(57)【要約】  磁気共鳴イメージングのための無線周波数コイルが、イメージングボリュームを規定する有効コイル部材70,701,170,270を含む。有効コイル部材は、第１の断面寸法dactiveを持つ第１のオープン端部74をもつ。シールドコイル部材72,721,722,723,724,725,172,1722,272は、有効コイル部材を実質的に囲む。シールドコイル部材は、収縮断面寸法dconstを持つ有効コイル部材の第１のオープン端部におよそ配置される収縮オープン端部88を持つ。収縮断面寸法dconstは、シールドコイル部材の断面寸法dShieldより小さい。ある実施形態においては、無線周波数コイルが、シールドコイル部材72,721,722,723,724,725,172,1722,272より実質的に大きく、かつ有効コイル部材とシールドコイル部材とを共に囲む外側シールドコイル部材100を更に含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気共鳴イメージング用無線周波数コイルであって、
第１の断面寸法を備える第１のオープン端部を持ち、イメージングボリュームを規定する有効コイル部材と、
前記有効コイル部材を実質的に囲むシールドコイル部材とを有し、前記シールドコイル部材が、該シールドコイル部材の断面寸法より小さい収縮断面寸法を備え、前記有効コイル部材の前記第１のオープン端部に隣接して配置される収縮オープン端部を持つ、無線周波数コイル。
【請求項２】
前記有効コイル部材が、前記第１のオープン端部から前記有効コイル部材の反対側に第２のオープン端部を持ち、前記シールドコイル部材は、前記有効コイル部材の前記第２のオープン端部に隣接する第２のオープン端部を持ち、前記第２のオープン端部が、前記シールドコイル部材の前記断面寸法より小さい断面寸法に収縮される、請求項１に記載の無線周波数コイル。
【請求項３】
前記シールドコイル部材が、該シールドコイル部材の前記収縮オープン端部の反対側の端部に配置されるエンドキャップを持つ、請求項１に記載の無線周波数コイル。
【請求項４】
前記有効コイル部材と前記シールドコイル部材とが、同心の一般に円筒形の形状を規定し、前記シールドコイル部材の前記収縮オープン端部は、
前記収縮断面寸法を規定する内径を持つフランジを含む、請求項１に記載の無線周波数コイル。
【請求項５】
前記フランジが、前記一般に円筒形のシールドコイル部材に向かって延在するガードリングを含む、請求項４に記載の無線周波数コイル。
【請求項６】
前記ガードリングが、前記一般に円筒形の有効コイル部材に向かって延在し、前記有効コイル部材から内側に放射状に配置される、請求項５に記載の無線周波数コイル。
【請求項７】
前記無線周波数コイルに対するより大きなアクセス開口部を提供するよう、前記フランジが、前記一般に円筒形のシールドコイル部材から取り外し可能である１つ又は複数の取り外し可能フランジ部材を含む、請求項４に記載の無線周波数コイル。
【請求項８】
前記フランジが、一部が前記無線周波数コイルの内側に配置され、及び一部は前記無線周波数コイルの外側に延在する、イメージング対象物の外周に実質的に適合する１つ又は複数のフランジ部材を含む、請求項４に記載の無線周波数コイル。
【請求項９】
前記イメージング対象物が、前記無線周波数コイルの内側に配置される頭を持つ人間であり、前記１つ又は複数のフランジ部材は、前記人間の肩に実質的に適合する、請求項８に記載の無線周波数コイル。
【請求項１０】
前記イメージング対象物の前記外周に実質的に適合する前記１つ又は複数のフランジ部材が、前記イメージング対象物の前記外周に実質的に適合する１つ又は複数の従順形状フランジ部材を含む、請求項８に記載の無線周波数コイル。
【請求項１１】
前記シールドコイル部材の前記収縮オープン端部の前記収縮断面寸法が、前記有効コイル部材の前記第１のオープン端部の前記第１の断面寸法より小さいか、又は前記第１の断面寸法に等しい、請求項１に記載の無線周波数コイル。
【請求項１２】
前記シールドコイル部材の端部に電気的に接続され、該端部から内側に放射状に延在するフランジを更に含み、前記フランジが、前記有効コイル部材の共鳴周波数を調整するため軸方向に調節可能である、請求項１に記載の無線周波数コイル。
【請求項１３】
前記有効コイル部材の前記第１のオープン端部が、電気的なリアクタンス素子を備えるエンドリングを含み、
前記シールドコイル部材の前記収縮オープン端部は、前記有効コイル部材の前記エンドリングの前記電気的なリアクタンス素子を遮へいするよう配置される１つ又は複数のフランジ部分を含む、請求項１に記載の無線周波数コイル。
【請求項１４】
前記電気的なリアクタンス素子を遮へいするため、前記１つ又は複数のフランジ部分が、前記電気的な能動素子に整列される複数のフランジ部分を含む、請求項１３に記載の無線周波数コイル。
【請求項１５】
前記複数のフランジ部分が、前記シールドコイル部材に対して電気的に浮遊している、請求項１４に記載の無線周波数コイル。
【請求項１６】
前記エンドリングが、前記エンドリングの外側領域に配置される前記電気的なリアクタンス素子を備える非一様な断面寸法を持つ、請求項１に記載の無線周波数コイル。
【請求項１７】
前記シールドコイル部材より実質的に大きく、前記有効コイル部材と前記シールドコイル部材とを両方囲む外側コイル部材を更に含む、請求項１に記載の無線周波数コイル。
【請求項１８】
主磁場を生成する主磁石と、
前記主磁場に傾斜磁場を選択的に重畳させる傾斜磁場コイルと、
請求項１に記載の無線周波数コイルとを有する、磁気共鳴イメージングスキャナ。
【請求項１９】
磁気共鳴イメージング用無線周波数コイルであって、
第１の断面寸法を備える第１のオープン端部を持ち、イメージングボリュームを規定する有効コイル部材と、
前記有効コイル部材の前記第１のオープン端部に隣接して配置されるオープン端部を持ち、前記有効コイル部材を実質的に囲うように適合するシールドコイル部材と、
前記シールドコイル部材より実質的に大きく、前記有効コイル部材及び前記シールドコイル部材を両方囲む外側シールドコイル部材とを有する、無線周波数コイル。
【請求項２０】
前記外側シールドコイル部材が、実質的に円筒形であり、関連付けられる磁気共鳴イメージングスキャナのボアと実質的に整列される、請求項１９に記載の無線周波数コイル。
【請求項２１】
前記関連付けられる磁気共鳴イメージングスキャナが、前記注目領域を通る3テスラ以上のB0磁場を生成する、請求項２０に記載の無線周波数コイル。
【請求項２２】
前記関連付けられる磁気共鳴イメージングスキャナが、前記注目領域を通る約4.7テスラ以上のB0磁場を生成する、請求項２０に記載の無線周波数コイル。
【請求項２３】
前記外側シールドコイル部材の直径及び長さが、磁気共鳴周波数で前記外側シールドコイル部材を介して放射損失を実質的に抑圧するよう選択される、請求項１９に記載の無線周波数コイル。
【請求項２４】
対象物の注目領域の磁気共鳴を励起させる周波数の無線周波数磁場を生成するステップであって、前記無線周波数磁場が、前記注目領域内だけでなく前記対象物の他の領域にもある、ステップと、
前記注目領域における前記無線周波数磁場を強めるため、前記対象物の他の領域における前記無線周波数磁場の一部を遮へいするステップとを有する、磁気共鳴イメージング方法。
【請求項２５】
前記無線周波数磁場が、前記無線周波数磁場を生成する有効コイル部材の軸方向の端部の周囲に延在するシールドコイル部材により遮へいされ、
前記有効コイル部材の前記共鳴周波数を調整するため、前記軸方向の端部の周囲に延在する前記シールドコイル部材の少なくとも一部を軸方向に調整するステップを更に含む、請求項２４に記載の磁気共鳴イメージング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気共鳴イメージング分野に関する。本発明は、3テスラ以上でのイメージングといった高磁場磁気共鳴イメージング(MRI)に特に適用されることができ、その用途を参照して説明されることになる。しかしながら、本発明は、磁気共鳴分光法といった低磁場で行われる磁気共鳴イメージングにも適用されることができる。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴イメージングにおいて、イメージング対象物は、時間的に一定の主磁場に配置され、そのイメージング対象物における核磁気共鳴を生成する無線周波数(RF)励起パルスを照射される。磁気共鳴を空間的にエンコードするため、傾斜磁場が主磁場に重畳される。空間的にエンコードされた磁気共鳴が読み出され、磁気共鳴画像を生成するため空間エンコーディングに基づき再構成される。
【０００３】
磁気共鳴イメージングにおいて、信号対ノイズ比(SNR)及び他の画像特性は、一般に主磁場強度が強くなるにつれ向上する。Larmor又は核磁気共鳴周波数は、磁場強度に比例する。例えば、1.5テスラでのプロトンイメージングに対して、核磁気共鳴周波数は約64MHz、3.0テスラでは、核磁気共鳴周波数は約128MHz、7.0テスラでは、核磁気共鳴周波数は約298MHz、等となる。
【０００４】
約128MHz(3.0テスラ)までの磁気共鳴周波数においては、無線周波数励起のため、及びオプションで磁気共鳴信号を受信するため、全身無線周波数コイルが時々使用される。斯かるRFコイルの例は、磁気共鳴イメージングスキャナの筐体内に構築される全身直角位相バードケージコイルである。斯かる全身RFコイルは都合のよいことに恒久的に取り付けられ、全身イメージングに対する広い撮像野を提供する。RF磁場の空間的非一様性、コイル装荷及び高い共鳴周波数において強調される他の問題要素が原因で、全身コイルは、約3テスラ以上の磁場ではあまり実効的ではない。
【０００５】
無線周波数励起のため、又は磁気共鳴信号を受信するため、送信及び受信フェーズの両方において、局所無線周波数コイルが使用されることもできる。全身コイルと比べると、局所RFコイルは、より小さく、画像化されるイメージング対象物の領域により近接して結合される。従って、特に、7テスラといった高い磁場強度において、局所RFコイルは、小さな領域に対して全身RFコイルより高いSNRを持つ。斯かる局所コイルの例は、脳又は他の頭蓋イメージング用にイメージング対象物である人間の頭にフィットして覆うよう構成されるヘッドコイルである。他の例としては、手足にフィットして覆う腕又は足コイル、心臓イメージング及び肺イメージング等に使用される、患者の胴のすべて又は一部にフィットして覆う胴体コイル、及びイメージング対象物の注目領域の近傍又はその注目領域に接触して配置される一般的に平面又はわずかに曲がった表面コイルなどがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特に3テスラ以上での高磁場強度においては、電磁場におけるRF送信損失が原因で、局所無線周波数コイルでさえ、顕著に低下した性能を示す。例えば、ヘッドコイルの場合、コイルの外側の患者の肩に結合する強い電場が存在し、それが、より多くの電力を必要とすることをもたらし、電力比吸収率(SAR)問題をもたらす。ヘッドコイルの両方のオープン端部で、実質的な放射漏えいが存在し、それが、送信コイル効率を低下させ、受信信号のSNRを減少させる。ヘッドコイルの中には、端部での放射漏えいを低減させ、かつコイルの外側の他の構造物とのRF結合を最小限にするため、首及び肩領域からの末端がエンドキャップで覆われるものがある。しかしながら、両端が開いているコイルが臨床的に望ましい場合がある。共鳴周波数が低くてRF波長が長いような、約3テスラ未満の低磁場強度においては、既存の無線周波数シールドは有効である。RF波長がRFシールド直径に比べて長いとき、RFコイル及び65cm又はそれ以上の直径を持つRFシールドは、イメージングフィールドを十分に含む。例えば約3テスラ以上のように磁場及び共鳴周波数が大きくなると、電磁場結合及びコイルの放射損失を低減させることに関し、既存の無線周波数シールドはあまり実効的でない。例えば、円筒形のシールドを含む従来のバードケージタイプのヘッドコイルのシミュレーションによれば、7テスラで放射損失が約20%であることが示された。
【０００７】
本発明は、上述の問題その他を克服する改善された装置及び方法について示すものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
１つの側面によれば、磁気共鳴イメージング用無線周波数コイルが開示される。有効コイル部材(active coil element)は、イメージングボリュームを規定する。上記有効コイル部材は、第１の断面寸法を備える第１のオープン端部を持つ。シールドコイル部材が、上記有効コイル部材を実質的に囲む。上記シールドコイル部材は、そのシールドコイル部材の断面寸法より小さい収縮断面寸法を備え、上記有効コイル部材の上記第１のオープン端部に隣接して配置される収縮オープン端部を持つ。
【０００９】
別の側面によれば、磁気共鳴イメージング用無線周波数コイルが開示される。有効コイル部材が、イメージングボリュームを規定する。上記有効コイル部材は、第１の断面寸法を備える第１のオープン端部を持つ。シールドコイル部材が、上記有効コイル部材を実質的に囲うように適合する。上記シールドコイル部材は、上記有効コイル部材の上記第１のオープン端部に隣接して配置されるオープン端部を持つ。外側シールドコイル部材は、上記シールドコイル部材より実質的に大きく、上記有効コイル部材と上記シールドコイル部材とを両方囲む。
【００１０】
別の側面によれば、磁気共鳴イメージング方法が提供される。対象物の注目領域の磁気共鳴を励起させる周波数の無線周波数磁場が生成される。上記無線周波数磁場は、上記注目領域内だけでなく上記対象物の他の領域にもある。上記注目領域における上記無線周波数磁場を強めるため、上記対象物の他の領域における上記無線周波数磁場の一部が遮へいされる。
【００１１】
１つの利点は、無線周波数コイルの効率性を改善する点にある。
【００１２】
別の利点は、無線周波数コイルに対する放射損失が低減される点にある。
【００１３】
別の利点は、SARが低減され、無線周波数コイルに対するSNRが増加する点にある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下の好ましい実施形態の詳細な説明を読めば、様々な追加的な利点及び利益が当業者には明らかであろう。
【００１５】
本発明は、様々な要素及び要素の配置、並びに様々な処理動作及び処理動作の配置の形式を取ることができる。図面は、好ましい実施形態の説明目的でしかなく、本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。
【００１６】
図１を参照して、磁気共鳴イメージングスキャナ１０は、患者又は他のイメージング対象物１６が少なくとも部分的に配置されるスキャナ筐体１２を含む。スキャナ筐体１２のコスメティック・ボア・ライナ(cosmetic bore liner)１８は、オプションで、中にイメージング対象物１６が配置されるスキャナ筐体１２の円筒形ボア又は開口部を１列に並べる。スキャナ筐体１２に配置される主磁石２０は、イメージング対象物１６におけるB0主磁場を生成するため主磁場コントローラ２２により制御される。通常、主磁石２０は、クライオシュローディング２４により囲まれる永久超伝導磁石である。主磁石２０は、通常約3テスラより大きな主磁場を生成する。幾つかの実施形態では、主磁場は約7テスラである。
【００１７】
選択された傾斜磁場を主磁場に重畳させるため、傾斜磁場コイル２８が筐体１２の中又は上に配置される。通常、傾斜磁場コイルは、例えば、x傾斜、y傾斜及びz傾斜といった３つの直交する傾斜磁場を生み出すコイルを含む。B1無線周波数励起パルスを投入し、かつ磁気共鳴信号を測定するため、１つ又は複数の無線周波数コイルがスキャナ１０のボアに配置される。図示される実施形態においては、無線周波数ヘッドコイル３０が、イメージング対象物１６の頭３２(図１においてファントム図で示される)を囲む。
【００１８】
磁気共鳴信号を生成し、ヘッドコイル３０の内部に配置される頭３２からの磁気共鳴信号を受信するため、磁気共鳴イメージングのデータ取得の間ヘッドコイル３０により規定されるイメージング領域に無線周波数励起パルスを投入するよう、無線周波数電力源３８が、無線周波数スイッチング回路４０を介してヘッドコイル３０に結合される。傾斜磁場コントローラ４４は、磁気共鳴を空間的にエンコードするよう傾斜磁場コイル２８を動作させる。例えば、無線周波数励起の間に適用される１次元傾斜磁場が、スライス選択励起を生み出す。磁気共鳴の励起と読み出しとの間に適用される傾斜磁場が、位相エンコーティングを与える。磁気共鳴の読み出しの間に適用される傾斜磁場が周波数エンコーディングを与える。磁気共鳴イメージングパルスシーケンスは、デカルト、放射状、螺旋又は他の空間的エンコーディングを生み出すよう構成されることができる。
【００１９】
磁気共鳴読み出しフェーズの間、スイッチング回路４０は、無線周波数送信機３８をヘッドコイル３０から切り離し、ヘッドコイル３０内に配置される頭３２からの空間的にエンコードされた磁気共鳴を取得するため、無線周波数受信機４６をヘッドコイル３０に接続する。その取得された空間的にエンコードされた磁気共鳴は、データバッファ５０に格納され、画像メモリ５４に格納される頭３２又は頭の選択された部分の再構成画像を生み出すよう、再構成プロセッサ５２により再構成される。再構成プロセッサ５２は、空間的にエンコードされた磁気共鳴を適切にデコードする再構成アルゴリズムを採用する。例えば、デカルトエンコーディングが採用される場合、２次元又は３次元の高速フーリエ変換(FFT)再構成アルゴリズムが適切である。
【００２０】
再構成画像は、ユーザインタフェース５６又は別の高分解能ディスプレイデバイスに適切に表示され、印刷され、インターネット又はローカルエリアネットワークを介して通信され、不揮発性の記憶媒体に格納され、又は他の態様で利用される。図１の実施形態において、ユーザインタフェース５６は、磁気共鳴イメージングスキャナ１０を制御するスキャナコントローラ６０を用いる放射線科医又は他の操作者に対するインタフェースでもある。他の実施形態においては、分離したスキャナ制御インタフェースが与えられることができる。
【００２１】
引き続き図１を参照しつつ、図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃもあわせて参照すると、ヘッドコイル３０が詳細に説明される。ヘッドコイルは、シールドコイル部材７２により実質的に囲まれる有効コイル部材７０を含む。図２Ａの透視図においては、周囲のシールドコイル部材７２だけが見えている。図２Ｂは、有効コイル部材７０の一部における断面図を与える。図２Ｃは、無線周波数コイル３０の寸法的な側面を説明する図式的なスライス図を与える。有効コイル部材７０は、図２Ｂ及び図２Ｃにおいて、周囲のシールドコイル部材７２とははっきり区別できるよう、破線を用いて図示される。
【００２２】
無線周波数コイル３０において、有効コイル部材７０は一般に、円筒の直径dactiveに対応する実質的に一定の断面寸法を持つ円筒形のバードケージコイルである。有効コイル部材７０は、イメージング対象物１６の首が通過する第１のオープン端部７４と、第１のオープン端部の反対にある第２のオープン端部７６とを持つ。バードケージコイルの実施形態において、有効コイル部材７０は、第１のオープン端部７４に隣接して配置される第１のエンドリング８０と、第２のオープンエンド７６に隣接して配置される第２のエンドリング８２とを含む。互いに平行に配置され、かつエンドリング８０、８２に対して横方向に配置される複数のラング８４が、第１及び第２のエンドリング８０、８２の間に延在する。有効コイル部材７０は、コンデンサ、PINダイオード又は他の電子回路制御要素のアレイを含むことができる。
【００２３】
周囲のシールドコイル部材７２は、一般に円筒形形状であり、一般に円筒形の有効コイル部材７０に同軸状に配置される。周囲のシールドコイル部材７２は、シールドコイル部材７２が有効コイル部材７０を囲うことができるよう、バードケージコイルの直径dactiveより大きな円筒の直径dshieldを持つ。シールド部材７２は、コンデンサ又は他の電子部品を用いてブリッジされる分離された導電物質から作られることができるか、又はコンデンサなしのスクリーン物質等とすることができる。
【００２４】
首が通過する有効コイル部材７０の第１の端部７４は、イメージング対象物１６の肩３４の近傍にある。放射損失を低減させるだけでなく、肩３４との電磁場結合を低減させるため、シールドコイル部材７２は、有効コイル部材７０の第１のオープン端部７４に隣接して配置される収縮オープン端部８８を規定する。収縮オープン端部８８は、一般に円筒形のシールドコイル部材７２の直径dshieldに対応する外側直径と、収縮直径dconstを規定する内側直径とを持つ環状フランジ９０により生み出される収縮断面直径dconstを持つ。
【００２５】
第２の環状フランジ９２は、オプションでシールドコイル部材７２の第２の収縮端部９４を規定する。第２のフランジ９２は、シールドコイル部材７２の第２の端部９４での放射損失を低減させる。図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃの実施形態において、第１及び第２のフランジ９０、９２は、同一の大きさ及び形状である。その結果、シールドコイル部材７２の端部と無線周波数コイル３０とは対称性がある。
【００２６】
図１及び図２Ｃを特に参照して、収縮直径dconstを小さくすると(即ち、より収縮させると)、放射損失と肩３４との電磁的結合とが低減することが予想される。しかしながら、収縮された直径dconstは、シールドコイル部材７２へ頭３２が入る余地があるよう十分大きくあるべきである。更に、フランジ９０は、距離Δx分、有効コイル部材７０の第１のオープン端部７４から離される。この距離が減少すると、有効コイル部材７０と肩３４との間の結合は一般的に低減される。しかしながら、Δxの減少は、フランジ９０とエンドリング８０との結合を増大させ、それは、コイル感度と頭部画像のSNRとを低減させる可能性がある。距離Δxの１つの適切な決定は、頭３２の中心から肩３４までの平均距離から有効コイル部材７０の長さの半分を引いた距離にすることである。シールドコイル部材７２の第１のオープン端部７４を通る肩３４との電磁結合の低減という利点と、コイル感度及び画像SNRの減少という欠点とをバランスする分離距離Δxの最適値が存在する。この最適距離は、電磁シミュレーションを介して、又は、コイルの電磁漏れを測定し、距離Δxの連続的な試行値に対する頭部画像SNRを比較することにより、適切に決定される。
【００２７】
7テスラ(298MHz)に対するシミュレーションは、肩３４の近くのフランジ９０が、フランジ９０が省略された同様のコイルと比べて、放射損失を約半分に低減させることを示した。フランジ９０は、主に肩３４との電磁的結合が低減されたことに起因して必要な適用電力が減少することを介して、SARも約8%低減させる。適用電力の多くは、注目領域に適用され、隣接領域又は周囲への放射による損失は少ない。RF電力のコストは、周波数／磁場強度と共に増大するので、これらの損失が減少することは有利である。
【００２８】
分離距離Δxは、無線周波数コイル３０の共鳴周波数に関する幾分の効果も持つ。結果として、分離距離Δxは、無線周波数コイル３０を所望の磁気共鳴周波数に調整するのにも使用されることができる。例えば、トライアル・アンド・エラー方式により、又は分離距離Δxにおける微調整を行い、無線周波数コイル３０の共鳴周波数を測定することにより、斯かる調整は適切に実行される。ある実施形態においては、肩の側(即ち第１のオープン端部７４)でのΔxは、放射損失を最小化するよう調整される一方、コイルの反対側の端部(即ち第２のオープン端部７６)での同等の分離距離は、無線周波数コイル３０を調整するために調節される。
【００２９】
図１に戻り、無線周波数コイル３０は更にオプションで、有効コイル部材７０とシールドコイル部材７２とを両方囲む外側シールドコイル部材１００を含む。有効コイル部材７０を実質的に囲むように適合するシールドコイル部材７２とは異なり、外側シールドコイル部材１００は、有効コイル部材７０及びシールドコイル部材７２より実質的に大きい。例えば、図１の実施形態において、外側シールドコイル部材１００は、実質的に円筒形であり、磁気共鳴イメージングスキャナ筐体１２のボアに実質的に整列している。一方で、有効コイル部材７０及びシールドコイル部材７２は、実質的に小さく、イメージング対象物１６の頭３２の周囲に配置される。頭３２は一般に、しかし必須ではないが、スキャナ筐体１２のボアを中心として配置される。電磁シミュレーションによれば、外側シールドコイル部材１００を含めることで、7テスラで動作する無線周波数コイルに対する放射損失を半分以上減らすことができることが示される。一般的に、外側シールドコイル部材１００は、局所RFシールドとの組み合わせにより、3テスラ以上で動作するスキャナに有益であると予想される。
【００３０】
放射損失に対する効果的なシールディングを提供するため、外側シールドコイル部材１００は、それ自身がラジエータとして機能すべきではない。導波管理論によれば、無限長の中空シリンダの最低カットオフ周波数(MHz単位)は、
2008539851.tif 000003
であるようなモードTE11である。ここで、Dは、メートル単位での導波管の直径である。例として、D = 0.65mに対して、
2008539851.tif 000004
である。D = 0.59mに対して、
2008539851.tif 000005
である。7テスラの1Hコイルの共鳴周波数を考えると約298MHzであり、無限長の円筒形シールドのためのカットオフ周波数は、コイルの共鳴周波数のエッジをわずかに下回るか、そのエッジ上にある。無限長の空芯(air core)円筒形導波管に対して、これらの値が計算される。
【００３１】
図３は、外側シールドコイル部材１００の長さ対放射損失をプロットしたものであり、7テスラでの5mm分解能の実際の人体モデルに装着される局所シールド送信バードケージヘッドコイル(端部収縮フランジ９０、９２無し)を用いる、Ds = 65cmでの１つのシミュレーションと、Ds = 59cmでの４つのシミュレーションとが描かれる。外側シールドコイル部材の直径Dsが減少すると、放射損失は減少する。外側シールドコイル部材１００の長さが長くなっても、放射損失が減少する。図１における連続線は、Ds = 59cmでの４シミュレーションに基づき、Ds = 59cmに対する外側シールドコイル部材１００の長さの関数として、推定された放射損失を示すものである。オプションの外側シールドコイル部材１００が完全に省略されると、そのシミュレーションは、約20%の放射損失を示した。従って、より大きな直径Ds = 65cmに対してさえ、1メートルの長さの外側シールドコイル部材１００を含めることにより、放射損失は半分以上減らされる。
【００３２】
図４を参照して、変形例のシールドコイル部材７２１は、第２のフランジ９２がエンドキャップ９２１で置き換えられる点以外は、シールドコイル部材７２と同じである。言い換えると、シールドコイル部材７２１において、第２のフランジの内径はゼロにまで減らされる。
【００３３】
図５を参照して、別の変形例のシールドコイル部材７２２は、第１のフランジ９０が環状のガードリング１０２を含む別の第１の環状フランジ９０２で置き換えられ、同様に第２のフランジ９２が環状のガードリング１０４を含む別の第２の環状フランジ９２２で置き換えられる点以外は、シールドコイル部材７２と同じである。ガードリング１０２、１０４はそれぞれ、シールドコイル部材７２２へと延在し、ある実施形態では、有効コイル部材７０へと延在する。フランジに対する他の変更がなされることを理解されたい。例えば、シールドコイル部材７２の本体に向かって、又はその本体から離れてフランジを傾けたり、又は向きを変えたりすることができる。また、平面フランジ表面ではなく、連続的に曲がったフランジ表面又は区分的に曲がったフランジ表面を提供する、といったこともできる。
【００３４】
図６Ａ及び図６Ｂを参照して、別の変形例のシールドコイル部材７２３において、フランジ９０は、取り外し可能な半環状のフランジ部材９０３ａ、９０３ｂにより置き換えられる。図６Ａは取り付けられた状態の構成を示し、フランジ部材９０３ａ、９０３ｂがシールドコイル部材７２３の本体と導電的及び／又は容量的に結合されている。図６Ｂは取り外された状態の構成を示し、取り外し可能なフランジ部材９０３ａ、９０３ｂを除去することにより、イメージング対象物１６の頭３２を挿入するための大きな開口が与えられる。頭が挿入された後、首の片側にあてるようにして半環状のフランジ部材９０３ａ、９０３ｂがシールド７２３の本体に装着される。こうして、シールドコイル部材７２３の一層小さく収縮された直径が実現されることができ、それに対応して一層改善された効率性及びSARを提供する。取り外し可能なフランジ部材９０３ａ、９０３ｂは、図６Ａに示されるような装着構成において実質的に未破壊の環状フランジを提供するよう近接して適合するか又は重複するべきであるが、装着されるとき、２つのフランジ部材９０３ａ、９０３ｂの間の接合部に小さな隙間１０６、１０８ができることを許容することが考えられる。隙間１０６、１０８は、電磁結合をブロックする際のその副作用を最小限にするために、肩３４から離れて整列されることができる。半環状の取り外し可能なフランジ部材は、図５のガードリング１０２と同様なガードリング(図示省略)をオプションで含むことができる。他の変形例では、３つ又はそれ以上の半環状の取り外し可能なフランジ部材が提供される。例えば、それぞれ約120°に広がる３つの取り外し可能なフランジ部材が使用されることができる。更に、シールドコイル部材７２３の第２の端部は、常設のフランジ、半環状の取り外し可能なフランジ部材、若しくはエンドキャップを持つことができるか、又は完全にオープンにすることができる。更に、フランジにおける開口は、円形である必要はない。例えば、フランジが、電磁結合が最大になりそうな肩の近傍で幅広になり、閉所効果(claustrophobic effect)を減じるため、肩の末端で狭いか又は絞られるようになっていてもよい。
【００３５】
図７を参照して、別の変形例のシールドコイル部材７２４において、フランジ９０は、肩３４の周囲に実質的に適合するよう形作られる、従順形状フランジ９０４により置き換えられる。従順形状フランジ９０４は、例えば、直接的に又は導電ケーブル若しくはワイヤ１１０を用いて、シールドコイル部材７２４の本体に導電的に接続される。従順形状フランジ９０４は、オプションで取り外し可能であり、その結果、例えば、「小」「中」「大」「特大」の従順フランジのセットから、特定の患者の肩に最適に適合する従順形状フランジが選択されることができる。従順形状フランジ９０４をシールドコイル部材７２４の本体に取り付ける代わりに、従順形状フランジ９０４は患者ベッドに機械的に取り付けられ及び支持され、並びにケーブル１１０によりシールドコイル部材７２４の本体に電気的に結合されることができる。シールドコイル部材７２４の第２の端部は、常設のフランジ、取り外し可能なフランジ、若しくはエンドキャップを持つことができるか、又は完全にオープンにすることができる。
【００３６】
図８を参照して、別の変形例のシールドコイル部材７２５において、フランジ９０は、導電繊維若しくはワイヤ、銅の鎖かたびら、又は金属メッシュ若しくは網(screening)といったものが織り混ぜられた布から作られる柔軟な布フランジ９０５により置き換えられる。布は、イメージング対象物１６の首及び肩を覆う(lay over)。柔軟なフランジ９０５は、絶縁フィルムで覆われることができるか、又はイメージング対象物１６と導電的に接触することを避けるため、絶縁布外側層を持つことができる。オプションで、柔軟な布フランジ９０５は、イメージング対象物１６の首の周りに、クリップ、留め金等で付けられることができる。シールドコイル部材７２５の第２の端部は、常設のフランジ、取り外し可能なフランジ、若しくはエンドキャップを持つことができるか、又は完全にオープンにすることができる。
【００３７】
図９を参照して、変形例の有効コイル部材７０１は、バードケージタイプの有効コイル部材７０ではなく、横電磁(TEM)コイルである。TEMコイル７０１において、エンドリング８０、８２は省略される。ラング８４１は、バードケージコイル７０のラング８４と似ているが、ラング８４１の端部は、閉電流経路を提供するためシールドコイル部材７２に接続される。他のタイプの有効コイルがシールドコイル部材７２の内側に同様に配置されることができることを理解されたい。
【００３８】
シールドコイル部材７２、７２１、７２２、７２３、７２４、７２５は、導電シェル、ワイヤメッシュ若しくは網、又は導電ワイヤ若しくは繊維が埋め込まれた透明、半透明若しくは不透明のプラスチックシェル等から作られることができる。有効コイル部材７０、７０１は、剛体のコンダクタ、プリント回路、導電ストリップ、マイクロストリップ、金属ロッド又は管等で作られることができ、円筒形フォーマー上又はフォーマー内等に配置されることができる。ある実施形態においては、共通の円筒形フォーマーが内部表面にある有効コイル部材７０、７０１と、外側表面にあるシールドコイル部材７２、７２１、７２２、７２３、７２４、７２５とを支持することができる。更に、円筒形のコイル部材が図示されるが、シールドコイル部材、有効コイル部材、又はその両方は、楕円形状、円錐形状又は他の形状であってもよい。斯かる形状は、「一般的に円筒形」という用語に包含されるものとし、正確な円筒形シリンダに限定されるものではない。
【００３９】
同様に、オプションの外側シールドコイル部材１００も、導電シェル、ワイヤメッシュ若しくは網、又は導電ワイヤ若しくは繊維が埋め込まれた透明、半透明若しくは不透明のシェル等とすることができる。ある実施形態においては、外側シールドコイル部材１００は、金属フィルム、金属フィルムメッシュ等であり、傾斜磁場コイル２８を支持する誘電フォーマーに配置される。ある実施形態においては、外側シールドコイル部材１００は、金属フィルム、金属フィルムメッシュ等であり、コスメティック・ボア・ライナ１８の外側表面に配置される。ある実施形態においては、外側シールドコイル部材１００は、金属フィルム、金属フィルムメッシュ等であり、独立した(stand-alone)誘電フォーマー上に配置される。ある実施形態においては、外側シールドコイル部材１００は、剛体の独立した金属フィルム、金属フィルムメッシュ等である。
【００４０】
有効コイル部材７０、７０１は、磁気共鳴周波数に対する有効コイル部材の調整をする、コンデンサ又はインダクタといったリアクタンス素子を含むことができる。例えば、バードケージコイルは通常、エンドリング、ラング又はその両方に調整コンデンサを含む。エンドリングにおけるコンデンサは、電磁漏れの実質的な原因となる可能性がある。
【００４１】
図１０を参照して、有効コイル部材１７０(破線を用いて図示)が、シールドコイル部材１７２(実線を用いて図示)により遮へいされる。図示される有効コイル部材１７０は、ラング１８４を接続するエンドリング１８０を含むバードケージコイルである。シールドコイル部材１７２は、有効コイル部材１７０の直径に等しいか又はその直径より小さい収縮直径を持つシールドコイル部材１７２の収縮端部を規定する離間したフランジ部材１９０を含む。エンドリング１８０は、集中型又は分散型コンデンサといったリアクタンス素子２００を含む。放射損失及びリアクタンス素子２００を介した電磁結合を減らすため、シールドコイル部材１７２のフランジ部材１９０は、集中型リアクタンス素子２００と整列される。
【００４２】
図１１を参照して、有効コイル部材１７０(破線を用いて図示)が、シールドコイル部材１７２２(実線を用いて図示)により遮へいされる。シールドコイル部材１７２２は、一般的に環状の第１のフランジ１９０１を含む。離間した環状のガードリング部材１９０２が、有効コイル部材７０に向かって延在する。放射損失及びリアクタンス素子２００を介した電磁結合を減らすため、離間した環状のガードリング部材１９０２は、リアクタンス素子２００と整列される。環状のガードリング部材１９０２は、フランジ１９０１と電気的に接続されるか、又はオプションでフランジ１９０１に対するいかなる接続も無しで電気的に浮遊した状態にある。
【００４３】
図１２を参照して、有効コイル部材２７０(破線を用いて図示)が、シールドコイル部材２７２(実線を用いて図示)により遮へいされる。図示される有効コイル部材２７０は、ラング２８４を接続するエンドリング２８０を含むバードケージコイルである。シールドコイル部材２７２は、シールドコイル部材２７２の収縮端部を規定する環状フランジ２９０を含む。エンドリング２８０は、集中型又は分散型コンデンサといったリアクタンス素子３００を含む。エンドリング２８０は、ラング２８４より大きな半径でリアクタンス素子３００を備えるよう構成される。
【００４４】
ヘッドコイルが図示され、例示として説明されるが、図示され説明された無線周波数コイルは、腕、足、胴体又は他の生体構造領域を画像化するのに使用するよう容易に適合されることを理解されたい。例えば、胴体、膝又は肘を画像化する場合、図４以外の無線周波数コイルが適している(図４のシールドコイル部材７２１のエンドキャップは、胴体、膝又は肘に関しての特定の例示としてのシールドコイル部材７２１の配置と干渉することになる)。
【００４５】
本発明は、好ましい実施形態を参照して説明されてきた。明らかに、上述の詳細な説明を読み理解すれば、他者は変形及び変更を思いつくであろう。本発明は、斯かる変形及び変更をすべて、それらが、添付された特許請求の範囲又はその均等の範囲の範囲に含まれる程度において含むものと解釈されるべきものとして意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】無線周波数ヘッドコイルを含む例示的な磁気共鳴イメージングシステムを概略的に示す図である。
【図２Ａ】図１の無線周波数ヘッドコイルの透視図を示す図である。
【図２Ｂ】図１の無線周波数ヘッドコイルの透視断面図を示す図である。
【図２Ｃ】図１の無線周波数ヘッドコイルの図式的断面図を示す図である。
【図３】異なる直径及び長さの外側シールドコイル部材に対する放射損失をプロットした図である。
【図４】エンドキャップを持つヘッドコイルの透視断面図を示す図である。
【図５】ガードリングを備えるヘッドコイルの透視断面図を示す図である。
【図６Ａ】改善された患者アクセスのため取り外し可能な半環状フランジ部材を備えるシールドコイル部材の透視図であり、半環状の取り外し可能フランジ部材が取り付けられたシールドコイル部材を示す図である。
【図６Ｂ】改善された患者アクセスのため取り外し可能な半環状フランジ部材を備えるシールドコイル部材の透視図であり、半環状の取り外し可能フランジ部材が除去されたシールドコイル部材を示す図である。
【図７】イメージング対象物の頭の上に配置されたシールドコイル部材の透視図であり、シールドコイル部材が、実質的に肩の外周に適合するよう形作られた従順形状フランジを持つような図である。
【図８】イメージング対象物の頭の上に配置されたシールドコイル部材の透視図であり、シールドコイル部材が、コイルの外側にあるイメージング対象物の一部の周囲に配置される柔軟な布フランジを持つような図である。
【図９】図２Ａ、２Ｂ及び２Ｃのヘッドコイルにおいてバードケージタイプの有効コイル部材をTEMタイプの有効コイル部材で置き換えてできるヘッドコイルの透視図である。
【図１０】リアクタンス素子を持つエンドリングを備える有効コイル部材と、そのリアクタンス素子を遮へいする複数のフランジ部分を持つシールドコイル部材とを含む無線周波数コイルの端部図を図式的に示す図である。
【図１１】リアクタンス素子を持つエンドリングを備える有効コイル部材と、そのリアクタンス素子を遮へいするガードリング部分を備えるフランジを持つシールドコイル部材とを含む無線周波数コイルの端部図を図式的に示す図である。
【図１２】外径においてリアクタンス素子を持つエンドリングを備える有効コイル部材と、そのリアクタンス素子を遮へいするフランジを持つシールドコイル部材とを含む無線周波数コイルの端部図を図式的に示す図である。
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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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１】
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【図３】
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【国際調査報告】
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