JPH05509253A - 磁気共鳴イメージング(mri)において主磁場を安定させる装置及び方法 - Google Patents
磁気共鳴イメージング(mri)において主磁場を安定させる装置及び方法Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、核磁気共鳴(NMR)現象を利用した核磁気共鳴イメージング(MR
l)に関する。さらに詳しくは、MHIに際して効果的に主磁場を安定させる方
法及び装置に関する。
MHIにおいて、周囲の背景磁場におけるノイズの変動は1次MRIシステムの
主磁場発生装置の磁場に重畳される。この磁気的ノイズはゴーストやにじみアー
チファクトを生じさせ、画質を低下させる。MHIサイクル反復時間間隔TR毎
に磁場を1回または複数回ランプリングして、得られた映像をプログラムされた
データ処理の中で補正する方法が存在する。例を挙げれば、磁場安定化技術はよ
り全般的にカウフマン(kaufman)らの米国特許4,885,542号及
び4゜970.457号で述べられている。本発明は、関連するこれら両方の米
国特許の全ての内容を参考文献として包含する。この磁場安定方法は、好ましく
は以下に述べる本発明の一部を構成する新規なハードウェアと組み合わせて用い
られる。
このような従来の磁場安定化補正は、磁場がTRに比べてゆっ(りと変化するな
らば有効に作用するが、変化がTRよりも速いときにはまったく役に立たない。
使用できるTRの最高値は付近の磁場ノイズによって制限される。周波数rにお
いて映像を破壊するに充分なノイズが存在するならば、磁場サンプリングの時間
間隔は1/2fよりも長くすることはできない。本発明はこの制限を軽減するも
のである。
また、負帰還主磁場補正コイルを駆動する主磁場ノイズ検出器を備えたMHIシ
ステムも提案されてきた。
例として、Pohjeonen、 et al、 +Co++pensatio
n of Magnetic Fieldlnstabilies in MH
I−、SMRM Eighth Annual Meeting (AIlst
erdam19119) P、96g
が挙げられる。
ボージョネン(Pohjonen)等の技術は、磁石軸中心から極端にはなれた
( 1.5m)位置に設置された磁力計を用いている(おそらくパルスした傾斜
磁場に対する感度を最小にするためであろう)。この磁力計は、プローブ位置に
おける公称地磁気と磁石のフリンジ磁界を相殺する補助的なプローブコイルを必
要としている。
上記の磁力計と同磁力計によって駆動される負帰還ループは、20Hzまでのノ
イズ変動と同様にd、c、に反応して、検出される主磁場における長期間のドリ
フトに敏感にされている。ポージョネン(Pohjonen)等は1個の磁力計
プローブを用イタカ、不均一なノイズ源を良好に検知するとともに、パルスした
M Rr 傾M磁場との力Iブリングを減少させるため、2個又はそれ以上のプ
ローブを磁石の反対側に対称に設置することも提案している。ポージ1ネン(P
ohjonen)等の補正コイルは、磁石の周囲に巻かれており、その大きさは
磁石それ自体とほぼ同じと推察される。
発明者等はボージョネン(Poh jonen)等の発明と比較して多くの点で
優れた磁場検出器、負帰還ループ及び補正ループの新規な配置を見出した。本発
明は上述した公知の磁場安定化補正技術と有利に組み合わせてd、c、から10
0Hz又はそれ以上の極めて広い周波数帯域にわたって磁場ノイズの補正をもた
らす新規かつ有用な複合MHIシステムを提供する。
本発明は、(A)周囲磁場における急速なa、C,変化を減衰させる装置及び(
B) d、c、から100Hz以上の磁場を効果的に安定化させるため、公知の
磁場安定ソフトウェアと結合して上記の装置を用いる方法を包含している。
実施例の装置は下記の構成を有している。
(1)磁石軸方向に沿った磁束変化を検出する方向に直列接続した一対のピック
アップループ。各円形のピックアップループはパルスした横方向の傾斜磁場から
の(望ましくない)信号を最小にするため磁石軸に関してその中心が決められて
いる。二つのループは軸方向に対称に配置されているのでパルスした軸方向傾斜
磁場からの信号は符号が逆で、振幅が等しく互いに打ち消しあうことになる。
(2)高−トランスコンダクタノス電流増幅器によってフォローされた増幅及び
フィルタの電子装置
(3〉ピックアップループ及び磁石よりも何倍か大きい補正コイル。
このループは好ましくないノイズ磁場に相対する磁場を発生する。
上記コイルの大きな寸法は補正磁場が空間的に均一であること、すなわち補正ル
ープからの磁束密度がイメージング体積部(imaging volume)及
びピックアップループを通して実質的に同一であることを確実にする。
本装置は負帰還によって作動する。ピックアップ信号は周囲磁場と補正磁場の合
計の時間導関数に比例する。補正磁場それ自体はこのピックアップ信号に比例す
る。この場合、周囲磁場のためのローパスフィルタである装置は、オープンルー
プ磁場の利得、B (out)/ (dB (i n)/d t)に逆比例する
周波数特性を有している。
少なくとも、以下の特徴と組合せは新規なものであると信する。
a)MHI体積体積部間係磁場を磁石内において同磁石軸に沿って直接サンプル
するために配設され、パルスしたMHI傾斜磁堝Gx、Gy、Gzから分離(d
ecoupled)される検出コイル対。
b)空間的に均一な補正磁場を生成する大きな補正ループ。
C)本装置によって生成された磁場における長期間のドリフトが問題とならない
ようにd、c、にての利得をなくしたこと。
d)磁場安定補正ソフトウェアと組み合わせて本装置を使用する方法。上記ソフ
トウェアはd、c、から約1/TRの周波数にての磁場ノイズによってもたらさ
れる映像のアーチファクトを減衰させる。一方、上記の7−−ドウエアは1/T
R(max)(TR(max)はTRの最大値)以下の周波数を上回る変動を減
衰させる。前記ハードウェアとソフトウェアはd、c。
から1/TR以上の周波数まで共に作用する。
上記事項は本発明のその他の目的及び利点と同様にここに示した好ましい実施例
の詳細な説明と添付図面を注意深く検討することによって、より完全に理解し認
識されよう。
第1図は磁場安定化補正フトウェアを備えた典型的なMRI/ステムの概略的な
図であって、本発明の一実施例における新規なピックアップコイル対の配置と補
正ループの配置を示している。
第2図は第1図に示した実施例の概略的な図であって、補正ループの好ましい配
置を示している。
第3図は第1図に示した実施例において使用した新規な回路の概略的な回路図で
ある。
第1図を参照すると、本発明の典型的な実施例は、RFコイル14を介してNM
Rの駆動(転句)パルスを制御可能に生じさせ患者の生体16の一部を含むイメ
ージされる体積部内に通常のx、 y、 z、座標軸に沿って直交磁気勾配を(
例えば、勾配コイルGxSGy、Gzを介して)生じさせてMHIデータ収集サ
イクルをもたらす通常のコンピユータ化したMRIシステム制御装置12を有す
るMHIシステムlOを備えている。引き出されたNMRのRFレスポンスはA
NのRF回路に接続したRFコイル14によって受信され記録されて、イメージ
された体積部内のNMR原子核の空間的分布の映像に処理される。この場合、適
宜な2DFT、3DFT、投影再構成又は同様なデータ処理が、当業者にとって
明かなように、スピンエコー、勾配エコー又は同様なNMRシーケンスに関連し
て適用される。上記MHIシステムは、当業者にとって明かなように、制御コン
ソール18を介してオペレータと交信する。
上記実施例において、MHIシステム制御装置12には、ここに参考までに引用
した先行の関連特許出願に応じて、磁場安定化補正プログラム(プログラムスド
ア20における)が適用されている。既に述べたように、かかる磁場安定化補正
はd、c、から約1/TRHzの極めて低い周波数帯域にて主磁場ノイズによっ
てもたらされる映像のアーティファクトを有効に減衰させる。この場合、TRは
最大のMRr反復開隔TRである。
ここに示した実施例は、以前にダイアソニックス インフーボレイテノド(DI
asonlcs Inc)によって販売され現在は東芝(Tosh i baC
。
rporation)によって販売されている市販の永久磁石MRIシステムに
適用して用いられる。ここに、上部と下部の永久磁石22.24は部材26,2
8.30を含む磁気回路の一部であり、公称的に一定で均一な主磁場B0を患者
の身体16を含むイメージされる体積部内に生成する。加えて、通常のMHIデ
ータ収集サイクルをもたらすため、主磁場B0に所望の直交勾配を生成すべ(各
磁石22.24内又は同磁石に隣接して配置したパンケーキタイプの平らな磁気
勾配コイルGx、Gy、Gzが制御可能にパルスされ得る。
残念ながら、イメージされる体積部内の実際の主磁場B0は完全なMRIデータ
収集過程の間、常に一定しているわけではない(せいぜい数分間しか持続しない
)。近くを移動する大きな透磁性の物体(例えば、エレベータ、電車、トラック
等)は、比較的高い周波数のノイズを公称的に一定の主磁場B0に生じる。従っ
て、近くの大きな電流のサージ(例えば、大きな電気トローリー或は電車設備等
に関連する)並びに地磁気それ自体もノイズの要素を含んでおり、MR映像にア
ーチファクトを生じる。
このような磁気的ノイズのうち最も低い周波数成分(例えば1/TRまでのd。
C,)は公知のMHIシステムの磁場安定化プログラムによって補正されるが、
より高い周波数成分の補正は不可能である。そこで、第1図の実施例は公知の磁
場安定化処理と実際により高い周波数の磁気的ノイズを除去する新規な負帰還(
ネガティブフィードバック)を組み合わせた。
ここで、一対の検出コイル40. 42. (第1図においてLl、L2として
記載されている)は、磁石構造体の中心にある患者のイメージング体積部を実際
に通過する主磁場の磁束と直接連係されている。この場合、賢明な配置として、
検出コイル40,42はパルスする傾斜磁場から実質的に(電気的に直列に接続
されているときは集合的に)分111!(decoupled)されている。例
えば、検出フィル40.42を磁石軸(magne t ax I s)を中心
として配置することによって(つまり、x、、z次元において勾配コイルに関し
て対称に)横方向の勾配コイルGx、Gzの効力は最小にされる。また勾配コイ
ル対に関して軸方向において検出コイル40.42を対称に配置することによっ
て、(例えば、勾配中心のそれぞれ両側に+△及び−△を)、軸方向に向いた傾
斜Gyとのカップリングが抑制される。
か(して、イメージ体積部における所望の主磁場の検出を可能にしかつ意図的に
パルスさせた磁気傾斜との望ましくない力lブリングを抑制し、ローパスフィル
タ50、増幅器52及び比較的大きな補正ループL3を駆動する被制御電源54
によって負帰還ループが完成されている。上述したように負帰還ループの正味の
効果は、磁場安定化ソフトウェアにより補正される周波数とオーバーラツプし1
00Hz又はそれ以上上方に延在する周波数域にわたってイメージ体積部内の望
ましくない主磁場ノイズを実際に抑制することにある。
上記の電気的増幅器は、磁場それ自体よりも磁場の時間導関数(timeder
ivative)に比例する信号に応答する。この場合、増幅器それ目体は、d
、c、 において相当な利得を有していてもよいが、ノイズ検出器及び補正フィ
ルを含む回路全体としては磁場に関する限りd、c、において何等の利得を有し
ていない。
第2図は、補正ループL3の大きさ及び位置をより図式的に説明するために、M
R1磁石を収容している典型的なガントリールームを概略的に示している。ここ
で、−見して明らかなように、補正ループL3は磁石によって占有されている領
域の何倍か大きな領域を取り囲んでいる。また、ループL1、L2、L3の配線
は図示したように60サイクル又は同様なピlクアノブをよりよく回避するため
、撚られることが好ましい。(当業者は撚られている電話線等からの類推によっ
て理解されるであろう)。また、図示したように、補正ループL3は遮蔽された
ガントリールーム100の外周に配線されている。このように補正ループL3を
磁石に比して相対的に大きくすることにより、イメージ体積部内の補正磁場が最
小のコストでより一層有利に均一なものとなる。上記によって理解されるように
、ローパスフィルタ50、増幅器52及び電流源54はガントリールーム100
の内側又は外側のいずれに配置されてもよい。
第3図は、実質的に主磁場ノイズB、を数ミリヘルツから100Hz又はそれ以
上の周波数帯域にわたって除去する負帰還磁場の図式的説明を含む本発明の磁気
ノイズ除去回路部分を概略的に示している。
本実施例における、典型的な補正lステムの要素としての典型的重要諸元は、1
、磁石の寸法及び直径:1.8m2
2、ガントリールームの寸法: 3mX4m3、補正コイルの位置と寸法: 3
mX4m4、検出コイルの位置と寸法: 磁石の最上部及び最下部直径1. 5
m
5、フィルタの製造元、形式及び寸法:ムレート型(Murate type)
9001−100−1010100Hz o−パスフィルタ
6、増幅器の製造元、形式及び寸法:
通常のOP AMP回路
7、電流源の製造元、形式及び寸法:
テフロン(Techron)No、7540上記においては本発明の一実施例が
詳細に記述されたが、他の多(の変更及び変形が本発明の新規な利点及び特徴を
保有して上記実施例におけるように実施され得ることを当業者は理解するであろ
う。したがって、かかる全ての変更及び変形は特許請求の範囲に含まれるものと
意図される。
第1図
第3図
要−J「二重
直列接続した一対のコイル(Ll、L2)がMRI主磁場におけるノイズ変化を
検出する。上記コイル(Ll、L2)は当該MR+/ステムの一次主磁場に密接
に係合されているが、同コイルは急速に変化するMHIの傾斜磁場から実質的に
非係合にされように設けられている。ノイズ検出ループがローパスフィルタ(5
0ン、増幅器(52)及び大きな補正ループ(L3ンを駆動する被制御電流源(
54)を含む負帰還ループを駆動する。本装置はMHIデータ捕捉中に主磁場ノ
イズを数ミリヘルツから100Hz以上の周波数帯域にわたって減衰させる。こ
の場合、d、c、にて生じ始める重畳周波数帯域における変動を補正する在来の
磁場安定化ソフトウェアをも使用されるのが好ましい。上記ソフトウェアと共に
使用される場合には、主磁場ノイズがd、c、から100Hz以上までの周波数
帯域にわたって減衰される(又はその後のMHIデータ処理のために補正される
)。
国際調査報告
Claims (31)
- 1.負帰還主磁場補正コイルを駆動する主磁場ノイズ検出器を有するMRIシス テムにおいて、前記補正コイルがMRIの体積部内に空間的に均一な補正磁場を 生じるのに充分な大きさにされているMRIシステムの改良。
- 2.前記ノイズ検出器が直列接続した一対のコイルを備えている請求の範囲第1 項に記載の改良されたMRIシステム。
- 3.前記一対のコイルが上記MRIシステムの1次主磁場発生装置の中心磁気軸 を実質的に中心として位置決めされ、前記磁気軸に対して横方向の傾斜磁場変化 によってもたらされるノイズ検出器の電流を最小にするようにした請求の範囲第 2項に記載の改良されたMRIシステム。
- 4.前記一対のコイルが上記MRIシステムの傾斜磁場発生装置に関して対称的 に軸方向に離間されていて、前記軸方向における傾斜磁場変化よってもたらされ るノイズ検出器の電流の実質的な除去をもたらすようにした請求の範囲第3項に 記載の改良されたMRIシステム。
- 5.前記ノイズ検出器が、d.c.にて実質的に零の利得又は零の周波数を有す る活性の負婦選回路において前記補正コイルに結合されて、同ノイズ検出器を前 記主磁場における長期間のドリフトに対して不感にしている請求の範囲第1項, 第2項,第3項又は第4項に記載の改良されたMRIシステム。
- 6.実質的に零Hzから約1/TR(TRは最大のMRIサイクル反復間隔)の 周波数帯域にわたって前記主磁場におけるノイズ変化の効力を衰滅させるプログ ラムされた主磁場安定化補正手段を備えている請求の範囲第1項,2項,3項又 は第4項に記載の改良されたMRIシステム。
- 7.実質的に零Hzから約1/TR(TRは最大はMRIサイクル反復間隔)の 周波数帯域にわたって前記主磁場におけるノイズ変化の効力を減衰させるプログ ラムされた主磁場安定化補正手段を備えている請求の範囲第5項に記載の改良さ れたMRIシステム。
- 8.負帰還主磁場補正コイルを駆動ずる主磁場ノイズ検出器を有するMRIシス テムにおいて、前記ノイズ検出器が直列接続されて上記MRIシステムの1次主 磁場発生装置の大部分を包囲する一対のコイルを備えているMRIシステムの改 良。
- 9.前記一対のコイルが上記MRIシステムの1次王磁場発生装置の中心磁気軸 を中心として位置決めされて前記磁気軸に対して積方向の傾斜磁場変化によって もたらされるノイズ検出器の電流を最小にするようにした請求の範囲第8項に記 載の改良されたMRIシステム。
- 10.前記一対のコイルが上記MRIシステムの傾斜磁場発生装置に関して対称 的に軸方向に離間されて前記軸方向の傾斜磁場変化によってもたらされるノイズ 検出器電流の実質的除去をもたらすようにした請求の範囲第9項に記載の改良さ れたMRIシステム。
- 11.前記ノイズ検出器が、d.c.にて実質的に零の利得又は零の周波数を有 する活性の負帰還回路において前記補正コイルに結合され、同ノイズ検出器を上 記主磁場における長期間のドリフトに対して不感にしてなる請求の範囲第8項, 9項又は第10項に記載の改良されたMRIシステム。
- 12.上記主磁場におけるノイズ変化の効力を実質的に零Hzから約1/TR( TRは最大のMRIサイクル反復間隔)の周波数帯域にわたって減衰させるプロ グラムされた主磁場安定化補正手段を備えてなる請求の範囲第8項,9項又は第 10項に記載の改良されたMRIシステム。
- 13.上記主磁場におけるノイズ変化の効力を実質的に零Hzから約1/TR( TRは最大のMRIサイクル反復間隔)の周波数帯域にわたって減衰させるプロ グラムされた主磁場安定化補正手段を備えてなる請求の範囲第11項に記載の改 良されたMRIシステム。
- 14.MRI体積部に連係される1次主磁場発生装置を有するMRIシステムに おいて有効な主磁場を安定化する装置であって、上記MRI体積部に連係させた 有効な主磁場におけるノイズ変化を検出すべく設けた磁場ノイズ検出コイル手段 と、前記主磁場発生装置によって占有される面積よりも充分大きな面積を包囲し て電流が通されると前記MRI体積部全体にわたって実質的に均一となる補正磁 場を生じる磁場補正コイルと、前記磁場ノイズ検出コイル手段に結合した電流制 御入力と前記磁場補正コイル手段に結合されて前記主磁場において検出されたノ イズ変化の少なくともいくつかの成分を実質的に除去する補正主磁場を生じる被 制御電流出力を有する電流源を含む活性の負帰還ループを具備してなる装置。
- 15.前記1次主磁場発生装置が遮蔽されたガントリールームに収納され、前記 磁場補正コイルが前記ガントリールームを実質的に包囲するように同ガントリー ルームの周囲に設けられている請求の範囲第14項に記載の装置。
- 16.前記磁場補正コイルが前記1次主磁場発生装置によって包囲される面積の 少なくとも2倍大きな面積を包囲している請求の範囲第14項に記載の装置。
- 17.前記負帰還ループがd.c.にて実質的に利得を有しておらず同負帰還ル ープを前記主磁場における長期間のドリフトに対して不感にしている請求の範囲 第14項に記載の装置。
- 18.前記MRIシステムが、有効な主磁場におけるノイズ変化の効力を実質的 にd.c.からMRIサイクルの反復間隔TRの逆数までの周波数帯域にわたっ て減衰させる磁場安定化手段を有している請求の範囲第14項に記載の装置。
- 19.負帰還主磁場補正コイルを駆動する主磁場ノイズ検出器を使用するMRI 方法において、前記補正コイルをMRI体積部内に空間的に均一な補正磁場を発 生するのに充分な大きさの面積を包囲ように配置した改良。
- 20.前記主磁場におけるノイズ変化の効力を実質的に零Hzから約1/TR( TRは最大のMRIサイクル反復間隔)の周波数帯域にわたって減衰させるプロ グラムされた主磁場安定化補正手段をも使用するようにした請求の範囲第19項 に記載の改良されたMRI方法。
- 21.負帰還主磁場補正コイルを駆動ずる主磁場ノイズ検出器を使用するMRI 方法において、直列接続した一対のコイルを上記MRIシステムの1次主磁場発 生装置を包囲する前記ノイズ検出器を構成すべく接続した改良。
- 22.前記一対のコイルが当該MRIシステムの1次主磁場発生装置の中心磁気 軸を中心として位置決めされて、前記磁気軸に対して横方向の傾斜磁場変化によ ってもたらされるノイズ検出器の電流を最小にするようにした請求の範囲第21 項に記載の改良されたMRI方法。
- 23.前記コイルが当該MRIシステムの傾斜磁場発生装置に関して対称的に軸 方向に離間されて、前記軸方向における傾斜磁場変化によってもたらされるノイ ズ検出器電流の実質的除去をもたらすようにした請求の範囲第22項に記載の改 良されたMRI方法。
- 24.前記ノイズ検出器がd.c.にて実質的に零の利得又は零の周波数を有す る活性の負帰還回路において前記補正コイルに結合されて、前記主磁場における 長期間のドリフトに対して不感にされている請求の範囲第21項,22項又は2 3項に記載の改良されたMRI方法。
- 25.前記主磁場におけるノイズ変化の効力を実質的に零Hzから約1/TR( TRは最大のMRIサイクル反復間隔)の周波数帯域にわたって減衰させるプロ グラムされた主磁場安定化補正手段をも使用するようにした請求の範囲第21項 、22項又は23項に記載の改良されたMRI方法。
- 26.前記主磁場におけるノイズ変化の効力を実質的に零Hzから約1/TR( TRは最大のMRIサイクル反復間隔)の周波数帯域にわたって減衰させるプロ グラムされた主磁場安定化補正手段をも使用するようにした請求の範囲第24項 に記載の改良されたMRI方法。
- 27.MRI体積部に連係される1次主磁場発生装置を有するMRIシステムに おいて有効な主磁場を安定させる方法であって、前記MRI体積部に連係される 有効な主磁場におけるノイズ変化を検出する磁場ノイズ検出コイルを設け、前記 土磁場発生装置によって占有される面積よりも充分大きな面積を包囲して電流が 通されるとき前記MRI体積部の全体わたって実質的に均一な補正磁場を生じさ せる磁場補正コイルを設け、前記磁場ノイズ検出コイルを備えた電流源を有し前 記磁場補正コイルにそれに対応する制御された電流を生じさせて前記主磁場にお いて検出されるノイズ変化の少なくともある成分を実質的に除去する補正磁場を 発生させる活性の負帰還ループを駆動するようにした方法。
- 28.前記1次主磁場発生装置が遮蔽されたガントリールーム内に収納されてい て、さらに前記ガントリールームを実質的に包囲するように同ガントリールーム の周囲に前記磁場補正コイルを設けるようにした請求の範囲第27項に記載の方 法。
- 29.前記磁場補正コイルが前記1次主磁場発生装置によって包囲される面積よ り少なくとも二倍大きな面積を包囲するようにした請求の範囲第27項に記載の 方法。
- 30.前記活性負帰還ループがd.c.にて実質的に利得を有しないようにして 同負帰還ループを主磁場における長期間のドリフトに対して不感にしてなる請求 の範囲第27項に記載の方法。
- 31.前記有効な主磁場におけるノイズ変化の効力を実質的にd.c.からMR Iサイクル反復間隔TRの逆数までの周波数帯域にわたって減衰させるようにし た請求の範囲第27項に記載の方法。
Applications Claiming Priority (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US68662291A | 1991-04-18 | 1991-04-18 | |
| US686,622 | 1991-04-18 | ||
| US68813191A | 1991-04-19 | 1991-04-19 | |
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