JPH09215672A

JPH09215672A - 磁界の生体内急速シム作用を行う方法

Info

Publication number: JPH09215672A
Application number: JP8331336A
Authority: JP
Inventors: Erika Schneider; エリカ・シュナイダー
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1995-12-14
Filing date: 1996-12-12
Publication date: 1997-08-19
Also published as: DE19652060A1; US5617029A

Abstract

(57)【要約】【課題】被検体の影響を考慮に入れて、磁界内の非均
質性を素早く且つ正確に補正することのできる磁界の生
体内急速シム作用を行う方法を提供する。【解決手段】ＭＲシーケンスを被検体に適用して、空
間に亘る磁界の非均質性を示すＭＲ応答信号を被検体か
ら抽出する。半径方向の変数ρ（又は円柱座標系では
ｒ）の変化に伴う磁界の非均質性の変化を計算する。一
般化３Ｄ無限級数多項式の半径方向の変数に対する偏微
分を計算する。非均質性の変化を３Ｄ多項式の偏微分に
当てはめて、係数［ｄＩ_c］を求める。同様に、偏微分
シム・コイル較正マトリクス［ｄＭ］の係数が、各々の
シム・コイルに対して決定される。偏微分較正マトリク
ス［ｄＭ］を計算して、逆偏微分マトリクス［ｄＭ^-1］
を求める。逆偏微分マトリクス［ｄＭ^-1］に係数［ｄＩ
_c］を乗算して、磁界の非均質性を補正するために、各
々のシム・コイルに通すべき電流を定める電流係数
［Ｃ］を決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気共鳴（ＭＲ）作像
に関し、更に具体的に言えば、被検体が作像用磁界内に
あるときの磁界の変動を減少させる方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気共鳴（ＭＲ）作像では、被検体の正
確で歪みのない像を収集するために、被検体の作像容積
に亘って均質な磁界を発生させることが非常に重要であ
る。このような均質な磁界を発生させる１つの方法は、
主磁石を用いて静磁界Ｂ₀を印加し、主磁界を、補助コ
イルからの調節用磁界で強めることである。これらのコ
イルは、主磁界に相加わり又は主磁界から減算されるよ
うな形状及び電流通路を有している。これらのコイルは
通常、「シム」・コイルと呼ばれている。種々のシム・
コイルに電流を通すことにより、磁界の非均質性を補正
する方法が、磁石の「シム作用（shimming）」として知
られている。しかしながら、問題は、これらのコイル、
及びこれらのコイルによって発生される磁界が、複雑な
形状を有しており、主磁界とも、相互にも相互作用する
ことである。

【０００３】水の水素原子核のような単一の共鳴周波数
のみを監視するときの磁界の非均質性の測定が、１９８
８年４月２６日に付与され、本出願人に譲渡された発明
者ゲーリＨ．グローバ及びグラントＴ．ガルバーグの米
国特許第４，７４０，７５３号、発明の名称「化学シフ
ト作像から取り出された情報を用いた磁石のシム作用」
に記載されており、本特許は、ここに参照されるべきも
のである。この特許には、非均質性マップとして知られ
ている、空間に亘る磁界変動のマトリクスを確認するこ
とにより、磁石のシム作用を行うことが記載されてい
る。

【０００４】個別のシム・コイルの各々に増分的な電流
を通すことにより発生される磁界が決定される。各々の
磁界マップが、ルジャンドル多項式のような３次元多項
式に当てはめられる。次に、各々のシム・コイルによっ
て発生される磁界を記述する３次元ルジャンドル多項式
係数のマトリクスが構成される。このマトリクスは、シ
ム・コイル較正マトリクスと呼ばれる。コイル較正マト
リクスから逆マトリクスが構成される。逆マトリクス
は、最低次数の磁界の非均質性を補正するために、測定
された非均質性マップに釣り合わされる。しかしなが
ら、この方法（前掲の米国特許）は、作像される被検体
の影響を考慮に入れていない。これは、シム作用のため
に、１つの化学的な種目を有しているファントムを用い
ている。

【０００５】作像容積内の磁界は、被検体の影響を考慮
に入れてシム作用を施されるべきである。１９９１年１
月２２日にゲーリＨ．グローバ及びエリカ・シュナイダ
に付与された米国特許第４，９８７，３７１号、発明の
名称「生体内シム作用の方法」には、磁石内における被
検体の影響を考慮に入れて、磁石のシム作用を行う方法
が記載されている。しかしながら、この方法は、低次ル
ジャンドル多項式のみを補正し、しかも直交座標系にお
いてその補正を行っている。補正された多項式の各項
は、磁界のより正確な推定値を与えるので、高次項をも
補正することが有利である。この米国特許では、２つの
最低次の項を補正している。

【０００６】同様な特許、即ち、１９９２年１２月１日
にゲーリＨ．グローバ及びエリカ・シュナイダに付与さ
れ、やはり本出願人に譲渡された米国特許第５，１６
８，２３２号、発明の名称「磁石の急速なシム作用を行
う方法」には、磁界の変動を測定する一層高速な方法が
記載されており、こうしてシム作用に必要な時間を短縮
している。本特許は、ここに参照されるべきものであ
る。この方法（この米国特許の方法）は、単一の化学種
目で構成されているファントムに対してのみ、最低次の
ルジャンドル多項式を補正しているが、生体内のシム作
用に対するものではない。これは、磁界に対する被検体
の影響を考慮に入れていない。

【０００７】現在、１つよりも多くの化学種目に関して
磁界に対する被検体の影響を考慮に入れ、更に高次の磁
界の非均質性を補正するような、ＭＲ磁石のシム作用を
高速に行う方法に対する要望がある。

【０００８】

【発明の目的】本発明の１つの目的は、被検体の影響を
考慮に入れて、磁界内の非均質性を素早く且つ正確に補
正することにある。本発明の他の目的は、被検体の影響
を考慮に入れて、磁気共鳴作像装置の磁界に対してより
正確にシム作用を行い、一層明瞭な像を作成することに
ある。

【０００９】

【発明の要約】所望の容積に亘る磁界の生体内急速シム
作用を行う方法が、被検体の容積に亘る磁界の強度差の
測定値である非均質性マップ［Ｉ］を収集することによ
り開始される。独立変数の変化に伴う磁界強度の変化を
決定することにより、非均質性マップ［Ｉ］の偏微分
［ｄＩ］を構成する。３次元座標系では、この変数は、
典型的には半径方向であり、ｒ又はρであるが、円柱座
標系、球座標系又は楕円座標系のどれが用いられている
かに依存する。

【００１０】ルジャンドル多項式のような一般的な３次
元（３Ｄ）無限級数多項式を用いて、磁界の非均質性の
モデルを作成することができ、その後、シム・コイルの
磁界を発生する。位相差を用いて磁界の非均質性を決定
するときに、「ラップ・アラウンド」のため、不連続が
発生するので、ルジャンドル多項式の代わりに、ルジャ
ンドル多項式の微分を用いる。極座標で表したルジャン
ドル多項式の項のρに対する偏微分［ｄＬ］を計算し、
非均質性マップ［ｄＩ］に当てはめて、偏微分非均質性
マップを記述する３Ｄ多項式に対する係数［ｄＩ_c］を
決定する。

【００１１】３Ｄ（ルジャンドル）多項式の半径方向の
微分で表した、各々のシム・コイルによって発生される
磁界を記述するシム・コイル較正マトリクス［Ｍ］を収
集する。この較正手順は、磁石当たり１回必要であり、
磁石のシム作用を行う度に実行される必要はない。次
に、ρ（又はｒ）に対するマトリクス［Ｍ］の偏微分
［ｄＭ］を決定する。その後、［ｄＭ］×［ｄＭ^-1］＝
１となるような逆偏微分マトリクス［ｄＭ^-1］を決定す
る。

【００１２】非均質性を最小限に抑えるために、各々の
シム・コイルに通す必要のある補正電流を定めるシム電
流の値［Ｃ］が、非均質性マップの変化［ｄＩ_c］の係
数に逆偏微分較正マトリクス［ｄＭ^-1］を乗算すること
によって計算される。従って、それぞれのシム・コイル
に、値［Ｃ］によって定められた電流を通すことによ
り、主磁界と包括的に相互作用して、均質性を高めた、
即ち、磁界の変動を一層少なくした磁界を発生するよう
な磁界が、シム・コイルによって発生される。

【００１３】本発明の新規な特徴は、特許請求の範囲に
具体的に記載されているが、本発明の構成、内容並びに
その他の目的及び特徴は、以下図面について詳しく説明
するところから更によく理解されよう。

【００１４】

【実施例】スキャナ・ハードウェア図１はここで説明する本発明に使用するのに適した磁気
共鳴（ＭＲ）作像システム１の主な構成要素の簡略ブロ
ック図である。このシステムは、ディスク記憶ユニット
２ａと、インタフェース・ユニット２ｂとに機能的に結
合されている汎用ミニコンピュータで構成されている。
無線周波（ＲＦ）送信器３、信号平均装置４、並びに勾
配電源５ａ、５ｂ及び５ｃがすべて、インタフェース・
ユニット２ｂを介してミニコンピュータ２に結合されて
いる。勾配電源５ａ、５ｂ及び５ｃは、勾配コイル１２
−１、１２−２及び１２−３にエネルギを与えて（を付
勢して）、作像しようとする被検体の“Ｘ”、“Ｙ”及
び“Ｚ”方向に磁界勾配Ｇ _x、Ｇ_y及びＧ_zをそれぞれ
発生する。ＲＦ送信器３をミニコンピュータ２からのパ
ルス包絡線でゲートして、被検体から磁気共鳴（ＭＲ）
応答信号を励振するのに必要な変調を有しているＲＦパ
ルスを発生する。ＲＦパルスはＲＦ電力増幅器６で、作
像方法及び印加されたＲＦ発信コイル１４−１に応じ
て、２ワットから数キロワットまで変化するレベルまで
増幅される。全身作像のようにサンプル容積が大きい場
合、並びに一層大きなＲＦコイルで大きなＭＲ周波数帯
域幅を励振するために持続時間の短いパルスを必要とす
る場合には、一層高い電力レベルが必要である。

【００１５】ＭＲ応答信号は、受信コイル１４−２によ
って感知され、低雑音前置増幅器９で増幅され、受信器
１０に送られて、更に増幅され、検波されて、フィルタ
作用にかけられる。その後、信号平均装置４によって平
均し且つミニコンピュータ２によって処理するために、
信号はディジタル化される。前置増幅器９及び受信器１
０は、送信の間に、能動形ゲート作用又は受動形フィル
タ作用により、ＲＦパルスから保護されている。

【００１６】ミニコンピュータ２は、ＭＲパルスに対す
るゲート作用及び包絡線変調、前置増幅器及びＲＦ電力
増幅器に対する消去作用、並びに勾配電源に対する電圧
波形を与える。ミニコンピュータは又、フーリエ変換、
像の再構成、データ・フィルタ作用、作像表示及び記憶
作用のようなデータ処理（これらすべては、通常のもの
であって、本発明の範囲外である。）を実行する。

【００１７】所望によっては、ＲＦ発信コイル１４−１
及び受信コイル１４−２は、１つのコイルで構成するこ
とができる。この代わりに、電気的に直交する２つの別
々のコイルを用いてもよい。後者の構成は、パルス送信
の際に、受信器へのＲＦパルスの侵入が減少するという
利点がある。いずれの場合にも、コイルは磁石手段１１
によって発生された静磁界Ｂ₀の方向に対して直交して
いる。コイルは、ＲＦシールド・ケージ内に包み込むこ
とにより、システムの残りの部分から隔離することがで
きる。シム・コイル分極磁界Ｂ₀の均質性は、当業界では公知のシム・コイ
ルによって改善することができる。このようなコイル
は、ｚ軸若しくは中孔の軸線に関して軸対称であっても
よいし、又はｚ軸若しくは中孔の軸線に関して横方向で
あってもよい。軸対称のコイルは一般的に、磁石の中孔
管と同軸のコイル巻型に巻装されており、これに対し
て、横方向のコイルは全般的に、コイル巻型の表面上に
「鞍（サドル）」形に配設されている。シム・コイル
は、一般的な３Ｄ無限級数多項式の１つの項に実質的に
対応している磁界を発生するように設計することができ
る。３Ｄ多項式は、磁石のイソセンタを中心とする磁界
Ｂ₀のモデルとなるルジャンドル多項式又は球面調和関
数の式であってもよい。シム・コイルは又、少なくとも
１つの半径方向の次元を有する座標系で表した球面調和
関数多項式又は楕円積分のいくつかの項によって記述さ
れる磁界を発生することができ、いくつかの項によって
記述される非均質性を補正するために用いることができ
る。最低次数のシム・コイル内には、３Ｄ多項式の（直
流項Ｎ＝０、Ｍ＝０より上の）Ｎ、Ｍの指数の最低の値
によって記述される１つの軸線に沿った線形勾配を発生
するものがある。３次元ルジャンドル多項式の各項の形
の簡略２次元表示が図２に示されている。

【００１８】分極磁界Ｂ₀の補正は、シム・コイルの組
み合わされた磁界が、分極磁界Ｂ₀の変動と釣り合っ
て、非均質性を最小限に抑えるように、個別のシム・コ
イルの各々に電流を通すことを含んでいる。この手順
は、シム作用と呼ばれる場合が多い。従って、磁界の非
均質性のマップを、シム・コイルによって発生される包
括的な磁界と釣り合わせて、作像容積内の磁界の非均質
性を最小限に抑えるために各々のシム・コイルに通さな
ければならない電流を決定しなければならない。非均質性マップの作成ＭＲ作像パルス・シーケンスでは、使用されるＲＦ励振
パルスは、被検体の原子核を励振するのに十分な幅を有
する周波数帯域幅を有している。例えば、陽子のＭＲ作
像を行うときに、水及び脂質又は脂肪の水素 ¹Ｈの共鳴
周波数が主な信号源である。これらの２つの種目は、人
間及び動物に豊富にあるので、非常に良好なＭＲ応答信
号を発生する。

【００１９】胸の移植部が存在するときのように、シリ
コーンのような第３の主要な陽子共鳴が存在する場合に
は、励振ＲＦ帯域幅は、シリコーン共鳴周波数をも包括
するものでなければならない。更に、非均質性が存在す
る場合には、ＲＦ帯域幅はその非均質性をも包み込むく
らいに拡張されていなければならない。パルス・シーケ
ンスを印加して、被検体を通る平面から、第１のＭＲ応
答信号Ｓ₁を収集する。この信号をサンプリングし、脂
肪及び水の原子核からのＭＲ応答信号が同相（又は位相
外れ）であって、建設的に（又は破壊的に）干渉して複
合信号Ｓ₁を発生するような時刻に、読み出し勾配を印
加する。

【００２０】後の時点で第２の読み出し勾配から、又は
読み出しのウィンドウをシフトした第２のパルス・シー
ケンスから（これは前に述べた米国特許第４，９８７，
３７１号に記載されているディクソン作像として当業界
で知られている。）、第２のＭＲ応答信号Ｓ₂を求め
る。実効的なエコー時間は（ＴＥ＋τ）又は（ＴＥ−
τ）である。脂肪の信号及び水の信号が位相外れ（又は
同相）であって、脂肪及び水の原子核からのＭＲ応答信
号が破壊的に（又は建設的に）干渉してＭＲ応答信号Ｓ
₂を発生するように、Ｓ₂はサンプリングされる。

【００２１】信号Ｓ₁及びＳ₂の大きさが次のようにな
っていることを考えると、Ｓ₁ｍａｇ＝ｍａｇ｛（水のＭＲ信号）＋（脂肪のＭＲ信号）｝Ｓ₂ｍａｇ＝ｍａｇ｛（水のＭＲ信号）−（脂肪のＭＲ信号）｝第１のＭＲ応答信号の大きさＳ₁ｍａｇを第２のＭＲ応
答信号の大きさＳ₂ｍａｇから減算すれば、脂肪信号の
２倍の信号になることがわかる。第２のＭＲ応答信号の
大きさＳ₂ｍａｇ及び第１のＭＲ応答信号の大きさＳ₁
ｍａｇを加算すれば、ＭＲの大きさは水信号の２倍にな
る。

【００２２】同様に、複素数信号は位相情報を含んでい
る。Ｓ₁＝（水のＭＲ信号＋脂肪のＭＲ信号）・ｅｘｐ（ｉφ₁）Ｓ₂＝（水のＭＲ信号−脂肪のＭＲ信号）・ｅｘｐ（ｉφ₂） φ₂＝φ₁＋Δυτ＋τ／Ｔ₂ ここで、φ₁、φ₂はそれぞれ、Ｓ₁及びＳ₂の位相で
あり、τはＭＲ応答信号Ｓ₁及びＳ₂を収集する間の遅
延時間であり、Ｔ₂はＭＲ作像で通常定義された通りの
スピン−スピン緩和時間である。

【００２３】τはＴ₂に比べると非常に小さいので、こ
の項を落とすと、位相差φ₂−φ₁＝Δυτになり、こ
れが時間τに亘る磁界の非均質性に原因する位相の進展
を表す。そのとき、所定の３Ｄ位置におけるＭＲ応答信
号の位相差の変動は、その位置における磁石の非均質性
を示す。これらは複素数信号であり、位相の進展は共鳴
する原子核が受ける磁界に関係するので、ＭＲ応答信号
の１番目の収集と２番目の収集との間の位相の進展は、
それらが作像された空間的な位置における非均質性を示
す。２つの信号を収集する間の時間τがわかっているの
で、位相の差は、磁石内の各々の位置に対し、周波数の
差Δυ＝Δφ／τに正規化することができる。その後、
作像容積内の異なる平面に対してこの作像手順を繰り返
し、その結果、非均質性マップ［Ｉ］が得られる。非均
質性マップ［Ｉ］は、測定された各々の３Ｄ位置に、そ
の位置における磁界の非均質性に比例するΔυを有して
いる。

【００２４】３Ｄ無限級数多項式の更に高次の項によっ
て記述される磁界の非均質性を旨く決定するために、そ
こから信号を収集する平面は、図２に例で示すように、
その補正を所望する領域のあるローブを通過しなければ
ならない。非均質性マップの微分位相角は逆正接（ａＴａｎ）関数を用いて決定すること
ができる。ａＴａｎ関数は、−πから＋πまでの範囲を
有しており、従って、磁界の非均質性が±１／２τより
も大きい場合には、Δφの「ラップ・アラウンド」が発
生する。測定された非均質性は、−１／２τ＜Δυ＜＋
１／２τの範囲に制限される。測定された非均質性マッ
プの空間的な偏微分を取ることにより、ラップ・アラウ
ンドを検出して補正することができる。

【００２５】独立変数ρ（又は円柱座標系の場合には
ｒ）を用いて、半径方向の空間的な微分を用いることに
より、後で磁界の非均質性を記述するのに用いられる円
柱、球又は楕円座標系でのルジャンドル多項式のもとの
３Ｄの空間的な表示を保ちながら、Δφのラップ・アラ
ウンド点を検出することができる。いずれもグローバ等
に付与され、本出願人に譲渡された米国特許第４，９８
７，３７１号及び同第５，１６８，２３２号に記載され
ているように、実際の周波数オフセットを決定するとき
には、ラップ・アラウンドを考慮に入れなければならな
い。これらの特許は、ここに参照されるべきものであ
る。

【００２６】次に、球又は楕円座標に対しては、ρに対
し（又は円柱座標に対しては、ｒに対し）、磁界非均質
性マップの測定値［Ｉ］（３Ｄ空間に亘る位相差の測定
値）の偏微分［ｄＩ］を決定する。例えば、ρを主磁石
のイソセンタからの測度として、ρの変化に対する磁界
の非均質性の変化を決定する。非均質性マップの偏微分
［ｄＩ］を用いて、非均質性を補正するために、どんな
電流をシム・コイルに通すべきかを決定する。

【００２７】従来、２Ｄマクローリン展開を用いて、２
つの最低次数のルジャンドル多項式の項を補正するため
に直交座標が用いられいた。本発明では、多項式の高次
の項について解き、補償電流を決定するために、シム・
コイルの磁界のモデルを作成するのに円柱、球又は楕円
座標系の一般的な３Ｄ無限級数多項式が用いられてい
る。シム・コイルの磁界の数学的な表示最初に、一般的な３Ｄ無限級数多項式を、少なくとも１
つの半径方向の次元を有する（円柱、球又は楕円）座標
系で表す。分離し得る半径方向の独立変数（それぞれ
ｒ、ρ又はρ）に対して、３Ｄ多項式の項の偏微分を求
める。以下に、球座標で表したルジャンドル多項式の項
と、それに対応する（ρに対する）半径方向の偏微分が
示されている。（Ｎ、Ｍは、一般的なルジャンドル多項
式における指数変数である。）表１Ｎ，Ｍ偶数余弦項 ρに対する空間的な微分０，０１０１，０ ρcos(θ) cos(θ) １，１ −ρcos(φ)sin(θ) −cos(φ)sin(θ) ２，０（１／４）・ρ²(１＋３cos(２θ)) ２，０微分（１／２）・ρ(１＋３cos(２θ)) ２，１ −３ρ²cos(φ)cos(θ)sin(θ) −６ρcos(φ)cos(θ)sin(θ) ２，２３ρ²cos(２φ)sin²(θ) ６ρcos(２φ)sin²(θ) ３，０（１／２）・ρ³(−３cos(θ)＋５cos³(θ)) ３，０微分（３／２）・ρ²(−３cos(θ)＋５cos³(θ)) ３，１（３／２）・ρ³cos(φ)(１−５cos²(θ))sin(θ) ３，１微分（９／２）・ρ²cos(φ)(１−５cos²(θ))sin(θ) ３，２１５ρ³cos(２φ)cos(θ)sin²(θ) ３，２微分４５ρ²cos(２φ)cos(θ)sin²(θ) ３，３ −１５ρ³cos(３φ)sin³(θ) −４５ρ²cos(３φ)sin³(θ) ４，０（１／８）・ρ⁴(３−３０cos²(θ)＋３５cos⁴(θ)) ４，０微分（１／２）・ρ³(３−３０cos²(θ)＋３５cos⁴(θ)) ４，１（５／２）・ρ⁴cos(φ){３cos(θ)−７cos³(θ)}sin(θ) ４，１微分１０ρ³cos(φ){３cos(θ)−７cos³(θ)}sin(θ) ５，０（１／８）・ρ⁵(15cos(θ)−７０cos³(θ)＋６３cos⁵(θ)) ５，０微分（５／８）・ρ⁴(15cos(θ)−７０cos³(θ)＋６３cos⁵(θ)) ５，１（１５／８）・ρ⁵cos(φ)(−１＋１４cos²(θ)−２１cos⁴(θ)) ・sin(θ) ５，１微分（７５／８）・ρ⁴cos(φ)(−１＋１４cos²(θ)−２１cos⁴(θ)) ・sin(θ)Ｎ，Ｍ奇数正弦項 ρに対する空間的な微分１，０００１，１ −ρsin(φ)sin(θ) −sin(φ)sin(θ) ２，０００２，１ −３ρ²cos(θ)sin(φ)sin(θ) −６ρcos(θ)sin(φ) ・sin(θ) ２，２ −３ρ²sin(２φ)sin²(θ) −６ρsin(２φ)sin²(θ) ３，０００３，１（３／２）・ρ³(１−５cos²(θ))sin(φ)sin(θ) ３，１微分（９／２）・ρ²(１−５cos²(θ))sin(φ)sin(θ) ３，２１５ρ³cos(θ)sin(２φ)sin²(θ) ３，２微分４５ρ²cos(θ)sin(２φ)sin²(θ) ３，３ −１５ρ³sin(３φ)sin³(θ) −４５ρ²sin(３φ)sin³(θ) ４，０００４，１（５／２）・ρ⁴(３cos(θ)−７cos³(θ))sin(φ)sin(θ) ４，１微分１０ρ³(３cos(θ)−７cos³(θ))sin(φ)sin(θ) ５，０００５，１（１５／８）・ρ⁵(−１＋１４cos²(θ)−２１cos⁴(θ))sin(φ) ・sin(θ) ５，１微分（７５／８）・ρ⁴(−１＋１４cos²(θ)−２１cos⁴(θ))sin(φ) ・sin(θ)較正較正マトリクスを作成することが必要なのは、１つの磁
石につき１回だけである。これは、各々のシム・コイル
に一定の既知の電流を通すことによって行われる。作像
容積に亘って発生された磁界を測定する。これらの測定
値を、その後、最小自乗法又は比較し得る公知の方法を
用いて、３Ｄルジャンドル多項式の偏微分の項に合わ
せ、その結果として、偏微分シム・コイル較正マトリク
スの係数（表１）を求める。偏微分シム・コイル較正マ
トリクス［ｄＭ］は、各々のシム・コイルを表す行と、
そのシム・コイルに対するルジャンドル多項式の各項の
係数を表す列とを有するように構成されている。較正マ
トリクスの構成について更に詳しいことは、前述したい
ずれもグローバ等に付与された米国特許第４，９８７，
３７１号及び同第５，１６８，２３２号を参照された
い。

【００２８】この較正手順をあらゆるシム・コイルに対
して繰り返す。シム・コイル逆較正マトリクス次に、シム・コイル・マトリクス［ｄＭ］に逆マトリク
ス［ｄＭ^-1］を乗算したものが１になるような、偏微分
シム・コイル較正マトリクス［ｄＭ］の逆偏微分マトリ
クス［ｄＭ^-1］を計算する。シム・コイル電流の決定次に、前に述べたグローバ等の特許に記載されているよ
うな適当な手段によって、非均質性マップの偏微分［ｄ
Ｉ］を表１に示した３Ｄ（ルジャンドル）多項式の微分
に合わせる。この結果、非均質性マップの偏微分の係数
［ｄＩ_c］のマトリクス（１×多項式の項の数）にな
る。

【００２９】次に、シム電流の値［Ｃ］（シム・コイル
の数×１）を決定し、シム・コイルの各々の較正のため
に印加すべき電流を定めるために、較正非均質性マップ
の多項式の偏微分に対する係数［ｄＩ_c］の集合に逆偏
微分マトリクス［ｄＭ^-1］を乗算する。このようにし
て、磁界の非均質性の最も実効的な近似及び補正が行わ
れる。パルス・シーケンス前に述べた米国特許第４，９８７，３７１号に記載され
ているようなパルス・シーケンスを用いて、非均質性マ
ップ［Ｉ］を決定するために、進展時間τだけ異なって
いる２組のＭＲ応答信号を収集することができる。２次
元若しくは３次元勾配呼び戻し（リコール）エコー像、
普通の若しくは高速のスピン・エコー像、エコー平面
像、螺旋収集像又は投影再構成を用いることができる。
これらの像は、二重エコー・シーケンスで、又は異なる
実効的なエコー時間を用いた２つの別個の収集として収
集することができる。

【００３０】上に述べた方法及びパルス・シーケンスの
結果、磁界の非均質性の１次及び２次ルジャンドル多項
式近似のみでなく、それよりも更に高次の項の補正をす
るために、シム・コイルに印加すべき電流が決定され、
その結果、更に正確な近似が行われて、磁界の均質性が
一層よくなる。本発明を用いれば、被検体の一層明瞭
で、一層歪みの少ないＭＲ像が可能になる。

【００３１】本発明のいくつかの好ましい実施例を図面
に示して説明したが、当業者には改変及び変更が考えら
れよう。従って、特許請求の範囲は、本発明の要旨の範
囲に属するこのようなすべての改変及び変更を包括する
ものであることを承知されたい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を利用することができる磁気共鳴作像装
置の簡略ブロック図である。

【図２】シム・コイルによって発生された磁界を表す３
次元多項式の一例であるルジャンドル多項式の各項の形
を簡略２次元表示で示す図である。

【符号の説明】

１ＭＲ作像システム２汎用ミニコンピュータ２ａディスク記憶ユニット２ｂインタフェース・ユニット３ＲＦ送信器４信号平均装置５ａ、５ｂ、５ｃ勾配電源６ＲＦ電力増幅器９低雑音前置増幅器１０受信器１１磁石手段１２−１、１２−２、１２−３勾配コイル１４−１ＲＦ発信コイル１４−２ＲＦ受信コイルＢ₀静磁界Ｇ_x、Ｇ_y、Ｇ_z磁界勾配

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検体の所望の容積に亘るシム・コイル
を用いた磁石により発生される磁界の生体内急速シム作
用を行う方法であって、（ａ）前記被検体内の容積に亘る磁界の強度差を示す
非均質性マップ［Ｉ］を収集する工程と、（ｂ）少なくとも１つの半径方向の次元を有する座標
系で表された一般化３次元無限級数多項式の、該半径方
向の次元に対する偏微分［ｄＬ］を計算する工程と、（ｃ）工程（ｂ）の半径方向の次元の変化に伴う磁界
の強度差の変化を計算することにより、非均質性マップ
［Ｉ］の偏微分［ｄＩ］を決定する工程と、（ｄ）前記３次元多項式の偏微分［ｄＬ］を非均質性
マップの偏微分［ｄＩ］に当てはめて、偏微分非均質性
マップ［ｄＩ_c］の係数を決定する工程と、（ｅ）工程（ｂ）におけるのと同じ半径方向の次元の
変化に伴って、各々のシム・コイルにより発生される磁
界の変化を記述する偏微分較正マトリクス［ｄＭ］を収
集する工程と、（ｆ）［ｄＭ］×［ｄＭ^-1］＝１になるような逆偏微
分マトリクス［ｄＭ^-1］を決定する工程と、（ｇ）偏微分非均質性マップ［ｄＩ_c］の係数に逆偏
微分マトリクス［ｄＭ ^-1］を乗算して、シム電流の値
［Ｃ］を決定する工程と、（ｈ）値［Ｃ］により決定された電流をそれぞれのシ
ム・コイルに通して、より均質な磁界を発生する工程と
を備えた磁界の生体内急速シム作用を行う方法。
【請求項２】前記容積に亘る磁界の強度差を示す非均
質性マップ［Ｉ］は、（ａ）脂肪及び水の共鳴が同相である一般化３次元多
項式の少なくとも１つの項により記述される前記容積の
領域から、磁気共鳴応答信号Ｓ₁を収集する工程と、（ｂ）脂肪及び水の共鳴が位相外れである工程（ａ）
の領域と同じ領域から、Ｓ₁が収集されたときとは異な
る遅延時間τ後に、磁気共鳴応答信号Ｓ₂を収集する工
程と、（ｃ）磁気共鳴応答信号を組み合わせて、シム作用を
行おうとする磁界の容積に亘る位相差Δφを決定する工
程と、（ｄ）各々の位置における位相差Δφを遅延時間τで
除算して、周波数差を決定する工程と、（ｅ）前記容積内の複数の領域に対して工程（ａ）〜
（ｄ）を繰り返して、非均質性マップ［Ｉ］を構成して
いる複数の周波数差を決定する工程とにより、収集され
る請求項１に記載の生体内急速シム作用を行う方法。
【請求項３】前記３次元多項式は、少なくとも１つの
半径方向の次元を有する座標系で表されたルジャンドル
多項式であって、各々のシム・コイルにより発生される
磁界を記述するルジャンドル多項式である請求項１に記
載の生体内急速シム作用を行う方法。
【請求項４】前記３次元多項式は、円柱座標で表さ
れ、前記偏微分較正マトリクス［ｄＭ］は、円柱調和関
数で表されると共に、半径方向の次元ｒに対する磁界の
変化を記述する請求項１に記載の生体内急速シム作用を
行う方法。
【請求項５】前記３次元多項式は、球座標で表され、
前記偏微分較正マトリクス［ｄＭ］は、球面調和関数で
表されると共に、半径方向の次元ρに対する磁界の変化
を記述する請求項１に記載の生体内急速シム作用を行う
方法。
【請求項６】前記３次元多項式は、楕円座標で表さ
れ、前記偏微分較正マトリクス［ｄＭ］は、楕円積分で
表されると共に、半径方向の次元ρに対する磁界の変化
を記述する請求項１に記載の生体内急速シム作用を行う
方法。
【請求項７】前記偏微分較正マトリクス［ｄＭ］を収
集する工程は、（ａ）既知の一定の電流をシム・コイルに通す工程
と、（ｂ）シム作用を行おうとする容積に亘る磁界強度を
測定する工程と、（ｃ）半径方向の次元における変化に伴う磁界の測定
値の変化を決定する工程と、（ｄ）前記３次元多項式の偏微分［ｄＬ］を前記磁界
の測定値の変化に当てはめて、偏微分較正マトリクス
［ｄＭ］の係数を決定する工程とを含んでいる請求項１
に記載の生体内急速シム作用を行う方法。
【請求項８】被検体の所望の容積に亘ってシム・コイ
ルを用いた磁石により発生される磁界の生体内急速シム
作用を行う方法であって、（ａ）［ｄＭ］が、単位電流当たり、各々のシム・コイ
ルにより発生される磁界における、半径方向の次元の変
化に伴う変化を記述する偏微分較正マトリクスであると
して、［ｄＭ］×［ｄＭ^-1］＝１となるように前記シム
・コイルに対し予め決定された逆偏微分マトリクス［ｄ
Ｍ^-1］を収集する工程と、（ｂ）前記被検体内の容積に亘る磁界の強度差を示す
非均質性マップ［Ｉ］を収集する工程と、（ｃ）少なくとも１つの半径方向の次元を有する座標
系で表された一般化３次元多項式の、該半径方向の次元
に対する偏微分［ｄＬ］を計算する工程と、（ｄ）工程（ｂ）の半径方向の次元の変化に伴う磁界
の強度差の変化を計算することにより、非均質性マップ
［Ｉ］の偏微分［ｄＩ］を決定する工程と、（ｅ）前記３次元多項式の偏微分［ｄＬ］を非均質性
マップの偏微分［ｄＩ］に当てはめて、偏微分非均質性
マップ［ｄＩ_c］の係数を決定する工程と、（ｆ）偏微分非均質性マップ［ｄＩ_c］の係数に逆偏
微分マトリクス［ｄＭ ^-1］を乗算して、シム電流の値
［Ｃ］を決定する工程と、（ｇ）値［Ｃ］により決定された電流をそれぞれのシ
ム・コイルに通して、より均質な磁界を発生する工程と
を備えた磁界の生体内急速シム作用を行う方法。