JP2008532609A - 超短ｍｒｉボディコイル - Google Patents

Abstract

磁気共鳴撮像装置１０は超短ＲＦボディコイル３６を利用している。この超短ＲＦボディコイル３６は、機械的に等価であるバードケージコイルよりも少なくとも２倍だけ短い。このようなコイルは等価なＢ_１磁場の均一性を提供する一方、ＳＡＲ制限に準拠している。

Description

以下の説明は磁気共鳴技術に関する。それは磁気共鳴撮像コイル及びスキャナにおける特有の用途であると分かり、それらを特に参照して説明される。より一般的には、撮像、分光等のための磁気共鳴システムにおける用途であると分かる。

ＭＲＩにおいて、ＲＦコイルは、核スピンを励起して、これら核スピンからの信号を検出するために、撮像被験者内にＢ_１磁場を発生させるのに用いられる。３．０Ｔ及びそれより上で動作する高周波ボディコイル（１２８ＭＨｚ）は、効率よく均一に動作すると共に、比吸収率(SAR: Specific Absorption Rate)規定に適合することが要求される。このＳＡＲ規定は、ＲＦ場に曝された生体被験者内に吸収された電磁エネルギーの大きさ及び分布のＲＦドシメトリの定量化(RF dosimetry quantification)を表している。

前記高周波ボディコイルに対する現在の取り組みは、遮蔽されたバードケージコイルを製造することである。このバードケージコイルは、検査領域の周りに配され、主磁場方向と平行に延在している複数の導体輻(rung)を持つ。これら平行な導体輻は、コイルの一端においてエンドキャップ又はリングを介して互いに接続され、他端において円形のループ導体を介して互いに接続される。通例、バードケージコイル全体は、４０ｃｍの視野に対し、４０から６０ｃｍの長さである。電流は、導体輻、エンドキャップ及びループ導体を行き来して流れる。バードケージコイルは、周波数１２８ＭＨｚ又はそれより下の周波数でその内部における略均一な磁場分布を表し、これは３ＴのＢ_０主磁場において撮像するプロトンに対応する。

しかしながら、超高磁場用途（Ｂ_０＞３Ｔ）に対し、このバードケージコイルを利用することは、ＭＲシステムのボア(bore)内部の伝搬効果及び組織の強い負荷効果のために、放射損失に関して制限される。通例、これら損失は、共鳴時の波長の半分がボアの直径よりも小さい場合、許容できなくなる。この放射損失の問題は、ＲＦボアの直径を小さくする又はバードケージコイルの長さを短くすることにより克服することができる。しかしながら、コイルの長さを短くすることは、所望する視界にわたるコイル効率及び均一性も減少させる。端絡環(end ring)の構成要素は、Ｂ_０主磁場に結合されるＢ_１磁場成分を発生させる。前記ボアの直径を小さくすることがカットオフ周波数を増大させるが、ＲＦ渦電流（〜ω^２）による前記組織との強結合が依然として根本的な問題である。非対称性の被験者の負荷により生じる導体内の誘導されるインピーダンスが強いＢ_１の不均一性を生じさせる。

端絡環依存型のバードケージコイルに関連する効率、均一性及び周波数の問題を解決するために、ＴＥＭコイルがボディコイルとして使用される。このＴＥＭコイルは通例、検査領域の周りに配される、並列する共鳴器を含む。このＴＥＭコイルは通例、両端が開いてあり、エンドキャップ及び円形のループ導体は両方とも欠けている。ＴＥＭコイルは、Ｂ_０＞３Ｔに対応する高周波用のバードケージコイルと比較して、改善したＲＦ性能を提供する。既定長のＴＥＭコイルは、このコイルの周波数を大幅に変更することなく、大きな直径で製造されることができる。

しかしながら、３．０Ｔ及びそれよりも上で現在使用されるＴＥＭコイルは、ＳＡＲ要件に適合していない。

以下の説明は、上述した制限及びその他を克服する改善された装置及び方法を考慮している。

ある態様に従って、磁気共鳴撮像システムが開示される。円筒形磁石は、検査領域を介し略均一な主磁場を発生させる。円筒形の超短ＲＦボディコイルは、検査領域内にＲＦ励起パルスを発生させるために、前記磁石と同軸に配置され、この超短ＲＦボディコイルは、ＳＡＲ制限に準拠している。

他の態様に従って、磁気共鳴撮像の方法が開示される。検査領域を介する略均一な主磁場が磁石を用いて発生する。この検査領域におけるＲＦ励起パルスは、ＳＡＲ制限に準拠する超短ＲＦボディコイルを用いて発生する。

ある利点は、ＳＡＲを減少させることにある。

他の利点は、開放性をシステムに提供することにある。

多数の追加の利点及び恩恵は、以下の詳細な説明を読む際に当業者には明らかとなるであろう。

本発明は、様々な構成要素及び構成要素の配列、並びに様々な処理動作及び処理動作の配列の形式を得る。図面は好ましい実施例を説明することだけを目的とし、本発明を限定するとは考えない。

図１を参照すると、磁気共鳴撮像スキャナ１０は、その中に患者又は他の撮像被験者１６を配置した検査領域１４を定義するハウジング１２を含む。前記ハウジング１２内に配置された主磁石２０が前記検査領域１４に主磁場を発生させる。通例、この主磁石２０は冷却シュラウド(cryoshrouding)２４で覆われた超電導磁石である。しかしながら、常電導の主磁石が使用されることも可能である。勾配磁場コイル３０が前記ハウジング１２内又はハウジング上に配され、前記検査領域１４内にある主磁場に選択した勾配磁場を重畳する。例えば包囲シールド３８を備える超短ＲＦボディコイルのような全身用ＲＦコイル３６が前記検査領域１４の周りに配置される。好ましくは、前記コイル３６は以下に詳細に説明されるような伝送線リングのＴＥＭコイルである。もちろん、前記コイル３６がＴＥＭコイル、ハイブリッドＴＥＭコイル等でよいことも考えられる。コイル３６は好ましくは円筒形であるが、もちろん他の形状、例えば楕円形の断面、半円形の断面、半楕円形の断面等でもよい。

図１を引き続き参照すると、磁気共鳴撮像コントローラ５０は、勾配コイル３０に結合される勾配磁場コントローラ５２を操作して、前記検査領域１４内にある主磁場に選択した勾配磁場を重畳し、ＲＦコイル３６に結合されるＲＦ送信機５４を操作して、磁気共鳴周波数辺りの選択したＲＦ励起パルスを前記検査領域１４に注入する。好ましくは、コイルの各輻は別々に駆動される。ＲＦ励起パルスは、前記選択した勾配磁場により空間的に符合化された、撮像被験者１６における磁気共鳴信号を励起させる。さらに、前記撮像コントローラ５０は、ＲＦコイル３６とも接続されているＲＦ受信機５６を操作して、発生し、空間的に符合化された磁気共鳴信号を復調する。好ましくは、各輻は別々の受信チャンネルに接続されている。前記受信した空間的に符号化された磁気共鳴データは磁気共鳴データメモリ６０に記憶される。

再構成プロセッサ６２は、前記記憶された磁気共鳴データを再構成して、前記検査領域１４内に横たわっている撮像被験者１６又は撮像被験者１６の選択部分の再構成された画像にする。再構成プロセッサ６２は、フーリエ変換の再構成技術、又はデータ取得時に使用される空間符合化に適合する他の適切な再構成技術を用いる。前記再構成された画像は、画像メモリ６４に記憶されると共に、ユーザインタフェース６６に表示され、ＬＡＮ若しくはインターネットを介して送信され、プリンターにより印刷され又は別の方法で利用されることができる。説明される実施例において、ユーザインタフェース６６は、Ｘ線技師又は他のユーザが前記撮像コントローラ５０と対話して、撮像シーケンスを選択、変更又は実行することも可能にする。他の実施例において、スキャナ１０を操作する、及び前記再構成された画像を表示する、又は別の方法で操作するための別々のユーザインタフェースが設けられる。

記載される磁気共鳴撮像システムは、説明に役立つ実施例である。一般的に、ほぼ如何なる磁気共鳴撮像スキャナもこの開示したＲＦコイルを実装することができる。例えば、前記スキャナは、オープン磁石(open magnet)型スキャナ、垂直ボア(vertical bore)型スキャナ、低磁場スキャナ、高磁場スキャナ等とすることができる。図１の実施例において、ＲＦコイル３６は、磁気共鳴シーケンスの送信フェーズ及び受信フェーズの両方に使用される。しかしながら、他の実施例において、別々の送信及び受信コイルが設けられてもよく、これらコイルの一方又は両方がここに開示されるＲＦコイル設計及び設計手法の１つ以上を取り入れてもよい。２つ以上のボディコイルが組み込まれている場合、前記ボディコイル３６は好ましくは検査領域１４において均等に分配される。ＲＦボディコイル３６は矩形励起(quadrature excitation)を用いて駆動する。代替的には、ＲＦボディコイル３６が４ポート励起を用いて駆動する。

図２を参照すると、例示的に説明されるＲＦボディコイルは、複数の輻７０を含む伝送線のリングＴＥＭコイル３６（非等倍）である。これら輻は、検査領域１４を囲むように互いに平行に配列される。説明されるコイル３６において、これら輻７０は、不導電性の通常は円筒の基板７２上に配置されるプリント回路部分を含み、この輻７０のプリント回路部分は集中容量素子（図示せず）により接続されている。しかしながら、他の実施例において、前記輻は、連続するプリント回路部分、連続する独立導体、集中容量素子又は導電トレースにより接続される独立導体部分、前記通常は円筒の基板７２の内側及び外側の両方に配置される重複するプリント回路を含む伝送線、又は他の形式の導体配列でもよい。これら部分は前記ＲＦシールド３８に各々容量性結合されている。

２つの通常は環状の端絡環７８、８０は、並列する輻７０に対し通常は横切って配列される。これら端絡環７８、８０は前記輻７０に接続されている。２つの隣接している輻７０間にある端絡環の長さは、選択した伝送遅延を提供するように選択される。一般的に、この選択された長さは、前記隣接している輻７０間にある円弧よりも長い。

図２を引き続き参照すると共に、さらに図３を参照すると、端絡環７８、８０及び輻７０は、前記通常は円筒の基板７２の内側に配置される導体層８２を含む。前記導体層８２は閉ループの伝送線を定義する。

前記端絡環７８、８０の導体層８２の配置は、所望の伝送線特性、例えば特性インピーダンス、伝送遅延、電流分布及び電力損失を満足させる様々な形状を持つことができる。端絡環７８、８０は、通常は環状の端絡環の環状パラメタに対し横向きの方向成分を持つある時間形状を用いて、隣接している輻間に設計される延長された長さを供給することができる。これら設計される延長された長さは、前記伝送遅延及び他の伝送線特性の調節を可能にすると共に、例えば伝送遅延及び特性インピーダンスのような伝送線パラメタを調節することにより、端絡環を前記輻と結合することの調節を可能にする。この手法は、端絡環に容量素子の必要性を無くさせ、（ローパス又はローパスのようなベントパス(bent pass)のバードケージ構成と比較した場合）端絡環と輻との間の容量結合の必要性を無くす。

説明されるコイル３６において、端絡環７８、８０及び輻７０を定義するプリント回路は直接結合されている。他の実施例では、磁気共鳴周波数での結合は、集中容量素子を介して、又は端絡環７８、８０と輻７０の端部との間にある容量性ギャップを介して達成されることができる。端絡環と輻との交点にキルヒホッフの法則が適合されるべきである。

ＲＦシールド３８は通常は円筒形状であり、輻７０の配列の外側であると共に、通常は円筒の基板７２の外側において同心円状に配され、端絡環の伝送線の接地面を定義する。通常は環状の端絡環７８、８０は、通常は円筒のＲＦシールド３８と同軸に配される。ある実施例において、ＲＦシールド３８は、不導電性のスペーサ素子（図示せず）によりＲＦコイル３６から離間されている。

図１を引き続き参照すると、ＲＦボディコイル３６は、機械的等価のバードケージよりもかなり短い。特に、Ｂ_１磁場の均一性の等価に対し、ＲＦコイル３６は、同じＢ_１磁場の均一性を持つ従来のバードケージコイルに比べ少なくとも２倍短い。

図４を参照すると、長さ４０ｃｍのＴＥＭ矩形ボディコイル（ＱＢＣ）及び長さ４０ｃｍのバードケージＱＢＣ夫々に対する、中央の冠状面における正規化した|Ｂ_１ ^＋|磁場対ｚ軸のグラフＴ_４０、Ｂ_４０が示される。図４及び以下の表１に見られるように、長さ４０ｃｍのＴＥＭコイルに対するＲＦの均一性は、長さ４０ｃｍのバードケージコイルに対するＲＦの均一性よりもかなり良好である。例えば、ＴＥＭコイルに対する６０％の均一性は、Ｚ方向におよそＵ_４０＝５０ｃｍ延在する一方、バードケージコイルに対する６０％の均一性は、およそＵ_Ｂ＝３０ｃｍしか延在していない。

しかしながら、表１に見られるように、ＴＥＭコイルに対するＳＡＲ測定は、同じ長さのバードケージ（例えば本実施例では４０ｃｍの長さのコイル）のＳＡＲ測定と比べ、全ての点で高くなっている。ＳＡＲの目的のために、広領域にわたり延在するさらに均一なボディコイルを持つことが欠点となる。しかしながら、以下に説明するように、ＴＥＭボディコイルは、ＳＡＲ規定に準拠するように、Ｂ_１磁場に同等のバードケージコイルの長さよりもかなり小さい長さから設計されることができる。

図５を参照すると、ＴＥＭ ＱＢＣに対する、中央の横断面における正規化した|Ｂ_１ ^＋|磁場対Ｚ軸のグラフＴ_４０、Ｔ_５０、Ｔ_６０、Ｔ_７０が示される。これらグラフＴ_４０、Ｔ_５０、Ｔ_６０、Ｔ_７０は、コイルの長さが夫々４０ｃｍ、５０ｃｍ、６０ｃｍ及び７０ｃｍであるＴＥＭコイルに対応する。

図５を引き続き参照すると、長さ４０ｃｍのＴＥＭコイル（グラフＴ_４０）に対する６０％の均一性の領域Ｕ_４０は、Ｚ方向に約５０ｃｍ延在する。長さ６０ｃｍのＴＥＭコイル（グラフＴ_５０）に対する同等の領域Ｕ_５０は、Ｚ方向に約６０ｃｍ延在する。図４に見られるように、標準的な長さ４０ｃｍのバードケージコイルは、Ｚ方向に約３０ｃｍ延在する６０％の均一性の領域Ｂ_４０を持つ。同等なＢ_１磁場の均一性に対し、ＴＥＭコイルは、同じＢ_１磁場の均一性を持つ４０ｃｍの従来のバードケージコイルに比べ、少なくとも２倍短くすることができる。

無論、ＴＥＭボディコイルは、ボディコイルが同等のＢ_１磁場の均一性を持つと共に、ＳＡＲ制限に準拠している限り、他の機械的等価のバードケージコイルに比べ、他のより短い長さにすることができることも考えられる。例えば、ボディコイルは約３０ｃｍから約５０ｃｍまでの長さとすることができる。

図６を参照すると、コイルの長さが夫々２８ｃｍ及び１０ｃｍであるＴＥＭ ＱＢＣに対する中央の横断面における正規化した|Ｂ_１ ^＋|場対ｚ軸のグラフＴ_２８、Ｔ_１０は、４０ｃｍに等しい長さのバードケージを設計するために、正規化した|Ｂ_１ ^＋|場のグラフＢ_４０と比較される。図６に見られるように、１０ｃｍに等しい長さのＴＥＭボディコイルは、４０ｃｍに等しい長さのバードケージコイルに略同等であるＢ_１磁場の均一性を達成する。

表２は、１０ｃｍのＴＥＭコイル及び４０ｃｍのバードケージコイルに対するＳＡＲ測定を比較している。この比較は、１０ｃｍのＴＥＭコイルが４０ｃｍのバードケージコイルのＲＦ均一性及びＳＡＲを略生じさせることを示している。例えば、ＴＥＭコイルのＢ_１磁場の均一性がバードケージコイルの均一性と同等である場合、ＳＡＲ性能も非常によく似ている。

局所ＳＡＲが主に約１２８ＭＨｚの高周波数での制限要因であるため、全身ＳＡＲがバードケージに対するよりも１０ｃｍのＴＥＭに対する方が僅かに高いという事実は、重要な制限ではない。２０ｃｍに等しい又は２０ｃｍよりも短い長さのＴＥＭコイルは、Ｂ_１磁場の均一性要件及びＳＡＲ制限の両方に準拠することにより、４０ｃｍに等しい長さのバードケージコイルを置き換えることができる。

図７を再び参照すると、全長Ｌが１．６ｍに等しく及び直径Ｄが１．９ｍに等しい磁石が示されている。本実施例において、超短ＲＦボディコイル３６は、ボアの長さのたった１２．５％しか占めていない２０ｃｍに等しい長さＢを持つ。図６に示されるように、２０ｃｍのＴＥＭ ＲＦコイルは、約４０ｃｍにわたり６０％又はそれより良好な均一性を持つ。これは、２×７０ｃｍに等しい２倍の距離ｄ２を空間のまま残す。このような短いＲＦコイルは、患者用のボアをさらに口広にすることを可能にして、これは、より開放型の外観がさらに患者に優しくなったシステムにさせ、さらにより大きな視界を提供する。好ましくは、主磁石の長さＬに対する超短ボディコイルの長さＢの比は、０．１６よりも小さい。２０ｃｍのボディコイルは、長さ４０ｃｍのバードケージコイルと同じＳＡＲ性能を略表している。高いＳＡＲを用いたより大きな視界は、より大きい長さのボディコイルを具備することができる。短い視界を備える低いＳＡＲは、より短いコイルにより提供される。

ある実施例において、２４ｃｍのボディコイルは、柔軟性を高めるためにＺ方向に２つの１２ｃｍのコイルに分割される。

図８を参照すると、磁気共鳴スキャナ１０は、２つ以上の超短ボディコイル３６_１，…，３６_ｎを有する。これらボディコイル３６_１，…，３６_ｎは、主磁石２０と同軸に配列され、好ましくは検査領域１４において均等に分配される。磁気共鳴信号は、前記検査領域１４における選択された超短ボディコイル３６_１，…，３６_ｎに誘導される。ある実施例において、超短ボディコイル３６_１，…，３６_ｎの各コイルは、個別のＲＦ受信機５６_１，…，５６_ｎと接続される。他の実施例では、各超短ボディコイル３６_１，…，３６_ｎが個別の送信機（図示せず）と接続されてもよい。

本発明は好ましい実施例を参照して説明されている。明らかに、上述した詳細な説明を読み、理解する場合、他の者に修正及び変更が思い浮かぶであろう。本発明は、これらが添付する特許請求の範囲内又はそれらと同等であるものの範囲内にある限り、上記修正及び変更の全てを含むと解釈されることを意図している。

ＲＦコイルを用いた磁気共鳴撮像システムを概略的に示す。 図１のＲＦコイルの透視図を示す。 一般的な円筒基板のストリップ形式の端絡環及び隣接部の断面図を示す。 ＴＥＭコイル及びバードケージコイルに対する正規化したＢ_１磁場対ｚ軸のグラフを示す。 異なる長さのＴＥＭコイルに対する正規化したＢ_１磁場対ｚ軸のグラフを示す。 長さ２８ｃｍ及び１０ｃｍのＴＥＭコイル、並びに長さ４０ｃｍのバードケージコイルに対する正規化したＢ_１磁場対ｚ軸のグラフを示す。 超極短ＲＦコイルを用いた、図１のＭＲＩスキャナのボアを示す。 ２つ以上のＲＦコイルを使用する磁気共鳴撮像システムを概略的に示す。

Claims (22)

1. 検査領域を介し略均一な主磁場を発生させるための円筒磁石、及び
   前記検査領域にＲＦ励起パルスを発生させるための、前記磁石と同軸に配列されると共にＳＡＲ制限に準拠している円筒形の超短ＲＦボディコイル
   を有する磁気共鳴撮像システム。
2. 磁石の長さに対する超短ボディコイルの長さの比は０．１６に等しい又はそれよりも小さい請求項１に記載のシステム。
3. 前記ボディコイルは、長さ対直径の比が１：２よりも小さい請求項１に記載のシステム。
4. 前記ボディコイルは、長さ対直径の比が２：５よりも小さい請求項１に記載のシステム。
5. 前記超短ボディコイルは、横電磁（ＴＥＭ）コイル及びＴＥＭコイルを含むハイブリッドの少なくとも一方である請求項１に記載のシステム。
6. 前記超短ボディコイルは、前記検査領域の周りに円周方向に配列された複数の共鳴器を含む請求項１に記載のシステム。
7. 前記共鳴器は、送信モードにおいて独立して駆動する請求項６に記載のシステム。
8. 前記共鳴器は、受信モードにおいて別々の受信機チャンネルで各々接続されている請求項６に記載のシステム。
9. 前記共鳴器は、４ポート励起及び矩形励起のうち１つを用いて駆動する請求項６に記載のシステム。
10. 前記超短ボディコイルは、
    −前記磁石の長軸方向に平行な方向に各々が延在している略平行な輻の配列、及び
    −前記平行な輻に通常は横切って配置されると共に、前記輻と接続されている１つ以上の通常は環状のストリップ形式の端絡環であり、円筒形の誘電層の周りに各々が配列されている通常は環状のストリップ形式の端絡環、及び
    −前記略平行な輻の配列を略包囲しているＲＦシールドであり、前記端絡環は前記ＲＦシールドと結合しているＲＦシールド
    を有する請求項１に記載のシステム。
11. 前記輻及び端絡環は、前記円筒形の誘電層の内部周辺上に配列され、前記ＲＦシールドは、前記円筒形の誘電層の外部表面上に配列される請求項１０に記載のシステム。
12. 各輻は別々に同調される共鳴器である請求項１０に記載のシステム。
13. 前記超短ボディコイルの各輻は、送信システムのチャンネルを介して、ＲＦ励起パルスを前記検査領域に選択的に注入するように独立して駆動する請求項１２に記載のシステム。
14. 前記超短ボディコイルの各輻は、受信したＭＲ信号を復調するために、受信機のチャンネルに接続される独立した受信素子である請求項１２に記載のシステム。
15. 同軸に配されると共に、前記検査領域に沿って分配される２つ以上の超短ボディコイルをさらに含む請求項１に記載のシステム。
16. 超短ボディコイル各々は独立したコイルであり、各コイルは、ＲＦ励起パルスを前記検査領域内に選択的に注入する個々のＲＦ送信機、並びにＭＲ信号を復調及び変換する個々のＲＦ受信機に接続される請求項１５に記載のシステム。
17. 磁石を用いて検査領域内に略均一な主磁場を発生させる、及び
    ＳＡＲ制限に準拠する超短ＲＦボディコイルを用いて、前記検査領域にＲＦ励起パルスを発生させる
    ことを有する磁気共鳴撮像を行う方法。
18. 超短ボディコイルの長さと磁石の長さとの比は、０．１６に等しい又はそれより小さい請求項１７に記載の方法。
19. 前記検査領域に沿って２つ以上の超短ボディコイルを分配し、及び
    前記超短コイルを同時に使用する
    をことさらに含む請求項１７に記載の方法。
20. 請求項１７の方法を実行するための磁気共鳴スキャナ。
21. 少なくとも３．０Ｔで均一な磁場を製造する一方、ＳＡＲ規定に準拠している超短ＲＦボディコイルにおいて、
    −共鳴器として各々機能している略平行な輻の配列であり、前記輻は、直径対長さの比が２：１又はそれよりも小さい円筒の周りに平行に配置された配列、
    −前記平行な輻に通常は横切って配列されると共に、前記輻と接続されている１つ以上の通常は環状のストリップ形式の端絡環、及び
    −前記略平行な輻の配列を略包囲しているＲＦシールド
    を有するコイル。
22. 請求項２１のコイルと共に使用する磁気共鳴スキャナ。