DE112012004208T5

DE112012004208T5 - Magnetresonanzabbildungsvorrichtung und Messverfahren für die Verteilung eines eingestrahlten Magnetfelds

Info

Publication number: DE112012004208T5
Application number: DE112012004208.5T
Authority: DE
Inventors: Kosuke Ito; Masahiro Takizawa
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2011-11-08
Filing date: 2012-10-31
Publication date: 2014-09-18
Also published as: WO2013069513A1; JPWO2013069513A1; JP6017443B2; US10162027B2; US20140253121A1; CN103874458A; CN103874458B

Abstract

Zur Bestimmung der Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds für jeden Kanal einer Mehrkanal-Sende-HF-Spule mit hoher Geschwindigkeit wird für mehrere Kanäle, die alle oder einige der Kanäle der Sendespule umfassen, durch Einstrahlung mit einem Kanal oder einer Kombination von zwei oder mehr Kanälen eine Abbildung aufgenommen, die Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds bei einer Einstrahlung mit allen der mehreren Kanäle aufgenommen, und die Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds für jeden Kanal unter Verwendung der aufgenommenen Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds für alle der mehreren Kanäle und der Phasendifferenz berechnet, die aus der Abbildung für jeden Kanal und der Abbildung für alle der mehreren Kanäle bestimmt wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Magnetresonanzabbildungsvorrichtung (im folgenden als MRI-Vorrichtung bezeichnet) und insbesondere eine MRI-Vorrichtung mit einer Funktion zum Messen der Verteilung des von einer Magnetspule zum Einstrahlen eines Hochfrequenz-Magnetfeldes auf ein Objekt eingestrahlten Magnetfelds.
Stand der Technik
Eine MRI-Vorrichtung ist eine Vorrichtung zum Messen eines kernmagnetischen Resonanzsignals, das beim Anlegen eines hochfrequenten Magnetfeldimpulses an ein Objekt erzeugt wird, das sich in einem homogenen statischen Magnetfeld befindet, und zum Erstellen einer Abbildung des Objekts durch eine arithmetische Verarbeitung des kernmagnetischen Resonanzsignals. Das starke statische Magnetfeld, in dem das Objekt angeordnet wird, wird von einer Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung erzeugt, um eine Abbildung mit einem hohen Rauschabstand zu erhalten.
Mit der Entwicklung von supraleitenden Magneten kamen in den letzten Jahren MRI-Vorrichtungen mit einem starken Magnetfeld in Gebrauch, mit denen ein Magnetfeld von 3 T und mehr erreicht wird. Eine solche Hochmagnetfeld-MRI-Vorrichtung läßt zwar einen hohen Rauschabstand erwarten, es gibt jedoch das Problem, daß bei der Abbildung eines Bauchraumes und dergleichen Unregelmäßigkeiten auftreten. Einer der Faktoren für die Unregelmäßigkeiten ist die Inhomogenität der Magnetfeldverteilung (B1-Verteilung) des hochfrequenten Magnetfeldimpulses (auch als HF-Sendeimpuls bezeichnet), der den Kernspin im Gewebe des Objekts anregt. Da die Resonanzfrequenz bei der Anregung mit dem hochfrequenten Magnetfeld proportional zur Stärke des statischen Magnetfelds ist, ist es bei der Hochmagnetfeld-MRI erforderlich, ein Magnetfeld mit einer höheren Frequenz einzustrahlen als das früher der Fall war. Damit kommt die Wellenlänge des hochfrequenten Magnetfelds in eine Größenordnung, die mit der Größe eines lebenden Körpers (insbesondere dessen Bauchraums) vergleichbar ist. Aus diesem Grund verändert sich die Phase des hochfrequenten Magnetfelds in Abhängigkeit von der Position im lebenden Körper, und diese Veränderung erscheint in der Abbildung als Unregelmäßigkeit.
Als Technik zum Aufheben der Inhomogenität des hochfrequenten Magnetfelds ist der HF-Abgleich bekannt. Beim HF-Abgleich wird eine HF-Sendespule mit mehreren Kanälen verwendet, und die Stärke und Phase des in jedem der Kanäle erzeugten HF-Impulses wird separat gesteuert, wodurch die Inhomogenität in der B1-Verteilung verringert wird. Um die Stärke und Phase der HF-Impulse in jedem der Kanäle zu bestimmen, ist es erforderlich, die B1-Verteilung in jedem Kanal für jedes Objekt und jeden Abbildungsbereich zu kennen. Es wurden deshalb verschiedene Meßverfahren für die B1-Verteilung vorgeschlagen.
Das allgemeine Verfahren zum Messen der B1-Verteilung wird Doppelwinkelverfahren (DAM-Verfahren) genannt. Dabei wird die B1-Verteilung durch eine arithmetische Operation an einer unter Verwendung eines HF-Impulses bei einem beliebigen Kippwinkel erhaltenen Abbildung und einer unter Verwendung eines HF-Impulses mit dem doppelten Kippwinkel erhaltenen Abbildung gemessen (Nicht-Patent-Druckschrift 1). Es gibt auch ein Verfahren, bei dem das Verhältnis einer unmittelbar vor einer Vorimpulsanwendung aufgenommenen Abbildung und einer ohne Vorimpulsanwendung aufgenommenen Abbildung zum Berechnen der B1-Verteilung verwendet wird (Nicht-Patent-Druckschrift 2) und ein Verfahren (tatsächliches Kippwinkelverfahren; AFI), bei dem Abbildungsdaten unter Verwendung eines Satzes von Impulsfolgen mit unterschiedlichem TR mit HF-Impulsen bei dem gleichen Kippwinkel aufgenommen werden und die B1-Verteilung aus dem Signalverhältnis der Abbildungsdaten und des TR-Verhältnisses berechnet wird (Nicht-Patent-Druckschrift 3).
Nicht-Patent-Druckschriften

[Nicht-Patent-Druckschrift 1] Insko EK, Bolinger L: ”Mapping of the Radiofrequenzy Field”, Journal of Magnetic Resonance, Serie A 1993; 103: 82–85
[Nicht-Patent-Druckschrift 2] H. –P. Fautz, M. Vogel, P. Gross, A. Kerr und Y. Zur: ”B1 Mapping of Coil Arrays for Parallel Transmission”, Proc. Intl. Soc. Mag. Reson. Med. 16 (2008), 1247
[Nicht-Patent-Druckschrift 3] Yarnykh VL: ”Actual Flip-Angle Imaging in the Pulsed Steady State: A Method for Rapid Three-Dimensional Mapping of the Transmitted Radiofrequency Field”; Magn. Reson. Med. 2007; 57: 192–200

Zusammenfassende Darstellung der Erfindung
Technisches Problem
Bei dem oben beschriebenen HF-Abgleich ist es erforderlich, die Verteilung des eingestrahlten Magnetfeldes für jeden Kanal der HF-Sendespule zu messen, wenn das beschriebene Verfahren zum Messen der Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds für jeden Kanal verwendet wird, so daß der Aufwand für die Messung der Verteilung des Magnetfelds proportional zur Anzahl der Kanäle ansteigt. Bei der Messung der Verteilung des eingestrahlten Magnetfeldes für jeden Kanal gibt es in dem jeweils interessierenden Bereich eine Anzahl von Bereichen mit geringer Magnetfeldstärke, so daß eine genaue Messung schwierig ist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Verteilung des eingestrahlten Magnetfeldes für jeden Kanal einer Mehrkanal-HF-Sendespule mit hoher Geschwindigkeit zu bestimmen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Abnahme der Genauigkeit bei der Messung der Verteilung des eingestrahlten Magnetfeldes für jeden Kanal zu verhindern.
Lösung des Problems
Zur Lösung des obigen Problems wird bei der vorliegenden Erfindung zum Berechnen der Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds für jeden Kanal einer MRI-Vorrichtung mit einer Sendespule mit zwei oder mehr Kanälen für mehrere Kanäle, die einen Teil oder die Gesamtheit der Sendespule ausmachen, durch Einstrahlen mit einem Kanal oder einer Kombination von zwei oder mehr Kanälen eine Abbildung aufgenommen, die Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds bei der Bestrahlung mit allen der mehreren Kanäle aufgenommen und die Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds für jeden einzelnen Kanal unter Verwendung der aufgenommenen Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds aller der mehreren Kanäle und der aus der Abbildung jedes Kanals und der Abbildung aller der mehreren Kanäle berechneten Phasendifferenz berechnet.
Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
Bei der vorliegenden Erfindung reicht es aus, die vergleichsweise zeitaufwendige Messung der Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds einmal für die gesamte Sendespule durchzuführen, wobei dann die Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds für jeden einzelnen Kanal durch eine arithmetische Verknüpfung der gemessenen Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds mit Abbildungsdaten erhalten wird. Es ist damit möglich, die für die Messung der Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds erforderliche Meßzeit deutlich zu verringern.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt einen Überblick über eine MRI-Vorrichtung, bei der die vorliegende Erfindung angewendet wird.
2 ist eine Funktionsblockdarstellung einer Steuereinheit für eine erste bis vierte Ausführungsform.
3 ist ein Flußdiagramm für eine Ausführungsform des Betriebs der erfindungsgemäßen MRI-Vorrichtung.
4 ist eine Darstellung der Impulsfolgen bei der Messung einer B1-Verteilung bei einer ersten Ausführungsform.
5 ist eine Darstellung zur Erläuterung des Konzepts der Berechnung der B1-Verteilung bei der ersten Ausführungsform, wobei die 5(a) den Fall zeigt, daß die Anzahl der Kanäle zwei ist und die 5(b) den Fall, daß die Anzahl der Kanäle gleich oder größer drei ist.
6 ist eine Darstellung zur Erläuterung des Konzepts der Berechnung der B1-Verteilung bei einer zweiten Ausführungsform.
7 ist eine Darstellung der Impulsfolgen bei der Messung einer B1-Verteilung bei einer dritten Ausführungsform.
8 ist eine Darstellung zur Erläuterung des Konzepts der Berechnung der B1-Verteilung bei der dritten Ausführungsform.
9 zeigt die Kanalaufteilung bei einer vierten Ausführungsform.
10 ist eine Funktionsblockdarstellung einer Steuereinheit für eine fünfte und sechste Ausführungsform.
11 ist ein Flußdiagramm der Verarbeitung bei der fünften Ausführungsform.
12 ist ein Flußdiagramm der Verarbeitung bei der sechsten Ausführungsform.
13 ist ein Flußdiagramm für einen Teil der Verarbeitung der 12.
14 ist eine Darstellung zur Erläuterung des Konzepts der Berechnung der B1-Verteilung bei der sechsten Ausführungsform, wobei die 14(a) die Berechnung im Schritt S143 und die 14(b) die Berechnung im Schritt S105 zeigt.
15 zeigt die Ergebnisse bei einem Beispiel, wobei die 15(a) und die 15(b) Darstellungen der B1-Verteilung für die Kanäle C1 und C2 im Beispiel und die 15(c) und die 15(d) Darstellungen der B1-Verteilung für die Kanäle C1 und C2 bei einem Vergleichsbeispiel sind.
16(a) bis 16(d) zeigen die Linienprofile für die Ergebnisse der 15.
Beschreibung von Ausführungsformen
Die MRI-Vorrichtung der vorliegenden Ausführungsform umfaßt eine Abbildungseinheit (2 bis 6) mit einer Sendeeinheit (5) zum Einstrahlen eines magnetischen Hochfrequenzfeldes auf ein Objekt (1) und einer Empfangseinheit (6) zum Aufnehmen des kernmagnetischen Resonanzsignals vom Objekt, eine Recheneinheit (7, 8) zum Verarbeiten des kernmagnetischen Resonanzsignals, das von der Empfangseinheit aufgenommen wurde, die arithmetische Operationen einschließlich einer Abbildungserstellung durchführt, und eine Steuereinheit (4, 8), die die Abbildungserzeugung durch die Abbildungseinheit steuert. Die Sendeeinheit enthält eine Sendespule (14a) mit zwei oder mehr Kanälen.
Die Steuereinheit enthält eine Bildaufnahmesequenz (301, 302), in der für mehrere Kanäle, die alle oder einen Teil der Kanäle der Sendespule darstellen, durch Einstrahlen mit einem Kanal oder mit einer Kombination von zwei oder mehr Kanälen eine Teileinstrahlungsabbildung aufgenommen wird, und eine Meßsequenz (310) zur Messung der Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds, in der die Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds bei der Einstrahlung mit allen der mehreren Kanäle gemessen wird. Die Bildaufnahmesequenz kann eine Bildaufnahmesequenz (303) umfassen, in der eine Abbildung durch Einstrahlen mit allen der mehreren Kanäle aufgenommen wird.
Die Recheneinheit umfaßt eine erste Einheit zur Berechnung der Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds, die unter Verwendung von Daten, die bei der Meßsequenz zur Messung der Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds aufgenommen wurden, die Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds für alle der mehreren Kanäle berechnet, und eine zweite Einheit zur Berechnung der Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds, die unter Verwendung von mehreren Teilen der Abbildungsdaten, die in der Bildaufnahmesequenz aufgenommen wurden, und der Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds für alle der mehreren Kanäle, die von der ersten Einheit zur Berechnung der Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds berechnet wurde, die Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds für jeden der mehreren Kanäle berechnet.
Dabei berechnet die zweite Einheit zur Berechnung der Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds die Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds für jeden der Kanäle unter Verwendung der Phase der Abbildung (Teileinstrahlungsabbildung), die bei der Einstrahlung einiger Kanäle erhalten wird, der Phase der Abbildung (Gesamtabbildung) für alle Kanäle und der Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds, die von der ersten Einheit zur Berechnung der Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds berechnet wurde. Wenn bei der Bildaufnahmesequenz (303) die Einstrahlung auf allen der mehreren Kanäle erfolgt, kann die Abbildung aller Kanäle die Abbildung sein, die bei der Bildaufnahmesequenz aufgenommen wird, oder eine Abbildung, zu der mehrere Teileinstrahlungsabbildungen zusammengesetzt werden.
Die Bildaufnahmesequenz und die Meßsequenz zur Messung der Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds sind vorzugsweise die gleiche Impulssequenz. Mit der gleichen Impulssequenz ist es möglich, Inhomogenitäten des statischen Magnetfelds in den einzelnen Teilen der Abbildungsdaten durch eine arithmetische Operation an den Teilen der Abbildungsdaten zu beseitigen.
Die Meßsequenz zur Messung der Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds ist zum Beispiel eine der Impulssequenzen für das Doppelwinkelverfahren (DAM), ein Anpaßverfahren oder das tatsächliche Kippwinkelverfahren (AFI) oder die Impulssequenz für ein Multi-TI-Verfahren. Bei der Impulssequenz für das Multi-TI-Verfahren löst zum Beispiel die erste Einheit zum Berechnen der Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds ein Gleichungssystem für jedes Pixel der Abbildungsdaten, die in jeder der mehreren Signalaufnahmesequenzen erhalten wurden, wodurch die Stärke des eingestrahlten Magnetfelds für jedes Pixel erhalten wird und die Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds berechnet werden kann.
Die Bildaufnahmesequenz kann verschiedene Formen annehmen. Hinsichtlich der Reihenfolge der Ausführung der Bildaufnahmesequenz und der Meßsequenz zur Messung des eingestrahlten Magnetfelds kann die Bildaufnahmesequenz unmittelbar vor der Meßsequenz zur Messung des eingestrahlten Magnetfelds ausgeführt werden. Die Bildaufnahmesequenz kann jedoch auch nach dem TR der Meßsequenz für das eingestrahlte Magnetfeld ausgeführt werden.
Im folgenden wird eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen MRI-Vorrichtung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In allen Zeichnungen zur Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung sind Teile mit der gleichen Funktion mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und eine Wiederholung der Beschreibung wird vermieden.
Die 1 ist eine Blockdarstellung einer Ausführungsform einer MRI-Vorrichtung, bei der die Erfindung angewendet wird. Die MRI-Vorrichtung umfaßt eine Erzeugungseinheit 2 für ein statisches Magnetfeld, ein Erzeugungseinheit 3 für ein Gradientenmagnetfeld, eine Sendeeinheit 5, eine Empfangseinheit 6, eine Signalverarbeitungseinheit 7, einen Sequenzer 4 und eine Zentraleinheit (CPU) 8.
Die Erzeugungseinheit 2 für ein statisches Magnetfeld erzeugt in dem Raum, in dem ein Objekt 1 untergebracht wird, ein homogenes statisches Magnetfeld, und umfaßt eine Quelle (nicht gezeigt) zur Erzeugung eines statischen Magnetfelds vom Permanentmagnettyp, vom normalleitenden Typ oder vom supraleitenden Typ. Die Quelle zur Erzeugung eines statischen Magnetfelds ist so angeordnet, daß sie in der Richtung senkrecht zur Körperachse des Objekts 1 ein homogenes statisches Magnetfeld vom vertikalen Magnetfeldtyp und in der Körperachsenrichtung ein homogenes statisches Magnetfeld vom horizontalen Magnetfeldtyp erzeugt.
Die Erzeugungseinheit 3 für ein Gradientenmagnetfeld umfaßt Gradientenmagnetfeldspulen 9 zum Anlegen eines Gradientenmagnetfelds in den orthogonalen drei Achsenrichtung X, Y und Z des Koordinatensystems (statischen Koordinatensystems) der MRI-Vorrichtung und eine Energiequelle 10 für das Gradientenmagnetfeld, die die einzelnen Gradientenmagnetfeldspulen betreibt. Die Energiequelle 10 für das Gradientenmagnetfeld für die einzelnen Spulen wird entsprechend den Befehlen vom Sequenzer 4 betrieben, der im folgenden beschrieben wird, wodurch die gewünschten Gradientenmagnetfelder Gx, Gy und Gz in den drei Achsenrichtung X, Y und Z angelegt werden. In Abhängigkeit von der Art des Anlegens des Gradientenmagnetfelds ist es möglich, selektiv die abzubildende Scheibe des Objekts anzuregen und zum Echosignal aus dem angeregten Bereich Positionsinformationen hinzuzufügen.
Der Sequenzer 4 ist eine Steuereinheit zum wiederholten Anlegen eines Hochfrequenz-Magnetfeldimpulses (im folgenden als ”HF-Impuls” bezeichnet) und eines Gradientenmagnetfeldimpulses in einer vorgegebenen Impulssequenz. Der Sequenzer 4 arbeitet unter der Kontrolle der CPU 8 und gibt die verschiedenen Befehle, die für eine Datenaufnahme einer tomographischen Aufnahme des Objekts 1 erforderlich sind, an die Sendeeinheit 5, die Erzeugungseinheit 3 für ein Gradientenmagnetfeld und die Empfangseinheit 6 aus.
Die Sendeeinheit 5 strahlt auf das Objekt 1 einen HF-Impuls ein, um im Kernspin der Atome, die im Objekt 1 Teil eines biologischen Gewebes sind, eine kernmagnetische Resonanz zu erzeugen. Die Sendeeinheit 5 enthält Hochfrequenzoszillatoren 11, Modulatoren 12, Hochfrequenzverstärker 13 und eine sendeseitige Hochfrequenzspule (Sendespule) 14a. Bei der vorliegenden Ausführungsform weist die Sendespule eine Anzahl von Einspeisepunkten (Kanäle) auf und ist so aufgebaut, daß die Stärke und Phase der zugeführten Hochfrequenz eingestellt werden kann. Entsprechend den jeweiligen Kanälen sind mehrere Hochfrequenzoszillatoren 11, Modulatoren 12 und Hochfrequenzverstärker 13 vorgesehen. Anhand der 1 wird der Fall beschrieben, daß zwei Einspeisepunkte vorgesehen sind, die Anzahl der Einspeisepunkte ist jedoch nicht auf zwei beschränkt.
Der vom Hochfrequenzoszillator 11 ausgegebene HF-Impuls wird jeweils im entsprechenden Modulator 12 zu dem von einem Befehl vom Sequenzer 4 vorgegebenen Zeitpunkt amplitudenmoduliert, anschließend im Hochfrequenzverstärker 13 verstärkt und der Hochfrequenzspule 14a zugeführt, die in der Nähe des Objekts 1 angeordnet ist, wodurch der HF-Impuls auf das Objekt 1 eingestrahlt wird. Der Zeitpunkt vom Sequenzer 4 und die Modulation in den einzelnen Modulatoren 12 werden entsprechend dem Meßergebnis für die B1-Verteilung gesteuert, die im folgenden noch beschrieben wird.
Die Empfangseinheit 6 nimmt das Echosignal (NMR-Signal) auf, das bei der kernmagnetischen Resonanz des Kernspins im biologischen Gewebe des Objekts 1 ausgesendet wird. Die Empfangseinheit 6 umfaßt eine empfangsseitige Hochfrequenzspule (Empfangsspule) 14b, einen Signalverstärker 15, einen Orthogonalphasendetektor 16 und einen A/D-Konverter 17. Das NMR-Antwortsignal vom Objekt 1, das von den elektromagnetischen Wellen ausgelöst wird, die von der Sendespule 14a ausgesendet werden, wird von der Empfangsspule 14b aufgenommen, die in der Nähe des Objekts 1 angeordnet ist, im Signalverstärker 15 verstärkt und zu einem Zeitpunkt, der von einem Befehl vom Sequenzer 4 vorgegeben wird, vom Orthogonalphasendetektor 16 in die beiden orthogonalen Systeme des Signals aufgeteilt. Die Signale werden vom A/D-Konverter 17 in eine digitale Größe umgewandelt und zur Signalverarbeitungseinheit 7 übertragen.
Anhand der 1 wird ein Aufbau beschrieben, bei dem die Hochfrequenz-Sendespule 14a und die Hochfrequenz-Empfangsspule 14b getrennt vorgesehen sind. Es ist jedoch auch ein Aufbau möglich, bei dem eine einzige Hochfrequenzspule (mit mehreren Spulen) sowohl für das Senden als auch für den Empfang verwendet wird.
Die Signalverarbeitungseinheit 7 umfaßt eine CPU 8, eine externe Speichervorrichtung, etwa einen optischen Plattenspeicher 19 oder einen magnetischen Plattenspeicher 18 zum Speichern und Anzeigen der verschiedenen Arten der Datenverarbeitung und der Verarbeitungsergebnisse, und eine Anzeige 20 mit einem Bildschirm und dergleichen. Wenn die Daten von der Empfangseinheit 6 in die CPU 8 eingegeben werden, führt die CPU 8 eine Verarbeitung wie eine Signalverarbeitung oder einen Bildaufbau aus, zeigt das Verarbeitungsergebnis als tomographische Abbildung des Gegenstands 1 an und speichert die tomographische Abbildung im magnetischen Plattenspeicher 18 und dergleichen der externen Speichervorrichtung.
Wie in der 2 gezeigt, weist die CPU 8 neben der Funktion als Recheneinheit 70 der Signalverarbeitungseinheit 7 die Funktion einer Steuereinheit 80 auf, die die einzelnen Elemente der Vorrichtung steuert. Eine Sequenzsteuereinheit 81, die eine der Funktionen der Steuereinheit 80 ist, sorgt durch den Sequenzer 4 für die Ausführung von verschiedenen Impulssequenzen. Die jeweilige Impulssequenz wird vorab als Programm gespeichert. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist außer der Impulssequenz (Bildaufnahmesequenz) zum Aufnehmen einer Abbildung des Objekts eine B1-Verteilungs-Meßsequenz zum Messen der Verteilung des magnetischen Hochfrequenzfelds (B1-Verteilung) der Sendespule vorgesehen.
Die Signalverarbeitungseinheit 7 (Recheneinheit 70) umfaßt eine Bildaufbaueinheit 71, die an dem digitalisierten Echosignal zum Bildaufbau eine arithmetische Operation ausführt, etwa eine Korrekturberechnung oder eine Fouriertransformation, eine Bildsyntheseeinheit 72 zum Ausführen der erforderlichen Bildsynthese, eine Berechnungseinheit (73, 74) für die Verteilung des Magnetfelds für eine Berechnung der B1-Verteilung unter Verwendung der Meßergebnisse der für jeden Kanal aufgenommenen B1-Verteilungs-Meßsequenz, und eine HF-Berechnungseinheit 75 für eine Berechnung der Phase oder Amplitude des Hochfrequenzimpulses, der an die Sendespule abzugeben ist. Die Steuereinheit 80 steuert die Phase oder Amplitude des an die Sendespule abzugebenden Hochfrequenzimpulses auf der Basis des Berechnungsergebnisses der HF-Berechnungseinheit 75.
Die Berechnungseinheit für die Verteilung des Magnetfelds umfaßt eine erste Berechnungseinheit 73 für die Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds zum Berechnen der Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds bei der Einstrahlung mit allen der mehreren Kanäle der Sendespule und eine zweite Berechnungseinheit 74 für die Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds zum Berechnen der Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds bei der Einstrahlung mit einigen Kanälen der mehreren Kanäle der Sendespule unter Verwendung der Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds, die von der ersten Berechnungseinheit 73 für die Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds berechnet wurde, und der von der Bildaufbaueinheit 71 oder der Bildsyntheseeinheit 72 erzeugten Bilddaten. Die HF-Berechnungseinheit 75 enthält eine Abgleicheinheit zum Einstellen der Phase oder Amplitude der Hochfrequenzimpulse auf der Basie der Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds für jeden Kanal, die von der Berechnungseinheit für die Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds berechnet wurde.
Die Bedienungseinheit 25 ist für die Eingabe verschiedener Arten von Steuerinformationen für die MRI-Vorrichtung oder von Steuerinformationen für die Verarbeitung durch die Signalverarbeitungseinheit 7 vorgesehen und umfaßt eine Rollkugel oder Maus 23 und eine Tastatur 24. Die Bedienungseinheit 25 ist in der Nähe der Anzeige 20 angeordnet, und ein Bediener steuert die verschiedenen Arten der Verarbeitung bei der MRI-Vorrichtung interaktiv mittels der Bedienungseinheit 25, während er die Anzeige 20 betrachtet.
In der 1 sind in dem Raum für das statische Magnetfeld der Erzeugungseinheit 2 für das statische Magnetfeld, in den das Objekt 1 eingebracht wird, die sendeseitige Hochfrequenzspule 14a und die Gradientenmagnetfeldspulen 9 so angeordnet, daß sie dem Objekt 1 im vertikalen Magnetfeldtyp gegenüberliegen bzw. das Objekt 1 im horizontalen Magnetfeldtyp umgeben. Die empfangsseitige Hochfrequenzspule 14b ist so angeordnet, daß sie dem Objekt 1 gegenüberliegt oder es umgibt.
Die 3 zeigt den Abbildungsprozeß bei einer solchen MRI-Vorrichtung. Wie gezeigt umfaßt der Abbildungsprozeß die Ausführung einer Impulssequenz für die Messung der B1-Verteilung (S200), die Berechnung der B1-Verteilung für jeden Kanal unter Verwendung der Daten, die mit der Impulssequenz im Schritt S200 erhalten wurden (S210), die Berechnung einer Abbildungssequenz (Hauptabbildungssequenz) für die Aufnahme einer Abbildung des Objekts oder dergleichen (S220), die Ausführung der Hauptabbildungssequenz (S230), den Bildaufbau mit den Daten, die mit der Abbildungssequenz erhalten wurden (S240), und weitere Bestimmungsschritte (S250, S260). Die Impulssequenzen, die in den Schritten S200 und S240 ausgeführt werden, sind im Sequenzer 4 gespeichert, und die für die Ausführung erforderlichen Parameter und dergleichen können an der Bedienungseinheit 25 eingegeben oder entsprechend dem Ergebnis einer arithmetischen Operation in der CPU (Recheneinheit) 8 korrigiert werden.
Die Hauptmerkmale der vorliegenden Ausführungsform sind die Impulssequenz für die Messung der B1-Verteilung (S200) und die Berechnung der B1-Verteilung mit den Daten, die mit der Impulssequenz erhalten wurden (S210). Im folgenden wird diese Ausführungsform beschrieben.
<Erste Ausführungsform>
Die Bildaufnahmesequenz ist bei dieser Ausführungsform eine Impulssequenz, in der die Einstrahlung auf einem von mehreren Kanälen erfolgt, und sie wird entsprechend der Anzahl der Kanäle wiederholt, während der bei der Einstrahlung verwendete Kanal geändert wird. In diesem Fall berechnet die zweite Berechnungseinheit für die Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds die Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds für jeden Kanal unter Verwendung einer Teileinstrahlungsabbildung, die für jeden Kanal aufgenommen wird, und einer Gesamtabbildung.
Das heißt, daß bei der vorliegenden Ausführungsform im Schritt S200 bei einer Sendespule mit n Kanälen zur Aufnahme von Bilddaten die HF-Einstrahlung für jeden Kanal einzeln erfolgt und zur Aufnahme von Gesamtbilddaten die HF-Einstrahlung mit allen Kanälen erfolgt. Außerdem wird die B1-Verteilung bei der HF-Einstrahlung mit allen Kanälen gemessen. Im Schritt S210 werden die Bilddaten (Einzelbilddaten) für die einzelnen Kanäle, die Bilddaten (alle Einstrahlungsbilddaten) für die ganze Sendespule und die B1-Verteilung (die ganze Einstrahlungs-B1-Verteilung) der Sendespule als Ganzes aufgenommen.
Die 4 zeigt ein Beispiel für eine Impulssequenz, die im Schritt S200 ausgeführt wird, wenn die Anzahl der Kanäle zwei ist. Wie in der Zeichnung gezeigt, umfaßt die Impulssequenz eine Impulssequenz (Bildaufnahmesequenz) 301, in der die HF-Einstrahlung unter Verwendung eines ersten Kanals C1 erfolgt, um eine Abbildung aufzunehmen, eine Bildaufnahmesequenz 302, bei der ein zweiter Kanal C2 verwendet wird, eine Bildaufnahmesequenz 303, bei der der erste und der zweite Kanal C2 (alle Kanäle) gleichzeitig verwendet werden, und eine Impulssequenz 310 für die Messung der B1-Verteilung bei der HF-Einstrahlung unter Verwendung aller Kanäle (C1 + C2) gleichzeitig. Vorzugsweise ist die HF-Einstrahlung unter Verwendung aller Kanäle eine QD-Einstrahlung.
Die Impulssequenz 310 zur Messung der B1-Verteilung hängt vom Meßverfahren ab, bei der vorliegenden Ausführungsform wird eine Impulssequenz verwendet, die auf einem Verfahren (als Multi-TI-Verfahren bezeichnet) beruht, bei dem die B1-Verteilung durch eine arithmetische Verknüpfung zwischen mehreren Abbildungen mit verschiedenen TIs nach einem Vorimpuls erhalten wird. Das heißt, daß nach dem Einstrahlen des einen Vorimpulses 311 mehrere Bildaufnahmesequenzen 312 mit verschiedenen TIs (die vom Anlegen des Vorimpulses bis zum effektiven TE verstrichene Zeit) ausgeführt werden. Der Vorimpuls 311 ist zum Beispiel ein nicht selektiver HF-Impuls und ein Impuls mit einem großen Kippwinkel von zum Beispiel 90 Grad. Die mehreren Bildaufnahmesequenzen 312 werden ausgeführt, während die vom Vorimpuls 311 angeregten Kernspins noch nicht in Längsrichtung zurückgekippt sind, wobei mehrere Teile von k-räumlichen Daten (Bilddaten) mit verschiedenen TIs aufgenommen werden. Zur Unterscheidung von den Bildaufnahmesequenzen 301 bis 303, die vor der Impulssequenz 310 zur Messung der B1-Verteilung angeregt werden, wird die Sequenz 312 Signalaufnahmesequenz genannt.
Beim Multi-TI-Verfahren wird zum Berechnen der B1-Verteilung ein Gleichungssystem für die mehreren Teile von k-räumlichen Daten mit verschiedenen TIs gelöst oder eine Matrixoperation mit den Teilen von k-räumlichen Daten ausgeführt, wobei für die arithmetische Operation wenigstens drei Teile von k-räumlichen Daten erforderlich sind. Die Ausführungsform der 4 zeigt den Fall, daß für die drei oder mehr Teile von k-räumlichen Daten die Bilddaten für die Bildaufnahmesequenz 303 unmittelbar vor dem Vorimpuls 311 und die zwei oder mehr Teile von Bilddaten verwendet werden, die durch zweimaliges Ausführen der Signalaufnahmesequenz 312 mit unterschiedlichen TIs nach dem Vorimpuls erhalten werden. Die Signalaufnahmesequenz 312 kann auch dreimal oder noch öfter ausgeführt werden.
Vorzugsweise sind die Bildaufnahmesequenzen 301 bis 303 und die Signalaufnahmesequenz 312 vom gleichen Impulssequenztyp. Vorzugsweise wird eine Gradientenechoimpulssequenz verwendet und insbesondere eine Impulssequenz zur Verringerung der Abbildungszeit, bei der die Wiederholzeit (TR) kurz ist und der Kippwinkel (FA) klein. In den Bildaufnahmesequenzen 301 bis 303 wird ein Datensatz (k-räumliche Daten) aufgenommen, der einen einfachen k-Raum füllt.
Die Matrixgröße der k-räumlichen Daten, die in den Bildaufnahmesequenzen 301 bis 303 und der Signalaufnahmesequenz 312 aufgenommen werden, kann etwa 64 × 64 betragen. Damit ist es möglich, alle Teile der k-räumlichen Daten in sehr kurzer Zeit aufzunehmen, insbesondere in einer Meßzeit von etwa 200 ms.
Es wird nun die Berechnung der B1-Verteilung unter Verwendung der im Schritt S200 aufgenommenen Daten beschrieben.
<Berechnung der Gesamt-B1-Verteilung>
Die B1-Verteilung bei der HF-Bestrahlung mit allen Kanälen wird aus den Daten berechnet, die in der Impulssequenz 310 für die Messung der B1-Verteilung erhalten werden. Wie beschrieben sind für das Berechnungsverfahren für die B1-Verteilung nach dem Multi-TI-Verfahren ein Verfahren, bei dem ein Gleichungssystem gelöst wird, und ein Verfahren bekannt, bei dem eine Matrixoperation ausgeführt wird. Im folgenden wird das Verfahren mit der Matrixoperation beschrieben.
Zuerst wird an den k-räumlichen Daten, die in jeder der mehreren Signalaufnahmesequenzen 312 erhalten wurden, eine inverse Fouriertransformation ausgeführt, um Bilddaten zu erhalten. Wenn das k-te TI mit TI_k bezeichnet wird, läßt sich die Signalstärke eines Targetpixels in einer Abbildung, die aus dem in der k-ten (mit k = 1, 2, ..., n) Signalaufnahmesequenz nach dem Anlegen des Vorimpulses 311 erhalten wird, durch den Ausdruck (1) ausdrücken: S(B1, TI_k) = S_seq(1 – (1 – cos(B1·a))exp(–TI_k/T_l)) (1).
Im Ausdruck (1) steht S_seq für die Signalstärke, die bei der Signalaufnahmesequenz nach dem Vorimpuls bestimmt wird, a steht für den festgelegen Kippwinkel des Vorimpulses, TI für die Zeit vom Anlegen des Vorimpulses bis zur Aufnahme des Signals vom k-Raum-Mittelpunkt und T1 für die longitudinale Relaxationszeit, die vom Gewebe abhängt.
Die Signalstärke für das gleiche Targetpixel in der Abbildung, die unmittelbar nach dem Anlegen des Vorimpulses 311 mit der Signalaufnahmesequenz 303 erhalten wird, wird dadurch erhalten, daß im Ausdruck (1) a = 0 gesetzt wird, woraus sich der Ausdruck (2) ergibt: S(0, a) = S_seq (2)
Wenn der Ausdruck (1) durch den Ausdruck (2) geteilt wird und wie im Ausdruck (3) der natürliche Logarithmus gebildet wird, läßt sich der natürliche Logarithmus durch eine lineare Kombiantion von log(1 – cos(B1·a)) und (–TI_k/T_l) ausdrücken:
Wenn an den Abbildungen mit verschiedenen TIs, die bei den jeweiligen Signalaufnahmesequenzen erhalten werden, die gleichen Berechnungen durchgeführt werden, läßt sich die Determinante des Ausdrucks (4) erhalten:
Hier ist S eine 1×n Matrix, A eine 2×n Matrix und X eine 1×2 Matrix. Mit W_i (i = 1, 2, 3, ..., n) wird die Gewichtung für jedes TI bezeichnet, die beliebig festgelegt werden kann. Die pseudo-inverse Matrix pinvA der Matrix A wird von links multipliziert, wodurch der Ausdruck (4) aufgelöst und B1 wie im Ausdruck (5) erhalten wird:
<Berechnung der B1-Verteilung für jeden Kanal>
Die in den Bildaufnahmesequenzen 301, 302 und 303 aufgenommenen k-räumlichen Daten werden einer inversen Fouriertransformation unterzogen, um Bilddaten für den ersten Kanal, den zweiten Kanal und alle Kanäle zu erhalten. Für diese Teile von Bilddaten wird die Phase jedes Pixels bestimmt. Die Phase kann aus dem arctan des Realteils und des Imaginärteils der Bilddaten berechnet werden. Die Phase eines Pixels für den ersten Kanal (auch als Phase der Abbildung des ersten Kanals bezeichnet) wird durch ϕ1 dargestellt, die Phase eines Pixels für den zweiten Kanal (auch als Phase der Abbildung des zweiten Kanals bezeichnet) wird durch ϕ2 dargestellt und die Phase eines Pixels aller Kanäle (auch als Phase einer Abbildung aller Kanäle) wird durch ϕtotal dargestellt.
Dann wird die Differenz (ϕtotal – ϕ1) zwischen der Phase der Abbildung aller Kanäle und der Phase der Abbildung des ersten Kanals und die Differenz (ϕtotal – ϕ2) zwischen der Phase der Abbildung aller Kanäle und der Phase der Abbildung des zweiten Kanals berechnet. Diese Differenzen werden durch α und β dargestellt. Das B1 für alle Kanäle wird durch Verbinden der Einstrahlungsverteilung des ersten Kanals und der Einstrahlungsverteilung des zweiten Kanals erhalten, und wenn die Einstrahlungsverteilung für jeden Kanal durch die Magnetfeldstärken T1 und T2 in einem Pixel dargestellt wird, kann die Einstrahlungsverteilung als Vektor (komplexe Zahl) in der in der 5(a) gezeigten komplexen Ebene ausgedrückt werden. Die Differenz zwischen der Phase der zusammengesetzten Magnetfeldstärke (T1 + T2) und der Phase der Magnetfeldstärke T1 des ersten Kanals ist α, und die Differenz zwischen der Phase der zusammengesetzten Magnetfeldstärke und der Phase der Magnetfeldstärke T1 des zweiten Kanals ist β.
In der 5(a) können, da die zusammengesetzte Magnetfeldstärke (T1 + T2) als B1 für alle Kanäle erhalten wird, die Magnetfeldstärken T1 und T2 für die einzelnen Kanäle, die unbekannt sind, mit den Ausdrücken (6) und (7) berechnet werden:
Diese Berechnung erfolgt für jedes Pixel der Bilddaten des ersten Kanals und des zweiten Kanals, wodurch die B1-Verteilung für jeden Kanal erhalten wird.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Bildaufnahmeimpulssequenz mit einer sehr kurzen Datenaufnahmezeit ausgeführt, und die Messung der B1-Verteilung erfolgt nur mit der gesamten Sendespule, woraus dann die B1-Verteilung für jeden Kanal abgeleitet wird. Dadurch wird die Meßzeit für die Messung der B1-Verteilung erheblich reduziert. Bei der Messung der B1-Verteilung werden Daten der gesamten Sendespule mit einem hohen Signalwert verwendet, wodurch eine sehr genaue Messung erfolgt. Insbesondere ist es möglich, eine QD-Bestrahlung durchzuführen, um die Bereiche mit einem kleinen B1 so weit wie möglich zu reduzieren und damit die Genauigkeit zu erhöhen.
Wenn die Matrixgröße der Bilddaten 64 × 64 ist und die Wiederholzeit TR der Impulssequenz 5000 ms, kann bei der vorliegenden Ausführungsform die Abbildungszeit, die beim Erzeugen der Zweikanal-B1-Verteilung mit dem herkömmlichen DAM-Verfahren etwa 20 Minuten beträgt, auf 2,5 Sekunden reduziert werden.
Es wurde oben der Fall beschrieben, daß die Anzahl der Kanäle zwei ist. Die vorliegende Ausführungsform kann jedoch auf die gleiche Weise angewendet werden, wenn die Anzahl der Kanäle gleich oder größer drei ist. Wenn die Anzahl der Kanäle gleich n ist (wobei n eine ganze Zahl gleich oder größer drei ist), wird eine Abbildung Ic verwendet, bei der eine Abbildung Ii, die durch Einstrahlen mit einem Kanal Ci (wobei i gleich 1 bis n ist) erhalten wird, mit der Abbildung gemäß dem folgenden Ausdruck (8) verbunden wird, die durch Einstrahlen mit jedem der übrigen Kanäle C1 bis Cn (ohne Ci) erhalten wird:
Damit werden die Phasen der einzelnen Pixel der beiden Abbildungen sowie die Differenzen zu den Phasen der Abbildung bei der Einstrahlung mit allen Kanälen erhalten. Wenn die Abbildung Ii eines Kanals als die Abbildung des ersten Kanals C1 betrachtet wird und die zusammengesetzte Abbildung Ic als die Abbildung des zweiten Kanals C2, wird die in der 5(b) gezeigte Beziehung erhalten, und die Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds für den Kanal Ci kann aus dem Ausdruck (6) unter Verwendung der Phasendifferenzen α und β und der Magnetfeldstärke (T1 + T2 + ... + Tn) bei der Einstrahlung auf allen Kanälen berechnet werden. Diese Berechnung erfolgt für alle Kanäle 1 bis n, wodurch die B1-Verteilung für alle Kanäle berechnet wird.
Bei der vorstehenden Ausführungsform kann, auch wenn die Berechnung der B1-Verteilung unter Verwendung von Bilddaten, die in der Bildaufnahmesequenz 303 unmittelbar vor dem Vorimpuls 311 und der Mehrsignalaufnahmesequenz 312 mit verschiedenen TIs nach dem Vorimpuls 311 erfolgt, als Multi-TI-Verfahren beschrieben wurde, das Gleichungssystem auch mit Bilddaten gelöst werden kann, die zur Berechnung der B1-Verteilung in der Mehrsignalaufnahmesequenz 312 mit verschiedenen TIs nach dem Vorimpuls 311 erhalten wurden. Die Berechnung erfolgt in diesem Fall wie folgt.
Die Signale der Abbildungen, die in der Mehrsignalaufnahmesequenz 312 mit verschiedenen TIs erhalten wurden, werden durch die Ausdrücke (9) bis (11) ausgedrückt, wenn TI, 2TI und 3TI der Signalaufnahmesequenzen 312 festgelegt sind: S(B1, TI) = S_seq(1 – (1 – cos(B1·a))exp(–TI/T1)) (9) S(B1, 2TI) = S_seq(1 – (1 – cos(B1·a))exp(–2TI/T1)) (10) S(B1, 3TI) = S_seq(1 – (1 – cos(B1·a))exp(–3TI/T1)) (11).
Mit den in den Ausdrücken (12) und (13) definierten Größen X und Y können die Ausdrücke (9) bis (11) in die Ausdrücke (14) bis (16) umgeschrieben werden: X ≡ 1 – cos(B1·a) (12) Y ≡ exp(–TI/T1) (13) S(B1, TI) = S_seq(1 – XY) (14) S(B1, 2TI) = S_seq(1 – XY²) (15) S(B1, 3TI) = S_seq(1 – XY³) (16).
Beim Lösen des Gleichungssystems der Ausdrücke (14) bis (16) werden durch die Ausdrücke (17) und (18) X und Y erhalten, und durch die Ausdrücke (17) und (12) wird B1 erhalten (Ausdruck (19)):
Es kann auch ein anderes als das Multi-TI-Verfahren angewendet werden, auch wenn dabei die Ausführungszeit (Meßzeit) der Impulssequenz für die Messung der B1-Verteilung länger ist als bei dem Multi-TI-Verfahren. Zum Beispiel kann die Messung der B1-Verteilung durch das bekannte Doppelwinkelverfahren (DAM) oder das tatsächliche Kippwinkelverfahren (AFI) erfolgen. Bei dem DAM-Verfahren werden anstelle des Vorimpulses 311 und der nachfolgenden Impulssequenz Abbildungen verwendet, die mit einer HF-Einstrahlung mit einem beliebigen Kippwinkel und einer HF-Einstrahlung mit dem doppelten Kippwinkel erhalten werden, wobei B1 durch eine arithmetische Operation zwischen diesen Abbildungen berechnet wird. Beim AFI-Verfahren werden die Bilddaten unter Verwendung eines Satzes von Impulssequenzen mit verschiedenen TR mit HF-Impulsen mit dem gleichen Kippwinkel erhalten und B1 aus dem Signalverhältnis der Bilddaten und dem TR-Verhältnis berechnet.
Diese Verfahren sind in den oben erwähnten Nicht-Patent-Druckschriften 1 und 3 beschrieben.
<Zweite Ausführungsform>
Die Bildaufnahmesequenz ist bei dieser Ausführungsform eine Impulssequenz, in der die Einstrahlung mit den Restkanälen ohne einen Kanal von mehreren Kanälen erfolgt und entsprechend der Anzahl der Kanäle wiederholt wird, während der ausgeschlossene Kanal geändert wird. In diesem Fall berechnet die zweite Berechnungseinheit für die Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds die Phasendifferenz zwischen der Phase der Abbildung des einen Kanals und der Phase der Gesamtabbildung unter Verwendung der Abbildung, die mit der Impulssequenz ohne den einen Kanal aufgenommen wurde, und der Gesamtabbildung, und berechnet die Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds für jeden Kanal unter Verwendung der Phasendifferenz und der Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds, die von der ersten Berechnungseinheit für die Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds berechnet wurde.
Wie bei der ersten Ausführungsform umfaßt die Impulssequenz für die Messung der B1-Verteilung auch bei der vorliegenden Ausführungsform mehrere Bildaufnahmesequenzen und eine Meßsequenz für die B1-Verteilung. Das Merkmal der vorliegenden Ausführungsform liegt darin, daß bei der Berechnung der B1-Verteilung für jeden Kanal die Bilddaten von der Einstrahlung mit den Restkanälen ohne einen Kanal verwendet werden und nicht die Bilddaten von jedem Kanal.
Dazu wird bei der vorliegenden Ausführungsform im Schritt S200 die Bildaufnahmesequenz statt durch die Einstrahlung eines Kanals durch die Einstrahlung der Restkanäle ohne den einen Kanal ausgeführt. Das heißt, daß im Falle einer Sendespule mit n Kanälen die Bildaufnahmesequenz 301 unter Verwendung von (n – 1) Kanälen ohne einen Kanal n mal ausgeführt wird, während der ausgeschlossenen Kanal von 1 bis n durchgewechselt wird, wodurch n Teile von Bilddaten erhalten werden.
Wie bei der ersten Ausführungsform wird die Bildaufnahmesequenz unter Verwendung aller n Kanäle ausgeführt, und die mehreren Signalaufnahmesequenzen werden nach der Einstrahlung des Vorimpulses 311 ausgeführt, so daß schließlich unter Verwendung von (n – 1) Kanälen n Teile von Bilddaten, Bilddaten durch Einstrahlung von allen Kanälen und die B1-Verteilung bei der Einstrahlung mit allen Kanälen erhalten werden. Die Impulssequenz zum Erhalten der B1-Verteilung für alle Kanäle ist nicht auf das Multi-TI-Verfahren unter Verwendung des genannten Vorimpulses beschränkt, und es kann wie bei der ersten Ausführungsform das DAM-Verfahren oder das AFI-Verfahren angewendet werden.
Dann wird die B1-Verteilung für jeden Kanal unter Verwendung der Bilddaten und der B1-Verteilung beschrieben. Zuerst wird die Differenz α_k zwischen der Einstrahlungsphase ϕ_k des Kanals k (mit k von 1 bis n) und der Einstrahlungsphase ϕ_tot bei der Einstrahlung mit allen Kanälen durch den folgenden Ausdruck (20) erhalten. Die Differenz β_k zwischen der Einstrahlungsphase ϕ_tot bei der Einstrahlung mit allen Kanälen und der Einstrahlungsphase ϕ_–k bei der Einstrahlung mit allen Kanälen außer dem Kanal k wird durch den folgenden Ausdruck (21) erhalten.
In diesen Ausdrücken steht Φ_tot für die Bilddaten (Pixelwerte) bei der Einstrahlung mit allen Kanälen und Φ_–k für die Bilddaten (Pixelwerte) bei der Einstrahlung mit den Kanälen außer dem Kanal k. Die Bilddaten werden mit der Bildaufnahmesequenz aufgenommen.
Wie in der 6 gezeigt, besteht die Beziehung zwischen der Einstrahlungsstärke T_k des Kanals k, der Einstrahlungsstärke T_–k der Kanäle außer dem Kanal k und der Einstrahlungsstärke T_tot aller Kanäle darin, daß die Summe der vorstehenden beiden komplexen Zahlen zu der Einstrahlungsstärke T_tot für alle Kanäle wird. In dem Dreieck, das von den drei komplexen Zahlen 0, T_k und T_tot gebildet wird, kann das Dreieck bestimmt, das heißt T_k erhalten werden, da der Absolutwert von T_tot und die Phasen α_k und β_k gemessen werden können. Der Absolutwert von T_k wird mit dem gleichen Ausdruck wie den Ausdrücken (6) und (7) erhalten. Diese Berechnung wird für jedes Pixel ausgeführt, wodurch die B1-Verteilung des Kanals k erhalten wird. Die gleiche Berechnung wird für alle Kanäle ausgeführt, womit die B1-Verteilung für alle Kanäle erhalten wird.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird wie bei der ersten Ausführungsform die vergleichsweise zeitaufwendige Messung der B1-Verteilung nur einmal durchgeführt, wodurch es möglich ist, die B1-Verteilung aller Kanäle zu erhalten und die Meßzeit für die Messung der B1-Verteilung insgesamt wesentlich zu verkürzen. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden die Bilddaten durch die Einstrahlung mit allen Kanälen außer nur einem Kanal aufgenommen, statt die Bilddaten für jeden Kanal aufzunehmen, so daß Bereiche mit kleinem B1 in den Daten reduziert werden und ein hoher Rauschabstand erhalten wird. Die vorliegende Erfindung ist daher für die Messung der B1-Verteilung bei einer Sendespule mit drei oder mehr Kanälen geeignet.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wurde der Fall beschrieben, daß die Bildaufnahmesequenz als Bildaufnahmesequenz ausgeführt wird, bei der eine Einstrahlung mit (n – 1) Kanälen erfolgt, es können jedoch auch die Bilddaten der (n – 1) Kanäle aus den Bilddaten für einen Kanal zusammengesetzt werden. Dabei wird wie bei der ersten Ausführungsform die Bildaufnahmesequenz im Schritt S200 für jeden Kanal ausgeführt, um eine Abbildung für jeden Kanal zu erhalten. Im Schritt S210 werden vor der Berechnung mit den Ausdrücken (20) und (21) die Bilder der einzelnen Kanäle zusammengesetzt, um die Abbildung der (n – 1) Kanäle zu erzeugen. Die Berechnung der B1-Verteilung für jeden Kanal anhand der Bilddaten, der Abbildung für alle Kanäle und der B1-Verteilung erfolgt wie oben beschrieben.
<Dritte Ausführungsform>
Bei der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform wird im Schritt S200 bei der Messung der B1-Verteilung die Bildaufnahmesequenz 303 für die Einstrahlung auf allen Kanälen getrennt von der Bildaufnahmesequenz für die Einstrahlung auf einzelnen Kanälen durchgeführt. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Bildaufnahmesequenz für die Einstrahlung auf allen Kanälen weggelassen und die Abbildung für alle Kanäle aus den Abbildungen zusammengesetzt, die in den Bildaufnahmesequenzen für die einzelnen Kanäle erhalten werden. Der Schwerpunkt der folgenden Beschreibung liegt auf den Unterschieden gegenüber der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform.
Die 7 zeigt ein Beispiel für die im Schritt S200 ausgeführte Impulssequenz. In der Darstellung sind die gleichen Elemente wie in der 4 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird ein Fall beschrieben, bei dem die Anzahl der Kanäle zwei ist, die Anzahl der Kanäle kann aber auch gleich oder größer drei sein. Die 8 zeigt das Konzept der Schritte S200 und S210 dieser Ausführungsform. Die 8 zeigt einen Fall, bei dem die Anzahl der Kanäle drei ist.
Wie gezeigt werden bei der vorliegenden Ausführungsform die Sequenzen 301, 302 und 30n ausgeführt, in denen durch die Einstrahlung mit jedem der Kanäle C1, C2, ... oder durch die Bestrahlung mit den Restkanälen ohne einen Kanal Abbildungen aufgenommen werden, es entfällt jedoch die Bildaufnahmesequenz für die Einstrahlung auf allen Kanälen. Danach wird die Sequenz 310, die für die Messung der B1-Verteilung erforderlich ist, ausgeführt. In der 7 ist beispielhaft die Impulssequenz 310 auf der Basis des Multi-TI-Verfahrens angegeben, die Erfindung ist darauf jedoch nicht beschränkt.
Als Folge dieser Impulssequenzen werden die Abbildungen (die Abbildungen entsprechend der Anzahl der Kanäle) für die einzelnen Kanäle oder die (n – 1) Kanäle und die mehreren Abbildungen mit verschiedenen TIs, die in der Signalaufnahmesequenz 312 erhalten wurden, erhalten. Im Schritt S210 werden wie bei der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform, auch wenn die Berechnung für die B1-Verteilung für die Einstrahlung auf allen Kanälen und die Berechnung für die B1-Verteilung der einzelnen Kanäle erfolgen, bei der vorliegenden Ausführungsform vor diesen Berechnungen die Abbildungen der einzelnen Kanäle zusammengesetzt, um die Abbildung für alle Kanäle zu erhalten. Die Synthese erfolgt durch den folgenden Ausdruck (22), wenn die Abbildung I_k für jeden Kanal erhalten wird, oder durch den folgenden Ausdruck (23), wenn die Abbildung I_i für alle (n – 1) Kanäle erhalten wird.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird im Schritt S200 die Bildaufnahmesequenz (303 in der 4) für die Einstrahlung auf allen Kanälen weggelassen, so daß die für die Impulssequenzen für die Messung der B1-Verteilung erforderliche Zeit kürzer ist.
<Vierte Ausführungsform>
Bei dieser Ausführungsform wird eine Verarbeitung für das Aufteilen der mehreren Kanäle in zwei Sätze und Berechnen der B1-Verteilung für jeden Satz so oft wiederholt, bis die Anzahl der Kanäle im Satz gleich Eins ist.
Die Bildaufnahmesequenz dieser Ausführungsform umfaßt eine Sequenz, bei der, wenn mehrere Kanäle in zwei Gruppen aufgeteilt werden und die Aufteilung wiederholt wird, bis die Anzahl der Kanäle nach der Aufteilung gleich Eins ist, durch Einstrahlung unter Verwendung der Kanalgruppen und der Kanäle jeder Aufteilungsstufe mehrere Abbildungen aufgenommen werden. In diesem Fall berechnet die zweite Berechnungseinheit für die Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds die Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds für jeden Kanal unter Verwendung der Bilddaten für die Kanalgruppen, der Bilddaten für die Kanäle und der Abbildung für die Gesamteinstrahlung.
Das Konzept dieser Ausführungsform ist in der 9 anhand eines Beispiels dargestellt, bei dem die Anzahl der Kanäle acht ist. Die acht Kanäle C1 bis C8 werden in zwei Gruppen aufgeteilt, eine Gruppe 701 mit den Kanälen C1 bis C4 und eine Gruppe 702 mit den Kanälen C5 bis C8, und es wird zum Beispiel die B1-Verteilung für jede der Kanalgruppen 701 und 702 auf die gleiche Weise wie bei der ersten Ausführungsform oder der zweiten Ausführungsform gemessen. Jede der Kanalgruppen 701 und 702 wird dann wieder in zwei Gruppen aufgeteilt und die B1-Verteilung für jede der abgeteilten Kanalgruppen 7011, 7012, 7021 und 7022 gemessen. Dies wird wiederholt, bis die Anzahl der Kanäle in einer Gruppe gleich Eins ist.
Die Bilddaten für die Einstrahlung mit allen Kanälen 700 vor der Aufteilung können durch Verbinden der Bilddaten für die einzelnen abgeteilten Kanalgruppen 701 und 702 erhalten werden. Mit der Verbindung der anfänglich abgeteilten Gruppen 701 und 702 mit den in den nachfolgenden Stufen abgeteilten Gruppen können die B1-Verteilungen für jede der einen Gruppe (7011) und der anderen Gruppe (7012) aus den Bilddaten der Gruppe (701) vor der Aufteilung und den Bilddaten einer Gruppe (7011) nach der Aufteilung berechnet werden.
Entsprechend ist es nicht erforderlich, die Bildaufnahmesequenz für alle Kanalgruppen und Kanäle auszuführen, sondern es reicht aus, die Bildaufnahmesequenz für die Hälfte der Anzahl von Aufteilungen durchzuführen. In der 9 ist die Kanalgruppe oder der Kanal, von der bzw. von dem die Bilddaten mit der Bildaufnahmesequenz aufgenommen werden, von einer durchgezogenen Linie umgeben, und die Kanalgruppe oder der Kanal, bei dem die Bilddatenaufnahme durch die Bildaufnahmesequenz weggelassen werden kann, ist von einer gestrichelten Linie umgeben. Im Schritt S200 werden die Bildaufnahmesequenzen für die Kanalgruppen oder Kanäle ausgeführt, die von einer ausgezogenen Linie umgeben sind, und im Schritt S210 wird die B1-Verteilung wie oben angegeben für jede Gruppe berechnet. Die Messung für die B1-Verteilung bei der Einstrahlung aller Kanäle, die nach der Bildaufnahmesequenz erfolgt, ist die gleiche wie bei der ersten und zweiten Ausführungsform.
Bei der ersten bis vierten Ausführungsform wird die Magnet feldstärke T mit den Ausdrücken (6) und (7) aus der Phasendifferenz zwischen der Abbildung (Gesamtabbildung) aller Kanäle und der Abbildung (Teilabbildung) eines Kanals oder der Abbildung (Teilabbildung) von (n – 1) Kanälen berechnet. Da für die Berechnung der B1-Verteilung für jeden Kanal die Phaseninformation der Abbildungen verwendet wird, nimmt die Genauigkeit in Bereichen ab, in denen der Rauschabstand der Abbildungen klein ist. Aus den Ausdrücken (6) und (7) ergibt sich, daß, wenn die Phasendifferenz ”α – β” oder ”α_k – β_k” nahe 0 oder π ist, der Ausdruck divergiert und die Berechnung der Magnetfeldstärke mit den Ausdrücken (6) und (7) nicht möglich ist. Bei der folgenden Ausführungsform wird im Schritt S310, in dem die B1-Verteilung für jeden Kanal berechnet wird, eine Maßnahme zum Verhindern der Abnahme der Genauigkeit oder der Divergenz der Berechnung in den Bereichen vorgesehen, in denen der Rauschabstand der Abbildungen klein ist.
Die Recheneinheit umfaßt dazu eine Bestimmungseinheit, die feststellt, ob der Unterschied zwischen der Phasendifferenz zwischen der Phase einer Teileinstrahlungsabbildung und der Phase der Gesamtabbildung und der Phasendifferenz zwischen der Phase einer anderen Teileinstrahlungsabbildung und der der Gesamtabbildung gleich oder größer oder gleich oder kleiner ist als ein vorgegebener Schwellenwert für jedes Pixel.
Insbesondere enthält bei der folgenden fünften und sechsten Ausführungsform die Recheneinheit eine Bestimmungseinheit, die feststellt, ob der Unterschied (α – β oder α_k – β_k) zwischen der Phasendifferenz (α oder α_k) zwischen der Phase der Teileinstrahlungsabbildung einiger Kanäle und der Phase der Gesamtabbildung und der Phasendifferenz (β oder β_k) zwischen der Phase der Teileinstrahlungsabbildung der anderen Kanäle und der Phase der Gesamtabbildung gleich oder größer oder gleich oder kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert für jedes Pixel ist. Anhand des Bestimmungsergebnisses der Bestimmungseinheit erfolgt eine Neuberechnung der Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds.
Die 10 ist eine Funktionsblockdarstellung der CPU 8 für die fünfte und sechste Ausführungsform. In der Funktionsblockdarstellung der 10 sind die gleichen Bauelemente wie in der 2 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und nicht erneut beschrieben. Wie gezeigt umfaßt die Recheneinheit 70 eine Bestimmungseinheit 741. Die Bestimmungseinheit 741 stellt fest, ob eine Berechnung der B1-Verteilung mit dem Rauschabstand der Abbildungen oder den erhaltenen Phasendifferenzen zwischen den Abbildungen möglich ist, wenn die zweite Berechnungseinheit 74 für die Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds die B1-Verteilung für jeden Kanal auf der Basis der Phasendifferenzen zwischen den Abbildungen berechnet. Wenn festgestellt wird, daß die Genauigkeit der B1-Verteilungsberechnung bei dem Rauschabstand der Abbildungen abnimmt oder die Berechnung der B1-Verteilung mit den erhaltenen Phasendifferenzen divergiert, veranlaßt die Steuereinheit 80 eine erneute Messung oder Berechnung durch die Sequenzsteuereinheit 81 oder die erste Berechnungseinheit 73 für die Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds. Im folgenden werden Ausführungsformen beschrieben, bei denen sich die Verarbeitung nach der Feststellung durch die Bestimmungseinheit 741 unterscheidet.
<Fünfte Ausführungsform>
Bei dieser Ausführungsform stellt die Bestimmungseinheit fest, ob der Wert für den Unterschied ”α – β” oder ”α_k – β_k” zwischen den Phasendifferenzen nahe 0 oder π ist. Wenn bei einem bestimmten Kanal der Unterschied nahe 0 oder π ist, wird die Phase des in dem Kanal eingestrahlten HF-Impulses für eine Neumessung der Abbildungen geändert.
Die 11 zeigt die Verarbeitungsprozesse bei der vorliegenden Ausführungsform.
Zuerst werden die Bilddaten für jeden Kanal aufgenommen (Schritt S101). Die Bilddaten können die Bilddaten für jeden Kanal wie bei der ersten Ausführungsform, die Bilddaten für Restkanäle ohne einen Kanal wie bei der zweiten Ausführungsform oder wie bei der vierten Ausführungsform die Bilddaten für jede von zwei Kanalgruppen sein, die von den Kanälen abgeteilt wurden. Es können auch Daten sein, für die die Abbildungen von mehreren Kanälen zusammengesetzt wurden. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird beispielhaft der Fall beschrieben, daß die Bilddaten von jedem Kanal verwendet werden.
Dann werden die Einstrahlungsphasendifferenzen α oder β für jedes Pixel aus den Bilddaten (Teileinstrahlungsabbildung) für einen Kanal bestimmt, eine zusammengesetzte Abbildung (Teileinstrahlungsabbildung) aus den Abbildungen außer der für den einen Kanal zusammengesetzt und die Bilddaten aller Kanäle erhalten (Schritt S102). Der Unterschied oder die Summe der Phasendifferenzen α und β wird bestimmt und festgestellt, ob der Wert den Ausdruck (24) erfüllt oder nicht (Schritt S103): |∞ – β| < θ oder π – θ < |α – β| < π + θ (24) (In diesem Ausdruck ist θ ein Schwellenwert, der vorab festgelegt wird.)
Wenn dabei festgestellt wird, daß die Phasendifferenz |α – β| den Ausdruck (24) erfüllt und die Berechnung für die Magnetfeldstärke für den Kanal j, der im Schritt S102 das Berechnungsziel ist, fehlschlägt, wird die Abbildung erneut aufgenommen, wobei die Phase des Anregungs-HF-Impulses verändert wird (Schritt S104). Die HF-Phase bei der erneuten Messung ist zum Beispiel die Phase bei der ersten Messung ± π/2.
Mit der neu aufgenommenen Abbildung für den Kanal j und der zusammengesetzten Abbildung für die Kanäle außer dem Kanal j werden für die Pixel, die den Ausdruck (24) erfüllen, die Phasendifferenzen α und β aus der Phase der Abbildung für alle Kanäle neu berechnet (Schritt S102), und die Magnetfeldstärke wird mit den Ausdrücken (6) und (7) berechnet (Schritt S105).
Nachdem die eingestrahlte Magnetfeldstärke mit den Ausdrücken (6) und (7) für alle Pixel berechnet wurde (Schritt S106), wird der gleiche Prozeß für die anderen Kanäle ausgeführt, um die B1-Verteilung für alle Kanäle zu erhalten (Schritt S107).
Im Schritt S101 reicht es bei der Aufnahme der Bilddaten für die Restkanäle außer einem Kanal aus, den gleichen Prozeß durch Einsetzen von α und β in das α_k und β_k der Ausdrücke (20) und (21) auszuführen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform kann auch dann eine Divergenz des Ausdrucks vermieden und die B1-Verteilung für jeden Kanal mit hoher Genauigkeit erhalten werden, wenn es einen Bereich gibt, in dem der Rauschabstand klein ist oder wenn eine Phasendifferenz vorliegt, die eine Divergenz des Ausdrucks zur Folge hat.
<Sechste Ausführungsform>
Bei dieser Ausführungsform wird die Kombination der Kanäle, die bei der Berechnung der B1-Verteilung verwendet werden, in Abhängigkeit von dem Bestimmungsergebnis der Bestimmungseinheit 741 verändert.
In den 12 und 13 ist ein Teil der Verarbeitungsprozesse bei dieser Ausführungsform gezeigt. In der 12 sind die gleichen Schritte wie in der 11 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist an Stelle des Schritts S104 (erneute Messung) der fünften Ausführungsform der Schritt S120 vorgesehen. Die 13 zeigt die Einzelheiten des Schritts S120 der 12.
Bei der vorliegenden Ausführungsform werden wie bei der fünften Ausführungsform die Teileinstrahlungsabbildung für jeden Kanal und die zusammengesetzte Abbildung der Kanäle außer dem einen Kanal aufgenommen (S101), es wird die Phasendifferenz (α, β) zwischen der Phase der Abbildung aller Kanäle (Gesamtabbildung) und der Phase der Teileinstrahlungsabbildung für jeden Kanal oder der zusammengesetzten Abbildung berechnet (S102) und die Bestimmung des Ausdrucks (24) ausgeführt (Schritt S103).
Wenn als Ergebnis der Bestimmung durch die Bestimmungseinheit 741 festgestellt wird, daß die Phasendifferenz |α – β| den Ausdruck (24) erfüllt und die Berechnung für die Magnetfeldstärke fehlschlägt, erfolgt eine Neuberechnung unter Verwendung der Abbildung des einen Kanals j und der Abbildung der Kanäle außer dem einen Kanal anhand der Abbildungen von zwei Kanälen (zum Beispiel j und j + 1) und der Abbildung der Kanäle außer den beiden Kanälen (Schritt S120). Dazu wird zuerst die Abbildung der beiden Kanäle und die Abbildung der Kanäle außer den beiden Kanälen unter Verwendung der Abbildungen der einzelnen Kanäle, die im Schritt S101 aufgenommen wurden, zusammengesetzt (Schritt S121). Dann werden für diese beiden Abbildungen die Phasendifferenzen von der Phase der Gesamtabbildung berechnet (S122), und mit den Ausdrücken (6) und (7) wird unter Verwendung dieser Phasendifferenzen und der Magnetfeldstärke bei der Einstrahlung mit allen Kanälen die Magnetfeldstärke bei der Einstrahlung mit den beiden Kanälen berechnet (S123).
Wenn zum Beispiel im Schritt S103 die Berechnung für die Magnetfeldstärke des Kanals 1 divergiert, wie es in der 14(a) gezeigt ist, wird mit den Ausdrücken (6) und (7) aus den Phasendifferenzen α1 und β1 zwischen den Abbildungen bei der Einstrahlung mit dem Kanal 1 und dem Kanal 2 und der Gesamtabbildung die Magnetfeldstärke T(1 + 2) bei der Einstrahlung mit den Kanälen 1 und 2 und die Magnetfeldstärke Ttotal bei der Einstrahlung mit allen Kanälen berechnet.
Die im Schritt S143 berechnete Magnetfeldstärke bei der Einstrahlung mit den beiden Kanälen wird in die Magnetfeldstärke der einzelnen Kanäle aufgelöst. Das heißt, daß wie in der 14(b) gezeigt die Unterschiede α2 und β2 zwischen den Phasen der zusammengesetzten Abbildung der beiden Kanäle (dargestellt sind der Kanal 1 und der Kanal 2) und sowohl der Phase der Abbildung des Kanals 1 als auch der Phase der Abbildung des Kanals 2 berechnet werden (Schritt S 124) und unter Verwendung der Phasendifferenzen α2 und β2 und der Magnetfeldstärke T(1 + 2) bei der Einstrahlung mit den beiden Kanälen, die im Schritt S143 berechnet wurde, mit den Ausdrücken (6) und (7) die Magnetfeldstärke T1 des Kanals 1 berechnet wird (Schritt S105).
Es reicht aus, wenn im Schritt S140 die Berechnung für diejenigen Pixel erfolgt, für die im Schritt S103 festgestellt wird, daß der Ausdruck (24) erfüllt ist. Für die anderen Pixel kann die Magnetfeldstärke direkt im Schritt S105 berechnet werden. Auch wenn es Pixel gibt, für die festgestellt wird, daß die Berechnung der Magnetfeldstärke fehlschlägt, kann so die Magnetfeldstärke mit hoher Genauigkeit berechnet werden. Da es ausreicht, wenn im Schritt S140 die Neuberechnung nur für die kritischen Pixel erfolgt, kann ein merklicher Anstieg im Ausmaß der Berechnung vermieden werden.
Wie bei der fünften Ausführungsform werden die Schritte S101 bis S108 und S120 dann auch für die anderen Kanäle ausgeführt.
Auch wenn es einen Bereich gibt, in dem der Rauschabstand niedrig ist oder wenn es eine Phasendifferenz gibt, die eine Divergenz des Ausdrucks verursacht, ist es bei der vorliegenden Ausführungsform möglich, die Divergenz des Ausdrucks zu vermeiden und die B1-Verteilung für jeden Kanal mit hoher Genauigkeit zu erhalten. Da es nicht erforderlich ist, eine Neuberechnung auszuführen, kann die Gesamtzeit für die Messung der B1-Verteilung verringert werden.
Es wurden die Einzelheiten der Verarbeitungsprozesse für die MRI-Vorrichtung der 3 im Schritt S200, in dem die Impulssequenz für die Messung der B1-Verteilung ausgeführt wird, und im Schritt S210, in dem die B1-Verteilung unter Verwendung der im Schritt S200 erhaltenen Daten berechnet wird, für die obigen Ausführungsformen näher beschrieben. Es sind jedoch auch verschiedene Abänderungen und Erweiterungen der Ausführungsformen möglich. Zum Beispiel kann die Bildaufnahmesequenz und die Signalaufnahmesequenz entweder eine dreidimensionale Impulssequenz oder eine zweidimensionale Impulssequenz sein. Es ist so möglich, die B1-Verteilung mit einem vorgegebenen Volumen zu erhalten. Bei den obigen Ausführungsformen wurde der Fall beschrieben, daß die Bilddaten bei der Einstrahlung aller Kanäle der Sendespule mit mehreren Kanälen und die B1-Verteilung wie beschrieben erhalten werden. Alle Kanäle müssen jedoch nicht alle Kanäle sein, die die Sendespule bilden, und die vorstehende Ausführungsform kann auch auf den Fall angewendet werden, daß mehrere Kanäle, die einen Teil der Sendespule bilden, alle Kanäle sind und die B1-Verteilung der einzelnen Kanäle gemessen wird, die die mehreren Kanäle bilden.
Es wird nun die Abbildung (Hauptabbildung) beschrieben, die mit der wie oben beschrieben erhaltenen B1-Verteilung der einzelnen Kanäle erhalten wird.
Bei der Hauptabbildung führt die Steuereinheit einen HF-Abgleich unter Verwendung der für die einzelnen Kanäle berechneten Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds aus. Das heißt, daß die Steuereinheit eine dritte Bildaufnahmesequenz (Hauptabbildungssequenz) ausführt, in der die Abbildung eines Objekts aufgenommen wird, und die Recheneinheit eine Abgleicheinheit enthält, die für jeden Kanal unter Verwendung der von der zweiten Berechnungseinheit für die Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds berechneten Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds einen Satz von Amplituden und Phasen für ein magnetisches Hochfrequenzfeld berechnet, das in der dritten Bildaufnahmesequenz eingestrahlt wird.
Auch wenn der Abbildungsprozeß unter Verwendung der B1-Verteilung der gleiche ist wie bei der herkömmlichen Abbildungserstellung, wird er im folgenden kurz beschrieben, wozu zum Flußdiagramm der 3 zurückgekehrt wird.
Vor der Abbildungserstellung erfolgt eine Einstellung des HF-Impulses unter Verwendung der B1-Verteilung, die im Schritt S210 berechnet wurde. Wenn die Anzahl der Kanäle der HF-Spule n ist, ist die B1-Verteilung, die für jeden Kanal erhalten wird, B1k(r), und die Amplitude und Phase des Hochfrequenzsignals, das jeder kleinen HF-Spule zugeführt wird, ist Ak bzw. ϕk. Die Magnetfeldverteilung B1_total(r) kann als Ganzes durch den Ausdruck (25) ausgedrückt werden: B1_total(r) = ΣA_nexp(iφ_n)B1_n(r) (25).
Durch Verändern des Satzes (Ak, ϕk) von Amplitude und Phase im Ausdruck (25) wird ein Satz von Amplitude und Phase erhalten, der für die Magnetfeldverteilung B1_total(r) (wobei r die Position einer tatsächlichen Raumkoordinate ist) eine homogene Magnetfeldverteilung ergibt (S220). Die Berechnung kann mit einem bekannten nichtlinearen Optimierungsalgorithmus erfolgen. Zum Beispiel kann mit einem Optimierungsalgorithmus, bei dem die Quadratwurzel des mittleren quadratischen Fehlers des mit dem Ausdruck (25) erhaltenen B1_total(r) minimal wird, und einer Soll-Magnetfeldverteilung ein Satz (Ak, ϕk) für die Amplitude und Phase erhalten werden.
Der erhaltene Satz für die Amplitude und Phase wird für jede der kleinen HF-Spulen (eine Spule entspricht einem Kanal) eingestellt. Das heißt, daß die Amplitude und die Zeitgebung für den jedem Kanal der HF-Spule zugeführten Hochfrequenzimpuls vom Sequenzer 4 und Modulator 12 entsprechend eingestellt werden.
Mit der so festgelegten Amplitude und Phase wird die gewünschte Abbildung durchgeführt und eine Abbildung erstellt (Schritt S230 und S240). Da die in den Schritten S200 und S210 gemessene B1-Verteilung vom Meßbereich am Objekt abhängt, erfolgt bei einer Änderung des Objekts oder des Abbildungsbereichs eine erneute Messung der B1-Verteilung (S250). Das heißt, daß der Prozeß zum Schritt S200 zurückkehrt und die Messung der B1-Verteilung und die Einstellung der Amplitude und Phase für jede kleine HF-Spule entsprechend dem Meßergebnis erfolgt. Wenn sich der Bereich nicht ändert oder wenn die Bewegung des Bereichs eine Bewegung in einem Ausmaß ist, daß die festgelegte Amplitude und Phase so verwendet werden können wie sie sind, wird die Abbildung mit den gleichen Einstrahlungsbedingungen bis zum Ende der Abbildungserstellung fortgesetzt (S260). Auf diese Weise erfolgt die Messung der B1-Verteilung nur dann, wenn sich das Objekt oder der Abbildungsbereich ändert, wodurch es möglich ist, die Anzahl von Messungen für die B1-Verteilung zu verringern und den Durchsatz bei der Untersuchung zu erhöhen.
Beispiel
In einem Beispiel erfolgte die Messung der B1-Verteilung mit dem Verfahren der ersten Ausführungsform unter Verwendung einer Zweikanal-Sendespule. Für ein Vergleichsbeispiel wurde das gleiche Multi-TI-Verfahren wie im Beispiel verwendet und eine Messung der B1-Verteilung für jeden Kanal durchgeführt. Die Ergebnisse sind in den 15 und 16 gezeigt. Die 16 zeigt das Linienprofil für die 15, und in den einzelnen Darstellungen zeigen (a) und (b) das Ergebnis für das Beispiel und (c) und (d) das Ergebnis für das Vergleichsbeispiel. In dem Vergleichsbeispiel, in dem die Messung der B1-Verteilung für jeden Kanal erfolgte, war der Berechnungsfehler in Bereichen mit einem niedrigen B1 groß, und im Beispiel wurde bestätigt, daß der Wert in den Bereichen mit niedrigem B1 verbessert wurde und die Genauigkeit insgesamt hoch war.
Industrielle Anwendbarkeit
Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Messung der Magnetfeldverteilung (die Messung der B1-Verteilung) des HF-Impulses in sehr kurzer Zeit durchzuführen. Entsprechend ist es möglich, die Messung der B1-Verteilung und die Steuerung der HF-Impulse auf der Basis des Meßergebnisses bei einer Änderung des Abbildungsbereiches in Echtzeit durchzuführen. Die Belastung des Objekts durch eine lange Abbildungszeit wird damit verringert, und bei einer Hochmagnetfeld-Kernspintomographie, die leicht durch das innere Magnetfeld des Objekts beeinflußt wird, können durch die Beseitigung dieses Einflusses Abbildungen erhalten werden, die die Diagnostizierbarkeit erhöhen.
Bezugszeichenliste

2: Erzeugungseinheit für ein statisches Magnetfeld, 3: Erzeugungseinheit für ein Gradientenmagnetfeld, 4: Sequenzer, 5: Sendeeinheit, 6: Empfangseinheit, 7: Signalverarbeitungseinheit, 8: CPU (Recheneinheit, Steuereinheit), 11: Hochfrequenzoszillator, 12: Modulator, 13: Verstärker, 14a: Hochfrequenzspule (Sendespule).

Claims

Magnetresonanzabbildungsvorrichtung mit einer Abbildungseinheit, die eine Sendeeinheit zum Einstrahlen eines magnetischen Hochfrequenzfelds auf ein Untersuchungsobjekt und eine Empfangseinheit zum Aufnehmen eines kernmagnetischen Resonanzsignals vom Untersuchungsobjekt umfaßt; einer Recheneinheit zum Verarbeiten des von der Empfangseinheit aufgenommenen kernmagnetischen Resonanzsignals und zum Ausführen einer arithmetischen Operation einschließlich einer Bilderstellung; und mit einer Steuereinheit zum Steuern der Abbildungserstellung durch die Abbildungseinheit, wobei die Sendeeinheit eine Sendespule mit zwei oder mehr Kanälen aufweist, und wobei die Steuereinheit eine Bildaufnahmesequenz, in der für mehrere Kanäle, die einen Teil oder die ganze Sendespule umfassen, durch die Einstrahlung mit einem Kanal oder einer Kombination von zwei oder mehr Kanälen eine Abbildung aufgenommen wird, und eine Meßsequenz für die Messung der Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds beinhaltet, in der die Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds bei der Einstrahlung mit allen der mehreren Kanäle gemessen wird, und wobei die Recheneinheit eine erste Berechnungseinheit für die Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds zum Berechnen der Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds von allen der mehreren Kanäle unter Verwendung von Daten, die in der Meßsequenz für die Messung der Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds aufgenommen wurden, und eine zweite Berechnungseinheit für die Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds zum Berechnen der Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds für jeden Kanal der mehreren Kanäle unter Verwendung von mehreren Teilen von in der Bildaufnahmesequenz aufgenommenen Bilddaten und der von der ersten Berechnungseinheit für die Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds berechneten Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds von allen der mehreren Kanäle umfaßt.
Magnetresonanzabbildungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweite Berechnungseinheit für die Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds die Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds für jeden Kanal unter Verwendung der Phase der Abbildung (Gesamtabbildung) von allen der mehreren Kanäle, der Phase der Abbildung (Teileinstrahlungsabbildung) von einigen Kanälen der mehreren Kanäle und der von der ersten Berechnungseinheit für die Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds berechneten Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds berechnet.
Magnetresonanzabbildungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Bildaufnahmesequenz und die Meßsequenz für die Messung der Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds die gleiche Impulssequenz sind.
Magnetresonanzabbildungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Meßsequenz für die Messung der Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds eine der Impulssequenzen für das Doppelwinkelverfahren (DAM), ein Anpaßverfahren oder das tatsächliche Kippwinkelverfahren (AFI) ist.
Magnetresonanzabbildungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Meßsequenz für die Messung der Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds das Anlegen eines magnetischen Hochfrequenzfeld-Vorimpulses durch die Sendeeinheit und von mehreren Signalaufnahmesequenzen mit verschiedenen verstrichenen Zeiten ab dem Anlegen des magnetischen Hochfrequenzfeld-Vorimpulses umfaßt.
Magnetresonanzabbildungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Bildaufnahmesequenz eine Impulssequenz umfaßt, in der eine Einstrahlung mit einem Kanal der mehreren Kanäle erfolgt, wobei die Impulssequenz so oft wiederholt wird wie es der Anzahl von Kanälen entspricht und dabei die bei der Einstrahlung verwendeten Kanäle geändert werden, und wobei die zweite Berechnungseinheit für die Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds die Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds für jeden Kanal unter Verwendung der für jeden Kanal aufgenommenen Abbildung und der bei der Einstrahlung mit allen der mehreren Kanäle aufgenommenen Abbildung berechnet.
Magnetresonanzabbildungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Bildaufnahmesequenz eine Impulssequenz umfaßt, in der eine Einstrahlung mit den Restkanälen ohne einen Kanal der mehreren Kanäle erfolgt, wobei die Impulssequenz so oft wiederholt wird wie es der Anzahl von Kanälen entspricht und dabei der ausgeschlossene Kanal geändert wird, und wobei die zweite Berechnungseinheit für die Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds unter Verwendung der mit einen Kanal ausschließenden Impulssequenz erhaltenen Abbildung und der Abbildung (Gesamtabbildung) bei der Einstrahlung mit allen der mehreren Kanäle die Phasendifferenz zwischen der Phase der Abbildung von einem Kanal und der Phase der Gesamtabbildung berechnet und die Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds für jeden Kanal unter Verwendung der Phasendifferenz und der von der ersten Berechnungseinheit für die Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds berechneten Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds berechnet.
Magnetresonanzabbildungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Bildaufnahmesequenz eine Sequenz umfaßt, in der, wenn mehrere Kanäle in zwei Gruppen aufgeteilt werden und die Aufteilung wiederholt wird, bis die Anzahl der Kanäle nach der Aufteilung gleich Eins ist, mehrere Abbildungen durch Einstrahlung unter Verwendung der Kanalgruppen und alle oder einige der Kanäle jeder Aufteilungsstufe aufgenommen werden, und wobei die zweite Berechnungseinheit für die Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds die Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds für jeden Kanal unter Verwendung der Abbildungsdaten für die Kanalgruppen und von Abbildungsdaten der Kanäle berechnet.
Magnetresonanzabbildungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Recheneinheit eine Bestimmungseinheit umfaßt, die feststellt, ob der Unterschied zwischen der Phasendifferenz zwischen der Phase einer Teileinstrahlungsabbildung einiger Kanäle und der Phase der Gesamtabbildung und der Phasendifferenz zwischen der Phase der Gesamtabbildung und der Phasendifferenz zwischen der Phase einer Teileinstrahlungsabbildung der anderen Kanäle und der Phase der Gesamtabbildung gleich oder größer oder kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert für jedes Pixel ist und in Abhängigkeit vom Bestimmungsergebnis der Bestimmungseinheit eine Neuberechnung der Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds erfolgt.
Magnetresonanzabbildungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei, wenn die Bestimmungseinheit feststellt, daß der Unterschied zwischen den Phasendifferenzen kleiner ist als der vorgegebene Schwellenwert, die Steuereinheit die Abbildung durch die Abbildungseinheit wiederholt und die Recheneinheit eine Neuberechnung der eingestrahlten Magnetfeldstärke für die Pixel ausführt, für die der festgestellte Unterschied zwischen den Phasendifferenzen kleiner ist als der vorgegebene Schwellenwert.
Magnetresonanzabbildungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei, wenn die Bestimmungseinheit feststellt, daß der Unterschied zwischen den Phasendifferenzen kleiner ist als der vorgegebene Schwellenwert, die Recheneinheit die Kombination der Kanäle für eine Teilabbildung ändert, die bei der Berechnung der Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds verwendet wurde, und eine Neuberechnung der eingestrahlten Magnetfeldstärke für die Pixel ausführt, für die der festgestellte Unterschied zwischen den Phasendifferenzen kleiner ist als der vorgegebene Schwellenwert.
Magnetresonanzabbildungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Recheneinheit eine Einheit zum Zusammensetzen der Abbildung für alle der mehreren Kanäle aus mehreren Abbildungen von der Einstrahlung mit einigen Kanälen umfaßt.
Magnetresonanzabbildungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit die Bildaufnahmesequenz unmittelbar vor der Meßsequenz für das eingestrahlte Magnetfeld ausführt.
Magnetresonanzabbildungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit die Bildaufnahmesequenz unmittelbar nach dem TR der Meßsequenz für das eingestrahlte Magnetfeld ausführt.
Magnetresonanzabbildungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit eine zweite Bildaufnahmesequenz ausführt, in der die Abbildung eines Objekts aufgenommen wird, und wobei die Recheneinheit eine Abgleicheinheit umfaßt, die einen Satz aus Amplitude und Phase des in der zweiten Bildaufnahmesequenz eingestrahlten magnetischen Hochfrequenzfelds für jeden Kanal unter Verwendung der von der zweiten Berechnungseinheit für die Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds berechneten Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds berechnet.
Verfahren zum Messen der Verteilung des von einer Sendespule mit mehreren Kanälen einer Magnetresonanzabbildungsvorrichtung eingestrahlten Magnetfelds, mit einem Bildaufnahmeschritt, in dem für mehrere Kanäle, die alle oder einige Kanäle der Sendespule umfassen, eine Einstrahlung unter Verwendung eines Kanals oder von Kanälen ausschließlich wenigstens einem Kanal zur Aufnahme von Bilddaten erfolgt; einem Aufnahmeschritt für die Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds zum Aufnehmen der Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds bei einer Einstrahlung, bei der alle der mehreren Kanäle verwendet werden; und mit einem Berechnungsschritt zum Berechnen der Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds für jeden Kanal der mehreren Kanäle unter Verwendung von Bilddaten, die im Bildaufnahmeschritt aufgenommen wurden, und der Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds, die im Aufnahmeschritt für die Verteilung des eingestrahlten Magnetfelds aufgenommen wurde.
Verfahren nach Anspruch 16, mit des weiteren einem Schritt zum Ausführen einer Einstrahlung unter Verwendung aller der mehreren Kanäle zur Aufnahme von Bilddaten aller Kanäle oder einem Schritt zum Zusammensetzen der Bilddaten aller Kanäle unter Verwendung von Bilddaten, die im Bildaufnahmeschritt aufgenommen wurden.