JP4806494B2 - 減結合磁気共鳴ｒｆ受信コイル - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気共鳴スキャナーのための無線周波数（ＲＦ）受信コイルに関する。本発明は、特に、作像プロセス中にＲＦ受信コイルを絶縁又は減結合するために用いられる。けれども、本発明は、更に、単一のコイルの個々のコイル部分を絶縁したり、選択的ＲＦ信号受信が実行されるような他の技術分野にも使用され得るものである。
【０００２】
【従来の技術】
磁気共鳴作像（ＭＲＩ）機械は、検査領域に主磁場を加える。この強い場は、通常はＢ_０と表示され、検査を受ける被験者の中の原子核を整列させる。或るＭＲＩ機械では、Ｂ_０場は水平に向けられ、他ではそれは鉛直に向けられる。
【０００３】
水平に向けられるシステム及び鉛直に向けられるシステムの両方において、通常はＢ_１と表示される割合に強い直交ＲＦ場によって、整列している原子核に磁気共鳴が励起される。Ｂ_１場は、整列している原子核或いはスピンを、静磁場Ｂ_０に直交する平面内へ傾ける。時間が経つと、スピンは歳差運動をしながら比較的に弱い無線周波数（ＲＦ）共鳴信号を放射してＢ_０場と再整列する。この共鳴は、所望の特別の共鳴周波数に同調されているＲＦコイルによって検出される。それらの共鳴信号は、該信号を復元してビデオモニターで表示される画像にするために画像処理装置に渡される。
【０００４】
通常は、送信ＲＦ信号は、励起された原子核により生成されてＲＦ受信コイルにより検出される磁気共鳴信号より数桁大きい。敏感な受信装置とコイルとを保護するために、作像処理手順の送信段階の間は受信コイルは普通は減結合或いは離調される。従って、２つの原理即ち能動的減結合及び受動的減結合のうちの一方を用いて、ＬＣ回路と関連させて半導体スイッチ又はＰＩＮダイオードにより受信コイルを減結合することが知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
能動的減結合では、作像操作の送信段階の間は、コイルを減結合或いは離調するためにＬＣ回路と関連するＰＩＮダイオードにバイアスがかけられる。受信装置のコイルを確実に減結合するために、技術が改良され、送信ＲＦパルスの電力が増大し、スイッチング・ダイオードにますます大きなバイアス電流が使用されるようになっている。残念なことに、大きなバイアス電流は被験者の近くでＢ_０場に磁場歪みを生じさせ、得られる画像を悪くする。
【０００６】
受動的減結合では、ＬＣ回路と関連する逆平行ダイオード半導体スイッチも使用される。この方法では、逆平行に結合された高速スイッチング・ダイオードが送信パルス自体に応答してコイルを減結合する。換言すれば、逆平行に結合されたダイオードが大電力送信信号にさらされるとき、各ダイオードはそれぞれの半サイクルの間伝導する。この場合には、大電流は該コイルを減結合する並列共鳴ＬＣ回路と出会うことができるが、小電流は該並列共鳴ＬＣ回路と出会うことはできない。この方法は、バイアス電流を使用しないで、それに付随するＢ_０場の歪みを無くするけれども、コイルはＲＦ送信パルスの間は常に減結合され、受信中は常に結合されている即ちアクティブである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの面に従って、磁気共鳴作像システムは、作像領域にＢ_０場を生じさせる主磁場生成器と、そのＢ_０場を横断する勾配を生じさせる勾配場生成器とを含む。無線周波数送信コイルは該作像領域にＲＦパルスを送って原子核を励起し、人が読める像に復元されるべき磁気共鳴信号を生成する。第１構成の受信コイル・エレメントは、送信段階の間は減結合するように構成されると共に受信段階の間は磁気共鳴信号を受信するように構成されている。第２構成の受信コイル・エレメントは、送信及び受信の両段階の間減結合するように構成される。
【０００８】
本発明の他の実施態様では、無線受信コイルは、該コイルの周囲に配置された複数の第１スイッチ回路を含む。その第１スイッチ回路は、送信パルスに応答して該コイルを受動的に減結合するようにバイアスされる。制御信号路も設けられ、これを通してＤＣバイアスが該コイルに加えられて、このＤＣバイアスに応答して該コイルを能動的に減結合するように該第１スイッチ回路がバイアスされる。
【０００９】
本発明の１つの利点は、磁気共鳴作像の送信段階の間はＲＦ受信コイルを受動的に減結合できると共に受信段階の間は同じ減結合器を用いて該コイルを能動的に減結合できることである。
【００１０】
本発明の他の利点は、受信段階の間、低いスイッチング又はバイアス電流を用いてコイルを能動的に減結合して、他の能動的に減結合されているコイルと比べてＢ_０歪みを最小限にすることができることである。
【００１１】
本発明のもう一つの利点は、いろいろな用途のために局在する受信コイルを再構成し得ることである。
【００１２】
本発明のもう一つの利点は、他の局在するコイルとの干渉を引き起こすことなく受信コイルをＭＲシステムの寝台の中に永久的に或いは半永久的に据え付けることができることである。
【００１３】
次に、添付図面を参照して例を挙げて本発明を実施する方法を詳しく説明する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、磁気共鳴作像装置は、検査領域に一時的に一定の主磁場Ｂ_０を確立するための主磁場生成器Ａを含んでいる。勾配磁場コイルＢは、作像領域の主磁場を横断する磁場勾配を選択的に生じさせる。ＲＦ送信コイルＣは、無線周波数共鳴励起及び操作パルスを各送信／受信サイクルの送信部分の間に選択的に送信する。その大電力励起及び操作パルスは、作像領域に置かれている被験者の原子核に磁気共鳴を励起する。共鳴する原子核は、磁場の強度と、標的とされた特別の原子核などの他の変数とにより決まる周波数の無線周波数信号を生成する。磁気共鳴作像シーケンス・コントローラ１０は、勾配コイルＢのためのドライバーと、送信コイルＣを駆動するための送信装置１４とに機能的に接続されている。シーケンス制御装置１０は、勾配及び共鳴励起パルスの生成と順序づけとを整合させる。
【００１５】
図示されている実施態様では、第１受信コイルＤ_１は、移動可能な患者用寝台１６に半永久的に填め込まれており、第２受信コイルＤ_２は、所望されたときにのみ選択されて作像領域に置かれる。各送信／受信サイクルの受信部分の間、例えばＤ_２などの、受信コイルのうちの選択された１つが受信したＲＦ信号を受信装置１８に渡す。２次元フーリエ変換作像プロセッサ等の作像装置２０は、受信された無線周波数信号から１つ以上の電子画像表示を復元し、それらは画像メモリー２２に記憶される。通常、該電子画像は作像体積の各ボクセル内の共鳴原子核の密度、位置、緩和時間、及びその他の特徴を表す。ビデオ・モニター、フラット・パネル・ディスプレイ、或いはその他の、人が読める表示機構２４は、該電子画像表示のいろいろな部分を人が読みとれる画像に変換する。
【００１６】
単一周波数の、水平指向磁気共鳴作像システムに関して磁気共鳴作像システムを説明したけれども、開示されている原理は多周波数システム、垂直指向システム、オフアクシス・コイル、などにも等しく適用可能であることを当業者は認めるであろう。
【００１７】
ここで図２を参照すると、受信コイルＤ_１は、ピックアップ巻線２６と、減結合回路２８と、ＤＣバイアス・ルート割当及び保護回路３０とを含んでいる。受信された信号を（結合されているときに）受信装置１８（図１）へ転送すると共に、該コイルを減結合することが望ましいときにバイアス電流をルート割当及び保護回路３０に供給するためにポート３２も設けられている。模範的モデルでは、コイルＤ_１は、患者用滑り寝台に半永久的に置かれ、従って作像手続きの全体にわたって作像領域中に存在する。従来通りに、コイルＤ_１は送信／受信サイクルの送信部分の間は減結合される。これは、受動的手法を用いることによって達成される。
【００１８】
受信サイクルの間は、図１の実施態様では他のコイルＤ_２が作像領域に存在する。もし無視されると、共に同じ共鳴周波数に同調されている２つのコイルの作像領域における存在は、該コイル同士の結合と他の望ましくない相互作用とを引きおこす原因となる。従って、コイルＤ_２も存在するときには受信の間はＤＣバイアスがコイルＤ_１に選択的に起動される。有利なことに、受信信号は割合に小さいために、数十ミリアンペア程度の、対応的に小さなバイアス電流がコイルＤ_１を効果的に減結合する。好ましいことに、このＤＣバイアスは該コイルに供給され、ピックアップ巻線２６の減結合回路２８を通して適切にルート割り当てされる。
【００１９】
ここで図３を参照すると、模範的コイルが示されている。ＭＲ受信コイルで普通に行われているように、容量性エレメント３８同士は、コイルを指定された共鳴周波数に同調するためにコイル全体にわたって一定の間隔を保っている。これらの容量性エレメント３８は、スイッチング・ダイオード又は高速ＰＩＮダイオード等のスイッチ４２を用いて並列の誘導性エレメント４０を出し入れすることのできる場所を提供する。図示されているように、スイッチ４２は、受動的スイッチングが行われるように互いに逆向きに接続されている２つの高速スイッチング・ダイオードを含んでいる。この様なスイッチが大電力送信信号にさらされると、該スイッチ内の各ダイオードは、そのそれぞれの半サイクルの間導通する。これは減結合回路２８の両端間に大きなインピーダンスを生じさせ、コイルを減結合する。
【００２０】
他のコイルが磁気共鳴信号を受信している間コイルＤ１を減結合しておくことが望ましい場合には、小さなＤＣバイアスがスイッチ４２に加えられ、それが結合器をオンにし、該コイルを減結合する。実際、低電力送信サイクルにおける減結合を確保するために、送信サイクルの間もＤＣバイアスが加えられる。スレショルド電圧より高い電圧をコンデンサ３８に誘導する大きな受信ＲＦ電流により受動的に、又は該スレショルドより大きなＤＣバイアスを加えることにより、コイルを減結合するためにダイオード・スイッチ４２が導通状態に切り換えられる。該スレショルドは、言うまでもなく、共鳴信号によりコンデンサ３８の両端間に誘導される電圧より高い。
【００２１】
続けて図３を参照すると、受信装置ポート３２が示されていて、ＤＣバイアスルート割当及び保護回路３０が詳細に示されている。ＤＣ信号は前置増幅器４８の上流側でＲＦポート３２に加えられると共に、交流電流ブロックとして作用するダイオード５０及び誘導性エレメント５２を通しても加えられる。ダイオード５０を通してのＤＣバイアスは前置増幅器４８を遮断する。換言すると、送信サイクルの間、該ＤＣバイアスは前置増幅器４８の入力を保護のために短絡する。誘導子５２はＲＦブロッキング作用を提供する。ＤＣバイアスは同軸ケーブル５４を通してコイルへ続く。コイルを通るＤＣ電流の経路は図において矢Ｐで示されている。経路（Ｐ）に沿って回路の残りの部分に電流が流れるのを許し、該回路を特に受信時に減結合するために前置増幅器４８は正にバイアスされ、ダイオード５０は負にバイアスされる。ＤＣブロッキング・コンデンサ５６は、コイル２６を巡るＤＣバイアスのための適切なルート割当を維持する。
【００２２】
ここで図４を参照すると、他の実施態様が示されていて、同様のコンポーネントは同様の参照数字で指示されており、類似するコンポーネントはプライム記号（’）で示されている。この実施態様では、ＤＣバイアス電流経路は矢Ｐで示されている。明らかに、低電圧ＤＣ電流は、各減結合器２８でコイルを減結合すると共に、ダイオード５０’と、ダイオード５０’をバイアスしてコイルを短絡する、即ちＡＣ電流を前置増幅器４８’へではなくてグランドへ流す誘導子５２’とを通して経路を完成させる。即ち、該前置増幅器の入力はコンデンサを通してグランドへ“短絡され”、ＡＣ成分に関して短絡される。
【００２３】
図３及び４の両方を相互参照すれば、当業者は、大電力ＲＦ送信サイクルの間ＲＦ受信コイルが逆平行ダイオード・スイッチ４２によって受動的に減結合されることを認識することができる。更に、ＤＣバイアス電流は、受信サイクルの間ＲＦ受信コイルが作像システム内の他のコイルと結合しないことを保証する。更に、割合に低いＤＣバイアス電流はＢ_０場に悪影響を及ぼさない。
【００２４】
好ましい実施態様を参照して本発明を説明した。当然に、他人は、以上の詳しい記述を読んで理解したら修正及び部分的変更に想到するであろう。例えば、直角位相コイルなど、２つ以上のモードを支援するコイルにおいてモードを変更するために本発明を利用し得ることを技術者は認めるであろう。更に、大電力取り扱い能力（ダイオードを通る大ｒｍｓ電流）或いは低キャパシタンスを必要とする用途のために、図解されているスイッチング・ダイオードの代わりに高速ＰＩＮダイオードを使用することができる。本発明は、添付の請求項の範囲内に属するあらゆる修正及び改変、或いはその同等物、を含むものと解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を取り入れた磁気共鳴作像装置の図である。
【図２】本発明を適切に実施するための受信コイルの略図である。
【図３】本発明の実施態様に従うコイルの略図である。
【図４】本発明の代わりの実施態様に従うコイルの略図である。
【符号の説明】
Ｂ０ 主磁場
Ｄ１，Ｄ２ 受信コイル
２８ 第１減結合回路
４０ 誘導子
４８，４８’ 前置増幅器
５０，５０’ ダイオード・スイッチ

Claims (2)

1. 無線周波数受信コイルであって、このコイルは、
   前記無線周波数受信コイル中に設けられた複数の容量性エレメント（３８）、
   各々の誘導性エレメント（４０）が、前記容量性エレメント（３８）の各々と並列に設けられている、複数の誘導性エレメント（４０）、
   各々の第１のスイッチ（４２）が、前記複数の誘導性エレメント（４０）の各々と直列に設けられている、複数の第１のスイッチ（４２）、
   前記無線周波数受信コイルに接続されている第１及び第２の入力を有する前置増幅器（４８）であって、前記第１の入力がグランドにも接続されており、前記第２の入力が第２のスイッチ（５０）を介して前記前置増幅器（４８）の出力（３２）にも接続されている、前記前置増幅器、及び
   前記前置増幅器（４８）の前記第１の入力及び前記第２の入力との間に接続されているＤＣブロッキング・コンデンサ（５６）と、を備え、
   送信コイルからＲＦパルスが送信されている間に、ＤＣバイアスが、前記前置増幅器(４８)の前記出力に加えられ、前記ＤＣバイアスは、前記第２のスイッチ（５０）を、導通状態に変化して、前記前置増幅器（４８）の出力と前記前置増幅器（４８）の第２入力とを短絡して、前記前置増幅器（４８）を保護し、且つ
   前記ＤＣバイアスによって発生されたＤＣ電流が、前記第２のスイッチ（５０）と前記前置増幅器（４８）の第２の入力とを通過し、更に、前記ＤＣバイアスは、前記第１のスイッチ（４２）を導通状態に変化して、前記ＤＣバイアスによって発生されたＤＣ電流が、各誘導性エレメント（４０）を順に通過して、前記前置増幅器（４８）の第１の入力から、グランドに流れる、ことを特徴とする無線周波数受信コイル。
2. 送信段階と受信段階とを有する画像データを得るための磁気共鳴作像システムであって、該システムは：
   作像領域にＢ₀場を生じさせるための主磁場生成器(Ａ)と;
   該Ｂ₀場を横断する場勾配をしょうじさせるための勾配場生成器（Ｂ）と;
   共鳴周波数スペクトルを有するＲＦパルスを該作像領域に選択的に送って、該作像領域内の原子核を励起して磁気共鳴信号を生成するための無線周波数送信コイル（Ｃ）と；
   少なくとも一つの、請求項１に記載される無線周波数受信コイルと;
   を含むことを特徴とする磁気共鳴作像システム。

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