JP2005324028A - 多重チャネルmri用の多巻き素子rfコイル・アレイ - Google Patents

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Abstract

【課題】 多重受信チャネルMRIシステムで使用するためのRFコイル組立体(200)を提供する。
【解決手段】 RFコイル組立体は、多巻き素子RFコイル組立体(210)として構成されて、多重チャネル受信モードで作動するように構成されたMRIシステム(100)と協働して表面コイル・アレイとして作動する。第1の態様では、RFコイル組立体は、イメージング中にRF信号を受信する複数の多巻きコイル素子を含み、多巻きコイル素子は、MRIシステム内の対応する複数の受信チャネル前置増幅器入力に結合されるようになっている。第2の態様では、RFコイル組立体は、少なくとも1つのRFコイル・アレイを含み、RFコイル・アレイは、イメージング中にRF信号を受信する複数の多巻きコイル素子を含み、多巻きコイル素子は、MRIシステムの対応する複数の受信チャネルに結合されるようになっている。
【選択図】 図2

Description

本発明は、総括的には磁気共鳴イメージング(MRI)に関し、より具体的には、MRIに用いられる高周波(RF)表面コイルに関する。
一般的に、MRIはよく知られたイメージング法である。通常のMRI装置は、例えばMRIを受けるヒト身体の軸線に沿って均一磁場を確立する。この均一磁場は、核(身体組織を形成する原子及び分子内の)の大部分の核スピンを磁場の軸線に沿って整列させることによってヒト身体の内部をイメージングするための状態にする。核スピンの配向が磁場との整列から乱れた場合、核は核スピンを磁場の軸線に再整列させようとする。核スピンの配向の乱れは、RF磁場パルスの印加によって引き起こされる可能性がある。再整列過程の間に、核は磁場の軸線の周りで歳差運動して電磁信号を放出し、この電磁信号が、ヒトの上又は周りに配置された1つ又は複数の表面コイルによって検出されることになる。
イメージング時間は、所望の信号対雑音比(SNR)と、変換されて画像を形成するk空間マトリクスをMRI装置が満たすことができる速度とにより決まる。従来のMRIでは、k空間マトリクスは一度に1つのラインで満たされる。この通常領域で多くの改良及び変更がなされてきたが、k空間マトリクスを満たすことができる速度には限界がある。これらの固有の限界を克服するために、磁場勾配の各適用において複数ラインのデータを同時に収集するような幾つかの方法が開発されてきた。一まとめにして「パラレルイメージング法」として特徴付けることができるこれらの方法は、そうでなければ磁場勾配及びRFパルスを用いた逐次方式で取得しなければならなかった空間エンコードの代わりに、RF検出器コイルのアレイからの空間情報を用いる。
最近開発されかつ生体内MRIに適用されている2つのこのようなパラレルイメージング法は、SENSE(感度エンコーディング)とSMASH(空間調波の同時収集)とである。両方法とも、並列に作動する複数の個別の受信素子を使用することを含み、各素子は、異なる感度プロファイル又は空間的に平行移動した感度プロファイルを有する。検出したそれぞれのスピン共鳴信号を組合せることで、最も好ましいケースでは使用した受信部材の数に等しくすることができる因子によって、画像に必要な収集時間を短縮する(従来型のフーリエ画像再構成と比較して)ことが可能になる(1999年発行の「Magnetic Resonance in Medicine」第42巻、952〜962ページのPruessmannらによる論文を参照されたい)。
例えば、構成部品コイルの感度が良好に特徴付けるのに不十分であるか又は互いを区別するのに不十分であるかのいずれかの場合に、SENSE法の欠点が生じる。これらの不安定性は、再構成画像における局所的なアーチファクトとして現れるか、或いはSNRの低下を生じさせることになる。従って、SENSEのようなパラレルイメージング法を使用する場合或いは使用しない場合であっても、高いSNR(他の観点に中でも特に)をもたらすRFコイル・アレイをMRIシステム内に実装することが望ましい。
加えて、画像アーチファクトはまた、個別に同調させかつ整合させた一群の近接配置した表面コイルにおけるコイル間の相互結合にも起因する。コイル間の相互結合により結合モードが生じ、このことがコイルの共鳴スペクトルにおける分裂(スプリッティング)を引き起こす。その結果、コイルは同調不良及び整合不良となり、SNRの低下を生じる。コイルのSNRを維持しかつコイル結合に起因する画像アーチファクトを回避するために、多重結合モードをMRI周波数で共鳴する単一の縮退モードまで分断するような何らかの電気的デカップリング機構が必要とされる。
ごく最近では、パラレルイメージング法はさらに進歩して、例えばそれぞれ8個、16個又は32個の受信器コイルからの信号を受信する8個、16個又は32個のチャネルのような多重受信チャネルを活用する。典型的な多重コイル・アレイ構成では、イメージング中に信号を受信するために幾つかの隣接するコイルが設けられる。しかしながら、多重受信チャネル及び多重コイルを可能にするには、多数の設計課題がある。例えば、32個チャネルのMRIシステムを支援するのに必要なコイルの大きさは、通常のMRIシステムの一般的な40cmの撮影領域又は幾つかの用途においてはさらに小さい撮影領域内に適合するほど十分に小型でなければならない。加えて、コイルの大きさ及びコイル・アレイ内の対応する構成は、両方ともがコイルの線質係数(Q)及び負荷率に悪影響を与え、それによってイメージング中にコイル及びMRIシステムの全体SNR性能を制限するおそれがある固有の誘導結合及び感度問題に直面することになる。上述の大きさ及び感度問題を解決するために、例えばらせん状又は多ループ状コイルのような特定のコイル構造が、30MHz以下で作動する磁気共鳴用に設計されたコイル・アレイで用いられてきた。現在では、さらに高い周波数での、具体的には、それに限定されないがそれぞれ1.5T及び3Tシステムに対応する64MHz及び128MHzでの付加的な受信チャネル及びMRIシステム性能に対する必要性が、増加してきている。しかしながら、30MHz以上で作動するMRIシステムで用いられるらせん状又は多ループ状コイルは、イメージング中にコイル及びMRIシステムの全体性能に悪影響を与える可能性がある。
負荷率は無負荷状態Q対負荷状態Qの割合(コイルが被検体の上に配置されることによって負荷を与えられた時の)であり、線質係数Qは、当業者には公知であるように、コイル共鳴周波数をコイル共鳴の帯域幅で除算した測定値である。負荷率は、コイル及びイメージング被検体により生じる全抵抗損失をコイルのみによる損失で除算した割合の測定値として役立つ。高い負荷率は、一般的にノイズの大半がコイルではなく被検体から発生することを意味し、コイルとサンプルとの間の強いE領域結合がない状態では、一般的に良質なコイル性能の表れと解釈される。
1999年発行の「Magnetic Resonance in Medicine」第42巻、952〜962ページのPruessmannらによる論文
必要とされているものは、より高い周波数で作動する多重チャネルMRIシステムで用いる高線質係数Q及び高負荷率のMRIコイルを有する、高度結合RFコイル組立体である。
多重受信チャネルMRIシステムで用いるRFコイル組立体を提供する。RFコイル組立体は、多巻き素子RFコイル組立体200として構成されて、多重チャネル受信モードで作動するように構成されたMRIシステム100と協働して表面コイル・アレイとして作動する。
第1の態様では、磁気共鳴イメージング(MRI)システムで用いる高周波(RF)コイル組立体は、イメージング中にRF信号を受信する複数の多巻きコイル素子を含み、多巻きコイル素子は、MRIシステム内の対応する複数の受信チャネル前置増幅器入力に結合されるようになっている。
第2の態様では、磁気共鳴イメージング(MRI)で用いる高周波(RF)コイル組立体は、少なくとも1つのRFコイル・アレイを含み、RFコイル・アレイは、イメージング中にRF信号を受信する複数の多巻きコイル素子を含み、多巻きコイル素子は、MRIシステムの対応する複数の受信チャネルに結合されるようになっている。
まず図1を参照すると、例示的な磁気共鳴イメージング(MRI)システム100を示している。MRIシステム100は公知の方法で作動し、パルス制御サブシステムによって勾配コイル電力増幅器を制御するコンピュータを含む。パルス制御サブシステム及び勾配増幅器は共同して、例えばスピンエコー、勾配再生エコーパルスシーケンス、高速スピンエコー又は当業者には公知の他の型のパルスシーケンスのために、適正なイメージング勾配波形Gx、Gy及びGzを生成する。勾配波形は勾配磁場コイルに接続され、勾配磁場コイルはMRマグネット組立体のボアの周りに配置されて、勾配磁場Gx=∂B/∂x、Gy=∂B/∂y及びGz=∂B/∂zがMRマグネット組立体により偏向磁場Bに印加されるようになる。
パルス制御サブシステムはまた、RF送受信機システムの一部である高周波シンセサイザを制御する。パルス制御サブシステムはまた、高周波シンセサイザの出力を変調するRF変調器を制御する。電力増幅器で増幅されかつ送信/受信スイッチを通してRFコイル組立体に印加された、得られたRF信号は、MRIシステム内の撮像対象物150の核スピンを励起するのに使用される。
公知の方法では、撮像対象物の励起された核からのMR信号は、RF受信コイル組立体によって取り込まれ、送信/受信スイッチを通して前置増幅器に伝えられて、増幅され、次に当業者には公知の直角位相検出器又はデジタル受信器により処理される。いずれのケースにおいても、検出信号は、対象物のMR画像を生成するように処理するために、高速AD変換器でデジタル化されてコンピュータに与えられる。コンピュータはまた、シムコイル組立体を介してマグネット均一性を最適化する(イメージング勾配がない場合に)のに用いるシム電源を制御することができる。
本発明の実施形態では、RFコイル組立体200は、撮像対象の被検体又は対象物150の胴体の周りに適合されることになる組立体を形成するように取付けられた上部コイル組立体200A及び下部コイル組立体200Bの少なくとも1つを含む。上部及び下部コイル組立体は同一であり、図2及び図3を参照してさらに詳細に説明することにする。表面コイルはMRIでは良く知られており、一般的に撮像対象物の表面に対して適合される受信のみのRFイメージング・コイルである。図1及び図2に示す実施形態では、多巻き素子RFコイル組立体200は全胴体用コイル・アレイであるが、本発明はまた、それに限定されないが、例えば部分身体用コイル、胸部用コイル、心臓用コイル及びアペンデージ(腕又は脚部)用コイルなどを含む他の表面コイル用途に適用可能でありかつそれに適するように修正することができることは、当業者には分かるであろう。別の実施形態では、コイルは、銅ストリップ又は箔、或いは銀、金又は銅メッキ金属のような薄い導電体から製作されかつ被検体に適合する可撓性基板上に取付けられるか、或いは可撓性プリント回路基板から製作される。RFコイル組立体200の説明は、図2及び図3を参照してより詳細に行うことにする。
本発明の実施形態では、高周波数で作動するMRIシステムで用いるように構成されたRFコイル組立体を提供する。本明細書で用いる場合、高周波数というは、30MHzよりも高いことをいう。加えて、本発明の実施形態では、受信コイル組立体のための多重チャネル・アレイを実装することが望ましい。そのようにした場合、次にSENSE(上述の)のようなパラレル処理法を用いてデータ収集時間を改善することができる。比較的高いB磁場強度(例えば、>3T)において、患者の電気特性及び体型もまたRF励起場の均一性に影響する。しかしながら、アレイ構成に送信コイルも実装した場合には、各アレイ素子における電流振幅及び位相を個々に調整して、患者の電気特性に関連したRF励起場の変化を少なくとも部分的に補償することができる。
次に図2を参照すると、多巻き素子RFコイル組立体200の上部又は下部のいずれかのコイル組立体の例示的な実施形態をより詳細に示している。図1に関して説明したように、RFコイル組立体200は、撮像対象の被検体の胴体の周りに適合するような方法で取付けられた上部コイル組立体及び下部コイル組立体を含む。上部又は下部コイル組立体は同一であり、図2に示す概略図によって表している。この実施形態では、RFコイル組立体200は、胴体用表面コイル・アレイとして構成されている。コイル及び構成部品の大きさ及び構成は、他の表面コイル用途では修正することができることが分かるであろう。
さらに図2を参照すると、RFコイル組立体200の上部又は下部組立体を示している。RFコイル組立体200の上部及び下部組立体の各々は、多重コイル部分組立体300の組を含む。各多重コイル部分組立体300は、該部分組立体300当たりの素子数が、所望の受信器チャネル数に基づいて(例えば、32個のチャネル受信器性能は、上部コイル組立体上に16個及び下部コイル組立体上に16個を備えた状態でRFコイル組立体上に合計32個の多巻きコイル素子を必要とすることになる)選択された複数の多巻きコイル素子210と、各コイル素子210のための同じ数のバラン組立体220と、各コイル素子210の周りに選択的に配置された複数の分散型コンデンサ230とを含む。分散型コンデンサの値は、コイル組立体が全て組み立てられかつサンプル又は被検体がサンプル空間内に存在する状態で、各コイル素子をMRI周波数に同調させるように調整される。これによって、多巻きコイル素子は、システムが被検体によって負荷を与えられた時にMRIシステムのMRI周波数にほぼ一致する周波数で各々のかつ全てのコイル素子を共鳴させるように分散型コンデンサ230を介して同調される。この例示的な実施形態では、4つの多巻き要素コイルは、図2に示すように、各コイルが隣接するコイルとある程度重なり合いかつ重なり合った程度がコイルの対間の相互電磁結合が最小になるように調整されるように各部分組立体300上に配置される。4つの部分組立体300は組合されて、RFコイル組立体200の上部又は下部組立体を形成する。各部分組立体300はさらに、図1のMRIシステム100に接続するために各多巻き素子コイルとバラン組立体とに結合されたケーブル240を含み、多数のケーブル240は、配管270を通して導いてMRIシステムの受信器100の前置増幅器入力への接続数を集約するのが望ましい。この実施形態では、バラン組立体220は、ケーブル240を収納したLEXANブロックと、公知の方法で設けられたブロッキングコイル、ピンダイオード及びバランを含むバランPC基板(図示せず)とを含む。さらに、ケーブル240は、バランによってλ/2に同調され、次に8個のうちの4個の個別のケーブル(配管270として示す)としてシリコン熱収縮及び屈曲TEFLON配管の形態で束ねら。
今一度図2を参照すると、この例示的な実施形態では、2つのアレイ(上部及び下部コイル組立体)は各々、部分組立体300当たり4個である、16個の多巻き素子コイルからなる。1つのアレイ(上部200A)は患者の胸部用に設計され、他のアレイ(下部200B)は患者の背部用に設計される。上部及び下部アレイを組み立てることにより、32個チャネルの可撓性アレイを形成する。RFコイル組立体200を形成する上部及び下部組立体の各々は、16個の多巻き素子コイル210からなり、4つの多巻き素子コイルが対応する部分組立体300上に配置され、4つの部分組立体300が電気的かつ機械的に接続されて16個のコイル・アレイを形成する。部分組立体300は、上述のようにケーブル240及び270を通して電気的に接続される。部分組立体は、4つの部分組立体300の各々を例えば0.030インチの厚さを有するLEXANプラスチックのようなシート又は基板250上に取付けることによって機械的に結合される。他の材料及び厚さを用いることもできる。シート又は基板は、RFコイル組立体200の上部コイル組立体が患者又は被検体(図1の符号150)の胸部上に快適に配置されるように僅かに曲がるか又は撓むことができ、RFコイル組立体200の下部コイル組立体が患者の背部が快適に載置されるように撓むことができ、さらに上部及び下部コイル組立体の両方が患者の身体を囲む空気によるMRIシステムへの障害が最小の状態で胴体を完全に覆うことを確実にするように患者を包む構造を形成するのに十分な可撓性を有するのが望ましい。図示した実施形態では、シート250は僅かに曲がって、4つの部分組立体300のための4つの部位を形成する。さらに、RFコイル組立体200はさらに、部分組立体300を含むシート250を取付けかつRFコイル組立体200の外部保護カバーを形成するためのカバー260を含む。カバー260は、患者の上及び周りにRFコイル組立体200を配置する際に、ユーザによるMRIシステムの容易な取扱いを可能にするために可撓性のある発泡体で構成するのが望ましい。さらに、カバー260は、RFコイル組立体200の構成部品の全てを保護するために発泡体を覆う外部カバーを含むのが望ましい。この例示的な実施形態の場合、完全に組み立てた時のRFコイル組立体200の長さは、通常のMRIイメージングシステムの撮影領域に相当するように長さが42cmであるのが望ましい。
上述のように、RFコイル組立体200は、多重受信チャネル(すなわち、32個の)MRIシステムにおける胴体イメージングに適している。他のイメージング用途又は撮影領域要件が望ましい場合には、RFコイル組立体200の長さを所望の撮影領域に適合するように修正することができる。それに代えて、アレイを含むコイルの数及び/又は大きさを修正することができる。
次に図3を参照すると、多巻き素子コイル210を示している。例示的な実施形態に関して上述したように、32個の多巻きコイル素子210がある。各多巻きコイル素子210は、MRIシステムで用いるのに適した、例えば銅Cuなどの導電体の多重巻きループであるのが望ましい。MRIシステムで用いるのに適した他の材料を使用することができるが、製造の容易さ及びコストを考慮してこの実施形態では銅を使用した。例示的な実施形態では、図3に示すような2重ループを使用する。素子コイル210の各々は、11.9cm×10.7cmの寸法(ループ間の測定値)を有しており、この寸法は所望の用途、胴体イメージング、従って42cmの撮影領域、及び受信チャネル数(32個)に基づいて選択される。この実施形態では、コイルの大きさは、通常のMRIスキャナの42cmの撮影領域要件を超えない基板上の総数16個のコイル210に適合するように選択される。もちろん、他の用途では、撮影領域と、次に受信チャネル数とをバランスさせて、必要なコイル素子の数、大きさ及びループ数を定めることになる。今一度図3を参照すると、コイル素子210は、2重ループを備えたものとして示している。例示的な実施形態では、各多巻きコイル素子は、コンピュータ支援設計(CAD)法を用いて6オンスの0.021インチ回路基板上にエッチングされ、ループはクロスオーバ点290で得られる。各コイル210は個々に製造しかつ同調した後に、各部分組立体300(図2)が、重なり合った状態でコイル素子210を接着することによってMRIシステム内で多重コイル・アレイとして用いるのに望ましい結合係数を達成するように製作される。コイル素子210はさらに、コンデンサ(図2に符号230で示す)を取付ける際に用いる複数の接点280を含む。今一度図3を参照すると、コイル素子210を含む導電体は、その形状が八角形として示している。この形状は単なる実施例として示したものであり、具体的には円形ループ、方形ループ、矩形ループ及びn≧3であるn角形を含む他の多くの形状が想定され、かつ本発明の技術的範囲内に含まれることを理解されたい。
作動において、図1及び図2の両方に示した例示的な実施形態は、2〜3:1の範囲の負荷率を示した。各多巻きコイル素子210は、RFコイル組立体200を患者の周りで撓ませた時の状態においてコイル結合係数を最小にするように同調された。同調させることが、RFコイル組立体を様々な体型に対して作動可能になるようにRFコイル組立体を可撓性にすることに対して鈍感であるのが望ましい。
本明細書では本発明の特定の特徴のみを示しかつ説明したが、当業者は多くの修正及び変更に想到するであろう。従って、特許請求の範囲は、本発明の技術思想内にあるそのような全ての修正及び変更を保護しようとするものであることを理解されたい。
本発明の実施形態を適用可能な例示的なMRIシステムを示す図。 多巻き素子RFコイル組立体の実施形態の概略図。 図2のRFコイル組立体で用いるコイルの概略図。
符号の説明
100 MRIシステム
150 被検体
200 RFコイル組立体
210 多巻きコイル素子
220 バラン組立体
230 分散型コンデンサ
240 ケーブル
250 基板
260 カバー
270 配管
300 部分組立体

Claims (10)

  1. 磁気共鳴イメージング(MRI)システム(100)で用いるための高周波(RF)コイル組立体(200)であって、
    イメージング中にRF信号を受信する複数の多巻きコイル素子(210)を含み、
    前記多巻きコイル素子が、30MHzよりも大きい周波数で作動するMRIシステムの対応する複数の受信チャネルに接続されている、
    RFコイル組立体。
  2. 前記複数の多巻きコイル素子及び複数の受信チャネルの数が一致している、請求項1記載のRFコイル組立体。
  3. 前記複数の多巻きコイル素子(210)が、それぞれの隣接する多巻きコイル素子に重なり合うように配置され、前記複数の多巻き素子が、MRIシステム(100)内の所望の撮影領域に対応するように配置されている、請求項2記載のRFコイル組立体。
  4. 前記多巻きコイル素子(210)が、MRIシステム(100)で用いるのに適した導電体を含む、請求項1記載のRFコイル組立体。
  5. 前記複数の多巻きコイル素子の各々の周りに選択的に配置された同じ数のバラン組立体(220)及び同じ数の分散型コンデンサ(230)をさらに含む、請求項1記載のRFコイル組立体。
  6. 前記複数の重なり合った多巻き素子(210)が、MRIシステム(100)で用いるコイル素子間の相互電磁結合を最小にするように重なり合っている、請求項3記載のRFコイル組立体。
  7. 前記多巻き素子(210)が各々、MRIシステム(100)で用いるのに適した少なくとも1つの多巻きループの導電体を含む、請求項1記載のRFコイル組立体。
  8. 磁気共鳴イメージング(MRI)で用いるための高周波(RF)コイル組立体(200)であって、
    少なくとも1つのRFコイル・アレイ(300)を含み、
    前記RFコイル・アレイが、イメージング中にRF信号を受信する複数の多巻きコイル素子(210)を含み、
    前記多巻きコイル素子が、30MHzより大きな周波数で作動するMRIシステム(100)の対応する複数の受信チャネルに接続されるようになっている、
    RFコイル組立体。
  9. 前記複数の多巻きコイル素子の各々の周りに選択的に配置された同じ数のバラン組立体(220)及び同じ数の分散型コンデンサ(230)をさらに含み、前記組立体が撮像被検体によって負荷を与えられた時に前記MRIシステムのMRI周波数にほぼ一致する周波数で各々のかつ全ての多巻き素子を共鳴させるように前記対応する分散型コンデンサの値が調整されている、請求項8記載のRFコイル組立体。
  10. 前記RFコイル組立体(200)が、MRIシステム(100)内の表面コイルとして作動するように形成されている、請求項8記載のRFコイル組立体。
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