(57)【要約】  磁気共鳴コイルは、円筒を規定するように配される平行な細長い導電素子３２、及び前記平行な細長い導電素子の両端に置かれると共に、前記平行な細長い導電素子を横断するように配向されるエンドリング３４、３５を有する。これらエンドリングは、正弦の１Ｈ又は他の第１核種の磁気共鳴をサポートするように構成される。これらエンドリング及び平行な細長い導電素子は、同じ磁場強度で第２核種のバードケージの磁気共鳴を協働してサポートするように構成され、前記第２核種は、１Ｈ又は他の第１核種とは異なっている。
2011505956.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒を規定するように配される平行な細長い導電素子、及び
前記平行な細長い導電素子の両端に置かれると共に、前記平行な細長い導電素子を横断するように配向されるエンドリング
を有する磁気共鳴コイルにおいて、前記エンドリングは、ある磁場強度で正弦の１Ｈの磁気共鳴をサポートするように構成され、同じ磁場強度で１Ｈとは異なる第２核種の磁気共鳴をサポートするようにさらに構成される磁気共鳴コイル。
【請求項２】
前記エンドリング及び前記平行な細長い導電素子は協働して、前記磁場強度でバードケージの第２核種の磁気共鳴として前記第２核種の磁気共鳴をサポートする請求項１に記載の磁気共鳴コイル。
【請求項３】
前記平行な細長い導電素子は、前記磁場強度で前記平行な細長い導電素子における１Ｈの磁気共鳴を略抑制するように構成されるＲＦトラップ素子を含んでいる請求項１に記載の磁気共鳴コイル。
【請求項４】
少なくとも前記エンドリングに隣接して配される１つ以上のＲＦシールド部をさらに有する請求項１に記載の磁気共鳴コイルにおいて、前記１つ以上のＲＦシールド部は、当該エンドリングと協働して、前記磁場強度で前記正弦の１Ｈの磁気共鳴をサポートする前記エンドリングを構成する磁気共鳴コイル。
【請求項５】
前記１つ以上のＲＦシールド部は、前記エンドリングの隣接するリングをシールドするために、前記平行な細長い導電素子の各端部に配されるシールドフランジ部及びシールドエンドキャップ部の少なくとも一方を有する請求項４に記載の磁気共鳴コイル。
【請求項６】
前記１つ以上のＲＦシールド部は、前記エンドリングの隣接するリングをシールドするために、前記平行な細長い導電素子の各端部に配されるシールドフランジ部及びシールドエンドキャップ部の少なくとも一方をさらに含む円筒のＲＦシールドを有する請求項４に記載の磁気共鳴コイル。
【請求項７】
前記エンドリング及び前記平行な細長い導電素子は協働して、前記磁場強度でバードケージの第２核種の磁気共鳴として前記第２核種の磁気共鳴をサポートし、
前記円筒のＲＦシールドは中央が開いた領域を持つ、
請求項６に記載の磁気共鳴コイル。
【請求項８】
静磁場を発生させるように構成される主磁石、
前記静磁場に選択した傾斜磁場を重畳するように構成される傾斜磁場コイル、及び
請求項１に記載の磁気共鳴コイル
を有する磁気共鳴スキャナ。
【請求項９】
円筒を規定するように配される平行な細長い導電素子、
前記平行な細長い導電素子の両端に置かれると共に、前記平行な細長い導電素子を横断するように配向されるエンドリング、及び
少なくとも前記エンドリングに隣接しているＲＦシールド
を有する磁気共鳴コイルにおいて、前記エンドリング、平行な細長い導電素子及びＲＦシールドはさらに、磁場強度で正弦のエンドリングの第１核種の磁気共鳴、及び同じ磁場強度で第２核種の磁気共鳴を協働してサポートするように構成される磁気共鳴コイル。
【請求項１０】
前記平行な細長い導電素子は、前記磁場強度で前記第１核種の磁気共鳴周波数を阻止するように同調するＲＦトラップを含む請求項９に記載の磁気共鳴コイル。
【請求項１１】
前記ＲＦシールドは、
前記エンドリングの第１のエンドリングに隣接して置かれるフランジ又はエンドキャップ、及び
前記エンドリングの第２のエンドリングに隣接して置かれるフランジ又はエンドキャップ
を有する請求項９に記載の磁気共鳴コイル。
【請求項１２】
前記ＲＦシールドはさらに、
前記平行な細長い導電素子を包囲し、当該平行な細長い導電素子により規定される円筒と同軸である円筒のＲＦシールドを有する請求項１１に記載の磁気共鳴コイル。
【請求項１３】
前記円筒のＲＦシールドは、開いた中央領域を持つ請求項１２に記載の磁気共鳴コイル。
【請求項１４】
一対のエンドリング及び複数の横方向の細長い導電素子を持つコイルを用いて、共通の磁場において２つの異なる核種の磁気共鳴を同時に励起又は検出するための磁気共鳴方法において、
前記エンドリングにおいて第１核種の磁気共鳴周波数で流れる電流を生成又は検出するために、正弦モードで前記エンドリングを動作させるステップ、及び
少なくとも前記横方向の細長い導電素子において、第２核種の磁気共鳴周波数で同時に流れる電流を生成又は検出するために、第２のモードで前記コイルを同時に動作させるステップ
を有する磁気共鳴方法。
【請求項１５】
前記第２のモードで前記コイルを動作させる前記ステップは、
前記横方向の細長い導電素子及び前記エンドリングにおいて、前記第２核種の磁気共鳴周波数で同時に流れる電流を生成又は検出するために、バードケージのモードで前記コイルを動作させるステップを有する請求項１４に記載の磁気共鳴方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
以下のことは磁気共鳴技術に関する。以下のことは、磁気共鳴撮像及び分光に例示的に応用されると共に、特にそれらを参照して説明される。しかしながら、この以下のことが他の磁気共鳴及びＲＦ(radio frequency)応用にも応用される。
【背景技術】
【０００２】
多核磁気共鳴撮像及び分光は、例えば代謝のモニタリング、診断及び臨床モニタリング等のような様々な応用に関心がある。幾つかの多核応用において、磁気共鳴励起、磁気共鳴受信又はそれら両方は、１Ｈの磁気共鳴周波数及び例えば１３Ｃ、３１Ｐ又は２３Ｎａのような第２核種の磁気共鳴周波数で行われる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
１Ｈの磁気共鳴周波数及び第２核種の磁気共鳴周波数の両方で同時に又は並行に動作することを可能にするために、２つの別個の別々に同調するコイルが用いられる。これは、両方の磁気共鳴周波数で正確な同時動作を可能にするが、ある欠点も有する。これら２つの異なる磁気共鳴コイルは、貴重なボア空間を占領している。加えて、これら２つのコイルは、多核磁気共鳴セッションの前に、互いに空間的に位置合わせされ、スキャナの撮像ボリューム内になければならない。
【０００４】
もう１つの手法は、１Ｈの磁気共鳴周波数及び（ここでは第２核種の磁気共鳴周波数とも呼ばれる）第２の核種の磁気共鳴周波数の両方で動作するように構成される単一のコイルを使用することである。ＴＥＭ(transverse electromagnetic)ボリュームコイルは、各々の共鳴周波数のためのインタリーブしているコイル素子（時にはコイルの横木(rung)とも呼ばれる）を用いることにより、二重同調(dual-tuned)されることができる。バードケージのボリュームコイルは、ＲＦトラップと一緒にインタリーブしている横木及び複雑なエンドリング配列を用いることによっても二重同調されることができる。これら手法は、ボア空間をさらに効率良く利用することができ、単一のコイルを用いることにより、多核磁気共鳴セッションの前に、２つの異なるコイルを空間的に位置合わせする必要はない。しかしながら、例えばコイルの複雑さの増大及び２つの共鳴周波数間に電気結合が生じるような幾つかの欠点が生じる。
【０００５】
以下のことは、上述した問題及びその他のことを克服する新しい及び改良した装置並びに方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ある態様によると、円筒を規定するように配される平行な細長い導電素子、及び前記平行な細長い導電素子の両端に置かれると共に、これら平行な細長い導電素子を横断するように配向されるエンドリングを有する磁気共鳴コイルが開示されている。これらエンドリングは、ある磁場強度で正弦の１Ｈの磁気共鳴をサポートするように構成される。前記コイルは、同じ磁場強度で１Ｈとは異なる第２核種の磁気共鳴をサポートするように構成される。特定の核種の磁気共鳴をサポートすることは、前記磁場強度において前記特定の核種のラーモア周波数でＲＦ信号を送信及び／又は磁気共鳴信号を受信する能力を示している。
【０００７】
もう１つの態様によると、磁気共鳴スキャナは、（主磁場とも呼ばれる）静磁場（Ｂ０）を発生させるように構成される主磁石、前記静磁場（Ｂ０）に選択した傾斜磁場を重畳するように構成される傾斜磁場コイル、及び先行する段落に述べたような磁気共鳴コイルを有する。
【０００８】
もう１つの態様によると、円筒を規定するように配される平行な細長い導電素子、前記平行な細長い導電素子の両端に置かれると共に、これら平行な細長い導電素子を横断するように配向されるエンドリング、及び少なくとも前記エンドリングに隣接するＲＦシールドを有する磁気共鳴コイルが開示されている。前記エンドリング、平行な細長い導電素子及びＲＦシールドは、ある磁場強度で前記エンドリングにおける正弦のエンドリングの第１核種の磁気共鳴、及び同じ磁場強度で第２核種のバードケージの磁気共鳴を協働してサポートするように構成される。
【０００９】
もう１つの態様によると、磁気共鳴スキャナは、静磁場（Ｂ０）を発生させるように構成される主磁石、前記静磁場（Ｂ０）に選択した傾斜磁場を重畳するように構成される傾斜磁場コイル、及び先行する段落に述べたような磁気共鳴コイルを有する。
【００１０】
もう１つの態様によると、円筒を規定するように配される平行な細長い導電素子、前記平行な細長い導電素子の両端に置かれると共に、これら平行な細長い導電素子を横断するように配向されるエンドリング、及び前記細長い導電素子と動作可能なように伝達すると共に、ある磁場強度で磁気共鳴コイルにおける１Ｈのバードケージの磁気共鳴を抑制させるために、前記磁場強度で１Ｈの磁気共鳴周波数に同調されるＲＦトラップを有する磁気共鳴コイルが開示される。
【００１１】
もう１つの態様によると、磁気共鳴スキャナは、静磁場（Ｂ０）を発生させるように構成される主磁石、前記静磁場（Ｂ０）に選択した傾斜磁場を重畳するように構成される傾斜磁場コイル、及び先行する段落に述べたような磁気共鳴コイルを有する。
【００１２】
もう１つの態様によると、一対のエンドリング及び複数の横方向の細長い導電素子を持つコイルを用いて、共通の磁場において２つの異なる核種の磁気共鳴を同時に励起又は検出するための磁気共鳴方法が開示され、この方法は、エンドリングにおいて第１核種の磁気共鳴周波数で流れる電流を生成又は検出するために、正弦モードで前記エンドリングを動作させるステップ、及び少なくとも前記横方向の細長い導電素子において、第２核種の磁気共鳴周波数で同時に流れる電流を生成又は検出するために、第２のモードで前記コイルを同時に動作させるステップを有する。
【００１３】
ある利点は、多核磁気共鳴動作に二重同調ＲＦコイルを提供することにある。
【００１４】
もう１つの利点は、ボア空間のさらに効率良く使用することにある。
【００１５】
もう１つの利点は、核磁気共鳴動作に対する二重同調ＲＦコイルの複雑さの減少にある。
【００１６】
もう１つの利点は、１Ｈ及び第２核種の磁気共鳴周波数で二重同調コイルの同時動作を容易にすることにある。
【００１７】
以下の詳細な説明を読み、理解すると、当業者に本発明のさらに他の利点が分かるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】多核磁気共鳴撮像又は分光を行うためのシステムを概略的に示す。
【図２】図１のシステムに使用するのに適した二重同調ＲＦコイルを概略的に示す。
【図３】コンデンサ又は誘導素子をインタリーブしていない、連続するシールドされていない円形の環状導体としてモデル化したエンドリングのエンドリング半径に対する正弦共鳴周波数をプロットする。
【図４】図２のコイルに使用するのに適した適切な１ＨのＲＦトラップの電気回路図を概略的に示す。
【図５】図１のシステムに使用するのに適すると共に、図２のコイルと比較すると、異なるＲＦシールド又はスクリーン構造を持つ二重同調ＲＦコイルを概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
これら及び他の態様は、以下の実施例に基づいて、付随する図面を参照して例として以下に詳細に説明される。
【００２０】
図１を参照すると、磁気共鳴スキャナ１０は、（図１に破線で示される）被験者１６を配置した検査領域１４に静磁場（Ｂ０）を発生させる主磁石１２を含んでいる。説明される磁気共鳴スキャナ１０は、説明のために選択した構成要素を見せるために断面図で示される水平ボア型のスキャナである。この磁気共鳴スキャナ１０は、高磁場スキャナであり、このスキャナにおいて、主磁石１２は、３テスラーよりも大きい、及び幾つかの実施例では５テスラーより大きい又は約５テスラーの磁場強度で前記検査領域１４に静磁場（Ｂ０）を生じさせる。幾つかの実施例において、主磁石１２は、７テスラーの磁場強度で前記検査領域１４に静磁場（Ｂ０）を生成する。より高い磁場強度も考えられる。
【００２１】
磁気共鳴スキャナ１０は、傾斜磁場コイル１８も含み、これらコイルは、様々なタスク、例えば磁気共鳴励起を空間的に制限する、磁気共鳴周波数及び／又は位相を空間的に符号化する、又は磁気共鳴をだめにする等を行うために、前記静磁場（Ｂ０）に選択した傾斜磁場を重畳する。任意には、磁気共鳴スキャナは、図１に示されない他の要素、例えばボアライナー(bore liner)、アクティブコイル又はパッシブ強磁性体シム等を含んでもよい。被験者１６は、可動式の被験者支持台２０の上に置かれることにより適切に準備がなされ、この支持台２０は次いで、支持する被験者１６と一緒に磁気共鳴を取得するための説明される位置に挿入される。例えば、被験者支持台２０は、最初に磁気共鳴スキャナ１０に隣接する寝台２２の上に置かれるパレット(pallet)又はテーブルでもよく、被験者１６が前記支持台２０に置かれ、次いで前記パレット２２から磁気共鳴スキャナ１０のボア内にスライドして移送される。
【００２２】
図１を引き続き参照すると共に、さらに図２を参照すると、磁気共鳴コイル３０は、磁気共鳴を励起及び受信するために設けられる。多核磁気共鳴において、２つ以上の核種、例えば１Ｈ、１３Ｃ、３１Ｐ及び２３Ｎａから構成される集合から選択される２つ以上の核種は関心がある。幾つかの多核磁気共鳴応用において、２つの核種、すなわち、１Ｈ及び１Ｈ以外の第２核種、例えば１３Ｃ、３１Ｐ、２３Ｎａ等は関心がある。
【００２３】
磁気共鳴コイル３０は、円筒を規定するように配される複数の平行な細長い導電素子３２（ここでは時々"横木"３２と呼ばれる）及び前記平行な細長い導電素子３２の両端に置かれ、これら素子３２を横断するように配向されるエンドリング３４、３５を含むバードケージ形状を持つ。一般的な円筒のＲＦシールド３６は、前記平行な細長い導電横木３２を包囲し、これら平行な細長い導電素子３２により規定される円筒と一般的に同軸である。このＲＦシールド３６は、平行な横木３２の両端にある夫々のエンドリング３４、３５に平行且つ隣接して置かれる環状のフランジ３８、３９を含む。説明される磁気共鳴コイル３０は、説明される水平ボア型スキャナ１０の円筒ボアに同軸で合うような大きさの全身コイルである、この磁気共鳴コイルは、ヘッドコイルとして被験者１６の頭部に合うような大きさ、又はリブコイル(limb coil)として被験者１６の腕部若しくは脚部に合うような大きさ等にすることもできる。
【００２４】
磁気共鳴コイル３０は、第１核種からなる第１磁気共鳴周波数でエンドリングの共鳴、及び前記第１核種とは異なる第２核種からなる第２磁気共鳴周波数でバードケージの磁気共鳴をサポートする二重同調ＲＦコイルである。以下において、エンドリングの共鳴は、主磁石１２により発生した静磁場（Ｂ０）の磁場強度で１Ｈの磁気共鳴周波数に対応すると仮定される一方、バードケージの磁気共鳴は、同じ磁場強度で第２核種の磁気共鳴周波数に対応すると仮定される。ここで第２核種の磁気共鳴周波数は、１Ｈの磁気共鳴周波数とは異なる。しかしながら、エンドリングの共鳴がある磁場強度で１Ｈの他にもう１つの核種の磁気共鳴周波数に対応することも考えられる。
【００２５】
バードケージコイル３０は、第２核種の磁気共鳴周波数でバードケージの共鳴とのボリューム共鳴器(volume resonator)として共鳴する。任意では、バードケージの磁気共鳴周波数は、例えば別個の横木のキャパシタンス４０により、横木３２、エンドリング３４、３５若しくはそれら両方にある分散したキャパシタンスにより、又は別個若しくは分散したインダクタンスにより等で説明されるような細長い導電素子又は横木において素子を適切に同調させることにより同調される。複数の同調キャパシタンス、すなわち分散したキャパシタンスの使用は、これら同調キャパシタンス付近にある高い局所電場を減少させるために有利となり得る。幾つかの実施例において、例えば材料のコンダクタンス、横木３２との間隔、シールドのメッシュ又はスクリーンの材料の厚さ等に限定されないが、シールド３６及び環状フランジ３８、３９の幾何学的又は材料外観もバードケージの磁気共鳴周波数に影響を及ぼす。
【００２６】
図３を参照すると、（図２に示される）エンドリング３４、３５は、１Ｈの磁気共鳴周波数で正弦共鳴するようにも構成される。図３は、キャパシタンス又はインダクタンス素子をインタリーブしていない、連続するシールドされない円形の環状導体としてモデル化したエンドリングのエンドリング半径に対する正弦共鳴周波数をプロットしている（ここに用いられるように、"正弦共鳴"という用語及びそれに同等な用語は、位相に関係なく正弦共鳴を含むことを意味し、例えば基準位相に応じて"余弦共鳴"とも呼ばれるものも含む）。図３のプロットは、半径２０ｃｍまでの電磁シミュレーションにより生成され、曲線は３０ｃｍの半径まで外挿される。ここで、高磁場の磁気共鳴及び十分に大きな半径のエンドリング３４、３５に対し、前記正弦モードは、関心のある一定の磁気共鳴周波数に整合する有用な周波数範囲で循環することが分かる。例えば、１Ｈの磁気共鳴周波数は、７テスラーの静磁場（Ｂ０）では２９８ＭＨｚである。図３に示されるように、人間の頭部のコイルには一般的な半径である、約１５ｃｍの共鳴可能な半径を持つエンドリング３４、３５の正弦共鳴は、７テスラーの磁場強度で１Ｈの磁気共鳴周波数に近い。円筒シールド３６及び隣接するシールドのフランジ３８、３９の影響を考慮して、前記正弦モードの共鳴周波数は、頭部のコイル形状で２９８ＭＨｚに密接に整合されることができる。シールド３６、３８、３９も、エンドリング３４、３５によりサポートされる正弦共鳴の共鳴品質（Ｑ係数）を有利に鮮明にする。
【００２７】
図２及び図３を引き続き参照すると、エンドリング３４、３５が約１０ｃｍから約２０ｃｍの間に半径を持つ場合、正弦モードの共鳴周波数は、約２００ＭＨｚから約５００ＭＨｚの間にある（シールド３６、３８、３９の影響を考慮し、環状導体にあるキャパシタンス又は容量性ギャップのようなリアクタンス素子を加えることにより任意の同調を可能にする）。これら共鳴周波数は、高磁場で関心のある核種の幾つかの磁気共鳴周波数にまたがっている。図３は、約３テスラーの静磁場に対応する１２８ＭＨｚまでの計算した曲線も外挿している（破線で示される外挿）。この外挿は、全身用ＲＦコイルには一般的な直径である約６０ｃｍの直径（３０ｃｍの半径）から７０ｃｍの直径（３５ｃｍの半径）を持つシールドされない及び同調していないエンドリングは、３テスラーの磁場強度の１Ｈプロトンの磁気共鳴周波数で正弦共鳴をサポートする。
【００２８】
図３のプロットは、シールドされていない連続した環状導体に対する説明である。所与の直径のエンドリング３４、３５によりサポートされる正弦共鳴周波数は、同調素子を含むこと、シールド３６、３８、３９の形状、並びにエンドリング３４、３５の厚さ及び幅等により殆どの周波数範囲にわたり調整され得ることを理解すべきである。エンドリング３４、３５の正弦共鳴周波数は、集中若しくは分散したキャパシタンス又はインダクタンスをエンドリングに沿って加えること、例えばエンドリングの半径、厚さ若しくは他の断面の寸法のようなパラメタを変更すること、シールド３６、３８、３９を調整すること、例えばエンドリング３４、３５にあるキャパシタンス又は容量性ギャップのようなリアクタンス素子を加えること、エンドリング３４とフランジ３８との間及び／又はエンドリング３５とフランジ３９との間に誘電材料を加えること、又は上記調整の様々な組み合わせにより、１Ｈの磁気共鳴周波数に又は関心のあるもう１つの磁気共鳴周波数に同調されることができる。その上、より高い磁場において、エンドリング３４、３５における正弦共鳴により供給される空間均一性は、被験者１６の誘電及び導電特性又はコイル３０の他の負荷により大部分は決められ、故に３テスラーよりも大きい又は約３テスラーの静磁場Ｂ０において、正弦モードにより発生するＢ１場のかなり大きな無負荷の不均一性が容認できることが分かる。
【００２９】
図２に戻り参照すると、エンドリング３４、３５は、横木３２に接続されている。これら横木３２は、正弦のエンドリングの共鳴と干渉している。このような干渉を減少又は除去するために、ＲＦトラップ４４、４５が前記横木３２と共に適切に置かれる又は組み込まれる。これらトラップ４４、４５は、エンドリング３４、３５によりサポートされる正弦共鳴周波数で高いインピーダンスを阻止するように設計される一方、これらエンドリング３４、３５によりサポートされる前記共鳴周波数とは異なる第２の周波数でバードケージの共鳴には殆ど影響しないＲＦフィルタである。これらトラップ４４、４５は、エンドリングの共鳴でこれらエンドリング３４、３５を前記横木から実質的に切り離す。例えば、設計される磁場強度が７テスラーであり、エンドリングが７テスラー（すなわち２９８ＭＨｚ）で１Ｈの磁気共鳴周波数をサポートするように設計される場合、ＲＦトラップ４４、４５は、２９８ＭＨｚの共鳴周波数を阻止するためのノッチフィルタとして適切に設計される。図２に説明されるように、幾つかの実施例において、ＲＦトラップ４４、４５は、エンドリング３４、３５に近い横木３２の端部に置かれている。
【００３０】
図４を参照すると、ＲＦトラップは、並列ＬＣタンク回路であり（ここでＬはインダクタンスを示し、Ｃはキャパシタンスを示す）、この回路にとって
【数１】
2011505956.tif 000003
の周波数でインピーダンスは最大となる。他のＲＦトラップの構成も考えられる。前記トラップ４４、４５が１Ｈの磁気共鳴周波数に同調する場合、これらトラップ４４、４５は、１Ｈの磁気共鳴周波数で電流の流れを阻止するが、他の周波数、例えばバードケージの共鳴モードが動作する第２核種の磁気共鳴周波数で電流が流れるのを可能にする。
【００３１】
図５を参照すると、改良したコイル３０'は、横木３２及びエンドリング３４、３５を含む。しかしながら、図２のコイルのシールド３６、３８、３９は、図５の改良したコイル３０'において、中央領域にシールド材料を含まない開放型シールド３６'に置き換えられる。この場合、円筒シールド３６'は、開いた中央領域により２つの分離した部分に分割される。バードケージの共鳴周波数において、バードケージコイルの動作は、シールドされていないバードケージに近く、これはコイル感度を大幅に改善させる。前記シールドはさらに、フランジ３８、３９を含む。任意では、一方のフランジ、例えばフランジ３８がエンドキャップ３８'に置き換えられてもよい。示されていなくても、このようなフランジとエンドキャップとの置き換えは、図２のコイル３０においても行うことができる。開放型シールド３６'は、第２核種の磁気共鳴周波数での放射損失が重要ではないため、第２核種（１Ｈではない）の磁気共鳴に対するコイル感度を有利に増大させる。１Ｈの磁気共鳴と結合する正弦共鳴がオープンシールド３６'の開いた中央領域から比較的離れているエンドリング３４、３５によりサポートされるので、この開放型シールド３６'は、１Ｈの磁気共鳴に対するコイル感度に悪影響を及ぼさない。
【００３２】
幾つかの例示的なコイルの実施例３０、３０'が説明されると、幾つかの他の実施例が他の例として説明される。
【００３３】
エンドリング３４、３５は、調整可能なリングコンデンサ（図示せず）又はエンドリング３４、３５の正弦共鳴に影響を及ぼす他の素子により１Ｈの磁気共鳴周波数で正弦共鳴モードに適切に同調される。前記リングの所望の直径が既定される幾つかの実施例において、リングコンデンサと直列に存在する個々のインダクタは、１Ｈの磁気共鳴周波数で前記エンドリング３４、３５を正弦共鳴モードに同調させるのに用いられることができる。１Ｈの磁気共鳴周波数において、コイルの横木３２にあるトラップ４４、４５は、これらコイルの横木３２に電流が流れるのを抑制する高いインピーダンスを持つ。説明される実施例において、トラップ４４、４５は、夫々のエンドリング３４、３５との接続部の近くで、横木３２に又は横木３２と共に置かれる。従って、２つのエンドリング３４、３５は、１Ｈ信号を送信及び受信するために直交して与えられる。第２核種（１Ｈではない）の周波数において、トラップ４４、４５は、略端絡として機能し、これは、第２核種の磁気共鳴周波数で電流がバードケージの共鳴モードに従ってエンドリング３４、３５と横木３２との間を流れることを可能にする。従って、これらコイル３０、３０'は、第２核種の磁気共鳴周波数でシールドされたバンドパスバードケージコイルの共鳴を規定する。バードケージの共鳴は、横木のコンデンサ４０の値を調整することにより、所望する第２核種の磁気共鳴周波数に同調することができる。任意には、エンドリング３４、３５の直径を調整すること、エンドリングの位置を横木３２に沿って調整すること、又は同調するエンドリング素子、例えばコンデンサ又はインダクタを含むこと等により、バードケージの共鳴周波数も調整されることができる。例えばエンドリングを同調させるコンデンサの値のようなパラメタが正弦及びバードケージの共鳴周波数の両方に影響を及ぼす場合、これらパラメタ値は、前記正弦及びバードケージの共鳴周波数の両方を一緒に同調させるために、適切な電磁モデリングと共に反復調整により選択されることができる。
【００３４】
ここでＴＥＭ多核種コイルと比べて説明される二重同調ボリュームコイルの利点をさらに説明するために、図１のコイル３０は、直径３０ｃｍ及び横木の長さが２１ｃｍである頭部の大きさの送信／受信（Ｔ／Ｒ）コイルとしてモデル化される。円筒シールドの直径は３５ｃｍとしてモデル化され、シールドの長さは２３ｃｍとしてモデル化される。１２本の横木３２は、コイルのモデルに含まれている。２つのエンドリング３４、３５は、内径２８ｃｍ及び外径３１ｃｍを持つ平坦な環状のリングとしてモデル化される。エンドリング３４、３５は、（７テスラーの磁場強度に対応する）２９８ＭＨｚの１Ｈの磁気共鳴周波数に同調し、シールドされたバードケージコイルは、同じ７テスラーの磁場強度に対し、１２０．７ＭＨｚの３１Ｐの周波数に同調する。比較のために、１２素子のＴＥＭコイルがバードケージコイルと同じ大きさでモデル化され、同じ１２０．７ＭＨｚの３１Ｐの周波数に同調する。直径２０ｃｍの球状ファントム（導電率σ＝０．８５５Ｓ／ｍ、比誘電率εｒ＝８０）は、両方のコイルのモデルの負荷をモデル化するのに用いられる。このモデルにおいて、コイル素子とシールド構造とは空気で隔てられている。
【００３５】
２つのエンドリングは、２９８ＭＨｚで直交する２ポートの駆動装置において動作するようにモデル化され、ここで一方のポートは一方のエンドリングに送られ、反対の電圧を持つが、位相が９０°ずれているもう一方のポートは他方のエンドリングに送られる。バードケージコイルは、１２０．７ＭＨｚで２つの横木の中間において直交する２ポート駆動が行われる。比較上のＴＥＭコイルも端部にあるコンデンサの両端において直交する２ポートの駆動装置において動作するようにモデル化される。前記球状ファントムの３つの中央スライスにおける｜Ｂ１＋｜場（ＲＦ送信場）は、両方の共鳴周波数、２９８ＭＨｚ及び１２０．７ＭＨｚで計算される。伝送効率は、
【数２】
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と計算され、ここで｜Ｂ１＋｜aveは、前記球状ファントムの中央の横方向スライスにおける平均的な｜Ｂ１＋｜場であり、Ｐabsは、このファントムの全吸収電力である。コイル感度は、コイルの横木（又はエンドリングだけが共鳴モードである場合はリング）における単位電流当たりの｜Ｂ１＋｜aveとして計算される。
【００３６】
１Ｈの磁気共鳴周波数での｜Ｂ１＋｜場の均一性は、ファントム材料の誘電効果により支配されることが分かり、これはＴ／Ｒバードケージ又はＴＥＭボリュームコイルに相当する。３１Ｐの磁気共鳴周波数での｜Ｂ１＋｜場の均一性は、比較的均一であり、ＴＥＭコイルの均一性に類似していることが分かる。表１は、｜Ｂ１＋｜ave＝１μＴでの計算した伝送効率及び最大の局所ＳＡＲ（１０ｇのファントム材料平均のＳＡＲ）を一覧にしている。モデル化した二重同調ボリュームコイル及び１２０．７ＭＨｚでの比較上の１２素子のＴＥＭボリュームコイルに対するコイル感度も表１に与えられている。１２０．７ＭＨｚにおいて、バードケージコイルは、およそＴＥＭコイルと同じ伝送効率を持つが、より小さな局所ＳＡＲ及びかなり高いコイルの感度を持つことが分かる。その上、バードケージコイルは、１２本の横木だけでそれほど複雑ではない構造を持つのに対し、二重同調ＴＥＭボリュームコイルは、２４素子からなるより複雑な構造を用いて、これら２４素子のうち１２素子が１Ｈの磁気共鳴周波数で共鳴を提供し、もう一方の１２のインタリーブされた素子が３１Ｐの共鳴周波数で共鳴を提供する。
【表１】
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【００３７】
正弦のエンドリング及びバードケージの共鳴を用いた二重同調ボリュームコイルのもう１つの利点は、バードケージの共鳴（すなわち第２核種の磁気共鳴）でのコイル感度が図５に示されるように、シールドの中央を開くことにより高めることができる。図５の開放型シールド３６'は、ＴＥＭ共鳴モードをサポートしないので、ＴＥＭコイルとは互換性がない。
【００３８】
図５の改良したコイル３０'のモデル化例も表される。円筒シールドが図５に示されるように中央が開いている点を除き、上述したのと同じコイルモデルが再び使用され、中央の開いた領域は１０ｃｍ幅のギャップである。任意のエンドキャップ３８'は、このモデル化には含まれていない。表２は、（図２に示されるような）閉じたシールド及び（図５に示されるような）一部が開いたシールドでの前記モデルの計算結果を一覧にしている。表２に見られるように、コイル感度は、閉じたシールドでのコイルに対する２．５μＴ／Ａから１０ｃｍのギャップを持つ開いたシールドでのコイルに対する６．４μＴ／Ａに増大する。このコイル感度は、１０ｃｍのギャップを持つことにより２倍以上となる。開いたシールドのコイルの高いコイル感度は、１Ｈ及び第２核種の磁気共鳴周波数の両方でシールドされる、７テスラー動作の二重同調コイルにおいて簡単には達成できない。１Ｈのコイル共鳴にシールドを設けることが放射損失を減少させるのに７テスラーでは有利であるのに対し、第２核種（すなわち１Ｈではない）のコイル共鳴にシールドを設けることは、大部分の１Ｈではない磁気共鳴周波数が（同じ磁場強度に対し）１Ｈの磁気共鳴周波数よりもかなり低く、従ってかなり低い放射損失を示すので有利ではない。図５のコイルの部分的なシールドは、１Ｈの磁気共鳴結合に対する正弦のエンドリングの共鳴、及び第２核種の磁気共鳴結合に対するバードケージの共鳴の組み合わせにより可能となる。
【表２】
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【００３９】
モデル化は、シールド３６'に１０ｃｍのギャップを持つ図５の二重同調（正弦のエンドリング／バードケージ）コイル３０'に対するピーク電場分布を推定するためにも行われる。シールド３６'におけるギャップは、放射損失を増大させ得るコイルの外への電磁場の漏れとなることが分かっている。しかしながら、一般的な磁気共鳴スキャナは、電力損失を含むのを助け得るもう１つの全身サイズのシールドを含んでいるため、この影響は、問題があるとは考えられない。その上、３テスラーで１２８ＭＨｚの１Ｈの磁気共鳴に対する放射損失は、バードケージ型の頭部用Ｔ／Ｒコイルにとって問題はない。より高い磁場強度において、設計トレードオフは、（シールド３６'のギャップを減少させることにより抑制される）放射損失と、（シールド３６'のギャップを増大させることにより高められる）第２核種の磁気共鳴に対するコイル感度との間で行われる。
【００４０】
説明される実施例において、コイルは、第２核種のバードケージの磁気共鳴をサポートするために、エンドリング３４、３５が平行な細長い導電素子３２と動作可能であるように結合されるバードケージ構造を持つ。これは、閉じたＲＦシールド３６又は開いたＲＦシールド３６'の何れか一方を使用するオプションを可能にする。第２核種の共鳴がＴＥＭモードでサポートされる一方、エンドリングは、正弦の第１核種（例えば１Ｈ）の磁気共鳴だけをサポートするように、上記実施例において、ＲＦシールド３６に類似する閉じたシールドであるシールドに、前記平行な細長い導電素子を動作可能であるように接続することも考えられる。このような実施例において、前記平行な細長い導電素子３２における１Ｈ（又は他の第１核種）の共鳴を阻止するＲＦトラップは、この１Ｈの周波数での誘導結合を抑制する。
【００４１】
本発明は、好ましい実施例を参照して説明されている。上記詳細な説明を読み、理解すると、改良例及び代替例が他の者に思い浮かぶことがある。本発明は、上記改良例及び代替例が添付される特許請求の範囲及びそれに相当するものの範囲内ある限りにおいて、これら改良例及び代替例の全てを含んでいるとみなされることを意味する。請求項において、括弧間に置かれる如何なる参照符号もこの請求項を制限するとはみなされない。"有する"という用語は、請求項において列挙した要素又はステップ以外の要素又はステップの存在を排除するものではない。要素が複数あることを述べていないことが、これら要素が複数あることを排除するものではない。開示される方法は、幾つかの別個の要素を有するハードウェアを用いて、及び適切にプログラムされたコンピュータを用いて実施されることができる。幾つかの手段を列挙しているシステムの請求項において、これら手段の幾つかがコンピュータ読み取り可能なソフトウェア又はハードウェアの同一のアイテムにより統合されることができる。特定の手段が相互に異なる独立した請求項に列挙されているという単なる事実は、これら手段の組み合わせが有利に用いられないことを示しているのではない。
【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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【国際調査報告】
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