(57)【要約】【課題】磁気共鳴スペクトロスコピーの分野におけるその方法および装置の改善。【解決手段】ラジオ周波数パルスを供給してボリューム中に誘起された磁気共鳴が引き起こされるようにし、誘起された磁気共鳴を表す第１の時間領域シグナルを検出するために第１のコイルを使用し、第２の時間領域シグナルを検出するために第２のコイルを使用し、第２の時間領域シグナルの位相を調整して、位相補正された時間領域シグナルを生成し、位相補正された時間領域シグナルの位相は実質的に第１の時間領域シグナルの位相と同じであるようにし、第１の時間領域シグナルおよび位相補正された時間領域シグナルに基づいて結合された時間領域シグナルを生成する。【選択図】図１
2004170424.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラジオ周波数パルスを供給してボリューム中に誘起された磁気共鳴が引き起こされるようにし、
第１のコイルを使用して、該誘起された磁気共鳴を表す第１の時間領域シグナルを検出し、
第２のコイルを使用して、該誘起された磁気共鳴を表す第２の時間領域シグナルを検出し、
該第２の時間領域シグナルの位相を調整して、位相補正された時間領域シグナルが生成されるようにし、該位相補正された時間領域シグナルの位相は実質的に第１の時間領域シグナルの位相と同じであるようにし、かつ
第１の時間領域シグナルおよび位相補正された時間領域シグナルに基づいて結合された時間領域シグナルを生成する
ことを有している方法。
【請求項２】
更に、結合された時間領域シグナルの周波数スペクトルを突き止めることを有している
請求項１記載の方法。
【請求項３】
複数のコイルを使用して時間領域磁気共鳴シグナルを測定し、
時間領域磁気共鳴シグナルの位相を調整して、位相調整された時間領域磁気共鳴シグナルが生成されるようにし、
位相調整された時間領域磁気共鳴シグナルに基づいて結合された時間領域シグナルを生成する
ことを有している方法。
【請求項４】
結合された時間領域シグナルの周波数スペクトルを突き止める
ことを有している
請求項３記載の方法。
【請求項５】
複数のコイルにおける磁気共鳴シグナルを受信し、それぞれの磁気共鳴シグナルは位相および振幅を有しており、
時間領域における磁気共鳴シグナルの位相を調整して、位相補償されたシグナルが生成されるようにし、かつ
該位相補償されたシグナルに基づいて結合されたシグナルを生成する
ことを有している方法。
【請求項６】
結合されたシグナルの周波数スペクトルを突き止める
ことを有している
請求項５記載の方法。
【請求項７】
位相を調整することは、時間領域における磁気共鳴シグナル間の位相差を補償して、位相補償されたシグナルの位相が実質的に同じであるようにすることを有している
請求項５記載の方法。
【請求項８】
それぞれのコイルは特有の感度を有しており、かつ
当該方法は更に、相応するコイルの感度に基づいている重み付け係数に応じて磁気共鳴シグナルのそれぞれを重み付けることを有している
請求項５記載の方法。
【請求項９】
磁気共鳴シグナルがないときに、バックグラウンドノイズを測定することによってそれぞれのコイルの感度を突き止める
請求項８記載の方法。
【請求項１０】
磁気共鳴シグナルは自由誘導減衰シグナルである
請求項５記載の方法。
【請求項１１】
ある領域に有極磁場を形成し、かつ
ラジオ周波数パルスを供給して、該領域中のボリューム内に磁気共鳴が引き起こされ、磁気共鳴シグナルが生成されるようにする
請求項５記載の方法。
【請求項１２】
ボリュームは生体組織から成っている
請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
複数のコイルのｎ番目において受信された磁気共鳴シグナルＳｎ（ｔ）は次式：
【数１】
2004170424.tif 000011
によって定められており、
ここでＡｎは振幅係数、φｒｅｆは参照シグナルの位相であり、δφｎはｎ番目のコイルで受信されたシグナルの位相と参照シグナルの位相との間の差であり、ωは磁気共鳴シグナルの周波数であり、かつＴ２はスピン−スピン緩和時間である
請求項５記載の方法。
【請求項１４】
結合されたシグナルＳＴ（ｔ）は次式：
【数２】
2004170424.tif 000012
によって定められており、
ここでＮは複数のコイルのコイルの数、ｗｎはコイルの感度によって決定される重み付け係数、Ａｎは振幅係数、φｒｅｆは参照シグナルの位相であり、δφｎはｎ番目のコイルで受信されたシグナルの位相と参照シグナルの位相との間の差であり、ωは磁気共鳴シグナルの周波数であり、かつＴ２はスピン−スピン緩和時間である
請求項５記載の方法。
【請求項１５】
位相を調整することは、
参照シグナルとして磁気共鳴シグナルの１つを選択すること、
参照シグナルとは別の磁気共鳴シグナルの位相を調整して、磁気共鳴シグナルの位相が実質的に参照シグナルの位相と同じになるようにすること
を有している
請求項５記載の方法。
【請求項１６】
磁場を形成するための磁石を備え、
ラジオ周波数シグナルを発生して、物体中のボリュームが励起されて、磁気共鳴シグナルが生成されるようにするラジオ周波数シグナル発生器を備え、
磁気共鳴シグナルを検出するための少なくとも２つのコイルを備え、かつ
少なくとも２つのコイルによって検出された磁気共鳴シグナルを処理するためのマシンを備え、該マシンは（ｉ）時間領域における磁気共鳴シグナルの位相を調整して、位相補償されたシグナルを生成し、かつ（ii）位相補償されたシグナルに基づいて、結合された信号を生成する
装置。
【請求項１７】
マシンは更に、結合された信号の周波数スペクトルを突き止める
請求項１６記載の装置。
【請求項１８】
マシンは位相補償されたシグナルの位相を調整して、位相補償されたシグナルの位相が実質的に相互に等しくなるようにする
請求項１６記載の装置。
【請求項１９】
少なくとも２つのコイルは完全にはオーバラップしておらずかつ物体の近傍に配置されている
請求項１６記載の装置。
【請求項２０】
物体は生体組織から成っている
請求項１６記載の装置。
【請求項２１】
ボリュームを励起して磁気共鳴シグナルを生成するための手段を備え、
磁気共鳴シグナルを検出するための少なくとも２つのコイルを備え、
少なくとも２つのコイルによって検出された磁気共鳴シグナルを処理するための手段を備え、該処理手段は（ｉ）磁気共鳴シグナルの位相を調整して、位相補償されたシグナルを生成し、かつ（ii）位相補償されたシグナルを結合して、結合されたシグナルが生成されるようにする
装置。
【請求項２２】
処理手段は結合されたシグナルの周波数スペクトルを突き止める
請求項２１記載の装置。
【請求項２３】
励起手段は
磁場を形成するための手段と
ラジオ周波数信号を発生してボリュームを励起するための手段とを
有している
請求項２１記載の装置。
【請求項２４】
位相補償されたシグナルの位相は実質的に相互に等しい
請求項２１記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁気共鳴スペクトロスコピーの分野に関し、より詳細にはその方法および装置に関する。
【０００２】
関連出願として、本件出願はＵＳ仮特許出願Ｎｏ．６０／４２７６４１（filed on 11/19/2002, entitled “Magnetic Resonance Spectroscopy”を名指し、その内容はこれを以てそのすべてが本件出願に取り込まれるものとする。
【背景技術】
【０００３】
磁気共鳴スペクトロスコピーは磁気共鳴現象を使用して物質の物理、化学および生物学的特性を研究する。検査すべき物体は磁界中に置かれ、かつパルス化されたラジオ周波数（radio frequency＝ＲＦ）シグナルが物体中のボリュームに向けられて磁気共鳴が誘起される。磁気共鳴シグナルは正弦波に似ており、これは時定数を以て減衰する周波数ωを有しておりかつ自由誘導減衰（free induction decay＝ＦＩＤ）シグナルと称されている。ボリューム中の種々異なっている種類の原子のために、種々異なった磁気共鳴周波数ωが引き起こされることになる。ＦＩＤシグナルのスペクトルを検査することによって、ボリューム中に含まれている原子の種類を突き止めることができる。
【０００４】
一般に、ＦＩＤシグナルの振幅は弱い。単一の測定コイルが使用されるとき、コイルによって検出されるシグナルは強くなく、ノイズによって歪みを受けている可能性がある。「フェーズド・アレイ・コイル」と称されるアレイコイルを使用して磁気共鳴シグナルを測定しかつＳＮ比を高めることができる。過去において、フェーズド・アレイ・コイルの各コイルエレメントで検出されたＦＩＤシグナルは個々に、周波数領域シグナルに変換される。結果生じる周波数領域シグナルは結合されて周波数領域において結合されたシグナルを生成する。このシグナルは各構成要素（コンポーネント）シグナルより高いＳＮ比を有している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、磁気共鳴スペクトロスコピーの分野におけるその方法および装置の改良することであり、殊に、磁気共鳴シグナルのＳＮ比を高める際に計算コストおよび操作コストが低減される手法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一般に、１つの観点において、本発明はラジオ周波数パルスを供給してボリューム中に誘起された磁気共鳴が引き起こされるようにし、該誘起された磁気共鳴を表す第１の時間領域シグナルを検出するために第１のコイルを使用し、該誘起された磁気共鳴を表す第２の時間領域シグナルを検出するために第２のコイルを使用し、該第２の時間領域シグナルの位相を調整して、位相補正された時間領域シグナルが生成されるようにし、該位相補正された時間領域シグナルの位相は実質的に第１の時間領域シグナルの位相と同じであるようにし、かつ第１の時間領域シグナルおよび位相補正された時間領域シグナルに基づいて結合された時間領域シグナルを生成することを含んでいる磁気共鳴スペクトロスコピーの方法に向けられている。
【０００７】
一般に、別の観点において、複数のコイルを使用して時間領域磁気共鳴シグナルを測定し、時間領域磁気共鳴シグナルの位相を１つの共通の参照に調整し、かつ調整された時間領域磁気共鳴シグナルを結合することを有している磁気共鳴スペクトロスコピーの方法に向けられている。
【０００８】
一般に、別の観点において、本発明は、複数のコイルにおける磁気共鳴シグナルを受信し、それぞれのシグナルは位相および振幅を有しており、時間領域における磁気共鳴シグナルの位相を調整して、位相補償されたシグナルが生成されるようにし、かつ該位相補償されたシグナルを結合して結合されたシグナルを生成することを有している磁気共鳴スペクトロスコピーの方法に向けられている。
【０００９】
本発明の実施形態は次の特徴の１つまたは複数を含んでいることができる。結合された時間領域シグナルの周波数スペクトルが突き止められる。位相を調整することは、時間領域における磁気共鳴シグナル間の位相差を補償して、位相補償されたシグナルの位相が実質的に相互に同じであるようにすることを含んでいる。それぞれのコイルは特有の感度を有しており、かつ方法は更に、相応するコイルの感度に基づいている重み付け係数に応じて磁気共鳴シグナルのそれぞれを重み付けることを含んでいる。方法は、磁気共鳴シグナルがないときに、バックグラウンドノイズを測定することによってそれぞれのコイルの感度を突き止めることを含んでいる。磁気共鳴シグナルは自由誘導減衰シグナルを含んでいる。方法は、ある領域に有極磁場を形成しかつラジオ周波数パルスを供給して、該領域中のボリューム（例えば生体組織を含んでいる）内に磁気共鳴が引き起こされ、磁気共鳴シグナルが生成されるようにすることを含んでいる。ｎ番目のコイルにおいて受信された磁気共鳴シグナルＳｎ（ｔ）は次のように表すことができる：
【００１０】
【数１】
2004170424.tif 000003
ここでＡｎは振幅係数、φｒｅｆは参照シグナルの位相であり、δφｎはｎ番目のコイルで受信されたシグナルの位相と参照シグナルの位相との間の差であり、ωは磁気共鳴シグナルの周波数であり、かつＴ２はスピン−スピン緩和時間である。結合されたシグナルＳＴ（ｔ）は：
【００１１】
【数２】
2004170424.tif 000004
として表すことができ、ここでＮは複数のコイルのコイルの数、ｗｎはコイルの感度によって決定される重み付け係数である。位相を調整することには、参照シグナルとして磁気共鳴シグナルの１つを選択すること、参照シグナルとは別の磁気共鳴シグナルの位相を調整して、磁気共鳴シグナルの位相が実質的に参照シグナルの位相と同じになるようにすることが含まれている。
【００１２】
一般に、別の観点において、本発明は、磁場を形成するための磁石を備え、物体を磁場において支えるための支えを備え、ラジオ周波数シグナルを発生して、物体中のボリュームが励起されて、磁気共鳴シグナルが生成されるようにするラジオ周波数シグナル発生器を備え、磁気共鳴シグナルを検出するための少なくとも２つのコイルを備え、かつ少なくとも２つのコイルによって検出された磁気共鳴シグナルを処理するためのデータプロセッサを備え、該データプロセッサは時間領域における磁気共鳴シグナルの位相を調整して、位相補償されたシグナルを生成し、位相補償されたシグナルに基づいて結合された信号を生成し、かつ結合された信号の周波数スペクトルを突き止めるステップを実施するという磁気共鳴スペクトロスコピーのために装置に向けられている。
【００１３】
本発明の実施形態において１つまたは複数の次の特徴を含んでいることができる。データプロセッサは位相補償されたシグナルの位相を調整して、位相補償されたシグナルの位相が実質的に相互に等しくなるようにする。少なくとも２つのコイルは完全にはオーバラップしておらずかつ物体の近傍に配置されている。物体は生体組織から成っている。
【００１４】
一般に、別の観点において、本発明は、ボリュームを励起して磁気共鳴シグナルを生成するための手段を備え、磁気共鳴シグナルを検出するための少なくとも２つのコイルを備え、少なくとも２つのコイルによって検出された磁気共鳴シグナルを、時間領域における磁気共鳴シグナルの位相を調整して、位相補償されたシグナルを生成し、時間領域における位相補償されたシグナルを結合して結合されたシグナルを生成し、かつ結合されたシグナルの周波数スペクトルを突き止めることによって処理するための手段を備えている、磁気共鳴スペクトロスコピー用の装置に向けられている。
【００１５】
本発明の実施形態は次の特徴の１つまたは複数を含んでいることができる。励起手段は
磁場を形成するための手段とラジオ周波数信号を発生してボリュームを励起するための手段とを有している。
【００１６】
本発明の１つまたは複数の詳細は添付図面および以下の説明に示されている。本発明のその他の特徴、対象および利点は以下の説明および図面から明らかにしたい。
【実施例】
【００１７】
次に本発明を図示の実施例に付き図面を用いて詳細に説明する。
【００１８】
ここに説明する磁気共鳴スペクトロスコピーシステムは、フェーズド・アレイ・コイルの種々のコイルエレメントによって測定されたＦＩＤシグナルの位相を整合し、位相整合された各信号（フェーズ・マッチドシグナル）を時間領域において結合し、かつ結合されたシグナルの周波数スペクトルを低減されたフーリエ変換計算量によって計算して、強化された磁気共鳴スペクトロスコピーシグナルを生成する。
【００１９】
図１を参照するに、磁気共鳴スペクトロメトリーシステム１００は磁石１０２を含んでいる。この磁石は、被検体が位置している検査領域に実質的に均一な主磁場を形成する。磁石１０２は超導電性の線材から成る電磁石であってよい。シムシステム１２４は検査されるべき被検体の部分における、主磁場中の僅かな空間的な不均一性を補正するものである。グラジェントコイル１０４は検査領域における被検体の部分における主磁場に線形磁場勾配を形成する。グラジェント増幅器１０６は電流を発生する。この電流はグラジェントコイル１０４を介して流れて、検査領域に十分な磁場勾配が生成されるようにする。ラジオ周波数（ＲＦ）増幅器１０８はラジオ周波数パルスを発生する。ラジオ周波数パルスは送信機コイル１１０によって検査領域に送信される。ラジオ周波数パルスは検査領域における被検体ボデー中の原子を励起する。
【００２０】
ラジオ周波数パルスによって励起された、ボデー部分中の原子はＦＩＤシグナルを放出する（上述したとおり）。ＦＩＤシグナルは、コイルエレメント１１２ａ〜１１２ｄを含んでいるフェーズド・アレイ受信機コイル１１２によって検出される。受信機コイル１１２によって検出されたシグナルは受信機増幅器１１４によって増幅されかつスペクトルプロセッサ１１６に送信される。プロセッサは、受信機コイル１１２によって検出されたシグナルに基づいてボデー部分の周波数スペクトルを生成する。スペクトルプロセッサ１１６は個別コイルエレメントからのシグナルを時間領域において結合して、結合されたシグナルが生成されるようにする。スペクトルプロセッサ１１６は結合されたシグナルに対してフーリエ変換を行って、磁気共鳴シグナルのスペクトルを表している周波数領域シグナルが生成されるようにする。スペクトルプロセッサ１１６は時間領域シグナルおよび相応する周波数領域シグナルを表しているデータを更なる解析のためにホストコンピュータ１１８に送る。
【００２１】
ボデー部分中の種々異なった種類の原子はラジオ周波数パルスに応答して種々異なった周波数で共鳴しかつ種々異なった周波数を有しているＦＩＤシグナルを送出する。ＦＩＤシグナルのスペクトルを検査することによってボデー部分内の原子の種類を突き止めることができる。このことは、ボデー部分中に特定の病気が存在しているかどうかの診断に役立つ。
【００２２】
上記の例において、スペクトルプロセッサ１１６は種々のコイルエレメント１１２ａ〜１１２ｄからのシグナルを時間領域において結合しかつ該結合されたシグナルを周波数領域シグナルに変換する。ホストコンピュータ１１８を、時間領域シグナルを結合しかつ結果生じた結合シグナルを周波数領域シグナルに変換するためのプロセスを実施するように構成することもできる。
【００２３】
送信機コイル１１０から送出されるＲＦパルスの形が原子に供給されるエネルギー量に影響を及ぼす。測定プロセスはパルスシーケンスによって定められている。パルスシーケンスは、測定の期間に、検査されるべき被検体部分を取り囲む磁場の勾配を調整するために供給されるようになっているラジオ周波数パルスおよび勾配ないしグラジェントパルスの相対的なタイミングを制御する。ホストコンピュータ１１８はグラジェント増幅器１０６を制御してグラジェントパルスが生成されるようにする。ホストコンピュータ１１８はＲＦ増幅器１０６を制御して、ＲＦパルスのパルス形状およびシーケンスが調整されるようにする。記憶系、ここではシステムディスク１２２が時間領域データおよびスペクトルプロセッサ１１６から送出されるスペクトルデータを記憶する。オペレータのコンソール１２０は結合されたシグナルのスペクトルを表示する。コンソール１２０ではオペレータがコマンドを入力してホストコンピュータ１１８を制御することもできる。
【００２４】
図２を参照するに、ラジオ周波数パルスによって励起された原子を有している組織のボリューム１２５がＦＩＤシグナルを放出し、これがコイルエレメント１１２ａ−１１２ｄによって検出される。コイルエレメントはそれぞれが完全にはオーバラップしておらず、組織１２５の近傍に配置されている。組織のボリューム１２５内の原子はまとまって正味の磁化Ｍを形成する。組織のボリュームから正味の磁化Ｍによって生成されるＦＩＤシグナルは次のように表すことができる：
【００２５】
【数３】
2004170424.tif 000005
ここでＡはシグナルの振幅、φは参照位相に対して相対的な位相角度、ωはシグナルの周波数、Ｔ２はスピンースピン緩和時間である。Ｔ２緩和時間は組織のボリューム１２５からの正味の磁化Ｍの特徴的な緩和時間である。Ｔ２緩和時間は、組織のボリューム１２５内のスピン内の内部分子相互作用を特徴付けている。この相互作用のために分子運動がディフェーズしかつ受信機コイル１１２にシグナル損失が発生する。
【００２６】
フェーズドアレイ受信機コイル１１２におけるそれぞれのコイルエレメント１１２ａ−１１２ｓは組織のボリューム１２５からのシグナルを個々に測定しかつ時間領域シグナルを発生する。これらのシグナルは結合されて、より高いＳＮ比を有する強いシグナルが生成される。これらのシグナルを結合するとき、２つのファクターが考慮される：（１）製造偏差が原因で引き起こされる可能性がある異なっているコイル感度に鑑みてシグナルが補償されること。すべてのコイルエレメントに対して等しいゲインが使用されているならば、比較的大きな感度を有するコイルエレメントは結合されたシグナルにおいて適切以上の大きな意味を持つことになる。（２）シグナルは結合前の位相に整合される。位相の補正にエラーがあると、シグナルが結合された段階であるシグナルが別のシグナルをキャンセルする可能性がある。
【００２７】
スペクトルプロセッサ１１６はコイルエレメント１１２ａ−１１２ｓによって測定されたシグナルを処理して、種々異なっているコイル感度および位相差を補償する。コイル感度を補償するために、バックグラウンドノイズがコイルエレメントの感度の指標として測定される。Ｓｎがアレイ内のｎ番目のコイルエレメントによって測定されるＦＩＤシグナルを表し、σｎがＲＦパルスがないときｎ番目のコイルによって測定されるバックグラウンドノイズの標準偏差を表しているとする。スペクトルプロセッサ１１６はバックグラウンドノイズ測定から導出される重み付け係数ｗｎを使用しながらシグナルを結合する：
ＳＴ(t)＝w１・S１(t)＋w２・S２(t)＋w３・S３(t)＋w４・S４(t)          （式２）
ここで
【００２８】
【数４】
2004170424.tif 000006
は、コイルエレメント間の相互抵抗を無視した場合の、ノイズ正規化された係数である。
【００２９】
位相差を補償するために、それぞれのコイルエレメントにおけるシグナルの位相は結合の前に時間領域において調整される。コイルエレメント１１２ａ−１１２ｓのそれぞれによって検出されるＦＩＤシグナルの波形は、シグナル間の一定の位相差を除けば実質的に同一である（測定におけるノイズおよびエラーが考察されない場合には）。一定の位相差は組織ボリュームに対して相対的な、コイルエレメントの位置の差、およびケーブル長差またはその他のハードウェア変数のような別のファクターによって引き起こされるものである。
【００３０】
コイルエレメント１１２ａ−１１２ｓにおけるシグナル間の一定の位相差は、コイルエレメントからのシグナルの位相を特定の時間に比較することによって突き止めることができる。説明するために、コイルエレメント１１２ａ−１１２ｓにおけるシグナルの位相はそれぞれφ１，φ２，φ３およびφ４であるとする。これらの位相は参照位相φｒｅｆに対して相対的に測定される。シグナルの１つは参照シグナルとして選択されていてよく、その位相は参照位相として使用され、かつ別のシグナルは位相補正のために参照シグナルと比較されるようにするとよい。例えば、コイルエレメント１１２ａからのシグナルを参照シグナルとして選択することができる。コイルエレメント１１２ｂにおけるシグナルの、参照シグナルに対する位相はδφ２＝φ２−φｒｅｆに等しい。同様に、コイルエレメント１１２ａにおけるシグナルに対して相対的であるｎ番目のコイルエレメントにおけるシグナルの位相は次式の通りである：
δφｎ＝φｎ−φｒｅｆ                                  （式４）
それぞれのコイルエレメントにおいて測定されるシグナルＳｎは次のように表すことができる：
【００３１】
【数５】
2004170424.tif 000007
【００３２】
この式は次のように書き換えることができる：
【００３３】
【数６】
2004170424.tif 000008
【００３４】
４エレメント・フェーズドアレイコイルの場合、式（２）の重み付け係数ｗｎを考慮するが、位相補償なしにシグナルを結合すると結果として次のような式が成り立つ：
【００３５】
【数７】
2004170424.tif 000009
【００３６】
それぞれのコイルエレメントにおいて測定されるシグナルの位相が調整されるとき、これらは互いに整合され、結合されたシグナルは次のように書くことができる：
【００３７】
【数８】
2004170424.tif 000010
【００３８】
シグナルＳｎ（ｔ）のいずれでも参照シグナルとして使用することができる。式６および８において、第１のコイルエレメントにおいて測定されたシグナルＳ１（ｔ）が参照シグナルとして使用されるならば、その場合はδφｎ＝φｎ−φ１である。
【００３９】
合成された結合シグナルＳＴ（ｔ）はフーリエ変換を使用して周波数領域シグナルに変換され、続いて位相補正および実数部分の抽出が行われて、磁気共鳴シグナルの周波数スペクトルが突き止められる。スペクトル中の種々のピークは種々の分子または分子部分に相応している。この周波数スペクトルは、診断目的のために組織のボリュームの組成を解析するために使用することができる。
【００４０】
時間領域における種々のコイルエレメントからのシグナルを結合する利点は、フーリエ変換は１回だけ実施されればいいからである。つまり、それぞれのコイルエレメントからのシグナルに対してただ１回の周波数領域位相補正が適用される。フーリエ変換および位相補正は時間のかかる演算であり、だから要求されるフーリエ変換および位相補正演算の数を低減することによって、磁気共鳴分光データを大して高価でないデータプロセッサを使用し、しかもユーザがさしたる介入操作も要求されずに一層迅速に得ることができる。
【００４１】
図３を参照するに、プロセス１２６はフェーズドアレイ受信機コイル１１２のそれぞれのコイルエレメントで測定された個々のＦＩＤシグナルを結合して磁気共鳴スペクトルを生成して、測定のＳＮ比が高められるようにする例が示されている。
【００４２】
プロセス１２６において、磁石１０２およびグラジェントコイル１０４を使用して磁場が形成される（１２８）。ＲＦ増幅器１０８がスイッチオフされているとき各コイルでバックグラウンドノイズが測定される（１３０）。式（３）に従って重み付け係数ｗｎが計算される（１３２）。送信機コイル１１０を使用してラジオ周波数パルスが送信されて（１３４）組織のボリューム１２５がエネルガイズされる。各コイルエレメントにおいてＦＩＤシグナルＳｎ（ｔ）が測定される（１３６）。位相差δφｎが突き止められる（１３８）。Ｓｎ（ｔ）の位相が調整されて（１４０）位相補償されたＦＩＤシグナルが生成される。位相補償されたＦＩＤシグナルは重み付け係数ｗｎを使用して式（７）に従って重み結合される。結合されたシグナルにフーリエ変換が行われて（１４４）、結合シグナルの周波数スペクトルが生成される。
【００４３】
４エレメント・フェーズドアレイ受信機コイルを使用して、直径１７０ｍｍのプレクシグラス球中のサンプルボリュームからＦＩＤシグナルを検出する実験が行われた。球には、それぞれ０．１重量モル濃度で水中に溶解されている酢酸ナトリウムおよびリチウム乳酸塩が含まれている。酢酸ナトリウムおよびリチウム乳酸塩分子は水素原子を含んでおり、それがそれぞれ周波数スペクトル中に１つおよび２つのピークを発生する。シグナルは、球内に配置された２０ｍｍ×２０ｍｍ×２０ｍｍというサイズのサンプルボリュームから測定された。
【００４４】
図４Ａないし図４Ｄを参照するに、グラフ１４６〜１５３はサンプルボリュームから測定されたシグナルを示している。各図の右側は球のサジタル（上）イメージ２８０、コロナル（真ん中）イメージ２８２およびトランスバース（下）イメージが示されている。各イメージ内のスクエア２８６はサンプルボリュームのロケーションを表している。各イメージを通っている鎖線２８８および２９０は他の２つのイメージの位置を指示する参照ラインである。
【００４５】
実験には、サンプルボリューム２８６における原子を励起するためのラジオ周波数パルスの供給および測定プロセスを始めるために１３５ｍｓｅｃの時間間隔の休み（“ＴＥ”時間と称される）が含まれた。フェーズド・アレイコイルの各コイルエレメントに対して、誘起電圧（シグナル）がクウォードラチュア検波器を使用して測定され、クウォードラチュア検波器は９０°の位相差を有している２つのシグナルを発生する。数学的に、１つのシグナルはＦＩＤシグナルの実数部に相応し、もう１つのシグナルはＦＩＤシグナルの虚数部に対応している。測定プロセスのために、シグナルはデータ点の１０２４個の対、実数部および虚数部によってデジタル化される。励起−休止検出シーケンスは、連続する励起間の１５００ｍｓｅｃの時間間隔（「ＴＲ」時間と称される）を以て８回繰り返された。相応のコイルエレメントに対するそれぞれのシーケンス繰り返しに対して測定されたデジタル化されたシグナルはまとめて加算された。
【００４６】
図４Ａ〜図４Ｄには、４つの種々のコイルエレメントによって測定されたＦＩＤシグナルが示されている。図５Ａ〜図５Ｄには、図４Ａ〜図４Ｄに示された測定から導出された位相補償されたＦＩＤシグナルが示されている。図６には図５Ａ〜図５Ｄに示されたデータから送出された結合されたＦＩＤシグナルが示されている。それぞれの波形図において、水平方向の軸線は時間をｍｓｅｃにおいて表し、かつ垂直方向の軸線はシグナル振幅をｍＶ（millivolt）で表している。図４Ａ〜図４Ｄ、図５Ａ〜図５Ｄおよび図６において水平方向の軸線上の時間＝０は検出プロセスのスタート時間を表している。これは、ＲＦ励起パルスに続く、オペレータによって特定されるＴＥ時間において生じる。図４Ａ〜図４Ｄに示されているデータは同一の測定パラメータを使用して測定された。
【００４７】
図４Ａを参照するに、波形図１４６および１４７はクォードラチュア検波器を使用した第１のコイルエレメントからのＦＩＤシグナルの測定を示している。波形２１０および２１２はそれぞれ、シグナルの実数部と虚数部を表している。図４Ｂを参照するに、波形図１４８および１４９はクォードラチュア検波器を使用した第２のコイルエレメントからのＦＩＤシグナルの測定を示している。波形２１４および２１６はそれぞれ、シグナルの実数部と虚数部を表している。図４Ｃを参照するに、波形１５０および１５１はクォードラチュア検波器を使用した第３のコイルエレメントからのＦＩＤシグナルの測定を示している。波形２１８および２２０はそれぞれ、シグナルの実数部と虚数部を表している。図４Ｄを参照するに、波形図１５２および１５３はクォードラチュア検波器を使用した第４のコイルエレメントからのＦＩＤシグナルの測定を示している。波形２２２および２２４はそれぞれ、シグナルの実数部と虚数部を表している。図４Ａ〜図４Ｄの各波形の始めの部分１５４，１５６，１５８および１６０は全く異なっている。これらの相異は主に、各コイルエレメントによって測定されるシグナルの位相の相異のためである。
【００４８】
図５Ａ〜図５Ｄは、参照シグナルとして第１コイルエレメントからのシグナルを使用してノイズ重み付けされた位相補償されたシグナルを示している。図５Ａを参照するに、波形図１６２および１６３は第１のコイルエレメントから得られたノイズ重み付けされたシグナルを表している。波形２２５および２２７上でのデータ点はそれぞれ、波形２１０および２１２上のデータ点に（図４）重み付け係数（式３）を与えることによって導出されたものである。図５Ａのデータ点は図４Ａのデータ点と同じ位相を有している。図５Ｂを参照するに、波形図１６４および１６５は第２コイルエレメントからの測定を表しているが、シグナルが位相補償されかつノイズ重み付けされた後であるので、第２コイルエレメントからのシグナルの位相は第１コイルエレメントからのシグナルの位相とマッチングしている。図５Ｃを参照するに、波形図１６６および１６７は第３コイルエレメントからの測定を表しているが、シグナルが位相補償されかつノイズ重み付けされた後であるので、第３コイルエレメントからのシグナルの位相は第１コイルエレメントからのシグナルの位相とマッチングしている。図５Ｄを参照するに、波形図１６８および１６９は第４コイルエレメントからの測定を表しているが、シグナルが位相補償されかつノイズ重み付けされた後であるので、第４コイルエレメントからのシグナルの位相は第１コイルエレメントからのシグナルの位相とマッチングしている。
【００４９】
次にｎ番目のコイルエレメントからのシグナルを第１のコイルエレメントからのシグナルに対して位相マッチングするために使用される方法について説明する。ｎ番目のコイルエレメントからの複素数の時間領域シグナルのそれぞれの測定（例えば図４Ｂの波形２１４または２１６上のデータ点によって表されている）が位相補正係数ｅｘｐ（ｉδφｎ）と乗算される。ここでδφｎは式４に定義されているように、φｎ−φ１である。実験において、第１のコイルエレメントからのシグナルが参照シグナルとして使用され、従って、ｉδφｎ＝φｎ−φ１である。位相角φｎは第１の時間領域データ点から逆正接として計算されたものであり：
φｎ＝ｔａｎ−１（Ｉｍａｇ１ｎ／Ｒｅａｌ１ｎ）                （式９）
ここでＲｅａｌ１ｎおよびＩｍａｇ１ｎはｎ番目のコイルエレメントからの第１の時間領域複素データ点の実数値および虚数値である。例えば位相角φ１は、図４Ａの第１のデータ点ＡおよびＢ（それぞれ、波形２１０および２１２上の時点＝０において）から計算することができる。データ点Ａは−１３００の値を有し、データ点Ｂは２９２６の値を有し、従ってφ１＝ｔａｎ−１（２９２６／（−１３００））＝−６６°である。
【００５０】
位相角φｎは第１のコイルエレメント、第２のコイルエレメント、第３のコイルエレメントおよび第４のコイルエレメントに対して計算され、かつこれらの値は図１６のカラム２３０にリストアップされている。これらの数値は式４に使用されて、位相差δφｎが計算される。これらが使用されて位相補正係数ｅｘｐ（ｉδφｎ）が計算される。図５Ａ〜図５Ｄの波形図はそれぞれ初期のデータ領域１７１，１７２，１７４および１７６を有している。波形図１６２，１６３および１６４〜１６９の比較は、位相補正後、それぞれの波形図の初期のデータ領域１７１，１７２，１７４および１７６は非常に類似していることが示されている。このことは、種々のコイルエレメントによって測定されたシグナルがサンプルボリュームから放射された同じＦＩＤシグナルを表していることを示すものである。
【００５１】
図６を参照するに、波形図１７８および１７９は図５Ａ〜図５Ｄに示されているデータから導出された結合された時間領域シグナルを示している。波形２２６および２２８はそれぞれ、結合された時間領域シグナルの実数部および虚数部を表している。波形２２６および２２８によって表されている結合されたシグナルの大きさは図４Ａ〜図４Ｄに示されている相応のシグナルより大きい。このことは、式８を使用して結合されるＦＩＤシグナルはシグナル強度を高めることができ、その結果ＳＮ比が高くなることを示すものである。
【００５２】
図７Ａ〜図１５Ｂには、図４Ａ〜図６に示されているデータから得られる処理された周波数領域スペクトルの実数部が示されている。データはすべて同一のパラメータによってかつ上に説明した位相補償方法を除いて同一の手法で処理された。
【００５３】
図７Ａ、図８Ａ、図９Ａ、図１０Ａ、図１１Ａ、図１２Ａ、図１３Ａ、図１４Ａおよび図１５Ａを参照するに、波形図２３８、２４２、２４６、２５０、２５４、２５８、２６２、２６４および２７０は、周波数０．５ないし３．０ｐｐｍの間のギザギザのライン（例えば図７Ａの２３４）に重畳されているスムーズなライン（例えば２３２）を示している。スムーズなラインはアセテートの水素シグナルおよびラクテートの水素シグナルの理論上の波形図を表し、かつギザギザのラインは測定されたデータを表している。水平方向の軸線は右から左に向かって増大していく周波数を表しており、かつ単位はｐｐｍ（parts per million）であり、参照として基準周波数を使用している。水平方向の軸線において、周波数０．０ｐｐｍは参照周波数６３６３３３５１Ｈｚに等しい。これは化合物（テトラメチルシラン）の共鳴周波数を表している。これは実験に使用されたサンプルボリューム中には見つかっていない。周波数３．０ｐｐｍは６３６３３４５９Ｈｚに等しい。
【００５４】
図７Ａにおいて、正のピークの脇の数字「７２．９２」は理論的な曲線フィットから結果生じるアセテートのピーク振幅を表しており、かつスペクトルから測定されたシグナル振幅を表すために使用される。図１６のカラム２３６には図７Ａ、図８Ａ、図９Ａ、図１０Ａ、図１１Ａ、図１２Ａ、図１３Ａ、図１４Ａおよび図１５Ａに示されている正のピークのピーク振幅がまとめられている。
【００５５】
図７Ｂ、図８Ｂ、図９Ｂ、図１０Ｂ、図１１Ｂ、図１２Ｂ、図１３Ｂ、図１４Ｂおよび図１５Ｂを参照するに、波形図２４０、２４４、２４８、２５２、２５６、２６０、２６４、２６８および２７２は、周波数２．８ｐｐｍおよび３．０ｐｐｍの間のギザギザのライン（例えば図７Ｂの２７８）に重畳されているスムーズなライン（例えば２７６）を示している。スムーズなラインはシグナルの理論上の波形図を表し、一方ギザギザのラインは測定されたシグナルを表している。それぞれの波形図の左上に示されている「フィット・エラー」（例えば図７Ｂの３．２０）は理論上の曲線フィットから生じるフィット・エラーを表しており、かつスペクトルから測定されるノイズ振幅を表すために使用される。ノイズ振幅の値は図１６のカラム２７４にまとめられている。
【００５６】
図７Ａ〜図１０Ｂにおいて、波形図２３８〜２５２は、４コイルエレメントから得られた時間領域データからの直接変換された周波数領域スペクトルを位相補正なしに示すものである。図７Ａおよび７Ｂにおいて、波形図２３８および２４０は図４Ａの波形図１４６および１４７におけるシグナルの周波数領域スペクトルを表している。図８Ａおよび８Ｂにおいて、波形図２４２および２４４は図４Ｂの波形図１４８および１４９におけるシグナルの周波数領域スペクトルを示している。図９Ａおよび９Ｂにおいて、波形図２４６および２４８は図４Ｃの波形図１５０および１５１におけるシグナルの周波数領域スペクトルを示している。図１０Ａおよび１０Ｂにおいて、波形図２５０および２５２は図４Ｄの波形図１５２および１５３におけるシグナルの周波数領域スペクトルを示している。図７Ａ〜図１０Ｂにおいて振幅およびフィット・エラーはコイル差に対しては補正されていない。
【００５７】
図１１Ａ〜図１４Ｂにおいて、波形図２５４〜２６８は４つのコイルエレメントに対する補正された時間領域データからの周波数領域スペクトルを表している。図１１Ａおよび図１１Ｂにおいて、波形図２５４および２５６は図５Ａの波形図１４６および１４７におけるシグナルの周波数領域スペクトルを示している。図１２Ａおよび図１２Ｂにおいて、波形図２５８および２６０は図５Ｂの波形図１６４および１６５におけるシグナルの周波数領域スペクトルを示している。図１３Ａおよび図１３Ｂにおいて、波形図２６２および２６４は図５Ｃの波形図１６６および１６７におけるシグナルの周波数領域スペクトルを示している。図１４Ａおよび図１４Ｂにおいて、波形図２６６および２６８は図５Ｄの波形図１６８および１６９におけるシグナルの周波数領域スペクトルを示している。振幅およびフィット・エラーはコイル差に対しては補正されている。
【００５８】
図１５Ａおよび図１５Ｂを参照するに、波形図２７０および２７２は図６に示されている結合されたシグナルの周波数領域スペクトルを示している。波形図２７０におけるシグナルの強度は波形図２５４（図１１Ａ）、２５８（図１２Ａ）、２６２（図１３Ａ）および２６６（図１４Ａ）における相応の信号より強い。波形図２７２におけるシグナルの強度は波形図２５６、２６０、２６４および２６８における相応の信号より強い。
【００５９】
図１６を参照するに、テーブル１９８は４つのコイルエレメントによって測定されるシグナルの最大振幅および位相を示している。カラム２００には４つのコイルエレメントからの測定が位相補正なしに示されている。カラム２０２には４つのコイルエレメントからの測定が位相補正されて示されている。カラム２０４には４つのコイルエレメントからの結合された測定が位相補正されて示されている。カラム２０４の測定値は、それぞれのコイルエレメントからの時間領域シグナルを位相補正しかつそれからこれらを時間領域において結合することによって一層強いシグナル強度を実現できることを示している。
【００６０】
プロセス１２６はハードウェア、ソフトウェア、または２つの組み合わせを使用してインプリメントされてよい。プロセス１２６はホストコンピュータ１１８において実行されるコンピュータプログラムまたはそれぞれがプロセッサ、プロセッサによって読み取り可能なメモリ媒体（限定されないが、揮発性および不揮発性メモリおよび／または記憶構成要素を含んでいる）。
【００６１】
それぞれのこの種のプログラムは高級な手順向きまたはオブジェクト向きプログラミング言語によって実現されてホストコンピュータ１１８と交信されるようになっている。しかしながら、プログラムはアッセンブリまたはマシン言語において実現されることができる。言語はコンパイルされた言語またはインタプリタ言語であってよい。
【００６２】
それぞれのコンピュータプログラムは記憶媒体またはマニファクチャの別のアーチクル（例えばＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスクまたは磁気ディスケット）に記憶されていてよい。この場合アーチクルは汎用または専用目的プログラマブルコンピュータによって読み取り可能であって、コンピュータが記憶媒体またはデバイスを読み出してプロセスをインプリメントするように、コンピュータをコンフィギュレーションしかつオペレートするものである。プロセス１２６はコンピュータプログラムによってによって構成された、マシーン読み出し可能な記憶媒体としてインプリメントされていてもよく、その際実行に基づいて、コンピュータプログラムにおけるインストラクションによりマシーンは結合されたシグナルの周波数スペクトルが突き止められるように動作する。
【００６３】
いくつかの実施例について説明してきた。しかし、本発明の精神および範囲から逸脱しなければ種々の変形が可能であることは勿論のことである。例えば、ＦＩＤシグナルとは別の磁気共鳴シグナルは結合の前の時間領域における位相補正によって結合されるようにしてもよい。図５Ａ〜図５Ｄに関する説明において、位相補正のために使用された参照位相は第１のコイルエレメントにおいて測定されたシグナルから計算された。この参照フェーズは別個のスキャンから得られる測定から計算されるようにしてもよい。バックグラウンドノイズを測定しかつ重み付け係数を計算する種々の方法を使用することができる。従って、別の実施例は本発明の特許請求の範囲の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】磁気共鳴スペクトロメトリーシステムのブロック線図
【図２】アレイのコイルおよび組織ボリュームを示す略図
【図３】個別ＦＩＤシグナルを結合することによって磁気共鳴スペクトルを生成するためのプロセスを示すフローチャート
【図４Ａ】測定データ（各コイルエレメントのＦＩＤシグナル）を示す波形図
【図４Ｂ】測定データ（各コイルエレメントのＦＩＤシグナル）を示す波形図
【図４Ｃ】測定データ（各コイルエレメントのＦＩＤシグナル）を示す波形図
【図４Ｄ】測定データ（各コイルエレメントのＦＩＤシグナル）を示す波形図
【図５Ａ】測定データ（位相補償およびノイズ重み付けされたＦＩＤシグナル）を示す波形図
【図５Ｂ】測定データ（位相補償およびノイズ重み付けされたＦＩＤシグナル）を示す波形図
【図５Ｃ】測定データ（位相補償およびノイズ重み付けされたＦＩＤシグナル）を示す波形図
【図５Ｄ】測定データ（位相補償およびノイズ重み付けされたＦＩＤシグナル）を示す波形図
【図６】測定データ（結合された時間領域シグナル）を示す波形図
【図７Ａ】測定データ（周波数領域変換された、まだ位相補正されていないシグナル）を示す波形図
【図７Ｂ】測定データ（周波数領域変換された、まだ位相補正されていないシグナル）を示す波形図
【図８Ａ】測定データ（周波数領域変換された、まだ位相補正されていないシグナル）を示す波形図
【図８Ｂ】測定データ（周波数領域変換された、まだ位相補正されていないシグナル）を示す波形図
【図９Ａ】測定データ（周波数領域変換された、まだ位相補正されていないシグナル）を示す波形図
【図９Ｂ】測定データ（周波数領域変換された、まだ位相補正されていないシグナル）を示す波形図
【図１０Ａ】測定データ（周波数領域変換された、まだ位相補正されていないシグナル）を示す波形図
【図１０Ｂ】測定データ（周波数領域変換された、まだ位相補正されていないシグナル）を示す波形図
【図１１Ａ】測定データ（周波数領域変換された、位相補正されたシグナル）を示す波形図
【図１１Ｂ】測定データ（周波数領域変換された、位相補正されたシグナル）を示す波形図
【図１２Ａ】測定データ（周波数領域変換された、位相補正されたシグナル）を示す波形図
【図１２Ｂ】測定データ（周波数領域変換された、位相補正されたシグナル）を示す波形図
【図１３Ａ】測定データ（周波数領域変換された、位相補正されたシグナル）を示す波形図
【図１３Ｂ】測定データ（周波数領域変換された、位相補正されたシグナル）を示す波形図
【図１４Ａ】測定データ（周波数領域変換された、位相補正されたシグナル）を示す波形図
【図１４Ｂ】測定データ（周波数領域変換された、位相補正されたシグナル）を示す波形図
【図１５Ａ】測定データ（結合されたシグナル）を示す波形図
【図１５Ｂ】測定データ（結合されたシグナル）を示す波形図
【図１６】測定データを示すテーブル
【符号の説明】
【００６５】
１００  磁気共鳴スペクトロメトリーシステム
１０２  磁石
１０４  グラジェントコイル
１１６  スペクトルプロセッサ
１１８  ホストコンピュータ
１１２（１１２ａ〜１１２ｄ）  アレイコイル
１２６  プロセス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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