JP2009534118A - Ｉチャネルリニア、ｑチャネルリニア、直交及び反直交モード間をスイッチングする高速コイルモードを伴う磁気共鳴 - Google Patents

Abstract

Iチャネル入力ポート４２とＱチャネル入力ポート４４とを有する直交コイルを駆動するために無線周波数駆動信号７０を直交コイル３０と動作可能に結合するように構成されたハイブリッド回路構成体４０，４０′，４０″は、（ｉ）Ｑチャネル入力ポート４４を駆動することなくＩチャネル入力ポート４２が駆動されるリニアＩチャネルモード、（ｉｉ）Ｉチャネル入力ポートを駆動することなくＱチャネル入力ポートが駆動されるリニアＱチャネルモード、（ｉｉｉ）Ｉチャネル入力ポート及びＱチャネル入力ポートの両方が選択された正の位相差を伴って駆動される直交モード及び（ｉｖ）Ｉチャネル入力ポート及びＱチャネル入力ポートの両方が選択された負の位相差を伴って駆動される反直交モードよりなる群から選択された少なくとも２つのコイルモードの１つにおいて構成可能である。少なくとも２つのコイルモードの時間シーケンスが決定され、Ｂ_１不均質性を補償するために使用される。

Description

本出願は、磁気共鳴技術に関する。本出願は、磁気共鳴映像法に関して特定のアプリケーションを用いて説明される。しかしながら、本出願は、概して、磁気共鳴映像法、磁気共鳴分光法等を含む磁気共鳴プロセスにおけるより広いアプリケーションを見いだす。

直交型のボディコイルは、映像化被検者の胴部、脚部又は他の部分のような対象である大きな領域と結合する効率的な無線周波数（radio frequency）を与えるために、磁気共鳴断層撮影装置（magnetic resonance scanner）において一般的に用いられている。直交型のボディコイルは、典型的には、該して円筒形状であり、放射状の対称性を有している。例は、直交型のバードケージボディコイル及び直交型のＴＥＭ（transverse-electromagnetic）ボディコイルを含んでいる。上記直交型のボディコイルは、磁気共鳴を励起する回転Ｂ_１磁場を生成するために９０°の位相差で無線周波数エネルギーにより駆動されるＩ及びＱチャネル入力ポートを含んでいる。駆動回路構成体（circuitry）は、典型的には、ハイブリッド回路（circuit）によりＩチャネル及びＱチャネル用の２つの成分にそれぞれ分割される駆動信号を生成する単一の無線周波数増幅器を含んでいる。上記ハイブリッド回路は、また、Ｑチャネル用の上記成分を９０°位相シフトする。

上記直交型のボディコイルの放射状の対称性は、大きな体積（volume）にわたってほぼ均一なＢ_１磁場をもたらすように構成され得るので、従来よりかなり有利な点と考えられている。しかしながら、コイルがロードされると、入力無線周波数エネルギーの（人間が画像化被検体の場合には、組織、骨、血液等のような）画像化被検体の誘電体との相互作用は、スライス又は他の画像化領域全体にわたっての大きなＢ_１磁場の不均一性を引き起こし得る。これは、コイル装荷（coil loading）と呼ばれ、画像化被検体の非対称性が大きくなるに従って（例えば、「肩幅の広い」又はそうでなければ非対称な画像化被験者の場合）及び静（すなわちＢ_０）磁場の強度が増大するに従って、ますます問題になっている。そのため、商用の磁気共鳴断層撮影装置が低い磁場（例えば、０．２３テスラ、１．５テスラ）から累進的に高い静磁場（例えば、３テスラ、７テスラ等）に進歩しているので、Ｂ_１不均一性がますます問題になっている。

直交型のボディコイルのＢ_１不均一性に対処するために種々の手法が用いられている。しかしながら、これらの手法のそれぞれは、何らかの欠点を有している。

幾つかの手法では、局所送信コイル又はコイルアレイが磁気共鳴の励起のために用いられている。これらの手法は、磁気共鳴の励起を引き起こす際に直交型のボディコイルを不用し、これは、（大きな体積の励起、固定物として又はスライド自在に挿入可能な環状の巻型に取り付けられる内腔部における簡便な取付け、明確なロードされていないＢ_１磁場分布、回転Ｂ_１磁場等のような）直交型のボディコイルを普及させてきた利点が失われることを意味する。

他の手法では、２つの別個の無線周波数増幅器が、Ｉチャネル及びＱチャネル入力ポートを駆動するために用いられている。幾つかの異なる手法では、直交型のボディコイルのラング又はロッドが、縮退するように構成され、異なる無線周波数増幅器により別々に又はグループで駆動される。これらの手法は、Ｂ_１磁場分布のかなり正確な調整（tailoring）を可能にするが、追加の無線周波数増幅器の費用の負担がある。既存の磁気共鳴断層撮影装置は、典型的には単一の無線周波数増幅器を含んでいるので、他の増幅器又は増幅器群の追加及び付随する無線周波ケーブルの布線は、かなりの後付けの費用及び複雑さを意味する。

１つの観点によれば、ハイブリッド構成体が、Ｉチャネル入力ポートとＱチャネル入力ポートとを有する直交コイルを駆動するために無線周波数駆動信号を上記直交コイルと動作可能に結合するように構成される。このハイブリッド構成体は、（ｉ）上記Ｑチャネル入力ポートを駆動することなく上記Ｉチャネル入力ポートが駆動されるリニアＩチャネルモード、（ｉｉ）上記Ｉチャネル入力ポートを駆動することなく上記Ｑチャネル入力ポートが駆動されるリニアＱチャネルモード、（ｉｉｉ）上記Ｉチャネル入力ポート及び上記Ｑチャネル入力ポートの両方が選択された正の位相差を伴って駆動される直交モード及び（ｉｖ）上記Ｉチャネル入力ポート及び上記Ｑチャネル入力ポートの両方が選択された負の位相差を伴って駆動される反直交モードよりなる群から選択された少なくとも２つのコイルモードの１つにおいて構成可能である。

他の観点によれば、先の段落のハイブリッド回路構成体に関連してなされる方法が開示される。被検体による上記直交コイルのＢ_１不均一性を補償する無線周波励起を引き起こす前記少なくとも２つのコイルモードの時間シーケンスが決定される。上記直交コイルを用いて上記被検体における磁気共鳴が励起される。上記励起は、上記少なくとも２つのコイルモードの決定された上記時間シーケンスに従って上記ハイブリッド回路構成体を動作させることを含んでいる。

他の観点によれば、磁気共鳴断層撮影装置が開示される。主磁石が少なくとも走査領域において静磁場を発生させる。直交コイルが上記走査領域と結合される。この直交コイルは、Ｉチャネル入力ポート及びＱチャネル入力ポートを有している。無線周波数増幅器は、ほぼ磁気共鳴周波数において無線周波数駆動信号を生成するように構成されている。ハイブリッド回路構成体は、（ｉ）上記Ｑチャネル入力ポートを駆動することなく上記Ｉチャネル入力ポートが駆動されるリニアＩチャネルモード、（ｉｉ）上記Ｉチャネル入力ポートを駆動することなく上記Ｑチャネル入力ポートが駆動されるリニアＱチャネルモード、（ｉｉｉ）上記Ｉチャネル入力ポート及び上記Ｑチャネル入力ポートの両方が選択された正の位相差を伴って駆動される直交モード及び（ｉｖ）上記Ｉチャネル入力ポート及び上記Ｑチャネル入力ポートの両方が選択された負の位相差を伴って駆動される反直交モードよりなる群から選択された少なくとも２つのコイルモードの選択可能な１つにおいて上記直交コイルを駆動するために上記無線周波数駆動信号を上記直交コイルと動作可能に結合する。

他の観点によれば、Ｉ及びＱチャネル入力ポートを有する直交コイルを用いて磁気共鳴を励起する方法が開示される。無線周波数駆動信号が２つの駆動信号成分に分割される。前記駆動信号成分の少なくとも１つが機能する駆動信号成分を生成するように選択的に変更され、上記選択的に変更することは、（ｉ）９０°の正又は負の倍数だけ上記駆動信号成分の少なくとも１つを位相シフトさせること及び（ｉｉ）上記駆動信号成分の１つを終端することの少なくとも１つを含んでいる。上記機能する駆動信号成分は、磁気共鳴を励起するために上記直交コイルの上記Ｉチャネル及びＱチャネル入力ポートに与えられる。

他の観点によれば、磁気共鳴を励起するためにＩ及びＱチャネル入力ポートを有する直交コイルを動作させる際に用いるための装置が開示される。回路は、無線周波駆動信号を２つの駆動信号成分に分割するように構成される。追加の回路構成体は、２つ又はそれ以上のコイル動作モードの離散的な数のうちの１つを生成するために前記駆動信号成分を選択的に変更するように構成される。

１つの利点は、追加の単数又は複数の無線周波数増幅器及び関連する無線周波ケーブルの布線の更なる費用を伴うことなく、直交型のボディコイルのＢ_１不均一性を説明するために向上した柔軟性を与えることの中に存在する。

他の利点は、既存の磁気共鳴断層撮影装置の簡便かつ効果的な改良を与えることの中に存在する。

他の利点は、種々の体形により課される異なるＢ_１不均一性を補償するための磁気共鳴断層撮影装置の簡易化された構成の中に存在する。

本発明の更に他の利点は、以下の詳細な説明を読んで理解すると、当該分野において通常の技能を持つ者に理解されるであろう。

本発明は、種々の構成要素及び構成要素の取合わせ並びに種々のステップ及びステップの取合わせの形をとり得る。図面は専ら好ましい実施の形態を説明する目的のものであり、本発明を限定するように解釈されるべきではない。

図１を参照すると、磁気共鳴断層撮影装置１０は、患者１６又は他の被検体が少なくとも部分的に載置される断層撮影装置筐体１２を含んでいる。ボアタイプの断層撮影装置を参照して説明されるが、上記断層撮影装置は、オープン型の断層撮影装置又は他のタイプの磁気共鳴断層撮影装置でもあり得ることが理解されるべきである。断層撮影装置筐体１２の保護用の絶縁ボアライナ１８が、内部に被検体１６が載置される断層撮影装置筐体１２の一般的には円筒形の内腔部又は開口部の内側を任意に覆っている。断層撮影装置筐体１２に配された主磁石２０は、被検体１６の少なくとも一部を含む少なくとも走査領域において静（Ｂ_０）磁場を生成するように主磁石コントローラ２２により制御される。典型的には、主磁石２０は、クライオシュローディング（cryoshrouding）２４により囲まれた永続的な超伝導磁石である。幾つかの実施の形態では、主磁石２０は、０．２３テスラ，１．５テスラ，３テスラ，７テスラ等のような少なくとも約０．２テスラの主磁場を発生させる。選択された傾斜磁場を少なくとも走査領域における主磁場に重畳するために、筐体１２内又は筐体１２上に傾斜磁場コイル２８が設けられている。典型的には、上記傾斜磁場コイルは、ｘ方向の傾斜、ｙ方向の傾斜及びｚ方向の傾斜のような３つの直交する傾斜磁場を発生させるコイルを含んでいる。

一般的には円筒形の直交型のボディコイル３０は、磁気共鳴断層撮影装置１０の内腔部とほぼ同軸上に取り付けられる。幾つかの実施の形態では、直交型のボディコイル３０は、断層撮影装置筐体１２の内部に取り付けられた常置の固定物である。幾つかの実施の形態では、直交型のボディコイル３０は、磁気共鳴断層撮影装置１０の内腔部にスライド自在に挿入され得る若しくは磁気共鳴断層撮影装置１０の内腔部からスライド可能に取り除かれ得るか、又は、断層撮影装置筐体１２の環状のレセプタクルにスライド可能に挿入され得る若しくは断層撮影装置筐体１２の環状のレセプタクルからスライド可能に取り除かれ得る誘電性の巻型又は他のホルダに装着される。幾つかの実施の形態では、直交コイル３０は、頭部用の直交コイル又は膝用の直交コイルのような局所的な解剖の画像化のための局所的な直交型のボリュームコイルである。幾つかの実施の形態では、直交型のボディコイル３０は複数のラングを含む直交型のバードケージコイルであり、上記複数のラングは、上記内腔部の軸と概して平行に配され、２つ又はそれ以上のエンドリング，エンドキャップ若しくは該ラングの両端又はその近傍に配された他の終端構造体により動作可能に相互接続されている。幾つかの実施の形態では、直交型のボディコイル３０は複数のロッドを含む直行型のＴＥＭコイルであり、上記複数のロッドは、上記内腔部の軸と概して平行に配され、該ロッドを実質的に囲む概して環状の高周波シールド又はスクリーンにより動作可能に相互接続されている。直交型のボディコイル３０は、キャパシタンス、インダクタンス、抵抗、チョーク、抵抗器、リレー又は無線周波数のチューニング，デカップリング，電流の遮蔽若しくは閉じ込め或いは他の機能を与える他の部品を任意に含んでいる。

幾つかの実施の形態では、直交型のボディコイル３０は、送信及び受信の両方の機能を果たす。すなわち、直交型のボディコイル３０は、被検体１６において磁気共鳴を励起するように外部から励磁されるとともに、励起により生成される磁気共鳴信号を受け取るためにも用いられる。幾つかの実施の形態では、直交型のボディコイル３０は送信機能を果たし、別個の受信コイル３４が励起により生成される磁気共鳴信号を受け取る。上記の必須ではない別個の受信コイル３４は、図示されているような表面コイル若しくは表面コイルアレイ、腕用コイル、脚用コイル又は他の局所コイルであり得る。送信機能を果たす直交型のボディコイル３０を有するとともに、受信機能を果たす別個の直交型のボディコイル（図示せず）を有することも考えられる。幾つかの実施の形態では、断層撮影装置１０は、幾つかの画像化アプリケーションでは直交型のボディコイル３０が送信及び受信の両方の機能を果たし、他の画像化アプリケーションでは、直交型のボディコイル３０が送信機能を果たし、別個の受信コイルが受信機能を果たすように設定可能である。上記の必須ではない別個の受信コイルは、典型的には、該受信コイルの過負荷状態を避けるために送信フェーズの間受信コイルを離調する離調回路を含んでいる。

引き続き図１を参照するとともに、更に図２及び図３を参照すると、磁気共鳴分光データの取得中、無線周波数増幅器３８は、磁気共鳴周波数付近の無線周波数駆動信号を生成する。この駆動信号はハイブリッド回路構成体４０に与えられ、ハイブリッド回路構成体４０は、後に直交型のボディコイル３０のＩ及びＱチャネル入力ポート４２，４４に供給する。ハイブリッド回路構成体４０は、上記無線周波数駆動信号を２つの成分駆動信号に分割し、通常の直交駆動信号成分を生成するように９０°のような選択された位相シフトにより分割された上記成分駆動信号の一方の位相をシフトさせる通常のハイブリッド回路４６を含んでいる。ハイブリッド回路構成体４０は、また、（ｉ）Ｑチャネル入力ポート４４を駆動することなくＩチャネル入力ポート４２が基準位相において駆動されるリニアＩチャネルモード、（ｉｉ）Ｉチャネル入力ポート４２を駆動することなくＱチャネル入力ポート４４が選択された位相オフセットを加えた基準位相において駆動されるリニアＱチャネルモード、（ｉｉｉ）Ｉチャネル入力ポート４２が基準位相において駆動され、Ｑチャネル入力ポート４４が選択された位相オフセットを加えた基準位相において駆動される直交モード、（ｉｖ）Ｉチャネル入力ポート４２が基準位相において駆動され、Ｑチャネル入力ポート４４が選択された位相オフセットを引いた基準位相において無線周波数増幅器により駆動される反直交（anti-quadrature）モードのような幾つかの個別のコイル動作モードのうちの選択された１つを実現する駆動信号を生成するためにハイブリッド回路４６の出力を任意に変更する追加の回路構成体５０を含んでいる。幾つかの実施の形態では、上記選択された位相オフセットは９０°である。

引き続き図１を参照すると、必要に応じて、傾斜磁場コントローラ５４は、磁気共鳴の励起をスラブ又は他の局在化領域に局在化するように傾斜磁場コイル２８を動作させる。必要に応じて、傾斜磁場コントローラ５４は、１つ又はそれ以上の空間符号化傾斜磁場パルスを与えるように傾斜磁場コイル２８を動作させる。

図１の実施の形態では、磁気共鳴シーケンスの読取りフェーズの間に磁気共鳴信号を読み取るために、無線周波数レシーバ５６が図示されている局所コイル３４と動作可能に接続されている。代替として、幾つかの実施の形態では、送信フェーズの間のハイブリッド回路構成体４０との直交型ボディコイル３０の動作可能な接続と、読取りフェーズの間の無線周波レシーバ５６との動作可能な接続とを切り換えるための好適な無線周波回路構成体が与えられた状態で、無線周波レシーバ５６は、読取りフェーズの間直交型のボディコイル３０のＩ及びＱチャネル入力ポート４２，４４と動作可能に結合される。必要に応じて、傾斜磁場コントローラ５４は、磁気共鳴信号の追加の空間符号化（すなわち、読取り符号化）を与えるように読取りフェーズの間傾斜磁場コイル２８を動作させる。

上記読取りの間に得られる磁気共鳴サンプルは、データバッファ５８に記憶される。磁気共鳴データプロセッサ６０は、有用な情報を取り出すために得られた磁気共鳴データの処理を行う。画像化アプリケーションにおいて、データプロセッサ６０は、高速フーリエ変換又は磁気共鳴データの生成の間に与えられる選択された空間符号化に適合する他の画像再構成アルゴリズムを用いて画像の再構成を適切に行う。分光学的アルゴリズムでは、データプロセッサ６０により行われる処理は、例えば、化学シフト及びＪカップリングデータを元に戻すためにスペクトル高速フーリエ変換操作を行うことを含み得る。結果として得られる処理データ（例えば、画像，スペクトル等）は、適切に、データ／画像メモリ６２に記憶され、ユーザインターフェース６４に表示され、印刷され、インターネット若しくはローカルエリアネットワークを通じて伝達され、不揮発性の記憶媒体に記憶されるか、又は、他の方法で用いられる。図１に示されている例の構成では、ユーザインターフェース６４は、また、磁気共鳴断層撮影装置１０を制御するために放射線科医又は他のオペレータを断層撮影装置コントローラ６６と結びつけもする。他の実施の形態では、分離した断層撮影装置制御インターフェースが設けられ得る。

図３を参照すると、切り替え可能なハイブリッド回路構成体４０は、単一の無線周波数増幅器３８によって出力される無線周波数駆動信号７０を２つの成分駆動信号７２，７４（Ｑチャネルを駆動するために指定される成分駆動信号７４は９０°位相シフトされている。）に分割することにより通常の直交駆動信号成分を出力する通常のハイブリッド回路４６をベースとしている。追加の回路構成体５０は、成分駆動信号７２，７４を受け取り、図３において「Ｓ１」、「Ｓ２」、「Ｓ３」及び「Ｓ４」と示されている４つの高速スイッチの適切な設定により４つのコイル動作モードのうちの１つを選択的に実現する。スイッチ「Ｓ１」及び「Ｓ３」は、Ｉチャネルのために指定された駆動信号７２に対して動作し、１８０°位相シフタの１つ７６を選択的に与えるか、又は、Ｉチャネル入力ポート４２の通常の５０オームの入力インピーダンスに対応する図示されている５０オームのインピーダンス７８，８０のような適切なインピーダンスを用いて信号７２及びＩチャネル入力ポート４２を終端させる。（他のインピーダンスが用いられることが可能であり、典型的には、Ｉチャネル入力ポートインピーダンスに対応するように選択される。）スイッチ「Ｓ２」及び「Ｓ４」は、Ｑチャネルのために指定された駆動信号７４に対して動作し、１８０°位相シフタ８６、（必要に応じて簡単な有線接続により実現される）０°位相シフタ８２の１つを選択的に与えるか、又は、Ｑチャネル入力ポート４４の通常の５０オームの入力インピーダンスに対応する図示されている５０オームのインピーダンス８８，９０のような適切なインピーダンスを用いて信号７４及びＱチャネル入力ポート４４を終端させる。（他のインピーダンスが用いられることが可能であり、典型的には、Ｑチャネル入力ポートインピーダンスに対応するように選択される。）

表１に詳述されているように、４つの高速スイッチ「Ｓ１」，「Ｓ２」，「Ｓ３」，「Ｓ４」の選択的な動作により、４つの選択可能なコイルのモードのうちの任意の１つが選択され得る。追加の回路構成体５０に入力される成分駆動信号７２，７４は、位相０°（すなわち、基準位相）及び９０°をそれぞれ有している。より一般的には、ハイブリッド回路４６は、成分駆動信号７２の基準位相と成分駆動信号７４の位相との選択された位相シフトを与える。表１の位相差は、ハイブリッド回路４６が成分駆動信号７２の基準位相と成分駆動信号７４の位相との間に９０°の位相差を与えると仮定している。より一般的には、ハイブリッド回路４６が成分駆動信号７２の基準位相と成分駆動信号７４の位相との間に選択された位相差を与えると、上記直交モードが上記選択された位相差を伴ってIチャネル入力ポート及びＱチャネル入力ポートの両方を駆動するのに対して、上記反直交モードは１８０°を引いた上記選択された位相差に等しい位相差を伴ってIチャネル入力ポート及びＱチャネル入力ポートの両方を駆動する。

必要に応じて、ハイブリッド回路４６は、第１及び第２の選択された倍率だけ成分駆動信号７２，７４をそれぞれスケール変更する。そのようなスケール変更は、例えば、対象物の非等方的な体積、被検体の既知の典型的な非対称性（例えば、水平方向の内腔部の内側の支持部上に位置する被験者は、典型的には、肩のために垂直方向に対して水平方向に沿ってより大きい質量を持つ。）等の理由である。上記第１の選択された倍率と第２の選択された倍率とが等しい場合、空間的に等方的なＢ_１磁場が、コイル装荷の無い状態で上記直交モード及び反直交モードの磁場において生成される。ハイブリッド回路４６において上記第１及び第２の倍率を実現する代わりに、これらの振幅シフトは追加の回路構成体５０において実現され得る。

図３の切り替え可能なハイブリッド回路構成体４０は、一例である。２つ又はそれ以上の選択可能なコイル動作モードを与えるように他の回路が生成され得る。図３の切り替え可能なハイブリッド回路構成体４０は、直交型ボディコイルを使用する一般的な通常の無線周波励起システムの構成要素である通常のハイブリッド回路４６を組み込んでいる。従って、そのような既存のシステムは、追加の回路構成体５０を付加することにより、選択可能なリニアＩチャネル、リニアＱチャネル、直交及び反直交の各コイル動作モードを与えるように容易に改良される。しかしながら、他の実施の形態ではハイブリッド回路４６が既存のハイブリッド回路４６を基礎としていないハイブリッド回路に置き換えられ得ることが理解されるべきである。

図４を参照すると、例えば、変更された切り換え可能なハイブリッド回路構成体４０′は、通常のハイブリッド回路４６が成分駆動信号７２，７４′間に９０°の位相シフトを与えない信号スプリッタ４６′に置き換えられた（すなわち、成分駆動信号７４′は成分駆動信号７２と同じ位相を有している。）ことを除き、図３のハイブリッド回路構成体４０と同様である。この変化に適応させるために、変更された追加の回路構成体５０′は、１８０°位相シフタ７６を省き（これを、公称０°位相シフトを与える直接的な有線接続に置き換えている）、図３の０°及び１８０°位相シフタ８２，８６を−９０°（すなわち２７０°）及び９０°位相シフタ８２′，８６′と置き換えている。図４のハイブリッド回路構成体に関するリニアＩチャネル，リニアＱチャネル、直交及び反直交コイル動作モードのためのスイッチの設定が表２に示されている。

図５を参照すると、他の例のハイブリッド回路構成体４０″が示されており、このハイブリッド回路構成体４０″は、追加の回路構成体５０が、図５では、０°位相シフタ８２を省き、３路スイッチ「Ｓ２」及び「Ｓ４」を２路スイッチ「Ｓ２」及び「Ｓ４」に置き換えた追加の回路構成体５０″をもたらすように変更されたことを除き、図３のハイブリッド回路構成体４０と同一である。これらの変化の結果は、上記反直交モードを省くことである。すなわち、図５のハイブリッド回路構成体４０″の動作は、反直交モードがアクセス可能ではないことを除き、表１に記載されている通りである。

上記の例のハイブリッド回路構成体４０，４０′，４０″は、複数の個別のコイル動作モードを与える開示された切り替え可能なハイブリッド回路構成体を実現するための種々のやり方が存在することを説明している。これらの例は網羅的ではなく、同一のコイル動作モード、リニアＩチャネル，リニアＱチャネル，直交及び反直交動作モードのサブセット又は追加の若しくは他のコイル動作モードを与えるために他の回路構成が構築され得る。

幾つかの実施の形態では、ハイブリッド回路構成体４０，４０′，４０″のスイッチは、例えば、単一の無線周波励起パルス又はパルスパケットの時間枠内において利用可能なコイル動作モードの時間平均化を可能にするために、ミリ秒、サブミリ秒又はより早い範囲において動作する高速スイッチである。幾つかの好適な高速スイッチは、スイッチングＦＥＴデバイスのような半導体をベースとする電気的に活性化されるスイッチである。例えば、それぞれが無線周波数増幅器３８により出力される選択された無線周波電力又は振幅で動作するリニアＩチャネル，リニアＱチャネル，直交及び反直交コイル動作モードの好適な時間平均化により、空間的なＢ_１不均一性が補償され得る。

図６を参照すると、Ｂ_１不均一性の時間平均化補償の原理が説明されている。図６は、３テスラの静（Ｂ_０）磁場において直交型のボディコイル内に配された楕円形の心臓の模型（アスペクト比＝１９ｃｍ／３５ｃｍ＝０．５４、長さ＝３４ｃｍ、導電率＝０．５Ｓ／ｍ、比誘電率＝７８）のモデリングのためにハイブリッド回路構成体４０により実現されたリニアＩチャネル，リニアＱチャネル，直交及び反直交コイル動作モードのそれぞれに関する送信｜Ｂ_１ ^＋｜磁場を示している。図６の｜Ｂ_１ ^＋｜磁場のマップ並びに図７及び図８の変更されたフリップ角の分布では、ほぼ平均の｜Ｂ_１ ^＋｜磁場（フリップ角）強度の領域が白色のグレースケール値で示されているのに対して、低い又は高い｜Ｂ_１ ^＋｜磁場（フリップ角）強度の領域は暗いグレースケール値で示されている。すなわち、かなり均一な領域は白く、不均一性の大きな原因となる領域は暗い。主に心臓の模型における誘電及び渦電流効果のために、上記コイル動作モードのそれぞれに関して大幅な空間的不均一性が見られる。時間平均化されたＢ_１磁場は、ハイブリッド回路構成体４０，４０′，４０″を用いた単一のＢ_１パルス又はパルスパケットの生成中に上記コイル動作モードの２つ又はそれ以上の間を切り換えることにより生成され得る。ある期間にわたってあるＢ_１磁場により与えられるフリップ角は

（γは磁気回転比である。）により与えられる。無線周波数増幅器３８により出力される一定の振幅のために、上記リニアＩチャネルコイル動作モードにより生成されるフリップ角は、γ｜Ｂ_１ ^＋｜_０°・τ_０°（｜Ｂ_１ ^＋｜_０°はリニアＩチャネルモードに関するＢ_１磁場の分布であり、τ_０°はリニアＩチャネルモードが与えられる時間である。）として好適に表される。同様に、上記リニアＱチャネルコイル動作モードにより生成されるフリップ角は、γ｜Ｂ_１ ^＋｜_９０°・τ_９０°（｜Ｂ_１ ^＋｜_９０°はリニアＱチャネルモードに関するＢ_１磁場の分布であり、τ_９０°はリニアＱチャネルモードが与えられる時間である。）として好適に表される。上記直交コイル動作モードにより生成されるフリップ角は、γ｜Ｂ_１ ^＋｜_ｑ・τ_ｑ（｜Ｂ_１ ^＋｜_ｑは直交モードに関するＢ_１磁場の分布であり、τ_ｑは直交モードが与えられる時間である。）として好適に表される。上記反直交コイル動作モードにより生成されるフリップ角は、γ｜Ｂ_１ ^＋｜_ａｑ・τ_ａｑ（｜Ｂ_１ ^＋｜_ａｑは反直交モードに関するＢ_１磁場の分布であり、τ_ａｑは反直交モードが与えられる時間である。）として好適に表される。（高速切り換えに関する良好な見積もりであるいかなるスピン緩和も無視する）上記リニアＩチャネル，リニアＱチャネル，直交及び反直交コイル動作モードの連続的な時間平均化のための時間平均化出力は、線形結合により与えられる。
θ＝γ｜Ｂ_１ ^＋｜_０°・τ_０°＋γ｜Ｂ_１ ^＋｜_９０°・τ_９０°＋γ｜Ｂ_１ ^＋｜_ｑ・τ_ｑ＋γ｜Ｂ_１ ^＋｜_ａｑ・τ_ａｑ （２）
実際には、式（２）は、フリップ角θの効果的なパルス又はパルスパケットを生成するために図６に示されている４つのＢ_１磁場のパターンの時間重み付けされた組み合わせを必要とする。

図７を参照すると、フリップ角全体の均一性を改善する１つの手法では、リニアＩチャネル及びリニアＱチャネルモードが、τ_０°＝０．９５３τ及びτ_９０°＝０．７５３τ（τは、所望の無線周波励起パルスの持続時間に達するように選択される倍率である。）の持続時間で連続的に時間平均される。その場合、調整されたフリップ角θ＝γ｜Ｂ_１ ^＋｜_０°τ_０°＋γ｜Ｂ_１ ^＋｜_９０°τ_９０°は、０．１８８のユニットレス標準偏差を伴って図７に示されている分布を有する。これは、標準偏差対純粋な直交モードを用いた動作において４０％の減少である。

図８を参照すると、τ_ａ＝０．４９２τ及びτ_ａｑ＝０．８１５τで直交及び反直交モードが連続的に時間平均された際の結果が示されている。その場合、調整されたフリップ角θ＝γ｜Ｂ_１ ^＋｜_ａτ_ａ＋γ｜Ｂ_１ ^＋｜_ａｑτ_ａｑは、０．１６５のユニットレス標準偏差を伴って図８に示されている分布を有する。これは、標準偏差対純粋な直交モードを用いた動作において４７％の減少である。

図７及び図８の例はそれぞれ、専ら２つのコイル動作モードを組み合わせている。３つ、４つ又はそれ以上の異なるコイル動作モードを組み合わせることにより更なる均一性の改善が見込まれる。

再び図１を参照すると、ある被検体の改善された空間的なスピンのフリップ角の均一性を実現するために時間平均化されたモードの適切な組み合わせを決定するため、種々の技術が用いられ得る。一般に、スイッチ設定シーケンス発生器９４は、パラメータτ_０°，τ_９０°，τ_ａ及びτ_ａｑを時間平均化するパラメータ（又は、コイル動作モードの全てが平均されるべきではない場合にはこれらのパラメータの何らかのサブセット、若しくは上記ハイブリッド回路構成体が他の動作モードを与えるように構成されている場合には同等のパラメータ）を適切に決定する。１つの手法では、スイッチ設定シーケンス発生器９４は、種々の異なるサイズ及びアスペクト比のコイル装荷による対応するＢ_１不均一性を補正するためにハイブリッド回路構成体４０，４０′，４０″に関するスイッチ設定シーケンスを指定する所定の記憶されたローディングルックアップテーブルである。被検体の磁気共鳴映像のプレスキャンは、画像化対象物のサイズ及びアスペクト比を決定するように行われ、各個別のモードに関する対応するパラメータは、ルックアップテーブルを介して得られる。他の実施の形態では、スイッチ設定シーケンス発生器９４は、被検体のプレスキャンから推定される誘電マップ（dielectric map）を用いる均一性のパラメータに対してそれぞれのパラメータτ_０°，τ_９０°，τ_ａ及びτ_ａｑを最適化する有限要素シミュレータを含み得る。他の実施の形態では、局所コイル３４又は専用プローブと接続されたアナライザ又は磁場センサが、複数のパイロットパルスのそれぞれを用いて得られる実際のＢ_１フリップ角を分析又は測定し得る。上記パラメータは、目的とするフリップ角の均一性が実際に達成されるまで動的に又は反復して調整され得る。

上記時間平均化された無線周波励起パルスにおけるリニアＩチャネル、リニアＱチャネル、直交及び／又は反直交モードの適用の順序付けは、重要ではない。切り替え動作の急激さ（abruptness）に依存して、あるモードから次のモードに徐々に又は滑らかに移行することを可能にするある順序付けを用いる何らかの利点が存在し得る。例えば、表１を参照すると、リニアＩチャネル／反直交／直交／リニアＱチャネルのモード配列は、各移行に関して４つのスイッチ「Ｓ１」，「Ｓ２」，「Ｓ３」，「Ｓ４」のうちの２つのみを変化させることを伴うことが分かり、これは過渡現象を低減する際に有利であり得る。

本発明が、好ましい実施の形態を参照して説明された。先の詳細な説明を読んで理解すると、別の物に改良及び変更が行われ得る。本発明は、添付の特許請求の範囲又はそれと同等のものの範囲内で成立する限りにおいて、全てのそのような改良及び変更を含むように構成されることを意図している。

２つ又はそれ以上の異なるモードにおいて直交型のボディコイルを動作させる切り換え可能なハイブリッド回路構成体を含む磁気共鳴断層撮影装置を模式的に示している。 単一の無線周波数増幅器と、切り替え可能なハイブリッド回路構成体と、直交型のボディコイルとを含む図１の断層撮影装置の無線周波励起システムを模式的に示している。 図１及び図２の切り換え可能なハイブリッド回路構成体の詳細を模式的に示している。 既存の通常のハイブリッド回路を基礎としていない、異なる切り換え可能なハイブリッド回路を模式的に示している。 リニアＩチャネル、リニアＱチャネル及び直交モードのみを与える、異なる切り換え可能なハイブリッド回路構成体を模式的に示している。 ３テスラの静（Ｂ_０）磁場における楕円形の心臓の模型のモデリングのためにリニアＩチャネル，リニアＱチャネル，直交及び反直交コイル動作モードのそれぞれに関する中心の横送信｜Ｂ_１ ^＋｜磁場を示している。 リニアＩチャネル及びリニアＱチャネルモードがそれぞれτ_０°＝０．９５３τ及びτ_９０°＝０．７５３τの持続時間で連続的に時間平均化される、時間平均化された無線周波励起パルスのための楕円形の心臓の模型に関する中心の横方向の変更されたフリップ角の分布を示している。 直交及び反直交モードがそれぞれτ_ａ＝０．４９２τ及びτ_ａｑ＝０．８１５τの持続時間で連続的に時間平均化される、時間平均化された無線周波励起パルスのための楕円形の心臓の模型に関する中心の横方向の変更されたフリップ角の分布を示している。

Claims (23)

1. Iチャネル入力ポートとＱチャネル入力ポートとを有する直交コイルを駆動するために無線周波数駆動信号を前記直交コイルと動作可能に結合するように構成されたハイブリッド回路構成体であって、
   （ｉ）前記Ｑチャネル入力ポートを駆動することなく前記Ｉチャネル入力ポートが駆動されるリニアＩチャネルモード、（ｉｉ）前記Ｉチャネル入力ポートを駆動することなく前記Ｑチャネル入力ポートが駆動されるリニアＱチャネルモード、（ｉｉｉ）前記Ｉチャネル入力ポート及び前記Ｑチャネル入力ポートの両方が選択された正の位相差を伴って駆動される直交モード及び（ｉｖ）前記Ｉチャネル入力ポート及び前記Ｑチャネル入力ポートの両方が選択された負の位相差を伴って駆動される反直交モードよりなる群から選択された少なくとも２つのコイルモードの１つにおいて構成可能である当該ハイブリッド回路構成体。
2. 前記正及び負の選択された位相差は、それぞれ＋９０°及び−９０°である請求項１記載のハイブリッド回路構成体。
3. 前記少なくとも２つのコイルモードは、前記４つのコイルモード（ｉ）、（ｉｉ）、（ｉｉｉ）及び（ｉｖ）全てを含む請求項２記載のハイブリッド回路構成体。
4. 無線周波励起パルスの時間的変化の形成がコイル装荷を補償することを可能にするようにサブミリ秒の切り替え速度でコイルモード間を切り換え可能である請求項１記載のハイブリッド回路構成体。
5. 前記群（ｉ）、（ｉｉ）、（ｉｉｉ）、（ｉｖ）から選択された前記少なくとも２つのコイルモード間を切り換えるスイッチを更に含む請求項１記載のハイブリッド回路構成体。
6. 第１の予め設定された倍率により前記Ｉチャネル入力ポートの駆動をスケール変更し、第２の予め設定された倍率により前記Ｑチャネル入力ポートの駆動をスケール変更する請求項１記載のハイブリッド回路構成体。
7. 前記第１の予め設定された倍率は、前記第２の予め設定された倍率に等しい請求項６記載のハイブリッド回路構成体。
8. 請求項１の前記ハイブリッド回路構成体に関連してなされる方法であって、
   被検体による前記直交コイルのＢ_１不均一性を補償する無線周波励起を引き起こす前記少なくとも２つのコイルモードの時間シーケンスを決定することと、
   前記直交コイルを用いて前記被検体における磁気共鳴を励起することと
   を有し、前記励起は、前記少なくとも２つのコイルモードの決定された前記時間シーケンスに従って前記ハイブリッド回路構成体を動作させることを含む
   当該方法。
9. 前記直交コイルは、直交型のボディコイル及び直交型のヘッドコイルのうちの１つである請求項８記載の方法。
10. 少なくとも走査領域において静磁場を発生させる主磁石と、
    前記走査領域と結合される直交コイルであって、Ｉチャネル入力ポート及びＱチャネル入力ポートを有する当該直交コイルと、
    ほぼ磁気共鳴周波数において無線周波数駆動信号を生成するように構成された無線周波数増幅器と、
    （ｉ）前記Ｑチャネル入力ポートを駆動することなく前記Ｉチャネル入力ポートが駆動されるリニアＩチャネルモード、（ｉｉ）前記Ｉチャネル入力ポートを駆動することなく前記Ｑチャネル入力ポートが駆動されるリニアＱチャネルモード、（ｉｉｉ）前記Ｉチャネル入力ポート及び前記Ｑチャネル入力ポートの両方が選択された正の位相差を伴って駆動される直交モード及び（ｉｖ）前記Ｉチャネル入力ポート及び前記Ｑチャネル入力ポートの両方が選択された負の位相差を伴って駆動される反直交モードよりなる群から選択された少なくとも２つのコイルモードの選択可能な１つにおいて前記直交コイルを駆動するために前記無線周波数駆動信号を前記直交コイルと動作可能に結合するハイブリッド回路構成体と
    を有する磁気共鳴断層撮影装置。
11. 前記直交コイルは、直交型のボディコイル及び直交型のヘッドコイルのうちの１つである請求項１０記載の磁気共鳴断層撮影装置。
12. 前記少なくとも２つのコイルモードは、前記４つのコイルモード（ｉ）、（ｉｉ）、（ｉｉｉ）及び（ｉｖ）全てを含む請求項１０記載の磁気共鳴断層撮影装置。
13. 前記選択された正の位相差は＋９０°であり、前記選択された負の位相差は−９０°である請求項１０記載の磁気共鳴断層撮影装置。
14. 前記ハイブリッド回路構成体は、
    前記無線周波数駆動信号をそれらの間に９０°の位相差を伴う２つの成分駆動信号に分割するハイブリッド回路と、
    前記選択されたコイルモードに従って前記２つの成分駆動信号を選択的に変更し、前記直交コイルの前記Ｉ及びＱチャネル入力ポートに伝達する少なくとも複数のスイッチを含む追加の回路構成体と
    を含む請求項１３記載の磁気共鳴断層撮影装置。
15. 前記追加の回路構成体は、１つ又はそれ以上の位相シフタを追加として含む請求項１４記載の磁気共鳴断層撮影装置。
16. 磁気共鳴励起中に対応するＢ_１不均一性を補正するために前記ハイブリッド回路構成体により実行可能なスイッチ設定シーケンスを生成するスイッチ設定シーケンス発生器を更に含む請求項１０記載の磁気共鳴断層撮影装置。
17. 前記スイッチ設定シーケンス発生器は、対応するＢ_１不均一性を補正するために前記ハイブリッド回路構成体に関するスイッチ設定シーケンスを指定するローディングルックアップテーブルを含む請求項１６記載の磁気共鳴断層撮影装置。
18. Ｉ及びＱチャネル入力ポートを有する直交コイルを用いて磁気共鳴を励起する方法であって、
    無線周波数駆動信号を２つの駆動信号成分に分割することと、
    機能する駆動信号成分を生成するように前記駆動信号成分の少なくとも１つを選択的に変更することであって、（ｉ）９０°の正又は負の倍数だけ前記駆動信号成分の少なくとも１つを位相シフトさせること及び（ｉｉ）前記駆動信号成分の１つを終端することの少なくとも１つを含む当該変更することと、
    磁気共鳴を励起するために前記機能する駆動信号成分を前記直交コイルの前記Ｉチャネル及びＱチャネル入力ポートに与えることと
    を有する当該方法。
19. 被検体による前記直交コイルの装荷を補償するように構成される時間的に変化するスイッチ設定シーケンスを決定することと、
    前記直交コイルを用いて前記被検体における磁気共鳴を励起するように決定された前記時間的に変化するスイッチ設定シーケンスに従って選択的な変更及び適用を行うことと
    を更に含む請求項１８記載の方法。
20. 磁気共鳴を励起するためにＩ及びＱチャネル入力ポートを有する直交コイルを動作させる際に用いるための装置であって、
    無線周波駆動信号を２つの駆動信号成分に分割するように構成された回路と、
    ２つ又はそれ以上のコイル動作モードの離散的な数のうちの１つを生成するために前記駆動信号成分を選択的に変更するように構成された追加の回路構成体と
    を有する当該装置。
21. 前記追加の回路構成体は、
    ９０°の正又は負の倍数だけ前記駆動信号成分の１つを位相シフトさせる位相シフタと、
    前記駆動信号成分の１つを選択的に終端する切り換え可能なインピーダンスと
    を含む請求項２０記載の装置。
22. 前記位相シフタは、少なくとも１つの位相シフタが前記２つの駆動信号成分のそれぞれに関して選択的に動作する状態で少なくとも２つの位相シフタを含むとともに、前記切り替え可能なインピーダンスは、１つの切り替え可能なインピーダンスが前記２つの駆動信号成分のそれぞれを選択的に終端する状態で２つの切り替え可能なインピーダンスを含む請求項２１記載の装置。
23. 前記回路は、前記無線周波数駆動信号をそれらの間に９０°の位相シフトを伴うＩ及びＱ駆動信号成分に分割するように構成されたハイブリッド回路を含む請求項２０記載の装置。

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