JP4542892B2 - 異なった最適化がされたrfコイルアレイを具備するmr装置 - Google Patents

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Description

本発明は、MR撮像用の磁気共鳴(MR)装置、並びに、かかるMR装置用のRFコイル系に関連する。
上述の種類のMR装置は、RFコイルアレイによってSENSE法を行う磁気共鳴装置を開示した例えば特許文献1といった多くの文献に記載されており、これらから公知である。RFコイルアレイの最適化は、MR撮像において非常に重要である。所定の臨床プロトコルでは、画質の特定的な最適化は、コイル数、コイル形態、及びコイルの配置のパラメータ変化によってなされうる。目的は、基本的には、最大の信号対雑音比(SNR)を得ることである。より深い層における高いSNRは、所与の最小の寸法を有するRFコイルによって達成される。しかしながら、それにより例えば患者といった所与の大きさの検査されるべき対象に関連するRFコイルの最大数は限られている。しかしながら、SENSE撮像法又はSMASH撮像法を用いる場合、RFコイルの数を増加させることは、対応する時間的な分解能のために高い減少率を得るのに絶対的に必要である。
原理的には、RFコイルのための設計規準は、関連する用途及び撮像法に依存してかなり異なるといえる。例えば、SENSE撮像法が用いられる場合、高い減少率と共に低誤差伝搬率が達成されるべきであるのに対して、シナジーコイルが用いられる場合はSNRの最大化が最も重要である。従って、SENSE法のために最適化されたRFコイルアレイはまた、RFコイルの数、寸法、及び位置に関してシナジーコイルとは幾何学的にずれていることとなる。
国際公開第00/72034号パンフレット 国際公開第99/54746号パンフレット 国際公開第98/21600号パンフレット K.Prussmann、「SENSE: Sensitivity Encoding for Fast MRI」、Magnetic Resonance in Medicine 42: 第952乃至962頁(1999)
臨床用途では、異なる用途及び撮像方法の間での切換え及び選択が、新しいRFコイルアレイを取り付けるために患者を移動させる必要なしに、意のままに行われうることが望ましい。従って、本発明は、かかる選択及び切換えを可能とするMR装置及びかかるMR装置用のRFコイル系を提供することを目的とする。
上記の目的は、本発明によれば、請求項1に記載のMR装置によって達成され、かかるMR装置は、
安定した主磁場を発生する主磁場磁石と、
傾斜磁場を発生する複数の傾斜磁場コイルを具備した傾斜磁場コイル系と、
1つの巻型内に統合され異なった用途について最適化された少なくとも2つのRFコイルアレイを含み、各RFコイルアレイは互いに減結合された少なくとも2つのRFコイルを有する、RF信号を送信及び/又は受信するRFコイル系と、
RFコイルアレイを駆動し、RFコイルアレイからMR信号を受信し、複数のチャネルが設けられ、特に最大数のRFコイルを有するRFコイルアレイのRFコイルの数に対応する数のチャネルが設けられる、送信/受信ユニットと、
MRデータ取得中に個々のRFコイルアレイの時間的に離れた使用のためにRFコイルアレイを切り換えるようにされる、MR撮像を制御する制御ユニットと、
受信されたMR信号を処理する処理ユニットとを含む。
本発明により異なった用途のために最適化されたRFコイルアレイを1つの巻型に同時に統合することは、主な利点を与える。検査中、他のMR撮像法を適用することが所望である場合に、患者を動かすことはもはや必要でなく、患者を他の寝台へ移動させることも必要でなく、従って、全体の検査時間は短縮される。異なったRFコイルアレイは、ここでは所定の臨床用途のために別々に特定的に選択されうる。例えば、異なったRFコイルアレイが適切に最適化されたとき、SNR及び/又は最高の時間的な解像度に関する最適化が達成されうる。
本発明によるMR装置の有利な実施例は、従属項に開示されている。かかるMR装置用のMRコイル系は、請求項10に開示されている。
本発明によるMR装置では、少なくとも個々のRFコイルアレイ内のRFコイルは互いに減結合される。従って、(送信モードでは)励起のために、又は、(受信モードでは)MR信号の取得のために、任意の時間において1つのRFコイルアレイのみが使用されえ、従って、他のRFコイルアレイのRFコイルは電子的にスイッチオフされる。個々のRFコイルアレイ間の切換えは、関連のある撮像プロトコル用の制御コンソールから直接、又は、関連のある撮像シーケンス自体によって実行されうる。
望ましい実施例では、個々のRFコイルアレイもまた互いに減結合されるよう配置され、それにより全ての異なったRFコイルアレイの個々のRFコイルもまた互いに減結合されるようにされる。結果として、送信/受信ユニット中に比較的多数のチャネルが設けられているかぎり、MR信号は全てのRFコイルから並列に受信されうる。RFコイルの総数が送信/受信チャネルの利用可能なチャネルの総数よりも大きい場合に異なったRFコイルアレイのRFコイル間で意のままに切り換えることを可能とするよう、適切な切換え手段が設けられうる。これは、一回のMRデータ取得中の異なった撮像法の同時適用を可能とし、これは特殊な用途のときに特に関心となる。
本発明の更なる実施例によれば、有利には、第1のコイルアレイはSENSE法又はSMASH法について最適化され、第2のRFコイルアレイはシナジーコイルアレイとして最適化される。SENSE法に関しては、この方法が詳述されている非特許文献1及び特許文献2が参照される。SMASH法は、特許文献3に記載されている。SENSE法又はSMASH法のためのRFコイルアレイは、取得時間の短縮を達成するために最適化されるのに対して、シナジーコイルアレイは最大の信号対雑音比を達成することが意図される。
この実施例の望ましい更なる変形例は、請求項4乃至6に開示されている。これによれば、SENSE用又はSMASH用RFコイルアレイは、望ましくは互いに重なり合わないよう配置されるシナジーコイルアレイのRFコイルとは対照的に、検査されるべき対称の近くに配置され、寸法がより小さく、数がより多く、互いに重なり合うよう配置される。
概して、臨床プロトコルに従った様々なRFコイルアレイ間の切換えは、完全な画像データのセットの取得後に行われる。しかしながら、請求項7に記載のように、全てのRFコイルが送信/受信ユニットの別々のチャネルに接続されるよう配置され、制御ユニットが異なったRFコイルアレイのRFコイルによるMR信号の同時取得のために配置されるようにされてもよい。このように、MR信号は異なった領域から同時に、異なった送信先方向で取得されえ、有利な用途を可能とする。例えば、MRデータ取得中に既にリアルタイムで、例えばSENSE法について最適化されたRFコイルアレイによって取得されたMRデータから画像を再構成することが可能である。この種類の画像は、例えばMR血管造影法において関心となる高い時間分解能で検査されるべき対象の変化を示す。かかるリアルタイムデータはまた、一般的なデータ取得の動き補正又は制御を可能とするようデータ取得へフィードバックされてもよい。
原理的には、撮像シーケンス中に互いに減結合されたRFコイルアレイを切り換えること(切換時間は約100マイクロ秒)も可能である。k空間のサブ領域のみからのデータ取得のために異なったRFコイルアレイを使用することを可能とする、新しい系統的なプロトコルが適用されうる。例えば、中央のk空間のデータは、例えばシナジーコイルアレイによって高SNRで測定されえ、一方で高k空間周波数は、例えばSENSE用RFコイルアレイによって高速で取得される。対応する画像は、例えばSENSE用コイルアレイをシナジーコイルアレイへ適切に構成すること、及び適応された再構成によって取得されうる。請求項9に記載のようなこのように手の込んだMR装置の使用は、測定の時間の短縮の利点と及び最大SNRの地点を組み合わせることを可能とする。
本発明について、図面を参照して以下詳述する。図1は、検査ゾーン内の患者台19上に置かれた患者15のMR画像を形成する本発明によるMR装置を示す図である。MR装置は、患者15の縦方向に安定した均一な磁場を発生する複数の主磁場磁石を具備する主磁場磁石系10を含む。傾斜磁場を発生するよう、複数の傾斜磁場コイル11、12、13を具備する傾斜磁場コイル系が設けられる。更に、RF励起パルスを発生し、励起された検査ゾーンからMR信号を取得するようRFコイル系14が設けられ、本発明による当該RFコイル系の構造については以下詳述する。送信/受信ユニット16は、送信モードにおいてRFコイルシステム14の個々のRFコイルを制御し、受信コードにおいて個々のRFコイルによって受信されたMR信号を制御するよう、設けられる。受信されたMR信号は、所望のMR画像を形成するよう処理ユニット17によって処理される。最後に、送信/受信ユニット16、処理ユニット17、及び様々なコイル系10乃至14の制御のために制御ユニット18が設けられる。かかるMR装置の基本的な構造の更なる詳細、並びに、その動作原理は、一般的に、上述の特許文献1から知られており、従ってここでは詳述しない。
図2aは、本発明によるRFコイル系141の第1の実施例を示す図である。図中、サーフェスコイルとして形成され、断面で示される患者15の周りに互いに重なり合って配置される2つのRFコイル20、21が示される。患者15に最も近いRFコイルアレイ20は、互いに隣接して、互いに重なり合うことのないよう配置される全部で8つのRFコイル201乃至208を含む。これらのコイルは、SENSE技術の適用に対して最適化されている。これらのコイル上には、第2のRFコイルアレイ21の4つのRFコイル211乃至214が配置され、即ち、2つずつのRFコイルがわずかに互いに重なり合い、第1のRFコイルアレイ20の全てのRFコイル201乃至208が覆われるよう配置される。RFコイル211乃至214は、シナジーコイルとして構成される。
各RFコイル201乃至208、並びに、211乃至214は、夫々の前置増幅器22に接続され、従って全部で12個の接点A乃至Lがある。送信/受信ユニット(図1中の16)が8つのチャネルのみを有する限り、この場合、図2bに示す切換ユニット23は、12個の接点A乃至Lを8つのチャネル1乃至8に正しく切り換えるために使用されうる。切換ユニット23はまた、このために制御ユニット18によって制御される。
図3は、本発明によるRFコイルシステム142の更なる実施例を示す。図2aに示すRFコイル系20及び21に加え、RFコイル系142は、2つのRFコイルアレイ20、21を囲む、いわゆるバードケージコイルである頭部ボリュームコイル24を含む。この実施例は、特に、患者の頭部のMR画像を取得することが意図される。頭部ボリュームコイル24に対しては、別々の入力M1(送信用)及び出力M2を有する別々の前置増幅器が提供される。
図4a及び図4bに、本発明によるRFコイルシステム143、144の2つの更なる実施例を示す。これらの実施例では、前置増幅器22の前又は後に適当な切換手段25及び23が設けられるため、より少ないチャネルが必要である。図示の各実施例143、144は、2つのシナジーコイル30、31及び3つのSENSEコイル32、33、34、RFコイルを減結合させるために設けられたデカップリング・キャパシタンスCKを具備する。或いは、減結合のために、例えばλ/2導線又は変圧器といった他の手段が設けられる。図示の実施例は、特に、心臓検査に適している。また、RFコイル系の一部のみが2つのRFコイルアレイの組合せからなるものとされ、RFコイル系の他の部分は従来のサーフェスコイルを構成する。
原理的には全てのRFコイルから同時にMR信号が受信されうるよう使用されるRFコイル系の全てのRFコイルが互いからデカップリングされた本発明によるMR装置の有利な適用について、図5を参照して以下詳述する。この点に関して、シナジーコイルアレイ及びSENSE用コイルアレイが設けられることが想定される。取得されたMRデータ40は、シナジーコイルデータ41と、SENSE用コイルデータ42とから構成される。k空間、並びに、取得されたMRデータでのk空間の充填を、それぞれ記号的に示す。SENSEデータ42は、異なる方法でインタリーブされ、測定されるべき対象の変化の高い時間的な分解能を反映するk空間データセットからの画像43、44、45の(シナジーデータ41の)データ取得中のリアルタイムの再構成のために使用されうる。更に、リアルタイムデータは、データ取得の動き補正又は一般的な制御を行うために、MRデータ取得へフィードバックされうる(フィードバック47)。最後に、高い信号対雑音比を伴う従来のMR画像46もまた、シナジーコイルデータ41から再構成されうる。尚、この手順は、シナジーコイル系とSENSEコイル系の組合せに限られるものではなく、原理的には他のRFコイルアレイの組合せの場合にも使用されうる。
RFコイルアレイは、原理的には信号対雑音比を向上させるのに用いられる。画像取得の持続時間は、原理的にはそれによって影響を受けない。上述のSENSE法及びSMASH法は、SNRを犠牲にしてMR画像の取得時間を短縮する。いずれの方法でも、視野(FOV)が減少され、従って、折り返し(backfolding)又はエイリアシングを生じさせる。取得される画像は、後の段階において再び補正されねばならないエイリアシング・アーティファクトを含む。これは、RFコイルアレイの個々のn個のRFコイルから取得されるMRデータによってなされ、なぜならばこれらのRFコイルはn個の画素の夫々を異なった見方で「見る」ためである。
SENSE法が、異なるプロファイルを有する個々のRFコイルの画像から画素毎に方程式体系を解くのに対して、SMASH法はMR画像全体に対する方程式体系を生じさせる。SMASH法は、最も単純な場合にはRFコイルの線形RFコイルアレイを使用し、コイルの感度から複数のシヌソイド高調波を合成する。これらの高調波は、B0傾斜磁場のようなk空間中のずれを生じさせる。従って、仮定に基づいていえば、SMASH法に対する再構成時間はSENSE法に対するものよりも短いが、画質を犠牲にして「達成」される。SENSE法は、よりよい画質を提供する。従って、原理的には、線形RFコイルアレイに対して2つの再構成法が使用されうる。今日利用可能な新規且つ高速なハードウエア再構成ユニットにより、再構成時間は、SENSE法の場合には時間的な分解能に関してもはや問題を与えない。
シナジーコイルは、まず、最適な信号対雑音比を生じさせるのに役立つ。これは、もちろん、SENSEコイルについて成り立つが、再構成のための方程式体系の適切な解に関して2次的条件を観察することは必要ない。概して、臨床的には、出来る限り少ないアーティファクトを伴う高いSNRが必要とされ、即ち、FOV全体に亘り出来る限り出来る限り高いSNR及び強度分布が必要とされる。これは、原理的には、少数のRFコイルによって既に達成されている。全体画像を形成するようこれらのRFコイルを組み合わせることは、RFコイルの数を増加させることにより著しく更に増加されえない中心に対するSNRを提供する。
この種類のシナジーコイルアレイは、原理的にはSENSE法のためにも使用されうる。高い時間的な解像度を得るために、RFコイルは、最適な均一な画質にあまり適していない変更を受ける。一方では、個々のSENSEコイルは互いに重なり合うよう配置されないが、互いに所定の距離をおいて配置され、例えば、図6aによれば、例えば互いに5mm乃至10mmの距離dをおいて配置された3つのSENSEコイル50、51、52を示す。図6bに示すように、デカップリング・キャパシタンスCKは3つのコイル50、51、52のデカップリングのために配置され、一方で共鳴の調整のために適当な共鳴キャパシタンスCTが設けられる。図6c及び図6dに、夫々が局所RF変圧器Tによる容量性デカップリング及び誘導性デカップリングを伴うSENSE用RFコイルアレイの2つの更なる実施例を示す。RFコイルは、図6e中の5つのSENSEコイル60乃至64に基づいて示されるように互いに対して傾斜されるよう配置されうる。更に、RFコイルの数は出来るだけ多いべきである。
図7a乃至図7gは、本発明によるRFコイル系の更なる実施例を示す図である。図7a及び図7bはいずれも、夫々の前置増幅器22を伴う4つのシナジーコイル70乃至73を示す。各コイル70乃至73は、デカップリング・キャパシタンスCKによって減結合されるが、異なる方法で互いに接続される。
図7c及び図7dは、夫々が4つのシナジーコイル70乃至73を有する2つの更なるシナジーコイルアレイを示す。その中のデカップリング・キャパシタCKは、夫々が隅に配置される。そこに同調するために、夫々、異なる数の同調キャパシタCTが設けられる。
図7eは、SENSE用RFコイルアレイの更なる実施例を示す。このアレイは、6つのコイル対80乃至85を有し、各対は、デカップリング・キャパシタンスCK及び夫々2つの前置増幅器を介して減結合される2つのRFコイルを有する。コイル対80及び82は、距離を置いて、また前置増幅器22の高オーミック入力抵抗を介して互いに減結合される。
図7fは、図7eに示すSENSE用RFコイルアレイ及びシナジーコイルアレイの組合せを示す図である。8コイル対80乃至85は、2つのシナジーコイル90、91からなるシナジーコイルアレイによって略完全に覆われる。もちろん、他のSENSEコイル、並びに、異なる数及び配置のSENSEコイル又はシナジーコイルもまた互いに結合されうる。
図7gは、4つのSENSE用RFコイル100、101、102、103を有する他のSENSE用又はSMASH用RFコイルアレイを示す。かかるRFコイルアレイは、望ましくは大きいループコイルの形でシナジーコイルと組み合わされる。
本発明によれば、異なる用途のために最適化された少なくとも2つのRFコイルアレイが1つの巻型に統合される。かかる組み合わされたRFコイルアレイの構造は、サンドイッチ状の形をとりうる。個々のRFコイル又はRFコイルアレイの数、配置、及び形態については様々な解決策が可能であり、従って、様々な新規なMR撮像法が可能となる。全体的にみると、本発明によるMR装置は、データ取得時間のかなりの短縮を与え、同じ時間における動作の容易さを高める。
本発明によるMR装置を示す図である。 本発明によるRFコイル系の第1の実施例を示す図である。 関連する切換ユニットを示す図である。 本発明によるRFコイル系の第2の実施例を示す図である。 切換ユニットと共に本発明によるRFコイルシステムの第3の実施例を示す図である。 切換ユニットと共に本発明によるRFコイルシステムの第4の実施例を示す図である。 本発明によるMR装置の用途を示す図である。 SENSE用RFコイルアレイを示す図である。 SENSE用RFコイルアレイを示す他の図である。 SENSE用RFコイルアレイを示す他の図である。 SENSE用RFコイルアレイを示す他の図である。 SENSE用RFコイルアレイを示す他の図である。 本発明によるRFコイルアレイの一つの変形例を示す図である。 本発明によるRFコイルアレイの他の変形例を示す図である。 本発明によるRFコイルアレイの他の変形例を示す図である。 本発明によるRFコイルアレイの他の変形例を示す図である。 本発明によるRFコイルアレイの他の変形例を示す図である。 本発明によるRFコイルアレイの他の変形例を示す図である。 本発明によるRFコイルアレイの他の変形例を示す図である。

Claims (8)

  1. 安定した主磁場を発生する主磁場磁石と、
    傾斜磁場を発生する複数の傾斜磁場コイルを具備した傾斜磁場コイル系と、
    1つの巻型内に統合された少なくとも2つのRFコイルアレイを含み、各RFコイルアレイは互いに減結合された少なくとも2つのRFコイルを有する、RF信号を送信及び/又は受信するRFコイル系であって、第1のRFコイルアレイはSENSE法又はSMASH法用に構成され、第2のRFコイルアレイはシナジーコイルアレイとして構成される、RFコイル系と、
    前記RFコイルアレイを駆動し、前記RFコイルアレイからMR信号を受信し、複数のチャネルが設けられ、チャネルの数は最大数のRFコイルを有するRFコイルアレイのRFコイルの数に対応する、送信/受信ユニットと、
    MRデータ取得中に個々のRFコイルアレイの時間的に離れた使用のために前記RFコイルアレイを切り換えるよう構成される、MR撮像を制御する制御ユニットと、
    受信されたMR信号を処理する処理ユニットとを含む、
    MR撮像用のMR装置。
  2. 前記少なくとも2つのRFコイルアレイは互いに減結合されていることを特徴とする、請求項1記載のMR装置。
  3. 前記SENSE用RFコイルアレイ又はSMASH用RFコイルアレイのRFコイルは、前記シナジーコイルアレイのRFコイルと比較して、検査されるべき対象により近く配置されるよう前記巻型内に配置されることを特徴とする、請求項1記載のMR装置。
  4. 前記SENSE用RFコイルアレイ又はSMASH用RFコイルアレイは、前記シナジーコイルアレイと比較して、より多くの、且つ、より小さいRFコイルを有することを特徴とする、請求項1記載のMR装置。
  5. 前記シナジーコイルアレイのRFコイルは互いに重なり合うよう配置され、前記SENSE用RFコイルアレイ又はSMASH用RFコイルアレイのRFコイルは互いに重なり合わないよう配置されることを特徴とする、請求項1記載のMR装置。
  6. 全てのRFコイルは前記送信/受信ユニットの別々のチャネルに接続され、前記制御ユニットは異なったRFコイルアレイのRFコイルによるMR信号の同時取得を行うようにされることを特徴とする、請求項1記載のMR装置。
  7. 取得されリアルタイムで評価されたMR信号に従って瞬間的なMRデータ取得の制御を変化させるよう、取得されリアルタイムで評価されたMR信号を前記制御ユニットへフィードバックする手段が設けられることを特徴とする、請求項6記載のMR装置。
  8. 前記制御ユニットは、前記シナジーコイルアレイによってk空間の中心領域からMR信号を取得するよう前記第2のRFコイルアレイによってk空間の第1のサブ領域からMR信号を取得するようにされ、前記SENSE用RFコイルアレイ又はSMASH用RFコイルアレイによりk空間のエッジ領域からMR信号を取得するよう前記第1のRFコイルアレイによってk空間の第2のサブ領域からMR信号を取得するようにされることを特徴とする、請求項記載のMR装置。
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