JP2014155843A - 磁気共鳴装置用のパルスシーケンスを最適化するための方法、磁気共鳴装置用のパルスシーケンスを最適化するためのパルスシーケンス最適化装置、磁気共鳴装置ならびにコンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】僅かなコストで実現可能なパルスシーケンスの最適化方法及び最適化装置を提供する。
【解決手段】高周波パルスＨＦ₁，ＨＦ₂，ＨＦ₃と、高周波パルスに対し時間的に整合された複数の傾斜磁場パルスＧｘ₁,...,Ｇｘ₆，Ｇｙ₁,...,Ｇｙ₆，Ｇｚ₁,...,Ｇｚ₆とを含むパルスシーケンスＳを受け取るステップと、パルスシーケンスＳにおいて不変のまま保持すべき固定ポイント期間Ｉ_Fと、パルスシーケンスＳにおいて最適化が許可される可変タイムインターバルＩ_Oとを識別するために、パルスシーケンスＳを自動的に分析するステップと、可変タイムインターバルＩ_O内の傾斜磁場パルスＧｘ₁′,...,Ｇｘ₄′，Ｇｙ₁′,...,Ｇｙ₃′，Ｇｚ₁′,...,Ｇｚ₆′を、予め定められた最適化基準に従い、タイムインターバルＩ_Oの長さを一定に保持しながら、自動的に最適化するステップとを有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、磁気共鳴装置のためのパルスシーケンスを最適化する方法に関する。さらに本発明は、最適化されたこの主のパルスシーケンスを利用して磁気共鳴装置を動作させるための方法、この方法を実施するためのパルスシーケンス最適化装置及び磁気共鳴装置に関する。

磁気共鳴トモグラフィシステムとも呼ばれる磁気共鳴装置においては通常、被検体は基本磁場マグネットシステムによって例えば１，５，３又は７テスラの比較的高い基本磁場に晒される。これに加えて傾斜磁場システムによって傾斜磁場が加えられる。そして高周波送信システムを介し適切なアンテナ装置によって、高周波励起信号（ＲＦ信号）が送信される。その結果、この高周波場により共振励起された特定の原子の核スピンが、基本磁場の磁力線に対し規定のフリップ角だけ傾斜磁場させられる。核スピンが緩和するとき、いわゆる磁気共鳴信号である高周波信号が放出され、高周波信号は適切な受信アンテナにより受信されて、引き続き処理される。最終的に、このようにして得られた生データから所望の画像データを再構成することができる。

さらに特定の測定のために特定のパルスシーケンスを送信することができる。このパルスシーケンスは複数の高周波パルス列から成り、例えば励起パルス及びリフォーカスパルスならびにこれらのパルスと整合させて送信すべき種々の空間方向における傾斜磁場パルスから成る。これらのパルスに対し時間的に整合させて読み出し窓をセットする必要があり、この読み出し窓によって、誘導された磁気共鳴信号を捕捉される期間が予め設定される。この場合、画像形成にとって重要であるのは殊にシーケンス内のタイミングであり、つまりパルスが相前後して続く際のタイムインターバルである。通常、いわゆる測定プロトコルにおいて、事前に作成された多数の制御パラメータが定義されている。これらの制御パラメータは、特定の測定のために例えば記憶装置から呼び出すことができ、必要に応じてオペレータによって現場で変更可能である。その際にオペレータは、付加的な制御パラメータ例えば測定すべきスライスから成るスタックにおける特定のスライス間隔、スライスの厚さ等をプリセットすることができる。そしてこれらすべての制御パラメータに基づき、測定シーケンスとも称するパルスシーケンスが計算される。

傾斜磁場パルスは、それらの傾斜磁場振幅、傾斜磁場パルス持続時間、側縁勾配もしくは一般にスルーレート"Slew Rate"とも称する傾斜磁場パルスのパルス波形の１階微分ｄＧ／ｄｔによって定義される。さらに別の重要な傾斜磁場パルスパラメータは、傾斜磁場パルスモーメント（略して「モーメント」とも称する）であり、これは振幅の時間積分によって定義される。

１つのパルスシーケンスの間、傾斜磁場パルスを送信する傾斜磁場コイルが高い頻度で高速に切り替えられる。１つのパルスシーケンス内の時間設定はたいていはきわめて厳密であり、しかもＭＲＴ検査の期間全体の長さが決まる１つのパルスシーケンスの全期間を、できるかぎり短く抑える必要があるので、部分的に４０ｍＴ／ｍ付近の傾斜磁場強度と２００ｍＴ／ｍ／ｍｓまでのスルーレートに達するようにしなければならない。殊にこのように高い側縁勾配によって、傾斜磁場スイッチ中、よく知られた騒音に悩まされることになる。磁気共鳴トモグラフィの他のコンポーネント例えば高周波シールドによる渦電流が、このような煩い騒音が引き起こされてしまう１つの理由である。このほか、傾斜磁場の急峻な側縁によってエネルギー消費が高まり、しかも傾斜磁場コイル及び他のハードウェアに対する要求も高まる。傾斜磁場が急速に変化することによって、傾斜磁場コイルに歪みと振動が発生し、ケーシングにそのエネルギーが伝達される。しかもコイル及び他のコンポーネントの加熱によって、ヘリウムのボイリングオフが大きくなる可能性がある。

殊に煩わしいノイズを低減するためハードウェア構築にあたって、傾斜磁場コイルのモールドまたは真空モールドのような様々な解決策が提案されている。

したがって本発明の課題は、パルスシーケンスを最適化するために既述の手法の代替となり、しかも比較的僅かなコストで実現可能な最適化方法及びこの方法に対応したパルスシーケンス最適化装置を提供することにある。

本発明によればこの課題は、請求項１記載のパルスシーケンスを最適化する方法によって解決される。すなわち、
複数の高周波パルスと、該高周波パルスに対し時間的に整合された複数の傾斜磁場パルスとを含むパルスシーケンスを受け取るステップと、
前記パルスシーケンスにおいて不変のまま保持すべき固定ポイント期間と、前記パルスシーケンスにおいて最適化が許可される可変タイムインターバルとを識別するために、前記パルスシーケンスを自動的に分析するステップと、
前記可変タイムインターバル内の傾斜磁場パルスを、予め定められた最適化基準に従い、有利には前記タイムインターバルの長さを一定に保持しながら、自動的に最適化するステップとを有することを特徴とする、
パルスシーケンスを最適化する方法によって解決される。

さらに本発明の課題は、請求項１３記載のパルスシーケンス最適化装置によって解決される。

最初に、それ自体が出来上がっておりすなわち送信準備完了状態にあるけれども本発明による方法によってさらに最適化可能なパルスシーケンスを受け取る。このパルスシーケンスは、所定数の高周波パルスすなわち１つまたは複数の高周波パルス例えば少なくとも１つの励起パルス及び／又はリフォーカスパルスと、この高周波パルスに対し時間的に整合されている傾斜磁場パルスとを含んでいる。パルスシーケンス内で、高周波パルスの正確なパラメータすなわち時間的な位置と形状が厳密に定められ、同様に個々の傾斜磁場パルスが時間長、振幅、側縁勾配といった特定のパラメータによって厳密に設定される。その際、パルスシーケンスないしはそれらのパラメータは、達成すべきイメージングタスクに従って生じる。

さらにパルスシーケンスの自動的な分析が行われる。この分析の目的は、不変のまま保持すべきパルスシーケンス内の固定ポイント期間を識別するとともに、最適化が許可されるパルスシーケンス内の可変タイムインターバルを識別することにある。ここで固定ポイント期間ないしは固定ポイント時間領域とは、以下のような個別の時点またはタイムインターバルのことである。すなわち、傾斜磁場がそれらの規定どおりの機能を引き続き果たせるよう、傾斜磁場の目下の値を変更せず不動にしておく必要がある時間領域のことである。その例として挙げられるのは、スライス選択傾斜磁場あるいは読み出し時間中の傾斜磁場であり、これらは特定のコーディングを特定の時点で達成するために用いられる。そのほかの例については、あとでさらに挙げる。他方、特定の傾斜磁場がきちんと定められた値をとらなければならないこのような不変の個別のポイントあるいはタイムインターバルのほかに、それらの間に位置する可変タイムインターバルも存在する。それらにおいては、たしかにやはり規定の機能を果たすが、時間設定を厳格に遵守して例えばきわめて厳密な時点に特定の振幅が存在することが重要ではない傾斜磁場パルスが、全体にまたは部分的に配置されている。ここで多くの場合に重要となるのは、特定の時点までに予め定められた振幅に達すること、特定の時点から予め定められた振幅が下がること、あるいは比較的幅のある時間領域内で少なくとも特定のモーメントに到達することだけである。これらのタイムインターバルにおいて、傾斜磁場パルス形状は原則的には特定の境界条件に留意しながら変更できるので、これらのタイムインターバルは最適化可能な状態にある。

これに続くステップにおいて、可変タイムインターバル内の傾斜磁場パルスが予め定められた最適化基準に従い自動的に最適化される。

ここでは基本的に、任意の最適化基準を設定することができる。

本発明の範囲において例えば１つの実施形態によれば、傾斜磁場パルスによるコーディングができるかぎり迅速に行われるように最適化を行うことができ、それによって例えば血流などのように運動する物体によるフローアーチファクトを最小限に抑えることができる。

１つの有利な実施形態によれば、例えばノイズ低減のために最適化が行われる。この目的で殊に有利であるのは、可変タイムインターバル内において傾斜磁場パルスのパルス形状の１階微分を自動的に最適化できるようにすることである。つまり、可変タイムインターバルにおける傾斜磁場経過が、例えば特定の境界条件のもとでできるかぎり低いスルーレートが遵守されるように最適化されるのである。なぜならばそれによって著しく高いノイズが引き起こされるからである。換言すれば最適化ステップは、できるかぎり大きいノイズ抑圧を顧慮して行われ、パルス形状を定める関数の１階微分の最小化という点でパルス形状が最適化される。ただしその際に、傾斜磁場の振幅も最小化することができる。ノイズ低減のための最適化もしくはパルス形状の１階微分の最適化は、おそらく最も頻繁に行われる適用事例であるので、以下ではたいていの個所ではこの形態を実施例とする。ただし明示的に言及しないかぎり、そのような実施例によって本発明による方法がこの最適化基準に限定されるものではない。

格別有利であるのは、傾斜磁場パルス形状もしくは傾斜磁場経過を最適化において滑らかにすることである。なぜならば、そのようにすればきわめて良好なノイズ低減が達成されるからである。

きわめて有利であるのは、適用される最適化基準に左右されることなく、個々のタイムインターバルの時間長を一定に保持しながら最適化を行うことであり、そのようにすればパルスシーケンスのタイミングが最適化によっても全体として作用を及ぼさないままになるからである。

基本的に、それぞれ異なる複数の最適化基準を予め設定しておくことも可能であり、例えばそれぞれ異なる期間またはそれぞれ異なるパルスの種類について種々の判定基準を予め設定しておくこともできる。

本発明による方法によれば、個々のパルスを考察することなく、傾斜磁場経過全体を自動的に最適化することができる。既述の通り、目下の傾斜磁場振幅に関して不変であるパルスシーケンスの重要な時点もしくは重要なタイムインターバルにおいてのみ、パルス形状が規定値のまま保持される。それらの間では、領域全体について（複数のパルスにまたがっても）パルス形状の最適化を行うことができる。

この場合、それぞれ個々の傾斜磁場方向においてパルス形状が別個に最適化され、つまり傾斜磁場方向ごとに、例えばｘ方向、ｙ方向、ｚ方向もしくはスライス選択方向、位相コーディング方向、ならびに読み出し方向ごとに、パルス形状ないしは傾斜磁場経過が別々に考察され最適化される。

特に複数のパルスに及ぶ最適化が可能であることからも、殊に以下の利点が得られる。

例えばパルス形状の１階微分について最適化を行うと、適用されるスルーレートを著しく低減することができ、ひいては傾斜磁場経過の負荷を小さくすることができる。これによって電流消費及び傾斜磁場コイルの加熱を低減することができ、ひいてはヘリウムのボイルオフを低減することもできる。他方、このことから、コスト効率がいっそう高い傾斜磁場コイルを製造する新たな可能性が得られる。しかも、検査中に発生する騒音を著しく小さくすることができる。

しかも、最適化を実行する適切なパルスシーケンス最適化ユニットを、既存のシーケンスフレームワーク中に比較的僅かなコストで実装できる。これについてはあとで説明する。

磁気共鳴装置を動作させるための本発明による方法によれば、既述の方法に従い最初にパルスシーケンスを最適化し、ついで最適化されたパルスシーケンスを用いながら磁気共鳴装置を動作させる。このようにすれば、画像品質を損なったり測定時間を長くしたりすることなく、適切に選択された最適化基準において、測定中すなわち患者が装置の患者トンネル内に存在している間に発生するノイズが低減される。有利には最適化を、パルスシーケンスの実行時もしくは実行直前にオンラインで実施することができる。これについては実施例に基づきあとで詳しく説明する。

本発明による方法に従いパルスシーケンスを最適化する相応のパルスシーケンス最適化ユニットが必要とするのは、最適化すべきパルスシーケンスを受け取る入力インタフェースと、不変のまま保持すべきパルスシーケンス内の固定ポイント期間と、最適化が許可されるパルスシーケンス内の可変タイムインターバルとを識別するための、パルスシーケンスを分析する分析ユニットと、予め定められた最適化基準に従い可変タイムインターバル内の傾斜磁場パルスのパルス形状を最適化するパルス形状最適化ユニットだけである。

本発明による磁気共鳴装置は、通常の高周波送信システムと、傾斜磁場システムと、要求された測定を実行するために予め定められたパルスシーケンスに基づき高周波送信システム及び傾斜磁場システムを制御する制御装置のほか、パルスシーケンス最適化装置を有している。

パルスシーケンス最適化装置が磁気共鳴装置における制御装置の一部分であると有利であり、高周波送信システムないしは傾斜磁場システムの前段に比較的接近させて配置すると有利である。

パルスシーケンス最適化装置の少なくとも基本部分を、ソフトウェアコンポーネントとして構築することができる。このことは殊に、分析ユニットとパルス形状最適化ユニットについてあてはまる。一例として入力インタフェースを、ネットワークを介してデータ記憶装置から、あるいは例えば磁気共鳴装置の制御装置内部のデータ記憶装置から、パルスシーケンスに関するデータを受け取るインタフェースとすることができる。このインタフェースが少なくとも部分的にソフトウェアとして構築されているように構成することができ、場合によっては既存のコンピュータのハードウェアインタフェースにアクセスするように構成することができる。

したがって本発明には、パルスシーケンス最適化装置のメモリにそのままロード可能であり、プログラムがパルスシーケンス最適化装置において実行されると本発明による方法のすべてのステップを実行するためのプログラムコードセクションを備えたコンピュータプログラムも含まれる。このようにソフトウェアによって実現することの利点は、例えばノイズ強度の低減ならびにその他の既述の利点を奏する本発明の方法に従ってパルスシーケンスを最適化する目的で、磁気共鳴装置における従来の制御装置をプログラムのインプリメントによって適切な手法で変更できることである。

従属請求項ならびに後述の説明には、本発明の格別有利な実施形態が記載されている。この場合、例えばあるカテゴリーの請求項を、他のカテゴリーの従属請求項と同様に変形させることができる。

有利にはパルスシーケンスを、時間的に相前後するシーケンシャルなイベントブロックとしてパルス送信装置へ伝達することができる。ついでパルス送信装置は例えばダイレクトに、高周波送信装置を制御して個々の高周波パルスを送信させ、もしくは傾斜磁場システムを制御して個々の傾斜磁場パルスを送信させる。本発明による方法においても、そのようなイベントブロックとしてパルスシーケンスがパルス送信装置へ伝達される。この場合、各イベントブロックは一般に１つの特定のイベントを表し、例えば飽和パルスの送信、特定のスポイラー傾斜磁場、１つの傾斜磁場エコーシーケンス内の特定の反復等を表す。その際、個々のイベントは場合によっては複数の高周波パルスから成り、もしくはスイッチされた読み出し窓さらにはそれに合わせて切り替えられた傾斜磁場パルスから成る。ここで読み出し窓のスイッチとは、磁気共鳴信号のための受信装置の起動を意味し、例えば磁気共鳴装置の受信コイルに接続されたＡＤＣ（アナログ／ディジタル変換器）の起動のことを意味する。

ただし本発明による方法の１つの有利な実施形態によれば、パルス送信装置への伝達の前に例えばチェックモジュールにおいて、到来するイベントブロック各々を分析し、個々のイベントブロックにおける固定ポイント期間と可変タイムインターバルとを最初に識別する。そしてこの識別に応じて、パルスシーケンスが再分割されて送出イベントブロックが形成される。有利にはこの再分割は、あるイベントブロックは固定ポイント期間のみを、または可変タイムインターバルのみを含むようにして行われる。換言すれば、固定ポイント期間と可変タイムインターバルは別個の送出イベントブロックとして、例えばチェックモジュールからパルス送信装置へ転送される。その際に殊に有利であるのは、隣接する到来イベントブロックにおいて隣り合う固定ポイント期間と隣り合う可変タイムインターバルを新たな送出イベントブロックとしてまとめることである。ついで、可変タイムインターバルを含む送出イベントブロックに対し本発明に従って最初に、パルス形状を最適化する最適化ステップが実施されてから、それらがパルス送信装置へ伝達される。これに対し固定ポイント期間だけから成る送出イベントブロックは、その間に最適化された送出イベントブロックと再び時間的に整合されてパルス送信装置に到来するよう必要に応じて遅延されてから、不変のままパルス送信装置へ転送される。その後、パルス送信装置は、最適化されなかったイベントブロックと最適化されたイベントブロックを相前後して整合された順序で実行し、すなわちパルス送信装置は対応する制御命令を高周波送信システムと傾斜磁場システムへ送信し、最適化されたパルスシーケンス全体が適正なタイミングで、有利には最適化前と変わらないタイミングで送信される。

パルスシーケンス内の期間を識別もしくは分析して、それが固定ポイント期間であるのか最適化可能なタイムインターバルであるのかを判定するために、様々な手法が存在する。

ここで有利であるのは、１つのパルスシーケンスについて１つの期間内に、以下のイベントのうち少なくとも１つのイベントが発生することになるのであれば、そのパルスシーケンス内の期間を固定ポイント期間として識別することである：
−高周波パルスの送信。高周波パルスが同時に送信されるのであれば、その時点でスイッチされる傾斜磁場は、高周波パルスを特定の空間的ボリュームに作用させるために用いられるものとすべきである。それゆえこの期間中に振幅を変更してしまうと、シーケンスに誤りが生じてしまう。
−生データの読み出し。すなわち読み出し窓のセットもしくはＡＤＣ（アナログ／ディジタル変換器）の受信準備完了状態へのスイッチ。ここでも同時にスイッチされた傾斜磁場はコーディングに用いられ、その空間領域内で磁気共鳴信号が受信される。この期間中も、傾斜磁場振幅を変更してしまうと、シーケンスに誤りが生じてしまう。
−フローコンペンセーション傾斜磁場パルスのスイッチ。このパルスは、絶対値が等しく極性が異なる２つの傾斜磁場モーメントから成る。この傾斜磁場パルスを変更してしまうと、フローコンペンセーションが壊されてしまうおそれがある。その理由は、互いに逆向きのモーメントが最適化によりマージされて、ゼロモーメントになってしまうからである。
−拡散傾斜磁場パルスのスイッチ。この拡散傾斜磁場パルスも、きちんと定められた期間にわたり規定された傾斜磁場振幅を加えて、信号を規定どおりにコーディングできるようにするために用いられる。したがってこれを変更してしまうと、やはり測定が誤ったものになってしまう。
−ノック傾斜磁場パルスのスイッチ。このようなノック傾斜磁場パルス（Tok-Tok-Tokパルスとも称する）は、測定開始時、大きすぎも小さすぎもしない規定のノックを生じさせるために用いられる。このようにしてトモグラフィ装置内に存在する患者は、一般に不可避の騒音に煩わされることによってこれから始まる測定に対し、準備をすることができる。この種のノック傾斜磁場パルスに対して例えばノイズ最適化を実行してしまうと、そのことによってノック傾斜磁場パルスのノイズが低減されてしまい、そうなると患者に対し事前に警告するというその機能がもはや果たされなくなってしまう。

ここで留意しておくと、それ自体「変更不可能な」傾斜磁場パルスが、例えば平坦性パラメータ（高さと長さ）が遵守されるならば側縁を変更可能であるといった手法で最適化可能なタイムインターバルを、場合によっては含んでいる可能性がある。

したがって有利には、以下の手順のうち少なくとも１つの手順によって、１つのパルスシーケンス内の１つの期間を固定ポイント期間または可変タイムインターバルとして識別することができる。
−高周波パルス送信時間の分析
−読み出し時間の分析
−傾斜磁場パルス形状の分析。例えばこの分析は、傾斜磁場パルスを、規定の変更不可能な傾斜磁場パルスに関する予め設定されたパターンパルス形状と比較することによって行われる。傾斜磁場パルス形状がこのパターンパルス形状と一致しているならば、このことはそのパルスが変更不可能な傾斜磁場パルスであることを表す。
−１つのイベントブロックパラメータセット中に含まれている識別子（例えば名称、フラグ等）の分析。この識別子は、該当するイベントブロック内で次に続く傾斜磁場パルスが変更不可能なパルスであることを表す。例えば、特定の傾斜磁場パルスを有する１つのイベントブロックが、一定の走査パターンで設定された所定の時点における固有の振幅値をそれぞれ含むようにすることができる。ただしこの代わりに、傾斜磁場パルスを完全に定義するために、立ち上がり時間、規定時間後に到達すべき最大振幅、振幅が一定に保持される平坦期間の持続時間、立ち下がり時間に関するパラメータが含まれているようにしてもよい。これらに加えて両方のケースにおいて、イベントブロックないしはイベントブロックパラメータセットに、イベントブロックが変更不可能なパルスを含んでいるか否かの情報、あるいはコーディング、もしくはどのような傾斜磁場パルスであるのかの名称、例えばフローコンペンセーション傾斜磁場パルスや拡散傾斜磁場パルスなどをもたせることも可能である。

上述の傾斜磁場パルスタイプを不変と定義するだけでなく、要求に応じてさらに別の傾斜磁場パルスあるいは傾斜磁場パルスタイプも、特定のパルスシーケンスに対し変更不可能なものとして設定することができる。このことは例えば、定義されたこの種の変更不可能な他の傾斜磁場パルスを識別できるよう、検査モジュールを相応に設定することにより行われ、及び／又は、イベントブロックパラメータセットに例えばそれらのパルスについての相応の識別子をセットすることによって行われる。

これまで述べてきた有利な実施形態から明らかであるのは、（一般に比較的簡単な）手段によって固定ポイント期間を識別することができ、そのようにして残りのタイムインターバルを最適化できることである。殊に傾斜磁場パルスにおけるこの種の固定ポイント期間を、いわゆるスポイラー傾斜磁場パルスと比較的簡単に区別することができる。

臨床における磁気共鳴トモグラフィ（ＭＲＴ）において使用されることが多い一連のパルスシーケンスの場合、例えばスピンエコーシーケンス（ＳＥシーケンス）あるいはターボスピンエコーシーケンス（ＴＳＥシーケンス）の場合、空間コーディングに必要とされる傾斜磁場パルスに追加するように、スポイラー傾斜磁場パルス（略してスポイラー）が実行される。スポイラー傾斜磁場パルスは、いくつかの事例ではクラッシャー傾斜磁場パルス（略してクラッシャー）とも呼ばれるが、殊にそれらがペアで発生する場合には、それらのパルスは本来の傾斜磁場パルスの直前及び／又は直後に同じ傾斜磁場コイルによって実行され、これによって例えば意図しない自由誘導減衰（Free-Induction-Decay FID）信号が抑圧されるようにしている。

まさにこの種のスポイラー傾斜磁場もしくはクラッシャー傾斜磁場によって過度に大きな音量が引き起こされることが多く、したがってこの種のパルスを最適化するのが望まれている。

多くのケースにおいて重要であるのは、最適化された傾斜磁場パルスが決められたモーメントを有するようにすることである。ここで傾斜磁場パルスのモーメントとは、すでに説明したとおり、一般には振幅を時間に関して積分したものであり、すなわち傾斜磁場パルスの曲線下を占める面積のことである。この場合、傾斜磁場パルスが正であるのか負であるのかに応じて、モーメントも正または負をとることになる。さらに例えばスポイラーまたはクラッシャーも、それによってＦＩＤ信号を確実に抑える目的で、それぞれ厳密に決められたスポイラーモーメントまたはクラッシャーモーメントをもつようにしなければならない。

したがって傾斜磁場パルスのパルス形状を最適化する場合に有利であるのは、傾斜磁場パルスのモーメントが一定に保持されるようにすることである。

さらに有利であるのは、傾斜磁場パルスの最適化にあたり規定された固定ポイントにおける傾斜磁場の振幅が一定に保持されるようにすることである。この場合、最適化可能なタイムインターバル内の特定の固定ポイントを予め定めることができ、例えば特別に定められた時点において振幅値がゼロに達するように設定することができる。とはいえ殊に有利であるのは固定ポイントが、隣り合う固定ポイント期間との可変インターバルのインターバル境界での境界値を少なくとも含むようにすることである。イベントブロックがソートし直されて、それぞれ１つの可変インターバルだけしか、または１つの固定ポイント期間だけしか含んでいない送出イベントブロックが形成されるならば、それらの境界値は例えば、最適化可能な個々の送出イベントブロックにおける最初と最後の境界値である。このような境界条件によって得られるのは、跳躍的な変化が発生せず、傾斜磁場パルスがイベントブロック境界を超えて、ないしは固定ポイント期間と可変タイムインターバルとの境界を越えて連続的に進むよう、傾斜磁場パルスの形状が選定されることである。

しかもさらに格別有利であるのは、上述の境界値のところでは１階微分がゼロになるようにし、ないしは隣接する固定ポイント期間または送出イベントブロックの対応する境界値に至る勾配がゼロになるようにし、それによってエッジのない均質な移行が達成されるようにすることである。

１つの可変タイムインターバルもしくは最適化可能なイベントブロック内において、最適化にあたりきわめて格別に有利であるのは、隣り合う複数の傾斜磁場パルスをマージして１つの共通の連続する傾斜磁場パルスにまとめることである。このことによって、慣用の方法に比べて格別に有利な利点が得られる。すなわち、傾斜磁場パルスは次の傾斜磁場パルス生成のためにそれ相応に急峻な側縁で引き続き再び上昇するだけで、値ゼロまで不必要に低減されるようなことがなくなる。

（ターボスピンエコー測定など）反復時間が長い測定プロトコルの場合、あるいは予備パルス後又は測定インターバル後の休止期間が比較的長い測定プロトコルの場合、インターバルの終点または視点にセットされることの多いスポイラー傾斜磁場パルスが、傾斜磁場パルスのマージにより休止期間全体にわたり著しく長く延在する可能性がある。このことによって、本来意図したスポイルが例えばそのスポイルによって作用を受ける検査対象物質の運動（例えば血流または患者の動き）により妨げられる現象が発生する可能性がある。このことを回避するために有利であるのは、以下のような本発明による方法の実施形態を採用することである。この実施形態によれば、特定の傾斜磁場方向の１つの最適化されたタイムインターバル内で、すべての傾斜磁場パルスの単位時間あたりの全モーメントが、予め定められた限界値を下回っているか否かが、最初にチェックされる。すなわちこれによれば、このインターバル内のすべての傾斜磁場パルスの全モーメントを時間で除算した結果が、つまり平均モーメントが、過度に低いか否かがチェックされる。このことが該当するのは、複数のタイムインターバルへの分割が行われたときであり、このときにパルス形状は、それらのサブタイムインターバルのうちいくつかのサブタイムインターバルだけに、あるいはただ１つのタイムインターバルだけに、その傾斜磁場方向でゼロとは等しくない傾斜磁場振幅が生じるように最適化される。一例として、複数のサブタイムインターバルのうち１つのサブタイムインターバルだけで振幅を意図的にゼロにセットすることができ、このようにすればこの振幅を固定ポイント期間とみなすことができる。この場合、１つまたは複数の残りのタイムインターバル内では傾斜磁場パルスが修正されて、傾斜磁場振幅がそれ相応に高くセットされる。その際、それ相応のインターバル境界もしくは固定ポイント及び境界条件によっても、サブタイムインターバルにおいて必要とされるモーメントが生成されるようにすることができる。

最適化にあたり、パルス形状の１階微分値をできるかぎり小さく保持し、その際に予め定められた境界条件を遵守するために、殊に所定の固定ポイントを達成するために、基本的に様々な手法を用いることができる。

格別効率的であると判明したのは、いわゆるスプライン補間法を適用することである。ことのほか有利であるのは、４次のスプライン補間法を適用することである。スプライン補間おいて試みられるのは、区間ごとに連続する多項式いわゆるスプラインを用いて、所定の補間点（つまりここでは例えば固定ポイント）を補間することである。これに対する代案として、多項式補間も適用できる。ただしスプライン補間法の利点は、たとえ固定ポイントが不都合な位置にあっても、たいして煩雑な計算を行わずに利用可能な曲線経過が得られることにある。殊にスプライン補間は、線形のコストが僅かであっても計算することができる。

タイムインターバルｔ＝［０，τ］にわたり傾斜磁場曲線Ｇ_k（ｔ）をスプライン補間によって滑らかな傾斜磁場経曲線Ｓ（ｔ）に置き換えようとする場合、平滑化にあたり遵守すべき既述の条件は、数学的に以下のように記述される：

それぞれ式（１）及び式（２）によって、タイムインターバルの境界で規定の振幅値が得られるようになり、つまり固定ポイントが遵守されるようになる。境界条件（３）及び（４）によって、これらの固定ポイントすなわちインターバル境界における１階微分がなくなり、したがって直接隣接する固定ポイント期間への滑らかな移行が得られるようになる。後者の条件によって保証されるのは、傾斜磁場モーメントＦつまりはスピンフェーズに及ぼす作用が、事前に定義されているとおり一定に保たれることである。

４次のスプラインが適用されるならば、これは関数

によって記述され、これは５つのパラメータａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅをもつ平滑関数である。式（１）〜（５）によって与えられた条件に基づき、自動的にパラメータａ＝Ｇ₁，ｇ＝０ならびに

が得られる。このようにして上述の条件によりスプライン補間が定義される。

この例から明らかであるのは、スプライン補間法を用いることで所定の境界条件によって著しく迅速かつ簡単に、傾斜磁場パルス曲線について最適化された滑らかな曲線形状を様々な方向で計算できることである。

有利には、どのように最適化を実行するのかとは別に、最適化領域内つまり最適化されたタイムインターバル内での最適化終了時のパルス形状が、システム固有の規定のパラメータの遵守についてチェックされる。例えばこのようなシステム固有のパラメータを、個々の磁気共鳴装置に関して最大許容傾斜磁場振幅及び／又は最大許容スルーレートとすることができる。

何らかの理由でシステム固有のパラメータが遵守されなければ、例えば最適化されたパルスが最大許容傾斜磁場振幅及び／又は最大許容スルーレートを超えているならば、最適化されたパルス形状を適用することはできない。そのような場合には、タイムインターバル内のパルス形状を再び元のパルス形状に置き換えるのが有利である。

これまで述べてきたとおり本発明によれば、きわめて簡単な手法で静かに抑えられたパルスシーケンスが生成され、傾斜磁場の線形性逸脱ならびに磁気共鳴装置のハードウェアに対する要求が低減される。殊に、不必要なアクティビティがとりわけイベントブロック境界のところで回避される。

次に、添付の図面を参照しながら実施例に基づき本発明についてさらに詳しく説明する。

本発明による磁気共鳴装置の１つの実施例を示す図 本発明による方法の１つの実施例に関するフローチャート 本発明による方法を適用可能なパルスシーケンスの例を到来イベントブロックに分けて示す図 固定ポイント期間を含む不変の送出イベントブロックと、可変タイムインターバルを含む最適化可能なイベントブロックとに分けて、図３によるパルスシーケンスを示す図 最適化可能なイベントブロックの最適化後の図４によるパルスシーケンスを示す図 スプライン補間法により最適化されたパルスによるパルスシーケンスの一部分を示す図 図６と同様の図であるが、プライン補間法により特定の付加的な境界条件のもとで最適化されたパルスのパルスシーケンスを部分的に示す図

図１には、本発明による磁気共鳴装置１が略示されている。この磁気共鳴装置１は本来の磁気共鳴スキャナ２を含んでおり、その中には検査空間８つまり患者トンネル８が設られている。この患者トンネル８には寝台７を運び入れることができ、検査中、その上に寝かされた患者Ｏまたは発端者を、磁気共鳴スキャナ２内部の特定のポジションにおいて、その中に配置された磁石システム及び高周波システムに対し相対的に寝かせることができ、もしくは測定中、様々なポジションに移動させることができる。

磁気共鳴スキャナ２の基本的なコンポーネントは、基本磁場磁石３と、ｘ，ｙ，ｚ方向で傾斜磁場を発生させる傾斜磁場コイルを備えた傾斜磁場システム４と、全身用高周波コイル５である。ｘ，ｙ，ｚ方向における傾斜磁場コイルは互いに独立して制御可能であり、所定の組み合わせに従って任意の論理的な空間方向（例えばスライス選択方向、位相エンコード方向または読み出し方向）において傾斜磁場を加えることができ、その際、これらの方向は一般には選択されたスライス方向に依存している。同様に論理的な空間方向を、ｘ，ｙ，ｚ方向と一致させることもでき、例えばスライス選択方向をｚ方向とし、位相エンコード方向をｙ方向、読み出し方向をｘ方向とすることができる。検査対象Ｏに誘導された磁気共鳴信号の受信を、全身用高周波コイル５を介して行うことができ、このコイル５によって通常、磁気共鳴信号を誘導するための高周波信号も送信される。ただし一般的にこれらの信号を、例えば患者Ｏの上または下に配置された複数の局所コイル（これらのうち１つだけを図示）を備えた局所コイル装置６によって受信することができる。これらのすべてのコンポーネントは基本的に当業者には知られており、したがってそれらについて図１には概略的にしか示していない。

磁気共鳴スキャナ２のコンポーネントは制御装置１０によって制御可能である。この制御装置を制御コンピュータとすることができ、これを複数の個別のコンピュータによって構成することができ、場合によっては空間的に隔てられており適切なケーブル等によって互いに接続された複数の個別のコンピュータによって構成することができる。制御装置１０は端末インタフェース１７を介して端末機器３０と接続されており、この端末機器３０によって磁気共鳴装置１全体を制御することができる。ここに示されている実施形態によればこの端末機器３０は、キーボード、１つまたは複数のディスプレイ、さらには例えばマウスといったそのほかの入力機器を備えたコンピュータとして構成されており、このようにしてオペレータにグラフィックユーザインタフェースが提供される。

制御装置１０は殊に傾斜磁場制御ユニット１１を有しており、このユニット自体は複数の部分コンポーネントによって構成することができる。この傾斜磁場制御ユニット１１を介して、個々の傾斜磁場コイルに対し傾斜磁場パルスシーケンスＧＳに従い制御信号が加えられる。これは既述のように、測定中、予め厳密に定められた時間ポジションのところに予め厳密に定められた時間経過特性によってセットされた（表された）傾斜磁場パルスである。

さらに制御装置１０は高周波送信ユニット１２を有しており、これによってパルスシーケンスＭＳの所定の高周波パルスシーケンスＨＦＳに従い全身高周波コイル５にそれぞれ高周波パルスが供給される。高周波パルスシーケンスＨＦＳは、上述の励起パルスと再集束パルスを含んでいる。そして局所コイル装置６によって磁気共鳴信号の受信が行われ、この装置により受信された生データＲＤが高周波受信ユニット１３により読み出されて処理される。磁気共鳴信号は生データＲＤとしてディジタル形式で再構成ユニット１４へ伝送され、再構成ユニット１４は生データＲＤから画像データＢＤを再構成する。それらの画像データＢＤは記憶装置１６に格納され、及び／又はインタフェース１７を介して端末機器３０へ供給されて、オペレータはそれらのデータを観察できるようになる。これらの画像データＢＤをネットワークＮＷを介して他の場所で記憶することもでき、及び／又は表示及び評価することもできる。これに対する代案として、高周波パルスシーケンスを局所コイル装置を介して送信することもでき、及び／又は磁気共鳴信号を全身高周波コイルによって受信することもでき（図示せず）、これは全身高周波コイル５及び局所コイル装置６と高周波送信ユニット１２もしくは高周波受信ユニット１３との結線次第で行うことができる。

さらに別のインタフェース１８を介して、制御命令を磁気共鳴スキャナ２の他のコンポーネント例えば寝台７や基本磁場磁石３に伝達することができ、あるいは測定値もしくは他の情報を受け取ることができる。

傾斜磁場制御ユニット１１、高周波送信ユニット１２及び高周波受信ユニット１３は、測定制御ユニット１５によってそれぞれコーディネートされて制御される。これにより適切な命令を通して、望ましい傾斜磁場パルスシーケンスＧＳと高周波パルスシーケンスＨＦＳが送信されるようになる。しかもこれによって、適切な時点に磁気共鳴信号を局所コイル装置６の局所コイルにおいて高周波受信ユニット１３により読み出して、さらに処理をすることができる。同様に測定制御ユニット１５はインタフェース１８も制御する。測定制御ユニット１５を、例えばプロセッサまたは複数の共働するプロセッサによって構成することができる。このプロセッサに、例えば適切なソフトウェアコンポーネントとして、本発明によるパルスシーケンス最適化装置２０を実装することができる。これについてはあとで詳しく説明する。

この種の磁気共鳴測定の基本的な流れ及び（パルス最適化装置２０を除き）制御のための既述のコンポーネントについては当業者に知られているので、ここではそれらについてはこれ以上詳しくは言及しない。なお、この種の磁気共鳴スキャナならびにこれに属する制御装置がさらに別の多数のコンポーネントを有することができるが、これについても同様にここでは詳しくは説明しない。ここで述べておきたいのは、磁気共鳴スキャナ２をこれとは異なるようにも構成できることであり、例えば側方が開放された患者空間にしたり、あるいは体の一部だけを配置可能な比較的小さいスキャナとして構成することもできる。

測定をスタートさせるため、一般的にオペレータは端末機器３０を介して、種々の測定のための多数の制御プロトコルＰが格納されている記憶装置１６から、この測定のために予め設けられている制御プロトコルＰを選択する。この制御プロトコルＰには殊に、個々の測定のための様々な制御パラメータＳＰが含まれている。それらの制御パラメータＳＰとして挙げられるのは、望ましいパルスシーケンスのために定められた基本設定であり、例えばスピンエコーシーケンスであるのか、ターボスピンエコーシーケンスであるのかといったシーケンスタイプである。さらに制御パラメータとして挙げられるのは、個々の高周波パルスによって達成すべき磁化、生データ取得のためにとるべきｋ空間の傾斜磁場軌跡、さらにはスライス厚、スライス間隔、スライス数、分解能、反復時間、スピンエコーシーケンスにおけるエコー時間などに関する制御パラメータである。

オペレータは、目下望まれる測定に固有の制御プロトコルを作成する目的で、端末機器３０を用いてこれらの制御パラメータの一部を変更することができる。この目的で、変更のために例えば端末機器３０のグラフィックユーザインタフェース上に、可変の制御パラメータが提供される。

なお、オペレータは、ネットワークＮＷを介して制御プロトコルを例えば磁気共鳴装置の製造メーカから呼び出し、それらのデータを必要に応じて変更して利用することもできる。

そして制御パラメータＳＰに基づきパルスシーケンスＳまたは測定シーケンスが求められ、これらのシーケンスによって最終的に、他のコンポーネントの本来の制御が測定制御ユニット１５によって行われる。パルスシーケンスＳをパルスシーケンス算出装置において計算することができ、この装置は例えば端末機器３０のコンピュータ上のソフトウェアコンポーネントとして実現することができる。ただし原理的には、パルスシーケンス算出装置を制御装置１０自体の一部分としてもよく、殊に測定制御ユニット１５の一部分としてもよい。同様にパルスシーケンス算出装置を、例えばネットワークＮＷを介して磁気共鳴装置と接続されている別個の計算システム上で実現してもよい。

パルスシーケンスＳの実行にあたりこれらのパルスシーケンスＳは測定ユニット１５により、最初にパルスシーケンス最適化装置２０において本発明によるやり方に従い最適化されてから、測定制御ユニット１５のパルス送信装置１９を介して供給され、最終的にパルス送信装置１９は、高周波パルスシーケンスＨＦＳを高周波送信ユニット１２へ送出し、傾斜磁場パルスシーケンスＧＳを傾斜磁場制御ユニット１１へ送出する。この目的で上述のパルスシーケンス最適化装置２０は入力インタフェース２１を有しており、これは本来完成しており送信準備完了状態にあるが最適化する必要のあるパルスシーケンスＳを受け取って、分析ユニット２２へ転送する。分析ユニット２２は、固定ポイント期間と最適化が許可されている可変タイムインターバルとを識別するために、パルスシーケンスの分析を実行する。ついでパルス形状最適化ユニット２３において、予め定められた最適化基準例えば１階微分に関して、可変タイムインターバルにおける傾斜磁場パルスのパルス形状が最適化される。１階微分の上述の最適化の代わりに、あるいはこれに加えて、ノイズ低減に関して他の最適化基準を用いようとするならば、オペレータはそれを例えば端末３０を介して予め設定することができる。例えば記憶装置に、種々の最適化基準とそれらに属するルールを格納しておくことができ、端末３０のディスプレイ上で選択させるためにそれらの最適化基準をオペレータに呈示することができる。そしてオペレータはグラフィックユーザインタフェースを介して選択を実行し、もしくはユーザインタフェースを介して対応する選択命令が登録される。

次に図２〜図５に基づき、パルスシーケンスＳの生成ならびにパルス送信装置１９による出力ないしは実行（高周波パルスの送信、傾斜磁場の設定及び受信装置の作動）に至るまでのパルスシーケンスＳの後続処理について例示しながら、既述のコンポーネントの詳しい動作について説明する。ここでも一例として、ノイズ低減に関して傾斜磁場パルスの１階微分の最適化を行うものとする。

図２に描かれているように、本発明による方法はまずはステップＩにおいて、通常のようにパルスシーケンスＳを準備することからスタートする。すなわちここではシーケンスタイプが決定され、もしくは特定のシーケンスタイプが定義されている対応のプロトコルがサーチされる。その際、必要とされるパラメータの採用もしくは場合によってはそれらの変更がユーザによって行われる。ついでステップＩＩにおいて、予め設定された規定のシーケンスパラメータによるパルスシーケンスの正確なタイミングならびにフローが計算される。ステップＩＩＩにおいて、送信準備完了状態にあるがまだ最適化されていないパルスシーケンスが、イベントブロックの形式で転送される。本発明による方法を適用しないとしたならば、ステップＩＩＩにおいてただちにイベントブロックがパルス送信装置１９へ転送され、次にパルス送信装置１９はステップＶにおいてイベントブロックを出力し、これによってパルスシーケンスＳ全体が実行されることになる。しかしながら本発明によれば、イベントブロック転送前にステップＩＶにおいて個々のイベントブロックが処理される。ステップＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶ，ＶにおけるパルスシーケンスＳの処理は、個々のイベントブロックの形式でシーケンシャルに行われるので、これに応じてこれらのステップを時間的に並行して行うことができ、つまり後のイベントブロックがまだステップＩＩに存在する一方、先のイベントブロックがすでにステップＶにおいてパルス送信装置１９へ伝送される。

図３には、きわめて簡略化された傾斜磁場エコーシーケンスにおける最初の部分のパルスダイアグラムが例示されており、この傾斜磁場エコーシーケンスはイベントブロックＥＢＩ₁，ＥＢＩ₂，ＥＢＩ₃，ＥＢＩ₄に分割されている（図３では最初の３つのイベントブロックだけが完全に描かれており、４番目のイベントブロックはほぼ完全に描かれている）。このようなパルスダイアグラムの場合には一般にそれぞれ異なる上下に位置する時間軸上に、読み出し窓Ｗと読み出すべき高周波パルスＨＦ₁，ＨＦ₂，ＨＦ₃と傾斜磁場パルスが、時間ｔに依存して示されている。ここでは一番上の読み出し時間軸ＡＤＣ上に読み出し窓Ｗが描かれており、上から２番目の高周波パルス時間軸ＨＦには、送信すべき高周波パルスＨＦ₁，ＨＦ₂，ＨＦ₃の振幅が描かれている。さらにその下の傾斜磁場パルス時間軸Ｇｘ上には、傾斜磁場パルスＧｘ₁，ＧＸ₂，Ｇｘ₃，Ｇｘ₄，Ｇｘ₅，Ｇｘ₆が描かれている。これらのパルスは読み出し方向における傾斜磁場パルスである。下から２番目の傾斜磁場パルス時間軸Ｇｙ上には、傾斜磁場パルスＧｙ₁，Ｇｙ₂，Ｇｙ₃，Ｇｙ₄，Ｇｙ₅，Ｇｙ₆が描かれており、これらのパルスは位相エンコード方向にスイッチされ、一番下の傾斜磁場パルス軸Ｇｚは、スライス選択方向における傾斜磁場パルスＧｚ₁，Ｇｚ₂，Ｇｚ₃，Ｇｚ₄，Ｇｚ₅，Ｇｚ₆が描かれている。時間軸のポジションはそれぞれゼロラインを表しており、つまり傾斜磁場であれば、それらのパルスの振幅が傾斜磁場パルス時間軸Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚから下へ向かって延びるか、上へ向かって延びるかに応じて、負の傾斜磁場パルス又は正の傾斜磁場パルスとすることができる。見やすくするため、すべてのパルスダイアグラムについて時間方向と振幅方向において任意の単位でスケーリングを行っている。それというのも、本発明の原理を理解するにはまず第一に、最適化前と最適化後のパルス経過特性もしくはパルス形状の比較が重要だからである。

このパルスシーケンスＳの第１のイベントブロックＥＢＩ₁は、脂肪（信号）抑制を生じさせるイベントブロックＥＢＩ₁である。このため最初に比較的強い高周波パルスＨＦ₁が送信される一方、傾斜磁場パルスは実行されず、その結果、高周波パルスＨＦ₁はスライス選択として作用しない。しかしこれらの高周波パルスＨＦ₁の終了に続いて、３つの空間軸すべてにおいて３つの傾斜磁場パルスＧｘ₁，Ｇｙ₁，Ｇｚ₁が生じ、これらは意図に反して脂肪（信号）抑制によって形成された横方向の磁化を分散（ディフェーズ dephase）するために用いられる。

次のイベントブロックＥＢＩ₂はプレスポイラーとして用いられる。このイベントブロックＥＢＩ₂において、２つの負の傾斜磁場パルスＧｙ₂，Ｇｚ₂がｙ方向とｚ方向にスイッチされる。これらのパルスは、場合によっては存在する横方向の残留磁化の位相を効果的にずらすために用いられる。このような残留磁化は、先行の励起または傾斜磁場によって生成され、もしくは再集束された可能性がある。

３番目のイベントブロックＥＢＩ₃には傾斜磁場エコーシーケンスが含まれており、この場合、特定のボリュームもしくは特定のスライスにおいて磁気共鳴信号が取得され、この取得は、規定の傾斜磁場Ｇｚ₃をスライス選択方向Ｇｚで同時に出力しながら高周波パルスＨＦ₂によって励起し、ついで特定の傾斜磁場Ｇｘ₃を読み出し方向Ｇｘにスイッチして読み出し窓Ｗをセットし、つまりＡＤＣ（アナログ／ディジタル変換器）を受信にスイッチすることによって行われる。このイベントブロックＥＢＩ₃には別の傾斜磁場パルスＧｚ₄，Ｇｘ₂，Ｇｙ₃，Ｇｘ₄，Ｇｙ₄が存在し、これらの傾斜磁場パルスは、後続のイベントブロックに意図しないエコーを発生させないようにする目的で、励起パルスにより生成された横方向磁化の位相をずらすために用いられる。

傾斜磁場エコーイベントブロックＥＢＩ₃の次にさらに飽和イベントブロックＥＢＩ₄が続き、このイベントブロックは最初に、パラレルに３つの傾斜磁場パルスＧｘ₅，Ｇｙ₅，Ｇｚ₅がｘ方向、ｙ方向、ｚ方向にスイッチされることから始まり、その後、スライス選択でない高周波パルスＨＦ₃が送信される。この場合、すべての傾斜磁場はゼロにセットされており、ついで再び３つのすべての空間方向で別の傾斜磁場パルスＧｘ₆，Ｇｙ₆，Ｇｚ₆が送信される。その後、さらに別のイベントブロックが続き、例えば新たなプレスポイラー、付加的な反復、傾斜磁場エコーイベントブロック等が続く。

既述のイベントブロックＥＢＩ₁，ＥＢＩ₂，ＥＢＩ₃，ＥＢＩ₄の各々は、すぐにわかるように、基本的には最適化可能な期間を含んでいる。ここではそれらは上述の判定基準に当てはまらない期間であり、例えば高周波パルスＨＦ₁，ＨＦ₂，ＨＦ₃のうちの１つまたは読み出し窓Ｗとパラレルに送信される傾斜磁場などである。たいていは変更できない特定の傾斜磁場パルス例えばフローコンペンセーション傾斜磁場パルス、フュージョン傾斜磁場パルスあるいはノック傾斜磁場パルスなどは、ここに示した簡略化されたシーケンスには含まれていない。

他方、プレスポイラーイベントブロックＥＢＩ₂を除いて、他のすべてのイベントブロックＥＢＩ₁，ＥＢＩ₃，ＥＢＩ₄には固定ポイント期間も含まれており、これらの期間では、傾斜磁場振幅値の変更は許可されておらず、したがってこれらは最適化から除外しなければならない。このため図２に示されているように、最初にステップＩＶのうち第１のサブステップＩＶａにおいて、変更不可能な固定ポイント期間が含まれるのか、及び変更可能もしくは最適化可能なタイムインターバルが含まれるのかについて、到来したイベントブロックＥＢＩが検査される。このステップＩＶａにおいて、送出イベントブロックＥＢＡ_F，ＥＢＡ₀へのパルスシーケンスＳの新たな分割も行われる。

図４にはこのことが、図３に示したパルスシーケンスＳに関して描かれている。ここでは、最適化不可能な固定ポイント期間がそれぞれハッチングパターンによって覆われており、最適化可能なタイムインターバルは覆われていない。これによって自動的に新たな送出イベントブロックＥＢＡ₁，ＥＢＡ₂，．．．，ＥＢＡ₈が生じ、これらの送出イベントブロックＥＢＡ₁，ＥＢＡ₂，．．．，ＥＢＡ₈には、固定ポイント期間Ｉ_Fあるいは最適化可能なタイムインターバルＩ₀がちょうど１つずつ含まれている。ここでは最適化不可能な期間として、パラレルに高周波パルスＨＦ₁，ＨＦ₂，ＨＦ₃が送出されるかまたは読み出し窓Ｗがスイッチされる期間がきちんと識別されている。これらの領域では、厳密に予め定められた振幅値のところに傾斜磁場が留まっていなければならない。それらの間に位置する領域では、以下の境界条件のもとでパルス形状もしくは傾斜磁場経過特性を任意に変更してよい。すなわち、最適化不可能な固定ポイント期間Ｉ_Fを含む隣接イベントブロックとの境界ポイントでは振幅値が保持され、それらの境界ポイントでは１階微分がゼロであり、最適化可能な個々の期間Ｉ₀内における傾斜磁場パルスのモーメント全体は最適化の前と後で等しい。最適化可能なイベントブロックＥＢＡ₂，ＥＢＡ₄，ＥＢＡ₆，ＥＢＡ₈は、次のステップＩＶｂにおいて上述の境界条件のもとで最適化される（図２ではこれらの最適化可能なイベントブロックは総括して参照符号ＥＢＡ₀として描かれている）。

ついで、既述のスプライン補間法を適用して最適化が行われる。この場合、境界における振幅値はそれぞれ固定ポイントＦＰとみなされ、既述の境界条件（固定ポイントの達成、固定ポイントにおける１階微分＝０、曲線下の積分値の保持）のもとでスプラインが行われて、個々の最適化可能な期間Ｉ₀において望ましい円滑なパルス形状が生じる。

図５にはこのことが、図４に示したパルスシーケンスに関して描かれている。殊にここできわめてはっきりと示されているのは、互いに隣り合う急峻な側縁を有する比較的矩形のパルスが、部分的に互いにクロスオーバーしている共通のパルス形状を有する傾斜磁場パルスＧｘ₁′，Ｇｘ₂′，Ｇｘ₃′，Ｇｘ₄′，Ｇｘ₅′，Ｇｙ₁′，Ｇｙ₂′，Ｇｙ₃′，Ｇｙ₄′，Ｇｚ₁′，Ｇｚ₂′，Ｇｚ₃′，Ｇｚ₄′，Ｇｚ₅′，Ｇｚ₆′に変換されている様子である。これらの傾斜磁場パルスは比較的滑らかであり、したがって傾斜磁場コイルに対しきわめて僅かな負荷しかもたらさず、したがって煩わしいノイズが格段に抑えられる。傾斜磁場パルスをこのようにマージする例として挙げられるのは例えば、図３及び図４に示した元のパルスシーケンスＳにおける傾斜磁場パルスＧｙ₁，Ｇｙ₂が、最適化されたパルスシーケンスにおいて１つの共通の傾斜磁場パルスＧｙ_1'にマージされていること、同じように、傾斜磁場パルスＧｚ₁〜Ｇｚ₃がここでは１つの共通のパルス形状Ｇｚ_1'，Ｇｚ_2'，Ｇｚ_3'に置き換えられていること、しかもそれが３つのイベントブロックＥＢＡ₂，ＥＢＡ₃，ＥＢＡ₄を越えて広がっていることである。特にここで留意したいのは、スライス選択の高周波パルスＨＦ₂がパラレルに送出されるイベントブロックＥＢＡ₃の期間中、傾斜磁場振幅が変化していないことであり、つまり厳密にこの領域内では、パルスＧｚ₃の元の部分がここではイベントブロックＥＢＡ₃内に存在する傾斜磁場パルスＧｚ_2'と正確に一致していることである。

図３〜図５から明らかになるのは、本発明による方法によって効果的に、各パルスシーケンスが著しく迅速に実行直前に、ノイズの発生や傾斜磁場コイルの負荷に関して最適化できることであり、その際、タイミングのいかなる変更も不要であり、したがってこれに付随して画像品質に変化がもたらされることもない。

特に長い反復時間を伴うプロトコルあるいは予備パルスまたは測定インターバルの後に特に長い休止を伴うプロトコルが用いられ、これに加えて傾斜磁場スポイラーが適用される場合であると、休止期間全体にわたり傾斜磁場がマージされることによって、意図するスポイルが阻止される可能性がある。図６には傾斜磁場パルスシーケンスのある区間において、このようにスポイラーパルスが意図することなく長く延びすぎてしまう様子が示されている。

この場合、本発明によればスプライン補間法を用いることによって、傾斜磁場パルスＧ′が比較的幅の広いインターバルＩにわたって延びている。このような珍しい作用を完全に排除できるようにする目的で、簡単なやり方によれば別の境界条件を予め与えることができ、これによればモーメントの平均値がタイムインターバルＩ_Gにわたってチェックされ、この値が定められた値を下回れば、図７に示されているように、単純にタイムインターバルＩ_G全体を２つのサブタイムインターバルＩ₁，Ｉ₂に分割する。次に、複数のサブタイムインターバルのうち一方のサブタイムインターバル（図７ではサブタイムインターバルＩ₂）が傾斜磁場振幅ゼロにセットされ、ついで最適化は他方のサブタイムインターバルＩ₁についてのみ行われる。その結果、側縁勾配が小さくなり最適化前のパルスよりも改善されたパルス形状をもつ傾斜磁場パルスＧ″も生成されるが、その際に同時に、このインターバル内の単位時間あたりのモーメント全体が、スポイラー効果を達成するのに十分な大きさとなるよう配慮される。

その後、次のステップＩＶｃにおいて、最適化されたイベントブロックＥＢＡ_O′が、システム固有の特定のパラメータＳＳＰを遵守しているか否かについてチェックされ、例えばそれらのイベントブロックが個々の磁気共鳴装置に関して最大許容傾斜磁場振幅よりも低いか否かについて、ならびに最大許容スルーレートが守られているか否かについてチェックされる。これがあてはまらなければ、破線で表されているように、最適化されたイベントブロックＥＢＡ_O′が再び元のイベントブロックＥＢＡ_Oに置き換えられる。ただし通常は、最適化されたイベントブロックＥＢＡ_O′がこれらの条件を遵守していると想定できる。システム固有のパラメータＳＳＰを例えば記憶装置に格納しておくことができる。次に、最適化されたイベントブロックＥＢＡ_O′（または固有のケースでは最適化されないイベントブロックＥＢＡ_O′）は、ステップＶにおいてパルス送信装置１９へ転送されて実行される。この場合、パルス送信装置は、最適化不可能なイベントブロックＥＢＡ_Fも適合された順序で実行されるよう配慮する。この目的でパルス送信装置１９へ、個々の最適化されたイベントブロックＥＢＡ_O′もしくは最適化可能なイベントブロックＥＢＡ_O及び最適化不可能なイベントブロックＥＢＡ_Fが、適合された時間順序で転送される。例えばこの場合、最適化不可能なイベントブロックＥＢＡ_Fは遅延ステップＩＶｄにおいて遅延され、したがってそれらのイベントブロックは適合された時点になってはじめて転送されるようになる。

ステップＩＶａについても説明しておくと、パルスシーケンスＳはその時間経過において最初に２つの異なるカテゴリーに分割され、つまり最適化可能なイベントブロックと最適化不可能なイベントブロックとに分割される。例えば高周波パルスまたは読み出し窓が加わると、対応するタイムインターバルがカテゴリー０＝「最適化不可能」に割り当てられるのに対し、この種の高周波パルス又は読み出し窓がなく、パルスシーケンスＳにおいてそれらの間に位置するインターバルは、カテゴリー１＝「最適化可能」に割り当てられる。ついでタイムインターバル（最適化可能なイベントブロック及び最適化不可能なイベントブロック）［０，ｔ_１］，［ｔ₁，ｔ₂］，［ｔ₂，ｔ₃］等が、カテゴリー０とカテゴリー１とで交互に発生する。その後、カテゴリー１のタイムインターバルは、既述のように例えばスプライン補間法によって最適化される。この場合、計算されたスプラインカーブによって、このインターバル内のすべてのパルスの元の経過が置き換えられるので、傾斜磁場カーブのモーメントつまりはスピンフェーズに対する作用は一定であり、同時にカーブは常に微分可能なまま維持される。

最後にもう一度述べておくと、これまで詳しく説明してきた方法ならびに構成は実施例であって、請求項によって規定されているかぎりおいて、本発明の範囲から逸脱することなく、その基本原理を広い範囲にわたって変更することも可能である。特に述べておきたいのは、本発明による方法を任意のパルスシーケンスに適用できることである。さらに完全を期すために述べておくと、不定冠詞を用いたからといって、該当する特徴が複数存在し得ることを排除するものではない。同様に、「ユニット」または「モジュール」という用語は、それらが複数のコンポーネントから成り、場合によっては空間的に分散させることも可能であることを排除するものではない。

符号の説明
１ 磁気共鳴装置
２ 磁気共鳴スキャナ
３ 基本磁場磁石
４ 傾斜磁場システム
５ 全身高周波コイル
６ 局所コイル装置
７ 寝台
８ 患者トンネル
１０ 制御装置
１１ 傾斜磁場制御ユニット
１２ 高周波送信ユニット
１３ 高周波受信ユニット
１４ 再構成ユニット
１５ 測定制御ユニット
１６ 記憶装置
１７ 端末インタフェース
１８ インタフェース
１９ パルス送信装置
２０ パルスシーケンス最適化装置
２１ 入力インタフェース
２２ 分析ユニット
２３ パルス形状最適化ユニット
３０ 端末
Ｓ パルスシーケンス
Ｏ 患者
Ｐ 制御プロトコル
ＮＷ ネットワーク
ＢＤ 画像データ
ＲＤ 生データ
ＳＰ 制御パラメータ
ＳＳＰ システム固有のパラメータ
ＧＳ 傾斜磁場パルスシーケンス
ＨＦＳ 高周波パルスシーケンス
ｔ 時間
ＡＤＣ 読み出し時間軸
Ｗ 読み出し窓
ＨＦ 高周波パルス時間軸
ＨＦ₁，ＨＦ₂，ＨＦ₃ 高周波パルス
Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚ 傾斜磁場パルス時間軸
Ｇｘ₁，Ｇｘ₂，Ｇｘ₃，Ｇｘ₄，Ｇｘ₅，Ｇｘ₆ 傾斜磁場パルス
Ｇｘ₁′，Ｇｘ₂′，Ｇｘ₃′，Ｇｘ₄′，Ｇｘ₅′ 傾斜磁場パルス
Ｇｙ₁，Ｇｙ₂，Ｇｙ₃，Ｇｙ₄，Ｇｙ₅，Ｇｙ₆ 傾斜磁場パルス
Ｇｙ₁′，Ｇｙ₂′，Ｇｙ₃′，Ｇｙ₄′ 傾斜磁場パルス
Ｇｚ₁，Ｇｚ₂，Ｇｚ₃，Ｇｚ₄，Ｇｚ₅，Ｇｚ₆ 傾斜磁場パルス
Ｇｚ₁′，Ｇｚ₂′，Ｇｚ₃′，Ｇｚ₄′，Ｇｚ₅′，Ｇｚ₆′ 傾斜磁場パルス
ＦＰ 固定ポイント
ＥＢＩ，ＥＢＩ₁，ＥＢＩ₂，ＥＢＩ₃，ＥＢＩ₄ 到来するイベントブロック
ＥＢＡ_F，ＥＢＡ_O，ＥＢＡ₁，ＥＢＡ₂，．．．，ＥＢＡ₈ 送出されるイベントブロック
ＥＢＡ_O′ 最適化されたイベントブロック
Ｉ_F 固定ポイント期間
Ｉ_O 最適化可能なタイムインターバル
Ｇ′，Ｇ″ 傾斜磁場パルス
Ｉ_G インターバル
Ｉ₁，Ｉ₂ サブタイムインターバル

Claims (15)

1. 磁気共鳴装置（１）のためのパルスシーケンス（Ｓ）を最適化する方法において、
   複数の高周波パルス（ＨＦ₁，ＨＦ₂，ＨＦ₃）と、該高周波パルスに対し時間的に整合された複数の傾斜磁場パルス（Ｇｘ₁，．．．，Ｇｘ₆，Ｇｙ₁，．．．，Ｇｙ₆，Ｇｚ₁，．．．，Ｇｚ₆）とを含むパルスシーケンス（Ｓ）を受け取るステップと、
   前記パルスシーケンス（Ｓ）において不変のまま保持すべき固定ポイント期間（Ｉ_F）と、前記パルスシーケンス（Ｓ）において最適化が許可される可変タイムインターバル（Ｉ_O）とを識別するために、前記パルスシーケンス（Ｓ）を自動的に分析するステップと、
   前記可変タイムインターバル（Ｉ_O）内の傾斜磁場パルス（Ｇｘ₁′，．．．，Ｇｘ₄′，Ｇｙ₁′，．．．，Ｇｙ₃′，Ｇｚ₁′，．．．，Ｇｚ₆′，Ｇ′，Ｇ″）を、予め定められた最適化基準に従い、有利には前記タイムインターバル（Ｉ_O）の長さを一定に保持しながら、自動的に最適化するステップと
   を有することを特徴とする、
   磁気共鳴装置（１）のためのパルスシーケンスを最適化する方法。
2. 前記可変タイムインターバル（Ｉ_O）において前記傾斜磁場パルス（Ｇｘ₁′，．．．，Ｇｘ₄′，Ｇｙ₁′，．．．，Ｇｙ₃′，Ｇｚ₁′，．．．，Ｇｚ₆′，Ｇ′，Ｇ″）のパルス形状について１階微分を自動的に行う、請求項１記載の方法。
3. 前記パルスシーケンス（Ｓ）を、時間的に相前後するイベントブロック（ＥＢＡ，ＥＢＡ₁，．．．，ＥＢＡ₈）としてパルス送信装置（１９）へ伝達し、
   該パルス送信装置（１９）へ伝達する前に、前記パルスシーケンス（Ｓ）の到来イベントブロック（ＥＢＩ，ＥＢＩ₁，．．．，ＥＢＩ₄）を分析し、個々のイベントブロック（ＥＢＩ，ＥＢＩ₁，．．．，ＥＢＩ₄）において固定ポイント期間（Ｉ_F）と可変タイムインターバル（Ｉ_O）とを識別し、
   前記分析に従い前記パルスシーケンス（Ｓ）を再分割して送出イベントブロック（ＥＢＡ，ＥＢＡ₁，．．．，ＥＢＡ₈）を形成する、
   請求項１または２記載の方法。
4. １つの期間内の１つのパルスシーケンス（Ｓ）に従い以下のイベントのうち少なくとも１つのイベントが行われるならば、すなわち
   高周波パルス（ＨＦ₁，ＨＦ₂，ＨＦ₃）の送信、
   生データの読み出し、
   フローコンペンセーション傾斜磁場パルスのスイッチ、
   拡散傾斜磁場パルスのスイッチ、
   ノック傾斜磁場パルスのスイッチ、
   のうち少なくとも１つのイベントが行われるならば、
   該パルスシーケンス（Ｓ）内の該期間を少なくとも固定ポイント期間（Ｉ_F）として識別する、
   請求項１から３のいずれか１項記載の方法。
5. １つのパルスシーケンス内の１つの期間を、以下の手順のうち少なくとも１つの手順により、固定ポイント期間（Ｉ_F）または可変タイムインターバル（Ｉ_O）として識別する、すなわち
   高周波パルス送信時間の分析、
   読み出し時間の分析、
   傾斜磁場パルス（Ｇｘ₁，．．．，Ｇｘ₆，Ｇｙ₁，．．．，Ｇｙ₆，Ｇｚ₁，．．．，Ｇｚ₆）の形状の分析、
   １つのイベントブロックパラメータセットに含まれている識別子の分析、
   のうち少なくとも１つの手順により識別する、
   請求項１から４のいずれか１項記載の方法。
6. 傾斜磁場パルス（Ｇｘ₁，．．．，Ｇｘ₆，Ｇｙ₁，．．．，Ｇｙ₆，Ｇｚ₁，．．．，Ｇｚ₆）のパルス形状の最適化において、
   該傾斜磁場パルス（Ｇｘ₁，．．．，Ｇｘ₆，Ｇｙ₁，．．．，Ｇｙ₆，Ｇｚ₁，．．．，Ｇｚ₆）のモーメントを一定に保持する、
   及び／又は
   該傾斜磁場パルスを、規定された固定ポイント（ＦＰ）のところで一定に保持する、なお該固定ポイント（ＦＰ）は有利には少なくとも、隣接する固定ポイント期間（Ｉ_F）に対する可変タイムインターバル（Ｉ_O）のインターバル境界における境界値を含んでいる、
   請求項１から５のいずれか１項記載の方法。
7. 互いに隣り合う複数の傾斜磁場パルス（Ｇｚ₁，Ｇｚ₂，Ｇｙ₁，Ｇｙ₂，Ｇｙ₄，Ｇｙ₅）をマージして１つの共通の傾斜磁場パルス（Ｇｚ₁′，Ｇｙ₁′，Ｇｙ₃′）にまとめる、請求項１から６のいずれか１項記載の方法。
8. １つのタイムインターバル（Ｉ_G）において、１つの方向で傾斜磁場パルスの単位時間あたりの全モーメントが予め定められた限界値よりも小さいか否かをチェックし、
   複数のサブタイムインターバル（Ｉ₁，Ｉ₂）への分割を行い、該サブタイムインターバルの一部（Ｉ₁）だけに前記方向で傾斜磁場パルス（Ｇ″）が存在するよう、パルス形状（Ｐ）を最適化する、
   請求項１から７のいずれか１項記載の方法。
9. 前記パルス形状（Ｐ）の最適化のためにスプライン補間法を適用し、有利には４次スプライン補間法を適用する、請求項１から８のいずれか１項記載の方法。
10. 最適化の最後に、最適化されたタイムインターバル（Ｉ_O）内のパルス形状を、システム固有のパラメータ（ＳＳＰ）の遵守についてチェックし、有利には少なくとも、最大許容傾斜磁場振幅及び／又は最大許容スルーレートの遵守についてチェックする、請求項１から９のいずれか１項記載の方法。
11. 最適化されたタイムインターバル（Ｉ_O）内のパルス形状がシステム固有のパラメータ（ＳＳＰ）を遵守していなければ、該タイムインターバル（Ｉ_O）内のパルス形状を再び元のパルス形状に置き換える、請求項９または１０記載の方法。
12. 磁気共鳴装置（１）を動作させるための方法において、
    最初に、請求項１から１１のいずれか１項記載の方法によってパルスシーケンス（Ｓ）を最適化し、次に、最適化されたパルスシーケンスを用いて前記磁気共鳴装置（１）を動作させることを特徴とする方法。
13. 磁気共鳴装置（１）のためのパルスシーケンス（Ｓ）を最適化するパルスシーケンス最適化装置（２０）において、
    複数の高周波パルス（ＨＦ₁，ＨＦ₂，ＨＦ₃）と、該高周波パルスに対し時間的に整合された傾斜磁場パルス（Ｇｘ₁，．．．，Ｇｘ₆，Ｇｙ₁，．．．，Ｇｙ₆，Ｇｚ₁，．．．，Ｇｚ₆，Ｇｘ₁′，．．．，Ｇｘ₄′，Ｇｙ₁′，．．．，Ｇｙ₃′，Ｇｚ₁′，．．．，Ｇｚ₆′，Ｇ′，Ｇ″）とを含むパルスシーケンス（Ｓ）を受け取る入力インタフェース（２１）と、
    前記パルスシーケンス（Ｓ）において不変のまま保持すべき固定ポイント期間（Ｉ_F）と、前記パルスシーケンス（Ｓ）において最適化が許可される可変タイムインターバル（Ｉ_O）とを識別するために、前記パルスシーケンス（Ｓ）を分析する分析ユニット（２２）と、
    前記可変タイムインターバル（Ｉ_O）内の傾斜磁場パルス（Ｇｘ₁，．．．，Ｇｘ₆，Ｇｙ₁，．．．，Ｇｙ₆，Ｇｚ₁，．．．，Ｇｚ₆，Ｇｘ₁′，．．．，Ｇｘ₄′，Ｇｙ₁′，．．．，Ｇｙ₃′，Ｇｚ₁′，．．．，Ｇｚ₆′，Ｇ′，Ｇ″）を、予め定められた最適化基準に従い、有利には前記タイムインターバル（Ｉ_O）の長さを一定に保持しながら、最適化するパルス最適化ユニット（２３）と
    を含むことを特徴とする、
    磁気共鳴装置（１）のためのパルスシーケンス（Ｓ）を最適化するパルスシーケンス最適化装置（２０）。
14. 磁気共鳴装置（１）において、
    高周波送信システム（３）と、
    傾斜磁場システム（４）と、
    要求された測定を実行するために、予め定められたパルスシーケンス（Ｓ）に基づき前記高周波送信システム（３）及び前記傾斜磁場システム（４）を制御するように構成されている制御装置（１５）と、
    請求項１３記載のパルスシーケンス最適化装置（２０）と
    が設けられていることを特徴とする、
    磁気共鳴装置（１）。
15. パルスシーケンス最適化装置（２０）の記憶装置にダイレクトにロード可能であり、
    該パルスシーケンス最適化装置（２０）においてプログラムが実行されると、請求項１から１２のいずれか１項記載の方法のすべてのステップを実行させるプログラムコードセクションを備えている、
    コンピュータプログラム。

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