JP2009534161A

JP2009534161A - マルチエレメントｒｆコイルの簡単なデカップリング並びにそれによるデチューニング及びマッチング機能

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Publication number: JP2009534161A
Application number: JP2009507872A
Authority: JP
Inventors: フィンデクレー，クリスティアン
Original assignee: Koninklijke Philips NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2006-04-24
Filing date: 2007-04-03
Publication date: 2009-09-24
Anticipated expiration: 2027-04-03
Also published as: CN101427150B; EP2016436A1; CN101427150A; US8049504B2; JP5357010B2; US20090076377A1; WO2007124247A1

Abstract

本発明の１観点により、コイルシステムを開示する。コイルはコイルエレメントを含む。コイルは少なくとも次の動作のうち１つを行う：ＲＦ励起パルスを検査領域に送信する；及び検査領域からの反応ＲＦパルスを受信する。補償ネットワークはデカップリングセグメントを含む。デカップリングセグメントの各々は、少なくとも１／４波長（又は均等）である選択した電気長を有し、関連するコイルエレメント及びリアクティブネットワークに電気的に結合する。リアクティブネットワークはキャパシター及び／又はインダクターを含む。補償ネットワークはコイルエレメント間の磁気カップリングを少なくとも補償する。

Description

本願は磁気共鳴技術に関する。本願はとりわけ磁気共鳴画像化のコイルとスキャナーを適用領域とし、とりわけそれを参照して記載を行う。より一般的には、本願の適用領域は画像化、分光等のための磁気共鳴システムである。

磁気共鳴画像化（ＭＲＩ）装置は患者の検査に普通に用いられている。ＭＲＩでは、ＲＦコイルを用いて画像化対象の内部にＢ_１磁場を生成することにより、原子核のスピンを励起する。ＲＦコイルは、その核スピンからの信号を検出するためにも用いる。

いくつかのマルチチャネル送受信ＭＲＩシステムにおいては、複数の送信部の１つが、ＲＦコイルの又はコイルセグメントの各々に割り当てられ、かつ、送信するＲＦ波の振幅及び／又は位相及び／又は波形を独立して調整するために提供される。また、複数の受信部の１つが、ＲＦコイルの又はコイルセグメントの各々に割り当てられる。より詳細には、送信するＲＦ波に独立した振幅及び／又は位相及び／又は波形を用いるのは、検査対象の誘電性共鳴を補償し、所望の励起パターンを励起及び最適化し、又は、トランスミットＳＥＮＳＥにおけるように、送信パルス長を短縮するためである。

いくつものＲＦ送信器を狭い場所に近接して並べると、アンテナ又はコイルエレメント同士の間に相互カップリングが起こってしまう。カップリングしたアンテナエレメントの電流の位相と振幅は相関してしまう。電力がＲＦ送信チャネルの間で交換されてしまう。

相互カップリングを補償するひとつの方法は、受動デカップリングネットワークを用いることである。受動的なデカップリングの方法を有効に適用できるのは、コイルの数が少ない場合だけである。チャネルの数が多くなると容量性の及び／又は誘導性のエレメントの決定が非常に困難になるからである。加えて、デカップリング及びマッチングネットワークを決定し組み立てることができるのは、期待される標準的な負荷に対してだけである。これは実際の負荷と同じであるとは限らない。強磁場では、負荷のほんの小さな変動がエレメントのデカップリングに多大な影響を及ぼし得る。受動デカップリングネットワークにおける別の問題は、コネクターの寄生キャパシタンス及びインダクタンスの存在を含む。これは好ましくない共鳴を引き起こし得る。

本願は前述の課題等を解決する新規かつ進歩した方法及び装置を提供する。

本発明の別の観点により、磁気共鳴システムを開示する。主磁石は検査領域に主磁場を生成する。複数のＲＦ送信器が、検査領域における選択したダイポールの共鳴周波数でＲＦ共鳴励起パルスを生成する。複数のＲＦ受信器が、検査領域におけるダイポールからの共鳴信号を受信し復調する。複数のＲＦコイルエレメントを検査領域に近接して配置する。実効的に１／４波長である複数のケーブルは、各々ＲＦケーブルコンダクターを含み、コイルエレメントとリアクティブネットワークとの間に接続される。送信器及び／又は受信器のうち少なくとも１つを、このケーブルを用いてコイルに接続することができる。

１つの利点は、各コイルエレメントはそれ以外のコイルエレメントから個別にデカップルされていることである。

当業者は後述の詳細な記載を読み理解することによって、本発明のまた更なる利点を認識することになる。

本発明は様々な部品及び部品の変形の形を取ってもよく、様々な工程及び工程の変形の形を取ってもよい。図面は好適な実施例を説明する目的のためだけのものであり、本発明を限定するように解釈してはならない。

図１及び図２を参照すると、ＭＲＩシステム８はスキャナー１０を含む。スキャナー１０はハウジング１２を含む。ハウジング１２は検査領域１４を定める。検査領域１４の中で患者又は他の画像化対象１６を、患者サポート又は寝台１８に配置する。主磁石２０はハウジング１２の中に配置し、主磁場Ｂ_０を検査領域１４に生成する。典型的には、主磁石２０は超伝導磁石であり、極低温シュラウド２４により覆われる。しかし、常伝導磁石又は永久磁石を主磁石に用いることもできる。様々な主磁場Ｂ_０を考えることができる。例えば３Ｔではプロトンの共鳴周波数は１２８ＭＨｚであり、７Ｔではプロトンの共鳴周波数は３００ＭＨｚである。傾斜磁場コイル３０はハウジング１２の内部又は表面に配置し、検査領域１４の中の主磁場に選択した傾斜磁場を重ね合わせる。ＲＦコイルシステム又はその変形３４はシールド４０に囲まれ、検査領域１４に配置する。コイルシステム３４は１つ以上のＲＦコイル３６を含む。ＲＦコイル３６の各々は複数のＲＦコイルエレメント、セグメント、ループ又はラング３８を含む。ＲＦコイルエレメント、セグメント、ループ又はラング３８の各々は異なる大きさ及び位置であってもよい。図示しているのは頭部局所コイルだが、身体全体コイル、局所表面コイル等も同様に想到できることを認識する必要がある。コイル３６はＴＥＭコイル、バードケージ共鳴器、ループ共鳴器の変形、等であってもよい。この実施例では、コイル３６は複数（ｎ個）のエレメント又はセグメント３８_１、３８_２、３８_３、．．．、３８_ｎを含む。これらは検査の対象とする物体を取り巻き又はその中に配置する。コイル３６は、例えば、円筒形であるが、勿論他の形状を取ってももよい。例えば楕円断面形、半円断面形、半楕円断面形、等である。後に詳細に記述する通り、ケーブルアセンブリー（各々選択した電気長である）を含む補償ネットワーク４２は、コイル３６及びリアクティブネットワークに結合され、それによりコイルエレメント３８を互いから少なくともデカップルする。

続けて図１を参照すると、ＭＲＩコントローラー４８は傾斜磁場コントローラー５０を操作する。傾斜磁場コントローラー５０は傾斜磁場コイル３０に結合し、選択した傾斜磁場を検査領域１４における主磁場に重ね合わせる。ＭＲＩコントローラー４８はまた、複数の（例えばｎ個の）ＲＦ送信器５２を操作する。ＲＦ送信器５２の各々は、送受信スイッチ５４によって、個別のＲＦコイルエレメント３８_１、３８_２、３８_３、．．．、３８_ｎ（又はセグメントの部分集合）に結合する。これにより、選択したＲＦ励起パルスを磁気共鳴周波数近辺で検査領域１４に画像化のため投射する。ＲＦ送信器５２は個別に操作され、異なる位相及び振幅を持つことができる。ＲＦ励起パルスは画像化対象１６内に磁気共鳴信号を励起する。磁気共鳴信号は選択した傾斜磁場によって空間的に符号化される。また更にＭＲＩコントローラー４８は複数の（例えばｎ個の）ＲＦ受信器５６を操作する。ＲＦ受信器５６の各々は、個別に制御され、コイルシステム３４の個別のコイルエレメント３８_１、３８_２、３８_３、．．．、３８_ｎに送受信スイッチ５４によって接続される。これにより受信した空間的に符号化された磁気共鳴信号を復調する。送信のみ及び／又は受信のみのコイルを用いる実施例では、送受信スイッチは省かれる。かかるコイルは受信又は送信のうち１つの局面でデチューンされる。送信と受信の双方で用いるコイルは電気的に切り離したりデチューンしたりする必要はない。ただし他のコイルが使われている最中にもそのコイルがスキャナーの内部に残るような適用の場合を除く。受信した空間的に符号化された磁気共鳴（ＭＲ）信号のデータはＭＲデータメモリー６０に格納する。

再構成プロセッサー、アルゴリズム、装置、又は他の手段６２は、格納した磁気共鳴データを、検査領域１４の内部に位置する画像化対象１６（又はその選択した部分）の再構成済み画像に再構成する。再構成プロセッサー６２はフーリエ変換による再構成技術又は他の適切な（データの収集に用いた空間符号化と適合する）再構成技術を用いる。再構成済み画像は画像メモリー６４に格納する。再構成済み画像はユーザーインターフェース６６で表示することができ、ＬＡＮ又はインターネットで転送することができ、プリンターで印刷でき、又はその他の方法で活用できる。図示の実施例では、放射線技師又は他のユーザーは、ユーザーインターフェース６６を用いて、ＭＲＩコントローラー４８とインターフェースを取ることもできる。これにより画像化シーケンスを選択し、変更し、又は実行する。他の実施例では、スキャナー１０の操作と、再構成済み画像の表示又は他の操作とに、別々のユーザーインターフェースを提供する。

前述のＭＲＩシステム８は説明用の例である。一般的に、実質的にいかなるＭＲＩスキャナーも本願に開示するＲＦコイルを組み込むことができる。例えば、スキャナーは開放型スキャナー、垂直ボアスキャナー、低磁場スキャナー、強磁場スキャナー等であり得る。図１の実施例では、コイル３６をＭＲシーケンスの送信と受信との両方の局面で用いる。しかし、他の実施例では、送信と受信に別のコイルを提供してもよい。ここで送信コイルと受信コイルの一方又は双方で、本願記載のＲＦコイルの設計及び設計手法の一つ以上を組み込んでもよい。

特に図２を参照すると、例示のＲＦボディコイルはＴＥＭコイル３６である。これは原寸に比例していない。ＴＥＭコイル３６は複数のエレメント３８_１、３８_２、３８_３、．．．、３８_ｎを含む。本実施例のエレメント３８_１、３８_２、３８_３、．．．、３８_ｎは互いに平行に配置され、磁場Ｂ_０とも平行に配置され、検査領域１４を取り囲む。図示のコイル３６においては、エレメント３８_１、３８_２、３８_３、．．．、３８_ｎは、電気的に非伝導体であり凡そ円筒状の基盤７２に配置された、印刷回路の帯を含む。ＲＦシールド４０はコイル３６のまわりを丸く延長する。ＲＦシールド４０は印刷基盤７２の反対面の伝導層であってもよく、又は分離した構造であってもよい。各エレメントは、例えば共鳴キャパシター経由で、ＲＦシールド４０に接続する。

図３を参照すると、補償ネットワーク４２はケーブル又はケーブルアセンブリー９８を含む。ケーブル又はケーブルアセンブリー９８の各々は、選択した電気長を特徴とし、関連するエレメント３８_１、３８_２、３８_３、．．．、３８_ｎ及びリアクティブネットワーク１００に電気的に結合する。例えば、各ケーブル９８は、共鳴周波数の１／４波長（λ／４）の電気長又は共鳴周波数の１／４波長（λ／４）に共鳴周波数の１／２波長の整数倍を加えた（λ／４＋ｋλ／２）電気長を特徴とする。他のエレメント又は回路で、１／４波長のケーブル（λ／４）又は１／４波長（λ／４）に１／２波長の整数倍を加えた（λ／４＋ｋλ／２）ケーブルに電気的に均等であるものも考えられる。例えば７Ｔのスキャナーでは、プロトンは３００ＭＨｚの共鳴周波数を持つので、１／４波長の線路はλ／４＝２５ｃｍの長さを持つことになる（線路の相対誘電定数が１の場合）。より詳細には、線路又はＲＦコンダクター１０４の第１の接続点１０２は、関連するエレメント３８_１、３８_２、３８_３、．．．、３８_ｎの第１の接続点１０６に電気的に結合する。線路１０４の第２の接続点１０８は、リアクティブネットワーク１００に電気的に結合する。リアクティブネットワーク１００は、キャパシター及び／又はインダクターのようなリアクティブエレメントを複数含む。リアクティブエレメントの値は、少なくとも二つのエレメント３８_１、３８_２、３８_３、．．．、３８_ｎの各々が互いからデカップルされるように決める。図３の例では、キャパシター１２０及び１２２は、対応する最も近く隣り合うエレメントの対３８_１及び３８_２並びに３８_２及び３８_３の間に結合され、最も近く隣り合うエレメントの対をデカップルする。キャパシター１２４は最も近く隣り合う次のエレメント３８_１及び３８_３の間に結合され、最も近く隣り合う次のエレメントの対をデカップルする。より離れたエレメントからデカップルする追加のリアクティブエレメントを提供することもできる。勿論、リアクティブネットワーク１００は様々な構成で結合する様々な補償用リアクティブエレメントを含むことができると想到される。

各ケーブルアセンブリー９８は、関連するケーブルシールド又はシールド又はシールドコンダクター１３０及びＲＦシールド４０を含む。ケーブルシールド又はシールド又はシールドコンダクター１３０は、関連するエレメント３８_１、３８_２、３８_３、．．．、３８_ｎの各々の第２の接続点１３２に接続する。ＲＦシールド４０はリアクティブネットワーク１００の接地点１３４に接続してもよい。

１つの実施例では、ＰＩＮダイオードのようなスイッチング装置１４０を、コンダクター１０４の第２の接続点１０８と、接地点１３４との間に結合する。これにより、エレメント３８_１、３８_２、３８_３、．．．、３８_ｎを、関連するケーブル９８を接地することによりデチューンする。ボディコイルを送信に用い、ローカルコイルを受信に用いる場合には、ローカルコイルのスイッチング装置１４０は、送信時にローカルコイルをデチューンするように制御される。例えば、スイッチングダイオードにはフォワードバイアスがかけられる。同様に、ボディコイルのスイッチング装置１４０は、受信時にボディコイルをデチューンすることができる。任意で、コイルエレメントをチューンするために追加のチューニングエレメントをスイッチング装置１４０に並列に接続することもできる。

図４を参照すると、バードケージコイルを用いる実施例において、ＲＦコイル３６は、ラングの形態を取る複数のエレメント３８_１、３８_２、３８_３、．．．、３８_ｎを含む。ラングの形態を取る複数のエレメント３８_１、３８_２、３８_３、．．．、３８_ｎは、検査領域１４を取り囲むように互いに並行に配置される。エレメント３８_１、３８_２、３８_３、．．．、３８_ｎは、帰還電流経路を提供する、第１の終端円１５０及び第２の終端円１５２に接続する。エレメント３８_１、３８_２、３８_３、．．．、３８_ｎの各々は、第１の部分１５４及び第２の部分１５６に分割される。これにより第１の接続点１０６及び第２の接続点１３２を露出する。第１の接続点１０６及び第２の接続点１３２は関連するケーブルアセンブリー９８に結合する。図３の実施例と同様に、各ケーブルアセンブリー９８は選択した電気長を特徴とする。各コンダクター１０４の第１の接続点１０２は、関連するエレメント３８_１、３８_２、３８_３、．．．、３８_ｎの第１の接続点１０６に電気的に結合する。コンダクター１０４の第２の接点１０８は、リアクティブネットワーク１００に電気的に結合する。リアクティブネットワーク１００は、キャパシター及び／又はインダクターのようなリアクティブエレメントを複数含む。リアクティブエレメントの値は、少なくとも二つのエレメント３８_１、３８_２、３８_３、．．．、３８_ｎが互いからデカップルされるように決める。図４の例では、キャパシター１２０及び１２２は、対応する最も近く隣り合うエレメントの対３８_１及び３８_２並びに３８_２及び３８_３の間に結合され、最も近く隣り合うエレメントの対をデカップルする。１つの実施例では、最も近く隣り合うエレメント、例えばコイルエレメント３８_１及び３８_２並びに３８_２及び３８_３は、第１の終端円１５０及び第２の終端円１５２のキャパシターとエレメント３８_１、３８_２、３８_３、．．．、３８_ｎの共鳴キャパシターとの間の比率を適切に選択することによって、互いからデカップルされる。これらのキャパシターを集中キャパシター１６０、１６２、１６４として図示する。キャパシター１２４は最も近く隣り合う次のエレメント３８_１及び３８_３の間に結合され、最も近く隣り合う次のエレメントの対をデカップルする。勿論、リアクティブネットワーク１００は様々な構成で結合する様々な補償用リアクティブエレメントを含むことができると想到される。ケーブルシールド１３０はリアクティブネットワーク１００の接地点１３４に接続する。勿論、ケーブルシールド１３０は、コイルの接地点のような別の接地面に接続してもよいと想到される。

図５を参照すると、各コンダクター１０４の第１の接続点１０２は、関連するエレメント３８_１、３８_２、３８_３、．．．、３８_ｎの第１の接続点１０６に接続する。この実施例では、コイルエレメントの第１の接続点１０６は、エレメント３８_１、３８_２、３８_３、．．．、３８_ｎと第１の終端円１５０との間の接続点に配置する。コンダクター１０４の第２の接続点１０８は、リアクティブネットワーク１００に電気的に結合する。各ケーブルアセンブリー９８のシールド１３０は、コイル３６のＲＦシールド又はスクリーン４０と接地点１３４との間に結合する。

図６を参照すると、表面コイルの実装例において、各エレメント３８_１、３８_２、３８_３、．．．、３８_ｎはループである。１つの実施例では、ループは、集中キャパシター１６２として図示する共鳴キャパシターを含む。各ループは、ケーブルアセンブリー９８に結合する第１の接続点１０６及び第２の接続点１３２を露出するために開放している。図３の実施例と同様に、コンダクター１０４の第１の接続点１０２は、関連するループ３８_１、３８_２、３８_３、．．．、３８_ｎの第１の接続点１０６に電気的に結合する。コンダクター１０４の第２の接続点１０８は、リアクティブネットワーク１００に電気的に結合する。リアクティブネットワーク１００は、キャパシター及び／又はインダクターのようなリアクティブエレメントを複数含む。リアクティブエレメントの値は、各ループ３８_１、３８_２、３８_３、．．．、３８_ｎが他のループからデカップルされるように決める。図６の例では、キャパシター１２０及び１２２は、対応する最も近く隣り合うループの対３８_１及び３８_２並びに３８_２及び３８_３の間に結合され、最も近く隣り合うループの対をデカップルする。キャパシター１２４は最も近く隣り合う次のエレメント３８_１及び３８_３の間に結合され、最も近く隣り合う次のエレメントの対をデカップルする。勿論、リアクティブネットワーク１００は様々な構成で結合する様々な補償用リアクティブエレメントを含むことができると想到される。

１つの実施例では、ケーブルアセンブリー９８を用いて、コイルエレメントのインピーダンスを、給電線又は伝送線路のインピーダンスとマッチさせる。これは、ケーブル９８に適切な線路インピーダンスを選択することによって実現することができる。給電線は、直接（又は任意でマッチングネットワークを介して）コイル３６に接続できることは、同様に想到される。

前述のデカップリングの理論を説明する：
一般的に、ｚを位置として、ｚ＝−∞〜ｚ＝＋∞に延長する伝送線路において、電圧Ｕ（ｚ）及び電流Ｉ（ｚ）はｚに従属する。本願では下線部の値はピークのフェーザー表示である。すなわち、Ｉ（ｔ）＝ｒｅａｌ（Ｉ＊ｅｘｐ（ｊωｔ））である。アポストロフ’は空間ｚにおける偏差を示す。すると次の微分方程式を、ｚ方向の電圧Ｕ及び電流Ｉについて導くことができる：

ここでＺ’は伝送線路の微分インピーダンス：Ｚ’＝Ｒ’＋ｊωＬ’であり、Ｙ’は伝送線路の微分アドミッタンス：Ｙ’＝Ｇ’＋ｊωＣ’である。

次の波動方程式が導かれる：

電圧と電流の一般解は次の通りである：

ここでＺ_０は波動インピーダンスであり、γは伝送線路の波数である。

次に示す通り波動インピーダンスＺ_０は一方向への進行波の電圧と電流の比である：

ここでＺ’は伝送線路の微分インピーダンスであり、Ｙ’は伝送線路の微分アドミッタンスである。

次に示す通り伝送線路の波数γは伝送の速度と減衰に関係する：

伝送線路が、―∞から０に等しい位置ｚまで延長すると仮定し、インピーダンスＺにより与えられる境界条件Ｕ＝ＺＩとすると、０に等しい位置ｚについては、数５及び数６を次のように書くことができる：

ここでＺ_０は波動インピーダンスである。またｒは反射率であり、例えばｚ方向に正及び負の、二つの方向の波の関係を提供し、伝送線路の端でのインピーダンス及び波動インピーダンスによって与えられる。

高い周波数の場合、波の振幅を用いるのがより便利である。振幅は電力に関連する。例えば、ＴＥＭコイルの伝送線路の場合、ｚ方向に正の波の振幅ａ及びｚ方向に負の波の振幅ｂは次の様に決定される：

ここでｚは位置であり、Ｚ_０は実数と仮定する波動インピーダンスであり、ａは位置ｚ＝０において正のｚ方向に進む波の振幅であり、ｂは位置ｚ＝０において負のｚ方向に進む波の振幅であり、Ｕ _１は伝送線路の位置ｚ＝０において正のｚ方向に進む波の電圧であり、Ｕ _２は伝送線路の位置ｚ＝０において負のｚ方向に進む波の電圧である。

数１０及び数１１から観察される通り、数９で定義される反射率ｒはａに対するｂの比である。いかなる位置ｚについても、第１の波の振幅ａ及び第２の波の振幅ｂは次の通りに表すことができる：

ここでｚは位置であり、Ｚ_０は波動インピーダンスであり、ａ（ｚ）は位置ｚにおける第１の波の振幅であり、ｂ（ｚ）は位置ｚにおける第２の波の振幅であり、Ｕ（ｚ）は位置ｚにおける伝送線路の電圧であり、Ｉ（ｚ）は位置ｚにおける伝送線路の電流である。

第１の波の振幅ａ及び第２の波の振幅ｂはまた、線型Ｎポートデバイスを表現することもできる。この場合、第１の波の振幅ａ及び第２の波の振幅ｂはベクターになる。各ポートの伝送線路のインピーダンスはベクターとして次のように書ける：
（外１）

各ポートの第１の波の振幅及び第２の波の振幅のベクターは次のように書ける：

ここで
（外２）

は波動インピーダンスの逆平方根の対角行列であり、
（外３）

はデバイスに入る第１の波の振幅のベクターであり、
（外４）

はデバイスから出る第１の波の振幅のベクターであり、
（外５）

はデバイスのポートの電圧のベクターであり、
（外６）

はデバイスに流入する電流のベクターであり、
（外７）

は波動インピーダンスのベクターであり、
（外８）

は
（外９）

の要素から作られる対角行列である。

数１４及び数１５を解くことによって、電圧と電流の値は次の通りとなる：

線型デバイスは、数１８に示すインピーダンス行列、数１９に示すアドミッタンス行列、又は数２０に示すスキャッタリング行列によって表現できる：

ここでＺは線型デバイスのインピーダンス行列であり、Ｙは対応するアドミッタンス行列であり、Ｓは対応するスキャッタリング行列である。

ＺとＹとの関係は反転で与えられる。スキャッタリング行列Ｓは、数１４〜数１７を用いて、数１８〜数２０より導かれる：

数２２は数９の反射率ｒを一般化した式である。

１／４波長の伝送線路は次のスキャッタリング行列を持つ：

ポート１、．．．、ＮからポートＮ＋１、．．．、２Ｎへ、Ｎ個の１／４波長の伝送線路を持つシステムは、次のスキャッタリング行列Ｓ_λ／４となる：

ここでjはｊ＝√-1の対角行列を示す。

スキャッタリング行列Ｓ_ｄを持つデバイスにポートＮ＋１、．．．、２Ｎを接続すると（接続されていないポートに関して）次のスキャッタリング行列となる：

スキャッタリング行列Ｓ_ｄ及びアドミッタンス行列Ｙ_ｄを持つデバイスが、１／４波長の伝送線路のかかる集合によって変換された場合、その結果のインピーダンス行列は次の通りである：

例えば、コイルは動作周波数ｆ＝ω／（２π）で共鳴するN個のエレメントを含む。各エレメントがポートを生成するように開放されている場合、Nポートのネットワークを生成することができる。ポートｎで短絡により接続し、全ての他のポートが開放したままの場合、エレメント番号ｎが周波数ｆで共鳴し、他方残りのエレメントは動作しない。

コイルのインピーダンス行列Z_ｃｏｉｌの対角要素は次の式で定義される：

ここでZ_{ｃｏｉｌ＿ｎ，ｎ}はエレメントｎの損失抵抗Ｒ_ｎである：

コイルのインピーダンス行列Z_ｃｏｉｌの非対角要素は次の通りである：

コイルシステムのインピーダンス行列Z_ｃｏｉｌの非対角要素は次の相互インダクタンスで与えられる：

コイルエレメントが完全にデカップルされた理想的な場合では、インピーダンス行列が非０要素を持つのは対角要素のみである。実際は、多くの場合、インピーダンス行列の非対角要素も非０値を含み、これらを補償しなければならない。補償ネットワーク又は補償デバイスは、Ｎ個のポートを含み、インピーダンス行列Z_ｄｅｃを有し、コイルZ_ｃｏｉｌの各ポートに直列に接続される。コイルシステム（コイル及び補償ネットワークを含む）のＮ個のポートが結合したインピーダンス行列Z_Σを、結果としてできあがる構造について定義することができる。コイルシステムにおいて、電流はすべての部分において同一である。例えば、コイルシステムにおける電流は、コイルにおける電流及び補償ネットワークにおける電流と等しい：
（外１０）

ここで
（外１１）

はコイルシステムにおける電流ベクターであり、
（外１２）

はコイルにおける電流ベクターであり、
（外１３）

は補償ネットワークにおける電流ベクターである。

コイルシステムにおける電圧はコイル及び補償ネットワークにおける電圧の合計に等しい：
（外１４）

ここで
（外１５）

はコイルシステムにおける電圧ベクターである。

コイルシステムの結合したインピーダンス行列Z_Σはコイル及び補償ネットワークにおけるインピーダンスの合計に等しい：

ここでZ_Σはコイルシステムのインピーダンス行列であり、Z_ｃｏｉｌはコイルのインピーダンス行列であり、Z_ｄｅｃは補償ネットワークのインピーダンス行列である。

コイルシステムはデカップルされなければならない。例えば、コイルのインピーダンス行列Z_ｃｏｉｌにおいて、対角要素の虚部のみが非０であり得る。また、結合したシステムは共鳴しなければならないので、結合したインピーダンス行列Z_Σにおいて、対角要素は実数に等しくなければならない。

補償ネットワークの非対角要素は次のようにチューンされる：

補償ネットワークの補償インピーダンス行列の対角要素が０から逸脱する場合、エレメントの共鳴周波数がシフトすることになる。これは各エレメントの共鳴キャパシターによって復帰できる。

各エレメントを個別にチューンするために、前述の伝送経路は（ｚ／２＋１／４）λの長さを持つ。ここでλはケーブル内部の波長でありｚは整数である。

インピーダンスＺ（又はアドミッタンスＹ）は、かかる線路によって次のように変換される：
（外１６）

これは異なる線路インピーダンスを持つ１／４波長の線路の集合について次のように一般化できる：

このように、
（外１７）

における対称な要素
（外１８）

の集合を変化させることにより、Ｚ_ｄｅｃにおける対応する要素Ｚ_{ｄｅｃ，ｍ，ｎ}及びＺ_{ｄｅｃ，ｎ，ｍ}のみが変化する。対称な（すなわち
（外１９）

）デバイスは、アドミッタンス行列の非対角要素が個別にチューンされ得るところに構築される。このことは単純にアドミッタンス
（外２０）

をポートｍからポートｎに配置することによって行われる。大抵の場合（カップルドコイルアレイの場合）相互誘導性は正であり、これはデカップリング行列における容量性要素となる。相互誘導性（又は、異なる起源からの均等なカップリング）が負になる場合は、インダクターを用いる。デカップリングの後、コイルエレメントは再び共鳴しなければならない。このことはＹ装置においてエレメントを接地に追加するか、共鳴キャパシターを変えてエレメントを帰還させることによって行われ得る。

前述の伝送線路は追加の利点を有する：
（１）デカップリングをどこにでも配置することができる。コイルの内部に複雑なリンクを作る必要が無い。
（２）コイルエレメントを容易にかつ個別に電気的に切断（デチューン）することができる。
（３）伝送線路を、給電側のシステムのインピーダンスにコイルをマッチさせるために用いることができる。

デチューンすることは、伝送線路の個別の終端にスイッチ可能な短絡を単純に追加することによって解決できる。デカップリングエレメントの近傍の短絡は、コイルエレメントの内部の開回路に変換される。これはまた個別に動作する。例えば、各エレメントを、他のエレメントが未だ使用中であっても、電気的に切断することができる。

コイルをデカップリングシステムにマッチさせるために、線路インピーダンスを（個別に）Ｚ_０＝√（Ｚ_{ｍａｔｃｈ}＊Ｒ_ｌｏｓｓ）として選択することによることも更に尚可能である。この場合、コイルはデカップリング回路において直接給電され得る。代案として、従来の方法でエレメントのいかなる場所においてもマッチングを行うことができる。伝送線路のより少ないインピーダンスは、有利であり得、いくつかの線路を並列に接続することによって実現できる。線路のインピーダンスが異なっても、個別にデカップルしデチューンする可能性に影響を及ぼすことは無い。

一般的に、補償ネットワーク４２のリアクティブエレメント１２０、１２２、１２４は、対応するＹ−行列の非対角要素が、デカップリングを可能にする値で選ばれる限り、様々な方法で実現できる。一般に、集中キャパシター又は集中インダクターが最良の選択となる。

本発明を好適な実施例を参照して記述した。他者が前述の詳細な記載を読んで理解することによって、変更及び変形を思いついてもよい。本発明は、全てのかかる変更及び変形（それらが添付の請求項又はその均等の範囲内にある限りにおいて）を含むものと解釈されると意図されている。

ＭＲＩシステムの例である。ＴＥＭコイルの例である。ＴＥＭコイルと補償ネットワークとを含むコイルの変形例である。バードケージコイルと補償ネットワークとを含むコイルの変形例である。バードケージコイルと補償ネットワークとを含むコイルの別の変形例である。ループ共鳴器と補償ネットワークとを含むコイルの変形例である。

Claims

コイルエレメントを含むコイル、ここで前記コイルは、ＲＦ励起パルスを検査領域に送信する、及び、前記検査領域からの反応ＲＦパルスを受信する、のうち少なくとも１つの動作を行う；及び
デカップリングセグメントを含む補償ネットワーク、ここで前記デカップリングセグメントの各々は、少なくとも１／４波長（λ／４）である選択した電気長を有し、かつ、関連するコイルエレメント及びリアクティブネットワークに電気的に結合し、前記補償ネットワークは前記コイルエレメント間のカップリングを少なくとも補償する；
を含むコイルシステム。
第１の接続点経由で、関連するコイルエレメントの第１の接続点に電気的に結合し、かつ、第２の接続点経由で、前記リアクティブネットワークに電気的に結合する、ＲＦコンダクターを、各デカップリングセグメントは含む、請求項１に記載のシステム。
関連するコイルエレメントの第２の接続点及び接地点に電気的に結合するシールドコンダクターを、各デカップリングセグメントは更に含む、請求項２に記載のシステム。
前記コイルエレメントを互いから少なくとも個別にデカップルするために、隣り合うコイルエレメント間に電気的に結合される少なくともリアクティブエレメントを、前記リアクティブネットワークは含む、請求項３に記載のシステム。
前記コイルエレメントを互いから少なくともデカップルするために、コイルエレメントの対の間に電気的に結合されるリアクティブエレメントを、前記リアクティブネットワークは更に含む、請求項３に記載のシステム。
エレメントの対を少なくともデカップルするために各コンダクターの前記第２の接続点に電気的に接続されるリアクティブエレメントを、前記リアクティブネットワークは含む、請求項２に記載のシステム。
各コンダクターの前記第２の接続点に電気的に接続され、関連する第２の接続点を選択的に短絡するスイッチング装置を更に含む、請求項２に記載のシステム。
第１の終端円と及び関連するデカップリングセグメントのコンダクターとに結合される第１の部分並びに第２の終端円と及び前記関連するデカップリングセグメントのシールドコンダクター経由で前記リアクティブネットワークとに結合される第２の部分を、各エレメントは含む、請求項１に記載のシステム。
前記第１の終端円及び前記第２の終端円の各々は、隣り合うエレメントの間に配置される、対応するキャパシターを含み、各エレメントは共鳴キャパシターを含み、前記対応するキャパシター及び前記共鳴キャパシターは協働して、前記隣り合うエレメントを互いからデカップルする、請求項８に記載のシステム。
前記コイルは、ＴＥＭコイル、バードケージコイル、及び表面コイルアレイのうち少なくとも１つを含む、請求項１に記載のシステム。
前記コイルは、複数のループコイルエレメントを含み、前記ループコイルエレメントの各々は、関連するデカップリングセグメントのコンダクターと及び前記関連するデカップリングセグメントのシールド経由で接地点とに結合される、請求項１に記載のシステム。
実質的に時間的に一定の主磁場を前記検査領域に生成する主磁石；
選択した傾斜磁場を前記検査領域中の前記主磁場に重ね合わせる傾斜磁場コイル；及び
請求項１に記載のコイルシステム；
を含む磁気共鳴画像化システム。
実質的に時間的に一定の磁場を前記検査領域に生成すること；及び
請求項１に記載のコイルシステムを用いて、前記コイルエレメントによりＲＦパルスを印加し共鳴信号を受信する、磁気共鳴シーケンスを実行すること；
を含む磁気共鳴方法。
前記コイルエレメントは、主磁場に実質的に平行な方向に延長し、かつ：
各コイルエレメントの第１の接続点を、前記リアクティブネットワークに、コンダクター経由で結合すること；及び
各コイルエレメントの第２の接続点を、接地点に、シールドコンダクター経由で結合すること；
を更に含む、請求項１３に記載の方法。
前記コンダクターに各コンダクターの第２の接続点経由で結合される前記リアクティブネットワークのリアクティブエレメントによって、隣接するコイルエレメントを互いからデカップルすることを更に含む、請求項１４に記載の方法。
前記コンダクターの前記第２の接続点と前記シールドコンダクターとを選択的に短絡すること；及び
ＲＦパルスの生成、ＲＦパルスの受信、及び／又は前記関連するコイルエレメントの電気的切断のうちの１つの最中に、関連するコイルエレメントをデチューンすること；
を更に含む、請求項１５に記載の方法。
検査領域に主磁場を生成する主磁石；
前記検査領域における選択したダイポールの共鳴周波数でＲＦ共鳴励起パルスを生成する複数のＲＦ送信器；
前記検査領域におけるダイポールからの共鳴信号を受信し復調する複数のＲＦ受信器；
前記検査領域に近接して配置される複数のＲＦコイルエレメント；及び
複数の実効的に１／４波長（λ／４）であるケーブル、ここで各ケーブルはＲＦコンダクターを含み、各ケーブルは前記コイルエレメントに接続される；
を含む磁気共鳴システム。
前記コイルエレメントを互いから少なくともデカップルするために、前記実効的に１／４波長（λ／４）であるケーブルに電気的に結合されたリアクティブネットワークを更に含む、請求項１７に記載のシステム。
各ＲＦコンダクターは、前記コイルエレメントの１つの第１の接続点に接続され、かつ、前記コイルエレメントの第２の接続点と接地点との間に接続される接地コンダクターを更に含む、請求項１７に記載のシステム。
前記ケーブルは同軸ケーブルを含み、前記接地コンダクターはシールドとして前記ＲＦコンダクターを取り囲む、請求項１９に記載のシステム。
各エレメントは伝送線路によって個別に駆動され、前記伝送線路は、対応するケーブルと並びに検査領域にＲＦパルスを選択的に印加する送信器及び反応のＲＦパルスを受信する受信器のうちの１つとに結合され、前記ケーブルは関連するコイルエレメントの少なくとも１つのインピーダンスを前記伝送線路のインピーダンスにマッチさせる、請求項１７に記載のシステム。