JP2008296011A - 磁気共鳴撮像装置および磁気共鳴撮像方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の高周波コイルを送信用および受信用に共用することを可能とする。
【解決手段】送信ユニット３は、高周波磁場を発生させるためのＫ本（Ｋは２以上の自然数）の送信高周波パルス信号をそれぞれ発生する。送信用切り替えユニットは、Ｋ本の送信高周波パルス信号をＭ本（Ｍは２以上の自然数であり、Ｍ≧Ｋ）の送信信号経路のうちのＫ本に割り当てる。送受信切り替えユニット６は、最大Ｍ個の高周波コイルを接続可能で、Ｍ本の送信信号経路およびＭ本の受信信号経路を選択的に高周波コイルに接続する。受信用割り当てユニット９は、高周波コイルでそれぞれ受信され、Ｍ本の受信信号経路を介して伝送される磁気共鳴信号のうちのＮ本（Ｎは２以上の自然数であり、Ｎ≦ＭかつＮ＞Ｋ）を選択する。受信ユニット１０は、受信用割り当てユニット９で選択されたＮ本の磁気共鳴信号をそれぞれ受信処理する。
【選択図】図１

Description

本発明は、静磁場中の被検体に対し傾斜磁場と高周波パルスとを印加することにより上記の被検体にて発生する磁気共鳴信号に基づいて上記の被検体の撮像を行うもので、高周波パルスの送信および磁気共鳴信号の受信に複数の送受信兼用高周波コイルを使用する磁気共鳴撮像装置（以下、ＭＲＩ装置と称する）および磁気共鳴撮像方法に関する。

近年はパラレルイメージングの発展により、ＭＲＩ装置による高速かつ歪の少ない撮像が可能になってきた。そして、ＭＲＩ装置にて使用可能なコイルの数やＭＲＩ装置が備える受信チャネルの数はますます増加する傾向にある。

一方、近年の別の傾向として、静磁場強度が増大している。静磁場強度が高くなるほど、磁気共鳴周波数が大きくなる。例えば静磁場強度が３Ｔである場合、磁気共鳴周波数は128ＭＨｚに及ぶ。このような磁気共鳴周波数の上昇のために高周波パルスの波長が短くなり、これが生体内の高周波磁場分布の不均一化、ひいては画像の感度ムラを生じさせる原因となる。例えば、従来、送信用高周波コイルとしては均一な高周波磁場分布を持つバードケージ型コイルが用いられてきた。このバードケージ型コイルでは、周波数が上がることで送信高周波磁場が不均一となり、画像コントラストや均一性が不十分となる不具合があった。

これを克服するために、送信コイルとしてアレイコイルを用いる方法が注目されている（非特許文献１を参照）。これは、被検体を取り囲むように配置したアレイコイルのそれぞれから、振幅や位相の異なった高周波磁場を印加し、被検体への均一な励起を実現するものである。

一方、受信コイルとしては、既にアレイコイルが使用されている。このような受信用アレイコイルとは別に送信用アレイコイルを使用するならば、これら送信用アレイコイルおよび受信用アレイコイルの双方をガントリ内や被検体周りや寝台に装着しなければならない。

さらに送信用および受信用としてそれぞれ別々のアレイコイルを使用する場合には、被検体および受信用アレイコイルをカバーする程度に大きい送信用アレイコイルを準備することになる。そしてこの場合には、送信電力が多くかかって不経済であるとともに、被検体の広い領域に高周波を印加することにより被検体の高周波吸収（ＳＡＲ：specific absorption rate）が増大する恐れがあった。すなわち、高周波磁場の印加は撮影したい領域にのみに印加することが望ましいのであるが、上記の構成ではそれを実現することが困難であった。
Katscher U et al: Transmit SENSE. Magn Reson Med 49: 144-150 (2003)

以上のように送信用アレイコイルと受信用アレイコイルとをそれぞれ使用することは、種々の不具合を生じさせる。

また、広い領域内の様々な箇所での撮像を可能とするために上記の大きな領域をカバーするような大きな送信用コイルを使用することは、種々の不具合を生じさせる。

そこで、１つのアレイコイルを送信用および受信用に共用できることが望まれることが必然であるが、それを実現するための磁気共鳴撮像装置は知られていない。

また、送信用コイルによる高周波磁場の印加領域を変化させられることが望まれるが、それを実現するための磁気共鳴撮像装置は知られていない。

本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、１つのアレイコイルに含まれる複数の要素コイルのような複数の高周波コイルを送信用および受信用に共用することができる磁気共鳴撮像装置を提供することにある。

本発明の第１の態様による磁気共鳴撮像装置は、静磁場中の被検体に対し傾斜磁場および高周波磁場を印加することにより前記被検体から放射される磁気共鳴信号に基づいて前記被検体を撮像する磁気共鳴撮像装置において、前記高周波磁場を発生させるためのＫ本（Ｋは２以上の自然数）の送信高周波パルス信号をそれぞれ発生する手段と、Ｋ本の前記送信高周波パルス信号をＭ本（Ｍは２以上の自然数であり、Ｍ≧Ｋ）の送信信号経路のうちのＫ本に割り当てる割り当て手段と、最大Ｍ個の高周波コイルを装着可能で、Ｍ本の前記送信信号経路およびＭ本の受信信号経路を選択的に前記高周波コイルに接続する接続手段と、最大Ｍ個の前記高周波コイルでそれぞれ受信され、最大Ｍ本の前記受信信号経路を介して伝送される磁気共鳴信号のうちのＮ本（Ｎは２以上の自然数であり、Ｎ≦ＭかつＮ＞Ｋ）を選択する選択手段と、選択されたＮ本の前記磁気共鳴信号をそれぞれ受信処理する手段とを備える。

本発明の第２の態様による磁気共鳴撮像装置は、静磁場中の被検体に対し傾斜磁場および高周波磁場を印加することにより前記被検体から放射される磁気共鳴信号に基づいて前記被検体を撮像する磁気共鳴撮像装置において、前記高周波磁場を発生させるためのＫ本（Ｋは２以上の自然数）の送信高周波パルス信号をそれぞれ発生する手段と、Ｋ本の前記送信高周波パルス信号をＭ本（Ｍは２以上の自然数であり、Ｍ≧Ｋ）の送信信号経路のうちのＫ本に割り当てる割り当て手段と、撮像条件に基づいて最大Ｍ個の前記高周波コイルのうちの１つまたは複数を送信用として決定する手段と、送信用として決定された１つの前記高周波コイルまたは複数の高周波コイルへと前記送信高周波パルス信号が供給されるように前記割り当て手段を制御する手段とを備える。

本発明の第３の態様による磁気共鳴撮像方法は、最大Ｍ個の高周波コイルを装着可能で、かつＭ本（Ｍは２以上の自然数）の前記送信信号経路およびＭ本の受信信号経路を選択的に前記高周波コイルに接続する接続手段を備え、静磁場中の被検体に対し傾斜磁場および高周波磁場を印加することにより前記被検体から放射される磁気共鳴信号に基づいて前記被検体を撮像する磁気共鳴撮像装置を使用した磁気共鳴撮像方法において、前記高周波磁場を発生させるためのＫ本（Ｋは２以上の自然数であり、Ｍ≧Ｋ）の送信高周波パルス信号をそれぞれ発生し、Ｋ本の前記送信高周波パルス信号をＭ本の前記送信信号経路のうちのＫ本に割り当てる割り当て、最大Ｍ個の前記高周波コイルでそれぞれ受信され、最大Ｍ本の前記受信信号経路を介して伝送される磁気共鳴信号のうちのＮ本（Ｎは２以上の自然数であり、Ｎ≦ＭかつＮ＞Ｋ）を選択し、選択されたＮ本の前記磁気共鳴信号をそれぞれ受信処理する。

本発明によれば、複数の高周波コイルを送信用および受信用に共用することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

ここで実施形態の具体的な説明に入る前に、本実施形態で考慮すべき技術的背景について説明する。

受信に関しては、期待されるＳＮＲ（signal-to-noise ratio）やパラレルイメージングによる高速化率への要求から8個から32個あるいはそれ以上のチャネル数が必要とされる。一方、送信に関しては、被検体への均一な励起を実現するためには受信で必要とされる程のチャネル数は必要無いことと、送信ＲＦアンプが高価であることなどから、受信チャネルよりも少ないチャネル数とされる。つまり、送信チャネル数をＫ、装着される高周波コイルの数をＭ、受信チャネル数をＮとすると、Ｎ≦Ｍ、Ｍ≧Ｋ、Ｋ＜Ｎという関係にある。

図１は本実施形態に係るＭＲＩ装置の要部の構成を示すブロック図である。

図１に示すＭＲＩ装置は、メインコンピュータ１、シーケンスコントロールユニット２、送信ユニット３、分配ユニット４、送信用割り当てユニット５、送受信切り替えユニット６、アレイコイル７、合成ユニット８、受信用割り当てユニット９、受信ユニット１０およびデータ収集・処理ユニット１１を含む。このＭＲＩ装置は他に、静磁場磁石や傾斜磁場コイルなどを周知のように備えたガントリや、被検体を載置するための寝台などを備えているが、これらの構成は周知であるためにここでは図示を省略している。

メインコンピュータ１は、既存のＭＲＩ装置が備えている各種の周知の機能を実現するようにＭＲＩ装置の各部を総括制御する。

シーケンスコントロールユニット２は、予め定められたシーケンスで撮像のための動作を行うようにＭＲＩ装置の各部を制御する。シーケンスコントロールユニット２は、Ｋチャネルの送信高周波パルス信号（以下、送信パルス信号と称する）の波形や周波数を表したパルス情報を送信ユニット３へ与える。このパルス情報は、アナログ信号およびデジタルデータのいずれとして送信ユニット３へ与えられても良い。

送信ユニット３は、パルス情報に基づいてＫチャネルの送信パルス信号を発生し、これをパラレルに分配ユニット４へ与える。

分配ユニット４は、Ｋチャネルの送信パルス信号をそれぞれＬ本に分配し、Ｋ×Ｌ本の送信パルス信号を得る。分配ユニット４は、Ｋ×Ｌ本の送信パルス信号を、パラレルに送信用割り当てユニット５へ与える。

送信用割り当てユニット５は、Ｍ本の信号線を介して送受信切り替えユニット６に接続されている。送信用割り当てユニット５は、Ｋ×Ｌ本の送信パルス信号のうちの一部を、Ｍ本の信号線のいずれかにそれぞれ割り当ててその信号線へ出力する。

送受信切り替えユニット６は、アレイコイル７を用いて送信を行う状態と、アレイコイル７を用いて受信を行う状態とを切り替える。

アレイコイル７は、１つまたは複数が被検体または寝台に装着される。１つまたは複数のアレイコイル７は、それぞれ複数の高周波コイル（ＲＦコイル）を内蔵している。そしてアレイコイル７に備えられたＲＦコイルのうちの最大Ｍ個を送受信切り替えユニット６に接続することができる。アレイコイル７のＲＦコイルは、送受信切り替えユニット６から与えられたＭ本の送信パルス信号が供給されると、高周波パルスを放射する。またアレイコイル７は、被検体から放射された電磁波状態の磁気共鳴信号を電気信号状態の磁気共鳴信号に変換する。アレイコイル７は、送受信切り替えユニット６に接続されているＲＦコイルで得られた磁気共鳴信号をパラレルに送受信切り替えユニット６へ与える。

合成ユニット８は、Ｑ本ずつの磁気共鳴信号を合成して得られるＰ本の合成信号を受信用割り当てユニット９へと与える。なお、Ｐ≧Ｎである。なお、合成するＱ本の磁気共鳴信号は、同一のＲＦコイル群７１に含まれるＱ個のＲＦコイル７１ａにより受信されたものとしても良いし、体軸方向に交差する方向に並んだＱ個のＲＦコイル７１ａにより受信されたものとしても良い。

受信用割り当てユニット９は、Ｎ本の信号線を介して受信ユニット１０に接続されている。受信用割り当てユニット９は、Ｐ本の合成信号のうちのＮ本を選択する。受信用割り当てユニット９は、Ｎ本の合成信号をＮ本の信号線にそれぞれ割り当て、その信号線へ出力する。なお、通常は送信パルス信号の照射範囲と撮像範囲とを同じにする場合が多く、その場合にはＮ＝Ｋ×Ｌとなる。

受信ユニット１０は、Ｎ本の合成信号のそれぞれについての受信処理を並列的に行い、処理後のＮ本の合成信号をパラレルにデータ収集・処理ユニット１１へ与える。

データ収集・処理ユニット１１は、Ｎ本の合成信号を収集し、これらに基づいて画像を再構成する。

なお、上記の変数Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｎ、Ｐ、Ｑはいずれも最大数を表し、各ユニットはそれらの数よりも少ない信号を有効とする動作状態をとることも可能である。

図２および図３はアレイコイル７の使用状況の一例を示す斜視図である。

図２および図３に示す例では、２つのアレイコイル７を被検体１００の腹側と背側とにそれぞれ配置している。アレイコイル７は、図３に示すように曲げることが可能となっており、被検体１００の体表面に沿うように配置される。

図４はアレイコイル７の構造を示す図である。

図４に示すように、アレイコイル７は、それぞれ１６個ずつのＲＦコイル７１ａを、４×４のマトリクス状に配列して構成されている。アレイコイル７は、図４中の矢印２００の方向を被検体の体軸方向に合わせて使用される。通常、被検体の体軸方向は静磁場方向（Ｚ軸方向）に一致する。すなわち通常は、矢印２００の方向はＺ軸方向に一致する。以下においては、矢印２００の方向に並んでいる複数のＲＦコイル７１ａのまとまりをＲＦコイル群７１と称する。なお、複数のアレイコイル７が矢印２００の方向に並べて配置される場合もあり、この場合にはいずれのアレイコイル７に属するかに拘わらずに、矢印２００の方向に並んでいる全てのＲＦコイル７１ａが同一のＲＦコイル群７１に属することとする。

図５は図１に示したＭＲＩ装置における送信系の詳細な構成を示す図である。図６は送受信切り替えユニット６の詳細な構成を示す図である。

送信ユニット３は、Ｋ個の振幅／位相制御ユニット３１およびＫ個の送信アンプ３２を含む。分配ユニット４は、Ｋ個のパワー分配器４１を含む。送信用割り当てユニット５は、Ｋ個の割り当て器５１を含む。

振幅／位相制御ユニット３１、送信アンプ３２、パワー分配器４１および割り当て器５１は、それぞれ１つずつが図５に示すように直列に接続されていて、Ｋチャネル分の送信処理系が構成されている。

Ｋ個の振幅／位相制御ユニット３１には、シーケンスコントロールユニット２から与えられたＫチャネル分のパルス情報がそれぞれ入力される。振幅／位相制御ユニット３１は、入力されたパルス情報に示された波形や周波数を持つように振幅および位相を制御した高周波パルスを発生する。

送信アンプ３２は、振幅／位相制御ユニット３１で発生された高周波パルスのそれぞれを、被検体内のスピンを励起するために適切なレベルまで増幅することによって送信パルス信号を得る。

パワー分配器４１は、送信アンプ３２で増幅された送信パルス信号を複数本に分配する。なお、ここでは、パワー分配器４１での分配数を４本とする。パワー分配器４１は、送信パルス信号を分配せずに、４本の出力のうちの１本としてそのまま出力することもできる。この２つの状態のいずれで動作するかは、メインコンピュータ１により指示される。

割り当て器５１は、パワー分配器４１により分配された４本の送信パルス信号を、図６に示すように送受信切り替えユニット６に含まれた多数の送受信切り替え器６１のうちの最大４つへ出力する。割り当て器５１としては、例えばマトリクススイッチを使用できる。１つの割り当て器５１に接続される送受信切り替え器６１の数は、１つのＲＦコイル群７１に含めることを許容するＲＦコイル７１ａの数Ｒと同数とする。図６では、アレイコイル７を体軸方向に３つまで並べて使用することを許容することとし、Ｒ＝１２である場合の構成を示している。従って図６では、１２個の送受信切り替え器６１が１つの割り当て器５１に接続されている。

なお、図６は１系統の送信系に関してのみ図示しており、他の送信系についても同様に構成されているがその図示は省略している。従って、送受信切り替えユニット６は、総計でＲ×Ｋ個の送受信切り替え器６１を含んでいる。なお、Ｒ×Ｋ＝Ｍである。

同一の割り当て器５１に接続されたＲ個の送受信切り替え器６１は、同一のＲＦコイル群７１に属する最大Ｒ個のＲＦコイル７１ａにそれぞれ接続される。また全ての送受信切り替え器６１は、合成ユニット８に接続される。かくして送受信切り替え器６１は、割り当て器５１、合成ユニット８およびＲＦコイル７１ａのそれぞれに接続された３本の信号線が接続されている。そして送受信切り替え器６１は、送信期間には割り当て器５１に接続された信号線とＲＦコイル７１ａに接続された信号線とを電気的に導通させ、また受信期間には合成ユニット８に接続された信号線とＲＦコイル７１ａに接続された信号線とを電気的に導通させる。

図７は図１に示したＭＲＩ装置における受信系の詳細な構成を示す図である。

最大Ｋ群のＲＦコイル群７１に含まれた全てのＲＦコイル７１ａは、図６に示されたように送受信切り替え器６１を介して合成ユニット８に接続が可能である。すなわち合成ユニット８には、Ｍ本の信号線が接続されている。Ｍ本の信号線を介してそれぞれ伝送された磁気共鳴信号の一部をＱ本ずつ合成し、Ｐ本の合成信号として受信用割り当てユニット９に送る。なお合成ユニット８は、Ｑ本の磁気共鳴信号のうちの一部（１本だけの場合も含む）として実際の磁気共鳴信号を入力し、その他を無信号として合成処理を行うことによって、Ｑ本よりも少ない磁気共鳴信号を合成して得た合成信号を出力したり、１本の磁気共鳴信号をそのまま合成信号として出力することができる。

受信用割り当てユニット９は、Ｐ本の合成信号のうちのＮ本をパラレルに受信ユニット１０へと与える。受信用割り当てユニット９としては、例えばマトリクススイッチを使用できる。

受信ユニット１０は、Ｎ個の受信処理部１０１を含む。受信用割り当てユニット９から与えられるＮ本の合成信号は、Ｎ個の受信処理部１０１にそれぞれ入力される。受信処理部１０１は、入力される合成信号についての受信処理を行い、処理後のＮ本の合成信号をパラレルにデータ収集・処理ユニット１１へ与える。

図８は送受信切り替え器６１の回路図である。

図８に示す送受信切り替え器６１は、ピンダイオード６１ａ、コンデンサ６１ｂ、コイル６１ｃ，６１ｄ、ピンダイオード６１ｅ、コンデンサ６１ｆ、コイル６１ｇ，６１ｈおよびプリアンプ６１ｉを含む。

図８に示す構成の送受信切り替え器６１は、ＲＦコイル７１ａのインピーダンスが同調用コンデンサＣ１と整合用コンデンサＣ２とによって調整されている場合に適応する。なお、ＲＦコイル７１ａのインピーダンスは、例えば50Ωに調整される。そして整合用コンデンサＣ２とプリアンプ６１ｉとは、ケーブル６１ｊによって接続されている。ケーブルとしては、例えば50Ωの同軸線が使用される。

ピンダイオード６１ａは、アノードが割り当て器５１に接続され、カソードがコンデンサ６１ｂの一端に接続されている。コンデンサ６１ｂの他端は、Ｐ点にてケーブル６１ｊに接続されている。コイル６１ｃは、一端がピンダイオード６１ａのアノードに接続されている。コイル６１ｄは、一端がピンダイオード６１ａのカソードに接続されている。

ピンダイオード６１ｅは、アノードが接地され、カソードがコンデンサ６１ｆの一端に接続されている。コンデンサ６１ｆの他端は、ケーブル６１ｊにＯ点にて接続されている。コイル６１ｇは、一端がピンダイオード６１ｅのアノードに接続されている。コイル６１ｈは、一端がピンダイオード６１ｅのカソードに接続されている。

プリアンプ６１ｉは、入力端にケーブル６１ｊが接続されるとともに、出力端に合成ユニット８が接続されている。プリアンプ６１ｉは、ＲＦコイル７１ａで受信されてケーブル６１ｊを介して入力される磁気共鳴信号を増幅した上で合成ユニット８へ与える。プリアンプ６１ｉは、入力インピーダンスがほとんど0か、せいぜい数Ωとなっている。

ケーブル６１ｊにおけるＰ点とＯ点との間の長さは、［λ／４＋（λ／２）×（ｎ−１）］である。ただしλは、磁気共鳴周波数における波長であり、ｎは整数である。

なお、ケーブル長［ｌ＋ｍ＋λ／４＋（λ／２）×（ｎ−１）］とコンデンサＣ１，Ｃ２とが所望の周波数において共振するように、ｌおよびｍを調整する。

ＲＦコイル７１ａのインピーダンスが、図９に示すようにコンデンサＣとインダクタＬとによって調整される場合もあるが、この場合にも送受信切り替え器６１は図９に示すように図８と同一の回路により実現できる。図８と同様にケーブル長とコンデンサＣとインダクタＬとが所望の周波数において共振するように、ｌおよびｍを調整する。

次に以上のように構成されたＭＲＩ装置の動作について説明する。

(1) 送信および受信の切り替え。

まず、送信期間には、コイル６１ｃ，６１ｄを介してピンダイオード６１ａに電流を流すと同時に、コイル６１ｇ，６１ｈを介してピンダイオード６１ｅに電流を流す。そうすると、ピンダイオード６１ａがＯＮとなることにより、割り当て器５１がケーブル６１ｊに電気的に接続される。一方、ピンダイオード６１ｅがＯＮとなることにより、Ｏ点がショートされる。このため、Ｏ点からλ／４離れたＰ点から見たプリアンプ側のインピーダンスが高くなる。この結果、割り当て器５１から与えられる送信パルス信号は、そのパワーがほとんどＲＦコイル７１ａ側に送られる。

受信期間には、コイル６１ｃ，６１ｄおよびコイル６１ｇ，６１ｈを介してピンダイオード６１ａ，６１ｅにそれぞれ逆電圧をかける。そうすると、ピンダイオード６１ａ，６１ｅがＯＦＦとなることにより、割り当て器５１がケーブル６１ｊから電気的に切り離される。この結果、ＲＦコイル７１ａで受信された磁気共鳴信号は、そのパワーがほとんどプリアンプ６１ｉに入力される。

(2) 送信動作
一般的には、ＦＯＶ（field of view）が、アレイコイル７の感度領域内の限定された領域である場合には、ＦＯＶの内部および周辺を感度領域とするＲＦコイル７１ａのみを使用することが、ＳＡＲ（specific absorption rate）を低減するためには望ましい。

そこでメインコンピュータ１は、ＦＯＶとＲＦコイル７１ａとの位置関係を考慮して、送信高周波パルス信号の送信に使用するべきＲＦコイル７１ａを自動的に決定する。あるいはメインコンピュータ１は、送信高周波パルス信号の送信に使用するべきＲＦコイル７１ａを、ユーザによる指定に応じて決定する。

例えば、サジタル面、アキシャル面およびコロナル面のそれぞれにおいて図１０、図１１および図１２に破線で示すように表されるような３次元のＦＯＶが設定されているとする。そして、ＦＯＶとＲＦコイル７１ａとが図１３に示す位置関係にあるとするならば、図１３中の中央の４つのＲＦコイル７１ａが送信高周波パルス信号の送信に使用するべきものとして決定される。

そしてメインコンピュータ１は、このように選択したＲＦコイル７１ａへと送信パルス信号が供給されるように、送信ユニット３、分配ユニット４および送信用割り当てユニット５を制御する。

本実施形態のように送信用に複数のＲＦコイル７１ａを用いる場合には、例えば非特許文献１に示されるような２次元励起の手法を使う。例えば、スピンエコー法を使う場合の２次元励起シーケンスとは、図１４に示すように、２次元領域を励起する９０度パルスと、残りの１次元を励起する１８０度パルスとを使用する。本実施形態では、励起領域に応じて各ＲＦコイル７１ａ毎に設定された送信パルス信号を例えば図１５に示すように各ＲＦコイル７１ａに印加する。

このとき、１チャネルの送信パルス信号を複数のＲＦコイル７１ａに供給する場合もあるし、複数のＲＦコイル７１ａのそれぞれに異なるチャネルの送信パルス信号を供給する場合もある。以下に、送信パルス信号の供給の具体例を２例記す。

(2-1) １チャネルの送信パルス信号を１つのＲＦコイル７１ａを用いて送信する場合。

１チャネル分の送信パルス信号はパワー分配器４１によって分配されずに、そのまま割り当て器５１に与えられるこの１本の送信パルス信号が割り当て器５１により選択されて、所要のＲＦコイル７１ａへと送受信切り替え器６１を介して与えられる。割り当て器５１は、１つのＲＦコイル群７１に含まれたＲＦコイル７１ａのいずれに対しても送信パルス信号を与えることができる。

(2-2) １チャネルの送信パルス信号を４つのＲＦコイル７１ａを用いて送信する場合。

１つのパワー分配器４１によって分配された４本の送信パルス信号が、例えば図６に破線で囲って示すような隣り合う４つのＲＦコイル７１ａへと送受信切り替え器６１を介して与えられる。

(3) 受信動作
合成ユニット８は、Ｐ組のそれぞれについて、各組に属するＱ本の磁気共鳴信号を合成する。このとき、撮像領域をカバーするのに必要なＲＦコイル７１ａで受信された磁気共鳴信号のみ使用し、他のＲＦコイル７１ａに関する信号は合成処理に用いない。このとき、１つの組に属するＱ本の磁気共鳴信号は、同一のＲＦコイル群７１に属するＲＦコイル７１ａで得られたものである必要は無い。例えば、体軸方向に直交する方向に並んだ４つのＲＦコイル７１ａでそれぞれ得られた４本の磁気共鳴信号を合成しても良い。

送受信用割り当てユニット９は、合成ユニット８から与えられるＰ本の磁気共鳴信号のうちで撮像領域をカバーするのに必要なＲＦコイル７１ａで受信された磁気共鳴信号が合成されているものをＮ本まで選択し、受信処理部１０１にそれぞれ与える。

以上のように本実施形態によれば、ＲＦコイル７１ａの数よりも少ない本数の送信パルス信号を与えるＲＦコイル７１ａを変更することができる。従って、少ないチャネルの送信パルス信号を用いて様々な撮像状態に対応することが可能である。

また本実施形態によれば、１チャネルの送信パルス信号を送信するのに使用するＲＦコイル７１ａの位置および数を変化させることができる。すなわち、１チャネルの送信パルス信号の照射領域の位置および大きさを変化させることができる。

なお、２本または３本の送信パルス信号を２個または３個のＲＦコイル７１ａに与えるようにしても良い。

また、パワー分配器４１の分配数を増加させれば、より広範囲への送信パルス信号の照射や、送信パルス信号の照射領域のより細かな制御を行えるようになる。

ただし、上記の動作により照射領域が変更できるのは、体軸方向についての位置や大きさである。しかし、他のチャネルに関して他のＲＦコイル群７１を用いてそれぞれ上記と同様な動作を行うことができ、かつ送信パルス信号の送信を行うか否かをチャネル毎に設定することができるから、体軸方向に交差する方向についても送信パルス信号の送信領域の位置および大きさを変更することができる。

また本実施形態によれば、多数のＲＦコイル７１ａのうちで撮像領域をカバーするのに必要なＲＦコイル７１ａで受信された磁気共鳴信号を受信処理部１０１へと与えることができる。少ないチャネル数の受信系により様々な撮像状態に対応することができる。

そして本実施形態によれば、送受信切り替えユニット６による送受信切り替えの前に送信パルス信号のＲＦコイル７１ａへの割り付けを行う。また送受信切り替えの後に磁気共鳴信号の受信処理部１０１への割り付けを行う。このため、送信系のチャネル数Ｋと受信系のチャネル数Ｎとが異なっているにも拘わらず、多数のＲＦコイル７１ａを送信用および受信用に適正に共用することができる。

この実施形態は、次のような種々の変形実施が可能である。

(1) 図１６に示すように、分配ユニット４および合成ユニット８を省略しても良い。ただしこの場合には、送信用割り当てユニット５に代えて送信用割り当てユニット１２を備えるとともに、受信用割り当てユニット９に代えて受信用割り当てユニット１３を備える。送信用割り当てユニット１２は、送信ユニット３で発生されたＫチャネルの送信パルス信号をＭ本の信号線のうちの任意のＫ本へとそれぞれ出力する。受信用割り当てユニット９はＰ本の磁気共鳴信号のうちのＮ本を選択して出力するものであったのに対し、受信用割り当てユニット１３はＭ本の磁気共鳴信号のうちのＮ本を選択して出力する。

このようにすると、送信パルス信号の照射領域の大きさを変更することができなくなったり、画像の再構成に利用可能な磁気共鳴信号の数が減少してしまったりするが、簡易な構成により実現することが可能である。

(2) 図１７に示すように、合成ユニット８を省略するとともに、受信用割り当てユニット９に代えて受信用切り替えユニット１３を備えるものの、分配ユニット４は備えるようにしても良い。すなわち、送信ユニット３のチャネル数を増加することは困難であるので、送信ユニット３のチャネル数の少なさは分配ユニット４による前述の効果により対応する。そして、受信ユニット１０は送信ユニット３に比べてチャネル数を増加し易いので、チャネル数Ｎを増加することによって画像の再構成に利用可能な磁気共鳴信号の数の減少を抑える。

(3) 分配ユニット４は、Ｋチャネルの送信パルス信号のうちの一部のみを分配しても良い。

(4) 送信用割り当てユニット５は、１チャネルの送信パルス信号を複数のＲＦコイル群７１に属するＲＦコイル７１ａに対して割り当て可能としても良い。

(5) アレイコイル７に含まれたＲＦコイル７１ａとは異なるＲＦコイルが接続されても良い。

(6) 合成ユニット８では、Ｐ／Ｔ組（Ｔは２以上の自然数）のそれぞれについて、各組に属するＱ本の磁気共鳴信号を異なるＴ種類の方法でそれぞれ合成することによってＰ本の合成信号を得るようにしても良い。例えば、４本ずつの磁気共鳴信号に基づいて、同相合成、反相合成、ＱＤ（quadrature）合成、AntiＱＤ合成のそれぞれにより４本ずつの合成信号を得るようにしても良い。この具体例ではＱ＝ＴであるためにＰ＝Ｍとなるが、Ｑ＞ＴとすることによってＰ＜Ｍとすることもできるし、Ｑ＜ＴとすることによってＰ＞Ｍとすることもできる。このとき、１つの組に属するＱ本の磁気共鳴信号は、同一のＲＦコイル群７１に属するＲＦコイル７１ａで得られたものである必要は無い。例えば、体軸方向に直交する方向に並んだ４つのＲＦコイル７１ａでそれぞれ得られた４本の磁気共鳴信号に基づいて４本の合成信号を得ても良い。

(7) 合成ユニット８は、入力されるＭ本の磁気共鳴信号の全てを合成に用いる必要は無く、一部の磁気共鳴信号はそのままで出力しても良い。また、合成に用いた磁気共鳴信号についても、そのままでも出力することとしても良い。

(8) 前記のＭＲＩ装置では、パラレルイメージング法により撮像しても良い。

パラレルイメージング法では、複数のＲＦコイル７１ａを用い、各ＲＦコイル７１ａにて位相エンコードステップを間引いたシーケンスを実行する。そして例えば、各ＲＦコイル７１ａで取得された磁気共鳴信号に対し、各ＲＦコイル７１ａの感度分布を用いて折り返し画像を行列演算を行うことで展開する画像再構成を行う。通常、パラレルイメージング法では、各ＲＦコイル７１ａの感度分布をプリスキャンにより取得する。しかしながら、各ＲＦコイル７１ａの感度分布を直接算出する事は難しく、一般的には比較的感度分布の均一な全身用ボディコイル（ホールボディコイル）の感度画像を用いて、各ＲＦコイル７１ａで取得した感度画像をそれぞれ除算し、近似的なコイルの感度分布を求めて行列演算を行う。

前記実施形態のようにＦＯＶに応じて送信に用いるＲＦコイル７１ａを選択する場合、全身用ボディコイルではなく、選択したＲＦコイル７１ａによりプリスキャンを行い感度画像を生成する。この除算対象の感度画像は、各ＲＦコイル７１ａの感度画像を合成したものを用いるのが良い。そして合成画像から各ＲＦコイル７１ａの感度画像を除算し、各ＲＦコイル７１ａの感度分布を求める。図１３の例では、ＦＯＶの大きさに応じて送信用および受信用に共通の４つのＲＦコイル７１ａが選択されるが、この場合にはパラレルイメージングに必要な基準となる感度画像は、選択された４つのＲＦコイル７１ａの合成感度画像を用いる。これにより、全てのＲＦコイル７１ａのそれぞれの感度画像を合成した画像に比べて、シェーディングの少ない感度画像を得ることができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。

本発明の一実施形態に係るＭＲＩ装置の要部の構成を示すブロック図。 図１中のアレイコイル７の使用状況の一例を示す斜視図。 図１中のアレイコイル７の使用状況の一例を示す斜視図。 図１中のアレイコイル７の構造を示す図 図１に示したＭＲＩ装置における送信系の詳細な構成を示す図。 図１中の送受信切り替えユニット６の詳細な構成を示す図。 図１に示したＭＲＩ装置における受信系の詳細な構成を示す図。 図６中の送受信切り替え器６１の回路図。 図６中の送受信切り替え器６１の回路図。 ＦＯＶの設定状況の一例を示す図。 ＦＯＶの設定状況の一例を示す図。 ＦＯＶの設定状況の一例を示す図。 ＦＯＶとＲＦコイル７１ａとの位置関係の一例を示す図。 ３次元のＦＯＶを得るための基本的なパルスシーケンスの一例を示す図。 ３次元のＦＯＶを得るための複数のＲＦコイル７１ａを使用する場合のパルスシーケンスの一例を示す図。 本発明の一実施形態に係るＭＲＩ装置の要部の変形構成例を示すブロック図。 本発明の一実施形態に係るＭＲＩ装置の要部の変形構成例を示すブロック図。

符号の説明

１…メインコンピュータ、２…シーケンスコントロールユニット、３…送信ユニット、４…分配ユニット、５，１２…送信用割り当てユニット、６…送受信切り替えユニット、７…アレイコイル、８…合成ユニット、９，１３…受信用割り当てユニット、１０…受信ユニット、１１…データ収集・処理ユニット、３１…位相制御ユニット、３２…送信アンプ、４１…パワー分配器、５１…割り当て器、６１…送受信切り替え器、６１ａ，６１ｅ…ピンダイオード、６１ｂ,６１ｆ…コンデンサ、６１ｃ，６１ｄ，６１ｇ，６１ｈ…コイル、６１ｉ…プリアンプ、６１ｊ…ケーブル、７１…コイル群、７１ａ…ＲＦコイル、１０１…受信処理部。

Claims (11)

1. 静磁場中の被検体に対し傾斜磁場および高周波磁場を印加することにより前記被検体から放射される磁気共鳴信号に基づいて前記被検体を撮像する磁気共鳴撮像装置において、
   前記高周波磁場を発生させるためのＫ本（Ｋは２以上の自然数）の送信高周波パルス信号をそれぞれ発生する手段と、
   Ｋ本の前記送信高周波パルス信号をＭ本（Ｍは２以上の自然数であり、Ｍ≧Ｋ）の送信信号経路のうちのＫ本に割り当てる割り当て手段と、
   最大Ｍ個の高周波コイルを装着可能で、Ｍ本の前記送信信号経路およびＭ本の受信信号経路を選択的に前記高周波コイルに接続する接続手段と、
   最大Ｍ個の前記高周波コイルでそれぞれ受信され、最大Ｍ本の前記受信信号経路を介して伝送される磁気共鳴信号のうちのＮ本（Ｎは２以上の自然数であり、Ｎ≦ＭかつＮ＞Ｋ）を選択する選択手段と、
   選択されたＮ本の前記磁気共鳴信号をそれぞれ受信処理する手段とを具備したことを特徴とする磁気共鳴撮像装置。
2. 前記送信高周波パルスの本数をＳ本（Ｓ＞ＫかつＳ≦Ｍ）とするべくＫ本の前記送信高周波パルス信号の少なくとも１本を複数本に分配する分配手段を更に備え、
   前記割り当て手段は、前記分配手段により得られたＳ本の前記送信高周波パルス信号のそれぞれをＭ本の前記送信信号経路のうちのＳ本に割り当てることを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴撮像装置。
3. 前記割り当て手段は、１本の送信高周波パルス信号から分配された複数の前記送信高周波パルス信号が、前記静磁場の磁場方向に沿って並んだ複数の高周波コイルに供給されるように前記送信高周波パルス信号を前記送信信号経路に割り当てることを特徴とする請求項２に記載の磁気共鳴撮像装置。
4. Ｍ本の前記受信信号経路のうちの複数本を介して伝送された複数の前記磁気共鳴信号を合成することによりＰ本（Ｐ≦ＭかつＰ≧Ｎ）の合成信号を得る合成手段を更に備え、
   前記選択手段は、Ｐ本の前記合成信号のうちのＮ本を選択することを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴撮像装置。
5. 前記割り当て手段は、１本の送信高周波パルス信号から分配された複数の前記送信高周波パルス信号が、第１の方向に沿って並んだ複数の高周波コイルに供給されるように前記送信高周波パルス信号を前記送信信号経路に割り当て、
   前記合成手段は、前記第１の方向とは異なる第２の方向に並んだ複数の高周波コイルでそれぞれ得られた複数の前記磁気共鳴信号を合成することを特徴とする請求項４に記載の磁気共鳴撮像装置。
6. Ｍ本の前記受信信号経路のうちの複数本を介して伝送された複数の前記磁気共鳴信号を異なる複数種類の方法でそれぞれ合成することによりＰ本（Ｐ≧Ｎ）の合成信号を得る合成手段を更に備え、
   前記選択手段は、Ｐ本の前記合成信号のうちのＮ本を選択することを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴撮像装置。
7. 前記割り当て手段は、１本の送信高周波パルス信号から分配された複数の前記送信高周波パルス信号が、第１の方向に沿って並んだ複数の高周波コイルに供給されるように前記送信高周波パルス信号を前記送信信号経路に割り当て、
   前記合成手段は、前記第１の方向とは異なる第２の方向に並んだ複数の高周波コイルでそれぞれ得られた複数の前記磁気共鳴信号を合成することを特徴とする請求項６に記載の磁気共鳴撮像装置。
8. 前記接続手段は、前記高周波コイルの接続先を１本の前記送信信号経路または１本の前記受信信号経路で切り替える切り替え器をＭ個備え、かつこの切り替え器は、
   前記送信信号経路と前記前記高周波コイルとの電気的な結合をオン／オフする第１のスイッチ手段と、
   前記高周波コイルに入力端が接続された低入力インピーダンスの増幅手段と、
   前記第１のスイッチ手段から前記高周波コイルへの信号経路と前記高周波コイルから前記増幅手段への信号経路との交点から前記増幅手段側へ電気長［λ／４＋（λ／２）×（ｎ−１）（ただし、λは磁気共鳴周波数における波長、ｎは整数）］を離間した点で接地する状態と接地しない状態とを切り替える第２のスイッチ手段とを具備し、
   さらに前記高周波コイルから前記増幅手段の入力端までの信号線の長さを、前記第１のスイッチ手段がオフで、かつ前記第２のスイッチ手段が前記増幅手段の入力端を接地していない状態において、前記高周波コイルのインピーダンス整合部と前記信号線とで共振するように定めていることを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴撮像装置。
9. 静磁場中の被検体に対し傾斜磁場および高周波磁場を印加することにより前記被検体から放射される磁気共鳴信号に基づいて前記被検体を撮像する磁気共鳴撮像装置において、
   前記高周波磁場を発生させるためのＫ本（Ｋは２以上の自然数）の送信高周波パルス信号をそれぞれ発生する手段と、
   Ｋ本の前記送信高周波パルス信号をＭ本（Ｍは２以上の自然数であり、Ｍ≧Ｋ）の送信信号経路のうちのＫ本に割り当てる割り当て手段と、
   撮像条件に基づいて最大Ｍ個の前記高周波コイルのうちの１つまたは複数を送信用として決定する手段と、
   送信用として決定された１つの前記高周波コイルまたは複数の高周波コイルへと前記送信高周波パルス信号が供給されるように前記割り当て手段を制御する手段とを具備したことを特徴とする磁気共鳴撮像装置。
10. 送信用として決定された複数の高周波コイルで受信された前記磁気共鳴信号に基づいて、これらの複数の高周波コイルの感度分布を求める手段をさらに備えることを特徴とする請求項９に記載の磁気共鳴撮像装置。
11. 最大Ｍ個の高周波コイルを装着可能で、かつＭ本（Ｍは２以上の自然数）の前記送信信号経路およびＭ本の受信信号経路を選択的に前記高周波コイルに接続する接続手段を備え、静磁場中の被検体に対し傾斜磁場および高周波磁場を印加することにより前記被検体から放射される磁気共鳴信号に基づいて前記被検体を撮像する磁気共鳴撮像装置を使用した磁気共鳴撮像方法において、
    前記高周波磁場を発生させるためのＫ本（Ｋは２以上の自然数であり、Ｍ≧Ｋ）の送信高周波パルス信号をそれぞれ発生し、
    Ｋ本の前記送信高周波パルス信号をＭ本の前記送信信号経路のうちのＫ本に割り当てる割り当て、
    最大Ｍ個の前記高周波コイルでそれぞれ受信され、最大Ｍ本の前記受信信号経路を介して伝送される磁気共鳴信号のうちのＮ本（Ｎは２以上の自然数であり、Ｎ≦ＭかつＮ＞Ｋ）を選択し、
    選択されたＮ本の前記磁気共鳴信号をそれぞれ受信処理することを特徴とする磁気共鳴撮像方法。

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