傾斜コイル動作誘導による磁場ドリフトをモデル化するためのシステム及び方法
【課題】ＭＲ撮像及び画像再構成のために磁場ドリフト及び／または高調波ドリフトを特徴付けしかつ補償する。
【解決手段】ＭＲスキャン中に印加されるパルスシーケンスを収集すること、並びにパルスシーケンスの複数の傾斜パルスに関するパワースペクトルを決定すること、を行うようにプログラムされたコンピュータ（２０）を含む。このコンピュータ（２０）は、パルスシーケンスの印加中の複数の傾斜コイルによる複数の傾斜パルスの印加に由来する磁場のドリフトを計算すること、並びにＭＲスキャン中にパルスシーケンスを印加すること、を行うようにプログラムされている。このコンピュータ（２０）はさらに、パルスシーケンスの印加に基づいてＭＲデータを収集すること、磁場に関する計算済みドリフトに基づいて収集ＭＲデータを補正すること、並びに補正済みのＭＲデータに基づいて画像を再構成すること、を行うようにプログラムされている。
【解決手段】ＭＲスキャン中に印加されるパルスシーケンスを収集すること、並びにパルスシーケンスの複数の傾斜パルスに関するパワースペクトルを決定すること、を行うようにプログラムされたコンピュータ（２０）を含む。このコンピュータ（２０）は、パルスシーケンスの印加中の複数の傾斜コイルによる複数の傾斜パルスの印加に由来する磁場のドリフトを計算すること、並びにＭＲスキャン中にパルスシーケンスを印加すること、を行うようにプログラムされている。このコンピュータ（２０）はさらに、パルスシーケンスの印加に基づいてＭＲデータを収集すること、磁場に関する計算済みドリフトに基づいて収集ＭＲデータを補正すること、並びに補正済みのＭＲデータに基づいて画像を再構成すること、を行うようにプログラムされている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は全般的にはＭＲ撮像に関し、またさらに詳細には、傾斜コイル動作の誘導による磁場及び／または高調波ドリフトをモデル化するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＲＩシステムやＮＭＲシステムでは、多数のコイルによって電流を伝達し、極めて強力で比較的均一な磁場を発生させている。この磁場のことを主磁場またはＢ0磁場と呼ぶことがある。人体組織などの物質を均一な磁場（偏向磁場Ｂ0）にかけると、組織中のスピンの個々の磁気モーメントはこの偏向磁場と整列しようとして、この周りをそのラーモアの特性周波数によってランダムな秩序で歳差運動することになる。この物質や組織に、ｘ−ｙ平面内にありラーモア周波数に近い周波数の磁場（励起磁場Ｂ1）がかけられると、正味の整列モーメント（すなわち、「縦磁化」）ＭZは、ｘ−ｙ平面内に来るように回転させられ（すなわち、「傾けられ（ｔｉｐｐｅｄ）」）、正味の横方向磁気モーメントＭtが生成される。励起信号Ｂ1を停止させた後、励起したスピンにより信号が放出され、さらにこの信号を受信し処理して画像を形成することができる。
【０００３】
これらの信号を用いて画像を作成する際には、磁場傾斜（Ｇx、Ｇy及びＧz）が利用される。典型的には、撮像しようとする領域は、使用する具体的な位置特定方法に従ってこれらの傾斜を変更させる一連の計測サイクルによりスキャンを受ける。得られた受信ＮＭＲ信号の組はディジタル化され、よく知られた多くの再構成技法のうちの１つを用いて画像を再構成するように処理される。
【０００４】
傾斜磁場（Ｇx、Ｇy及びＧz）は、均一ではなく各軸それぞれに沿った大きさが様々である。円筒状のマグネットシステムでは、主磁場を発生させるコイルをアキシャル方向に整列させている。典型的には傾斜コイルは、主磁場コイルの半径方向内側の管状空間に配置される。典型的な配列では傾斜コイルは、樹脂などのポッティングされた（ｐｏｔｔｅｄ）材料内に埋め込まれた抵抗性のワイヤを備える。
【０００５】
受動型シム配列は、傾斜コイルのポッティングした材料内に形成されたスロット内部にマグネット軸に対して平行な方向に収容したシムトレイを利用するのが通例である。このシムトレイは、その長さ方向に多数のポケットを含む。このポケット内部には、典型的には正方形または矩形をした平坦な鋼鉄片であるシム片が配置されており、さらに傾斜コイル内に来るようにシムトレイが装填される。
【０００６】
傾斜コイルの動作には使用されるパルスシーケンスに応じた一連の高速「オン−オフ」切替えが不可欠であるのが通例である。この傾斜動作が動作時にＢ0磁場ドリフト及び高調波ドリフトを生じさせる可能性があること、並びにその結果として画質が損なわれる可能性があることが知られている。こうした傾斜動作は、大量の鋼鉄製シムを使用してその均一性を維持させるようなフル受動型シムマグネットにとって特に有害である。
【０００７】
傾斜コイルの動作により生じるＢ0ドリフト及び高調波ドリフトは、マグネットシステム内の様々な構成要素に対して異なるメカニズムを介した複雑な依存関係を有する。図１は、傾斜動作を磁場ドリフト及び高調波ドリフトと相関させたブロック図を表している。第１のブロック２はＭＲスキャンシーケンス中に実施される傾斜動作を表している。例えば傾斜動作は、患者やスキャン対象のある具体的なスライスに関するＭＲデータを収集し得るようにパルスシーケンスに従ってＭＲシステムの傾斜コイルがパワー供給を受けるようなスピンエコーＭＲシーケンスにおいて実施されることがある。傾斜動作２は、常温ボア寄与８、圧力変動による寄与１０、及びＭＲシステム内の受動シム１２による寄与を含む複数の寄与要因６のためにＢ0及び高調波ドリフト４につながる可能性がある。Ｂ０及び高調波ドリフト４は画質の低下を生じさせる可能性がある。
【０００８】
常温ボア寄与８は例えば、うず電流加熱１４及び対流や伝導などのその他の加熱メカニズム１６に起因する可能性がある。圧力変動１０は例えば、誘導されるうず電流による傾斜コイルからヘリウム容器への熱伝達に起因する可能性があり、これがヘリウム容器内の圧力を上昇させる。さらにヘリウム容器内のヘリウム温度の変化は圧力変動１０を変化させることがある。さらに受動シム１２が、うず電流加熱１８やその他の加熱メカニズム２０によりＢ0及び高調波ドリフト４に影響を及ぼすことがある。
【０００９】
図２は、受動シムを通じた磁場ドリフト及び高調波ドリフトに対する寄与を表したブロック図である。傾斜コイルにより発生させる切替式の電磁場２２は、鋼鉄、鉄その他の強磁性体のシム内にオーム損失２６を生じさせるようなうず電流２４を誘導する可能性があり、これがシム内に温度上昇２８を生じさせる。さらに高温の傾斜表面及び傾斜冷却水からの熱伝達は、シム温度を変化させ、これによりシム磁化を変化させることになる。このシムは、簡易（ｅａｓｙ）軸に沿って主磁場により飽和するまで磁化させ、視野域（ＦＯＶ）内のＢ0磁場及び高調波に対して双極子として寄与するのが通常である。軟磁性材料の飽和磁化は温度依存的であり、そのためシムにより生成される磁場は温度依存的となり変化する可能性（３０）がある。図示したような傾斜コイルの動作により変化する可能性がある飽和磁化の変化３０は、磁場ドリフト及び高調波ドリフト３２に寄与する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第７３７５５２６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、ＭＲ撮像及び画像再構成のために磁場ドリフト及び／または高調波ドリフトを特徴付けしかつ補償することが可能なシステム及び方法があることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様による磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）装置はＭＲＩシステム及びコンピュータを備える。このＭＲＩシステムは、磁場を発生するように構成されたマグネットと、複数の傾斜コイルと、ＭＲ画像を収集させるためにＲＦ信号をＲＦコイルアセンブリに送るためにパルスモジュールにより制御を受けるＲＦ送受信器システム及びＲＦスイッチと、を備える。コンピュータは、ＭＲスキャン中に印加しようとするパルスシーケンスを収集すること、並びにパルスシーケンスの複数の傾斜パルスのパワースペクトルを決定すること、を行うようにプログラムされている。コンピュータはさらに、パルスシーケンスの印加中の複数の傾斜コイルによる複数の傾斜パルスの印加に由来する磁場のドリフトを計算すること、並びにＭＲスキャン中にパルスシーケンスを印加すること、を行うようにプログラムされている。コンピュータはさらに、パルスシーケンスの印加に基づいてＭＲデータを収集すること、磁場に関する計算済みドリフトに基づいて収集ＭＲデータを補正すること、並びに補正済みのＭＲデータに基づいて画像を再構成すること、を行うようにプログラムされている。
【００１３】
本発明の別の態様による方法は、ＭＲスキャン中にパルスシーケンス内に印加しようとする複数の傾斜パルスのパワースペクトルを決定する工程と、パルスシーケンス中の複数の傾斜パルスの印加に由来する主磁場の磁場ドリフトを決定する工程と、ＭＲスキャン中にパルスシーケンスを印加する工程と、を含む。本方法はさらに、パルスシーケンスの印加に基づいてＭＲデータを収集する工程と、収集したＭＲデータを磁場ドリフトに基づいて補正する工程と、補正済みのＭＲデータに基づいて画像を再構成する工程と、を含む。
【００１４】
本発明の別の態様によるコンピュータプログラムをその上に保存した非一時的コンピュータ読み取り可能媒体は、コンピュータにより実行させたときに該コンピュータに対してＭＲスキャン中にパルスシーケンス内に印加しようとする複数の傾斜パルスのパワースペクトルを決定すること、並びに主磁場ドリフトを得るためにパワースペクトルの少なくとも１つの周波数に対する主磁場の依存性を特徴付けすること、を行わせる命令を含む。この命令はコンピュータに対してさらに、ＭＲスキャン中にパルスシーケンスを印加すること、パルスシーケンスの印加に基づいてＭＲデータを収集すること、収集したＭＲデータを主磁場ドリフトに基づいて補正すること、並びに補正済みのＭＲデータに基づいて画像を再構成すること、を行わせている。
【００１５】
別の様々な特徴及び利点については以下の詳細な説明及び図面から明らかとなろう。
【００１６】
図面では、本発明を実施するために目下のところ企図される実施形態を表している。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】傾斜動作を磁場ドリフト及び高調波ドリフトと相関させたブロック図である。
【図２】受動シムを介した磁場ドリフト及び高調波ドリフトに対する寄与を表したブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態による磁場及び／または高調波ドリフトに由来した収集ＭＲデータの補正のための技法を表した流れ図である。
【図４】本発明の一実施形態によるパルスシーケンス図表を表したプロットである。
【図５】本発明の一実施形態による図４のパルスシーケンス図表のパワースペクトルのプロットである。
【図６】本発明の一実施形態で使用するための例示的なＭＲ撮像システムのブロック概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施形態は、傾斜コイル動作で誘導される磁場ドリフト及び高調波ドリフトを特徴付けしかつモデル化するためのシステム及び方法を提供する。磁場ドリフト及び高調波ドリフトのモデルに基づいて、ＭＲスキャン中におけるそのリアルタイム補償を実施し画質を向上させることができる。
【００１９】
傾斜コイル動作の特徴付けには、Ｂ0及び／または高調波ドリフトを周波数の関数として特徴付けすることを含む。Ｂ0及び／または高調波ドリフトに関する周波数の関数としての特徴付けを決定した後、任意のＰＳＤパワースペクトルＰＷ（ｆ）に由来するＢ0及び／または高調波ドリフトを式１によって特徴付けすることが可能である。以下に記載する本発明の実施形態はＢ0ドリフトを対象とすることがあるが、当業者であれば高調波ドリフトによりこれに代えることができることを理解されよう。
【００２０】
所与のパルスシーケンス図表（ＰＳＤ）パワースペクトル（ＰＷ）に由来するＢ0ドリフトは、各傾斜軸ごとに次式で与えられる。
【００２１】
【数１】
【００２２】
時間領域では、式１はコンボリューション積分となる。時間量ｔの間に加えられる各ＰＳＤごとのＢ0ドリフト寄与は次式で与えられる。
【００２３】
【数２】
【００２４】
均一な時間Δｔにおいてサンプリングすると、コンボリューション積分（式２）を以下の総和によって近似することが可能である。
【００２５】
【数３】
【００２６】
Ｂ0の周波数依存性は、１）受動シム片加熱（Ｂ0shim）による寄与、２）常温ボア（ＷＢ）加熱（Ｂ0WB）による寄与、及び３）圧力変動（Ｂ0P）による寄与という３つの主要成分に分解することが可能である。Ｂ0の周波数依存性に関する表現は次式で与えられる。
【００２７】
【数４】
【００２８】
Ｂ0（ｆ）の各成分（すなわち、Ｂ0shim（ｆ）、Ｂ0WB（ｆ）及びＢ0P（ｆ））は、物理モデルベースの解析または数値シミュレーションからのそれぞれの成分の決定によるか、あるいは試験的計測によって特徴付けすることが可能である。
【００２９】
Ｂ0ドリフトに対するシム片からの支配的な寄与は、温度変化の結果としての磁化の変化に由来するものである。以下の検討は、本発明の一実施形態によるシム片に対するうず電流に由来するＢ0ドリフトの解析的決定を表している。
【００３０】
Ａ（ｒi）を第ｉ番目のシム片の箇所における傾斜に由来する磁気ベクトルポテンシャルとしてみると、次式となる。
【００３１】
【数５】
【００３２】
伝導率σを有する第ｉ番目の片に対するジュール加熱は次式で与えられる。
【００３３】
【数６】
【００３４】
次式が成り立つため、
【００３５】
【数７】
【００３６】
式６を次のように書き換えることができる。
【００３７】
【数８】
【００３８】
マクスウェルの方程式から、時変動する磁場に由来する電場は次式で与えられる。
【００３９】
【数９】
【００４０】
したがって次式が成り立つ。
【００４１】
【数１０】
【００４２】
したがってシム表面上で消費される総エネルギーは次式で表すことができる。
【００４３】
【数１１】
【００４４】
シム片内におけるパワー消費を式１１を用いて周波数の関数として計算した後、シム片内の温度上昇を次式によって決定することが可能である。
【００４５】
【数１２】
【００４６】
上式において、ｃ（Ｔ）はシム片材料の比熱容量である。キュリー温度（Ｔc）より十分に低い温度では、飽和磁化に関する温度依存は既知である。したがって第ｉ番目のシム片に由来する磁場（Ｂ０）は次式となる。
【００４７】
【数１３】
【００４８】
上式において、
【００４９】
【数１４】
【００５０】
でありかつｍ0は３００ケルビンにおける磁化である。
【００５１】
うず電流加熱に由来するシム片内の磁化変化によるＢ0ドリフトはしたがって、周波数の２乗で変動するように観察されることがある。
【００５２】
【数１５】
【００５３】
本発明の別の実施形態では、シム片内の磁化の変化に由来するＢ0ドリフトがシム片の温度変化と一緒に計測されることがある。この方式では、熱伝達の全メカニズムによるシム片内の磁化の変化に由来するＢ0ドリフトが計測を通じて正確に決定されることがある。
【００５４】
ＷＢに由来するＢ0ドリフトに対する支配的な寄与は、うず電流加熱の結果としての温度に伴う透磁率の変化によって主に生じている。この透磁率変化は、追加の未補償Ｂ０項及び常温ボアの磁化の変化を生じさせる。以下の検討は、本発明の一実施形態によるうず電流加熱によるＷＢに由来するＢ0ドリフトの解析的決定を表している。
【００５５】
Ａ（Ｒ，ｚ）をＷＢの表面上の箇所（Ｒ，ｚ）にある傾斜に由来するベクトルポテンシャルとすると、次式となる。
【００５６】
【数１６】
【００５７】
シム片上のうず電流に由来するＢ0ドリフトに関連して上で説明したのと同じ推論に従うと、ＷＢの表面上に誘導されるうず電流、またしたがって加熱及び磁場生成の結果としてうず電流により生じるＢ0磁場は次式のように表現することが可能である。
【００５８】
【数１７】
【００５９】
本発明の別の実施形態では、熱伝達の全メカニズムにより生じるＷＢに由来するＢ0ドリフトが常温ボアの温度変化と一緒に計測されることがある。この方式では、ＷＢに由来するＢ0ドリフトが計測を通じて決定されることがある。
【００６０】
圧力変化に由来するＢ0ドリフトは本発明の一実施形態に従って計測によって決定されることがある。例えばＢ0ドリフトは、圧力を例えば０．５ｐｓｉのステップで変化させて得られるＢ0ドリフトを計測することなどによって様々な圧力で計測されることがある。これについては別の圧力間隔も企図される。
【００６１】
図３は、本発明の一実施形態による磁場及び／または高調波ドリフトによる収集ＭＲデータを補正するための技法３４を表している。技法３４は、磁場及び／または高調波ドリフトを周波数の関数として特徴付けする工程を含む。ドリフトを特徴付けする工程は、ブロック３６におけるパルスシーケンスの収集で開始される。このパルスシーケンスは、撮像の間に使用される傾斜パルスを含む任意のパルスシーケンスとすることができる。ブロック３８では、パルスシーケンスの間に印加しようとする傾斜が時間領域で決定される。この傾斜の決定は、パルスシーケンス全体に基づいたパルスシーケンス図表（ＰＳＤ）の展開、あるいはＰＳＤの傾斜のみに基づく展開を含むことがある。
【００６２】
図４を参照すると、パルスシーケンスのＰＳＤ５６を表している。ＰＳＤ５６は、パルスシーケンス中に印加されることになる唯一の傾斜パルス５８を表している。傾斜パルス５８は、ｘ方向に印加されることになる第１の傾斜６０と、ｙ方向に印加されることになる第２の傾斜６２と、ｚ方向に印加されることになる第３の傾斜６４と、を含む。
【００６３】
図３に戻りブロック４０では、時間領域傾斜のパワースペクトル（ＰＷ）が決定される。ＰＷは、ＰＳＤの特定の周波数における傾斜の電流入力及びＡＣ抵抗からＩ（ｆ）2Ｒ（ｆ）のように決定されることがある。図５は、図４の傾斜パルス５８のＰＷに関するプロット６６を表している。決定した周波数６８に基づいて、Ｂ0及び／または高調波ドリフトに対する寄与を決定することが可能である。
【００６４】
再度図３を見るとブロック４２では、Ｂ0及び／または高調波ドリフトに関する周波数依存性が収集される。一実施形態ではこの周波数依存性を、コンピュータ読み取り可能記憶媒体上に保存されたデータベースから収集している。上述のようにこの周波数依存性は受動シム片加熱、ＷＢ加熱及び圧力変動による寄与を含む。
【００６５】
技法３４におけるＢ0及び／または高調波ドリフトの計算は、周波数領域で実施することも時間領域で実施することもできる。したがって、Ｂ0及び／または高調波ドリフトの計算を時間領域で実行したい場合は、技法３４はブロック４４においてブロック４０、４２における決定したＰＷ及び収集した周波数依存性を時間領域に変換する工程を含む。
【００６６】
周波数領域による場合でも時間領域による場合でも、決定したＰＷと周波数依存性の組み合わせに基づいてブロック４６においてＢ0及び／または高調波ドリフトが計算される。例えばＢ0ドリフトは上記の式１または２に基づいて計算されることがある。
【００６７】
ブロック４８では、ブロック３６で収集したパルスシーケンスがＭＲスキャン中に印加されると共に、ブロック５０においてスキャン中にＭＲデータが収集される。収集したＭＲデータはブロック５２において、ブロック４６で計算したＢ0及び／または高調波ドリフトに基づいて補正される。ブロック５４では補正済みのＭＲデータに基づいて、Ｂ0及び／または高調波ドリフトに由来するアーチファクトを低減させた画像が再構成される。
【００６８】
図６を参照すると、本発明の一実施形態を組み込んだ磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システム１１０の主要コンポーネントを表している。このシステムの動作はある種の機能のために、この例ではキーボードその他の入力デバイス１１３、制御パネル１１４及び表示画面１１６を含むオペレータコンソール１１２から制御を受けている。コンソール１１２は、オペレータが画像の作成及び表示画面１１６上への画像表示を制御できるようにする単独のコンピュータシステム１２０と、リンク１１８を介して連絡している。コンピュータシステム１２０は、バックプレーン１２０ａを介して互いに連絡した多くのモジュールを含む。これらのモジュールには、画像プロセッサモジュール１２２、ＣＰＵモジュール１２４、並びに画像データアレイを記憶するためのフレームバッファとして当技術分野で知られるメモリモジュール１２６が含まれる。コンピュータシステム１２０は、高速シリアルリンク１３４を介して単独のシステム制御部１３２と連絡している。入力デバイス１１３は、マウス、ジョイスティック、キーボード、トラックボール、タッチ作動スクリーン、光学読取り棒、音声制御器、カードリーダ、プッシュボタン、あるいは同様な任意の入力デバイスや同等の入力デバイスを含むことができ、また入力デバイス１３は対話式幾何学指定のために使用することができる。
【００６９】
システム制御部１３２は、バックプレーン１３２ａにより互いに接続させたモジュールの組を含んでいる。これらのモジュールには、ＣＰＵモジュール１３６や、シリアルリンク１４０を介してオペレータコンソール１１２に接続したパルス発生器モジュール１３８が含まれる。システム制御部１３２は、実行すべきスキャンシーケンスを指示するオペレータからのコマンドをこのリンク１４０を介して受け取っている。パルス発生器モジュール１３８は、各システムコンポーネントを動作させて所望のスキャンシーケンスを実行させ、発生させるＲＦパルスのタイミング、強度及び形状、並びにデータ収集ウィンドウのタイミング及び長さを指示するデータを発生させている。パルス発生器モジュール１３８は、スキャン中に発生させる傾斜パルスのタイミング及び形状を指示するために１組の傾斜増幅器１４２と接続させている。パルス発生器モジュール１３８はさらに、生理学的収集制御器１４４から患者データを受け取ることができ、この生理学的収集制御器１４４は、患者に装着した電極からのＥＣＧ信号など患者に接続した異なる多数のセンサからの信号を受け取っている。また最終的には、パルス発生器モジュール１３８はスキャン室インタフェース回路１４６と接続されており、スキャン室インタフェース回路１４６はさらに、患者及びマグネットシステムの状態に関連付けした様々なセンサからの信号を受け取っている。さらにこのスキャン室インタフェース回路１４６を介して、患者位置決めシステム１４８は患者を所望のスキャン位置まで移動させるコマンドを受け取っている。
【００７０】
パルス発生器モジュール１３８が発生させる傾斜波形は、Ｇｘ増幅器、Ｇｙ増幅器及びＧｚ増幅器を有する傾斜増幅器システム１４２に加えられる。各傾斜増幅器は、収集した信号の空間エンコードに使用する磁場傾斜を生成させるように全体を番号１５０で示す傾斜コイルアセンブリ内の物理的に対応する傾斜コイルを励起させている。傾斜磁場コイルアセンブリ１５０は、偏向マグネット１５４及び全身用ＲＦコイル１５６を含む共鳴アセンブリ１５２の一部を形成している。システム制御部１３２内の送受信器モジュール１５８は、ＲＦ増幅器１６０により増幅を受けて送信／受信スイッチ１６２によりＲＦコイル１５６に結合されるようなパルスを発生させている。患者内の励起された原子核が放出して得られた信号は、同じＲＦコイル１５６により検知し、送信／受信スイッチ１６２を介して前置増幅器１６４に結合させることがある。増幅したＭＲ信号は、送受信器１５８の受信器部分で復調され、フィルタ処理され、さらにディジタル化される。送信／受信スイッチ１６２は、パルス発生器モジュール１３８からの信号により制御し、送信モードではＲＦ増幅器１６０をコイル１５６と電気的に接続させ、受信モードでは前置増幅器１６４をコイル１５６に接続させている。送信／受信スイッチ１６２によりさらに、単独のＲＦコイル（例えば、表面コイル）を送信モードと受信モードとのいずれにおいても使用することが可能となる。
【００７１】
ＲＦコイル１５６により取り込まれたＭＲ信号は送受信器モジュール１５８によりディジタル化され、システム制御部１３２内のメモリモジュール１６６に転送される。未処理のｋ空間データのアレイをメモリモジュール１６６内に収集し終わると１回のスキャンが完了となる。この未処理のｋ空間データは、各画像を再構成させるように別々のｋ空間データアレイの形に配置し直しており、これらの各々は、データをフーリエ変換して画像データのアレイにするように動作するアレイプロセッサ１６８に入力される。この画像データはシリアルリンク１３４を介してコンピュータシステム１２０に送られ、コンピュータシステム１２０において画像データはメモリ内に保存される。この画像データは、オペレータコンソール１１２から受け取ったコマンドに応答するか、さもなければシステムのソフトウェアの指令に従って、長期記憶内にアーカイブされることや、画像プロセッサ１２２によりさらに処理してオペレータコンソール１１２に伝達しディスプレイ１１６上に提示したりすることがある。
【００７２】
開示した方法及び装置に関する技術的寄与は、傾斜コイル動作誘導による磁場ドリフトをモデル化するためのコンピュータ実現によるシステム及び方法を提供できることである。
【００７３】
本発明の実施形態がコンピュータプログラムをその上に保存したコンピュータ読み取り可能記憶媒体とインタフェースされこれにより制御され得ることは当業者であれば理解されよう。このコンピュータ読み取り可能記憶媒体は、電子構成要素、ハードウェア構成要素及び／またはコンピュータソフトウェア構成要素のうちの１つまたは幾つかなどの複数の構成要素を含む。これらの構成要素には、あるシーケンスの１つまたは複数の実現形態や実施形態のうちの１つの部分または複数の部分を実行するためにソフトウェア、ファームウェア及び／またはアセンブリ言語などの命令を保存するのが一般的である１つまたは複数のコンピュータ読み取り可能記憶媒体を含むことがある。これらのコンピュータ読み取り可能記憶媒体は非一時的及び／または実体的であるのが一般的である。こうしたコンピュータ読み取り可能記憶媒体の例には、コンピュータ及び／または記憶デバイスの記録可能なデータ記憶媒体が含まれる。コンピュータ読み取り可能記憶媒体は、例えば磁気式、電気式、光学式、生物学式及び／または原子式のデータ記憶媒体のうちの１つまたは幾つかを利用することがある。さらにこうした媒体は例えば、フレキシブルディスク、磁気テープ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ハードディスクドライブ及び／または電子式メモリの形態をとることがある。非一時的かつ／または実体的なコンピュータ読み取り可能記憶媒体に関するここに列挙していない別の形態も本発明の実施形態で利用することができる。
【００７４】
システムの一実現形態においてこうした構成要素を多数組み合わせたり分割したりすることが可能である。こうした構成要素はさらに、多くのプログラミング言語のいずれかによって記述されたまたはこれらを用いて実現されたコンピュータ命令組及び／または命令列を含むことがあることは当業者であれば理解されよう。さらに、１つまたは複数のコンピュータにより実行させたときに該１つまたは複数のコンピュータに対してあるシーケンスの１つまたは複数の実現形態や実施形態のうちの１つの部分または複数の部分を実行させるような命令シーケンスを表したコンピュータデータ信号を具現化するために、搬送波など別の形態をしたコンピュータ読み取り可能媒体を利用することがある。
【００７５】
本発明の一実施形態による磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）装置はＭＲＩシステム及びコンピュータを備える。このＭＲＩシステムは、磁場を発生するように構成されたマグネットと、複数の傾斜コイルと、ＭＲ画像を収集させるためにＲＦ信号をＲＦコイルアセンブリに送るためにパルスモジュールにより制御を受けるＲＦ送受信器システム及びＲＦスイッチと、を備える。コンピュータは、ＭＲスキャン中に印加しようとするパルスシーケンスを収集すること、並びにパルスシーケンスの複数の傾斜パルスのパワースペクトルを決定すること、を行うようにプログラムされている。コンピュータはさらに、パルスシーケンスの印加中の複数の傾斜コイルによる複数の傾斜パルスの印加に由来する磁場のドリフトを計算すること、並びにＭＲスキャン中にパルスシーケンスを印加すること、を行うようにプログラムされている。コンピュータはさらに、パルスシーケンスの印加に基づいてＭＲデータを収集すること、磁場に関する計算済みドリフトに基づいて収集ＭＲデータを補正すること、並びに補正済みのＭＲデータに基づいて画像を再構成すること、を行うようにプログラムされている。
【００７６】
本発明の別の実施形態による方法は、ＭＲスキャン中にパルスシーケンス内に印加しようとする複数の傾斜パルスのパワースペクトルを決定する工程と、パルスシーケンス中の複数の傾斜パルスの印加に由来する主磁場の磁場ドリフトを決定する工程と、ＭＲスキャン中にパルスシーケンスを印加する工程と、を含む。本方法はさらに、パルスシーケンスの印加に基づいてＭＲデータを収集する工程と、収集したＭＲデータを磁場ドリフトに基づいて補正する工程と、補正済みのＭＲデータに基づいて画像を再構成する工程と、を含む。
【００７７】
本発明の別の実施形態によるコンピュータプログラムをその上に保存した非一時的コンピュータ読み取り可能媒体は、コンピュータにより実行させたときに該コンピュータに対してＭＲスキャン中にパルスシーケンス内に印加しようとする複数の傾斜パルスのパワースペクトルを決定すること、並びに主磁場ドリフトを得るためにパワースペクトルの少なくとも１つの周波数に対する主磁場の依存性を特徴付けすること、を行わせる命令を含む。この命令はコンピュータに対してさらに、ＭＲスキャン中にパルスシーケンスを印加すること、パルスシーケンスの印加に基づいてＭＲデータを収集すること、収集したＭＲデータを主磁場ドリフトに基づいて補正すること、並びに補正済みのＭＲデータに基づいて画像を再構成すること、を行わせている。
【００７８】
この記載では、本発明（最適の形態を含む）を開示するため、並びに当業者による任意のデバイスやシステムの製作と使用及び組み込んだ任意の方法の実行を含む本発明の実施を可能にするために例を使用している。本発明の特許性のある範囲は本特許請求の範囲によって規定していると共に、当業者により行われる別の例を含むことができる。こうした別の例は、本特許請求の範囲の文字表記と異ならない構造要素を有する場合や、本特許請求の範囲の文字表記と実質的に差がない等価的な構造要素を有する場合があるが、本特許請求の範囲の域内にあるように意図したものである。
【符号の説明】
【００７９】
２ 傾斜動作
４ Ｂ0及び高調波ドリフト
６ 寄与要因
８ 常温ボア寄与
１０ 圧力変動
１２ 受動シム
１４ うず電流加熱
１６ その他の加熱メカニズム
１８ うず電流加熱
２０ その他の加熱メカニズム
２２ 切替式電磁場
２４ うず電流
２６ オーム損失
２８ 温度上昇
３０ 飽和磁化の変化
３２ 磁場ドリフト及び高調波ドリフト
５６ パルスシーケンス図表（ＰＳＤ）
５８ 傾斜パルス
６０ 第１の傾斜
６２ 第２の傾斜
６４ 第３の傾斜
６６ 傾斜パルスのＰＷのプロット
６８ 決定した周波数
１１０ 磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システム
１１２ オペレータコンソール
１１３ 入力デバイス
１１４ 制御パネル
１１６ 表示画面
１１８ リンク
１２０ コンピュータシステム
１２０ａ バックプレーン
１２２ 画像プロセッサモジュール
１２４ ＣＰＵモジュール
１２６ メモリモジュール
１３２ システム制御部
１３２ａ バックプレーン
１３４ 高速シリアルリンク
１３６ ＣＰＵモジュール
１３８ パルス発生器モジュール
１４０ シリアルリンク
１４２ 傾斜増幅器
１４４ 生理学的収集制御器
１４６ スキャン室インタフェース回路
１４８ 患者位置決めシステム
１５０ 傾斜コイルアセンブリ
１５２ 共鳴アセンブリ
１５４ 偏向マグネット
１５６ ＲＦコイル
１５８ 送受信器モジュール
１６０ ＲＦ増幅器
１６２ 送信／受信スイッチ
１６４ 前置増幅器
１６６ メモリモジュール
１６８ アレイプロセッサ
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は全般的にはＭＲ撮像に関し、またさらに詳細には、傾斜コイル動作の誘導による磁場及び／または高調波ドリフトをモデル化するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＲＩシステムやＮＭＲシステムでは、多数のコイルによって電流を伝達し、極めて強力で比較的均一な磁場を発生させている。この磁場のことを主磁場またはＢ0磁場と呼ぶことがある。人体組織などの物質を均一な磁場（偏向磁場Ｂ0）にかけると、組織中のスピンの個々の磁気モーメントはこの偏向磁場と整列しようとして、この周りをそのラーモアの特性周波数によってランダムな秩序で歳差運動することになる。この物質や組織に、ｘ−ｙ平面内にありラーモア周波数に近い周波数の磁場（励起磁場Ｂ1）がかけられると、正味の整列モーメント（すなわち、「縦磁化」）ＭZは、ｘ−ｙ平面内に来るように回転させられ（すなわち、「傾けられ（ｔｉｐｐｅｄ）」）、正味の横方向磁気モーメントＭtが生成される。励起信号Ｂ1を停止させた後、励起したスピンにより信号が放出され、さらにこの信号を受信し処理して画像を形成することができる。
【０００３】
これらの信号を用いて画像を作成する際には、磁場傾斜（Ｇx、Ｇy及びＧz）が利用される。典型的には、撮像しようとする領域は、使用する具体的な位置特定方法に従ってこれらの傾斜を変更させる一連の計測サイクルによりスキャンを受ける。得られた受信ＮＭＲ信号の組はディジタル化され、よく知られた多くの再構成技法のうちの１つを用いて画像を再構成するように処理される。
【０００４】
傾斜磁場（Ｇx、Ｇy及びＧz）は、均一ではなく各軸それぞれに沿った大きさが様々である。円筒状のマグネットシステムでは、主磁場を発生させるコイルをアキシャル方向に整列させている。典型的には傾斜コイルは、主磁場コイルの半径方向内側の管状空間に配置される。典型的な配列では傾斜コイルは、樹脂などのポッティングされた（ｐｏｔｔｅｄ）材料内に埋め込まれた抵抗性のワイヤを備える。
【０００５】
受動型シム配列は、傾斜コイルのポッティングした材料内に形成されたスロット内部にマグネット軸に対して平行な方向に収容したシムトレイを利用するのが通例である。このシムトレイは、その長さ方向に多数のポケットを含む。このポケット内部には、典型的には正方形または矩形をした平坦な鋼鉄片であるシム片が配置されており、さらに傾斜コイル内に来るようにシムトレイが装填される。
【０００６】
傾斜コイルの動作には使用されるパルスシーケンスに応じた一連の高速「オン−オフ」切替えが不可欠であるのが通例である。この傾斜動作が動作時にＢ0磁場ドリフト及び高調波ドリフトを生じさせる可能性があること、並びにその結果として画質が損なわれる可能性があることが知られている。こうした傾斜動作は、大量の鋼鉄製シムを使用してその均一性を維持させるようなフル受動型シムマグネットにとって特に有害である。
【０００７】
傾斜コイルの動作により生じるＢ0ドリフト及び高調波ドリフトは、マグネットシステム内の様々な構成要素に対して異なるメカニズムを介した複雑な依存関係を有する。図１は、傾斜動作を磁場ドリフト及び高調波ドリフトと相関させたブロック図を表している。第１のブロック２はＭＲスキャンシーケンス中に実施される傾斜動作を表している。例えば傾斜動作は、患者やスキャン対象のある具体的なスライスに関するＭＲデータを収集し得るようにパルスシーケンスに従ってＭＲシステムの傾斜コイルがパワー供給を受けるようなスピンエコーＭＲシーケンスにおいて実施されることがある。傾斜動作２は、常温ボア寄与８、圧力変動による寄与１０、及びＭＲシステム内の受動シム１２による寄与を含む複数の寄与要因６のためにＢ0及び高調波ドリフト４につながる可能性がある。Ｂ０及び高調波ドリフト４は画質の低下を生じさせる可能性がある。
【０００８】
常温ボア寄与８は例えば、うず電流加熱１４及び対流や伝導などのその他の加熱メカニズム１６に起因する可能性がある。圧力変動１０は例えば、誘導されるうず電流による傾斜コイルからヘリウム容器への熱伝達に起因する可能性があり、これがヘリウム容器内の圧力を上昇させる。さらにヘリウム容器内のヘリウム温度の変化は圧力変動１０を変化させることがある。さらに受動シム１２が、うず電流加熱１８やその他の加熱メカニズム２０によりＢ0及び高調波ドリフト４に影響を及ぼすことがある。
【０００９】
図２は、受動シムを通じた磁場ドリフト及び高調波ドリフトに対する寄与を表したブロック図である。傾斜コイルにより発生させる切替式の電磁場２２は、鋼鉄、鉄その他の強磁性体のシム内にオーム損失２６を生じさせるようなうず電流２４を誘導する可能性があり、これがシム内に温度上昇２８を生じさせる。さらに高温の傾斜表面及び傾斜冷却水からの熱伝達は、シム温度を変化させ、これによりシム磁化を変化させることになる。このシムは、簡易（ｅａｓｙ）軸に沿って主磁場により飽和するまで磁化させ、視野域（ＦＯＶ）内のＢ0磁場及び高調波に対して双極子として寄与するのが通常である。軟磁性材料の飽和磁化は温度依存的であり、そのためシムにより生成される磁場は温度依存的となり変化する可能性（３０）がある。図示したような傾斜コイルの動作により変化する可能性がある飽和磁化の変化３０は、磁場ドリフト及び高調波ドリフト３２に寄与する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第７３７５５２６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、ＭＲ撮像及び画像再構成のために磁場ドリフト及び／または高調波ドリフトを特徴付けしかつ補償することが可能なシステム及び方法があることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様による磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）装置はＭＲＩシステム及びコンピュータを備える。このＭＲＩシステムは、磁場を発生するように構成されたマグネットと、複数の傾斜コイルと、ＭＲ画像を収集させるためにＲＦ信号をＲＦコイルアセンブリに送るためにパルスモジュールにより制御を受けるＲＦ送受信器システム及びＲＦスイッチと、を備える。コンピュータは、ＭＲスキャン中に印加しようとするパルスシーケンスを収集すること、並びにパルスシーケンスの複数の傾斜パルスのパワースペクトルを決定すること、を行うようにプログラムされている。コンピュータはさらに、パルスシーケンスの印加中の複数の傾斜コイルによる複数の傾斜パルスの印加に由来する磁場のドリフトを計算すること、並びにＭＲスキャン中にパルスシーケンスを印加すること、を行うようにプログラムされている。コンピュータはさらに、パルスシーケンスの印加に基づいてＭＲデータを収集すること、磁場に関する計算済みドリフトに基づいて収集ＭＲデータを補正すること、並びに補正済みのＭＲデータに基づいて画像を再構成すること、を行うようにプログラムされている。
【００１３】
本発明の別の態様による方法は、ＭＲスキャン中にパルスシーケンス内に印加しようとする複数の傾斜パルスのパワースペクトルを決定する工程と、パルスシーケンス中の複数の傾斜パルスの印加に由来する主磁場の磁場ドリフトを決定する工程と、ＭＲスキャン中にパルスシーケンスを印加する工程と、を含む。本方法はさらに、パルスシーケンスの印加に基づいてＭＲデータを収集する工程と、収集したＭＲデータを磁場ドリフトに基づいて補正する工程と、補正済みのＭＲデータに基づいて画像を再構成する工程と、を含む。
【００１４】
本発明の別の態様によるコンピュータプログラムをその上に保存した非一時的コンピュータ読み取り可能媒体は、コンピュータにより実行させたときに該コンピュータに対してＭＲスキャン中にパルスシーケンス内に印加しようとする複数の傾斜パルスのパワースペクトルを決定すること、並びに主磁場ドリフトを得るためにパワースペクトルの少なくとも１つの周波数に対する主磁場の依存性を特徴付けすること、を行わせる命令を含む。この命令はコンピュータに対してさらに、ＭＲスキャン中にパルスシーケンスを印加すること、パルスシーケンスの印加に基づいてＭＲデータを収集すること、収集したＭＲデータを主磁場ドリフトに基づいて補正すること、並びに補正済みのＭＲデータに基づいて画像を再構成すること、を行わせている。
【００１５】
別の様々な特徴及び利点については以下の詳細な説明及び図面から明らかとなろう。
【００１６】
図面では、本発明を実施するために目下のところ企図される実施形態を表している。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】傾斜動作を磁場ドリフト及び高調波ドリフトと相関させたブロック図である。
【図２】受動シムを介した磁場ドリフト及び高調波ドリフトに対する寄与を表したブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態による磁場及び／または高調波ドリフトに由来した収集ＭＲデータの補正のための技法を表した流れ図である。
【図４】本発明の一実施形態によるパルスシーケンス図表を表したプロットである。
【図５】本発明の一実施形態による図４のパルスシーケンス図表のパワースペクトルのプロットである。
【図６】本発明の一実施形態で使用するための例示的なＭＲ撮像システムのブロック概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施形態は、傾斜コイル動作で誘導される磁場ドリフト及び高調波ドリフトを特徴付けしかつモデル化するためのシステム及び方法を提供する。磁場ドリフト及び高調波ドリフトのモデルに基づいて、ＭＲスキャン中におけるそのリアルタイム補償を実施し画質を向上させることができる。
【００１９】
傾斜コイル動作の特徴付けには、Ｂ0及び／または高調波ドリフトを周波数の関数として特徴付けすることを含む。Ｂ0及び／または高調波ドリフトに関する周波数の関数としての特徴付けを決定した後、任意のＰＳＤパワースペクトルＰＷ（ｆ）に由来するＢ0及び／または高調波ドリフトを式１によって特徴付けすることが可能である。以下に記載する本発明の実施形態はＢ0ドリフトを対象とすることがあるが、当業者であれば高調波ドリフトによりこれに代えることができることを理解されよう。
【００２０】
所与のパルスシーケンス図表（ＰＳＤ）パワースペクトル（ＰＷ）に由来するＢ0ドリフトは、各傾斜軸ごとに次式で与えられる。
【００２１】
【数１】
【００２２】
時間領域では、式１はコンボリューション積分となる。時間量ｔの間に加えられる各ＰＳＤごとのＢ0ドリフト寄与は次式で与えられる。
【００２３】
【数２】
【００２４】
均一な時間Δｔにおいてサンプリングすると、コンボリューション積分（式２）を以下の総和によって近似することが可能である。
【００２５】
【数３】
【００２６】
Ｂ0の周波数依存性は、１）受動シム片加熱（Ｂ0shim）による寄与、２）常温ボア（ＷＢ）加熱（Ｂ0WB）による寄与、及び３）圧力変動（Ｂ0P）による寄与という３つの主要成分に分解することが可能である。Ｂ0の周波数依存性に関する表現は次式で与えられる。
【００２７】
【数４】
【００２８】
Ｂ0（ｆ）の各成分（すなわち、Ｂ0shim（ｆ）、Ｂ0WB（ｆ）及びＢ0P（ｆ））は、物理モデルベースの解析または数値シミュレーションからのそれぞれの成分の決定によるか、あるいは試験的計測によって特徴付けすることが可能である。
【００２９】
Ｂ0ドリフトに対するシム片からの支配的な寄与は、温度変化の結果としての磁化の変化に由来するものである。以下の検討は、本発明の一実施形態によるシム片に対するうず電流に由来するＢ0ドリフトの解析的決定を表している。
【００３０】
Ａ（ｒi）を第ｉ番目のシム片の箇所における傾斜に由来する磁気ベクトルポテンシャルとしてみると、次式となる。
【００３１】
【数５】
【００３２】
伝導率σを有する第ｉ番目の片に対するジュール加熱は次式で与えられる。
【００３３】
【数６】
【００３４】
次式が成り立つため、
【００３５】
【数７】
【００３６】
式６を次のように書き換えることができる。
【００３７】
【数８】
【００３８】
マクスウェルの方程式から、時変動する磁場に由来する電場は次式で与えられる。
【００３９】
【数９】
【００４０】
したがって次式が成り立つ。
【００４１】
【数１０】
【００４２】
したがってシム表面上で消費される総エネルギーは次式で表すことができる。
【００４３】
【数１１】
【００４４】
シム片内におけるパワー消費を式１１を用いて周波数の関数として計算した後、シム片内の温度上昇を次式によって決定することが可能である。
【００４５】
【数１２】
【００４６】
上式において、ｃ（Ｔ）はシム片材料の比熱容量である。キュリー温度（Ｔc）より十分に低い温度では、飽和磁化に関する温度依存は既知である。したがって第ｉ番目のシム片に由来する磁場（Ｂ０）は次式となる。
【００４７】
【数１３】
【００４８】
上式において、
【００４９】
【数１４】
【００５０】
でありかつｍ0は３００ケルビンにおける磁化である。
【００５１】
うず電流加熱に由来するシム片内の磁化変化によるＢ0ドリフトはしたがって、周波数の２乗で変動するように観察されることがある。
【００５２】
【数１５】
【００５３】
本発明の別の実施形態では、シム片内の磁化の変化に由来するＢ0ドリフトがシム片の温度変化と一緒に計測されることがある。この方式では、熱伝達の全メカニズムによるシム片内の磁化の変化に由来するＢ0ドリフトが計測を通じて正確に決定されることがある。
【００５４】
ＷＢに由来するＢ0ドリフトに対する支配的な寄与は、うず電流加熱の結果としての温度に伴う透磁率の変化によって主に生じている。この透磁率変化は、追加の未補償Ｂ０項及び常温ボアの磁化の変化を生じさせる。以下の検討は、本発明の一実施形態によるうず電流加熱によるＷＢに由来するＢ0ドリフトの解析的決定を表している。
【００５５】
Ａ（Ｒ，ｚ）をＷＢの表面上の箇所（Ｒ，ｚ）にある傾斜に由来するベクトルポテンシャルとすると、次式となる。
【００５６】
【数１６】
【００５７】
シム片上のうず電流に由来するＢ0ドリフトに関連して上で説明したのと同じ推論に従うと、ＷＢの表面上に誘導されるうず電流、またしたがって加熱及び磁場生成の結果としてうず電流により生じるＢ0磁場は次式のように表現することが可能である。
【００５８】
【数１７】
【００５９】
本発明の別の実施形態では、熱伝達の全メカニズムにより生じるＷＢに由来するＢ0ドリフトが常温ボアの温度変化と一緒に計測されることがある。この方式では、ＷＢに由来するＢ0ドリフトが計測を通じて決定されることがある。
【００６０】
圧力変化に由来するＢ0ドリフトは本発明の一実施形態に従って計測によって決定されることがある。例えばＢ0ドリフトは、圧力を例えば０．５ｐｓｉのステップで変化させて得られるＢ0ドリフトを計測することなどによって様々な圧力で計測されることがある。これについては別の圧力間隔も企図される。
【００６１】
図３は、本発明の一実施形態による磁場及び／または高調波ドリフトによる収集ＭＲデータを補正するための技法３４を表している。技法３４は、磁場及び／または高調波ドリフトを周波数の関数として特徴付けする工程を含む。ドリフトを特徴付けする工程は、ブロック３６におけるパルスシーケンスの収集で開始される。このパルスシーケンスは、撮像の間に使用される傾斜パルスを含む任意のパルスシーケンスとすることができる。ブロック３８では、パルスシーケンスの間に印加しようとする傾斜が時間領域で決定される。この傾斜の決定は、パルスシーケンス全体に基づいたパルスシーケンス図表（ＰＳＤ）の展開、あるいはＰＳＤの傾斜のみに基づく展開を含むことがある。
【００６２】
図４を参照すると、パルスシーケンスのＰＳＤ５６を表している。ＰＳＤ５６は、パルスシーケンス中に印加されることになる唯一の傾斜パルス５８を表している。傾斜パルス５８は、ｘ方向に印加されることになる第１の傾斜６０と、ｙ方向に印加されることになる第２の傾斜６２と、ｚ方向に印加されることになる第３の傾斜６４と、を含む。
【００６３】
図３に戻りブロック４０では、時間領域傾斜のパワースペクトル（ＰＷ）が決定される。ＰＷは、ＰＳＤの特定の周波数における傾斜の電流入力及びＡＣ抵抗からＩ（ｆ）2Ｒ（ｆ）のように決定されることがある。図５は、図４の傾斜パルス５８のＰＷに関するプロット６６を表している。決定した周波数６８に基づいて、Ｂ0及び／または高調波ドリフトに対する寄与を決定することが可能である。
【００６４】
再度図３を見るとブロック４２では、Ｂ0及び／または高調波ドリフトに関する周波数依存性が収集される。一実施形態ではこの周波数依存性を、コンピュータ読み取り可能記憶媒体上に保存されたデータベースから収集している。上述のようにこの周波数依存性は受動シム片加熱、ＷＢ加熱及び圧力変動による寄与を含む。
【００６５】
技法３４におけるＢ0及び／または高調波ドリフトの計算は、周波数領域で実施することも時間領域で実施することもできる。したがって、Ｂ0及び／または高調波ドリフトの計算を時間領域で実行したい場合は、技法３４はブロック４４においてブロック４０、４２における決定したＰＷ及び収集した周波数依存性を時間領域に変換する工程を含む。
【００６６】
周波数領域による場合でも時間領域による場合でも、決定したＰＷと周波数依存性の組み合わせに基づいてブロック４６においてＢ0及び／または高調波ドリフトが計算される。例えばＢ0ドリフトは上記の式１または２に基づいて計算されることがある。
【００６７】
ブロック４８では、ブロック３６で収集したパルスシーケンスがＭＲスキャン中に印加されると共に、ブロック５０においてスキャン中にＭＲデータが収集される。収集したＭＲデータはブロック５２において、ブロック４６で計算したＢ0及び／または高調波ドリフトに基づいて補正される。ブロック５４では補正済みのＭＲデータに基づいて、Ｂ0及び／または高調波ドリフトに由来するアーチファクトを低減させた画像が再構成される。
【００６８】
図６を参照すると、本発明の一実施形態を組み込んだ磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システム１１０の主要コンポーネントを表している。このシステムの動作はある種の機能のために、この例ではキーボードその他の入力デバイス１１３、制御パネル１１４及び表示画面１１６を含むオペレータコンソール１１２から制御を受けている。コンソール１１２は、オペレータが画像の作成及び表示画面１１６上への画像表示を制御できるようにする単独のコンピュータシステム１２０と、リンク１１８を介して連絡している。コンピュータシステム１２０は、バックプレーン１２０ａを介して互いに連絡した多くのモジュールを含む。これらのモジュールには、画像プロセッサモジュール１２２、ＣＰＵモジュール１２４、並びに画像データアレイを記憶するためのフレームバッファとして当技術分野で知られるメモリモジュール１２６が含まれる。コンピュータシステム１２０は、高速シリアルリンク１３４を介して単独のシステム制御部１３２と連絡している。入力デバイス１１３は、マウス、ジョイスティック、キーボード、トラックボール、タッチ作動スクリーン、光学読取り棒、音声制御器、カードリーダ、プッシュボタン、あるいは同様な任意の入力デバイスや同等の入力デバイスを含むことができ、また入力デバイス１３は対話式幾何学指定のために使用することができる。
【００６９】
システム制御部１３２は、バックプレーン１３２ａにより互いに接続させたモジュールの組を含んでいる。これらのモジュールには、ＣＰＵモジュール１３６や、シリアルリンク１４０を介してオペレータコンソール１１２に接続したパルス発生器モジュール１３８が含まれる。システム制御部１３２は、実行すべきスキャンシーケンスを指示するオペレータからのコマンドをこのリンク１４０を介して受け取っている。パルス発生器モジュール１３８は、各システムコンポーネントを動作させて所望のスキャンシーケンスを実行させ、発生させるＲＦパルスのタイミング、強度及び形状、並びにデータ収集ウィンドウのタイミング及び長さを指示するデータを発生させている。パルス発生器モジュール１３８は、スキャン中に発生させる傾斜パルスのタイミング及び形状を指示するために１組の傾斜増幅器１４２と接続させている。パルス発生器モジュール１３８はさらに、生理学的収集制御器１４４から患者データを受け取ることができ、この生理学的収集制御器１４４は、患者に装着した電極からのＥＣＧ信号など患者に接続した異なる多数のセンサからの信号を受け取っている。また最終的には、パルス発生器モジュール１３８はスキャン室インタフェース回路１４６と接続されており、スキャン室インタフェース回路１４６はさらに、患者及びマグネットシステムの状態に関連付けした様々なセンサからの信号を受け取っている。さらにこのスキャン室インタフェース回路１４６を介して、患者位置決めシステム１４８は患者を所望のスキャン位置まで移動させるコマンドを受け取っている。
【００７０】
パルス発生器モジュール１３８が発生させる傾斜波形は、Ｇｘ増幅器、Ｇｙ増幅器及びＧｚ増幅器を有する傾斜増幅器システム１４２に加えられる。各傾斜増幅器は、収集した信号の空間エンコードに使用する磁場傾斜を生成させるように全体を番号１５０で示す傾斜コイルアセンブリ内の物理的に対応する傾斜コイルを励起させている。傾斜磁場コイルアセンブリ１５０は、偏向マグネット１５４及び全身用ＲＦコイル１５６を含む共鳴アセンブリ１５２の一部を形成している。システム制御部１３２内の送受信器モジュール１５８は、ＲＦ増幅器１６０により増幅を受けて送信／受信スイッチ１６２によりＲＦコイル１５６に結合されるようなパルスを発生させている。患者内の励起された原子核が放出して得られた信号は、同じＲＦコイル１５６により検知し、送信／受信スイッチ１６２を介して前置増幅器１６４に結合させることがある。増幅したＭＲ信号は、送受信器１５８の受信器部分で復調され、フィルタ処理され、さらにディジタル化される。送信／受信スイッチ１６２は、パルス発生器モジュール１３８からの信号により制御し、送信モードではＲＦ増幅器１６０をコイル１５６と電気的に接続させ、受信モードでは前置増幅器１６４をコイル１５６に接続させている。送信／受信スイッチ１６２によりさらに、単独のＲＦコイル（例えば、表面コイル）を送信モードと受信モードとのいずれにおいても使用することが可能となる。
【００７１】
ＲＦコイル１５６により取り込まれたＭＲ信号は送受信器モジュール１５８によりディジタル化され、システム制御部１３２内のメモリモジュール１６６に転送される。未処理のｋ空間データのアレイをメモリモジュール１６６内に収集し終わると１回のスキャンが完了となる。この未処理のｋ空間データは、各画像を再構成させるように別々のｋ空間データアレイの形に配置し直しており、これらの各々は、データをフーリエ変換して画像データのアレイにするように動作するアレイプロセッサ１６８に入力される。この画像データはシリアルリンク１３４を介してコンピュータシステム１２０に送られ、コンピュータシステム１２０において画像データはメモリ内に保存される。この画像データは、オペレータコンソール１１２から受け取ったコマンドに応答するか、さもなければシステムのソフトウェアの指令に従って、長期記憶内にアーカイブされることや、画像プロセッサ１２２によりさらに処理してオペレータコンソール１１２に伝達しディスプレイ１１６上に提示したりすることがある。
【００７２】
開示した方法及び装置に関する技術的寄与は、傾斜コイル動作誘導による磁場ドリフトをモデル化するためのコンピュータ実現によるシステム及び方法を提供できることである。
【００７３】
本発明の実施形態がコンピュータプログラムをその上に保存したコンピュータ読み取り可能記憶媒体とインタフェースされこれにより制御され得ることは当業者であれば理解されよう。このコンピュータ読み取り可能記憶媒体は、電子構成要素、ハードウェア構成要素及び／またはコンピュータソフトウェア構成要素のうちの１つまたは幾つかなどの複数の構成要素を含む。これらの構成要素には、あるシーケンスの１つまたは複数の実現形態や実施形態のうちの１つの部分または複数の部分を実行するためにソフトウェア、ファームウェア及び／またはアセンブリ言語などの命令を保存するのが一般的である１つまたは複数のコンピュータ読み取り可能記憶媒体を含むことがある。これらのコンピュータ読み取り可能記憶媒体は非一時的及び／または実体的であるのが一般的である。こうしたコンピュータ読み取り可能記憶媒体の例には、コンピュータ及び／または記憶デバイスの記録可能なデータ記憶媒体が含まれる。コンピュータ読み取り可能記憶媒体は、例えば磁気式、電気式、光学式、生物学式及び／または原子式のデータ記憶媒体のうちの１つまたは幾つかを利用することがある。さらにこうした媒体は例えば、フレキシブルディスク、磁気テープ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ハードディスクドライブ及び／または電子式メモリの形態をとることがある。非一時的かつ／または実体的なコンピュータ読み取り可能記憶媒体に関するここに列挙していない別の形態も本発明の実施形態で利用することができる。
【００７４】
システムの一実現形態においてこうした構成要素を多数組み合わせたり分割したりすることが可能である。こうした構成要素はさらに、多くのプログラミング言語のいずれかによって記述されたまたはこれらを用いて実現されたコンピュータ命令組及び／または命令列を含むことがあることは当業者であれば理解されよう。さらに、１つまたは複数のコンピュータにより実行させたときに該１つまたは複数のコンピュータに対してあるシーケンスの１つまたは複数の実現形態や実施形態のうちの１つの部分または複数の部分を実行させるような命令シーケンスを表したコンピュータデータ信号を具現化するために、搬送波など別の形態をしたコンピュータ読み取り可能媒体を利用することがある。
【００７５】
本発明の一実施形態による磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）装置はＭＲＩシステム及びコンピュータを備える。このＭＲＩシステムは、磁場を発生するように構成されたマグネットと、複数の傾斜コイルと、ＭＲ画像を収集させるためにＲＦ信号をＲＦコイルアセンブリに送るためにパルスモジュールにより制御を受けるＲＦ送受信器システム及びＲＦスイッチと、を備える。コンピュータは、ＭＲスキャン中に印加しようとするパルスシーケンスを収集すること、並びにパルスシーケンスの複数の傾斜パルスのパワースペクトルを決定すること、を行うようにプログラムされている。コンピュータはさらに、パルスシーケンスの印加中の複数の傾斜コイルによる複数の傾斜パルスの印加に由来する磁場のドリフトを計算すること、並びにＭＲスキャン中にパルスシーケンスを印加すること、を行うようにプログラムされている。コンピュータはさらに、パルスシーケンスの印加に基づいてＭＲデータを収集すること、磁場に関する計算済みドリフトに基づいて収集ＭＲデータを補正すること、並びに補正済みのＭＲデータに基づいて画像を再構成すること、を行うようにプログラムされている。
【００７６】
本発明の別の実施形態による方法は、ＭＲスキャン中にパルスシーケンス内に印加しようとする複数の傾斜パルスのパワースペクトルを決定する工程と、パルスシーケンス中の複数の傾斜パルスの印加に由来する主磁場の磁場ドリフトを決定する工程と、ＭＲスキャン中にパルスシーケンスを印加する工程と、を含む。本方法はさらに、パルスシーケンスの印加に基づいてＭＲデータを収集する工程と、収集したＭＲデータを磁場ドリフトに基づいて補正する工程と、補正済みのＭＲデータに基づいて画像を再構成する工程と、を含む。
【００７７】
本発明の別の実施形態によるコンピュータプログラムをその上に保存した非一時的コンピュータ読み取り可能媒体は、コンピュータにより実行させたときに該コンピュータに対してＭＲスキャン中にパルスシーケンス内に印加しようとする複数の傾斜パルスのパワースペクトルを決定すること、並びに主磁場ドリフトを得るためにパワースペクトルの少なくとも１つの周波数に対する主磁場の依存性を特徴付けすること、を行わせる命令を含む。この命令はコンピュータに対してさらに、ＭＲスキャン中にパルスシーケンスを印加すること、パルスシーケンスの印加に基づいてＭＲデータを収集すること、収集したＭＲデータを主磁場ドリフトに基づいて補正すること、並びに補正済みのＭＲデータに基づいて画像を再構成すること、を行わせている。
【００７８】
この記載では、本発明（最適の形態を含む）を開示するため、並びに当業者による任意のデバイスやシステムの製作と使用及び組み込んだ任意の方法の実行を含む本発明の実施を可能にするために例を使用している。本発明の特許性のある範囲は本特許請求の範囲によって規定していると共に、当業者により行われる別の例を含むことができる。こうした別の例は、本特許請求の範囲の文字表記と異ならない構造要素を有する場合や、本特許請求の範囲の文字表記と実質的に差がない等価的な構造要素を有する場合があるが、本特許請求の範囲の域内にあるように意図したものである。
【符号の説明】
【００７９】
２ 傾斜動作
４ Ｂ0及び高調波ドリフト
６ 寄与要因
８ 常温ボア寄与
１０ 圧力変動
１２ 受動シム
１４ うず電流加熱
１６ その他の加熱メカニズム
１８ うず電流加熱
２０ その他の加熱メカニズム
２２ 切替式電磁場
２４ うず電流
２６ オーム損失
２８ 温度上昇
３０ 飽和磁化の変化
３２ 磁場ドリフト及び高調波ドリフト
５６ パルスシーケンス図表（ＰＳＤ）
５８ 傾斜パルス
６０ 第１の傾斜
６２ 第２の傾斜
６４ 第３の傾斜
６６ 傾斜パルスのＰＷのプロット
６８ 決定した周波数
１１０ 磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システム
１１２ オペレータコンソール
１１３ 入力デバイス
１１４ 制御パネル
１１６ 表示画面
１１８ リンク
１２０ コンピュータシステム
１２０ａ バックプレーン
１２２ 画像プロセッサモジュール
１２４ ＣＰＵモジュール
１２６ メモリモジュール
１３２ システム制御部
１３２ａ バックプレーン
１３４ 高速シリアルリンク
１３６ ＣＰＵモジュール
１３８ パルス発生器モジュール
１４０ シリアルリンク
１４２ 傾斜増幅器
１４４ 生理学的収集制御器
１４６ スキャン室インタフェース回路
１４８ 患者位置決めシステム
１５０ 傾斜コイルアセンブリ
１５２ 共鳴アセンブリ
１５４ 偏向マグネット
１５６ ＲＦコイル
１５８ 送受信器モジュール
１６０ ＲＦ増幅器
１６２ 送信／受信スイッチ
１６４ 前置増幅器
１６６ メモリモジュール
１６８ アレイプロセッサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システム（１０）であって、
磁場を発生させるように構成されたマグネット（５４）と、
複数の傾斜コイル（５０）と、
ＭＲ画像を収集するようにＲＦ信号をＲＦコイルアセンブリ（５６）に送信するようにパルスモジュール（３８）により制御を受けるＲＦ送受信器システム（５８）及びＲＦスイッチ（６２）と、
を有するＭＲＩシステム（１０）と、
コンピュータ（２０）であって、
ＭＲスキャン中に印加されるパルスシーケンスを収集すること、
パルスシーケンスの複数の傾斜パルスに関するパワースペクトルを決定すること、
パルスシーケンスの印加中の複数の傾斜コイルによる複数の傾斜パルスの印加に由来する磁場のドリフトを計算すること、
ＭＲスキャン中にパルスシーケンスを印加すること、
パルスシーケンスの印加に基づいてＭＲデータを収集すること、
磁場に関する計算済みドリフトに基づいて収集ＭＲデータを補正すること、
補正済みのＭＲデータに基づいて画像を再構成すること、
を行うようにプログラムされたコンピュータ（２０）と、
を備える磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）装置。
【請求項２】
前記ＭＲＩシステムはさらに、複数の傾斜コイルに隣接して位置決めされた複数の受動シム片（１２）を備えること、並びに
前記コンピュータ（２０）はドリフトを計算するようにプログラムされる際に、前記受動シム片（１２）の加熱に基づいてドリフトを計算するようにプログラムされること、を特徴とする請求項１に記載のＭＲＩ装置。
【請求項３】
前記コンピュータ（２０）はさらに、ドリフト周波数依存性のモデルを収集するようにプログラムされること、並びに
前記コンピュータ（２０）はドリフトを計算するようにプログラムされる際に、パワースペクトルの少なくとも１つの周波数に基づきかつ前記ドリフト周波数依存性のモデルに基づいてドリフトを計算するようにプログラムされること、を特徴とする請求項１に記載のＭＲＩ装置。
【請求項４】
前記ドリフト周波数依存性のモデルの第１成分は受動シム片加熱に由来する寄与を含むこと、
前記ドリフト周波数依存性のモデルの第２成分は常温ボア加熱に由来する寄与を含むこと、並びに
前記ドリフト周波数依存性のモデルの第３成分は圧力変動に由来する寄与を含むこと、を特徴とする請求項３に記載のＭＲＩ装置。
【請求項５】
前記コンピュータ（２０）は、前記第１成分を物理モデルベースの解析シミュレーションから決定するようにプログラムされる、請求項４に記載のＭＲＩ装置。
【請求項６】
前記コンピュータ（２０）は、前記第２成分を物理モデルベースの解析シミュレーションから決定するようにプログラムされる、請求項４に記載のＭＲＩ装置。
【請求項７】
前記コンピュータ（２０）は、前記第３成分を試験的計測により決定するようにプログラムされる、請求項４に記載のＭＲＩ装置。
【請求項８】
前記ドリフト周波数依存性のモデルの第４成分はヘリウム温度変化に由来する寄与を含む、請求項４に記載のＭＲＩ装置。
【請求項９】
前記コンピュータ（２０）はドリフト周波数依存性のモデルを収集するようにプログラムされる際に、ドリフト周波数依存性のモデルをコンピュータ読み取り可能記憶媒体上に保存されたデータベースから収集するようにプログラムされる、請求項３に記載のＭＲＩ装置。
【請求項１０】
前記コンピュータ（２０）はドリフトを計算するようにプログラムされる際に、Ｂ0ドリフトを計算するようにプログラムされる、請求項１に記載のＭＲＩ装置。
【請求項１】
磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システム（１０）であって、
磁場を発生させるように構成されたマグネット（５４）と、
複数の傾斜コイル（５０）と、
ＭＲ画像を収集するようにＲＦ信号をＲＦコイルアセンブリ（５６）に送信するようにパルスモジュール（３８）により制御を受けるＲＦ送受信器システム（５８）及びＲＦスイッチ（６２）と、
を有するＭＲＩシステム（１０）と、
コンピュータ（２０）であって、
ＭＲスキャン中に印加されるパルスシーケンスを収集すること、
パルスシーケンスの複数の傾斜パルスに関するパワースペクトルを決定すること、
パルスシーケンスの印加中の複数の傾斜コイルによる複数の傾斜パルスの印加に由来する磁場のドリフトを計算すること、
ＭＲスキャン中にパルスシーケンスを印加すること、
パルスシーケンスの印加に基づいてＭＲデータを収集すること、
磁場に関する計算済みドリフトに基づいて収集ＭＲデータを補正すること、
補正済みのＭＲデータに基づいて画像を再構成すること、
を行うようにプログラムされたコンピュータ（２０）と、
を備える磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）装置。
【請求項２】
前記ＭＲＩシステムはさらに、複数の傾斜コイルに隣接して位置決めされた複数の受動シム片（１２）を備えること、並びに
前記コンピュータ（２０）はドリフトを計算するようにプログラムされる際に、前記受動シム片（１２）の加熱に基づいてドリフトを計算するようにプログラムされること、を特徴とする請求項１に記載のＭＲＩ装置。
【請求項３】
前記コンピュータ（２０）はさらに、ドリフト周波数依存性のモデルを収集するようにプログラムされること、並びに
前記コンピュータ（２０）はドリフトを計算するようにプログラムされる際に、パワースペクトルの少なくとも１つの周波数に基づきかつ前記ドリフト周波数依存性のモデルに基づいてドリフトを計算するようにプログラムされること、を特徴とする請求項１に記載のＭＲＩ装置。
【請求項４】
前記ドリフト周波数依存性のモデルの第１成分は受動シム片加熱に由来する寄与を含むこと、
前記ドリフト周波数依存性のモデルの第２成分は常温ボア加熱に由来する寄与を含むこと、並びに
前記ドリフト周波数依存性のモデルの第３成分は圧力変動に由来する寄与を含むこと、を特徴とする請求項３に記載のＭＲＩ装置。
【請求項５】
前記コンピュータ（２０）は、前記第１成分を物理モデルベースの解析シミュレーションから決定するようにプログラムされる、請求項４に記載のＭＲＩ装置。
【請求項６】
前記コンピュータ（２０）は、前記第２成分を物理モデルベースの解析シミュレーションから決定するようにプログラムされる、請求項４に記載のＭＲＩ装置。
【請求項７】
前記コンピュータ（２０）は、前記第３成分を試験的計測により決定するようにプログラムされる、請求項４に記載のＭＲＩ装置。
【請求項８】
前記ドリフト周波数依存性のモデルの第４成分はヘリウム温度変化に由来する寄与を含む、請求項４に記載のＭＲＩ装置。
【請求項９】
前記コンピュータ（２０）はドリフト周波数依存性のモデルを収集するようにプログラムされる際に、ドリフト周波数依存性のモデルをコンピュータ読み取り可能記憶媒体上に保存されたデータベースから収集するようにプログラムされる、請求項３に記載のＭＲＩ装置。
【請求項１０】
前記コンピュータ（２０）はドリフトを計算するようにプログラムされる際に、Ｂ0ドリフトを計算するようにプログラムされる、請求項１に記載のＭＲＩ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−７５８６５（Ｐ２０１２−７５８６５Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８８０７５（Ｐ２０１１−１８８０７５）
【出願日】平成２３年８月３１日（２０１１．８．３１）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３１日（２０１１．８．３１）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
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