JP4205194B2 - 磁気共鳴コイルシステムを含む磁気共鳴装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、検査ゾーンから磁気共鳴信号を受信するよう動作し、導線によって相互接続される２つの同様の導線ループからなる磁気共鳴コイルシステムにおいて、上記導線は幾つかの容量を含み、上記導線ループは容量を含み、隣接する２本ずつの上記導線と、その間に配置される導線ループの部分とは夫々のメッシュを構成する磁気共鳴コイルシステムを含む磁気共鳴装置に関し、また、上記目的に適した磁気共鳴システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
上述の種類の磁気共鳴（ＭＲ）コイルシステムは米国特許第４，６８０，５４８号によって知られている。磁気共鳴コイルシステムの２つのループは概して導線によって相互接続された２つの等しい大きさの同軸円として形成される。この構造は、磁気共鳴コイルシステムに鳥かご（バードケージ）状の外観を与え、それによりこのコイルシステムはバードケージコイルとしても知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この種類のバードケージコイルは、導線の数と同じ数の異なる共鳴周波数を有する。各共鳴周波数は異なる共鳴モードに関連し、バードケージコイルはコイル内にできる限り均一な磁界分布（送信コイルとしての動作の場合）又は位置無依存の一定感度が獲得される（受信コイルとしての動作の場合）共鳴モードで常に動作する。特にコイル軸に対して垂直な平面上の、この感度の位置無依存性は、磁気共鳴コイルシステムによって受信された磁気共鳴信号からの磁気共鳴画像の再構築を容易にするため有利である。しかしながら、通常平坦な複数のサブコイルからなり、上記のバードケージコイルの信号対雑音比よりも高い信号対雑音比を有するコイルアレーが存在する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
従って本発明は、この面において上述の種類の磁気共鳴装置を改善することを目的とする。この目的は、本発明によれば、容量が単一の共鳴周波数のみが生ずるような値とされ、様々なメッシュ内で生ずる磁気共鳴信号を別々に処理し、検査ゾーン内で核磁化分布を表わす磁気共鳴データを発生するよう、少なくとも２つの処理チャネルが設けられており、処理チャネルからの磁気共鳴データから磁気共鳴全体画像を形成する再構築ユニットが設けられていることによって達成される。
【０００５】
本発明は、磁気共鳴コイルシステムは、２つの導線ループ及びこれらを相互接続する導線が所与の方法で釣り合わされているときに単一の周波数のみを有しており、この共鳴周波数において、磁気共鳴コイルシステムを構成する個々のメッシュ（メッシュは２つの隣接する導線と、その間に配置される２つの導線ループの部分とからなる）が互いに減結合されることの認識に基づく。減結合により、個々のメッシュから受信される信号は、コイルアレーの中と同様の磁気共鳴画像を形成するよう個々に処理されうる。共通の磁気共鳴画像は個々の磁気共鳴画像から再構築されえ、上記共通の磁気共鳴画像は、特にコイルシステム内のメッシュに隣接する領域において、特に高い信号対雑音比を有する。個々のメッシュは、位置依存性の強い、即ちメッシュに隣接する領域からの信号に対して非常に高い感度であり、より遠隔の領域からの信号に対して比較的低い感度である感度を有する。外側の領域全体に亘ってそのような高い信号対雑音比を有する磁気共鳴画像を獲得するため、従って、磁気共鳴全体画像を形成するために個々のメッシュから獲得される磁気共鳴データ又は磁気共鳴画像を組み合わせることが必要である。しかしながら、「磁気共鳴全体画像」という用語は広義に解釈されるべきである。これは空間的な分布だけでなく、分光学的な分布を表すことを意味することが理解されるべきである。
【０００６】
従って、容量を含む複数の導線によって相互接続され、容量を含む２つの同様の導線ループを有する磁気共鳴コイルシステムでは、コイルシステムによって包囲される領域内で位置依存の感度を有する複数の磁気共鳴信号を受信するために、容量を単一の共鳴周波数が生ずるような値とすることによって、改善された信号対雑音比が達成される。
【０００７】
本発明の更なる実施例では、夫々の処理チャネルは、２つの導線ループのうちの１つの各容量のために設けられる。このように各メッシュに対して別々の処理チャネルが設けられるため、個々の処理チャネルからの磁気共鳴データから再構築された磁気共鳴全体画像は、可能な限り最もよい信号対雑音比を有する。しかしながら、処理チャネルは各メッシュに対して設けられねばならないため、実質的な手段が必要とされる。
【０００８】
本発明の他の実施例では、しかしながら、夫々の組合せ回路は、導線ループ内の隣接する２つの容量につき１つ設けられ、夫々の処理チャネルは各組合せ回路に接続される。その場合、２つの隣接するメッシュからの各信号は組合せ回路を通じて組み合わせられるため、処理チャネルは２つのメッシュにつき１つのみ必要である。
【０００９】
上述のように、個々のメッシュは、最適な磁気共鳴全体画像の再構築のために決定されねばならない強い位置依存の感度を有する。これは検査ゾーン全体に亘って略位置無依存の感度を有する磁気共鳴コイルを必要とすることが既知である。従って、本発明の更なる実施例では、第１の動作モードと第２の動作モードとの間で磁気共鳴コイルシステムの容量を切り換える切換ユニットが設けられており、磁気共鳴コイルシステムは、第１の動作モードでは単一の共鳴周波数のみを有し、第２の動作モードでは異なる共鳴周波数を有する幾つかの共鳴モードを有しており、局部的に均一なコイル感度を有する共鳴モードは、第１の動作モードの単一の共鳴周波数に対応する共鳴周波数にある。
【００１０】
このように、磁気共鳴コイルシステムは、第１の動作モードでは、局部的には高く、全体的には強く位置依存である感度を有するコイルアレーとして動作し、第２の動作モードでは、略位置無依存の平均感度を有する従来のバードケージコイルとして動作する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明を詳述する。
図１は、検査されるべき対象が配置される検査ゾーン２の中に、例えば１．５テスラの強度を有する均一の一定の磁界を発生する主界磁石１を示す。ＲＦコイル３は、ＲＦ送信器４に接続され、検査ゾーンの中に２つの磁気ＲＦパルスを発生し、これらのパルスは磁界の強度によって所定のラーモア周波数を有する。この周波数は、１．５テスラの強度を有する磁界に対して約６３．８ＭＨｚ（メガヘルツ）に達する。
【００１２】
３つの傾斜コイル５，６及び７もまた設けられており、これらは主界磁石によって発生した一定の磁界と同じ方向に延びるが、ｘ、ｙ又はｚ方向に傾斜を有する磁界を検査ゾーンの中に発生させることが可能である。これらの傾斜コイルを使用し、ＲＦコイル３によって発生される核磁化の励起が所与の量に制限されるか、又は発生する磁気共鳴信号はこのように位相又は周波数に関して符号化されえ、検査ゾーンの磁気共鳴画像の形成を可能にする。
【００１３】
発生する磁気共鳴信号は磁気共鳴コイルシステム８によって受信される。この磁気共鳴コイルシステムは８つのセクション又はメッシュに細分化され、各メッシュは破線によって示されるように、別々の処理チャネル９へ接続される。各処理チャネル９内で磁気共鳴信号は復調、復号化及びディジタル化され、例えばフーリエ変換によって磁気共鳴データが発生され、この磁気共鳴データは夫々のメッシュ、即ちこの領域の夫々の磁気共鳴画像によって覆われる範囲内の核磁化分布を表わす。個々の磁気共鳴画像は、磁気共鳴コイルシステム８によって包囲される領域内の核磁化分布を表わす磁気共鳴全体画像を形成するよう、再構築ユニット１０によって結合されうる。この磁気共鳴全体画像の中央における信号対雑音比は、同じ形状のバードケージコイルによって形成された磁気共鳴画像内の信号対雑音比と略同じであるが、縁の領域では２乃至４倍良い信号対雑音比となる。
【００１４】
図２は、図１において概略的にのみ示される磁気共鳴コイルシステム８の詳細図である。このコイルシステムは、対称軸８８に対して回転的に対称であるよう構成され、対称軸８８と同軸に、この軸に垂直に延びる平面上に配置される、２つの等しい大きさの、望ましくは円形の導線ループ８１及び８２を含む。２つの導線ループ８１及び８２は例えば８本（又は他の偶数の）の導線８０を通じて電気的に相互接続される。これらの直線的な各導体は容量Ｃ_A を有するコンデンサを含み、２つずつの導線８０の間の導線ループ８１及び８２の各セグメントもまた容量Ｃ_T を有する夫々のコンデンサを含む。
【００１５】
導線及び導線ループは、幅１０ｍｍで、例えばプレキシグラスからなる適当に絶縁された支持部材上に配置された銅片からなるものでありうる。この種類のヘッドコイルの場合、導線８０は１２０ｍｍの長さを有し、導線ループ８１，８２は直径２５０ｍｍを有しうる。そのような形状構造を有する磁気共鳴コイルは、それ自体として米国特許第４，６８０，５４８号明細書によって既知である。
【００１６】
以下、様々な共鳴周波数（縦座標）及び共鳴モード（横座標）を示す図３を参照して、これらのコイルの電気的性質を詳述する。原理的に、そのようなコイルは、現時の導線８０の数の半分の数の共鳴モード又は共鳴周波数を有することが適用できる。８本の導線を含む本実施例は従って、（異なる磁界分布又は異なる位置依存の感度を有する）４つの異なる共鳴周波数と、４つの異なる共鳴モードを有する。コイルの所与の釣り合わせに関連する共鳴周波数及び共鳴モードは、破線の曲線によって相互接続されている。２つの異なるコイルの型は区別されうる。
【００１７】
（ａ）低域型は、導線ループ８１，８２は容量Ｃ_T を有さず、それにより導線ループの個々のセグメントの局部的に分布されたインダクタンスのみが作用することを特徴とする。４つの異なる共鳴周波数が存在し、このうち最も低い共鳴周波数は、コイルによって包囲される領域内で均一な磁界分布又は感度が生じ、また従って推奨される共鳴モードに関連する。より高い共鳴周波数における他の共鳴モードは、あまり適当でなく、従って使用されない磁界分布を有する。この型の曲線は、図３において参照符号ＬＰによって示されている。所与の形状のコイルパラメータでは、この型に対する最も低い共鳴周波数は、導線８０内の容量Ｃ_A が１８ｐＦ（ピコファラド）の値を有するときに、６３．８ＭＨｚで生ずる。
【００１８】
（ｂ）高域型は、コンデンサが現時において導線ループ８１及び８２の中にあり、一方導線８０はコンデンサを含まず、個々の導線の局部的に分布されたインダクタンスのみが作用するよう連続する導線からなる。（８本の導線の場合）この型もまた４つの共鳴モードで４つの共鳴周波数を有するが、望ましい共鳴モードは最も高い周波数にある。この型の曲線は図３において参照符号ＨＰで示され、所与のコイル寸法に対して、最も高い共鳴周波数は、容量Ｃ_T が６１ｐＦの値を有するとき、６３．８ＭＨｚで生ずる。
【００１９】
（ｃ）図２から明らかであるように、帯域通過型は、導線と導線ループとの中にコンデンサを含む。引用された米国特許に従って、容量Ｃ_A を有する導線、又は容量Ｃ_T を有する導線ループのセグメントが誘導的に作用する（夫々の他の部分の作用は容量性である）かによって、この帯域通過型に対して「高域」又は「低域」作用が割り当てられうる。
【００２０】
低域作用を有するそのような帯域通過型に対する曲線は、図３において参照符号ＢＰ₁ によって示され、（局部的な均一の感度を有する）望ましい共鳴モードは最も低い共鳴周波数にある。コイルの所与の寸法に対して、容量Ｃ_A が２１ｐＦの値を有し、容量Ｃ_T が４２０ｐＦの値を有するとき、この共鳴周波数は６３．８ＭＨｚにある。
【００２１】
高域作用を有する帯域通過型は、図３においてＢＰ_h によって表わされる。この型に対して、望ましい共鳴モードは最も高い共鳴周波数にある。コイルの所与の寸法に対して、容量Ｃ_A が３２５ｐＦの値を有し、容量Ｃ_T が６５ｐＦの値を有するとき、この共鳴周波数は６３．８ＭＨｚにある。
本発明はまた、帯域通過型を構成する。これは、本発明が導線と導線ループとの中に容量を含むが、容量は釣り合わされており、高域作用及び低域作用のいずれも生じないが、全ての共鳴モードが同じ周波数で生ずる図３で線ＢＰ_d によって表わされる作用のみが生ずるためである。コイルの所与の寸法に対して、容量Ｃ_A が１１８ｐＦの値を有し、容量Ｃ_T が７２ｐＦの値を有するとき、この共鳴周波数は６３．８ＭＨｚにある。
【００２２】
Ｔｒｏｏｐによる発表（１９９２年、第１１回ＳＭＲＭ議事録、４００９頁）によれば、この作用は「縮退」と称される。しかしながら発明者は、そのような釣り合わせの場合、２つの隣接する導線及び導線ループ８１及び８２の相互接続する部分によって形成される個々のメッシュは、隣接する導線ループから減結合されることを認めた。この性質は、コイルアレーとしてのコイルシステムの動作と、個々のメッシュの磁気共鳴画像からの磁気共鳴全体画像の再構築とを可能にする。個々のメッシュはその近傍に配置された検査ゾーンの部分では高い感度を有するが、より遠隔の領域の感度は低い。しかしながら、個々のメッシュの磁気共鳴画像から磁気共鳴全体画像が再構築されるとき、外側の領域では、従来の動作のバードケージコイルと比較して２乃至４倍高い信号対雑音比が獲得され、一方中央では従来のコイルによって与えられる値と同じ値を有する。
【００２３】
図４は、いかにしてメッシュから信号が得られるかを示す図である。図４は、高インピーダンス増幅器によって各コンデンサＣ_T から信号が得られることを示す。これらのコンデンサは常に夫々のメッシュにのみ関連されるため、このコンデンサの電圧はメッシュ内で誘導された磁気共鳴信号を表わす。コンデンサＣ_T から得られる信号は、増幅器１２の夫々を通じて処理チャネル９へ与えられる。図２中、これは２つのメッシュについてのみ示されているが、全てのメッシュからの信号がこの方法で処理される。
【００２４】
（磁気共鳴コイルが８つのメッシュ又は８本の導線８０からなる場合）８つの処理チャネルが必要とされることは、この処理原理の欠点である。より少ない処理チャネルからなる磁気共鳴装置は従って、この方法で磁気共鳴信号を処理し得ない。従って、図５は半分の数のチャネルのみを必要とする方法を示す。このため、２つの隣接するメッシュからの各信号は、夫々の増幅器１２を通じて組合せ回路１３の入力へ与えられる。組合せ回路は、その２つの入力に存在する信号を、調節可能な位相シフトと加える。組合せ回路１３の出力信号は、この場合８つのメッシュに対して４つの処理チャネルのみが必要とされるよう、処理チャネル９によって処理される。個々の処理チャネルからの磁気共鳴データから形成される磁気共鳴全体画像は、その位置が２つのメッシュからの信号が組み合わせられる位相に依存する領域内で最もよい達成可能な信号対雑音比を有する。従って、この最適は、位相位置を変化させることによって望ましい領域へシフトされうる。
【００２５】
多くの場合、強い位置依存の感度を有するコイルアレーに加え、例えば従来のバードケージコイルといった、検査ゾーンの中で略均一な感度を有するコイルが使用可能であることが望ましい。そのようなコイルを使用して、欧州特許出願第６９５ ９４７号で説明されるようにコイルアレーの感度の変化が測定されうる。
【００２６】
このため、導線及び導線ループの中の全てのコンデンサは、切換ユニットによって切り換えられる。図６中、これは導線８０の中のコンデンサのうちの１つ、及び導線ループ８１の中のコンデンサのうちの１つに対して示されている。容量Ｃ_A は、例えばピンダイオードである制御可能なスイッチ８３によってブリッジされ、スイッチ８３が閉じているとき、容量を短絡する。個々の容量Ｃ_T に直列に、スイッチ８４によってブリッジされる夫々の容量Ｃ_O が接続される。
【００２７】
第１の動作モードでは、スイッチ８３は開いており、スイッチ８４は閉じている。容量Ｃ_A 及びＣ_T は作動され、隣接するメッシュが互いに減結合される本発明による動作のモードが獲得される。第２の動作モードでは、スイッチ８３は閉じており、スイッチ８４は開いている。容量Ｃ_A は（高域作用を有するバードケージが獲得されるよう）短絡され、容量Ｃ_O は夫々の容量Ｃ_T と直列になる。直列接続が６１ｐＦの値を有するよう容量Ｃ_O が釣り合わされるとき（所望の共鳴モードのとき）、最も高い共鳴周波数は６３．８ＭＨｚとなる。
【００２８】
このようにして、異なる電気的作用を有する２つの磁気共鳴コイルは、容量を切り換えることによって獲得されうる。１つの型から他の型へ切り換えることは、コイルを交換する必要なしに実行されうる。
本発明は、８本の導線８０又は８つのメッシュを含む実施例に基づいて説明された。しかしながら、例えば１６個の、異なる偶数個の導線又はメッシュを使用することが可能である。更に、円形の導線ループが仮定されたが、例えば多角形（導線の数と同じ数の角を有する）又は楕円状の形状といった他の形状もまた可能である。導線ループは必ずしも閉じている必要はなく、メッシュのうちの１つは除去されうる。２つの導線ループのうちの１つはまた、頭部の領域への応用のために磁界集中を与えるよう追加的な導線構造を含みうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による磁気共鳴装置のブロック図を示す図である。
【図２】図１の磁気共鳴装置で使用される磁気共鳴コイルシステムの構造を示す図である。
【図３】様々な共鳴周波数又は共鳴モードを導くことができるグラフを示す図である。
【図４】第１の信号処理の可能な形を示す図である。
【図５】第２の信号処理の可能な形を示す図である。
【図６】第１及び第２の動作モードの間で切り替えられ得る共鳴コイルシステムの一部を示す図である。
【符号の説明】
１ 主界磁石
２ 検査ゾーン
３ ＲＦコイル
４ ＲＦ送信器
５ ｘ方向傾斜コイル
６ ｙ方向傾斜コイル
７ ｚ方向傾斜コイル
８ 磁気共鳴コイルシステム
９ 処理チャネル
１０ 再構築ユニット
１２ 増幅器
８０ 導線
８１，８２ 導線ループ
８３，８４ スイッチ
８８ 対称軸

Claims (5)

1. 検査ゾーンから磁気共鳴信号を受信するよう動作し、導線によって相互接続される２つの同様の導線ループからなる磁気共鳴コイルシステムにおいて、該導線は幾つかの容量（Ｃ_Ａ）を含み、該導線ループは容量（Ｃ_Ｔ）を含み、隣接する２本ずつの該導線と、その間に配置される導線ループの部分とは夫々のメッシュを構成する磁気共鳴コイルシステムを含む磁気共鳴装置であって、
   導線の各々は容量（Ｃ_Ａ）を含み、且つ全ての隣接する２本の導線間の導線ループの部分の各々は容量（Ｃ_Ｔ）を含み、
   容量（Ｃ_Ｔ，Ｃ_Ａ）は磁気共鳴コイルシステムの全ての共鳴モードに対して単一の共鳴周波数のみが生ずるような値とされ、
   様々なメッシュ内で生ずる磁気共鳴信号を別々に処理し、検査ゾーン内の核磁化分布を表わす磁気共鳴データを発生するよう、少なくとも２つの処理チャネルが設けられており、
   処理チャネルからの磁気共鳴データから磁気共鳴全体画像を形成する再構築ユニットが設けられていることを特徴とする磁気共鳴装置。
2. 夫々の処理チャネルは、２つの導線ループのうちの１つの各容量（Ｃ_Ｔ）のために設けられることを特徴とする、請求項１記載の磁気共鳴装置。
3. 夫々の組合せ回路は、導線ループ内の隣接する２つの容量（Ｃ_Ｔ）に１つ設けられ、
   夫々の処理チャネルは各組合せ回路に接続されることを特徴とする、請求項１記載の磁気共鳴装置。
4. 第１の動作モードと第２の動作モードとの間で磁気共鳴コイルシステムの容量（Ｃ_Ｔ，Ｃ_Ａ）を切り換える切換ユニットが設けられており、磁気共鳴コイルシステムは、第１の動作モードでは単一の共鳴周波数のみを有し、第２の動作モードでは異なる共鳴周波数を有する幾つかの共鳴モードを有しており、局部的に均一なコイル感度を有する共鳴モードは、第１の動作モードの単一の共鳴周波数に対応する共鳴周波数にあることを特徴とする、請求項１記載の磁気共鳴装置。
5. 導線によって相互接続される２つの同様の導線ループを有し、該導線は容量（Ｃ_Ａ）を含み、該導線ループは容量（Ｃ_Ｔ）を含む磁気共鳴コイルシステムであって、
   導線の各々は容量（Ｃ_Ａ）を含み、且つ全ての隣接する２本の導線間の導線ループの部分の各々は容量（Ｃ_Ｔ）を含み、
   コイルシステムによって包囲される領域内において位置依存の感度を有する複数の磁気共鳴信号を受信するため、容量（Ｃ_Ｔ，Ｃ_Ａ）は磁気共鳴コイルシステムの全ての共鳴モードに対して単一の共鳴周波数のみが生ずるような値とされていることを特徴とする磁気共鳴コイルシステム。

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