JP5600587B2 - Ｒｆ場を発生するための方法及びｒｆ送信装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＲＦ場を発生するための、特に、核磁気共鳴（ＮＭＲ）を励起するための磁気共鳴映像（ＭＲＩ）システムにおける使用のための、複数のＲＦ送信要素（ＲＦアンテナ、アンテナ素子、コイル若しくはコイル素子又は他の共鳴素子など）を有するＲＦ送信装置に関する。本発明はさらに、このようなＲＦ場を発生するための方法に関する。

さらに、本発明は、マルチチャネルＲＦ送信システムであって、このようなマルチチャネルＲＦ送信装置に供給するためのＲＦ送信信号を発生するための、特に、ＭＲＩシステムにおけるＲＦ励起システムとしての使用のための、複数のＲＦ波形発生器及びＲＦ増幅器を有するものに関する。

本発明はまた、かかるマルチチャネルＲＦ送信又は励起システム及びかかるマルチチャネルＲＦ送信装置を有するＭＲＩシステムに関する。

慣例的なＭＲシステムは、単一のＲＦ信号が供給される１つのＲＦ送信コイル（例えば、直交ボディコイル（ＱＢＣ；quadrature body coil））を用いている。マルチチャネル送信システムは、位相及び振幅が変化することができるＮ個の独立したＲＦ信号により供給されるＮ個の素子を備えたコイルを用いる。これらシステムにより、しばしば、検査対象内のいわゆる誘電体共振又は波動伝搬効果による高いＲＦ場強度における問題を呈する画像均質性を向上させることができる。多次元の空間選択的なＲＦパルス及びその他のＲＦ調整技術を用いることにより、より均質な画像を得ることができる。さらに、並列のＲＦ伝送によって、ローカル又はズームイメージングのためのＲＦパルスの加速のような興味深い沢山の新しい技術的特徴が可能となる。

場の強度を増加させることにより、信号強度変化により生じる画像均質性の問題は大きくなる。さらに、比吸収率（ＳＡＲ）は、現行のＳＡＲ限度を破らず患者の安全性を犠牲にしないように、可能なＲＦデューティサイクルを限定する。最終的に、並列ＲＦ伝送のための高い低減係数を得ることができる必要性がある。

したがって、本発明の根底にある１つの目的は、例えば当該ＲＦ場における不均質性の原因となる感応性アーチファクトに対する補正をするために用いることのできる空間ＲＦ場パターンを適用することの高い柔軟性を奏するＲＦ送信装置及びマルチチャネルＲＦ送信システムを提供することである。

この目的は、請求項１によるＲＦ送信装置、請求項６によるマルチチャネルＲＦ送信システム及び請求項８によるＲＦ場発生方法によって達成される。

本発明によるこれら方策は、必要なＲＦ伝送又は励起信号の波長が、検査対象の寸法に達するので、検査対象及び不均質なＲＦ励起場内の波動伝搬又は誘電体共振効果が生じる可能性のある、そうした高い磁界強度を持つＭＲＩシステムにおいて特に有利なものである。これら望まない効果、特にＭＲＩ検査中の信号強度変化の影響は、本発明によるマルチチャネルＲＦ送信システム及びマルチチャネルＲＦ送信装置の独立して駆動可能なＲＦ送信素子によって空間選択可能なＲＦパルスを送信することによって、効果的に、そして簡単かつコスト効率の高い形で補償することができる。

従属請求項は、本発明の有利な実施例を開示する。

本発明の各特徴事項は、添付の請求項により規定されるような本発明の範囲から外れることなくいずれかの組み合わせで組み合わされることの可能なものであることが分かる筈である。

本発明の他の詳細、特徴事項及び利点は、図面を参照してなされる本発明の好適かつ模範的な実施例の以下の説明から明らかとなる。

マルチチャネルＲＦ送信／受信アーキテクチャの概略的ブロック図。 コイル素子の異なる構成を示す図。

個々の素子が単一の円筒状リングの表面上に分散され或いは平面バンドを形成するラインに沿って配置される現行のマルチチャネル送信ＭＲＩシステム及びコイルとは対照的に、２つ又は３つの空間的方向におけるコイルの分配及び／又は分割は、本発明によって行われる。

このようなＲＦ送信装置の１つの一般的な例は、Ｎ×Ｍ送信素子（すなわち、２次元に配列されたもの）の平面アレイ又は円筒状に配列された送信素子（すなわち、３次元に配列されたもの）の種々のリング及び／又はセグメントのアレイである。

これは、個々の送信素子を駆動するために必要なＲＦ送信チャネルの数を増加させるかもしれないが、このような装置は、小さな体積だけしかＲＦ場により励起される必要がないような場合に特に、ＳＡＲ（比吸収率）の低減の可能性を奏し、さらには、ＲＦ調整方法のための良好な性能及び柔軟性を奏する（Ibrahim氏らの "Effect of RF coil excitation on field inhomogeneity at ultra high fields: a field optimized TEM resonator" in Magnetic Resonance Imaging (2001) Dec; 19(10): 1339-47を参照されたい）。

さらに、コイル又は送信素子の数を増やすに伴い、多次元空間選択性ＲＦパルスの性能を加速及び／又は向上させる実現性を可能にする。特に、３次元ＲＦパルスは、２次元又は３次元に拡張されるＲＦ送信装置のためのコイルデザインにおけるこうした自由度の増加の利益を享受するものである。

他の利点は、ＲＦ送信素子に供給用の送信チャネル毎の必要な電力の低下であり、これにより、当該必要なＲＦ電力を伝送する増幅器モジュールの設計が簡単になる。

これらＲＦ送信装置に基づいて、多くの並列ＲＦ送信アプリケーションを改善することができ、患者ＳＡＲを低下させることができる。

より詳しくは、ＲＦ送信装置及び特にＲＦ送信コイルは、少なくともｚ方向、すなわち長手方向において、すなわちＭＲＩシステムの主磁界の方向に沿って本発明により分割される。この送信コイルは、例えば、（柔軟性のある）表面送信（／受信）コイルだけでなくボディコイルとすることができる。

模範的な実施例として、ボディコイルは、ｚ方向において３つの円筒状部分からなるものとして、以下に検討される。各部分は、当該部分（セグメント）の周囲に沿って分配された８つのコイル素子からなり、全部で２４個の個別ＲＦコイル素子を持つコイルとなる。各部分内のＲＦ素子は、コイルの半径につき対称的に設置される。これらＲＦ素子は、個々のＲＦ電力モジュールにより給電される。各モジュールは、時間に関して振幅及び位相を制御可能なアナログＲＦ信号を供給することのできる波形発生器に接続される。

かかる構成は、図１Ａ，図１Ｂ及び図１Ｃに概略的に描かれる。中央処理ユニットは、位相（又は周波数）及び振幅について時間とともに異なるものとすることができるチャネルごとの波形規定を発生する。かかる波形規定は、或る特定の滞留時間（例えば６．４μｓ）で波形コントローラによりＲＦ波形に変換される。サンプルのストリームは、個々の送信チャネルＴｘ−Ｃｈ１，Ｔｘ−Ｃｈ２，…に送られ、ディジタル・アナログ変換が行われる。

当該アナログ信号は、マルチチャネルＲＦ増幅器（又は複数のシングルＲＦ増幅器若しくはモジュール）に送られる。このＲＦ増幅器の入力における第１のマルチプレクサ又は組み合わせネットワークＭＵＸを介して、種々の又は複数のＲＦ増幅器チャネルに異なる入力を送ることができる。このようにして、種々のチャネルに対して種々の電力レベルを実現することができる。ＲＦ増幅器チャネルの数は、入力又は出力の数を超えるものとすることができ、個々のコイル素子に必要な種々の電力レベルに依存する。

出力段階において、第２のマルチプレクサ又は組み合わせネットワークＭＵＸは、増幅されたＲＦ信号をＲＦチャネル１，２，…，ｎに送るように用いられるのが好ましい。オプションとして反射電力を損失しないようＲＦ増幅器の内部及び／又は外部においてサーキュレータＣを用いることができる。

そしてＲＦ信号は、個々のコイル素子に送信／受信スイッチを介して送られる（図１Ｂ）。これらコイル素子は、送信及び受信（Ｔｘ／Ｒｘ）コイル素子又は送信コイル素子だけとすることができる。Ｔｘ／Ｒｘコイル素子の場合（図１Ｃ）、受信したＲＦ信号は、ｎ個の受信チャネルＲｘ−Ｃｈ１，…，Ｒｘ−Ｃｈｎに送られ、ＭＲＩシステムのオペレータに表示すべき画像を発生するよう処理ユニットにより処理される。

図２には、コイル素子ｅの種々の構成が示されており、円筒状ＲＦコイルは、水平のｚ座標及びコイルの円周に沿って図２の描画面に展開されるように示されている。平面の２次元ＲＦ送信装置について同じ図面を検討することができるが、当該２つの座標は、ｘ‐ｚ平面に対応する。図２では、次の態様が示される。

Ａ：ｚ方向に（模範例として）３回分割された複数素子（どの素子も個々に駆動可能、或いは個々のリング／セグメントｓ１，ｓ２，ｓ３が駆動可能、など）
Ｂ１：種々の幾何学的構成（ｚ方向におけるセグメントｓ１，ｓ２，ｓ３のシフト）
Ｂ２：セグメントｓ１，ｓ２，ｓ３は、相対的に回転される
Ｂ３：ｚ方向におけるセグメントｓ１，ｓ２，ｓ３のシフト及びセグメントｓ１，ｓ２，ｓ３は相対的に回転される
Ｃ：各単一素子ｅを個々に駆動するためのスイッチを示す
Ｄ：種々のタイプのコイル又はコイル装置（例えば回転又はループコイル、ストリップライン共振器など）

小さな体積しか励起させる必要がない場合、３つのセグメントｓ１，ｓ２，ｓ３のうちの１つに係るＲＦ送信素子だけが当該励起に使用される。したがって、コイル感度が当該素子の全長に比べてｚ方向において小さいので、より低いグローバルなＳＡＲを実現することができる。

例えば３次元空間選択可能なＲＦパルスを加速する場合、送信コイルに基づく感度エンコーディングは、個々のセグメントの使用をなす３つの空間方向（面内の２つ及びｚ方向における第３のもの）において用いられる。これにより、面内分割だけを用いるＲＦパルスに比べて低減したＳＡＲによるＲＦ波形に対してより高い加速係数及び／又はより安定した方策を見越すことができる。２次元（２Ｄ）ＲＦパルスの場合、空間における自由な角形成が可能となるとともに、パルス性能及び最小化したＳＡＲを維持することとなる。

最大低減ファクタ／加速係数を容量を満たすために用いない場合、残りの自由度をＳＡＲ低減のために用いることができ、より高い場の強度での特定の関心のものである。

さらに、標準のＲＦパルスの位相及び振幅がＢ１場の均質性を改善するよう改変される簡単なＲＦ又はＢ１調整の場合、この構成の自由度の増加による全ての斜めの方向付けのために２Ｄ／３Ｄ送信アレイを用いて良好な結果を得ることができる。

さらに、コイルの種々のセグメント又はサブセットを、実験の間に当該実験の種々の段階で用いることができる。例えば、一方のセグメントは、励起のために用いられ、他方のものは、スピンエコー実験の間の再度の焦点合わせのために用いることができ、興味深くより柔軟性の高い用途を提供する。

以下では、このような分割されたＲＦ送信装置の変形例及び種々の実施例を図２を参照して説明する。
・個々のコイル素子は、（例えば、スクリーンからの又は相互間の距離をもって）半径にわたり非対称的に空間配置される。
・スクリーン自体は、丸みを帯びていないが、楕円形であり、或いは異なる形態（例えば非対称性）をも有する。そしてこれらコイル素子は、ＲＦスクリーン内で対称的又は非対称的に分配させられるようにすることができる。
・個々のＲＦ素子は、相対的に回転又は傾斜させられることが可能である（図２Ｄ）。
・個々のＲＦ素子は、ＲＦコイル内の位置に応じて異なるサイズを有することができる。
・表面コイル送信アレイは、柔軟性のあるもの又は硬直したものとすることができるが、多チャンネルボディに代わり又は加えて用いることができる。
・ボディコイルは、送信（／受信）コイルアレイとインターリーブ化された形で又は同時性をもった形で動作可能である。例えば、検査対象の頂部において、ローカル送信コイル素子を用いることができるとともに、患者の下においてはボディコイルを用いることができる。
・１つのリング／セグメントの素子は、ｚ方向において種々の変位を有することができる（これらは特定のｚ位置において全部は位置合わせされない）（図２Ｂ）。
・様々な数の増幅器チャネルを用いることができ、例えば、ｍ個のリング／セグメントを駆動するｍチャネル、又は同時に当該ｚセグメントのうちの１つ、２つ又は複数からなるｎ個のコイル素子を駆動するｎチャネルとし、これにより、隣接又は非隣接のｚセグメントを一度にアクティブにすることができる（図２Ｃ参照）。最後に、数ｋＷピーク電力のｎ×ｍの増幅器モジュールを用いることができる（この場合、図２のｎはｎ×ｍで置き換えられなければならない）。
・スイッチマトリクスを介した異なるチャネルへの異なる電力レベルの割り当て。この態様において、電力モジュールは、患者により素子の異なる負荷を占めるように異なる方法で組み合わせられることができる。この概念は、ｚ分割されたコイル素子の幾つかには異なる電力レベルを供給する一方で、その他のものは全く駆動されないよう拡張することができる。コイルの異なる形状、位置又はスクリーンまでの距離のために、異なる電力レベルが必要となりうる。
・コイル素子は、異なるサイズ又は形状（例えばストリップ、ループなど）を有することができ、両方の組み合わせとすることもできる（図２Ｄ）。

本発明によるＲＦ送信装置は、原理的に、低強度場ないし超高強度場からの（２−ｎチャネルからの）マルチチャネルＲＦ送信システムに適用可能である。第１のケースでは、ＲＦパルス長短縮などのような用途を主たる目的とすることが可能である。対照的に、高強度場では、マルチ送信技術を全ボディシステムの技術実現のイネーブラーともされ、例えばヘッド／ボディコイルを用いた画像形成に対して画質の向上をもたらすことになる。マルチ送信技術は、ＲＦ調整、Ｔｘセンス、ＳＡＲ低減、局部励起、３Ｄパルス、ＲＦエンコーディングなどのような用途を可能にし又は改善する新しい自由度を奏する。

以上、本発明を、図面及び前述した説明において詳しく図示し説明したが、このような図示及び説明は、例示するもの又は模範的なものであって限定するものではなく、本発明は、開示した実施例に限定されるものではない。上述した本発明の実施例の変形は、添付の請求項により規定されるような本発明の範囲から外れることなく可能である。

開示した実施例の変形は、図面、開示内容及び添付請求項を検討することに基づいて、請求項記載の発明を実施する際に当業者により理解され行うことができる。「有する」なる文言は、他の要素又はステップを排除せず、単数表現は複数を排除しない。単一のプロセッサその他のユニットは、請求項に挙げられる複数のアイテムの機能を満たすことができる。或る方策が相互に異なる従属請求項に挙げられているという点自体は、これら方策の組み合わせが活用できないことを示すものではない。コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に又は他のハードウェアの一部として供給される光記憶媒体又は固体媒体のような適切な媒体において格納／配信可能であるが、インターネット又は他の有線又は無線電気通信システムによるような他の形態で配信されるようにすることもできる。請求項における参照符号は、当該範囲を限定するものとして解釈してはならない。

Claims (13)

1. ＭＲＩシステムにおける核磁気共鳴を励起するためのＲＦ場を発生するためのＲＦ送信装置であって、前記ＲＦ送信装置は、各々が複数のＲＦ送信素子を有する複数のセグメントにｚ方向に分割されるボディコイルを形成し、１つのセグメントのＲＦ送信素子は前記ｚ方向において互いに異なる位置をとり、前記ＲＦ送信素子は相互間に異なる距離を持つＲＦ送信素子を含む、ＲＦ送信装置。
2. 請求項１に記載のＲＦ送信装置であって、前記ＲＦ送信素子は前記ＲＦ送信装置内の位置に応じて異なるサイズ若しくは形状のＲＦ送信素子を含む、ＲＦ送信装置。
3. 請求項１に記載のＲＦ送信装置であって、前記ＲＦ送信素子はループコイル及び／又はストリップライン共振器の形のＲＦ送信素子を含む、ＲＦ送信装置。
4. 請求項１に記載のＲＦ送信装置であって、前記セグメントは、前記ボディコイルの円周方向に互いに対して回転される、ＲＦ送信装置。
5. 請求項１に記載のＲＦ送信装置であって、前記ＲＦ送信素子は互いに対して回転若しくは傾斜されるＲＦ送信素子を含む、ＲＦ送信装置。
6. 請求項１に記載のＲＦ送信装置であって、前記ＲＦ送信素子がスクリーンから異なる距離で空間的に配置される、ＲＦ送信装置。
7. 請求項１に記載のＲＦ送信装置であって、前記ＲＦ送信素子が前記ＲＦ送信素子を個別に駆動するためのスイッチを用いて互いに接続されるＲＦ送信素子を含む、ＲＦ送信装置。
8. 円筒状ＲＦコイルを形成する請求項１に記載のＲＦ送信装置。
9. 請求項８に記載の円筒状ＲＦコイルをその円周に沿って平面ＲＦ送信装置のｘ／ｚ平面に展開することによって形成される平面２次元ＲＦ送信アレイの形のＲＦ送信装置。
10. 柔軟な表面送信／受信コイルの形の、請求項９に記載のＲＦ送信装置。
11. 多チャンネルＲＦ送信システムであって、請求項１に記載のＲＦ送信装置の前記ＲＦ送信素子及び／又はセグメントに個別に供給するためのＲＦ送信信号を発生するための複数のＲＦ波形発生器及びＲＦ増幅器を有するシステム。
12. 磁気共鳴画像システムであって、請求項１に記載のＲＦ送信装置及び／又は請求項１１に記載の多チャンネルＲＦ送信システムを有するシステム。
13. 請求項１に記載のＲＦ送信装置によりＲＦ場を発生するための方法であって、前記送信素子及び／又は前記セグメントが、所望パターンのＲＦ場を発生するために個別に制御又は駆動される、方法。

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