JP6998445B2 - Ｔｘモード及びｒｘモードのためのｒｆアンテナデバイスのフィールド均質化のためのパッシブｒｆシム共振器 - Google Patents

Description

本発明は、磁気共鳴（ＭＲ）イメージングシステムの分野に関連し、特に、ＭＲイメージングシステムのＲＦアンテナデバイスによって放射されるＲＦフィールドのフィールド均質化の技術分野に関連する。

本発明は、特に、磁気共鳴（ＭＲ）イメージングシステムのＲＦアンテナデバイスによって放射されるＲＦフィールドのフィールド均質化のためのパッシブ無線周波数（ＲＦ）シム共振器に関する。

本発明はさらに、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムで使用される患者用ベッド又は患者用マットレスに関する。

本発明はさらに、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムで使用されるＲＦフィールドを生成及び／又は受信するための無線周波数（ＲＦ）アンテナデバイスに関し、ここで、ＲＦアンテナデバイスはコイルハウジングと、ＲＦアンテナによって放射されるＲＦフィールドのフィールド均質化のための上記パッシブ無線周波数（ＲＦ）シム共振器とを備える。

本発明はさらに、静磁場を生成するための主磁石と、静磁場に重畳される勾配磁場を生成するための勾配磁場コイルシステムと、ＲＦフィールドを生成するための少なくとも１つの無線周波数（ＲＦ）アンテナデバイスとを備える磁気共鳴（ＭＲ）イメージングシステムに関する。

本発明はさらに、特に、静磁場を生成するための主磁石と、静磁場に重畳される勾配磁場を生成するための勾配磁場コイルシステムと、ＲＦフィールドを生成するための少なくとも１つの無線周波数（ＲＦ）アンテナデバイスとを備える磁気共鳴（ＭＲ）イメージングシステムに関する。

本発明はさらに、特に、磁気共鳴（ＭＲ）イメージングシステムのＲＦアンテナデバイスによって放射されるＲＦフィールドのフィールド均質化を改善する方法に関する。

高磁場磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）では、ＲＦフィールドの波動伝播効果によって引き起こされる乏しいＢ１フィールド均質性が画質に悪影響を及ぼすことがよくある。したがって、今日の高磁場磁気共鳴（ＭＲ）検査システム、特に３Ｔ又は７Ｔの強い磁場を有する最新のＭＲ検査システムでは、フィールド不均質性が依然として大きな課題である。この問題に対処するために設計された様々なＲＦコイルの中で、ＲＦコイルの長手方向と比較して線形ではない方向に伸びるラングを有するバードケージコイルが、ＭＲＩイメージングのフィールド均質性を改善するために導入された。

上記の問題を克服し、電磁場の均質性を改善するために、非常に実用的でシンプルかつ安価なこの問題に対するソリューションは、送信フィールドに平滑化効果を有し得る誘電パッドを使用することである。同様に、ローカルパッシブ共振器は誘電体パッドと比較して同様に機能することができる。したがって、フィールド均質性を改善し、患者固有ＳＡＲを低減するために、このような人工的誘電及び／又は狭帯域透過性材料をＭＲＩにおいてさらに使用することができる。

これらの既知の方法の欠点は、最大送信及び受信性能のために最適な形状が、これらの材料ごとに異なるということである。したがって、ＴＸモードとＲＸモードへの影響が異なり、すなわち、ＴＸモードでの電磁場への有益な影響が、ＲＸモードへの悪影響を及ぼし得る（逆も同様である）。これは、アンテナのラングがＲＦコイルの長手方向に伸びていないコイル設計の場合により当てはまる。対照的に、ＴＸモードとＲＸモードについて最適化された独立ラング構造が提供され得る。この場合、ＲＦコイルのラング導体の非線形伸長には通常２つの方向があるため、標準的バードケージコイルと比較して標準的ＲＦコイル対称性は壊れる。

米国特許出願ＵＳ２０１３／０１６５７６８は、ＨＦ補正コイル要素を備えたブレスト（ｂｒｅａｓｔ）コイルに関する。磁気共鳴記録中（つまり、受信モードにおいて）、ＨＦ補正要素は、Ｂ１フィールドを可能な限り均質化するように、ローカルＢ１フィールドに影響を与える。

送信及び受信性能のためにＲＦフィールドを同時に最適化するための単一の共振器は不可能である。

本発明の目的は、磁気共鳴（ＭＲ）イメージングシステムにおいて使用される無線周波数（ＲＦ）アンテナデバイスによって放射されるＲＦフィールドのフィールド均質化のためのパッシブＲＦシム共振器、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムにおいて使用される患者ベッド又は患者マットレス、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムにおいて使用されるＲＦフィールドを生成及び／又は受信するための無線周波数（ＲＦ）アンテナデバイス、磁気共鳴（ＭＲ）イメージングシステム、及び磁気共鳴（ＭＲ）イメージングシステムのＲＦアンテナデバイスによって放射されるＲＦフィールドのフィールド均質化を改善する方法であって、ＲＸモード及びＴＸモードのために最適化されたＲＦフィールドを用いたＭＲイメージングを可能にするものを提供することである。

この目的は、磁気共鳴（ＭＲ）イメージングシステムの無線周波数ＲＦアンテナデバイスによって放射されるＲＦフィールドのフィールド均質化のためのパッシブＲＦシム共振器であって、前記パッシブＲＦシム共振器は、第１の共振能力及び第２の共振能力を有し、前記パッシブＲＦシム共振器はスイッチングデバイスを備え、前記スイッチングデバイスは、前記ＭＲイメージングシステムの前記ＲＦアンテナデバイスによって放射される前記ＲＦフィールドのＴＸモード及びＲＸモードに従い、前記第１の共振能力及び前記第２の共振能力を切り替える、パッシブＲＦシム共振器によって達成される。

この目的はさらに、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムにおいて使用される患者ベッド又は患者マットレスであって、前記患者ベッド又は前記患者マットレスは、ＭＲイメージングシステムの無線周波数（ＲＦ）アンテナデバイスによって放射されるＲＦフィールドのフィールド均質化のための上記パッシブＲＦシム共振器を備える、患者ベッド又は患者マットレスによって達成される。

この目的はさらに、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムで使用される無線周波数（ＲＦ）フィールドを生成及び／又は受信するためのＲＦアンテナデバイスであって、前記ＲＦアンテナデバイスは、コイルハウジングと、前記ＲＦアンテナによって放射されるＲＦフィールドのフィールド均質化のための上記パッシブ無線周波数（ＲＦ）シム共振器とを備え、前記パッシブＲＦシム共振器は前記コイルハウジング内に配置される、ＲＦアンテナデバイスによって達成される。

この目的はさらに、静磁場を生成するための主磁石と、前記静磁場に重畳される勾配磁場を生成するための勾配磁場コイルシステムと、無線周波数（ＲＦ）フィールドを生成するための少なくとも１つのＲＦアンテナデバイスとを備える磁気共鳴（ＭＲ）イメージングシステムであって、前記磁気共鳴（ＭＲ）イメージングシステムはさらに、上記患者ベッド又は患者マットレスを備える、ＭＲイメージングシステムによって達成される。

この目的はさらに、静磁場を生成するための主磁石と、前記静磁場に重畳される勾配磁場を生成するための勾配磁場コイルシステムと、無線周波数（ＲＦ）フィールドを生成するための少なくとも１つのＲＦアンテナデバイスとを備える磁気共鳴（ＭＲ）イメージングシステムであって、前記少なくとも１つのＲＦアンテナデバイスは上記ＲＦアンテナデバイスである、ＭＲイメージングシステムによって達成される。

この目的はまた、磁気共鳴（ＭＲ）イメージングシステムのＲＦアンテナデバイスによって放射されるＲＦフィールドのフィールド均質化を改善する方法であって、前記方法は、前記ＲＦアンテナデバイスのＴＸモード及びＲＸモードに従い、第１の共振能力及び第２の共振能力を有するパッシブＲＦシム共振器を提供するステップと、前記ＭＲイメージングシステムの前記ＲＦアンテナデバイスの前記ＴＸモード及び前記ＲＸモードを決定するステップと、前記ＭＲイメージングシステムの前記ＲＦアンテナデバイスによって放射される前記ＲＦフィールドの前記ＴＸモード及び前記ＲＸモードに従って、前記パッシブＲＦシム共振器を前記第１の共振能力と前記第２の共振能力との間で切り替えるステップとを含む、方法によって達成される。

したがって、パッシブＲＦシム共振器をＴＸモード又は送信モードとＲＸモード又は受信モードとの間で切り替えるとき、ＭＲイメージングシステムの各動作モードに従い、送信モード及び受信モードの両方に関して最適な構成を実現することができる。これは、ＭＲＩでは、送信及び受信が順次実行されるので可能である。スイッチングデバイスを使用することで、パッシブＲＦシム共振器の適切な構成を選択し、各ケースにおいてＭＲイメージングシステムのパフォーマンスを向上させることができる。複数の異なる共鳴能力を提供するために、複数の異なるアプローチが適用され、例えば、複数の異なる共鳴能力を独立して提供したり、又は少なくとも部分的に同じ構造を使用してもよい。したがって、スイッチング動作を実行することにより、パッシブＲＦシム共振器全体を様々なアプリケーションに適合させることができる。このコンテキストにおいて、好ましくは、第１及び第２の共振能力は、ＭＲイメージングシステムのＲＦアンテナデバイスによって放射されるＲＦフィールドのＴＸモード及びＲＸモードに対応して提供される。したがって、パッシブＲＦシム共振器は、それぞれが対応する回転磁場成分のために最適化された送信状態と受信状態との間で切り替えられ得る。パッシブＲＦシム共振器は、ＭＲイメージングシステムの様々なコンポーネント内に実装され、例えば患者ベッド、コイルハウジング、又は患者マットレスなどに実装され得る。パッシブＲＦシム共振器は、単独で、又は少なくとも１つのセラミック誘電体パッドと組み合わせて提供され得る。したがって、ＭＲイメージングシステムの送信モード及び受信モードの両方について最適な構成を達成することができる。送信モードでは、Ｂ１＋均質性及びＳＡＲが最適化され、受信モードでは、Ｂ１均質性及びＳＮＲが最適に高められる。ＲＦアンテナ（すなわち、ＭＲＩシステムの送信コイル）によって放射されるＲＦフィールドの空間的変動を低減することができる。

スイッチングデバイスとは、ＭＲイメージングシステムのＲＦアンテナデバイスによって放射されるＲＦフィールドのＲＦフィールド均質化を一般的に達成するために切り替えられる個々のスイッチングユニットのセットを指す。しかしながら、スイッチングデバイスは単一のスイッチングユニットのみを含んでもよい。

変形された実施形態によれば、前記パッシブＲＦシム共振器は、単一の共振ループ又は複数の電磁結合された共振ループを備え、前記スイッチングデバイスは、前記単一の共振ループ又は複数の電磁結合された共振ループ内に配置された少なくとも１つのスイッチングユニットを備え、前記スイッチングデバイスは、前記少なくとも１つのスイッチングユニットが前記少なくとも前記単一の共振ループ又は複数の電磁結合された共振ループを切り替えることで、前記単一の共振ループ又は複数の電磁結合された共振ループを使用して前記第１の共振能力及び前記第２の共振能力を提供するように、動作させられる。したがって、ＲＦコイルのＴＸモード又はＲＸモードに応じて、少なくとも１つのスイッチングユニットを使用し、必要な共振ループを選択及びアクティブ化することができる。ＴＸモード及びＲＸモードのための共振ループは、少なくとも一部の共振ループを共有し得る。あるいは、ＴＸモード及びＲＸモードのための共振ループは個別の共振ループであってもよい。

変形された実施形態によれば、前記パッシブＲＦシム共振器は、電磁結合された複数の共振ループを備え、前記複数の共振ループは、人工誘電体を形成する２Ｄ又は３Ｄグリッド構造内に配置され、前記スイッチングデバイスは、前記複数の電磁結合された共振ループ内に配置された複数のスイッチングユニットを備え、前記複数のスイッチングユニットは、前記単一の共振ループ又は複数の電磁結合された共振ループを切り替えることで、前記単一の共振ループ又は複数の電磁結合された共振ループを使用して前記第１の共振能力及び前記第２の共振能力を提供する。共振ループのグリッド構造に基づき、均質なパッシブＲＦシム共振器を提供することができる。これにより、パッシブＲＦシム共振器の製造が容易になる。さらに、ＲＦフィールドを全ての座標軸において簡単に制御することができるようになるので、グリッド構造は、ＭＲイメージングシステムのＲＦフィールドの最適化を容易にする。スイッチングユニットは、実現されるべき複数の共振ループの所望の形状に依存して、グリッド構造のブランチ内に設けられ得る。

変形された実施形態によれば、複数の共振ループは、グリッド構造の複数の接続点を相互接続する複数のブランチ内に配置される。したがって、グリッド構造の複数のブランチを相互接続することにより、複数の共振ループを形成及びアクティブ化することができる。したがって、ＴＸモード又はＲｘモードに応じて、異なる複数のブランチセットを接続して複数の共振ループを形成することができる。ＴＸモード及びＲＸモードのための複数の共振ループは互いに独立であってもよい。しかし、ＴＸモード及びＲＸモードのための複数の共振ループは、グリッド構造の複数のブランチを少なくとも部分的に共有してもよい。さらに、一部のブランチが全く使用されなくてもよい。ブランチは、離調（ｄｅｔｕｎｉｎｇ）コンポーネント又は回路を有し、それにより、それぞれが離調能力を有する各ブランチが必要に応じてアクティブ化され得る。

変形された実施形態によれば、前記パッシブＲＦシム共振器は、単一の伝送ライン、又は電磁結合された複数の伝送ラインを備え、前記スイッチングデバイスは、前記単一の伝送ライン又は複数の電磁結合された伝送ライン内に配置された少なくとも１つのスイッチングユニットを備え、前記スイッチングデバイスは、前記少なくとも１つのスイッチングユニットが前記単一の伝送ライン又は複数の電磁結合された伝送ラインを切り替えることで、前記単一の伝送ライン又は複数の電磁結合された伝送ラインを使用して前記第１の共振能力及び前記第２の共振能力を提供するように、動作させられる。伝送ラインは、例えばＰＩＮダイオード、ショットキーダイオード、又はトランジスタなどの電子部品によって形成された異なる種類のスイッチングユニットを備え得る。例えば、ＰＩＮダイオードは、大きな誘導電圧のために伝送ラインをオンに切り替え得る。伝送ラインの挙動を送信フェーズ及び受信フェーズのために適合させるように、スイッチング動作が実行され得る。両方向の完全な制御を可能にするために、２つのスイッチングユニットが逆並列構成に配置されてもよい。さらに、スイッチングユニットは、別のサブブランチと並列配置された、ブランチ内のサブブランチ内に設けられてもよい。したがって、ブランチは、例えば送信フェーズ中にオフに切り替えられ、受信フェーズ中にアクティブにされてもよい。

変形された実施形態によれば、前記パッシブＲＦシム共振器は、単一の誘電体共振器、又は結合された複数の誘電体共振器を備え、前記スイッチングデバイスは、前記単一の誘電体共振器又は複数の結合された誘電体共振器内に配置された少なくとも１つのスイッチングユニットを備え、前記スイッチングデバイスは、前記少なくとも１つのスイッチングユニットが前記単一の誘電体共振器又は複数の結合された誘電体共振器を切り替えることで、前記単一の誘電体共振器又は複数の結合された誘電体共振器を使用して前記第１の共振能力及び前記第２の共振能力を提供するように、動作させられる。したがって、ＭＲイメージングシステムのＲＦアンテナデバイスによって放射されるＲＦフィールドのＴＸモード及びＲＸモードに対応する第１及び第２の共振能力を提供するために、１つの誘電体共振器又は複数の結合された誘電体共振器が設けられ得る。

変形された実施形態によれば、前記スイッチングデバイスは、少なくとも１つの切替可能な共振回路を備える。共振回路を使用して、ＴＸモード又はＲＸモードに応じて共振周波数が調整され得る。共振回路は、ＲＦフィールドの均質化及び／又は最適化を可能にする、異なる共振周波数間での共振回路の切り替えのための任意の種類の適切なスイッチングユニットを含み得る。共振能力、すなわち共振回路の共振周波数に起因して、ＭＲイメージングシステムのＲＦアンテナデバイスから放射されるＲＦフィールドのＴＸモード及びＲＸモードに従い第１の共振能力と第２の共振機能とを切り替えることで、パッシブＲＦシム共振器の挙動を変更することができる。パッシブＲＦシム共振器の切り替えは、例えばＰＩＮダイオード、ショットキーダイオード、又はトランジスタなどの電気コンポーネントを含むスイッチングユニットによって実行され得る。

変形された実施形態によれば、前記スイッチングデバイスは、能動的に制御可能なスイッチングデバイスであり、前記パッシブＲＦシム共振器は制御ユニットを備え、前記制御ユニットは、前記ＭＲイメージングシステムの前記ＲＦアンテナデバイスによって放射される前記ＲＦフィールドのＴＸモード及びＲＸモードに従い、前記スイッチングデバイスを前記第１の共振能力と前記第２の共振能力との間で能動的に切り替える。したがって、ＲＦフィールドのＴＸモード及びＲＸモードに従ってパッシブＲＦシム共振器を切り替えるように、スイッチングデバイスの制御を実行することができる。スイッチングデバイスを能動的に切り替えることで、スイッチングユニットの動作の自由度を高めることができる。好ましくは、制御ユニットは、ＭＲイメージングシステムのＴＸモード及びＲＸモードの制御と同期される。スイッチングユニットは、例えば、制御ユニットによって能動的に制御されるＰＩＮダイオード、ショットキーダイオード、又はトランジスタであり得る。トランジスタは、トランジスタの制御ピンを介して能動的に制御され、ダイオードは、例えば、ダイオードの接点ピン間にスイッチング電圧を供給することによって能動的に制御され得る。

変形された実施形態によれば、前記スイッチングデバイスはパッシブスイッチングデバイスであり、前記スイッチングデバイスは、前記ＭＲイメージングシステムの前記ＲＦアンテナデバイスによって放射される前記ＲＦフィールドのＴＸモード及びＲＸモードに従い、前記第１の共振能力と前記第２の共振能力とを受動的に切り替える。したがって、Ｂ１送信フィールドを使用してスイッチングユニットを切り替えることができる。これは、当該技術分野で知られている、例えばローカル受信コイルを切り替えるための方法と同様にして行うことができる。したがって、Ｂ１送信フィールドを使用して、例えば共振器の一部を切り替えることができる。パッシブＲＦシム共振器の切り替えは、例えばＰＩＮダイオード、ショットキーダイオード、又はトランジスタなどの電気コンポーネントによって実行され得る。

変形された実施形態によれば、前記第１の共振能力は、前記ＲＦコイルの送信フィールドのためのフィールド最適化を達成し、前記第２の共振能力は、前記ＲＦコイルの受信フィールドのためのフィールド均質化を達成する、又はその逆である。

本発明の上記及び他の側面は、以下に記載される実施形態を参照しながら説明され、明らかになるであろう。しかし、かかる実施形態は、必ずしも本発明の全範囲を示すものではなく、よって、本発明の範囲を解釈するには、特許請求の範囲及び本明細書を参照されたい。

図１は、磁気共鳴（ＭＲ）イメージングシステムの第１の好適な実施形態の一部の概略図である。 図２は、第２の実施形態に係る、パッシブ無線周波数シム共振器を備える患者ベッド、及びその上に配置された関心対象の概略側面図である。 図３は、図２に示される患者ベッド及びそのパッシブＲＦシム共振器の概略上面図である。 図４は、第３の実施形態に係るパッシブＲＦシム共振器において使用されるパッシブダイポールアンテナの概略上面図である。 図５は、第４の実施形態に係るパッシブＲＦシム共振器において使用されるパッシブダイポールアンテナと共振ループとの組み合わせの概略上面図である。 図６は、第５の実施形態に係る二次元構造のパッシブＲＦシム共振器を形成する複数の共振ループの配置の概略上面図である。 図７は、第６の実施形態に係る複数の制御ピンを備える単一の共振ループの詳細な上面図である。 図８は、第７の実施形態に係る二次元グリッド構造のパッシブＲＦシム共振器の概略上面図である。 図９は、第８の実施形態に係る三次元構造のパッシブＲＦシム共振器の概略斜視図である。 図１０は、第９の実施形態に係る、積層構成で互いの上に設けられた３つの共振ループを備えるパッシブＲＦシム共振器の概略側面図である。 図１１ａは、第１０の実施形態に係る第１の内部構造を有するパッシブＲＦシム共振器の概略側面図である。 図１１ｂは、第１１の実施形態に係る第２の内部構造を有するパッシブＲＦシム共振器の概略側面図である。 図１２は、上記実施形態のいずれかに係るパッシブＲＦシム共振器を備える患者ベッド上に配置された関心対象を、ＭＲ画像生成で形成されたダークスポットとともに示す概略図である。 図１３は、ＭＲイメージングシステムのＴＸモード及びＲＸモードについてＭＲ画像生成で形成された異なるダークスポットの形成を示す、図１２に対応する概略図である。

図１は、第１の好ましい実施形態に係るＭＲスキャナ１１２を含む磁気共鳴（ＭＲ）イメージングシステム１１０の一部の概略図を示す。ここでは、説明される全ての実施形態の基礎として、第１の実施形態のＭＲイメージングシステム１１０を一般的に説明する。

ＭＲイメージングシステム１１０は、静磁場を生成するために設けられた主磁石１１４を含む。主磁石１１４は、通常は患者である関心対象１２０が内部に配置される、中心軸１１８周りの検査空間１１６を提供する中央ボアを有する。関心対象１２０は、通常、患者ベッド１４２の上に横たわる。したがって、この実施形態では、中央ボア、したがって主磁石１１４の静磁場は、中心軸１１８及び患者ベッド１４２に従って水平方向を有する。別の実施形態では、例えば、静磁場を垂直方向にするために、主磁石１１４の向きが異なっていてもよい。さらに、ＭＲイメージングシステム１１０は、静磁場に重畳される勾配磁場を生成する勾配磁場コイルシステム１２２を備える。勾配磁場コイルシステム１２２は、当技術分野で知られているように、主磁石１１４のボア内に同心配置されている。

さらに、ＭＲイメージングシステム１１０は、管状のボディを有する全身コイルとして設計された無線周波数（ＲＦ）アンテナデバイス１４０を含む。ＲＦアンテナデバイス１４０は、ＲＦコイルデバイスとも呼ばれ得る。他の実施形態では、ＲＦアンテナデバイス１４０はヘッドコイル、又はＭＲイメージングシステム１１０で使用される他の適切なコイルタイプとして設計される。ＲＦアンテナデバイス１４０は、ＲＦ送信フェーズ中に、すなわち、ＭＲイメージングシステム１１０のＴＸモード中に検査空間１１６にＲＦ磁場を印加して、ＭＲ画像が含むべき関心対象１２０の核を励起するために設けられる。ＲＦアンテナデバイス１４０はまた、ＲＦ受信フェーズ中に、すなわち、ＭＲイメージングシステム１１０のＲＸモード中に励起された核からＭＲ信号を受信するために設けられる。ＭＲイメージングシステム１１０の動作状態では、ＲＦ送信フェーズ及びＲＦ受信フェーズが連続的に生じる。ＲＦアンテナデバイス１４０は、主磁石１１４のボア内に同心円状に配置される。円筒状のＲＦシールドデバイス１２４が、勾配磁場コイルシステム１２２とＲＦアンテナデバイス１４０との間に同心円状に配置される。したがって、ＲＦシールドデバイス１２４は、ＲＦアンテナデバイス１４０を同軸状に包囲する。一部の実施形態では、ＲＦアンテナデバイス１４０及びＲＦシールドデバイス１２４は一体的に提供される。

さらに、当該技術分野で一般的に知られているように、ＭＲイメージングシステム１１０は、取得されたＭＲ信号からＭＲ画像を再構成するために提供される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提供されるモニタユニット１２８を備えたＭＲイメージングシステム制御ユニット１２６とを備える。ＭＲイメージングシステム制御ユニット１２６と、ＲＦ送信フェーズ中にＲＦスイッチングユニット１３６を介してＲＦアンテナデバイス１４０にＭＲ無線周波数のＲＦ電力を供給するために設けられるＲＦ送信機ユニット１３４との間に、制御ライン１３８が設けられる。ＲＦスイッチングユニット１３６もＭＲイメージングシステム制御ユニット１２６によって制御され、そのために、ＭＲイメージングシステム制御ユニット１２６とＲＦスイッチングユニット１３６との間に別の制御ライン１３２が設けられる。ＲＦ受信フェーズ中、ＲＦスイッチングユニット１３６は、前置増幅の後、ＲＦアンテナデバイス１４０からＭＲ画像再構成ユニット１３０にＭＲ信号を向ける。

図２及び図３は、第２の実施形態に係る患者ベッド１４２を示す。患者ベッド１４２は、第１の実施形態のＭＲイメージングシステム１１０と共に使用することができる。

第２の実施形態の患者ベッド１４２は、ＲＦアンテナデバイス１４０によって放射されるＲＦフィールドのフィールド均質化のためのパッシブ無線周波数（ＲＦ）シム共振器１４４を含む。上述のように、関心対象１２０は患者ベッド１４２上に配置され得る。

パッシブＲＦシム共振器１４４は、電磁的に結合された複数の共振ループ１４６と、制御ユニット１４８とを備える。複数の共振ループ１４６は、共振ループ１４６の３つのグループ１５０を有する直線配列で提供され、各グループ１５０は、同心円状に配置された２つの共振ループ１４６を含む。

各共振ループ１４６が、複数の結合コンデンサ１５２と、スイッチングユニットとしてのＰＩＮダイオード１５４とを備える。各ＰＩＮダイオード１５４は、制御ポート１５６間に提供される。制御ポート１５６は制御ユニット１４８に接続され、制御ユニット１４８は、制御ポート１５６を介してＰＩＮダイオード１５４の電圧を能動的に制御して、ＰＩＮダイオード１５４を導通又は非導通にする。したがって、制御ユニット１４８は全てのＰＩＮダイオード１５４の制御を実行し、それにより、ＰＩＮダイオード１５４は一般的にスイッチングデバイスと見なされる。制御ポート１５６の制御ユニット１４８への接続は、図２及び図３には明示的に示されていない。したがって、ＰＩＮダイオード１５４が導通であるとき、対応する共振ループ１４６は導通になり、すなわち、円形電流が対応する共振ループ１４６を流れることができる。ＰＩＮダイオード１５４が非導通の場合、対応する共振ループ１４６が遮断され、それにより、対応する共振ループ１４６を流れる円形電流が遮断される。

制御ユニット１４８は、電磁的に結合された複数の共振ループ１４６を切り替えるようにＰＩＮダイオード１５４を動作させることで、ＭＲイメージングシステム１１０のＲＦアンテナデバイス１４０によって放射されるＲＦフィールドのＴＸモード及びＲＸモードに対応する第１及び第２の共振能力を提供する。

第１及び第２の共振能力は、ＭＲイメージングシステム１１０のＲＦアンテナデバイス１４０によって放射されるＲＦフィールドのＴＸモード及びＲＸモードに対応して提供される。したがって、パッシブＲＦシム共振器１４４は、送信モードと受信モードとの間で切り替えられ、第１及び第２の共振能力は、対応する回転ＲＦフィールドのために最適化される。送信モードの場合、ＲＦアンテナデバイス１４０（すなわち、ＭＲＩシステム１１０の送信コイル）によって放射されるＲＦフィールドの空間変動を低減するために、Ｂ１＋均質性及びＳＡＲが最適化される。さらに、受信モードでは、Ｂ１－均質性及びＳＮＲが高められ得る。

図４は、第３の実施形態に係るパッシブＲＦシム共振器１４４で使用されるパッシブダイポールアンテナ１５８に関する。第３の実施形態に係るパッシブダイポールアンテナ１５８及びパッシブＲＦシム共振器１４４は、第１の実施形態のＭＲイメージングシステム１１０とともに使用することができる。上述の第２の実施形態のパッシブＲＦシム共振器１４４の一般的原理は、第３の実施形態のパッシブダイポールアンテナ１５８及びパッシブＲＦシム共振器１４４にも適用可能である。

図４に見られるように、パッシブダイポールアンテナ１５８は、電磁的に結合された２つの個別の伝送ライン１６４を含む。各伝送ライン１６４にＰＩＮダイオード１５４が設けられる。第２の実施形態に従い、各ＰＩＮダイオード１５４は制御ポート１５６間に設けられ、制御ポート１５６は制御ユニット１４８に接続され、制御ユニット１４８は、制御ポート１５６を介してＰＩＮダイオード１５４の電圧を能動的に制御して、ＰＩＮダイオード１５４を導通又は非導通にする。制御ユニット１４８は図４では明示的に示されていない。したがって、ＰＩＮダイオード１５４が導通であるとき、対応する伝送ライン１６４がアクティブになり、すなわちダイポールアンテナ１５８がアクティブになる。ＰＩＮダイオード１５４が導通でない場合、対応する伝送ライン１６４は遮断される。

第３の実施形態のパッシブＲＦシム共振器１４４は、患者ベッド１４２の平面内に通常は配置される複数のパッシブダイポールアンテナ１５８を備える。

図５は、第４の実施形態に係るパッシブＲＦシム共振器１４４で使用されるアンテナ構成１６０に関する。第４の実施形態に係るパッシブＲＦシム共振器１４４で使用されるアンテナ構成１６０は、第１の実施形態のＭＲイメージングシステム１１０とともに使用することができる。上述の第２の実施形態及び／又は第３の実施形態のパッシブＲＦシム共振器１４４の一般的原理は、第４の実施形態のアンテナ構成１６０及びパッシブＲＦシム共振器１４４にも適用可能である。

図５に見られるように、第４の実施形態のアンテナ構成１６０は、第３の実施形態に係るパッシブダイポールアンテナ１５８と、第２の実施形態に係る共振ループ１４６とを含む。共振ループ１４６は、パッシブダイポールアンテナ１５８の伝送ライン１６４によって囲まれている。上述のように、第３の実施形態のパッシブダイポールアンテナ１５８及び第２の実施形態の共振ループ１４６の詳細が適用される。

パッシブダイポールアンテナ１５８の制御ポート１５６、及び共振ループ１４６は制御ユニット１４８に接続され、制御ユニット１４８は、制御ポート１５６を介して全てのＰＩＮダイオード１５４の電圧を能動的に制御して、各ＰＩＮダイオード１５４を導通又は非導通にする。制御ユニット１４８は図５では明示的に示されていない。ＭＲイメージングシステム１１０のＲＦアンテナデバイス１４０によって放射されるＲＦフィールドのＴＸモード及びＲＸモードに対応する第１及び第２の共振能力を提供するように、各共振ループ１４６及びパッシブダイポールアンテナ１５８が制御される。

図６は、第５の実施形態に係るパッシブＲＦシム共振器１４４に関する。第５の実施形態に係るパッシブＲＦシム共振器１４４は、第１の実施形態のＭＲイメージングシステム１１０とともに使用することができる。上述の第２～第４の実施形態のパッシブＲＦシム共振器１４４の一般的原理は、第５の実施形態のアンテナ構成１６０及びパッシブＲＦシム共振器１４４にも適用可能である。

図６に見られるように、第５の実施形態のパッシブＲＦシム共振器１４４は平面内に配置された複数の共振ループ１４６を含み、２つの共振ループ１４６が横方向に互いに隣り合い、３つの共振ループ１４６が垂直方向に互いの上に配置される。共振ループ１４６のこの配置は、単なる例として示されているに過ぎない。

他の実施形態では、少なくとも一部の共振ループ１４６が、第４の実施形態のアンテナデバイス１６０及び／又は第３の実施形態のパッシブダイポールアンテナ１５８によって置き換えられる。

図７は、第６の実施形態に係る共振ループ１４６及びパッシブＲＦシム共振器１４４に関する。第６の実施形態に係るパッシブＲＦシム共振器１４４は、第１の実施形態のＭＲイメージングシステム１１０とともに使用することができる。上記実施形態のパッシブＲＦシム共振器１４４の上記一般的原理は、第６の実施形態のパッシブＲＦシム共振器１４４にも適用可能である。

第６の実施形態のパッシブＲＦシム共振器１４４は、一般的には、第２の実施形態のパッシブＲＦシム共振器１４４に従って提供される。パッシブＲＦシム共振器１４４は、後述されるように、電磁的に結合された複数の共振ループ１４６を備え得る。

各共振ループ１４６は２つの結合コンデンサ１５２を含む。各結合コンデンサ１５２には、同調コンデンサ（ｔｕｎｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｏｒ）１６２が並列に接続される。スイッチングユニットとして、ＰＩＮダイオード１５４が各同調コンデンサ１６２と直列に設けられる。各ＰＩＮダイオード１５４は、制御ポート１５６間に提供される。制御ポート１５６は制御ユニット１４８に接続され、制御ユニット１４８は、制御ポート１５６を介してＰＩＮダイオード１５４の電圧を能動的に制御して、ＰＩＮダイオード１５４を導通又は遮蔽にする。制御ユニット１４８は図７では明示的に示されていない。

したがって、ＰＩＮダイオード１５４が導通であるとき、対応する共振ループ１４６は異なるように調整される。なぜなら、結合キャパシタンスは、対応する結合コンデンサ１５２のキャパシタンスと、対応する同調コンデンサ１６２のキャパシタンスとの和によって形成されるからである。ＰＩＮダイオード１５４が遮蔽モードにある場合、結合キャパシタンスは、結合コンデンサ１５２のキャパシタンスのみを含む。

制御ユニット１４８は、共振ループ１４６を切り替えるようにＰＩＮダイオード１５４を動作させることで、ＭＲイメージングシステム１１０のＲＦアンテナデバイス１４０によって放射されるＲＦフィールドのＴＸモード及びＲＸモードに対応する第１及び第２の共振能力を提供する。

図８は、人工誘電体１６６を形成する第７の実施形態に係る二次元グリッド構造のパッシブＲＦシム共振器１４４を示す。第７の実施形態に係るパッシブＲＦシム共振器１４４は、第１の実施形態のＭＲイメージングシステム１１０とともに使用することができる。上記実施形態のパッシブＲＦシム共振器１４４の上記一般的原理は、第７の実施形態のアンテナ構成１６０及びパッシブＲＦシム共振器１４４にも適用可能である。

第７の実施形態のパッシブＲＦシム共振器１４４は、複数のブランチ１７０を有する二次元メッシュ構造を有し、複数のブランチ１７０は、複数のブランチ１７０の各交差点の接続点１７２において相互接続される。各ブランチ１７０は共振回路１７４を含み得る。従って、各ブランチ１７０は、ＭＲイメージングシステム１１０のＲＦアンテナデバイス１４０によって放射されるＲＦフィールドのＴＸモード及びＲＸモードに従って、独立したＢ＋及びＢ－均質化のための調整を実行するために、ブランチコンデンサ１７６又はブランチインダクタ１７８によってロードされ得る。

したがって、図８にさらに見られるように、各ブランチ１７０は、逆並列構成の一対のスイッチングユニット１５４を備える。図８に示されるように、ＭＲイメージングシステム１１０のＲＦアンテナデバイス１４０によって放射されるＲＦフィールドのＴＸモード及びＲＸモードに対応する第１及び第２の共振能力を提供するために、複数の異なる構成の複数のブランチ１７０が使用され得る。ブランチ１７０は、例えば、パッシブＲＦシム共振器１４４内の共振ループ１４６を形成するように接続され得る。

図９は、第８の実施形態に係る人工誘電体１６６を提供する三次元グリッド構造のパッシブＲＦシム共振器１４４を示す。第７の実施形態の二次元パッシブＲＦシム共振器１４４の原理が適用される。

図１０は、第９の実施形態に係る、積層構成で互いの上に設けられた３つの共振ループ１４６を備えたパッシブＲＦシム共振器１４４を示す。３つの共振ループ１４６は、上記実施形態のいずれかのものと同一であり得る。あるいは、第８の実施形態に係る三次元グリッド構造を有するパッシブＲＦシム共振器１４４を切り替えることにより、３つの共振ループ１４６が形成されてもよい。

図１１ａ及び図１１ｂは、第１０及び第１１の実施形態に係る第１及び第２の内部構造を有するパッシブＲＦシム共振器１４４に関する。図１１ａ及び図１１ｂに示されるように、第１０及び第１１の実施形態のパッシブＲＦシム共振器１４４は、ＭＲＩ周波数及び身体サイズに適合させられた波長である、二次元又は三次元グリッド構造の異なるパターンを備える。さらに、ブランチインダクタ１７６又はブランチコンデンサ１７４を、ローカルＥシールド又はセラミック誘電体固体若しくは液体構造と組み合わせたものが設けられてもよい。

図１２及び図１３は、患者ベッド１４２及びパッシブＲＦシム共振器１４４を備えたパッシブＲＦシム共振器１４４に関し、関心対象１２０（この例では人）が検査のために患者ベッド１４２上に配置される。図１２及び図１３に示されるように、異なる回転方向のＢフィールドを印加することができ、結果として、ブラックスポット１８０が生じる。これらのブラックスポット１８０は、ＲＦアンテナデバイス１４０のＴＸモード及びＲＸモードについて異なる位置を有する。

本発明は、図面及び上記において詳細に図示及び記載されているが、かかる図示及び記載は説明的又は例示的であり、非限定的であると考えられるべきである。本発明は、開示の実施形態に限定されない。開示の実施形態の他の変形例が、図面、開示、及び添付の特許請求の範囲から、クレームされる発明に係る当業者によって理解及び実施され得る。特許請求の範囲において、「含む」という用語は他の要素又はステップを排除するものではなく、単数形は複数を除外しない。複数の手段が互いに異なる従属請求項に記載されているからといって、これらの手段の組み合わせが好適に使用することができないとは限らない。特許請求の範囲内のいかなる参照符号も、その範囲を限定するものと解釈されるべきではない。

１１０ 磁気共鳴（ＭＲ）イメージングシステム
１１２ 磁気共鳴（ＭＲ）データ
１１４ 主磁石
１１６ ＲＦ検査空間
１１８ 中心軸
１２０ 関心対象
１２２ 勾配磁場コイルシステム
１２４ ＲＦシールドデバイス
１２６ ＭＲイメージング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送信機ユニット
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）アンテナデバイス
１４２ 患者ベッド
１４４ パッシブＲＦシム共振器
１４６ 共振ループ
１４８ 制御ユニット
１５０ 共振ループグループ
１５２ 結合コンデンサ
１５４ ＰＩＮダイオード、スイッチングユニット
１５６ 制御ポート
１５８ ダイポールアンテナ
１６０ アンテナ構成
１６２ 同調コンデンサ
１６４ 伝送ライン
１６６ 人工誘電体
１７０ ブランチ
１７２ 接続点
１７４ 共振回路
１７６ ブランチコンデンサ
１７８ ブランチインダクタ
１８０ ブラックスポット

Claims (15)

1. 磁気共鳴（ＭＲ）イメージングシステムの無線周波数（ＲＦ）アンテナデバイスによって放射されるＲＦフィールドのフィールド均質化のためのパッシブＲＦシム共振器であって、
   前記パッシブＲＦシム共振器は、
   第１の共振能力及び第２の共振能力を有し、
   前記ＭＲイメージングシステムの前記ＲＦアンテナデバイスによって放射される前記ＲＦフィールドの時計回り円偏波磁場成分及び反時計回り円偏波磁場成分をそれぞれ独立して均質化するように、送信（ＴＸ）モード及び受信（ＲＸ）モードに従って、前記パッシブＲＦシム共振器を調整するように、前記第１の共振能力及び前記第２の共振能力を切り替えるスイッチングデバイスを備える、パッシブＲＦシム共振器。
2. 前記パッシブＲＦシム共振器は、単一の共振ループ、又は複数の電磁結合された共振ループを備え、
   前記スイッチングデバイスは、前記単一の共振ループ又は複数の電磁結合された共振ループ内に配置された少なくとも１つのスイッチングユニットを備え、
   前記スイッチングデバイスは、前記少なくとも１つのスイッチングユニットが前記単一の共振ループ又は複数の電磁結合された共振ループを切り替えることで、前記単一の共振ループ又は複数の電磁結合された共振ループを使用して前記第１の共振能力及び前記第２の共振能力を提供するように、動作させられる、請求項１に記載のパッシブＲＦシム共振器。
3. 前記パッシブＲＦシム共振器は、複数の電磁結合された共振ループを備え、
   前記複数の電磁結合された共振ループは、人工誘電体を形成する２Ｄ又は３Ｄグリッド構造内に配置され、
   前記スイッチングデバイスは、前記複数の電磁結合された共振ループ内に配置された複数のスイッチングユニットを備え、
   前記複数のスイッチングユニットは、前記単一の共振ループ又は複数の電磁結合された共振ループを切り替えることで、前記単一の共振ループ又は複数の電磁結合された共振ループを使用して前記第１の共振能力及び前記第２の共振能力を提供する、請求項２に記載のパッシブＲＦシム共振器。
4. 前記複数の電磁結合された共振ループは、前記２Ｄ又は３Ｄグリッド構造の複数の接続点を相互接続する複数のブランチ内に配置される、請求項３に記載のパッシブＲＦシム共振器。
5. 前記パッシブＲＦシム共振器は、単一の伝送ライン、又は複数の電磁結合された伝送ラインを備え、
   前記スイッチングデバイスは、前記単一の伝送ライン又は複数の電磁結合された伝送ライン内に配置された少なくとも１つのスイッチングユニットを備え、
   前記スイッチングデバイスは、前記少なくとも１つのスイッチングユニットが前記単一の伝送ライン又は複数の電磁結合された伝送ラインを切り替えることで、前記単一の伝送ライン又は複数の電磁結合された伝送ラインを使用して前記第１の共振能力及び前記第２の共振能力を提供するように、動作させられる、請求項１に記載のパッシブＲＦシム共振器。
6. 前記パッシブＲＦシム共振器は、単一の誘電体共振器、又は複数の結合された誘電体共振器を備え、
   前記スイッチングデバイスは、前記単一の誘電体共振器又は複数の結合された誘電体共振器内に配置された少なくとも１つのスイッチングユニットを備え、
   前記スイッチングデバイスは、前記少なくとも１つのスイッチングユニットが前記単一の誘電体共振器又は複数の結合された誘電体共振器を切り替えることで、前記単一の誘電体共振器又は複数の結合された誘電体共振器を使用して前記第１の共振能力及び前記第２の共振能力を提供するように、動作させられる、請求項１に記載のパッシブＲＦシム共振器。
7. 前記スイッチングデバイスは、少なくとも１つの切替可能な共振回路を備える、請求項２に記載のパッシブＲＦシム共振器。
8. 前記スイッチングデバイスは、能動的に制御可能なスイッチングデバイスであり、
   前記パッシブＲＦシム共振器は制御ユニットを備え、
   前記制御ユニットは、前記ＭＲイメージングシステムの前記ＲＦアンテナデバイスによって放射される前記ＲＦフィールドのＴＸモード及びＲＸモードに従い、前記スイッチングデバイスを前記第１の共振能力と前記第２の共振能力との間で能動的に切り替える、請求項１に記載のパッシブＲＦシム共振器。
9. 前記スイッチングデバイスはパッシブスイッチングデバイスであり、
   前記スイッチングデバイスは、前記ＭＲイメージングシステムの前記ＲＦアンテナデバイスによって放射される前記ＲＦフィールドのＴＸモード及びＲＸモードに従い、前記第１の共振能力と前記第２の共振能力とを受動的に切り替える、請求項１に記載のパッシブＲＦシム共振器。
10. 前記第１の共振能力は、前記ＲＦアンテナデバイスの送信フィールドのためのフィールド最適化を達成し、前記第２の共振能力は、前記ＲＦアンテナデバイスの受信フィールドのためのフィールド最適化を達成するか、又はその逆である、請求項１に記載のパッシブＲＦシム共振器。
11. 磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムにおいて使用される患者ベッド又は患者マットレスであって、
    前記患者ベッド又は前記患者マットレスは、ＭＲイメージングシステムのＲＦアンテナデバイスによって放射されるＲＦフィールドのフィールド均質化のための請求項１に記載のパッシブＲＦシム共振器を備える、患者ベッド又は患者マットレス。
12. ＭＲイメージングシステムで使用されるＲＦフィールドを生成及び／又は受信するためのＲＦアンテナデバイスであって、
    前記ＲＦアンテナデバイスは、コイルハウジングと、前記ＲＦアンテナデバイスによって放射されるＲＦフィールドのフィールド均質化のための請求項１に記載のパッシブＲＦシム共振器とを備え、
    前記パッシブＲＦシム共振器は前記コイルハウジング内に配置される、ＲＦアンテナデバイス。
13. 静磁場を生成する主磁石と、
    前記静磁場に重畳される勾配磁場を生成する勾配磁場コイルシステムと、
    ＲＦフィールドを生成する少なくとも１つのＲＦアンテナデバイスとを備えるＭＲイメージングシステムであって、
    前記ＭＲイメージングシステムはさらに、請求項１１に記載の患者ベッド又は患者マットレスを備える、ＭＲイメージングシステム。
14. 静磁場を生成する主磁石と、
    前記静磁場に重畳される勾配磁場を生成する勾配磁場コイルシステムと、
    ＲＦフィールドを生成する少なくとも１つのＲＦアンテナデバイスとを備えるＭＲイメージングシステムであって、
    前記少なくとも１つのＲＦアンテナデバイスは、請求項１２に記載のＲＦアンテナデバイスである、ＭＲイメージングシステム。
15. 磁気共鳴（ＭＲ）イメージングシステムの無線周波数（ＲＦ）アンテナデバイスによって放射されるＲＦフィールドのフィールド均質化を改善する方法であって、前記方法は、
    前記ＲＦアンテナデバイスの送信（ＴＸ）モード及び受信（ＲＸ）モードに従い、第１の共振能力及び第２の共振能力を有するパッシブＲＦシム共振器を提供するステップと、
    前記ＭＲイメージングシステムの前記ＲＦアンテナデバイスの前記ＴＸモード及び前記ＲＸモードを決定するステップと、
    前記ＴＸモード及び前記ＲＸモードに従って、前記ＭＲイメージングシステムの前記ＲＦアンテナデバイスによって放射される前記ＲＦフィールドの時計回り円偏波磁場成分及び反時計回り円偏波磁場成分をそれぞれ独立して均質化するように前記パッシブＲＦシム共振器を調整するために、前記パッシブＲＦシム共振器を前記第１の共振能力と前記第２の共振能力との間で切り替えるステップとを含む、方法。
    

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