JP6670306B2 - 間隙及びRFスクリーンを有するzセグメント化されたMRI用RFコイル、及び、当該MRI用RFコイルを含むMRIシステムの検査空間にRF場を印加する方法 - Google Patents

間隙及びRFスクリーンを有するzセグメント化されたMRI用RFコイル、及び、当該MRI用RFコイルを含むMRIシステムの検査空間にRF場を印加する方法 Download PDF

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Description

本発明は、磁気共鳴(MR)撮像システムの検査空間内で使用するための無線周波数(RF)コイル、少なくとも1つのそのようなRFコイルを用いるMR撮像システム、そのようなMR撮像システム及び医療デバイスを用いる医療システム、並びに磁気共鳴撮像システムの検査空間に無線周波数場を印加する方法に関する。
磁気共鳴(MR)撮像システムの先行技術の設計では、例えば、MR撮像システムの磁場強度は3テスラである。この先行技術のMR撮像システムは、例えば、RFシミングのためにバードケージの幾何学的に切り離された2つの給電位置を使用する2チャネル無線周波数(RF)ボディコイルを利用する。この技法は、高い磁場均一性を提供し、高い磁場強度での更なる用途のための臨床撮像を可能にする。そのようなMR撮像システムは、良好な撮像結果を提供するが、現在、MR撮像システムに対する更なる使用事例が現れており、これらの使用事例が、MR撮像システムを設計するときの追加要件の基礎となる。
例えば、MR撮像システムの使用は、医療処置の領域でますます一般的になりつつあり、処置は、MR撮像システムの案内下で被験者の所望の位置に向けて行われる。例えば、放射線治療では、適切な線量を正確に所望の位置へ誘導することができ、その結果、この位置に加えて、線量自体も処置中に管理することができる。しかし、照射される放射線は、MR撮像システムの材料にも影響を及ぼし、その結果、例えば照射された放射線によってRFボディコイルの材料の老朽化が進行することがある。
さらに、診断器具でも、追加の機器を必要とすることがあるが、そのような機器は、検査空間にアクセスしなければならない。例えば、被験者の呼吸又は心拍動を管理するために、例えばカメラを含むバイオセンサが利用される可能性がある。これらのセンサは、好ましくは、RFコイル内の被験者からセンサ情報を提供するが、被験者へのアクセスは制限される可能性がある。さらに、これらのセンサの接続には配線が必要となる場合があり、配線がMR撮像システムによって生成される磁場と干渉して、MR撮像システムの画像品質を低下させることがある。
本発明の目的は、MR撮像システムを使用する際に効率的な処置及び/又は診断を可能にし、例えば医療処置で照射される放射線による変化の影響を受けにくいRFコイル、そのようなRFコイルを有するMR撮像システム、及びそのようなMR撮像システムを含む医療システムを提供することである。
この目的は、磁気共鳴(MR)撮像システムの検査空間にRF場を印加し且つ/又は検査空間からMR信号を受け取る無線周波数(RF)コイルによって実現され、このRFコイルは管状体を備え、管状体の長手方向に2つのコイルセグメントへとセグメント化され、2つのコイルセグメントは、管状体の長手方向に互いに隔置され、2つのコイルセグメント間には間隙が形成される。RFコイルは、ボディコイルとすることができるが、局部コイル、例えばヘッドコイルとすることもできる。好ましくは、そのようなヘッドコイルは、患者の肩に嵌るような開口又は形状を含む。
この目的はまた、被験者を中に位置付けるために提供される管状の検査空間と、検査空間を遮蔽するRFスクリーンと、静磁場に重ね合わせた勾配磁場を生成する磁気勾配コイルシステムと、静磁場を生成する主磁石とを備え、RFスクリーン、磁気勾配コイルシステム、及び主磁石が、この順で検査空間の周りから外に向かって径方向に位置付けられる磁気共鳴(MR)撮像システムによって実現され、磁気共鳴(MR)撮像システムは、少なくとも1つの上記の無線周波数(RF)コイルを備える。
この目的は、上記の磁気共鳴(MR)撮像システムと、RFコイルの間隙を通って磁気共鳴(MR)撮像システムの検査空間にアクセスするように配置された医療デバイスとを備える医療システムによってさらに実現される。
この目的は、磁気共鳴(MR)撮像システムの検査空間に無線周波数(RF)場を印加する方法によっても実現され、この方法は、少なくとも1つの上記の無線周波数アンテナデバイスを提供するステップと、2つのRFコイルセグメントを共通制御して、検査空間内、特に間隙内に均一のB場を提供するステップとを含む。
この目的は、磁気共鳴(MR)撮像システムをアップグレードするソフトウェアパッケージによってさらに実現され、このソフトウェアパッケージは、上記の方法に従ってMR撮像システムを制御する命令を含む。
したがって、2つのRFコイルセグメント間に間隙が設けられると、この間隙を通じて医療デバイスによる処置及び/又は分析を実行することができるため、例えば医療処置又は分析のために使用される更なるデバイスを用いることが容易になる。したがって、MR撮像システム、特にRFコイルとの干渉を低減させることができる。例えば、従来のRFコイルを用いる従来のMR撮像システム内で検査空間に照射される放射線は、MR撮像システム及び従来のRFコイルの材料を通過しなければならない。さらに、従来のRFコイルを用いる従来のMR撮像システム内で検査空間に照射される放射線が従来のRFコイルを用いる従来のMR撮像システムを通過するとき、この放射線は、MR撮像システム及び従来のRFコイルの材料を変質させる。したがって、材料の老朽化が加速する。放射線が2つのRFコイルセグメントの方へ誘導されるのではなく、2つのRFコイルセグメント間の間隙を通過するとき、これらの影響を回避することができる。したがって、間隙は、MR撮像案内下のリニアック又は陽子線治療などの放射線治療用途のための透過性を提供する。さらに、この間隙によって、運動(呼吸、心拍動)の検出のためのカメラ検出器などのバイオセンサの配置を容易にすることができる。提案する概念の別の利点は、均質な放射線減衰である。先行技術のRFコイルを使用する場合、この減衰は、例えば空気を通って放射する場合と比較すると、コイル導体を通って放射した方が強い。これにより、処置の効率及び正確性が低下する。RFコイルを2つのセグメントに分離し、これらのセグメント間に間隙を設けると、放射線は、例えばコイル導体を通過する必要がなくなり、その結果、異なる円周位置で等しく減衰する。
好ましくは、RFコイルセグメントは、管状体の長手方向に本質的に同じ長さを有する。したがって、好ましくは、RFコイルの中心区域内に間隙が生じ、それにより均一のB場の提供が容易になる。さらに、RFコイルセグメント自体はそれぞれ、個別のセグメントに分離され得る。RFコイルセグメントは、単に先行技術のRFコイルを分離したものとして設けることができる。好ましくは、RFコイルセグメントは、個別の給電ポートを備える。RFコイルセグメントは、原則的に、RFコイルを2つのRFコイルセグメントに電気的に分離することを指し、その結果、RFコイルセグメントの共鳴器は、間隙によって互いに隔置される。したがって、RFコイルセグメントは、単一の構成要素として提供することができ、2つのRFコイルセグメントは、機械的に相互接続される。しかし、2つのRFコイルセグメントは、2つの個別の構成要素に機械的に分割することもできる。
RFコイルセグメントは、典型的には、RFコイルの長手方向に延びるラングを備える。ラングは、典型的には、RFコイルの外周面に設けられる。1組の典型的には8本又は16本のラングが、RFコイルの円周方向に等しく隔置される。通常、ラングの数は4の倍数である。ラングは、好ましくは、RFコイルの長手方向に対して平行に配置される。代替実施形態では、ラングは、RFコイルの長手方向から角変位して配置され、その結果、ラングは「斜め」に配置される。角変位は、RFコイルの長手方向から最大20°とすることができる。ラングは、典型的には、RFスクリーンから数センチメートル、好ましくは2〜4センチメートルの距離をあけて設けられる。RFスクリーンは、RFコイル又はMR撮像システムの構成要素の一体部分とすることができる。ラングからRFスクリーンまでの距離は、最適化の目的で、可変に保持することができる。
zセグメント化されたRFコイル、例えばボディコイルは、異なるやり方でも構築できる。個別のRFコイルセグメントは、TEM共鳴器及び/又はバードケージ共鳴器から作ることができる。したがって、2つのRFコイルセグメントは、TEM共鳴器、バードケージ共鳴器、又はこれらの組合せから作ることができる。これにより、その長手方向に2つのセグメントを有するRFコイルの全体的な挙動が変化することはない。通常、長手方向をz方向と呼ぶ。さらに、各RFコイルセグメント自体が、複数のRFコイルセグメントを備えることもできる。したがって、RFコイルは、例えば4つのRFコイルセグメントを備えることができ、これらのRFコイルセグメント間の中心領域には間隙が設けられ、例えば間隙のそれぞれの側に2つのRFコイルセグメントが位置する。
コイルセグメントは、管状体の周りに均等に隔置する必要はない。例えばRFコイルの第1の部分上に、RFコイルの他の部分と比較してより少ない数のコイルセグメントを設けることによって、処置を施すための追加の空間を第1の部分内に提供することができる。
RFコイルは、長手方向、すなわちz方向において、縮小率2で、SENSEアルゴリズムなどの効率的な並列画像再構成技法を可能にする。SENSEアルゴリズムは、当技術分野において既知である。各RFコイルセグメントは、検査空間の50%を含むだけなので、患者装荷が優勢であると想定すると、信号対雑音比(SNR)の増大が生じる可能性が高い。しかし、コイル雑音が優勢な場合でも、信号対雑音比(SNR)の増大が生じる可能性が高い。これは、例えばRFスクリーンに対して非常に小さい距離を使用した場合に起こる可能性がある。SNRは、典型的には、sqrt(Q)、すなわちコイル共鳴の線質係数Qの平方根に比例する。典型的な線質係数Qは、空のコイルの場合、300〜600の範囲内である。患者装荷のため、線質係数Qは、約2分の1〜6分の1減少し得る。左/右(L−R)及び前/後(A−P)方向に縮小率がより高い場合、これらのコイルは、縮退設計で構成しなければならない。また、RFコイルの利用可能な独立したRFチャネルの数に応じて、RFシミングが実行可能である。4つの独立したRFチャネルを有するRFコイルの場合、RFシミングは、例えばRFコイルのz方向、すなわちRFコイルの長手方向、及びRFコイルのx−y方向に沿って実現することができる。
MR撮像システム内で、RFスクリーン、磁気勾配コイルシステム、及び主磁石は、典型的には、検査空間を取り囲むように同心円状に配置される。全体的に、MR撮像システムの典型的な全設備は、検査空間内に位置する被験者と、送受信コイルとして使用される全身RFコイル、例えば全身コイルと、RFスクリーンと、磁気勾配コイルシステムと、検査空間の中心を起点として径方向に動く主磁石とを備える。代替実施形態では、MR撮像システムは、局部RFコイルをさらに備え、局部RFコイルは、典型的には受信コイルとしてのみ使用され、被験者を少なくとも部分的に取り囲むように、全身コイルとして設けられたRFコイル内に配置される。この代替実施形態では、RFコイルは、全身コイルとして提供され、送信コイルとしてのみ使用される。さらに、勾配コイルシステムは、勾配コイルシステムの径方向外側区域に設けられたシムコイルを備えることができる。
医療システムにおいて、医療デバイスは、任意の適した種類のデバイス、例えば診断/分析又は治療デバイスとすることができる。診断デバイスは、呼吸/呼吸停止の検出のためのデバイス、心拍動検出デバイス、陽電子放出断層撮影法(PET)デバイス、特にPETレシーバ、バイオセンサ、カメラ検出器などを含む任意の適した種類の診断/分析デバイスを含むことができる。治療デバイスは、放射線治療システム、線形加速器(LINAC)デバイス、陽子線治療デバイス、MR温熱治療デバイスなどを含む任意の適した種類の治療デバイスを含むことができる。代替実施形態では、間隙はまた、MR撮像システムのRF増幅器を位置付けるために使用することができる。
医療デバイスは、検査空間及び/又は検査空間内に位置する被験者にアクセスするためのサイズ、形状、及び特定の必要性に応じて配置することができる。したがって、医療デバイスは、間隙内に配置することができ、又は医療デバイスは、間隙を通って検査空間及び/若しくは被験者にアクセスすることができる。例えば、検査空間の周りを回転可能な典型的なLINACデバイスが設けられ、RFコイルの構成要素と干渉するリスクなしに、間隙を通って被験者へ加速粒子を誘導することができる。
他の場合、医療デバイスは、MR温熱治療デバイスのように、例えば検査空間内に位置付けることができる。MR温熱治療デバイスへは、間隙を通ってアクセス及び/又は接続することができ、それによってMR撮像デバイス、特にRFコイルとの結合を低減させることができる。RFコイルの2つのセグメントの個別のコイル素子は、アプリケータの真下、すなわちこの場合はMR温熱治療デバイスの真下に位置しないため、良好な減結合を実現することができる。
好ましい実施形態によれば、2つのコイルセグメントが、互いに対して管状体の長手方向軸の周りに回転角をあけて配置される。したがって、RFコイルの長手方向に延びる2つのRFコイルセグメントのラングは、2つのRFコイルセグメント間に位置合わせすることができ、又は一方のRFコイルセグメントからのラングが、他方のRFコイルセグメントのラング間の方向を向くように配置することができる。
好ましい実施形態によれば、2つのコイルセグメントは、従来のバードケージ場を生成するように互いに結合される。好ましくは、2つのコイルセグメントは、λ/2(n倍)伝送線によって結合され、これは、2つのRFコイルセグメントを結合して従来のバードケージ場を生成する1つの可能性を提供する。λ/2結合により、間隙のない従来のコイルのように、例えば従来のバードケージコイルのように、2つのコイルセグメントを駆動することができる。したがって、既存のMR撮像システムにおいて従来のRFコイルの代わりに本発明のRFコイルを使用することができる。この交換は、MR撮像システムが医療システムの一部として使用されない独立型デバイスである場合、すなわちMR撮像システムが、検査空間へのアクセスを必要とする追加の治療又は診断デバイスとともに使用されない場合でも実行することができる。
好ましい実施形態によれば、2つのコイルセグメントは、互いに減結合され、独立して駆動される。2つのRFコイルセグメントを減結合することにより、RFコイル全体を4チャネルコイルアレイとして駆動可能にすることができる。したがって、RF場の励起を非常に正確且つ効率的に実現することができる。
好ましい実施形態によれば、2つのコイルセグメントは、別個のRF電力増幅器によって駆動することができ、又はハードウェアコンバイナ若しくはスプリッタを使用して駆動することができる。したがって、2つのコイルセグメントは、2つのRF電力増幅器によって独立して駆動することができる。別法として、2つのコイルセグメントは、単一のドライバのみによって組み合わせて駆動される。
好ましい実施形態によれば、RFコイルは、バードケージコイル及びTEMコイルの複合デザインを有する複合RFコイルとして提供され、このRFコイルは、その長手方向の中心領域でTEM状になり、その端部領域でバードケージ状になる。したがって、2つのRFコイルセグメントは、間隙から離れて位置する区域内の導電性リングと、導電性リングから間隙の方向に延びる導電性ラングとを備える。導電性ラングは、RFシールドに結合され、RFシールドは、RFコイル自体の一部とすることができ、又はMR撮像システムの一部とすることができる。RFコイルは、RFスクリーンを備え、導電性ラングは、間隙に面する端部でRFスクリーンに結合される。別法として、スクリーンは、MR撮像システムの一部とすることができ、導電性ラングは、面する端部でRFスクリーンに結合される。したがって、全体的なRFコイルは複合デザインをもたらし、その長手方向の中心領域でTEM状になり、端部でバードケージ状になる。従来のRFコイルの典型的なQBC寸法は、370mmのシールド半径、355mmのコイル半径、及び500mmのコイル長さを含む。そのような典型的な従来のRFコイルの場合、MR撮像システムの動作及び撮像品質に影響を及ぼすことなく、約20cmの間隙を実現することができる。好ましくは、RFコイルの長手方向において、間隙の幅は少なくとも5cmであり、さらに好ましい間隙の幅は少なくとも10cmであり、さらに好ましい間隙の幅は15cm〜20cmである。上記のコイル寸法は、例としてのみ与えられる。他のコイル寸法の場合、間隙の幅は異なっていてもよい。
好ましい実施形態によれば、RFコイルの少なくとも1つのセグメントは、多素子送信アレイとして提供される。したがって、ハードウェアコンバイナと組み合わせた場合、個別のRFコイルセグメント間の結合は低いため、2つのRFコイルセグメントの減結合はおそらく不要になる。
好ましい実施形態によれば、RFスクリーン、磁気勾配コイルシステム、及び主磁石の少なくとも1つは、検査空間の長手方向に2つのセグメントへとセグメント化され、これらのセグメントは、管状体の長手方向に互いに隔置され、2つのセグメント間には間隙が形成される。好ましくは、RFスクリーン、磁気勾配コイルシステム、及び/又は主磁石の間に提供される間隙は、2つのRFコイルセグメント間の間隙と位置合わせされる。したがって、RFコイルから分離された2つのRFコイルセグメント間の間隙によって実現される利点は、RFスクリーン、磁気勾配コイルシステム、又は主磁石にも当てはまる。RFスクリーンの場合、RFスクリーンセグメントは、単一の構成要素として提供することができ、2つのRFスクリーンセグメントは、機械的に相互接続される。しかし、2つのRFスクリーンセグメントは、2つの個別の構成要素に機械的に分割することもできる。検査空間及び管状体の長手方向は位置合わせされ、すなわちこれらの方向は同一である。
好ましい実施形態によれば、RFスクリーンは、検査空間の長手方向に2つのRFスクリーンセグメントへとセグメント化される。2つのRFスクリーンセグメントは、管状体の長手方向に互いに隔置され、2つのRFスクリーンセグメント間には間隙が形成され、代替のRFスクリーン素子が、間隙を通って2つのRFスクリーンセグメントを接続するように設けられる。効率的なRFスクリーニングを実現するために、RFスクリーンは、典型的には、RF場に対して非透過性の密なウエブ構造を有する金属シート又は金属ウエブとして提供される。さらに、ラングに関連して上記ですでに論じたように、RFスクリーンもまた、MR撮像システムとともにLINAC又は他の放射線デバイスを使用した場合、例えば放射線に対して非透過性である。放射線に対するRFスクリーンの透過性を高めるには、非導電性材料から作られた代替のRFスクリーン素子を設けること、導電性材料から作られたメッシュ状のスクリーンを使用すること、又はより高い透過性を有する導電層を使用することができる。例えば、約15〜40μmの厚さを有する銅から作られた薄い導電層が代替のRFスクリーン素子として使用される場合、この導電層はLINACデバイスからの放射線に対してほぼ透過性である。代替実施形態では、代替のRFスクリーン素子は、2つのRFスクリーンセグメントのうち、間隙を通って重複する部分の重複区域として提供することができる。更なる代替実施形態では、間隙を通って2つのRFスクリーンセグメントをガルバーニ接続するために、少なくとも1つの導電性ストリップを設けることができる。好ましくは、RFスクリーンの円周方向に隔置された複数の導電性ストリップが設けられる。したがって、代替のRFスクリーン素子は、間隙内に少なくとも1つの窓を有する素子として形成される。さらに、2つのRFスクリーンセグメント間に容量結合を提供することができる。したがって、RFスクリーンセグメント間の電気的接続を省略することができ、それにより、異なる種類の代替のRFスクリーン素子の使用が可能になる。検査空間及び管状体の長手方向は位置合わせされ、すなわちこれらの方向は同一である。
好ましい実施形態によれば、RFスクリーン、磁気勾配コイルシステム、及び主磁石は、検査空間の長手方向にそれぞれ2つのセグメントへとセグメント化され、2つのセグメントは、管状体の長手方向に互いに隔置され、2つのセグメントそれぞれの間に間隙が形成され、2つのRFスクリーンセグメントは、検査空間から外に向かって径方向に間隙に沿ってリング状に延びる。RFスクリーン、すなわち2つのRFスクリーンセグメントのこのデザインは、勾配コイルに対する遮蔽を提供するために、間隙の方向に延びるRFスクリーニングを提供する。間隙内に形成されたスロットは、RFコイルの典型的な寸法と比較すると狭く、放射線の抑制をもたらす。好ましくは、RFスクリーンセグメントは、径方向外方に折り畳まれる。好ましくは、RFコイルセグメントのラングは、RFスクリーンに接続され、その結果、RFスクリーンを介してRF電流が逆流することがあるため、間隙をRFスクリーン内にも設けることができる。検査空間及び管状体の長手方向は位置合わせされ、すなわちこれらの方向は同一である。
本発明の上記その他の態様は、以下に記載する実施形態から明らかになり、これらの実施形態を参照して解明される。しかし、そのような実施形態は、必ずしも本発明の全範囲を表すものではなく、したがって本発明の範囲について説明する特許請求の範囲及び本明細書を参照されたい。
磁気共鳴(MR)撮像システムの包括的な実施形態の一部の概略図である。 第1の実施形態によるRFコイルの概略図である。 第2の実施形態によるRFコイルをRFスクリーンとともに示す斜視図である。 所与の時点におけるシミュレートされた電流分布を示す図3のRFコイルの斜視図である。 それぞれ左側及び右側に結合及び減結合されたRFコイルセグメントを有するRFコイルに対する所与の時点におけるシミュレートされた電流分布を示す図3のRFコイルの斜視図である。 それぞれ左側及び右側に結合及び減結合されたRFコイルセグメントを有するRFコイルに対する上図の散乱パラメータ及び下図のスミスチャートの図表である。 容量性減結合を伴う多素子送信アレイとして用いられる第3の実施形態によるRFコイルの概略図である。 誘導性減結合を伴う多素子送信アレイとして用いられる第4の実施形態によるRFコイルの概略図である。 第5の実施形態によるRFコイルをRFスクリーンとともに示す斜視図である。 第5の実施形態のRFコイルを使用するシミュレートされたB場の図表である。 第5の実施形態のRFコイルを使用する周波数に対する入力インピーダンスの図表である。 第6の実施形態によるRFコイル及び医療デバイスを有するMR撮像システムを備える医療システムの概略図である。 第7の実施形態によるRFコイル及びセグメント化されたRFスクリーンを有し、代替のRFスクリーン素子がそれらの間に位置するMR撮像システムの概略図である。 第8の実施形態による2つのRFコイルセグメントを有するRFコイル及び減結合回路の概略図である。 第9の実施形態による2つのRFスクリーンセグメントを有するRFスクリーンを代替のRFスクリーン素子とともに示す概略図である。
図1は、MRスキャナ112を備える磁気共鳴(MR)撮像システム110の一実施形態の一部の概略図を示す。MR撮像システム110について、更なる実施形態のすべてに対するベースとして包括的にここで説明する。
MR撮像システム110は、静磁場を生成するために提供される主磁石114を含む。主磁石114は、被験者120、通常は患者が中に位置付けられる検査空間116を中心軸118の周りに提供する中央ボアを有する。この実施形態では、主磁石114の中央ボア、したがって静磁場は、中心軸118に従って水平の向きを有する。代替実施形態では、例えば垂直の向きを有する静磁場を提供するために、主磁石114を異なる向きにすることができる。さらに、MR撮像システム110は、静磁場に重ね合わせた勾配磁場を生成するために提供される磁気勾配コイルシステム122を備える。磁気勾配コイルシステム122は、当技術分野では知られているように、主磁石114のボア内に同心円状に配置される。
さらに、MR撮像システム110は、管状体を有する全身コイルとして設計された無線周波数(RF)コイル140を含む。代替実施形態では、RFコイル140は、MR撮像システム110内で使用するためのヘッドコイル又は任意の他の適したコイルタイプとしてデザインされる。RFコイル140は、RF送信位相中に検査空間116にRF磁場を印加して、MR画像によって含まれるべき被験者120の原子核を励起するために提供される。RFコイル140はまた、RF受信位相中に励起された原子核からMR信号を受け取るために提供される。MR撮像システム110の動作状態では、RF送信位相及びRF受信位相は連続して生じる。RFコイル140は、主磁石114のボア内に同心円状に配置される。当技術分野では知られているように、磁気勾配コイルシステム122とRFコイル140との間には、円筒形の金属RFスクリーン124が同心円状に配置される。
本明細書においては、RFコイル140を送受信コイルとして説明したことに留意されたい。しかし、RFコイル140は、送信コイル又は受信コイルとしてのみ提供することもできる。
さらに、MR撮像システム110は、当技術分野では一般に知られているように、取得されたMR信号からMR画像を再構成するために設けられるMR画像再構成ユニット130と、MRスキャナ112の機能を制御するために設けられるモニタユニット128を有するMR撮像システム制御ユニット126とを備える。MR撮像システム制御ユニット126とRF送信器ユニット134との間には、制御ライン132が設置される。RF送信器ユニット134は、RF送信位相中にRFスイッチングユニット136を介してMR無線周波数のRF電力をRFアンテナデバイス140に給電するために提供される。RFスイッチングユニット136もMR撮像システム制御ユニット126によって制御されることから、MR撮像システム制御ユニット126とRFスイッチングユニット136との間には、この目的を果たすために、別の制御ライン138が設置される。RF受信位相中、RFスイッチングユニット136は、RFコイル140からのMR信号を前置増幅後にMR画像再構成ユニット130へ誘導する。
図2は、第1の実施形態によって、MR撮像システム110の検査空間116にRF場を印加し、検査空間116からMR信号を受け取るRFコイル140を示す。被験者120は、RFコイル140内に位置する。RFコイルは、管状体142を備え、管状体142の長手方向144に2つのRFコイルセグメント146にセグメント化される。長手方向144は通常、z方向と呼ばれる。2つのRFコイルセグメント146は、管状体142の長手方向144に互いに隔置され、2つのRFコイルセグメント146間には間隙148が形成される。したがって、2つのRFコイルセグメント146は、図2に示すように、距離150をあけて隔置される。
図3は、第2の実施形態による、MR撮像システム110の検査空間116にRF場を印加し、検査空間116からMR信号を受け取るRFコイル140を示す。第1の実施形態によるRFコイル140の原理は、別途記載しない限り、第2の実施形態のRFコイル140にも当てはまる。
第2の実施形態のRFコイルは、バードケージコイル及びTEMコイルの複合デザインを有する複合RFコイル140として提供される。図3で見ることができるように、RFコイル140は、その長手方向144の中心領域152でTEM状になり、その端部領域154でバードケージ状になる。したがって、2つのRFコイルセグメント146は、間隙148から離れて位置する端部領域154内の導電性リング156と、導電性リング156から間隙148の方向に延びる導電性ラング158とを備える。この実施形態では、各RFコイルセグメント146は、RFコイル140の円周方向に等しく隔置された1組の16本の導電性ラング158を備える。代替実施形態では、RFコイル140は、2組の8本の導電性ラング158を備え、すなわち1組の8本の導電性ラング158が、各RFコイルセグメント146内に設けられる。導電性ラング158は、RFスクリーン124から数センチメートル、好ましくは2〜4センチメートルの距離をあけて設けられる。
導電性ラング158は、間隙148に面する端部で結合キャパシタ160によってRFスクリーン124に結合される。代替実施形態では、導電性ラング158は、例えばRFスクリーン124に近接するパッドを使用して、RFスクリーン124にガルバーニ接続又は容量結合される。更なる代替実施形態では、RFスクリーン124は、RFコイル140自体の一部である。したがって、RFコイル140は複合デザインをもたらし、その中心領域152内でTEM状になり、端部領域154内でバードケージ状になる。RFコイル140は、半径370mmのRFスクリーン124を備え、RFコイル140の半径は355mmであり、コイル長さは500mmである。間隙148の長さは、約20cmである。したがって、各RFコイルセグメント146のコイルセグメント長さは、例えば50cmのRFコイル長さから間隙の長さ20cmを引いて2で割った値である約15cmである。
図3で詳細に見ることができるように、RFコイルセグメント146は、管状体142の長手方向144に本質的に同じ長さを有する。RFコイルセグメント146は、この図には示していないが、個別の給電ポートを備える。RFコイルセグメント146は、RFコイル140を2つのRFコイルセグメント146に電気的に分離することを意味し、その結果、RFコイルセグメント146の共鳴器は、間隙148によって互いに隔置される。この実施形態のRFコイルセグメント146は、2つの個別のRFコイルセグメント146に機械的にも分割される。代替実施形態では、RFコイル素子146は、単一の構成要素として提供され、2つのRFコイルセグメント146は、機械的に相互接続される。
図4は、第2の実施形態のRFコイル140に対する所与の時点におけるシミュレートされた電流分布を示す。図4で見ることができるように、2つのRFコイルセグメント146を通る電流は、ほとんど同一である。
RFコイルセグメント146の減結合のための一般的な技法は、例えば、参照により本明細書に組み込まれている、米国特許出願公開第2013/0063147(A1)号から知られている。
図5に、第2の実施形態のRFコイル140に対する所与の時点におけるシミュレートされた電流分布を示す。図6は、それぞれ左側及び右側に結合及び減結合されたRFコイルセグメント146を有するRFコイル140に対する電流分布を示す。
図6では、上側の図に、図5の図面に従ってそれぞれ左側及び右側に結合及び減結合されたRFコイルセグメント146を有するRFコイル140に対する散乱パラメータが描かれている。
さらに、図6では、下側の図に、図5の図面に従ってそれぞれ左側及び右側に結合及び減結合されたRFコイルセグメント146を有するRFコイル140に対するスミスチャートが描かれている。
図7は、第3の実施形態による、MR撮像システム110の検査空間116にRF場を印加し、検査空間116からMR信号を受け取るRFコイル140を示す。第1及び第2の実施形態によるRFコイル140の原理は、別途記載しない限り、第3の実施形態のRFコイル140にも当てはまる。
第3の実施形態によるRFコイル140は、容量性減結合を伴う多素子送信アレイとして用いられる。したがって、複数の素子がメッシュ174として提供され、メッシュ174には、給電ポート176を介して給電することができる。メッシュ174内には、結合キャパシタ178が設けられる。また、結合キャパシタ178を容易に区別するために、結合キャパシタ178をCri及びCruと示す。RFコイル140は、個別のメッシュ174が減結合されるように的確な比Cri/Cruを選ぶことによって、縮退RFコイル140として提供することができる。したがって、2つのRFコイルセグメント146内の個別の各メッシュ174は、Tx/Rx並列RFシステムによって独立して駆動することができる。
図8は、第4の実施形態による、MR撮像システム110の検査空間116にRF場を印加し、検査空間116からMR信号を受け取るRFコイル140を示す。第3の実施形態によるRFコイル140の原理は、別途記載しない限り、第4の実施形態のRFコイル140にも当てはまる。
第4の実施形態のRFコイル140は、減結合に関して、第3の実施形態のRFコイル140とは異なる。図8によれば、誘導性減結合変圧器180は、隣接するメッシュ174間に設けられる。この違いを除いて、第3及び第4の実施形態のRFコイル140は同一である。
図9は、第5の実施形態による、MR撮像システム110の検査空間116にRF場を印加し、検査空間116からMR信号を受け取るRFコイル140を示す。前述の実施形態によるRFコイル140の原理は、別途記載しない限り、第5の実施形態のRFコイル140にも当てはまる。
第5の実施形態のRFコイル140は、第2の実施形態のRFコイル140とほとんど同一である。第5の実施形態と第2の実施形態のRFコイル140は、第5の実施形態の2つのコイルセグメント146が管状体142の長手方向軸の周りに回転角182だけ互いにずれて配置されるという点で異なる。したがって、一方のRFコイルセグメント146からの導電性ラング158は、他方のRFコイルセグメント146の導電性ラング158の間の方向を向いている。
図10では、第5の実施形態のRFコイルを使用するシミュレートされたB場の図表を見ることができる。シミュレートされたコイルデザインの冠状面及び横断面におけるB場の均一性を、それぞれ図10の右図及び左図に示す。等高線は、アイソセンタの場と比較して10%単位で示す。図からわかるように、RFコイル140に設けられた間隙148において均質な径方向の場が提供される。中心(z)軸上の場は、標準的なバードケージコイルと比較して非常に類似している。したがって、2つのRFコイルセグメント146は、検査空間116内、特に間隙148内に均一のB場を提供するように共通制御される。
図11では、第5の実施形態のRFコイル140を使用する周波数に対する入力インピーダンスを見ることができる。入力インピーダンスは、2つの非常に近接した共鳴を示す。この均一モードは63.86MHzに調整され、第2のモードは63.53MHzで生じる。したがって、RFコイル140を2つのRFコイルセグメント146に分離することによって、モード分離が生成される。2つのモードは、ちょうど約300kHzによって分割される。したがって、第5の実施形態のRFコイル140の場合、直交コイルに対する4ポート給電が提案される。別法として、2×2=4チャネルのzセグメント化されたボディコイルのようなコイルを使用するために、追加の減結合を実行することもできる。
図12は、第6の実施形態による医療システム200を概略的に示す。医療システム200は、RFコイル140及び医療デバイス202を有する上記のMR撮像システム110を備える。
図12で見ることができるように、MR撮像システム110は、図1に関連して上述したように、第1〜5の実施形態に関連して上述したRFコイル140と、RFスクリーン124と、磁気勾配コイルシステム122と、主磁石114とを備える。RFコイル140、RFスクリーン124、磁気勾配コイルシステム122、及び主磁石114は、検査空間116を取り囲むように同心円状に配置される。RFコイル140、RFスクリーン124、磁気勾配コイルシステム122、及び主磁石114は、検査空間116の長手方向144にそれぞれ2つのセグメント、すなわち2つのRFコイルセグメント146、2つのRFスクリーンセグメント204、2つの勾配コイルセグメント206、及び2つの磁石セグメント208にセグメント化され、これらのセグメントはすべて、管状体142の長手方向144に互いに隔置され、その結果、それぞれのセグメント146、204、206、208間に間隙148が形成される。間隙148は、それぞれのセグメント146、204、206、208を位置合わせすることによって、RFコイルセグメント146、RFスクリーンセグメント204、勾配コイルセグメント206、及び主磁石セグメント208に対する単一の間隙148として提供される。
図12でさらに見ることができるように、2つのRFスクリーンセグメント204はそれぞれ、リング状延長部210を備える。リング状延長部210は、それぞれのRFスクリーンセグメントから間隙148に沿って検査空間116から外に向かって径方向に延びる。
医療デバイス202は、RFコイル140、RFスクリーン124、勾配コイルシステム122、及び主磁石116の間隙148を通ってMR撮像システム110の検査空間16にアクセスするように配置される。したがって、設けられた間隙148により、例えば間隙148を通って医療処置を施すための医療デバイス202として医療処置/治療デバイスを使用する場合、間隙148を通じて医療デバイスを被験者116に当てることが実行可能となる。
医療デバイス202は、任意の適した種類のデバイス、例えば診断又は治療デバイスとすることができる。治療デバイスは、放射線治療システム、LINACデバイス、陽子線治療デバイス、MR温熱治療デバイスなどを構成することができる。
図13は、第7の実施形態による医療システム200を概略的に示す。医療システム200は、RFコイル140及び医療デバイス202を有する上記のMR撮像システム110を備え、以下に詳述するように、RFスクリーン124のデザインに関してのみ、第1の実施形態の医療システム200とは異なる。
図13で見ることができるように、RFスクリーン124は、第6の実施形態に関連して上述したように、2つのRFスクリーンセグメント204に分離され、互いに隔置される。第7の実施形態による2つのRFスクリーンセグメント204は、間に位置する代替のRFスクリーン素子212によって相互接続される。したがって、代替のRFスクリーン素子212は、間隙148を通って2つのRFスクリーンセグメント204を接続するように設けられる。放射線に対するRFスクリーン124の透過性を高めるには、非導電性材料から作られた代替のRFスクリーン素子212を設けることができ、導電性材料から作られたメッシュ状のRFスクリーン素子212を使用することができ、又はより高い透過性を有する導電層を代替のRFスクリーン素子212として使用することができる。
図14は、第8の実施形態によるRFコイル140を概略的に示す。RFコイル140は、上記の実施形態のRFコイル140に従って提供される。
図14で見ることができるように、RFコイルの2つのRFコイルセグメント146は、減結合回路216に接続された低損失ケーブル214を使用して減結合される。これにより、間隙148を介した2つのRFコイルセグメント146間のあらゆるケーブル又はストリップライン接続が防止される。各RFコイルセグメント146は、直交モードで駆動されるか、又は別個の独立した送信器によって駆動される。代替実施形態では、RFコイルセグメント146は、低放射線及び減衰を提供する細いストリップライン導体又は可撓性の薄いPCB材料を使用して、間隙148を介して減結合される。
図15は、第9の実施形態によるRFコイル140のRFスクリーン124を示す。RFコイル140及びRFスクリーン124は、前述の実施形態に従って提供される。図15で見ることができるように、RFスクリーン124は、2つのRFスクリーンセグメント204を備える。2つのRFスクリーンセグメント204は隔置され、それによってRFスクリーンセグメント204間に間隙148を提供する。各RFスクリーンセグメント204は、勾配渦電流を低減させ、RFコイルセグメント146のミラーRF電流のためのRF電流の流れを可能にするために、長手方向144に延びる構造を備える。間隙内に、放射線の透過性のために、開口220が設けられる。この実施形態では、材料を含まない窓状の開口220が提供される。代替実施形態では、開口220は、薄いメッシュのような非導電性材料若しくは導電性材料、又はRFスクリーンセグメント204とは異なる薄い導電層を含む。
本発明について、図面及び上記の説明において詳細に図示及び説明を行ってきたが、そのような図示及び説明は、限定的ではなく説明的又は例示的であると見なされるべきであり、本発明は、開示する実施形態に限定されるものではない。開示する実施形態に対する他の変形形態は、当業者であれば、請求項に係る本発明を実施する上で、図面、開示、及び添付の特許請求の範囲の考察から理解及び実行することができる。特許請求の範囲では、「備える、含む(comprising)」という単語は、他の要素又はステップを除外するものではなく、不定冠詞「a」又は「an」は、複数を除外するものではない。相互に異なる従属請求項に特定の方策が記載されていることだけで、これらの方策の組合せを有利に使用することができないことを示すものではない。特許請求の範囲内のいかなる参照符号も、範囲を限定するものとして解釈されるべきでない。
110 磁気共鳴(MR)撮像システム
112 磁気共鳴(MR)スキャナ
114 主磁石
116 RF検査空間
118 中心軸
120 被験者
122 磁気勾配コイルシステム
124 RFスクリーン
126 MR撮像システム制御ユニット
128 モニタユニット
130 MR画像再構成ユニット
132 制御ライン
134 RF送信器ユニット
136 RFスイッチングユニット
138 制御ライン
140 無線周波数(RF)コイル
142 管状体
144 長手方向
146 RFコイルセグメント
148 間隙
150 距離
152 中心領域
154 端部領域
156 導電性リング
158 導電性ラング
160 結合キャパシタ
174 メッシュ
176 給電ポート
178 結合キャパシタ
180 誘導性減結合変圧器
182 回転角
200 医療システム
202 医療デバイス
204 RFスクリーンセグメント
206 勾配コイルセグメント
208 磁石セグメント
210 リング状延長部
212 代替のスクリーン素子
214 低損失ケーブル
216 減結合回路
218 構造
220 開口

Claims (13)

  1. 磁気共鳴(MR)撮像システムの検査空間にRF場を印加し且つ/又は前記検査空間からMR信号を受け取る無線周波数(RF)コイルであって、
    前記RFコイルは、管状体を備え、前記管状体の長手方向に第1のコイルセグメント及び第2のコイルセグメントへとセグメント化され、
    前記第1のコイルセグメント及び前記第2のコイルセグメント間には間隙が形成され、
    前記RFコイルは、バードケージコイル及びTEMコイルの複合デザインを有する複合RFコイルとして提供され、
    前記間隙から離れて位置する区域内で前記第1のコイルセグメント及び前記第2のコイルセグメントがそれぞれ第1の導電性リング及び第2の導電性リングを備え、且つ前記第1のコイルセグメント及び前記第2のコイルセグメントが、前記第1の導電性リング及び前記第2の導電性リングからそれぞれ前記間隙の方向に延び、前記管状体の前記長手方向に隔置される、第1の導電性ラング及び第2の導電性ラングを備え、前記第1及び第2の導電性ラングは前記間隙に面する端部で前記検査空間を遮蔽するRFスクリーンに結合されることにより、前記RFコイルは、当該RFコイルの前記長手方向の中心領域でTEM状になり、当該RFコイルの端部領域でバードケージ状になる、無線周波数(RF)コイル。
  2. 前記第1のコイルセグメント及び前記第2のコイルセグメントは、互いに対して前記管状体の長手方向軸の周りに回転角をあけて配置される、請求項1に記載の無線周波数(RF)コイル。
  3. 前記第1のコイルセグメント及び前記第2のコイルセグメントは、従来のバードケージ場を生成するように互いに結合される、請求項1又は2に記載の無線周波数(RF)コイル。
  4. 前記第1のコイルセグメント及び前記第2のコイルセグメントは、互いに減結合され、独立して駆動される、請求項1又は2に記載の無線周波数(RF)コイル。
  5. 前記第1のコイルセグメント及び前記第2のコイルセグメントは、別個のRF電力増幅器によって駆動することができるか、又はハードウェアコンバイナ若しくはスプリッタを使用して駆動することができる、請求項1乃至4の何れか一項に記載の無線周波数(RF)コイル。
  6. 前記RFコイルの少なくとも1つのセグメントは、多素子送信アレイとして提供される、請求項1乃至5の何れか一項に記載の無線周波数(RF)コイル。
  7. 被験者を中に位置付けるために提供される管状の検査空間と、
    前記検査空間を遮蔽するRFスクリーンと、
    静磁場に重ね合わせた勾配磁場を生成する磁気勾配コイルシステムと、
    前記静磁場を生成する主磁石とを備え、
    前記RFスクリーン、前記磁気勾配コイルシステム、及び前記主磁石が、この順で検査空間の周りから外に向かって径方向に位置付けられ、
    請求項1乃至6の何れか一項に記載の無線周波数(RF)コイルの少なくとも1つを備える、磁気共鳴(MR)撮像システム。
  8. 前記RFスクリーン、前記磁気勾配コイルシステム、及び前記主磁石の少なくとも1つは、前記検査空間の長手方向に2つのセグメントへとセグメント化され、前記2つのセグメントは、管状体の前記長手方向に互いに隔置され、前記2つのセグメント間には間隙が形成される、請求項7に記載の磁気共鳴(MR)撮像システム。
  9. 前記RFスクリーンは、前記検査空間の前記長手方向に2つのRFスクリーンセグメントへとセグメント化され、
    前記2つのRFスクリーンセグメントは、前記管状体の前記長手方向に互いに隔置され、前記2つのRFスクリーンセグメント間には前記間隙が形成され、
    代替のRFスクリーン素子が、前記間隙を通って前記2つのRFスクリーンセグメントを接続するように設けられる、
    請求項7又は8に記載の磁気共鳴(MR)撮像システム。
  10. 前記RFスクリーン、前記磁気勾配コイルシステム、及び前記主磁石は、前記検査空間の前記長手方向にそれぞれ2つのセグメントへとセグメント化され、
    前記2つのセグメントは、前記管状体の前記長手方向に互いに隔置され、前記2つのセグメントそれぞれの間に前記間隙が形成され、
    前記2つのRFスクリーンセグメントは、前記検査空間から外に向かって前記径方向に前記間隙に沿ってリング状に延びる、
    請求項7乃至9の何れか一項に記載の磁気共鳴(MR)撮像システム。
  11. 請求項7乃至10の何れか一項に記載の磁気共鳴(MR)撮像システムと、
    前記RFコイルの間隙を通って前記磁気共鳴(MR)撮像システムの前記検査空間にアクセスするように配置された医療デバイスと、を備える、医療システム。
  12. 磁気共鳴(MR)撮像システムの検査空間に無線周波数(RF)場を印加する方法であって、前記方法は、
    2つのRFコイルセグメントを有する請求項に記載の無線周波数(RF)コイルの少なくとも1つを提供するステップと、
    前記2つのRFコイルセグメントを共通制御して、前記間隙内に均一のB1場を提供するステップと、を含む、方法。
  13. 磁気共鳴(MR)撮像システムをアップグレードするプログラムであって、請求項12に記載の方法に従って前記MR撮像システムを制御する命令を含む、プログラム
JP2017519684A 2014-10-17 2015-10-19 間隙及びRFスクリーンを有するzセグメント化されたMRI用RFコイル、及び、当該MRI用RFコイルを含むMRIシステムの検査空間にRF場を印加する方法 Expired - Fee Related JP6670306B2 (ja)

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