JP2010284525A - 磁気共鳴ｒｆ磁場計測のためのシステム、方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気共鳴ＲＦ磁場計測する。
【解決手段】磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システムはマグネットのボアの周りに位置決めされた複数の傾斜コイル並びにＲＦコイルアセンブリにＲＦ信号を送信しＭＲ画像を収集するようにパルスモジュールにより制御を受けるＲＦ送受信器システム及びＲＦスイッチを有する。コンピュータは、共鳴周波数で励起された複数の原子核に対して共鳴周波数と異なる第１の周波数で第１のオフ共鳴無線周波数（ＲＦ）パルスを印加すること（１２０、１２６）、第１のオフ共鳴ＲＦパルスの印加（１２０、１２６）後に複数の原子核から第１の信号を収集すること（１２２、１２８）、第１のオフ共鳴ＲＦパルスに基づいて第１の信号から位相シフトを決定すること（１４８）、該位相シフトに基づいてＢ１磁場を決定すること（１５０）、並びにコンピュータ読み取り可能記憶媒体上に該Ｂ１磁場を保存すること、を行うようにプログラムされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、全般的には医用撮像システムに関し、またさらに詳細には、磁気共鳴撮像に関連するＢ_１磁場の決定に関する。

人体組織などの物質を均一な磁場（偏向磁場Ｂ_０）にかけると、組織中のスピンの個々の磁気モーメントはこの偏向磁場と整列しようとして、この周りをラーモアの特性周波数によってランダムな秩序で歳差運動することになる。この物質や組織に、ｘ−ｙ平面内にありラーモア周波数に近い周波数の磁場（励起磁場Ｂ_１）がかけられると、正味の整列モーメント（すなわち、「縦磁化」）Ｍ_Ｚは、ｘ−ｙ平面内に来るように回転させられ（すなわち、「傾けられ（ｔｉｐｐｅｄ）」）、正味の横方向磁気モーメントＭ_ｔが生成される。励起信号Ｂ_１を停止させた後、励起したスピンにより信号が放出され、さらにこの信号を受信し処理して画像を形成することができる。

これらの信号を用いて画像を作成する際には、磁場傾斜（Ｇ_ｘ、Ｇ_ｙ及びＧ_ｚ）が利用される。典型的には、撮像しようとする領域は、使用する具体的な位置特定方法に従ってこれらの傾斜を変更させる一連の計測サイクルによりスキャンを受ける。得られた受信核磁気共鳴（ＮＭＲ）信号の組はディジタル化され、よく知られた多くの再構成技法のうちの１つを用いて画像を再構成するように処理される。

磁気共鳴コイルまたはアレイが発生させたＢ_１磁場が均一であるかか否か、あるいはその磁場がどの程度不均一であるかの決定に使用される技法には、多種多様なものが存在する。こうした技法のことをＢ_１マッピングと呼ぶことが多い。Ｂ_１マッピング技法は一般に、空間分解性のＢ_１計測と非空間分解性のＢ_１計測のいずれを実現させることもある。Ｂ_１計測は、収集中に１つまたは複数の空間エンコード傾斜が印加される場合は空間分解性であり、一方Ｂ_１計測中に空間エンコード傾斜を利用しないときはそのＢ_１計測が非空間分解性となる。とりわけ、指定のフリップ角で無線周波数（ＲＦ）パルスを発生させるように送信ゲインを調整し、マルチ送信チャンネルＲＦパルスを設計し、かつ化学シフト撮像の実現を支援するために、Ｂ_１マップを使用することが可能である。Ｂ_１マッピングはさらに、Ｔ１マッピング及び／または別の定量的ＭＲ撮像技法における支援の役割をすることも可能である。幾つかのＢ_１マッピング技法はＴ１依存的である。すなわち、Ｂ_１で利用される信号がＴ１緩和の関数として重み付けされることが多い。別のＢ_１マッピング技法は、Ｂ_０または化学シフト依存的である。また別の技法は、ある範囲のＢ_１磁場にわたって不正確であり、かつ／または大きなＲＦパワー預託に依存する。

Ｂ_１マッピング技法に関して、この技法の下位分類には位相ベースのＢ_１マッピング技法と呼び得る技法が包含される。こうした位相ベースのＢ_１マッピング技法の１つでは、Ｂ_１を決定するために２α−αフリップ角シーケンスから得られる位相を用いている。こうした技法はフリップ角の範囲がより大きな別の技法と比べてより正確であるが、こうした技法はＢ_０依存的であると共に比較的長い反復時間（ＴＲ）要件に依拠することが多い。

位相ベースの別のＢ_１マッピング技法は、断熱的（ａｄｉａｂａｔｉｃ）双曲線セカントの半通過または全通過パルスによって生成されるＢ_１依存的位相を利用している。しかしこの技法に関連する比吸収率（ＳＡＲ）は、こうした技法の高磁場における臨床応用を制限する可能性がある。

米国特許出願第２００８０１５０５２８号

したがって、上述の欠点の一部または全部を生じることなく磁気共鳴システムのＢ_１またはＲＦ磁場を効率よく決定するシステム及び装置があることが望ましい。

本発明の実施形態は、上述の欠点の一部または全部を克服したＢ_１磁場の決定のためのシステム、装置及び方法を提供する。

本発明の一態様による磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）装置は、マグネットのボアの周りに位置決めされた複数の傾斜コイル並びにＲＦコイルアセンブリにＲＦ信号を送信しＭＲ画像を収集するようにパルスモジュールにより制御を受けるＲＦ送受信器システム及びＲＦスイッチを有する磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システムと、コンピュータと、を含む。このコンピュータは、共鳴周波数で励起された複数の原子核に対して共鳴周波数と異なる第１の周波数で第１のオフ共鳴無線周波数（ＲＦ）パルスを印加すること、第１のオフ共鳴ＲＦパルスの印加後に複数の原子核から第１の信号を収集すること、第１のオフ共鳴ＲＦパルスに基づいて第１の信号から位相シフトを決定すること、該位相シフトに基づいてＢ１磁場を決定すること、並びにコンピュータ読み取り可能記憶媒体上に該Ｂ１磁場を保存すること、を行うようにプログラムされている。

本発明の別の態様によるコンピュータ読み取り可能記憶媒体は、その上にコンピュータプログラムを保存して含む。このコンピュータプログラムは、コンピュータにより実行させたときに該コンピュータがパルス発生器に対して第１のオフ共鳴無線周波数（ＲＦ）パルスを複数の励起原子核に印加させること、第１のオフ共鳴ＲＦパルスの印加後に少なくとも１つの磁気共鳴（ＭＲ）受信コイルを介して複数の励起原子核から第１の信号を受信すること、第１のオフ共鳴ＲＦパルスにより誘導される位相シフトを決定すること、該位相シフトに基づいてＢ１磁場を決定すること、ＭＲ撮像装置に結合された記憶デバイス上に該Ｂ１磁場を保存すること、を行わせる命令を含む。第１のオフ共鳴ＲＦパルスは、複数の原子核の共鳴周波数をシフトするように構成される。

本発明のさらに別の態様による磁場決定の方法は、複数の原子核を第１の共鳴周波数で励起させた後に該複数の原子核の共鳴周波数をシフトさせる工程と、共鳴周波数のシフト後に複数の原子核から磁気共鳴（ＭＲ）受信コイルによって第１の信号を収集する工程と、第１の信号に基づいて位相シフトを決定する工程と、ＭＲ装置に結合させたコンピュータ読み取り可能記憶媒体上に該位相シフトを保存する工程と、を含む。

別の様々な特徴及び利点は、以下の詳細な説明及び図面から明らかとなろう。

図面では、本発明を実施するために目下のところ企図される好ましい実施形態を図示している。

本発明の実施形態で使用するための例示的なＭＲ撮像システムの概要図である。 本発明の一実施形態によるＢ_１磁場を決定するための技法を表した流れ図である。 本発明の別の実施形態によるＢ_１磁場を決定するための技法を表した流れ図である。 本発明の別の実施形態によるＢ_１磁場を決定するための技法を表した流れ図である。 本発明の一実施形態によるＢ_１磁場及びＢ_０磁場を決定するための技法を表した流れ図である。

図１を参照すると、本発明の実施形態を組み込んだ例示的な磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システム１０の主要コンポーネントを表している。このシステムの動作は、キーボードその他の入力デバイス１３、制御パネル１４及び表示画面１６を含むオペレータコンソール１２から制御を受けている。コンソール１２は、オペレータが画像の作成及び表示画面１６上への画像表示を制御できるようにする単独のコンピュータシステム２０と、リンク１８を介して連絡している。コンピュータシステム２０は、バックプレーン２０ａを介して互いに連絡した多くのモジュールを含む。これらのモジュールには、画像プロセッサモジュール２２、ＣＰＵモジュール２４、並びに画像データアレイを記憶するためのフレームバッファを含み得るメモリモジュール２６が含まれる。コンピュータシステム２０は、画像データやプログラムの保存のためにアーカイブ用媒体デバイス、永続的またはバックアップ用記憶保存装置、あるいはネットワークとリンクすると共に、高速シリアルリンク３４を介して単独のシステム制御部３２と連絡している。入力デバイス１３は、マウス、ジョイスティック、キーボード、トラックボール、タッチ作動スクリーン、光学読取り棒、音声制御器、あるいは同様な任意の入力デバイスや同等の入力デバイスを含むことができ、また入力デバイス１３は対話式幾何学指定のために使用することができる。

システム制御部３２は、バックプレーン３２ａにより互いに接続させたモジュールの組を含んでいる。これらのモジュールには、ＣＰＵモジュール３６や、シリアルリンク４０を介してオペレータコンソール１２に接続した１つまたは複数のパルス発生器モジュール３８が含まれる。システム制御部３２は、実行すべきスキャンシーケンスを指示するオペレータからのコマンドをこのリンク４０を介して受け取っている。パルス発生器モジュール３８は、各システムコンポーネントを動作させて所望のスキャンシーケンスを実行させ、発生させるＲＦパルスのタイミング、強度及び形状、並びにデータ収集ウィンドウのタイミング及び長さを指示するデータを発生させている。パルス発生器モジュール３８は、スキャン中に発生させる傾斜パルスのタイミング及び形状を指示するために１組の傾斜増幅器４２と接続させている。パルス発生器モジュール３８はさらに、生理学的収集制御器４４から患者データを受け取ることができ、この生理学的収集制御器４４は、患者に装着した電極からのＥＣＧ信号など患者に接続した異なる多数のセンサからの信号を受け取っている。また最終的には、パルス発生器モジュール３８はスキャン室インタフェース回路４６と接続されており、スキャン室インタフェース回路４６はさらに、患者及びマグネット系の状態に関連付けした様々なセンサからの信号を受け取っている。さらにこのスキャン室インタフェース回路４６を介して、患者位置決めシステム４８はスキャンのために患者を所望の位置まで移動させるコマンドを受け取っている。

パルス発生器モジュール３８が発生させる傾斜波形は、Ｇｘ増幅器、Ｇｙ増幅器及びＧｚ増幅器を有する傾斜増幅器システム４２に加えられる。各傾斜増幅器は、収集した信号の空間エンコードに使用する磁場傾斜を生成させるように全体を番号５０で示す傾斜コイルアセンブリ内の物理的に対応する傾斜コイルを励起させている。傾斜磁場コイルアセンブリ５０は、偏向マグネット５４及び全身用ＲＦコイル５６を含むマグネットアセンブリ５２の一部を形成している。本発明の一実施形態では、ＲＦコイル５６はマルチチャンネルコイルである。システム制御部３２内の送受信器モジュール５８は、１つまたは複数のＲＦ増幅器６０により増幅を受けて送信／受信スイッチ６２によりＲＦコイル５６に結合されるようなパルスを発生させている。患者内の励起された原子核が放出して得られた信号は、同じＲＦコイル５６により検知し、送信／受信スイッチ６２を介して前置増幅器６４に結合させることができる。増幅したＭＲ信号は、送受信器５８の受信器部分で復調され、フィルタ処理され、さらにディジタル化される。送信／受信スイッチ６２は、パルス発生器モジュール３８からの信号により制御し、送信モードではＲＦ増幅器６０をコイル５６と電気的に接続させ、受信モードでは前置増幅器６４をコイル５６に接続させている。ＲＦコイル５６またはアレイは患者テーブル内に組み込まれた専用受信コイルの形態をとることがあることを理解されたい。別法としてさらに、送信／受信スイッチ６２によって単独のＲＦコイル（例えば、表面コイル）またはアレイを有効にすることがあり、またＲＦコイル５６に加えてあるいはＲＦコイル５６に代えて単独のＲＦコイルを用いることがあることを理解されたい。

マルチチャンネルＲＦコイル５６により取り込まれたＭＲ信号は送受信器モジュール５８によりディジタル化され、システム制御部３２内のメモリモジュール６６に転送される。未処理のｋ空間データのアレイをメモリモジュール６６内に収集し終わると１回のスキャンが完了となる。この未処理のｋ空間データは、各画像を再構成させるように別々のｋ空間データアレイの形に配置し直しており、これらの各々は、データをフーリエ変換して画像データのアレイにするように動作するアレイプロセッサ６８に入力される。この画像データはシリアルリンク３４を介してコンピュータシステム２０に送られ、コンピュータシステム２０において画像データはメモリ内に格納される。この画像データは、オペレータコンソール１２から受け取ったコマンドに応じて長期記憶内にアーカイブしたり、画像プロセッサ２２によりさらに処理してオペレータコンソール１２に伝達しディスプレイ１６上に表示させたりすることができる。

図２を参照すると、本発明の一実施形態による磁気共鳴コイルまたはアレイのＢ_１磁場を決定するための技法１００を表した流れ図を示している。技法１００は、複数の原子核に対して第１の共鳴性ＲＦパルスが印加されるブロック１０２で開始される。共鳴性ＲＦパルスは、磁場を受ける複数の原子核の共鳴周波数に合わせてチューニングされたＲＦパルスである。このため、共鳴性ＲＦパルスを印加するとその原子核は励起状態になる。共鳴性ＲＦパルスのパラメータは、ユーザが随意に選択することができる。第１の共鳴性ＲＦパルスの印加後、ブロック１０４において複数の励起原子核に対して第１のオフ共鳴ＲＦパルスが印加される。オフ共鳴ＲＦパルスは、複数の原子核に対する該オフ共鳴ＲＦパルスの印加がその複数の原子核を励起状態にさせることがないようにチューニングされたＲＦパルスである。例えばオフ共鳴ＲＦパルスは、磁場を受ける複数の原子核に対するパルスの印加が全く励起を受けない、あるいは最小程度の励起しか受けないような特定の形状または周波数を有するＲＦパルスである。

この第１のオフ共鳴ＲＦパルスの印加は、複数の原子核が既に励起状態にある間に実施される。第１のオフ共鳴ＲＦパルスの印加は、複数の励起原子核の共振周波数をシフトさせる。こうしたシフトのことをＢｌｏｃｈ−Ｓｉｅｇｅｒｔシフトと呼ぶことが多い。このシフトの大きさは、複数の励起原子核に対して印加されるＢ_１磁場に依存する。

第１のオフ共鳴ＲＦパルスの印加後、ブロック１０６においてシフトさせた複数の原子核から第１の信号が収集される。ブロック１０８に進み、複数の原子核を再度励起させるように基準スキャンが印加される。この基準スキャンは少なくとも１つの共鳴性ＲＦパルスを含む。しかしこの実施形態では、基準スキャンはオフ共鳴ＲＦパルスを含まない。ブロック１１０では、基準スキャンを介して発生させた信号が収集される。すなわちブロック１１０において、第２のすなわち追加の信号が収集される。図２の流れ図に示したように、基準スキャン及び第２の信号の収集は第１の信号の収集後に実施される。しかし、代替的な実施形態では、基準スキャン及び追加の信号の収集がブロック１０２における第１の共鳴性ＲＦパルスの印加前に実施されることがある。

ブロック１１２に進み、第１及び第２の収集信号に基づいて位相シフトが決定される。第１の信号に関連する位相は、送信位相φ_Ｔｘ、受信位相φ_Ｒｘ、Ｂ_０位相φ_Ｂ０、追加シーケンス関連位相φ_Ｓｅｑ並びにＢｌｏｃｈ−Ｓｉｅｇｅｒｔ位相ψ_BSの和である。Ｂｌｏｃｈ−Ｓｉｅｇｅｒｔ位相は次式のように表すことができる。

上式において、Ｂ_１はＲＦコイルまたはアレイに関連する磁場を意味し、Δω_B０はＢ_０不均一性及び／または化学シフトに関連する周波数を意味し、かつΔω_ＲＦはオフ共鳴ＲＦパルスの周波数と共鳴性ＲＦパルスの周波数（ここで、共鳴性ＲＦパルスはスピン系の共振周波数にあると見なしている）の間の差を意味している。

このため、第１の信号に関連する位相φ_１は次式のように表すことができる。

φ_１＝（φ_Ｔｘ＋φ_Ｒｘ＋φ_Ｂ０＋φ_Ｓｅｑ）＋ψ_BS （式２）
第２の信号の位相は、その収集前にオフ共鳴パルスが繰り出されないため、ψ_BSに依存しない。すなわち第２の信号の位相は、送信位相φ_Ｔｘ、受信位相φ_Ｒｘ及びＢ_０位相φ_Ｂ０の和である。したがって第２の信号に関連する位相φ_２は、次式のように表すことができる。

φ_２＝（φ_Ｔｘ＋φ_Ｒｘ＋φ_Ｂ０＋φ_Ｓｅｑ） （式３）
一実施形態では、第１と第２の信号の位相差によって位相シフトが決定される。すなわち、次式となる。

φ_１−φ_２＝ψ_BS （式４）
位相シフトを決定した後、プロセス制御はブロック１１４に進み、位相シフトに基づいてＢ_１磁場が決定される。一実施形態では、Ｂ_１磁場の決定のために次の関係式が使用される。

上式において、Ｂ_{１，ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ}はパルス形状の最高点＝１となるように正規化したオフ共鳴パルス形状である。Ｂ_{１，ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ}は、Ｂ_１（ｔ）／Ｂ_{１，ｐｅａｋ}に等しいまたは実質的に等しいと見なすことができる。Ｂ_１（ｔ）は時間の関数としたオフ共鳴パルスの大きさを意味しており、またＢ_{１，ｐｅａｋ}はＢ_１（ｔ）の最大値（すなわち、ＲＦパルスの最高点におけるオフ共鳴ＲＦ磁場の大きさ）を意味しており、またω_ＲＦ（ｔ）は時間の関数としたＲＦパルスのオフセット周波数を意味している。すなわち、ω_ＲＦ（ｔ）は、共鳴性ＲＦパルスとオフ共鳴ＲＦパルスの間の差、また実際上では共鳴スピン系の周波数とオフ共鳴ＲＦパルスの間の差を意味している。ω_Ｂ０は、Ｂ_０磁場不均一性及び／または化学シフトに由来する共鳴からの追加の周波数オフセットを意味している。Ｂ_{１，ｐｅａｋ}は、Ｂ_１（ｔ）の最大値または実質的に最大の値（すなわち、オフ共鳴ＲＦパルスの場合の最高点または実質的な最高点におけるＲＦ磁場の大きさ）を意味している。

ここで図３を参照すると、本発明の別の実施形態による磁気共鳴コイルまたはアレイのＢ_１磁場を決定するための技法１１６を表した流れ図を示している。技法１１６は、複数の原子核に対して第１の共鳴性ＲＦパルスが印加されるブロック１１８で開始される。図２に関連して上で検討したように、共鳴性ＲＦパルスは、複数の原子核に対する印加の際に複数の原子核を励起し、これによりこれら原子核をその共鳴周波数で歳差運動させるようなＲＦパルスである。図３には図示していないが、第１の共鳴性ＲＦパルスの印加前に１つまたは複数のＲＦパルスまたは事前パルスを繰り出すことがあるが企図される。第１の共鳴性ＲＦパルスの印加後、ブロック１２０において複数の励起原子核に対して第１のオフ共鳴ＲＦパルスが印加される。換言すると、励起した原子核に対して第１のオフ共鳴パルスが印加される。

励起原子核に対してオフ共鳴パルスを印加することによって励起原子核の共鳴周波数がシフトする。図２に関連して上で検討したように、オフ共鳴ＲＦパルスは複数の原子核の励起を回避または少なくとも実質的に回避させるようなＲＦパルスである。このため、オフ共鳴ＲＦパルスの周波数プロフィールはこうしたパルスからの複数の原子核のオン共鳴励起が回避または少なくとも実質的に回避されるように選択される。

図３に戻ると、一実施形態ではその第１のオフ共鳴ＲＦパルスは、複数の原子核の共鳴周波数以外の第１の周波数にあるフェルミＲＦパルスである。しかし別の実施形態は、フェルミパルスを利用せずに、フェルミＲＦパルスと異なる共鳴性ＲＦパルスを利用することがあることに留意されたい。第１のオフ共鳴ＲＦパルスの印加後、ブロック１２２において複数の原子核から第１の信号が収集される。第１の信号は１つまたは複数の空間エンコード傾斜が繰り出された際に収集されており、したがって１Ｄ、２Ｄまたは３Ｄの画像データの収集が可能であることが企図される。

第１の信号の収集後にプロセス制御は、複数の原子核に対して第２の共鳴性ＲＦパルスが印加されるブロック１２４に進む。第２の共鳴性ＲＦパルスの印加は複数の原子核を再励起させる。１つまたは複数のＲＦパルスまたは事前パルスは第２の共鳴性ＲＦパルスの印加に先行することがあることが企図される。

第２の共鳴性ＲＦパルスの印加後にプロセス制御は、複数の励起原子核に対して第２のオフ共鳴ＲＦパルスが印加されるブロック１２６に進む。第１のオフ共鳴ＲＦパルスと同様に、第２のオフ共鳴ＲＦパルスは複数の原子核の共鳴を回避または少なくとも実質的に回避させるが、一方複数の原子核の共鳴周波数はシフトさせるような周波数プロフィールを有する。本実施形態では第２のオフ共鳴ＲＦパルスは、第１のオフ共鳴ＲＦパルスの周波数（すなわち、第１の周波数）と異なる第２の周波数にある。次いでブロック１２８において、第２のオフ共鳴ＲＦパルスの印加後に第２の信号が収集される。

第１の共鳴性ＲＦパルスの印加、第１のオフ共鳴ＲＦパルスの印加、第１の信号の収集、第２の共鳴性ＲＦパルスの印加、第２のオフ共鳴ＲＦパルスの印加、及び第２の信号の収集は、選択した任意の反復時間（ＴＲ）を有する同じスキャン中に実施され得ることが企図される。さらにこうしたスキャンは撮像スキャンとし得ることも企図される。こうした例では、第１及び第２の信号の収集中に１つまたは複数の空間エンコード傾斜が繰り出されることになる。このため、各収集の間（例えば、第１及び第２の信号の収集の間）にＢ_１磁場情報及び撮像情報が収集される。ＴＲ、共鳴性ＲＦパルスのフリップ角、並びに撮像シーケンスの別のパラメータは、任意のタイプの撮像シーケンスと調和させるように選択することができる。例えば本発明の実施形態は、スピンエコー、傾斜エコー、並びにエコープレナータイプの撮像シーケンスを一体化させることがある。さらに、オフ共鳴ＲＦパルスのパラメータは、そのＲＦパルスが磁場を受ける原子核の共鳴を回避または少なくとも実質的に回避させる限りにおいて随意に選択することができる。

さらに、各共鳴性ＲＦパルス（すなわち、第１及び第２の共鳴性ＲＦパルス）が別のスキャン中に印加されることがあることも企図される。例えば、第１の共鳴性ＲＦパルス、第１のオフ共鳴ＲＦパルスの印加、並びに第１の信号の収集が第１のスキャン中に実施されることがある。こうした例では、第２の共鳴性ＲＦパルス、第２のオフ共鳴ＲＦパルスの印加、並びに第２の信号の収集が後のスキャンまたは第２のスキャン中に実施されることがある。さらに、第１及び／または第２の信号の収集中に空間エンコード傾斜が繰り出されることがある。

さらに図３を参照すると、第２の信号を収集した後にプロセス制御は、収集した第１及び第２の信号に基づいて位相シフトが決定されるブロック１３０に進む。一実施形態では、第１と第２の信号の位相差を用いて位相シフトが決定される。

こうした実施形態では、先ず第１及び第２の信号を位相画像データ組（すなわち、第１の位相画像データ組と第２の位相画像データ組）に変換することによって第１と第２の信号の位相差が決定される。各位相画像データ組の位相は少なくとも送信位相φＴｘ、受信位相φ_Ｒｘ、Ｂ_０位相φ_Ｂ０、シーケンス位相φ_Ｓｅｑ及びＢｌｏｃｈ−Ｓｉｅｇｅｒｔ位相ψ_BSの組み合わせに対応する。Ｂｌｏｃｈ−Ｓｉｅｇｅｒｔシフトに起因する２つのスキャンの間の位相差は次式で表すことができる。

上式において、Δψ_BSは２つのスキャンの間のＢｌｏｃｈ−Ｓｉｅｇｅｒｔ位相差である。ω_ＲＦは、オフ共鳴ＲＦパルス周波数のオフセット周波数を意味している。換言するとω_ＲＦ１は、スピン系の共振周波数と第１のオフ共鳴ＲＦパルスの間の周波数差を意味している。ω_ＲＦ２は、スピン系の共振周波数と第２のオフ共鳴ＲＦパルスの間の周波数差を意味している。さらに、γは磁気回転比を意味しており、またＢ_１（ｔ）はオフ共鳴ＲＦパルスのＲＦ磁場を意味しており、さらにω_Ｂ０は、Ｂ_０磁場不均一性及び／または化学シフトに由来する共鳴からの周波数オフセットを意味している。

さらに、第１及び第２のオフ共鳴ＲＦパルスがスピン共鳴ピークの相対する側に印加されるように構成されている場合（換言すると、一方のオフ共鳴パルスがスピン共鳴より高い周波数でありかつもう一方がスピン共鳴より低い周波数である場合）、Ｂｌｏｃｈ−ＳｉｅｇｅｒｔシフトのＢ_０不均一性及び化学シフト依存性が大幅に低下する。ここで、Δω_ＲＦは２つのオフ共鳴パルス周波数の平均周波数オフセット、すなわちΔω_ＲＦ＝（Δω_ＲＦ１−Δω_ＲＦ２）／２である。

同様に、第１のオフ共振周波数のオフセットと第２のオフ共振周波数のオフセットが対称性である（例えば、ω_ＲＦ１＝−ω_ＲＦ２、すなわち＋／−ω_ＲＦ周波数である）場合には式６のω_B０依存項も全体として回避することができる。すなわち、第１のオフ共鳴ＲＦパルスがそのオフセットが＋ω_ＲＦであるような第１の周波数にあり、かつ第２のオフ共鳴ＲＦパルスがそのオフセットが−ω_ＲＦであるような第２の周波数にある場合、両位相画像データ組で同じであるような送信位相、受信位相、その他のシーケンス関連位相、及びオフ共鳴Ｂ_０からの位相シフトがサブトラクションの間に除去されることになる。このため、Ｂ_１磁場及びω_ＲＦに依存するがＢ_０には非依存の２つの信号間のＢｌｏｃｈ−Ｓｉｅｇｅｒｔ位相差の値Δψ_BSが式７から決定される。

位相シフトを決定した後にプロセス制御は、Ｂ_１磁場が決定されるブロック１３２に進む。Ｂ_１磁場の決定は、以前に決定されたＢｌｏｃｈ−Ｓｉｅｇｅｒｔ位相シフトに基づいている。一実施形態では、ω_B０を無視できる場合に、Ｂ_１磁場を次式のように表すことができる。

当業者であれば、式８がＢ_１を解くように式７を事実上書き換えたものであることを理解されよう。したがって、第１及び第２の信号に基づいて、Ｂ_{１，ｐｅａｋ}を決定することができる。

ここで図４を参照すると、本発明の別の実施形態による磁気共鳴コイルまたはアレイのＢ_１磁場を決定するための技法１３４を表した流れ図を示している。技法１３４は技法１１６と同様である。しかし、ブロック１２２における第１の信号の収集後にプロセス制御は、第１のデータ組が収集されたか否かを判定している判断ブロック１３６に進む。第１のデータ組は２本以上のｋ空間ラインを含むことや、複数のｋ空間からなる１つまたは複数のラインを含むことがある。さらに、第１のデータ組は１つまたは複数の画像データ組を含むことがあることも企図される。第１のデータ組がｋ空間データを含むか画像データを含むか否かによらず、第１のデータ組は複数の信号からの情報を含む。第１のデータ組が収集されていないと判定された場合（１３８）に、プロセス制御はブロック１１８に進み、複数の原子核を再励起するように第１の共鳴周波数が再度印加される。１つまたは複数のＲＦパルスまたは事前パルスは第１の共鳴性ＲＦパルスの印加に先行することがあることが企図される。さらに、この第１の共鳴性ＲＦパルスのパラメータは以前に印加した第１の共鳴性ＲＦパルスのパラメータと異なることがある。同様に、この第１のオフ共鳴ＲＦパルスのパラメータは以前に印加したオフ共鳴パルスのパラメータと異なることがある。

他方、第１のデータ組が収集されたと判定された場合（１４０）にプロセス制御は、複数の原子核を励起するように第２の共鳴性ＲＦパルスが印加されるブロック１２４に進む。１つまたは複数のＲＦパルスまたは事前パルスは第２の共鳴性ＲＦパルスの印加に先行することがあることが企図される。

同様の方式で、ブロック１２８における第２の信号の収集後にプロセス制御は、第２のデータ組を収集し終えたか否かを判定している判断ブロック１４２に進む。第１のデータ組と同様に、第２のデータ組は単一のｋ空間に関する複数のラインを含むことがあり、あるいは第２のデータ組は複数のｋ空間の１つまたは複数のラインを含むことがある。さらに第２のデータ組は１つまたは複数の画像データ組に関する画像データを含むことがある。第２のデータ組が収集されていないと判定された場合（１４４）にプロセス制御は、複数の原子核を再励起するように第２の共鳴性ＲＦパルスが印加されるブロック１２４に進む。ここでも、１つまたは複数のＲＦパルスまたは事前パルスは第２の共鳴性ＲＦパルスの印加に先だって印加されることがあることが企図される。

さらに、ここで印加される第２の共鳴性ＲＦパルスのパラメータは以前に印加した第２の共鳴性ＲＦパルスのパラメータと異なることがある。同様に、第２のオフ共鳴ＲＦパルスのパラメータは各印加同士で変更されることもある。

他方、第２のデータ組が収集されたと判定された場合（１４６）にプロセス制御は、第１及び第２のデータ組に基づいて位相シフトが決定されるブロック１４８に進む。位相シフトは、図３に関連して上述したのと同じ方式で式６〜８を利用して決定することができる。しかし、単一の位相シフトの決定ではなく、収集した複数の信号に基づいて複数の位相シフトが決定される。次いでプロセス制御はブロック１５０に進み、さらにこの位相シフトに基づいてＢ_１磁場または磁場マップが決定される。一実施形態では、式８の関係を用いて、ＭＲ撮像コイル（複数のこともある）に関連するＢ_１磁場不均一性を具現化したＢ_１磁場マップが決定される。

ここで図５を参照すると、本発明の一実施形態によるＢ_１とＢ_０の磁場を同時に決定するための技法１５２を表した流れ図を示している。技法１５２はオフ共鳴ＲＦパルスを利用して第１のスキャンが実現されるブロック１５４で開始される。換言すると、撮像スキャンとし得る第１のスキャンが、少なくとも１つの共鳴性ＲＦパルスと、少なくとも１つのオフ共鳴ＲＦパルスと、オフ共鳴ＲＦパルスの印加に続く少なくとも１つの信号収集と、を利用して実現されることがある。次いでプロセス制御は、オフ共鳴ＲＦパルスを利用して第２のスキャンが実現されるブロック１５６に進む。第１のスキャンと同様に第２のスキャンは、原子核の共鳴周波数をシフトさせるために少なくとも１つの共鳴性ＲＦパルス及び少なくとも１つのオフ共鳴パルスを含む。共鳴周波数シフトの後には少なくとも１つの信号収集が続く。

第２のスキャンの実現の後にプロセス制御は、オフ共鳴ＲＦパルスを利用しない第３のスキャンを実現しているブロック１５８に進む。第３のスキャンは、少なくとも１つの共鳴性ＲＦパルス及び少なくとも１つの信号収集を利用する。しかし第３のスキャンは、磁場を受ける複数の原子核の共鳴周波数をシフトさせるためのオフ共鳴ＲＦパルスを利用していない。代替的な実施形態では第３のスキャンは、第１のスキャンの前に、第１と第２のスキャンの間に、あるいは第１スキャン及び／または第２のスキャンとの交互配置で実現されることが企図される。

本実施形態に戻ると、プロセス制御は第３のスキャンの実現後にブロック１６０に進み、さらに第１及び第２のスキャンに基づいてＢ_１磁場が決定される。一実施形態では、第１のスキャンの位相φ_１と第２のスキャンの位相φ_２の間の位相差を用いてＢ_１磁場が決定される。例えば図２〜３に関連して上で検討したように、あるスキャンから収集された位相は少なくとも、送信位相φ_Ｔｘ、受信位相φ_Ｒｘ、Ｂ_０位相φ_Ｂ０、シーケンス位相φ_Ｓｅｑ、及びＢｌｏｃｈ−Ｓｉｅｇｅｒｔ位相の和によって表すことが可能である。ω_B０＜＜ω_ＲＦであれば、式１で表されるＢｌｏｃｈ−Ｓｉｅｇｅｒｔ位相は次の関係式によるテイラー展開によって近似することが可能である。

これによってＢｌｏｃｈ−Ｓｉｅｇｅｒｔ位相シフトは、ω_B０依存の項とω_B０非依存の項という２つの項に分割される。

上式において

であり、したがって第１のスキャンの位相は次式のように表すことが可能である。

次に、第２のスキャンにおいて−Δω_ＲＦが実現される場合、第２のスキャンの位相は次式のように表すことが可能である。

水共鳴ピークの周りで対称性とした周波数でＲＦ励起が印加される場合、第１のスキャンと第２のスキャンの間の位相差からＢ_０非依存方式でＢ_１磁場を決定することが可能である。すなわち、φ_１−φ_２⇒Ｂ_１である。

Ｂ_１磁場を決定した後にプロセス制御は、第１、第２及び第３のスキャンに基づいてＢ_０磁場が決定されるブロック１６２に進む。第３のスキャンは撮像を受ける原子核の共鳴周波数をシフトさせるためのオフ共鳴ＲＦパルスを用いずに実現されていたため、第３のスキャンの位相は次式のように表すことができる。

φ_３＝（φ_Ｔｘ＋φ_Ｒｘ＋φ_Ｂ０＋φ_Ｓｅｑ） （式１４）
したがって、第３のスキャンと第１及び第２のスキャンとの位相差からＢ_０磁場を決定することができる（すなわち、２φ_３−（φ_１＋φ_２）⇒Ｂ_０である）。

非対称性ＲＦ周波数オフセット（すなわち、Δω_ＲＦ１≠Δω_ＲＦ２）の場合、Ｂ１及びＢ０は依然として式１０（Δω_ＲＦ＝Δω_ＲＦ１）、式１１（Δω_ＲＦ＝Δω_ＲＦ２）及び式１２に規定した方程式系を解くことによって決定することが可能である。

開示した方法及び装置に関する技術的な寄与はプロセッサ実現によるＢ_１磁場決定を提供できることである。

一実施形態による磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）装置は、マグネットのボアの周りに位置決めされた複数の傾斜コイル並びにＲＦコイルアセンブリにＲＦ信号を送信しＭＲ画像を収集するようにパルスモジュールにより制御を受けるＲＦ送受信器システム及びＲＦスイッチを有する磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システムと、コンピュータと、を含む。このコンピュータは、共鳴周波数で励起された複数の原子核に対して共鳴周波数と異なる第１の周波数で第１のオフ共鳴無線周波数（ＲＦ）パルスを印加すること、第１のオフ共鳴ＲＦパルスの印加後に複数の原子核から第１の信号を収集すること、第１のオフ共鳴ＲＦパルスに基づいて第１の信号から位相シフトを決定すること、該位相シフトに基づいてＢ１磁場を決定すること、並びにコンピュータ読み取り可能記憶媒体上に該Ｂ１磁場を保存すること、を行うようにプログラムされている。

別の実施形態によるコンピュータ読み取り可能記憶媒体は、その上にコンピュータプログラムを保存して含む。このコンピュータプログラムは、コンピュータにより実行させたときに該コンピュータがパルス発生器に対して第１のオフ共鳴無線周波数（ＲＦ）パルスを複数の励起原子核に印加させること、第１のオフ共鳴ＲＦパルスの印加後に少なくとも１つの磁気共鳴（ＭＲ）受信コイルを介して複数の励起原子核から第１の信号を受信すること、第１のオフ共鳴ＲＦパルスにより誘導される位相シフトを決定すること、該位相シフトに基づいてＢ１磁場を決定すること、ＭＲ撮像装置に結合された記憶デバイス上に該Ｂ１磁場を保存すること、を行わせる命令を含む。第１のオフ共鳴ＲＦパルスは、複数の原子核の共鳴周波数をシフトするように構成される。

さらに別の実施形態による磁場決定の方法は、複数の原子核を第１の共鳴周波数で励起させた後に該複数の原子核の共鳴周波数をシフトさせる工程と、共鳴周波数のシフト後に複数の原子核から磁気共鳴（ＭＲ）受信コイルによって第１の信号を収集する工程と、第１の信号に基づいて位相シフトを決定する工程と、ＭＲ装置に結合させたコンピュータ読み取り可能記憶媒体上に該位相シフトを保存する工程と、を含む。

本発明を好ましい実施形態に関して記載してきたが、明示的に記述した以外に等価、代替及び修正が可能であり、これらも添付の特許請求の範囲の域内にあることを理解されたい。

１００ 技法
１０２ 第１の共鳴性ＲＦパルスを印加する工程
１０４ 第１のオフ共鳴ＲＦパルスを印加する工程
１０６ 複数の原子核から第１の信号が収集される工程
１０８ 基準スキャンを印加する工程
１１０ 基準スキャンを介して生成させた第２の信号を収集する工程
１１２ 第１の信号及び第２の信号に基づいて位相シフトを決定する工程
１１４ 位相シフトに基づいてＢ１磁場を決定する工程
１１６ 技法
１１８ 第１の共鳴性ＲＦパルスを印加する工程
１２０ 第１のオフ共鳴ＲＦパルスを印加する工程
１２２ 第１の信号を収集する工程
１２４ 複数の原子核に対して第２の共鳴性ＲＦパルスを印加する工程
１２６ 複数の原子核に対して第２のオフ共鳴ＲＦパルスを印加する工程
１２８ 第２の信号を収集する工程
１３０ 第１の信号及び第２の信号に基づいて位相シフトを決定する工程
１３２ 位相シフトに基づいてＢ１磁場を決定する工程
１３４ 技法
１３６ 第１のデータ組が収集されたか？
１３８ 第１のデータ組が収集されていない
１４０ 第１のデータ組が収集された
１４２ 第２のデータ組が収集されたか？
１４４ 第２のデータ組が収集されていない
１４６ 第２のデータ組が収集された
１４８ 第１及び第２のデータ組に基づいて位相シフトを決定する工程
１５０ 位相シフトに基づいてＢ１磁場を決定する工程
１５２ 技法
１５４ オフ共鳴ＲＦパルスを利用して第１のスキャンを実現する工程
１５６ オフ共鳴ＲＦパルスを利用して第２のスキャンを実現する工程
１５８ オフ共鳴ＲＦパルスを利用せずに第３のスキャンを実現する工程
１６０ 第１及び第２のスキャンに基づいてＢ１磁場を決定する工程
１６２ 第１、第２及び第３のスキャンに基づいてＢ０磁場を決定する工程

Claims (10)

1. マグネット（５４）のボアの周りに位置決めされた複数の傾斜コイル（５０）並びにＲＦコイルアセンブリ（５６）にＲＦ信号を送信してＭＲ画像を収集するようにパルスモジュール（３８）により制御されたＲＦ送受信器システム（５８）及びＲＦスイッチ（６２）を有する磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システム（１０）と、
   コンピュータ（２０）であって、
   共鳴周波数で励起された複数の原子核に対して該共鳴周波数と異なる第１の周波数で第１のオフ共鳴無線周波数（ＲＦ）パルスを印加すること（１０４、１２０、１２６、１５４、１５６）、
   第１のオフ共鳴ＲＦパルスの印加（１０４、１２０）後に複数の原子核から第１の信号を収集すること（１０６、１２２、１２８、１５４、１５６）、
   前記第１の信号から第１のオフ共鳴ＲＦパルスに基づいた位相シフトを決定すること（１１２、１３０、１４８、１６０）、
   位相シフトに基づいてＢ１磁場を決定すること（１１４、１３２、１５０、１６０、１６０）、
   コンピュータ読み取り可能記憶媒体（２６）上にＢ１磁場を保存すること、
   を行うようにプログラムされたコンピュータ（２０）と、
   を備える磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）装置。
2. 前記コンピュータ（２０）はさらに、
   複数の原子核を共鳴周波数で励起するために第１のオフ共鳴ＲＦパルスの印加（１０４、１２０、１２６、１５４、１５６）前に複数の原子核に対して第１の共鳴性ＲＦパルスを印加すること（１０２、１１８、１２４、１５８）、
   複数の原子核を共鳴周波数で励起するために複数の原子核に対して第２の共鳴性ＲＦパルスを印加すること（１１８、１２４）、
   第２の共鳴性ＲＦパルスの印加（１１８、１２４）後に複数の原子核に対して、共鳴周波数及び第１の周波数と異なる第２の周波数にある第２のオフ共鳴ＲＦパルスを印加すること（１２０、１２６）、
   第２のオフ共鳴ＲＦパルスの印加（１２６）後に複数の原子核から第２の信号を収集すること（１２２、１２８）、
   を行うようにプログラムされていると共に、
   前記コンピュータ（２０）は位相シフトを決定する（１３０、１４８）ようにプログラムされる際に、さらに第２のオフ共鳴ＲＦパルスに基づいた位相シフトを決定するために第１の信号と第２の信号の間の第１の位相差を決定する（１３０、１４８）ようにプログラムされている、請求項１に記載のＭＲＩ装置。
3. 前記コンピュータ（２０）はさらに、
   第１の共鳴性ＲＦパルス及び第１のオフ共鳴ＲＦパルス（１０４、１２０）の印加（１０２、１１８、１２４、１５８）を反復（１３８、１４４）しかつ第１の画像データ組が収集されるまで第１の信号の収集を反復すること、
   第２の共鳴性ＲＦパルス及び第２のオフ共鳴ＲＦパルスの印加（１２０、１２６、１５４、１５６、１２０、１２６）を反復（１３８、１４４）しかつ第２の画像データ組が収集されるまで第２の信号の収集（１２２、１２８）を反復する（１３８、１４４）こと、
   第１の位相差を成している第１と第２の画像データ組間の複数の空間依存性の位相差を決定すること（１４８）、
   を行うようにプログラムされている、請求項２に記載のＭＲＩ装置。
4. 前記コンピュータ（２０）はさらに、
   第１の信号の収集中に複数の原子核に空間エンコード傾斜（５０）を印加すること、
   第２の信号の収集中に複数の原子核に空間エンコード傾斜（５０）を印加すること、
   を行うようにプログラムされている、請求項２に記載のＭＲＩ装置。
5. 前記第１のオフ共鳴ＲＦパルス（１０２、１１８、１２４、１５８）はフェルミパルスでありかつ前記第２のオフ共鳴ＲＦパルス（１２０、１２６）はフェルミパルスである、請求項２に記載のＭＲＩ装置。
6. 前記第１の周波数及び第２の周波数は水の共振周波数の周りに実質的に対称性である、請求項２に記載のＭＲＩ装置。
7. 前記コンピュータ（２０）はさらに、
   第１の位相差に基づいて第１のＢ１磁場マップを決定すること（１３２）、
   ユーザに対して前記第１のＢ１磁場マップを表示すること（１１６）、
   を行うようにプログラムされている、請求項２に記載のＭＲＩ装置。
8. 前記コンピュータ（２０）はさらに、
   複数の原子核に対して共鳴周波数にある第３の共鳴性ＲＦパルスを印加すること（１５８）、
   第３の共鳴性ＲＦパルスの印加後に複数の原子核から第３の信号を収集すること（１５８）、
   第１、第２及び第３の信号に基づいて、第１のオフ共鳴ＲＦパルスの周波数中心点と第２のオフ共鳴ＲＦパルスの周波数中心点とが水の共振周波数の周りに非対称であるか否かを判定すること（１６２）、
   前記判定に基づいてＢ０磁場を決定すること（１６２）、
   を行うようにプログラムされている、請求項７に記載のＭＲＩ装置。
9. 第１の共鳴性ＲＦパルス及び第１のオフ共鳴ＲＦパルスの前記印加（１０２、１１８、１２４、１５８、１０４、１２０、１２６、１５４、１５６）は第１のスキャンの間に実施されており、かつ第２の共鳴性ＲＦパルス（１２４）及び第２のオフ共鳴ＲＦパルス（１２６）は第２のスキャンの間に発生している、請求項２に記載のＭＲＩ装置。
10. 前記第１及び第２のスキャンが撮像スキャンである、請求項９に記載のＭＲＩ装置。