(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気共鳴装置に設けられたアンテナアレイ（２）の複数のアンテナ要素（２）により受信ボリウムから供給されるすべての受信信号が、１つの基本組み合わせ（ＧＫ）および所定の数の付加組み合わせ（ＺＫ１、ＺＫ２）に互いに組み合わされ、前記組み合わせ（ＧＫ、ＺＫ１、ＺＫ２）は互いに直交し、かつ同じ向きに円偏光された磁気共鳴信号成分を含んでおり、少なくとも前記２つの組み合わせ（ＧＫ、ＺＫ１、ＺＫ２）が像再構成に使用される磁気共鳴装置の受信信号処理方法。
【請求項２】
前記受信信号の組み合わせ（ＧＫ、ＺＫ１、ＺＫ２）が互いに異なる受信感度を有し、像再構成の際前記組み合わせ（ＧＫ、ＺＫ１、ＺＫ２）に各受信感度による重み付けがされる請求項１記載の受信信号処理方法。
【請求項３】
前記基本組み合わせ（ＧＫ）が前記受信ボリウムの中心で零と異なる受信感度を有する請求項１または２記載の受信信号処理方法。
【請求項４】
前記基本組み合わせ（ＧＫ）が前記受信ボリウムにおいてほぼ位置に無関係な受信感度を有する請求項３記載の受信信号処理方法。
【請求項５】
前記付加組み合わせ（ＺＫ１、ＺＫ２）が前記受信ボリウムの中心で零の受信感度を有する請求項１、２又は４のいずれか1つに記載の受信信号処理方法。
【請求項６】
前記付加組み合わせ（ＺＫ１、ＺＫ２）が前記受信ボリウムにおいて対称軸線（Ａ）に関して半径方向に増大する受信感度を有する請求項５記載の受信信号処理方法。
【請求項７】
前記付加組み合わせ（ＺＫ１、ＺＫ２）の受信感度が前記受信ボリウムにおいてほぼ直線的に増大する請求項６記載の受信信号処理方法。
【請求項８】
前記受信信号が基本磁石磁界方向（Ｂ０）に関して方位角方向に捕捉され、少なくとも４つの受信信号が捕捉される請求項１〜７のいずれか1つに記載の受信信号処理方法。
【請求項９】
前記受信信号が基本磁石磁界方向（Ｂ０）または高周波磁界方向（Ｂ１）に関して長手方向に捕捉され、少なくとも２つの受信信号が捕捉される請求項１〜７のいずれか1つに記載の受信信号処理方法。
【請求項１０】
前記組み合わせ（ＧＫ、ＺＫ１）がマッチング回路（１４）により互いに異なって変換される請求項９記載の受信信号処理方法。
【請求項１１】
受信ボリウムから受信信号を受信し得る複数のアンテナ要素（２）を有するアンテナアレイ（１）を備え、前記受信信号が組み合わせ要素（５）に供給可能であり、前記受信信号のすべてが前記組み合わせ要素（５）により１つの基本組み合わせ（ＧＫ）および所定の数の付加組み合わせ（ＺＫ１、ＺＫ２）で互いに組み合わせ可能であり、前記受信信号の組み合わせ（ＧＫ、ＺＫ１、ＺＫ２）は互いに直交し、同じ向きに円偏光された磁気共鳴信号成分を含んでおり、前記組み合わせ（ＧＫ、ＺＫ１、ＺＫ２）が像再構成要素（６）に供給可能であり、前記基本組み合わせ（ＧＫ）および前記付加組み合わせの少なくとも１つ（ＺＫ１、ＺＫ２）が像再構成のために利用可能である磁気共鳴装置の受信装置。
【請求項１２】
前記受信信号の組み合わせ（ＧＫ、ＺＫ１、ＺＫ２）が互いに異なる受信感度を有し、前記組み合わせ（ＧＫ、ＺＫ１、ＺＫ２）が像再構成のために各受信感度により重み付けされて利用される請求項１１記載の受信装置。
【請求項１３】
前記基本組み合わせ（ＧＫ）が前記受信ボリウムの中心で零と異なる受信感度を有する請求項１１または１２記載の受信装置。
【請求項１４】
前記基本組み合わせ（ＧＫ）が前記受信ボリウムにおいてほぼ位置に無関係な受信感度を有する請求項１３記載の受信装置。
【請求項１５】
前記付加組み合わせ（ＺＫ１、ＺＫ２）が前記受信ボリウムの中心で零の受信感度を有する請求項１１、１２又は１４のいずれか1つに記載の受信装置。
【請求項１６】
前記付加組み合わせ（ＺＫ１、ＺＫ２）が前記受信ボリウムにおいて対称軸線（Ａ）に関して半径方向に増大する受信感度を有する請求項１５記載の受信装置。
【請求項１７】
前記付加組み合わせ（ＺＫ１、ＺＫ２）の１つの受信感度が前記受信ボリウムにおいてほぼ直線的に増大する請求項１６記載の受信装置。
【請求項１８】
前記アレイアンテナ（１）が基本磁石磁界方向（Ｂ０）に関して方位角方向に配置された少なくとも４つのアンテナ要素（２）を有する請求項１１〜１７のいずれか1つに記載の受信装置。
【請求項１９】
前記アレイアンテナ（１）が基本磁石磁界方向（Ｂ０）または高周波磁界方向（Ｂ１）に関して長手方向に配置された少なくとも２つのアンテナ要素（２）を有する請求項１１〜１７のいずれか1つに記載の受信装置。
【請求項２０】
前記組み合わせ（ＧＫ、ＺＫ１）がマッチング回路（１４）に導かれ、マッチング回路により組み合わせが互いに異なって変換される請求項１９記載の受信装置。
【請求項２１】
前記アンテナ要素（２）が対として誘導‐容量的に互いに脱結合されている請求項１１〜２０のいずれか1つに記載の受信装置。
【請求項２２】
前記アレイアンテナ（１）が前記アンテナ要素（２）の対としての誘導‐容量的な互いの脱結合のためにコンデンサ回路網（４）を有する請求項２１記載の受信装置。
【請求項２３】
前記組み合わせ要素（５）がバトラーマトリックスとして構成されている請求項１１〜２２のいずれか1つに記載の受信装置。
【請求項２４】
分配要素を介して前記アンテナ要素（２）と接続されている送信器（１３）が設けられ、前記送信器（１３）から放射される送信信号が前記分配要素により、前記受信ボリウムに磁気共鳴励起信号が供給されるように、前記アンテナ要素（２）に分配可能である請求項１１〜２３のいずれか1つに記載の受信装置。
【請求項２５】
前記分配要素がバトラーマトリックス（５）の構成部分である請求項２３または２４記載の受信装置。
【請求項２６】
磁気共鳴励起信号が前記受信ボリウムにおいてほぼ位置に無関係な励起強度を有する請求項２４または２５記載の受信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気共鳴装置に対するアンテナアレイの複数のアンテナ要素により受信ボリウムから供給される受信信号に対する信号評価方法であって、受信信号が基本組み合わせで互いに組み合わされ、基本組み合わせが円偏光された磁気共鳴信号成分を再生し、基本組み合わせが像再構成のために利用される信号評価方法に関する。
【０００２】
これと対応して本発明は、受信ボリウムから受信信号を受信し得る複数のアンテナ要素を有するアンテナアレイを備えた磁気共鳴装置に対する受信装置にも関し、この受信装置においては、受信信号が組み合わせ要素に供給可能であり、組み合わせ要素により受信信号が基本組み合わせで互いに組み合わせ可能であり、基本組み合わせが円偏光された磁気共鳴信号成分を再生し、基本組み合わせが像再構成要素に供給可能であり、それにより基本組み合わせが像再構成のために利用可能である。
【０００３】
【従来の技術】
このような信号評価方法および対応する受信装置は一般に知られている。特にいわゆるバードケージ共振器およびループバタフライ要素がこの原理に従って動作する。
【０００４】
磁気共鳴信号の評価の際には一般に非常に良いＳＮ比が必要である。この良いＳＮ比を達成するため、従来の技術ではしばしば複数の受信信号が評価される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、可能なかぎりわずかな費用で最適なＳＮ比を達成し得る信号評価方法およびそれと対応する受信装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題は、信号評価方法に対しては、受信信号が複数の付加組み合わせでも互いに組み合わされ、すべての組み合わせが互いに直交しており、付加組み合わせが基本組み合わせと同じ向きに円偏光された磁気共鳴信号成分を含んでおり、像再構成のために少なくとも２つの組み合わせが利用されることにより解決される。
【０００７】
受信装置に対しては、本発明の課題は、受信信号が組み合わせ要素により複数の付加組み合わせでも互いに組み合わせ可能であり、組み合わせが互いに直交しており、基本組み合わせに対し同じ向きに円偏光された磁気共鳴信号成分を含んでおり、組み合わせが同じく像再構成要素に供給可能であり、基本組み合わせに付加して、付加組み合わせの少なくとも１つが像再構成のために利用可能であることにより解決される。
【０００８】
組み合わせの直交性に基づいて、ノイズが個々の組み合わせにおいて相関させられない。従って個々の組み合わせは容易に２乗関数的に加算可能である。２つの組み合わせの直交性はその際に、それらが受信ボリウム内において次式を満足することによって定義される。
∫σＥ１Ｅ２ｄＶ＝０
ここでσは人体組織の導電率、Ｅ１およびＥ２はアンテナ要素がこの組み合わせで送信するであろうときに組み合わせの各１つにより誘導される電界である。
【０００９】
組み合わせは通常互いに異なる受信感度を有する。従ってＳＮ比は、組み合わせが像再構成のためにそれらの各受信感度により重みを付けられて利用されるときに最適化され得る。
【００１０】
基本組み合わせが受信ボリウムの中心で零と異なる受信感度を有するならば、特に受信ボリウムの中心で良好な像再構成が生ずる。
【００１１】
基本組み合わせが受信ボリウムにおいてほぼ位置に無関係な受信感度を有するならば、像再構成のために利用される付加組み合わせの数に無関係に常に像再構成がすべての受信ボリウムにわたって可能である。
【００１２】
付加組み合わせは通常、受信ボリウムの中心で零の受信感度を有する。従ってそれらにより特に受信ボリウムの縁範囲が良好に再構成可能である。このことは、付加組み合わせが受信ボリウムにおいて対称軸線に関して半径方向に増大する受信感度を有するときに、特に当てはまる。付加組み合わせの１つの受信感度はその際に対称軸線からの考察される位置の間隔と共にほぼ直線的に増大すべきである。
【００１３】
受信信号は例えば基本磁石磁界方向に関して方位角方向に捕捉することができる。この場合、少なくとも４つの受信信号が捕捉されなければならない。
【００１４】
受信信号を基本磁石磁界方向または高周波磁界方向に関して長手方向に捕捉することも可能である。この場合には、少なくとも２つの受信信号が捕捉されれば十分である。
【００１５】
アンテナ要素は像再構成のために利用されるすべての組み合わせに対してラーモア周波数で共振していることが好ましい。そのためにはアンテナ要素が対として誘導‐容量的に互いに脱結合されていることが必要である。誘導‐容量的な脱結合はたとえば、アレイアンテナがこの目的でコンデンサ回路網を有することにより得ることができる。
【００１６】
組み合わせ要素がバトラーマトリックスとして構成されているならば、それは特に簡単な仕方で実現可能である。
【００１７】
分配要素を介してアンテナ要素と接続されている送信器が受信装置に対応付けられており、送信器から放射される送信信号が、受信ボリウムへ磁気共鳴励起信号が供給されるように、分配要素からアンテナ要素に分配可能であれば、アレイアンテナにより、受信ボリウム内に配置されている対象物も磁気共鳴励起可能である。
【００１８】
分配要素がバトラーマトリックスの構成部分であれば、分配要素の構成が特に簡単である。
【００１９】
磁気共鳴励起信号が受信ボリウムにおいてほぼ位置に無関係な励起強度を有するならば、ほぼすべての受信ボリウムが磁気共鳴励起信号を受ける。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に本発明の他の利点および詳細を図面に示す１つの実施例により説明する。
【００２１】
図１において、磁気共鳴装置に対する受信装置は複数個のアンテナ要素２を有するアレイアンテナ１を有する。図１によるアレイアンテナ１はいわゆるバードケージ共振器として構成されている。従ってアンテナ要素２はバードケージ共振器の互いに平行に延びているケージロッドにより形成される。それらは明らかに基本磁界方向Ｂ０に関して方位角方向に配置されている。
【００２２】
図１において、アレイアンテナ１は、対称軸線Ａの周りに配置されているたとえば８つのアンテナ要素２を有する。しかし原理的にはアレイアンテナ１はそれよりも多いまたは少ないアンテナ要素２を有していてもよい。アンテナ要素２の数およびそれらの配置に基づいて、図１によれば少なくとも４つの受信信号が対称軸線Ａに対して平行な基本磁界方向Ｂ０に関して方位角方向に捕捉される。
【００２３】
アンテナ要素２は図１によれば終端リング３により互いに接続されている。こうして形成されたシリンダは受信ボリウムを郭定し、この受信ボリウムからアンテナ要素２が受信信号を受信する。
【００２４】
アンテナ要素２および（または）終端リング３に通常、アンテナ要素２の共振同調の役割をするコンデンサが配置されている。これらのコンデンサは図１には図面を見やすくするために記入されていない。しかしコンデンサ回路網の２つのコンデンサ４が記入されている。これらの両コンデンサ４およびコンデンサ回路網のその他のコンデンサにより、直接隣接していないアンテナ要素２も誘導‐容量的に互いに脱結合されていることが達成される。こうしてすべてのアンテナ要素２が、それらが直接隣接しているか否かに無関係に、対として誘導‐容量的に互いに脱結合され得る。
【００２５】
アンテナ要素２により受信された受信信号は組み合わせ要素５に導かれる。組み合わせ要素５はその際にいわゆるバトラーマトリックスとして構成されている。それは複数個の遅延要素および加算要素を有する。バトラーマトリックス５の各行の出力端にはこれによりすべての受信信号の和が生じ、各受信信号はバトラーマトリックス５の列に導かれ、そこで列および行特有の遅延を受ける。
【００２６】
ラーモア周波数を基準とする個々のマトリックス要素の遅延が図２に示されている。遅延は明らかに受信信号のアナログのフーリエ展開に相当する。
【００２７】
組み合わせ要素５はこうして受信信号のある数の組み合わせを形成する。図２に示されている位相遅延により、すべての組み合わせが互いに直交していることが保証されている。バトラーマトリックス５の最も上の行に対応付けられている組み合わせは評価可能な信号を生じない。行２ないし４に生ずる組み合わせは（純粋に）等しい向きに円偏光されている。第５の行に生ずる組み合わせは直線偏光されている。それは従って（なお）行２ないし４に生ずる組み合わせと等しい向きに円偏光されている磁気共鳴信号成分を含んでいる。最後の３つの行に生ずる組み合わせは互いに再び等しい向きに円偏光されているが、行２ないし４の組み合わせに対して逆方向に円偏光されている。
【００２８】
バトラーマトリックス５の第２の行に生ずる、以下では基本組み合わせＧＫと呼ばれる組み合わせは、ほぼ位置に無関係な（均等な）受信感度を有する。従って特に受信ボリウムの中心に、この組み合わせは同じく零と異なる受信感度を有する。基本組み合わせＧＫの受信感度は図３に記入されている。
【００２９】
行３に生ずる、以下では第１の付加組み合わせＺＫ１と呼ばれる組み合わせは、受信ボリウム内で対称軸線Ａに関して半径方向内側から半径方向外側へほぼ直線的に増大する受信感度を有する。受信ボリウムの中心では第１の付加組み合わせＺＫ１の受信感度は零である。第１の付加組み合わせＺＫ１の受信感度も図３に記入されている。
【００３０】
行４から取り出し可能な、以下では第２の付加組み合わせＺＫ２と呼ばれる組み合わせは、受信ボリウム内で半径方向内側から半径方向外側へほぼ２乗関数的に増大する受信感度を有する。従ってこの組み合わせは受信ボリウムの中心で同じく零の受信感度を有する。第２の付加組み合わせＺＫ２の受信感度も図３に記入されている。
【００３１】
さらに、半径方向内側から半径方向外側へ３乗関数的に増大する受信感度を有する行５に生ずる組み合わせも利用することができる。しかしこの組み合わせは、８つのアンテナ要素２しか使用されないいまの場合には、もはや純粋に円偏光された磁気共鳴信号ではない。
【００３２】
基本組み合わせＧＫおよび付加組み合わせＺＫ１、ＺＫ２は図４に詳細に示されている像再構成要素６に導かれる。これにより基本組み合わせＧＫおよび付加組み合わせＺＫ１、ＺＫ２が像再構成のために利用される。
【００３３】
像再構成要素６において、個々の組み合わせＧＫ、ＺＫ１、ＺＫ２が信号評価段７に与えられる。信号評価段７はそれ自体公知の仕方で、受信ボリウムに配置されている対象物の像を再構成する。信号評価段７の出力信号は乗算段８に与えられ、乗算段８にはさらに重み付け関数発生器９の出力信号が与えられる。重み付け関数発生器９は図３に示されている受信感度に比例した出力信号を供給する。次いで後続の加算段１０および除算段１１において相応に重み付けされ個別像再構成の正規化された平均値が求められ、全体像１２として出力される。従って組み合わせＧＫ、ＺＫ１、ＺＫ２は像再構成のために結果において各受信感度により重み付けされて利用される。
【００３４】
既述のように、バトラーマトリックス５の下側の３つの行は確かに円偏光された信号であるが、それらは受信に対しては逆の回転向きを有する。それにもかかわらずバトラーマトリックス５の下側の行の利用も可能である。なぜならば、たとえば受信装置に送信器１３が対応付けられていてよく、その信号がバトラーマトリックス５の１つの行に供給され得るからである。バトラーマトリックス５はこの場合、送信器１３から放射される送信信号に対する分配要素として作用する。こうして、バトラーマトリックス５の下側の３つの行の１つへの供給により、送信信号がバトラーマトリックス５から、受信ボリウムへ磁気共鳴励起信号が供給されるように、アンテナ要素２に分配されることが達成される。この場合、最も下側の行への供給の際に受信ボリウムにおいて、ほぼ位置に無関係な励起強度を有する磁気共鳴励起信号が発生される。
【００３５】
基本磁界方向Ｂ０に関して方位角方向に配置されているアンテナ要素２と結び付けて先に説明された振舞様式は、アンテナ要素２が基本磁界方向Ｂ０または高周波磁界方向Ｂ１に関して長手方向に配置されているときにも応用可能である。
【００３６】
高周波磁界方向Ｂ１に関して長手方向に受信信号を捕捉する受信装置が図５に示されている。図１ないし４による実施例と相違して、この場合には、その受信信号を捕捉する少なくとも２つのアンテナ要素のみが必要とされる。
【００３７】
その場合図５中に示されている出結合回路網１４により、共に等しい向きに円偏光されている磁気共鳴信号成分を含んでいる同じく直交している組み合わせが出力される。これらの組み合わせは前置増幅器１５に供給される。上側の前置増幅器１５に供給される組み合わせ、いわゆるヘルムホルツモード、は基本組み合わせＧＫに相当する。その受信感度は図６に示されている。下側の前置増幅器１５に供給される組み合わせ、いわゆる「半時計方向電流モード」（例えば欧州特許第0 256 520 B1号明細書参照）、は第１および単一の付加組み合わせＺＫ１に相当する。この組み合わせＺＫ１の受信感度は同じく図６に示されている。さらに全体感度も共に示されている。
【００３８】
ヘルムホルツモードおよび半時計方向電流モードは、前置増幅器１５に出結合回路網１４およびそのコンデンサ１４′、１４″を介して供給される。出結合回路網１４はこうしてインピーダンス変換器としても機能する。コンデンサ１４′は互いに等しいキャパシタンス値を有する。コンデンサ１４″も同じく互いに等しいキャパシタンス値を有する。しかしコンデンサ１４′のキャパシタンス値はコンデンサ１４″のキャパシタンス値よりも大きい。それにより両モードに対する変換挙動は互いに異なっていてよい。出結合回路網１４はモード特有に設計されたマッチング回路１４としても作用する。
【００３９】
図７は別の実施例の概要を示す。この場合には各８つのケージロッドを有する長手方向に２分割されたバードケージ共振器が使用される。前段に接続されている出結合回路網１４と後段に配置された前置増幅器１５とにより、長手方向に相前後して配置されている各ケージロッド対に対してヘルムホルツモードおよび半時計方向電流モードが形成される。後段に配置されたバトラーマトリックス５により次いで相応の方位角モードが形成される。ヘルムホルツモードおよび半時計方向電流モードの形成に関しては、図７による実施例においてはアンテナ要素２が基本磁界方向Ｂ０に関して長手方向に配置されている。
【００４０】
本発明により可能なかぎり少ない数の信号評価段７により最適な像再構成が可能である。
【００４１】
特に、後段に配置されている加算段１５を有する出結合回路網１４およびバトラーマトリックス５を常に設け、またバトラーマトリックス５に後置された信号評価段７を必要に応じて使用することが可能である。こうして、個々の場合の必要に応じて、たとえば基本組み合わせＧＫのみ、または基本組み合わせＧＫおよび第１の付加組み合わせＺＫ１のみ、または基本組み合わせＧＫおよび両方の付加組み合わせＺＫ１、ＺＫ２が評価されることが可能である。場合によっては、ただ１つの直線偏光された磁気共鳴信号を生ずる第３の付加組み合わせＺＫ３をも共に像再構成のために利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による磁気共鳴装置に対する受信装置の構成配置図である。
【図２】本発明による組み合わせ要素の一例の説明図である。
【図３】本発明による組み合わせに対する重み付け関数の特性線図である。
【図４】本発明による像再構成要素の回路図である。
【図５】本発明による磁気共鳴装置に対する別の受信装置の構成配置図である。
【図６】本発明による別の重み付け関数の特性線図である。
【図７】本発明による別の受信装置の構成配置図である。
【符号の説明】
１  アレイアンテナ
２  アンテナ要素
３  終端リング
４  コンデンサ回路網
５  組み合わせ要素
６  像再構成要素
ＧＫ  基本組み合わせ
ＺＫ１、ＺＫ２  付加組み合わせ
【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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【図７】
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