JP2008514259A - 磁気共鳴デバイス及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、RFパルスを体7に向かって照射するRF送信アンテナ6を備える、定常で、実質的に一様な主磁場に置かれる体7のMR画像化のためのデバイスに関する。そのRF送信アンテナ6は、異なる共鳴モードを持つ。高磁場MR画像化における画像の一様性を改善するため、本発明は、体7の大きさ及び／又はアスペクト比を決定し、RFパルスを有する画像化シーケンスを用いて体7のMR画像を取得するよう構成されたデバイス1を提案する。そこでは、RFパルスの照射の間に励起されるRF送信アンテナ6の異なる共鳴モードの位相及び振幅が、体7の大きさ及び／又はアスペクト比に基づき制御される。

Description

本発明は、定常状態で、実質的に一様な主磁場に置かれる体の磁気共鳴(MR)画像化のためのデバイスに関する。

更に、本発明は、MR画像化のための方法及びMR画像化デバイスのためのコンピュータプログラムに関する。

MR画像化において、位相エンコードされたMR信号を生成するため、無線(RF)パルスからなるパルスシーケンスと、切り替えられる傾斜磁場とが対象物(患者)に適用される。知られたMR画像化デバイスは、RFパルスの生成のための適切な送信アンテナを持つ。一方、対象物から情報を取得するため、及びその対象物の画像を再構成するため、MR信号が受信アンテナを用いてスキャンされる。送信アンテナ及び受信アンテナは、しばしば、使用されるMRデバイスにおいて物理的には同じ部分である。

その開発初期から見ると、MR画像化が適用される医療に関する重要な分野の数が膨大に増えてきた。MR画像化は、体のほとんどすべての部位に適用されることができる。それは、人間の体における多数の重要な機能に関する情報を得るのに使用されることができる。MRスキャンの間に適用されるパルスシーケンスは、例えば対象物における位置及び方向、寸法、解像度、信号対ノイズ比、コントラスト、移動に対する感度等といった再構成される画像の特性を完全に決定する。MRIデバイスの操作者は、適切なシーケンスを選択し、並びに個別の用途に対するそのパラメタを調整及び最適化しなければならない。

MR画像化は、今日1.5テスラを超える定常磁場で行われ、いわゆる誘電共振(dielectric resonance)が主要な関心事になりつつある。共振周波数(Larmor周波数)は、磁場強度における増加に基づき上昇する。結果として、適用されるRFパルスの組織における波長は、より短いものとなり、MRデバイスにおけるRFアンテナの寸法と、検査される体の生体構造との両方と同程度のものとなる。更に、人間の体は非対称であり、不均一な構成をしており、電気的に損失の多い物質(主に水)を含むことが考慮されなければならない。このため、非常に強力な電磁相互作用が、RFアンテナと検査される体の組織との間で生じる。通常誘電共振と呼ばれるこれらの相互作用は、体の内部におけるRF放射の吸収の分布(いわゆるSAR分布)だけでなく、画像均一性にも影響を及ぼす。なぜなら、検査される体の内部で核磁化を励起するRF磁場(B₁)の分布は、もはや一様ではないからである。

そこで、1.5テスラを超える高い磁場強度における一様な画像強度を備える高品質なMR画像の取得及び再構成を可能にする磁気共鳴画像化のための改良されたデバイスに対する必要性があることが容易に理解される。

本発明によれば、定常で、実質的に一様な主磁場に置かれる体のMR画像化のためのデバイスが開示される。デバイスのRF送信アンテナは、異なる共鳴モードを持ち、そのデバイスは、体の大きさ及び／又はアスペクト比を決定し、並びにRFパルスを有する画像化シーケンスを用いて体のMR画像を取得するよう構成される。そこでは、RFパルスの照射の間に励起されるRF送信アンテナの異なる共鳴モードの位相及び振幅が、体の大きさ及び／又はアスペクト比に基づき制御される。

本発明は、主に、無線周波数場の非一様性の程度が、検査される体の絶対的な大きさ及びアスペクト比に明らかに依存するという洞察に基づかれる。例えば、より「丸い」患者において、よい画像一様性が実現されるが、一方、より「フラットな」患者においては、画像強度はより一様でなくなる。B₁場が低く、結果として、画像が低い強度をもつような、検査される体の内部の領域において、RF場はもはや直交位相(quadrature)場として機能しないことがわかった。これは、誘電共振が、直交位相RF場の２つの直行するモードの建設的干渉(constructive interference)を台無しにする(spoil)ことの原因となるからであり、その結果、実際に所望の一様なB₁場が、注目する完全ボリューム内で得られることができないためである。本発明に基づき、MRデバイスのRF送信アンテナの異なる(直交位相)モードが、検査される体の個別の大きさ及び／又はアスペクト比に調整される、異なる位相及び振幅で互いに独立に励起されるとき、画像の一様性が改善されることがわかった。

本発明は、検査される体に関して以前に決定された大きさ及び／又はアスペクト比に基づき、RF送信アンテナの共鳴モードの位相及び振幅を制御するよう構成されるMR画像化デバイスを提供する。従って、本発明は、高い磁場強度において画像強度の明らかに改善された一様性を備える高品質のMR画像の生成を可能にする。

本発明によれば、較正手順を用いて、体の大きさ及び／又はアスペクト比を決定することが有利である。この較正手順は、３次元若しくは２次元の低解像度画像、又は少なくとも２つの投影MR画像のいずれかの取得を含む。この方法での患者毎に基づく較正は、信号取得のための追加的な最小時間のみを必要とする。なぜなら、較正目的で取得される画像の品質は、例えば、検査される体の幅及び高さを決定することができれば十分だからである。アスペクト比は、２つの直交方向における体の異なる寸法(dimension)の比として、較正画像から簡単に計算されることができる。

提案されるMRデバイスは、有利には、デバイスにおける２つ又はそれ以上の別々の送信チャネルに接続される送信ユニットを有することができる。こうした送信チャネルはそれぞれ、RF受信アンテナの共鳴モードのいずれかに関連付けられることができる。そこでは、別々の送信チャネルに供給されるRF信号の位相及び振幅が、送信ユニットを用いて個別に制御可能である。これは、本発明によれば、RF送信アンテナの異なる共鳴モードの位相及び振幅を、検査される体に関して以前に決定された大きさ及び／又はアスペクト比に基づき制御することを可能にする。

本発明に基づき取得される画像の画像品質を更に最適化するために、MRデバイスは、２つ又はそれ以上の受信チャネルに接続される受信ユニットを有することができる。受信チャネルはそれぞれ、RF送信アンテナの共鳴モードのいずれかに関連付けられる。こうして、RF送信アンテナは、検査される体からの信号取得目的にも使用され、アンテナの異なるモードにおいて独立した信号取得を可能にする。誘電共振効果は、送信モードにおいて核磁化を励起するときだけでなく、受信モードにおいて検査される体からMR信号を検出するときにも考慮されなければならない。別々のチャネルを介する独立した受信は、MRデバイスの受信モードにおける、誘電共振効果の上述した混乱の影響を補償することを可能にする。従って、例えば、取得された信号の単一のデジタルポストプロセスを画像再構成の間に行うことにより、MRデバイスは、患者の大きさ及び／又はアスペクト比に基づき、独立して得られる信号の位相及び振幅を制御するよう容易に構成されることができる。

本発明のMRデバイスは、有利には、体の大きさ及び／又はアスペクト比を対応する位相及び振幅値に関連付けるルックアップテーブル又は関数的な(数学的な)関係から、異なる共鳴モードの位相及び振幅を選択するよう構成されるプログラム制御を備えるコンピュータ手段を有するべきである。ルックアップテーブル又は関数的な関係は、本発明に基づき使用されることができる前にMRデバイスに対して１回だけ決定されなければならない。これは、例えば、異なる位相及び振幅値を画像一様性に対する異なるアスペクト比に関連付けるコンピュータシミュレーションを用いて実現されることができる。こうしたシミュレーションから、送信アンテナの異なるモードに対する最も適切な位相及び振幅値が選択され、複数の異なるサイズ間隔及び／又はアスペクト比に対するルックアップテーブルに格納されることができる。同様に、ルックアップテーブル又は適切な数学的な関数が、異なる大きさ及び／又はアスペクト比を備えるボランティアの系列(a series of volunteer)に関する測定から確立されることができる。

本発明は、デバイスに関連するだけでなく、定常で、実質的に一様な主磁場に置かれる体の少なくとも一部のMR画像化のための方法にも関し、その方法は：
体の大きさ及び／又はアスペクト比を決定するステップと、
RFパルスを有する画像化シーケンスを用いて、体のMR画像を取得するステップとを有し、RFパルスの生成の間に励起されるRF送信アンテナの異なる共鳴モードの位相及び振幅が、体の大きさ及び／又はアスペクト比に基づき、独立して制御される。

本発明のMR画像化手順を実行するコンピュータプログラムが、通常のコンピュータハードウェア上で実現されることができる。そのコンピュータは、適切な磁気共鳴スキャナの制御のため医療において使用されるものである。コンピュータプログラムは、CD-ROM又はディスク(diskette)といった適切なデータ担体に与えられることができる。また、ユーザによってインターネットサーバからダウンロードされることもできる。

本発明の要旨は、MR画像化デバイスのRFアンテナ装置の適切な制御を用いて、現在のところ誘電共振と低減されたRF通過率とが望ましくない画像品質問題を引き起こしている高磁場MRシステムから得られるMR画像の画像強度、コントラスト及び一様性をかなり改善することができる点にあると結論づけることができる。

以下の図面は、本発明の好ましい実施形態を開示する。しかしながら、図面は、説明目的のためのみにデザインされており、本発明の限界を規定するものではないことを理解されたい。

図１には、本発明によるMR画像化デバイス１が、ブロック図として示される。装置１は、定常で一様な主磁場を生成する主磁石コイル２のセットと、制御可能な強度を備え、選択された方向に傾斜を持つ追加的な磁場を重畳させるグラジエントコイル３、４及び５の３つのセットとを有する。従来技術と同様、主磁場の方向は、z方向とラベル付けされ、それに直交する２つの方向が、x方向及びy方向とされる。グラジエントコイル３、４及び５は、電源供給源１１を介して電源供給される(energized)。装置１は、更に、例えば、体７に対してRFパルスを放出する従来の直交位相本体コイルのようなRF送信アンテナ６を有する。直交位相コイルであるので、アンテナ６は、２つの共鳴モードを持ち、それらは従来は、同じ振幅を持ち位相差が90°のRF信号により励起される。本発明によれば、アンテナ６は、アンテナ６の２つの異なる共鳴モードの位相及び振幅を制御する受信／送信ユニット８に接続される。受信／送信ユニット８は更に、RFパルスを生成及び変調する変調器９に結合される。図１に示されるように、RF送信アンテナ及び受信アンテナは、物理的に、同じアンテナ６である。従って、送信／受信ユニット９が、放出されるRFパルスから受信信号を切り離すよう構成される。受信されたMR信号は、復調器１０に入力される。送信／受信ユニット８、変調器９並びにグラジエントコイル３、４及び５のための電源供給源１１は、制御システム１２により制御される。制御システム１２は、アンテナ６に与えられるRF信号の位相及び振幅を、体７のアスペクト比に基づき制御する。制御システム１２は通常、メモリとプログラム制御とを備えるマイクロコンピュータである。本発明の実際的な実現に対して、特に体７のアスペクト比の決定に関して、及びアンテナ６の共鳴モードの適切な位相及び振幅値の選択に対して、制御システム１２は、本書で前述された手順の記載を含むプログラムを有する。復調器１０は、データ処理ユニット１４に結合される。データ処理ユニットは例えば、受信されたエコー信号を、例えば視覚表示ユニット１５上で視覚可能にされる画像に変換するためのコンピュータである。

図２は、本発明によるコイル構成を説明する。直交位相本体コイル１６は、図２には示されていないMR装置のI及びQチャネルを分離するため、対応する端子を介して接続される。チャネルI及びQはそれぞれ、コイル１６の２つの直交共鳴モードのいずれかに関連付けられる。コイル１６は、検査ボリューム内におけるMR信号の励起及びその検出のために機能する。各チャネルI及びQに対して、２つの送信／受信スイッチ１７及び１８が提供される。こうしたスイッチを用いて、コイル１６の端子は、パワーアンプ１９、２０の出力端子か、又は感度の良いRFプリアンプ２１、２２かのいずれかに、つまり、MRデバイスの操作モードに基づいて接続される。送信モードにおけるRFパルスの照射の間、個別のチャネルを介してコイル１６に与えられるRF信号Tx_I及びTx_Qの位相Φ_I、Φ_Q及び振幅A_I、A_Qは、送信ユニット２３を用いて制御される。これは、検査される体のアスペクト比に対応する各個別の送信チャネルに対して、位相Φ_I、Φ_Q及び振幅A_I、A_Qを調整することを可能にする。その結果、励起される核磁化の最適な一様性が、本発明により達成される。振幅及び位相の独立制御は、アンプが送信ユニット２３の個別の制御下にあるような、図２に示される別々のパワーアンプ１９、２０を用いて行われることができるか、送信ユニット２３により制御される遅延線及び減衰器を用いて、単一のパワーアンプのRF出力の制御された分割により行われることができるかのいずれかである。チャネルI及びQを介する信号Rx_I、Rx_Qの独立受信に対して、受信ユニット２４に接続される別々のRFプレアンプ(preamplifier)２１、２２が提供される。受信ユニット２４は、信号Rx_I、Rx_Qの位相及び振幅を必ずしも制御することができる必要はない。受信信号の位相及び振幅を患者のアスペクト比に適合させることは、最終的な画像再構成の間の純粋なポストプロセスステップとして実行されることができる。

図２において、直交位相本体コイルが表されているが、本発明の方法は、複数の共鳴モードを用いる任意のRFコイルデザインにも適用可能であることを理解されたい。

図３は、本発明によるプレスキャン較正手順の間に取得され再構成されるMRスライス画像２５、２６を示す。較正手順は、検査される体の大きさ及びアスペクト比を決定するものとして機能する。MR画像２５は、より「丸い」体２７を示し、一方画像２６に示される体２８は、より「フラットな」断面を持つ。個別のアスペクト比は、体２７、２８の幅W及び高さHの商として容易に計算されることができる。すると、採用されるRFアンテナの共鳴モードの位相及び振幅は、このように決定された大きさ及び／又はアスペクト比に基づき、画像一様性の観点から最適化されることができる。適切な振幅及び位相値は、例えば、ルックアップテーブルを参照して得られることができる。このルックアップテーブルは、RFアンテナの異なる共鳴モードでの、画像一様性、大きさ、アスペクト比、及び位相／振幅関係間での知られた関係を反映する。これは、医療用途における患者毎に基づく、MR画像の一様性についての効率的な最適化を可能とする。

本発明による磁気共鳴スキャナの実施形態を示す図である。 本発明によるRFアンテナ構造の実施形態を示す図である。 本発明による較正手順を示す図である。

Claims (11)

1. 定常で実質的に一様な主磁場に置かれる体に向かってRFパルスを照射するRF送信アンテナを備える前記体をMR画像化するデバイスであって、前記RF送信アンテナが異なる共鳴モードを持っており、前記デバイスは、
   前記体の大きさ及び／又はアスペクト比を決定し、かつ
   RFパルスを有する画像化シーケンスを用いて前記体のMR画像を取得するよう構成されており、前記RFパルスの照射の間励起される前記RF送信アンテナの前記異なる共鳴モードの位相及び振幅が、前記体の大きさ及び／又はアスペクト比に基づき制御される、デバイス。
2. 前記デバイスが、更に、較正手順を用いて前記体の大きさ及び／又はアスペクト比を決定するよう構成され、前記較正手順は、前記体の低解像度のMR画像又は少なくとも２つの投影MR画像のいずれかの取得を含む、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記アスペクト比が、前記較正手順の間取得される前記MR画像から、２つの直交空間方向における前記体の異なる寸法の比として計算される、請求項２に記載のデバイス。
4. ２つ又はそれ以上の個別の送信チャネルに接続される送信ユニットを有し、各送信チャネルが、前記RF送信アンテナの前記共鳴モードのいずれかに関連付けられており、前記個別の送信チャネルに供給される前記RF信号の前記位相及び前記振幅は、前記送信ユニットを用いて個別に制御可能である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のデバイス。
5. ２つ又はそれ以上の個別の受信チャネルに接続される受信ユニットを有し、各受信チャネルが、前記RF送信アンテナの前記共鳴モードのいずれかに関連付けられる、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のデバイス。
6. プログラム制御を備えるコンピュータ手段を更に有し、前記プログラム制御が、前記体の前記大きさ及び／又は前記アスペクト比を対応する位相及び振幅値に関連付けるルックアップテーブル又は関数的な関係に基づき、前記異なる共鳴モードの前記位相及び前記振幅を選択するよう構成される、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のデバイス。
7. 定常で実質的に一様な主磁場に置かれる体の少なくとも部分をMR画像化する方法において、
   前記体の大きさ及び／又はアスペクト比を決定するステップと、
   RFパルスを有する画像化シーケンスを用いて前記体のMR画像を取得するステップとを有し、前記RFパルスの生成の間励起されるRF送信アンテナの異なる共鳴モードの前記位相及び振幅が、前記体の大きさ及び／又は前記アスペクト比に基づき独立に制御される、方法。
8. 前記体の大きさ及び／又はアスペクト比が、前記体の低解像度MR画像又は少なくとも２つの投影MR画像のいずれかの取得を含む較正手順を用いて決定される、請求項７に記載の方法。
9. 前記異なる共鳴モードの前記位相及び振幅が、前記体の大きさ及び／又はアスペクト比を対応する位相及び振幅値に関連付けるルックアップテーブル又は関数的な関係に基づき選択される、請求項７又は８に記載の方法。
10. MR画像化デバイスのためのコンピュータプログラムであって、
    前記MR画像化デバイスの定常で実質的に一様な主磁場に置かれる体の大きさ及び／又はアスペクト比を決定する命令と、
    RFパルスを有する画像化シーケンスを用いて前記体のMR画像データの取得を制御する命令と、
    前記体の前記大きさ及び／又はアスペクト比に基づき、前記RFパルスの生成の間励起されるRF送信アンテナの異なる共鳴モードの位相及び振幅を選択する命令とを備える、コンピュータプログラム。
11. 前記体の大きさ及び／又はアスペクト比を対応する位相及び振幅値に関連付けるルックアップテーブル又は関数的な関係に基づき、前記異なる共鳴モードの前記位相及び振幅を選択する命令を更に有する、請求項１０に記載のコンピュータプログラム。

Images