JP2009513219A - Ｍｒｉ用の撮像領域特定無線周波数コイル - Google Patents

Abstract

無線周波数コイルは、磁気共鳴対象に実質的に従う非円筒状合致表面62, 76を含む。複数の導体ループ60, 71, 72, 73, 74は、非円筒状合致表面に配置されている。複数の導体ループは、B₁周波数で通電することに応答して磁気共鳴対象中に実質的に均一なB₁磁場を引き起こすように構成される。選択的に、複数の負荷補正導体ループ90が、磁気共鳴対象に実質的に従う補正用非円筒状合致表面62に配置されている。複数の負荷補正導体ループは、磁気共鳴対象によって生じる負荷B₁不均一性を補正する不均一なB₁磁場を引き起こすように構成される。

Description

以下は、磁気共鳴技術に関する。それは、磁気共鳴撮像のための無線周波数コイルにおける特定のアプリケーションを見出し、特にそれに関して説明される。それは、より一般には、磁気共鳴撮像、磁気共鳴分光及び他の磁気共鳴アプリケーションと関連したアプリケーションを見出す。

ボア型磁気共鳴スキャナにおいて、送信コイルは一般的に、円筒状に配置されて、エンドリング、エンドキャップ等によって終端される複数の段を含むバードケージ型コイルである。磁気共鳴振動数における無線周波数励起の下で、これらのコイルは、バードケージ型コイル内の撮像ボリュームにわたって実質的に均一である回転B1磁場を生成する。全身コイルにおいて、円筒状のバードケージコイルは、一般的に、磁気共鳴スキャナのボアと同軸的に配置されて、大きなボリュームを励起する。特定のアプリケーションのために、より小さなバードケージコイルが、解剖学的領域又は他の関心領域を撮像するために、設計され、配置される。例えば、頭部コイルは、脳撮像又は他の頭部撮像を容易にするために、医療患者頭部に合致するように大きさを設定されることができる。より小さな局所バードケージコイルは、関心領域とのより良い電磁結合を提供することができ、全身コイルと比較すると、より少ない無線周波数パワーを使用する。

励起された磁気共鳴は、送信フェーズに使用される同じコイルによって収集されることができ（すなわち送受信コイル）、又は専用の受信コイル（例えば撮像領域の近くに配置される表面コイル）を使用して収集されることができる。並列撮像技術（例えばSENSE）では、受信コイルのアレイが並列に用いられ、複数のコイルによって取得されたデータから合成画像を生成するために、適切なデータ処理が実行される。

空間制約によって、送信コイルとは別の受信コイルアレイを提供することが問題となる可能性がある。例えば、バードケージ頭部コイルは、追加の表面受信コイルアレイのための空間をほとんど残さない。この問題に対処するための１つのアプローチにおいて、バードケージ送信コイルは、メッシュループが分離される縮退コイルとして選択的に設定可能であることができる。バードケージコイルは、送信フェーズの間、ボリューム共鳴器として一般的に用いられ、そしてSENSEコイルアレイ又は他の並列撮像受信アレイのコイルの役目をする導体ループの分離されたアレイとして、PINダイオードスイッチ等を使用して再構成される。このアプローチは、撮像対象に対して導体ループの位置を定める際のフレキシビリティを提供しない。

既存の無線周波数コイルの他の問題点は、負荷誘発B₁磁場不均一性である。約1テスラより大きな静B₀磁場に対しては、患者又は他の撮像対象の領域をコイル内部に入れると、B₁磁場を大幅に歪め、不均一なB₁磁場につながる可能性がある。この不均一性は、コイル負荷を説明する設計モデリングを使用して無線周波数コイルを設計することによって低減されることができる。しかしながら、バードケージコイルの設計パラメータ（例えば、段の数、段とエンドリングとの間の結合リアクタンスなど）の数は限られているので、バードケージコイル設計が非対称のコイル負荷を打ち消すことができる範囲を制限する。

以下は、上述の制限などを克服する改善を意図する。

１つの態様によれば、無線周波数コイルが開示される。非円筒状の合致表面（conformal surface）は、磁気共鳴対象に実質的に合致する。複数の導体ループが、この非円筒状の合致表面中に又はその上に配置される。複数の導体ループは、B₁周波数で通電することに応答して磁気共鳴対象中に実質的に均一のB1磁場を生成するように構成される。

他の態様によれば、磁気共鳴スキャナが開示される。主磁石は、関心領域中に主B₀磁場を生成する。傾斜磁場コイルは、主B₀磁場に傾斜磁場を選択的に重畳する。前述の段落に記載の無線周波数コイルは、磁気共鳴対象に合致して囲み、磁気共鳴対象中に実質的に均一のB₁磁場を選択的に生成する。

他の態様によれば、無線周波数コイルが開示される。有効な無線周波数コイルは、磁気共鳴対象中にB₁磁場を生成する。負荷補正無線周波数コイルは、磁気共鳴対象に実質的に合致する補正非円筒状合致表面中に又はその上に配置される複数の負荷補正導体ループを含む。複数の負荷補正導体ループは、磁気共鳴対象によって生じる有効な無線周波数コイルで生成されるB₁磁場の不均一性を補正する不均一なB₁磁場を磁気共鳴対象中に生成するように構成される。

他の態様によれば、無線周波数コイルを構成するプロセスが開示される。磁気共鳴対象に実質的に合致する非円筒状合致表面が選択される。非円筒状合致表面中に又はその上に配置される複数の導体ループは、B₁周波数で通電することに応答して、磁気共鳴対象中に実質的に均一なB₁磁場を生成するように構成される。

他の態様によれば、前述の段落に記載されるプロセスによって作成される無線周波数コイルが開示される。

１つの利点は、撮像対象の形状に実質的に合致する送信/受信コイルを提供することにある。

他の利点は、撮像対象の形状に実質的に合致する一体化したボリューム送信コイル及び受信コイルアレイを提供することにある。

他の利点は、コイル負荷効果を補正するための合致補助コイルを提供することにある。

多数の更なる利点及び利益は、以下の好ましい実施の形態の詳細な説明を読むことにより、当業者にとって明らかになる。

本発明は、様々なコンポーネント及びコンポーネントの配置、並びに様々なプロセス動作及びプロセス動作の配置の形を取ることができる。図面は、単に好ましい実施の形態を説明することを目的とするのであって、本発明を制限するものとして解釈されてはならない。

図1を参照して、磁気共鳴スキャナ10は、患者若しくは他の対象を受け入れるためのボア14又は他の受信領域を備えるスキャナハウジング12を含む。スキャナハウジング12中に配置されている主磁石20は、少なくともボア14の関心領域中に主B₀磁場を生成するように主磁石制御部22によって制御される。一般的に、主磁石20は、低温シュラウド24によって囲まれる持続性の超伝導磁石であるが、常伝導主磁石が用いられることもできる。

傾斜磁場コイル28は、少なくとも関心領域において主磁場に選択された傾斜磁場を重畳するためにハウジング12中に又はその上に配置される。一般的に、傾斜磁場コイルは、３つの直交傾斜磁場（例えばx傾斜磁場、y傾斜磁場及びz傾斜磁場）を発生させるためのコイルを含む。無線周波数コイル30は、B₁無線周波数励起パルスを注入するためにスキャナ10のボア14中に配置されている。無線周波数コイル30は、撮像対象に合致するように成形される。図示された例示の無線周波数コイル30は、人間の撮像対象の肩に合致するように成形される。図示された例示の実施の形態において、追加の負荷補正コイル32も、無線周波数コイル30上の撮像対象の負荷効果を補正するために提供される。

磁気共鳴データ取得の間、無線周波数送信器36は、ボア14中に配置されている対象の関心領域（例えば肩）中に磁気共鳴信号を生成するために、無線周波数切替回路40を介して無線周波数コイル30に結合される。傾斜磁場制御部42は、生成された磁気共鳴を空間的にローカライズし、空間的にエンコードし、又は別の方法で操作するために、傾斜磁場コイル28を動作させる。磁気共鳴読み出しフェーズの間、無線周波数受信機44は、磁気共鳴を受信するために無線周波数回路切替回路40を介して無線周波数コイル30に結合される。データバッファ46は、受信された磁気共鳴信号のサンプルを保存する。取得後プロセッサ50は、取得された磁気共鳴データを処理する。例えば、取得後プロセッサ50は、撮像対象の空間マップ又は画像を生成するために高速フーリエ変換（FFT）又は他の再構成アルゴリズムを用いて空間的にエンコードされた磁気共鳴データを処理する画像再構成プロセッサを含むことができる。他の種類の取得後処理が実行されることもできる。被処理データメモリ52は、再構成された画像又は他の被処理データを保存した。ユーザインタフェース54は、再構成された画像又は他の被処理データをユーザに表示する。図1に図示される例示の実施の形態において、ユーザインタフェース54はまた、磁気共鳴スキャナ10を制御するためにユーザをスキャナ制御部56に結びつける。他の実施例では、分離したスキャナ制御インタフェースが提供されることができる。実施例によっては、取得後プロセッサ50、メモリ46, 52又は他のコンポーネントは、ソフトウェア、又は図示された実施の形態ではコンピュータであるユーザインタフェース54の内蔵ハードウェアコンポーネントなどとして、様々な態様で一体化される。

図2を参照して、磁気共鳴シーケンスの送信フェーズの間の無線周波数コイル30の動作が説明される。コイル30は、磁気共鳴対象（例えば例示の無線周波数コイル30では肩）に実質的に合致する合致表面62に配置される複数の導体ループ60を含む。図示された剛性の合致表面62は、非円筒状であり非平面である。複数の導体ループ30は、無線周波数励起入力ポート64においてB₁周波数で通電することに応答して磁気共鳴対象中に実質的に均一なB₁磁場を発生させるために、ボリューム共鳴器として作動するように構成される。導体ループ30は、それらの間の相互インダクタンスによって電磁気的に結合することができ、又はガルバニ相互接続されることができる（ガルバニ接続は図2及び3に図示されない）。磁気共鳴シーケンスの励起フェーズの間、無線周波数送信器36は、磁気共鳴を励起するために無線周波数切替回路40を介して無線周波数コイル30の励起入力ポート64と接続される。通電された導体ループ30は、図2中に点線の境界によって表される視野FOV内で実質的に均一であるB₁磁場B₁を発生させる。

図3を参照して、磁気共鳴シーケンスの受信フェーズの間の無線周波数コイル30の動作が説明される。受信フェーズの間、導体ループ60は、受信コイルアレイのコイル素子として動作する。受信フェーズの間、各々の導体ループ60は、対応する読み出しポート66に接続される。導体ループ60は、例えば適切なプリアンプを用いて分離され、B₁磁気共鳴周波数において共鳴する。さらに、送信フェーズ中に導体ループ60間のガルバニ接続が使用される場合は、これらのガルバニ接続は、例えばPINダイオードスイッチを使用して、受信フェーズの間、遮断される。PINダイオードスイッチは、また、受信フェーズにおいて、分離されたコイルループをB₁磁気共鳴周波数に同調させるようにキャパシタを切り替えるために選択的に用いられる。

無線周波数コイル30の設計は、磁気共鳴シーケンスの送信フェーズ中に用いられるボリューム共鳴器モードの特性に重点を置く。コイル30は、無線周波数励起入力ポート64において磁気共鳴周波数で印加される無線周波数パワーによって駆動される誘導接続される又はガルバニ接続される導体ループ60が磁気共鳴対象中に実質的に均一のB₁磁場を発生させることを保証するように設計されている。非円筒状合致表面62は、肩又は磁気共鳴対象の他の関心領域の外側の輪郭に実質的に従うように選択される。そして、複数の導体ループ60が、非円筒状合致表面62上に又はその中に規定され、B₁周波数で入力ポート64に通電することに応答して磁気共鳴対象中に実質的に均一なB₁磁場を発生させるように構成される。

導体ループ60を規定して構成する適切なプロセスは、まず、電流と磁場との間のビオ-サバール関係に基づいて磁気共鳴対象中の実質的に均一なB₁磁場に対応する非円筒状合致表面全体の電流密度を決定し、電流によって生成される電気ベクトルポテンシャルが非円筒状合致表面62に対してどこでも垂直であると仮定し（すなわち無限小に薄い表面近似をして）、そして複数の導体ループ60を規定するために、決定された電流密度を離散化する。離散化は、１つのアプローチにおいて、導体ループ60のトポロジを選択し、準静的状態又は低周波数領域において望ましい磁界分布を提供する導体ループ60中の電流を選択し、より高いB₁周波数において定められた電流密度を維持する静電容量（離散的又は分散的）を導体ループ60に沿って追加することによって適切に実行される。追加されたキャパシタは、より高いB₁周波数における導体ループ60間の誘導結合を補正して、例えばモーメント法を用いて適切に決定される。

無線周波数コイル30は、関心領域の輪郭とのその緊密な合致によって、磁気共鳴対象との強い結合を提供する。加えて、緊密な合致は一般的に、例えば対応する局所円筒バードケージコイルより小型のコイルを提供する。加えて、設計プロセスが一般的に、コイルのサイズ、形状及び方位においてかなりのバリエーションを伴って導体ループ60を製作するので、導体ループ60のコイル感度には一般的にかなりの変動があり、異なる感度因子を持つコイル素子のコイルアレイを使用することから利益を得るSENSEのような並列撮像技術にとって有利であることができる。

図4を参照して、送信ボリューム共鳴器モードと受信コイルアレイモードとの間の切り替えのために導体ループの電気接続を切り替えるためのアプローチが説明される。図4の図示された例において、無線周波数コイル70は、剛性合致表面76上に又はその中に配置されている4つの導体ループ71, 72, 73, 74を含む。図示された剛性合致表面76は、非円筒状で且つ非平面である。導体ループ71は、内部導体ループ72を囲む外部導体ループである。導体ループ73は、内部導体ループ74を囲む外部導体ループである。

送信モードにおいて、（図4において黒塗りの四角として概略的に表される）PINダイオードスイッチの第１セット80が閉じられ、（図4において白抜きの四角として概略的に表される）PINダイオードスイッチの第２セット82が開いている。これは、図5A中に示される有効なボリューム共鳴器モードコイル構成をもたらし、２つの外部導体ループ71, 73は大きな外側の有効な導体ループを規定するように互いに接続されて、２つの内部導体ループ72, 74は大きな内側の有効な導体ループを規定するように互いに接続される。

一方、受信モードにおいて、PINダイオードスイッチの第１セット80が開き、PINダイオードスイッチの第２セット82が閉じられる。これは、図5B中に示される有効なコイルアレイモードコイル構成をもたらし、４つの導体ループ71, 72, 73, 74の各々は、4コイルアレイを規定するように分離される。

図1の例示で説明された実施の形態を再度参照すると、更なる負荷補正コイル32も、無線周波数コイル30上の撮像対象の負荷効果を補正するために提供される。負荷補正コイル32は、磁気共鳴対象によるかなりの負荷の存在下でコイル30によって生成されるB₁磁場の不均一性を補正する。負荷補正コイル32は、非円筒状合致表面全体の電流密度が磁気共鳴対象中に無線周波数コイル30の負荷効果を補正する空間的に不均一なB₁磁場を生成するように決定されることを除いては、無線周波数コイル30の設計と同様に設計される。図示された負荷補正コイル32は、負荷効果を補正するように無線周波数コイル30によって引き起こされる電磁場に誘導結合する受動コイルである。他の実施例では、負荷補正コイルは、能動コイルであることができる。図1の実施の形態において、無線周波数コイル30と負荷補正コイル32とは分離している。無線周波数コイル30と負荷補正コイル32との間の分離は、図1において説明の簡単のために誇張されている。

図6を参照すると、無線周波数コイル及び負荷補正無線周波数コイルが共に、小型であり、かつ磁気共鳴対象に緊密に結合することが有利である。したがって、実施例によっては、同じ合致表面62の反対の面が、無線周波数コイルの導体ループ60と負荷補正コイルの追加のコイルループ80とを支持する。例えば、図示された無線周波数コイル30'は、合致表面62の内側に無線周波数コイルの導体ループ60を含み、合致表面62の外側に負荷補正コイルの導体ループ80を含む。合致表面62の外側が図6において隠されているので、合致表面62の外側の負荷補正コイルの導体ループ80は点線を用いて描画されている。他の意図された実施の形態において、無線周波数コイル及び負荷補正コイルは、反対側の面上ではなく、合致表面の同じ面上の共通のコイルであることができる。共通のコイルは、負荷の下で均一である合計磁場を引き起こすように電流によって駆動される。

導体ループのトポロジを選択する際に、結合を低減するためにほとんどループを用いないことが有利である。しかしながら、導体ループの数は、非円筒状合致表面全体の計算された電流密度に細かく近づけるために十分大きくなければならない。導体ループの数は、また、受信コイルアレイ中に所望の数のコイル素子を提供するために十分大きくなければならない。図2及び3のコイル30の重なり合わない導体ループ配置、並びに／若しくは図4のコイル70の入れ子にされた導体ループ、又はそれらの様々な組み合わせを含めて、様々なトポロジが用いられることができる。さらに、ボリューム共鳴器モードにおいて、導体ループは、直流電気よって相互接続され、若しくは誘導相互接続されることができ、又はいくつかの導体ループが直流電気よって相互接続されて他の導体ループが誘導的に相互接続されていることができる。図示された実施の形態において、無線周波数コイルは、送信フェーズにおいてボリューム共鳴器として動作し、受信フェーズにおいてコイルアレイとして動作する。しかしながら、磁気共鳴シーケンスの送受信フェーズ両方のためにボリューム共鳴器モードを用いること、又は送受信フェーズ両方のためにコイルアレイモードを用いること、又は送信フェーズのためにコイルアレイモード用いて受信フェーズのためにボリューム共鳴器モードを用いることが意図される。それぞれのコイル30, 70の図示された合致表面62, 76は非円筒状及び非平面であるが、しかしながら、本明細書に開示される無線周波数コイルは、円筒状又は平面輪郭に実質的に従う円筒状表面又は平面としても構成されることが意図される。

本発明は、好ましい実施の形態を参照して説明された。明らかに、他の者は、前述の詳細な説明を読み及び理解することによって、修正及び変更を思い付く。それらが添付の請求の範囲又はその均等の範囲内である限り、本発明が全てのそのような修正及び変更を含むように解釈されることが意図される。

無線周波数肩コイル及び負荷補正無線周波数コイルを含む磁気共鳴システムを概略的に示す図。 ボリューム共鳴器として動作するように構成される図1の肩コイルを概略的に示す図。 コイルアレイとして動作するように構成される図1の肩コイルを概略的に示す図。 他の合致無線周波数コイルを概略的に示す図。 ボリューム共鳴器として動作するように構成される図4のコイルを概略的に示す図。 コイルアレイとして動作するように構成される図4のコイルを概略的に示す図。 肩コイル及び負荷補正コイルの導体ループが共通の合致表面の反対側に配置されている実施の形態における図1の無線周波数肩コイル及び負荷補正無線周波数コイルを概略的に示す図。

Claims (21)

1. 磁気共鳴対象に実質的に合致する非円筒状合致表面、及び
   剛性のある前記非円筒状合致表面中に又はその上に配置される複数の導体ループ、を有し、
   前記複数の導体ループは、B₁周波数で通電することに応答して前記磁気共鳴対象中に実質的に均一なB₁磁場を発生させるように構成される、
   無線周波数コイル。
2. 前記複数の導体ループが、B₁周波数で通電された場合に、前記磁気共鳴対象中の実質的に均一なB₁磁場に対応する前記非円筒状合致表面全体の離散化された電流密度を規定する請求項１に記載の無線周波数コイル。
3. 前記複数の導体ループが、準静的領域において通電される際に前記離散化された電流密度を規定し、B₁周波数において規定された電流密度を維持する導体に沿った静電容量を規定する、請求項２に記載の無線周波数コイル。
4. 少なくともいくつかの前記導体ループが、それらの間の相互インダクタンスによって電磁気的に結合される請求項２に記載の無線周波数コイル。
5. 前記導体ループに接続される１つ以上のスイッチをさらに含み、
   当該１つ以上のスイッチは、（ｉ）前記複数の導体ループを直列相互接続構成として相互接続するため、及び（ｉｉ）分離された導体ループのコイルアレイを規定するように前記導体ループを分離するために、選択的に切り替えられ、選択可能な第１及び第２構成（ｉ）及び（ｉｉ）が各々B₁周波数において共鳴する、請求項１に記載の無線周波数コイル。
6. 前記導体ループに接続される１つ以上のスイッチをさらに含み、当該１つ以上のスイッチは、（ｉ）ボリューム送信共鳴器と（ｉｉ）受信コイルアレイとの間で複数の導体ループを構成するように選択的に切り替えられる、請求項１に記載の無線周波数コイル。
7. 前記１つ以上のスイッチが電気的に、ボリューム送信共鳴器構成（ｉ）において前記複数の導体ループを相互接続し、受信コイルアレイ構成（ｉｉ）において前記複数の導体ループを切断する、請求項６に記載の無線周波数コイル。
8. 前記非円筒状合致表面が、剛性であり、非平面である、請求項１に記載の無線周波数コイル。
9. 磁気共鳴対象に実質的に合致するように構成される補正用非円筒状合致表面中に又はその上に配置される複数の負荷補正導体ループをさらに含み、当該複数の負荷補正導体ループが、磁気共鳴対象によって生じる負荷B₁不均一性を補正する不均一なB₁磁場を生成するように構成される、請求項１に記載の無線周波数コイル。
10. 前記非円筒状合致表面及び前記補正用非円筒状合致表面が同一の面である、請求項９に記載の無線周波数コイル。
11. 関心領域中に主B₀磁場を発生させる主磁石、
    傾斜磁場を前記主B₀磁場に選択的に重畳する傾斜磁場コイル、及び
    磁気共鳴対象に合致して囲み、前記磁気共鳴対象中に実質的に均一なB₁磁場を選択的に発生させる請求項１に記載の無線周波数コイル、
    を有する磁気共鳴スキャナ。
12. 磁気共鳴対象に実質的に合致する補正用非円筒状合致表面中に又はその上に配置される複数の負荷補正導体ループを含む負荷補正無線周波数コイルをさらに有し、前記複数の負荷補正導体ループは、前記磁気共鳴対象によって引き起こされる前記磁気共鳴対象中のB₁磁場の不均一性を補正する不均一なB₁磁場を前記磁気共鳴対象中に生成するように構成される、請求項１１に記載の磁気共鳴スキャナ。
13. 送信ボリューム共鳴器と受信コイルアレイとの間で前記複数の導体ループを切り替えるためのスイッチをさらに有する請求項１１に記載の磁気共鳴スキャナ。
14. 磁気共鳴対象中にB₁磁場を生成するための有効な無線周波数コイル、及び
    前記磁気共鳴対象に実質的に合致する補正用非円筒状合致表面中に又はその上に配置される複数の負荷補正導体ループを含む負荷補正無線周波数コイルを有し、
    前記複数の負荷補正導体ループが、前記磁気共鳴対象により引き起こされる前記有効な無線周波数コイルによって生成されるB₁磁場の不均一性を補正する不均一なB₁磁場を前記磁気共鳴対象中に生成するように構成される、無線周波数コイル。
15. 前記負荷補正コイルが、能動コイル及び受動コイルのうちの１つである請求項１４に記載の無線周波数コイル。
16. 磁気共鳴対象に実質的に合致する非円筒状合致表面を選択し、
    B₁周波数で通電することに応答して前記磁気共鳴対象中に実質的に均一なB₁磁場を生成するように前記非円筒状合致表面の中に又はその上に配置される複数の導体ループを構成する、
    無線周波数コイルの構成方法。
17. さらに、前記磁気共鳴対象中の前記実質的に均一なB1磁場に対応する前記非円筒状合致表面全体の電流密度を決定し、
    前記複数の導体ループを規定するために、前記決定された電流密度を離散化する、
    請求項１６に記載の方法。
18. さらに、前記複数の導体ループによって生成されるB1磁場の不均一性を補正する負荷補正合致表面全体の負荷補正電流密度を決定し、
    前記負荷補正合致表面上に又はその中に配置される複数の負荷補正導体ループを規定するために、前記決定された負荷補正電流密度を離散化する、
    請求項１６に記載の方法。
19. さらに、送信ボリューム共鳴器と受信コイルアレイとの間で前記複数の導体ループを切り替えるための１つ以上のスイッチを提供する、請求項１６に記載の方法。
20. 前記磁気共鳴対象が装填されて前記コイルがB₁周波数で通電された状態において実質的に均一なB₁磁場を生成するように、前記非円筒状合致平面中又はその上に配置される複数の導体ループを構成する、請求項１６に記載の方法。
21. 請求項１６に記載の方法で作成された無線周波数コイル。

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