JP2007511331A - フェーズドアレイ膝部コイル - Google Patents

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Abstract

【課題】ＭＲＩ向けの２重カバー範囲送受信フェーズドアレイ膝部コイルを提供する。
【解決手段】フェーズドアレイ膝部コイルを提供する。この膝部コイルは、送信コイルアレイと、第１の撮像モード及び第２の撮像モードを提供するように複数のコイルを構成させた受信コイルアレイと、を含んでいる。別の例示的実施形態では、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システム向けのフェーズドアレイ膝部コイルが提供される。このフェーズドアレイ膝部コイルは、バードケージコイルを含んだ送信コイルアレイと、複数の格子状コイル素子を含んだ受信コイルアレイと、を含む。これら格子状コイル素子の各々は、異なる撮像視野域を提供するようにユーザ選択可能な第１の撮像モード及び第２の撮像モードを提供するように構成された複数のコイルを含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、全般的には医用イメージング・システムに関し、さらに詳細には磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システム向けの膝部コイルアレイに関する。
ＭＲＩすなわち核磁気共鳴（ＮＭＲ）イメージングは一般に、磁場内における無線周波数（ＲＦ）波と原子核の間の共鳴相互作用の空間的弁別を提供する。具体的には、ＭＲＩは人体内の水分子の水素核スピンを利用しており、この水素核スピンは強力で均一な静磁場によって偏向を受ける。この磁場のことを通常、Ｂ０磁場または主磁場と呼んでいる。磁気的に偏向させた核スピンは人体内に磁気モーメントを発生させる。この磁気モーメントは定常状態では主磁場の方向を向いているが、こうした磁気モーメントは何らかの励起によって乱さないと有用な情報をもたらさない。
ＭＲＩデータ収集のためのＮＭＲ信号の発生は、均一なＲＦ磁場によって磁気モーメントを励起することによって実施される。このＲＦ磁場は通常、Ｂ１磁場または励起磁場と呼ばれる。このＢ１磁場は、電力増幅器を備えたコンピュータ制御式ＲＦ送信器によって駆動されるのが一般的であるＲＦ送信コイルによって関心対象撮像域内に生成される。励起中に、核スピン系が磁気エネルギーを吸収すると共に、磁気モーメントが主磁場方向の周りで歳差運動する。励起後に、歳差運動する磁気モーメントは、自由誘導減衰（ＦＩＤ）の過程を経て、その吸収したエネルギーを放出して定常状態に戻る。ＦＩＤの間に、人体の励起を受けたボリュームの近傍に配置させた受信ＲＦコイルを使用することによってＮＭＲ信号が検出される。
ＮＭＲ信号は、人体組織の歳差運動する磁気モーメントによって誘導される受信ＲＦコイル内の副次的電圧（または、電流）である。受信ＲＦコイルは、送信コイルを受信モードで動作させることも、独立の受信専用ＲＦコイルとすることも可能である。このＮＭＲ信号は、主マグネット系内に一体化された傾斜コイルが発生させる追加的なパルス状の傾斜磁場を用いることによるＭＲ画像作成のために使用される。この傾斜磁場は、信号を空間エンコードして人体の指定されたボリュームを選択的に励起させるために使用される。標準的なＭＲＩシステム内には通常、主磁場の同じ方向にあり撮像ボリューム内で直線的に変化する磁場を発生させる３組の傾斜コイルが存在する。
米国特許第５９９８９９９号
ＭＲＩでは、画像の均一性を向上させるために励起及び受信が撮像ボリューム内で空間的に均一であることが望ましい。周知のＭＲＩシステムでは、最良の励起磁場均一性は全身ボリュームＲＦコイルを送信に使用することによって得られるのが普通である。全身用送信コイルはそのコイル系内で最も大きいＲＦコイルである。しかしコイルが大きいと、これを受信のためにも使用すると信号対雑音比（ＳＮＲまたはＳ／Ｎ）が小さくなる、その理由は主に撮像中の信号を発生している組織からの距離が大きくなるためである。ＭＲＩでは信号対雑音比が大きいことが極めて望ましいため、関心対象ボリュームからのＳ／Ｎ比を増大させて受信するために特殊目的のコイルが利用されてきた。実際に、適正設計の特殊品すなわち特殊目的のＲＦコイルは次に掲げる機能的特徴を有する：すなわち、高いＳ／Ｎ比、良好な均一性、共鳴回路の高い無負荷特性値（ｑｕａｌｉｔｙ ｆａｃｔｏｒ：Ｑ）、高い無負荷Ｑ値対負荷Ｑ値の比である。さらにコイルは、患者の扱い及び快適性を向上させ、患者とＲＦ電子機器の間に保護バリアを設けるように機械的に設計されるべきである。
小型のＲＦコイルからなるアレイを用いて大きなボリュームを撮像することによってＳＮＲのメリットが得られることが知られている。ＳＮＲは通常、コイルの大きさを小さくすると増大する。例えば膝部撮像では、膝部コイルの典型的なＳ／Ｉカバー範囲は約１６センチメートル（ｃｍ）である。しかし、例えば１０ｃｍなどこれより小さい視野域（ＦＯＶ）を用いかつ同じ分解能とした撮像では、各画素の信号が低下するためにＳＮＲは低下することになる。したがって、感度及び画像分解能の低下が生じる。
例示的な一実施形態では、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システム向けのフェーズドアレイ膝部コイルを提供する。このフェーズドアレイ膝部コイルは、送信コイルアレイと、第１の撮像モード及び第２の撮像モードを提供するように複数のコイルを構成させた受信コイルアレイと、を含む。
別の例示的実施形態では、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システム向けのフェーズドアレイ膝部コイルを提供する。このフェーズドアレイ膝部コイルは、バードケージコイルを含んだ送信コイルアレイと、複数の格子状コイル素子を含んだ受信コイルアレイと、を含む。これら格子状コイル素子の各々は、異なる撮像視野域を提供するようにユーザ選択可能な第１の撮像モード及び第２の撮像モードを提供するように構成された複数のコイルを含む。
さらに別の例示的実施形態では、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システム向けのフェーズドアレイ膝部コイルを提供する方法は、送信コイルアレイを提供する工程を含む。本方法はさらに、第１の撮像モード及び第２の撮像モードのそれぞれによる撮像動作を提供する複数のコイルを有すると共に、送信コイルアレイと組み合わせて第１及び第２の撮像モードのそれぞれでの撮像に関して異なる視野域を提供するように受信コイルアレイを構成する工程を含む。
本発明の様々な実施形態は、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システム向けの２重カバー範囲送受信（Ｔ／Ｒ）フェーズドアレイ膝部コイルを提供する。Ｔ／Ｒフェーズドアレイ膝部コイルは一般に、例えば約１０ｃｍなど第１のＳ／Ｉカバー範囲を有する第１の動作モードまたは第１の撮像モード（具体的には、ズームモード）と、例えば約１６ｃｍなど第２のＳ／Ｉカバー範囲を有する第２の動作モードまたは第２の撮像モード（具体的には、フルカバー範囲モード）と、を提供する。小視野域（ＦＯＶ）の膝部撮像はＳＮＲの低下を伴うことなく実施することができる。したがって、各動作モードごとに対応する視野域を提供する第１の動作モードと第２の動作モードを有するように構成させたＴ／Ｒフェーズドアレイ膝部コイルアレイが得られる。
具体的には図１に示すように、２重カバー範囲Ｔ／Ｒフェーズドアレイ膝部コイル５０は一般に、送信コイルアレイ５２とアレイ状の受信コイル５４とを含む。例示的な一実施形態では、送信コイルアレイ５２は、均一な送信Ｂ１磁場を発生させるために使用される１２ラングすなわち１２素子のクワドラチャ（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ）バードケージコイルである。この例示的な実施形態では、受信コイルアレイ５４は、ＭＲＩ信号を受信するための６個の個別の格子状コイル素子５８（図２参照）からなるアレイである。Ｔ／Ｒフェーズドアレイ膝部コイル５０はさらに、例えばフォーマ（ｆｏｒｍｅｒ）など周知のコイルエンクロージャ５６を含む。
図２には、格子状コイル素子５８の例示的な一実施形態についてより詳細に表している。格子状コイル素子５８は本質的に、ズーム動作モードを提供するように構成された第１のコイル素子６０（例えば、内側コイルループ）と、フル動作モードを提供するように構成された第２のコイル素子６２（例えば、外側コイルループ）と、を有する２重カバー範囲コイルアレイである。例示的な一実施形態では、第１及び第２のコイル素子６０及び６２のそれぞれの幅は約１２センチメートル（ｃｍ）であり、また第１及び第２のコイル素子６０及び６２の長さはそれぞれ約１０ｃｍと約１６ｃｍである。この実施形態では、第１のコイル素子６０が第２のコイル素子６２の内部に（例えば、第２のコイル素子６２の両端部の間の中心に）位置決めされている。第１及び第２のコイル素子６０及び６２をループコイルとして図示しているが、所望によりまた必要に応じて別のコイル構成も実現可能であることに留意すべきである。
動作時において、第１及び第２のコイル素子６０及び６２は２種類の撮像モードを生成させるためのＤＣバイアス電流を用いて別々に付勢される。具体的には図３に示すように、周知のように第１及び第２のコイル素子６０及び６２のそれぞれに接続させると共に、第１及び第２のコイル素子６０及び６２を選択的に付勢及び非付勢（例えば、デカップリング）させるためにデカップリング回路６４を設けることができる。例えば、デカップリング回路６４のそれぞれは、コンデンサ６６、インダクタ６８及びダイオード７０を直列にしてかつ対応するコイル素子のデカップリングを提供するために所望によりまた必要に応じて周知の方式で構成させることがある。デカップリング回路６４の構成要素の値は所望によりまた必要に応じて（例えば、当該ＭＲＩシステムの要件に基づいて）求めることができる。さらに、第１及び第２のコイル素子６０及び６２の同調のために同調コンデンサ７２を設けることがある。
対応するデカップリング回路６４を用いて第１及び第２のコイル素子６０及び６２のそれぞれを選択的に付勢及び非付勢（例えば、デカップリング）させるために第１の制御線７４と第２の制御線７６が設けられている。例えば、コイル構成ファイルは事前プログラムされている（例えば、コイル素子に対する付勢を選択的に制御するように事前プログラムされている）と共にそのＴ／Ｒフェーズドアレイ膝部コイル５０が接続される先のＭＲＩシステム（図示せず）によって使用されて対象（例えば、患者）を撮像する間に第１及び第２のコイル素子６０及び６２を制御することができる。さらに、ＲＦ出力７８及び８０は、第１及び第２のコイル素子６０及び６２からの受信信号（例えば、ＭＲＩ画像データ）を出力している。
例示的な一実施形態では、第２のコイル素子６２を付勢したときには、Ｔ／Ｒフェーズドアレイ膝部コイル５０は、例えば約１６ｃｍのＦＯＶをもつ通常の膝部撮像（例えばフル撮像動作モード）で使用することができる。第１のコイル素子６０を付勢したときには、Ｔ／Ｒフェーズドアレイ膝部コイル５０の実効的なＦＯＶは、例えば１０ｃｍ（例えば、ズーム撮像動作モード）まで小さくなり、この際ＳＮＲは第２のコイル素子６２を用いて得られるＳＮＲより大きくなる。したがって、ユーザは大ＦＯＶ撮像の「フルモード」か高分解能の小ＦＯＶ撮像用の「ズームモード」かの選択が可能である。隣接するループ素子はカップリングを最小限にするように重ね合わされていること、並びにこれらのコイル素子は図４に示すような低入力インピーダンスの前置増幅器８２を用いて互いにさらに分離させていることに留意すべきである。
より詳細には図４を参照すると、Ｔ／Ｒフェーズドアレイ膝部コイル５０は６個の格子状コイル素子５８のそれぞれに別々の受信チャンネル８６が接続されるようにした６チャンネル式システムインタフェース８４（例えば、ＧＥ Ｅｘｃｉｔｅ １．５Ｔ Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を有するＭＲＩシステム（図示せず）に接続させることがある。このシステムインタフェース８４はさらに、例えばＭＲＩシステム内に保存されたコイル構成ファイル及び／またはユーザ入力を使用したデカップリング回路６４の切り替えを制御するために２本のバイアス制御線８８を含む。例えば、ユーザ入力に基づいて、Ｔ／Ｒフェーズドアレイ膝部コイル５０をある特定の撮像モードの制御（例えば、ＭＲＩスキャナ上の制御器を用いた動作モードのユーザ制御）のためにある特定のコイル構成ファイルを選択することができる。さらに、送信コイルアレイ５２の制御のために９０度結合器９２と接続させて、ＲＦ Ｉｎ制御線９０を設けることがある。
したがって、小ＦＯＶ（例えば、約１０ｃｍ）用途に関してＴ／Ｒフェーズドアレイ膝部コイル５０の「ズームモード」を利用することによって、ＳＮＲの改善（例えば、ＳＮＲの２５〜３０％の上昇）が得られる。
下記の表は、膝部コイルのフルモードとズームモードの間のＮＥＭＡ法を用いたＳＮＲ比較を表している。スキャンプロトコルは以下のとおりである：ＦＳＥ−ＸＬ、２Ｄ、アキシャル面、ＴＥ １７、ＴＲ ５００、Ｅｃｈｏ ４、ＢＷ：１５．６ｋＨｚ、Ｆｒｅｑ ２５６、Ｐｈａｓｅ ２５６、Ｎｅｘ １、Ｆｒｅｑ Ｄｉｒ Ａ／Ｐ、Ｃｅｎｔｅｒ：Ｐｅａｋ、ＡｕｔｏＳｈｉｍ：オン、ＦＯＶ ２４、スライス厚：３．０ｍｍ。
［表１］
ズームモード フルモード
信号 ２１７６．８ １９４２．４
雑音 ５．６３ ６．４４
ＳＮＲ ３８６．６ ３０１．６

したがって、本発明の様々な実施形態によって、送信コイル（例えば、１２ラングのバードケージコイル）と受信コイルとして構成させたアレイ状の表面コイルとを有するＴ／Ｒフェーズドアレイ膝部コイルが提供される。例示的な一実施形態では、格子状２重カバー範囲コイルからなるアレイが提供される。このアレイによれば、（ｉ）「フルモード」（例えば、通常の膝部撮像用）と（ｉｉ）「ズームモード」（例えば、高分解能の小ＦＯＶ撮像用）という２つの撮像モードが提供される。例示的なフルモード画像９４及びズームモード画像９６を図５に表している。撮像モードは、例えばその用途の種別に基づいてユーザ選択が可能である。
様々な具体的な実施形態に関して本発明を記載してきたが、当業者であれば本発明をその特許請求の範囲の精神及び趣旨の域内での修正を伴って実施できることを理解されよう。
本発明の例示的な一実施形態による送受信（Ｔ／Ｒ）フェーズドアレイ膝部コイルの平面図である。 本発明の例示的な一実施形態による図１のＴ／Ｒフェーズドアレイ膝部コイルの受信コイルの概要図である。 図２の受信コイルを制御するための本発明の例示的な一実施形態による制御回路の概要図である。 システムインタフェースに接続させた本発明の例示的な一実施形態によるＴ／Ｒフェーズドアレイ膝部コイルのブロック図である。 本発明の例示的な一実施形態によるＴ／Ｒフェーズドアレイ膝部コイルを用いたフルモードとズームモード撮像による画像である。
符号の説明
５０ フェーズドアレイ膝部コイル
５２ 送信コイルアレイ
５４ 受信コイルアレイ
５６ コイルエンクロージャ
５８ 格子状コイル素子
６０ 第１のコイル素子、内側コイルループ
６２ 第２のコイル素子、外側コイルループ
６４ デカップリング回路
６６ コンデンサ
６８ インダクタ
７０ ダイオード
７２ 同調コンデンサ
７４ 第１の制御線
７６ 第２の制御線
７８ ＲＦ出力
８０ ＲＦ出力
８２ 前置増幅器
８４ システムインタフェース
８６ 受信チャンネル
８８ バイアス制御線
９０ ＲＦ Ｉｎ制御線
９２ ９０度結合器
９４ フルモード画像
９６ ズームモード画像

Claims (20)

  1. 送信コイルアレイと、
    第１の撮像モード及び第２の撮像モードを提供するように複数のコイルを構成させた受信コイルアレイと、
    を備える磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システム向けのフェーズドアレイ膝部コイル。
  2. 前記受信コイルアレイの複数のコイルのそれぞれは、第１の撮像モードを提供するように構成させた第１のコイル素子と第２の動作モードを提供するように構成させた第２のコイル素子とを備えている、請求項１に記載のフェーズドアレイ膝部コイル。
  3. 前記第１の撮像モードはズーム撮像モードでありかつ前記第２の撮像モードはフル撮像モードである、請求項２に記載のフェーズドアレイ膝部コイル。
  4. 前記第１のコイル素子は内側コイルループを含みかつ前記第２のコイル素子は外側コイルループを含む、請求項２に記載のフェーズドアレイ膝部コイル。
  5. 前記受信コイルアレイの複数のコイルのそれぞれは格子状コイル素子として構成されている、請求項１に記載のフェーズドアレイ膝部コイル。
  6. 前記送信コイルアレイは１２素子クワドラチャ・バードケージコイルを含む、請求項１に記載のフェーズドアレイ膝部コイル。
  7. 前記受信コイルアレイは６個の格子状コイルを備えている、請求項１に記載のフェーズドアレイ膝部コイル。
  8. 前記送信コイルアレイ及び受信コイルアレイはヒトの膝部を撮像するように構成されている、請求項１に記載のフェーズドアレイ膝部コイル。
  9. 前記第１及び第２の撮像モードは異なる撮像視野域を提供するように構成されている、請求項１に記載のフェーズドアレイ膝部コイル。
  10. バードケージコイルを含んだ送信コイルアレイと、
    異なる撮像視野域を提供するようにユーザ選択可能な第１及び第２の撮像モードを提供するように構成された複数のコイルをその各々が含む複数の格子状コイル素子を含んだ受信コイルアレイと、
    を備える磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システム向けのフェーズドアレイ膝部コイル。
  11. 前記バードケージコイルは１２個の素子を備えておりかつ前記受信コイルアレイは６個の格子状コイル素子を備えている、請求項１０に記載のフェーズドアレイ膝部コイル。
  12. 前記格子状コイル素子のそれぞれは、前記第１の撮像モードを提供するように構成させた内側コイル素子と前記第２の撮像モードを提供するように構成させた外側コイル素子とを備えている、請求項１０に記載のフェーズドアレイ膝部コイル。
  13. 前記第１の撮像モードはズーム撮像モードでありかつ前記第２の撮像モードはフル撮像モードである、請求項１２に記載のフェーズドアレイ膝部コイル。
  14. 前記内側及び外側コイル素子のそれぞれの幅はそれぞれ概ね同じであり、かつ該外側コイル素子の長さは該内側コイル素子の長さより大きい、請求項１２に記載のフェーズドアレイ膝部コイル。
  15. 前記内側コイル素子は前記外側コイル素子の内部に位置決めされている、請求項１２に記載のフェーズドアレイ膝部コイル。
  16. 前記送信コイルアレイ及び受信コイルアレイはそれぞれ概して円筒状の形状で構成されている、請求項１０に記載のフェーズドアレイ膝部コイル。
  17. 磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システム向けのフェーズドアレイ膝部コイルを提供する方法であって、
    送信コイルアレイを提供する工程と、
    第１の撮像モード及び第２の撮像モードのそれぞれでの撮像動作を提供するための複数のコイルを有すると共に、前記送信コイルアレイと組み合わせて該第１及び第２の撮像モードのそれぞれでの撮像に関して異なる視野域を提供するように受信コイルアレイを構成させる工程と、
    を含む方法。
  18. 前記第１の撮像モードはズーム撮像モードでありかつ前記第２の撮像モードはフル撮像モードである、請求項１７に記載の方法。
  19. 前記受信コイルアレイの複数のコイルを格子状コイル素子として構成させる工程をさらに含む請求項１８に記載の方法。
  20. 前記格子状コイル素子のそれぞれは第１の撮像モードを提供する内側コイルループと第２の撮像モードを提供する外側コイルループとを備えている、請求項１９に記載の方法。
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