(57)【要約】  磁気共鳴画像形成システムは、コイル装置３６のｎ個の個別のコイルセグメント３８の間の誘導される磁気的結合を補償するための結合補償プロセッサ７０を含む。被調整信号判定装置７４は、コイル装置３６のｎ個の個別のコイルセグメントの各々について被調整入力信号を判定する。送信システム５４は、判定された被調整入力信号に応じてＲＦパルスを生成し、当該送信されるＲＦパルスがディジタル領域においてコイルセグメント３８の間の結合を補償するように対応するコイルセグメントにＲＦパルスを送信する。
2009513217.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気共鳴画像形成システムであって、
コイル装置のｎ個の個別のコイルセグメントの間の誘導された磁気結合を補償するための結合補償プロセッサであって、前記コイル装置のｎ個の個別のコイルセグメントの各々につき被調整入力信号を判定する被調整信号判定装置を含むプロセッサと、
当該判定された被調整入力信号に応じてＲＦパルスを生成し、これらＲＦパルスを対応のコイルセグメントに送信し、当該送信されたＲＦパルスがディジタル領域において前記コイルセグメント間の結合を補償するようにした送信システムと、
を有するシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムであって、前記結合補償プロセッサは、
予め規定された値の信号とともにＲＦパルスを生成するよう前記送信システムを制御し、当該ＲＦパルスを前記コイルセグメントの各々又は前記コイル装置の個々のコイルセグメントの各々に対応する調整コイルに順次伝送する電圧発生装置と、
各送信されたＲＦパルスに応答して各コイルセグメント又は対応するピックアップコイルにおいて誘導された電流に対応する誘導された信号の振幅及び位相を判定する信号判定装置と、
をさらに含む、
システム。
【請求項３】
請求項２に記載のシステムであって、前記結合補償プロセッサは、当該予め規定された信号及び判定された被誘導信号のうちの一方を表す各々の要素を有するシステム行列を判定するためのシステム行列判定アルゴリズムをさらに含む、システム。
【請求項４】
請求項３に記載のシステムであって、前記被調整信号判定装置は、前記システム行列とコイルセグメント要求電流との乗算
［Ｕａｄｊ］＝［Ｔ］［Ｉ］
により、当該被調整信号を判定し、その際、Ｔが当該判定されたシステム行列を示し、Ｕａｄｊが当該被調整入力信号であり、Ｉが要求電流であるものとした、システム。
【請求項５】
請求項１に記載のシステムであって、前記コイル装置は、検査領域の周辺に配置される複数の共振器を含む、システム。
【請求項６】
請求項１に記載のシステムであって、前記コイル装置の各セグメントは、前記送信システムのチャネルを介して独立して駆動されＲＦパルスを選択的に検査領域に供給する、システム。
【請求項７】
請求項１に記載のシステムであって、前記コイル装置の各セグメントは、独立した受信素子であり、受信器のチャネルに接続されて受信したＭＲ信号を復調する、システム。
【請求項８】
請求項１に記載のシステムであって、前記コイル装置は、主磁界に平行に延在する複数の共振器を含むＴＥＭコイルを含む、システム。
【請求項９】
磁気共鳴画像形成方法であって、
互いに電磁気的に結合されたコイル装置のｎ個の個別のコイルセグメントの各々につき所望の電流を測定すること、
各セグメントへの供給のための被調整入力信号を判定し、当該供給により、ディジタル領域において前記コイルセグメント間の結合の補償をするよう、結合後に各セグメントが前記所望の電流を伝送することが導かれるようにすること、
前記判定された被調整入力信号に応じてＲＦパルスを生成すること、及び
前記ＲＦパルスを対応のコイルセグメントに伝送すること、
を有する方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、前記被調整入力信号を判定するステップは、
当該磁気共鳴画像形成の前に、予め規定された値の信号を発生すること、
その発生された予め規定された信号に応じてＲＦパルスを生成すること、
他の個別のコイルセグメントにおける電流を誘導するｎ個のコイルセグメントの各々に順次ＲＦパルスを送信すること、及び
各コイルセグメントにおける当該誘導された電流に対応する信号を判定すること、
を含む、方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であって、前記被調整入力信号を判定するステップは、
前記予め規定された信号及び判定された被誘導信号のうちの一方を各々表す要素を有するシステム行列を判定すること、及び
前記システム行列に、各コイルセグメントの所望の電流を表すベクトルを乗算すること、
をさらに含む、方法。
【請求項１２】
請求項９に記載のステップを行うための磁気共鳴スキャナ。
【請求項１３】
磁気共鳴方法であって、
予め規定されたＲＦ信号を電磁的に結合された複数のコイル素子の各々に個別に供給すること、
前記予め規定された信号により前記コイル素子において誘導された電流に対応する被誘導信号を測定すること、及び
当該供給された予め規定された信号と当該測定された被誘導信号との間の関係を表すシステム行列を発生すること、
を有する方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法であって、
磁気共鳴を励起し操作するよう各コイル素子に供給すべき所望のＲＦ電流を判定すること、
当該供給された電流により誘導された共鳴信号を受信すること、及び
当該所望の電流及び当該受信された共鳴信号のうちの一方を、ディジタル領域において前記コイルセグメント間の結合を補償するよう前記システム行列に応じて調整すること、
をさらに含む方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、前記調整ステップは、前記システム行列の変換により当該受信された共鳴信号を乗算することを含む、方法。
【請求項１６】
請求項１３に記載の方法であって、当該予め規定されたＲＦ信号は、複数の共振器の各々に供給され、当該誘導された信号は、前記共振器から分離したピックアップコイルを用いて測定される、方法。
【請求項１７】
請求項１３に記載のステップを実行するための磁気共鳴スキャナ。
【請求項１８】
磁気共鳴装置であって、
検査領域を通じる主磁界を発生する主磁石と、
電磁気的に結合した並列コイルセグメントのアレイを含むＲＦコイルシステムと、
前記検査領域から共鳴信号を受信するＲＦ受信器と、
ディジタル領域において前記コイルセグメント間の結合の補償をなす結合補償プロセッサと、
を有する装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の装置であって、前記補償プロセッサは、
送信器に、各コイルセグメントに対して予め規定されたＲＦ電流パルスを個別に供給させる信号発生装置と、
各供給された予め規定された電流パルスに応答して各コイルセグメントにおいて誘導された電流の関数を判定する信号判定装置と、
当該供給された電流と当該誘導された電流との間の関係を表す行列を判定するシステム行列算出器と、
を含む、装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の装置であって、
磁気共鳴処理の間に前記ＲＦ送信器により供給されるべき所望の電流パルスを判定するＭＲＩコントローラと、
当該受信された共鳴信号及び当該所望のＲＦ電流パルスのうちの一方について前記システム行列に応じて前記コイルセグメント間の結合を補償する入力パルスを発生するよう動作するプロセッサと、
をさらに含む装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気共鳴技術に関する。本発明は、磁気共鳴画像形成コイル及びスキャナに特定の用途を見出すものであり、その特定の文献とともに説明する。より包括的には、画像形成、分光学などのための磁気共鳴システムに用途を見出すものである。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴画像形成（ＭＲＩ）装置は、患者の検査のために一般に用いられている。ＭＲＩにおいて、ＲＦコイルは、核スピンを励起し当該核スピンからの信号を検出するために画像形成対象内のＢ１場を発生するにために用いられる。
【０００３】
幾つかのマルチチャネル送信／受信ＭＲＩシステムにおいて、複数の送信ユニットのうちの１つ１つは、各ＲＦコイル又はコイルセグメントに割り当てられ、送信すべきＲＦ波形の振幅及び／又は位相及び／又は形状を独立して調整するために設けられるとともに、複数の受信ユニットの１つ１つは、個々に活性化又は不活性化されるよう各ＲＦコイル又はコイルセグメントに割り当てられている。より詳しくは、送信すべきＲＦ波形の独立した振幅及び／又は位相及び／又は形状は、検査対象物における誘電体共振の補償をなすために又は所望の励起パターンを最適化するように用いられる。
【０００４】
接近した位置合わせで複数のＲＦ送信器を構成することにより、当該要素間の相互の結合が生じる。これら送信器における電流の位相及び振幅は、相互関係を持つことになる。個々のＲＦ送信チャネルの間で電力が交換される。
【０００５】
相互結合の補償をなす１つの方法は、受動減結合ネットワークを用いることである。受動減結合方法は、容量性及び／又は誘導性素子の測定が多数のチャネルについては相当に難しくなるので、限られた数のコイルに対して有用な態様で適用可能である。また、減結合及びマッチングネットワークは、必ずしも実際の負荷とはならない見込みの標準的負荷についてのみ測定及び構成可能である。高めの磁場においては、負荷の少しの変化が素子の減結合に大きな影響を及ぼしうる。受動型の減結合ネットワークにおける他の問題は、望ましくない共鳴を生じる可能性のあるコネクタの寄生容量及びインダクタンスの存在に絡んでいる。
【０００６】
現行の能動減結合補償方法において、相互結合は、マルチチャネル送信器アレイの各ポートにおける入力信号を適切に調整することにより補償される。この現行のアプローチにおいて、各送信器における電流は、当該入力信号を適合させることによりアナログ領域において閉ループシステムを用いて調整される。しかしながら、この閉ループシステムは、負荷の変動に対する感応性が高い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以下に説明するものは、上述した制限その他を克服する改善された装置及び方法をもくろむものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一態様によれば、磁気共鳴画像形成システムが開示される。補償プロセッサは、コイル装置のｎ個の個別のコイルセグメントの間の誘導された磁気結合を補償する。被調整信号判定装置は、当該コイル装置のｎ個の個別のコイルセグメントの各々につき被調整入力信号を判定する。送信システムは、その判定された調整後の入力信号に応じてＲＦパルスを生成し、これらＲＦパルスを、当該送信されたＲＦパルスがディジタル領域においてコイルセグメントの間の結合を補償するよう、対応のコイルセグメントに送信する。
【０００９】
他の態様によれば、磁気共鳴画像形成方法が開示される。コイルセグメントが電磁的に互いに結合されているコイル装置のｎ個の個別のコイルセグメントの各々につき所望の電流が判定される。各セグメントへの供給のための被調整入力信号が判定され、この供給により、各セグメントが結合後に当該所望電流を搬送し、ディジタル領域においてコイルセグメント間の結合を補償するようにしている。ＲＦパルスは、判定された被調整入力信号に応じて生成される。これらＲＦパルスは、対応のコイルセグメントに送信される。
【００１０】
他の態様によれば、磁気共鳴方法が開示される。予め規定されたＲＦ信号は、電磁的に結合された複数のコイル素子の各々に個別に供給される。当該予め規定された信号により各コイル素子に誘導された被誘導信号が測定される。当該供給された予め規定された信号と測定された被誘導信号との間の関係を表わすシステム行列が発生される。
【００１１】
他の態様によれば、磁気共鳴装置が開示される。主磁石は、検査領域を通じる主磁界を発生する。ＲＦコイルシステムは、電磁的に結合する並列コイルセグメントのアレイを含む。ＲＦ受信器は、検査領域から共鳴信号を受信する。結合補償プロセッサは、ディジタル領域におけるコイルセグメント間の結合の補償を行う。
【００１２】
以下の詳細な説明を読むことによって、当業者であれば、多くの付加的な利点や効果が明らかとなる筈である。
【００１３】
本発明は、様々な構成部及び構成部の様々な構成、並びに様々な処理動作及び処理動作の様々な構成の形態をとりうるものである。図面は、専ら好適実施例を例示するためのものであり、本発明を限定するものと解釈してはならない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１を参照すると、磁気共鳴画像形成スキャナ１０は、検査領域１４を規定するハウジング１２を含み、この領域の中に、患者又は他の画像形成対象１６が配置される。ハウジング１２の中に配置された主磁石２０は、検査領域１４において主磁界を発生する。大抵は、主磁石２０は、冷却覆い２４により取り囲まれた超伝導マグネットであるが、常伝導性の又は永久の主磁石を用いることもできる。磁界勾配コイル３０は、検査領域１４内で、選択した磁界勾配を主磁界に重畳させるようハウジング１２の中に又はこれに付して配置される。取り巻きシールド４０を備えたＲＦコイルシステム又は装置３６は、検査領域１４に対して配置される。コイルシステム３６は、各々が異なるサイズ及び位置を有しうる複数のラジオ周波数コイル素子又はセグメント又はコイル又はラング３８を含む。コイルシステム３６は、ＴＥＭコイル、ハイブリッドＴＥＭバードケージコイル、バードケージ共振器、ループ共振器の装置、又はこれらと同様の機能のものとすることができる。模範的実施例において、コイル３６は、検査の意図された体積部の周り又は中に位置づけられる複数の共振器３８を含む。コイルシステム３６は、例えば、円筒状であるが、楕円形断面、半円形断面、半楕円形断面などの他の幾何学的配置形状寸法を有するものとしてもよいことは勿論である。
【００１５】
図１を継続して参照すると、磁気共鳴画像形成コントローラ５０は、検査領域１４において選択された磁界勾配を主磁界に重畳させるよう勾配コイル３０に結合された磁界勾配コントローラ５２を動作させ、また、概して磁気共鳴周波数の選択されたラジオ周波数励起パルスを画像形成のために検査領域１４の中へ注入するよう、個別のラジオ周波数コイルセグメント３８に各々が結合されたラジオ周波数送信器５４を動作させる。１つ又は複数のラジオ周波数送信器５４は、個別に制御され、異なる位相及び振幅を有することができる。ラジオ周波数励起パルスは、選択された磁界勾配により空間的に符号化された画像形成対象１６における磁気共鳴信号を励起する。さらに、画像形成コントローラ５０は、各々が、個々に制御され、その発生され空間的に符号化された磁気共鳴信号を復調するよう、コイルシステム３６の個々のコイルセグメント３８に接続される１つ又は複数のラジオ周波数受信器５６を動作する。受信した空間的に符号化された磁気共鳴データは、磁気共振器又はＭＲデータメモリ６０に記憶される。
【００１６】
復元プロセッサ６２は、記憶された磁気共鳴データを、画像形成対象１６又は検査領域１４内にあるそのうちの選択された部分の復元画像にするように復元する。復元プロセッサ６２は、データ取り込みに用いられる空間的符号化に適合したフーリエ変換復元技術又は他の適切な復元技術を使う。復元された画像は、画像メモリ６４に記憶され、ユーザインターフェース６６に表示可能であり、ローカルエリアネットワーク又はインターネットにより伝送され、プリンタにより印刷され、又は他の形態で利用されることができる。図示の実施例において、ユーザインターフェース６６は、放射線専門医又は他のユーザが、画像形成シーケンスを選択、変更又は実行するよう画像形成コントローラ５０と対話動作することも可能にする。他の実施例において、分離したユーザインターフェースは、スキャナ１０を動作させ、当該復元画像につき表示又はその他の操作をなすように設けられる。
【００１７】
説明した磁気共鳴画像形成システム１０は、例証のための例である。概して、ほぼあらゆる磁気共鳴画像形成スキャナが、開示したラジオ周波数コイルを組み込むことができる。例えば、スキャナは、オープンマグネットスキャナとすることができ、垂直ボアスキャナ、低磁界スキャナ、高磁界スキャナなどとすることができる。図１の実施例では、コイルシステム３６は、磁気共鳴シーケンスの位相につき送信及び受信の双方をなすために用いられているが、他の実施例では、分離した送信コイル及び受信コイルを設けてもよく、これらの一方又は双方は、ここで開示したラジオ周波数コイルデザイン及びデザインアプローチの１つ又は複数を組み込むようにしてもよい。
【００１８】
図１を引き続き参照しさらに図２を参照すると、結合補償プロセッサ７０は、例えば予め判定され所望電流メモリ７２に記憶された所望の結果として得られる共振器電流Ｉを得るように送信器５４に実際に供給される被調整入力信号Ｕａｄｊを判定する。個別のコイルセグメント又は共振器３８は結合しているので、画像形成中の１つの素子へ供給される信号は、その残りの素子への寄与をなす。したがって、当該各素子の電流は、相互結合により、所望の電流分布とは異なる。被調整信号判定装置７４は、各セグメントが所望電流Ｉを実際に搬送することになるセグメント３８毎に当該被調整入力信号Ｕａｄｊ（振幅及び位相）を判定する。
【００１９】
より詳しくは、測定処理の間、システム行列判定手段又はアルゴリズム又は処理８２は、変換行列Ｇ及びこの変換行列Ｇの逆であるシステム行列Ｔを判定又は測定し、所与の周波数のために各コイル要素の相互の寄与を規定する。変換行列Ｇは、予め選択された公称の送信信号を各共振器３８１，３８２，…に個々に供給し、例えば他の共振器の各々における誘導された電流又は信号振幅及び位相を測定することにより他の共振器の各々に対する誘導性結合を測定することによって、判定可能である。
【００２０】
［ＩＭ］＝［Ｇ］［Ｕ］              …式（１）
【００２１】
ここで、ＩＭは測定された電流を表し、Ｕは入力信号を表し、Ｇは変換行列を示す。
【００２２】
順方向又は被反射の電力を測定することにより結果として得られる電流ＩＭを計算することができる。或いは、磁界Ｂ１は、現存磁界に比例した信号を供給する各対応のコイル素子又は共振器において誘導される電流を測定するために選択性磁界Ｂ１センサ又はピックアップコイル８４１，８４２，…を用いて、直接、測定することができる。
【００２３】
ソフトウェア側において、システム行列Ｔの判定は、準備位相において画像形成の前に実現される。
【００２４】
被調整信号判定装置７４は、変換行列Ｇの逆であるシステム行列Ｔと送信側の所望の信号との乗算を用いることにより送信器５４のために被調整入力信号Ｕａｄｊを判定する。
【００２５】
［Ｕａｄｊ］＝［Ｔ］［Ｉ］                …式（２）
【００２６】
ここで、Ｔはシステム行列を示し、Ｕａｄｊは送信側における結果として得られる信号であり、Ｉは各送信器チャネル又はコイルにおける所望電流である。
【００２７】
判定された被調整信号は、被調整信号メモリ８６に記憶される。
【００２８】
完全に結合解除された送信器行列の理想的ケースにおいて、システム行列Ｔは、ゼロに等しくない対角要素しか有しない。実際、大多数のケースにおいて、変換行列Ｇの非対角要素は、補償の必要な非ゼロ値を含む。したがって、当該行列は判定されなければならない。
【００２９】
図２を継続して参照すると、模範的な２チャネルＴＥＭ共振器は、第１及び第２の共振器３８１，３８２を含む。各共振器３８１，３８２は、キャパシタ９４によりＲＦシールド４０と接続され、対応の取り付けポイント又はポートＡ，Ｂを含む。電圧又は信号発生プロセッサ若しくは装置又は手段１００は、ＲＦ送信器５４に所定の値の信号を発生させ、この信号は、各共振器３８１，３８２の対応のポートＡ，Ｂに順次に供給される。例えば、初期時には、信号発生プロセッサ１００は、第１の共振器３８１のポートＡに供給される信号を発生する。第１の共振器３８１と第２の共振器３８２との間の相互結合のため、第１の共振器３８１だけでなく第２の共振器３８２にも電流が流れる。信号判定装置若しくはプロセッサ又は手段１０２は、例えば対応のピックアップコイル８４１，８４２により、共振器の各々に流れる電流の量及び／又は位相を判定する。次に、信号発生プロセッサ１００は、第２の共振器３８２の入力ポートＢに供給される信号を発生する。信号判定装置１０２は、各共振器３８１，３８２に流れる電流の量及び／又は位相を、例えば対応する第１及び第２のピックアップコイル８４１，８４２により判定する。測定結果を用いて、変換行列Ｇが判定され記憶される。変換行列Ｇの逆形を用いて、適正な入力信号［Ｕａｄｊ］を、所望電流［Ｉ］について算出することができる。上記例では、結果として得られる変換行列Ｇは２つの共振器に対応する２×２行列であるが、コイルシステム３６を、大抵、例えば８、１６又は３２など、多数の共振器を含むものとすることになることが考えられる。
【００３０】
他の実施例において、予め規定されたラジオ周波数信号をピックアップコイルに伝送するために検査領域１４に対して調整コイルが配置される。この調整コイルの数は、例えば、予め規定されたラジオ周波数信号を受信するために用いられるピックアップコイル８４の数に等しい。
【００３１】
図２を引き続き参照しさらに図３を参照すると、強固な相互結合の場合には、無視できない量の電力が送信器５４の増幅器１１０，１１２の間で交換可能となる。例えば、順方向電力１１４，１１６は、対応する増幅器１１０，１１２から第１及び第２のコイルセグメント又は共振器３８１，３８２に供給される。結合電力１１８は、第１のコイルセグメント３８１と第２のコイルセグメント３８２との間に確立される。結果として、結合電力１２０，１２２は、反射電力１２４，１２６に加えて、コイル３８１，３８２から対応の増幅器１１０，１１２へ戻るように流れる。増幅器１１０，１１２は、大抵、例えば、過剰な電流のために、公称電力定格を超過したとき（例えば過大な電力が反射したとき又は過大な電力が他のチャネルから結合された場合など）、増幅器１１０，１１２をオフに切り替えるターンオフスイッチを含む。増幅器１１０，１１２のシャットダウンを防止するため、当該ターンオフスイッチのトリッピング動作を克服するためにサーキュレータ１３０，１３２が用いられる。サーキュレータ１３０，１３２は、対応する増幅器１１０，１１２とコイルセグメント３８１，３８２との間に接続され、結合された電力１２０，１２２と反射した電力１２４，１２６を対応の負荷１４０，１４２に転送するようにしている。増幅器１１０，１１２の転送電力１１４，１１６は、サーキャレータ１３０，１３２を通過し、コイル素子３８１，３８２にほぼ不変に到達するとともに、反射した電力１２０，１２２及び結合された電力１２４，１２６は、負荷１４０，１４２に差し向けられる。出力ポートにおける電力増幅器の非線形入力インピーダンスの場合、非線形インピーダンスは、相互結合により共振器に変換されるが、これは望ましくない。サーキュレータは、非線形入力インピーダンスと共振器との間の結合を避けるものである。
【００３２】
上述した態様において、送信器アレイの結合特性は、測定結果により予め判定される。画像形成中の各送信器チャネルによる供給信号は、誘導された信号を取り消し又は補うように調整され、他の増幅器及び共振器は、当該共振器における結果としての電流が意図された信号となるようにする。この方法は、狭帯域周波数で動作するＭＲシステムに適用可能であり、マルチチャネルＲＦ送信能力及びコイルアレイを用いた関連の用途を含むものである。本方法は、誘電体共振の作用を補償するマルチチャネルＲＦ送信及び／又は受信コイルアレイのための厳格な設計条件を緩和するものである。
【００３３】
勿論、同様の態様で修正を例えば復元プロセスにおいて受信信号に適用することができることも想定される。一実施例においては、個別の送信コイル及び受信コイルが設けられ、受信側システム行列Ｔ´を、受信信号を修正する際に用いられるインピーダンス変換によりシステム行列Ｔから計算又は取得することができる。
【００３４】
一実施例において、コイル装置３６は、２つの異なる周波数により各々が特徴付けられるコイル素子３８を含む。システム行列Ｔは、個々の周波数毎に上述したようにして判定される。結合補償プロセッサ７０は、個々の周波数毎に入力信号を補正する。
【００３５】
以上、本発明を好適実施例について説明した。これまでの詳細な説明を読み理解することにより、第三者が変形及び変更をなすことになる。本発明は、こうした変形及び変更が添付の請求項の範囲又はその等価な範囲内にある限り、これら全てを含むものと解釈されることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】磁気共鳴画像形成システムを概略的に示す図。
【図２】磁気共鳴画像形成システムの詳細な部分を概略的に示す図。
【図３】磁気共鳴システムの一部における電力経路を概略的に示す図。
【図１】
2009513217.tif 000003
【図２】
2009513217.tif 000004
【図３】
2009513217.tif 000005
【国際調査報告】
2009513217.tif 000006
2009513217.tif 000007