JP3753668B2 - Ｒｆパルスチューニング装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＲＦパルスチューニング（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｐｕｌｓｅ ｔｕｎｉｎｇ）方法および装置に関し、とくに、スピン（ｓｐｉｎ）のフリップアングル（ｆｌｉｐ ａｎｇｌｅ）が目標値に一致するように、励起用のＲＦパルスを調節する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気共鳴撮影（ＭＲＩ：Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ）装置では、マグネットシステム（ｍａｇｎｅｔ ｓｙｓｔｅｍ）の内部空間、すなわち、静磁場を形成した撮影空間に撮影の対象を搬入し、勾配磁場および高周波磁場を印加して対象内のスピンを励起して磁気共鳴信号を発生させ、その受信信号に基づいて画像を再構成する。
【０００３】
高周波磁場の印加はＲＦパルスの送信という形で行われる。スピンの励起を適切に行うために、撮影に先だってＲＦパルスの調節が行われる。ＲＦパルスの調節はＲＦパルスチューニングとも呼ばれる。
【０００４】
ＲＦパルスチューニングにおいては、ＲＦ送信装置の送信ゲイン（ｇａｉｎ）すなわちＲＦパルスの振幅を逐次変えながらＲＦパルスの送信を試行する。そして、そのつど得られる磁気共鳴信号に基づきスピンのフリップアングルの到達度を調べて、最適な送信ゲインを求める。
【０００５】
最適な送信ゲインとは、フリップアングルを目標値に一致させることができる送信ゲインのことある。最適な送信ゲインは撮影の対象ごとに異なるので、ＲＦパルスチューニングは対象ごとに行われる。以下、ＲＦパルスチューニングを単にチューニングともいう。
【０００６】
体格の大きい対象についてのチューニングが適正に行えるようにするために、ＲＦパルスはパルス幅を大きな値に切り替えることができるようになっている。パルス幅の切り替えは、対象の体重に応じて行われる。体重データ（ｄａｔａ）は磁気共鳴撮影装置の使用者によって予め入力される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
大きい方のパルス幅は、体格の大きい対象について必ずチューニングできるように、かなり大きく設定されている。言い換えれば、そのような出力が可能なようにＲＦ送信装置が構成されている。
【０００８】
そのようなＲＦ送信装置は、現実の撮影において本当に必要な出力から見て、能力にかなり余裕があるものとなる。このため、パルス幅を大きくした場合は、最大ゲインをかなり下まわるゲインでＲＦパルスが送信されることが多い。このことは、ＲＦ送信装置の能力が有効に利用されていないことを意味する。
【０００９】
そこで、本発明の課題は、ＲＦ送信装置の能力を有効利用できるようにＲＦパルスチューニングを行う方法および装置を実現することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
（１）上記の課題を解決するためのひとつの観点での発明は、スピンのフリップアングルが目標値に一致するように励起用のＲＦパルスをチューニングする方法であって、スピンのフリップアングルが目標値に一致するまでＲＦパルスのパルス幅を予め定めた初期値から逐次増加させる、ことを特徴とするＲＦパルスチューニング方法である。
【００１１】
（２）上記の課題を解決するための他の観点での発明は、スピンのフリップアングルが目標値に一致するように励起用のＲＦパルスをチューニングする装置であって、スピンのフリップアングルが目標値に一致するまでＲＦパルスのパルス幅を予め定めた初期値から逐次増加させるパルス幅調節手段、を具備することを特徴とするＲＦパルスチューニング装置である。
【００１２】
（１）および（２）に記載の各観点での発明では、スピンのフリップアングルが目標値に一致するまでＲＦパルスのパルス幅を予め定めた初期値から逐次増加させるので、パルス幅を最小限にしパルス振幅を最大限にするようにＲＦパルスのチューニングが行われる。このようなＲＦパルスをスピンの励起に用いることにより、ＲＦ送信装置の能力を有効に利用することが可能となる。
【００１３】
（３）上記の課題を解決するための他の観点での発明は、スピンのフリップアングルが目標値に一致するように励起用のＲＦパルスをチューニングする方法であって、スピンのフリップアングルが中間的目標値に一致するまでＲＦパルスのパルス幅を予め定めた初期値から逐次増加させ、スピンのフリップアングルを前記中間的目標値より小さい最終的目標値に一致させるＲＦパルスの条件を、スピンのフリップアングルを前記中間的目標値に一致させるＲＦパルスの条件から計算する、ことを特徴とするＲＦパルスチューニング方法である。
【００１４】
（４）上記の課題を解決するための他の観点での発明は、スピンのフリップアングルが目標値に一致するように励起用のＲＦパルスをチューニングする装置であって、スピンのフリップアングルが中間的目標値に一致するまでＲＦパルスのパルス幅を予め定めた初期値から逐次増加させるパルス幅調節手段と、スピンのフリップアングルを前記中間的目標値より小さい最終的目標値に一致させるＲＦパルスの条件を、スピンのフリップアングルを前記中間的目標値に一致させるＲＦパルスの条件から計算する計算手段と、を具備することを特徴とするＲＦパルスチューニング装置である。
【００１５】
（３）および（４）に記載の各観点での発明では、スピンのフリップアングルが中間的目標値に一致するまでＲＦパルスのパルス幅を予め定めた初期値から逐次増加させるので、パルス幅を最小限にしパルス振幅を最大限にするようにＲＦパルスの中間的チューニングが行われる。
【００１６】
そして、スピンのフリップアングルを前記中間的目標値より小さい最終的目標値に一致させるＲＦパルスの条件を、中間的チューニング結果から計算するので、パルス幅を最小限にしパルス振幅を最大限にするような最終的チューニングパルスが得られる。このようなＲＦパルスをスピンの励起に用いることにより、ＲＦ送信装置の能力を有効に利用することが可能となる。
【００１７】
前記計算はＲＦパルスの振幅を調節可能な最大値としたときのパルス幅を求めることが、ＲＦパルスのパルス幅を最小とする点で好ましい。
ＲＦパルスの振幅を調節可能な最大値にしてもフリップアングルが前記目標値に達しないときは目標未達の程度に応じて次のパルス幅の増加量を定めることが、チューニング時間を短縮する点で好ましい。
【００１８】
前記目標値は９０°であることが、９０°パルスのチューニングを行う点で好ましい。
前記目標値は１８０°であることが、１８０°パルスのチューニングを行う点で好ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明は実施の形態に限定されるものではない。図１に磁気共鳴撮影装置のブロック（ｂｌｏｃｋ）図を示す。ＲＦパルスチューニングは本装置において行われる。本装置は本発明の実施の形態の一例である。本装置の構成によって、本発明の装置に関する実施の形態の一例が示される。本装置の動作によって、本発明の方法に関する実施の形態の一例が示される。
【００２０】
同図に示すように、本装置はマグネットシステム１００を有する。マグネットシステム１００はスキャンルーム内に設置されている。マグネットシステム１００は主磁場コイル（ｃｏｉｌ）部１０２、勾配コイル部１０６およびＲＦコイル部１０８を有する。これら各コイル部は概ね円筒状の形状を有し、互いに同軸的に配置されている。マグネットシステム１００の概ね円柱状の内部空間（ボア：ｂｏｒｅ）に、撮影の対象１がクレードル（ｃｒａｄｌｅ）５００に搭載されて図示しない搬送手段により搬入および搬出される。
【００２１】
主磁場コイル部１０２はマグネットシステム１００の内部空間に静磁場を形成する。静磁場の方向は概ね対象１の体軸の方向に平行である。すなわちいわゆる水平磁場を形成する。主磁場コイル部１０２は例えば超伝導コイルを用いて構成される。なお、超伝導コイルに限らず常伝導コイル等を用いて構成してもよいのはもちろんである。
【００２２】
勾配コイル部１０６は、互いに垂直な３軸すなわちスライス（ｓｌｉｃｅ）軸、位相軸および周波数軸の方向において、それぞれ静磁場強度に勾配を持たせるための３つの勾配磁場を生じる。
【００２３】
静磁場空間における互いに垂直な座標軸をｘ，ｙ，ｚとしたとき、いずれの軸もスライス軸とすることができる。その場合、残り２軸のうちの一方を位相軸とし、他方を周波数軸とする。また、スライス軸、位相軸および周波数軸は、相互間の垂直性を保ったままｘ，ｙ，ｚ軸に関して任意の傾きを持たせることも可能である。本装置では対象１の体軸の方向をｚ軸方向とする。
【００２４】
スライス軸方向の勾配磁場をスライス勾配磁場ともいう。位相軸方向の勾配磁場を位相エンコード（ｅｎｃｏｄｅ）勾配磁場またはフェーズエンコード（ｐｈａｓｅ ｅｎｃｏｄｅ）勾配磁場ともいう。周波数軸方向の勾配磁場をリードアウト（ｒｅａｄ ｏｕｔ）勾配磁場ともいう。このような勾配磁場の発生を可能にするために、勾配コイル部１０６は図示しない３系統の勾配コイルを有する。以下、勾配磁場を単に勾配ともいう。
【００２５】
ＲＦコイル部１０８は静磁場空間に対象１の体内のスピン（ｓｐｉｎ）を励起するための高周波磁場を形成する。以下、高周波磁場を形成することをＲＦ励起信号の送信ともいう。また、ＲＦ励起信号をＲＦパルスともいう。ＲＦコイル部１０８は、また、励起されたスピンが生じる電磁波すなわち磁気共鳴信号を受信する。
【００２６】
ＲＦコイル部１０８は図示しない送信用のコイルおよび受信用のコイルを有する。送信用のコイルおよび受信用のコイルは、同じコイルを兼用するかあるいはそれぞれ専用のコイルを用いる。
【００２７】
勾配コイル部１０６には勾配駆動部１３０が接続されている。勾配駆動部１３０は勾配コイル部１０６に駆動信号を与えて勾配磁場を発生させる。勾配駆動部１３０は、勾配コイル部１０６における３系統の勾配コイルに対応して、図示しない３系統の駆動回路を有する。
【００２８】
ＲＦコイル部１０８にはＲＦ駆動部１４０が接続されている。ＲＦ駆動部１４０はＲＦコイル部１０８に駆動信号を与えてＲＦパルスを送信し、対象１の体内のスピンを励起する。
【００２９】
ＲＦコイル部１０８にはデータ収集部１５０が接続されている。データ収集部１５０は、ＲＦコイル部１０８が受信した受信信号をサンプリング（ｓａｍｐｌｉｎｇ）によって取り込み、それをディジタルデータ（ｄｉｇｉｔａｌ ｄａｔａ）として収集する。
【００３０】
勾配駆動部１３０、ＲＦ駆動部１４０およびデータ収集部１５０には制御部１６０が接続されている。制御部１６０は、勾配駆動部１３０ないしデータ収集部１５０をそれぞれ制御して磁気共鳴信号の収集を遂行する。
【００３１】
制御部１６０は、例えばコンピュータ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等を用いて構成される。制御部１６０は図示しないメモリ（ｍｅｍｏｒｙ）を有する。メモリは制御部１６０用のプログラムおよび各種のデータを記憶している。制御部１６０の機能は、コンピュータがメモリに記憶されたプログラムを実行することにより実現される。
【００３２】
データ収集部１５０の出力側はデータ処理部１７０に接続されている。データ収集部１５０が収集したデータがデータ処理部１７０に入力される。データ処理部１７０は、例えばコンピュータ等を用いて構成される。データ処理部１７０は図示しないメモリを有する。メモリはデータ処理部１７０用のプログラムおよび各種のデータを記憶している。
【００３３】
データ処理部１７０は制御部１６０に接続されている。データ処理部１７０は制御部１６０の上位にあってそれを統括する。本装置の機能は、データ処理部１７０がメモリに記憶されたプログラムを実行することによりを実現される。
【００３４】
データ処理部１７０は、データ収集部１５０が収集したデータをメモリに記憶する。メモリ内にはデータ空間が形成される。このデータ空間は２次元フーリエ（Ｆｏｕｒｉｅｒ）空間を構成する。以下、２次元フーリエ空間をｋスペース（ｋ−ｓｐａｃｅ）ともいう。データ処理部１７０は、ｋスペースのデータを２次元逆フ−リエ変換することにより対象１の画像を再構成する。
【００３５】
データ処理部１７０には表示部１８０および操作部１９０が接続されている。表示部１８０は、グラフィックディスプレー（ｇｒａｐｈｉｃ ｄｉｓｐｌａｙ）等で構成される。操作部１９０はポインティングデバイス（ｐｏｉｎｔｉｎｇ
ｄｅｖｉｃｅ）を備えたキーボード（ｋｅｙｂｏａｒｄ）等で構成される。
【００３６】
表示部１８０は、データ処理部１７０から出力される再構成画像および各種の情報を表示する。操作部１９０は、使用者によって操作され、各種の指令や情報等をデータ処理部１７０に入力する。使用者は表示部１８０および操作部１９０を通じてインタラクティブ（ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ）に本装置を操作する。
【００３７】
図２に、他の方式の磁気共鳴撮影装置のブロック図を示す。ＲＦパルスチューニングはこの装置においても行われる。同図に示す磁気共鳴撮影装置は、本発明の実施の形態の一例である。本装置の構成によって、本発明の装置に関する実施の形態の一例が示される。本装置の動作によって、本発明の方法に関する実施の形態の一例が示される。
【００３８】
本装置は、図１に示した装置とは方式を異にするマグネットシステム１００’を有する。マグネットシステム１００’はスキャンルーム内に設置されている。マグネットシステム１００’以外は図１に示した装置と同様な構成になっており、同様な部分に同一の符号を付して説明を省略する。
【００３９】
マグネットシステム１００’は主磁場マグネット部１０２’、勾配コイル部１０６’およびＲＦコイル部１０８’を有する。これら主磁場マグネット部１０２’および各コイル部は、いずれも空間を挟んで互いに対向する１対のものからなる。また、いずれも概ね円盤状の形状を有し中心軸を共有して配置されている。マグネットシステム１００’の内部空間（ボア）に、対象１がクレードル５００に搭載されて図示しない搬送手段により搬入および搬出される。
【００４０】
主磁場マグネット部１０２’はマグネットシステム１００’の内部空間に静磁場を形成する。静磁場の方向は概ね対象１の体軸方向と直交する。すなわちいわゆる垂直磁場を形成する。主磁場マグネット部１０２’は例えば永久磁石等を用いて構成される。なお、永久磁石に限らず超伝導電磁石あるいは常伝導電磁石等を用いて構成してもよいのはもちろんである。
【００４１】
勾配コイル部１０６’は、互いに垂直な３軸すなわちスライス軸、位相軸および周波数軸の方向において、それぞれ静磁場強度に勾配を持たせるための３つの勾配磁場を生じる。
【００４２】
静磁場空間における互いに垂直な座標軸をｘ，ｙ，ｚとしたとき、いずれの軸もスライス軸とすることができる。その場合、残り２軸のうちの一方を位相軸とし、他方を周波数軸とする。また、スライス軸、位相軸および周波数軸は、相互間の垂直性を保ったままｘ，ｙ，ｚ軸に関して任意の傾きを持たせることも可能である。本装置でも対象１の体軸の方向をｚ軸方向とする。
【００４３】
スライス軸方向の勾配磁場をスライス勾配磁場ともいう。位相軸方向の勾配磁場を位相エンコード勾配磁場ないしフェーズエンコード勾配磁場ともいう。周波数軸方向の勾配磁場をリードアウト勾配磁場ともいう。このような勾配磁場の発生を可能にするために、勾配コイル部１０６’は図示しない３系統の勾配コイルを有する。
【００４４】
ＲＦコイル部１０８’は静磁場空間に対象１の体内のスピンを励起するためのＲＦパルスを送信する。ＲＦコイル部１０８’は、また、励起されたスピンが生じる磁気共鳴信号を受信する。
【００４５】
ＲＦコイル部１０８’は図示しない送信用のコイルおよび受信用のコイルを有する。送信用のコイルおよび受信用のコイルは、同じコイルを兼用するかあるいはそれぞれ専用のコイルを用いる。
【００４６】
図３に、磁気共鳴撮影に用いるパルスシーケンス（ｐｕｌｓｅ ｓｅｑｕｅｎｃｅ）の一例を示す。このパルスシーケンスは、スピンエコー（ＳＥ：Ｓｐｉｎ
Ｅｃｈｏ）法のパルスシーケンスである。
【００４７】
すなわち、（１）はＳＥ法におけるＲＦ励起用の９０°パルスおよび１８０°パルスのシーケンスであり、（２）、（３）、（４）および（５）は、同じくそれぞれ、スライス勾配Ｇｓ、リードアウト勾配Ｇｒ、フェーズエンコード勾配ＧｐおよびスピンエコーＭＲのシーケンスである。なお、９０°パルスおよび１８０°パルスはそれぞれ中心信号で代表する。パルスシーケンスは時間軸ｔに沿って左から右に進行する。
【００４８】
同図に示すように、９０°パルスによりスピンの９０°励起が行われる。このときスライス勾配Ｇｓが印加され所定のスライスについての選択励起が行われる。９０°励起から所定の時間後に、１８０°パルスによる１８０°励起すなわちスピン反転が行われる。このときもスライス勾配Ｇｓが印加され、同じスライスについての選択的反転が行われる。
【００４９】
９０°励起とスピン反転の間の期間に、リードアウト勾配Ｇｒおよびフェーズエンコード勾配Ｇｐが印加される。リードアウト勾配Ｇｒによりスピンのディフェーズ（ｄｅｐｈａｓｅ）が行われる。フェーズエンコード勾配Ｇｐによりスピンのフェーズエンコードが行われる。
【００５０】
スピン反転後、リードアウト勾配Ｇｒでスピンをリフェーズ（ｒｅｐｈａｓｅ）してスピンエコーＭＲを発生させる。スピンエコーＭＲは、本発明における磁気共鳴信号の実施の形態の一例である。スピンエコーＭＲは、エコー中心に関して対称的な波形を持つＲＦ信号となる。中心エコーは９０°励起からＴＥ（ｅｃｈｏ ｔｉｍｅ）後に生じる。ＴＥはエコータイム（ｅｃｈｏ ｔｉｍｅ）とも呼ばれる。スピンエコーＭＲはデータ収集部１５０によりビューデータ（ｖｉｅｗ ｄａｔａ）として収集される。
【００５１】
このようなパルスシーケンスが周期ＴＲ（ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ ｔｉｍｅ）で６４〜５１２回繰り返される。繰り返しのたびにフェーズエンコード勾配Ｇｐを変更し、毎回異なるフェーズエンコードを行う。これによって、位相エンコード量を異にする６４〜５１２ビューのビューデータが得られる。
【００５２】
磁気共鳴撮影用パルスシーケンスの他の例を図４に示す。このパルスシーケンスは、グラディエントエコー（ＧＲＥ：Ｇｒａｄｉｅｎｔ Ｅｃｈｏ）法のパルスシーケンスである。
【００５３】
すなわち、（１）はＧＲＥ法におけるＲＦ励起用のα°パルスのシーケンスであり、（２）、（３）、（４）および（５）は、同じくそれぞれ、スライス勾配Ｇｓ、リードアウト勾配Ｇｒ、フェーズエンコード勾配ＧｐおよびスピンエコーＭＲのシーケンスである。なお、α°パルスは中心信号で代表する。パルスシーケンスは時間軸ｔに沿って左から右に進行する。
【００５４】
同図に示すように、α°パルスによりスピンのα°励起が行われる。αは９０以下である。このときスライス勾配Ｇｓが印加され所定のスライスについての選択励起が行われる。
【００５５】
α°励起後、フェーズエンコード勾配Ｇｐによりスピンのフェーズエンコードが行われる。次に、リードアウト勾配Ｇｒにより先ずスピンをディフェーズし、次いでスピンをリフェーズして、グラディエントエコーＭＲを発生させる。グラディエントエコーＭＲは、本発明における磁気共鳴信号の実施の形態の一例である。グラディエントエコーＭＲは、エコー中心に関して対称的な波形を持つＲＦ信号となる。中心エコーはα°励起からＴＥ後に生じる。グラディエントエコーＭＲはデータ収集部１５０によりビューデータとして収集される。
【００５６】
このようなパルスシーケンスが周期ＴＲで６４〜５１２回繰り返される。繰り返しのたびにフェーズエンコード勾配Ｇｐを変更し、毎回異なるフェーズエンコードを行う。これによって、位相エンコード量を異にする６４〜５１２ビューのビューデータが得られる。
【００５７】
図３または図４のパルスシーケンスによって得られたビューデータが、データ処理部１７０のメモリに収集される。なお、パルスシーケンスはＳＥ法またはＧＲＥ法に限るものではなく、例えばファーストスピンエコー（ＦＳＥ：ＦａｓｔＳｐｉｎ Ｅｃｈｏ）法やエコープラナーイメージング（ＥＰＩ：Ｅｃｈｏ Ｐｌａｎａｒ Ｉｍａｇｉｎｇ）等、他の適宜の技法のものであってよいのはいうまでもない。
【００５８】
図５に、ｋスペースの概念図を示す。ｋスペースにおいて横軸ｋｘは周波数軸であり、縦軸ｋｙは位相軸である。同図において複数の横長の長方形がそれぞれビューデータを表す。以下、ビューデータをＭＲデータともいう。長方形内に記入された数字は位相エンコード量を表す。位相エンコード量はπ／Ｎで正規化してある。Ｎは６４〜５１２である。位相エンコード量は位相軸ｋｙの中心で０である。中心から両端にかけて位相エンコード量が次第に増加する。増加の極性は互いに逆である。データ処理部１７０は、このようなビューデータを２次元逆フーリエ変換して対象１の断層像を再構成する。再構成した画像はメモリに記憶する。
【００５９】
図６に、本装置の撮影動作のフロー（ｆｌｏｗ）図を示す。同図に示すように、ステップ（ｓｔｅｐ）６０２で、撮影条件設定が行われる。撮影条件設定は、使用者により操作部１９０を通じて行われる。これによって、スキャンパラメータ（ｓｃａｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒ）をはじめとする所望の撮影条件が設定される。撮影条件設定の一環としてＲＦパルスチューニングが行われる。ＲＦパルスチューニングについては後述する。
【００６０】
ステップ６０４で、スキャンが行われる。スキャンは、制御部１６０による制御の下で、前述のパルスシーケンスを実行することにより行われ、ＭＲデータがビューごとに逐次獲得される。
【００６１】
全ビューのＭＲデータ獲得後に、ステップ６０６で、データ処理部１７０により画像再構成が行われる。再構成画像がステップ６０８で表示部１８０に表示され、また、メモリに記憶される。
【００６２】
図７に、ＲＦパルスチューニングに着目した本装置の機能ブロック図を示す。この機能ブロック図は、ＲＦパルスチューニング装置の構成を示すものとなる。同図に示すように、本装置はパルス発生部７０２および送信部７０４を有する。パルス発生部７０２が発生したＲＦパルスが送信部７０４を通じてＲＦコイル部１０８に供給され、対象１内のスピンを励起する。
【００６３】
ＲＦコイル部１０８に供給されるＲＦパルスは、例えば図８に示すような波形を持つ。ＲＦパルスの振幅はａ、パルス幅はτである。送信部７０４は出力のゲインが可変になっている。ゲインに応じてＲＦパルスの振幅ａが変わる。ゲインはゲイン制御部７０６によって制御される。したがって、ＲＦパルスの振幅ａはゲイン制御部７０６によって制御される。
【００６４】
パルス発生部７０２、送信部７０４およびゲイン制御部７０６からなる部分の機能は、図１または図２に示した装置におけるＲＦ駆動部１４０および制御部１６０からなる部分の機能に相当する。
【００６５】
対象１内の励起されたスピンは磁気共鳴信号を生じる。磁気共鳴信号は例えばＦＩＤ（ｆｒｅｅ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｄｅｃａｙ）等である。磁気共鳴信号は、ＲＦコイル部１０８を通じて受信部７０８によって受信される。受信部７０８の機能は、データ収集部１５０の機能に相当する。
【００６６】
磁気共鳴信号の受信信号はフリップアングル判定部７１０に入力される。フリップアングル判定部７１０は、受信信号に基づいてスピンのフリップアングルが目標値に一致しているか否かを判定する。フリップアングル判定部７１０によるフリップアングルの判定については後述する。
【００６７】
フリップアングル判定部７１０の判定信号は、パルス幅調節部７１２に入力される。パルス幅調節部７１２は、判定信号に基づいてパルス幅調節信号を発生する。パルス幅調節信号はパルス発生部７０２に入力され、パルス発生部７０２が発生するＲＦパルスのパルス幅を調節する。
【００６８】
フリップアングル判定部７１０およびパルス幅調節部７１２からなる部分の機能は、データ処理部１７０の機能に相当する。フリップアングル判定部７１０およびパルス幅調節部７１２からなる部分は、本発明におけるパルス幅調節手段の実施の形態の一例である。
【００６９】
図９に、本装置の動作のフロー図を示す。同図に示すように、ステップ（ｓｔｅｐ）９０２で、パルス幅設定が行われる。パルス幅設定はパルス幅調節部７１２によって行われる。これによってパルス幅τ０が設定される。
【００７０】
次に、ステップ９０４で、最適パルス振幅探索が行われる。最適パルス振幅探索は、ＲＦパルスの振幅の最適値を探索する動作である。ＲＦパルスの振幅の最適値とは、フリップアングルが目標値に一致するようにスピンを励起することが可能な振幅である。
【００７１】
フリップアングルはＲＦパルスの振幅に比例する。したがって、ＲＦパルスの振幅を逐次変えながらＲＦパルスの送信を試行し、そのつど得られる磁気共鳴信号（ＦＩＤ）を調べることにより、フリップアングルが目標値に一致したか否かを知ることができる。フリップアングルの目標値としては９０°または１８０°が選ばれる。
【００７２】
フリップアングルとＦＩＤの信号強度の関係は図１０に示すようになる。すなわち、ＦＩＤの信号強度はフリップアングルが９０°のとき最大となり、フリップアングルが０°および１８０°のとき最小となる。このような関係を利用して、フリップアングルが９０°または１８０°となるようにスピンを励起するためのＲＦパルスの振幅をそれぞれ求めることができる。
【００７３】
ＲＦパルスの逐次送信はパルス発生部７０２および送信部７０４の動作によって行われる。各送信のたびに、ゲイン制御部７０６によってＲＦパルスの振幅の逐次増加が行われる。ＦＩＤに基づくフリップアングルの目標到達度の判定は、フリップアングル判定部７１０によって行われる。判定は、フリップアングルとＦＩＤの図１０に示したような関係に基づいて行われる。
【００７４】
フリップアングルを目標に一致させるパルス振幅が得られたときは、探索成功である。その場合は、ステップ９０６での判定に基づいてＲＦパルスチューニングは終了となる。
【００７５】
ＲＦパルスの振幅を最大にしても目標が達せられないときは、探索不成功である。そのときは、ステップ９０６での判定に基づき、ステップ９１０で、パルス幅がτ＋Δτとされる。すなわち、パルス幅はΔτだけ増やされる。パルス幅の増加はパルス幅調節部７１２によって行われる。これによって、パルス発生部７０２が発生するＲＦパルスのパルス幅が更新される。
【００７６】
次に、ステップ９１２でτ＞Ｔであるか否かが判定される。ＴはＲＦパルスのパルス幅の正常値の上限である。上限Ｔは送信部７０４の性能等を考慮して適宜に定められる。τ＞Ｔとなったときはエラー（ｅｒｒｏｒ）として処理するが、そうでないときはステップ９０４に戻る。そして、新たなパルス幅のもとで、上記に準じて最適パルス振幅探査を行う。
【００７７】
フリップアングルはＲＦパルスのパルス幅にも比例するので、パルス幅を増やしたことにより、パルス振幅が同一でもフリップアングルは増加する。したがって、前回の探索で最適パルス振幅が得られなくても、今度は得られる可能性がある。以下、この要領で、最適パルス振幅探索が不成功の場合は、ステップ９１０でパルス幅をΔτずつ増やしながら探索を繰り返す。
【００７８】
パルス幅の初期値τ０および増加分Δτを比較的小さな値とすることにより、フリップアングルを目標値に一致させるＲＦパルスの振幅を、送信部７０４が出力可能な最大値またはその近傍の値とすることができる。そのようなパルス振幅は送信部７０４の能力を１００％またはほぼ１００％使用して出力される。したがって、送信部７０４の能力を有効に利用することが可能なパルス振幅を得ることができる。
【００７９】
また、パルス振幅がそのような値であることにより、パルス幅は必要最小限の値となる。パルス幅が小さいことによりパルスシーケンスの時間を短縮することが可能になり、それによって撮影時間を短縮し、または、画質を向上することが可能となる。
【００８０】
パルス幅の増加分Δτは、上記のような固定値とする代わりに、計算によって動的に変更するようにしてもよい。その場合は、図１１に示すように、ステップ９０８で、パルス幅増加量Δτの計算を行う。Δτの計算は、パルス幅調節部７１２によって行われる。Δτの計算は次のようにして行われる。
【００８１】
最適パルス振幅の探索が不成功であったということは、パルス振幅を送信部７０４が出力可能な最大値にしてもまだフリップアングルが目標に達しないことを意味している。その場合の目標未達の程度は、励起の不足分を示している。したがって、この励起不足を補うようにパルス幅を増加させれば、フリップアングルを目標値に一致させることができる。
【００８２】
例えば、目標値１８０°に対して送信部７０４の最大出力で励起されたスピンのフリップアングルが１７０°であったとすると、ＲＦパルスによる励起量を１８０°／１７０°倍すれば目標達成が可能である。そのようにするためには、パルス幅τを１８０°／１７０°倍すればよい。したがって、パルス幅の増加分Δτは次式によって計算される。
【００８３】
【数１】
【００８４】
これを一般化すれば、Δτの計算式は次式で与えられる。このようなΔτを用いることにより、チューニング時間を短縮することが可能となる。
【００８５】
【数２】
【００８６】
ここで、
θT ：目標フリップアングル
θ max：到達フリップアングル
フリップアングルの目標値が例えば２０°等のように、９０°より小さい場合は、上記のようにして求められた最適パルス振幅およびパルス幅に基づいて、目標値に適合した最終的な最適パルス振幅およびパルス幅を計算する。
【００８７】
図１２に、そのようなＲＦパルスチューニングを行う場合の本装置の機能ブロック図を示す。同図において、図７に示したものと同様のものは同一の符号を付して説明を省略する。
【００８８】
同図に示すように、本装置はパルス幅計算部７１４を有する。パルス幅計算部７１４の機能は、データ処理部１７０の機能に相当する。パルス幅計算部７１４は、フリップアングル判定部７１０およびパルス幅調節部７１２からの入力信号を用いて計算を行う。フリップアングル判定部７１０からの入力信号は最適パルス振幅である。パルス幅調節部７１２からの入力信号はパルス幅設定値である。パルス幅計算部７１４は、本発明における計算手段の実施の形態の一例である。
【００８９】
図１３および図１４に、本装置の動作のフロー図を示す。これらのフロー図は、それぞれ、図９および図１１に示したフロー図にステップ９１４を追加したものとなっている。ステップ９１４では、フリップアングルに応じたパルス幅計算が行われる。この計算はパルス幅計算部７１４によって行われる。パルス幅計算部７１４は、次式によってパルス幅τを計算する。
【００９０】
【数３】
【００９１】
ここで、
θT1：中間目標フリップアングル
θT2：最終目標フリップアングル
ａT1：最適パルス振幅
ａmax：送信部７０４が出力可能なＲＦパルスの最大振幅
τT1：パルス幅設定値
中間目標フリップアングルθT1は、例えば９０°または１８０°である。最終目標フリップアングルθT2は例えば３０°である。最適パルス振幅ａT1はフリップアングル判定部７１０からの入力信号である。これは、フリップアングルを中間目標値に一致させる最適パルス振幅である。パルス幅設定値τT1はパルス幅調節部７１２からの入力信号である。これは、フリップアングルを中間目標値に一致させるパルス幅設定値である。
【００９２】
（３）式は、パルス振幅を送信部７０４が出力可能なＲＦパルスの最大振幅ａmaxにしたときにフリップアングルを最終目標値θT2に一致させるパルス幅を求める式となっている。パルス振幅を最大振幅ａmaxとしたので、パルス幅は９０°や１８０°のときよりもさらに小さな値となる。これによって撮影時間をさらに短縮することが可能となる。
【００９３】
以上、好ましい実施の形態の例に基づいて本発明を説明したが、本発明が属する技術の分野における通常の知識を有する者は、上記の実施の形態の例について、本発明の技術的範囲を逸脱することなく種々の変更や置換等をなし得る。したがって、本発明の技術的範囲には、上記の実施の形態の例ばかりでなく、特許請求の範囲に属するすべての実施の形態が含まれる。
【００９４】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、ＲＦ送信装置の能力を有効利用できるようにＲＦパルスチューニングを行う方法および装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例の装置のブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態の一例の装置のブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態の一例の装置が実行するパルスシーケンスの一例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態の一例の装置が実行するパルスシーケンスの一例を示す図である。
【図５】ｋスペースの概念図である。
【図６】本発明の実施の形態の一例の装置の動作のフロー図である。
【図７】本発明の実施の形態の一例の装置の機能ブロック図である。
【図８】ＲＦパルスの波形図である。
【図９】本発明の実施の形態の一例の装置の動作のフロー図である。
【図１０】フリップアングルとＦＩＤ信号強度の関係を示すグラフ図である。
【図１１】本発明の実施の形態の一例の装置の動作のフロー図である。
【図１２】本発明の実施の形態の一例の装置の機能ブロック図である。
【図１３】本発明の実施の形態の一例の装置の動作のフロー図である。
【図１４】本発明の実施の形態の一例の装置の動作のフロー図である。
【符号の説明】
１ 対象
１００，１００’ マグネットシステム
１０２ 主磁場コイル部
１０２’ 主磁場マグネット部
１０６，１０６’ 勾配コイル部
１０８，１０８’ ＲＦコイル部
１３０ 勾配駆動部
１４０ ＲＦ駆動部
１５０ データ収集部
１６０ 制御部
１７０ データ処理部
１８０ 表示部
１９０ 操作部
５００ クレードル
７０２ パルス発生部
７０４ 送信部
７０６ ゲイン制御部
７０８ 受信部
７１０ フリップアングル判定部
７１２ パルス幅設定部
７１４ パルス幅計算部
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＲＦパルスチューニング（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｐｕｌｓｅ ｔｕｎｉｎｇ）方法および装置に関し、とくに、スピン（ｓｐｉｎ）のフリップアングル（ｆｌｉｐ ａｎｇｌｅ）が目標値に一致するように、励起用のＲＦパルスを調節する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気共鳴撮影（ＭＲＩ：Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ）装置では、マグネットシステム（ｍａｇｎｅｔ ｓｙｓｔｅｍ）の内部空間、すなわち、静磁場を形成した撮影空間に撮影の対象を搬入し、勾配磁場および高周波磁場を印加して対象内のスピンを励起して磁気共鳴信号を発生させ、その受信信号に基づいて画像を再構成する。
【０００３】
高周波磁場の印加はＲＦパルスの送信という形で行われる。スピンの励起を適切に行うために、撮影に先だってＲＦパルスの調節が行われる。ＲＦパルスの調節はＲＦパルスチューニングとも呼ばれる。
【０００４】
ＲＦパルスチューニングにおいては、ＲＦ送信装置の送信ゲイン（ｇａｉｎ）すなわちＲＦパルスの振幅を逐次変えながらＲＦパルスの送信を試行する。そして、そのつど得られる磁気共鳴信号に基づきスピンのフリップアングルの到達度を調べて、最適な送信ゲインを求める。
【０００５】
最適な送信ゲインとは、フリップアングルを目標値に一致させることができる送信ゲインのことある。最適な送信ゲインは撮影の対象ごとに異なるので、ＲＦパルスチューニングは対象ごとに行われる。以下、ＲＦパルスチューニングを単にチューニングともいう。
【０００６】
体格の大きい対象についてのチューニングが適正に行えるようにするために、ＲＦパルスはパルス幅を大きな値に切り替えることができるようになっている。パルス幅の切り替えは、対象の体重に応じて行われる。体重データ（ｄａｔａ）は磁気共鳴撮影装置の使用者によって予め入力される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
大きい方のパルス幅は、体格の大きい対象について必ずチューニングできるように、かなり大きく設定されている。言い換えれば、そのような出力が可能なようにＲＦ送信装置が構成されている。
【０００８】
そのようなＲＦ送信装置は、現実の撮影において本当に必要な出力から見て、能力にかなり余裕があるものとなる。このため、パルス幅を大きくした場合は、最大ゲインをかなり下まわるゲインでＲＦパルスが送信されることが多い。このことは、ＲＦ送信装置の能力が有効に利用されていないことを意味する。
【０００９】
そこで、本発明の課題は、ＲＦ送信装置の能力を有効利用できるようにＲＦパルスチューニングを行う方法および装置を実現することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
（１）上記の課題を解決するためのひとつの観点での発明は、スピンのフリップアングルが目標値に一致するように励起用のＲＦパルスをチューニングする方法であって、スピンのフリップアングルが目標値に一致するまでＲＦパルスのパルス幅を予め定めた初期値から逐次増加させる、ことを特徴とするＲＦパルスチューニング方法である。
【００１１】
（２）上記の課題を解決するための他の観点での発明は、スピンのフリップアングルが目標値に一致するように励起用のＲＦパルスをチューニングする装置であって、スピンのフリップアングルが目標値に一致するまでＲＦパルスのパルス幅を予め定めた初期値から逐次増加させるパルス幅調節手段、を具備することを特徴とするＲＦパルスチューニング装置である。
【００１２】
（１）および（２）に記載の各観点での発明では、スピンのフリップアングルが目標値に一致するまでＲＦパルスのパルス幅を予め定めた初期値から逐次増加させるので、パルス幅を最小限にしパルス振幅を最大限にするようにＲＦパルスのチューニングが行われる。このようなＲＦパルスをスピンの励起に用いることにより、ＲＦ送信装置の能力を有効に利用することが可能となる。
【００１３】
（３）上記の課題を解決するための他の観点での発明は、スピンのフリップアングルが目標値に一致するように励起用のＲＦパルスをチューニングする方法であって、スピンのフリップアングルが中間的目標値に一致するまでＲＦパルスのパルス幅を予め定めた初期値から逐次増加させ、スピンのフリップアングルを前記中間的目標値より小さい最終的目標値に一致させるＲＦパルスの条件を、スピンのフリップアングルを前記中間的目標値に一致させるＲＦパルスの条件から計算する、ことを特徴とするＲＦパルスチューニング方法である。
【００１４】
（４）上記の課題を解決するための他の観点での発明は、スピンのフリップアングルが目標値に一致するように励起用のＲＦパルスをチューニングする装置であって、スピンのフリップアングルが中間的目標値に一致するまでＲＦパルスのパルス幅を予め定めた初期値から逐次増加させるパルス幅調節手段と、スピンのフリップアングルを前記中間的目標値より小さい最終的目標値に一致させるＲＦパルスの条件を、スピンのフリップアングルを前記中間的目標値に一致させるＲＦパルスの条件から計算する計算手段と、を具備することを特徴とするＲＦパルスチューニング装置である。
【００１５】
（３）および（４）に記載の各観点での発明では、スピンのフリップアングルが中間的目標値に一致するまでＲＦパルスのパルス幅を予め定めた初期値から逐次増加させるので、パルス幅を最小限にしパルス振幅を最大限にするようにＲＦパルスの中間的チューニングが行われる。
【００１６】
そして、スピンのフリップアングルを前記中間的目標値より小さい最終的目標値に一致させるＲＦパルスの条件を、中間的チューニング結果から計算するので、パルス幅を最小限にしパルス振幅を最大限にするような最終的チューニングパルスが得られる。このようなＲＦパルスをスピンの励起に用いることにより、ＲＦ送信装置の能力を有効に利用することが可能となる。
【００１７】
前記計算はＲＦパルスの振幅を調節可能な最大値としたときのパルス幅を求めることが、ＲＦパルスのパルス幅を最小とする点で好ましい。
ＲＦパルスの振幅を調節可能な最大値にしてもフリップアングルが前記目標値に達しないときは目標未達の程度に応じて次のパルス幅の増加量を定めることが、チューニング時間を短縮する点で好ましい。
【００１８】
前記目標値は９０°であることが、９０°パルスのチューニングを行う点で好ましい。
前記目標値は１８０°であることが、１８０°パルスのチューニングを行う点で好ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明は実施の形態に限定されるものではない。図１に磁気共鳴撮影装置のブロック（ｂｌｏｃｋ）図を示す。ＲＦパルスチューニングは本装置において行われる。本装置は本発明の実施の形態の一例である。本装置の構成によって、本発明の装置に関する実施の形態の一例が示される。本装置の動作によって、本発明の方法に関する実施の形態の一例が示される。
【００２０】
同図に示すように、本装置はマグネットシステム１００を有する。マグネットシステム１００はスキャンルーム内に設置されている。マグネットシステム１００は主磁場コイル（ｃｏｉｌ）部１０２、勾配コイル部１０６およびＲＦコイル部１０８を有する。これら各コイル部は概ね円筒状の形状を有し、互いに同軸的に配置されている。マグネットシステム１００の概ね円柱状の内部空間（ボア：ｂｏｒｅ）に、撮影の対象１がクレードル（ｃｒａｄｌｅ）５００に搭載されて図示しない搬送手段により搬入および搬出される。
【００２１】
主磁場コイル部１０２はマグネットシステム１００の内部空間に静磁場を形成する。静磁場の方向は概ね対象１の体軸の方向に平行である。すなわちいわゆる水平磁場を形成する。主磁場コイル部１０２は例えば超伝導コイルを用いて構成される。なお、超伝導コイルに限らず常伝導コイル等を用いて構成してもよいのはもちろんである。
【００２２】
勾配コイル部１０６は、互いに垂直な３軸すなわちスライス（ｓｌｉｃｅ）軸、位相軸および周波数軸の方向において、それぞれ静磁場強度に勾配を持たせるための３つの勾配磁場を生じる。
【００２３】
静磁場空間における互いに垂直な座標軸をｘ，ｙ，ｚとしたとき、いずれの軸もスライス軸とすることができる。その場合、残り２軸のうちの一方を位相軸とし、他方を周波数軸とする。また、スライス軸、位相軸および周波数軸は、相互間の垂直性を保ったままｘ，ｙ，ｚ軸に関して任意の傾きを持たせることも可能である。本装置では対象１の体軸の方向をｚ軸方向とする。
【００２４】
スライス軸方向の勾配磁場をスライス勾配磁場ともいう。位相軸方向の勾配磁場を位相エンコード（ｅｎｃｏｄｅ）勾配磁場またはフェーズエンコード（ｐｈａｓｅ ｅｎｃｏｄｅ）勾配磁場ともいう。周波数軸方向の勾配磁場をリードアウト（ｒｅａｄ ｏｕｔ）勾配磁場ともいう。このような勾配磁場の発生を可能にするために、勾配コイル部１０６は図示しない３系統の勾配コイルを有する。以下、勾配磁場を単に勾配ともいう。
【００２５】
ＲＦコイル部１０８は静磁場空間に対象１の体内のスピン（ｓｐｉｎ）を励起するための高周波磁場を形成する。以下、高周波磁場を形成することをＲＦ励起信号の送信ともいう。また、ＲＦ励起信号をＲＦパルスともいう。ＲＦコイル部１０８は、また、励起されたスピンが生じる電磁波すなわち磁気共鳴信号を受信する。
【００２６】
ＲＦコイル部１０８は図示しない送信用のコイルおよび受信用のコイルを有する。送信用のコイルおよび受信用のコイルは、同じコイルを兼用するかあるいはそれぞれ専用のコイルを用いる。
【００２７】
勾配コイル部１０６には勾配駆動部１３０が接続されている。勾配駆動部１３０は勾配コイル部１０６に駆動信号を与えて勾配磁場を発生させる。勾配駆動部１３０は、勾配コイル部１０６における３系統の勾配コイルに対応して、図示しない３系統の駆動回路を有する。
【００２８】
ＲＦコイル部１０８にはＲＦ駆動部１４０が接続されている。ＲＦ駆動部１４０はＲＦコイル部１０８に駆動信号を与えてＲＦパルスを送信し、対象１の体内のスピンを励起する。
【００２９】
ＲＦコイル部１０８にはデータ収集部１５０が接続されている。データ収集部１５０は、ＲＦコイル部１０８が受信した受信信号をサンプリング（ｓａｍｐｌｉｎｇ）によって取り込み、それをディジタルデータ（ｄｉｇｉｔａｌ ｄａｔａ）として収集する。
【００３０】
勾配駆動部１３０、ＲＦ駆動部１４０およびデータ収集部１５０には制御部１６０が接続されている。制御部１６０は、勾配駆動部１３０ないしデータ収集部１５０をそれぞれ制御して磁気共鳴信号の収集を遂行する。
【００３１】
制御部１６０は、例えばコンピュータ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等を用いて構成される。制御部１６０は図示しないメモリ（ｍｅｍｏｒｙ）を有する。メモリは制御部１６０用のプログラムおよび各種のデータを記憶している。制御部１６０の機能は、コンピュータがメモリに記憶されたプログラムを実行することにより実現される。
【００３２】
データ収集部１５０の出力側はデータ処理部１７０に接続されている。データ収集部１５０が収集したデータがデータ処理部１７０に入力される。データ処理部１７０は、例えばコンピュータ等を用いて構成される。データ処理部１７０は図示しないメモリを有する。メモリはデータ処理部１７０用のプログラムおよび各種のデータを記憶している。
【００３３】
データ処理部１７０は制御部１６０に接続されている。データ処理部１７０は制御部１６０の上位にあってそれを統括する。本装置の機能は、データ処理部１７０がメモリに記憶されたプログラムを実行することによりを実現される。
【００３４】
データ処理部１７０は、データ収集部１５０が収集したデータをメモリに記憶する。メモリ内にはデータ空間が形成される。このデータ空間は２次元フーリエ（Ｆｏｕｒｉｅｒ）空間を構成する。以下、２次元フーリエ空間をｋスペース（ｋ−ｓｐａｃｅ）ともいう。データ処理部１７０は、ｋスペースのデータを２次元逆フ−リエ変換することにより対象１の画像を再構成する。
【００３５】
データ処理部１７０には表示部１８０および操作部１９０が接続されている。表示部１８０は、グラフィックディスプレー（ｇｒａｐｈｉｃ ｄｉｓｐｌａｙ）等で構成される。操作部１９０はポインティングデバイス（ｐｏｉｎｔｉｎｇ
ｄｅｖｉｃｅ）を備えたキーボード（ｋｅｙｂｏａｒｄ）等で構成される。
【００３６】
表示部１８０は、データ処理部１７０から出力される再構成画像および各種の情報を表示する。操作部１９０は、使用者によって操作され、各種の指令や情報等をデータ処理部１７０に入力する。使用者は表示部１８０および操作部１９０を通じてインタラクティブ（ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ）に本装置を操作する。
【００３７】
図２に、他の方式の磁気共鳴撮影装置のブロック図を示す。ＲＦパルスチューニングはこの装置においても行われる。同図に示す磁気共鳴撮影装置は、本発明の実施の形態の一例である。本装置の構成によって、本発明の装置に関する実施の形態の一例が示される。本装置の動作によって、本発明の方法に関する実施の形態の一例が示される。
【００３８】
本装置は、図１に示した装置とは方式を異にするマグネットシステム１００’を有する。マグネットシステム１００’はスキャンルーム内に設置されている。マグネットシステム１００’以外は図１に示した装置と同様な構成になっており、同様な部分に同一の符号を付して説明を省略する。
【００３９】
マグネットシステム１００’は主磁場マグネット部１０２’、勾配コイル部１０６’およびＲＦコイル部１０８’を有する。これら主磁場マグネット部１０２’および各コイル部は、いずれも空間を挟んで互いに対向する１対のものからなる。また、いずれも概ね円盤状の形状を有し中心軸を共有して配置されている。マグネットシステム１００’の内部空間（ボア）に、対象１がクレードル５００に搭載されて図示しない搬送手段により搬入および搬出される。
【００４０】
主磁場マグネット部１０２’はマグネットシステム１００’の内部空間に静磁場を形成する。静磁場の方向は概ね対象１の体軸方向と直交する。すなわちいわゆる垂直磁場を形成する。主磁場マグネット部１０２’は例えば永久磁石等を用いて構成される。なお、永久磁石に限らず超伝導電磁石あるいは常伝導電磁石等を用いて構成してもよいのはもちろんである。
【００４１】
勾配コイル部１０６’は、互いに垂直な３軸すなわちスライス軸、位相軸および周波数軸の方向において、それぞれ静磁場強度に勾配を持たせるための３つの勾配磁場を生じる。
【００４２】
静磁場空間における互いに垂直な座標軸をｘ，ｙ，ｚとしたとき、いずれの軸もスライス軸とすることができる。その場合、残り２軸のうちの一方を位相軸とし、他方を周波数軸とする。また、スライス軸、位相軸および周波数軸は、相互間の垂直性を保ったままｘ，ｙ，ｚ軸に関して任意の傾きを持たせることも可能である。本装置でも対象１の体軸の方向をｚ軸方向とする。
【００４３】
スライス軸方向の勾配磁場をスライス勾配磁場ともいう。位相軸方向の勾配磁場を位相エンコード勾配磁場ないしフェーズエンコード勾配磁場ともいう。周波数軸方向の勾配磁場をリードアウト勾配磁場ともいう。このような勾配磁場の発生を可能にするために、勾配コイル部１０６’は図示しない３系統の勾配コイルを有する。
【００４４】
ＲＦコイル部１０８’は静磁場空間に対象１の体内のスピンを励起するためのＲＦパルスを送信する。ＲＦコイル部１０８’は、また、励起されたスピンが生じる磁気共鳴信号を受信する。
【００４５】
ＲＦコイル部１０８’は図示しない送信用のコイルおよび受信用のコイルを有する。送信用のコイルおよび受信用のコイルは、同じコイルを兼用するかあるいはそれぞれ専用のコイルを用いる。
【００４６】
図３に、磁気共鳴撮影に用いるパルスシーケンス（ｐｕｌｓｅ ｓｅｑｕｅｎｃｅ）の一例を示す。このパルスシーケンスは、スピンエコー（ＳＥ：Ｓｐｉｎ
Ｅｃｈｏ）法のパルスシーケンスである。
【００４７】
すなわち、（１）はＳＥ法におけるＲＦ励起用の９０°パルスおよび１８０°パルスのシーケンスであり、（２）、（３）、（４）および（５）は、同じくそれぞれ、スライス勾配Ｇｓ、リードアウト勾配Ｇｒ、フェーズエンコード勾配ＧｐおよびスピンエコーＭＲのシーケンスである。なお、９０°パルスおよび１８０°パルスはそれぞれ中心信号で代表する。パルスシーケンスは時間軸ｔに沿って左から右に進行する。
【００４８】
同図に示すように、９０°パルスによりスピンの９０°励起が行われる。このときスライス勾配Ｇｓが印加され所定のスライスについての選択励起が行われる。９０°励起から所定の時間後に、１８０°パルスによる１８０°励起すなわちスピン反転が行われる。このときもスライス勾配Ｇｓが印加され、同じスライスについての選択的反転が行われる。
【００４９】
９０°励起とスピン反転の間の期間に、リードアウト勾配Ｇｒおよびフェーズエンコード勾配Ｇｐが印加される。リードアウト勾配Ｇｒによりスピンのディフェーズ（ｄｅｐｈａｓｅ）が行われる。フェーズエンコード勾配Ｇｐによりスピンのフェーズエンコードが行われる。
【００５０】
スピン反転後、リードアウト勾配Ｇｒでスピンをリフェーズ（ｒｅｐｈａｓｅ）してスピンエコーＭＲを発生させる。スピンエコーＭＲは、本発明における磁気共鳴信号の実施の形態の一例である。スピンエコーＭＲは、エコー中心に関して対称的な波形を持つＲＦ信号となる。中心エコーは９０°励起からＴＥ（ｅｃｈｏ ｔｉｍｅ）後に生じる。ＴＥはエコータイム（ｅｃｈｏ ｔｉｍｅ）とも呼ばれる。スピンエコーＭＲはデータ収集部１５０によりビューデータ（ｖｉｅｗ ｄａｔａ）として収集される。
【００５１】
このようなパルスシーケンスが周期ＴＲ（ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ ｔｉｍｅ）で６４〜５１２回繰り返される。繰り返しのたびにフェーズエンコード勾配Ｇｐを変更し、毎回異なるフェーズエンコードを行う。これによって、位相エンコード量を異にする６４〜５１２ビューのビューデータが得られる。
【００５２】
磁気共鳴撮影用パルスシーケンスの他の例を図４に示す。このパルスシーケンスは、グラディエントエコー（ＧＲＥ：Ｇｒａｄｉｅｎｔ Ｅｃｈｏ）法のパルスシーケンスである。
【００５３】
すなわち、（１）はＧＲＥ法におけるＲＦ励起用のα°パルスのシーケンスであり、（２）、（３）、（４）および（５）は、同じくそれぞれ、スライス勾配Ｇｓ、リードアウト勾配Ｇｒ、フェーズエンコード勾配ＧｐおよびスピンエコーＭＲのシーケンスである。なお、α°パルスは中心信号で代表する。パルスシーケンスは時間軸ｔに沿って左から右に進行する。
【００５４】
同図に示すように、α°パルスによりスピンのα°励起が行われる。αは９０以下である。このときスライス勾配Ｇｓが印加され所定のスライスについての選択励起が行われる。
【００５５】
α°励起後、フェーズエンコード勾配Ｇｐによりスピンのフェーズエンコードが行われる。次に、リードアウト勾配Ｇｒにより先ずスピンをディフェーズし、次いでスピンをリフェーズして、グラディエントエコーＭＲを発生させる。グラディエントエコーＭＲは、本発明における磁気共鳴信号の実施の形態の一例である。グラディエントエコーＭＲは、エコー中心に関して対称的な波形を持つＲＦ信号となる。中心エコーはα°励起からＴＥ後に生じる。グラディエントエコーＭＲはデータ収集部１５０によりビューデータとして収集される。
【００５６】
このようなパルスシーケンスが周期ＴＲで６４〜５１２回繰り返される。繰り返しのたびにフェーズエンコード勾配Ｇｐを変更し、毎回異なるフェーズエンコードを行う。これによって、位相エンコード量を異にする６４〜５１２ビューのビューデータが得られる。
【００５７】
図３または図４のパルスシーケンスによって得られたビューデータが、データ処理部１７０のメモリに収集される。なお、パルスシーケンスはＳＥ法またはＧＲＥ法に限るものではなく、例えばファーストスピンエコー（ＦＳＥ：ＦａｓｔＳｐｉｎ Ｅｃｈｏ）法やエコープラナーイメージング（ＥＰＩ：Ｅｃｈｏ Ｐｌａｎａｒ Ｉｍａｇｉｎｇ）等、他の適宜の技法のものであってよいのはいうまでもない。
【００５８】
図５に、ｋスペースの概念図を示す。ｋスペースにおいて横軸ｋｘは周波数軸であり、縦軸ｋｙは位相軸である。同図において複数の横長の長方形がそれぞれビューデータを表す。以下、ビューデータをＭＲデータともいう。長方形内に記入された数字は位相エンコード量を表す。位相エンコード量はπ／Ｎで正規化してある。Ｎは６４〜５１２である。位相エンコード量は位相軸ｋｙの中心で０である。中心から両端にかけて位相エンコード量が次第に増加する。増加の極性は互いに逆である。データ処理部１７０は、このようなビューデータを２次元逆フーリエ変換して対象１の断層像を再構成する。再構成した画像はメモリに記憶する。
【００５９】
図６に、本装置の撮影動作のフロー（ｆｌｏｗ）図を示す。同図に示すように、ステップ（ｓｔｅｐ）６０２で、撮影条件設定が行われる。撮影条件設定は、使用者により操作部１９０を通じて行われる。これによって、スキャンパラメータ（ｓｃａｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒ）をはじめとする所望の撮影条件が設定される。撮影条件設定の一環としてＲＦパルスチューニングが行われる。ＲＦパルスチューニングについては後述する。
【００６０】
ステップ６０４で、スキャンが行われる。スキャンは、制御部１６０による制御の下で、前述のパルスシーケンスを実行することにより行われ、ＭＲデータがビューごとに逐次獲得される。
【００６１】
全ビューのＭＲデータ獲得後に、ステップ６０６で、データ処理部１７０により画像再構成が行われる。再構成画像がステップ６０８で表示部１８０に表示され、また、メモリに記憶される。
【００６２】
図７に、ＲＦパルスチューニングに着目した本装置の機能ブロック図を示す。この機能ブロック図は、ＲＦパルスチューニング装置の構成を示すものとなる。同図に示すように、本装置はパルス発生部７０２および送信部７０４を有する。パルス発生部７０２が発生したＲＦパルスが送信部７０４を通じてＲＦコイル部１０８に供給され、対象１内のスピンを励起する。
【００６３】
ＲＦコイル部１０８に供給されるＲＦパルスは、例えば図８に示すような波形を持つ。ＲＦパルスの振幅はａ、パルス幅はτである。送信部７０４は出力のゲインが可変になっている。ゲインに応じてＲＦパルスの振幅ａが変わる。ゲインはゲイン制御部７０６によって制御される。したがって、ＲＦパルスの振幅ａはゲイン制御部７０６によって制御される。
【００６４】
パルス発生部７０２、送信部７０４およびゲイン制御部７０６からなる部分の機能は、図１または図２に示した装置におけるＲＦ駆動部１４０および制御部１６０からなる部分の機能に相当する。
【００６５】
対象１内の励起されたスピンは磁気共鳴信号を生じる。磁気共鳴信号は例えばＦＩＤ（ｆｒｅｅ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｄｅｃａｙ）等である。磁気共鳴信号は、ＲＦコイル部１０８を通じて受信部７０８によって受信される。受信部７０８の機能は、データ収集部１５０の機能に相当する。
【００６６】
磁気共鳴信号の受信信号はフリップアングル判定部７１０に入力される。フリップアングル判定部７１０は、受信信号に基づいてスピンのフリップアングルが目標値に一致しているか否かを判定する。フリップアングル判定部７１０によるフリップアングルの判定については後述する。
【００６７】
フリップアングル判定部７１０の判定信号は、パルス幅調節部７１２に入力される。パルス幅調節部７１２は、判定信号に基づいてパルス幅調節信号を発生する。パルス幅調節信号はパルス発生部７０２に入力され、パルス発生部７０２が発生するＲＦパルスのパルス幅を調節する。
【００６８】
フリップアングル判定部７１０およびパルス幅調節部７１２からなる部分の機能は、データ処理部１７０の機能に相当する。フリップアングル判定部７１０およびパルス幅調節部７１２からなる部分は、本発明におけるパルス幅調節手段の実施の形態の一例である。
【００６９】
図９に、本装置の動作のフロー図を示す。同図に示すように、ステップ（ｓｔｅｐ）９０２で、パルス幅設定が行われる。パルス幅設定はパルス幅調節部７１２によって行われる。これによってパルス幅τ０が設定される。
【００７０】
次に、ステップ９０４で、最適パルス振幅探索が行われる。最適パルス振幅探索は、ＲＦパルスの振幅の最適値を探索する動作である。ＲＦパルスの振幅の最適値とは、フリップアングルが目標値に一致するようにスピンを励起することが可能な振幅である。
【００７１】
フリップアングルはＲＦパルスの振幅に比例する。したがって、ＲＦパルスの振幅を逐次変えながらＲＦパルスの送信を試行し、そのつど得られる磁気共鳴信号（ＦＩＤ）を調べることにより、フリップアングルが目標値に一致したか否かを知ることができる。フリップアングルの目標値としては９０°または１８０°が選ばれる。
【００７２】
フリップアングルとＦＩＤの信号強度の関係は図１０に示すようになる。すなわち、ＦＩＤの信号強度はフリップアングルが９０°のとき最大となり、フリップアングルが０°および１８０°のとき最小となる。このような関係を利用して、フリップアングルが９０°または１８０°となるようにスピンを励起するためのＲＦパルスの振幅をそれぞれ求めることができる。
【００７３】
ＲＦパルスの逐次送信はパルス発生部７０２および送信部７０４の動作によって行われる。各送信のたびに、ゲイン制御部７０６によってＲＦパルスの振幅の逐次増加が行われる。ＦＩＤに基づくフリップアングルの目標到達度の判定は、フリップアングル判定部７１０によって行われる。判定は、フリップアングルとＦＩＤの図１０に示したような関係に基づいて行われる。
【００７４】
フリップアングルを目標に一致させるパルス振幅が得られたときは、探索成功である。その場合は、ステップ９０６での判定に基づいてＲＦパルスチューニングは終了となる。
【００７５】
ＲＦパルスの振幅を最大にしても目標が達せられないときは、探索不成功である。そのときは、ステップ９０６での判定に基づき、ステップ９１０で、パルス幅がτ＋Δτとされる。すなわち、パルス幅はΔτだけ増やされる。パルス幅の増加はパルス幅調節部７１２によって行われる。これによって、パルス発生部７０２が発生するＲＦパルスのパルス幅が更新される。
【００７６】
次に、ステップ９１２でτ＞Ｔであるか否かが判定される。ＴはＲＦパルスのパルス幅の正常値の上限である。上限Ｔは送信部７０４の性能等を考慮して適宜に定められる。τ＞Ｔとなったときはエラー（ｅｒｒｏｒ）として処理するが、そうでないときはステップ９０４に戻る。そして、新たなパルス幅のもとで、上記に準じて最適パルス振幅探査を行う。
【００７７】
フリップアングルはＲＦパルスのパルス幅にも比例するので、パルス幅を増やしたことにより、パルス振幅が同一でもフリップアングルは増加する。したがって、前回の探索で最適パルス振幅が得られなくても、今度は得られる可能性がある。以下、この要領で、最適パルス振幅探索が不成功の場合は、ステップ９１０でパルス幅をΔτずつ増やしながら探索を繰り返す。
【００７８】
パルス幅の初期値τ０および増加分Δτを比較的小さな値とすることにより、フリップアングルを目標値に一致させるＲＦパルスの振幅を、送信部７０４が出力可能な最大値またはその近傍の値とすることができる。そのようなパルス振幅は送信部７０４の能力を１００％またはほぼ１００％使用して出力される。したがって、送信部７０４の能力を有効に利用することが可能なパルス振幅を得ることができる。
【００７９】
また、パルス振幅がそのような値であることにより、パルス幅は必要最小限の値となる。パルス幅が小さいことによりパルスシーケンスの時間を短縮することが可能になり、それによって撮影時間を短縮し、または、画質を向上することが可能となる。
【００８０】
パルス幅の増加分Δτは、上記のような固定値とする代わりに、計算によって動的に変更するようにしてもよい。その場合は、図１１に示すように、ステップ９０８で、パルス幅増加量Δτの計算を行う。Δτの計算は、パルス幅調節部７１２によって行われる。Δτの計算は次のようにして行われる。
【００８１】
最適パルス振幅の探索が不成功であったということは、パルス振幅を送信部７０４が出力可能な最大値にしてもまだフリップアングルが目標に達しないことを意味している。その場合の目標未達の程度は、励起の不足分を示している。したがって、この励起不足を補うようにパルス幅を増加させれば、フリップアングルを目標値に一致させることができる。
【００８２】
例えば、目標値１８０°に対して送信部７０４の最大出力で励起されたスピンのフリップアングルが１７０°であったとすると、ＲＦパルスによる励起量を１８０°／１７０°倍すれば目標達成が可能である。そのようにするためには、パルス幅τを１８０°／１７０°倍すればよい。したがって、パルス幅の増加分Δτは次式によって計算される。
【００８３】
【数１】
これを一般化すれば、Δτの計算式は次式で与えられる。このようなΔτを用いることにより、チューニング時間を短縮することが可能となる。
【００８５】
【数２】
ここで、
θT ：目標フリップアングル
θ max：到達フリップアングル
フリップアングルの目標値が例えば２０°等のように、９０°より小さい場合は、上記のようにして求められた最適パルス振幅およびパルス幅に基づいて、目標値に適合した最終的な最適パルス振幅およびパルス幅を計算する。
【００８７】
図１２に、そのようなＲＦパルスチューニングを行う場合の本装置の機能ブロック図を示す。同図において、図７に示したものと同様のものは同一の符号を付して説明を省略する。
【００８８】
同図に示すように、本装置はパルス幅計算部７１４を有する。パルス幅計算部７１４の機能は、データ処理部１７０の機能に相当する。パルス幅計算部７１４は、フリップアングル判定部７１０およびパルス幅調節部７１２からの入力信号を用いて計算を行う。フリップアングル判定部７１０からの入力信号は最適パルス振幅である。パルス幅調節部７１２からの入力信号はパルス幅設定値である。パルス幅計算部７１４は、本発明における計算手段の実施の形態の一例である。
【００８９】
図１３および図１４に、本装置の動作のフロー図を示す。これらのフロー図は、それぞれ、図９および図１１に示したフロー図にステップ９１４を追加したものとなっている。ステップ９１４では、フリップアングルに応じたパルス幅計算が行われる。この計算はパルス幅計算部７１４によって行われる。パルス幅計算部７１４は、次式によってパルス幅τを計算する。
【００９０】
【数３】
ここで、
θT1：中間目標フリップアングル
θT2：最終目標フリップアングル
ａT1：最適パルス振幅
ａmax：送信部７０４が出力可能なＲＦパルスの最大振幅
τT1：パルス幅設定値
中間目標フリップアングルθT1は、例えば９０°または１８０°である。最終目標フリップアングルθT2は例えば３０°である。最適パルス振幅ａT1はフリップアングル判定部７１０からの入力信号である。これは、フリップアングルを中間目標値に一致させる最適パルス振幅である。パルス幅設定値τT1はパルス幅調節部７１２からの入力信号である。これは、フリップアングルを中間目標値に一致させるパルス幅設定値である。
【００９２】
（３）式は、パルス振幅を送信部７０４が出力可能なＲＦパルスの最大振幅ａmaxにしたときにフリップアングルを最終目標値θT2に一致させるパルス幅を求める式となっている。パルス振幅を最大振幅ａmaxとしたので、パルス幅は９０°や１８０°のときよりもさらに小さな値となる。これによって撮影時間をさらに短縮することが可能となる。
【００９３】
以上、好ましい実施の形態の例に基づいて本発明を説明したが、本発明が属する技術の分野における通常の知識を有する者は、上記の実施の形態の例について、本発明の技術的範囲を逸脱することなく種々の変更や置換等をなし得る。したがって、本発明の技術的範囲には、上記の実施の形態の例ばかりでなく、特許請求の範囲に属するすべての実施の形態が含まれる。
【００９４】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、ＲＦ送信装置の能力を有効利用できるようにＲＦパルスチューニングを行う方法および装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例の装置のブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態の一例の装置のブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態の一例の装置が実行するパルスシーケンスの一例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態の一例の装置が実行するパルスシーケンスの一例を示す図である。
【図５】ｋスペースの概念図である。
【図６】本発明の実施の形態の一例の装置の動作のフロー図である。
【図７】本発明の実施の形態の一例の装置の機能ブロック図である。
【図８】ＲＦパルスの波形図である。
【図９】本発明の実施の形態の一例の装置の動作のフロー図である。
【図１０】フリップアングルとＦＩＤ信号強度の関係を示すグラフ図である。
【図１１】本発明の実施の形態の一例の装置の動作のフロー図である。
【図１２】本発明の実施の形態の一例の装置の機能ブロック図である。
【図１３】本発明の実施の形態の一例の装置の動作のフロー図である。
【図１４】本発明の実施の形態の一例の装置の動作のフロー図である。
【符号の説明】
１ 対象
１００，１００’ マグネットシステム
１０２ 主磁場コイル部
１０２’ 主磁場マグネット部
１０６，１０６’ 勾配コイル部
１０８，１０８’ ＲＦコイル部
１３０ 勾配駆動部
１４０ ＲＦ駆動部
１５０ データ収集部
１６０ 制御部
１７０ データ処理部
１８０ 表示部
１９０ 操作部
５００ クレードル
７０２ パルス発生部
７０４ 送信部
７０６ ゲイン制御部
７０８ 受信部
７１０ フリップアングル判定部
７１２ パルス幅設定部
７１４ パルス幅計算部
Claims (3)
- スピンのフリップアングルが目標値に一致するように励起用のＲＦパルスをチューニングする装置であって、
スピンのフリップアングルが目標値に一致するまでＲＦパルスのパルス幅を予め定めた初期値から逐次増加させるパルス幅調節手段であって、ＲＦパルスの振幅を調節可能な最大値にしてもフリップアングルが前記目標値に達しないときは目標未遂の程度に応じて次のパルス幅の増加量を定めるパルス幅調節手段を具備することを特徴とするＲＦパルスチューニング装置。 - 前記目標値は９０°であることを特徴とする請求項１に記載のＲＦパルスチューニング装置。
- 前記目標値は１８０°であることを特徴とする請求項１に記載のＲＦパルスチューニング装置。
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