(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）  均一定常磁界を被検領域に形成するための手段（２）と、
ｂ）  被検領域に作用する高周波パルスを形成するための手段（６）と、
ｃ）  被検領域に作用する勾配磁界を制御可能な勾配方向で形成するための手段（３，４，５）と、
ｄ）  マイクロコイルの数に相応する数の受信チャネルを有する第１の受信器（１３）と関連してＭＲ信号を検出するための少なくとも１つのマイクロコイル（１１，１２）と、
ｅ）  第２の受信器（７）と関連してＭＲ信号を検出するための別の受信コイル構成体（１５）と、
ｆ）  マイクロコイルの位置を第１の受信器（１３）により記録されたＭＲ信号から検出するための手段（１４）と、
ｇ）  核磁化分布を第２の受信器（７）により記録されたＭＲ信号から検出するための手段（８）と、
ｈ）  ＭＲ装置の要素の制御のための制御ユニット（１６）と
を有するＭＲ装置において、
前記制御ユニット（１６）は、前記第１の受信器（１３）および第２の受信器（７）および勾配磁界を形成するための手段（３，４，５）並びにマイクロコイル（１１，１２）の位置と核磁化分布を求めるための手段（８，１４）を制御して、
勾配方向が連続的に変化されかつ
マイクロコイル（１１，１２）の位置と核磁化分布が、前記２つの受信器（７，１３）により検出されたＭＲ信号から同時に求められる
ようにし、ここで核磁気分布の１つの画像に属するＭＲ信号を前記別の受信コイル装置（１５）によって受信する期間に、マイクロコイルにおける連続するＭＲ信号から計算される位置が連続的に更新される
ことを特徴とするＭＲ装置。
【請求項２】
勾配方向をシーケンス毎に変化させ、２つの順次連続するシーケンス（例えばＳ１，Ｓ２）がそれぞれ１つのペアを形成して、当該ペアの勾配方向が実質的に相互に、有利には９０゜だけ異なるようする、請求項１記載のＭＲ装置。
【請求項３】
勾配方向をシーケンス毎に変化させ、３つの順次連続するシーケンスがそれぞれ１つのトリプルを形成して、当該トリプルの勾配方向が実質的に相互に、有利には９０゜だけ異なるようにし、
各１つの勾配方向は、他の２つの勾配方向により定められる平面の外にあるようにする、請求項１記載のＭＲ装置。
【請求項４】
前記マイクロコイル（１１，１２）は被検領域に存在する患者の呼吸運動に追従して呼吸状態を検出するために用いられる、請求項１記載のＭＲ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ａ）  均一定常磁界を被検領域に形成するための手段と、
ｂ）  被検領域に作用する高周波パルスを形成するための手段と、
ｃ）  被検領域に作用する勾配磁界を制御可能な勾配方向で形成するための手段と、
ｄ）  マイクロコイルの数に相応する数の受信チャネルを有する第１の受信器と関連してＭＲ信号を検出するための少なくとも１つのマイクロコイルと、
ｅ）  第２の受信器と関連してＭＲ信号を検出するための別の受信コイル構成体と、
ｆ）  マイクロコイルの位置を第１の受信器により記録されたＭＲ信号から検出するための手段と、
ｇ）  核磁化分布を第２の受信器により記録されたＭＲ信号から検出するための手段（８）と、
ｈ）  ＭＲ装置の他の要素の制御のための制御ユニットと
を有するＭＲ装置に関する。
【０００２】
ここでマイクロコイルとは以下のようなコイルを称する。すなわち、ＭＲ信号を被検領域全体と比較して小さな領域からだけのＭＲ信号を記録することができるコイルを称する。勾配方向とは、勾配磁界の勾配が経過する方向を称する。ＭＲは磁気共鳴を表す。
【０００３】
冒頭に述べた形式のＭＲ法は、米国特許第５３１８０２５号明細書から公知である。ここでは、１つないし複数のマイクロコイルが、患者の身体に導入されたインストルメント、たとえばカテーテルと接続している。ここで、マイクロコイルの位置は３つの連続するシーケンスにより検出される。このシーケンスは高周波パルスを有しており、それによってＭＲ信号が勾配磁界の作用の下で検出される。勾配方向はこれら３つのシーケンスではｘ方向、ｙ方向、ｚ方向に相応する。ＭＲ信号のスペクトルはＭＲ信号のフーリエ変換に相応し、勾配方向に被検領域の次の箇所での最大値を有する。すなわち、マイクロコイルがＭＲ信号を記録することのできる箇所で最大値を有する。これによりマイクロコイルの位置は、３つの勾配方向での最大値の検出により求めることができる。
【０００４】
位置検出は繰り返しによって、所望される限り継続することができる。その他の場合は、付加的受信コイル構成によってＭＲデータが検出され、これらのＭＲデータから被検領域における核磁気分布、すなわちＭＲ画像が導出される。ＭＲ位置データとＭＲ画像データの検出は交互に行うことができる。位置データはその際に、形成されたＭＲ画像に挿入することができる。これにより、検査者はインストルメント（カテーテル）の位置を連続的に検出し、ＭＲ画像に識別することができる。
【０００５】
その際に欠点は、画像データおよび位置データを、異なる時点で検出されたＭＲ信号から導出しなければならないことである。したがって、マイクロコイルをＭＲ画像に表示する際に、患者の解剖学的構造がたとえば運動または外科的作用によって変化すると誤差の生じることがある。さらに、位置検出のために必要なシーケンスを、画像形成のために必要なシーケンスの他に形成しなければならないことも欠点である。このことにより患者に対する負荷が上昇する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、冒頭に述べた形式の装置を改善し、上記の誤差が解剖学的構造の変化の際にもほとんど生ぜず、患者に対する高周波負荷が低減されるように構成することである
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題は本発明により、制御ユニットが、第１の受信器および第２の受信器および勾配磁界を形成するための手段並びにマイクロコイルの位置と核磁化分布を求めるための手段を制御して、勾配方向が連続的に変化されかつマイクロコイルの位置と核磁化分布が、前記２つの受信器により検出されたＭＲ信号から同時に求められるようにし、ここで核磁気分布の１つの画像に属するＭＲ信号を前記別の受信コイル装置によって受信する期間に、マイクロコイルにおける連続するＭＲ信号から計算される位置が連続的に更新されるようにしたことによって解決される。
【０００８】
本発明にとって重要なことは、被検領域のＭＲ画像が導出されるＭＲ信号の検出の際にも、勾配方向がシーケンス毎に変化することである。すなわち、ＭＲ画像データは、いわゆる投影再構成法に従って獲得される。この投影再構成法は例えば、ドイツ連邦共和国特許出願公開第４３１９５３９号から公知であり、高周波パルスとＭＲ信号の検出と間で、この間に作用する勾配磁界による位相符号化を行わない。したがって、マイクロコイルによって検出された順次連続するＭＲ信号から、受信コイル構成体がＭＲ画像に対するＭＲ信号を受信している間に、連続的にＭＲコイルの位置が検出され、その際にシーケンスの数を増大させる必要がない。ここでは、ＭＲ画像に対するＭＲデータと、位置検出のためのＭＲデータとが同時に獲得され、これにより例えば被検対象物の運動の際の上記の誤差がほぼ回避される。
【０００９】
理論的には、マイクロコイルの位置は、勾配方向が連続シーケンスの際に相互にわずかしか相違しない場合でも検出することができる。しかし実際にはこの場合でも誤差が生じ、この誤差は順次連続するシーケンスにおける勾配方向間の角度が大きければ大きいほど小さい。この誤差は、位置検出に使用される勾配方向が９０゜異なるときに最小である。
【００１０】
位置検出に対するこの見地から、２次元領域における本発明の適切な実施例では、勾配方向がシーケンス毎に変化され、２つの順次連続するシーケンスがそれぞれ１つのペアを形成し、このペアの勾配方向が実質的に相互に、有利には９０゜異なるようにする。
【００１１】
マイクロコイルの３次元の位置検出に適した本発明の構成では、勾配方向がシーケンス毎に変化され、３つの順次連続するシーケンスがそれぞれ１つのトリプルを形成し、このトリプルの勾配方向は実質的に相互に、有利には９０゜異なり、各１つの勾配方向は他の２つの勾配方向により定義される平面の外にあるようにする。
【００１２】
本発明のＭＲ方法の適用可能性は、被検領域に存在する患者の呼吸運動を追従するマイクロコイルを用いた呼吸状態の検出にある。
【００１４】
【実施例】
次に本発明を図示の実施例を用いて詳細に説明する。
【００１５】
図１において１で被検体が示されている。該被検体は、主磁界磁石２によって生成される均一な定常磁界に曝されている検査領域内に存在する。均一な定常磁界は、３つの勾配装置３，４および５を用いて補正される。これらの装置は、同様に均一な定常磁界の方向において延在するが、ｘ方向、ｙ方向またはｚ方向において勾配を有する勾配磁界を生成する。更に、検査領域においてパルス状に高周波磁界を生成することができる高周波送信機６が設けられている。
【００１６】
被検体において生成されるＭＲ信号は、受信機装置７（これは１つまたは複数の受信チャネルを有することができる）に接続されている受信コイル装置１５（これは１つまたは複数の受信コイルから形成することができる）によって検出される。デジタル化されたＭＲ信号は、フーリエ変換の後再構成ユニット８において検査領域における核磁化分布が再構成されかつＭＲ像の形において再生ユニットにおいて再生される。
【００１７】
被検体１に、外科用器具、例えばカテーテル１０が挿入されている。その尖端、および場合によっては更に別の箇所にも、マイクロコイル１１ないし１２が固定されている。マイクロコイル１１ないし１２は、米国特許第５３１８０２５号明細書の第２図ａないし第２図ｂに記載されている構成を有していることができる。マイクロコイル１１，１２から送出される信号は１つの（必要の場合は、即ち直列接続されていない複数のマイクロコイルが利用されるとき）マルチチャネルの受信機装置１３、それからフーリエ変換の後、評価ユニット１４に供給される。該評価ユニットは最大値を求めかつ２つの連続するシーケンスからマイクロコイルの位置を求めかつ再生ユニット９に表示されているＭＲ像に挿入する。破線で示されているように、構成要素８および１４は適当にプログラミングされた計算機を用いて実現することができる。構成要素２ないし１５はプログラミングされた制御ユニット１６によって制御される。
【００１８】
図２から明らかであるように、シーケンスは破線で示された時間的な間隔Ｔｒをおいて連続する。各シーケンスにおいて１つの高周波パルスが発生される（第１行）。これに、層選択勾配、例えば勾配装置５によって生成される勾配磁界Ｇｚが伴う（第２行）。高周波パルス後、層選択勾配に対して垂直である２つの勾配ＧｙおよびＧｘが加えられ（図２の第３行ないし第４行）、その際勾配の極性は前以て決められた時間間隔後交番する。交番後、勾配磁界Ｇｘ，Ｇｙが作用している間、ＭＲ信号が走査される。これらの勾配磁界は以下、“読み出し勾配”とも表す。これら勾配磁界の図示の時間的な経過では、ＭＲ信号の検出の際に、ｋ空間が、該ｋ空間の零点を通りかつ零点に対して対称的である直線に沿って走査される。
【００１９】
次のシーケンスでは、高周波パルス（第１行）、層選択勾配（第２行）および走査間隔（第５行）は同じ時間的な経過ないしシーケンス内に同じ時間的な位置を有するが、読み出し勾配Ｇｘ，Ｇｙ（第３行および第４行）は、その絶対値は先行するシーケンスの場合と同じ大きさを有するが、その勾配方向は９０°だけ変わっているように、変化されている。即ち図２に示された２つのシーケンスは１つの対を形成し、その勾配方向は相互に９０°の角度を形成している。連続するシーケンスにおいて、勾配方向は、その都度２つの連続するシーケンスが、ｋ空間が一度完全に走査されるまで、９０°だけずれている勾配方向を有する対を形成するように、変化される。その後、カテーテル１０の観測が必要とするだけの間、シーケンス列は繰り返される。
【００２０】
図３には多数のパスが示されているが、これらパスに沿って、ｋ空間が個々のシーケンスにおいて走査される。その際Ｓ１は第１シーケンスが当てはまり、Ｓ２は第２シーケンスが当てはまり、第３シーケンス以下も同様である。Ｓ１およびＳ２が９０°だけずれている勾配方向を有する対を形成していることが分かり、Ｓ３およびＳ４並びにＳ５およびＳ６等にも同じことが言える。
【００２１】
ＭＲ信号は読み出し勾配（Ｇｘ，Ｇｙ）の作用下で読み出されるので、これらの信号の周波数は、勾配方向に関連したその生成場所の位置によってリニヤに変化する。マイクロコイルはマイクロコイルを直接取り囲む領域からしかＭＲ信号を検出することができず、一方マイクロコイルは大幅に離れたところに位置する領域からのＭＲ信号に対しては実際に敏感でないので、このことは、マイクロコイルに誘起されたＭＲ信号は実際に、マイクロコイルの位置に依存している周波数しか有していないことを意味する。この周波数は、ＭＲ信号のスペクトル（即ちＭＲ信号のフーリエ変換されたスペクトル）から、スペクトルがその最大値を有しているところの位置として決定される。従ってＭＲ信号の周波数解析から勾配方向におけるマイクロコイルの位置を決定することができる。これは詳細には米国特許第５３１８０２５号明細書に記載されており、当明細書を参照されたい。
【００２２】
図４には、マイクロコイルの正確な位置決定の手法が示されている。その際ｘおよびｙにより、その中で核磁化分布が検出される定置の座標系を表しており、ｕおよびｖにより、２つの連続するシーケンス、例えばシーケンスＳ５およびＳ６の勾配方向が表されている。その際ｕ1は、第５シーケンスにおいて勾配方向において求められた、マイクロコイルの位置であり、一方ｖ1は、第６シーケンスにおいて求められた位置を表しているものとする。その場合マイクロコイルの位置Ｍは、点ｕ1およびｖ1において軸線ｕおよびｖ垂直に交わる直線の交点から得られる。個々のシーケンスにおいて勾配方向ｕおよびｖは予め分かっているので、そこから定置のｘ，ｙ座標系における位置ｘ1，ｙ1が求められる。この位置は再生ユニット上のＭＲ像内に挿入することができる。
【００２３】
基本的に、その都度対を形成するシーケンスの勾配は相互に垂直である必要はない。理論的には、マイクロコイルの位置は、勾配方向ｕおよびｖが小さな角度しか異なっていないときも求められるが、勾配方向間の角度が９０°から大きく異なれば異なるほど、位置検出の際の精度は一層低くなる。それ故に、勾配方向間の角度は、３０°より大きく、ことに６０°より大きく、有利には９０°とすべきである。
【００２４】
受信コイル装置のＭＲ信号から核磁化分布のＭＲ像を生成するために、一般にＮ個のＭＲ信号が必要であり、その際Ｎは図３に示されているより著しく大きくかつ例えば１２８である。即ち、核磁化分布の完全に新しいＭＲ像のために必要である時間間隔はＮＴｒである。しかし核磁化分布の再構成の際ＭＲ像は、次のように新たに付加された投射によって連続的に（投影はＭＲ信号のフーリエ変換されたものである）補充される。即ち、これら投影と同じ勾配方向に対して（Ｎ個のシーケンス前に）求められた投影との間の差を形成しかつそこから更新された核磁化分布を検出するのである。その場合、検査領域全体に対するそれぞれの投影が高周波情報成分並びに低周波情報成分を含んでいることは有利である。
【００２５】
即ち、核磁化分布のＭＲ像が変化するまで比較的長い時間がかかるが、マイクロコイルの位置は各シーケンス対後に新たに計算しかつＭＲ像内に挿入することができる。即ち、ＭＲコイルの位置の更新は、ＭＲ像の更新より大幅に迅速に、即ち時間間隔２Ｔｒ後毎に行われる。
【００２６】
マイクロコイル位置の更新を一層迅速に行おうとするとき、勾配方向の適当な順序において、対を形成しないシーケンスを用いることもできる。これによれば、第１の位置検出はシーケンスＳ１およびＳ２に基づいて行われ、次の位置検出は次の対（Ｓ３およびＳ４）に基づいて漸く行うのではなくて、既にＳ２およびＳ３に基づいて行うようにする。その場合新しいマイクロコイル位置の計算のために必要である信号は、時間間隔Ｔｒ後にその都度既に更新されている。確かにＳ２とＳ３との間の角度は９０°に正確には等しくなく、多少小さいが、この場合も同じように、マイクロコイル位置の信頼できる検出が、冒頭で説明したように、なお可能である。
【００２７】
図２ないし図４に基づいて説明したシーケンスは、それぞれのシーケンスの層選択高周波パルスによって決定される層内、即ち２次元の領域におけるマイクロコイル位置の検出を可能にするにすぎない。しかし、シーケンスを、核磁化分布およびマイクロコイル位置が３次元に求められるように変更することもできる。この目的のために、勾配Ｇｚは高周波パルスの期間に作用してはならず、それはＭＲ信号の読み出しの期間に検査領域に作用しなければならない。勾配ＧｙおよびＧｘについても同様である。２次元の方法では、ｋ空間においてそれに沿ってＭＲ信号を走査するパスは円周を形成するが（図３参照）、３次元の方法では、パスの端点は球の表面を形成しなければならない。その際勾配方向は、それぞれ３つの連続するシーケンスが１つのトリオを形成するように、変更しなければならない。このトリオ内で、それぞれの勾配方向は２つのその他の勾配方向とともに、並びにこれら勾配方向によって決定される平面とともに、十分大きな角度を、即ち３０°より大きな、有利には６０°より大きい、かつ殊に９０°である角度を形成すべきである。
【００２８】
ここまでは、１つ（または複数の）マイクロコイルは、外科用器具、例えばカテーテルの、被検体１の体内での位置を検出するために利用された。しかし、例えば（膝の）関節の運動研究の際に、マイクロコイルを例えば上関節および下関節に取り付けかつそこから得られる位置情報をＭＲ像の評価の際に使用することもできる。
【００２９】
本発明の方法の別の実施例によれば、ＭＲ像のために必要であるＭＲ信号の収集時点に生じる呼吸状態が検出される。このために、患者の胸にマイクロコイルが取り付けられる。マイクロコイルは呼吸運動に追従するので、その位置から呼吸状態が求められかつＭＲ像によって視覚化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施することができるＭＲ装置のブロック線図である。
【図２】２つの連続するシーケンスにおける種々の信号の時間経過を示す波形図である。
【図３】それに沿って、ｋ空間におけるＭＲ信号を走査するパスの位置を表す図である。
【図４】２回の連続する測定において得られた位置データからマイクロコイルの位置を検出する方法を説明する図である。
【符号の説明】
１  被検体、  ３，４，５  勾配コイル、  ７，１３  受信機装置、  １０  カテーテル、  １１，１２  マイクロコイル、    １４  評価ユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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