(57)【要約】  磁気共鳴イメージングシステムは、送信コイル及び１又は複数の受信コイルを有する。送信コイルは、複数の可変的な光源の１つに光ファイバによって接続される感光性の金属−絶縁体−半導体キャパシタを具える１又は複数の回路セグメントを有する。セットアップモードにおいて、送信コイルが、検査領域にＲＦパルスを送信する。複数の受信コイルが、イメージング領域の周囲に配置されている。同調プロセッサは、イメージング領域の周囲からの受信されたＲＦ磁界を解析し、ＲＦ磁界均一性を最適化するように送信コイルをシムし又は同調させるために、各々の感光性キャパシタに送信される光の量に対する調整を決定する。更に、受信コイルは、受信コイルを離調させるためにＲＦ送信中に照明が変更される感光性キャパシタを有する。
2009519729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気共鳴イメージング用のＲＦコイルアセンブリ装置であって、
感光性キャパシタを具える少なくとも１つの回路を有し、前記回路のＲＦ特性が前記感光性キャパシタのキャパシタンスを調整することによって調整される、コイルセグメントと、
前記感光性キャパシタに光学的にカップリングされる光ファイバと、
前記ＲＦ特性が選択可能であるように前記光ファイバに調整可能な強度の光を供給する少なくとも１つの光源と、
を有するＲＦコイルアセンブリ装置。
【請求項２】
前記ＲＦ特性が、共振周波数、ＲＦ磁界分布、微調整、さまざまな異なる核をイメージングするための再同調及び離調のうちの１又は複数を含む、請求項１に記載のＲＦコイルアセンブリ装置。
【請求項３】
各々が１又は複数の感光性キャパシタを具える１又は複数のコイルセグメントを更に有する、請求項１に記載のＲＦコイルアセンブリ装置。
【請求項４】
前記感光性キャパシタが、金属−絶縁体−半導体キャパシタである、請求項１に記載のＲＦコイルアセンブリ装置。
【請求項５】
前記感光性の金属−絶縁体−半導体キャパシタが、シリコンベースの金属−酸化物−半導体デバイスである、請求項４に記載のＲＦコイルアセンブリ装置。
【請求項６】
前記感光性の金属−絶縁体−半導体キャパシタが、
重くドープされた半導体基板と、
前記重くドープされた半導体基板上に配された、より軽くドープされた半導体層と、
前記より軽くドープされた半導体層上に配された絶縁体層と、
前記絶縁体層上に配された光透過性の導電層と、
を有する、請求項４に記載のＲＦコイルアセンブリ装置。
【請求項７】
前記金属−絶縁体−半導体キャパシタのキャパシタンスが、前記キャパシタの表面積、前記絶縁体層の厚さ、並びに前記より軽くドープされた半導体層のドーピングレベル及び厚さのうち少なくとも１つによって決定される、請求項６に記載のＲＦコイルアセンブリ装置。
【請求項８】
前記感光性キャパシタが、同調される共振周波数において前記共振回路のクオリティファクタを最大にするように構成されるｎ−ｎ＋ドープされた半導体層構造及びｐ−ｐ＋ドープされた半導体層構造のうちの１つを有する、請求項１に記載のＲＦコイルアセンブリ装置。
【請求項９】
前記回路は、プリアンプ、マッチングネットワーク及び少なくとも１つの感光性キャパシタを更に有し、前記感光性キャパシタに供給される光の強度は、ノイズマッチングを提供するように選択される、請求項１に記載のＲＦコイルアセンブリ装置。
【請求項１０】
前記ＲＦコイルアセンブリ装置からのＲＦ送信に応じたＲＦ信号を受信するコイルと、
前記ＲＦ特性を決定するために前記受信されたＲＦ信号を解析し、前記コイルセグメントについて容量調整を決定する、プロセッサと、
前記プロセッサに接続され、前記１又は複数の感光性キャパシタのキャパシタンスを調整するために前記少なくとも１つの可変的な光源を制御する光源コントローラと、
を有する、請求項３に記載のＲＦコイルアセンブリ装置。
【請求項１１】
１又は複数の感光性キャパシタが、前記コイルセグメントの相互のデカップリングの目的で前記コイルセグメント間に位置付けられ、前記１又は複数の感光性キャパシタのキャパシタンスが、前記デカップリングを達成するように自動的に調整される、請求項１に記載のＲＦコイルアセンブリ装置。
【請求項１２】
前記ＲＦコイルアセンブリ装置が、受信コイルを有し、前記光の強度の変更は、前記受信コイルを選択的に同調及び離調させるのに効果的である、請求項１に記載のＲＦコイルアセンブリ装置。
【請求項１３】
イメージング領域に主磁界を確立する主磁石と、
請求項１に記載の少なくとも１つのＲＦコイルアセンブリ装置と、
前記ＲＦコイルアセンブリ装置に接続されるとともに、前記イメージング領域において双極子の共鳴を励起し操作するために共鳴励起及び操作ＲＦパルスを生成するＲＦ送信器と、
前記イメージング領域に磁界勾配を生成する勾配コイルと、
前記勾配コイル及び前記ＲＦ送信器を制御するシーケンスコントローラと、
前記イメージング領域に隣接して配される少なくとも１つのＲＦ受信コイルと、
前記少なくとも１つのＲＦ受信コイルから共鳴信号を受け取る受信器と、
ＲＦ特性を最適化するＲＦ磁界最適化プロセッサと、
を有し、前記ＲＦ磁界最適化プロセッサは、
前記ＲＦ特性に敏感なパルスシーケンスを前記ＲＦ送信器に生成させるステップと、
前記ＲＦ特性を決定するために、前記受信器によって受け取られた前記共鳴信号を解析するステップと、
前記ＲＦ特性を調整するように前記少なくとも１つの可変的な光源を調整するステップと、
を実施するようにプログラムされている、磁気共鳴イメージングシステム。
【請求項１４】
各受信コイルは、光源コントローラによって制御される前記可変的な光源に前記光ファイバによって接続される感光性キャパシタを有する、予め選択された共振周波数に同調される少なくとも１つの共振回路を有し、前記シーケンスコントローラは、前記光源コントローラに接続されており、前記送信器が送信しているとき前記共振回路を離調させる、請求項１３に記載の磁気共鳴イメージングシステム。
【請求項１５】
（ａ）ＲＦコイルアセンブリによって、イメージング領域にＲＦ信号を送信するステップと、
（ｂ）前記イメージング領域から共鳴信号を受信するステップと、
（ｃ）ＲＦ特性に関して前記受信された共鳴信号を解析するステップと、
（ｄ）前記ＲＦコイルアセンブリのコイルセグメント内の感光性の金属−絶縁体−半導体キャパシタに送信される光を調整することによって、前記ＲＦ特性を改善するために前記解析に従って前記ＲＦコイルアセンブリを同調させるステップと、
を実施するようにプログラムされたＲＦ磁界最適化プロセッサ。
【請求項１６】
磁気共鳴イメージング領域のＲＦ磁界不均一性を最適化する方法であって、
（ａ）ＲＦコイルアセンブリによって、磁界に配された被検体のイメージング領域にＲＦ信号を送信するステップと、
（ｂ）前記イメージング領域からの共鳴信号を受信するステップと、
（ｃ）ＲＦ磁界均一性に関して前記受信された信号を解析するステップと、
（ｄ）前記ＲＦコイルアセンブリの前記回路セグメント内の感光性キャパシタに送信される光を調整することによって、前記ＲＦ特性を改善するために前記解析に従って前記ＲＦコイルアセンブリを同調させるステップと、
を含む方法。
【請求項１７】
前記ＲＦ特性は、共振周波数、ＲＦ磁界分布、微調整、それぞれ異なる核をイメージングするための再同調及び離調のうち１又は複数を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記ＲＦコイルアセンブリを較正するために、選択された大きさの被検体又はファントムについて前記ステップ（ａ）−（ｄ）を実施するステップと、
以降のイメージングプロシージャに用いられる較正設定を記録するステップと、
を更に含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
以降のイメージングプロシージャにおいて、ＲＦパルスの送信中に受信コイルを離調させるために、感光性キャパシタに与えられる照明を変更するステップを更に含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
予め選択された大きさの複数の被検体又はファントムの各々について前記ステップ（ａ）−（ｄ）を実施するステップと、
各々の大きさのファントム又は被検体について較正設定を記録するステップと、
以降のイメージングプロシージャにおいて、イメージングされる被検体の大きさに従って前記較正設定の中から選択するステップと、
を更に含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
各患者をイメージングする前に、イメージングされる患者に対して前記ＲＦ特性を最適化するために前記ステップ（ａ）−（ｄ）を繰り返すことを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
イメージングシーケンス中に前記ステップ（ａ）−（ｄ）を繰り返すことを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
請求項１６に記載の方法を実施するようにプログラムされたプロセッサを有する磁気共鳴イメージング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線周波数（ＲＦ）共鳴コイルの自動化されたデカップリング及び同調に関する。本発明は、磁気共鳴イメージングにおいてＲＦ信号を受信し及び／又は送信するコイルに関して特定のアプリケーションを見い出し、特にこれに関して記述される。しかしながら、本発明は、磁気共鳴スペクトロスコピー等における信号のデカップリング及び同調にもアプリケーションを見い出すことができることが認められるべきである。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴環境における信号の送信及び受信の間、さまざまな技法が、画像品質を改善するために用いられる。このような技法は、コイルのデカップリング／離調、プリアンプのノイズ調整、コイル素子の相互デカップリング、複数の核を操作するための再調整、共振周波数の負荷依存の微調整及び磁気共鳴コイルの無線周波数（ＲＦ）シミングを含む。磁気共鳴（ＭＲ）において、表面の局所的な受信コイルは、一般に、それぞれ、送信及び受信中のデカップリング及びカップリングのためにＰＩＮ（positive-intrinsic-negative）ダイオードを使用する。一般に、受信コイルのＰＩＮダイオードは、共鳴励起中、コイルが共振周波数から離調され又はデカップリングされるようにバイアスされる。信号受信の場合、ＰＩＮダイオードは、表面コイルが共振周波数に同調されるようにバイアスされる。他のソリッドステート素子が、同調される受信モードと離調されるモードとの間の切り替えを行うために使用されることもできる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この種の離調は、いくつかの不利益を有する。第一に、表面コイルへの離調ラインは、電磁干渉を受けやすい。重要な問題は、送信中にＲＦがこれらの離調ラインにカップリングすることである。高磁界システムにおいては、これらのケーブル上の同相ＲＦ共鳴は、患者の局所的な加熱を引き起こすことがある。その結果、離調ラインは、相対的に高い逆バイアスに関して絶縁され、これは、コイルケーブルのかさばりを増やす。ケーブルのかさばりの問題は、複数素子の表面コイルアレイにおいて複雑にされる。多くの表面コイル素子の離調ラインが、１つのケーブルに束ねられる場合、順方向電流が加わり、Ｂ０不均一性を引き起こすことがある。更に、ケーブル上のローレンツ力が妨害する可能性がある。
【０００４】
製造中、全身及び他のコイルは、システムのラーモア周波数に同調される。同調は、標準位置に平均の患者がロードされた状態で、コイル周囲に分布された同調可能キャパシタを手動で調節することによって達成される。例えばバンドパスのバードケージ型コイルにおいて、８乃至３２本のロッドの各々に１又は複数の調整可能なキャパシタがあり、同数の調整可能なキャパシタが、各々のエンドリングにある。ＳＥＮＳＥコイルのような他の全身コイルは、複雑且つ時間がかかる同調の問題を有する。各々のキャパシタは、モードスペクトルを同調させるように手動で調整されるが、これは、冗長且つ高価な反復プロセスである。更に、患者が、組み立てられたスキャナに導入されるとき、モードスペクトルは、患者の大きさ及び位置の変更に基づいて変化しうる（例えば３Ｔのボディコイルでは４００ｋＨｚ）。手動同調プロセスのため、キャパシタがスキャナ構造の内部にある全身コイルを患者ごとに同調させることは可能でない。
【０００５】
３Ｔ及びそれ以上の磁界強度を有するシステムの場合、患者内のＲＦの波長は、患者の空間的なディメンジョンと同じオーダーの大きさにある。これは、患者内にＲＦ共鳴効果を生じさせ、それゆえＢ１不均一性をもたらす。更に、患者の楕円形状は、ボディコイルのそれぞれ異なる部分についてそれぞれ異なるロードをもたらし、その結果、更なるＢ１不均一性を生じさせる。これらの効果は、全身コイル又は共振器内のさまざまな分布されたキャパシタを調整することによって、補償されることができることが示されている。しかしながら、通常の手動手段を利用する場合、全身コイル内の多くの分布されたキャパシタは、手動調整を行うために直ちにアクセスできるわけではない。
【０００６】
本発明は、上述の制限その他を克服する改善された装置及び方法を企図する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
１つの見地によれば、少なくとも１つのコイルセグメントを有するＲＦコイルアセンブリ装置は、患者をイメージングするために磁気共鳴を利用する。コイルセグメントは、感光性の金属−絶縁体−半導体キャパシタを具える回路を有する。回路のＲＦ特性は、キャパシタのキャパシタンスを調整することによって調整される。光ファイバが、光学的にキャパシタにカップリングされる。少なくとも１つの光源が、ＲＦ特性を調整するために、光ファイバに供給される光の強度を調整する。
【０００８】
更に別の見地によれば、ＲＦ磁界を最適化するプロセッサは、ＲＦコイルアセンブリによって磁界中に配置された被検体にＲＦ信号を送信するステップと、被検体から共鳴信号を受信するステップと、ＲＦ磁界均一性のために受信信号を解析するステップと、解析に従ってＲＦコイルアセンブリを同調させるステップと、を実施するようにプログラムされる。同調は、ＲＦコイルアセンブリのセグメント内の感光性ＭＯＳキャパシタに送信される光を調整することによって行われる。
【０００９】
本発明の１つの利点は、本発明が患者ごとのＲＦコイルの微調整を容易にすることである。
【００１０】
本発明の別の利点は、ＲＦコイル同調を完全に自動化する能力にある。
【００１１】
別の利点は、リード線のサイズが低減され、リード線の誘導電流が回避されることである。
【００１２】
更に別の利点は、ＭＲＩスキャナの製造中の手作業を低減することにある。
【００１３】
多数の付加の利点及び便益は、以下の好適な実施例の詳細な説明を読むことによって、当業者に明らかになるであろう。
【００１４】
本発明は、さまざまな構成要素及び構成要素の組み合わせ並びにさまざまなステップ及びステップの組み合わせの形をとることができる。図は、好適な実施例を説明するためのものであり、本発明を制限するものとして解釈されるべきではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
磁気共鳴（ＭＲ）スキャナ１０は、ボアタイプのスキャナのボア１６のようなイメージング領域１４を通る実質的に均一な一定Ｂ０磁界を生成するための主磁界コイル１２を有する。ボアタイプのスキャナが示されているが、以下の説明は、オープンタイプ及び他のタイプの磁気共鳴イメージング装置にも適用できることが認められるべきである。１又は複数の勾配コイルを含む勾配コイルアセンブリ１８及び勾配コイルコントローラ２０は、Ｂ０磁界を横切る磁界勾配を選択的に印加する。全身ＲＦコイルアセンブリ２２は、ＲＦ送信器２４と共に、検査領域１４にＢ１無線周波数共鳴励起ＲＦ磁界を生成する。シーケンスコントローラ２６は、選択された磁気共鳴及びその他のシーケンスを実現するために、勾配コイルコントローラ２０及びＲＦ送信器２４を制御する。別の実施例において、複数の表面送信コイルが、選択された磁気共鳴を実現するために用いられる。
【００１６】
ＭＲスキャナ１０は、全身無線周波数コイル２２又は１若しくは複数の局所コイル３２によって拾われる共鳴信号を受け取る無線周波数（ＲＦ）受信器３０を更に有する。受信器３０は、受信された共鳴信号を復調し、復調された共鳴信号は、画像表現を生成するために再構成プロセッサ３４によって再構成され、生成された画像表現は、画像メモリ３６に記憶される。オペレータは、画像メモリから画像表現の一部を選択的に取り出し、かかる画像表現の一部は、モニタ４０上に表示するために、ビデオプロセッサ３８によって適当なフォーマットに変換される。
【００１７】
図２を参照して、例示の全身コイル２２は、エンドリング４４の間に延在する複数の桟４２を有するバードケージコイルである。桟及びエンドリングは、固定のキャパシタ４８を有する。更に、桟、エンドリング、又はこれらの両方は、各々が受信する光の量に従ってキャパシタンスが調整可能である光同調可能なキャパシタ５０を有する。光ファイバ５２は、それらのキャパシタンスを調整するために光調整可能なキャパシタに可変量の照明を提供する。
【００１８】
図１を再び参照して、被検体が導入され、変更されるべき磁界の領域が決定されたのち、プロセッサ６０は、検査領域１４全体にわたるＢ１磁界特性を決定する。一実施例において、変更は、無線周波数磁界の平坦な空間分布を提供する。こうして、各々の金属−絶縁体−半導体キャパシタは、各デバイスのキャパシタンスを変えることによって無線周波数シムとして機能する。このようにして、磁気共鳴スキャナ内のＢ１磁界の不均一性は、位置を特定され、補償されることができる。調整可能である他のＲＦ特性は、共振周波数、２つの異なる核をイメージングするための共振周波数の再同調、微調整、ノイズを減らすための増幅器調整、離調他を含む。同調プロセッサは、名目上の患者のために無線周波数磁界を最適化するために光調整可能なキャパシタを同調させる。名目上の患者をシミュレートするファントム（人体模型）６２が、検査領域１４において患者支持体６４上に支持される。代替例として、記述されたプロセスは、個別に各患者について実施されることができる。同調プロセッサ６０は、直接に又はシーケンスコントローラ２６を通じて、ＲＦ送信器２４及び勾配コイルに、ＲＦパルスシーケンス又はＢ１に敏感なパルスシーケンスを生成させる。全身コイル２２は、ＲＦ受信器３２によって処理されるＭＲ信号を受け取る。同調プロセッサ６０又は再構成プロセッサは、ＲＦ磁界マップを決定するために、受け取られた共鳴信号を解析する。同調プロセッサ６０は、光源コントローラ６６を制御して、光源６８によって光ファイバ５２に提供される光の量、従って光調整可能なキャパシタ５０の各々に供給される光の量を調整する。
【００１９】
さまざまな同調アルゴリズムが企図される。例えば、同調プロセッサは、前述の較正されたＲＦコイルについて名目上の調整を記憶するメモリ７０に接続されることができる。同調プロセッサ６０は、予め選択された程度のＲＦ均一性が達成されるまで反復的に光同調可能キャパシタ５０を調整するために、一般に利用可能な最適化又は差の最小化アルゴリズムの任意のものを使用する。一旦ＲＦ磁界均一性の予め選択されたレベルが達成されると、スキャナが、名目上の被検体をイメージングするたびに、感光性キャパシタ５０の各々についての適当な設定が、使用のためにルックアップテーブル７２に記憶される。任意には、この較正プロセスは、小柄な患者、非常に大柄な患者、脚用の名目上のローディング、頭部イメージング用の名目上のローディング等をシミュレートするファントムのファミリについて繰り返される。調整のファミリは、対応するサイズの患者及び患者の一部をイメージングする際に使用するためにルックアップテーブル７２に記憶される。バードケージ型ＲＦコイルが示されているが、同じ較正及び同調原理がＲＦ送信コイルの他のタイプにもあてはまることが認められるべきである。
【００２０】
較正プロセスは、一般に、製造の現場において又は包括的な較正プロセス中に顧客の現場の技術者によって行われる。特により高いＢ０磁界強度においては、イメージングされるべき患者の一部及び患者の大きさが、Ｂ１磁界に十分に大きい逆の影響を及ぼし、画像品質は、Ｂ１磁界への患者によって引き起こされる逆の影響を補償するために、ＲＦ送信コイルをシムし又は調整することによって改善されることができる。図１と同様の構成要素が同じ参照数字を用いて示されている図３を参照して、患者支持体６４上に支持される患者又は被検体６２'は、検査されるべき患者領域を検査領域１４に置くように位置付けられる。ルックアップテーブル７２がアクセスされ、製造プロセス中に決定された予め選択されたキャパシタンス照明値が、取り出される。コイルのこの同調を使用して、同調プロセッサは、ここでもＢ１に敏感なシーケンスが行われるようにする。局所コイル３２又は全身コイル２２によって受け取られる共鳴信号に基づいて、同調プロセッサは、誘導されたＢ１磁界と予め選択されたＢ１磁界要求との間のずれを決定する。これらのずれに基づいて、同調プロセッサ６０は、実際のＢ１磁界を予め選択された標準まで導くように、ルックアップテーブル７２からの値に対する調整を決定する。このＢ１磁界最適化プロセスは、ルックアップテーブル７２から一連の予め計算された値を取り出して、Ｂ１磁界を最適化するために最も近い調整及び必要に応じてそれらの値の間の補間を見つけることによって実行されることができる。代替例として、通常の反復的な差の最小化プログラムが利用されることができる。決定された照明又はキャパシタンス値は、同調プロセッサ６０が休止している間にシーケンスコントローラの制御下で実施される以降の磁気共鳴イメージング検査中に使用される。
【００２１】
送信コイル２２が同調されたのち、磁気共鳴イメージングセッションが行われる。表面コイル３２'のような局所コイルが受信コイルとして使用される場合、局所コイルは、送信中は離調される。好適な実施例において、シーケンスコントローラ２６は、受信コイル上の離調フォトキャパシタ５０の照明を変更するために、光源６８を制御する。
【００２２】
図４を参照して、例示の共振回路８０は、局所的な受信コイルをデカップリングするために用いられる２つの金属−誘導体−半導体５０を有する。金属−誘導体−半導体５０は、例えば表面コイルのようなＲＦ受信装置内の２つの分離したキャパシタ８２及び８４と並行に接続される。照明時、金属−誘導体−半導体５０は、それらのキャパシタンスを増やし、それによって表面コイルを離調させる。各々の金属−誘導体−半導体５０は、約４０パーセントの相対同調レンジ及び約５０のクオリティファクタＱを有する。好適な実施例において、金属−誘導体−半導体５０は、回路８０の一層高いクオリティファクタＱを達成するために、固定キャパシタ８２、８４と並列に使用される。分離したキャパシタ８６及び８８の両端に金属−誘導体−半導体を適用することによって、表面コイルの同調レンジが増加されることが可能である。例えば、キャパシタ８２−８８が、Ｑ＝３０００の場合に２０ｐＦである場合、金属−誘導体−半導体の各々は、７．１ｐＦ（暗い状態）乃至９．９ｐＦ（照らされた状態）のキャパシタンスのレンジを有し、それぞれＱ＝５０である。全体のキャパシタンスは１０％変更されることができる（例えば約５％の共振周波数の相対レンジ）。この方法においては、キャパシタンス全体の結果として得られるＱは、同調された状態で１８０である。ロードされた表面コイルのＱは、１．５Ｔの場合に約５０である。従って、この例では、デカップリングは、帯域幅の２．５倍の離調を与えるために、５パーセントの周波数シフトを介して達成される。
【００２３】
図５には、受信コイルを離調させるための代替回路９０が示されている。金属−誘導体−半導体５０は、共振回路の一部である。誘導体９２のインダクタンス及びキャパシタ９４は、金属−誘導体−半導体５０が照明されたときに回路がラーモア周波数で共振状態になるように、選択される。キャパシタ９６は、互いに直列に且つキャパシタ９４と並列に接続される。このようにして、高いインピーダンス回路が、表面コイルをデカップリングする。信号受信の間、暗い金属−誘導体−半導体５０のキャパシタンスが減少すると、遮断回路は離調され、もはや表面コイルを遮断しない。
【００２４】
図６を参照して、好適な実施例において、光調整可能なキャパシタ５０の各々は、金属−絶縁体-半導体キャパシタである。軽くドープされたシリコン層１００は、高くドープされた基板１０２上に配置される。より軽くドープされたシリコン層１００のドーピングは、エピタキシャル成長の間に又はイオン注入のような以降の処理によって取り入れられることができる。
【００２５】
高くドープされた基板１０２上により軽くドープされた基板１００を配置することは、高ドーピングのため、外側の接続部において最小限の損失をもたらし、従って、キャパシタンスに関して高いクオリティファクタ（Ｑ）を達成する。薄い絶縁層１０４が、より軽くドープされた基板１００上に配置される。フィールド電極１０６が絶縁層１０４を覆い、金属導体１０８がフィールド電極１０６上に配置される。この特定の実施例において、絶縁層１０４は、光透過性の酸化物層である。フィールド電極１０６は、入射光１１０の大部分が開口１１２を通ってより軽くドープされた基板１００に伝わるようにするために可視光及び／又は赤外光に対して十分にトランスペアレントである薄い導電酸化物又は多結晶シリコン（例えば厚さ０．５μｍ未満）から作られることが好ましい。
【００２６】
より軽くドープされた基板１００には、電子正孔対が生成され、個々の少数電荷担体は、絶縁−半導体インタフェースに向かってドリフトし、それによって最大絶縁キャパシタンスＣｍａｘに向かってキャパシタンスの増加を生じさせる。好適な金属−絶縁体−半導体キャパシタ５０の設計において、インタフェースは、薄い絶縁酸化物１０４において及びその中で始まり、（ドーピングレベルによって制御される）半導体のポテンシャル及びゲート電極の材料（ｎドープされたポリシリコン）は、はっきりした空間電荷領域が強まるが、反転がまだ生じない（デプレッションケース）ように、決定される。その結果、照明無しの場合、キャパシタンスは、小さい空間電荷キャパシタンスが大きい固定絶縁キャパシタンスと直列であるので、最小になる（Ｃｍｉｎ、図７を参照）。
【００２７】
金属−絶縁体−半導体キャパシタ５０のキャパシタンスは、上部から入射する光１１０によって変えられることができる。制御された光源６８のアレイからの光ファイバ５２のそれぞれが、対応するフォトキャパシタ５０の開口１１２に接続される。好適には、光源は、６５０ｎｍ乃至９００ｎｍのレンジにある。照明下の金属−絶縁体−半導体キャパシタ５０の正キャパシタンス変化のレートは、少数電荷担体の光学的生成のネットレートによって、例えば光源のパワー及び立ち上がり時間によって、及び少数電荷担体の組み換えによる損失率によって、決定される。その全キャパシタンスレンジにわたってデバイスを駆動するために必要とされる光学パワーは、この立ち上がり時間に反比例する。例えば、１ｍＷの光パワーの場合、１μｓのレートが達成されることができる。止められた又は低減された照明をもつ負キャパシタンス変化のレートは、この組み換えによってのみ決定され、従って半導体の少数電荷担体の持続時間を介して広いレンジ内で決定されることができる（０．１μｓ乃至数ｍｓ）。金属−絶縁体-半導体キャパシタ５０の全体の光学同調レンジは、一般に、１０％−５０％である。
【００２８】
金属−絶縁体-半導体キャパシタ５０の全体のキャパシタンス及びキャパシタンスレンジは、開口１１２及び／又は金属接触部１０８の表面積、絶縁層１０４の厚さ、半導体のドーピングレベル、及び活性エピタキシャル層１００の厚さ、に基づく。１つの方法において、開口１１２及び／又は金属接触部１０８の表面積は、１００ｐＦのキャパシタンスを達成するために１０ｍｍ２より小さい。表面積が大きいほど、より高いキャパシタンスが達成されることが可能である。
【００２９】
記述された感光性の金属−絶縁体−半導体キャパシタ５０は、例示にすぎない。当業者であれば、本出願に適したキャパシタンス特性を有する他の感光性の金属−絶縁体−半導体キャパシタ及び他のキャパシタを構成することができる。例えば、酸化物層１０４、１０６は、酸窒化シリコン層、窒化シリコン層、プラズマ堆積又は別の堆積技法によって堆積されるものと置き換え可能である。同様に、ｎ＋／ｎドープされた半導体構造は、ｐ＋／ｐドープされた半導体構造１００、１０２と置き換え可能である。ガリウムひ素に基づく感光性の金属−絶縁体−半導体キャパシタのようなグループＩＩＩ−グループＶ化合物半導体に基づく感光性の金属−絶縁体−半導体キャパシタもまた企図される。
【００３０】
引き続き図６を参照し、更に図７を参照して、感光性の金属−絶縁体−半導体キャパシタは、図７に示されるキャパシタンス対電圧特性を有する。暗条件下で、すなわち、照明無しの場合又は言い換えるとゼロに等しい照明強度の場合、図７においてラベリングされた最小キャパシタンスＣｍｉｎが得られる。照明強度が増大すると、キャパシタンスは最大値Ｃｍａｘまで増える。最小キャパシタンスＣｍｉｎ及び最大キャパシタンスＣｍａｘの絶対値は、開口１１２の面積に依存する。図４に示される概して正方形の又は円形の開口１１２の面積は、開口１１２の線形の側部寸法によって適切に特徴付けられる。
【００３１】
好適には、光学的に調整可能なキャパシタンス５０が、最小キャパシタンスＣｍｉｎ及び最大キャパシタンスＣｍａｘの間の中間であるとき、共振回路が同調できる同調可能共振周波数の中間が達成される。この構造において、同調される共振周波数は、照明光源６８に対して適切な正確な調整を行うことによって、磁気共鳴イメージングスキャナ１０においてイメージングされる双極子の磁気共鳴周波数スペクトルに対応するように調整されることができる。中間キャパシタンスが同調される共振周波数を提供するように共振回路を設計することは、異なる大きさの患者及び異なる大きさの関心領域を収容するために、同調される共振周波数が上下に調整されることを可能にする。しかしながら、更に、最小キャパシタンスＣｍｉｎが選択された共振周波数に対応するように局所コイルを設計し、又は最大キャパシタンスＣｍａｘが選択された共振周波数に対応するように表面コイルを設計することも企図される。
【００３２】
本発明は、好適な実施例を参照して記述されている。当業者であれば、前述の詳細な説明を読み理解することにより変形及び変更を思いつくことが可能である。本発明は、すべてのこのような変形及び変更が添付の特許請求の範囲又はその等価なものの範囲内にある限り、それら変形及び変更を含むものとして解釈されることを意図される。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】ＲＦ磁界シミング、微調整、複数の核を操作するための再同調、及びアクティブなデカップリングのための自動化システムを有する磁気共鳴システムを示す図。
【図２】図１のシステムにおいて使用されるバードケージコイルを示す図。
【図３】患者の検査中の磁気共鳴イメージングシステムを示す図。
【図４】図３の表面コイルを同調させ又は離調させる例示の回路図。
【図５】図３の表面コイルを離調させる別の例示の回路図。
【図６】本発明による好適な感光性の金属−絶縁体−半導体デバイスの層構造を示す図。
【図７】本発明による感光性の金属−絶縁体−半導体デバイスのキャパシタンス−電圧−光特性を図式的に示す図。
【図１】
2009519729.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年3月12日(2009.3.12)
【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】
磁気共鳴イメージング用のＲＦコイルアセンブリ装置であって、
感光性キャパシタを具える少なくとも１つの回路を有し、ＲＦ特性が前記感光性キャパシタのキャパシタンスを調整することによって調整される、コイルセグメントと、
前記感光性キャパシタに光学的にカップリングされる光ファイバと、
前記ＲＦ特性が選択可能であるように前記光ファイバに調整可能な強度の光を供給する少なくとも１つの光源と、
を有するＲＦコイルアセンブリ装置。
【請求項２】
前記ＲＦ特性が、共振周波数、ＲＦ磁界分布、微調整、さまざまな異なる核をイメージングするための再同調及び離調のうちの１又は複数を含む、請求項１に記載のＲＦコイルアセンブリ装置。
【請求項３】
各々が１又は複数の感光性キャパシタを具える１又は複数のコイルセグメントを更に有する、請求項１に記載のＲＦコイルアセンブリ装置。
【請求項４】
前記感光性キャパシタが、金属−絶縁体−半導体キャパシタである、請求項１に記載のＲＦコイルアセンブリ装置。
【請求項５】
前記感光性の金属−絶縁体−半導体キャパシタが、シリコンベースの金属−酸化物−半導体デバイスである、請求項４に記載のＲＦコイルアセンブリ装置。
【請求項６】
前記感光性の金属−絶縁体−半導体キャパシタが、
重くドープされた半導体基板と、
前記重くドープされた半導体基板上に配された、より軽くドープされた半導体層と、
前記より軽くドープされた半導体層上に配された絶縁体層と、
前記絶縁体層上に配された光透過性の導電層と、
を有する、請求項４に記載のＲＦコイルアセンブリ装置。
【請求項７】
前記金属−絶縁体−半導体キャパシタのキャパシタンスが、前記キャパシタの表面積、前記絶縁体層の厚さ、並びに前記より軽くドープされた半導体層のドーピングレベル及び厚さのうち少なくとも１つによって決定される、請求項６に記載のＲＦコイルアセンブリ装置。
【請求項８】
前記感光性キャパシタが、同調される共振周波数において前記共振回路のクオリティファクタを最大にするように構成されるｎ−ｎ＋ドープされた半導体層構造及びｐ−ｐ＋ドープされた半導体層構造のうちの１つを有する、請求項１に記載のＲＦコイルアセンブリ装置。
【請求項９】
前記回路は、プリアンプ、マッチングネットワーク及び少なくとも１つの感光性キャパシタを更に有し、前記感光性キャパシタに供給される光の強度は、ノイズマッチングを提供するように選択される、請求項１に記載のＲＦコイルアセンブリ装置。
【請求項１０】
前記ＲＦコイルアセンブリ装置からのＲＦ送信に応じたＲＦ信号を受信するコイルと、
前記ＲＦ特性を決定するために前記受信されたＲＦ信号を解析し、前記コイルセグメントについて容量調整を決定する、プロセッサと、
前記プロセッサに接続され、前記１又は複数の感光性キャパシタのキャパシタンスを調整するために前記少なくとも１つの可変的な光源を制御する光源コントローラと、
を有する、請求項３に記載のＲＦコイルアセンブリ装置。
【請求項１１】
１又は複数の感光性キャパシタが、前記コイルセグメントの相互のデカップリングの目的で前記コイルセグメント間に位置付けられ、前記１又は複数の感光性キャパシタのキャパシタンスが、前記デカップリングを達成するように自動的に調整される、請求項１に記載のＲＦコイルアセンブリ装置。
【請求項１２】
前記ＲＦコイルアセンブリ装置が、受信コイルを有し、前記光の強度の変更は、前記受信コイルを選択的に同調及び離調させるのに効果的である、請求項１に記載のＲＦコイルアセンブリ装置。
【請求項１３】
イメージング領域に主磁界を確立する主磁石と、
請求項１に記載の少なくとも１つのＲＦコイルアセンブリ装置と、
前記ＲＦコイルアセンブリ装置に接続されるとともに、前記イメージング領域において双極子の共鳴を励起し操作するために共鳴励起及び操作ＲＦパルスを生成するＲＦ送信器と、
前記イメージング領域に磁界勾配を生成する勾配コイルと、
前記勾配コイル及び前記ＲＦ送信器を制御するシーケンスコントローラと、
前記イメージング領域に隣接して配される少なくとも１つのＲＦ受信コイルと、
前記少なくとも１つのＲＦ受信コイルから共鳴信号を受け取る受信器と、
ＲＦ特性を最適化するＲＦ磁界最適化プロセッサと、
を有し、前記ＲＦ磁界最適化プロセッサは、
前記ＲＦ特性に敏感なパルスシーケンスを前記ＲＦ送信器に生成させるステップと、
前記ＲＦ特性を決定するために、前記受信器によって受け取られた前記共鳴信号を解析するステップと、
前記ＲＦ特性を調整するように前記少なくとも１つの可変的な光源を調整するステップと、
を実施するようにプログラムされている、磁気共鳴イメージングシステム。
【請求項１４】
各受信コイルは、光源コントローラによって制御される前記可変的な光源に前記光ファイバによって接続される感光性キャパシタを有する、予め選択された共振周波数に同調される少なくとも１つの共振回路を有し、前記シーケンスコントローラは、前記光源コントローラに接続されており、前記送信器が送信しているとき前記共振回路を離調させる、請求項１３に記載の磁気共鳴イメージングシステム。
【請求項１５】
（ａ）ＲＦコイルアセンブリによって、イメージング領域にＲＦ信号を送信するステップと、
（ｂ）前記イメージング領域から共鳴信号を受信するステップと、
（ｃ）ＲＦ特性に関して前記受信された共鳴信号を解析するステップと、
（ｄ）前記ＲＦコイルアセンブリのコイルセグメント内の感光性の金属−絶縁体−半導体キャパシタに送信される光を調整することによって、前記ＲＦ特性を改善するために前記解析に従って前記ＲＦコイルアセンブリを同調させるステップと、
を実施するようにプログラムされたＲＦ磁界最適化プロセッサ。
【請求項１６】
磁気共鳴イメージング領域のＲＦ磁界不均一性を最適化する方法であって、
（ａ）ＲＦコイルアセンブリによって、磁界に配された被検体のイメージング領域にＲＦ信号を送信するステップと、
（ｂ）前記イメージング領域からの共鳴信号を受信するステップと、
（ｃ）ＲＦ磁界均一性に関して前記受信された信号を解析するステップと、
（ｄ）前記ＲＦコイルアセンブリの前記回路セグメント内の感光性キャパシタに送信される光を調整することによって、前記ＲＦ特性を改善するために前記解析に従って前記ＲＦコイルアセンブリを同調させるステップと、
を含む方法。
【請求項１７】
前記ＲＦ特性は、共振周波数、ＲＦ磁界分布、微調整、それぞれ異なる核をイメージングするための再同調及び離調のうち１又は複数を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記ＲＦコイルアセンブリを較正するために、選択された大きさの被検体又はファントムについて前記ステップ（ａ）−（ｄ）を実施するステップと、
以降のイメージングプロシージャに用いられる較正設定を記録するステップと、
を更に含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
以降のイメージングプロシージャにおいて、ＲＦパルスの送信中に受信コイルを離調させるために、感光性キャパシタに与えられる照明を変更するステップを更に含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
予め選択された大きさの複数の被検体又はファントムの各々について前記ステップ（ａ）−（ｄ）を実施するステップと、
各々の大きさのファントム又は被検体について較正設定を記録するステップと、
以降のイメージングプロシージャにおいて、イメージングされる被検体の大きさに従って前記較正設定の中から選択するステップと、
を更に含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
各患者をイメージングする前に、イメージングされる患者に対して前記ＲＦ特性を最適化するために前記ステップ（ａ）−（ｄ）を繰り返すことを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
イメージングシーケンス中に前記ステップ（ａ）−（ｄ）を繰り返すことを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
請求項１６に記載の方法を実施するようにプログラムされたプロセッサを有する磁気共鳴イメージング装置。
【国際調査報告】
2009519729.tif 000010
2009519729.tif 000011
2009519729.tif 000012