JP6430249B2 - 磁気共鳴撮像システム、磁気共鳴撮像システムの作動方法及びコンピュータプログラム - Google Patents

磁気共鳴撮像システム、磁気共鳴撮像システムの作動方法及びコンピュータプログラム Download PDF

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Description

本発明は、磁気共鳴撮像に関し、より詳細には、複数の高周波送信チャネルを備える磁気共鳴撮像システムに関する。
磁場は、磁気共鳴撮像において、患者の体内の画像を生成する手順の一部として原子の核スピンを揃えるのに利用される。この磁場はB0磁場と呼ばれる。MRIスキャン中、送信器又は増幅器及びアンテナが発生させる高周波(RF)パルスは、局所磁場に対する摂動を生じさせ、かつ、B0磁場に対する核スピンの向きを操作するのに用いられ得る。核スピンによって放出されるRF信号は受信コイルによって検出される。これらのRF信号は、MRI画像を構築するのに用いられる。
並列送信磁気共鳴撮像(MRI)システムは、複数の送受信チャネルを有してよい。アンテナは複数のアンテナ素子を有してよい。前記複数のアンテナ素子の各々は、送信器及び/又は受信器に接続される。
特許文献1は受信専用RF撮像コイルを開示している。RF撮像コイルは、各コイル素子の周りで選択的に設置されるように分配された複数のキャパシタを有する。分配された複数のキャパシタの値は、各コイル素子をMRI周波数に合わせるように調節される。このとき、すべてのコイル組立体が組み立てられ、かつ、試料又は対象物は試料空間内に存在する。
米国特許第7282915号明細書
本発明は、磁気共鳴撮像に関し、より詳細には、複数の高周波送信チャネルを備える磁気共鳴撮像システムに関する。
磁気共鳴撮像においては、RF送受信用にアンテナアレイを設計するという明確な傾向がある。係るアレイの出力は負荷−つまり患者と撮像される身体領域の大きさ−に依存する。現状の多素子アンテナは、様々な対象物で機能するように調整されている。しかしアンテナ素子に対する特定の対象物の位置と大きさは、散乱行列S−つまり供給ポートに対する入力反射係数と透過係数−に影響を及ぼす可能性がある。本発明の実施例は、印加される出力を効率的に利用するための負荷条件に依存して送信アレイを能動的に調節又はインピーダンス整合させることによってこの問題と他の問題を解決することができる。
個々のアンテナ素子間にも高周波結合が存在する。一のアンテナ素子に印加される高周波周波出力は他の素子とも結合しうる。これを補償するため、本発明の実施例は、前記高周波アンテナを特徴としてよい。前記高周波アンテナの特徴は、一組の高周波特性を構成する。前記一組の高周波特性は、どのようにして前記インピーダンス整合ネットワークが調節されるべきなのかを計算するために高周波モデルと併用されてよい。前記高周波モデルは、前記インピーダンス整合ネットワークと高周波アンテナをモデル化するために前記一組の高周波特性を利用するモデルであってもよいし、又は、前記アンテナの現状と該アンテナのインピーダンス整合ネットワークを特徴付ける一組のパラメータであってもよい。
他の実施例では、命令が実行されることで、プロセッサは、磁気共鳴撮像システムを用いることによって磁場マップを取得する。たとえば前記磁場マップは、当該磁気共鳴撮像システムを用いて取得された各アンテナ素子のB1磁場マップであってよい。前記高周波特性の少なくとも一部は、前記磁場マップを用いて測定される。たとえばコイル素子によって発生するB1磁場の強度は、前記コイル素子を流れる高周波電流の比例又は関連してよい。その結果、B1磁場は、前記コイル素子に印加される電流又は電圧さえも決定するのに用いられ得る。
多チャネル磁気共鳴撮像システムにおいて、各アンテナ素子は、各異なる振幅と位相を有する高周波出力によって駆動されてよい。前記振幅と位相は、とりわけB1のシミング−つまりB1+の均一性の改善又は全身撮像の比吸収率(SAR)の減少−を実行するように選ばれてよい。この振幅と位相は、駆動ベクトル、B1シム設定、又はシム設定と呼ばれ得る。適切な駆動ベクトルは、対象物、該対象物の位置、及び実行される磁気共鳴撮像手順の種類−特に撮像される領域−に依存して変化してよい。前記アンテナ素子の各々は、インピーダンス整合ネットワークを用いることによって高周波チャネルに対してインピーダンス整合される。各駆動ベクトルについて、前記インピーダンス整合ネットワークが調節される必要があると考えられる。
本願明細書で用いられる「コンピュータ可読記憶媒体」は、計算装置のプロセッサにより実行可能な命令を格納できる任意の有形記憶媒体も含む。コンピュータ可読記憶媒体は、「コンピュータ可読固定記憶媒体」として表されても良い。コンピュータ可読記憶媒体は、「有形コンピュータ可読媒体」として表されても良い。一部の実施形態では、コンピュータ可読記憶媒体は、計算装置のプロセッサによりアクセス可能なデータを格納できても良い。コンピュータ可読記憶媒体の例は、フロッピディスク、磁気ハードディスクドライブ、固体ハードディスク、フラッシュメモリ、ＵＳＢサムドライブ、ＲＡＭ（Random Access Memory）メモリ、ＲＯＭ（Read Only Memory）メモリ、光ディスク、光磁気ディスク、プロセッサのレジスタファイルを含むが、これらに限定されない。光ディスクの例は、ＣＤ（Compact Disk）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）、例えばＣＤ−ROM、ＣＤ−ＲＷ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＷ又はＤＶＤ−Ｒディスクを含む。コンピュータ可読記憶媒体は、コンピュータ装置によりネットワーク又は通信リンクを介してアクセス可能な種々の記録媒体も表す。例えば、データはモデムを介して、インターネットを介して、又はローカルエリアネットワークを介して読み出されても良い。コンピュータ可読記憶媒体という語句は、複数のコンピュータ可読記憶媒体である可能性もあると解されなければならない。（複数の）プログラムの様々な実行可能な構成部分が様々な位置に記憶されてよい。コンピュータ可読記憶媒体とはたとえば、同一の計算システム内での複数のコンピュータ可読記憶媒体であってよい。コンピュータ可読記憶媒体はまた、複数の計算システム又は計算装置にわたって分配されるコンピュータ可読記憶媒体であってもよい。
「コンピュータメモリ」又は「メモリ」は、コンピュータ可読記憶媒体の一例である。コンピュータメモリは、プロセッサに直接アクセス可能な如何なるメモリであっても良い。コンピュータメモリの例は、ＲＡＭメモリ、レジスタ、レジスタファイルを含むがこれらに限定されない。
「コンピュータ記憶装置」又は「記憶装置」は、コンピュータ可読記憶媒体の一例である。コンピュータ記憶装置は、如何なる不揮発性コンピュータ可読記憶媒体であっても良い。コンピュータ記憶装置の例は、ハードディスクドライブ、ＵＳＢサムドライブ、フロッピドライブ、スマートカード、ＤＶＤ、ＣＤ−ROM及び固体ハードディスクドライブを含むがこれらに限定されない。幾つかの実施形態では、コンピュータ記憶装置は、コンピュータメモリを含んでも良い。或いは逆も同様である。
本願明細書で用いられる「プロセッサ」は、プログラム又は機械が実行可能な命令を実行可能な電子部品である。「プロセッサ」を有する計算装置という場合、１より多いプロセッサを含むことも考えられ得るとして解されなければならない。計算装置という用語は、場合によっては、それぞれプロセッサを有するコンピューティング装置の集合体又はネットワークを表すとして解されなければならない。多くのプログラムは、同一のコンピューティング装置内にある又は複数のコンピューティング装置に渡って分散され得る複数のプロセッサにより実行される命令を有する。
本願明細書で用いられる「ユーザインタフェース」は、ユーザ又はオペレータにコンピュータ又はコンピュータシステムとの相互作用を可能にするインタフェースを含む。ユーザインタフェースは、情報又はデータをオペレータに提供し及び／又は情報又はデータをオペレータから受信しても良い。ディスプレイ又はグラフィカルユーザインタフェースへのデータ又は情報の表示は、オペレータへのデータの提供の一例である。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、ウェブカメラ、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、有線グローブ、ダンスパッド、リモコン、加速度形を通じたデータの受信は、全て、オペレータからの情報又はデータの受信の例である。
本願明細書で用いられる「ハードウエアインターフェース」は、コンピュータシステムのプロセッサが、外部計算デバイス及び/若しくは装置と相互作用し並びに/又は外部計算デバイス及び/若しくは装置を制御することを可能にするインターフェースを含む。ハードウエアインターフェースはまた、プロセッサが、外部計算デバイス及び/又は装置とデータのやりとりを行うことをも可能しうる。ハードウエアインターフェースの例は、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、シリアルポート、RS-232ポート、IEEE-488ポート、Bluetooth（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、制御電圧インターフェース、MIDIインターフェース、アナログ入力インターフェース、及びデジタル入力インターフェースを含むが、これらに限定されるわけではない。
磁気共鳴（ＭＲ）データは、本願明細書では、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る原子スピンにより放出された高周波信号の記録された測定値と定義される。磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）画像は、本願明細書では、磁気共鳴データに含まれる解剖学的データを再構成して２又は３次元的に視覚化したものと定義される。この視覚化は、コンピュータを用いて実行できる。
一の態様では、本発明は、磁気共鳴データを取得する磁気共鳴撮像システムを供する。当該磁気共鳴撮像システムは、前記磁気共鳴データの取得中に高周波パルスを発生させる複数の送信チャネルを備える高周波送信器を有する。前記磁気共鳴データの取得の際、一般的には大きな磁場が、原子又は分子内の磁気スピンを揃えるのに用いられる。続いて磁場勾配コイルが、前記スピンを空間的に符号化するのに用いられる磁場勾配を発生させるのに用いられる。最後に磁場勾配コイルが、磁気スピンの配向を操作するのに用いられる高周波パルスを送信するのに用いられる。前記スピンから放出される高周波を受けるのは同一のアンテナであっても良いし又は異なるアンテナであっても良い。
当該磁場共鳴撮像システムは、前記高周波送信器を高周波アンテナに対してインピーダンス整合させるように構成されたインピーダンス整合ネットワークを有する。前記インピーダンス整合ネットワークは、各アンテナポートでの前記インピーダンスの制御又は前記S行列の制御を行うため、各アンテナポート用に複数の整合回路を有する。
前記高周波アンテナは複数のアンテナ素子を有する。前記インピーダンス整合ネットワークは遠隔調節可能である。遠隔調節可能とは、前記インピーダンス整合ネットワークが離れたところから制御可能であることを意味する。これは、前記インピーダンス整合ネットワークの電子制御及び前記インピーダンス整合ネットワークの部品の遠隔機械調節も含んでよい。たとえばインピーダンス整合ネットワークはたとえば、電子制御の一例であるpinダイオードのようなもので制御されて良いし、又は、前記インピーダンス整合ネットワークの機械調節の一例である調節可能なキャパシタによって制御されても良い。
前記高周波送信器、前記インピーダンス整合ネットワーク、及び、前記高周波アンテナはすべて、同数のチャネル又は素子を有して良い。他の実施例では、前記高周波送信器、前記インピーダンス整合ネットワーク、及び、前記高周波アンテナは、それぞれ異なる数のチャネル又は素子を有して良い。たとえばマルチプレクサは、前記高周波送信器と前記インピーダンス整合ネットワークとの間で接続されて良いし、かつ/あるいは、マルチプレクサは、前記インピーダンス整合ネットワークと前記高周波アンテナとの間で接続されても良い。当該磁気共鳴撮像システムは、機械が実行可能な命令を記憶するメモリをさらに有する。
他の実施例では、前記インピーダンス整合ネットワークは、少なくとも2つのポート間での相互接続を有して良い。それによりチャネル間で（大きさと位相が）明確な出力の送信が可能となる。
当該磁場共鳴撮像システムは、前記機械が実行可能な命令を実行するプロセッサをさらに有する。前記プロセッサは、当該磁場共鳴撮像システムを制御するように構成される。
前記命令を実行することで、前記プロセッサは、前記高周波アンテナの一組の高周波特性を測定する。つまり、信号が前記高周波送信器を用いて送信され、前記プロセッサによる一組の高周波特性を可能にする測定が行われる。前記高周波特性は前記多素子アンテナの特徴を表す。前記高周波特性は、それぞれ異なる実施例においてそれぞれ異なる方法で測定されて良い。たとえば高周波受信器は、前記の送信された複数の信号を同時に測定する一方で、前記高周波送信器は放出する。あるいはその代わりに、反射が指向性カプラを用いて測定されて良い。この場合、当該磁気共鳴撮像システムはネットワークアナライザのような機能を有して良い。他の実施例では、複数のセンサが高周波の鎖内で分配されて良く、かつ、前記一組の高周波特性を測定するのに用いられる。当該MRIシステムはまた、MR法を用いることによって高周波特性として利用される磁場情報を取得して良い。
前記命令が実行されることで、前記プロセッサは、前記一組の高周波特性と高周波モデルを用いることによって整合ネットワーク命令を計算する。前記高周波モデルは、前記インピーダンス整合ネットワークと前記高周波アンテナを表す。たとえば前記高周波モデルは、SPICE、又は、前記高周波コイルのインピーダンス（マトリックス）特性及び磁場発生装置の厳密なモデル化を可能にする他のモデルであって良い。前記整合ネットワーク命令は、前記インピーダンス整合ネットワークを遠隔調節する命令−場合によっては複数の命令からなる一組の命令−である。さらに前記命令が実行されることで、前記プロセッサは、前記整合ネットワーク命令を前記インピーダンス整合ネットワークへ送ることによって前記インピーダンス整合ネットワークを調節する。
この実施例は特に有利となりうる。磁気共鳴データを取得するときに前記高周波アンテナをインピーダンス整合させることは有利だからである。前記高周波特性の測定、並びに、前記の測定された一組の高周波特性及び前記高周波モデルを用いて前記整合ネットワーク命令を計算することで、前記インピーダンス整合ネットワークの正確な調節が可能となる。複数の送信チャネル及び/又は受信チャネルを備える磁気共鳴撮像システムでは、一のチャネルの送信及び整合が、（残余カップリング(residual coupling)のため）他のチャネルの送信及び整合に影響を及ぼすことがある。概略してきた装置は、他のチャネルでのこれらの変化及び送信にもかかわらず正確なインピーダンス整合ネットワークを可能にする。
他の実施例では、当該磁気共鳴撮像システムはさらに、前記高周波アンテナを用いて前記磁気共鳴データを取得する高周波受信器を有する。前記高周波受信器は1つ又は複数の受信チャネルを有する。前記複数の受信チャネルは、前記複数の送信チャネルと同じ数を有して良い。あるいは前記複数の受信チャネルと前記複数の送信チャネルとはそれぞれ異なる数であっても良い。たとえば送信チャネルの数と受信チャネルの数が異なる場合には、マルチプレクサが用いられて良い。B1マッピングがコイルによって発生する磁場を測定する場合、1つの受信器しか必要ない。
他の実施例では、当該磁気共鳴撮像システムはさらに高周波発生装置を有する。前記高周波特性の少なくとも一部は、高周波送信器を用いて測定される。前記高周波発生装置は、高周波受信器、外部センサ、磁場プローブ、又は、当該磁気共鳴撮像システムを用いた磁場のB1測定によって検出可能な高周波信号を発生させるのに用いられて良い。一部の実施例では、前記高周波発生装置は前記高周波送信器と同一である。他の実施例では、前記高周波発生装置は、前記高周波送信器とは別個の発生装置である。前記高周波発生装置は、ネットワークアナライザの構成要素であっても良い。
他の実施例では、当該磁気共鳴撮像システムはさらにネットワークアナライザを有する。前記高周波特性の少なくとも一部は、前記ネットワークアナライザを用いて測定される。前記ネットワークアナライザはたとえばスイッチを用いることによって前記高周波鎖に接続されて良い。
他の実施例では、当該磁気共鳴撮像システムはさらに、前記高周波特性を測定する高周波特性測定手段を有する。前記高周波特性の少なくとも一部は、前記高周波特性測定手段を用いて測定される。本願において用いられる高周波特性測定手段は、前記アンテナの高周波特性を評価するのに用いることのできる任意の手段を含む。これはたとえば、ネットワークアナライザ、高周波試験装置、前記RF鎖内に分配された複数のセンサ、磁場センサ、及び/又は当該磁気共鳴撮像システム自身を含んで良いが、これらに限定されるわけではない。
前記高周波送信器と前記高周波受信器は、前記複数の送信チャネルのうちの少なくとも1つでの同時送信及び前記複数の受信チャネルのうちの少なくとも1つでの同時受信を行うように構成される。前記一組の高周波特性は、前記複数の送信チャネルのうちの少なくとも1つと前記複数の受信チャネルのうちの少なくとも1つを用いて測定されるS行列すなわち散乱行列を有する。この実施例は有利となりうる。その理由は、前記同時送信及び同時受信によって、当該磁気共鳴撮像システムが、ネットワークアナライザのように機能して、かつ、前記S行列を測定することが可能となるからである。高周波モデルと共に、前記S行列は、前記整合ネットワーク命令を正確に計算するのに用いられうる。
他の実施例では、前記インピーダンス整合ネットワークはさらに、前記高周波アンテナに対して前記高周波受信器をインピーダンス整合させるように構成される。
他の実施例では、当該磁気共鳴撮像システムはさらに複数の高周波センサの組を有する。前記高周波特性の少なくとも一部は、前記複数の高周波センサの組を用いて測定される。前記高周波特性は、少なくとも前記複数の高周波センサの組を用いて測定される。この実施例は有利となりうる。その理由は、前記複数の高周波センサを用いて前記高周波特性を測定することで、前記高周波アンテナの高周波特性の評価が可能となるからである。前記複数の高周波センサはたとえば、前記高周波送信器又は高周波発生装置が高周波信号を発生しているときに用いられても良い。
他の実施例では、当該磁気共鳴撮像システムは、B1マッピング法を用いて前記複数の送信コイル素子の応答を測定する。
他の実施例では、前記命令の実行によってさらに、前記プロセッサは、当該磁気共鳴撮像システムを用いることによって前記高周波送信器のB1シム設定を決定する。本願明細書において用いられるB1シム設定は、各送信チャネルのすべての励起の振幅と位相を含む複素ベクトルを含む。前記プロセッサは、当該磁気共鳴撮像システムへ命令を送る。前記命令は、当該磁気共鳴撮像システムに、所与の関心磁場(FOI)内での均一な励起のためのB1シム設定の計算に用いられうるデータを取得させる。前記命令の実行によってさらに、前記プロセッサは、整合ネットワークの調節を選択する。前記整合ネットワークは調節可能である。前記整合ネットワークの調節は、整合ネットワーク構成要素の設定又は機械的位置の変更である。
前記命令の実行によってさらに、前記プロセッサは、前記高周波モデルと前記整合ネットワークの調節を用いることによって前記一組の高周波特性と前記B1シム設定を変換する。前記整合ネットワークでの変更は、前記高周波特性と前記B1シム設定を変化させる。前記高周波モデルを用いることによって、これらの変化を計算することができる。前記命令の実行によってさらに、前記プロセッサは、前記の変換された一組の高周波特性と前記の変換されたB1シム設定を用いることによって変化した出力損失を計算する。前記の変化した出力損失が前記出力損失よりも小さい場合には、前記整合ネットワーク命令は、前記整合ネットワークの調節に従って計算される。この実施例は有利となりうる。その理由は、この実施例は、効率的な高周波放出を実現する整合ネットワーク設定決定手段を与えるからである。
他の実施例では、前記命令の実行によってさらに、前記プロセッサは、前記B1シム設定を再決定し、かつ、前記一組の高周波特性を再測定する。前記モデルは、前記の変換された高周波特性の値と前記の変換されたB1シム設定を計算するのに用いられた。最終的な整合ネットワークの調節が決定した後、又は、反復処理中、これらの計算された値は、当該磁気共鳴撮像システムを用いて行われた測定に対してチェックされて良い。
他の実施例では、前記出力損失は相対出力で、かつ、前記の変化した出力損失は相対的な出力損失である。
他の実施例では、前記命令の実行によって、前記プロセッサは、整合ネットワークの調節の選択と前記の変化した出力損失の計算を繰り返す。たとえば前記整合ネットワークの調節は、前記出力損失の変化が所定の閾値を下回るまで繰り返し計算されて良い。
他の実施例では、前記インピーダンス整合ネットワークは、前記複数のアンテナ素子からなる少なくとも1つの対を結合するように構成される。前記1つの対の結合は遠隔調節可能である。この実施例は有利となりうる。その理由は、一のアンテナ素子での送信は他のアンテナ素子での送信に影響を及ぼすことがあるからである。前記結合は様々な方法で調節されて良い。たとえば、抵抗すなわち実部インピーダンスが存在して良く、前記結合を供するのにキャパシタが用いられて良く、前記結合の調節に調節可能なインピーダンスが用いられて良く、又は、これらの組み合わせが用いられて良い。たとえば単純なネットワークが、前記複数のアンテナ素子へ向かうチャネルの対を接合するのに用いられて良い。この実施例は有利となりうる。その理由は、この実施例は、前記高周波アンテナのインピーダンス整合を良好にしうるからである。
他の実施例では、前記整合ネットワーク命令を計算する段階は、前記少なくとも1つの対間での結合を調節する命令を含む。この実施例は有利となりうる。その理由は、前記複数のアンテナ素子間での調節可能な結合は前記高周波モデルにおいてモデル化され、かつ、これは、前記インピーダンス整合ネットワークを適切に調節するのに用いられるからである。これは、前記整合ネットワークが調節され（前記結合の調節を含む）、画像を再構成するための磁気共鳴データの取得と交互に行われる場合に反復処理としてとして実行されて良い。
他の実施例では、前記少なくとも1つの対間での結合を調節する命令は、前記少なくとも1つの対間での結合を変化させる。前記結合は振幅と位相を有する。前記振幅及び/又は位相が変化することで、2つのチャネル間での結合の大きさが変化する。
他の実施例では、当該磁気共鳴撮像システムは前記高周波アンテナを有する。
他の実施例では、当該磁気共鳴撮像システムは主磁場を有する磁石を含む。本願明細書において用いられる主磁場は、磁気共鳴撮像を実行するのに十分強くて均一である磁場を含む。前記インピーダンス整合ネットワークは前記主磁場の外側に設けられる。これはたとえば、前記インピーダンス整合ネットワークの一部が前記アンテナに接して又はその付近に設けられる場合も含んで良い。たとえば半波長又は1/4波長の送信ラインが、前記高周波アンテナの素子と整合ネットワーク又はサブ整合ネットワークとを接続するのに用いられて良い。
他の実施例では、前記インピーダンス整合ネットワークは、前記高周波コイルと一体化される。
他の実施例では、前記インピーダンス整合ネットワークは、一組の分離した整合ネットワークを有する。各整合ネットワークは、前記複数の送信チャネル及び受信チャネルのうちの一と前記複数のアンテナ素子のうちの一との間で接続される。この実施例では、前記多チャネルシステムのインピーダンス整合ネットワークは、各独立して場合によっては単純な整合ネットワークを有する。これは、当該磁気共鳴撮像システムにおいて用いられる高周波チャネルの数を増やすことを可能にする。
他の実施例では、前記命令が実行されることでさらに、前記プロセッサは、当該磁気共鳴撮像システムを用いて前記磁気共鳴データを取得する。前記磁気共鳴データは、前記インピーダンス整合ネットワークが調節された後に取得される。これは有利である。なぜなら取得された画像すなわち磁気共鳴データは、前記高周波アンテナが適切にインピーダンス整合された後に取得されたからである。これは画像の品質を向上させることができる。一部の実施例では、前記高周波特性の取得すなわち測定及び前記磁気共鳴データの取得は反復される。周期的に当該磁気共鳴撮像システムを使用する間、前記一組の高周波特性が、取得された前記磁気共鳴データが最高品質であることを保証するように測定又は再測定されて良い。
本発明は、磁気共鳴データを取得する磁気共鳴撮像システムを供する。当該磁気共鳴撮像システムは、磁気共鳴データの取得中に高周波パルスを発生させる高周波トランシーバを有する。前記高周波トランシーバは複数の送受信チャネルを有する。前記高周波トランシーバは、前記複数の送受信チャネルの各々での同時受信及び送信を行うように構成される。あるいはその代わりに、前記高周波特性は、ハードウエア又はセンサの他の部分で測定されても良い。
当該磁気共鳴撮像システムはさらに、高周波アンテナに対して前記高周波トランシーバをインピーダンス整合させるように構成されたインピーダンス整合ネットワークを有する。前記高周波アンテナは複数のアンテナ素子を有する。前記高周波トランシーバは、前記複数のアンテナ素子の各々のために前記複数の送受信チャネルから選ばれる一のチャネルを有する。代替実施例では、前記アンテナ内のチャネルの数は送信チャネルの数よりも多くて良い。この場合、たとえば出力分配器及び/又は結合器が用いられて良い。前記インピーダンス整合ネットワークは遠隔調節可能である。
他の実施例では、当該磁気共鳴撮像システムはさらに、機械が実行可能な命令を実行するためにプロセッサ内に前記機械が実行可能な命令を記憶するメモリを有する。前記プロセッサは、当該磁気共鳴撮像システムを制御するように構成される。前記命令を実行することで、前記プロセッサは、たとえば前記高周波トランシーバを用いて前記高周波アンテナのS行列（散乱行列）を測定する。代替実施例では、本発明は、前記S行列を測定することんなく実現されて良い。たとえばMRI法によって取得された磁場マップが代わりに用いられても良い。重要な情報はまた、以下のうちの少なくとも1つのデータ組によって与えられ又は測定されうる。
− 前記単一のコイル素子の磁場マップ（B1マップ）
− 前記コイルのS行列
− 前記各独立した素子の磁場プローブ測定（磁場感度行列）、及び、
− 前記各独立した素子の電流測定
前記命令が実行されることでさらに、前記プロセッサは、前記S行列と高周波モデルを用いることによって整合ネットワーク命令を計算する。前記高周波モデルは、前記インピーダンス整合ネットワークと前記高周波アンテナを表す。前記命令が実行されることでさらに、前記プロセッサは、前記整合ネットワーク命令を前記インピーダンス整合ネットワークへ送ることによって前記インピーダンス整合ネットワークを調節する。
他の態様では、本発明は、機械が実行可能な命令を含むコンピュータプログラム製品を供する。前記機械が実行可能な命令は、磁気共鳴データを取得するため、当該磁気共鳴撮像システムを制御するプロセッサによって実行されることが意図されている。当該磁気共鳴撮像システムは、前記磁気共鳴データの取得中に高周波パルスを発生させる高周波送信器を有する。前記高周波送信器は複数の送信チャネルを有する。当該磁気共鳴撮像システムはさらに、高周波アンテナに対して前記高周波送信器をインピーダンス整合させるように構成されたインピーダンス整合ネットワークを有する。前記高周波アンテナは複数のアンテナ素子を有する。前記インピーダンス整合ネットワークは遠隔調節可能である。
前記命令が実行されることで、前記プロセッサは、前記高周波アンテナの一組の高周波特性を測定する。前記命令が実行されることでさらに、前記プロセッサは、前記一組の高周波特性と高周波モデルを用いることによって整合ネットワーク命令を計算する。前記高周波モデルは前記インピーダンス整合ネットワークと前記高周波アンテナを表す。前記命令が実行されることでさらに、前記プロセッサは、前記整合ネットワーク命令を前記インピーダンス整合ネットワークへ送ることによって前記インピーダンス整合ネットワークをい調節する。他の態様では、本発明は、磁気共鳴撮像システムを動作させて磁気共鳴データを取得する方法を供する。当該磁気共鳴撮像システムは、前記磁気共鳴データの取得中に高周波を発生させる高周波送信器を有する。前記高周波送信器は複数の送信チャネルを有する。
当該磁気共鳴撮像システムはさらに、高周波アンテナに対して前記高周波送信器をインピーダンス整合させるように構成されたインピーダンス整合ネットワークを有する。前記高周波アンテナは複数のアンテナ素子を有する。前記インピーダンス整合ネットワークは遠隔調節可能である。前記命令が実行されることで、前記プロセッサは、前記高周波アンテナの一組の高周波特性を測定する。前記命令が実行されることでさらに、前記プロセッサは、前記一組の高周波特性と高周波モデルを用いることによって整合ネットワーク命令を計算する。前記高周波モデルは前記インピーダンス整合ネットワークと前記高周波アンテナを表す。前記命令が実行されることでさらに、前記プロセッサは、前記整合ネットワーク命令を前記インピーダンス整合ネットワークへ送ることによって前記インピーダンス整合ネットワークを調節する。
他の実施例では、当該磁気共鳴撮像システムは撮像領域を有する磁石を含む。当該磁気共鳴撮像システムは、前記撮像領域から取得される。当該方法はさらに、前記一組の高周波特性を測定する前に前記撮像領域内に対象物の少なくとも一部を設置する段階を有する。この実施例は特に有利となりうる。その理由は、対象物が前記高周波アンテナ付近の前記撮像領域内に設置されるときには、これによって前記高周波アンテナのインピーダンスが変化しうるからである。前記対象物を設置しながら前記高周波アンテナのインピーダンスを前記高周波送信器に整合させる結果、インピーダンス整合は良好となり、ひいては画像の品質が良好となりうる。
前記磁気共鳴データは基本的には前記撮像領域から取得される。しかし典型的には前記磁気共鳴データを用いた画像構成にはフーリエ法が用いられる。このため、前記撮像領域外での磁気スピンは前記画像に影響を及ぼす可能性がある。従って撮像関心領域が前記撮像領域内に存在するが、前記撮像領域外の磁気スピンについいてもまた、該磁気スピンの磁気共鳴データが取得される。
他の態様では、本発明は、磁気共鳴データを取得するように構成された高周波アンテナを供する。前記高周波アンテナは複数のアンテナ素子を有する。前記複数のアンテナ素子は送信用に構成される。一部の実施例では、前記複数のアンテナ素子は送受信用に構成される。前記高周波アンテナはインピーダンス整合ネットワークを有する。前記インピーダンス整合ネットワークは遠隔調節可能である。前記インピーダンス整合ネットワークは、複数の送信チャネルを備える高周波送信器と接続するように構成される。
本発明の実施例による方法を表す流れ図を示す。 本発明の他の実施例による方法を表す流れ図を示す。 本発明の実施例による磁気共鳴撮像システム300を表す。 第1ボランティアについての高周波アンテナでの計算された出力レベルと整合ネットワークのプロットを示している。 第2ボランティアについての高周波アンテナでの計算された出力レベルと整合ネットワークのプロットを示している。 第3ボランティアについての高周波アンテナでの計算された出力レベルと整合ネットワークのプロットを示している。 第4ボランティアについての高周波アンテナでの計算された出力レベルと整合ネットワークのプロットを示している。 中に何もないコイルについての高周波アンテナでの計算された出力レベルと整合ネットワークのプロットを示している。 図6でプロットされたデータを示すことで、コイル素子間での調節可能に制御された結合/分離ネットワークの利点を表す。 図9と同一のデータに、分離のみで整合ネットワークを調節しないアンテナでの前進出力を加えたものを示している。 流体力学的に調節されたキャパシタの例を示している。 高周波コイルの直接調節の例を表している。 本発明の実施例によるソフトウエアツールの機能を表すブロック図を示している。 本発明の実施例による磁気共鳴撮像システムの高周波システムの例を示している。 本発明の他の実施例による磁気共鳴撮像システム用の高周波システムの例を示している。 本発明の他の実施例による磁気共鳴撮像システム用の高周波システムの例を示している。 本発明の実施例において用いることが可能なl型整合ネットワークの例を示している。 本発明の実施例において用いることが可能なl型整合ネットワークの他の例を示している。 本発明の実施例において用いることが可能な誘導整合ネットワークの他の例を示している。 本発明の実施例において用いることが可能なπ型整合ネットワークの他の例を示している。 本発明の実施例において用いることが可能なt型整合ネットワークの他の例を示している。 本発明の実施例において用いることが可能な送信線を利用する整合ネットワークの他の例を示している。 本発明の実施例において用いることが可能な2種類以上の周波数について利用可能な二重周波数整合ネットワークの他の例を示している。 本発明の実施例による一組の高周波センサを表している。 本発明の他の実施例による一組の高周波センサを表している。 本発明の他の実施例による一組の高周波センサを表している。 本発明の他の実施例による一組の高周波センサを表している。
以降では本発明の好適実施例について図を参照しながら説明する。
図中の同様の番号が付された素子は同一の素子であるか又は同一の機能を実行する。先に述べた素子は、その機能が同一である場合には、以降の図で述べられないこともある。
図1は、本発明の実施例による方法を表す流れ図を示している。段階100では、高周波アンテナの一組の高周波特性が、少なくとも高周波送信器を用いて測定される。続いて段階102では、整合ネットワーク命令が、一組の高周波特性と高周波モデルを用いることによって計算される。最後に段階104では、整合ネットワーク命令が、整合ネットワークに送られる。その後整合ネットワーク命令は、インピーダンス整合ネットワークを調節する。
図2は、本発明の他の実施例による方法を表す流れ図を示す。最初に段階200では、高周波アンテナの一組の高周波特性が、少なくとも高周波送信器を用いて測定される。続いて段階202では、整合ネットワーク命令が、一組の高周波特性と高周波モデルを用いることによって計算される。続いて段階204では、整合ネットワーク命令が、整合ネットワークに送られる。これによりインピーダンス整合ネットワークが調節される。最後に段階206では、磁気共鳴データが、磁気共鳴撮像システムを用いることによって取得される。たとえばプロセッサは、当該磁気共鳴撮像システムに磁気共鳴データを取得させる命令を生成して良い。図2では、この方法は任意で反復される。磁気共鳴データの取得後、当該方法は段階200へ進むことによって繰り返して良い。
図3は、本発明の実施例による磁気共鳴撮像システム300を表す。磁気共鳴撮像システム300は磁石302を有する。磁石302は、中心を突き抜けるボア304を有する円筒形超電導磁石である。磁石302は、超伝導コイルを備える液体ヘリウムで冷却されるクライオスタットを有する。永久磁石又は抵抗性磁石を用いることも可能である。様々な型の磁石を用いることも可能である。たとえば分割型円筒形磁石と所謂オープンマグネットの両方を用いることも可能である。分割型円筒形磁石は標準的な円筒形磁石と同一である。ただしクライオスタットが磁石の等表面へアクセスできるように2つの部分に分割されることと、そのような磁石はたとえば荷電粒子ビーム治療と併用されうることは異なる。オープンマグネットは2つの磁石部分を有する。一の部分は他の部分の上方に位置する。一の部分と他の部分との間の空間は、対象物を受け入れるのに十分広い。2つの部分の配置はヘルムホルツ型コイルに似ている。オープンマグネットは普及している。その理由は、対象物が閉じこめられないからである。円筒形磁石内部では、超伝導コイルの一群が存在する。円筒形磁石302のボア304内部では、磁場が、磁気共鳴撮像を実行するのに十分強くて均一な撮像領域328が存在する。
磁石302のボア304の内部では、磁気共鳴データを取得して、磁石の撮像領域内部で磁気スピンを空間的に符号化するのに用いられる一組の磁場勾配コイル306も存在する。磁場勾配コイルは、磁場勾配コイル電源308に接続される。磁場勾配コイル306は典型例である。一般的には、磁場勾配コイルは、3つの直交する空間方向において空間的に符号化する各分離したコイルの組を含む。磁場勾配電源は、磁場勾配コイルへ電流を供給する。磁場コイルへ供給される電流は、時間の関数として制御され、かつ、増大しても良いし又はパルス状であっても良い。
撮像領域328に高周波アンテナ310が隣接している。この例では、高周波アンテナ310は、第1アンテナ素子312、第2アンテナ素子314、第3アンテナ素子316、及び第4アンテナ素子318を有する。アンテナ素子312、314、316、及び318はすべて、インピーダンス整合ネットワークと接続する。インピーダンス整合ネットワーク320はトランシーバ322と接続する。トランシーバ322は送信器324と受信器326を有する。代替実施例では、整合ネットワークは送信器324にのみ接続している。受信器326は、別個の受信コイルと接続しても良い。対象物330は、対象物支持体332上に載置され、かつ、その一部は撮像領域328内に位置する。対象物330が撮像領域328内に位置するとき、対象物330は、アンテナ素子312、314、316、及び318のインピーダンスに影響を及ぼす。
整合ネットワーク320、トランシーバ322、及び磁場勾配コイル電源308はすべて、コンピュータ334のハードウエアインターフェース338と接続する。コンピュータはさらに、ハードウエアインターフェース338、ユーザーインターフェース340、コンピュータ記憶媒体342、及びコンピュータメモリ344と接続するプロセッサ336を有する。ハードウエアインターフェース338とプロセッサ336は、様々な構成要素に対してデータを送受信すること及び磁気共鳴撮像システム300を制御することが可能である。
コンピュータ記憶装置342内には磁気共鳴データ346が記憶される。磁気共鳴データ346は、磁気共鳴撮像システム300を用いることによって取得された。コンピュータ記憶媒体342はさらに、磁気共鳴データ346から再構成された磁気共鳴画像348を含むものとして示されている。コンピュータ記憶媒体342はさらにパルス列350を含むものとして示されている。本願明細書において用いられているパルス列は、磁気共鳴データ346の取得を可能にする磁気共鳴撮像システム300用の一組の命令を含む。パルス列は、順次発せられる命令を表すタイムラインとして記憶されて良いし、又は、機械が実行可能な形式で記憶されても良い。パルス列350は、タイムラインの形式でユーザーインターフェース340上に表示されて良い。
コンピュータ記憶装置はさらに、測定された一組の高周波特性352を含むものとして示される。高周波特性352はたとえば、S行列又は高周波センサを用いて取得された他の測定であって良い。高周波センサはこの図には表されていない。送信器324と受信器326を適切なソフトウエアによって同時に使用することで、プロセッサ336は、トランシーバ322を用いてS行列を測定することが可能となる。整合ネットワーク命令354は、アンテナ素子312、314、316、及び318のインピーダンス整合を調節するようにプロセッサ336がインピーダンス整合ネットワーク320へ送ることのできる（一組の）命令である。
コンピュータメモリ344は制御モジュール360を含むものとして示されている。制御モジュール360はコンピュータにより実行可能なコードを含む。前記コンピュータにより実行可能なコードは、プロセッサ336に、磁気共鳴撮像システム300の動作と機能を制御させることを可能にする。コンピュータメモリ344はさらに、画像再構成モジュール362を含むものとして示される。画像再構成モジュール362はコンピュータにより実行可能なコードを含む。前記コンピュータにより実行可能なコードは、磁気共鳴データ346を磁気共鳴画像348へ再構成することを可能にする。コンピュータメモリ344はさらに高周波測定モジュール364を含む。高周波測定モジュール364はコンピュータにより実行可能なコードを含む。前記コンピュータにより実行可能なコードは、プロセッサ336に、磁気共鳴撮像システム300の構成要素を使用させることで一組の高周波特性352を測定することを可能にする。コンピュータメモリ346はさらに、高周波モデル366を含むものとして示される。高周波モデル366は、高周波特性352を入力として利用して、かつ、インピーダンス整合ネットワーク320及び/又は高周波アンテナ310の正確なモデル化を可能にするモデルである。コンピュータメモリ344はさらに、整合ネットワーク命令生成モジュール368を含むものとして示されている。整合ネットワーク命令生成モジュール368は、高周波モデル366と測定された一組の高周波特性352を用いて、整合ネットワーク命令354を生成する。
磁気共鳴撮像においては、高周波(RF)送受信用にアレイを設計するという明確な傾向が存在する。今日、多チャネル送信の診療用途は3テスラでのRFシミングである。その理由は、波の伝播効果が、多くの患者に大きすぎるB1磁場の不均一性を生じさせてしまうためである。RFシミングによって、波の伝播効果が関心体積内に存在しても診療調査が可能となる。RFシミングの基本的な考え方は、様々な送信場に各異なる形状、位相、及び振幅を重ねることで、結果として得られる送信場の振幅が所望のFOV内部で均一になることである。それらの送信場は一般的には送信コイルアレイによって生成される。そのような送信コイルアレイの開発における複数の課題のうちの一は、係るコイルの出力効率の増大である。
具体的には2つの効率値が関心対象である。
Figure 0006430249
 B1：スピン励起に必要な（複数の）参照点でのRF磁場
Pn:チャネルnを介して印加されるピーク出力
Pn,max:単一チャネルでの最大出力で、Pn,max=max(Pmax,n=1…N)
N:利用可能なチャネル数
sp:対応する効率値
spsumの値を大きくするように設計することが有利で、spmaxも重要である。患者が異なると、同一のチャネルでも最大出力が常に起こるとは限らない。そのためRF増幅器はPn,max用に設計されなければならない。使用される出力値が大きく異なる場合、設定されたRF出力が非効率的に利用されることになる。いずれの値も既にRFシミング計算において考慮されていて、実現される均一性、合計出力、及び最大出力との間での妥当なトレードオフを探すことは可能である。
しかし以下のようにして解決されるべきコイルの不完全性が残されている。アレイが非効率的となるには2つの理由がある。
−コイル素子が供給システムのインピーダンス（たとえば50Ω）に対して適切に整合されていないため、出力がコイルのポートで反射される
−出力が、アレイを構成する一の素子から他の素子へ結合され、かつ、そのアレイの他の場所から離れてしまう
この損失出力は2つの欠点を有する。第1には、多チャネルシステムがより出力の大きなRF増幅器（より大きな合計RF出力）を必要としてしまうことである。第2には、この出力は正しくない方向に伝播し、RF増幅器の動作を阻害するおそれがあることである。従って高価なアイソレータ（各アイソレータはサーキュレータと偽の負荷から構築されて良い）が、増幅器を保護するのに用いられなければならない。
通常、送信コイルアレイの調整、分離、及び整合は、固定された幾何学構造と推定される典型的な負荷−たとえば腹部撮像における平均的な体重の患者−で最適化される。負荷又はコイル幾何学構造（可撓性アレイ）の変化が異なれば、係るコイルの効率に影響する場合がある。
さらに反射と結合が重なり合うことで、係るアレイの出力効率は印加される相対振幅と位相にも依存しうる。より詳細には、印加される強さと位相が合計の信号（反射信号と結合信号）を打ち消しあうことでコイルが残される限り、ミスマッチが強くて結合も強いコイルアレイは、少なくとも特別な供給状況において非常に効率的となりうる。
本発明の実施例は、出力が効率的に利用されるようにコイルアレイの整合/調整/分離を調節する方法及び対応するハードウエアを供する。
波の振幅ベクトル（「シム設定」はRFシミング計算の結果得られる）を、N個の成分（チャネル数/コイル素子）を有する複素ベクトルaで表すことにする。
aの単位はワットの平方根で、かつ、aHaは送信出力である。送信出力は増幅器によって生成される（aHはaの複素共役を意味する）。コイルの反射及び透過は所謂散乱行列Sによって表される。コイルを飛び出す信号は波数ベクトルb=Saによって表される。損失出力は、bHb=aHSHSaによって与えられる。今日、Sのすべての入力を可能な限り小さくすることで反射/透過出力bHbが小さくなるように、RFコイルは作られる。しかし完全な整合と分離は、可能ではなく、かつ個々の患者に依存する。本発明では、各独立するコイルチャネルの可変整合を利用することで相対出力損失(bHb)/(aHa)=(aHSHSa)/(aHa)を減少させる。基本的特性は、各独立するチャネルの可変整合ネットワークである。係る一組の整合ネットワークによって、出力の反射/透過が全く起こらないように常に整合させることが可能であることが示され得る。係る整合ネットワークは、コイル散乱行列Sを新たな行列Stに変換する。同様に供給ベクトルaは新たなベクトルatに変換される。この方法は、励起されるパターンから独立していることに留意して欲しい。実現可能な均一性と出力効率との間での妥協点を探す必要はない。しかしそのような妥協点を探すことは排除されない。
整合ネットワークの調整方法について次に述べる。変換された波の振幅ベクトルatが（特異）行列St HStの固有値0に対する固有ベクトルとなるように、整合は行われなければならない。スカラー−つまり一次元−の一般無損失逆整合ネットワークは3の自由度を有する。しかし整合ネットワークに沿った位相シフトは出力レベルを変化させないので、2つの有意なパラメータしか存在しない。これらは、整合ネットワークの出力側（コイル入力と接続される）での複素反射係数によって表されて良い。rn=(bn/an)Hによってこれらを選択することによって、整合の入力側での反射は消滅する。これは単一の出力レベルと全体的な出力レベルの両方を減少させる。
図4〜図7は、現在のMBC60（8チャネルのボディコイル多送信システム）での4人のボランティアについてのこの効果を示している。コイルは最初ボランティアD用に調整及び整合された（図7参照）。その結果その負荷についての効果は小さかった。しかし他のボランティアについては、すべての出力レベルは減少し、かつ、全体の出力は最大20%減少した。整合のため、理想的に整合した場合には反射出力は存在せず、高進出力が減少した。図は最適化された腹部シム設定について計算された。しかしその効果はHWCでのものと非常に似ている（HWCとは「ハードウエア互換性モード」を意味し、一定振幅で隣接するチャネルでの一定の位相差に関連づけられる）。
図4は、ボランティアA用の高周波アンテナ及び整合ネットワークでの出力レベルを示している。400の番号が付されたX軸は8つの異なるチャネルを示している。Y軸402は前進出力又は反射出力のいずれかを示している。406の番号が付された曲線は、高周波アンテナでの前進出力である。408の番号が付された曲線は、整合ネットワークの整合方法を用いたアンテナでの前進出力である。410の番号が付された曲線は整合ネットワークでの反射出力を示している。412の番号が付された曲線は、本発明の実施例による方法を適用した整合ネットワークでの反射出力を示している。この図から、反射出力が約12.8%減少しているのがわかる。
図5は、第2のボランティアであるボランティアBについての前進出力と反射出力を示している。X軸500は図5でも8つのチャネルを示している。Y軸502は前進出力と反射出力を示している。506の番号が付された曲線はアンテナでの前進出力である。508の番号が付された曲線は、本発明の実施例による方法を適用したアンテナの前進出力である。510の番号が付された曲線は整合ネットワークでの反射出力を示している。512の番号が付された曲線は、本発明の実施例による方法を適用した整合ネットワークでの反射出力を示している。
図6は、第3のボランティアであるボランティアCについての出力レベルを示している。X軸には600の番号が付され、かつX軸は図6でも8つの異なるチャネルの前進出力と反射出力602を示している。606の番号が付された曲線はアンテナでの前進出力である。608の番号が付された曲線は、本発明の実施例による方法を適用したアンテナの前進出力である。610の番号が付された曲線は整合ネットワークでの反射出力を示している。612の番号が付された曲線は、本発明の実施例による方法を適用した整合ネットワークでの反射出力を示している。この図から反射出力が約17.9%減少していることがわかる
図7は、第4のボランティアであるボランティアDについての出力レベルを示している。X軸700は図7でも8つの異なるチャネルの前進出力と反射出力702を示している。706の番号が付された曲線はアンテナでの前進出力である。708の番号が付された曲線は、本発明の実施例による方法を適用したアンテナの前進出力である。710の番号が付された曲線は整合ネットワークでの反射出力を示している。712の番号が付された曲線は、本発明の実施例による方法を適用した整合ネットワークでの反射出力を示している。この場合、反射出力の出力レベルが約8.3%減少した。
図8は、図4〜図7に図示されたシミュレーションで用いられたのと同一のシステムのシミュレーションを示している。ただしこの場合のシステムは中に何もないコイルである。X軸800は8つのチャネルの各々の出力レベルを示している。曲線806はアンテナでの前進出力を示している。曲線808は、本発明の実施例による整合方法を適用したアンテナの前進出力を示している。曲線810は、整合ネットワークの反射出力を示している。曲線812は、本発明の実施例による整合方法を適用した反射出力を示している。この場合、反射出力は約32.8%減少した。
図4〜図7が表しているように、反射出力は減少するが、残りの出力レベルは依然として非常に変化する。これは整合だけを採用しただけでは解決できない。しかし本発明の一部の実施例は、結合/分離ネットワークを調整可能に制御する（1つの素子につき1つのパラメータ）。結合を制御するために1つの素子につき1つの自由パラメータを仮定することで、出力がコイル素子に沿って等しく分配されるようにコイルを調節することができる。これは図9,10に表されている。
図9は、コイル素子間での結合/分離ネットワークを調整可能に制御する利点を表している。図9は、図6でも図示されたようにボランティアCのデータを示している。この場合、様々なチャネル間での分離と整合の両方が適用された。曲線908は、本発明の実施例による分離及び整合を適用したアンテナでの前進出力を示している。曲線912は、本発明の実施例による分離及び整合を用いた整合ネットワークでの反射出力を示している。この場合、曲線908は、図6の曲線608とは反対に一定の前進出力を有する。このことは、インピーダンス整合ネットワーク内の複数のアンテナ素子の対を結合することの利点を表している。
図10は図9と同一のデータを示している。ただし図10では、アンテナでの前進出力は、整合前の分離した状態しか示されていない。曲線1012は、分離のみを用いて本発明の実施例による整合を適用しない整合ネットワークの反射出力を示している。図10は、分離と調節可能な整合の両方を実行することの利点を表している。
上述した知見によって、要求される公称出力の減少させ、さらにはRF鎖におけるサーキュレータを省略することも可能である。しかし送信コイルの構成要素の調整、整合、及び分離は調節可能でなければならない。これは複数の異なる手段によって実現されて良い。
最初に、バラクタダイオードが、送信器コイルに対するインピーダンス整合を調節するのに用いられて良い。これらの構成要素では、キャパシタンスが、バイアス電圧を調節することによって所望の範囲内で調節されうる。ダイオードのオーム性抵抗からの追加の雑音が望ましくない受信の場合とは反対に、送信の場合での追加の損失は無視できる（少なくとも実現可能な利得と比較して）。通常、バラクタダイオードの利用は、必要なピーク出力が高いために制限されるが、チャネル数が増加することで、チャネルあたりのピーク出力は減少する（アクチュエータを流れる電流と電圧と共に）。
機械的に調整可能な装置もまた、送信コイルに対するインピーダンス整合を調節するのに用いられて良い。キャパシタのインピーダンスとインダクタンスは機械的に変更することができる。調節可能な（非）磁性コアを備える調整可能な円筒キャパシタ又はインダクタンスは広く知られている。駆動機構としてたとえば以下のものが用いられて良い。
− 長距離にわたるボーデンケーブルを介して調整又は接続される構成要素に直接設けられた直線又は半径モータ
− バイメタルアクチュエータ
− 光学的に可変なキャパシタOVC
− 流体力学アクチュエータ
− B0磁場を用いて少なくとも第2電磁石に対するトルクを発生させることによる調節
図11は、本発明の実施例による整合ネットワークを調節するのに用いられる流体力学的に調整されるキャパシタの例を示している。キャパシタ1100は第1チャンバ1102と第2チャンバ1104を有する。2つのチャンバ1102,1104内での相対圧力を調節することによって、誘電体1106は、2つのキャパシタ板1108の間で前後に移動する。管はキャパシタ1100の電極1108の間に設けられる。圧力p1とp2の圧力を調節することによって、誘電体はキャパシタンスCを調節するようにチャンバに対して出入りしうる。複数の変化型が実装されて良い。
− 誘電体はキャパシタンスをも変化させる金属であって良い。
− 当該方法は、インダクタンスの（非）磁性コアにも機能する。
− 管はp2の一面で閉じられ、p2の空間は圧縮可能ガスで充填されて良い（そのときはp1しか調節してはならない）。
− 管はp2の面で開いていて、（圧縮ガスの代わりとなる）リセット力がバネによって実現されて良い。
上述のように一片の固い素子を調節する代わりに、RFコイルが調節されても良い。たとえば図12は、高周波コイルの直接調整の例を示している。この例では、ピエゾアクチェータ1202が1204に示された方向に移動する。ピエゾアクチェータ1202が移動することで、TEM素子1206が移動し、それにより素子1206の調整が変更される。
上述したように、コイルの整合と分離の調整は、コイル自体の内部又はその集中素子上で直接調節されて良い。しかし調整、整合、及び分離は遠隔的にも可能であることが示された。以降の記載を参照することで、分離ネットワークが、nλ/4ケーブルを介してコイルに接続する2つの方法が説明されている。さらにコイルにコイルを統合することで、アクチュエータすなわ能動的調整の一部は、増幅器自体の構成要素の一部ーたとえば出力整合ーであって良い。
S行列の測定及び最適化は、システム上に既に存在するハードウエアによって数秒以内で実行されて良い。B1マッピングのようなMRI測定は必要ない。
図13は、本発明の実施例を実行するソフトウエアツールの機能を表すブロック図を示している。段階1300では、搬入されたコイルの散乱行列が測定される。段階1302では、MRIに必要とされる多チャネルコイルの駆動設定が決定される。駆動設定は、高周波コイルに印加されるRFの大きさと位相を含む。3の段階では、現在の整合ネットワーク設定が決定される。4の段階では、整合ネットワークの調整における調節が決定される。1306は、たとえば調整ネットワークのような適合可能ネットワークのS行列又はそのモデルを表している。1308の番号が付されたブロックは、搬入されたコイルのS行列を表す。5の段階では、調整の要求がアクチュエータ信号に変換される。最終的に6の段階では、整合ネットワーク用のアクチュエータは、その信号を受け、かつ、異なる位置に変化する。段階1303,1304,1310,1312は、ループ内で繰り返されてよい。これらの段階はさらに以下のようにまとめることができる。
1.コイルの散乱行列（S行列）の測定1300。これは他の用途から既知である。測定は、線形の独立した他チャネルRFパルスで構成される。前記RFパルスは、送信鎖を介して送られ、かつ、専用受信チャネルによって観測される。この段階の最新のものは、S行列自体だけではなく、コイル内の磁場B1をも考慮する。最近測定は、増幅器によって供給されるポートでのSパラメータを適切に調節することは、必ずしもシステムの効率的な機能を意味しないことを示してきた。これを測定するため、S行列は、たとえば線形の独立した他チャネルRFパルスを印加しながらB1マッピング又はFIDサンプリング実験の間に測定されてよい。
2.撮像要件から得られる要求される駆動設定の結果1302は、事前に設定されたものと考えることができる。
3.適応可能な整合ネットワークの状態1303は、既知であるかまたは所定状態に設定されなければならない。
4.入力パラメータ1304及び適応可能ネットワークの幾何学構造に従って、調整の要求つまりキャパした又はインダクタの増大又は減少の量は計算される。
5.調整の要求1310はアクチュエータ信号に変換される。たとえばある量のバラクタダイオードのキャパシタンスに到達するのに必要な電圧が決定される。これは、ルックアップテーブル(LUT)として実現されてよい。
6.実際のアクチュエータ1312は、その調整信号を受け、かつ、必要に応じてネットワーク特性を変更する。
1〜6は、測定前又はMRI実験と並行して行われてよい。
図14は、本発明の実施例による磁気共鳴撮像システム用の高周波システムの例を示している。一群の高周波送信器1400が示されている。各高周波送信器1400は各独立する整合ネットワーク1402に接続する。各整合ネットワーク1402は各独立する高周波コイル素子1404に接続する。適応性整合ネットワーク1402は増幅器1400とコイル1404との間に設けられる。各コイルチャネル1404はそれぞれの整合ネットワーク1402を有する。ネットワークは、中央制御によって独立に機能する。
図15は、本発明の実施例による磁気共鳴撮像システム用の他の高周波システムの例を示している。図15では、一群の高周波送信器1500が存在する。各高周波送信器1500は各独立する整合ネットワーク1502に接続する。整合ネットワーク1502は一群の各独立するケーブルを介して多素子磁気共鳴アンテナ1504に接続する。各独立するRF増幅器1500は、共通の整合ネットワーク1502に接続する。ここではネットワーク内部の他のチャネルへの相互接続も可能である。
図16は、本発明の実施例による磁気共鳴撮像システム用の他の高周波システムの例を示している。図16では、一群の高周波送信器15600が存在する。各独立する高周波送信器1600は、整合ネットワークと多素子磁気共鳴アンテナの結合体1602に接続する。整合ネットワークとコイルの結合体1602は区別できない。このバージョンは、追加の（損失性又は抵抗性）構成要素を追加するのではなくコイル自体を適応させるのも有利となりうると考えられる。
図17は、本発明の実施例として用いられうるL型整合ネットワーク1700の例を示している。整合ネットワークは入力1702と出力1704を有する。
図18は、L型整合ネットワーク1800の代替実施例を示している。整合ネットワーク1800は入力1802と出力1804を有する。
図19は、一般的な（補償された）誘導整合ネットワーク1900を示している。整合ネットワーク1900は入力1902と出力1904を有する。整合ネットワーク900は、本発明の実施例によるインピーダンス整合ネットワークとして用いられてよい。
図20は、本発明の実施例による3つの応答素子を備えるπ型整合ネットワーク2000を示している。整合ネットワーク2000は、本発明の実施例によるインピーダンス整合ネットワークにおいて用いられてよい。整合ネットワーク2000は入力2002と出力2004を有する。
図21は、本発明の実施例による3つの応答素子を備えるT型整合ネットワーク2100を示している。整合ネットワーク2100は、本発明の実施例によるインピーダンス整合ネットワークにおいて用いられてよい。整合ネットワーク2100は入力2102と出力2104を有する。
図22は、一般的には1/4波長の一連の送信線を用いた整合ネットワーク2200を示している。整合ネットワーク2200は入力2202と出力2204を有する。整合ネットワーク2200は、本発明の実施例による整合ネットワークを構築するのに用いられ、かつ、2つの位置間構成要素を分割するのに用いられてよい。
図23は、2種類以上の周波数-たとえば水素とリン-で用いられうる二重周波数整合ネットワークを示している。整合ネットワーク21300は入力21302と出力2304を有する。
図17〜図23に示された整合ネットワークでは、1つ以上のキャパシタが調節可能なインダクタ又はキャパシタに置き換えられることで、様々なインピーダンスが整合可能となるように各対応する整合ネットワークが調節可能となる。図24〜図27は、本発明の実施例による高周波センターの様々な例を示している。
図24では、高周波源2400が、高周波鎖2402を介してアンテナ2404に接続された状態で示されている。高周波源2400は高周波送信器及び/又は高周波発生装置であって良い。高周波鎖は送信器とアンテナ2404との間の構成要素である。これには、送信線、整合ネットワーク、及び他の構成要素が含まれてよい。図24では、高周波源2400の近くに設けられる前進出力の指向性結合器2006と反射出力の指向性結合器2408の例が存在する。これらの2つの指向性結合器2406と2408は高周波センサの例である。測定はすべての高周波源2400の出力上に設けられてよい。
アンテナと整合ネットワークのRF特性は様々な方法で評価されてよい。S行列すなわち散乱行列が測定されてよい。
それに加えて応答行列が十分にわかるまで、線形独立の駆動設定用の前進出力と反射出力が測定される。これは、指向性結合器及び/又はRFスイッチによって実現可能である。鎖の減衰及び位相が既知である場合、FWD及びREEL出力結合器は、同一の位置に存在しなくてよい。S行列から、周知のインピーダンス、アドミタンス、又はABCD行列が計算されてよい。
他のハイブリッド型行列が測定されても良い。典型的な定義とは異なり、増幅器での前進出力とその結果生じるアンテナ素子内での電流が測定されても良い。両者の間には線形関係も存在する。その関係は行列で書き表すことができる。この行列は「システム行列」と呼ばれる。素子は、典型的な単位であるオーム、シーメンス、又はW（√W）を有しなくても良い。
素子の電流は、MRIアンテナに取り付けられた小さなループアンテナを用いて測定されてよい（係るピックアップコイルはMRIにおいて既知である）。小さなループとMRIアンテナとの間での結合は弱いが明確なレベルである。さらに測定は、小さな電流/電圧をAD変換器に結合するようにアンテナ内部に直接結合する結合器を用いて行われてよい。
図25は図24に示された実施例に似た実施例を示している。しかしこの実施例では、反射出力指向性結合器が分配されている。反射出力し構成結合器2506は、高周波源2400付近ではなくアンテナ2404の付近に設けられる。
図26は本発明の実施例による高周波センサの他の組を示している。図26は図24と似ている。この場合、反射出力指向性結合器2406は、アンテナ素子2404付近のアンテナ2610に置き換えられた。
図27は本発明の実施例による高周波センサの他の組を示している。図27に示された実施例は図24に示された実施例と似ている。この場合、検知アンテナ2610は、アンテナ2710上に直接鋳型形成されたアンテナに置き換えられた。たとえば容量性電圧ディバイダが、アンテナ上で電圧を直接測定するのに用いられてよい。図24〜図27に示された様々な実施例は、より包括的な高周波センサの組を構成するように結合されてよい。それに加えて、図24〜図27に示された様々な実施例では、多素子アンテナは相互に結合する傾向にあることに留意して欲しい。この結合はコイル設計において様々な方法を用いることによって補償されて良い。しかしたとえば、結合が走査された患者に依存するので、結合は残る。これは以下のように説明することができる。
（たとえばS行列から計算される）インピーダンス行列Zは次式のようになる。
Figure 0006430249
 ここでU1とU2は電圧である。I1とI2はコイルの供給点での電流である。（ここでは簡明を期すために2点のみについてインピーダンス行列が書かれる）結合しないとき、S行列は対角行列である。見てわかるように、同じことは対応するZ行列にも当てはまる。結合が打ち消される場合、次式が成立する。
Figure 0006430249
 入力インピーダンスは次式のようになる。
Zin=U1/I1=Z11
そしてポート2での信号を知らなくてもZinを50Ωに整合することは可能である。
結合が存在する場合、Zinは次式ののようになる。
Figure 0006430249
 U2が既知である場合、Zinは標的にZ0（たとえば50）Ωしかもたらさない。またZinはU2と共に変化する。入力インピーダンスは、（アンテナと患者に依存する）Z行列と（撮像設定に依存する）他のポートでの駆動信号に依存して整合されて良い。
整合を一般化することも可能である。つまり、各ポートで孤立した整合ネットワークを有するだけではなく、各異なる整合ネットワーク間での相互接続をも有する。このため、結合を打ち消すことが可能となる。
しかし結合はまた好ましい方法ーたとえば駆動ベクトルを等しくするーで変更されて良い。U1>>U2又はその逆が起こりうる。その不利益は、たとえ一方のみが通常最大値で用いられるとしても、両方の送信器が最大の信号を供することができなければならないことである。これはまた、入射出力で再定式化されてよい。この議論は、P1>>P2の場合にも当てはまる。ここでP1はチャネル1での入射出力で、P2はチャネル2での出力である。
入射インピーダンスは、患者及び場合によっては患者の位置に依存する。患者の位置を変更するには、再度入力インピーダンス（すなわちS行列）の測定が必要になると考えられる。
様々な駆動信号（この場合ではU）では、コイルのZ行列は一定で、再測定の必要はない。
患者が移動することでZ行列も変化する。しかし呼吸の場合、影響は非常に小さい。
一部の実施例では、整合ネットワークに対する任意の調節は反復プロセスであって良い。つまり整合は調節され、その後新たな励起が低出力で試され、反射出力が測定され（最適な場合では消える）、磁場は磁場プローブ及び/又は電流プローブ（又はMRI磁場測定）によってチェックされる。エラー関数が定義され、かつ、調節はこのエラー関数をチェックすることによって最適化されて良い。
300 磁気共鳴撮像システム
302 磁石
304 磁石のボア
306 磁場勾配コイル
308 磁場勾配コイル電源
310 高周波アンテナ
312 第1アンテナ素子
314 第2アンテナ素子
316 第3アンテナ素子
318 第4アンテナ素子
320 整合ネットワーク
322 トランシーバ
324 送信器
326 受信器
328 撮像領域
330 対象物
332 対象物支持体
334 コンピュータ
336 プロセッサ
338 ハードウエアインターフェース
340 ユーザーインターフェース
342 コンピュータ記憶媒体
344 コンピュータメモリ
346 磁気共鳴データ
348 磁気共鳴画像
350 パルス列
352 高周波特性
354 整合ネットワーク命令
360 制御モジュール
362 画像再構成モジュール
364 高周波測定モジュール
366 高周波モデル
368 整合ネットワーク命令生成モジュール
400 チャネル
402 出力
406 高周波アンテナでの前進出力
408 （整合された）高周波アンテナでの前進出力
410 整合ネットワークでの反射出力
412 （整合された）整合ネットワークでの反射出力
500 チャネル
502 出力
506 高周波アンテナでの前進出力
508 （整合された）高周波アンテナでの前進出力
510 整合ネットワークでの反射出力
512 （整合された）整合ネットワークでの反射出力
600 チャネル
602 出力
606 高周波アンテナでの前進出力
608 （整合された）高周波アンテナでの前進出力
610 整合ネットワークでの反射出力
612 （整合された）整合ネットワークでの反射出力
700 チャネル
702 出力
706 高周波アンテナでの前進出力
708 （整合された）高周波アンテナでの前進出力
710 整合ネットワークでの反射出力
712 （整合された）整合ネットワークでの反射出力
800 チャネル
802 出力
806 高周波アンテナでの前進出力
808 （整合された）高周波アンテナでの前進出力
810 整合ネットワークでの反射出力
812 （整合された）整合ネットワークでの反射出力
908 （分離及び整合された）アンテナでの反射出力
912 （分離及び整合された）整合ネットワークでの反射出力
1008 （分離のみの）アンテナでの前進出力
1012 （分離のみの）整合ネットワークでの反射出力
1100 流体力学的に調整されるキャパシタ
1102 第1チャンバ
1104 第2チャンバ
1106 誘電体
1108 キャパシタ板
1200 高周波コイル
1202 ピエゾアクチェータ
1204 移動方向
1206 TEM素子
1400 高周波送信器
1402 整合ネットワーク
1404 高周波コイル素子
1500 高周波送信器
1502 整合ネットワーク
1504 多素子磁気共鳴アンテナ
1600 高周波送信器
1602 整合ネットワークと多素子磁気共鳴アンテナの結合体
1700 整合ネットワーク
1702 入力
1704 出力
1800 整合ネットワーク
1802 入力
1804 出力
1900 整合ネットワーク
1902 入力
1904 出力
2000 整合ネットワーク
2002 入力
2004 出力
2100 整合ネットワーク
2102 入力
2104 出力
2200 整合ネットワーク
2202 入力
2204 出力
2300 整合ネットワーク
2302 入力
2304 出力
2400 高周波源
2402 高周波鎖
2404 アンテナ
2406 前進指向性結合器
2408 反射出力指向性結合器
2506 反射出力指向性結合器
2610 ループアンテナ
2710 アンテナ上での電圧測定

Claims (14)

  1. 磁気共鳴データを取得する磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システムであって、
    複数の送信チャネルを備え、前記磁気共鳴データを取得する間に高周波パルスを生成する高周波送信器、
    前記高周波送信器を複数のアンテナ素子を備える高周波アンテナにインピーダンス整合させ、遠隔調節可能であり、前記高周波送信器と前記アンテナ素子との間で回路を構成し、かつ、アンテナ素子間の結合の大きさを調節するインピーダンス整合ネットワーク、
    機械実行可能命令を記憶するメモリ、
    当該ＭＲＩシステムを制御するように前記機械実行可能命令を実行するプロセッサを有し、
    前記機械実行可能命令が実行されることで、前記プロセッサは、
    前記高周波アンテナのＳパラメータを含む一組の高周波特性を測定し、
    前記インピーダンス整合ネットワーク及び前記高周波アンテナを表す高周波モデルと前記一組の高周波特性とを用いることによって整合ネットワーク命令を決定し、かつ、
    前記整合ネットワーク命令を前記インピーダンス整合ネットワークへ送信することによってアンテナ素子間の結合の大きさの調節を含む前記インピーダンス整合ネットワークの調節が行われ、少なくとも２つのアンテナ素子に対するＳ行列を対角化することにより当該少なくとも２つのアンテナ素子間の結合が打ち消される、
    磁気共鳴撮像システム。
  2. 前記高周波アンテナを用いることによって前記磁気共鳴データを取得する高周波受信器をさらに有する請求項１に記載の磁気共鳴撮像システムであって、
    前記高周波受信器は複数の受信チャネルを有し、
    前記高周波送信器と前記高周波受信器は、前記複数の送信チャネルのうちの少なくとも２つでの高周波パルスの同時送信及び前記複数の受信チャネルのうちの少なくとも２つでの高周波パルスの同時受信を行うように構成され、かつ、
    前記一組の高周波特性は、前記複数の送信チャネルのうちの少なくとも２つと前記複数の受信チャネルのうちの少なくとも２つを用いて測定されるＳ行列を有する、
    磁気共鳴撮像システム。
  3. 前記高周波特性が少なくとも部分的に前記高周波送信器を用いて測定される、請求項１又は２に記載の磁気共鳴撮像システム。
  4. 高周波発生装置をさらに有する請求項１乃至３のうちのいずれか一項記載の磁気共鳴撮像システムであって、
    前記高周波特性は、少なくとも部分的に前記高周波発生装置により生成された高周波パルスを用いて測定される、
    磁気共鳴撮像システム。
  5. 一組の高周波センサをさらに有する請求項３又は４に記載の磁気共鳴撮像システムであって、
    前記高周波特性が少なくとも部分的に前記一組の高周波センサを用いて測定される、
    磁気共鳴撮像システム。
  6. 前記機械実行可能命令が実行されることで、前記プロセッサが、当該磁気共鳴撮像システムを用いることによって磁場マップを取得する、
    請求項１乃至５のうちのいずれか一項記載の磁気共鳴撮像システム。
  7. 前記機械実行可能命令の実行によってさらに、前記プロセッサは、当該磁気共鳴撮像システムを用いることによって前記高周波送信器のＢ１シム設定を決定し、
    前記機械実行可能命令の実行によってさらに、前記プロセッサは、
    前記一組の高周波特性と前記Ｂ１シム設定とを利用して、前記高周波アンテナへの入力に対する出力損失を計算し、
    整合ネットワーク調節を選択し、
    前記高周波モデルと前記整合ネットワーク調節を用いることによって前記一組の高周波特性と前記Ｂ１シム設定を変換し、
    前記の変換された一組の高周波特性と前記の変換されたＢ１シム設定を用いることによって、変化した出力損失を計算し、
    前記整合ネットワーク命令は、前記の変化した出力損失が前記出力損失よりも小さい場合に、前記整合ネットワーク調節に従って決定される、
    請求項１乃至６のうちのいずれか一項記載の磁気共鳴撮像システム。
  8. 前記機械実行可能命令が実行されることで、前記プロセッサが、整合ネットワーク調節の選択と前記の変化した出力損失の計算を反復的に繰り返す、請求項７に記載の磁気共鳴撮像システム。
  9. 前記インピーダンス整合ネットワークが前記複数のアンテナ素子のうちの少なくとも１つの対に接続されるように構成され、かつ、
    前記少なくとも１つの対を為すアンテナ素子間の結合の大きさは遠隔調節可能である、
    請求項１乃至７のうちのいずれか一項記載の磁気共鳴撮像システム。
  10. 前記整合ネットワーク命令が、前記少なくとも１つの対を為すアンテナ素子間の結合の大きさを調節する命令を含む、請求項９に記載の磁気共鳴撮像システム。
  11. 前記機械実行可能命令が実行されることでさらに、前記プロセッサが、当該磁気共鳴撮像システムを用いることによって前記磁気共鳴データを取得し、
    前記磁気共鳴データは、前記インピーダンス整合ネットワークが調節された後に取得される、
    請求項１乃至１０のうちのいずれか一項記載の磁気共鳴撮像システム。
  12. 磁気共鳴データを取得する磁気共鳴撮像システムの作動方法であって、
    当該磁気共鳴撮像システムは、
    複数の送信チャネルを備え、前記磁気共鳴データを取得する間に高周波パルスを生成する高周波送信器、
    前記高周波送信器を複数のアンテナ素子を備える高周波アンテナに整合させ、遠隔調節可能で、前記高周波送信器と前記アンテナ素子との間で回路を構成し、かつ、アンテナ素子間の結合の大きさを調節するインピーダンス整合ネットワークを有し、当該作動方法は、
    プロセッサが、前記高周波アンテナのＳパラメータを含む一組の高周波特性を測定する段階、
    前記プロセッサが、前記インピーダンス整合ネットワーク及び前記高周波アンテナを表す高周波モデルと前記一組の高周波特性とを用いることによって整合ネットワーク命令を決定する段階、かつ、
    前記プロセッサが、前記整合ネットワーク命令を前記インピーダンス整合ネットワークへ送信することによってアンテナ素子間の結合の大きさの調節を含む前記インピーダンス整合ネットワークの調節を行う段階であって、少なくとも２つのアンテナ素子に対するＳ行列を対角化することにより当該少なくとも２つのアンテナ素子間の結合が打ち消される、段階、
    を有する作動方法。
  13. 当該磁気共鳴撮像システムが撮像領域を包囲する磁石を含み、
    前記磁気共鳴データは、前記撮像領域から取得され、
    前記一組の高周波特性を測定する前に前記撮像領域内に対象物の少なくとも一部を設置する段階をさらに有する、
    請求項１２に記載の作動方法。
  14. 請求項１２又は１３に記載の作動方法を前記磁気共鳴撮像システムのプロセッサに実行させるコンピュータプログラム。
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