された画像のアーチファクト及び他の歪みが一層低減される磁気共鳴イメージングシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的を達成するために、本発明による磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムは、制御システムが、勾配磁石システムの電流に対応する入力信号を受け取るための入力部と、補償出力信号を供給するための出力部と、を有し、補償出力信号が、予め決められた応答関係に従って、入力信号に依存して制御システムによって決定されることを特徴とする。本発明は、ＭＲＩシステムの機械的な振動が、主磁界と勾配磁石システムの変化する電流との相互作用の結果として、勾配磁石システムに及ぼされる変化するローレンツ力と、主磁界と勾配磁石システムの変化する磁界によってＭＲＩシステムの他の部分に引き起こされる渦電流との相互作用の結果として、これらの部分に及ぼされる変化するローレンツ力と、によって主に引き起こされるという洞察に基づく。これらの主な振動の大きさ及び周波数は、実質的に勾配磁石システムの電流に依存する。
【０００７】
この洞察に基づいて、本発明によるＭＲＩシステムの制御システムは、勾配磁石システムの実際の電流に依存して、磁界の必要な補償を決めるフィードフォワード制御システムである。前述した主な振動は、実質的に勾配磁石システムの電流に依存するので、前記電流と前記主な振動によって引き起こされる磁界の乱れとの間の正確な関係が、例えば測定によって、決められることができる。更に、制御システムの補償出力信号と補償出力信号の結果として実際に達成される磁界の補償との間の正確な関係も決められることができる。制御システムが、応答関係に従って、入力信号、すなわち勾配磁石システムの電流に依存して補償出力信号を決める該応答関係は、前述した２つの関係に基づいて、正確に予め決められることができる。その結果、ＭＲＩシステムの機械的振動によって引き起こされる磁界の乱れの正確な且つ信頼できる補償が得られる。
【０００８】
応答関係の事前決定の間、磁界の乱れ及び達成される補償が、検査ボリュームにおいて、すなわち磁界の乱れが補償されるべき位置において、測定されることができる。更に、前記事前決定の間、主磁界の乱れ及び勾配磁界の乱れが、別々に決定されることができる。これは、これら２つのタイプの乱れが、別々の態様で最も良く補償されることができるので、利点である。すなわち、主磁界の乱れは、別の補償コイルの補償磁界によって、又はＭＲＩ方法において使用されるＲＦ信号の周波数を補償することによって、最も良く補償されることができ、勾配磁界の乱れは、勾配磁石システムによって又は別の補償コイルによって生成される付加の補償磁界によって、最も良く補償されることができる。
【０００９】
本発明によるＭＲＩシステムの特定の実施例は、検査ボリュームが、第１の磁石ユニットと、第１の磁石ユニットから或る距離に配される第２の磁石ユニットとの間に配され、第１及び第２の磁石ユニットが、それぞれ、主磁石システムの第１の部分及び第２の部分と、勾配磁石システムの第１の部分及び第２の部分とを有し、第１及び第２の磁石ユニットが、検査ボリュームのアイソセンタに関して互いにほぼ正反対の側に配される２つのポストを介して相互接続され、制御システムの主入力信号が、２つのポストが延在する仮想面に対して垂直に延びるＸ軸に沿って磁界の勾配を生成する、勾配磁石システムのＸコイルの電流に対応し、制御システムの主出力信号が、Ｘ軸に沿って磁界の補償勾配を生成するための、Ｘコイルに供給される補償電流に対応することを特徴とする。
【００１０】
前記特定の実施例において、ＭＲＩシステムは、検査ボリュームにおける患者に改善された快適さを提供するとともに、検査ボリュームの改善されたアクセサビリティ（アクセスのしやすさ）を提供する、いわゆるオープンタイプである。この特定の実施例は、２つのポストが、検査ボリュームのアイソセンタに関して互いに正反対の側に配置される結果として、勾配磁石システムに及ぼされる変化するローレンツ力が、主に、２つのポストが延在する仮想面内に延在し且つ検査ボリュームの主磁界の方向に対し垂直に延びる軸を中心として、第１及び第２の磁石ユニットの互いに対する回転振動をもたらすという洞察に基づく。この特定の実施例は、更に、前記回転振動が、主に、Ｘ軸に沿って生成される磁界の勾配の乱れをもたらすという洞察と、前記乱れが、勾配磁石システムのＸコイルによって生成される付加の補償磁界によって最も良く補償されることができるという洞察に基づく。
【００１１】
以下、本発明による磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムの実施例が、図面を参照して詳しく記述される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１に示すような本発明による磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムは、いわゆるオープンタイプのＭＲＩシステムであり、第１又は下側の磁石ユニット１と、第２又は上側の磁石ユニット３と、を有する。第２の磁石ユニット３は、第１の磁石ユニット１から垂直な距離に配置され、２つの垂直なポスト５及び７を介して第１の磁石ユニット１に接続される。第１の磁石ユニット１及び第２の磁石ユニット３の間には、検査されるべき患者が配置されることが可能な検査ボリューム９が存在する。このために、ＭＲＩシステムは、運搬車１３から検査ボリューム９に移動されることができる水平な患者ベッド１１を有する。図示する実施例において、２つのポスト５、７は、検査ボリューム９のアイソセンタ１５に関して、互いにほぼ正反対の側に配置される。このように、検査ボリューム９は、患者及び医療関係者にとって、２つのポスト５、７が延在する仮想面に対して垂直に延びるＸ軸の方向において容易にアクセスできる。更に、特に患者が閉所恐怖症に苦しむ場合に感じうる、検査ボリューム９における患者の圧迫感が大幅に低減される。
【００１３】
ＭＲＩシステムは、核磁気共鳴法によって患者の身体の内臓の画像を生成するのに適している。核磁気共鳴法は、それ自体知られており、以下に詳しく説明しない。このために、図２に示すように、ＭＲＩシステムは、第１の磁石ユニット１に収容される第１の部分１９及び第２の磁石ユニット３に収容される第２の部分２１を具える主磁石システム１７を有する。主磁石システム１７は、検査ボリューム９の中心部２３において垂直なＺ方向にほぼ均一な主磁界Ｂ０を生成するための、超低温コンテナに収容される図２に図示しない複数の超電導コイルを有する。ＭＲＩシステムは、更に、第１の磁石ユニット１に収容される第１の部分２７及び第２の磁石ユニット３に収容される第２の部分２９を具える勾配磁石システム２５を有する。勾配磁石システム２５は、検査ボリューム９の中心部２３において磁界の変化する勾配を生成するための、図２に図示しない複数の電気コイルを有する。ＭＲＩシステムは、更に、第１の磁石ユニット１に収容される第１の部分３３及び第２の磁石ユニット３に収容される第２の部分３５を具えるＲＦ送受信システム３１を有する。ＲＦ送受信システム３１は、検査ボリューム９の中心部２３にＲＦ信号を送信し、そこからＲＦ信号を受信するための、図２に図示しない複数のＲＦ送受信コイルを有する。
【００１４】
勾配磁石システム２５の第１の部分２７及び第２の部分２９は、主磁石システム１７の磁界内に存在するので、動作中、主磁石システム１７の磁界と、検査ボリューム９の中心部２３に磁界の変化する勾配を生成するために前記コイルに供給される変化する電流との間の相互作用の結果として、変化するローレンツ力が、勾配磁石システム２５の電気コイルに及ぼされる。変化するローレンツ力は、勾配磁石システム２５の機械的な振動及び歪みをもたらす。勾配磁石システム２５は、主磁石システム１７に機械的に結合されるので、前記振動は、主磁石システム１７及びＭＲＩシステムの他の部分にも伝えられる。ＭＲＩシステム内の振動の別の原因は、勾配磁石システム２５の変化する磁界によってＭＲＩシステムの導電部分にもたらされる渦電流である。主磁石システム１７の磁界と前記渦電流との間の相互作用によって、変化するローレンツ力が前記導電部分に及ぼされ、その結果として、前記導電部分の機械的な振動及び歪みをもたらす。一例は、主磁石システム１７の超電導コイルが収容される超低温コンテナである。ＭＲＩシステムの主要な部分の前記機械的な振動及び歪みは、検査ボリューム９の中心部２３に、不所望の時間依存の且つ周期的な磁界の乱れをもたらす。磁界の前記乱れの結果として、主磁界Ｂ０の均一性及び中心部２３における磁界の勾配の空間定義の正確さが不十分になり、それによって、アーチファクト及び他の歪みが、患者の再構成された画像に取り込まれる。
【００１５】
ＭＲＩシステムの機械的振動に起因する再構成された画像のアーチファクト及び他の歪みを低減するために、本発明によるＭＲＩシステムは、図３に示すように、ＭＲＩシステムの機械的振動に起因する検査ボリューム９の中心部２３における磁界の乱れを補償するための制御システム３７を具える。制御システム３７の構成及び動作は２つの洞察に基づく。第１の洞察は、２つのポスト５、７が、アイソセンタ１５に関して互いに正反対の側に配置される結果として、勾配磁石システム２５及びＭＲＩシステムの他の導電部分に及ぼされる変化するローレンツ力が、２つのポスト５、７が延在する仮想面内に延在し且つＺ方向に対して垂直に延びる図１に示す軸３９、４１を中心とする、第１の磁石ユニット１及び第２の磁石ユニット３の回転振動をもたらすことである。前記回転振動は、勾配磁石システム２５によってＸ軸に沿って生成される勾配の乱れと、より小さい程度の主磁界Ｂ０の乱れとをもたらす。第２の洞察は、中心部２３における磁界の乱れの大きさ及び周波数が、前記回転振動の大きさ及び周波数に依存することである。前記回転振動の大きさ及び周波数は、主に、勾配磁石システム２５のＸコイル、すなわちＸ軸に沿って勾配を生成する電気コイルに及ぼされるローレンツ力の大きさ及び周波数に依存する。前記ローレンツ力の大きさ及び周波数は、前記Ｘコイルに供給される電流に依存するので、中心部２３における磁界の乱れの大きさ及び周波数は、主に、前記Ｘコイルに供給される電流に依存する。
【００１６】
これらの洞察に基づいて、図３に示す制御システム３７は、勾配磁石システム２５のＸコイルに供給される電流に対応する入力信号ｕＩＸを受け取るための電気的入力部４３を有するフィードフォワード制御システムである。入力信号ｕＩＸは、ＭＲＩシステムのデジタルコントローラ４５によって供給される。デジタルコントローラ４５は、勾配磁石システム２５及びＲＦ送受信システム３１のパルスシーケンスを制御し、このために、勾配磁石システム２５のパワーアンプに、電気信号ｕＩＸ及び同様の電気信号ｕＩＹ、ｕＩＺを供給し、ＲＦ送受信システム３１のパワーアンプに、電気信号ｕＲＦを供給する。制御システム３７は、更に、第１の補償出力信号ｕＣＩＸを供給する第１の電気的出力部４７と、第２の補償出力信号ｕＣＦ０を供給する第２の電気的出力部４９とを有する。
【００１７】
第１の補償出力信号ｕＣＩＸは、中心部２３においてＸ軸に沿って磁界の補償勾配を生成するための、勾配磁石システム２５のＸコイルに供給される補償電流に対応する。第１の出力信号ｕＣＩＸは、前記補償勾配が、Ｘ軸に沿った勾配の乱れと逆向きで、ほぼ同じ大きさを有するようなものである。制御システム３７は、予め決められた第１の応答関係により、入力信号ｕＩＸに依存して第１の出力信号ｕＣＩＸを決定する。第１の出力信号ｕＣＩＸは、制御システム３７のメモリに記憶される。第１の応答関係は、例えば、勾配磁石システム２５のＸコイルの電流とＸ軸に沿った磁界の勾配の乱れとの間に存在する関係の測定によって、及び勾配磁石システム２５のＸコイルの補償電流とＸ軸に沿った磁界の補償勾配との間に存在する関係の測定又は計算によって、予め決められる。前記２つの関係に基づいて、第１の応答関係は、正確に、予め決められることができる。第１の応答関係を決定するのに必要な前記測定は、第１の応答関係の正確さが一層改善されるように、検査ボリューム９の中心部２３において実行されることができる。その結果、Ｘ軸に沿った磁界の勾配の乱れの正確な且つ信頼できる補償が得られる。第１の出力信号ｕＣＩＸは、信号加算器５１によって信号ｕＩＸに加えられる。
【００１８】
第２の補償出力信号ｕＣＦ０は、ＲＦ送受信システム３１のＲＦ送信コイルによって送信されるＲＦ信号の周波数及び位相の補償に対応する。周波数の前記補償は、勾配磁石システム２５によって選択される中心部２３の位置において、意図される核磁気共鳴効果が、勾配磁石システム２５によって選択される位置にて実際に生じるように、ＲＦ信号の周波数が、前記位置の主磁界Ｂ０の乱れに適応されるものである。第２の出力信号ｕＣＦ０は、デジタルコントローラ４５に供給され、デジタルコントローラ４５は、それに対応して、電気信号ｕＲＦを適応させる。制御システム３７は、予め決められた第２の応答関係により、入力信号ｕＩＸに依存して第２の出力信号ｕＣＦ０を決定し、第２の出力信号ｕＣＦ０は、制御システム３７のメモリに記憶される。第２の応答関係は、例えば勾配磁石システム２５のＸコイルの電流と中心部２３における主磁界Ｂ０の乱れとの間に存在する関係の測定によって、予め決められる。必要な核磁気共鳴周波数は、主磁界Ｂ０の大きさに比例するので、ＲＦ信号の周波数の必要な補償は、前記乱れから直接的に導き出されることができる。前記関係に基づいて、第２の応答関係が、正確に、予め決められることができる。第２の応答関係を決定するのに必要な前記測定は、第２の応答関係の正確さが一層改善されるように、検査ボリューム９の中心部２３において実行されることができる。その結果、主磁界Ｂ０の乱れの正確な且つ信頼できる補償が得られる。
【００１９】
本発明によるＭＲＩシステムは、システムの機械的な振動によって引き起こされる磁界の乱れを補償するための別の補償コイル又は補償コイルの組を更に具えることもできることに留意されたい。こうして、前述した実施例において、第１の出力信号ｕＣＩＸは、Ｘ軸に沿って磁界の補償勾配を生成する別の補償コイル又は補償コイルの組に供給されることができる。同様に、別の補償コイル又は補償コイルの組が、主磁界Ｂ０の乱れの必要な補償を生成するために、設けられることができる。このような実施例において、第２の出力信号ｕＣＦ０に代わって、制御システム３７は、予め決められた応答関係に基づいて、別の補償コイル又は補償コイルの組の電流に対応する第２の出力信号ｕＣＩＢを生成する。
【００２０】
前述したＭＲＩシステムにおいて、制御システム３７は、１つの入力信号ｕＩＸに依存して制御システム３７によって決定される２つの補償出力信号ｕＣＩＸ及びｕＣＦ０を供給する。本発明は、更に、制御システムが別の数の出力信号を供給する実施例、及び制御システムが別の数の入力信号を受け取る実施例をも含むことに留意されたい。このような別の実施例の例には、Ｘコイル、Ｙコイル及びＺコイルの電流にそれぞれの対応する３つの入力信号に依存して、主磁界Ｂ０を補償するための１つの補償出力信号を供給する制御システムと、Ｘコイル、Ｙコイル及びＺコイルの電流にそれぞれ対応する３つの入力信号に依存して、主磁界Ｂ０を補償するための補償出力信号並びにＸ勾配、Ｙ勾配及びＺ勾配をそれぞれ補償するための３つの補償出力信号を供給する制御システムとがある。一般に、必要な入力信号の数及び種類並びに必要な出力信号の数及び種類は、ＭＲＩシステムの構成に依存する。
【００２１】
本発明は、更に、管状の勾配磁石システム及び管状の主磁石システムによって囲まれるクローズした円柱状の検査ボリュームを有する、いわゆるクローズド円柱タイプのＭＲＩシステムの実施例を含むことに留意されたい。このような実施例において、検査ボリュームにおける磁界の乱れの重要な付加的原因は、勾配磁石システムと主磁石システムとの間に配置されうる円柱状の渦電流シールドの機械的振動である。前記振動は、主に、主磁界と、勾配磁石システムの変化する磁界によって渦電流シールドにもたらされる渦電流との間の相互作用によって引き起こされる。これらの振動は、主に、勾配磁石システムの電流に依存するので、前記振動によって引き起こされる磁界の乱れは、適切な応答関係をもつ前述したような制御システムによって、効果的に補償されることができる。
【００２２】
最後に、制御システム３７が、例えば、アナログの電気的制御システム又はデジタルの制御システムでありうることに留意されたい。制御システム３７は、更に、デジタルコントローラ４５に組み込まれるソフトウェアモジュールであってもよい。従って、特許請求の範囲における「入力部」、「出力部」、「入力信号」及び「出力信号」なる表現は、制御システムについて使用される実施形態に対応する意味をもつ。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明によるＭＲＩシステムを示す図。
【図２】図１のＭＲＩシステムの概略断面図。
【図３】図１のＭＲＩシステムの制御システムを概略的に示す図。
【図１】
2006518242.tif 000003
【図２】
2006518242.tif 000004
【図３】
2006518242.tif 000005
【国際調査報告】
2006518242.tif 000006
2006518242.tif 000007
2006518242.tif 000008