(57)【要約】【課題】非常に高磁場の磁気共鳴イメージング・システムのための方法及び装置を提供する。【解決手段】実質的に高周波数での動作が可能な非常に高磁場の磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システム（１０）を用いて対象ボリュームを撮像するための無線周波数（ＲＦ）コイル・アセンブリ（１００）であって、円筒状に配列させると共にＭＲＩシステムの患者ボア（１０６）の周りに配置している複数の導体（１０４）と、該導体のそれぞれの端部間に配置してこれらを接続し、該複数の導体とによって１つの高帯域通過バードケージ構成を形成している複数の容量性素子（１０８）と、並列の共鳴回路が形成されるようにその各々をそれぞれの容量性素子と並列に電気的に結合させた複数の動的無効化スイッチ（１１０）と、を備えている無線周波数（ＲＦ）コイル・アセンブリ（１００）。【選択図】      図１
2004358259.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的に高周波数での動作が可能な非常に高磁場の磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システム（１０）を用いて対象ボリュームを撮像するための無線周波数（ＲＦ）コイル・アセンブリ（１００）であって、前記システムは、
円筒状に配列させると共に、前記ＭＲＩシステムの患者ボア（１０６）の周りに配置している複数の導体（１０４）と、
前記導体のそれぞれの端部間に配置してこれらを接続し、前記複数の導体とによって１つの高帯域通過バードケージ構成を形成している複数の容量性素子（１０８）と、
並列の共鳴回路が形成されるようにその各々をそれぞれの容量性素子と並列に電気的に結合させた複数の動的無効化スイッチ（１１０）と、
を備えている無線周波数（ＲＦ）コイル・アセンブリ（１００）。
【請求項２】
前記動的無効化スイッチ（１１０）は、前記動的無効化スイッチが順バイアスを受けているときに前記ＲＦコイル（１００）を無効にし、かつ前記動的無効化スイッチが逆バイアスを受けているときに前記ＲＦコイルを有効にするように構成させている、請求項１に記載のＲＦコイル（１００）。
【請求項３】
前記動的無効化スイッチ（１１０）は、前記動的無効化スイッチが逆バイアスを受けているときに前記ＲＦコイルを無効にし、かつ前記動的無効化スイッチが順バイアスを受けているときに前記ＲＦコイルを有効にするように構成させている、請求項１に記載のＲＦコイル（１００）。
【請求項４】
前記容量性素子（１０８）が低インダクタンス端部リング・コンデンサを備えており、かつ前記動的無効化スイッチ（１１０）が半剛性の同軸ケーブル（１２２）を備えている、請求項１に記載のＲＦコイル（１００）。
【請求項５】
前記同軸ケーブル（１２２）が、
前記容量性素子（１０８）の第１の側（１５０）と電気的に結合させた内側導体（１２４）と、
前記内側導体の一部分を囲繞している中間絶縁部分（１２６）と、
前記容量性素子の第２の側（１５２）と電気的に結合させており、前記中間絶縁部分の一部分を囲繞している外側導体（１２８）と、
を備えている、請求項４に記載のＲＦコイル（１００）。
【請求項６】
前記同軸ケーブル（１２２）が、
前記外側導体（１２８）の外側表面（１３４）と前記内側導体（１２４）の前記外側表面（１３６）との間に延びる開口（１３０）と、
前記開口範囲内に位置決めすると共に、前記内側導体及び前記外側導体と電気的に結合させているダイオード（１３８）と、
を備える、請求項５記載のＲＦコイル（１００）。
【請求項７】
前記動的無効化スイッチ（１１０）の第２の端部（１４４）と電気的に結合させている、前記ダイオード（１３８）を順バイアス及び逆バイアスさせるように構成させた切り替え用バイアス（１５６）をさらに備える請求項６に記載のＲＦコイル（１００）。
【請求項８】
前記動的無効化スイッチ（１１０）が前記ＲＦコイルの動作周波数の４分の１波長と概ね同等となるように選択された長さ（１４０）を含む、請求項１に記載のＲＦコイル（１００）。
【請求項９】
前記非常に高磁場のＭＲＩシステム（１０）が概ね３テスラ（３Ｔ）を超える磁場を発生させている、請求項１に記載のＲＦコイル（１００）。
【請求項１０】
前記実質的に高い周波数が約６４ＭＨｚから約５００ＭＨｚの間の範囲にある、請求項１に記載のＲＦコイル（１００）。
【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（ＭＲＩ）システムに関する。本発明は、さらに詳細には、ＭＲＩシステムにおいてＲＦ信号の送信及び／または受信のために使用される無線周波数（ＲＦ）コイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＲＩスキャナは、医学的診断などの様々な分野で使用されており、典型的には、コンピュータを使用し、マグネット、傾斜コイル・アセンブリ及び少なくとも１つの無線周波数コイルの動作に基づいて画像を作成している。このマグネットは、水素原子核などの原子核を無線周波数励起に対して応答させている均一な主磁場を生成させている。傾斜コイル・アセンブリは、撮像パルスシーケンスの間に磁場の一意の組に対応して撮像ボリューム内の各点に対して空間的特定を与えるために、この主磁場に対して一連のパルス状の空間磁場を加えている。この無線周波数コイルは、この無線周波数コイルによって検出を受けかつ画像作成のためにコンピュータによって使用される振動性の横方向磁化を一時的に生成させるような励起周波数パルスを発生させている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一般に、非常に高い磁場強度とは、２テスラ（２Ｔ）を超えるものと特徴付けされる。磁場強度がより大きいと、比較的より高い周波数（すなわち、６４メガヘルツ（ＭＨｚ）超える周波数）におけるインダクタンスとキャパシタンスの均衡など、そのＲＦコイルに対して問題が課せられる。非常に高い磁場、またしたがって非常に高いラーモア周波数では、適度に狭いラングの銅ストリップを備えた標準的なバードケージ・コイルは比較的高いインダクタンスを有しており、これによってコイルを共鳴させるために非常に低いコンデンサ値が必要となる。このことは、多くの理由から問題となる。先ず、小さい値のコンデンサに大きい電流を流すと、この両端に非常に高い電位差が生じ、撮像対象内において熱の形態でＲＦパワーを消費させるような局所漂遊電場が生じる可能性がある。
【０００４】
ＭＲＩに関連しては２つのタイプの電場が存在する。その第１の電場は、撮像対象内に存在する時間変動するＢ１磁場に基づいており、また第２のタイプは、ＲＦコイル構造内のコンデンサ上の電荷に基づいている。ＮＭＲシステムが比較的高い周波数範囲（例えば、１００ＭＨｚを超える周波数）で動作している場合、かなりの放射損失が発生することがある。高周波数範囲では放射損失が増加するため、励起を発生させるために使用するＲＦパワーが増加すると共に、受け取った信号の信号対雑音（ＳＮＲ）が低下する結果となる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一態様では、実質的に高い周波数で動作可能な非常に高磁場の磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムを用いて対象ボリュームを撮像するための無線周波数（ＲＦ）コイル・アセンブリを提供する。本ＭＲＩシステムは、円筒状に配列させると共にＭＲＩシステムの患者ボアの周りに配置している複数の導体と、該導体のそれぞれの端部間に配置してこれらを接続し、該複数の導体とによって１つの高帯域通過バードケージ構成を形成している複数の容量性素子と、並列の共鳴回路が形成されるようにその各々をそれぞれの容量性素子と並列に電気的に結合させた複数の動的無効化スイッチと、を含んでいる。
【０００６】
別の態様では、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムを提供する。本ＭＲＩシステムは、実質的に高周波数を使用して対象ボリュームを撮像するための無線周波数（ＲＦ）コイル・アセンブリを含んでいる。このＲＦコイルは、円筒状に配列させると共にＭＲＩシステムの患者ボアの周りに配置している複数の導体と、該導体のそれぞれの端部間に配置してこれらを接続し、該複数の導体とによって１つの高帯域通過バードケージ構成を形成している複数の容量性素子と、並列の共鳴回路が形成されるようにその各々をそれぞれの容量性素子と並列に電気的に結合させた複数の動的無効化スイッチと、を含んでいる。
【０００７】
また別の態様では、ＴＥＭ共鳴体を提供する。本ＴＥＭ共鳴体は、円筒状に配列させると共に患者ボアの周りに配置している複数の導体と、該導体のそれぞれの端部間に配置してこれらを接続し、該複数の導体とによってＴＥＭ共鳴体構成を形成している複数の容量性素子と、並列の共鳴回路が形成されるようにその各々をそれぞれの容量性素子と並列に電気的に結合させた複数の動的無効化スイッチと、を含んでいる。
【０００８】
さらに別の態様では、実質的に高い周波数で動作可能な非常に高磁場の磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システム内でＲＦコイルを動作させるための方法を提供する。本方法は、ＭＲＩシステムの患者ボアの周りに複数の導体を円筒状に配列させる工程と、該導体のそれぞれの端部間に複数の容量性素子を接続し、該複数の導体及び該複数の容量性素子によって１つの高帯域通過バードケージ構成を形成させる工程と、並列の共鳴回路が形成されるように、その各々が１つのダイオードを含むような複数の動的無効化スイッチをそれぞれの容量性素子と並列に電気的に接続する工程と、該ダイオードを順バイアス及び逆バイアスさせるように構成させた切り替え用バイアスを該動的無効化スイッチの第２の端部と電気的に接続する工程と、を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本明細書で使用する場合、単数形で「ａ」や「ａｎ」の語を前に付けて記載した要素や工程は、これに関する複数の要素または工程も排除していない（こうした排除を明示的に記載している場合を除く）と理解すべきである。さらに、本発明の「実施の一形態」に関する言及は、記載した特徴を組み込んでいる追加的な実施形態の存在を排除すると理解されるように意図したものではない。
【００１０】
図１は、本明細書に記載するシステム及び方法を実施している磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システム１０の実施の一形態のブロック図である。ＭＲＩ１０は、キーボード及び制御パネル１４を含んだオペレータ・コンソール１２と、ディスプレイ１６と、を含んでいる。オペレータ・コンソール１２は、リンク１８を介して独立のコンピュータ・システム２０と連絡しており、これによってオペレータは画面１６上の画像の作成及び表示を制御することが可能となる。コンピュータ・システム２０は、バックプレーンを介して互いに連絡させている複数のモジュール２２を含んでいる。この例示的実施形態では、モジュール２２は、画像プロセッサ・モジュール２４と、ＣＰＵモジュール２６と、本明細書においてフレームバッファと云うこともある画像データアレイを格納するためのメモリモジュール２８と、を含んでいる。コンピュータ・システム２０は、画像データ及びプログラムの格納を容易にするためにディスク記憶装置３０及びテープ駆動装置３２とリンクさせている。コンピュータ・システム２０は、高速シリアルリンク３６を介して独立のシステム制御部３４と連絡している。
【００１１】
システム制御部３４は、バックプレーン（図示せず）を用いて電気的に結合させた複数のモジュール３８を含んでいる。この例示的実施形態では、モジュール３８は、ＣＰＵモジュール４０と、シリアルリンク４４を用いてオペレータ・コンソール１２と電気的に結合させたパルス発生器モジュール４２と、を含んでいる。リンク４４は、オペレータ・コンソール１２とシステム制御部３４の間におけるコマンドの送受信を容易にしており、これによってオペレータはＭＲＩシステム１０に実行させようとするスキャンシーケンスを入力することが可能となる。パルス発生器モジュール４２は、所望のスキャンシーケンスを実行するようにシステム・コンポーネントを動作させると共に、発生すべきＲＦパルスのタイミング、強度及び形状、並びにデータ収集ウィンドウのタイミング及び長さを指示するデータを発生させている。パルス発生器モジュール４２は、傾斜増幅器システム４６と電気的に結合させると共に、傾斜増幅器システム４６に対して、スキャン中に発生させるべき傾斜磁場パルスのタイミング及び形状を表す信号を提供している。パルス発生器モジュール４２はさらに、生理学的収集制御器４８から患者データを受け取るように構成している。この例示的な実施形態では、生理学的収集制御器４８は、患者に装着した電極からのＥＣＧ信号（ただし、これに限らない）などの患者の生理学的状態を表している複数のセンサからの入力を受け取るように構成している。パルス発生器モジュール４２はスキャン室インタフェース回路５０と電気的に結合させており、このスキャン室インタフェース回路５０は、患者の状態及びマグネット系を表している様々なセンサからの信号を受け取るように構成している。スキャン室インタフェース回路５０はさらに、患者を所望の位置まで移動させるためのコマンド信号（ただし、これに限らない）などのコマンド信号を患者位置決めシステム５２に送信するように構成している。
【００１２】
パルス発生器モジュール４２が発生させる傾斜波形は、ＧX増幅器５４、ＧY増幅器５６及びＧZ増幅器５８を含む傾斜増幅器システム４６に入力される。増幅器５４、５６及び５８のそれぞれは、傾斜コイル・アセンブリ６０内の対応する傾斜コイルを励起し、収集した信号を位置エンコードするために使用する複数の磁場傾斜を生成させている。この例示的実施形態では、傾斜コイル・アセンブリ６０は、偏向用マグネット６４及び全身用ＲＦコイル６６を含んだマグネット・アセンブリ６２を含んでいる。
【００１３】
使用時には、システム制御部３４内に位置決めした送受信器モジュール７０はＲＦ増幅器７２によって増幅させる複数の電気的パルスを発生させており、このＲＦ増幅器７２は送信／受信スイッチ７４を用いてＲＦコイル６６と電気的に結合させている。患者内の励起した原子核による放射により得られた信号は、ＲＦコイル６６によって検知し、送信／受信スイッチ７４を介して前置増幅器７６に送られる。次いで、この増幅したＮＭＲ（核磁気共鳴）信号は、送受信器７０の受信器セクション内で、復調し、フィルタ処理し、かつディジタル化している。送信／受信スイッチ７４は、パルス発生器モジュール４２からの信号によって制御し、ＲＦ増幅器７２を送信モードではコイル６６と電気的に接続し、また受信モードでは前置増幅器７６と接続させている。送信／受信スイッチ７４はさらに、送信と受信モードのいずれにおいても単独のＲＦコイル（例えば、表面コイル）を使用することを可能にしている。
【００１４】
ＲＦコイル６６が受け取ったＮＭＲ信号は送受信器モジュール７０によってディジタル化してシステム制御部３４内のメモリモジュール７８に転送している。スキャンが完了すると、メモリモジュール７８内に未処理ｋ空間データのアレイが収集されている。この未処理ｋ空間データは各心臓フェーズ画像を再構成するための独立したｋ空間データアレイとなるように再配置させており、またこのｋ空間データアレイの各々は、データを画像データのアレイにフーリエ変換するように構成させたアレイ・プロセッサ８０に入力している。この画像データは、シリアルリンク３６を介してコンピュータ・システム２０に送信し、このコンピュータ・システム２０においてデータをディスク記憶装置３０内に格納させている。この画像データは、オペレータ・コンソール１２から受け取ったコマンドに応じて、テープ駆動装置３２上にアーカイブさせることや、あるいは画像プロセッサ２４によってさらに処理してオペレータ・コンソール１２に送りディスプレイ１６上に提示することもできる。
【００１５】
図２は、図１に示すＭＲＩシステム１０と一緒に使用できる例示的なＲＦコイル１００の概要図である。ＲＦコイル１００は、２つの導電性端部ループ１０２と、一般に「バードケージ」と呼ぶコイル構造を形成するように端部ループ１０２と電気的に結合させると共に中心軸または患者ボア１０６の周りで実質的に円筒状に配列させた複数の導体１０４と、を含んでいる。端部ループ１０２と導体１０４は、その内部において検査対象物にＲＦコイル１００が発生させたＲＦ磁場を加えている、実質的に円筒状の撮像ボリュームを画定している。ＲＦコイル１００はさらに、導体１０４と直列に結合させると共に導体１０４のそれぞれの各端部位置において接続体１０４を電気的に相互接続するように構成させた低インダクタンス端部リング・コンデンサ（ただし、これに限らない）などの複数のコンデンサ１０８を含んでいる。ＭＲＩシステム１０はさらに、ＲＦコイル１００と電気的に接続させた少なくとも１つの動的無効化スイッチ１１０を含んでいる。
【００１６】
図３は、ＲＦコイル１００（図２に示す）やＲＦコイル６６（図１０に示す）と一緒に使用できる例示的な動的無効化スイッチ１２０である。図４は、図３に示すスイッチ１２０の一部分である。実施の一形態では、スイッチ１２０は半剛性の同軸ケーブル１２２を用いて製作している。別の実施形態では、スイッチ１２０は図５ａに示すような集中素子（ｌｕｍｐｅｄ  ｅｌｅｍｅｎｔ）を用いて製作している。同軸ケーブル１２２は、金属材料から製作した中心導体１２４と、この中心導体１２４を囲繞している中間部分１２６と、この中間部分１２６を囲繞している金属材料から製作した外側導体１２８と、を含んでいる。別の実施形態では、スイッチ１２０は、集中素子を用いて製作することができる。別の実施形態では、スイッチ１２０は、図５ａに示すような集中素子を用いて製作している。この例示的実施形態では、中間部分１２６は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）（すなわち、Ｔｅｆｌｏｎ（商標））など（ただし、これに限らない）の材料から製作した絶縁体である。別の例示的な実施形態では、中間部分１２６は、ＲＦコイル１００内の信号損失を低減させるように低損失特性を含むような適当な任意の材料から製作している。
【００１７】
スイッチ１２０は、幅１３２を含むと共に外側導体外側表面１３４から内側導体外側表面１３６まで延びている開口１３０を含んでいる。より具体的には、中間部分１２６の一部分が取り除かれ、これによって内側導体１２４が露出している。ダイオード１３８は、開口１３０内に位置決めし、内側導体１２４及び外側導体１２８と電気的に結合させている。スイッチ１２０は、スイッチ１２０の第１の端部１４２からスイッチ１２０の第２の端部１４４まで延びる第１の長さ１４０と、第１の端部１４２から第１の開口端部１４８まで延びる第２の長さ１４６と、を含んでいる。ダイオード１３８は、このダイオード１３８が順バイアスを受けたときに、外側導体１２８から内側導体１２４まで電流が流れるようにして電気的に結合させている。一方、ダイオード１３８が逆バイアスを受けていると、内側導体１２４と外側導体１２８の間で電流は流れない。
【００１８】
図５ａは、図３に示す動的無効化スイッチ１２０の簡略電気回路図である。図５ｂは、同軸ケーブルの代わりに集中式回路素子を用いているような図３に示す動的無効化スイッチ１２０の別の簡略電気回路図である。図６は、順バイアス状態にあるダイオード１３８を表している動作的に等価な回路の回路図である。図７は、逆バイアス状態にあるダイオード１３８を表している動作的に等価な回路の回路図である。
【００１９】
使用時には、内側導体１２４をコンデンサ１０８の第１の側１５０と接続させかつ外側導体１２８をコンデンサ１０８の第２の側１５２と接続させることによって、スイッチ１２０を少なくとも１つの端部リング・コンデンサ１０８と並列に電気的に結合させている。開口１３０を形成させるように外側導体の一部分は除去している。次いで、ダイオード１３８を内側導体１２４と外側導体１２８の間に電気的に結合させている。図６に示すように、ダイオード１３８が順バイアスを受けているときは、スイッチ１２０及びコンデンサ１０８はコンデンサ１０８と等価である。図７に示すように、ダイオード１３８が逆バイアスを受けているときは、コンデンサ１０８と並列に接続した１つのインダクタ１５４としてスイッチ１２０をモデル化することができる。したがって、長さ１４６がＲＦコイル１００の動作周波数の４分の１波長（λ／４）と概ね同等となるようにして長さ１４６を選択している。長さ１４０は、スイッチ１２０をインダクタ１５４としてモデル化することによって選択している。インダクタ１５４の大きさは、インダクタ１５４（すなわち、スイッチ１２０）がコンデンサ１０８と並列に電気的に結合されているときに、コンデンサ１０８とインダクタ１５４が組み合わされて１つの共鳴回路を形成するように選択している。より具体的には、回路の固有周波数ω0によって複素インピーダンスの虚数部をゼロに等しくさせている。
【００２０】
ω0をＲＦコイル１００の動作角周波数と定義すると、インダクタ１５４は次式で定義することができる。
【００２１】
ω0  ＝  ２πｆ  ＝  １／（ＣＬ）1/2
上式において、
Ｃはコンデンサ１０８、また
Ｌはインダクタ１５４である。
例えば、ｆを２９８ＭＨｚに等しく設定すると、長さ１４０はＲＦコイル１００の動作角周波数の概ね４分の１波長から概ね２分の１波長の間で選択することができる。
【００２２】
図８は、開放端を有する動的無効化スイッチ１２０を表している。図９は、図８に示すスイッチ１２０の電気的特性を表している。図１０は、短絡させた端部を有する動的無効化スイッチ１２０を表している。図１１は、図１０に示すスイッチ１２０の電気的特性を表している。動作時に、ダイオード１３８が順バイアスを受けているときは、動的無効化スイッチ１２０は、図１１に示すように、所定の動作周波数において理想的には開回路と等価、すなわち無限大インピーダンスとなり、コンデンサ１０８を通って電流が流れ、これによってＲＦコイル１００の動作が有効となる。ＲＦコイル１００を無効にするには、ダイオード１３８を逆バイアスにする。ダイオード１３８が逆バイアスを受けているときは、コンデンサ１０８及び動的無効化スイッチ１２０は、図９及び１０に示したようにＲＦコイル１００の動作周波数の周りでは、１つの並列共鳴回路として機能する。この並列共鳴回路のインピーダンスは、コンデンサ１０８を通って電流が流れるのを停止させるだけの十分な大きさであり、このためＲＦコイル１００が無効となる。この例示的実施形態では、動的無効化スイッチ１２０が逆バイアスを受けたときにＲＦコイル１００を無効にさせるように、ＲＦコイル１００に複数の動的無効化スイッチ１２０を電気的に結合させている。切り替え用バイアス１５６はインダクタ１５８を介して動的無効化回路１２０に加えており、またインダクタ１６０は低域通過フィルタとして機能している。使用時には、インダクタ１５８及び１６０は、ＲＦコイル１００の動作周波数においてＲＦ信号経路を無効にすることが可能な２９８ＭＨｚにおいて５００ｎＨを超える値（ただし、これに限らない）などのインダクタンスを含んでいる。
【００２３】
図１２は、ＲＦコイル６６（図１に示す）またはＲＦコイル１００（図２に示す）と一緒に使用できる別の例示的な動的無効化スイッチ２２０である。図１３は、図１２に示すスイッチ２２０の一部分である。図１４は、図１２に示すスイッチ２２０の別の一部分である。スイッチ２２０は、金属材料から製作した中心導体２２４と、この中心導体２２４を囲繞している中間部分２２６と、この中間部分２２６を囲繞している金属材料から製作した外側導体２２８と、を含んだ半剛性の同軸ケーブル２２２を用いて製作している。この例示的実施形態では、中間部分２２６は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）（すなわち、Ｔｅｆｌｏｎ（商標））など（ただし、これに限らない）の材料から製作した絶縁体である。別の例示的な実施形態では、中間部分２２６は、ＲＦコイル１００内の信号損失を低減させるように低損失特性を含むような適当な任意の材料から製作している。
【００２４】
スイッチ２２０は、幅２３２を含むと共に外側導体外側表面２３４から内側導体外側表面２３６まで延びている開口２３０を含んでいる。より具体的には、中間部分２２６の一部分が取り除かれ、これによって内側導体２２４が露出している。ダイオード２３８は、開口２３０内に位置決めし、次いで内側導体２２４及び外側導体２２８と電気的に結合させている。スイッチ２２０は、スイッチ２２０の第１の端部２４２からスイッチ２２０の第２の端部２４４まで延びる第１の長さ２４０と、第１の端部２４２から第１の開口端部まで延びる第２の長さ２４６と、を含んでいる。ダイオード２３８は、このダイオード２３８が順バイアスを受けたときに、外側導体２２８から内側導体２２４まで電流が流れるようにして電気的に結合させている。一方、ダイオード２３８が逆バイアスを受けていると、内側導体２２４と外側導体２２８の間で電流は流れない。
【００２５】
図１５ａは、図１２に示す動的無効化スイッチ２２０の簡略電気回路図である。図１５ｂは、同軸ケーブルの代わりに集中式回路素子を用いているような図１２に示す動的無効化スイッチ２２０の別の簡略電気回路図である。図１６は、順バイアス状態にある場合のダイオード２３８を表した動作的に等価な回路の回路図である。図１７は、逆バイアス状態にあるダイオード２３８を表している動作的に等価な回路の回路図である。
【００２６】
使用時には、内側導体２２４をコンデンサ２０８の第１の側２５０と接続させかつ外側導体２２８をコンデンサ２０８の第２の側２５２と接続させることによって、スイッチ２２０の少なくとも１つの端部を少なくとも１つの端部リング・コンデンサ２０８と並列に電気的に結合させている。開口２３０を形成させるように外側導体の一部分は除去している。次いで、ダイオード２３８を内側導体２２４と外側導体２２８の間に電気的に結合させている。図１６に示すように、ダイオード２３８が逆バイアスを受けているときは、スイッチ２２０及びコンデンサ２０８はコンデンサ２０８と等価である。図１７に示すように、ダイオード２３８が順バイアスを受けているときは、コンデンサ２０８と並列に接続した１つのインダクタ２５４としてスイッチ２２０をモデル化することができる。したがって、第１の端部２４４から第２の端部２４４までの全長は、ＲＦコイル１００の動作周波数の周りで４分の１波長と概ね同等である。内側導体２２４と外側導体２２２の間の第２の端部２４４にコンデンサ２０９を電気的に結合させ、内側導体２２４と外側導体２２２の間のインピーダンスが比較的低く（すなわち、ＲＦコイル１００の動作周波数では概ね０．５オーム未満と）させており、このためスイッチ２２０によって端部を短絡させた同軸ケーブルを近似することができる。この例示的実施形態では、スイッチ２２０はＲＦコイル１００が概ね１００ＭＨｚで動作しているときに概ね１０００ピコファラッド（ｐＦ）を超えるキャパシタンスを有している。コンデンサ２０９によって、インダクタ２６０及びインダクタ２６１を介してＤＣ切り替え用バイアスがダイオード２３８に作用できるように、内側導体２２４と外側導体２２８の間のＤＣ経路の遮断が容易になる。長さ２４０及び２４６は、ダイオード２３８が順バイアスを受けているときにインダクタ２５４がコンデンサ２０８と一緒に１つの並列共鳴回路（すなわち、理想的なショート回路）を形成するように可変で選択している。
【００２７】
ω0をＲＦコイル１００の動作角周波数と定義すると、インダクタ２５４は次式で定義することができる。
【００２８】
ω0  ＝  ２πｆ  ＝  １／（ＣＬ）1/2
上式において、
Ｃはコンデンサ２０８、また
Ｌはインダクタ２５４である。
例えば、ｆを２９８ＭＨｚに等しく設定すると、長さ２４０はＲＦコイル１００の動作角周波数の概ね４分の１波長から概ね２分の１波長の間で選択することができる。
【００２９】
動作時に、ダイオード２３８が逆バイアスを受けているときは、動的無効化スイッチ２２０は、図１６に示すように、理想的には開回路と等価、すなわち無限大インピーダンスとなり、コンデンサ２０８を通って電流が流れ、これによってＲＦコイル１００の動作が有効となる。ＲＦコイル１００を無効にするには、ダイオード２３８を順バイアスにする。ダイオード２３８が順バイアスを受けているときは、コンデンサ２０８及び動的無効化スイッチ２２０は、ＲＦコイル１００の動作周波数の周りでは、１つの並列共鳴回路として機能する。この並列共鳴回路のインピーダンスは、コンデンサ２０８を通って電流が流れるのを停止させるだけの十分な大きさであり、このためＲＦコイル１００が無効となる。この例示的実施形態では、動的無効化スイッチ２２０が順バイアスを受けたときにＲＦコイル１００を無効にさせるように、ＲＦコイル１００に複数の動的無効化スイッチ１２０を電気的に結合させている。切り替え用バイアス２５６はインダクタ２６０及びインダクタ２６１を介して動的無効化回路２２０に加えている。使用時には、インダクタ２６０及び２６１は、ＲＦコイル１００の動作周波数においてＲＦ信号経路を無効にすることが可能な２９８ＭＨｚにおいて５００ｎＨを超える値（ただし、これに限らない）などのインダクタンスを含んでいる。
【００３０】
図１８は、概ね１６個の素子３０２を含んだバードケージ・コイル３００内に実装した動的無効化スイッチ１２０または動的無効化スイッチ２２０の少なくとも一方を表している。図１９は、図１８に示す面ＡＢＣＤの断面図である。この例示的実施形態では、動的無効化スイッチは、本明細書で上述したようにバードケージ・コイル１００の少なくとも１つの端部リング・コンデンサと並列に電気的に結合させている。動的無効化スイッチ１２０または２２０の同軸ケーブルの外側シールド（図示せず）は、端部リング３０４と端部リング３０６の間で端部リング３０４と端部リング３０６の間の概ね真ん中に位置する中点３０８において素子３０２と電気的に結合させており、この中点３０８ではその電位が理想的には接地点、すなわち実質的に接地となっている。動的無効化スイッチ１２０または２２０の同軸ケーブルは、ＲＦシールド３１０の方向に概ね９０度曲げ、ＲＦシールド３１０を通してＲＦシールド３１０から取り出している。動的無効化スイッチ１２０または２２０の同軸ケーブルは、再度ＲＦシールド３１０の方向に９０度曲げてＲＦシールド３１０に電気的に装着している。この例示的実施形態では、動的無効化スイッチ１２０または２２０は、バードケージ・コイル３００の電気特性に対してなんら影響を及ぼすことなしに、バードケージ３１０と電気的に結合させることができる。同軸ケーブルの反対側の端部はＲＦシールド３１０の外側に位置しているため、動的無効化スイッチ１２０または２２０に関する切り替え用バイアスの配線は、バードケージ・コイル３００の電気特性の劣化に関して特に注意をすることなく実施することができる。
【００３１】
この例示的実施形態では、ＤＣ遮断高域通過フィルタ処理のために値の大きいコンデンサを動的無効化スイッチ１２０または２２０回路内に配置することが困難であるような同軸ケーブルを用いてその動的無効化回路を製作している。バードケージ３００上には、バードケージ・コイル３００に関する上述した電気的解析に基づいてある数の動的無効化スイッチを設けている。例えば、この例示的実施形態では、概ね７Ｔで動作する３２個の素子を有するバードケージ・コイル内で、１６個の動的無効化スイッチを用いている。
【００３２】
図２０は、スイッチ１２０またはスイッチ２２０などの複数の動的無効化スイッチ４０２を含んだＴＥＭ共鳴体４００を表している。各動的無効化スイッチ４０２は、端部リング・コンデンサ４０６の周りに電気的に結合させた第１の端部４０４を含んでいる。動的無効化スイッチ４０２は第１の端部４０４を接続した後ではすでにＲＦシールド４０８の外にあるため、動的無効化スイッチ４０２の同軸ケーブルの外側シールドはＲＦシールド４０８の任意の位置と電気的に接続することができる。
【００３３】
実施の一形態では、スイッチ４０２は、７Ｔのプロトン・イメージングで使用する場合では、スイッチ１２０に関しては概ね２５０ｍｍの長さ、またスイッチ２２０に関しては概ね１６０ｍｍの長さを含んでいる。３Ｔのプロトン・イメージングでは、スイッチ１２０及び２２０の長さは７Ｔのプロトン・イメージングで使用される長さの概ね２．３倍、すなわち、スイッチ１２０では概ね５７５ｍｍまたスイッチ２２０では概ね３７０ｍｍである。
【００３４】
本明細書に記載した動的無効化スイッチは、高周波数用途で使用することができ、またフェーズドアレイ・コイルを含む受信専用コイルの使用を容易にすることができる。したがって、高周波数システムにおいてより高ＳＮＲのイメージングが可能となる。動的無効化スイッチ回路、並びに高磁場ＭＲＩシステム向けのバードケージ・コイルやＴＥＭ共鳴体などのボリュームＲＦコイル内へのその実施方法によって、有効モードと無効モードの間でボリュームコイルが切り替えられる。本発明は、高磁場ＭＲＩシステムにおいて受信専用コイルを利用可能としている。この種のスイッチ回路をＲＦコイルに取り付けたことによる放射損失は、周波数が高い程より過度になるのが普通であるが、本発明によればその設計の基本に半剛性の同軸ケーブル（分配回路）を利用しているためにこれが軽減される。本発明は、典型的には、所望の周波数の周りの概ね４分の１波長の半剛性同軸ケーブルによって形成されている。このスイッチ回路の長さは、３Ｔのプロトン全身用コイルや７Ｔのプロトン頭部用コイルなどの高磁場ＲＦコイルにおいて実用的となる。本発明は、１つまたは複数の追加の半波長を付加することによってより高い磁場に適用可能となる。本発明はさらに、ＲＦコイル内にジグザグ方式で実装することによってより低い磁場でも利用可能である。
【００３５】
本発明を、具体的な様々な実施形態に関して記載してきたが、当業者であれば、本発明が本特許請求の範囲の精神及び趣旨の域内にある修正を伴って実施できることを理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムのブロック概要図である。
【図２】図１に示すＭＲＩシステムと一緒に使用できる例示的な無線周波数（ＲＦ）コイルの図である。
【図３】図２に示すＲＦコイルと一緒に使用できる第１の例示的な動的無効化スイッチの図である。
【図４】図３に示す動的無効化スイッチの一部分の図である。
【図５ａ】図３に示すスイッチの例示的な簡略電気回路図の１つである。
【図５ｂ】図３に示すスイッチの例示的な簡略電気回路図の１つである。
【図６】図３に示すスイッチと動作的に等価な回路図の１つである。
【図７】図３に示すスイッチと動作的に等価な回路図の１つである。
【図８】開放端を備えている図３に示す動的無効化スイッチの図である。
【図９】図８に示すスイッチの電気的特性を表したグラフである。
【図１０】短絡させた端部を備えている図３に示す動的無効化スイッチの図である。
【図１１】図１０に示すスイッチの電気的特性を表したグラフである。
【図１２】図２に示すＲＦコイルと一緒に使用できる第２の例示的な動的無効化スイッチの図である。
【図１３】図１２に示す動的無効化スイッチの一部分の図である。
【図１４】図１２に示す動的無効化スイッチの一部分の図である。
【図１５ａ】図１２に示すスイッチの例示的な簡略電気回路図の１つである。
【図１５ｂ】図１２に示すスイッチの例示的な簡略電気回路図の１つである。
【図１６】図１２に示すスイッチと動作的に等価な回路の１つである。
【図１７】図１２に示すスイッチと動作的に等価な回路の１つである。
【図１８】図３及び図１２に示すような少なくとも１つの動的無効化スイッチを含んだ例示的なバードケージ・コイルの図である。
【図１９】図１８に示す少なくとも１つの動的無効化スイッチを含んだバードケージ・コイルの断面図である。
【図２０】図３及び図１２に示すような少なくとも１つの動的無効化スイッチを含んだ例示的なＴＥＭ共鳴体の図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０  磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システム
１２  オペレータ・コンソール
１４  キーボード及び制御パネル
１６  ディスプレイ
１８  リンク
２０  コンピュータ・システム
２２  モジュール
２４  画像プロセッサ
２６  ＣＰＵモジュール
２８  メモリモジュール
３０  ディスク記憶装置
３２  テープ駆動装置
３４  システム制御部
３６  シリアルリンク
３８  モジュール
４０  ＣＰＵモジュール
４２  パルス発生器モジュール
４４  シリアルリンク
４６  傾斜増幅器システム
４８  生理学的収集制御器
５０  スキャン室インタフェース回路
５２  患者位置決めシステム
５４  ＧX増幅器
５６  ＧY増幅器
５８  ＧZ増幅器
６０  傾斜コイル・アセンブリ
６２  マグネット・アセンブリ
６４  偏向用マグネット
６６  ＲＦコイル、全身用ＲＦコイル
７０  送受信器モジュール
７２  ＲＦ増幅器
７４  送信／受信スイッチ
７６  前置増幅器
７８  メモリモジュール
８０  アレイ・プロセッサ
１００  ＲＦコイル
１０２  端部ループ
１０４  導体
１０６  患者ボア
１０８  コンデンサ
１２０  動的無効化スイッチ
１２２  同軸ケーブル
１２４  中心導体、内側導体
１２６  中間部分
１２８  外側導体
１３０  開口
１３２  幅
１３４  外側導体外側表面
１３６  内側導体外側表面
１３８  ダイオード
１４０  第１の長さ
１４２  スイッチの端部
１４４  スイッチの端部
１４６  第２の長さ
１４８  開口端部
１５０  コンデンサの第１の側
１５２  コンデンサの第２の側
１５４  インダクタ
１５６  切り替え用バイアス
１５８  インダクタ
１６０  インダクタ
２０８  コンデンサ
２０９  コンデンサ
２２０  動的無効化スイッチ
２２２  同軸ケーブル
２２４  中心導体、内側導体
２２６  中間部分
２２８  外側導体
２３０  開口
２３２  幅
２３４  外側導体外側表面
２３６  内側導体外側表面
２３８  ダイオード
２４０  第１の長さ
２４２  スイッチの端部
２４４  スイッチの端部
２４６  第２の長さ
２５０  コンデンサの第１の側
２５２  コンデンサの第２の側
２５４  インダクタ
２６０  インダクタ
２６１  インダクタ
３００  バードケージ・コイル
３０２  素子
３０４  端部リング
３０６  端部リング
３０８  中点
３１０  ＲＦシールド
４００  ＴＥＭ共鳴体
４０２  動的無効化スイッチ
４０４  第１の端部
４０６  端部リング・コンデンサ
４０８  ＲＦシールド
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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【図１１】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５ａ】
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【図１５ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図３】
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【図８】
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【図１０】
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【図１２】
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