(57)【要約】ＭＲＩシステム用ＲＦコイルアセンブリは、円筒シールドと、中心軸周辺に対称的に配列されている複数対の対向導電レッグとによって形成され、かつシールドの軸方向長さを延ばす共鳴装置を含む。各対の対向導電レッグの駆動回路は、２つの導電レッグにおいて略等しい逆方向電流を維持する電流バランを含む。端末サセプタンス要素は、導電レッグの中間点で最大電流及び最小電圧を維持するために使用される。異なるラーモア周波数で同時に多核測定が実行可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システム用コイルアセンブリであって、
円筒シールドを中心軸周辺に形成しており、かつ複数対の対向導電レッグを前記中心軸周辺に対称的に配列している共鳴装置であって、各導電レッグが前記円筒シールドの一方の端部から前記円筒シールドのもう一方の端部に延びている共鳴装置と、
各導電レッグをラーモア周波数にチューニングする手段と、
各対の対向導電レッグに接続されており、かつ対向導電レッグにおいて略等しい逆方向電流を確立するように動作可能な駆動回路と
を備える、ＭＲＩシステム用コイルアセンブリ。
【請求項２】
各対の対向導電レッグの前記駆動回路が、対向導電レッグにおいて略等しい逆方向電流を維持する電流バランを含む、請求項１に記載のコイルアセンブリ。
【請求項３】
各電流バランがそれぞれの直角位相信号によって駆動される、請求項２に記載のコイルアセンブリ。
【請求項４】
ダイレクトディジタル合成チップが、各電流バランの入力に印加される電流の位相及び大きさをコントロールする、請求項２に記載のコイルアセンブリ。
【請求項５】
前記電流バランが、同軸ケーブルの外部表面にスリーブバラン、コイルバラン及び高インピーダンスビーズを有するバランのうちの１つとして形成される、請求項２に記載のコイルアセンブリ。
【請求項６】
各導電レッグと、前記インピーダンス脅威の反応構成要素をヌル化するためのそれぞれの電流バランとの間に配置されているチューニング・整合回路をさらに含む、請求項２に記載のコイルアセンブリ。
【請求項７】
チューニング・整合回路が所定の長さのフィードラインを含む、請求項６に記載のコイルアセンブリ。
【請求項８】
前記フィードラインの長さを変更する手段をさらに含む、請求項７に記載のコイルアセンブリ。
【請求項９】
チューニング・整合回路がシャントスタブ整合回路を含む、請求項６に記載のコイルアセンブリ。
【請求項１０】
チューニング・整合回路が容量Ｌネットワークを含む、請求項６に記載のコイルアセンブリ。
【請求項１１】
チューニング・整合回路が可変バタフライコンデンサを含む、請求項６に記載のコイルアセンブリ。
【請求項１２】
前記チューニング手段が、コンデンサ及び終端スタブを含む群より選択された端末サセプタンス要素を含み、各端末サセプタンス要素がそれぞれの導電レッグの一方の端部に接続されており、前記駆動回路が前記それぞれのレッグのもう一方の端部に接続されている、請求項１に記載のコイルアセンブリ。
【請求項１３】
前記端末サセプタンス要素が、各々が中央コンダクタをそれぞれの導電レッグに接続しており、かつ外部シースをこの第１の端部で前記シールドに接続している同軸ケーブル終端スタブを含み、前記駆動回路は、各々が中央コンダクタをそれぞれの導電レッグに接続しており、かつ外部シースをこの第２の端部で前記シールドに接続している同軸ケーブルを含む、請求項１２に記載のコイルアセンブリ。
【請求項１４】
１つ以上の終端スタブがこのシールド接続端部の反対側の端部ではオープン回路であり、各オープン回路スタブはｎλ／４にほぼ等しいそれぞれの導電レッグの半分の長さと組み合わされた長さを有し、ここでλは所望のラーモア周波数に対応する波長であり、ｎは奇数である、請求項１３に記載のコイルアセンブリ。
【請求項１５】
１つ以上の終端スタブはシールド接続端部の反対側の端部ではショート回路であり、各ショート回路スタブはｎλ／４にほぼ等しいそれぞれの導電レッグの半分の長さと組み合わされた長さを有し、ここでλは前記ラーモア周波数に対応する波長であり、ｎは偶数である、請求項１３に記載のコイルアセンブリ。
【請求項１６】
前記チューニング手段が、コンデンサ及び終端スタブを含む群より選択された端末サセプタンス要素を含み、各導電レッグはこの各端部に端末サセプタンス要素を有し、前記駆動回路が各導電レッグの中間点に接続されている、請求項１に記載のコイルアセンブリ。
【請求項１７】
前記駆動回路が、前記導電レッグの各１つに対応するツインリードケーブルを含み、各導電レッグが、共役ダイポールを形成するための２つのレッグセグメントを含み、前記ツインリードケーブルの一方のリードが前記レッグセグメントの一方を駆動し、もう一方のリードがもう一方のレッグセグメントを駆動し、さらに、各対の対向導電レッグについて、前記対の前記導電レッグの一方を駆動する前記ツインリードケーブルの前記リードが、前記対の前記導電レッグのもう一方を駆動する前記ツインリードケーブルの前記リードとインターチェンジされる、請求項１６に記載のコイルアセンブリ。
【請求項１８】
少なくとも１対の対向導電レッグが、あるラーモア周波数にチューニングされ、少なくとももう一方の対の対向導電レッグが別のラーモア周波数にチューニングされる、請求項１に記載のコイルアセンブリ。
【請求項１９】
前記駆動回路が、前記複数対の対向導電レッグと、これらのそれぞれのラーモア周波数で同時に動作する、請求項１８に記載のコイルアセンブリ。
【請求項２０】
多核磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システム用コイルアセンブリであって、
円筒シールドを中心軸周辺に形成しており、かつ複数対の対向導電レッグを前記中心軸周辺に対称的に配列している共鳴装置であって、各導電レッグが前記円筒シールドの一方の端部から前記円筒シールドのもう一方の端部に延びている共鳴装置と、
第１の核に対応する第１のラーモア周波数に第１の対の対向導電レッグをチューニングする第１の手段と、
第２の核に対応する第２のラーモア周波数に第２の対の対向導電レッグをチューニングする第２の手段と、
少なくとも２つの電流バランであって、各電流バランがそれぞれの対の対向導電レッグに接続されており、かつこれらの対向導電レッグにおいて略等しい逆方向電流を維持するように動作可能な電流バランと
を備える、多核ＭＲＩシステム用コイルアセンブリ。
【請求項２１】
前記駆動回路は、前記複数対の対向導電レッグと、これらのそれぞれのラーモア周波数で同時に動作する、請求項２０に記載のコイルアセンブリ。
【請求項２２】
前記第１及び第２のチューニング手段が終端スタブを含み、各終端スタブがそれぞれの導電レッグの一方の端部に接続されており、それぞれの電流バランからのケーブルが前記それぞれのレッグのもう一方の端部に接続される、請求項２０に記載のコイルアセンブリ。
【請求項２３】
前記第１のチューニング手段の前記終端スタブの各々が、ｎ1λ1／４にほぼ等しいそれぞれの導電レッグの半分の長さと組み合わされた長さを有し（ここで、λ1は前記第１のラーモア周波数に対応する波長であり、ｎ1は、前記終端スタブがオープン回路の場合は奇数であり、ｎ1は、前記終端スタブがショート回路の場合は偶数である）、さらに前記第２のチューニング手段の前記終端スタブの各々が、ｎ2λ2／４にほぼ等しいそれぞれの導電レッグの半分の長さと組み合わされた長さを有する（ここでλ2は前記第２のラーモア周波数に対応する波長であり、ｎ2は、前記終端スタブがオープン回路の場合は奇数であり、ｎ2は、前記終端スタブがショート回路の場合は偶数である）、請求項２２に記載のコイルアセンブリ。
【請求項２４】
前記第１のチューニング手段の前記終端スタブの各々がこの遠位端部ではオープン回路であり、各々が、ｎ1λ1／４にほぼ等しいそれぞれの導電レッグの半分の長さと組み合わされた長さを有し（ここでλ1は前記第１のラーモア周波数に対応する波長であり、ｎ1は奇数である）、さらに前記第２のチューニング手段の前記終端スタブの各々がこの遠位端部ではショート回路であり、各々が、λ2にほぼ等しいそれぞれの導電レッグの半分の長さと組み合わされた長さを有する（ここでλ2は前記第２のラーモア周波数に対応する波長である）、請求項２２に記載のコイルアセンブリ。
【請求項２５】
前記第１及び第２のチューニング手段は終端スタブを含み、導電レッグごとに、終端スタブが各端部に接続されており、それぞれの電流バランのケーブルが前記導電レッグの中間点に接続される、請求項２０に記載のコイルアセンブリ。
【請求項２６】
前記第１のチューニング手段の前記終端スタブの各々が、ｎ1λ1／４にほぼ等しいそれぞれの導電レッグの半分の長さと組み合わされた長さを有し（ここでλ1は前記第１のラーモア周波数に対応する波長であり、ｎ1は、前記終端スタブがオープン回路の場合は奇数であり、ｎ1は、前記終端スタブがショート回路の場合は偶数である）、さらに前記第２のチューニング手段の前記終端スタブの各々が、ｎ2λ2／４にほぼ等しいそれぞれの導電レッグの半分の長さと組み合わされた長さを有する（ここでλ2は前記第２のラーモア周波数に対応する波長であり、ｎ2は、前記終端スタブがオープン回路の場合は奇数であり、ｎ2は、前記終端スタブがショート回路の場合は偶数である）、請求項２５に記載のコイルアセンブリ。
【請求項２７】
前記第１のチューニング手段の前記終端スタブの各々が遠位端部ではオープン回路であり、各々が、ｎ1λ1／４にほぼ等しいそれぞれの導電レッグの半分の長さと組み合わされた長さを有し（ここでλ1は前記第１のラーモア周波数に対応する波長であり、ｎ1は奇数である）、さらに前記第２のチューニング手段の前記終端スタブの各々は遠位端部ではショート回路であり、各々が、λ2にほぼ等しいそれぞれの導電レッグの半分の長さと組み合わされた長さを有する（ここでλ2は前記第２のラーモア周波数に対応する波長である）、請求項２５に記載のコイルアセンブリ。
【請求項２８】
磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システム用コイルアセンブリであって、
円筒シールドを中心軸周辺に形成しており、かつ複数対の対向導電レッグを前記中心軸周辺に対称的に配列している共鳴装置であって、各導電レッグが前記円筒シールドの一方の端部から前記円筒シールドのもう一方の端部に延びている共鳴装置と、
ラーモア周波数に各導電レッグをチューニングする手段と、
各対の対向導電レッグに接続され、また対向導電レッグで略等しい逆方向電流を確立するように動作可能な電流バランであり、それぞれの直角位相信号によって駆動される電流バランと
を備え、
ダイレクトディジタル合成チップが、各電流バランの入力に印加された電流の位相及び振幅をコントロールして、送信時に、結果として生じるＢ1磁場の３次元形状の任意の調整がトランスミッタベースパラレル撮像スキームを提供するようにする、ＭＲＩシステム用コイルアセンブリ。
【請求項２９】
前記ダイレクトディジタル合成チップが、トランスミットＳＥＮＳＥパラレル撮像スキームを提供するように動作可能である、請求項２８に記載のコイルアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２００６年４月１９日に出願され「磁気共鳴撮像及び分光システム用ＲＦコイル(RF  Coil  for  Magnetic  Resonance  Imaging  and  Spectroscopy  Systems)」と題された米国仮特許出願第６０／７９３，２８３号、及び２００７年３月２２日に出願され「磁気共鳴撮像及び分光システム用ＲＦコイルアセンブリ(RF  Coil  Assembly  for  Magnetic  Resonance  Imaging  and  Spectroscopy  Systems)」と題された米国特許出願第１１／７２６，６４３号の利益を主張するものであり、これらは参照により本明細書に組み込まれている。
【０００２】
（連邦政府資金による研究に関する記載）
本発明は、以下の機関によって授与された米国政府支援によってなされたものである。ＮＩＨはＨＬ０６９１１６及びＨＬ０６６４８８を認可する。合衆国は本発明に特定の権利を有するものである。
【０００３】
（発明の分野）
本発明の分野は、核磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）方法及びシステムである。より具体的には、本発明は、無線周波数（ＲＦ）磁場を検査中の対象に適用するために使用されるコイルと、これに応答して生成されるＮＭＲ信号を受信するために使用されるコイルに関する。
【背景技術】
【０００４】
（発明の背景）
ヒト組織等の物質が、デカルト座標系のｚ軸に沿って適用される均一な磁場（分極磁場Ｂ0）に晒されると、その組織内におけるスピンの個々の磁気モーメントは、この分極磁場によって整列しようとするが、その周囲ではそれらの固有のラーモア周波数で、でたらめな順序に歳差運動を行う。この物質すなわちこの組織が、ｘ−ｙ平面にあり、かつ、ラーモア周波数に近い磁場（励起磁場Ｂ1）に晒されると、ネット整列モーメントＭzは、そのｘ−ｙ平面に対して回転し、あるいは「傾いて」、ネット横磁気モーメントＭtを作り出す。励起信号Ｂ1が終了した後にＮＭＲ信号がその励起されたスピンによって出力され、この信号が受信及び処理されて画像を形成又はスペクトルを生成することができる。
【０００５】
これらの信号を利用して画像を作成する際、磁場勾配（Ｇx、Ｇy、及びＧz）が用いられる。典型的には、撮像すべき領域は、使用される特定の位置決定法にしたがってこれらの勾配が変動する連続的な測定サイクルにより走査される。結果として生じる受信ＮＭＲ信号はディジタル化され、処理されて、広く知られた多くの再構成技術の一つを用いて画像が再構成される。
【０００６】
無線周波数アンテナ、つまりコイルが、検査中の対象において励起磁場Ｂ1及び他のＲＦ磁場を生成するために使用される。このようなコイルはまた、対象において生成される極めて弱いＮＭＲ信号を受信するために使用される。このようなコイルは、人体に均一な磁場を生成するのに十分大きないわゆる「全身」コイルであってもよく、あるいは、頭部撮像、膝撮像、手首撮像などの特定の臨床用途向けに設計された極めて小型の「ローカル」コイルであってもよい。ローカルコイルはボリュームコイルか表面コイルいずれかであってもよい。
【０００７】
市販のＭＲＩシステムに見られる最も一般的な全身コイルは、米国特許第４，６９２，７０５号、第４，６９４，２５５号及び第４，６８０，５４８号に開示されているいわゆる「バードケージ」コイルである。バードケージコイルは、複数の（通常は８〜２４個の）等間隔の長手方向に真っ直ぐなセグメントによってブリッジされている１対の円形エンドリングを有する。一次モードでは、真っ直ぐなセグメントにおける電流が正弦波的に分布され、これは、コイルの軸全体に良好なＢ1磁場の均一性をもたらす。バードケージコイルは水平磁場ＭＲＩシステムにおける最適な構造であるが、これは、マグネットのボアにおいて均一な磁場Ｂ1を生成するからである。適切に設計及び構成されている場合、これらは、検査中の対象から生じる小さなＮＭＲ信号をピックアップできるようにする高ＳＮＲを有する。
【０００８】
バードケージコイルは、各エンドリング又は両方付近に分布されかつ真っ直ぐなセグメントの長さに沿って分布されているコンデンサの適切な選択によってチューニングされる。整合及びチューニングは一般的に、駆動ポートにおいて「Ｌ」構成の可変コンデンサを接続することによって達成される。バードケージコイルは、通常１つ、２つ、または最近は４つのポートで駆動される。各ドライブソースが適切に位相されているマルチポートドライブは、１．５Ｔ以下のＢ0磁場強度の撮像ボリュームでの均一な円形分極Ｂ1磁場を保証する。バードケージコイルのチューニング性能を改良する試みは、Ｂ１磁場の均一性を歪める少数のコンデンサ調整を提供するか、米国特許第６，３９６，２７１号及び第６，２３６，２０６号に説明されている高価かつ複雑なチューニング構造を提供する。
【０００９】
Ｂ0磁場強度が３Ｔ以上の高磁場ＭＲＩは、臨床及び研究両方のプログラムにおいて急速に普及している。高磁場ＭＲＩは多数の利点を提示するが、同時に多数の研究上及び設計上の問題を提示する。高磁場ＭＲＩの主な利点は信号対雑音比（ＳＮＲ）の増大である。ＳＮＲは静磁場強度によって線形に増大する。この増大は、空間分解能、時間分解能およびスペクトル分解能に関してかなりの利点を提供する。機能ＭＲＩ（ｆＭＲＩ）は、血中酸素レベル依存（ＢＯＬＤ）コントラストを使用して脳機能を分析し、特定の刺激に対する脳の応答を検出するために使用されるＭＲＩの応用例である。正確な分析のために、ｆＭＲＩは高い空間的かつ時間的な撮像解像度を求めている。複数の研究が、ｆＭＲＩ用途の高い静磁場強度の利点について提示してきた。プロトンＭＲ分光法（ＭＲＳ）が腫瘍の代謝特性解析、及びてんかん、発作、感染症及び多発性硬化症の処置モニタリングに使用されるが、この列挙は全てではない。より高い静磁場がより大きな絶対的化学シフトを提供するため、代謝ピークの解像度が改良されて、代謝の識別及び定量化の精度の向上につながる。これらの利点はまた、熱又は過分極いずれでも、炭素１３による撮像及び分光法に適用する。ＭＲ顕微鏡法がサブミリメートル解像度での撮像に使用される。この技術はまたより高いＢ0の利点を享受する。
【００１０】
高磁場撮像に伴う主な問題は、検査中のサンプルによって誘導されるＢ1（ＲＦ）磁場の不均一性である。サンプルの誘電特性はこれらの効果を大きく担っている。この現象は、高磁場で撮像された高誘電ファントムに見られることもあり、ダークバンドで囲まれた特徴的な明るいスポットが見られる。ヒト組織は概して、１２８ＭＨｚで５０〜８０に及ぶ比誘電率を有する（３Ｔ磁場、プロトン周波数）。これは、一般的なＭＲＩファントムとは異なり、人体は不均一であるという事実によって構成される。したがって、１２８ＭＨｚでの人体におけるＲＦの波長は約２６ｃｍ〜３４ｃｍに及ぶ。これらの波長は人体の寸法に相当するため、人体に位相シフトが生じる。コイルにおけるＢ1磁場の複数のソース（複数のコンダクタ）ゆえに、これらの位相シフトは人体内の干渉パターンをもたらす。これらのパターンはＭＲ画像で明白になる。静磁場を３Ｔ以上に増大させると、この問題は悪化する。この問題の解決策の１つは、不均一誘電体の効果を補償するようにＲＦ  Ｂ1磁場を「前置補償する(pre-distort)」ことである。したがって、導電要素ごとに位相及び振幅コントロールを提供することによってＲＦコイルを設計することが望ましい。
【００１１】
検査中のサンプルは、上述した誘電特性に伴った導電特性を有する。その結果、浮遊つまり「寄生(parasitic)」キャパシタンスがＲＦコイルの負荷(load)と導電要素間に生成される。１．５Ｔ以下の静磁場で動作するように設計されているコイルについて、所望のラーモア周波数でコイルを共鳴させるために使用される集中容量要素は、標本や負荷によって導入される浮遊キャパシタンスと比較してかなり大きい。より高いＢ0磁場では、寄生キャパシタンスは、コイル構成要素コンデンサとサイズが同程度になる。このことは、コイルに配置された非対称負荷がコイルの共鳴ループの不均一な周波数シフトを招くことによって、理想的な正弦波電流分布を摂動させて、コイルの中央における所望の「中和点」を排除して、不良なＢ1磁場均一性を招くということに従う。加えて、ローカルＥ磁場の「ホットスポット」が生じることもあり、これは、ＦＤＡによって設定されたヒト組織の比吸収率（ＳＡＲ）についての具体的限度より過剰なＲＦ加熱を引き起こすことがある。この問題は、伝送ライン要素周辺に設計されているコイルを使用していくらか改善される可能性はあるが、これは、バードケージコイル設計で使用されている集中容量要素とは対照的に、自身の長さに沿って分布したキャパシタンスを有している。
【００１２】
分布キャパシタンスコイルの例は、米国特許第４，７４６，８６６号においてＲｏｓｃｈｍａｎｎによって説明されているオリジナル横電磁（ＴＥＭ）共鳴装置と、米国特許第５，５５７，２４７号においてＶａｕｇｈａｎによって説明されているＴＥＭボリューム共鳴装置とを含む。米国特許第５，５５７，２４７号において、調整可能な再入射中央コンダクタ要素による伝送ライン要素のアレイは、マルチモード共鳴キャビティ構造を形成するために円形の全周に配列される。実際、このデバイスは、特定のモードがラーモア周波数と一致するようにチューニング及び整合される。このコイルの円形分極バージョンは相互に位相から９０度の２つのポートで駆動され、残りの導電要素は誘導によって相互に結合する。隣接要素間の位相インクリメント（増分）はＮ／３６０度であり、ここでＮは要素数である。コイルの適切な動作のために、全要素は同一インピーダンスでなければならない。実際、この条件を達成するために各要素の再入射中央コンダクタの調整がしばしば必要である。
【００１３】
ＭＲ画像が異なるラーモア周波数で取得される多数の臨床応用がある。水素（Ｈ1）は多くの撮像用途に最適なスピン種であるが、リン（31Ｐ）、フッ素（19Ｆ）、炭素（13Ｃ）、ナトリウム（23Ｎａ）、ヘリウム（3Ｈｅ）及びキセノン（129Ｘｅ）などの他の常磁性スピン種も用いられる。これらの代替スピン種の多くはＭＲ分光法において注目されているが、例えば肺の撮像にヘリウムを使用することは大きな臨床的可能性を有する。上記のように、バードケージコイルは２つ以上のラーモア周波数でチューニングすることが困難であり、またこれらの代替スピン種を検査するのに必要なラーモア周波数の相当な変化は実用的ではない。
【００１４】
多核励起及び受信コイルが提案されている。例えば米国特許第４，７９９，０１６号において、２つのバードケージコイルが１つの円筒基体上に形成されて、一方のコイルは水素（1Ｈ）にチューニングされ、もう一方はリン（13Ｐ）にチューニングされる。コイル間の相互作用を低減するために、コイルが生成する磁場は位相を９０°オフセットされる。米国特許第５，９９０，６８１号において、調整エンドリングがバードケージコイルの端部に提供されているＲＦコイルが説明されており、この場合、リングはこのラーモア周波数を変更するために回転可能である。従来の多核コイルの重要な制限は、これらがバードケージやＴＥＭボリューム共鳴装置などのマルチモーダル共鳴構造からなる点である。第１の核のラーモア周波数に対応する共鳴モードのうちの１つが第２の核のラーモア周波数に対応する基本共鳴モードに一致する場合、多核コイルの２つの構成要素の分離は劣化し、コイルの２つの構成要素は同時動作ができなくなる。加えて、不良分離は、問題のコイルの構成要素ごとの効率を劣化させる傾向がある。実際、これは、対象の画像が１つの核のラーモア周波数で取得される際、画像が第２の核のラーモア周波数で取得される場合、後続のスキャンが実行されなければならないことを意味している。スキャン間の時間間隔において、対象の動きが生じる場合があり、これは２つのスキャンの同時認識を困難にする。したがって、構成要素コイルが本質的にマルチモーダルではなく、かつ構成要素コイルが良好な電気分離及びほぼ同一の空間特性を有する多核コイルを設計することが望ましい。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１５】
（発明の要約）
本発明は、ＭＲＩシステムにおいて全身ＲＦコイルとして使用されたり、均一なＢ1磁場を送信又はＮＭＲ信号を受信するためのＭＲＩシステムでローカルコイルとして使用されたりすることが可能な駆動回路を具備するＴＥＭコイルである。米国特許第５，５５７，２４７号においてＶａｕｇｈａｎによって説明されているＴＥＭボリューム共鳴装置とは異なり、本発明のＴＥＭコイルや共鳴装置は、ユーティリティボリューム自体が共鳴構造ではなく、（下記の）複数の位相電流バランを介するマルチポート励起が、不要なモードを抑制することによって、Ｖａｕｇｈａｎの特許に説明されているＭ＝１モードに等しい励起のみが可能である点において一層「純粋な」ＴＥＭデバイスである。
【００１６】
本発明は、中心軸を囲み、中心軸周辺に対称的に配列されかつ中心軸に平行なシールドの端部間に延びている複数対の対向導電レッグ又はロッドをサポートする円筒又はファラデーシールドを有するコイルつまり共鳴装置を含むＭＲＩシステム用コイルアセンブリである。固定又は可変コンデンサの形態の端末サセプタンス要素（つまりリアクタンス要素）は、ファラデーシールドへの各導電レッグの端部全体でシャント可能である。端末サセプタンス要素はまた、導電レッグを終端するオープン回路(open  circuit)又はショート回路(short  circuit)の伝送ラインスタブの形態をとることも可能である。コンデンサ又はスタブいずれかのサセプタンスｊＢは、電流最大値及び電圧最小値（つまり、「仮想ショート」）が所望のラーモア周波数で各導電レッグの中間点に確立されるように選択される。導電レッグは、複数対の対向導電レッグの各々に等しい逆方向電流を確立する駆動回路に接続されている。
【００１７】
本発明の別の態様は、各導電レッグに等しい電流を維持するように動作可能な各対の対向導電レッグに接続されている電流バランを使用することである。ＭＲＩのワークにおいて、ＲＦコイル要素での適切な電流分布は、均一なＢ1磁場が実現される場合には極めて重要である。
【００１８】
本発明の別の態様は、インピーダンスを整合するための導電レッグと電流バランとの間に接続されているチューニング・整合回路である。一実施態様では、チューニング・整合回路は、２．０正規化コンダクタンス円がアドミッタンス・スミスチャートで交差するポイントに配置されている適切なサセプタンスｊＢの単純な伝送ライン整合スタブである。一実施態様では、この整合スタブは、バランスラインに沿って各方向に数センチメートルスタブの変換を提供するショート回路の可変長スタブであってもよい。整合スタブは容量サセプタンスが除去される整合ポイントに配置されることになる。このポイントは、Ｑが極めて高い場合に誘導サセプタンスが除去される整合ポイントに極めて近い。このようなスタブの長さは１２８ＭＨｚでわずか数センチメートルである。
【００１９】
他の実施態様では、チューニング・整合回路は、各導電要素の入力（生成器サイドポート）の容量Ｌネットワーク、又は好ましくは、単位コンダクタンス円がアドミッタンス・スミスチャートで交差することによって、バタフライコンデンサによる誘導サセプタンスの除去を可能にするポイントで各導電対に供給するバランスライン全体に配置されたバタフライ可変コンデンサを含む。この後者の実施態様では、バランス伝送ラインの要素との良好な電気接触を維持しつつ、生成器又は負荷の方向のいずれかに数センチメートル自由に変換するバタフライコンデンサの提供が可能である。
【００２０】
本発明の別の態様は、複数のラーモア周波数で同時に動作可能なコイルアセンブリである。この多核性能は、同一円筒シールド内に個別対の導電レッグを有し、かつ同一の撮像ボリュームを囲む複数の共鳴装置を提供することによって可能である。個別駆動回路が、異なるラーモア周波数で操作される個別対の導電レッグに提供される。１対の導電レッグと関連した端末サセプタンス要素が一方の核のラーモア周波数について最適化されるが、もう一方の核のラーモア周波数において電圧波腹や高インピーダンスにも影響を与える。したがって、デュアル核性能に関する選択された場合において、２つのチャネルは相互に良好に分離可能である。
【００２１】
電流バラン、チューニング・整合回路、及び端末サセプタンス要素は、コンデンサ、インダクタ又は他の要素が円筒シールド内に配置される必要がないように円筒シールドの外部のポイントに配置される。さらに、共鳴装置の寸法は、この長さがラーモア周波数波長λの大部分を越えなければ、動作周波数を考慮せずに選択可能である。
【００２２】
コイルアセンブリは、例えば３Ｔ以上の高分極磁場強度（Ｂ0）での動作に適しており、異なる磁場強度間でポータビリティが容易である。コイルアセンブリは容易かつ安価に構築可能であり、チューニングが容易であり、また良好なＢ1磁場均一性、様々な負荷による良好な安定性、高伝送効率、及び高受信信号対雑音比（ＳＮＲ）を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
（好ましい実施態様の詳細な説明）
特に図１を参照すると、本発明の好ましい実施態様がＭＲＩシステムに採用される。ＭＲＩシステムは、ディスプレイ１２及びキーボード１４を有するワークステーション１０を備える。ワークステーション１０は、市販のオペレーティングシステムを走らせている市販のプログラマブルマシンであるプロセッサ１６を備える。ワークステーション１０は、スキャン指示をＭＲＩシステムに入力できるようにするオペレータインタフェースを提供する。
【００２４】
ワークステーション１０は４つのサーバ、すなわちパルスシーケンスサーバ１８、データ取得サーバ２０、データ処理サーバ２２、及びデータ記憶サーバ２３に結合される。好ましい実施態様では、データ記憶サーバ２３は、ワークステーションプロセッサ１６及び関連するディスクドライブインタフェース回路によって実行される。残りの３つのサーバ１８、２０、及び２２は、単一のエンクロージャに搭載され、かつ６４ビットバックプレーンバスを使用して相互接続された別個のプロセッサによって実行される。パルスシーケンスサーバ１８は、市販のマイクロプロセッサ及び市販の４通信コントローラを採用する。データ取得サーバ２０及びデータ処理サーバ２２は両方とも、同じ市販のマイクロプロセッサを採用し、データ処理サーバ２２は、市販のパラレルベクトルプロセッサに基づいた１つ又は複数のアレイプロセッサをさらに備える。
【００２５】
ワークステーション１０及びサーバ１８、２０及び２２の各プロセッサは、シリアル通信ネットワークに接続される。このシリアルネットワークは、ワークステーション１０からサーバ１８、２０及び２２にダウンロードされたデータを伝達するとともに、サーバ間及びワークステーションとサーバの間で通信されるタグデータを伝達する。これに加えて、高速データリンクがデータ処理サーバ２２とワークステーション１０の間に設けられて、画像データをデータ記憶サーバ２３に伝達する。
【００２６】
パルスシーケンスサーバ１８は、ワークステーション１０からダウンロードされたプログラム要素に応答して、勾配システム２４及びＲＦシステム２６を動作させるように機能する。指定されたスキャンを実行するために必要な勾配波形が生成されて勾配システム２４に与えられ、勾配システム２４はアセンブリ２８内の勾配コイルを励起して、ＮＭＲ信号の位置エンコーディングに使用される磁場勾配Ｇx、Ｇy、及びＧzを生成する。勾配コイルアセンブリ２８は、分極マグネット３２及び本発明の教示に従ってなされた全身ＲＦコイル３４を備えるマグネットアセンブリ３０の一部を成す。
【００２７】
ＲＦ励起波形が、ＲＦシステム２６によりＲＦコイル３４に与えられて、指定の磁気共鳴パルスシーケンスを実行する。ＲＦコイル３４により検出される応答性ＮＭＲ信号はＲＦシステム２６により受信され、パルスシーケンスサーバ１８により生成されるコマンドの命令の下で増幅され、復調され、濾波され、ディジタル化される。ＲＦシステム２６は、ＭＲパルスシーケンスに使用される広範なＲＦパルスを生成するＲＦトランスミッタを備える。ＲＦトランスミッタは、スキャン指示及びパルスシーケンスサーバ１８からの命令に応答して、所望の周波数、位相、及びパルス振幅波形のＲＦパルスを生成する。生成されたＲＦパルスは、全身ＲＦコイル３４に与えることができ、１つ又は複数のローカルコイル又はコイルアレイに与えることができる。
【００２８】
ＲＦシステム２６は、１つ又は複数のＲＦレシーバチャネルも備える。各ＲＦレシーバチャネルは、接続されているコイルが受け取ったＮＭＲ信号を増幅するＲＦ増幅器、及び受信したＮＭＲ信号のＩ及びＱ直角位相(quadrature)成分を検出しディジタル化する直角位相検出器を備える。受信したＮＭＲ信号の大きさはこうして、Ｉ成分及びＱ成分の二乗和の平方根によりいずれのサンプリングポイントでも求めることができ、
【数１】
2009534098.tif 000003
また、受信したＮＭＲ信号の位相も求めることができる。
【数２】
2009534098.tif 000004
【００２９】
パルスシーケンスサーバ１８は任意的に、生理的取得コントローラ３６から患者データを受信する。コントローラ３６は、電極からのＥＣＧ信号又はベローズからの呼吸信号等、患者に接続されたいくつかの異なるセンサから信号を受信する。パルスシーケンスサーバ１８は通常、このような信号を使用して、スキャンのパフォーマンスを患者の呼吸又は心拍に同期又は「ゲート」させる。
【００３０】
パルスシーケンスサーバ１８は、患者及びマグネットシステムの状態に関連する各種センサから信号を受信するスキャンルームインタフェース回路３８にも接続する。患者位置合わせシステム４０がスキャン中に患者を所望の位置に移動させるコマンドを受信することもスキャンルームインタフェース回路３８を通してである。
【００３１】
パルスシーケンスサーバ１８が、スキャン中にＭＲＩシステム要素のリアルタイム制御を行うことが明らかであるべきである。その結果、そのハードウェア要素がランタイムプログラムにより適時に実行されるプログラム命令で動作することが必要である。スキャン指示の指令構成要素は、ワークステーション１０からオブジェクトの形でダウンロードされる。パルスシーケンスサーバ１８は、これらオブジェクトを受け取るプログラムを含み、これらオブジェクトをランタイムプログラムに採用されるオブジェクトに変換する。
【００３２】
ＲＦシステム２６により生成される、ディジタル化されたＮＭＲ信号サンプルをデータ取得サーバ２０が受け取る。データ取得サーバ２０は、ワークステーション１０からダウンロードされる指令構成要素に応答して動作し、リアルタイムＮＭＲデータを受け取り、データがデータオーバーランにより失われないようにバッファストレージを提供する。スキャンによっては、データ取得サーバ２０は、取得されたＮＭＲデータをデータプロセッササーバ２２に渡すにすぎない。しかし、取得されたＮＭＲデータから導出された情報をスキャンのさらなるパフォーマンスの制御に必要とするスキャンでは、データ取得サーバ２０は、このような情報を生成してパルスシーケンスサーバ１８に伝達するようにプログラムされる。例えば、プレスキャン中、ＮＭＲデータを取得し、これを使用してパルスシーケンスサーバ１８により行われるパルスシーケンスを較正する。また、ナビゲータ信号をスキャン中に取得し、これを使用して、ＲＦシステム又は勾配システムの動作パラメータを調整し、又はｋ空間がサンプリングされるビュー順序(view  order)を制御することができる。また、データ取得サーバ２０を採用して、ＭＲＡスキャン中に造影剤の到着を検出するために使用されるＮＭＲ信号を処理することができる。これら例のすべてにおいて、データ取得サーバ２０はＮＭＲデータを取得し、リアルタイムで処理して、スキャンの制御に使用される情報を生成する。
【００３３】
データ処理サーバ２２は、ＮＭＲデータをデータ取得サーバ２０から受け取り、ワークステーション１０からダウンロードされた指令構成要素にしたがって処理する。このような処理には、例えば、未処理のｋ空間ＮＭＲデータをフーリエ変換して２次元画像又は３次元画像を生成すること、再構成された画像にフィルタを適用すること、取得されたＮＭＲデータの逆投影画像再構成を行うこと、機能ＭＲ画像を算出すること、動き又は流れの画像を算出すること等を含むことができる。
【００３４】
データ処理サーバ２２により再構成される画像は再びワークステーション１０に伝達されて記憶される。リアルタイム画像はデータベースメモリキャッシュ（図示せず）に記憶され、ここから画像を、マグネットアセンブリ３０付近に配置され担当医師により使用されるオペレータディスプレイ１２又はディスプレイ４２に出力することができる。バッチモード画像又は選択されたリアルタイム画像は、ディスクストレージ４４上のホストデータベースに記憶される。このような画像が再構成されストレージに転送されるとき、データ処理サーバ２２はワークステーション１０上のデータ記憶サーバ２３に通知する。オペレータがワークステーション１０を使用して、画像の保存、フィルムの生成、又はネットワークを介しての他の施設への画像の送信を行うことができる。
【００３５】
図２を特に参照すると、ＲＦシステム２６は、所定のＲＦ励起磁場を生成するシングルトランスミッタを含む。他の実施態様では、ＲＦシステム２６は複数のトランスミッタを含むことができる。ＲＦ励起磁場のベース又はキャリア周波数は、パルスシーケンスサーバ１８から１セットのディジタル信号を受信する周波数合成器１００のコントロールに基づいて生成される。これらのディジタル信号は、出力１０１で生成されるＲＦキャリア信号の周波数及び位相を示している。ＲＦキャリア信号は変調器及びアップコンバータ１０２に印加され、ここで、この振幅は、パルスシーケンスサーバ１８からも受信される信号Ｒ（ｔ）に応答して変調される。信号Ｒ（ｔ）は、生成されるＲＦ励起パルスのエンベロープを定義し、一連の記憶されているディジタル値を順次読み取ることによって生成される。これらの記憶されているディジタル値は、所望のＲＦパルスエンベロープの生成を可能にするように変更されてもよい。
【００３６】
出力１０５で生成されたＲＦ励起パルスの大きさは、パルスシーケンスサーバ１８からディジタルコマンドを受信する励起減衰回路１０６によって減衰される。減衰されたＲＦ励起パルスは、ＲＦコイル３４、この場合はコイルアセンブリ１５５のＲＦ共鳴装置１７２（図３参照）を送信／受信（Ｔ／Ｒ）スイッチ１５２を介して駆動する電力増幅器１５１に印加される。このトランスミッタ選択基準に関するより詳細な説明が、参照により本明細書に組み込まれている米国特許第４，９５２，８７７号になされている。
【００３７】
引き続き図２を参照すると、対象によって生成されたＮＭＲ信号はコイルアセンブリ１５５のＲＦ共鳴装置１７２によってピックアップされて、送信／受信スイッチ１５２を介してレシーバチャネルに印加される。図２はシングルレシーバチャネルを図示しているが、他の実施態様では、ＲＦシステム２６は複数のレシーバチャネルを含むことができる。ＮＭＲ信号は、パルスシーケンスサーバ１８から受信されたディジタル減衰信号によって決定された量だけＮＭＲ信号を増幅するレシーバプリアンプ減衰器１０７に印加される。受信されたＮＭＲ信号はラーモア周波数かこの付近にあり、この高周波数信号は、ダウンコンバータ１０８によって２つのステッププロセスでダウンコンバートされる。ダウンコンバータ１０８では、まずライン１０１でＮＭＲ信号をキャリア信号とミキシングし、次いでライン１０４で、結果として生じる差分信号を基準信号とミキシングする。ダウンコンバートされたＮＭＲ信号は、アナログ信号をサンプリング及びディジタル化して、これを、受信信号に対応する１６ビット同位相（Ｉ）値及び１６ビット直角位相（Ｑ）値を生成するディジタル検出器及び信号プロセッサ１１０に適用するアナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ１０９の入力に印加される。受信信号のディジタル化されたＩ及びＱ値の結果として生じるストリームは、データ取得サーバ２０に出力される。Ａ／Ｄコンバータ１０９に印加されたサンプリング信号ならびに基準信号は、基準周波数生成器１０３によって生成される。レシーバについてのより詳細な説明については、参照により本明細書に組み込まれている米国特許第４，９９２，７３６号が参照される。
【００３８】
送信／受信スイッチ１５２は、ＲＦ共鳴装置１７２が、均一なＢ1磁場を生成し、かつ結果として生じるＮＭＲ信号を受信するために用いられる場合に使用される。これは、パルスシーケンスサーバ１８によって操作されて、ＲＦ磁場が生成されるパルスシーケンスの一部の期間でトランスミッタにスイッチングし、またＮＭＲデータが取得される場合にレシーバへの接続をスイッチングする。送信／受信スイッチ１５２とコイルアセンブリ１５５との間の接続ライン１５３は、好ましくはＲＧ−２１３Ｍｉｌ  ＳｐｅｃやＡｎｄｒｅｗｓ  ＦＳＪ−５０などの５０オームの同軸ケーブルである。
【００３９】
ＲＦ共鳴装置１７２は、全身ＲＦコイルとして、あるいはヘッドコイルなどのローカルコイルとして使用されてもよい。さらに、ＲＦ共鳴装置１７２及びコイルアセンブリ１５５は送信及び受信の両モードで、あるいは送信又は受信モードいずれかのみで使用されてもよい。後者の場合、送信／受信スイッチ１５２は必要とされず、送信コイルは電力増幅器１５１に直接接続されてもよく、また受信コイルが受信減衰器１０７に直接接続されてもよい。
【００４０】
コイルアセンブリ１５５は多数の具体的形態をとることができるが、一実施態様は、図３に示されている要素を含む。これらは、位相結合器／スプリッタ１５７と、電流バラン対１６５と、チューニング・整合回路１７３と、ＲＦ共鳴装置つまりコイル１７２と、同軸終端スタブ２１２などの端末サセプタンス要素とを含む。共鳴装置１７２は円筒シールド２００内に複数の導電レッグ１７０を含む（図７参照）。つまり、複数対の導電レッグ１７０が、同軸スタブ２１２などの端末サセプタンス要素によって終端されたバランス伝送ラインとして動作し、また定在波は、端末サセプタンス要素の適切な選択によって円筒シールド内の各導電レッグ１７０に確立される。好ましくは、共鳴装置１７２は、回路１５７及び電流バラン対１６５によって提供される送信及び受信双方の直角位相によって動作する。
【００４１】
位相結合器／スプリッタ１５７はトランシーバから同軸ライン１５３に接続して、位相が９０°異なる、好ましくは５０オームの同軸ライン１５９及び１６１で２つの等しいＲＦ電流を生成する。この最も単純な形態では、位相結合器／スプリッタ１５７は、共通の接続がライン１５３に対してなされ、かつＴアームの各々が整合伝送ラインを介してライン１５９又は１６１のうちの一方に接続される、５０オームのＴコネクタである。伝送ライン断面のうちの一方は、もう一方の断面の４分の１の波長であり、９０°の位相差をライン１５９及び１６１の電流間に付与する。この具体的実施態様によると、回路１５７は、用いられている特定のラーモア周波数にチューニングされなければならない。この代替例では、ライン１５９及び１６１で生成される直角位相ＲＦ信号にライン１５３を介して印加されるＲＦ信号を分岐可能であり、あるいはライン１５３のシングル結合ＲＦ信号にライン１５９及び１６１を介して印加された直角位相信号を結合可能な他の回路も当分野では周知である。多数の周波数で動作可能な位相結合器／スプリッタ回路は、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第５，２９６，８１４号及び米国特許第７，０１９，５２７号に説明されている。
【００４２】
図３に示されている実施態様では、電流バラン対１６５が提供され、各バランはライン１５９又はライン１６１のそれぞれの直角位相信号によって個別駆動される。多くの場合、ライン１５９及び１６１の直角位相信号が相互に位相からちょうど９０°であることが望ましいが、正確な直角位相から離れた調整が望ましい例もある。これは、上記の９０°遅延ラインの使用に類似の異なる長さの整合伝送ラインセグメントを使用して容易に達成可能である。遅延ラインは挿入ラインストレッチャーによる可変長ライン、又は空気誘電体の調整可能な同軸ラインであってもよい。この特徴を組み込むことによって、オペレータは、ＲＦ磁場Ｂ１の分極楕円の精密な調整をすることができる。言い換えると、位相は位相直角(phase  quadrature)から±数°に設定可能である。ＲＦ  Ｂ１磁場のローカル不均一性は、磁化率テンソルχの異方性ゆえに、高い固定磁場（Ｂ０）で問題となる恐れがある、つまりこれらのローカル不均一性は、ＲＦ磁場Ｂ１の分極を調整することによって補正可能である。
【００４３】
加えて、所望のＲＦ励起磁場を提供し、位相直角出力信号を生成し、また位相オフセット量のプログラマブルコントロールを可能にするように動作する種々の回路が市販されている。例えば、アナログデバイス(Analog  Devices)社のチップ、つまりＣＭＯＳ  ３００  ＭＳＰＳ  Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｍｐｌｅｔｅ  ＤＤＳ（ダイレクトディジタル合成）チップはこの機能性を提供し、また、図２に図示されているＲＦシステムの構成要素の多くと取って代わることになる。ＤＤＳチップは、電流バランの入力に印加されるＲＦ電流の位相及び振幅をコントロールする。本実施態様は、調整されたＲＦ励起位相に特に有用である。調整されたＲＦ励起の一般的なスキームの１つはトランスミットＳＥＮＳＥとして知られているが、他のトランスミッタベースパラレル撮像スキームもまた可能である。上記のディジタルコントロールシステムによって複数のチューニング及び整合された共役対をコントロールすることによって、Ｂ1磁場の３次元形状の精密なコントロールが達成可能である。
【００４４】
同軸ケーブルライン１５９及び１６１のＩ及びＱ直角位相ＲＦ信号は各々、電流バラン対１６５のそれぞれの電流バラン１６４によってバランス負荷に結合されている。当分野で既知であるように、同軸ケーブルはアンバランスフィードラインであり、電流は、アンバランスな電流の流れを招くシールドの外部表面に流れる恐れがある。後述されるように、本実施態様のバランス負荷は１／２波長ダイポールとして見えることがあり、各バラン１６４の目的は、ダイポールの一方のアームの電流が常に、反対側のダイポールアームの電流に実質的に等しく、かつ逆方向であることを保証することである。この目的を達成するバランは「電流」バランであり、この２つのダイポールアームのインピーダンスが異なる場合であっても、ダイポールアームにおいてバランス電流を維持する。ＭＲＩにおいて磁場を生成するのは電圧ではなく電流であり、かつ重要なのは電界ではなくむしろ磁場であるため、電流バランはこのアプリケーションでは重要である。また、ダイポールは各ダイポールアームの対称負荷によって構築可能であるが、この場合は、ダイポールアームは、検査する対象を受け取る後述の共鳴装置構造の一部である。共鳴装置に配置される場合、対象のローディングはしばしばこの２つのダイポールアームで不均等になる。電流バラン１６４を使用することによって、電流バランスは、このような非対称ローディングにかかわらず維持され、共鳴装置におけるＲＦ磁場の均一性は維持される。
【００４５】
多数の電流バラン回路及びデバイスが当分野では既知であり、またＭＲＩラーモア周波数で使用可能である。ひとつの簡単かつ効果的なバランはチョーク又はコイルバラン１６４Ｃであり、これは、図４（ｃ）に図示されているような適量の（同軸ケーブル１５９及び１６１などの）同軸ケーブルをコイルアップすることによって簡単に構成可能である。寸法が正確ならば、コイル化ケーブルの誘導リアクタンスは、このシールドの外部表面を流れる望ましくない電流を効果的にブロックする。空気コアチョークバランが、多くのＭＲＩワークで使用されるＶＨＦ周波数（６４ＭＨｚ以上）でうまく機能する。例えば、４インチのポリエチレンシリンダーにソレノイドとして巻かれているＲＧ−２１３ケーブルの５巻のみが、３Ｔ  ＭＲＩシステムにおいてナトリウム２３及び炭素１３に適切な共通モード電流抑制を付与することになる。
【００４６】
別のタイプの電流バラン、図４（ａ）に示されているようなスリーブバラン１６４Ａもまた使用可能である。導電スリーブ１７９は、ＳＣで示されているポイントにおいて、位相結合器／スプリッタ１５７から同軸ライン１５９の外部コンダクタにショートされる。この図面では、スリーブ接続ポイントＳＣを超えた左側はアンバランスであり、右側は端末１６７でバランスがとれている。スリーブバランは、長さが１／４波長又はこの奇数倍のときに機能し、ポイントＳＣのショート回路が外部シールドのポイントＡで反転することによって、共通モード電流が抑制される。しかしながら、このようなスリーブバランは、３Ｔマグネットにおいても１０メートルアマチュアバンド付近で共鳴するナトリウム及び炭素１３に対して使用可能でない場合もある。ライン損失はこれらの周波数では影響を与えるものではないため、これらの核に使用可能な別のタイプの電流バランは、マグネットに対して良好に配置されているフェライトビーズバランである。このようなフェライトビーズバラン１６４Ｂは図４（ｂ）に示されている。
【００４７】
図４（ｂ）を特に参照すると、フェライトビーズバラン１６４Ｂは、位相結合器／スプリッタ１５７から同軸ケーブル１５９（又は１６１）を受信するコネクタ２２２を一方の端部でサポートする導電ハウジング２２０を含む。同軸ケーブル１５９の端部はコネクタ２２２を通ってハウジング２２０に延びており、ここでは、ハウジング２２０のもう一方の端部に搭載されているコネクタ２２４付近で終端する。コネクタ２２４はチューニング・整合回路１７３から同軸ケーブル１７６の一方を終端させて、両方のケーブルで中央コンダクタ２２６を直接接続する手段を提供する。第２のコネクタ２２８はコネクタ２２４に隣接して搭載され、またチューニング・整合回路１７３からの外部同軸ケーブル１７６を終端する。コネクタ２２４は、中央コンダクタ２３０をハウジング２２０に延ばす手段を提供し、ここで同軸ケーブル１５９のシールドに接続する。両同軸ケーブル１７６のシールドは、回路接地に接続する導電ハウジング２２０に接続する。
【００４８】
全動作条件に基づいて所望の電流バランスを提供するために、１セットの環状フェライトビーズ２３２が、ハウジング２２０内部にあるケーブル１５９の走りに沿って「ストリング」される。フェライトビーズは、数千オームのインピーダンスを提供することによって、ケーブル１５９のシールドの外部表面のシース電流を防止する。結果として、バラン１６４Ｂは、それぞれの同軸ケーブル１７６の中央リード２２６及び２３０に、等しいが逆方向の大きさの電流を強いる。
【００４９】
電流バランの出力におけるバランスの取れた位相共役電流は、ＲＦ共鳴装置１７２の適切な動作のために重要である。好ましい実施態様では、電流バラン１６４の共通モード拒絶は、共役対の各導電アームの電流に緊密に整合するのに十分であるはずである。
【００５０】
再度図３を参照すると、電流バラン対１６５の４つの共鳴装置サイドコネクタの各々は、それぞれのチューニング・整合回路１７３を介して共鳴装置１７２のそれぞれの導電レッグ１７０に接続される。同軸ケーブル１７６などのフィードラインが、バラン端末１６７をこのそれぞれのチューニング・整合回路１７３に接続させるために使用される。同様に、同軸ケーブル１７８などのフィードラインは、共鳴装置１７２における導電レッグ１７０にチューニング・整合回路を接続させるために使用される。
【００５１】
図５（ａ）に更に具体的に示されているように、一実施態様では、同軸ケーブル１７６は５０オームの特徴インピーダンスを有する。電流バラン１６４から延びている２つの同軸ケーブル１７６は共に、バランスの取れたシールドラインを形成する。チューニング・整合回路は導電ハウジング又はボックスを含むことがある。チューニング・整合回路対１７４から延びる同軸ケーブル１７８も５０オームの特徴インピーダンスを有し、その各々は、チューニング・整合回路１７３と組み合わせて、それぞれの整合ポイント１８１で２５オームの純粋抵抗負荷を提示するように選択された長さを有する。各チューニング・整合回路は、整合ポイント１８１でアドミッタンスのサセプタンス構成要素をヌル化(null)するように動作する（このポイントでのインピーダンスの反応構成要素のヌル化と同様）。２５オームのこの純粋抵抗負荷はまた電流バラン１６４の出力端末１６７で所望され、複数の同軸ケーブル１７６の長さを適切に選択することによって達成可能である。特に、整合ポイント１８１でみられるような共鳴装置の２５オーム抵抗は、バランスラインを形成する５０オームの同軸ケーブル１７６の２つの長さがおよそλ／２（ここで、λは所望のラーモア周波数に対応する）又はこの整数倍であれば、バランのバランス端部で２つの端末１６７の各々で反復する。バランの出力サイド全体の負荷は直列(in  series)であるため、出力端末１６７における２つの２５＋ｊ０インピーダンスは５０＋ｊ０に加算し、これは各バラン１６４の入力端末（アンバランスポート）を探しているように見える。
【００５２】
チューニング・整合回路１７３の一実施態様が図５（ｂ）に示されており、これは、「Ｔ」コネクタ１８０と、シャントスタブ整合回路として接続されている５０オームの同軸ケーブルスタブ１８２などのフィードラインの測定長さ（Ｌ）とを含む。これは、伝送ラインを負荷に整合させるための既知の回路である。この場合の負荷は共鳴装置１７２であり、整合は、共鳴装置１７２から特定距離Ｄ2のフィードラインにＴコネクタ１８０を挿入して、ケーブル１８２の長さＬを調整して、整合ポイント１８１のアドミッタンスのサセプタンス構成要素をヌル化する（インピーダンスの反応構成要素のヌル化と同様）ことによって達成される。ケーブル１８２の端部は本実施態様ではショートされているが、これはまた、長さＬが適切に調整されたオープン回路であってもよい。フィードラインの特徴インピーダンスは、長さが適切に調整されて必要なヌル化を提供していれば重要ではない点に留意すべきである。
【００５３】
Ｔコネクタ１８０が挿入されている共鳴装置１７２からの距離Ｄ2は、共鳴インピーダンスの抵抗構成要素が２５オームになるように選択される。これは、人が共鳴装置１７２からバラン１６４に移動する際のアドミッタンス・スミスチャートのポイントであり、この場合一定のアドミッタンス円が２．０正規化コンダクタンス円と交差する。誘導サセプタンスもまたこのポイントに存在するが、上記のようにケーブル１８２の長さＬの適切な選択によってヌル化されるのはこのサセプタンスである。
【００５４】
図５（ｃ）は、チューニング・整合回路対１７４の別の実施態様を示しており、ここでは、各個別回路は図５（ｂ）に示されている回路に類似しており、スタブ１８６を含む。部分１８５に沿ったショートバー１８４の変換はスタブ長、ひいては各スタブ１８６のサセプタンス構成要素ｊＢを変更するのに対して、部分１８７に沿ったこの１対のスタブ１８６の変換は、所望の整合ポイントに一定のアドミッタンス円に沿って移動するように動作する。
【００５５】
図６（ａ）は、各々がそれぞれのケーブル１７６及び１７８の中央コンダクタを接続するコンデンサＣ１と、それぞれの中央コンダクタと接地との間に接続されている第２の可変シャントコンデンサＣ２とを含む１対の容量Ｌ回路１９０を含むチューニング・整合回路対１７４の実施態様を図示している。容量Ｌ回路１９０は、負荷（共鳴装置）から生成器までを測定されるように整合ポイント１８１で挿入されてもよく、容量Ｌは「チューニング及び整合」されて、当該ポイントで２５オームの抵抗負荷を与える。この場合、コンデンサＣ１は、共鳴装置１７２と整合ポイント１８１との間のラインの有効長を変更するという効果を有し、２．０正規化コンダクタンス円はアドミッタンス・スミスチャートで交差されてもよい。誘導サセプタンスはコンデンサＣ２によってこのポイントで除去される。
【００５６】
別の実施態様が図６（ｂ）に示されており、これはバタフライコンデンサ１９１、つまりバランスＲＦ回路で使用するために具体的に設計されている共通のロータデュアルステータの可変コンデンサの使用を伴う。バタフライコンデンサは、２つの個別セットのステータプレートが相互に対向しており、またバタフライ形状ロータが、ロータのターンがロータといずれかのステータとの間のキャパシタンスを等しく変更させるように配列されているロータリー可変コンデンサの形態である。ロータ端部は図示されているように接地されているか、浮遊したままであることが可能である。バタフライコンデンサ１９１は、生成器又は負荷方向に（つまり、電流バランに対して又は共鳴装置１７２に対して）わずかに変換されるように、導電クリップ１９３を使用してバランスラインのセグメント１９２にわたって搭載されてもよい。したがって、バタフライコンデンサ１９１は、２．０正規化コンダクタンス円がスミスチャートと交差するまで変換されてもよく、また誘導サセプタンスは次いで、ロータの回転によってサセプタンスｊＢの適切な値にバタフライコンデンサを設定することによって除去されてもよい。
【００５７】
他の実施態様では、コイルアセンブリが、整合ポイント１８１で２５＋ｊ０オーム以外の所望のインピーダンスが得られるように構成可能である。例えば、図６（ｃ）を参照すると、５０＋ｊ０オームの値が整合ポイント１８１で所望される場合、サセプタンス構成要素ｊＢは、上記方法のうちの１つで整合ポイントにおいてヌル化可能である。しかしながら、この場合、整合ポイントの位置は、一定のアドミッタンス円が、他の実施態様のように２．０正規化コンダクタンス円ではなく、１．０（単位）コンダクタンス円と交差するポイントに対応する。さらにこの場合は、同軸ケーブル１７６の特徴インピーダンスＺ0が５０オームの場合、ＺL＝Ｚ0であるため、整合ポイント１８１から電流バラン端末までの距離Ｄ1は任意であってもよい。加えて、１００＋ｊ０オームのインピーダンスは次いで、各電流バラン入力に現れる。そしてこれは、例えば長さλ／４の同軸ケーブル１５９が７０．７オームの特徴インピーダンスを有する位相／結合器スプリッタ１５７とインタフェース接続するために、５０オームに変換可能である。ラインが先細りしたストリップラインもまた使用可能である。
【００５８】
図７を特に参照すると、共鳴装置１７２の第１の好ましい実施態様は、ローカルコイルすなわちヘッドコイルの形態である。これは、それぞれの環状搭載リング２０２及び２０４を形成するために端部の各々で中央軸２０１に向かって放射状に内側に延びる円形円筒シールド２００を含む。シールド２００は、参照により本明細書に組み込まれている米国特許第５，６８０，０４６号に説明されているように、基板の両表面に、Ｌｕｃｉｔｅ（商標）チューブ及びダブルフォイルファラデー銅シールドなどの絶縁サポート基板を含む。搭載リングもまたＬｕｃｉｔｅ（商標）材料から形成可能である。本実施態様では、シールド２００は、搭載リング２０２の内縁によって画定されている円形開口２０６で検査される患者の頭部を受け取るようにサイズ設定される。
【００５９】
搭載リング２０２は、上記回路からケーブル１７８を受け取るための４つのコネクタ２０８が取り付けられてもよい表面を提供する。搭載リング２０２及び２０４は必要ない点に留意すべきであり、他の実施態様では、全コネクタの一部がシールド２００に提供可能であり、フィードラインは導電レッグと直角を形成し、かつ／又は端末サセプタンス要素は導電レッグと直角を形成する。より詳細に後述されるように、コネクタは好ましくは、搭載リング２０２の周縁に等間隔であり、対称性が維持される。各ケーブル１７８のシールドは共鳴シールド２００に接続し、この中央コンダクタは搭載リング２０２の開口を通過して、導電レッグ１７０の一方の端部に接続する。基本的に、共鳴シールド２００は、検査される患者を受け取るように放射状に拡張されているケーブルシールドの延長部である。
【００６０】
複数の導電レッグ１７０は、中心軸２０１と平行のシールド２００によって定義されているキャビティを介して延びており、また共鳴装置１７２の反対側の端部で搭載リング２０４に取り付けられている対応のコネクタ２１０に取り付けられる。
【００６１】
導電レッグ１７０は、勾配コイル磁場を変更することによって誘導される渦電流を回避するほどに極めて薄く形成される、非常に抵抗の低い材料から構成される。かなり研磨された銅や研磨された銀めっき銅が好ましく、レッグは、機械的剛性を提供するためにチューブやリボンとして成形される。例えば、円筒形のＬｕｃｉｔｅ（商標）、ポリエチレン又は他の適切な材料上に配置された導電銅テープは、導電レッグのアレイを形成するための便宜的かつ経済的な方法を提供する。各導電レッグ１７０は、円筒又はファラデーシールド２００から放射状に内側に間隔をあけられている。隣接するファラデーシールド２００からの各導電レッグ１７０の距離は、検査される患者がいる共鳴装置の中央キャビティ内のＲＦ磁場の均一性を最適化するように調整される。この距離は共鳴装置の直径の関数になるが、これは、導電レッグ１７０がチューニングされる共鳴周波数の関数ではない。したがって、導電レッグ１７０は異なるラーモア周波数にチューニング可能であり、共鳴シールド２００内に機械的変化はない。
【００６２】
共鳴装置１７２のバックエンドのコネクタ２１０は、均一磁場が共鳴キャビティ内に生成されるように、（同軸ケーブルの）終端スタブ２１２などの端末サセプタンス要素をサポートする。各端末サセプタンス要素が、各導電レッグ１７０の中間点で電流最大値及び電圧最小値を与えるように選択される。本実施態様では、導電レッグ１７０及び終端スタブ２１２は均一な伝送ラインとして機能し、また各々の特徴インピーダンスはそれぞれ、Ｚ0cond及びＺ0stubとして表されることが可能である。これは、対応する特徴アドミッタンスＹ0cond及びＹ0stubについても言えることであり、このアドミッタンスＹは単にインピーダンスの逆数：Ｙ＝１／Ｚである。両者は複素量である点に留意すべきであり、この場合Ｚ＝Ｒ＋ｊＸ及びＹ＝Ｇ＋ｊＢである。したがって、インピーダンスは、抵抗成分Ｒと反応成分Ｘのベクトル和である。これに応じて、アドミッタンスはコンダクタンスＧとサセプタンス成分ｊＢのベクトル和である。
【００６３】
各々の中間点で仮想ショートを実行するために、導電レッグは、スタブｊＢのサセプタンスが、その特徴アドミッタンスＹ0stubがＹ0condと同じである長さ［１／４λ−Ｌ／２］のオープン回路スタブのサセプタンスに等しいことを要する。このショートの品質はスタブ２１２のＱに依存しており、高Ｑは極めて高いコンダクタンスの仮想ショートを実行する。類似の分析がショート回路スタブに当てはまる。ショート回路終端スタブは、ショート回路が、高品質の、好ましくは銀はんだ接合によって作られる場合に最もよく実行し、これは、考えられる最高のＲＦコンダクタンスのために研磨されて、酸化物フリーであるべきである。導電レッグ１７０を、研磨されかつ酸化物フリーに保つことも極めて実用的である。
【００６４】
Ｙ0cond≠Ｙ0stubであれば、スタブの有効サセプタンスは、Ｙ0condに対するスタブのアドミッタンス、導電レッグの特徴アドミッタンスを正規化することによって決定されるべきである。Ｙ0cond＜Ｙ0stubすなわちＺ0cond＞Ｚ0stubの場合、導電レッグの中間点の仮想ショートに必要なスタブ長は、Ｙ0cond＝Ｙ0stubの場合に必要なスタブ長より短い。このケースは、より短い終端スタブがよりコンパクトになると、いくらか実用的な利点を提供する。
【００６５】
ある周波数での単一導電レッグのオープン回路及びショート回路のインピーダンス測定からＺ0condを測定することによってＹ0condを取得することができ、この場合、伝送ラインの共鳴装置本体の長さはλ／８の奇数倍に相当する。このことは、両測定は同程度の大きさであり、機器の範囲の極値付近ではないことを保証する。これらの測定から、Ｚ0condの優れた推定が、以下の式より取得可能である。
【数３】
2009534098.tif 000005
【００６６】
導電レッグの中間点における所望の仮想ショートは、出力端末が共鳴装置の共役対の両レッグに接続されている電流バランの入力端末を調べることによって検証可能である。バラン入力と共鳴レッグ中間点との距離がλ／２又はこの整数倍である場合、ショート回路は、スタブサセプタンス（リアクタンス）が正しいか否かが調べられる。
【００６７】
図８に示されているように、４つの導電レッグ１７０は共鳴装置１７２の周縁に等しく間隔をあけられる。この共鳴装置内の均一ＲＦ磁場を取得するために必要な対称性は、中心軸２０１の両側で電流が等しくかつ相互に逆方向に流れることを要する。これは、中心軸２０１周辺に複数対の対向導電レッグを対称的に位置決めすることによって達成される。４要素共鳴装置において、対向する１対の導電レッグ１７０は０°及び１８０°で位置決めされ、対向する第２の対は９０°及び２７０°で位置決めされる。これは必要な対称性の幾何学的態様である。さらなる要件は、対向導電要素が等しい逆方向電流で導電することである。後述されるように、より多数の導電レッグ１７０及び関連する駆動回路が磁場の均一性を改良するために付加可能であるが、いずれの場合も、これらは上記対称性を維持するように配列されなければならない。
【００６８】
３Ｔ以上の磁場で全身ＲＦコイル３４としての使用に適しているＲＦ共鳴装置１７２の別の実施態様は、フロント・トゥー・フロントでネスト化される長さ２５ｃｍの２つの共鳴装置を含み、この円形分極の向きはこれらのうちの１つに逆転される。これら２つのＢ１磁場は、５０ｃｍ以上の長さで均一磁場を与えるように組み合わされる。
【００６９】
全身ＲＦコイル３４としての使用に適しているＲＦ共鳴装置１７２の別の実施態様が図９に示されている。シールド２００並びに搭載リング２０２及び２０４は、サイズが大きい点を除いて上記のものと基本的に同じである。より大きなボリュームで所望の均一ＲＦ磁場を維持するためには、導電レッグ１７０は２つの等しいレッグセグメント１７０ａ及び１７０ｂに分割され、また共鳴装置のフロントエンドではなく中間点から駆動される。より具体的には、フロント導電レッグセグメント１７０ａは中間コネクタ２５４で接続して、コネクタ２０８を介して終端スタブ２５６に向かって延びている。同様に、リア導電レッグセグメント１７０ｂは中間コネクタ２５４で接続して、コネクタ２１０を介して終端スタブ２１２へと後方に延びている。終端スタブ２５６及び２１２は同一であり、これらは、最適なあるラーモア周波数で共鳴装置の中間点において最大電流及び最小電圧を生成するために上記のようにチューニングされる。
【００７０】
導電レッグセグメント１７０ａ及び１７０ｂは、中間コネクタ２５４で終端するツインリードの低インピーダンスケーブル２５８でコンダクタに接続する。図１０に示されているように、ツインリードケーブル２５８はそれぞれのチューニング・整合回路１７３までの距離Ｄを延ばし、この２つのリードはバラン１６４の２つの位相共役コネクタ２２４及び２２８まで延びて、これに接続する。各導電レッグセグメント対１７０ａ及び１７０ｂはダイポールアンテナを形成し、均一磁場に必要な上記対称性を維持するために、これらの２つのダイポールアンテナのうちの一方へのリードは、対向ダイポールアンテナに対して位相を１８０°変更して２６０に示されているようにスイッチングされる。
【００７１】
上記共鳴装置１７２の第１の実施態様では、各導電レッグ１７０の中間点に仮想ショート回路がある。この仮想ショートポイントは、磁場が非常に小さくかつ誘電損失が最小の電圧ノードである。各導電レッグ１７０の長さに沿った電流分布はこの中間点においてピークであり、この中間点からの距離及びラーモア周波数に対応する波長（λ）の関数として正弦波的に低下する。この低下条件は、均一磁場を維持し、かつ電界の大きさを可能な限り低く保つために、共鳴装置１７２の軸方向長さがλ／１０未満に制限されることを要する。これは、共鳴装置がより低い分極磁場（つまり、より長いラーモア周波数波長）で使用されるか、共鳴装置が比較的小型のローカルコイルである場合には問題ではない。
【００７２】
図９に示されている共鳴装置１７２の実施態様は、この制約を２倍緩和する。一方の端部ではなくこの中間点で各導電レッグ１７０を駆動することによって、共鳴装置の長さはλ／１０ではなくλ／５に制限される。フィードポイントにおける各コンダクタの端部がオープン回路スタブ端部から正確に１／４波長離れているか、又はこの奇数倍であるため、この結果に至る。代替的に、このスタブ端部が短絡されている場合、波長はｎ*λ／４であり、ここでｎは偶数である。
【００７３】
上記コイルアセンブリの好ましい実施態様の多数の可能な変形例がある。特に大型コイルアセンブリにおけるＲＦ磁場の均一性を改良するためには、さらなる対の対向導電レッグ１７０がＲＦ共鳴装置１７２に付加されてもよい。これは、当然、これらの導電レッグ１７０を駆動するための追加回路を必要とする。また、複数のラーモア周波数を用いて、干渉なく２つ以上のスピン種から同時にＮＭＲ信号を取得することも本発明では可能である。
【００７４】
導電レッグ１７０の数が増加される本発明の実施態様が図１１に示されている。図８に示されているようなローカルコイルで使用される導電レッグ１７０の数は通常８個であり、これらのレッグ１７０は上記位相結合器／スプリッタ１５７、電流バラン対１６５及びチューニング・整合回路対１７４からなる２セットの駆動回路によって駆動される。第１の位相結合器／スプリッタ１５７は位相０°及び９０°で作用するのに対して、第２の位相結合器／スプリッタ１５７Ａは位相４５°及び１３５°で作用し、また第２の電流バラン対１６５Ａは位相４５°、１３５°、２２５°及び３１５°で作用する。図１２に示されているように、共鳴装置１７２の本実施態様における８個の導電レッグ１７０は共鳴装置１７２の周縁に等距離で配置されており、また位置及び電流位相における上記対称性が維持される。
【００７５】
引き続き図１１を参照すると、駆動回路のセット数は共鳴装置１７２の追加導電レッグ１７０をサポートするために増加可能である。各セットの駆動回路１５７、１６５及び１７４は、共鳴装置１７２の周縁で相互に直角位相に位置決めされている２つの対向する対の導電レッグ１７０をサポートする。各このようなセットのサポート回路間の差のみが、各セットの位相結合器／スプリッタ１５７によって生成される直角位相角度である。表１は、導電レッグ数の増加をサポートするのに必要な直角位相角度及び対応するセットの駆動回路を列挙している。
【表１】
2009534098.tif 000006
【００７６】
幾何学的対称性配列は、直角位相ＮＭＲ信号が生成及び受信される場合の導電レッグ１７０の特定の組み合わせのみによって達成可能である点に留意されたい。それでも、特殊目的のストリップラインアレイによって表１のバージョンのいずれかを構築することが可能である。
【００７７】
本発明の上記実施態様で、各レッグ１７０は、単一のラーモア周波数波長（λ）の中間点で最大電流及びゼロ電圧をサポートするようにチューニングされる共鳴伝送ラインである。図７の実施態様では、チューニングは、同軸終端スタブ２１２の長さおよび共鳴装置１７２とチューニング・整合回路対１７４との間の距離Ｄ２を調整することによって達成される。図９の実施態様では、特定のラーモア周波数へのチューニングは、両スタブ２１２及び２５６の長さならびに距離Ｄ２を調整することによって達成される。したがって、コイルアセンブリ１５５のラーモア周波数は、上記のように、ケーブル１７８の置換とチューニング・整合回路の適切な調整によって同軸スタブ２１２（又は他の端末サセプタンス要素）を単に置換し、また有効長Ｄ２を調整してかなり容易に変更可能である点が明らかになるはずである。
【００７８】
本発明の発見は、コイルアセンブリは多核ＮＭＲ測定を同時に実行するために使用可能である点である。これは、導電レッグ１７０のうちの選択されたものをあるスピン種のラーモア周波数にチューニングして、残りの導電レッグ１７０のラーモア周波数を別のスピン種にチューニングすることによって達成される。例えば、水素プロトンのラーモア周波数もあり、また3Ｈｅ、13Ｃ又は23Ｎａのラーモア周波数もある。
【００７９】
（図７に示されている共鳴装置１７２に類似の）８要素ＲＦダブル共鳴装置１７２’を駆動するための多核コイルアセンブリが図１３及び図１４に示されている。本実施態様は、ＲＦシステム２６において２つのトランスミッタ及び２つのレシーバを必要としており、これらは、一方が第１のラーモア周波数ｆ1で動作し、もう一方は第２のラーモア周波数ｆ2で動作する２つのトランシーバの形態をとることができる。ｆ1トランシーバは（図２のＴ／Ｒスイッチ１５２のような）第１のＴ／Ｒスイッチを介して、３００で示されている１セットの駆動回路に結合し、もう一方のトランシーバは第２のＴ／Ｒスイッチを介して、３０２で示されている第２のセットの駆動回路に結合する。駆動回路３００及び３０２は、結合器／スプリッタ１５７Ａ、１５７Ｂ、電流バラン対１６５Ａ、１６５Ｂ及びチューニング・整合回路対１７４Ａ、１７４Ｂに対する上記の回路と同一である。駆動回路３００について、チューニング・整合回路対１７４ＡとＲＦダブル共鳴装置１７２’との間の距離Ｄ1は、上記と同じ方法で、ラーモア周波数ｆ1に対応する波長λ1に必要な長さに調整される。さらに、ｆ1チャネルによって駆動されるレッグセグメント１７０Ａの４つの同軸スタブ２１２Ａはまた長さも調整される。ｆ1チューニング・整合回路対１７４Ａはまた、上記のようにこの周波数でいずれかの反応構成要素をヌル化するように設定される。同様に、ラーモア周波数ｆ2に対応する波長λ2にチューニングされるように、対応する調整が、ｆ2チャネルにおいて対応する距離Ｄ2、同軸スタブ２１２Ｂの長さ及びチューニング・整合回路対１７４Ｂに対してなされる。
【００８０】
図１４に示されているように、ｆ1チャネルによって駆動される４つの導電レッグ１７０Ａは、ダブル共鳴装置１７２’の周縁に物理的角度０°、９０°、１８０°及び２７０°で位置決めされ、また上記のようにこれらの関連する同軸スタブ２１２Ａはλ1波長に設定される。物理的角度４５°、１３５°、２２５°及び３１５°の残りの４つの導電レッグ１７０Ｂはｆ2チャネルによって駆動され、これらの関連する同軸スタブ２１２Ｂはλ2波長に設定される。
【００８１】
したがって、ｆ1導電レッグ１７０Ａ及びｆ2導電レッグ１７０Ｂの駆動回路は、単一ラーモア周波数で動作するコイルアセンブリについて、上述されたのと全く同様に動作する。より具体的には、各周波数ｆ1及びｆ2の直角位相回転磁場は、相互に９０°で配向されている複数対の対向導電レッグ１７０Ａ、１７０Ｂによってサポートされている。導電レッグ１７０Ａは、これらの励起パターンを変更することなく、（図１４に示されているように相互に４５°のインクリメントで）搭載リング２０４周辺で導電レッグ１７０Ｂを散在されている。電気位相インクリメントは、ｆ1コイル及びｆ2コイルの両方と同じ、つまり０°、９０°、１８０°、２７０°になる点に留意されたい。この配列は通常、それぞれの周波数ｆ1及びｆ2の隣接する導電レッグ１７０Ａ、１７０Ｂ間の磁気結合ゆえに問題になり、また各周波数のＢ1  ＲＦ磁場の重大な歪みは送信及び受信の両方に影響する。
【００８２】
幸運にも、自然の「幸運な偶然の出来事」は、併用を可能にするＮＭＲアクティブ核のいくつかの組み合わせについてのこの問題の解決策を提示する。3Ｈｅ及び1Ｈ（プロトン）の磁気回転比は正確な実験で決定されるようにおよそ０．７６２であることが分かる。この比は３／４に非常に近く、また後述されるように、２つの共鳴装置間の優れた結合解除を見込んでいる。13Ｃ及び1Ｈの磁気回転比が１／４に非常に近い点もまた分かるであろう。これは、1Ｈ及び3Ｈｅのように、二者間の優れた相互分離によるデュアル周波数13Ｃ−1Ｈ共鳴装置の構築を可能にするもう１つの「幸運な偶然の出来事」である。このアプローチは23Ｎａ及び1Ｈにも使用可能である。
【００８３】
図１５を特に参照すると、一方の対がＨ１のラーモア周波数にチューニングされ、もう一方が3Ｈｅのラーモア周波数にチューニングされる２対の導電レッグを具備するダブル共鳴装置１７２’が示されている。水素導電レッグ１７０Hの同軸スタブ２１２Hは、上記のように、この中間点で電流最大値を生成するように設定される。これは、ショートスタブ、及びこのスタブのショート端部とある波長λHにほぼ等しい導電レッグの中間点との間の距離によって達成可能である。3Ｈｅのラーモア周波数において、この長さは同一中間点で電流最小値を生成するため、この長さが選択される。同様に、3Ｈｅ導電レッグ１７０Heの同軸スタブ２１２Heは、導電レッグ１７０Heの中間点で電流最大値を生成するように設定される。これは、オープンスタブと、長さ３／４λHeにほぼ等しい導電レッグの中間点のスタブのオープン端部間の距離とによって達成される。この長さは、水素ラーモア周波数の信号に対して同一の近似中間点で電流最小値を生成する。各共鳴装置はもう一方のストップバンドフィルタとして作用するため、高い割合の分離が実現される。これは、隣接する導電レッグ１７０Hに結合していれば、導電レッグ１７０Heが経験する負荷を考慮することによって理解される、つまり同軸スタブ２１２Hはヘリウム３周波数でショートを反転させるため、非常に高い負荷を導電レッグ１７０Hが経験し、結合が最小化される。同様に、導電レッグ１７０Hは、隣接する導電レッグ１７０Heの非常に高いインピーダンスを経験する。
【００８４】
これは、終端スタブがダブル核コイルの端末サセプタンス要素として使用される理由を示している、つまりコンデンサとは異なり、スタブは、周波数の変化に伴って容量（＋）サセプタンスから誘導（−）サセプタンスに「スイッチング」可能である。この場合、周波数の変化は、スタブの生成端部でスタブのサセプタンスの複合倒置を実行する。言い換えると、スタブはｊＢからおよそ（−１／ｊＢ）になる。つまり、導電レッグがラーモア周波数において略ショート回路であり、かつ他のラーモア周波数において略オープン回路である場合に最良の分離が生じる。これは、２つのラーモア周波数における導電レッグの中間点で測定されたそれぞれのインピーダンス（アドミッタンス）がスミスチャートのリアル軸で可能な限り遠くなることを意味している。
【００８５】
したがって、導電レッグ１７０を慎重にチューニングすることによって、これらは、使用中の２つのラーモア周波数のうちの一方のみの信号に感応するようにされてもよい。表２は、スタブの考えられる組み合わせ及びチューニングのリストである。
【表２】
2009534098.tif 000007
【００８６】
コイルアセンブリの多核性能によって、別の核から同時に取得されたデータを使用して、あるタイプの核の送信較正データが取得されるようになる。さらに、ダブル共鳴装置の優れた空間同時認識はナビゲータースキームを見込んでおり、これによってあるタイプの核の画像の空間解像度が、別のタイプの核によって提供されたナビゲータ信号によって高められる。コイルアセンブリは２つの異なる周波数の同時動作を提供するため、コイルアセンブリはより短いスキャンを本質的に見込んでいる。
【００８７】
本発明は１つ以上の好ましい実施態様に関して説明されてきたが、上述されたものとは別に多数の等化物、代替物、変形例及び修正が可能であり、本発明の範囲内にあることが理解されるはずである。例えば、種々のフィードラインの電気整合同軸ケーブルは、整合対のストリップラインと置換可能である。さらに、トランスミットＳＥＮＳＥパラレル撮像スキームのコイルアセンブリについて、共役対は円形に配置される必要はない。したがって、本発明は特定の上記実施態様に制限されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明を用いるＭＲＩシステムのブロック図である。
【図２】図１のＭＲＩシステムの一部を形成するＲＦシステムのブロック図である。
【図３】図２の一部を形成するコイルアセンブリの第１の好ましい実施態様のブロック図である。
【図４Ａ】図３のコイルアセンブリの一部を形成可能な異なるタイプの電流バランの図である。
【図４Ｂ】図３のコイルアセンブリの一部を形成可能な異なるタイプの電流バランの図である。
【図４Ｃ】図３のコイルアセンブリの一部を形成可能な異なるタイプの電流バランの図である。
【図５Ａ】図３のコイルアセンブリの一部であり、種々の位置での所望のインピーダンス値の一例を提供する。
【図５Ｂ】図３のコイルアセンブリの一部を形成可能なチューニング・整合回路の一構成の図である。
【図５Ｃ】図３のコイルアセンブリの一部を形成可能なチューニング・整合回路の別の構成の図である。
【図６Ａ】容量Ｌネットワークを含む別のチューニング・整合回路の図である。
【図６Ｂ】バタフライ可変コンデンサを含む別のチューニング・整合回路の図である。
【図６Ｃ】図３のコイルアセンブリの一部であり、種々の場所での所望のインピーダンス値の別の例を提供する。
【図７】図３のコイルアセンブリの一部を形成する第１の好ましいＲＦ共鳴装置の図である。
【図８】図７のＲＦ共鳴装置の端面図である。
【図９】図３のコイルアセンブリの一部を形成する第２の好ましいＲＦ共鳴装置の図である。
【図１０】図９のＲＦ共鳴装置を駆動するのに必要な変化の概略図である。
【図１１】図２の一部を形成するコイルアセンブリの代替実施態様である。
【図１２】図１１のＲＦ共鳴装置の端面図である。
【図１３】図３の一部を形成するコイルアセンブリの別の代替実施態様である。
【図１４】図１３のＲＦ共鳴装置の端面図である。
【図１５】図１３のコイルアセンブリと併用されるＲＦ共鳴装置の一例の図である。
【図１】
2009534098.tif 000008
【図２】
2009534098.tif 000009
【図３】
2009534098.tif 000010
【図４Ａ】
2009534098.tif 000011
【図４Ｂ】
2009534098.tif 000012
【図４Ｃ】
2009534098.tif 000013
【図５Ａ】
2009534098.tif 000014
【図５Ｂ】
2009534098.tif 000015
【図５Ｃ】
2009534098.tif 000016
【図６Ａ】
2009534098.tif 000017
【図６Ｂ】
2009534098.tif 000018
【図６Ｃ】
2009534098.tif 000019
【図７】
2009534098.tif 000020
【図８】
2009534098.tif 000021
【図９】
2009534098.tif 000022
【図１０】
2009534098.tif 000023
【図１１】
2009534098.tif 000024
【図１２】
2009534098.tif 000025
【図１３】
2009534098.tif 000026
【図１４】
2009534098.tif 000027
【図１５】
2009534098.tif 000028
【手続補正書】
【提出日】平成20年12月18日(2008.12.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システム用コイルアセンブリであって、
円筒シールドを中心軸周辺に形成しており、かつ複数対の対向導電レッグを前記中心軸周辺に対称的に配列している共鳴装置であって、各導電レッグが前記円筒シールドの一方の端部から前記円筒シールドのもう一方の端部に延びている共鳴装置と、
各導電レッグをラーモア周波数にチューニングする手段と、
各対の対向導電レッグに接続されており、かつ対向導電レッグにおいて略等しい逆方向電流を確立するように動作可能な駆動回路と
を備える、ＭＲＩシステム用コイルアセンブリ。
【請求項２】
各対の対向導電レッグの前記駆動回路が、対向導電レッグにおいて略等しい逆方向電流を維持する電流バランを含む、請求項１に記載のコイルアセンブリ。
【請求項３】
各電流バランがそれぞれの直角位相信号によって駆動される、請求項２に記載のコイルアセンブリ。
【請求項４】
ダイレクトディジタル合成チップが、各電流バランの入力に印加される電流の位相及び大きさをコントロールする、請求項２に記載のコイルアセンブリ。
【請求項５】
前記電流バランが、同軸ケーブルの外部表面にスリーブバラン、コイルバラン及び高インピーダンスビーズを有するバランのうちの１つとして形成される、請求項２に記載のコイルアセンブリ。
【請求項６】
各導電レッグと、前記インピーダンス脅威の反応構成要素をヌル化するためのそれぞれの電流バランとの間に配置されているチューニング・整合回路をさらに含む、請求項２に記載のコイルアセンブリ。
【請求項７】
チューニング・整合回路が所定の長さのフィードラインを含む、請求項６に記載のコイルアセンブリ。
【請求項８】
前記フィードラインの長さを変更する手段をさらに含む、請求項７に記載のコイルアセンブリ。
【請求項９】
チューニング・整合回路がシャントスタブ整合回路を含む、請求項６に記載のコイルアセンブリ。
【請求項１０】
チューニング・整合回路が容量Ｌネットワークを含む、請求項６に記載のコイルアセンブリ。
【請求項１１】
チューニング・整合回路が可変バタフライコンデンサを含む、請求項６に記載のコイルアセンブリ。
【請求項１２】
前記チューニング手段が、コンデンサ及び終端スタブを含む群より選択された端末サセプタンス要素を含み、各端末サセプタンス要素がそれぞれの導電レッグの一方の端部に接続されており、前記駆動回路が前記それぞれのレッグのもう一方の端部に接続されている、請求項１に記載のコイルアセンブリ。
【請求項１３】
前記端末サセプタンス要素が、各々が中央コンダクタをそれぞれの導電レッグに接続しており、かつ外部シースをこの第１の端部で前記シールドに接続している同軸ケーブル終端スタブを含み、前記駆動回路は、各々が中央コンダクタをそれぞれの導電レッグに接続しており、かつ外部シースをこの第２の端部で前記シールドに接続している同軸ケーブルを含む、請求項１２に記載のコイルアセンブリ。
【請求項１４】
１つ以上の終端スタブがこのシールド接続端部の反対側の端部ではオープン回路であり、各オープン回路スタブはｎλ／４にほぼ等しいそれぞれの導電レッグの半分の長さと組み合わされた長さを有し、ここでλは所望のラーモア周波数に対応する波長であり、ｎは奇数である、請求項１３に記載のコイルアセンブリ。
【請求項１５】
１つ以上の終端スタブはシールド接続端部の反対側の端部ではショート回路であり、各ショート回路スタブはｎλ／４にほぼ等しいそれぞれの導電レッグの半分の長さと組み合わされた長さを有し、ここでλは前記ラーモア周波数に対応する波長であり、ｎは偶数である、請求項１３に記載のコイルアセンブリ。
【国際調査報告】
2009534098.tif 000029
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