(57)【要約】  本発明は、コア磁化が、少なくとも１つのＨＦパルスを生成することによってＭＲ装置の検査ボリュームにおいて励起される、パラレル磁気共鳴イメージング方法に関する。２又はそれ以上の信号が、受信チャネル（Ｒ、Ｓ）の数より多い複数のコイル素子（１５、１６）を有するＨＦコイル装置部（９）を使用して、ＭＲ装置の２又はそれ以上の受信チャネル（Ｒ、Ｓ）を介して、検査ボリュームから並行に記録される。各受信チャネル（Ｒ、Ｓ）上の個々のＭＲ信号は、個別のコイル素子（１５、１６）のコイル信号（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ）を重み付けして重ね合わせることによって形成される。最終的に、本発明により、ＭＲ画像は、記録されたＭＲ信号から再構成され、その場合、ＭＲ信号は、個別の受信チャネル（Ｒ、Ｓ）に関連する効果的な空間感度プロファイルを考慮して互いに組み合わせられる。
2007510488.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パラレル磁気共鳴イメージング方法であって、
ａ）少なくとも１つのＨＦパルスを生成することによって、磁気共鳴装置の検査ボリュームにおいてコア磁化を励起するステップと、
ｂ）複数のコイル素子を有するＨＦコイル装置部を使用して、前記磁気共鳴装置の２又はそれ以上の受信チャネルを介して、前記検査ボリュームからの２又はそれ以上の磁気共鳴信号を並行に記録するステップであって、前記コイル素子の数が、前記受信チャネルの数より多く、各受信チャネル上の個々の前記磁気共鳴信号が、個別の前記コイル素子のコイル信号の重み付けされた重ね合わせによって形成される、ステップと、
ｃ）前記記録された磁気共鳴信号から磁気共鳴画像を再構成するステップであって、前記磁気共鳴信号が、個別の前記受信チャネルに関連する効果的な空間感度プロファイルを考慮して互いに組み合わせられる、ステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記個別の受信チャネルにおける前記コイル信号の重み付けされた重ね合わせのための重み付け係数は、前記再構成される磁気共鳴画像の予め決定可能な画像ポイント又は画像領域における画像ノイズが最小であるように、計算される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記重み付け係数は、前記個別のコイル素子の前記空間感度プロファイル及びそれらのノイズ挙動に従って計算される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
各受信チャネルに関連する前記効果的な空間感度プロファイルは、個々の前記受信チャネルにおける前記コイル信号の重み付けされた重ね合わせのための前記重み付け係数に従って、前記ＨＦコイル装置部の前記個別のコイル素子の前記空間感度プロファイルから計算される、請求項２又は請求項３に記載の方法。
【請求項５】
検査ボリュームに均一な静止磁界を生成する主磁界コイルと、
複数のコイル素子を有するＨＦコイル装置部であって、磁気共鳴信号が、予め決定可能な重み付け係数に従って、個別の前記コイル素子によって前記検査ボリュームから受け取られるコイル信号の重み付けされた重ね合わせにより、各受信チャネル上に生成されるように、前記コイル素子が、重み付け機構を介して２又はそれ以上の該受信チャネルに接続されている、ＨＦコイル装置部と、
前記重み付け機構を制御する制御機構と、
前記磁気共鳴信号を処理し表示する再構成及び可視化機構と、
を有し、前記制御機構及び／又は前記再構成及び可視化機構がプログラム制御部を有し、前記プログラム制御部によって、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の方法が磁気共鳴装置において実施されることが可能である、磁気共鳴装置。
【請求項６】
前記ＨＦコイル装置部の前記コイル素子の数が、前記受信チャネルの数より多い、請求項５に記載の磁気共鳴装置。
【請求項７】
前記重み付け機構が、信号プロセッサを有する、請求項５又は請求項６に記載の磁気共鳴装置。
【請求項８】
請求項５乃至請求項７のいずれか１項に記載の磁気共鳴装置用のコンピュータプログラムであって、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の方法が、前記磁気共鳴装置の前記制御機構及び／又は前記再構成及び可視化機構において前記コンピュータプログラムによって実現される、コンピュータプログラム。
【請求項９】
パラレル磁気共鳴イメージングのための複数のコイル素子を有するＨＦコイル装置部の使用を最適化するコンピュータプログラムであって、前記コンピュータプログラムは、２又はそれ以上の磁気共鳴信号から再構成される磁気共鳴画像の予め決定可能な画像ポイント又は画像領域における画像ノイズが最小であるように、個別の前記コイル素子のコイル信号の重み付けされた重ね合わせにより前記２又はそれ以上の磁気共鳴信号を形成するための重み付け係数を計算する、コンピュータプログラム。
【請求項１０】
前記重み付け係数が、前記個別のコイル素子の空間感度プロファイル及びそれらのノイズ挙動に従って計算される、請求項９に記載のコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２又はそれ以上の磁気共鳴（以下、ＭＲと称す）信号が、ＭＲ信号を記録するために使用されるＨＦコイル装置部のコイル素子の空間感度プロファイルを考慮してＭＲ画像を再構成するために、並行に記録され、互いに組み合わせられる、パラレル磁気共鳴イメージング方法に関する。
【０００２】
本発明は、更に、このタイプの方法を実施するＭＲ装置、及びＭＲ装置においてこのタイプの方法を実現するコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００３】
ＭＲイメージングにおいて、コア磁化の局所化は、概して、時間に関して変化されうる空間的に不均一な磁界（磁界勾配）によって、ＭＲ装置の検査ボリューム内で行われる。画像再構成のために使用されるＭＲ信号は、時間ドメインにおける磁界勾配及び高周波（ＨＦ）パルスの適切なシーケンスの影響化において、検査ボリュームを囲むＨＦコイル装置部に導かれる電圧として記録される。実際の画像再構成は、例えば時間信号のフーリエ変換によって行われる。磁界勾配及び高周波パルスのシーケンスの入力は、空間周波数空間（いわゆる「ｋ空間」）の走査を決定し、それによって、表されるべきボリューム領域（視野（field of view）、又は略してＦＯＶ）及び画像解像度が、確立される。空間周波数空間を走査する場合の位相コーディングステップの数、ゆえにイメージングシーケンスの持続時間は、ＦＯＶ及び画像解像度に関する要求によって予め決められる。これは、ＭＲイメージングの実質的な問題を直接的に生じさせる：完全なＦＯＶの画像を所望の解像度で記録することは、多くの場合、望ましくなく長い時間を要する。これは特に、２次元のＭＲ画像だけでなく、例えば付加のスペクトルの次元をもつ３次元又はより高次元の画像が記録されるべきときに、当てはまる。
【０００４】
ＭＲイメージングの分野における多くの技術開発は、画像の記録時間を短縮することを目的としている。できる限り速い磁界勾配の切り替えを可能にする装置に関する開発は、今日では技術的に実現可能であるものの限界に達しており、特に患者に生理的に要求されるものの限界に達している。しかしながら、記録時間は、多数のアプリケーションにとってなお非常に長い。
【０００５】
いわゆるＳＥＮＳＥ方法（「感度符号化」（sensitivity encoding））（PRUESSMANN他：「SENSE: Sensitivity Encoding for Fast MRI」（Magnetic Resonance in Medicine, Vol. 42, Page 952, 1999)を参照）のような最近知られるようになっているパラレル方法により、通常のＭＲイメージングの前記技術的及び生理学的な限界を克服する見込みが現れている。このすでに知られている方法は、使用されるＨＦコイル装置部の空間感度プロファイルが、画像再構成に使用されうるＭＲ信号に空間的な情報を課すという知識に基づく。それぞれの場合に異なる空間感度プロファイルによってＭＲ信号を記録するために、複数の別個のコイル素子を並行に、すなわち同時に使用する際、画像の記録時間は、記録されるＭＲ信号と空間周波数空間の不完全な走査との組み合わせによって、通常の方法と比較して好ましい場合には使用されるコイル素子の数に等しい係数によって、低減されることができる。
【０００６】
ＳＥＮＳＥイメージングにおいて、使用されるＨＦコイル装置部のコイル素子の空間感度プロファイルは、特に重要であると考えられるので、空間周波数空間の不完全な走査によって並行に記録されるＭＲ信号からの画像再構成は、通常のＭＲイメージング方法においては通例であるように、もっぱらフーリエ変換によって行われることができない。むしろ、特別な信号処理技法が、ＳＥＮＳＥイメージングの画像再構成のために必要である。
【０００７】
ＳＥＮＳＥ方法の一般の理論的な基礎は、Pruessmann他による論文に詳しく記載されている。空間周波数空間のデカルト走査の場合、一般には、通常のフーリエ変換が、まず各ＭＲ信号ごとに実施され、それによって、使用されるコイル素子の数に対応するエイリアシングの影響を受ける画像データの複数の組が得られる。第２のステップにおいて、画像データのこれらの中間の組が、最終的なＭＲ画像を形成するために組み合わせられ、その場合、使用されるＨＦコイル装置部の個別のコイル素子の空間感度プロファイルについての正確な知識が、エイリアシングを除去するために利用される。この第２のステップは、一般に、線形代数によって実施される。それに関して、いわゆる展開（unfolding）行列が計算され、展開行列の行列要素は、コイル素子の空間感度プロファイル及びコイル素子のノイズ挙動（自己ノイズ及び相互相関ノイズ）によって、決定される。
【０００８】
検査ボリュームからＭＲ信号を受け取るために、いわゆるフェイズドアレイコイルとしても知られる複数のコイル素子、特に複数の表面コイルを並行に使用することが、例えば国際公開第９５／０４９４７号パンフレットからも知られている。この知られている方法によれば、複数のコイル素子は、更に、それぞれ検出されたＭＲ信号を組み合わせて全体画像を最終的に形成するために、並行に動作される。個別のコイル素子の限られた空間感度レンジにより、特に低い画像ノイズが、再構成されたＭＲ画像に全体的にもたらされることがここで有利である。イメージングのための複数のコイル素子と、できる限り低い画像ノイズとの組み合わせは、ＳＹＮＥＲＧＹの名の下でも知られている。上述のＳＥＮＳＥ方法と異なり、ＳＹＮＥＲＧＹは、画像記録のスピードとの関係は低く、画像品質を最適化することにより一層関係する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
パラレルＭＲイメージング方法において、最小の達成可能な画像ノイズ、すなわち言い換えると、達成されるべき最大の信号対雑音比は、使用されるＨＦコイル装置部のジオメトリ、空間感度プロファイル及びノイズ挙動に非常に依存することが知られている。特に、効果的なパラレルＭＲイメージングのために、ＨＦコイル装置部の個別のコイル素子の空間感度プロファイルが互いに十分な程度異なることが必要である。このコンテクストにおいて、従来技術から知られているパラレルＭＲイメージング方法の問題は、使用されるＨＦコイル装置部が、固定的な（rigid、柔軟性のない）空間構成において固定的に予め決められた空間感度プロファイルをもつコイル素子を有することである。アプリケーションに依存して、コイル素子の特別な装置部は、例えば検査されるべき患者の身体部分が最適にイメージングされることができるように選択されなければならない。ＨＦコイル装置部の最適化は、ここでは一般に、試験によって又はコンピュータシミュレーションによって行われる。全体として、知られているパラレルＭＲイメージング方法において使用されるＨＦコイル装置部は、あまり柔軟に使用されることができないことが不利益である。
【００１０】
この従来技術から発して、本発明は、普遍的に使用できるＨＦコイル装置部が使用される、パラレルＭＲイメージング方法を提供するという目的に基づく。プロセスにおいて、方法は、ＳＥＮＳＥ及びＳＹＮＥＲＧＹ方法の両方に従うＭＲイメージングのために使用可能であるべきである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、ＭＲ装置の検査ボリュームにおけるコア磁化が、まず、少なくとも１つのＨＦパルスを生成することによって励起されるパラレルＭＲイメージング方法によって、この目的を達成する。本発明によれば、２又はそれ以上のＭＲ信号が、ＭＲ装置の２又はそれ以上の受信チャネルを介して、より正確には、受信チャネルの数より多くの複数のコイル素子を有するＨＦコイル装置部を使用して、検査ボリュームから並行に記録される。個々のＭＲ信号は、個別のコイル素子のコイル信号の重み付けされた重ね合わせによって、各受信チャネル上に形成される。最終的に、ＭＲ画像が、記録されたＭＲ信号から再構成され、ここで、ＭＲ信号は、個別の受信チャネルに関連する効果的な空間感度プロファイルを考慮して、本発明により互いに組み合わせられる。
【００１２】
本発明に従う方法において本質的なことは、プロセスにおいて、固定的に予め決められた幾何学的構成において任意の多数の個別のコイル素子を有するＨＦコイル装置部が使用されることである。本発明による方法は、個別のコイル素子のコイル信号が、コイル素子の数と比較して少ない数の受信チャネルを通じて、重み付けされた重ね合わせによって分配されることを可能にする。記録されるＭＲ信号についての個々の効果的な空間感度プロファイルが、重み付け係数の適切な選択によって、それぞれの考えられるアプリケーションにとって望ましいように或る程度予め決められ、重み付け係数によって、受信チャネル上でのコイル信号の重み付けされた重ね合わせが決められるので、本発明による方法は、非常に柔軟に使用されることができる。従って、本発明による方法は、ＭＲ装置のハードウェアに対するいかなる適応化又は変化も必要なく、ＳＥＮＳＥ及びＳＹＮＥＲＧＹイメージングの双方のために最適に使用されることができる。更に、例えば２、４又は８のような比較的少ない数の別個の受信チャネルを有する通常のＭＲ装置が、使用されることができ、それらの受信チャネルを通じて、ＨＦコイル装置部のできる限りより多くの数のコイル素子の個別のコイル信号が、重み付けされた重ね合わせによって分配されることができることも本発明において有利である。
【００１３】
更に、本発明による方法において、請求項２に記載の方法により、再構成されるＭＲ画像の予め決定可能な画像ポイント又は画像領域の画像ノイズが最小であるように、個別の受信チャネル上でのコイル信号の重み付けされた重ね合わせのための重み付け係数が計算されることができることが特に有利である。このために、例えば請求項３に記載の方法により、個別のコイル素子の空間感度プロファイル及びそれらのノイズ挙動により個別の重み付け係数を計算するために、上記で引用されたPruessmann他による論文に従うＳＥＮＳＥイメージングの理論的な基礎についての知識が使用される。このために、本発明により使用されるＨＦコイル装置部の個別のコイル素子の空間感度プロファイル及び個別のコイル素子の自己ノイズ及び相互相関ノイズが、一度決定されることのみが必要とされる。そののち、最大の低減係数すなわち最小の画像記録時間を伴う最適なＳＥＮＳＥイメージングが確実にされるように、最小の画像ノイズが望まれる画像領域を予め選択することによって、重み付け係数が、いわば自動的に計算されることができる。
【００１４】
すでに述べたように、効果的な空間感度プロファイルは、本発明によるパラレルＭＲイメージング方法において、それぞれの場合の個別の受信チャネルに関連する。これらの効果的な空間感度プロファイルは、請求項４に記載の方法により、ＨＦコイル装置部の個別のコイル素子の正確に知られる空間感度プロファイルからの低い消費（expenditure）によって、より正確には、予め計算される重み付け係数に従って、有利に計算されることができる。
【００１５】
請求項５乃至請求項７のいずれか１項に記載のＭＲ装置は、本発明によるＭＲ方法を実施するのに適している。上述した方法は、制御機構及び／又は再構成及び可視化機構の適切なプログラムコントローラによって、このタイプの装置において実現されることができる。
【００１６】
本発明による方法は、請求項８の記載によれば、このタイプのＭＲ装置のユーザに、対応するコンピュータプログラムの形で利用可能にされることができる。複数のコイル素子を有するパラレルＭＲイメージング用のＨＦコイル装置部の使用を最適化するための本発明によるコンピュータプログラムは、請求項９及び請求項１０に記載されている。このタイプのコンピュータプログラムは、例えばＣＤ−ＲＯＭ又はディスケットのような適切なデータ媒体に記憶されることができ、又は例えばＭＲ装置の制御機構上に、インターネットを介してダウンロードされることができる。
【００１７】
以下、本発明について、図面を参照して実施例を用いて更に詳しく説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、本発明によるＭＲ装置をブロック図として示している。ＭＲ装置は、患者２が位置付けられた検査ボリュームに、均一な静止磁界を生成するために主磁界コイル１を有する。ＭＲ装置は、更に、検査ボリューム内のそれぞれ異なる空間方向に磁界勾配を生成するために勾配磁界コイル３、４及び５を有する。時間及び空間に関する磁界勾配の推移は、勾配増幅器７を介して勾配磁界コイル３、４及び５に接続される制御機構６によって、検査ボリューム内において制御される。更に、検査ボリュームに高周波磁界を生成するためのＨＦ送信コイル８が、図示されているＭＲ装置に属している。図１には詳細に図示されていない複数のコイル素子を有するＨＦコイル装置部９が、検査ボリュームからのＭＲ信号を記録するために使用される。ＨＦコイル装置部９のコイル素子は、ＭＲ装置の受信ユニット１１に、重み付け装置１０を介して接続されている。ＭＲ装置の受信ユニット１１は、重み付け機構１０から受信ユニット１１へ複数の受信チャネルを介して送信されるＭＲ信号を、復調し、増幅する。重み付け機構１０は、制御機構６によって制御され、それによって、ＨＦコイル装置部９の個別のコイル素子によって受け取られるコイル信号の重み付けされた重ね合わせのための重み付け係数が、各受信チャネルについて決定される。更に、制御機構６は、送信増幅器１２を介して送信コイル８に接続されている。受信ユニット１１によって復調され増幅されたＭＲ信号は、再構成及び可視化ユニット１３に供給される。再構成及び可視化ユニット１３によって、ＭＲ画像が、記録されたＭＲ信号から再構成され、その際、重み付け機構１０において効果的な重み付け係数から生成される、個別の受信チャネルに関連する効果的な空間感度プロファイルが、考慮に入れられる。再構成されたＭＲ画像は、画面１４によって表示されることができる。制御機構６並びに再構成及び可視化機構１３は、本発明による上述のＭＲイメージング方法を実施するための適切なプログラム制御部を有する。
【００１９】
本発明によるＭＲ装置のＨＦコイル装置部９は、図２に示さており、ＨＦコイル装置部９は、複数の個別のコイル素子を有する。これらコイル素子は、それぞれ、導体ループ１５及びキャパシタ１６から構成される。個別のコイル素子のコイル信号は、それぞれの場合において、ＨＦコイル装置部９の出力部Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥにある。これらのコイル信号は、図２に同じく示される重み付け機構１０の対応する入力部に供給される。重み付け機構は、重み付け係数を予め選択するために、矢印１７によって示されるように、ＭＲ装置の制御機構６によってトリガされる。これらの重み付け係数により、重み付け機構１０の入力部Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥにおけるコイル信号の重み付けされた重ね合わせが、重み付け装置１０によって、ＭＲ装置の２つの受信チャネルＲ及びＳ上で行われる。このために、例えば、重み付け機構１０は、例えばデジタル信号プロセッサ又は他の適切な信号処理装置（例えばＦＰＧＡ）を有することができる。重ね合わせられたコイル信号は、更なる処理のためにＭＲ装置の受信ユニット１１に、受信チャネルＲ及びＳを介して別個のＭＲ信号として供給される。
【００２０】
上記で引用されたPruessmann他による文献に記載される理論的な形式により、ＨＦコイル装置部９の個別のコイル素子の空間感度プロファイルは、感度行列、
2007510488.tif 000003
によって考慮に入れられる。それぞれの場合において、感度行列、
2007510488.tif 000004
の行列要素は、再構成されるべきＭＲ画像の個別の画像ポイントの位置における個別のコイル素子の感度を反映する。本発明によるコイル信号の重み付けされた重ね合わせのための重み付け係数は、重み付け行列Ｗにおいて組み合わせられることができ、Ｗの行列要素は、それぞれの場合において、個別の受信チャネルＲ、Ｓにおけるコイル信号の重ね合わせのために効果的である重み付け係数を反映する。受信チャネルＲ、Ｓに関連する効果的な空間感度プロファイルは、
2007510488.tif 000005
として計算されることができる。コイルノイズ行列、
2007510488.tif 000006
の行列要素は、ＨＦコイル装置部の個別のコイル素子の自己ノイズ及び相互相関ノイズを反映する。重み付け行列が、
2007510488.tif 000007
として計算されるとき、再構成されるべきＭＲ画像の関連する画像領域において最適な信号対雑音比がもたらされる。ここで、
2007510488.tif 000008
は、
2007510488.tif 000009
の外部の影響に左右されない（hermetically）随伴行列であり、
2007510488.tif 000010
は、コイルノイズ行列、
2007510488.tif 000011
の逆行列である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明によるＭＲ装置を示す図。
【図２】本発明によるＭＲ装置のＨＦコイル装置部及び重み付け機構を示す図。
【図１】
2007510488.tif 000012
【図２】
2007510488.tif 000013
【国際調査報告】
2007510488.tif 000014
2007510488.tif 000015
2007510488.tif 000016