JP7693382B2 - MRI machine - Google Patents
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特許法第30条第2項適用 令和2年8月8日~14日ISMRM & SMRT Virtual Conference & Exhibition,仮想会議及び展示会(Web上)にて発表。Applicable under Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act. Presented at the ISMRM & SMRT Virtual Conference & Exhibition (online) from August 8 to 14, 2020.
本発明は、MRI装置に関し、特に、MRIシステムと共に使用されるMRIシステム用コイル・インサート、コイル・インサートを含むMRIシステム又は他の構成要素を含むMRIシステムを備えるMRIシステム装置、並びにMRIシステム装置を備えるエコー・プラナー法分光イメージング・システム、及びMRIシステムを動作させる方法に関する。 The present invention relates to MRI devices, and more particularly to coil inserts for use with MRI systems, MRI system apparatus including MRI systems including coil inserts or other components, echo planar spectroscopic imaging systems including MRI system apparatus, and methods of operating MRI systems.
磁気共鳴イメージング(MRI:Magnetic Resonance Imaging)システムは、被検体のイメージングに、また磁気共鳴分光イメージング(MRSI:Magnetic Resonance Spectroscopy Imaging)の場合はスペクトル情報を獲得するのにも、広く使用されている。MRIシステムは、一般的に、大きい静磁場B0を作る磁石構成と、交流磁場B1を発生させ、磁気共鳴信号を収集する(即ち、磁気共鳴データを獲得する)一組の高周波数コイル又はアンテナと、B0磁場における空間符号化を可能にして断層撮影イメージングができるようにする一組の勾配磁場コイルとを備える。更に、MRSIの場合、勾配磁場コイルは分光符号化(spectroscopic encoding)を可能にするのにも使用される。 Magnetic Resonance Imaging (MRI) systems are widely used for imaging subjects and, in the case of Magnetic Resonance Spectroscopy Imaging (MRSI), for acquiring spectral information. MRI systems typically include a magnet arrangement that creates a large static magnetic field B0 , a set of radio frequency coils or antennas that generate an alternating magnetic field B1 and acquire magnetic resonance signals (i.e., acquire magnetic resonance data), and a set of gradient coils that allow spatial encoding in the B0 field to allow tomographic imaging. Additionally, in the case of MRSI, gradient coils are also used to allow spectroscopic encoding.
磁気共鳴信号の空間符号化は、一般的に、検査される被検体が中に位置するスキャナ・ボアの周りに位置する勾配磁場コイルによって作られる、3つの磁場勾配(X、Y、Z)の高速スイッチングによって達成される。 Spatial encoding of magnetic resonance signals is typically achieved by rapid switching of three magnetic field gradients (X, Y, Z) produced by gradient coils positioned around the scanner bore, within which the subject being examined is located.
一般的に、既存のシステムでは、勾配磁場コイルは、0~10kHzの範囲で駆動される。勾配磁場コイルは可聴範囲(20Hz~20kHz)内で駆動されるので、切り替わる勾配において、またそれによって誘発されるローレンツ力によって生じるノイズを低減するのに、相当の労力が払われてきた。かかる方法としては、生じるノイズを減衰する材料を使用することが挙げられる。 Typically, in existing systems, gradient coils are driven in the 0-10 kHz range. Because gradient coils are driven in the audible range (20 Hz-20 kHz), considerable effort has been expended on reducing the noise generated by the switching gradients and the Lorentz forces induced thereby. This includes using materials that attenuate the resulting noise.
MRIの時空間解像度を強化するため、勾配系を「より高速で」「より強力に」駆動することができる。即ち、より大きい勾配スルー・レート(T/m/s)及びより大きい勾配強度(mT/m)を有する。現在の勾配性能は、主に、強力な磁場勾配の速すぎるスイッチングによって誘発される、不快な末梢神経刺激(PNS:Peripheral Nerve Stimulations)によって限定される場合がある。勾配のスイッチングは、筋肉及び神経などの導電性組織における電界及び電流を誘発し、神経脱分極及び最終的には神経刺激をもたらすことがある。 To enhance the spatiotemporal resolution of MRI, gradient systems can be driven "faster" and "stronger", i.e. with larger gradient slew rates (T/m/s) and larger gradient strengths (mT/m). Current gradient performance may be limited primarily by unpleasant peripheral nerve stimulations (PNS) induced by too rapid switching of strong magnetic field gradients. Gradient switching can induce electric fields and currents in conductive tissues such as muscles and nerves, resulting in nerve depolarization and ultimately nerve stimulation.
したがって、聴覚効果及び/又は末梢神経刺激による患者にとっての物理的不快感を増加させることなく、性能を向上させることができる、MRI装置及びMRI装置の操作方法を開発することが望ましい。同様に、MRIプロセス自体の性能の向上の有無にかかわらず、聴覚効果及び/又は末梢神経刺激及び/又は他の不快感の原因を低減することができる、MRI装置及びMRI装置の使用方法を作成することが望ましいであろう。また、患者の不快感を最小限に抑え、並びに/或いはスキャンを獲得するのに掛かった時間による影響がより少ない結果を得るため、スキャンをより迅速に完了することができるかも興味深い。 It would therefore be desirable to develop MRI machines and methods of operating MRI machines that can improve performance without increasing the physical discomfort to the patient due to auditory effects and/or peripheral nerve stimulation. Similarly, it would be desirable to create MRI machines and methods of using MRI machines that can reduce auditory effects and/or peripheral nerve stimulation and/or other sources of discomfort, with or without improving the performance of the MRI process itself. It would also be of interest to be able to complete scans more quickly, minimizing patient discomfort and/or obtaining results that are less affected by the time it takes to acquire the scan.
本発明の第1の態様によれば、MRIシステムのボア内で使用されるMRIシステム用コイル・インサートであって、それぞれの軸線に沿って空間的に変動する磁場を作ると共に、超音波周波数で電気的に駆動されるように配置された、少なくとも1つの勾配磁場コイルを備える、コイル・インサートが提供される。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a coil insert for an MRI system for use within a bore of the MRI system, the coil insert comprising at least one gradient magnetic field coil arranged to produce a spatially varying magnetic field along a respective axis and to be electrically driven at ultrasonic frequencies.
これにより、主要MRIシステムの機能性をインサートと組み合わせて使用して、検査を行うのを可能にすることができる。超音波周波数の使用には様々な利点がある。第1に、ローレンツ力が支配する時間が少ないので、コイル自体に掛かる力をより少なくすることができる。これは、コイルが、より従来的な周波数で駆動される場合よりも軽量であり得ることを意味するので、コイルは物理的に異なるものであり得、それらを支持する構造は異なるものであり得る。第2に、勾配のスイッチングが患者には聞こえなくなる。第3に、超音波周波数が使用される場合、検査を受けている患者の末梢神経刺激(PNS)を少なくできることが見出されている。これは、神経が切り替わる磁場に反応するのに十分な時間がないためと考えられる。 This allows the functionality of the main MRI system to be used in combination with the insert to perform the examination. There are various advantages to using ultrasonic frequencies. Firstly, there is less time for the Lorentz forces to dominate, so less force can be exerted on the coil itself. This means that the coils can be lighter than when driven at more conventional frequencies, so they can be physically different and the structures that support them can be different. Secondly, the switching of the gradients becomes inaudible to the patient. Thirdly, it has been found that when ultrasonic frequencies are used, there can be less peripheral nerve stimulation (PNS) in the patient undergoing the examination. This is thought to be because there is not enough time for the nerves to react to the switching magnetic field.
コイル・インサートは、勾配磁場コイル巻線がない中央領域を有してもよい。これは、患者の頭部がインサート内に位置するときに患者が見通すことができる窓をインサートに設けるのを可能にすることができる。これは、より軽量のコイル/コイルに対するより少ない力を使用することによって容易にすることができる。 The coil insert may have a central region that is free of gradient field coil windings. This may allow for the insert to have a window through which the patient can see when their head is positioned within the insert. This may be facilitated by using lighter weight coils/less force on the coil.
インサートはほぼ円筒状であってもよい。インサートは主軸を有してもよい。主軸は、インサートが使用される主要MRIシステムのボアの主軸と整列させるように配置されてもよい。そのような場合、インサート及び主要MRIシステムの軸線は、互いに平行であるか又は互いに一致することによって整列されてもよい。 The insert may be generally cylindrical. The insert may have a major axis. The major axis may be arranged to align with a major axis of a bore of a primary MRI system in which the insert is used. In such a case, the axes of the insert and the primary MRI system may be aligned by being parallel to one another or coincident with one another.
少なくとも1つの勾配磁場コイルは、インサートの主軸に沿った空間的に変動する磁場を作るZ勾配磁場コイルを備えてもよい。少なくとも1つの勾配磁場コイルは、インサートの主軸に対して横断方向の空間的に変動する磁場を作る、X勾配磁場コイル又はY勾配磁場コイルを備えてもよい。 The at least one gradient coil may comprise a Z-gradient coil that produces a spatially varying magnetic field along a major axis of the insert. The at least one gradient coil may comprise an X-gradient coil or a Y-gradient coil that produces a spatially varying magnetic field transverse to the major axis of the insert.
コイル・インサートは、第1のそれぞれの軸線に沿った空間的に変動する磁場を作る第1の勾配磁場コイルと、第2のそれぞれの軸線に沿った空間的に変動する磁場を作る第2の勾配磁場コイルとを備えてもよい。 The coil insert may include a first gradient coil for producing a spatially varying magnetic field along a first respective axis, and a second gradient coil for producing a spatially varying magnetic field along a second respective axis.
第1の勾配磁場コイルは、インサートの主軸に沿った空間的に変動する磁場を作るZ勾配磁場コイルであってもよく、第2の勾配磁場コイルは、インサートの主軸に対して横断方向の空間的に変動する磁場を作る、X勾配磁場コイル又はY勾配磁場コイルであってもよい。 The first gradient coil may be a Z-gradient coil that creates a spatially varying magnetic field along the major axis of the insert, and the second gradient coil may be an X-gradient coil or a Y-gradient coil that creates a spatially varying magnetic field transverse to the major axis of the insert.
コイル・インサートが第1の勾配磁場コイル及び第2の勾配磁場コイルを備える場合、コイル・インサートは、勾配磁場コイル巻線を有さない中央領域を依然として有していてもよい。 When the coil insert comprises a first gradient coil and a second gradient coil, the coil insert may still have a central region that does not have gradient coil windings.
コイル・インサートは、第1の軸線及び第2の軸線に対して横断方向である第3のそれぞれの軸線に沿った空間的に変動する磁場を作る、第3の勾配磁場コイルを備えてもよい。しかしながら、一般的に、勾配磁場コイル巻線を有さない中央領域を提供するのが容易になることから、1つ又は2つの勾配磁場コイルを提供し、第3の勾配磁場コイルは提供しないことが好ましい。 The coil insert may also include a third gradient coil that creates a spatially varying magnetic field along a third respective axis that is transverse to the first and second axes. However, it is generally preferred to provide one or two gradient coils and no third gradient coil, as this makes it easier to provide a central region that does not have gradient coil windings.
主要MRIシステムは、それ自体の勾配磁場コイルを有することになり、それらは動作中、インサートの勾配磁場コイルと協働して使用されてもよい。したがって、例えば、インサートが、特定の軸線に沿った空間的に変動する磁場を作る勾配磁場コイルを有さない場合、その軸線における空間符号化は、主要MRIシステムの勾配磁場コイルを使用して遂行されてもよい。 The main MRI system will have its own gradient coils, which may be used in conjunction with the gradient coils of the insert during operation. Thus, for example, if the insert does not have gradient coils to create a spatially varying magnetic field along a particular axis, spatial encoding in that axis may be accomplished using the gradient coils of the main MRI system.
Z勾配磁場コイルは、少なくとも一組の巻線を備えてもよい。 The Z-gradient magnetic field coil may have at least one set of windings.
Z勾配磁場コイルは、インサートの第1の端部に提供される第1の組の巻線と、インサートの第2の端部に提供される第2の組の巻線とを備えてもよい。一連の実施例では、第1及び第2の組の巻線の間の領域は、Z勾配磁場コイル巻線を有さなくてもよい。 The Z-gradient coil may include a first set of windings provided at a first end of the insert and a second set of windings provided at a second end of the insert. In one set of embodiments, the area between the first and second sets of windings may be free of Z-gradient coil windings.
巻線がない中央領域を作成することは、線形性が低い磁場に結び付くことがあるが、この種のインサートでは許容できるものと判断されてきた。特に、インサートが、患者の頭部に関与する検査に使用される場合である。ここでは、インサートが長い長さを有する必要はない。 Creating a central region free of windings can result in a less linear magnetic field, but has been found to be acceptable for this type of insert, especially when the insert is used for examinations involving the patient's head, where it is not necessary for the insert to have a long length.
いくつかの例では、Z勾配磁場コイルは二組を超える巻線を備えてもよい。例えば、四組以上の巻線が提供されてもよい。 In some examples, the Z-gradient coil may have more than two sets of windings. For example, four or more sets of windings may be provided.
巻線は、Z軸上で区分された勾配(segmented gradient)を提供するのを可能にするように配置されてもよい。即ち、Z軸に沿って連続した、つまり線形の勾配を提供するのではなく、軸線に沿った一連の勾配部分が提供される。これは、Z軸全体に沿った勾配を設定するのに、より小さい最大絶対磁場が使用されてもよいことを意味する。これは次いで、検査を受けている患者の末梢神経刺激(PNS)を最小限に抑える助けとなり得る。この配置は、より長いインサートの場合、つまりZ軸がより長い場合に、より有用である。かかるインサートは、患者のより長い領域を検査するためのものであってもよく、全身用インサートであってもよい。 The windings may be arranged to allow for providing a segmented gradient on the Z axis. That is, rather than providing a continuous or linear gradient along the Z axis, a series of gradient sections along the axis are provided. This means that a smaller maximum absolute magnetic field may be used to set the gradient along the entire Z axis. This in turn may help to minimize peripheral nerve stimulation (PNS) of the patient being examined. This arrangement is more useful for longer inserts, i.e., when the Z axis is longer. Such an insert may be for examining a longer area of the patient, or may be a whole body insert.
換言すれば、巻線は、Z軸に沿った空間的に単調でない勾配を提供するのを可能にするように配置されてもよい。 In other words, the windings may be arranged in a manner that allows for providing a spatially non-monotonic gradient along the Z axis.
巻線は、Z軸に沿った空間的に多葉性の(multi-lobed)勾配を提供するのを可能にするように配置されてもよい。 The windings may be arranged in a manner that allows for providing a spatially multi-lobed gradient along the Z axis.
巻線は、Z軸に沿った空間的に振動する勾配を提供するのを可能にするように配置されてもよい。 The windings may be arranged to allow for providing a spatially oscillating gradient along the Z axis.
巻線は、Z軸に沿った多項式状又は正弦曲線状の空間的変動を有する勾配を提供するのを可能にするように配置されてもよい。 The windings may be arranged to allow for providing a gradient having a polynomial-like or sinusoidal-like spatial variation along the Z axis.
ここで、これらの勾配パターンに言及する際、Z軸に沿って見た磁場の振幅/サイズの変動に言及していることが理解されるであろう。 It will be understood that when referring to these gradient patterns, we are referring to the variations in amplitude/size of the magnetic field as viewed along the Z axis.
Z勾配磁場コイルの巻線は2つの層で提供されてもよく、2つの層のうち第1の層の巻回は、2つの層のうち第2の層の巻回と整列せずに提供される。これは、達成可能な空間符号化を改善する助けとなり得る。 The windings of the Z-gradient coil may be provided in two layers, with the windings of the first of the two layers not aligned with the windings of the second of the two layers. This may help improve the spatial encoding that can be achieved.
Z勾配磁場コイルの第1の組の巻線は2つの層で提供されてもよく、2つの層のうち第1の層の巻回は、2つの層のうち第2の層の巻回と整列せずに提供される。Z勾配磁場コイルの第2の組の巻線は2つの層で提供されてもよく、2つの層のうち第1の層の巻回は、2つの層のうち第2の層の巻回と整列せずに提供される。 The first set of windings of the Z-gradient coil may be provided in two layers, with the windings of the first of the two layers being misaligned with the windings of the second of the two layers. The second set of windings of the Z-gradient coil may be provided in two layers, with the windings of the first of the two layers being misaligned with the windings of the second of the two layers.
X勾配磁場コイル又はY勾配磁場コイルは、少なくとも一組の巻線を備えてもよい。 The X-gradient magnetic field coil or the Y-gradient magnetic field coil may have at least one set of windings.
X勾配磁場コイル又はY勾配磁場コイルは、インサートの径方向で対向する側に提供される一対の巻線を備えてもよい。対の各巻線は、複数のらせん状に巻かれた巻回を備えてもよく、一周の巻回はそれぞれ、内側弓状セグメントと、外側弓状セグメントまで外側に延在する第1の端部セグメントと、外側弓状セグメントから次の巻回の対応する内側弓状セグメントまで内側に延在する第2の端部セグメントとを有する。各内側弓状セグメントはインサートの側壁に沿ってもよい。各外側弓状セグメントはインサートの側壁に沿ってもよい。 The X-gradient magnetic field coil or the Y-gradient magnetic field coil may comprise a pair of windings provided on radially opposite sides of the insert. Each winding of the pair may comprise a plurality of helically wound turns, each full turn having an inner arcuate segment, a first end segment extending outwardly to an outer arcuate segment, and a second end segment extending inwardly from the outer arcuate segment to a corresponding inner arcuate segment of the next turn. Each inner arcuate segment may conform to a sidewall of the insert. Each outer arcuate segment may conform to a sidewall of the insert.
Z勾配磁場コイルが提供され、上述したような第1及び第2の組の巻線を備える場合、X又はY勾配磁場コイルが提供され、軸線方向でZ勾配磁場コイルの第1及び第2の組の巻線の間にインサート内に配設されてもよい。 When a Z-gradient magnetic field coil is provided with first and second sets of windings as described above, an X or Y-gradient magnetic field coil may be provided and disposed within the insert axially between the first and second sets of windings of the Z-gradient magnetic field coil.
X又はY勾配磁場コイルは、インサートの径方向で対向する側に、また軸線方向でZ勾配磁場コイルの第1及び第2の巻線の間に提供される、第3の組の巻線及び第4の組の巻線を備えてもよい。したがって、第3及び第4の組の巻線は、Z勾配磁場コイル巻線がない領域に提供されてもよい。ここで、第3及び第4の組の巻線は、一対の巻線として上述したのと同じ巻線であり、この一連の実施例では、第1及び第2の巻線がZ勾配磁場コイルに関連して定義されているという意味で、第3及び第4であることに留意されたい。 The X or Y gradient coil may comprise a third set of windings and a fourth set of windings provided on radially opposite sides of the insert and axially between the first and second windings of the Z gradient coil. Thus, the third and fourth sets of windings may be provided in areas where there are no Z gradient coil windings. Note that the third and fourth sets of windings are the same windings described above as a pair of windings, and in this set of examples are third and fourth in the sense that the first and second windings are defined in relation to the Z gradient coil.
インサートに、Z勾配磁場コイルの巻線及びX又はY勾配磁場コイルの巻線がない領域が存在するように、第3及び第4の組の巻線の間に、円周方向の隙間が提供されてもよい。この領域は、患者の頭部がインサート内に配設されたときに患者が見通すことができる、窓として配置されてもよい。 A circumferential gap may be provided between the third and fourth sets of windings such that there is an area of the insert that is free of Z-gradient coil windings and X- or Y-gradient coil windings. This area may be arranged as a window through which the patient can see when the patient's head is disposed within the insert.
第3の組の巻線及び第4の組の巻線はそれぞれ、複数のらせん状に巻かれた巻回を備えてもよく、一周の巻回はそれぞれ、内側弓状セグメントと、外側弓状セグメントまで外側に延在する第1の端部セグメントと、外側弓状セグメントから次の巻回の対応する内側弓状セグメントまで内側に延在する第2の端部セグメントとを有する。 The third set of windings and the fourth set of windings may each comprise a plurality of helically wound turns, each full turn having an inner arcuate segment, a first end segment extending outwardly to an outer arcuate segment, and a second end segment extending inwardly from the outer arcuate segment to a corresponding inner arcuate segment of the next turn.
各内側弓状セグメントはインサートの側壁に沿ってもよい。各外側弓状セグメントはインサートの側壁に沿ってもよい。 Each inner arcuate segment may conform to a sidewall of the insert. Each outer arcuate segment may conform to a sidewall of the insert.
かかる配置は、X又はY勾配磁場コイルがその長さにわたる線形磁場を生成することができる、インサートの軸線方向長さを最大限にする助けとなり得る。また、第3及び第4の組の巻線の端部間の円周方向の隙間を最大限にするのを可能にして、患者のための窓を作成するのを可能にすることができる。 Such an arrangement may help maximize the axial length of the insert over which the X or Y gradient coils can generate linear magnetic fields. It may also allow for maximizing the circumferential gap between the ends of the third and fourth sets of windings, allowing for the creation of a window for the patient.
インサートは、少なくとも1つの勾配磁場コイルに対する部分遮蔽コイルを備えてもよく、又は更には遮蔽コイルを備えていなくてもよい。インサートが第1の勾配磁場コイル及び第2の勾配磁場コイルを備える場合、インサートは、第1の勾配磁場コイル及び第2の勾配磁場コイルに対する部分遮蔽コイルを備えてもよく、又は更には遮蔽コイルを備えていなくてもよい。 The insert may include a partial shielding coil for at least one gradient magnetic field coil, or may even include no shielding coil. If the insert includes a first gradient magnetic field coil and a second gradient magnetic field coil, the insert may include a partial shielding coil for the first gradient magnetic field coil and the second gradient magnetic field coil, or may even include no shielding coil.
インサートは、それぞれの勾配磁場コイルを所定の超音波周波数で共振させるように、少なくとも1つの勾配磁場コイルに電気的に接続された少なくとも1つのコンデンサを備えてもよい。これは、所定の周波数で効率よく勾配磁場コイルを駆動する助けとなる。また、高インピーダンス信号源からの低電流を使用して勾配磁場コイルを駆動できることを意味し、これにより、その領域内の他のコイル/金属物に対する誘導結合を低減することができる。 The insert may comprise at least one capacitor electrically connected to at least one gradient coil to resonate the respective gradient coil at a predetermined ultrasound frequency. This helps to drive the gradient coils efficiently at the predetermined frequency. It also means that the gradient coils can be driven using low current from a high impedance signal source, which reduces inductive coupling to other coils/metal objects in the area.
インサートが第1の勾配磁場コイル及び第2の勾配磁場コイルを備える場合、第1の勾配磁場コイルを第1の所定の超音波周波数で共振させるように、少なくとも1つの第1のコンデンサは第1の勾配磁場コイルに電気的に接続されてもよく、第2の勾配磁場コイルを第2の所定の超音波周波数で共振させるように、少なくとも1つの第2のコンデンサは第2の勾配磁場コイルに電気的に接続されてもよい。 When the insert includes a first gradient magnetic field coil and a second gradient magnetic field coil, at least one first capacitor may be electrically connected to the first gradient magnetic field coil to resonate the first gradient magnetic field coil at a first predetermined ultrasonic frequency, and at least one second capacitor may be electrically connected to the second gradient magnetic field coil to resonate the second gradient magnetic field coil at a second predetermined ultrasonic frequency.
第1の所定の超音波周波数は、第2の所定の超音波周波数と同じであってもよい。 The first predetermined ultrasonic frequency may be the same as the second predetermined ultrasonic frequency.
しかしながら、好ましくは、第1の所定の超音波周波数は第2の所定の超音波周波数とは異なる。 However, preferably, the first predetermined ultrasonic frequency is different from the second predetermined ultrasonic frequency.
これにより、2つの勾配磁場コイルを異なる周波数で動作させることが容易になり、それが次いで、この組み合わせによって円形又はらせん状の符号化ではなくリサジューの符号化(Lissajous encoding)が生成されるので、イメージング中により多くの空間周波数をサンプリングすることにつながり得る。次に、これによってイメージングの加速の可能性を増加させることができる。 This makes it easier to operate the two gradient coils at different frequencies, which in turn can lead to sampling more spatial frequencies during imaging, as this combination produces Lissajous encoding rather than circular or spiral encoding. This in turn can increase the potential for accelerating imaging.
2つの周波数を使用することによって、可聴音が生じ得るという潜在的な課題があると判断されてきた。これは、2つの周波数で作られる音の間に「うなり」が発生することによると判断されてきた。 It has been determined that there is a potential problem with using two frequencies that could result in an audible sound. This has been determined to be due to a "beat" occurring between the sounds produced by the two frequencies.
好ましくは、第1の所定の超音波周波数と第2の所定の超音波周波数との間の周波数差は非可聴周波数である。つまり、超低周波数又は超音波周波数のどちらかである。一般的に、実際には、第1の所定の超音波周波数及び第2の所定の超音波周波数は、それらの間の周波数差が超低周波数であるように選択される。 Preferably, the frequency difference between the first and second predetermined ultrasonic frequencies is an inaudible frequency, i.e., either an infrasonic frequency or an ultrasonic frequency. Typically, in practice, the first and second predetermined ultrasonic frequencies are selected such that the frequency difference between them is an infrasonic frequency.
本発明の別の態様によれば、上述したようなコイル・インサートと、少なくとも1つの勾配磁場コイルを超音波周波数で電気的に駆動する信号発生器装置とを備える、MRIシステム用コイル・インサート装置が提供される。 According to another aspect of the present invention, there is provided a coil insert device for an MRI system comprising a coil insert as described above and a signal generator device for electrically driving at least one gradient coil at ultrasonic frequencies.
少なくとも1つの勾配磁場コイルがZ勾配磁場コイルを備える場合、コイルの巻線及び信号発生器装置は、Z軸上で区分された勾配を提供するように配置されてもよい。 When the at least one gradient coil comprises a Z-gradient coil, the coil windings and signal generator arrangement may be arranged to provide a gradient segmented on the Z axis.
巻線及び信号発生器装置は、Z軸に沿った空間的に単調でない勾配を提供するように配置されてもよい。 The windings and signal generator arrangement may be arranged to provide a spatially non-monotonic gradient along the Z axis.
巻線及び信号発生器装置は、Z軸に沿った空間的に多葉性の勾配を提供するように配置されてもよい。 The windings and signal generator arrangement may be arranged to provide a spatially multilobal gradient along the Z axis.
巻線及び信号発生器装置は、Z軸に沿った空間的に振動する勾配を提供するように配置されてもよい。 The windings and signal generator arrangement may be arranged to provide a spatially oscillating gradient along the Z axis.
巻線及び信号発生器装置は、Z軸に沿った多項式状又は正弦曲線状の空間的変動を有する勾配を提供するように配置されてもよい。 The windings and signal generator arrangement may be arranged to provide a gradient having a polynomial-like or sinusoidal-like spatial variation along the Z axis.
インサートが第1の勾配磁場コイル及び第2の勾配磁場コイルを備える場合、信号発生器装置は、第1の勾配磁場コイルを第1の選択された超音波周波数で駆動し、第2の勾配磁場コイルを第2の選択された超音波周波数で駆動するように配置されてもよい。第1及び第2の周波数は互いに同じであってもよい。第1及び第2の周波数は互いに異なってもよい。 When the insert comprises a first gradient coil and a second gradient coil, the signal generator device may be arranged to drive the first gradient coil at a first selected ultrasonic frequency and to drive the second gradient coil at a second selected ultrasonic frequency. The first and second frequencies may be the same as each other. The first and second frequencies may be different from each other.
好ましくは、第1の選択された超音波周波数と第2の選択された超音波周波数との間の周波数差は非可聴周波数である。つまり、超低周波数又は超音波周波数のどちらかである。一般的に、実際には、第1の選択された超音波周波数及び第2の選択された超音波周波数は、それらの間の周波数差が超低周波数であるように選択される。 Preferably, the frequency difference between the first selected ultrasonic frequency and the second selected ultrasonic frequency is an inaudible frequency, i.e., either an infrasonic frequency or an ultrasonic frequency. Typically, in practice, the first selected ultrasonic frequency and the second selected ultrasonic frequency are selected such that the frequency difference between them is an infrasonic frequency.
第1の選択された周波数は、第1の所定の周波数と同じであってもよい。第2の選択された周波数は、第2の所定の周波数と同じであってもよい。 The first selected frequency may be the same as the first predetermined frequency. The second selected frequency may be the same as the second predetermined frequency.
したがって、第1及び第2のコイルは、コイルを選択された周波数で共振させるコンデンサが提供されるか否かにかかわらず、選択された周波数で駆動されてもよいが、コンデンサが提供され、コイルがそれぞれの共振周波数で駆動されることが好ましいことが注目される。 Thus, the first and second coils may be driven at a selected frequency with or without a capacitor being provided to cause the coils to resonate at the selected frequency, although it is noted that it is preferred that a capacitor is provided and the coils are driven at their respective resonant frequencies.
本発明の別の態様によれば、主要ボアを有するMRIシステムと、前記ボア内で使用される上述したようなMRIシステム用コイル・インサートとを備える、MRIシステム装置が提供される。 According to another aspect of the present invention, there is provided an MRI system apparatus comprising an MRI system having a main bore and a coil insert for the MRI system as described above for use within the bore.
本発明の別の態様によれば、主要ボアを有するMRIシステムと、前記ボア内で使用するようにコイル・インサートが配置された、上述したようなMRIシステム用コイル・インサート装置とを備える、MRIシステム装置が提供される。 According to another aspect of the present invention, there is provided an MRI system apparatus comprising an MRI system having a main bore and a coil insert apparatus for an MRI system as described above, with a coil insert disposed for use within the bore.
MRIシステム用コイル・インサートの文脈で上述の特徴について述べてきたが、文脈が許容すれば、MRIシステム自体に上述の特徴及び発想を使用することができる。 Although the above features have been described in the context of a coil insert for an MRI system, the above features and ideas can be used in the MRI system itself, where the context permits.
したがって、本発明の別の態様によれば、コイル装置を備え、コイル装置が、それぞれの軸線に沿って空間的に変動する磁場を作ると共に、超音波周波数で電気的に駆動されるように配置された、少なくとも1つの勾配磁場コイルを備える、コイル装置を備えるMRIシステムが提供される。 Thus, according to another aspect of the present invention, there is provided an MRI system comprising a coil arrangement, the coil arrangement comprising at least one gradient magnetic field coil arranged to produce a spatially varying magnetic field along a respective axis and to be electrically driven at ultrasonic frequencies.
概して、上述の任意の特徴は、文脈が許容すれば、本発明のこの態様に対する任意の特徴でもある。簡潔にするため、全てが本明細書で繰り返されるものではないが、一部は例として明示的に記述される。 In general, any feature described above is also an optional feature for this aspect of the invention, where the context permits. For the sake of brevity, not all are repeated here, but some are explicitly described as examples.
MRIシステムは、少なくとも1つの勾配磁場コイルを超音波周波数で電気的に駆動する信号発生器装置を備えてもよい。 The MRI system may include a signal generator device that electrically drives at least one gradient coil at ultrasonic frequencies.
一連の実施例では、少なくとも1つの勾配磁場コイルはZ勾配磁場コイルを備え、コイルの巻線及び信号発生器装置は、Z軸上に区分された勾配を提供するように配置される。 In one set of embodiments, the at least one gradient coil comprises a Z-gradient coil, the coil windings and signal generator arrangement being arranged to provide a segmented gradient on the Z axis.
換言すれば、巻線及び信号発生器装置は、Z軸に沿った空間的に単調でない勾配を提供するように配置されてもよい。 In other words, the windings and signal generator arrangement may be arranged to provide a spatially non-monotonic gradient along the Z axis.
巻線及び信号発生器装置は、Z軸に沿った空間的に多葉性の勾配を提供するように配置されてもよい。 The windings and signal generator arrangement may be arranged to provide a spatially multilobal gradient along the Z axis.
巻線及び信号発生器装置は、Z軸に沿った空間的に振動する勾配を提供するように配置されてもよい。 The windings and signal generator arrangement may be arranged to provide a spatially oscillating gradient along the Z axis.
巻線及び信号発生器装置は、Z軸に沿った多項式状又は正弦曲線状の空間的変動を有する勾配を提供するように配置されてもよい。 The windings and signal generator arrangement may be arranged to provide a gradient having a polynomial-like or sinusoidal-like spatial variation along the Z axis.
MRIシステムは、それぞれの勾配磁場コイルを所定の超音波周波数で共振させるように、少なくとも1つの勾配磁場コイルに電気的に接続された少なくとも1つのコンデンサを備えてもよい。 The MRI system may include at least one capacitor electrically connected to at least one gradient coil to resonate each gradient coil at a predetermined ultrasound frequency.
コイル装置は、第1の勾配磁場コイル及び第2の勾配磁場コイルを備えてもよく、第1の勾配磁場コイルを第1の所定の超音波周波数で共振させるように、少なくとも1つの第1のコンデンサは第1の勾配磁場コイルに電気的に接続されてもよく、第2の勾配磁場コイルを第2の所定の超音波周波数で共振させるように、少なくとも1つの第2のコンデンサは第2の勾配磁場コイルに電気的に接続される。 The coil device may include a first gradient magnetic field coil and a second gradient magnetic field coil, and at least one first capacitor may be electrically connected to the first gradient magnetic field coil to resonate the first gradient magnetic field coil at a first predetermined ultrasonic frequency, and at least one second capacitor may be electrically connected to the second gradient magnetic field coil to resonate the second gradient magnetic field coil at a second predetermined ultrasonic frequency.
第1の所定の超音波周波数は、第2の所定の超音波周波数と同じであってもよい。 The first predetermined ultrasonic frequency may be the same as the second predetermined ultrasonic frequency.
しかしながら、好ましくは、第1の所定の超音波周波数は第2の所定の超音波周波数とは異なる。 However, preferably, the first predetermined ultrasonic frequency is different from the second predetermined ultrasonic frequency.
好ましくは、第1の所定の超音波周波数と第2の所定の超音波周波数との間の周波数差は非可聴周波数である。つまり、超低周波数又は超音波周波数のどちらかである。一般的に、実際には、第1の所定の超音波周波数及び第2の所定の超音波周波数は、それらの間の周波数差が超低周波数であるように選択される。 Preferably, the frequency difference between the first and second predetermined ultrasonic frequencies is an inaudible frequency, i.e., either an infrasonic frequency or an ultrasonic frequency. Typically, in practice, the first and second predetermined ultrasonic frequencies are selected such that the frequency difference between them is an infrasonic frequency.
コイル装置が第1の勾配磁場コイル及び第2の勾配磁場コイルを備える場合、信号発生器装置は、第1の勾配磁場コイルを第1の選択された超音波周波数で駆動し、第2の勾配磁場コイルを第2の選択された超音波周波数で駆動するように配置されてもよい。第1及び第2の周波数は互いに同じであってもよい。第1及び第2の周波数は互いに異なってもよい。 When the coil arrangement comprises a first gradient coil and a second gradient coil, the signal generator arrangement may be arranged to drive the first gradient coil at a first selected ultrasonic frequency and to drive the second gradient coil at a second selected ultrasonic frequency. The first and second frequencies may be the same as each other. The first and second frequencies may be different from each other.
好ましくは、第1の選択された超音波周波数と第2の選択された超音波周波数との間の周波数差は非可聴周波数である。つまり、超低周波数又は超音波周波数のどちらかである。一般的に、実際には、第1の選択された超音波周波数及び第2の選択された超音波周波数は、それらの間の周波数差が超低周波数であるように選択される。 Preferably, the frequency difference between the first selected ultrasonic frequency and the second selected ultrasonic frequency is an inaudible frequency, i.e., either an infrasonic frequency or an ultrasonic frequency. Typically, in practice, the first selected ultrasonic frequency and the second selected ultrasonic frequency are selected such that the frequency difference between them is an infrasonic frequency.
第1の選択された周波数は、第1の所定の周波数と同じであってもよい。第2の選択された周波数は、第2の所定の周波数と同じであってもよい。 The first selected frequency may be the same as the first predetermined frequency. The second selected frequency may be the same as the second predetermined frequency.
本発明の別の態様によれば、上述したようなMRIシステム装置の操作方法が提供される。 According to another aspect of the present invention, there is provided a method for operating an MRI system apparatus as described above.
本発明の更なる態様によれば、磁気共鳴データを獲得する獲得部と、獲得した磁気共鳴データから画像及び分光情報を再構築する再構築部とを有する、MRIシステム装置を備える、エコー・プラナー法分光イメージング・システムが提供され、
獲得部が、
単バンド又はマルチバンドRFパルスを出力するように配置された、RF送信装置と、
第1のそれぞれの軸線に沿った空間的に変動する磁場を作る、超音波周波数で駆動されるように配置された第1の勾配磁場コイルと、第2のそれぞれの軸線に沿った空間的に変動する磁場を作る、超音波周波数で駆動されるように配置された第2の勾配磁場コイルと、
第1の勾配磁場コイルを第1の選択された超音波周波数で電気的に駆動し、第2の勾配磁場コイルを第2の選択された超音波周波数で駆動する、信号発生器装置と、を備え、
信号発生器装置が、磁気共鳴データを獲得する一部として、読出し期間中に、複数のチャープ・パルスを第1の勾配磁場コイルに適用し、複数のチャープ・パルスを第2の勾配磁場コイルに適用して、スペクトル符号化及び空間符号化を第1及び第2それぞれの軸線において達成するように構成され、
獲得部が、前記読出し期間中、磁気共鳴データを読み出すように配置され、再構築部が、前記読出し期間中に読み出された磁気共鳴データから、画像及び画像に関するスペクトル情報を再構築するように配置される。
According to a further aspect of the present invention there is provided an echo planar spectroscopic imaging system comprising an MRI system apparatus having an acquisition unit for acquiring magnetic resonance data and a reconstruction unit for reconstructing image and spectroscopic information from the acquired magnetic resonance data,
The acquisition department,
an RF transmitter arranged to output single-band or multi-band RF pulses;
a first gradient coil arranged to be driven at ultrasonic frequencies to produce a spatially varying magnetic field along a first respective axis; and a second gradient coil arranged to be driven at ultrasonic frequencies to produce a spatially varying magnetic field along a second respective axis.
a signal generator device for electrically driving the first gradient coil at a first selected ultrasonic frequency and for driving the second gradient coil at a second selected ultrasonic frequency;
the signal generator apparatus is configured to apply a plurality of chirp pulses to a first gradient coil and a plurality of chirp pulses to a second gradient coil during a readout period as part of acquiring the magnetic resonance data to achieve spectral and spatial encoding in the first and second respective axes;
An acquisition unit is arranged to read out magnetic resonance data during said readout period, and a reconstruction unit is arranged to reconstruct an image and spectral information relating to the image from the magnetic resonance data read out during said readout period.
これによって、各チャープの持続時間での空間符号化、及び読出し期間の持続時間にわたる空間符号化を可能にすることができる。超音波周波数及び一連のチャープを使用することによって、既存の技術を用いて達成されるよりも著しく短い検査期間に関連するMRSIデータ、つまりMRI画像及び関連するスペクトル・データを取得することが可能である。これは、時間に伴う変化、例えば、検査期間中の被検体における代謝物の流れ又は代謝物の化学変化によって、情報が損失又は混乱するのを回避することができる。 This allows spatial encoding over the duration of each chirp, and over the duration of the readout period. By using ultrasonic frequencies and a series of chirps, it is possible to obtain MRI data, i.e. MRI images and associated spectral data, associated with a significantly shorter examination period than is achieved with existing techniques. This avoids information being lost or confounded by changes over time, e.g. metabolite flux or metabolite chemistry changes in the subject during the examination period.
各チャープ・パルスは、100ミリ秒未満、好ましくは10ミリ秒未満の長さを有してもよい。一実施例では、各チャープ・パルスは1ミリ秒程度の長さを有する。別の実施例では、各チャープ・パルスは0.5ミリ秒程度の長さを有する。 Each chirp pulse may have a length of less than 100 milliseconds, preferably less than 10 milliseconds. In one embodiment, each chirp pulse has a length on the order of 1 millisecond. In another embodiment, each chirp pulse has a length on the order of 0.5 milliseconds.
信号発生器装置は、前記読出し期間中に少なくとも10のチャープ・パルスを、好ましくは少なくとも50のパルスを適用するように構成されてもよい。一実施例では、200のチャープ・パルスが読出し期間に適用されてもよい。 The signal generator device may be configured to apply at least 10 chirp pulses during the readout period, preferably at least 50 pulses. In one embodiment, 200 chirp pulses may be applied during the readout period.
したがって、読出し期間は、例えば約100ミリ秒程度、例えばそれぞれが0.5ミリ秒の200個のチャープ・パルス、又は200ミリ秒、例えばそれぞれが1ミリ秒の200個のチャープ・パルスであってもよいことが分かる。これは次に、それぞれ2kHz及び1kHzの帯域幅、並びにそれぞれ10Hz及び5Hz程度のスペクトル・データの解像度につながり得る。 It can thus be seen that the readout period may be, for example, on the order of 100 ms, e.g. 200 chirp pulses of 0.5 ms each, or 200 ms, e.g. 200 chirp pulses of 1 ms each. This in turn may lead to bandwidths of 2 kHz and 1 kHz, respectively, and resolutions of the spectral data on the order of 10 Hz and 5 Hz, respectively.
獲得部は、一組の磁気共鳴データを生成するために、複数の読出し期間中に磁気共鳴データを獲得するように配置されてもよい。 The acquisition unit may be arranged to acquire magnetic resonance data during multiple readout periods to generate a set of magnetic resonance data.
獲得部は、各読出し期間の開始前にRF送信装置に単バンド又はマルチバンドRFパルスを出力させるように配置されてもよく、獲得は、各読出し期間中に、それぞれの複数のチャープ・パルスを第1の勾配磁場コイルに適用し、それぞれの複数のチャープ・パルスを第2の勾配磁場コイルに適用して、スペクトル符号化及び空間符号化を第1及び第2それぞれの軸線において達成するように構成されてもよい。 The acquisition unit may be arranged to cause the RF transmitter to output a single-band or multi-band RF pulse before the start of each readout period, and the acquisition may be configured to apply a respective plurality of chirp pulses to a first gradient coil and a respective plurality of chirp pulses to a second gradient coil during each readout period to achieve spectral and spatial encoding in each of the first and second axes.
再構築部は、前記複数の読出し期間中に読み出された一組の磁気共鳴データから、画像及び画像に関するスペクトル情報を再構築するように配置されてもよい。 The reconstruction unit may be arranged to reconstruct an image and spectral information relating to the image from a set of magnetic resonance data read out during the multiple readout periods.
第1の選択された超音波周波数及び第2の選択された超音波周波数は同じ周波数であってもよい。 The first selected ultrasonic frequency and the second selected ultrasonic frequency may be the same frequency.
好ましくは、第1の選択された超音波周波数は第2の選択された超音波周波数とは異なる。 Preferably, the first selected ultrasonic frequency is different from the second selected ultrasonic frequency.
好ましくは、第1の選択された超音波周波数と第2の選択された超音波周波数との間の周波数差は非可聴周波数である。つまり、超低周波数又は超音波周波数のどちらかである。一般的に、実際には、第1の選択された超音波周波数及び第2の選択された超音波周波数は、それらの間の周波数差が超低周波数であるように選択される。 Preferably, the frequency difference between the first selected ultrasonic frequency and the second selected ultrasonic frequency is an inaudible frequency, i.e., either an infrasonic frequency or an ultrasonic frequency. Typically, in practice, the first selected ultrasonic frequency and the second selected ultrasonic frequency are selected such that the frequency difference between them is an infrasonic frequency.
獲得部は、第1の勾配磁場コイルを第1の所定の超音波周波数で共振させるように、第1の勾配磁場コイルに電気的に接続された少なくとも1つの第1のコンデンサと、第2の勾配磁場コイルを第2の所定の超音波周波数で共振させるように、第2の勾配磁場コイルに電気的に接続された少なくとも1つの第2のコンデンサとを備えてもよい。 The acquisition unit may include at least one first capacitor electrically connected to the first gradient magnetic field coil to resonate the first gradient magnetic field coil at a first predetermined ultrasonic frequency, and at least one second capacitor electrically connected to the second gradient magnetic field coil to resonate the second gradient magnetic field coil at a second predetermined ultrasonic frequency.
第1の所定の超音波周波数は、第2の所定の超音波周波数と同じであってもよい。 The first predetermined ultrasonic frequency may be the same as the second predetermined ultrasonic frequency.
しかしながら、好ましくは、第1の所定の超音波周波数は第2の所定の超音波周波数とは異なる。 However, preferably, the first predetermined ultrasonic frequency is different from the second predetermined ultrasonic frequency.
好ましくは、第1の所定の超音波周波数と第2の所定の超音波周波数との間の周波数差は非可聴周波数である。つまり、超低周波数又は超音波周波数のどちらかである。一般的に、実際には、第1の所定の超音波周波数及び第2の所定の超音波周波数は、それらの間の周波数差が超低周波数であるように選択される。 Preferably, the frequency difference between the first and second predetermined ultrasonic frequencies is an inaudible frequency, i.e., either an infrasonic frequency or an ultrasonic frequency. Typically, in practice, the first and second predetermined ultrasonic frequencies are selected such that the frequency difference between them is an infrasonic frequency.
第1の選択された周波数は、第1の所定の周波数と同じであってもよい。第2の選択された周波数は、第2の所定の周波数と同じであってもよい。 The first selected frequency may be the same as the first predetermined frequency. The second selected frequency may be the same as the second predetermined frequency.
獲得部は更に、第3のそれぞれの軸線に沿った空間的に変動する磁場を作るため、電気的に駆動されるように配置される、第3の勾配磁場コイルを備えてもよい。信号発生器装置は、第3の勾配磁場コイルを電気的に駆動するように配置されてもよく、特に、第3のそれぞれの軸線における空間符号化を提供して、それぞれの読出し期間中若しくはそれぞれの複数の読出し期間中に上述の磁気共鳴データ又は一組の磁気共鳴データが獲得される、検査を受けている被検体のスライスを選択するのを可能にするように配置されてもよい。 The acquisition section may further comprise a third gradient coil arranged to be electrically driven to create a spatially varying magnetic field along the third respective axis. The signal generator device may be arranged to electrically drive the third gradient coil, in particular to provide spatial encoding in the third respective axis to allow for selecting a slice of the subject under examination for which the above-mentioned magnetic resonance data or set of magnetic resonance data is acquired during a respective readout period or during a respective readout period.
獲得部は、獲得されたデータの信号対雑音比の改善を容易にするように、後続の過程において更なる磁気共鳴データ又は更なる一連の磁気共鳴データを獲得するように配置されてもよい。 The acquisition unit may be arranged to acquire further magnetic resonance data or further sets of magnetic resonance data in a subsequent step to facilitate improving the signal-to-noise ratio of the acquired data.
獲得部は、後続の過程において更なる磁気共鳴データ又は更なる一連の磁気共鳴データを獲得して、検査を受けている被検体の異なるスライスが、第3のそれぞれの軸線における空間符号化を使用して選択されるように配置されてもよい。 The acquisition unit may be arranged to acquire further magnetic resonance data or further series of magnetic resonance data in a subsequent step so that different slices of the subject under examination are selected using spatial encoding in the third respective axis.
MRIシステム装置は、主要ボアを有するMRIシステム、と前記ボア内で使用されるMRIシステム用コイル・インサート装置とを備えてもよい。 The MRI system device may include an MRI system having a main bore and a coil insert device for the MRI system for use within the bore.
インサートは、第1の勾配磁場コイル及び第2の勾配磁場コイルを備えてもよい。 The insert may include a first gradient magnetic field coil and a second gradient magnetic field coil.
インサートは、本発明の第1の態様によるコイル・インサートを備えてもよい。 The insert may comprise a coil insert according to the first aspect of the invention.
第3の勾配磁場コイルは、MRIシステム自体の勾配磁場コイルであってもよい。これによって、この勾配磁場コイルが患者から遠ざけられて、インサートの窓が妨げられないようにする助けとするのを可能にすることができる。 The third gradient coil may be the gradient coil of the MRI system itself, allowing it to be moved away from the patient to help keep the window of the insert unobstructed.
一般的に、MRIシステムは、やはり、第1のそれぞれの軸線に沿った空間的に変動する磁場を作り、第2のそれぞれの軸線に沿った空間的に変動する磁場を作るように配置された、更なるそれぞれの勾配磁場コイルを備える。しかしながら、本発明の上述の更なる態様にしたがって磁気共鳴データの獲得を実施する際、少なくとも幾つかの例では、これらの更なるそれぞれの勾配磁場コイルは使用されないままのことがある。 Typically, the MRI system also includes further respective gradient coils arranged to produce a spatially varying magnetic field along a first respective axis and a spatially varying magnetic field along a second respective axis. However, in at least some instances, these further respective gradient coils may remain unused when performing magnetic resonance data acquisition in accordance with the above-described further aspects of the invention.
他の実現例では、インサートが存在しないことがあり、それよりもむしろ、本発明の上述の更なる態様の第1及び第2の勾配磁場コイルが、MRIシステムの主本体に提供されることがある。 In other implementations, there may be no insert, and instead the first and second gradient coils of the above-described further aspect of the invention may be provided in the main body of the MRI system.
他の実現例では、主要MRIシステム及びインサートの両方において、更には同じ軸線上で、勾配磁場コイルが利用されることがある。したがって、例えば、インサート内及び主要MRIシステム内のZ勾配磁場コイルは両方とも、符号化に使用されることがある。 In other implementations, gradient coils may be utilized in both the main MRI system and the insert, even on the same axis. Thus, for example, Z gradient coils in the insert and in the main MRI system may both be used for encoding.
本発明の別の態様によれば、磁気共鳴データを獲得する獲得部と、獲得した磁気共鳴データから画像及びスペクトル情報を再構築する再構築部とを有する、MRIシステム装置を使用する、エコー・プラナー法分光イメージング方法が提供され、
方法は、
単バンド又はマルチバンドRFパルスを、検査を受けている被検体に適用することと、
第1の勾配磁場コイルを第1の超音波周波数で電気的に駆動して、第1のそれぞれの軸線に沿った空間的に変動する磁場を作ることと、第2の勾配磁場コイルを第2の超音波周波数で電気的に駆動して、第2のそれぞれの軸線に沿った空間的に変動する磁場を作ることと、
磁気共鳴データを獲得する一部として、読出し期間中に、複数のチャープ・パルスを第1の勾配磁場コイルに適用し、複数のチャープ・パルスを第2の勾配磁場コイルに適用して、スペクトル符号化及び空間符号化を第1及び第2それぞれの軸線において達成することと、
前記読出し期間中に磁気共鳴データを読み出すことと、
前記読出し期間中に読み出された磁気共鳴データから、画像及び画像に関するスペクトル情報を再構築することとを含む。
According to another aspect of the present invention, there is provided a method of echo-planar spectroscopic imaging using an MRI system having an acquisition unit for acquiring magnetic resonance data and a reconstruction unit for reconstructing image and spectral information from the acquired magnetic resonance data, comprising:
The method is:
applying a single-band or multi-band RF pulse to a subject being examined;
electrically driving a first gradient coil at a first ultrasonic frequency to produce a spatially varying magnetic field along a first respective axis; and electrically driving a second gradient coil at a second ultrasonic frequency to produce a spatially varying magnetic field along a second respective axis;
applying a plurality of chirp pulses to a first gradient coil and a plurality of chirp pulses to a second gradient coil during a readout period as part of acquiring the magnetic resonance data to achieve spectral and spatial encoding in the first and second respective axes;
reading out magnetic resonance data during said readout period;
and reconstructing an image and spectral information relating to the image from the magnetic resonance data read out during said readout period.
一般用語において、また文言の必要な修正を含めて、上記した本発明の任意の態様に従う上記に定義した更なる特徴は全て、上記に定義した本発明の他の全ての態様の更なる特徴として適用可能であることに留意されたい。これら更なる特徴は、簡潔にするため、本発明の各態様の後に再記述されない。 It should be noted that in general terms and with necessary modifications of wording, all further features defined above according to any aspect of the invention defined above are applicable as further features of all other aspects of the invention defined above. These further features are not restated after each aspect of the invention for the sake of brevity.
以下、本発明の実施例について、単なる例として、添付図面を参照して記載する。 Embodiments of the present invention will now be described, by way of example only, with reference to the accompanying drawings, in which:
図1は、この例では、主要MRIシステム1とMRIシステム用コイル・インサート2とを備える、MRIシステム装置を概略的に示している。この実施例では、主要MRIシステム1の構造及び動作は大部分が従来的である。したがって、主要MRIシステムの様々な態様を図面に図示し後述する一方で、MRIシステム1の他の態様は詳細には図示又は記載しないが、当然ながら、これらの詳細はMRI検査の分野で良く知られ理解されている。 Figure 1 shows a schematic diagram of an MRI system apparatus, in this example comprising a main MRI system 1 and a coil insert 2 for the MRI system. In this example, the structure and operation of the main MRI system 1 is largely conventional. Thus, while various aspects of the main MRI system are shown in the drawings and described below, other aspects of the MRI system 1 are not shown or described in detail, although it will be appreciated that these details are well known and understood in the field of MRI testing.
MRIシステム・インサート2は、既存のMRIシステムと協働して供給され使用されるように配置される。当然ながら、これは、全く新しいMRIシステムを開発する必要があるというよりも、既存のMRIシステムが本発明の発想を利用するように適合されてもよいことを意味するので、商業的に有利である。つまり、代替例では、図1に示されるMRIシステム装置は最初から作製されてもよく、更なる代替例では、そのように所望ならば、インサート2の特徴及び機能がMRIシステム1の主本体に組み込まれてもよい。 The MRI system insert 2 is arranged to be supplied and used in conjunction with an existing MRI system. Of course, this is commercially advantageous as it means that existing MRI systems may be adapted to utilise the ideas of the present invention, rather than having to develop an entirely new MRI system. That is, in the alternative, the MRI system arrangement shown in Figure 1 may be fabricated from scratch, and in a further alternative, the features and functionality of the insert 2 may be incorporated into the main body of the MRI system 1, if so desired.
図1では、MRIシステム用コイル・インサート2は、明瞭にするため、主要MRIシステム1の外部に示されている。しかしながら、動作の際、インサート2は、主要MRIシステム1の主要ボアB内の位置へ、図1に点線で示される位置へと移動される。図2は、インサート2がMRIシステム1のボアBの外部にある図1に示される位置に対応する図2に示される位置と、MRIシステム1のボアB内部の位置との間で摺動的に移動可能であるようにして、MRIシステム1のベッド3に取り付けられた、図1に示されるタイプのインサート2を概略的に示している。 In FIG. 1, the MRI system coil insert 2 is shown external to the main MRI system 1 for clarity. However, in operation, the insert 2 is moved to a position within the main bore B of the main MRI system 1, to a position shown in dotted lines in FIG. 1. FIG. 2 shows diagrammatically an insert 2 of the type shown in FIG. 1 mounted on the bed 3 of the MRI system 1 such that the insert 2 is slidably movable between a position shown in FIG. 2 corresponding to the position shown in FIG. 1, which is external to the bore B of the MRI system 1, and a position inside the bore B of the MRI system 1.
様々な異なる形態のインサートが提供されてもよい。 A variety of different insert configurations may be provided.
図2に示されるインサート2’は、インサート2の各端部に1つずつ設けられた第1の組の巻線2z1と第2の組の巻線2z2とを備える、インサートZ勾配磁場コイル2zを備える。 The insert 2' shown in FIG. 2 includes an insert Z gradient coil 2z having a first set of windings 2z1 and a second set of windings 2z2, one at each end of the insert 2.
Zコイル巻線が、第1の組の巻線2z1と第2の組の巻線2z2との間の中央領域にはないことが、最適ではない磁場につながり得るが、少なくとも一部の状況では、これらの不完全さは許容可能であると判断されている。一例として、人の頭部の診察で使用されるインサートにおける、第1の組の巻線2z1及び2z2の間の空間が比較的小さいので、これらの不完全さは許容可能である。 Although the fact that the Z coil winding is not in the central region between the first set of windings 2z1 and the second set of windings 2z2 may lead to a less than optimal magnetic field, it has been determined that in at least some circumstances these imperfections are acceptable. As an example, the space between the first set of windings 2z1 and 2z2 in inserts used in examining human heads is relatively small, making these imperfections acceptable.
図1に示されるインサート2は、第1及び第2の組の巻線2z1及び2z2を備える類似のインサートZ勾配磁場コイル2zを備え、第1及び第2の組の巻線2x1及び2x2を備えるインサートX勾配磁場コイル2xを更に備える。これらの組の巻線は、図3に分離して更に明確に示されている。 The insert 2 shown in FIG. 1 includes a similar insert Z gradient coil 2z with first and second sets of windings 2z1 and 2z2, and further includes an insert X gradient coil 2x with first and second sets of windings 2x1 and 2x2. These sets of windings are shown more clearly separated in FIG. 3.
図1及び3のインサート2及び図2のインサート2’の両方において、各組のZ巻線2z1、2z1自体が、二組のらせん状に巻かれた巻回2z1a、2z1b、2z2a、2z2bを備える。第2の層2z1b、2z2bは、それぞれの第1の層2z1a、2z2aの上に、ただしわずかに整列せずに巻かれるので、外側の組の導体は逆の電流方向を提供することができる。これは、勾配磁場の遮蔽を改善して、周囲の導体材料における渦電流を最小限に抑えることが見出されている。 In both the insert 2 of Figures 1 and 3 and the insert 2' of Figure 2, each set of Z-windings 2z1, 2z1 itself comprises two sets of helically wound turns 2z1a, 2z1b, 2z2a, 2z2b. The second layers 2z1b, 2z2b are wound on top of, but slightly out of alignment with, the respective first layers 2z1a, 2z2a so that the outer set of conductors can provide opposite current directions. This has been found to improve shielding of the gradient magnetic field and minimize eddy currents in the surrounding conductor material.
図1及び3のインサート2におけるX勾配磁場コイル2xの巻線2x1、2x2の巻線パターンは、図3と組み合わせて図4を検討することによってより明白に分かる。 The winding pattern of the windings 2x1, 2x2 of the X-gradient coil 2x in the insert 2 of Figures 1 and 3 can be seen more clearly by considering Figure 4 in combination with Figure 3.
図4は、Xインサート勾配磁場コイル2xの巻線の組2x1、2x2を、より従来的に巻かれたX勾配磁場コイル(図4では「従来技術」と名づけている)の内層と比較して示している。巻線の各組2x1、2x2はらせん状に巻かれ、一周の巻回はそれぞれ、第1の端部セグメント2x1b、2x2bを介して外側弓状セグメント2x1c、2x2cに接続される内側弓状セグメント2x1a、2x2aを備える。巻回は、次の巻回の始まりに向かって内側に戻る、第2の端部セグメント2x1d、2x2dによって完成する。次の巻回は、後続の巻回の対応する内側弓状セグメント2x1a、2x2aで始まり、同様に続く。 Figure 4 shows the winding set 2x1, 2x2 of the X insert gradient coil 2x in comparison with the inner layer of a more conventionally wound X gradient coil (labeled "Prior Art" in Figure 4). Each winding set 2x1, 2x2 is wound helically, with each full turn comprising an inner arcuate segment 2x1a, 2x2a connected to an outer arcuate segment 2x1c, 2x2c via a first end segment 2x1b, 2x2b. The turn is completed by a second end segment 2x1d, 2x2d, which returns inward toward the beginning of the next turn. The next turn begins with the corresponding inner arcuate segment 2x1a, 2x2a of the succeeding turn, and so on.
各内側弓状セグメントの円弧は、他の内側弓状セグメントと同じ半径を有することが分かる。同様に、各外側弓状セグメントの円弧は、他の外側弓状セグメントと同じ半径を有する。内側セグメントの円弧の半径は外側セグメントの円弧の半径よりも小さい。 It can be seen that the arc of each inner arcuate segment has the same radius as the other inner arcuate segments. Similarly, the arc of each outer arcuate segment has the same radius as the other outer arcuate segments. The radius of the arc of the inner segments is less than the radius of the arc of the outer segments.
この巻線の配置は、インサートの軸線方向で、従来技術の巻線の配置よりも長い線形領域につながり、二組の巻線2x1、2x2の端部間における、従来技術のパターンよりも大きい円周方向の隙間が可能になる。かかる巻線によって作られる磁場の性質における妥協があり得るが、本発明のシステムではこれらの問題を上回る利益があることが見出されている。 This winding arrangement results in a longer linear region in the axial direction of the insert than prior art winding arrangements, and allows for a larger circumferential gap between the ends of the two sets of windings 2x1, 2x2 than prior art patterns. Although there may be compromises in the nature of the magnetic field produced by such windings, it has been found that the benefits of the system of the present invention outweigh these problems.
図1及び3に示されるインサート2は、患者の頭部、当然ながら特に脳の検査を行う際の使用のために設計されている。したがって、インサート2は、患者の頭部がインサートのボア内に配設されるように配置される。インサートにおけるZ勾配磁場コイル及びX勾配磁場コイル2z、2xの配置によって、ユーザの頭部がインサート2に挿入されたときにそこを通して見ることができる、窓W(図3に概略的に示され、その位置は図1に概略的に示される)をインサート2に設けることが可能になる。この窓Wは、所望の場合インサートの開口部であってもよく、又は透明材料が充填された開口部であってもよい。 The insert 2 shown in Figures 1 and 3 is designed for use in performing examinations of a patient's head, and of course in particular the brain. The insert 2 is therefore arranged so that the patient's head is disposed within the bore of the insert. The arrangement of the Z-gradient and X-gradient magnetic field coils 2z, 2x in the insert makes it possible to provide the insert 2 with a window W (shown diagrammatically in Figure 3 and the position of which is shown diagrammatically in Figure 1) through which the user's head can be seen when inserted into the insert 2. This window W may be an opening in the insert if desired, or it may be an opening filled with a transparent material.
更に、X勾配磁場コイルがない、図2に示されるタイプのインサート2’では、やはり、ユーザの頭部がインサート1内にあるときにそこを通して見ることができる、1つ又は複数の窓Wを作成する可能性がある。当然ながら、かかる窓を提供することは、患者の閉所恐怖の感覚に対抗する助けとなる。 Furthermore, in an insert 2' of the type shown in FIG. 2, which does not have an X-gradient field coil, it is still possible to create one or more windows W through which the user can see when their head is within the insert 1. Naturally, providing such windows helps counteract the patient's sense of claustrophobia.
MRIシステム装置は、インサート2の勾配磁場コイル2z、2xを駆動するために提供される、信号発生器装置4を備える。 The MRI system device includes a signal generator device 4 provided to drive the gradient magnetic field coils 2z, 2x of the insert 2.
商用の用語では、この信号発生器装置4はインサート2と共に提供されてもよく、これらを併せて、既存のMRIシステム1で使用することができる、MRIシステム用コイル・インサート装置と見なすことができる。当然ながら、他の代替例でもやはり、完全なシステムが開発される場合、別個の信号発生器装置は不要なことがあり、その代わりにこれが、主要MRIシステム内に提供されるシステムに組み込まれてもよい。 In commercial terms, this signal generator device 4 may be provided with the insert 2 and together they may be considered a coil insert device for an MRI system that may be used with an existing MRI system 1. Of course, again in other alternatives, if a complete system is developed, a separate signal generator device may not be necessary and instead it may be incorporated into the system provided within the main MRI system.
信号発生器装置4は、インサート2の勾配磁場コイル2z、2xを超音波周波数で駆動するように配置される。即ち、可聴範囲を超える周波数である。 The signal generator device 4 is arranged to drive the gradient coils 2z, 2x of the insert 2 at ultrasonic frequencies, i.e. frequencies above the audible range.
2つ以上の勾配磁場コイルがインサート2に、例えば図1及び3に示されるタイプのインサート2にある場合、いくつかの例では、同じ超音波周波数が勾配磁場コイル2z、2xそれぞれを駆動するのに使用されてもよい。 When there are two or more gradient coils in the insert 2, such as the type of insert 2 shown in Figures 1 and 3, in some examples the same ultrasound frequency may be used to drive each of the gradient coils 2z, 2x.
或いは、好ましくは、2つの勾配磁場コイル、例えば2つの勾配磁場コイル2z、2xがインサート2にある場合、信号発生器装置4は、これらをそれぞれ異なる超音波周波数で駆動するように配置される。 Alternatively, and preferably, if there are two gradient coils in the insert 2, e.g. two gradient coils 2z, 2x, the signal generator device 4 is arranged to drive each of these at a different ultrasonic frequency.
一例として、いくつかの実施例では、単一の超音波周波数が使用され、20.2kHzで設定されてもよい。2つの異なる周波数が使用される他の実施例では、これらは例えば、一方では22kHz、他方では19.9kHzであってもよく、一方はX勾配磁場コイル2xを駆動するのに使用され、もう一方はZ勾配磁場コイル2zを駆動するのに使用される。実際には、認識されるように、どの周波数が選択されてもよいかについて非常に多くの自由度がある。 As an example, in some embodiments, a single ultrasound frequency is used, which may be set at 20.2 kHz. In other embodiments, where two different frequencies are used, these may be, for example, 22 kHz on the one hand and 19.9 kHz on the other hand, one used to drive the X-gradient magnetic field coil 2x and the other used to drive the Z-gradient magnetic field coil 2z. In practice, as will be appreciated, there is a great deal of freedom as to which frequencies may be selected.
しかしながら、第一に2つの異なる周波数が選択され、第二にこれら2つの異なる周波数の差自体が非可聴周波数であることが、特に有利であると判断されている。これは、導入部で言及したように、2つの周波数が異なる場合、好ましい空間符号化を達成することができ、非可聴範囲の周波数差を有することで、2つの選択された非可聴周波数において発生する音の間に作られる可聴の「うなり」信号の発生を回避できる。一般的に、2つの周波数は、周波数差が人間の聴覚範囲を下回るように選択されてもよい。即ち、周波数差は20Hz以下である。 However, it has been determined to be particularly advantageous, firstly, for two different frequencies to be selected, and secondly, for the difference between these two different frequencies to itself be an inaudible frequency. This is because, as mentioned in the introduction, a good spatial coding can be achieved when the two frequencies are different, and having a frequency difference in the inaudible range avoids the generation of an audible "beat" signal created between sounds occurring at the two selected inaudible frequencies. In general, the two frequencies may be selected such that the frequency difference is below the range of human hearing, i.e. the frequency difference is less than or equal to 20 Hz.
図1に概略的に示されるように、それぞれのコンデンサCx、Czを介してインサートの各勾配磁場コイル2x、2zを駆動する、信号発生器装置4が配置される。これらのコンデンサの値は、それぞれの勾配磁場コイル2x、2zを、信号発生器装置4によって駆動される周波数で共振させるために選択される。これによって、高インピーダンス信号発生器を使用し、より低い電流を勾配磁場コイル2x、2cに送達することが容易になり、それが次いで、それらの間の結合を低減する助けとなり得る。 As shown diagrammatically in FIG. 1, a signal generator device 4 is arranged to drive each gradient coil 2x, 2z of the insert via a respective capacitor Cx, Cz. The values of these capacitors are selected to resonate each gradient coil 2x, 2z at the frequency at which it is driven by the signal generator device 4. This facilitates the use of a high impedance signal generator to deliver lower currents to the gradient coils 2x, 2c, which in turn can help reduce coupling between them.
勾配磁場コイルを所定の周波数で共振させるという発想は、勾配磁場コイルが1つの信号発生器によって駆動される1つの電気的実体である状況、及び勾配磁場コイルが個別に駆動されてもよい複数の別個の電気的実体で構成されるという状況を包含することに留意されたい。したがって、例えば勾配磁場コイルに複数の個別の巻線がある場合、適切なコンデンサを提供することによってそれぞれ共振するようにされる。 Note that the idea of making the gradient coil resonate at a given frequency encompasses the situation where the gradient coil is one electrical entity driven by one signal generator, as well as the situation where the gradient coil is made up of several separate electrical entities that may be driven individually. Thus, for example, if the gradient coil has several separate windings, each is made to resonate by providing an appropriate capacitor.
本発明の装置では、RF遮蔽はインサート2に、又はインサート2と主要MRIシステムとの間に提供されない。これは、別の場合であればインサート勾配磁場コイル2x、2zが超音波周波数で駆動されたときに起こるような、渦電流の発生による損失を最小限に抑える助けとなる。同時に、インサート、及び特に勾配磁場コイル2x、2zは、主要MRIシステムによって送信及び受信される信号に対して比較的透明である。したがって、主要MRIシステムの動作は、インサート2が主要MRIシステムのボアB内の定位置にある状態で継続してもよい。 In the apparatus of the present invention, no RF shielding is provided at the insert 2 or between the insert 2 and the main MRI system. This helps to minimize losses due to the generation of eddy currents, as would otherwise occur when the insert gradient coils 2x, 2z are driven at ultrasonic frequencies. At the same time, the insert, and in particular the gradient coils 2x, 2z, are relatively transparent to signals transmitted and received by the main MRI system. Thus, operation of the main MRI system may continue with the insert 2 in place within the bore B of the main MRI system.
一般用語では、インサート勾配磁場コイル2x、2z(又は超音波周波数で動作する任意の勾配磁場コイル)の近傍における導電性材料の量を最小限に抑えることは、渦電流の影響を最小限に抑えることによる効率の改善を助ける。超音波周波数で駆動される勾配磁場コイルと金属物との間の隔間が増加するほど、問題は低減される。したがって、本発明の装置では、アクティブな勾配磁場遮蔽は最適ではなく、又は更には主要MRIシステムに対しては存在せず、他の金属物が主要MRIシステム内にあるという事実は許容可能である。超音波駆動される勾配磁場コイルの近傍にある金属を最小限に抑えるというこの要求により、i)かかる周波数の使用が実用的であるということが明白でなくなり、ii)主要MRI機械ではなくインサートにそれらを含めることが、少なくとも一部の状況ではより便利になる。 In general terms, minimizing the amount of conductive material in the vicinity of the insert gradient coils 2x, 2z (or any gradient coils operating at ultrasonic frequencies) helps improve efficiency by minimizing the effects of eddy currents. The greater the separation between the ultrasonically driven gradient coils and the metal objects, the less of a problem there is. Thus, in the device of the present invention, active gradient shielding is not optimal or even nonexistent for the main MRI system, and the fact that other metal objects are in the main MRI system is acceptable. This requirement to minimize metal in the vicinity of ultrasonically driven gradient coils makes it i) less obvious that such frequencies are practical to use, and ii) more convenient in at least some circumstances to include them in the insert rather than in the main MRI machine.
図5は、インサートの代替形態に提供されてもよい、Z勾配磁場コイルの代替の形態を概略的に示している。同様に、代替例でも、この形態のZ勾配磁場コイルは新たに構築されたMRI機械1の主本体に提供されてもよい。 Figure 5 shows, in a schematic way, an alternative form of Z-gradient coil that may be provided in an alternative form of insert. Similarly, in the alternative, this form of Z-gradient coil may be provided in the main body of the newly constructed MRI machine 1.
ここで、Z勾配磁場コイルは、上述したZ巻線の組2z1、2z2と同じ構造をそれぞれ有する、四組の巻線2z1~2z4を備える。やはり、これらの巻線は、信号発生器装置4によって駆動されるように配置され、1つ又は複数のコンデンサ(図示なし)を含めることによって、選択された駆動周波数で共振させるように配置される。 Here, the Z-gradient coil comprises four sets of windings 2z1-2z4, each having the same structure as the Z-winding sets 2z1, 2z2 described above. Again, these windings are arranged to be driven by a signal generator device 4, and are arranged to resonate at a selected drive frequency by including one or more capacitors (not shown).
この場合、従来の場合のようにZ勾配磁場コイルによってインサート内に、また図1~4に関して上述したインサート内に設定されるZ勾配磁場を単調に変化させるのではなく、ここでは、区分されたZ勾配が作られる。即ち、Z勾配磁場を単調に変化させるのではなく、図5のインサートは、より複雑に変動するZ勾配磁場を作るように配置される。特に、これは、多葉性であるように、また例えば、Z軸に沿って多項式状又は正弦曲線状の変動を有するように設定されてもよい。これは次に、インサートに沿った単位長さ当たりの勾配の適切な変化を依然として提供しながら、軸線の一端から他端までの勾配磁場の差の最大振幅を制御できることを意味する。区分されたZ勾配磁場を提供することは、特に、より長いインサートが使用される場合、即ち頭部だけよりも長い領域を検査する場合、例えばインサートが全身検査に使用されるか、又は勾配巻線が全身MRI機械に組み込まれる場合に、有利であり得ると判断されている。更に、SENSE(感度符号化)再構築技術は、MRIの分野で良く知られているように、図5に示されるインサートによって生成されるタイプの区分されたZ勾配を使用して、磁気共鳴データを獲得する際に得られた情報を成功裏に明らかにすることができると判断されている。更に、かかる区分されたZ勾配を使用することで、検査される被検体におけるPNSの発現を低減することができるか、或いはPNSの発現が得られる前により強力なZ勾配の使用を可能にすると判断されている。 In this case, instead of monotonically varying the Z-gradient field set in the insert by the Z-gradient field coils as in the conventional case and in the insert described above with respect to Figs. 1-4, a segmented Z-gradient is now created. That is, instead of monotonically varying the Z-gradient field, the insert of Fig. 5 is arranged to create a more complexly varying Z-gradient field. In particular, it may be set to be multi-lobed and to have, for example, a polynomial-like or sinusoidal variation along the Z axis. This in turn means that the maximum amplitude of the difference in the gradient field from one end of the axis to the other can be controlled while still providing an appropriate variation of the gradient per unit length along the insert. It has been determined that providing a segmented Z-gradient field can be advantageous, especially when longer inserts are used, i.e. when examining areas longer than just the head, for example when the insert is used for a full-body examination or when the gradient windings are incorporated into a full-body MRI machine. It has further been determined that the SENSE (sensitivity encoding) reconstruction technique, as is well known in the field of MRI, can successfully reveal information obtained in acquiring magnetic resonance data using segmented Z-gradients of the type produced by the insert shown in FIG. 5. It has further been determined that the use of such segmented Z-gradients can reduce the onset of PNS in the examined subject or allow the use of stronger Z-gradients before onset of PNS is obtained.
主要MRIシステム1の簡潔な紹介に続いて、MRIシステム装置の動作について以下に記載する。 Following a brief introduction to the main MRI system 1, the operation of the MRI system device is described below.
一般用語では、主要MRIシステム1は、磁気共鳴データを獲得する獲得部Iと、獲得した磁気共鳴データから画像及びそれらの画像に関する分光情報を再構築する再構築部Rとを備える。図1に示される装置では、インサート2及び信号発生器装置4は獲得部Iの一部を形成する。即ち、それらは、主要MRI機械の獲得部Iと協働して磁気共鳴データを獲得し、データは次に、再構築部Rによって再構築されてもよい。 In general terms, the main MRI system 1 comprises an acquisition section I for acquiring magnetic resonance data and a reconstruction section R for reconstructing images and spectroscopic information relating to those images from the acquired magnetic resonance data. In the arrangement shown in FIG. 1, the insert 2 and the signal generator device 4 form part of the acquisition section I, i.e. they cooperate with the acquisition section I of the main MRI machine to acquire magnetic resonance data, which may then be reconstructed by the reconstruction section R.
主要MRI機械1の獲得部Iの要素は、一般用語では、磁石及びコイル装置5と制御システム6とを備える。制御システム6は、磁石及びコイル装置5の動作を制御する出力部61と、磁石及びコイル装置5から帰ってくる情報を受信する受信部62とを有する。コイル・インサート2が使用されている本発明の装置では、出力部61は制御信号を信号発生器装置4にも発行し、いくつかの実施例では、受信部62はインサート2からの出力も受信するが、これは任意選択である。ここに記載する装置では、磁気共鳴データの受信は主要MRI機械1自体で実施される。 The elements of the acquisition section I of the main MRI machine 1 comprise, in general terms, a magnet and coil arrangement 5 and a control system 6. The control system 6 has an output 61 which controls the operation of the magnet and coil arrangement 5, and a receiver 62 which receives information returning from the magnet and coil arrangement 5. In the apparatus of the present invention in which a coil insert 2 is used, the output 61 also issues control signals to the signal generator arrangement 4, and in some embodiments the receiver 62 also receives an output from the insert 2, although this is optional. In the apparatus described here, the reception of the magnetic resonance data is performed in the main MRI machine 1 itself.
上記から示唆されるように、代替例では、インサート2及び信号発生器装置の構成要素はMRI機械自体に組み込まれてもよい。 As suggested above, in an alternative embodiment, the insert 2 and components of the signal generator device may be incorporated into the MRI machine itself.
MRI機械は、一般的に、動作を制御し受信データを処理する、1つ又は複数の「コンピュータ」を備えることが認識されるであろう。かかるコンピュータはそれぞれ、プロセッサと、メモリと、少なくとも1つのデータ記憶デバイスとを備えてもよい。制御システム6はコンピュータ実装されてもよい。再構築部Rはコンピュータ実装されてもよい。 It will be appreciated that an MRI machine will typically include one or more "computers" that control operation and process received data. Each such computer may include a processor, memory, and at least one data storage device. The control system 6 may be computer implemented. The reconstruction unit R may be computer implemented.
磁石及びコイル装置5は、静的磁場を作る主要磁石51と、X、Y、及びZ勾配磁場コイル52と、高周波数送信コイル53と、高周波数受信コイル54とを備える。 The magnet and coil device 5 includes a main magnet 51 that creates a static magnetic field, X, Y, and Z gradient magnetic field coils 52, a high-frequency transmit coil 53, and a high-frequency receive coil 54.
動作の際、出力部61は、駆動電流を勾配磁場コイル52に送達し、適切な高周波数送信パルスを送信コイル53によって出力させ、受信部62は受信コイル54からの入力を受信する。 In operation, the output section 61 delivers a drive current to the gradient coil 52 causing appropriate high frequency transmit pulses to be output by the transmit coil 53, and the receive section 62 receives an input from the receive coil 54.
本発明の実施例では、出力部61はまた、制御トリガ信号を信号発生器装置4に提供して、インサート勾配磁場コイル2x、2zを駆動する勾配駆動信号を発生させる適切なタイミングを取ることを可能にする。 In an embodiment of the present invention, the output 61 also provides a control trigger signal to the signal generator device 4 to enable proper timing of generating the gradient drive signals that drive the insert gradient field coils 2x, 2z.
原則的に、主要MRIシステム1の勾配磁場コイル52及びインサート2の勾配磁場コイル2x、2zの任意の組み合わせが、所望の符号化効果をもたらすのに使用されてもよい。 In principle, any combination of gradient coils 52 of the main MRI system 1 and gradient coils 2x, 2z of the insert 2 may be used to produce the desired encoding effect.
最も一般的には、恐らく、インサート2がX勾配磁場コイル2x及びZ勾配磁場コイル2zを含む場合、これらは主要MRI機械1のY勾配磁場コイル52yと組み合わせて使用されることがある。 Most commonly, perhaps, if the insert 2 includes an X-gradient coil 2x and a Z-gradient coil 2z, these may be used in combination with a Y-gradient coil 52y in the main MRI machine 1.
したがって、特定の実例では、主要MRI機械1の勾配磁場コイル52yは、被検体の特定のスライスを選択して検査するために空間符号化に使用されてもよく、インサート2のZ及びX勾配磁場コイル2z、2yは、そのスライス内の空間符号化に使用することができる。 Thus, in a particular example, the gradient coil 52y of the main MRI machine 1 may be used for spatial encoding to select and examine a particular slice of the subject, and the Z and X gradient coils 2z, 2y of the insert 2 may be used for spatial encoding within that slice.
インサートがZ勾配磁場コイルのみを含む状況では(例えば、図2に示されるインサートでは)、主要MRI機械1のX及びY勾配磁場コイル52x、52yが、インサート2のZ勾配磁場コイル2zと協働して使用されてもよい。 In situations where the insert includes only a Z-gradient coil (e.g., the insert shown in FIG. 2), the X- and Y-gradient coils 52x, 52y of the main MRI machine 1 may be used in cooperation with the Z-gradient coil 2z of the insert 2.
他の状況では、主要MRI機械1及びインサート2の1つの特定の軸線上にある両方の勾配磁場コイルが、共に使用されてもよい。 In other situations, both gradient coils on one particular axis of the main MRI machine 1 and the insert 2 may be used together.
例えば、図2に示されるインサートは、MRI機械1からのX、Y、及びZ勾配磁場コイル52x、52y、52zが、インサートのZ勾配磁場コイル2zと併せて使用される状況で、使用されてもよい。これは、空間符号化に対する異なる選択肢を提供することができる。 For example, the insert shown in FIG. 2 may be used in a situation where the X, Y, and Z gradient coils 52x, 52y, 52z from the MRI machine 1 are used in conjunction with the Z gradient coil 2z of the insert. This can provide different options for spatial encoding.
上述の状況では、主要MRI機械1の勾配磁場コイル52は従来の周波数で駆動されるが、インサート2の勾配磁場コイルは超音波周波数で駆動される。 In the above situation, the gradient coils 52 of the main MRI machine 1 are driven at a conventional frequency, while the gradient coils of the insert 2 are driven at an ultrasonic frequency.
図6は、上述のタイプのMRIシステム装置を使用して実施することができる、エコー・プラナー法分光イメージング(EPSI:Echo Planar Spectroscopic Imaging)技術のタイミング図を示している。特に、図1のMRIシステム装置は、上記図1~3に関して記載したタイプのインサートと併せて使用されたとき、エコー・プラナー法分光イメージング・システムとして使用され、図6に示されるタイミング図にしたがって操作されてもよい。 Figure 6 illustrates a timing diagram for an echo planar spectroscopic imaging (EPSI) technique that may be implemented using an MRI system apparatus of the type described above. In particular, the MRI system apparatus of Figure 1, when used in conjunction with an insert of the type described with respect to Figures 1-3 above, may be used as an echo planar spectroscopic imaging system and operated according to the timing diagram shown in Figure 6.
この技術では、インサート2のZ勾配磁場コイル2zは、インサート2xのX勾配磁場コイル、及び主要MRI機械1のY勾配磁場コイル52yと共に使用される。タイミング図6は、図6の技術を実施したときに、これらの勾配磁場コイルに適用される信号を概略的に示している。認識されるように、「Gzインサート」はインサートのZ勾配磁場コイル2zに適用される信号を指し、「Gxインサート」はインサートのX勾配磁場コイル2xに適用される信号を指し、「Gy本体」は主要MRI機械のY勾配磁場コイル52yに適用される信号を指す。 In this technique, the Z-gradient coil 2z of the insert 2 is used in conjunction with the X-gradient coil of the insert 2x and the Y-gradient coil 52y of the main MRI machine 1. Timing diagram 6 shows, in a simplified manner, the signals applied to these gradient coils when implementing the technique of FIG. 6. As will be appreciated, "Gz insert" refers to the signals applied to the Z-gradient coil 2z of the insert, "Gx insert" refers to the signals applied to the X-gradient coil 2x of the insert, and "Gy body" refers to the signals applied to the Y-gradient coil 52y of the main MRI machine.
更に、タイミング図では、RFは、主要MRI機械1の送信コイル53を使用して適用される信号を示す。 Furthermore, in the timing diagram, RF indicates a signal applied using the transmit coil 53 of the main MRI machine 1.
各反復期間(TR)の開始時に、マルチバンド・パルスがRF送信コイル53によって適用され、スライス選択パルスがMRI機械1のY勾配磁場コイル52yに適用される。次に、続く読出し期間に、それぞれの複数のチャープ・パルスが、一方ではインサート2のZ勾配磁場コイル2zに、他方ではインサート2のX勾配磁場コイル2xに適用される。本発明の実施例では、各チャープは500マイクロ秒の長さを有し、合計200のかかるチャープが、読出し期間にZ勾配磁場コイル及びX勾配磁場コイル2z、2xそれぞれに適用される。 At the beginning of each repetition period (TR), a multi-band pulse is applied by the RF transmit coil 53 and a slice selection pulse is applied to the Y-gradient coil 52y of the MRI machine 1. Then, during the following readout period, a respective plurality of chirp pulses are applied to the Z-gradient coil 2z of the insert 2 on the one hand and the X-gradient coil 2x of the insert 2 on the other hand. In an embodiment of the present invention, each chirp has a duration of 500 microseconds, and a total of 200 such chirps are applied to the Z-gradient coil and the X-gradient coil 2z, 2x, respectively, during the readout period.
本発明の実施例では、チャープはそれぞれ、他方のチャープそれぞれと同じ波形のものであり、Z勾配磁場コイル2zのチャープ及びX勾配磁場コイル2xのチャープは互いに同位相で適用される。しかしながら、他の可能性が使用可能である。 In an embodiment of the invention, each chirp is of the same waveform as each of the other chirps, and the chirps of the Z-gradient coil 2z and the chirps of the X-gradient coil 2x are applied in phase with each other. However, other possibilities are available.
チャープを適用する目的は、大きいK空間(軸線当たりの振幅がその軸線の空間解像度を規定する)、及びK空間の地点/円間の距離(減衰する振幅が視野を規定する)を得ることである。 The purpose of applying chirp is to obtain a large K-space (the amplitude per axis defines the spatial resolution of that axis) and the distance between points/circles in K-space (the decaying amplitude defines the field of view).
この技術を用いて、全ての空間符号化を各チャープにおいて規定することができ、一方でスペクトル情報がチャープ群にわたって、即ちこの実例では200のチャープにわたって符号化される。チャープの数及びそれらの長さ、並びにチャープの合計長さによって、スペクトル帯域幅及び解像度が決まる。したがって、この実例では、各チャープの長さが500マイクロ秒である場合、帯域幅は2kHzとなり、チャープの合計長さは100ミリ秒であり、これによって10Hz程度の解像度が得られる(緩和及び他の小さい単位の影響は除外する)。 Using this technique, all spatial encoding can be defined in each chirp, while the spectral information is encoded across the group of chirps, i.e., 200 chirps in this example. The number of chirps and their length, as well as the total length of the chirps, determine the spectral bandwidth and resolution. Thus, in this example, if each chirp is 500 microseconds long, the bandwidth is 2 kHz and the total length of the chirps is 100 milliseconds, which gives a resolution of the order of 10 Hz (excluding the effects of relaxation and other small units).
別の実施例では、各チャープは1ミリ秒の長さであってもよい。そのような例では、200のチャープがやはり適用される場合、これによって1kHzの帯域幅と、上述の例のような10Hzではなく、5Hz程度の解像度がもたらされる。 In another embodiment, each chirp may be 1 millisecond long. In such an example, if 200 chirps are still applied, this would result in a bandwidth of 1 kHz and a resolution on the order of 5 Hz, rather than 10 Hz as in the example above.
各チャープは、それぞれのインサート勾配磁場コイル2z、2xが稼働するように構成される、超音波周波数の限定された時間変動する振幅の適用から成る。この実例では、2つの超音波周波数は同じであるが、他の例では、それらは異なっており、上述した更なる利益がもたらされてもよい。 Each chirp consists of a limited, time-varying amplitude application of an ultrasound frequency at which the respective insert gradient field coils 2z, 2x are configured to operate. In this example, the two ultrasound frequencies are the same, but in other examples, they may be different, providing the additional benefits described above.
本実施例では、タイミング図に示されるような結果の精度を向上するのに4つのショットが使用される。MB2における第2のマルチバンド・パルスは、第2のショットの開始に提供され、更に適切なスライス選択信号は、主要MRI機械1のY勾配磁場コイル52yに適用される。これに続いて、チャープの第2のシーケンスが、この第2のショットの読出し期間中に、インサート2のZ勾配磁場コイル及びX勾配磁場コイル2z、2xに適用される。プロセス全体が第3及び第4のショットで再び繰り返されるので、獲得された磁気共鳴データは、画像及び画像と関連付けられたスペクトル・データを再構築するため、再構築部Rに供給されてもよい。再構築システムRは、SENSE(感度符号化)再構築を実施するソフトウェア下で構成されてもよい。 In this embodiment, four shots are used to improve the accuracy of the results as shown in the timing diagram. A second multiband pulse in MB2 is provided at the start of the second shot, and a suitable slice selection signal is applied to the Y gradient coil 52y of the main MRI machine 1. Following this, a second sequence of chirps is applied to the Z gradient coil and the X gradient coil 2z, 2x of the insert 2 during the readout period of this second shot. The whole process is repeated again with the third and fourth shots, so that the acquired magnetic resonance data may be fed to a reconstruction unit R for reconstructing the image and the spectral data associated with the image. The reconstruction system R may be configured under software to perform SENSE (sensitivity encoding) reconstruction.
所望される場合、信号対雑音比を改善する目的でより多くのデータを得るために、上述したような更なる過程が実施されてもよい。 If desired, further steps as described above may be performed to obtain more data in order to improve the signal-to-noise ratio.
別の方法として、又はそれに加えて、被検体の異なる「Yスライス」に関して更なる過程が実施されてもよい。即ち、検査のためにスライスの第2のバッチを選択するなどのために、スライス選択の異なる一組のオフセット周波数が、MR機械1のRFコイル54に適用されてもよい。 Alternatively, or in addition, further processing may be performed for different "Y slices" of the subject. That is, a different set of slice-select offset frequencies may be applied to the RF coil 54 of the MR machine 1, such as to select a second batch of slices for examination.
この技術を用いて各チャープで空間符号化が実施され、一組のスライスに対する完全な空間符号化及びスペクトル符号化が、1つのショットのみが使用される場合は、合計100ミリ秒程度で、図6に示される実例のように4つのショットが使用される場合は、400ミリ秒程度で実施されてもよいことが注目される。 It is noted that with this technique, spatial coding is performed on each chirp, and complete spatial and spectral coding for a set of slices may be performed in a total of around 100 ms if only one shot is used, or around 400 ms if four shots are used as in the example shown in Figure 6.
これは、非常に短い期間にわたって収集された画像データ及びスペクトル・データを考慮できることを意味する。これは、はるかに長い符号化時間が必要な、より従来的な技術では起こるであろう、結果における情報の損失又は混乱を回避する助けとなり得る。より従来的なエコー・プラナー法分光イメージング技術では、データは、関心範囲全体にわたって一度に1ボクセルずつ符号化され、空間符号化が実際には最初に特定のボクセルを選択し、次に分光サンプリングがそのボクセルに関して行われてから、次のボクセルに移る。これは、数秒程度のはるかに長い検査期間につながる。 This means that image and spectral data collected over a very short period of time can be considered. This can help avoid loss of information or confusion in the results that would occur with more traditional techniques that require much longer encoding times. In more traditional echo-planar spectroscopic imaging techniques, data is encoded one voxel at a time across the entire volume of interest, and spatial encoding actually involves first selecting a particular voxel, then spectroscopic sampling is performed on that voxel before moving on to the next voxel. This leads to much longer examination periods, on the order of a few seconds.
Claims (30)
主軸と、
それぞれ前記主軸に平行な軸線、前記主軸に一致する軸線、及び前記主軸に対して角度をなす軸線のうちのいずれかである各軸線に沿って空間的に変動する磁場を作ると共に、19.9kHz以上の超音波周波数で電気的に駆動されるように配置された、少なくとも1つの勾配磁場コイルとを備え、
前記MRIシステム用コイル・インサートが、第1の勾配磁場コイル及び第2の勾配磁場コイルを備え、前記第1の勾配磁場コイルを第1の所定の超音波周波数で共振させるように、少なくとも1つの第1のコンデンサが前記第1の勾配磁場コイルに電気的に接続され、前記第2の勾配磁場コイルを第2の所定の超音波周波数で共振させるように、少なくとも1つの第2のコンデンサが前記第2の勾配磁場コイルに電気的に接続され、
前記第1の所定の超音波周波数が前記第2の所定の超音波周波数とは異なる、MRIシステム用コイル・インサート。 1. A coil insert for an MRI system for use within a bore of a primary MRI system, comprising:
The main axis and
at least one gradient coil configured to generate a spatially varying magnetic field along each of an axis parallel to, coincident with, or at an angle to the primary axis, and configured to be electrically driven at an ultrasound frequency of 19.9 kHz or greater ;
the MRI system coil insert comprises a first gradient coil and a second gradient coil, at least one first capacitor electrically connected to the first gradient coil to resonate the first gradient coil at a first predetermined ultrasonic frequency, and at least one second capacitor electrically connected to the second gradient coil to resonate the second gradient coil at a second predetermined ultrasonic frequency;
A coil insert for an MRI system, wherein the first predetermined ultrasonic frequency is different from the second predetermined ultrasonic frequency .
前記獲得部が、
単バンド又はマルチバンドRFパルスを出力するように配置された、RF送信装置と、
第1の軸線に沿った空間的に変動する磁場を作る、19.9kHz以上の超音波周波数で駆動されるように配置された第1の勾配磁場コイルと、第2の軸線に沿った空間的に変動する磁場を作る、19.9kHz以上の超音波周波数で駆動されるように配置された第2の勾配磁場コイルと、
前記第1の勾配磁場コイルを第1の選択された超音波周波数で電気的に駆動し、前記第2の勾配磁場コイルを第2の選択された超音波周波数で駆動する、信号発生器装置と、を備え、
前記信号発生器装置が、前記磁気共鳴データを獲得する一部として、読出し期間中に、複数のチャープ・パルスを前記第1の勾配磁場コイルに適用し、複数のチャープ・パルスを前記第2の勾配磁場コイルに適用して、スペクトル符号化及び空間符号化を前記第1及び第2の軸線において達成するように構成され、
前記獲得部が、前記読出し期間中、磁気共鳴データを読み出すように配置され、前記再構築部が、前記読出し期間中に読み出された前記磁気共鳴データから、画像及び前記画像に関するスペクトル情報を再構築するように配置され、
前記第1の選択された超音波周波数が前記第2の選択された超音波周波数とは異なる、エコー・プラナー法分光イメージング・システム。 1. An echo-planar spectroscopic imaging system comprising an MRI system apparatus having an acquisition unit for acquiring magnetic resonance data and a reconstruction unit for reconstructing image and spectroscopic information from the acquired magnetic resonance data,
The acquisition unit,
an RF transmitter arranged to output single-band or multi-band RF pulses;
a first gradient coil arranged to be driven at an ultrasound frequency of 19.9 kHz or greater to produce a spatially varying magnetic field along a first axis; and a second gradient coil arranged to be driven at an ultrasound frequency of 19.9 kHz or greater to produce a spatially varying magnetic field along a second axis.
a signal generator device for electrically driving the first gradient coil at a first selected ultrasonic frequency and for driving the second gradient coil at a second selected ultrasonic frequency;
the signal generator apparatus is configured to apply a plurality of chirp pulses to the first gradient coil and a plurality of chirp pulses to the second gradient coil during a readout period as part of acquiring the magnetic resonance data to achieve spectral and spatial encoding in the first and second axes;
the acquisition unit is arranged to read out magnetic resonance data during the readout period, and the reconstruction unit is arranged to reconstruct an image and spectral information relating to the image from the magnetic resonance data read out during the readout period;
An echo planar spectroscopic imaging system , wherein the first selected ultrasound frequency is different from the second selected ultrasound frequency .
単バンド又はマルチバンドRFパルスを、検査を受けている被検体に適用することと、
第1の勾配磁場コイルを第1の超音波周波数で電気的に駆動して、第1の軸線に沿った空間的に変動する磁場を作り出すことと、第2の勾配磁場コイルを第2の超音波周波数で電気的に駆動して、第2の軸線に沿った空間的に変動する磁場を作り出すことと、
磁気共鳴データを獲得する一部として、読出し期間中に、複数のチャープ・パルスを前記第1の勾配磁場コイルに適用し、複数のチャープ・パルスを前記第2の勾配磁場コイルに適用して、スペクトル符号化及び空間符号化を前記第1及び第2の軸線において達成することと、
前記読出し期間中に磁気共鳴データを読み出すことと、
前記読出し期間中に読み出された前記磁気共鳴データから、画像及び前記画像に関するスペクトル情報を再構築することとを含み、
前記第1の超音波周波数が前記第2の超音波周波数とは異なる、方法。 1. A method of echo-planar spectroscopic imaging using an MRI system having an acquisition unit for acquiring magnetic resonance data and a reconstruction unit for reconstructing image and spectral information from the acquired magnetic resonance data, comprising:
applying a single-band or multi-band RF pulse to a subject being examined;
electrically driving a first gradient coil at a first ultrasonic frequency to produce a spatially varying magnetic field along a first axis, and electrically driving a second gradient coil at a second ultrasonic frequency to produce a spatially varying magnetic field along a second axis;
applying a plurality of chirp pulses to the first gradient coil and a plurality of chirp pulses to the second gradient coil during a readout period as part of acquiring magnetic resonance data to achieve spectral and spatial encoding in the first and second axes;
reading out magnetic resonance data during said readout period;
reconstructing an image and spectral information relating to the image from the magnetic resonance data read out during the readout period ;
The method , wherein the first ultrasonic frequency is different from the second ultrasonic frequency .
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