JP2015531291A - 電力要求に基づくパラレルｒｆ送信でのｒｆ増幅器制御 - Google Patents

Abstract

本発明は、被検体（１０１）内の標的ボリュームから磁気共鳴データを収集する磁気共鳴撮像ＭＲＩシステム（１００）に関し、当該磁気共鳴撮像システム（１００）は、標的ボリューム内のスライス／スラブ空間変化を狙いとするスライス選択又はスラブ選択空間無線周波数（ＲＦ）励起磁場を生成する複数の励起手段（２０１）と、前記複数の励起手段（２０１）に結合されたコントローラ（２１９）とを有し、コントローラ（２１９）は、スライス選択又はスラブ選択空間ＲＦ励起磁場を生成するために前記複数の励起手段（２０１）によって必要とされる電力レベルを決定し、スライス選択又はスラブ選択空間ＲＦ励起磁場を、前記複数の励起手段（２０１）のそれぞれのＲＦ励起成分へと分解し、磁気共鳴データを収集するために、決定した電力レベルを用いて、それぞれのＲＦ励起成分を同時に生成するよう前記複数の励起手段（２０１）の各々を制御するように適応される。

Description

本発明は、磁気共鳴撮像に関し、特に、磁気共鳴撮像システムの無線周波数（ＲＦ）送信コイル用の電源に関する。

トランスミットＳＥＮＳＥ（Ｕ．Ｋａｔｓｃｈｅｒ等、ＭＲＭ ４９、２００３年、１４４−１５０）は、独立したＲＦ送信チャネル上のＲＦ波形の個別整形を利用している。結果として得られる自由度が、多次元ＲＦパルス性能を向上させるため、また、パルス継続時間を短縮するために使用される。トランスミットＳＥＮＳＥは通常、２次元又は３次元での空間的選択ＲＦパルスの改善に使用される。

高いＲＦ励起電力は、患者の体内に高い比吸収率（ＳＡＲ）をもたらし、それにより、磁気共鳴撮像中の組織加熱が増大される。ＭＲスキャン中に印加されるＲＦ電力の低減は、ＲＦ増幅器コストを低減するのに有利となり得る。また、ローカル／グローバル（局所／大域）ＳＡＲの低減は、患者のＲＦ安全性及び時間的なスキャン性能にとって重要である。

本発明の実施形態は、スライス選択又はスラブ選択空間ＲＦ（無線周波数）励起磁場を生成する方法、磁気共鳴撮像システム、及びコンピュータプログラムプロダクトを提供し得る。

当業者に認識されるように、本発明の態様は、装置、方法、又はコンピュータプログラムプロダクトとして具現化され得る。従って、本発明の態様は、全体としてハードウェアの実施形態、全体としてソフトウェアの実施形態（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含む）、又はソフトウェア及びハードウェアの態様を組み合わせる実施形態の形態を取ることができ、ここでは概して、これら全てを“回路”、“モジュール”又は“システム”として参照する。また、本発明の態様は、コンピュータ実行可能コードをその上に具現化する１つ以上のコンピュータ読み取り可能媒体にて具現化されるコンピュータプログラムプロダクトの形態を取り得る。

本発明の態様は、本発明の実施形態に従った方法、装置（システム）及びコンピュータプログラムプロダクトのフローチャート、図解及び／又はブロック図を参照して説明される。理解されるように、フローチャート、図解、ブロック図のブロック群の各ブロック又は一部は、適用可能な場合、コンピュータ実行可能コードの形態のコンピュータプログラム命令によって実装されることができる。更に理解されるように、相互に排他的でないとき、相異なるフローチャート、図解及び／又はブロック図の中のブロックの組み合わせが組み合わされてもよい。これらのコンピュータプログラム命令が、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、又はその他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサに提供されることで、コンピュータ又はその他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサによって実行する命令がフローチャート及び／又はブロック図の１つ以上のブロックに規定される機能／行為を実現する手段を作り出すようなマシンが生み出される。

如何なる組み合わせに係る１つ以上のコンピュータ読み取り可能媒体が使用されてもよい。コンピュータ読み取り可能記憶媒体は、コンピュータ読み取り可能信号媒体又はコンピュータ読み取り可能記憶媒体とし得る。‘コンピュータ読み取り可能記憶媒体’は、ここでは、コンピューティング装置のプロセッサによって実行可能な命令を格納し得る如何なる有形記憶媒体をも包含するものである。コンピュータ読み取り可能記憶媒体は、コンピュータ読み取り可能持続的記憶媒体とも呼ばれ得る。コンピュータ読み取り可能記憶媒体はまた、有形コンピュータ読み取り可能媒体とも呼ばれ得る。一部の実施形態において、コンピュータ読み取り可能記憶媒体はまた、コンピューティング装置のプロセッサによってアクセスされることが可能なデータを格納し得る。コンピュータ読み取り可能記憶媒体の例は、以下に限られないが、フロッピー（登録商標）ディスク、磁気ハードディスクドライブ、ソリッドステートハードディスク、フラッシュメモリ、ＵＳＢサムドライブ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、光ディスク、磁気光ディスク、プロセッサのレジスタファイルを含む。光ディスクの例は、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＷ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、又はＤＶＤ−Ｒといった、コンパクトディスク（ＣＤ）及びデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）を含む。コンピュータ読み取り可能記憶媒体なる用語はまた、ネットワーク又は通信リンクを介してコンピュータ装置によってアクセスされることが可能な様々な種類の記録媒体をも意味する。例えば、データは、モデム上、インターネット上、又はローカルエリアネットワーク上で取り出され得る。コンピュータ読み取り可能媒体上に具現化されるコンピュータ実行可能コードは、以下に限られないが、無線、ワイヤ配線、光ファイバケーブル、ＲＦなど、又はこれらの好適な組み合わせを含め、何らかの適切な媒体を用いて伝送され得る。

コンピュータ読み取り可能信号媒体は、コンピュータ実行可能コードを、例えば、ベースバンドにて、あるいは搬送波の部分として、自身の中に具現化した伝播されるデータ信号を含み得る。そのような伝播信号は、以下に限られないが、電磁信号、光信号、又はこれらの好適な組み合わせを含め、多様な形態を取り得る。コンピュータ読み取り可能信号媒体は、命令実行システム、装置又はドライブによる使用、又はそれとともにの使用のためにプログラムを通信、伝搬あるいは輸送することが可能な、コンピュータ読み取り可能記憶媒体ではないコンピュータ読み取り可能媒体とし得る。

‘コンピュータメモリ’又は‘メモリ’はコンピュータ読み取り可能記憶媒体の一例である。コンピュータメモリは、プロセッサにとって直接的にアクセス可能なメモリである。‘コンピュータストレージ’又は‘ストレージ’はコンピュータ読み取り可能記憶媒体の更なる一例である。コンピュータストレージは不揮発性コンピュータ読み取り可能記憶媒体である。一部の実施形態において、コンピュータストレージはコンピュータメモリであってもよく、その逆もまた然りである。

‘ユーザインタフェース’は、ここでは、ユーザ又はオペレータがコンピュータ又はコンピュータシステムとインタラクトすることを可能にするインタフェースである。‘ユーザインタフェース’はまた、‘ヒューマンインタフェース装置’とも呼ばれ得る。ユーザインタフェースは、オペレータに情報又はデータを提供し、且つ／或いはオペレータから情報又はデータを受信し得る。ユーザインタフェースは、オペレータからの入力がコンピュータによって受信されることを可能にし得るとともに、コンピュータからの出力をユーザに提供し得る。換言すれば、ユーザインタフェースは、オペレータがコンピュータを制御あるいは操作することを可能にし得るとともに、コンピュータがオペレータの制御又は操作の効果を指し示すことを可能にし得る。ディスプレイ又はグラフィカルユーザインタフェース上でのデータ又は情報の表示は、オペレータに情報を提供することの一例である。キーボード、マウス、トラックボール、タッチパッド、ポインティングスティック、グラフィックタブレット、ジョイスティック、ゲームパッド、ウェブカム、ヘッドセット、ギアスティック、ステアリングホイール、ペダル、配線付きグローブ、ダンスパッド、リモートコントローラ、及び加速度計を介したデータの受信は全て、オペレータからの情報又はデータの受信を可能にするユーザインタフェースコンポーネントの例である。

‘ハードウェアインタフェース’は、ここでは、コンピュータシステムのプロセッサが外部のコンピューティング装置及び／又は機器とインタラクトする、あるいはそれらを制御する、ことを可能にするインタフェースを包含するものである。ハードウェアインタフェースは、プロセッサが外部コンピューティング装置及び／又は機器に制御信号又は命令を送信することを可能にし得る。ハードウェアインタフェースはまた、プロセッサが外部コンピューティング装置及び／又は機器とデータを交換することを可能にし得る。ハードウェアインタフェースの例は、以下に限られないが、ユニバーサルシリアルバス、ＩＥＥＥ１３９４ポート、パラレルポート、ＩＥＥＥ１２８４ポート、ＲＳ−２３２ポート、ＩＥＥＥ−４８８ポート、ブルートゥース（登録商標）接続、無線ローカルエリアネットワーク接続、ＴＣＰ／ＩＰ接続、イーサネット（登録商標）接続、制御電圧インタフェース、ＭＩＤＩインタフェース、アナログ入力インタフェース、及びデジタル入力インタフェースを含む。

‘プロセッサ’は、ここでは、プログラム又は機械実行可能命令を実行することができる電子部品を包含するものである。“プロセッサ”を有するコンピューティング装置への言及は、２つ以上のプロセッサ又は処理コアを含む場合があるものとして解釈されるべきである。プロセッサは例えばマルチコアプロセッサとし得る。プロセッサはまた、単一のコンピュータシステム内の、あるいは複数のコンピュータシステム間で分散された、複数のプロセッサの集合を意味し得る。コンピューティング装置なる用語も、各々が１つ以上のプロセッサを有する複数のコンピューティング装置の集合若しくはネットワークを意味する場合があるとして解釈されるべきである。多くのプログラムは、同一のコンピューティング装置内とし得る複数のプロセッサ、又は複数のコンピューティング装置にまたがって分散され得る複数のプロセッサ、によって実行される命令を有する。

磁気共鳴画像データは、ここでは、磁気共鳴撮像スキャン中に磁気共鳴装置のアンテナによって励起された患者内の原子スピンにより放射される無線周波数信号の、記録された測定結果として定義される。磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）画像は、ここでは、磁気共鳴撮像データ内に含まれる解剖学的データの、再構成された２次元又は３次元の視覚化として定義される。この視覚化は、コンピュータを用いて実行されることができる。

用語“ＦＤＴＤ”は、有限差分時間領域（finite-difference time-domain）を表す。

一態様において、本発明は、被検体内の標的ボリュームから磁気共鳴データを収集する磁気共鳴撮像ＭＲＩシステムに関する。当該磁気共鳴撮像システムは、標的ボリューム内のスライス／スラブ空間変化を狙いとするスライス選択又はスラブ選択空間無線周波数ＲＦ励起磁場を生成する複数の励起手段を有する。

スラブなる用語は、本開示全体を通して、スライス又はスラブ（平板部）の何れかを示すように使用される。先ず、標的ボリューム内のスラブプレーンが選択され得る。これは、一致した、勾配磁場と特定のラーモア周波数のスライス選択ＲＦパルスとの組み合わせにより、標的ボリューム内のスライスプレーンに磁気スピンを励起することによって行われ得る。主静止磁場Ｂ_０に付加される勾配磁場は、スラブプレーンに垂直に印加される。好ましくは、前記複数の励起手段はＲＦコイルアンテナを有する。

当該ＭＲＩシステムは更に、前記複数の励起手段に結合されたコントローラを有し、該コントローラは、スライス選択又はスラブ選択空間ＲＦ励起磁場を生成するために前記複数の励起手段によって必要とされる電力レベルを決定するように適応される。前記複数の励起手段の各々が、特定の電力レベルで生成されるそれ自身の時間依存波形に関連付けられ得る。電力レベルは、以下に限られないが、それら波形の各１つによって必要とされる個々の電力レベルを統合したものとし得る。

コントローラは更に、スライス選択又はスラブ選択空間ＲＦ励起磁場を、前記複数の励起手段のそれぞれのＲＦ励起成分へと分解するように適応される。これは、各励起手段に対して、時間依存波形を定め、これらの波形を対応する励起手段を介して同時に送信することで、選択されたスラブプレーン内に磁気スピンが励起される。これは、ＲＦ励起を達成するのに、より少ない時間を要するのみであり、故に、空間分解能を維持しながら多次元ＲＦパルスの継続期間を短縮するので、有利となり得る。これらのＲＦ励起成分が同時にｋ空間軌跡に寄与する。ＲＦ励起成分の計算は行列反転法を使用する。

コントローラは更に、磁気共鳴データを収集するために、決定した電力レベルを用いて、それぞれのＲＦ励起成分を同時に生成するよう前記複数の励起手段の各々を制御するように適応される。

これらの特徴は、所望の／選択されたスラブプレーンの励起に必要な電力のみを供給する点で有利となり得る。例えば、２つの励起手段の場合、スラブプレーンを励起するのに必要なＲＦ電力は、例えば標準的なトランスミットＳＥＮＳＥの基本的なＲＦシミングによって必要とされるＲＦ電力より〜２５％低いものとなり得る。ＲＦパルスが、励起手段ごとに個々に仕立てたＲＦ波形を用いて個々の励起手段各々の高い感度でスラブの部分のみを励起するので、電力消費量が低減される。また、より低い要求ＲＦ電力は、より少ない電気消費をもたらし、そして、電力増幅器に必要なＲＦ電力が総エネルギー消費の主たる原因であるので、このエネルギーコストの節減は有意である。

他の１つの利点となり得るのは、スラブ選択ＲＦパルスは、標準的なスライス選択パルスと同じ長さを有することができ、故に、例えばエコー遅延時間（ＴＥ）又は繰り返し時間（ＴＲ）などのプログラム可能なシーケンスパラメータの変更を必要とすることなく標準シーケンスに容易に組み込まれ得ることである。また、選択グラディエントは、標準的な撮像に対してと同じである。標準的なトランスミットＳＥＮＳＥ（２Ｄ選択空間ＲＦパルスを使用する）とは対照的に、ＲＦパルスの加速は必要でない。ＲＦパルス継続時間が一定に保たれ得ることで、標準ＭＲでの実装も容易にされ得る。ＲＦ電力消費量を低下させ、あるいはスライスプロファイルを向上させるこの方法の能力は、Ｔｘアレイ素子の感度プロファイルのスループレーン変化とともに高まる。故に、この方法は、スループレーンでのＢ１均一性に特に関心がある（ＲＥＳＴ又は３Ｄ撮像で適用されるような）厚いスラブの励起に対して最も高い効果を示す。

一実施形態によれば、複数の励起手段によって必要とされる電力レベルの決定は、該電力レベルを指し示すデータを受信することを有し、該電力レベルは、被検体のモデルにスライス選択又はスラブ選択空間ＲＦ励起磁場を印加する励起手段のモデルに基づくＲＦシミュレーションを用いて推定される。これは、スラブプレーンを励起するのに必要な電力の実際量の見積もりを提供し得るという点で有利となり得る。これはまた、高電力を伴う実験テストによって発生し得る過度な加熱を被検体又は患者が受けることを防止する。

一実施形態によれば、複数の励起手段によって必要とされる電力レベルの決定は、ＭＲＩシステムを制御して、スライス選択空間ＲＦ励起磁場を用いた被検体のプレスキャンからプレスキャンデータを収集することと、このプレスキャンデータを用いて電力レベルを決定することとを有する。これは、スラブ選択空間無線周波数ＲＦ励起磁場を生成するためにシステムよって必要とされるＲＦ電力の正確な見積もりを提供し得るので有利となり得る。

複数の励起手段によって必要とされる電力レベルはまた、以前に同じＭＲＩシステムによって得られた経験データから決定されてもよい。

一実施形態によれば、コントローラは更に、スライス選択空間ＲＦ励起磁場に伴う比吸収率ＳＡＲ値を計算するように適応され、複数の励起手段の各々を制御することは、ＳＡＲ値が所定のＳＡＲレベルより低い場合に、それぞれのＲＦ励起成分を同時に生成するよう複数の励起手段の各々を制御することを有する。過度な患者加熱を回避するために、ＲＦ励起に伴う比吸収率（ＳＡＲ）は、一定の限界より低く保たれなければならない。スラブ選択ＲＦ励起の使用により、最低限のＳＡＲ、すなわち、標準的なトランスミットＳＥＮＳＥ励起パルスによって到達され得ない所定のＳＡＲレベルが可能となるので、ＳＡＲの有効な制御を達成することができる。

一実施形態によれば、当該磁気共鳴撮像システムは更に、複数の励起手段の各々に電流を供給するＲＦ増幅器を有する。しかしながら、当業者に明らかになるように、励起手段内に電流を駆動するように各々が対応する励起手段に結合された複数のＲＦ増幅器も使用され得る。ＲＦ増幅器の出力が各励起手段に接続され、ＲＦ増幅器に接続された電源が、スライス選択空間ＲＦ励起磁場を放射するように励起手段内に電流を生成するため、決定された電力レベルに従った第１のレベルの電圧をＲＦ増幅器の出力に供給する。

一実施形態によれば、コントローラは更に、標的ボリューム内の２次元空間変化を狙いとする２次元空間選択ＲＦ励起を生成することを制御し、２次元空間選択ＲＦ励起を生成するために必要とされる第２のレベルへと電圧を調整するよう電源を制御するように適応される。

一実施形態によれば、コントローラは更に、標的ボリューム内の３次元空間変化を狙いとする３次元空間選択ＲＦ励起を生成することを制御し、３次元空間選択ＲＦ励起を生成するために必要とされる第３のレベルへと電圧を調整するよう電源を制御するように適応される。

これらの実施形態は、現在使用中の空間選択ＲＦ励起に必要なレベルに電圧入力を維持しながら、異なる空間選択ＲＦ励起（すなわち、空間的なＢ１分布の変化の次元数が異なる）の間での切り替えを可能にし得る。

第３のレベルの電圧は第２のレベルの電圧より高く、第２のレベルの電圧は第１のレベルの電圧より高い。

一実施形態によれば、コントローラは、電源及び／又はＲＦ増幅器への追加（アドオン）モジュールである。

一実施形態によれば、複数の励起手段によって必要とされる電力レベルの決定は、該電力レベルを、それぞれのＲＦ励起成分を生成するために複数の励起手段の各々によって必要とされる個々の電力レベルの和として決定することを有する。

例えば、各々が独立したＲＦパルス波形ｂ_ｒ（ｔ）によって駆動されるＲ個の送信コイルを用いたパラレル励起の場合を考える。Ｒ個のコイル間の相互作用を無視すると、電力レベルは：

のように定められ得る。ただし、ＴはＲＦパルスの継続時間である。

一実施形態によれば、複数の励起手段は、複数のＲＦ送信コイルを有した送信アレイコイルを有する。ＲＦ送信コイルは、例えば、バードケイジコイル、ＴＥＭコイル、及び／又はサーフェイスコイルとし得る。

他の一態様において、本発明は、ＭＲＩシステムによって被検体内の標的ボリュームから磁気共鳴データを収集する方法に関し、当該方法は、
複数の励起手段により、標的ボリューム内のスライス／スラブ空間変化を狙いとするスライス選択又はスラブ選択空間無線周波数ＲＦ励起磁場を生成することと、
コントローラにより、スライス選択又はスラブ選択空間ＲＦ励起磁場を生成するために前記複数の励起手段によって必要とされる電力レベルを決定することと、
コントローラにより、スライス選択又はスラブ選択空間ＲＦ励起磁場を、前記複数の励起手段のそれぞれのＲＦ励起成分へと分解することと、
コントローラにより、磁気共鳴データを収集するために、決定された電力レベルを用いて、それぞれのＲＦ励起成分を同時に生成するよう前記複数の励起手段の各々を制御することと、
を有する。

他の一態様において、本発明は、上述の方法の方法ステップを実行するためのコンピュータ実行可能命令を有するコンピュータプログラムに関する。

理解されるように、組み合わされる実施形態が相互に排他的でない限り、本発明の上述の実施形態のうちの１つ以上が組み合わされてもよい。

以下、以下の図を含む図面を参照して、単なる例として、本発明の好適実施形態を説明する。
医療装置の断面図及び機能図を示している。 無線周波数送信システムを示す図である。 スライス選択又はスラブ選択空間無線周波数ＲＦ励起磁場を生成する方法のフローチャートである。 ２つの異なるスループレーン変化に関する２つの線形感度プロファイルを示す図である。 ２チャネルシナリオについてのＲＦ電力及び正規化二乗平均平方根の分布を示す図である。 アームの横断面の８個のＦＤＴＤシミュレーション感度を示す図である。 ８チャネルシナリオについてのＲＦ電力及び正規化二乗平均平方根の分布を示す図である。

以下において、これらの図において似通った参照符号を付された要素は、同様の要素であるか、等価な機能を実行するかの何れかである。先に説明した要素は、機能が等価である場合、後の図においては必ずしも説明しない。

図面においては、当業者に周知の詳細事項で本発明を不明瞭にしないよう、単に説明の目的で、様々な構造、システム及び装置を模式的に描いている。そうとはいえ、添付の図面は、開示事項の説明に役立つ例を記述・説明するために含められている。

図１は、患者１０１の画像を生成する例示的な磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システム１００を示している。ＭＲＩシステム１００は、患者１０１に印加される磁場を生成するために磁気アセンブリ１０３を有している。磁気アセンブリ１０３は、磁気共鳴撮像を実行するために必要とされる静磁場を作り出すように適応された磁石コイル１０５と、勾配磁場（グラディエント）コイル１０７とを有している。勾配磁場コイル１０７は、Ｘ軸勾配コイル、Ｙ軸勾配コイル、及びＺ軸勾配コイルから成る。これにより、勾配磁場コイルによって作り出される勾配磁場を用いて、患者１０１の様々な領域を撮像することが可能にされる。

ＭＲＩシステム１００は更に、勾配増幅器ユニット１０９と、勾配電力コントローラ１１１とを有している。勾配増幅器ユニット１０９は、Ｘ軸勾配増幅器Ｇｘ、Ｙ軸勾配増幅器Ｇｙ、及びＺ軸勾配増幅器Ｇｚを含んでいる。勾配磁場コイル１０７のＸ軸勾配コイル、Ｙ軸勾配コイル、及びＸ軸勾配コイルが、それぞれ、勾配増幅器１０９のＧｘ増幅器、Ｇｙ増幅器、及びＧｚ増幅器と接続される。勾配磁場は、磁気共鳴信号を空間的にエンコードするとともに、ＲＦ励起におけるＲＦエネルギーをｋ空間を横切って及ばせるように作用する。

勾配電力コントローラ１１１は勾配増幅器１０９と接続される。勾配電力コントローラ１１１は、勾配増幅器を制御する制御信号を生成する。具体的には、勾配電力コントローラ１１１は、勾配増幅器ユニット１０９が勾配磁場コイル１０７にエネルギー供給することを誘導する制御信号を生成し得る。

ＭＲＩシステム１００は更に、ＲＦ励起パルスを生成するＲＦ送信コイル１１３を患者１０１の上方に有している。励起手段１１３は、一組のサーフェイスコイル（表面コイル）を含む。励起手段１１３は、ＲＦパルスの送信と磁気共鳴信号の受信とに交互に使用され得る。ＲＦ送信コイル１１３は、複数のＲＦ送信コイルを有する送信アレイコイルとして実装され得る。ＲＦ送信コイル１１３はＲＦ増幅器１１５に接続される。ＲＦ増幅器１１５は、電源１１７によって電力供給され得る。電源１１７がＲＦ増幅器１１５に電圧を供給することで、ＲＦ送信コイル１１３内に電流が生成されて、ＲＦ励起パルスが作り出される。ＲＦ電力コントローラ１１９が、ＲＦ増幅器１１５及び電源１１７を制御する。

勾配電力コントローラ１１１及びＲＦ電力コントローラ１１９は、コンピュータシステム１５２のハードウェアインタフェース１５４に接続されているように図示されている。コンピュータシステム１５２は、プロセッサ１５６を用いて磁気共鳴撮像システム１００を制御する。

図１に示したコンピュータシステム１５２は例示的なものである。この単一のコンピュータシステム１５２によって例示される機能を表すために、複数のプロセッサ及びコンピュータシステムが使用されてもよい。コンピュータシステム１５２は、プロセッサ１５６がＭＲＩシステム１００のコンポーネントに対してメッセージの送信及び受信を行うことを可能にするハードウェアインタフェース１５４を有している。プロセッサ１５６はまた、ユーザインタフェース１５８、コンピュータストレージ１６０、及びコンピュータメモリ１６２に接続されている。

コンピュータストレージ１６０は、ＭＲＩプレスキャンデータ１６８を格納しているとして示されている。プレスキャンデータは、スライス選択又はスラブ選択空間ＲＦ励起磁場を生成するためにＲＦ送信コイルアレイによって必要とされる電力レベルを指し示す。ＲＦ電力コントローラ１１９が、プレスキャンデータ１６８をコンピュータストレージ１６０から読み出して、スラブ選択空間ＲＦ励起磁場を生成するために励起手段によって必要とされる電力レベルを決定し得る。

コンピュータストレージ１６０は更に、パルスシーケンス１７０を格納しているとして示されている。パルスシーケンス１７０は、命令を含んでおり、あるいは、磁気共鳴撮像システム１００が磁気共鳴データ１７２を収集することを可能にする命令を構築するために使用され得るタイムラインを含んでいる。コンピュータストレージ１６０は更に、磁気共鳴撮像システム１００によって収集された磁気共鳴データ１７２を格納しているとして示されている。

コンピュータメモリ１６２は、モジュール１７４を格納しているとして示されている。モジュール１７４は、プロセッサ１５６がＭＲＩシステム１００の動作及び機能を制御することを可能にするコンピュータ実行可能コードを含んでいる。例えば、モジュール１７４は、パルスシーケンス１７０を用いて磁気共鳴データ１７２を収集し得る。

説明の目的で、図２に記載のシステムを図１のＭＲＩシステムに実装することができる。しかし、この実装に限定されるものではなく、それ故に、図２では必ずしも、図１からの参照符号を用いていない。

図２は、ＲＦ送信システム２００を示している。ＲＦ送信システム２００は、主磁石アセンブリ２０３内に置かれた複数の別個のＲＦ送信コイル２０１を有している。

ＲＦ送信システム２００は、制御システム２０５及びＲＦ電力増幅器２１５により、ＲＦ送信コイル２０１に対する制御を行使する。制御システム２０５は、ＲＦパルス制御モジュール２１９と、ＲＦパルス制御モジュール２１９の電力コントローラ２２１によって制御される電源２１７とを有している。ＲＦパルス制御モジュール２１９は、ＲＦ励起と関連する様々な機能を実行するように構成される。

ＲＦパルス制御モジュール２１９は、コンピュータ（図示せず）によって生成された制御信号を用いて、電力増幅器２１５を介して送信コイルｉ（例えば２０１．１）にＲＦ励起場Ｂｉを作り出し、該送信コイルｉが、患者１０１の標的ボリュームにＢｉ場を放射する。ＲＦパルス制御モジュール２１９は、スラブ選択空間ＲＦ励起磁場を生成するために励起手段によって必要とされる電力レベルを決定する決定ユニット２２５を有している。ＲＦパルス制御モジュール２１９は更に、スラブ選択空間ＲＦ励起磁場を、励起手段のそれぞれのＲＦ励起成分（Ｂｉ）へと分解する分解ユニット２２７と、磁気共鳴データを収集するために、決定された電力レベルを用いて、それぞれのＲＦ励起成分を同時に生成するように、励起手段の各々を制御する生成ユニット２２９とを有している。

ＲＦ電力増幅器２１５の電力定格は、ＲＦ送信システム２００によって使用される空間選択ＲＦ励起磁場のタイプに依存し得る。空間選択ＲＦ励起磁場は、スラブ選択ＲＦ励起磁場、及び／又は、２Ｄ／３Ｄ選択ＲＦ励起磁場を有する。励起のタイプに応じて、電力コントローラ２２１は、その励起によって必要とされる電力に対応するレベルの電圧を供給するように電源２１７を制御し得る。例えば、スラブ選択ＲＦ励起磁場によって必要とされるＲＦ電力は、基本的なＲＦシミング（すなわち、各Ｔｘチャネルの振幅及び位相を最適化すること）によって必要とされるＲＦ電力より、〜２５％低下したものとなることができ、故に、必要な電圧のレベルが標準レベルより低くなり得る。

ＲＦ電力増幅器２１５は、電力スプリッタ２２３を介してＲＦコイル２０１にエネルギー供給し得る。電力スプリッタ２２３は、ＲＦ電力増幅器２１５によって与えられるＲＦ電力を、各送信コイルｉ（例えば、２０１．２）のＲＦ励起場Ｂｉに従ってＲＦ送信コイル２０１間に分割するために使用される。一部の例では、ＲＦ増幅器２１５と電力スプリッタ２２３との組み合わせが、別個のＲＦ増幅器２１５．１、２１５．２、…、２１５．Ｎの組み合わせによって置き換えられ、故に、電力スプリッタ２２３に取って代わって、Ｎ個の異なるＴｘチャネルへの独立した波形を支援する。

図３は、ＲＦ増幅器によって磁気共鳴撮像システムのＲＦ Ｔｘコイルに電流を供給する方法のフローチャートである。

ステップ３０１にて、コントローラが、スライス選択又はスラブ選択空間ＲＦ励起磁場を生成するために励起手段によって必要とされる電力レベルを決定する。励起手段によって必要とされる電力レベルは、電力レベルを指し示すデータを受信した後に決定される。電力レベルは、患者１０１のモデルにスラブ選択空間無線周波数ＲＦ励起磁場を印加する励起手段のモデルに基づくＲＦシミュレーションを用いて推定される。他の一例において、この電力レベルは、先ず、ＭＲＩシステムによって、スライス選択空間ＲＦ励起磁場を用いた被検体のプレスキャンからプレスキャンデータを収集し、そして、このプレスキャンデータを用いて電力レベルを決定することによって決定され得る。

ステップ３０３にて、コントローラが、スラブ選択空間ＲＦ励起磁場を、励起手段のそれぞれのＲＦ励起成分へと分解する。

ステップ３０５にて、コントローラが、磁気共鳴データを収集するために、決定した電力レベルを用いて、それぞれのＲＦ励起成分を同時に生成するように励起手段の各々を制御する。

１ＤトランスミットＳＥＮＳＥを定めるものである、各送信コイルのスラブ選択ＲＦ励起成分すなわちＢｉ及びそれらの同時放射を、以下の段落にて詳細に説明する。

個々のパルスプロファイルの線形重ね合わせを定める、アレイ送信コイルのＮ個の独立Ｔｘ素子でのトランスミットＳＥＮＳＥの一般３Ｄ方程式は、

である。ここで、Ｐ_ｄｅｓは所望の目標パターンであり、Ｓ_ｎはＴｘ素子ｎの空間ＲＦ放射プロファイルであり、Ｐ_ｎはＴｘ素子ｎの空間励起パターンである。式（１）を、ｚに沿うと仮定するスループレーン（through-plane）方向に適用すると、

となる。

ｋ空間への変換（ｚ→ｋ_ｚ）と、ｋ≦Ｋ時間ステップでのｋ空間軌跡の時間座標の離散化（ｋ_ｚ（ｔ）→ｋ_ｚ（ｔ_ｋ））と、

及び

を、それぞれ、

及び

に集約すること（Ｕ．Ｋａｔｓｃｈｅｒ等、ＭＲＭ ４９、２００３年、１４４−１５０に記載されているように）との後、式（２）を、例えば、正則化疑似反転

によって解くことができる。

この式を用いて個々のパルスの継続時間を短縮する（Ｋを低減する）ことができるが、それは、しかしながら、無視できるほどの効果を生み出すだけである。また、この式は、所望されるものと得られるものとの間での励起パターンＰ_ｄｅｓの正規化二乗平均平方根誤差（normalized root-mean-square error；ＮＲＭＳＥ）を僅かに低減することができる。しかしながら、観測される式（３）の最も強力な効果は、総ＲＦ電力

を低減することである。

同様に、適切なＳＡＲモデルが式（３）及び（４）に含められる場合、ローカル又はグローバルのＳＡＲの低減を達成することができる。所望される励起パターンと得られる励起パターンとの間のＰ_ｔｏｔとＮＲＭＳＥとの間のトレードオフが、式（３）中の正則化パラメータλによって達成される。この自由さは、スラブプロファイルがクリティカルである場合（例えば、３Ｄ撮像において）にいっそう良好な性能を達成するため、又は電力／ＳＡＲ低減（例えばＲＥＳＴスラブに関して）を強調するために適用されることができる。

シミュレーション
以下の２つのシミュレーション、すなわち、合成的な線形感度プロファイルを用いる２チャネルシナリオ、及びアームの横断面のシミュレーションされた感度を用いる８チャネルシナリオは、ここでの事項の実現可能性を例証するものである。双方のシナリオにおいて、励起されるスラブ内での一定の目標プロファイル（Ｐ_ｄｅｓ＝一定）を、“仕立てた（テイラード）”ＲＦシミングに対して選定した。

２チャネルシナリオ
±５％及び±５０％という２つの異なるスループレーン変化（感度傾斜）についての２つの線形感度を図４に示す。式（３）中で異なるλを用いたＰ_ｔｏｔとＮＲＭＳＥとの間のトレードオフを図５に示す。これら２つの線形感度は、全ての取り得る傾斜に対してＮＲＭＳＥ＝０を可能にする。この傾斜に応じて、必要とされるＲＦ電力は、“基本”のＲＦシミング、すなわち、標準のスライス選択励起を用いた個々の送信チャネル各々の振幅及び位相の最適選択、で必要とされるＲＦ電力より〜１０％低い。ＮＲＭＳＥ＞０を許すと、ＲＦ電力は、基本ＲＦシミングより〜２５％低いところまで更に低下する。この電力低減は、ＲＦパルスが、各チャネルに個々に仕立てられたＲＦ波形を用いて、個々のＴｘチャネル各々の高い感度で、スラブの部分のみを励起することができることに由来する。

８チャネルシナリオ
アームの横断面の８個のＦＤＴＤシミュレーションされた感度を図６に示す。この場合、提案に係る方法は、最適なＢ１均一性を、基本ＲＦシミング（最適化された振幅及び位相）でのＮＲＭＳＥ＝２．６％から、ＮＲＭＳＥ＝１．９％まで向上させる（図７）。より重要なことには、所与のＮＲＭＳＥに関して、必要とされるＲＦ電力が、提案に係る１Ｄテイラードシミングでは基本シミングと比較して１／１０に至る低さである。大きいλ（すなわち、大きいＮＲＭＳＥ）では、Ｐ_ｔｏｔはどちらの方法でも同じである。期待した通り、どちらの方法もクワドラチャ励起より性能が優れることも図７に示されている。

１チャネルシナリオ
単一のＴｘチャネルを用いても、特に、スライス／スラブ内での感度変化がそのスライス／スラブに垂直な方向で一次である場合、記載した方法はなおも、励起されるスライス／スラブの均一性を改善することができる。

１００ ＭＲＩシステム
１０１ 患者
１０３ 磁気アセンブリ
１０５ 磁石コイル
１０７ 勾配磁場コイル
１０９ 勾配増幅器
１１１ 勾配電力コントローラ
１１３ ＲＦコイル
１１７ 電源
１１９ ＲＦ電力コントローラ
１５２ コンピュータシステム
１５４ ハードウェアインタフェース
１５６ プロセッサ
１５８ ユーザインタフェース
１６０ コンピュータストレージ
１６２ コンピュータメモリ
１６８ プレスキャンデータ
１７０ パルスシーケンス
１７２ 磁気共鳴データ
１７４ モジュール
２００ ＲＦ送信システム
２０１ ＲＦコイル
２０３ 磁石システム
２０５ 制御システム
２１５ ＲＦ電力増幅器
２１７ 電源
２１９ ＲＦ電力コントローラ
２２１ 電力コントローラ
２２３ 電力スプリッタ
２２５ 決定ユニット
２２７ 分解ユニット
２２９ 生成ユニット

Claims (12)

1. 被検体内の標的ボリュームから磁気共鳴データを収集する磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システムであって、
   前記標的ボリューム内のスライス／スラブ空間変化を狙いとするスライス選択又はスラブ選択空間無線周波数（ＲＦ）励起磁場を生成する複数の励起手段と、
   前記複数の励起手段に結合されたコントローラであり、
   前記スライス選択又はスラブ選択空間ＲＦ励起磁場を生成するために前記複数の励起手段によって必要とされる電力レベルを決定し、
   前記スライス選択又はスラブ選択空間ＲＦ励起磁場を、前記複数の励起手段のそれぞれのＲＦ励起成分へと分解し、
   前記磁気共鳴データを収集するために、前記決定された電力レベルを用いて、前記それぞれのＲＦ励起成分を同時に生成するよう前記複数の励起手段の各々を制御する、
   ように適応されたコントローラと、
   を有する磁気共鳴撮像システム。
2. 前記複数の励起手段によって必要とされる前記電力レベルの前記決定は、前記電力レベルを指し示すデータを受信することを有し、前記電力レベルは、前記被検体のモデルに前記スライス選択又はスラブ選択空間ＲＦ励起磁場を印加する前記励起手段のモデルに基づくＲＦシミュレーションを用いて推定される、請求項１に記載の磁気共鳴撮像システム。
3. 前記複数の励起手段によって必要とされる前記電力レベルの前記決定は、当該ＭＲＩシステムを制御して、前記スライス選択空間ＲＦ励起磁場を用いた前記被検体のプレスキャンからプレスキャンデータを収集することと、前記プレスキャンデータを用いて前記電力レベルを決定することとを有する、請求項１に記載の磁気共鳴撮像システム。
4. 前記コントローラは更に、前記スライス選択空間ＲＦ励起磁場に伴う比吸収率（ＳＡＲ）値を計算するように適応され、前記複数の励起手段の各々を制御することは、前記ＳＡＲ値が所定のＳＡＲレベルより低い場合に、前記それぞれのＲＦ励起成分を同時に生成するよう前記複数の励起手段の各々を制御することを有する、請求項１乃至３の何れか一項に記載の磁気共鳴撮像システム。
5. 前記複数の励起手段の各々に電流を供給するＲＦ増幅器であり、前記ＲＦ増幅器の出力が各励起手段に接続されたＲＦ増幅器と、
   前記ＲＦ増幅器に接続された電源であり、前記スライス選択空間ＲＦ励起磁場を放射するように前記励起手段内に電流を生成するため、前記決定された電力レベルに従った第１のレベルの電圧を前記ＲＦ増幅器の出力に供給する電源と、
   を更に有する請求項１乃至４の何れか一項に記載の磁気共鳴撮像システム。
6. 前記コントローラは更に、
   前記標的ボリューム内の２次元空間変化を狙いとする２次元空間選択ＲＦ励起を生成することを制御し、
   前記電圧を、前記２次元空間選択ＲＦ励起を生成するために必要とされる第２のレベルへと調整するよう、前記電源を制御する
   ように適応される、請求項５に記載の磁気共鳴撮像システム。
7. 前記コントローラは更に、
   前記標的ボリューム内の３次元空間変化を狙いとする３次元空間選択ＲＦ励起を生成することを制御し、
   前記電圧を、前記３次元空間選択ＲＦ励起を生成するために必要とされる第３のレベルへと調整するよう、前記電源を制御する
   ように適応される、請求項５又は６に記載の磁気共鳴撮像システム。
8. 前記コントローラは、前記電源及び／又は前記ＲＦ増幅器への追加モジュールである、請求項５乃至７の何れか一項に記載の磁気共鳴撮像システム。
9. 前記複数の励起手段によって必要とされる前記電力レベルの前記決定は、前記電力レベルを、前記それぞれのＲＦ励起成分を生成するために前記複数の励起手段の各々によって必要とされる個々の電力レベルの和として決定することを有する、請求項１乃至８の何れか一項に記載の磁気共鳴撮像システム。
10. 前記複数の励起手段は、複数のＲＦ送信コイルを有した送信アレイコイルを有する、請求項１乃至９の何れか一項に記載の磁気共鳴撮像システム。
11. ＭＲＩシステムによって、被検体内の標的ボリュームから磁気共鳴データを収集する方法であって、
    複数の励起手段により、前記標的ボリューム内のスライス／スラブ空間変化を狙いとするスライス選択又はスラブ選択空間無線周波数（ＲＦ）励起磁場を生成することと、
    コントローラにより、前記スライス選択又はスラブ選択空間ＲＦ励起磁場を生成するために前記複数の励起手段によって必要とされる電力レベルを決定することと、
    前記コントローラにより、前記スライス選択又はスラブ選択空間ＲＦ励起磁場を、前記複数の励起手段のそれぞれのＲＦ励起成分へと分解することと、
    前記コントローラにより、前記磁気共鳴データを収集するために、前記決定された電力レベルを用いて、前記それぞれのＲＦ励起成分を同時に生成するよう前記複数の励起手段の各々を制御することと、
    を有する方法。
12. 請求項１１に記載の方法の方法ステップを実行するためのコンピュータ実行可能命令を有するコンピュータプログラム。

Images