(57)【要約】【課題】選択励起及び並列送信を用いたＭＲスキャン高速化のための方法及びシステムを提供する。【解決手段】磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムで使用するための無線周波数（ＲＦ）送信コイルアレイ・アセンブリ（１５２）を提供する。このＲＦ送信コイルは、被検体（２００）の周りに配列させかつパルス発生器モジュール（１２１）と結合させた複数のコイルを備えている。このパルス発生器モジュールは、ＭＲＩシステムの送信モードにおいて選択励起パルスが誘導されるようにコイルを駆動するように構成されている。この選択励起パルスは、被検体の内側ボリューム（２０３）を励起してスキャンの高速化を容易にするように設計されている。この内側ボリュームの内部には撮像域（２０４）が包含される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体（２００）の周りに配列させ、かつＭＲＩシステムの送信モードにおいて選択励起パルスが誘導されるようにコイルを駆動するように構成されたパルス発生器モジュール（１２１）と結合させた複数の送信コイルを備えた無線周波数（ＲＦ）送信コイルアレイ・アセンブリ（１５２）を備える磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムであって、
該選択励起パルスは被検体の内側ボリューム（２０３）を励起すると共にスキャンの高速化を容易にするように設計されており、かつ該内側ボリュームの内部に撮像域（２０４）が包含されている磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システム。
【請求項２】
前記複数の送信コイルはさらに前記選択励起パルスの持続時間を短縮させるように構成されており、該選択励起パルスは２次元選択励起パルスまたは３次元選択励起パルスを含んでいる、請求項１に記載のＭＲＩシステム。
【請求項３】
前記ＲＦ送信コイルアレイ・アセンブリはさらに核磁気共鳴（ＮＭＲ）信号を収集するように構成されており、該ＮＭＲ信号は被検体を表す情報を含んでおり、該ＲＦ送信コイルアレイ・アセンブリはさらにエイリアシングを低減させるように構成されている、請求項１に記載のＭＲＩシステム。
【請求項４】
被検体を表す情報を含んだ核磁気共鳴（ＮＭＲ）信号を収集するように構成された複数の受信器コイルを備えた受信器コイルアレイをさらに備える請求項１に記載のＭＲＩシステム。
【請求項５】
前記収集したＮＭＲ信号を処理して被検体の画像を再構成するように構成された処理装置（１０６）をさらに備える請求項１に記載のＭＲＩシステム。
【請求項６】
前記処理装置はさらに、前記画像の面内で２次元位相エンコードを適用しかつ該画像の深度方向で１次元周波数エンコードを適用することを含む３次元イメージング技法を用いて画像を作成するように構成されている、請求項５に記載のＭＲＩシステム。
【請求項７】
前記処理装置はさらに、撮像面の１つの軸に沿って周波数エンコードを適用しかつ該撮像面の直交する軸に沿って１次元位相エンコードを適用することを含む２次元イメージング技法を用いて画像を作成するように構成されている、請求項５に記載のＭＲＩシステム。
【請求項８】
スキャンの高速化が並列イメージングを用いることを含む、請求項７に記載のＭＲＩシステム。
【請求項９】
複数の送信コイルによる磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）のための方法であって、
その内部に撮像域を包含した内側ボリュームを励起して選択励起パルスを用いて被検体に対するスキャンの高速化を容易にする工程と、
前記内側ボリュームを表す核磁気共鳴（ＮＭＲ）信号を収集する工程と、
前記収集したＮＭＲ信号を処理して画像を再構成する工程と、
を含む方法。
【請求項１０】
前記選択励起パルスは、並列励起を得るように構成した複数の送信コイルを用いて誘導されている、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的には磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）に関し、またさらに詳細には、ＭＲＩで使用される送信コイルアレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ＭＲＩはよく知られたイメージング技法である。従来のＭＲＩデバイスは、例えばＭＲＩ手技を受ける対象者の体軸に沿って均一な磁場を確立させている。この均一磁場は、原子核の核スピン（身体組織を形成する原子や分子内の核スピン）をこの磁場の軸に沿って整列させることによって撮像する対象者の身体内部を条件付けする。この核スピンの向きが乱されて磁場との整列から外れると、これらの原子核はその核スピンを磁場の軸と再整列させようとする。核スピンの向きの乱れは、無線周波数（ＲＦ）パルスの印加によって引き起こされることがある。再整列過程の間に、原子核はその磁場軸の周りで歳差運動して電磁的信号を放出し、これを対象者上または対象者の周りに配置させた１つまたは複数のコイルによって検出することができる。
【０００３】
歳差運動する所与の原子核から放出される磁気共鳴（ＭＲ）信号の周波数は、その原子核の位置における磁場の強度に依存する。当技術分野でよく知られているように、人体内の様々な箇所から発生する放射は、人体を横切るように磁場に磁場傾斜を付与することによって識別することが可能である。便宜上、この磁場傾斜の方向を左右方向と呼ぶことがある。ある特定の周波数の放射は、その磁場傾斜内の所与の位置（したがって、人体内部の所与の左右位置）で発生していると見なすことができる。こうした磁場傾斜を付与することは周波数エンコードとも云う。
【０００４】
しかし、所与の左右位置にあるすべての原子核が同じ磁場強度を受けており、したがって同じ周波数の放射を放出するため、磁場傾斜のこうした付与では２次元分解能に対応できない。したがって、周波数エンコード傾斜の付与それ自体では、人体の所与の左右位置にあるような上端部から発生した放射と下端部から発生した放射を区別することができない。直角方向で強度を変化させた傾斜を付与し、原子核を様々な量だけじょう乱させることによって、この第２の方向での分解能が可能となることが分かっている。こうした追加的な傾斜の付与のことを位相エンコードとも呼んでいる。
【０００５】
１回の位相エンコード工程中にコイルによって検知した周波数エンコード・データは、ｋ空間マトリックスとして知られているデータ・マトリックス内の１本のデータラインとして格納される。ｋ空間マトリックスの複数のラインを満たすには複数回の位相エンコード工程が実行される。このマトリックスのフーリエ変換を実行し、この周波数情報を核スピンの分布または撮像素材の原子核密度を表している空間情報に変換することによって、このマトリックスから画像を作成することができる。
【０００６】
ＳＥＮＳＥ（ＳＥＮＳｉｔｉｖｉｔｙ  Ｅｎｃｏｄｉｎｇ）などの多くの並列イメージング技法は、ｋ空間内において直線状軌道を実行するパルスシーケンスを付与している。こうした技法は、位相エンコード工程の数を減らして撮像時間を短縮させ、さらにアレイ感度情報を用いて空間情報の損失を補償している。こうした技法に関わる問題点の１つは、位相エンコード工程に関する低減率が位相エンコード方向に配列させたコイルの数を超えると、ＳＥＮＳＥ再構成においてエイリアシング除去の不完全や信号対雑音比（ＳＮＲ）の劣化を生じることである。
【特許文献１】米国特許公開第２００３／０２１４２９４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
エイリアシング除去を改善させかつ信号対雑音比を改善させて撮像の高速化を可能とするための方法及びシステムが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
簡単に述べると、本発明の一実施形態では、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムを提供する。本ＭＲＩシステムは、被検体の周りに配列されかつパルス発生器モジュールに結合されている複数のコイルを含むＲＦ送信コイルアレイ・アセンブリを備えている。このパルス発生器モジュールは、これらのコイルを駆動して、ＭＲＩシステムの送信モード時に選択励起パルスを誘導させるように構成されている。この選択励起パルスは、被検体の内側ボリュームを励起するように設計されており、この内側ボリュームの内部には撮像域が包含されると共に、この選択励起パルスによってスキャンの高速化を容易にしている。
【０００９】
別の実施形態では、複数の送信コイルによる磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）のための方法を提供する。本方法は、被検体の内側ボリュームを選択励起パルスを用いて励起させてスキャンの高速化を容易にすることを含む。この内側ボリュームは撮像域を包含している。本方法はさらに、内側ボリュームを表す核磁気共鳴（ＮＭＲ）信号を収集しこのＮＭＲ信号を処理して画像を再構成することを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明に関するこれらの特徴、態様及び利点、並びにその他の特徴、態様及び利点については、同じ参照符号が図面全体を通じて同じ部分を表している添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むことによってより理解が深まるであろう。
【００１１】
図１は、本発明の実施形態に従って画像を作成するためのシステムの簡略ブロック図を表している。一実施形態では、そのシステムは本発明の実施形態を組み込んだＭＲイメージング・システムである。このＭＲシステムは、本発明の方法を実施するように適応させている、ただし別のシステムも同様に使用可能である。
【００１２】
ＭＲシステムの動作は、キーボード／制御パネル１０２及びディスプレイ１０４を含むオペレータ・コンソール１００から制御を受けている。コンソール１００は、オペレータが画像の作成及び画面１０４上への画像表示を制御できるようにする独立のコンピュータ・システム１０７と、リンク１１６を介して連絡している。
【００１３】
コンピュータ・システム１０７は、バックプレーンを介して互いに連絡している多くのモジュールを含んでいる。これらのモジュールには、画像処理装置モジュール１０６、ＣＰＵモジュール１０８、並びに当技術分野でフレーム・バッファとして知られている画像データ・アレイを記憶するためのメモリ・モジュール１１３が含まれる。コンピュータ・システム１０７は、画像データ及びプログラムを記憶するためにディスク記憶装置１１１及びテープ駆動装置１１２とリンクしており、さらに高速シリアルリンク１１５を介して独立のシステム制御部１２２と連絡している。
【００１４】
システム制御部１２２は、バックプレーンにより互いに接続させたモジュールの組を含んでいる。これらのモジュールには、ＣＰＵモジュール１１９や、シリアルリンク１２５を介してオペレータ・コンソール１００に接続させたパルス発生器モジュール１２１が含まれる。システム制御部１２２は、実行すべきスキャンシーケンスを指示するオペレータからのコマンドをこのリンク１２５を介して受け取っている。一実施形態では、そのパルス発生器モジュールは複数のパルス発生器を備えている。
【００１５】
パルス発生器モジュール１２１は、所望のスキャンシーケンスを実行させるように各システム・コンポーネントを動作させている。これによって、発生させようとする無線周波数（ＲＦ）パルスのタイミング、強度及び形状、並びにデータ収集ウィンドウのタイミング及び長さを指示するデータを発生させている。パルス発生器モジュール１２１は、スキャン中に発生させようとする傾斜パルスのタイミング及び形状を指示するために１組の傾斜増幅器１２７と接続させている。
【００１６】
パルス発生器モジュール１２１はさらに、生理学的収集制御器１２９から被検体データを受け取っており、この生理学的収集制御器１２９は、電極からのＥＣＧ信号やベローズからの呼吸信号など被検体２００に接続した異なる多数のセンサからの信号を受け取っている。また最終的には、パルス発生器モジュール１２１は、被検体２００の状態及びマグネット系に関連付けした様々なセンサからの信号を受け取っているスキャン室インタフェース回路１３３と接続させている。このスキャン室インタフェース回路１３３を介してさらに、位置決めデバイス１３４がスキャンのために被検体２００を所望の位置まで移動させるコマンドを受け取っている。
【００１７】
パルス発生器モジュール１２１が発生させる傾斜波形は、Ｇｘ、Ｇｙ及びＧｚ増幅器から構成される傾斜増幅器システム１２７に加えられる。各傾斜増幅器は全体を番号１３９で示すアセンブリ内の対応する傾斜コイルを励起させ、収集信号の位置エンコードのために使用する磁場傾斜を発生させている。この傾斜コイル・アセンブリ１３９は、偏向用マグネット１４０及びＲＦ送信コイルアレイ・アセンブリ１５２を含むマグネット・アセンブリ１４１の一部を形成している。
【００１８】
マグネット・アセンブリ１４１の内部の被検体２００を受け入れるためのエリアとしてボリューム１４２を表しており、またこのボリューム１４２は患者ボアを含んでいる。本明細書で使用する場合、ＭＲＩスキャナの使用可能ボリュームとは一般に、その主磁場、傾斜磁場及びＲＦ磁場の均一性が撮像に受け入れ可能な既知のレンジ内にあるような患者ボア内部の連続したエリアであるボリューム１４２内部のボリュームであると規定している。
【００１９】
システム制御部１２２内にある送受信器モジュール１５０は、ＲＦ増幅器システム１５１によって増幅させかつ送信／受信切り替えシステム１５４によってＲＦコイル・システム１５２に結合させるパルスを発生させている。被検体２００内の励起した原子核が放射して得られた信号は、同じＲＦコイル・システム１５２によって検知すると共に、送信／受信切り替えシステム１５４を介して前置増幅器システム１５３に結合させることができる。
【００２０】
増幅したＭＲ信号は、送受信器１５０の受信器セクション内で復調し、フィルタ処理しかつディジタル化している。送信／受信スイッチ１５４は、送信モード（すなわち、励起時）ではコイル・システム１５２にＲＦ増幅器システム１５１を電気的に接続させ、また受信モードでは前置増幅器システム１５３を電気的に接続させるように、パルス発生器モジュール１２１からの信号によって制御している。送信／受信切り替えシステム１５４はさらに、送信と受信のいずれかのモードにおいて単独のＲＦコイル（図示しないが例えば、頭部用コイルや表面コイル）の使用を可能とさせている。
【００２１】
本発明の実施形態では、無線周波数（ＲＦ）コイルアレイ・アセンブリ１５２は、被検体の周りに配列された複数のコイルを備えており、かつＭＲＩシステムの送信モード時に選択励起パルスを誘導するように構成されている。このＲＦコイルアレイはさらに、選択励起パルスを用いることによってエイリアシングを低減するように構成されている。選択励起パルスを使用して画像を収集する方法については、図２及び図３を参照しながらさらに詳細に記載することにする。
【００２２】
引き続き図１を見ると、送信モードでは、パルス発生器モジュール１２１が発生させたＲＦパルス波形を複数の増幅器からなるＲＦ増幅器システム１５１に加えている。さらに別の実施形態では、各ＲＦ増幅器は、パルス発生器モジュール１２１から異なる形状をしたＲＦパルス波形を同時に受け取るように構成されている。各増幅器は、当該増幅器の入力ＲＦパルス波形に従ってコイル・システム１５２の対応する構成コイルの電流を制御している。送信／受信切り替えシステム１５４を用いると、ＲＦコイル・システム１５２を送信のみを実行するように構成させることや、あるいは受信モードにおいてさらに受信コイルアレイの役割をするように構成させることができる。別の実施形態では、ＭＲ信号の受信のために単独の受信コイルアレイが利用される。
【００２３】
本明細書で使用する場合、「ように適応させた（ａｄａｐｔｅｄ  ｔｏ）」、「構成させた（ｃｏｎｆｉｇｕｒｅｄ）」その他の表現は、記載の効果を提供するように構成要素が協働できるような構成要素同士の機械的または構造的な接続に言及したものであり、またこれらの用語はさらに、与えられた入力信号に応答して出力を提供する手順を実行するようにプログラムしたアナログ式やディジタル式のコンピュータ、特定用途向けデバイス（例えば、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ））などの電気的構成要素の動作機能に言及したものでもある。
【００２４】
ＲＦコイル・システム１５２または単独の受信コイル（図示しないが例えば、全身用コイル、頭部用コイルや表面コイル）により取り込んだＭＲ信号は、送受信器モジュール１５０によってディジタル化され、システム制御部１２２内のメモリ・モジュール１６０に転送される。スキャンが完了しアレイ状データの全体がメモリ・モジュール１６０内に収集された時点で、アレイ処理装置１６１はこのデータを画像データのアレイにするフーリエ変換を行うように動作する。これらの画像データはシリアルリンク１１５を介してコンピュータ・システム１０７に送られて、ディスク記憶装置１１１内に格納される。
【００２５】
これらの画像データは、オペレータ・コンソール１００から受け取ったコマンドに応じて、テープ駆動装置１１２上にアーカイブしたり、あるいは画像処理装置１０６によってさらに処理してオペレータ・コンソール１００に送りディスプレイ１０４上に提示させたりすることができる。画像処理装置１０６によって、収集したＭＲ画像データの再構成を含む追加的な処置も実行される。ＭＲＩスキャナは、開放性、速度及びコストに関する所与のスキャナ要件によって磁場均一性を達成するように設計されることを理解されたい。
【００２６】
上述のように、選択収集パルスを用いて画像が収集される。この選択励起パルスは、図２に示すようにして被検体の内側ボリュームを励起するように設計されている。一実施形態では、その内側ボリュームは撮像域を包含している。また別の実施形態では、その選択励起パルスはさらにスキャンの高速化を容易にするように設計されている。選択励起パルスは２次元選択励起パルスとすることや３次元選択励起パルスとすることがある。選択励起パルスについては、図２及び図３を参照しながらさらに詳細に記載することにする。
【００２７】
引き続き図１を見ると、処理装置は様々なイメージング技法を用いて画像を再構成するように構成されている。一実施形態は、３次元イメージング技法である。また別の実施形態では、その３次元イメージング技法は、画像の面内で２次元位相エンコードを適用し、かつ画像の深度方向で１次元周波数エンコードを適用することを含む。
【００２８】
図２は、被検体が、被検体の周りに整列させたコイルを備えた並列イメージング・アレイによって撮像されているところを表している。本図の参照番号２０１で示す面内では２次元位相エンコードを適用し、かつ番号２０２で示す深度方向では周波数エンコードを適用することによって３次元イメージング技法が使用される。
【００２９】
２次元選択励起パルスを加えて内側ボリューム２０３を励起させる。この内側ボリューム２０３は撮像域２０４を包含している。被検体のうち内側ボリュームの外側にある部分は励起を受けず、このために画像の観察域内のエイリアシングの要因とならない。エイリアシングがかなり低減されるため、折り返しのない画像の再構成がより容易となる。
【００３０】
図３は、２次元イメージング技法を使用した代替的な一実施形態を表している。さらに具体的な一実施形態では、その２次元イメージング技法は、参照番号２０５で示した画像面の１つの軸に沿って１次元周波数エンコードを適用し、かつこの画像面の参照番号２１０で示した直交軸に沿って１次元位相エンコードを適用することを含む。
【００３１】
２次元選択励起は、参照番号２０６で示すような１つの次元方向でスライス２０９を規定し、かつ参照番号２１０で示すような位相エンコード方向に沿って信号寄与ボリュームを制限するように設計されている。撮像域は参照番号２０７によって表している。２Ｄ選択励起パルスは、被検体２００の内側ボリューム２０８に対して加えられる。この選択励起パルスは、被検体からのエイリアシングを生じる信号折り返しの量を制限するために使用される。
【００３２】
本発明に記載した技法によれば、ある適用可能な次元方向でこの同じ次元方向に配列させたコイルの数を超える高速化率が可能となり、これにより撮像を極めて高速化することができる。さらに具体的な一実施形態では、送信感度エンコーディング（ｔｒａｎｓｍｉｔ−ＳＥＮＳＥ）技法を使用して選択励起パルス長を短縮させ、これによってより大きなバンド幅、よりクリーンな励起、及びより短い撮像時間を可能にしている。
【００３３】
図４は、選択励起パルスを用いて画像を収集するための方法を表した流れ図である。工程３１０では、被検体の内側ボリュームが選択励起パルスを用いて励起される。この内側ボリュームは撮像域を包含すると共に、この選択励起パルスによってスキャンの高速化を容易にしている。
【００３４】
選択励起パルスは、並列励起を得るように構成した複数の送信コイルを用いて送信されている。この選択励起パルスが被検体の内側ボリュームのみを励起するように加えられておりかつこの内側ボリュームが１つまたは複数の次元方向で被検体と比べてより小さいため、並列イメージングにおけるエイリアシングがかなり低減される。選択励起パルスは、２次元選択励起パルスとすることや、３次元選択励起パルスとすることがある。
【００３５】
工程３１２では、内側ボリュームを表す核磁気共鳴（ＮＭＲ）信号が複数の受信コイルによって受け取られる。一実施形態では、複数の送信コイルを使用してＮＭＲ信号を受け取っている。代替的な一実施形態では、複数の受信コイルを用いてＮＭＲ信号を受け取っている。
【００３６】
工程３１４では、ＮＭＲ信号を処理することによって内側ボリュームの画像が再構成される。図２及び図３を参照しながらさらに詳細に記載したように３次元イメージング技法や２次元画像技法を用いて画像を再構成することができる。
【００３７】
本発明のある種の特徴についてのみ本明細書において図示し説明してきたが、当業者によって多くの修正や変更がなされるであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の精神の範囲に属するこうした修正や変更のすべてを包含させるように意図したものであることを理解されたい。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施形態が有用となるような磁気共鳴イメージング・システムの簡略ブロック図である。
【図２】選択励起パルスを内側ボリュームに加える一方法を表した概要図である。
【図３】選択励起パルスを内側ボリュームに加える代替的な方式を表した概要図である。
【図４】磁気共鳴イメージング・システムを用いて撮像域を画像化するための一方法を表した流れ図である。
【符号の説明】
【００３９】
１００  オペレータ・コンソール
１０２  キーボード／制御パネル
１０４  ディスプレイ
１０６  画像処理装置モジュール
１０７  コンピュータ・システム
１０８  ＣＰＵモジュール
１１１  ディスク記憶装置
１１２  テープ駆動装置
１１３  メモリ・モジュール
１１５  高速シリアルリンク
１１６  リンク
１１９  ＣＰＵモジュール
１２１  パルス発生器モジュール
１２２  システム制御部
１２５  シリアルリンク
１２７  傾斜増幅器
１２９  生理学的収集制御器
１３３  スキャン室インタフェース回路
１３４  位置決めデバイス
１３９  傾斜コイル・アセンブリ
１４０  偏向用マグネット
１４１  マグネット・アセンブリ
１４２  ボリューム
１５０  送受信器モジュール
１５１  ＲＦ増幅器
１５２  ＲＦコイル
１５３  前置増幅器
１５４  送信／受信スイッチ
１６０  メモリ・モジュール
１６１  アレイ処理装置
２００  被検体
２０３  内側ボリューム
２０４  撮像域
２０７  撮像域
２０８  内側ボリューム
２０９  スライス
【図１】
2006175226.tif 000003
【図２】
2006175226.tif 000004
【図３】
2006175226.tif 000005
【図４】
2006175226.tif 000006