JP2007526783A - Ｍｒｉにおいて比吸収率（ｓａｒ）を制御する装置及び方法 - Google Patents

Abstract

ＭＲＩ装置について開示している。そのＭＲＩ装置は、検査領域において主磁場を生成するための主マグネットと、前記主磁場において勾配磁場を生成するための複数の勾配コイルと、前記検査領域にＲＦ信号を送信し、複数のイメージングパラメータに従って、配置されている被検体用に磁気共鳴を励起するためのＲＦ送信コイルであって、送信ＲＦ信号は関連するＳＡＲを有する、ＲＦ送信コイルと、所定のＳＡＲレベル以下に前記送信ＲＦ信号を保つためのＳＡＲ処理器と、を有する。

Description

本発明は、診断イメージング技術に関する。本発明は、特に、被検体に沿った位置の関数としてエネルギー比吸収率を計算する、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）及び方法に関する。

ＭＲＩにおいては、実質的に均一な一時的に一定の主磁場が検査領域において生成される。主磁場は、検査領域内において画像化される被検体の核スピンシステムを分極する。磁気共鳴は、検査領域に高周波（ＲＦ）励起信号を送信することによりその磁場と整合する双極子に励起される。特に、ＲＦコイルアセンブリにより送信されたＲＦパルスは主磁場との整合からずれた双極子を与え、巨視的磁気モーメントベクトルが主磁場に対して平行な軸の周りで歳差運動をとる（ｐｒｅｃｅｓｓ）ようにする。歳差運動をとる磁気モーメントは又、それが緩和され、主磁場との前整合状態に戻るとき、対応するＲＦ磁気共鳴信号を生成する。ＲＦ磁気共鳴信号はＲＦコイルアセンブリにより受け取られ、受け取られた信号から、画像表現が、人間の見ることができるディスプレイにおける表示のために再構成される。

磁気共鳴イメージングを実行するときの制限因子の１つは、被検体が受ける検査におけるエネルギー比吸収率（ＳＡＲ）である。ＳＡＲは、身体の重量のキログラム当たり及び１秒当たりのＲＦのジュール（Ｗａｔ／ｋｇ）として数値で表される。ＭＲＩ検査が実行される所定のＳＡＲ限度が存在するため、ＳＡＲは、ＭＲプロトコルの被検体に適用されるＲＦパルスの選択における考慮すべき事項の１つである。

ＳＡＲはＭＲＩにおける制限因子であるため、イメージングプロトコルが効率的に実行されることができるように、適切にＳＡＲを評価することが好ましい。ＳＡＲの以前のモデルは、ボディ送信コイルについて全身ＳＡＲを及びヘッド送信コイルについて頭部ＳＡＲを評価するために、ＲＦデューティサイクルと共に、Ｂ１フリップ角の計算に必要なＲＦパワーに関連することに、一般に限定されている。それらのモデルは、過度に単純化されていて、患者の部分の関数として、頭部ＳＡＲ、全身ＳＡＲ、身体の一部のＳＡＲ及び局部ＳＡＲにおける変化について明らかにすることができない。

身体の部分間の差を考慮することなく、単一の最大ＳＡＲレベルの全体的設定は、所定のパルスシーケンスのＲＦデューティサイクルを不必要に制限することとなる。ＳＡＲ限度の設定は最も悪い場合に対するものである一方、より大きい値を、ＲＦ露出質量が非常に限定されているとして認識されている、例えば、頭部、膝及び足首のイメージングのような幾つかのイメージング部位に対して別に設定することとなる。許容される優位性よりＳＡＲが小さい状態には、より大きいＢ１磁場の入力に対するこのＳＡＲ情報について取り込まれ、それ故、走査時間を減少させ、又は、ＳＡＲ限度を越えることなく、信号対ノイズ比を増加させる。

本発明は、上記の制限及び他の制限を克服することができる、改善された装置及び方法について検討を加えたものである。

本発明の実施形態の特徴に従って、ＭＲＩ装置を提供する。その装置は、検査領域において主磁場を生成させるための主マグネットと、主磁場において勾配磁場を生成するための複数の勾配コイルと、検査領域にＲＦ信号を送信し、複数のイメージングパラメータに従って、配置されている被検体用の磁気共鳴を励起するためのＲＦ送信コイルであって、送信ＲＦ信号は関連するＳＡＲを有する、ＲＦ送信コイルと、所定のＳＡＲレベル以下に送信ＲＦ信号を維持するためのＳＡＲ処理器と、を有する。

本発明の実施形態の更に限定された特徴に従って、ＳＡＲ処理器は、被検体の位置の関数としての基準ＳＡＲデータを有する。

本発明の実施形態の他の特徴に従って、ＭＲＩ方法を提供する。その方法は、被検体位置の関数として基準ＳＡＲデータを生成する段階と、画像化するために被検体位置を選択する段階と、検査領域に主磁場を生成する段階と、主マグネットにおいて勾配磁場を生成する段階と、配置されている被検体用に磁気共鳴を励起するために検査領域にＲＦパルスを送信する段階であって、ＲＦパルスは関連するＳＡＲ値を有する、段階と、選択された位置において基準ＳＡＲデータに従って所定のＳＡＲ限度以下のＳＡＲ値を維持する段階と、を有する。

本発明の実施形態の他の特徴に従って、ＭＲＩ装置を提供する。その装置は、被検体の位置の関数として基準ＳＡＲデータを生成するための基準ＳＡＲ手段と、検査領域において主磁場を生成するための主磁場手段と、主マグネットにおいて勾配磁場を生成するための勾配手段と、配置されている被検体用に磁気共鳴を励起するために検査領域にＲＦパルスを送信するためのＲＦ送信手段であって、ＲＦパルスは関連するＳＡＲ値を有する、ＲＦ送信手段と、選択された位置において基準ＳＡＲデータに従って所定のＳＡＲ限度以下のＳＡＲ値を維持するためのＳＡＲ調節手段と、を有する。

本発明の実施形態の一有利点は、ＭＲＩシステムの効率的な使用を容易にすることである。

本発明の実施形態の他の有利点は、解剖学的モデルに基づいて、ＳＡＲ限度を与えることができることである。

本発明の実施形態の他の有利点は、患者の位置の関数としてＳＡＲにおける変化を明らかにすることができることである。

多くの付加的有利点及び優位性については、以下の好的な実施形態の詳細説明を読むことにより、当業者に理解されることであろう。

本発明により、種々の構成要素及び構成要素の構成、並びに、種々の処理操作及び処理操作の構成を具現化することが可能である。添付図面は、好適な実施形態を例示することのみを目的とし、本発明を限定することが意図されるものではない。

図１を参照するに、磁気共鳴イメージングスキャナ１０は、好適には、超伝導及び極低温シールドの状態の円筒状主マグネット１２を有する。主マグネット１２及び主マグネットが配置されているハウジング１３は、マグネットボア１４、又は検査領域を規定し、その検査領域の内部に、患者５１又は他のイメージング被検体はイメージングのために位置付けされる。主マグネット１２は、マグネットボア１４の長手（ｚ）方向の軸に沿って方向付けられた、空間的に及び時間的に一定且つ一様な主磁場を発生させる。超伝導マグネットに代えて、非超伝導マグネットを用いることができる。更に、垂直マグネット、オープンマグネット、又は他のタイプの主マグネットを、図に示す円筒状水平主マグネット１２に代えて用いることができる。

ＭＲＩ装置は又、一次勾配コイル１６と、磁気共鳴信号を空間的にエンコーディングする、磁化スポイリング磁場勾配を生成する等のためにボア１４内に磁場勾配を協働して生成する、オプションのシールド勾配コイル１８とを有する。好適には、磁場勾配コイルは、ｘ方向及びｙ方向を含む３つの直交方向において磁場勾配を生成するように構成されているコイルを有する。シールドコイル１８に加えて、オプションのコールドシールド２０は、残留勾配磁場に対する高導電性渦電流表面を与え、それ故、マグネットコイルを更に保護している。

高周波コイルアセンブリ２２、例えば、直交身体用コイルは、磁気共鳴を励起するために高周波パルスを発生する。高周波コイルアセンブリ２２は又、磁気共鳴信号を検出する役割を果たす。任意に、ヘッドコイル又は他の局部高周波コイル（図示せず）が、ボア１４の局部領域において磁気共鳴を励起及び／又は検出するために含まれる。

勾配パルス増幅器３０は、選択された磁場勾配を生成するために磁場勾配コイル１６、１８に制御された電流を供給する。高周波送信器３４、好適には、ディジタルの高周波送信器は、選択された磁気共鳴励起を生成するために高周波コイルアセンブリ２２に高周波パルス又はパルスパケットを供給する。高周波コイルアセンブリ２２に結合されている高周波受信器３６は又、磁気共鳴信号を受信する。２つ以上の高周波コイルが与えられる（局部コイル又は位相コイルアレイ）場合、異なるコイルが、磁気共鳴励起及び検出動作のために任意に用いられる。

シーケンス制御器４０は、被検体用の選択された過渡的又は定常状態磁気共鳴構成を生成するため、そのような磁気共鳴を空間的にエンコードするため、磁気共鳴を選択的にスポイリングするため、又は、被検体用の選択された時期共鳴信号特性を生成するために、勾配増幅器３０及び高周波送信器３４と通信する。生成された磁気共鳴信号は、高周波受信器３６により検出され、ｋ空間メモリ４２において記憶される。イメージングデータは、画像メモリ４６に記憶されている画像表現を生成するために再構成処理器４４により再構成される。一実施形態においては、再構成処理器４４は、逆フーリエ変換再構成を実行する。

結果として得られた画像再構成は映像処理器４８により処理され、次いで、ユーザインターフェース４９において表示され、そのユーザインターフェースは、パーソナルコンピュータ、ワークステーション又は記憶することができる他の種類のコンピュータであることが可能である。ユーザインターフェース４９は又、磁気共鳴イメージングシーケンスを選択し、イメージングシーケンスを修正し、イメージングシーケンス、プロトコル等を実行するために、オペレータが磁気共鳴シーケンス制御器４０と通信することを可能にする。又は、シーケンス制御器は、イメージングシーケンスを有する被検体支持台の動きを調整するために位置制御器と通信する。

イメージングシーケンスのＲＦ送信パラメータの構築において、所定のＳＡＲ限度の範囲内にある間に、利用可能なＲＦ送信パワーを活用することは好ましい。本発明の一実施形態においては、これは、ＳＡＲ処理器６０に記憶されているＳＡＲモデルに従って送信信号Ｂ１磁場強度又はＲＦ送信信号のデューティサイクルを調節することにより達成される。

一実施形態において、ＳＡＲ値は、以下の段階に従って決定される。先ず、被検体は検査領域内に位置付けられ、頭部から足までのスカウト走査が、ＳＡＲ限度の範囲内にあるとして認識されているＳＡＲレベルにおいて実行される。スカウト走査の目的のために、磁場勾配がｚ方向（即ち、被検体の長手方向に沿って）において構築される。頭部から開始し、所定の漸増（例えば、１０ｃｍ）で、一連のＲＦ信号がＲＦ制御器からＲＦ送信器に送られ、磁気共鳴が配置されている被検体用に誘導されるように、関連ＲＦパルスが検査領域に送信される。

検査領域から発せられている誘導ＲＦ信号はＲＦ受信コイルにより検出される。それらの信号はＲＦ受信器３６に方向付けられ、続いて、ＳＡＲ処理器６０に方向付けられる。被検体分配処理器１００において、関連するＢ１フリップ角が決定される。

一実施形態において、３つの等しいパルスが連続して送信され、その結果として得られる、ＲＦ受信コイルにより受け取られるエコー振幅が、ＲＦパルスのパワーに関連するＢ１フロップ角を決定するために用いられる。

一旦、Ｂ１フリップ角が計算されると、所定のフリップ角（例えば、９０°）に関連するＲＦパワーが決定される。一連のＲＦパルスを実行し、Ｂ１フリップ角を構築し、所定のＢ１フリップ角に関連するＲＦパワーを計算するプロセスは、頭部から足まで漸増的に実行される。従って、所定のフリップ角に対して、所定のフリップ角を達成するために必要なＲＦパワーのプロットは、被検体の長さ方向（即ち、末端位置方向）に沿って得られる。

次いで、所望の被検体の位置及びＲＦパワー曲線が、イメージングシーケンス中に用いられるＲＦ送信のデューティサイクルを計算するためにＳＡＲ処理器に指定される。図２は、そのような計算がなされる基準値を示している。

更に詳細に図２を参照するに、１００％のデューティサイクルの身体の一部のＳＡＲが、身体イメージング位置の関数として示されている。そのグラフに示されている曲線は、所定の人間の被検体についての身体位置の関数としてＳＡＲを計算する数学モデルの結果である。

実施例として、３．０ＴのＢ０磁場における成人男子の人間の身体に対する患者の位置の関数としての身体の一部のＳＡＲの計算が、モデルデータを得るために実行された。Ｂ１は１３．５μＴに固定され、ＲＦデューティサイクルは、そのモデルの目的のために、１００％である。

更に詳細には、ＳＡＲ計算は、時間領域有限差分（ＦＤＴＤ）モデルを用いて実行される。修正された現実的な人間の身体モデルがシミュレーションにおいて用いられる。人間の身体モデルの２つの腕部分は、それらの腕が腹部の何れの一部に接触することなく伸ばされているように、患者の位置をシミュレートするために、図３に示すように整えられる。

図４に示すように、人間の身体モデルは、ボディコイルのアイソセンタの下方１２．５ｃｍ又はｙ＝−１２．５ｃｍ面の支持テーブルにある３．０Ｔの直交ボディコイル（ＱＢＣ）の内側に位置付けられている。ボディコイルに関連して人間の身体モデルの縦方向位置は、カウチがボディコイルのアイソセンタの下方１５ｃｍにあり、カウチ上のパッドの厚さが２．５ｃｍであることを考慮することからもたらされる。そのモデルに従って、被検体テーブルは、ボディコイルのアイソセンタにおいてｚ＝０を有するｚ方向に移動する。最初に、頭の上部がアイソセンタに中心合わせされる。人間の身体モデルがボディコイルに移動されるとき、図３に示すように、ｚは、頭の上部とアイソセンタとの間の距離である。Ｂ１及びＳＡＲは、人間の身体の足首がアイソセンタに中心合わせされるまで、各々のｚ位置において計算される。修正される人間の身体モデルについて、人間の身体は、左腕から右腕まで、最大幅５７ｃｍを有する、頭の上部からつま先までの身長１．８８ｍを有している。人間の身体モデルの質量は、全８０５，４９５個のＦＤＴＤセルを伴って１０３ｋｇである。同じＲＦ電圧電源が全てのイメージング位置に適用される。

画像取得プロトコルの間に用いられるＲＦ送信のデューティサイクルは、表示される被検体の位置に対応するモデルにおけるＳＡＲ値を求めることにより、そして、それに応じて、ＲＦ送信のデューティサイクルを調節することにより、決定される。換言すれば、被検体の位置４０ｃｍを与えることにより、そのモデルは、身体の一部のＳＡＲ値、約２５Ｗ／ｋｇを与える。この値は、イメージングプロトコル中のＳＡＲが所定の限度の範囲内に入いるが、利用可能なＲＦパワーを利用するように、ＲＦ送信のデューティサイクルを調節するために用いられる。

イメージング処理を実行するために、主磁場が、次いで、主マグネットの制御により検査領域において生成される。磁場勾配が、勾配マグネットシステムを用いて、例えば、スライス、位相及び読み取りエンコード方向の検査領域において構築される。上記の計算に従って、高周波パルスが、ＳＡＲ限度の範囲内の検査領域内に配置された被検体において共鳴を励起するために検査領域に送信される。

本発明について、好適な実施形態を参照して詳述した。本発明の詳細な説明を読み、理解するとき、修正及び変形が可能であることを当業者は明確に理解することができるであろう。そのような修正及び変形の全ては、同時提出の特許請求の範囲又はそれと同等の範囲内にあるとして意図されている。

磁気共鳴イメージング装置の側面図である。 基準ＳＡＲデータを示す図である。 ＳＡＲも出るに入力されるデータの特性を示す図である。 ＳＡＲモデルに対して用いられる被検体位置を示す図である。

Claims (8)

1. 検査領域において主磁場を生成するための主マグネット；
   前記主磁場において勾配磁場を生成するための複数の勾配コイル；
   前記検査領域にＲＦ信号を送信し、複数のイメージングパラメータに従って、配置されている被検体用に磁気共鳴を励起するためのＲＦ送信コイルであって、送信ＲＦ信号は関連するＳＡＲを有する、ＲＦ送信コイル；並びに
   所定のＳＡＲレベル以下に前記送信ＲＦ信号を保つためのＳＡＲ処理器；
   を有することを特徴とするＭＲＩ装置。
2. 請求項１に記載のＭＲＩ装置であって、前記ＳＡＲ処理器は、被検体位置の関数としての字訓ＳＡＲデータを有する、ことを特徴とするＭＲＩ装置。
3. 請求項２に記載のＭＲＩ装置であって、前記ＳＡＲデータは、入力として人間の体のデータを有するＦＤＴＤモデルからもたらされる、ことを特徴とするＭＲＩ装置。
4. 請求項１に記載のＭＲＩ装置であって、前記ＳＡＲ処理器は、ＲＦデューティサイクル又はそれに関連するＢ１信号強度を調節することにより前記送信ＲＦ信号を保つ、ことを特徴とするＭＲＩ装置。
5. 被検体位置の関数として基準ＳＡＲデータを生成する段階；
   画像化するために被検体位置を選択する段階；
   検査領域に主磁場を生成する段階；
   前記主磁場において勾配磁場を生成する段階；
   配置されている被検体用に磁気共鳴を励起するために前記検査領域にＲＦパルスを送信する段階であって、前記ＲＦパルスは関連するＳＡＲ値を有する、段階；
   選択された位置において基準ＳＡＲデータに従って、所定のＳＡＲ限度以下に前記ＳＡＲ値を保つ段階；
   を有することを特徴とするＭＲＩ方法。
6. 請求項５に記載のＭＲＩ方法であって、前記基準ＳＡＲデータを生成する前記段階は、ＦＤＴＤモデルを用いて、被検体位置の関数として、体の一部のＳＡＲ、全身ＳＡＲ又は局部ＳＡＲをモデル化する手順を有する、ことを特徴とするＭＲＩ方法。
7. 被検体位置の関数として基準ＳＡＲデータを生成するための基準ＳＡＲ手段；
   検査領域において主磁場を生成するための主磁場手段；
   前記主磁場において勾配磁場を生成するための勾配手段；
   配置されている被検体用に磁気共鳴を励起するために前記検査領域にＲＦパルスを送信するためのＲＦ送信手段であって、前記ＲＦパルスは関連するＳＡＲ値を有する、ＲＦ送信手段；
   選択された位置において基準ＳＡＲデータに従って、所定のＳＡＲ限度以下に前記ＳＡＲ値を保つためのＳＡＲ調節手段；
   を有することを特徴とするＭＲＩ装置。
8. 請求項７に記載のＭＲＩ装置であって、前記基準ＳＡＲ調節手段は、ＦＤＴＤモデルを用いて、被検体位置の関数として、体の一部のＳＡＲ、全身ＳＡＲ又は局部ＳＡＲをモデル化することを有する、ことを特徴とするＭＲＩ装置。

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