JP7479178B2 - 高周波コイル - Google Patents

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Description

本明細書及び図面に開示の実施形態は、高周波コイルに関する。
従来、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ：Magnetic Resonance Imaging）に関する分野において、伸縮可能な高周波（ＲＦ：Radio Frequency）コイルを形成する技術が開示されている。
Andreas Port 他１１名 著 "Towards wearable MR detection: A stretchable wrist array with on-body digitization"２０１８年６月１６日 国際磁気共鳴医学会（ISMRM：International Society for Magnetic Resonance in Medicine） Andreas Port 他６名 著 "Liquid metal in stretchable tubes: A wearable 4-channel knee array"２０１９年５月１１日 国際磁気共鳴医学会（ISMRM）
本明細書及び図面に開示の実施形態が解決しようとする課題の一つは、高周波コイルが伸縮した場合においても、デカップリング機能の低下を軽減することである。ただし、本明細書及び図面に開示の実施形態により解決しようとする課題は上記課題に限られない。後述する実施形態に示す各構成による各効果に対応する課題を他の課題として位置づけることもできる。
実施形態に係る高周波コイルは、被検体からの磁気共鳴信号を受信する高周波コイルであって、伸縮可能な第１のエレメントと伸縮可能な第２のエレメントとを含む。前記第１のエレメント及び前記第２のエレメントは、前記第１のエレメントによって囲まれる第１の領域と前記第２のエレメントによって囲まれる第２の領域とが重複する重複領域が前記第１のエレメント及び前記第２のエレメントが伸長した際に伸長する量が、前記第１の領域と前記第２の領域とのうち前記第１の領域と前記第２の領域とが互いに重複していない非重複領域が前記第１のエレメント及び前記第２のエレメントが伸長した際に伸長する量よりも小さくなるように、伸縮可能な部材に固定されている。
図１は、第１の実施形態に係るアレイコイルが用いられる磁気共鳴イメージング装置の一例を示すブロック図である。 図２は、第１の実施形態に係るアレイコイルの一例を示す図である。 図３は、第１の実施形態に係るアレイコイルの伸長状態の一例を示す図である。 図４は、第１の実施形態に係るコイル中心距離と、デカップリング効果の関係性の一例を示すグラフである。 図５は、第２の実施形態に係るアレイコイルの一例を示す図である。 図６は、第３の実施形態に係るアレイコイルを側方から見た状態の一例を示す図である。 図７は、第３の実施形態に係るアレイコイルの伸長状態の一例を示す図である。
以下、図面を参照しながら、高周波コイルの実施形態について詳細に説明する。
図１は、アレイコイル２００が用いられる磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ：Magnetic Resonance Imaging）装置１００の一例を示すブロック図である。図１に示すように、磁気共鳴イメージング装置１００は、静磁場磁石１０１と、静磁場電源（非図示）と、傾斜磁場コイル１０３と、傾斜磁場電源１０４と、寝台１０５と、寝台制御回路１０６と、送信コイル１０７と、送信回路１０８と、アレイコイル２００と、受信回路１１０と、シーケンス制御回路１２０と、計算機システム１３０とを備える。
なお、図１に示す構成は一例に過ぎない。例えば、シーケンス制御回路１２０および計算機システム１３０内の各部は、適宜統合若しくは分離して構成されてもよい。なお、磁気共鳴イメージング装置１００に被検体Ｐ（例えば、人体）は含まれない。また、アレイコイル２００は、磁気共鳴イメージング装置１００の一部としても良いし、磁気共鳴イメージング装置１００に含まれないものとしても良い。
図１に示すＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸は、磁気共鳴イメージング装置１００に固有の装置座標系を構成する。例えば、Ｚ軸方向は、傾斜磁場コイル１０３の円筒の軸方向に一致し、静磁場磁石１０１によって発生する静磁場の磁束に沿って設定される。また、Ｚ軸方向は、寝台１０５の長手方向と同方向である。また、Ｘ軸方向は、Ｚ軸方向に直交する水平方向に沿って設定される。Ｙ軸方向は、Ｚ軸方向に直交する鉛直方向に沿って設定される。
静磁場磁石１０１は、中空の略円筒形状に形成された磁石であり、内部の空間に静磁場を発生する。静磁場磁石１０１は、例えば、超伝導磁石等であり、静磁場電源から電流の供給を受けて励磁する。静磁場電源は、静磁場磁石１０１に電流を供給する。別の例として、静磁場磁石１０１は、永久磁石でも良く、この場合、磁気共鳴イメージング装置１００は、静磁場電源を備えなくても良い。また、静磁場電源は、磁気共鳴イメージング装置１００とは別に備えられても良い。
傾斜磁場コイル１０３は、中空の略円筒形状に形成されたコイルであり、静磁場磁石１０１の内側に配置される。傾斜磁場コイル１０３は、互いに直交するＸ、Ｙ、及びＺの各軸に対応する３つのコイルが組み合わされて形成されており、これら３つのコイルは、傾斜磁場電源１０４から個別に電流の供給を受けて、Ｘ、Ｙ、及びＺの各軸に沿って磁場強度が変化する傾斜磁場を発生する。また、傾斜磁場電源１０４は、シーケンス制御回路１２０の制御の下、傾斜磁場コイル１０３に電流を供給する。
寝台１０５は、被検体Ｐが載置される天板１０５ａを備え、寝台制御回路１０６による制御の下、天板１０５ａを、患者などの被検体Ｐが載置された状態で、撮像口内へ挿入する。寝台制御回路１０６は、計算機システム１３０による制御の下、寝台１０５を駆動して天板１０５ａを長手方向および上下方向に移動させる。
送信コイル１０７は、高周波磁場を印加することで、被検体Ｐの任意の領域を励起する。送信コイル１０７は、例えば被検体Ｐの全身を囲むホールボディ（Whole body）型のコイルである。送信コイル１０７は、送信回路１０８からＲＦパルスの供給を受けて、高周波磁場を発生し、該高周波磁場を被検体Ｐに印加する。送信回路１０８は、シーケンス制御回路１２０の制御の下、送信コイル１０７にＲＦパルスを供給する。なお、送信コイル１０７は、受信コイルと兼用されてもよい。例えば、ホールボディ型のコイルが受信コイルとして機能してもよいし、後述するアレイコイル２００が送信コイルとして機能してもよい。
アレイコイル２００は、複数の受信コイル（エレメントコイル）を配置したものである。アレイコイル２００は、撮像領域に配置されて、ＭＲＩ装置による撮像を行う際に、高周波磁場の影響によって被検体Ｐから発せられる磁気共鳴信号（ＭＲ信号）を受信する。アレイコイル２００は、ＭＲ信号を受信すると、受信したＭＲ信号を受信回路１１０へ出力する。アレイコイル２００は、一般に、撮像領域に応じて、特定の身体部分（頭部、腹部、腕、肩、手首、膝、脚、背骨等）の信号を収集するために設計されることが多い。
なお、アレイコイル２００は、本実施形態における高周波コイルの一例である。以下、アレイコイル２００に含まれるエレメントコイルを、エレメントという。アレイコイル２００の構成の詳細については後述する。
受信回路１１０は、アレイコイル２００から出力されるアナログのＭＲ（Magnetic Resonance）信号をアナログ・デジタル（ＡＤ）変換して、ＭＲデータ（Magnetic Resonance）を生成する。また、受信回路１０９は、生成したＭＲデータをシーケンス制御回路１２０へ送信する。なお、ＡＤ変換に関しては、アレイコイル２００内で行っても構わない。また、受信回路１１０はＡＤ変換以外にも任意の信号処理を行うことが可能である。
また、受信回路１１０は、生成した磁気共鳴データをシーケンス制御回路１２０へ送信する。なお、受信回路１１０は、静磁場磁石１０１や傾斜磁場コイル１０３等を備える架台装置側に備えられても良い。
シーケンス制御回路１２０は、計算機システム１３０から送信されるシーケンス情報に基づいて、傾斜磁場電源１０４、送信回路１０８および受信回路１１０を駆動することによって、被検体Ｐの撮像を行う。ここで、シーケンス情報は、撮像を行うための手順を定義した情報である。シーケンス情報には、傾斜磁場電源１０４が傾斜磁場コイル１０３に供給する電流の強さや電流を供給するタイミング、送信回路１０８が送信コイル１０７に供給するＲＦパルスの強さやＲＦパルスを印加するタイミング、受信回路１１０がＭＲ信号を検出するタイミング等が定義される。
シーケンス制御回路１２０は、プロセッサにより実現されるものとしても良いし、ソフトウェアとハードウェアとの混合によって実現されても良い。
さらに、シーケンス制御回路１２０は、傾斜磁場電源１０４、送信回路１０８及び受信回路１１０を駆動して被検体Ｐを撮像した結果、受信回路１１０からＭＲデータを受信すると、受信したＭＲデータを計算機システム１３０へ転送する。
計算機システム１３０は、磁気共鳴イメージング装置１００の全体制御や、ＭＲ画像の生成等を行う。図１に示すように、計算機システム１３０は、ＮＷ（ネットワーク）インタフェース１３１、メモリ１３２、処理回路１３３、入力インタフェース１３４、およびディスプレイ１３５を備える。
ＮＷインタフェース１３１は、シーケンス制御回路１２０および寝台制御回路１０６、と通信する。例えば、ＮＷインタフェース１３１は、シーケンス情報をシーケンス制御回路１２０へ送信する。また、ＮＷインタフェース１３１は、シーケンス制御回路１２０からＭＲデータを受信する。
メモリ１３２は、ＮＷインタフェース１３１によって受信されたＭＲデータ、後述の処理回路１３３によってｋ空間に配置されたｋ空間データ、および処理回路１３３によって生成された画像データ等を記憶する。例えば、メモリ１３２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハードディスク、または光ディスク等である。
入力インタフェース１３４は、操作者からの各種指示や情報入力を受け付ける。入力インタフェース１３４は、例えば、トラックボール、スイッチボタン、マウス、キーボード、操作面へ触れることで入力操作を行うタッチパッド、表示画面とタッチパッドとが一体化されたタッチスクリーン、光学センサを用いた非接触入力回路、及び音声入力回路等によって実現される。入力インタフェースは処理回路１３３に接続されており、操作者から受け取った入力操作を電気信号へ変換し処理回路１３３へと出力する。なお、本明細書において入力インタフェースはマウス、キーボードなどの物理的な操作部品を備えるものだけに限られない。例えば、計算機システム１３０とは別体に設けられた外部の入力機器から入力操作に対応する電気信号を受け取り、この電気信号を制御回路へ出力する電気信号の処理回路も入力インタフェースの例に含まれる。
ディスプレイ１３５は、処理回路１３３の制御の下、撮像条件の入力を受け付けるためのＧＵＩ（Graphical User Interface）や、処理回路１３３によって生成された画像等を表示する。ディスプレイ１３５は、例えば、液晶表示器等の表示デバイスである。
処理回路１３３は、磁気共鳴イメージング装置１００の全体の制御を行う。より詳細には、処理回路１３３は、一例として、収集機能１３３ａ、再構成機能１３３ｂ、および出力機能１３３ｃを備える。収集機能１３３ａは、収集部の一例である。再構成機能１３３ｂは、再構成部の一例である。出力機能１３３ｃは、出力部の一例である。
ここで、例えば、処理回路１３３の構成要素である収集機能１３３ａ、再構成機能１３３ｂ、および出力機能１３３ｃの各処理機能は、コンピュータによって実行可能なプログラムの形態でメモリ１３２に記憶されている。処理回路１３３は、プロセッサである。例えば、処理回路１３３は、プログラムをメモリ１３２から読み出し、実行することで各プログラムに対応する機能を実現する。換言すると、各プログラムを読み出した状態の処理回路１３３は、図１の処理回路１３３内に示された各機能を有することとなる。なお、図１においては単一のプロセッサにて収集機能１３３ａ、再構成機能１３３ｂ、および出力機能１３３ｃにて行われる処理機能が実現されるものとして説明したが、複数の独立したプロセッサを組み合わせて処理回路１３３を構成し、各プロセッサがプログラムを実行することにより機能を実現するものとしても構わない。また、図１においては単一のメモリ１３２が各処理機能に対応するプログラムを記憶するものとして説明したが、複数の記憶回路を分散して配置して、処理回路１３３は個別の記憶回路から対応するプログラムを読み出す構成としても構わない。
収集機能１３３ａは、各種のパルスシーケンスを実行することにより、パルスシーケンスの実行によって発生したＭＲ信号から変換されたＭＲデータを、入力インタフェース１３４を介してシーケンス制御回路１２０から収集する。また、収集機能１３３ａは、収集したＭＲデータを、傾斜磁場により付与された位相エンコード量や周波数エンコード量に従って配置させる。ｋ空間に配置されたＭＲデータは、ｋ空間データと称される。ｋ空間データは、メモリ１３２に保存される。
再構成機能１３３ｂは、メモリ１３２に記憶されたｋ空間データに基づいて磁気共鳴画像を生成する。例えば、再構成機能１３３ｂは、ｋ空間データにフーリエ変換などの再構成処理を実行することにより、磁気共鳴画像を生成する。再構成機能１３３ｂは、生成した磁気共鳴画像を、例えば、メモリ１３２に保存する。
また、出力機能１３３ｃは、再構成機能１３３ｂによって生成された磁気共鳴画像を、ディスプレイ１３５に出力し、表示させる。また、出力機能１３３ｃは、各種のＧＵＩ等の操作画面を、ディスプレイ１３５に表示させる表示制御を実行しても良い。
上記説明では、「プロセッサ」が各機能に対応するプログラムを記憶回路から読み出して実行行する例を説明したが、実施形態はこれに限定されない。「プロセッサ」という文言は、例えば、CPU（Central Processing Unit）、GPU (Graphics Processing Unit)、特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit：ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Simple Programmable Logic Device：ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Complex Programmable Logic Device：ＣＰＬＤ）、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（Field Programmable Gate Array：ＦＰＧＡ））等の回路を意味する。プロセッサが例えばCPUである場合、プロセッサは記憶回路に保存されたプログラムを読み出して実行することで機能を実現する。一方、プロセッサがASICである場合、記憶回路にプログラムを保存する代わりに、当該機能がプロセッサの回路内に論理回路として直接組み込まれる。なお、本実施形態の各プロセッサは、プロセッサごとに単一の回路として構成される場合に限らず、複数の独立した回路を組み合わせて１つのプロセッサとして構成し、その機能を実現するようにしてもよい。さらに、図１における複数の構成要素を１つのプロセッサへ統合してその機能を実現するようにしてもよい。
ここで、本実施形態のアレイコイル２００の構成について説明する。本実施形態のアレイコイル２００は、被検体Ｐからの磁気共鳴信号を、伸縮可能な第１のエレメントと伸縮可能な第２のエレメントを含む複数のエレメントコイルで受信する。また、エレメントコイルは、受信コイルとしての機能だけではなく、送信コイルとしての機能を有していても良い。
図２は、本実施形態に係るアレイコイル２００の一例を示す図である。図２に示すように、アレイコイル２００は、第１のエレメント２１ａと、第２のエレメント２１ｂと、外装部２２とを備える。なお、図２では省略するが、アレイコイル２００は、さらに複数のエレメントを備えても良い。以下、第１のエレメント２１ａと第２のエレメント２１ｂとを特に区別しない場合には、単にエレメント２１という。
また、アレイコイル２００は、例えば関節部位に身につけるサポーターのように、被検体Ｐに巻きつけられた状態で、不図示の面ファスナー等によって固定してもよいし、伸縮性のある円筒形状の生地で外装部２２が構成されるようにしてもよい。
なお、図２に示すＸ、Ｙ、Ｚ方向は、アレイコイル２００における各方向を明示するために記載されており、図１で説明したような、静磁場の方向をＺ方向とした磁気共鳴イメージング装置１００の座標系とはかならずしも一致しない。以下、図２に示すＸ方向を、アレイコイル２００の左右方向という。また、図２に示すＹ方向を、アレイコイル２００の上下方向という。
また、図２では説明のために、第１のエレメント２１ａおよび第２のエレメント２１ｂが露出しているように表しているが、実際には、第１のエレメント２１ａおよび第２のエレメント２１ｂは、外装部２２に覆われているものとする。
第１のエレメント２１ａと第２のエレメント２１ｂとは、それぞれ、円環形状を有する。本実施形態においては、第１のエレメント２１ａによって形成されるループを第１のループＬ１、第２のエレメントによって形成されるループを第２のループＬ２という。本実施形態においては、第１のループＬ１と第２のループＬ２の大きさは略等しいものとする。なお、第１のループＬ１と第２のループＬ２の大きさは、厳密に同一であるものに限定されるわけではなく、所定の範囲内の差異は許容される。以下、第１のループＬ１と第２のループＬ２とを特に区別しない場合には、単にループＬという。なお、ループの大きさとは、例えばエレメント２１に囲まれた領域の面積を指す。
本実施形態の第１のエレメント２１ａと第２のエレメント２１ｂとは、少なくとも一部に液体金属を含む。例えば、第１のエレメント２１ａと第２のエレメント２１ｂとは、伸縮性のあるチューブの内部に、液体金属が充填されたものである。なお、液体金属の種類は、特に限定されるものではない。また、チューブの素材も、特に限定されるものではない。
また、アレイコイル２００の外装部２２も、伸縮性を有する。外装部２２は、例えば、伸縮性のある繊維で織られた布等であるが、これに限定されるものではない。
また、図２に示すように、第１のエレメント２１ａは、第２のエレメント２１ｂの一部と重なり合うように配置されている。このため、第１のループＬ１と、第２のループＬ２とは、互いに重複する重複領域２４を有する。
本実施形態では、第１のエレメント２１ａと第２のエレメント２１ｂと合わせた左右方向の幅を、コイル幅９０という。また、第１のエレメント２１ａの左右方向の中心Ｃ１と、第２のエレメント２１ｂの左右方向の中心Ｃ２との距離を、コイル中心距離９１という。また、第１のエレメント２１ａと第２のエレメント２１ｂの重複領域２４の幅を、オーバーラップ幅９２という。
また、第１のエレメント２１ａにおいて、他のエレメント２１と重複していない非重複領域は、外装部２２に固定されている。また、第２のエレメント２１ｂにおいても、他のエレメント２１と重複していない非重複領域は、外装部２２に固定されている。固定の手法は特に限定されるものではないが、例えば、第１のエレメント２１ａの非重複領域は、外装部２２に縫い付けられていても良いし、貼り付けられていても良い。
また、重複領域２４のうち、少なくとも一部は、外装部２２に固定されていない。例えば、重複領域２４の全てが外装部２２に固定されない状態であっても良いし、重複領域２４のうちの一部が外装部２２に固定され、重複領域２４のうちの他の一部が外装部２２に固定されない状態であっても良い。
技師等が、被検体Ｐにアレイコイル２００を装着するために、外装部２２を伸長させた場合、第１のエレメント２１ａおよび第２のエレメント２１ｂの非重複領域は外装部２２と共に、同じ量だけ伸長する。また、第１のエレメント２１ａおよび第２のエレメント２１ｂの重複領域２４のうち外装部２２に固定されていない部分は、外装部２２と同じ量は伸長しない。このため、重複領域２４の伸長量は、非重複領域の伸長量よりも小さくなる。
図３は、本実施形態に係るアレイコイル２００の伸長状態の一例を示す図である。図３では、一例として、図２に示す伸長前のアレイコイル２００の状態から、コイル幅９０が左右方向に１．５倍伸長したアレイコイル２００の状態を示す。
例えば、外装部２２が左右方向に伸長することによって、第１のエレメント２１ａ全体が左右方向に１．５倍に伸長したとする。この場合、重複領域２４の左右方向の伸長、つまりオーバーラップ幅９２の伸長量は１．５倍より小さくなる。このため、第１のループＬ１で囲まれる領域２３の面積に対する重複領域２４の面積の割合は、第１のループＬ１を形成する第１のエレメント２１ａの伸縮によって変化する。また、同様に、第２のループＬ２で囲まれる領域の面積に対する重複領域２４の面積の割合も、第２のループＬ２を形成する第２のエレメント２１ｂの伸縮によって変化する。
なお、図３では、説明のために、アレイコイル２００が左右方向にのみ伸長した例を示すが、アレイコイル２００は、図３の上下方向に伸長しても良い。この場合にも、重複領域２４の上下方向の伸長量は、非重複領域の上下方向の伸長量よりも小さくなる。
ここで、重複領域２４の機能について説明する。アレイコイル２００においては、隣接する第１のエレメント２１ａと第２のエレメント２１ｂとが重複領域２４を有することにより、カップリングを抑制する。すなわち、重複領域２４はデカップリング機能を有する。
仮に、隣接する２つのエレメントコイルが重複領域を有していない場合、一方のエレメントがＭＲ信号を受信した際に流れる電流によって発生した高周波磁場が他のエレメントのループ内を通ることにより、該ＭＲ信号を受信していない他のエレメントに誘導電流が流れる。このようにして、隣接するエレメント間には、エレメント間の相互誘導によって誘導電流が流れる現象、いわゆるカップリングが発生する。カップリングの発生により、各エレメントが受信する磁気共鳴信号のＳＮＲ(Signal-Noise Ratio)が低下する。
これに対して、本実施形態のように隣接する２つのエレメント２１が重複領域２４を有している場合、一方のエレメント２１がＭＲ信号を受信した際に流れる電流によって発生した高周波磁場が、重複領域２４で発生する高周波磁場によって相殺され、カップリングが抑制される。
このようなデカップリング効果を適切に発生させることが可能となる重複領域２４の面積比率は、常に一定ではなく、コイル中心距離９１の長さに応じて変化する。
重複領域２４の面積比率とは、第１のループＬ１で囲まれる領域２３の面積に対する重複領域２４の面積の割合である。なお、第２のループＬ２で囲まれる領域の面積に対する重複領域２４の面積の割合を、重複領域２４の面積比率と呼んでも良い。
図３に示すように、アレイコイル２００が伸長すると、コイル中心距離９１は、伸長前よりも遠くなる。コイル中心距離９１が遠くなると、第１のエレメント２１ａがＭＲ信号を受信した際に流れる電流によって発生した高周波磁場が、隣接する第２のエレメント２１ｂに与える影響は小さくなる。このため、コイル中心距離９１が遠くなる程、該高周波磁場の相殺のために適切な重複領域２４の面積は、小さくなる。
図４は、本実施形態に係るコイル中心距離９１と、デカップリング効果の関係性の一例を示すグラフである。図４のグラフの横軸は、第１のループＬ１で囲まれる領域２３の面積に対する重複領域２４の面積比率である。また、縦軸は、第１のエレメント２１ａに流れる電流に対するカップリングによって流れる電流の割合である。カップリングによって流れる電流の割合が大きいほど、第１のエレメント２１ａが受信する磁気共鳴信号のＳＮＲが低下する。
図４に示す例では、コイル中心距離９１が遠い場合、カップリングによって流れる電流の割合を低く維持できる重複領域２４の面積比率は、“６～７％”である。この面積比率よりも大きい場合も、小さい場合も、カップリングによって流れる電流の割合は増加する。
また、コイル中心距離９１の長さが中程度の場合、カップリングによって流れる電流の割合を低く維持できる重複領域２４の面積比率は、“８～９％”である。また、コイル中心距離９１が近い場合、カップリングによって流れる電流の割合を低く維持できる重複領域２４の面積比率は、“９～１０％”である。
なお、図４に示す数値は一例であり、これに限定されるものではない。また、図４におけるコイル中心距離９１の“遠”、“中”、“近”の定義は特に限定されるものではないが、例えば、“近”は、アレイコイル２００が伸長されていない初期状態の場合のコイル中心距離９１とする。また、“中”は、コイル幅９０を第１の閾値以上伸長させた場合のコイル中心距離９１とする。また、“遠”は、コイル幅９０を、第１の閾値よりも大きい第２の閾値以上伸長させた場合のコイル中心距離９１とする。
このような法則に即して、重複領域２４の面積比率を、デカップリングに最適な重複領域２４の面積比率に近づけるため、第１のループＬ１で囲まれる領域２３の面積に対する重複領域２４の面積の割合は、第１のエレメント２１ａおよび第２のエレメント２１ｂが伸長するほど小さくなるように変化する。より詳細には、第１のループＬ１で囲まれる領域２３の面積に対する重複領域２４の面積の割合は、第１のエレメント２１ａの中心Ｃ１と、第２のエレメント２１ｂの中心Ｃ２との間の距離であるコイル中心距離９１が離れるほど小さくなるように変化する。
なお、本実施形態のアレイコイル２００は、コイル中心距離９１が“遠”、“中”、“近”の全てのパターンでデカップリングに最適な重複領域２４の面積比率を維持するものに限定されない。例えば、本実施形態のアレイコイル２００は、重複領域２４の伸長量が、非重複領域の伸長量よりも小さくなることにより、重複領域２４が非重複領域と同じ量だけ伸長する場合よりも、最適な重複領域２４の面積比率に近づくものであれば良い。
また、重複領域２４のうち、外装部２２に固定されない領域が大きいほど、外装部２２の伸長の影響を受けない領域が大きくなるため、アレイコイル２００が伸長した場合に、重複領域２４の面積比率が低くなりやすい。想定されるアレイコイル２００の伸長量に応じて、重複領域２４のうち、外装部２２に固定されない領域の大きさが決定されても良い。例えば、アレイコイル２００は、装着される被検体Ｐの身体の部位ごとに、複数の種類が存在しても良い。この場合、アレイコイル２００の種類ごとに、重複領域２４のうち、外装部２２に固定されない領域の大きさが異なっても良い。
このように、本実施形態のアレイコイル２００は、伸縮可能な第１のエレメント２１ａによって形成される第１のループＬ１と、第２のエレメント２１ｂによって形成される第２のループＬ２とが重複する重複領域２４を有し、第１のループＬ１で囲まれる領域２３の面積に対する重複領域２４の面積の割合は、第１のエレメント２１ａの伸縮によって変化する。当該構成により、アレイコイル２００全体が伸縮した場合においても、重複領域２４の面積比率を、カップリングによって流れる電流の割合を低く維持できる重複領域２４の面積比率に近づけることが可能となる。このため、本実施形態のアレイコイル２００によれば、アレイコイル２００が伸縮した場合においても、デカップリング機能の低下を軽減することができる。
また、本実施形態のアレイコイル２００の第１のエレメント２１ａおよび第２のエレメント２１ｂは、少なくとも一部に液体金属を含む。このため、本実施形態のアレイコイル２００によれば、第１のエレメント２１ａおよび第２のエレメント２１ｂは、該液体金属を伸縮性および可塑性の高い素材のチューブで包むことで、高い伸縮性および高い可塑性を備えることができる。アレイコイル２００の伸縮性および可塑性を高くすることで、技師等がアレイコイル２００を被検体Ｐの身体に密着させて装着することが容易となる。
また、本実施形態のアレイコイル２００では、第１のループＬ１で囲まれる領域２３の面積に対する重複領域２４の面積の割合は、第１のエレメント２１ａおよび第２のエレメント２１ｂが伸長するほど小さくなるように変化する。このような構成により、本実施形態のアレイコイル２００によれば、重複領域２４の面積比率を、デカップリングに最適な重複領域２４の面積比率に近づけることができる。
また、本実施形態のアレイコイル２００では、第１のループＬ１と第２のループＬ２のうち、互いに重複していない非重複領域は、伸縮可能な外装部２２に固定されている。また、第１のループＬ１と第２のループＬ２とが重複する重複領域２４のうち少なくとも一部は、外装部２２に固定されていない。このため、技師等が、アレイコイル２００の外装部２２を伸長させた場合、非重複領域は外装部２２と同じ量だけ伸長するが、重複領域２４のうち外装部２２に固定されていない部分が伸長しないため、重複領域２４の伸長量は、非重複領域の伸長量よりも小さくなる。このような構成により、本実施形態のアレイコイル２００によれば、アレイコイル２００全体が伸長した場合に、重複領域２４の伸長量を非重複領域の伸長量よりも小さくすることで、重複領域２４の面積比率を、カップリングによって流れる電流の割合を低く維持できる重複領域２４の面積比率に近づけることができる。
より詳細には、本実施形態のアレイコイル２００では、第１のループＬ１で囲まれる領域２３の面積に対する重複領域２４の面積の割合は、第１のエレメント２１ａの中心Ｃ１と、第２のエレメント２１ｂの中心Ｃ２との間の距離であるコイル中心距離９１が離れるほど小さくなるように変化する。コイル中心距離９１が遠くなる程、該高周波磁場の相殺のために適切な重複領域２４の面積は、小さくなるため、本実施形態のアレイコイル２００によれば、重複領域２４の面積比率を、デカップリングに最適な重複領域２４の面積比率に近づけることができる。
（第２の実施形態）
上述の第１の実施形態では、アレイコイル２００の第１のエレメント２１ａと第２のエレメント２１ｂの重複領域２４のうち、少なくとも一部は、外装部２２に固定されていないものとした。本実施形態においては、重複領域２４のうち、少なくとも一部は、外装部２２よりも伸縮性の低い部材に固定される。
図５は、本実施形態に係るアレイコイル２００の一例を示す図である。図５に示すように、本実施形態のアレイコイル２００は、第１のエレメント２１ａと、第２のエレメント２１ｂと、外装部２２と、固定部材３０とを備える。
固定部材３０は、外装部２２よりも伸縮性が低い。例えば、固定部材３０は、伸縮性の低い樹脂材であるであるが、これに限定されるものではない。なお、固定部材３０は、全く伸縮性を有さなくとも良い。
本実施形態の第１のエレメント２１ａと第２のエレメント２１ｂとが重複する重複領域２４のうち、少なくとも一部は、固定部材３０に固定される。図５では、一例として、重複領域２４全体が固定部材３０に固定されている。
また、固定部材３０は、外装部２２に固定されていない。
このように、本実施形態のアレイコイル２００は、重複領域２４のうち少なくとも一部が、外装部２２よりも伸縮性の低い固定部材３０に固定されていることにより、第１の実施形態の効果を備えた上で、アレイコイル２００全体の伸張が重複領域２４に与える影響をより低減することができる。
また、本実施形態のアレイコイル２００は、重複領域２４が固定部材３０に固定されていることにより、第１のエレメント２１ａおよび第２のエレメント２１ｂの位置のずれや変形等の要因によって重複領域２４の大きさが変化することを低減することができる。
（第３の実施形態）
この第３の実施形態では、さらに、アレイコイル２００は、適正な伸長量を技師等が把握するためのマーカを有する。
図６は、本実施形態に係るアレイコイル２００を側方から見た状態の一例を示す図である。図６に示すように、本実施形態のアレイコイル２００は、外装部２２の上に、透明なフィルム４１と、フィルム４１を外装部２２に固定する固定部材４０とを備える。
また、第１のエレメント２１ａおよび第２のエレメント２１ｂは、外装部２２に覆われているものとする。第１のエレメント２１ａおよび第２のエレメント２１ｂは、例えば、第１の実施形態と同様に、第１のループＬ１と第２のループＬ２とが重複する重複領域２４を有し、重複領域２４のうち少なくとも一部は、外装部２２に固定されていない。あるいは、第２の実施形態と同様に、重複領域２４のうち、少なくとも一部は、固定部材３０に固定されていても良い。この場合、固定部材３０も、外装部２２に覆われているものとする。固定部材３０と固定部材４０とを区別する場合には、第１の固定部材３０、第２の固定部材４０と称しても良い。
フィルム４１には、マーカ４２ａと、マーカ４３ａとが記されている。マーカ４２ａと、マーカ４３ａとは、例えば、フィルム４１の左右方向の中心線を基準として線対称の位置に設けられる。
本実施形態の外装部２２の、フィルム４１に面した表面には、マーカ４２ｂと、マーカ４３ｂとが記されている。マーカ４２ｂおよびマーカ４３ｂは、例えば、第１のループＬ１で囲まれる領域２３の面積に対する重複領域２４の面積の割合が所定の値となる伸縮状態を示すマーカである。
本実施形態における所定の値は、デカップリング効果を発揮するのに適した重複領域２４の面積比率である。第１のループＬ１で囲まれる領域２３の面積に対する重複領域２４の面積の割合が所定の値である場合、第１のエレメント２１ａおよび第２のエレメント２１ｂが受信する磁気共鳴信号のＳＮＲが閾値以上になるものとする。ＳＮＲの閾値は、第１のエレメント２１ａおよび第２のエレメント２１ｂにおいて、デカップリング効果が適切に発生している場合のＳＮＲの値とする。
マーカ４２ｂと、マーカ４３ｂとは、例えば、外装部２２に覆われた第１のエレメント２１ａおよび第２のエレメント２１ｂの左右方向の中心線、つまりコイル幅９０の中心をとおる線を基準として線対称の位置に設けられる。
なお、フィルム４１は完全に透明でなくとも良く、フィルム４１の上から、外装部２２に記されたマーカ４２ｂ，４３ｂが視認可能な程度の透明度を有していれば良い。
次に、図７を用いて、マーカ４２ａ，４３ａ，４２ｂ，４３ｂの使用方法について説明する。
図７は、本実施形態に係るアレイコイル２００の伸長状態の一例を示す図である。図７の上段は、伸長前の初期状態のアレイコイル２００を示す。この状態においては、フィルム４１に記されたマーカ４２ａと、外装部２２に記されたマーカ４２ｂとは重なり合わない。また、この場合、フィルム４１に記されたマーカ４３ａと、外装部２２に記されたマーカ４３ｂも重なり合わない。
そして、図７の下段は、技師等が、アレイコイル２００を左右方向に伸長させた状態を示す。図７の下段では、フィルム４１に記されたマーカ４２ａと、外装部２２に記されたマーカ４２ｂとが重なり、かつ、フィルム４１に記されたマーカ４３ａと、外装部２２に記されたマーカ４３ｂとが重なり合う位置まで、アレイコイル２００が伸長されている。
マーカ４２ａ，４３ａ，４２ｂ，４３ｂは、重複領域２４の面積比率がデカップリング効果を発揮するのに適した値になるアレイコイル２００の伸長位置を、技師等が把握するためのマーカである。
技師等は、アレイコイル２００を伸長させながら、マーカ４２ａ，４３ａ，４２ｂ，４３ｂを目視し、図７の下段のように、マーカ４２ａとマーカ４２ｂ、マーカ４３ａとマーカ４３ｂがそれぞれ重なり合う位置までアレイコイル２００を伸長させる。マーカ４２ａとマーカ４２ｂ、マーカ４３ａとマーカ４３ｂがそれぞれ重なり合う位置までアレイコイル２００が伸長した場合、重複領域２４の面積比率がデカップリング効果を発揮するのに適した値になる。
図７の下段に示す状態よりもアレイコイル２００の伸長量が小さいと、重複領域２４の面積比率が、デカップリング効果を発揮するのに最適な値よりも大きくなり、デカップリングの効果が低下する。この場合、第１のエレメント２１ａおよび第２のエレメント２１ｂが受信する磁気共鳴信号のＳＮＲが低下する。
また、図７の下段に示す状態よりもアレイコイル２００の伸長量が大きいと、重複領域２４の面積比率が、デカップリング効果を発揮するのに最適な値よりも小さくなり、この場合も、デカップリングの効果が低下する。この場合もまた、第１のエレメント２１ａおよび第２のエレメント２１ｂが受信する磁気共鳴信号のＳＮＲが低下する。
このように、本実施形態のアレイコイル２００の外装部２２は、第１のループＬ１で囲まれる領域２３の面積に対する重複領域２４の面積の割合が所定の値となる伸縮状態を示すマーカ４２ｂ，４３ｂを有する。このため、本実施形態のアレイコイル２００は、第１の実施形態または第２の実施形態の効果を備えた上で、技師等がアレイコイル２００を被検体Ｐに装着する際に、アレイコイル２００がデカップリング効果を発揮するのに適した伸長状態を把握することができる。つまり、技師等がアレイコイル２００をどの程度引っ張れば良いかを把握できるため、デカップリング効果を考慮してアレイコイル２００の取り付けることが容易となる。
なお、本実施形態においては、フィルム４１が外装部２２の外に取り付けられるものとしたが、フィルム４１を含めて、外装部２２と称しても良い。
また、図７で例示したマーカ４２ａ，４３ａ，４２ｂ，４３ｂの表示態様は一例であり、他の態様を採用しても良い。
（変形例１）
なお、上述の各実施形態で説明したように、エレメント２１は、伸縮可能である。このようなエレメント２１を伸縮させた際に、エレメント２１の太さが変化するが、それによりエレメント２１の持つインダクタンスが変化する。
例えば、エレメント２１の太さが細くなった場合は、該エレメント２１のインダクタンスが増える。したがって、デカップリングのために調整する重複領域２４の面積を、このインダクタンスの変化を加味して調整してもよい。
（変形例２）
また、上述の各実施形態では、第１のエレメント２１ａおよび第２のエレメント２１ｂは液体金属が充填された伸縮性のあるチューブであるとしたが、第１のエレメント２１ａおよび第２のエレメント２１ｂの構成はこれに限定されるものではない。
例えば、第１のエレメント２１ａおよび第２のエレメント２１ｂは、金属糸が組紐状に編み込まれ、伸縮性を有するものであっても良い。金属糸の材料は特に限定されるものではないが、例えば、銅でも良い。組紐状の金属糸は、本変形例における伸縮する素材の一例である。また、第１のエレメント２１ａおよび第２のエレメント２１ｂは、その他の伸縮性を有する素材によって構成されても良い。
以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、高周波コイルが伸縮した場合においても、デカップリング機能の低下を軽減することができる。
いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、実施形態同士の組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
２１ａ 第１のエレメント
２１ｂ 第２のエレメント
２２ 外装部
２３ 領域
２４ 重複領域
３０ 固定部材
４０ 固定部材
４１ フィルム
４２ａ，４３ａ，４２ｂ，４３ｂ マーカ
９０ コイル幅
９１ コイル中心距離
９２ オーバーラップ幅
１００ 磁気共鳴イメージング装置
２００ アレイコイル
Ｌ１ 第１のループ
Ｌ２ 第２のループ
Ｐ 被検体

Claims (10)

  1. 被検体からの磁気共鳴信号を受信する高周波コイルであって、伸縮可能な第１のエレメントと伸縮可能な第２のエレメントとを含み、
    前記第１のエレメント及び前記第２のエレメントは、前記第１のエレメントによって囲まれる第１の領域と前記第２のエレメントによって囲まれる第２の領域とが重複する重複領域が前記第１のエレメント及び前記第２のエレメントが伸長した際に伸長する量が、前記第１の領域と前記第２の領域とのうち前記第１の領域と前記第２の領域とが互いに重複していない非重複領域が前記第１のエレメント及び前記第２のエレメントが伸長した際に伸長する量よりも小さくなるように、伸縮可能な部材に固定されていることを特徴とする高周波コイル。
  2. 前記第１のエレメントのうち前記第１の領域における前記非重複領域に対応する部分は前記伸縮可能な部材に固定されており、
    前記第２のエレメントのうち前記第２の領域における前記非重複領域に対応する部分は前記伸縮可能な部材に固定されており、
    前記第１のエレメントのうち前記第１の領域における前記重複領域に対応する少なくとも一部は前記伸縮可能な部材に固定されておらず、
    前記第２のエレメントのうち前記第２の領域における前記重複領域に対応する少なくとも一部は前記伸縮可能な部材に固定されていないことを特徴とする請求項１に記載の高周波コイル。
  3. 前記第１の領域の面積に対する前記重複領域の面積の割合は、前記第１のエレメントおよび前記第２のエレメントが伸長するほど小さくなるように変化することを特徴とする請求項１に記載の高周波コイル。
  4. 前記第１の領域の面積に対する前記重複領域の面積の割合は、前記第１のエレメントの中心と前記第２のエレメントの中心との距離が離れるほど小さくなるように変化することを特徴とする請求項１に記載の高周波コイル。
  5. 前記第１のエレメントのうち前記第１の領域における前記重複領域に対応する少なくとも一部は前記伸縮可能な部材よりも伸縮性が低い固定部材に固定されており、
    前記第２のエレメントのうち前記第２の領域における前記重複領域に対応する少なくとも一部は前記固定部材に固定されており、
    前記固定部材は前記伸縮可能な部材に固定されていないことを特徴とする請求項１に記載の高周波コイル。
  6. 前記第１のエレメントおよび前記第２のエレメントは、少なくとも一部に液体金属を含むことを特徴とする請求項１に記載の高周波コイル。
  7. 前記第１のエレメント及び前記第２のエレメントは、前記伸縮可能な部材に縫い付けられる、または、貼り付けられる、ことにより前記伸縮可能な部材に固定されることを特徴とする請求項１に記載の高周波コイル。
  8. 前記第１のエレメントおよび前記第２のエレメントは、金属糸が組紐状に編み込まれることにより、伸縮性を有することを特徴とする請求項１に記載の高周波コイル。
  9. 被検体からの磁気共鳴信号を受信する高周波コイルであって、伸縮可能な第１のエレメントと伸縮可能な第２のエレメントを含み、
    前記第１のエレメントによって形成される第１の領域と、前記第２のエレメントによって形成される第２の領域とが重複する重複領域を有し、
    前記第１の領域で囲まれる領域の面積に対する前記重複領域の面積の割合は、前記第１のエレメントの伸縮によって変化し、
    前記第１のエレメントおよび前記第２のエレメントは、少なくとも一部に伸縮する素材を含み、
    前記第１の領域と前記第２の領域のうち、前記第１の領域と前記第２の領域とが互いに重複していない非重複領域は、伸縮可能な部材に固定され、
    前記第１のエレメント及び前記第２のエレメントのうち前記重複領域に対応する少なくとも一部は、前記伸縮可能な部材に固定されていないことを特徴とする高周波コイル。
  10. 前記第１のエレメント及び前記第２のエレメントのうち前記重複領域に対応する少なくとも一部は、前記伸縮可能な部材よりも伸縮性が低い固定部材に固定され、
    前記固定部材は前記伸縮可能な部材に固定されていないことを特徴とする請求項９に記載の高周波コイル。
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