(57)【要約】  本発明は、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）のためのシステムに関する。このようなシステムは、高い磁場が印加される場合、無線周波数（ＲＦ）場の不均一性に対して追加の寄与に向いている。本発明は、高い場の強さ、特に、３テスラ以上の場の強さに対するＲＦ場の均一性を改善することをその目的とする。均一性を改善するために、導電性物質（４）が、このシステムのキャビティ（２）内に位置付けられる。この物質は、キャビティの対称軸に対して垂直なｘｙ平面における全ラジアルコンダクタンスが等方性になることを確実にする厚さ及び導電性をもつ。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的に円筒形のキャビティを有する磁気共鳴イメージングのためのシステムであって、
前記キャビティがｚ軸の方向に対称軸をもち、
被験体が前記キャビティ内で検査されることができ、
前記被験体が、ｚ軸に対して垂直であるｘｙ平面において等方性ではないコンダクタンスをもつシステムにおいて、
導電性物質が前記キャビティ内に置かれ、前記導電性物質が、前記キャビティ内の前記ｘｙ平面の全コンダクタンスを等方性にするような厚さ及び導電率をもつことを特徴とするシステム。
【請求項２】
当該システムが、磁気共鳴イメージング装置又は磁気共鳴イメージング用の無線周波数ＲＦコイルであることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記導電性物質の少なくとも一部が、前記円筒形のキャビティの内壁に取り付けられることを特徴とする、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記導電性物質の少なくとも一部は、前記被験体が位置付けられることができる実質的に平坦な面部の底部に取り付けられることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記実質的に平坦な面部が、患者のベッドの一部であることを特徴とする、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記導電性物質が、前記キャビティ内に取り外し可能に取り付けられることを特徴とする、請求項３，４又は５に記載のシステム。
【請求項７】
前記導電性物質は、前記被験体が位置付けられることができる実質的に平坦な面部のだいたい上方及び下方にあることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記導電性物質が、約５Ωから約２０Ωの間の面抵抗をもつことを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記被験体の上方の前記導電性物質が、約５Ωから約１０Ωの間の面抵抗をもつことを特徴とする、請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
前記被験体の下方の前記導電性物質が、約１２Ωから約１６Ωの間の面抵抗をもつことを特徴とする、請求項７に記載のシステム。
【請求項１１】
前記導電性物質が、導電層で覆われるシートであることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記シートの予め決められた部分のみが、導電層で覆われることを特徴とする、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
３テスラ以上の磁場で動作するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、実質的に円筒形のキャビティを有する磁気共鳴イメージングのためのシステムであって、このキャビティがｚ軸の方向に対称軸をもち、被験体がこのキャビティの中で検査されることができ、被検体がｚ軸に対して垂直であるｘｙ平面において等方性ではないコンダクタンスをもつシステムに関する。
【０００２】
このシステムは、ＭＲＩ装置又は無線周波数（ＲＦ）コイルであってもよく、後者のＲＦコイルは、ＮＭＲ装置、及び機能的な磁気共鳴イメージング（ｆＭＲＩ）又は磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）のようなＮＭＲに基づくイメージングシステムにおいて使用されることができる。
【０００３】
医療用診断について、人体内の組織の画像がしばしば要求される。このために、（核）磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）がおよそ３０年間使用されてきた。この技術は、原子、例えば、人体のおよそ９５%を表す水素原子が、奇数の核子をもち得るという事実を利用する。この場合、原子は核スピンをもつ。
【０００４】
原子が外部磁場
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にさらされる場合、スピンは磁場軸に対して平行又は逆平行の何れかに位置合せされることができる。スピンを位置合せするためのこれらの２つの可能性は、前に縮退されたクレイマーダブレット（Kramer dublett）の２つのエネルギーレベルを表す。ボルツマン統計により、２つのエネルギーレベルは、検査されるべき被験体が、バルク磁化
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をもつように異なる個体群を有する。
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は、場
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に平行である。
【０００５】
検査されるべき被験体が、場
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に平行でない他の磁場
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にさらされる場合、磁化
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は、
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との平行構成から外れて傾く。その後、磁化は、ラーモア周波数ω＝γＢ０で、
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軸を中心に歳差運動をする。ここで、γは、各原子に関する特徴的な磁気回転比である。水素原子について、磁場の強さが３Ｔである場合、ラーモア周波数は１２８ＭＨｚである。
【０００６】
磁場
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を印加することは、通常、ＲＦ波を検査されるべき被験体に結合させることによって行なわれ、磁場ベクトル
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の方向は
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に対して垂直であり、その周波数は考慮中の原子のラーモア周波数に対応する。この開示のために、無線周波数は、約１ＭＨｚから約１００ＧＨｚの間の周波数を含むように考慮されている。
【０００７】
ＲＦ波がサンプルに結合されている場合、磁化は上記に説明されたように
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との平行構成から外れて傾いている。次いで、或る緩和時間後に、磁化
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が、磁場
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に対して再び平行であるように、緩和が設定される。この緩和時間を詳細に調べることによって、検査されるべき被験体の空間的に解像された画像を得ることが可能になる。これを行なうための１つの可能性は、時間依存性スピン−スピン緩和時間のフーリエ変換を実施することである。
【０００８】
検査されるべき被験体の正確な画像を得るために、バルク磁化
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は、ＲＦパルスの印加後に空間における全てのポイントに対して静止状態磁化に関して明確に定義された角度αをもたなければならない。この静止状態磁化は、
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に平行である。但し、ＲＦ場が空間的に不均一である場合、角度αのスペクトラムは、スピン−スピン緩和時間のスペクトラムにつながる。しかし、これは何らかの強さの変異をもつ画像をもたらす。強さの変異は組織の特性における変異を反映しないので、これは診断の妨げになり得る。このことが、ＮＭＲ目的のＲＦコイルが空間的に均一な磁場を生成するように設計されなければならないという理由である。不均一性は、コイル自体の設計によって生じるか、又はＲＦコイルに位置付けされるサンプルによって生じる可能性もある。  
【背景技術】
【０００９】
ＲＦコイルの均一性を改善するために多数の試みが従来技術において知られている。例えば、米国特許第５，０１７，８７２号明細書は、コイル内のサンプルによって生じる不均一性の問題について言及している。この特許出願人は、円柱状コイルの磁場のラジアル変異を低減させるために、コイルと周囲シールドとの間に高誘電率物質を置くことを提案している。これにより、検査されるべき被験体の誘電率により生じる不均一性の寄与を補償する。
【００１０】
類似のアプローチが、イメージングシステムのためのＲＦコイルを開示する米国特許第６，６３３，１６１Ｂ１号明細書により用いられている。このコイルは、周囲の導電性エンクロージャによって形成される誘電体充填されたキャビティをもつ。更に、検査されるべき患者の頭部は、患者の頭部の関心のある領域におけるＲＦ磁束を操作するために、誘電性ピローに位置付けられ得る。
【００１１】
磁場の強さを増大させると、改善される信号対雑音比を達成し、空間解像度を高める手助けとなる。少なくとも３テスラの磁場をもち、３０ｃｍ以上のボディサイズをもつシステムにおいて、ＲＦ場の波長は、人体のサイズとほぼ同じオーダーであるか、又はより小さいオーダーでさえある。これは、ＲＦ場により人体に誘発される渦電流のため、及び誘電体反射などのために、不均一な
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場につながる。この不均一性は、より低い場の強さの場合よりもずっと高い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、高い場の強さ、特に、３テスラ以上の場の強さに対する改善された均一性をもつ、冒頭段落に記載された種類の磁気共鳴イメージングのためのシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達成するために、本発明による磁気共鳴イメージングのためのシステムは、導電性物質がキャビティ内に置かれ、この物質は、キャビティ内のｘｙ平面の全コンダクタンスを等方性にするような厚さ及び導電性をもつことを特徴とする。
【００１４】
本発明は、ＲＦ場の不均一性に対する他の寄与が、キャビティ内の被験体によってキャビティ内の電気コンダクタンスが異方性という理由で生じるという考えに基づく。
【００１５】
以下の説明では、人物又は動物、よってこうした「被験体（subject）」がキャビティ内で検査される場合についてのみが参照される。但し、本発明は、この場合に制限されるものではなく、当業者であれば、植物又は他の生きていない物質のような「被検体（object）」をキャビティ内で検査することも可能であることを容易に理解するであろう。
【００１６】
ｚ軸であるように規定される対称軸をもつ円筒形のキャビティが選択される場合、上述されたｚ軸に対して垂直な平面のキャビティ内のコンダクタンスは、検査されるべき被験体のために等方性ではない。この理由は、被験体が非円筒形であり、導電率σ≠０をもつためである。
【００１７】
上述されたｚ軸に対して垂直な平面は、ｘｙ平面と呼ばれる。ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸は、それぞれの軸が互いに対して相互に直交する３次元座標システムを表す。
【００１８】
検査されるべき被験体の導電率σは、ＲＦ場の減衰を担う。顕微鏡スケールにおいて、ＲＦ波は減衰された振幅により説明され、これは、被験体へのこのＲＦ波の制限された浸透をもたらす。但し、検査されるべき被験体がキャビティ内で位置付けられる場合、減衰の度合いはキャビティ内で空間的に一様ではない。この根拠となる理由は、検査されるべき被験体の空間的な広がりである。
【００１９】
患者がキャビティ内に位置付けられる場合、この患者は、通常、患者ベッドの実質的に平坦な面部に横になる。患者ベッドに対する法線はｙ軸であるように選択される。患者の身体は、ｙ軸の方向におけるよりもｘ軸の方向においてより大きい広がりをもつ。ｘ軸は、上記の説明から得られるように、患者のベッドを表す実質的に平坦な面部にある。これにより、多くの場合、ｙ方向におけるよりもｘ方向においてより大きいＲＦ場の減衰がもたらされる。
【００２０】
この影響を補償するために、導電性物質がキャビティ内に置かれ、この物質は、キャビティ内のｘｙ平面の全コンダクタンスを等方性にするような厚さ及び導電性をもつ。全電気コンダクタンスは、患者のコンダクタンス及び上記の物質のコンダクタンスの合計である。
【００２１】
この追加される物質は、あらゆるラジアル方向に対する全電気コンダクタンスがｘｙ平面内で同じであるような値をもつように選択される導電率及び厚さをもつ。これにより、ｘｙ平面における導電率のプレーナ等方性がもたらされ、それにより、ＲＦ場の不均一性を低減する。
【００２２】
上記の説明から得られるように、磁気共鳴イメージングのためのシステムは、ＭＲＩ装置又は磁気共鳴イメージング用の無線周波数コイルであってもよい。
【００２３】
キャビティ内で上記の物質を位置付けるために幾つかの可能性がある。キャビティ内に他の保持デバイスを付与することは１つの可能性である。但し、この物質の少なくとも一部が円筒形のキャビティの内壁に取り付けられる場合の方がより簡単である。ｘｙ平面を備えるキャビティのセクションの環状平面を参照する場合、この物質は内壁のセグメントに固定されることができる。
【００２４】
更に、この物質の少なくとも一部は、被験体が位置付けられることができる実質的に平坦な面部（患者ベッド）の底部に取り付けられることができる。その場合、この物質は患者ベッドの一体部分であってもよい。
【００２５】
医療診断について、検査されることが必要である部分は、必ずしも患者の全身であるとは限らず、腹部、脊髄又は患者の頭部のみであってもよい。関心のある領域の幾何形状がこれらの場合において異なるので、導電性物質がキャビティ内で取り外し可能に取り付けられる、例えば、上記に説明されたように患者ベッドに又はキャビティの内壁に取り外し可能に取り付けられる場合、上述されたよりフレキシブルな補償が可能である。この場合、ｘ方向及びｙ方向における物質の寸法及び／又は導電率は、その状況に応じて適応化され得る。
【００２６】
実用的な理由から、この物質は検査されるべき被験体のだいたい上方及び下方に専ら置かれ、この置かれ方は患者ベッドに横たわる患者の場合に充分である。この場合、患者はｚ軸に平行であるように位置合わせされ、ｘｙ平面での身体の広がりは円形ではない。このｘｙ平面内において非常に栄養状態の良好な人体の広がりはほぼ円形であるかもしれないが、ほとんどの人は、上述された円の中にフィットする楕円としてモデル化されることが可能である。円筒の形態のボディと、ｘｙ平面にこのような広がりをもつ身体との間には、領域が存在する。ｚ軸に関して対称でないこの領域は、人体組織で満たされていないので、不均一性が生じる。それゆえ、キャビティに置かれる物質は、ｘｙ平面内のコンダクタンスが等方性であることを確実にするために、足りないコンダクタンスのこの領域を補償するための機能をもつ。
【００２７】
上記の説明から、足りないコンダクタンスの領域は、人体の背中及び胸部に対向する２つの鎌状（sickle-shaped）領域であることが分かる。最も簡単な場合、導電性物質は、これらの２つの鎌状領域を補償するために、患者の上方及び下方のみに置かれる。患者ベッドに横たわる患者の左側及び右側に導電性物質を置くことは、ほとんどの場合必要ではない。
【００２８】
物質をキャビティに位置づけるための他の可能性は、この物質を患者の頂部及び／又は下部に置くことである。このことは、シートとして形成される物質を選択することによって行われ得る。患者の身体の少なくとも一部が、ブランケットのように使用されるこのようなシートによって覆われることができる。
【００２９】
実験により、約５Ωから約２０Ωの間の面抵抗をもつ物質により、良好な補償が達成され得ることが示されている。
【００３０】
検査されるべき被験体の上方の物質は、被験体の下方の物質よりも低い面抵抗をもつことが好ましい。このことは、解剖学的理由で、ｙ方向の補償が（-ｙ）方向の補償とは異なっているので、患者の全身が検査される必要がある場合に有利である。
【００３１】
実験により、約５Ωから約１０Ωの間の面抵抗をもつ被験体の上方の物質及び約１２Ωから約１６Ωの間の面抵抗をもつ被験体の下方の物質により、良好な補償が達成され得ることが示されている。
【００３２】
従来技術で知られる多数の物質が、上述された補償のために選択されることができる。この物質は、導電層で少なくとも部分的に覆われるシート、例えば、プラスチックからなる炭素コーティングされたシートであり得る。このようなシート又はフォイルは、キャビティの内側孔及び／又は患者ベッドに取り付けられることができる。
【００３３】
更に、上述された物質、例えば、シートが、ＭＲＩ装置又はコイルの一部でなく、それとは異なる部分又は別個の部分であることも可能である。その場合、患者はこのような補助物質に横になってもよく及び／又は患者は他の物質で部分的に覆われる。導電性物質からなるシートの場合、この補助シートは、ブランケットと同様に使用されることができる。この場合、導電性物質は、ＭＲＩシステムのＲＦ場の均一性を改善するために使用され得る。この使用は、特に、当該装置が少なくとも３テスラの磁場で動作するように設計される場合に有用である。
【００３４】
一般的には、キャビティ内で均一なＲＦ場をもつことが望ましいが、故意の不均一性が特定の状況におけるオプションとしてあってもよい。このような場合、その導電率の局所的な変異をもつパターン化された物質が使用され得る。一例として、その面部の予め決められた部分のみが導電層で覆われるシートが選択され得る。このようなパターンは、例えば、化学的蒸着プロセスによって達成されることができる。
【００３５】
本発明による磁気共鳴イメージング用システムの実施形態は、図面を参照することにより以下に詳しく説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
図１は、ｚ方向に沿って対称軸をもつ本発明による円筒形かご型コイル１を示す。コイル１の開口は、ｚ軸に対して垂直であるｘｙ平面を形成する。コイル１の内部は、キャビティ２を規定する。
【００３７】
このコイル１は、内壁５に固定される導電性物質４を備えている。ｘｙ平面とコイルとの間の断面の平面は円形であり、その内側境界は物質４で部分的に覆われている。この物質４は上部及び下部セグメントを形成する。
【００３８】
図２は、ｚ方向で見る場合の図１のコイルを示す。コイル１は、患者ベッドの上面として実質的に平坦な面部７をもつ。患者３は、ｘｙ平面内の人体の形状がこの楕円形の態様で近似されることができるので、楕円形ボディとして非常に簡略化された態様で示されている。導電性物質４は、コイル１の内壁５に取り付けられるとともに、患者ベッドの底部６の下にも取り付けられる。
【００３９】
患者３は、炭素コーティング（図示略）をもつプラスチックシート８によって覆われる。人体のサイズ、アスペクト比及び導電率を模倣する生理食塩水ファントム（saline phantom）による実験では、シート８が患者３の頂部に置かれる場合に８Ωの面抵抗を有し、ファントムの底部に置かれる場合は約１２〜１６Ωを有するという良好な結果が得られた。これらのシートは、５ｃｍ幅と１０ｃｍ幅とのストリップの交互のシーケンスでそれらの間にギャップをもつ形態で７０cmの長さを有した。底部のシートは、ストリップ間のギャップが非常に狭いという差異があるだけで同じものであった。
【００４０】
図３は、コイル１を備えている本発明によるＭＲＩ装置１０を示す。この装置１０は、患者が横になる面部７をもつベッドを有している。この図は、例えば、患者の頭部の腫瘍の診断を可能にするために、患者の頭部のみが検査されるアプリケーションを示す。
【００４１】
特に、脊椎イメージングは、
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場の不均一性のために損なわれることがある。その根拠となる理由は、脊椎が、不均一な無線周波数場をもつ領域から生じるＭＲＩ画像に見られるブラックスポットとぴったり一致するということである。このようなアプリケーションについては、非対称のやり方で導電性シートを配置することが有利になり得る。ファントムの下方に置かれ、９Ωの面抵抗を有し、１０ｃｍ幅である２つのシートによる実験が成功することが分かった。どこか強さが低減されたが、ホットスポットは減少された。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明によるＲＦコイルの上部側面図である。
【図２】ｚ方向で見られる場合のＲＦコイルの内部を示す図である。
【図３】本発明によるＭＲＩ装置を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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