JP2021526043A - 低磁場mriシステムのための無線周波数コイル信号チェーン - Google Patents
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Abstract
低磁場磁気共鳴撮像システムのためのRF信号チェーン回路においてノイズを低減する方法及び装置が提供される。RF信号チェーン回路におけるスイッチング回路は、10MHzよりも小さい動作周波数でRFスイッチを作動させるよう構成される少なくとも1つの電界効果トランジスタ(FET)を含んでよい。デカップリング回路は、増幅器の入力部にわたって結合されるチューニング回路と、増幅器の出力部と増幅器の入力部との間に結合されるアクティブフィードバック回路とを含んでよく、アクティブフィードバック回路は、増幅器へ結合されるRFコイルの品質係数を低減するよう構成されるフィードバックキャパシタを含む。
Description
磁気共鳴撮像(MRI)は、多数の用途のための重要なイメージングモダリティを提供し、そして、人体の内部の画像を生成するために臨床及び研究の場で広く利用されている。一般的なこととして、MRIは、印加磁場により生じる状態変化に応答して原子によって放出された電磁波である磁気共鳴(MR)信号を検出することに基づく。例えば、核磁気共鳴(NMR)技術は、撮像される対象内の原子(例えば、人体の組織内の原子)の核スピンの再配列又は緩和時に励起された原子の核から放出されるMR信号を検出することを有する。検出されたMR信号は、画像を生成するよう処理されてよく、これは、医療応用という状況では、診断、治療及び/又は研究のために体内の内部構造及び/又は生体内作用の調査を可能にする。
MRIは、他のモダリティの安全上の懸念なしで(例えば、電離放射線、例えば、X線に対象をさらす必要性、又は放射性物質を身体に投与することなしで)比較的に高い分解能及びコントラストを有する非侵襲画像を生成する能力により、生体撮像のための魅力的なイメージングモダリティを提供する。更に、MRIは、軟組織造影を提供するのに特に適しており、これは、他のイメージングモダリティが満足に撮像することができない対象物を撮像するために利用され得る。更に、MR技術は、他のモダリティが取得することができない構造及び/又は生体内作用に関する情報を捕捉することができる。しかし、MRIには多くの欠点があり、所与の撮像用途について、比較的に高い装備費用、臨床MRIスキャナへのアクセスを得ることの限られた利用可能性及び/又は困難性、及び/又は画像取得プロセスの長さを伴うことがある。
臨床MRIの傾向は、スキャン時間、画像分解能、及び画像コントラストのうちの1つ以上を改善するようMRIスキャナの磁場強さを増大させることであったが、これは、費用を押し上げ続ける。設置されているMRIスキャナの圧倒的多数は、メイン磁場B0の磁場強度を指す1.5又は3テスラ(T)で動作する。臨床MRIスキャナのためのおおまかな費用推定は、テスラごとに約100万ドルであるが、そのようなMRIスキャナを動作させることに伴う実質的な動作、サービス、及び保守費用は計算に含まれていない。
更に、従来の高磁場MRIシステムは、対象(例えば、患者)が撮像される強い一様な静磁場(B0)を生成するために大きな超電導磁石及び付随する電子機器を通常は必要とする。そのようなシステムのサイズは、典型的なMRI設置が磁石、電子機器、熱管理システム、及び制御コンソールエリアのための複数の部屋を含むことにより相当である。MRIシステムのサイズ及び費用は、一般に、MRIシステムを購入及び維持する十分な空間及び資源を有している病院及び学術研修センターといった施設にその利用を制限する。高磁場MRIシステムの高いコスト及びかなりの空間は、MRIスキャナの限られた利用可能性に帰着する。そのようなものとして、以下で更に詳細に論じられるように、MRIスキャンが有利でありながら、上記の制限の1つ以上により、実際的でないか、又は不可能である臨床状況がしばしばある。
いくつかの実施形態は、低磁場磁気共鳴撮像システムの無線周波数(RF)コイルへ結合されるよう構成されるスイッチング回路を含む。スイッチング回路は、10MHzよりも小さい動作周波数でRFスイッチとして作動するよう構成される少なくとも1つの電界効果トランジスタ(FET)を有する。
いくつかの実施形態は、低磁場磁気共鳴撮像システムで無線周波数スイッチとして動作するよう構成される少なくとも1つの電界効果トランジスタ(FET)へゲート電圧を印加するよう構成される駆動回路を含む。駆動回路は、少なくとも1つのFETから電圧源を絶縁するよう構成される少なくとも1つの絶縁要素を有する。
いくつかの実施形態は、低磁場磁気共鳴撮像システムの増幅器へ結合される無線周波数(RF)コイルをチューニングするよう構成される回路を含む。回路は、増幅器の入力部にわたって結合されるチューニング回路と、増幅器の出力部と増幅器の入力部との間に結合されるアクティブフィードバック回路とを有する。
いくつかの実施形態は、低磁場磁気共鳴撮像システムの増幅器へ結合される無線周波数(RF)コイルをチューニングするよう構成される回路を含む。回路は、RFコイルの品質係数を低減するよう増幅器の出力部と増幅器の入力部との間に結合されるアクティブフィードバック回路を有する。
いくつかの実施形態は、低磁場磁気共鳴撮像システムの増幅器の増幅器へ結合される無線周波数(RF)コイルをチューニングする方法を含む。方法は、増幅器の第1及び第2入力部にわたってチューニング回路を配置することと、増幅器の出力部と増幅器の入力部との間にアクティブフィードバック回路を結合することとを有する。
いくつかの実施形態は、低磁場磁気共鳴撮像システムで使用される無線周波数(RF)コイルを含む。RFコイルは、第1面及び第2面を有する基板と、第1面と第2面との間に間隔をあけられた第1の複数の位置で第1面から第2面へ基板に巻き付けられた第1部分と、第1面及び第2面を有する基板と、第1面と第2面との間に間隔をあけられた第2の複数の位置で第2面から第1面へ基板に巻き付けられた第2部分とを含む導体とを有し、第1の複数の位置は、第1面と第2面との間で第2の複数の位置と交互にされる。
いくつかの実施形態は、低磁場磁気共鳴撮像システムで使用される無線周波数(RF)コイルの製造方法を含む。方法は、複数のレベルで外周溝が形成され、複数のレベルの隣接するレベルを接続する接続溝を有する基板を設けることであり、複数のレベルの夫々は基板の第1面から異なる距離で配置される、ことと、外周溝の第1部分及び接続溝内で、基板の第1面から基板の第2面へ導体の第1部分を巻き付けることと、外周溝の第2部分及び接続溝内で、基板の第2面から基板の第1面へ導体の第2部分を巻き付けることとを有し、外周溝の第1部分及び外周溝の第2部分は、重なり合わない。
いくつかの実施形態は、低磁場磁気共鳴撮像システムで使用される無線周波数(RF)コイルを含む。RFコイルは、第1面及び第2面を有する基板と、平衡巻線パターンで前記基板に巻き付けられる導体とを有し、平衡巻線パターンで、第1面から第2面へ基板に巻き付けられた導体の第1部分は、第2面から第1面へ基板に巻き付けられた導体の第2部分を越えて渡る。
上記の装置及び方法の実施形態は、先に又は以下で更に詳細に記載される態様、特徴、及び動作の如何なる適切な組み合わせでも実装されてよい。本教示のそれら及び他の態様、実施形態、及び特徴は、添付の図面と関連して以下の記載からより十分に理解され得る。
開示される教示の様々な態様及び実施形態は、次の図を参照して記載される。図は、必ずしも実寸通り出ないことが理解されるべきである。
MRIスキャナは、高磁場システムによって、特に医療又は臨床MRI用途のために、圧倒的に占められている。上述されたように、医療撮像の一般的な傾向は、ますますより大きい磁場強度で、1.5T又は3Tで動作する圧倒的多数の臨床MRIスキャナで、研究の場で使用される7T及び9Tのより高い磁場強度でMRIスキャナを製作することであった。本明細書で使用されるように、「高磁場」(high-field)は、概して、臨床の場で現在使用されているMRIシステムを、より具体的には、1.5T以上のメイン磁場(すなわち、B0場)により動作するMRIシステムを指すが、0.5Tから1.5Tの間で動作する臨床システムもしばしば「高磁場」と見なされる。約0.2Tから0.5Tの間の磁場強度は、「中磁場」(mid-field)と見なされてきたが、高磁場レジームにおける磁場強度が増大し続けてきたということで、0.5Tから1Tの間の範囲にある磁場強度も中磁場と見なされている。対照的に、「低磁場」(low-field)は、一般的に、約0.2T以下のB0場により動作するMRIシステムを指すが、高磁場レジームのハイエンドでの磁場強度の増大の結果として、0.2Tから約0.3Tの間のB0場を有するシステムは、時々、低磁場と見なされている。低磁場レジームの中で、0.1Tよりも小さいB0場により動作する低磁場MRIシステムは、本明細書では「極低磁場」と呼ばれ、10mTよりも小さいB0場により動作する低磁場MRIシステムは、本明細書では「超低磁場」と呼ばれる。
上述されたように、従来のMRIシステムは、特別な設備を必要とする。MRIシステムが動作するために、電磁遮蔽された部屋が必要とされ、部屋の床は、構造上強化されなければならない。高電力電子機器及びスキャン技術者の制御エリアのために、追加の部屋が設けられなければならない。更に、専用の三相電気接続が、電子機器のための電力を供給するために設置されなければならず、次いで、電子機器は、冷水供給によって冷却される。追加のHVAC能力も、通常は設けられなければならない。それらの現場要件は、費用がかかるだけではなく、MRIシステムが配置され得る場所を大いに制限する。従来の臨床MRIスキャナはまた、操作及び保守の両方ためにかなりの専門知識を必要とする。そのように高度に訓練された技術者及びサービスエンジニアは、MRIシステムを作動させることに多額の継続的な運用コストを加える。結果として、従来のMRIは、しばしば法外な費用がかかり、利用しやすさに深刻な制限があり、MRIがいつどこで必要とされるとしても広範な臨床撮像ソリューションを供給可能である広く利用可能な診断ツールであることを妨げる。通常、患者は、前もってスケジュールされた時間及び場所で、限られた数の施設のうちの1つを訪れなければならず、MRIが、診断、手術、患者モニタなどを支援することにおいて他の類を見ないほど有効である多数の医療用途で使用されることを妨げる。
上述されたように、高磁場MRIシステムは、それらのシステムのサイズ、重量、電力消費及び遮蔽要件に対応するよう、特別に適応された設備に求める。例えば、1.5T MRIシステムは、通常、重さが4から10トンあり、3T MRIシステムは、通常、重さが8から20トンである。更に、高磁場MRIシステムは、一般に、重くかつ高価な遮蔽を相当量必要とする。多くの中磁場スキャナは、大規模な永久磁石及び/又はヨークの使用に部分的に起因して、より一層重く、10から20トンの重さがある。商業上入手可能な低磁場MRIシステム(例えば、0.2TのB0磁場により動作)も、遮蔽における追加の容積トン数に加えて、B0場を生成するために使用される相当量の強磁性材料により、通常は10トン以上の範囲にある。このような重い設備に対応するために、部屋(通常、最小サイズが30〜50平方メートルである)は、強化された床(例えば、コンクリート床)により建造される必要があり、そして、電磁放射線がMRIシステムの動作と干渉しないように特別に遮蔽されなければならない。このように、利用可能な臨床MRIシステムは不動であり、病院又は施設内の広い専用の空間の相当の支出を要し、そして、動作のために空間を準備する多額の費用に加えて、システムの操作及び保守の際の専門知識に更に追加の継続的な費用を要する。
更に、現在利用可能なMRIシステムは、通常、大量の電力を消費する。例えば、一般的な1.5T及び3T MRIシステムは、通常、動作中に20〜40kWの電力を消費し、一方、利用可能な0.5T及び0.2T MRIシステムは、一般に、5〜20kWを消費し、夫々専用の特別な電源を使用する。別なふうに特定されない限り、電力消費は、関心のあるインターバルにわたって消費される平均電力として参照される。例えば、先に言及された20〜40kWは、画像取得の過程に従来のMRIシステムによって消費される平均電力を示す。なお、画像取得の過程は、平均電力消費を有意に超えるピーク電力消費の相対的に短い期間(例えば、傾斜コイル及び/又はRFコイルがパルスシーケンスの比較的に短い期間にわたってパルス供給されるとき)を含んでもよい。ピーク(又は大きい)電力消費のインターバルは、通常、MRIシステム自体の電力保持要素(例えば、キャパシタ)によりアドレッシングされる。よって、平均電力消費は、一般に、デバイスを動作させるために必要とされる電力接続のタイプが決定されるということで、より関連がある数である。上述されたように、利用可能な臨床MRIシステムは、専用の電源を有さなければならず、通常は、MRIシステムのコンポーネントに給電するためにグリッドへの専用の三相接続を必要とする。その場合に、追加の電子機器が、三相電力を、MRIシステムによって利用される単相電力へ変換するために必要とされる。従来の臨床MRIシステムを配置することの多数の物理的要件は、利用可能性の重大な課題をもたらし、MRIが利用され得る臨床用途を深刻に制限する。
従って、高磁場MRIの多くの要件は、それらの配置を大きい機関の病院又は特別な施設に制限し、一般的にそれらの使用をしっかりとスケジューリングされた約束に縛り、患者が前もってスケジューリングされた時間に専用の施設を訪れることを求めながら、多くの状況で設置を制限する。このように、高磁場MRIに対する多くの制限は、MRIがイメージングモダリティとして十分に利用されることを妨げる。上記の高磁場MRIの欠点にかかわらず、より高い磁場でのSNRの有意な向上の魅力は、臨床及び医療MRI用途での使用のためにますます高い磁場強度へ産業を駆り立て続け、MRIスキャナの費用及び複雑さを更に高め、それらの可能性を更に制限し、汎用の及び/又は一般利用可能な撮像ソリューションとしてのそれらの使用を妨げる。
低磁場レジームで(特に、極低磁場レジームで)生じるMR信号の低SNRは、比較的に安価な、低電力の、及び/又は持ち運び可能なMRIシステムの開発を妨げてきた。従来の“低磁場”MRIシステムは、有用な画像を実現するために、低磁場範囲と通常見なされているもののハイエンドで動作する(例えば、臨床的に利用可能な低磁場システムは、下限が約0.2Tである。)。高磁場MRIシステムよりも若干安価であるとしても、従来の低磁場MRIシステムは、多くの同じ欠点を共有している。特に、従来の低磁場MRIシステムは、大きく、固定され、不動設置であり、相当の電力を消費し(専用の三相電力接続を必要とする)、特別に遮蔽された部屋及び広い専用の空間を必要とする。低磁場MRIの課題は、有用な画像を生成することができる比較的に安価の、低電力の及び/又は持ち運び可能なMRIシステムの開発を妨げてきた。
本発明者は、病院及び研究施設での現在のMRI設置を越えて様々な環境におけるMRI技術の広範な設置を改善することができる持ち運び可能な、低磁場の、低電力の及び/又はより安価なMRIシステムを可能にする技術を開発した。結果として、MRIは、緊急治療室、小さい診療所、医師のオフィス、中継車、現場などで設置可能であり、多種多様な撮像プロシージャ及びプロトコルを実行するように患者のもと(例えば、ベッドサイド)に持って行かれ得る。いくつかの実施形態は、臨床現場でのMRIの利用可能性を有意に高めながら、持ち運び可能な、安価な、低電力のMRIを容易にする極低磁場MRIシステム(例えば、1T、50mT、20mTなど)を含む。
低磁場レジームにおいて臨床MRIシステムを開発することに対して多数の課題がある。本明細書で使用されるように、臨床MRIシステムという用語は、臨床上有用な画像を生成するMRIシステムを指す。臨床上有用な画像とは、特定の撮像用途を前提として、その意図された目的のために医師又は臨床医にとって有用であるよう十分な分解能及び適切な取得時間を有している画像を指す。そのようなものとして、臨床上有用な画像の分解能/取得時間は、画像が取得されている目的に依存する。低磁場レジームにおいて臨床上有用な画像を取得することにおける多数の課題には、比較的に低いSNRがある。特に、SNRとB0場強度との間の関係は、0.2Tを上回る磁場強度で約B0 5/4であり、0.1Tを下回る磁場強度で約B0 3/2である。そのようなものとして、SNRは磁場強度の低下とともに大幅に下がり、極低磁場強度では、SNRのより一層大きい降下が経験される。磁場強度の低下により生じるSNRのこのような大幅な降下は、極低磁場レジームでの臨床MRIシステムの開発を妨げてきた有意な要因である。特に、極低磁場強度での低SNRの課題は、極低磁場レジームで動作する臨床MRIシステムの開発を妨げてきた。結果として、より低い磁場強度で動作しようとする臨床MRIシステムは、約0.2T範囲以上の磁場強度を従来達成してきた。そのようなMRIシステムは、依然として大きく、重く、費用がかかり、一般的に、固定の専用空間(すなわち、遮蔽テント)及び専用の電源を必要とする。
本発明者は、臨床上有用な画像を生成可能な低磁場及び極低磁場MRIシステムを開発し、最新の技術を用いて達成不可能である持ち運び可能な、安価な、かつ使用が容易なMRIシステムの開発を可能にした。いくつかの実施形態に従って、MRIシステムは、一般的に、いつどこで必要とされるとしても、広範な診断、手術、モニタリング及び/又は治療プロシージャを提供するために患者へ運ばれ得る。
図1は、MRIシステム100の典型的なコンポーネントのブロック図である。図1の実例では、MRIシステム100は、コンピューティングデバイス104、コントローラ106、パルスシーケンスストア108、電力管理システム110、及び磁気コンポーネント120を有する。当然ながら、システム100は例示であり、MRIシステムは、図1に表されているコンポーネントに加えて又はそれらに代えて如何なる適切なタイプの1つ以上の他のコンポーネントも有してよい。なお、MRIシステムは、一般に、それらの高レベルコンポーネントを含むが、特定のMRIシステムのためのそれらのコンポーネントの実装は、以下で更に詳細に論じられるように、大いに異なってよい。
図1で表されるように、磁気コンポーネント120は、B0磁石122、シムコイル124、RF送受信コイル126、及び傾斜コイル128を有する。磁石122は、メイン磁場B0を生成するために使用されてよい。磁石122は、所望のメイン磁場B0を生成することができる磁気コンポーネントの如何なる適切なタイプ又は組み合わせであってもよい。上述されたように、高磁場レジームでは、B0磁石は、ソレノイドジオメトリで一般的に設けられる超電導磁石を用いて通常は形成され、B0磁石を超伝導状態に保つよう低温冷却システムを必要とする。よって、高磁場B0磁石は、高価であり、複雑であり、大量の電力を消費し(例えば、低温冷却システムは、B0磁石を超伝導状態に保つために必要とされる極低温を維持するよう相当の電力を必要とする)、広い専用の空間及び特殊化された専用の電力接続(例えば、電力グリッドへの専用の三相電力接続)を必要とする。従来の低磁場B0磁石(例えば、0.2Tで動作するB0磁石)も、しばしば、超伝導材料を用いて実装され、従って、それらの同じ一般要件を有している。他の従来の低磁場B0磁石は、永久磁石を用いて実装され、永久磁石は、従来の低磁場システムが制限される磁場強度(例えば、より低い磁場強度で有用な画像を取得する不可能性により0.2Tから0.3Tの間)を生成するために、5〜20トンの重さがある非常に大きい磁石である必要がある。よって、従来のMRIシステムのB0磁石は、単独で、可搬性及び値頃感の両方を妨げる。
傾斜コイル128は、傾斜場をもたらすよう配置されてよく、例えば、3つの実質的に直交する方向(X,Y,Z)でB0場の傾斜を生成するよう配置されてよい。傾斜コイル128は、受信MR信号の空間位置を周波数又は位相の関数として符号化するようB0場(磁石122及び/又はシムコイル124によって生成されるB0場)を対称的に変化させることによって放射MR信号を符号化するよう構成されてよい。例えば、傾斜コイル128は、特定の方向に沿った空間位置の線形関数として周波数又は位相を変化させるよう構成されてよい。なお、より複雑な空間符号化プロファイルも、非線形傾斜コイルを使用することによって提供され得る。例えば、第1傾斜コイルは、第1(X)方向で周波数符号化を実行するようその方向でB0場を選択的に変化させるよう構成されてよく、第2傾斜コイルは、位相符号化を実行するよう第1方向と略直交する第2(Y)方向でB0場を選択的に変化させるよう構成されてよく、第3傾斜コイルは、体積撮像用途のためにスライス選択を可能にするよう第1及び第2方向と略直交する第3(Z)方向でB0場を選択的に変化させるよう構成されてよい。上述されたように、従来の傾斜コイルも、以下で更に詳細に論じられるように、大きく高価な傾斜電源によって通常は作動されて相当な電力を消費する。
MRIは、送信及び受信コイル(無線周波数(RF)コイルとしばしば呼ばれる)を夫々用いて放射MR信号を励起及び検出することによって実行される。送信/受信コイルは、送信及び受信のための別個のコイル、送信及び/又は受信のための複数のコイル、又は送信及び受信のための同じコイルを含んでよい。よって、送信/受信コンポーネントは、送信用の1つ以上のコイル、受信用の1つ以上のコイル、及び/又は送信及び受信用の1つ以上のコイルを含んでよい。送信/受信コイルはまた、MRIシステムの送信及び受信磁気部品のための様々な構成を総称的に指すようTx/Rx又はTx/Rxコイルともしばしば呼ばれる。それらの用語は、本明細書中で同義的に使用される。図1で、RF送信及び受信コイル126は、発振磁場B1を誘導するようRFパルスを生成するために使用され得る1つ以上の送信コイルを有する。送信コイルは、如何なる適切なタイプのRFパルスも生成するよう構成されてよい。
電力管理システム110は、低磁場MRIシステム100の1つ以上のコンポーネントへ動作電力を供給する電子機器を含む。例えば、以下で更に詳細に論じられるように、電力管理システム110は、1つ以上の電源、傾斜電力コンポーネント、送信コイルコンポーネント、及び/又はMRIシステム100のコンポーネントに給電し作動させるよう適切な動作電力を供給するために必要とされる任意の他の適切な電力エレクトロニクスを含んでよい。図1で表されるように、電力管理システム110は、電源112、電力コンポーネント114、送信/受信スイッチ116、及び熱管理コンポーネント118(例えば、超電導磁石用の低温冷却設備)を有する。電源112は、MRIシステム100の磁気コンポーネント120へ動作電力を供給する電子機器を含む。例えば、電源112は、低磁場MRIシステムのためのメイン磁場を生成するよう1つ以上のB0コイル(例えば、B0磁石122)へ動作電力供給する電子機器を含んでよい。送信/受信スイッチ116は、RF送信コイル又はRF受信コイルが動作中であるかどうかを選択するために使用されてよい。
電力コンポーネント114は、1つ以上のRF受信コイル(例えば、コイル126)によって検出されるMR信号を増幅する1つ以上のRF受信(Rx)前置増幅器と、1つ以上のRF送信コイル(例えば、コイル126)へ電力を供給するよう構成される1つ以上のRF送信(Tx)電力コンポーネントと、1つ以上の傾斜コイル(例えば、傾斜コイル128)へ電力を供給するよう構成される1つ以上の傾斜電力コンポーネントと、1つ以上のシムコイル(例えば、シムコイル124)へ電力を供給するよう構成される1つ以上のシム電力コンポーネントとを含んでよい。
従来のMRIシステムでは、電力コンポーネントは、大きく、高価であり、かつ相当な電力を消費する。通常、電力エレクトロニクスは、MRIスキャナ自体とは別の部屋を占有する。電力エレクトロニクスは、広い空間を必要とするだけでなく、相当な電力を消費しかつ壁付けされたラックにより指示される必要がある高価かつ複雑なデバイスである。よって、従来のMRIシステムの電力エレクトロニクスも、MRIの可搬性及び値頃感を妨げる。
図1で表されるように、MRIシステム100は、電力管理システム110へ命令を送信しかつ電力管理システム110から情報を受信する制御エレクトロニクスを備えるコントローラ106(コンソールとも呼ばれる)を含む。コントローラ106は、1つ以上のパルスシーケンスを実施するよう構成されてよい。パルスシーケンスは、所望のシーケンスで磁気コンポーネント120を動作させるよう電力管理システム110へ送信される命令(例えば、RF送信及び受信コイル126を動作させるためのパラメータ、傾斜コイル128を動作させるためパラメータ、など)を決定するために使用される。図1で表されるように、コントローラ106はまた、受信されたMR信号を処理するようプログラムされたコンピューティングデバイス104と相互作用する。例えば、コンピューティングデバイス104は、如何なる適切な画像認識プロセスも用いて、1つ以上のMR画像を生成するよう、受信されたMR信号を処理してよい。コントローラ106は、コンピューティングデバイスによるデータの処理のために、1つ以上のパルスシーケンスに関する情報をコンピューティングデバイス104へ供給してよい。例えば、コントローラ106は、1つ以上のパルスシーケンスに関する情報をコンピューティングデバイス104へ供給してよく、コンピューティングデバイスは、供給された情報に少なくとも部分的に基づいて画像認識プロセスを実行してよい。従来のMRIシステムでは、コンピューティングデバイス104は、通常は、比較的に高速にMRデータに対して計算コストが高い処理を実行するよう構成される1つ以上の高性能ワークステーションを含む。そのようなコンピューティングデバイスは、単独で比較的に高価な設備である。
上記から当然に、現在利用可能な臨床MRIシステム(高磁場、中磁場及び低磁場システムを含む)は、大きく、高価で、固定設置であって、専用の電力接続に加えて、広い専用の特別に設計された空間を必要とする。本発明者は、MRIの利用可能性及び適用性を有意に高めながら、より安価で、より低電力で、及び/又は持ち運び可能である低磁場(極低磁場を含む)MRIシステムを開発した。いくつかの実施形態に従って、持ち運び可能なMRIシステムが提供され、MRIシステムが患者のもとへ持って行かれて必要とされる場所で利用されることを可能にする。
上述されたように、いくつかの実施形態は、持ち運び可能であるMRIシステムを含み、MRIデバイスが必要とされる場所(例えば、緊急治療及び手術室、初期治療オフィス、新生児集中治療室、専門部署、緊急及び移動輸送車、並びに現場)へ移動される可能にする。サイズ、重さ、電力消費、及び比較的に制御されていない電磁ノイズ環境(例えば、特別に遮蔽された部屋の外)で動作する能力を含め、持ち運び可能なMRIシステムの開発に直面にする多数の課題がある。
可搬性の側面は、多種多様な場所及び環境でMRIシステムを動作させる能力に関わる。上述されたように、現在利用可能な臨床MRIスキャナは、デバイスの正確な動作を可能にするよう特別に遮蔽された部屋に置かれる必要があり、現在利用可能な臨床MRIスキャナのコスト、利用可能性の欠如、及び非可搬性に寄与する理由の(数ある中の)1つである。よって、特別に遮蔽された部屋の外で動作するために、より具体的には、一般的に持ち運び可能な、運搬可能な、又は別なふうに輸送可能なMRIを可能にするために、MRIシステムは、様々なノイズ環境での動作が可能でなければならない。本発明者は、特別に遮蔽された部屋を必要としない固定MRI設置及び持ち運び可能な/可搬型のMRIの両方を促進するようにMRIシステムが特別に遮蔽された部屋の外で動作することを可能にするノイズ抑制技術を開発した。ノイズ抑制技術は、特別に遮蔽された部屋の外での動作を可能にする一方、態様はこの点で制限されないということで、それらの技術は、遮蔽環境、例えば、安価な、隙間を残した又はアドホックの遮蔽環境でノイズ抑制を行うために使用可能であり、従って、限られた遮蔽取り付けられているエリアとともに使用可能である。
可搬性の更なる側面は、MRIシステムの電力消費に関わる。やはり上述されたように、現在の臨床MRIシステムは、大量の電力(例えば、動作中に20kWから40kWの範囲に及ぶ平均電力)を消費するので、専用電力接続(例えば、必要とされる電力を供給可能なグリッドへの専用の三相電力接続)を必要とする。専用の電力接続の要件は、適切な電力接続を特別に取り付けられた高価な専用部屋以外の様々な場所でMRIシステムを動作させることに対する更なる障壁である。本発明者は、共通電源出力が設けられているどこでもデバイスが動作することを可能にするよう、標準の壁コンセント(例えば、米国では、120V/20A)又は共通の大型家電出力(例えば、220〜240V/30A)といった商用電源を用いて動作可能な低電力MRIシステムを開発した。“壁コンセントへ接続する”能力は、三相電力接続といった特別の専用電源を必要としない固定MRIシステム及び持ち運び可能な/可搬型のMRIの両方を促進する。
上述されたように、本明細書で記載される技術に従う持ち運び可能なMRIデバイスは、送信動作中にB1磁場を生成するよう、かつ、受信動作中に撮像対象によって生成されたMR信号からフラックスを収集するよう構成されたRF送信及び受信コイル126を含む。RF受信コイルによって検知された信号は、MR画像への変換の前に増幅され処理される。RF受信コイル126によって記録された信号の制御及び処理に必要とされる回路は、本明細書で「RF信号チェーン」回路と呼ばれる。本発明者は、従来の高磁場MRIシステムで使用されるRF信号チェーン回路のコンポーネントが、本明細書で記載される技術に従って設計される低磁場MRIシステムでの使用に不適切であり及び/又は最適化されていないと気付いた。このため、いくつかの実施形態は、持ち運び可能な低磁場MRIシステムで使用される改善されたRF信号チェーン回路を対象とする。
図2は、いくつかの実施形態に含まれるRF信号チェーン回路200のいくつかのコンポーネントを概略的に表す。RF信号チェーン回路200は、RF送信/受信コイル210と、RFコイル210が送信又は受信するよう動作しているかどうかに応じてRFコイル210をRF受信回路へ選択的に結合するよう構成される送信/受信回路212とを含む。最適に動作するために、RFコイルは、ラーモア周波数と呼ばれる特定の周波数に可能な限り近く共振するようしばしばチューニングされる。ラーモア周波数(ω)は、次の関係:ω=γBに従って、B0場の強さと関係がある。ここで、γは、MHz/Tでの撮像アイソトープ(例えば、1H)の磁気回転比であり、Bは、テスラでのB0場の強さである。高磁場MRIで使用される一般的に使用されるラーモア周波数の例は、1.5T MRIシステムの場合に約64MHzであり、3T MRIシステムの場合に約128MHzである。低磁場MRIシステムの場合に、ラーモア周波数は、高磁場MRIシステムの場合よりも実質的に低い。例えば、64mT MRIシステムのラーモア周波数は、約2.75MHzである。RF信号チェーン回路200は、性能を最適化するようにRFコイル210のインピーダンスを変換するよう構成されたチューニング/整合回路214を更に含む。チューニング/整合回路214の出力は増幅器216(例えば、低雑音増幅器)へ供給され、増幅器216は、画像信号への変換前にRF信号を増幅する。本発明者は、低磁場MRIシステムでRFコイルを使用することに伴う困難性の1つが、電子コンポーネントでのノイズに対するそのようなコイルの影響の受けやすさであると気付いた。いくつかの実施形態に従って、コンポーネント210、214及び216の1つ以上は、RF信号チェーンにおけるノイズを低減するよう構成される。
いくつかの実施形態は、RFコイルネットワークによって検出される信号の信号対雑音比(SNR)を改善するよう複数のRFコイルを含む。例えば、一群のRFコイルは、広範囲のRF場を検出するよう異なる位置及び向きで配置されてよい。いくつかの実施形態に従って、持ち運び可能なMRIシステムは、画像取得のSNRを改善するよう複数のRF送信/受信コイルを有する。例えば、持ち運び可能なMRIシステムは、MR信号検出のSNRを改善するために2、4、8、16、32又はそれ以上のRF受信コイルを有してよい。
上述されたように、一般に、RFコイルは、関心のある周波数(例えば、ラーモア周波数)でコイル感度を増大させるようチューニングされる。しかし、隣接している又は近接しているコイル(互いに十分に近いRFコイル)の間の誘導結合は、チューニングされたコイルの感度を低下させ、RFコイルの集合の有効性を有意に低下させる。近接するコイルを幾何学的に切り離す技術は存在するが、空間におけるコイルの向き及び位置を厳しく制限して、RF場を正確に検出するRFコイルの集合の能力を低下させ、結果として、信号対雑音比性能を悪化させる。
コイル間の誘導結合の悪影響に対処するために、本発明者は、マルチコイル送信/受信システムにおける無線周波数コイル間の誘導結合の影響を減らすコイルデカップリング技術を利用している。例えば、図3は、マルチコイル送信/受信システムにおける無線周波数コイル間の誘導結合を減らすよう構成されたパッシブデカップリング回路300を表す。回路300は、(例えば、RF送信コイルから)B1送信場にさらされ得るRFコイルを切り離すよう構成される。デカップリング回路の目的は、ラーモア周波数で所与のAC励起電圧についてRFコイルを流れる電流を最小限にすることである。特に、インダクタL1は、MRIシステムの視野内にあるRF信号コイルを表す。キャパシタC1及びC2は、ノイズ性能インピーダンスを最適化するよう低雑音増幅器(LNA)の入力にコイルのインダクタンスを整合させるチューニング回路を形成する。インダクタL2及びキャパシタC3は、他のコイルへのRFコイルの結合を阻止するようL1、C1及びC2を含むループ内を流れる電流を減らすタンク回路を形成する。図4Aは、図3の回路300のシミュレーションに基づいてRFコイルの共振周波数でのLNA入力部での電圧のプロットを表す。図4Bは、図3の回路300のシミュレーションに基づいてRFコイルを流れる電流のプロットを表す。図示されるように、2.75MHzの共振周波数で、LNA電圧は約26DBであり(図4A)、コイル電流は−37dBである(図4B)。図4A及び4Bの夫々で、測定量の大きさは、実線として表され、測定量の位相は、破線として表される。
本発明者は、チューニングされた整合フィルタを使用してRFコイル内の電流を低減するデカップリングが、複数のコンポーネント(例えば、キャパシタC1、C2及びC3)をコイルの動作周波数へチューニングする必要があるといういくつかの欠点を有していると気付いた。更に、インダクタL2での損失は、SNRの損失をもたらす。そのようなものとして、デカップリング効率は、SNR効率とトレードオフである。更に、図4Bに示されるように、チューニングされた整合フィルタは共振周波数で大幅にコイル電流を低減させるが、電流波形の急峻な谷は、RFコイルを流れる電流の低下が共振周波数の周りの限られたバンド幅についてだけで小さいことを示す。
いくつかの実施形態は、増幅器の出力からのフィードバックを用いてコイル応答を制動することによってRFコイル内の電流を低減するよう構成される改善されたデカップリング回路を対象とする。図5は、いくつかの実施形態に従ってフィードバックデカップリングを提供するよう構成されるデカップリング回路400の例を示す。回路400は、増幅器LNAの出力部からLNAの入力部へのアクティブフィードバックパスを含む。図5に示される例では、アクティブフィードバックパスは単一のフィードバックパスを含む。なお、当然ながら、アクティブフィードバックパスは、代替的に、複数のフィードバックパスとして実装されてよく、各フィードバックパスは、選択される場合に、異なるタイプのフィードバックデカップリングを提供する。例えば、いくつかの実施形態で、アクティブフィードバックパスは、第1フィードバック信号を供給するよう構成される第1フィードバックパスと、第2フィードバック信号を供給するよう構成される第2フィードバックパスとを含む。
本発明者は、フィードバック信号の位相がチューニング周波数で増幅器ゲインに影響を及ぼすと気付いた。例えば、アクティブフィードバックパスにおいて複数のフィードバックパスを含むいくつかの実施形態で、第1フィードバックパスは、RFコイルの共振周波数と90又は270度位相がずれた第1フィードバック信号を供給してよく、第2フィードバックパスは、RFコイルの共振周波数と180度位相がずれた第2フィードバック信号を供給してよい。代替的に、増幅器のゲインは、コイルの共振周波数と90又は270度位相がずれているようチューニングされてよい。270度の位相が使用される場合に、チューニング周波数での増幅ゲインは最大であることができる。単一のフィードバックパスが使用される他の実施形態では、フィードバック信号の位相は、コイル内の電流が小さいことにより、より有効なデカップリングをもたらすよう180度にセットされてよい。
回路400によって供給されるフィードバックデカップリングは、コイル応答を制動する(コイルの品質(Q)係数を低減する又はコイルを“デキューイング”する、とも呼ばれる)ようアクティブ負帰還を使用し、それによって、RFコイルを流れる電流を低減させる。図示されるように、回路400は、RFコイルとLNAとの間に配置されたチューニング/整合回路を更に含む。いくつかの実施形態に従って、如何なる適切なチューニング/整合回路も使用されてよく、その例は以下で記載される。
図6は、単一のキャパシタC1を使用してチューニング/整合回路を実装する、フィードバックに基づくデカップリング回路500を表す。デカップリング回路300と対称的に、デカップリング回路500は、チューニングすべきただ1つのコンポーネント(すなわち、キャパシタC1)しか含まない。更に、回路500、無効成分C1及びC2しか含まず、チューニング/整合回路にインダクタを含んでいないので、デカップリング回路は、回路300にインダクタL1を含むことにより回路300に付随したSNR損失を導入しない。
キャパシタC1は、固定値を有するキャパシタを用いて実装されてよい。代替的に、キャパシタC1は、可変値を有するキャパシタ(例えば、バラクタダイオード)を用いて実装されてもよい。更に別の実施形態では、キャパシタC1は、可変値を有するキャパシタと並列に配置された固定値(例えば、300pF)を有するキャパシタを用いて実装されてもよい。そのような配置は、フィードバックループでの可変キャパシタの使用によって導入されるAC損失の影響を減らす。
図7Aは、図6の回路500のシミュレーションに基づいてRFコイルの共振周波数でのLNA入力部での電圧のプロットを表す。図7Bは、図6の回路500のシミュレーションに基づいてRFコイルを流れる電流のプロットを表す。図示されるように、2.75MHzの共振周波数で、LNA入力電圧は約8dBであり(図7A)、コイルを流れる電流は約−35dBである(図7B)。しかし、コイルの共振周波数で急峻な谷を示す図4Bに示されたコイル電流プロットと対称的に、図7Bは、回路300と比較してデカップリング回路500を使用する場合に、よりずっと広いバンド幅にわたってコイル電流が低減されることを示す。従って、回路300と比較して、回路500は、より広いバンド幅にわたってRFコイルでカップリングを提供する。
図8は、図6に示される回路500の単一キャパシタチューニング/整合回路が、コンポーネントC1、C3及びL2を含むチューニング/整合ネットワークにより置換されている代替のフィードバックに基づくデカップリング回路600を表す。回路600で、チューニング/整合ネットワークは、キャパシタC2を含むアクティブフィードバックパスによって提供されるフィードバックに基づくデカップリングを有することに加えて、RFコイル(L1として表される)をチューニングするために使用される。
いくつかの実施形態で、例えば、図5、6及び8の回路400、500及び600のフィードバックコンポーネントによって夫々提供される容量フィードバック回路は、相互誘導フィードバック回路により置換される。図24は、例えば、図6の回路500で示される容量フィードバック回路が、コンポーネントR1、R2及びL2を含む相互誘導フィードバック回路により置換される代替のフィードバックに基づくデカップリング回路2400を表す。回路2400で、インダクタL1及びL2は、例えば、変圧器を用いて、又は空気を介して、相互に結合される。
いくつかの実施形態に従ってRFコイルデカップリングを提供する他の技術は、RF信号チェーンにおいて送信/受信スイッチを設けることである。送信/受信スイッチは、RF信号が1つ以上のRF送信コイルによって送信されているときにRFコイルを増幅器から絶縁するよう構成される。具体的に、送信/受信スイッチは、壊れやすい電子機器をRF送信サイクル中に保護するようチューニング/整合ネットワークを2つのネットワーク部分に分ける。いくつかの従来のMRIシステム(例えば、高磁場MRIシステム)で、送信/受信スイッチ312は、通常、PINダイオードのようなダイオードを用いて実装される。ダイオードD1を含む送信/受信スイッチ回路の例は、回路700として図9に示される。送信パルス中、ダイオードD1は、RF信号コイルを受信エレクトロニクスから絶縁するように、短絡回路を形成するようオンされる。回路300に関連して上述されたように、結果として得られるネットワークは、RFコイル内の電流が小さいままであることを確かにする高インピーダンスをタンク回路にもたらす。受信サイクル中、ダイオードD1はオフされ、その結果、RFコイルは増幅器へ接続され、そして、RFコイルを流れる電流を制限するよう構成されたタンク回路によってチューニングされ、一方、増幅器の出力部で十分な信号が検出されることを可能にする。よって、RFコイルは、送信サイクル中は第1タンク回路へ、パルスシーケンスの受信サイクル中は第2タンク回路へ接続される。
図9に示されるもののような、従来のデカップリング回路は、RF信号コイルから受信エレクトロニクスを絶縁するためにしばしばPINダイオードを使用する。なお、デカップリング回路でこの機能を実現するために適したPINダイオードは、ダイオードをオンするために約0.1Aの電流を必要とする。一例として、8つの受信コイルを有している送信/受信コイルシステムは、画像取得パルスシーケンスの各送信及び受信サイクルについて受信コイルをRF信号コイルから切り離すために約0.8Aの電流を必要とする。従って、画像取得プロトコルにわたって、RF送信/受信システムのデカップリング回路によって相当の電力が消費される。更に、PINダイオードが使用される場合に、バイアス抵抗器R1と、コンポーネントL1及びC1を含むAC遮断フィルタとが必要とされ、回路の接地は、ダイオードがオフ状態にあるときに絶縁されない。更に、PINダイオードは、高磁場MRIシステムで使用されるより高い周波数で適切に作動し、一方、PINダイオードは、低磁場又は極低磁場MRIシステムで使用される低い動作周波数(例えば、10MHz未満)では適切に作動しない。そのような低い周波数で、PINダイオードは、信号を遮るのではなく、信号を整流する。例えば、DCバイアス電流Ibiasは、負信号が印加される場合でさえ、ダイオードが順方向バイアスをかけられることを可能にする。周波数f及びピーク電流IpeakのAC信号の場合に、比Ipeak/fは、次の関係に従って、DCバイアス電流Ibias及び担体寿命τの積よりも低い必要がある:信号をブロックするようPINダイオードが適切に機能する場合に、τIbias>Ipeak/f。しかし、いくつかの低磁場MRI用途は、次のパラメータを有することがある:Ipeak=10A、f−2.75MHz、Ibias=100mA。上記の関係に従って、それらのパラメータについて、PINダイオードは、担体寿命τ>37μsを有する必要があり、これは、商業上入手可能なPINダイオードの特性ではない。
本発明者は、RF送信/受信システムの電力消費を減らすことを含め、低磁場MRIシステムのRF送信/受信回路でPINダイオードを使用することの欠点のいくつかに対処するために、デカップリング回路で通常使用されるPINダイオードが窒化ガリウム(GaN)電界効果トランジスタ(FET)によって置換されてよいと気付いた。特に、GaN FETは、オンするためにマイクロアンペアのオーダーしか必要とせず、電力消費を数桁低減する。更に、オンされるときのGaN FETの抵抗は、PINダイオードと比較して小さく、タンク回路への悪影響を減らす。いくつかの実施形態に従って、回路700のダイオードD1は、1つ以上のGaN FETにより置換され、それによって、RF送信/受信システムの電力消費を低減する。
図10は、いくつかの実施形態に従うRF送信/受信スイッチ回路412を表し、回路700のダイオードD1は、一対のミラーFET(例えば、GaN FET)F1及びF2により置換されている。回路412は一対のミラーFETを含むが、いくつかの実施形態で、RF送信/受信回路412は、制限なしに単一のFETを含め、任意の適切な数のFETを含み得る。PINダイオードとは異なり、GaN FETは、全ての周波数で適切に動作し、電力消費が無視できるほどであり、オフ状態で接地絶縁され、PINダイオードよりもオン状態抵抗が低い(例えば、<0.1オーム)。
図11A〜Cは、いくつかの実施形態に従って、RF送信/受信システムでスイッチとして使用されるFETの動作状態を表す。図11Aは、ドレインノードDとソースノードSとの間でスイッチとして構成されたGaN FETを表す。GaN FETのゲートGは、オンとオフとの間でスイッチの状態を制御するために使用される。図11Bは、オフ状態で、GaN FETが3つのランプキャパシタC_ds、Cgs、及びC_gdによりモデル化され得ることを表す。そのような構成で、ドレインDは、C_dsの値が小さい(例えば、10〜100pF)という条件で、ソースSか絶縁される。いくつかの実施形態で、送信/受信スイッチに含まれる少なくとも1つのGaN FETのドレイン−ソース間キャパシタンスは、少なくとも15pFである。図11Cは、オン状態で、ドレイン−ソース間キャパシタンスC_dsが短絡回路によって置換されることを表す。
図12は、いくつかの実施形態に従って、RF送信/受信スイッチとして動作するよう配置されたGaN FET U1及びU2に対してゲート電圧を駆動する回路1000を表す。GaN FETは、受信エレクトロニクスをRFコイルから離接するよう構成される。図示されるように、インダクタL5及びL6は、接地絶縁を提供しながら、FET U1及びU2のゲートへ制御信号V2を結合するよう構成された変圧器として配置される。ダイオードD3は、キャパシタC7の両端でゲートにおいてDCオン/オフ電圧を生成するように制御信号を整流するよう動作する。抵抗器R11は、FETのゲートキャパシタンス及びキャパシタC7を放電するよう構成される。R11及びC7+Cgateの時定数は、どれくらい速く送信/受信スイッチがオフするかを決定する。いくつかの実施形態で、制御信号V2は、FETを駆動するようインダクタL5へ結合された10MHzサイン波であってよい。動作中、10MHz信号は、FETゲートを充電するようオン/オフされ、それからオフされてよい。次いで、抵抗器R11は、スイッチを開くようゲートドライブを放電する。図12の例では、インダクタL5及びL6の間の結合は乏しく、インダクタンスは小さい。例えば、L5/L6は、小さいエアコア変圧器として、又はRF変圧器として、いくつかの実施形態で実装されてよい。
図13は、いくつかの実施形態に従って、RF送信/受信スイッチとして動作するよう配置されるGaN FET U1及びU2に対してゲート電圧を駆動する駆動回路1100を表す。回路1100では、外部から供給された制御信号V2(回路1000で見られる)を使用するのではなく、RF送信パルス自体が、送信/受信スイッチをゲーティングするために制御信号として使用される。図13の例では、インダクタL6によって表されるコイルは、RF送信パルスを受け、それに応答して、GaN FETのゲートを駆動する電圧を生成するよう構成される。いくつかの実施形態で、RFコイルアレイにおけるRFコイルの夫々は、そのコイルのためのRF送信パルスを受けるよう構成されたコイルL6に関連してよい。他の実施形態では、マルチコイルアレイにおけるRFコイルのサブセット(例えば、1つ)が、RF送信パルスを受けるよう構成されたコイルL6に関連してよく、送信パルスを受けることに応答してコイルL6によって生成されたスイッチ信号は、アレイ内の他のRFコイルに関連する回路へ分配されてよい。回路1100は、別個の制御信号生成器が必要とされないので、回路1000よりも複雑でない駆動回路を使用するしかし、制御信号として送信パルスを使用する結果、スイッチは、RF送信が開始した後わずかの間閉じず、RF送信パルスがパルス受信コイルL6によって検出される可能性がある。
いくつかの実施形態は、低磁場MRIシステムで使用される無線周波数(RF)コイルのための新規の設計に関係がある。MRIシステムで使用されるいくつかの従来のRFコイル設計は、撮像対象の周りをらせんパターンで巻き付くソレノイドとして構成される。例えば、MRIシステムで一般に使用されるヘッドコイルは、人の頭がソレノイド内に挿入され得るようにソレノイド構成で形成された導体を含む。図14Aは、導体が基板の第1面から第1面と反対にある基板の第2面へ単一パスで基板の周りに複数のループにおいて巻き付けられているソレノイドRFコイル設計を概略的に表す。基板の第2面に達すると、導体は、図示されるように、更なるループを形成せずに第2面へ戻され得る。図14Bは、導体のループが縦線によって表されている図14Aのコイル配置の上面図を示す。点V+及びV−は、記録された信号を増幅するよう構成された増幅器(例えば、低雑音増幅器)へMRIシステムが接続されるコイル内の導体の端部を表す。
理想的な場合に、RFコイルの出力部で記録される電位は、コイルに電磁力(emf)がない場合にV+−V−=0であるように平衡状態にある。しかし、人の頭などの対象がソレノイドコイル内に挿入されると、コイル内で導体と対象との間で寄生結合が起こり、結果としてV+及びV−が不平衡状態となり、増幅器入力で電圧が生じる。電圧は、コイルがMRIシステムで使用される場合に、記録されたMR信号におけるノイズ信号として顕在化される。RFコイル内の頭の位置に応じて、寄生結合は、点V+及びV−で異なるように、記録された信号に影響を及ぼす。例えば、対象がコイルの一端で挿入されると、記録された信号に導入されるノイズの大きさは、V+とノイズがコイルに導入された点との間のより短い導体距離のために、点V−と比較して点V+でより大きくなる。代替的に、対象が点V+及びV−の間でコイルの中心又はその近くに配置される場合に、コイルに導入されるノイズは、点V+及びV−の両方で検出される電圧に等しく影響を及ぼすことになる。更なる他の実施では、対象が点V−により近く配置されたならば、点V+よりも点V−でより多くのノイズが検出されることになり、不平衡出力が現れる(すなわち、V+−V−≠0)。
図15Aは、対象(電圧源V0として表される)が特定の位置でソレノイドコイル内に挿入される場合に、寄生結合(インピーダンスZC)がコイル内の単一の点でコイルに導入されることを概略的に表す。当然ながら、実際には、対象からコイル巻線への寄生結合は分布している。図15Bは、寄生結合の導入が、導体の端部で測定される電圧V+、V−にどのように影響を及ぼすかについてのインピーダンスモデルを表す。ZCは、対象とコイルとの間の寄生結合を表し、Z+は、寄生結合が導入される点と点V+との間の導体内のインピーダンスを表し、Z−は、寄生結合が導入される点と点V−との間の導体内のインピーダンスを表し、ZGは、導体の端部(すなわち、V+及びV−)の夫々と接地との間のインピーダンスを表す。対象とコイル(例えば、ZC、Z+、Z−、ZG)との間に弱い寄生結合がある場合に、次の関係は、導体の2つの端部V+及びV−での電位差を示す:
V+−V−=(ZG/ZC 2)(Z−−Z+)V0
V+−V−=(ZG/ZC 2)(Z−−Z+)V0
V+及びV−でのコイルの出力は不平衡状態である可能性があるので、いくつかの従来のRFコイルは、平衡出力を供給するようかつコイルに導入されたコモンモードノイズを受け付けないようRFコイルと増幅器との間にバランを含む。本発明者は、RFコイルに導入されるコモンモードノイズを受け付けないためのバランの使用は、コイルによって受信される小振幅信号及びバランの損失特性により低磁場MRIシステムでは望ましくない。このために、いくつかの実施形態は、コモンモードノイズを低減するよう設計された巻線パターンを使用するRFコイル設計を対象とし、これは、バランを使用する必要性を軽減する。
図16〜19は、いくつかの実施形態に従うRFコイル設計を概略的に表す。図16〜19に示されるコイル設計の場合に、図14Aに示される従来のコイル巻線パターンと類似した磁気特性を有するソレノイドコイルが得られる。例えば、互いに近くに位置するコイルのターンは、類似した磁束を検出する。しかし、図16〜19に示されるRFコイル設計の電気特性は、図14Aのコイル設計とは異なる。特に、図16〜19に示される巻線設計は、撮像対象がコイルに挿入される場合に、改善された平衡及びコモンモード拒絶をもたらす。図示されるように、撮像対象がコイルに挿入される場合に、対象と導体との間の寄生結合は、対象の近くに位置する導体のターンで誘起される電圧を生じさせる。図16〜19に示される巻線パターンの場合に、導体の隣接ターンは、隣接ターンが各々の点V+及びV−から同様の距離に位置しているので、電圧が導体に印加される場合に同様のインダクタンス及び電位を有する。従って、導体に対するコイルに挿入された対象の寄生結合により導体で誘起される電圧は、V+−V−〜0であるように、コイル内の対象の位置にかかわらず、両方の出力V+及びV−で同じようにノイズ信号として顕在化し、それによって、コモンモードノイズを低減する。
図14Aに示されるようにRFコイルの一端から他端へループの単一パスで導体を巻くのではなく、導体は、いくつかの実施形態で、端部から端部へループの複数(例えば、2つ)のパス又は部分ループを用いて平衡パターンで巻かれる。図16Aは、基板の一端から始まる導体が、第1パスにおいて巻線方向に沿って導体の第1端部から間隔をあけられた異なるレベルで基板の部分をスキップすることによって基板に巻き付けられる“インターレース”巻線パターンを示す。導体が第2パスにおいて基板の他(第2)端から巻かれる場合に、導体は、第1パスでスキップされた基板の部分に巻き付けられる。図16Bは、図16Aで表されるインターレース巻線パターンの上面図を示す。
図16Aに示されるインターレース巻線パターンは、第1パスにおいて完全なターン(例えば、360度回転)をスキップし、逆方向において第2パスでそれらのスキップされたターンを埋める。しかし、当然ながら、代替のインターレース巻線パターンも企図される。例えば、図17Aは、第1パスで完全なターン(例えば、360度)をスキップするのではなく、巻線パターンが、第1パスでターンの残り半分をスキップしながら、基板の第1端から複数のレベルの夫々で基板の周りで一連の半ターン(例えば、180度)を完成するインターレースパターンを示す。スキップされた半ターンは、次いで、完全なソレノイドコイル構成を得るよう、基板の第2端から第1端への第2パスの間に埋められる。図17Bは、図17Aの半ターンスキップインターレース巻線設計の上面図を示す。以下で更に詳細に記載される図22A〜Lは、図17Aで表される半ターンスキップ設計を実装するプロセスについて説明する。
図18Aは、いくつかの実施形態に従って、代替の平衡巻線パターンの例を表す。図18Aに示される平衡巻線パターンでは、導体の第1の複数のループが、第1パスで如何なるレベルもスキップせずに第1端から第2端へ基板に巻き付けられる。第2端から第1端への第2パスで、第1の複数のリープの近くに位置する第2の複数のループが、“二重”巻線パターンを形成するよう基板に巻き付けられる。図18Bは、図18Aで表される巻線パターンの上面図を示す。
図19は、いくつかの実施形態に従って、インターレース構成による他の平衡巻線パターンの上面図を示す。図19に示される巻線パターンでは、(例えば、図16Aに示されるように)基板の第1端から基板の第2端へ一連のレベルにおいてループを形成するのではなく、導体は、第1パスではらせん構成で基板の第1端から第2端へ巻かれ、第2パスでは逆らせん構成で基板の第2端から第1端へ巻かれる。らせん巻線構成を形成する特定の角度は、基板の周りの任意の所望数のターンによる任意の適切な角度が使用され得るということで、本発明の実施形態の限定ではない。
図16〜19に関連して上述された平衡巻線パターンは、対象(例えば、患者の頭)がソレノイド内に挿入されるソレノイド構成を有しているRFコイルに関係がある。本発明者は、本明細書で記載される平衡巻線技術がソレノイドコイル以外のコイル構成のためにも使用され得ると気付いた。例えば、図20は、RF表面コイルを形成するために平衡巻線パターンを使用する例を表す。表面コイルは、互いに近接近して配置された2つの導体巻線を含む。図示されるように、2つの巻線の間の距離(h)は、複数の巻線が単一の巻線を有しているコイルに類似した磁気特性を有するように小さくされ得る(例えば、0に近い距離に近づく)。いくつかの実施形態で、2つの巻線は、互いと位相が180度ずれているよう構成されてよい。
図21は、いくつかの実施形態に従って、RFコイルを製造するプロセス2100を表す。動作2110で、基板が設けられ、基板の周りには導体が巻き付けられるべきである。基板は、如何なる適切な非磁性材料から成ってもよい。いくつかの実施形態で、基板は、例えば、加法製造プロセス(例えば、3Dプリンティング)を用いて製造されたプラスチック材料を有する。次いで、プロセス2100は動作2112へ進み、複数の溝が基板に形成される。例えば、基板は上下を有してよく、複数の溝は、基板の上から基板の下へ間隔をあけた位置で形成されてよい。いくつかの実施形態で、基板はヘルメットの形で形成され、その中に人の頭を置くことができ、溝は、上から下へヘルメットの外周の周りに複数の円周溝又は“リング”として形成される。いくつかの実施形態で、複数のリングは、導体が巻かれ得る複数のレベルを形成するよう基板の上から下へ同じ間隔で離される。複数の溝はまた、円周溝を接続する複数の接続溝を含んでもよい。いくつかの実施形態で、溝は、基板において溝を形成する別個の動作が必要とされないように、(例えば、加法製造プロセスを用いて)基板を作成する部分として基板において形成されてよい。
プロセス2100は次いで動作2114へ進み、導体の第1部分が、基板に形成された溝の第1部分内に巻かれる。図17Aに関連して上述されたように、いくつかの実施形態で、導体の第1部分は、1つおきのレベルをスキップすることによって交互のレベルで位置する溝において基板の上から下へ巻かれてよい。他の実施形態では、導体の第1部分は、各レベルで溝の他の部分をスキップしながら、各レベルで溝の部分(例えば、半ターン)内に巻かれてよい。プロセス2100は次いで動作2116へ進み、導体の第2部分が、基板に形成された溝の第2部分内に巻かれる。例えば、基板の第2部分は、基板の下から上へ巻かれる場合に、導体の第1部分が上から下へ巻かれたときにスキップされた溝の部分を用いて巻かれてよい。導体の第2部分を下から上へ巻く場合に、導体の第2部分の部分は、上から下へ巻かれた導体の第1部分の部分の上(下)を交差してよい。制限なしに、銅線及びリッツ線を含む如何なる適切な導体も使用されてよい。導体は、導電材料の単より線であってよく、あるいは、多重より線を含んでもよい。導体の端部は、撮像対象からMR信号受信するために低磁場MRIシステムで使用される場合にRFコイルによって記録される信号を増幅するように増幅器へ結合されるよう構成されてよい。
図22A〜22Lは、いくつかの実施形態に従って、低磁場MRIシステムで使用される送信/受信RFヘッドコイルを製造するプロセスでの動作を表す。図22Aは、番号付けされた矢印に従ってコイル巻線が基板(例えば、溝が形成されているプラスチックヘルメット)の上から始まることを示す。例えば、導体は、(1)第1外周溝へ基板の上部を接続する接続溝に配置される。次いで、導体は、(2)第1外周溝の半ターンの周りに時計周り方向で巻かれる。図22Bは、(3)第1外周溝の半ターンの完了後に、導体が(4)第1外周溝と第1外周溝よりも更に上から間隔をあけられた第2外周溝とを接続する接続溝に配置される。次いで、導体は、(5)同じく時計回り方向で第2外周溝の反対の半ターンの周りに巻かれる。図22Cは、導体が、(6)第2外周溝内に、図22Dに示されるように、(7)第2及び第3外周溝を接続する接続溝に達するまで巻かれることを示す。次いで、導体は、(8)第2及び第3外周溝の間の接続溝内に配置される。図22Eは、巻きが、(9)反対の半ターンの周りを時計回り方向で第3外周溝において、図22Fに示されるように、(10)第3及び第4外周溝を接続する接続溝に達するまで、進むことを示す。次いで、導体は、(11)第3及び第4外周溝の間の接続溝内に配置される。図22Gは、巻きが、最下の外周溝に達するまで、上記の半ターンパターンで進むことを示す。いくつかの実施形態で、図22Hに示されるように、ヘルメットの後部で導体の交差はない。
図22Iは、最下の外周溝での巻きの完了後に、導体の巻きが、上から下への巻きにおいてスキップされた外周溝の部分内で下から上へ進むことを示す。例えば、導体は、(12)最下の外周溝に巻かれ、導体は、(13)最下の外周溝及びその上の外周溝を接続する接続溝内に配置されて導体の部分を越えて渡る。巻きは、(14)上から下への巻きにおいてスキップされた部分においてその外周溝を進む。図22Jに示されるように、巻きは、(15)次の接続溝にぶつかるまで進み、導体は、(16)その接続溝内に配置されて導体の部分を越えて渡り、次いで、(17)次に高い外周溝を進む。図22Kは、巻きが基板の上まで同じパターンを進んで、その後に、導体が、図22Lに示されるように、インターレース巻きによる送信/受信RFコイルのためのコイル巻線を仕上げるようカットされることを示す。巻きは、時計回り方向であるよう記載されてきたが、当然ながら、巻きは、反時計回り方向で進んでもよい。更に、図22A〜Lで説明されるプロセスは、複数の外周溝の夫々半ターンを巻くことを示すが、当然ながら、1つおきの外周溝が上から下へスキップされ、次いで、下から上へ埋められる巻線パターンも、使用されてよい。
図23Aは、いくつかの実施形態に従って、インターレース巻線パターンを用いて受信専用RFコイルを製造するプロセスを示す。図示されるように、コイル巻線は、(1)基板(例えば、溝が形成されているプラスチックヘルメット)の上から接続溝において基板の1つの側(例えば、左側)へ導体を配置することによって始まる。図23Bは、導体が(2)左側にあるリング溝に達すると、導体が(3)リング溝の周りに巻かれることを示す。図23Cは、リング溝周りの導体の巻きが(4)完了すると、導体が(5)リング溝と基板の上とを接続する接続溝において配置され導体を越えて渡ることを示す。図23Dに示されるように、巻きは、(6)ヘルメットの左半分に形成された曲線溝を進む。図23Eは、ヘルメットの左半分における巻きが完成した後に、導体が、図23Fに示されるように、ヘルメットの右半分において導体の巻きを開始するようにヘルメットの上を越えて渡るよう配置されることを示す。図23G及び23Hは、ヘルメットの右半分での巻きがヘルメットの右半分にある溝の周りを進み、ヘルメットの右半分にあるリング溝とヘルメットの上とを接続する接続溝において配置されて導体を越えて渡ることを示す。
このようにして、本開示で示される技術のいくつかの態様及び実施形態について記載してきたが、当然ながら、様々な代替、変更、及び改善が当業者に容易に想到可能である。そのような代替、変更、及び改善は、本明細書で記載される技術の精神及び範囲の中にあるよう意図される。例えば、当業者であれば、本明細書で記載される機能を実行しかつ/あるいは結果及び/又は利点の1つ以上を得るための様々な他の手段及び/又は構造を容易に想到可能であり、そのような変形及び/又は変更の夫々は、本明細書で記載される実施形態の範囲内にあると見なされる。当業者であれば、日常の実験しか用いずに、本明細書で記載される具体的な実施形態の同等物を認識し、あるいは、究明することができる。従って、上記の実施形態は、ほんの一例として提示されており、添付の特許請求の範囲及びその均等の範囲内で、発明実施形態は、具体的に記載されているのとは別なふうに実施されてよいことが理解されるべきである。更に、本明細書で記載される2つ以上の特徴、システム、物、材料、キット、及び/又は方法の任意に組み合わせは、そのような特徴、システム、物、材料、キット、及び/又は方法が相互に矛盾していないならば、本開示の範囲に含まれる。
上記の実施形態は、多数の方法のいずれでも実施され得る。プロセス又は方法の実行を伴う本開示の1つ以上の態様及び実施形態は、プロセス又は方法を実行するために又はその実行を制御するためにデバイス(例えば、コンピュータ、プロセッサ、又は他のデバイス)によって実行可能なプログラム命令を利用してよい。この点に関連して、様々な発明概念は、1つ以上のコンピュータ又は他のプロセッサで実行される場合に、上記の様々な実施形態の1つ以上を実施する方法を実行する1つ以上のプログラムにより符号化されているコンピュータ可読記憶媒体(又は複数のコンピュータ可読記憶媒体)(例えば、コンピュータメモリ、1つ以上のフロッピー(登録商標)ディスク、コンパクトディスク、光ディスク、磁気テープ、フラッシュメモリ、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ若しくは他の半導体デバイスにおける回路構成、又は他の有形なコンピュータ記憶媒体)として具現されてよい。1つ又は複数のコンピュータ可読媒体は、そこに記憶されている1つ又は複数のプログラムが、上記の様々な態様を実施するよう1つ以上の異なるコンピュータ又は他のプロセッサにロードされ得るように、可搬型であることができる。いくつかの実施形態で、コンピュータ可読媒体は、非一時的な媒体であってよい。
語「プログラム」及び「ソフトウェア」は、上記の様々な態様を実施するようコンピュータ又は他のプロセッサをプログラムするために用いられ得る如何なるタイプのコンピュータコード又はコンピュータ実行可能命令の組も指すよう一般的な意味で本明細書では使用されている。更に、一態様に従って、実行される場合に本開示の方法を実行する1つ以上のコンピュータプログラムは、単一のコンピュータ又はプロセッサに存在する必要はなく本開示の様々な態様を実施するよう多種多様なコンピュータ又はプロセッサの間でモジュラー形式で分配されてよいことが理解されるべきである。
コンピュータ実行可能命令は、1つ以上のコンピュータ又は他のデバイスによって実行される、プログラムモジュールのような多数の形態にあってよい。一般に、プログラムモジュールは、特定のタスクを実行するか又は特定の抽象データ型を実装するルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造、などを含む。通常、プログラムモジュールの機能性は、様々な実施形態で望まれるように結合又は分配されてよい。
また、データ構造は、如何なる適切な形でもコンピュータ可読媒体に記憶されてよい。説明の簡単のために、データ構造は、データ構造内の位置により関係があるフィールドを有していると見られ得る。そのような関係は、同様に、フィールド間の関係を運ぶコンピュータ可読媒体内の位置をフィールドのための記憶に割り当てることによって実現され得る。なお、如何なる適切なメカニズムも、データ要素間の関係を確立するポインタ、タグ、又は他のメカニズムの使用によることを含め、データ構造のフィールド内の情報間の関係を確立するために使用されてよい。
本発明の上記の実施形態は、多数の方法のうちのいずれかで実施され得る。例えば、実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア、又はその組み合わせを用いて実施されてよい。ソフトウェアで実施される場合に、ソフトウェアコードは、単一のコンピュータで提供されるか、それとも複数のコンピュータの間に分布しているのかに関わらず、如何なる適切なプロセッサ又はプロセッサの集合でも実行可能である。上記の機能を実行する如何なるコンポーネント又はコンポーネントの集合も、上記の機能を制御するコントローラと総じて見なされ得ることが理解されるべきである。コントローラは、多数の方法で、例えば、専用のハードウェアにより、あるいは、上記の機能を実行するようマイクロコード又はソフトウェアによりプログラムされている汎用のハードウェア(例えば、1つ以上のプロセッサ)により実施可能であり、コントローラがシステムの複数のコンポーネントに対応する場合に方法の組み合わせにおいて実施されてよい。
更に、コンピュータは、非限定的な例として、ラックマウント方式のコンピュータ、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、又はタブレットコンピュータのような多数の形態のうちのいずれかで具現されてよい。更に、コンピュータは、パーソナル・デジタル・アシスタント(PDA)、スマートフォン、又はあらゆる他の適切なポータブル式若しくは固定式電子機器を含む、一般的にはコンピュータと見なされないが適切なプロセッシング機能を備えているデバイスで、具現されてよい。
また、コンピュータは、1つ以上の入力及び出力デバイスを有してよい。それらのデバイスは、とりわけ、ユーザインターフェースを提示するために使用され得る。ユーザインターフェースを提供するために使用され得る出力デバイスの例には、出力の視覚的提示のためのプリンタ若しくは表示スクリーン、又は出力の聴覚的提示のためのスピーカ若しくは他の音響発生デバイスがある。ユーザインターフェースのために使用され得る入力デバイスの例には、キーボード並びに、マウス、タッチパッド、及びデジタイズ用タブレットのような指示デバイスがある。他の例として、コンピュータは、発話認識を通じて又は他の可聴フォーマットで入力情報を受け取ってよい。
そのようなコンピュータは、ローカルエリアネットワーク又は、企業ネットワーク、及びインテリジェントネットワーク(IN)若しくはインターネットのようなワイドエリアネットワークを含む如何なる適切な形態でも1つ以上のネットワークによって相互接続されてよい。そのようなネットワークは、如何なる適切な技術にも基づいてよく、如何なる適切なプロトコルに従っても動作してよく、無線ネットワーク、有線ネットワーク又は光ファイバネットワークを含んでよい。
また、記載されるように、いくつかの態様は、1つ以上の方法として具現されてよい。方法の部分として実行される動作は、如何なる適切な方法でも順序づけられてよい。従って、動作が説明されている物とは異なる順序で実行される実施形態が構成されてよく、実例となる実施形態では順次的な動作として示されているとしても、いくつかの動作を同時に実行することを含んでよい。
本明細書で定義及び使用されている全ての定義は、定義された用語の辞書の定義、参照により援用される文書における定義、及び/又は通常の意味を配下に置くと理解されるべきである。
明細書中及び特許請求の範囲中で本願で使用される不定冠詞「a」及び「an」は、別に明示されない限りは、「少なくとも1つ」を意味すると理解されるべきである。
明細書中及び特許請求の範囲中で本願で使用される「及び/又は」(and/or)との語句は、そのように結合されている要素、すなわち、いくつかの場合では接続的に存在し、他の場合では離接的に存在する要素の「どちらか一方又は両方」を意味すると理解されるべきである。「及び/又は」を用いて列挙されている複数の要素は、同じように、すなわち、そのように結合されている要素のうちの「1つ以上」と解釈されるべきである。「及び/又は」節によって具体的に特定されている要素以外の要素が、具体的に特定されているそれらの要素と関係があろうとなかろうと、任意に存在してもよい。よって、非限定的な例として、「A及び/又はB」との言及は、「有する」(comprising)のような上限のない言語(open-ended language)とともに使用される場合に、1つの実施形態では、Aのみ(任意に、B以外の要素を含む)を、他の実施形態では、Bのみ(任意に、A以外の要素を含む)を、更に別の実施形態では、A及びBの両方(任意に、他の要素を含む)、などを指すことができる。
明細書中及び特許請求の範囲中で本願で使用されるように、「少なくとも1つ」との語句は、1つ以上の要素のリストを参照して、要素のリスト内の要素のうちのいずれか1つ以上から選択されるが、要素のリスト内に具体的にリストアップされているありとあらゆる要素のうちの少なくとも1つを必ずしも含まず、要素のリスト内の要素の如何なる組み合わせも除外しない少なくとも1つの要素を意味すると理解されるべきである。この定義はまた、「少なくとも1つ」との語句が言及する要素のリスト内で具体的に特定された要素以外の要素が、具体的に特定されているそれらの要素と関係があろうとなかろうと、任意に存在してよいことを認める。よって、非限定的な例として、「A及びBの少なくとも1つ」(あるいは、同様に、「A又はBの少なくとも1つ」、あるいは、同様に、「A及び/又はBの少なくとも1つ」)は、一実施形態では、任意に1よりも多いAを含むがBを含まない(任意に、B以外の要素を含む)少なくとも1つを、他の実施形態では、任意に1よりも多いBを含むがAを含まない(任意に、A以外の要素を含む)少なくとも1つを、更に別の実施形態では、任意に1よりも多いAを含む少なくとも1つ及び任意に1よりも多いBを含む少なくとも1つ(任意に他の要素を含む)、などを指すことができる。
また、本明細書で使用される表現及び用語は、記載のためであって、限定と見なされるべきではない。本明細書中の「含む」(including)、「有する」(comprising)、又は「持っている」(having)、「包含する」(containing)、「伴う」(involving)、及びそれらの変形は、その前に挙げられているアイテム及びそれらの同等物並びに追加のアイテムを含むよう意図される。
特許請求の範囲において、更には上記の明細書において、「有する」(comprising)、「含む」(including)、「担持する」(carrying)、「持っている」(having)、「包含する」(containing)、「伴う」(involving)、「保持する」(holding)、「〜から構成される」(composed of)、などのような全ての移行句は、非限定的(open-ended)であると、すなわち、含むが限られない(including but not limited to)を意味すると理解されるべきである。「〜から成る」(consisting of)及び「本質的に〜から成る」(consisting essentially of)は、夫々、閉鎖的(closed)又は半閉鎖的(semi-closed)な移行句であるべきである。
[関連出願]
本願は、35 U.S.C第119(e)条の下で、2018年5月21日付けで「Radio-frequency Coil Signal Chain for a Low-field MRI System」と題された出願された米国特許仮出願第62/674458号及び2018年6月29日付けで「Radio-frequency Coil Signal Chain for a Low-field MRI System」と題されて出願された米国特許仮出願第62/692454号の優先権を主張する。なお、これらの出願の夫々の全文は、参照により本願に援用される。
本願は、35 U.S.C第119(e)条の下で、2018年5月21日付けで「Radio-frequency Coil Signal Chain for a Low-field MRI System」と題された出願された米国特許仮出願第62/674458号及び2018年6月29日付けで「Radio-frequency Coil Signal Chain for a Low-field MRI System」と題されて出願された米国特許仮出願第62/692454号の優先権を主張する。なお、これらの出願の夫々の全文は、参照により本願に援用される。
Claims (60)
- 低磁場磁気共鳴撮像システムの増幅器へ結合されている無線周波数(RF)コイルをチューニングするよう構成される回路であって、
前記増幅器の入力部にわたって結合されるチューニング回路と、
前記増幅器の出力部と前記増幅器の入力部との間に結合されるアクティブフィードバック回路と
を有する回路。 - 前記アクティブフィードバック回路は、少なくとも1つのフィードバックキャパシタを含む、
請求項1に記載の回路。 - 前記チューニング回路は、前記増幅器の入力部にわたって結合されるチューニングキャパシタを有する、
請求項1に記載の回路。 - 前記チューニング回路は、少なくとも1つのキャパシタ及び少なくとも1つのインダクタを含むチューニング/整合ネットワークを有する、
請求項1に記載の回路。 - 前記アクティブフィードバック回路は、前記RFコイルの中心周波数と位相が90又は270度ずれた第1フィードバック信号を供給するよう構成される、
請求項1に記載の回路。 - 前記増幅器のゲインは、前記RFコイルの前記中心周波数と位相が90又は270度ずれているようチューニングされる、
請求項5に記載の回路。 - 前記アクティブフィードバック回路の1つ以上のコンポーネントは、前記RFコイルの前記中心周波数と位相が90又は270度ずれている前記第1フィードバック信号を生成するよう構成される、
請求項5に記載の回路。 - 前記アクティブフィードバック回路は、前記RFコイルの前記中心周波数と位相が180度ずれた第2フィードバック信号を供給するよう構成される、
請求項5に記載の回路。 - 前記アクティブフィードバック回路は、前記RFコイルの中心周波数と位相が180度ずれたフィードバック信号を供給するよう構成される、
請求項1に記載の回路。 - 前記アクティブフィードバック回路は、少なくとも1つのインダクタを含む相互誘導回路を含む、
請求項1に記載の回路。 - 前記少なくとも1つのインダクタは、前記RFコイルへ相互結合されるよう構成される、
請求項10に記載の回路。 - 低磁場磁気共鳴撮像システムの増幅器へ結合されている無線周波数(RF)コイルをチューニングするよう構成される回路であって、
前記RFコイルの品質係数を低減するよう前記増幅器の出力部と前記増幅器の入力部との間に結合されるアクティブフィードバック回路
を有する回路。 - 前記アクティブフィードバック回路は、少なくとも1つのフィードバックキャパシタを含む、
請求項12に記載の回路。 - 前記アクティブフィードバック回路は、前記RFコイルの中心周波数と位相が90又270度ずれた第1フィードバック信号を供給するよう構成される、
請求項12に記載の回路。 - 前記増幅器のゲインは、前記RFコイルの前記中心周波数と位相が90又270度ずれているようチューニングされる、
請求項14に記載の回路。 - 前記アクティブフィードバック回路の1つ以上のコンポーネントは、前記RFコイルの前記中心周波数と位相が90又270度ずれている前記第1フィードバック信号を生成するよう構成される、
請求項14に記載の回路。 - 前記アクティブフィードバック回路は、前記RFコイルの前記中心周波数と位相が180度ずれた第2フィードバック信号を供給するよう構成される、
請求項16に記載の回路。 - 前記アクティブフィードバック回路は、前記RFコイルの中心周波数と位相が180度ずれたフィードバック信号を供給するよう構成される、
請求項12に記載の回路。 - 低磁場磁気共鳴撮像システムの増幅器へ結合されている無線周波数(RF)コイルをチューニングする方法であって、
前記増幅器の第1及び第2の入力部にわたってチューニング回路を配置することと、
前記増幅器の出力部と前記増幅器の入力部との間にアクティブフィードバック回路を結合することと
を有する方法。 - 前記アクティブフィードバック回路を用いて、前記RFコイルの中心周波数と位相が180度ずれたフィードバック信号を供給することを更に含む、
請求項19に記載の方法。 - 低磁場磁気共鳴撮像システムの無線周波数(RF)コイルへ結合されるよう構成されるスイッチング回路であって、
10MHzもより小さい動作周波数でRFスイッチとして作動するよう構成される少なくとも1つの電界効果トランジスタ(FET)を有する、
スイッチング回路。 - 前記少なくとも1つのFETは、少なくとも窒化ガリウム(GaN)FETを有する、
請求項21に記載のスイッチング回路。 - 前記少なくとも1つのGaN FETは、第1GaN FET及び第2GaN FETを有し、第1GaN FET及び前記第2GaN FETは、同じゲート電圧を受けるよう配置される、
請求項22に記載のスイッチング回路。 - 前記少なくとも1つのFETは、1オームよりも小さいオンステート抵抗を有する、
請求項21に記載のスイッチング回路。 - 前記少なくとも1つのFETは、15ピコファラッドよりも小さい寄生ドレイン−ソース間キャパシタンスを有する、
請求項21に記載のスイッチング回路。 - 前記少なくとも1つのFETへゲート電圧を印加するよう構成される駆動回路を更に有し、該駆動回路は、前記少なくとも1つのFETから電圧源を絶縁するよう構成される少なくとも1つの絶縁要素を含む、
請求項21に記載のスイッチング回路。 - 前記少なくとも1つの絶縁要素は、変圧器を有する、
請求項26に記載のスイッチング回路。 - 前記変圧器は、エアコア変圧器である、
請求項27に記載のスイッチング回路。 - 前記少なくとも1つの絶縁要素は、少なくとも1つの抵抗器を有する、
請求項26に記載のスイッチング回路。 - 前記駆動回路は、少なくとも1つの抵抗器を介して前記少なくとも1つのFETのゲートへ結合されるHブリッジ回路を有する、
請求項26に記載のスイッチング回路。 - 前記駆動回路は、変圧器を介して前記少なくとも1つのFETのゲートへ結合されるAC電圧源を有する、
請求項26に記載のスイッチング回路。 - 前記駆動回路は、前記少なくとも1つの絶縁要素と前記少なくとも1つのFETのゲートとの間に結合されるダイオードを有し、該ダイオードは、前記少なくとも1つのFETの前記ゲートでDC電圧を供給するように入力AC電圧を整流するよう構成される、
請求項26に記載のスイッチング回路。 - 前記駆動回路は、前記RFコイルへ結合されるインダクタを有し、該インダクタは、該インダクタによって検知される送信パルスに基づいて前記少なくとも1つのFETのゲートを駆動するよう構成される、
請求項26に記載のスイッチング回路。 - 低磁場磁気共鳴撮像システムで無線周波数(RF)スイッチとして作動するよう構成される少なくとも1つの電界効果トランジスタ(FET)へゲート電圧を印加するよう構成される駆動回路であって、
前記少なくとも1つのFETから電圧源を絶縁するするよう構成される少なくとも1つの絶縁要素を有する、
駆動回路。 - 前記少なくとも1つの絶縁要素は、エアコア変圧器を有する、
請求項34に記載の駆動回路。 - 前記少なくとも1つの絶縁要素は、少なくとも1つの抵抗器を有する、
請求項34に記載の駆動回路。 - 少なくとも1つの抵抗器を介して前記少なくとも1つのFETのゲートへ結合されるHブリッジ回路を更に有する、
請求項34に記載の駆動回路。 - 変圧器を介して前記少なくとも1つのFETのゲートへ結合されるAC電圧源を更に有する、
請求項34に記載の駆動回路。 - 前記少なくとも1つの絶縁要素と前記少なくとも1つのFETのゲートとの間に結合されるダイオードを更に有し、該ダイオードは、前記少なくとも1つのFETの前記ゲートでDC電圧を供給するように入力AC電圧を整流するよう構成される、
請求項34に記載の駆動回路。 - RFスイッチへ結合されるインダクタを更に有し、該インダクタは、該インダクタによって検知される送信パルスに基づいて前記少なくとも1つのFETのゲートを駆動するよう構成される、
請求項34に記載の駆動回路。 - 低磁場磁気共鳴撮像システムで使用される無線周波数(RF)コイルであって、
第1面及び第2面を有する基板と、
前記第1面と前記第2面との間に間隔をあけた第1の複数の位置で前記第1面から前記第2面へ前記基板に巻き付けられた第1部分と、前記第1面と前記第2面との間に間隔をあけた第2の複数の位置で前記第2面から前記第1面へ前記基板に巻き付けられた第2部分とを含む導体と
を有し、
前記第1の複数の位置は、前記第1面と前記第2面との間で間隔をあけて前記第2の複数の位置と交互にされる、
RFコイル。 - 前記第1部分は、前記第1面から前記第2面へ前記基板の外周に巻き付けられた一連の全周巻きを有し、前記第2部分は、前記第2面から前記第1面へ前記基板の前記外周に巻き付けられた一連の全周巻きを有する、
請求項41に記載のRFコイル。 - 前記第1部分は、前記第1面から前記第2面へ前記基板の外周に巻き付けられた第1の部分巻きを有し、前記第2部分は、前記第2面から前記第1面へ前記基板の前記外周に巻き付けられた第2の部分巻きを有する、
請求項41に記載のRFコイル。 - 前記第1の部分巻き及び前記第2の部分巻きは、180度巻きである、
請求項43に記載のRFコイル。 - 前記第1の複数の位置及び前記第2の複数の位置は、同じ間隔で前記基板の第1の側から間隔をあけられる、
請求項41に記載のRFコイル。 - 前記導体は、該導体に電流が流れるときに配置の対称性によりコモンモード電圧の少なくとも一部がキャンセルされるように前記基板に配置される、
請求項41に記載のRFコイル。 - 低磁場磁気共鳴撮像システムで使用される無線周波数(RF)コイルの製造方法であって、
複数のレベルで外周溝が形成され、前記複数のレベルの隣接するレベルを接続する接続溝を有する基板を設けることであり、前記複数のレベルの夫々は前記基板の第1面から異なる距離で配置される、前記設けることと、
前記外周溝の第1部分及び前記接続溝内で、前記基板の前記第1面から前記基板の第2面へ導体の第1部分を巻き付けることと、
前記外周溝の第2部分及び前記接続溝内で、前記基板の前記第2面から前記基板の前記第1面へ前記導体の第2部分を巻き付けることと
を有し、
前記外周溝の前記第1部分及び前記外周溝の前記第2部分は、重なり合わない、
方法。 - 前記外周溝の前記第1部分は、前記複数のレベルの交互のレベルで配置される、
請求項47に記載の方法。 - 前記外周溝の前記第1部分は、前記複数のレベルの夫々の一部分として配置される、
請求項47に記載の方法。 - 前記外周溝は、前記基板の前記第1面から前記第2面へ互いから等距離で間隔をあけられる、
請求項47に記載の方法。 - 前記外周溝の前記第1部分内で巻き付けることは、前記第1面から前記第2面へ前記基板の外周に一連の全周巻きを巻き付けることを有し、
前記外周溝の前記第2部分内に巻き付けることは、前記第2面から前記第1面へ前記基板の前記外周に一連の全周巻きを巻き付けることを有する、
請求項47に記載の方法。 - 前記外周溝の前記第1部分内に巻き付けることは、前記第1面から前記第2面へ前記基板の外周に第1の部分巻きを巻き付けることを有し、
前記外周溝の前記第2部分内に巻き付けることは、前記第2面から前記第1面へ前記基板の前記外周に第2の部分巻きを巻き付けることを有する、
請求項47に記載の方法。 - 前記第1の部分巻き及び前記第2の部分巻きは、180度巻きである、
請求項52に記載の方法。 - 前記導体の前記第1部分及び前記第2部分は、前記導体に電流が流れるときに配置の対称性によりコモンモード電圧の少なくとも一部がキャンセルされるように前記導体を配置することを有する、
請求項47に記載の方法。 - 低磁場磁気共鳴撮像システムで使用される無線周波数(RF)コイルであって、
第1面及び第2面を有する基板と、
平衡巻線パターンで前記基板に巻き付けられる導体と
を有し、
前記平衡巻線パターンで、前記第1面から前記第2面へ前記基板に巻き付けられた前記導体の第1部分は、前記第2面から前記第1面へ前記基板に巻き付けられた前記導体の第2部分を越えて渡る、
RFコイル。 - 前記平衡巻線パターンは、前記第1面から前記第2面へ前記基板の外周に巻き付けられた第1の一連の全周巻きと、前記第2面から前記第1面へ前記基板の前記外周に巻き付けられた第2の一連の全周巻きとを有する、
請求項55に記載のRFコイル。 - 前記平衡巻線パターンは、前記第1面から前記第2面へ前記基板の外周に巻き付けられた第1の部分巻きと、前記第2面から前記第1面へ前記基板の前記外周に巻き付けられた第2の部分巻きとを有する、
請求項55に記載のRFコイル。 - 前記第1の部分巻き及び前記第2の部分巻きは、180度巻きである、
請求項57に記載のRFコイル。 - 前記平衡巻線パターンは、前記第1面から前記第2面へ複数のレベルを有し、該複数のレベルは、前記第1面から前記第2面へ等しく間隔をあけられる、
請求項55に記載のRFコイル。 - 前記導体は、該導体に電流が流れるときに配置の対称性によりコモンモード電圧の少なくとも一部がキャンセルされるように前記基板に配置される、
請求項55に記載のRFコイル。
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