CN111839516A - 磁共振成像装置 - Google Patents

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Abstract

一个实施方式的磁共振成像装置，具备：RF线圈，接收来自被检体的磁共振信号、并且具有以偏振波成为水平的方式构成和配置的第一无线天线；装置主体，具有在拍摄时容纳所述被检体的腔，并且对所述被检体施加RF脉冲；及至少一个第二无线天线，经由所述第一无线天线进行所述RF线圈与所述装置主体之间的无线通信，在所述腔的开口端部的外周中的至少其顶部配置一个第二无线天线。

Description

磁共振成像装置
本申请以日本专利申请2019-082561(申请日：2019年4月24日)为基础，从该申请享受优先的利益。本申请通过参照该申请而包括该申请的全部内容。
技术领域
本说明书及附图所公开的实施方式涉及磁共振成像装置。
背景技术
磁共振成像装置是利用拉莫尔频率的高频信号(RF(Radio Frequency)信号)激发置于静磁场中的被检体的原子核自旋，对伴随激发而从被检体产生的磁共振信号(MR(Magnetic Resonance)信号)进行重建来生成图像的拍摄装置。
在磁共振成像装置中，从全身用线圈向被检体发送RF脉冲。通过全身用线圈或RF线圈接收相应于该发送而从被检体放出的磁共振信号(即，MR信号)。RF线圈在接近被检体的位置接收从被检体放出的MR信号。RF线圈根据被检体的拍摄部位，有头部用、胸部用、脊椎用、下肢用等各种类型。RF线圈有时也被称为局部线圈。
以往，大多使用将接收到的MR信号以有线方式传输至磁共振成像装置主体的有线型的RF线圈。与此相对，提出了如下无线型的RF线圈：将接收到的MR信号由AD变换器从模拟信号变换为数字信号，将数字化后的MR信号以无线方式传输至磁共振成像装置主体(以下称为主体、装置主体、或MRI装置主体等)。
RF线圈与在磁共振成像装置的机架上形成的圆筒状的检查空间(通常，该检查空间被称为腔)内横卧的被检体接近地配设。在使用无线型的RF线圈的情况下，在RF线圈与主体之间的电波传播路径中包括腔内的空间。在腔内传播的电波受到来自腔内壁的反射波的影响，因此在腔内产生驻波。
因此，在腔内，接收功率变大的电波环境与反之接收功率变小的电波环境混杂。而且，在接收功率变小的电波环境中，RF线圈与主体的无线通信变得不稳定的可能性变高。
因此，在具有无线型的RF线圈的磁共振成像装置中，强烈要求确保RF线圈与主体之间的稳定的无线通信线路。
另一方面，在上述期望的基础上，以往还期望能够不对被检体施加负担地简便地取得被检体的心跳、呼吸等生物体信息的技术。
发明内容
本发明要解决的课题在于，在具有无线型的RF线圈的磁共振成像装置中，能够确保RF线圈与主体之间的稳定的无线通信线路。此外，能够不对被检体施加负担地简便地取得被检体的心跳、呼吸等生物体信息。
实施方式的磁共振成像装置，具备：
产生静磁场的静磁场磁铁、产生倾斜磁场的倾斜磁场线圈及对被检体照射RF脉冲的WB(Whole Body：全身线圈)线圈，该磁共振成像装置具备：
RF线圈，接收来自被检体的磁共振信号、并且具有以偏振波成为水平的方式构成及配置的第一无线天线；
装置主体，具有在拍摄时容纳所述被检体的腔，并且对所述被检体施加RF脉冲；以及
第二无线天线，是经由所述第一无线天线进行所述RF线圈与所述装置主体之间的无线通信的至少一个第二无线天线，在所述腔的开口端部的外周中的至少其顶部配置有一个第二无线天线。
所述腔是形成于所述装置主体的大致圆柱状的空间。
所述顶部是所述腔的开口端部的最上部的位置。
所述第二无线天线，在所述腔的开口端部的外周中、不设置于的顶部、而在与腔的中心轴正交的平面中以左右非对称或上下非对称的方式配置。
所述腔的开口端部是由大致圆柱状的空间构成的两个开口端部中的任一方或双方。
一种磁共振成像装置，其中，所述第一无线天线配设为，其主波束方向朝向所述腔的开口端部的方向。
一种磁共振成像装置，其中，所述第一无线天线是偶极天线或单极天线。
一种磁共振成像装置，其中，所述第一无线天线被收纳在所述局部线圈的内部，或者安装在所述局部线圈的外部。
一种磁共振成像装置，其中，所述第一无线天线作为在所述腔的开口端部的方向上具有指向性的端射天线阵而构成。
一种磁共振成像装置，其中，所述第一无线天线作为能够控制指向性的多输入多输出天线而构成。
一种磁共振成像装置，其中，所述第二无线天线作为具有偶极天线和缝隙天线的偏振分集天线而构成。
一种磁共振成像装置，其中，所述偶极天线和所述缝隙天线，以所述偶极天线的元件与所述缝隙天线的缝隙相互平行且并排的方式配置。
一种磁共振成像装置，其中，所述缝隙天线，以包围所述缝隙的导体板相对于所述腔的长度方向大致垂直的方式配设，所述偶极天线，以所述缝隙天线的导体板成为所述偶极天线的反射板的方式与所述缝隙天线接近，并且配设于比所述缝隙天线更靠近所述第一无线天线的位置。
一种磁共振成像装置，其中，所述缝隙天线构成为带空腔谐振器的缝隙天线。
一种磁共振成像装置，其中，所述第二无线天线，在接收时，将所述偶极天线的接收信号和所述缝隙天线的接收信号以相同的加权相加，从而构成所述偏振分集天线。
一种磁共振成像装置，其中，所述第二无线天线构成为，在发送时，以第一权重对发送信号进行加权并向所述偶极天线供电，另一方面，以第二权重对所述发送信号进行加权并向所述缝隙天线供电，
所述第一权重和所述第二权重各自的权重，是被调整为在配设有所述第二无线天线的位置通过所述第二无线天线接收来自所述第一无线天线的信号时、所述偶极天线的接收信号和所述缝隙天线的接收信号各自的加权后的合成信号成为最大的权重。
一种磁共振成像装置，其中，还具备收纳所述第二无线天线的壳体，
所述腔形成为圆筒状，
所述壳体的一个侧面以适合所述腔的外周面形状的方式形成为圆弧状。
一种磁共振成像装置，其中，所述第二无线天线的数量为多个，多个所述第二无线天线配设于所述腔的开口端部的外周，除了配设于所述外周的顶部的一个以外以左右非对称的方式配置。
一种磁共振成像装置，其中，所述第二无线天线的数量为多个，多个所述第二无线天线沿着所述腔的开口端部的外周以半波长间隔配设，所述多个第二无线天线构成为能够从它们中选择任意的位置及任意数量的所述第二无线天线。
一种磁共振成像装置，其中，还具备生物体信息监测装置，该生物体信息监测装置与所述RF线圈连接，检测所述被检体的生物体信息，
由所述生物体信息监测装置检测到的所述生物体信息，经由所述第一无线天线及所述第二无线天线，以无线方式向所述装置主体发送。
一种磁共振成像装置，其中，所述生物体信息监测装置具备：
与被检体接近地配设的至少一个生物体信息监测天线；
信号生成部，生成高频信号；
耦合量检测部，使用所述高频信号，检测由所述被检体与所述生物体信息监测天线之间的电场引起的近场耦合的耦合量；以及
位移检测部，基于所述近场耦合的耦合量的变化，检测所述被检体的物理位移，从而检测所述被检体的生物体信息。
一种磁共振成像装置，其中，所述生物体信息监测天线配设于所述RF线圈的被检体侧的面、或者被检体的相反侧的面中的任一个面。
一种磁共振成像装置，其中，所述生物体信息监测天线配设为，其元件的长度方向与所述第一无线天线的元件的长度方向大致正交。
一种磁共振成像装置，其中，所述RF线圈和所述装置主体构成为，通过经由所述第一无线天线及所述第二无线天线的无线通信，避开所述RF脉冲的施加期间地、将由所述RF线圈接收到的所述磁共振信号，从所述RF线圈向所述装置主体传输。
一种磁共振成像装置，其中，所述RF线圈和所述装置主体构成为，通过经由所述第一无线天线及所述第二无线天线的无线通信，避开所述RF脉冲的施加期间地、将由所述RF线圈接收到的所述磁共振信号及由所述生物体信息监测装置检测到的所述生物体信息，从所述RF线圈向所述装置主体传输。
一种磁共振成像装置，其中，所述第一无线天线及所述第二无线天线，是构成为抑制由所述RF脉冲的施加引起的感应信号的天线，
所述RF线圈和所述装置主体构成为，通过经由所述第一无线天线及所述第二无线天线的无线通信，与所述RF脉冲的施加和非施加无关地持续将由所述RF线圈接收到的所述磁共振信号，从所述RF线圈向所述装置主体传输。
一种磁共振成像装置，其中，所述第一无线天线及所述第二无线天线，是构成为抑制由所述RF脉冲的施加引起的感应信号的天线，
所述RF线圈和所述装置主体构成为，通过经由所述第一无线天线及所述第二无线天线的无线通信，与所述RF脉冲的施加和非施加无关地持续将由所述RF线圈接收到的所述磁共振信号及由所述生物体信息监测装置检测到的所述生物体信息，从所述RF线圈向所述装置主体传输。
一种磁共振成像装置，其中，所述生物体信息监测天线是构成为抑制由所述RF脉冲的施加引起的感应信号的天线。
附图说明
图1是表示各实施方式的磁共振成像装置的整体构成例的构成图。
图2是规定在本说明书中使用的腔内或腔周围的位置有关的用语的图。
图3是表示线圈侧无线天线与主体侧无线天线的位置关系的图。
图4是表示线圈侧无线天线的配置、朝向及其种类的一例的图。
图5是表示线圈侧无线天线的种类的其他例子的图。
图6是例示RF线圈为全脊柱线圈(spine coil)的情况下的线圈侧无线天线的图。
图7是表示构成为偏振分集天线的主体侧无线天线的构造例的图。
图8是表示收纳主体侧无线天线的天线壳体的一例的图。
图9是表示将多个主体侧无线天线配置在腔的开口端部的外周的例子的图。
图10是示意性地说明偏振波的不匹配的样子的图。
图11是说明接收时的偏振分集天线的效果的图。
图12是说明发送时的偏振分集的图。
图13是表示具备生物体信息监测装置的RF线圈的构成例的框图。
图14是说明生物体信息监测装置的动作概念的图。
图15是示出线圈侧无线天线和监测天线的配置例的图。
图16是说明拍摄期间与无线通信期间及生物体信息收集期间之间的第一定时关系的图。
图17是表示构成为抑制由RF脉冲的施加引起的感应信号的天线的例子的图。
图18是说明以能够与RF脉冲的施加和非施加无关地持续地无线传输MR信号的方式规定的第二定时关系的图。
具体实施方式
(第一个实施方式)
以下，基于附图对本发明的第一实施方式进行说明。
图1是表示第一实施方式的磁共振成像装置1的整体构成的框图。第一实施方式的磁共振成像装置1构成为具备机架700、控制柜300、控制台400、诊视床500等。
机架700具有静磁场磁铁10、倾斜磁场线圈11、WB(Whole Body)线圈12等，这些构成部件收纳于圆筒状的壳体。诊视床500具有诊视床主体50和顶板51。另外，磁共振成像装置1具有接近被检体而配设的RF线圈20。如上所述，RF线圈20有时也被称为局部线圈20。
控制柜300具备倾斜磁场电源31(X轴用31x、Y轴用31y、Z轴用31z)、rRF发送器33及顺控器34。
机架700的静磁场磁铁10呈大致圆筒形状，在作为被检体(例如患者)的拍摄区域的腔内产生静磁场。倾斜磁场线圈11也呈大致圆筒形状，固定在静磁场磁铁10的内侧。倾斜磁场线圈11具有三通道结构。从倾斜磁场电源(31x、31y、31z)分别向倾斜磁场线圈11的各通道的倾斜磁场线圈供给电流，在X轴、Y轴及Z轴各自的方向上生成倾斜磁场。
诊视床500的诊视床主体50能够使顶板51在上下方向上移动，使在拍摄前载置在顶板51上的被检体移动到规定的高度。然后，在拍摄时，使顶板51沿水平方向移动而使被检体移动到腔内。
WB线圈12以包围被检体的方式大致圆筒形状地固定于倾斜磁场线圈11的内侧。WB线圈12向被检体发送从RF发送器33传输的RF脉冲，另一方面，接收由于氢原子核的激发而从被检体放出的磁共振信号(即，MR信号)。
RF发送器33基于来自顺控器34的指令向WB线圈12发送RF脉冲。
顺控器34在控制台400的控制下，分别驱动倾斜磁场电源31、RF发送器33，由此进行被检体的扫描。顺控器34具备处理电路(省略图示)。该处理电路例如由执行规定的程序的处理器、FPGA(Field Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit：专用集成电路)等硬件构成。
控制台400作为具有处理电路40、存储电路41、显示器42及输入设备43的计算机而构成。
存储电路41是除了ROM(Read Only Memory：只读存储器)、RAM(Random AccessMemory：随机存取存储器)之外，还包括HDD(Hard Disk Drive：硬盘驱动器)、光盘装置等外部存储装置的存储介质。存储电路41除了存储各种信息、数据之外，还存储处理电路40所具备的处理器执行的各种程序。
显示器42是液晶显示面板、等离子体显示面板、有机EL面板等显示设备。输入设备43例如是鼠标、键盘、轨迹球、触摸面板等，包括用于操作者输入各种信息、数据的各种设备。
处理电路40例如是具备CPU、专用或通用的处理器的电路。处理器通过执行存储在存储电路41中的各种程序来实现后述的各种功能。处理电路40也可以由FPGA(fieldprogrammable gate array)、ASIC(application specific integrated circuit)等硬件构成。通过这些硬件也能够实现后述的各种功能。另外，处理电路40也可以将基于处理器和程序的软件处理与硬件处理组合来实现各种功能。
磁共振成像装置1除了WB线圈12以外，还具有RF线圈20。RF线圈20在接近被检体的位置接收从被检体放出的MR信号。RF线圈20例如容纳有多个要素线圈。RF线圈20根据被检体的拍摄部位，有头部用、胸部用、脊椎用、下肢用、或者全身用等各种类型，但在图1中例示了胸部用的RF线圈20。
另外，实施方式的磁共振成像装置1的RF线圈20是无线型的RF线圈20，构成为将从被检体接收到的MR信号变换为数字信号，并以无线方式发送至MRI装置主体600。另外，在本说明书中，将从磁共振成像装置1中除了RF线圈20以外的构成称为MRI装置主体600。
在RF线圈20中设置有用于与MRI装置主体600以无线方式收发信号的天线100。另一方面，在MRI装置主体600中也设置有用于与RF线圈20以无线方式收发信号的天线200。以下，将设置于RF线圈20的天线100称为线圈侧无线天线100(或者第一无线天线)。另一方面，以下，将设置于MRI装置主体600的天线200称为主体侧无线天线200(或者第二无线天线)。
从线圈侧无线天线100向主体侧无线天线200主要发送数字化后的MR信号。另一方面，从主体侧无线天线200朝向线圈侧无线天线100主要发送针对RF线圈20的各种控制信号。
作为线圈侧无线天线100的安装方式，也考虑利用电缆将RF线圈20与线圈侧无线天线100连接的方式。但是，从RF线圈20的处理的便利性的观点出发，不使用电缆而使RF线圈20与线圈侧无线天线100一体化是便利的。因此，本实施方式的线圈侧无线天线100设为被收纳于RF线圈20的内部的安装方式、或者安装于RF线圈20的外部的安装方式。
另一方面，作为主体侧无线天线200的安装，也考虑设置在远离机架700的位置、例如设置机架700的检查室(屏蔽室)的任意位置(例如检查室的内壁的一部分)的安装方式。然而，在这样的安装方式的情况下，根据检查室的布局而电波传播环境不同，所以主体侧无线天线200的设置位置的调整需要时间。另外，还考虑在调整完成之后，仅检查室内的物品的位置稍微偏移，电波传播环境发生变化，也需要再调整。因此，本实施方式的主体侧无线天线200设置在机架700的腔内。特别地，在本实施方式中，在腔的开口端部的外周中的至少其顶部配置有一个主体侧无线天线200。
图2是规定本说明书中使用的腔内或腔周围的位置有关的用语的图。如上所述，机架700具有静磁场磁铁10、倾斜磁场线圈11、WB(Whole Body)线圈12等，这些构成部件的内侧收纳于圆筒状的壳体。并且，将该内侧由圆筒状的壳体形成的大致圆柱状的空间称为腔710。因此，腔710的外周714与机架700的内侧的圆筒状壳体的内周一致。
腔710为圆柱形状，在其圆柱形状的两端形成有圆形的开口。将该圆形开口称为腔的开口端部712。并且，将腔的开口端部712的最上部的位置称为腔710的开口端部外周的顶部716(或者，简称为腔端顶部716)。
(线圈侧无线天线)
图3是表示线圈侧无线天线100与主体侧无线天线200的位置关系及两个天线各自的朝向的图。另外，图4是特别表示线圈侧无线天线100的配置、朝向及其种类的一例的图。
如图4所示，在本实施方式中，作为线圈侧无线天线100的种类，使用偶极天线或者单极天线等线性天线。如果是这样的线性天线，则能够沿着RF线圈20的主要面安装或收纳。即，通过将偶极天线或者单极天线的元件的长度方向水平地配置，由此能够使这些天线不从RF线圈20突出地收纳于RF线圈20的内部，或者能够沿着RF线圈20的外周面安装。另外，若是这样的线性天线，则能够配置于RF线圈20的端部，因此不会妨碍RF线圈20内的要素线圈的检测功能。另外，偶极天线及单极天线的偏振波是直线偏振波，通过将这些天线的元件的长度方向水平地配置，这些线圈侧无线天线100的偏振波成为水平偏振波。
另外，通过以水平地配置的偶极天线元件或者单极天线元件的长度方向成为被检体(例如人体)的左右方向的方式配置(即，通过以其元件的长度方向与腔710的轴向正交的方式配置偶极天线或单极天线)，由此能够使偶极天线或者单极天线的主波束方向朝向腔的开口端部712的方向。其结果，能够提高与配设在腔端顶部716的主体侧无线天线200之间的无线信号的强度。
另一方面，如图3所示，主体侧无线天线200配置于腔端顶部716。如后所述，主体侧无线天线200也能够沿腔的开口端部712的外周配置多个，但在该情况下也是，多个主体侧无线天线200中的一个配置于腔端顶部716为好。
将主体侧无线天线200与线圈侧无线天线100同样地设为偶极天线，并将该偶极天线的元件与腔的开口面平行地、并且沿腔的开口端部712的外周地配置的情况下，通过将偶极天线配置于腔端顶部716，由此能够使该偶极天线的偏振波成为水平偏振波。其结果，主体侧无线天线200的偏振波和线圈侧无线天线100的偏振波相互成为水平偏振波并一致，能够避免因偏振波的不一致而导致的信号的损失。
图5是表示线圈侧无线天线100的种类的其他例子的图。如图5的(a)所示，也能够将线圈侧无线天线100作为端射阵列天线而构成。端射天线阵是将多个天线元件排列为线性阵列，并调整多个天线元件的相互的间隔和天线元件间相位以在阵列轴的方向(将该方向称为端射方向)上产生主瓣的天线。通过使用端射天线阵，与单独的偶极天线相比，能够使具有更强的指向性的主瓣朝向腔的开口端部712的方向。
另外，如图5的(b)所示，也能够将线圈侧无线天线100构成为MIMO(Multiple-Input and Multiple-Output：多输入多输出)天线。通过如图5的(b)所示那样在多个天线沿被检体的左右方向排列而成的MIMO天线，通过左右方向的指向性控制来改变驻波环境，能够成为通信质量良好的电波环境。MIMO天线是不仅线圈侧无线天线100、还将主体侧无线天线200设为多个天线的构成，但也可以是将某一方、例如线圈侧无线天线100设为多个的构成(例如，MISO天线的构成)。
图6是例示RF线圈20为全脊柱线圈的情况下的线圈侧无线天线100的图。全脊柱线圈通常配设在诊视床的顶板51与被检体之间。因此，若将线圈侧无线天线100如胸部线圈那样配置在RF线圈20的端部中央，则电波有可能被头部遮挡。因此，如图6的(a)、(b)所示，使用全脊柱线圈的线圈侧无线天线100配设于避开基于头部的电波屏蔽的位置、例如线圈侧无线天线100的头侧端部的左右各自的位置。
(主体侧无线天线)
图7至图11是表示本实施方式的主体侧无线天线200的构造或者构成的图。也能够仅由偶极天线构成实施方式的主体侧无线天线200。但是，从基于腔内的电波传播环境的各种向偏振波方向的适应性的观点出发，在本实施方式中，将主体侧无线天线200作为偏振分集天线而构成。
图7的(b)是表示作为偏振分集天线而构成的主体侧无线天线200的构造例的立体图。该主体侧无线天线200具有偶极天线202和缝隙天线210，偶极天线202和缝隙天线210以相互平行且并排的方式配置。
偶极天线202例如是半波长偶极天线，在其中央具有馈电点204，偶极子元件206从馈电点204向左右延伸。偶极天线202配置在电介质基板208上。或者，也可以在电介质基板208的安装面形成与偶极天线202的偶极子元件206相当的导体图案。
另一方面，缝隙天线210通过在与电介质基板208大致垂直地交叉的导体板214上形成半波长的细长的孔(缝隙212)而构成。从阻抗匹配的观点出发，缝隙天线210的馈电点216优选为从中央偏移的位置。
偶极天线202的电场的方向与偶极子元件206的长度方向平行。另一方面，缝隙天线210的电场的朝向与缝隙212的长度方向正交。因此，如图7的(b)所示，偶极天线202的偶极子元件206与缝隙天线210的缝隙212以相互平行且并排的方式配置时，偶极天线202的电场与缝隙天线210的电场相互正交。即，偶极天线202和缝隙天线210的偏振面相互正交，有利于构成偏振分集天线。
另外，在本实施方式的主体侧无线天线200中，偶极天线202与缝隙天线210相互接近，并且偶极天线202配置在比缝隙天线210更靠近腔710的中心的位置(即，靠近线圈侧无线天线100的位置)。通过这样的配置，能够利用缝隙天线210的导体板214用作为偶极天线202的反射板，能够提高偶极天线202的线圈侧无线天线100侧的指向性。
另外，也可以将缝隙天线210设为带空腔谐振器的缝隙天线。通过将空腔谐振器设置在线圈侧无线天线100的相反侧的位置，由此能够提高缝隙天线210的线圈侧无线天线100侧的指向性。
并且，也可以如图7的(b)所示那样、构成为使电介质基板208从偶极天线202的位置超过导体板214向其相反侧延伸，并使缝隙天线210的导体板214弯折而延伸到延伸出的电介质基板208的背面。通过这样的构成，能够利用向与线圈侧无线天线100相反的一侧延伸出的面作为与主体侧无线天线200连接的通信电路的安装面220，能够构成安装效率高的紧凑的无线通信装置。
图8是表示收纳上述的主体侧无线天线200的天线壳体720的一例的图。该天线壳体720形成为大致半圆柱体型的形状，壳体的一个弯曲侧面、即与电介质基板208相反侧的面以适合圆筒状的腔710的外周面的形状形成为圆弧状。通过将天线壳体720形成为这样的形状，能够提高腔的开口端部712的空间的利用效率。
至此，对配置于腔的开口端部712的一个主体侧无线天线200的构造及构成进行了说明。在本实施方式中，通过在腔的开口端部712的外周配置多个这样的主体侧无线天线200，能够进一步提高RF线圈20与MRI装置主体600之间的无线通信的质量。
图9的(a)是表示将多个主体侧无线天线200配置在腔的开口端部712的外周的第一配置例的示意性的立体图，图9的(b)是对第一配置例从腔710的外侧向内侧观察的图。在图9的(a)、图9的(b)中，腔的开口端部712的外周所示的200a～200g的一个一个的黑圆点相当于图7或图8所示的主体侧无线天线200。
如图9的(a)、图9的(b)所示，在腔端顶部716配设有一个主体侧无线天线200a。如上所述，通过将主体侧无线天线200配置在腔端顶部716，能够使主体侧无线天线200的偶极天线202的偏振波成为水平偏振波。其结果，能够使线圈侧无线天线100的偏振波方向与主体侧无线天线200的偶极天线202的偏振方向一致，能够避免因偏振波的不一致而导致的信号的损失。
另一方面，通过配置于腔端顶部716的一个主体侧无线天线200a和在腔端顶部716以外的外周部配置的多个主体侧无线天线200b-200g，能够构成空间分集天线。若由于腔710内的电波传播环境而产生驻波，则相应于主体侧无线天线200的位置，存在信号强度较弱的位置(例如，无效点)和较强的位置。即使在这样的情况下，也能够通过从在腔的开口端部712的外周配置的多个主体侧无线天线200a～200g中选择信号强度较强的天线的空间分集方式、对多个主体侧无线天线200a～200g的信号进行合成的空间分集方式构成空间分集天线，来确保稳定的通信质量。
另外，也可以将腔端顶部716以外的多个主体侧无线天线200b-200g左右非对称地配置，即，相对于图9的(b)所示的单点划线的左右非对称地配置。通过这样的非对称的配置，即使在驻波的分布成为左右对称的情况下，也能够通过上述的空间分集方式确保稳定的通信质量。
此外，如图9的(c)所示，也可以将多个主体侧无线天线200以均匀的间隔(例如，1/2波长的间隔)配置在腔端顶部716和其以外的外周部，根据信号强度等判定基准，从这些天线中选择任意的天线。
另外，为了得到空间分集的效果，优选使各天线的配置间隔大于驻波的间隔即1/2波长。若将RF线圈20与MRI装置主体600之间的无线通信的频率设为例如2.4GHz频带，则其半波长约为6厘米。另外，若将RF线圈20与MRI装置主体600之间的无线通信的频率设为例如5GHz频带，则其半波长约为2.5～3厘米。无论在哪种情况下，以半波长以上的间隔配置各天线在物理上都是可能的，能够得到空间分集的效果。
但是，线圈侧无线天线100如上所述那样作为偶极天线或单极天线而构成，从线圈侧无线天线100放射的电波是水平偏振波。从线圈侧无线天线100放射的电波受到来自腔的外周714的圆筒状的壁、存在于腔710内的被检体、RF线圈20的反射的影响，其偏振波方向有可能从水平方向偏移，但可以预想到偏振波的主要成分为水平偏振波。在该情况下，如果在腔端顶部716以外的位置配置的天线仅为偶极天线202，则产生偏振波的不匹配。
图10是示意性地说明该不匹配的情况的图。在图10中，腔的开口端部712的位置处的来自线圈侧无线天线100的接收电场为水平偏振波，将该接收电场标记为ELC，将主体侧无线天线200相对于水平方向的倾斜角度记为θ。另外，将主体侧无线天线200的接收电场、即偶极天线202的接收电场标记为EDPr。
在该情况下，例如，关于在腔的开口端部712的左右方向的最大径的位置配置的主体侧无线天线200，偶极天线202的长度方向成为铅垂方向，接收电场及接收功率可能成为零。
为了避免这样的不良情况，在本实施方式中，如上所述，将主体侧无线天线200作为基于偶极天线202和缝隙天线210的偏振分集天线而构成。
图11是说明本实施方式的偏振分集天线的效果的图。如图11的(a)所示，偶极天线202的接收电场EDPr和缝隙天线210的接收电场ESLr相互正交。因此，如图11的(c)所示，即使在腔的开口端部712处的来自线圈侧无线天线100的接收电场ELC和偶极天线202的接收电场EDPr的偏振角的差异θ为任意的值，偶极天线202和缝隙天线210的接收信号也不会同时为零，能够通过任一个天线接收信号。
因此，能够构成为选择偶极天线202和缝隙天线210的接收信号中的信号强度较大的一方的方式的偏振分集天线。或者，能够如图11的(b)所示那样、构成为对偶极天线202和缝隙天线210各自的输出进行合成的方式、例如通过功率相加来进行合成的方式的偏振分集天线。通过将偶极天线202和缝隙天线210各自的输出功率相加，能够得到不依赖于偏振角的差异θ的恒定的接收功率。
图11对接收时的主体侧无线天线200的偏振分集进行说明。与此相对，图12是对发送时的主体侧无线天线200的偏振分集进行说明的图。
在发送时，如图12的(b)所示，将输入到主体侧无线天线200的信号用分配器等分后，对朝向缝隙天线210的信号用权重GSL进行加权，从缝隙天线210输出加权后的电场ESLt。另一方面，对于朝向偶极天线202的信号，以权重GDP进行加权，使加权后的电场EDPt从偶极天线202输出。通过这样的构成，如图12的(c)所示，通过调整缝隙天线210的权重GSP和偶极天线202的权重GDP，能够将在空间中合成的主体侧无线天线200的偏振波方向θ(以偶极天线202的偏振波方向为基准的偏振波方向)设定为期望的值。
其结果，例如，即使在设置于腔端顶部716的主体侧无线天线200的偏振波方向与线圈侧无线天线100的偏振波方向根据腔710内的电波传播环境而变化的情况下，也能够调整为发送波的偏振波方向与作为接收侧的线圈侧无线天线100的位置处的偏振波方向一致。
另外，偶极天线202的权重GDP(第一权重)和缝隙天线210的权重GSL(第二权重)各自的权重，是在配设有主体侧无线天线200的位置由主体侧无线天线200接收来自线圈侧无线天线100的信号，并以偶极天线202的接收信号和缝隙天线210的接收信号各自的加权后的合成信号成为最大的方式调整后的权重。
(第二实施方式)
第一实施方式的RF线圈20用RF线圈20内的要素线圈接收被检体的MR信号，并将接收到的MR信号数字化后以无线方式传输至MRI装置主体600。与此相对，第二实施方式的RF线圈20附加地具备检测被检体的生物体信息、例如心跳、呼吸运动等生物体信息的生物体信息监测装置。并且，第二实施方式的RF线圈20构成为将由生物体信息监测装置检测到的生物体信息与MR信号一起以无线方式传输至MRI装置主体600。
图13是表示具备生物体信息监测装置80的RF线圈20的构成例的框图。生物体信息监测装置80构成为具有与被检体接近地配设的至少一个生物体信息监测天线801(以下，简称为监测天线801)、生物体信息监测装置主体802。
生物体信息监测装置主体802具备RF信号发生器810(信号生成部)、发送电路820、耦合量检测电路830及位移检测电路840(位移检测部)。
RF信号发生器810生成连续波的高频信号。高频信号的频率并不特别限定，但根据监测天线801的尺寸等，例如选择VHF频带或UHF频带的频率。
发送电路820使高频信号通过带通滤波器(BPF)821后，通过功率放大器(PA)822被放大到规定的功率，并经由定向耦合器(DC)823被输出至监测天线801。
耦合量检测电路830具有检测由被检体与监测天线801之间的电场引起的近场耦合的耦合量的功能，例如，具备带通滤波器(BPF)831、带自动增益调整功能的低噪声放大器(LNA/AGC)832、及检波电路833而构成。
从发送电路820的定向耦合器823输出的高频信号被输入到监测天线801，但该高频信号的一部分不朝向被检体，在监测天线801的输入端被弹回(反射)而返回到定向耦合器823，被分支输入到耦合量检测电路830。
耦合量检测电路830通过检波电路833对从定向耦合器823的分支端输出的信号进行检波，从而测定来自监测天线801的反射信号的大小。然后，基于反射信号的大小来检测近场耦合的耦合量。
若考虑从发送电路820输出至监测天线801的功率是恒定值，则耦合量检测电路830等效地检测表示监测天线801的反射损耗(即，回波损耗)的S11参数。
图14是说明生物体信息监测装置80的动作概念的图。图14的(a)是示意性地说明被检体与监测天线801的距离D较小的情况下的动作的图，图14的(b)是示意性地说明被检体与监测天线801的距离D较大的情况下的动作的图。由于被检体(人体)是具有导电率的物体，所以当监测天线801接近被检体时，容易吸收来自监测天线801的能量。
因此，如图14的(a)所示，在被检体与监测天线801的距离D较小的情况下，由被检体吸收的能量变大。这意味着被检体与监测天线801的近场耦合的耦合量大。输入到监测天线801的功率Sin主要分为由被检体吸收的功率Sb和从监测天线801的天线端801a反射的功率Sr，但在距离D较小的情况下，由被检体吸收的功率Sb变大，相应地，从天线端801a反射的功率Sr变小。例如，在输入到监测天线801的功率Sin为100的情况下，由被检体吸收的功率Sb为70，从天线端801a反射的功率Sr为30。
这意味着，在被检体与监测天线801的距离D较小的情况下，来自天线端801a的反射信号降低，监测天线801的反射损耗(回波损耗)也变小。换言之，监测天线801的不匹配程度的指标即S11参数表示较小的值。S11参数是用反射功率相对于向监测天线801的输入功率的比的平方根表示的指标。
与此相对，如图14的(b)所示，在被检体与监测天线801的距离D较大的情况下，由被检体吸收的能量变小。这意味着被检体与监测天线801的近场耦合的耦合量较小。其结果，在距离D较大的情况下，由被检体吸收的功率Sb变小，相应地，从天线端801a反射的功率Sr变大。例如，在输入到监测天线801的功率Sin为100的情况下，由被检体吸收的功率Sb为30，从天线端801a反射的功率Sr为70。
这意味着，在被检体与监测天线801的距离D较大的情况下，来自天线端801a的反射信号增加，监测天线801的反射损耗(回波损耗)变大。换言之，作为监测天线801的不匹配程度的指标的S11参数表示较大的值。
这样，使向监测天线801的输入功率恒定时的来自天线端801a的反射信号依赖于被检体与监测天线801的距离D而变化。换言之，监测天线801的不匹配的程度或者S11参数的值也依赖于被检体与监测天线801的距离D而变化。并且，由于被检体与监测天线801的距离D根据心跳或呼吸等体动而变化，因此来自天线端801a的反射信号的大小或者S11参数的值根据心跳、呼吸等体动的变化而变化。
附加于RF线圈20的生物体信息监测装置80利用这样的特性，通过检测来自在被检体的附近配设的监测天线801的反射信号的大小、或者S11参数的值，来检测心跳、呼吸等体动。
另一方面，如图13的下方所示，RF线圈20构成为至少具有要素线圈301、AD变换器302、数据编辑电路303、数据合成部304及通信电路305。
由要素线圈301接收到的MR信号由AD变换器302变换为数字信号，进而在数据编辑电路303中变换为适合于与MRI装置主体600的传输的数据格式，之后，被输入到数据合成部304。另一方面，与由生物体信息监测装置80检测到的心跳、呼吸运动等有关的生物体信息也被输入到数据合成部304。之后，生物体信息和MR信号通过通信电路305被变换为规定的无线信号格式，从线圈侧无线天线100向主体侧无线天线200发送。
图15是表示线圈侧无线天线100和监测天线801的配置例的图。监测天线801的种类例如能够与线圈侧无线天线100同样地设为偶极天线。在该情况下，如图15的(a)～图15的(c)所示，通过将监测天线801配置成与线圈侧无线天线100正交，能够减少两个天线间的耦合。
监测天线801，可以如图15的(b)所示那样配置在与线圈侧无线天线100相同侧的面(远离被检体的面)，也可以如图15的(c)所示那样配置在线圈侧无线天线100的相反侧的面(靠近被检体的面)。从生物体信息的灵敏度的观点出发，优选如图15的(c)所示那样将监测天线801配置在靠近被检体的面。
图16是说明磁共振成像装置1中的拍摄期间与无线通信期间及生物体信息收集期间之间的第一定时关系的图。在此，生物体信息收集期间是指使用上述生物体信息监测装置80收集被检体的心跳、呼吸运动等生物体信息的期间。在第一定时关系中，以作为大功率的RF脉冲的发送期间与无线通信期间及生物体信息收集期间不重复的方式设定相互的定时关系。
RF脉冲的发送频率是由拉莫尔频率规定的频率，但无线通信的频率及生物体监测用发送信号的频率为了避免相互的干扰而选择与拉莫尔频率不同的频率。另外，无线通信的频率和生物体监测用发送信号的频率也为了避免彼此的干扰而选择不同的频率。例如，如上所述，无线通信的频率选择2.4GHz频带或5GHz频带。另外，生物体监测用发送信号的频率例如选择比拉莫尔频率高的频带、VHF频带、UHF频带的频率、且不与拉莫尔频率的高次谐波一致的频率。
这样，从避免干扰的观点出发，RF脉冲的发送频率、无线通信的频率及生物体监测用发送信号的频率为相互不同的频率。但是，由于RF脉冲的发送功率非常大，所以若RF脉冲的发送期间与无线通信的接收期间重叠，则通信电路有可能破损，因此在RF脉冲的发送期间中，使通信电路的天线端例如开路来保护通信电路。同样地，若RF脉冲的发送期间与生物体监测器信号的接收期间重叠，则生物体信息监测装置80有可能破损，因此使生物体信息监测装置80的天线端例如开路来保护通信电路。
因此，在图16所示的第一定时关系中，以RF脉冲的发送期间与无线通信期间及生物体信息收集期间不重复的方式设定相互的定时关系。在第一定时关系中，在拍摄期间中不进行无线通信，在拍摄期间中收集到的MR信号被保存在RF线圈20内的存储器中。然后，在拍摄期间结束后到下一个拍摄期间开始为止的空闲时间内，从RF线圈20无线发送至MRI装置主体600。
另一方面，关于生物体监测信号，在拍摄期间中，在避开RF脉冲的发送期间的期间被收集，并与MR信号同样地保存在RF线圈20内的存储器中。并且，与MR信号同样地，在拍摄期间结束后到下一个拍摄期间开始为止的空闲时间内，从RF线圈20无线发送至MRI装置主体600。此外，即使在拍摄期间结束后到下一个拍摄期间开始为止的空闲时间之间，也能够收集生物体监测器信号。在空闲时间收集到的生物体监测信号能够从RF线圈20实时地发送至MRI装置主体600。
图16所示的第一定时关系例如在如基于R波的心电同步拍摄那样能够进行时间分割的拍摄，在拍摄期间与下一个拍摄期间之间能够设置空闲时间的拍摄法的情况下是有效的。但是，不适合于与R波不同步地连续拍摄的拍摄法、即使是心电同步法也跨多个R波连续地进行拍摄的拍摄法。因此，期望能够与RF脉冲的施加和非施加无关地持续地进行无线通信的天线。
图17是表示为了回应这样的期望而构成为由抑制RF脉冲的施加所引起的感应信号的天线的例子的图。图17的(a)所示的天线是扭转了环形天线后的构造的天线。该扭转环形天线在电介质基板的背面形成供电部的用虚线表示的部分，在电介质基板的表面形成其以外的用实线表示的部分，利用通孔将背面的虚线部分和表面的实线部分连接。通过这样的构造，基于RF脉冲的感应电流在一方的环路和另一方的环路中成为反向而被消除。
通过将这样的扭转环形天线用作无线通信用的天线(线圈侧无线天线100及主体侧无线天线200)，能够抑制RF脉冲的影响，防止无线电路由于RF脉冲而破损。因此，在RF脉冲的发送期间中也能够继续进行无线通信。另外，通过将这样的扭转环形天线用作生物体信息监测装置80的监测天线801，在RF脉冲的发送期间中也能够继续进行生物体信息的监测。
图17的(b)是表示构成为抑制由RF脉冲的施加引起的感应信号的天线的另一例的图。在该天线中，除了偶极天线之外还具备微小环形天线，通过合成电路对偶极天线的输出和微小环形天线的输出进行合成。合成电路的输出经由循环器输入到接收电路。事先通过偶极天线和微小环形天线接收RF脉冲，在合成电路的输出中，调整由微小环形天线接收到的信号的振幅和相位，以消除由两天线接收到的信号。
通过这样的构成和调整，能够防止在无线通信时RF脉冲的信号流入接收电路和发送电路。由于微小环形天线在无线通信的频率及RF脉冲的频率下没有取得匹配，所以无助于无线通信信号的发送接收及MR信号的接收。但是，由于RF脉冲的发送功率非常大，所以即使不匹配，微小环形天线也接收某种程度的功率的RF脉冲，通过调整该信号，消除合成电路输出中的RF脉冲。
另外，合成电路也可以构成为仅在RF脉冲发送时进行动作，在除此以外的期间中，偶极天线的输出绕过合成电路而与循环器连接。
此外，也可以代替微小环形天线，利用RF线圈20的要素线圈的信号来消除合成电路输出中的RF脉冲。在发送RF脉冲时，虽然成为RF线圈20的要素线圈未被激励的构成，但在RF线圈20内的地线上RF脉冲稍微被激励。通过采用将该被激励的RF脉冲输入到合成电路的构成，能够消除从偶极天线进入循环器的RF脉冲信号。
通过使用上述那样的构成为抑制由RF脉冲的施加引起的感应信号的天线作为无线通信用的天线(线圈侧无线天线100及主体侧无线天线200)，能够防止无线电路由于RF脉冲而破损，在RF脉冲的发送期间中也能够继续进行无线通信。
图18是说明以能够与RF脉冲的施加和非施加无关地持续地无线传输MR信号的方式规定的、或者以能够与RF脉冲的施加和非施加无关地持续地无线传输MR信号和生物体信息的方式规定的第二定时关系的图。在第二定时关系中，如图18的第一段及第二段所示，即使在连续进行拍摄的情况下，也能够与RF脉冲的施加和非施加无关地持续进行无线通信。
并且，通过使用如上述那样的构成为抑制由RF脉冲的施加引起的感应信号的天线作为生物体信息监测装置80的监测天线801，在RF脉冲的发送期间中也能够继续生物体信息的收集。当然，如图18的最下段所示，通过避开MR信号的接收期间来进行生物体信息的收集，也能够排除对MR信号的干扰的顾虑。
根据以上说明的各实施方式的磁共振成像装置1，在具有无线型的RF线圈的磁共振成像装置中，能够确保RF线圈与主体之间的稳定的无线通信线路。此外，能够在不对被检体施加负担的情况下简便地取得被检体的心跳、呼吸等生物体信息。
对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子而提示的，并不意图限定发明的范围。这些实施方式能够以其他各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包括在发明的范围和主旨中，同样地包括在权利要求书所记载的发明及其均等的范围内。

Claims (15)

1.一种磁共振成像装置，具备：
RF线圈，接收来自被检体的磁共振信号、并且具有以偏振波成为水平的方式构成及配置的第一无线天线；
装置主体，具有在拍摄时容纳所述被检体的腔，并且对所述被检体施加RF脉冲；以及
第二无线天线，是经由所述第一无线天线进行所述RF线圈与所述装置主体之间的无线通信的至少一个第二无线天线，在所述腔的开口端部的外周中的至少其顶部配置有一个所述第二无线天线。
2.根据权利要求1所述的磁共振成像装置，其中，
所述第一无线天线配设为，其主波束方向朝向所述腔的开口端部的方向。
3.根据权利要求1或2所述的磁共振成像装置，其中，
所述第一无线天线是偶极天线或单极天线。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的磁共振成像装置，其中，
所述第一无线天线作为在所述腔的开口端部的方向上具有指向性的端射天线阵而构成。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的磁共振成像装置，其中，
所述第一无线天线作为能够控制指向性的多输入多输出天线而构成。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的磁共振成像装置，其中，
所述第二无线天线作为具有偶极天线和缝隙天线的偏振分集天线而构成。
7.根据权利要求6所述的磁共振成像装置，其中，
所述偶极天线和所述缝隙天线，以所述偶极天线的元件与所述缝隙天线的缝隙相互平行且并排的方式配置。
8.根据权利要求7所述的磁共振成像装置，其中，
所述缝隙天线，以包围所述缝隙的导体板相对于所述腔的长度方向大致垂直的方式配设，
所述偶极天线，以所述缝隙天线的导体板成为所述偶极天线的反射板的方式配设于与所述缝隙天线接近并且比所述缝隙天线更靠近所述第一无线天线的位置。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的磁共振成像装置，其中，
所述第二无线天线的数量为多个，多个所述第二无线天线配设于所述腔的开口端部的外周，除了配设于所述外周的顶部的一个以外以左右非对称的方式配置。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的磁共振成像装置，其中，
还具备生物体信息监测装置，该生物体信息监测装置与所述RF线圈连接，检测所述被检体的生物体信息，
由所述生物体信息监测装置检测到的所述生物体信息，经由所述第一无线天线及所述第二无线天线，以无线方式向所述装置主体发送，
所述生物体信息监测装置具备：
与被检体接近地配设的至少一个生物体信息监测天线；
信号生成部，生成高频信号；
耦合量检测部，使用所述高频信号，检测由所述被检体与所述生物体信息监测天线之间的电场引起的近场耦合的耦合量；以及
位移检测部，基于所述近场耦合的耦合量的变化，检测所述被检体的物理位移，从而检测所述被检体的生物体信息。
11.根据权利要求10所述的磁共振成像装置，其中，
所述生物体信息监测天线配设于所述RF线圈的被检体侧的面或者被检体的相反侧的面中的任一个面。
12.根据权利要求10或11所述的磁共振成像装置，其中，
所述生物体信息监测天线配设为，其元件的长度方向与所述第一无线天线的元件的长度方向大致正交。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的磁共振成像装置，其中，
所述RF线圈和所述装置主体构成为，通过经由所述第一无线天线及所述第二无线天线的无线通信，将由所述RF线圈接收到的所述磁共振信号及由所述生物体信息监测装置检测到的所述生物体信息，避开所述RF脉冲的施加期间地从所述RF线圈向所述装置主体传输。
14.根据权利要求1至12中任一项所述的磁共振成像装置，其中，
所述第一无线天线及所述第二无线天线，是构成为抑制由所述RF脉冲的施加引起的感应信号的天线，
所述RF线圈和所述装置主体构成为，通过经由所述第一无线天线及所述第二无线天线的无线通信，将由所述RF线圈接收到的所述磁共振信号，与所述RF脉冲的施加和非施加无关地持续从所述RF线圈向所述装置主体传输。
15.根据权利要求10至12中任一项所述的磁共振成像装置，其中，
所述第一无线天线及所述第二无线天线，是构成为抑制由所述RF脉冲的施加引起的感应信号的天线，
所述RF线圈和所述装置主体构成为，通过经由所述第一无线天线及所述第二无线天线的无线通信，将由所述RF线圈接收到的所述磁共振信号及由所述生物体信息监测装置检测到的所述生物体信息，与所述RF脉冲的施加和非施加无关地持续从所述RF线圈向所述装置主体传输。
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