(57)【要約】ＭＲシステムは腔内用プローブとこれに対応するインタフェースデバイスとを備えている。プローブは、シャフトとその一端のバルーンとバルーン内部のコイルループとを含む。ループは２つのドライブキャパシタと１つの同調キャパシタとを有しており、これらはすべて直列である。ドライブキャパシタの間の接合ノードはループを電気的に平衡させるアースとして作用する。ノードに直径上に対向している同調キャパシタはＭＲシステムの動作周波数でループを共鳴させ得る。インタフェースは、ＭＲシステムのその受信サイクル中にループをＭＲシステムのポートに結合させその送信サイクル中にループを該ポートから遮断する。プローブを被検者の腔の内部に挿入してバルーンを膨張させると、ＭＲシステムが、ループによって受信したＭＲ信号を使用して関心領域の画像及び／またはスペクトルを作成し得る。
2005532846.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）（ｉ）シャフトと、（ｉｉ）前記シャフトの一端に接続された膨張性バルーンと、（ｉｉｉ）前記膨張性バルーンの内部でその前方表面の下側に近接して固定されたコイルループとを有しており、被検者の腔の内部に挿入可能な腔内用プローブと、
（ｂ）関心領域から前記コイルループによって受信した前記ＭＲ信号を使用して前記関心領域の画像及びスペクトルの少なくとも一方を生成するＭＲスキャナと、
（ｃ）前記腔内用プローブとＭＲシステムとを電気的に相互接続するプローブインタフェース回路を有しているインタフェースデバイスと、
を含み、
前記膨張性バルーンが、前記腔の輪郭に形状的に適合し得る前方表面と、前記膨張性バルーンを前記腔の内部で位置決めするために使用される後方表面とを有しており、前記膨張性バルーンが膨張したときに前記後方表面が前記腔の内部の関心領域にほぼ対向する前記腔の壁に接触し、これによって前記膨張性バルーンの前記前方表面を前記腔の前記輪郭に強制的に接触させ、これによって前記コイルループを前記関心領域に近接させて関心領域からＭＲ信号を最適受信するように構成され、
前記コイルループは、
（Ａ）前記コイルループ内部に直列に接続されその接合ノードに前記コイルループの電気的平衡及びインピーダンス整合をとる仮想アースを形成しているほぼ等しい値の第一ドライブキャパシタ及び第二ドライブキャパシタと、
（Ｂ）前記ドライブキャパシタの前記接合ノードに直径上に対向して前記コイルループの内部に直列に接続され前記ＭＲシステムの動作周波数で前記コイルループに共鳴するように選択された値を有している同調キャパシタと、
を含み、
前記プローブインタフェース回路は、前記腔内用プローブの前記コイルループが、（ｉ）前記ＭＲシステムの受信サイクル中に前記ＭＲシステムのプローブ入力ポートに結合され、（ｉｉ）前記ＭＲシステムの送信サイクル中に前記プローブ入力ポートから遮断され得るように前記ＭＲシステムによってバイアスされ得るＰＩＮダイオードを有している磁気共鳴（ＭＲ）システム。
【請求項２】
前記腔内用プローブが更に、前記コイルループを前記プローブインタフェース回路に接続する出力ケーブルを含み、前記出力ケーブルはその一端で前記ドライブキャパシタの１つに接続され、その他端で前記インタフェースデバイスの前記ＰＩＮダイオードに接続され得る請求項１に記載のＭＲシステム。
【請求項３】
前記出力ケーブルがｎ（λ／２）＋ＳLの電気的長さを有しており、式中のｎは整数であり、λは前記ＭＲシステムの前記動作周波数の波長であり、ＳLはいずれか一方の前記ドライブキャパシタのリアクタンスと同じ絶対値のリアクタンスをもつ補足長さである請求項２に記載のＭＲシステム。
【請求項４】
前記第一及び前記第二のドライブキャパシタの各々が約６２ｐＦ−８２ｐＦの範囲の値を有しており、前記同調キャパシタが約１２ｐＦ−１５ｐＦの範囲の値を有している請求項１に記載のＭＲシステム。
【請求項５】
前記第一及び第二のドライブキャパシタの少なくとも一方が更に、前記コイルループの出力インピーダンスと前記インタフェースデバイスによって要求されるインピーダンスとの整合をとる機能を果たす請求項１に記載のＭＲシステム。
【請求項６】
前記プローブインタフェース回路が更に、前記ＭＲシステムの前記ＰＩＮダイオードのアノードと前記プローブ入力ポートとの間に利得及びインピーダンス整合を与える前置増幅回路を含み、前記ＭＲ信号は改良された信号対雑音比で前記ＭＲシステムの前記プローブ入力ポートに与えられる請求項１に記載のＭＲシステム。
【請求項７】
前記前置増幅回路が、
（ａ）ゲートとソースとドレンとを有しているＧＡＳＦＥＴと、
（ｂ）前記コイルループの周波数レスポンスを拡大するために前記腔内用プローブを前記ＧＡＳＦＥＴの前記ゲートに結合させる直列共鳴入力回路と、
を含み、前記直列共鳴入力回路は入力キャパシタと入力インダクタとを含み、それらの接合点に前記ＧＡＳＦＥＴの前記ゲートが接続されており、前記直列共鳴入力回路は前記ＭＲシステムの前記受信サイクル中、前記コイルループがロードされたときに前記ＧＡＳＦＥＴに最適インピーダンスを供給する請求項６に記載のＭＲシステム。
【請求項８】
前記ＧＡＳＦＥＴはその前記ソースでバイアスレジスタに接続され、その前記ドレンで結合キャパシタ及びＲＦチョークに接続されており、従って、前記インタフェースデバイスが前記ＭＲシステムに接続されると、前記ドレンが前記結合キャパシタを介して前記プローブ入力ポートに接続されかつ前記ＲＦチョークを介して前記ＭＲシステムのＤＣ電源に接続される請求項７に記載のＭＲシステム。
【請求項９】
前記プローブインタフェース回路が更に、
（ａ）前記ＭＲシステムの前記プローブインタフェース回路の出力を前記プローブ入力ポートに接続するプローブケーブルと、
（ｂ）前記プローブケーブルの遮蔽導体に不要な電流が流れることを防止するケーブルトラップと、
を含む請求項１に記載のＭＲシステム。
【請求項１０】
前記プローブインタフェース回路が更に、
（ａ）絶縁的に配置された遮蔽導体と中心導体とを内蔵しているプローブケーブルと、
（ｂ）前記プローブケーブルの前記遮蔽導体に不要な電流が流れることを防止するケーブルトラップと、
を含み、
前記プローブケーブルの一端で前記遮蔽導体が前記ＰＩＮダイオードのカソードに接続されかつ前記中心導体が前記ＰＩＮダイオードのアノードに接続されており、前記プローブケーブルがｎ（λ／２）の電気的長さを有しており、式中のｎは整数であり、λは前記ＭＲシステムの前記動作周波数の波長である請求項１に記載のＭＲシステム。
【請求項１１】
前記インタフェースデバイスが更に、フェーズドアレイコイルシステムと前記ＭＲシステムとを電気的に相互接続するアレイインタフェース回路を含んでおり、前記アレイインタフェース回路が、
（ａ）前記フェーズドアレイコイルシステムの第一コイルから前記ＭＲシステムの第一コイル入力ポートにＭＲ信号を伝送する第一の直列共鳴ネットワークと、
（ｂ）前記フェーズドアレイコイルシステムの第二コイルから前記ＭＲシステムの第二コイル入力ポートにＭＲ信号を伝送する第二の直列共鳴ネットワークと、
（ｃ）一方が前記フェーズドアレイコイルシステムの第三コイルからＭＲ信号を受信し、他方が前記フェーズドアレイコイルシステムの第四のコイルからＭＲ信号を受信する一対の１／４波長ネットワークと、
（ｄ）前記一対の１／４波長ネットワークから受信したＭＲ信号をコンバインし、このようにコンバインしたＭＲ信号を前記ＭＲシステムの第三コイル入力ポートに伝送する１／４波長コンバイナと、
を含む請求項１に記載のＭＲシステム。
【請求項１２】
前記１／４波長コンバイナがＷｉｌｋｉｎｓｏｎコンバイナである請求項１に記載のＭＲシステム。
【請求項１３】
前記第一及び前記第二の直列共鳴ネットワークの各々が前記ＭＲシステムの前記動作周波数で直列共鳴性であり、これによってその電気的長さを実効値ゼロにする請求項１１に記載のＭＲシステム。
【請求項１４】
前記１／４波長コンバイナと該コンバイナに接続された前記１／４波長ネットワークとがこれらによって伝送されるＭＲ信号に前記ＭＲシステムの前記動作周波数で実効値ゼロの電気的長さを与える請求項１１に記載のＭＲシステム。
【請求項１５】
被検者の腔の内部の関心領域の画像またはスペクトルを得るために磁気共鳴（ＭＲ）システムと共に使用される腔内用プローブが、
（ａ）前記関心領域からＭＲ信号を受信するコイルループと、
（ｂ）前記コイルループを前記腔内用プローブへのインタフェースデバイスに接続する出力ケーブルと、
を含み、
前記コイルループが複数のキャパシタを内蔵し、前記複数のキャパシタが（ｉ）前記コイルループの内部で直列に接続されそれらの接合ノードに前記コイルループの電気的平衡及びインピーダンス整合をとる仮想アースを形成しているほぼ等しい値の第一ドライブキャパシタ及び第二ドライブキャパシタと、（ｉｉ）前記ドライブキャパシタの前記接合ノードに直径上に対向して前記コイルループの内部に直列に接続され前記ＭＲシステムの動作周波数で前記コイルループに共鳴するように選択された値を有している同調キャパシタとを含み、
前記出力ケーブルがその一端で前記ドライブキャパシタの１つに接続されその他端に前記インタフェースデバイス接続用プラグを有しており、前記出力ケーブルがｎ（λ／２）＋ＳLの電気的長さを有しており、式中の、ｎは整数であり、λは前記ＭＲシステムの前記動作周波数の波長であり、ＳLはいずれか１つの前記ドライブキャパシタのリアクタンスと同じ絶対値のリアクタンスをもつ補足長さである腔内用プローブ。
【請求項１６】
更に、
（ａ）その先端部に先端を有しており前記先端が前記可撓性シャフトの残部よりも実質的により可撓性であるような可撓性シャフトと、
（ｂ）前記可撓性シャフトの前記先端部に接続されその前記先端を包囲している内側バルーンと、
（ｃ）前記コイルループを前記内側バルーンの前方表面に固定する非伸縮性材料と、
（ｄ）前記シャフトの先端部に接続され前記内側バルーンと該バルーンに固定された前記コイルループとの双方を包囲しており、前記被検者の前記腔の内部で前記内側バルーンを位置決めするために使用される外側バルーンと、
を含み、
前記非伸縮性材料は、前記外側バルーンの内部の前記内側バルーンの膨張を操作し、前記コイルループが前記関心領域から前記ＭＲ信号を最適に受信できるように前記外側バルーンの内部の前記コイルループを前記関心領域に近接して位置決めし得る請求項１５に記載の腔内用プローブ。
【請求項１７】
前記非伸縮性材料が前記内側バルーンを膨張させることにより、前記外側バルーンの後方表面を前記腔の壁に強制的に接触させ次いで前記外側バルーンの前方表面を対応する形状の前記腔の内側輪郭に強制的に接触させこれによって前記コイルループを前記関心領域に近接させて該コイルループから前記ＭＲ信号を最適に受信する請求項１６に記載の腔内用プローブ。
【請求項１８】
前記外側バルーンが対応する形状の前記腔の内側輪郭に形状的に適合する前方表面を有している請求項１６に記載の腔内用プローブ。
【請求項１９】
前記外側バルーンがその前記前方表面に対向する後方表面を有しており、該後方表面は少なくとも一対の波状ひだを有している請求項１８に記載の腔内用プローブ。
【請求項２０】
更に、前記内側バルーンの膨張を制御する手段を含み、前記膨張制御手段が前記可撓性シャフトに接続されており、前記内側バルーンを膨張及び収縮させるガスが該シャフトを介して輸送され得る請求項１９に記載の腔内用プローブ。
【請求項２１】
前記膨張制御手段がその内部の前記ガスの流通及びその外部への前記ガスの放出を制御するストップコックを含む請求項２０に記載の腔内用プローブ。
【請求項２２】
前記可撓性シャフトが、
（ａ）前記膨張制御手段と前記内側バルーンとを相互接続する第一ルーメンと、
（ｂ）前記腔内用プローブを前記インタフェースデバイスに接続可能にするために前記コイルループから前記出力ケーブルを案内する第二ルーメンと、
を含む請求項２０に記載の腔内用プローブ。
【請求項２３】
前記膨張制御手段が、圧縮できる空気入れカフと、該カフと共に前記可撓性シャフトの前記第一ルーメンに接続されたチューブとを含み、前記空気入れカフを圧縮して前記ガスを前記内側バルーンに送り込む請求項２２に記載の腔内用プローブ。
【請求項２４】
前記非伸縮性材料が前記内側バルーンを膨張させる目的は、前記外側バルーンの波状ひだを後方に押圧して前記腔の壁に強制的に接触させ次いで前記外側バルーンの前記前方表面を前方に押圧して対応する形状の前記腔の内側輪郭に強制的に接触させこれによって前記コイルループを前記関心領域に近接させて該コイルループから前記ＭＲ信号を最適に受信するためである請求項１９に記載の腔内用プローブ。
【請求項２５】
前記外側バルーンの前記前方表面がサドル形であり、前記対応する形状の前記腔の内側輪郭は前記被検者の直腸の前立腺膨出部である請求項２４に記載の腔内用プローブ。
【請求項２６】
前記可撓性シャフトがその外面にプリントされた目盛りを含む請求項１６に記載の腔内用プローブ。
【請求項２７】
前記内側バルーン及び外側バルーンの各々が、低い誘電体損失特性値をもつ非常磁性、難燃性、生体親和性の医療グレード材料から成る請求項１６に記載の腔内用プローブ。
【請求項２８】
更に、前記腔内用プローブが前記被検者の前記腔に相対的な望ましくない移動を生じることを防止するために前記可撓性シャフトに取付け可能な移動防止ディスクを含む請求項１６に記載の腔内用プローブ。
【請求項２９】
前記移動防止手段が半球形をもつディスクであり、前記ディスクを前記可撓性シャフトにスナップ止めするためのスロットが前記ディスクに設けられている請求項２８に記載の腔内用プローブ。
【請求項３０】
更に、前記可撓性シャフトに摺動自在に装着された拡張素子を含み、前記拡張素子は、前記腔内用プローブを前記腔の内部で容易に位置決めするために前記腔につながるオリフィスを拡張させる請求項１６に記載の腔内用プローブ。
【請求項３１】
前記外側バルーンが更に側面凹部を含んでおり、前記外側バルーンが膨張状態でないときに前記コイルループの少なくとも一部が前記凹部に支持されている請求項１６に記載の腔内用プローブ。
【請求項３２】
更に、
（ａ）可撓性シャフトと、
（ｂ）（ｉ）前記腔の対応する形状の内側輪郭に形状的に適合し得る前方表面と、（ｉｉ）少なくとも一対の波状ひだを含む後方表面とを有しており、前記可撓性シャフトの先端部に接続されている膨張性バルーンと、
（ｃ）前記膨張性バルーンの内部でその前方表面の下側に近接して固定された前記コイルループと、
を含み、
前記膨張性バルーンを前記腔に挿入して膨張させると、その前記波状ひだが前記関心領域にほぼ対向する前記腔の壁を押圧し、従って前記膨張性バルーンの前記前方表面を強制的に前記腔の前記対応する形状の内側輪郭に接触させ、これによって前記コイルループを前記関心領域に近接させて該領域から前記ＭＲ信号を最適に受信できるように構成された請求項１５に記載の腔内用プローブ。
【請求項３３】
前記第一及び前記第二のドライブキャパシタの各々が約６２ｐＦ−８２ｐＦの範囲の値を有しており、前記同調キャパシタが約１２ｐＦ−１５ｐＦの範囲の値を有している請求項１５に記載の腔内用プローブ。
【請求項３４】
前記インタフェースデバイスが前記ＭＲシステムによってバイアスされ得るＰＩＮダイオードを含み、前記コイルループが前記出力ケーブルを介して、（ｉ）前記ＭＲシステムの受信サイクル中に前記ＭＲシステムの信号処理ポートに結合され、（ｉｉ）前記ＭＲシステムの送信サイクル中に前記信号処理ポートから遮断され得る請求項１５に記載の腔内用プローブ。
【請求項３５】
前記送信サイクル中に、前記ＰＩＮダイオードの順方向バイアスが前記出力ケーブルのインダクタンス及びいずれか一方の前記ドライブキャパシタのキャパシタンスを共鳴させ、その効果として前記コイルループの回路を開き、これによって前記腔内用プローブを前記ＭＲシステムの前記信号処理ポートから遮断する請求項３４に記載の腔内用プローブ。
【請求項３６】
腔内用プローブを磁気共鳴（ＭＲ）システムにインタフェースさせるインタフェースデバイスであって、前記腔内用プローブが前記腔内用プローブのコイルループを前記インタフェースデバイスに接続する出力ケーブルを有しており、前記インタフェースデバイスが
（ａ）前記ＭＲシステムによってバイアスされることができ、前記コイルループを、（ｉ）前記ＭＲシステムの受信サイクル中に前記ＭＲシステムのプローブ入力ポートに結合でき、（ｉｉ）前記ＭＲシステムの送信サイクル中に前記プローブ入力ポートから遮断できるＰＩＮダイオードと、
（ｂ）前記ＰＩＮダイオードのアノードと前記ＭＲシステムの前記プローブ入力ポートとの間で利得及びインピーダンス整合を与え、改善された信号対雑音比で前記ＭＲ信号を前記ＭＲシステムの前記プローブ入力ポートに渡す前置増幅回路と、
を含むインタフェースデバイス。
【請求項３７】
前記前置増幅回路が、
（ａ）ゲートとソースとドレンと有しているＧＡＳＦＥＴと、
（ｂ）前記コイルループの周波数レスポンスを拡大するために前記腔内用プローブを前記ＧＡＳＦＥＴの前記ゲートに結合させる直列共鳴入力回路と、
を含み、前記直列共鳴入力回路は入力キャパシタと入力インダクタとを含み、その接合点に前記ＧＡＳＦＥＴの前記ゲートが接続されており、前記直列共鳴入力回路は、前記ＭＲシステムの前記受信サイクル中に前記コイルループがロードされたときに前記ＧＡＳＦＥＴに最適インピーダンスを供給する請求項３６に記載のインタフェースデバイス。
【請求項３８】
前記ＧＡＳＦＥＴが、その前記ソースでバイアスレジスタに接続されかつその前記ドレンでカップリングキャパシタ及びＲＦチョークに接続されており、従って、前記インタフェースデバイスが前記ＭＲシステムに接続されたとき、前記ドレンが前記カップリングキャパシタを介して前記プローブ入力ポートに接続されかつ前記ＲＦチョークを介して前記ＭＲシステムのＤＣ電源に接続される請求項３７に記載のインタフェースデバイス。
【請求項３９】
更に、
（ａ）前記インタフェースデバイスの出力を前記ＭＲシステムの前記プローブ入力ポートに接続するプローブケーブルと、
（ｂ）前記プローブケーブルの遮蔽導体に不要な電流が流れることを防止するケーブルトラップと、
を含む請求項３６に記載のインタフェースデバイス。
【請求項４０】
更に、
（ａ）バイアスラインとアースとの間に接続されており前記ＰＩＮダイオードをバイアスさせる能力を前記ＭＲシステムに与えるバイパスキャパシタと、
（ｂ）前記ＰＩＮダイオードの前記アノードと前記バイパスキャパシタとの間に接続されたＲＦチョークと、
を含む請求項３６に記載のインタフェースデバイス。
【請求項４１】
更に、前記ＭＲシステムの前記送信サイクル中に前記前置増幅回路を保護するプリアンプ保護ダイオードを含む請求項３６に記載のインタフェースデバイス。
【請求項４２】
更に、前記腔内用プローブが前記インタフェースデバイスから遮断されたときに前記ＭＲシステムが走査手順を実行することを防止する回路機構を含む請求項３６に記載のインタフェースデバイス。
【請求項４３】
腔内用プローブ及びコイルシステムを磁気共鳴（ＭＲ）システムにインタフェースさせるインタフェースデバイスであって、前記腔内用プローブが前記腔内用プローブのコイルループを前記インタフェースデバイスに接続する出力ケーブルを有しており、前記インタフェースデバイスが
（ａ）前記コイルループが、（ｉ）前記ＭＲシステムの受信サイクル中に前記ＭＲシステムのプローブ入力ポートに結合され、（ｉｉ）前記ＭＲシステムの送信サイクル中に前記プローブ入力ポートから遮断されるように、前記ＭＲシステムによってバイアスされるＰＩＮダイオードと、
（ｂ）前記コイルシステムと前記ＭＲシステムとを電気的に相互接続するアレイインタフェース回路とを含んでおり、前記アレイインタフェース回路が、
（ｉ）前記コイルシステムの第一コイルから前記ＭＲシステムの第一コイル入力ポートにＭＲ信号を伝送する第一の直列共鳴ネットワークと、
（ｉｉ）前記コイルシステムの第二コイルから前記ＭＲシステムの第二コイル入力ポートにＭＲ信号を伝送する第二の直列共鳴ネットワークと、
（ｉｉｉ）一方が前記コイルシステムの第三コイルからＭＲ信号を受信し、他方が前記コイルシステムの第四コイルからＭＲ信号を受信する一対の１／４波長ネットワークと、
（ｉｖ）前記一対の１／４波長ネットワークから受信したＭＲ信号をコンバインし、このようにコンバインしたＭＲ信号を前記ＭＲシステムの第三コイル入力ポートに伝送する１／４波長コンバイナと、
を含むインタフェースデバイス。
【請求項４４】
前記１／４波長コンバイナがＷｉｌｋｉｎｓｏｎコンバイナである請求項４３に記載のインタフェースデバイス。
【請求項４５】
前記第一及び前記第二の直列共鳴ネットワークの各々が前記ＭＲシステムの前記動作周波数で直列共鳴性であり、これによってその電気的長さを実効値ゼロにする請求項４３に記載のインタフェースデバイス。
【請求項４６】
前記１／４波長コンバイナと該コンバイナに接続された前記１／４波長ネットワークとは、これらによって伝送されるＭＲ信号に前記ＭＲシステムの前記動作周波数で実効値ゼロの電気的長さを与える請求項４３に記載のインタフェースデバイス。
【請求項４７】
更に、
（ａ）絶縁的に配置された遮蔽導体と中心導体とを内蔵しているプローブケーブルと、
（ｂ）前記プローブケーブルの前記遮蔽導体に不要な電流が流れることを防止するケーブルトラップと、
を含み、前記プローブケーブルの一端で前記遮蔽導体が前記ＰＩＮダイオードのカソードに接続されかつ前記中心導体が前記ＰＩＮダイオードのアノードに接続されており、前記プローブケーブルがｎ（λ／２）の電気的長さを有しており、式中のｎは整数であり、λは前記ＭＲシステムの前記動作周波数の波長である請求項４３に記載のインタフェースデバイス。
【請求項４８】
更に、前記腔内用プローブが前記インタフェースデバイスから切断されているときに前記ＭＲシステムが走査手順を実行することを防止する回路機構を含む請求項４３に記載のインタフェースデバイス。
【請求項４９】
磁気共鳴（ＭＲ）システムを使用して被検者の腔の内部の関心領域の画像またはスペクルトを得るために、
（ａ）（ｉ）可撓性シャフトと、（ｉｉ）膨張性バルーンと、（ｉｉｉ）コイルループとを有しており、前記膨張性バルーンが前記可撓性シャフトの一端に接続され、前記腔の輪郭に形状的に適合し得る前方表面及び少なくとも一対の波状ひだを含む後方表面を有しており、前記コイルループは前記膨張性バルーンの内部でその前方表面の下側に近接して固定されかつ前記関心領域からＭＲ信号を受信できるように構成されており、前記コイルループは、
（Ａ）前記コイルループ内部に直列に接続されそれらの接合ノードに前記コイルループの電気的平衡及びインピーダンス整合をとるための仮想アースを形成しているほぼ等しい値の第一ドライブキャパシタ及び第二ドライブキャパシタと、
（Ｂ）前記ドライブキャパシタの前記接合ノードに直径上に対向して前記コイルループの内部に直列に接続され前記ＭＲシステムの動作周波数で前記コイルループに共鳴するように選択された値を有している同調キャパシタと、
を含む腔内用プローブを準備する段階と、
（ｂ）前記腔内用プローブを前記ＭＲシステムに接続する外部回路に前記コイルループを接続する出力ケーブルを配備する段階と、
（ｃ）前記腔内用プローブを前記被検者の前記腔の内部で前記膨張性バルーンの前記前方表面が前記関心領域に近接するような位置に挿入する段階と、
（ｄ）前記膨張性バルーンを膨張させ、これによって前記波状ひだを強制的に開かせて前記関心領域にほぼ対向する前記腔の壁に接触させ、こうして前記膨張性バルーンの前記前方表面を前記腔の前記輪郭に強制的に接触させ、前記関心領域から前記ＭＲ信号を最適受信するために前記コイルループを前記関心領域に近接して固定的に位置決めする段階と、
（ｅ）前記ＭＲ信号を発信するように前記関心領域を誘発する段階と、
（ｆ）前記関心領域の内部で誘発された前記ＭＲ信号を前記コイルループを使用して検出する段階と、
（ｇ）前記関心領域から受信した前記ＭＲ信号を使用して前記関心領域の前記画像及び前記スペクトルの少なくとも一つを発生させる段階と、
を含む方法。
【請求項５０】
前記第一及び第二のドライブキャパシタの少なくとも一方は、前記コイルループの出力インピーダンスと前記外部回路によって要求されるインピーダンスとの整合をとる機能も果たす請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
前記出力ケーブルはその一端で前記ドライブキャパシタの１つに接続されており、その他端に前記外部回路に接続されるプラグを有しており、前記出力ケーブルはｎ（λ／２）＋ＳLの電気的長さを有しており、式中の、ｎは整数であり、λは前記動作周波数の波長であり、ＳLはいずれか１つの前記ドライブキャパシタのリアクタンスと同じ絶対値のリアクタンスをもつ補足長さである請求項４９に記載の方法。
【請求項５２】
前記外部回路が前記腔内用プローブへのインタフェースデバイスである請求項４９に記載の方法。
【請求項５３】
被検者の腔の内部の関心領域の画像またはスペクトルを得る磁気共鳴（ＭＲ）システムに使用する腔内用プローブを製造するために、
（ａ）前記腔内用プローブが前記腔の内部に挿入できる適当な大きさになるように前記腔内用プローブのコイルループのサイズを選択する段階と、
（ｂ）前記コイルループの内部に可変キャパシタを直列接続で一時的に挿入する段階と、
（ｃ）前記コイルループに前記ＭＲシステムの動作周波数を作用させる段階と、
（ｄ）前記可変キャパシタを前記コイルループが前記動作周波数に共鳴し前記コイルループの容量リアクタンスと前記コイルループの誘導リアクタンスとが等しい絶対値になる共鳴値に調整する段階と、
（ｅ）前記コイルループがロードされたときの前記コイルループの性能値（ｑｕａｌｉｔｙ  ｆａｃｔｏｒ）を測定する段階と、
（ｆ）このように測定された前記性能値とロードされたときの前記コイルループの誘導リアクタンスとを使用して前記コイルループの直列抵抗ＲSを決定する段階と、
（ｇ）前記腔内用プローブの出力インピーダンスと前記腔内用プローブにインタフェースする外部回路によって要求されるインピーダンスとの整合をとるために前記コイルループの整合キャパシタの整合値を計算する段階と、
（ｈ）前記整合値の２つのドライブキャパシタを互いに直列に前記コイルループに挿入して、前記ドライブキャパシタが接続する接合ノードを形成し、前記接合ノードを出力ケーブルの遮蔽導体に接続でき、前記ドライブキャパシタの反対側のノードを前記出力ケーブルの中心導体に接続できるようにする段階と、
（ｉ）前記コイルループの合計キャパシタンスが前記共鳴値に等しくなるように同調キャパシタを選択する段階と、
（ｊ）前記可変キャパシタを前記同調キャパシタで置換し、前記同調キャパシタを前記ドライブキャパシタの前記接合ノードに直径上で対向して前記コイルループの内部に直列に接続し、かくして前記接合ノードが前記コイルループを電気的に平衡させる仮想アースを形成する段階と、
を含む方法。
【請求項５４】
更に、
（ａ）その先端部に先端を有しており前記先端が前記可撓性シャフトの残りの部分よりも実質的により可撓性であるような可撓性シャフトを準備する段階と、
（ｂ）前記可撓性シャフトの前記先端部に内側バルーンを接続し、該シャフトの前記先端を包囲させる段階と、
（ｃ）非伸縮性材料を使用して前記コイルループを前記内側バルーンの前方表面に固定する段階と、
（ｄ）外側バルーンを前記シャフトの前記先端部に接続し、前記内側バルーンと該内側バルーンに固定された前記コイルループとの双方を包囲させる段階と、
を含み、前記外側バルーンは前記被検者の前記腔の内部で前記内側バルーンを位置決めするために使用され、前記内側バルーン内部の前記コイルループを前記関心領域からＭＲ信号を最適に受信するように該領域に近接して位置決めするために前記非伸縮性材料が前記外側バルーンの内部の前記内側バルーンの膨張を操作する請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
前記非伸縮性材料が前記内側バルーンを膨張させる目的は、前記外側バルーンの後方表面を前記腔の壁に強制的に接触させ、次いで前記外側バルーンの前方表面を対応する形状の前記腔の内側輪郭に強制的に接触させ、これによって前記コイルループを前記関心領域に接近させて該領域から前記ＭＲ信号を最適に受信するためである請求項５４に記載の方法。
【請求項５６】
前記外側バルーンが対応する形状の前記腔の内側輪郭に形状的に適合する前方表面を有している請求項５４に記載の方法。
【請求項５７】
前記外側バルーンがその前記前方表面の反対側に、少なくとも一対の波状ひだを含む後方表面を有している請求項５６に記載の方法。
【請求項５８】
更に、前記内側バルーンの膨張を制御する手段を配備する段階を含み、前記膨張制御手段が前記可撓性シャフトに接続され、前記内側バルーンを膨張及び収縮させるガスが前記シャフトで搬送され得る請求項５７に記載の方法。
【請求項５９】
前記膨張制御手段が内部のガス流通及び外部へのガス放出を制御するストップコックを含む請求項５８に記載の方法。
【請求項６０】
前記可撓性シャフトが、
（ａ）前記膨張制御手段と前記内側バルーンとを相互接続する第一ルーメンと、
（ｂ）前記腔内用プローブへの前記外部回路に接続できるように前記出力ケーブルを前記コイルループから案内する第二ルーメンと、
を含む請求項５８に記載の方法。
【請求項６１】
前記外側バルーンに側面凹部を設ける段階を有しており、前記外側バルーンが膨張状態でないときは前記コイルループの少なくとも一部が前記凹部に支持される請求項５４に記載の方法。
【請求項６２】
更に、
（ａ）可撓性シャフトを配備する段階と、
（ｂ）前記腔の対応する形状の内側輪郭に形状的に適合する前方表面と少なくとも一対の波状ひだを含む後方表面とを有している膨張性バルーンを前記可撓性シャフトの先端部に接続する段階と、
（ｃ）前記膨張性バルーン内部の前記コイルループを前記バルーンの前記前方表面の下側に近接して固定する段階と、
を含み、前記膨張性バルーンを前記腔に挿入して膨張させたときに、その前記波状ひだが前記関心領域のほぼ反対側の前記腔の壁を押圧し、かくして前記膨張性バルーンの前記前方表面を前記腔の前記対応する形状の内側輪郭に強制的に接触させ、これによって前記コイルループが前記関心領域からＭＲ信号を最適に受信するように前記関心領域に近接して位置決めされる請求項５３に記載の方法。
【請求項６３】
前記動作周波数は３テスラの主磁石を有している前記ＭＲシステムに適しており、第一及び第二のドライブキャパシタの各々は約６２ｐＦ−８２ｐＦの範囲の値を有しており、前記同調キャパシタは約１２ｐＦ−１５ｐＦの範囲の値を有している請求項５３に記載の方法。
【請求項６４】
前記外部回路が前記腔内用プローブへのインタフェースデバイスである請求項５３に記載の方法。
【請求項６５】
更に、その一端で前記ドライブキャパシタに接続されその他端に前記外部回路への接続プラグを有している出力ケーブルを配備する段階を含み、前記出力ケーブルがｎ（λ／２）＋ＳLの電気的長さを有しており、式中の、ｎは整数であり、λは前記動作周波数の波長であり、ＳLはいずれか一方の前記ドライブキャパシタのリアクタンスと同じ絶対値のリアクタンスをもつ補足長さである請求項５３に記載の方法。
【請求項６６】
被検者の腔の内部の関心領域の画像またはスペクトルを得るために磁気共鳴（ＭＲ）システムと共に使用するための腔内用プローブであって、前記腔内用プローブが、
（ａ）前記関心領域からＭＲ信号を受信するコイルループと、
（ｂ）前記コイルループを前記腔内用プローブへのインタフェースデバイスに接続する出力ケーブルと、
を含み、
前記コイルループが複数のキャパシタを内蔵し、前記複数のキャパシタが（ｉ）前記コイルループの内部で直列に接続されそれらの接合ノードに前記コイルループの電気的平衡及びインピーダンス整合をとる仮想アースを形成しているほぼ等しい値の第一ドライブキャパシタ及び第二ドライブキャパシタと、（ｉｉ）前記ドライブキャパシタの前記接合ノードに直径上に対向して前記コイルループの内部に直列に接続され前記ＭＲシステムの動作周波数で前記コイルループに共鳴するように選択された値を有している同調キャパシタとを含み、
前記出力ケーブルがその一端で前記ドライブキャパシタの１つに接続されその基端部で前記インタフェースデバイスに接続可能であり、前記出力ケーブルがｎ（λ／２）の電気的長さを有しており、式中の、ｎは整数であり、λは前記ＭＲシステムの前記動作周波数の波長である腔内用プローブ。
【請求項６７】
前記出力ケーブルの前記電気的長さが更に、いずれか一方の前記ドライブキャパシタの１つのリアクタンスと同じ絶対値のリアクタンスをもつ補足長さＳLを含む請求項６６に記載の腔内用プローブ。
【請求項６８】
前記コイルループの少なくとも２つが前記関心領域にフェーズドアレイ構成で配列されている請求項６７に記載の腔内用プローブ。
【請求項６９】
前記コイルループの少なくとも前記２つが前記関心領域の直交位相検出を行うように協働的に配向されている請求項６８に記載の腔内用プローブ。
【請求項７０】
前記コイルループの少なくとも２つが前記関心領域の直交位相検出を行うように協働的に配向されている請求項６７に記載の腔内用プローブ。
【請求項７１】
前記出力ケーブルが、前記コイルループの前記第一及び前記第二のドライブキャパシタにそれぞれ接続された前記出力ケーブルの第一及び第二の中心導体と前記コイルループの前記接合ノードに接続された前記出力ケーブルの遮蔽導体とによって平衡されている請求項６６に記載の腔内用プローブ。
【請求項７２】
前記コイルループの少なくとも２つが前記関心領域にフェーズドアレイ構成で配列されている請求項６６に記載の腔内用プローブ。
【請求項７３】
前記コイルループの少なくとも前記２つが前記関心領域の直交位相検出を行うように協働的に配向されている請求項７２に記載の腔内用プローブ。
【請求項７４】
前記コイルループの少なくとも２つが前記関心領域の直交位相検出を行うように協働的に配向されている請求項６６に記載の腔内用プローブ。
【請求項７５】
被検者の腔の内部の関心領域の画像またはスペクトルを得るために磁気共鳴（ＭＲ）システムと共に使用するための腔内用プローブであって、前記腔内用プローブが、
（ａ）前記関心領域からＭＲ信号を受信するコイルループと、
（ｂ）前記コイルループを前記腔内用プローブへのインタフェースデバイスに接続する出力ケーブルと、
を含み、
前記コイルループが直列に接続された複数のキャパシタを内蔵し、前記複数のキャパシタが（ｉ）前記コイルループの電気的平衡及びインピーダンス整合をとるドライブキャパシタと、（ｉｉ）前記ドライブキャパシタに直径上に対向して配置され前記ＭＲシステムの動作周波数で前記コイルループに共鳴するように選択された値を有している同調キャパシタとを含み、
前記出力ケーブルがその一端で前記ドライブキャパシタに接続されその他端で前記インタフェースデバイスに接続可能であり、前記出力ケーブルがｎ（λ／２）の電気的長さを有しており、式中の、ｎは整数であり、λは前記ＭＲシステムの前記動作周波数の波長である腔内用プローブ。
【請求項７６】
前記出力ケーブルの前記電気的長さが更に、前記ドライブキャパシタのリアクタンスと同じ絶対値のリアクタンスをもつ補足長さＳLを含む請求項７５に記載の腔内用プローブ。
【請求項７７】
前記コイルループの少なくとも２つが前記関心領域にフェーズドアレイ構成で配列されている請求項７６に記載の腔内用プローブ。
【請求項７８】
前記コイルループの少なくとも前記２つが前記関心領域の直交位相検出を行うように協働的に配向されている請求項７７に記載の腔内用プローブ。
【請求項７９】
前記コイルループの少なくとも２つが前記関心領域の直交位相検出を行うように協働的に配向されている請求項７６に記載の腔内用プローブ。
【請求項８０】
前記出力ケーブルが前記ドライブキャパシタに接続された前記出力ケーブルの第一及び第二の中心導体とアースに接続された前記出力ケーブルの遮蔽導体とによって平衡されている請求項７５に記載の腔内用プローブ。
【請求項８１】
前記コイルループの少なくとも２つが前記関心領域にフェーズドアレイ構成で配列されている請求項７５に記載の腔内用プローブ。
【請求項８２】
前記コイルループの少なくとも前記２つが前記関心領域の直交位相検出を行うように協働的に配向されている請求項８１に記載の腔内用プローブ。
【請求項８３】
前記コイルループの少なくとも２つが前記関心領域の直交位相検出を行うように協働的に配向されている請求項７５に記載の腔内用プローブ。
【請求項８４】
腔内用プローブを磁気共鳴（ＭＲ）システムにインタフェースするためのインタフェースデバイスにおいて、前記腔内用プローブが前記腔内用プローブのコイルループを前記インタフェースデバイスに接続する出力ケーブルを有しており、前記インタフェースデバイスが、
（ａ）前記出力ケーブルのプラグに接続可能な入力ソケットと、
（ｂ）前記入力ソケットに接続されたＰＩＮダイオードと、
を含み、前記入力ソケットの入力から前記ＰＩＮダイオードまでの電気的長さが前記コイルループのドライブキャパシタのリアクタンスに等しい絶対値のリアクタンスを有しており、前記コイルループが、（ｉ）前記ＭＲシステムの受信サイクル中に前記ＭＲシステムのプローブ入力ポートに結合され、（ｉｉ）前記ＭＲシステムの送信サイクル中に前記プローブ入力ポートから遮断されるように前記ＰＩＮダイオードが前記ＭＲシステムによってバイアスされ、インタフェースデバイスが更に、
（ｃ）前記ＰＩＮダイオードのアノードと前記ＭＲシステムの前記プローブ入力ポートとの間に利得及びインピーダンス整合を与える前置増幅回路を含み、その結果として前記ＭＲ信号が改善された信号対雑音比で前記ＭＲシステムの前記プローブ入力ポートに与えられるインタフェースデバイス。
【請求項８５】
腔内用プローブ及びコイルシステムを磁気共鳴（ＭＲ）システムにインタフェースするためのインタフェースデバイスにおいて、前記腔内用プローブが前記腔内用プローブのコイルループを前記インタフェースデバイスに接続する出力ケーブルを有しており、前記インタフェースデバイスが、
（ａ）前記出力ケーブルのプラグに接続可能な入力ソケットと、
（ｂ）前記入力ソケットに接続されたＰＩＮダイオードと、
を含み、前記入力ソケットの入力から前記ＰＩＮダイオードまでの電気的長さが前記コイルループのドライブキャパシタのリアクタンスに等しい絶対値のリアクタンスを有しており、  前記コイルループが、（ｉ）前記ＭＲシステムの受信サイクル中に前記ＭＲシステムのプローブ入力ポートに結合され、（ｉｉ）前記ＭＲシステムの送信サイクル中に前記プローブ入力ポートから遮断されるように前記ＰＩＮダイオードが前記ＭＲシステムによってバイアスされ、インタフェースデバイスが更に、
（ｃ）前記コイルシステムと前記ＭＲシステムとを電気的に相互接続するアレイインタフェース回路を含んでおり、前記アレイインタフェース回路が、
（ｉ）前記コイルシステムの第一コイルから前記ＭＲシステムの第一コイル入力ポートにＭＲ信号を伝送する第一の直列共鳴ネットワークと、
（ｉｉ）前記コイルシステムの第二コイルから前記ＭＲシステムの第二コイル入力ポートにＭＲ信号を伝送する第二の直列共鳴ネットワークと、
（ｉｉｉ）一方が前記コイルシステムの第三コイルからＭＲ信号を受信し、他方が前記コイルシステムの第四コイルからＭＲ信号を受信する一対の１／４波長ネットワークと、
（ｉｖ）前記対の１／４波長ネットワークから受信したＭＲ信号をコンバインし、このようにコンバインしたＭＲ信号を前記ＭＲシステムの第三コイル入力ポートに伝送する１／４波長コンバイナと、
を含むインタフェースデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的には磁気共鳴（ＭＲ）システムを使用して腔内構造の画像及びスペクトルを得るためのシステム及び方法に関する。より特定的には本発明は、直腸、膣、口などのような人体の種々の開口に挿入して、その内部の関心領域の高分解能画像及びスペクトロスコピック結果(spectroscopic results)を得ることが可能な腔内用プローブに関する。いっそう特定的には本発明は、このような腔内用プローブを２．０テスラ−５．０テスラのＭＲシステムにインタフェースさせ、このような関心領域のこのような高分解能画像及びスペクトロスコピック結果を得るように設計されたインタフェースデバイスに関する。
【０００２】
＜従来技術＞
以下の背景情報は、以後に開示する本発明及びその典型的な使用環境が読者に容易に理解できるように提示したものである。本文中に使用した用語は、この文書中の表現または言外の暗示によってその意味が明らかに限定される場合を除いて、特定の狭義の解釈に限定されるものではない。
【０００３】
磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）は人体の内部の高品質画像を作成する非侵襲性方法である。この方法では医療者が外科手術またはＸ線のような電離放射線を使用することなく人体の内部を観察できる。画像が極めて高い分解能を有しているので、疾病及びその他の病理形態とヒトの健常組織とを肉眼で識別することがしばしば可能である。磁気共鳴の技術及びシステムはまた、組織またはその他の材料の化学的内容を確認できるスペクトロスコピック分析を行う目的で開発されてきた。
【０００４】
ＭＲＩは、人体の軟組織、筋肉、神経及び骨の詳細な画像を作成するために強力な磁石、電波及びコンピューターテクノロジイを使用する。このために、人体内部の全ての細胞中に豊富に見出される原子である水素原子の基本特性を利用する。磁場が存在しないとき、水素原子の核はコマのようにスピンするかまたはどの方向でもランダムに歳差運動する。しかしながら強磁場の作用下では、水素核のスピン軸が自発的に磁場の方向に整列する。その理由は、水素原子の核がいわゆる大きい磁気モーメントを有しているからであり、このモーメントは基本的に、磁場の方向に整列するという固有の傾向を強く有している。造影対象領域の水素核の集まりが磁場に平行な向きの平均磁化ベクトルを生じる。
【０００５】
典型的なＭＲＩシステムまたはスキャナは、主磁石と、３つの傾斜磁場コイルと、高周波（ＲＦ）アンテナ（しばしば全ボディコイル[whole body coil]とも呼ばれる）と、コンピューターステーションとを含み、オペレーターがコンピューターステーションからＭＲＩシステム全体を制御できる。しかしながら、ＭＲＩシステムの主要構成素子は主磁石である。これは典型的には超電導性であり円筒形状を有している。主磁石はその円筒状ボア（ＭＲＩ検査を受ける被検者がこのボア内に配置される）の内部に強磁場を生じる。この磁場はしばしばＢ0場と呼ばれる均一な静磁場（変化しない磁場）である。このＢ0磁場はボアの長軸に沿った方向を有しており、ｚ方向と呼ばれることもある。この磁場は人体内の水素核の磁化ベクトルを自発的にその方向に整列させる。このように整列した核は全ボディコイルから適正な周波数のＲＦエネルギーを受容する態勢にある。この周波数はラーモア周波数として知られており、等式ω＝γＢ0によって決定され、式中のωはラーモア周波数（水素原子の歳差運動の周波数）であり、γは磁気回転定数であり、Ｂ0は磁場の強度である。
【０００６】
ＲＦアンテナ、即ち、全ボディコイルは一般に、ＲＦエネルギーのパルスを送信するため及びその結果として水素核に誘発された磁気共鳴（ＭＲ）信号を受信するための双方に使用される。より詳細には、その送信サイクル中に、該ボディコイルはＲＦエネルギーを円筒状ボアの内部に拡散させる。このＲＦエネルギーがＲＦ  Ｂ1場としても知られた高周波磁場を生じる。その磁力線は水素核の磁化ベクトルに垂直な線の方向を指す。ＲＦパルス（またはＢ1場）は水素核のスピン軸を主（Ｂ0）磁場に対して傾斜させ、このようにして正味の磁化ベクトルをｚ方向からある角度だけ偏向させる。しかしながら、ＲＦパルスの影響が及ぶのは、ＲＦパルスの周波数で自軸の回りの歳差運動を行っている水素核だけである。言い換えると、該周波数で“共鳴する”核だけがＲＦパルスの影響を受け、３つの傾斜磁場コイルの動作に伴って共鳴が生じる。
【０００７】
傾斜磁場コイル(gradient coils)は電磁コイルである。傾斜磁場コイルの各々は、円筒状ボアの内部に３つの空間的方向（ｘ，ｙ，ｚ）の１つに沿って線形に変化する静磁場を生じるために使用される。この磁場は傾斜磁場Ｂ1(gradient Ｂ1 field)として公知である。主磁石の内部に配置された傾斜磁場コイルは、特定の方法で迅速にオンオフに切換えられるとき、主磁石を極めてローカルなレベルで変化させることができる。このように傾斜磁場コイルは主磁石と共に、適正周波数のＲＦパルスが印加されたときに水素核−所与の任意の点の、または、所与の任意のストリップ、スライスまたは単位体積の−を共鳴させることができるので、様々なイメージング法に使用できる。選択された領域で歳差運動している水素原子はＲＦパルスに応答して、ボディコイルから送信されているＲＦエネルギーを吸収し、このようにして、その磁化ベクトルを主（Ｂ0）磁場の方向から傾斜させる。ボディコイルをオフに切換えると、より詳細に後述するように、水素核がＲＦエネルギーをＭＲ信号の形態で放出し始める。
【０００８】
画像を得るために使用できる公知の技術の１つはスピンエコーイメージング法と呼ばれている。この技術に従って使用されるＭＲＩシステムは、先ず１つの傾斜磁場コイルを励起してｚ軸に沿った傾斜磁場を成立させる。これは“スライス選択傾斜磁場”と呼ばれており、ＲＦパルスが印加されときに出現し、ＲＦパルスが遮断されると消滅する。この傾斜磁場は、画像化されている領域のスライス内部に存在する水素核にだけその内部で共鳴を生じさせる。関心平面の両側に存在する組織中では共鳴が全く生じない。ＲＦパルスが停止された直後は、励起されたスライス中の全部の核が“インフェーズ”(in phase)である。即ち、それらの磁化ベクトルの全部が同方向を指している。それ自体のデバイスに放置されると、スライス中の全部の水素核の正味の磁化ベクトルは緩和され、従って、再びｚ方向に整列するであろう。しかしながらその代わりに第二の傾斜磁場コイルが短時間励起されて、ｙ軸に沿った傾斜磁場が生じる。これは“位相エンコード傾斜磁場”と呼ばれている。この磁場は、スライス中の核の磁化ベクトルを、傾斜磁場の最も弱い末端から最も強い末端までの移動に伴って角度の増す種々の方向に向けさせる。次に、ＲＦパルス、スライス選択傾斜磁場及び位相エンコード傾斜磁場を遮断し、その後に第三の傾斜磁場コイルを励起してｘ軸に沿った傾斜磁場を生じさせる。この傾斜磁場はＭＲ信号を最終的に測定するときに印加されるだけなので、“周波数エンコード傾斜磁場”または“読出し傾斜磁場”と呼ばれている。この傾斜磁場は、緩和している磁化ベクトルを差別的に再励起する。その結果として、傾斜磁場の下端に近い核がより速い歳差運動を開始し、上端の核はもっと高速になる。これらの核が再び緩和すると、最も高速の核（傾斜磁場の上端に存在していた核）が最も高い周波数の電波を発信するであろう。
【０００９】
傾斜磁場コイルの集まりがＭＲ信号を空間的にエンコードでき、その結果として、画像化されている領域の各部分がその共鳴信号の周波数及び位相によって独自に定義される。より詳細には、水素核が緩和するとき、該水素核の各々がミニチュア無線送信機となり、置かれた局部的微小環境に依存して経時的に変化する特性パルスを放出する。例えば、脂肪中の水素核は水中の水素核とは異なる微小環境を有しており、従って異なるパルスを送信する。このような違いがあること及び異なる組織が異なる水対脂肪比を有することを理由として、異なる組織は異なる周波数の無線信号を送信する。その受信サイクル中に、ボディコイルはこれらのミニチュア無線送信を検出する。これらがＭＲ信号と総称される。これらの独自の共鳴信号はボディコイルからＭＲシステムの受信機に伝送され、ＭＲシステムで対応する数学データに変換される。高い信号対雑音比（ＳＮ比）で像を形成する完全手順を多数回繰り返さなければならない。ＭＲシステムは多次元フーリエ変換を使用して数学データを二次元画像に変換でき、また三次元画像にさえ変換できる。
【００１０】
特定身体部分のより詳細な画像を必要とする場合、全ボディコイルに付加または代替して局所コイルを使用する。局所コイルは体積コイルまたは表面コイルの形状を有し得る。体積コイルは画像化すべき立体部分（例えば、頭、腕、手首、脚、膝またはその他の関心領域）を取囲むかまたは包囲するために使用される。しかしながら表面コイルは、被検者の特定表面に取付けるかまたはその他の方法で配置するだけでその下の関心領域（例えば、腹部、胸郭及び／又は骨盤の領域）の画像を得ることができる。更に、局所コイルは、受信専用コイルとして動作するように設計することも、送／受信（Ｔ／Ｒ）コイルとして動作するように設計することもできる。受信専用コイルは、（スキャン手順中にＭＲシステムによって生成されたＢ1磁場に応答して）人体から生じたＭＲ信号を検出できるだけである。しかしながら、Ｔ／ＲコイルはＭＲ信号の受信と、関心領域の組織で共鳴を誘発するために必須であるＲＦ  Ｂ1磁場を生成するＲＦパルスの送信との双方を行うことができる。
【００１１】
表面コイルであるか体積コイルであるかにかかわりなく単一の局所コイルをＭＲ信号の検出に使用することはＭＲＩの分野で公知である。単一コイル法によれば、比較的大型の局所コイルを使用して、関心領域全体をカバーし、または包囲する。初期の受信コイルは単なる線形コイルであった。これは、コイルが関心領域から生じたＭＲ信号の２つの直交位相成分（即ち、垂直ＭX'及び水平ＭY'）の一方しか検出できなかったことを意味する。しかしながら、その後の受信コイルは直交位相検出モードを使用するようになった。これは、これらのコイルが垂直成分と水平成分との双方をインターセプトできることを意味する。直交位相受信コイルは、線形受信コイルに比べて、ＳＮ比が大幅に改善された画像、典型的には４１％改善された画像をＭＲＩシステムに提供し得る。直交位相検出モードによってもたらされた改良をもってしても、単一コイル法で提供された画像は依然として品質の改良が必要であった。単一コイル法に固有の欠点は、関心領域全体のＭＲ信号を得るために一つのコイル構造しか使用しないことに起因する。
【００１２】
単一コイル法に伴う欠点を解決するためにフェーズドアレイコイル(phased array coils)が開発された。フェーズドアレイ法では１つの大型局所コイルの代わりに複数のより小さい局所コイルを使用する。このようなコイルの各々は関心領域の一部分だけをカバーし、または包囲する。例えば２つのこのようなコイルを有しているシステムでは、コイルの各々が、関心領域のほぼ半分をカバーし、または包囲する。典型的には２つのコイルが磁気絶縁の目的で部分的にオーバーラップしている。２つのコイルはそれぞれの分担部分から同時にＭＲ信号を取得し、オーバーラップがあるので不都合な相互作用は生じない。各コイルが関心領域の１／２範囲だけを担当するので、このような各コイルはその担当エリア内の関心領域の部分に関するＭＲ信号を高いＳＮ比で受信することができる。従って、小さいフェーズドアレイ局所コイルの集まりは、関心領域全体について単一の大きい局所コイルから得られる画像よりも高い分解能の画像を作成するために必要な信号データをＭＲＩシステムに供給する。
【００１３】
フェーズドアレイコイルの一例は、Ｗ．Ｌ．Ｇｏｒｅ  ａｎｄ  Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ，Ｉｎｃ．によって製造されているＧｏｒｅ（登録商標）トルソーアレイである。該トルソーアレイは４つの表面コイルを含み、そのうちの２つは前方パドルに配置され、残りの２つは後方パドルに配置されている。２つのパドルはそれぞれ、腹部、胸郭及び骨盤領域の周囲で被検者の腹側表面及び背側表面に接して配置されるように設計されている。該トルソーアレイは、多数受信機をもつデータ取得システムを備えたＭＲシステムと共に使用するように設計されている。２つの前方表面コイル及び２つの後方表面コイルから各１つずつ引き出されたトルソーアレイの４つのリードは別々の受信機に接続されることができ、各受信機は、受信した信号を増幅しディジタル化する。次にＭＲシステムが、別々の受信機から得られたディジタル化データをコンバインして、１つの画像を形成する。その全ＳＮ比は単一局所コイルから得られたＳＮ比よりも優れており、また、ときには単独で関心領域全体を担当する前方及び後方のより大きい２つの局所コイルよりも優れている。
【００１４】
また、腔内用プローブの使用によって身体内部構造の画像が得られることも公知である。従来技術の腔内用プローブの一例は米国特許第５，４７６，０９５号及び第５，３３５，０８７号に記載されている。双方の特許は本発明の名義人に譲渡され引用することによって本願に含まれる。これらの特許に開示された従来技術のプローブは、直腸、膣及び口のような人体の開口に挿入されるように設計されている。これらの特許はまた、従来技術の腔内用プローブをＭＲ画像化システム及びスペクトロスコピックシステムにインタフェースさせるように設計されたインタフェースデバイスを開示している。腔内用プローブを使用する方法は米国特許第５，３４８，０１０号に開示されている。この特許もまた、本発明の名義人に譲渡され引用することによって本願に含まれる。
【００１５】
その連携インタフェースユニットと共働的に動作する従来技術のプローブは、ＭＲシステムに前立腺、結腸または頸部のような種々の身体内構造の画像及びスペクトロスコピック結果をもたらす。このような従来技術のプローブの例は、ＢＰＸ−１５前立腺／直腸内コイル（Ｅ−ｃｏｉｌ）、ＰＣＣ−１５結腸直腸コイル及びＢＣＲ−１５頸部コイルなどである。これらはいずれもペンシルベニア州のメドラッド  インコーポレーテッドによって製造されたＭＲＩｎｎｅｒｖｕ（登録商標）ラインの使い捨てコイル部品である。このようなインタフェースユニットの例は、同じくメドラッド  インコーポレーテッドによって製造されているＡＴＤ−ＩＩ及びＡＴＤ−Ｔｏｒｓｏユニットである。
【００１６】
ＡＴＤ−ＩＩユニットは、従来技術のプローブをＭＲシステムの１つの受信機にインタフェースさせ、関心領域、即ち、前立腺、結腸または頸部の画像またはスペクトルを提供するために使用される。ＡＴＤ−Ｔｏｒｓｏユニットは、従来技術のプローブだけでなくＧｏｒｅ（登録商標）トルソーアレイをＭＲシステムの多数受信機にインタフェースさせるために使用されている。このようなプローブ及びトルソーアレイに接続されたとき、ＡＴＤ−ＴｏｒｓｏユニットはＭＲシステムに前立腺、結腸または頸部だけでなくその周囲の組織、即ち、腹部領域、胸郭領域及び骨盤領域の画像またスペクトルをもたらす。
【００１７】
市場では広く採択され優れた評価を獲得してはいるが、これらの従来技術の腔内用プローブ及びインタフェースユニットは幾つかの欠点を有している。第一に、従来技術のプローブ及びこれに関連するインタフェースユニット（即ち、ＡＴＤ−ＩＩ及びＡＴＤ  Ｔｏｒｓｏユニット）は、１．０または１．５テスラのＭＲシステムにしか使用できないように設計されている。従って、もっと高い磁場強度で動作してもっと高い品質の画像及びスペクトログラフィック結果を生じるように設計されたＭＲシステム、例えば２．０−５．０テスラ、特に３．０テスラのＭＲシステムと共に使用するためには適当でない。第二に、設計上のこのような制約の結果として、従来技術の腔内用プローブは７５０−１０００オームの出力インピーダンスを示すコイルループを用いて設計されていた。従って、従来技術のプローブ用のインタフェースユニットは、コイルループの高い出力インピーダンスと種々のＭＲシステムによって要求される低い入力インピーダンス（例えば、５０オーム）との整合をとるためにπネットワークまたは同様の回路機構を含んでいなければならなかった。第三に、従来技術のプローブの設計ではコイルループの同調がＭＲシステムの動作周波数から逸脱することは許容されたが、許容の程度は特定のプローブ使用条件（例えば、被検者）に依存していた。従って、従来技術のプローブ用の従来技術のインタフェースユニットは典型的には、腔内用プローブがすべての動作条件下でＭＲシステムの動作周波数に同調できることを確実にするために、同調回路を含んでいなければならなかった。
【００１８】
＜発明の目的＞
従って、本発明の１つの目的は、少なくとも２．０−５．０テスラの磁場強度、特に３．０テスラの磁場強度で動作するように設計された磁気共鳴（ＭＲ）システムと共に使用できる腔内用プローブを提供することである。
【００１９】
本発明の別の目的は、信号対雑音比を殆どまたは全く低下させることなく従来技術の腔内用プローブよりも広い周波数レスポンスをもつコイルループを有しており、これによって、従来技術のプローブに必要であった被検者毎またはコイル毎のコイルループの同調の必要性が削除された腔内用プローブを提供することである。
【００２０】
また別の目的は、プローブの同調を要せずに関心領域の高分解能画像及びスペクトロスコピック結果を得るためにこのような腔内用プローブをこのようなＭＲシステムにインタフェースさせるインタフェースデバイスを提供することである。
【００２１】
更に別の目的は、このようなＭＲシステムにこのような腔内用プローブだけでなくＧｏｒｅ（登録商標）トルソーアレイのようなフェーズドアレイコイルシステムもインタフェースさせるように設計されたインタフェースデバイスを提供することである。
【００２２】
本発明のもう１つの目的は、このような腔内用プローブ、インタフェースデバイス及びＭＲシステムを使用して被検者の腔の内部の関心領域の画像及び／またはスペクトルを得るための方法を提供することである。
【００２３】
本発明の別の目的は、被検者の腔の内部の関心領域の画像及び／またはスペクトルを得るためにこのようなＭＲシステムと共に使用されるこのような腔内用プローブの製造方法を提案することである。
【００２４】
また別の目的は、比較的高価な着脱用構成素子を含まない使い捨て型の腔内用プローブを提供することである。着脱用構成素子はプローブでなくプローブにインタフェースされる再使用型インタフェースデバイスに組み込まれる。
【００２５】
更に別の目的は、男性の前立腺の画像及び／またはスペクトルを得るために直腸に挿入するように設計された直腸内プローブとして腔内用プローブを提供することである。
【００２６】
もう１つの目的は、関心領域の高分解能画像及びスペクトロスコピック結果を得るために、直腸、膣、口などのような１つまたは複数の様々な人体の開口に挿入できる腔内用プローブを提供することである。
【００２７】
上記に列挙した目的及び利点に付加される本発明のその他の種々の目的及び利点はこの文献の詳細な記載の項を読むことで該当分野の当業者にはより容易に明らかになるであろう。詳細な記載を図面及び特許請求の範囲と共に考察することによってその他の目的及び利点が特に明らかになるであろう。
【発明の開示】
【００２８】
上記の目的及び利点は以下に概説するような種々の実施態様及び関連する特徴によって達成されている。
【００２９】
提示した好ましい実施態様の１つの特徴によれば、本発明は、被検者の腔の内部の関心領域の画像またはスペクトルを得るために磁気共鳴（ＭＲ）システムと共に使用される腔内用プローブを提供する。該プローブは、コイルループと出力ケーブルとを有している。関心領域からＭＲ信号を受信するように設計されたコイルループは、第一及び第二のドライブキャパシタと同調キャパシタとを含む複数のキャパシタを有している。第一及び第二のドライブキャパシタはコイルループの内部で直列に接続されており、それらの接合ノードにはコイルループの電気的平衡及びインピーダンス整合をとるための仮想アースが形成されている。２つのドライブキャパシタはほぼ等しい値を有している。同調キャパシタは、ドライブキャパシタの接合ノードに直径上で対向してコイルループの内部に直列に接続されている。同調キャパシタは、ＭＲシステムの動作周波数でコイルループに共鳴するように選択された値を有している。出力ケーブルはコイルループを腔内用プローブへのインタフェースデバイスに接続する。出力ケーブルの一端はドライブキャパシタの１つに接続されており、他端はインタフェースデバイスに接続するためのプラグを有している。出力ケーブルはｎ（λ／２）＋ＳLの電気的長さを有しており、式中の、ｎは整数であり、λはＭＲシステムの動作周波数の波長であり、ＳLはいずれか一方のドライブキャパシタのリアクタンスに等しい絶対値のリアクタンスを有している補足長さである。
【００３０】
もっと広い用途では、本発明は、ＭＲスキャナと腔内用プローブとインタフェースデバイスとを含む磁気共鳴（ＭＲ）システムを提供する。被検者の腔の内部に挿入するように設計された腔内用プローブは、シャフトと膨張性バルーンとコイルループとを含む。該バルーンは、シャフトの先端部に接続されており、コイルループはバルーンの前方表面の下側に近接して固定されている。バルーンの前方表面は腔の内側輪郭に形状的に適合し、バルーンの後方表面はバルーンを腔の内部で位置決めするために使用される。バルーンを膨張させると、後方表面は腔の内部の関心領域にほぼ対向する腔の壁に接触する。これがバルーンの前方表面を腔の内側輪郭に強制的に接触させ、これによってコイルループは、関心領域からＭＲ信号を最適に受信するように関心領域に接近する。コイルループは、第一及び第二のドライブキャパシタと同調キャパシタとを含む複数のキャパシタを有している。第一及び第二のドライブキャパシタはコイルループの内部で直列に接続されており、それらの接合ノードにコイルループの電気的平衡及びインピーダンス整合をとるための仮想アースが形成されている。２つのドライブキャパシタはほぼ等しい値を有している。同調キャパシタは、コイルループの内部に直列に接続され、ドライブキャパシタの接合ノードに直径上で対向している。同調キャパシタは、ＭＲシステムの動作周波数でコイルループに共鳴するように選択された値を有している。関心領域からコイルループによって受信されたＭＲ信号を使用して関心領域の（１つまたは複数の）画像またはスペクトルを作成するためにＭＲスキャナが使用される。インタフェースデバイスは、腔内用プローブとＭＲシステムとを電気的に相互接続するためのプローブインタフェース回路を有している。プローブインタフェース回路はＭＲシステムによってバイアスされ得るＰＩＮダイオードを備えており、これによってコイルループが、（ｉ）その受信サイクル中にＭＲシステムのプローブ入力ポートに結合され、（ｉｉ）その送信サイクル中にプローブ入力ポートから遮断される。
【００３１】
提示した好ましい実施態様の別の特徴によれば、本発明は、それ自体の前置増幅回路を備えていない磁気共鳴（ＭＲ）システムの（プローブ）入力ポートに腔内用プローブをインタフェースさせるインタフェースデバイスを提供する。該プローブはそのコイルループをインタフェースデバイスに接続するための出力ケーブルを有している。該インタフェースデバイスはＰＩＮダイオードと前置増幅回路とを含む。ＭＲシステムは、コイルループが、（ｉ）ＭＲシステムの受信サイクル中にプローブ入力ポートに結合され、（ｉｉ）ＭＲシステムの送信サイクル中にプローブ入力ポートから遮断されるように、ＰＩＮダイオードをバイアスさせ得る。前置増幅回路は、コイルループによって受信したＭＲ信号を改善された信号対雑音比でＭＲシステムのプローブ入力ポートに渡すために、ＰＩＮダイオードのアノードとＭＲシステムのプローブ入力ポートとの間に利得及びインピーダンス整合を与える。
【００３２】
提示した好ましい実施態様のまた別の特徴によれば、本発明は、腔内用プローブとコイルシステムとの双方を磁気共鳴（ＭＲ）システムにインタフェースさせるインタフェースデバイスを提供する。腔内用プローブは該プローブのコイルループをインタフェースデバイスに接続するための出力ケーブルを備えている。インタフェースデバイスはその出力ケーブルを介してプローブをそれ自体の前置増幅回路を備えたＭＲシステムの（プローブ）入力ポートにインタフェースさせ得る。インタフェースデバイスはＰＩＮダイオードとアレイインタフェース回路とを含む。ＭＲシステムは、コイルループが、（ｉ）ＭＲシステムの受信サイクル中にプローブ入力ポートに結合され、（ｉｉ）ＭＲシステムの送信サイクル中にプローブ入力ポートから遮断されるように、ＰＩＮダイオードをバイアスさせ得る。アレイインタフェース回路は、コイルシステムとＭＲシステムとを電気的に相互接続するために使用されている。アレイインタフェース回路は、第一及び第二の直列共鳴ネットワークと、一対の１／４波長ネットワークと、１つの１／４波長コンバイナとを含む。第一の直列共鳴ネットワークは、ＭＲ信号をコイルシステムの第一コイルからＭＲシステムの第一コイル入力ポートに伝送する機能を果たす。第二の直列共鳴ネットワークは、ＭＲ信号をコイルシステムの第二コイルからＭＲシステムの第二コイル入力ポートに伝送する機能を果たす。１／４波長ネットワークの１つはＭＲ信号をコイルシステムの第三コイルから受信する機能を果たし、他方の１／４波長ネットワークはＭＲ信号をコイルシステムの第四コイルから受信する機能を果たす。１／４波長コンバイナは、一対の１／４波長ネットワークから受信したＭＲ信号をコンバインし、コンバインしたＭＲ信号を第三コイル入力ポートに伝送するために使用されている。
【００３３】
本発明はまた、磁気共鳴（ＭＲ）システムを使用して被検者の腔の内部の関心領域の画像またはスペクトルを得るための好ましい方法を提供する。方法は、腔内用プローブを準備する段階、及び、出力ケーブルを準備する段階を含む。腔内用プローブは、（ｉ）可撓性シャフトと、（ｉｉ）可撓性シャフトの一端に接続される膨張性バルーンと、（ｉｉｉ）バルーン内部で該バルーンの前方表面の下側に近接して固定されており関心領域からＭＲ信号を受信し得るコイルループとを有している。バルーンの前方表面は腔の輪郭に形状的に適合し、バルーンの後方表面は少なくとも一対の波状ひだを有している。コイルループは第一及び第二のドライブキャパシタと１つの同調キャパシタとを含む複数のキャパシタを有している。第一及び第二のドライブキャパシタはコイルループの内部で直列に接続されており、それらの接合ノードにコイルループの電気的平衡及びインピーダンス整合をとるための仮想アースが形成されている。２つのドライブキャパシタはほぼ等しい値を有している。同調キャパシタは、ドライブキャパシタの接合ノードに直径上で対向してコイルループの内部に直列に接続されている。同調キャパシタは、ＭＲシステムの動作周波数でコイルループに共鳴するように選択された値を有している。方法は更に、外部回路にコイルループを接続する出力ケーブルを配備する段階を含み、これによって該腔内用プローブがＭＲシステムに接続される。別の段階では、腔内用プローブを被検者の腔の内部に挿入してバルーンの前方表面が関心領域に近接するように位置決めする。次の段階では、バルーンを膨張させ、これによってバルーンの波状ひだを強制的に開かせてバルーンを関心領域にほぼ対向する腔の壁に接触させる。これが、バルーンの前方表面を腔の輪郭に強制的に接触させ、関心領域からＭＲ信号を最適に受信できるようにコイルループを関心領域に近接して固定的に位置決めする。その後の段階では、関心領域でＭＲ信号の発信を誘発し、関心領域の内部で誘発されたＭＲ信号をコイルループによって検出する。方法はまた、関心領域から受信したＭＲ信号を使用して関心領域の（１つまたは複数の）画像及びスペクトルを作成する段階を含む。
【００３４】
本発明は更に、被検者の腔の内部から関心領域の画像またはスペクトルを得るために磁気共鳴（ＭＲ）システムと共に使用される腔内用プローブの好ましい製造方法を提案する。方法は、プローブが腔内に挿入可能となるようにプローブのコイルループのサイズを選択する段階と、可変キャパシタを直列接続でコイルループ内に一時的に挿入する段階とを含む。方法はまた、コイルループにＭＲシステムの動作周波数を作用させる段階と、次いで可変キャパシタをコイルループの共鳴が生じる共鳴値に調整する段階とを含む。この動作周波数で、コイルループの容量リアクタンスはコイルループの誘導リアクタンスに等しい絶対値を有するであろう。関連する段階としては、コイルループがロードされたときにコイルループの性能値（ｑｕａｌｉｔｙ  ｆａｃｔｏｒ）を測定する段階と、次いで、このように測定された性能値とロードされたときのコイルループの誘導リアクタンスとを使用してコイルループの直列抵抗を決定する段階とがある。次に、プローブの出力インピーダンスと、腔内用プローブにインタフェースする外部回路によって要求されたインピーダンスとの整合をとるために、整合キャパシタの整合値を計算する。方法はまた、整合値をもつ２つのドライブキャパシタをコイルループに互いに直列に挿入して、接合ノードを形成する段階を含む。ドライブキャパシタはこの接合ノードで接続している。該接合ノードは出力ケーブルの遮蔽導体に接続可能であり、一方のドライブキャパシタの反対側のノードは出力ケーブルの中心導体に接続可能である。次に、コイルループの総キャパシタンスが共鳴値に等しくなるように同調キャパシタを選択する。ここで可変キャパシタを同調キャパシタで置換する。２つのドライブキャパシタの接合ノードに直径上に対向する位置で同調キャパシタをコイルループの内部に直列に接続する。このようにして接合ノードはコイルループを電気的に平衡させる仮想アースを形成する。
【００３５】
＜詳細な説明＞
本発明が（１つまたは複数の）提示した好ましい実施態様及びこれらに関連して上述した特徴に限定されないことを理解されたい。
本発明及び本発明の提示した好ましい実施態様及び代替的実施態様は、添付図面に基づく以下の詳細な記載からより十分に理解されよう。
【００３６】
実施態様及びそれらに関連する特徴の全てについて以下に開示する本発明は、３．０テスラの磁場強度で作動するように設計された磁気共鳴（ＭＲ）システムと共に使用されるのが理想的であるが、約２．０−５．０テスラの範囲で作動するＭＲシステムにも応用できる。例示目的の以下の記載では、本発明をGeneral Electric  Medical Systems社（ＧＥＭＳ）によって製造されている３．０Ｔシステムと共に使用している。
【００３７】
図１−図７は、本発明の提示した好ましい実施態様の１つの特徴、即ち、全体が符号１で示されている腔内用プローブを示す。該プローブの所期の目的は、被検者の腔の内部の関心領域の画像またはスペクトルを得るためにＭＲシステムと共に使用することである。本文中ではこれを特定具体例の形態で、即ち、男性の前立腺の画像及び／またはスペクトルを得るために直腸内に挿入するように設計された直腸内プローブとして記載している。本文中では直腸内プローブとして示したが、本発明がまた、口、膣、または、腔内用プローブによって侵入可能なその他の開口から接近できる別の関心領域から画像及び／またはプローブを得るように設計され得ることも理解されよう。本文中に示した原理はまた、動脈、静脈及び身体のその他の構造に適したＭＲ画像法またはスペクトロスコピック法にも応用し得る。どのような用途であっても、腔内用プローブの内部の受信コイルは、標的組織に形状的に適合するように適宜設計されるパッケージに収容またはその他の方法で組み込まれることが必要であろう。
【００３８】
図１に最も明らかに示した最も新しい特徴では、腔内用プローブ１が、コイルループ２と出力ケーブル３とを含む。理想的には可撓性の導電性材料から成るコイルループ２は好ましくは、高周波（ＲＦ）信号を捕捉し得る単巻きコイルである。関心領域から磁気共鳴ＲＦ信号を受信するように設計されたコイルループ２は、第一ドライブキャパシタ２１、第二ドライブキャパシタ２３及び同調キャパシタ２４のような複数のキャパシタを有している。第一及び第二のドライブキャパシタはコイルループ２の内部で直列に接続されている。以下に説明するように、ドライブキャパシタ２１と２３とが接続している接合ノード２２はコイルループ２の電気的平衡及びインピーダンス整合をとるための仮想アースを形成する。同調キャパシタ２４もコイルループ２の内部で直列に接続されているが、キャパシタ２１と２３との接合ノード２２に直径上に対向している。同調キャパシタ２４は、ＭＲシステムの動作周波数でコイルループ２に共鳴するように選択されている。３．０テスラのスキャナの場合、ＭＲシステムの動作周波数は約１２８ＭＨｚであろう。
【００３９】
出力ケーブル３はコイルループ２を腔内用プローブ１へのインタフェースデバイスに接続するように設計されている。このようなインタフェースデバイスは、以下に開示する幾つかのインタフェースデバイスのいずれかであり、次いでその他端は図８及び図９に示すようなＭＲシステム１０のプローブ入力ポートに接続されている。絶縁外被に収納された出力ケーブル３は、その内部に絶縁的に配置された遮蔽導体３１と中心導体３２とを有している。図１に示すように、遮蔽導体３１は接合ノード２２に接続され、中心導体３２はドライブキャパシタ２１及び２３のいずれか一方が接合ノード２２の反対側に有しているノードに接続されている。更に、詳細に後述する理由から、出力ケーブル３は好ましくはｎ（λ／２）＋ＳLの電気的長さを有しており、式中の、ｎは整数であり、λはＭＲシステム１０の動作周波数の波長であり、ＳLは補足長さである。
【００４０】
図２は、本発明の腔内用プローブ１を完全に組立てられた形態で示し、図３−図７はその幾つかの部分断面図を示す。腔内用プローブ１は、可撓性シャフト４０と、内側及び外側のバルーン５０及び６０とを含む。シャフト４０は先端部を有しており、その先端４１は好ましくはシャフトの残りの部分よりも実質的により可撓性であり、実際には参照符号１５で示されるようにしてシャフトに接着され得る。このような可撓性の先端４１を使用すると、プローブ使用中の被検者の不快感を軽減できるだけでなく近傍組織が穿孔される可能性も少なくすることができる。
【００４１】
図３から最も明らかなように、内側バルーン５０はシャフト４０の先端部に接続されその先端４１を包囲している。内側バルーン５０は、その前方表面５１の実質的に扁平な部分以外はほぼ円筒形である。この内側バルーンはクランプ１６によって締め付けられ、かつシャフト４０の先端部にぴったりと嵌め合せることによってシャフト４０に定着され得る。コイルループ２は好ましくはそれ自体が５Ｋボルト絶縁材に収納されており、その外側に収縮包装または同様の管材料が使用され、これによって二重絶縁層が設けられている。次に、好ましくは接着剤付きのクロスから構成された非伸縮性材料５５を使用してコイルループ２を内側バルーン５０の前方表面５１に取り付け、このようにしてコイルループ２を内側バルーン５０と外側バルーン６０との間に固定する。
【００４２】
外側バルーン６０もシャフト４０の先端部に接続され、コイルループ２と内側バルーン５０との双方を包囲している。該外側バルーンは、クランプ１７によって締め付けられ、かつ先端部にぴったりと嵌め合せることによってシャフト４０に定着されている。外側バルーン６０は前方表面６１及び後方表面６２を有している。前方表面６１は好ましくは、対応する形状の腔の内面／輪郭に形状的に適合するサドル形である。前立腺プローブの場合、腔は直腸の膨大部の下方の直腸内に膨出した前立腺部分であろう。後方表面６２は該表面から突出する少なくとも一対の波状ひだ６３を有している。後述するように、これらのひだ６３によって外側バルーン６０はコイルループ２を適切に位置決めすることができ、内側バルーン５０が膨張したときにコイルループ２が被検者の直腸内前立腺膨出部分に対して作動可能な近傍に配置され、これによってコイルループ２と標的組織とが最適に結合される。更に図５に示すように、前方表面６１と後方表面６２とをつなぐ側面凹部６４が外側バルーン６０の内部に設けられているのが好ましい。これらの凹部は本質的に、プローブ１の組立中にコイルループ２の側面を支持する棚を形成する。これらの凹部は本質的に、バルーン５０及び６０が非膨張状態であるときにコイルループをそれらの表面間で位置決めする手段として機能する。バルーン５０及び６０の各々は好ましくは医療グレードのラテックスまたはその他の適当なエラストマー材料から製造されている。このような材料は勿論、非常磁性であり低い誘電体損失を示さなければならない。
【００４３】
図３、図４、図５及び図７に最も明らかに示すように、可撓性シャフト４０は２つのルーメン４２及び４４を形成している。可撓性シャフト４０はまた図７に示すように、その先端部の近傍の円筒状壁の内部にルーメン４２に通じる開孔４３を形成している。ルーメン４２と開孔４３とは共に、膨張または収縮がそれぞれ生じるときに内側バルーン５０に給排される空気またはその他の気体の通路として機能する。シャフト４０はその先端部から離れたその円筒状壁に別の開孔４５を形成している。ルーメン４４と開孔４５とは、コイルループ２から出力ケーブル３を案内する導管として作用する。図２に示すように出力ケーブル３は、腔内用プローブ１を適当なインタフェースデバイスに接続するためのプラグをその近位端に有している。
【００４４】
腔内用プローブ１は更に、移動防止ディスク４６、導入器４８及びハンドル４９を含む。シャフト４０の基端部に固定されたハンドル４９は、プローブ１の先端部がそこに固定された外側バルーン６０も含めて後述するように直腸に挿入されて腔の内部に適正に位置決めされるときにプローブ１を容易に操作できる。拡張素子とも呼ばれる導入器４８は、シャフト４０の全長に沿って容易に摺動するように設計されている。好ましくはロート形の導入器４８は、腔の内部で外側バルーン６０を容易に位置決めできるように肛門括約筋を手動で拡張させるために使用できる。導入器４８が存在しないと、肛門括約筋がシャフト４０の周囲で収縮し、腔の内部で腔内用プローブ１を回転方向及び前後方向に位置決めする作業が妨害される。半合成プラスチックまたはその他の適当なポリマーから成る移動防止ディスク４６は好ましくは半球形である。図２及び図４に示すように、ディスク４６はスロット４７を形成している。このスロットによってディスク４６をシャフト４０にスナップ止めし得る。プローブを直腸に挿入した後、肛門括約筋の近傍でシャフト４０に固定された移動防止ディスク４６は、結腸の正常な蠕動性活動によってプローブ１が上方に移動することを防ぐ。
【００４５】
腔内用プローブ１はまた、内側バルーン５０の膨張を制御する手段を含む。膨張制御手段は好ましくは、圧縮できる空気入れカフ７０とチューブ７１とストップコック９２とを含む。カフ７０に代えて適当な寸法のシリンジを使用してもよい。チューブ７１は、空気入れカフ７０またはシリンジをシャフト４０の近位端でルーメン４２に接続する。ストップコック７２はチューブ７１に直列に接続されており、内側バルーン５０に空気を供給するかまたは該バルーンから空気を排出するかを制御する機能を果たす。プローブ１が更に、シャフト４０の外側表面にプリントされた目盛り１４を備えているのが好ましい。目盛り１４は、腔内へのシャフト４０の挿入距離を標示するだけでなく、外側バルーン６０のサドル形前方表面６１と前立腺とを適正に位置合わせするための先端部の回転方向の位置を標示する。
【００４６】
操作の際には、内側バルーン５０及びそれを包囲する外側バルーン６０を非膨張状態にしておき、腔内用プローブ１の先端部を直腸から腔に挿入する。先端部を挿入した後、導入器４８を使用して肛門括約筋を拡張させて、シャフト４０及びバルーンに包囲されたその先端部を腔内で容易に操作できるようにする。先端部を挿入して導入器４８を配置したとき、シャフト４０の目盛り１４をガイドとして機能させ、臨床医またはその他の医療者が腔の内部の関心領域の近傍で回転方向及び前後方向にプローブをより正確に位置決めできる。腔内用プローブ１を正確に位置決めした後、導入器４８をシャフトに沿って下方に引張り、これによってシャフト４０の周囲で括約筋を収縮させる。この収縮に補助されて腔内用プローブ１が所定位置に保持される。次に、ＭＲスキャン手順中に腔内用プローブ１が所定位置に維持されることを確保するために移動防止ディスク４６を括約筋の近傍でシャフト４０にスナップ止めする。
【００４７】
バルーンを膨張させる前に、ストップコック７２を開状態に切換えなければならない。空気入れカフ７０をポンプ運動させると、内側バルーン５０がチューブ７１、ストップコック７２及びシャフト４０のルーメン４２及び開孔４３を介して膨らむであろう。内側バルーンが膨らむと、コイルループ２を内側バルーン５０の前方表面５１に固定している非伸縮性材料５５も内側バルーン５０の膨張を後方に集中させ、外側バルーン６０の波状ひだ６３の内部を膨張させる。波状ひだ６３が膨張するとき、これらは直ちに外側バルーン６０の後方表面６２（即ち、ひだ６３）を関心領域に対向する腔の壁に強制的に接触させる。内側バルーン５０が膨張を続けるとき、外側バルーン６０の前方表面６１の下側に向かって膨張する力が作用する。このようにしてコイルループ２を取り付けた内側バルーン５０の前方表面５１が、外側バルーン６０のサドル形前方表面６１を対応する形状の腔、即ち、直腸の前立腺領域の内側輪郭に強制的に接触させる。バルーンの先端部が十分に膨張した後、コイルループ２は前立腺の近くでＭＲスキャン手順中に前立腺からＭＲ信号を最適に受信するような位置に存在するであろう。次に臨床医は、ストップコック７２を閉位置に切換えることによってバルーン５０及び６０を収縮させることなく空気入れカフ７０を切断できる。次いで、出力ケーブル３のプラグ３５を介して腔内用プローブ１を適正なインタフェースデバイスに接続できる。
【００４８】
スキャン手順が完了したとき、臨床医はストップコック７２を開位置に切換えるだけでよく、内側バルーン５０が収縮しそれに伴って外側バルーン６０が収縮する。次に、移動防止ディスク４６がシャフト４０から取り外されているか否かにかかわりなく、腔内用プローブ１のハンドル４９を静かに引くだけでバルーンに包囲された先端部が直腸から抜き出される。
【００４９】
あるいは、腔内用プローブ１が上述のような二重バルーン形の代わりに単一バルーンを使用してもよい。単一バルーンは、単層の医療グレードのラテックス材料または別の適当なエラストマー材料から製作され得る。この変形では、バルーンがやはり可撓性シャフト４０の先端部に接続され、バルーンが好ましくは二重バルーン形について説明したものに等しい前方表面及び後方表面を有しているであろう。しかしながらコイルループ２は、バルーンの前方表面６１の下側に接着またはその他の方法で固定されるのが理想的であろう。コイルループ２はまた、バルーンの製造プロセス中に前方表面６１の内部に封入されてもよい。例えば、コイルループ２をバルーンの表面に配置し、次いでバルーンの外面全体にもう１つの材料層を設けるためにバルーンを再度浸漬させ、このようにしてコイルループ２を被覆し、上述のような前方表面６１を形成してもよい。どの方法で製造しても、膨張性バルーンを腔に挿入して膨張させたとき、波状ひだ６３が関心領域に対向する腔の壁に接触するであろう。バルーンが完全に膨張すると、その前方表面６１が対応する形状の腔の内側輪郭に強制的に接触させられ、これによってコイルループ２は関心領域（即ち、前立腺）に対して作動可能な近傍に配置され、該領域からＭＲ信号を最良に受信できるであろう。
【００５０】
本発明は更に、腔内用プローブ１の好ましい設計方法を提供する。この文書を通読すれば当業者には明白になる筈のこの方法の変形方法も本発明によって考察できる。好ましい方法の第一段階は、コイルループ２の基材を形成するワイヤのループの寸法を選択する段階である。前立腺の画像化のために設計された腔内用プローブの場合、ワイヤループは、コイルループ２を挟む２つのバルーンも含めたプローブの先端部が被検者にできるだけ不快感を与えないで直腸に挿入できるような寸法でなければならない。次の段階は、ワイヤループ内に可変キャパシタを一時的に挿入し、次いでループにＭＲシステム１０の動作周波数を作用させる段階である。本発明に特に好適な３．０テスラのスキャナの場合、動作周波数は約１２８ＭＨｚであろう。ＧＥＭＳ社の３．０Ｔ  Ｓｉｇｎａ（登録商標）スキャナの場合、動作周波数は実際には１２７．７４ＭＨｚに近い。Ｓｉｅｍｅｎｓ社の３．０Ｔスキャナの場合、動作周波数は１２３．２ＭＨｚである。
【００５１】
ワイヤループには表示動作周波数のＲＦエネルギーを作用させるが、可変キャパシタはワイヤループが共鳴する値に調整しなければならない。この値を以後ＣRVと呼ぶ。いったん共鳴が得られると、ワイヤループの容量リアクタンスと誘導リアクタンスとの動作周波数がもちろん等しい絶対値を有するであろう。以後の計算では、腔内用プローブ１を設計するための提示した好ましい方法に従ってワイヤループの内部で共鳴を確立するＣRVの理想値は１０ピコファラッド（ｐＦ）である。
【００５２】
ＣRVが確立した後、ループがロード条件下で作動している間にループの性能値を測定できる。性能値を測定する公知方法は幾つか存在する。このような方法の１つは、２つのテストプローブとネットワークアナライザとを使用するＳ21レスポンスの測定を含み、２つのテストプローブをネットワークアナライザのポート１及び２にそれぞれ接続する。２つのテストプローブのループを互いに直角に配置し、本発明のワイヤループをそれらの間に配置する。この配置では、第一テストプローブのループに供給されたＲＦエネルギーがワイヤループ内部で誘発され、これが引き続いて第二テストプローブのループにＲＦ信号を誘発し得る。次に２つのテストプローブがそれぞれのＲＦ信号をネットワークアナライザに伝送し、該ネットワークアナライザは、振幅対周波数に関して得られた周波数レスポンス曲線をグラフで表示する。表示された信号を使用し、周波数レスポンス曲線の中央周波数を探し出し、これを３ｄＢバンド幅（即ち、曲線のハイパスエンド及びローパスエンドの３ｄＢ（ハーフパワー）点間のバンド）で除算することによって性能値を確認できる。３．０テスラのスキャナの場合、ループの性能値は１０から２０までの間であろう。より典型的には、ロード条件下のループの性能値は：
Ｑloaded＝１５（測定値）
であろう。
【００５３】
方法の次の段階は、ループの直列抵抗ＲSを決定する段階である。直列抵抗は被検者の腔の内部に存在することによってループが示す等価抵抗損を表す。従ってＲSは物理的構成素子でなく、被検者がループに与える影響に過ぎない。ＲSはその内部にエネルギーの一部を散逸させることによってコイルループ２の品質を低下させる。ＲSは等式：
ＲS＝ＸL／Ｑ
によって計算でき、式中の、Ｑは上記で測定した性能値であり、ＸLはロードされたときのワイヤループの誘導リアクタンスである。上記に指摘したように、ループの容量リアクタンスと誘導リアクタンスとの共鳴は等しい絶対値を有している：
ＸL＝ＸP
ＸL＝２πｆＬCOIL及びＸP＝１／（２πｆＣRV）
式中のｆはＭＲシステム１０の動作周波数である。その結果として、ループの誘導リアクタンスＸLは式：
ＸL＝１／（２πｆＣRV）＝１／（２π×１２８×１０６×１０×１０-12）＝１２４．３４Ω
から計算できる。従って、ループの直列抵抗は：
ＲS＝ＸL／ＱLoaded＝１２４．３４Ω／１５＝８．２９Ω
であろう。
【００５４】
方法にはまた、腔内用プローブ１の出力インピーダンスと腔内用プローブにインタフェースする外部回路によって要求されるインピーダンスとの整合をとる段階が必要である。外部回路は本文中に開示したインタフェースデバイスのいずれか１つの形態を有することができ、典型的には５０Ωのインピーダンスを要求するであろう。その結果として、方法のこの段階は、外部回路によって要求されるインピーダンスＲPをループの直列抵抗ＲSに整合させるようにインピーダンス整合ネットワークを設計する段階を含む。このインピーダンス整合ネットワークでは、ＱP＝ＲP／ＸP及びＱS＝ＸS／ＲSによって表される整合ネットワークの直列及び並列のレッグ(legs)のクオリティが等しい。従ってＲSとＲPとの関係は等式：
ＲP＝（Ｑ2＋１）ＲS
で表される。式中の、ＲPは等価並列抵抗と呼ぶこともできる。整合ネットワークの直列及び並列のレッグのクオリティが等しいとすれば、整合ネットワークのクオリティは式：
Ｑ＝ＱS,P＝（ＲP／ＲS−１）1/2＝（５０Ω／８．２９Ω−１）1/2＝２．２４
から計算できる。
インピーダンス整合ネットワークのＲPに対応する並列リアクタンスＸPは式：
ＸP＝ＲP／Ｑ＝５０Ω／２．２４＝２２．３２Ω
から計算できる。
次に、整合キャパシタの値を並列リアクタンスから決定できる：
ＣP＝１／（２πｆＸP）＝１／（２π×１２８×１０6×２２．３２）＝５５．７ｐＦ。
【００５５】
もう一つの段階は、整合値の２つのキャパシタを互いに直列にワイヤループに挿入する段階である。これらは図１にそれぞれ符号２１及び２３で示されている２つのドライブキャパシタＣD1及びＣD2である。上記の計算値を使用するとドライブキャパシタ２１及び２３は合わせて実効値２７．８５ｐＦを有している。ドライブキャパシタ２１と２３との接続部位に接合ノード２２が形成されている。出力ケーブル３の遮蔽導体３１が接合ノード２２に接続され、中心導体３２がドライブキャパシタ２１またはドライブキャパシタ２３の反対側のノードに接続される。従って、上記計算によれば、ドライブキャパシタ２１，ＣD1の値は、コイルループ２を５０オームのソースとしてインタフェースデバイスまたは別の外部回路に出現させ得る値である。このため、５０オームの同軸ケーブルを出力ケーブル３として使用できる。
【００５６】
また別の段階では、同調キャパシタＣTUNをワイヤループの総キャパシタンスが共鳴値ＣRVに等しくなるように選択する。ワイヤループの総キャパシタンスＣRVは式：
１／ＣRV＝１／ＣTUN＋１／ＣD1＋１／ＣD2＝１／ＣTUN＋２／ＣD
から決定でき、式中のＣD＝ＣD1＝ＣD2である。従って同調キャパシタＣTUNは以下のように計算できる：
ＣTUN＝（ＣRV*ＣD）／（ＣD−２ＣRV）
＝（１０×１０-12Ｆ×５５．７×１０-12Ｆ）／（５５．７×１０-12Ｆ−２×１０×１０-12Ｆ）
＝１５．６ｐＦ。
【００５７】
次に、可変キャパシタをワイヤループから取り外し、同調キャパシタＣTUNで置き換える。図１にＣTで示す同調キャパシタ２４は、接合ノード２２に直径上で対向してワイヤループ内に直列に接続されている。従って、そこでは電場が実効値ゼロであり各ドライブキャパシタの電圧降下は反対符号をもつ等しい値なので、接合ノード２２はコイルループを電気的に平衡させる仮想アースを形成する。この構成の結果として、ＭＲシステム１０の受信サイクル中の電場は被検者に対して対称である。これによってコイルループ２は、関心領域から発信されたＭＲ信号の磁場成分に対しては特に高感度になるが、電場成分には高感度にならない。従ってコイルループ２は、従来技術のプローブよりも大きい信号対雑音比でＭＲ信号を受信し得る。また、コイルループに誘起された電圧が等しい値であり、コイルループが全く平衡していないときの１／２の値なので、信号がより安全に受信される。
【００５８】
コイルループ２が高い動作周波数（例えば、３．０ＴのＭＲシステムで１２８ＭＨｚ）及び極めて低い動作性能値（即ち、１０−２０）を有するので、米国特許第５，４７６，０９５号及び第５，３５５，０８７号に開示されたプローブと違って、被検者毎にまたはコイル毎にコイルループ２を同調させる必要がない。ロードされたコイルループの性能値を含む上記計算に基づくと、コイルループ２のバンド幅は公称で＋／−４．２５ＭＨｚであろう。その結果として、コイルループが＋／−２％の構成素子で製作されていると想定すると、プローブからプローブへの同調シフトは最大で約＋／−１．８５ＭＨｚであり、この値は、後述するような低い入力インピーダンスの前置増幅回路の効果がないときでもコイルループの３ｄＢバンド幅よりも実質的に小さい。ロード条件下のコイルループ２の性能値が低いので、同調は物質的な調整を要せずに本質的に調整できる。
【００５９】
出力ケーブル３は好ましくはｎ（λ／２）＋ＳLの電気的長さを有している。式中のｎは整数であり、λはＭＲシステム１０の動作周波数の波長であり、ＳLは補足長さである。図１に最も明らかなように、出力ケーブル３の全長は、コイルループ２からプラグ３５までの長さである。プラグ３５は出力ケーブルとインタフェースデバイスまたは別の外部回路のデカップリングダイオードとも呼ばれるＰＩＮダイオード３３との接続点を表す。ｎ（λ／２）項は、動作波長の１／２の長さを持ち、事実上はゼロの電気長さとして現れるセクションを生み出す。実際にはコイルループ２が常に該ループに接続される回路に適度に近接しているので、ｎの値は典型的には１に等しい値であればよい。ＳLは出力ケーブル３の追加のセクションを表し、その誘導リアクタンスは理想的には、ケーブル３の端子が接続される第一キャパシタ２１の容量リアクタンスの絶対値に等しい。その最終効果は、出力ケーブル３の全長が第一キャパシタ２１の容量リアクタンスに等しい誘導リアクタンスを示すことである。
【００６０】
このように補足長さＳLは、本来的にインダクタとして作用し、以後ＬDと呼ぶが、これが腔内用プローブ１の動作に影響を与える。ＭＲシステム１０の送信サイクル中に、ＭＲシステムは２００ｍＡ電流でＰＩＮダイオード３３を順方向バイアスさせることによって腔内用プローブ１のコイルループ２をＭＲシステムから遮断するであろう（例えば、図８参照）。その効果としてＰＩＮダイオード３３が短絡し、出力ケーブル３の固有インダクタＬDと第一ドライブキャパシタ２１，ＣD1とが並列共鳴回路として維持される。この並列共鳴回路の高いインピーダンスは開路に近似しており、その効果としてコイルループ２が開き、従って腔内用プローブ１がホストＭＲシステム１０のプローブ入力から遮断される。逆に、受信サイクル中は、ＭＲシステムが−５Ｖ  ＤＣの逆方向バイアスデカップリングダイオード３３によって腔内用プローブ１をＭＲシステムに結合させるであろう。その効果として出力ケーブル３がインダクタＬDでなく５０オーム送信ラインとして作用するであろう。これによってコイルループ２は、ＭＲシステム１０のボディコイル（または別の外部コイル）によって送信された共鳴誘発ＲＦパルスによって関心領域内で発生したＭＲ信号を検出し得る。次いでＭＲ信号はケーブル３の導体を経由してインタフェースデバイスに渡されるであろう。
【００６１】
ドライブキャパシタＣD1及びＣD2は典型的には、約６２ｐＦ−８２ｐＦの値を有しているであろう。同様に、同調キャパシタ２４，ＣTUNは好ましくは約１２−１５ｐＦの範囲であろう。送信サイクル中のより良好なデカップリング（より高い開路インピーダンス）はＣD1の値として好適範囲の下限に近い値を使用することによって得ることができる。ドライブキャパシタ２１のこのような低い値はまた、受信サイクル中にコイルループ２がインタフェースデバイスに与えるソースインピーダンスを増加させるであろう。更に、ＳLの正確な長さは、腔内用プローブ１の内部に使用される特定コイルループに依存するであろう。例えば使用中に軽くロードされるだけのコイルループの場合には、例えば１２０ｐＦのドライブキャパシタを使用すればよく、その場合にはＳLが短縮されるであろう。逆に、より重くロードされるコイルループの場合には、４０ｐＦのドライブキャパシタが使用され、その場合にはＳLが延長されるであろう。
【００６２】
上述の腔内用プローブ１はＧＥＭＳ社によって製造されている３．０ＴのＭＲシステムと共に直腸内コイルとして使用するために好適であるが、プローブを他の用途にも使用できることを理解されたい。
図８及び図９は本発明の好ましい実施態様の別の２つの具体例を示す。双方ともが腔内用プローブ１をＧＥＭＳ  ＭＲシステムにインタフェースさせるように設計されている。第一の具体例では、インタフェースデバイスが、腔内用プローブをＭＲシステムの１つの受信器にインタフェースさせ、従って、単一受信器型と呼ばれる。第二の具体例では、インタフェースデバイスがマルチ受信器を使用して腔内用プローブ１と外部コイルとの両者をＭＲシステムにインタフェースさせ、マルチ受信器型と呼ばれる。公知のように典型的なＧＥＭＳ  Ｓｉｇｎａ（登録商標）システムは４つの受信器と８つの入力ポートとを備えている。受信器０はポート１または５に、受信器１はポート２または６に、受信器２はポート３または７に、受信器３はポート４または８に接続される。標準構成では、ＧＥＭＳ  ＭＲシステムがポート１及び８以外の各入力ポートに前置増幅回路を有している。
【００６３】
図８及び１０は、単一受信器型のインタフェースデバイスの全体図を符号１００で示す。インタフェースデバイス１００はそのコネクタ１０２によって、それ自体の前置増幅回路を備えていないホストＭＲシステム１０のポート１に出力ケーブル３を介して腔内用プローブ１を相互接続するように設計されている。従って、インタフェースデバイス１００はＰＩＮダイオード３３と前置増幅回路１０１とを含む。ＰＩＮダイオード３３は、出力ケーブル３のプラグ３５が差し込まれるインタフェースデバイス１００の入力ソケット１０３に接続されている。この設計を選択すると、ＰＩＮダイオード３３を腔内用プラグ１から物理的に遠ざけることができ、従って、プローブ１を廃棄した後で該ダイオードをインタフェースデバイスのパーツとして再使用し得る。前置増幅回路はＧＡＳＦＥＴ１１０と直列共鳴入力回路１３０とを含む。直列共鳴回路１３０は入力キャパシタＣPと入力インダクタＬPとを有しており、その接合部にはまたＧＡＳＦＥＴ１１０のゲートが接続されている。ＧＡＳＦＥＴのソースはバイアス抵抗器ＲBに接続され、ドレンはカップリングキャパシタＣCとＲＦチョークＲＦＣ2とに結合されている。公知の回路設計理論に従って、ＧＡＳＦＥＴ１１０を流れる電流が良好な利得及び低いノイズ数を与えるように抵抗器ＲBを選択しなければならない。ＲＦＣ2は、ＭＲシステム１０の受信サイクル中に前置増幅回路１０１によってＭＲ  ＲＦ信号を短絡させることなくＤＣ電力をＧＡＳＦＥＴ１１０のドレンに供給し得る。望ましくないケーブル電流を阻止するためにキャパシタＣｃの他方側にケーブルトラップ１１５を使用するのが好ましい。
【００６４】
インタフェースデバイス１００がプローブケーブル１５０とコネクタ１０２とを介してＭＲシステムに接続されているとき、ドレンはカップリングキャパシタＣC及びケーブルトラップ１１５を介してＭＲシステムのポート１にリンクされている。ドレンはＲＦチョークＲＦＣ2を介してＭＲシステム１０のＤＣ電源にもリンクされている。このＲＦチョークとアースとの間にバイパスキャパシタＣB2が接続されており、従って、非ＤＣ成分はアースされる。インタフェースデバイス１００はまた、バイパスキャパシタＣB1とＲＦチョークＲＦＣ1とを含む。バイパスキャパシタＣB1はアースとバイアスライン１２１との間に接続され、これによってＭＲシステム１０がＰＩＮダイオード３３をバイアスさせ得る。従ってＣB1は非ＤＣ成分をバイアスライン及びデカップリングダイオード３３から除去する機能を果たす。ＲＦＣ1はＰＩＮダイオード３３のアノードとバイパスキャパシタＣB1との間に接続され、従って、バイアス電流の流れをそれほど制限することなくＲＦ周波数に高インピーダンスを与える。インタフェースデバイス１００が更にプリアンプ保護ダイオードＤPPとバイアスキャパシタＣB3とを含むのが好ましい。ダイオードＤPPはＭＲシステムの送信サイクル中に前置増幅回路１０１を保護する。バイアスキャパシタＣB3はプリアンプ保護ダイオードＤPPのアノードとアースとの間に接続されている。ＲＦＣ3は、前置増幅回路１０１からＲＦ電流がＭＲシステム１０に流れることを完全に阻止するが、バイアスライン１２１にバイアス電流が流れることは阻止しない。
【００６５】
送信サイクル中は、ＭＲシステム１０がバイアスライン１２１を介してダイオードＤD及びＤPPを順方向バイアスさせるであろう。従って、出力ケーブル３のプラグ３５が差し込まれたデバイス１００のコネクタ１０３に存在するＰＩＮダイオードＤDは上述したように腔内用プローブ１を遮断するであろう。その効果として他方では、プリアンプダイオードＤPPがＧＡＳＦＥＴ１１０のゲートを短絡させ、送信されたＲＦパルス信号が前置増幅回路１０１に損傷を与えるのを防ぐ。受信サイクル中には、ＭＲシステム１０がこれらのダイオードを逆方向バイアスさせ、その効果として該ダイオードをオフに切換える。直列共鳴回路１３０は、コイルループ２がロードされた条件下で作動しているときにＧＡＳＦＥＴ１１０に最適インピーダンスを供給するであろう。ＧＡＳＦＥＴ１１０のゲートに結合された直列共鳴回路１３０は、前置増幅回路１０１に比較的低い入力インピーダンスを供給し、該インピーダンスはコイルループ２の周波数レスポンスを拡大する機能を果たすであろう。この拡大された周波数レスポンスは、固定同調スキームをオフセットし、米国特許第５，４７６，０９５号及び第５，３５５，０８７号に開示されたプローブに比べると、コイルループ２の同調の厳密さを著しく軽減する。より詳細には、コイルループ２が５０オームの入力として作用するとき、直列共鳴回路１３０はＧＡＳＦＥＴ１１０には高インピーダンス（１０００−２０００オームの範囲）を供給するが、コイルループ２には極めて低いインピーダンス（１−５オームの範囲）として出現するであろう。この効果としてコイルループ２は多少とも遮断され、その周波数レスポンスは信号対雑音比に不利益を与えずに拡大する。このように前置増幅回路１０１はその直列共鳴回路１３０と共に、デカップリングダイオード３３のアノードとポート１との間の利得及びインピーダンスの整合をとり、その結果として、コイルループ２によって検出されたＭＲ信号は改良された信号対雑音比でＭＲシステムのポート１に渡される。
【００６６】
インタフェースデバイス１００はまた好ましくは、腔内用プローブ１がインタフェースデバイスに接続されていないときにＭＲシステム１０がスキャン手順を実行することを阻止する回路機構１６０を備えている。このような回路機構１６０は、プローブが接続されていないときにＭＲシステム１０がスキャンを開始することを防止するためにＭＲシステム１０の内部でドライバフォールトを生じさせる。また、このようなフォールトを医療者に報知する警報器またはディスプレイ１６１が回路機構１６０の一部として存在するのが好ましい。
【００６７】
図９及び図１１はマルチ受信器型のインタフェースデバイスの全体を符号２００で示す。インタフェースデバイス２００はそのコネクタ２０２によって腔内用プローブ１とフェーズドアレイコイルシステム８０との双方をＧＥＭＳ  ３．０Ｔ  Ｓｉｇｎａ（登録商標）ＭＲシステムのフェーズドアレイポートにインタフェースさせるように設計されている。フェーズドアレイポートは典型的には、４つのポート（例えば、ポート２，４，５及び７）から構成され、全部のポートが単一コネクタを介してアクセスできる。従来技術のＧｏｒｅ（登録商標）トルソアレイは、このようなフェーズドアレイコイルシステム８０の１つであり、それ自体はその単一コネクタ８１を介してフェーズドアレイポートに差し込むことができる。Ｇｏｒｅ（登録商標）トルソアレイをコイルシステム８０として使用するとすれば、図９のコイル素子Ａ１及びＡ２が前方パドル８２の２つの表面コイルとなり、コイル素子Ｐ１及びＰ２が後方パドル８３の２つの表面コイルとなるであろう。これらの２つのパドルの各々は２つのコイル素子を有しており、そのリードは２本のケーブル８４，８５によって単一コネクタ８１に案内される。Ｇｏｒｅ（登録商標）トルソアレイ８０は通常はコネクタ８１によってホストＭＲシステムのフェーズドアレイポートに差し込まれ、４つのコイル素子の各々が４つのシステムポートの１つに相互接続される。しかしながら、腔内用プローブ１及びＧｏｒｅ（登録商標）トルソアレイと共に使用されるとき、インタフェースデバイス２００は５つのコイル素子（即ち、コイルループ２及びコイル素子Ａ１，Ａ２，Ｐ１及びＰ２）をＭＲシステム１０の４受信器フェーズドアレイポートにインタフェースさせるのであろう。インタフェースデバイス２００は、４コイルトルソアレイと受信専用直腸内コイル１とを組合せると、前立腺の高分解能画像化及び骨盤領域のフェーズドアレイ画像化の双方が得られる。
【００６８】
インタフェースデバイス２００はプローブインタフェース回路２１０とアレイインタフェース回路２４０とを含む。プローブインタフェース回路２１０はＰＩＮダイオード３３とケーブルトラップ２１１とを含む。ＰＩＮダイオード３３は、出力ケーブル３のプラグ３５が差し込まれるデバイス２００の入力ソケット２０３に接続されている。プローブケーブル２１３はまた本文中で回路長さ２１３とも呼ばれており、デカップリングダイオード３３−−及び、これを介して腔内用プローブ１のコイルループ２−−をＭＲシステム１０の第一ポート（即ち、ポート７）にリンクさせるために使用される。ケーブルトラップ２１１はプローブケーブルの遮蔽導体に不要な電流が流れることを防止する。図９に示すように、回路長さ２１３は好ましくはｎ（λ／２）の電気的長さを有しており、式中の、ｎは整数であり、λはＭＲシステムの動作周波数の波長である。回路長さ２１３は実効値ゼロの電気的長さを有するように見える。
【００６９】
アレイインタフェース回路２４０はフェーズドアレイコイルシステム８０とＭＲシステム１０とを電気的に相互接続するために使用される。この回路は、第一及び第二の直列共鳴ネットワーク２４２及び２５２と２つの１／４波長ネットワーク２６１及び２６２と１つの１／４波長コンバイナ２７１とを含む。コイルシステム８０がＧｏｒｅ（登録商標）トルソアレイの形態であると想定すると、直列共鳴ネットワーク２４２は前方コイル素子Ａ１からＭＲシステム１０の第二ポート（即ち、ポート４）にＭＲ信号を伝送するであろう。同様に、他方の直列共鳴ネットワーク２５２は、前方コイル素子Ａ２から第三ポート（即ちポート２）にＭＲ信号を渡すであろう。図９に示すように、１つの１／４波長ネットワーク２６１は後方コイル素子Ｐ１からＭＲ信号を受信するように配置され、他方の１／４波長ネットワーク２６２は後方コイル素子Ｐ２からＭＲ信号を受信するように構成されている。好ましくはＷｉｌｋｉｎｓｏｎ型の１／４波長コンバイナ２７１は、双方の１／４波長ネットワーク２６１及び２６２の出力に接続されている。該コンバイナはこれらの２つのネットワークからＭＲ信号を受信し、得られたＭＲ信号をＭＲシステム１０の第四ポート（即ち、ポート５）に伝送する。
【００７０】
第一の直列共鳴ネットワーク２４２はキャパシタＣR1とＲＦチョークＲＦＣ5とを含む。同様に、第二の直列共鳴ネットワーク２５２はキャパシタＣR2とＲＦチョークＲＦＣ6とを含む。ＣR1及びＣR2の値は、各キャパシタがそれぞれの回路パスの固有インダクタンスに同調するように選択される。従って第一及び第二のネットワーク２４２及び２５２はＭＲシステム１０の動作周波数に直列共鳴性である（即ち、これらはｎ（λ／２）の長さをもつように作用する、但しｎ＝０）。このためコイルシステム８０及びＭＲシステム１０は、ネットワーク２４２及び２５２までの長さが存在しないかのように電気的に作動することができる。更に、ＲＦチョークＲＦＣ5はキャパシタＣR1に並列に配置され、同様にチョークＲＦＣ6はキャパシタＣR2に並列に配置されている。その理由は、直列共鳴ネットワーク２４２及び２５２の回路パスに沿ってＭＲシステム１０がコイルシステム８０に存在する前方コイル素子Ａ１及びＡ２のデカップリングダイオードにバイアス信号を伝送するからである。チョークＲＦＣ5及びＲＦＣ6がこれらのバイアス信号をポート４及び２からこれらのデカップリングダイオードに渡し得る。
【００７１】
更に、図９に示すように、コイル素子Ｐ１の入力から（ネットワーク２６１及びコンバイナ２７１を経由して）ポート５に至る回路パスの長さは理想的には動作波長の１／２（即ちｎλ／２）である。コイル素子Ｐ２の入力からポートＰ５まで伸びている回路パスについても同じことがいえる。従って、これらの回路パスは実効値ゼロの電気的長さとして出現し、このため、ポート５の低インピーダンス前置増幅回路の有利な効果がこれらの回路パスのそれぞれの入力に反映され得る。更に、ＭＲシステム１０は後方コイル素子Ｐ１及びＰ２のデカップリングダイオードにバイアス信号を伝送する。コンバイナ２７１及びネットワーク２６１の内部のＲＦチョーク及び関連する回路機構がコイル素子Ｐ２のデカップリングダイオードにポート５からバイアス信号を渡し得る。ＲＦチョークＲＦＣ7及び関連する回路機構はコイル素子Ｐ１のデカップリングダイオードにポート８からバイアス信号を渡し得る。コイル素子Ｐ１へのバイアス信号はポート８から供給されるので、コイル素子Ｐ２へのバイアス信号から独立している。
【００７２】
送信サイクル中に、ＭＲシステム１０はデカップリングダイオードＤDをデカップリング電圧で順方向バイアスさせるであろう。該電圧は好ましくはケーブル２１３の信号ラインに重畳される。従って、出力ケーブル３のプラグ３５が差し込まれるデバイス２００のコネクタ２０３に配置されたＰＩＮダイオードＤDは上述のようにして腔内用プローブ１を遮断するであろう。ＭＲシステム１０はまたコイルシステム８０の４つのコイル素子Ａ１、Ａ２、Ｐ１及びＰ２のデカップリングダイオードも順方向バイアスさせるであろう。これによってこれらのデカップリングダイオードが短絡し、高インピーダンスの並列共鳴回路を生じるであろう。その効果としてコイルシステム８０の４つのコイル素子の回路が開く。このようにして、ホストＭＲシステム１０が腔内用プローブ１とトルソアレイ８０との双方をＭＲシステムのフェーズドアレイポートから遮断する。逆に受信サイクル中には、ＭＲシステム１０がプローブ１のＰＩＮダイオードＤD及びコイルシステム８０のデカップリングダイオードを逆方向バイアスさせ、その効果としてそれらをオフに切換える。これが腔内用プローブ１とトルソアレイ８０とをフェーズドアレイポートに結合させる。これによってコイルループ２及びコイル素子Ａ１、Ａ２、Ｐ１及びＰ２が、（１つまたは複数の）共鳴誘起ＲＦパルスに応答してそれぞれの関心領域（例えば、前立腺及び周囲の腹部、胸郭及び骨盤領域）から発信されたＭＲ信号を検出し得る。ＭＲ信号は次に上述のようにしてインタフェースデバイス２００に案内され、コネクタ２０２を介してホストＭＲシステム１０のフェーズドアレイポートに渡される。
【００７３】
インタフェースデバイス２００はまた好ましくは、腔内用プローブ１がインタフェースデバイスに接続されていないときにＭＲシステムがスキャン手順を実行することを阻止する回路機構２８０を備えている。このような回路機構２８０は、腔内用プローブ１のプラグ３５が差し込まれるソケット２０３に接続されたプローブ感知ラインを含んでもよい。プローブ１がインタフェースデバイス２００に接続されているとき（即ち、プラグ３５がソケット２０３に挿入されているとき）、プローブ感知ラインはアースされている。このとき、回路機構２８０はアースを検出し、ＭＲシステムにスキャン手順を開始させ得る適正信号をポート１に渡す。腔内用プローブがインタフェースデバイスに接続されていないときは、その結果として生じた開路を回路機構２８０が検出し、これに応答して、ＭＲシステムのスキャン開始を阻止するようにポート１の状態を変更する。また、このようなフォールトを医療者に通知する警報器またはディスプレイ２８１が回路機構２８０の一部として存在するのが好ましい。プローブがインタフェースデバイスに接続されていることを判定するその他の様々な方法も本発明によって考察できることは言うまでもない。
【００７４】
図１２は、本発明の第一の別な実施態様による腔内用プローブ及び該プローブに対応するインタフェースデバイスの該当部分を示す。より詳細には、図１２は、出力ケーブル３ａを介してインタフェースデバイスのデカップリングダイオードＤDに接続されたコイルループ２ａを示す。出力ケーブル３ａは不平衡であり、その遮蔽導体３１ａは接合ノード２２ａに接続され、その中心導体３２ａはドライブキャパシタＣD1の他方側のノードに接続されている。しかしながら上記に開示した好ましい実施態様と違って、出力ケーブル３ａの電気的長さはｎ（λ／２）だけである。その理由は、補足長さＳLがインタフェースデバイスに組み込まれているからである。これを達成するためには、図１２に示すように、例えば入力ソケットからデカップリングダイオードＤDまでの電気的長さを確実にＳLに等しい値にする。プローブの出力ケーブル３ａをインタフェースデバイスに差し込むと、このときのコイルループ２ａからＰＩＮダイオードＤDまでの合計電気的長さはｎ（λ／２）＋ＳLに等しい。この実施態様ではＳLが出力ケーブル３ａでなくインタフェースデバイスに配置されるが、腔内用プローブとその対応するインタフェースデバイスはＭＲシステムの送信サイクル及び受信サイクルの双方で本発明の提示した好ましい実施態様と同様に作動し得る。
【００７５】
図１３は、本発明の第二の別な実施態様による腔内用プローブ及び該プローブに対応するインタフェースデバイスの該当部分を示す。より詳細には、図１３は、平衡した出力ケーブル３ｂを介してインタフェースデバイスのデカップリングダイオードＤD1及びＤD2にリンクされたコイルループ２ｂを示す。出力ケーブル３ｂの一端で第一及び第二の中心導体３２ｂ及び３４ｂがドライブキャパシタＣD1及びＣD2の反対側のノードにそれぞれ接続されている。対応するインタフェースデバイスの入力ソケットに差し込まれると、出力ケーブル３ｂの基端部の第一及び第二の中心導体３２ｂ及び３４ｂはダイオードＤD1及びＤD2のアノードにそれぞれ電気的にリンクされ、その遮蔽導体３１ｂは２つのデカップリングダイオードのカソードでアースされる。上記に開示した好ましい実施態様と違って、出力ケーブル３ｂの電気的長さはｎ（λ／２）だけであり、ＳLはやはりインタフェースデバイスに組み込まれている。平衡された出力ケーブル３ｂをこのように使用すると、第一の別な実施態様に使用した不平衡出力ケーブル３ａよりも良好なデカップリング（ドライブキャパシタの各々で例えば２×１５００Ω）が可能である。
【００７６】
図１４は、本発明の第三の別な実施態様による腔内用プローブ及び該プローブに対応するインタフェースデバイスの該当部分を示す。プローブのコイルループ２ｃは平衡された出力ケーブル３ｃを介してインタフェースデバイスのデカップリングダイオードＤDにリンクされている。上記の実施態様と違って、コイルループ２ｃはドライブキャパシタＣDを１つだけ含むように構成され、同調キャパシタＣTはキャパシタＣDに直径上に対向してワイヤループに配置されている。コイルループ２ｃがインタフェースデバイスに５０オームのソースとして出現するだけでなくＭＲシステムの動作周波数で共鳴することができるように、ドライブキャパシタＣD及び同調キャパシタＣTの値は前述の方法に準じて計算できる。出力ケーブル３ｃの一端で、第一及び第二の中心導体３２ｃ及び３４ｃがドライブキャパシタＣDに接続されている。インタフェースデバイスの入力ソケットに差し込まれると、出力ケーブル３ｃの基端部の第一及び第二の導体３２ｃ及び３４ｃはデカップリングダイオードＤDのアノード及びカソードにそれぞれ電気的にリンクされ、その遮蔽導体３１ｃはインタフェースデバイスでアースされる。上記に開示した好ましい実施態様と違って、出力ケーブル３ｃの電気的長さはｎ（λ／２）だけであり、ＳLはやはりインタフェースデバイスに組み込まれている。
【００７７】
磁気共鳴画像化及びスペクトロスコピィーの分野の平均的な当業者には明らかであろうが、上記実施態様のいずれかの腔内用プローブをフェーズドアレイ構成に配列された２つ以上のコイルループをもつように設計してもよい。更に、単一の腔内用プローブ内の２つ以上のコイルループは関心領域の直交位相検出範囲を提供するように協同的に配向され得る。このような腔内用プローブの出力ケーブルは、コイルループがインタフェースデバイスに適正にリンクするように適宜変更しなければならない。
【００７８】
本発明を実施する提示した好ましい実施態様及び代替実施態様を特許法に従って詳細に開示した。本発明が所属する分野の平均的な当業者は特許請求の範囲の要旨を逸脱することなく本発明を実施する代替的な方法が存在することを理解されるであろう。従って、特許請求の範囲の文字通りの意味及び等価の範囲に含まれるすべての変更及び変形は本発明の範囲に包含されるべきである。当業者はまた、本発明の範囲が上記の記載で検討した特定の具体例または実施態様によって示されるものでなく特許請求の範囲によって示されるものであることを理解されるであろう。
【００７９】
科学技術及びその応用技術の進歩を促進するという目的に従って、特許請求の範囲に含まれるすべての発明に対する排他的権利を特許法によって制定された期間に限り特許証によって我々は確保する。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の提示した好ましい実施態様の１つの具体例による腔内用プローブのコイルループと出力ケーブルとの概略図である。
【図２】図１の腔内用プローブを完全組立及び完全装備状態で示す斜視図である。
【図３】プローブの先端部及びそこに取り付けられた（１つまたは複数の）膨張性バルーンを示す図２の３−３線に沿った腔内用プローブの断面図である。
【図４】シャフトの断面とその内部に形成された２つのルーメンとシャフトにスナップ止めされた移動防止ディスクとを示す図２の４−４線に沿った腔内用プローブの部分断面図である。
【図５】外側及び内側のバルーンと、バルーン間に配置されたそのコイルループと、内部に２つのルーメンが形成されたシャフトとを示す図３の５−５線に沿った腔内用プローブの先端部の断面図である。
【図６】内側バルーンの前方表面の頂上に配置されたコイルループを示す図３の６−６線に沿った腔内用プローブの先端部の断面図である。
【図７】その内部に形成されたルーメンとその先端部の可撓性先端とを示す図２の腔内用プローブのシャフトの断面図である。
【図８】単一受信器型であり、インタフェースデバイスが図１−７の腔内用プローブをそれ自体の前置増幅回路を備えていない磁気共鳴（ＭＲ）システムの（プローブ）入力ポートにインタフェースさせるプローブインタフェース回路を有している本発明の提示した好ましい実施態様の別の具体例によるインタフェースデバイスの概略図である。
【図９】マルチ受信器型であり、インタフェースデバイスが、（ｉ）図１−７の腔内用プローブをそれ自体の前置増幅回路を備えているＭＲシステムの（プローブ）入力ポートにインタフェースさせるプローブインタフェース回路と、（ｉｉ）Ｇｏｒｅ（登録商標）トルソアレイのようなフェーズドアレイコイルシステムをＭＲシステムの（コイル）入力ポートにインタフェースさせるアレイインタフェース回路とを有している本発明の提示した好ましい実施態様の別の具体例によるインタフェースデバイスの概略図である。
【図１０】前置増幅回路を備えていないＭＲシステムにその（プローブ）入力ポートを介して腔内用プローブをインタフェースさせるように設計された図８の単一受信器型インタフェースデバイスの斜視図である。
【図１１】腔内用プローブ及びＧｏｒｅ（登録商標）トルソアレイのようなフェーズドアレイコイルシステムをＭＲシステムのフェーズドアレイポートにインタフェースさせるように設計された図９のマルチ受信器型インタフェースデバイスの斜視図である。
【図１２】本発明の第一の別な実施態様による腔内用プローブのコイルループ及び出力ケーブルと、これに対応するインタフェースデバイスのデカップリングダイオードとの概略図である。
【図１３】本発明の第二の別な実施態様による腔内用プローブのコイルループ及び出力ケーブルと、これに対応するインタフェースデバイスのデカップリングダイオードとの概略図である。
【図１４】本発明の第三の別な実施態様による腔内用プローブのコイルループ及び出力ケーブルと、これに対応するインタフェースデバイスのデカップリングダイオードとの概略図である。
【図１】
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【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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