(57)【要約】  本発明は、マルチコイルアレイを構成する複数のＲＦコイル４を有する磁気共鳴撮像システム１に関し、さらにそのようなシステムのための磁気共鳴撮像方法に関する。所望の励起パターンが容易に達成されるＭＲ撮像システム及び方法を提供するために、所与のコイルアレイで可能な最も均一なＢ１励起を得るために単一のコイル素子達をどのように組み合わせるのかについて分析的手続きの利用が提案される。換言すれば、Ｂ１磁場の均一性は非常に簡単に改善される。コイルアレイの各々のＲＦコイル４の感度は、複素係数により増減、すなわち重み付けされる。言い換えれば、各々のコイル駆動信号の位相及び振幅は適宜調整される。これらの複素係数は、コイル素子４の感度S８及び所望の励起パターンP１０，１１を利用することにより分析的に決定される。本発明は、任意のＲＦコイルアレイに対する磁場分布の最適化された制御（ＲＦシミング）を可能にする。本発明によれば、強磁場ＭＲシステムに現れる被検査体が引き起こすＲＦ不均一性を低減するために、迅速かつ容易な独自のコイル素子４の位相及び振幅制御が提供される。
2008525088.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチコイルアレイを構成する複数のＲＦコイル、
複数の個別のコイル駆動信号を発生するコイル駆動装置、
重み係数Uに従って各々の前記コイル駆動信号の振幅及び／又は位相を個別に設定する制御装置、並びに
前記ＲＦコイルの感度Sを測定し所与の励起パターンPに対する前記重み係数Uを計算することにより複数のＲＦコイルに対する前記重み係数Uを決定する重み付け装置を有する磁気共鳴撮像システム。
【請求項２】
前記重み付け装置が次式
2008525088.tif 000025
に従って前記重み係数を計算する請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記重み付け装置がＭＲスキャンの間リアルタイムに前記重み係数を決定する請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
マルチコイルアレイを構成する複数のＲＦコイルを有する磁気共鳴撮像システムを動作させる磁気共鳴撮像方法であって、
前記ＲＦコイルの感度Sを測定し所与の励起パターンPに対する重み係数Uを計算することにより複数のＲＦコイルに対する前記重み係数Uを決定するステップ、
複数の個別のコイル駆動信号を発生するステップ、及び
重み係数Uに従って各々の前記コイル駆動信号の振幅及び／又は位相を個別に設定するステップを有する磁気共鳴撮像方法。
【請求項５】
マルチコイルアレイを構成する複数のＲＦコイルを有する磁気共鳴撮像システムを動作させるコンピュータプログラムであって、
コンピュータで実行される際に、
前記ＲＦコイルの感度Sを測定し所与の励起パターンPに対して重み係数Uを計算することにより複数のＲＦコイルに対する前記重み係数Uを決定するコンピュータ命令、並びに
重み係数Uに従って複数の個別のコイル駆動信号それぞれの振幅及び／又は位相を個別に設定するコンピュータ命令、
を有する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、マルチコイルアレイを構成する複数のＲＦコイルを有する磁気共鳴撮像システムに関する。さらに本発明は、そのようなシステムにおける磁気共鳴撮像方法及びコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴（ＭＲ）撮像技術においては、被検査体、例えば人体の陽子スピンが高周波のＢ１磁場を用いて励起される。Ｂ１磁場の周波数は、静磁場Ｂ０の強度に依存し、かつラジオ周波数（ＲＦ）の範囲内である。励起の後、スピンは平衡状態に緩和し、この過程においてスピンは電磁信号を発する。このことは自由誘導減衰と呼ばれる。この信号は受信することができ、ＭＲ画像をそこから得ることができる。このＭＲ撮像技術は従来技術においてよく知られている。
【０００３】
最近、多素子ＲＦコイルアレイを備えた強磁場ＭＲシステムが改良されたＭＲ撮像のために導入されている。それに関して、多素子ＲＦコイルアレイは、単一のＲＦコイル素子のセットアップを基にしている。例えば被検査体の異なる誘電特性に起因した磁場分布の変動の影響を補償するために、撮像シーケンス中におけるＢ１磁場の均一性を制御する必要がある。規定された（例えば、均一な）Ｂ１励起を所与のコイルアレイを用いて実現するためには、単一のコイル素子達が一定の手法により組み合わされる必要がある。従来技術では、これはトライ・アンド・エラーアプローチを用いて行われている。
【０００４】
特許文献１には、複数の発信コイルを備えたＭＲ撮像システムが記述され、Ｂ１磁場の均一性を改善するために個別のコイル駆動信号が供給されている。同文献では、各々のコイルに対して個別の重み係数を用いること、すなわち各々のコイル駆動信号の振幅及び／又は位相を個別に設定すること（ＲＦ  ｓｈｉｍｍｉｎｇ：ＲＦシミング）が提案されている。
【特許文献１】国際公開公報２００４−０５３５１４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、振幅又は位相の調整の仕方ついては何ら説明されていない。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、所望のＢ１磁場が迅速かつ容易な態様で得られるＭＲ撮像システム及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によると、この目的は、マルチコイルアレイを構成する複数のＲＦコイル、複数の個別のコイル駆動信号を発生するコイル駆動装置、各々の前記コイル駆動信号の振幅及び／又は位相を重み係数に従って個別に設定する制御装置、及び前記ＲＦコイルの感度を測定し所与の励起パターンに対して前記重み係数を計算することにより複数のＲＦコイルに対する前記重み係数を決定する重み付け装置を有する磁気共鳴撮像システムにより実現される。
【０００８】
本発明の目的は、マルチコイルアレイを構成する複数のＲＦコイルを有する磁気共鳴撮像システムを動作させる磁気共鳴撮像方法によっても同様に実現され、当該方法は、前記ＲＦコイルの感度を測定し所与の励起パターンに対して重み係数を計算することにより複数のＲＦコイルに対する重み係数を決定するステップ、複数の個別のコイル駆動信号を発生するステップ、及び重み係数に従って各々の前記コイル駆動信号の振幅及び／又は位相を個別に設定するステップを有する。
【０００９】
本発明の目的は、コンピュータで実行される際に、ＲＦコイルの感度を測定し所与の励起パターンに対して重み係数を計算することにより複数のＲＦコイルに対する重み係数を決定するコンピュータ命令、及び重み係数に従って複数の個別のコイル駆動信号それぞれの振幅及び／又は位相を個別に設定するコンピュータ命令を有するコンピュータプログラムによっても同様に実現される。それゆえ、本発明によれば、必要な技術的効果は本発明に沿ったコンピュータプログラムの命令に基づいて実現することができる。そのようなコンピュータプログラムは、搬送媒体上に記録することができ、又はインターネット若しくはその他のコンピュータネットワーク上で入手することができる。実行する前に、例えばＣＤ−ＲＯＭプレーヤーを用いて搬送媒体から、又はインターネットから本発明のコンピュータプログラムを読み出し、コンピュータのメモリ中にそのプログラムを格納することにより、当該コンピュータプログラムはコンピュータ中にロードされる。コンピュータは、とりわけ、中央演算ユニット（ＣＰＵ）、バスシステム、例えばＲＡＭ又はＲＯＭ等の記憶手段、及び入出力ユニットを含む。
【００１０】
本発明は、所望のＢ１パターン（例えば、所与のコイルアレイで可能な最も均一なＢ１励起）を得るために単一のコイル素子達をどのように組み合わせるのかについて分析的手続きを利用するアイデアに基づく。換言すれば、Ｂ１磁場の均一性が非常に迅速かつ容易な手法により改善される。コイルアレイの各々のＲＦコイルの感度は、複素係数により増減、すなわち重み付けされる。言い換えれば、各々のコイル駆動信号の位相及び振幅はこの複素係数に従って調整される。本発明によれば、これらの複素係数はコイル素子の感度及び所望の励起パターンを利用して分析的に決定される。本発明は、任意のＲＦコイルアレイに対する磁場分布の最適化された制御（ＲＦシミング）を可能にする。本発明によれば、強磁場ＭＲシステムに現れる被検査体が引き起こすＲＦ不均一性を低減するために、迅速かつ容易な独自のコイル素子の位相及び振幅制御が提供される。
【００１１】
本発明のこれらの及び他の特徴は、以下の実施の形態に基づいてさらに詳細に説明され、従属請求項において規定される。
【００１２】
本発明の好ましい実施の形態では、重み付け装置は請求項２に記載の数式に従って重み係数を計算するように構成される。R個のＲＦコイル素子の複素重み係数Urと感度Sr(x)との間に線形関係があると仮定すると、最終的な励起パターンP(x)は下記数式１により推定される。
【数１】
2008525088.tif 000003
【００１３】
N個の空間点（例えば、√N×√Nのデカルト格子）においてP及びSrを離散化すると、この式は行列ベクトルの乗算に変換でき、Rについての和が消去される。
【数２】
2008525088.tif 000004
【００１４】
行列
2008525088.tif 000005
は積
2008525088.tif 000006
に分割できる。
2008525088.tif 000007
はカップリングを無視したコイルの感度を示す。アドミッタンス行列
2008525088.tif 000008
を
2008525088.tif 000009
と乗算することにより、カップリングの結果生じるコイル電流が計算される。従って、数式２は数式３のように書き直すことができる。
【数３】
2008525088.tif 000010
一方、数式３は数式４のように書くこともできる。
【数４】
2008525088.tif 000011
【００１５】
問題は悪い状態のときであると予期されるので、数式５による正規化が数式２を解くために適用される。
【数５】
2008525088.tif 000012
【００１６】
ここでλは自由に調整可能な正規化パラメータとして使用される。上付きのHは、関係する行列の転置複素共役を示す。従って、通常は均一な励起磁場である所望の励起パターン
2008525088.tif 000013
を仮定し、あらかじめ測定されたデータで
2008525088.tif 000014
を埋めることにより、数式５を介した分析的な、従って迅速かつ容易な手法で、R個のコイルに対する最適な重み係数
2008525088.tif 000015
を計算することができる。複素重み係数
2008525088.tif 000016
から既知の手法によりコイル駆動信号の振幅及び位相が得られ、複素係数の絶対値がコイル駆動信号の振幅に対応し、複素係数の位相がコイル駆動信号の位相に対応する。
【００１７】
本発明の他の好ましい実施の形態において、重み付け装置は、ＭＲスキャンの間、重み係数をリアルタイムに決定するように構成される。この実施の形態は、コイルカップリングひいてはコイル感度が測定の間に変化する場合、有利である。この変化は、例えば呼吸器の動きに起因して、特に体積の大きい患者をスキャンしている間、又は寝台を移動させながらのスキャン（ｍｏｖｉｎｇ ｔａｂｌｅ ｓｃａｎ）中に起こりうる。そのような場合でも、上記の実施の形態はスキャン中のリアルタイムなＲＦシミングを可能とする。
【００１８】
本発明のこれらの及び他の特徴は、例示を目的として、以下の実施例及び添付の図面を参照して、以下に詳細に述べられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１に発信装置を備えたＭＲ撮像システム１が図解されている。ＭＲ画像を再構成するための制御及び処理装置を含む、システム１の受信装置は示されていない。ＭＲ撮像システム１は、静磁場Ｂ０を発生する装置、及び内部に被検査体３が配置される磁場勾配システム２を有する。複数の発信コイル４がマルチコイルアレイを構成するように、磁石ボア内に配置されている。発信コイル４の代わりに、複数の発信受信コイルを使用できる。そのようなアレイの主要なアプリケーションの一つは、高周波数において人体組織内で発生し、再構成された画像中の強い信号変調につながる誘電体共振の補償である。複数の個別のコイル駆動信号を発生し増幅するコイル駆動装置５は、対応する符号'ａ'から'ｅ'で示される端子を介して複数の発信コイル４に接続されている。コイル駆動装置５は、重み係数
2008525088.tif 000017
に従って各々のコイル駆動信号の振幅及び位相を個別に設定する制御装置６に接続される。重み付け装置７は制御装置６に接続される。重み付け装置７は、発信コイル４の発信感度Sを測定し所与の励起パターンPに対する重み係数
2008525088.tif 000018
を計算することにより、各々の発信コイルに対する重み係数
2008525088.tif 000019
を決定するように構成される。重み係数
2008525088.tif 000020
を計算するために、重み付け装置７はコンピュータを有する。
【００２０】
最初のステップで、例えば実際のＭＲスキャン前の短い測定により、感度Sが測定される。感度Sは、さらなる処理のために、重み付け装置７内に格納される。感度Sを決定した後、励起パターンPがオペレータにより重み付け装置７に入力される。典型的には、励起パターンPは均一であるか、又はアプリケーションが規定する対象の範囲に適合される。あるいは、励起パターンPは、複数の所与の励起パターンからオペレータにより選択され、又は重み付け装置７により自動的に選択される。次のステップにおいて、重み係数
2008525088.tif 000021
は、上記数式５を用いて、重み付け装置７により決定される。複素重み係数
2008525088.tif 000022
は、制御装置６により、発信コイル４に対するコイル駆動信号の振幅及び位相として解釈される。その結果、制御装置６は、重み係数
2008525088.tif 000023
に従って各々のコイル駆動信号の振幅及び位相を個別に設定する。これらのコイル駆動信号は、コイル駆動装置５により発信コイル４に供給される。その結果、Ｂ１磁場全体の均一性が大幅に改善され、すなわち所望の励起パターンが可及的良好に達成される。
【００２１】
数式５の適用可能性を検証するためにテストが実施された。第１のテストでは、模擬の３２素子受信アレイが使用された。コイル感度が３２個のコイル素子全てから検出され、１．５Ｔにおいて人体腹部の冠状断像として測定された。図２は、これらのコイル感度８を図示する。続いて、数式５を用いて重み係数
2008525088.tif 000024
が計算された。次のステップで、数式１を用いて測定がシミュレートされ、Pmeas(x)が計算された。所望の励起パターンP(x)とシミュレートされたPmeas(x)との間の平均差を当該方法の質についてのベンチマークとして使用した。３２個全てのコイル素子を使用して、均一な励起磁場を目指したとき、Pmeas(x)は５．３％の平均差を示した。励起パターン９のシミュレーション結果を図３に示す。
【００２２】
３２個のコイルのいくつが満足できる結果を得る必要があるのかを調べるために、他のテストが実施された。この目的のために、３２個全てのコイルを使用するのではなく、第１のテストにおいては最も均一なコイルのみを使用して、第２のテストにおいては最も"重要な"コイルのみ、すなわち、３２個全てのコイルを使用した上述のシミュレーションで得られた最も大きい重み係数Urを有するコイルのみを使用して、さらなるシミュレーションが実施された。R>３の場合、最も"重要な"コイルは最も均一なコイルよりも良い均一性を示した。R=４の場合、平均差は２０%を下回る。R=12の場合、平均差は１０％を下回る。
【００２３】
他のテストにおいて、異なる励起パターンがテストされた。P(x)とPmeas(x)との間の平均差は、矩形に対して０．２４２であり、円形に対して０．２７４であった。従って、測定された前記感度に対しては、均一な励起磁場（平均差０．０５３）を励起することよりも、これらのパターンを励起することの方が難しい。図４は異なる励起パターンに対する結果を示しており、左側に所望の励起パターン１０，１１が、右側に再構成された励起パターン１２，１３が示されている。
【００２４】
本発明が前述の説明のための実施の形態の詳細に限定されず、本発明はその思想又は本質的な特性から逸脱することなく他の特定の態様にて実施され得ることは、当業者にとって明白である。本実施の形態は、従って、あらゆる面において、説明のためのものであり制限するものではないとして考慮されるべきであり、本発明の範囲は、前述の記述によってではなく特許請求の範囲によって示され、それゆえ、特許請求の範囲の意図及び均等な範囲の中でなされる全ての変更は、特許請求の範囲内に包含されることが意図されている。さらに、「有する」の語は、他の要素又はステップを排除せず、単数形の語は複数を排除せず、単一のユニット、例えばコンピュータシステムやその他のユニットが、特許請求の範囲に記載されるいくつかの手段の機能を実現することができることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係るＭＲシステムを模式的に示す図である。
【図２】３２素子受信アレイから得られた発信コイル感度を示す図である。
【図３】図１に示された３２個のコイル素子すべてを使用した計算結果を示す図である。
【図４】異なる励起パターンに対する結果を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  ＭＲ撮像システム
２  勾配システム
３  被検査体
４  発信コイル
５  コイル駆動装置
６  制御装置
７  重み付け装置
８  コイル感度
９  励起パターン
１０  所望の矩形パターン
１１  所望の円形パターン
１２  再構成された矩形パターン
１３  再構成された円形パターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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