(57)【要約】  パラレル共鳴タップ回路を有する出カップリング回路を有するRFアンテナ又はコイルは、RFアンテナ又はコイル双方が互いにそのように近接して配置された場合にRFアンテナ又はコイルを電磁的に分離し、RFアンテナ又はコイル双方の間のカップリングを分離する下位を必要とせず、他の有害な影響も導入しない。更に、MR(磁気共鳴)画像処理システム又はスキャナに特有のRF送信/受信アンテナも開示される。RF送信/受信装置は、RF送信アンテナ又はコイルを有し、好ましくはRF信号を送信するだけであり、RF受信アンテナ又はコイルは好ましくはMR信号を受信するだけであり(すなわち、「専用の」RFアンテナ又はコイルであり)、これらのRFアンテナ又はコイルの少なくと1つは本発明により分離回路に備えられる。
2013540553.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＦアンテナ又はコイルが動作している間にＲＦ信号を送信及び／又は受信するための前記ＲＦアンテナ又はコイルの共鳴周波数における共鳴ＲＦ電流を励起するための共鳴導体構造を有するＲＦアンテナ又はコイルであって、
前記共鳴導体構造は、前記共鳴導体構造の１つの導体に直列に接続されたトラップ回路を有しかつ並列に接続された第１及び第２の導体部により提供される第１の導体ループを有し、
前記第２の導体部に直列に接続された少なくとも１つのリアクティブ要素又は前記第２の導体部に直列に接続された少なくとも２つのリアクティブ要素による少なくとも１つの並列接続部と、
前記第２の導体部に直列に接続されたスイッチと
を有し、前記ス一致は、前記スイッチの同通状態において前記少なくとも１つのリアクティブ要素を短絡する少なくとも１つのリアクティブ要素に並列であり、前記少なくとも１つのリアクティブ要素のインダクタンス及び／又はキャパシタンスは、
前記スイッチが前記非道通状態であった場合に、前記トラップ回路は、前記ＲＦアンテナ又はコイルの前記共鳴周波数で前記共鳴ＲＦ電流が生じるように、前記ＲＦアンテナ又はコイルの前記共鳴周波数に少なくとも実質的に等しいトラップ共鳴周波数で共鳴することが可能であり、
前記スイッチが導通状態に切り替わっていた場合、前記ＲＦアンテナ又はコイルの前記共鳴周波数における前記共鳴ＲＦ電流が前記共鳴導体構造で励起できるように、前記トラップ共鳴周波数は励起されないように設定される、ＲＦアンテナ又はコイル。
【請求項２】
前記トラップ回路が、前記第１及び第２の導体、前記スイッチ及び前記リアクティブ要素と共に２つの導体ループを形成する第３の導体を有する、請求項１に記載のアンテナ又はコイル。
【請求項３】
前記トラップ回路が、第３の導体及び第２の導体により提供される第２の導体ループを有し、前記第３の導体が前記第２の導体と平行であり、前記スイッチが非導通状態であった場合に、前記第１及び前記第２の導体ループの中で共鳴バッテリタイプの電流モードを励起する、請求項２に記載のＲＦアンテナ又はコイル。
【請求項４】
前記半導体スイッチの制御端末に印加される関連する制御電圧を利用して、前記導通状態及び前記非導通状態の間で切り替えを行うことが可能な半導体スイッチが、前記スイッチである、請求項１に記載のＲＦアンテナ又はコイル。
【請求項５】
前記半導体スイッチがダイオードであり、ＤＣ遮蔽キャパシタが前記第１の導体ループに接続されており、前記ＤＣ遮蔽キャパシタの端末において、ＤＣバイアス電流又は電圧が導通状態又は非導通状態に前記ダイオードを動作させるように印加される、請求項４に記載のＲＦアンテナ又はコイル。
【請求項６】
前記非導通状態において、前記半導体スイッチがキャパシタであり、キャパシタをなす前記第１の導電性ループ内に追加的なリアクティブ要素を提供する、請求項４に記載のＲＦアンテナ又はコイル。
【請求項７】
前記少なくとも１つのリアクティブ要素がそれぞれキャパシタ又はインダクタである、請求項１に記載のＲＦアンテナ又はコイル。
【請求項８】
前記第１の導体に少なくとも１つのアクティブ素子が直列に接続され、或いは少なくとも２つのリアクティブ要素のうちの少なくとも１つの並列接続が直列に接続されている、請求項１に記載のＲＦアンテナ又はコイル。
【請求項９】
前記第３の導体に少なくとも１つのアクティブ素子が直列に接続され、或いは少なくとも２つのリアクティブ要素のうちの少なくとも１つの並列接続が直列に接続されている、請求項２に記載のＲＦアンテナ又はコイル。
【請求項１０】
当該ＲＦアンテナ又はコイルがＴＥＭタイプ又はマイクロストリップアンテナ又はコイルであり、前記第１の導体ループは、前記共鳴導体構造に部分的に接続されている又は前記共鳴導体構造の接続を前記ＴＥＭタイプ又アハマイクロストリップアンテナの接地面又はスクリーンに与える、請求項１に記載のＲＦアンテナ又はコイル。
【請求項１１】
ＲＦ送信/受信アンテナ装置がＲＦ送信アンテナ又はコイル及びＲＦ受信アンテナ又はコイルを含み、少なくとも１つのＲＦアンテナ又はコイルは、請求項１−１０の何れか１項に記載のＲＦアンテナ又はコイルの形式である、ＲＦ送信/受信アンテナ装置。
【請求項１２】
前記ＲＦ送信アンテナ又はコイルが請求項１−９の少なくとも１つに記載のＲＦアンテナ又はコイルの形式であり、前記スイッチを非導通状態にすることで、ＲＦ信号受信の際に、前記ＲＦ送信アンテナ又はコイルを前記ＲＦ受信アンテナ又はコイルから分離する、請求項１１に記載のＲＦ送信/受信アンテナ装置。
【請求項１３】
請求項１−１０の何れか１項に記載のＲＦアンテナ又はコイルを有するＭＲ画像処理システム又はスキャナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施の形態は、RFアンテナ及びRF送受信アンテナ装置等に関連する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、後に必要とされる場合や、RFアンテナ又はコイルがそのように互いに配置されている場合に、RF回路又はコイルを他のRFアンテナ又はコイルから電磁的に分離する場合の分離回路を有するRFアンテナ又はコイルに関連し、分離回路なしに、RFアンテナ又はコイル双方の間でカップリングがなされている場合や、受信した及び/又は送信したRF信号の信号対雑音比率を減少させる、或いは他の有害な影響を招くものを減少させる。
【０００３】
更に、本発明はRF送信/受信アンテナ装置(特に、MR(磁気共鳴)画像処理システム又はスキャナ)に関連し、RF送信/受信アンテナ構成は、好ましくはRF信号を送信するだけのRFアンテナ又はコイルを有し、かつ好ましくはMR信号を受信するだけのRF受信アンテナ又はコイル(すなわち、「専用の」RFアンテナ又はコイル)を有し、これらのRFアンテナ又はコイルの少なくとも1つは上述したようなRFアンテナ又はコイルの形式で提供される。
【０００４】
また、本発明は上記のRFアンテナ又はコイル又は上記のRF送受信アンテナ装置を有するMR画像処理システム又はスキャナにも関連する。
【０００５】
MR画像処理システム又はスキャナの場合、RFアンテナは、通常、RFコイルと呼ばれる。しかしながら、本発明によるRFアンテナの適用可能性はMR画像処理システムやスキャナに限定されず、そのような意味で互いを分離する必要があるRFアンテナの他の全てのRFシステムに使用されてもよい。
【０００６】
MRIシステム又はMRスキャナでは、検査対象(通常は、患者)には一様な主要な磁場(B0フィールド)が照射され、励起された対象物内の核の磁気モーメントが、印加されたB0場の軸の周りに回転するようになり(ラーモア歳差)、核全体の所定の正味の磁場がB0場に平行になる。そのレートの精度はいわゆるラーモア歳差に起因し、印加されたB0場の強度及び包含される核の特定の物理的な性質に依存する。
【０００７】
B0に直交しかつRF送信アンテナ又はコイルにより生成されたRF励起パルス(B1フィールド)を送信し、対象の核のラーモア周波数を合致させることで、核のスピンが励起され、位相が導入され、B0場の方向からの正味の磁場のずれが見出され、正味の磁場の垂直成分に対する水平成分が生成される。
【０００８】
RF励起パルスの終了後、正味の磁場の垂直成分及び正味の水平成分の緩和プロセスが始まり、磁化が平衡状態に戻るまで続く。MR緩和信号緩和プロセスにより放出されたMR緩和信号(MR  relaxation  signal)は、RF受信アンテナ又はコイルにより検出される。
【０００９】
時間振幅信号である受信したMR信号は、周波数ベースのMRスペクトル信号にフーリエ変換され、検査対象内で興味のある(対象の)核のMR画像を生成するように処理される。
【００１０】
上記のRF(送信及び/又は受信)アンテナ又はコイルは、所謂MRボディコイルの形式(検査対象全体を画像処理するためにMRIシステムの検査空間内で固定されている)と、所謂MR表面コイル(検査されるローカルなゾーン又は領域に直接的に設けられておりかつ例えば柔軟性のあるパッドやスリーブ又はケージの形式で形成されている(例えば、ヘッドコイル又は鳥かごコイル))との双方で提供可能である。これら全てのRFアンテナ又はコイルは本発明によって提供されてもよい。
【００１１】
一般に、送信及び受信の双方に使用されるRF送信/受信アンテナ又はコイルと、専用のRFアンテナ又はコイルを有するRFアンテナ装置と、RF励起パルスのみを送信しかつMR信号のみを受信するだけに使用される専用のRF受信アンテナ又はコイルとはそれぞれ識別することが可能である。
【００１２】
後者の例の場合に本発明は特に関連し、問題は、RFアンテナ又はコイルの各々が、MR画像処理システム又はスキャナの中に近接して設けられていることその他の理由等に起因して、RF信号送信又はRF信号受信に関する他の動作の最中に、他のRFアンテナ又はコイルと電磁的にカップリング又は結合してしまうことである。MR関連の従来技術では、2つのRFアンテナ又はコイルの互いの動作の間に、双方の間でそのような結合を減少又は削減するために、2つのRFアンテナ又はコイルの内の各々の調整をずらす又はデチューン(detune)することが一般的であり、RF送信アンテナ又はコイルによる比較的強いRF励起信号の送信の間にセンシティブな(感度の高い)受信回路を保護し、及び/又はRF受信アンテナ又はコイルによるこれらの信号の受信中に、MR緩和信号の信号対雑音比率(SNR)の劣化を防ぐ。
【００１３】
更に、検査空間の形状に関し、2種類のMRIシステム又はMRスキャナは識別可能である。第1のものは、検査ゾーンを有するいわゆるオープンMRIシステム(縦型又は垂直システム)であり、垂直なCアーム配置の端部同士の間に設けられている。第2のものはMRIシステムであり、いわゆる軸MRIシステムであり、水平に伸びる平板又は円筒状の検査空間を有している。本発明によるRFアンテナ又はコイルはこれらのシステム双方で使用可能である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
実施の形態の課題の1つは、本願の前段部分で説明したように、隣接する他のRFアンテナ又はコイルから有効に分離できかつ上記の問題を生じさせないRFアンテナ又はコイルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
実施の形態による装置は、
ＲＦアンテナ又はコイルが動作している間にＲＦ信号を送信及び／又は受信するための前記ＲＦアンテナ又はコイルの共鳴周波数における共鳴ＲＦ電流を励起するための共鳴導体構造を有するＲＦアンテナ又はコイルであって、
前記共鳴導体構造は、前記共鳴導体構造の１つの導体に直列に接続されたトラップ回路を有しかつ並列に接続された第１及び第２の導体部により提供される第１の導体ループを有し、
前記第２の導体部に直列に接続された少なくとも１つのリアクティブ要素又は前記第２の導体部に直列に接続された少なくとも２つのリアクティブ要素による少なくとも１つの並列接続部と、
前記第２の導体部に直列に接続されたスイッチと
を有し、前記ス一致は、前記スイッチの同通状態において前記少なくとも１つのリアクティブ要素を短絡する少なくとも１つのリアクティブ要素に並列であり、前記少なくとも１つのリアクティブ要素のインダクタンス及び／又はキャパシタンスは、
前記スイッチが前記非道通状態であった場合に、前記トラップ回路は、前記ＲＦアンテナ又はコイルの前記共鳴周波数で前記共鳴ＲＦ電流が生じるように、前記ＲＦアンテナ又はコイルの前記共鳴周波数に少なくとも実質的に等しいトラップ共鳴周波数で共鳴することが可能であり、
前記スイッチが導通状態に切り替わっていた場合、前記ＲＦアンテナ又はコイルの前記共鳴周波数における前記共鳴ＲＦ電流が前記共鳴導体構造で励起できるように、前記トラップ共鳴周波数は励起されないように設定される、ＲＦアンテナ又はコイルである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第1のスイッチ状態を表す本発明によるトラップ回路の第1の形態を示す図。
【図２】第2のスイッチ状態を表す本発明によるトラップ回路の第1の形態を示す図。
【図３】本発明によるトラップ回路の第2の形態を示す図。
【図４】本発明によるトラップ回路の第3の形態を示す図。
【図５】本発明によるトラップ回路の第4の形態を示す図。
【図６】本発明によるトラップ回路の第5の形態を示す図。
【図７】本発明によるトラップ回路の第6の形態を示す図。
【図８】本発明による一般化されたトラップ回路を示す図。
【図９】本発明によるトラップ回路を組み込んだ第1のTEMタイプの共振器を示す概略図。
【図１０】本発明によるトラップ回路を組み込んだ第2のTEMタイプの共振器を示す概略図。
【図１１】図9においてデチューンされてない及びデチューンされた共振器の入力インピーダンスをそれぞれ示す図。
【図１２】図9においてデチューンされてない状態の共鳴器の磁場のシミュレーション図。
【図１３】図9においてデチューンされた状態での共鳴器の磁場のシミュレーション図。
【図１４】図9においてデチューンされてない状態での追加的なインダクタを有する共鳴器の磁場のシミュレーション図。
【図１５】図9においてデチューンされた状態での追加的なインダクタを有する共鳴器の磁場のシミュレーション図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
＜発明の概要＞
概して、上記のRFアンテナ又はコイルを互いに分離するために、RFアンテナ又はコイルの共鳴導体構造のうちの少なくとも1つの導体にダイオードが直列に接続され、ダイオードは順方向又は逆方向のバイアスを整え、導電性又は非導電性をそれぞれ実現する。関連するRFアンテナ又はコイルの調整をずらす又はデチューン(detune)ために、直列に接続されたダイオードは非道通状態にバイアスされ、RFアンテナ又はコイルの共鳴周波数がシフトされ又はずらされ、このRFアンテナ又はコイルにより他方と分離される。
【００１８】
しかしながらそのようなダイオードの直列接続の場合、RFアンテナ又はコイルに送信信号を適用すると、RF送信の際にダイオードは導通状態となり、高い電流(通常的には、50Aより多い)を伝送することができなければならず、それに対応する高い電力を消費する。これらの高い電流に起因して、いくつかの高電力ダイオードが並列に接続されなければならないが、そのようなダイオードは、並列的に接続されるダイオードの中で等しくない電流分布が生じないように適切に選択されなければならない。
【００１９】
更に、非道通状態では、ダイオードはRFアンテナ又はコイルの調整をずらすために又はデチューン(detune)するため使用され、関連するRFアンテナ又はコイルが十分に設定されないという問題が再び生じる。これは、リバース又は逆向きの又はオフ状態(すなわち、非道通状態)のダイオードが自身のインピーダンスによりRF電流を遮断するキャパシタを設けることに起因するが、多くのダイオオードが並列的に接続されており、キャパシタが多いほどRF電流を遮断するインピーダンスは低くなってしまう。これはつぎのような結論を導く。関連するRFアンテナ又はコイルの共鳴周波数は従って小さくシフトし、これにより、RFアンテナ又はコイルは、他のRFアンテナ又はコイルから不十分にしか分離されず、不十分にしか調整されない。
【００２０】
或いはダイオードの並列接続がRFアンテナ又はコイルの共鳴導電性構造にある場合、度オードは逆にバイアス去れ、高電圧に耐えることができるようにRF送信の間は非道通状態になる。この技術はダイオードの需要により高いコストをもたらす。
【００２１】
本発明の課題の1つは、本願の前段部分で説明したように、隣接する他のRFアンテナ又はコイルから有効に分離できかつ上記の問題を生じさせないRFアンテナ又はコイルを提供することである。
【００２２】
実施の形態による解決手段は、
RFアンテナ又はコイルが動作している間にRF信号を送信及び/又は受信するための前記RFアンテナ又はコイルの共鳴周波数における共鳴RF電流を励起するための共鳴導体構造を有するRFアンテナ又はコイルであって、
前記共鳴導体構造は、前記共鳴導体構造の1つの導体に直列に接続されたトラップ回路を有しかつ並列に接続された第１及び第２の導体部により提供される第１の導体ループを有し、
前記第２の導体部に直列に接続された少なくとも１つのリアクティブ要素又は前記第２の導体部に直列に接続された少なくとも２つのリアクティブ要素による少なくとも１つの並列接続部と、
前記第２の導体部に直列に接続されたスイッチと
を有し、前記ス一致は、前記スイッチの同通状態において前記少なくとも１つのリアクティブ要素を短絡する少なくとも１つのリアクティブ要素に並列であり、前記少なくとも１つのリアクティブ要素のインダクタンス及び/又はキャパシタンスは、
前記スイッチが前記非道通状態であった場合に、前記トラップ回路は、前記RFアンテナ又はコイルの前記共鳴周波数で前記共鳴RF電流が生じるように、前記RFアンテナ又はコイルの前記共鳴周波数に少なくとも実質的に等しいトラップ共鳴(trap  resonant)周波数で共鳴することが可能であり、
前記スイッチが導通状態に切り替わっていた場合、前記RFアンテナ又はコイルの前記共鳴周波数における前記共鳴RF電流が前記共鳴導体構造で励起できるように、前記トラップ共鳴周波数は励起されないように設定される、RFアンテナ又はコイルである。
【００２３】
すなわち、スイッチが非道通状態であった場合に(スイッチは、特にダイオードに関し、マイクロメカニカルスイッチ又は半導体スイッチであってもよい)、分離又はデカップリング(decoupling)は、RFアンテナ又はコイルの共鳴導体構造の導体を遮断するハイインピーダンスにより或いは1つ以上の周波数に共鳴周波数を抑制又は合わせることでコイルにより、行われる。このデチューニング(detuning)は、非道通状態で並列的にいくつものダイオードを使用していた従来の方法と比較して非常に有利で効果的かつ効率的である。
【００２４】
スイッチが導通状態であった場合、トラップ共鳴は励起できない。なぜなら、トラップ回路の少なくとも1つのリアクティブ要素がスイッチにより短絡され、少なくともRFアンテナ又はコイルの共鳴周波数においてトランプ回路のインピーダンスが低くなり、RFアンテナ又はコイルの共鳴導体構造は実効的に妨害されず、そのためRFアンテナ又はコイルの共鳴周波数のRF電流を励起することができる。
【００２５】
開示されるデチューニング(detuning)とは別に、開示される実施形態は次のような利点を更に有する：RFアンテナ又はコイルが(元々の又はオリジナルの)共鳴周波数で動作しているスイッチ導通状態において、そのスイッチを介して流れる共鳴電流は、第1及び第2の導体を通じた共鳴電流の部分布に起因して、約半分以下に減る。
【００２６】
本発明によるRFアンテナ又はコイルは、RF信号受信の最中に、RF受信アンテナ又はコイルからそれらを分離するRF送信アンテナ又はコイルとして使用されることが好ましい。本発明によるRFアンテナ又はコイルも(RF信号送信中にをそれらをデチューニングするために)RF受信アンテナ又はコイルとして使用できるが、スイッチにより搬送される共鳴電流を減少させる効果(特に、ダイオードのような半導体スイッチの場合)及びその条件を緩和する効果は、RF受信コイルの場合に、それらの共鳴電流が顕著に減少するのでRF送信コイルにとって特に好ましい。
【００２７】
更に、本発明の原理は、MR画像処理以外の他の用途に提供されるRF送信及び/又は受信アンテナにも使用可能である。
【００２８】
例えば出願時の請求項2に記載の形態は、第2の導通ループにより、(第1の導体ループと共に)タップ回路に増加したインダクタンスが得られ、双方のループが共に励起することで、そのようなループを1つしか使用しない場合の(第1の)導体ループの大きさ又は広がりよりも小さくでき、2つの(又はそれ以上の)導体ループは、同一又は異なるサイズ及び/又は広がりの全てを網羅できる。更に、第2の導体ループにより、導通状態でスイッチを介して流れる共鳴電流は、3分の1以下に減る。同様に第3及び更なる導体ループが、第1の導体ループと並列に接続された別の導体として使用されてもよい。
【００２９】
出願時の請求項3に記載の形態は、分離した制御端子を有する半導体スイッチとして提供される。
【００３０】
出願時の請求項4によれば、半導体スイッチの好ましい形態はダイオードであり、特にPINダイオードである。スイッチを介して流れるRFアンテナ又はコイルの共鳴電流を削減できる上記の利点は、そのようなダイオードの場合に特に有利である。なぜなら、導通状態での減少した電流に起因して、いくつものダイオードを並列的に接続する必要が無く、常住した関連する問題を回避できるからである。
【００３１】
出願時の請求項6によれば、リアクティブエレメントはキャパシタ又はインダクタであり、1つより多い数のリアクティブ素子の場合、そのような素子はキャパシタでもインダクタであってもよい。一般に、この種のリアクティブ素子の選択、その数の選択及びそのキャパシタンスやインダクタンスそれぞれの選択は、非導通状態の半導体スイッチ(出願時の請求項5)の少なくとも1つのインダクタループのインダクタンス及び/又は半導体スイッチについての可能なキャパシタンスに依存して選択され、RFアンテナ又はコイルの共鳴周波数に少なくとも実質的に等しいトラップリファレンス周波数(trap  reference  frequency)を有するトラップ回路が得られる。
【００３２】
出願時の請求項7及び8では、別のリアクティブ素子がトラップ共鳴周波数を適切に調整するために設けられてもよい。
【００３３】
出願時の請求項9では、RFアンテナ又はコイルが、TEM又はマイクロストリップ設計であるTEMタイプ又はマイクロストリップアンテナ又はコイルであることが好ましい。なぜなら、そのような設計は一般に導体ストリップやライン(導体ワイヤに対する用語)の幾何学的形状や幅を決定し、本発明によるトラップ回路を実現するための1つ(又はそれ以上)の導体ループを形成する2つ(又はそれ以上)の並列的な導体を簡易に導入するのに相応しい。それでもトラップ回路が導体ワイヤのような他の種類の津小田井を有する他のアンテナ又はコイルに導入されていてもよい。
【００３４】
出願時の請求項10及び11は、本発明によるRFアンテナを有する有利なRF送信/受信アンテナ装置を開示している。
【００３５】
また、出願時の請求項12は、本発明によるRFアンテナを有するMR画像処理システム又はスキャナを開示している。
【００３６】
有利なことに、本発明の特徴は、添付の特許請求の範囲で規定されている発明の範囲から逸脱することなしに、任意の形態で適切に組み合わせられてよい。
【００３７】
本発明に関する更なる詳細、特徴及び利点は、添付図面と共に説明される本発明の好適な実施形態に関する以下の説明から更に明らかになるであろう。
【００３８】
＜実施の形態についての詳細な説明＞
全図に関し、同じ又は対応する部分又は要素の各々は同じ又は対応する参照符号で示される。
【００３９】
本願において、(リアクティブ)要素(又はそのスイッチ)を導体に接続又は結合することは、関連する導体が電気的に割り込むこと(interrupt)を意味し、そのような割り込みは図1ないし10を参照しながら図示及び説明される要素(又はスイッチ)によって橋渡しされる又はブリッジされる。
【００４０】
一般に、第1のRFアンテナ又はコイルを第2のアンテナ又はコイルから分離することは、トラップ回路(でカップリング回路)を既知のハイインピーダンスにすることによって得られ、そのトラップ共鳴状態で共鳴していた場合、第1のRFアンテナ又はコイルの結果的なデチューニングが得られ、トラップ回路が実現される。トラップ回路は、(例えば、キャパシタを介して)RFアンテナ又はコイルの共鳴導体構造の導体に直列的に接続又は結合される。設計の簡明化のため、トラップ回路は、好ましくは、2つの導体ループ及び少なくとも1つのリアクティブ素子(導体ループを形成するように少なくとも1つの導体に直列に接続される)により形成され、少なくとも1つのリアクティブ素子は、可能であれば、並列的又は直列的に接続さえた少なくとも1つのインダクタ及び/又は少なくとも1つのキャパシタの各々により形成される。2つの導体ループの所与のサイズ及び所与の寸法(特に幾何学的な形状の条件)や、非導通状態における半導体スイッチの可能なキャパシタンス及びそのインダクタンスに基づいて、調整された状態のRFアンテナコイルの共鳴周波数に少なくとも実質的に等しいトラップ共鳴となるように、少なくとも1つのリアクティブ素子が選択される。
【００４１】
調整された状態及び調整されていない状態(デチューンされた状態)の間でRFアンテナ又はコイルを切り替えるために、トラップ回路は、スイッチ(好ましくは、ダイオードのような半導体スイッチ)を有し、少なくとも1つのリアクティブ素子に並列に接続されかつ導通状態及び非導通状態の間で切り替えられ、導通状態は、リアクティブ素子を短絡させることにより、そのデチューンにより又はトラップ回路を非活性化し、非導通状態はトラップ共鳴を可能にし、トラップ回路をアクティベートし、RFアンテナ又はコイルを結果的にデチューンする。
【００４２】
特に、導体ワイヤでなく図1−10に概略的に示されているようなストリップライン又はストリップ導体(例えば、印刷回路基板上の導体構造)を有する共鳴導体構造と共にRFアンテナ又はコイルを形成する場合、トラップ回路の導体は、RFアンテナ又はコイルの共鳴導体構造の所与の導体(又はその一部分)の形状の一部を少なくとも1つの導体ループの形状に従って形成することで、或いは以下に説明するように少なくとも1つのリアクティブ素子に直列に接続することで形成されることが、更に好ましい。
【００４３】
上述したように、本発明によるトラップ回路はMR信号受信中にRF送信アンテナ又はコイルをデチューニング(detuning)するために提供される。
【００４４】
以下の図1−8では、本発明による様々な形態のトラップ回路のみが示されており、RFアンテナ又はコイルの他の部分は図示されておらず(図中の破線形式では示されている)、従来技術が分かるように示されている。しかしながら、図1−8に示されているようなものと同一又は他の形態が、2つの導体ループの形式で示されている導体ワイヤ手段又は2つ以上の導体ループの形式で示されているワイヤ手段デ実現されてもよい。更に、全ての導体ループは、適切に選択されたリアクティブ素子と組み合わせられるインダクタンスや、非導通状態のスイッチの可能なキャパシタンスを提供できる限り、図1−8に示されているものと異なる他の形式や形状及び/又は寸法及び/又はサイズが異なる導体ループが使用されてもよく、その導体ループは上述したように調整された状態のRFアンテナ又はコイルの共鳴に少なくとも実質的に等しいトラップ共鳴を提供する。
【００４５】
図1及び図2は本発明の第1の実施形態によるトラップ回路の一般構造を示し、RFアンテナ又はコイルの共鳴導体構造の一部をなし、図中「RFC」と記されている。トラップ回路は、RFアンテナ又はコイルの共鳴導体構造に直列に好ましくはキャパシタ手段Cr1、Cr2、Cr3、Cr4により結合されており、キャパシタ手段は、一般的に知られているようにRF/MR信号送信及び/又は受信に関し、RFアンテナ又はコイルの共鳴周波数を調整するためにも提供される。
【００４６】
トラップ回路は好ましくは第1、第2及び第3の導体11、12、13を有し、これらは2つの導体ループが形成されるように第4及び第5の導体14、15により並列に接続される。上述したように、2つより多い数の導体ループが同一又は異なる寸法を形成するように、3つより多い数の導体が並列に又は別の形式で接続されていてもよい。このことは、以下で説明する全ての実施形態にも及び本願から導出されるその他の実施形態にも該当する。
【００４７】
更に、ダイオードD(好ましくはPINダイオード)及びリアクティブ素子(Rx)(図8)を形成する半導体スイッチの並列的な接続は、図1−6の実施形態では第1のキャパシタC1であり、これらが提供されており、この並列的な接続は、好ましくは、3つの並列的な導体11、12、13の何れかに直列に接続され、好ましくは第1及び第3の導体11、13の間にある第2又は中央の導体12に接続され、これは双方の導体ループにとっての共通導体である。
【００４８】
図１及び図2では、トラップ回路の現在の分布が矢印(「RC」で示されている)で示されており、ダイオードDの導通状態及び非導通状態を示す。より詳細に言えば、図1はダイオードDの導通状態を示し、ダイオードDはDC電流と共に順方向に与えられており、第1のキャパシタC1が短絡されている。図2では、非導通状態に関して電流分布が矢印RCデ示され、ダイオードDがDC電圧によって逆バイアスされており、すなわち第1のキャパシタC1が有効になるように逆向きに又は反対向きにバイアスされている。
【００４９】
図1による導通状態の場合、トラップ回路によるトータル電流又は電流全体は、RFアンテナ又はコイルRFCの共鳴電流により決定される。このトータル電流は、トラップ回路の3つの並列導体11、12、13を介して実質的に均等に分配される。これにより、ダイオードDにおる電流はトータル電流と比較して顕著に減少し、すなわち3つの並列的な導体による約3分の1になる。ダイオードDのこの導通状態の場合、トラップ回路は低いインピーダンスを有し、RFアンテナ又はコイルはRF信号を送信(又は受信)するために所望の共鳴周波数に同調された状態で動作することができる。
【００５０】
図2に示されているダイオードDの非導通状態の場合、矢印RCで示されているように、(例えば「バタフライタイプ(butterfly-type)」形式の)トラップ共鳴電流モードが第1のキャパシタC1により(及び適切に選択されたキャパシタンスにより)調整され、3つの並列的な導体11、12、13により励起され、第1及び第3の導体11、13(外側の導体)に流れる電流は、第2の導体12(中央又は内部導体であり、双方の導体ループに共通している)に流れる電流の向きとは逆向きの方向に流れる。このトラップ共鳴により、トラップ(又はデカップリング)回路は高インピーダンス状態を形成し、上記の共鳴周波数において、共鳴導体構造の導体を通じて、RFアンテナ又はコイルの何らかの電流を捕捉、ブロック、遮断、又は少なくとも減少させ、トラップ回路はそれらを通じて直列に接続され共鳴周波数を抑制する。
【００５１】
場合によっては、この元々のオリジナルの共鳴周波数の代わりに、RFアンテナ又はコイルの共鳴導体構造内のトラップ回路の場所や、トラップ回路のハイインピーダンスにより電気的に分離されている残りの導体構造の応答特性等に依存して、1つ以上の他の応答周波数がRFアンテナ又はコイル内で生じるかもしれない。これらの他の応答周波数を元々のオリジナル応答周波数から十分に遠ざけるために(必要であれば、十分なデカップリング正を取得するために)、RFアンテナ又はコイルのコンダクタ構造内のトラップ回路の場所が適切に選択され、及び/又はRFアンテナ又はコイルの共鳴導体構造に1つより多い数のトラップ回路が別の場所に接続されている。
【００５２】
これにより、RFアンテナ又はコイルの場合、後者がRF受信アンテナ又はコイルから適切に分離でき、RF信号は、デチューンされてないRF送信アンテナ又はコイルの場合と比較して十分に優れた信号対雑音比(SNR)で後者(コイル)により受信できるようになる。
【００５３】
一般に、多くの場合、MR技術のMR信号及びRFの所与の共鳴周波数範囲に基づいて、トラップ回路のコンダクタループが先ず形成され、MR画像処理逸すテム又はスキャナの周囲の幾何学的条件を考慮して寸法が決定され、必要なトラップ共鳴が、トラップ回路の他の任意のリアクティブ素子の必要なしにダイオードDと並列に第1のキャパシタC1のキャパシタンスを選択することによっては調整できず、特に、2つの導体ループが図1に示されているように提供されている場合にそうである。
【００５４】
しかしながら、ダイオードDを介した電流を減らしたとしても、望まれれば、追加的なインダクタがダイオードDに直列に接続される(すなわち、言い換えれば、インダクタがダイオードDを含む)。この場合、ダイオードDに並列な第1のキャパシタCのキャパシタンスは、トラップ共振を不変にするために、対応して小さくすることが望ましい。
【００５５】
図3−8は本発明によるトラップ回路の別の実施形態を示す。これらの実施形態では、ダイオードDに対する順方向及び逆方向バイアス電圧又は電流を接続するための例示的な端子Bが示されている。
【００５６】
より詳細に説明すると、図3はトラップ回路の第2の形態を示し、第1、第2及び第3の導体11、12、13が第4及び第5の導体14、15により互いに並列に接続されている様子が示されており、第2又は中央の導体12は、図1及び図2を参照しながら上述したように、ダイオードD及び第1のキャパシタC1の並列接続に直列につながっている。
【００５７】
更に、図3はDC遮断キャパシタの形式の第2のキャパシタC2を示し、C2は第2の導体12の第1の端部を第4の導体14に接続している(或いは、第2の導体12の第1の端部及びダイオードDの間の第2の導体部12の部分に直列に接続されており、それらは電気的には等価である。)。更に、DC遮蔽キャパシタC2の両側には、接続端子Bが、ダイオードDへのDC電圧又は電流を印加するように提供されている。通常、そのようなDC
遮蔽キャパシタのキャパシタンスは、RFアンテナ又はコイルの共鳴電流及びトラップ共鳴周波数が実質的に影響しないように(電気的に十分に大きく)選択される。DCバイアス電圧又は電流を提供する接続端子B及びこのDC遮断キャパシタC2とは別に、本実施形態は、図1及び図2に示した第1の実施形態と同じ利点を有する。
【００５８】
図4は本発明によるトラップ回路の第3の実施形態を示す。図3に示す第2の実施形態と比較して、この第3の実施形態は第1のインダクタL1を追加的に有し、このインタクタは好ましくは集中定数素子であり、第2の導体12の第2の端部と第5の導体15とを接続する(或いは、ダイオードD及び第2の導体部12の第2の端部との間を第2の導体部12の一部で部分的に接続する。これは電気的には等価である)。
【００５９】
上述したように、そのようなインダクタL1により、第2の導体部12におけるRFアンテナ又はコイルの調整された状態(すなわち、ダイオードDの導通状態)による電流は減少し、第1のインダクタ11による電流及び第3のインダクタ13による電流が増える。従って、より小さなダイオードDでさえも使用できる。しかしながら、上述したように、追加的なインダクタL1を補償するため及びRFアンテナ又はコイルを不変にデカップリングするために上記のトラップ共鳴を維持するために、ダイオードDに並列的に接続される第1のキャパシタC1のキャパシタンスはダイオードDの非導通状態に調整され直される必要がある。
【００６０】
図5は本発明によるトラップ回路の第4の実施形態を示し、図1及び図2に示す第1の形態と比較して、第3のキャパシタC3が第1の導体11に直列に接続され、第4のキャパシタが第3の導体に直列に接続されている。ダイオードDと並列的な第1のキャパシタC1と共に、これらのキャパシタC3、C4のキャパシタンスを適切に選択することで、ダイオードDの非導通状態のトラップ共鳴を調整することができる。更に、第3及び第4のキャパシタC3、C4はDC遮断キャパシタの機能を追加的に有し、第1ないし第3の導体11、12、13の反対側の端部にある2つの接続端子B、或いは第4、第5の導体14、15の各々には、上述したように、ダイオードDにDCバイアス電圧又は電流を印加することで端子が与えられる。
【００６１】
図6は本発明によるトラップ回路の第5の実施形態を示し、図5示す第4の実施形態と比較すると、第2のインダクタ(好ましくは、集中定数インダクタの形式である)が、ダイオードDと第2の導体12の第1の端部との間の第2の導体12の一部に直列に接続されている(或いは、第2の導体12の第1の端部と第4の導体14とが電気的に接続され、これらは電気的には等しい)。更に、第5のキャパシタC5は第2の導体12の第2の端部を第5の導体15に接続しており(すなわち、ダイオードDと第2の導体12の第2の端部との間には第2の導体12の部分が直列に接続されており、このことは電気的には等価である)。
【００６２】
DCバイアス電圧又は電流をダイオードDに適用することで端子Bを接続することは、ダイオードD及び第5のキャパシタC5及び第4の導体14の間をそれぞれ第2の導体12で提供される。
【００６３】
第2のインダクタL2によれば、第2の導体12を通じて及びダイオードDを通じて調整された状態の間に再び電流が減少し、従って第1及び第3の導体11、13を増加させる。第3、第4、第5のキャパシタC3、C4、C5はダイオードDと並列な第1のキャパシタC1と共に再び与えられ、ダイオードDの非導通状態の間にトラップ共鳴を調整する。更に、第3、第4及び第5のキャパシタC3、C4、C5の少なくとも1つは、DCバイアス電圧又は電流を接続端子BでダイオードDに提供することで、DC遮断キャパシタの機能を追加的に満たすことができる。
【００６４】
図7は本発明によるトラップ回路の第6の実施形態を示す。ダイオードDと並列にリアクティブ素子が第1のキャパシタC1のみに接続されている図1−6に示す例と比較すると、図7に示す実施形態では、そのリアクティブ素子は第1のキャパシタC1及び第3のインダクタL3の直列接続素子である。第3のインダクタL3は他のリアクティブ素子C1、C3、C4、C5及びL2と共に提供され(図3−6を参照しながら説明したようにトラップ回路に接続されている)、ダイオードDが非導通状態であった場合に、トラップ共鳴は励起できず、RFアンテナの共鳴電流を効果的に捕捉、トラップ、ブロック、遮断又は排除し、上述したようにRFアンテナ又はコイルをデチューンする。
【００６５】
図8は本発明による一般的なトラップ回路を示し、ダイオードDに並列に接続された第1、第2及び第3の導体11、12、13の少なくとも1つに直列的に接続された様々なリアクティブ素子Rxが示されている。リアクティブ素子Rxの各々は、少なくとも1つのキャパシタC及び/又は少なくとも1つのインダクタL及び/又は直列的及び並列的な少なくとも1つのキャパシタ及び/又は少なくとも1つのインダクタである。全てのリアクティブ素子が使用可能であるが、図示されているものに限定すれば、キャパシタを含まないインダクタである。非導通状態のダイオードDにキャパシタが存在すると所望のトラップ共鳴周波数を得るために大きなサイズが必要になってしまうからである。少なくとも1つの導体ループのいなくタンスが所望のトラップ共鳴周波数を得るために十分に大きかった場合、同じことが、キャパシタ形式のリアクティブ素子にも当てはまる。
【００６６】
トラップ回路内の任意の場所にあるキャパシタが、トラップ周波数を調整せずにDCバイアス電圧/電流のみの短絡回路を避けるように設けられていた場合、そのようなキャパシタンスのキャパシタは、典型的には、(特に、他のリアクティブ要素Rxに依存した十分な又は適切な小さな値である)トラップ回路及びトラップ周波数が実質的に影響を受けても受けなくてもよいように選択される。しかしながら、トラップ共鳴を調整するためのキャパシタC3、C4、C5又はその他のキャパシタは、DC遮断キャパシタにも追加的に使用されてもよい。
【００６７】
従って、多種多様な実施形態は、逆バイアス方向のダイオードにDCバイアス電圧/電流を印加する及び/又は順方向にDC電流を提供する接続端子の位置を含むことができる。
【００６８】
図9は本発明によるトラップ回路を組み込んだ既存のTEMタイプの共振器(「RFC」と言及される)の形式に関するRFアンテナの第1形態を示す。図示されているようなカーテシアン座標系を使用する場合、z/y面はz=0にあり、電気的に導電性の表面の形式をとる接地面又は画面が伸びていることが仮定され、かつTEMタイプの共振器の共振器導電構造がx/y面内に伸び、z＞0の接地面上に伸びていることが仮定されている。更に、共振器導電性構造は、従来と同様に、第1の側の第1の接地面接続Cgp1及びメイン導体構造の反対側の第2の側の第2の接地面接続Cgp2への接続を有している。
【００６９】
TEM共振器の共振器導電性構造は第1、第2及び第3の11、12、13の本発明によるトラップ回路を有し、これらは図1−8を参照しながら説明したような2つの導体ループを提供するように第4及び第5の導体14、15により並列的に接続されている。第2の導体12の中ではダイオードD及びリアクティブ素子Rxの並列接続が図1−8で説明したのと同様に接続されている。
【００７０】
トラップ回路は、好ましくは第1、第2、第3及び第4のキャパシタCr1、Cr2、Cr3、Cr4によりTEM共振器の共振導体構造の他の部分に接続され、かつTEM共振器の共振周波数を調整することについては図1に関して説明されている。
【００７１】
図10は本発明によるトラップ回路を組み込んだ既存のTEMタイプの共振器RFCの形態によるRFアンテナの第2の実施形態を示す。図9と同一又は対応する部分には、同じ参照符号が付され、それらの実施形態のうち相違する部分のみが説明される。
【００７２】
この実施形態の場合、z＞0のx/y面におけるTEM共振器の共振器導体構造は、従来技術により与えられており、接地面接続Cgp1、Cgp2の一方は本発明によるトラップ回路の形式で与えられている。このトラップ回路も第1、第2及び第3の導体11、12、13により形成される2つの導体ループを有し、第2の導体ループの中で、ダイオードD及びリアクティブ要素Rxの並列接続が直列に接続されている。第1、第2及、第3の導体11、12、13の何れかは、x/y面内の共鳴導体構造の部分に接続され、これらの導体の反対側の端部には、第5の導体15が接続され、接地面z=0に接続されている。
【００７３】
図9及び図10では図示の簡明化のため、本発明によるトラップ回路に接続可能な様々な他のリアクティブ要素Rxや、図8に示す要素や、ダイオードDでDCバイアス電圧/電流を印加するために接続する端子B等は示されていない。
【００７４】
図11の(A)は、ダイオードDが導通状態である調整状態における図9に関するTEM共振器の周波数に関する入力インピーダンスZを示す。TEM共振器の共振周波数において、個の入力インピーダンスは0．2オーム(Ohm)よりも小さな値に測定されている。図11(B)はデチューン状態(detuned  state)の入力インピーダンスを示し、ダイオードDは非導通状態であり、トラップ回路はそのトラップ共振周波数に共振している(TEM共振器の共振周波数frと実質的に同一である)。この場合、入力インピーダンスはその共振周波数で6kオーム(Ohm)より大きく測定されている。
【００７５】
図12はy/z面内での調整状態に関する図9によるTEM共振器のシミュレーションによる磁場強度Hを示す。上記のトラップ回路の第1ないし第3の導体11、12、13に対する電流分布は、近似的に等しいと仮定されている。この点に関し、図13はデチューン状態での磁場の強度Hを示しており、すなわちダイオードが非導通状態であり、バタフライタイプの電流モードが生成されている。図13は、この磁場の強さが顕著に小さく、かつ図12に示されているTEM共鳴モードにおける磁場の強さが導体からの距離から急速に減少している様子を示す。図12では、磁場の強度Hのスケール(寸法)が導体構造及び接地面(暗い領域)の間で100A/mという最大値を示し、図13ではそのスケールが約5．6A/mにすぎない最大値しかもたらしていないことに留意を要する。
【００７６】
第1又は第2の導体L1、L2のようなインダクタが図4、図6、図7に示すように第2の導体12にそれぞれ組み込まれる場合、この第2の導体12による電流(及びダイオードDによる電流)は減少し、第1及び第3の導体11、13による電流は調整状態の場合は増加する。これは、第2(中央)の導体において磁場の強さHが減少し、第1及び第3の導体において図12と比較して磁場の強度が増えていることから、図14によるTEM共振器についてのシミュレーションによる磁場強度Hの図からも認められる。図15によりデチューンされた状態の場合、磁場の強度は、がデチューン状態であるインダクタL1、L2ではない場合の図13の場合と比較した場合、そのような追加的なインダクタによってはほぼ変わらない。図14及び図15における磁場の強度Hの最大スケールは、図12、図13の場合とそれぞれ同じである。
【００７７】
本発明によるトラップ回路の効率は実験又はシミュレーションにより確認されており、図9によるTEM共振器は約105MHzの共鳴周波数で構築され、ピックアップコイルはそのようなTEM共振器の近くに設けられる。TEM共振器の調整された状態の場合(トラップ回路のダイポールDが形成されている場合)、TEM共振器及びピックアップコイル間のカップリング又は結合度は約-20dBであった。TEM共振器をデチューニングすることで(ダイオードDが非導通状態になるようにDCバイアスをかけることで)、105MHzの元々の共鳴周波数は約77MHzの低い共振周波数に移されかつ約121MHzの高い共鳴周波数に移された。これにより、105MHzの元々の共鳴周波数におけるカップリングは-84dBまで減少し、すなわちカップリングが64dBだけ減らされている。更に、トラップ回路のトラップ共鳴に関する如何なる不都合な又は有害な(adverse)影響は確認されなかった。
【００７８】
以上、本発明は上記の説明及び図面を参照しながらなされてきたが、そのような説明や図面は考えられる一例にすぎず、限定ではなく、本発明は説明された内容に限定されない。本発明に関する様々な変形例が、添付の特許請求の範囲で規定される発明の範囲から逸脱することなく可能である。特に、上記の説明ではダイオードDを示したが、他の半導体スイッチやマイクロメカニカルエレメント(MEMS)を使用して、関連するRFアンテナの共鳴導体構造を形成することも当然に可能であり、ストリップラインやストリップ導体の代わりに導体ワイヤが使用されてもよい。
【００７９】
開示された実施の形態に対する変形例は、明細書、特許請求の範囲及び図面から当業者に適切に理解できる。特許請求の範囲において、存在する場合、「有する(comprising)」という言葉は他の要素やステップを排除せず、「ある」又は「或る」という言葉も複数個存在することを排除しない。ある要素が異なる従属請求項で引用されているというただそれだけのことでそれらの有利な組み合わせが使用できないことを意味するわけではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８０】
【特許文献１】特開平１−１２９８４２号公報
【図１】
2013540553.tif 000003
【図２】
2013540553.tif 000004
【図３】
2013540553.tif 000005
【図４】
2013540553.tif 000006
【図５】
2013540553.tif 000007
【図６】
2013540553.tif 000008
【図７】
2013540553.tif 000009
【図８】
2013540553.tif 000010
【図９】
2013540553.tif 000011
【図１０】
2013540553.tif 000012
【図１１（Ａ）】
2013540553.tif 000013
【図１１（Ｂ）】
2013540553.tif 000014
【図１２】
2013540553.tif 000015
【図１３】
2013540553.tif 000016
【図１４】
2013540553.tif 000017
【図１５】
2013540553.tif 000018
【国際調査報告】
2013540553.tif 000019
2013540553.tif 000020
2013540553.tif 000021