JP2017504382A - Ｍｒｉシステムのための調節可能なスイッチングレベルを有する高周波安全スイッチ - Google Patents

Abstract

磁気共鳴撮像システム１０で使用するための高周波アンテナデバイス３０であって、磁気共鳴撮像システム１０が、対象被験者２０の少なくとも一部分の磁気共鳴画像を獲得するように構成される高周波アンテナデバイス３０である。高周波アンテナデバイス３０は、−少なくとも１つの高周波チャネルから高周波出力を供給するように構成され、且つ高周波磁場Ｂ１を対象被験者２０の一部分の又は一部分内の核に印加して、磁気共鳴励起を行うように構成された少なくとも１つの高周波アンテナ３２と、非線形の電流−電圧特性を有する電気又は電子デバイスを含む少なくとも１つのピックアップ回路４６とを備え、少なくとも１つのピックアップ回路４６が、高インピーダンスの状態と低インピーダンスの状態との間での電気又は電子デバイスの移行時にトリガ信号５６を提供するように構成され、トリガ信号５６が、少なくとも１つのインダクタ４８に磁気的に結合された少なくとも１つの高周波アンテナ３２への高周波出力の供給を遮断するために利用可能である。放出される高周波出力の影響に関して安全な様式で磁気共鳴撮像システム１０を動作させる方法である。放出される高周波磁場Ｂ１の大きさの較正に関して磁気共鳴撮像システム１０を動作させる方法である。

Description

本発明は、磁気共鳴撮像システムで使用するための高周波アンテナデバイスに関する。

磁気共鳴撮像の分野においてよく知られているように、同時に高周波出力を送信し、且つ独立した高周波チャネルから高周波出力を供給されるように構成された複数の高周波アンテナを採用することが、磁気共鳴励起を発生するために核に印加すべき高周波磁場Ｂ_１の均質性の改良をもたらすことがある。これは、１．５Ｔを超える静磁場強度を有する磁気共鳴撮像システムで特に有益であり得る。磁気共鳴撮像システム内で独立して送信する高周波アンテナの数が増えれば増えるほど、較正に関わる技術的労力、並びにヒト組織及び電子機器に対する高周波出力（比吸収率、ＳＡＲ(specific absorption rate)）の影響に関する安全監視及び保護に関わる技術的労力が増す。

米国特許出願第２０１２／０３０６４９９号は、高周波送信／受信コイルを述べており、その高周波送信／受信コイルでは、高周波コイル要素が、フェールセーフ安全スイッチによってハイブリッドパワースプリッタ／コンビナに電気的に接続され、フェールセーフ安全スイッチは、可変インピーダンスを有し、高周波コイルアセンブリが適切に接続されている場合にフェールセーフ安全スイッチに供給される電気制御信号に応答してそれらのインピーダンスを変える。

国際公開第２００８／００１３２６号は、多核撮像のためのＲＦコイルシステムに関する。既知のコイルシステムは、送信機コイルと、平面状受信機コイルと、オンボードデジタル受信機回路とを備える。平面状受信機コイルは、同調コンデンサと、同調コンデンサをそれぞれブリッジする能動及び受動同調（離調）回路とを有する。能動同調（離調）回路は、制御ユニットからの制御信号によって制御される。平面状受信機コイルの適切な同調後、（同調された共鳴周波数に依存する）選択された核の磁気共鳴信号が獲得され、デジタル受信機回路に提供される。

本発明の目的は、較正及び安全性監視に関する技術的労力を減らしつつ、磁気共鳴撮像システムで使用するための高周波出力を送信するための少なくとも１つの高周波アンテナを備える高周波アンテナデバイスを提供することである。

この目的は、磁気共鳴撮像システムで使用するための高周波アンテナデバイスであって、磁気共鳴撮像システムが、対象被験者の少なくとも一部分の磁気共鳴画像を獲得するように構成され、
−少なくとも対象被験者の一部分を内部に位置付けるように提供された検査空間と、
−検査空間内で静磁場を発生するように構成された主磁石と
を含む、高周波アンテナデバイスによって実現される。

この高周波アンテナデバイスは、
−少なくとも１つの高周波チャネルから高周波出力を供給するように構成され、且つ高周波磁場Ｂ_１を対象被験者の一部分の又は一部分内の核に印加して、磁気共鳴励起を行うように構成された少なくとも１つの高周波アンテナと、
−少なくとも１つのピックアップ回路と
を備える。

少なくとも１つのピックアップ回路は、
−少なくとも１つの高周波アンテナに磁気的に結合された少なくとも１つのインダクタと、
−ラーモア周波数付近の範囲内で同調可能な直列共振回路を形成するために、少なくとも１つのインダクタに直列に電気的に接続される少なくとも１つのコンデンサと、
−少なくとも１つの高インピーダンスの状態と少なくとも１つの低インピーダンスの状態とを有する非線形の電流−電圧特性を有する電気又は電子デバイスとを含み、電気又は電子デバイスが、所定の閾値電圧よりも小さい第１の電圧と所定の閾値電圧よりも大きい第２の電圧との間での電圧変化によって、高インピーダンスの状態と低インピーダンスの状態との間で可逆に移行され得て、ここで、電気又は電子デバイスが、少なくとも１つのコンデンサに並列に接続される。

少なくとも１つのピックアップ回路が、高インピーダンスの状態と低インピーダンスの状態との間での電気又は電子デバイスの移行時にトリガ信号を提供するように構成され、トリガ信号が、少なくとも１つのインダクタに磁気的に結合された少なくとも１つの高周波アンテナへの高周波出力の供給を遮断するために利用可能である。

本出願で使用されるとき、語句「電子デバイス」は、特に、ガスを充満された空間内又は真空内で、半導体内部での電荷キャリアの輸送によって電流が少なくとも一部確立されるデバイスとして理解されるものとする。

本出願で使用されるとき、語句「非線形の電流−電圧特性」は、スイッチング目的での電子デバイスの使用を可能にする急峻な上昇を含む電流−電圧特性を有する電子デバイスを特に包含するものとする。

本出願で使用されるとき、語句「直接又は間接的に並列に接続される」は、特に、コンデンサと電気若しくは電子デバイスの端子とが直接電気的に接続される（直接並列に接続される）こと、又は、電気若しくは電子デバイスが、少なくとも１つの他の電気若しくは電子デバイス（特に抵抗器）を備える電気経路の一部であり、その電気経路がコンデンサに直接接続されていることと理解されるものとする。

適切に選択された所定の閾値電圧によって、高周波磁場への対象被験者の曝露に関する既存の安全規制に準拠し、且つ磁気共鳴撮像システムの電子機器を損壊しない出力レベルで、高周波出力の供給が自動的に且つ確実に遮断され得る。

好ましい実施形態では、電気又は電子デバイスは、スパークギャップ、バリスタ、ダイオード、トランジスタ、ダイアック、及びトライアックからなる群から選択される。

スパークギャップは、汎用ＳＭＤ構成要素として利用可能であり、例えば特に半導体デバイスに比べて非常に高い絶縁抵抗でのサージ電流及びスパークオーバ電圧、低い直列キャパシタンス、及び概して安定な温度挙動等、様々な選択可能なパラメータを提供する。スパーキングは、上記のパラメータが顕著に悪化することなく数百回行われ得る。

ピックアップ回路のレイアウトにおいて、スパークギャップは、メンテナンスの手が簡単に届くようにすることによって、容易に交換可能な構成要素として設計され得る。

ダイオードは、特に、高速スイッチングダイオード又は発光ダイオード（ＬＥＤ）として形成され得る。トランジスタは、特に、高速スイッチング金属−酸化物−半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）として形成され得る。

このようにして、少なくとも１つのピックアップ回路に関して、技術的に単純であり且つ費用対効果の高い解決策が提供され得る。

好ましくは、少なくとも１つの高周波アンテナと少なくとも１つのインダクタとの間の磁気結合の結合係数ｋは、１パーセント未満になるように選択される。結合係数ｋは、ｋ＝Ｍ／（Ｌ_１・Ｌ_２）^１／２によって定義されるように通常の意味合いで理解されるものとし、ここで、Ｍは、磁気的に結合された２つのインダクタンスＬ_１とＬ_２との間の相互インダクタンスを示す。それにより、ピックアップ回路のインダクタに結合された少なくとも１つの高周波アンテナでの電流に対するインダクタの効果は無視することができる。最も好ましくは、結合係数ｋは、１０^−３未満であり、少なくとも１つの高周波アンテナの機能に影響を及ぼさないように安全マージンを提供する。

別の好ましい実施形態では、少なくとも１つのコンデンサは、電気又は電子デバイスに固有の寄生キャパシタンスによって形成される。この場合、直列共振回路は少なくとも１つのインダクタによって同調可能であり、少なくとも１つのコンデンサに関して集中コンデンサをなくすことによって、ピックアップ回路を実現するためのより単純な解決策が提供され得る。

更に別の好ましい実施形態では、高周波アンテナデバイスは、複数の高周波アンテナを備え、複数の高周波アンテナの各高周波アンテナは、少なくとも１つの高周波チャネルから高周波出力を供給されるように少なくとも構成され、高周波アンテナデバイスは更に、複数のピックアップ回路を備え、複数の高周波アンテナの各高周波アンテナが、複数のピックアップ回路のうちの少なくとも１つのピックアップ回路に結合される。これは、技術的労力を減らしつつ、複数の高周波アンテナの各高周波アンテナの個別の安全監視を可能にする。

好ましくは、複数の高周波アンテナの各高周波アンテナが、複数のピックアップ回路のうちの異なる１つのピックアップ回路の少なくとも１つのインダクタに磁気的に結合される。

有利には、高周波アンテナデバイスがマルチプレクサを備え、マルチプレクサが、複数のピックアップ回路の各ピックアップ回路と、複数のピックアップ回路に共通の電気又は電子デバイスとの間の少なくとも１つの電気接続を後で提供するように構成される場合に、技術的労力が更に減らされる。

更なる好ましい実施形態では、少なくとも１つの電気又は電子デバイスが、透明ハウジングを有するスパークギャップとして形成され、トリガ信号は、光信号によって形成される部分に少なくともある。このようにして、トリガ信号は、遠隔位置で利用されるように非金属光学手段によって伝送され得る。

高周波アンテナデバイスは、有利には、集中抵抗器を更に備えてもよく、この集中抵抗器は、少なくとも１つのインダクタ及び少なくとも１つのコンデンサと直列に電気的に接続されて、直列共振回路の両端間の電圧を調節する。集中抵抗器は、直列共振回路のＱ値を低下させ、これにより、複数の高周波アンテナのうちの少なくとも１つの高周波アンテナへの磁気結合によって誘導可能な電圧を制御することを可能にし、且つ電気又は電子デバイスの所定の閾値電圧に電圧を適合させることを可能にする。

別の好ましい実施形態では、少なくとも１つのピックアップ回路が、電気又は電子デバイスと直列に電気的に接続された発光ダイオードを更に備え、ここで、トリガ信号は、発光ダイオードによって放出される光によって形成される。これは、トリガ信号が、遠隔位置で利用されるように非金属光学手段によって伝送され得るという利点を提供する。

本発明の別の態様では、対象被験者の少なくとも一部分の磁気共鳴画像を獲得するように構成された磁気共鳴撮像システムが提供される。磁気共鳴撮像システムは、対象被験者を内部に位置付けるように提供された検査空間と、検査空間内で静磁場を発生するように構成された主磁石と、静磁場に重ね合わされる勾配磁場を発生するように構成された磁気勾配コイルシステムとを備える。磁気共鳴撮像システムは、更に、高周波アンテナデバイスの本願で開示される実施形態の少なくとも１つ又はそれらの組合せと、高周波磁場の送信によって励起されている対象被験者の一部分の又は一部分内の核からの磁気共鳴信号を受信するように提供された少なくとも１つの高周波アンテナデバイスとを含む。更に、磁気共鳴撮像システムは、磁気共鳴撮像システムの機能を制御するように構成された制御ユニットを備える。

本発明の更に別の態様では、放出される高周波出力の影響に関して安全な様式で、前段で述べた磁気共鳴撮像システムを動作させる方法が提供される。

この方法は、
−少なくとも１つのピックアップ回路を少なくとも１つの高周波アンテナに結合するステップと、
−直列共振回路にわたって誘導可能な、又は電気若しくは電子デバイスに適用可能な所望の電圧レベルを、少なくとも１つのピックアップ回路の電気又は電子デバイスの所定の閾値電圧に適合させるステップと、
−少なくとも１つのピックアップ回路に結合された少なくとも１つの高周波アンテナへの高周波出力の供給を制御ユニットによって遮断することにより、少なくとも１つのピックアップ回路によって提供されたトリガ信号を利用するステップと
を含む。

好ましくは、少なくとも１つの高周波アンテナが、少なくとも１つのピックアップ回路の少なくとも１つのインダクタに磁気的に結合される。これにより、電圧は、直列共振回路にわたって誘導可能である。

本発明の更なる態様として、放出される高周波磁場の大きさの較正に関して、前段で述べた磁気共鳴撮像システムを動作させる方法が提供される。磁気共鳴撮像システムは、複数のピックアップ回路を備える高周波アンテナデバイスを含み、複数の高周波アンテナの各高周波アンテナは、複数のピックアップ回路のうちの少なくとも１つのピックアップ回路に結合される。

この方法は、
−複数の高周波アンテナの中から第１の高周波アンテナを選択して、高周波出力をその高周波アンテナに供給するステップと、
−直列共振回路にわたって誘導可能な、又は電気若しくは電子デバイスに適用可能な所望の電圧レベルを、第１の高周波アンテナに結合されたピックアップ回路の電気若しくは電子デバイスの第１の所定の閾値電圧に適合させるステップと、
−複数の高周波アンテナのうちの第１の高周波アンテナに供給される高周波出力のレベルを増加するステップと、
−トリガ信号の発生の時点で第１の高周波アンテナに供給されている高周波出力のレベルを、第１の高周波アンテナによって発生される高周波磁場の所期の大きさに関係付けることにより、ピックアップ回路によって提供されたトリガ信号を利用するステップと、
−複数の高周波アンテナのうちの第１の高周波アンテナへの高周波出力の供給を遮断するステップと、
−複数の高周波アンテナの中から第２の高周波アンテナを選択して、高周波出力をその高周波アンテナに供給するステップと、
−直列共振回路にわたって誘導可能な、又は電気若しくは電子デバイスに適用可能な所望の電圧レベルを、第２の高周波アンテナに結合されたピックアップ回路の電気若しくは電子デバイスの第２の所定の閾値電圧に適合させ、増加するステップと、トリガ信号を利用するステップと、高周波出力の供給を遮断するステップとを実施するステップと、
−複数の高周波アンテナのうちの残りの高周波アンテナに関して上記のステップを繰り返すステップと
を含む。

このようにして、所望の高周波磁場Ｂ_１を発生するための高周波基準出力が、対象被験者による高周波アンテナに対する所与の負荷について、複数の高周波アンテナの個々の高周波アンテナそれぞれに関して決定され得る。それにより、技術的労力を減らしつつ、少なくとも１つの高周波チャネルから高周波出力を供給されるように構成された少なくとも１つの高周波アンテナを有する高周波アンテナデバイスを含む磁気共鳴撮像システムが較正され得る。当然、技術的労力を大幅に減らすことは、少なくとも２つの独立した高周波チャネルから高周波出力を供給されるように構成された複数の高周波アンテナを有する高周波アンテナデバイスを含む磁気共鳴撮像システムに関しても当てはまる。

好ましくは、複数の高周波アンテナの各高周波アンテナが、少なくとも１つのピックアップ回路の少なくとも１つのインダクタに磁気的に結合される。それにより、電圧は、ピックアップ回路の直列共振回路にわたって誘導可能である。

代替手法では、第１（第２）の高周波アンテナを選択するステップが、高周波出力を供給しない第１（第２）の高周波アンテナを選択することに変更され得て、更に、高周波出力のレベルを増加するステップが、複数の高周波アンテナのうちの第１（第２）の高周波アンテナ以外に供給される高周波出力のレベルを増加することに変更され得る。

また、代替として、複数のピックアップ回路のうちの少なくとも１つのピックアップ回路が、２つの電気又は電子デバイスを備えていてよく、これらのデバイスは、任意選択的に、例えばスイッチによって、少なくとも１つのコンデンサに並列に接続され得る。２つの電気又は電子デバイスの一方は、より低い所定の閾値電圧を有していてよく、較正目的でのみ使用され得る。このようにして、較正中に、比吸収率に関するより大きな安全マージンが維持される。

好ましい実施形態では、直列共振回路にわたって誘導可能な所望の電圧レベルを特定のピックアップ回路の電気又は電子デバイスの所定の閾値電圧に適合させるステップが、特定のピックアップ回路の少なくとも１つのインダクタと高周波アンテナとの間の磁気結合を調節することによって実施される。一般に知られているように、２つのインダクタ間の相互インダクタンスを決定するパラメータは、それらの特定の形状及び互いに対する配置であり、従って、磁気結合を調節する方法は、当業者には自明であり、本明細書で詳細に述べる必要はない。

直列共振回路にわたって誘導可能な所望の電圧レベルを、特定のピックアップ回路の電気又は電子デバイスの所定の閾値電圧に適合させるステップは、好ましくは、少なくとも１つのインダクタ及び少なくとも１つのコンデンサと直列に電気的に接続される集中抵抗器の抵抗値を選択することによっても実施され得る。集中抵抗器は、直列共振回路のＱ値を低下させ、それにより、複数の高周波アンテナのうちの特定の高周波アンテナへの磁気結合によって誘導可能な電圧を制御することを可能にする。

本発明のこれら及び他の態様は、本明細書で以下に述べる実施形態から明らかであり、それらを参照して説明する。

本発明による磁気共鳴撮像システムの一実施形態の一部の概略図である。 図１による磁気共鳴撮像システムの高周波アンテナデバイスの概略図である。 本発明によるピックアップ回路の線図である。 図２による高周波アンテナデバイスの高周波アンテナの１つに関するＳＰＩＣＥソフトウェアシミュレーションの結果を示す図である。 本発明による代替のピックアップ回路の線図である。

図１は、対象被験者２０の少なくとも一部分の磁気共鳴画像を獲得するように構成された本発明による磁気共鳴撮像システム１０の一実施形態の一部の概略図である。磁気共鳴撮像システム１０は、３．０Ｔの磁場強度を有する静磁場を発生するように構成された主磁石１４を有する磁気共鳴スキャナ１２を備える。主磁石１４は中心穴を有し、中心穴は、中心軸１８を中心として、対象被験者２０を内部に位置付けるための検査空間１６を提供する。分かりやすくするために、図１では、対象被験者２０を支持するための従来のテーブルは省かれている。実質的な静磁場が、中心軸１８に平行に位置合わせされた検査空間１６の軸方向を定義する。更に、磁気共鳴撮像システム１０は、静磁場に重ね合わされた勾配磁場を発生するように構成された磁気勾配コイルシステム２２を含む。磁気勾配コイルシステム２２は、当技術分野で知られているように、主磁石１４の穴内に同心に配置される。

更に、磁気共鳴撮像システム１０は、全身コイルとして設計された高周波アンテナデバイス３０を備える。高周波アンテナデバイス３０は、複数の８個の高周波アンテナ３２_１〜３２_８を含み、これらのアンテナ３２_１〜３２_８は、８個の独立した高周波チャネル３４_１〜３４_８を備える高周波送信機ユニット２４から高周波出力を供給されるように構成され、ここで、各高周波チャネル３４_１〜３４_８は、高周波源と、高周波出力増幅器とを含む（図２）。複数の８個の高周波アンテナ３２_１〜３２_８は、高周波磁場Ｂ_１を対象被験者２０の一部分の又は一部分内の核に印加して、磁気共鳴励起を行うために提供される。

この実施形態では、高周波アンテナデバイスは、８個の高周波アンテナを含むものとして説明されるが、高周波アンテナデバイスが異なる数の高周波アンテナを含んでいてもよいことを当業者は理解されよう。また、独立した高周波チャネルの数も、他の実施形態では異なっていてよい。

また、高周波アンテナデバイス３０の複数の８個の高周波アンテナ３２_１〜３２_８は、高周波受信段階中、送信された高周波磁場Ｂ_１によって励起されている対象被験者２０の一部分の又は一部分内の核から磁気共鳴信号を受信するために提供される。磁気共鳴撮像システム１０の動作状態において、高周波送信段階と高周波受信段階とは連続的に行われている。複数の８個の高周波アンテナ３２_１〜３２_８は中心軸を有し、中心軸は、動作状態で、複数の８個の高周波アンテナ３２_１〜３２_８の中心軸と磁気共鳴撮像システム１０の中心軸１８とが一致するように主磁石１４の穴内に同心に配置される。当技術分野でよく知られているように、円筒形の金属製高周波スクリーン２８が、磁気勾配コイルシステム２２と、複数の８個の高周波アンテナ３２_１〜３２_８との間に同心に配置される。

図１に示されるように、磁気共鳴撮像システム１０は、少なくとも磁気共鳴スキャナ１２及び磁気勾配コイルシステム２２の機能を制御するために提供された制御ユニット２６を更に含む。更に、高周波送信機ユニット３０が制御ユニット２６に接続され、制御ユニット２６によって制御される。高周波送信機ユニット３０は、高周波送信段階中、磁気共鳴高周波数の高周波出力を、高周波スイッチングユニット３６を介して複数の８個の高周波アンテナ３２_１〜３２_８に供給するために提供される。高周波受信段階中、高周波スイッチングユニット３６は、高周波アンテナ３２_１〜３２_８からの磁気共鳴信号を、制御ユニット２６に属する画像処理ユニット３８に向ける。画像処理ユニット３８は、獲得された磁気共鳴信号を処理して、獲得された磁気共鳴信号から、対象被験者２０の一部分の磁気共鳴画像を決定するように構成される。この技法の多くの異なる変形形態が、当業者にはよく知られており、従って、本明細書において更に詳細に述べる必要はない。

高周波アンテナデバイス３０は、複数の８個のピックアップ回路４６_１〜４６_８（図２）を更に含む。複数のピックアップ回路４６_１〜４６_８の各ピックアップ回路４６_ｎは、複数の高周波アンテナ３２_１〜３２_８のうちの異なる１つの高周波アンテナ３２_ｎの近傍に配置される。このようにして、複数の高周波アンテナ３２_１〜３２_８の各高周波アンテナ３２_ｎは、複数のピックアップ回路４６_１〜４６_８のうちの異なる１つのピックアップ回路４６_ｎに磁気的に結合される。

ピックアップ回路４６_ｎの１つと高周波アンテナ３２_ｎの一部との線図が、図３に示されている。複数の８個の高周波アンテナ３２_１〜３２_８の各高周波アンテナ３２_ｎは同一に設計され、各高周波アンテナ３２_ｎが、平坦状長方形コイルと、高周波アンテナ３２_ｎをラーモア周波数に同調させるための同調コンデンサとを備える。

複数の８個のピックアップ回路４６_１〜４６_８の各ピックアップ回路４６_ｎは同一に設計され、それぞれインダクタ４８_ｎを含み、インダクタ４８_ｎは、そのインダクタ４８_ｎが近傍に配置された高周波アンテナ３２_ｎの平坦状長方形コイルに磁気的に結合される。複数の８個のピックアップ回路４６_１〜４６_８の各ピックアップ回路４６_ｎと、各ピックアップ回路４６_ｎが磁気的に結合される高周波アンテナ３２_ｎとの相対位置及び向きは、ピックアップ回路４６_ｎのインダクタ４８_ｎと高周波アンテナ３２_ｎの平坦状長方形コイルとの間の結合係数ｋが１パーセント未満、即ち約０．０００５となるように選択される。より遠くの高周波アンテナ３２_１〜３２_８への磁気結合は、距離がより大きいのではるかに低く、従って無視することができる。

各ピックアップ回路４６_ｎは、コンデンサ５０_ｎを更に備え、コンデンサ５０_ｎは、インダクタ４８_ｎに直列に電気的に接続されて、直列共振回路を形成し、この直列共振回路は、ラーモア周波数付近の範囲内にある共鳴周波数に同調される。各ピックアップ回路４６_ｎは、ＳＭＤタイプのスパークギャップ５２_ｎと、低い抵抗、例えば０．１オームの基準抵抗器５４_ｎとによって形成される電子デバイスを含み、この電子デバイスは、コンデンサ５０_ｎに並列に電気的に接続されている。代替として、電子デバイスは、バリスタ、ダイオード、トランジスタ、及びダイアックからなる群から選択され得る。基本的には、ピックアップ回路が適切に変更されるという前提で、当業者が適切と考える非線形の電流−電圧特性を有する任意の電子デバイスが採用され得る。

スパークギャップ５２_ｎは、１００Ｍオームを超える高インピーダンスの状態と、低インピーダンスの状態とを有する非線形の電流−電圧特性を有する。スパークギャップ５２_ｎは、スパークギャップ５２_ｎの所定の閾値電圧よりも小さい第１の電圧と、所定の閾値電圧よりも大きい第２の電圧との間の電圧変化によって、高インピーダンスの状態と低インピーダンスの状態との間で可逆に移行され得る。スパークギャップ５２_ｎの所定の閾値電圧は、ラーモア周波数付近の高周波数に関して、２５０Ｖのスパークオーバ電圧によって与えられる。

図４は、図３によるピックアップ回路４６_ｎのインダクタ４８_ｎに磁気的に結合されている図２による高周波アンテナデバイス３０の高周波アンテナ３２_ｎの１つに関するＳＰＩＣＥソフトウェアシミュレーションの結果を示す。高周波出力が、２００Ｖの電圧振幅を有する高周波アンテナ３２_ｎに供給され、高周波アンテナ３２_ｎで１４Ａの電流を発生する。このグラフにおいて、コンデンサ５０_ｎの両端間の電圧は、ラーモア周波数の近傍で、直列共振回路の共鳴周波数付近の高周波数範囲内に示されている。図示されるように、ピーク電圧は、インダクタ４８_ｎとコンデンサ５０_ｎとの固有オーム抵抗によって制限されて、最大３００Ｖまで達する。このピーク電圧は、スパークギャップ５２_ｎを高インピーダンスの状態から低インピーダンスの状態に移行するのに十分なものである。そのような移行が生じるとき、基準抵抗器５４_ｎを通る電流が変化し、この電流変化は、例えば、基準抵抗器５４_ｎの両端間の電圧の上昇として検出可能である。そのような電圧の上昇を検出するための方法は、当技術分野でよく知られているので、本明細書でより詳細に述べる必要はない。

このようにして、ピックアップ回路４６_ｎは、高インピーダンスの状態と低インピーダンスの状態との間でのスパークギャップ５２_ｎの移行時にトリガ信号５６_ｎを提供するように構成され、ここで、トリガ信号５６_ｎは、基準抵抗器５４_ｎの両端間の電圧の上昇によって生成される。

代替手法（図示せず）では、図３のピックアップ回路４６_ｎは、集中コンデンサ５０_ｎを省くことによって簡略化され得て、それにより、スパークギャップ５２_ｎに固有の寄生キャパシタンスが、インダクタ４８_ｎに直列に電気的に接続されて、直列共振回路を生成し、この直列共振回路は、インダクタ４８_ｎの適切なインダクタンス値を選択することによって、ラーモア周波数の近傍に同調可能である。

更に、及びまた代替として（図示せず）、高周波アンテナデバイス３０は、マルチプレクサを備えていてよく、マルチプレクサは、複数のピックアップ回路４６_１〜４６_８の各ピックアップ回路４６_ｎの少なくとも１つのコンデンサ５０_ｎと、複数のピックアップ回路４６_１〜４６_８に共通の電気又は電子デバイスとの間の少なくとも１つの電気接続を後で提供するように構成される。

ラーモア周波数に対する直列共振回路の共鳴周波数の同調が、直列共振回路にわたって誘導可能な所望の電圧レベルをスパークギャップ５２_ｎの所定の閾値電圧に適合させるための実行可能なオプションであることは、当業者には理解されよう。

直列共振回路にわたって誘導可能な所望の電圧レベルをスパークギャップ５２_ｎの所定の閾値電圧に適合させるための第２の実行可能なオプションは、少なくとも１つのインダクタ４８_ｎ及び少なくとも１つのコンデンサ５０_ｎと直列に電気的に接続された集中抵抗器５８ｎの抵抗値を選択することによって与えられる。そのような集中抵抗器５８ｎは、図３に破線によって示されている。

直列共振回路にわたって誘導可能な所望の電圧レベルをスパークギャップ５２_ｎの所定の閾値電圧に適合させるための第３のオプションは、ピックアップ回路４６_ｎのインダクタ４８_ｎと、インダクタ４８_ｎが結合される高周波アンテナ３２_ｎとの間の磁気結合を調節することによって与えられる。このオプションは、高周波アンテナ３２_ｎでの電流が指定限度内、例えば０．２％以内でのみ影響を及ぼされる限り、実行可能である。

図５は、本発明による代替のピックアップ回路４６_ｎ’の線図を示す。図３による実施形態とは対照的に、電子デバイスは、透明ハウジングを有するスパークギャップ５２_ｎ’として形成される。プラスチック光学レンズ６０が透明ハウジングに取り付けられ、光ファイバ６２が、光学レンズ６０にスプライス接続される。スパークギャップ５２_ｎ’の高インピーダンスの状態と低インピーダンスの状態との間の移行は、光の放出を伴って進行し、光の一部は、光学レンズ６０によって光ファイバ６２に結合され、遠隔の光検出器６４に向けて伝送され得て、トリガ信号５６’を発生し、トリガ信号５６’は、更なる利用のために、磁気共鳴撮像システム１０の制御ユニット２６に伝送され得る。遠隔の光検出器６４は、例えば、制御ユニット２６の近くに配置され得る。

透明ハウジングを有するスパークギャップ５２_ｎ’を採用する代わりに、代替のピックアップ回路４６’’では、スパークギャップ５２_ｎ’’が発光ダイオード６６及び直列抵抗器６８と直列に電気的に接続された場合、通常のハウジングを有するスパークギャップ５２_ｎ’’が使用され、ここで、スパークギャップ５２_ｎ’’と、発光ダイオード６６と、直列抵抗器６８との直列の組合せが、図５に破線で示されるように、コンデンサに並列に電気的に接続される。前述したのと同様に、光ファイバ６２’’が発光ダイオード６６’’に取り付けられ得る。

以下、放出される高周波出力の効果に関して安全な様式で磁気共鳴撮像システム１０を動作させる方法を述べる。磁気共鳴撮像システム１０を動作させる準備として、全ての関連のユニット及びデバイスが動作状態にあること、複数の高周波アンテナ３２_１〜３２_８の各高周波アンテナ３２_ｎが、複数のピックアップ回路４６_１〜４６_８のうちの異なる１つのピックアップ回路４６_ｎのインダクタ４８_１〜４８_８に磁気的に結合されていること、及び直列共振回路にわたって誘導可能な電圧レベルが、スパークギャップ５２_１〜５２_８の所定の閾値電圧に適合されていることを理解されたい。

最初に、ピックアップ回路４６_１〜４６_８内の全てのスパークギャップ５２_１〜５２_８が高インピーダンスの状態にある。磁気共鳴撮像システム１０の高周波送信段階の１つの間に、スパークギャップ５２_ｎの１つが、そのスパークギャップ５２_ｎの所定の閾値電圧を超えるピックアップ回路４６_ｎ内で誘導された電圧によって、その高インピーダンスの状態からその低インピーダンスの状態に移行される場合、トリガ信号５６_ｎが、基準抵抗器５４_ｎの両端間の電圧上昇の形でピックアップ回路４６_ｎによって提供される。

各ピックアップ回路４６_１〜４６_８の基準抵抗器５４_ｎの両端間の電圧は、図３には示されていない適切な手段を介して、磁気共鳴撮像システム１０の制御ユニット２６に伝送される。適切な手段は、アナログ電圧を伝送するケーブル接続を含み、又は、電圧をアナログ／デジタル変換し、電圧を表すデジタルデータをケーブル配線若しくはワイヤレス接続を介して制御ユニット２６に伝送することを含み、更に、当業者が適切と考える他の手段を含んでいてよい。

トリガ信号５６の発生及び制御ユニット２６でのその検出後、制御ユニット２６によって、トリガ信号５６を提供したピックアップ回路４６_ｎのインダクタ４８_ｎに磁気的に結合されている高周波アンテナ３２_ｎへの高周波出力の供給を遮断することにより、トリガ信号５６が利用される。このようにして、高周波出力への過剰な曝露による対象被験者２０の任意の損傷、及び磁気共鳴撮像システム１０の壊れやすい電子機器の損壊が効果的に防止され得る。

次に、放出される高周波磁場Ｂ_１の大きさの較正に関して安全な様式で磁気共鳴撮像システム１０を動作させる方法を述べる。ここでも、磁気共鳴撮像システム１０を動作させる準備として、全ての関連のユニット及びデバイスが動作状態にあること、複数の高周波アンテナ３２_１〜３２_８の各高周波アンテナ３２_ｎが、複数のピックアップ回路４６_１〜４６_８のうちの異なる１つのピックアップ回路４６_ｎのインダクタ４８_ｎに磁気的に結合されていること、及び直列共振回路にわたって誘導可能な電圧レベルが、スパークギャップ５２_ｎの所定の閾値電圧に適合されていること、及びピックアップ回路４６_１〜４６_８内の全てのスパークギャップ５２_１〜５２_８が、最初にそれらの高インピーダンスの状態にあることを理解されたい。

この方法のステップは、磁気共鳴撮像システム１０の制御ユニット２６によって制御される。このために、制御ユニット２６は、ソフトウェアモジュール４４（図１）を備える。行われるべき方法ステップは、ソフトウェアモジュール４４のプログラムコードに変換され、ここで、プログラムコードは、制御ユニット２６のメモリユニット４０内に実装可能であり、制御ユニット２６の処理装置ユニット４２によって実行可能である。この実施形態では、この方法のステップを実施するために、磁気共鳴撮像システム１０の機能を制御するために慣例的な制御ユニット２６が採用されている。基本的には、制御ユニット２６は、代替として、方法ステップを実行するために特に割り当てられた追加の制御ユニットとしてデザインされてもよい。

この方法は、磁気共鳴撮像システム１０の操作者の入力によって、開始時に自動的に実施される。制御ユニット２６は、複数の高周波アンテナ３２_１〜３２_８の中から第１の高周波アンテナ３２_ｎを選択し、高周波出力のレベルを線形に増加させることによって高周波出力をその高周波アンテナ３２_ｎに供給する。第１の高周波アンテナ３２_ｎに磁気的に結合されたインダクタ４８_ｎを備えるピックアップ回路４６_ｎ内で誘導される電圧がスパークギャップ５２_ｎの所定の閾値電圧に達すると、前述のようにトリガ信号５６_ｎが提供される。トリガ信号５６_ｎは、トリガ信号５６_ｎの発生の時点で第１の高周波アンテナ３２_ｎに供給されている高周波出力のレベルを、第１の高周波アンテナ３２_ｎによって発生される高周波磁場Ｂ_１の所期の磁気的な大きさに関係付けることによって利用される。第１の高周波アンテナ３２_ｎとピックアップ回路４６_ｎのインダクタ４８_ｎとの間の磁気結合は、同レベルの磁場の大きさを有する高周波磁場Ｂ_１（これは磁気結合に重要である）が高周波アンテナ３２_ｎによって発生されることをトリガ信号５６_ｎが示すことを保証する。

トリガ信号５６_ｎの発生の時点で供給された高周波出力のレベルが読み出されて、制御ユニット２６のメモリユニット４０に記憶される。次いで、第１の高周波アンテナ３２_ｎへの高周波出力の供給が遮断され、複数の高周波アンテナ３２_１〜３２_８の中から第２の高周波アンテナ３２_ｍが選択されて、高周波出力をその高周波アンテナ３２_ｍに供給し、増加するステップと、トリガ信号５６_ｎを利用するステップと、高周波出力のレベルをメモリユニット４０に記憶するステップと、高周波出力の供給を遮断するステップとが、第１の高周波アンテナ３２_ｎで前述したのと同様に行われる。

これらのステップは、次いで、複数の高周波アンテナ３２_１〜３２_８のうちの残りの高周波アンテナ３２_ｒ（ｒ≠ｍ，ｎ）に関して繰り返される。

本発明を図面及び前述の説明で詳細に図示して説明してきたが、そのような図示及び説明は例示又は例説とみなすべきであり、限定とみなすべきではない。本発明は、開示される実施形態に限定されない。開示される実施形態に対する他の変形は、図面、本開示、及び添付の特許請求の範囲の検討から当業者によって理解され、特許請求される発明を実践する際に実施され得る。特許請求の範囲において、用語「備える」は、他の要素又はステップを除外せず、「１つの」は、複数を除外しない。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されていることだけでは、これらの手段の組合せが有利に使用され得ないことを示さない。特許請求の範囲内の任意の参照符号は、範囲を限定するものとみなされるべきではない。

１０ 磁気共鳴撮像システム
１２ 磁気共鳴スキャナ
１４ 主磁石
１６ 検査空間
１８ 中心軸
２０ 対象被験者
２２ 磁気勾配コイルシステム
２４ 高周波送信機ユニット
２６ 制御ユニット
２８ 高周波スクリーン
３０ 高周波アンテナデバイス
３２ 高周波アンテナ
３４ 高周波チャネル
３６ 高周波スイッチングユニット
３８ 画像処理ユニット
４０ メモリユニット
４２ 処理装置ユニット
４４ ソフトウェアモジュール
４６ ピックアップ回路
４８ インダクタ
５０ コンデンサ
５２ スパークギャップ
５４ 基準抵抗器
５６ トリガ信号
５８ 抵抗器
６０ プラスチック光学レンズ
６２ 光ファイバ
６４ 光検出器
６６ 発光ダイオード
６８ 直列抵抗器
Ｂ_１ 高周波磁場
ｋ 結合係数

Claims (15)

1. 磁気共鳴撮像システムで使用するための高周波アンテナデバイスであって、前記磁気共鳴撮像システムが、少なくとも対象被験者の一部分の磁気共鳴画像を獲得し、
   −前記少なくとも対象被験者の一部分を内部に位置付けるように提供された検査空間と、
   −前記検査空間内で静磁場を発生する主磁石と
   を含み、
   前記高周波アンテナデバイスは、
   −少なくとも１つの高周波チャネルから高周波出力を供給し、且つ高周波磁場を対象被験者の一部分の核又は一部分内の核に印加して、磁気共鳴励起を行う少なくとも１つの高周波アンテナと、
   −少なくとも１つのピックアップ回路と
   を備え、
   前記少なくとも１つのピックアップ回路は、
   −複数の高周波アンテナのうちの少なくとも１つの高周波アンテナに磁気的に結合された少なくとも１つのインダクタと、
   −ラーモア周波数付近の範囲内で同調可能な直列共振回路を形成するために、前記少なくとも１つのインダクタに直列に電気的に接続される少なくとも１つのコンデンサと、
   −少なくとも１つの高インピーダンスの状態と少なくとも１つの低インピーダンスの状態とを有する非線形の電流−電圧特性を有する電気又は電子デバイスとを含み、
   前記電気又は電子デバイスが、所定の閾値電圧よりも小さい第１の電圧と前記所定の閾値電圧よりも大きい第２の電圧との間での電圧変化によって、前記高インピーダンスの状態と前記低インピーダンスの状態との間で可逆に移行され、前記電気又は電子デバイスが、少なくとも１つのコンデンサに直接的又は間接的に並列に接続され、
   前記少なくとも１つのピックアップ回路は、前記高インピーダンスの状態と前記低インピーダンスの状態との間での前記電気又は電子デバイスの移行時にトリガ信号を提供し、前記トリガ信号が、前記少なくとも１つのインダクタに磁気的に結合された前記少なくとも１つの高周波アンテナへの高周波出力の供給を遮断するために利用可能である、高周波アンテナデバイス。
2. 前記電気又は電子デバイスは、スパークギャップ、バリスタ、ダイオード、トランジスタ、ダイアック、及びトライアックからなる群から選択される、請求項１に記載の高周波アンテナデバイス。
3. 前記少なくとも１つの高周波アンテナと前記少なくとも１つのインダクタとの間の磁気結合の結合係数は、１パーセント未満になるように選択される、請求項１又は２に記載の高周波アンテナデバイス。
4. 前記少なくとも１つのコンデンサは、前記電気又は電子デバイスに固有の寄生キャパシタンスによって形成される、請求項１乃至３の何れか一項に記載の高周波アンテナデバイス。
5. 前記高周波アンテナデバイスは、複数の高周波アンテナを備え、前記複数の高周波アンテナの各高周波アンテナは、少なくとも１つの高周波チャネルから少なくとも、高周波出力を供給され、前記高周波アンテナデバイスは更に、複数のピックアップ回路を備え、前記複数の高周波アンテナの各高周波アンテナが、前記複数のピックアップ回路のうちの少なくとも１つのピックアップ回路に結合される、請求項１に記載の高周波アンテナデバイス。
6. 前記複数のピックアップ回路の各ピックアップ回路と、前記複数のピックアップ回路に共通の前記電気又は電子デバイスとの間の少なくとも１つの電気接続を後で提供するマルチプクレサを含む、請求項５に記載の高周波アンテナデバイス。
7. 前記少なくとも１つの電気又は電子デバイスが、透明ハウジングを有するスパークギャップとして形成され、前記トリガ信号は、光信号によって形成される部分に少なくともある、請求項１乃至６の何れか一項に記載の高周波アンテナデバイス。
8. 集中抵抗器を更に備え、前記集中抵抗器は、前記少なくとも１つのインダクタ及び前記少なくとも１つのコンデンサと直列に電気的に接続されて、直列共振回路の両端間に誘導される電圧を調節する、請求項１乃至７の何れか一項に記載の高周波アンテナデバイス。
9. 前記電気又は電子デバイスと電気的に直列に接続された発光ダイオードを更に備え、前記トリガ信号は、前記発光ダイオードによって放出される光によって形成される、請求項１乃至８の何れか一項に記載の高周波アンテナデバイス。
10. 対象被験者の少なくとも一部分の磁気共鳴画像を獲得する磁気共鳴撮像システムであって、前記磁気共鳴撮像システムは、前記対象被験者を内部に位置付けるように提供された検査空間と、前記検査空間内で静磁場を発生する主磁石と、静磁場に重ね合わされる勾配磁場を発生する磁気勾配コイルシステムとを備え、
    前記磁気共鳴撮像システムは、更に、請求項１乃至９の何れか一項に記載の少なくとも一つの高周波アンテナデバイスと、高周波磁場の送信によって励起されている前記対象被験者の一部分の核又は一部分内の核からの磁気共鳴信号を受信する少なくとも１つの高周波アンテナデバイスと、前記磁気共鳴撮像システムの機能を制御する制御ユニットとを備え、
    前記制御ユニットは請求項１１乃至１４の何れか一項に記載の方法のステップを実行する、磁気共鳴撮像システム。
11. 放出される高周波出力の影響に関して安全な様式で、対象被験者の少なくとも一部分の磁気共鳴画像を獲得する磁気共鳴撮像システムを動作させる方法であって、前記磁気共鳴撮像システムは、
    前記対象被験者の少なくとも一部を内部に位置付けるように提供された検査空間と、前記検査空間内で静磁場を発生する主磁石と、静磁場に重ね合わされる勾配磁場を発生する磁気勾配コイルシステムと、請求項１乃至９の何れか一項に記載の少なくとも一つの高周波アンテナデバイスと、高周波磁場の送信によって励起されている前記対象被験者の核又は前記対象被験者内の核からの磁気共鳴信号を受信する少なくとも１つの高周波アンテナデバイスと、前記磁気共鳴撮像システムの機能を制御する制御ユニットとを備え、
    前記方法は、
    −少なくとも１つのピックアップ回路を前記少なくとも１つの高周波アンテナに結合するステップと、
    −直列共振回路にわたって誘導可能な、又は電気若しくは電子デバイスに適用可能な所望の電圧レベルを、前記少なくとも１つのピックアップ回路の電気又は電子デバイスの所定の閾値電圧に適合させるステップと、
    −前記少なくとも１つのピックアップ回路に結合された前記少なくとも１つの高周波アンテナへの高周波出力の供給を前記制御ユニットを介して遮断することにより、前記少なくとも１つのピックアップ回路によって提供されたトリガ信号を利用するステップと
    を含む、方法。
12. 対象被験者の少なくとも一部分の磁気共鳴画像を獲得する磁気共鳴撮像システムであって、発せられる高周波磁場の大きさの較正に関する磁気共鳴撮像システムの動作方法であって、
    前記磁気共鳴撮像システムは、
    前記対象被験者の少なくとも一部分を内部に位置付けるように提供された検査空間と、前記検査空間内で静磁場を発生する主磁石と、静磁場に重ね合わされる勾配磁場を発生する磁気勾配コイルシステムと、請求項５に記載の少なくとも一つの高周波アンテナデバイスと、高周波磁場の送信によって励起されている前記対象被験者の核又は前記被対象者内の核からの磁気共鳴信号を受信する少なくとも１つの高周波アンテナデバイスと、前記磁気共鳴撮像システムの機能を制御する制御ユニットとを備え、
    前記方法は、
    −高周波出力を供給するため複数の高周波アンテナの中から第１の高周波アンテナを選択するステップと、
    −直列共振回路にわたって誘導可能な、又は電気若しくは電子デバイスに適用可能な所望の電圧レベルを、第１の高周波アンテナに結合された前記ピックアップ回路の前記電気若しくは電子デバイスの所定の閾値電圧に適合させるステップと、
    −前記複数の高周波アンテナのうちの第１の高周波アンテナに供給される高周波出力のレベルを増加するステップと、
    −トリガ信号の発生の時点で第１の高周波アンテナに供給されている高周波出力のレベルを、第１の高周波アンテナによって発生される高周波磁場の所期の大きさに関係付けることにより、前記ピックアップ回路によって提供された前記トリガ信号を利用するステップと、
    −前記複数の高周波アンテナのうちの第１の高周波アンテナへの高周波出力の供給を遮断するステップと、
    −高周波出力を供給するため前記複数の高周波アンテナの中から第２の高周波アンテナを選択するステップと、
    −前記直列共振回路にわたって誘導可能な、又は前記電気若しくは電子デバイスに適用可能な所望の電圧レベルを、第２の高周波アンテナに結合された前記ピックアップ回路の前記電気若しくは電子デバイスの第２の所定の閾値電圧に適合させ、増加するステップと、前記トリガ信号を利用するステップと、高周波出力の供給を遮断するステップとを実施するステップと、
    −前記複数の高周波アンテナのうちの残りの高周波アンテナに関して上記のステップを繰り返すステップと
    を含む、方法。
13. 前記直列共振回路にわたって誘導可能な所望の電圧レベルを特定のピックアップ回路の前記電気又は電子デバイスの所定の閾値電圧に適合させるステップが、前記特定のピックアップ回路の前記少なくとも１つのインダクタと前記高周波アンテナとの間の磁気結合を調節することによって実施される、請求項１１又は１２に記載の方法。
14. 前記直列共振回路にわたって誘導可能な所望の電圧レベルを、前記特定のピックアップ回路の前記電気又は電子デバイスの所定の閾値電圧に適合させるステップは、前記少なくとも１つのインダクタ及び前記少なくとも１つのコンデンサと直列に電気的に接続される集中抵抗器の抵抗値を選択することによって実施される、請求項１１又は１２に記載の磁気共鳴撮像システムを動作させる方法。
15. 請求項１２に記載の方法を実施するためのソフトウェアモジュールであって、実施されるべき方法のステップが前記ソフトウェアモジュールのプログラムコードに変換され、前記プログラムコードは前記磁気共鳴撮像システムの前記制御ユニットのメモリユニットに実装可能であり、前記磁気共鳴撮像システムの前記制御ユニットのプロセッサユニットにより実行される、ソフトウェアモジュール。

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