JP6640845B2 - 励起分布mriバードケージコイル - Google Patents

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Description

本発明は、磁気共鳴検査を目的とした磁気共鳴無線周波数伝送装置並びにこのような磁気共鳴無線周波数伝送装置を用いた磁気共鳴検査を目的として無線周波数励起場Bを生成及び印加する方法に関する。
磁気共鳴検査の技術において、バードケージコイルとしても知られているバードケージ共鳴装置は、関心対象の核又は関心対象内の核に印加される無線周波数磁気励起場Bを生成して磁気共鳴励起を行うための広く知られたボリューム無線周波数コイル設計であり、関心対象は、少なくとも一部がバードケージコイル内に位置決めされ、この状態で、無線周波数磁気励起場Bと実質的に垂直に配置された均一静磁場B内に配置される。
上記技術においては、バードケージ共鳴装置が無線周波数送信コイル及び/又は無線周波数受信コイルとして機能することが知られている。これらは通例、対象とする核種の磁気回転比における静磁場Bの強度によって決まるラーモア周波数に対応した無線周波数で共鳴動作する。
米国特許第4,680,548号は、共通長手軸に沿って離隔した一対の導電性ループ要素を有する磁気共鳴無線周波数コイルとして、ボリューム無線周波数コイル設計を記載しており、後々は、その外観から「バードケージコイル」と称する。ループ要素はそれぞれ、ループ外縁に沿って離隔した複数の直列接続容量性素子を具備する。隣接する直列接続容量性素子間の点では、複数の軸方向導電性要素(通常、「ラング」と称する)が導電性ループ要素を電気的に相互接続している。無線周波数コイルの高域通過実施形態において、軸方向導電性セグメントは、適正なコイル動作に固有インダクタンスが必要とされるワイヤ、導電チューブ、又は平坦な導電テープであってもよい。コイルの帯域通過実施形態は、軸方向導電性セグメントそれぞれに容量性素子を含むことによって実現される。バードケージコイルは、半径方向又は軸方向導電性セグメントが存在するだけ多くの共鳴モードを有することが知られている。バードケージコイルの好ましい励起モードは、送信コイルとして動作する場合に生成された無線周波数磁気励起場Bが可能な限り均一なものである。これは、ラングにおける電流分布がsinθ又はcosθにそれぞれ比例する共鳴モードの場合に当てはまり、θは、バードケージコイル軸周りの円周方向に測定された方位角を表す。
米国特許第4,680,548号は、バードケージコイルが円偏光無線周波数磁場を送信することで核スピンと最大限に相互作用することが知られている直交励起モードでバードケージコイルを動作させることをさらに記載している。このため、バードケージコイルは、電気的位相が互いに90°ずれた2つの無線周波数源によって、例えば、導電性ループ要素のうちの1つの外周に沿って互いに直角に位置付けられた2つの入力キャパシタで励起される。直交励起の場合、各ラングの電流の大きさは等しいが、相対的な位相角は、方位角θとともに直線的に大きくなる。
さらに、3T以上等の磁場強度が高い静磁場Bの場合は、関心対象と関連する誘電性の定在波メカニズムが無線周波数磁気励起場Bの均一性に大きく影響することが知られている。米国特許第6,043,658号には、この場合のバードケージコイルにおける無線周波数磁気励起場Bの均一性を改善する1つの選択肢が提案されている。ここでは、すべての共鳴モード及びすべての共鳴周波数が一致する縮退動作モードで帯域通過バードケージコイルが動作することが記載されており、これは、ラング及び導電性ループそれぞれの静電容量の特定値を選択することによって実現される。そして、バードケージコイルの個々のメッシュ(それぞれ、2つの隣接導体及びその間に位置する2つの導電性ループの部分を含む)が互いに切り離されるため、コイルアレイとしての動作が可能となり、各コイルは、無線増幅器による独立した駆動によって、無線周波数磁気励起場Bの均一性を最適化することができる(いわゆる無線「シミング」)。
国際出願WO2014/053289A1には、N個の共鳴モードを実現するためにリング−ラング間静電容量値の比が選定され、それぞれが同じ共鳴周波数に変化するため、各共鳴モードについて、バードケージ共鳴装置の個々のメッシュが実質的には互いに電気的に切り離されない帯域通過バードケージコイルが記載されている。そして、異なる共鳴モードで生成された無線周波数磁気励起場Bは、米国特許第6,043,658号に記載の縮退動作モードの磁場と空間分布が等しくなく、無線周波数磁気励起場Bの電力効率の良い均一な円偏光磁場分布が得られるように、線形結合可能である。
国際出願WO02/095435は、磁気共鳴検査システムの検査ボリュームのRF場を生成する構成に関係する。RF場分布の制御は、共鳴装置セグメントそれぞれへのRF給電の位相及び振幅の個別選択によって実現される。国際出願WO2006/076624は、バードケージ共鳴装置のエンドリングに設けられたリング共鳴装置を有するバードケージコイルを開示している。90°固定直交スプリッタによって、リング共鳴装置周りの進行波を形成することにより、直交モードでバードケージコイルを駆動する。
直交モードでバードケージコイルを動作させる従来の手法では、例えば、バードケージコイルの中心軸周りで方位角方向に関して互いに直角に位置付けられた2つのループキャパシタにおける固定位相角差が90°の同じ無線周波数電力でバードケージコイルを励起することになる。通常の従来構成を図7に模式的に示す。検査空間において、無線周波数励起場Bの適当な磁場強度を得るには、およそ35kWの範囲の合計無線周波数電力が必要であり、これは、最大電力定格がおよそ18kWの2つの無線周波数増幅器42及び42を使用することを意味する。各無線周波数増幅器42、42には、バードケージコイル44により反射された無線周波数電力を減衰させるために直列に接続された無線周波数伝送線及び無線周波数サーキュレータ76、76を介してバードケージコイル44が接続されている。無線周波数サーキュレータ76、76は、大きく、重く、高価である。伝送線は、適当な電力定格が必要となるため重く、コスト、重量、及び無線周波数電力損失間のトレードオフが必要である。増幅器42、42は、一形態の電力定格がおよそ1kWのプッシュプル構成の個々の無線周波数電力トランジスタを備えていてもよいため、通例1つのキャビネットに設置される複数の無線周波数結合器も必要となる。
したがって、本発明の目的は、磁気共鳴検査を目的として、少ないハードウェア構成要素で無線周波数励起場Bを生成及び印加する一方、無線周波数励起場Bの生成に関して柔軟な動作を可能とし、特に、2モード無線周波数シミングを含み、「2モード」が身体コイルのラーモア周波数での2つの励起モードを表す磁気共鳴無線周波数伝送装置を提供することにある。
本発明の一態様において、上記目的は、磁気共鳴検査を目的として、磁気共鳴周波数の無線周波数励起場Bを生成して関心対象の核又は関心対象内の核に印加する磁気共鳴無線周波数伝送装置によって実現される。この磁気共鳴無線周波数伝送装置は、
共通長手軸に沿って離隔した一対の導電性ループ部材と、
軸方向に平行に整列し、導電性ループ部材を電気的に相互接続する複数のN個の導電性セグメントと、
無線周波数電力を受信するとともに、受信した無線周波数電力をバードケージコイルに伝達して無線周波数励起場Bの一部を生成するように構成された複数のN個のアクティベーションポートであり、バードケージコイルにごく近接して位置付けられた、複数のN個のアクティベーションポートと、
を具備するバードケージコイルを備え、
バードケージコイルが、少なくともN/2個の別個の共鳴周波数で励起可能となるように設計されている。
この磁気共鳴無線周波数伝送装置は、複数のM個の無線周波数増幅器ユニットをさらに具備する。複数のM個の無線周波数増幅器ユニットの各無線周波数増幅器ユニットは、無線周波数源から無線周波数電力を受信し、受信した無線周波数電力を増幅し、複数のN個のアクティベーションポートから選択された複数のM個のアクティベーションポートを介して、磁気共鳴周波数の無線周波数電力をバードケージコイルに供給するように構成されており、Mが、N以下である。複数のM個の無線周波数増幅器ユニットの各無線周波数増幅器ユニットは、磁気共鳴周波数の個別に調整可能なレベルの無線周波数電力を複数のM個のアクティベーションポートのうちの1つのアクティベーションポートに供給するように構成されている。
さらに、バードケージコイルの動作状態において、複数のM個の無線周波数増幅器ユニットの各無線周波数増幅器ユニットは、無線周波数伝送線により、複数のN個のアクティベーションポートのうちの1つのアクティベーションポートに電気的に接続されており、無線周波数電力を供給するアクティベーションポートにごく近接して配置されている。そして、バードケージコイルの動作状態において、複数のM個の無線周波数増幅器ユニット間には、複数のM個の無線周波数増幅器ユニットにより供給される磁気共鳴無線周波数電力の調整可能な位相角及び調整可能な大きさの固定関係が確立されている。
本出願において使用する表現「バードケージコイル」は、特に、共通長手軸に沿って離隔した2つの導電性ループ要素にキャパシタを有する高域通過型バードケージコイル、共通長手軸に沿って離隔した2つの導電性ループ要素を電気的に接続する軸方向導電性セグメントにキャパシタを有する低域通過型バードケージコイル、並びに2つの導電性ループ要素及び離隔した2つの導電性ループ要素を電気的に接続する軸方向導電性セグメントにキャパシタを有する帯域通過型バードケージコイルを含むことが了解されるものとする。
本出願において使用する表現「別個の共鳴周波数」は、特に、2つの任意に選択された共鳴周波数の半値全幅(FWHM)の合計50%よりも大きな周波数間隔だけ、2つの共鳴周波数のピーク振幅が離隔するものとして了解されるものとする。
本出願において使用する表現「ごく近接」は、特に、共鳴周波数の有効波長λのλ/4未満、好ましくはλ/8未満、最も好ましくはλ/10未満である無線周波数増幅器ユニットと対応するアクティベーションポートとの間の空間距離として了解されるものとする。
本出願において使用する表現「有効波長」は、特に、速度係数が100%ではない伝送線を進行する共鳴周波数の波長として了解されるものとする。この場合、有効波長は、速度係数を乗じた真空中の共鳴周波数の波長である(例えば、通常用いられる無線周波数ケーブルRG58の速度係数は、66%である)。
本発明の利点として、適当な一実施形態においては、無線周波数増幅器ユニット等の高価な無線周波数構成要素をより低電力仕様のハードウェア構成要素で置き換えられる。
別の利点として、無線周波数増幅器ユニットと対応するアクティベーションポートとがごく近接していることでサーキュレータが不要であり、また、別個の共鳴周波数を有するバードケージコイルでは、供給される無線周波数電力がそのメッシュに分散するという事実により、少なくとも2つの長くて損失の多い無線周波数電力ケーブル(通常、−1.8dB)及び無線周波数電力結合器を省略可能である。
さらに、本発明の磁気共鳴無線周波数伝送装置では、例えば無線周波数シミングを目的として、直交励起モード又は独立二重無線周波数チャネル(2モード励起)多重伝送モードでバードケージコイルを動作させる選択肢があるため都合が良い。
好適な一実施形態において、軸方向に平行に整列し、導電性ループ部材を電気的に相互接続する導電性セグメントの数Nは、複数の無線周波数増幅器ユニットの無線周波数増幅器ユニット数Mの整数倍である。適当な実施形態においては、無線周波数増幅器ユニット及びアクティベーションポートの構成の対称性を利用して、調整可能な位相角の固定関係を容易に確立可能であり、また、ラング及び無線周波数増幅器ユニット等のハードウェア構成要素の負荷を均等化可能であるため都合が良い。
別の好適な実施形態において、軸方向に平行に整列した複数のN個の導電性セグメントのうちの上記導電性セグメントが、バードケージコイルの共通長手軸周りで方位角方向に関して等距離で配置されている。このように、均一な無線周波数励起場Bを生成する導電性セグメントにおける無線周波数電流負荷の大きな差を回避可能である。
さらに別の好適な実施形態において、磁気共鳴無線周波数伝送装置は、複数のM個の無線周波数増幅器ユニットにより磁気共鳴周波数で供給される個別に調整可能なレベルの無線周波数電力の制御及び/又は複数のM個の無線周波数増幅器ユニットの磁気共鳴無線周波数電力の調整可能な位相角の固定関係の制御を行うように構成された制御ユニットをさらに備える。
制御ユニットは、特に磁気共鳴無線周波数伝送装置を制御するように割り当てられた別個の制御ユニットであってもよい。或いは、制御ユニットは、磁気共鳴撮像システム等の磁気共鳴検査装置の別の制御ユニットの一体部分であってもよい。
このように、複数の無線周波数増幅器ユニットにより供給される個々のレベルの無線周波数電力及び/又は複数の無線周波数増幅器ユニットの調整可能な位相角の固定関係は、人的過誤に対する脆弱性がほとんどない状態で容易且つ確実に設定可能であり、また、必要に応じて、複数の無線周波数増幅器ユニットの異なる無線周波数電力レベル及び調整可能な位相角の異なる固定関係へと迅速に変更可能である。異なる無線周波数電力レベル及び調整可能な位相角の異なる固定関係は、予め決定可能であるとともに、制御ユニットのデジタルメモリユニットに格納して読み出し可能であるのが好ましい。
制御ユニットは、複数のM個の無線周波数増幅器ユニットの調整可能な位相角の固定関係をデジタル的に確立するとともに、複数のM個の無線周波数増幅器ユニットにおいて、磁気共鳴周波数の個別に調整可能なレベルの無線周波数電力を設定するように構成されたフィールドプログラマブルゲートアレイに基づくデジタル波生成器を備えるのが好ましい。
デジタル波生成器は、フィールドプログラマブルゲートアレイに基づくのが好ましい。この種のデジタル波生成器は、市販されているため、本明細書において詳しく論じる必要がない。
デジタル波生成器を使用することにより、複数のM個の無線周波数増幅器ユニットのうちの上記無線周波数増幅器ユニット間の調整可能な位相角の固定関係の容易な確立並びに/又はそれぞれの個々の無線周波数電力レベルの設定及び迅速な変更が必要に応じて可能となる。
一実施形態においては、調整可能な位相角の固定関係及び複数のM個の無線周波数増幅器ユニットの磁気共鳴周波数の個別に調整可能なレベルの無線周波数電力の設定によって、バードケージコイルを直交モードで動作させる。このように、バードケージコイルの直交モードは、磁気共鳴検査において一般的に用いられるが、少ない低電力仕様のハードウェア構成要素で容易に励起可能である。
或いは、調整可能な位相角の固定関係を確立可能であるとともに、複数のM個の無線周波数増幅器ユニットの磁気共鳴周波数の個別に調整可能なレベルの無線周波数電力の設定によって、関心対象内の周波数励起場Bの不均一性が補償されるように、バードケージコイルを動作させる。このように、磁気共鳴無線周波数伝送装置は、無線周波数シミングを目的とした二重無線周波数チャネル多重伝送コイルとしての動作を可能にする。
さらに別の好適な実施形態において、この磁気共鳴無線周波数伝送装置は、
磁気共鳴周波数の実質的に1つの波長に対応する有効電気長であり、無線周波数伝送線の2つの端部が電気的に接続されてループを形成する、有効電気長と、
無線周波数伝送線と電気的に接触し、無線周波数伝送線に沿って離隔配置された複数のN個の接触点であり、そのうちの少なくとも2つの接触点がそれぞれ、少なくとも2つの無線周波数源から無線周波数電力を受信するように構成された、複数のN個の接触点と、
を有する無線周波数伝送線を備える。
複数のM個の無線周波数増幅器ユニットの無線周波数増幅器ユニット数は、複数のN個のアクティベーションポートのアクティベーションポート数に等しい。複数のN個の接触点の各接触点は、複数のM=N個の無線周波数増幅器ユニットのうちの異なる無線周波数増幅器ユニットに電気的に接続されている。
上記により、複数のM=N個の無線周波数増幅器ユニットにより供給される磁気共鳴無線周波数電力の調整可能な位相角の固定関係は、アナログ的に容易に確立可能であり、360°/Nに固定された2つの隣接する無線周波数増幅器ユニット間の位相角シフトは、λ/Nに固定された2つの隣接する無線周波数増幅器ユニットに電気的に接続された接触点間の無線周波数伝送線の部分の有効電気長によって決まる。例えば、少なくとも2つの無線周波数源がそれぞれ、同レベルではあるが位相差が90°の無線周波数電力でバードケージコイルの1つのモードを励起する適当な一実施形態においては、バードケージコイルを直交モードで励起可能である。別の適当な実施形態においては、例えば異なるレベルの無線周波数電力及び/又は90°ではない位相差を2つの独立した無線周波数源が有する状態で、無線周波数シミングを目的とした二重無線周波数チャネル多重伝送モードにおいても、バードケージコイルを駆動可能である。
本発明の別の態様においては、本明細書に開示の磁気共鳴無線周波数伝送装置の一実施形態を用いた磁気共鳴検査を目的として無線周波数励起場Bを生成及び印加する方法が提供される。
この方法は、
無線周波数源から複数のM個の無線周波数増幅器ユニットに無線周波数電力を供給するステップと、
複数のM個の無線周波数増幅器ユニットにより磁気共鳴周波数で供給される個別に調整可能なレベルの無線周波数出力電力を所望の無線周波数電力レベルとなるように制御するステップと、
複数のM個の無線周波数増幅器ユニットの磁気共鳴無線周波数出力電力の調整可能な位相角の関係を位相角の所望の固定関係となるように制御するステップと、
を含む。
この方法は、少なくて安価なハードウェア構成要素を用いることにより、例えば無線周波数シミングを目的として、直交モード及び二重無線周波数チャネル多重伝送モードでバードケージコイルを励起可能である。磁気共鳴無線周波数伝送装置に関して上述した他の利益についても、同様に当てはまる。
複数のN個の導電性セグメントのうちの導電性セグメントが軸方向に平行に整列し、バードケージコイルの共通長手軸周りで方位角方向に関して等距離で配置された磁気共鳴無線周波数伝送装置を用いる方法の別の好適な実施形態において、この方法は、
複数のM個の無線周波数増幅器ユニットにより磁気共鳴周波数で供給される個別に調整可能なレベルの無線周波数電力をM個の無線周波数増幅器ユニットで実質的に同じ無線周波数電力レベルとなるように制御するステップと、
Figure 0006640845
に従って、複数のM個の無線周波数増幅器ユニットの磁気共鳴無線周波数電力の調整可能な位相角の関係を制御するステップと、
を含み、
指数iが、共通長手軸周りで方位角方向に1からNまで変化するバードケージコイルの複数の導電性セグメントのうちの1つを表し、指数fが、絶対位相角が任意に0と規定される複数のN個のアクティベーションポートのうちの1つを表す。
このように、バードケージコイルは、低電力仕様のハードウェア構成要素を用いることにより、直交モード又はM無線周波数チャネル多重伝送モードで励起可能である。
式(1)から求められるように、i=f(すなわち、複数のM個の無線周波数増幅器ユニットのうちの1つから無線周波数電力を受信するアクティベーションポート)の場合は、位相角がゼロである。i−f=N/4の場合、位相角シフトは、π/2すなわち90°となる。
複数のM個の無線周波数増幅器ユニットの無線周波数増幅器ユニット数は、複数のN個のアクティベーションポートのアクティベーションポート数に等しく、各無線周波数増幅器ユニットは、複数のN個のアクティベーションポートのうちの異なるアクティベーションポートを介して、磁気共鳴周波数の無線周波数電力をバードケージコイルに供給するのが好ましい。
本発明のさらに別の態様においては、関心対象の少なくとも一部の磁気共鳴画像を取得するように構成された磁気共鳴撮像システムであって、
関心対象の少なくとも一部を内部に位置決めするように設けられた検査空間と、
検査空間に静磁場Bを生成するように構成された主磁石と、
静磁場Bに重なり合う勾配磁場を生成するように構成された磁場勾配コイルシステムと、
本明細書に開示の磁気共鳴無線周波数伝送装置の少なくとも1つの実施形態と、
無線周波数励起場Bの印加により励起した関心対象の部分の核又は部分内の核から磁気共鳴信号を受信するように構成された少なくとも1つの無線周波数アンテナ装置と、
磁気共鳴撮像システムの機能を制御するように構成された制御ユニットと、
磁気共鳴信号を処理して、受信した磁気共鳴信号から関心対象の少なくとも一部の磁気共鳴画像を決定するように構成された信号処理ユニットと、
を備えた、磁気共鳴撮像システムが提供される。
本発明の上記及び他の態様については、以下に記載の実施形態から明らかになるとともに、これらの実施形態を参照して説明する。ただし、このような実施形態は、必ずしも本発明の全範囲を表していないため、本発明の範囲の解釈には、特許請求の範囲及び本明細書を参照する。
本発明に係る磁気共鳴撮像システムの一実施形態の一部を模式的に示した図である。 図1に準じる磁気共鳴撮像システムの磁気共鳴無線周波数伝送装置のバードケージコイルを模式的に示した図である。 図1に準じる磁気共鳴撮像システムの磁気共鳴無線周波数伝送装置であって、図2に示すバードケージコイルに無線周波数電力を供給する実施形態を模式的に示した図である。 本発明に係る磁気共鳴無線周波数伝送装置の別の実施形態を示した図である。 図1に準じる磁気共鳴撮像システムの制御ユニットのデジタル波生成器を模式的に示した図である。 本発明に係る磁気共鳴無線周波数伝送装置のさらに別の実施形態を模式的に示した図である。 無線周波数電力をバードケージコイルに供給して直交モード励起する無線周波数増幅器の代表的な従来構成を模式的に示した図である。
以下、本発明に係る複数の実施形態を開示する。個々の実施形態は、特定の図を参照して説明しており、特定の実施形態の識別番号によって識別される。すべての実施形態において機能が同一又は基本的に同一である特徴は、それが関連する実施形態の識別番号に特徴の番号を続けて構成された参照番号により識別される。ある実施形態の特徴が対応する図描写に記載されていない場合又は図描写に記載の参照番号が図自体に示されていない場合は、先行する実施形態の説明を参照するものとする。
図1は、通例は患者である関心対象120の少なくとも一部の磁気共鳴画像を取得するように構成された、本発明に係る磁気共鳴撮像システム110の一実施形態の一部を模式的に示している。磁気共鳴撮像システム110は、主磁石114を有するスキャナユニット112を備える。主磁石114は、内部に位置決めされる関心対象120の中心軸118周りに検査空間116を提供する中心ボアを有し、さらに、少なくとも検査空間116において静磁場Bを生成するように設けられている。図1においては、明瞭化のため、関心対象120を支える常用テーブルは省略している。静磁場Bは、中心軸118に平行に整列した検査空間116の軸方向を規定する。当然のことながら、本発明は、静磁場内に検査領域を提供するその他任意の種類の磁気共鳴撮像システムにも適用可能である。
さらに、磁気共鳴撮像システム110は、静磁場Bに重なり合う勾配磁場を生成するように構成された磁場勾配コイルシステム122を備える。磁場勾配コイルシステム122は、主磁石114のボア内に同心円状に配置されている。
磁気共鳴撮像システム110は、当該磁気共鳴撮像システム110の機能を制御するように構成された制御ユニット126を備える。制御ユニット126は、タッチセンサ式スクリーンを有するモニタにより形成されたヒューマンインターフェース装置124を具備する。
さらに、磁気共鳴撮像システム110は、磁気共鳴検査を目的として、無線周波数送信期間中に、磁気共鳴周波数の無線周波数励起場Bを生成して関心対象120の核又は関心対象120内の核に印加する磁気共鳴無線周波数伝送装置140を具備する。磁気共鳴無線周波数伝送装置140は、全身コイルとして設計されたバードケージコイル144及び複数の4つの無線周波数増幅器ユニット142〜142を備える(図3)。バードケージコイル144は、中心軸146を有し、動作状態においては、バードケージコイル144の中心軸146とスキャナユニット112の中心軸118とが一致するように、主磁石114のボア内で同心円状に配置されている(図1)。
複数の無線周波数増幅器ユニット142〜142の各無線周波数増幅器ユニット142は、無線周波数源から無線周波数電力を受信し、受信した無線周波数電力を増幅し、磁気共鳴周波数の増幅無線周波数電力をバードケージコイル144に供給するように構成されている。
このため、制御ユニット126による制御によって、無線周波数源としての無線周波数送信機136から複数の無線周波数増幅器ユニット142〜142(図1においては、無線周波数増幅器ユニット142に関して例示)へと無線周波数電力が供給される。
当技術分野においてよく知られているように、磁場勾配コイルシステム122とバードケージコイル144との間には、円筒状の金属製無線周波数シールド132が同心円状に配置されている。
さらに、磁気共鳴撮像システム110は、無線周波数励起場Bの印加により励起した関心対象120の核又は関心対象120内の核から磁気共鳴信号を受信するように設けられた複数の無線周波数アンテナ装置134を備える。無線周波数アンテナ装置134は、撮像する関心対象120の領域近くの位置決めが意図された局所コイルのアレイとして設計されている。局所コイルは、無線周波数送信期間と異なる無線周波数受信期間中に、撮像する関心対象120の部分の励起核又は部分内の励起核から磁気共鳴信号を受信するように構成されている。
さらに、磁気共鳴撮像システム110は、磁気共鳴信号を処理して、受信した磁気共鳴信号から関心対象120の少なくとも一部の磁気共鳴画像を決定するように構成された信号処理ユニット130を備える。
図2には、磁気共鳴無線周波数伝送装置140のバードケージコイル144の模式図を示している。バードケージコイル144は、中心軸146により与えられた共通長手軸に沿って離隔した一対の同じ導電性ループ部材148、148と、軸方向に平行に整列した直線導体(ラング)として設計された複数のN=16個の導電性セグメント150〜15016とを具備する。バードケージコイル144は、導電性ループ部材148、148に配置されて、導電性ループを形成する導電性ループ部材148、148の部分を電気的に相互接続する複数の2N個のループキャパシタ152〜15216、154〜15416と、2つの隣接するループキャパシタ152、152i+1、154、154i+1間の導電性ループ部材148、148の部分を電気的に相互接続するラングそれぞれに配置された複数のN個のラングキャパシタ156〜15616の1つのラングキャパシタ156(i=1〜N)と、を有する帯域通過型として設計されている。複数のN個の導電性セグメント150〜15016の導電性セグメント150(i=1〜N)は、中心軸146周りで方位角方向162に関して等距離で配置されている。
バードケージコイル144は、N/2個の別個の共鳴周波数で励起可能となるように設計されている。これを実現するためにバードケージコイルの設計パラメータを選択する方法については、当技術分野において知られているため、本明細書において詳しく論じる必要はない。励起を考慮したバードケージコイル144の2つの共鳴モードは、ラングにおける無線周波数電流分布がそれぞれsinθ(モード1)又はcosθ(モード2)に比例するものであり、θは、バードケージコイル144の中心軸146周りで方位角方向162に測定された方位角を表す。
本発明によれば、バードケージコイル144は、複数のN=16個のアクティベーションポート158〜15816を備える。各アクティベーションポート158(i=1〜16)は、無線周波数電力を受信するとともに、受信した無線周波数電力をバードケージコイル144に伝達して無線周波数励起場Bの一部を生成するように構成されている。複数のN個のアクティベーションポート158〜15816のアクティベーションポート158〜15816は、バードケージコイル144にごく近接して位置付けられており、これは、図4に示す磁気共鳴無線周波数伝送装置の別の実施形態において最もよく示されている。
磁気共鳴無線周波数伝送装置140は、複数のM=4個の無線周波数増幅器ユニット142〜142を具備しており(図3)、これは、Mの整数倍である数N=16よりは小さい。無線周波数増幅器ユニット142〜142それぞれの最大電力は、4.4kWに定格化されているため、バードケージコイル144の動作には、合計およそ18kWの無線周波数電力を利用可能である。図3は、複数のM=4個の無線周波数増幅器ユニット142〜142の構成を模式的に示しており、複数のN=16個のアクティベーションポート158〜15816から選択された複数のM=4個のアクティベーションポートを介して、無線周波数電力をバードケージコイル144に供給する。選択されたアクティベーションポートは、アクティベーションポート158、158、15811、15815である。
複数のM=4個の無線周波数増幅器ユニット142〜142の各無線周波数増幅器ユニット142(i=1〜4)は、磁気共鳴周波数の個別に調整可能なレベルの無線周波数電力を複数の選択されたM=4個のアクティベーションポート158、158、15811、15815のうちの1つのアクティベーションポート158に供給するように構成されている。
バードケージコイル144の動作状態において、複数のM=4個の無線周波数増幅器ユニット142〜142の各無線周波数増幅器ユニット142(i=1〜M)は、内部の共鳴周波数の有効波長の1/10未満の長さを有する無線周波数伝送線160(i=1〜4)により、複数のN=16個のアクティベーションポート158〜15816のうちの選択されたアクティベーションポート158、158、15811、15815のうちの1つのアクティベーションポート158に電気的に接続されているため、無線周波数電力を供給するアクティベーションポート158にごく近接して配置されている。静磁場Bの磁場強度が3.0Tであり、陽子に対する磁気共鳴周波数がおよそ128MHz、伝送線の速度係数が66%となる磁気共鳴システム110の本実施形態において、伝送線160〜160の長さは、およそ0.15m未満である。
動作状態において、バードケージコイル144は、複数のM=4個の無線周波数増幅器ユニット142〜142により駆動されて、以下による振幅及び相対位相角φ、φ、φ11、φ15を有する磁気共鳴無線周波数電力をアクティベーションポート158、158、15811、15815に供給する(慣例として、ωは、磁気共鳴周波数の角周波数を表す)。
Figure 0006640845
このように、アクティベーションポート158、15815には、位相シフトが180°の無線周波数電力が供給される。同じことがアクティベーションポート158、15811にも成り立つ。
4つの振幅a、a11、b、及びb11は独立しているため、選択により、それぞれに応じてバードケージコイル144を駆動することにより、所望の無線周波数励起場Bを実現することができる。
例えば、振幅b及びa11に0を選択し、振幅b11と等しくなるように振幅aを選択することによって、バードケージコイル144の直交動作を実現可能である。バードケージコイル144の中心軸146周りで方位角方向162に測定された90°の方位角Δθにより分離されるアクティベーションポートの各対158/158及び15811/15815には、位相角φの相対差が90°の無線周波数電力が供給される。
上に示した通り、バードケージコイル144の動作状態において、複数のM=4個の無線周波数増幅器ユニット142〜142間には、当該複数のM=4個の無線周波数増幅器ユニット142〜142により供給される磁気共鳴無線周波数電力の調整可能な位相角φ(i=1〜4)の固定関係が確立されている。
無線周波数シミングを目的として、例えば関心対象120による無線周波数励起場Bの不均一性を補償するため、4つの独立した振幅a、a11、b、及びb11を別々に選択可能である。そして、バードケージコイル144は、M個の増幅器を備えた二重無線周波数チャネル多重伝送コイルとして動作する。
複数のM=4個の無線周波数増幅器ユニット142〜142により磁気共鳴周波数で供給される個別に調整可能なレベルの無線周波数電力及び複数のM=4個の無線周波数増幅器ユニット142〜142の磁気共鳴無線周波数電力の調整可能な位相角φ(i=1〜4)の固定関係は、磁気共鳴撮像システム110の制御ユニット126の一体部分である制御ユニットによって制御される。
図4には、本発明に係る磁気共鳴無線周波数伝送装置240の別の実施形態を模式的に示している。図3に準じる実施形態と異なる特徴のみを説明する。以下に記載のない第2の実施形態の特徴については、第1の実施形態の説明を参照する。
第1の実施形態(図3)と比較して、図4に準じる磁気共鳴無線周波数伝送装置240の実施形態は、複数のM=N=16個の無線周波数増幅器ユニット242〜24216を備えるため、無線周波数増幅器ユニット242〜24216の数Mは、バードケージコイル244のラングの数Nに等しい。
複数の無線周波数増幅器ユニット242〜24216の各無線周波数増幅器ユニット242(i=1〜16)の最大電力は、1.1kWで定格化されているだけである。この場合も依然として、バードケージコイル244の動作には、合計およそ18kWの無線周波数電力を利用可能である。図4は、複数のM=16個の無線周波数増幅器ユニット242〜24216の構成を模式的に示しており、複数のM=N=16個のアクティベーションポート258〜25816を介して、無線周波数電力をバードケージコイル244に供給する。
無線周波数増幅器ユニット242〜24216は、アクティベーションポート258〜25816にごく近接して、主磁石214のフランジ238上に適当に配置されており、複数の無線周波数増幅器ユニット242〜24216の各無線周波数増幅器ユニット242(i=1〜16)は、長さ0.15m未満の同軸ケーブルとして設計された周波数伝送線260(i=1〜16)によって、複数のアクティベーションポート258〜25816のうちの1つのアクティベーションポート258(i=1〜16)に電気的に接続されている。
動作状態において、バードケージコイル244は、複数のM=N=16個の無線周波数増幅器ユニット242〜24216により駆動されて、以下による振幅及び相対位相角φ(i=1〜16)を有する磁気共鳴無線周波数電力を複数のN=16個のアクティベーションポート258〜25816に供給する。
Figure 0006640845
ここで、指数iは、中心軸246周りで方位角方向262に1からNまで変化するバードケージコイル244の複数の導電性セグメント250〜25016のうちの1つの導電性セグメント250を表し、指数fは、絶対位相角が任意に0に設定されるアクティベーションポート258を表す。上記の場合、これは、アクティベーションポート258に当てはまる。
この場合も、4つの振幅a、a11、b、及びb11は独立しているため、選択により、それぞれに応じてバードケージコイル244を駆動することにより、所望の無線周波数励起場Bを実現することができる。
例えば、振幅b及びa11に0を選択し、振幅b11と等しくなるように振幅aを選択することによって、バードケージコイル244の直交動作を実現可能である。そして、(3)に従って、複数のM=N個の無線周波数増幅器ユニット242〜24216により磁気共鳴周波数で供給される個別に調整可能なレベルの無線周波数電力は、a=b11、すなわちM=N個の無線周波数増幅器ユニット242〜24216で実質的に同じ無線周波数電力レベルとなるように設定される。複数のM=N個の無線周波数増幅器ユニット242〜24216の磁気共鳴無線周波数電力の調整可能な位相角φ(i=1〜16)の固定関係は、以下により確立される。
Figure 0006640845
i=1〜Nについて、位相角φはそれぞれ、−135°、−112.5°、−90°、−67.5°、−45°、−22.5°、0°、22.5°、45°、67.5°、90°、112.5°、135°、157.5°、180°、及び−157.5°に等しい。
無線周波数シミングを目的として、例えば関心対象220による無線周波数励起場Bの不均一性を補償するため、4つの独立した振幅a、a11、b、及びb11並びに位相角φ(i=1〜16)を別々に選択可能である。そして、バードケージコイル244は、16無線周波数チャネル多重伝送コイルとして動作する。
図5は、磁気共鳴撮像システム210の制御ユニット226の一体部分であるデジタル波生成器64のモジュール66を模式的に示している。デジタル波生成器64は、複数のM=N個の無線周波数増幅器ユニット242〜24216のうちの1つの無線周波数増幅器ユニット242にそれぞれ割り当て可能な複数のモジュール66(i=1〜16)を備える。制御ユニット226は、式(3)に従って、複数のM=N個の無線周波数増幅器ユニット242〜24216の調整可能な位相角φ(i=1〜16)の固定関係をデジタル的に確立するとともに、複数のM=N個の無線周波数増幅器ユニット242〜24216において、磁気共鳴周波数の個別に調整可能なレベルの無線周波数電力を設定するように構成されたフィールドプログラマブルゲートアレイに基づくデジタル波生成器64を制御する。
図6には、本発明に係る磁気共鳴無線周波数伝送装置340のさらに別の実施形態を模式的に示している。
図4に準じる実施形態と比較して、図6に示す磁気共鳴無線周波数伝送装置340は、磁気共鳴周波数の実質的に1つの波長に対応する有効電気長の別の無線周波数伝送線72をさらに具備する。無線周波数伝送線72の2つの端部が電気的に接続されて、ループを形成している。
磁気共鳴無線周波数伝送装置340は、無線周波数伝送線72と電気的に接触し、無線周波数伝送線72に沿って離隔配置された複数のN=16個の接触点74(i=1〜N)をさらに具備しており、複数のN個の接触点74(i=1〜N)のうちの接触点74がそれぞれ、2つの独立した無線周波数源68、70から無線周波数電力を受信するように構成されている。
図6に示す実施形態においては、2つの独立した無線周波数源68、70から、接触点74及び7411が無線周波数電力を受信する。
複数のM個の無線周波数増幅器ユニット342(i=1〜M)の無線周波数増幅器ユニット342(i=1〜M)の数Mは、複数のN個のアクティベーションポート358(i=1〜N)のアクティベーションポート358(i=1〜N)の数Nに等しい。複数のN個の接触点74(i=1〜N)の各接触点74は、複数のM=N個の無線周波数増幅器ユニット342(i=1〜16)のうちの異なる無線周波数増幅器ユニット342の入力ポートに電気的に接続されている。図6には、接触点7415から伝送線36015を介してバードケージコイル344の無線周波数増幅器ユニット34215さらにはアクティベーションポート35815までの無線周波数経路を模式的に例示している。
このように、N個の接触点74(i=1〜N)のうちの1つで利用可能な無線周波数電力は、複数のM=N個の無線周波数増幅器ユニット342(i=1〜16)のうちの1つの入力無線周波数電力として用いられる。複数のM=N個の無線周波数増幅器ユニット342(i=1〜16)により供給される磁気共鳴無線周波数電力の調整可能な位相角φ(i=1〜16)の固定関係及び大きさは、無線周波数伝送線72によって、任意の2つの接触点74、74(m、n=1〜16)間の無線周波数伝送線72の部分の有効電気長によってアナログ的に確立され、任意のnについて、2つの隣接する接触点74、74n+1間の有効電気長は、360°/Nに等しい。
2つの独立した無線周波数源68、70の振幅及び相対位相角φ(k=1、2)は、以下により与えられる(式(2)参照)。
Figure 0006640845
バードケージコイル344の直交動作は、振幅b及びa11に0を選択し(2つの独立した無線周波数源間の位相シフトが90°であることを意味する)、振幅b11と等しくなるように振幅aを選択し、複数のM=N個の無線周波数増幅器ユニット342(i=1〜16)の各無線周波数増幅器ユニット342を同一の利得すなわち同一の個別に調整可能なレベルの無線周波数電力で動作させることによって実現可能である。
無線周波数シミングを目的として、バードケージコイル344を2無線周波数チャネル多重伝送モードで動作させる場合は、必要に応じて、独立した振幅a、a11、b、及びb11を選定することができる。
以上、図面及び上記説明において、本発明を詳しく図示及び記載したが、このような図示及び記載は、図示又は例示であり、何ら限定的なものとは考えられない。本発明は、開示の実施形態に限定されない。特許請求の範囲に係る発明を実施する当業者であれば、図面、開示内容、及び添付の特許請求の範囲の検討により、開示の実施形態の他の変形例を理解及び実現可能である。特許請求の範囲において、単語「備える(comprising)」は、他の要素又はステップを除外するものではなく、また、不定冠詞「a」又は「an」は、複数形を除外するものではない。相互に異なる従属請求項において特定の手段が列挙されているという事実だけで、これら手段の組み合わせを有利に使用できないことが示されるわけではない。特許請求の範囲における如何なる参照記号も、その範囲を限定するものとは解釈されないものとする。

Claims (7)

  1. 磁気共鳴検査を目的として、磁気共鳴周波数の無線周波数励起場B1を生成して関心対象の核又は前記関心対象内の核に印加する磁気共鳴無線周波数伝送装置であって、前記磁気共鳴無線周波数伝送装置は、
    共通長手軸に沿って離隔した一対の導電性ループ部材と、
    軸方向に平行に整列し、前記導電性ループ部材を電気的に相互接続する複数のN個の導電性セグメントと、
    各々のアクティベーションポートが、無線周波数電力を受信するとともに、受信した前記無線周波数電力をバードケージコイルに伝達して前記無線周波数励起場B1の一部を生成する複数のN個のアクティベーションポートであって、前記バードケージコイルにごく近接して位置付けられる、複数のN個のアクティベーションポートと、
    を具備するバードケージコイルを備え、
    前記バードケージコイルは、少なくともN/2個の別個の共鳴周波数で励起可能であり、
    前記磁気共鳴無線周波数伝送装置は、
    複数のM個の無線周波数増幅器ユニットであって、各無線周波数増幅器ユニットが、無線周波数源から前記無線周波数電力を受信し、受信した前記無線周波数電力を増幅し、前記複数のN個のアクティベーションポートを介して、前記磁気共鳴周波数の前記無線周波数電力を前記バードケージコイルに供給し、前記複数のM個の無線周波数増幅器ユニットの各無線周波数増幅器ユニットは、前記磁気共鳴周波数の個別に調整可能なレベルの前記無線周波数電力を前記複数のM個のアクティベーションポートのうちの1つの前記アクティベーションポートに供給する、複数のM個の無線周波数増幅器ユニットをさらに備え、
    前記バードケージコイルの動作状態において、前記複数のM個の無線周波数増幅器ユニットの各無線周波数増幅器ユニットは、無線周波数伝送線により、前記複数のN個のアクティベーションポートのうちの1つのアクティベーションポートに電気的に接続されており、前記無線周波数電力を供給するアクティベーションポートにごく近接して配置され、
    前記バードケージコイルの動作状態において、前記複数のM個の無線周波数増幅器ユニット間には、前記複数のM個の無線周波数増幅器ユニットにより供給される磁気共鳴無線周波数電力の調整可能な位相角及び調整可能な大きさの固定関係が確立され、
    前記磁気共鳴無線周波数伝送装置は、別の無線周波数伝送線を備え、前記別の無線周波数伝送線は、
    磁気共鳴周波数の実質的に1つの波長に対応する有効電気長であって、前記別の無線周波数伝送線の2つの端部が電気的に接続されてループを形成する、有効電気長と、
    前記別の無線周波数伝送線と電気的に接触し、前記別の無線周波数伝送線に沿って離隔配置された複数のN個の接触点であって、そのうちの少なくとも2つの接触点がそれぞれ、少なくとも2つの無線周波数源から無線周波数電力を受信する、複数のN個の接触点と、
    を有し、
    前記複数のM個の無線周波数増幅器ユニットの無線周波数増幅器ユニット数は、前記複数のN個のアクティベーションポートのアクティベーションポート数に等しく、前記複数のN個の接触点の各接触点は、複数のM=N個の無線周波数増幅器ユニットのうちの異なる無線周波数増幅器ユニットに電気的に接続されている、
    磁気共鳴無線周波数伝送装置。
  2. 前記軸方向に平行に整列した前記複数のN個の導電性セグメントのうちの導電性セグメントが、前記バードケージコイルの前記共通長手軸周りで方位角方向に関して等距離で配置されている、請求項1に記載の磁気共鳴無線周波数伝送装置。
  3. 前記複数のM個の無線周波数増幅器ユニットにより磁気共鳴周波数で供給される個別に調整可能なレベルの無線周波数電力の制御、及び/又は
    前記複数のM個の無線周波数増幅器ユニットの磁気共鳴無線周波数電力の調整可能な位相角の固定関係の制御、
    を行う制御ユニットをさらに備える、請求項1又は2に記載の磁気共鳴無線周波数伝送装置。
  4. 前記制御ユニットは、前記複数のM個の無線周波数増幅器ユニットの調整可能な前記位相角の固定関係をデジタル的に確立し、前記複数のM個の無線周波数増幅器ユニットにおいて、前記磁気共鳴周波数の個別に調整可能なレベルの無線周波数電力を設定する、デジタル波生成器を備える、請求項に記載の磁気共鳴無線周波数伝送装置。
  5. 前記デジタル波生成器は、フィールドプログラマブルゲートアレイに基づく、請求項に記載の磁気共鳴無線周波数伝送装置。
  6. 前記調整可能な位相角の前記固定関係と、
    前記複数のM個の無線周波数増幅器ユニットの前記磁気共鳴周波数の個別に調整可能なレベルの無線周波数電力の設定と、によって、前記バードケージコイルを直交モードで動作させる、請求項1乃至の何れか一項に記載の磁気共鳴無線周波数伝送装置。
  7. 関心対象の少なくとも一部の磁気共鳴画像を取得する磁気共鳴撮像システムであって、
    前記関心対象の少なくとも一部を内部に位置決めするように設けられた検査空間と、
    少なくとも前記検査空間に静磁場B0を生成するように設けられた主磁石と、
    前記静磁場B0に重なり合う勾配磁場を生成する磁場勾配コイルシステムと、
    請求項1乃至の何れか一項に記載の磁気共鳴無線周波数伝送装置の少なくとも1つと、
    無線周波数励起場B1の印加により励起した前記関心対象の部分の核又は部分内の核から磁気共鳴信号を受信する少なくとも1つの無線周波数アンテナ装置と、
    前記磁気共鳴撮像システムの機能を制御する制御ユニットと、
    前記磁気共鳴信号を処理して、受信した前記磁気共鳴信号から前記関心対象の少なくとも一部の前記磁気共鳴画像を決定する信号処理ユニットと、
    を備えた、磁気共鳴撮像システム。
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