JP2008539903A - 無線で結合された磁気共鳴コイル - Google Patents

Abstract

無線通信回路（１２０）に結合された無線周波数の磁気コイル（１２５）。この無線通信回路は、コイルの個々のチャネルまたは他の機能の制御または監視を可能にする。特に、このコイルは送信線を備える。

Description

本明細書は一般に磁気共鳴に関する。より詳細には、本明細書は、次に限定されるものではないが、無線で結合された磁気共鳴コイルに関する。

磁気共鳴（ＭＲ）コイルは、生物医学および他の用途に使用されている。コイルは、核磁気共鳴映像法（ＭＲＩ）において使用されるほか、磁気共鳴分光法（ＭＲＳ）、電磁常磁性共鳴（ＥＰＲ）および電子スピン共鳴（ＥＳＲ）、機能的ＭＲＩ（ｆＭＲＩ）、ならびに他の磁気共鳴法において使用される。

多重チャネルの並行撮像コイルのような幾つかの磁気共鳴コイルは、９６個以上の個別のチャネルを有しており、そのうちの幾つかは、複数のＲＦ信号線、電力供給線、制御線、生理学的監視線、通信線、生理学的刺激線、および他の導電性または導光性の線およびケーブルを備える。

ＭＲ用途に使用される多重チャネル無線周波数（ＲＦ）コイルの各チャネルは、駆動回路、受信回路、またはその両方である駆動および受信回路に電気的に接続される。加えて、複数のケーブル、送電線および制御線は結合されて、医療処置を阻害し得る太くて扱い難いケーブルの束となる。特に、ケーブルが多数の場合、コイルの使い易さ、柔軟性、汎用性、性能品質、および人間工学は、低下する。また、長いケーブルが要求される場合、信号損失も問題となる。

本主題の実施形態は、磁気共鳴システムに結合された遠隔送受信器要素による無線通信用に構成された磁気共鳴コイルを含む。コイルは、ＲＦ信号、電力、制御、センサおよび生理学的監視のような線ならびに他の導電線および光ファイバ線のための電気的接続を提供する１つ以上の無線リンクを備える。

図１は、システム１００の例示を含む。システム１００は、撮像または分光法のためのＢ_０磁界１０５を生成する主磁石１１０を備える。磁界１０５内に配置されているのは、無線周波数コイル１２５である。示す例では、コイル１２５は、関心のある領域１３０内の標本を撮像するように構成されたボリュームコイルである。コイル１２５は、横電磁気（ＴＥＭ；ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｅｌｅｃｔｒｏ−ｍａｇｎｅｔｉｃ）コイルとして示されているが、たとえば、バードケージ型構造およびヘルムホルツ（Ｈｅｌｍｈｏｌｚ）コイルならびにフェイズドアレイおよびパラレルアレイを含む他の種類のコイルを使用することもできる。コイル１２５は、複数の平行電流素子を備えており、そのそれぞれは、無線回路１２０に結合されている。無線回路１２０は、アンテナ１１５に結合されている。様々な例において、回路１２０は、送信器、受信器または送受信器を備える。

ここで使用されるように、コイルは、複数の電流素子を備えることができ、各電流素子は、送信線の部分を備える。そのため、電流素子は、誘電体、導波管、同軸導体部分または他の送信線によって隔てられた１対の導体を備えることができる。

回路１７０は無線通信回路を備えており、無線通信回路は、様々な例において、送信器
、受信器または送受信器を備える。回路１７０は、リンク９０を介してアンテナ１１５と無線通信するアンテナ１６５に結合されている。リンク９０は、一例において、赤外線チャネルのような光学結合を含む。

回路１７０は、有線接続１７５によってコンピュータ・システム１８０に結合されている。コンピュータ・システム１８０は、モニタ１９０と、プロセッサ２００と、マウス１８５およびキーボード１９５を含むユーザ入力装置とを備える。コンピュータ・システム１８０は、一例では、遠隔操作を行う通信ネットワーク（図示せず）に結合されている。

様々な例において、ＲＦコイルは、無線通信プロトコルによってＭＲシステムと通信する内蔵の送信器、受信器または送受信器を備える。
コイルは、検査室または更衣室にいるあいだに患者上への配置されるように構成され、着用され、すなわち、その身体上に携行されて、ＭＲ走査のためにＭＲ磁石へ入ることが可能である。一例では、ワイヤ、ケーブルまたは光ファイバによる接続の必要なく、体腔、血管、開口部へ、または器官、組織もしくは腫瘍へ、１つ以上の生体適合性コイルを導入または移植するために、無線ナノテクノロジーが使用される。コイルは、一例において、皮膚表面へ付着させる粘着剤被覆面を備える。コイルの個々の要素は、半導体製造技術を使用してフレキシブル基板上に組み立てることができる。一例において、本主題は、包帯の形態の無線コイルを備える。

図２には、本主題に従って構成された衣類を示す。図において、システム２０５は、衣類２１０を備えており、衣類２１０の上にコイル２４５が取り付けられている。コイル２４５は、平面構成に配置された４つのＴＥＭ部分２１５を有する表面コイルとして示されている。たとえば、ボリュームコイルまたはフェイズドアレイを含む、他のコイルも意図されている。各コイル部分２１５は、コネクタ束２２０によって無線回路２２５に結合されている。各コイル部分は、それ専用のナノテクノロジー送信器または受信器を有することができる。無線回路２２５は、アンテナ２３０に結合されている。さらに、アンテナ２３０が衣類に取り付けられている。回路２２５には、バッテリまたは受動励起によって電力を供給することができる。コイル（すなわち、コイル部分）は、縫製、粘着剤、機械的固定具、または他の手段によって衣類に取り付けられることができる。一例において、衣類は、身体に着用するように構成された織物構造物を含む。

図３には、本主題の一例にかかる電流素子３００の一部を示す。図において、電流素子３００は、第１の導体部材３１０、誘電体３２０および第２の導体部材３３０を備える。横電磁波は、本構造の寸法および物理的性質を含む様々なパラメータに基づいて電流素子３００において共鳴し、また、様々な方法によって制御されることができる。

図４には、本主題にかかる装置４００を示す。図において、電源４２０は、互いに噛み合う受動素子の形態で示されている。他の例において、電源４２０は、二次電池のようなバッテリを備える。電流素子４２０は、１つの領域の周囲に配置されており、ボリュームコイル、表面コイルまたは他の種類のコイルの形態であることができる。ＴＥＭコイルに加えて、バードケージ型コイルを含む他の種類のコイルも意図されている。無線通信モジュール４４０は、装置４００が、磁気共鳴システムに結合されたインタフェースと通信することを可能にする。囲い４１０は、様々な例において、生体適合性のあるハウジングまたは構造を含む。様々な例において、囲い４１０は、外科的処置を用いる摂取または移植のために構成された錠剤（ｐｉｌｌ）を含む。

一例では、無線ＲＦコイルによって、遠隔位置の近傍もしくは遠隔位置に存在し得るＭＲシステムの複数の構成要素から、または複数のＭＲシステムからの信号および通信リンクが可能となる。たとえば、第１の磁気共鳴システムを使用して第１のイメージを生成す
るために、特定の患者に貼り付けられた粘着剤取付式コイルを使用することができ、この後に、第２の磁気共鳴システムを使用して第２のイメージを生成することができる。粘着剤取付式コイルは、数日間、数週間、数ヶ月間または数年間に亘って長期間、皮膚表面に取り付けたままでいることができる。一例では、コイルは、長期間、体腔に移植または配置されることができ、この場合、コイルは受動的に電力を供給されるか、または、バッテリによって電力を供給される。

本主題は、臨床または研究システムにおける使用のために構成されることができるほか、動物、化学、医薬、食品加工、および抗井検層および他の市場における使用のために構成されることもできる。

電気通信産業において使用される無線プロトコルは、本主題との使用のために構成されることができる。プロトコルの例は、連邦通信委員会（ＦＣＣ）、モバイルＩＰ（Ｍｏｂｉｌｅ ＩＰ）（提案された標準プロトコル）、インターネット技術標準化タスク・フォース（ＩＥＴＦ）およびインターネット技術標準化運営グループ（ＩＥＳＧ）、太平洋電気通信評議会（ＰＴＣ）、国際標準化機構（ＩＳＯ）、国際電気通信連合（ＩＴＵ）ならびに米国商務省電気通信情報局（ＮＴＩＡ）などの標準および規制団体によって確立されたものを含む。プロトコルの特定の例は、３Ｇ（第３世代）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＧＳＭ（Ｇｒｏｕｐｅ Ｓｐｅｃｉａｌ Ｍｏｂｉｌｅ）、ＧＰＲＳ（Ｇｅｎｅｒａｌ Ｐａｃｋｅｔ Ｒａｄｉｏ Ｓｅｒｖｉｃｅ）、ＥＤＧＥ（Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｄａｔａ ｒａｔｅｓ ｆｏｒ ＧＳＭ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）および３ＧＳＭ（第３世代ＧＳＭサービス）、ＵＭＴＳ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｍｏｂｉｌｅ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｙｓｔｅｍ）、ＣＤＭＡ（符号分割多重アクセス方式）、ＷＣＤＭＡ（広帯域ＣＤＭＡ）、米国電気・電子通信学会（ＩＥＥＥ）８０２．１１ならびにＵＷＢ（超高帯域無線）を含む。

無線通信は、電磁スペクトルの様々な部分のうちのいずれかを使用して伝導されることができる。たとえば、無線周波数通信に加えて、本主題は、赤外線、可視、超音波信号伝達を含む様々な種類の放射線を使用して動作するように構成されることができる。

ＭＲＩ用途のための多重チャネル無線周波数コイルは、典型的には、多重チャネル・コイルおよびＭＲシステムにおけるチャネル毎に、多重ＲＦ信号および制御ケーブルを必要とする。このケーブル、送電線、および制御線の多さによって、多くの場合、太くて扱い難い束が得られ、生物医学用途または他のＭＲ用途のためのＲＦコイルの使い易さ、柔軟性、汎用性、性能品質、および人間工学全体的が制限される。

本主題では、有線配線（接続）されたＲＦ信号線、送電線、制御線、生理学的監視線、ならびに他の導電線および光ファイバ線を置換する手段を提供する。
コイルは、このコイルを本システムに接続する一部または全部のワイヤおよびケーブルを排除するために、ＭＲシステムと無線通信する送信器、受信器、または送受信器を備える。これは、たとえば、コイルが、検査室または更衣室において患者上へ簡便に配置され、「着用されて」ＭＲ走査のためにＭＲ磁石の近傍内へ入ることを可能にする。加えて、無線ナノテクノロジーは、滅菌コイルをワイヤ、ケーブル、または光ファイバによって身体の外側に接続する必要なく、体腔、血管、開口部、または器官、組織、もしくは腫瘍内へ導入または移植することを可能にする。

本主題は、生物医学ＭＲ撮像、ＭＲ分光法、エコープラナー撮像法（ＥＰＩ）、電子スピン共鳴（ＥＳＲ）、機能的ＭＲ撮像（ｆＭＲＩ）のほか、他の磁気共鳴法に使用されることができる。

多重チャネル（９６個以上のチャネルの場合もある）を使用した並行撮像など、一定のＭＲ技術には、複数のＲＦ信号線、電力供給線、制御線、生理学的監視線、通信線、生理学的刺激線、および他の可能性のある導体（ワイヤ）または光学的な線およびケーブルによって、ＭＲシステムにＲＦコイルが接続されることが必要である。

コイルとＭＲシステムとの間の無線接続は、多重有線接続に関連する負担、制約、および問題のない多重チャネルを可能にする。加えて、無線コイルによって、近傍もしくは遠隔の位置に存在するＭＲシステムの複数の構成要素から、または複数のＭＲシステムからのＲＦコイルとの信号および通信リンクが可能となる。

一例では、電気通信産業において選択される要素は本主題による使用に適合される。
たとえば、無線リンクは、１つ以上の赤外線通信チャンネルまたはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ通信チャンネルを含むことができる。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈとは、免許不要の産業／科学／医学（ＩＳＭ）周波数帯を使用する比較的短距離用の無線プロトコルをいう。

追加の例
一例において、本主題のコイルは、縫製、機械的固定具、粘着剤または他の手段によって衣類に取り付けられる。コイルは、衣類のポケットもしくは折り返し（ｈｅｍ）に挿入されるか、または取り外し可能な方法で取り付けられることができる。

一例において、本主題のコイルは、１より多くの磁気共鳴システムと通信するように構成されている。そのような構成において、コイルは、様々な磁気共鳴システムに各々結合されている複数の無線インタフェースのうちのいずれかと共に動作可能である。

一例において、無線インタフェースは磁気共鳴システムに結合され、このインタフェースは、複数の無線コイルとの相互運用性を提供し、それらの幾つかは、様々なプロトコルまたは通信モードに従って動作する。一例において、磁気共鳴システムは、ユーザが、特定の患者によって着用される複数のコイルのうちの１つを選択することを可能にするように構成され、この場合、各コイルはシステムと無線通信状態にある。

一例において、コイルは複数の共鳴周波数で動作可能であり、この場合、周波数は手動で選択可能であるか、または無線制御によって選択可能である。たとえば、無線インタフェースからの信号は、複数の周波数のうちの１つの選択を可能にする。加えて、他の例は、信号の位相、電流、または電圧を手動または無線で選択することができることを提供する。

１つ以上の選択された動作パラメータの制御に加えて、一例では、コイル中の電圧、電流、位相または周波数を無線で監視することができることを提供する。
一例において、コイル中の信号は、無線インタフェースから受信した信号に基づいて無線でオン／オフされることができ、磁気共鳴システムに結合される。一例において、コイルは、無線インタフェースから送られる信号によって離調されることが可能である。

本主題の一例は、タイミング、移送、周波数、電圧または電流の監視に基づいたフィードバック信号によって制御されるコイルを備える。
一例において、本主題は、関心のある標本または領域を少なくとも部分的に取り囲むコイルを備える。一例において、コイルは、コイルを取り囲むまたは包囲するように標本の内側に配置される。そのため、コイルは、体腔または体内管または移植物へ挿入されるように構成されることができ、この場合、コイルは、針、ピンセットまたは他の挿入手段によって配置される。典型的なコイルは、カテーテルにおいて、経口投与錠剤において、侵襲性の最小な外科的処置（腹腔鏡検査など）または針によって配置されることができるも
のを含む。様々な例において、本主題は、表面取付型の無線通信コイルまたは使い捨て式の無線コイルを含む。

一例において、本主題は、患者に適合し、任意の数の様々な磁気共鳴システムと共に使用されることができる無線コイルを含む。たとえば、コイルは、患者の組織内に外科的に配置されることができ、何年にも亘って、任意の数の様々な磁気共鳴システムを使用して、その患者に対する磁気共鳴画像を生成することができる。コイルは患者に着用されることができ、あるいは患者に移植されることができる。

無線で結合されたコイルを有する磁気共鳴システムの概略図。 無線コイルと共に構成された衣類を示す図。 典型的な電流素子を示す図。 受動コイルの例を示す図。

Claims (29)

1. 無線周波数磁気共鳴コイルであって、１つ以上の電流素子と、同１つ以上の電流素子に結合された無線通信回路とからなるコイル。
2. 前記無線通信回路は、送信器、受信器、および送受信器のうちのうちの１つ以上を備える請求項１記載のコイル。
3. 前記１つ以上の電流素子は送信線を備える請求項１記載のコイル。
4. 前記１つ以上の電流素子はボリュームコイルまたは表面コイルとして構成されている請求項１記載のコイル。
5. 前記１つ以上の電流素子は、関心のある領域から無線周波数信号を受信するように構成されている請求項１記載のコイル。
6. 前記１つ以上の電流素子は、関心のある領域へ無線周波数信号を送信するように構成されている請求項１記載のコイル。
7. 前記無線通信回路は、１つ以上の磁気共鳴システムと通信するように構成されている請求項１記載のコイル。
8. 前記１つ以上の電流素子は、前記無線通信回路から受信される信号に基づいて選択される周波数で共鳴するように構成されている請求項１記載のコイル。
9. 前記１つ以上の電流素子における横電磁気信号に相当するパラメータは、前記無線通信回路から受信される制御信号に基づいて選択される請求項１記載のコイル。
10. 前記パラメータは、位相、電流、および電圧のうちの１つ以上を含む請求項９記載のコイル。
11. 前記横電磁気信号は、前記無線通信回路から受信される制御信号に基づいて離調可能である請求項９記載のコイル。
12. 前記１つ以上の電流素子における横電磁気信号に相当するパラメータは、前記無線通信回路から受信される制御信号に基づいて監視される請求項１記載のコイル。
13. 前記パラメータは、電流、電圧、周波数、および位相のうちの１つ以上を含む請求項１２記載のコイル。
14. 前記１つ以上の電流素子における横電磁気信号は、監視されるパラメータの関数として生成されるフィードバック信号に基づいて決定される請求項１記載のコイル。
15. 前記１つ以上の電流素子および前記無線通信回路は、移植および摂取のうちの１つ以上のために構成されている請求項１記載のコイル。
16. 前記１つ以上の電流素子および前記無線通信回路は、カテーテルおよび針のうちの１つ以上へ配備するように構成されている請求項１記載のコイル。
17. 前記１つ以上の電流素子および前記無線通信回路は、侵襲性の最小な手段を使用して挿
    入するように構成されている請求項１記載のコイル。
18. 前記１つ以上の電流素子および前記無線通信回路に結合された表面実装基板を含む請求項１記載のコイル。
19. 前記基板は可撓性材料を含む請求項１８記載のコイル。
20. 前記１つ以上の電流素子および前記無線通信回路は使い捨て式である請求項１記載のコイル。
21. 前記１つ以上の電流素子および前記無線通信回路に結合された包帯を含む請求項１記載のコイル。
22. 前記１つ以上の電流素子および前記無線通信回路に結合された粘着剤を含む請求項１記載のコイル。
23. 関心のある領域の周囲に配置された電流素子を有する無線周波数磁気共鳴コイルを配置するコイル配置工程と、
    無線通信プロトコルを使用して同コイルと通信する通信工程と、からなる方法。
24. 通信工程は、前記コイル中の電流に基づいて無線周波数信号を受信する工程を含む請求項２３記載の方法。
25. 通信工程は、前記コイル中の電流に相当する無線周波数信号を送信する工程を含む請求項２３記載の方法。
26. 磁気共鳴システムと共に使用するように構成されたコイルと、
    同コイルに結合された無線インタフェースと、
    同コイルに結合された衣類と、からなる装置。
27. 前記衣類は、身体に着用されるように構成された織物構造物を含む請求項２６記載の装置。
28. 前記コイルは複数の送信線部分を備える請求項２６記載の装置。
29. 前記無線インタフェースは各送信線部分に結合されている請求項２８記載の装置。

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