(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＲ画像化システムの撮像ボリュームへＲＦ励起信号を送信するための、及び／又は前記ＭＲ画像化システムの前記撮像ボリュームからＭＲ信号を受信するための、ＲＦアンテナシステムであって、磁気共鳴画像化アンテナが、
−  前記撮像ボリュームに隣接したコイル形成体と、
−  前記コイル形成体に取り付けられ、かつ、複数のコンデンサ間の電気接続から形成される少なくとも１つの共振周波数に同調された、共振器であって、前記複数のコンデンサが前記コイル形成体の周りにかつ前記コイル形成体に沿って当該複数のコンデンサ間が導電体で接続されて２次元の周期的パターンで分布されており、また、コンデンサの前記周期的パターンが、２次元の誘電性導体として振る舞う構造体を形成する、共振器と、を含む、ＲＦアンテナシステム。
【請求項２】
前記コイル形成体が誘電体から形成され、前記コイル形成体が第１の表面及び第２の表面を含み、前記複数のコンデンサの各々が第１の導電部分及び第２の導電部分によって形成され、前記第１の導電部分が前記第１の表面に取り付けられており、前記第２の導電部分が前記第２の表面に取り付けられており、各コンデンサが前記第１の導電部分及び前記第２の導電部分を伴った前記コイル形成体のそれぞれの部分から形成される、請求項１に記載のＲＦアンテナシステム。
【請求項３】
コンデンサの前記周期的パターンが、前記２次元の誘電性導体構造体の両方の方向に、等しい距離及び同等のコンデンサを有する、請求項１又は２に記載のＲＦアンテナシステム。
【請求項４】
前記複数のコンデンサが１つ又は複数の最近隣コンデンサを有し、前記複数のコンデンサの最近隣コンデンサが、電気的に分離されたものの１つであるか、又は前記複数のコンデンサの最近隣コンデンサは電気的に直列に接続されている、請求項１乃至３の何れか一項に記載のＲＦアンテナシステム。
【請求項５】
前記磁気共鳴画像化アンテナが外側表面を有し、前記磁気共鳴画像化アンテナが前記外側表面に隣接してＲＦシールドを更に含み、前記ＲＦシールドが、ＲＦ周波数帯域において共振する人工的な磁気導体構造体の形態で設けられる、請求項２に記載のＲＦアンテナシステム。
【請求項６】
前記ＲＦアンテナシステムが前記ＲＦシールドと前記共振器との間に接続された複数の離調無線周波数スイッチを更に含む、請求項５に記載のＲＦアンテナシステム。
【請求項７】
前記周期的パターンが電気的に分離されたグループに分割され、前記電気的に分離されたグループの各々が他の前記電気的に分離されたグループから電気的に分離されており、前記電気的に分離されたグループの各々が別々の無線周波数チャネルへ接続されるように動作可能である、請求項１乃至６の何れか一項に記載のＲＦアンテナシステム。
【請求項８】
前記少なくとも１つの共振周波数が複数の共振周波数であり、前記電気的に分離されたグループの各々が前記複数の共振周波数から選択された単一の共振周波数に同調されている、請求項７に記載のＲＦアンテナシステム。
【請求項９】
前記ＲＦアンテナシステムが１つ又は複数のアンテナ素子を含む表面コイルであり、前記アンテナ素子の各々が前記電気的に分離されたグループのうちの１つであり、前記表面コイルが前記撮像ボリュームに隣接している、請求項８に記載のＲＦアンテナシステム。
【請求項１０】
前記コイル形成体が円筒であり、前記円筒が、前記撮像ボリュームを形成する内部領域を有し、前記円筒が回転対称軸を有し、前記周期的パターンが前記回転対称軸に沿って電気的に分離されたグループに分割されている、請求項６乃至９の何れか一項に記載のＲＦアンテナシステム。
【請求項１１】
前記コイル形成体が円筒であり、前記円筒が、前記撮像ボリュームを形成する内部領域を有し、前記円筒が対称軸を有し、前記周期的パターンが前記対称軸の周りに電気的に分離されたグループに分割されている、請求項６乃至９の何れか一項に記載のＲＦアンテナシステム。
【請求項１２】
前記電気的に分離されたグループが前記対称軸の周りに巻きついている、請求項１１に記載のＲＦアンテナシステム。
【請求項１３】
前記電気的に分離されたグループが、前記電気的に分離されたグループを電気的に接続する複数の無線周波数スイッチを含む、請求項７乃至１１の何れか一項に記載のＲＦアンテナシステム。
【請求項１４】
撮像ゾーンから磁気共鳴データを取得するための磁気共鳴画像化システムであって、撮像ボリュームが前記撮像ゾーンの内部にあり、前記磁気共鳴画像化システムが請求項１乃至１３の何れか一項に記載のＲＦアンテナシステムを含む、磁気共鳴画像化システム。
【請求項１５】
前記ＲＦアンテナシステムが請求項９乃至１３の何れか一項に記載のＲＦアンテナシステムであり、前記磁気共鳴画像化システムが、前記電気的に分離されたグループの各々に無線周波数電力を別々に供給するように動作可能である無線周波数システムを更に含み、前記磁気共鳴画像化システムが前記磁気共鳴画像化システムを制御するための１つ又は複数のプロセッサを更に含み、前記磁気共鳴画像化システムが機械実行可能命令及びパルスシーケンスデータを格納するためのメモリを更に含み、前記機械実行可能命令を実行することが前記プロセッサに前記磁気共鳴画像化システムを制御させて前記パルスシーケンスデータに従って前記磁気共鳴データを取得させ、前記パルスシーケンスデータが前記無線周波数システムを制御するためのデータを更に含んで前記磁気共鳴データの前記取得中に前記電気的に分離されたグループの各々に供給される無線周波数電力及び／又は位相を調節する、請求項１４に記載の磁気共鳴画像化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁気共鳴画像法に関し、具体的には、磁気共鳴画像法用の無線周波数アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
患者の体内の画像を生成するための手順の一部として、原子の核スピンを整列させるために、大きな静磁場が、磁気共鳴画像化（ＭＲＩ：Magnetic Resonance Imaging）スキャナによって使用される。この大きな静磁場は、Ｂ０磁場と呼ばれる。
【０００３】
ＭＲＩ走査の間、送信機コイルによって生成された無線周波数（ＲＦ：Radio Frequency）パルスが局所磁場に摂動を引き起こし、核スピンによって放出されたＲＦ信号が受信機コイルによって検出される。これらのＲＦ信号は、ＭＲＩ画像を構築するために使用される。これらのコイルは、アンテナと呼ばれることもできる。更に、送信機コイル及び受信機コイルは、両方の機能を行う単一の送受信機コイルに統合されることもできる。送受信機コイルという用語の使用は、別個の送信機コイル及び受信機コイルが使用されるシステムも指すことが、理解される。送信されたＲＦ磁場は、Ｂ１磁場と呼ばれる。
【０００４】
今日では、殆ど全てのＭＲＩシステムは直角位相ボディコイル（ＱＢＣ：Quadrature Body Coil）を用いて提供され、このＱＢＣは鳥かご形状によって実現される。これは、２つの導電性リングで構成され、これらのリングは、（典型的には８〜２４個の同様に導電性の）横木を介して接続されている。この構造は、横木におけるコンデンサ（低域通過鳥かご）、リングにおけるコンデンサ（広域通過鳥かご）、又は両方におけるコンデンサ（帯域通過鳥かご）によって、共鳴状態にされる。このコイルは、限られた視野（ＦＯＶ：field of view）において均一なＢ１磁場を生成することができる。
【０００５】
欧州特許第２０９７７６３号は、ＲＦ励起信号を送信しＭＲ緩和信号を受信するための磁気共鳴画像化システム用のＲＦコイルについて開示している。このＲＦコイルは、容量的に互いに結合されるパッチのアレイを含む。パッチのアレイは、共鳴表面を形成し、その表面の上で、少なくとも１つの磁場様式を生成するために表面電流が共鳴して励起され得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、独立請求項において、磁気共鳴画像化システム用のアンテナ及び磁気共鳴画像化システムについて規定する。実施形態が、従属請求項に記載される。
【０００７】
当業者により理解されるように、本発明の態様は、装置、方法及びコンピュータプログラム製品として実施化することができる。従って、本発明の態様は、完全にハードウェアの実施態様、完全にソフトウェアの実施態様（ファームウエア、常駐ソフトウェア、マイクロコード等を含む）又はソフトウェア及びハードウェア態様を組み合わせた実施態様の形態をとることができ、これらは全て、ここでは、一般的に“回路”、“モジュール”又は“システム”と称することができる。更に、本発明の態様は、コンピュータで実行可能なコードが具現化された１以上のコンピュータ読取可能な媒体で実施化されたコンピュータプログラム製品の形態をとることもできる。
【０００８】
１以上のコンピュータ読取可能な媒体の任意の組み合わせに用いることができる。該コンピュータ読取可能な媒体は、コンピュータ読取可能な信号媒体又はコンピュータ読取可能な記憶媒体であり得る。ここで使用される“コンピュータ読取可能な記憶媒体”とは、計算装置のプロセッサにより実行可能な命令を記憶することができる任意の有形記憶媒体を含む。該コンピュータ読取可能な記憶媒体は、コンピュータ読取可能な非一時的記憶媒体と称することができる。上記コンピュータ読取可能な記憶媒体は、有形コンピュータ読取可能な媒体と称することもできる。幾つかの実施態様において、コンピュータ読取可能な記憶媒体は、計算装置のプロセッサによりアクセスすることができるデータを記憶することもできる。コンピュータ読取可能な記憶媒体の例は、これらに限定されるものではないが、フロッピー（登録商標）ディスク、磁気ハードディスクドライブ、固体ハードディスク、フラッシュメモリ、ＵＳＢメモリ（USB thumb drive）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、光ディスク、光磁気ディスク及びプロセッサのレジスタファイルを含む。光ディスクの例は、コンパクトディスク（ＣＤ）及びデジタル汎用ディスク（ＤＶＤ）、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＷ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＷ又はＤＶＤ−Ｒディスクを含む。コンピュータ読取可能な記憶媒体なる用語は、ネットワーク又は通信リンクを介して当該計算装置によりアクセスすることが可能な種々のタイプの記録媒体も指す。例えば、データはモデムを介して、インターネットを介して又はローカルエリアネットワークを介して取り出すことができる。コンピュータ読取可能な媒体上に具現化されたコンピュータ実行可能なコードは、これらに限定されるものではないが、無線、有線、光ファイバケーブル、ＲＦ等、又はこれらの何らかの適切な組み合わせを含む任意の適切な媒体を用いて伝送することもできる。
【０００９】
コンピュータ読取可能な信号媒体は、コンピュータ実行可能なコードが内部に（例えば、ベースバンド内に又は搬送波の一部として）具現化された伝搬されるデータ信号を含むことができる。このような伝搬される信号は、これらに限定されるものではないが、電磁的、光学的又はこれらの何れかの適切な組み合わせのものを含む種々の形態の何れかをとることができる。コンピュータ読取可能な信号媒体は、コンピュータ読取可能な記憶媒体ではなく、且つ、命令実行システム、装置若しくはデバイスにより又はこれらに関連して使用するためのプログラムを通知、伝搬又は伝送することができる任意のコンピュータ読取可能な媒体とすることもできる。
【００１０】
“コンピュータメモリ”又は“メモリ”は、コンピュータ読取可能な記憶媒体の一例である。コンピュータメモリは、プロセッサに直接アクセス可能な任意のメモリである。“コンピュータ記憶部”又は“記憶部”は、コンピュータ読取可能な記憶媒体の他の一例である。コンピュータ記憶部は、任意の不揮発性コンピュータ読取可能な記憶媒体である。幾つかの実施例において、コンピュータ記憶部はコンピュータメモリとすることもでき、その逆も同様である。
【００１１】
ここで使用される“プロセッサ”とは、プログラム、マシン実行可能な命令又はコンピュータ実行可能なコードを実行することができる電子部品を含む。“プロセッサ”を有する計算装置を参照する場合、２以上のプロセッサ又は処理コアを可能性として含むと解釈されるべきである。プロセッサは、例えば、マルチコア・プロセッサであり得る。プロセッサは、単一のコンピュータシステム内の又は複数のコンピュータシステムの間に分散された一群のプロセッサを指すこともできる。計算装置なる用語は、各々がプロセッサ若しくは複数のプロセッサを有する計算装置の集合又はネットワークを可能性として指すとも解釈されるべきである。コンピュータ実行可能なコードは、同一の計算装置内にあり得るか、又は複数の計算装置の間に分散さえもされ得る複数のプロセッサにより実行することができる。
【００１２】
コンピュータ実行可能なコードは、プロセッサに本発明の一態様を実行させるマシン実行可能な命令又はプログラムを有し得る。本発明の態様に関する処理を実行するためのコンピュータ実行可能なコードは、１以上のプログラミング言語の任意の組み合わせで書くこともでき、これらプログラミング言語は、ジャバ、スモールトーク、Ｃ＋＋等のオブジェクト指向プログラミング言語、及び“Ｃ”プログラミング言語又は同様のプログラミング言語等でマシン実行可能な命令にコンパイルされる従来の手続型プログラミング言語を含む。幾つかの事例において、コンピュータ実行可能なコードは、高レベル言語の形態又は事前にコンパイルされた形態であり得ると共に、実行しながらマシン実行可能な命令を発生するインタープリタと一緒に使用することもできる。
【００１３】
上記コンピュータ実行可能なコードは、単独型ソフトウェアパッケージとして全体的にユーザのコンピュータ上で若しくは部分的にユーザのコンピュータ上で、又は部分的にユーザのコンピュータ上で且つ部分的に遠隔コンピュータ上で又は全体として遠隔コンピュータ上若しくはサーバ上で実行することができる。後者のシナリオにおいて、遠隔コンピュータはユーザのコンピュータにローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）又は広域ネットワーク（ＷＡＮ）を含む何らかのネットワークを介して接続することができ、又は該接続は外部コンピュータに対してなすことができる（例えば、インターネットサービスプロバイダを用いることによりインターネットを介して）。
【００１４】
本発明の態様は、本発明の実施態様による方法、装置（システム）及びコンピュータプログラム製品のフローチャート及び／又はブロック図を参照して説明される。フローチャート、説明図及び／又はブロック図における各ブロック又はブロックの一部は、適用可能な場合は、コンピュータ実行可能なコードの形態のコンピュータプログラム命令により実施化することができることが理解されよう。更に、互いに排他的でない場合、異なるフローチャート、説明図及び／又はブロック図におけるブロックの組み合わせを行うこともできることが理解される。これらのコンピュータプログラム命令は、汎用コンピュータ、専用コンピュータ又はマシンを生成する他のプログラマブルデータ処理装置に対して、上記コンピュータ又は他のプログラマブルデータ処理装置のプロセッサを介して実行する上記命令が、フローチャート及び／又はブロック図のブロック又は複数のブロックにおいて特定される機能／動作を実施するための手段を生成するように、供給することができる。
【００１５】
コンピュータ、他のプログラマブルデータ処理装置又は他のデバイスに特定の態様で機能するように指令することができる斯かるコンピュータプログラム命令は、コンピュータ読取可能な媒体に記憶することもでき、かくして、該コンピュータ読取可能な媒体に記憶された上記命令が、フローチャート及び／又はブロック図のブロック又は複数のブロックにおいて特定される機能／動作を実施する命令を含む製品を形成するようにする。
【００１６】
上記コンピュータプログラム命令は、コンピュータ、他のプログラマブルデータ処理装置又は他のデバイスにロードされ、一連の処理ステップが該コンピュータ、他のプログラマブルデータ処理装置又は他のデバイス上で実行されて、コンピュータで実施する処理が形成され、かくして、上記コンピュータ又は他のプログラマブル装置上で実行する命令が、前記フローチャート及び／又はブロック図のブロック又は複数のブロックにおいて特定される機能／動作を実施するための処理をもたすようにすることもできる。
【００１７】
ここで使用される“ユーザインターフェース”とは、ユーザ又は操作者がコンピュータ又はコンピュータシステムと対話することを可能にするインターフェースである。“ユーザインターフェース”は、“ヒューマンインターフェース装置”と称することもできる。ユーザインターフェースは、情報若しくはデータを操作者に供給し、及び／又は操作者から情報若しくはデータを受信することができる。ユーザインターフェースは、操作者からの入力がコンピュータにより受信されることを可能にし得ると共に、コンピュータからの出力をユーザに供給することができる。言い換えると、ユーザインターフェースは操作者がコンピュータを制御又は操作することを可能にし得ると共に、該インターフェースはコンピュータが操作者の制御又は操作の効果を示すことを可能にし得る。ディスプレイ又はグラフィックユーザインターフェース上でのデータ又は情報の表示は、操作者への情報の供給の一例である。キーボード、マウス、トラックボール、タッチパッド、ポインティングスティック、グラフィックタブレット、ジョイスティック、ゲームパッド、ウエブカム、ヘッドセット、ギアスティック、ステアリングホイール、ペダル、ワイヤグローブ、ダンスパッド、リモコン及び加速度計を介してのデータの受信は、全て操作者からの情報又はデータの受信を可能にするユーザインターフェースの構成部品の例である。
【００１８】
ここで使用される“ハードウェアインターフェース”は、コンピュータシステムのプロセッサが外部計算デバイス及び／又は装置と対話し、及び／又は斯かる計算デバイス及び／又は装置を制御することを可能にするインターフェースを含む。ハードウェアインターフェースは、プロセッサが外部計算デバイス及び／又は装置に制御信号又は命令を送信することを可能にし得る。ハードウェアインターフェースは、プロセッサが外部計算デバイス及び／又は装置とデータを交換することも可能にし得る。ハードウェアインターフェースの例は、これらに限定されるものではないが、汎用直列バス、IEEE 1394ポート、パラレルポート、IEEE 1284ポート、直列ポート、RS-232ポート、IEEE 488ポート、ブルートゥース（登録商標）接続、無線ローカルエリアネットワーク接続、TCP/IP接続、イーサネット（登録商標）接続、制御電圧インターフェース、MIDIインターフェース、アナログ入力インターフェース及びデジタル入力インターフェースを含む。
【００１９】
ここで使用される“ディスプレイ”又は“表示装置”は、画像又はデータを表示するように構成された出力装置又はユーザインターフェースを含む。ディスプレイは、視覚、音響及び／又は触覚データを出力することができる。ディスプレイの例は、これらに限定されるものではないが、コンピュータモニタ、テレビジョンスクリーン、タッチスクリーン、触覚電子ディスプレイ、点字スクリーン、陰極線管（ＣＲＴ）、蓄積管、バイステーブルディスプレイ、電子ペーパ、ベクトルディスプレイ、フラットパネルディスプレイ、真空蛍光ディスプレイ（ＶＦ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）ディスプレイ、エレクトロルミネッセントディスプレイ（ＥＬＤ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ、プロジェクタ及びヘッドマウント（頭部装着）ディスプレイを含む。
【００２０】
磁気共鳴（ＭＲ）データは、本明細書においては、原子スピンにより発せられた無線周波数信号の記録された測定結果として定義される。当該信号は、例えば、磁気共鳴イメージングスキャン中に磁気共鳴装置のアンテナによって受信できる。磁気共鳴データは、医療画像データの一例である。磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）画像は、本明細書においては、磁気共鳴イメージングデータ内に含まれる解剖学的データの復元された２次元又は３次元視覚化として定義される。この視覚化は、コンピュータを使用して行うことができる。
【００２１】
本明細書で使用される無線周波数スイッチは、電気回路の２つの部分を接続したり切り離したりするためのスイッチを包含し、無線周波数スイッチは無線周波数電力を伝導するように動作可能である。無線周波数スイッチの例としては、これに限定するものではないが、ＰＩＮダイオード、ＭＥＭＳスイッチ、及びトランジスタスイッチが挙げられる。
【００２２】
一態様において、本発明は、磁気共鳴（ＭＲ）画像化システムにおいて無線周波数（ＲＦ）励起信号を送信するための及び／又はＭＲ信号を受信するための、ＲＦアンテナシステムを提供する。ＲＦアンテナシステムは、本明細書では、アンテナ又は磁気共鳴画像化アンテナとも呼ばれることがある。アンテナは、磁気共鳴データを取得する工程で使用される無線周波数信号を送信及び／又は受信するように動作可能であり得る。即ち、アンテナは送信及び／又は受信アンテナのどちらでもあり得る。アンテナは、撮像ボリュームに隣接したコイル形成体を含むことができる。本明細書で使用されるコイル形成体は、アンテナ、アンテナ素子、又はアンテナの部品のための、支持構造体を包含する。コイル形成体は、能動アンテナの一部も含むことができる。
【００２３】
例えば、コイル形成体は円筒であり、この円筒は撮像ボリュームを形成する内部領域を有する。コイル形成体の一例は、内部領域又は内部ボリュームを有する円筒又は管とすることができる。円筒形の又は筒状のコイル形成体について、内部領域又は内部ボリュームは撮像ボリュームを形成することができる。平坦な、可撓性のある、又は平面のコイル形成体については、撮像ボリュームはコイル形成体に隣接した領域になり得る。本明細書で使用される撮像ボリュームは、アンテナに隣接した又は内部の領域を包含し、その領域に対して、アンテナは磁気共鳴信号を受信するように又は送信するように動作可能である。
【００２４】
アンテナは、複数のコンデンサの間の電気的接続からから形成されるある共振周波数に同調された少なくとも１つの共振器を更に含む。本明細書で使用される共振器は、１つ又は複数のアンテナ素子を包含する。この複数のコンデンサは、コイル形成体の周りにかつこれに沿って、周期的なパターンで分布している。
【００２５】
円筒形の又は筒状の形状のコイル形成体について、円筒に沿ってとは、円筒の長さに沿ってのことを指す。円筒の周りにとは、直径の周りに又は円筒の円周の周りのことを指す。
【００２６】
共振器を形成するために多数のコンデンサが使用されるので、実施形態が有益であり得る。これは、アンテナが使用される際に無線周波数エネルギーのホットスポットをもたらす可能性がある大きな静電容量の使用を防止する。従って、複数のコンデンサの両端の電圧降下がこの場合にはより小さくなり、これらのコンデンサの近傍における電界がより小さくなる。
【００２７】
標準的な鳥かご型コイルに比べて、アンテナの実施形態は、共振器内部に蓄積されたエネルギーを低減することができる。これは、ＳＮＲ及びコイル帯域幅が増加され得る一方で、電力要求及び局所ＳＡＲを大幅に低減する。これは、ＲＦ増幅器の電力及び帯域幅要求を減らすのと同様に、コイル生産におけるコストを節約することができる。向上された効率が、ボディコイルによって占有される空間を低減するために用いられることができ、これはシステムの他の部分、即ち傾斜磁場／主磁石のコストを低減する。
【００２８】
共振器を設計する１つのやり方は、シミュレーションを介することである。そのようなシミュレーションは、種々のやり方で実施され得る。１つのやり方は、ポートベースのシミュレーションであり、これはモーメント法（ＭｏＭ：Method of Moments）で実施され得る。ＭｏＭ方法は、例えば、Roger F. Harrington著「Field Computation by Moment Methods」、IEEE Press、Piscataway、New Jersey USA 1993、ISBN-10 0780310144に記載されている。ＭｏＭ方式を使用すると、ポートに関する振る舞いを記述しているネットワークマトリックス（例えば、散乱行列）が導き出されることができる。これは、スパイス（spice）シミュレータで使用されて、共振を計算することができる。そのスパイスシミュレータでは、典型的に、ラーモア周波数で共振を発生させる、最も小さな静電容量が、正しいものである。
【００２９】
別の実施形態では、コイル形成体は円筒形又は筒状の形状である。
【００３０】
他の実施形態では、コイル形成体は円筒形ではない。幾つかの実施例において断面は円形であることがあり、又は、それは楕円形若しくは他の形状であり得る。
【００３１】
他の実施形態では、コイル形成体は１つ又は複数の２次元のシートであり得る。
【００３２】
別の実施形態では、複数のコンデンサは、１つ又は複数の最近隣コンデンサを有する。複数のコンデンサの最近隣コンデンサは、電気的に分離されたものの１つであるか、又はそれらは電気的に直列に接続されている。幾つかの実施例では、全てのコンデンサは、単一の共振器を形成するウェブ状の配置に、互いに取り付けられている。他の実施形態では、共振器は群状に一緒に接続されている。
【００３３】
別の実施形態では、コイル形成体は、誘電体形成体から形成されている。誘電体形成体は、誘電性の又は絶縁の材料で構成されることができる。幾つかの実施例では、誘電体形成体は、平面形成体から形成される。平面形成体は、第１の表面及び第２の表面を含む。複数のコンデンサの各々は、第１の導電部分及び第２の導電部分によって形成される。第１の導電部分が、第１の表面に取り付けられる。第２の導電部分が、第２の表面に取り付けられる。誘電体形成体の一部が、第１の導電部分及び第２の導電部分を有する各コンデンサを形成する。この実施形態では、誘電体形成体がコンデンサを構築するために使用され、金属の導電部分が形成体の側面に取り付けられてコンデンサを形成する。
【００３４】
別の実施形態では、コイル形成体は、円筒形状の誘電体形成体から形成されている。誘電体形成体は、円筒形状の誘電性の又は絶縁の材料で構成されることができる。幾つかの実施例では、円筒は、円筒形の誘電体形成体から形成される。円筒は、内側表面及び外側表面を含む。複数のコンデンサの各々は、第１の導電部分及び第２の導電部分によって形成される。第１の導電部分が、内側表面に取り付けられる。第２の導電部分が、外側表面に取り付けられる。円筒の一部が、第１の導電部分及び第２の導電部分を有する各コンデンサを形成する。この実施形態では、誘電性の円筒がコンデンサの一部を形成し、金属の導電部分が円筒の側面に取り付けられてコンデンサを形成する。
【００３５】
他の実施形態では、誘電性の円筒は多層であり、単に第１及び第２の導電部分よりも多数が存在し得る。多層のコンデンサも構築され得る。
【００３６】
別の実施形態では、複数のコンデンサの各々の静電容量は５０ｐＦ未満である。
【００３７】
別の実施形態では、複数のコンデンサの各々の静電容量は７０ｐＦ未満である。
【００３８】
別の実施形態では、複数のコンデンサの各々の静電容量は８０ｐＦ未満である。
【００３９】
より多くのコンデンサを使用することにより個々の静電容量を小さくすることは、各コンデンサの両端の電圧降下を低減することによる技術的利点を有することがある。コンデンサの値は、使用される数に依存する。コンデンサ間の距離又はグリッドが低減されると、より多くのコンデンサが必要になる。実際の静電容量は、使用されるＢ０磁場と、それが同調されるように意図されている周波数とに依存する。コンデンサの周波数又は値は、ＲＦシールドとの全体的な距離、全般的な寸法、及び共振器のための低域通過、高域通過、若しくは帯域通過、又は類似の構造の選択にも依存するであろう。
【００４０】
複数のコンデンサを使用することは、電力要求を低減するという利点も有することがある。標準的なボディコイルと比較すると、コンデンサにおける個々の電流及び電圧は低減され得る。
【００４１】
別の実施形態では、アンテナはボディコイルである。本明細書で使用されるボディコイルは、磁気共鳴画像化システムと一体化されたコイルを包含する。一般的に、ボディコイルは円筒形磁石のボアの中に設置されている。標準的なボディコイルと比較すると、ボディコイル内の電流及び電圧が低減され得るので、この実施形態は有利であり得る。これは、ボディコイル内のコンデンサの近傍により小さな電界をもたらすことができ、また幾つかの場合では電力要求を低減することができる。
【００４２】
別の実施形態では、共振周波数は、磁気共鳴画像化システムの主磁場内部のスピンパケットについてのラーモア周波数になる。幾つかの場合では、共振器は複数のラーモア周波数に同調されることができ、この場合、共振器は多周波数共振器である。本明細書で使用されるスピンパケットは、同一の磁場によって影響される幾つかのスピンである。スピンパケットは、例えば有機分子上の水又は水素などの、異なる原子核又は分子であり得る。
【００４３】
別の実施形態では、アンテナは互いに上に積み重ねられた、異なる共振周波数に同調された複数の共振器を含む。即ち、１つの共振器が第２の共振器の内部にある。これは、共振器多周波数を作る有用なやり方になり得る。例えば、円筒は各表面上に、それぞれ異なる周波数に同調された、独立した共振器を有することができる。
【００４４】
別の実施形態では、複数のコンデンサは１０００個より多くのコンデンサを含む。
【００４５】
別の実施形態では、複数のコンデンサは５０００個より多くのコンデンサを含む。
【００４６】
別の実施形態では、複数のコンデンサは１００００個より多くのコンデンサを含む。
【００４７】
別の実施形態では、アンテナは円筒を取り囲む無線周波数シールドを更に含む。無線周波数シールドの使用により、アンテナの効率を改善することができる。ＲＦシールドは、例えばスクリーン材料、スロット付きスクリーンであることができ、又は人工の磁気導体構造体から作られることができる。
【００４８】
幾つかの場合では、円筒形の無線周波数シールド及び円筒は、同一の対称軸を有することができる。
【００４９】
別の実施形態では、アンテナと接続するために使用される無線周波数の供給装置は、幾つかの場合では、その接地が無線周波数シールドに取り付けられていることがある。
【００５０】
別の実施形態では、無線周波数シールドは、容量性素子によって接続された導電性素子のウェブから形成される。この実施形態は、特に無線周波数シールドが特定の周波数に同調されている場合に有利であり得る。例えば、無線周波数シールドは、共振器と同じ共振周波数を遮断するように使用されることができる。これは、共振器のみを遮断する無線周波数シールドを他の無線周波数が通過することを可能にする。
【００５１】
別の実施形態では、ＲＦシールド又はＲＦスクリーンが、ＲＦ周波数帯域において共鳴する人工磁気導体（ＡＭＣ：artificial magnetic conductor）構造体の形態で設けられる。ＲＦ周波数帯域は、磁気共鳴データを取得中のＲＦ励起信号又は受信されたＲＦ信号に係るＲＦ周波数帯域と同一であり得る。
【００５２】
幾つかの実施例では、ＡＭＣ構造体は、金属接地板上に、誘電体基板をその間に備えて配置された金属パッチのアレイを含むことができる。このパッチは、接地ポストによって接地面と接続されるか、又は接地ポストの代わりに金属ストリップが設けられて接地帰還経路を形成する。ＡＭＣ構造体は更に、パッチを互いに容量的に結合するために、パッチの縁に隣接した複数のエッジコンデンサの接続を含む。エッジコンデンサは、コンデンサを切り替えることによりＡＭＣ構造体の共振周波数が制御され得るように、又は、ＲＦアンテナシステムを離調する若しくは不活性化するために前記エッジコンデンサを短絡するためにスイッチが設けられるという点で、切替可能なコンデンサとすることができる。そのようなＲＦスクリーンについては、参照により本明細書に組み込まれるＰＣＴ公開の国際公開第２００８／０７８２８４Ａ２号に記載されている。
【００５３】
別の実施形態では、アンテナは、円筒形の無線周波数シールドと共振器との間に接続された複数の離調無線周波数スイッチを更に含む。クローズされたとき又は共振器を無線周波数シールドに接続しているとき、この離調無線周波数スイッチは共振器を離調する。本明細書で使用される離調無線周波数スイッチは、無線周波数スイッチである。離調無線周波数スイッチにおける形容詞「離調」は、無線スイッチの特定のグループを示すためのラベルとして使用される。例えば、「第１の無線周波数スイッチ」は、「離調無線周波数スイッチ」の代替として使用されることができる。
【００５４】
複数の離調無線周波数スイッチの配置は、使用される特定の無線周波数シールドと、共振器の特定の設計とに大いに依存する。どこにスイッチを配置するかの位置選定は、共振器のコンピュータモデルを作製することにより、かつ、平均より高い電界点が存在する領域を探索することにより、実施されることができる。これは、特定の共振器の設計上で測定を実施することにより、経験的に決定されることもできる。これらの高い電界点を無線周波数スイッチを介して無線周波数シールドに接続することにより、共振器は共振周波数から効果的に離調されることができる。
【００５５】
別の実施形態では、アンテナは１つ又は複数の二次的な共振構造（例えば、鳥かご又はループコイルのような）も含み、この二次的な共振構造はＲＦスイッチによってオン及びオフに切り替えられることができる。両方の構造の（主に誘導的な）結合のおかげで、オン状態は主アンテナを離調するために使用されることができる。
【００５６】
別の実施形態では、周期的なパターンが電気的に分離されたグループに分けられる。電気的に分離されたグループの各々は、電気的に分離されている。電気的に分離されたグループの各々は、別々の無線周波数チャネルに接続されるように動作可能である。
【００５７】
別の実施形態では、少なくとも１つの共振周波数は、複数の共振周波数である。電気的に分離されたグループの各々は、複数の共振周波数から選択された単一の共振周波数に同調される。この実施形態は、複数の周波数を有する共振器を製作する信頼性のある手段を供給することができる。例えば、２つの共振周波数が選択され得る。電気的に分離されたグループの半分が１つの周波数に同調されることができ、残りの半分が第２の周波数に同調されることができる。
【００５８】
別の実施形態では、ＲＦアンテナシステムは１つ又は複数のアンテナ素子を含む表面コイルであり、このアンテナ素子の各々は電気的に分離されたグループのうちの１つであり、この表面コイルは撮像ボリュームに隣接している。
【００５９】
別の実施形態では、円筒は回転対称軸を有する。周期的なパターンが、回転対称軸に沿って電気的に分離されたグループに分けられる。対称軸に沿ってとは、対称軸の周りの長手方向に沿ってとのことである。これは、いわゆるｚ方向における分割であるとみなされることもできる。
【００６０】
代替として、アンテナは、異なるＲＦポートが共振器内で異なる共振を励起するように、設計されることができる。これらの共振は、同一の共振周波数を有することがあるが、異なる空間プロファイルを有するＢ１磁場を励起することができる。このように、異なるポートへ供給されるＲＦ電力量は、アンテナの構成を調節するために使用され得る。またそれは、ＲＦシミング、又は例えば送信感度エンコーディング（ＴｘＳｅｎｓＥ：Transmit Sensitivity Encoding）のようなより高度な並列送信の概念のために使用されることもできる。
【００６１】
別の実施形態では、誘電性の円筒は対称軸を有する。周期的なパターンが、対称軸の周りに電気的に分離されたグループに分けられる。分割は、アンテナの直径又は円周の周りになる。これは、対称軸と同一の方向に存在する幾つかの電気的に分離されたグループに共振器を効果的に分割する。これは、コンデンサの周囲に低減された電界を有する鳥かご型に似たコイルの構築を可能にすることができる。
【００６２】
別の実施形態では、電気的に分離されたグループは対称軸の周りに巻き付いている。単に対称軸に沿って真っすぐに伸びる代わりに、電気的に分離されたグループのストリップは対称軸の周りに巻き付くことができる。これは、より均一な電界がアンテナによって生成されることを可能にし得る。
【００６３】
別の実施形態では、電気的に分離されたグループは、電気的に分離されたグループを電気的に接続するように構成された複数の無線周波数スイッチを含む。それはアンテナの構成がオンザフライで実行されることを可能にし、又は例えばアンテナの構成がパルスシーケンスによって制御されることを可能にし得るので、これは有利であり得る。
【００６４】
別の態様では、本発明は、撮像ゾーンから磁気共鳴データを取得するための磁気共鳴画像化システムを供給する。撮像ボリュームは、この撮像ゾーンの内部にある。撮像ゾーンは、磁気共鳴データの配置を可能にする、高くかつ均一な磁場の領域である。撮像ボリュームは、特定のアンテナ又はコイルによって画像化されることができる領域又は空間である。撮像ボリュームが撮像ゾーンの内部にあるという記述は、アンテナが磁気共鳴データを取得するように動作可能であるように、アンテナが磁気共鳴画像化システム中に設置されていると述べていることと等価である。磁気共鳴画像化システムは、本発明の実施形態に従ったアンテナを含む。
【００６５】
別の実施形態では、アンテナは、周期的なパターンが電気的に分離されたグループに分けられている実施形態に従っている。磁気共鳴画像化システムは、電気的に分離されたグループの各々に無線周波数電力を個別に供給するように動作可能である無線周波数システムを更に含む。磁気共鳴画像化システムは、磁気共鳴画像化システムを制御するための１つ又は複数のプロセッサを更に含む。磁気共鳴画像化システムは、機械が実行可能な命令及びパルスシーケンスデータを格納するためのメモリを更に含む。機械実行可能な命令を実行することは、プロセッサが磁気共鳴画像化システムを制御して、パルスシーケンスデータに従って磁気共鳴データを取得することをもたらす。
【００６６】
本明細書で使用されるパルスシーケンスデータは、特定の磁気共鳴画像化プロトコル又は技術に従って、磁気共鳴画像化システムが磁気共鳴データを取得することを可能にする制御コマンドを記述する又はこの制御コマンドを含むデータを包含する。パルスシーケンスデータは、無線周波数システムを制御するためのデータを更に含んで、磁気共鳴データを取得する間に電気的に分離されたグループの各々に供給される無線周波数電力及び／又は位相を調節する。この実施形態は、磁気共鳴データを取得する間、アンテナのいわゆる無線周波数シミングを可能にするので、この実施形態は有利である。またこの実施形態は、例えば送信感度エンコーディング（ＴｘＳｅｎｓＥ）のようなより高度な並列送信の概念を可能にする。
【００６７】
別の実施形態では、磁気共鳴画像化システムは、電気的に分離されたグループを電気的に接続するように構成された複数の無線周波数スイッチを有する実施形態に従ったアンテナを含む。磁気共鳴画像化システムは、複数の制御無線周波数スイッチの切り替えを制御するための無線周波数スイッチコントローラシステムを更に含む。磁気共鳴画像化システムは、電気的に分離されたグループの各々に、又はそれらの少なくとも一部に、無線周波数電力を供給するように動作可能である無線周波数システムを更に含む。磁気共鳴画像化システムは、磁気共鳴画像化システムを制御するための１つ又は複数のプロセッサを更に含む。
【００６８】
磁気共鳴画像化システムは、機械が実行可能な命令及びパルスシーケンスデータを格納するためのメモリを更に含む。機械実行可能な命令を実行することは、プロセッサが磁気共鳴画像化システムを制御して、パルスシーケンスデータに従って磁気共鳴データを取得することをもたらす。パルスシーケンスデータは、磁気共鳴データの取得中に無線周波数スイッチコントローラを制御するためのデータを含む。この実施形態は、磁気共鳴データの取得中に共振器を構成することを可能にするので、この実施形態は有利である。
【００６９】
幾つかの実施形態では、コンデンサ間の間隔及び／又は格子成形は、電界を形成するために等間隔ではないことがあり得る。
【００７０】
他の実施形態では、個々のコンデンサの値は、等しくないように選択されることができる。これは、ｚ方向又は円筒の軸に沿った静電容量の値を変化させることにより、特になされ得る。
【００７１】
他の実施形態では、共振器は複数の周波数に同調されることがあり、従って、磁気共鳴画像化の間、複数の原子核を観察するために多周波数であることがある。これは、例えば、共振器を複数の周波数に同調させることにより、又は、実施形態に従った積層された複数の共振器を使用することにより、達成されることができる。即ち、複数の共振器が積層されて複数の周波数に同調された１つのアンテナを生成することができる。コンデンサ及び導電素子の分布は、異なる層において異なっていてもよい。
【００７２】
別の実施形態では、多層構造が、例えば、より低い共振周波数を要求する、低磁場ＭＲのために、静電容量密度を主に増加させるために使用されることができる。
【００７３】
別の実施形態では、共振器の様々な部分に供給される電流が、無線周波数スイッチを制御することによって形作られることがある。
【００７４】
本発明の１つ又は複数の前述の実施形態は、組み合わされた実施形態が互いに排他的ではない限り、組み合わされることが可能であることが理解される。
【００７５】
以下では、本発明の好ましい実施形態が、例示としてのみ、図面を参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】アンテナ１００のモデルのシミュレーション結果を示す。
【図２】図１に示されるアンテナによって生成される、位置又は距離２００に対してプロットされた、Ｂ１磁場２０２のプロットを示す。
【図３】円筒の周りに分布されて共振器を形成することができる周期的パターンの例を示す。
【図４】ボディコイル４００を構築する１つの態様を示す。
【図５】ボディコイル５００の更なる例を示す。
【図６】ボディコイル６００の更なる例を示す。
【図７】円筒の周りに分布されて共振器を形成することができる周期的パターンの更なる例を示す。
【図８】円筒の周りに分布されて共振器を形成することができる周期的パターンの更なる例を示す。
【図９】円筒の周りに分布されて共振器を形成することができる周期的パターンの更なる例を示す。
【図１０】磁気共鳴画像化システムの一例を示す。
【図１１】磁気共鳴画像化システムの更なる例を示す。
【図１２】磁気共鳴画像化システムの更なる例を示す。
【図１３】アンテナ用の共振器のための代替の設計を示す。
【図１４】アンテナ用の共振器のための更なる代替の設計を示す。
【図１５】平面共振器を有するＲＦアンテナシステムをシミュレートした結果を示す。
【図１６】図１５に表示されたシミュレーション結果を更に示す。
【発明を実施するための形態】
【００７７】
これらの図における同様に番号付けされた構成要素は、等価な構成要素であるか、又は同一の機能を実施する。すでに議論された構成要素は、機能が同等であれば、後の図において必ずしも議論されないであろう。
【００７８】
アンテナ又は共振器の例は、ＭＲＩシステムにおける現行の直角位相ボディコイル（ＱＢＣ）を置き換えるのに有用であり得る。最新式の技術と比較すると、これは鳥かご型コイルであるのだが、本明細書で説明されるアンテナの例は、大幅に低減された局所ＳＡＲ、著しくより低い電力要求、及びより高いＳＮＲを有することができる。コイルは、高価な一纏めにされたコンデンサを用いずに実現されることができる。これは、ＲＦ増幅器用に、より安価な構築及び低減された電力要求を供給することにより、コストを節約することができる。
【００７９】
現在用いられている鳥かご型コイルは、（特に全体的な）ＳＡＲ、電力効率、ＦＯＶサイズ、及びＳＮＲに関して、既に最適化された設計である。しかしながら、それらは依然として幾つかの欠点を有しており、その欠点は提案される本発明によって解決されることができる。
−  広いボア及び／又は高磁場ＭＲＩシステムにおいて、画像化速度及び／又はＳＮＲは、しばしば局所ＳＡＲ制約によって制限され、この局所ＳＡＲ制約は典型的にコイル導体の近傍に、とりわけ共振コンデンサに近接して現れる。
−  ＲＦシールドへの短い距離を伴う最新の設計では、電力要求が大幅に増加する。しばしば、コイルに到達する電力の半分だけが患者の体内でＢ１磁場を生成するために使用され、一方、他の半分はコイルによって浪費される。この追加的な電力（損失）は、送信増幅器によって送達されなくてはならない。第１のシミュレーションが、今日使用される鳥かご型コイルに比べて、提案された設計について３倍の損失低減を示した。この影響は、増幅器を直接コイルに配置することによって低減され得るケーブル損失に匹敵する。
−  （ＲＦ）送信増幅器はある帯域幅で指定され、この帯域幅は傾斜磁場の強さ及びＦＯＶによって主に規定される。鳥かご型コイル入力インピーダンスは、共鳴のおかげでこの帯域幅において大いに変動する。提案される設計のよりはるかに高い負荷率のおかげで、この帯域幅はおよそ２倍だけ増加されることができ、このことは反射電力と従って増幅器規格値とを大幅に低減する。
−  鳥かご型設計は、手動により取り付けられる高価な高電力コンデンサを必要とする。これらは、低コストのデバイス又は積層材料により置き換えられることができる。
−  コイルは、製造時に手動で微調整される必要がある。これは、不必要になる、又は少なくとも自動化されることがある。
−  多数の単一の横木が、均一な磁場を生成するために使用されなければならない。新規の設計は、ある意味では数えられる導体を有しておらず、代わりに分散された電流を使用する。
【００８０】
本明細書に記載されるアンテナ又はＲＦコイル共振器は、人工的な誘電性材料を使用することができる。少数の高電力コンデンサを使用する代わりに、提案される設計では、（非常に）多数の低電力コンデンサを使用し、これは、一例では、一塊にされた素子の代わりに積層ＰＣＢによって実現されることができる。限られた数の鳥かご型コイル導体（１６個の横木の鳥かごに対して４８個）は、少なくとも数１０００の導体によって置き換えられ得る。コンデンサを有する一塊にされた導体の代わりに、この構造は、波の伝搬理論で説明され得る２Ｄの誘電性導体のように振る舞う。３次元の誘電性媒体を有する既に示された共振器と比較すると、提案された設計は、ＲＦスクリーンとの組み合わせにおいてより効果的である、というのも、効果的に生成されたＢ１磁場を増加させる最大スクリーン距離に（変位）電流が強制されるからである。このＲＦスクリーンは、ボディコイルの設計にとって有用であり得る、というのも、それは低周波数傾斜磁場システムからＲＦ磁場を分離するからである。ＲＦスクリーンは、同一の原理を用いて共振構造によっても実現されることができる。
【００８１】
最先端のボディコイルの設計から例示的なアンテナを区別することができる物理的原理は、構造体における大幅に低減された蓄積されたエネルギーである。非常に分散された電流のおかげで、全体的な誘導性は可能な限り低い。
【００８２】
全ての共振器について、電力は式：Ｐ＝ωＷ／Ｑで与えられる。ここで、ωは（角）周波数、Ｗは蓄積されたエネルギー、Ｑは品質係数（Ｑ）を表す。ωはラーモア周波数によって与えられ、Ｑはコンデンサ又は積層材料によって制限される（典型的には約５００）ため、コイルの効率は、蓄積されたエネルギーを低減することによるだけで増加されることができる。（Ｂ１）磁場が主に総電流によって規定されるので、蓄積されたエネルギーは、コイルの総誘導性を低減することにより、直接的に低減される。
【００８３】
図１は、アンテナ１００のモデルのシミュレーション結果を示す。１０２とラベル付けされたグリッドは共振器を表し、１０４とラベル付けされたグリッドは無線周波数シールドを表す。矢印は、そのうちの１つが１０６とラベル付けされているが、無線周波数シールド上の電気表面電流を示す。図１は提案されるアンテナ又は共振器の概念の単純化されたモデルを示す。ＲＦスクリーンは７６ｃｍの直径を有するものと仮定され、コイル導体は２ｃｍ上に配置されている。共振器は約７０ｐＦの２１１２個の一塊にされたコンデンサから作製されている。この構造体の第１の共振は、構造体の端部にある単一の点によって励起される。コンデンサについて品質係数５００を仮定すると、シミュレーションは約５オームの入力インピーダンスを予測し、この予測値は供給システムと容易にマッチさせることができる。患者の装填のおかげで、このインピーダンスは更に増加するであろう。この構造は、３Ｔの周波数で１３．５ｕＴを生成するために、約６００Ｗを必要とする。これは、幾つかの類似のボディコイルのおよそ半分から３分の１である。図２は、軸方向におけるＢ１プロファイルを示す。
【００８４】
図２は、図１に示されるアンテナによって生成される、位置又は距離２００に対してプロットされた、Ｂ１磁場２０２のプロットを示す。アンテナは１ｍの全長を有する。このＢ１プロファイルは、アンテナ１００の中心又は対称軸におけるものである。
【００８５】
最大値の半分への減少が、およそ３５ｃｍのＦＯＶを規定しており、この値は鳥かご型コイルと比べるとわずかに小さい。これは、一塊にされたリングの代わりに分散された電流によって低減される有効長に起因している。
【００８６】
このシミュレーションにおいて、この構造は両方の方向において等しい距離及び等しいコンデンサを有している。これは、異なる対象アプリケーションに起因して変更されることができる。ＲＦ磁場は、例えば、軸方向のコンデンサの値を調節することによって、成形されることができる。２つより多くのポート給電について、ポートのデカップリングは、軸方向及び周方向において最適化されたコンデンサ比率によって改善されることができる。しかしながら、現行のＱＢＣの置換のためには、単に２つのポートが必要であり、これらは、９０°のオフセットで（少なくとも）幾何学的に分離されている給電点によって与えられる。
【００８７】
１つの設計は、はるかにより多数のコンデンサを使用することができ、それらのコンデンサは単一の部品によっては実現されないであろう。低損失積層材料が代わりに使用されるべきであり、一方、コンデンサは２つ以上の銅層の重なり合いによって実現される。容量性密度が主に共振周波数を規定するので、コンデンサの数は主にＰＣＢ製造方法によって制限される。これは、電流が非常に分散していることを意味する。これは局所ＳＡＲを大幅に低減する、というのも、コイルには電界のホットスポットが最早存在しないからである（単一の構造体の寸法は、患者の距離に比べて非常に小さいものであり得る）。
【００８８】
更に最適化されたコイルが、ＲＦスクリーンについても同様に類似の構造を使用することができる。この場合、共鳴の数はおよそ２倍になり、スクリーンは、２つの層において逆の電流の向きを有するモードに対して有効であり、これは設計により容易に解決され得る。
【００８９】
例えば、共鳴が破壊されるように共振器の選択された点をシールドに接続するＰＩＮダイオード又は他の無線周波数スイッチによって、コイルはオフにされる（離調される）ことができる。これらの点は典型的に、高（絶対）電位を有する領域に現れる。
【００９０】
コイルは、設計を異なる態様で設定するスイッチの集合も具備することができる。これは、例えば（１つのみの増幅器での）ＲＦシミングのために、又はＦＯＶ操作のために、使用されることができる。
【００９１】
単一のコンデンサが、はるかに小さな電流とほんの少しの電圧とを有する。従って、火花を出す問題が大幅に低減され、コイルは銅領域をロボットでミリングすることにより同調されることができる。製造では、酸処理の前に積層体の容量密度を測定することが提案されるであろう。このようにして、同調は主に事前に解決されることができ、コイルは第１の取り付けで既に共鳴していることがあり得る。この方式は、コイルＰＣＢを取り付ける前に、例えば、２Ｄのセットアップにおいて初期共鳴を測定した後で、２Ｄでミリングすることにより、用いられることもできる。
【００９２】
図３は、円筒の周りに分布されて共振器を形成することができる周期的パターンの例を示す。この周期的パターン３００は、個々の三角形セル素子３０６によって形成される。セル素子３０６は、導体３０４によって接続された３つのコンデンサ３０２によって形成される。この特定の共振器の設計は、コンデンサを表す円形の点３０２を有する個々の三角形セル素子３０６を使用する。個々の結び目又は点は、２次元のＴＥＭ人工構造を形成するコンデンサを介して、接地又は無線周波数スクリーンに更に接続されることができる。３次元のボディコイル構造が、例えば異なる導電性でかつ安定化させる材料を使用したレーザー印刷を用いて、作製されることができる。図３は、個々の三角形セル素子を使用したアンテナ又は共振器の概念の一例を示す。円形の点はコンデンサを表す。個々の結び目は、２ＤのＴＥＭ人工構造を形成するコンデンサを介して、接地又はＲＦスクリーンに更に接続されることができる。３Ｄボディコイル構造が、異なる導電性でかつ安定化させる材料を使用したレーザー印刷を介して、作製されることができる。
【００９３】
図４は、ボディコイル４００を構築する１つの態様を示す。４０２とラベル付けされたグリッドは、ボディコイル４００の電気的に分離されたグループを表す。領域４０２は、共振器全体のセグメントである。コンデンサの正確なパターンは、この設計には示されておらず、グリッドを用いて任意に表わされている。４０４とラベル付けされた領域は、電気的に分離されたグループ４０２を接続する導体である。４０６とラベル付けされた点は、ユニット全体を円筒形状に巻くことによって、互いに接続される。４０８とラベル付けされた点も、接続される。図４に示されるボディコイル４００の図は、切断されてから平坦に置かれたボディコイルであるとみなされることができる。図４では、ボディコイルの概念が図示されている。導体又はセグメント４０２の様々な部分は、人工的な誘電体であり、ガルヴァーニ電気的に接続されている。利点は、より均一な無線周波数電流の分布を有することにより、コイル導体の近くの局所ＳＡＲを低減することができる。図４は例示のボディコイルの設計を示し、導体の一部は人工的な誘電体でありガルヴァーニ電気的に接続されている。利点は、より均一なＲＦ電流の分布により、コイル導体の近くの局所ＳＡＲを低減することである。
【００９４】
図５は、ボディコイル５００の更なる例を示す。このボディコイル５００は個々のセグメント５０２によって構成されているが、この例では、セグメント同士は互いに接続されていない。セグメント５０２は、円筒中に置かれて又は埋め込まれてアンテナを形成することができる。図５に示される多素子送信ボディコイルの概念又は設計は、人工的な誘電性の媒体から作製され得る導体の部分を有する。個々の平面の人工的な誘電性の送信及び受信コイル素子５０２は、４つの異なるポートにおいて給電されることができる。この構造体の給電は、誘導的に、又は接地若しくは人工的な誘電体の異なるインピーダンス位置へガルヴァーニ電気的に接続されたインピーダンス整合ネットワークを介して、実施される。図１に示された構造全体が、無線周波数増幅器の集合を使用して、多ポート接続を介して駆動されることができることに、留意されたい。
【００９５】
図５は多素子送信ボディコイル又はアンテナの概念を示しており、導体の一部は人工的な誘電性媒体から作製される。個々の平面の人工的な誘電性の送信及び受信コイル素子は、ポートにおいて給電される。この構造体の給電は、誘導的に、又は接地へ若しくは人工的な誘電体の異なるインピーダンス位置で、ガルヴァーニ電気的に接続されたインピーダンス整合ネットワークを介して、実施される。図１に示された構造全体でさえ、ＲＦ増幅器の集合を使用して、多ポート接続を介して駆動されることができる。類似の構造が、この類似の構造を少なくとも部分的にＴＥＭ共振器のように振る舞わせる、周囲のＲＦシールドへの接続を使用することにより、構築されることができる。
【００９６】
図６は、ボディコイル６００の更なる例を示す。図６のボディコイルは、次いで、設計を示すために、実質的に切断され広げられている。ボディコイル６００は、電気的に分離されたグループ６０２から作製される。これらは、共振器のセグメント６０２である。ボディコイルの両端には導体６０４がある。次いで、コンデンサ６０６が導体６０４をコンデンサ６０６に接続するために使用される。４０６とラベル付けされた点は巻かれて互いに電気的に接続され、点４０８は巻かれて互いに電気的に接続される。図６はボディコイルの設計を示し、コイル導体の一部が人工的な誘電性媒体から成る。ロッド又はリング構造の両方が、人工的な誘電性材料から成ることができる。コンデンサの値及び／又はグリッドレイアウトの分布及び変動が、空間的なＲＦ電流分布を平坦化することができる。
【００９７】
２Ｄの構造はねじられることもでき、これは均質性のために有益であることがある。提案される共振器の概念は、例えば、図６に示されるような、又は、ちょうど局所磁場ブースターとして作用する従来のコイルと共に、従来の共振器素子と組み合わされることができる。組み合わせることは、コスト、ＲＦ電力結合、及び保守性のような理由で有利であり得る。提案される共振器の概念は、ｚ方向においてセグメント化されることすらできる。
【００９８】
図７は、代替的な周期的パターン７００を示す。周期的パターン７００は、導体３０４によって接続されるコンデンサ３０２を示す。コンデンサ３０２は、並列に接続されるグループに配置され、個々のグループは直列に接続される。パターン７００は、巻かれて円筒全体に均一な構造を形成することができる。他の場合では、パターン７００は、共振器のストリップ又は部分を形成するために使用されることができる。
【００９９】
図８は、複数のコンデンサを配置するように使用され得る代替の周期的なパターンを示す。この配置では、コンデンサ３０２は六角形のパターンに配置され、導体３０４によって接続されている。
【０１００】
図９は、コンデンサ３０２を分配するために使用され得る代替の周期的パターン９００を示す。コンデンサ３０２は四角形のパターンに配置され、導体３０４によって接続されている。
【０１０１】
図１０は、本発明の実施形態に従った、磁気共鳴画像化システム１０００の例を示す。磁気共鳴画像化システム１０００は、磁石１００４を含む。磁石１００４は、それを通るボア１００６を備えた超伝導円筒型磁石１００４である。異なるタイプの磁石の使用も可能であり、例えば、分割円筒形磁石と、いわゆる開放型磁石との両方を使用することも可能である。分割円筒形磁石は、低温保持装置が２つのセクションに分割されていて磁石の等面へのアクセスを可能にしていることを除いて、標準的な円筒形磁石と類似しており、そのような磁石は、例えば、荷電粒子線治療と共に使用されることができる。開放型磁石は２つの磁石セクションを有しており、一方が他方の上に、被験体を受け入れるのに十分な大きさの中間の空間を有して配置され、この２つのセクション領域の配置はヘルムホルツ型コイルの配置と類似している。開放型磁石は普及している、何故なら、被験体がより閉じ込められていないからである。円筒形磁石の低温保持装置内部には、超伝導コイルの集合が存在する。円筒形磁石１００４のボア１００６の内部では、磁気共鳴画像化を実行するために十分に磁場が強く均一である、撮像ゾーン１００８が存在する。
【０１０２】
磁石のボア１００６の内部には、磁気共鳴データを取得するために使用される傾斜磁場コイル１０１０の集合も存在して、磁石１００４の撮像ゾーン１００８の内部で空間的に磁気スピンを符号化する。傾斜磁場コイル１０１０が傾斜磁場コイル電源１０１２に接続されている。傾斜磁場コイル１０１０は、代表的であることが意図されている。典型的に、傾斜磁場コイル１０１０は、３つの直交する空間方向に空間的に符号化するために、３つの別個のコイルの組を含む。傾斜磁場電源が、傾斜磁場コイルに電流を供給する。傾斜磁場コイル１０１０に供給される電流は、時間の関数として制御され、ランプ波形をなして一定割合で増減されている又はパルス化されていることができる。
【０１０３】
撮像ゾーン１００８に隣接して、アンテナ１０１４が、撮像ゾーン１００８内部の磁気スピンの向きを操作するために、かつ、撮像ゾーン１００８の内部でのスピンからの無線送信を受信するために、存在する。無線周波数アンテナ１０１４は、撮像ボリューム１０１５を取り囲む円筒を含む。アンテナは、本文中に詳述されるように例に従って構築されている。撮像ボリューム１０１５は、撮像ゾーン１００８の内部にあるものとして示される。無線周波数アンテナが、複数のコイル素子を含むことができる。無線周波数アンテナは、チャネル又はアンテナとも呼ばれることができる。
【０１０４】
アンテナ１０１４は、無線周波数送受信機１０１６に接続されている。アンテナ１０１４及び無線周波数送受信機１０１６は、別々の送信コイル及び受信コイル並びに別々の送信機及び受信機によって置き換えられることができる。アンテナ１０１４及び無線周波数送受信機１０１６は、代表的であることが理解される。アンテナ１０１４は、専用の送信アンテナ及び／又は専用の受信アンテナを表すことも意図されている。同様に、送受信機１０１６は別々の送信機及び受信機を表すこともできる。アンテナ１０１４は複数の受信／送信素子を有することもでき、無線周波数送受信機１０１６は複数の受信／送信チャネルを有することができる。
【０１０５】
傾斜磁場コイル電源１０１２及び送受信機１０１６はコンピュータシステム１０２６のハードウェアインターフェース１０２８に接続されている。コンピュータシステム１０２６は、プロセッサ１０３０を更に含む。プロセッサ１０３０は、ハードウェアインターフェース１０２８、ユーザインターフェース１０３２、コンピュータ記憶装置１０３６、及びコンピュータメモリ１０３８に接続されている。
【０１０６】
コンピュータ記憶装置１０３６は、磁気共鳴画像化システム１０００を使用してプロセッサ１０３０に磁気共鳴画像化プロトコルを実行させることを可能にするパルスシーケンスデータ１０４０を含むものとして、示されている。コンピュータ記憶装置１０３６は、無線周波数アンテナ１０１４を使用して取得された磁気共鳴データ１０４２を更に含むものとして、示されている。コンピュータ記憶装置１０３６は、磁気共鳴データ１０４２から再構築された磁気共鳴撮像画像を含むものとして、更に示されている。
【０１０７】
コンピュータメモリ１０３８は、制御モジュール１０５０を含むものとして示されている。制御モジュール１０５０は、プロセッサ１０３０が磁気共鳴画像化システム１０００の動作及び機能を制御することを可能にするコンピュータ実行可能コードを含む。例えば、制御モジュール１０５０は、プロセッサ１０３０がパルスシーケンスデータ１０４０を使用して磁気共鳴画像化システム１０００を制御して磁気共鳴データ１０４２を取得することを可能にする、コンピュータコードを包含することができる。コンピュータメモリ１０３８は、プロセッサ１０３０が磁気共鳴データ１０４２から磁気共鳴画像１０４４を再構築することを可能にする、画像再構築モジュール１０５２を含むものとして、更に示されている。コンピュータ記憶装置１０３６及びコンピュータメモリ１０３８のコンテンツは同一であることができ、又は、コンテンツは移動されることができ、若しくは両者の差で示されることができる。これは、図１０、図１１、及び図１２についてもあてはまる。
【０１０８】
図１１は、図１０に示されるものと類似の磁気共鳴画像化システム１１００を示す。しかしながら、この例では、無線周波数アンテナは、磁石１００４の対称軸に沿って分割されている幾つかの異なる無線アンテナ素子１０１４’から構成されている。アンテナ１０１４’は、基本的にｚ方向に沿ってセグメントに分割されている。送受信機１０１６は、各セグメント１０１４’に個別の無線周波数パルスを各セグメント１０１４’に供給するように動作可能である。幾つかの例では、各セグメントは個々のＲＦポートによって給電される２つ以上の共振を有することができる。セグメントが存在するよりも多くの増幅器チャネルが存在することができる。
【０１０９】
パルスシーケンスデータ１０４０は、プロセッサ１０３０が送受信機１０１６を制御してパルスシーケンスの実行中に位相及び各セグメント１０１４’への電力を調節することを可能にする、データを更に含む。図１１に示されるセグメント１０１４’は代表的であることが意図されており、一律の縮尺に従って描かれてはいない。セグメント１０１４’はまた、ｚ方向に沿った分割を表わすことが意図されており、図４、図５、及び図６で示されたようなｚ方向の周りでの共振器の分割を表すために使用されることもできる。
【０１１０】
図１２は、磁気共鳴画像化システム１２００の更なる例を示す。図１２に示される磁気共鳴画像化システム１２００は、図１１に示される磁気共鳴画像化システム１１００と類似している。図１２では、アンテナの個々のセグメント１０１４’を接続する追加的な無線周波数スイッチ１２０２が存在する。スイッチ１２０２の各々は、スイッチコントローラ１２０４によって制御されている。スイッチコントローラ１２０４は、プロセッサ１０３０がスイッチコントローラ１２０４を制御することを可能にする、ハードウェアインターフェース１０２８に接続されている。この例では、パルスシーケンス１０４０が、プロセッサ１０３０がスイッチコントローラ１２０４を制御して磁気共鳴データ１０４２の取得中に無線周波数アンテナ１０１４’の構成を変更するために用いるコマンドを、追加的に制御する。アンテナのセグメント１０１４’を接続することに加えて、無線周波数スイッチ１２０２は、この図には示されていない無線周波数シールドに接続されることもできる。スイッチは独立して制御されることができ、無線周波数シールドに接続されたスイッチは、コイルを又は個々のコイルセグメント１０１４’までも離調するために使用されることができる。個々のセグメント１０１４’の間のスイッチ１２０２の使用により、磁気共鳴データ１０４２の取得中にオンザフライでのアンテナの再構成が可能になる。
【０１１１】
図１３は、アンテナ用の共振器のための代替の設計を示す。この例では、導電素子１３０２は、一連の層１３０４、１３０６、１３０８、１３１０、１３１２、１３１４、１３１６で構成される。７つの層が示されている。この構造体は、典型的に１つ又は複数のモードで共鳴し、これらのモードは別々のＲＦ発生器又は送信機によって励起される。この構造体は、グループに分離されるか又は一緒に接続されて、給電されることもできる。種々の層が、誘電性の又は電気的に分離する層によって分離されることができる。共振器は、図１３に示されるように平面であることができる。代替的に、図１３の設計は円筒形状に形成されることもできる。破線１３１８はｚ軸の方向を示す。この７つの層は、両端１３２０が互いにあうように、１３１８に平行な軸の周りに巻かれることができる。これは、ｚ方向に高い導電性を有する管状の共振器を形成するであろう。ｚ方向は、磁気共鳴画像化システムの磁石のＢ０磁場と整列されている。この図では、導電素子１３０２は、複数のコンデンサ間の両方の電気接続として機能し、また、隣接する層における導電素子を用いて複数のコンデンサも形成する。円筒に形成されたとき、共振器は、例えば鳥かご型コイルを置換するために使用されることができる。
【０１１２】
図１４は、アンテナ用の共振器１４００についての更なる代替の構成を示す。図１４に示される共振器１４００は、図１３に示した共振器１３００と類似している。この例では、導電素子１３０２は、６層で構成されている。導電素子１３０２は、軸１３１８に沿ってより小さなセグメントに分割されている。種々の層１３０４、１３０６、１３０８、１３１０、１３１２、１３１４が、誘電性の又は電気的に分離する層によって分離されることができる。共振器１３００のように、共振器１４００は巻かれて管状の共振器を形成することができる。
【０１１３】
図１５及び図１６は、平面共振器を有するＲＦアンテナシステムをシミュレートした結果を示す。両方の図において、平面共振器１５０２を有するアンテナ１５００が示されている。平面共振器は、寸法が６００ｍｍ×４００ｍｍである。共振器は、３１個×２１個の導体３０４のグリッドから作製されている。ワイヤは半径３ｍｍを有するものとしてモデル化されており、６２０個の各約５ｐＦの静電容量が、導体３０４によって形成される矩形のグリッドの交点に配置されている。モデル化の間、アンテナ１５００は、共振器１５０２より５０ｍｍ下にある誘導結合された矩形のコイルを使用して給電される。
【０１１４】
共振器は、１２７．７２８ＭＨｚで共振し、磁気共鳴画像化にとって有用な磁場分布を有する。
【０１１５】
図１５では、磁場の強度が平面１５０４においてグレイスケールとして示されている。磁場の大きさ及び方向も、ベクターを使用して示されている。
【０１１６】
図１６では、磁場を表すベクター１６００は、対数尺度を有している。図１５は、対数尺度を使用していない。シート共振器に比べて電流が低いので、誘導結合された給電コイル１５０６は、ＲＦ磁場に大幅には寄与していないことが、わかる。
【０１１７】
以上、本発明を図面及び上記記載において詳細に図示及び説明したが、斯かる図示及び説明は解説的又は例示的なものであって、限定するものではないと見なされたい。即ち、本発明は開示された実施態様により限定されるものではない。
【０１１８】
尚、開示された実施態様の変形例は、当業者であれば、請求項に記載された本発明を実施するに際して、図面、開示内容及び添付請求項の精査から理解し、実施することができる。また、請求項において、“有する”なる文言は他の構成要素又はステップを排除するものではなく、単数形は複数を排除するものではない。また、単一のプロセッサ又は他のユニットは、請求項に記載された幾つかの品目の機能を満たすことができる。また、特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載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を有利に使用することができないということを示すものではない。また、コンピュータプログラムは、光記憶媒体又は他のハードウェアと一緒に若しくは斯かるハードウェアの一部として供給される固体媒体により記憶／分配することができるのみならず、インターネット又は他の有線若しくは無線通信システムを介してのように他の形態で分配することもできる。また、請求項における如何なる符号も、当該範囲を限定するものとみなしてはならない。
【符号の説明】
【０１１９】
１００  アンテナ
１０２  共振器
１０４  無線周波数シールド
１０６  無線周波数シールド上の電流ベクター
２００  距離（メートル）
２０２  Ｂ１磁場（Ａ／ｍ）
３００  周期的パターン
３０２  コンデンサ
３０４  導体
３０６  三角形セル素子
４００  ボディコイル
４０２  セグメント
４０４  導体
４０６  接続点
４０８  接続点
５００  ボディコイル
５０２  セグメント
６００  ボディコイル
６０２  セグメント
６０４  導体
６０６  コンデンサ
７００  周期的パターン
８００  周期的パターン
９００  周期的パターン
１０００  磁気共鳴画像化システム
１００４  磁石
１００６  磁石のボア
１００８  撮像ゾーン
１０１０  傾斜磁場コイル
１０１２  傾斜磁場コイル電源
１０１４  アンテナ
１０１４’  アンテナセグメント
１０１５  撮像ボリューム
１０１６  送受信機
１０１８  被験体
１０２０  被験体支持台
１０２６  コンピュータシステム
１０２８  ハードウェアインターフェース
１０３０  プロセッサ
１０３２  ユーザインターフェース
１０３６  コンピュータ記憶装置
１０３８  コンピュータメモリ
１０４０  パルスシーケンスデータ
１０４２  磁気共鳴データ
１０４４  磁気共鳴画像
１０５０  制御モジュール
１０５２  画像再構築モジュール
１１００  磁気共鳴画像化システム
１２００  磁気共鳴画像化システム
１２０２  無線周波数スイッチ
１２０４  スイッチコントローラ
１３００  共振器
１３０２  導電素子
１３０４  第１の層
１３０６  第２の層
１３０８  第３の層
１３１０  第４の層
１３１２  第５の層
１３１４  第６の層
１３１６  第７の層
１３１８  ｚ軸の向き
１３２０  位置
１４００  共振器
１５００  アンテナ
１５０２  共振器
１５０４  平面
１５０６  矩形コイル
１６００  磁場を表すベクター
【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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【図６】
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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１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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