JP2003514643A - 磁気共鳴装置 - Google Patents
磁気共鳴装置Info
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Abstract
Description
のイメージング領域内に傾斜磁界を発生する傾斜コイルを有する傾斜磁界装置と
、 前記傾斜コイルに接続された制御装置とを含み、 前記制御装置が、傾斜パルスサンプルを発生するために、コンバータとプロセ
ッサ手段を含み、 前記コンバータが受信する離散信号により指定される値を有するアナログ信号
を発生し、そのアナログ信号を電力増幅器に供給して傾斜パルスサンプルを発生
し、 前記プロセッサ手段が、 第1傾斜パルスサンプルの所望値、 第1傾斜パルスサンプルの所望値に近似する第1離散値、 同一の傾斜電流パルスと関連する第1傾斜パルスサンプルに続く第2傾斜パル
スサンプルの所望値、 第2傾斜パルスサンプルの所望値に近似する第2離散値、 を計算し、連続する離散値が前記コンバータが受信する離散信号を構成すること
を特徴とする磁気共鳴装置に関するものである。
)が存在するイメージング領域内に位置する検査すべき物体を画像化するのに使
用される。位置の関数として(通常線形に)変化する傾斜磁界を主磁界に重畳し
て、所定の瞬時における画像化すべき領域内の画像化すべき点(x,y,z)を指示す
る。この場合、画像化すべき領域内の各点(x,y,z)がx傾斜磁界,y傾斜磁界及
びz傾斜磁界の瞬時値により指示される。これらの磁界の時間依存変化はパルス
として形成され、即ち多くの場合台形の形状を有し、1ms程度の持続時間を有す
る所謂傾斜パルスとして形成される。これらの傾斜磁界は複数対のコイル(すな
わちx,y及びz座標の各々につき1対)により発生され、各対のコイルには関
連する傾斜電流パルスが流される。
状傾斜磁界を発生する傾斜電流パルスは以後傾斜パルスサンプルという直接連続
するサブパルスで構成され、これらの傾斜パルスサンプルは所謂スイッチトモー
ドH形ブリッジとして構成し得る電力増幅器により発生される。このような電力
増幅器はH形に配置された4つの出力トランジスタを含み、各トランジスタは離
散値のみを示す入力信号で制御される。このような入力信号はプロセッサの出力
に接続されたコンバータ、例えばパルス幅コンバータ(PWMコンバータ)によ
り発生させることができる。前記ドイツ国特許出願から既知のMRI装置内のプ
ロセッサは傾斜パルスサンプルの所望値を計算し、次にこの所望値を離散値でで
きるだけ近似する。この処理が発生すべき傾斜電流パルスを構成するすべての連
続傾斜パルスサンプルに対し行なわれる。
し得ない、又は殆ど満足し得ないような高い時間分解能がプロセッサに要求され
る問題を生じ、この問題は以下の数値例により証明される。傾斜パルスサンプル
のディジタル形成を実行する最大クロック周波数は25kHz程度であり、この
値はこれ以上高く選択することはできない。その理由は、使用する電力トランジ
スタ(IGBT)はこのような高いスイッチング速度に追従できないためである
。従って、PWMコンバータからの傾斜パルスサンプルは40μs以上の周期に
なる。傾斜パルスの時間積分は傾斜パルスの形成に重要であり、即ちその偏差(
「面積誤差」を10μAs以下にすることができる。このようなパルスの面積は
代表的には10Asであり、10-6の分解能を意味する。(傾斜コイルを流れる
電流の所望の分解能は1000Aの再大電流に対し1mAであり、これも10-6 の分解能を意味する)。従って、この分解能を傾斜パルスサンプルの時間離散構
成で達成するためには、10-6×40μs=40×10-12sの最小時間単位が
必要とされる。この時間分解能は25GHzのプロセッサの最小クロック周波数
に対応し、この周波数は市販の標準プロセッサにより達成することはできない。
形状を与え、そのPWMパルスを2つのPWMパルス部分の和として形成するこ
とによって上述した問題を解決することを目的としている。第1パルス部分はデ
ィジタル傾斜パルスサンプルを構成する22ビットのうちの上位の9ビットで構
成し、これらの上位9ビットを1つのデータワードとしてパルス整形器に供給し
、この整形器が前記9ビットデータワードの値に対応する持続時間を有するパル
スを形成する。残りの下位の13ビットが第2パルス部分を形成するデータワー
ドを構成する。第2パルス部分の持続時間が第1パルス部分に加えられる。この
ように構成されるPWMパルスは所望の正確なパルス持続時間を有する傾斜パル
スサンプルを構成する。
の方法は、極めて精密な構成要素の使用を必要とする欠点を有する。これは、第
1パルス部分の時間精度を第2パルス部分の最小時間単位(上述の数値例では4
0×10-12s程度)以下にし得ないためである。この要件を実際に満足させる
ことは極めて困難であり、不可能でもある。
のMRI装置を提供することにある。この目的のために、本発明のMRI装置は
、前記プロセッサ手段が、更に、 前記第1傾斜パルスサンプルの所望値と前記離散値との差を計算するとともに
、前記差を記憶し、 前記第2傾斜パルスサンプルの値をその計算中に前記差を用いて補正するよう
構成されていることを特徴とする。
に対応するビット数より(はるかに)少ないビット数が許容される。その結果と
して、一般に、離散化された傾斜パルスサンプルの値は所望値からはずれるが、
この所望値も離散化された値も既知であるから、この偏差は既知である。この既
知の偏差(差)を次の傾斜パルスサンプルが形成されるまで保存する。このとき所
望値が再び計算される。このとき前傾斜パルスサンプルの形成中に計算された前
記差をこの所望値に又はから(前記差の符号に応じて)加算又は減算し、こうし
て計算された値を次に再び上述したように離散化する。このようにすると所望値
からの小さな偏差が各傾斜パルスサンプルに対し発生するが、全傾斜電流パルス
の持続時間に亘るこの偏差の平均値は無視し得るほど小さくなることが確かめら
れた。
ル制御パルス幅変調コンバータで構成する。この実施例はMRI装置と組み合せ
ると、このようなコンバータから発生する信号はそのスペクトルのRF部分を除
去し、所望の傾斜パルスサンプルを得るために簡単な低域通過フィルタでフィル
タ処理するだけでよいという利点を提供する。
適切にプログラムされたマイクロプロセッサで構成する。この実施例は、PWM
機能のパラメータをマイクロプロセッサのプログラムの通常の小変更によって容
易に変化させることができる利点を提供する。このような変化は、例えばパルス
周期の変化又はタイムラスタの細かさ、即ちコンバータの離散化ステップの時間
の大きさの変化に関係する。
ステム1と、傾斜磁界を発生する第2磁石システム3(傾斜コイルシステム)と
、第1磁石システム1の電源5とを含む。RFコイル9はRF交番磁界を発生し
、この目的のために、このコイルはRF源11を含むRF送信装置に接続される
。RFコイル9は検査すべき物体(図示せず)内にRF送信磁界により発生され
たスピン共鳴信号を検出するためにも使用され、この目的のために、このRFコ
イルは信号増幅器13を含むRF受信装置に接続される。信号増幅器13の出力
は検出回路15に接続され、検出回路15は中央制御装置17に制御される。中
央制御装置17はRF源11に対する変調器19、電力増幅器7及び画像表示用
モニタ21も制御する。RF発振器23は変調器19を制御するとともに信号測
定処理する検出器15も制御する。冷却ダクト27を有する冷却装置25が第1
磁石システム1の磁気コイルの冷却用に設けられる。磁石システム1及び3内に
配置されたRFコイル9は医療診断測定装置内の検査すべき患者又は患者の一部
分、例えば頭部又は頚部を収容するのに十分な大きさの測定空間29を囲む。従
って、定常磁界B、物体断面選択用傾斜磁界及び空間的に均一なRF交番磁界を
測定空間29内に発生させることができる。RFコイル9は送信コイルと測定コ
イルの2つの機能を兼ね、この場合には送信信号と戻り信号のトラヒックを分離
する分離回路14が設けられる。両機能のために異なるコイルを使用することも
でき、例えば測定コイルとして作用するサーフェースコイルを使用することもで
きる。必要に応じ、コイル9はRF磁気シールド用ファラデーケージ31により
包囲することができる。
生する制御装置の詳細図である。本発明MRI装置のユーザが所定のイメージン
グモードを選択し、この選択がコンピュータ33により受信される。選択された
イメージングモードに応じて、コンピュータは当該イメージングモードと関連す
る傾斜電流パルスの形状及びその他のパラメータを決定する。この点に関し、一
例として、傾斜電流パルスは台形形状を有するとともに1msのパルス持続時間、
各々0.1msの上昇時間及び下降時間及び600Vの振幅のようなパラメータを
有するものとする。このデータに基づいて、コンピュータは関連する傾斜パルス
のサンプルの数及び大きさを計算する。図2はコンピュータを単一機能ブロック
として示すが、実際の応用では上述の機能は中央制御装置17(図1)と専用のプ
ロセッサの組合せで実施することができる。この場合、中央制御装置は波形に関
するコードと前記パラメータの値のみを出力し、専用プロセッサが関連する傾斜
パルスサンプルの大きさを計算する。
ータライン35を経てアナログ−ディジタル変換器37に転送され、この変換器
がディジタル入力値に等しいアナログ値を有する出力信号を発生する。このアナ
ログ出力信号は差形成装置39の正入力端子に供給される。傾斜コイル3を流れ
る電流の瞬時値の測定値である帰還信号が差形成装置39の負入力端子に供給さ
れる。差形成装置39の出力信号を構成する差信号はアナログ−ディジタル変換
器41に供給され、この変換器が前記差信号をディジタル形式で、マルチデータ
ライン43を経て、パルス幅変調コンバータ(PWMコンバータ)として作用す
るプロセッサ45に供給する。既知のように、このようなPWMコンバータは固
定の周期Tを有するとともにPWMコンバータに供給された入力信号に比例する
パルス幅を有するパルス状信号を発生する。
の電力増幅器は所謂H形ブリッジとして構成され、即ちこの増幅器は2つの方向
に電流を出力することができる。この増幅器の負荷の各端には2つの電流方向の
各々に対し各別の出力トランジスタが設けられるため、この増幅器はH形に配置
された全部で4つの出力トランジスタを含む。これらのトランジスタの各々は、
プロセッサ45の出力47のそれぞれの出力導体47-1、47-2、47-3又は4
7-4により制御される。各出力導体47-iには関連するバッファ増幅器49-iが
設けられる。2つの出力導体53-1及び53-2からなる出力53は、プロセッサ
45の出力47の電圧により決定される時間とともに変化する電流を流す。つま
り、出力47の対応する出力導体にパルスが存在するかしないかに応じて、電力
増幅器51の出力トランジスタの一方の対が導通状態に駆動されると、他方の対
が非導通になり、またその逆となる。
ルタがRFレンジ内及びそれ以上の周波数を抑圧する。2つの出力導体53-1及
び53-2の各々には専用の低域通過フィルタが設けられ、このフィルタの最も簡
単な例はこの導体と直列のインダクタンスと、このインダクタンスの下流側で接
地されたキャパシタとからなり、フィルタ装置55は2つの低域通過フィルタか
らなる。フィルタ装置55によりフィルタ処理された電流はユーザにより所望さ
れたイメージングモードと関連する所望の傾斜電流パルスを構成する。これらの
傾斜電流パルスは増幅器51の入力に供給されるPWM信号の離散値を構成する
一連の連続傾斜パルスサンプルから形成される。既知のように、PWMコンバー
タにおけるこれらの傾斜パルスサンプルの大きさは増幅器51の入力に供給され
るPWM信号の低周波数信号成分に比例する。(RF信号成分はフィルタ装置5
5により除去される)。傾斜コイル3を流れる電流は電流センサ57も流れ、こ
のセンサが傾斜コイルを流れる電流の測定値である信号を発生する。この信号は
差形成装置39の負入力端子に帰還され、計算された傾斜パルスサンプルの大き
さを表わすアナログ信号から差し引かれる。
つかの信号(仮想またはそうでない)を図3にグラフ的に示す。パルスはディジ
タルプロセッサによりPWMモードに従って形成されるため、プロセッサ45に
より当該出力に発生されるPWMパルス59のパルス長は時間単位で離散化され
る。このパルス状信号の周期はTで示す。パルス持続時間の数は実際の例ではも
っと多い(例えば210=1024)が、明瞭のために、パルス持続時間は5つの
値(0、0.25T,0.5T,0.75T,T)のみであるものとする。
セッサ45又は任意の他のプロセッサは図2に示すシステムにより形成すべき傾
斜パルスサンプル、例えば第i番傾斜パルスサンプルの所望値を計算する。この
所望値は図3に破線61で示すパルス持続時間、例えば0.56Tに対応する。
この値はプロセッサ45の可能性に属するため、このプロセッサ内でPWMパル
スを生成するために使用するプログラムはこの所望値0.56Tをこの傾斜パル
スサンプルの所望値の最良の近似である離散値0.5Tに丸める。従って、この
値と所望値との差は0.06Tにのぼり、これが図3にΔ1で示されている。こ
の差はプロセッサ45のメモリに記憶される。プロセッサ45の当該出力にはこ
のとき破線63で示すような0.5Tに等しいパルス持続時間を有するパルスが
発生される。
ルの所望値が計算される。図3では、この所望値は破線65で示すパルス持続時
間、例えば0.61Tに対応する。この所望値をその最良の近似である離散値に
丸めれば、破線63で示すように0.5Tのパルス持続時間が再び得られる。し
かし、本発明では、前傾斜パルスサンプルに対し考慮されなかった量(即ち、記
憶された0.06Tにのぼる差)を現周期内に形成すべき傾斜パルスサンプルの
持続時間に加える。従って、第(i+1)番傾斜パルスサンプルの所望値は図3に破
線67で示すように0.61T+0.06T=0.67Tの値になる。この値は
この所望値に最も近い離散値、即ち実線69で示すような0.75Tのパルス持
続時間に丸められる。この離散化により生ずる偏差(図3にΔ2で示されている)
を再びプロセッサ45のメモリに記憶して第(i+2)番の傾斜パルスサンプルの所
望値の補正に使用する。過大なパルス持続時間が第(i+1)番の傾斜パルスサンプ
ルの離散化中に形成されるため、このとき記憶された値を第(i+2)番の傾斜パル
スサンプルの計算所望値から差し引く必要がある。
成装置39と電流センサ57(図2)との間に位置する制御回路の区分は出力電流
を、差形成回路39の誤差信号の振幅が最小になるように制御する。2つの離散
値(上述の例では0.5T及び0.75T)の間に位置する傾斜パルスサンプル
の所望値(上述の例では0.56T)に対し誤差信号の振幅が最小になる状態が生
起すれば、プロセッサ45は、その前の傾斜パルスサンプルから補正要素が残存
しない場合には、この所望値を0.5Tに丸め、従って傾斜パルスサンプルに0
.06Tに対応する誤差を生ずる。プロセッサ45は0.50T又は0.75T
のデューティサイクルに対応する傾斜パルスサンプルを実現し得るのみであるた
め、実際には全ての場合に電流誤差が生ずる。補正要素が前傾斜パルスサンプル
から残存する場合には、傾斜パルスサンプルは0.5T又は0.75Tの状態に
なるため、PWMコンバータにより離散化された傾斜パルスサンプルの平均値は
所望値(非離散化値)、即ち本例では0.56Tに対応する。
に)、このループはPWMコンバータの周期より(はるかに)長い時定数を示す
。従って、この制御ループは離散値に応答しないで、離散化された傾斜パルスサ
ンプルの平均値に応答する。これにより傾斜電流に大きな時間積分偏差(面積誤
差)が発生することが阻止され、MRIイメージング中における位置指示プロセ
スが著しく妨害されることがなくなる。
15周期中のプロセスを示し、第1欄は周期の連続番号(No)を示す。後続の欄は
PWMコンバータの関連するデューティサイクルの値を示す。即ち、第2欄は当
該傾斜パルスサンプルの所望値Udesを示し、第3欄は前周期から発生した補正
が与えられた当該傾斜パルスサンプルの所望値Udes′を示し、第4欄は当該傾
斜パルスサンプルの関連する離散値Udiscを示し、第5欄は第3欄の値と第4欄
の値との差を示し、従ってこの差が次の周期に与えるべき補正Ucorrを構成する
。
し傾斜パルスサンプルの離散値Udiscの平均値がこの所望値に近似することを示
している。
的に示す図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 各々一連の連続傾斜パルスサンプルからなる傾斜電流パルスによ
って装置のイメージング領域内に傾斜磁界を発生する傾斜コイルを有する傾斜磁
界装置と、 前記傾斜コイルに接続された制御装置とを含み、 前記制御装置が、傾斜パルスサンプルを発生するために、コンバータとプロセ
ッサ手段を含み、 前記コンバータが受信する離散信号によって指定される値を有するアナログ信
号を発生し、そのアナログ信号を電力増幅器に供給して傾斜パルスサンプルを発
生し、 前記プロセッサ手段が、 第1傾斜パルスサンプルの所望値、 第1傾斜パルスサンプルの所望値に近似する第1離散値、 同一の傾斜電流パルスと関連する第1傾斜パルスサンプルに続く第2傾斜パル
スサンプルの所望値、 第2傾斜パルスサンプルの所望値に近似する第2離散値、 を計算し、連続する離散値が前記コンバータが受信する離散信号を構成すること
を特徴とする磁気共鳴装置において、 前記プロセッサ手段が、更に、 前記第1傾斜パルスサンプルの所望値と前記離散値との差を計算するとともに
、前記差を記憶し、 前記第2傾斜パルスサンプルの値をその計算中に前記差を用いて補正するよう
構成されていることを特徴とする磁気共鳴装置。 - 【請求項2】 前記アナログ信号を発生するコンバータはディジタル制御パルス
幅変調コンバータからなることを特徴とする請求項1記載の磁気共鳴装置。 - 【請求項3】 前記ディジタル制御パルス幅変調コンバータは適切にプログラム
されたマイクロプロセッサからなることを特徴とする請求項2記載の磁気共鳴装
置。 - 【請求項4】 請求項1-3の何れかに記載された磁気共鳴装置内の傾斜電流パ
ルスを形成するための傾斜パルスサンプル発生用制御装置。
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