JP5865626B2 - 磁気共鳴イメージング装置用受信コイル及びそれを用いた磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁気共鳴イメージング（以下、「ＭＲＩ」という）装置に関し、特に高い信号強度を得るための磁気共鳴イメージング装置用受信コイルに関する。

ＭＲＩ装置は、被検体、特に人体の組織を構成する原子核スピンが発生するＮＭＲ信号を計測し、その頭部、腹部、四肢等の形態や機能を２次元的に或いは３次元的に画像化する装置である。ＮＭＲ信号を受信するための高周波プローブとして人体の関心部位を取り巻く各種の頭部用コイルや腹部用コイルなどの受信コイルが用いられている。このようなＭＲＩ装置においてＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ:信号雑音比）の高い画像を得るため、人体の関心部位から受信する信号の強度を高めることが求められている（例えば、特許文献１〜４を参照）。受信コイルの信号受信部は、導体によって構成されたループ部（以下、「コイルエレメント部」という）を備えるが、当該コイルエレメント部の設置位置が被検体の関心部位に近いほど信号強度が高まる。そこで、当該コイルエレメント部の設置位置をいかに関心部位に近づけるかが大きな関心事になっている。

特開２００１−１４９３３２号公報 特開２００１−１４９３３９号公報 特開平９−１１７４３３号公報 特開平９−７５３１９号公報

しかしながら、関心部位付近に酸素マスクなどのようにＭＲＩ画像の撮像作業時に取り外し不能な機器を装着した被検者に対しては、装着された機器と受信コイルが干渉し、受信コイルを設置することができない場合がある。これまではあらかじめ装着が想定される機器、たとえば酸素マスクなどを装着していても干渉しないよう受信コイルに開口部を設けるなどしているが、開口部にはコイルエレメント部を配置できないため、酸素マスクなどを装着していない被検者を撮像する場合も開口部の信号の受信強度が低下してしまっていた。

そこで、本発明の目的は、酸素マスク等の機器を装着した被検者への設置を可能としつつも、酸素マスクなどを装着していない被検者に対して信号の受信感度を低下させずに撮像を行うことを可能にする受信コイルを提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の磁気共鳴イメージング装置用受信コイルの主なものは、以下のような特徴を有する。

（１）静磁場空間内に置かれた被検体のＮＭＲ信号を検出する磁気共鳴イメージング装置用受信コイルであって、受信コイルは第１の構造体と該第１の構造体と異なる第２の構造体とを含み、被検体に受信コイルを設置する上で障害となる機器が装着されている時と、該機器が装着されていないとき時で、第２の構造体の形態を異にすることを特徴とする。

また、本発明の磁気共鳴イメージング装置の主なものは、以下のような特徴を有する。

（２）被検体が置かれる空間に静磁場、傾斜磁場および高周波磁場の各磁場を発生する磁場発生手段と、被検体の発生する磁気共鳴信号を検出する検出手段と、検出した磁気共鳴信号を用いて画像再構成する画像再構成手段と、再構成された画像を表示する表示手段と、各手段を制御する制御手段とを備え、検出手段が、上記（１）に記載の磁気共鳴イメージング装置用受信コイルを有することを特徴とする。

本発明の受信コイルによれば、関心部位付近に受信コイルの設置を妨げるような機器を装着した被検者に対しても受信コイルを設置することができ、受信コイルの設置を妨げるような機器を装着しない被検者に対しては信号の受信感度を低下させること無く撮像を行うことができる。

本発明の全体構成を説明するためのブロック図。 第一の実施例で示す受信コイルの構成を示す俯瞰図。 第一の実施例で示すコイルエレメント部の使用形態を示す俯瞰図。 本発明のコイルエレメント部の等価回路を示す回路図。 第一の実施例で示す受信コイルの使用形態を示す俯瞰図。 第一の実施例で示す受信コイルの別の使用形態を示す俯瞰図。 第二の実施例で示す受信コイルの構成を示す俯瞰図。 第二の実施例で示すコイルエレメント部を外した状態を示す俯瞰図。 第二の実施例で示す受信コイルの使用形態を示す俯瞰図。 第二の実施例で示す受信コイルの別の使用形態を示す俯瞰図。

以下、添付図面に従って本発明のＭＲＩ装置の好ましい実施形態について詳説する。なお、発明の実施形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。

最初に、本発明に係るＭＲＩ装置の全体概要の一例を図１に基づいて説明する。図１は、本発明に係るＭＲＩ装置の全体構成を示すブロック図である。このＭＲＩ装置は、ＮＭＲ現象を利用して被検体の断層画像を得るもので、図１に示すように、ＭＲＩ装置は静磁場発生系２と、傾斜磁場発生系３と、送信系５と、受信系６と、信号処理系７と、シーケンサ４と、中央処理装置（ＣＰＵ）８とを備えて構成される。

静磁場発生系２は、垂直磁場方式であれば、被検体１の周りの空間にその体軸と直交する方向に、水平磁場方式であれば、体軸方向に均一な静磁場を発生させるもので、被検体１の周りに永久磁石方式、常電導方式あるいは超電導方式の静磁場発生源が配置されている。

傾斜磁場発生系３は、ＭＲＩ装置の座標系（静止座標系）であるＸ，Ｙ，Ｚの３軸方向に傾斜磁場を印加する傾斜磁場コイル９と、それぞれの傾斜磁場コイルを駆動する傾斜磁場電源１０とから成り、後述のシ−ケンサ４からの命令に従ってそれぞれのコイルの傾斜磁場電源１０を駆動することにより、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸方向に傾斜磁場Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚを印加する。撮影時には、スライス面（撮影断面）に直交する方向にスライス方向傾斜磁場パルス（Ｇｓ）を印加して被検体１に対するスライス面を設定し、そのスライス面に直交して且つ互いに直交する残りの２つの方向に位相エンコード方向傾斜磁場パルス（Ｇｐ）と周波数エンコード方向傾斜磁場パルス（Ｇｆ）を印加して、エコー信号にそれぞれの方向の位置情報をエンコードする。

シーケンサ４は、高周波磁場パルス（以下、「ＲＦパルス」という）と傾斜磁場パルスをある所定のパルスシーケンスで繰り返し印加する制御手段で、ＣＰＵ８の制御で動作し、被検体１の断層画像のデータ収集に必要な種々の命令を送信系５、傾斜磁場発生系３、および受信系６に送る。

送信系５は、被検体１の生体組織を構成する原子の原子核スピンに核磁気共鳴を起こさせるために、被検体１にＲＦパルスを照射するもので、高周波発振器１１と変調器１２と高周波増幅器１３と送信側の高周波コイル（送信コイル）１４ａとから成る。高周波発振器１１から出力されたＲＦパルスをシーケンサ４からの指令によるタイミングで変調器１２により振幅変調し、この振幅変調されたＲＦパルスを高周波増幅器１３で増幅した後に被検体１に近接して配置された高周波コイル１４ａに供給することにより、ＲＦパルスが被検体１に照射される。

受信系６は、被検体１の生体組織を構成する原子核スピンの核磁気共鳴により放出されるエコー信号（ＮＭＲ信号）を検出するもので、受信側の高周波コイル（受信コイル）１４ｂと信号増幅器１５と直交位相検波器１６と、Ａ／Ｄ変換器１７とから成る。送信側の高周波コイル１４ａから照射された電磁波によって誘起された被検体１の応答のＮＭＲ信号が被検体１に近接して配置された高周波コイル１４ｂで検出され、信号増幅器１５で増幅された後、シーケンサ４からの指令によるタイミングで直交位相検波器１６により直交する二系統の信号に分割され、それぞれがＡ／Ｄ変換器１７でディジタル量に変換されて、信号処理系７に送られる。

信号処理系７は、各種データ処理と処理結果の表示及び保存等を行うもので、光ディスク１９、磁気ディスク１８等の外部記憶装置と、ＣＲＴ等からなるディスプレイ２０とを有する。受信系６からのデータがＣＰＵ８に入力されると、ＣＰＵ８が信号処理、画像再構成等の処理を実行し、その結果である被検体１の断層画像をディスプレイ２０に表示すると共に、外部記憶装置の磁気ディスク１８等に記録する。

操作部２５は、ＭＲＩ装置の各種制御情報や上記信号処理系７で行う処理の制御情報を入力するもので、トラックボール又はマウス２３、及び、キーボード２４から成る。この操作部２５はディスプレイ２０に近接して配置され、操作者がディスプレイ２０を見ながら操作部２５を通してインタラクティブにＭＲＩ装置の各種処理を制御する。

なお、図１において、送信側の高周波コイル１４ａと傾斜磁場コイル９は、被検体１が挿入される静磁場発生系２の静磁場空間内に、垂直磁場方式であれば被検体１に対向して、水平磁場方式であれば被検体１を取り囲むようにして設置されている。また、受信側の高周波コイル１４ｂは、被検体１に対向して、或いは取り囲むように設置されている。

現在ＭＲＩ装置の撮像対象核種は、臨床で普及しているものとしては、被検体の主たる構成物質である水素原子核（プロトン）である。プロトン密度の空間分布や、励起状態の緩和時間の空間分布に関する情報を画像化することで、人体頭部、腹部、四肢等の形態または、機能を２次元もしくは３次元的に撮像する。

先ず、本発明の実施例１について図２Ａを用いて説明する。
この実施例において、受信コイル１０１は、固定部１０２およびコイルエレメント部１０３により構成されている。固定部１０２は、当該固定部内に固定された回路パターンを持つ。一方、コイルエレメント部１０３は、例えば発泡ウレタンのような柔軟な素材の内部に、フレキシブル基板で折り曲げ可能に構成された回路パターンを持つ。コイルエレメント部１０３は、固定部１０２に接続され、固定用の器具などを使用しない状態でも、形状を維持できる程度の剛性を持たせている。

固定部１０２の内部に設けられた回路パターンとコイルエレメント部１０３に設けられた回路パターンとが電気的に接続される。両者の接続部にコネクターを装備し、両者を脱着可能としてもよい。

固定部１０２の内側は、図に示すように空洞部１０４が設けられていて、この部分に被検体１の関心部位、例えば、頭部が挿入される。この空洞部１０４の内径は、当該頭部が多少の余裕を保持しながら挿入できる程度の大きさに設定されているので、本願発明の目的とするような酸素マスク等の機器を装着した被検者の関心部位を挿入できる大きさには設定されていない。その理由は、空洞部１０４の内径を大きく設定すればするほど、関心部位からの信号感度が低下するからである。

そこで、酸素マスク等の機器を装着した被検者の関心部位を挿入するには、図２Ｂで示すように、コイルエレメント部１０３を開放した形態で使用する。この様な形態において、機器を装着した被検者の関心部位を挿入すれば、機器の部位とコイルエレメント部１０３が干渉しない、あるいは干渉が緩和される。

なお、本実施例で示す受信コイルの具体的な使用態様に関しては後述する。

図３に、コイルエレメント部１０３の等価回路を示す。本図に示すように通常複数の共振用コンデンサ１０５が直列に接続されている。各コイルエレメント部１０３の出力はそれぞれ増幅器１５で増幅され、信号処理系７において合成される。
なお、図２Ａ，Ｂ及び図４以降の図では簡単のためコンデンサは省略している。

以下に、実施例１の使用態様について図を用いて説明する。

図４に、酸素マスクなどの機器１０６を装着した被検者への受信コイル１０１の設置例を示す。コイルエレメント部１０３を図示するように折り曲げることにより、被検者が装着する、例えば酸素マスクのような機器１０６を避けて受信コイルを設置可能である。

この場合、コイルエレメント部内の回路パターンは、被検体１より多少、遠ざかる方向に折り曲げられているので、関心部位から発生するＮＭＲ信号を受信する感度は、その遠ざかった距離の分だけ低下する。しかし、従来のように、機器と干渉しないように開口部を設けた場合は、この領域で受信するＮＭＲ信号は、全く欠落していたのに比して、本発明によれば十分なＮＭＲ信号を受信することができる。

図５には、酸素マスクなどの機器１０６を装着しない被検者への受信コイル１０１の設置例を示す。

上述したように、空洞部１０４の内径は、関心部位、例えば、頭部が多少の余裕を保持しながら挿入できる程度の大きさに設定されている。従って、機器を装着しない被検者に対しては、コイルエレメント部１０３を折り曲げずに受信コイルをセッティングすることができる。図５で示す使用態様においては、コイルエレメント部１０３周囲の信号に対して受信感度を低下させることなく撮像可能である。

以上から、本実施例で示す受信コイルを用いれば、酸素マスクなどの機器１０６を装着した被検者に設置可能であるとともに、酸素マスクなどの機器１０６を装着しない被検者に対しても、ＮＭＲ信号の受信感度を低下することなく、同様に設置することができる。すなわち、被検者が機器を装着しているか、否かの状態に依って、その都度、受信コイルを交換するなどの手間を省くことができ、効率的に作業することができる。

次に、実施例２の受信コイルについて説明する。実施例１と異なる点は、コイルエレメント部１０３である。実施例１で示すフレキシブルな素材のコイルエレメント部１０３ではなく、受信コイル１０１から取り外すことが可能なコイルエレメント部２０１を用いる点である。固定部１０２や、空洞部１０４に関しては、実施例１と同様である。

なお、固定部１０２の内部に設けられた回路パターンとコイルエレメント部１０３に設けられた回路パターンとが電気的に接続されるが、本実施例ではコイルエレメント部１０３が固定部１０２より脱着可能であるために、両者の接続部にコネクターを装備している。
また、図７には、コイルエレメント部２０１を取り外した状態を示し、開放部２０２が生じている。

次に、実施例２の使用態様について説明する。
図８に示すように、酸素マスクなどの機器１０６を装着した被検者に対しては、コイルエレメント部２０１を受信コイル１０１の固定部１０２から取り外すことで、受信コイル１０１が設置可能である。

酸素マスクなどの機器１０６は、コイルエレメント部２０１を取り外して形成される開放部２０２に収納され、機器１０６と受信コイル１０１とが干渉するという問題は解消されている。

一方、酸素マスクなどの機器１０６を装着しない被検者に対してはコイルエレメント部２０１を受信コイル１０１に取り付けたまま受信コイルをセッティングすることで、コイルエレメント部２０１周囲の信号に対して受信感度を低下させずに撮像可能である。

以上から、本実施例で示す受信コイルを用いれば、酸素マスクなどの機器１０６を装着した被検者に設置可能であるとともに、酸素マスクなどの機器１０６を装着しない被検者に対しても、ＮＭＲ信号の受信感度を低下することなく、同様に設置することができる。すなわち、被検者が機器を装着しているか、否かの状態に依って、その都度、受信コイルを交換するなどの手間を省くことができ、効率的に作業することができる
以上、本発明の実施例を述べたが、本発明はこれらの形状や固定手段に限定されるものではない。

１：被検体、２：静磁場発生系、３：傾斜磁場発生系、４：シーケンサ、５：送信系、６：受信系、７：信号処理系、８：中央処理装置（ＣＰＵ）、９：傾斜磁場コイル、１０：傾斜磁場電源、１１：高周波発信器、１２：変調器、１３：高周波増幅器、１４ａ：高周波コイル（送信コイル）、１４ｂ：高周波コイル（受信コイル）、１５：信号増幅器、１６：直交位相検波器、１７：Ａ／Ｄ変換器、１８：磁気ディスク、１９：光ディスク、２０：ディスプレイ、２１：ＲＯＭ、２２：ＲＡＭ、２３：トラックボール又はマウス、２４：キーボード、２５：操作部、１０１：受信コイル、１０２：固定部、１０３：コイルエレメント部、１０４：空洞部、１０５：共振用コンデンサ、１０６：酸素マスク等受信コイル設置の妨げとなる器具、１０４：共振用コンデンサ、２０１：コイルエレメント部、２０２：開放部。

Claims (6)

1. 静磁場空間内に置かれた被検体から放出されるＮＭＲ信号を検出する磁気共鳴イメージング装置用受信コイルであって、
   前記受信コイルは第１の構造体と該第１の構造体と異なる第２の構造体とを含み、
   前記第１の構造体と前記第２の構造体は、それぞれ前記ＮＭＲ信号の検出に供する共振回路を具備し、
   前記第２の構造体は、前記第１の構造体から取り外し可能であって、前記被検体に機器が装着されている時、該機器が装着の障害とならないように前記第２の構造体を前記第１の構造体から取り外すことにより前記被検体へ前記受信コイルを設置でき、
   前記第１の構造体からは、前記第２の構造体を取り外し可能にする部分が実質的に同じ形状に切り欠かれ、
   前記被検体に前記受信コイルを設置する上で障害となる前記機器が装着されている時と、該機器が装着されていないとき時で、前記第２の構造体の形態を異にすることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置用受信コイル。
2. 静磁場空間内に置かれた被検体から放出されるＮＭＲ信号を検出する磁気共鳴イメージング装置用受信コイルであって、
   前記受信コイルは第１の構造体と該第１の構造体と異なる第２の構造体とを含み、
   前記第１の構造体と前記第２の構造体は、それぞれ前記ＮＭＲ信号の検出に供する共振回路を具備し、
   前記第２の構造体は、フレキシブル性を有する材料で構成され、前記被検体に機器が装着されている時、該機器が装着の障害とならないようにその略中央部に設けられた切り込みの近傍の端部を外側に折り曲げることにより前記被検体へ前記受信コイルを設置でき、
   前記被検体に前記受信コイルを設置する上で障害となる前記機器が装着されている時と、該機器が装着されていないとき時で、前記第２の構造体の形態を異にすることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置用受信コイル。
3. 前記第２の構造体は、前記被検体に前記機器が装着されていない時は、前記第２の構造体を折り曲げることなく前記被検体へ前記受信コイルを設置できることを特徴とする請求項２に記載の磁気共鳴イメージング装置用受信コイル。
4. 前記第２の構造体は、前記被検体に前記機器が装着されていない時は、前記第２の構造体を前記第１の構造体から取り外すことなく前記被検体へ前記受信コイルを設置できることを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置用受信コイル。
5. 前記第２の構造体は、フレキシブル性を有する材料で構成され、前記第１の構造体から取り外し可能であることを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置用受信コイル。
6. 被検体が置かれる空間に静磁場、傾斜磁場および高周波磁場の各磁場を発生する磁場発生手段と、前記被検体の発生する磁気共鳴信号を検出する検出手段と、検出した磁気共鳴信号を用いて画像再構成する画像再構成手段と、再構成された画像を表示する表示手段と、前記各手段を制御する制御手段とを備え、
   前記検出手段が、請求項１乃至５のいずれか一に記載の受信コイルを有することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。

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