(57)【要約】  磁気共鳴システムは、検査領域１４、１４'、１４"に静磁界Ｂ０を生成する主磁石１２、１２'、１２"を有する。過分極装置２６、２６'、２６"は、磁気共鳴を誘起するために、軌道角運動量ＯＡＭを与えられた電磁放射線によって、静磁界Ｂ０に対し横断方向に核スピンを直接過分極する。過分極装置は、予め規定された外部座標系に対する、ＯＡＭを与えられた光子ビームの向きを判定する向き追跡ユニット１００を有する。向き変更器１０４は、判定された相対的な向きに従って、ＯＡＭを与えられた光子ビームの向きを最適な向きに調節する。
2013501563.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
双極子を分極するために検査領域に静磁界を生成する主磁石と、
軌道角運動量を与えられた電磁放射線によって、核スピンを直接過分極する過分極装置であって、前記静磁界に対し核スピンを過分極する、過分極装置と、
を有する磁気共鳴システム。
【請求項２】
前記軌道角運動量を与えられた電磁放射線は、前記静磁界からオフセットされて指向され又は前記静磁界に直交するように指向され、それにより、前記軌道角運動量を与えられた電磁放射線が磁気共鳴を励起し及び／又は磁気共鳴を操作する、請求項１に記載の磁気共鳴システム。
【請求項３】
前記過分極装置は、複数のそれぞれ異なる核種を同時に励起させる、請求項１又は２に記載の磁気共鳴システム。
【請求項４】
前記検査領域に磁気共鳴信号を誘起し、磁気共鳴信号を操作するために、及び／又は前記検査領域からの誘起された磁気共鳴信号を受信するために、横断方向の磁界を生成するＲＦシステムを更に有する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の磁気共鳴システム。
【請求項５】
前記検査領域は生体内であり、前記磁気共鳴システムが更に、患者に挿入可能な介入装置を有し、前記介入装置は、生体内の前記検査領域に隣り合って前記過分極装置を位置付けるように構成される、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の磁気共鳴システム。
【請求項６】
患者の組織を透過するように、前記過分極装置から軌道角運動量を与えられた光を出力する経皮的表面プローブを更に有する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の磁気共鳴システム。
【請求項７】
前記誘起される磁気共鳴信号を空間的に符号化するための勾配磁界システムと、
予め規定されたスキャニングシーケンスを実施するために、前記過分極装置、前記ＲＦシステム及び前記勾配磁界システムを同期させるスキャナコントローラと、
を更に有する、請求項４乃至６のいずれか１項に記載の磁気共鳴システム。
【請求項８】
軌道角運動量によって核スピンを直接過分極する第２の過分極装置であって、前記過分極装置からオフセットされ又は前記過分極装置に直交する第２の過分極装置を更に有する、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の磁気共鳴システム。
【請求項９】
予め規定された外部座標系に対する、前記軌道角運動量を与えられた電磁放射線の空間的な向きを判定する向き追跡システムを更に有する、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の磁気共鳴システム。
【請求項１０】
前記向き追跡システムは、前記電磁放射線の前記与えられた軌道角運動量を変えることなく、前記予め規定された外部座標系に対する所望の向きに従って、前記軌道角運動量を与えられた電磁放射線の前記空間的な向きを調節する少なくとも１つの向き変更器を有する、請求項９に記載の磁気共鳴システム。
【請求項１１】
前記向き変更器は、
選択的に可動であるミラー、
選択的に可動である回折格子、
選択的に可動である対物レンズ、
制御可能なマイクロミラーアレイ、及び
旋回可能にセグメント化されたロボットアーム、
のうち少なくとも１つを有する、請求項１０に記載の磁気共鳴システム。
【請求項１２】
前記向き追跡ユニットは、前記予め規定された外部座標系に対する前記過分極装置の検出された向きに基づいて、前記軌道角運動量を与えられた電磁放射線を所望の向きに指向するように前記向き変更器を制御する、請求項１０又は１１に記載の磁気共鳴システム。
【請求項１３】
前記スキャナコントローラは、前記過分極装置の検出された向きに基づいて、予め規定されたスキャニングシーケンスの少なくとも１つのパラメータを制御する、請求項７を引用する請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の磁気共鳴システム。
【請求項１４】
前記過分極装置が、軌道角運動量を与えられるべき可視光、紫外線、赤外線、Ｘ線等でありうる電磁放射線を供給する電磁放射線源と、
前記電磁放射線に軌道角運動量を与え、前記電磁放射線を、過分極されるべき関心領域に指向する付与構造と、
を有する、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の磁気共鳴システム。
【請求項１５】
双極子を分極するために検査領域に静磁界を生成するステップと、
前記静磁界に対し、軌道角運動量を与えられた電磁放射線によって核スピンを直接に過分極するステップと、
を含む磁気共鳴方法。
【請求項１６】
前記軌道角運動量を与えられた電磁放射線は、磁気共鳴を誘起し及び／又は操作するために、前記静磁界に対し角度的にオフセットされて又は直交するようにオフセットされて関心領域に導かれる、請求項１５に記載の磁気共鳴方法。
【請求項１７】
複数のそれぞれ異なる種の共鳴を同時に励起するために、前記電磁放射線のスペクトルコンテント及び／又は前記電磁放射線に与えられる軌道角運動量の量を制御するステップを更に含む、請求項１５又は１６のいずれか１項に記載の磁気共鳴方法。
【請求項１８】
予め規定された外部座標系に対する、前記軌道角運動量を与えられた電磁放射線の空間的な向きを追跡するステップを更に含む、請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載の磁気共鳴方法。
【請求項１９】
前記軌道角運動量を変更することなく、前記予め規定された外部座標系に対する所望の向きに従って、前記軌道角運動量を与えられた電磁放射線の空間的な向きを変更するステップ、及び
前記過分極装置の検出された向きに基づいて、磁気共鳴信号を誘起する磁気共鳴シーケンス及び前記誘起された磁気共鳴信号の処理の少なくとも一方を調節するステップ、
の少なくとも一方を更に含む、請求項１８に記載の磁気共鳴方法。
【請求項２０】
過分極装置であって、
軌道角運動量を与えられるべき光又はＸ線のような電磁放射線を供給する電磁放射線源と、
前記電磁放射線に軌道角運動量を与え、前記軌道角運動量を与えられた電磁放射線を、過分極されるべき関心領域に指向する付与構造と、
予め規定された外部の座標系に対する、前記指向された前記電磁放射線の空間的な向きを判定する向き追跡システムと、
前記軌道角運動量を与えられた電磁放射線が指向される方向を調節する機械的構造、及び磁気共鳴シーケンス及び前記磁気共鳴シーケンスによって生成される共鳴データの処理の少なくとも一方を調節するプロセッサ、の少なくとも一方と、
を有する過分極装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、磁気共鳴技術に関する。本願は、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）及びスペクトロスコピー（ＭＲＳ）に特定の用途を見出し、それらを特に参照して以下に記述される。
【背景技術】
【０００２】
従来の磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）及びスペクトロスコピー（ＭＲＳ）システムは、特に水及び他の分子の核の内部のプロトンのような、プロトンのスピンベクトルを分極するために、概してＢ０と呼ばれる強力な静磁界を使用し、それによって、イメージング及び化学的分析のために適当な信号を生成する。ＲＦ励起パルスを使用して、システムは、アライメントをずらすようにスピンベクトルに作用し、スピンベクトルは、それらが歳差運動して再びアライメントにいたるとき、すなわち共鳴するとき、共鳴信号を生成する。共鳴信号は、イメージングのために使用される。しかしながら、このアプローチは、ＭＲＩスキャナが、わずかな割合の水プロトンから正味の分極を達成することを可能にするだけである；例えば、１．５テスラの磁界は、室温において、プロトンの約０．０００５％を分極する。ＭＲシステムは、分極された核を回転させてＢ０磁界とアライメントをずらすことによって、分極された核を励起させるために、高周波（ＲＦ）帯域で振動する概してＢ１と呼ばれる横断方向の磁界を使用する。Ｂ１磁界が除去されると、分極され励起された核は、緩和してＢ０とのアライメントを得、この緩和の最中、ＭＲ信号を放出する。共鳴する双極子は、結果的に得られる共鳴緩和信号をローカライズするために、勾配磁界に曝露される。共鳴緩和信号が受信され、例えば一次元又は複数次元の画像に再構成される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
磁気共鳴（ＭＲ）システムは、特徴として、概して送信コイルに結合されるＲＦ生成器であるＲＦ送信器を有する。ＲＦ送信器は、関心ある核種のラーモア周波数に同調されるＢ１磁界を生成し、Ｂ１磁界は、分極された核種を励起する。従来のシステムの欠点は、最新の技術のＲＦ送信器が撮像ボリュームにおいて均一な励起を達成することが可能でないことである。所与の励起角度を達成するように設計されるＢ１磁界は、実際には、励起角度の分布を与える。Ｂ１磁界の励起のこの制約は、最大の達成可能な信号対雑音比（ＳＮＲ）を低減させ、深刻な画像アーチファクトを引き起こす可能性のある刺激されたエコーの生成につながる。
【０００４】
加えて、Ｂ１磁界は、複数の分子及び核種を同時に効果的に励起することが可能でない。多くの撮像シーケンスにおいて、Ｂ１磁界は、水分子の水素プロトンを励起するように設計され、これは、Ｂ１磁界が特定の周波数、すなわち１．５テスラシステムの場合は６４ＭＨｚに同調されることを必要とする。しかしながら、例えば炭素（１３Ｃ）、酸素（１７Ｏ）、窒素（１４Ｎ）及びリン（３１Ｐ）のような複数の原子種の同時の励起は、多くの市販のＭＲシステムによって生成されるＢ１磁界を使用しては可能でない。更に、複数の分子及び原子種の空間符号化は、従来のシステムにおいて可能でない。例えば水の１Ｈ及び脂質の１Ｈのように個々の異なる化学シフトをもつ複数の形の分子種が、予定される撮像平面の外側に存在する場合、それらは、誤って励起される。
【０００５】
別の問題は、Ｂ１励起磁界が、共鳴信号の何倍も強力であるが、共通の周波数スペクトルを有することである。複雑なシステムが、共鳴信号受信回路をＢ１励起磁界から保護するために用いられる。
【０００６】
本願は、上述した問題及びその他を克服する改善された新しい磁気共鳴システムを供給する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
１つの見地によれば、磁気共鳴システムは、検査領域に静磁界Ｂ０を生成する主磁石を有する。過分極装置は、軌道角運動量を与えられた電磁放射線によって、核スピンを直接過分極する。核スピンは、磁気共鳴を誘起するために、静磁界Ｂ０に対し横断方向に過分極される。
【０００８】
別の見地によれば、磁気共鳴方法は、双極子を分極するために検査領域に静磁界Ｂ０を生成するステップと、軌道角運動量を与えられた電磁放射線によって、分極された双極子に共鳴を誘起するステップと、を含む。
【０００９】
１つの利点は、より高い信号対雑音比にある。
【００１０】
別の利点は、増大されたサンプリングレートにある。
【００１１】
別の利点は、改善された患者安全性にある。
【００１２】
本発明の他の利点は、以下の詳細な説明を読み理解することによって当業者に理解されるであろう。
【００１３】
本発明は、さまざまなコンポーネント及びコンポーネントの取り合わせ並びにさまざまなステップ及びステップの取り合わせの形をとりうる。図面は、好適な実施形態を説明する目的のみにあり、本発明を制限するものとして解釈されるべきでない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】過分極装置を有する磁気共鳴システムの概略図。
【図２】過分極装置の付与構造の一実施形態の概略図。
【図３】侵襲装置内に完全に含まれる過分極装置の一実施形態の概略図。
【図４】侵襲装置内に完全に含まれる過分極装置の別の実施形態の概略図。
【図５】向き変更器を有する過分極装置の別の実施形態の概略図。
【図６】選択的に可動なコンポーネントを有する過分極装置の別の実施形態の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
軌道角運動量（ＯＡＭ）は、ＯＡＭが規定される軸の選択に関係なく、すべての方位角位相を含む光の固有の特性である。ＯＡＭは、自由原子又は分子のような電子的に異なる、分離された系と相互作用するとき、光から動きの質量中心に伝達されることができる。
【００１６】
さまざまな実験が、光ピンセット、高スループット光通信チャネル、光暗号化技法、光冷却、ＯＡＭをもつ光子の絡み合い（エンタングルメント）及び相互作用する光子のＯＡＭと分子量子数の絡み合いのようなものと、ＯＡＭを与えられた光との相互作用を使用した。角運動量は保存される量であるので、吸収される光子のＯＡＭは、全体的に、相互作用する分子に伝達される。その結果、影響を受ける電子状態は、飽和スピン状態に達し、それ自身の質量中心に関する分子の角運動量は、増大され、入射光の伝播軸に沿って方向付けられ、分子の磁子歳差運動は更に、入射光の伝播軸に沿って方向付けられる。これらの効果は、スピン及びＯＡＭをもつ光によって流体内の核を照射することによって、流体内の核を過分極することを可能にする。
【００１７】
電磁（ＥＭ）界の解析は、ビーム伝播のベクトルに沿って進む第１のコンポーネントを有するＥＭエネルギーのフロー及びビーム伝播の軸を中心に回転するＥＭエネルギーの第２のコンポーネントがあることを示す。第２のコンポーネントは、ビーム伝播の周辺の潜在的なベクトルの角度変化に比例する。これは、回転エネルギーフローがＯＡＭ値「ｌ」に比例し、回転エネルギーが分子に伝達され、分子との光相互作用がＯＡＭの値とともに増加するので、重要である。
【００１８】
スピン及びＯＡＭをもつ光が分子によって吸収される場合、角運動量は保存され、系の全角運動量（放射線及び物質の両方）は、放射線の吸収及び放出の間、変化されない。光子が原子によって吸収される場合、結果的に得られる原子の角運動量は、その初期角運動量及び吸収された光子の角運動量のベクトルの和に等しい。
【００１９】
光子が分子と相互作用する場合、電子のＯＡＭのみが光遷移に直接結合される。異なるタイプの角運動量が、スピン軌道、スピン回転、超微細、ＯＡＭ回転、その他のようなさまざまな相互作用によって、互いに結合される。光子の偏光は、電子軌道を通じて、分子の核スピン、電子スピン及び分子スピンへ、これらの相互作用によってフローする。光子と分子との間の相互作用の大きさは、光子のＯＡＭに比例する。結果的に、分子モーメントは、入射光のＯＡＭコンテントのものに比例し、スピン及びＯＡＭを与えられた入射光の伝播軸の方向にアラインする。
【００２０】
任意の電磁放射線が、ＯＡＭを与えられることができ、これは必ずしも可視光にのみ限られないことが理解される。記述された実施形態は、可視光を使用し、可視光は、いかなる損傷効果もなく生体組織の分子と相互作用する；しかしながら、例えば赤外線、紫外線、Ｘ線等の可視スペクトルより上又は下の光／放射線が更に企図される。
【００２１】
一実施形態において、ＯＡＭを与えられたＥＭ光子ビームは、既存のスキャナのＢ１磁界と置き換わるために使用される。この実施形態において、光子ＯＡＭビームは、ビーム伝播の方向がＢ０磁界に対して垂直であるように所望のイメージング又はスペクトロスコピーロケーションに集束され、その結果、核が励起状態に過分極される。ＯＡＭを与えられた光は、関心領域から除去され、核がＢ０磁界とアライメントするように緩和するとき、標準のＭＲ信号が放出される。このような実施形態において、共鳴信号は、光供給システムによってアクセス可能な双極子からのみ受信される。
【００２２】
図１を参照して、関心のある双極子が、磁界とアラインされる第１の実施形態において、磁気共鳴イメージング又はスペクトロスコピーシステム１０は、主磁石１２を有する。主磁石１２は、検査領域１４に、例えば１．５Ｔの時間的に均一なＢ０磁界を生成する。主磁石は、環状の又はボアタイプの磁石、Ｃ形のオープン磁石、他の設計のオープン磁石又はこれらと同様のものでありうる。主磁石に隣り合って配置される勾配磁界コイル１６は、Ｂ０磁界に対する選択された軸に沿って磁界勾配を生成するように働く。例えば全身ラジオ周波数コイル１８のようなラジオ周波数受信コイルが、検査領域に隣接して配置される。任意には、局所表面ＲＦコイル１８'が、全身ＲＦコイル１８に加えて又はそれに代わって設けられる。
【００２３】
スキャンコントローラ２０は、勾配コントローラ２２を制御し、勾配コントローラ２２は、選択された磁気共鳴イメージング又はスペクトロスコピーシーケンスの必要に応じて、勾配コイルに、検査領域全体に選択された磁界勾配パルスを印加させる。スキャンコントローラ２０は、更に、電磁放射線源２４を制御し、電磁放射線源２４は、以下により詳しく記述される光子ベースの過分極装置２６に、ＯＡＭを与えられた光子ビームを放出させて、Ｂ０磁界に対し垂直な向きにおいて核スピンを直接過分極させ、こうして、光子ビームはＢ１磁界のように振舞う。ＯＡＭを与えられた光子は、検査領域に磁気共鳴を励起し、磁気共鳴を操作するために使用される。スキャンコントローラは更にＲＦ受信器２８を制御し、ＲＦ受信器２８は、イメージング領域から発する磁気共鳴信号を受信するために、全身又は局所ＲＦコイルに接続されている。スキャナコントローラは、予め規定されたスキャニングシーケンスに基づいて、過分極装置２６、勾配コントローラ２２及び読み出しＲＦ受信器２８を同期させる。
【００２４】
受信器２８からの受信データは、データバッファ３０に一時的に記憶され、磁気共鳴データプロセッサ３２によって処理される。磁気共鳴データプロセッサは、画像再構成、磁気共鳴スペクトロスコピー、カテーテル又は介入器具ローカライゼーション等を含む当分野において知られているさまざまな機能を実施することができる。再構成された磁気共鳴画像、スペクトロスコピーにより読み出した情報、介入器具の位置情報及び他の処理されたＭＲデータは、グラフィックユーザインタフェース３４に表示される。グラフィックユーザインタフェース３４は更に、臨床医がスキャニングシーケンス及びプロトコルを選択するためにスキャンコントローラ２０等を制御するのに使用することが可能なユーザ入力装置を有する。
【００２５】
図示される実施形態において、光子にＯＡＭを与える付与構造４０及びＥＭ放射線源２４を有する過分極装置２６が、カテーテル４４として実現される。しかしながら、ニードル、内視鏡、腹腔鏡、電子ピル等の他の最小限の侵襲による装置が更に企図される。ＥＭ放射線源は、カテーテル外に好都合に位置し、光ファイバが、光子を付与構造４０に伝達するために使用される。別の実施形態において、ＥＭ放射線源２４は、カテーテルの先端に隣接して、付与構造４０に隣り合って配置される。カテーテルは、例えば大腿動脈を通じて被検体に挿入され、関心領域へ進められる。Ｂ０磁界に対し横断方向又は実質的に横断方向での、ＯＡＭを与えられた光子の印加は、アラインされた双極子を励起状態に達するようにする。ＯＡＭを与えられた光子ビームの除去に応じて、励起された双極子は、Ｂ０磁界とのアライメントに戻るように歳差運動し、磁気共鳴信号を放出する。
【００２６】
ＯＡＭを与えられた光子の放出は、多くのやり方でスキャンコントローラ２０によって制御されることができる。例えば、光源４２は、スキャナコントローラ２０によって直接制御され、又はカテーテルの遠位端における機械式シャッタ（図示せず）が、ＯＡＭを与えられた光子ビームを選択的に遮るために、スキャナコントローラ２０によって制御されることができる。誘起された共鳴信号は、外部ＲＦコイル１８、１８'によって受信される。カテーテルの遠位端に配置されるＲＦコイルが更に企図されることに注意すべきである。
【００２７】
誘起される共鳴信号は、さまざまなやり方で空間的に符号化されることができる。一実施形態において、共鳴は、一度に単一のボクセルに励起され、当該ボクセルから検出される。別の実施形態において、外部に配置される又は付与構造４０のごく近くに配置される勾配磁界コイル１６が、共鳴信号を位相符号化し周波数符号化するように構成される。
【００２８】
別の実施形態において、過分極装置２６は、光子にＯＡＭを与える付与構造を担持する経皮的表面プローブとして実現される。表面プローブは、特に、ＯＡＭを与えられた光子ビームが血管まで透過するに十分近いところで、皮膚に隣接する静脈又は動脈に対して外部から押圧されることができる。他の形態のＥＭ放射線は、組織を透過するより大きな能力を有し、血管及び動脈が表面から遠くにあることを可能にする。装置を通り過ぎて流れる血液中の分子の核は、それらが被検体の血流を通って流れるとき、過分極され、イメージングされる。画像は、脳組織、動脈組織、静脈流等の血液の透過を示すことができる。
【００２９】
図２を参照して、付与構造４０が図示されている。一実施形態において、光にＯＡＭを与える付与構造は、ビームエキスパンダ５０に送られる可視白色光を生成する白色光源２４を有する。ビームが拡大された後、光ビームは円偏光される。直線偏光子５２は、非偏光の光に、単一直線偏光を与える。四分の一波長板５４は、直線偏光された光の位相を１／４波長シフトさせることによって、直線偏光されたビームを円偏光する。円偏光された光を使用することは、電子の分極に付加の利点を与える。
【００３０】
円偏光は、ＯＡＭ及びスピンを入射ビームに与える位相ホログラムを通過される。位相ホログラムは、シリコン上液晶（ＬＣｏＳ）パネルとして、空間光変調器５６内に物理的に実現され、又はシリンドリカルレンズ若しくは波長板の組み合わせや静止位相ホログラムのような他の光学部品において実現されることができる。スキャナコントローラ２０は、スキャニングシーケンスの間、入射光に与えられるＯＡＭ値を変化させるために、ＬＣｏＳパネルを制御することができる。光源のスペクトルコンテント及び入射ＥＭ放射線に与えられたＯＡＭの量を調整することによって、励起が、例えば水、脂肪等の分子種、水素、炭素、酸素、窒素、燐等の複数の原子種及びそれらの任意の組み合わせのような複数種を同時に励起するように構成されることができる。励起は更に、それぞれ異なる分子又は原子種が異なる程度に励起されるように又は所望の核のみが励起されるように構成されることができる。ＯＡＭを与えられたＥＭ放射線は調節され、更に、例えばスピン又は他のエコーを誘起する、共鳴をディフェーズする等、磁気共鳴を操作するためにも使用される。
【００３１】
空間フィルタ５８は、０次の回折ビームを選択的に阻止するために位相ホログラムの後ろに配置され、ただ１つのＯＡＭ値をもつ光が通過することを可能にする。系のＯＡＭが保存されるので、光全部を通過させることは、標的分子に伝達される正味のＯＡＭがゼロになってしまうので、逆効果である。ＯＡＭを有する回折ビームは、凹面鏡６０を使用して収集され、対物レンズ６２により関心領域（ＲＯＩ）に集束される。代替として、コヒーレント光が用いられる場合、ミラーは必要でなくてよい。更に、レンズは、代替の光ガイド、ファイバ光学素子等によって置き換えられ又は補われることができる。
【００３２】
図３を参照して、別の実施形態において、過分極装置２６'は、侵襲装置７０又はハンドヘルドの表面プローブ内に完全に包含される。図示される実施形態は、カテーテルシステムを示す；しかしながら、ニードル、腹腔鏡、内視鏡、電子ピル等の他の侵襲装置が更に企図される。カテーテルシステムは、細長部分７２及び作用端部７４を有する。
【００３３】
カテーテルシステムの作用端部７４は、光子ビームにＯＡＭを与える過分極装置２６'を有する。過分極装置から到来するＯＡＭを与えられた光子は、部分反射板７６にあたり、部分反射板７６は、光子ビームの一部が、第１の対物レンズ７８に通過することを可能にする。第１の対物レンズ７８は、磁石１２'によって規定される静磁界Ｂ０と直交する向きに配置され、静磁界Ｂ０は、検査領域１４"の選択された双極子を分極するように作用する。光子ビームの別の部分は、第１のミラー８０へ、更に第２のミラー８２へ反射され、第２の対物レンズ８４を通過する。第２の対物レンズ８４は、第１の対物レンズ７８に垂直に配置され、静磁界Ｂ０と平行に配置される。機械式シャッタ８６は、望ましくない場合に、直交方向に向けられたＥＭ放射線を選択的に阻止するように作動する。こうして、第２の対物レンズからの光子ビームは、磁石１２'によって規定される静磁界Ｂ０を増強するように作用し、他方、第１の対物レンズからのＯＡＭを与えられた光子は、分極された双極子を励起状態に光学的に且つ選択的に励起するためにＢ１磁界のように振舞う。直交方向に向けられた光子ビームが、機械式シャッタ８６を通じて除去されると、励起された双極子は、Ｂ０磁界とのアライメントに戻るように歳差運動し、共鳴信号を放出する。共鳴信号は、ＲＦ受信器２８に機能的に接続されるＲＦ受信コイル１８'によって検出される。
【００３４】
図４を参照して、別の実施形態において、複数の過分極装置２６"は、侵襲装置９０又はハンドヘルドの表面プローブ内に完全に包含される。図示される実施形態は、カテーテルシステムを示す；しかしながら、ニードル、腹腔鏡、内視鏡、電子ピル等の他の侵襲装置が更に企図される。カテーテルシステムは、細長部分９２及び作用端部９４を有する。
【００３５】
カテーテルシステムの作用端部９４は、光子ビームにＯＡＭを与えるために互いに直交する向きに配置される２つの過分極装置２６"を有する。２つの過分極装置２６"の一方によってＯＡＭを与えられた光子は、磁石１２"によって規定される静磁界Ｂ０と直交する向きに配置される第１の対物レンズ９６を通過する。静磁界Ｂ０は、検査領域１４"の選択された双極子を分極するように作用する。他方の過分極装置２６"によってＯＡＭを与えられた光子は、静磁界Ｂ０と平行な向きに配置される第２の対物レンズ９８を通過する。こうして、第２の対物レンズからのＥＭ放射線は、磁石１２"によって規定される静磁界Ｂ０を増強するように作用し、第１の対物レンズからのＥＭ放射線は、分極された双極子を励起状態に光学的に且つ選択的に励起するためにＢ１磁界のように振舞い、励起される共鳴を操作する。直交方向に指向された光子ビームが除去されると、励起された双極子は、Ｂ０磁界とのアライメントに戻るように歳差運動し、共鳴信号を放出し、共鳴信号は、ＲＦ受信器２８に機能的に接続されるＲＦ受信コイル１８"によって検出される。
【００３６】
図１を参照して、Ｂ０磁界及び／又はＢ１磁界に対し、ＯＡＭを与えられた光子ビームの最適な向きを維持するために、ＯＡＭを与えられたＥＭ放射線の向きが、向き追跡ユニット１００によって追跡される。イメージングプロシージャの間、過分極装置は、関心領域内に又はそれに隣り合って位置付けられるので、付与構造４０は、最適の又は所望の向きに適切にアラインされることができない。Ｂ０又はＢ１磁界を効果的に増強し及び／又は置き換えるために、ＯＡＭを与えられた光子は、個々の磁界と平行に指向される。適切に指向されない場合、予期しない励起スピンが生じ、その結果、画像品質に影響を及ぼしうる不所望の共鳴を生じさせる。
【００３７】
向き追跡ユニット１００は、付与構造４０上に又はそのごく近くに配置される少なくとも１つの向き追跡器１０２に従って、ＯＡＭを与えられた光子ビームの空間的な向きを判定する。向き追跡器１０２は、向き追跡ユニット１００に、Ｂ０磁界の方向と一致する予め規定された外部座標系に対する付与構造４０の向きを示すフィードバックを供給する。イメージングプロシージャの前に、過分極装置２６、より具体的には向き追跡器１０２は、外部座標系に又は撮像シーケンスによって規定された最適な向きに、位置合わせされ又は較正される。フレームレス位置合わせが更に企図されることが理解されるべきである。
【００３８】
過分極装置２６の相対的な向き（Ｒ０）が分かると、過分極装置２６は、イメージングプロシージャ又は介入の間、追跡される。特定のイメージングプロシージャ又は介入の間、関心領域のロケーションは、最適な向きが達成されることができないように、過分極装置２６の向きを制約することがある。付与構造４０と過分極されるべき関心領域との間に配置される向き変更器１０４は、ＯＡＭを与えられた光子ビームを最適な向きにステアリングすることによって、この不良位置合わせを補償する。向き追跡ユニット１００は、実際の向きと最適な向きとの間の差、すなわち相対的な向きを判定し、ＯＡＭを与えられた光子がＢ０、Ｂ１磁界のいずれかと平行であるように、又は２つの過分極装置２６"を有する実施形態のようにＢ０、Ｂ１磁界の両方と平行であるように、ＯＡＭを与えられた光子をステアリングために、向き変更器１０４に信号を送る。
【００３９】
一実施形態において、向き追跡器１０２は、向き追跡ユニット１００に、予め規定された外部座標系に対する付与構造４０の向きを示すアクティブ信号を供給する。例えば、アクティブ信号は、１又は複数の加速度計、ジャイロスコープ、磁力計、ＲＦ追跡モジュール又はそれらの任意の組み合わせによって、生成されることができる。
【００４０】
別の実施形態において、向き追跡ユニット１００は、関心領域の再構成された画像表現におけるＭＲＩ可視基準マーカのパターンを監視することによって、受動的に向きを判定する。例えば予め規定された外部座標系の軸に沿って、さまざまなパースペクティブでパターンの寸法を測定することによって、追跡ユニット１００は、付与構造４０の相対的な向き及びロケーションを判定することができ、ゆえにＯＡＭを与えられた光子ビームの相対的な向きを判定することができる。代替として、向き追跡ユニット１００は、ＯＡＭを与えられた光子ビームの相対的な向きを判定するために、関心領域の再構成された画像表現において、さまざまなパースペクティブで過分極装置２６及び／又は付与構造４０の寸法を測定する。
【００４１】
過分極装置２６がＯＡＭを与えられた光子ビームを経皮的に供給する別の実施形態において、過分極装置又は少なくとも付与構造４０は、旋回可能にセグメント化されたロボットアームによって支持され、アームは、関心領域に隣り合って過分極装置を位置付けるように調節される。ジョイントが、ロボットアームの２つのセグメントを接続し、複数の自由度（ＤＯＦ）を有する。各ジョイントは、回転又は変位を測定する各ＤＯＦの符号器を有する。ロボットアームが、予め規定された外部座標系に位置合わせされ又は較正された後、向き追跡ユニットは、各ジョイントの各符号器からの信号に基づいて、ＯＡＭを与えられた光子ビームの相対的な向きを判定することができる。
【００４２】
相対的な向きが判定された後、向き追跡ユニット１００は、判定された相対的な向きに従って、付与構造４０から放出される、ＯＡＭを与えられた光子ビームの向きをステアリングし又は変更するように、向き変更器１０４を制御する。このタイプの向き変更器は、ＯＡＭを与えられた電磁放射線の波長に基づくものであり、ＯＡＭを維持しながら光子ビームを指向し直すように作動する。
【００４３】
図５を参照して、一実施形態において、向き変更器１０４は、例えば紫外線、赤外線等の可視光スペクトルの又はその近傍の過分極されたＥＭ放射線の放出されたビームをステアリングするために、例えばミラー等の駆動可能な反射面を有する。代替として、ＥＭ放射線がＸ線レンジにある場合、駆動可能な回折格子が、反射面に代わって使用される。駆動は、例えば圧電モータ等の非強磁性アクチュエータ１１０によって提供される。代替として、駆動は、介入装置の長さ方向に沿って移動するワイヤを押す又は引くことによって、臨床医によって手動で提供されることができる。
【００４４】
別の実施形態において、向き変更器１０４は、ＯＡＭを与えられた光子ビームをステアリングするマイクロミラーアレイである。アレイは、圧電アクチュエータによって各々駆動される複数の片側支持されたマイクロミラーを有する。代替として、マイクロミラーは、静電位によって駆動されることができる。
【００４５】
図６を参照して、別の実施形態において、放出され過分極されたビームは、例えば圧電モータ等の非鉄アクチュエータ１１０を使用して、付与構造４０の凹面鏡６０及び対物レンズ６２（図２）を協調的に駆動させることによって、ステアリングされる。
【００４６】
別の実施形態において、非鉄アクチュエータ１１０は、付与構造４０をカテーテルに対して指向し直す。
【００４７】
（複数の）アクチュエータに対するパワーは、向き追跡システム１００によって、介入装置の長さ方向に沿って移動するパワーワイヤを通じて供給されることができ、又はアクチュエータのごく近くのバッテリによって供給されることができ、これは、パワーワイヤの誘導加熱のリスクを除去する。バッテリは、ＲＦ及び／又は勾配システムによって誘導的に充電されることができる。
【００４８】
別の実施形態において、旋回可能にセグメント化されたロボットアームが、ＯＡＭを与えられた光子ビームの空間的な向きを変更するために、少なくとも付与構造４０の空間的な向きを変更する。各符号器が、対応するセグメントの位置を監視する間、各ジョイントは、各セグメントを選択的に回転させ又は変位させることができる非強磁性サーボを有する。
【００４９】
別の実施形態において、例えばフリップ角度等のスキャニングシーケンスのパラメータは、ゼロでないＯＡＭを与えられた光子ビームの相対的な向きを補償するように調節される。フリップ角度は、Ｂ０静磁界に対するＢ１励起パルスによる正味の磁化ベクトルの回転である。１つのＭＲスキャニングシーケンスにおいて、フリップ角度は、分極された核を、Ｂ１磁界に対し横断方向に励起するために９０°である。スキャニングシーケンスがＢ０磁界と平行にＯＡＭを与えられた光子ビームを規定する例において、光子ビームの相対的な向きがゼロより大きい場合、正味の磁化が横断方向に生じる。Ｂ１磁界に直交方向に過分極された核を回転させるために、フリップ角度は、光子ビームの相対的な向きに基づいて増大され又は低減される。例えば、相対的な向きの角度が−６°である場合、調節されたフリップ角度は９６°である；相対的な向きの角度が＋８°である場合、結果的に得られる調節されたフリップ角度は８２°である。スキャナコントローラ２０は、ＯＡＭを与えられた光子ビームの相対的な向きを受け取り、それに応じて、規定された撮像シーケンスのフリップ角度を調節する。この構造の利点は、スキャン時間を低減し、Ｂ１磁界の持続時間を低減することによって、患者からの誘導ローディングを低減することができる。
【００５０】
別の実施形態において、グラフィカルユーザインタフェース３４は、ＯＡＭを与えられた光子ビームの相対的な向きを示すインジケータを表示する。臨床医は、装置を操作することによって過分極装置２６、２６'、２６"の向きを手動で調節することができる。関心領域が容易にアクセス可能であり、過分極装置が関心領域内に又はその近くで広範囲な動きを有するプロシージャにおいて、臨床医は、相対的な向きを手動で操作することを選ぶことができる。代替として、過分極装置は、向き変更器１０４及び臨床医のために相対的な向きを視覚的に表示することに関連するフィードバックを有さなくてもよい。この構造は、製造の費用及び複雑さを低減することができる。
【００５１】
本発明は、好適な実施形態に関して記述されている。変形及び変更は、上述の詳細な説明を読み理解することにより当業者に思いつくであろう。本発明は、そのような変形及び変更が添付の請求項又はその等価なものの範囲内にある限り、すべてのそのような変形及び変更を含むものとして構成されることが意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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