JP2006519650A - Ｍｒイメージング方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、ＭＲ装置の検査容積内に位置付けられる患者の体の一部の画像を生成するためのＭＲ方法に係る。この方法では、最初に、傾斜磁場パルス（１５、１６、１７）及び／又はＲＦパルス（１４）のシーケンスによって検査容積内でＭＲ信号が励起される。次に、ＭＲ信号は、ＭＲ装置のＲＦコイル構成によって記録される。ＲＦコイル構成は、個別に作動可能な多数のコイル素子を有する。最後に、記録されたＭＲ信号からの画像再構成が行われる。傾斜磁場パルス又はＲＦパルスに対する患者の生理学的な露出量を最小限に抑えながら可能な限り高速のイメージングのために、本発明は、ＭＲ信号の励起時の空間ＲＦ磁場分布及び／又はＭＲ信号の記録時のＲＦコイル構成の空間感度プロファイルが、ＲＦコイル構成の好適な作動（Ｃ１、Ｃ２）によって変化されることを提案する。

Description

本発明は、ＭＲ装置の検査容積内に位置付けられる患者の体の一部の画像を生成するためのＭＲ方法に係り、この方法は、ａ）傾斜磁場パルス及び／又はＲＦパルスのシーケンスによって検査容積内でＭＲ信号を励起させる段階と、ｂ）ＭＲ装置のＲＦコイル構成によってＭＲ信号を記録する段階と、ｃ）記録されたＭＲ信号から画像を再構成する段階とを有する。

更に、本発明は、この方法を実行するＭＲ装置と、そのようなＭＲ装置用のコンピュータプログラムに係る。

ＭＲ（磁気共鳴）イメージングにおいて、検査容積における核磁化の位置は、通常、時間的に異なり空間的に不均質である磁場（傾斜磁場）によって見つけられる。画像再構成に使用されるＭＲ信号は電圧として記録され、この電圧は、時間領域における傾斜磁場パルス及びＲＦパルスの好適なシーケンスの影響下で、検査容積を囲むＲＦコイル構成内に誘発される。その後、実際の画像再構成が、時間信号のフーリエ変換によって行われる。イメージングされるべき視野及び画像分解能を決定する局所的周波数空間（いわゆる「ｋ空間」）のサンプリングは、使用される傾斜磁場パルス及びＲＦパルスの数、時間間隔、継続時間、及び強度によって決定される。ｋ空間のサンプリングにおける位相エンコーディング段階の数、従って、イメージングシーケンスの継続時間は、画像サイズ及び画像分解能に設定される要件によって予め決定される。これは、ＭＲイメージングの深刻な不利点の１つを結果としてもたらす。というのは、診断目的のために十分な解像度での完全な検査容積の画像の記録は、通常、望ましくなく長い時間がかかるからである。

ＭＲイメージングの分野における多数の技術的開発は、画像を記録するためにかかる時間を大幅に短くすることを目的としている。傾斜磁場の可能な限り高速の切り替えを可能にする機器に関しては、今日では、技術的実現可能性の限界と、患者にとって生理的に妥当な限界に到達している。しかし、多数の適用に対し記録時間は依然として長すぎる。

いわゆる感度エンコーディングといった最近知られるようになってきたパラレル方法によって従来のＭＲイメージングの速度に関する現在の技術的及び生理学的限界を打開することが実現可能となってきているようである。これらのパラレル方法は、使用されるＲＦコイル構成の空間感度プロファイルは、ＭＲ信号に位置情報アイテムをスタンプするという知識に基づいている。この位置情報アイテムは、画像再構成に使用することができる。それぞれ異なる空間感度プロファイルを有する多数の別個のコイル素子を並列に使用し、各場合に記録されたＭＲ信号を組み合わせることによって、従来の方法と比較して、画像を記録するためにかかる時間を、最も有利な場合において、使用されるコイル素子数と等しい率で減少することが可能である。

しかし、上述したイメージング方法の不利点は、そこに使用されるＲＦコイル構成は、固定して予め決められた空間感度プロファイルを有するコイル素子を有することである。適用に依存して、例えば、患者の検査されるべき体の一部が最適にイメージング可能であるためには、特別なコイル素子の構成が選択されなければならない。従って、周知のパラレルＭＲイメージング方法の不利点は、あまり柔軟性があるように使用することができないという点である。

より最近では、個別に作動可能である、即ち、受信モード及び送信モードの両方に対して作動可能である多数のコイル素子を有するＲＦコイル構成をＭＲ装置に使用することが好まれている。このようなＭＲ装置では、ＲＦパルスを発生させるときに検査容積におけるＲＦ磁場分布を完全に制御可能とすることが有利に可能である。従って、個々のコイル素子において振幅及び位相を個別に設定することによってＲＦコイル構成において考えられ得る任意の電流分布を発生させることが可能である。ＭＲ装置のソフトウェアによって、検査容積におけるＲＦ磁場分布は、直接的にまたインタラクティブに制御可能である（いわゆる「ＲＦシミング」）。更に、例えば、検査される患者の様々な誘電特性によるＲＦ磁場分布への可変影響を補償するためにイメージングシーケンスにＲＦ磁場均一性の完全な自動制御を組み込むことも考えられる。

この従来技術に基づき、本発明は、上述したようなタイプのＭＲ装置が特に画像の高速記録に使用可能となる、汎用ＭＲイメージング方法を提供することを目的とする。特に、傾斜磁場の高速切り替え及びＲＦパルスの発生によりもたらされる患者の生理学的な露出量は可能な限り低く維持されるべきである。

この目的は、導入部において記載したタイプのＭＲ方法に基づいて、段階ａ）におけるＭＲ信号の励起時の空間ＲＦ磁場分布、及び／又は段階ｂ）におけるＭＲ信号の記録時のＲＦコイル構成の空間感度プロファイルは、ＲＦコイル構成によって変化されることにより達成される。

本発明では、使用されるＭＲ装置のＲＦコイル構成は、ＲＦ磁場分布が、ＲＦパルスの発生時に変化可能であるよう設計される。従って、例えば、様々な度合いの傾斜を、様々な空間方向において高周波磁場内に発生させることが可能である。空間的及び時間的に可変のＲＦ磁場パターンを予め設定することによって、位置エンコーディングは、検査容積において当該のパターンによって励起された磁化分布にスタンプすることができる。この位置エンコーディングは、高速容積イメージングに使用されることが可能である。

画像再構成に使用可能な位相エンコーディングは、ＭＲ信号の励起時にＲＦ傾斜磁場を発生させることによって生成可能であることは周知である（Ｄ．Ｉ．ホルト、「Journal of Magnetic Resonance」における「Rotating Frame Zeugmatography」、第３３巻、ｐ．１８３−１９７、１９７９年を参照）。このようにして、位相エンコーディングのために従来のＭＲ方法に使用される傾斜磁場パルスを削減することができ、その結果、患者の生理学的な露出量は、大幅に低減される。

ホルト外による上述の論文に記載される方法とは異なり、本発明では、画像再構成に必要な位相エンコーディングは、ＭＲ信号の励起時に空間ＲＦ磁場分布を変化することによって行われる。対照的に、ＲＦ傾斜磁場を用いる従来のイメージングでは、ＲＦパルスの継続時間は、所望の位相エンコーディングを得るために変化されなければならない。従って、本発明の方法では、高周波照射に対する患者の生理学的な露出量に関しても改善される。

本発明に従って、ＭＲ信号の記録時にＲＦコイル構成の空間感度プロファイルを変化することによって、位置エンコーディングが記録された信号にスタンプされ、その位置エンコーディングは、画像再構成に使用可能である。上述した公知のパラレルイメージング方法と対照してみるに、本発明では、ＭＲ信号は、それぞれ異なる空間感度プロファイルを有する多数の異なるコイル素子によって記録されない。正しくは、ＭＲ信号を記録するために使用されるＲＦコイル構成の空間感度プロファイルが、時間が経過するに従って変化され、それにより、適用に依存して予め決定可能な位置エンコーディングが、特定の時点において記録されたＭＲ信号に、その特定の時点においてアクティブの空間感度プロファイルによってスタンプされる。これは、従来技術から知られる方法に対して相当に改善されるイメージング柔軟性をもたらす。というのは、空間感度プロファイルは、所望の検査状況に対して個別に適応可能だからである。達成可能なイメージング速度に関して、本発明の方法は、公知のパラレルＭＲイメージング方法に匹敵する。

本発明では、ＲＦコイル構成の空間感度プロファイルは、段階ｂ）においてそれぞれ異なる空間感度プロファイルを有する様々な共鳴モード間でＲＦコイル構成を切り替えることによってＭＲ信号の記録時に便宜上変化させることが可能である。ＲＦコイル構成に、例えば、ＰＩＮダイオード又は容量ダイオードといった好適な切り替え可能な構成要素を具備させ、それにより、ＲＦコイル構成が、様々な共鳴モードにあるこれらの構成要素の作動に依存して特定の所定の共鳴周波数にあるようにすることは容易に可能である。

１つの代案として、ＭＲ信号は、段階ｂ）において、ＲＦコイル構成の個々のコイル素子によって並列に記録され、ＲＦコイル構成の空間感度プロファイルは、各コイル素子によって記録されるＭＲ信号の振幅及び／又は位相が、時間の関数として変化されることによって変化される可能性がある。このために、使用されるＭＲ装置は、ＲＦコイル構成の個々のコイル素子のための多数の受信チャネルを有する受信ユニットを有さなければならない。受信ユニットは、個々の受信チャネルを介して記録される信号の振幅又は位相を変化させる好適な手段を有さなければならない。

検査容積内に均一な静磁場を発生させる主磁場コイルと、検査容積内にＲＦパルスを発生させ、検査容積からのＭＲ信号を記録するＲＦコイル構成と、ＲＦコイル構成を作動させる制御ユニットと、ＭＲ信号を処理し且つ表示する再構成及び視覚化ユニットとを有し、ＲＦコイル構成は、ＲＦパルスを発生させ及び／又はＭＲ信号を記録するよう個別に作動可能な多数のコイル素子を有するＭＲ装置は、本発明の方法を実行するのに好適である。上述した方法は、本発明のＭＲ装置上で、制御ユニットの好適なプログラム制御によって実行可能である。

ＭＲ信号の励起時に空間ＲＦ磁場分布を変化するために、又は、ＭＲ信号の記録時にＲＦコイル構成の空間感度プロファイルを変化するために、本発明のＭＲ装置におけるＲＦコイル構成におけるコイル素子は、誘導結合されたループとして設計されてもよい。誘導結合ループは、ＭＲ装置の制御ユニットによって作動可能な容量ダイオード又はＰＩＮダイオードを有する。ダイオードを作動させることによって、ＲＦコイル構成は、それぞれ異なる空間感度プロファイルを有する異なる共鳴モード間で切り替えられることが可能である。

本発明の方法は、適切なコンピュータプログラムの形でＭＲ装置のユーザに利用可能とされ得る。コンピュータプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ又はディスクといった好適なデータ担体上に格納されるか、又は、インターネットからＭＲ装置の制御ユニットにダウンロードされてもよい。

本発明を、図面に示す実施例を参照しながら更に説明する。しかしながら、本発明は、これらの実施例に制限されない。

図１は、ＭＲ装置をブロック図として示す。ＭＲ装置は、検査容積内に均一の静磁場を発生させる主磁場コイル１から構成される。検査容積内には、患者２が位置付けられる。ＭＲ装置は更に、検査容積内の異なる空間方向において傾斜磁場パルスを発生させる傾斜コイル３、４、及び５を有する。検査容積内の傾斜磁場の時間的なプロファイルは、傾斜増幅器７を介して傾斜コイル３、４、及び５に接続される中央制御ユニット６によって制御される。図示するＭＲ装置は更に、検査容積内にＲＦパルスを発生させ、検査容積からのＭＲ信号を記録するＲＦコイル構成８を有する。ＲＦコイル構成８は、送信／受信ユニット９を介して制御ユニット６と再構成及び視覚化ユニット１０に接続される。再構成及び視覚化ユニット１０によって処理されたＭＲ信号は、スクリーン１１によって表示されてもよい。制御ユニット６は更に、本発明によってＲＦパルスの発生時に空間ＲＦ磁場分布が変更可能であるようＲＦコイル構成８に直接接続される。更に、制御ユニット６は、ＭＲ信号の記録時のＲＦコイル構成８の空間感度プロファイルを予め決定する。

図２は、ＭＲ装置のＲＦコイル構成８をより詳細に示す。ＲＦコイル構成８は、多数の誘導結合されたループ１２から構成され、構成全体の共鳴応答は、各ループ１２内に設けられる容量ダイオード１３によって決定される。各容量ダイオード１３は、対応する接続Ａ乃至Ｅを介して制御ユニット６によって作動され、それにより、図示するＲＦコイル構成８は、ＭＲ信号の記録時に様々な空間感度プロファイルを有する様々な共鳴モード間で切り替えられることが可能である。本発明によって、空間ＲＦ磁場分布もＲＦパルスの発生時、つまり、送信モードにおいて、変化されることが所望される場合、このために、切り替え可能な固定コンデンサが、ＲＦコイル構成８内に、容量ダイオードの代わりに設けられ得る。この切り替え可能な固定コンデンサは、制御ユニット６により作動される。様々な共鳴モード間の切り替えは、その場合、切り替え可能固定コンデンサによって行われ、これは、切り替え状態に依存して様々な容量を有する。

本発明のＭＲ方法を、図３に概略的に示すイメージングシーケンスを参照しながら説明する。このシーケンスは、ＲＦパルス１４の照射で始まる。このパルスによって、検査容積における核磁化が励起される。ＲＦパルス１４の照射と同時に、検査容積におけるスライスを選択するために使用する傾斜磁場パルス１５が発生される。次に、ＭＲ信号の位相エンコーディングのための更なる傾斜磁場パルス１６が続く。パルス１６の後、ＭＲ信号は記録される。即ち、周波数エンコーディングに使用される更なる傾斜磁場パルス１７の影響下で記録される。ＭＲ信号の記録時に、制御信号Ｃ_１及びＣ_２が交互に発生される。これらの制御信号によって、ＲＦコイル構成は、それぞれ異なる空間感度プロファイルを有する異なる共鳴モード間で切り替えられる。その結果、時間的に連続する交互のＭＲ信号が記録され、これらは、２つの切り替え状態におけるＲＦコイル構成の異なる空間感度プロファイルによってエンコードされた位置でスタンプされる。この位置エンコーディングは、次に、記録されたＭＲ信号が、画像再構成時に組み合わされることに使用される。

本発明のＭＲ装置を示す図である。 図１に示すＭＲ装置のＲＦコイル構成を示す図である。 本発明のＭＲイメージング方法のパルスシーケンスを示す図である。

Claims (8)

1. ＭＲ装置の検査容積内に位置付けられる患者の体の一部の画像を生成するためのＭＲ方法であって、
   ａ）傾斜磁場パルス及び／又はＲＦパルスのシーケンスによって前記検査容積内でＭＲ信号を励起させる段階と、
   ｂ）前記ＭＲ装置のＲＦコイル構成によって前記ＭＲ信号を記録する段階と、
   ｃ）前記記録されたＭＲ信号から画像を再構成する段階と、
   を有し、
   前記段階ａ）における前記ＭＲ信号の励起時の空間ＲＦ磁場分布、及び／又は前記段階ｂ）における前記ＭＲ信号の記録時の前記ＲＦコイル構成の空間感度プロファイルは、前記ＲＦコイル構成によって変化されることを特徴とするＭＲ方法。
2. 前記段階ａ）における前記ＭＲ信号の励起時、ＲＦ傾斜磁場は、様々な空間方向において発生されることを特徴とする請求項１記載のＭＲ方法。
3. 前記ＲＦコイル構成の様々な空間感度プロファイルで前記段階ｂ）において記録される前記ＭＲ信号は、前記段階ｃ）における画像再構成において組み合わされることを特徴とする請求項１記載のＭＲ方法。
4. 前記ＲＦコイル構成は、前記段階ａ）及び／又は前記段階ｂ）において様々な共鳴モード間で切り替えられることを特徴とする請求項１記載のＭＲ方法。
5. 前記ＭＲ信号は、前記段階ｂ）において、前記ＲＦコイル構成の個々のコイル素子によって並列に記録され、
   前記ＲＦコイル構成の前記空間感度プロファイルは、各コイル素子によって記録される前記ＭＲ信号の振幅及び／又は位相が変化されることによって変化されることを特徴とする請求項１記載のＭＲ方法。
6. 検査容積内に均一な静磁場を発生させる主磁場コイルと、
   前記検査容積内にＲＦパルスを発生させ、前記検査容積からのＭＲ信号を記録するＲＦコイル構成と、
   前記ＲＦコイル構成を作動させる制御ユニットと、
   前記ＭＲ信号を処理且つ表示する再構成及び視覚化ユニットと、
   を有し、
   前記ＲＦコイル構成は、前記ＲＦパルスを発生させ及び／又は前記ＭＲ信号を記録するよう個別に作動されることが可能な多数のコイル素子を有する、ＭＲ装置であって、
   前記制御ユニットは、該ＭＲ装置上で請求項１乃至５のうちいずれか一項記載の方法を実行するよう使用可能なプログラム制御部を有することを特徴とするＭＲ装置。
7. 前記ＲＦコイル構成の前記コイル素子は、誘電結合ループとして設計され、
   前記誘電結合ループは、前記ＭＲ装置の前記制御ユニットによって作動されることが可能な容量ダイオード、ＰＩＮダイオード、又は切り替え可能固定コンデンサを有することを特徴とする請求項６記載のＭＲ装置。
8. 請求項６に記載するＭＲ装置用のコンピュータプログラムであって、
   前記コンピュータプログラムは、前記ＭＲ装置の前記制御ユニット上で請求項１乃至５のうちいずれか一項記載の方法を実施するよう使用可能であることを特徴とするコンピュータプログラム。

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