JP2007536975A - 超高磁場mr用の短素子temコイル - Google Patents
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Abstract
横方向電磁界型(TEM)コイルが提供される。このTEMコイルは導電性シェルと、そのシェルの第1の端部に配置された端板とを有している。このTEMコイルはまたシェル内に配置された該シェルより短い複数のTEM素子を有する。
Description
本発明は磁気共鳴技術に関する。本発明は特に、3テスラ以上の超高磁場での磁気共鳴イメージングに適用されるものであり、それを参照して説明される。しかしながら、本発明はまた、磁気共鳴イメージングに広く適用され、さらには磁気共鳴分光及び関連磁気共鳴技術に適用されるものである。
大抵の磁気共鳴(MR)システムではしばしば、優れた画像の信号対雑音比(SNR)を得るために、送信ボリュームコイルとローカル受信コイルとを結合させることが望まれる。現在、7T用の横方向電磁界型(transverse electromagnetic;TEM)及びバードケージ型の送信/受信ヘッドコイルがある。これらのヘッドコイルは高い受信感度と限られた比吸収率(SAR)を有するように比較的小さいサイズを有する。また、それらのコイルは送信コイルと受信コイルとの双方として使用されること、及びその他のローカル受信コイル、機能的MRI(fMRI)又はノイズ保護デバイスと併用できるように限られた内部空間を有することを目的とするものである。RFコイルとしての横方向電磁界型(TEM)共振器設計は、超高磁場4.7T乃至9.4TのMRI応用における標準的なバードケージ型の優れた置き換えとして大きな注目を集めてきた。200MHz及び400MHzの対応動作周波数で、TEM共振器は等価なバードケージ型コイルより優れた磁場均一性及び高い品質係数を実現でき、結果として画質が改善されることが実証されている。
バードケージ型コイルに関してさらに述べると、RF遮蔽体がバードケージ型コイルのその軸方向に沿ったB1磁場の均一性を大きく低下させる。TEMコイルでは、RF“遮蔽体”は当該コイル自体の部分であり実在するRF遮蔽体ではない。故に、B1磁場は遮蔽されていないバードケージのように振る舞い、遮蔽されたバードケージ型コイルより均一となる。しかしながら、TEMコイルはバードケージ型コイルより大きいSARを有する傾向にある。TEMコイルの長さを注意深く選定することにより、より均一なB1磁場という利点と、より大きいSARという欠点とを均衡させることができる。
文献に記載されたTEMコイルは、長さがRF“スクリーン”帰路に相当する放射素子を含んでいる。優れた充填率(filling factor)(S/Nのため)と、挿入される傾斜コイルとともに用いるのに適したサイズとを維持するために、通常、それらは対象物に近接して取り付けられる。
例えば感度エンコーディング(SENSE)応用等の一部の撮像技術では、比較的大きい送信ヘッドコイルをローカル受信コイルとともに用いることが望ましい。しかしながら、現行のヘッドコイルをローカル受信コイルを収容するのに十分な大きさとすることは、SARの問題を生じさせることになる。
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横方向電磁界型(TEM)コイルは、導電性シェル、前記円筒形シェルの第1の端部に配置された端板、及び前記円筒形シェル内に配置された該シェルより短い複数のTEM素子を有する。
本発明の他の一態様に従った磁気共鳴装置は、検査領域に主磁場を生成する主磁石、前記主磁場に結合される傾斜磁場を生成する複数の傾斜コイル、及び前記検査領域にRFパルスを送信するRF送信コイルであり、クローズドエンド型TEMコイルと、該TEMコイルの全長より実質的に短い長さを有する複数のTEM共振素子とを有するRF送信コイルを有する。
本発明の一実施形態による1つの利点はコイル内の空間を拡大できることである。本発明の一実施形態による他の利点はSARが低減されることである。本発明の一実施形態による他の利点は軸方向の対象範囲が拡張されることである。本発明の一実施形態による他の利点はB1磁場の均一性が促進されることである。本発明の一実施形態による他の利点は放射損失が低減されることである。本発明の一実施形態による他の利点は患者の快適度が向上されることである。本発明の一実施形態による他の利点は負荷が軽減されることである。
以下の好適な実施形態の詳細な説明により、多数のさらなる効果が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、スキャナボア14に含まれる撮像領域内に、実質的に空間的及び時間的に一定で概してz方向に向けられたB0磁場を発生する。3Tから7T程度のB0磁場が意図されるが、7Tを超える磁場や1Tを下回るほど低い磁場もまた意図される。一般に、主磁場コイルは冷凍シュラウド24の内部に配置された超伝導コイルである。しかしながら、抵抗性の主磁場コイルもまた用いられ得る。
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26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第1の無線周波数ボディコイル30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30は主B0磁場を横断する無線周波数のB1磁場を生成する。無線周波数のB1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。7Tでの陽子イメージングでは、約298MHzのB1周波数が好ましいが、3Tでは約128MHzのB1周波数が好ましい。例示された実施形態では、コイル30は横方向電磁界型(TEM)コイルである。また、図1にはTEMコイル内に配置された第2の無線周波数コイル36が示されている。この実施形態では、第2の無線周波数コイルは単一の表面コイルとして示されている。しかしながら、例えばボリューム、方形、コイルアレイ等のその他の種類のコイルもまた意図される。
撮像中、主磁場コイル20は撮像領域内にボア14のz方向と平行な空間的及び時間的に一定なB0磁場を生成する。磁気共鳴撮像制御器40は、傾斜磁場コイル26に選択的にエネルギー供給するように磁場傾斜制御器42を操作するとともに、無線周波数コイル30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30に結合された無線周波数送信機44を操作する。傾斜磁場コイル26及び無線周波数コイル30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26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。k空間軌道を辿る間に第2の無線周波数コイル36に結合された無線周波数受信機46が磁気共鳴標本群を受信する。標本群は磁気共鳴データメモリ50に記憶される。
磁気共鳴データは再構成プロセッサ52によって1つ又は複数の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52によって生成された1つ又は複数の再構成画像は画像メモリ56に記憶され、さらに、ユーザインターフェース60のディスプレー58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で伝送され、閲覧され、記憶され、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60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のその他の操作者が、磁気共鳴撮像制御器40と交信して磁気共鳴シーケンスを選択、変更及び実行することを可能にする。
説明された磁気共鳴イメージングシステムは一例である。ここで説明される無線周波数コイルは、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ともに使用され得る。さらに、ここで説明される無線周波数コイルは、例えば磁気共鳴分光などの、撮像以外の磁気共鳴手順においても用いられ得る。
図2A及び2Bは、TEM共振器30の一実施形態をより詳細に示している。この実施形態では、半密閉型超短TEMに基づく送信ヘッドコイルが示されている。この種のTEMコイルの特徴は、事実上のコイル素子がコイル自体より遙かに短いことである。実用上は偶数個(例えば、16個)の素子が用いられるが、説明の単純化のため2つの素子のみが図示されている。
図2A及び2Bに示されるように、TEMコイルは導電性の円筒形シェル210、及びコイルの第1の端部に配置された導電性の端板220を有している。円筒形シェルは長さLo及び直径Doを有している。図示された実施形態では、端板はコイルを第1の端部で閉じる溝付き板(slotted plate)とすることができる。端板の溝(slot)はキャパシタで橋渡しされていてもよい。円筒と端板とは一緒になってTEM遮蔽体を形成するとともに、コイルの第1の端部と反対側の第2の端部に開口を有するキャビティ230の形を定める。
TEMコイルのキャビティの内部には、第1及び第2の内板240、250と複数のTEM素子260とが配置される。図示された実施形態では、第1及び第2の内板は円筒形シェルの中心領域Rに互いに距離Ltだけ離して配置されている。理解されるように、TEM素子の機能的な長さを表すものでもある距離Ltは、円筒形シェルの長さLoより小さい。また、第1及び第2の内板の各々は開口を有している。この開口はTEM素子に沿ってTEMコイルの内部ボア270の形を定めている。従って、内板の開口により、撮像対象16の関心領域がTEMコイルの内部ボア内に位置決めされることが可能になる。
図2A、2B及び3に示されるように、各TEM素子260は外管262と第1及び第2の内部ロッド264、265とを有している。第1及び第2の内部ロッド264、265は外管262内に配置され、その管内の半径方向の所定位置に誘電体スリーブ266、267(図3には図示せず)によって保持されている。TEM素子は内部ボアの周りに配置され、当該TEM素子の中心で定められた直径Dtを有するおおよその円形パターンを形成する。さらに、外管は軸方向の短い隙間によって内板から離されている。これにより、外管と内板との間に実質的な電気絶縁がもたらされる。内部ロッドについては、これらの中心導体はそれらのそれぞれの内板と電気的に接触しており、外管の全長を延長するものではない。より正確には、内部導体の挿入深さはz方向に調整可能である。このように、それらは可変長の開放伝送線路を有し、その長さは所望の素子に合わせるために調整可能である。
他の一実施形態では、図4A及び4Bに示されるように、TEM共振器30は複数の長手方向の導体を有し、それらの導体は円筒形パターンに配置され、且つ円筒形の遮蔽体に囲まれている。図示された実施形態では、長手方向の導体は上述の管とロッドの構造ではなく、導電性のストリップ又は微小ストリップ導体462である。さらに、導電性ストリップ又は微小ストリップの内部導体はキャパシタを介して遮蔽体に接続している。誘電体から作成された中空の円筒形巻型が微小ストリップ構造を形成するために使用され得る。この実施形態では、内部微小ストリップ導体はTEM遮蔽体に容量的に結合され、コイルの微調整がキャパシタ470によって行われる。この場合も、TEM素子はTEMコイルの円筒形シェルより短い。
TEMコイル30の寸法に関してより具体的には、一実施形態において、比較的短いTEM共振素子を備えたヘッドコイルが提供される。そのコイルは従来のヘッドコイルより遙かに大きいものの、非常に優れたB1磁場均一性と制限されたSARとを有する。ヘッドコイルについて説明しているが、TEMコイルの端板は当該コイルの使用を、撮像対象がコイルの中心を通って両端の外側まで延在する必要がない応用に限定するだけのものである。従って、このコイルは撮像対象の頭部に関する使用に限定されない。例えば、手や足などの他の四肢もこのコイルを用いて撮像され得る。
この実施形態では、TEMコイルは関連するTEM遮蔽体の長さと比較して短いTEM素子を有している。さらに、この実施形態は電界及び磁界を封じ込める助けをする端板を有している。端板により、コイルのその面への放射損失が低減されるとともに、付随する電気コネクタへの結合が低減される。従って、この実施形態では、無線周波数コイルは比較的短いTEM素子を有するクローズドエンド型のTEMコイルである。
より具体的には一実施例において、TEMコイルは16個の放射素子を有する。各素子は長さ10cm(Lt=10cm)であり、その内部ボアは直径60.6cm(Dt=60.6cm)である。付随するTEM遮蔽体は長さ40cm(Lo=40cm)、直径68cm(Do=68cm)である。
実証目的のため、この寸法を用い、このコイルをFDTD手法を用いて7Tにてモデル化する。従って、モデルとなるコイルは直径68cmのRF遮蔽体内に配置された16素子の集中容量型TEM共振構造に基づく。上述のように、TEMコイルの一方の面は端板によって閉じられている。このTEMコイルの実施例と標準的なTEMヘッドコイルとを比較する。標準的なTEMヘッドコイルは同等の遮蔽体を有し、TEM素子長は18cm、TEM素子によって定められる直径は30cmであるとする。
図5は、本発明のTEMコイルの実施例(曲線‘新型ヘッドコイル’)と標準的な大きさのTEMヘッドコイル(曲線‘ヘッドTEM7T’)との間の、規格化した|B1 +|磁場の比較を示している。図5に示されるように、z軸に沿ったB1 +磁場は大きな範囲にわたって実質的に均一である。標準的な7T−TEMヘッドコイルに対して、本実施例に関する頭部のB1磁場は図5に示されるように同程度である。しかし、本実施例の利点は、そのコイルが標準的なコイルより広く開いていることである。これは、このコイルが標準的なTEMヘッドコイルの約2倍の長さと約2倍の直径とを有することに因るものである。
他の一実施形態では、TEMコイルの全体寸法は標準的なヘッドTEMコイルのそれと同等としてもよい。標準的なコイルと比較して、この実施形態は撮像対象範囲が拡大され得る、あるいは同等の撮像対象範囲のままで短くされ得る。
一実施例において、TEMコイルの全長(Lo)は18cmである。TEM素子に関する直径(Dt)は30cm、TEM素子の長さ(Lt)は6cmである。図6A及び6Bは、6cm長のTEM素子を具備する2つのヘッドコイルを示しているが、このTEM素子は他の手法では標準的なTEMヘッドコイルと同一寸法となるものである。図6Aの実施形態に示されるようにTEM素子は円筒形シェルの中心領域に配置され得るが、図6Bの実施形態に示されるようにTEM素子は円筒形シェルの開口端に配置されてもよい。
図7は、現行のTEMヘッドコイルの場合、並びに図6A及び6Bに示される実施形態に基づく2つの短いTEM素子の場合の横断面内のB1磁場を示している。図7は具体的には、2つのヘッドコイルと標準的な7TのTEMヘッドコイルとについて、頭部の横断面当たりの平均|B1 +|磁場及びその標準偏差を比較したものである。図7の横断面当たりの平均|B1 +|磁場及びその標準偏差のプロットは、短素子のヘッドコイルの優位性を示している。
TEM素子が円筒形シェルの中心領域に置かれるとき、断面当たり誘導される|B1 +|磁場及びその標準偏差は、以前のままの長さである全長大の標準的なTEMヘッドコイルのそれらとほぼ同じである。このことは、これら2つのコイルは実質的に同等性能の|B1 +|磁場均一性を有することを示している。
図6B及び図7より、TEM素子が円筒形シェルの第2の(正面の、あるいは開かれた)端部近傍に配置されるとき、全長大の素子を具備する標準的なヘッドコイルと比較して、誘導される|B1 +|磁場の軸方向の均一性が実質的に向上されることがわかる。これにより、改善されたコイルでは標準的なTEMコイルと比較して、大きい視野を用いることが容易になる。
図8は、TEM素子が円筒形シェルの開口端に配置されたLo=12cmの実施例を示している。このような実施例は実質的に、上述されたTEM素子が円筒形シェルの中心領域に配置されたLo=18cmの実施例と同等である。これら2つの実施例の差は、TEM素子から18cmコイルの開口端へ延在する円筒形シェルの部分が除去されていることである。図9に見られるように、遮蔽体のこの正面部分を除去することは短縮されたTEM素子に基づくヘッドコイルの|B1 +|磁場には影響しない。故に、|B1 +|磁場のz軸に沿った均一性範囲を狭めることなく、ヘッドコイルは効率的にさらに短縮され得る。より短いヘッドコイルにより、患者は一層広く見え、患者の快適度が向上される。
他方、図6Bに示されるように、コイル長が同一のままでTEM素子がコイルの開口端に配置される場合、軸方向により広い視野が実現される。
さらに他の一実施形態では、TEMコイルは相対的に様々な長さを有するTEM素子を含む。図10A及び10Bに示される実施形態では、TEMコイル30は長さL501の第1のTEM素子501、及び長さL502の第2のTEM素子502を有している。この実施形態では、素子群の長さは、少なくとも1つの長さがTEMシェルの長さより短いという要求に従って選定される。図10Aに示される実施形態では、長さL501の2つの素子が互いに反対側に示されるとともに、長さL502の2つの素子が互いに反対側に示されている。なお、図10Bに示されるように、様々な数の素子がTEMコイル内に配置され得る。図10Bに見られるように、素子群はコイル内に対称的に間隔を設けて配置される。さらに、送信モード又は受信モードの何れかでの第1及び第2のTEM素子間の切替えが、例えばPINダイオード・スイッチを用いて要求どおりに遂行され得る。
図10Bに示されるように、第1及び第2のTEM素子の各々は同一半径位置に配置されている。しかしながら、図10Cに示される実施形態では、第1のTEM素子501はコイルシェルの中心から第1の半径距離R501に配置される一方で、第2のTEM素子502はシェルの中心から第2の半径距離R502に配置されている。
さらに他の一実施形態では、共振素子はTEMコイルのシェル内の第1及び第2の軸方向位置に配置されてもよい。図11を参照すると、TEM素子群は端板220とは反対側のコイル端部のすぐ近くと、TEMコイルの中心領域とに配置されて示されている。この実施形態の2組のTEM素子群は送信及び/又は受信モードで一緒に用いられ得る。あるいは、これらのTEM素子群は送信及び/又は受信モードでそれらの軸方向位置に基づいて独立して用いられ得る。上記実施形態では、TEM素子群の切替えはPINダイオード・スイッチを介して達成され得る。
動作においては、上述のTEM素子は1つの組として利用されることができる。あるいは、要望に応じて個々に用いられることもできる。複数送信又は複数受信の一実施形態では、MRスキャナは各複数チャネル素子に対して複数の独立RFチェーンを有する。これらの経路はRF信号の送信又は受信の何れかに対して個別に構成され得る。その結果、1つ又は複数のチャネルをRF送信に、そして1つ又は複数をRF受信に使用することが可能である。
例えば、一実施形態では、N個の独立したRF波が増幅器で増幅され、送信/受信スイッチを介してTEMコイルに送られる。これらのスイッチの各々は如何なる組み合わせの送信・受信も同時に可能なように個別に制御される。従来の受信モードでは、データはデジタル化とさらなる処理のために受信チャネルに送られる。
好ましい一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。
Claims (20)
- 導電性シェル;
前記シェルの第1の端部に配置された導電性端板;及び
前記シェル内に配置された該シェルより短い複数のTEM素子;
を有するTEMコイル。 - 請求項1に記載のTEMコイルであって、前記複数のTEM素子が実質的に30cmより大きい直径を有する内部ボアの形を定めている、ところのTEMコイル。
- 請求項2に記載のTEMコイルであって、前記端板が前記シェルの第1の端部を実質的に閉じている、ところのTEMコイル。
- 請求項1に記載のTEMコイルであって、前記複数のTEM素子が約60cmの直径を有する内部ボアの形を定めている、ところのTEMコイル。
- 請求項1に記載のTEMコイルであって、当該TEMコイルが前記シェルによって実質的に定められる全長を有し、且つ前記TEM素子が当該TEMコイルの前記全長より実質的に短い長さを有している、ところのTEMコイル。
- 請求項1に記載のTEMコイルであって、当該TEMコイルが前記シェルによって実質的に定められる全長を有し、且つ前記TEM素子が当該TEMコイルの前記全長の約25%の長さを有している、ところのTEMコイル。
- 請求項1に記載のTEMコイルであって、前記TEM素子が第1の軸方向位置に配置されており、且つ前記第1の軸方向位置が前記第1の端部と反対側の前記シェルの第2の端部である、ところのTEMコイル。
- 請求項7に記載のTEMコイルであって、前記シェル内の前記第1の軸方向位置とは異なる第2の軸方向位置に配置された第2の複数のTEM素子をさらに有するTEMコイル。
- 請求項1に記載のTEMコイルであって、前記TEM素子が前記シェルの中心領域に配置されている、ところのTEMコイル。
- 請求項1に記載のTEMコイルであって、前記複数のTEM素子が互いに独立して電磁場を送信及び/又は受信する、ところのTEMコイル。
- 導電性シェル;
前記シェル内に配置された、第1の長さを有する第1の複数のTEM素子;及び
前記シェル内に配置された、第2の長さを有する第2の複数のTEM素子;
を有するTEMコイルであって、前記第1の長さと前記第2の長さとが互いに等しくない、ところのTEMコイル。 - 請求項11に記載のTEMコイルであって、前記シェルの第1の端部に配置された端板をさらに有するTEMコイル。
- 請求項11に記載のTEMコイルであって、前記第1の複数のTEM素子が前記シェルの中心から第1の半径距離の位置に配置され、前記第2の複数のTEM素子が前記シェルの中心から第2の半径距離の位置に配置され、且つ前記第1の半径距離と前記第2の半径距離とが互いに等しくない、ところのTEMコイル。
- 請求項11に記載のTEMコイルであって、前記第1及び第2の複数のTEM素子の各素子が互いに独立して電磁場を送信及び/又は受信する、ところのTEMコイル。
- 検査領域に主磁場を生成する主磁石;
前記主磁場に結合される傾斜磁場を生成する複数の傾斜コイル;及び
前記検査領域にRFパルスを送信するRF送信コイルであり、クローズドエンド型TEMコイルと、該TEMコイルの全長より実質的に短い長さを有する複数のTEM共振素子とを有するRF送信コイル;
を有する磁気共鳴装置。 - 請求項15に記載の磁気共鳴装置であって、前記TEM共振素子が前記TEMコイル内に配置され、且つ実質的に30cmより大きい直径を有する内部ボアの形を定めている、ところの磁気共鳴装置。
- 請求項16に記載の磁気共鳴装置であって、前記TEM共振素子の長さが前記TEMコイルの全長の約25%である、ところの磁気共鳴装置。
- 請求項17に記載の磁気共鳴装置であって、前記TEM共振素子が前記TEMコイルの開口端に近接して配置されている、ところの磁気共鳴装置。
- 請求項17に記載の磁気共鳴装置であって、前記TEM共振素子が前記TEMコイルの中心領域に近接して配置されている、ところの磁気共鳴装置。
- 請求項16に記載の磁気共鳴装置であって、前記TEMコイルがヘッドコイルである、ところの磁気共鳴装置。
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