JP2018514324A - フィールドプローブを用いた磁気共鳴検査システム - Google Patents

Abstract

主磁場及び傾斜磁場の磁場分布を測定するためのフィールドプローブシステムを有する磁気共鳴検査システムが開示される。 測定は、初期の構成で行われ、傾斜スイッチング又は外部要因による合成磁場を生じる。 測定合成磁場から、応答関係が導出され、メモリに記憶される。 メモリからの応答関係は、傾斜磁場の作動又は再構成における応答関係のための再構成における補正を補償するために利用可能である。 この補償又は補正は、現在の構成で実行されることができる。 したがって、フィールドプローブへの現在の構成が必要とされる。

Description

磁場と核スピンとの間の相互作用を利用して二次元又は三次元画像を形成する磁気共鳴イメージング（MRI）法は、現在、幅広く使用されており、特に医療診断の分野で使用されており、その理由は、磁気共鳴イメージング法は、柔組織の撮像に関して多くの点で他の撮像方法より優れていること、イオン化放射を要しないこと、及び、通常は侵襲的ではないこと等の理由による。

MRI法では、一般に、検査される患者の身体が強い一様な磁場B0の中に配置され、配置と同時にその磁場の方向は、測定が関連される座標系の軸(通常的には、z軸)を規定する。磁場B0は、既定の周波数（いわゆるラーモア周波数又はMR周波数）の電磁交番場（RF場）の印加によって励起（スピン共鳴）され得る磁場強度に依存して、個々の核スピンに対して異なるエネルギーレベルをもたらす。巨視的な観点からは、個々の核スピンの分布が全体的な磁化をもたらし、全体的な磁化は、磁場をz軸に垂直方向に延ばす一方で、適切な周波数の電磁パルス(RFパルス)を印加することにより、平衡状態から逸脱させることが可能であり、それにより、磁化はz軸の周りに歳差運動を行う。歳差運動は円錐表面を規定し、その円錐の開口角は、フリップ角と称される。フリップ角の大きさは、印加される電磁パルスの強度及び持続時間に依存する。例えば、いわゆる90度パルスの場合、磁化はz軸から横断面（フリップ角90°）に偏向される。

RFパルスの終了後、磁化は元の平衡状態に戻り、その場合、z方向の磁化が第1時定数T1(スピン格子又は縦緩和時間)で再び構築され、z軸に垂直な方向の磁化は第2のより短い時定数T2(スピン−スピン又は横緩和時間)で緩和する。横磁化及びその変化は、磁化の変化がz軸に垂直な方向で測定されるような態様で磁気共鳴検査システムの検査ボリューム内に配置され、方向付けられる受信RFアンテナ（コイルアレイ）によって検出されることができる。横磁化の減衰は、同じ信号位相を備える規則的な状態から、全ての位相角が均一に分散されている状態への遷移を容易化するローカル磁場の不均一性により誘発されるRF励起の後に起こるディフェージングにより実現される。ディフェージングは、リフォーカシングパルス(例えば、180°パルス)により補償されることが可能である。これは、受信コイルにエコー信号(スピンエコー)をもたらす。

イメージングされる被験体内の空間解像度を実現するために、3つの主軸に沿って延びる一定の傾斜磁場が、均一な磁場に重ね合わせられ、スピン共鳴周波数の線形空間依存性をもたらす。従って、受信アンテナ（コイルアレイ）でピックアップされる信号は、体内の様々な場所に関連付けることが可能な異なる周波数成分を含む。受信コイルを介して取得される信号データは、磁気共鳴イメージング信号の波数ベクトルの空間周波数領域に対応し、k−空間データと呼ばれる。k−空間データは、通常、異なる位相エンコーディングから取得される複数のラインを含む。各々のラインは、多数のサンプルを収集することによりディジタル化される。k−空間データのセットは、フーリエ変換により、MR画像に変換される。

横磁化は、一定の磁場傾斜の存在下でもディフェーズする。このプロセスは、いわゆるグラジエントエコーを形成する適切な傾斜反転によってRF誘起（スピン）エコーの形成と同様に、反転されることができる。しかしながら、傾斜エコーの場合、RFリフォーカス（スピン）エコーとは対照的に、主磁場の不均一性の効果、化学的シフト及び他のオフ共鳴効果の影響はリフォーカスされない。

本発明は、フィールドプローブを備えるフィールドプローブシステムを有する磁気共鳴検査システムに関する。
このような磁気共鳴検査システムは、欧州特許出願EP 1 582 886から知られている。
既知の磁気共鳴検査システムは、定常磁場を生成するための主磁石を有する。磁気共鳴信号は検査されるべき対象から取得される。そのため、傾斜磁場及び高周波磁場がMRシーケンスに従って生成される。さらに、追加データは対象の近傍に位置されるフィールドプローブから取得される。追加データは、傾斜スイッチングによる磁場分布の変化を表す。傾斜スイッチングの関数としてのこれらの変化は、傾斜スイッチングと磁場変化との間の応答関係を構成する、いわゆる傾斜インパルス応答関数（GIRF）によって特徴付けられる。これらの追加データは、フィールド分布の不完全さに対して補正するようにMRシーケンスを調整するために使用される。追加データはまた、磁気共鳴画像の再構成のための収集磁気共鳴信号とともに使用される。

本発明の目的は、検査ゾーンで検査されるべき患者の位置及び磁気共鳴検査システムの構成に関して、既知のプローブシステムと比較して、より正確であるか又は制限の少ない磁気共鳴検査システムのためのフィールドプローブシステムを提供することにある。特に、本発明の目的は、フィールドプローブを収容するのに利用可能な空間の影響を受けにくいフィールドプローブシステムを提供することにある。

この目的は、検査ゾーンを有する磁気共鳴検査システムであって、
- 前記検査ゾーン内に定常主磁場を生成する主磁石と、
- 前記検査ゾーン内に傾斜磁場を生成する一つ又はそれより多くの傾斜コイルを備える傾斜システムと、
-再構成モジュールであって、
- 現在の構成で前記検査ゾーンからの磁気共鳴イメージング信号にアクセスし、
-前記磁気共鳴イメージング信号から磁気共鳴画像を再構成する
ように構成される、再構成モジュールと、
- フィールドプローブシステムであって、
- 前記検査ゾーン内の磁場分布を測定するいくつかのフィールドプローブ
を含み、
-前記フィールドプローブシステムは、（i）前記傾斜システムのスイッチング動作に関連して、及び/又は（ii）外部からもたらされる磁場障害に関連して、前記測定ゾーン内の前記測定磁場分布を決定するように構成され、
- 制御モジュールであって、
- 前記フィールドプローブシステムを制御し、前記フィールドプローブシステムを作動して初期の構成における磁場分布を測定するように構成され、
- 前記初期の構成において、i）前記傾斜磁場の前記スイッチング動作と前記検査ゾーンにおける前記磁場分布との間の応答関係、及びii）外部からもたらされる前記磁場障害と前記検査ゾーンにおける前記磁場分布との間の応答関係を決定する、
制御モジュールと、
- （i）前記傾斜システムの前記スイッチング動作、及び/又は（ii）前記外部からもたらされる前記磁場障害に関連する、前記応答関係を記憶するメモリと
を含む、フィールドプローブシステムと
を有し、
-（a）前記傾斜システムは、現在の構成における前記傾斜コイルの作動を補償するように、前記傾斜磁場のスイッチング動作及び/又は前記現在の構成における前記外部からもたらされる磁場障害を備える前記メモリからの応答関係を傾斜システムに適用し、及び/又は
-（b）前記再構成モジュールは、傾斜磁場のスイッチング動作及び/又は前記現在の構成における前記外部からもたらされる磁場障害を備える前記メモリからの前記応答関係にアクセスし、前記現在の構成において収集される前記磁気共鳴イメージング信号からの前記磁気共鳴画像の前記再構成における前記応答関係に基づいて補正を適用するように構成される、
磁気共鳴検査システムによって実現される。

本発明の洞察は、既知の磁気共鳴検査システムにおいて、フィールドプローブシステムは、検査されるべき対象、例えば患者（の部分）及びフィールドプローブの両方のための検査ゾーンにおいて十分な空間がある場合にのみ、適切に機能することができるということにある。本発明の洞察は、フィールドプローブからの、例えばGIRFを介した、追加データによる既知の補正の欠点が、追加データは古いこと、又は追加データは、時間浪費になる別々の較正でより頻繁に収集されることの何れかになることにある。ヘッドコイルにフィールドプローブを組み込むこと自体は既知なので、患者がヘッドコイル内に配置されている間に追加データは収集されることができる。そのアプローチは、患者の頭部のイメージングにのみ適用可能である。しかしながら、本発明によれば、一方で、定常磁場及び傾斜磁場の磁場分布の測定、及び他方で、検査される患者からの磁気共鳴イメージング信号の収集が分離される。

現在の構成及び初期の構成の両方は、検査されるべき患者からの磁気共鳴イメージング信号を収集するように構成される。すなわち、初期の構成及び現在の構成の両方において、（磁気共鳴イメージング信号によって表される）高空間分解能MR画像データが収集されることができる。これらから、（検査されるべき患者の）MR画像データが再構成されることができる。これらのMR画像データは、診断品質磁気共鳴画像はMR画像データから再構成されることができるという臨床的関連性を有する。MR画像データは、フィールドプローブによるデータの収集による同じ又は平行なデータストリームで同時に収集される。傾斜場のスイッチング動作及び/又は現在の構成において外部からもたらされる磁場障害は、傾斜システムが現在の構成で動作する方法から、及び現在の構成で外部からもたらされる磁場の測定によって利用可能である。本発明の枠組みでは、この同時計測収集は、フィールドプローブによる測定が、磁気共鳴画像信号は収集される時間スパンと少なくとも部分的にオーバラップする時間スパンで行われることを包含する。この同時収集は、測定インタバルが時間的に一致する点で、相互に同期されてもよく、又は同期されなくてもよい。さらに、それぞれのデータストリームのデータビットの実際の取込量は、プローブによる測定及び磁気共鳴イメージング信号の収集をスパンする測定インタバルがある程度時間的にオーバラップする限り、個々の（グループの）ビットのレベルで、交番しても、しなくてもよく、又は相互にオフセットされても、されなくてもよい。フィールドプローブによる磁場分布の測定及び初期の構成における応答関係の決定は、GIRFの既知の別個の較正よりも頻繁に繰り返される。プローブは磁場分布を測定することができ、応答関係は臨床的に関連するMR画像データの収集中にこれらの測定値から決定されることができるので、応答関係を更新することは、時間的に効率的になされることができる。

磁場分布は、主定常磁場と、高周波パルスによって操作されるべきスピンを選択するため、及び磁気共鳴イメージング信号を空間的にエンコードするため一時的に印加される傾斜磁場との検査ゾーンにおける空間変化を表す。傾斜システムは、傾斜増幅器によって一つ又は複数の傾斜コイルに供給される電流が切り替えられる点でスイッチング動作を実行するので、一時的な傾斜磁場は変化する。特に、傾斜増幅器は、傾斜パルスの形で所望の一時的な傾斜磁場を表す傾斜波形を印加することによって制御される。印加される傾斜波形における変化により、一時的な傾斜磁場は変化する。傾斜のスイッチング及び外部磁場の乱れ又は機械的な振動などの外部要因により、合成磁場が発生する。この合成磁場は、傾斜のスイッチング又は外部要因に起因する磁場分布の時間的及び空間的変化である。合成磁場は、傾斜システムのスイッチングにより、又は外部要因から、傾斜磁場及び主磁場から発生する。この合成磁場は、主磁場及び傾斜磁場の過渡場セトリングの形態である。注目すべきことに、この過渡場セトリングは、傾斜システムのスイッチングによって生成される渦電流によって引き起こされる電磁場及び付随電磁場を含む。

応答関係は、（a）傾斜スイッチング動作及び/又は外部からもたらされる磁場障害と、（b）合成磁場分布との間の関係を表す。したがって、傾斜スイッチング動作及び外部からもたらされる磁場障害に（傾斜）磁場がどのように応答するかを表すので、応答関係はフィールド応答と呼ばれてもよい。本発明の洞察は、初期の構成で決定された応答関係が、現在の構成においても有効であり、合成磁場分布は、応答関係及び傾斜スイッチング動作及び/又は現在の構成における外部からもたらされる磁場障害から決定されることができることにある。このようにして、合成磁場分布が現在の構成で利用可能であるため、障害は補償又は補正されることができる。

合成磁場分布は、データ圧縮されたバージョンでメモリに記憶されることができる。従って、データベースは、初期の構成において外部からもたらされる磁場障害及び/又は傾斜場のスイッチング動作に関連して記憶され得る、合成磁場分布のデータ圧縮バージョンから構築されてもよい。このデータベースは、傾斜スイッチング及び外部からもたらされる磁場障害とその後結果としてもたらされる磁場分布との間の応答関係の実装を形成する。応答関係は、傾斜スイッチング又は外部要因及び続く結果としてもたらされる磁場との間の相関関係として表されることもできる。応答関係を形成する他の方法は、傾斜スイッチング又は外部要因に続く合成磁場のインパルス応答関数、ステップ応答関数又は変調伝達関数である。応答関係は、時間のパラメータ化された関数として形成されてもよい。この関数は、合成磁場の時間展開を表し、そのパラメータは、例えば、傾斜スイッチング又は合成磁場が作用する外部コースである。

検査されるべき患者の検査ゾーン内の存在によって引き起こされる制限は、もはや検査ゾーン内にフィールドプローブを位置決めすることに適用されず、その逆も同様である。定常及び傾斜磁場の空間場分布は、初期の構成におけるフィールドプローブによって測定され、フィールドプローブは、検査ゾーン内の磁場分布を測定するのに適した、好ましくは最適な位置に位置決めされる。特に、実際には、フィールドプローブシステムは、４個のフィールドプローブ、好ましくは8乃至32個のフィールドプローブを含む。フィールドプローブは、好ましくは、磁石のアイソセンタから約10-15cmのところに位置決めされる。アイソセンタに近い距離では、プローブは、磁場分布の空間的に高次の変化にかなり鈍感である。アイソセンタからより遠い距離では、磁場の空間分布の測定は高次の空間変化によって支配される。これにより、より低次の空間変化の推定値が信頼され得なくなる。さらに、アイソセンタからより遠い距離では、RF送信アンテナ（例えば、RFボディコイル）とフィールドプローブとの間の干渉がより強くなる。これらの干渉は、フィールドプローブによる測定値を信頼できないものにする。本発明は、初期の構成における磁場分布を測定することを可能にし、フィールドプローブは、磁場分布を正確に測定するために、適切に、好ましくは最適に位置決めされる。現在の構成では、フィールドプローブは必要とされない。現在の構成で必要とされる、結果としてもたらされる磁場は、初期の構成から測定され、メモリから利用可能な近似によってアクセスされる。磁場分布が測定される初期の構成は、同一又は異なる対象がイメージングされるか、又は全く対象がイメージングされず、フィールドプローブが、磁場分布を測定するために位置決めされ、使用される構成になり得る。

初期の構成で測定され、傾斜スイッチング又は外部からもたらされる磁界との応答関係によって表される磁場分布は、現在の構成における磁場分布の推定値又はかなり良い近似値として使用されるために有用である。特に、初期の構成は、検査ゾーン内の磁場分布を測定するためのフィールドプローブの幾何学的配置並びに、もしある場合、検査ゾーン内又はその周りの一つ又は複数の対象の幾何学的配置及びこれらの対象の磁化率分布のような電磁気特性を表す。傾斜スイッチング又は外乱によるこれらの合成磁場は、対象、患者又はテストファントムの磁化率による電磁界歪みから独立している。初期の構成のこのような対象は、検査されるべき患者の体部分又は健康なボランティア又は所定の材料組成のテストファントムであってもよい。初期の構成の体部分は、現在の構成で検査されるべき同じ患者の体部分であってもよく、又は他の個人の体部分であってもよい。初期の構成及び現在の構成における体部分は、検査されるべき同じ患者の異なる体部分であってもよい。したがって、初期の構成でのみ、フィールドプローブを収容するのに十分なスペースが必要であり、現在の構成では、何れかのフィールドプローブを配置するために利用可能なスペースがない可能性がある。初期の構成としてヘッドコイル（例えば、バードケージ又はアンテナアレイ）において患者の頭部を備えるMRイメージング構成を使用することはかなり実用的である。次に、患者の腹部及びローカルRFコイルアレイによって形成される現在の構成において、初期の構成からの分布からの磁場は、傾斜磁場を補償するため、又は現在の構成における再構成の補正を適用するために非常に有用である。

傾斜スイッチングによる合成磁場は、通常1乃至1000μs、典型的には300μsの時間スケールで生じる。フィールドプローブシステムは、1乃至10μsの時間分解能で傾斜スイッチングによる磁場分布を測定することができる。傾斜スイッチングに対する磁場効果を測定するために、1乃至100μs、好ましくは3乃至30μsのサンプリング分解能が有用である。対象と動力線を動かすことによって磁場障害を測定するために、1msの時間分解能が十分である。フィールドプローブシステムは、1乃至10μTの磁場強度又は1-200μT/ mの傾斜強度の変化を測定することができる。このような性能を有するフィールドプローブシステムは、それ自体、N. De Zancheらによる論文「MRシステムにおける磁場及び磁場ダイナミクスを測定するためのNMRプローブ」（MRM60（2008）176-186）から知られている。

測定磁場分布又は好ましくはその応答関係は、現在の合成磁場を考慮するために使用されてもよい。すなわち、初期の測定磁場分布に関連する、合成磁場は、現在の構成の合成磁場の適切な近似である。基準構成における測定磁場分布は、しばしば現在の構成における合成磁場の密接な表現である。さらに、初期の測定磁場分布は、その応答関係によって、現在の構成における合成磁場を考慮するために送信周波数及び復調周波数を適応させるように使用されることができる。磁気共鳴画像の再構成において、初期の測定磁場分布、又は好ましくは応答関係が、現在の合成磁場による誤差を補正するために使用されることができる。代わりに、初期の測定磁場分布、特にその応答関係は、傾斜スイッチングによる過渡効果によって形成される合成磁場を補償するように傾斜磁場システムを制御するために使用されることができる。これは、初期の測定磁場分布に基づいて、傾斜コイルを作動させること、すなわち傾斜コイルに電流を印加することによって実現される。換言すれば、傾斜コイルへの電流は、検査ゾーンにおける傾斜スイッチングによる渦電流応答及び顕著な付随電磁場の過渡効果の形態の現在の構成における合成磁場を補償するように、初期の測定磁場分布又はそれを表す応答関係を考慮する間、調整される。

本発明の磁気共鳴検査システムにおけるフィールドプローブシステムは、フィールドプローブ及び検査されるべき患者の体の部分の両方に対して検査ゾーンに十分なスペースがなくても、その場の合成主磁場及び傾斜磁場を考慮するためにデータを提供することができる。これは、傾斜スイッチング又は他の原因による場分布の応答が良好に再現可能であるという洞察に基づいている。したがって、傾斜システムをスイッチングすることに依存して初期の構成で測定される磁場分布は、現在の構成における合成磁場に対する傾斜磁場の印加を補償するために使用されることができる。また、傾斜システムをスイッチングすることに依存して、初期の構成で測定される磁場分布又は合成磁場を表す応答関係は、再構成における合成磁場を補正するために使用されることができる。

主磁場及び傾斜磁場の磁場分布を測定するためのフィールドプローブシステムを有する磁気共鳴検査システムが開示される。測定は、初期の構成で行われ、傾斜スイッチング又は外部要因のために合成磁場をもたらす。測定合成磁場から、応答関係が導出され、メモリに記憶される。メモリからの応答関係は、傾斜磁場の活性化を補償するため、又は再構成における応答関係のための再構成における補正のために利用可能である。この補償又は補正は、現在の構成で実行されることができる。したがって、現在の構成において、フィールドプローブが必要である。

本発明のこれら及び他の態様は、従属請求項に規定された実施形態を参照してさらに詳述される。

本発明の磁気共鳴検査システムの好ましい実施形態において、前記フィールドプローブシステムは、（i）前記傾斜システムのスイッチング動作、及び/又は（ii）外部からもたらされる磁場障害の関数として、様々な初期の構成における測定磁場分布を連続的に測定するように構成される。いくつかの連続した異なる初期の構成からの磁場分布の測定は、様々な傾斜スイッチング及び/又は磁気共鳴検査システムの外部からもたらされる磁場障害に依存して、合成磁場の正確な表示を構築するように用いられることができる。これは、フィールドプローブシステムが作動されるたびに、応答関係がその初期の構成のために記憶されるという点で実施されてもよい。フィールドプローブシステムは、磁場分布を自動的に測定するように構成されることができる。代わりに、フィールドプローブシステムは、初期の構成における磁場分布の測定を作動するように促されてもよい。これは、例えば、メモリの内容が古くなっているとき、最新のエントリが現在の日付よりも前のプリセット時間スパンよりも早くなされたという点で行われる。フィールドプローブによる磁場分布の測定は、MRイメージングデータの収集の間、又はそれと同時に、初期の構成で行われることができる。フィールドプローブシステムのこれらの例は、初期の構成における磁場分布の測定から、現在の構成における合成磁場を考慮するように使用されることができる、応答関係の集合が構築される点で自己学習能力を有する。さらに、現在の構成において、応答関係はメモリから利用可能であるため、フィールドプローブは現在の構成において不要になる。

本発明の磁気共鳴検査システムの他の例において、フィールドプローブシステムは、プローブからの測定磁場分布と、（i）傾斜システムのスイッチング動作、及び/又は（ii）外部からもたらされる磁場障害との間の相関関係を決定し、決定された相関関係を前記測定磁場分布の表示として記憶するように構成される。傾斜スイッチング動作又は外部磁場障害の相関関係のみが合成磁場の表示として記憶される必要があるため、適度な記憶容量が必要とされる。この表現は、インパルス応答関数として実施されることができる。インパルス応答関数は、測定磁場分布及び印加された傾斜スイッチング又は検出された外乱から計算されることができる。 一つの非常に簡単な例において、相関関係又は応答関係は単純なスケールファクタとして形成される。すなわち、例えば実際の合成磁場は、傾斜スイッチング要求又は外部磁場障害を用いて単純にスケーリングされる。例えば、初期の構成において、10.2mT / mの傾斜磁場が、10.0mT / mの適用傾斜要求に応答して測定され、それから、傾斜係数は1.02になり、適用傾斜要求において補償するため、又は再構成において補正するために、現在の構成において使用され得る。より複雑な状況において、これは、合成磁場と、マトリックスによって表され得る、外部からもたらされる磁場の障害のような外部要因との間の線形関係になる。

通常、初期の構成における磁場分布の測定は、現在の構成における磁気共鳴イメージング信号の収集よりも早い時点に行われる。しかしながら、磁場分布の測定は、磁気共鳴イメージング信号の収集後であっても行われることができ、応答関係は、磁気共鳴イメージング信号からの磁気共鳴画像の再構成において補正するために使用されることができる。

本発明の磁気共鳴検査システムのさらなる例において、一つ又は複数の追加の磁場センサが、外部場障害を測定するために設けられる。それから、測定された外部場障害に基づいて、合成場が、現在の構成における測定磁場障害に対応するメモリから検索される。

これらの磁場センサは、主磁場及び傾斜磁場が応答する磁場障害を検出する。例えば、このような磁場障害は、通過する車両又は電力線のような外部要因によって引き起こされる。磁気共鳴検査システムのクライオスタット冷却システム、ファンのような追加の電気機器のような内部要因によっても、磁場障害はもたらされる。検査ゾーン内の磁場分布は、検出された磁場障害に依存して、フィールドプローブシステムによって測定される。合成磁場は、検出された磁場障害と強く、及び再現性よく相関する。このように、初期の測定合成磁場は、検出された磁場障害及び特に初期の構成においてそれが導出されることを表す応答関係に依存して生成される。続いて、現在の構成において磁場分布が検出されると、傾斜磁場の印加及び/又は磁気共鳴画像の再構成は、例えばそれに関連する応答関係を使用して、検出された磁場障害の対応する初期の構成においてより早く測定された磁場分布の応答に対して補正されることができる。

他の例において、本発明の磁気共鳴検査システムは、構造部品、特に傾斜コイル及び主磁場コイルの振動を検出するモーションセンサを備える。このような振動は、合成磁場分布を生成する。フィールドプローブシステムは、磁場分布を測定するように構成され、その関連する応答関係は、検出された振動に依存して、初期の構成で導出される。続いて、現在の構成において振動が検出される場合、傾斜磁場の印加及び/又は磁気共鳴画像の再構成は、例えばそれに関連する応答関係を使用して、初期の構成で初期に測定された検出振動に対して合成磁場分布のために補正されることができる。

他の例において、本発明の磁気共鳴検査システムは、構造部品、特に傾斜コイル及び主磁場コイルの温度を検出するための温度センサを備える。傾斜スイッチングによるこのような合成磁場分布は温度依存性がある。フィールドプローブシステムは、測定された温度に依存して、初期の構成における磁場分布を測定するように構成される。フィールドプローブシステムは、測定された温度に依存して応答関係を導出する。続いて、現在の構成において、例えば傾斜コイルの温度が検出されると、傾斜磁場の印加及び/又は磁気共鳴画像の再構成は、測定された温度に対する合成磁場に対して補正されることができる。換言すれば、初期の測定磁場分布は、初期の構成の測定温度に依存して測定される。現在の構成において、応答関係は現在の構成における測定温度から検索される。したがって、応答関係の温度依存性は十分考慮される。

本発明はまた、請求項7及び8に規定される磁気共鳴イメージング方法にも関する。本発明のこの磁気共鳴イメージング方法は、現在の構成においてフィールドプローブを必要とせずに、応答関係を利用可能にすることを実現する。本発明はさらに、請求項9に記載のコンピュータプログラムに関する。本発明のコンピュータプログラムは、CD-ROMディスク又はUSBメモリスティックなどのデータキャリア上に提供されることができ、又は本発明のコンピュータプログラムはワールドワイドウェブなどのデータネットワークからダウンロードされることができる。磁気共鳴イメージングシステムに含まれるコンピュータにインストールされると、磁気共鳴イメージングシステムは、本発明に従って動作することが可能になり、現在の構成のフィールドプローブを必要とせずに、応答関係に関する情報又は応答関係の表示を利用可能にする。

別個の基準構成が、初期の構成として使用されることもでき、フィールドプローブは磁場分布を測定するために最適に配置される。そのような基準構成において、磁気共鳴特性（物質組成、例えば陽子密度及び磁化減衰時間）が予め決定されるテストファントムは使用されることができる。代わりに、基準構成において、検査ゾーンは、フィールドプローブと、可能な場合、フィールドプローブが取り付けられるRF受信コイルとは別に、空のままにされることができる。

例えば、初期の構成において、テストファントムが検査ゾーンに配置されてもよいし、イメージングされるべき対象が検査ゾーンに配置されなくてもよく、現在の構成において、検査されるべき患者の部分が検査ゾーンに位置されてもよい。他の例において、初期の構成において、患者の体の基準部分が検査ゾーンに配置され、初期の構成において、患者の体の現在検査される（異なる）部分が検査ゾーンに配置されるか、又はフィールドプローブから離れて空のままにされる。初期及び現在の構成でもそれぞれ、イメージングされる異なる患者の体部分が使用されることができる。特に、ファントム又は基準部分は、検査ゾーンに配置されたときに、検査ゾーン内の適切な位置にフィールドプローブを配置するのに十分な空間が残るような寸法になっている。したがって、検査ゾーン内の磁場の、特に低次の空間変化の正確な測定が実現される。現在の体部分をイメージングする場合、現在の合成磁場は、初期の測定磁場分布からの記憶された応答関係から計算されるため、フィールドプローブは必要とされない。従って、現在の体部分のイメージングのために、フィールドプローブは除去されることができる。典型的な例において、初期の測定磁場分布は、検査ゾーンに配置される患者の頭部及び患者の頭部の周りに配置されるフィールドプローブで測定されてもよい。例えば、フィールドプローブは、患者の頭部から磁気共鳴イメージング信号を収集するために使用されるRF送信/受信ヘッドコイル（アレイ、TEM又はバードケージタイプ）に一体化されてもよい。そのとき現在の構成において、患者の腹部又は胸郭が検査ゾーンに配置され、フィールドプローブが除去される。患者の腹部又は胸部が検査ゾーンの大部分を占めるか、又は磁気共鳴検査システムの主磁石のボアに密にフィットさせるだけでも、フィールドプローブを配置するためのスペースは残っていない可能性がある。本発明の洞察は、患者の頭部から（すなわち初期の構成で）測定される磁場分布は、患者の腹部又は胸郭（すなわち、現在の構成）から磁気共鳴イメージング信号を収集する際に定常主磁場及び傾斜磁場の合成磁場を補正するために依然有効であることにある。特に、（i）患者の頭部がイメージングされる間に測定され、（ii）患者の腹部がイメージングされるときに適用される、主磁場及び/又は傾斜磁場、又は結果としてもたらされる磁場を表す応答関係は、多くともわずかに異なる。

本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載される実施形態及び添付図面を参照して説明される。

本発明が使用される磁気共鳴イメージングシステムを図式的に示す。

図は、本発明が使用される磁気共鳴イメージングシステムを図式的に示す。磁気共鳴イメージングシステムは、主コイル１０のセットを備える主磁石を含み、これにより、安定した均一磁場が生成される。主コイルは、例えば、ボアからトンネル状の検査スペースを囲むように構成される。検査されるべき患者は、このトンネル形状の検査スペースにスライドされる患者担体上に置かれる。磁気共鳴イメージングシステムはまた、多数の傾斜コイル11,12を含み、それによって、特に個々の方向の一時的な傾斜の形態で空間的変化を示す磁場が、均一な磁場に重ね合わされるように生成される。傾斜コイル11,12は、一つ又はそれより多くの傾斜増幅器と制御可能な電源ユニットとを含む傾斜制御部21に接続される。傾斜コイル11,12は、電源ユニット21による電流の印加によってエネルギが与えられる。このために、電源ユニットは、適切な時間的形状の（「傾斜波形」とも呼ばれる）傾斜パルスを生成するように、傾斜コイルに電流を印加する電子傾斜増幅回路を備える。傾斜の強さ、方向及び持続時間は、電源ユニットの制御によって制御される。磁気共鳴イメージングシステムはまた、RF励起パルスを生成し、磁気共鳴イメージング信号をピックアップするための送信及び受信アンテナ（コイル又はコイルアレイ）13,16をそれぞれ含む。送信コイル13は、好ましくは、検査されるべき対象（の一部）が囲まれることができるボディコイル13として構成される。ボディコイルは通常、検査されるべき患者30が、磁気共鳴イメージングシステム内に配置されるとき、ボディコイル13によって囲まれる態様で、磁気共鳴イメージングシステム内に配置される。ボディコイル13は、RF励起パルス及びRFリフォーカスパルスの送信のための送信アンテナとして機能する。好ましくは、ボディコイル13は、送信RFパルス（RFS）の空間的に均一な強度分布を含む。同じコイル又はアンテナが通常、送信コイル及び受信コイルとして交互に使用される。典型的には、受信コイルは多数の要素を含み、各々は典型的には単一のループを形成する。ループの形状の様々なジオミトリ及び様々な要素の構成が可能である。送信及び受信コイル13は、電子送受信回路15に接続される。

送信及び受信として動作することができる一つ（又はいくつか）のRFアンテナ素子が存在すること、さらに、典型的には、ユーザは、典型的には受信素子のアレイとして形成される特定用途の受信アンテナを使用することを選択することができることに留意されたい。例えば、表面コイルアレイ16は、受信コイル及び/又は送信コイルとして使用されることができる。このような表面コイルアレイは、比較的小さなボリュームで高い感度を有する。受信コイルは、プリアンプ（前置増幅器）23に接続される。プリアンプ23は、受信コイル16によって受信されるRF共鳴信号（MS）を増幅し、増幅されるRF共鳴信号（MS）は復調器24に適用される。表面コイルアレイのように受信アンテナは復調器24に接続され、受信された前置増幅磁気共鳴イメージング信号（MS）は、復調器24によって復調される。プリアンプ23及び復調器24は、ディジタルで実施され、表面コイルアレイに一体化される。復調された磁気共鳴イメージング信号（DMS）は、再構成ユニットに印加される。 復調器24は、増幅されたRF共鳴信号を復調する。 復調された共鳴信号は、イメージングされるべき対象の部分におけるローカルスピン密度に関する実際の情報を含む。 さらに、送受信回路15は変調器22に接続される。変調器22及び送受信回路15は、RF励起パルス及びリフォーカスパルスを送信するように送信コイル13を作動させる。特に、表面受信コイルアレイ16は、無線リンクによって送信及び受信回路に結合される。表面コイルアレイ16によって受信された磁気共鳴イメージング信号データは、送信及び受信回路15に送信され、（表面コイルを同調及び離調させるための）制御信号は無線リンクを介して表面コイルに送られる。

再構成ユニットは、復調磁気共鳴イメージング信号（DMS）から一つ又はそれより多くの画像信号を導出し、画像信号は、検査されるべき対象のイメージングされた部分の画像情報を表す。実際には、再構成ユニット25は、好ましくは、復調磁気共鳴イメージング信号から、イメージングされるべき対象の部分の画像情報を表す画像信号を導出するようにプログラムされるディジタル画像処理ユニット25として構成される。再構成の出力に関する信号は、再構成された磁気共鳴画像がモニタ上に表示され得るように、モニタ26に適用される。代わりに、さらなる処理又は表示を待つ間、再構成ユニット25からの信号をバッファユニット27に記憶することが可能である。

本発明による磁気共鳴イメージングシステムは、例えば（マイクロ）プロセッサを含むコンピュータの形態で制御ユニット20も備える。制御ユニット20は、RF励起の実行及び一時的な傾斜場の印加を制御する。このために、本発明によるコンピュータプログラムは、例えば、制御ユニット20及び再構成ユニット25にロードされる。

本発明の磁気共鳴検査システムは、好ましくはヘッドコイル16に取り付けられるいくつかの（例えば、4、8又は32個の）フィールドプローブ101を備える。フィールドプローブは、傾斜スイッチング及び/又は外部磁場障害による磁場分布を測定する。フィールドプローブ101は、フィールドプローブ制御モジュール102に接続される。フィールドプローブ制御モジュールは、ヘッドコイル16が初期の構成に位置されているときに磁場分布の測定を実行するようにフィールドプローブを制御する。測定結果は、傾斜スイッチング又は外部磁場障害に起因する磁場分布を決定するためにフィールドプローブ制御モジュール102に供給される。この初期の構成において、フィールドプローブを備えるヘッドコイル16以外に、対象は磁気共鳴検査システムの検査ゾーンに配置されない。他の実施態様において、検査されるべき患者の頭部がイメージングされる間、磁場分布は測定されることができる。測定磁場分布から、例えば、インパルス応答関数の形態で、応答関係は、計算ユニット103によって計算され、メモリ104に保存される。フィールドプローブ101、演算ユニット102を備えたフィールドプローブ制御部101及びメモリ104は、フィールドプローブシステムを構成する。計算ユニット102備えたフィールドプローブ制御部101及びメモリ104は、磁気共鳴検査システムの処理ユニット20内に、特にソフトウェアモジュールとして一体化されてもよい。また、傾斜制御部121は、処理ユニット20に一体化される。傾斜制御部121は電力増幅器20に供給される傾斜波形を生成して、傾斜波形に従って傾斜コイル12を作動させる。

応答関係の保存された表現、特にインパルス応答関数は、傾斜コイル12の作動における応答関係を補償するように傾斜制御部121を制御するために使用されることができる。応答関係の保存された表現は、収集された磁気共鳴イメージング信号からの磁気共鳴画像の再構成における応答場を補正するために使用されてもよい。応答関係の表現はメモリ104から利用可能なので、現在の構成において、応答場のフィールドプローブによる測定は必要とされない。したがって、現行の構成において、フィールドプローブを備えるヘッドコイル16は除去されることができ、例えば患者の腹部領域から磁気共鳴イメージング信号を収集するために、ローカル前部コイルアレイ16によって置き換えられてもよい。現在の構成において、磁気共鳴イメージング信号はRFボディコイル13によって収集されることもできる。

磁気共鳴検査システムは、さらに、磁場障害を測定するための一つ又は複数の磁場センサ105を備える。このような磁場障害は、通過する車両のような外部要因又は近くの電力線の動きに起因する外部要因を有する。他の磁場障害は、磁気共鳴検査システムクライオスタットシステム（図示略）によって引き起こされ得る。磁場障害は、ヘッドコイル16（すなわち、初期の構成）内のフィールドプローブ101によって測定される。現在の構成（フィールドプローブが利用できない場合）における検出された磁場障害に基づいて、磁気障害による合成磁場の応答関係、例えば、インパルス応答関数は、メモリから利用可能である。傾斜制御121は、メモリ104から利用可能な表現に基づいて応答場を補償することができる。さらに、表現は、再構成ユニット25による再構成における合成磁場を考慮するために使用されることができる。

磁気共鳴検査システムはまた、特にモーション、例えば傾斜コイル12の振動を測定するために、一つ又は複数のモーションセンサ106を備える。検出された振動は、フィールドプローブ制御ユニットに供給され、それに続く磁場分布は、ヘッドコイル16内のフィールドプローブ101を備える初期の構成で測定される。現在の構成において、すなわちフィールドプローブが利用可能でない場合、振動も測定され、これらの測定に基づいて応答関係はメモリ104から利用可能である。それから、利用可能な応答関係は、検出された振動による合成磁場に対して傾斜コイル12の活性化を補償するために使用される。検出された振動による合成磁場の補正は、再構成ユニット25の再構成において実行されてもよい。

磁気共鳴検査システムはさらに、傾斜コイル12の温度を測定するために一つ又は複数の温度センサ105を備える。傾斜コイル12の測定温度は、磁場分布が、ヘッドコイル16内のフィールドプローブ101によって測定される初期の構成、及び（フィールドプローブを備えるヘッドコイルなしの）現在の構成の両方で、フィールドプローブ制御モジュール102に供給される。傾斜コイルの測定温度を使用することにより、傾斜制御による補償又は再構成における補正に対して、応答関係の温度依存性が考慮されることが可能になる。

Claims (9)

1. 検査ゾーンを有する磁気共鳴検査システムであって、
   - 前記検査ゾーンにおいて定常主磁場を生成する主磁石と、
   - 前記検査ゾーンにおいて傾斜磁場を生成する一つ又はそれより多くの傾斜コイルを備える傾斜システムと、
   -再構成モジュールであって、
   - 現在の構成及び初期の構成で前記検査ゾーンからの磁気共鳴イメージング信号の各々のセットにアクセスし、
   -前記初期及び現在の構成で収集される前記磁気共鳴イメージング信号のセットから磁気共鳴画像を再構成する
   ように構成される、再構成モジュールと、
   - フィールドプローブシステムであって、
   - （i）前記傾斜システムのスイッチング動作及び/又は（ii）外部からもたらされる磁場障害による、前記検査ゾーンにおける磁場分布を測定するいくつかのフィールドプローブと、
   - 制御モジュールであって、
   - 前記フィールドプローブシステムを制御し、前記フィールドプローブシステムを作動して、前記初期の構成における前記磁気共鳴イメージング信号の前記収集と同時に前記初期の構成における前記磁場分布を測定するように構成され、
   -前記初期の構成における前記測定磁場分布を表し、（i）前記傾斜システムの前記スイッチング動作及び／又は（ii）外部からもたらされる前記磁場障害による、応答関係を決定する、
   制御モジュールと、
   - （i）前記傾斜システムの前記スイッチング動作及び/又は（ii）外部からもたらされる前記磁場障害に関連する、前記応答関係を記憶するメモリと
   を含む、フィールドプローブシステムと
   を有し、
   （a）前記傾斜システムは、前記現在の構成における前記傾斜コイルの作動を補償するように、前記メモリからの前記応答関係を前記傾斜システムに適用し、及び/又は
   （b）前記再構成モジュールは、前記現在の構成において収集される前記磁気共鳴イメージング信号からの前記磁気共鳴画像の前記再構成における前記応答関係に基づいて補正を適用するように構成される前記再構成モジュールに、前記メモリからの前記応答関係を適用する、
   磁気共鳴検査システム。
2. 前記フィールドプローブシステムは、
   -（i）前記傾斜システムの前記スイッチング動作及び/又は（ii）外部からもたらされる前記磁場障害の関数として、様々な初期の構成における前記測定磁場分布を連続的に測定し、
   - 前記様々な初期の構成に対する前記測定磁場分布を表す応答関係を決定し、
   -（i）前記スイッチング動作及び/又は（ii）前記メモリにおける前記磁場障害に依存して、前記決定される応答関係を記憶する、
   ように構成される、請求項１に記憶の磁気共鳴検査システム。
3. 前記フィールドプローブシステムは、
   （a）前記測定磁場分布と、（i）前記傾斜システムの前記スイッチング動作及び/又は（ii）外部からもたらされる磁場障害との間の相関関係、
   （b）（i）前記傾斜システムの前記スイッチング動作及び/又は（ii）前記磁場障害による、前記測定磁場分布のインパルス応答関数、
   （c）（i）前記傾斜システムの前記スイッチング動作及び/又は（ii）前記磁場障害による、前記測定磁場分布のステップ応答関数、又は
   （d）（i）前記傾斜システムの前記スイッチング動作及び/又は（ii）前記磁場障害による、前記測定磁場分布の変調伝達関数
   の形態で前記応答関係を決定するように構成される、請求項１又は２に記憶の磁気共鳴検査システム。
4. - 前記現在の構成における外部磁場障害を測定するための一つ又はそれより多くの追加の磁場センサを更に有し、
   -前記制御モジュールは、前記フィールドプローブシステムを作動して、前記現在の構成における前記測定外部場分布に対応する前記応答関係を前記メモリから取り出す
   ように構成される、
   請求項１に記憶の磁気共鳴検査システム。
5. - 前記磁気共鳴検査システムの一つ又はそれより多くの構成要素の機械的動作を測定する一つ又はそれより多くのモーションセンサを更に有し、
   - 前記フィールドプローブシステムの前記制御モジュールは、前記フィールドプローブシステムを制御して、前記測定される機械的動作に依存して外部からもたらされる磁場障害による前記主磁場及び/又は前記傾斜磁場の前記初期の構成における前記磁場分布を測定し、前記メモリにおいて、前記初期の構成における前記測定される機械的動作に関連する前記応答関係を記憶し、
   -前記フィールドプローブシステムの前記制御モジュールは、前記現在の構成における前記測定される機械的動作に対応する前記応答関係を前記メモリから取り出すように構成される、
   請求項１に記憶の磁気共鳴検査システム。
6. - 構成要素、特に前記傾斜コイルの温度を測定する一つ又はそれより多くの温度センサを更に有し、
   - 前記フィールドプローブシステムの前記制御モジュールは、前記フィールドプローブシステムを作動して、前記初期の構成における前記磁場分布を測定し、前記初期の構成における前記測定される温度に関連する前記応答関係を記憶し、前記フィールドプローブシステムの前記制御モジュールは、前記現在の構成における前記構成要素の前記測定される温度に対応する前記応答関係をメモリから取り出すように構成される、
   請求項１に記憶の磁気共鳴検査システム。
7. フィールドプローブシステムによる磁気共鳴検査システムにおける合成磁場に対する補正の方法であって、
   - いくつかのフィールドプローブによって、（i）傾斜システムのスイッチング動作及び/又は（ii）外部からもたらされる磁場障害による、検査ゾーンにおける主磁場及び/又は傾斜磁場の磁場分布を測定するステップと、
   - 制御モジュールによって、
   - 前記フィールドプローブシステムを制御し、前記フィールドプローブシステムを作動して、初期の構成における磁気共鳴イメージング信号の収集と同時に前記初期の構成における前記磁場分布を測定するステップと、
   -前記初期の構成における前記測定磁場分布を表し、（i）前記傾斜システムの前記スイッチング動作及び／又は（ii）外部からもたらされる前記磁場障害による、応答関係を決定するステップと、
   - メモリにおいて、前記初期の構成における前記スイッチング動作及び/又は前記外部磁場障害に関連する応答関係を記憶するステップと
   を有し、
   -（a）前記磁気共鳴検査システムの傾斜システムは、前記メモリからの前記応答関係を前記傾斜システムに適用し、前記初期に測定される応答場分布に基づいて現在の構成における前記傾斜コイルの作動を補償し、及び/又は
   -（b）前記磁気共鳴検査システムの再構成モジュールは、前記現在の構成において収集される前記磁気共鳴イメージング信号からの前記磁気共鳴画像の前記再構成における前記初期に測定される応答場分布に基づいて補正を適用するように構成される前記再構成モジュールに前記メモリからの応答関係を適用する、
   方法。
8. -前記磁場分布の連続的な測定は、検査されるべき患者からの磁気共鳴イメージング信号の収集と同時に、及び（i）前記傾斜システムの前記スイッチング動作及び/又は（ii）外部からもたらされる前記磁場障害の関数として、様々な初期の構成において連続的になされ、
   - 前記様々な初期の構成に対する前記測定磁場分布を表す応答関係が決定され、
   -前記決定される応答関係は、（i）前記スイッチング動作及び/又は（ii）前記メモリにおける前記磁場障害に依存して記憶される、
   請求項7に記載の合成磁場の補正の方法。
9. フィールドプローブシステムを制御するためのコンピュータプログラムであって、
   - いくつかのフィールドプローブによって、初期の構成での磁気共鳴イメージング信号の収集と同時に、（i）傾斜システムのスイッチング動作及び/又は（ii）外部からもたらされる磁場障害による、検査ゾーンにおける主磁場及び/又は傾斜磁場の磁場分布を測定するステップと、
   - 制御モジュールによって、
   - 前記フィールドプローブシステムを制御し、前記フィールドプローブシステムを作動して、前記初期の構成における前記磁気共鳴イメージング信号の収集と同時に前記初期の構成における前記磁場分布を測定するステップと、
   -前記初期の構成における前記測定磁場分布を表し、（i）前記傾斜システムの前記スイッチング動作及び／又は（ii）外部からもたらされる前記磁場障害による、応答関係を決定するステップと、
   - メモリにおいて、前記初期の構成における前記スイッチング動作及び/又は前記外部磁場障害に関連する、応答関係を記憶するステップと
   を実行させるための命令を有し、
   -（a）前記磁気共鳴検査システムの傾斜システムは、前記メモリからの前記応答関係を前記傾斜システムに適用し、前記初期に測定される応答場分布に基づいて現在の構成における前記傾斜コイルの作動を補償し、及び/又は
   -（b）前記磁気共鳴検査システムの再構成モジュールは、前記現在の構成において収集される前記磁気共鳴イメージング信号からの前記磁気共鳴画像の前記再構成における前記初期に測定される応答場分布に基づいて補正を適用するように構成される前記再構成モジュールに前記メモリからの前記応答関係を適用する、
   コンピュータプログラム。

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