(57)【要約】【課題】並列励起パルスのスペクトルを最適化するための装置および方法を提供すること。【解決手段】分極磁界を印加するための磁石（５２）、磁石（５２）のボアの周りに配置された、磁界勾配を強制するための複数の勾配コイル（５０）、ＲＦトランシーバシステム（５８）、およびパルスモジュール（３８）によって制御される、ＲＦパルスをＲＦコイルアセンブリに送信し、かつ、ＭＲ画像を取得するためのＲＦスイッチ（６２）を有する磁気共鳴画像化（ＭＲＩ）システム（１０）と、複数のＲＦパルスを印加するようにプログラムされたコンピュータ（２０）であって、複数のＲＦパルスの各々の波形形状が空間スペクトルの最適化に基づくよう、送信コイルアレイ（７０）によるＲＦ励起を制御するように構成されたコンピュータ（２０）とを備えたＭＲＩ装置。【選択図】図１
2009268904.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＲＩ装置であって、
分極磁界を印加するための磁石（５２）、前記磁石（５２）のボアの周りに配置された、磁界勾配を強制するための複数の勾配コイル（５０）、ＲＦトランシーバシステム（５８）、およびパルスモジュール（３８）によって制御される、ＲＦパルスをＲＦコイルアセンブリに送信し、かつ、ＭＲ画像を取得するためのＲＦスイッチ（６２）を有する磁気共鳴画像化（ＭＲＩ）システム（１０）と、
複数のＲＦパルスを印加するようにプログラムされたコンピュータ（２０）であって、前記複数のＲＦパルスの各々の波形形状が空間スペクトルの最適化に基づくよう、送信コイルアレイ（７０）によるＲＦ励起を制御するように構成されたコンピュータ（２０）とを備えたＭＲＩ装置。
【請求項２】
前記コンピュータ（２０）が、条件付き最適化がＢ１マップおよびターゲット励起プロファイルの少なくともサンプル値に基づいていることを条件として、前記複数のＲＦパルスの波形形状を決定するようにさらにプログラムされたことを特徴とする請求項１記載のＭＲＩ装置。
【請求項３】
前記コンピュータ（２０）が、ＲＦパルス空間スペクトルを適合させるために導入される非負定値行列、ＲＦパルスフーリエ変換の行列表現および画像−空間パターンの値のベクトルを利用して表現式を数学的に最小化することによって前記空間スペクトルを最適化するようにさらにプログラムされたことを特徴とする請求項１記載のＭＲＩ装置。
【請求項４】
前記複数のＲＦパルスの各々の前記波形形状の最適化がさらにＳＡＲ考察に基づくことを特徴とする請求項１記載のＭＲＩ装置。
【請求項５】
前記コンピュータ（２０）が、前記ＲＦパルス空間スペクトルを適合させるために導入される非負定値行列、ＲＦパルスフーリエ変換の行列表現、画像−空間パターンの値のベクトル、および前記値を積分し、かつ、総ＲＦパワー散逸を追跡する表現式を含む表現式を数学的に最小化することによって前記空間スペクトルを最適化するようにさらにプログラムされたことを特徴とする請求項４記載のＭＲＩ装置。
【請求項６】
前記コンピュータ（２０）が、コイルに特化された画像−空間パターンおよび空間高調波の係数を含む表現式に対する最小二乗解を得ることによって前記複数の送信パルス形状を決定するようにさらにプログラムされたことを特徴とする請求項１記載のＭＲＩ装置。
【請求項７】
前記コンピュータ（２０）が、所望の空間周波数を超える前記空間スペクトルの複数の成分を低域通過フィルタによって除去するようにさらにプログラムされたことを特徴とする請求項１記載のＭＲＩ装置。
【請求項８】
前記送信コイルアレイ（７０）の送信コイル（７２）が実質的に直線状に配置されたことを特徴とする請求項１記載のＭＲＩ装置。
【請求項９】
前記送信コイルアレイ（７０）の送信コイル（７２）がラップアラウンド方式で被検者（７６）の周囲に分散配置されたことを特徴とする請求項１記載のＭＲＩ装置。
【請求項１０】
送信コイル（７２）がそれぞれ専用ＲＦ増幅器（７４）によって駆動されることを特徴とする請求項１記載のＭＲＩ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般にＭＲ画像化に関し、より詳細には励起パルスの所望の空間スペクトルを実現するための送信コイルアレイによる並列励起の方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
人体組織などの物質が一様な磁界（分極磁場Ｂ０）にさらされると、組織中におけるスピンの個々の磁気モーメントは、この分極磁場との整列を試行するが、それらの特性ラーマー回転数で分極磁場の周りを無作為に歳差運動する。物質すなわち組織が、ｘ−ｙ平面に存在し、かつ、ラーマー回転数に近い磁界（励起磁場Ｂ１）にさらされると、正味整列モーメントすなわち「長手方向磁化」ＭＺがｘ−ｙ平面中に回転すなわち「チップし」、正味横方向磁気モーメントＭｔを生成することになる。励起信号Ｂ１が終了した後の励起スピンによって信号が放出され、この信号を受信し、かつ、処理して画像を形成することができる。
【０００３】
これらの信号を利用して画像を生成する場合、磁界勾配（Ｇｘ、ＧｙおよびＧｚ）が使用される。画像化すべき領域は、通常、使用される特定のローカリゼイション方法に従ってこれらの勾配が変化する一連の測定サイクルによって走査される。それによって得られた受信ＮＭＲ信号のセットが多くの良く知られている復元技法のうちの１つを使用してデジタル化され、かつ、処理されて画像が復元される。
【０００４】
ＭＲ画像化には、横方向磁化を誘導し、かつ、信号寄与体積のサイズを制限するために空間選択励起が広く使用されている。最も広く使用されている励起であるスライス選択励起は、信号収集中における空間符号化を簡易化し、データ収集時間すなわち走査時間を短くする固定スライスに該信号寄与体積を制限する。この走査時間は、複数の次元に沿ったローカリゼイションを生成する多次元励起を使用してさらに短縮されている。例えば、局所分光学、重要な領域の低減ＦＯＶ走査、固有形状の標的解剖学的構造の画像化、およびエコー列の長さが短いエコー平面画像化（ＥＰＩ）は、それらの走査時間が短いため、広く実施されているアプリケーションである。さらに、選択励起を使用してサイズ化することができる体積全体にわたるプロファイル（フリップ、位相および周波数）制御を利用して、Ｂ０の不均質性が存在し、あるいは勾配の非線形性が存在する状態下における励起プロファイルの忠実性を改善し、また、磁化率アーチファクトを少なくしている。
【０００５】
選択励起は、通常、体積全体にわたって送信し、比較的一様なＢ１磁場を生成する単一の送信コイル、例えば鳥かご状コイルを使用して実施されている。このような構成に適した励起パルスを設計するための極めて有効なパルスアルゴリズムが開発されている。これらのパルス設計ツールによって達成される利点にもかかわらず、依然として技術的な困難が存在している。励起パルスの継続期間、励起プロファイルの精度およびＲＦパワー吸収（ＳＡＲ）に関わる問題は、様々なアプリケーションにおける未解決の課題のいくつかを提起している。一次元励起と比較すると、二次元励起または三次元励起を使用した多次元に沿ったフレキシブルプロファイル制御は、強烈なパルス発生アクティビティを余儀なくしており、また、パルス継続期間を停止状態で維持するためにはしばしば強力な勾配が必要である。この制限のため、汎用勾配を備えたスキャナに対する多次元励起のアプリケーションが妨げられている。波の挙動が大きくなり、また、高い周波数におけるソース−被検者の相互作用が大きくなったことによるＢ１磁場の実質的な被検者依存性も、場合によっては励起プロファイル制御の困難性の一因になっている。高い周波数におけるＲＦパワーデポジションの高められた割合は、ＲＦ送信モジュールおよび／または励起パルスの設計およびアプリケーションに重大な影響を及ぼすさらに他の要因を表している。
【０００６】
断熱パルスの使用は、Ｂ１の不均質性に関連する励起プロファイル制御の困難性に対処するパルス設計手法を表している。この手法は、そのアプリケーションが特定のプロファイルに制限されており、高いＲＦパワーを必要とする傾向があるため、制限されている。包括的なＢ１均質性の最大化を目的としたＢ１磁場最適化手法は、送信モジュールを改善することによってこの制御問題に対処している。送信コイルの幾何構造すなわち駆動機構の適合は、Ｂ１の不均質性を小さくすることを示している。しかしながら、高い周波数では、磁場最適化手法の能力は限られている。駆動ポートの重さを較正によって調整しても、複合Ｂ１磁場の空間変化が所望のレベルに近づく程度は、成分Ｂ１磁場の特性に大きく依存しており、結果は、かなりの残留不均質性にさらされる傾向がある。
【０００７】
提案されている、励起パルス幅を短くするためのもう１つの解決法は、並列励起アーキテクチャ、つまり個別のドライバによって駆動される多重送信エレメントに基づいている。個別のＢ１磁場パターンを使用して、励起ｋ−空間におけるサンプリング密度の低減によって生じるエイリアジングローブが抑制される。エイリアジング副ローブは、個々の送信コイルに特化されたＲＦパルス列を設計し、それにより複合Ｂ１磁場に時空的な変化を誘導することによって抑制することができる。しかしながら、実際に得られるＢ１マップの対象境界における不連続性により、場合によってはエイリアジング副ローブの抑制が犠牲になることがあり、また、並列送信（Ｔｘ）パルスを生成するために取られる手段には、高い空間周波数で過度のエネルギーを有するパルスを生成する傾向がある。そのため、このパルスが、Ｂ１マップの不完全性ならびにＢ１マッピングプロセスの不安定性に敏感なパルスになることがある。
【０００８】
同様に、並列受信（Ｒｘ）ＭＲＩも、ある程度、低空間分解能における残留エイリアジングアーチファクトの重大な問題に直面している。さらに、並列ＲｘＭＲ画像化と並列ＴｘＭＲ画像化の間には、場合によってはある程度の対称性が存在しているが、それぞれ、互いに完全には類似していない独自の課題を提供している。ｋ−空間カバレージが通常はセグメントの中で実行される（１ＴＲ周期につき１つ）並列Ｒｘとは対照的に、複数のＴＲ周期にわたる並列励起パルスの分割は、望ましくない妥協を表している。したがって、このような制約と１ＴＲにおける励起パルスの最大幅の制約（例えばオフ共鳴率および緩和率による）が相俟って、励起ｋ−空間の総カバレージを制限している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第６８７９１５８号公報
【特許文献２】米国特許第６９８９６７３号公報
【特許文献３】米国特許第７０５３６１８号公報
【特許文献４】米国特許第７３０７４１９号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】ＺＨＵ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｔｒａｎｓｍｉｔ  Ｃｏｉｌ  Ａｒｒａｙ  ｆｏｒ  Ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｎｇ  ２Ｄ  Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ  ｏｎ  ａｎ  Ｅｉｇｈｔ−Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｐａｒａｌｌｅｌ  Ｔｒａｎｓｍｉｔ  Ｓｙｓｔｅｍ”Ｐｒｏｃ．Ｉｎｔｌ．Ｓｏｃ．Ｍａｇ．Ｒｅｓｏｎ．Ｍｅｄ．，Ｖｏｌ．１４，２００６，ｐ．１２２
【非特許文献２】ＺＨＵ，“ＲＦ  Ｐｏｗｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ａｎｄ“ｇ−ｆａｃｔｏｒ”ｉｎ  Ｐａｒａｌｌｅｌ  Ｔｒａｎｓｍｉｔ，”Ｐｒｏｃ．Ｉｎｔｌ．Ｓｏｃ．Ｍａｇ．Ｒｅｓｏｎ．Ｍｅｄ．，Ｖｏｌ．１４，２００６，ｐ．５９９
【非特許文献３】ＺＨＵ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｐａｒａｌｌｅｌ  Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ  ｏｎ  ａｎ  Ｅｉｇｈｔ  Ｔｒａｎｓｍｉｔ−Ｃｈａｎｎｅｌ  ＭＲＩ  Ｓｙｓｔｅｍ，”Ｐｒｏｃ．Ｉｎｔｌ．Ｓｏｃ．Ｍａｇ．Ｒｅｓｏｎ．Ｍｅｄ．，Ｖｏｌ．１３，２００５，ｐ．１４
【非特許文献４】ＺＨＵ，“ＲＦ  Ｐｏｗｅｒ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  Ｐａｒａｌｌｅｌ  Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ，”Ｐｒｏｃ．Ｉｎｔｌ．Ｓｏｃ．Ｍａｇ．Ｒｅｓｏｎ．Ｍｅｄ．，Ｖｏｌ．１１，２００４，ｐ．３３１
【非特許文献５】ＤＹＤＡＫ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ−Ｅｎｃｏｄｅｄ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｉｃ  Ｉｍａｇｉｎｇ，”Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  ｉｎ  Ｍｅｄｉｃｉｎｅ，Ｖｏｌ．４６，２００１，ｐｐ．７１３−７２２
【非特許文献６】ＺＨＵ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｓｐｅｃｔｒｕｍ  Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ  Ｐａｒａｌｌｅｌ  Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ  Ｐｕｌｓｅ  Ｄｅｓｉｇｎ”
【非特許文献７】ＺＨＵ，“Ｐａｒａｌｌｅｌ  Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ  Ｗｉｔｈ  ａｎ  Ａｒｒａｙ  ｏｆ  Ｔｒａｎｓｍｉｔ  Ｃｏｉｌｓ，”Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  ｉｎ  Ｍｅｄｉｃｉｎｅ，Ｖｏｌ．５１，２００４，ｐｐ．７７５−７８４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、励起パルス幅を短くし、かつ、多重並列Ｔｘパルスの空間スペクトルを最適化することによって所望の励起プロファイルを実現することができるシステムおよび方法を有することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、前述の欠点を克服する送信コイルアレイによって生成される複合Ｂ１磁場に時空的な変化をもたらすシステムおよび方法が提供される。
【００１３】
本発明の実施形態は、複数の送信コイルを調和的に総合駆動することによる多次元励起の加速を対象としている。複合Ｂ１磁場に適切なＢ１時空変化をもたらし、それにより多次元パルス幅の管理を改善し、かつ、ｋ−空間カバレージ制約に適応するための複数の送信エレメントの共同作用が強調されている。
【００１４】
したがって、本発明の一態様によれば、ＭＲＩ装置は、分極磁界を印加するための磁石、該磁石のボアの周りに配置された、磁界勾配を強制するための複数の勾配コイル、ＲＦトランシーバシステム、およびパルスモジュールによって制御される、ＲＦパルスをＲＦコイルアセンブリに送信し、かつ、ＭＲ画像を取得するためのＲＦスイッチを有する磁気共鳴画像化（ＭＲＩ）システムと、複数のＲＦパルスを印加するようにプログラムされたコンピュータであって、複数のＲＦパルスの各々の波形形状が空間スペクトルの最適化に基づくよう、送信コイルアレイによるＲＦ励起を制御するように構成されたコンピュータとを備えている。
【００１５】
本発明の他の態様によれば、ＭＲ画像化の方法には、複数のＲＦパルスの形状を該複数のＲＦパルスの空間スペクトルに基づいて最適化するステップと、最適化された複数のＲＦパルスを送信コイルアレイに印加するステップと、送信コイルアレイを使用してＭＲ画像化データを取得するステップと、取得したＭＲ画像化データに基づいてＭＲ画像を復元するステップが含まれている。
【００１６】
本発明の他の態様によれば、本発明は、コンピュータ可読記憶媒体に記憶されたコンピュータプログラムにおいて具体化されている。コンピュータプログラムは、コンピュータによって実行されると、該コンピュータが、複数のＲＦパルス形状の各々を空間スペクトルに基づいて最適化し、ＲＦパルスをコイルアレイに印加し、印加されたＲＦパルスを使用してＭＲデータを取得し、取得したＭＲデータを記憶装置に記憶する命令を有している。
【００１７】
本発明の他の様々な特徴、目的および利点については、以下の詳細な説明および図面から明らかになるであろう。
【００１８】
図面には、本発明を実行するための現在企図されている実施形態が示されている。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態と共に使用するための例示的ＭＲ画像化システムの略ブロック図である。
【図２】本発明の一態様による線形送信コイルアレイアセンブリを示すブロック図である。
【図３】本発明の他の態様によるラップアラウンド送信コイルアセンブリを示すブロック図である。
【図４】本発明の実施形態による複数の並列送信パルスの改良型空間スペクトル最適化を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１を参照すると、本発明の実施形態を組み込んだ例示的磁気共鳴画像化（ＭＲＩ）システム１０の主要コンポーネントが示されている。システムの動作は、キーボードまたは他の入力デバイス１３、制御パネル１４および表示画面１６を備えたオペレータコンソール１２から制御される。コンソール１２は、リンク１８を介して、オペレータによる画像の生成および表示画面１６への画像の表示の制御を可能にしている個別コンピュータシステム２０と通信している。コンピュータシステム２０は、バックプレーン２０ａを介して互いに通信している多数のモジュールを備えている。これらのモジュールには、画像処理プロセッサモジュール２２、ＣＰＵモジュール２４および画像データアレイを記憶するためのフレームバッファを備えることができる記憶装置モジュール２６が含まれている。コンピュータシステム２０は、画像データおよびプログラムを記憶するためのアーカイバル媒体デバイス、固定記憶装置またはバックアップ記憶装置あるいはネットワークにリンクされており、高速シリアルリンク３４を介して個別システムコントロール３２と通信している。入力デバイス１３は、マウス、ジョイスティック、キーボード、トラックボール、タッチ起動スクリーン、ライトワンド、音声制御もしくは任意の類似または等価入力デバイスを備えることができ、また、対話形幾何構造プリスクリプションのために使用することができる。
【００２１】
システムコントロール３２は、バックプレーン３２ａによって一体に接続された一組のモジュールを備えている。これらのモジュールには、シリアルリンク４０を介してオペレータコンソール１２に接続されているＣＰＵモジュール３６およびパルス発生器モジュール３８が含まれている。システムコントロール３２は、実行すべき走査シーケンスを示すためのコマンドをリンク４０を介してオペレータから受け取っている。パルス発生器モジュール３８は、所望の走査シーケンスを実行し、かつ、生成されるＲＦパルスのタイミング、強度および形状を示すデータを生成し、また、データ収集窓のタイミングおよび長さを示すデータを生成するべくシステムコンポーネントを動作させている。パルス発生器モジュール３８は、走査中に生成される勾配パルスのタイミングおよび形状を示すために一組の勾配増幅器４２に接続されている。また、パルス発生器モジュール３８は、患者に接続された多数の異なるセンサから信号を受け取る生理学情報収集コントローラ４４から患者データを受け取ることができ、例えば、患者に取り付けられた電極からＥＣＧ信号などの信号を受け取ることができる。最後に、パルス発生器モジュール３８は、患者および磁石システムの状態に関連する信号を様々なセンサから受け取る走査室インターフェース回路４６に接続されている。また、患者位置決めシステム４８は、この走査室インターフェース回路４６を介して、患者を走査のための所望の位置へ移動させるコマンドを受け取っている。
【００２２】
パルス発生器モジュール３８によって生成された勾配波形は、Ｇｘ増幅器、Ｇｙ増幅器およびＧｚ増幅器を有する勾配増幅器システム４２に印加される。勾配増幅器の各々は、一括して５０で示されている勾配コイルアセンブリ内の対応する物理勾配コイルを励起し、取得した信号を空間的に符号化するために使用される磁界勾配を生成している。勾配コイルアセンブリ５０は、磁石アセンブリ５２のうちの分極磁石５４および全身ＲＦコイル５６を備えた部分を形成している。システムコントロール３２内のトランシーバモジュール５８は、ＲＦ増幅器６０によって増幅され、かつ、送信／受信スイッチ６２によってＲＦコイル５６に結合されるパルスを生成している。得られる、患者の励起された核によって放出される信号は、同じＲＦコイル５６によって知覚することができ、送信／受信スイッチ６２を介して前置増幅器６４に結合される。増幅されたＭＲ信号は、トランシーバ５８の受信器セクションで復調され、フィルタリングされ、かつ、デジタル化される。送信／受信スイッチ６２は、パルス発生器モジュール３８からの信号によって制御されており、送信モードの間、ＲＦ増幅器６０をコイル５６に電気接続し、また、受信モードの間、前置増幅器６４をコイル５６に接続している。また、送信／受信スイッチ６２は、送信モードまたは受信モードのいずれかでの個別ＲＦコイル（例えば表面コイル）の使用を可能にすることができる。
【００２３】
ＲＦコイル５６によってピックアップされたＭＲ信号は、トランシーバモジュール５８によってデジタル化され、システムコントロール３２内の記憶装置モジュール６６へ転送される。走査は、生ｋ−空間データのアレイが記憶装置モジュール６６の中に取得されると完了する。この生ｋ−空間データは、復元すべき画像毎に個別のｋ−空間データアレイに再配列され、これらの各々が、データを画像データのアレイにフーリエ変換するように動作するアレイプロセッサ６８に入力される。この画像データは、シリアルリンク３４を介してコンピュータシステム２０に搬送され、そこで記憶装置に記憶される。この画像データは、オペレータコンソール１２から受け取るコマンドに応答して、長期間にわたって保管することも、あるいは画像処理プロセッサ２２によってさらに処理し、オペレータコンソール１２に搬送し、ディスプレイ１６に表示することも可能である。
【００２４】
本発明の実施形態は、複数の送信コイルによってＲＦパルス送信を加速する方法およびシステムを対象としている。図２は、このような送信コイルアレイを示したものである。送信コイルアレイアセンブリ７０は、並列ＲＦ送信のために設計された複数のＲＦコイルすなわちエレメント７２および複数のＲＦ増幅器７４を備えている。好ましい一実施形態では、送信コイル７２の各々は、専用ＲＦ増幅器７４によって駆動されている。この点に関して、ＲＦ増幅器の各々は、ＭＲＩシステム内の被検者７８の励起体積７６を画定し、かつ、操るために、制御された電流を対応する個々のＲＦコイルに発生するように構成されている。図２に示されているように、送信コイル７２は、実質的に直線状に配置されている。さらに、以下で説明するように、送信コイルの各々は、ＲＦパワーデポジションがさらに低減される方法で制御することができる。
【００２５】
次に図３を参照すると、本発明の他の実施形態における送信コイルアレイアセンブリ７０が示されている。この実施形態では、送信コイル７２は、ラップアラウンド方式で配置されている。この点に関して、コイルは、被検者の周囲に分散方式で配置されている。図２に示されており、また、図２に関連して説明した送信コイル７２と同様、ＲＦコイル７２の各々は、専用ＲＦ増幅器７４に接続されている。図２〜３は、送信コイルアレイのコイルの一対の可能構造を示したものであること、また、図には特に示されていない他の構造も可能であり、企図されていることは当業者には認識されよう。
【００２６】
上で示したように、本発明の実施形態は、送信コイルによるＲＦ励起が並列に実行されるよう、送信コイルアレイを使用して動作させることができる方法およびシステムを対象としている。この並列励起が、ＲＦパルスの加速および標的励起のローカリゼイションによる走査時間の短縮をサポートしている。
【００２７】
加速された並列Ｔｘパルスまたはアルゴリズムは、以下で説明する空間スペクトル最適化技法を組み込むことによって設計することができる。画像−空間に基づく設計アルゴリズムの場合、ターゲットプロファイルの生成（あるプロファイルに整合し、かつ、それと同時にエイリアジングローブを抑制する主ローブを生成するような場合）は、次の制約条件に対応している。
【００２８】
Ｃａｌｌｆａｌｌ＝ｕａｌｌ                                                （式１）
これは、タイプＣｐ１、ｐ２ｆｐ１、ｐ２＝ｕｐ１、ｐ２の式を共同計算する一次方程式の系である。行列Ｃａｌｌおよびベクトルｕａｌｌは、それぞれＢ１マップおよびターゲットプロファイルの適切にサンプルされた値である。ベクトルｆａｌｌの成分は画像−空間周期パターンの値であり、これは、フーリエ変換を介した並列ＲＦパルス波形に直接関係している。Ｆがフーリエ変換の行列表現である場合、条件付き最適化を使用することによって空間スペクトルを最適化することができ、
‖ＷＦｆａｌｌ‖は、制約条件が
Ｃａｌｌｆａｌｌ＝ｕａｌｌ                                            （式２）
であることを条件として最小化される。                                                  
【００２９】
したがって、一実施形態によれば、Ｗは、ＲＦパルスの空間スペクトルを適合させるために導入される非負定値行列（positive semi-definite matrix）である。Ｗが対角行列になるように設定される場合、一例として、対角線上の比較的大きい成分または比較的小さい成分は、パルスのスペクトル成分の包含にペナルティを課すか、あるいは報いることになり、したがってそれぞれ設計結果における成分が抑制または強化されることになる。しかしながら、場合によっては特定の空間周波数を超えるスペクトル成分を除去することが望ましい低域通過フィルタリングの場合、次の式に対する最小二乗解を代替として使用することができる。
【００３０】
ＣａｌｌＥａａｌｌ＝ｕａｌｌ                                              （式３）
この実施形態では、「Ｅ  ａａｌｌ」は、サンプルされた空間高調波の合計と共に、コイルに特化された画像−空間周期パターンを表しており、また、ベクトルａａｌｌは、空間高調波の係数を収集している。
【００３１】
空間スペクトルは、ＳＡＲまたはＲＦパワーを考察することによっても最適化することができる。一例として式２を拡張すると、
ｆａｌｌ＊Φｆａｌｌ＋α‖ＷＦｆａｌｌ‖は、制約条件が
Ｃａｌｌｆａｌｌ＝ｕａｌｌ                                              （式４）
であることを条件として最小化される。
【００３２】
ｆａｌｌ＊Φｆａｌｌは、すべてのｆｐ１、ｐ２＊Φｆｐ１、ｐ２値を積分し、かつ、総ＲＦパワー散逸を追跡している。また、αは、式４の２つの表現式の合計を重み付けし、かつ、最適化するために使用される定数である。したがって、中で合計された２つの表現式の重み付けされた合計を有する単一の計量（式４）を形成することにより、ＳＡＲ／ＲＦパワーの両方とパルススペクトルの間のバランスの取れた最適化が得られる。
【００３３】
したがって、本発明の一実施形態は、図４に示されているパルス設計技法１００を示す流れ図に従って実例で示すことができる。１０２でＮ個の並列送信コイルが決定され、１０４でＢ１マップのサンプル値Ｃａｌｌが得られる。１０６でターゲット励起プロファイルｕａｌｌが決定される。１０８で画像−空間周期パターンのベクトル表現ｆａｌｌが特定され、１１０でＲＦパルス波形のフーリエ変換の行列表現Ｆが得られる。１１２でＲＦパルスのスペクトルを適合させるための非負定値行列Ｗが決定される。技法１００は、１１４で低域通過フィルタが含まれているかどうかを決定する。最適化が低域通過フィルタを含んでいない場合、１１５、技法１００は、１１６でＳＡＲが最適化に含まれているかどうかを決定する。最適化がＳＡＲを含んでいない場合、１１７、次に１１８で式２を解くことによって空間スペクトルが最適化される。しかしながら、ＳＡＲが最適化に含まれている場合、１１９、次に１２０でｆａｌｌ＊Φｆａｌｌが決定され、１２２で式４が解かれる。低域通過フィルタを含んだ最適化の場合、１２３、収集された空間高調波の係数を使用して１２４で画像−空間周期パターンの値Ｅ  ａａｌｌが決定され、１２６で式３が解かれる。
【００３４】
本明細書において説明されているパルス設計技法は、一組の並列Ｔｘ実験で評価され、８チャネルＴｘのみのアレイを使用して、軸方向の平面に配向された一様なディスクファントムが励起され、また、身体コイルが受信のために使用された。２ＤＦＴ勾配エコー列を使用してｚ方向の投影画像が取得され、３０ｃｍ視野（ＦＯＶ）における磁化分布がマップされた。第１の実験研究によって、式１を使用した解および式３に関連して説明した開示技法（低域通過フィルタが使用されている）を使用した解をそれぞれ使用して設計された４倍加速並列励起が比較された。この第１の実験研究の結果は、全ＦＯＶ（一様）プロファイルならびに局部重要領域（ＲＯＩ）プロファイルを始めとする並列励起プロファイルの品質を保証することによって著しいプロファイルの改善を示した。
【００３５】
第２の実験研究によって、開示アルゴリズムを使用して設計された５．７ｍｓ並列励起パルス（４フォールド加速、ピーク勾配強度が１．６ガウス／センチ未満のＥＰＩ軌道）が評価された。この第２の実験研究の結果は、全ＦＯＶに対する精巧な励起プロファイルを示した。
【００３６】
本発明の実施形態によれば、スペクトルが最適化されたＲＦパルスが設計され、合成され、増幅され、かつ、対応する送信エレメントに並列に供給され、それにより、同時に作用し、励起完了時に所望の励起プロファイルを生成する適切な勾配変化が伴う複合Ｂ１磁場の空間変化および時間変化の両方が誘導される。励起のための適切なＢ１時空変化を誘導することにより、ＲＦ励起性能を著しく細分化することができることは当業者には認識されよう。つまり、並列励起は、所望の励起プロファイルを生成する精度を実質的に犠牲にすることなく励起加速および／またはＳＡＲ制御に適応する。
【００３７】
本発明の一実施形態によれば、ＭＲＩ装置は、分極磁界を印加するための磁石、該磁石のボアの周りに配置された、磁界勾配を強制するための複数の勾配コイル、ＲＦトランシーバシステム、およびパルスモジュールによって制御される、ＲＦパルスをＲＦコイルアセンブリに送信し、かつ、ＭＲ画像を取得するためのＲＦスイッチを有する磁気共鳴画像化（ＭＲＩ）システムと、複数のＲＦパルスを印加するようにプログラムされたコンピュータであって、複数のＲＦパルスの各々の波形形状が空間スペクトルの最適化に基づくよう、送信コイルアレイによるＲＦ励起を制御するように構成されたコンピュータとを備えている。
【００３８】
本発明の他の実施形態によれば、ＭＲ画像化の方法には、複数のＲＦパルスの形状を該複数のＲＦパルスの空間スペクトルに基づいて最適化するステップと、最適化された複数のＲＦパルスを送信コイルアレイに印加するステップと、送信コイルアレイを使用してＭＲ画像化データを取得するステップと、取得したＭＲ画像化データに基づいてＭＲ画像を復元するステップが含まれている。
【００３９】
さらに他の実施形態によれば、本発明は、コンピュータ可読記憶媒体に記憶されたコンピュータプログラムの中に具体化されている。コンピュータプログラムは、コンピュータによって実行されると、該コンピュータが、複数のＲＦパルス形状の各々を空間スペクトルに基づいて最適化し、ＲＦパルスをコイルアレイに印加し、印加されたＲＦパルスを使用してＭＲデータを取得し、かつ、取得したＭＲデータを記憶装置に記憶する命令を有している。
【００４０】
開示した方法および装置の技術的な貢献は、コンピュータによって実施される、送信コイルアレイによる並列励起の使用が提供されることであり、それにより励起パルスの所望の空間スペクトルが実現されることである。
【００４１】
以上、本発明について、好ましい実施形態に関連して説明したが、明確に言及されているものとは別に、それらの等価物、代替および修正が可能であり、特許請求の範囲の各請求項の範囲内であることは認識されよう。
【符号の説明】
【００４２】
１０  磁気共鳴画像化（ＭＲＩ）システム
１２  オペレータコンソール
１３  キーボードまたは他の入力デバイス
１４  制御パネル
１６  表示画面（ディスプレイ）
１８  リンク
２０  コンピュータシステム
２０ａ、３２ａ  バックプレーン
２２  画像処理プロセッサモジュール
２４  ＣＰＵモジュール
２６  記憶装置モジュール
３２  システムコントロール
３４  高速シリアルリンク
３６  ＣＰＵモジュール
３８  パルス発生器モジュール
４０  シリアルリンク
４２  勾配増幅器（勾配増幅器システム）
４４  生理学情報収集コントローラ
４６  走査室インターフェース回路
４８  患者位置決めシステム
５０  勾配コイルアセンブリ
５２  磁石アセンブリ
５４  分極磁石
５６  全身ＲＦコイル
５８  トランシーバモジュール
６０、７４  ＲＦ増幅器
６２  送信／受信スイッチ
６４  前置増幅器
６６  記憶装置
６８  アレイプロセッサ
７０  送信コイルアレイアセンブリ
７２  ＲＦコイル（エレメント、送信コイル）
７６  励起体積
７８  被検者
１００  パルス設計技法
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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