JP4447093B2 - 磁気共鳴検査用アンテナアレイ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、互いに減結合されかつ独立したアレイ素子を備え、このアレイ素子が２つの並んで位置する列に配置されている磁気共鳴検査用アンテナアレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
冒頭で述べた種類のアンテナアレイは、１９９８年５月にオーストラリアのシドニーで開催された「第６回科学会議及び展示会」のＩＳＭＲＭ１９９８会議録において「国際医療磁気共鳴学会」予稿集の第４４０頁に掲載されたＲ．ジョーンズの寄稿文「下肢／骨盤に対するＭＲＩ用の１２個のアンテナ素子を持つアレイ」に記載されている。このアンテナアレイは肢用双方向アレイとして大動脈分岐部の下に位置する血管系全体を検査するために形成されている。２つの列には成人の標準的な長さの下肢を覆う４つの鞍形コイル対がそれぞれ並んで配置されている。その場合、減結合のために、両列を厳密に対称に構成することの他に一方の列の鞍形コイル対が他方の列の鞍形コイル対に対して９０°回転して配置されている。
【０００３】
刊行物「Ｒａｄｉｏｌｏｇｙ」（１９９５年発行、第１９６巻、第３号、第８７１頁〜第８７５頁）に掲載されたＫ．Ｙ．コイマ等の論文「下肢：伸縮形単方向フェーズド・アレイコイルを備えたＭＲ心血管撮影法」には、直線偏波ベクトル場に対して感応する６個の鞍形コイルを備えた伸縮形単方向フェーズド・アレイアンテナが記載されている。良好な占積率を得るために、上側鞍形コイルは下側鞍形コイルより大きく構成されている。
【０００４】
双方向アンテナアレイも単方向アンテナアレイも線形アンテナ特性を有するアレイ素子を持っている、すなわちアレイ素子の主感度方向は単一の軸線に沿って延びている。
【０００５】
円偏波アレイ素子を備えたアンテナアレイは米国特許第５４３０３７８号明細書から知られている。各アレイ素子は２つの互いに垂直に配置された環状コイルから構成され、その場合一方の環状コイルは基板に取り付けられ、他方の環状コイルはその基板に垂直で対称に配置された支持体に取り付けられている。アンテナアレイは下肢の検査を行うために形成され、その場合個々のアンテナ素子の両環状コイルの感度範囲は両肢を検出してしまう。減結合は環状コイルを厳密に対称配置することによって、ならびに隣接する環状コイルを部分的に重ねることによって行われる。
【０００６】
米国特許第５５４８２１８号明細書に記載されたアンテナアレイも同様に下肢のＭＲ検査用に形成された円偏波アレイ素子を持っている。このアレイ素子はそれぞれ１つの環状コイル及び蝶形コイルを有している。アレイ素子の中央部分は患者寝台内に組込まれ、一方外側部分は可撓性に形成されている。これによって、患者を位置決めするために外側素子を畳むことができる。患者の位置決め後、外側部分は患者の上に置かれ、それにより下肢全体がアンテナの高い占積率で撮像される。ここでも同様に円偏波アレイ素子の感度範囲は両肢を含んでしまう。
【０００７】
米国特許第５５９４３３７号明細書に記載されたアンテナアレイも同様に感度範囲が両肢を含んでしまうアレイ素子を有している。
【０００８】
２つの減結合例が国際公開第８９／０５１１５号明細書に記載されている。第１の例は隣接するアンテナ素子を部分的に重ねて配置する例である。第２の例は接続された前置増幅器の入力インピーダンスをアンテナ素子内で高抵抗に変換する例である。
【０００９】
隣接するアンテナ素子の減結合のために減結合されるべきアレイ素子に対して特定の幾何学的配置を必要としない減結合手段が米国特許第５７０８３６１号明細書に記載されている。減結合されるべきアレイ素子の導体は互いに並列に接続される中断部を有している。この中断部は少なくとも１つのコンデンサで橋絡され、その場合容量値を適当に選定することによって減結合が生ぜしめられる。
【００１０】
上述したアンテナアレイは下肢内の血管の連続表示を、患者の位置をアレイに対して相対的に変えることなく可能にする。それゆえ、全身共鳴器を用いた血管撮像に比べて高い信号品質が得られる。しかしながら、より一層精密に血管を撮像し得るようにするためには信号品質、従ってＳＮ比をより一層高めることが望ましい。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、ＳＮ比をより一層改善した下肢検査用アンテナアレイを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
このような課題は、アレイ素子が、感度軸線が互いに垂直である２つのアンテナ素子をそれぞれ有することによって解決される。実際の適用においては各アレイ素子の感度範囲にそれぞれ１つの脚のみが置かれ、これによって丁度今検査していない脚の雑音はもはや有効信号に重畳することがなくなる。さらに、各アレイ素子は円偏波アンテナ特性を有し、これによってＳＮ比がより一層改善される。
【００１３】
第１の列のアンテナ素子は第２の列のアンテナ素子に対して隣接して配置されているが、この第１の列のアンテナ素子の結合は減結合回路によって抑制される。この減結合回路は減結合されるべき隣接のアンテナ素子にそれぞれ接続されている。それによって、磁気共鳴像の形成の際に、下肢内の血管の連続表示を高いＳＮ比で、患者の位置をアレイに対して相対的に変えることを必要とせずに行うことができる。
【００１４】
特に有利な実施態様では、両列のアレイ素子の隣接する部分が列間に配置された横部材に固定される。この横部材は患者を横臥状態に位置決めした際に脚の間で患者寝台上へ載せられる。その際、両列の対向するアンテナ素子は固定の空間位置に互いに保持され続ける。幾何学的な配置に起因する両アンテナ素子の結合は減結合回路によって補償される。個々のアレイ素子は、横部材から出発して基底磁界の方向に垂直な平面内でＵ字状に曲がり脚を覆うように湾曲させられる。
【００１５】
他の特に有利な実施態様において、横部材から横方向に出たアレイ素子の部分が可撓性に形成されている。これによって、アレイ素子の両列が種々の異なった大きさの検査範囲に適合することができる。
【００１６】
下肢を検査する際の特に高い占積率は、有利な実施態様によれば第１の個数のアレイ素子が強く曲げられ、第２の個数のアレイ素子より小さい検査室を取り囲んでいることによって得られる。これによって、アンテナアレイは種々のサイズの大腿部及び下腿部に良好に適合する。
【００１７】
特に有利な実施態様によれば、アレイ素子が下方に向けて開口する、患者寝台に対する取付け具の一部を形成している。取付け具が下方に向けて開口することによって、アンテナアレイは膝及び踵を圧力をかけずに支える多数の支持補助具と組み合わせることができる。公知のアンテナアレイとは異なり、適度に曲げられ膝で支えられた脚の撮像が可能になる。下肢の閉塞病が進んだ患者はしばしば脚を完全に伸ばすことが困難であり、それゆえ、痛みの危険を少なくするために、従って磁気共鳴検査中の運動アーティファクトを少なくするために優しい支えを必要とする。
【００１８】
他の特に有利な実施態様では、アンテナ素子にそれぞれ１つの前置増幅器が接続され、これが中央横部材に配置される。それによって、前置増幅器までの信号導線が特に短くなる。前置増幅器の入力インピーダンスはそれによってほぼ理想的に高抵抗でアンテナ素子に変換される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を以下において図面に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
図１に斜視図で示されたアンテナアレイは下肢の磁気共鳴検査用に形成されている。このアンテナアレイは高い像品質と共に血管の連続表示を、患者の位置を変えることなく可能にする。アンテナアレイは互いに減結合されかつ独立したアレイ素子２から構成されており、このアレイ素子２は２つの並んで位置する列４、６に配置されている。各列４、６のアレイ素子２は実際の適用においては脚の上側範囲及び側部範囲を取り囲む。さらに、アレイ素子２は検査すべき患者の下腹部の一部を覆う。
【００２１】
各アレイ素子２は感度軸線が互いに垂直である２つのアンテナ素子８、１０を有している。各アレイ素子２のアンテナ素子８、１０はほぼ１つの面に配置されており、その場合アンテナ素子８はそれぞれ鞍形コイルとして、アンテナ素子１０は環状コイルとして形成されている。隣接するアンテナ素子の減結合は重なり部分１２の形の幾何学的手段によって行われている。さらに、これには前置増幅器を介する公知の減結合手段を使用することができ、その場合アンテナ素子８、１０にそれぞれ接続された前置増幅器（図示されていない）の入力インピーダンスは高抵抗でアンテナ素子８、１０のアンテナ導体に変換され、それゆえアンテナ素子８、１０に誘導された電圧はアンテナ電流を生ぜしめることができない。個々のアレイ素子２におけるアンテナ素子８、１０はその幾何学的配置によって互いに減結合されている。この幾何学的配置による減結合及び前置増幅器による減結合は国際公開第８９／０５１１５号明細書に詳細に記載されている。
【００２２】
アンテナアレイは下腿部を検査するために設けられた下側部分１４と、大腿部及び下腹部を検査するために設けられた上側部分１６とから構成されている。患者の脚が種々の外形寸法を有している場合でも高い占積率、従って高いＳＮ比を得るために、下側部分１４のアレイ素子２が強く曲げられ、上側部分１６のアンテナ素子２より小さな検査室を有している。アレイ素子２は両部分１４、１６がＵ字状に形成されている。
【００２３】
図２は列６における上側部分１６の両アレイ素子２の展開図を示す。鞍形コイル対８は２つのループ導体１８から構成されており、これらは交差接続部２０を介して列をなしている。概要を理解し易くする理由から、磁気共鳴装置の動作周波数にループ導体１８を合わせるために必要なコンデンサは示されていない。脚の上側範囲を撮像する鞍形コイル８は脚の形状的な理由から若干小さいループ導体１８Ａを有し、これが内面で大腿部の上端に位置決めされる。
【００２４】
上側のアレイ素子２は同様に脚の形状的な理由から他のアレイ素子２とは若干異なった形状の環状コイル１０Ａを有している。環状コイル１０Ａはアレイ素子の他の部分のようにＵ字状に曲げられているのではなくほぼアンテナアレイ内で１つの平面内に延びている旗状部分２２を含んでいる。この旗状部分２２は脚部から下腹部への移行部の撮像を改善するのに役立つ。しかして、図１にも示されているように幾何学的な減結合を行うために、隣りに位置する列４の対応して鏡面対称に形成されている旗状部分との重なりが可能になる。
【００２５】
下側部分１４の両アレイ素子２が図３の展開図に示されている。下側部分１４において、一番下側のアレイ素子つまり図３において左側のアレイ素子はアンテナアレイにおける他のアレイ素子２より長く形成されている。さらに、両ループ導体１８間の交差接続部２０は非対称に配置されている。それによって、アンテナアレイを適用する際に足の一部を突出させる部分２４のためのスペースが得られる。その場合同時に下側部分１４を下腿部に密接して取り付けることができるようになる。
【００２６】
図４はアンテナアレイの構造の概略断面図を示す。アンテナアレイは患者寝台２８への取付け具２６として構成されている。下肢は符号３０で示されている。取付け具２６は剛体の中央横部材３２と可撓性の側面部材３４、３６とから構成されている。アレイ素子２は図１に示されている概略図に対応して両列４、６に関してそれぞれ中央横部材３２の外面から可撓性の側面部材３４、３６を介して延びている。
【００２７】
中央横部材３２には、とりわけ各アレイ素子２のアンテナ素子８、１０のアンテナ信号を増幅後に同相で結合する信号処理回路３８が配置されている。その上、中央横部材３２には、この横部材内で隣接する両列４、６の両ループ導体１８の磁気結合を補償する減結合回路４０が組込まれている。さらに、アレイ素子２の電気信号接続部が中央横部材３２を通って導かれている。同様にここには個々のアレイ素子２を離調（活性化―非活性化）させるための離調回路が設けられている。この離調（非活性化）は使用されたアレイ素子２に対して測定シーケンスにおける送信期間中に例えば短時間（ダイナミック）に行われる。特定の測定のためには必要ではないアレイ素子２は全測定サイクル中常に（スタティック）離調させることができる。
【００２８】
図5は両列４、６における２つの隣接する両ループ導体１８のための減結合回路４０の配置を示す斜視図である。この減結合回路４０は米国特許第５７０８３６１号明細書に詳細に記載されている。両鞍形コイル対８の導体にはそれぞれ１つの中断部４２が設けられている。両中断部４２は導線４４を介して互いに接続され、同時にコンデンサ（図示されていない）で橋絡されている。そのコンデンサの容量値は磁気結合が補償されるように設定することができる。さらに、減結合回路４０は比較的長い接続導線４４を介する結合を防止するために対称化回路（包絡波阻止手段）を含んでいる。
【００２９】
図６は１つのアレイ素子２における信号処理回路３８の構成を他のアレイ素子２を代表して示す。各アンテナ素子８、１０はアンテナ導体に対して好ましくは対称に配置された信号接続部４６で変換回路４８に接続されている。この変換回路４８はアンテナインピーダンスを例えば５０Ωに変換する。変換回路４８に後置接続されて別の変換回路４９が存在し、この変換回路４９に前置増幅器５０が接続されている。前置増幅器５０の入力インピーダンスは別の変換回路４９によって（国際公開第８９／０５１１５号明細書に詳細に記載されているように）アンテナ素子８、１０内で高抵抗に変換される。引き続いて、前置増幅器５０に続く結合回路５２内で、アンテナ素子８、１０によって受信された信号の同相結合が行われる。信号処理回路３８を中央横部材に配置することによって、前置増幅器５０までの導線が特に短くなる。前置増幅器の入力インピーダンスはそれによってほぼ理想的に高抵抗でアンテナ素子８、１０に導線の影響を受けることなく変換される。アンテナインピーダンスを５０Ωに変換することは同様になくすことができる。その場合、前置増幅器５０の入力インピーダンスは相応してアンテナインピーダンスに整合させられねばならない。変換回路４８はその場合省略される。
【図面の簡単な説明】
【図１】下肢を磁気共鳴検査するための双方向アンテナアレイのアンテナ構造を示す概略斜視図。
【図２】肢の上側範囲を撮像するためのアンテナアレイの構成要素として設けられた２つのアレイ素子を展開して示す概略展開図。
【図３】肢の下側範囲を撮像するためのアンテナアレイの構成要素として形成された２つのアレイ素子を展開して示す概略展開図。
【図４】アンテナアレイの機械的構造を示す断面図。
【図５】減結合回路を備え左右に配置された２つの鞍形コイル対を示す概略斜視図。
【図６】アレイ素子に接続された信号処理回路を示すブロック回路図。
【符号の説明】
２ アレイ素子
４、６ 列
８ アンテナ素子（鞍形コイル対）
１０、１０Ａ アンテナ素子（環状コイル）
１２ 重なり部分
１４ 下側部分
１６ 上側部分
１８、１８Ａ ループ導体
２０ 交差接続部
２２ 旗状部分
２４ 足の一部を突出させるための部分
２６ 取付け具
３０ 下肢
３２ 中央横部材
３４、３６ 可撓性の側面部材
３８ 信号処理回路
４０ 減結合回路
４２ 中断部
４４ 導線
４６ 信号接続部
４８ 変換回路
５０ 前置増幅器
５２ 結合回路

Claims (13)

1. 互いに減結合されかつ独立したアレイ素子（２）を備え、このアレイ素子（２）が２つの並んで位置する列（４、６）に配置されている磁気共鳴検査用アンテナアレイにおいて、
   アレイ素子（２）が、感度軸線が互いに垂直である２つのアンテナ素子（８、１０、１０Ａ）をそれぞれ有し、
   両列（４、６）のアレイ素子（２）の隣接する部分が列（４、６）間に配置された中央横部材（３２）に固定され、
   中央横部材（３２）から横方向に出ているアレイ素子（２）の部分（３４、３６）が可撓性に形成されている
   ことを特徴とするアンテナアレイ。
2. 第１の列（４）のアンテナ素子（８）が第２の列（６）のアンテナ素子（８）に対して隣接して配置され、これに減結合回路（４０）を介して接続されていることを特徴とする請求項１記載のアンテナアレイ。
3. アレイ素子（２）のアンテナ素子（８、１０、１０Ａ）がそれぞれ信号処理回路（３８）を介して互いに接続されていることを特徴とする請求項１又は２記載のアンテナアレイ。
4. アレイ素子（２）がそれぞれ１つの鞍形コイル対（８）及び環状コイル（１０、１０Ａ）を有することを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載のアンテナアレイ。
5. 両列（４、６）のアレイ素子（２）が対向して配置されていることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載のアンテナアレイ。
6. 各列（４、６）のアレイ素子（２）が同一方向に曲げて配置されていることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載のアンテナアレイ。
7. 各列（４、６）のアレイ素子（２）がＵ字状に曲げて配置されていることを特徴とする請求項６記載のアンテナアレイ。
8. 第１の個数のアレイ素子（２）が強く曲げられ、第２の個数のアレイ素子（２）より小さい検査室を取り囲んでいることを特徴とする請求項６又は７記載のアンテナアレイ。
9. アレイ素子（２）が部分的に可撓性に形成されていることを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載のアンテナアレイ。
10. アレイ素子（２）が下方に向けて開口する、患者寝台（２８）に対する取付け具（２６）の一部を形成していることを特徴とする請求項１乃至９の１つに記載のアンテナアレイ。
11. 減結合回路（４０）が包絡波阻止手段を含んでいることを特徴とする請求項２記載のアンテナアレイ。
12. アンテナ素子（８、１０、１０Ａ）に、接続された前置増幅器の入力インピーダンスをアンテナ素子内で高抵抗に変換するそれぞれ１つの変換回路（４９）が接続されていることを特徴とする請求項１乃至１１の１つに記載のアンテナアレイ。
13. アンテナ素子（８、１０、１０Ａ）にそれぞれ１つの前置増幅器が接続され、これが中央横部材（３２）に配置されていることを特徴とする請求項１記載のアンテナアレイ。

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