JP2008508017A - 磁気共鳴画像化装置における高周波磁場を送信及び受信する電気コイルのシステム、斯かる電気コイルのシステムを備える磁気共鳴画像化装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は、磁気共鳴画像化(MRI)装置の検査ボリューム(3)からの高周波(RF)磁場を送信及び受信する電気コイルシステム(17)を有するMRI装置に関する。電気コイルシステム(17)は、平面内に実質的に広がる少なくとも１つの表面コイル(35)を有する。表面コイルは、表面コイル(35)の平面に実質的に垂直な向きを向くRF磁場を送信及び／又は受信するのに使用される。表面コイル(35)は、主コイル軸(37)を持つ。MRI装置が使用状態にあるとき、主コイル軸(37)は、MRI装置の検査ボリューム(3)内の主磁場に実質的に平行に広がる。主コイル軸(37)の両側において、表面コイル(35)は、主コイル軸(37)に実質的に平行に伸びる電気導電要素(39)を有する。知られた表面コイルより、一層一様なRF磁場を送信する及び／又は受信RF磁場に対する一層一様な感度を持つ表面コイル(35)を提供するために、表面コイル(35)の電気導電要素(39)の少なくとも１つが、少なくとも２つの導体(41)を有する。主コイル軸(37)との距離に関して、これらの導体(41)は互いに比較的短い距離に配置される。表面コイル(35)の平面において、導体(41)は、表面コイル(35)の主コイル軸(37)に実質的に平行に広がる。
Description
本発明は、磁気共鳴画像化(MRI)装置の検査ボリュームにおける高周波(RF)磁場を送信及び受信する電気コイルのシステムを有するMRI装置に関する。そのシステムは、RF磁場を送信及び／又は受信する平面において実質的に広がる少なくとも１つの表面コイルを有し、そのRF磁場はその表面コイルの平面に実質的に垂直な向きを持つ。そこでは、その表面コイルは、システムの動作状態においてMRI装置の検査ボリュームにおける主磁場の方向に実質的に平行な向きを持つ主コイル軸を持ち、及びその表面コイルは、その主コイル軸の両側において電気的に導電する要素を持つ。その要素は、実質的にその主コイル軸に平行に広がる。
本発明は、斯かるMRI装置の検査ボリュームにおけるRF磁場を送信及び受信する電気コイルのシステムにも関する。
冒頭部に述べられるタイプの磁気共鳴画像化(MRI)装置並びに斯かるMRI装置の検査ボリュームにおける高周波(RF)磁場を送信及び受信する電気コイルのシステムが、一般的に知られている。MRI装置は、核スピン共鳴の原理を用いて、患者の体の内部部位を画像化するのに使用されることができる。MRI装置は、検査ボリューム、検査ボリューム内に一様で比較的強い主磁場を生成する主磁石システム、３つの直交方向における主磁場の傾斜を生成する傾斜コイルシステム、並びに検査ボリュームにおけるRF磁場を送信及び受信する電気コイルのシステムを有する。MRI装置の検査ボリュームにおけるRF磁場を送信及び受信する電気コイルのシステムは、RF磁場の送信も受信も両方行うコイルシステムを有するか、又はRF磁場を送信する少なくとも１つの送信コイルを有する第１のコイルシステムとRF磁場を受信する少なくとも１つの受信コイルを有する第２のコイルシステムとを有することができる。
RF磁場を送信及び受信する電気コイルのシステムの最も簡単な実施形態は、表面コイルを有する。表面コイルは一般的に知られている。それらは、曲面又は非曲面平面に実質的に広がる。表面コイルはしばしば受信コイルとして使用される。なぜなら、それらは、RF磁場を受信するのに他のタイプのコイルを使うときよりも好適な信号対ノイズ比持つ信号が実現されることができるよう、患者の近くに配置されることができるからである。表面コイルは、RF磁場を送信する送信コイルとしても使用されることができる。望むなら、いくつかのタイプの表面コイルは、患者の周囲にある程度まで巻きつけられることができるよう、柔軟な態様で形成されることができる。
RF磁場を送信及び／又は受信する知られた表面コイルは、それらが、ボリューム内で非一様であるRF磁場を送信する及び／又はボリューム内で非一様なRF磁場への感度を持つという欠点を持つ。ボリューム内で非一様であり表面コイルにより送信されるRF磁場と、表面コイルにより受信されるRF磁場に対する感度であってその感度がボリューム内で非一様であるようなものとは共に、表面コイルの主コイル軸に実質的に平行に伸びる電気導電要素への距離が短くなるにつれ増大し、その増大のうち最大のものは電気導電要素の近傍で生じる。結果的に、比較的満足のいく信号対ノイズ比を持つ信号が、表面コイルに隣接する組織から得られることができる。一方、表面コイルから更に離れた位置にある組織から信号が来るにつれ、得られる信号の信号対ノイズ比は悪くなる。結果的に、斯かる単純な表面コイルを用いて得られるMR画像は、ある人が最も興味のある組織は表面コイルから更に離れた場所にあるという事実により、非常にわずらわしい(disturbing)アーチファクトを示す。
本発明の目的は、RF磁場を送信及び／又は受信する表面コイルを有する、冒頭部で述べられたタイプの磁気共鳴画像化装置を提供することである。そこでは、そのコイルが、表面コイルの主コイル軸に実質的に平行に広がる電気導電要素の近傍に配置される送信コイルとして使用されるとき、知られた表面コイルよりボリューム内で一様なRF磁場を送信する。そして、そこでは、表面コイルの主コイル軸に実質的に平行に伸びる表面コイルの電気導電要素の近傍に配置される受信コイルとして使用されるとき、その表面コイルは、知られた表面コイルよりボリューム内で一様であって表面コイルにより受信されるRF磁場への感度を持つ。その結果、知られた表面コイルを備えるものに起こり得るよりも少ないアーチファクトを持つMR画像が得られる。
本発明によれば、把握される目的は、冒頭部に述べられるタイプの磁気共鳴画像化装置により達成され、その装置は、主コイル軸との距離に関して互いに比較的短い距離に配置され、かつ、表面コイルの平面において主コイル軸に実質的に平行に広がる少なくとも２つの導体を、表面コイルの電気導電要素の少なくとも１つが有することを特徴とする。
本発明による電気コイルのシステムは、主コイル軸との距離に関して互いに比較的短い距離に配置され、かつ、表面コイルの平面において主コイル軸に実質的に平行に広がる少なくとも２つの導体を、表面コイルの電気導電要素の少なくとも１つが有することを特徴とする。
本発明は、ボリューム内で非一様であり表面コイルにより送信されるRF磁場と、表面コイルにより受信されるRF磁場への感度であってボリューム内で非一様な感度とが共に、表面コイルの主コイル軸に実質的に平行に広がる電気導電要素への距離が短くなるにつれ増大し、その増大のうち最大のものが電気導電要素の近傍で生じるという現象が、表面コイルの電気導電要素を広げることにより影響が弱められることができるという認識に基づかれる。しかしながら、一般的に知られるように、RF磁場を送信及び／又は受信するときわずらわしい渦電流が電気導電要素に生成される。その渦電流は、結果としてMR画像におけるアーチファクトを生じさせる。表面コイルの適切な電気導電要素を広げるのではなく、主コイル軸に関して互いに比較的短い距離に配置され、かつ、表面コイルの平面において主コイル軸に実質的に平行に広がる少なくとも２つの導体を備える表面コイルの適切な電気導電要素を形成することにより、その中にわずらわしい渦電流が生成されることなく、適切な電気導電要素が効果的に広げられることが実現される。それにより、知られた表面コイルに比べて、表面コイルが、その知られた表面コイルよりもボリュームにおける一様なRF磁場を送信すること及び／又は表面コイルにより受信されるRF磁場に対する、ボリュームにおける一層一様な感度を持つことが達成される。
本発明による電気コイルのシステムの実施形態は、主コイル軸との距離に関して互いに比較的短い距離に配置され、かつ、表面コイルの平面において主コイル軸に実質的に平行に広がる少なくとも２つの導体を、主コイル軸の両側にある電気導電要素がそれぞれ有することを特徴とする。
本発明による電気コイルのシステムの追加的な実施形態は、主コイル軸の両側にある電気導電要素が、主コイル軸に対して対称的に配置され、等しい数の導体を有することを特徴とする。その導体は、主コイル軸との距離に関して互いに比較的短い距離に配置され、表面コイルの平面において主コイル軸に実質的に平行に広がる。この実施形態は、ボリューム内できるだけ一様に送信されるRF磁場及び／又はボリューム内でできるだけ一様である、受信RF磁場に対する感度を実現し、表面コイルへの距離が短くなっても距離の単位あたりの増加がわずかな程度であるという利点を持つ。
本発明のこれら及び他の側面は、以下に説明される実施形態より明らかとなり、及びそれらを参照して説明されることになる。
図１は、本発明による磁気共鳴画像化(MRI)装置の一般的な概略図である。MRI装置は、検査される患者が配置されることができる検査ボリューム３を囲う主磁石システム１を有する。主磁石システム１は、複数の超電導電気コイル５を有する。そのコイルで、一様かつ比較的強い主磁場B0が検査ボリューム３内に生成されることができる。その磁場は、図におけるz方向として示される方向へ広がる。MRI装置は、超電導電気コイル５に対する電気供給源７と、超電導電気コイル５を冷却する冷却ダクト１１を備える極低温冷却システム９とを有する。MRI装置は、主磁石システム１と検査ボリューム３との間に配置される傾斜コイルシステム１３と、３次元相互直行方向に主磁場B0の傾斜を生成する複数の電気コイル１５(傾斜コイル)とを更に有する。更に、MRI装置は、検査ボリューム３内の主磁場B0に実質的に垂直な方向を向く高周波(RF)磁場を送信及び受信する本発明による電気コイルのシステム１７を有する。検査ボリューム３内にRF磁場を送信するのに用いられるこの電気コイルのシステム１７の一部(RF送信コイル)は、通常、傾斜コイルシステム１３と検査ボリューム３との間に配置される。一方、検査ボリューム３からのRF磁場を受信するのに用いられるこの電気コイルのシステム１７の一部(RF受信コイル)は、MRI装置の動作状態において検査ボリューム３内に少なくとも部分的に配置される患者の近傍に位置する平面内で実質的に広がる表面コイルを有する。平面において実質的に広がる表面コイルがRF送信コイルとして使用される特定の場合において、その表面コイルは、検査されることになり検査ボリューム３内に少なくとも部分的に位置する患者の近傍にも配置される。明確さのため、平面において実質的に広がる表面コイルは、図１にはそれ以上示されていない。
患者の体の内部の画像は、核スピン共鳴の原理を用いるMRI装置を用いて作られることができる。患者の体の内部の画像は、画像化される患者の体の一部を主磁場B0内の検査ボリューム３へ置き、核スピン共鳴効果が位置あわせされる(registered)主磁場B0の傾斜を変化させることを用いて、体における連続的な目標位置を連続的に選択することにより構築されることができる。主磁場B0の傾斜は、制御ユニット１９とパワーアンプ２１とを用いて傾斜コイル１５を流れる電流を変化させる事により変化させることができる。患者の体の選択された目標位置それぞれに対して、主磁場B0に実質的に垂直な向きを向くRF磁場が、選択された位置における核スピン共鳴効果を生成するよう、RF送信コイルにより所定の周波数と持続時間とで送信される。続いて、これもまた主磁場B0の方向に実質的に垂直な向きを向き、及びこれらの核スピン共鳴効果の結果として生み出されるRF磁場が、平面において実質的に広がるRF受信コイルで受信される。RF磁場を送信及び受信する電気コイルのシステム１７と、傾斜コイルシステム１３の電気コイル１５のシステムとは両方、制御ユニット１９により制御される。制御ユニット１９はまた、送信及び受信ユニット２３へ制御信号を供給する。送信及び受信ユニット２３は、検査ボリューム３内における必要なRF磁場の送信を可能にするよう、RF送信コイルへ電流を供給する。送信及び受信ユニット２３は、RF受信コイルからの電流の受信もする。その電流は、この受信コイルにおいて検査ボリュームにおけるRF磁場の結果として生成される。送信及び受信ユニット２３からMRI装置のプロセッサ２５への信号が適用され、このことが、送信及び受信ユニット２３から派生する信号が画像へ変換されることを確実にする。これを実現することを可能にするため、プロセッサ２５は連続的に信号増幅器２７、復調器２９、画像構築ユニット３１及び表示スクリーン３３を有する。
図２は、本発明による電気コイルのシステム１７の一部を形成する、本発明による表面コイル３５の概略図である。図示される実施形態において、表面コイル３５は、表面コイル３５の平面に実質的に垂直な向きを向くRF磁場を送信及び／又は受信する平面において実質的に広がる方形表面コイル３５である。表面コイル３５は、コイルの中心を通り伸びる主コイル軸３７を持ち、その主コイル軸は、動作状態において、図でz方向で示される主磁場B0の方向に平行な向きを向く。主コイル軸３７の両側において、表面コイル３５は、主コイル軸３７に実質的に平行に広がる導体４１を複数有する電気導電要素３９を有する。主コイル軸３７に垂直に、表面コイル３５はそれぞれが唯１つの導体４５を有する２つの電気導電要素４３を有する。
表面コイル３５の平面に実質的に垂直な方向を向くRF磁場は、電気導電要素３９により主に送信及び／又は受信される。電気導電要素４３は、電気導電要素３９を相互接続するのに主に使用される。電気導電要素３９は、RF磁場の送信及び／又は受信を主に受け持ち(responsible for)、導電要素３９がその中にわずらわしい渦電流が生成されることなく効率的に広げられることを確実にする複数の導体４１をそれぞれ有する。結果的に、電気導電要素３９が１つの導体のみを有する場合と比べて、表面コイル３５によりボリューム内でより一様なRF磁場が送信されることができる、及び／又は表面コイルにより受信されるRF磁場に対するより一様な感度が可能となる。電気導電要素４３が、表面コイル３５を通るRF磁場を送信及び／又は受信するのにあまり貢献せず、結果として、表面コイル３５により送信されるRF磁場の一様性及び／又は表面コイル３５により受信されるRF磁場への感度の一様性に関してほとんど影響を及ぼさないという事実により、唯１つの導体４５を備える実施形態が、これらの導電要素４３に対して十分である。
実際的な実施形態において、特にRF受信コイルとして使用されるとき、表面コイル３５は、好ましくは複数のコンデンサ(図２において図示省略)を具備する。これらのコンデンサを用いて、RF受信コイル３５は、核スピン共鳴効果の結果として生み出される特定の周波数でRF磁場を受信するのに適している態様で調整(tune)されることができる。更に、表面コイル３５の実質的に平行に伸びる導体４１を流れる電流を調整するのにコンデンサが使用されることができ、別個の導体４１に加えて、そのコンデンサは、わずらわしい渦電流が表面コイル３５において生成されるのを防ぐ追加的な手段として機能することができる。
図３ａは、RF受信コイルとしての知られた方形表面コイルの実験的に得られる感度プロファイルのグラフであり、図３ｂは、本発明によるRF受信コイル３５として方形表面コイルの実験的に得られる感度プロファイルのグラフを示す。本発明によるRF受信コイルでは、複数の導体４１を有する電気導電要素３９が、コイル３５の主コイル軸３７の片側にのみ位置される。使用されるRF受信コイル３５は共に等しい寸法を持つ。図２におけるx方向として示される方向に対応する方向において、電気導電要素３９の中心までの距離が両方のグラフの水平軸にプロットされ、一方、RF受信コイル３５で受信されるRF磁場の大きさが垂直軸にプロットされる。
一般的に表面コイル３５により送信されるRF磁場及び／又は表面コイル３５により受信されるRF磁場の感度プロファイルは、電気導電要素３９の実効幅が増加するにつれ一層一様になることが成り立つ(hold)。図３ａ及び図３ｂにおいて、これはRF受信コイル３５に対して明確に見て取れる。つまり、唯１つの導体ではなく複数の別個の導体４１で電気導電要素が形成されるとき、電気導電要素３９の中心にある受信コイル３５で受信される(図３ａ及び図３ｂでBxyとして示される)かなり低いRF磁場になっている。図３ａ及び図３ｂは、電気導電要素３９に対する距離がx方向で減少しても、電気導電要素の幅を効率的に広げること(effective widening:実効幅を広げること)が、RF受信コイル３５の感度の距離(傾斜)の単位あたりの大幅な増加をそれほどもたらさないことも示す。主コイル軸３７の片側にのみの代わりに、表面コイル３５が、別個の導体４１により効率的に広げられる電気導電要素３９を備えて主コイル軸３７の両側に形成されるとき、表面コイル３５により送信されるRF磁場及び／又は表面コイル３５により受信されるRF磁場に対する感度プロファイルがより一様になること、並びに、電気導電要素３９が主コイル軸３７に対して対称的に位置され、かつ同じ数の導体４１を具備するとき、最も一様な送信RF磁場及び／又は受信RF磁場に対する最も一様な感度プロファイルが得られることは、当業者には明らかであろう。
表面コイル３５により送信され、ボリューム内でできるだけ一様なRF磁場、及び／又は表面コイル３５により受信され、ボリューム内でできるだけ一様に広がるRF磁場の感度プロファイルを得るために重要な要素は、導体４１の数、これらの導体４１の幅及びこれらの導体４１間の相互距離である。電気導電要素３９が表面コイル３５により囲まれる総表面の約半分を占めるという態様、及び、これらの別個の導体４１の幅が導体４１間の相互距離にほぼ等しいという態様で、表面コイル３５の主コイル軸３７の両側において電気導電要素３９の幅が効率的に広げられるような表面コイル３５が、表面コイル３５により送信される非常に一様なRF磁場及び／又は表面コイル３５により受信されるRF磁場に対する非常に一様な感度プロファイルを得るのに極めて適していることが分かった。
もちろん、表面コイルにより送信され、ボリューム内で非常に一様であるRF磁場及び／又は表面コイルにより受信されるRF磁場に対する、ボリューム内で非常に一様である感度プロファイルを実現するのに、方形表面コイルだけが適しているのではなく、実際には、すべての表面コイルが、複数の別個の導体４１を用いて効率的に広げられる電気導電要素３９を具備することができる。表面コイルにより送信され、ボリューム内で非常に一様なRF磁場、及び／又は表面コイルにより受信されるRF磁場に対する、ボリューム内で非常に一様である感度プロファイルを持つ系列状の(series of)表面コイルを形成するよう、本発明による複数の表面コイルは相互に結合されることもできる。それを用いて、１つの表面コイルを備える場合に可能な程度より、患者の体のより大規模な内部を満足のいく信号対ノイズ比で同時に画像化することが可能になる。
最後に、本発明による表面コイルは、知られたSENSE画像化技術と組み合わせて用いるのに極めて適していることに留意されたい。SENSE(SENSitivity Enconding)は、画像化を行う患者の体の内部が、SENSEなしの場合より、より良い解像度で、そしてより短い時間期間で可能となるよう、RF磁場を受信するのに複数のRF受信コイルが同時に使用される技術である。SENSEを使用する本質は、別個のRF受信コイルが、これらのコイルにより受信されるRF磁場に対する、できるだけ一様な感度を持つことである。この一様な感度に基づき、測定結果に関する修正が行われることができる。その結果、患者の体の内部を画像化するのに必要な時間期間が短縮される。最終的な MR画像において、例えば、画像化の間の患者の呼吸などによりもたらされるアーチファクトを防止するため、別個のRF受信コイルの一様な感度はSENSEにおいても重要である。SENSEに対して必要とされるRF受信コイルの一様な感度は、本発明による表面コイルにより実現される。
Claims (4)
- 磁気共鳴画像化装置であって、前記磁気共鳴画像化装置の検査ボリュームにおける高周波磁場を送信及び／受信する電気コイルのシステムを有し、前記システムが、高周波磁場を送信及び／又は受信する平面において実質的に広がる少なくとも１つの表面コイルを有し、前記高周波磁場は、前記表面コイルの前記平面に実質的に垂直な方向を向き、前記表面コイルが、前記システムの動作状態において前記磁気共鳴画像化装置の前記検査ボリュームにおける主磁場の方向に実質的に平行な方向を向く主コイル軸を持ち、前記表面コイルは、前記主コイル軸の両側に電気導電要素を持ち、前記要素が、前記主コイル軸に実質的に平行に伸びており、前記表面コイルの前記電気導電要素の少なくとも１つは、前記主コイル軸との距離に関して互いに比較的短い距離に位置し及び前記表面コイルの前記平面において前記主コイル軸に実質的に平行に広がる少なくとも２つの導体を有することを特徴とする磁気共鳴画像化装置。
- 請求項１に記載の磁気共鳴画像化装置の検査ボリュームにおける高周波磁場を送信及び受信する電気コイルのシステムであって、高周波磁場を送信及び／又は受信する平面において実質的に広がる少なくとも１つの表面コイルを有し、前記高周波磁場が、前記表面コイルの前記平面に実質的に垂直な方向を向き、前記表面コイルは、前記システムの動作状態において前記磁気共鳴画像化装置の前記検査ボリュームにおける主磁場の方向に実質的に平行な方向を向く主コイル軸を持ち、前記表面コイルが、前記主コイル軸の両側に電気導電要素を持ち、前記要素は、前記主コイル軸に実質的に平行に伸びており、前記表面コイルの前記電気導電要素の少なくとも１つが、前記主コイル軸との距離に関して互いに比較的短い距離に位置し及び前記表面コイルの前記平面において前記主コイル軸に実質的に平行に広がる少なくとも２つの導体を有することを特徴とする電気コイルのシステム。
- 前記主コイル軸の両側の前記電気導電要素が、それぞれ前記主コイル軸との距離に関して互いに比較的短い距離に位置し及び前記表面コイルの前記平面において前記主コイル軸に実質的に平行に広がる少なくとも２つの導体を有することを特徴とする請求項２に記載の電気コイルのシステム。
- 前記主コイル軸の両側の前記電気導電要素が、前記主コイル軸に対して対称的に位置し、並びに、前記主コイル軸との距離に関して互いに比較的短い距離に位置し及び前記表面コイルの前記平面において前記主コイル軸に実質的に平行に広がる同数の導体を有することを特徴とする請求項３に記載の電気コイルのシステム。
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