(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シム電流を与えられる少なくとも１つのシムチャネルを有するＭＲトモグラフィ装置の磁石システムをシミングする方法において、シム電流は均等な磁界からの磁界の偏差に関係して制御され、シム電流は核共鳴信号の励起間隔および読出し間隔の期間中には零ではない一定値であり、シム電流はｋ空間経路の存在中に変更されることを特徴とするＭＲトモグラフィ装置の磁石システムのシミング方法。
【請求項２】
多くの同時に存在するｋ空間経路においてシム電流は、励起された核スピンのデフェージングを惹起する磁界不均等性に関する時間積分とシムチャネルにより発生されるシム磁界とが各核共鳴信号のリフェージング時点で零になるように制御されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
ｋ空間経路が測定空間内の相異なる位置に対応付けられていることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
少なくとも１つのセットのシムコイルと、それに対応付けられており、制御装置により制御されるシム電流供給源とを備え、シム電流供給源は、均等な磁界からの磁界の偏差に関係して、シム電流が核共鳴信号の励起間隔および読出し間隔の期間中の測定シーケンスの進行中には一定でありかつ励起間隔と読出し間隔との間で変更されるように制御されることを特徴とするＭＲトモグラフィ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＭＲトモグラフィ装置の磁石システムをシミングするための方法およびこの方法を実行するためのＭＲトモグラフィ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＲトモグラフィ装置では、基本磁界の均等性が決定的な因子である。相応の磁石設計および固定的なシム装置、例えば適当な個所に取付けられた強磁性材料により画定された体積の中で、所定の磁界均等性が達成される。以下では測定体積と呼ぶこの体積は、典型的に５０ｃｍと６０ｃｍとの間の直径を有する球である。それとならんでＭＲトモグラフィ装置には、通常シムコイルが存在しており、それにより像データ測定の直前に磁界のもう一度改善されたシミングが達成される。通常その際に、存在する不均等性を測定するため、局所化されない励起の後に、核共鳴装置のアンテナにより受信される全ての核共鳴信号が利用される。このようなシミングは以下で“グローバルな”シミングとも呼ばれる。
【０００３】
米国特許第 4,700,136号明細書から、均等性を設定するために、後に本来の測定も行われる領域からの信号のみが利用されるならば、均等性が局所的になお一層改善されることは知られている。この領域は、以下では目的領域と呼ばれる。基本磁界の局所的なシミングのために適する方法は、例えば米国特許第 5,614,827号明細書から知られている。シミングの目的はこれまで、全ての像データ測定の間に基本磁界の中の不均等性をシムコイルにより発生される磁界により補償することであった。しかし局所的なシミングは特定の領域にしか作用しない。すなわち特定のシム電流設定により、特定の領域内の基本磁界中の不均等性は補償できるが、他の領域内の基本磁界中の不均等性は補償できない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、多くの同時に存在するｋ空間経路において、測定される核共鳴信号への基本磁界の不均等性の影響を減ずることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この課題は、本発明によれば、シム電流を与えられる少なくとも１つのシムチャネルを有するＭＲトモグラフィ装置の磁石システムをシミングする方法において、シム電流は均等な磁界からの磁界の偏差に関係して制御され、シム電流は核共鳴信号の励起間隔および読出し間隔の期間中には零ではない一定値であり、シム電流はｋ空間経路の存在中に変更されることを特徴とするＭＲトモグラフィ装置の磁石システムのシミング方法により解決される。
さらに、この課題は、本発明によれば、少なくとも１つのセットのシムコイルと、それに対応付けられており、制御装置により制御されるシム電流供給源とを備え、シム電流供給源は、均等な磁界からの磁界の偏差に関係して、シム電流が核共鳴信号の励起間隔および読出し間隔の期間中の測定シーケンスの進行中には一定でありかつ励起間隔と読出し間隔との間で変更されるように制御されることを特徴とするＭＲトモグラフィ装置により解決される。
ｋ空間経路の存在中にシム電流が変更されることにより、種々の同時に存在するｋ空間経路に、励起時点または読出し時点またはｋ空間経路が相異なっているかぎり、個別に影響を与えることができる。ｋ空間経路とは下記のように定義されているｋ空間内の信号位置の時間的な経過を意味する。
ｋx＝γ∫Ｇｘ・ｘ・ｄｔ
ｋy＝γ∫Ｇｙ・ｙ・ｄｔ
ｋy＝γ∫Ｇｚ・ｚ・ｄｔ
Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚは勾配システムにより発生される（所望の）勾配を表すだけでなく、磁界の不均等性を一緒に含んでいる。ｘ、ｙ、ｚは直角座標系の中の座標を表し、またγは磁気回転定数である。本発明は、基本磁界の均等性がＭＲシーケンスの励起位相中および読出し位相中にのみ重要であるという認識から出発する。励起および読出しなしの時間間隔の中では、どの時間的展開の中でスピンデフェージングが影響されるかは重要でない。一般に、読出し時点でシム磁界により基本磁界の不均等性により惹起されるデフェージングが励起と読出しとの間の時間間隔にわたる時間積分として補償されていることに注意しさえすればよい。
【０００６】
本発明の有利な実施態様は従属請求項にあげられている。
【０００７】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図１ないし４により一層詳細に説明する。
【０００８】
図１による概要図はそのつどの勾配の方向を表すべき同じく記入されている直角座標系ｘ、ｙ、ｚによるｙ方向に磁界勾配Ｇｙを発生するための勾配コイルの配置を示す。勾配コイルは保持管１の上に固定されている鞍形コイルとして構成されている。導体部分２ａにより球状の検査体積１１の内側にｙ方向のほぼ一定な磁界勾配Ｇｙが発生される。戻り導体は、検査体積１１からの距離がより大きいので、そこに無視可能な成分のみを発生する。ｘ磁界勾配に対する勾配コイルはｙ磁界勾配に対する勾配コイル２と同一に構成されており、また単に保持管１の上で９０°だけ方位方向に回転されている。従って、図面を見易くするため、それらは図１中に示されていない。
【０００９】
図１中にはさらに、同じく鞍形コイルとして構成されているシムコイル４ないし６の概要が示されている。シムコイルの設計に関する実施例は、例えば米国特許第3,569,823号明細書に示されている。各々のシムコイル４ないし６に、各シムコイル４ないし６に電流Ｉ１ないしＩ３を供給するそれぞれ電流供給源ＳＨ１ないしＳＨ３が対応付けられている。電流Ｉ１ないしＩ３は計算ユニットＣを介して制御可能である。
【００１０】
ｚ方向の磁界勾配に対する勾配コイル３は、図２中に概要を示されている。これらのコイルはリング状に構成されており、また検査体積１１の中心点に対して対称に配置されている。両方の個別コイル３ａおよび３ｂは図２中に示されている方法で逆向きの方向に流されており、それらはｚ方向の磁界勾配を惹起する。さらに図２中には、この場合にはリング状の別のシムコイル７ないし９が再び概要図で示されており、これらのシムコイルは同じく電流供給源ＳＨ４ないしＳＨ６を介して電流Ｉ４ないしＩ６を与えられる。電流Ｉ４ないしＩ６は再び計算ユニットＣにより制御可能である。
【００１１】
図１および２にはさらに勾配コイル２、３に対する電流供給源Ｖが示されている。そのつどの勾配コイル２、３を通る電流Ｉは測定シーケンスを予め定めるパルス発生器Ｐおよび電流に対する発生器Ｏにより決定され、その際にパルス発生器Ｐおよび発生器Ｏの出力信号はオフセット電流を重畳するために加算される。発生器Ｏは同じく計算ユニットＣにより制御される。
【００１２】
図２中にはさらに、図１中では図面を見易くするため省略した信号取得のための要素が、その概要を示されている。アンテナ１５により高周波信号が検査対象物の上に入射され、また核共鳴信号がこのアンテナにより受信される。送信−受信ユニット１６の中で送信信号が発生され、そして受信された核共鳴信号が位相に相応して復調される。復調された核共鳴信号は、評価回路１７の中で評価される。詳細には、一方ではモニター１８の上に表示される像情報を得るため、また他方では計算ユニットＣの中でシム電流に変換される必要なシミングに関する情報を得るために評価される。
【００１３】
磁界は、球状の調波関数に基づいて表示可能である。ここで専ら関心のある軸線方向の磁界の成分ＢZに対しては：
【数１】
0004331363.tif 000002
が当てはまる。ここでｒ、ΘおよびφはベクトルＶｅの球座標、Ｒは撮像すべき体積の半径、Ｐ（ｎ，ｍ）はグレードｎの相応のＬｅｇｅｎｄｒｅ多項式、そして次数ｍおよびＡ（ｎ，ｍ）およびＢ（ｎ，ｍ）は球状の調波関数の係数である。係数（０，０）は均等な基本磁界を特徴付け、全ての他の係数は均等性の偏差を記述する。既に引用した米国特許第 3,569,823号明細書に説明されているように、シムパルスは本質的にこれらの係数の１つに影響を与えるように、すなわちこれらの係数に相応する磁界の乱れを補償するように、形成される。
【００１４】
均等性の偏差の直線的な項は、直線項の各方向に各直線項を補償するのに適したオフセット電流を、予め定められた勾配電流に加えることにより補償される。特定の次数までの均等性の偏差のより高い次数の項は、特別なシムパルスにより補償される。
【００１５】
シミングのためには、存在する磁界経過を確かめることがもちろん必要である。そのための方法は、既に引用した米国特許第 5,614,827号明細書に記載されている。
【００１６】
これまでシミングは常に、考察対象の体積に対し、測定または全測定系列の開始前に磁界の不均等性が決定され、またシム電流（勾配コイルに対するオフセット電流をも含む）の相応の設定により補償されるように実行されてきた。しかしながらその際に、正確なシミングが全測定体積の一部分に対してしか可能でないという問題が生ずる。従って測定過程で多くの互いに隔てられた層を次々と励起するならば、考察される層の１つに対してしかシミングを正確に設定することができない。他の層では不十分なシムに基づいて、状況によっては有害な基本磁界の不均等性が残る。層の中でも正確なシミングが部分範囲に対してしか可能でない。
【００１７】
このような多層励起は、例として図３中に示されている。その際に層選択励起のために必要な層選択勾配は、図面を見易くするため図示を省略されている。典型的な勾配エコーシーケンスでは、高周波パルスＲＦ１が第１の層の上に入射され、続いて勾配Ｇｐにより位相コーディングが位相コーディング方向に、また勾配パルスＧｒ- によりプリフェージングが負の読出し方向に行われる。読出し勾配パルスＧｒ- の作用のもとに最後に生ずる勾配エコー信号Ｓ１が読出される。反復時間ＴＲによりシーケンスが相異なる位相コーディング勾配Ｇｐにより繰り返される。すなわち別の高周波パルスＲＦ１が入射され、そして別の勾配エコー信号Ｓ１が読出される。反復時間ＴＲは、すぐ次の高周波パルスＲＦ２が直接に読出し位相に続くほど短くはできない。すなわち、さもなければスピンの飽和が生ずるであろう。すなわち、基本磁界の方向に十分なスピンを励起のために利用できず、従ってまた得られた核共鳴信号が強く低下する結果となる。しかし２つの励起間の中間空間は、一般に検査対象物の別の層を励起するために利用される。そのために読出し勾配パルスＧｒ- の終了後に別の高周波パルスＲＦ２が入射され、その際にしかしここでは、励起がいま第１の層と重ならない第２の層の中で行われるように、他の層選択勾配が有効である。ここでもスピンは再び位相コーディング勾配Ｇｐにより位相コーディングされ、そして読出し勾配パルスＧｒの作用のもとに読出される。一般に反復時間の中で、２つよりも多い層を励起することさえ可能である。
【００１８】
しかし従来通常のシム方法では、基本磁界が１つの層の中でしか正確にシムされ得ず、他方においてシミングが全ての他の層中で不完全であるという前記の問題が生ずる。本発明によればこの問題は、いま、シム電流（オフセット電流を含む）を測定の開始前に固定的に設定するのではなく、それらを測定中に、相異なるｋ空間経路が相異なる影響を受けるように、パルス状に制御することで解決される。
【００１９】
図３中に示されている多層方法に応用される相応の例を、以下に図４により一層詳細に説明する。前記のように問題は、相異なる層の中で相異なる磁界不均等性が支配的であることにある。例えば、層１の中では項Ａｘにより示されるｘ方向の不均等性が、第２の層の中では項Ａｚにより示されるｚ方向の不均等性が支配的であると仮定される。実際には確かに多くの方向の相異なる不均等性を考慮に入れなければならないが、作用の説明のためには、種々の方向のそれぞれの項についての簡単化された記述で十分である。
【００２０】
励起位相の間、すなわち高周波パルスＲＦ１の入射の間は、この層の中の不均等性は、相応のシムパルスを介してｘ方向の不均等性を等化する電流パルスＩｘ１により補償される。それによって、結果として生ずる層選択勾配のベクトルが、選択された層が正確に位置決めされるように、正しい方向を指し、また正しい大きさを有することが保証される。
【００２１】
励起位相の終了後に、時点ｔ２で電流パルスＩｘ２がスイッチングされる。これは下記のようにディメンジョニングされている。即ち時点ｔ２から時点ｔ７での読出し間隔ＡＱ１の開始時まで、励起された層内に、励起された核スピンのデフェージングを惹起する磁界不均等性Ａｘが有効である。このデフェージングは磁界誤差に関する時間積分に比例している。電流パルスＩｘ２はいま、この電流Ｉｘ２により惹起されるシム磁界の磁界‐時間積分が磁界不均等性に関する時間積分と逆向きに等しいように寸法決めされる。それによって時点ｔ７での読出し間隔ＡＱ１の開始時に、スピンが従来通常の方法と同様にリフェージングされており、そこで磁界不均等性が一貫して補償されている。時点ｔ７とｔ８との間の読出し間隔ＡＱ１自体の中では、結果として生ずる読出し勾配の振幅変化または回転を避けるために、読出された層内に存在する磁界不均等性が電流パルスＩｘ３により一貫して補償される。
【００２２】
時点ｔ３とｔ５との間で高周波パルスＲＦ２により励起される第２の層の中では下記のように進行する。励起中は係数Ａｚにより示されるｚ方向の不均等性が、負の電流パルスＩｚ１により完全に補償される。続いて、電流パルスＩｚ１と逆向きの時間積分を有する正の電流方向の電流パルスＩｚ２が続く。電流パルスＩｚ２は、単に第１の層内の信号を考慮してスイッチングされ、このことは後で相応のｋ空間経路の考察により一層明らかになる。時点ｔ８とｔ９との間で読出し間隔ＡＱ２の前に、負の電流パルスＩｚ３がスイッチングされる。これは、発生されるシム磁界の時間に関する積分が時点ｔ５から時点ｔ９までの第２の層内の磁界誤差Ａｚに関する積分と、電流パルスＩｚ２により発生されるシム磁界に関する積分との和と逆向きに等しいようにディメンジョニングされる。それによって第２の層からの読出し間隔ＡＱ２の開始時に、すなわち時点ｔ９において、磁界不均等性により惹起されるデフェージングが再び補償される。時点ｔ９とｔ１０との間の読出し間隔ＡＱ２の間は、電流パルスＩｚ４がスイッチングされ、それにより発生されるシム磁界が磁界不均等性Ａｚを補償する。
【００２３】
ここに示されているパルスシム過程の作用は、磁界不均等性およびシム磁界の結果として生ずるｋ空間経路の考察の際に最も明らかになる。これらはｋｘおよびｋｚに対して別個に考察される。両方の考察される層１および２の中の磁界不均等性は、相異なった作用をするので、全体として４つのｋ空間経路、すなわち層１の中のｋ空間経路ｋｘ１およびｋｚ１および層２の中のｋ空間経路ｋｘ２およびｋｚ２が考察される。
【００２４】
層１の中では、励起位相中にｋ空間経路ｋｘ１も、ｋ空間経路ｋｚ１も先ず零線の上を延びている。なぜならば、層１内に存在する磁界不均等性Ａｘが、電流パルスＩｘ１により完全に補償されているからである。電流パルスＩｘ２によりｋ空間経路は先ず強く負の方向に延びる。時点ｔ３とｔ７との間では磁界不均等性Ａｘが作用し、ｋ空間経路が正の方向に延び、また時点ｔ７で再び零線に達する。時点ｔ７とｔ８との間の読出し間隔ＡＱ１の間、ｋ空間経路は再び零線の上に延びている。なぜならば、この時間間隔の中では、磁界不均等性Ａｘが電流パルスＩｘ３により再び完全に補償されているからである。
【００２５】
ｚ方向に関しては、層１の中で不均等性は支配的でなく，従ってｋ空間経路は本来的に零線の上を延びるであろう。しかしながら電流パルスＩｚ１により発生されるシム磁界は層１にも作用し、またこうしてそこでｋ空間経路を負のｚ方向に延びさせる。
【００２６】
正の電流パルスＩｚ２により、ｋ空間経路ｋｚ１はしかしながら再び零線に達する。それによってスピンは核スピンの読出し間隔ＡＱ１の間は層１内で完全にリフェージングされている。
【００２７】
層２については下記のように考察される：即ち
励起の間は層２の中の高周波パルスＲＦ２により、この層の中で支配的である磁界不均等性は完全に補償されており、従ってｋ空間経路ｋｚ２は零線の上にとどまる。続いてｋ空間経路ｋｚ２は、層２の中で支配的である不均等性Ａｚの作用により、それが時点ｔ８で電流パルスＩｚ３により再び零線の上に達するまで上昇する。読出し間隔ＡＱ２の間は、ｋ空間経路ｋｚ２は零線の上にとどまる。
【００２８】
ｘ方向に関しては、最初の仮定に相応して不均等性が支配的でないが、電流パルスＩｘ３により第２の層の中にデフェージングされたシム磁界が発生される。これはｋ空間経路を負の方向に延びさせる。しかし電流パルスＩｘ４により読出し間隔の開始までにｋ空間経路は再び零線の上に復帰する。
【００２９】
自明のとおり、核スピンのパルス状のリフェージングによって、２つの同時に存在するｋ空間経路の目的にかなったリフェージングが可能であり、他方においてシム電流が測定の全継続時間中一定に設定された従来通常の方法ではｋ空間経路のみが零線の上を導かれた。その際に、最後の励起の際および読出しの際のｋ空間位置のみが重要であり、他方においてその間に位置するｋ空間位置は重要でないという事実を利用する。２つの同時に存在するｋ空間経路を有する上記の例は、より多くの、同時に存在するｋ空間経路に容易に拡張できる。一般的に言って、より多くの、同時に存在するｋ空間経路のパルスシミングにより可能な個別的な影響は、ｋ空間軌道が勾配エコー、スピンエコーおよび刺激されたエコー経路の列の中で区別されるときに常に利用できる。従ってこれは例えば核共鳴信号の励起および／または読出し時点が区別されることに由来する。
【００３０】
ハードウェアとしては、従来通常の装置に比べて僅かな変更で足りる。シムコイル４ないし９の電流供給源ＳＨ１ないしＳＨ６は、従来通常の装置では、ここで必要な速度を持ったパルス状のスイッチングに適するよう構成されていない。しかしそれらは、大きな費用なしに、この要求を満たすように構成可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＭＲトモグラフィ装置の基本磁界磁石に対するシムチャネルの、それ自体は公知の配置の概要を示す図。
【図２】ＭＲトモグラフィ装置の基本磁界磁石に対するシムチャネルの、それ自体は公知の配置の概要を示す図。
【図３】本発明の利点を説明するために、それ自体は公知の多層励起に対する例を示す図。
【図４】シム電流のパルス状の制御を有する測定シーケンスの進行に対する例を示す図。
【符号の説明】
１  保持管、層
２、３  勾配コイル
２ａ  導体部分
３ａ、３ｂ  個別コイル
４〜９  シムコイル
１１  検査体積
１５  アンテナ
１６  送信‐受信ユニット
１７  評価回路
１８  モニター
ＡＱ  読出し間隔
Ａｘ  磁界不均等性
Ａｚ  磁界誤差
ＢＺ   成分
Ｃ    計算ユニット
Ｇ  勾配
Ｉ  電流
Ｏ  発生器
Ｐ  パルス発生器
ＲＦ  高周波パルス
Ｓ  勾配エコー信号
ＳＨ  電流供給源
ｔ  時点
Ｖ  電流供給源
【図１】
0004331363.tif 000003
【図２】
0004331363.tif 000004
【図３】
0004331363.tif 000005
【図４】
0004331363.tif 000006