JP6224304B2 - 磁気共鳴撮像（ｍｒｉ）システムの受信セクション - Google Patents

Description

本明細書で開示する主題は、全般的には磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システムに関し、またさらに詳細には対象から磁気共鳴（ＭＲ）信号を受け取るためのシステム及び方法に関する。

ＭＲＩシステムは、時間的に一定な（すなわち、均一で静的な）主磁場すなわち基本磁場を発生させる超伝導マグネットなどのマグネットを含む。ＭＲＩデータ収集は、磁場傾斜コイルを用いて主磁場の内部に磁気モーメントを生起させることによって達成させている。例えば関心領域を撮像するためには、磁場傾斜コイルを付勢して主磁場に磁場傾斜を印加している。次いでＲＦ受信器コイルのフェーズドアレイを用いた関心領域のＭＲ画像収集のために、無線周波数（ＲＦ）送信コイルをパルス動作させＭＲＩスキャナのボア内にＲＦ磁場パルスを生成し、関心領域に対応するボリュームを選択的に励起させる。作成した合成画像は関心領域の構造や機能を表している。

Ｐ．Ｂ．Ｒｏｅｍｅｒ、Ｗ．Ａ．Ｅｄｅｌｓｔｅｉｎ、Ｃ．Ｅ．Ｈａｙｅｓ、Ｓ．Ｐ．Ｓｏｕｚａ及びＯ．Ｍ．Ｍｕｅｌｌｅｒ、「Ｔｈｅ ＮＭＲ Ｐｈａｓｅｄ Ａｒｒａｙ」（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ １６、１９２−２２５（１９９０））

フェーズドアレイ内部のＲＦ受信器コイルは、共鳴状態にある各ＲＦ受信器コイルによりもたらされる誘導電流に起因する相互誘導結合を介して互いに相互作用することがある。ＲＦ受信器コイルの間のこうした相互誘導結合は、ＲＦ受信器コイルの間でクロストークを生じさせるまたは上昇させることがあり、これが合成画像内部にアーチファクトを生じさせることがあり得る。ＲＦ受信器コイル間の相互誘導結合はまた、ＲＦ受信器コイル及び／または合成画像の信号対雑音比（ＳＮＲ）を低下させることがある。さらにＭＲＩにおける並列撮像では、チャンネルカウントがより高いフェーズドアレイを提供するためにフェーズドアレイ内部のＲＦ受信器コイルの数を増やすことが望ましくなっている。しかしフェーズドアレイ内のチャンネル及び／またはＲＦ受信器コイルの数が増えると、ＲＦ受信器コイル間の相互誘導結合もまた増大することがある。こうした相互誘導結合の増大はさらなるＳＮＲ低下及び／または並列撮像の性能劣化に繋がることがあり、これがフェーズドアレイ内部のＲＦ受信器コイル及び／またはチャンネルの増加の恩恵を相殺することになりかねない。

様々な実施形態では、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システム内の無線周波数（ＲＦ）受信器コイル向けの前置増幅器を提供する。本前置増幅器は、ＲＦ受信器コイルから少なくとも１つの磁気共鳴（ＭＲ）信号を受け取るように構成されかつ増幅済みのＭＲ信号を生成するように構成された増幅器を含む。この増幅器には入力回路を電気的に接続させている。少なくとも１つのＭＲ信号をＲＦ受信器コイルから増幅器に送るために、この入力回路はＲＦ受信器コイルの出力と電気的に接続されるように構成されている。この入力回路は、インピーダンス変成器及び電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を含む。このＦＥＴは、インピーダンス変成器と増幅器の間に電気的に接続されている。このＦＥＴはＦＥＴインピーダンスを有する。インピーダンス変成器は少なくとも概ね１００オームのソースインピーダンス変換を行うように構成されている。インピーダンス変成器はさらに、ＦＥＴインピーダンスを概ね５オーム未満の前置増幅器入力インピーダンスに変換するように構成されている。

別の実施形態では、対象によって送出された磁気共鳴（ＭＲ）信号を受け取るためのシステムを提供する。本システムは、ＭＲ信号を検出するように構成された無線周波数（ＲＦ）受信器コイルと、増幅済みのＭＲ信号を生成するように構成された前置増幅器と、ＲＦ受信器コイルと前置増幅器の間に電気的に接続されたインピーダンス変成器と、を含む。このインピーダンス変成器は、ＲＦ受信器コイルのコイルインピーダンスを少なくとも概ね１００オームのソースインピーダンスに変換するように構成されている。

さらに別の実施形態では、対象によって送出された磁気共鳴（ＭＲ）信号を受け取るための方法を提供する。本方法は、インピーダンス変成器の位置で無線周波数（ＲＦ）受信器コイルから少なくとも１つのＭＲ信号を受け取るステップと、インピーダンス変成器を用いてＲＦ受信器コイルのコイルインピーダンスを少なくとも概ね１００オームのソースインピーダンスに変換するステップと、インピーダンス変成器と電気的に接続された前置増幅器を用いて少なくとも１つのＭＲ信号を増幅するステップと、を含む。

磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システムの受信セクションの一実施形態のブロック図である。 無線周波数（ＲＦ）受信器コイルの一実施形態及び受信セクションの対応する前置増幅器の一実施形態を表している図１に示した受信セクションの一部分の概要図である。 図２に示した前置増幅器の一実施形態を表した概要図である。 図２及び３に示した前置増幅器の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の一実施形態に関するスミスチャートの一実施形態を表したグラフである。 磁気共鳴（ＭＲ）信号を受け取るための方法の一実施形態を表した流れ図である。 様々な実施形態に従って形成された前置増幅器をその内部に実現し得るＭＲＩシステムのブロック図である。

上述した要約並びにある種の実施形態に関する以下の詳細な説明は、添付の図面と共に読むことによってさらに十分な理解が得られよう。これらの図面が様々な実施形態の機能ブロックからなる図を表している場合も、必ずしもこれらの機能ブロックがハードウェア回路間で分割されることを意味するものではない。したがって例えば、１つまたは複数の機能ブロックは、単一のハードウェアの形や複数のハードウェアの形で実現させることができる。こうした様々な実施形態は図面に示した配置や手段に限定されるものではないことを理解すべきである。

本明細書で使用する場合、単数形で「ａ」や「ａｎ」の語を前に付けて記載した要素やステップは、これに関する複数の要素やステップも排除していない（こうした排除を明示的に記載している場合を除く）と理解すべきである。さらに、「一実施形態」に対する言及は、記載した特徴も組み込んでいる追加的な実施形態の存在を排除すると理解されるように意図したものではない。さらに特に明示的に否定する記述をしない限り、ある具体的な性状を有する１つまたは複数の構成要素を「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」または「有する（ｈａｖｉｎｇ）」実施形態は、当該性状を有しない追加的なこうした構成要素も含むことがある。

様々な実施形態によって、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システムを用いて磁気共鳴（ＭＲ）信号（対象によって送出された信号など）を受け取るためのシステム及び方法が提供される。少なくとも１つの実施形態を実施することによって、比較的低い入力インピーダンスを有しながら比較的高いソースインピーダンスに対応した前置増幅器が提供される。さらに、少なくとも１つの実施形態を実施することによって、概ね５０オームの従来のソースインピーダンスを用いたＭＲＩシステムと比較してより高い阻止インピーダンスを提供することができる。様々な実施形態の少なくとも１つの技術的効果は、アレイの内部においてＲＦ受信器コイル間の無線周波数（ＲＦ）クロストークが低減されることを含む。様々な実施形態の少なくとも１つの別の技術的効果は、より高い信号対雑音比（ＳＮＲ）を有するＲＦ受信器コイルである。

図１に示したように、ＭＲＩシステムの受信セクション８０と連携した様々な実施形態を実現することができる。受信セクション８０は、複数の無線周波数（ＲＦ）受信器コイル１０２（図１では簡略とするため単一のブロック要素として図示）を含んだコイルアレイ１００を用いてＭＲデータを収集するように構成されている。例えばコイルアレイ１００は、ＲＦ受信器コイル１０２を形成する複数のループ素子を含むことがある。ＲＦ受信器コイル１０２はＭＲ信号を検出するように構成されている。結合を低減または最小限にするためにＲＦ受信器コイル１０２（例えば、隣接するループ素子）を重ね合わせることがあることに留意すべきである。ＲＦ受信器コイル１０２はさらに、ＲＦ受信器コイル１０２から受け取ったＭＲ信号の増幅もする前置増幅器８２を用いて互いに分離させている。この例示的実施形態ではコイルアレイ１００は受信専用のコイルアレイである。別法としてそのコイルアレイ１００は、切替え可能な送信／受信（Ｔ／Ｒ）フェーズドアレイコイルなどの切替え可能アレイである。受信セクション８０の一部及び／または全体のことを本明細書では「システム」と呼ぶことがある。

したがってコイルアレイ１００は、ＭＲＩシステムに接続されたマルチチャンネル受信セクション８０の一部を形成する。受信セクション８０は、複数のチャンネル（Ｒｃｖｒ１・・・ＲｃｖｒＮ）（例えば、１６個のチャンネル）を含む。しかし、チャンネルの数はこれより多いことも少ないこともあり得ることに留意すべきである。この例示的実施形態ではコイルアレイ１００は、マルチチャンネルシステムインタフェース８４（例えば、１．５Ｔシステムインタフェース）を有するマルチチャンネル受信セクション８０に接続されており、個々の受信チャンネル８６は複数のＲＦ受信器コイル１０２（例えば、４×４のコイルアレイに接続された１６個のチャンネル）の各コイルに接続させている。

システムインタフェース８４は、脱結合回路（図示せず）の切替えを制御するために複数のバイアス制御ライン８８（２本のラインを図示）を含むことがあり、これが例えばＭＲＩシステム内に保存されたコイル構成ファイルを用いることかつ／またはユーザ入力に基づいて制御されることがある。例えばユーザ入力に基づいて、ある具体的な撮像モードでＴ／Ｒフェーズドアレイコイルとして構成させたコイルアレイ１００を制御するために（例えば、ＭＲＩスキャナに対する制御を用いた動作モードのユーザ制御のために）ある具体的なコイル構成ファイルを選択することがある。例えば送信コイルアレイを制御するための結合器（図示せず）と接続させたＲＦ ＩＮ制御ライン９０も設けることがある。

図２は、無線周波数（ＲＦ）受信器コイル１０２の一実施形態及び対応する前置増幅器８２の一実施形態を表している受信セクション８０の一部分の概要図である。この例示的実施形態では、前置増幅器８２は比較的低い入力インピーダンスを有する。例えば幾つかの実施形態では、前置増幅器８２の「比較的低い」入力インピーダンスは共振周波数において概ね５オーム未満である。前置増幅器８２の入力インピーダンスは図３に示したインダクタ１４０によって規定される。図２において、前置増幅器の入力インピーダンスをＺ_INで表している。幾つかの実施形態では前置増幅器８２は、共振周波数において概ね１オームと概ね３オームの間の入力インピーダンスを有する。さらに幾つかの実施形態では、前置増幅器８２は共振周波数において概ね２オームの入力インピーダンスを有する。例証の目的で、コンデンサのすべてを無損失と見なしていること、並びにそのインダクタが直列抵抗を伴うように表していることに留意すべきである。前置増幅器８２の入力インピーダンスのことを本明細書では「前置増幅器入力インピーダンス」と呼ぶことがある。

ＲＦ受信器コイル１０２は、抵抗器１２２、インダクタ１２４及びコンデンサ１２６から形成させたＲＬＣ共振回路を含む。ＲＦ受信器コイル１０２はさらに、インピーダンス変成器１２８と直列に接続させている。より具体的にはインピーダンス変成器１２８を、ＲＦ受信器コイル１０２と前置増幅器８２の間に電気的に接続させている。インピーダンス変成器１２８は、ＲＦ受信器コイル１０２と前置増幅器８２の間にインピーダンス整合網を形成している。インピーダンス変成器１２８は、ＲＦ受信器コイル１０２のコイルインピーダンスを前置増幅器８２のソースインピーダンスに変換するように構成されている。図２では前置増幅器８２のソースインピーダンスをＺ_OUTで表している。ＲＦ受信器コイル１０２のコイルインピーダンスは、コイル装荷、コイルサイズ、磁場強度及び／またはその他に依存することがある任意の値を有することがある。ＲＦ受信器コイル１０２のコイルインピーダンスの例には、１．５Ｔ磁場強度において概ね２オームと概ね１０オームの間（ただし、これに限らない）及び／またはその他を含む。

例示的な一実施形態では、インピーダンス変成器１２８は格子形のバランを含む。より具体的にはインピーダンス変成器１２８は、２つのインダクタ１３０及び１３２と２つのコンデンサ１３４及び１３６とを含む。インダクタ１３０はコンデンサ１３４と直列に接続される一方、インダクタ１３２はコンデンサ１３６と直列に接続されている。インダクタ１３０及びコンデンサ１３４は、インダクタ１３２及びコンデンサ１３６と並列に接続されている。この例示的実施形態では、格子形バランのインピーダンス変成器１２８の配置によって±９０°の位相シフトが生成される。インダクタ１３０及び１３２の各々のことを本明細書では「第１の」及び／または「第２の」インダクタと呼ぶことがある。コンデンサ１３４及び１３６のことを本明細書では「第１の」及び／または「第２の」コンデンサと呼ぶことがある。

インピーダンス変成器１２８は、ＲＦ受信器コイル１０２のコイルインピーダンスを比較的高いソースインピーダンスＺ_OUTに変換するように構成されている。例えば幾つかの実施形態では、「比較的高い」ソースインピーダンスＺ_OUTは少なくとも概ね１００オームである。したがってこの例示的実施形態では、インピーダンス変成器１２８はＲＦ受信器コイル１０２のコイルインピーダンスを少なくとも概ね１００オームのソースインピーダンスＺ_OUTに変換するように構成されている。幾つかの実施形態ではそのインピーダンス変成器１２８はＲＦ受信器コイル１０２のコイルインピーダンスを、少なくとも概ね３００オーム、少なくとも概ね４００オーム、または少なくとも概ね５００オームのソースインピーダンスＺ_OUTに変換するように構成されている。インダクタ１３０及び１３２の例示の値には、概ね１２３．５ｎＨ（ただし、これに限らない）を含む。コンデンサ１３４及び１３６の例示の値には、概ね５１ｐＦ（ただし、これに限らない）を含む。

インピーダンス変成器１２８はさらに、ＲＦ受信器コイル１０２に対する阻止インピーダンスを提供する。ＲＦ受信器コイル１０２のコイルインピーダンスを相対的に高いソースインピーダンスＺ_OUTに変換することによって、インピーダンス変成器１２８はＲＦ受信器コイル１０２に対してより高い阻止インピーダンスを提供することが可能となる。前置増幅器８２の比較的高いソースインピーダンスＺ_OUTは例えば概ね５０オームの従来の値を超えるため、インピーダンス変成器１２８のインダクタ１３０及び１３２並びにコンデンサ１３４及び１３６のリアクタンスＸは上昇する。例えば、コンデンサ１３４及び１３６の各々のリアクタンスＸ_Cとインダクタ１３０及び１３２の各々のリアクタンスＸ_Lを式：Ｘ_C＝Ｘ_L＝√（Ｒ₁×Ｒ₂）と定義することが可能である（ここで、Ｒ₁はコイルインピーダンスでありまたＲ₂はソースインピーダンスＺ_OUTである）。前置増幅器８２の入力インピーダンスＺ_INは比較的低いため、インピーダンス変成器１２８によって、ＲＦ受信器コイル１０２の出力１３８の位置により高いインピーダンスを生じさせるような並列共振回路が形成される。阻止インピーダンスはＸ_C及びＸ_Lの値と正比例するため、リアクタンスＸ_C及びＸ_Lが高くなると阻止インピーダンスが上昇する。このより高い阻止インピーダンスによってＲＦ受信器コイル１０２に沿ったＲＦ電流の量の増大が抑制され、最終的にＲＦ受信器コイル１０２の間の相互作用の低下及び／または相関するノイズの低減によってより高いＳＮＲ比を得ることができる。こうした高い阻止インピーダンスの例示の値には、例えば少なくとも３００オーム、少なくとも５００オーム及び少なくとも１０００オームの阻止インピーダンスを含む。

インピーダンス変成器１２８は、ＲＦ受信器コイル１０２のコイルインピーダンスを比較的高いソースインピーダンスに変換するための格子形のバラン構造に限定されるものではない。むしろ、ＲＦ受信器コイル１０２のコイルインピーダンスを比較的高いソースインピーダンスに変換するためには、別のタイプの等価的な位相シフトバラン及び／またはその他（ただし、これらに限らない）などその間の接続に関する任意の構成要素及び配置を用いることができる。

図３は、図２に示した前置増幅器８２の一実施形態を表した概要図である。前置増幅器８２は、比較的低い入力インピーダンスＺ_INを提供しながら比較的高いソースインピーダンスＺ_OUTに対応するように構成されている。前置増幅器８２の入力インピーダンスＺ_INは、前置増幅器８２のインダクタ１４０によって規定される。前置増幅器８２は、対応するＲＦ受信器コイル１０２（図２）からＭＲ信号を受け取りかつ受け取ったＭＲ信号を増幅している増幅器１４２を含む。増幅器１４２には入力回路１４４を電気的に接続させている。入力回路１４４は、対応するＲＦ受信器コイル１０２の出力１３８（図２）に対してインピーダンス変成器１２８（図２）を介して電気的に接続させている。入力回路１４４は、対応するＲＦ受信器コイル１０２から増幅器１４２にＭＲ信号を送るように構成されている。

入力回路１４４は、コンデンサ１４８及びインダクタ１４０を含んだインピーダンス変成器１４６を含む。入力回路１４４はさらに、インピーダンス変成器１４６と増幅器１４２の間に電気的に接続された、例えば図３に示したような電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）１５０を含む。インピーダンス変成器１４６は増幅器１４２と対応するＲＦ受信器コイル１０２の間に電気的に接続されている。

この例示的実施形態ではＦＥＴ１５０は、ＦＥＴ１５０が比較的低い雑音指数をもたらすように、スミスチャートの中心に来させることができる比較的大きな雑音円を有している。換言するとＦＥＴ１５０は、比較的広いレンジのソースインピーダンスＺ_OUTにわたって比較的低い雑音指数を提供することが可能である。例えば幾つかの実施形態では、ＦＥＴ１５０の雑音円の「比較的大きな」サイズとは少なくとも概ね０．３デシベルである。幾つかの実施形態ではそのＦＥＴ１５０の雑音円は、少なくとも概ね０．６デシベルのサイズを有する。ＦＥＴ１５０の雑音円のサイズは、ＦＥＴ１５０のノイズ抵抗Ｒ_Nに依存する。ＦＥＴ１５０は、少なくとも０．３デシベルのサイズを有する雑音円を提供するようなノイズ抵抗Ｒ_Nの任意の値（例えば、概ね０．０３オーム未満、概ね０．０２オーム以下及び／またはその他（ただし、これらに限らない））を有することがある。スミスチャート内部におけるＦＥＴ１５０の雑音円の箇所はＦＥＴ１５０の最適反射係数に依存する。例えばＦＥＴ１５０の最適反射係数が概ね１００オーム未満であるとき、ＦＥＴ１５０の雑音円をスミスチャートの中心のより近くに（すなわち、同心円により近づけて）配置させることがある。幾つかの実施形態ではそのＦＥＴ１５０の雑音円をスミスチャート内の中心に来させている（すなわち、スミスチャートと同心性としている）。一例として幾つかの実施形態では、ＦＥＴ１５０は概ね１００オーム未満の最適反射係数を有する。一例として幾つかの実施形態では、ＦＥＴ１５０は概ね４０オームと概ね６０オームの間（例えば、概ね５０オーム）の最適反射係数を有する。

図４は、ＦＥＴ１５０（図３）に関するスミスチャートの一実施形態を表したグラフである。図４の例示的実施形態ではＦＥＴ１５０は、概ね０．０２オームのノイズ抵抗Ｒ_Nと概ね５０オームの最適反射係数を有する。図４に示したＦＥＴ１５０の雑音円１５２は、概ね０．６デシベルのサイズを有する。図４で理解できるように、ＦＥＴ１５０の雑音円１５２の中心１５４はスミスチャートの中心１５６の比較的近くにある。「比較的近く」とは、スミスチャートの中心１５６が雑音円１５２の円周１５８の域内にあることを意味する。幾つかの代替的実施形態では、スミスチャートと雑音円１５２が同心性となるようにスミスチャートの中心１５６を雑音円１５２の中心１５４と整列させている。

再度図３を見るとインピーダンス変成器１４６は、インピーダンス変成器１２８により提供される比較的高いソースインピーダンスＺ_OUTを、ＦＥＴ１５０の雑音円（例えば、図４に示した雑音円１５２）の域内にあるインピーダンスに変換するように構成されている。換言するとインピーダンス変成器１４６は、少なくとも概ね１００オームのソースインピーダンスＺ_OUTをＦＥＴ１５０の雑音円の域内のインピーダンスに変換するように構成されている。例えば幾つかの実施形態ではそのインピーダンス変成器１４６は、少なくとも概ね３００オーム、少なくとも概ね４００オームまたは少なくとも概ね５００オームのソースインピーダンスＺ_OUTをＦＥＴ１５０の雑音円の域内にあるインピーダンスに変換するように構成されている。ＦＥＴ１５０の比較的大きな雑音円によって、比較的高いソースインピーダンスＺ_OUTを雑音円の域内のインピーダンスに変換する間にインピーダンス変成器１４６にＬＣ直列共振を形成させることが可能である。インピーダンス変成器１４６が比較的高いソースインピーダンスＺ_OUTを変換する先となる雑音円の域内のインピーダンスは、最適な雑音整合が得られるように（すなわち、もたらされる雑音指数が低減または最小化されるように）選択され、これによりＲＦ受信器コイル１０２のＳＮＲを上昇させることができる。

インピーダンス変成器１４６はさらに、ＦＥＴ１５０のインピーダンスを前置増幅器８２の比較的低い入力インピーダンスＺ_INに変換するように構成されている。換言するとインピーダンス変成器１４６は、ＦＥＴ１５０のインピーダンスを概ね５オーム未満の入力インピーダンスＺ_INに変換するように構成されている。例えば幾つかの実施形態ではそのインピーダンス変成器１４６は、ＦＥＴ１５０のインピーダンスを概ね１オームと概ね３オームの間（例えば、概ね２オーム）の入力インピーダンスＺ_INに変換するように構成されている。ＦＥＴ１５０のインピーダンスは、少なくとも概ね１，０００オーム、少なくとも概ね５００，０００オーム、少なくとも概ね１，０００，０００オーム及び／またはその他（ただし、これらに限らない）などの任意の値を有することがある。インダクタ１４０の例示の値には、概ね４．４ｐＦ（ただし、これに限らない）を含む。コンデンサ１４８の例示の値には、概ね５１５ｎＨ（ただし、これに限らない）を含む。ＦＥＴ１５０のインピーダンスのことを本明細書では「ＦＥＴインピーダンス」と呼ぶことがある。

図５は、磁気共鳴（ＭＲ）信号（対象によって送出されたＭＲ信号など）を受け取るための方法１６０の一実施形態を表した流れ図である。１６２において方法１６０は、インピーダンス変成器の位置でＲＦ受信器コイルから少なくとも１つのＭＲ信号を受け取ることを含む。例えばＭＲ信号は、インピーダンス変成器１２８（図２）の位置でＲＦ受信器コイル１０２（図２）から受け取られることがある。１６４においてインピーダンス変成器は、ＲＦ受信器コイルのコイルインピーダンスを少なくとも概ね１００オームの比較的高いソースインピーダンスＺ_OUT（図２及び３）に変換する。例えばインピーダンス変成器１２８は、１６４においてＲＦ受信器コイル１０２のコイルインピーダンスを比較的高いソースインピーダンスＺ_OUTに変換するために用いられることがある。

ソースインピーダンスＺ_OUTは、１６６において前置増幅器（例えば、図１〜３に示した前置増幅器８２）によって前置増幅器のＦＥＴ（例えば、図３に示したＦＥＴ１５０）の雑音円の範囲内にあるインピーダンスに変換される。１６８において、前置増幅器のＦＥＴのインピーダンスは前置増幅器によって、概ね５オーム未満の前置増幅器の比較的低い入力インピーダンスＺ_INに変換される。１７０において方法１６０はさらに、前置増幅器を用いてＭＲ信号を増幅することを含む。

この様々な実施形態は具体的なあるＭＲＩシステムや具体的なあるコイルタイプや配列に限定されないことに留意すべきである。したがって本明細書で記載かつ／または図示した実施形態は、パワーレベル、チャンネル、その他が異なるＭＲＩシステムで用いること、また１つまたは複数の周波数で動作する異なる受信表面コイルを有することができる。さらに、本明細書で記載かつ／または図示した実施形態の域内に含まれる構成要素並びに該構成要素の各々の値は、所望によりまたは必要に応じて変更することができる。

本明細書で記載かつ／または図示した様々な実施形態は例えば、図６に示したＭＲＩシステム２００で用いるためのＭＲコイルによって実現することができる。撮像システム２００を単一モダリティ撮像システムとして図示しているが、マルチモダリティ撮像システムの形であるいはマルチモダリティ撮像システムを用いて様々な実施形態を実現し得ることを理解されたい。撮像システム２００はＭＲＩ撮像システムとして図示していると共に、コンピュータ断層（ＣＴ）、陽電子放出断層（ＰＥＴ）、単一光子放出コンピュータ断層（ＳＰＥＣＴ）、並びに超音波システム、あるいは特に人間を対象とした画像の作成が可能な別の任意のシステムなど様々なタイプの医用撮像システムと組み合わせることができる。さらにこれらの様々な実施形態は、人を対象とする撮像のための医用撮像システムに限定されるものではなく、人以外の対象物、手荷物、その他を撮像するための獣医学システムや非医用システムを含むことができる。

図６を参照するとＭＲＩシステム２００は一般に、撮像部分２３２と、プロセッサまたは別のコンピュータ処理デバイスや制御器デバイスを含み得る処理部分２３６と、を含む。ＭＲＩシステム２００はガントリ２４０の内部に、マグネットコイル支持構造上に支持されたマグネットコイルから形成された超伝導マグネット２６２を含む。しかし別の実施形態では、永久磁石や電磁石など別のタイプのマグネットを用いることもある。容器２６４（クライオスタットと呼ぶこともある）が超伝導マグネット２６２を囲繞すると共に、超伝導マグネット２６２のコイルを冷却するための液体ヘリウムで満たされている。容器２６４の外側表面と超伝導マグネット２６２の内側表面とを囲繞するような断熱体２６６が設けられている。超伝導マグネット２６２の内部には複数の磁場傾斜コイル２６０が設けられており、またこの複数の磁場傾斜コイル２６８の内部にはＲＦ送信コイル２７０が設けられている。幾つかの実施形態ではそのＲＦ送信コイル２７０は、本明細書でより詳細に記載するような送信／受信コイルで置き換えられることがある。ガントリ２４９内部の構成要素は全体として撮像部分２３２を形成している。超伝導マグネット２６２を円筒形状としているが、別の形状のマグネットも使用可能であることに留意すべきである。

処理部分２３６は一般に、制御器２５６と、主磁場制御２７８と、傾斜磁場制御２８２と、メモリ２８４と、表示デバイス２８６と、送信受信（Ｔ−Ｒ）スイッチ２８８と、ＲＦ送信器２９０と、受信器２９２と、を含む。

動作時において撮像しようとする患者やファントームなどの対象本体を、ボア２４２内で適当な支持体（例えば、患者テーブル）上に配置させる。超伝導マグネット２６２は、ボア２４２を横断する均一で静的な主磁場Ｂ₀を生成する。ボア２４２内及び対応する患者内部の電磁場強度は、主磁場制御２７８を介して制御器２７８によって制御されており、主磁場制御２７８はさらに超伝導マグネット２６２への付勢用電流の供給も制御している。

超伝導マグネット２６２内部でボア２４２内の磁場Ｂ₀に対して直交する３つの方向ｘ、ｙ及びｚのうちの任意の１つまたは幾つかの方向で磁場傾斜を印加できるように、磁場傾斜コイル２６８（１つまたは複数の傾斜コイル素子を含む）が設けられている。磁場傾斜コイル２６８は、傾斜磁場制御２８２により付勢される共に、さらに制御器２７６により制御を受けている。

複数のコイルを含み得るＲＦ送信コイル２７０は、磁気パルスを送信するように、かつ／またはＲＦ受信器コイルとして構成された表面コイルなどの受信コイル素子も設けられている場合に任意選択で同時に患者からのＭＲ信号を検出するように配列させている。ＲＦ受信器コイル（例えば、図１及び２に示したＲＦ受信器コイル１０２）は例えば単独の受信器表面コイルなど任意のタイプまたは構成とすることができ、また本明細書でより詳細に記載し図示したようなインピーダンス変成器１２８及び前置増幅器８２を含む。さらにシステムインタフェース８４（図１参照）は、コイルアレイと共に受信セクション８０を形成し得る例えば制御器２７６、Ｔ−Ｒスイッチ２８８または受信器２９２の一部を成すことがある。

ＲＦ送信コイル２７０はバードケージタイプのコイルなどの体幹用コイルとすることができる。受信表面コイルはＲＦ送信コイル２７０内部に設けられたＲＦコイルのアレイとすることができる。ＲＦ送信コイル２７０は、本明細書に記載したような受信表面コイル（複数のこともある）から脱同調または脱結合させている。したがって身体部位に特異的なコイル（例えば、躯幹部コイル）として構成されたＲＦ送信コイル２７０を受信表面コイルと結合させることがある。

ＲＦ送信コイル２７０及び受信器表面コイルは、Ｔ−Ｒスイッチ２８８によってＲＦ送信器２９０と受信器２９２のそれぞれの１つに選択可能に相互接続させている。ＲＦ送信器２９０及びＴ−Ｒスイッチ２８８は、ＲＦ送信器２９０によってＲＦ磁場パルスまたは信号を発生させると共にこれを患者に選択的に印加し患者内に磁気共鳴を励起させるように制御器２７６によって制御されている。ＲＦ励起パルスが患者に加えられている間に、さらに受信表面コイルを受信器２９２から切断するようにＴ−Ｒスイッチ２８８を作動させている。

ＲＦパルスの印加に続いてＴ−Ｒスイッチ２８８を再度作動させ、ＲＦ送信コイル２７０をＲＦ送信器２９０から切断しかつ受信器表面コイルを受信器２９２に接続させている。受信表面コイルは、患者内の励起した原子核に由来するＭＲ信号を検出または検知するように動作すると共に、このＭＲ信号は本明細書でより詳細に記載するような複数のチャンネルに連絡することがある受信器２９２に伝送されている。検出したこれらのＭＲ信号は一方、制御器２７６に伝送される。制御器２７６は、例えば患者の画像を表す信号を生成するためのＭＲ信号の処理を制御するプロセッサ（例えば、画像再構成プロセッサ）を含む。

画像を表すこの処理済み信号はまた、画像の視覚的表示を提供するために表示デバイス２８６に送られる。具体的にはＭＲ信号は観察可能な画像が得られるようにフーリエ変換を受けるｋ空間を満たすまたはこれを形成している。画像を表すこの処理済み信号は次いで表示デバイス２８６に送られる。

前置増幅器のこの様々な実施形態は、比較的低い入力インピーダンスを提供しながら比較的高いソースインピーダンスに対応する。これらの様々な実施形態は、概ね５０オームの従来のソースインピーダンスを用いるＭＲＩシステムと比べてより高い阻止インピーダンスを提供することができる。ＲＦ受信器コイルのこの様々な実施形態はより高いＳＮＲを有することができる。脱結合インピーダンスが共振ループ内に誘導されるＲＦ電流の減少に直接変換可能であるため、前置増幅器の脱結合効率の改善によってアレイ内部でのＲＦ受信器コイル間のＲＦクロストークの低減を得ることができる。ＲＦ受信器コイル間のクロストークの低減によってＲＦ受信器コイル間の相互作用を低減することができ、またこれがさらにより本来的なＳＮＲ及び／またはＭＲＩ並列撮像性能の向上を得るためのより圧縮した（ｃｏｎｄｅｎｓｅｄ）コイル幾何学構成を含む基本ＲＦコイル設計のさらなる改善のための有効な方法をもたらすことができる。例えば、必ずしも１０％〜１５％の規則に従う必要がない。様々な実施形態により提供する前置増幅器の阻止がより高くなったため、ＲＦ受信器コイル設計の簡略化を可能とすること、かつ／またはＲＦ受信器コイルアレイの性能を損なうことなくＲＦ受信器コイルの間の分離回路を減らすまたは不要にすることができ、これが製造中の分離調整の削減または排除に繋がる。この様々な実施形態によれば、ＲＦ受信器コイル、前置増幅器、ＭＲＩ受信セクション及び／またはＭＲＩシステム全体を製造するコストを削減することができる。

この様々な実施形態は、ハードウェア、ソフトウェアあるいはこれらの組み合わせの形で実現し得ることに留意すべきである。さらに、様々な実施形態及び／または構成要素（例えば、モジュール、あるいはこれらの内部にある構成要素や制御器）は、１つまたは複数のコンピュータまたはプロセッサの一部として実現させることができる。このコンピュータやプロセッサは、コンピュータ処理デバイス、入力デバイス、表示ユニット、及び例えばインターネットにアクセスするためのインタフェースを含むことがある。このコンピュータやプロセッサは、マイクロプロセッサを含むことがある。このマイクロプロセッサは、通信バスと接続させることがある。このコンピュータやプロセッサはさらにメモリを含むことがある。このメモリは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）や読出し専用メモリ（ＲＯＭ）を含むことがある。このコンピュータやプロセッサはさらに、ハードディスクドライブ、あるいはフロッピー(商標）ディスクドライブ、光ディスクドライブその他などの取外し可能な記憶ドライブとし得る記憶デバイスを含むことがある。この記憶デバイスはさらに、コンピュータプログラムやその他の命令をコンピュータやプロセッサにロードするための別の同様の手段とすることがある。

本明細書で使用する場合、「コンピュータ」や「モジュール」という用語は、マイクロコントローラを用いたシステム、縮小命令セットコンピュータ（ＲＩＳＣ）、ＡＳＩＣ、論理回路、及び本明細書に記載した機能を実行可能な別の任意の回路やプロセッサを含めプロセッサベースまたはマイクロプロセッサベースの任意のシステムを含むことができる。上述の例は単に例示であり、またしたがっていかなる意味においても「コンピュータ」という用語の定義及び／または意味を限定することを意図していない。

このコンピュータやプロセッサは、入力データを処理するために１つまたは複数の記憶素子内に保存された１組の命令を実行する。この記憶素子はさらに、所望によりまたは必要に応じて、データやその他の情報も保存することがある。この記憶素子は情報ソースの形態とすることや、処理装置内部にある物理的な記憶素子とすることがある。

この命令の組は、本発明の様々な実施形態の方法や処理などの指定の演算を実行するように処理装置としてのコンピュータまたはプロセッサに指令するための様々なコマンドを含むことがある。この命令の組はソフトウェアプログラムの形態とすることがある。このソフトウェアは、システムソフトウェアやアプリケーションソフトウェアなど様々な形態とすることがあり、またこれを有形で非一時的なコンピュータ読み取り可能媒体として具現化させることもある。さらにこのソフトウェアは、単独のプログラムやモジュールから成る集合体、より大きなプログラムの内部のプログラムモジュール、あるいはプログラムモジュールの一部分の形態とすることがある。このソフトウェアはさらに、オブジェクト指向プログラミングの形態をしたモジュール型プログラミングを含むことがある。処理装置による入力データの処理は、オペレータコマンドに応答すること、以前の処理結果に応答すること、あるいは別の処理装置が発した要求に応答することがある。

本明細書で使用する場合、「ソフトウェア」と「ファームウェア」という用語は置き換え可能であり、ＲＡＭメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ及び不揮発性ＲＡＭ（ＮＶＲＡＭ）メモリを含めコンピュータによって実行するためにメモリ内に保存された任意のコンピュータプログラムを含む。上述のメモリタイプは単に例示であり、またしたがってコンピュータプログラムの保存に使用可能なメモリのタイプを限定するものではない。

上の記述は例示の意図であって限定でないことを理解されたい。例えば上述の実施形態（及び／または、その態様）は、互いに組み合わせて使用することができる。さらに、具体的な状況や材料を様々な実施形態の教示に適応させるようにその趣旨を逸脱することなく多くの修正を実施することができる。本明細書内に記載した材料の寸法及びタイプが様々な実施形態のパラメータを規定するように意図していても、これらは決して限定ではなく単なる例示である。上の記述を検討することにより当業者には別の多くの実施形態が明らかとなろう。様々な実施形態の範囲はしたがって、添付の特許請求の範囲、並びに本請求範囲が規定する等価物の全範囲を参照しながら決定されるべきである。添付の特許請求の範囲では、「を含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」や「ようになった（ｉｎ ｗｈｉｃｈ）」という表現を「を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」や「であるところの（ｗｈｅｒｅｉｎ）」という対応する表現に対する平易な英語表現として使用している。さらに添付の特許請求の範囲では、「第１の」、「第２の」及び「第３の」その他の表現を単にラベル付けのために使用しており、その対象に対して数値的な要件を課すことを意図したものではない。さらに、添付の特許請求の範囲の限定は手段プラス機能形式で記載しておらず、また３５ Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１２、第６パラグラフに基づいて解釈されるように意図したものでもない（ただし、本特許請求の範囲の限定によって「のための手段（ｍｅａｎｓ ｆｏｒ）」の表現に続いて追加的な構造に関する機能排除の記述を明示的に用いる場合を除く）。

この記載では、様々な実施形態（最適の形態を含む）を開示するため、並びに当業者による任意のデバイスやシステムの製作と使用及び組み込んだ任意の方法の実行を含む様々な実施形態の実施を可能にするために例を使用している。この様々な実施形態の特許性のある範囲は本特許請求の範囲によって規定していると共に、当業者により行われる別の例を含むことができる。こうした別の例は、その例が本特許請求の範囲の文字表記と異ならない構造要素を有する場合や、その例が本特許請求の範囲の文字表記と実質的に差がない等価的な構造要素を有する場合があるが、本特許請求の範囲の域内にあるように意図したものである。

８０ 受信セクション
８２ 前置増幅器
８４ システムインタフェース
８６ 受信チャンネル
８８ バイアス制御ライン
９０ ＲＦ ＩＮ制御ライン
１００ コイルアレイ
１０２ ＲＦ受信器コイル
１２２ 抵抗器
１２４ インダクタ
１２６ コンデンサ
１２８ インピーダンス変成器
１３０ インダクタ
１３２ インダクタ
１３４ コンデンサ
１３６ コンデンサ
１３８ 出力
１４０ インダクタ
１４２ 増幅器
１４４ 入力回路
１４６ インピーダンス変成器
１４８ コンデンサ
１５０ ＦＥＴ
１５２ 雑音円
１５４ 中心
１５６ 中心
１５８ 円周
１６０ 方法
２００ ＭＲＩシステム
２３２ 撮像部分
２３６ 処理部分
２４０ ガントリ
２４２ ボア
２５６ 制御器
２６２ 超伝導マグネット
２６４ 容器
２６６ 断熱体
２６８ 磁場傾斜コイル
２７０ ＲＦ送信コイル
２７６ 制御器
２７８ 磁場制御
２８２ 傾斜磁場制御
２８４ メモリ
２８６ 表示デバイス
２８８ Ｔ−Ｒスイッチ
２９０ ＲＦ送信器
２９２ 受信器

Claims (8)

1. 無線周波数（ＲＦ）受信器コイル（１０２）と、前置増幅器と、前記ＲＦ受信器コイルと前記前置増幅器との間に配され、リアクタンスを有する第１のインピーダンス変成器とを有する、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システムの受信セクションであって、
   前記第１のインピーダンス変成器は、
   前記ＲＦ受信器コイルのコイルインピーダンスを、少なくとも概ね１００オームの前記前置増幅器のソースインピーダンスに変換し、
   前記前置増幅器は、
   増幅器（１４２）と、
   前記第１のインピーダンス変成器と前記増幅器との間に設けられた入力回路であって、該入力回路は第２のインピーダンス変成器（１４６）と電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）（１５０）とを備えており、該ＦＥＴは該第２のインピーダンス変成器と増幅器の間に電気的に接続されており、該ＦＥＴはＦＥＴインピーダンスを有しており、該第２のインピーダンス変成器は前記少なくとも概ね１００オームの前記ソースインピーダンスを変換するように構成されており、該第２のインピーダンス変成器はさらにＦＥＴインピーダンスを概ね５オーム未満の前置増幅器入力インピーダンスに変換するように構成されている、入力回路（１４４）と、
   を備える受信セクション。
2. 前記第２のインピーダンス変成器（１４６）は、前記ソースインピーダンスを前記ＦＥＴ（１５０）の雑音円（１５２）の範囲内のインピーダンスに変換するように構成されている、請求項１に記載の受信セクション。
3. 前記第２のインピーダンス変成器（１４６）は、少なくとも概ね３００オームのソースインピーダンスを変換するように構成されている、請求項１に記載の受信セクション。
4. 前記第２のインピーダンス変成器（１４６）は、前記ＦＥＴインピーダンスを概ね１オームと概ね３オームとの間の前記前置増幅器入力インピーダンスに変換するように構成されている、請求項１に記載の受信セクション。
5. 前記第２のインピーダンス変成器（１４６）は、少なくとも概ね５００，０００オームのＦＥＴインピーダンスを前記前置増幅器入力インピーダンスに変換するように構成されている、請求項１に記載の受信セクション。
6. 前記第２のインピーダンス変成器（１４６）は、前記ソースインピーダンスを、少なくとも概ね０．３デシベルのサイズを有する前記ＦＥＴ（１５０）の雑音円（１５２）の範囲内のインピーダンスに変換するように構成されている、請求項１に記載の受信セクション。
7. 前記第２のインピーダンス変成器（１４６）は前記ＦＥＴインピーダンスを概ね２オームの前記前置増幅器入力インピーダンスに変換するように構成されている、請求項１に記載の受信セクション。
8. 前記ＦＥＴ（１５０）は概ね１００オーム未満の最適反射係数を有する、請求項１に記載の受信セクション。