(57)【要約】      （修正有）【課題】温度変化領域を迅速に認識することを可能にする温度変化領域の迅速決定方法を提供する。【解決手段】ａ）磁場内で高周波パルスによってサンプルボリューム内の核スピンを励起し、ｂ）マルチエコーシーケンスにより、サンプルボリューム内の磁気共鳴信号の第１のｎ次元空間にわたる積分の第１のｍ次元空間への第１の投影を取得して記憶し、ｎ＋ｍ＝３であり、かつマルチエコーシーケンスにより、サンプルボリューム内の磁気共鳴信号の第２のｎ次元空間にわたる積分の第２のｍ次元空間への第１の投影を取得して記憶し、第１および第２のｍ次元空間が互いに平行でなく、ｎ＋ｍ＝３であり、ｃ）ステップｂ）を繰り返し、それぞれの第２の投影を取得して記憶し、ｄ）温度変化を決定するために、第１のｎ次元空間にわたる第１の投影と第２の投影との差を形成し、かつ第２のｎ次元空間にわたる第１の投影と第２の投影との差を形成する。【選択図】図４
2014104352.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプルボリューム内の温度変化領域を迅速に決定する方法であって、
ａ）磁場内で高周波パルスによってサンプルボリューム内の核スピンを励起するステップと、
ｂ）マルチエコーシーケンスにより、サンプルボリューム内の磁気共鳴信号の第１のｎ次元空間にわたる積分の第１のｍ次元空間への第１の投影を取得して記憶し、ｎ＋ｍ＝３であり、かつマルチエコーシーケンスにより、サンプルボリューム内の磁気共鳴信号の第２のｎ次元空間にわたる積分の第２のｍ次元空間への第１の投影を取得して記憶し、第１および第２のｍ次元空間が互いに平行でなく、ｎ＋ｍ＝３であるステップと、
ｃ）ステップｂ）を繰り返し、それぞれの第２の投影を取得して記憶するステップと、
ｄ）温度変化を決定するために、第１のｎ次元空間にわたる第１の投影と第２の投影との差を形成し、かつ第２のｎ次元空間にわたる第１の投影と第２の投影との差を形成するステップと
を有するサンプルボリューム内の温度変化領域の迅速決定方法。
【請求項２】
ステップｃ）が、ステップｂ）の前にステップａ）の繰り返しも含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
更に、ステップｂ）の後に次のステップｂ１）を有し、ステップｄ）の後に次のステップｄ１）を有する請求項１又は２記載の方法、
ｂ１）マルチエコーシーケンスにより、サンプルボリューム内の磁気共鳴信号の第３のｎ次元空間にわたる積分の第３のｍ次元空間への第１の投影を取得して記憶し、第１および第３のｍ次元空間ならびに第２および第３のｍ次元空間が互いに平行でなく、ｎ＋ｍ＝３であるステップ、
ｄ１）温度変化を決定するために、第３のｎ次元空間にわたる第１の投影と第２の投影との差を形成するステップ。
【請求項４】
ｎ＝１およびｍ＝２である請求項１乃至３の１つに記載の方法。
【請求項５】
ｎ＝２およびｍ＝１である請求項１乃至３の１つに記載の方法。
【請求項６】
マルチエコーシーケンスがシングルショットシーケンスである請求項１乃至５の１つに記載の方法。
【請求項７】
スピンエコーが傾斜磁場により生成される請求項１乃至６の１つに記載の方法。
【請求項８】
高周波パルスによってひき起こされる温度変化が決定される請求項７記載の方法。
【請求項９】
スピンエコーがリフォーカスパルスにより生成される請求項１乃至６の１つに記載の方法。
【請求項１０】
ステップｃ）の前に熱源又は冷源によってサンプルボリュームの少なくとも部分領域において温度変化がひき起こされる請求項１乃至９の１つに記載の方法。
【請求項１１】
熱源がサンプルボリューム内の超音波場である請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
熱源がサンプルボリューム内の高周波電磁場である請求項１０記載の方法。
【請求項１３】
更に、第１のｍ次元空間、第２のｍ次元空間および第３のｍ次元空間への投影によりサンプルボリューム内の温度変化領域の３次元位置が決定される請求項３乃至１２の１つに記載の方法。
【請求項１４】
サンプルボリューム内の温度変化領域を迅速に決定するための磁気共鳴トモグラフィ装置であって、
サンプルボリューム内に静磁場Ｂ０を生成する磁場磁石と、
サンプルボリューム内に傾斜磁場を生成する傾斜磁場コイルと、
サンプルボリュームへの高周波信号の送信および／またはサンプルボリュームからの高周波信号の受信を行う１つ又は複数のアンテナと、
傾斜磁場コイルおよびアンテナを信号で制御しかつ１つ又は複数のアンテナからの高周波信号を受信する供給ユニットと、
供給ユニットを制御しかつ受信された高周波信号を解析する制御部と
を有し、その制御部は、次のように設計されている、
ａ）供給ユニットが磁場内でサンプルボリューム内の核スピンを高周波パルスによって励起するように供給ユニットを制御し、
ｂ）マルチエコーシーケンスにより制御部がサンプルボリューム内の磁気共鳴信号の第１のｎ次元空間にわたる積分の第１のｍ次元空間への第１の投影を取得して記憶するように供給ユニットを制御し、かつ供給ユニットによって検出される高周波信号を解析し、ｎ＋ｍ＝３であり、
ｃ）マルチエコーシーケンスにより制御部がサンプルボリューム内の磁気共鳴信号の第２のｎ次元空間にわたる積分の第２のｍ次元空間への第１の投影を取得して記憶するように供給ユニットを制御し、かつ供給ユニットによって検出される高周波信号を解析し、第１および第２のｍ次元空間は互いに平行でなく、ｎ＋ｍ＝３であり、
ｄ）ステップｂ）およびｃ）を繰り返し、それぞれの第２の投影を取得して記憶し、
ｅ）温度変化を決定するために、第１のｎ次元空間にわたる第１の投影と第２の投影との差を形成し、かつ第２のｎ次元空間にわたる第１の投影と第２の投影との差を形成する
サンプルボリューム内の温度変化領域を迅速に決定する磁気共鳴トモグラフィ装置。
【請求項１５】
マルチエコーシーケンスがシングルショットシーケンスである請求項１４記載の磁気共鳴トモグラフィ装置。
【請求項１６】
磁気共鳴トモグラフィ装置が、複数の局所コイルを有し、かつ局所コイルによりサンプルボリュームへの高周波パルスの送出および／またはサンプルボリュームからの高周波信号の受信を行うように設計されている請求項１４又は１５記載の磁気共鳴トモグラフィ装置。
【請求項１７】
制御部が、第１のｎ次元空間にわたる投影と第２のｎ次元空間にわたる投影とによりサンプルボリューム内の温度変化領域の３次元位置を決定するように設計されている請求項１４乃至１６の１つに記載の磁気共鳴トモグラフィ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気共鳴トモグラフィによりマルチエコーシーケンスを用いてサンプルボリューム内の温度変化領域を迅速に決定する方法ならびにその方法を実施するための磁気共鳴トモグラフィ装置（磁気共鳴断層撮影装置）に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴測定では、原子核の磁気モーメント即ち核スピンと、外部磁場との相互作用が検査される。核スピンは、その外部磁場内で整列し、外部磁場内での整列軸を中心とする外部の電磁的な交番磁場によって励起された際に、原子核の磁気モーメントの値とその外部磁場とに依存するラーモア周波数で歳差運動をする。その際に原子核がラーモア周波数を有する電磁的な交番磁場を生成する。原子核が存在するサンプルの温度に依存して、この歳差運動の出力振幅、つまり位相コヒーレンスが変化し、かつ励起の減衰も変化する。２つの測定の比較によって、両測定間におけるサンプルの温度変化を求めることができる。
【０００３】
熱による外科治療を磁気共鳴トモグラフィによって拡散強調イメージング法を用いて監視することは公知である（例えば、特許文献１参照）。この方法では局所的な温度が局所的な拡散率と関連づけられ、温度変化が拡散率マッピングを介して表示可能である。上述の方法は温度変化の３次元表示をもたらす。最高速の公知のシーケンスでさえも、完全な３次元検出は、緩和時間のような種々の物理的な作用のために或る特定の時間を必要とし、感度損失なしにはこの時間を短縮することはできない。
【０００４】
磁気共鳴技術では、３Ｔまでおよびそれ以上の強い磁場の使用により、高周波励起信号の周波数が上昇し、それにともない比吸収率ＳＡＲ（Specific Absorption Rate）も２乗関数的に増大する。その一方でそのＳＡＲと、高周波信号による患者身体の最大許容加熱とによって測定時間が制限される。患者における磁場強度の不均一分布は、特に局所送信コイルの使用時に発生し、全身的には限界値を守っていても局所的には過熱や組織損傷を招くことがあって危険である。更に、まさに狭い局所に限定された加熱は、拡散又は血流による熱エネルギーの分散によって急速に冷え、それゆえ遅い測定の場合には組織を傷つけ得るような形で視認することができない。
【０００５】
ハイパーサーミア又はアブレーションにより病変組織を除去する異なる方法も公知である。通常は、病変組織の完全な消滅に加えて周辺組織の保護が目標とされる。これは特に、できる限り迅速にかつ短く病変組織を臨界温度もしくはそれ以上に加熱することによって達成される。この場合にも、周辺組織へ熱が伝播するので、温度を非常に短い時間で測定することが必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】欧州特許出願公開第５３４６０７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、本発明の課題は、温度変化の位置を迅速に検出することを可能にする方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
その課題は、温度変化領域を迅速に認識する本発明による方法ならびにその方法を実施する磁気共鳴トモグラフィ装置（磁気共鳴断層撮影装置）によって解決される。
【０００９】
本発明による方法は、
ａ）磁場内で高周波パルスによってサンプルボリューム内の核スピンを励起するステップと、
ｂ）マルチエコーシーケンスにより、サンプルボリューム内の磁気共鳴信号の第１のｎ次元空間にわたる積分の第１のｍ次元空間への第１の投影を取得して記憶し、ｎ＋ｍ＝３であり、かつマルチエコーシーケンスにより、サンプルボリューム内の磁気共鳴信号の第２のｎ次元空間にわたる積分の第２のｍ次元空間への第１の投影を取得して記憶し、第１および第２のｍ次元空間が互いに平行でなく、ｎ＋ｍ＝３であるステップと、
ｃ）ステップｂ）を繰り返し、それぞれの第２の投影を取得して記憶するステップと、
ｄ）温度変化を決定するために、第１のｎ次元空間にわたる第１の投影と第２の投影との差を形成し、かつ第２のｎ次元空間にわたる第１の投影と第２の投影との差を形成するステップと、
を含む。
【００１０】
本発明による方法においては、互いに平行でない２つのｍ次元空間への投影の取得が行われる。用語「空間」は、互いに垂直な３つの座標軸を有するユークリッド空間だけでなく、数学的な意味で解釈すべきである。この意味での１次元空間は線又は直線であり、２次元空間は面又は平面である。自然数ｎおよびｍの和はその都度３であり、ユークリッド空間の次元数に相当する。従って、有利なことに、空間的にサンプルボリューム全体をスライスで走査する代わりに２つのみの投影によって、温度変化領域の空間的位置を検出することができる。従って、過渡的な温度ピークも認識することができ、これに対して短時間においてその間に変化しなかったアーチファクトは消去される。
【００１１】
サンプルボリューム内の温度変化領域を迅速に決定する本発明による磁気共鳴トモグラフィ装置は、サンプルボリューム内に静磁場Ｂ０を生成する磁場磁石と、サンプルボリューム内に傾斜磁場を生成する傾斜磁場コイルとを有する。更に、磁気共鳴トモグラフィ装置は、サンプルボリュームへの高周波信号の送信および／またはサンプルボリュームからの高周波信号の受信を行う１つ又は複数のアンテナと、傾斜磁場コイルおよびアンテナを信号で制御（駆動）しかつ１つ又は複数のアンテナからの高周波信号を受信する供給ユニットと、供給ユニットを制御しかつ受信された高周波信号を解析する制御部とを有する。
【００１２】
制御部は、ステップａ）において、供給ユニットが磁場内でサンプルボリューム内の核スピンを高周波パルスによって励起するように供給ユニットを制御するように設計されている。更に、制御部は、ステップｂ）において、マルチエコーシーケンスによりサンプルボリューム内の磁気共鳴信号の第１のｎ次元空間にわたる積分の第１のｍ次元空間への第１の投影が取得されて記憶されるように供給ユニットを制御し、かつ供給ユニットによって検出された高周波信号を解析するように設計されている。ｎ＋ｍ＝３である。ｎおよびｍは０に等しくない自然数である。同様に制御部は、ステップｃ）において、マルチエコーシーケンスにより制御部がサンプルボリューム内の磁気共鳴信号の第２のｎ次元空間にわたる積分の第２のｍ次元空間への第１の投影を取得して記憶するように供給ユニットを制御し、かつ供給ユニットによって検出された高周波信号を解析するように設計されている。第１および第２のｍ次元空間は互いに平行でなく、ｎ＋ｍ＝３である。
【００１３】
更に、制御部は、ステップａ）乃至ｃ）を繰り返すように設計されており、それにより高周波パルスによる励起が行われ、それぞれの第２の投影が取得されて記憶される。同様に制御部は、温度変化を決定するために、第１のｎ次元空間にわたる第１の投影と第２の投影との差を形成し、かつ第２のｎ次元空間にわたる第１の投影と第２の投影との差を形成するように設計されている。
【００１４】
本発明による磁気共鳴トモグラフィ装置の利点は本発明による方法の利点に対応する。
【００１５】
本発明の有利な実施形態は従属請求項に示されている。
【００１６】
本発明による方法の実施形態では、ステップｃ）が、ステップｂ）の前にステップａ）の繰り返しも含む。
【００１７】
高周波パルスによってサンプルボリューム内の核スピンを励起するステップａ）を繰り返すことによって、ステップｄ）における差形成により、他の影響が最小限に抑えられるならば高周波パルスのみでひき起こされた温度変化を決定することができる。
【００１８】
好ましい実施形態において、本発明による方法は、更に、ステップｂ）の後にステップｂ１）を有し、ステップｄ）の後にステップｄ１）を有する。ステップｂ１）では、マルチエコーシーケンスにより、サンプルボリューム内の磁気共鳴信号の第３のｎ次元空間にわたる積分の第３のｍ次元空間への第１の投影が取得されて記憶され、第１および第３のｍ次元空間ならびに第２および第３のｍ次元空間が互いに平行でなく、ｎ＋ｍ＝３である。ステップｄ１）では、温度変化を決定するために、第３のｎ次元空間にわたる第１の投影と第２の投影との差が形成される。
【００１９】
２つもしくは３つのｍ次元空間が互いに平行でないことによって、３つのｍ次元空間が１つの座標空間を形成し、この座標空間において、２つもしくは３つの投影によって、有利に、３次元空間内の温度変化の位置を検出し、その位置を平面上もしくはボリューム内で特定することができる。検出は、１回の励起と３×ｍ個のマルチシーケンスのための時間だけが必要であり、完全なトモグラフィに比べて著しく迅速に実行することができ、それによって、特に時間の短い温度変化を検出することができる。
【００２０】
本発明による方法の実現可能な実施形態においては、ｎ＝１およびｍ＝２である。この実施形態では、磁気共鳴信号は線又は直線に沿って検出されて積分もしくは積算され、そして２次元の面へ投影される。本発明による方法は、この実施形態において、サンプルボリュームの温度変化の２つもしくは３つの２次元表示をもたらし、それらの面は互いに平行でなく、従って異なる方向からのサンプルボリュームの２つもしくは３つの表示をもたらす。
【００２１】
有利には、特にそれらの面が直交座標系のそれぞれ２つの軸によって囲まれた平面である場合に、温度変化のこれらの２次元表示から、使用者がサンプルボリューム内の温度変化の位置を認識することができる。
【００２２】
実現可能な他の実施形態においては、ｎ＝２およびｍ＝１である。この実施形態では、磁気共鳴信号が面又は平面に沿って検出されて積分もしくは積算され、そして１次元の線又は直線に投影される。本発明による方法は、この実施形態において、サンプルボリュームの温度変化の２つもしくは３つの１次元表示をもたらし、それらの線は互いに平行でない。
【００２３】
有利には、特にそれらの線がそれぞれ直交座標系を成す直線である場合に、温度変化のこれらの１次元表示から、サンプルボリューム内の温度変化の位置を決定することができる。この場合には、それぞれ１つの線上の位置が、該当する座標軸上におけるサンプルボリューム内の温度変化の座標に直接に対応する。
【００２４】
本発明による方法の実現可能な実施形態では、マルチエコーシーケンスがシングルショットシーケンスである。
【００２５】
シングルショットシーケンスは単一の励起パルスしか必要とせず、患者に照射される高周波パワーおよび測定時間を有利に低減する。というのは新たな励起の前にスピン緩和を待つ必要がないかである。
【００２６】
本発明による方法の実施形態では、マルチエコーシーケンスのスピンエコーが傾斜磁場により生成される。
【００２７】
スピンエコーを傾斜磁場により生成することによって、有利なことに１８０°のスピン反転パルスがないので、患者に照射される高周波照射が低減される。
【００２８】
本発明による方法の実施形態では、高周波パルスによってひき起こされる温度変化が決定される。
【００２９】
シングルショットシーケンスおよび傾斜磁場によるスピンエコーの反転に関連して、測定方法に関係のない他の熱源がない場合に、有利に、単一の高周波パルスによる加熱を決定することができ、それゆえ、局所に集中された加熱による患者の危険を適切な時機に認識することができる。
【００３０】
本発明による方法の実施形態では、スピンエコーをリフォーカスパルスにより生成することも考えられ得る。
【００３１】
リフォーカスパルスによるスピンエコーの生成は傾斜磁場コイルにおけるパルス個数を低減し、従って有利に患者の騒音ストレスを軽減する。
【００３２】
本発明による方法の実施形態において、ステップｃ）の前に熱源又は冷源によってサンプルボリュームの少なくとも部分領域において温度変化がひき起こされることも考えられ得る。
【００３３】
本発明による方法においては、同様にステップｃ）の前に熱源又は冷源によってサンプルボリューム全体又は少なくとも部分領域において温度変化をひき起こすことができ、ステップｄ）において本発明による方法は達成された温度変化を決定する。有利に、温熱療法の効果、例えばアブレーションによる癌組織の除去を監視することができる。
【００３４】
本発明による方法の実施形態では、熱源がサンプルボリューム内の超音波場であることが考えられ得る。従って、有利に、低体温症治療またはアブレーションの効果を集束超音波場によって監視することができる。
【００３５】
本発明による方法の他の実施形態では、熱源がサンプルボリューム内の高周波電磁場であることが考えられ得る。従って、有利に、低体温症治療またはアブレーションの効果を高周波電磁場によって監視することができる。
【００３６】
好ましい実施形態において、本発明による方法は、更に、第１の軸、第２の軸および第３の軸に沿った投影により、サンプルボリューム内の温度変化の領域の３次元位置を決定し、もしくは局限化する。
【００３７】
これは、有利に、温度変化の位置を決定し、例えば低体温症治療又はアブレーションが予め定められた位置での加熱をもたらすべく実行されるか否か、又は例えば局所コイルが患者を損傷させる局所的な加熱をもたらすか否かをチェックすることを可能にする。
【００３８】
以下において、図面に基づく実施例を参照して、本発明の上述の特性、特徴および利点ならびにこれらを達成する方法を更に解り易く詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は本発明による磁気共鳴トモグラフィ装置の概略図である。
【図２】図２は本発明による方法の一実施形態についてのフローチャートである。
【図３】図３は本発明による方法の一実施形態についてのフローチャートである。
【図４】図４は本発明による方法の一実施形態の実施時における信号の時間的経過を概略的に示すタイムチャートである。
【図５】図５は本発明による方法の結果を示す概略図である。
【図６】図６は本発明による方法の他の実施形態の実施時における信号の時間的経過を概略的に示すタイムチャートである。
【図７】図７は本発明による他の方法の結果を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
図１は本発明による方法を実施するための本発明による磁気共鳴トモグラフィ装置１の概略図を示す。
【００４１】
磁石ユニット１０は、サンプルボリューム内のサンプルつまり患者４０の核スピンを整列させるための静磁場Ｂ０を生成する静磁場磁石１１を有する。そのサンプルボリュームは、磁石ユニット１０を長手方向に貫通するトンネル空間１６内に配置されている。静磁場磁石１１は、一般に３Ｔまでの磁束密度、最新の装置の場合はそれ以上の磁束密度を有する磁場を供給できる超電導磁石である。しかし、それより低い磁場強度に関しては、永久磁石、又は常電導コイルを有する電磁石を使用することができる。
【００４２】
更に、磁石ユニット１０は傾斜磁場コイル１２を有し、この傾斜磁場コイル１２はサンプルボリューム内で検出される撮像範囲を空間的に区別するために３つの空間方向において可変の磁場を静磁場Ｂ０に重畳するように設計されている。傾斜磁場コイル１２は一般に常電導線からなるコイルであり、これらのコイルはサンプルボリューム内で互いに直交する磁場を生成することができる。
【００４３】
磁石ユニット１０は更にボディコイル１４を有し、このボディコイル１４は、信号線を介して供給される高周波信号をサンプルボリュームへ照射し、患者４０から放出される共鳴信号を受信して信号線を介して出力する。しかし、高周波信号の送信および／または受信のためのボディコイル１４が局所コイル１５によって置き換えられ、これらの局所コイル１５はトンネル空間１６内において患者４０に近接して配置されていると好ましい。
【００４４】
制御ユニット２０は、傾斜磁場コイル１２およびボディコイル１４もしくは局所コイル１５のための種々の信号を磁石ユニット１０に供給し、受信された信号を解析する。
【００４５】
従って、制御ユニット２０は傾斜磁場制御部２１を有し、この傾斜磁場制御部２１は、サンプルボリューム内に所望の傾斜磁場を時間調整して与える可変電流を、給電線を介して傾斜磁場コイル１２に供給するように設計されている。
【００４６】
更に、制御ユニット２０は高周波ユニット２２を有し、その高周波ユニット２２は、患者４０の核スピンの磁気共鳴を励起するために、予め与えられた時間的経過、振幅およびスペクトルパワー分布を有する高周波パルスを生成するように設計されている。その際にパルスパワーはキロワット範囲に達し得る。
【００４７】
高周波ユニット２２は、ボディコイル１４又は局所コイル１５によって受信されて信号線３３を介して高周波ユニット２２に供給される高周波信号を振幅および位相に関して解析するように設計されている。これは、特に、静磁場Ｂ０におけるもしくは静磁場Ｂ０と傾斜磁場との重畳により生じる磁場における高周波パルスによる励起に対する応答として患者４０の核スピンが送出する高周波信号のことである。
【００４８】
更に、制御ユニット２０は制御部２３を有し、この制御部２３は、傾斜磁場制御部２１の作動と高周波ユニット２２の作動との時間的調整を行うように設計されている。そのために制御部２３は他のユニット２１，２２に信号バス２５を介して接続されており、信号交換をする。制御部２３は、そのために、高周波ユニット２２によって解析された患者４０からの信号を受信して処理し、又は傾斜磁場制御部２１および高周波ユニット２２にパルス波形および信号波形を予め与えてかつ時間的に調整するように設計されている。
【００４９】
患者４０は患者テーブル３０上に配置されている。この患者テーブル３０は既に磁気共鳴トモグラフィから知られている。患者テーブル３０は、患者テーブル３０の第１端部３１の下に配置された第１支持体３６を有する。この支持体３６は、患者テーブル３０を水平姿勢に保持できるように、一般に患者テーブル３０に沿って延びた足部を有する。患者テーブルを移動するために、その足部もローラのような移動手段を有することができる。床と患者テーブルとの間には、第１端部３１における支持体３６のほかに構造部材が配置されてないので、患者テーブルは第１端部３１まで静磁場磁石１１のトンネル空間１６の中に挿入することができる。図１には直線レールシステム３４が示されており、その直線レールシステム３４は、患者テーブル３０をその長手方向２に沿って移動できるように、支持体３６を患者テーブル３０に移動可能に連結する。そのために、直線レールシステム３４は駆動装置３７を有する。この駆動装置３７は、操作者によって又は同様に制御部２３によって制御されて、患者テーブル３０を長手方向２に移動することを可能にするので、トンネル空間１６内のサンプルボリュームよりも長い患者身体範囲を検査することもできる。
【００５０】
図２は、本発明による方法の実現可能な実施形態の経過をフローチャートで示す。
【００５１】
ステップＳ１０において、サンプルボリューム内の核スピンが、静磁場Ｂ０内での高周波パルスによって磁場Ｂ０に平行な方向からフリップ角α０だけ偏向される。そのためにラーモア周波数を有する高周波パルスがボディコイル１４又は局所コイル１５を介して患者４０に照射される。フリップ角α０は、パルス持続時間および照射される電磁場の強度に関係する。ラーモア周波数は、核スピンの位置における磁場Ｂ０の磁場強度と、原子核の磁気モーメントとから生じる。磁場Ｂ０の空間的な変化および原子の核周辺の影響に基づいてラーモア周波数が変化するので、サンプルボリューム全体の核スピンを励起するために高周波パルスは予め与えられたバンド幅を持たなければならない。
【００５２】
図４は、図２に応じた模範的な方法の期間中における種々の信号および磁場の有り得る時間的経過を示す。水平軸には右に向って値の増す時間が取られている。ＲＦは、ステップＳ１０においてフリップ角α０だけ核スピンを励起するために用意された高周波パルスの磁場強度を表す。Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚは、ｘ，ｙ，ｚ方向の傾斜磁場の磁場強度を表し、これらはステップＳ１０において磁場強度０を有する。その励起と同時に、励起された原子核が静磁場Ｂ０内での歳差運動に基づいて高周波信号ＭＲを送出し始める。この信号はディフェージングにより急速に減衰する。
【００５３】
ステップ２０においては、図４に示されているように、傾斜磁場Ｇｘの負の矩形信号およびそれに続く正の矩形信号によるグラジエントエコーによって、核スピンがリフェーズされ、このことが共鳴信号ＭＲの上昇および下降を生じさせる。傾斜磁場Ｇｘが印加されることによって、この傾斜磁場の方向において第１の線もしくは軸に沿ってラーモア周波数が位置に依存する。この傾斜磁場のもとでの信号ＭＲの周波数解析（例えば、フーリエ変換）によって、この傾斜磁場の方向に沿って信号の起点に関する空間情報を求めることができる。これに対して、Ｂ０とＧｘとの重畳から生じかつ第１の線の横方向に延在する一定磁場を有する１つの面では、ラーモア周波数が等しく、この第１の面に沿った核スピンの信号が積算されて信号が形成される。その形成された積算信号は第１の面における信号群の積分であり、その２次元の第１の面の核スピンは、その積算信号において、いわば１次元の第１の軸又は線の上に投影される。理想的に均一で平行に向けられた磁場内では、第１の軸が１つの線であり、第１の面がその第１の軸に対して垂直に向けられた１つの平面である。
【００５４】
信号ＭＲから、ディフェージングの温度依存性によって、第１の軸に沿ったサンプル４０つまり患者の相対的な温度分布に関する情報を推定することができる。しかし、信号ＭＲは絶対的な温度に関して全く情報をもたらさない。
【００５５】
信号ＭＲは、ステップＳ２０において、第１の軸について、ボディコイル１４もしくは局所コイル１５によって受信され、高周波ユニット２２によって検出され、制御部２３によって記憶される。
【００５６】
図２に示されているように、ステップＳ３０およびＳ４０においてはそれぞれ傾斜磁場ＧｙもしくはＧｚと、それぞれ第２もしくは第３の軸および面とに関して、取得および記憶のステップＳ２０が繰り返される。それぞれ第１、第２および第３の軸ならびに第１、第２および第３の面は互いに平行でなく、従ってこれらの軸は３次元空間を設定する。これらの軸が互いに直交する場合に、これらの軸はサンプルボリュームに対して直交座標系を設定する。
【００５７】
温度変化を決定するためには、２つの信号ＭＲを、異なる時点でかつそのほかにできるだけ変化しない条件で比較しなければならない。そのために、ステップＳ５０において、既に信号の第２の投影が取得されたかどうかが判定される。これがそうでない場合には、ステップＳ１０〜Ｓ４０が繰り返され、図４に示された第２のグラジエントエコー５２の第２の信号列にも示されているように、各軸への第２の投影がそれぞれ取得されて記憶される。もちろん、判定を伴うステップＳ５０を実行しないで、ステップＳ１０，Ｓ２０，Ｓ３０，Ｓ４０を規定の順序でもう一度繰り返すことも考えられ得る。
【００５８】
ステップＳ６０において、それぞれの面にわたる軸へのそれぞれの第１の投影と第２の投影との差が形成される。サンプル内の他の条件が測定時間内に僅かしか変化しなかったという前提のもとで、軸への投影は、図５に概略的に示されているように、３つの軸上における患者４０の温度変化の１次元表示を表す。これらの３つの軸の組合せから、例えば、座標Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚを用いた温度変化の最大位置およびその最大値を決定することができる。
【００５９】
図４に示された測定のためにその都度３つのグラジエントエコーしか必要でないために測定時間が非常に短いので、例えば患者４０の動きによる他の周辺条件の変化が最小である。熱伝達又は物質代謝プロセスによる温度変化を無視することができるので、求められる温度変化は、主として、ステップＳ１０の繰り返し時に高周波パルスＲＦによってのみ引ひき起こされる。従って、本発明による方法は、単一の高周波パルスＲＦによる熱負荷を局所的にも定量的にも決定することを可能にする。しかし、ステップＳ５０の後における１つの高周波パルスＲＦによる新たな励起の代わりに、他のグラジエントエコーによってステップＳ１０における第１の励起から信号を生成することによって、信号ＭＲの第１および第２の投影を唯一の高周波パルスＲＦにより取得することも考えられ得る。従って、その都度における第２の投影のための繰り返し時には、ステップＳ５０の後にステップＳ２０が続く。
【００６０】
図６は、本発明による方法の実現可能な他の実施形態を示す。ステップＳ２０，Ｓ３０，Ｓ４０における個別の傾斜磁場Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚの代わりに、その都度１つの第１の傾斜磁場コイルによって位相エンコードのための一連の傾斜磁場ＰＥ（位相エンコードトレイン）が生成される一方で、同時にその都度１つの第２の傾斜磁場コイルにおいて位相エコーの生成のための一連の傾斜磁場ＲＯ（ＥＰＩ（エコープラナーイメージング）リードアウトトレイン）が印加される。図６には、ＲＯパルスとＲＥパルスとの対が、ＧｘとＧｙとにおいて、ＧｙとＧｚとにおいて、そしてＧｚとＧｘとにおいて示されている。しかし、異なる対および順序も考えられ、この場合に、各傾斜磁場コイルＧｘ，Ｇｙ，Ｇｚが、それぞれ、ある時は位相エンコードの生成のために使用され、又ある時は位相エコーの生成のために使用される。ステップＳ１０，Ｓ２０，Ｓ３０およびＳ４０のこの第１の系列は第１のエコートレイン７１と呼ばれる。
【００６１】
位相エンコードによって個々の磁気共鳴信号ＭＲに第２の座標を割り当てることができる。従って、図６の方法では、ステップＳ２０，Ｓ３０およびＳ４０において、磁気共鳴信号ＭＲが１つの面から１つの線又は軸への投影として、つまり１次元にて検出されるだけでなく、位相エンコードは更に、１つの他の追加の次元において磁気共鳴信号ＭＲを識別し、かつ各ステップＳ２０，Ｓ３０，Ｓ４０について磁気共鳴信号ＭＲを２次元マトリックスにて検出して記憶することを可能にする。投影は、１つの線に沿って面に向けて、もしくはその面上のマトリックに向けて行われる。第２のエコートレイン７２におけるステップＳ１０，Ｓ２０，Ｓ３０，Ｓ４０（もしくは第２の高周波パルスＲＦなしの実施形態の場合、ステップＳ２０，Ｓ３０，Ｓ４０）の、ステップＳ５０で制御された第２の繰り返し後に、磁気共鳴イメージングの値を有する第２のマトリックスがその都度記憶される際に、差形成によってそれぞれ３つの２次元分布の温度変化が求められる。第２のエコートレイン７２の一部として第２の高周波パルスＲＦが送出された否かに応じて、その温度変化は主として高周波パルスによって生じた変化であるか、又はその温度変化はその他の原因によってひき起こされた変化（ＨＩＦＵ＝High Intensity Focus Ultrasound、高密度焦点式超音波）の画像をもたらす。
【００６２】
図７は、患者４０における温度変化の３つの２次元表示を、それぞれＸ−Ｙ平面、Ｙ−Ｚ平面およびＺ−Ｘ平面において概略的に示す。２次元表示は、温度変化の位置を決定することのみならず、２次元投影によって空間的な分布を推定しやすくする。同時に３つの２次元表示の生成は３次元の温度変化の完全な検出よりもまだ著しく迅速であり、それゆえ一時的に短時間の変化のみを検出することもできる。
【００６３】
図３には、比吸収率ＳＡＲの監視および特に明確な温度上昇を有する可能性のある領域、所謂ホットスポットの検出を可能にする方法をフローチャートで概略的に示す。この方法の一部は、本発明による方法であって、例えば本発明による磁気共鳴トモグラフィ装置（磁気共鳴断層撮影装置）によって実施される。
【００６４】
ステップＳ１１０において、患者４０のための数学的モデルおよび高周波パルスＲＦのための第１のパラメータセットが制御部２３にメモリから、又はインターフェースを介して取り込まれる。
【００６５】
ステップ１２０において、制御部がＳＡＲ負荷のシミュレーションを実行する。これは、例えば有限要素法又はその他の方法を用いたシミュレーションによって行われる。シミュレーションの結果は、患者４０の取り込まれた数学的モデルに基づく患者４０におけるＳＡＲ負荷のモデルである。
【００６６】
ステップＳ１３０において、シミュレーション値が、ＳＡＲ負荷および／または温度上昇に対して予め与えられた限界値と比較される。このシミュレーションが、たとえ局所的であっても限界値を上回るＳＡＲ値をもたらす場合には、ステップＳ１４０において高周波パルスＲＦのパラメータセットが調整され、シミュレーション値が予め定められた限界値を下回るまでの間はシミュレーションおよびパラメータセットの調整が繰り返される。
【００６７】
このパラメータセットは、ステップＳ１５０において、高周波パルスＲＦを発生するための高周波ユニット２２に予め与えられる。ステップＳ１６０において、図２に示された本発明による方法が実行され、その際にステップＳ５０の後に高周波パルスＲＦによる第２の励起を伴うステップＳ１０が実行される。
【００６８】
ステップＳ１７０において、本発明による方法により求められた温度変化が解析される。ステップ１７０において、本発明による方法によって測定された温度上昇も予め与えられた限界値以下であることが確認されたならば、ステップＳ１９０において、求められたパラメータセットにより磁気共鳴トモグラフィ（磁気共鳴断層撮影）が実行される。これに対して、温度上昇が予め与えられた限界値を上回っていることが確認されたときには、磁気共鳴トモグラフィは実行されない。
【００６９】
勿論、本発明による方法を３つの空間次元の全てにおいては実行しないことも考えられ得る。例えば、図６に示された方法において、ＺＸ面およびＹＺ面における表示によって十分に位置を決定することができ、ＸＹ面における表示はもはや必要でない。同様に、２つの１次元表示のみ、又は単一の２次元表示のみを用いた本発明による方法も考えられ得る。異なる座標系を有する複数の本発明による方法を相前後して又は交互配置して実行することも考えられ得る。
【００７０】
更に、本発明による方法および装置において、均一な静磁場Ｂ０内でサンプルボリューム全体に亘って核スピンの励起が行われるが、しかし印加された傾斜磁場Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚによって、又はボディコイルによって選択的な励起が行われて投影および取得がこの選択されたボリュームに限定されることも可能である。これは、例えば集束超音波によるハイパーサーミア治療の際に検査領域が既知で空間的に限定されている場合に格別に有利であり、検査時間の短縮および／または分解能の改善を達成することができる。
【００７１】
本発明を詳細に好ましい実施例によって詳しく図解して説明したが、本発明は、その開示された例によって限定されることはなく、これからその他の変形を当業者によって本発明の保護範囲を逸脱することなく導き出すことができる。
【符号の説明】
【００７２】
１          磁気共鳴トモグラフィ装置
２          長手方向
１０        磁石ユニット
１１        静磁場磁石
１２        傾斜磁場コイル
１４        ボディコイル
１５        局所コイル
１６        トンネル空間
２０        制御ユニット
２１        傾斜磁場制御部
２２        高周波ユニット
２３        制御部
２５        信号バス
３０        患者テーブル
３１        第１端部
３３        信号線
３４        直線レールシステム
３６        第１支持部
３７        駆動装置
４０        患者
５２        第２のグラジエントエコー
７１        第１のエコートレイン
７２        第２のエコートレイン
【図１】
2014104352.tif 000003
【図２】
2014104352.tif 000004
【図３】
2014104352.tif 000005
【図４】
2014104352.tif 000006
【図５】
2014104352.tif 000007
【図６】
2014104352.tif 000008
【図７】
2014104352.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成26年1月14日(2014.1.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプルボリューム内の温度変化領域を迅速に決定する方法であって、
ａ）磁場内で高周波パルスによってサンプルボリューム内の核スピンを励起するステップと、
ｂ）マルチエコーシーケンスにより、サンプルボリューム内の磁気共鳴信号の第１のｎ次元空間にわたる積分の第１のｍ次元空間への第１の投影を取得して記憶し、ｎ＋ｍ＝３であり、かつマルチエコーシーケンスにより、サンプルボリューム内の磁気共鳴信号の第２のｎ次元空間にわたる積分の第２のｍ次元空間への第１の投影を取得して記憶し、第１および第２のｍ次元空間が互いに平行でなく、ｎ＋ｍ＝３であるステップと、
ｃ）ステップｂ）を繰り返し、それぞれの第２の投影を取得して記憶するステップと、
ｄ）温度変化を決定するために、第１のｎ次元空間にわたる第１の投影と第２の投影との差を形成し、かつ第２のｎ次元空間にわたる第１の投影と第２の投影との差を形成するステップと
を有するサンプルボリューム内の温度変化領域の迅速決定方法。
【請求項２】
ステップｃ）が、ステップｂ）の前にステップａ）の繰り返しも含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
更に、ステップｂ）の後に次のステップｂ１）を有し、ステップｄ）の後に次のステップｄ１）を有する請求項１又は２記載の方法、
ｂ１）マルチエコーシーケンスにより、サンプルボリューム内の磁気共鳴信号の第３のｎ次元空間にわたる積分の第３のｍ次元空間への第１の投影を取得して記憶し、第１および第３のｍ次元空間ならびに第２および第３のｍ次元空間が互いに平行でなく、ｎ＋ｍ＝３であるステップ、
ｄ１）温度変化を決定するために、第３のｎ次元空間にわたる第１の投影と第２の投影との差を形成するステップ。
【請求項４】
ｎ＝１およびｍ＝２である請求項１乃至３の１つに記載の方法。
【請求項５】
ｎ＝２およびｍ＝１である請求項１乃至３の１つに記載の方法。
【請求項６】
マルチエコーシーケンスがシングルショットシーケンスである請求項１乃至５の１つに記載の方法。
【請求項７】
スピンエコーが傾斜磁場により生成される請求項１乃至６の１つに記載の方法。
【請求項８】
高周波パルスによってひき起こされる温度変化が決定される請求項７記載の方法。
【請求項９】
スピンエコーがリフォーカスパルスにより生成される請求項１乃至６の１つに記載の方法。
【請求項１０】
ステップｃ）の前に熱源又は冷源によってサンプルボリュームの少なくとも部分領域において温度変化がひき起こされる請求項１乃至９の１つに記載の方法。
【請求項１１】
熱源がサンプルボリューム内の超音波場である請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
熱源がサンプルボリューム内の高周波電磁場である請求項１０記載の方法。
【請求項１３】
更に、第１のｍ次元空間、第２のｍ次元空間および第３のｍ次元空間への投影によりサンプルボリューム内の温度変化領域の３次元位置が決定される請求項３乃至１２の１つに記載の方法。
【請求項１４】
サンプルボリューム内の温度変化領域を迅速に決定するための磁気共鳴トモグラフィ装置であって、
サンプルボリューム内に静磁場Ｂ０を生成する磁場磁石と、
サンプルボリューム内に傾斜磁場を生成する傾斜磁場コイルと、
サンプルボリュームへの高周波信号の送信および／またはサンプルボリュームからの高周波信号の受信を行う１つ又は複数のアンテナと、
傾斜磁場コイルおよびアンテナを信号で制御しかつ１つ又は複数のアンテナからの高周波信号を受信する供給ユニットと、
供給ユニットを制御しかつ受信された高周波信号を解析する制御部と
を有し、
ａ）制御部は、供給ユニットが磁場内でサンプルボリューム内の核スピンを高周波パルスによって励起するように供給ユニットを制御し、
ｂ）制御部は、マルチエコーシーケンスにより制御部がサンプルボリューム内の磁気共鳴信号の第１のｎ次元空間にわたる積分の第１のｍ次元空間への第１の投影を取得して記憶するように供給ユニットを制御し、かつ供給ユニットによって検出される高周波信号を解析し、ｎ＋ｍ＝３であり、
ｃ）制御部は、マルチエコーシーケンスにより制御部がサンプルボリューム内の磁気共鳴信号の第２のｎ次元空間にわたる積分の第２のｍ次元空間への第１の投影を取得して記憶するように供給ユニットを制御し、かつ供給ユニットによって検出される高周波信号を解析し、第１および第２のｍ次元空間は互いに平行でなく、ｎ＋ｍ＝３であり、
ｄ）制御部は、ステップｂ）およびｃ）を繰り返し、それぞれの第２の投影を取得して記憶し、
ｅ）制御部は、温度変化を決定するために、第１のｎ次元空間にわたる第１の投影と第２の投影との差を形成し、かつ第２のｎ次元空間にわたる第１の投影と第２の投影との差を形成する
サンプルボリューム内の温度変化領域を迅速に決定する磁気共鳴トモグラフィ装置。
【請求項１５】
マルチエコーシーケンスがシングルショットシーケンスである請求項１４記載の磁気共鳴トモグラフィ装置。
【請求項１６】
磁気共鳴トモグラフィ装置が、複数の局所コイルを有し、かつ局所コイルによりサンプルボリュームへの高周波パルスの送出および／またはサンプルボリュームからの高周波信号の受信を行うように設計されている請求項１４又は１５記載の磁気共鳴トモグラフィ装置。
【請求項１７】
制御部が、第１のｎ次元空間にわたる投影と第２のｎ次元空間にわたる投影とによりサンプルボリューム内の温度変化領域の３次元位置を決定するように設計されている請求項１４乃至１６の１つに記載の磁気共鳴トモグラフィ装置。