JPH0568254B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明はNMR（核磁気共鳴）映像装置に関し、
更に詳しくはNMR映像装置の磁石をシミング
し、かつNMR映像装置の固有の磁場平均質性を
修正する装置及び方法に関する。 〔従来の技術及び問題点〕 均質性の欠如を修正する手順はシミング
（shimming）と呼ばれる。この手順は下記二つ
の段階からなる： (イ) 磁石中心を中心とする球体面のある点に磁場
をマツプさせ；そして、 (ロ) 夫々のシミングコイルを通ずるある電流を駆
動して磁気平均質性を修正する新しい磁場を生
じさせることにより磁場不均質性を修正する。 NMR磁石をシミングして磁気均一性を改善す
ることは現半反手動的に達成されている。より詳
しくいうと、NMR映像装置の磁場は、静磁場の
特定域でプローブを使用することにより或いは特
定域のフアントムを画像化することにより、その
均質性が測定される。勿論理想的には、静磁場は
磁石の範囲内で普遍的に均質でなければならな
い。しかし実際はすべてのNMR磁石において僅
かではあるが無視できない不均質性が存在する。
シミングコイルはこの不均質性を修正するために
使用される。シミンググコイル電流が適用される
時には新たなマツピングが行われ比較される。最
後に電流強度が調整される。測定及びシミング処
理は、十分な均質性を得るまで繰り返される。 これは極めて時間を要する作業である。NMR
装置は高価であり、従つて病院及び診療所にとつ
て価格的に十分有効であるようにするためには、
最少限の待ち時間と最大限の操作時間を確保する
必要がある。従つて磁場をシミングしてできるだ
け短時間で不均一性を自動的に修正しかつできる
だけ人力の使用を少なくすることは、NMR装置
の製造業者の利益である。 公知技術によれば、磁石の中央域にフアントム
を使用し、その部分の磁場をマツプする提案がな
された。画像化によるこのような磁場マツプは
1983年８年19日にサンフランシスコで開かれた医
療分野における磁気共鳴画像化学会の二年次総会
の刊行物中の論文「フーリエ映像化による磁場測
定（Field measurement by Fourier
Imaging）」、コロンビア ユニバシテイ オブ
フイジシヤンズ アンド サージエオンズのエ
ー．ジー．シモンズほか、により開示されてい
る。この論文において著者は、円形デイスク中の
管列上の単一直線管を含むフアントムの使用を示
唆している。論文は薄く水を充填したデイスクで
あるフアントムについて記載している。 薄く水を充填したデイスクの使用は、単一面の
みにおける磁界均質性を測定するものである。複
数のこのような薄く水を充填したデイスクは複数
の面の均質性を試験することができるが、磁界強
度のマツプを得るためにはかなり複雑で、時間を
要する三次元計算をしなければならない。従つて
効果的な均質性修正のための方法及び装置が待望
されていた。 〔問題点を解決するための手段〕 従つて、本発明の目的はNMR磁界の不均一性
を修正する自動シミング装置であつて： NMR映像化装置の静磁場を生ずる手段、 前記静磁場の不均一性を修正するシミングコイ
ル、 NMR映像装置の静磁場をマツプする手段、と
を有し； 前記マツプ手段が、磁場マツプを単純化する三
次元フアントムを有し；このフアントムが、前記
三次元フアントム中に空間的に分布した非ゼロ核
磁気モーメントを有する素子を含む複数のサンプ
ルであつて、二つだけのエンコード傾斜によりサ
ンプルのそれぞれの位置をつきとめられるように
してあり、 前記三次元フアントムの磁場マツプデータを得
るための手段、 磁場不均質性を決定する磁場マツプデータを評
価する手段、及び、 前記評価されたマツプデータに応動する手段で
あつて必要な磁場均質性が得られるまで夫々のシ
ミングコイルを通ずる電流を調整する手段；とを
有する装置、を提供することである。 本発明の特徴は、磁場をマツプする特有のフア
ントムを有することである。フアントムは球体上
に配置される多数の水充填小びんを含む。水を充
填した小びんは、フアントム中の夫々の個別小び
んの磁場強度データが容易に得られるように配置
されている。或いは小びんのそれぞれがRFコイ
ルにより囲まれ夫々がサンプルとなつて静磁場の
特定位置で磁場濃度の測定をすることができるよ
うにしてもよい。 磁場均質性測定の比較に応動して、制御回路が
夫々のシミング路を通る電流を調整し、測定され
た磁場不均質性を修正する。 本発明の上述特徴及びその他の特徴は、添附図
面と関連する以下の説明により、更によく理解さ
れるであろう。 〔実施例〕 第１図のブロツク図はNMR映像装置１１を示
す。このNMR映像装置は、静磁場を発生させる
ための磁気コイル１２及び１３を有する。コイル
１２，１３はブロツク図に示されるジエネレータ
１４による電流を供給される。 この装置はまたRFコイル１７及び１８を有し、
これらの機能は： (1) 磁気コイル１２及び１３より生ずる静磁場で
形成させる平衡から核磁化を励起する； (2) 平衡からはずれた核磁モーメントにより生ず
る自由誘導減衰信号（FID）を取り出す。 RFコイル１７，１８は、モジユレータ２１か
らの信号を受けるRF増幅器１９から電流を得る。
モジユレータ２１はラジオ波ジエネレータ２２か
ら得たラジオ波信号により作動する。モジユレー
タ信号は、モジユレータ信号ジエネレータ２３か
ら供給されるように図示されている。 静磁場を空間的に変化させる手段が設けられて
いる。これら手段は、Ｘ傾斜ジエネレータ２７及
びＸ傾斜増幅器２８から電流供給されるＸ傾斜コ
イル２４，２５を含む。同様に、静磁場は、Ｙ軸
に沿い静磁場を空間的に変更するためのＹ傾斜に
より変更される。この変更を行うための手段はＹ
傾斜ジエネレータ３１として示されており、こは
Ｙ傾斜増幅器３２を通じてＹ傾斜コイル３３及び
３４に送られる。 静磁場はまた３６及び３７のコイルを使用する
ことによりＺ軸に沿い空間的に変動する。これら
傾斜コイル３６，３７は、電流をＺ傾斜ジエネレ
ータ３８からＺ傾斜増幅器４０を通じて受ける。
Ｘ，Ｙ及び言及した座標は第１Ａ図に示されてい
ることに注意されたい。 好ましい実施態様では、プローブを繰り返し移
動させることなく磁場の均質性を試験するための
手段が設けられる。より詳しくいうと、独得の三
次元球体状フアントム３９が示されている。この
フアントムは、非ゼロ核磁気を有する素子を含む
水などの、複数のサンプルからなる。三次元球形
フアントムにおけるサンプル分布は、磁場均質性
を得るために必要な測定数が最少になり、一方静
磁場における均質性測定数が、NMR装置におけ
る通常遭遇するオーダー、例えば500ppmまで不
均質性を適切に修正するのに十分であるようにす
る。 核磁気パルスに対するレスポンスを測定するた
めの手段が設けられている。この手段は、電子ス
イツチ４１及び増幅器４２を通じてレシーバー４
３に接続する同じRFコイル１７及び１８を含む
ように示されている。 レシーバー４３の出力はコンピユータ制御部４
４と接続している。コンピユータ４４はレシーバ
ーより得られた情報をフアントム３９の夫々サン
プルの磁界強度に変換するための手段を含む。更
にコンピユータ４４は、夫々のシム電流を変換し
て磁場均質性を修正する量を決定する。 磁場の不均質性はシミング電流ジエネレータ４
６により修正され、これは、増幅器４７を通る電
流と結合し、ここにはシミングコイル４８及び４
９として例示したシミングコイルに伝えられる。 第２図はフアントム３９の分解図である。この
三次元球体状フアントムは５つの面を有する。中
央部面５１は、右側の二つの面５２及び５３及び
左側の二つの面５４，５６を側部に有する。本発
明はしかしこの例示的なフアントムに使用される
面の数、或いは各面あたりの小びんの数に限定さ
れるものでないことが理解されるべきである。 各面は第２図において、Ｚ＝０面に平行である
面として示されている。面５１は12の小びんを有
する。面５２及び５４もまた12の小びんを有し、
一方面５３及び５６はそれぞれ８つの小びんを有
する。第３図及び４図において正或いはゼロのＺ
座標軸のすべての小びんは黒い円でマークされて
おり、負のＺ座標は白い円でマークされている。 第４図は、Ｚ＝０面に投影される小びんを示
す。このフアントムの特有の利点は、この二次元
投影から、二つの傾斜場のみ使用する場合でも空
間中の夫々の小びんの位置が独得の方法で決定さ
れることである。例えばＸ傾斜及びＹ傾斜を使用
することにより、小びん５８が面５１に属するこ
とが容易に決定される。これは、小びん５８が位
置する円の半径からも推論できよう。半径は勿論
Ｘ及びＹ座標から決定される。小びん５９は面５
３或いは５６に属してもよい。面５３及び５６に
おけるすべての小びんの角度は、Ｚ＝０面におけ
る投影では二つの小びんが重ならないように選
ぶ。従つて、角度０は小びん５９が面５３に属す
ることを示す。しかし本発明は特有の二次元投影
を有する小びんを具備するフアントムに限定され
るものでないことは理解されるべきである。 かくしてデータ取得中、フアントム中の小びん
の完全な位置情報の手順が極めて簡単となり、ま
た時間が節減される。相エンコーダ傾斜として傾
斜Ｘ及びＹのみを用いて二次元投影図を得るのに
十分である。 好ましいヘツド及びボデイコイルフアントムで
は、球体の測定、面のＺ位置及び夫々の面の半径
の測定のために使用することもできる。

【表】 サンプルの位置は、ドーバーパブリケーシヨン
ズから刊行された「数学函数ハンドブツク
（Handbook of Mathematical Functions）」の
216ページの25.4表から得られた５点についての
ガウス求積法を使用することにより決定された。 操作にあたつては、データ取得は、RF周波数
をRFコイル１７及び１８に適用してフアントム
中のサンプルを励起させることにより行われる。
Ｘ及びＹ傾斜は、サンプルの核磁化に対する特定
の座標に依存する相のシフトを引きおこす。FID
信号が観察され測定される。この場合、再構成
FID信号データは磁場の均質性をあらわす。空間
解像FID周波数のマトリツクスが得られる。この
周波数は、磁場均質性の尺度を提供する。夫々の
シミングコイル電流はコンピユータ４４により制
御され、所望の電磁均質性が得られるまで調整さ
れる。シミングコイルのコイル演算式は当業者に
はよく知られている。 本発明を要約すると以下の通りである。 １ NMR磁場の均質性を改善する自動シミング
装置であつて： (イ) NMR画像装置のための磁場発生手段であ
つて、前記磁場が静磁場、傾斜磁場、ラジオ
波磁場、である手段； (ロ) 前記静磁場の不均一性を修正するシムコイ
ル； (ハ) 前記静磁場をマツプする手段、を有し、前
記マツプ手段が、三次元フアントムを含み、
このフアントムが(1)フアントムの選ばれた面
の特定位置に分散する、非ゼロ核磁気モーメ
ントを有する素子の多数のサンプルを有
し、；(2)この三次元フアントムは球形であつ
て、サンプルは球体表面の複数の平行面に沿
つて配置されており； (ニ) フアントムの選ばれた面におけるサンプル
それぞれのデータを得る手段； (ホ) サンプルそれぞれから得られたデータを比
較する手段；及び (ヘ) サンプルそれぞれから得られたデータが実
質的に等しくなるまで、シミングコイルを通
ずる電流を調整する手段；とを有する装置。 ２ 前記平行面のいくつかは球体表面の交叉部で
等しい半径を有し、等しい半径を有する平行面
上でサンプルはそれぞれ相異なる角度位置を有
し、それにより等しい半径を有する平行面のサ
ンプル投影像が他の平行面と重ならないように
した１記載の装置。 ３ 静磁場を発生させる前記手段が水平円筒形主
磁石からなり、前記磁石はその長手軸線と共軸
である孔を有し、前記平行面は、磁石の孔の長
手方向がＺ軸に沿う時には、Ｚ軸方向に分離す
る２記載の装置。 ４ サンプル位置がＸ及びＹ傾斜のみを使用して
決定される１記載の装置。 ５ ５つの平行面が設けられており、第一平行面
は球体の半径に等しい半径を有し、第二及び第
三平行面は前記第一平行面の半径よりも小さい
相互に等しい半径を有し、第四及び第五平行面
は前記第二及び第三平行面よりも半径が小さい
相互に等しい半径を有する上記１〜４のいずれ
か記載の装置。 ６ 前記平行面の間の距離が微小点に関するガウ
ス求積法に従つて設定される５記載の装置。 ７ 前記第一、第二及び三平行面が夫々同じ数の
サンプルを有し、前記第四及び五平行面が夫々
同じ数のサンプルを有する６記載の装置。 ８ 前記第二及び第三平行面はそれぞれ、等間隔
をおいた12個のサンプルを有し、前記第四及び
第五平行面はそれぞれ、等間隔をおいた８個の
サンプルを有する７記載の装置。 ９ NMR映像装置の静磁場をマツプするために
使用するフアントムであつて： 選ばれた点に分布するサンプルを有する三次
元ユニツト、を有し、前記点は、複数の平行面
と前記三次元ユニツト表面の交点に沿つてお
り、かつ前記平行面に平行である面に対する前
記サンプルの投影図が重ならないように配置さ
れているフアントム。 10 前記三次元ユニツトが球体であり、前記表面
が球体表面である９記載のフアントム。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のフアントムを利用したNMR
映像装置の全体的なブロツク図；第１ａ図はＸ，
Ｙ及びＺ座標を示す図；第２図はフアントムの一
つの実施態様の分解図；第３図は、NMR映像装
置に使用する通常のＸ，Ｙ，Ｚ座標におけるＹ座
標に沿うフアントム図；第４図は第３図の水サン
プルをＸ，Ｙ（或いはＺ＝０）面に投影した図で
ある。 図において番号１１はNMR映像装置、３９は
フアントム、５１，５２，５３，５４，５６はフ
アントムの平行面である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ NMR磁界の均質性を改善する自動シミング
   装置において： NMR画像化装置のための磁場発生手段であつ
   て前記磁場が静磁場、傾斜磁場、及び無線周波数
   磁場である手段； 前記静磁場の不均質性を修正するシミングコイ
   ル； 前記静磁場をマツプする手段であつて立体フア
   ントムからなる手段；を有し、前記フアントム
   が、三次元フアントム中の特定位置に分布した、
   非ゼロ核磁気モーメントを有する素子を含む多数
   のサンプルを有し；更に、 前記三次元フアントムの選ばれた面におけるサ
   ンプルそれぞれのデータを得るため、患者の
   NMRデータ取得のためのピツクアツプコイルを
   用いた手段； サンプルそれぞれについて得られたデータを比
   較する手段；及び、 サンプルそれぞれから得られたデータが所望の
   均質性を示すようになるまでシミングコイルを通
   ずる電流を調整する手段；とを有する装置。 ２ 三次元フアントムの選ばれた面におけるサン
   プルの個々のデータを得る前記手段が、フアント
   ム中のサンプルの位置を二つの傾斜のみからつき
   とめる手段からなり、前記傾斜の一方はサンプル
   それぞれの面を決定し、他方は面あたりのサンプ
   ルそれぞれの位置を決定する請求項１記載の装
   置。 ３ フアントムがRF本体コイル内に位置する寸
   法である請求項１記載の装置。 ４ フアントムがRFヘツドコイル内に位置する
   寸法である請求項１記載の装置。