(57)【要約】  検査ボリューム（7）内に配置された被検体（14）の磁気共鳴撮像用のＭＲ装置（1）は、検査ボリューム（7）内に静的且つ実質的に均一な主磁場を生成する主磁石（2）、及び検査ボリューム（7）内にＲＦ磁場を生成し且つ／或いは被検体（7）からのＭＲ信号を受信するＲＦコイル構成を有する。２つ以上の相異なる核種の共鳴（ラーモア）周波数で同時に動作するように構成されたＭＲ装置を提供するため、ＲＦコイル構成は、検査ボリューム（7）の内部又は近傍で隣接し合うように配置された複数の独立した共鳴素子（8、9、10、11、12、13）を有し、隣接する共鳴素子（8、9、10、11、12、13）は交互に、２つ以上の相異なるＭＲ共鳴周波数の１つに同調され、各共鳴素子（8、9、10、11、12、13）はＭＲ装置（1）の個々の信号送信チャネル（16）及び／又は信号受信チャネル（17）に結合される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査ボリューム内に配置された被検体の磁気共鳴撮像用のＭＲ装置であって、
前記検査ボリューム内に、静止し且つ実質的に均一な主磁場を生成する主磁石、及び
前記検査ボリューム内にＲＦ磁場を生成し且つ／或いは前記被検体からのＭＲ信号を受信するＲＦコイル構成、
を有し、
前記ＲＦコイル構成は、前記検査ボリュームの内部又は近傍で隣接し合うように配置された複数の独立した共鳴素子を有し、
隣接する共鳴素子は交互に、２つ以上の相異なるＭＲ共鳴周波数の１つに同調され、且つ
各共鳴素子は当該ＭＲ装置の個々の信号送信チャネル及び／又は個々の信号受信チャネルに結合される、
ＭＲ装置。
【請求項２】
前記共鳴素子は、前記検査ボリュームを囲む表面上に分配されている、請求項１に記載のＭＲ装置。
【請求項３】
前記共鳴素子は円筒の表面上に分配されている、請求項２に記載のＭＲ装置。
【請求項４】
前記検査ボリュームは非対称な断面を有する、請求項２に記載のＭＲ装置。
【請求項５】
前記共鳴素子は頭部コイルアレイ又は表面コイルアレイを形成する、請求項１乃至４の何れか一項に記載のＭＲ装置。
【請求項６】
２つ以上の独立した共鳴素子が同一のＭＲ共鳴周波数に同調される、請求項１乃至５の何れか一項に記載のＭＲ装置。
【請求項７】
同一のＭＲ共鳴周波数に同調される共鳴素子は互いに電磁的に減結合される、請求項６に記載のＭＲ装置。
【請求項８】
前記検査ボリューム内に傾斜磁場を生成する傾斜磁場コイルを更に有する請求項１乃至７の何れか一項に記載のＭＲ装置であって、
前記個々の信号送信チャネルを介して、切替式の傾斜磁場と、前記２つ以上の相異なるＭＲ共鳴周波数で同時に発生されたＲＦパルスと、を有するＭＲ撮像シーケンスによって、前記被検体内に核磁化を励起し、
前記個々の信号受信チャネルを介して、前記被検体からのＭＲ信号を前記２つ以上の相異なるＭＲ共鳴周波数で同時に収集し、且つ
収集された前記ＭＲ信号からＭＲ画像を再構成する、
ように構成されたＭＲ装置。
【請求項９】
前記被検体内の前記相異なるＭＲ共鳴周波数に対応する相異なる核種の存在を描写する単一のＭＲ画像を再構成する、ように更に構成されている請求項８に記載のＭＲ装置。
【請求項１０】
より低い磁気回転比を有する核種の画像解像度に関して要求されるように、切替式の傾斜磁場のシーケンスのパラメータを規定し、且つ
規定された前記切替式の傾斜磁場のパラメータに基づいて、双方の核種に関するＲＦパルスのシーケンスのパラメータ及びＭＲ信号収集帯域幅を調整する、
ように更に構成されている請求項８又は９に記載のＭＲ装置。
【請求項１１】
前記共鳴素子の各々は２つ以上の共鳴周波数に多重に同調される、請求項１乃至１０の何れか一項に記載のＭＲ装置。
【請求項１２】
ＭＲ装置の検査ボリューム内に配置された被検体の少なくとも一部をＭＲ撮像する方法であって：
切替式の傾斜磁場とＲＦパルスとを有するＭＲ撮像シーケンスによって前記被検体内に核磁化を励起する励起段階であり、該ＲＦパルスは、独立して同調可能な複数の共鳴素子を有するＲＦコイル構成によって、２つ以上の相異なるＭＲ共鳴周波数で同時に発生される、励起段階、
前記共鳴素子に結合された個々の信号受信チャネルを介して、前記被検体からのＭＲ信号を前記２つ以上の相異なるＭＲ共鳴周波数で同時に収集する収集段階、及び
収集された前記ＭＲ信号からＭＲ画像を再構成する再構成段階、
を有する方法。
【請求項１３】
前記共鳴素子は、前記検査ボリュームの内部又は近傍で隣接し合うように配置され、交互に、２つ以上の相異なるＭＲ共鳴周波数の１つに同調される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
核磁化を励起してＭＲ信号を収集するのに先立って、
より低いＭＲ共鳴周波数に対応する核種の画像解像度に関して要求されるように、切替式の傾斜磁場のシーケンスのパラメータを規定する規定段階、及び
その後、規定された前記切替式の傾斜磁場のパラメータに基づいて、全ての核種に関するＲＦパルスのシーケンスのパラメータ及びＭＲ信号収集帯域幅を決定する決定段階、
が実行される、請求項１２又は１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記核磁化を励起する励起段階、及び前記ＭＲ信号を収集する収集段階は複数回繰り返され、相異なる存在度を有する核種に対応する相異なるＭＲ画像が、相異なる繰り返し数で再構成される、請求項１２乃至１４の何れか一項に記載の方法。
【請求項１６】
ＭＲ装置用のコンピュータプログラムであって：
切替式の傾斜磁場とＲＦパルスとを有するＭＲ撮像シーケンスを発生させる段階であり、該ＲＦパルスは２つ以上の相異なるＭＲ共鳴周波数で同時に発生される段階；
ＲＦコイル構成の独立して同調される共鳴素子に結合された個々の信号受信チャネルを介して前記２つ以上の相異なるＭＲ共鳴周波数で同時に収集されたＭＲ信号を処理する段階、及び
前記収集されたＭＲ信号からＭＲ画像を再構成する段階、
のための命令を有するコンピュータプログラム。
【請求項１７】
より低いＭＲ共鳴周波数に対応する核種の画像解像度に関して要求されるように、切替式の傾斜磁場のシーケンスのパラメータを規定する段階、及び
規定された前記切替式の傾斜磁場のパラメータに基づいて、全ての核種に関するＲＦパルスのシーケンスのパラメータ及びＭＲ信号収集帯域幅を決定する段階、
のための命令を更に有する、請求項１６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、検査ボリューム内に配置された被検体の磁気共鳴撮像用のＭＲ装置に関する。本発明は更に、ＭＲ撮像のための方法、及びＭＲ装置用のコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）においては、ＭＲ装置の検査ボリューム内の均一磁場内に配置された被検体（患者）に、ＲＦパルスと切替式の傾斜磁場とで構成されたパルスシーケンスが適用される。斯くして、被検体からの情報を収集し、その画像を再構成するために、位相エンコーディングされた磁気共鳴信号がＲＦ受信コイルによって走査、生成される。その最初の開発以来、ＭＲＩが適用される臨床的に関連する分野の数は飛躍的に多くなっている。ＭＲＩは人体の殆ど全ての部分に適用されることができ、人体の数多くの重要機能に関する情報を取得するために使用されることができる。ＭＲＩスキャン中に適用されるパルスシーケンスは、例えば被検体内の位置や方向、寸法、解像度、信号対雑音比、コントラスト及び動きに対する感度など、再構成画像の特性を決定する上で重要な役割を果たす。ＭＲＩ装置の操作者は、それぞれの用途に関して、適切なシーケンスを選択し且つそのパラメータを調整・最適化しなければならない。
【０００３】
いわゆる分子イメージング診断法（ＭＩＤ）は、ここ数年の間に急速に発展している。ＭＩＤは時々、画像コントラスト及び診断のために特定の分子を利用することとして定義される。この定義は、被検者の細胞又は分子のレベルのプロセスの生体内測定及び特徴と、人の健康状態をスクリーニングし、診断し、監視し、且つ潜在的リスクを調査するための生体分子の分析とを参照してのものである。分子イメージングの重要な要件は、分子標的及び遺伝子発現を撮像する能力である。現時点で、ＭＲ撮像は分子イメージングにおける最も有望なモダリティの１つであると考えられる。故に、ＭＲ撮像は、スクリーニング、標的化薬物送達及び治療効果判定のためのＭＩＤの臨床用途において重要な役割を果たすものと期待される。最近、分子標的及び遺伝子発現の撮像を可能にするために高感度の造影剤が使用されている。上述のように、ＭＲＩは生体構造を良好な空間解像度で可視化することが可能であり、また体のあらゆる部位に適用可能であり、再現性がある定量的な撮像を可能にする。ＭＲ撮像はまた、血管内の針を用いた画像誘導薬物送達にも使用され得る。ＭＲは、例えば分光法によって、分子情報を部分的に評価することができる。
【０００４】
ＭＲＩを用いるＭＩＤは、相異なる核種からの信号の正確な収集及び整合（registration）を頼りにするものである。実際の臨床では、このようなデータを同時に収集できることが、不可欠ではないにしても非常に有利である。また、１つの種から取得された信号データが、ＭＩＤの目的でその他の種から取得されたデータの強調又は補正のために使用されることも可能である。
【０００５】
特許文献１は、複数の核種を検出するために相異なる共鳴周波数で動作することが可能なＭＲ装置のＲＦコイル構成を開示している。この既知のコイル構成は、マッチング・同調用のキャパシタバンクと結合された切替可能な多層コイルを使用している。既知の装置のユーザは、コイルセグメントとマッチング・同調用キャパシタバンクとの様々な組み合わせから、対応する電子スイッチを操作することによって選択することができる。コイル構成の共鳴周波数の変更はこのようにして実現されることができる。
【０００６】
ＭＩＤ関連用途に関する既知のシステムの１つの欠点は、ＲＦコイル構成は一度に１つの共鳴周波数にしか同調され得ないことである。故に、相異なる共鳴周波数でのＭＲ信号の本当の同時収集は不可能である。更なる欠点は、既知のシステムは複雑なスイッチング電子装置を必要とすることである。これらの電子装置は、既知のＭＲ装置のＲＦコイルに直接的に接続されており、ＭＲ信号の品質及びシステム全体の信頼性に悪影響を及ぼし得る。
【０００７】
故に、容易に認識されるように、ＭＩＤの目的で、相異なる共鳴周波数でのＭＲ画像の同時収集すなわち並行収集を可能にする、磁気共鳴撮像用の改善された装置が望まれる。
【特許文献１】米国特許第６０８１１２０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、同時に２つ以上の相異なる核種の共鳴（ラーモア）周波数で動作するように構成されたＭＲ装置を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に従って開示される、検査ボリューム内に配置された被検体の磁気共鳴撮像用のＭＲ装置は、検査ボリューム内に、静止し且つ実質的に均一な主磁場を生成する主磁石、及び検査ボリューム内にＲＦ磁場を生成し且つ／或いは被検体からのＭＲ信号を受信するＲＦコイル構成を有する。ＲＦコイル構成は、検査ボリュームの内部又は近傍で隣接し合うように配置された複数の独立した共鳴素子を有する。隣接する共鳴素子は交互に、少なくとも２つの相異なるＭＲ共鳴周波数の１つに同調され、各共鳴素子は当該ＭＲ装置の個々の信号送信チャネル及び／又は個々の信号受信チャネルに結合される。
【００１０】
本発明に係るＭＲ装置の本質的な特徴は、独立して同調可能な複数の共鳴素子が隣接し合うように配置され、これら共鳴素子は交互に、２つ以上の相異なる核（例えば１Ｈ及び１９Ｆ）の共鳴周波数に同調されることである。相異なる共鳴素子は別個に、対応する送信器及び／又は受信器に接続される。本発明に従ったＭＲ装置の利点は、故に、相異なる共鳴周波数での、真に同時の、検査対象のボリューム撮像及び分光法が可能であることである。この目的のために、複雑なスイッチング電子装置は必要とされない。
【００１１】
本発明に係るＭＲ装置の更なる利点は、複数の相異なる核に対して同時に使用されるＲＦパルスと切替式の傾斜磁場とを有する単一の撮像シーケンスが実現されることである。相異なる周波数に対応するように同調された共鳴素子を介して同一のＲＦパルスが照射され、対応する核の画像及びスペクトルを並行して収集するように切り替えられた傾斜磁場が用いられる。この同時収集はＭＲ信号データの整合（registration）を容易にする。これは従来システムにおいては、例えば、相異なる核種の信号収集の間に患者が動いてしまう場合に、深刻な問題であった。特に、例えば介入器具の位置が再構成画像から決定されなければならない介入ＭＲにおいては、収集データの不正確な整合は非常に危険である。
【００１２】
本発明に従った装置によって可能にされる同時のＭＲ信号の励起及び収集は、ＭＲ信号の振幅を増大させるために定常状態の撮像シーケンス（所謂ＳＳＦＰ又はトゥルーＦＩＳＰシーケンス）が各々の個々のチャネルに用いられ得るという更なる利点を有する。それらの使用は本発明に係る装置を用いて可能である。何故なら、既知の技術とは対照的に、相異なるＭＲ周波数での相異なる撮像シーケンスを交互配置することが不要だからである。斯くして、核種の存在度が異なることに起因する不十分な信号強度の問題が効果的に解決され得る。
【００１３】
本発明に従って各共鳴素子に個別の送信チャネルが結合されるので、有利なことに、ＲＦ磁場分布は検査ボリューム内でそれぞれの周波数において完全に制御されることができる。何故なら、個々の送信チャネル上での振幅及び位相を選択することによって、考えられる如何なる電流分布もコイル構成内に発生されることができるからである。これらの目的のため、前記検査ボリュームを囲む表面上に共鳴素子を割り振ることが有利である。例えば、共鳴素子が円筒の表面上に分配される場合、とりわけ、２つの相異なる周波数で同時に、従来の円筒型のバードケージコイルの磁場分布をまねることが可能である。また、例えば、傾斜磁場の強度、及びそれにより、検査される生体構造の位置での画像解像度を最大化するために、非対称な断面を有する検査ボリュームも可能である。この原理は、ＭＲ装置の頭部又は表面コイルアレイを形成することにも適用され得る。個々の送信チャネルの各々の振幅及び位相は、ＭＲ装置のソフトウェアによって制御されることができ、ＲＦ磁場分布の直接的なその場制御（ＲＦシミング）が可能にされる。
【００１４】
本発明に従ったＲＦコイル構成による、検査ボリューム内のＲＦ磁場の任意の空間分布の選択可能性により、相異なる核種に対応して励起される核磁化に個別の空間エンコーディングが加えられ得る。このエンコーディングは、例えば、高速ボリューム撮像（所謂、送信ＳＥＮＳＥ法）に使用され得る。
【００１５】
本発明に係るＭＲ装置の更なる利点は、ＲＦコイル構成の各共鳴素子が個々の信号受信チャネルに結合されることである。各受信チャネルの検出ＭＲ信号から、別々に、部分画像が形成されることができる。これらの部分画像は、後の段階において、全体画像を形成するように結合されることが可能である。このことは一面で、信号対雑音比を向上させる上で有利となり、個々の共鳴素子は並列に２つの相異なる周波数でシナジーコイルとして使用される。また他の面で、個々の共鳴素子に割り当てられた空間的な感度プロファイルに基づいて個々の画像を結合させることも可能であり、それにより、撮像中の計測時間が短縮される（所謂ＳＥＮＳＥ法）。
【００１６】
本発明の実際の適用において、本発明に従ったＭＲ装置の２つ以上の独立した共鳴素子は１つの共鳴周波数に同調され、２つ以上の更なる共鳴素子は別の１つの共鳴周波数に同調される。同一のＭＲ共鳴周波数に同調される共鳴素子が互いに電磁的に減結合されることが有用である。共鳴素子相互間の減結合は、それぞれの共鳴素子の導体間に配置されたキャパシタンス及びインダクタンス（減結合回路網）によって実現され得る。この電磁的な減結合により、１つの送信チャネルを介してのＲＦ給電は該チャネルに結合された共鳴素子にのみ行われることが確保される。同様に、十分な電磁減結合が存在する場合、受信チャネル群の１つを介して受信されるＭＲ信号は、明らかにそれぞれの共鳴素子に帰するものとなり得る。
【００１７】
上述のようにＭＲ信号の励起及び収集は、本発明に従ったＭＲ装置を用いて、個々の信号送信チャネルを介しての、切替式の傾斜磁場と２つ以上の相異なるＭＲ共鳴周波数で同時に発生されたＲＦパルスとを有するＭＲ撮像シーケンスによって実行される。ＭＲ信号は被検体から、個々の信号受信チャネルを介して、やはり相異なる周波数で同時に収集される。その後、収集された信号データからＭＲ画像が再構成される。このとき、相異なるＭＲ共鳴周波数に対応する相異なる核種の存在を描写する単一のＭＲ画像が生成されてもよい。最小の磁気回転比を有する核種に所望される画像解像度によって決定されるように、撮像シーケンスのパラメータ、すなわち、特に切替式の傾斜磁場の波形が先ず選定され得る。そして、検出されるべき全ての核種に関して、先に決定された傾斜磁場波形を用いて所望の画像解像度及び画像サイズを達成するために、個々のＲＦ励起帯域幅及び信号サンプリング帯域幅（視野を決定する）が調整される。斯くして、２つ以上の核種から同時にＭＲ信号を収集するために、単一の傾斜磁場設定及び画像収集を使用することができる。
【００１８】
本発明に従ってＭＲ装置の共鳴素子の各々が２つ以上の共鳴周波数に多重に同調されることは特に有利である。上述の特許文献１にて開示されているような技術がこの目的で使用され得る。例えば、二重に同調された独立した共鳴素子を２つのみ有する本発明に係るシステムにより、最大で４個の相異なる核種が検出され得る。さらに、各共鳴素子を多重同調することが有利である。何故なら、各共鳴素子は画像収集処理の相異なる段階中に相異なる共鳴周波数で動作するように事実上任意に選択されることができるからである。例えば、同時に検出されるべき２つの核種が１Ｈ及び１９Ｆである場合、第１の収集期間において共鳴素子群の第１のグループは１Ｈの共鳴周波数に同調され、その一方で、共鳴素子群の第２のグループは１９Ｆに同調されてもよい。第２の収集期間において同調スキームは逆にされる。共鳴素子群の第１のグループは１９Ｆ周波数に同調され、第２のグループは１Ｈ周波数に同調される。そして、撮像処理のこれら２つの期間中に収集されたＭＲ信号は、画像の均一性を改善するために画像再構成中に結合されることができる。
【００１９】
本発明は、装置だけでなく、ＭＲ装置の検査ボリューム内に配置された被検体の少なくとも一部の磁気共鳴撮像方法にも関する。この方法は、切替式の傾斜磁場とＲＦパルスとを有するＭＲ撮像シーケンスによって被検体内に核磁化を励起する励起段階であり、該ＲＦパルスは、複数の独立して同調可能な共鳴素子を有するＲＦコイル構成によって、２つ以上の相異なるＭＲ共鳴周波数で同時に発生される、励起段階；共鳴素子に結合された個々の信号受信チャネルを介して、被検体からのＭＲ信号を相異なるＭＲ共鳴周波数で同時に収集する収集段階；及び収集されたＭＲ信号からＭＲ画像を再構成する再構成段階を有する。
【００２０】
異なる核種は異なる（天然）存在度を有することが知られている。通常、少なく存在する核種は、十分な信号対雑音比を得るために繰り返し収集され、累積されなければならない。故に、本発明に係る方法を用い、核磁化を励起する励起段階、及びＭＲ信号を収集する収集段階を複数回繰り返すことが有用である。そして、相異なる存在度を有する核種に対応する相異なるＭＲ画像が、相異なる繰り返し数で良好に再構成される。例えば、１Ｈの高い天然存在度はプロトン画像に対して、より少なく存在する核に対応する画像に対してより高いフレームレートを達成するために効果的に活用され得る。他の例として、相異なる存在度を有する核種のＭＲ画像は、少なく存在する種の低いＭＲ信号強度を考慮して、相異なる画像解像度で収集・再構成されてもよい。
【００２１】
本発明に係る撮像手順を実行するように適応されたコンピュータプログラムは、有利なことに、磁気共鳴スキャナの制御のために現時点で臨床上使用されている如何なる一般的なコンピュータハードウェアにも実装され得る。このコンピュータプログラムは、例えばＣＤ−ＲＯＭ又はディスケット等の好適なデータ担体に備えられ得る。他の例では、このコンピュータプログラムはユーザによってインターネットからダウンロードされることも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
添付の図面は本発明の好適な一実施形態を開示するものである。図は本発明を単に例示するものであり、本発明を限定するものではない。
【００２３】
図１には、本発明に従った磁気共鳴撮像装置1がブロック図として示されている。装置1は、静的且つ均一な主磁場を生成する一組の主磁気コイル2、及び制御可能な強度を有し且つ選択方向に傾斜を有する更なる磁場を重畳する三組の傾斜磁場コイル3、4、5を有している。慣習的に、主磁場の方向はｚ方向と標示され、それに垂直な２つの方向はｘ方向及びｙ方向と標示される。傾斜磁場コイル3、4、5は電源6を介してエネルギーを供給される。装置1は更に、検査ボリューム7内にＲＦ磁場を生成するＲＦコイル構成を有している。このＲＦコイル構成は、検査ボリューム7の周囲の円筒形の表面上で互いに隣接するように配置された、６個の独立して同調可能な共鳴素子8、9、10、11、12、13を有している。共鳴素子8、9、10、11、12、13は、無線周波数（ＲＦ）パルスを被検体14に照射するために使用される。共鳴素子8、9、10、11、12、13は交互に、２つの相異なるＭＲ共鳴周波数の一方に同調される。すなわち、素子8、10、12は第１のＭＲ周波数（例えば、磁場強度Ｂ０での１ＨのＭＲ周波数）に同調され、素子9、11、13は第２の周波数（例えば、１９Ｆ）に同調される。６個の共鳴素子8、9、10、11、12、13の各々はＲＦスイッチングモジュール15に接続されている。スイッチングモジュール15を介して、関連する共鳴素子8、9、10、11、12、13は、装置の動作モード（送信モード又は受信モードの何れか）に依存して、それぞれの共鳴素子に関連付けられた信号送信チャネル16又は信号受信チャネル17の何れかに接続される。各共鳴素子8、9、10、11、12、13に対し、ＭＲ装置1は個々の送信チャネル16（各々が、２つのＭＲ周波数の一方で交互に動作する電力増幅器を含んでいる）及び信号受信チャネル17（各々が、２つのＭＲ周波数の一方で交互に動作する感度の良い前置増幅器、復調器及びデジタルサンプリング装置を含んでいる）を有している。送信チャネル16及び傾斜磁場コイル3、4、5の電源6は、上述の発明に従った実際の撮像シーケンスを発生するように制御システム18によって制御される。この制御システムは通常、メモリ及びプログラム制御を備えたマイクロコンピュータである。本発明の現実的な実施のため、制御システムは、ＲＦパルスが共鳴素子8、10、12によって第１の周波数で発生されると同時に共鳴素子9、11、13によって第２の周波数で発生される撮像手順の記述を用いてプログラミングすることを有する。信号受信チャネル17は、受信された磁気共鳴信号を画像に変換するための例えばコンピュータであるデータ処理装置19に結合されている。この画像は、例えば映像表示装置20上で、可視化されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に従った磁気共鳴スキャナの一実施形態を示す図である。
【図１】
2008543483.tif 000002
【国際調査報告】
2008543483.tif 000003
2008543483.tif 000004
2008543483.tif 000005