JP3983170B2 - 垂直磁場のmri装置においてサブサンプリングを用いてmri画像を取得する方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、MRI装置の撮像ボリューム内においてy方向に長軸を有する検査すべき対象物のMRI画像を得るための方法に関し、
−均一な磁場がこの装置の撮像ボリューム内のz方向に設けられ、
−検査すべき対象物は、その対象物の長軸が前記z方向を横切って延在するように前記撮像ボリューム内に位置決めされ、
−RF励起パルスが前記装置の撮像ボリューム内に生成され、及び
−RF励起パルスによる磁気共鳴信号が少なくとも1つのRF受信コイルを用いて取得される、
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
上記方法は、論文"Vertical Field Open RF Body Coils" the ISMRM Book of Abstracts 1999の736頁から既知である。この論文は、垂直に均一な主磁場が水平な極平面(pole face)を持つ2つの平行な磁極間に生成される垂直磁場開放型MRI(Vertical Field open MRI)システムを記載している。この均一な磁場(B0磁場)の方向は、z方向と示される。検査中、(医療用MRI装置の場合には患者である)検査すべき対象物は、前記極平面間を水平に配置される。(頭から足先への)患者の長軸方向は、y方向と示され、これらz方向及びy方向に垂直な方向は、x方向と示される。十分知られたMRI撮像処理に従い、無線周波数(RF)励起パルスは、装置の撮像ボリューム内に生成され、このパルスが撮像ボリューム内の材料の磁化を生じさせる。このRF励起が取り除かれた後、磁化ベクトルは、ラーモア周波数(Larmor frequency)でB0磁場線の周りを歳差運動し、これによりRF受信コイルによって受信可能なRF磁気共鳴信号を生じさせる。
【0003】
一般的に言うと、受信コイルによって受信されるRF磁気共鳴信号は、所望のMRI画像を復元するために更なる処理が行われる。前記処理の1つのステップは、受信信号のサンプリングであり、このステップは、MRI画像を得る処理速度に関する制限因子である。前記速度を速めるために、受信信号のサブサンプリングをいわゆるk空間に与えることが知られている。このようなサブサンプリング技術の例は、SENSEと言う名前で知られている。前記ISMRM Book of Abstractsの前記論文は、バタフライコイルを垂直磁場と組み合わせて使用している。
【0004】
MRIシステム内の垂直に均一な主磁場と前記サブサンプリング技術とを組み合わせることは、両方の種類のシステムの利点、すなわち、開放型(垂直磁場)システムを提供し、サブサンプリングによる高速撮像処理を得ることにより患者の閉所恐怖の感覚を回避する利点を提供する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、サブサンプリングによる前記高速撮像を垂直磁場MRI装置において可能にするRF受信コイル配置を用いるMRI撮像方法を提供することである。これを達成するために、本発明に従う方法は、
−RF励起パルスによる磁気共鳴信号は、少なくとも2つのRF受信コイルの組を用いてサブサンプリングにより取得され、
−磁気共鳴画像は、前記サブサンプリングされた磁気共鳴信号から、前記RF受信コイルの組における各RFコイルの事前に決められた相互に独立している空間コイル感度特性に基づいて得られ、及び
−前記少なくとも2つの受信コイルの平面は、互いにほぼ平行である、
ことを特徴とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、それ自体は垂直磁場MRI装置において知られるサブサンプリング技術のアプリケーションに基づいている。このようなサブサンプリング技術は、それ自体はSENSE又はSMASHという名前で知られ、高速でMRI信号を取得する問題に取り組んでいる。
【0007】
MRI画像を取得するのに要する時間は、MR信号のサブサンプリングを用いることによって減少する。このようなサブサンプリングは、k空間におけるサンプリングされたポイント数の減少を含み、この減少は、様々なやり方で達成される。これらMR信号は、好ましくは表面コイルである幾つかの受信コイルに関係する信号チャンネルを介してピックアップされる。幾つかの信号チャンネルを介しての取得は、前記信号取得時間を更に減少させるために、信号の並行取得を可能にする。このサブサンプリングのために、サンプリングされたデータは、撮像された対象物の幾つかの位置からの寄与を含んでいる。このMRI撮像は、この信号チャンネルと関連する感度特性を使用している間は、サブサンプリングされたMR信号から復元される。この感度特性は、例えば、受信コイルのような受信アンテナの空間感度特性である。好ましくは、表面コイルが前記受信アンテナとして用いられる。復元された磁気共鳴画像は、個々の波長において輝度/コントラスト変数に関連する多数の空間調和成分から構成されるとしてもよい。磁気共鳴画像の解像度は、最も短い波長、すなわち最も高い波数(k値)によって決められる。含まれる最も長い波長、すなわち最も小さい波数は、磁気共鳴画像の視界(FOV)である。この解像度は、この視界とサンプル数との比により決められる。
【0008】
前記サブサンプリングは、k空間における解像度が磁気共鳴画像の解像度に必要とされるよりも粗いようなMR信号を個々の受信アンテナが取得することを達成可能である。サンプリングされた最小の波数、すなわちk空間において最小のステップサイズが増大するのに対し、サンプリングされた最大の波数は維持される。それ故に、画像の解像度は、サブサンプリングを与えたときと同じである一方、最小のk空間ステップが増大、すなわちFOVが減少する。このサブサンプリングは、例えば磁気共鳴画像の解像度に必要とされるよりもより広く分かれたk空間のラインが走査されるように、k空間の走査時にラインをスキップすることでk空間のサンプル密度の減少によっても達成される。サンプリングされたポイント数がそれに応じて減少するように、最大のk値を維持する間、視界を減少させることでこのサブサンプリングも達成される。減少する視界のために、サンプリングされたデータは、撮像される対象物における幾つかの位置からの貢献を含んでいる。
【0009】
特に、受信コイル画像が各々の受信コイルからのサブサンプリングされたMR信号から復元されるとき、このような受信コイル画像は、減少する視界により起こるエイリアシングアーチファクト(aliasing artifact)を含んでいる。前記画像の異なる位置から、受信コイル画像の個々の位置における寄与は、受信コイル画像と感度特性とから解決され、磁気共鳴画像が復元される。このMR撮像方法は、頭字語であるSENSE法の下で知られている。このSENSE法は、タイトル "SENSE: Sensitivity Encording for Fast MRI"、Magnetic Resonance in Medicine 42, 952-962 (1999)の論文に詳細に述べられている。
【0010】
サブサンプリングは空間的に実施されてもよい。この場合、MR信号の空間解像度は、MR画像の解像度よりも劣っていて、このMR画像の十分な解像度に対応するMR信号は、感度特徴に基づいて形成される。空間的サブサンプリングは特に、例えば、個々の受信コイルからの別々の信号チャンネルにおけるMR信号が対象物の幾つかの部分からの寄与の結合体を形成することで達成される。このような部分は、例えば同時に励起するスライスである。各信号チャンネルにおけるMR信号は、例えばスライスのような幾つかの部分からの寄与の線形結合をしばしば形成する。この線形結合は、信号チャンネルに関連する、すなわち受信コイルの感度特性を含んでいる。これにより、個々の信号チャンネルのMR信号と個々の部分(スライス)のMR信号とは、感度行列により関連付けられ、この感度行列は、感度特性による個々の信号チャンネルにおける対象物の幾つかの部分の寄与の重みを表す。前記対象物の個々の部分に関係するMR信号は、前記感度行列の逆行列によって得られる。特にMR信号は、個々のスライスから得られ、これらスライスの磁気共鳴画像が復元される。
【0011】
サブサンプリング技術を施すために、空間コイル感度特性が知られている少なくとも2つのRF受信コイルを設けることがこれより必要となる。MR画像の復元を可能にするために、これらの特性は相互に独立すべきである。
【0012】
本発明に従って、その平面が互いにほぼ平行であるRF受信コイルを少なくとも設けることによって、垂直磁場MRI装置のサブサンプリング技術を施すことが可能なことが分かる。このRFコイルの配置は、患者が撮像ボリュームへ入るのを邪魔すること無く、必要なRF信号の取得を可能にする。
【0013】
好ましい実施例において、受信コイルは、バタフライコイルとして具体化されている。バタフライコイル自身は既知である。よく知られるように、このようなコイルは、コイル平面に平行な磁場に反応し、これらのコイルを垂直磁場MRI装置での使用に特に好適にさせる。“バタフライコイル”という名前は、コイルの巻き線のしばしば用いられる形状から得られる。しかしながら、本発明の内容の中で、コイル平面に平行なRF磁場に反応する如何なるRF受信コイルは、“バタフライコイル”とみなす。
【0014】
更に好ましい実施例において、このバタフライコイルは依然として、z方向に垂直なRF磁場成分に反応する。これらコイルは、患者の上部及び下部に位置決めされ、これにより患者への近接を可能なままにして、この患者をRFコイルで邪魔をすることなく、撮像ボリューム内に移動及びボリューム外に移動する可能性を同時に提供する。
【0015】
他の実施例は、従属請求項に記載されている。これらの実施例及びこれらの技術的効果は、図を参照して記載される。
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明及び本発明の利点は、同じ参照番号は同じ要素のことを述べている図を参照して詳細に説明される。
【0017】
図1は、MRI画像を得るための既知の垂直磁場装置を示す。様々な座標を持つ座標系は、この装置に対して様々な座標方向を示すために、この装置より上に示される。この装置は、上方磁極4と下方磁極6とを坦持するスタンド2を備えている。“磁極”という表現は、一方の極から他極へ磁束を伝えるための鉄回路(iron circuit)を設ける必要が無く(しかし可能性は保っておく)、Z方向に主磁場を生成する対応するコイルの集合を意味することに注意されたい。磁極間において、検査すべき患者8を位置決めするための空間が存在する。この患者は、自分の番になると、磁極4及び6の間において患者8が所望の位置及び(y方向の)向きに位置決めされるようなスタンド2の一部である支持体16よって坦持されるテーブルトップ14上に配置される。この患者の長軸(頭から足先への)方向は、y方向である。
【0018】
通例のMRI装置において、検査すべき患者を収容する空間は、トンネル形状であり、その直径は60cm大きさであり、これが多くの患者、特に子供に対し恐怖及び閉所恐怖の感覚を起こさせる。上記装置内において位置決めを行っている間、患者はオープンビューの景色を保ち、これにより前記感覚を完全に又はある程度避けることが、図1に従う磁極の配置の利点である。
【0019】
患者の側部において、前記磁極は、超伝導磁気コイルが備わった冷凍コンテナのカプセルカバーにより構成される極表面10及び12により閉じ込められる。これら極表面間の距離は、患者の前記不快な感覚が打ち消されるように選択されるが、前記磁極の製品の費用が高くなり過ぎるほど大きくはない。実際には、50から60cmの間の距離が適当な値となるらしい。
【0020】
図2a、2b及び2cは、本発明の好ましい実施例に従うRFバタフライコイル配置をそれぞれ示している。これら図は、垂直磁場磁石と互換性のある基本的な2つのコイル(2チャンネル)配置を幾つか示す。様々な座標を示す座標系は、前記コイルに対して様々な座標方向を示すように、これら図の上部に示される。
【0021】
図2aは、患者より前及び後ろに置かれる2つのバタフライコイル20-1及び20-2を示す。この場合、これらコイルは、横方向の磁化からなるx成分に最も反応する。
【0022】
図2bは、同じ配置であるが、My成分に最も反応するようにB0軸(z軸)の周りを90°回転した配置を示す。前及び後ろにあるコイル素子20-3及び20-4の両方が同じ撮像ボリュームであるが反対に向かい合う感度特性を持つことが分かるという事実は、これらを2までの走査時間短縮因子を提供するSENSEのようなサブサンプリングアプリケーションにとって理想的となる。
【0023】
図2cは、横方向の磁化からなるy成分に反応するように、患者の左右(L/R構成)にバタフライコイル20-5及び20-6を使用する他の可能性を示す。再び、反対の感度特性からなる2つのコイルは、2までの走査時間短縮因子を持つSENSEアプリケーションに対する理想的な構成を提供する。この構成は、FR磁場のy成分にも反応する。
【0024】
図3は、SENSEにおいて2の減少因子に対する2チャンネルの直交コイル配置を形成するように、4つの(線形)バタフライコイル素子30-1、30-2、30-3及び30-4を結合する他の実施例を示す。代わりに、2つの直交空間軸に沿ってSENSEにおける2の減少因子を可能にする4チャンネルの線形コイル配置を設けるように、前記4つの線形素子の各々が別に分配され、これにより全部のSENSE減少因子を4にすることも可能である。前記配置は、患者がy方向から及びx方向からでもアクセス可能である利点も有する。撮像ボリューム内に位置決められた患者に対する障害物を形成するRFコイルは存在しない。
【0025】
図4a、4b及び4cも、SENSEにおいて2の減少因子に対する2チャンネルの直交コイル配置を形成するように、4つのバタフライコイル素子を結合する実施例を示す。代わりに、2つの直交空間軸に沿ってSENSEにおける2の減少因子を可能にする4チャンネルの線形コイル配置を設けるように、前記4つの線形素子の各々が別に分配され、これにより全部のSENSE因子を4にすることも可能である。図4aの実施例の場合、コイル40-1及び40-2は、横方向の磁化(RF磁場)からなるx成分に最も反応する。図4bの実施例の場合、コイル40-3及び40-4は、横方向の磁化からなるy成分に最も反応する。図4cの実施例の場合、コイル40-5及び40-6は、再び横方向の磁化からなるy成分に最も反応する。2つの直交空間軸に沿って、SENSEにおける対応する2の減少因子を得るように、図2a、2b及び2cの様々な実施例を結合することも可能であり、これにより全部のSENSE減少因子を4にすることが可能である。
【0026】
図5は、2つの単一コイル50-3及び50-4と2つのバタフライコイル50-1及び50-2とを結合した実施例を示す。図3及び4の実施例とちょうど同じように、SENSEにおける2の減少因子を得るように、4つの線形素子の結合が2チャンネルの直交コイル配置を形成する。バタフライコイル50-1及び50-2は、横方向の磁化(RF磁場)からなるy成分に最も反応する一方、単一コイル50-3及び50-4は、RF磁場からなるx成分に最も反応する。
【0027】
図6及び7は、更に多くのチャンネル並びに線形及び直交コイル素子の結合を利用し、SENSEアプリケーションに対する更に高い減少因子及び拡張空間範囲を提供する他の実施例を示す。
【0028】
図6において、図4a(コイル60-1,60-2,60-3及び60-4)の配置が2つの単一コイル60-5及び60-6と結合される。これらバタフライコイルは、RF磁場からなるx成分に最も反応し、それらは単一コイル50-3及び50-4である。
【0029】
図7において、図3(コイル70-1及び70-2)の配置が図5(コイル70-3及び70-4)の配置と2つの単一コイル70-5及び70-6と結合される。これらバタフライコイル70-1及び70-2は、RF磁場からなるx成分及びy成分に最も反応し、コイルセット70-3及び70-4におけるバタフライコイルは、RF磁場からなるy成分に最も反応する。コイルセット70-3及び70-4における単一コイルは、RF磁場からなるx成分に最も反応する。単一コイル70-5及び70-6は、RF磁場からなるy成分に最も反応する。
【0030】
SENSEアプリケーションにおける個々のコイル素子は、十分知られた位相アレイコイルの場合と比べ物理的に重複する必要がないことに注意すべきである。つまり、これが十分知られたフェーズドアレイコイル(phased array coil)の場合と対照的である。様々な図におけるコイル素子は、正方形又は長方形のリジッドコイル(rigid coil)として表されたが、これら素子は円形又は非矩形の形状を有してもよく、柔軟性がある。バタフライ素子は、コイルの平面に平行な磁化成分に関して同じ感度の特性を示すコイルと単に置き換えられる。簡単なループ(単一ループ)及びバタフライ素子が矩形の素子を形成するように重複する場合、これが横方向の磁化からなる両成分に反応する単一の矩形コイル素子とも置き換えられると理解すべきである。2つのバタフライ素子が、矩形素子を形成するように90°回転して重複する場合、これが横方向の磁化からなる両成分に反応する単一の矩形コイル素子とも置き換えられると理解すべきである。様々な図のコイルに示されるようなコイルは、RF送信及び受信の両方に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 MRI画像を得るための既知の垂直磁場装置の概観を示す。
【図2a】 本発明の好ましい実施例に従うRFバタフライコイル配置を示す。
【図2b】 本発明の好ましい実施例に従うRFバタフライコイル配置を示す。
【図2c】 本発明の好ましい実施例に従うRFバタフライコイル配置を示す。
【図3】 本発明に従う多数の感度方向を持つRFバタフライコイル配置を示す。
【図4a】 本発明の他の実施例に従うRFバタフライコイル配置を示す。
【図4b】 本発明の他の実施例に従うRFバタフライコイル配置を示す。
【図4c】 本発明の他の実施例に従うRFバタフライコイル配置を示す。
【図5】 バタフライコイル及び単一コイルからなる本発明の他の実施例に従うコイル配置を示す。
【図6】 バタフライコイル及び単一コイルからなる本発明に従う他のコイル配置を示す。
【図7】 多数のバタフライコイル及び多数の単一コイルからなる本発明に従う他のコイル配置を示す。
Claims (3)
- 撮像ボリュームに配置された検査すべき対象物の磁気共鳴画像を得る開放型MRI装置であって、
前記撮像ボリューム内のz方向に均一な磁場を生成する手段と、
RF励起パルスを生成する手段と、
磁気共鳴信号を受信する、互いの面がほぼ平行な少なくとも2つのバタフライタイプのRF受信コイルと、
を有し、前記対象物が、z方向を横切って延在する長軸をy方向に有する、開放型MRI装置であって、
前記少なくとも2つのバタフライタイプのRF受信コイルを用いて前記磁気共鳴信号のサブサンプリングを行って、前記少なくとも2つのバタフライタイプのRF受信コイルにおける相互に独立した空間感度特性に基づいて磁気共鳴画像を得る手段を有する、
ことを特徴とする開放型MRI装置。 - 前記少なくとも2つのバタフライタイプとでそれぞれ矩形素子を形成するように90度回転してそれぞれ重複する少なくとも2つの他のバタフライコイルを有する、請求項1に記載の開放型MRI装置。
- 撮像ボリュームに配置された検査すべき対象物の磁気共鳴画像を得る開放型MRI装置の作動方法であって、
前記装置が、
前記撮像ボリューム内のz方向に均一な磁場を生成する均一磁場生成手段と、
RF励起パルスを生成するRF励起パルス生成手段と、
磁気共鳴信号を受信する、互いの面がほぼ平行な少なくとも2つのバタフライタイプのRF受信コイルと、
前記少なくとも2つのバタフライタイプのRF受信コイルを用いて前記磁気共鳴信号のサブサンプリングを行って、前記少なくとも2つのバタフライタイプのRF受信コイルにおける相互に独立した空間感度特性に基づいて磁気共鳴画像を得る磁気共鳴画像取得手段と、これら手段を制御する制御手段とを有し、前記対象物が、z方向を横切って延在する長軸をy方向に有する、開放型MRI装置の作動方法であって、
前記均一磁場生成手段を前記制御手段により制御して、前記撮像ボリューム内のz方向に均一な磁場を生成し、前記RF励起パルス生成手段を前記制御手段により制御してRF励起パルスを生成し、磁気共鳴信号を前記少なくとも2つのバタフライタイプのRF受信コイルにより受信し、前記磁気共鳴画像取得手段を前記制御手段により制御して前記磁気共鳴信号のサブサンプリングを行って、前記少なくとも2つのバタフライタイプのRF受信コイルにおける相互に独立した空間感度特性に基づいて磁気共鳴画像を得る
ことを特徴とする方法。
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