JP2011101694A - 磁気共鳴イメージング装置用受信コイル装置、およびそれを用いた磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】人体の曲面部へ密着可能で、人体の所望の箇所へ容易に設置が可能な磁気共鳴イメージング装置用受信コイル装置を提供する
【解決手段】少なくとも２つ以上のそれぞれ独立なエレメントコイル１０１，１０２と、前記各エレメントコイルを移動可能に保持する1つ以上のエレメントコイル保持部１０３と、前記エレメントコイル１０１，１０２もしくは前記エレメントコイル保持部１０３あるいはその両方に面ファスナー１０４からなるエレメントコイル固定機能を備えるとともに、前記エレメントコイル１０１，１０２がフレキシブル性を持ち、被検体１の曲線に沿った形状に湾曲させ設置可能である。
【選択図】図４

Description

本発明は、磁気共鳴イメージング（以下、「ＭＲＩ」という）装置に関し、特に磁気共鳴イメージング装置用受信コイル装置に関する。

ＭＲＩ装置は、被検体、特に人体の組織を構成する原子核スピンが発生する核磁気共鳴（以下、「ＮＭＲ」という）信号を計測し、その頭部、腹部、四肢等の形態や機能を２次元的に或いは３次元的に画像化する装置である。NMR信号を受信するための高周波プローブとして、人体の関心部位を取り巻く各種の頭部用コイルや腹部用コイルなどの受信コイルが用いられている。このようなMRI装置においてSNRの高い画像を得るため、人体の関心部位から受信する信号の強度を高めることが求められている。信号強度は受信コイルの信号受信部である導体によって構成されたループ部（以下、「エレメントコイル」という）の設置位置が関心部位に近いほど高まるため、例えば特許文献1では、受信コイルを関心部位に密着させることで信号強度を高めていた。

特開平７−５９７５１号公報

特許文献１では、一対のコイルの幾何学的相対距離を変化させ受信コイルを関心部位に密着させることが記載されているが、腹部用受信コイルのように、関心部位が受信コイルの大きさに比して平面に近いとみなせる部位に限られる方法のみ記載され、曲面の多い部位へ受信コイルを完全に密着させる方法は記載されていなかった。

そこで本発明は、人体の曲面部へ密着可能で、人体の所望の箇所へ容易に設置が可能な受信コイル装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の磁気共鳴イメージング装置用受信コイル装置は、静磁場空間内に置かれた被検体のNMR信号を検出する磁気共鳴イメージング装置用受信コイル装置であって、少なくとも２つ以上のそれぞれ独立なエレメントコイルと、前記各エレメントコイルを移動可能に保持する１つ以上のエレメントコイル保持部と、前記エレメントコイルもしくは前記エレメントコイル保持部あるいはその両方にエレメントコイル固定機能を備えるとともに、前記エレメントコイルと前記エレメントコイル保持部の少なくとも一方がフレキシブル性を持ち、前記被検体の曲線に沿った形状に湾曲させ設置可能であることを特徴とするものである。

本発明の磁気共鳴イメージング装置用受信コイル装置は、前記各エレメントコイルが前記エレメントコイル保持部に面ファスナーにより取り付けられているものでよい。

また、本発明の磁気共鳴イメージング装置用受信コイル装置は、エレメントコイル保持部は、エレメントコイルの脱落を防ぐガイドを備え、固定ネジおよび前記ガイドにより、前記各エレメントコイルが前記エレメントコイル保持部に取り付けられているものでよい。

また、本発明の磁気共鳴イメージング装置用受信コイル装置は、前記各エレメントコイルが、前記エレメントコイル保持部と対向する側において、固定バンドによって固定されているものでよい。

また、本発明の磁気共鳴イメージング装置用受信コイル装置は、前記エレメントコイルが、複数対のエレメントコイルから成るものでよい。

さらに、本発明の磁気共鳴イメージング装置は、前記磁気共鳴イメージング装置用受信コイル装置を用いたものである。

本発明の受信コイル装置によれば、曲面を多く含む人体の所望の箇所へ容易にエレメントを密着させ設置することができ、受信信号の強度を高めることができる。

本発明が適用されるＭＲＩ装置の全体構成を説明するためのブロック図。 本発明の受信コイルの第一の実施例の構成を示す図。 本発明の受信コイルの第一の実施例の構成を示す図。 本発明の受信コイルの第一の実施例の動作を示す図。 本発明の受信コイルの第一の実施例の設置例を示す図。 本発明の受信コイルの第一の実施例の設置例を示す図。 本発明の受信コイルの第二の実施例の構成を示す図。 本発明の受信コイルの第三の実施例の構成を示す図。

以下、添付図面に従って本発明のＭＲＩ装置の好ましい実施形態について詳説する。なお、発明の実施形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。

最初に、本発明が適用されるＭＲＩ装置の一例の全体概要を図１に基づいて説明する。図１は、本発明が適用されるMRI装置の全体構成を示すブロック図である。このＭＲＩ装置は、ＮＭＲ現象を利用して被検体の断層画像を得るもので、図１に示すように、MRI装置は静磁場発生系2と、傾斜磁場発生系3と、送信系5と、受信系6と、信号処理系7と、シーケンサ4と、中央処理装置（ＣＰＵ）8とを備えて構成される。

静磁場発生系2は、垂直磁場方式であれば、被検体1の周りの空間にその体軸と直交する方向に、水平磁場方式であれば、体軸方向に均一な静磁場を発生させるもので、被検体1の周りに永久磁石方式、常電導方式あるいは超電導方式の静磁場発生源が配置されている。

傾斜磁場発生系3は、MRI装置の座標系（静止座標系）であるX，Y，Zの3軸方向に傾斜磁場を印加する傾斜磁場コイル9と、それぞれの傾斜磁場コイルを駆動する傾斜磁場電源10とから成り、後述のシ−ケンサ4からの命令に従ってそれぞれのコイルの傾斜磁場電源10を駆動することにより、X，Y，Zの３軸方向に傾斜磁場Gx，Gy，Gzを印加する。撮影時には、スライス面（撮影断面）に直交する方向にスライス方向傾斜磁場パルス（Gs）を印加して被検体1に対するスライス面を設定し、そのスライス面に直交して且つ互いに直交する残りの2つの方向に位相エンコード方向傾斜磁場パルス（Gp）と周波数エンコード方向傾斜磁場パルス（Gf）を印加して、エコー信号にそれぞれの方向の位置情報をエンコードする。

シーケンサ4は、高周波磁場パルス（以下、「ＲＦパルス」という）と傾斜磁場パルスをある所定のパルスシーケンスで繰り返し印加する制御手段で、CPU8の制御で動作し、被検体1の断層画像のデータ収集に必要な種々の命令を送信系5、傾斜磁場発生系3、および受信系6に送る。

送信系5は、被検体1の生体組織を構成する原子の原子核スピンに核磁気共鳴を起こさせるために、被検体１にRFパルスを照射するもので、高周波発振器11と変調器12と高周波増幅器13と送信側の高周波コイル（送信コイル）14aとから成る。高周波発振器11から出力されたＲＦパルスをシーケンサ4からの指令によるタイミングで変調器12により振幅変調し、この振幅変調されたＲＦパルスを高周波増幅器13で増幅した後に被検体1に近接して配置された高周波コイル14aに供給することにより、RFパルスが被検体1に照射される。

受信系6は、被検体1の生体組織を構成する原子核スピンの核磁気共鳴により放出されるエコー信号（ＮＭＲ信号）を検出するもので、受信側の高周波コイル（受信コイル） 14bと信号増幅器15と直交位相検波器16と、Ａ／Ｄ変換器１７とから成る。送信側の高周波コイル１４ａから照射された電磁波によって誘起された被検体1の応答のＮＭＲ信号が被検体１に近接して配置された高周波コイル14bで検出され、信号増幅器15で増幅された後、シーケンサ4からの指令によるタイミングで直交位相検波器16により直交する二系統の信号に分割され、それぞれがA／D変換器17でディジタル量に変換されて、信号処理系7に送られる。

信号処理系７は、各種データ処理と処理結果の表示及び保存等を行うもので、光ディスク19、磁気ディスク18等の外部記憶装置と、ＲＯＭ21、ＲＡＭ22等の内部記憶装置と、ＣＲＴ等からなるディスプレイ20とを有する。受信系6からのデータがＣＰＵ8に入力されると、ＣＰＵ8が信号処理、画像再構成等の処理を実行し、その結果である被検体1の断層画像をディスプレイ20に表示すると共に、外部記憶装置の磁気ディスク18等に記録する。

操作部25は、MRI装置の各種制御情報や上記信号処理系7で行う処理の制御情報を入力するもので、トラックボール又はマウス23、及び、キーボード24から成る。この操作部25はディスプレイ20に近接して配置され、操作者がディスプレイ20を見ながら操作部25を通してインタラクティブにＭＲＩ装置の各種処理を制御する。

なお、図１において、送信側の高周波コイル14aと傾斜磁場コイル９は、被検体1が挿入される静磁場発生系2の静磁場空間内に、垂直磁場方式であれば被検体1に対向して、水平磁場方式であれば被検体１を取り囲むようにして設置されている。また、受信側の高周波コイル14bは、被検体1に対向して、或いは取り囲むように設置されている。

現在MRI装置の撮像対象核種は、臨床で普及しているものとしては、被検体の主たる構成物質である水素原子核（プロトン）である。プロトン密度の空間分布や、励起状態の緩和時間の空間分布に関する情報を画像化することで、人体頭部、腹部、四肢等の形態または、機能を2次元もしくは3次元的に撮像する。

次に、本発明の実施例１の受信コイル装置について図２を用いて説明する。図２（ａ）は実施例１の受信コイル装置の斜視図、図２（ｂ）は正面図である。

この実施例において、受信コイルは例えば発泡ウレタンのような柔軟な素材の内部に、フレキシブル基板で構成された回路パターンを持つエレメントコイル101、エレメントコイル102及びこれらエレメントコイル101、102に貼り付けられた面ファスナー104、エレメントコイル保持部103及びエレメントコイル保持部103に貼り付けられた面ファスナー104からなる。エレメントコイル101、102は図３に示すように通常複数の共振用コンデンサ106が直列に接続されているが、図２及び図４以降の図では簡単のためコンデンサは省略し、エレメントコイルは1ターンの矩形コイルとして示してある。各エレメントコイルの回路部は、例えば銅箔を用いて、折り曲げ可能に構成されている。各エレメントコイル101、102の出力はそれぞれ増幅器１５で増幅され、信号処理系７において合成される。

面ファスナー104はエレメントコイル101、102をエレメントコイル保持部103に固定する手段であり、一対のエレメントコイル101、102間の相対距離を変化させた状態でエレメントコイル保持部103に対して着脱可能に固定することが可能である。エレメントコイル101、102及びエレメントコイル保持部103は例えばポリエチレンフォームなどのような柔軟な素材を外装とし、折り曲げ可能に構成されている。ただし、エレメントコイルとエレメントコイル保持部の少なくとも一方が折り曲げ可能であればよい。

次に、実施例１の動作について図４を用いて説明する。図４（ａ）は、実施例１の受信コイル装置を折り曲げた状態の斜視図、図４（ｂ）は、比較的径の小さい人体の関心部位１に受診コイル装置を密着させた状態を示す図、図４（ｃ）は、比較的径の大きい人体の関心部位１に受診コイル装置を密着させた状態を示す図である。

この実施例において受信コイルは、エレメントコイル101、102及びエレメントコイル保持部103を折り曲げることにより人体の関心部位1を一対のエレメントコイル101、102で対向に挟み込む形状に密着させ設置可能であり、面ファスナー104を貼り付けた固定バンド105によって固定される。また一対のエレメントコイル101、102は関心部位の大きさを考慮して、エレメントコイル中央部と関心部位の位置が一致するよう、例えばエレメントコイル中央部を結ぶ線が関心部位の略中心を通るように、相対距離を調節した状態で面ファスナー104により固定可能である。その為、エレメントコイル101,102より小さい部位に対してもエレメントコイル中心を密着させて設置可能である。

図５に水平磁場方式MRIの受信コイルの設置例を示し、図５（ａ）はその斜視図を、図５（ｂ）は上面から見た図を示す。また、図６に垂直磁場方式MRIの受信コイルの設置例を示し、図６（ａ）にその斜視図を、図６（ｂ）に側面から見た図を示す。図５の水平磁場方式ＭＲＩの設置例では、被検者１の肩部或いは肘部に、受信コイル14bの対となるエレメントコイルが上下から挟んで密着して配置されており、また、図６の垂直磁場方式の設置例では、被検者1の膝部に、受信コイル14bの対となるエレメントコイルが左右から挟んで密着して配置されている。つまり、エレメントコイルの感度方向が静磁場方向に略垂直になるように配置されている。なお、各図において２は静磁場発生系、傾斜磁場発生系、送信系を示し、Ｂ_０が静磁場発生系により発生する静磁場を示す。エレメントコイルおよびエレメントコイル支持部がフレキシブル性を持っているため、肘部や膝部においても、人体の曲線に沿った形状に湾曲させて設置することができる。寝台107上の被検者1に対して、受信コイル14bは垂直磁場方式MRIでは膝部、肘部、水平磁場方式MRIでは膝部、肩部、肘部などの部位に設置可能である。

次に、本発明の実施例２の受信コイル装置について図７を用いて説明する。図７（ｂ）は実施例２の受信コイル装置を上面から見た図、図７（ａ）はエレメントコイル保持部を側面から見た断面図である。
実施例１と異なる点は、エレメントコイル101、102とエレメントコイル保持部201の固定に固定ネジ203を使用する点である。固定ネジ203は例えばガラス繊維強化ナイロンのような非磁性体の素材のものを使用する。この実施例において、エレメントコイル保持部201は折り曲げ可能に構成されており、エレメントコイル保持部201に、固定ネジ203を取り付ける穴及び、エレメントコイル101、102を脱落させないガイド202が設置されている。

次に、実施例２の動作について説明する。
エレメントコイル101、102はエレメントコイル保持部201上をガイド202に沿ってスライドし、相対距離を変化させる。固定ネジ203を締めることによってエレメントコイル101，102とエレメントコイル保持部201は強固に固定できる。

次に、本発明の実施例３の受信コイル装置について図８を用いて説明する。実施例１及び実施例２と異なる点は、複数対のエレメントコイルを使用する点である。以下、異なる箇所のみ説明し、同じ箇所の説明は省略する。本実施例において受信コイルは複数のエレメントコイル302、303、304、305からなり、それぞれが独立に面ファスナーによってエレメントコイル保持部301に固定されている。エレメントコイル保持部301は、前述の各実施例１，２のエレメントコイル保持部を着脱可能に、一方向に連結して構成してもよいし、一体的に構成してもよい。

次に、実施例３の動作について説明する。
複数のエレメントコイル302、303、304、305はそれぞれ独立に異なる相対距離で固定可能なため、複雑な形状や広い範囲の関心部位へ密着させて設置することができる。

以上、本発明の実施例を述べたが、本発明はこれらの形状や固定手段に限定されるものではない。

１：被検体、２：静磁場発生系、３：傾斜磁場発生系、４：シーケンサ、５：送信系、６：受信系、７：信号処理系、８：中央処理装置（ＣＰＵ）、９：傾斜磁場コイル、１０：傾斜磁場電源、１１：高周波発信器、１２：変調器、１３：高周波増幅器、１４ａ：高周波コイル（送信コイル）、１４b：高周波コイル（受信コイル）、１５：信号増幅器、１６：直交位相検波器、１７：A/D変換器、１８：磁気ディスク、１９：光ディスク、２０：ディスプレイ、２１：ROM、２２：RAM、２３：トラックボール又はマウス、２４：キーボード、２５：操作部、１０１：エレメントコイル、１０２：エレメントコイル、１０３：エレメントコイル保持部、１０４：面ファスナー、１０５：固定バンド、１０６：共振用コンデンサ、１０７：寝台、２０１：エレメントコイル保持部、２０２：ガイド、２０３：固定ネジ、３０１：エレメントコイル保持部、３０２：エレメントコイル、３０３：エレメントコイル、３０４：エレメントコイル、３０５：エレメントコイル。

Claims (6)

1. 静磁場空間内に置かれた被検体のNMR信号を検出する磁気共鳴イメージング装置用受信コイル装置であって、
   少なくとも２つ以上のそれぞれ独立なエレメントコイルと、前記各エレメントコイルを移動可能に保持する１つ以上のエレメントコイル保持部と、前記エレメントコイルもしくは前記エレメントコイル保持部あるいはその両方にエレメントコイル固定機能を備えるとともに、
   前記エレメントコイルと前記エレメントコイル保持部の少なくとも一方がフレキシブル性を持ち、前記被検体の曲線に沿った形状に湾曲させ設置可能であることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置用受信コイル装置。
2. 請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置用受信コイル装置において、
   前記各エレメントコイルが前記エレメントコイル保持部に面ファスナーにより取り付けられていることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置用受信コイル装置。
3. 請求項1記載の磁気共鳴イメージング装置用受信コイル装置において、
   前記エレメントコイル保持部は、前記エレメントコイルの脱落を防ぐガイドを備え、
   固定ネジおよび前記ガイドにより、前記各エレメントコイルが前記エレメントコイル保持部に取り付けられていることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置用受信コイル装置。
4. 請求項1乃至３のいずれか一つに記載の磁気共鳴イメージング装置用受信コイル装置において、
   前記各エレメントコイルが、前記エレメントコイル保持部と対向する側において、固定バンドによって固定されていることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置用受信コイル装置。
5. 請求項1乃至請求項４のいずれか一つに記載の磁気共鳴イメージング装置用受信コイル装置において、
   前記エレメントコイルが、複数対のエレメントコイルから成ることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置用受信コイル装置。
6. 請求項1乃至請求項５のいずれか一つに記載の磁気共鳴イメージング装置用受信コイル装置を用いた、磁気共鳴イメージング装置。

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