JP4152440B2

JP4152440B2 - Ｍｒ画像化装置

Info

Publication number: JP4152440B2
Application number: JP50394098A
Authority: JP
Inventors: ドリル，ヨハヌスコーネルスアルフォンススヴァン; ヴァルス，ヨハヌスヤコブスヴァン; ヨーアヒムカルルホルツ，ディートリヒ; ラッシェ，フォルカー
Original assignee: Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1996-07-01
Filing date: 1997-06-05
Publication date: 2008-09-17
Anticipated expiration: 2017-06-05
Also published as: EP0852016A1; WO1998000726A1; JPH11512956A; US5969525A

Description

本発明は
− 第一の方向に延在する実質的に平行な磁力線を有する均一で定常な磁界を検査領域内に発生する磁石と、
− 傾斜が強度及び／又は方向に関して変化しうる傾斜磁界を発生する傾斜磁界コイルシステムと、
− ＲＦパルスを発生し、ＭＲ信号を受信するＲＦコイルシステムと、
− ＭＲ信号からデータを発生する手段と、
− データの組から検査領域のＭＲ画像を再構成する再構成ユニットと、
− テーブルトップと該第一の方向にテーブルトップを変位させる駆動手段とからなる患者支持手段と、
− 該駆動手段と該制御ユニットとを結合する手段とからなる検査領域の画像化用のＭＲ装置に関する。
この種のＭＲ装置の例は米国特許第５４９８９６１号（ＰＨＤ９３．０３７）に開示され、ここにそれを参考として引用する。この特許は検査領域の二次元又は三次元画像化ＭＲ方法を開示し、該方法はヘリカル走査（ｓｃａｎｎｉｎｇ）として現在一般に知られている。この方法では選択可能な時点又は選択可能なスライスで検査領域を表す画像を形成するために一組の補助データ（ａｕｘｉｌｉａｒｙｄａｔａ）が少なくとも２つの生データ（ｒａｗｄａｔａ）から形成され、補助データは同一の測定パラメータで取得されたが、異なる測定時点又は異なる測定スライスに対して得られた生データから補間により得られる。補間に用いられる生データに適用された重み付けば関連する測定時点と選択可能な時点との間の時間差、又は測定スライスと選択されたスライスとの間の距離が小さくなると、それに応じて大きくなる。検査領域の画像は補助データの組から再構成される。
従って、ヘリカル走査法では検査領域の画像は生データから直接再構成されず、補間により生データから得られた補助データから再構成される。この補間は検査領域の画像が再構成される選択可能な時点（又は選択された層の位置）と同様に生データの測定の時点（又は測定スライスの位置）を考慮に入れている。時間分解能は一組の生データの取得に必要な測定期間に対応する値より高くなりうる。同じことが動く対象の動きの方向の空間分解能に対しても言える。
これらの特徴からヘリカル走査法は検査中に検査領域に関して動く対象を検査することに対して適切な方法である。この場合に生データの組は動きの間に連続的に測定され、補助データの少なくとも一つの組が該生データから形成され、それぞれのＭＲ画像が該補助データから再構成される。これは（患者の）体を検査領域に導入する間に連続した体の断面の画像の形成を可能にし、動きの方向の空間解像度は改善されている。上記に引用された装置はヘリカル走査法のこのバージョンを実施するために特に適切である。
本発明の目的はヘリカル走査技術のような検査領域を通して対象の動きの間に対象の一連の断面像を形成する知られている技術によりなされうるよりよい使用を可能にする上記の装置を提供することにある。この目的を達成するために本発明によるＭＲ装置は磁石はボアを囲む概略トロイダル型の筐体からなり、該磁石は該第一の方向に実質的に平行に延在する長手方向の軸を有し、該筐体は該軸に対して垂直な径方向の厚さと該軸に対して実質的に平行な方向の長手方向厚さとを有し、該径方向厚さは該長手方向厚さよりも大きいことを特徴とする。本発明による装置は検査される患者が従来のシステムのような長いトンネルに囲まれない非常に開放的なシステムである。結果として患者は医療スタッフにより付加的な検査又は処置のためにアクセスされうる。更にまた患者はこのシステムが閉所恐怖症を引き起こさない故にこの開放的なシステムをより快適と感じる。同様の利点は前に提案された比較的開放的なシステムでも得られるが、そのシステムでは検査領域の磁界はそれよりも古い従来のシステムより顕著に均一性が劣る。結果としてそのようなシステムで得られる画質は劣ったものである。本発明の装置では磁石のボア内の磁界は従来の磁石と同じ均一性に形成されており、均一領域（均一容積）（磁界が均一な領域）は長手方向には比較的小さい寸法を有する。動く患者の一連の断面像の形成を許容する走査技術が用いられる故に均一領域からの全ての生データを得て、これらのデータから患者の全体の画像を再構成することが可能となった。故にこの画像は従来の装置で得られる画像の品質と同じ良好な品質を有する。
本発明による装置の実施例は磁石により発生された磁界は該磁石の長手方向軸と実質的に一致する長手方向軸を有し、その長手方向厚さの少なくとも２倍の直径を有する実質的に円盤状の均一領域で均一であることを特徴とする。円盤状の均一領域は優秀な品質の画像を得るために充分であり、それにより磁石が極度に小さな長手方向の厚さを有することを可能にする。好ましくは均一領域の直径は少なくとも４０ｃｍであり、長手方向厚さは１０ｃｍより大きくないことを特徴とする。
本発明による装置の更なる実施例はＲＦコイルシステムはＭＲ信号を受信する表面コイルのアレイからなり、各表面コイルは少なくとも一つの他の表面コイルの少なくとも一部分と重なり、アレイは磁石の長手方向軸を囲む環状の表面にわたり延在することを特徴とする。この実施例ではＲＦコイルシステムは非常に薄いリボンの形状であり、それによりボアの径を実質的に広げる必要なしに磁石のボアに収容される。
本発明による装置の更にまた他の実施例では駆動手段は該第一の方向に実質的に垂直な方向にテーブルトップの変位を更に可能にすることを特徴とする。この実施例は均一領域がボアよりも小さな径を有する故により安価な又は更により開放的な磁石を許容する。患者は生データが均一領域内の患者の一部分から各度毎に得られるように一以上の方向に動かされうる。折り返し（ｂａｃｋｆｏｌｄｉｎｇ）を防ぐ必要がある場合にはＬＯＬＯのようなズーム画像技術が用いられる。
本発明のこれらの及び他の特徴は図に示される実施例を参照して明確に理解されるよう以下に説明される。
図１は本発明によるＭＲ装置の実施例を概略示す。
図２は図１に示される装置で使用される磁石の長手方向の部分断面を示す。
図３は図２に示される磁石の斜視図である。
図４は図１に示される装置の回路図である。
図５は図１に示される装置でＭＲ生データを取得するために特に有用なシーケンスの時間的な進行を示す。
図６は図１に示される装置の検査領域で患者の変位中の測定スライスの空間的割り当てを示す。
図１に示されるＭＲ装置は破線で示される検査領域３内に均一な定常磁界を発生する磁石１からなる。検査領域３では磁界は直交座標系のＺ軸に対応する第一の方向に延在する実質的に平行な磁力線を有する。装置はまた強度及び／又は方向に関して変動しうる傾斜を有する傾斜磁界を発生する傾斜磁界コイルシステム５を有する。傾斜磁界コイルシステム５はそれ自体知られており、故に詳細には示していない。通常それは全てがＺ方向に延在する磁力線を有する３つの傾斜磁界を発生する傾斜磁界コイルの３つの組からなり、これらの傾斜磁界の一つの強度はｘの関数として変動し、これらの傾斜磁界の第二番目の強度はｙの関数として変動し、これらの傾斜磁界の第三番目の強度はｚの関数として変動する。３つの傾斜磁界は上記の傾斜磁界を形成するよう重畳される。好ましくは３組の傾斜磁界コイルシステム５の各々は座標系の原点と一致する検査領域３の中心に関して対称に配置される。故に検査領域３の中心での磁界強度は磁石１の定常で均一な磁界により専ら決定される。
装置は患者９が配置されるテーブルトップ７からなる患者支持手段を更に含む。駆動手段（モーター１１により表される）はＺ方向１０にテーブルトップ７を変位するよう設けられる。本発明の更なる実施例では駆動手段はまた例えばＸ方向であるＺ方向に垂直な第二の方向にテーブルトップ７を変位するよう設計される。この変更は以下に説明する利点を有する。テーブルトップ７及び／又は駆動手段１１はテーブルトップの位置に関する信号を供給するセンサ１３に結合される。
図２は磁石の縦断面を示し、図３は斜視図を示す。この磁石はボア１７を囲む概略トロイダル状の筐体１５からなる。磁石１は磁石が図１に示される装置に設置されるときにＺ軸と一致する長手方向軸１９を有する。筐体１５は長手方向軸１９を横切る方向の径方向の厚さｒを有し、長手方向軸１９に平行な方向に長手方向厚さｌを有する。径方向厚さｒは長手方向厚さｌより大きい。筐体１５で複数のコイル２１（好ましくは超伝導コイル）は均一で定常な磁界を発生するよう設けられる。図２では一つのコイル２１のみが示される。この型の磁石はパンケーキ（ｐａｎｃａｋｅ）磁石として一般に知られている。パンケーキ磁石はＥＰ−Ａ−０６７９９００からそれ自体知られている。この種の磁石から発生された磁界は少なくともボア１７内の部分にある領域（均一領域）で均一である。均一領域の形状と大きさはコイル２１の数、特性、位置を変更することにより影響される。標準的には磁石１は均一領域が検査領域３と実質的に一致するよう設計される。
本発明の装置はＲＦパルスを発生し、ＭＲ信号を受信するＲＦコイルシステムを更に含む。この実施例ではＲＦコイルシステムはＲＦパルスの送信用の送信コイル（図示せず）とＭＲ信号を受信するシナジー（ｓｙｎｅｒｇｙ）コイルとからなる。シナジーコイルは表面コイル２３の配列（アレイ）からなり、各表面コイルは少なくとも一つの他の表面コイルの一部分と重なる。表面コイルのそのような配列は例えば米国特許第４８２５１６２号からそれ自体知られている。表面コイル２３の配列は磁石１の長手方向軸１９を囲むリング状の表面にわたり延在する。好ましくは表面コイル２３はボア１７に向かう筐体１５の表面に配置される。
図４は図１に示された装置の回路図を示す。表面コイル２３の配列により受信されたＭＲ信号はユニット２５により増幅され、ベースバンドに転移される。斯くして得られたアナログ信号はアナログ／デジタル変換器２７によりデジタル値のシーケンスに変換される。アナログ／デジタル変換器２７は制御ユニット２９により制御され、その後にＭＲ信号のデジタル化により得られたサンプリング値のシーケンスにわたり一次元フーリエ変換するフーリエ変換ユニット３１が続き、その実行は非常に速いので、フーリエ変換は次のＭＲ信号を受信する前に終了する。
斯くの如くフーリエ変換により形成された生データは数組の生データの記憶に充分な記憶容量を有するメモリ３３に書き込まれる。生データのこれらの組から補間ユニット３５は米国特許第５４９８９６１号に詳細が記載されているような方法で非常に多数の補助データを記憶するのに充分な記憶容量を有するメモリ３７に記憶される。補助データのこれらの組は異なる時点に対して計算され、この間隔は好ましくは一組の生データの取得に対して必要な測定期間と比べて小さい。知られている方法でフィルター処理逆投影（ｆｉｌｔｅｒｅｄｂａｃｋｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）をなす再構成ユニット３９は斯くして得られた生データの組からＭＲ画像を形成し、このＭＲ画像は記憶される。ＭＲ画像は所定の時点での検査領域を表す。補助データから斯くして得られた一連のＭＲ画像は検査領域でのダイナミックな過程を適切に再現する。
ユニット２５から３９は制御ユニット２９により制御される。下向き矢印４１により示されるように制御ユニット２９はまたＲＦコイルシステムにより発生されたＲＦパルスの中心周波数、帯域幅、包絡線と同様に傾斜磁界コイルシステム５の電流の時間変化を付与するよう設けられる。第二の下向き矢印４３は制御ユニットが駆動手段を制御することを可能にするための制御ユニット２９と駆動手段１１との間の接続を表す。
再構成ユニット３９のＭＲ画像メモリ（図示せず）と同様にメモリ３３、３７は適切な容量の信号メモリにより実現される。フーリエ変換ユニット３１と、補間ユニット３５と、再構成ユニット３９とは適切なデータプロセッサにより実現される。
上記の装置は例えば検査領域を通して変位される患者のような検査領域に関して動かされる対象の強力な再現に非常に適している。この変位中に本発明の装置は変位の方向に改善された空間分解能で一連の画像を形成する。テーブルトップ７の変位中に複数の一連のシーケンスが検査領域に作用し、各一連のシーケンスは図５に示される時間的に変動する多数のシーケンスを構成する。これらのシーケンスの詳細な説明はＥＰ−Ａ−０６１５１３５に記載され、故にここでは要点のみを説明する。ｚ方向に延在する傾斜磁界（第二のライン）と共にＲＦパルス（第一のライン）はｚ方向に垂直に延在するスライスを励起する。
続いて傾斜磁界Ｇ_x，Ｇ_yが図２の第三、第四のラインに示されるように発生される。Ｇ_x，Ｇ_yの振幅の比は一のシーケンスから他のシーケンスへと変化し、それによりＧ_x，Ｇ_yの重畳により形成される傾斜磁界は一のシーケンスから他へと空間的な方向φが変化する。スライス選択ＲＦパルスが検査領域の中心に位置し、以下に測定スライスとまた称するそれぞれのスライスの核磁化を励起するが、このスライスに関する患者９又はテーブルトップ７の位置はテーブルトップの変位により変化する。従って各ＭＲ信号はその測定中に印加された傾斜磁界の方向のみならず、測定スライス又は装置の中心に関する患者９又はテーブルトップ７の相対的位置ｚにもまた依存する。
斯くして図６は複数の生データの組の取得中に位置ｚの関数としての傾斜磁界の方向φを示す。例えばｚ₀のようなスライスのいかなる位置に対しても一組の補助データが補間により複数の補助データの組から得られ、問題のスライスの画像は該補助データから再構成される。これは位置ｚ₁，ｚ₂等を有する他のスライスに対しても繰り返され、これらのスライスはｄ_zだけ離間される。
これらのスライスの画像が時系列的に（例えばテーブルトップ７により位置ｚ₀，ｚ₁，ｚ₂等々を辿るよう同じ時間間隔で）表示されるときにｚ方向に高分解能な画像シーケンスが得られる。斯くして操作者はフィルムに似ており、患者があるスライスから他へと「辿られる」画像シーケンスを得、それにより患者９の完全な画像が得られる。磁石１の小さな長手方向の寸法により、患者はＭＲの傍らで他の検査が容易に可能であり、介入的な処理が可能であるように完全にアクセス可能のままである。更にまた磁石１は比較的小さな均一領域のみを有すれば良い故に比較的安価である。この均一性領域は駆動手段１１が例えばＸ方向のようなＺ方向に垂直な方向にテーブルトップ７の変位を可能にするよう更に考慮されている更なる実施例では更により小さくされうる。この場合には患者９は２つの方向に均一領域を通して動かされ、それにより患者の断面が均一領域の断面を越える場合でさえも患者の完全な画像が得られる。
本発明による装置は大動脈のような患者９の長手方向に延在する部分を検査するのに非常に有用である。大動脈及び末梢の血管の完全な血管造影的な研究が患者９を約１３０ｃｍにわたり変位することにより可能となる。検査の特定の型に対して、４０ｃｍの直径を有し、１０ｃｍの厚さ（長手方向寸法）を有する均一領域で充分であるように肩の下の患者９の部分のみが均一領域を通して動かされなければならない。これらの寸法を有する均一領域は患者９の肩が適合しない比較的短く比較的小さなボアを有する磁石１で達成される。そのような磁石は安価である。患者の体の末端を検査するために更により小さな均一領域（２０ｃｍ以下）が用いられる。

Claims

検査領域の画像化用磁気共鳴装置であって、
第一の方向に延在する実質的に平行な磁力線を有する均一で定常な磁界を検査領域内に発生する磁石と、
傾斜が強度及び／又は方向に関して変化しうる傾斜磁界を発生する傾斜磁界コイルシステムと、
ＲＦパルスを発生し、ＭＲ信号を受信するＲＦコイルシステムと、
ＭＲ信号からデータを発生する手段と、
データの組から検査領域のＭＲ画像を再構成する再構成ユニットと、
テーブルトップと該第一の方向にテーブルトップを変位させる駆動手段とを有する患者支持手段と、
該駆動手段と該制御ユニットとを結合する手段と、を有し、
前記磁石はボアを囲む概略トロイダル型の筐体を有し、該磁石は該第一の方向に実質的に平行に延在する長手方向の軸を有し、該筐体は該軸に対して垂直な径方向の厚さと該軸に対して実質的に平行な方向の長手方向の厚さとを有し、該径方向厚さは該長手方向厚さよりも大きく、
磁石により発生された磁界は、前記磁石の長手方向軸と実質的に一致する長手方向軸を有し、その長手方向の厚さの少なくとも２倍の直径を有する実質的に円盤状の均一容積において均一であることを特徴とする磁気共鳴装置。
均一容積の直径は少なくとも４０ｃｍであり、長手方向の厚さは１０ｃｍより大きくないことを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴装置。
ＲＦコイルシステムはＭＲ信号を受信する表面コイルの配列を有し、各表面コイルは少なくとも一つの他の表面コイルの少なくとも一部分と重なり、配列は磁石の長手方向軸を囲む環状の表面にわたり延在することを特徴とする請求項１または２に記載の磁気共鳴装置。
駆動手段は該第一の方向に実質的に垂直な方向にテーブルトップの変位を更に可能にすることを特徴とする請求項１乃至３のうちのいずれか１項記載の磁気共鳴装置。