特許 6166232 磁気共鳴制御シーケンスの決定

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6166232

(24)【登録日】2017年6月30日

(45)【発行日】2017年7月19日

(54)【発明の名称】磁気共鳴制御シーケンスの決定

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/055 20060101AFI20170710BHJP

【ＦＩ】

   A61B5/05 311

   A61B5/05 370

【請求項の数】15

【全頁数】33

(21)【出願番号】特願2014-154078(P2014-154078)

(22)【出願日】2014年7月29日

(65)【公開番号】特開2015-27460(P2015-27460A)

(43)【公開日】2015年2月12日

【審査請求日】2017年3月28日

(31)【優先権主張番号】10 2013 214 867.4

(32)【優先日】2013年7月30日

(33)【優先権主張国】DE

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】390039413

【氏名又は名称】シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト

【氏名又は名称原語表記】Ｓｉｅｍｅｎｓ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ

(74)【代理人】

【識別番号】100075166

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 巖

(74)【代理人】

【識別番号】100133167

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 浩

(72)【発明者】

【氏名】アルト シュテンマー

【審査官】 亀澤 智博

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６２−０８８９４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０２１６９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１７７２４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−００９５７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−２８９５３６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｂ ５／０５５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

検査対象（Ｏ）内の限定された回転対称の励起プロファイル（ＥＰ）を励起するために、少なくとも２つの空間方向（ｘ−ｙ）において選択的に作用するパルス配列（ＰＡ，ＰＡ’，ＰＡ”）を有する磁気共鳴制御シーケンス（ＡＳ）の決定方法であって、
前記パルス配列（ＰＡ，ＰＡ’，ＰＡ”）のＲＦ励起パルス（ＲＦＥ，ＲＦＥ’，ＲＦＥ”）が一連の複数のＲＦ部分パルス（ＲＦ_１，ＲＦ_２，ＲＦ_３，…，ＲＦ_n，…，ＲＦ_８）を含み、それらの一連のＲＦ部分パルス（ＲＦ_１，ＲＦ_２，ＲＦ_３，…，ＲＦ_n，…，ＲＦ_８）に並列に両空間方向（ｘ−ｙ）の傾斜磁場パルス（ＧＰ_ｘ，ＧＰ_ｙ，ＧＰ_ｘ’，ＧＰ_ｙ’，ＧＰ_ｘ”，ＧＰ_ｙ”）は、異なるＲＦ部分パルス（ＲＦ_１，ＲＦ_２，ＲＦ_３，…，ＲＦ_n，…，ＲＦ_８）へのＲＦエネルギー導入が送信ｋ空間（Ｓ_ｋ）においてそれぞれ互いに同心の円形のｋ空間送信軌道（ＴＲ_１，ＴＲ_２，ＴＲ_３，…，ＴＲ_８）上で行われるように調整されて印加され、
前記ＲＦ部分パルス（ＲＦ_１，ＲＦ_２，ＲＦ_３，…，ＲＦ_n，…，ＲＦ_８）のＲＦ包絡線の振幅（ｂ_１）は、１つの円形のｋ空間軌道（ＴＲ_１，ＴＲ_２，ＴＲ_３，…，ＴＲ_８）の通過時間（Ｔ，Ｔ_１，Ｔ_２，Ｔ_３，…，Ｔ_n，…，Ｔ_８）の期間中に一定である、磁気共鳴制御シーケンスの決定方法。

【請求項2】

異なるＲＦ部分パルス（ＲＦ_１，ＲＦ_２，ＲＦ_３，…，ＲＦ_n，…，ＲＦ_８）について円形のｋ空間軌道（ＴＲ_１，ＴＲ_２，ＴＲ_３，…，ＴＲ_８）の通過時間（Ｔ）が等しい長さである、請求項１記載の方法。

【請求項3】

異なるＲＦ部分パルス（ＲＦ_１，ＲＦ_２，ＲＦ_３，…，ＲＦ_n，…，ＲＦ_８）について円形のｋ空間軌道（ＴＲ_１，ＴＲ_２，ＴＲ_３，…，ＴＲ_８）の通過時間（Ｔ_１，Ｔ_２，Ｔ_３，…，Ｔ_n，…，Ｔ_８）がそれぞれ個別に決定される、請求項１または２記載の方法。

【請求項4】

傾斜磁場パルス（ＧＰ_ｘ，ＧＰ_ｙ，ＧＰ_ｘ’，ＧＰ_ｙ’，ＧＰ_ｘ”，ＧＰ_ｙ”）が予め与えられた最大傾斜磁場上昇速度を上回らないように、円形のｋ空間軌道（ＴＲ_１，ＴＲ_２，ＴＲ_３，…，ＴＲ_８）の通過時間（Ｔ_１，Ｔ_２，Ｔ_３，…，Ｔ_n，…，Ｔ_８）が最大の大きさに選ばれる、請求項１乃至３の１つに記載の方法。

【請求項5】

時間的に隣接する２つのＲＦ部分パルス（ＲＦ_１，ＲＦ_２，ＲＦ_３，…，ＲＦ_n，…，ＲＦ_８）に割り当てられる同心の円形のｋ空間送信軌道（ＴＲ_１，ＴＲ_２，ＴＲ_３，…，ＴＲ_８）が送信ｋ空間（Ｓ_ｋ）において逆向きに通過されるように、傾斜磁場パルス（ＧＰ_ｘ”，ＧＰ_ｙ”）が構成されている、請求項１乃至４の１つに記載の方法。

【請求項6】

円形のｋ空間送信軌道（ＴＲ_１，ＴＲ_２，ＴＲ_３，…，ＴＲ_８）が送信ｋ空間（Ｓ_ｋ）において等間隔リングを形成するように、傾斜磁場パルス（ＧＰ_ｘ，ＧＰ_ｙ，ＧＰ_ｘ’，ＧＰ_ｙ’，ＧＰ_ｘ”，ＧＰ_ｙ”）が構成されている、請求項１乃至５の１つに記載の方法。

【請求項7】

同心の円形のｋ空間送信軌道（ＴＲ_１，ＴＲ_２，ＴＲ_３，…，ＴＲ_８）が、共通な中心方向に向かって互いに小さくなる半径方向間隔（Δｋｒ_１，Δｋｒ_２，Δｋｒ_３，…）を有するリングを形成するように、傾斜磁場パルスが構成されている、請求項１乃至６の１つに記載の方法。

【請求項8】

同心の円形のｋ空間送信軌道（ＴＲ_１，ＴＲ_２，ＴＲ_３，…，ＴＲ_８）の個数（Ｎ）が、第１側部励起（ＳＬ）の間隔（Ｓ_ＳＬ）と励起プロファイル（ＥＰ）の直径（ｄ）との比に応じて選ばれる、請求項１乃至７の１つに記載の方法。

【請求項9】

円筒形の励起プロファイル（ＥＰ）内の目標フリップ角が、円筒形の励起プロファイル（ＥＰ）の円筒軸からの半径方向間隔に関係するように、ＲＦ部分パルス（ＲＦ_１，ＲＦ_２，ＲＦ_３，…，ＲＦ_n，…，ＲＦ_８）の包絡線の振幅が決定される、請求項１乃至８の１つに記載の方法。

【請求項10】

円筒形の励起プロファイル（ＥＰ）内の目標フリップ角がほぼ一定であるように、ＲＦ部分パルス（ＲＦ_１，ＲＦ_２，ＲＦ_３，…，ＲＦ_n，…，ＲＦ_８）の包絡線の振幅が決定される、請求項１乃至９の１つに記載の方法。

【請求項11】

先ず請求項１乃至１０の１つに記載の方法において磁気共鳴制御シーケンス（ＡＳ）を決定し、次にこの磁気共鳴制御シーケンス（ＡＳ）を利用して磁気共鳴システム（１）を動作させる、磁気共鳴システム（１）の動作方法。

【請求項12】

請求項１１記載の方法を用いて傾斜磁場遅れ時間を複数回変更して磁気共鳴システム（１）を動作させて磁気共鳴画像データ（ＢＤ）が作成され、これらの磁気共鳴画像データ（ＢＤ）の解析に基づいて傾斜磁場遅れ時間に関して磁気共鳴システム（１）の調整および／または較正が行われる、磁気共鳴システム（１）の調整および／または較正方法。

【請求項13】

検査対象（Ｏ）内において限定されて励起される回転対称の励起プロファイル（ＥＰ）の空間的な広がりを規定する励起プロファイルデータ（ｄ）を取得する入力インターフェース装置（２３）と、
前記励起プロファイル（ＥＰ）を励起するために、少なくとも２つの空間方向（ｘ，ｙ）に選択的に作用する少なくとも１つのパルス配列（ＰＡ，ＰＡ’，ＰＡ”）を決定するパルス配列決定ユニット（２６）とを備え、磁気共鳴制御シーケンス（ＡＳ）を決定するための制御シーケンス決定装置（２２）であって、
前記パルス配列（ＰＡ，ＰＡ’，ＰＡ”）のＲＦ励起パルス（ＲＦＥ，ＲＦＥ’，ＲＦＥ”）は、該ＲＦ励起パルス（ＲＦＥ，ＲＦＥ’，ＲＦＥ”）が一連の複数のＲＦ部分パルス（ＲＦ_１，ＲＦ_２，ＲＦ_３，…，ＲＦ_n，…，ＲＦ_８）を含み、かつ、それらの一連のＲＦ部分パルス（ＲＦ_１，ＲＦ_２，ＲＦ_３，…，ＲＦ_n，…，ＲＦ_８）に並列に両空間方向（ｘ，ｙ）の傾斜磁場パルス（ＧＰ_ｘ，ＧＰ_ｙ，ＧＰ_ｘ’，ＧＰ_ｙ’，ＧＰ_ｘ”，ＧＰ_ｙ”）が、異なるＲＦ部分パルス（ＲＦ_１，ＲＦ_２，ＲＦ_３，…，ＲＦ_n，…，ＲＦ_８）へのＲＦエネルギー導入が送信ｋ空間（Ｓ_ｋ）においてそれぞれ互いに同心の円形のｋ空間送信軌道（ＴＲ_１，ＴＲ_２，ＴＲ_３，…，ＴＲ_８）上で行われるように調整されて印加されるように決定され、
前記ＲＦ部分パルス（ＲＦ_１，ＲＦ_２，ＲＦ_３，…，ＲＦ_n，…，ＲＦ_８）の包絡線の振幅（ｂ_１）は、それぞれ１つの円形のｋ空間軌道（ＴＲ_１，ＴＲ_２，ＴＲ_３，…，ＴＲ_８）の通過時間（Ｔ，Ｔ_１，Ｔ_２，Ｔ_３，…，Ｔ_n，…，Ｔ_８）の期間中に一定である、制御シーケンス決定装置。

【請求項14】

高周波送信装置（５，１２）と、傾斜磁場システム（４）と、予め与えられた磁気共鳴制御シーケンス（ＡＳ）に基づいて所望の測定を実施するべく高周波パルスシーケンス（ＲＦＳ）を送出すると共にそれに連系して傾斜磁場システムを介して傾斜磁場パルスシーケンス（ＧＳ）を送出するように構成されている制御装置（１５）と、磁気共鳴制御シーケンス（ＡＳ）を決定してその磁気共鳴制御シーケンスを制御装置（１０）に伝送するために請求項１３記載の制御シーケンス決定装置（２２）とを有する、磁気共鳴システム（１）。

【請求項15】

プログラムが制御シーケンス決定装置（２２）において実行される際に請求項１乃至１１の１つに記載の方法の全てのステップを実行するためのプログラムコード部分を備え、制御シーケンス決定装置（２２）の記憶装置に直接にロード可能であるコンピュータプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、検査対象内の限定された回転対称の励起プロファイル（excitation profile）を励起するために、少なくとも２つの空間方向に選択的に作用するパルス配列を有する磁気共鳴制御シーケンスの決定方法に関する。更に、本発明は、このような磁気共鳴制御シーケンスによる磁気共鳴システムの動作方法、このような方法を利用した磁気共鳴システムの較正方法、このような磁気共鳴制御シーケンスを決定する制御シーケンス決定装置、この種の制御シーケンス決定装置を有する磁気共鳴システムに関する。

【背景技術】

【0002】

磁気共鳴装置とも呼ばれる磁気共鳴トモグラフィ装置においては、一般に被検体が、例えば１、５、３または７テスラの比較的高いできるだけ均一な静磁場（Ｂ_０磁場）に曝される。さらに傾斜磁場システムにより傾斜磁場が印加される。高周波送信システムを介して適切なアンテナ装置により、高周波励起信号（ＲＦ信号、またはＲＦ励起パルスもしくは略してＲＦパルス）が送出され、これは、この高周波磁場（Ｂ_１磁場）により共鳴励起される特定の原子の核スピンを、静磁場の磁力線に対して定められたいわゆる「フリップ角」だけ傾けようとするものである。核スピンが緩和される際に高周波信号、いわゆる磁気共鳴信号が放射され、これが適切な受信アンテナにより受信されて、後処理される。このようにして取得された生データから、最終的に所望の画像データが再構成される。

【0003】

特定の測定のためには、送出されるべき高周波パルスシーケンスと、それに協調して切り替えられる傾斜磁場パルスシーケンス（スライス選択方向、位相エンコード方向および読み出し方向の適切な傾斜磁場パルスを含む）とを有するパルスシーケンスが送出されるべきである。画像化のためには、特にシーケンス内でのタイミングが重要である。即ち、どんな時間的間隔でどのパルスが相前後して続くかが重要である。一般には、多数の制御パラメータ値がいわゆる測定プロトコルにおいて規定されている。その測定プロトコルは、事前に作成しておき、特定の測定のために、例えば記憶装置から呼び出し、場合により操作者により現場で変更することができる。操作者は、例えば測定されるべきスライスのスタックの定められたスライス間隔、スライス厚等のような付加的なパラメータ値を予め設定することができる。これらの全ての制御パラメータ値に基づいて磁気共鳴制御シーケンス、つまりパルスシーケンスが算出される。

【0004】

古典的な方法では、対象内部の画像の取得がスライスごとに行われる。その都度選択的に１つのかなり薄い、一般には１〜５ｍｍの扁平な断層（スライス）が励起される。このような選択励起は、高周波励起パルスに協調してスライス選択方向の傾斜磁場が印加されることによって行われる。励起する高周波パルスと付属の傾斜磁場とからなるこのようなパルス配列によって、共鳴条件がスライス選択方向に対して垂直な１つのスライスにおいてのみ満たされることが達成される。その際に、励起されたスライスの厚み（スライス厚）は、スライス選択傾斜磁場の振幅と、高周波パルスの周波数バンド幅とによって決定される。高周波磁場のキャリア周波数のシフト（ずらし）によって、励起されるスライスが、スライス選択方向に沿って移動される。この１次元選択性のＲＦパルスの選択ボリュームは、スライス平面に対して垂直な方向にのみ空間的に限定される。しばしば、このスライス選択方向は、いわゆるｚ軸に平行に、即ちトモグラフィ装置の長手軸に平行に向けられ、つまりトモグラフィ装置内にいる患者の長手軸にも平行に向けられている。１つのスライス内での空間エンコーディングは、第１の方向（大抵はｙ方向）の位相エンコーディングと、第２の方向（大抵はｘ方向）の読み出しエンコーディングとによって行われる。このようにして、生データが登録される２次元の空間周波数空間、いわゆるｋ空間が満たされる。それから２次元のフーリエ変換によって、そのスライスの画像が生じる。

【0005】

更に、そうこうするうちに多次元選択性のＲＦパルスが知られるに至った。２次元選択性のＲＦパルスは、例えば１つの長い棒または円筒を選択することができ、その棒または円筒は、棒軸に垂直な２つの方向においてもしくは円筒軸に垂直な半径方向において空間的に限定されている。３次元選択性のＲＦパルスは、例えば３つの全ての空間方向において限定されている１つの個別ボクセルを励起する。

【0006】

これらの多次元のＲＦパルスの第１の重要な適用例は、いわゆる「内部ボリュームイメージング」である。この場合には励起パルスとして多次元のＲＦパルスが使用される。その限定された励起ボリュームは、折り返しアーチファクト（エイリアシングアーチファクト）をもたらすことなく、視野（英語の“field of view”を略してＦｏＶ）を検査対象よりも小さく選ぶことを可能にする。多次元のＲＦパルスの第２の重要な適用例はいわゆる「ナビゲータ技術」である。この場合には、２次元選択性のＲＦパルスにより、例えばダイアフラムエッジによって円筒形の棒が励起され（いわゆるペンシルビーム励起）、これに続き呼吸運動を検出するために円筒軸に沿った１次元情報が読み出される。このために円筒形の棒の励起およびデータ取得が１つのイメージングシーケンス内の異なる時間部分において繰り返し行われる。これは、運動に同期してすぐさまデータ取得を行うためであり、あるいは生データもしくはそれから再構成された画像データを１つの運動位相または位置に割り当てるか、それらのデータを補正するかのいずれか一方または両方を行うためである。

【0007】

２次元選択性のＲＦパルスもしくはパルス配列は、ＲＦ照射の期間中に時間的に変化する選択傾斜磁場（即ち、適切な傾斜磁場パルス）をＲＦパルスの２つの選択方向に沿って印加することによって実現される。これらの選択傾斜磁場は送信ｋ空間内の軌道を表し、その軌道は、以下において「送信ｋ空間軌道」または略して単に「軌道」と呼ぶ。この送信ｋ空間軌道は、ＲＦ励起エネルギーをどのｋ空間範囲に与えるかを決定する。送信ｋ空間の選択された軌道に適合した時間関数としてＲＦパルスのＢ_１磁場の位相および包絡線（振幅）を選択することによって、画像空間、即ちジオメトリ空間において正確に規定された空間選択ボリューム（励起プロファイルとも呼ばれる）を実現することができる。

【0008】

実際には２次元選択性のＲＦパルスの設計時に従来は、（英語の“Echo Planar Imaging”を略してＥＰＩと呼ばれるエコープラナー技術における読み出し傾斜磁場に応じた）ＥＰＩ軌道と、同様にそれらの読み出し傾斜磁場から知られているスパイラル軌道とが使用される。好ましくは内部ボリュームイメージングのためのＥＰＩ軌道と、とりわけ前述のペンシルビーム励起のためのスパイラル軌道とが使用される。

【0009】

多次元ＲＦパルスを実現する際における既知の実用上の問題は、いわゆる傾斜磁場遅れ時間（英語：gradient delay time）にある。これらの遅れ時間は、指令された傾斜磁場形状と実際に印加された傾斜磁場との間に時間的な偏差を生じる。従って、傾斜磁場印加と同時に照射される時間的に変化するＲＦパルス形状が、その傾斜磁場に適合せず、所望の励起ボリュームからのゆがみおよび偏差を生じる。これらの遅れ時間の原因は、傾斜磁場コイルシステムのシステム不完全性と、渦電流によって誘起される付加的な傾斜磁場とにある。一般に、少なくとも２つの関与する傾斜磁場コイルにとって遅れ時間は異なっている。より詳細な論議が刊行物記事に開示されている（例えば、非特許文献１参照）。

【0010】

１次元選択性のＲＦパルスの場合に、選択傾斜磁場は一般に一定である。従って、遅れ時間によって、この場合には照射の開始および終端の部分でのみ、Ｂ_１パルス形状と実際に印加される傾斜磁場との間に偏差が生じる。これらの時間インターバルで導入されるＲＦエネルギーは通常どっちみち僅かであるので、この場合に傾斜磁場遅れ時間は、深刻さはなく、つまり選択プロファイルには僅かしか影響しない。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0011】

【非特許文献1】Peter Boernert, Bernd Adefeld，“On spatially selective RF excitation”，MAGMA 7 (1998)，p.166〜178

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

本発明の課題は、回転対称の励起プロファイルの２次元選択励起時の傾斜磁場遅れ時間による上述の問題が回避または少なくとも低減できる冒頭に述べた形式の磁気共鳴制御シーケンスの決定方法およびこれに対応する制御シーケンス決定装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0013】

この課題は、本発明によれば、検査対象内の限定された回転対称の励起プロファイルを励起するために、少なくとも２つの空間方向において選択的に作用するパルス配列を有する磁気共鳴制御シーケンスの決定方法であって、
前記パルス配列のＲＦ励起パルスが一連の複数のＲＦ部分パルスを含み、それらの一連のＲＦ部分パルスに並列に両空間方向の傾斜磁場パルスは、異なるＲＦ部分パルスへのＲＦエネルギー導入が送信ｋ空間においてそれぞれ互いに同心の円形のｋ空間送信軌道上で行われるように調整されて印加され、
前記ＲＦ部分パルスのＲＦ包絡線の振幅は、１つの円形のｋ空間軌道の通過時間の期間中に一定である、
磁気共鳴制御シーケンスの決定方法によって解決される（請求項１）。
前述の課題は、本発明によれば、検査対象内において限定されて励起される回転対称の励起プロファイルの空間的な広がりを規定する励起プロファイルデータを取得する入力インターフェース装置と、
前記励起プロファイルを励起するために、少なくとも２つの空間方向に選択的に作用する少なくとも１つのパルス配列を決定するパルス配列決定ユニットとを備え、磁気共鳴制御シーケンスを決定するための制御シーケンス決定装置であって、
前記パルス配列のＲＦ励起パルスは、該ＲＦ励起パルスが一連の複数のＲＦ部分パルスを含み、かつ、それらの一連のＲＦ部分パルスに並列に両空間方向の傾斜磁場パルスが、異なるＲＦ部分パルスへのＲＦエネルギー導入が送信ｋ空間においてそれぞれ互いに同心の円形のｋ空間送信軌道上で行われるように調整されて印加されるように決定され、
前記ＲＦ部分パルスの包絡線の振幅は、それぞれ１つの円形のｋ空間軌道の通過時間の期間中に一定である、制御シーケンス決定装置によっても解決される（請求項１３）。
なお、磁気共鳴制御シーケンスの決定方法に関する本発明の実施態様は次の通りである。
・異なるＲＦ部分パルスについて円形のｋ空間軌道の通過時間が等しい長さである（請求項２）。
・異なるＲＦ部分パルスについて円形のｋ空間軌道の通過時間がそれぞれ個別に決定される（請求項３）。
・傾斜磁場パルスが予め与えられた最大傾斜磁場上昇速度を上回らないように、円形のｋ空間軌道の通過時間が最大の大きさに選ばれる（請求項４）。
・時間的に隣接する２つのＲＦ部分パルスに割り当てられる同心の円形のｋ空間送信軌道が送信ｋ空間において逆向きに通過されるように、傾斜磁場パルスが構成されている（請求項５）。
・円形のｋ空間送信軌道が送信ｋ空間において等間隔リングを形成するように、傾斜磁場パルスが構成されている（請求項６）。
・同心の円形のｋ空間送信軌道が、共通な中心方向に向かって互いに小さくなる半径方向間隔を有するリングを形成するように、傾斜磁場パルスが構成されている（請求項７）。
・同心の円形のｋ空間送信軌道の個数が、第１側部励起の間隔と励起プロファイルの直径との比に応じて選ばれる（請求項８）。
・円筒形の励起プロファイル内の目標フリップ角が、好ましくはガウス状に、円筒形の励起プロファイルの円筒軸からの半径方向間隔に関係するように、ＲＦ部分パルスの包絡線の振幅が決定される（請求項９）。
・円筒形の励起プロファイル内の目標フリップ角がほぼ一定であるように、ＲＦ部分パルスの包絡線の振幅が決定される（請求項１０）。
さらに、本発明によれば、先ず本発明による磁気共鳴制御シーケンスの決定方法において磁気共鳴制御シーケンスを決定し、次にこの磁気共鳴制御シーケンスを利用して磁気共鳴システムを動作させる、磁気共鳴システムの動作方法が提案される（請求項１１）。
さらに、本発明による磁気共鳴システムの動作方法を用いて傾斜磁場遅れ時間を複数回変更して磁気共鳴システムを動作させて磁気共鳴画像データが作成され、これらの磁気共鳴画像データの解析に基づいて傾斜磁場遅れ時間に関して磁気共鳴システムの調整および／または較正が行われる、磁気共鳴システムの調整および／または較正方法も提案される（請求項１２）。
さらにまた、本発明によれば、高周波送信装置と、傾斜磁場システムと、予め与えられた磁気共鳴制御シーケンスに基づいて所望の測定を実施するべく高周波パルスシーケンスを送出すると共にそれに連系して傾斜磁場システムを介して傾斜磁場パルスシーケンスを送出するように構成されている制御装置と、磁気共鳴制御シーケンスを決定してその磁気共鳴制御シーケンスを制御装置に伝送するために本発明による制御シーケンス決定装置とを有する磁気共鳴システムが提案される（請求項１４）。
さらに、プログラムが制御シーケンス決定装置において実行される際に本発明による磁気共鳴制御シーケンスの決定方法の全てのステップを実行するためのプログラムコード部分を備え、制御シーケンス決定装置の記憶装置に直接にロード可能であるコンピュータプログラムつまりコンピュータプログラム製品も提案される（請求項１５）。

【0014】

本発明による方法においては、上述のように、検査対象内の限定された回転対称の励起プロファイル（「励起ボリューム」とも呼ばれる）を励起するために、少なくとも２つの特に互いに直交する空間方向において選択的に作用するパルス配列を有する磁気共鳴制御シーケンスが決定される。このパルス配列は、一連の複数の分離した、即ち時間的に互いに隔てられたＲＦ部分パルスを含む２次元選択性のＲＦ励起パルスを有する。このパルス配列は、所望の選択作用を得るために、それらの一連のＲＦ部分パルスに並列に、次の如き傾斜磁場パルス、即ち、異なる部分ＲＦパルスへのＲＦエネルギー導入（即ち、ＲＦエネルギー付与もしくはＲＦエネルギーデポジション）が、送信ｋ空間内で見て、それぞれ互いに同心の円形のｋ空間送信軌道上で行われるように調整されて両空間方向に印加される傾斜磁場パルスを含む。即ち、個々のＲＦ部分パルスには、それぞれ１つの固有の円形の送信軌道（以下において「リング軌道」とも呼ぶ）が割り当てられており、これらのリング軌道は、傾斜磁場の空間方向に付属するｋ空間方向によって定められる１つの平面内で互いに同心である。（振幅変調された）ＲＦ部分パルスの包絡線の振幅（以下においてｂ_１振幅とも呼ぶ）は、それぞれ付属のリング軌道の通過時間の期間中（即ち、１つのＲＦ部分パルスのＲＦ照射の持続時間Ｔの期間中）に一定である。

【0015】

この軌道形状を得るために、静的な少なくともほぼ均一のＢ_０磁場には、時間インターバルＴ、即ち送信軌道の各円軌道上での回転時間もしくはＲＦ部分パルスの送信時間の期間中に、その都度１つの第１の傾斜磁場部分パルス（つまり第１の傾斜磁場）と同時に、第２の傾斜磁場部分パルス（つまり第２の傾斜磁場）が重畳される。第１の傾斜磁場は、時間インターバルＴの期間中に正弦波状に周期Ｔにて振動する振幅と、励起ボリュームのシステム軸に対して垂直な方向とを有する。第２の傾斜磁場は、時間インターバルＴの期間中に余弦波状に周期Ｔにて振動する振幅と、システム軸および第１の傾斜磁場の方向に対して垂直な方向とを有する。

【0016】

基本的に、このようなＲＦ部分パルスは、米国特許第４８１２７６０号明細書に記載されている空間選択性の反転パルスもしくはリフォーカスパルス（「Πパルス」）と同様に構成されており、この反転パルスもしくはリフォーカパルスは、矩形の包絡線と、第１の傾斜磁場方向に沿った正弦波状の傾斜磁場波形ならびに第２の傾斜磁場方向に沿った余弦波状の傾斜磁場波形とを有する。もちろん、このような「Πパルス」によっては十分な空間的位置確定は達成できない。本発明に従って、１つの空間選択性のＲＦパルスを、互いに同心のリング軌道上における複数の、即ち少なくとも２つの、しかし格別に好ましくはそれよりも多い数のＲＦ部分パルスから構成することによってはじめて、所望の円筒対称な励起プロファイルを選択的に励起することができる。

【0017】

本発明に従って選択励起のために、今やＥＰＩ軌道またはスパイラル軌道の代わりに、複数の同心のリング軌道が選択され、後で更に明らかにするように、その都度１つのリング軌道を通過する期間中はＢ_１振幅が一定であり得ることによって、１次元選択性のＲＦパルス（時間的に変化するＢ_１振幅の場合には一定の傾斜磁場振幅を有する）と同様に、傾斜磁場遅れ時間の存在にも拘わらず、選択プロファイルの際立ったロバスト性が達成される。

【0018】

ここで既に指摘しておくに、パルス配列は多数の他のＲＦパルスおよび傾斜磁場パルスを有することができ、選択励起するパルスであってもよい。従って、全ての部分パルスが同心のリング軌道上にある必要はない。例えば、空間選択的に作用するパルス列は、なおも付加的に、スパイラル軌道上にあるＲＦパルスを有することもできる。特に、例えば、（高速の）スパイラル軌道を用いてｋ空間の外側領域を励起し、（正確な）本発明による同心のリング軌道を用いてｋ空間の内側領域を励起することが可能である。

【0019】

このような磁気共鳴制御シーケンスを決定する本発明による制御シーケンス決定装置は、検査対象内において限定されて励起される回転対称の励起プロファイルを規定する励起プロファイルデータを取得するために少なくとも１つの入力インターフェース装置を必要とする。これらの励起プロファイルデータは、例えば、回転対称の励起プロファイルの位置データ、例えば回転軸の位置もしくは姿勢、ならびに励起されるボリュームの直径である。入力インターフェース装置は、例えば、このような位置データを手動入力するためのユーザインターフェースであってよいが、特に、所望の励起プロファイルを検査対象の表示された画像データ、例えばトポグラム内に記入するもしくは他の方法によりマーキングするためのグラフィカルユーザインターフェースであるとよい。代替または追加として、入力インターフェース装置は、検査対象のための（例えばナビゲータ適用のための）適切な励起プロファイルデータを自動的に発生する装置を有するか、または、適切な装置または記憶装置から呼び出すための装置を有するとよい。

【0020】

更に、制御シーケンス決定装置は、正確に規定かつ限定して入力インターフェース装置により予め与えられた励起プロファイルを励起するために、本発明に従って少なくとも２つの空間方向において選択的に作用する少なくとも１つのパルス配列を決定するためのパルス配列決定ユニットを必要とする。このパルス配列決定ユニットは、ＲＦ励起パルスが一連の複数のＲＦ部分パルスを含み、かつ、異なるＲＦ部分パルスへのＲＦエネルギー導入が送信ｋ空間においてそれぞれ互いに同心の円形のｋ空間送信軌道（リング軌道）上で行われ、その際にＲＦ部分パルスの包絡線の振幅がそれぞれ１つのリング軌道の通過時間の期間中に一定であるように前記一連のＲＦ部分パルスに並列に両空間方向の傾斜磁場パルスが調整されて印加されるように、パルス配列のＲＦ励起パルスを決定する。

【0021】

更に、制御シーケンス決定装置は、制御シーケンスを磁気共鳴トモグラフィシステムの他の制御ユニットに伝送するために、適切な制御シーケンス出力インターフェースを有する。この制御シーケンス出力インターフェースは、例えば、そのシーケンスを磁気共鳴制御部に伝送し、それにより直接に測定を制御するインターフェースであってよいが、しかしデータをネットワークにより送信するか、後での使用のために記憶装置に保存するかのいずれか一方または両方を行うインターフェースであってもよい。

【0022】

本発明による磁気共鳴システムは、ＲＦパルスを送信する高周波送信装置のほかに、必要な傾斜磁場を印加する傾斜磁場システムと、制御装置とを有する。この制御装置は、予め与えられた磁気共鳴制御シーケンスに基づいて所望の測定を実行するために、高周波パルストレイン（即ち、複数のＲＦパルス）を送出し、これと協調をとって傾斜磁場システムを介して傾斜磁場パルストレイン（即ち、付属の複数の傾斜磁場パルス）を送出するように構成されている。更に、磁気共鳴システムは、本発明による方法にて制御シーケンスを決定してこれを制御装置に伝送するために、上述の制御シーケンス決定装置を有する。

【0023】

従って、本発明による磁気共鳴システムの動作方法では、上述の方法に基づいて制御シーケンスが決定され、その制御シーケンスの使用により磁気共鳴システムが動作させられる。

【0024】

付加的に、後で更に試験測定に基づいて説明するように、本発明による制御方法は、傾斜磁場遅れ時間に関して磁気共鳴システムの調整および／または較正を行う方法の範囲内でも有利に使用できる。このために、例えば本発明による方法により傾斜磁場遅れ時間を作為的に複数回変更することにより、即ち各個別の測定時にさまざまに設定される傾斜磁場遅れ時間で、磁気共鳴システムを制御し、すなわち動作させることができる。その都度、磁気共鳴画像データ、例えば特定の励起プロファイルの簡単な断層画像が生成される。その特定の励起プロファイルは、検査対象内、または、調整測定および／または較正測定に用いられるファントム等内の完全に特定された個所に存在しなければならない。この繰り返しの測定の際には、何度も繰り返して同じ励起プロファイルが励起されることが好ましい。これらの磁気共鳴画像データの解析に基づいて、傾斜磁場遅れ時間に関する磁気共鳴システムの所望の調整もしくは較正を行うことができる。この解析は、特に、例えば光学的に操作者によって、操作者が異なる撮像間で傾斜磁場遅れ時間を常に変更し、その際に画像データ内で光学的に、励起プロファイルが所望の個所に存在するか否かをチェックすることにより行うことができる。これらの調整測定および／または較正測定は、測定された励起プロファイルが正確に所望の位置に存在し、従って、システム内在性の（最初は既知でない）遅れ時間が正確に補償されるまで、傾斜磁場遅れ時間を変更しながら繰り返される。それによって決定された遅れ時間はプロトコル化され、例えば更なる測定時に考慮される。

【0025】

制御シーケンス決定装置の主要部分はソフトウェア構成要素として構成されるとよい。これは、特にパルス配列決定ユニットに関係する。同様に、上述のインターフェースは、少なくとも部分的にソフトウェアとして構成されているとよく、同様に既存のコンピュータのハードウェアインターフェースを使用できる。従って、本発明は、プログラムが制御シーケンス決定装置において実行される際に本発明による方法の全てのステップを実行するべく制御シーケンス決定装置の記憶装置内にロード可能であるプログラムコード部分を有するコンピュータプログラムつまりコンピュータプログラム製品も含む。このようなソフトウェアによる実現は、本発明による方法において最適化された制御シーケンスを決定するために、制御シーケンスの決定に使用される従来装置も、適切にプログラムを実行可能にすることによって部分変更できる利点を有する。

【0026】

従属請求項ならびに以下の説明は、格別に有利な本発明の発展形態および実施形態を含んでいる。特に、１つのカテゴリの請求項を他の請求カテゴリの従属請求項と類似させて発展的に構成することも可能であり、異なる実施例の特徴を他の実施例の構成に組み合わせることもできる。

【0027】

個々のリング軌道上でのＲＦ部分パルスの正確な構成のために種々の可能性がある。この場合に考えられ得るパラメータは、１つのリング軌道を通過するに必要な時間である。

【0028】

第１の実施例では、１つの円形のリング軌道に沿って作用するＲＦ励起パルスの少なくとも２つの異なるＲＦ部分パルスについて、極端な場合には全てのＲＦ部分パルスについて、円形のリング軌道の通過時間が等しい長さであるようにされる。これは非常に簡単に実現できる。この手法は、２次元のスパイラルパルスの場合（即ち、ｋ空間内でのスパイラル軌道に沿ったＲＦパルスの送信の場合）の一定の角速度に類似する。

【0029】

代替実施例の場合、ＲＦ部分パルスおよび付属の傾斜磁場パルスは、少なくとも２つの異なるＲＦ部分パルスについて円形のｋ空間軌道の通過時間がそれぞれ個別に決定されるように、すなわち異なるＲＦ部分パルスが特に異なる長さであるように構成されている。動作時間の個別化によって、ＲＦパルス励起パルスの全時間が最小化されかつそれにも拘らず、例えば傾斜磁場パルスの最大許容スルーレート（最大許容傾斜磁場上昇速度）および／または最大許容傾斜磁場振幅のような限界条件が確実に維持されるかぎり、シーケンスの最適化が可能である。

【0030】

これを達成するために、傾斜磁場パルスが予め与えられた最大スルーレートを（正に）上回らないように、好ましくは、各ＲＦ部分パルスの円形のｋ空間軌道の通過時間が短く選ばれるとよい。これは、一定の傾斜磁場上昇速度を有するスパイラル状の励起にほぼ類似する。

【0031】

異なるＲＦ部分パルスのパルス時間が等しい長さであるかまたは個別に設定されるかに関係なく、ＲＦ部分パルスの包絡線の振幅（即ち、ｂ_１振幅）は、円形の送信軌道の持続時間の期間中にそれぞれ一定に保たれて、個別に確定されているとよい。即ち、複数のＲＦ部分パルスは特に異なるｂ_１振幅を有することができる。

【0032】

特に高速のＲＦ励起パルスを得るために、即ち全ての同心のリング軌道の全通過時間をできるだけ短くするために、傾斜磁場パルスは、２つの時間的に隣接するＲＦ部分パルスに割り当てられた同心の円形のｋ空間送信軌道が送信ｋ空間において逆方向に通過されるように構成されているのが好ましい。即ち、例えば第１のリング軌道が時計方向に通過され、次に隣接するリング軌道が反時計方向に通過され、次の次に隣接するリング軌道が時計方向に通過されるようにされる。更に後で示すように、この実施例の場合には、個々のＲＦ部分パルスの前後のプリフェージング傾斜磁場とリフェージング傾斜磁場とを統合することによって、格別に多くの時間を節約することができる。

【0033】

同心のリング軌道を有するＲＦ励起パルスを正確に構成する場合に重要である他のパラメータはリング軌道相互の間隔である。

【0034】

第１の実施例の場合、傾斜磁場パルスは、円形のｋ空間送信軌道が送信ｋ空間において１つの共通な中心の周りに等間隔のリングを形成するように構成されている。従って、２つのリング軌道間の半径方向間隔は常に等しい。これにより、エネルギーをｋ空間内に格別に一様に導入することが達成される。

【0035】

代替実施例の場合、傾斜磁場パルスは、同心の円形のｋ空間送信軌道が互いに異なる半径方向間隔を有するリングを形成するように構成されている。格別に好ましい実施例の場合には、同心の円形のｋ空間送信軌道が、共通な中心に向かって狭くなる半径方向間隔を有するリングを形成する。ｋ空間中心に向かって狭くなるリング軌道間隔によって、特に励起プロファイルに関する主要情報を有する重要な周波数範囲において十分なエネルギーが付与されるようにされる。このために必要な時間は、リング軌道相互の間隔を僅かにすることによって、ｋ空間の重要性の低い周辺領域において節約することができる。

【0036】

他の調整可能なパラメータは、ＲＦ励起パルスのリング軌道の個数である。一方では、空間内で励起を十分に密に達成するためにはリング軌道を相対的に密に設定するのが有利である。他方ではリング軌道の個数が増すにともなって必然的にＲＦ励起パルスの全時間も長くなる。

【0037】

このために、同心の円形のｋ空間送信軌道の個数が、第１側部励起の間隔と励起プロファイルの直径との比に応じて選ばれるならば、格別に有利である。第１側部励起の範囲内においては励起がもはや望まれず、従って励起プロファイルの対象軸からのその側部励起の間隔および（円筒対称の）励起プロファイルの直径は励起にとって重要なパラメータであるので、リング軌道の個数を、励起プロファイルの直径によって割り算されたこの第１側部励起の間隔の２倍値に応じて選ぶことで十分であることが明らかになった。それによって、リング軌道相互の間隔が少なくともナイキスト理論による走査の際の最小間隔に一致することが保証されている。

【0038】

他のパラメータは、励起の際に励起プロファイル内において達成されるべき目標フリップ角（目標励起プロファイル）もしくは目標フリップ角分布である。

【0039】

第１の実施例では、円筒形の励起プロファイル内の目標フリップ角がその円筒形の励起プロファイルの円筒軸からの半径方向間隔ｒに関係するように、ＲＦ部分パルスの包絡線の振幅が決定される。即ち、その目標フリップ角は内側から外側に向かって減少する。半径方向間隔の依存性がガウス状であると格別に好ましい。

【0040】

代替方法では、円筒形の励起プロファイル内の目標フリップ角がほぼ、即ち生じ得る許容誤差内で一定であるように、ＲＦ部分パルスの包絡線の振幅が決定される。従って、この実施例では、目標フリップ角分布は励起プロファイルにわたってできるだけ均一である。

【0041】

しかし、更に他の分布も可能であり、例えば内側領域においてほぼ一定もしくは均一な励起が行われ、この均一な領域の外側においてそれが低下すること、特にガウス状に低下することも可能である。

【0042】

ここで更にもう一度明確に指摘しておくに、リング軌道、リング軌道の間隔、Ｂ_１振幅またはフリップ角分布のような個々のパラメータに関する上述の種々の変形は任意に組み合わせることができる。

【0043】

以下において、添付図面を参照しながら実施例に基づいて本発明をもう一度更に詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0044】

【図1】図１は本発明による磁気共鳴システムの実施例の概略図である。

【図2】図２は本発明の第１の実施例によるｋ空間におけるｘ−ｙ平面内の等間隔同心のリング軌道の概略図である。

【図3】図３は円筒対称の励起プロファイルおよび位置空間におけるファントム内の第１側部励起の磁気共鳴断層画像を示す図である。

【図4】図４は個々のＲＦ部分パルスの設計を説明するためのパルスダイアグラムの簡略図である。

【図5】図５は軌道の密度を説明するためのｋ空間におけるｘ−ｙ平面のＩ象限内の等間隔同心のリング軌道の拡大概略図である。

【図6】図６は本発明による方法の第１実施例によるＲＦ励起パルスのパルスダイアグラムの簡略図である。

【図7】図７は本発明による方法の第２実施例によるＲＦ励起パルスのパルスダイアグラムの簡略図である。

【図8】図８は本発明による方法の第３実施例によるＲＦ励起パルスのパルスダイアグラムの簡略図である。

【図9】図９は図８によるパルスダイアグラムの一部の拡大図である。

【図10】図１０は本発明の第２実施例によるｋ空間におけるｘ−ｙ平面内の同心のリング軌道の概略図である。

【図11】図１１は本発明の第３実施例によるｋ空間におけるｘ−ｙ平面内の外部領域のスパイラル状の軌道および内部領域の同心のリング軌道の概略図である。

【図12】図１２は比較のために上方にはＥＰＩ励起による、下方には本発明による方法の第１変形例による、異なる傾斜磁場遅れ時間における異なる励起プロファイルの励起の異なる断層画像の撮影を示す図である。

【図13】図１３は比較のために上方にＥＰＩ励起による、下方に本発明による方法の第２変形例による、異なる傾斜磁場遅れ時間における異なる励起プロファイルの励起の異なる断層画像の撮影を示す図である。

【図14】図１４は比較のために上方にＥＰＩ励起による、下方に本発明による方法の第３変形例による、異なる傾斜磁場遅れ時間における異なる励起プロファイルの励起の異なる断層画像の撮影を示す図である。

【図15】図１５は磁気共鳴システムを較正するための可能な方法に関する調整および／または流れを示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0045】

図１には、本発明による磁気共鳴装置１が大まかに模式的に示されている。この磁気共鳴装置は、一方では本来の磁気共鳴スキャナ２を含み、その磁気共鳴スキャナはその中にある検査空間８つまり患者用トンネルを有する。患者用テーブル７は患者用トンネル８の中に移動可能であるので、そのテーブルの上に横たわる患者Ｏまたは被検体は、検査中に、その磁気共鳴スキャナ２内の定められた位置に、その内部に配置された磁石システムおよび高周波システムに対して相対的に配置可能であり、もしくは測定中に異なる位置間での移動も可能である。

【0046】

磁気共鳴スキャナ２の構成要素には、ここでは静磁場磁石３と、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向の傾斜磁場を発生するための傾斜磁場コイルを有する傾斜磁場システム４と、全身高周波コイル５とが属している。ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向（空間座標系）の傾斜磁場コイルは互いに独立に制御可能であるので、予め与えられた組合せによって、任意の論理的な空間方向、例えば、空間座標系の軸に対して必ずしも平行でないスライス選択方向、位相エンコード方向または読み出し方向に傾斜磁場を印加することができる。検査対象Ｏ内に誘導される磁気共鳴信号の受信は、全身高周波コイル５を介して行われ、その全身高周波コイル５により、通常は磁気共鳴信号を誘導するための高周波信号も送出される。しかし、一般に、この信号は、患者Ｏの例えば上または下に置かれる局所コイル（これらのコイルのうち１つのみが図示されている）を有する局所コイル装置６により受信される。これらの全ての構成要素は当業者に基本的に知られており、従って図１では大まかに模式的にしか示されていない。

【0047】

磁気共鳴スキャナ２の構成要素は制御装置１０によって制御可能である。この制御装置１０は制御コンピュータであり、この制御コンピュータは、複数の（場合によっては空間的に分離され適切なケーブル等を介して互いに接続された）個別コンピュータから構成することもできる。この制御装置１０はターミナルインターフェース１７を介してターミナル２０に接続されており、このターミナル２０を介して操作者は磁気共鳴装置１全体を操作することができる。ここでの事例において、そのターミナル２０は、キーボードと、１つまたは複数の画面と、例えばマウス等の他の入力装置とを備えたコンピュータ２１を有する。つまり、このようなコンピュータ２１として構成されていることにより、操作者はグラフィカルユーザインターフェースを自由に使用することができる。

【0048】

制御装置１０は、とりわけ傾斜磁場制御ユニット１１を有し、この傾斜磁場制御ユニット１１も複数の部分構成要素から構成することができる。この傾斜磁場制御ユニット１１を介して個々の傾斜磁場コイルが傾斜磁場パルスシーケンスＧＳに従って制御信号により切り替えられる。上述のように、測定中に正確に予め定められた時間的位置で投入されて正確に予め定められた時間経過に合わせられる傾斜磁場パルスが重要である。

【0049】

更に、制御装置１０は、全身高周波コイル５にその都度高周波パルスを制御シーケンスＡＳの予め与えられた高周波パルスシーケンスＲＦＳに従って供給するために高周波送信ユニット１２を有する。高周波パルスシーケンスＲＦＳは上述の選択性の励起パルスを含む。磁気共鳴信号の受信は、局所コイル装置６により行われ、それによって受信された生データＲＤが高周波受信ユニット１３によって読み出されて処理される。磁気共鳴信号は、ディジタル形式で生データとして再構成ユニット１４に伝送される。再構成ユニット１４は、生データから画像データＢＤを再構成し、それらを記憶装置１６に保存するか、操作者が画像データＢＤを観察できるようにインターフェース１７を介してターミナル２０へ伝送するかのいずれか一方または両方を行う。画像データＢＤは、ネットワークＮＷを介して他の個所で保存および／または表示を行い、解析を行うこともできる。代替として、局所コイル装置を介する高周波パルスシーケンスの送出および／または全身高周波コイルによる磁気共鳴信号の受信を行ってもよい（図示されていない）。

【0050】

他のインターフェース１８を介して、例えば患者用テーブル７または静磁場磁石３のような磁気共鳴スキャナ２の他の構成要素に制御指令が伝達され、または測定値もしくは他の情報が受信される。

【0051】

傾斜磁場制御ユニット１１、高周波送信ユニット１２および高周波受信ユニット１３は測定制御ユニット１５によってそれぞれ協調制御される。この測定制御ユニット１５は、適切な指令によって、所望の傾斜磁場パルスシーケンスＧＳおよびそのパルスシーケンスの高周波パルスシーケンスＲＦＳが送出されるようにする。更に、適切な時点で局所コイル装置６の局所コイルの磁気共鳴信号を高周波受信ユニット１３によって読み出して後処理するようにしなければならない。即ち、例えば高周波受信ユニット１３のＡＤＣ（アナログディジタル変換器）を受信に切り替えることによって、読み出し時間枠を設定しなければならない。同様に測定制御ユニット１５はインターフェース１８を制御する。

【0052】

しかし、このような磁気共鳴測定の基本的な経過と制御のための上述の構成要素とは当業者には知られているので、ここではそれらの細部についてこれ以上言及しない。ところで、このような磁気共鳴スキャナ２および付属の制御装置１０は、ここでは同様に詳細に説明しない多数の他の構成要素を有し得る。ここで指摘しておくに、磁気共鳴スキャナ２は、例えば横方向に開いた患者用空間を有するように、あるいは身体の一部のみが配置できる小型のスキャナとして構成することもできる。

【0053】

測定を開始するために、操作者は、ターミナル２０を介して、一般にこの測定のために用いられる制御プロトコルＰを、種々の測定のために多数の制御プロトコルＰが格納されている記憶装置１６から選び出すことができる。この制御プロトコルＰは、とりわけその都度の測定のための種々の制御パラメータ値ＳＰを含む。これらの制御パラメータ値ＳＰには、例えばシーケンス型、個々の高周波パルスの目標磁化、エコー時間、繰り返し時間、種々の選択方向等を含む。同様に、ここでは既にスライス厚、分解能、スライス数が設定され、あるいは３Ｄ励起の場合、任意の励起プロファイルのスラブ厚または他の寸法（即ち、励起プロファイルデータ）が予め与えられているとよい。更に、これらの制御パラメータ値ＳＰは、その都度の測定がナビゲータを用いる測定であるか否かの情報も含み、ナビゲータを用いる測定である際には、場合により既にこのナビゲータ適用に必要とされる励起プロファイルＥＰのための励起プロファイルデータも含む。図１に概略的に示されている適用例では、この励起プロファイルＥＰは患者Ｏの体内においてｚ方向に延びている円筒対称のいわゆる「ペンシルビーム」であり、これは患者Ｏの横隔膜９を貫通している。

【0054】

これらの全ての制御パラメータ値ＳＰは、とりわけ制御シーケンス決定装置２２に入力インターフェース２４を介して提供され、それにより制御シーケンス決定装置２２は適切な制御シーケンスＡＳを決定する。同様に制御パラメータ値ＳＰは先ずこのプロトコルの呼び出し時に操作者に伝達すべく提供され、操作者は、それらの値をユーザインターフェースによって任意に変更して実際の検査指令に適合させることもできる。特に、操作者は、付属のグラフィカルユーザインターフェースを有するターミナル２０のコンピュータ２１を介して、励起プロファイルデータ、例えば回転対称の励起プロファイルＥＰの対称軸の正確な位置等を確定し、あるいはプロトコルＰ内の制御パラメータ値ＳＰによって既に規定された励起プロファイルデータを変更することができる。このことが図１にはインターフェース装置２３によって示されている。

【0055】

更に、操作者は、記憶装置１６からの代わりにネットワークＮＷを介して、例えば磁気共鳴装置の製造者から、適切な制御パラメータ値ＳＰを有するプロトコルを呼び出して、これらを以下において説明するように利用することができる。

【0056】

励起プロファイルデータを含めた制御パラメータ値ＳＰに基づいて、制御シーケンスＡＳが決定され、最終的にこの制御シーケンスＡＳに従って残りの構成要素の制御が測定制御ユニット１５によって行われる。この制御シーケンスは、とりわけ、選択された励起プロファイルＥＰを選択励起するためのパルス配列を含んでいる。制御シーケンスＡＳは、既述のように、ターミナル２０の一部である制御シーケンス決定装置２２において算定され、制御シーケンス出力インターフェース２５を介して磁気共鳴スキャナ２の制御装置１０に伝送される。制御シーケンス決定装置２２は、とりわけ（図１には図を見易くするために、他の構成要素は図示していないが）パルス配列決定装置２６を含み、このパルス配列決定装置２６は、励起プロファイルＥＰを選択励起するために前述のパルス配列を決定する。制御シーケンス決定装置２２全体およびそれの構成要素は、例えばソフトウェアとして１つまたは複数の適切なプロセッサ上で実現することができる。以下において、制御シーケンス決定装置２２およびそれの個々の構成要素の詳細な動作態様を説明する。この場合に例として上述のペンシルビーム励起だけを前提としているが、本発明はこれに限定されない。

【0057】

円筒対称の励起プロファイルＥＰの位置空間において対称軸ｚに対して垂直に位置するｘ−ｙ平面を励起するための２次元のＲＦパルスを設計するためには、この平面内における励起プロファイルのほかに、一般に先ず、ｋ空間における付属のｘ−ｙ平面において２次元のｋ空間送信軌道を選択しなければならない（ｋ空間における時間に関係した座標（ｋ_ｘ（ｔ），ｋ_ｙ（ｔ））を以下において（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ）と略記する）。この場合に、励起プロファイルは、座標値ｘおよびｙを有する位置における関数Ｐ（ｘ−ｙ）によって決定される。関数Ｐ（ｘ−ｙ）は、平衡磁化の値に対する相対的な横磁化の所望値を指定し、従って単位を持っていない。この軌道のｋ空間の範囲（広がり）は、所望の選択プロファイルを実現することを可能にする空間分解能を決定する。ｋ空間における軌道の走査密度は、ＦＯＶ（撮像視野＝スライス範囲）とも呼ばれる位置空間における励起の第１側波帯の間隔を決定する。このような側波帯は離散走査のために避けることができない。

【0058】

高周波照射の期間中の２次元の傾斜磁場（ｇ_ｘ（ｔ），ｇ_ｙ（ｔ））が、選択されたｋ空間軌道（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ）と、

【数1】

もしくは

【数2】

により関連づけられている。式（１）におけるマイナス符号は、積分をＲＦパルスの終端で開始するという慣例の結果である（ｔ＝Ｔ）。従って、時間ｔはＲＦパルスの終端までの残りの時間を示す。

【0059】

ＲＦパルスの付属のパルス形状ｂ_１（ｔ）は、所望の励起プロファイルＰ（ｘ−ｙ）に関して、所望の空間的な励起プロファイルＰ（ｘ−ｙ）の重み付け２次元フーリエ変換によって

【数3】

を生じる（ｂ_１（ｔ）は、時間に関係した振幅である）。

【0060】

この式は、（小角度励起の制限内での）ブロッホの方程式から導き出すことができる（例えば、１９８９年発行の雑誌「Magn.Res.81」第４３〜５６頁に掲載されたJ.Paulyetらの共著“A K-Space Analysis of Small-Tip-Angle Excitation”ならびに１９９０年発行の雑誌「Magn.Res.87」第６３９〜６４５頁に掲載されたC.J.Hardyらの共著“Correcting for Nonuniform k-Space Sampling in Two-Dimensional NMR Selective Excitation”参照）。

【0061】

式（３）において、第１の重み係数

【数4】

はｋ空間における横速度である。

【0062】

第２の係数は、ｋ空間内の位置（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ）におけるｋ空間走査の密度であり、次のとおり表される。

【数5】

【0063】

式（５）において、ΔＡ（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ）はｋ空間点（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ）の周辺におけるｋ空間の小さな面積であり、Δｌ（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ）はその面積によって取り囲まれた軌道の長さである。具体的には、それらの式（４）および（５）による係数は、ｋ空間が緩やかにもしくは高密度で走査される場所ではＲＦ振幅が低減されること、そしてｋ空間が逆の状態で走査される場所ではＲＦ振幅が逆に増大されることを意味する。

【0064】

本発明による方法によれば、励起プロファイルを選択励起するためには、少なくとも２つの同心のリング軌道を有するｋ空間軌道を選択しなければならない。ｋ空間Ｓ_ｋの中心点の周りにそれぞれ等間隔の半径方向間隔Δｋｒで互いに点対称に広がる全部で８個の同心のリング軌道ＴＲ_１，ＴＲ_２，…，ＴＲ_８を有するこのようなｋ空間軌道が図２に例示されている。

【0065】

同心のリング軌道は、両選択傾斜磁場（即ち、選択性のＲＦパルスの期間中に送出され選択のために使用される傾斜磁場パルス）がＲＦ照射の期間中に次のようにｓｉｎ関数もしくはｃｏｓ関数によって変調されていることによって達成可能である。

【数6】

【0066】

上式において、ｎは１からＮまでの値を取る励起インデックス（つまりリング軌道のインデックス）であり、Ｎは選択された軌道のリングの個数である（従って、図２による例では、Ｎ＝８が当てはまる）。Ａ_ｎはｎ番目の励起の期間中の傾斜磁場振幅値であり、Ｔ_ｎはｎ番目の励起（即ち、ｎ番目のリングへの高周波照射）の持続時間である。式（６）においてその式をできるだけ簡略化するために、有り得る共通な位相係数は、一般性を制限することなく省略することができる。

【0067】

従って、式（３）における第１の重み係数すなわちｋ空間横速度は、リング軌道の通過中一定である。

【数7】

【0068】

第２の重み係数すなわち密度補償係数

【数8】

は、等間隔のリング軌道について、ｋ空間内の隣接するリング間の半径方向間隔Δｋｒの逆数によって評価される。このことは後で図５により更に詳細に説明する。密度補償係数は、ｋ空間がリング軌道により可変密度を割付けられる場合に、即ちリング軌道が等間隔でない場合に初めて重要となる。定められたリング軌道ｎ（１＜ｎ＜Ｎ）に関しては、密度補償係数として、２つの直近の隣接リングに対する平均の半径方向間隔によって、例えば１を使用することができる。

【0069】

所望の励起プロファイルＰ（ｘ−ｙ）は、本発明によれば回転対称であり、従って極座標において詳述するかぎり、半径方向の間隔ｒ＝（ｘ^２＋ｙ^２）^１／２のみに関係し、極角または方位角φ_ｒに関係せず、即ちＰ（ｘ−ｙ）＝Ｐ（ｒ）が当てはまる。

【0070】

デカルト極座標から式（３）へのフーリエ変換という座標変換によって、先ず、

【数9】

が得られる。

【0071】

但し、φ_ｒは空間ベクトル（ｘ−ｙ）＝（ｒ，φ_ｒ）の方位角であり、φ_ｋは波動ベクトル（ｋ_ｘ、ｋ_ｙ）＝（ｋ，φ_ｋ）の方位角であり、Ｊ_ｍはｍ次のベッセル関数である。所望の励起プロファイルが回転対称であるという前提のもとでは、空間方位角にわたる積分を総計することができ、０次の項のみが残る。従って、式（３’）は、

【数10】

として、単純化して表記することができる。

【0072】

円軌道上における波動ベクトルｋ（ｔ）＝ｋの値は一定であるので、この表示から間接的に、右辺における積分は、特定の円軌道（励起）にとって一定であり、個々のリング軌道の間ｂ_１振幅も一定であることが結論される。従って、最初に述べたように傾斜磁場コイルの切り替え遅れはもはや重要でない。

【0073】

本発明による２次元のＲＦパルスは、「合成」ＲＦパルス（英語：“composite RF-Pulse”）として、このような複数の部分パルスで構成することができる。この場合に、各部分パルスは持続時間Ｔ_ｎの一定振幅ｂ_１（ｎ）を有する「矩形パルス」からなり、傾斜磁場は、照射時間Ｔ_ｎの期間中に、付属の励起ｋ空間において円軌道（即ち付属のｎ番目のリング軌道）が通過されるように、正弦波状もしくは余弦波状に周期Ｔ_ｎにて振動する。

【0074】

具体的には、規定されたボリュームつまり励起プロファイルを励起するためには、個々の部分パルスを設計する前に先ずリング軌道を正確に確定しなければならない。以下において、例として再び、例えばナビゲータ技術において使用される直径ｄを有する円筒状の棒ボリュームから出発する。

【0075】

使用者にとって重要な、従って使用者によって指定されるパラメータは、棒の直径ｄおよび第１の側部励起ＳＬ（サイドローブ）の間隔Ｓ_ＳＬである。側部励起はｋ空間の離散走査のために回避できない。使用者は第１側波帯ＳＬの間隔Ｓ_ＳＬを非常に大きく選ぶので、その第１側波帯ＳＬはちょうど検査対象の外側にあり、従ってどの組織も励起されない。検査対象が成人である場合に、上述のナビゲータ適用例では、典型的な値が、励起直径についてはｄ＝２５ｍｍであり、第１側波帯の間隔についてはＳ_ＳＬ＝４００ｍｍである。

【0076】

式（７）から明らかのように、複素数値のｂ_１磁場および所望の励起プロファイルＰ（ｒ）がフーリエ変換対を成す。

【0077】

ｒ＞Ｓ_ＳＬに関する特性Ｐ（ｒ）＝０およびナイキスト定理から、

【数11】

に従って、ｋ空間内での走査の最小間隔が生じる。

【0078】

指定された励起直径ｄは、走査されたｋ空間の直径２・ｋｒ_ｍａｘ＝２・Ｎ・Δｋｒを介して、リング軌道の個数Ｎを決定する。

【数12】

【0079】

ｋｒ＞ｋｒ_ｍａｘについては所望の励起プロファイルのフーリエ変換が０であるので、そのフーリエ変換の周波数スペクトルは制限されている。従って、ナイキスト定理が適用可能であり、関係（９）はそれからの直接的な結果である。

【0080】

式（８）および（９）から、リング軌道の最小個数Ｎが、指定されたパラメータｄ（励起プロファイルの直径）およびＳ_ＳＬ（第１側部励起の間隔）の関数として得られる。

【数13】

【0081】

図３は、明確化のために、直径ｄを有しかつ間隔Ｓ_ＳＬにおける側部励起ＳＬを伴う棒状の励起プロファイルＥＰの１つの断層（従って、１つの横断面）の位置空間画像を示す。位置空間画像は、２４０ｍｍの直径を有する球形のファントムの画像である。ＦＬＡＳＨシーケンスにおいて、従来の励起パルスが、同心のリング軌道を含む本発明による励起軌道を有する２次元選択性のＲＦパルスによって置き換えられた。リングの個数はＮ＝８に設定され、第１側部リングの間隔が同時に６４ｍｍに設定された。これは、図２に示された軌道に相当し、即ち、図２および図３は両フーリエ領域内の励起の関係（図３における位置空間内での励起プロファイルおよび図２における付属の励起ｋ空間Ｓ_ｋ）も具体的に示す。それゆえ、式（１０）に基づいて、ｄ＝２・６４／８ｍｍ＝１６ｍｍなる中央の励起プロファイルの直径が見込まれた。図３による測定で求められる寸法はこの計算と良好に一致する。第２側波帯は、１２８ｍｍの半径つまり２５６ｍｍの直径を持ち、既に球の外側にある。撮像時に読み出し方向および位相エンコード方向においてそれぞれ２５６個のピクセルを有する正方形のマトリックスが使用された。図３における画像作成時における残りのパラメータは、ＴＲ＝５０ｍｓ、ＴＥ＝６．３ｍｓ、そしてフリップ角３０°、共鳴周波数＝１２３ＭＨｚであった。

【0082】

励起プロファイルの直径ｄおよびサイドローブ間隔Ｓ_ＳＬに基づいて、リング軌道の個数Ｎと、リング軌道ｎ＝１〜Ｎの半径ｋｒ_ｎ＝ｎ・Δｋｒとを確定するならば、式（１）および（２）により、各リング軌道について最大傾斜磁場振幅Ａ_ｎおよびパルス時間Ｔ_ｎを確定することができる。４分の１周期にわたる式（６）の積分によって、半径ｋｒ_ｎ＝ｎ・Δｋｒと傾斜磁場振幅Ａ_ｎの値とｎ番目のリング軌道の時間Ｔ_ｎとの間で、次の関係が得られる。

【数14】

【0083】

励起パルスの時間を最小にするために、式（１１）におけるＴ_ｎは、例えば、指定された最大傾斜磁場振幅Ｇ_ｍａｘおよび指定された最大許容傾斜磁場上昇速度Ｓ_ｍａｘ（英語：“slew rate”）が超過されないように短く選定される。最大傾斜磁場振幅Ｇ_ｍａｘは一般に傾斜磁場システムの性能によって確定されているのに対して、最大許容傾斜磁場上昇速度Ｓ_ｍａｘを指定する際には、特に傾斜磁場システムの性能と被検者の起こり得る神経系刺激とが考慮される。

【0084】

図４は１つの個々のリング軌道のＲＦ部分パルスＲＦ_ｎの設計例を示す。ここでは制御ダイアグラムつまりパルスダイアグラムから抜き出された小さな部分の形で図示が行われている。このパルスダイアグラムには、通常のように、時間ｔに対して上方の時間軸上に高周波パルスが示され、その下にある時間軸上に高周波パルスに協調して印加されるべき傾斜磁場パルスが示されている。ここでは断層内の選択励起にとって重要なｘおよびｙ方向の傾斜磁場パルス（傾斜磁場波形の振幅Ａ_ｎ）ＧＰ_ｘ，ｎ，ＧＰ_ｙ，ｎだけが示されている。傾斜磁場の下には、当該傾斜磁場波形によってスピンに作用する蓄積０次モーメント（各傾斜磁場パルスの下にある面積の大きさ）Ｆ_１，Ｆ_２が、作用方向に応じて異なる符号で記入されている。

【0085】

時間軸の零点はＲＦ部分パルスのＲＦ_ｎの中心に一致し、ｘ方向の傾斜磁場パルスＧＰ_ｘ，ｎは式（６）に応じて正弦波状の波形を有し、ｙ方向の傾斜磁場パルスＧＰ_ｙ，ｎは式（６）に応じて余弦波状の波形を有し、両傾斜磁場パルスはそれぞれ周期Ｔ_ｎ（即ち、リング軌道の時間長）を有する。この選択は、一般性の制限なしに任意に行うことができる。時点ｔ＝−Ｔ_ｎ／２での高周波パルスの印加前に、両傾斜磁場方向においてそれぞれ１つのプリフェージングパルスＶＰ_ｘ，ＶＰ_ｙが示されている。時点ｔ＝Ｔ_ｎ／２での高周波パルスＲＦ_ｎの遮断後に、それぞれ１つのリフェージングパルスＲＰ_ｘ，ＲＰ_ｙが印加される。

【0086】

ｙ方向のプリフェージングパルスＶＰ_ｙは、傾斜磁場が時点ｔ＝−Ｔ_ｎ／２で瞬時には０からＡ_０へ立ち上がることができないことから有意義である。従って、そのプリフェージングパルスＶＰ_ｙは傾斜磁場コイルを流れる電流の立ち上げ（英語：“ramp up”）のために利用される。それに対して、ｙ方向のリフェージング傾斜磁場ＲＰ_ｙは傾斜磁場電流を遮断するのに用いられる。両傾斜磁場パルスＶＰ_ｙ，ＲＰ_ｙの全モーメントは、各ＲＦ部分パルスについて、即ち各リング軌道について、０である（−Ｆ_２＋Ｆ_２＝０）。それによって、ある１つの前の部分パルス（プリフェージング傾斜磁場）によって、もしくはこの部分パルスまたはある１つの前の部分パルス（リフェージング傾斜磁場）によって横平面へ励起された（静的な）スピンが、これらの傾斜磁場によっていかなる位相も獲得しないことが達成される。図４に示されている特別な実施形態では、プリフェージングもしくはリフェージング傾斜磁場ＶＰ_ｙ、ＲＰ_ｙのために三角形（もしくは台形）波形が選択された。というのは、それにより、与えられた最大振幅Ｇ_ｍａｘおよび上昇速度（スルーレート）Ｓ_ｍａｘにおいて傾斜磁場の持続時間を最短にすることができるからである。しかし、ここでは大きな自由度がある。４分の３の正弦波により、例えば傾斜磁場騒音を低減することができるであろう。更に、ｙ方向に流れるスピンに影響を及ぼさないために、１次モーメントも消えるような３つのカーブからなる傾斜磁場波形が選択されるとよい。

【0087】

ｘ方向のプリフェージングパルスＶＰ_ｘはｋ空間軌道の中心点を合わせるのに用いられる。ｘ方向のプリフェージングパルスＶＰ_ｘの０次モーメントＦ_１は、ＲＦ励起中の正弦波傾斜磁場ＧＰ_ｘ，ｎの４分の３周期のもとでの０次モーメントＦ_１に等しい。ｘ方向のリフェージング傾斜磁場ＲＰ_ｘは、それに等しい絶対面積と逆の符号を持つ。このリフェージング傾斜磁場ＲＰ_ｘはｋ空間軌道を原点に戻す。（ＲＦ照射の有る場合も無い場合も）ｘ方向の傾斜磁場の全モーメントは０である。従って、既に前の部分パルスによって励起された（静的な）スピンは影響を及ぼされないままである。図４に示されている実施形態では、必要な時間を最小限にするために、ここでも三角形波形が選択された。代替として、例えば台形波形または半正弦波形も可能である。例えば励起前の全てのスピンが縦方向にあるスポイラーグラジエントエコーシーケンスにおいて２次元選択性のＲＦパルスが励起パルスとして使用される場合には、例えば励起の１番目の部分パルスのためのｘ方向のプリフェージング傾斜磁場ＶＰ_ｘを省略することができる。というのは、傾斜磁場が縦方向整列を有するスピンに影響を及ぼさないからである。

【0088】

上述のように、個々の部分パルスのそれぞれにおいてｂ_１振幅は一定である。予め与えられた所望の回転対称の励起プロファイルＰ（ｒ）の場合に、Ｎ個の部分パルスの値ｂ_１１，ｂ_１２，…，ｂ_１Ｎの計算は式（７）により行われる。しかし、この式（７）は各部分パルスの相対的なｂ_１振幅もしくは比例性しか指定しない。しかし、これで十分である。ｂ_１振幅（例えばμＴでの）物理的な値は、次のようにして求められる。

【0089】

ＲＦ（部分）パルスのバンド幅内にある共鳴周波数を有するスピンの磁化は、そのパルスの終端において、

【数15】

なるフリップ角αだけ平衡位置から傾けられる。ただし、ｔ_０は部分パルスの印加時刻であり、磁気回転比（英語：“gyromagnetic ratio”）γは励起された原子核に関係した物理定数である。プロトンに関しては、その値はγ＝２π・４２．５７ＭＨｚ／Ｔである。

【0090】

１つの部分パルスの期間中のｂ_１振幅は一定であるので、式（１３）から、ｎ番目の部分パルスのフリップ角値に対しては、直接的に

【数16】

がもたらされる。

【0091】

ｂ_１ｎはｎ番目の部分パルスについて（比例符号の代わりに等号を有する）式（７）により計算される値であり、ｂ_１ｎ’＝ｃ・ｂ_１ｎはｎ番目の部分パルスの最初は既知でない物理的なｂ_１振幅である。ＲＦパルスの全持続時間が緩和時間に比べて短い（つまり、スピンがＲＦ照射の期間中に当該範囲内では再び緩和しない）という前提のもとでは、合成されたパルスのフリップ角αはｎ番目の部分パルスのフリップ角値α_ｎの合計に等しく、即ち

【数17】

である。ｉは全ての部分パルスにわたる他の添字変数にすぎず、Ｎはここでも部分パルスの総数である。

【0092】

式（１４）から、

【数18】

に従って、ｎ番目の部分パルスのフリップ角値α_ｎが得られる。

【0093】

最後の等号は、ｂ_１ｎ’とｂ_１ｎとの間の比例定数ｃ（ｂ_１ｎ’＝ｃ・ｂ_１ｎ）が部分パルスｎに関係しないことから有効である。従って、分母における定数ｃは合計の前に移動することができ、約分することができる。

【0094】

式（１５）の右辺における全ての項の計算は既に説明した。フリップ角α_ｎから、式（１３ｂ）により、ｎ番目の部分パルスのｂ_１振幅の求められる物理的な値は、次のとおり算出することができる。

【数19】

【0095】

上述のように、部分パルスのｂ_１振幅は、所望の半径方向のプロファイルの１次元フーリエ変換であり、２つの係数、即ちｋ空間横速度および密度補償係数により重み付けされている。式（７）における積分は、所望の励起プロファイルに応じて解析的または数値的に算定することができる。実現された実施形態ではガウスの励起プロファイル

【数20】

が選ばれた。上式において、変数ａは、所望の直径ｄにわたって、総面積の９０％がその直径ｄの範囲内においてガウス関数のもとにあるように確定された。

【0096】

第１の重み係数、即ちｋ空間横速度は、傾斜磁場振幅の値Ａ_ｎに等しく、

【数21】

である。

【0097】

傾斜磁場振幅の値Ａ_ｎは、全リング軌道の間一定であり、式（８）〜（１１）により、予め与えられたパラメータｄ，Ｓ_ＳＬの関数として指定されている。

【0098】

以下において、第２の重み係数すなわち密度補償係数の算定を、等間隔のリング間隔を有する同心のリング軌道を例として説明する。

【0099】

式（５）によれば、ｋ空間走査点（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ）に関連した面積ΔＡ（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ）と、この面積ΔＡによって囲まれた軌道の長さΔｌ（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ）とからなる商によって、密度補償係数を概算することができる。あらゆる実用的な実現ではＲＦ振幅がディジタル化されている。Ｍ_ｎをｎ番目の部分パルスのＲＦ走査点（英語：“samples”）の個数とする。各走査点に関連したｎ番目の軌道の長さΔｌ_ｎは、ｎ番目のリング軌道の直径をその走査点の個数によって割算した値

【数22】

である。

【0100】

個別サンプルに関連した面積ΔＡは、図５（ハッチングされた面積）で理解できるように、まさにこの長さΔｌ_ｎに、２つの隣接するリング軌道の間の間隔Δｋｒを乗算した値

【数23】

である。

【0101】

従って、ｎ番目のリング軌道についての密度補償係数ρ_ｎは、

【数24】

である。

【0102】

従って、図２および図５に示されている例（等間隔のリング間隔）では密度補償係数が全てのリング軌道について同一である。等間隔でないリング間隔の場合（例えば、図１０参照）には、１つのリング軌道について近似的に式（２０）および（２１）における半径方向のリング間隔Δｋｒを、隣接する両リング軌道に対する平均の間隔によって置き換えることができる。

【0103】

回転対称の励起プロファイルの中心は、瞬時傾斜磁場モーメントに直線的に比例する位相係数によりｂ_１磁場を変調することによって、傾斜磁場システムのアイソセンタから距離（δ_ｘ，δ_ｙ）だけずらすことができる。

【数25】

【0104】

ｂ_１ｎはそのアイソセンタにおける励起のためのｎ番目の部分パルスの時間依存性のｂ_１振幅であり、（ｋ_ｘ，ｎ（ｔ），ｋ_ｙ、ｎ（ｔ））はｎ番目のリングを通過する際の時点ｔでの波動ベクトルである。これに関してＲＦパルスは従来技術における公知の２次元選択性のＲＦパルスとは相違する。

【0105】

２次元選択性のＲＦパルスがこのような上述の部分パルスの合成によって作成される本発明によるパルス配列の構成に関して、種々の可能性が存在する。

【0106】

最も簡単な実施形態では、部分パルスが簡単に時間的に相前後して照射される。個別パルス間の時間的間隔は原理的に自由に選ぶことができる。前の部分パルスの影響を受けるスピンの避けられないＴ_１緩和およびＴ_２緩和のために、また、例えば後の部分パルス照射の期間中におけるＢ_０不均一性による既に励起されたスピンの信号のディフェージングのために、大部分の場合においてパルス全体のできるだけ短い時間が好まれる。特に、ＲＦ照射が行われない時間を最小限にする努力をすることが好ましい。

【0107】

図６は、ｘおよびｙ方向の付属の傾斜磁場パルスＧＰ_ｘ，ＧＰ_ｙと一緒に、図３における画像取得（これに加えて図２のリング軌道も参照）に使用された本発明による２次元選択性のＲＦパルスＲＦＥのシミュレーションのパルス配列ＰＡのパルスダイアグラムを示す（図４の場合と類似するが、しかしここでは完全な２次元選択性のＲＦパルスＲＦＥ）。上方の軸上にはＲＦ部分パルスのｂ_１振幅が任意単位（［ａ．ｕ．］）で示されている。その下にある軸上には傾斜磁場振幅が同様に任意単位（［ａ．ｕ．］）で示されている。時間軸の単位はそれぞれμｓである。選択性のＲＦパルスは、８個の部分パルスＲＦ_１，ＲＦ_２，ＲＦ_３，…，ＲＦ_８に分割される。最大ｋ空間半径ｋｒ_ｍａｘを有する１番目の部分パルスＲＦ_１の持続時間Ｔは、与えられた最大許容傾斜磁場振幅Ｇ_ｍａｘおよび与えられた最大許容傾斜磁場上昇速度Ｓ_ｍａｘの際に可能であるように短く選ばれている。他の部分パルスＲＦ_２，ＲＦ_３，…，ＲＦ_８の持続時間Ｔは傾斜磁場による制限をされていない。むしろ、全てのリング軌道ＴＲ_１，ＴＲ_２，ＴＲ_３，…，ＴＲ_８の通過時間Ｔ（従って、各矩形ＲＦパルスＲＦ_１，ＲＦ_２，ＲＦ_３，…，ＲＦ_８の持続時間Ｔ）は、全ての部分パルスについて等しく選ばれた。２次元選択性のスパイラルパルスの場合の専門用語に基づいて、ここでは一定の角速度（英語：“constant angular rate”）による実施形態が述べられた。

【0108】

個々の矩形の部分パルスＲＦ_１，ＲＦ_２，ＲＦ_３，…，ＲＦ_８の（一定の）振幅ｂ_１は上述のようにして算定された。

【0109】

図７は、ｘおよびｙ方向の付属の傾斜磁場パルスＧＰ_ｘ’，ＧＰ_ｙ’と一緒に、本発明の他の実施例による２次元選択性のＲＦパルスＲＦＥ’を有するパルス配列ＰＡ’の対応する（シミュレーションされた）パルスダイアグラムを示す。図６による実施例に対する主な相違は、ここでは各個別パルスＲＦ_１，ＲＦ_２，ＲＦ_３，…，ＲＦ_８の持続時間Ｔ_１，Ｔ_２，Ｔ_３，…，Ｔ_８が個別に、しかも次のように算定されることにある。即ち、それぞれｎ番目のリング軌道ＴＲ_１，ＴＲ_２，ＴＲ_３，…，ＴＲ_８の与えられたｋ空間半径ｋｒ_ｎ＝（Ｎ−ｎ＋１）Δｋｒにおいて、与えられた最大許容傾斜磁場振幅Ｇ_ｍａｘおよび最大許容傾斜磁場上昇速度Ｓ_ｍａｘがまさに超過されないように算定される。ここでも２次元選択性のスパイラルパルスにおける専門用語に基づいて、これは一定の（傾斜磁場）上昇速度による実施形態である（英語：“constant slew rate”）。

【0110】

図６および図７に示されている両実施形態では、それぞれｎ番目の部分パルスのリフェージング傾斜磁場がｎ＋１番目の部分パルスのプリフェージング傾斜磁場と統合（合成）されている。２つの傾斜磁場のこのような統合（合成）は、両傾斜磁場を時間的に相前後して印加する代わりに、個別傾斜磁場の０次モーメントの和に等しい０次モーメントを有する１つのみの傾斜磁場（傾斜磁場パルス）を印加することを意味する。統合の目的は主に時間節約である。隣接する傾斜磁場パルスの統合の他の利点は、これによって傾斜磁場騒音、渦電流、傾斜磁場コイルおよび傾斜磁場増幅器の加熱が低減できることにある。

【0111】

図７による実施形態の場合には、ＲＦ照射が行われる時間インターバルＴ_１，Ｔ_２，Ｔ_３，…，Ｔ_８が最適である。これ以上のいかなる短縮も最大許容傾斜磁場上昇速度Ｓ_ｍａｘまたは最大許容傾斜磁場振幅Ｇ_ｍａｘの超過を招くことになる。従って、２次元選択性のＲＦパルスＲＦＥ’の全時間もしくは全パルス配列ＰＡ’のこれ以上の短縮は、ＲＦパルスがなくリフェージング傾斜磁場およびプリフェージング傾斜磁場が印加されない時間を短縮することによってしか可能でない。

【0112】

これに対して図８は、ｘおよびｙ方向の傾斜磁場パルスＧＰ_ｘ”，ＧＰ_ｙ”と一緒に、本発明の他の実施例による２次元選択性のＲＦパルスＲＦＥ”を有するパルス配列ＰＡ”の対応する（シミュレーションされた）パルスダイアグラムを示し、この実施例ではＲＦ照射を有するインターバルの間の時間がまたもや低減されている。これは、隣接するリング軌道がｋ空間において異なる回転方向にて通り抜けられることによって達成される。例えば、奇数のインデックスを有する部分パルスの回転方向が反時計方向にあり、偶数のインデックスを有する部分パルスの回転方向が時計方向にある。

【0113】

この変形実施例の利点を図９に基づいて明らかにする。図９は２つの隣接するＲＦ部分パルスＲＦ_ｎ”，ＲＦ_ｎ＋１”およびｙ方向の傾斜磁場パルスＧＰ_ｙ”の部分の部分拡大図を示す（図９に具体的に示された部分パルスＲＦ_ｎ”，ＲＦ_ｎ＋１”は、例えば図８において２つの線によって示された期間内にあるパルスＲＦ_３，ＲＦ_４に対応するが、しかしその原理は時間的に相前後する全てのその他の部分パルスＲＦ_ｎ”，ＲＦ_ｎ＋１”に対して正確に当てはまる）。

【0114】

図９において明確に分かるように、時間インターバルＴ_ｎと時間インターバルＴ_ｎ＋１との間のｙ方向傾斜磁場は、２つの三角形傾斜磁場からなる。第１の傾斜磁場は振幅Ａ_ｎおよびランプ時間ＲＴ_ｎを持ち、第２の傾斜磁場は振幅Ａ_ｎ＋１およびランプ時間ＲＴ_ｎ＋１を持つ。この場合に、

【数26】

が成り立つ。

【0115】

従って、両三角形傾斜磁場の面積の大きさ（即ち、０次傾斜磁場モーメントの大きさ）は等しい。従って、ｎ番目の励起パルス後に横平面内にある（静的）スピンは、これらの傾斜磁場の結果、全く位相を取得しない。ｎ番目のｙ方向リフェージング傾斜磁場のモーメントおよびｎ＋１番目のｙ方向プリフェージング傾斜磁場のモーメントはそれぞれ０であるという本来の条件は、隣接するリング軌道がそれぞれ反対に経過する際に、振幅Ａ_ｎおよびＡ_ｎ＋１の異なる符号のために、統合された傾斜磁場の全モーメント（式（２３）参照）が消えるという弱められた条件によって置き換えられる。このことが、この方法変形例の場合における付加的な時間節約の理由である。

【0116】

図１０には、（図２と同様に）ｋ空間Ｓ_ｋ内に本発明により形成される送信軌道の他の実施例が示されている。この場合には送信軌道全体が同様にｋ空間中心の周りの同心のリング軌道からなる。しかし、個々のリング軌道ＴＲ_１，ＴＲ_２，ＴＲ_３，…は、図１による実施例の場合のように一様な半径方向の間隔をもはや持っていない。その代わりに、リング間隔Δｋｒ_１，Δｋｒ_２，Δｋｒ_３，…はｋ空間中心に向かって徐々に減少させられる。特に、ｋ空間中心はオーバーサンプリングされ、即ち中心近くではリング間隔が式（８）の右辺によって与えられる値よりも小さく選ばれる。ｋ空間中心のより高密度の走査によって、所望の励起プロファイルＰ（ｒ）の外側での望ましくない励起が低減されることを期待することができる。ｋ空間中心のより高密度の走査による全パルスの延長を避けるために、ｋ空間周辺部がアンダーサンプリングされ、即ちリング間隔Δｋｒ_１，Δｋｒ_２，Δｋｒ_３，…が式（８）によって要求されるよりも大きく選ばれるとよい。

【0117】

図１１には、（図２と同様に）ｋ空間Ｓ_ｋ内に本発明により形成される送信軌道の一実施例が示されている。この場合には、ｋ空間Ｓ_ｋの内部領域（例えば、最大半径ｋｒ_ｍａｘの半分までの半径領域Δｋｒ_ｉ）における送信軌道だけが、ｋ空間中心の周りの同心のリング軌道から構成される。その代わりに、ｋ空間Ｓ_ｋの周辺半径領域Δｋｒ_ａにおいてはスパイラル軌道ＴＲ_ｓが使用される。従来のスパイラル軌道に比べた同心のリング軌道の利点は、既に説明しかつ以下に更に試験に基づいて証明するように、大きなロバスト性、特に傾斜磁場遅れに対する大きなロバスト性にある。しかし、スパイラル軌道の利点はそれの高速性にある。従って、両利点を利用するために、この変形実施例では、先ず１つの部分パルスにより励起ｋ空間の周辺領域が１つの（完全でない）スパイラル軌道で進行させられ、続いてｋ空間の中心領域が、１つの同心のリング軌道をそれぞれ実現する複数の部分パルスで進行させられる。

【0118】

原理的にはもちろん逆の配置も可能であり、即ち外側に同心の複数のリング軌道を、内側に１つのスパイラル軌道を使用する配置も可能である。しかし、図１１に示されている変形例は、周辺のｋ空間領域における情報がｋ空間中心からの情報よりも重要性が低いことから有利である。このことが、図示の他の実施形態（図２および図１０参照）の場合に何故常にｋ空間中心を対象とするかの理由でもある。

【0119】

上述のように、１つのリング軌道上に照射される各部分パルスのｂ_１振幅は一定であり、ＥＰＩ軌道またはスパイラル軌道を有する公知の２次元選択性のＲＦパルスの場合とは異なっている。従って、照射されたＲＦパルスエネルギーと実際に印加された傾斜磁場との間の望ましくない遅れは、完全に部分パルスの始端と完全に部分パルス終端とでエラーを生じるだけである。このことが、傾斜磁場遅れ時間が存在する場合に選択プロファイルの際立ったロバスト性をもたらす。

【0120】

図１２〜１４は、このロバスト性の実験による検証を示す。このために、それぞれ２次元選択性のＦＬＡＳＨシーケンスにおいて、励起パルスが２次元選択性のＲＦパルスによって置き換えられた。この２次元選択性のＲＦパルスは、それぞれ３つの全ての図１２〜１４の上段ではＥＰＩ軌道を有する従来のパルスであり、下段では本発明による同心のリング軌道を有する合成ＲＦパルスである。

【0121】

中間および右側の列における画像は、それぞれ、照射されるＲＦ磁場が印加される傾斜磁場に比べて付加的に作為的に１５μｓもしくは４５μｓだけ遅らされたことよって、左側の列における画像と異なる（遅れ時間はそれぞれＤｅｌにて示されている）。測定の際に使用されたファントムは、ファントム液体を充填された球体である。第１側波帯の間隔は全ての場合において１２８ｍｍであり、従ってファントムの外側にある。

【0122】

所望の励起プロファイルは、それぞれ励起プロファイルの形状を軌道の幾何学的基本構造に適合させて比較可能性を保証するために、ＥＰＩ軌道を有する全ての励起ではそれぞれ１つの正方形の棒であり、同心のリング軌道を有する全ての励起ではそれぞれ１つの円筒である。本発明による励起におけるリング軌道の個数Ｎは８であり、それに従って円筒の直径はほぼ３２ｍｍである。ＥＰＩパルスのパラメータは、正方形の棒の辺長は（少なくとも理論的に）同様に３２ｍｍである。

【0123】

読み出し視野（英語：“readout field of view”）は、全てのケースにおいて、それぞれ２５６ｍｍであり、棒軸もしくは円筒軸に対して垂直に向けられている。画像はシーメンス社のMAGNETOM Verio 3Tで撮像された。

【0124】

図１２においては、ファントムがＭＲ装置のアイソセンタにある。図１３および図１４においては、ファントムならびに励起の所望位置がｘ方向もしくはｙ方向に５０ｍｍだけずらされた。棒軸もしくは円筒軸は、全てのケースにおいて、それぞれ磁石のｚ方向（従って、Ｂ_０磁場の方向）に向いている。

【0125】

３つの全ての実験において、ＥＰＩ軌道のプロファイルは１５μｓの遅れ時間の場合に著しく乱れ、４５μｓの場合に完全に乱れるのに対して、同心のリング軌道のプロファイルは十分に維持されたままである。４５μｓの場合にやっと軽度のスミアが認識される。

【0126】

中心をはずれた励起（図１３および図１４）の場合には、遅れ時間が、（読み出し視野の中心にある）所望位置に対して軽度の励起ずれを生じさせる。しかし、このエラーは多くの適用例、特にナビゲータ適用例において無害である。というのは、この場合に例えば、呼吸運動を正しく検出するのに、励起されるべき棒状ボリュームを必ずしも肝臓頂点に位置決めしなくてもよいからである。

【0127】

更に、本発明による方法のこの特色は、遅れ時間の調整および／または較正にも有利に使用することができる。例えば、このために作為的に挿入される付加的な遅れ時間を、測定される励起プロファイルが正確に所望位置に存在し、従ってシステムに内在する（最初は既知でない）遅れ時間が正確に補償されるまで変更することも考えられ得る。この較正を一回限りまたは生体内で行う必要があるか否かは遅れ時間の原因に関係する。

【0128】

このための方法についての簡略化されたフローチャートを図１５に概略的に示す。ステップＩにおいて、先ず本発明による方法により、正確に規定された励起プロファイルの２次元選択性の励起が行われる。次に、ステップＩＩにおいて、ステップＩで行われたこの測定に基づいて再構成された画像データが操作者に示される。操作者は、励起プロファイルが正確に所望個所に存在するか否かを決定する。励起プロファイルが正確に所望個所に存在しない場合には、操作者はステップＩＩＩにおいて作為的に傾斜磁場遅れ時間を変更する。その際に種々の空間方向に傾斜磁場を変更することができる。次に、ステップＩにおいて新たな測定が同一の励起プロファイルにて行われ、そしてステップＩＩにおいて再び、その際に得られた画像が表示される。操作者がステップＩＩにおいて結果を満足した場合、磁気共鳴システムが調整され（もしくは値の適切なプロトコル化後に較正が行われ）、その後ステップＩＶにおいて本来の測定が行われる。操作者による光学的な監視の代わりに、より便利な実施形態においては、画像データの自動解析を行うこともできる。例えば、画像認識ソフトウェアにより画像データ内の励起プロファイルの位置を確定し、それに基づいて、最終的に画像データに従って遅れ時間が補償されるまでステップＩＩＩにおける傾斜磁場遅れ時間の調整等を自動的に行うことができる。

【0129】

最後に更にもう一度指摘しておくに、以上に詳細に説明した方法および装置は実施例であって、請求範囲によって設定されている限りおいて、その基本原理は他の分野においても当業者によって本発明の範囲を逸脱することなく変更可能である。例えば、制御シーケンス決定装置２２は、ターミナル上で実現する代わりに、制御装置１０自体の一部としても実現することができる。同様に、制御シーケンス決定装置２２は、例えばネットワークＮＷを介して磁気共鳴装置１に接続されている分離したコンピュータシステム上で実現されていてもよい。念のために指摘しておくに、「１つの」（独語の不定冠詞“ein”もしくは“eine”に対応）は、当該特徴が複数存在し得ることを除外するものではない。同様に、「ユニット」および「モジュール」なる用語は、これらが場合によっては空間的に分散され得る複数の構成要素からなることを除外するものではない。

【符号の説明】

【0130】

１ 磁気共鳴装置
２ 磁気共鳴スキャナ
３ 静磁場磁石
４ 傾斜磁場システム
５ 全身高周波コイル
６ 局所コイル装置
７ 患者用テーブル
８ 検査空間（患者用トンネル）
９ 横隔膜
１０ 制御装置
１１ 傾斜磁場制御ユニット
１２ 高周波送信ユニット
１３ 高周波受信ユニット
１４ 再構成ユニット
１５ 測定制御ユニット
１６ 記憶装置
１７ インターフェース
１８ インターフェース
２０ ターミナル
２１ コンピュータ
２２ 制御シーケンス決定装置
２３ インターフェース装置
２４ 入力インターフェース
２５ 制御シーケンス出力インターフェース
２６ パルス配列決定装置
ＡＳ 制御シーケンス
ＢＤ 画像データ
ＥＰ 励起プロファイル
ＧＰ_ｘ，ＧＰ_ｙ 傾斜磁場パルス
ＧＰ_ｘ’，ＧＰ_ｙ’ 傾斜磁場パルス
ＧＰ_ｘ”，ＧＰ_ｙ” 傾斜磁場パルス
ＧＳ 傾斜磁場パルスシーケンス
ＲＦＳ 高周波パルスシーケンス
ＮＷ ネットワーク
Ｏ 検査対象（患者）
Ｐ 制御プロトコル
ＲＤ 生データ
ＲＦ_１〜ＲＦ_８ ＲＦ部分パルス
ＲＦＥ ２次元選択性のＲＦパルス
ＲＦＥ’ ２次元選択性のＲＦパルス
ＲＦＥ” ２次元選択性のＲＦパルス
Ｓ_ｋ ｋ空間
ＳＬ 側部励起
ＳＰ 制御パラメータ値
Ｓ_ＳＬ 間隔
Ｔ，Ｔ_１〜Ｔ_８ 通過時間
ＴＲ_１〜ＴＲ_８ ｋ空間送信軌道
Δｋｒ_１〜Δｋｒ_８ 半径方向間隔

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】