JP2000262485A

JP2000262485A - 渦磁場計測方法及び磁気共鳴イメージング装置

Info

Publication number: JP2000262485A
Application number: JP11066606A
Authority: JP
Inventors: Masao Yui; 正生油井; Sukehiro Miura; 資弘三浦; Nobuyasu Ichinose; 伸保市之瀬; Yoshimori Kasai; 由守葛西
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-03-12
Filing date: 1999-03-12
Publication date: 2000-09-26
Anticipated expiration: 2019-03-12
Also published as: JP3848005B2

Abstract

(57)【要約】【課題】磁気共鳴イメージング装置において傾斜磁場の
切換え時に発生される渦電流による渦磁場を、数ｍｓか
ら数ｓの広い時定数範囲に亘る時定数を有する渦磁場で
も、短時間に、しかも精度良く計測すること。【解決手段】計測箇所に配置されたＮＭＲサンプルに静
磁場を印加するとともに、パルス状の傾斜磁場プリパル
スを１回印加し、その後、サンプルを複数回励起し、各
励起による信号を傾斜磁場を印加することなく収集し、
渦磁場の時定数と強度とを求める渦磁場計測方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は磁気共鳴イメージン
グ装置に関し、特にパルス状に発生される傾斜磁場によ
り発生する渦電流に基づく磁場変動（傾斜磁場波形の歪
み）を高精度に、しかも高速に計測する渦磁場計測方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気共鳴イメージング装置（以下、ＭＲ
Ｉ装置と略称する）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
検者の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。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。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層があり、その外層に
は液体窒素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。

【０００３】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ティファ
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。

【０００４】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、以下に述べるよ
うに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、数ｍｓから数
ｓまでの広い範囲に亘っている渦磁場の時定数を短時間
に、精度良く計測することはできなかった。

【０００５】第１の渦磁場計測方法として、特公平３−
４９４５３号公報に記載の方法がある。ＮＭＲ撮影のた
めのサンプル（例えば、水が充満された袋）を磁場中心
から離して配置し、傾斜磁場（データ収集で用いられる
傾斜磁場パルスより時間的に前に修飾用に印加される傾
斜磁場パルスのため、以下プリパルスと呼称する）を印
加した後に、同サンプルのＦＩＤ信号を取得し、その位
相変化から渦磁場の波形を計測する。図１２にその収集
方法に関するパルスシーケンスを示す。Ｇeddyがプリパ
ルスを表わし、eddyＬとeddyＳはプリパルスＧeddyによ
り誘起される渦磁場を表わし、eddyＬは時定数ＴＬが長
い成分、eddyＳは時定数ＴＳが短い成分をそれぞれ表
す。ＴＬとしては数ｓ、ＴＳは数ｍｓから数１０ｍｓに
対応する。ＡＤＣ１やＡＤＣ２はＦＩＤ信号のサンプリ
ング期間を表し、典型的には１００ｍｓ前後の期間であ
る。

【０００６】ＦＩＤ信号はＮＭＲサンプル全体からの信
号であるので、同サンプルは小さくなければならない
し、磁場中心から離して配置する必要がある。短時定数
渦磁場eddyＳを計測するには、プリパルスＧeddyの印加
直後に開始するサンプリング期間ＡＤＣ１のみで十分で
ある。しかし、長時定数渦磁場eddyＬを計測するために
は、プリパルスＧeddyの印加後に所定の遅延時間ＴＤを
置いたサンプリング期間ＡＤＣ２にＦＩＤ信号を収集す
る必要がある。このようにプリパルスとデータ収集期間
との間隔（遅延時間ＴＤ）を変えてＦＩＤ信号を何回か
収集することにより、長時定数渦磁場eddyＬの計測が可
能となる。

【０００７】図１３にその原理を説明する。図１３のグ
ラフは、ＮＭＲ信号ないしＭＲＩ画像における渦磁場に
よる位相シフトの時間変化を表す。図１３の１３１と１
３２に示すように、短時定数と長時定数の２成分の渦磁
場があるとする。図１２のサンプリング期間ＡＤＣは、
図１３の「読み出し傾斜磁場無し」の行に両端に矢印を
付した各期間に対応する。ＦＩＤ信号収集を繰り返す
（ＡＤＣ１〜ＡＤＣｎ）ことにより、時定数の長い成分
が減衰するまで計測することができる。ただし、この場
合、プリパルスの印加間隔ＴＧは、前のプリパルスによ
る渦磁場が十分減衰するよう、長時間時定数ＴＬの１０
倍程度にする必要がある。

【０００８】そのため、この方法では、計測時間が長く
なるというデメリットがあった。計測時間を以下の条件
で見積もることにする。ＦＩＤ信号収集のための励起の
回数Ｎとしては、遅延時間ＴＤを変えて数回データを収
集しなくてはならないので、ここでは、Ｎ＝１０回とす
る。ＴＬを約１ｓと仮定すると、ＴＧは約１０ｓとな
る。また、ＮＭＲサンプルを配置する位置として少なく
とも２箇所が必要である。これは、渦磁場の空間成分に
は、１次成分の他に０次成分や、より高次の成分がある
からである。この０次成分は、ＡＳＧＣの中心ずれ（製
造誤差、組立誤差）に由来するので、ＡＳＧＣ毎に変化
する。高次成分は、ＡＳＧＣと磁石（渦発生源）との半
径差などから必ず発生する。渦補償では１次成分のみを
計測しなければならないため、ＮＭＲサンプルを配置す
る位置を複数回（Ｍ回：少なくとも２回、ここでは２
回）変える必要がある。したがって、ＮＭＲサンプルを
計測する時間は少なくともＴＧ×Ｎ×Ｍ（約２００ｓ）
となり、計測時間はかなり長くなる。

【０００９】第１の渦磁場計測方法の改良例として、特
開平４−１８９３４４号公報に記載の方法がある。この
方法では、ＮＭＲサンプルを移動させる必要がなく、複
数のサンプル点における渦磁場を同時に計測することが
できる。しかし、この方法でも、長い時定数を計測する
際には、遅延時間ＴＤを変えることがやはり必要であ
り、データ収集にかかる時間は特公平３−４９４５３号
公報の場合と同等である。

【００１０】第２の渦磁場計測方法として、渦磁場の空
間分布を計測する方法が特開平２−１７７９４０号公報
に提案されている。この方法では、スピンエコー（Ｓ
Ｅ）法、あるいはフィールドエコー（ＦＥ）法でイメー
ジングして画像を得た後に、傾斜磁場プリパルスを印加
してＳＥ法ないしＦＥ法のイメージングシーケンスを実
施し、得られたそれぞれの画像の位相差から渦磁場強度
の空間分布を求めている。図１４に２次元ＦＥ法の場合
のパルスシーケンスを示す。図のＧｒはリードアウト傾
斜磁場、Ｇｅは位相エンコード傾斜磁場である。得られ
る位相差分画像値は、プリパルスＧeddy印加後からエコ
ータイムＴＥまでの渦磁場強度の積分値にほぼ比例す
る。

【００１１】この従来技術の文献中には、渦磁場の時定
数を計測することは記載があるが、時定数と強度の両方
を計測する方法は開示されていない。これは、この第２
の手法では、プリパルスとエコー収束時刻との間隔（プ
リパルス印加終了時刻と励起用のＲＦパルス印加までの
時間＋エコータイム）を変えたり、プリパルスの印加時
間を変化させたりして、上記の位相画像を何枚も計測す
る必要があるからである。図１４のサンプリング期間Ａ
ＤＣは図１３の「読み出し傾斜磁場有り」の行の点に対
応する。点の一つがＦＥ法の一回のイメージングに相当
する。但し、この場合、エコータイムより短い時定数を
持つ渦磁場を計測することはできない。したがって、数
ｍｓの時定数の渦磁場を計測することはできない。一
方、これより長い時定数の渦磁場についても、複数の位
相を渦磁場強度と時定数をパラメータに持つ複雑な関数
でフィットすることで値を決定することになるので、そ
の精度は高くない。

【００１２】第２の渦磁場計測方法を改良した方法とし
て、一つのプリパルスにつきＦＥ法のイメージングシー
ケンスを複数回繰り返す第３の渦磁場計測方法があ
る（"NewEfficient Eddy-Field-Mapping Procedure(FAM
E)", J. Schiff, H. Rotem, S.Stokar, and N. Kaplan,
Journal of Magnetic resonance, Series B 104, 73-7
6(1994)）。これにより、ＦＥ法のイメージングシーケ
ンスの実行時間より長い時定数の渦磁場の時定数と強度
を計測することが可能となる。しかし、この方法もエコ
ータイムより短い時定数を持つ渦磁場を計測することは
できないし、エコータイムより長くＦＥ法のイメージン
グシーケンスの実行時間より短い時定数を持つ渦磁場の
計測精度は高くない。

【００１３】以上述べたように、従来の渦磁場計測法に
おいては、数ｍｓから数ｓの広い時定数範囲に亘る時定
数を短時間に計測できなかったし、長時間かかって計測
したた値も精度が悪いという問題点があった。

【００１４】さらに、上述したように、ＡＳＧＣの性能
向上や、渦磁場の高精度の計測、及び補償により、渦磁
場のカップリング成分（以下、カップリング渦と呼ぶ）
の存在が問題となってきた。例えばｘチャンネルの傾斜
磁場コイルをパルス駆動したときに、ｘ方向に強度変化
する渦磁場の他に、ｙ方向ないしｚ方向に強度変化する
渦磁場成分も発生している。しかし、従来は、渦磁場を
高精度に、しかも短時間に計測することができなかった
ので、このようなカップリング渦の影響は無視してい
た。このため、高精度な渦補償ができなかった。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来の渦磁場計測法においては、数ｍｓから数ｓの広い時
定数範囲に亘る時定数を短時間に計測できなかったし、
長時間かかって計測したた値も精度が悪いという問題点
があった。さらに、カップリング渦を補償することがで
きないという問題点があった。

【００１６】本発明の目的は、数ｍｓから数ｓの広い時
定数範囲に亘る時定数の渦磁場の時定数と強度とを正確
に短時間で計測できる渦磁場計測方法を提供することに
ある。

【００１７】本発明の他の目的は、他チャンネルの傾斜
磁場に基づく渦磁場であるカップリング渦の影響を高精
度に計測し、補償する磁気共鳴イメージング装置を提供
することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決し目的を
達成するために、本発明は以下に示す手段を用いてい
る。

【００１９】（１）磁気共鳴イメージング装置において
傾斜磁場の切換え時に発生される渦電流による渦磁場を
計測する渦磁場計測方法において、計測箇所に配置され
た物質に静磁場を印加するとともに、パルス状の傾斜磁
場の１回の印加に対して物質を複数回励起し、傾斜磁場
を実質的に印加することなく各励起による信号を収集
し、渦磁場の時定数と強度とを求める。

【００２０】（２）渦磁場を計測したい箇所のみにサン
プルを配置し、サンプルの配置を少なくとも２箇所に変
化させて上記の計測を行い、収集した信号の位相の時間
変化曲線から渦磁場の時定数と強度を求めることを特徴
とする（１）に記載の渦磁場計測方法。

【００２１】（３）磁気共鳴イメージング装置の撮影空
間にファントムを配置し、スライス傾斜磁場を印加して
スライスを選択して上記の計測を行い、収集した信号の
位相の時間変化曲線から渦磁場の時定数と強度を求める
ことを特徴とする（１）に記載の渦磁場計測方法。

【００２２】（４）少なくとも２つのスライスに対して
上記の計測を行い、収集した信号の位相の時間変化曲線
から渦磁場の時定数と強度を求めることを特徴とする
（３）に記載の渦磁場計測方法。

【００２３】（５）前記パルス状の傾斜磁場の強度を変
えて上記の計測を少なくとも２回行い、２つの収集信号
セットの位相の時間変化曲線の差分から渦磁場の時定数
と強度を求めることを特徴とする（２）、または（４）
に記載の渦磁場計測方法。

【００２４】（６）前記パルス状の傾斜磁場の強度と物
質の励起に使われる高周波パルスの搬送波周波数は変え
ずに、スライス傾斜磁場の強度を変えて上記の計測を少
なくとも２回行い、２つの収集信号セットの位相の時間
変化曲線の差分から渦磁場の時定数と強度を求めること
を特徴とする（４）に記載の渦磁場計測方法。

【００２５】（７）前記パルス状の傾斜磁場の強度とス
ライス傾斜磁場の強度は変えずに、物質の励起に使われ
る高周波パルスの搬送波周波数を変えて上記の計測を少
なくとも２回行い、２つの収集信号セットの位相の時間
変化曲線の差分から渦磁場の時定数と強度を求めること
を特徴とする（４）に記載の渦磁場計測方法。

【００２６】（８）磁気共鳴イメージング装置の撮影空
間にファントムを配置し、励起後、位相エンコード傾斜
磁場を印加して各励起による信号収集を、位相エンコー
ド量を変えて繰返し、収集した信号の位相の時間変化曲
線の差分から渦磁場の時定数と強度を求めることを特徴
とする（１）に記載の渦磁場計測方法。

【００２７】（９）複数のチャンネルを有するコイル装
置と、各チャンネルの駆動信号を発生するコントローラ
と、各チャンネルの駆動信号を渦磁場による波形の歪を
補償するように整形する第１の補償手段と、各チャンネ
ルの駆動信号を他のチャンネルの渦磁場による波形の歪
を補償するように整形する第２の補償手段と、第１の補
償手段の出力信号と第２の補償手段の出力信号との合成
信号を各チャンネルのコイル装置に供給する駆動手段と
を具備する磁気共鳴イメージング装置である。

【００２８】（１０）前記第１の補償手段は（１）乃至
（８）のいずれかに記載の渦磁場計測方法に従って渦磁
場の時定数と強度を求め、求めた時定数、強度に応じて
駆動信号の波形を成形することを特徴とする（９）に記
載の磁気共鳴イメージング装置である。

【００２９】（１）乃至（８）に記載の渦磁場計測方法
によれば、数ｍｓから数ｓの広い時定数範囲に亘る時定
数の渦磁場の時定数と強度とを正確に短時間で計測でき
る。

【００３０】（９）、（１０）に記載の磁気共鳴イメー
ジング装置によれば、他チャンネルの傾斜磁場に基づく
渦磁場であるカップリング渦の影響を高精度に計測し、
補償することができる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明によ
るＭＲＩ装置の渦磁場計測方法の実施形態を説明する。

【００３２】第１実施形態図１は第１実施形態が適用されるＭＲＩ装置全体の概略
構成を示すブロック図である。ガントリ２０内には、静
磁場磁石１、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸傾斜磁場コイル２、及び
送受信コイル３が設けられる。静磁場発生装置としての
静磁場磁石１は、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。ｘ軸、ｙ軸、
ｚ軸傾斜磁場コイル２は、ｘ軸傾斜磁場Ｇｘ、ｙ軸傾斜
磁場Ｇｙ、ｚ軸傾斜磁場Ｇｚを発生するためのコイルで
ある。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エコー信号を検出する
ために使用される。寝台１３上の被検体Ｐはガントリ２
０内のイメージング可能領域（イメージング用磁場が形
成される球状の領域であり、この領域内でのみ診断が可
能となる）に挿入される。なお、ＲＦパルスの送信とエ
コー信号の受信は別々の送信コイル、受信コイルによっ
て行ってもよい。

【００３３】静磁場磁石１は、静磁場制御装置４により
駆動される。送受信コイル３は、磁気共鳴の励起時には
送信器５により駆動され、かつエコー信号の検出時には
受信器６に結合される。ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸傾斜磁場コイ
ル２は、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により駆動される。

【００３４】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はシーケンスコ
ントローラ１０により所定のシーケンスに従って駆動さ
れ、ｘ軸傾斜磁場Ｇｘ、ｙ軸傾斜磁場Ｇｙ、ｚ軸傾斜磁
場Ｇｚ、高周波（ＲＦ）パルスを、後述する所定のパル
スシーケンスで発生する。この場合、ｘ軸傾斜磁場Ｇ
ｘ、ｙ軸傾斜磁場Ｇｙ、ｚ軸傾斜磁場Ｇｚは、主とし
て、例えば、読出し用傾斜磁場Ｇｒ、位相エンコード用
傾斜磁場Ｇｅ、スライス用傾斜磁場Ｇｓとしてそれぞれ
使用される。ホストコンピュータ１１はシーケンスコン
トローラ１０を駆動制御するとともに、受信器６で受信
されるエコー信号としてのエコー信号を取り込んで所定
の信号処理を施すことにより、被検体の断層像を生成
し、表示部１２で表示する。

【００３５】図２は第１実施形態の渦磁場計測を行うパ
ルスシーケンスを示す。第１実施形態の渦磁場計測は、
比較的小さいＮＭＲサンプルを渦磁場を計測したい領域
に配置し、該サンプルに傾斜磁場プリパルスを印加した
後、ＲＦパルスを印加して該サンプルを複数回励起し、
ＦＩＤ信号を連続して収集する第１ステップと、その各
励起時のＦＩＤ信号の位相の時間変化曲線を求める第２
ステップと、その時間変化曲線から渦磁場の時定数と強
度とを求める第３ステップとから構成され、図２に示し
たパルスシーケンスは第１ステップに関する。Ｇeddyが
傾斜磁場プリパルス、ＡＤＣ１やＡＤＣ２が各ＦＩＤ信
号のサンプリング期間である。図２では、ＦＩＤ信号の
収集が２回であるが、より多くても良い。図２のeddyＬ
は長い時定数を持つ渦磁場、eddyＳは短い時定数を持つ
渦磁場を表す。数ｍｓから数１０ｍｓ程度の時定数のed
dyＳの時定数と強度は１回目のＦＩＤ信号収集期間ＡＤ
Ｃ１で収集されたＦＩＤ信号のみに基づいて計測可能で
ある。それより長い時定数のeddyＬの時定数と強度は２
回目以降のＦＩＤ信号収集ＡＤＣ２…ＡＤＣｎで収集さ
れたＦＩＤ信号を組み合わせることにより計測可能であ
る。

【００３６】ｎ番目のＦＩＤ信号収集期間ＡＤＣｎのｋ
番目のデータを収集した時刻をｔ_n, _kとする。第２ステ
ップでは、信号の位相を求め、ｔ_n,kに対してその位相
をプロットすることで、位相の時間変化曲線が求められ
る。つづいて、第３ステップでは、この時間変化曲線を
渦磁場の強度と時定数の関数に当てはめられる。サンプ
ル位置ｒでの信号の位相は次のような式で表わされる。

【００３７】φ（ｒ，ｔ）＝γατ_LＧ_pre・ｒ（Exp
（ｔ_a／τ_L）−Exp（ｔ_b／τ_L））＊Exp（−ｔ_n／τ_L）（１−Exp（−（ｔ_n,k−ｔ_n）／τ
_L））ここで、τ_Lとαは渦の時定数と強度、Ｇ_preはプリパル
ス強度（ベクトル）、ｔ_aとｔ_bはプリパルスの印加開始
時刻及び終了時刻、ｔ_nはｎ番目のＦＩＤを生成するた
めのＲＦパルス印加時刻、γは磁気回転比であり、プリ
パルスは矩形パルスであると仮定する。

【００３８】ｎとｋの異なる複数のデータが収集されて
いるので、上記の位相をデータに当てはめることで、渦
磁場の時定数と強度を求めることができる。当てはめに
は最小二乗法等の既存の手法を用いることができる。プ
リパルスが矩形パルスではない場合は、上記の式を修正
する必要があるが、これは当業者にとって容易である。

【００３９】このように本実施形態によれば、傾斜磁場
プリパルスＧeddyを印加する回数は１回だけで複数の信
号を収集できるので、図１２に示した特公平３−４９４
５３号公報に記載の方法（短時定数渦磁場eddyＳと長時
定数渦磁場eddyＬの測定それぞれにプリパルスＧeddyを
印加する）と比べ、計測が高速になる。従来技術の説明
で、特公平３−４９４５３号公報に記載の方法の計測時
間を２００ｓと見積もったが、本実施形態では２０ｓ
（ＴＧ＝１０ｓ、Ｎ＝１、Ｍ＝２）となり、１０分の１
に短縮することができる。この場合、特公平３−４９４
５３号公報に記載の方法と同様に、本実施形態において
もＮＭＲサンプルの位置を変えて少なくとも２回計測す
る。通常、ＮＭＲサンプルを置く位置は、プリパルスの
印加する方向に位相をシフトさせるように定める。この
２回のうち１回は、ＮＭＲサンプルは磁場中心に配置し
ても構わない。

【００４０】本実施形態のより良い変形例として、プリ
パルスの強度を変えて本実施形態の第１ステップと第２
ステップを２回行ない、その２回の位相変化曲線の差分
を取ってから第３ステップを実施する方法がある。これ
は、静磁場不均一性等による位相シフトがある場合にそ
の影響を効果的に取り除くことができる。

【００４１】以下、本発明による装置の他の実施形態を
説明する。他の実施形態の説明において第１実施形態と
同一部分は同一参照数字を付してその詳細な説明は省略
する。

【００４２】第２実施形態第２実施形態のブロック図は第１実施形態のブロック図
と同一であるので、図示は省略する。本実施形態の第１
ステップに関するパルスシーケンスを図３に示す。第１
実施形態と異なるのは、ＮＭＲ信号を出すサンプルとし
て、磁場中心を含むほぼ均一で大きな容積のファントム
を使用する点と、ＦＩＤ信号を収集するためにファント
ムを励起する際に、ＲＦパルスの印加と同時にスライス
選択傾斜磁場Ｇｓも印加するという点である。通常、傾
斜磁場プリパルスＧeddyとスライス選択傾斜磁場Ｇｓは
同一方向の傾斜磁場となるように設定する。そのため、
この場合、プリパルスはスライス方向に印加する。な
お、第１実施形態では、プリパルスの印加方向に制限は
ない。ＦＩＤ信号を連続して収集する第１ステップで
は、常に同一のスライスの信号を収集する。本実施形態
は、第１実施形態と比べて、ＮＭＲサンプルを移動させ
る手間が必要ないので、その分時間短縮が可能であると
いう利点がある。第１実施形態と異なり、励起の際にス
ライス傾斜磁場を印加するのは、大きなファントムを使
用するため、励起断面位置を特定するためである。

【００４３】本実施形態においても、第１実施形態の変
形例のように、プリパルスの強度を変えて第１ステップ
を２回行うことで、静磁場不均一性や他のイメージング
傾斜磁場パルスによる渦磁場等による位相シフトをキャ
ンセルすることが可能である。ただし、撮影時間は２倍
に延長する。

【００４４】そこで、撮影時間を延長することなく、静
磁場不均一性の影響を取り除くことが可能な本実施形態
の他の２つの変形例を説明する。図４に示す変形例は、
ＮＭＲ信号を発生させるＲＦパルスの搬送波周波数Ｃｆ
とプリパルスの強度を同一にしたまま、スライス傾斜磁
場強度Ｇｓの異なる２つの収集データセットＡＤＣ１
（＋）〜ＡＤＣｎ（＋）とＡＤＣ１（−）〜ＡＤＣｎ
（−）との間で位相の差分を行う。図５に示す変形例
は、スライス傾斜磁場強度とプリパルス強度を同一にし
たまま、ＮＭＲ信号を発生させるＲＦパルスの搬送波周
波数Ｃｆの異なる２つの収集データセットＡＤＣ１
（＋）〜ＡＤＣｎ（＋）とＡＤＣ１（−）〜ＡＤＣｎ
（−）との間で位相の差分を行う。図４と図５の変形例
は、ともに２枚のスライスからＮＭＲ信号を取得してい
ることに変わりがないが、スライスの励起の仕方が異な
っている。この２つの変形例は励起されるスライス（２
枚）の中で静磁場不均一性があまり差がない場合に限っ
て有効であるが、撮影時間が延長しない利点がある。ま
た、図５に示す変形例は、他のイメージング傾斜磁場パ
ルスによる渦磁場による影響も取り除くことができる点
で、図４の変形例よりも更に好ましい実施形態である。

【００４５】第３実施形態本発明の第３実施形態を説明する。本実施形態は、ファ
ントム、ないし被検者そのものを計測したい渦磁場領域
を含むように配置した上で、傾斜磁場プリパルスＧeddy
を印加する第１ステップと、ファントム、ないし被検者
の一部を励起し、位相エンコードパルスＧｅを印加する
第２ステップと、ＮＭＲ信号を収集する第３ステップ
と、前記位相エンコードパルスＧｅ１、Ｇｅ２の強度を
変化させながら第１ステップから第３ステップまでを複
数回（ここでは、２回）繰り返す第４ステップと、それ
らのＮＭＲ信号から複数の画像（２枚の画像）を再構成
する第５ステップと、その複数の画像の位相変化曲線を
求める第６ステップと、その位相変化曲線から渦磁場の
時定数と強度とを求める第７ステップとから構成され
る。本実施形態をＦＩＤ信号を使って空間２次元分布を
計測するように構成した場合の第１〜第４ステップのパ
ルスシーケンスを図６に示す。本実施形態を空間１次
元、あるいは空間的３次元の計測用に変形することは容
易に類推可能である。

【００４６】第５〜第７ステップは、それぞれ公知な方
法で実現可能である。例えば、第５ステップはケミカル
シフトイメージングの再構成方法が適用でき、第６ステ
ップ、第７ステップは第１実施形態の第２ステップ、第
３ステップが適用できる。

【００４７】本実施形態は、特開平４−１８９３４４号
公報で開示された渦磁場空間分布計測法と似ているが、
一つのプリパルスに対して複数のＮＭＲ信号を励起して
いる点が異なる。これにより、計測時間の大幅な低減が
可能である。例えば、第１実施形態と同様の渦磁場とプ
リパルスの場合、特開平４−１８９３４４号公報に記載
の方法では、１６×１６のマトリクスの画像１枚あた
り、計測時間はＴＧ（＝１０ｓ）×１６×１６×Ｎ（＝
１０回：プリパルスあたりの励起回数）＝７．１時間も
かかるのに対し、本実施形態では、Ｎ＝１であるので、
その１０分の１の４３分で計測可能である。本実施形態
でも、第１実施形態や第２実施形態と同様に、プリパル
スの印加強度を変えて２回計測し、それぞれの位相変化
曲線の差分を取った上で渦磁場の時定数と強度の空間分
布を計測しても良い。

【００４８】上記第１、第２および第３実施形態におい
てより良い改良は、傾斜磁場による横磁化のスポイラや
ＲＦスポイラを併用することである。これは、連続して
励起する場合に、一つ以上前の励起によるＮＭＲ信号が
混入することを防ぎ、ＦＩＤ信号の計測の精度を高める
効果がある。同様な理由で、ＮＭＲサンプルの横緩和時
間は励起間隔ＴＲ程度以下であることが望ましい。

【００４９】以上述べたように、本発明の第１、第２、
第３実施形態によれば、時定数が数ｍｓから数ｓの広範
囲に渡る渦磁場の時定数と強度を従来に比べてより高速
に、しかも精度よく計測することが可能となる。

【００５０】第４実施形態次に、渦磁場計測・補償における第２の問題であるカッ
プリング渦を高精度に計測し、補償する実施形態につい
て説明する。本発明の第４実施形態は、カップリング渦
を計測する第１ステップ、カップリング渦の強度・時定
数を反映したカップリング波形を生成する第２ステッ
プ、通常の渦磁場補償波形を生成する第３ステップ、カ
ップリング波形と渦補償波形とを加算し出力する第４ス
テップとから構成される。図７は第１ステップと第２ス
テップにおける処理の流れを示した流れ図である。図７
において、本発明の第１、第２、第３実施形態や公知の
渦磁場計測法を用いて、第１の軸（ここでは、ｘ軸とす
る）方向のプリパルスを印加し（ステップＳ２）、ｘ軸
方向の渦磁場を計測する（ステップＳ４）。渦磁場の時
定数と強度を求めてから、傾斜磁場コイルの伝達関数を
考慮してｘコイルの渦補償器Ｅｘのパラメータを設定す
ることで、ｘコイルの渦補償が行われる（ステップＳ
６）。パラメータは傾斜磁場波形入力に対する磁場のイ
ンパルス応答（以下、Ｈ（ｓ）と称する）を次のように
修正する。つまり、渦磁場補償前のインパルス応答がｆ
（ｓ）であった場合、渦補償器ＥｘのパラメータはＨ
（ｓ）＝ｆ（ｓ）・（１／ｆ（ｓ））＝１となるように
決定される。具体的な実現方法は前述の特公平３−４９
４５３号に記載されている方法を使うことができる。続
いて、第１の軸方向（ｘ軸方向）に直交する第２の軸
（ここでは、ｙ軸とする）方向のプリパルスを印加し
（ステップＳ８）、同様にｘ軸方向の渦磁場を計測する
（ステップＳ１０）。この渦磁場がカップリング渦であ
り、この時定数と強度を反映したパラメータをカップリ
ング渦補償器Ｅｙｘに設定する（ステップＳ１２）。最
後に、補償器Ｅｘ、Ｅｙｘの波形出力を加算し、傾斜磁
場アンプの入力とすることで、渦補償された所望の磁場
波形（ｘ方向）が実現される。

【００５１】図８に、一例として、ｘコイルとｙコイル
との間にカップリング渦が存在し、ｘコイルのみを駆動
する場合に、傾斜磁場の波形信号や磁場がどのように変
更されるかを示す。シーケンスコントローラは、矩形状
のｘ傾斜磁場パルスを実現するために、８−１に示すよ
うなｘコイル波形出力を生成する。ｘコイルの渦補償器
Ｅｘは、ｘコイルの渦磁場を補償するように、８−３に
示すような波形を生成する。また、カップリング補償器
Ｅｘｙは７−４に示すようなカップリング渦を補償する
波形を生成する。一方、ｙコイルの波形出力は８−２に
示すようにゼロであるので、８−６に示す渦補償器Ｅｙ
の出力信号や、８−５に示すカップリング補償器Ｅｙｘ
の出力信号もゼロのままである。補償器Ｅｘ、Ｅｙｘの
出力信号が加算されてｘコイルの傾斜磁場アンプに入力
されると、８−７に示すように、ｘ傾斜磁場波形が渦補
償前の歪んだ波形（破線）からから矩形状パルス（実
線）に整形される。同時に、８−８に示すようにｙ方向
の傾斜磁場波形は補償前の渦波形（破線）がキャンセル
されてゼロ（実線）となる。

【００５２】図９は上記のような通常の渦とカップリン
グ渦の両方の補償を実現する構成を示す。渦補償器Ｅ
ｘ、Ｅｙ、Ｅｚ、およびカップリング渦補償器Ｅｘｙ、
Ｅｙｘ、Ｅｘｚ、Ｅｚｘ、Ｅｙｚ、Ｅｚｙは微分回路の
ようなアナログ回路やディジタルフィルタのようなディ
ジタル回路、あるいはソフトウェアにより構成される。
このような回路構成は、公知の回路（例えば、特開平６
−８６７６６号公報）を利用しても実現可能である。

【００５３】図１０は本実施形態の別の構成を示す。図
９と異なるのは、カップリング渦補償器の出力信号にコ
ントローラからの波形出力を加算した後に渦補償器に入
力されるという点である。このように構成する場合、カ
ップリング渦磁場波形の時定数と強度をそのままカップ
リング渦補償器に設定することができる。一方、図９の
場合は、各傾斜磁場コイル系の伝達関数を考慮して、時
定数と強度を変換した後、設定することが必要である。

【００５４】本実施形態の変形例として、カップリング
渦を計測する第１ステップを空間２次元の渦磁場計測法
に置き換えて実現することも可能である。図１１はこの
場合の処理の流れを示したもので、第１の軸（ここで
は、ｘ軸とする）方向のプリパルスを印加し（ステップ
Ｓ２２）、第１の軸とそれに直交する第２の軸（ここで
は、ｙ軸とする）で定義される平面（ｘｙ平面）内の渦
磁場を計測する（ステップＳ２４）。渦磁場の時定数と
強度に応じて、ｘコイルの渦補償器Ｅｘのパラメータ
（ステップＳ２６）と、カップリング渦補償器Ｅｙｘの
パラメータを設定する（ステップＳ２８）。

【００５５】本実施形態では、渦磁場の計測結果（時定
数と強度）から、各傾斜磁場コイル系の伝達関数を考慮
して渦補償器の回路定数やパラメータを求める段階が含
まれている。この伝達関数をあらかじめ求めておいて、
計算により回路定数やフィルタ係数を求めてもよい。ま
た、伝達関数を求めることはせず、回路定数やフィルタ
係数を何度か変えて実際の渦磁場を計測し、既存の最適
化手法等により渦磁場がゼロとなる回路定数やフィルタ
係数を求めても良い。

【００５６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明により、時定
数の広い範囲の渦磁場に対して強度と時定数の空間分布
を高精度・高速に計測することが可能になる。また、カ
ップリング渦の計測、および補償が実現でき、渦電流に
よる画質低下を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による磁気共鳴イメージング装置の第１
実施形態の第１実施形態の構成を示すブロック図。

【図２】本発明の第１実施形態のパルスシーケンスを示
す図。

【図３】本発明の第２実施形態のパルスシーケンスを示
す図。

【図４】第２実施形態の第１の変形例のパルスシーケン
スを示す図。

【図５】第２実施形態の第２の変形例のパルスシーケン
スを示す図。

【図６】本発明の第３実施形態のパルスシーケンスを示
す図。

【図７】本発明の第４実施形態における渦磁場計測、お
よび渦補償器のパラメータ設定の流れを示す図。

【図８】第４実施形態における波形信号と磁場波形の関
係を示す図。

【図９】第４実施形態の構成例を示す図。

【図１０】第４実施形態の他の構成例を示す図。

【図１１】第４実施形態の変形例における処理の流れを
示す図。

【図１２】従来技術のパルスシーケンスを示す図。

【図１３】図１２のＦＩＤ収集期間と位相シフトの時定
数の関係を示す図。

【図１４】他の従来技術のパルスシーケンスを示す図。

【符号の説明】

１…静磁場磁石２…ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸傾斜磁場コイル３…送受信コイル４…静磁場制御装置５…受信器６…送信器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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者市之瀬伸保栃木県大田原市下石上1385番の１株式会社東芝那須工場内 (72)発明者葛西由守栃木県大田原市下石上1385番の１株式会社東芝那須工場内Ｆターム(参考） 4C096 AB06 AB18 AB25 AB33 AD09 AD12 BA03 BA10 BA32 BB02 CB17 CD10 FA03 FA07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁気共鳴イメージング装置において傾斜
磁場の切換え時に発生される渦電流による渦磁場を計測
する渦磁場計測方法において、計測箇所に配置された物
質に静磁場を印加するとともに、パルス状の傾斜磁場の
１回の印加に対して物質を複数回励起し、傾斜磁場を実
質的に印加することなく各励起による信号を収集し、渦
磁場の時定数と強度とを求めることを特徴とする渦磁場
計測方法。
【請求項２】渦磁場を計測したい箇所のみにサンプル
を配置し、サンプルの配置を少なくとも２箇所に変化さ
せて上記の計測を行い、収集した信号の位相の時間変化
曲線から渦磁場の時定数と強度を求めることを特徴とす
る請求項１に記載の渦磁場計測方法。
【請求項３】磁気共鳴イメージング装置の撮影空間に
ファントムを配置し、スライス傾斜磁場を印加してスラ
イスを選択して上記の計測を行い、収集した信号の位相
の時間変化曲線から渦磁場の時定数と強度を求めること
を特徴とする請求項１に記載の渦磁場計測方法。
【請求項４】少なくとも２つのスライスに対して上記
の計測を行い、収集した信号の位相の時間変化曲線から
渦磁場の時定数と強度を求めることを特徴とする請求項
３に記載の渦磁場計測方法。
【請求項５】前記パルス状の傾斜磁場の強度を変えて
上記の計測を少なくとも２回行い、２つの収集信号セッ
トの位相の時間変化曲線の差分から渦磁場の時定数と強
度を求めることを特徴とする請求項２、または請求項４
に記載の渦磁場計測方法。
【請求項６】前記パルス状の傾斜磁場の強度と物質の
励起に使われる高周波パルスの搬送波周波数は変えず
に、スライス傾斜磁場の強度を変えて上記の計測を少な
くとも２回行い、２つの収集信号セットの位相の時間変
化曲線の差分から渦磁場の時定数と強度を求めることを
特徴とする請求項４に記載の渦磁場計測方法。
【請求項７】前記パルス状の傾斜磁場の強度とスライ
ス傾斜磁場の強度は変えずに、物質の励起に使われる高
周波パルスの搬送波周波数を変えて上記の計測を少なく
とも２回行い、２つの収集信号セットの位相の時間変化
曲線の差分から渦磁場の時定数と強度を求めることを特
徴とする請求項４に記載の渦磁場計測方法。
【請求項８】磁気共鳴イメージング装置の撮影空間に
ファントムを配置し、励起後、位相エンコード傾斜磁場
を印加して各励起による信号収集を、位相エンコード量
を変えて繰返し、収集した信号の位相の時間変化曲線の
差分から渦磁場の時定数と強度を求めることを特徴とす
る請求項１に記載の渦磁場計測方法。
【請求項９】複数のチャンネルを有するコイル装置
と、各チャンネルの駆動信号を発生するコントローラ
と、各チャンネルの駆動信号を渦磁場による波形の歪を
補償するように整形する第１の補償手段と、各チャンネ
ルの駆動信号を他のチャンネルの渦磁場による波形の歪
を補償するように整形する第２の補償手段と、第１の補
償手段の出力信号と第２の補償手段の出力信号との合成
信号を各チャンネルのコイル装置に供給する駆動手段と
を具備する磁気共鳴イメージング装置。
【請求項１０】前記第１の補償手段は請求項１乃至請
求項８のいずれかに記載の渦磁場計測方法に従って渦磁
場の時定数と強度を求め、求めた時定数、強度に応じて
駆動信号の波形を成形することを特徴とする請求項９に
記載の磁気共鳴イメージング装置。