JP2010158295A

JP2010158295A - 磁気共鳴装置

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Publication number: JP2010158295A
Application number: JP2009000927A
Authority: JP
Inventors: Sadanori Fuha; 貞範冨羽
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Medical Systems Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2009-01-06
Filing date: 2009-01-06
Publication date: 2010-07-22
Anticipated expiration: 2029-01-06
Also published as: JP5342243B2

Abstract

【課題】送受信用コイルの使用状況の自由度を確保しながら、マルチチャネル送信によるＲＦ磁場の均一度の向上を図る。
【解決手段】ＲＦコイルユニット６ｃは、複数のコイルエレメントを有したアレイ型をなす。送信部７は、静磁場および傾斜磁場に高周波磁場を重畳するためにＲＦコイルユニット６ｃに供給するＲＦパルスを生成する。受信部９は、静磁場、傾斜磁場および高周波磁場の作用により被検体２００で生じる磁気共鳴信号をＲＦコイルユニット６ｃを用いて検出する。主制御部１７は、複数のコイルエレメントのそれぞれの静磁場中における位置および傾きを判定する。主制御部１７および送信部７は、複数のコイルエレメントのそれぞれに供給するＲＦパルスの振幅および位相を、上記の判定された位置および傾きに基づいて高周波磁場の均一性を向上するべく調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、静磁場、傾斜磁場および高周波磁場の作用により被検体で生じる磁気共鳴信号を検出する磁気共鳴装置に関する。

この種の磁気共鳴装置では、高磁場化に伴って高周波（ＲＦ）信号の波長が短縮している。そしてこのようなＲＦ信号の波長短縮の影響により、単一の送信コイルからのＲＦ信号の送信では、均一な高周波（ＲＦ）磁場を形成することが困難になっている。

そこで、マルチチャネル送信の技術が必要とされている。つまり、複数のアレイコイルを備えたアレイ型の送受信用コイルを用いて、各アレイコイルに供給するＲＦ信号の振幅および位相を個別に調整することによってＲＦ磁場の均一度を調整する。
特表２００６−５０８７５９

しかしながら、各アレイコイルに供給するＲＦ信号の適切な振幅および位相は、傾斜磁場中における各アレイコイルの姿勢（位置や傾きなど）に応じて変化する。このため、各アレイコイルの姿勢が既知でないと、各アレイコイルに供給するＲＦ信号の振幅および位相を適切に設定することができない。このため、各アレイコイルが予め定められた姿勢となるように送受信用コイルを固定して使用する必要があり、運用の柔軟性の低下を来していた。

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、送受信用コイルの使用状況の自由度を確保しながら、マルチチャネル送信によるＲＦ磁場の均一度の向上を図ることにある。

本発明の第１の態様による磁気共鳴装置は、静磁場を発生する静磁場発生手段と、前記静磁場に重畳するための傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段と、複数のコイルエレメントを有したアレイ型の送受信用コイルと、前記静磁場および前記傾斜磁場に高周波磁場を重畳するために前記送受信用コイルに供給する高周波信号を生成する生成手段と、前記静磁場、前記傾斜磁場および前記高周波磁場の作用により被検体で生じる磁気共鳴信号を前記送受信用コイルを用いて検出する検出手段と、複数の前記コイルエレメントのそれぞれの位置および傾きを判定する判定手段と、複数の前記コイルエレメントのそれぞれに前記生成手段から供給される前記高周波信号の振幅および位相を、前記判定手段により判定された複数の前記コイルエレメントそれぞれの位置および傾きに基づいて前記高周波磁場の均一性を向上するように調整する調整手段とを備える。

本発明によれば、送受信用コイルの配置の自由度を確保しながら、マルチチャネル送信によるＲＦ磁場の均一度を向上できる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。

図１は本実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ装置）１００の構成を示す図である。ＭＲＩ装置１００は、静磁場磁石１、傾斜磁場コイル２、傾斜磁場電源３、寝台４、寝台制御部５、ＲＦコイルユニット６ａ，６ｂ、送信部７、切換回路８、受信部９および計算機システム１０を具備する。

静磁場磁石１は、中空の円筒形をなし、内部の空間に一様な静磁場を発生する。この静磁場磁石１としては、例えば永久磁石、超伝導磁石等が使用される。

傾斜磁場コイル２は、中空の円筒形をなし、静磁場磁石１の内側に配置される。傾斜磁場コイル２は、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚの各軸に対応する３種のコイルが組み合わされている。傾斜磁場コイル２は、上記の３種のコイルが傾斜磁場電源３から個別に電流供給を受けて、磁場強度がＸ，Ｙ，Ｚの各軸に沿って傾斜する傾斜磁場を発生する。なお、Ｚ軸方向は、例えば静磁場方向と同方向とする。Ｘ，Ｙ，Ｚ各軸の傾斜磁場は、例えば、スライス選択用傾斜磁場Ｇs、位相エンコード用傾斜磁場Ｇeおよびリードアウト用傾斜磁場Ｇrにそれぞれ対応される。スライス選択用傾斜磁場Ｇsは、任意に撮影断面を決めるために利用される。位相エンコード用傾斜磁場Ｇeは、空間的位置に応じて磁気共鳴信号の位相を変化させるために利用される。リードアウト用傾斜磁場Ｇrは、空間的位置に応じて磁気共鳴信号の周波数を変化させるために利用される。

被検体２００は、寝台４の天板４１に載置された状態で傾斜磁場コイル２の内部の空間（撮像空間）内に挿入される。寝台４は、寝台制御部５の制御の下に、天板４１をその長手方向（図１中における左右方向）および上下方向に移動させる。通常、この長手方向が静磁場磁石１の中心軸と平行になるように寝台４が設置される。

ＲＦコイルユニット６ａは、送信用である。ＲＦコイルユニット６ａは、１つまたは複数のコイルを円筒状のケースに収容して構成される。ＲＦコイルユニット６ａは、傾斜磁場コイル２の内側に配置される。ＲＦコイルユニット６ａは、送信部７からＲＦ信号の供給を受けて、ＲＦ磁場を発生する。

ＲＦコイルユニット６ｂは、受信用である。ＲＦコイルユニット６ｂは、天板４１上に載置されたり、天板４１に内蔵されたり、あるいは被検体２００に装着される。そして撮影時には、被検体２００とともに撮像空間内に挿入される。ＲＦコイルユニット６ｂとしては、様々なタイプのものが任意に装着可能である。ＲＦコイルユニット６ｂは、被検体２００で生じる磁気共鳴信号を検出する。

ＲＦコイルユニット６ｃは、送受信用である。ＲＦコイルユニット６ｃは、天板４１上に載置されたり、天板４１に内蔵されたり、あるいは被検体２００に装着される。そして撮影時には、被検体２００とともに撮像空間内に挿入される。ＲＦコイルユニット６ｃとしては、様々なタイプのものが任意に装着可能である。ＲＦコイルユニット６ｃは、送信部７からＲＦ信号の供給を受けて、ＲＦ磁場を発生する。またＲＦコイルユニット６ｃは、被検体２００で生じる磁気共鳴信号を検出する。ＲＦコイルユニット６ｃとしては、複数のコイルエレメントを配列して形成されたアレイコイルが利用可能である。

送信部７は、ラーモア周波数に対応するＲＦパルスをＲＦコイルユニット６ａまたはＲＦコイルユニット６ｃに選択的に供給する。なお送信部７は、ＲＦコイルユニット６ｃとしてアレイコイルが利用される場合、このアレイコイルが有する複数のコイルエレメントのそれぞれに供給するＲＦ信号の振幅および位相を個別に調整できる。なお、上記の複数のコイルエレメントのそれぞれに供給するＲＦ信号の振幅および位相は、計算機システム１０から指示される。

切換回路８は、ＲＦコイルユニット６ｃを、ＲＦ磁場を発生するべき送信期間には送信部７に接続し、磁気共鳴信号を検出するべき受信期間には受信部９に接続する。なお、送信期間および受信期間は、計算機システム１０から指示される。

受信部９は、ＲＦコイルユニット６ｂ，６ｃで検出される磁気共鳴信号に対し、増幅、位相検波、さらにはアナログディジタル変換などの処理を施し、磁気共鳴データを得る。

計算機システム１０は、インタフェース部１１、データ収集部１２、再構成部１３、記憶部１４、表示部１５、入力部１６および主制御部１７を有している。

インタフェース部１１には、傾斜磁場電源３、寝台制御部５、送信部７、切換回路８および受信部９等が接続される。インタフェース部１１は、これらの接続された各部と計算機システム１０との間で授受される信号の入出力を行う。

データ収集部１２は、受信部９から出力される磁気共鳴データを収集する。データ収集部１２は、収集した磁気共鳴データを、記憶部１４に格納する。

再構成部１３は、記憶部１４に記憶された磁気共鳴データに対して、後処理、すなわちフーリエ変換等の再構成を実行し、被検体２００内の所望核スピンのスペクトラムデータあるいは画像データを求める。

記憶部１４は、磁気共鳴データと、スペクトラムデータあるいは画像データとを、被検者毎に記憶する。

表示部１５は、スペクトラムデータあるいは画像データ等の各種の情報を主制御部１７の制御の下に表示する。表示部１５としては、液晶表示器などの表示デバイスを利用可能である。

入力部１６は、オペレータからの各種指令や情報入力を受け付ける。入力部１６としては、マウスやトラックボールなどのポインティングデバイス、モード切替スイッチ等の選択デバイス、あるいはキーボード等の入力デバイスを適宜に利用可能である。

主制御部１７は、図示していないＣＰＵやメモリ等を有しており、ＭＲＩ装置１００を総括的に制御する。主制御部１７は、ＲＦコイルユニット６ｂとして、アレイコイルが利用される場合に、このアレイコイルが有する複数のコイルエレメントのそれぞれの位置および傾きを判定する機能を持つ。また主制御部１７は、上記の複数のコイルエレメントのそれぞれに供給するべきＲＦ信号の振幅および位相を、各コイルエレメントのそれぞれの位置および傾きに基づいて決定する機能を持つ。

図２はＲＦコイルユニット６ｃの構成例を示す斜視図である。

ＲＦコイルユニット６ｃは、複数のコイルエレメント６１および複数のマーカ６２を含んでいる。図２に示す構成例では、コイルエレメント６１は９個、マーカ６２は１６個である。そしてこれら複数のコイルエレメント６１および複数のマーカ６２は、図示しない例えば発泡ポリエチレンからなるクッション材によって覆われて、図２に示す状態に保持されている。

複数のコイルエレメント６１は、それぞれが少なくとも１つのループコイルを備える。コイルエレメント６１の外形は、任意形状（図２では四角形）の環状である。コイルエレメント６１は、３つずつがそれぞれ同一平面上に一列に配列されている。このようにしてコイルエレメント６１がなす３つの列は、互いに平行に配置されている。さらにコイルエレメント６１がなす２つの列は、それぞれの一方の側部がもう１つの列の両側部にそれぞれ近接するとともに、互いに異なる傾きとなる状態で配置されている。

複数のマーカ６２は、静磁場および前記高周波磁場の作用により磁気共鳴信号が生じる材質を任意の形状（図２では円筒状）に形成したものである。複数のマーカ６２は、プロトン密度、縦緩和時間Ｔ１および横緩和時間Ｔ２がいずれもほぼ等しい。複数のマーカ６２は、図２に示すようにコイルエレメント６１の４つの角部にいずれか１つが位置するように配置されている。

図３および図４は図２に示したＲＦコイルユニット６ｃの被検体２００への装着例を示す図である。

ＲＦコイルユニット６ｃのクッション材は可塑性を有しており、例えば図３および図４に示すように形状を変化させることができる。これにより、大きさの異なる被検体２００に対して装着することが可能になっている。かくしてＲＦコイルユニット６ｃの各コイルエレメント６１は、傾斜磁場中における位置や傾斜磁場に対する傾きが、使用状況に応じて様々に変化する。

図５はＲＦコイルユニット６ｃを使用して撮像する際の主制御部１７の処理手順を示すフローチャートである。

ステップＳａ１において主制御部１７は、プリスキャンを実行するように、傾斜磁場電源３、送信部７、切換回路８、受信部９、データ収集部１２などの各部を動作させる。プリスキャンは、撮像対象を確実に包含する大きなプリスキャン領域についての磁気共鳴データを収集するためのスキャンである。なおこのプリスキャンにおけるＲＦパルスの送信および磁気共鳴信号の検出には、ＲＦコイルユニット６ｃを使用する。そして以下においては、このプリスキャンにより収集された磁気共鳴データをプリスキャンデータと称することとする。

ステップＳａ２において主制御部１７は、プリスキャンデータに基づいて、撮像対象の輪郭を求める。図６はここで求めた輪郭を示す破線をプリスキャンデータから再構成した画像に重ねて表した図である。なお図６に示す画像は、撮像対象としてファントムを用いた場合のものである。ファントムは、円筒状で、プロトン密度、縦緩和時間Ｔ１および横緩和時間Ｔ２が均一なものである。従って、当該画像においてファントムに相当する領域の画素値は均一であるべきだが、図６に示す画像では不均一となっている。これは、主としてＲＦ磁場の不均一性に起因するものである。

ステップＳａ３において主制御部１７は、プリスキャンデータに基づいて、複数のマーカ６２のそれぞれの位置を求める。マーカ６２は、プロトン密度、縦緩和時間Ｔ１および横緩和時間Ｔ２が既知であるので、そのプリスキャン領域内における位置はプリスキャンデータから求められる。

ステップＳａ４において主制御部１７は、複数のマーカ６２のプリスキャン領域内での位置的分布と、プリスキャン領域と傾斜領域との関係とに基づいて、複数のコイルエレメント６１のそれぞれの傾斜磁場中での位置および傾斜磁場に対する傾きをそれぞれ求める。具体的には、プリスキャン領域のある断面について図７の丸印で示す位置にマーカ６２がそれぞれ位置しているのだとすると、図７に破線で示す状態でコイルエレメント６１が存在していることが分かり、その位置および傾きを求めることができる。

ステップＳａ５において主制御部１７は、複数のコイルエレメント６１のそれぞれの傾斜磁場中での位置および傾斜磁場に対する傾きに応じて、各コイルエレメント６１から送信するＲＦパルスの振幅および位相を決定し、それを送信部７に設定する。なお、コイルエレメント６１毎の振幅および位相は、所定領域について均一なＲＦ磁場を生じさせることができるように決定する。所定領域は、例えばステップＳａ２で求めた輪郭の内部に相当する領域とする。所定領域はあるいは、ユーザにより指定された撮像領域に応じた磁気共鳴信号の収集対象領域などのような別の任意の領域であっても良い。

ステップＳａ６において主制御部１７は、メインスキャンを実行するように、傾斜磁場電源３、送信部７、切換回路８、受信部９、データ収集部１２などの各部を動作させる。メインスキャンは、撮像対象の画像を再構成するための磁気共鳴データを収集するスキャンである。このメインスキャンにおいて送信部７は、ＲＦコイルユニット６ｃの複数のコイルエレメント６１のそれぞれにＲＦパルスを供給するが、このＲＦパルスの振幅および位相を上記のようにコイルエレメント６１毎に設定されたものに調整する。

かくして本実施形態のＭＲＩ装置１００によれば、ＲＦコイルユニット６ｃの実際の使用状況に応じて、そのような使用状況のＲＦコイルユニット６ｃからのＲＦパルスの送信により均一なＲＦ磁場を形成できるように、ＲＦコイルユニット６ｃの複数のコイルエレメント６１のそれぞれから送信されるＲＦパルスの振幅および位相が調整される。かくして、ＲＦコイルユニット６ｃの使用状況の自由度を確保しながら、マルチチャネル送信によるＲＦ磁場の均一度の向上を図ることができる。

図８は前述のファントムを撮像対象としたメインスキャンにより収集された磁気共鳴データに基づいて再構成した画像の一例を示す図である。この画像では、ＲＦ磁場の均一度が向上されていることにより、ファントムに相当する領域の画素値は図６に比べて均一になっており、画質が改善されている。

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) ＲＦコイルユニット６ｃが形状を変化させることができないものであったとしても、被検体２００に装着されたりや天板４１の任意の位置に載置された状態で使用可能であれば、各コイルエレメント６１の傾斜磁場中での位置や傾斜磁場に対する傾きが変化するから、上記の実施形態が有効に作用する。

(2) 上記実施形態においては、複数のマーカ６２はその位置を個別に求めることが可能であるが、マーカ６２の個々を識別することはできない。このため、ＲＦコイルユニット６ｃの形状や傾斜磁場中の位置によっては、複数のコイルエレメント６１のそれぞれの傾斜磁場中での位置や傾斜磁場に対する傾きを正しく求めることができない恐れがある。そこで、複数のマーカ６２は、プロトン密度、縦緩和時間Ｔ１および横緩和時間Ｔ２のうちの少なくとも１つが互いに異ならせても良い。そしてこの様なマーカ６２を使用するならば、複数のマーカ６２の個々を区別することが可能であるから、複数のコイルエレメント６１のそれぞれの傾斜磁場中での位置や傾斜磁場に対する傾きをより正しく求めることが可能となる。

(3) 各コイルエレメント６１の傾斜磁場中での位置および傾斜磁場に対する傾きに加えて各コイルエレメント６１の形状を求め、これも考慮してＲＦパルスの振幅および位相を決定しても良い。例えば、コイルエレメント６１は、可塑性を持たせて湾曲させた状態で使用可能としても良い。そしてこの場合には、コイルエレメント６１の湾曲の度合いによりコイルエレメント６１の両端間の距離が例えば図９に示すように変化するから、２つのマーカ６２間の距離に基づいてコイルエレメント６１の湾曲の度合いを求めることができる。

(4) 各コイルエレメント６１の傾斜磁場中での位置および傾斜磁場に対する傾き、あるいは形状は、マーカ６２を使用せずに求めても良い。例えば各コイルエレメント６１の位置に関しては、特開２００８−０２９８３４に開示された技術を利用して検出することが可能である。

(5) 本発明は、磁気共鳴スペクトロスコピーを行うもののような他の種類の磁気共鳴装置においても適用が可能である。

(6) 各コイルエレメント６１の位置および傾きは、静磁場などのような別の基準座標系に関して求めても良い。

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磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ装置）１００の構成を示す図。図１中のＲＦコイルユニット６ｃの構成例を示す斜視図。図２に示したＲＦコイルユニット６ｃの被検体２００への装着例を示す図。図２に示したＲＦコイルユニット６ｃの被検体２００への装着例を示す図。ＲＦコイルユニット６ｃを使用して撮像する際の主制御部１７の処理手順を示すフローチャート。プリスキャンデータに基づいて求めた輪郭を示す破線をプリスキャンデータから再構成した画像に重ねて表した図。マーカ６２の位置に基づいてコイルエレメント６１の傾斜磁場中での位置および傾斜磁場に対する傾きを求める具体例を示す図。ファントムを撮像対象としたメインスキャンにより収集された磁気共鳴データに基づいて再構成した画像の一例を示す図。２つのマーカ６２間の距離に基づいてコイルエレメント６１の湾曲の度合いを求める処理を説明する図。

１…静磁場磁石、２…傾斜磁場コイル、３…傾斜磁場電源、４…寝台、５…寝台制御部、６ａ，６ｂ，６ｃ…ＲＦコイルユニット、７…送信部、８…切換回路、９…受信部、１０…計算機システム、１１…インタフェース部、１２…データ収集部、１３…再構成部、１４…記憶部、１５…表示部、１６…入力部、１７…主制御部、６１…コイルエレメント、６２…マーカ、１００…磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ装置）、２００…被検体。

Claims

静磁場を発生する静磁場発生手段と、
前記静磁場に重畳するための傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段と、
複数のコイルエレメントを有したアレイ型の送受信用コイルと、
前記静磁場および前記傾斜磁場に高周波磁場を重畳するために前記送受信用コイルに供給する高周波信号を生成する生成手段と、
前記静磁場、前記傾斜磁場および前記高周波磁場の作用により被検体で生じる磁気共鳴信号を前記送受信用コイルを用いて検出する検出手段と、
複数の前記コイルエレメントのそれぞれの位置および傾きを判定する判定手段と、
複数の前記コイルエレメントのそれぞれに前記生成手段から供給される前記高周波信号の振幅および位相を、前記判定手段により判定された複数の前記コイルエレメントそれぞれの位置および傾きに基づいて前記高周波磁場の均一性を向上するように調整する調整手段とを具備したことを特徴とする磁気共鳴装置。
前記判定手段は、前記複数のコイルエレメントのそれぞれの形状をさらに判定することを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴装置。
前記送受信用コイルは、前記静磁場および前記高周波磁場の作用により磁気共鳴信号が生じるマーカを複数備え、
前記判定手段は、複数の前記マーカでそれぞれ生じた磁気共鳴信号に基づいて複数の前記マーカの分布を判定し、当該分布に基づいて複数の前記コイルエレメントのそれぞれの位置および傾き、あるいは位置、傾きおよび形状を判定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の磁気共鳴装置。
複数の前記マーカは、前記静磁場および前記高周波磁場の作用によりそれぞれ異なる大きさの磁気共鳴信号が生じ、
前記判定手段は、複数の前記マーカでそれぞれ生じる磁気共鳴信号の大きさに基づいて複数の前記マーカのそれぞれを識別することを特徴とする請求項３に記載の磁気共鳴装置。
複数の前記マーカは、プロトン密度、縦緩和時間および横緩和時間の少なくともいずれか１つが互いに異なることを特徴とする請求項４に記載の磁気共鳴装置。