JP2005087523A - 磁気共鳴イメージング装置及び高周波受信コイル - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単に撮影セッティング、及び高周波コイルの受信感度に影響を及ぼすことのない正確な撮影を実現できる磁気共鳴イメージング装置等を提供すること。
【解決手段】
磁石が発生する静磁場内に配置された被検体から発生した磁気共鳴信号を受信し、磁気共鳴画像を生成する磁気共鳴イメージング装置であって、磁気共鳴信号を受信する高周波コイル１５と、この磁気共鳴信号に基づいて、磁気共鳴画像を生成する計算機システム２２と、高周波コイル１５に接続され、当該受信用コイルによって受信された磁気共鳴信号を装置本体に転送するためのポートであって、静磁場磁石１１の一方の開口部側に設けられた第１のポート１６ａと、静磁場磁石１１の他方の開口部側に設けられた第２のポート１６ｂとを具備することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置１０である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被検体に高周波コイル（ＲＦコイル）をセッティングする際に有効な手段を持つ磁気共鳴イメージング装置、高周波コイルに関する。

磁気共鳴イメージング（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ：ＭＲＩ）装置は、固有の磁気モーメントを持つ核の集団が一様な静磁場中に置かれたときに、特定の周波数で回転する高周波磁場のエネルギーを共鳴的に吸収する現象を利用して、物質の化学的及び物理的な微視的情報を映像化し、あるいは化学シフトスペクトラムを観測する装置である。

図８、図９、図１０は、従来の磁気共鳴イメージング装置７０の撮影セッティングの様子をそれぞれ示した図である。図８に示すように、磁気共鳴イメージング装置７０は、高周波コイル７３と装置７０本体とを接続するためのポート７１を、架台７２の寝台７３側に有している。図示した被検体の向きでポート７１と高周波コイル７３とを接続するためには、被検体側を通過させて、当該コイル７３のケーブル７４をポート７１まで引き出す必要がある。従来の装置では、この引き出しによる被検体とケーブルとの接触を防止するため、ケーブルを、寝台マットの下通過させて引き出す、又はケーブルと被検体との間にタオル等のスペーサーを設けることで、撮影上の安全を図っている。

しかしながら、撮影の度に上述の様な寝台マット下からのケーブル引き出し、スペーサーの設定等を行うことは煩雑であり、操作者にとっては大きな負担となっている。特に、図９に示すような被検体を足から架台７２に送り込むセッティングの場合には、ケーブルが腕のある方向に出てくるため、被検体がコイルからマットまでのケーブルを触る可能性があり（ａ部）、撮影環境を変えてしまうおそれがある。

また、撮影セッティングに手間と時間を要するため、被撮影者にとっても負担となっている。

さらに、表面コイルで肩を撮影する場合、表面コイルを腕に通し、ケーブルを被検体に接触させないようにするため、図１０に示すようにケーブルの出口が頭側となるようにセッティングするのが自然である。この場合、ポート７１が架台７２の前側にあると、一旦ケーブルは頭側に出て足側に戻ってくることになり、コイルの横を通過することになる（ｂ部）。この様に高周波コイルのケーブルが高周波コイル本体の側を通過することは、ケーブルからの電磁的な影響により、高周波コイルの受信感度に影響を及ぼす場合がある。また、コイルがプリアンプを持っている場合、発振のおそれもある。従って、正確な撮影を実現するためには、当該撮影セッティングは望ましくない。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、簡単に撮影セッティングを実行でき、高周波コイルの受信感度に影響を及ぼすことなく正確な撮影を実現することができる磁気共鳴イメージング装置、及び高周波コイルを提供することを目的としている。

本発明は、上記目的を達成するため、次のような手段を講じている。

本発明の第１の視点は、磁石が発生する静磁場内に配置された被検体から発生した磁気共鳴信号を受信し、磁気共鳴画像を生成する磁気共鳴イメージング装置であって、前記磁気共鳴信号を受信する高周波コイルと、前記磁気共鳴信号に基づいて、前記磁気共鳴画像を生成する画像生成手段と、前記高周波コイルに接続され、当該受信用コイルによって受信された前記磁気共鳴信号を前記画像生成手段に転送するためのポートであって、前記磁石の一方の開口部側に設けられた第１のポートと、前記磁石の他方の開口部側に設けられた第２のポートと、を具備することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置である。

本発明の第２の視点は、磁石が発生する静磁場内に配置された被検体から発生した磁気共鳴信号を受信し、磁気共鳴画像を生成する磁気共鳴イメージング装置において使用され、当該磁気共鳴イメージング装置が有するの複数のポートのいずれかに接続される高周波コイルであって、第１のコイルと、前記第１のコイルに対し前記被検体の体軸方向に関して幾何学的に９０°回転させて配置された第２のコイルと、当該高周波コイルが前記複数のポートのいずれに接続されているかを判定する判定手段と、前記判定手段の判定に応じて、前記第１のコイルによって受信された第１の信号又は前記第２のコイルによって受信された第２の信号のいずれかの位相を制御し、双方を合成する信号合成手段と、を具備することを特徴とする高周波コイルである。

以上本発明によれば、簡単に撮影セッティングを実行でき、高周波コイルの受信感度に影響を及ぼすことなく正確な撮影が可能な磁気共鳴イメージング装置、及び高周波コイルを実現することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。

図１は、本実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置の構成を示すブロック図である。同図において、磁気共鳴イメージング装置１０は、静磁場磁石１１、冷却系制御部１２、シムコイル（図示せず）、傾斜磁場コイル１３、高周波送信コイル１４、高周波受信コイル１５、第１のポート１６ａ、第２のポート１６ｂ、傾斜磁場コイル装置電源１７、送信部１８、受信部１９、データ収集部２０、シーケンス制御部２１、計算機システム２２、入力部２３、ディスプレイ２４を具備している。

静磁場磁石１１は、静磁場を発生する磁石であり、一様な静磁場を発生する。この静磁場磁石１１には、例えば永久磁石、超伝導磁石等が使用される。

図示していないシムコイルは、静磁場磁石１１の内側に設けられており、能動的に磁場の均一性を高めるためのコイルである。このシムコイルは、シムコイル電源（図示せず）により駆動される。このシムコイル及び傾斜磁場コイル１３により、図示しない被検体に一様な静磁場と、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚの三方向に線形傾斜磁場分布を持つ傾斜磁場が印加される。なお、Ｚ軸方向は、本実施形態では静磁場の方向と同方向にとるものとする。

冷却系制御部１２は、静磁場磁石１１の冷却機構を制御する。

傾斜磁場コイル１３は、静磁場磁石１１の内側に設けられ、且つ静磁場磁石１１よりも短軸であり、傾斜磁場コイル装置電源１７から供給されるパルス電流を傾斜磁場に変換する。この傾斜磁場コイル１３が発生する傾斜磁場によって、信号発生部位（位置）が特定される。

なお、本実施形態において、傾斜磁場コイル１３及び静磁場磁石１１は円筒形をしているものとする。また、傾斜磁場コイル１３は、所定の支持機構によって真空中に配置される。これは、静音化の観点から、パルス電流の印加によって発生する傾斜磁場コイル１３の振動を、音波として外部に伝播させないためである。

高周波送信コイル（ＲＦ送信コイル）１４は、被検体の撮像領域に対して、磁気共鳴信号を発生させるための高周波パルスを印加するためのコイルである。

高周波受信コイル（ＲＦ受信コイル）１５は、被検体の近傍、好ましくは密着させた状態で当該被検体を挟むように設置され、被検体から磁気共鳴を受信するためのコイルである。当該高周波受信コイル１５は、一般的には、部位別に専用の形状を有する。

なお、図１では、高周波送信コイルと高周波受信コイルとを別体とするクロスコイル方式を例示したが、これらを一つのコイルで兼用するシングルコイル方式を採用する構成であってもよい。

第１のポート１６ａ、第２のポート１６は、接続された高周波受信コイル１５に電力を供給し、且つ当該高周波受信コイル１５が受信した受信信号を受信部１９に転送する。この第１のポート１６ａ及び第２のポート１６は、静磁場磁石１１等のそれぞれの開口部側に振り分けて設置されていれば、どのような場所であっても構わない。

送信部１８は、発振部、位相選択部、周波数変換部、振幅変調部、高周波電力増幅部（それぞれ図示せず）を有しており、ラーモア周波数に対応する高周波パルスを送信用高周波コイルに送信する。当該送信によって高周波送信コイル１４から発生した高周波によって、被検体の所定原子核の磁化は、励起状態となる。

受信部１９は、増幅部、中間周波数変換部、位相検波部、フィルタ、Ａ／Ｄ変換器（それぞれ図示せず）を有する。受信部１９は、高周波コイル１４から受信した、核の磁化が励起状態から基底状態に緩和するとき放出する磁気共鳴信号（高周波信号）に対して、増幅処理、発信周波数を利用した中間周波数変換処理、位相検波処理、フィルタ処理、Ａ／Ｄ変換処理を施す。

また、受信部１９は、接続ポート判断部１９０、ＱＤ合成切替部１９１を有している。接続ポート判断部１９０は、高周波受信コイル１５がいずれのポートに接続されているかを判断する。ＱＤ合成切替部１９１は、高周波受信コイル１５としてＱＤ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ）コイルを利用し後述する双方向測定を行う場合に、接続ポート判断部１９０の判断に基づいて、ＱＤコイルの位相シフトを制御し、信号合成を行う。

図２は、ＱＤ合成切替部１９１の構成を示した図である。同図において、測定において第１のポートを使用される場合には、コイルＡ側のタップはａ_１に、コイルＢ側のタップはｂ_１に接続され、コイルＢによって受信された信号Ｂの９０°位相シフトが実行され、ハイブリッド回路（ＨＹＢ）によって合成され、合成信号（ＳＴＮ）として出力される。一方、測定において第２のポートを使用される場合には、コイルＡ側のタップはａ_２に、コイルＢ側のタップはｂ_２に接続され、コイルＡによって受信された信号Ｂの９０°位相シフトが実行され、ハイブリッド回路（ＨＹＢ）によって合成され、合成信号（ＳＴＮ）として出力される。

データ収集部２０は、受信部１９によってサンプリングされたディジタル信号を収集する。

シーケンス制御部２１は、傾斜磁場コイル装置電源１７、受信部１９およびデータ収集部２０を制御する。

計算機システム２２は、計算機システム２２は入力部２３から入力される指令に基づいて、シーケンス制御部２１を制御する。また、計算機システム２２は、データ収集部２０から入力した磁気共鳴信号に対して後処理、すなわちフーリエ変換等の再構成等を実行し、被検体内の所望核スピンのスペクトラムデータあるいは画像データを求める。

入力部２３は、オペレータからの各種指示・命令・情報をとりこむため入力装置（マウスやトラックボール、モード切替スイッチ、キーボード等）を有している。

ディスプレイ２４は、計算機システム２２から入力したスペクトラムデータあるいは画像データ等を表示する出力手段である。

（反転撮影機能）
本磁気共鳴イメージング装置１０は、高周波受信コイル１５を体軸に関して上下逆向きに配置（すなわちｚ方向に１８０度回転させた配置）であっても、撮影することができる反転撮影機能を有している。以下、図面を参照しながら、当該機能について、高周波受信コイル１５としてＱＤタイプの腹部フレキシブルコイルを使用する場合と、肩部撮影のためリニアタイプの表面円形コイルを使用する場合とを例に説明する。

まず、腹部フレキシブルコイルを使用する場合について説明する。図３は、本磁気共鳴イメージング装置１０の静磁場磁石１１部分についての上面図（ただし、静磁場磁石１１等の上半分を除く。）である。また、図４は、本磁気共鳴イメージング装置１０の静磁場磁石１１部分についての側面図（ただし、静磁場磁石１１等の手前半分を除く。）である。

図３、図４に示すように、腹部フレキシブルコイルを使用し、下腹部を撮影する場合には、被検体は足側の方向から静磁場磁石１１中心に挿入される。静磁場磁石１１中心に配置された被検体下腹部に、当該コイルが設置される。従って、腹部フレキシブルコイルのケーブルは、被検体の足側から引き出す方が、当該被検体との接触を回避できる点で好ましい。係る観点、及び被検体を足側から静磁場磁石１１等の内部に挿入していることから、図３、図４の例では、腹部フレキシブルコイルのケーブルは、第１のポート１６ａに接続される。

接続コイル判断部１９１は、腹部フレキシブルコイルが第１のポート１６ａに接続されていると判断する。ＱＤ合成切替部１９１は、この判断に基づいて、第１のポート用の接続形態（図２において、コイルＡ側のタップをａ_１に、コイルＢ側のタップをｂ_１に接続した形態）にタップを切り替える。

腹部フレキシブルコイルを使用し、上腹部を撮影する場合には、被検体は図５に示すように頭側の方向から静磁場磁石１１中心に挿入される。この場合も腹部フレキシブルコイルのケーブルは足側に引き回すのが好ましいので、今度は第２のポート１６ｂに接続される。

なお、第２のポート１６ｂに接続されている場合には、ＱＤ合成切替部１９１は、接続コイル判断部１９１の判断に基づいて、第２のポート用の接続形態（図２において、コイルＡ側のタップをａ_２に、コイルＢ側のタップをｂ_２に接続した形態）にタップを切り替える。

この様に、ＱＤ合成切替部１９１により、高周波受信コイル１５の向きに応じて受信信号の位相を制御するのは、次の理由による。すなわち、ＱＤコイルは、Ｚ軸に対して幾何学的に９０°回転させた配置にて、二組のコイルが配置されたものであり、各組において受信される信号は、位相がちょうど９０°ずれたものとなる。従って、通常の視点Ｖ_１からの測定では、例えば図６（ａ）に示すようにコイルＢによって受信された信号Ｂを＋９０°位相シフトし、コイルＡに受信された信号Ａと合成することで、信号の増強を図っている。しかしながら、高周波受信コイル１５の向きを反転させた視点Ｖ_２からの測定において、反転前（すなわち図６（ａ））と同様に信号Ｂを＋９０°位相シフトし信号Ａと合成すると、図６（ｂ）に示すように二つの信号の引き算となってしまい、信号の増強を図ることができない。従って、高周波受信コイル１５の向きを反転させて測定する場合には、本磁気共鳴イメージング装置１０の様に、反転後ＱＤ合成切替部１９１による位相制御が必要となる。

次に、高周波受信コイル１５として表面円形コイルを使用し、肩部を撮影する場合について説明する。図７は、本磁気共鳴イメージング装置１０の静磁場磁石１１部分についての側面図（ただし、静磁場磁石１１等の手前半分を除く。）である。

図７に示すように、表面円形コイルは、被検体の腕を表面円形コイルに通した状態で使用され、静磁場磁石１１中心に配置される。従って、表面円形コイルのケーブルは、被検体の頭部側から引き出す方が、当該被検体との接触を回避できる点で好ましい。係る観点、及び被検体を頭部側から静磁場磁石１１等の内部に挿入していることから、図７の例では、表面円形コイルのケーブルは、第１のポート１６ａに接続される。

接続コイル判断部１９１は、表面円形コイルが第１のポート１６ａに接続されていることを認識する。

以上述べた構成によれば、以下の効果を得ることができる。

本磁気共鳴イメージング装置１０は、静磁場磁石１１等の両開口部に、それぞれ高周波受信コイルのケーブルを接続するためのポートを有している。従って、高周波受信コイルのケーブルを体軸に沿ったいずれの方向にも引き出すことができるから、当該ケーブルと被検体との干渉を防止することができる。

また、高周波受信コイルの向きを反転させた場合であっても、使用するポートに基づいてその向きを自動的に認識し、適切な信号合成を行うことができる。従って、操作者は、いずれの向きで高周波受信コイルを使用しているか、いずれのポートに接続されているかを気にすることなく、正確な撮影を行うことができる。その結果、撮影ミスを防止でき、操作者の作業負担を軽減させることができる。

さらに、高周波受信コイルの横を通過させずにケーブルを引き出すことができるので、コイルの受信感度の低下を防止することができる。この事情を、一方のみのポートを有するシステムと比較して、説明すると次のようである。すなわち、本システムと異なり、例えば図１０に示すように一方のポート７１のみを有するシステムの場合には、表面円形コイルのケーブルは一旦頭側に出て、それから折り返し足側に引き出す必要がある。係る場合には、ケーブルは表面円形コイルの横を通過することとなり、当該ケーブルの影響によって表面円形コイルの受信効率が低下する場合がある。また、表面円形コイルがプリアンプを持っている場合、横を通過するケーブルによって発振する可能性がある。

これに対し、本磁気共鳴イメージング装置１０によれば、被検体に干渉させず、且つ高周波受信コイルの横を通過させないでケーブルを引き出すことができる。従って、ケーブルがコイルに与える悪影響の発生を防止することができ、高精度の信号測定を実現することができる。

次に、本実施形態のいくつかの変形例を示す。

（変形例１）
本磁気共鳴イメージング装置１０は、高周波受信コイル１５が第１のポート１６ａ、第２のポート１６のいずれに接続されているかを、接続ポート判断部１９０によって判断している。これに加えて、システムのみでなく操作者自身も接続ポートを迅速に判断可能とするため、接続ポート判断部１９０の判断結果をディスプレイ２４に表示するか、又は判断結果に従って使用中のポートに対応するランプを点滅させる等の機能を有する構成であってもよい。

これにより、操作者は、高周波受信コイルの接続形態を迅速に把握することができる。

（変形例２）
また、接続ポート判断部１９０及びＱＤ合成切替部１９１を、高周波受信コイル１５側に持たせる構成であってもよい。

（変形例３）
上記実施形態においてはＱＤコイルを例として説明した。当然ながら、本磁気共鳴イメージング装置１０は、ＱＤコイルのみならず、通常のリニアコイル等も使用することができる。

以上、本発明を実施形態に基づき説明したが、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変形例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解され、その要旨を変更しない範囲で種々変形可能である。

また、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果の少なくとも１つが得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

以上本発明によれば、簡単に撮影セッティングを実行でき、高周波コイルの受信感度に影響を及ぼすことなく正確な撮影が可能な磁気共鳴イメージング装置、及び高周波コイルを実現できる。

図１は、本実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置の構成を示すブロック図である。 図２は、ＱＤ合成切替部１９１の構成を示した図である。 図３は、本磁気共鳴イメージング装置１０の静磁場磁石１１部分についての上面図である。 図４は、本磁気共鳴イメージング装置１０の静磁場磁石１１部分についての側面図である。 図５は、本磁気共鳴イメージング装置１０の静磁場磁石１１部分についての側面図である。 図６（ａ）、図６（ｂ）は、高周波受信コイル１５を被検体体軸に沿って上下反転した場合の、受信信号の位相について説明するための図である。 図７は、本磁気共鳴イメージング装置１０の静磁場磁石１１部分についての側面図である。 図８は、従来の磁気共鳴イメージング装置の撮影セッティングの様子を示した図である。 図９は、従来の磁気共鳴イメージング装置の撮影セッティングの様子を示した図である。 図１０は、従来の磁気共鳴イメージング装置の撮影セッティングの様子を示した図である。

符号の説明

１０…磁気共鳴イメージング装置
１１…静磁場磁石
１３…傾斜磁場コイル
１４…高周波送信コイル
１５…高周波受信コイル
１６ａ…第１のポート
１６ｂ…第２のポート
１７…傾斜磁場コイル装置電源
１８…送信部
１９…受信部
２０…データ収集部
２１…シーケンス制御部
２２…計算機システム
２３…入力部
２４…ディスプレイ

Claims (5)

1. 磁石が発生する静磁場内に配置された被検体から発生した磁気共鳴信号を受信し、磁気共鳴画像を生成する磁気共鳴イメージング装置であって、
   前記磁気共鳴信号を受信する高周波コイルと、
   前記磁気共鳴信号に基づいて、前記磁気共鳴画像を生成する画像生成手段と、
   前記高周波コイルに接続され、当該受信用コイルによって受信された前記磁気共鳴信号を前記画像生成手段に転送するためのポートであって、前記磁石の一方の開口部側に設けられた第１のポートと、前記磁石の他方の開口部側に設けられた第２のポートと、
   を具備することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
2. 前記高周波コイルは、第１のコイルと、当該第１のコイルに対し前記被検体の体軸方向に関して幾何学的に９０°回転させて配置された第２のコイルとを有するＱＤコイルであり、
   前記高周波コイルが前記第１のポート又は前記第２のポートのいずれに接続されているかを判定する判定手段と、
   前記判定手段の判定に応じて、前記第１のコイルによって受信された第１の信号又は前記第２のコイルによって受信された第２の信号のいずれかの位相を制御し、双方を合成する信号合成手段と、
   をさらに具備することを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
3. 前記高周波コイルが前記第１のポート又は前記第２のポートのいずれに接続されているかを操作者に提示する提示手段をさらに具備することを特徴とする請求項１又は２記載の磁気共鳴イメージング装置。
4. 前記高周波コイルは、リニアコイルであることを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
5. 磁石が発生する静磁場内に配置された被検体から発生した磁気共鳴信号を受信し、磁気共鳴画像を生成する磁気共鳴イメージング装置において使用され、当該磁気共鳴イメージング装置が有するの複数のポートのいずれかに接続される高周波コイルであって、
   第１のコイルと、
   前記第１のコイルに対し前記被検体の体軸方向に関して幾何学的に９０°回転させて配置された第２のコイルと、
   当該高周波コイルが前記複数のポートのいずれに接続されているかを判定する判定手段と、
   前記判定手段の判定に応じて、前記第１のコイルによって受信された第１の信号又は前記第２のコイルによって受信された第２の信号のいずれかの位相を制御し、双方を合成する信号合成手段と、
   を具備することを特徴とする高周波コイル。

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