JP6995118B2 - 磁気共鳴撮像(mri)システム用の適合型後部無線周波数(rf)コイルアレイ - Google Patents

磁気共鳴撮像(mri)システム用の適合型後部無線周波数(rf)コイルアレイ Download PDF

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Description

関連出願の相互参照
本出願は、2016年11月23日出願の米国仮特許出願第62/426,010号の優先権を主張する。この仮出願の全体は参照により本明細書に援用される。
本明細書に開示する主題の実施形態は、磁気共鳴撮像法(MRI)に関し、より詳細には、MRI無線周波数(RF)コイルに関する。
磁気共鳴撮像法(MRI)は、X線または他の電離放射線を使用せずに人体の内部の画像を作成することができる医用撮像診断法である。MRIシステムは、強力で均一な静磁場を作り出すための超電導マグネットを含む。人体または人体の一部が磁場中に置かれると、組織水中の水素原子核に関連する核スピンが分極化され、これらのスピンに関連する磁気モーメントが磁場の方向に沿って優先的に整列し、その結果、その軸に沿って小さな正味の組織磁化が生じる。MRIシステムはまた、身体の各位置にシグネチャ共鳴周波数を生成することによって磁気共鳴(MR)信号を空間的に符号化するために、直交軸でより小さい振幅の空間的に変化する磁場を生成する勾配磁場コイルを含む。次に、無線周波数(RF)コイルを使用して水素原子核の共鳴周波数またはその付近の周波数のRFエネルギーのパルスを発生させ、それが核スピン系にエネルギーを加える。核スピンが緩和してそれらの静止エネルギー状態に戻ると、それらは吸収されたエネルギーをMR信号の形で放出する。この信号はMRIシステムによって検出され、コンピュータおよび既知の再構成アルゴリズムを用いて画像に変換される。
米国特許出願公開第2016/0135711号明細書
述べたように、RFコイルは、MRIシステムにおいてRF励起信号を送信するため(「送信コイル」)、および撮像対象によって放出されるMR信号を受信するために(「受信コイル」)使用される。コイルインターフェースケーブルを使用して、RFコイルと処理システムの他の態様との間で信号を伝送し、例えばRFコイルを制御し、および/またはRFコイルから情報を受信することができる。しかしながら、従来のRFコイルはかさばって硬くなる傾向があり、アレイ内の他のRFコイルに対して固定された位置に維持されるように構成されている。このかさばりおよび可撓性の欠如は、しばしばRFコイルループが所望の解剖学的構造と最も効率的に結合することを妨げ、それらを撮像対象にとって非常に不快にする。さらに、コイル対コイルの相互作用は、範囲または撮像加速の観点からコイルの大きさを設定しおよび/またはコイルを非理想的に配置することを要求する。
一実施形態では、磁気共鳴撮像(MRI)システム用の後部無線周波数(RF)コイルアレイは、誘電材料によって封入され分離された2つの平行なワイヤ導体を含む分布キャパシタンスループ部分であって、2つの平行なワイヤ導体は、その終端部間でループ部分の全長に沿って誘電材料によって別々に維持されている、分布キャパシタンスループ部分と、前置増幅器を含む結合電子回路部分と、連続しておよび/または隣接して配置された複数のバランまたはコモンモードトラップを含むコイルインターフェースケーブルと、を含む。このようにして、アレイ内のRFコイルをより任意に配置することを可能にし、固定されたコイル重なりまたは電子回路の配置を考慮に入れる必要なしに、コイルの配置および/またはサイズが所望の解剖学的範囲に基づくことを可能にする可撓性RFコイルアセンブリを提供することができる。コイルは、比較的容易に対象とする解剖学的構造に適合することができる。加えて、最小化された材料および製造工程によってコイルのコストおよび重量を著しく下げることができ、従来のコイルに対して本開示のRFコイルの製造および小型化においては、環境に優しい工程を使用することができる。
上記の簡単な説明は、詳細な説明でさらに説明される概念の選択を簡略化した形で紹介するために提供されていることを理解されたい。特許請求される主題の重要なまたは本質的な特徴を特定することは意図されておらず、その主題の範囲は詳細な説明に添付される特許請求の範囲によって一義的に定義される。さらに、特許請求される主題は、上記のまたは本開示の任意の部分に記載の欠点を解決する実施態様に限定されない。
本開示は、非限定的な実施形態の以下の説明を、添付の図面を参照して読むことにより、より良く理解されるであろう。
MRIシステムのブロック図である。 コントローラ部に結合された例示的なRFコイルを概略的に示す図である。 第1の例示的なRFコイルおよび関連する結合電子回路を示す図である。 第2の例示的なRFコイルおよび関連する結合電子回路を示す図である。 例示的なRFコイルの分布キャパシタンスループ部分の断面図である。 後部RFコイルアレイの一例を示す図である。 例示的な後部RFコイルアレイのRFコイル構成を示す図である。 例示的な後部RFコイルアレイの分解図である。 例示的な後部RFコイルアレイの断面図である。 処理システムとMRIシステムのRFコイルアレイとの間に配置された複数の連続および/または隣接するコモンモードトラップを含む例示的なRFコイルアレイインターフェースケーブルを概略的に示す図である。 複数の連続および/または隣接するコモンモードトラップを含む例示的なRFコイルアレイインターフェースケーブルを概略的に示す図である。 複数の連続および/または隣接するコモンモードトラップを含む例示的なRFコイルアレイインターフェースケーブルを概略的に示す図である。
以下の説明は、MRIシステムにおける無線周波数(RF)コイルの様々な実施形態に関する。特に、システムおよび方法は、複数の点で効果的に透明である、低コスト可撓性の軽量なRFコイルのために提供される。RFコイルは軽量であり、RFコイルによって可能にされる可撓性のパッケージを考えると、RFコイルは被検体に対して効果的に透明である。RFコイルはまた、磁気的および電気的結合機構の最小化のために、RFコイルのアレイ内の他のRFコイルに対して効果的に透明である。さらに、RFコイルは、キャパシタンスの最小化を通じて他の構造に対して効果的に透明であり、質量減少により陽電子に対して透明であり、ハイブリッド陽電子放出断層撮影(PET)/MR撮像システムにおけるRFコイルの使用を可能にする。本開示のRFコイルは、様々な磁場強度のMRIシステムにおいて使用することができる。
MRIシステムは、図6~図9に示すように、後部RFコイルアレイを含むことができる。後部RFコイルアレイは、MRIシステムによって撮像された被検体の身体を支持するように成形されている。後部RFコイルアレイは、複数の可撓性RFコイルを含むことができ、各RFコイルは、ループ部分と、MRIシステムのプロセッサまたはコントローラ部とインターフェースするように構成された結合電子回路部分と、を含む。RFコイルは、後部RFコイルアレイ内に埋め込まれ、撮像される被検体の身体に対して配置されるように構成された各RFコイルアレイの外面に近接するように配置される。
本開示のRFコイルは、従来のRFコイルで使用されるものよりも著しく少ない量の銅、プリント回路基板(PCB)材料および電子部品を含み、誘電材料によって封入され分離された平行細長ワイヤ導体を含み、コイル要素を形成する。平行ワイヤは、個別のキャパシタを必要とせずに低リアクタンス構造を形成する。損失を許容できるように保つような大きさの最小の導体は、コイルループ間のキャパシタンスの大部分を排除し、電場結合を減少させる。大きなサンプリングインピーダンスとインターフェースすることにより、電流が減少し、磁場結合が最小になる。電子回路は、質量および重量を低く保ち、所望の磁場との過度の相互作用を防ぐために、サイズおよび内容物が最小限に抑えられる。パッケージは解剖学的構造への適合、信号対雑音比(SNR)および撮像加速を最適化することを可能にする極めて可撓性のものとなり得る。
MR用の従来の受信コイルは、キャパシタによってそれらの間に接合されたいくつかの導電性間隔からなる。キャパシタの値を調整することで、RFコイルのインピーダンスを最小値にすることができ、通常、この値は低い抵抗により特徴付けられる。共振周波数では、蓄積された磁気エネルギーと電気エネルギーが周期的に交番する。各導電性区間は、その長さと幅に起因して、電気エネルギーが静電気として周期的に蓄えられる一定の自己キャパシタンスを有する。この電気の分配は、5~15cm程度の導電性間隔の全長にわたって起こり、同様の範囲の電気双極子場を引き起こす。大きな誘電体負荷の近くでは、間隔の自己キャパシタンスが変化し、したがって、コイルが離調する。損失の大きい誘電体の場合、双極子電場は、コイルによって観察される全体的な抵抗の増加によって特徴付けられるジュール散逸を引き起こす。
対照的に、本開示のRFコイルは、その周囲に沿ってそのコモンモード電流の位相および振幅が均一であるため、ほぼ理想的な磁気ダイポールアンテナを表す。RFコイルのキャパシタンスは、ループの周囲に沿って2つのワイヤ導体の間に作られる。保存的な電場は、2本の平行なワイヤと誘電体フィラー材料の小さな断面内に厳密に閉じ込められている。2つのRFコイルが重なり合う場合、交差部または重なり部における寄生キャパシタンスは、2つの重なり合う銅トレースと比較して大幅に減少する。RFコイルの薄い断面は、2つの従来のトレースベースのループと比較して、より良い磁気的分離を可能にし、2つのループ間の重大な重なりを減少または排除する。
図1は、超電導マグネット部12、勾配磁場コイル部13、RFコイル部14、RF本体またはボリュームコイル部15、送信/受信(T/R)スイッチ20、RF駆動部22、勾配磁場コイル駆動部23、データ取得部24、コントローラ部25、テーブル26、データ処理部31、操作コンソール部32、および表示部33を含む磁気共鳴撮像(MRI)装置10を示す。一例では、RFコイル部14は表面コイルであり、これは典型的には被検体16の関心のある解剖学的構造に近接して配置される局所コイルである。ここで、RF本体コイル部15はRF信号を送信する送信コイルであり、局所表面RFコイル部14はMR信号を受信する。したがって、送信本体コイル(例えば、RF本体コイル部15)および表面受信コイル(例えば、RFコイル部14)は、独立しているが電磁結合構造である。MRI装置10は、被検体16からMR信号を取得するためのスキャンを実行するために形成される静磁場と共に、撮像空間18に配置された被検体16に電磁パルス信号を送信し、スキャンによって得られたMR信号に基づいて被検体16の画像を再構成する。
超電導マグネット部12は、例えば環状超電導マグネットを含み、トロイダル真空容器内に取り付けられている。マグネットは、被検体16を囲む円筒形の空間を画定し、円筒形の空間のZ方向に沿って一定の強力で均一な静磁場を発生させる。
また、MRI装置10は、RFコイル部14が受信したMR信号に3次元位置情報を与えるために撮像空間18内に勾配磁場を発生させる勾配磁場コイル部13を備えている。勾配磁場コイル部13は、互いに直交する3つの空間軸のうちの1つに勾配のある勾配磁場を発生し、周波数符号化方向、位相符号化方向、および撮像条件に応じたスライス選択方向のそれぞれに勾配磁場を発生する3つの勾配磁場コイルシステムを含む。より具体的には、勾配磁場コイル部13は、被検体16のスライス選択方向に勾配磁場を印加してスライスを選択し、RF本体コイル部15は、被検体16の選択された関心領域(ROI)にRF信号を送信して励起する。また、勾配磁場コイル部13は、被検体16の位相符号化方向に勾配磁場を印加して、RF信号により励起されたROIからのMR信号を位相符号化する。次いで、勾配磁場コイル部13は、被検体16の周波数符号化方向に勾配磁場を印加して、RF信号により励起されたROIからのMR信号を周波数符号化する。
RFコイル部14は、例えば、被検体16の撮像領域を囲むように配置されている。いくつかの例では、RFコイル部14は表面コイルまたは受信コイルと呼ばれることがある。超電導マグネット部12によって静磁場が形成される静磁場空間または撮像空間18において、RFコイル部14は、コントローラ部25からの制御信号に基づいて、電磁波であるRF信号を被検体16に向けて送信し、これにより高周波磁場を生成する。これにより、スライス内の陽子のスピンが励起されて被検体16が撮像される。RFコイル部14は、被検体16の撮像対象スライス内で励起された陽子スピンが初期磁化ベクトルと整列するように戻ったときに発生する電磁波を磁気共鳴信号として受信する。RFコイル部14は、同じRFコイルを用いてRF信号を送受信することができる。
RF本体コイル部15は、例えば撮像空間18を囲むように配置されており、超電導マグネット部12が撮像空間18内に発生させる主磁場と直交するRF磁場パルスを発生させて核を励起させる。MRI装置10から切り離されて別のRFコイル部と交換することができるRFコイル部14とは対照的に、RF本体コイル部15はMRI装置10に固定的に取り付けられ接続される。さらに、RFコイル部14を構成するものなどの局所コイルは、被検体16の局所領域のみから信号を送信または受信することができるのに対して、RF本体コイル部15は、一般に、より大きいカバレージエリアを有する。RF本体コイル部15は、例えば、被検体16の全身に信号を送信または受信するために使用することができる。受信専用の局所コイルおよび送信用の本体コイルを使用することは、被検体に高RF電力が蓄積されることを犠牲にして、均一なRF励起および良好な画像均一性を提供する。送受信用局所コイルの場合、局所コイルは関心領域にRF励起を提供し、MR信号を受信し、それによって被検体に蓄積されるRF電力を減少させる。RFコイル部14および/またはRF本体コイル部15の特定の用途は撮像用途に依存することを理解されたい。
T/Rスイッチ20は、受信モードで動作しているときにRF本体コイル部15をデータ取得部24に、送信モードで動作しているときにRF駆動部22に選択的に電気的に接続することができる。同様に、T/Rスイッチ20は、RFコイル部14が受信モードで動作しているときにRFコイル部14をデータ取得部24に、送信モードで動作しているときにRF駆動部22に選択的に電気的に接続することができる。RFコイル部14とRF本体コイル部15の両方が単一のスキャンで使用される場合、例えば、RFコイル部14がMR信号を受信するように構成され、RF本体コイル部15がRF信号を送信するように構成されている場合には、T/Rスイッチ20は、RF駆動部22からの制御信号をRF本体コイル部15に導き、RFコイル部14からの受信MR信号をデータ取得部24に導くことができる。RF本体コイル部15のコイルは、送信専用モード、受信専用モード、または送信受信モードで動作するように構成されてもよい。局所RFコイル部14のコイルは、送信-受信モードまたは受信専用モードで動作するように構成されてもよい。
RF駆動部22は、RFコイル部14を駆動して撮像空間18に高周波磁場を形成するためのゲート変調器(図示せず)、RF電力増幅器(図示せず)およびRF発振器(図示せず)を含む。RF駆動部22は、コントローラ部25からの制御信号に基づき、ゲート変調器を用いて、RF発振器から受信したRF信号を所定の包絡線を有する所定のタイミングの信号に変調する。ゲート変調器によって変調されたRF信号は、RF電力増幅器によって増幅された後に、RFコイル部14に出力される。
勾配磁場コイル駆動部23は、コントローラ部25からの制御信号に基づいて勾配磁場コイル部13を駆動して撮像空間18内に勾配磁場を発生させる。勾配磁場コイル駆動部23は、勾配磁場コイル部13に含まれる3つの勾配磁場コイルシステムに対応する3系統の駆動回路(図示せず)を含む。
データ取得部24は、RFコイル部14が受信した磁気共鳴信号を取得するために用いられる前置増幅器(図示せず)、位相検出器(図示せず)、およびアナログ/デジタル変換器(図示せず)を含む。データ取得部24において、位相検出器は、RF駆動部22のRF発振器からの出力を基準信号として、RFコイル部14から受け取って前置増幅器で増幅された磁気共鳴信号を位相検出し、位相検出されたアナログ磁気共鳴信号をアナログ/デジタル変換器に出力してデジタル信号に変換する。こうして得られたデジタル信号は、データ処理部31に出力される。
MRI装置10は、その上に被検体16を置くためのテーブル26を含む。コントローラ部25からの制御信号に基づいてテーブル26を移動させることにより、被検体16を撮像空間18の内外に移動させることができる。
コントローラ部25は、コンピュータと、コンピュータによって実行されるプログラムが記録された記録媒体と、を含む。このプログラムは、コンピュータによって実行されると、装置の様々な部分に所定のスキャンに対応する動作を実行させる。記録媒体は、例えば、ROM、可撓性ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD-ROM、不揮発性メモリなどを含むことができる。コントローラ部25は、操作コンソール部32に接続されており、操作コンソール部32に入力された操作信号を処理し、さらにテーブル26、RF駆動部22、勾配磁場コイル駆動部23およびデータ取得部24を、それらに制御信号を出力することにより制御する。コントローラ部25はまた、操作コンソール部32から受信した操作信号に基づいて、所望の画像を取得するためにデータ処理部31および表示部33を制御する。
操作コンソール部32は、タッチスクリーン、キーボード、マウスなどのユーザ入力装置を含む。操作コンソール部32は、例えば、撮像プロトコルなどのデータを入力し、撮像シーケンスを実行する領域を設定するためにオペレータによって使用される。撮像プロトコルおよび撮像シーケンス実行領域に関するデータは、コントローラ部25に出力される。
データ処理部31は、コンピュータと、コンピュータが所定のデータ処理を実行するためのプログラムを記録した記録媒体と、を含む。データ処理部31は、コントローラ部25と接続されており、コントローラ部25から受信した制御信号に基づいてデータ処理を行う。データ処理部31は、データ取得部24とも接続されており、データ取得部24から出力された磁気共鳴信号に各種の画像処理を施してスペクトルデータを生成する。
表示部33は表示装置を含み、コントローラ部25から受信した制御信号に基づいて表示装置の表示画面に画像を表示する。表示部33は、例えば、オペレータが操作コンソール部32から操作データを入力するための入力項目に関する画像を表示する。表示部33はまた、データ処理部31により生成された被検体16の二次元(2D)スライス画像または三次元(3D)画像を表示する。
スキャン中、例えば、RFコイルを制御するために、および/またはRFコイルから情報を受信するために、RFコイルアレイインターフェースケーブル(図示せず)を使用して、RFコイル(例えば、RFコイル部14とRF本体コイル部15)と処理システムの他の態様(例えば、データ取得部24、コントローラ部25など)との間で信号を伝送することができる。前述したように、RF本体コイル部15はRF信号を送信する送信コイルであり、局所表面RFコイル部14はMR信号を受信する。より一般的には、RFコイルは、RF励起信号を送信するため(「送信コイル」)、および撮像対象によって放出されるMR信号を受信するため(「受信コイル」)に使用される。一例では、送信コイルおよび受信コイルは単一の機械的および電気的構造または構造のアレイであり、送信/受信モードは補助回路によって切り替え可能である。他の例では、送信本体コイル(例えばRF本体コイル部15)および表面受信コイル(例えばRFコイル部14)は、データ取得部または他の処理部を介して互いに物理的に結合された独立構造であってもよい。しかしながら、画質を向上させるために、送信コイルから機械的および電気的に絶縁された受信コイルを提供することが望ましい場合がある。そのような場合、受信コイルは、その受信モードでは、送信コイルによって刺激されるRF「エコー」に電磁的に結合され、かつそれと共鳴することが望ましい。しかしながら、送信モードでは、受信コイルは、RF信号の実際の送信の間、送信コイルから電磁的に減結合されており、したがって送信コイルと共振しないことが望ましい場合がある。このような減結合は、受信コイルがRF信号の全電力に結合するときに補助回路内で発生する雑音の潜在的な問題を回避する。受信RFコイルの非結合に関するさらなる詳細は以下に説明される。
前述のように、従来のRFコイルは、集中電子回路構成要素(例えば、キャパシタ、インダクタ、バラン、抵抗器など)を有するPCB上の酸エッチング銅トレース(ループ)、整合回路、減結合回路、および前置増幅器を含むことができる。そのような構成は、典型的には非常にかさばっており、重くて剛性であり、画質を低下させる可能性があるコイル要素間の結合相互作用を防ぐためにアレイ内のコイルを互いに対して相対的に厳密に配置する必要がある。このように、従来のRFコイルおよびRFコイルアレイは可撓性を欠き、それゆえ被検体の解剖学的構造に適合せず、撮像品質および患者の快適性を低下させる可能性がある。
したがって、本明細書に開示する実施形態によれば、RFコイル部14などのRFコイルアレイは、集中電子回路構成要素を有するPCB上の銅トレースではなく分布キャパシタンスワイヤを含むことができる。結果として、RFコイルアレイは、軽量かつ可撓性とすることができ、低コスト、軽量、防水性、および/または難燃性の布地もしくは材料への配置を可能にする。RFコイルのループ部分(例えば、分布キャパシタンスワイヤ)を結合する結合電子回路部分は、小型化することができ、かつ低入力インピーダンス前置増幅器を利用することができるが、これは、(例えば、インピーダンス整合回路により)高いソースインピーダンスに対して最適化されており、RFコイルアレイ内のコイル要素間の可撓性の重なりを可能にする。さらに、RFコイルアレイとシステム処理構成要素との間のRFコイルアレイインターフェースケーブルは、可撓性であってもよく、分散型バランの形態の集積化された透明機能を含むことができ、剛性の電子回路構成要素を避けて、熱負荷を分散させることができる。
ここで図2を見ると、結合電子回路部分203およびコイルインターフェースケーブル212を介してコントローラ部210に結合されたループ部分201を含むRFコイル202の概略図が示されている。一例では、RFコイルは表面受信コイルとすることができ、これは単一チャネルまたは複数チャネルとすることができる。RFコイル202は、図1のRFコイル部14の非限定的な一例であり、したがってMRI装置10内の1つまたは複数の周波数で動作することができる。コイルインターフェースケーブル212は、電子回路部分203とRFコイルアレイのインターフェースコネクタとの間に延在するコイルインターフェースケーブル、またはRFコイルアレイのインターフェースコネクタとMRIシステムコントローラ部210との間に延在するRFコイルアレイインターフェースケーブルであってもよい。コントローラ部210は、図1のデータ処理部31またはコントローラ部25の非限定的な例と関連付けられてもよく、および/またはそれであってもよい。
結合電子回路部分203は、RFコイル202のループ部分に結合することができる。ここで、結合電子回路部分203は、減結合回路204、インピーダンスインバータ回路206、および前置増幅器208を含むことができる。減結合回路204は、送信動作中にRFコイルを効果的に減結合することができる。通常、受信モードにあるRFコイル202は、送信モード中に送信されたRF信号のエコーを受信するために、MR装置によって撮像されている被検体の身体に結合することができる。RFコイル202が送信に使用されない場合には、RF本体コイルがRF信号を送信している間にRF本体コイルからRFコイル202を減結合することが必要な場合がある。送信コイルからの受信コイルの分離は、共振回路およびPINダイオード、微小電気機械システム(MEMS)スイッチ、または他の種類のスイッチング回路を使用して達成することができる。本明細書では、スイッチング回路は、RFコイル202に動作可能に接続された離調回路を作動させることができる。
インピーダンスインバータ回路206は、RFコイル202と前置増幅器208との間にインピーダンス整合回路網を形成することができる。インピーダンスインバータ回路206は、RFコイル202のコイルインピーダンスを前置増幅器208にとって最適なソースインピーダンスに変換するように構成される。インピーダンスインバータ回路206は、インピーダンス整合回路網と入力バランとを含むことができる。前置増幅器208は、対応するRFコイル202からMR信号を受信し、受信したMR信号を増幅する。一例では、前置増幅器は、比較的高い阻止インピーダンスまたはソースインピーダンスに適応するように構成された低入力インピーダンスを有することができる。RFコイルおよび関連する結合電子回路部分に関するさらなる詳細は、図3および図4に関して以下により詳細に説明される。結合電子回路部分203は、約2cm以下のサイズの非常に小さいPCB内にパッケージングすることができる。PCBは、コンフォーマルコーティングまたは封入樹脂で保護することができる。
RFコイルアレイインターフェースケーブルなどのコイルインターフェースケーブル212は、RFコイルと処理システムの他の態様との間で信号を伝送し、例えばRFコイルを制御し、および/またはRFコイルから情報を受信するために使用することができる。RFコイルアレイインターフェースケーブルは、MRI装置(図1のMRI装置10など)のボアまたは撮像空間内に配置され、MRI装置によって生成され使用される電磁場にさらされてもよい。MRIシステムでは、コイルインターフェースケーブル212などのコイルインターフェースケーブルは、送信器駆動のコモンモード電流をサポートすることができ、それは次に、場の歪みおよび/または構成要素の予測不可能な加熱を引き起こすことがある。通常、コモンモード電流はバランを使用してブロックされる。バランまたはコモンモードトラップは、コモンモードインピーダンスが高いため、送信器駆動電流の影響を低減する。
したがって、コイルインターフェースケーブル212は、1つまたは複数のバランを含むことができる。従来のコイルインターフェースケーブルでは、バラン密度が低すぎる場合やバランが不適切な位置に配置されている場合には、高い損失/電圧が発生する可能性があるため、バランは比較的高密度で配置される。しかしながら、この密集した配置は、可撓性、コスト、および性能に悪影響を及ぼす可能性がある。このように、コイルインターフェースケーブル内の1つまたは複数のバランは、配置とは無関係に、大電流または定在波が生じないようにするための連続バランとすることができる。連続バランは、分散型、フラッタ型、および/またはバタフライ型のバランとすることができる。コイルインターフェースケーブルおよびバランに関するさらなる詳細は、図10、図11および図12に関して以下に提示される。
図3は、一実施形態に従って形成されたセグメント化導体を有するRFコイル301の概略図である。RFコイル301は、図2のRFコイル202の非限定的な例であり、RFコイル202のループ部分201および結合電子回路部分203を含む。結合電子回路部分は、データ取得部124(図1に示す)によって駆動されると、RFコイルがRF信号を送信および/または受信することを可能にする。図示する実施形態では、RFコイル301は、第1の導体300と第2の導体302とを含む。第1および第2の導体300、302は、導体が開回路を形成する(例えば、モノポールを形成する)ようにセグメント化されてもよい。以下に説明するように、導体300、302のセグメントは異なる長さを有してもよい。第1および第2の導体300、302の長さは、選択された分布キャパシタンス、したがって選択された共振周波数を達成するために変化させることができる。
第1の導体300は、第1のセグメント304と第2のセグメント306とを含む。第1のセグメント304は、結合電子回路部分203に終端するインターフェースにある被駆動端部312を含み、これについては以下でより詳細に説明する。第1のセグメント304はまた、基準接地から切り離されて浮動状態を維持する浮動端部314も含む。第2のセグメント306は、インターフェースにおいて結合電子回路部分に終端する被駆動端部316と、基準接地から切り離された浮動端部318と、を含む。
第2の導体302は、第1のセグメント308と第2のセグメント310とを含む。第1のセグメント308はインターフェースに被駆動端部320を含む。第1のセグメント308はまた、基準接地から切り離されて浮動状態を維持する浮動端部322を含む。第2のセグメント310は、インターフェースにある被駆動端部324と、基準接地から切り離された浮動端部326と、を含む。被駆動端部324は、端部324が分布キャパシタンスを介して第1の導体にのみ結合されるようにインターフェースにおいて終端してもよい。導体間のループの周りに示されているキャパシタは、ワイヤ導体間のキャパシタンスを表している。
第1の導体300は、第1および第2のセグメント304、306の長さに基づいて成長する分布キャパシタンスを示す。第2の導体302は、第1および第2のセグメント308、310の長さに基づいて成長する分布キャパシタンスを示す。第1のセグメント304、308は、第2のセグメント306、310とは異なる長さを有してもよい。第1のセグメント304、308と第2のセグメント306、310との間の長さの相対的な差は、所望の中心周波数で共振周波数を有する有効LC回路を生成するために使用することができる。例えば、第2のセグメント306、310の長さに対して第1のセグメント304、308の長さを変えることによって、集積化された分布キャパシタンスを変えることができる。
図示する実施形態では、第1および第2のワイヤ導体300、302は、インターフェースに終端するループ部分に成形されている。しかし他の実施形態では、他の形状も可能である。例えば、ループ部分は、表面(例えば、ハウジング)の輪郭に沿うように成形された多角形などであってもよい。ループ部分は、第1および第2の導体に沿って導電性経路を画定する。第1および第2の導体は、導電性経路の全長に沿っていかなる個別のまたは集中した容量性または誘導性要素も含まない。ループ部分はまた、撚り線または中実導体ワイヤの様々なゲージのループ、様々な長さの第1および第2の導体300、302を有する様々な直径のループ、ならびに/あるいは第1の導体と第2の導体との間の様々な間隔のループを含むことができる。例えば、第1および第2の導体の各々は、導電性経路に沿った様々な位置に切れ目または隙間を有さない(セグメント導体を有さない)、あるいは1つまたは複数の切れ目もしくは隙間(セグメント導体)を有する。
本明細書で使用するとき、分布キャパシタンス(DCAP)は、導体の長さに沿って均一かつ一様に成長し、個別もしくは集中容量性部品および個別もしくは集中誘導性部品がない導体間に示されるキャパシタンスを表す。本明細書の例では、キャパシタンスは、第1および第2の導体300、302の長さに沿って均一に成長することができる。
誘電材料303は、第1および第2の導体300、302を封入して分離する。誘電材料303は、選択分布キャパシタンスを達成するように選択的に選択されてもよい。誘電材料303は、ループ部分の実効キャパシタンスを変えるために所望の誘電率εに基づいてもよい。例えば、誘電材料303は、空気、ゴム、プラスチック、または他の任意の誘電材料であってもよい。一例では、誘電材料はポリテトラフルオロエチレン(pTFE)であってもよい。例えば、誘電材料303は、第1および第2の導体300、302の平行な導電要素を囲む絶縁材料であってもよい。あるいは、第1および第2の導体300、302は、ツイストペアケーブルを形成するために互いに撚り合わされてもよい。別の例として、誘電材料303はプラスチック材料であってもよい。第1および第2の導体300、302は、プラスチック誘電材料303が第1および第2の導体を分離する同軸構造を形成してもよい。別の例として、第1および第2の導体は平面ストリップとして構成されてもよい。
結合電子回路部分203は、RFコイル102がRF信号を送信および/または受信することを可能にするために、RF駆動部22、データ取得部24、コントローラ部25、および/またはデータ処理部31に動作可能かつ通信可能に結合される。図示する実施形態では、結合電子回路部分203は、RF信号を送信および受信するように構成されている信号インターフェース358を含む。信号インターフェース358は、ケーブルを介してRF信号を送受信することができる。ケーブルは、中心導体、内側シールド、および外側シールドを有する3導体3軸ケーブルとすることができる。中心導体はRF信号と前置増幅器制御(RF)とに接続され、内側シールドは接地(GND)に接続され、外側シールドはマルチ制御バイアス(ダイオード減結合制御)(MC_BIAS)に接続される。10Vの電力接続は、RF信号と同じ導体上で担持されてもよい。
図2に関して上で説明したように、結合電子回路部分203は、減結合回路、インピーダンスインバータ回路、および前置増幅器を含む。図3に示すように、減結合回路は減結合ダイオード360を含む。減結合ダイオード360は、例えば、減結合ダイオード360をオンにするために、MC_BIASから電圧を供給されてもよい。オンの場合、減結合ダイオード360は導体300を導体302と短絡させ、それにより、例えば、送信動作中にコイルの共振を解消し、したがってコイルを減結合する。
インピーダンスインバータ回路は、第1のインダクタ370a、第2のインダクタ370b、および第3のインダクタ370cを含む複数のインダクタと、第1のキャパシタ372a、第2のキャパシタ372b、第3のキャパシタ372c、および第4のキャパシタ372dを含む複数のキャパシタと、ダイオード374と、を含む。インピーダンスインバータ回路は、整合回路と入力バランとを含む。図示するように、入力バランは、第1のインダクタ370a、第2のインダクタ370b、第1のキャパシタ372a、および第2のキャパシタ372bを含む格子バランである。一例では、ダイオード374は、RF受信信号が減結合バイアス分岐(MC_BIAS)に進入するのをブロックするために電流の方向を制限する。
前置増幅器362は、インピーダンス整合回路によって高ソースインピーダンスに対して最適化された低入力インピーダンス前置増幅器であってもよい。前置増幅器は、低雑音反射係数γおよび低雑音抵抗Rnを有することができる。一例では、前置増幅器は、低雑音指数に加えて、実質的に0.0に等しいγのソース反射係数および実質的に0.0に等しいRnの正規化雑音抵抗を有することができる。しかしながら、実質的に0.1以下のγ値および実質的に0.2以下のRn値も考えられる。前置増幅器が適切なγおよびRn値を有すると、前置増幅器は、スミスチャートの文脈において大きなノイズサークルを提供しながら、RFコイル301に対する阻止インピーダンスを提供する。このように、RFコイル301内の電流は最小化され、前置増幅器はRFコイル301の出力インピーダンスと効果的に雑音整合される。大きなノイズサークルを有するので、前置増幅器は、RFコイル301に対して高い阻止インピーダンスを生成しながら、様々なRFコイルインピーダンスにわたって有効なSNRをもたらす。
いくつかの例では、前置増幅器362は、キャパシタおよびインダクタを含むインピーダンス変成器を含むことができる。インピーダンス変成器は、寄生キャパシタンス効果によって引き起こされるキャパシタンスなどの前置増幅器のリアクタンスを効果的に相殺するように前置増幅器のインピーダンスを変えるように構成することができる。寄生キャパシタンスの影響は、例えば前置増幅器のPCBレイアウトまたは前置増幅器のゲートによって発生する可能性がある。さらに、そのようなリアクタンスは周波数が増加するにつれて増加することが多い。しかしながら、有利には、リアクタンスは、前置増幅器の雑音指数に実質的な影響を与えることなく、RFコイル301への高インピーダンス(すなわち阻止インピーダンス)および実効SNRをキャンセルする、または少なくとも最小化するように前置増幅器のインピーダンス変成器を構成する。上述の格子バランは、インピーダンス変成器の非限定的な例であり得る。
例では、本明細書に記載の前置増幅器は、低入力前置増幅器であってもよい。例えば、いくつかの実施形態では、前置増幅器の「比較的低い」入力インピーダンスは、共振周波数において約5オーム未満である。RFコイル301のコイルインピーダンスは、コイル負荷、コイルサイズ、磁場強度などに依存し得る任意の値を有してもよい。RFコイル301のコイルインピーダンスの例には、1.5Tの磁場強度で約2オーム~約10オームなどが含まれるが、これらに限定されない。インピーダンスインバータ回路は、RFコイル301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ように構成される。例えば、いくつかの実施形態では、「比較的高い」ソースインピーダンスは少なくとも約100オームであり、150オームより大きくてもよい。
インピーダンス変成器はまた、RFコイル301に阻止インピーダンスを提供することができる。RFコイル301のコイルインピーダンスの比較的高いソースインピーダンスへの変換は、インピーダンス変成器がRFコイル301により高い阻止インピーダンスを提供することを可能にすることができる。そのようなより高い阻止インピーダンスに対する例示的な値は、例えば、少なくとも500オーム、および少なくとも1000オームの阻止インピーダンスを含む。
図4は、別の実施形態によるRFコイル401および結合電子回路部分203の概略図である。図4のRFコイルは、図2のRFコイルおよび結合電子回路の非限定的な例であり、ループ部分201および結合電子回路部分203を含む。結合電子回路は、データ取得部124(図1に示す)によって駆動されると、RFコイルがRF信号を送信および/または受信することを可能にする。RFコイル401は、第2の導体402と並列の第1の導体400を含む。第1および第2の導体400、402のうちの少なくとも一方は、細長く連続している。
図示する実施形態では、第1および第2の導体400、402は、インターフェースに終端するループ部分に成形されている。しかし他の実施形態では、他の形状も可能である。例えば、ループ部分は、表面(例えば、ハウジング)の輪郭に沿うように成形された多角形などであってもよい。ループ部分は、第1および第2の導体400、402に沿って導電性経路を画定する。第1および第2の導体400、402は、導電性経路の全長に沿っていかなる個別のまたは集中した容量性部品または誘導性部品も含まない。第1および第2の導体400、402は、ループ部分の全長に沿って途切れることなく連続している。ループ部分はまた、撚り線または中実導体ワイヤの様々なゲージのループ、様々な長さの第1および第2の導体400、402を有する様々な直径のループ、ならびに/あるいは第1の導体と第2の導体との間の様々な間隔のループを含むことができる。例えば、第1および第2の導体の各々は、導電性経路に沿った様々な位置に切れ目または隙間を有さない(セグメント導体を有さない)、あるいは1つまたは複数の切れ目もしくは隙間(セグメント導体)を有する。
第1および第2の導体400、402は、ループ部分の長さに沿って(例えば、第1および第2の導体400、402の長さに沿って)分布キャパシタンスを有する。第1および第2の導体400、402は、ループ部分の全長に沿って実質的に等しくかつ一様なキャパシタンスを示す。本明細書で使用するとき、分布キャパシタンス(DCAP)は、導体の長さに沿って均一かつ一様に成長し、個別もしくは集中容量性部品および個別もしくは集中誘導性部品がない導体間に示されるキャパシタンスを表す。本明細書の例では、キャパシタンスは、第1および第2の導体400、402の長さに沿って一様に成長することができる。第1および第2の導体400、402のうちの少なくとも一方は、細長く連続している。図示する実施形態では、第1および第2の導体400、402は両方とも細長く連続している。しかし他の実施形態では、第1または第2の導体400、402のうちの1つのみが細長く連続していてもよい。第1および第2の導体400、402は連続分布キャパシタを形成する。キャパシタンスは、導体400、402の長さに沿って実質的に一定の割合で成長する。図示する実施形態では、第1および第2の導体400、402は、第1および第2の導体400、402の長さに沿ってDCAPを示す細長い連続導体を形成する。第1および第2の導体400、402は、第1および第2の導体400、402の終端部間に連続導体の全長に沿っていかなる個別の容量性部品および誘導性部品も含まない。例えば、第1および第2の導体400、402は、ループ部分の長さに沿っていかなる個別キャパシタもいかなるインダクタも含まない。
誘電材料403は、第1および第2の導体400、402を分離している。誘電材料403は、選択分布キャパシタンスを達成するように選択的に選択されてもよい。誘電材料403は、ループ部分の実効キャパシタンスを変化させるために所望の誘電率εに基づいてもよい。例えば、誘電材料403は、空気、ゴム、プラスチック、または他の任意の誘電材料であってもよい。一例では、誘電材料はポリテトラフルオロエチレン(pTFE)であってもよい。例えば、誘電材料403は、第1および第2の導体400、402の平行な導電要素を囲む絶縁材料であってもよい。あるいは、第1および第2の導体400、402は、ツイストペアケーブルを形成するために互いに撚り合わされてもよい。別の例として、誘電材料403はプラスチック材料であってもよい。第1および第2の導体400、402は、プラスチック誘電材料403が第1および第2の導体400、402を分離する同軸構造を形成することができる。別の例として、第1および第2の導体400、402は平面ストリップとして構成されてもよい。
第1の導体400は、第1の終端部412と、インターフェースで終端する第2の終端部416と、を含む。第1の終端部412は、結合電子回路部分203に結合されている。第1の終端部412は、本明細書では「駆動端部」とも呼ばれることがある。第2の終端部416は、本明細書では「第2の駆動端部」とも呼ばれる。
第2の導体402は、第1の終端部420と、インターフェースで終端する第2の終端部424と、を含む。第1の終端部420は、結合電子回路部分203に結合されている。第1の終端部420は、本明細書では「駆動端部」とも呼ばれることがある。第2の終端部424は、本明細書では「第2の駆動端部」とも呼ばれる。
RFコイル401のループ部分201は、結合電子回路部分203に結合されている。結合電子回路部分203は、図2および図3に関して上述したものと同じ結合電子回路とすることができ、したがって、同様の構成要素には同様の符号を付し、さらなる説明は省略する。
図3および図4から理解されるように、RFコイルのループ部分を構成する2つの平行な導体は、図4に示すようにそれぞれ連続導体でもよく、または図3に示すように一方または両方の導体が不連続であってもよい。例えば、図3に示す両方の導体は切れ目を含んでもよく、結果として各導体は2つのセグメントから構成される。結果として生じる導体セグメント間の空間は、導体を封入し囲む誘電材料で充填することができる。2つの切れ目は、異なる位置、例えば、(ループ部分が結合電子回路とインターフェースする位置に対して)一方を135°に、他方を225°に入れることができる。不連続導体を含むことによって、コイルの共振周波数を、連続導体を含むコイルに対して調整することができる。一例では、誘電体によって封入され分離された2つの連続した平行な導体を含むRFコイルでは、共振周波数はより小さい第1の共振周波数であってもよい。そのRFコイルが代わりに1つの不連続導体(例えば1つの導体が切断され誘電材料で充填されている)および1つの連続導体を含み、他のすべてのパラメータ(例えば導体ワイヤゲージ、ループ直径、導体間の間隔、誘電材料)が同じである場合には、RFコイルの共振周波数はより大きな第2の共振周波数であってもよい。このように、導体ワイヤゲージ、ループ直径、導体間の間隔、誘電材料の選択および/または厚さ、ならびに導体セグメントの数および長さを含むループ部分のパラメータは、RFコイルを所望の共振周波数に同調するために調整することができる。
図5は、例示的なRFコイルの分布キャパシタンスループ部分500の断面図を示す。図5により理解されるように、ループ部分500は、誘電材料503によって囲まれ、その中に封入されている第1のワイヤ導体502および第2のワイヤ導体504を含む。各ワイヤ導体は、適切な断面形状、ここでは円形の断面形状を有していてもよい。しかしながら、楕円形、円筒形、長方形、三角形、六角形などの、ワイヤ導体の他の断面形状も可能である。ワイヤ導体は適切な距離だけ離間させることができ、ワイヤ導体の直径と同様に導体を離間させる距離は所望のキャパシタンスを達成するように選択することができる。さらに、第1のワイヤ導体502および第2のワイヤ導体504の各々は、7導体撚り線(例えば、7本の撚り線からなる)であってもよいが、中実導体を撚り線の代わりに使用してもよい。撚り線は、少なくともいくつかの例では、中実導体と比較してより高い可撓性を提供することができる。
MR撮像セッション中にMR信号を受信するために、図2~図5に関して上記で提示したRFコイルを利用することができる。したがって、図2~図5のRFコイルは、図1のRFコイル部14の非限定的な例であってもよく、処理システムなどのMRIシステムの下流構成要素に結合されるように構成することができる。図2~図5のRFコイルは、様々な構成を有するRFコイルのアレイに存在してもよい。以下により詳細に説明される図6~図9は、図2~図5に関して上述されたRFコイルのうちの1つまたは複数を含むことができる前方RFコイルアレイのための様々な実施形態を示す。前方RFコイルアレイは、(コイル要素の数について)高密度の前方アレイであってもよいし、(画像解像度について)高精細度の前方アレイ(HDAA)であってもよい。
図6は、本開示の実施形態による後部RFコイルアレイを示す。図6は、正常な患者が撮像されている間の後部RFコイルアレイの第1の概略図600を含む。第1の概略図600は、変形可能材料エンクロージャ604内に収容された後部RFコイルアレイ602を含む。RFコイルアレイ602は、2つの層、すなわち頂部軟質層(RFコイルアレイ602)および底部硬質層(MRIシステムテーブルインターフェース606)を含む。頂部軟質層は、表面の上側本体全体を覆うような大きさの変形可能な材料の軟質ブロックに収容されたRFコイルアレイを含み、その内側には可撓性RFコイルアレイができるだけ上面に近接して配置されている。変形可能材料エンクロージャ604の変形可能な材料は、フォーム、形状記憶フォーム、発泡フォーム、ポリウレタンフォーム、ヒドロゲルなどのゲル、水のセル(ウォーターベッドに類似)、または他の適切な変形可能な材料を含んでもよい。患者がRFコイルアレイ/変形可能材料エンクロージャ上に横たわると、患者が形状記憶フォームマットレスなどの変形可能な材料の中に沈み、RFコイルアレイが患者の固有の形状に適合し、したがって、患者の身体に対して直立することができる。
RFコイルアレイおよびMRIシステムテーブルは、有線(コネクタ)または無線(誘導結合)方法を介してインターフェースし、RFコイルアレイとMRIシステムとの間の接続性を確実にする。RFコイルアレイのRFコイルループは、RFコイルアレイのRFコイルループごとに結合電子回路、例えば、減結合回路、インピーダンス整合、および前置増幅器、ならびにバランまたは他のコモンモードトラップを含むことができる。結合電子回路は、RFコイルループに結合された小型PCBの形態であってもよい。コイルインターフェースケーブルは、各結合電子回路PCBから延在し、インターフェースコネクタおよびMRIシステムテーブルインターフェースに対して、図10~図12に関して説明したものと同様のバランまたはコモンモードトラップを含むことができる。
この設計の利点には、コイルアレイの身体への近接性の向上による画質の改善、病理学的な解剖学的構造と同様に変化に対応すること、頸椎の画像化、患者の快適性の向上、技術者の使いやすさの改善が含まれる。
したがって、上記で説明したように、患者がRFコイルアレイ上に横たわっているときに、変形可能な材料(一例ではマットレスの形態であり得る)は患者の体重に応じて変形し、解剖学的構造の固有のトポロジやサイズに関わらず、患者の解剖学的構造に適合する。変形可能な材料の内側の可撓性RFコイルループは、変形可能な材料と共に変形し、RFコイルループを患者の身体に比較的近接してそれに対して垂直に保つので、優れた画質を得るのに役立つ。
図6はまた、脊柱後弯症を有する患者が撮像されている間の後部RFコイルアレイの第2の概略図610を含む。第2の概略図610は、変形可能材料エンクロージャ614内に収容された後部RFコイルアレイ612を含む。RFコイルアレイ612は、2つの層、すなわち頂部軟質層(RFコイルアレイ612)および底部硬質層(MRIシステムテーブルインターフェース616)を含む。本開示の後部RFコイルアレイは、脊柱後弯症、脊柱前弯症および脊柱側弯症などの病理学的解剖学的構造に適合し、図6の概略図610に示すように、これらの場合の撮像品質を改善し、概略図610は、患者の解剖学的構造の高い曲率の領域がRFコイルアレイとの密接な接触を維持していることを示している。本開示の後部RFコイルアレイはまた、既存のシステムが通常うまく収容できない領域である頸椎にも適合するが、外傷症例において非常に重要である。後部RFコイルアレイは、剛性コイル設計とは異なり、RFコイルアレイの全長に沿って、RFコイルが患者の身体に近接しているため、改善された画質を提供することができる。さらに、変形可能な材料によってもたらされる振動および運動の減衰は、画質の向上に役立つことができる。さらにまた、変形可能なマットレス状のRFコイルアレイは、患者の快適さを向上させ、最大限の汎用性のために収容される患者の体型および形状の幅広いアレイを可能にすることができる。図6に示すような変形可能な材料の適合マットレスは、MRテーブル上に広がる患者の身体組織の影響を少なくし、その自然な状態で安静時の解剖学的構造のより良い画像を与える。RFコイルアレイ構成の単純さは、ケーブルレス化、ならびにシステムコイルおよび他のボディコイルとの共存などの新規および既存の技術に適応するようにアレイをモジュール式にする。本開示の後部RFコイルアレイはまた、技術者にとっての使いやすさを向上させることができ、技術者はコイルをテーブル上に置き、単にその上に横たわるように患者に指示することができる。
図7は、適合型後部RFコイルアレイとして実施することができる例示的なRFコイルアレイ700を示す。図示するRFコイルアレイ700は12行のRFコイルを含み、各行は60チャネルの後部RFコイルアレイのための5つのRFコイルを含む。各RFコイルは、各RFコイルループ701に結合された結合電子回路PCB702を有するRFコイルループ701を含む。結合電子回路PCB702がすべてRFコイルアレイの中心に向くようにRFコイルループ701が配置されているので、各結合電子回路PCB702から延在するコイルインターフェースケーブル704はアレイの中心に向かって下方に延在する。各結合電子回路PCBから延在するコイルインターフェースケーブル704がある。これらのコイルインターフェースケーブルの各々は、互いに束ねられて、コイルインターフェースケーブル上のバラン715、725および少なくとも2つのケーブルアセンブリを含む少なくとも2つのケーブルアセンブリ710、720を形成する。ケーブルアセンブリは、後部RFコイルアレイの一端で2つのインターフェースコネクタ730、740に接続して、少なくとも2つのRFコイルアレイインターフェースケーブル(図示せず)とインターフェースする。
図7は、フォーム、形状記憶フォーム、発泡フォーム、ポリウレタンフォーム、ヒドロゲルなどのゲル、水のセル(ウォーターベッドに類似)、または他の適切な変形可能な材料などの変形可能な材料750の溝内に埋め込まれた60個のRFコイル701を含む例示的な適合型後部RFコイルアレイ700を示す。アレイの各RFコイルは、図2~図5に関して上述したRFコイルループの非限定的な例であり、集積キャパシタコイルループ701と、コイルループに直接結合された結合電子回路部702と、を含む。いくつかの例では、アレイのコイルインターフェースケーブル704および/またはケーブルアセンブリ710、720は、円筒形の塊状のバランを排除するためにそれらの長さ全体にわたって連続/隣接するバランを含むことができる。したがって、変形可能な材料の溝内に埋め込まれる場合であっても、各RFコイルは多次元で可撓性を維持する。
このように、RFコイルアレイ700は、第1の行、第2の行、第3の行、第4の行、第5の行、第6の行、第7の行、第8の行、第9の行、第10の行、第11の行、および第12の行を含む、12行の5つのRFコイルを含む。各列は、5つのRFコイルと、関連する結合電子回路PCBと、を含む。第1の行のRFコイルおよび結合電子回路構成は、以下でより詳細に説明されるが、他の各行は同様の構成を含むので、各行のさらなる説明は省略されることを理解されたい。
第1の行は5つのRFコイルを含み、各RFコイルは、分布キャパシタンス並列ワイヤ導体と、減結合回路、インピーダンス整合回路、および前置増幅器を支持する小型PCBの形態の結合電子回路部と、からなるループ部分を含む。各RFコイルループおよび結合電子回路部は、図2および図3に関して上述したループ部分および結合電子回路部分の非限定的な例であってもよい。
したがって、第1のRFコイル701のループ部分は第1の結合電子回路部702に結合され、第2のRFコイルのループ部分は第2の結合電子回路部に結合され、第3のRFコイルのループ部分は第3の結合電子回路部に結合され、第4のRFコイルのループ部分は第4の結合電子回路部に結合され、第5のRFコイルのループ部分は第5の結合電子回路部に結合される。
各結合電子回路部は、各結合電子回路部がRFコイルアレイ700の中心に向かって配向されるように、そのそれぞれのRFコイルループに結合することができる。例えば、第1の結合電子回路部および第2の結合電子回路部は各々、それぞれのRFコイルループの右側に結合することができ、第4の結合電子回路部および第5の結合電子回路部は各々、それぞれのRFコイルの左側に結合することができ、第3の結合電子回路部は、そのRFコイルループの底側に結合することができる。
各結合電子回路部をアレイの中心に向かって配向することによって、各結合電子回路部からケーブルアセンブリ710、720、そして最終的にはRFコイルアレイインターフェースケーブル(図示せず)へのコイルインターフェースケーブルを簡素化することができる。図7に示すように、各結合電子回路部702は、そこからケーブルアセンブリ710または720、そして少なくとも2つのインターフェースコネクタ730、740まで延在するコイルインターフェースケーブル704を含む。第1の行から第6の行までの各コイルインターフェースケーブルは、ケーブルアセンブリ710とインターフェースコネクタ730とに接合する。第7の行から第12の行までの各コイルインターフェースケーブルは、ケーブルアセンブリ720とインターフェースコネクタ740とに接合する。
複数のバラン715、725は、コイルインターフェースケーブル704およびケーブルアセンブリ710、720に沿って分配されてもよい。例えば、集中型バランを含むのではなく、各コイルインターフェースケーブル(またはケーブルアセンブリ)は、図10~図12に関して説明したものなどの、連続/隣接する分散型バランまたはフラッタバランに収容されてもよい。
コイルインターフェースケーブルは、1つまたは複数のバランを含むことができる。従来のコイルインターフェースケーブルでは、バラン密度が低すぎる場合やバランが不適切な位置に配置されている場合には、高い損失/電圧が発生する可能性があるため、バランは比較的高密度で配置される。しかしながら、この密集した配置は、可撓性、コスト、および性能に悪影響を及ぼす可能性がある。このように、コイルインターフェースケーブル内の1つまたは複数のバランは、配置とは無関係に、大電流または定在波が生じないようにするための連続バランとすることができる。連続バランは、分散型、フラッタ型、および/またはバタフライ型のバランとすることができる。コイルインターフェースケーブルおよびバランに関するさらなる詳細は、図10~図12に関して以下に提示される。
図8は、同じ変形可能なハウジング内にRFコイルのループ部分と結合電子回路部とを共に含む例示的な後部RFコイルアレイ800の分解図を示す。後部RFコイルアレイは、本明細書では図2~図4に関して上述したように、各々が小型電子回路PCBを有する60個のRFコイルを含むコイルアレイ802を含む。RFコイルアレイの各コイルは、縫合または他の取り付け機構を介して可撓性織物材料804のセクションに結合されるか、またはフォーム材料に形成された溝に埋め込まれる。コイルアレイと取り付けられた材料とを挟むのは、材料の第1のセクション806と第2のセクション808とを含む内側エンクロージャである。内側エンクロージャの材料は、NOMEX(登録商標)またはパディング、間隔、および/または難燃性を提供する他の適切な材料であってもよい。材料の第1のセクション810と第2のセクション812とを含む外側エンクロージャは、コイルアレイ、取り付けられた材料、および内側エンクロージャを挟む。外側エンクロージャの第1のセクション810の材料は、洗浄可能であり、したがって臨床状況でのRFコイルアレイの使用を可能にする生体適合性材料で構成されてもよい。外側エンクロージャの材料の第2のセクション812は、形状記憶フォームなどの変形可能な材料で構成されてもよい。このようにして、RFコイルは、変形可能なマットレス状支持体の上面に配置することができる。RFコイルは、患者の解剖学的構造に対応するために必要に応じて撓んで変形することができる。別の実施形態では、可撓性織物材料804のセクションがパッド入りまたは変形可能な材料の第1のセクション810と第2のセクション812との間に挟まれるように、材料の第1のセクション806および第2のセクション808を後部RFコイルアレイから省いてもよい。さらに別の実施形態では、コイルアレイ802は、形状記憶フォームなどのパッド入りまたは変形可能な材料内に埋め込むことができる。図8に示すコイルアレイは、MR撮像を実行するために、上述のようにMRテーブル内に一体化されたMRテーブル上に配置することができる。
図9は、後部RFコイルアレイ900の別の実施形態の断面図を示す。後部RFコイルアレイ900は、第1の外層910を含む。外層910は、DARTEX(登録商標)材料などの可撓性織物材料の1つまたは複数のシートから構成されてもよい。外層910は第1の厚さ915を有することができる。一例では、第1の厚さ915は1.5cm以下であってもよい。後部RFコイルアレイ900は、第2の内層920を含む。内層920は、形状記憶フォームなどの圧縮性材料から構成されてもよく、第2の厚さ925を有してもよい。一例では、第2の厚さ925は第1の厚さ915より大きくてもよく、5cmであってもよい。
内層920は、それぞれRFコイルを収容するように構成された複数の環状溝を有することができる。図9に示すように、内層920は第1の環状溝950を含む。第1の環状溝950は第1のRFコイル952を収容する。例えば、第1の環状溝950は、第1のRFコイル952に適合するような大きさである、内層920に形成された切り込み、刻み目または溝であってもよい。第1のRFコイル952が第1の環状溝950内に配置されると、内層920を構成する材料が第1のRFコイル952のループ部分を囲み、その中で第2の内層に第1のRFコイル952のループ部分を埋め込む。後部RFコイルアレイ900の各RFコイルについても同様の構成が存在する。したがって、内層920は、第2の環状溝955(第2のRFコイル957を収容する)、第3の環状溝960(第3のRFコイル962を収容する)、第4の環状溝965(第4のRFコイル967を収容する)、および第5の環状溝970(第5のRFコイル972を収容する)を含む。図9には示されていないが、内層920には複数の矩形溝が存在し、各々がそれぞれの環状溝に隣接する。矩形溝は、各RFコイルの結合電子回路部分を収容することができる。
各環状溝(したがって各RFコイル)は内層920の頂部部分に存在してもよく、したがって各RFコイルの上面は内層920を構成する材料によって覆われなくてもよい。しかしながら、外層910は各RFコイルの上面を覆ってもよい。外層910および内層920の各々は圧縮性であってもよく、その中に埋め込まれたRFコイルが後部RFコイルアレイ上に配置された被検体の形状に一致することを可能にする。
図9は後部RFコイルアレイに関して説明したが、本明細書に記載された他のRFコイルアレイは同様の構成を有することができる。したがって、本明細書に記載の各RFコイルアレイは、変形可能な材料の内層に埋め込まれ、圧縮性材料層の外層で覆われている複数のRFコイルを含むことができる。しかしながら、いくつかの例では、上述のRFコイルは、図9に関して説明したように圧縮性材料に埋め込まれていなくてもよく、代わりに、DARTEX(登録商標)などの可撓性材料の1つまたは複数の層にまたはその間に縫合または他の方法で結合されてもよい。
開示されたRFコイルアレイが利用され得る1つの例示的な臨床的状況は、後部RFコイルアレイである。従来の後部アレイは硬いMRテーブルの表面の下に配置されているため、堅固な場合があり、それは、患者の固有の解剖学的構造の関連領域から遠く離れている可能性があることを意味する。
脊柱後弯症、脊柱前弯過度、脊柱側弯症などの脊柱変形のある患者では、脊椎がテーブルやRFコイルアレイの表面から離れるほど問題が誇張され、硬い表面は長時間の撮像セッション中に患者に不快感を与える可能性がある。
したがって、本明細書に記載のRFコイルは、変形可能かつ可撓性の材料内に収容されている後部RFコイルアレイに組み込むことができ、したがってRFコイルループを被検体の解剖学的構造に近づけることができる。そうすることにおいて、広範囲に変化する患者の解剖学的構造の問題、ならびに頸椎への適用範囲の拡大について、患者の快適さを改善しながら対処することができる。
RFコイルまたはRFコイルアレイに使用される導体ワイヤおよびコイルループは、所望のRFコイル用途に対して所望の共振周波数を得るために任意の適切な方法で製造することができる。28または30アメリカンワイヤゲージ(AWG)などの所望の導体ワイヤゲージまたは他の所望のワイヤゲージを、同じゲージの平行導体ワイヤとペアにし、押出しプロセスまたは三次元(3D)印刷または積層造形プロセスを用いて誘電材料で封入することができる。この製造プロセスは、無駄が少なく低コストで環境に優しい可能性がある。
したがって、本明細書に記載のRFコイルは、2つの平行な導体ワイヤのうちの少なくとも1つに切れ目がないかまたは少なくとも1つの切れ目を有するpTFE誘電体に封入されたツインリード導体ワイヤループと、各コイルループに結合された小型結合電子回路PCBと、を含む。(例えば、約2cm以下の非常に小さい結合電子回路PCB)。PCBは、コンフォーマルコーティングまたは封入樹脂で保護することができる。そうすることで、従来の部品が排除され、キャパシタンスが集積キャパシタ(INCA)コイルループに「組み込まれる」。コイル要素間の相互作用が減少または排除される。コイルループは、使用される導体ワイヤのゲージ、導体ワイヤ間の間隔、ループ直径、ループ形状、ならびに導体ワイヤの切れ目の数および配置を変えることによって、広範囲のMR動作周波数に適応可能である。
本明細書に記載および図示されているRFコイルループは、PET/MR用途では透明であり、線量管理および信号対雑音比(SNR)を補助する。小型電子回路PCBは、減結合回路、インピーダンス整合回路および入力バランを有するインピーダンスインバータ回路、ならびに前置増幅器を含む。前置増幅器は、最小のノイズ、堅牢性、および透明性について、コイルアレイ用途に新しい標準を設定する。前置増幅器はアクティブノイズキャンセリングを提供し、電流ノイズを低減し、直線性を高め、様々なコイル負荷条件に対する耐性を向上させる。さらに、以下により詳細に説明するように、MRIシステムとインターフェースをとるRFコイルアレイコネクタに各小型電子フィードスルーPCBを結合するためのバラン付きケーブルハーネスが提供されてもよい。
本明細書に記載のRFコイルは、非常に軽量であり、ゼネラルエレクトリック社のGeometry Embracing Method(GEM)一式の可撓性RFコイルアレイを用いて、1コイル要素あたり45グラムに対して1コイル要素あたり10グラム未満の重さとすることができる。例えば、本開示による30チャネルRFコイルアレイは、0.5kg未満の重量とすることができる。本明細書に記載されるRFコイルは、非常に少ない剛性の構成要素を有し、浮動オーバーラップを可能にするという非常に単純なものであるため、非常に可撓性で耐久性がある。本明細書に記載されているRFコイルは、非常に低コストであり、例えば現在の技術の10分の1以上の低減である。例えば、30チャネルRFコイルアレイは、50ドル未満の構成要素および材料から構成することができる。本明細書に記載のRFコイルは、現在のパッケージングまたは新たな技術を排除するものではなく、パッケージングする必要もフォーマに取り付ける必要もないRFコイルアレイに実装することができ、あるいは、可撓性RFコイルアレイとして可撓性フォーマに取り付けられるか、または剛性RFコイルアレイとして剛性フォーマに取り付けられるRFコイルアレイに実装することができる。
RFコイルアレイは、織物によって支持されて別の可撓性材料のエンクロージャに収容されてもよいが、RFコイルアレイは多次元において可撓性を維持し、RFコイルは互いに固定的に接続されなくてもよい。いくつかの例では、RFコイルは、互いに対して摺動可能に移動可能であってもよく、その結果、RFコイル間の様々な量の重なりが許容可能である。
前述のように、本開示のRFコイルアレイは、配置とは無関係に、大電流または定在波を最小限に抑えるために、隣接する分散型バランまたはコモンモードトラップを含むRFコイルアレイインターフェースケーブルに結合することができる。RFコイルアレイインターフェースケーブルの高応力領域は、いくつかのバランによって機能することができる。さらに、熱負荷は共通の導体を介して共有されてもよい。RFコイルアレイインターフェースケーブルの中央経路および戻り経路のインダクタンスは、相互インダクタンスによって実質的に増強されないため、形状変化に対して安定している。キャパシタンスは分布しており、幾何学的変化によって実質的に変化しない。共振器の寸法は理想的には非常に小さいが、実際には阻止要件、電界強度および磁場強度、局部歪み、熱応力および電圧応力などによって制限される可能性がある。
図10は、様々な実施形態に従って形成された連続コモンモードトラップアセンブリ1000の概略ブロック図を示す。コモンモードトラップアセンブリ1000は、処理システム1050とMRIシステムのRFコイルアレイ1060との間で信号を伝送するように構成された伝送ケーブル1001として構成することができる。伝送ケーブル1001は、図2のRFコイルアレイインターフェースケーブル212の非限定的な例であり、処理システム1050は、図2のコントローラ部210の非限定的な例であり、RFコイルアレイ1060は、図2の複数のRFコイル202および結合電子回路203の非限定的な例である。
図示する実施形態では、伝送ケーブル1001(またはRFコイルアレイインターフェースケーブル)は、中心導体1010と複数のコモンモードトラップ1012、1014、1016と、を含む。コモンモードトラップ1012、1014、1016は中心導体1010とは異なるものとして描かれているが、いくつかの実施形態では、コモンモードトラップ1012、1014、1016は中心導体1010と共にまたはその一部として一体に形成されてもよいことに留意されたい。
図示する実施形態における中心導体1010は長さ1004を有し、RFコイルアレイ1060とMRIシステム(例えば、処理システム1050)の少なくとも1つのプロセッサとの間で信号を伝送するように構成されている。中心導体1010は、例えば、リボン導体、ワイヤ導体、平面ストリップ導体、または同軸ケーブル導体のうちの1つまたは複数を含むことができる。図示されている中心導体1010の長さ1004は、(処理システム1050に結合されている)中心導体1010の第1の端部から(RFコイルアレイ1060に結合されている)中心導体1010の第2の端部まで延在する。いくつかの実施形態では、中心導体はコモンモードトラップ1012、1014、1016の中心開口部を通過してもよい。
図10に見られるように、図示されたコモンモードトラップ1012、1014、1016(コモンモードトラップ部1018を形成するために協働すると理解することができる)は、中心導体1010の長さ1004の少なくとも一部に沿って延在する。図示する実施形態では、コモンモードトラップ1012、1014、1016は全長1004に沿って延在していない。しかしながら、他の実施形態では、コモンモードトラップ1012、1014、1016は全長1004に沿って、または実質的に全長1004に沿って(例えば、プロセッサまたはRFコイルアレイに結合するように構成された端部の部分を除いて、全長1004に沿って)延在してもよい。コモンモードトラップ1012、1014、1016は隣接して配置されている。図10に見られるように、コモンモードトラップ1012、1014、1016の各々は、コモンモードトラップ1012、1014、1016のうちの他の少なくとも1つに隣接して配置されている。本明細書で使用されているように、隣接しているとは、互いにすぐ隣にあるかまたは互いに接触している構成要素または態様を含むと理解することができる。例えば、隣接する構成要素は互いに当接してもよい。実際には、いくつかの実施形態では、隣接する構成要素の間に小さなまたはわずかな隙間があってもよいことに留意されたい。いくつかの実施形態では、実質的な隙間(または導体長)は、自由空間における送信周波数の波長の1/40未満であると理解することができる。いくつかの実施形態では、わずかな隙間(または導体長)は、2センチメートル以下であると理解することができる。例えば、隣接するコモンモードトラップには、それらの間に隙間または導体が存在しない(またはわずかに存在する)が、それはコモンモードトラップによって提供される緩和がなければ磁場による電流の誘導を受けやすくなり得る。
例えば、図10に示すように、コモンモードトラップ1012はコモンモードトラップ1014に隣接し、コモンモードトラップ1014はコモンモードトラップ1012およびコモンモードトラップ1016に隣接し(コモンモードトラップ1012とコモンモードトラップ1016との間に挿入され)、およびコモンモードトラップ1016はコモンモードトラップ1014に隣接している。コモンモードトラップ1012、1014、1016の各々は、MRIシステムの受信送信駆動電流にインピーダンスを提供するように構成される。様々な実施形態におけるコモンモードトラップ1012、1014、1016は、高いコモンモードインピーダンスを提供する。例えば、各コモンモードトラップ1012、1014、1016は、共振回路および/または1つもしくは複数の共振構成要素を含み、所望の周波数で、または所望の周波数の近くで、または目標周波数範囲内で所望のインピーダンスを提供することができる。コモンモードトラップ1012、1014、1016および/またはコモンモードトラップ部1018は、当業者によってチョークまたはバランとも呼ばれることに留意されたい。
間隔をあけて分離した個別のコモンモードトラップを有するシステムとは対照的に、様々な実施形態(例えば、コモンモードトラップアセンブリ1000)は、コモンモードトラップが連続および/または隣接して延在する部分を有しており、コモンモードトラップが設けられていない部分に沿った位置がないようにする。したがって、関心のあるすべての位置が連続および/または隣接するコモンモードトラップ内に含まれ得るので、コモンモードトラップの特定の配置位置を選択または達成することにおける困難性を低減または排除することができる。様々な実施形態では、連続トラップ部分(例えば、コモンモードトラップ部1018)は、伝送ケーブルの長さまたはその一部に沿って延在してもよい。連続モードトラップ部分は、隣接して接合された個々のコモンモードトラップまたはトラップセクション(例えば、コモンモードトラップ1012、1014、1016)から形成されてもよい。さらに、コイル要素との相互作用を少なくすること、(例えば、ホットスポットを防ぐために)より広い領域にわたって熱を分散させること、あるいは、所望の位置または必要な位置に阻止が配置されることを確実にするのを助けることのうちの少なくとも1つのために、隣接するコモンモードトラップを様々な実施形態で使用することができる。さらに、様々な実施形態では、より広い領域にわたって電圧を分配するのを助けるために、隣接するコモンモードトラップを使用することができる。さらに、様々な実施形態における連続および/または隣接するコモンモードトラップは可撓性を提供する。例えば、いくつかの実施形態では、コモンモードトラップは、連続長の導体(例えば、中心導体の周りに巻き付けられた外部導体)を使用して形成されてもよく、あるいは一体に形成された隣接するセクションとして構成されてもよい。様々な実施形態では、(例えば、シリンダ内に形成された)連続および/または隣接するコモンモードトラップの使用は、アセンブリの撓みが構造の共振周波数を実質的に変化させない範囲、またはアセンブリが曲げられても周波数上のままである可撓性の範囲を提供する。
様々な実施形態における個々のコモンモードトラップまたはセクション(例えば、コモンモードトラップ1012、1014、1016)は、互いにほぼ同様に構築または形成されてもよい(例えば、各トラップは、テーパー巻き線コイルの1つの長さのセクションであってもよい)が、個々のトラップまたはセクションは、他のトラップまたはセクションとは若干異なるように構成されてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、各コモンモードトラップ1012、1014、1016は独立して調整される。したがって、各コモンモードトラップ1012、1014、1016は、同じコモンモードトラップアセンブリ1000の他のコモンモードトラップとは異なる共振周波数を有することができる。
その代わりにまたはそれに加えて、各コモンモードトラップは、MRIシステムの動作周波数に近い共振周波数を有するように調整されてもよい。本明細書で使用されているように、コモンモードトラップは、共振周波数が動作周波数を含む帯域を画定または対応する場合、あるいは、共振周波数が動作周波数に十分近く、オン周波数阻止を提供する、または動作周波数で阻止インピーダンスを提供する場合には、動作周波数に近い共振周波数を有すると理解することができる。
さらにそれに加えてまたはその代わりに、各コモンモードトラップは、MRIシステムの動作周波数より低い共振周波数を有するように調整することができる(または各コモンモードトラップは、MRIシステムの動作周波数より高い共振周波数を有するように調整することができる)。各トラップが動作周波数より低い周波数を有する(あるいは、各トラップが動作周波数より高い周波数を有する)場合には、(例えば、1つのトラップが動作周波数より上の周波数を有し、異なるトラップが動作周波数より下の周波数を有するために)いずれかのトラップが互いに相殺する危険性を排除または低減することができる。別の例として、各コモンモードトラップは特定の帯域に同調されて広帯域コモンモードトラップアセンブリを提供してもよい。
様々な実施形態では、コモンモードトラップは、磁場結合および/または局所的な歪みを打ち消すために二次元(2D)または三次元(3D)のバタフライ構成を有することができる。
図11は、本開示の実施形態による、複数の連続および/または隣接するコモンモードトラップを含むRFコイルアレイインターフェースケーブル1100の斜視図である。RFコイルアレイインターフェースケーブル1100は、外側スリーブまたはシールド1103、誘電体スペーサ1104、内側スリーブ1105、第1のコモンモードトラップ導体1107、および第2のコモンモードトラップ導体1109を含む。
第1のコモンモードトラップ導体1107は、誘電体スペーサ1104の周りに螺旋状に巻かれるか、またはRFコイルアレイインターフェースケーブル1100のボア1118内に配置された中心導体(図示せず)から第1の方向1108に先細の距離で螺旋状に巻かれる。さらに、第2のコモンモードトラップ導体1109は、誘電体スペーサ1104の周りに螺旋状に巻かれるか、またはボア1118内に配置された中心導体から先細の距離で第1の方向1108とは反対の第2の方向1110に螺旋状に巻かれる。図示する実施形態では、第1の方向1108は時計回りであり、第2の方向1110は反時計回りである。
RFコイルアレイインターフェースケーブル1100の導体1107、1109は、導電性材料(例えば、金属)を含むことができ、例えば、リボン、ワイヤ、および/またはケーブルとして成形することができる。いくつかの実施形態では、逆巻きまたは外部導体1107、1109は、中心導体を通過する電流の戻り経路として機能することができる。さらに、様々な実施形態では、コモンモードトラップ導体間の結合を排除、最小化、または低減するために、逆巻き導体1107、1109は互いに直交してもよい(例えば、コモンモードトラップ導体が交差する経路として、第1のコモンモードトラップ導体1107によって画定される中心線または経路は、第2のコモンモードトラップ導体1109によって画定される中心線または経路に対して垂直である)。
さらに、様々な実施形態では、第1のコモンモードトラップ導体1107および第2のコモンモードトラップ導体1109は、RFコイルアレイインターフェースケーブル1100が曲げられるかまたは屈曲するときに可撓性を提供するため、および/またはインダクタンスの束縛、結合、もしくは変動を減らすために、誘電体スペーサ1104の周囲に緩く巻かれることにさらに留意されたい。逆巻き外部導体の緩みまたは気密性は、(例えば、導体と誘電体スペーサの相対的な大きさ、コモンモードトラップに望まれる曲げまたは撓みの量などに基づいて)用途によって異なり得ることに留意されたい。一般に、外側または逆巻き導体は、それらが誘電体スペーサ1104の周りに同じ一般的配向に留まるように十分にきつくなければならないが、しかし、逆巻きの外部導体の結合または束縛を回避、最小化、または減少させるために、RFコイルアレイインターフェースケーブル1100の曲げまたは屈曲中に十分な量の緩みまたは動きを許容するのに十分なほど緩んでいる。
図示する実施形態では、外側シールド1103は、いくつかの実施形態ではRFコイルアレイインターフェースケーブル1100の全長に沿って設けられている誘電体スペーサ1104の一部を露出させるために、RFコイルアレイインターフェースケーブル1100の中央で不連続である。誘電体スペーサ1104は、非限定的な例として、TEFLON(登録商標)または他の誘電体材料から構成されてもよい。誘電体スペーサ1104はキャパシタとして機能し、したがって、所望の共振を提供するように調整または構成することができる。RFコイルアレイインターフェースケーブル1100にキャパシタンスを提供するための他の構成も可能であり、図示した構成は例示的であり限定的ではないことを理解されたい。例えば、個別キャパシタをRFコイルアレイインターフェースケーブル1100に代替的に設けてもよい。
さらに、RFコイルアレイインターフェースケーブル1100は、第1のコモンモードトラップ導体1107および第2のコモンモードトラップ導体1109が固定される第1のポスト1113および第2のポスト(図示せず)を含む。そのために、第1のポスト1113と第2のポストはコモンモードトラップの両端部に配置され、そして外側シールド1103に固定される。第1のポスト1113および第2のポストは、第1および第2のコモンモードトラップ導体1107、1109がRFコイルアレイインターフェースケーブル1100の端部において外側シールド1103の近くに配置されることを確実にし、それによって、本明細書でさらに説明するように、逆巻き導体のテーパーバタフライ構成を提供する。
テーパーバタフライ構成は、第1のコモンモードトラップ導体1107によって形成された第1のループと、第2のコモンモードトラップ導体1109によって形成された第2のループと、を含み、これらは、第1のループにおける誘導電流(磁場により誘起された電流)と第2のループにおける誘導電流とが打ち消し合うように配置されている。例えば、場が一様で、第1のループと第2のループが等しい面積を有する場合、結果として生じる正味電流はゼロになる。ループのテーパー円筒形配置は、コモンモードトラップで従来使用されている二次元配置と比較して、屈曲中の共振周波数の改善された可撓性および一貫性を提供する。
一般に、本明細書で使用されるテーパーバタフライ構成は、磁束相殺する導体構成を指すために使用することができ、例えば少なくとも1つの軸の周りに対称的に配置された少なくとも2つの同様のサイズの対向するループを含み、磁場によって各ループ(またはループ群)に誘導される電流が、少なくとも1つの他のループ(またはループ群)に誘導される電流を打ち消す傾向があるように配置される。例えば、図10を参照すると、いくつかの実施形態では、逆巻き導体(例えば、中心部材および/または反対の螺旋方向の軸の周りに巻かれた導体)を中心導体1010から半径方向に離間して配置して、コモンモードトラップ1012、1014、1016を形成することができる。図11に示すように、半径方向の距離は、フリンジ効果を減少させるかまたは完全に排除するために、コモンモードトラップの端部に向かって先細にされてもよい。このようにして、コモンモードトラップ1012、1014、1016は、それらの間に実質的な隙間なしに連続または隣接して配置することができる。
本明細書で上述したコモンモードトラップ導体のテーパー螺旋構成は、複数のコモンモードトラップ導体がコモンモードトラップアセンブリ内に隣接して配置されている場合に特に有利である。例示的な例として、図12は、RFコイルアレイ1270を処理システム1260に結合する複数の連続および/または隣接するコモンモードトラップを含むRFコイルアレイインターフェースケーブル1250の斜視図である。RFコイルアレイインターフェースケーブル1250は、中心導体1252上で互いに隣接して配置された第1のコモンモードトラップ1280および第2のコモンモードトラップ1290を含む。
第1のコモンモードトラップ1280は、テーパー螺旋構成で逆巻きされた第1のコモンモードトラップ導体1282と第2のコモンモードトラップ導体1284とを含む。そのために、第1および第2の導体1282、1284はポスト1286、1288に固定されている。ポスト1286、1288は、コモンモードトラップ1280の同じ側に整列していることに留意されたい。
同様に、第2のコモンモードトラップ1290は、テーパー螺旋構成に逆巻きされてポスト1296および1298に固定された第3のコモンモードトラップ導体1292および第4のコモンモードトラップ導体1294を含む。ポスト1296、1298は、コモンモードトラップ1290の同じ側に整列していることに留意されたい。
図示するように、コモンモードトラップ1280、1290はある距離だけ離れており、それによってコモンモードトラップ間の隙間1254内の中心導体1252を露出させている。コモンモードトラップのコモンモードトラップ導体のテーパリング螺旋構成のために、隙間1254は、コモンモードトラップのインピーダンス機能を損なうことなく、コモンモードトラップアセンブリのコモンモードトラップの密度を増加させるために最小化または完全に除去することができる。すなわち、テーパー螺旋構成が与えられると、コモンモードトラップが面共有接触するように距離を任意に小さくすることができる。
RFコイルアレイインターフェースケーブル1250は2つのコモンモードトラップ1280、1290を含むが、実際には、RFコイルアレイインターフェースケーブルは3つ以上のコモンモードトラップを含むことができることを理解されたい。
さらに、RFコイルアレイインターフェースケーブル1250のコモンモードトラップ1280、1290は、ポスト1286、1288、1296、1298がRFコイルアレイインターフェースケーブルの同じ側に整列するように整列する。しかし、コモンモードトラップ間のクロストークが起こり得る例では、例えば、逆巻き導体の先細りがより激しいまたは急勾配である場合には、コモンモードトラップは互いに対して回転してフリンジ効果および/またはトラップ間のクロストークをさらに低減することができる。
さらに、他のコモンモードトラップまたはバラン構成も可能である。例えば、各コモンモードトラップの外側シールドは、コモンモードトラップを重ね合わせることができ、またはインターリーブすることができ、したがってコモンモードトラップの密度を高めることができるようにトリミングすることができる。
本明細書で使用する場合、単数形で列挙され、「1つの(a)」または「1つの(an)」という単語に続けられる要素またはステップは、除外することが明示的に述べられない限り、複数の前記要素またはステップを除外しないと理解されたい。さらに、本開示の「一実施形態」への言及は、列挙された特徴をも組み込む追加の実施形態の存在を除外するものとして解釈されることを意図しない。さらに、明示的に反対の記載がない限り、特定の特性を有する要素または複数の要素を「備える(comprising)」、「含む(including)」、または「有する(having)」実施形態は、その特性を有さない追加のそのような要素を含むことができる。「含む(including)」および「ここで(in which)」という用語は、それぞれの用語「備える(comprising)」および「ここで(wherein)」の明示的な均等物として使用される。さらに、「第1の」、「第2の」、および「第3の」などの用語は、単にラベルとして使用され、それらの対象に数値的要件または特定の位置的順序を課すことを意図しない。
この明細書は、本発明を開示するために実施例を用いており、最良の形態を含んでいる。また、当業者が本発明を実施することができるように実施例を用いており、任意の装置またはシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含んでいる。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義されると共に、当業者に想起される他の実施例を含んでもよい。そのような他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言から相違しない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言から実質的には相違しない同等の構造要素を含む場合、特許請求の範囲の技術的範囲に包含される。
10 MRI装置
12 超電導マグネット部
13 勾配磁場コイル部
14 局所表面RFコイル部
15 RF本体コイル部、ボリュームコイル部
16 被検体
18 撮像空間
20 T/Rスイッチ
22 RF駆動部
23 勾配磁場コイル駆動部
24 データ取得部
25 コントローラ部
26 テーブル
31 データ処理部
32 操作コンソール部
33 表示部
102 RFコイル
124 データ取得部
201 ループ部分
202 RFコイル
203 結合電子回路部分
204 減結合回路
206 インピーダンスインバータ回路
208 前置増幅器
210 コントローラ部
212 コイルインターフェースケーブル、RFコイルアレイインターフェースケーブル
300 第1のワイヤ導体
301 RFコイル
302 第2のワイヤ導体
303 プラスチック誘電材料
304 第1のセグメント
306 第2のセグメント
308 第1のセグメント
310 第2のセグメント
312 被駆動端部
314 浮動端部
316 被駆動端部
318 浮動端部
320 被駆動端部
322 浮動端部
324 被駆動端部
326 浮動端部
358 信号インターフェース
360 減結合ダイオード
362 前置増幅器
370a 第1のインダクタ
370b 第2のインダクタ
370c 第3のインダクタ
372a 第1のキャパシタ
372b 第2のキャパシタ
372c 第3のキャパシタ
372d 第4のキャパシタ
374 ダイオード
400 第1の導体
401 RFコイル
402 第2の導体
403 プラスチック誘電材料
412 第1の終端部
416 第2の終端部
420 第1の終端部
424 第2の終端部
500 分布キャパシタンスループ部分
502 第1のワイヤ導体
503 誘電材料
504 第2のワイヤ導体
600 第1の概略図
602 後部RFコイルアレイ
604 変形可能材料エンクロージャ
606 MRIシステムテーブルインターフェース
610 第2の概略図
612 後部RFコイルアレイ
614 変形可能材料エンクロージャ
616 MRIシステムテーブルインターフェース
700 適合型後部RFコイルアレイ
701 RFコイルループ、集積キャパシタコイルループ
702 第1の結合電子回路部
704 コイルインターフェースケーブル
710 ケーブルアセンブリ
715 バラン
720 ケーブルアセンブリ
725 バラン
730 インターフェースコネクタ
740 インターフェースコネクタ
750 変形可能な材料
800 後部RFコイルアレイ
802 コイルアレイ
804 可撓性織物材料
806 第1のセクション
808 第2のセクション
810 第1のセクション
812 第2のセクション
900 後部RFコイルアレイ
910 第1の外層
915 第1の厚さ
920 第2の内層
925 第2の厚さ
950 第1の環状溝
952 第1のRFコイル
955 第2の環状溝
957 第2のRFコイル
960 第3の環状溝
962 第3のRFコイル
965 第4の環状溝
967 第4のRFコイル
970 第5の環状溝
972 第5のRFコイル
1000 連続コモンモードトラップアセンブリ
1001 伝送ケーブル
1004 長さ
1010 中心導体
1012 コモンモードトラップ
1014 コモンモードトラップ
1016 コモンモードトラップ
1018 コモンモードトラップ部
1050 処理システム
1060 RFコイルアレイ
1100 RFコイルアレイインターフェースケーブル
1103 外側シールド
1104 誘電体スペーサ
1105 内側スリーブ
1107 第1のコモンモードトラップ導体
1108 第1の方向
1109 第2のコモンモードトラップ導体
1110 第2の方向
1113 第1のポスト
1118 ボア
1250 RFコイルアレイインターフェースケーブル
1252 中心導体
1254 隙間
1260 処理システム
1270 RFコイルアレイ
1280 第1のコモンモードトラップ
1282 第1のコモンモードトラップ導体
1284 第2のコモンモードトラップ導体
1286 ポスト
1288 ポスト
1290 第2のコモンモードトラップ
1292 第3のコモンモードトラップ導体
1294 第4のコモンモードトラップ導体
1296 ポスト
1298 ポスト

Claims (15)

  1. 磁気共鳴撮像(MRI)システム用の後部無線周波数(RF)コイルアセンブリであって、
    複数のRFコイル(102、202、301、401、952、957、962、967、972)と、前記複数のRFコイル(102、202、301、401、952、957、962、967、972)を収容する変形可能な材料(750)と、を含むRFコイルアレイ(602、612、700、800、900、1060、1270)であって、各RFコイル(102、202、301、401、952、957、962、967、972)が分布キャパシタンスワイヤ導体のループ部分(201、500)を含む、RFコイルアレイ(602、612、700、800、900、1060、1270)と、
    各RFコイル(102、202、301、401、952、957、962、967、972)の各ループ部分(201、500)に結合された結合電子回路部分(203)と、
    を含む後部無線周波数(RF)コイルアセンブリ。
  2. 前記複数のRFコイル(102、202、301、401、952、957、962、967、972)と、前記複数のRFコイル(102、202、301、401、952、957、962、967、972)を収容する変形可能な材料(750)と、を含む前記RFコイルアレイ(602、612、700、800、900、1060、1270)は、前記MRシステムのテーブル(26)内に実装されるように構成され、前記テーブル(26)は、撮像される被検体(16)を支持するように構成され、前記RFコイルアレイ(602、612、700、800、900、1060、1270)は、前記テーブル(26)および前記変形可能な材料(750)の上に横たわっているときに、前記被検体(16)に最も近い前記変形可能な材料(750)の頂部部分に配置されるように構成される、請求項1に記載の後部RFコイルアセンブリ。
  3. 前記結合電子回路部分(203)は、前置増幅器(208、362)と、高い阻止インピーダンスを生成するように構成されたインピーダンス整合回路網と、を含む、請求項1に記載の後部RFコイルアセンブリ。
  4. 各結合電子回路部(702)は、減結合回路(204)をさらに含む、請求項3記載の後部RFコイルアセンブリ。
  5. 前記前置増幅器(208、362)は、高いソースインピーダンス用に最適化された低入力インピーダンス前置増幅器を含み、前記インピーダンス整合回路網は、前記高いソースインピーダンスを提供する、請求項3に記載の後部RFコイルアセンブリ。
  6. 各分布キャパシタンスワイヤは、誘電材料(303、403、503)によって封入され分離された2つの平行ワイヤ導体を含む、請求項1に記載の後部RFコイルアセンブリ。
  7. 各ループ部分(201、500)のキャパシタンスは、前記それぞれの2つの平行ワイヤ導体の間の間隔、前記2つの平行ワイヤ導体上の切れ目の位置および/または数、ならびに前記誘電材料(303、403、503)の関数である、請求項6に記載の後部RFコイルアセンブリ。
  8. 各ループ部分(201、500)は、各ループ部分(201、500)の終端部間で前記ループ部分(201、500)の全長に沿っていかなる容量性および誘導性の集中定数部品も含まない、請求項6に記載の後部RFコイルアセンブリ。
  9. 前記変形可能な材料(750)は、フォーム、発泡フォーム、形状記憶フォーム、およびゲルのうちの1つまたは複数を含む、請求項1に記載の後部RFコイルアセンブリ。
  10. 磁気共鳴撮像(MRI)システムのための後部無線周波数(RF)コイルアセンブリであって、
    複数のRFコイル(102、202、301、401、952、957、962、967、972)と、前記複数のRFコイル(102、202、301、401、952、957、962、967、972)を収容する変形可能な材料(750)と、を含むRFコイルアレイ(602、612、700、800、900、1060、1270)であって、各RFコイル(102、202、301、401、952、957、962、967、972)は分布キャパシタンスワイヤ導体のループ部分を含む、RFコイルアレイ(602、612、700、800、900、1060、1270)と、
    被検体(16)の撮像中に前記RFコイルアレイ(602、612、700、800、900、1060、1270)が配置されるように構成されたテーブル(26)と、
    各RFコイル(102、202、301、401、952、957、962、967、972)の各ループ部分(201、500)に結合された結合電子回路部分(203)と、
    を含む後部無線周波数(RF)コイルアセンブリ。
  11. 前記複数のRFコイル(102、202、301、401、952、957、962、967、972)は、互いに対して固定されない位置に配置されている、請求項10に記載の後部RFコイルアセンブリ。
  12. 前記結合電子回路部分(203)は、減結合回路網と、前置増幅器(208、362)と、高阻止インピーダンスを生成するように構成されたインピーダンス整合回路網と、を含む、請求項10に記載の後部RFコイルアセンブリ。
  13. 前記前置増幅器(208、362)は、高いソースインピーダンス用に最適化された低入力インピーダンス前置増幅器を含み、前記インピーダンス整合回路網は、前記高いソースインピーダンスを提供する、請求項12に記載の後部RFコイルアセンブリ。
  14. 各分布キャパシタンスワイヤ導体は、誘電材料(303、403、503)によって封入され分離された2つの平行ワイヤを含む、請求項10に記載の後部RFコイルアセンブリ。
  15. 前記RFコイルアレイ(602、612、700、800、900、1060、1270)は前記テーブル(26)に取り外し可能に結合されている、請求項10に記載の後部RFコイルアセンブリ。
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