(57)【要約】  自動調整・整合装置（３０）及び方法は、負荷（１８、１８’）から反射された電力を検出する反射電力センサ（３２）と、この反射電力を最小化するようプログラム可能な、該負荷と直列のＬＣマッチング回路とを有する。ＬＣマッチング回路は、負荷（１８、１８’）と直列のインダクタマトリクス（３４）と、該インダクタマトリクスと並列のキャパシタマトリクス（３６）とを含む。マトリクスコントローラ（３８）が、検出された反射電力に基づき、該反射電力を最小かするよう、インダクタマトリクス又はキャパシタマトリクスの少なくとも一方を設定する。
2013505044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷から反射された反射電力を検出する反射電力センサ；及び
前記負荷と直列のＬＣマッチング回路であり、前記反射電力を最小化するようプログラム可能なＬＣマッチング回路；
を有する自動調整・整合装置。
【請求項２】
前記負荷と直列のインダクタマトリクス；
前記反射電力を最小化する、前記インダクタマトリクスと並列のキャパシタマトリクス；及び
検出された前記反射電力に基づいて前記インダクタマトリクス又はキャパシタマトリクスの少なくとも一方を設定するマトリクスコントローラ；
を更に含む請求項１に記載の自動調整・整合装置。
【請求項３】
前記ＬＣマッチング回路を、前方Ｌ型回路、後方Ｌ型回路又はπ型回路並列構成のうちの１つに切り換える回路スイッチ、
を更に含む請求項１又は２に記載の自動調整・整合装置。
【請求項４】
前記負荷と接続され、それに電力を供給する送信器増幅器、を更に含み、
マトリクスコントローラが、前記インダクタマトリクス及び前記キャパシタマトリクスを前記負荷及び前記送信器増幅器のインピーダンスに調整する、
請求項１乃至３の何れか一項に記載の自動調整・整合装置。
【請求項５】
前記インダクタマトリクスは、異なる大きさの複数のインダクタを含み、各インダクタは、該インダクタを動作状態又は非動作状態の一方に選択的に切り換える対応するスイッチに結合される；
前記キャパシタマトリクスは、異なる大きさの複数のキャパシタを含み、各キャパシタは、該キャパシタを動作状態又は非動作状態の一方に切り換える対応するスイッチに結合される；
のうちの少なくとも一方である、請求項２乃至４の何れか一項に記載の自動調整・整合装置。
【請求項６】
前記マトリクスコントローラは：
複数の既知のインピーダンスミスマッチのルックアップテーブルであり、各既知のインピーダンスミスマッチが、対応するインダクタマトリクス設定及びキャパシタマトリクス設定に関連付けられたルックアップテーブル；
前記既知のインピーダンスミスマッチと、対応するインダクタ及びキャパシタマトリクスプログラムとを格納するメモリ素子；
を含む、請求項２乃至５の何れか一項に記載の自動調整・整合装置。
【請求項７】
前記マトリクスコントローラは、新たなインダクタ及びキャパシタマトリクス設定を反復的に決定し、前記新たなインダクタ及びキャパシタマトリクス設定を前記メモリ素子に格納するよう構成される、請求項６に記載の自動調整・整合装置。
【請求項８】
検査領域内に静磁場を生成する磁石；
前記検査領域内の被検体内に磁気共鳴を誘起して操作し、且つ／或いは前記検査領域からの磁気共鳴データを収集するように構成された無線周波数（ＲＦ）コイルアセンブリ；
前記ＲＦコイルアセンブリに結合されたＲＦ送信器であり、前記ＲＦコイルアセンブリに前記磁気共鳴を生成させるＲＦ送信器；及び
請求項１乃至７の何れか一項に記載の自動調整・整合装置であり、前記ＲＦ送信器と前記ＲＦコイルアセンブリとの間に配置されて、前記ＲＦコイルアセンブリ及び前記ＲＦ送信器のインピーダンスを整合させる自動調整・整合装置；
を有する磁気共鳴システム。
【請求項９】
前記ＲＦコイルアセンブリに結合されたＲＦ受信器であり、生成された磁気共鳴信号を受信するように構成されたＲＦ受信器；
前記ＲＦコイルアセンブリを前記ＲＦ送信器及び前記ＲＦ受信器のうちの一方に選択的に結合させる切換ユニット；
を更に含み、
前記自動調整・整合装置は：
（１）前記ＲＦコイルアセンブリのインピーダンスと前記ＲＦ受信器のインピーダンスとを整合させるよう、前記ＲＦコイルアセンブリと前記切換ユニットとの間に配置される；
（２）前記ＲＦ送信器と前記切換ユニットとの間に配置される；
のうち何れかである、
請求項８に記載の磁気共鳴システム。
【請求項１０】
前記ＲＦコイルアセンブリでの反射電力を検出して最小化するよう前記自動調整・整合装置を制御するスキャンコントローラ、
を更に含む請求項８又は９に記載の磁気共鳴システム。
【請求項１１】
前記スキャンコントローラは、複数回の画像収集の合間に、前記ＲＦコイルアセンブリでの反射電力を検出して最小化するよう前記自動調整・整合装置を制御する、請求項１０に記載の磁気共鳴システム。
【請求項１２】
前記自動調整・整合装置は前記ＲＦコイルアセンブリに統合されている、請求項８乃至１０の何れか一項に記載の磁気共鳴システム。
【請求項１３】
前記ＲＦコイルアセンブリに統合された前記自動調整・整合装置が、傾斜磁場コイルの中断部内に配置される、請求項１２に記載の磁気共鳴システム。
【請求項１４】
負荷からの反射電力を検出するステップ；及び
前記反射電力を最小化するようＬＣマッチング回路をプログラムするステップ；
を有するインピーダンス整合方法。
【請求項１５】
前記ＬＣマッチング回路をプログラムするステップは：
前記負荷と直列のインダクタマトリクスを設定し；且つ
前記反射電力を最小化するよう、前記インダクタマトリクスと並列のキャパシタマトリクスを設定する；
ことを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記ＬＣマッチング回路をプログラムするステップは：
前記ＬＣマッチング回路を、前方Ｌ型回路、後方Ｌ型回路及びπ型回路並列構成のうちの１つに切り換える、
ことを含む、請求項１４又は１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記ＬＣマッチング回路をプログラムするステップは：
前記インダクタマトリクスの、異なる大きさの複数のインダクタを、動作状態又は非動作状態の一方に切り換えること；及び
前記キャパシタマトリクスの、異なる大きさの複数のキャパシタを、動作状態又は非動作状態の一方に切り換えること；
のうちの少なくとも一方を更に含む、請求項１４乃至１６の何れか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記負荷は、磁気共鳴（ＭＲ）スキャナのＲＦコイルアセンブリを含み、前記ＬＣマッチング回路に送信器が接続されており、当該方法は：
前記ＲＦコイルアセンブリに隣接する前記ＭＲスキャナの検査領域内に被検体を配置するステップ；及び
前記ＬＣマッチング回路を介して前記ＲＦコイルアセンブリにＲＦパルスを伝達するステップ；
を更に含み、
前記検出するステップは、前記ＲＦパルスに応答して前記ＲＦコイルアセンブリから反射される電力について実行される、
請求項１４乃至１７の何れか一項に記載の方法。
【請求項１９】
ＭＲ検査シーケンスを実行するステップ；
前記ＭＲ検査シーケンス中に、前記被検体を前記ＲＦコイルアセンブリに対して移動させるステップ；及び
前記ＭＲ検査シーケンス中に、前記反射電力を検出するステップと前記ＬＣマッチング回路をプログラムするステップとを繰り返すステップ；
を更に含む請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願はハイパワー無線周波数（ＲＦ）インピーダンス整合に関する。本出願は特に、磁気共鳴システムにおけるマルチエレメント送信コイルとＲＦ電力増幅器とのアイソレーション及びインピーダンス整合に適用される。
【背景技術】
【０００２】
患者の検査及び治療のため、しばしば、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）及び磁気共鳴スペクトロスコピー（ＭＲＳ）システムが使用されている。このようなシステムにより、検査すべき身体組織（tissue）の核スピンが、静的な主磁場Ｂ０によって整列され、そして、無線周波数帯域で振動する横断磁場Ｂ１によって励起される。撮像（イメージング）においては、緩和（リラクゼーション）信号を傾斜磁場に晒すことで、得られる共鳴の位置が特定される。そして、緩和信号を受信し、１次元又は多次元の画像へと再構成する。スペクトロスコピーにおいては、共鳴信号の周波数成分にて、組織の組成に関する情報が担持される。
【０００３】
一般的に使用されている２種類のＭＲシステムとして、“オープン”ＭＲシステム（縦型システム）と“ボア型”システムとがある。前者では、患者は、Ｃ字型ユニットによって接続された２つの磁極の間に位置する検査ゾーンに導き入れられる。検査又は治療中に、実質的に全ての側から患者にアクセス可能である。後者は円筒形の検査空間（アクシャルシステム）を有し、そこに患者が導き入れられる。
【０００４】
ＲＦコイルシステムが、ＲＦ信号の送信と共鳴信号の受信とを実現する。撮像機器に恒久的に組み込まれたＲＦコイルシステムに加えて、検査すべき特定の領域の周り又は内部に、特殊用途のコイルを柔軟に配置することができる。特殊用途コイルは、特に、一様な励起及び高感度検出が要求される状況において、信号対雑音比（ＳＮＲ）を最適化するように設計される。さらに、複数チャンネルのアンテナ構成によって、特別なＲＦ信号シーケンス、より高い磁場強度、大きいフリップ角、又は実時間シーケンスを実現・生成することができ、また、多次元励起を加速することが可能である。
【０００５】
マルチエレメント（複数素子）送信コイル（マルティクス）システムにおいて、個々のコイル素子の各々がＲＦ電力増幅器（パワーアンプ）に接続される。マルティクスシステムは、Ｂ１磁場の均一性を向上させるとともに、患者内での比吸収率（specific  absorption  rate；ＳＡＲ）を低減することができ、それにより、例えば２テスラ（Ｔ）又はそれ以上といった、より高い磁場強度での動作を可能にする。より高磁場強度において個々のコイルを直接的にＲＦ電力増幅器に接続することに起因して、幾つかの問題が生じる。電力増幅器は、例えば５０Ωといった選択されたインピーダンスに予め調整される。マッチング（整合）回路が、各コイル素子のインピーダンスを、予め選択された上記のインピーダンスに整合する。しかしながら、患者によってコイル素子の装荷が変化され、それにより、インピーダンスが変化されてインピーダンスミスマッチが生じる。インピーダンスのミスマッチが存在すると、ＲＦ電力が反射されて電力増幅器へと戻され、コイル素子に送達されるよう意図された電力を浪費してしまう。これは、個々のコイル素子間の不十分な絶縁、ひいては、電力増幅器の出力ポートにおける不十分なアイソレーション（分離性）をもたらし、最終的に、電力増幅器に非線形応答を生じさせる。
【０００６】
電力増幅器のアイソレーションに伴う問題を解決するため、導波路サーキュレータすなわちアイソレータが導入されてきた。サーキュレータは、入射波と反射波とを分離するために使用される基本的な３ポートの非相反性（non-reciprocal）の部品である。そのフェライトコア内に、絶縁された導体巻線によって、磁場が生成されると、信号を１つのポートから別の１つのポートへと循環させるために使用可能な磁気回転効果が発生される。入射信号は１方向のみに循環して、すなわち、時計回り又は反時計回りに循環して次のポートに到達する。ポートのうちの１つが、マッチングの取られた負荷で終端される場合、サーキュレータは、一方の方向で高い損失を有し且つ他方の方向で低い損失を有するアイソレータとして機能する。故に、逆方向においては、ポートが互いにアイソレートされ、信号伝播が制限される。磁性フェライトコアは、その優れた（ＲＦ）性能と可動部がないこととにより、受動サーキュレータを製造するための最も一般的な材料である。特定の周波数範囲内で望ましい応答が起こる。これは、フェライトコアの寸法と静磁場の大きさとを調整することによって達成可能であり、すなわち、より高い電力において、より大きいコアが必要となる。
【０００７】
例えばＭＲシステムで使用されるものなどのハイパワーサーキュレータは、設計・製造するのが高くつく。それらは、大型のフェライトコアを必要とするとともに、アーチ状にすることを妨げる、ヒートシンクと低い誘電率を有する高価な熱伝導材料とを含む複雑な熱交換システムを必要とする。より大きいフェライトコア内に磁気回転効果を誘起するためには、更なる負荷が必要となる。フェライトコアの飽和特性及びその固有の磁気特性により、サーキュレータは、ＭＲ主磁石から或る距離を置いた位置になければばらない。これは、ＲＦ電力増幅器を更に遠くに位置付けるよう強いることになり、ＲＦエネルギーの既に高いコストを増大させるとともにＭＲ室に配線の複雑性を追加してしまい得る。また、サーキュレータの動作中、反射されたＲＦ電力がフェライトコアを加熱し、ＲＦ電力増幅器の非線形をもたらし得る信頼性のない動作を生じさせるとともに、増幅器のポートにおけるアイソレーションを低下させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本出願は、上述及びその他の問題を解決する新たな改善された調整・整合装置及び方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一態様によれば、自動調整・整合装置は、負荷から反射された電力を検出する反射電力センサと、この反射電力を最小化するようプログラム可能な、前記負荷と直列のＬＣマッチング回路とを有する。
【００１０】
他の一態様によれば、インピーダンス整合方法は、負荷からの反射電力を検出し、該反射電力を最小化するようＬＣマッチング回路をプログラムすることを有する。
【発明の効果】
【００１１】
１つの利点は、信号対雑音比（ＳＮＲ）が高められることにある。別の利点は、無線周波数（ＲＦ）電力要求が低減されることにある。別の利点は、システムの複雑性が低減されることにある。別の利点は、製造コストが削減されることにある。別の利点は、スキャン時間が短縮されることにある。
【００１２】
以下の詳細な説明を読んで理解することで、本発明の更なる利点が当業者に認識されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
本発明は、様々な構成要素及びその配置、並びに様々なステップ及びその編成の形態を取り得る。図面は、単に好適実施形態を例示するためのものであり、本発明を限定するものとして解釈されるべきでない。
【図１】自動調整・整合ユニットを備えた磁気共鳴システムの一態様を示す概略図である。
【図２】自動調整・整合ユニットを備えた磁気共鳴システムの他の一態様を示す概略図である。
【図３】自動調整・整合ユニットを示す概略図である。
【図４Ａ】自動調整・整合ユニットのマッチング回路構成を示す回路図である。
【図４Ｂ】自動調整・整合ユニットのマッチング回路構成を示す回路図である。
【図４Ｃ】自動調整・整合ユニットのマッチング回路構成を示す回路図である。
【図５Ａ】統合された自動調整・整合ユニットを備えたＴＥＭコイルを示す概略図である。
【図５Ｂ】統合された自動調整・整合ユニットを備えたループコイルを示す概略図である。
【図６Ａ】中断された傾斜磁場コイルを備えた磁気共鳴システムの一部を示す概略図である。
【図６Ｂ】統合された自動調整・整合ユニットを備えたコイル素子を示す概略図である。
【図７】自動調整・整合ユニットを備えた多周波ＲＦコイルアセンブリの一態様を示す概略図である。
【図８】自動調整・整合ユニットを備えた多周波ＲＦコイルアセンブリの他の一態様を示す概略図である。
【図９】ＭＲシーケンス及び自動調整・整合を示すタイミング図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１を参照するに、磁気共鳴（ＭＲ）撮像システム１０は、検査領域１４中に時間的に一様なＢ０磁場を生成する主磁石１２を含んでいる。主磁石は、円形若しくはボア型の磁石、Ｃ字状のオープン磁石、その他の設計のオープン磁石、又はこれらに類するものとし得る。主磁石に隣接配置された傾斜磁場コイル１６が、磁気共鳴信号を空間エンコーディングすること、又は磁化スポイリング磁場勾配を生成することなどのために、Ｂ０磁場に対して選択された軸に沿って磁場勾配を生成するよう機能する。傾斜磁場コイル１６は、３つの直交する方向（典型的に、軸方法すなわちｚ方向、横方向すなわちｘ方向、及び縦方向すなわちｙ方向）における磁場勾配を作り出すように構成された複数のコイルセグメントを含み得る。
【００１５】
例えば全身無線周波数コイルなどの無線周波数（ＲＦ）コイルアセンブリ（組立体）１８が、検査領域に隣接して配置される。ＲＦコイルアセンブリは、被検体の整列された双極子に磁気共鳴を励起するための無線周波数Ｂ１パルスを生成する。無線周波数コイルアセンブリ１８はまた、撮像領域から生じる磁気共鳴信号を検出するよう機能する。必要に応じて、磁気共鳴信号の、より高感度で局在化された、空間エンコーディング、励起及び受信のため、全身ＲＦコイル１８に加えて、あるいは代えて、局部、表面又は体内（インビボ）ＲＦコイル１８’が配設される。マルチエレメントＲＦコイルアセンブリにおいて、ＲＦコイルアセンブリは、Ｂ１の均一性を向上させ且つ被検体内での比吸収率（ＳＡＲ）を低下させるため、複数の個別のコイル素子を含む。
【００１６】
被検体の磁気共鳴データを収集するため、被検体は検査領域内、好ましくは、主磁場のアイソセンター又はその付近に配置される。スキャンコントローラ２０が勾配コントローラ２２を制御する。勾配コントローラ２２は、傾斜磁場コイルに、選択された磁気共鳴イメージング又はスペクトロスコピーのシーケンスに適当な選択傾斜磁場パルスを、撮像領域に印加させる。スキャンコントローラ２０はまたＲＦ送信器２４を制御し、ＲＦ送信器２４は、ＲＦコイルアセンブリに、磁気共鳴励起・操作Ｂ１パルスを生成させる。マルチエレメントＲＦコイルアセンブリにおいて、ＲＦ送信器２４は、複数の送信器を含み、あるいは、各送信チャンネルがコイルアセンブリの対応するコイル素子に動作的に接続されるＲＦ増幅器を含む複数の送信チャンネルを備えた単一の送信器を含む。単一コイル設計において、単一の送信チャンネルは、励起・操作信号を生成する単一のＲＦ電力増幅器を含む。
【００１７】
スキャンコントローラ２０はまた、生成された磁気共鳴信号をＲＦコイルアセンブリから受信するために、ＲＦコイルアセンブリに接続されたＲＦ受信器２６を制御する。マルチエレメントＲＦコイルアセンブリにおいて、ＲＦ受信器２６は、複数の受信器を含み、あるいは、各受信チャンネルがコイルアセンブリの対応するコイル素子に動作的に接続される前置増幅器を含む複数の受信チャンネルを備えた単一の受信器を含む。単一コイル設計において、単一の受信チャンネルは、受信された磁気共鳴信号を増幅する単一の前置増幅器を含む。
【００１８】
スキャンコントローラはまた、ＲＦコイルアセンブリ１８、１８’をＲＦ送信器２４又はＲＦ受信器２６の一方に選択的に結合させることによって、ＲＦコイルアセンブリ１８、１８’を送信モードと受信モードとの間で切り換える切換ユニット２８を制御する。マルチエレメントＲＦコイルアセンブリにおいて、切換ユニット２８は複数のスイッチを含み、各スイッチが、個別の１つのコイル素子を、ＲＦ送信器１４のＲＦ送信チャンネルのうちの対応する１つ、又はＲＦ受信器２６のＲＦ受信チャンネルのうちの対応する１つへと選択的に切り換える。
【００１９】
典型的に、ＭＲシステムを組み立てるのに先立ち、ＲＦコイルアセンブリの個々のコイル素子は、対応するＲＦ電力増幅器の出力ポートと整合するよう調整される。しかしながら、例えば２テスラ（Ｔ）又はそれ以上といった高い磁場強度においては、患者によって個々のコイル素子各々の装荷が変化され、それにより、それらのインピーダンスが変化される。インピーダンスのミスマッチは、ＲＦ電力増幅器によって生成された信号の一部又は全体を反射させてＲＦ送信器２４へと戻し、ＲＦエネルギーを浪費するとともに、場合により、入射信号を歪ませ、且つ場合により、ＲＦ送信器にダメージを与え得る。
【００２０】
第１の態様において、ＲＦ送信器２４と切換ユニット２８との間に、自動調整・整合ユニット（automatic  tune  and  match  unit；ＡＴＭＵ）３０が配置される。マルチエレメントＲＦコイルアセンブリにおいて、ＡＴＭＵ３０は複数のＡＴＭＵを含み、各ＡＴＭＵが、ＲＦ送信器２４の対応するＲＦ送信チャンネルと切換ユニット２８の対応するスイッチとの間に配置される。ＭＲシステム１０が送信モードにあるとき、切換ユニット２８はＲＦ送信器２４をＲＦコイルアセンブリ１８、１８’に選択的に結合させる。各ＡＴＭＵ３０が、ＲＦコイルアセンブリ１８、１８’の各コイル素子とＲＦ送信器２４の対応するＲＦ電力増幅器との間のインピーダンスミスマッチを検出する。スキャンコントローラ２０がＡＴＭＵを制御して、検出されたインピーダンスミスマッチを補償して反射信号の一部又は全体を排除させる。
【００２１】
図２を参照するに、第２の態様において、ＡＴＭＵ３０は切換ユニット２８とＲＦコイルアセンブリ１８、１８’との間に配置される。ＭＲシステム１０が送信モードにあるとき、切換ユニット２８はＲＦ送信器２４をＲＦコイルアセンブリ１８、１８’に選択的に結合させ、ＡＴＭＵ３０が、ＲＦコイルアセンブリ１８、１８’とＲＦ送信器２４との間の、あるいは、マルチエレメントＲＦコイルアセンブリの例においてはＲＦコイルアセンブリ１８、１８’の各コイル素子とＲＦ送信器２４の対応するＲＦ電力増幅器との間の、インピーダンスミスマッチを検出して補償する。ＭＲシステム１０が受信モードにあるとき、切換ユニット２８はＲＦ受信器２６をＲＦコイルアセンブリ１８、１８’に選択的に結合させ、ＡＴＭＵ３０が、ＲＦコイルアセンブリ１８、１８’とＲＦ受信器２６との間の、あるいは、マルチエレメントＲＦコイルアセンブリの例においてはＲＦコイルアセンブリ１８、１８’の各コイル素子とＲＦ受信器２６の対応する前置増幅器との間の、インピーダンスミスマッチを検出して補償する。
【００２２】
図３を参照するに、各ＡＴＭＵ３０は、インピーダンスミスマッチを検出する反射電力センサ３２を含んでいる。反射電力センサ３２は、インピーダンスのミスマッチ及び大きさを様々な手法で検出することができ、例えば、電圧定在波比（voltage  standing  wave  ratio；ＶＳＷＲ）又はこれに類するものを決定することによって検出する。ＡＴＭＵは、ＲＦコイルアセンブリ１８、１８’とＲＦ送信器／受信器２４、２６との間に直列に、インダクタマトリクス３４を含み、且つＲＦコイルアセンブリ１８、１８’とＲＦ送信器／受信器２４、２６との間に並列に、キャパシタマトリクス３６を含んでいる。インダクタマトリクス３４及びキャパシタマトリクス３６はＬＣマッチング回路を形成する。なお、認識されるように、ＲＦコイルアセンブリ１８、１８’とＲＦ送信器／受信器２４、２６との間の、並列のインダクタマトリクス及び直列のキャパシタマトリクスとすることも意図される。
【００２３】
マトリクスコントローラ３８が、検出されたインピーダンスミスマッチを補償するよう、インダクタマトリクス３４及びキャパシタマトリクス３６を制御する。インダクタマトリクス３４は、異なる大きさの複数のインダクタを含んでおり、各インダクタは、該インダクタを動作状態又は非動作状態の一方に選択的に切り換える対応するスイッチに結合されている。同様に、キャパシタマトリクス３６は、異なる大きさの複数のキャパシタを含んでおり、各キャパシタは、該キャパシタを動作状態又は非動作状態の一方に選択的に切り換える対応するスイッチに結合されている。マトリクスコントローラ３８は、インダクタ及びキャパシタのマトリクス３４、３６の双方のスイッチを制御する。斯くして、インダクタマトリクス３４は複数のインダクタンスを生じさせることができ、キャパシタマトリクス３６は複数のキャパシタンスを生じさせることができる。マトリクスコントローラ３８はまた、ＬＣマッチング回路の構成を、後方Ｌ型回路（図４Ａ）、前方Ｌ型回路（図４Ｂ）又はπ型回路（図４Ｃ）のうちの１つに変更する回路スイッチ４０を制御する。
【００２４】
マトリクスコントローラ３８は、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）４２とメモリユニット４４とを含んでいる。ルックアップテーブルは、メモリユニット４４に格納された既知のインピーダンスミスマッチを、やはりメモリユニット４４に格納された対応するインダクタマトリクスプログラム及び／又はキャパシタマトリクスプログラムに関連付ける。認識されるように、メモリユニット４４には、複数の既知のインピーダンスミスマッチ及び対応するインダクタ及び／又はキャパシタマトリクスプログラムが格納されている。インダクタ及び／又はキャパシタマトリクスプログラムがマトリクスコントローラ３８に命令し、マトリクスコントローラ３８が、既知のインピーダンスミスマッチを補償するようインダクタ及びキャパシタのマトリクス３４、３６の制御を切り換える。マトリクスコントローラ３８は、検出されたインピーダンスミスマッチを、メモリユニット４４に格納された既知の複数のインピーダンスと比較する。検出されたインピーダンスミスマッチが、或る既知のインピーダンスミスマッチと相関を有する場合、マトリクスコントローラ３８は、インダクタマトリクス３４及びキャパシタマトリクス３６を、それぞれ、該既知のインピーダンスミスマッチに対応するインダクタマトリクスプログラム及びキャパシタマトリクスプログラムに従ってプログラムする。
【００２５】
検出されたインピーダンスミスマッチが、格納された既知のインピーダンスミスマッチと相関を有しない場合、マトリクスコントローラ３８は、検出されたインピーダンスミスマッチが補償されるまで、インダクタ及びキャパシタのマトリクス３４、３６によって生成される複数のインダクタンス及びキャパシタンスにわたって反復することによって、対応するインダクタマトリクスプログラム及びキャパシタマトリクスプログラムを生成するように構成される。マトリクスコントローラ３８は、検出されたインピーダンスミスマッチを既知のインピーダンスミスマッチとして格納するとともに、生成された対応するインダクタ及びキャパシタマトリクスプログラムを格納し、そして、最近格納された既知のインピーダンスミスマッチと対応するインダクタ及びキャパシタマトリクスプログラムとの間の関連付けを含むようにＬＵＴ４２を更新する。一実施形態において、マトリクスコントローラ３８は、検出されたインピーダンスミスマッチを補償するのに必要な反復回数を減らすため、既知のインピーダンスミスマッチの何れが、検出されたインピーダンスミスマッチと最も強く相関するかを決定する。そして、マトリクスコントローラ３８は、最も強い相関を用いて、対応するインダクタ及びキャパシタマトリクスプログラムを、検出されたインピーダンスミスマッチが補償されるまで体系的に調整する。検出されたインピーダンスミスマッチは、対応するインダクタ及びキャパシタマトリクスプログラムとともに、既知のインピーダンスミスマッチとしてメモリユニット４４に格納され、ＬＵＴ４２が更新される。斯くして、マトリクスコントローラは、利用可能な誘導素子及び容量素子から、コイル１８、１８’のインピーダンスに最良に整合する回路を提供するマッチング回路を構成する。
【００２６】
ＡＴＭＵ３０は非磁性材料で構築され、例えば、インダクタマトリクス及びキャパシタマトリクスのスイッチは、ＭＥＭＳに基づくもの、ｐｉｎダイオード、又はこれらに類するものにされる。こうすることは、ＲＦコイルアセンブリ１８、１８’又はマルチエレメントシステムの場合の個々のコイル素子の比較的近くにＡＴＭＵを位置付けることを可能にし、ひいては、ＲＦ送信器及び／又は受信器２４、２６をＭＲシステム１０の比較的近くに位置付けることを可能にする。図５Ａを参照するに、一実施形態において、ＡＴＭＵ３０はＴＥＭ（transverse  electromagnetic）コイル５０に隣接配置される。図５Ｂを参照するに、他の一実施形態において、ＡＴＭＵ３０はループコイル５２に隣接配置される。
【００２７】
図６Ａ及び６Ｂを参照するに、他の一実施形態において、ＡＴＭＵ３０はＲＦコイルアセンブリに統合される。図示したように、ＡＴＭＵ３０は、分割（スプリット）型傾斜磁場コイル５６の中断部５５内に配置されたＴＥＭコイル５４に統合される。分割型傾斜磁場コイルは、ＲＦコイルアセンブリが配置される隙間又は中断部５５を傾斜磁場コイル間に画成することにより、より大きいボアサイズを可能にする。この構成は、より大きい被検体を収容し、また、不安を軽減し得る。統合されたＡＴＭＵ３０を備えたＴＥＭコイルの上面図である図６Ｂに示すように、ＡＴＭＵは、ＴＥＭコイルの印刷回路素子（ＰＣＢ）５８上に配置されることが可能である。ＡＴＭＵ３０をＲＦ送信器２４及び／又はＲＦ受信器２６に接続する伝送線は、主磁石や傾斜磁場コイルの動作と干渉しないように、ＭＲシステム１０の筐体内を配線されることができる。
【００２８】
図７を参照するに、第３の態様において、ＲＦコイルアセンブリ１８、１８’は、マルチ周波数のマルチエレメントＲＦコイルアセンブリ、より具体的には、インターリーブ（交互配置）型複同調（double-tuned）ＲＦコイルアセンブリである。ＲＦコイルアセンブリ１８、１８’は、例えば１３Ｃ及び１Ｈなどといった複数の核種の同時励起のために相異なる周波数に同調される隣接コイル素子６０、６２を含んでいる。しかしながら、例えば３１Ｐ又は１９Ｆなどのその他の種も、非インターリーブ型構成、及び三重同調（triple-tuned）や四重同調（quadruple-tuned）などのアセンブリとともに意図される。
【００２９】
図８を参照するに、第４の態様において、ＲＦコイルアセンブリ１８、１８’は、マルチ周波数のマルチエレメントＲＦコイルアセンブリ、より具体的には、例えば１３C  ６０といった１つのアレイがハードウェア結合器６４を介してＲＦ送信器２４に接続されるインターリーブ型複同調ＲＦコイルアセンブリである。この構成は、複数の核種のうちの１つが１３Ｃの低めの共振周波数のために個々のコイル素子に患者依存負荷を示さないときに有用である。図８に示した例において、１３Ｃコイル素子６０はＡＭＴＵに接続されていない。何故なら、例えば２Ｔなどの特定の磁場強度で１３Ｃコイル素子６０は有意な患者依存インピーダンスミスマッチを示さない、すなわち、１３Ｃの低めの共振周波数では個々のコイル素子の被検体依存装荷は有意でないためである。しかしながら、同じ磁場強度において、１Ｈコイル素子６２は、被検体によって装荷されてインピーダンスミスマッチを示す。このインピーダンスミスマッチは、対応するＡＴＭＵ３０を用いて補償されることができる。なお、例えば３１Ｐ又は１９Ｆなどのその他の種も、非インターリーブ型構成、及び三重同調や四重同調などのアセンブリとともに意図される。
【００３０】
図９を参照するに、スキャンコントローラ２０は、このタイミング図に例示するように、複数回の画像収集の合間にインピーダンスミスマッチを補償するよう、ＡＴＭＵ３０を制御する。一実施形態において、如何なるＭＲ画像表現の収集にも先立ち、スキャンコントローラ２０は、被検体が検査領域１４内の最適位置にある間に、インピーダンスミスマッチを補償するようＡＴＭＵ３０を制御し、それにより、全ての未知のインピーダンスミスマッチが画像収集に先立って不具にされ得る。他の一実施形態において、スキャンコントローラ２０は、移動寝台検査におけるインピーダンスミスマッチを補償するよう、ＡＴＭＵ３０を制御する。移動寝台検査においては、検査領域１４内の多数の異なる寝台位置で被検体の画像表現が収集される。検査に先立ち、スキャンコントローラ２０は、全ての寝台位置でインピーダンスミスマッチを補償するようＡＴＭＵ３０を制御するよう構成され、それにより、全ての未知のインピーダンスミスマッチが画像収集に先立って不具にされ得る。他の例では、ＭＲスキャン中にインピーダンスミスマッチが測定され、そのスキャン中に、最適なインピーダンス整合を維持するようにＡＴＭＵが動的に調整される。
【００３１】
図１を再び参照するに、受信器２６からの受信データは、データバッファ７０に一時的に格納され、磁気共鳴データプロセッサ７２によって処理される。磁気共鳴データプロセッサは、画像再構成（ＭＲＩ）、磁気共鳴スペクトロスコピー（ＭＲＳ）、及びカテーテル若しくは介入機器の位置特定などを含む技術的に知られた様々な機能を実行することができる。再構成された磁気共鳴画像、スペクトロスコピー読み出し結果、介入機器の位置情報、及びその他の処理されたＭＲデータは、例えば医療施設の患者アーカイブなどの記憶装置に格納される。グラフィックユーザインタフェース又は表示装置７４は、スキャンのシーケンス及びプロトコルを選択すること、及びＭＲデータを表示することなどのためにスキャンコントローラ２０を制御するよう臨床医が使用可能なユーザ入力装置を含んでいる。
【００３２】
好適実施形態を参照して本発明を説明した。以上の詳細な説明を読んで理解した当業者は、変更及び変形に気付くであろう。本発明は、添付の請求項の範囲又はその均等範囲に入る限りにおいて、そのような全ての変更及び変形を含むものとして解されるものである。
【図１】
2013505044.tif 000003
【図２】
2013505044.tif 000004
【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
2013505044.tif 000013
【図８】
2013505044.tif 000014
【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年3月21日(2012.3.21)
【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】
検査領域内に静磁場を生成する磁石；
前記検査領域内の被検体内に磁気共鳴を誘起して操作し、且つ／或いは前記検査領域からの磁気共鳴データを収集するように構成された無線周波数（ＲＦ）コイルアセンブリ；
前記ＲＦコイルアセンブリに結合されたＲＦ送信器であり、前記ＲＦコイルアセンブリに前記磁気共鳴を生成させるＲＦ送信器；並びに
前記ＲＦ送信器と前記ＲＦコイルアセンブリとの間に配置されて、前記ＲＦコイルアセンブリ及び前記ＲＦ送信器のインピーダンスを整合させる自動調整・整合装置であり：
負荷から反射された反射電力を検出する反射電力センサ；及び
前記負荷と直列のＬＣマッチング回路であり、前記反射電力を最小化するようプログラム可能なＬＣマッチング回路；
を有する自動調整・整合装置；
を有する磁気共鳴システム。
【請求項２】
前記自動調整・整合装置は：
前記ＲＦコイルアセンブリと直列のインダクタマトリクス；
前記インダクタマトリクスと並列のキャパシタマトリクス；及び
検出された前記反射電力に基づいて、前記反射電力を最小化するよう、前記インダクタマトリクス又はキャパシタマトリクスの少なくとも一方を設定するマトリクスコントローラ；
を更に含む、請求項１に記載の磁気共鳴システム。
【請求項３】
前記自動調整・整合装置は：
前記ＬＣマッチング回路を、前方Ｌ型回路、後方Ｌ型回路又はπ型回路並列構成のうちの１つに切り換える回路スイッチ、
を更に含む、請求項１又は２に記載の磁気共鳴システム。
【請求項４】
前記自動調整・整合装置は：
前記ＲＦコイルアセンブリと接続され、それに電力を供給する送信器増幅器、
を更に含み、
マトリクスコントローラが、前記インダクタマトリクス及び前記キャパシタマトリクスを前記負荷及び前記送信器増幅器のインピーダンスに調整する、
請求項１乃至３の何れか一項に記載の磁気共鳴システム。
【請求項５】
前記自動調整・整合装置は：
前記インダクタマトリクスは、異なる大きさの複数のインダクタを含み、各インダクタは、該インダクタを動作状態又は非動作状態の一方に選択的に切り換える対応するスイッチに結合される；
前記キャパシタマトリクスは、異なる大きさの複数のキャパシタを含み、各キャパシタは、該キャパシタを動作状態又は非動作状態の一方に切り換える対応するスイッチに結合される；
のうちの少なくとも一方であることを含む、請求項２乃至４の何れか一項に記載の磁気共鳴システム。
【請求項６】
前記マトリクスコントローラは：
複数の既知のインピーダンスミスマッチのルックアップテーブルであり、各既知のインピーダンスミスマッチが、対応するインダクタマトリクス設定及びキャパシタマトリクス設定に関連付けられたルックアップテーブル；
前記既知のインピーダンスミスマッチと、対応するインダクタ及びキャパシタマトリクスプログラムとを格納するメモリ素子；
を含む、請求項２乃至５の何れか一項に記載の磁気共鳴システム。
【請求項７】
前記マトリクスコントローラは、新たなインダクタ及びキャパシタマトリクス設定を反復的に決定し、前記新たなインダクタ及びキャパシタマトリクス設定を前記メモリ素子に格納するよう構成される、請求項６に記載の磁気共鳴システム。
【請求項８】
前記ＲＦコイルアセンブリに結合されたＲＦ受信器であり、生成された磁気共鳴信号を受信するように構成されたＲＦ受信器；
前記ＲＦコイルアセンブリを前記ＲＦ送信器及び前記ＲＦ受信器のうちの一方に選択的に結合させる切換ユニット；
を更に含み、
前記自動調整・整合装置は：
（１）前記ＲＦコイルアセンブリのインピーダンスと前記ＲＦ受信器のインピーダンスとを整合させるよう、前記ＲＦコイルアセンブリと前記切換ユニットとの間に配置される；
（２）前記ＲＦ送信器と前記切換ユニットとの間に配置される；
のうち何れかである、
請求項１乃至７の何れか一項に記載の磁気共鳴システム。
【請求項９】
前記ＲＦコイルアセンブリでの反射電力を検出して最小化するよう前記自動調整・整合装置を制御するスキャンコントローラ、
を更に含む請求項１乃至８の何れか一項に記載の磁気共鳴システム。
【請求項１０】
前記スキャンコントローラは、複数回の画像収集の合間に、前記ＲＦコイルアセンブリでの反射電力を検出して最小化するよう前記自動調整・整合装置を制御する、請求項９に記載の磁気共鳴システム。
【請求項１１】
前記自動調整・整合装置は前記ＲＦコイルアセンブリに統合されている、請求項１乃至９の何れか一項に記載の磁気共鳴システム。
【請求項１２】
前記ＲＦコイルアセンブリに統合された前記自動調整・整合装置が、傾斜磁場コイルの中断部内に配置される、請求項１１に記載の磁気共鳴システム。
【請求項１３】
ＲＦコイルアセンブリに隣接するＭＲスキャナの検査領域内に被検体を配置するステップ；
ＬＣマッチング回路に接続された送信器を介して前記ＲＦコイルアセンブリにＲＦパルスを伝達するステップ；
前記ＲＦコイルアセンブリからの、前記ＲＦパルスの反射電力を検出するステップ；及び
前記反射電力を最小化するよう前記ＬＣマッチング回路をプログラムするステップ；
を有するインピーダンス整合方法。
【請求項１４】
前記ＬＣマッチング回路をプログラムするステップは：
前記ＲＦコイルアセンブリと直列のインダクタマトリクスを設定し；
前記反射電力を最小化するよう、前記インダクタマトリクスと並列のキャパシタマトリクスを設定し；且つ
前記ＬＣマッチング回路を、前方Ｌ型回路、後方Ｌ型回路及びπ型回路並列構成のうちの１つに切り換える；
ことを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記ＬＣマッチング回路をプログラムするステップは：
前記インダクタマトリクスの、異なる大きさの複数のインダクタを、動作状態又は非動作状態の一方に切り換えること；及び
前記キャパシタマトリクスの、異なる大きさの複数のキャパシタを、動作状態又は非動作状態の一方に切り換えること；
のうちの少なくとも一方を更に含む、請求項１３又は１４に記載の方法。
【国際調査報告】
2013505044.tif 000016
2013505044.tif 000017
2013505044.tif 000018
2013505044.tif 000019