JP2015516255A - 磁気共鳴コイル系の複数のコイル要素に無線周波数信号を供給する給電回路装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、磁気共鳴コイル系（１２）の複数のコイル要素（１４）に無線周波数信号を供給する給電回路装置（１８）に関する。該回路装置（１８）は、 無線周波数信号源（１６）を接続する主ライン（２０）と、各々がコイル系（１４）の対応するコイル要素（１４）を接続する複数の給電ライン（２２）と、主ライン（２０）と複数の給電ライン（２２）との間に配置され、主ライン（２０）上の信号を給電ライン（２２）の各々に分配するパワーディバイダ（２４）とを有し、給電ライン（２２）の少なくとも１つは、給電ラインの２つのラインセクション（３０、３２）の接続／切断をする切り替え要素（２８）を有する制御可能切り替え回路（２６）と、ディバイダ側の第１のラインセクション（３０）と、コイル要素（１４）に接続可能な側の第２のラインセクション（３２）とを有し、切り替え回路（２６）が、さらに第１のラインセクション（３０）のライン終端をする少なくとも１つの接続可能終端要素（４４）を有し、または主ライン（２０）が終端手段（６２）に相互接続されたサーキュレータデバイス（６０）を有する。本発明は、さらに、対応する並列送受信器システム（１０）に関する。

Description

本発明は、磁気共鳴（ＭＲ）コイル系の複数のコイル要素に無線周波数（ＲＦ）信号を供給する給電回路装置の分野に関する。本発明は、さらに、対応する磁気共鳴システムの並列送信システム、特に並列送信器システムと、並列送信器システムのコイル要素を切り替える方法とに関する。

マルチ要素無線周波数（ＲＦ）コイル系は、ＳＡＲを減少させ、Ｂ１均一性を向上するための高磁場磁気共鳴（ＭＲ）システムの中心的なコンポーネントになりつつある。また、低磁場強度では、ローカルの並列トランシーバ（ＴＸ）システムが、システムコストを低減する潜在力を有しているため、強い興味を集めている。

特に、複数のコイル要素が１つのＲＦ信号源により供給されているＭＲコイル系では、システムの送信チャネルより多いコイル要素を用いる明確な発展がある。すなわち、幾つかのコイル要素が、パワー分割器（位相シフタを有するまたは有さないスプリッタ、ハイブリッドカプラー等）と複数の給電ラインとを有する給電回路装置により、１つの送信チャネルにより同時に給電される。このように、１つのＴＸチャネルのコイル要素間の、一定の振幅及び位相関係を設定できる。この原理は、ＴＸコイルアレイに給電する（１．５テスラシステムのような）１つのＴＸチャネルシステムで用いることができる。

特許文献１は、ＲＦ信号源と、複数のコイル要素を有する磁気共鳴コイル系と、複数の給電ラインを有する給電回路とを有する非常に複雑な並列トランシーバシステムを示している。対応するコイル要素に給電する各給電ラインは、各コイル要素に対するハイパワー増幅器と送受信切り替えデバイスとを有する。送受信切り替えデバイスは、各コイル要素の送信回路と受信回路との間を切り替えるように動作する。

米国特許第７，６３３，２９３ Ｂ２

本発明の一目的は、磁気共鳴コイル系の複数のコイルに無線周波数信号を供給する単純だが動的に切り替え可能な給電回路装置と、複数のコイル要素を有する磁気共鳴コイル系を有する磁気共鳴システムの並列送受信器システムとを提供することである。

この目的は、請求項１に記載の給電回路装置と、請求項１４に記載の並列送受信システムとにより実現される。

本発明による給電回路装置は、（ｉ）無線周波数信号源を接続する主ラインと、（ｉｉ）各々が前記コイル系の対応するコイル要素を接続する複数の給電ラインと、（ｉｉｉ）前記主ラインと前記複数の給電ラインとの間に配置され、前記主ライン上の信号を前記給電ラインの各々に分配するパワーディバイダとを有する。

前記給電ラインの少なくとも１つは、前記給電ラインの２つのラインセクションの接続／切断をする制御可能切り替え回路と、前記ディバイダ側の第１のラインセクションと、前記コイル要素に接続可能な側の第２のラインセクションとを有する。前記切り替え回路は、さらに、前記第１のラインセクションのライン終端をする少なくとも１つの接続可能終端要素を有し、または前記主ラインが終端手段に相互接続されたサーキュレータデバイスを有する。少なくとも１つの終端要素または終端手段は、ライン終端のための所定の終端抵抗（終端インピーダンス）を有する。切り替え要素はＤＣバイアス電圧によりコントローラにより制御可能である。好ましくは、すべての給電ラインは、それぞれ切り替え要素を有する制御可能切り替え回路を有する。スイッチにより、パワーディバイダ（または等価なデバイス）の適切な機能に影響を与えることなく、個別のコイル要素の切り替えができる。このように、コイル要素のアレイを実際の視野（ＦｏＶ）に合わせられ、比吸収率（ＳＡＲ）と潜在的な折り重なりアーティファクトを低減できる。給電回路装置は、各コイル要素を選択的に非アクティブ化でき、これによりＴＸチャネル数が少ないシステムであっても送信（ＴＸ）を最適化する自由度が増える。

本発明の好ましい一実施形態によると、少なくとも１つの終端要素または終端手段は受動コンポーネントである。

本発明の好ましい他の一実施形態では、少なくとも１つの終端要素は、その終端要素を対応する第１のラインセクションと接続するさらに別の切り替え要素と直列に接続されている。

本発明の好ましい他の一実施形態では、パワーディバイダに接続された少なくとも１つの（開放端の）第１のラインセクションをライン終端する終端要素は、５０オームまたは１００オームの所定の終端抵抗を有する。

本発明の好ましいさらに他の一実施形態では、対応するコイル要素に接続可能な少なくとも１つの（開放端の）第２のラインセクションのライン終端をするさらに別の終端要素は、ゼロオームまたは５０オームまたは１００オームまたは１０キロオームより大きい所定の終端抵抗を有し、任意的に、終端抵抗を変換するためのラムダ／４要素を含む。

一般的に、切り替え要素は、ＲＦアプリケーションに対して好適な任意タイプの切り替え要素であり得る。本発明の好ましい実施形態では、切り替え要素はＰＩＮダイオードであり、及び／またはさらに別の切り替え要素はＰＩＮダイオードである。ＰＩＮダイオードは、Ｐ型半導体領域とＮ型半導体領域との間に広い低濃度でドーピングした固有に「近い」半導体領域を有するダイオードである。Ｐ型及びＮ型領域は、一般的には、高濃度でドーピングされている。抵抗接点として用いられるからである。広い固有領域は通常のＰＮダイオードと対照的である。広い固有領域により、ＰＩＮダイオードは、非常に高速なスイッチとしてのアプリケーションに適している。

本発明の好ましい一実施形態によると、給電回路装置はさらに少なくとも１つの送受信切り替えデバイスを有する。

本発明の好ましい一実施形態によると、少なくとも１つの送受信切り替えデバイスは、少なくとも１つの切り替え回路とは独立な切り替えデバイスである。本発明の別の好ましい一実施形態によると、主ラインは１つの送受信切り替えデバイスを有し、または給電ラインの各々は送受信切り替えデバイスのうちの１つを有する。

本発明の好ましい他の一実施形態では、パワーディバイダはスプリッタデバイスまたはハイブリッドデバイスであり、または少なくともスプリッタユニットまたはハイブリッドユニットを有する。スプリッタ及びハイブリッドデバイスは、主ラインのパワーを複数のラインに分割する周知のデバイスである。パワーディバイダは、少なくとも１つの給電ラインの位相をシフトする少なくとも１つの位相シフタ要素を有する。

本発明の好ましいさらに他の一実施形態では、給電回路装置の、少なくとも１つのＰＩＮダイオードを除くすべての電気的コンポーネント（パワーディバイダのコンポーネント、ライン及び終端要素）は、受動コンポーネントである。

本発明による磁気共鳴システムの並列送信システム、特に送受信システムは、複数のコイル要素を有する磁気共鳴コイル系と、ＲＦ信号源と、上記の給電回路装置と、切り替え回路の切り替え要素を制御するコントローラを有するコントローラシステムとを含む。

本発明による並列送信器システムのコイル要素を切り替える方法において、切り替えは、校正データ及び／またはユーザ入力に応じて、コントローラシステム及び切り替え要素により行われる。

本発明の好ましい一実施形態によると、校正データはコイル要素の感度プロファイルのデータ及び／またはコイル要素の位置のデータである。

本発明の好ましい他の一実施形態では、ユーザ入力は視野の選択及び／またはスキャンタイプの選択である。

本発明は、さらに、上記の方法を実行する機械読み取り可能及び機械実行可能形式のプログラムをコーディングしたデータ記憶デバイスに関する。

本発明の上記その他の態様を、以下に説明する実施形態を参照して明らかにし、説明する。

給電回路装置を有する磁気共鳴システムの並列トランシーバシステムを示す図である。 本発明の好ましい第１の実施形態による給電回路装置を示す図である。 本発明の好ましい第２の実施形態による給電回路装置を示す図である。 本発明の好ましい第３の実施形態による給電回路装置を示す図である。 本発明の好ましい第４の実施形態による給電回路装置を示す図である。 本発明の好ましい第５の実施形態による給電回路装置を示す図である。 本発明の好ましい第６の実施形態による給電回路装置を示す図である。 本発明の好ましい第７の実施形態による給電回路装置を示す図である。 本発明の好ましい第８の実施形態による給電回路装置を示す図である。 スイッチング要素の制御システムを示すブロック図である。

図１は、複数のコイル要素１４を有する磁気共鳴コイル系１２と、無線周波数（ＲＦ）信号源１６と、信号源１６の無線周波数信号を複数のコイル要素１４に送信する給電回路装置１８とを有する磁気共鳴システムの並列送受信システム１０を示す。給電回路装置１８は、無線周波数信号源１６と、各々がコイル系１２の対応するコイル要素１４を接続する複数の給電ライン２２とを電気的に接続する主ライン２０を含む。給電回路装置１８は、さらに、主ライン２０と複数の給電ライン２２との間に配置され、信号を、主ライン２０を介して信号源１６（信号発生デバイス）から給電ライン２２に配信するパワーディバイダ２４を含む。各給電ライン２２は、対応する給電ライン２２の２つのラインセクション３０と３２の接続／切断をするスイッチング要素２８を有する制御可能切り替え回路２６を有する。パワーディバイダ２４は、スプリッタデバイス３４と、各給電ライン２２により送信される信号に位相をシフトする複数の位相シフタ要素３６とを有する。送受信システムは、さらに、切り替え回路２６の切り替え要素２８を制御（矢印４２）するコントローラ４０を有するコントローラシステム３８を有する。

必要なパワーディバイダ２４を実現する方法は幾つかある。例えば、スプリッタデバイス３４、ハイブリッドデバイス、ウィルキンソンディバイダー、Ｇｙｓｅｌパワースプリッタ、ラットレースカプラーなどがある。これらのデバイスは入力パワーを複数の出力ポートに分配する。これらの出力ポートにおける位相差は、スプリッタデザイン（例えば、９０°ハイブリッド）に内在的なものであるか、追加的位相シフタ要素３６（例えば、確定された長さを有する送信ラインなど）によるものである。これらのディバイダ２４（スプリッタ３４）は、出力チャネル数を増やすために、カスケードすることもできる。

図２は、給電回路装置１８を示し、特に、１本の給電ライン２２上の切り替え回路２６をより詳細に示している。切り替え回路２６は、給電ライン２２の、２本のラインセクション３０及び３２と、対応する２つのクロス接続電流パスとの間に、切り替え要素２８を有する。各クロス接続電流パスは、切り替え要素２８のポートにおいて対応する給電ラインの２つのラインセクション３０、３２のライン終端をする終端インピーダンスＺ０を有する終端要素４４、４６を有する。各終端要素４４、４６は、さらにべつの切り替え要素４８、５０と直列に接続されている。これらの各直列接続により、切り替え要素２８の対応ポートが基準ポテンシャル（グラウンド５２）に結合される。さらに別の切り替え要素４８、５０は、コントローラ４０によっても制御可能である。

図３は、給電回路装置１８の第２の実施形態を示す。この実施形態では、２つの終端要素４４、４６は、さらに別の共通の切り替え要素４８により切り替えられる。この共通の切り替え要素４８は、２つの終端要素４４、４６を並列接続したものと直列に接続されている。これらの終端要素の第１の終端要素４４は、第１のラインセクション３０に接続され、第２の終端要素４６は、第２のラインセクション３２に接続されている。

図４は、給電回路装置１８の第３の実施形態を示す。この実施形態では、切り替え要素２８は制御可能ＰＩＮダイオード５４により実現され、さらに別の切り替え要素４８も制御可能ＰＩＮダイオード５４により実現されている。コンポーネントの構成は概して図３に示した構成に対応する。

コイル要素をディスエーブルする切り替え要素２８は、例えば、ＦＥＴスイッチ、リレー、または好ましくはＰＩＮダイオード５４を利用して実現できる。切り替えセットアップの例は図２と図３に示し、ＰＩＮダイオード５４を用いる実施形態は図４に示した。パワーディバイダ２４の出力ポートは、正しく機能させるため、その特徴インピーダンスＺ０により終端しなければならない。これらの抵抗は、これがなければコイルに送信されてしまうパワーを吸収できなければならない。かかる抵抗は多くのスプリッタデザイン（ウィルキンソン、Ｇｙｓｅｌ等）にすでにあるので、スイッチ及び対応する（終端インピーダンスＺ０の）終端要素４４は、好ましくは、物理的にディバイダ／スプリッタ２４のところに配置される。

図５は、給電回路装置１８の第４の実施形態を示す。 図６は、給電回路装置１８の第５の実施形態を示す。これらの実施形態では、対応するコイル要素１４のポートは、終端要素により終端されていない。コイル要素１４がディスエーブルされていれば、オープン（図５）またはショート（図６）は対応する給電ライン２２において実現される。給電ライン２２は、コイル要素１４においてそれ自体オープンとなり、適切な終端ラインとなる。このように、ディスエーブルされたコイル要素１４に誘導される電流を抑制できる。提案のスイッチによりコイル要素１４をディスエーブルして、コイルへの接続もＺ０により終端できる。この場合、コイル要素１４の電気的特性は、例えば誘導電流は、同じである。

図７は、給電回路装置１８の第６の実施形態を示す。この図では、送受信（ＴＸ／ＲＸ）切り替えデバイス５６の可能性のあるポジションを示した。３つのポジションの可能性がある：（ｉ）主ライン、（ｉｉ）対応する給電ライン２２の第１のラインセクション３０、または（ｉｉｉ）対応する給電ライン２２の第２のラインセクション３２。この種の送受信切り替えデバイス５６は、少なくとも１つの切り替え回路２６とは独立な切り替えデバイスである。

ＴＸ／ＲＸ切り替えデバイス５６は、図７に示すように、原理的に、ディバイダ２４の前に、ディバイダ２４の後で提案のスイッチの前に、及び提案のスイッチの後に配置できる。後者のポジションが有利である。切り替えの状態に依らずにＲＸが常に可能だからである。ＴＸ／ＲＸ切り替えデバイスが提案の切り替え要素の前にあるとき、ＲＸの場合には切り替え要素を閉じなければならないが、切り替えデバイス２８をオープンにすれば、プリアンプ及びその他のコイル要素へのノイズカップリングをコイルアレイから切り離すことができる。対応するコイル要素１４がＭＲ信号に大きく貢献しなければ、これは都合がよいが、他のコイル要素１４にノイズをカップリングしてしまう。ＴＸ／ＲＸ切り替えデバイス５６がディバイダ２４の前に配置されたとき、ＲＸ信号はすでに結合され、各コイル要素１４の個別のＲＸ信号は記録できない。

図８は、給電回路装置１８の第７の実施形態を示す。この実施形態では、切り替え回路２６は、図８に示したように、ＴＸ／ＲＸ切り替えデバイス５６にインプリメント可能である。ダイオード５４が一般的にはすでにあり利用可能だからである。各給電ライン２２はＴＸ／ＲＸ切り替えデバイス５６を有する。各ＴＸ／ＲＸ切り替えデバイス５６は、さらに別の切り替え要素４８、５０を有するクロス接続電流パスの間に、切り替え要素２８（ＰＩＮダイオード５４）とラムダ／４要素５８との直列接続を含む。対応する給電ライン２２の第２のラインセクション３２は、切り替え要素２８とラムダ／４要素５８との間のノードに分岐し、対応するコイル要素１４になる。

図９は、本発明の第８の実施形態による、切り替え回路２６に終端要素４４が無い給電回路を示す。この場合、主ライン２０は、終端手段６２と相互接続されたサーキュレータデバイス６０を有する。サーキュレータデバイス６０は、少なくとも１つの切り替え要素２８のオープンポートにより反射された波を別の経路に切り替える。

換言すると、ディバイダ２４の出力ポートを終端しないことも可能である。記述の通り、これによりその適切な機能が損なわれ、特に入力ポートでのマッチング（ＴＸ増幅器との接続）が損なわれる。サーキュレータがマッチングされた抵抗と共に用いられると、性能問題は生じず、そのためこれも本発明の可能性のある実施形態である。

並列送信器／送受信器システム１０のなくてはならない部分は、制御システム３８である。これは、個別のＴＸコイル要素１４の切り替え状態を選択する。このシステムを図１０に示した。この制御システム３８は、校正データ（ブロック６４：コイルの感度プロファイル、測定されたコイル位置等）と、ユーザ入力（ブロック６６：視野、スキャンタイプ等）とを考慮し、切り替え要素２８及び／またはさらに別の切り替え要素４８、５０により行われる切り替えプロセスの適切なタイミングを確保する。

本発明を、図面と上記の説明に詳しく示し説明したが、かかる例示と説明は例であり限定ではなく、本発明は開示した実施形態には限定されない。請求項に記載した発明を実施する際、図面、本開示、及び添付した特許請求の範囲を研究して、開示した実施形態のその他のバリエーションを、当業者は理解して実施することができるであろう。請求項において、「有する（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は他の要素やステップを排除するものではなく、「１つの（「ａ」または「ａｎ」）」という表現は複数ある場合を排除するものではない。相異なる従属クレームに手段が記載されているからといって、その手段を組み合わせて有利に使用することができないということではない。請求項に含まれる参照符号は、その請求項の範囲を限定するものと解してはならない。

Claims (15)

1. 磁気共鳴コイル系の複数のコイル要素に無線周波数信号を供給する給電回路装置であって、
   無線周波数信号源を接続する主ラインと、
   各々が前記コイル系の対応するコイル要素を接続する複数の給電ラインと、
   前記主ラインと前記複数の給電ラインとの間に配置され、前記主ライン上の信号を前記給電ラインの各々に分配するパワーディバイダとを有し、
   前記給電ラインの少なくとも１つは、前記給電ラインの２つのラインセクションの接続／切断をする制御可能切り替え回路と、前記ディバイダ側の第１のラインセクションと、前記コイル要素に接続可能な側の第２のラインセクションとを有し、
   前記切り替え回路が、さらに前記第１のラインセクションのライン終端をする、所定終端抵抗を有する少なくとも１つの接続可能終端要素を有し、または前記主ラインが終端手段に相互接続されたサーキュレータデバイスを有する、
   給電回路装置。
2. 前記少なくとも１つの終端要素は、前記終端要素を接続するさらに別の切り替え要素と直列に接続されている、請求項１に記載の給電回路装置。
3. 前記終端要素は５０オームまたは１００オームの所定の終端抵抗を有する、
   請求項１に記載の給電回路装置。
4. 前記第２のラインセクションの少なくとも１つのライン終端をする終端要素は、ゼロオーム、または５０オームまたは１００オームまたは１０キロオームより大きい所定の終端抵抗を有し、またはラムダ／４要素により追加的に変換されている、
   請求項１に記載の給電回路装置。
5. 前記切り替え要素はＰＩＮダイオードである、
   請求項１に記載の給電回路装置。
6. 前記さらに別の切り替え要素はＰＩＮダイオードである、
   請求項２に記載の給電回路装置。
7. 前記給電回路装置はさらに少なくとも１つの送受信切り替えデバイスを有する、
   請求項１に記載の給電回路装置。
8. 前記少なくとも１つの送受信切り替えデバイスは、前記少なくとも１つの切り替え回路とは独立な切り替えデバイスである、請求項７に記載の給電回路装置。
9. 前記主ラインは前記１つの送受信切り替えデバイスを有し、または前記給電ラインの各々は前記送受信切り替えデバイスのうちの１つを有する、
   請求項７に記載の給電回路装置。
10. 前記パワーディバイダは、少なくとも１つの給電ラインの位相をシフトする少なくとも１つの位相シフタ要素を有する、請求項１に記載の給電回路装置。
11. 前記給電回路装置の、前記少なくとも１つの切り替え要素以外のすべての電気的コンポーネントは、受動コンポーネントである、請求項１に記載の給電回路装置。
12. 磁気共鳴コイル系を有する磁気共鳴システムの並列送信器システム、好ましくは送受信器システムであって、
    複数のコイル要素と、
    無線周波数信号源と、
    請求項１に記載の給電回路装置と、
    前記切り替え回路の切り替え要素を制御するコントローラを有するコントローラシステムとを有する、
    並列送信器システム。
13. 請求項１２に記載の並列送信器システムのコイル要素を切り替える方法であって、
    校正データ及び／またはユーザ入力に応じて、前記コントローラシステムと、前記切り替え要素及び／またはさらに別の切り替え要素により、前記切り替えが実行される、
    方法。
14. 前記校正データは前記コイル要素の感度プロファイルのデータ及び／または前記コイル要素の位置のデータである、請求項１３に記載の方法。
15. 前記ユーザ入力は視野の選択及び／またはスキャンタイプの選択である、請求項１３に記載の方法。

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