JP2007534412A - 電気光学磁気共鳴変換器 - Google Patents

Abstract

磁気共鳴信号を受信する受信コイル（４６、４６’、４６”）は、電気光学的活性媒体（９０、９０’、９０”）を有する光学共鳴キャビティ（８２、８２’、８２”）を含んでいる。無線周波数アンテナ（８０、８０’、８０”）が、当該無線周波数アンテナによる磁気共鳴信号の受信によって光学共鳴キャビティの光学特性が変調されるように電気光学的活性媒体に結合されている。介入器具（４８）が関連する撮像対象（１６）に部分的に挿入されるように適応されている。無線周波数アンテナ及び光学共鳴キャビティは、介入器具のうちの関連する撮像対象に挿入される部分上に配置されている。少なくとも１つの光ファイバ（５２、５４）が光学共鳴キャビティに光学的に結合されている。介入器具が部分的に挿入されたとき、上記少なくとも１つの光ファイバの端部が関連する撮像対象の外側に延在する。

Description

本発明は磁気共鳴技術に関する。本発明は、特に撮像対象に部分的に挿入されるカテーテル又はその他の介入器具に配置されるローカル受信コイルを用いる磁気共鳴イメージングに適用されるものであり、特にそれを参照して説明される。しかしながら、本発明はまた、微小な電気信号を光信号に変換する磁気共鳴及びその他の用途向けの高感度電気光学変換器（ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）にも適用されるものである。

無線周波数受信コイルは有利には磁気共鳴撮像対象の近傍又は内部に配置され、その対象の関心領域によって生成される磁気共鳴信号とのカップリングが改善されるようにされる。表面受信コイルは、例えば、撮像対象の外側で関心領域の近傍に、或いは関心領域に接触して配置される。関心ある内部領域との更に密接なカップリングのため、受信コイルはカテーテル、生検針又はその他の介入器具に配置され得る。受信コイルが関心領域に近接して、或いはその内部に配置されるように、受信コイルが配置された介入器具の部分は撮像対象に挿入される。このような配置は、磁気共鳴イメージングを可視化して介入器具を使用して介入手順を執行する執刀医を導くためにも用いられ得る。

しかしながら、受信コイルを撮像対象に近接して、或いはその内部に置くことには問題がある。１つの問題は、受信された磁気共鳴信号を無線周波数受信器又はその他の信号処理装置に伝送するために導線を使用することに関する。導線は磁気共鳴イメージング環境内で誘導加熱し、安全上の問題を引き起こすことがある。導線はまた撮像対象内の無線周波数磁場を歪ませ、撮像アーチファクトを発生することがある。

これらの問題を解決する一手法は無線受信コイルを用いることであり、受信コイル上、或いはその近傍に配置された送信機が受信磁気共鳴信号を別の周波数域に偏移させ、その周波数偏移信号を外部受信機へと送信する。この手法には、磁気共鳴信号の周波数変換処理を実行するハードウェアが受信コイルに配置されなければならないという問題がある。これは、表面コイルの場合には困難であるし、受信コイルがカテーテル又はその他の介入器具に配置されている場合には一層困難である。さらに、周波数変換回路は一般に、典型的に電力導体によって供給される電力を必要とするが、この導体は導体加熱又は撮像アーチファクトの発生といった困難性を再びもたらすことになり得る。

別の一手法がコーニング及びワイスを発明者とする特許文献１に記載されている。そこで開示された手法は、受信コイルに直線偏光された光を入力するための光ファイバを用いている。そのコイルに接続された電気光学変調器は、電気光学的な活性材料が間に置かれた交差偏光子を有している。電気光学的活性材料は偏光回転（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｒｏｔａｔｉｏｎ）を生じさせる。２つの偏光子は交差されており、印加電界が存在しない条件下で光を消滅させる。受信コイルの無線周波数アンテナは、電気光学的活性材料への振動電界によって偏光を回転させ、光の一部が交差偏光子を通過することを可能にする。この手法は感度の面で幾らかの問題を有する。交差偏光子は旋光性の微小変化が十分なダイナミックレンジで検出可能となるように、印加電圧が存在しないときの光の透過を的確にゼロにするように配置されるべきである。しかし、磁気共鳴イメージング環境における強磁場及び傾斜磁場によって生成されるファラデー回転のため、このようにゼロにすることは複雑なものとなる。ファラデー回転の大きさは、例えば傾斜磁場コイルによって生成されるような磁場変化に伴って変化するからである。従って、ファラデー回転は電気光学的な回転に対して競合し、それを曖昧なものとしてしまう。
国際公開第０２／０８６５２６号パンフレット

本発明は上述及びその他の制約を解消する改善された装置及び方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様に従った磁気共鳴イメージングのための受信コイルにおいては、光学共鳴キャビティは電気光学的活性媒体を含む。無線周波数アンテナが、該無線周波数アンテナによる磁気共鳴信号の受信によって前記光学共鳴キャビティの光学特性が変調されるように前記電気光学的活性媒体に結合される。少なくとも１つの光ファイバが前記光学共鳴キャビティに光学的に結合される。

本発明の他の態様に従った磁気共鳴を検出する方法においては、光学共鳴キャビティに光が光学的に結合される。変調光を生成するために、前記光学的に結合された光が無線周波数アンテナを用いて変調される。前記変調は該無線周波数アンテナによる磁気共鳴信号の受信に応じて前記光学共鳴キャビティの電気光学的活性媒体を電気光学的に変調することを含む。前記変調光に基づいて前記光学共鳴キャビティの光学特性が測定される。

本発明の更に他の態様に従った磁気共鳴イメージングスキャナにおいては、マグネットが撮像領域に時間的に一定な磁場を生成する。１つ以上の傾斜磁場コイルが前記撮像領域の前記時間的に一定な磁場に選択された傾斜磁場を付加する。無線周波数送信機が前記撮像領域に磁気共鳴励起信号を注入する。受信コイルが設けられる。光学共鳴キャビティは電気光学的活性媒体を含む。無線周波数アンテナが、該無線周波数アンテナによる磁気共鳴信号の受信によって前記光学共鳴キャビティの光学特性が変調されるように前記電気光学的活性媒体に結合される。介入器具が関連する撮像対象に部分的に挿入されるように適応される。前記無線周波数アンテナ及び前記光学共鳴キャビティが該介入器具の該関連する撮像対象に挿入される部分上に配置される。少なくとも１つの光ファイバが前記光学共鳴キャビティに光学的に結合される。前記介入器具が部分的に挿入されたとき、該少なくとも１つの光ファイバの端部が前記関連する撮像対象の外側に延在する。

本発明の好適な実施形態による１つの利点は、電気的な入力又は出力を含まない安全な磁気共鳴受信コイルを提供できることにある。

他の利点は磁気共鳴信号に対する感度が向上されることにある。先述の特許文献１における偏光回転効果に基づく電気光学変調器と比較して、約１０^４から１０^５の係数で感度が向上され得る。

さらに他の利点は、磁場によって誘起されるファラデー回転効果への感度が低減又は排除されることにある。

以下の好適な実施形態に関する詳細な説明により、多数のさらなる効果が当業者に明らかになるであろう。

本発明は様々な構成要素とその配置、及び様々な処理操作及びその編成の形態を取り得る。図面は、好ましい実施形態を例示するためだけのものであり、本発明を限定するものと解釈されるものではない。

図１を参照して、磁気共鳴イメージングスキャナ１０は概して円筒形のスキャナボア１４を定める筐体１２を有する。スキャナボア１４の内部には関連する撮像対象１６が配置される。主磁場コイル２０は筐体１２の内部に配置され、時間的に一定なＢ_０磁場を発生する。Ｂ_０磁場は、スキャナボア１４の中心軸と実質的に平行な、図１でｚ方向と指定された方向に一様に向けられている。

筐体１２はまた、ｚ方向に平行な、ｚ方向に直交する、又はその他の選択方向に沿う傾斜磁場を選択的に生成する、例えば傾斜磁場コイル３０等の傾斜磁場生成構造を収容又は支持している。筐体１２はさらに、磁気共鳴を選択的に励起する無線周波数ボディコイル３２を収容又は支持している。具体的には、無線周波数ボディコイル３２は時間的に一定なＢ_０磁場を横断する無線周波数のＢ_１磁場を生成する。無線周波数のＢ_１磁場は核磁気共鳴を励起するためにラーモア周波数で発生される。例示された実施形態においてはコイル３２は全身用バードケージコイルであるが、局所コイル、全身用ＴＥＭコイル、又はその他の無線周波数コイルが対象１６内に磁気共鳴を励起するために使用されてもよい。一般に、筐体１２はバードケージコイル３２の内側にスキャナボア１４の形状を定める内面ライナー３６を有する。

撮像中、主磁場コイル２０はボア１４内にｚ方向と平行な定常Ｂ_０磁場を生成する。磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）制御器４０は、傾斜磁場コイル３０に選択的にエネルギー供給するように傾斜磁場制御器４２を操作するとともに、無線周波数コイル３２に選択的にエネルギー供給するように、無線周波数コイル３２に結合された無線周波数（ＲＦ）送信機４４を操作する。傾斜磁場コイル３０及び無線周波数コイル３２を選択的に操作することにより、撮像対象１６の関心領域の少なくとも一部分に磁気共鳴が発生され、空間エンコードされる。選択された傾斜磁場を傾斜コイル３０を介して印加することにより、例えばデカルト軌道、複数の放射状軌道、又は螺旋軌道などの選択されたｋ空間軌道が磁気共鳴信号の取得中に辿られる。

説明された磁気共鳴イメージングスキャナは一例である。ここで説明される磁場受信コイルは、例えばオープン磁気スキャナ又は垂直磁気スキャナ等の、実質的に如何なる種類の磁気共鳴イメージングスキャナとも使用され得る。さらに、ここで説明される磁場受信コイルは、例えば磁気共鳴分光法等の撮像以外の共鳴手順にも使用され得る。

撮像データ取得中、撮像対象１６に挿入されたカテーテル４８に配置された無線周波数受信コイル４６、又は表面受信コイル等の他のコイルは、磁気共鳴標本を取得するために用いられる。無線周波数受信コイル４６は磁気共鳴信号を抽出するために光学的に結合されている。具体的には、例えばレーザやランプ等の光源（ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅ；ＬＳ）５０が、カテーテル４８の内腔を貫いて受信コイル４６に結合する入力光ファイバ５２に入力光を供給する。受信コイルは磁気共鳴周波数の入力光に電気光学変調を施し、変調された出力光を生成する。出力光ファイバ５６がカテーテル４８の内腔を貫いて光検出器（ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ；ＰＤ）６０と結合している。光検出器６０は、例えば、フォトダイオード、光電子増倍管又は分光計などである。光検出器６０の出力は磁気共鳴信号に対応する。光源５０は、必要に応じて、光源をターンオン・オフしたり、電気光学変調器の動作周波数を一致させるように波長を制御したりする磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）制御器４０によって制御される。

一部の実施形態においては、ファイバ５２、５６は同一のファイバであり、入力光をファイバに結合し、且つ変調光をファイバから抽出するために、光カップラ／スプリッタ若しくはその他の光学部品、又は部品の組み合わせが用いられる。そして更に、一部の実施形態では、カテーテル４８が生検針又はその他の介入器具で置き換えられる。必要に応じて、カテーテル４８又はその他の介入器具は例えばバルーン血管形成を行うハードウェア等の介入医療処置を遂行するハードウェアを含んでもよく、また、無線周波数受信コイル４６を用いる磁気共鳴イメージングは画像に基づく手術誘導のために使用されてもよい。別の選択肢として、受信コイルは患者、及び撮像中に遠隔位置に移動される挿入／取り外し手段に挿入されてもよい。

一部の実施形態においては、光検出器６０は磁気共鳴信号の振幅又は強度に対応する無線周波数信号を生成する。無線周波数の電気信号は無線周波数（ＲＦ）受信機６４によって復調され、磁気共鳴（ＭＲ）データメモリ６６に記憶される磁気共鳴データが生成される。ＲＦ受信機６４は典型的にはデジタル受信機であるが、アナログ受信機も同様に使用可能である。磁気共鳴データは再構成プロセッサ７０によって再構成画像に再構成される。ｋ空間の標本データの場合、フーリエ変換に基づく再構成アルゴリズムが使用可能である。取得された磁気共鳴撮像データの様式に応じて、例えばフィルタ処理された逆投影法に基づく再構成などの、その他の再構成アルゴリズムも使用可能である。

再構成プロセッサ７０によって作成された再構成画像は画像メモリ７２に記憶されるとともに、ユーザインターフェース７４に表示され、不揮発性メモリに記憶され、ローカル・イントラネット又はインターネット上に伝送され、閲覧され、保存され、又は操作され、等々されることが可能である。ユーザインターフェース７４はまた、放射線医、技師又は磁気共鳴イメージングスキャナ１０のその他のオペレータがＭＲＩ制御器４０と交信して磁気共鳴撮像シーケンスを選択、変更及び実行することを可能にする。

図２を参照し、一実施形態においては、受信コイル４６は磁気共鳴を検出するように調整された無線周波数受信アンテナ８０を有する。アンテナ８０は光学共鳴キャビティ８２に結合されており、光学共鳴キャビティ８２は共鳴キャビティ長を定めるミラー８４、８６を有している。光学共鳴キャビティ８２はミラー８４、８６間に配置された電気光学的に活性な媒体９０を含んでいる。

引き続き図２と、簡単に図３とを参照して、ミラー８４、８６及び電気光学的活性媒体９０を含む光学共鳴キャビティ８２は、共振周波数が電気光学的活性媒体９０の屈折率（ｎ）に依存するファブリー・ペロー共振器の形状を定めている。例えば、図３にプロットされているように、特定波長に対する光学共鳴キャビティ８２の透過特性は伝搬光から見たときの電気光学的活性媒体９０の屈折率の関数として変化する。ある特定の屈折率値がその特定波長での共振条件に対応し、そのような共振条件で光学共鳴キャビティ８２の透過率が大きくなる。一部の実施形態においては、透過率は共振時に１に近づく。図３では２つの共振条件が“Ｒｅｓ＿１”及び“Ｒｅｓ＿２”として表されている。他方、共振条件とは実質的に異なる屈折率値では光学共鳴キャビティ８２の透過率は小さくなる。一部の実施形態においては、共振条件から離れると透過率はゼロに近づく。

引き続き図２を参照し、光源（ＬＳ）５０は光を光学共鳴キャビティ８２に入射する。入射光は光学共鳴キャビティ８２内に結合し電気光学的活性媒体９０を伝搬方向Ｐの方向に通過する。好ましくは、電気光学的活性媒体９０は光源５０によって発生された光に対して透明又は実質的に光透過性である。光の伝搬方向Ｐに直交する方向の電界Ｅを生成するように電極９４、９６が光学共鳴キャビティ８２に対して配置され、それらを介してアンテナ８０が電気光学的活性媒体９０に結合されている。電界Ｅは電気光学的活性媒体９０の屈折率を変化させる。入射光は、好ましくは、伝搬光から見た屈折率変調を最大化するために、入力偏光子１００によって電界Ｅの方向に偏光される。

引き続き図２と、再び図３とを参照して、一実施形態においては、光源５０は実質的に単色の光を発生し、その単色光に対する光学共鳴キャビティ８２の透過特性が図３にプロットされている。例えば、光源５０は単色レーザとすることができる。あるいは、実質的な単色光を得るのに好適な帯域通過フィルタを備える広帯域ランプとすることもできる。光学共鳴キャビティ８２は、アンテナ８０によって印加される電界Ｅが存在しないときに休止（ｑｕｉｅｓｃｅｎｔ）動作点Ｑに調整される。休止動作点Ｑは、屈折率の関数である透過率の傾斜が大きい、僅かに共振条件を外れた点に対応する。

アンテナ８０は磁気共鳴信号を受信すると誘導振動電圧を作り出し、さらに誘導振動電圧は電気光学的活性媒体９０中に磁気共鳴周波数で振動する電界Ｅを生成する。振動電界Ｅは対応して振動する電気光学的活性媒体９０の屈折率値を生成するが、その振動する屈折率値は光学共鳴キャビティ８２を休止動作点Ｑ近傍で図３に示された幅Ｒにわたって振動させることになる。

一部の実施形態においては、光源５０は単色であり、光検出器（ＰＤ）６０は、光源５０によって発生され光学共鳴キャビティ８２中を伝送され且つそれにより変調された光の振幅又は強度を測定する。この振幅又は強度は、磁気共鳴信号によって生じた振動電界Ｅに対応する振動変化を有する。光検出器６０のバックグラウンド直流出力は帯域通過又は高域通過フィルタリングによって好適に除去され、磁気共鳴信号に対応する無線周波数信号が残される。

他の実施形態では、光源５０は比較的広帯域の光源であり、選択された波長範囲にわたる多色光を発生する。光学共鳴キャビティ８２は共振波長を通過させる狭帯域フィルタとして機能する。振動電界Ｅは電気光学的活性媒体９０の屈折率値を振動させるので、共振周波数はそれに対応して振動することになる。これらの実施形態では、光検出器６０は分光計であり、印加電界Ｅによって引き起こされ、分光計によって測定される共振条件の波長変化は磁気共鳴信号の強度に対応する。

説明された実施形態は屈折率の電気光学的変化に基づいて動作するが、一方で、活性媒体の吸収特性を電界吸収（ｅｌｅｃｔｒｏ−ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）又はフランツ−ケルディシュ（Ｆｒａｎｚ−Ｋｅｌｄｙｓｈ）効果を介して電気的に変化させることによって光を変調することも意図される。実質的な電界吸収を示す活性媒体では、光学共鳴キャビティ８２を省略することも可能となり得る。

無線周波数受信コイル４６は磁気共鳴イメージングスキャナ１０のボア１４内で動作する。この環境は大きな磁場と傾斜磁場とを有し、電気光学的活性媒体９０を伝搬する光、及び場合により光ファイバ５２を通過する光にファラデー回転を誘起し得る。一部の実施形態においては、光源５０は、入力光ファイバ５２内の光伝送中に生じるファラデー回転に影響されない円偏光を発生する。入力直線偏光子１００は外部からのファラデー回転効果をさらに抑制するために、光学共鳴キャビティ８２の近傍に配置されることが好ましい。必要に応じて、第２の、光学共鳴キャビティ８２の出力に配置された出力偏光子１０２が、信号対雑音比を向上させるために、偏光解消された或いは散乱された光を実質的に除去する。

無線周波数受信コイル４６は様々な手法で構築され得る。アンテナ８０は好ましくはプリント回路、導電性コイル、又はカテーテル、生検針、その他の介入器具、若しくはその他のローカルコイルを備えるために一般的に用いられるような他の受信コイルである。一実施形態においては、光学共鳴キャビティ８２は石英、ＫＨ_２ＰＯ_４（ＫＤＰ）、βホウ酸バリウム（ＢＢＯ）、又は他の電気光学的活性媒体から成る光ファイバ部分であり、光ファイバの外側に蒸着された電極９４、９６を備えている。これらのＫＤＰ、ＢＢＯ及び特定の他の電気光学材料は可視又は近赤外の波長域での動作に好適である。

他の一実施形態では、光学共鳴キャビティ８２は電極９４、９６及びミラー８４、８６が蒸着又は堆積された、ＫＤＰ、ＢＢＯ若しくは他の電気光学的活性媒体の薄膜又はチップとして具現化される。さらに他の一実施形態では、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓの共鳴キャビティが用いられ、ミラー８４、８６は、ＧａＡｓ層とＡｌＧａＡｓ層とが代わる代わる積層された積層体、又はＡｌＧａＡｓ層と別のアルミ複合層とが代わる代わる積層された積層体で定められた分布ブラッグ反射器（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ；ＤＢＲ）とされる。ＧａＡｓに基づく共鳴キャビティは典型的に赤外波長又は可視波長に調整される。なお、可視波長は赤の範囲が好ましい。例えばＩＩＩ族−リンの共鳴キャビティ構造等のような、その他のヘテロエピタキシャル半導体に基づく共鳴キャビティ構造も用いられ得る。

薄膜によってもたらされるような電極９４、９６の分離間隔の縮小は大きな電界Ｅを生成するのに有利である。しかしながら、電極９４、９６の分離間隔は、光学共鳴キャビティ８２が少なくとも伝送ファイバ５２、５４に釣り合った優れた光カップリング及びスループットを有するに十分な大きさにされるべきである。当業者であれば、具体的な実施形態についてのこれらの考慮すべき事項を均衡させるに有利な寸法を容易に選択することができる。

図４を参照して、他の実施形態に係る無線周波数受信コイル４６’は、共鳴キャビティ８２’に結合された無線周波数アンテナ８０’を含んでおり、共鳴キャビティ８２’はミラー８４’、８６’によって定められるキャビティ長を有するとともに、ミラー８４’、８６’間に配置された電気光学的活性媒体９０’を含んでいる。これらの要素は図２に示された受信コイル４６の対応する要素と同様であり、受信コイル４６の場合のように、光は光学共鳴キャビティ内を伝搬方向Ｐに伝搬する。

受信コイル４６’は受信コイル４６とは以下の点で異なっている。すなわち、受信コイル４６’は光学共鳴キャビティ８２’のミラー８４’、８６’と同じ面に配置された電極９４’、９６’を含んでおり、受信コイル４６の場合のように伝搬方向Ｐに垂直ではなく、伝搬方向Ｐに平行な方向の電界Ｅを生成する。別個のミラー８４’、８６’と電極９４’、９６’とが図示されているが、一部の実施形態においてはミラーが同時に電極として機能してもよい。電極９４’、９６’がミラー８４’、８６’と区別される場合、電極９４’、９６’は光源（ＬＳ）５０によって発生された光に対して実質的に透明であるべきである。これには、例えば、薄いインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）電極が使用可能である。

光学共鳴キャビティ８２’内で電界Ｅは伝搬方向Ｐに対して平行であり、それに沿うように方向付けられているので、磁気共鳴信号によって生成される電気光学的活性媒体９０’の屈折率変調は、如何なる偏光状態の伝搬光に対しても光学共鳴キャビティ８２’の透過特性を振動させる。従って、偏光子は不要であり、さらに、無線周波数受信コイル４６’はファラデー回転の影響を受けにくくなる。電界Ｅはコイル８０’の誘導電圧を光学共鳴キャビティ８２’の長手方向に印加することによって生成されるので、キャビティ長は、（ｉ）キャビティが大きい品質係数と低減された静電容量とを有するように比較的長いキャビティを設けること、及び（ｉｉ）振動電界Ｅが実質的な電気光学効果を生じるのに十分な大きさの振幅又は強度を有するように比較的短いキャビティを設けること、という矛盾する事項について考慮することにより選定される。可視光又は近赤外線で動作する一部の実施形態においては、約３ｍｍ−５ｍｍのキャビティ長が好ましい。受信コイル４６’は受信コイル４６の動作と同様に動作する。一実施形態においては、光源５０は単色であり、光学共鳴キャビティ８２’は、屈折率の関数として大きな透過率傾斜をもたらすように選択された休止動作点を有する。アンテナ８０’で受信された磁気共鳴信号によって生成される変調は電気光学的活性媒体９０’の屈折率を変調し、さらに、変調された屈折率は伝送される単色光の強度を変調する。光検出器（ＰＤ）６０は変調された伝送単色光の振幅又は強度を検出し、光検出器６０出力の無線周波数成分が好適なフィルタ処理によって復元される。あるいは、光源５０は多色光、光検出器６０は分光計であり、振動電界Ｅによって引き起こされる光学共鳴キャビティ８２’の共振波長変化によって生じる波長変化に基づいて磁気共鳴信号が導出される。

受信コイル４６、４６’の双方において、磁気共鳴信号を導出するために光学共鳴キャビティ８２、８２’の光伝送特性が測定される。

図５を参照して、さらに他の実施形態に係る無線周波数受信コイル４６”は反射の幾何学配置を用いている。受信コイル４６”は共鳴キャビティ８２”に結合された無線周波数アンテナ８０”を有しており、共鳴キャビティ８２”はミラー８４”、８６”によって定められるキャビティ長を有するとともに、ミラー８４”、８６”間に配置された電気光学的活性媒体９０”を含んでいる。電極９４”、９６”は光学共鳴キャビティ８２”のミラー８４”、８６”と同じ面に配置されており、光伝搬方向Ｐに平行な電界Ｅを生成する。受信コイル４６”のこれらの要素は図４に示された受信コイル４６’の対応する要素と同様である。

受信コイル４６”は、光学共鳴キャビティ８２”が光源（ＬＳ）５０によって発生された光を吸収する光吸収領域１１０”を含んでいる点で、受信コイル４６’とは異なっている。さらに、光学配置が異なっている。透過特性を測定するのではなく、受信コイル４６”は例えばビームスプリッタ１１２”等の光カップラ／デカップラを含んでいる。光は光源５０から光学共鳴キャビティ８２”に光ファイバを介して結合される。光学共鳴キャビティ８２”からの反射光は反射により光ファイバに戻り、ビームスプリッタ１１２”まで逆向きに伝搬する。ビームスプリッタ１１２”は反射光の少なくとも一部を光検出器６０へと振り分ける。

引き続き図５と、さらに図６を参照し、一実施形態においては、光源５０は実質的に単色の光を発生し、その単色光に対する光学共鳴キャビティ８２”の反射特性が図６にプロットされている。電気光学的活性媒体９０”の屈折率値が、光が共振から外れるような値であるとき、光学共鳴キャビティ８２”は光透過性ではなく光反射性である。このように、反射特性は共振を大きく外れる。また一方、電気光学的活性媒体９０”の屈折率値が、光が共振条件にあるような値であるとき、光は共鳴キャビティ８２”に入射し、キャビティを通過する。しかしながら、光学共鳴キャビティ８２”を通過した伝送光は光吸収領域１１０”によって実質的に吸収される。故に、キャビティがこの単色光で共振するように屈折率によって調整されるとき、光は光吸収領域１１０”で実質的に吸収され、反射特性は減衰する。一部の実施形態においては、反射率は共振を外れた条件では約１であり、共振条件では約０まで減衰する。図６では２つの共振条件が“Ｒｅｓ＿１”及び“Ｒｅｓ＿２”と表示されて示されている。

アンテナ８０”は磁気共鳴信号を受信すると振動電界Ｅを生成する無線周波数誘導電圧を作り出す。さらに、振動電界Ｅは電気光学的活性媒体９０”の屈折率値を振動させ、その屈折率値の振動は光学共鳴キャビティ８２”の反射特性を休止動作点Ｑ近傍で図６に示された幅Ｒにわたって振動させることになる。休止動作点Ｑは、屈折率の関数である反射率の傾斜が大きい領域に対応するように選択される。光検出器（ＰＤ）６０は、光源によって発生され光学共鳴キャビティ８２”で反射される光の振幅又は強度を測定する。この振幅又は強度は、磁気共鳴信号によって生じた振動電界Ｅに対応する振動変化を有する。光検出器６０のバックグラウンド直流出力は帯域通過又は高域通過フィルタリングによって好適に除去され、磁気共鳴信号に対応する無線周波数信号が残される。

説明された磁気共鳴受信コイル４６、４６’、４６”は、例えばカテーテル４８等の介入器具の表面又は内部に搭載するのに適している。介入器具の一部が撮像対象１６内に挿入され、磁気共鳴受信コイル４６、４６’、４６”は関心領域の近傍に置かれる。必要に応じて、外科手術を遂行する際の視覚的な誘導を執刀医に提供するために、介入的外科手術中に撮像が実行される。

磁気共鳴受信コイル４６、４６’、４６”は介入器具に加えて、あるいは代えて、他のセッティングにおいても使用可能であることは認識されるところである。例えば、当業者であれば、説明された磁気共鳴受信コイル４６、４６’、４６”の電気光学的変調技術を用いた、無線表面受信コイル又は無線受信コイル配列等を容易に構築することができる。

好ましい実施形態を参照して本発明について述べてきた。この詳細な説明を読んで理解した者によって変更及び改変が想到されることは明らかなところである。本発明は、添付の請求項又はそれに等価なものの範囲内に入る限りにおいて、そのような全ての変更及び改変を含むものとして解釈されるものである。

カテーテルに配置された磁気共鳴受信コイルを含む磁気共鳴イメージングシステムを示す図である。 図１の磁気共鳴受信コイルの一実施形態を示す図である。 磁気共鳴受信コイルの光学共鳴キャビティの透過特性をプロットした図である。 図１の磁気共鳴受信コイルの他の一実施形態を示す図である。 図１の磁気共鳴受信コイルの更に他の一実施形態を示す図である。 図５の磁気共鳴受信コイルの光学共鳴キャビティの反射特性をプロットした図である。

Claims (24)

1. 磁気共鳴信号を検出する受信コイルであって：
   電気光学的活性媒体を含む光学共鳴キャビティ；
   無線周波数アンテナであり、該無線周波数アンテナによる磁気共鳴信号の受信によって前記光学共鳴キャビティの光学特性が変調されるように前記電気光学的活性媒体に結合された無線周波数アンテナ；及び
   前記光学共鳴キャビティに光学的に結合された少なくとも１つの光ファイバ；
   を有する受信コイル。
2. 請求項１に記載の受信コイルであって：
   関連する撮像対象に部分的に挿入されるように適応された介入器具であり、前記無線周波数アンテナ及び前記光学共鳴キャビティが該介入器具の該関連する撮像対象に挿入される部分の表面又は内部に配置されており、前記少なくとも１つの光ファイバの端部が該関連する撮像対象の外側に延在しているところの介入器具；
   をさらに有する受信コイル。
3. 請求項２に記載の受信コイルであって：
   前記無線周波数アンテナに結合された電極であり、前記光学共鳴キャビティ中の光伝送方向を横切る方向の電界を前記電気光学的活性媒体内に生成するように配置された電極；
   をさらに有する受信コイル。
4. 請求項３に記載の受信コイルであって：
   前記少なくとも１つの光ファイバに入射される円偏光を発生する光源；及び
   前記少なくとも１つの光ファイバと前記光学共鳴キャビティとの間に配置され、円偏光を直線偏光に変換する偏光子；
   をさらに有する受信コイル。
5. 請求項２に記載の受信コイルであって：
   前記無線周波数アンテナに結合された電極であり、前記光学共鳴キャビティ中の光伝搬方向と平行な方向の電界を前記電気光学的活性媒体内に生成するように配置された電極；
   をさらに有する受信コイル。
6. 請求項２に記載の受信コイルであって：
   前記少なくとも１つの光ファイバに入射される実質的な単色光を発生する実質的な単色光源；及び
   前記入射された実質的な単色光の、前記光学共鳴キャビティと相互作用した後の振幅又は強度を検出するように配置された光検出器；
   をさらに有する受信コイル。
7. 請求項２に記載の受信コイルであって：
   前記少なくとも１つの光ファイバに入射される、帯状に連なる波長を走査する多色光を発生する光源；及び
   前記入射された光の、前記光学共鳴キャビティと相互作用した後のスペクトルを測定するように配置された分光計；
   をさらに有する受信コイル。
8. 請求項５に記載の受信コイルであって、前記少なくとも１つの光ファイバが：
   前記光学共鳴キャビティの入力側に光を入射する入力光ファイバ；及び
   前記光学共鳴キャビティの前記入力側と反対の出力側から出射される光を受ける出力光ファイバ；
   を含むところの受信コイル。
9. 請求項５に記載の受信コイルであって：
   前記光学共鳴キャビティの後方に配置され、該光学共鳴キャビティを伝送された光を吸収する光吸収領域；
   をさらに有する受信コイル。
10. 請求項５に記載の受信コイルであって、前記電極がさらに前記光学共鳴キャビティのミラーとしても機能するところの受信コイル。
11. 請求項１に記載の受信コイルであって：
    前記無線周波数アンテナに結合された電極であり、前記光学共鳴キャビティ中の光伝送方向を横切る方向の電界を前記電気光学的活性媒体内に生成するように配置された電極；及び
    前記少なくとも１つの光ファイバと前記光学共鳴キャビティとの間に配置され、円偏光を直線偏光に変換する偏光子；
    をさらに有する受信コイル。
12. 請求項１に記載の受信コイルであって：
    前記無線周波数アンテナに結合された電極であり、前記光学共鳴キャビティ中の光伝送方向と平行な方向の電界を前記電気光学的活性媒体内に生成するように配置された電極；
    前記光学共鳴キャビティの入力側に光を入射する入力光ファイバ；及び
    前記光学共鳴キャビティの前記入力側と反対の出力側から出射される光を受ける出力光ファイバ；
    をさらに有する受信コイル。
13. 請求項１に記載の受信コイルであって：
    前記無線周波数アンテナに結合された電極であり、前記光学共鳴キャビティ中の光伝搬方向と平行な方向の電界を前記電気光学的活性媒体内に生成するように配置された電極；
    前記光学共鳴キャビティの後方に配置され、該光学共鳴キャビティを伝送された光を吸収する吸収領域；及び
    入射光を前記少なくとも１つの光ファイバに結合し、且つ前記光学共鳴キャビティから反射された反射光を該少なくとも１つの光ファイバから抽出するカップラ；
    をさらに有する受信コイル。
14. 請求項１に記載の受信コイルであって、前記変調される光学特性が屈折率及び吸収率から成るグループから選択されるところの受信コイル。
15. 磁気共鳴信号を検出する方法であって：
    光学共鳴キャビティに光を光学的に結合するステップ；
    変調光を生成するために、前記光学的に結合された光を無線周波数アンテナを用いて変調するステップであり、該無線周波数アンテナによる磁気共鳴信号の受信に応じて前記光学共鳴キャビティの電気光学的活性媒体を電気光学的に変調することを含むステップ；及び
    前記変調光に基づいて前記光学共鳴キャビティの光学特性を測定するステップ；
    を有する方法。
16. 前記無線周波数アンテナ及び前記光学共鳴キャビティが介入器具の表面又は内部に配置されているところの請求項１５に記載の方法であって：
    前記無線周波数アンテナ、及び前記光学共鳴キャビティが配置されている前記介入器具の部分を関連する撮像対象に挿入するステップであり、該介入器具が挿入されたとき、光ファイバが該撮像対象の外側に延在して前記光学共鳴キャビティへの光アクセスを提供するところのステップ；
    をさらに有する方法。
17. 請求項１５に記載の方法であって、変調する前記ステップが、前記光学共鳴キャビティ中の光伝搬方向を横切る電界を生成することを含むところの方法。
18. 請求項１７に記載の方法であって、光を光学的に結合する前記ステップが：
    光を直線偏光し、それによる直線偏光を前記光学共鳴キャビティに光学的に結合すること
    を含むところの方法。
19. 請求項１５に記載の方法であって、変調する前記ステップが、前記光学共鳴キャビティ中の光伝搬方向と平行な電界を生成することを含むところの方法。
20. 請求項１９に記載の方法であって、前記光学共鳴キャビティの光学特性を測定する前記ステップが：
    前記光学共鳴キャビティの光透過特性を測定すること
    を含むところの方法。
21. 請求項１９に記載の方法であって、前記光学共鳴キャビティの光学特性を測定する前記ステップが：
    前記光学共鳴キャビティの後方で光の少なくとも一部を吸収すること、及び
    前記光学共鳴キャビティの光反射特性を測定すること、
    を含むところの方法。
22. 磁気共鳴信号を検出する方法であって：
    電界吸収を示す活性媒体に光を光学的に結合するステップ；
    変調光を生成するために、前記光学的に結合された光を無線周波数アンテナを用いて変調するステップであり、該無線周波数アンテナによる磁気共鳴信号の受信に応じた前記活性媒体の電界吸収変調を含むステップ；及び
    前記変調光に基づいて前記活性媒体の光学特性を測定するステップ；
    を有する方法。
23. 撮像領域に時間的に一定な磁場を生成するマグネット；
    前記撮像領域の前記時間的に一定な磁場に選択された傾斜磁場を付加する１つ以上の傾斜磁場コイル；
    前記撮像領域に磁気共鳴励起信号を注入する無線周波数送信機；並びに
    受信コイルであって：
    電気光学的活性媒体を含む光学共鳴キャビティ、
    無線周波数アンテナであり、該無線周波数アンテナによる磁気共鳴信号の受信によって前記光学共鳴キャビティの光学特性が変調されるように前記電気光学的活性媒体に結合された無線周波数アンテナ、
    関連する撮像対象に部分的に挿入されるように適応された介入器具であり、前記無線周波数アンテナ及び前記光学共鳴キャビティが該介入器具の該関連する撮像対象に挿入される部分上に配置されているところの介入器具、及び
    前記光学共鳴キャビティに光学的に結合された少なくとも１つの光ファイバであり、前記介入器具が部分的に挿入されたとき、該少なくとも１つの光ファイバの端部が前記関連する撮像対象の外側に延在しているところの少なくとも１つの光ファイバ、
    を有する受信コイル；
    を有する磁気共鳴イメージングスキャナ。
24. 電磁信号を光信号に変換する受信コイルであって：
    電気光学的活性媒体を含む光学共鳴キャビティ；
    無線周波数アンテナであり、該無線周波数アンテナによる電磁信号の受信によって前記光学共鳴キャビティの光学特性が変調されるように前記電気光学的活性媒体に結合された無線周波数アンテナ；及び
    前記光学共鳴キャビティに光学的に結合された少なくとも１つの光ファイバ；
    を有する受信コイル。

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