(57)【要約】  本発明は、ＲＦ信号を送信するため、特に送信及び／又は受信コイル１１と送信及び／又は受信ユニット１２との間でＭＲ信号を伝送するための導電性伝送ラインであって、個別の既知の整合回路網を避けること又は減らすことを可能にする伝送ラインに関する。伝送ラインは、２つの隣接したリードセグメントの間に配されるトランスインピーダンスＺＬを有するトランス３２，３３によってのみ結合される複数のリードセグメント３１を有するものが提案され、リードセグメント３１の対向端部において配される２つのトランス３２，３３の電力整合のために当該リードセグメント３１は、低リードセグメントインピーダンスＺｏ及び／又は高誘電率εｒを有し、リードセグメント３１は、短い長さｌを有する。したがって、リードセグメント自体がトランスの整合をなし、個別の整合回路はもはや不必要となる。
2010516374.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＦ信号を伝送するため又は送信及び／又は受信コイルと送信及び／又は受信ユニットとの間で磁気共鳴信号を伝送するための導電性伝送ラインであって、２つの隣接するリードセグメントの間に配されるトランスインピーダンスＺＬを有するトランスによってのみ結合される複数のリードセグメントを有し、リードセグメントの対向端部において配される２つのトランスの電力整合のために、前記リードセグメントは、低リードセングメントインピーダンスＺ０及び／又は高誘電率εｒを有し、前記リードセグメントの長さ１は、
【数８】
2010516374.tif 000010
によって定められ、ここで、βは、２π／λ、λ＝λ０／√εｒ、λ０は、真空中の前記磁気共鳴信号の波長である、
伝送ライン。
【請求項２】
請求項１に記載の伝送ラインであって、前記リードセグメントは、少なくとも３又は少なくとも１０の値の誘電率εｒを有する、伝送ライン。
【請求項３】
請求項１に記載の伝送ラインであって、前記リードセグメントは、５０Ω未満又は１０Ω未満の値を有するリードセグメントインピーダンスＺ０を有する、伝送ライン。
【請求項４】
請求項１に記載の伝送ラインであって、リードセグメントは、そのコモンモードのλ／２よりも小さい長さを有する、伝送ライン。
【請求項５】
請求項１に記載の伝送ラインであって、前記リードセグメントは、並列導線、ストリップライン又は同軸ケーブルを有する、伝送ライン。
【請求項６】
請求項１に記載の伝送ラインであって、前記リードセグメント、又は前記リードセグメントの幾何学的形状配置、材料及び被覆は、当該伝送ラインにおける動作中に形成された定在波により発生された磁界がシールドされないように選択される、伝送ライン。
【請求項７】
カテーテルを含む電気的付属装置又は予備的器具であって、当該電気的付属装置又は予備的器具を磁気共鳴画像形成システムにおける接続ユニットに接続するためその他目的のために請求項１ないし６のうちいずれか１つに記載の伝送ラインを有する電気的付属装置又は予備的器具。
【請求項８】
請求項１ないし６のうちいずれか１つに記載の伝送ライン及び／又は請求項７に記載の少なくとも１つの電気的付属装置又は予備的器具を有する磁気共鳴画像形成システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＲＦ信号の伝送のための、特に、送信及び／又は受信コイルと送信及び／又は受信ユニットとの間のＭＲ信号の伝送のための導電性伝送ラインに関する。
【０００２】
本発明はまた、このような伝送ラインを有する電気的付属装置又は予備的器具、特にカテーテルに関する。
【０００３】
本発明はさらに、磁気共鳴画像形成システムに関する。
【背景技術】
【０００４】
磁気共鳴画像形成（ＭＲＩ；Magnetic Resonance Imaging）環境における導電素子を含むカテーテルの使用は、主としてＲＦ加熱作用による深刻な安全性の問題を引き起こすものである。これは、数多くの経カテーテル介入器具の実際の使用を避け、これにより、強力な軟組織コントラスト及び電離放射線の欠如のようなこの画像形成方法の明確な利点にもかかわらずＭＲＩ誘導の下での介入手順を阻止するものである。
【０００５】
ＭＲ画像におけるカテーテルの確実に強力な視覚化のために、受信アンテナ（例えば、小コイル又はループレスアンテナ）をその先端においてＭＲスキャナの受信器と接続する必要がある。危険なＲＦ加熱を生じることなくこの接続を実現する１つの方法は、例えば国際特許出願に係る文献のＷＯ２００６／００３５６６に記述されているように伝送ラインにおいてトランスを実現することである。これらトランスは、誘導される共通モード電流を阻止するとともに、ＭＲ信号のような異なるモード電流が通じることができる。
【０００６】
国際特許出願に係る文献のＷＯ２００５／１０３７４８には、少なくとも１つのＴ、Ｌ及び／又はπ四極子を有し、キャパシタ及び／又はインダクティビティの形で少なくとも２つのインピーダンス素子を各々が有する付加的な集中素子マッチングネットワーク（整合回路網）を用いて当該トランスを調整する方法が記述されている。
【０００７】
最適信号伝送のため、伝送ラインにおけるトランスの出力インピーダンスをその複素共役値にマッチングする必要がある（パワーマッチング）。これは、ＷＯ２００５／１０３７４８に記述されているようにマッチングネットワークを用いることによって達成することができる。特に、トランスの出力を代表的にはＺ０＝５０Ωのインピーダンスを有する伝送ラインにマッチングするためにネットワークが用いられる。そしてこのラインは、その端部において次のトランスの入力に他のネットワークを用いてマッチングされる。マッチングネットワークは、集中素子、普通はキャパシタを含む。
【０００８】
一方、カテーテル内へ合わせるのに必要な小さいサイズのためにこれらマッチングネットワークを半田付けすることは容易ではない。他方、付加的半田接合部が増えるごとに、特に柔軟性のあるカテーテルでは動作不良の可能性のある原因となり、ストレス及びトルクを発生する恐れがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、ＲＦ信号を伝送するための、特に送信及び／又は受信コイルと送信及び／又は受信ユニットとの間でＭＲ信号を伝送するための導電性伝送ラインであって、整合回路網を回避又は少なくとも減らすものを提供することである。
【００１０】
本発明の他の目的は、特にカテーテルなどの対応の電気的付属装置又は予備的器具及び対応のＭＲＩシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の態様において、２つの隣接するリードセグメントの間に配されるトランスインピーダンスＺＬを有するトランスによってのみ結合される複数のリードセグメントを有し、リードセグメントの対向端部において配される２つのトランスの電力整合のために、前記リードセグメントは、低リードセングメントインピーダンスＺ０及び／又は高誘電率εｒを有し、前記リードセグメントの長さ１は、
【数１】
2010516374.tif 000003
によって定められ、ここで、βは、２π／λ、λ＝λ０／√εｒ、λ０は、真空中の前記磁気共鳴信号の波長である、
伝送ラインが提供される。
【００１２】
本発明の他の態様において、特にカテーテルなどの電気的付属装置又は予備的器具であって、特に当該電気的付属装置又は予備的器具を磁気共鳴画像形成システムにおける接続ユニットと接続するための本発明による伝送ラインを有するものが提供される。
【００１３】
本発明のさらに他の態様において、磁気共鳴画像形成システムであって、本発明による伝送ライン及び／又は本発明による少なくとも１つの電気的付属装置又は予備的器具を有するものが提供される。
【００１４】
本発明の好適実施例は、従属請求項に規定される。なお、請求項６の電気的付属装置又は予備的器具及び請求項７のＭＲＩシステムは、従属請求項に規定されるような同様及び／又は同一の好適実施例を有することを理解されたい。
【００１５】
本発明は、伝送ラインの適切なリードセグメントを選択する発想に基づいている。リードセグメント自体により単独で達成される当該トランスの電力マッチングのために集中素子又は整合回路網が用いられないので、伝送ラインを非常に目立たなくし、カテーテルへの一体化を容易にすることもできる。
【００１６】
したがって、ケーブル外装におけるコモンモードの発生を回避することができる。このようなコモンモードは、例えばＭＲスキャナにおいて、周囲組織を加熱又は燃焼させさえもしかねない電気ケーブルの先端において大きな電界を生じさせる。短い長さを有する伝送ラインにおいて、外部場は、コモンモードを励起することができず又は少しだけしか励起しない。
【００１７】
好適実施例によれば、リードセグメントは、少なくとも３、特に少なくとも１０の値を有する誘電率εｒを有する。代表的同軸ケーブル（５０Ω）の誘電率εｒは、２から３の範囲にある値を有する。誘電率εｒの高い値を有する材料を利用することができ、適切な材料は、当該ケーブルの所望の用途、例えば必要な剛性及び可撓性に応じて選択される必要がある。例として、高分子複合材料、例えばポリビニルブチラール／チタン酸ジルコン酸鉛複合材料（例えば、C. Xiong氏らのPolyvinyl-butyral/lead zirconate titanates composites with high dielectric constant and low dielectric loss, Scripta Materialia 55(9), 835-837, 2006に記述されているようなもの）を用いることができる。他の可能性のある材料は、ポリ（フッ化ビニリデン−三フッ化エチレン−クロロトリフルオロエチレン）ターポリママトリクス［poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene-chlorotrifluoroehylene) terpolymer matrix］（C. Huang氏らのHigh-dielectric-constant all-polymer percolative composites, Appl. Phys. Lett. 82(20) 3502 (2003)）又は金属フタロシアニン（metallophtalaocyanine）オリゴマ及びポリ（ビニリデン−三フッ化エチレン）共重合体（米国特許出願に係る文献のＵＳ６８５２４１６に記述されているようなもの）の複合材料がある。また、原理的に、同軸ケーブルを構造上安定させ、導電体と導電体との間の空間に適切な液体、例えばεｒの高い値を有するグリセロールを充填させることもできる。
【００１８】
本発明の他の実施例によれば、リードセグメントは、５０Ωを下回る値、特に１０Ωを下回る値を有するリードセグメントインピーダンスＺ０を有する。リードセグメントインピーダンスは、製造することが可能な程度に低いものとするのが良い。５０Ω同軸ケーブルでは、外側導体の内側導体に対する直径の比は概して５．２であるが、１０Ω同軸ケーブルの場合は、当該直径比が概して１．３である。すなわち当該比を小さくすることによって、リードセグメントインピーダンスを減らすことができる。例えば、第２の導電体と第３の導電体との間に９Ωのインピーダンスを有した３軸のケーブルが利用可能である（中央の導電体はこの場合用いられない）。
【００１９】
好ましくは、当該リードセグメントは、そのコモンモードのλ／２よりも非常に短い長さを有する。これは、当該リードセグメントを接続するトランスの使用により一般的には可能であり、コモンモードかつ共振の発生を回避する。すなわち、これにより伝送ラインがＭＲ使用可能なものとなる。
【００２０】
当該リードセグメントは、並列の線、特にストリップ線路又は同軸ケーブルを有するのが好ましい。
【００２１】
リードセグメント、特にリードセグメントの幾何学的形状配置、材料及び被覆が、伝送ラインにおける動作中に形成される定在波により発生した磁界がシールドされないように選択されることは有利である。したがって、伝送ラインの周囲近傍におけるこのような定在波により形成された磁界を測定することができ、多くの医療用途に対しての好適な特徴であるＭＲＩシステムにより撮像される画像において視認可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
本発明のこれらの態様及びその他の態様は、以下に説明される実施例に基づいて詳しく説明され明らかとなる。
【図１】ＭＲ画像形成装置の概略的側面図。
【図２】本発明による付属装置の概略図。
【図３】既知のＲＦ伝送ラインの実施例を示す図。
【図４】本発明によるＲＦ伝送ラインの実施例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は、検査ゾーン１における磁界の発生及び受信のために非常に重要なオープンＭＲ画像形成装置の構成部を例示的に示している。検査ゾーン１の上及び下には、数１０テスラから数テスラの大きさのオーダとなることもある磁束密度（磁気誘導）を有する基本的に均等な主磁界（検査すべき対象物を磁化するための、すなわち核スピンを配向するためのＢ０磁界）を発生するそれぞれの磁石システム２，３が設けられる。この主磁界は、基本的に、患者の長手軸に直角な方向（すなわちｘ方向）において患者Ｐを通過するように延びる。
【００２４】
ＲＦ伝送コイル４（「ボディコイル」）の形態の平面状又は少なくとも概略平面状のＲＦ導電体構造（共振子）は、検査すべき組織において核スピンを励起するＭＲ周波数のＲＦパルス（Ｂ１場）を発生するために設けられ、このＲＦ伝送コイル４は、対応の磁気システム２及び／又は３上に配される。ＲＦ受信コイル５は、当該組織における後続の緩和イベントを受信するために設けられ、これらコイル５は、磁石システム２，３の少なくとも１つに設けられるＲＦ導電体構造部（共振子）によっても形成可能である。或いは、１つの共通ＲＦ共振子は、適切に切り換えられた場合に送信及び受信のためにも用いることができる。或いは、２つのＲＦ共振子４，５は、共通して交互の送信及び受信のために仕えることができる。
【００２５】
さらに、患者Ｐの組織から発する緩和信号の空間識別及び解像度（励起された状態の位置特定）のため、複数の勾配磁界コイル７，８も設けられており、これらコイルにより、ｘ軸の方向に延びる３つの勾配磁界が発生される。これに従い、第１の勾配磁界は、ｘ軸の方向に本質的に線状に変化するとともに、第２の勾配磁界は、ｙ軸の方向に本質的に線状に変化し、第３の勾配磁界は、ｚ軸の方向に本質的に線状に変化する。
【００２６】
電気的付属装置又は予備的器具は、或る特定の検査のために必要とされる。このような装置は、例えば、平面ＲＦ受信ボディコイル５に加えて又は代えて用いられ患者Ｐ又は検査すべきゾーン上に直接ＲＦ受信コイルとして配されるＲＦ表面コイル６とされる。これらＲＦ表面コイル６は、柔軟性のあるパッド又はスリーブとして一般に構成される。
【００２７】
さらに、患者Ｐの治療を行うため又は組織サンプルを抽出するため若しくは組織パラメータを判定するため、患者に導入され表示スクリーン上に視覚化されるべき位置を有するカテーテル１０がしばしば用いられる。様々な能動方法及び受動方法（ＷＯ９９／１９７３９）も、大域的及び局所的検出又は追跡方法も、この目的に対して知られている（Bartels and Bakker in "Endovascular interventional magnetic resonance imaging", Institute of Physics Publishing, Phys. Med. Biol. 48 (2003) R37-R64）。
【００２８】
図２は、カテーテル１０の形態のこのような付属装置の概略的図を示している。カテーテルの先端上（又はそこから少し距離をおいた位置）には、例えば、コイル（そして場合によってはこれに加えてセンサ）のような必要な構成部が実現されるマイクロチップの形態の送信及び／又は受信ユニット１１を配することができ、或いは当該先端には先行技術によるセンサ又は他の手段が設けられる。患者Ｐの外に位置づけられるカテーテル１０の端部では、接続ユニット１２は、カテーテルを通じて案内される導電リンク（接続リード）又は伝送ライン１３を介して送信及び／又は受信ユニット１１に接続され、かつ送信及び／又は受信ユニット１１をアクティブにする手段を担い、場合によっては、センサ又は他の部品からの測定値及びデータが伝送される際の介在手段を担う、電源ユニット及び／又は受信装置及び／又は制御装置及び／又はスイッチングユニット（図示せず）の形態で設けられる。
【００２９】
ＲＦ表面コイル６の形態の付属装置のケースでは、このようなコイルは、導電リンク（接続リード）又は伝送ライン１３を介して対応の接続ユニット１２（電源、受信／送信装置及び／又は制御装置）にも接続される。
【００３０】
ＲＦコイルシステムにより発生された場は、伝送ライン１３におけるＲＦコモンモード電流を含む。本発明によれば、安全導電リンク（接続リード）又は伝送ライン１３は、例えば、ＷＯ２００５／１０３７４８に記述されているように、リードセグメント自体によりしかも追加のマッチング回路を伴うことなく互いにマッチングをとられる小型化されたトランスにより接続されるリードセグメントに分割された形で設けられる。
【００３１】
図３は、このような既知のＲＦ伝送ライン２０の一部の実施例を示す。この伝送ラインは、概して、リードセグメント２１と、トランス２２，２３と、伝送ラインにおけるトランス２２，２３の出力インピーダンスを最適信号伝送のためのその共役複素数の値（パワーマッチング）に整合させるためのマッチング回路２４，２５とを有する。これは、Ｔ，Ｌ及び／又はπ形整合回路網（例えば、ＷＯ２００５／１０３７４８の、例えば図３において示されるようなもの）を用いることによって達成可能である。このようにして、トランス２２，２３の出力は、代表的にＺ０＝５０Ωインピーダンスを有する伝送ライン（リードセグメント２１）にマッチングされる。そして、このラインは、その端部において他の回路網を用いて次のトランスの入力と整合させられる。
【００３２】
図４は、トランス３２，３３とリードセグメント３１としか有しない適切な伝送ラインを選ぶことによってこのような整合回路網を回避する本発明によるＲＦ伝送ライン３０の一部の実施例を示している。集中素子が当該整合回路に用いられていないので、伝送ラインをかなり目立たなくし、カテーテルへの集積化を容易にすることもできる。
【００３３】
伝送ラインの変換特性を用いて専用の整合回路網を用いずにトランスを整合させることができる。長さｌの（無損失）伝送ラインは、その端部において負荷ＺＬを入力インピーダンス
【数２】
2010516374.tif 000004
に変換する。ここで、Ｚ０は、伝送ラインのインピーダンスを示す。βは、２π／λによって与えられ、λは、当該ケーブル内部の（差動モードの）波長であり、ケーブルの誘電率に依存する。すなわち、
【数３】
2010516374.tif 000005
である。
【００３４】
最適な電力伝送のために、発生器は、その共役複素数の入力インピーダンスにより終結されるのが良い。このことは、安全伝送ラインにおける（同一）トランスに対して
【数４】
2010516374.tif 000006
を意味する。
【００３５】
これは、次の条件を導く。
【数５】
2010516374.tif 000007
【００３６】
これは、ｌ、λ（εｒを介した形で）及び／又はＺ０を調整して容易に満たすことができる。ケーブルインピーダンスは、ケーブルの幾何学的形状配置により与えられる。例えば、
並列導線：
【数６】
2010516374.tif 000008
（ｂ＝距離、ａ＝導線直径、ｂ＞＞ａ）
同軸ケーブル：
【数７】
2010516374.tif 000009
（ｄ＝内部導体の外径、Ｄ＝外部導体の内径）
である。
【００３７】
当該ＲＦ安全性の制約条件は、トランス間のケーブルの結果的な長さｌである。これは、コモンモードのλ／２よりもかなり短くなければならず、主として当該ケーブルを取り囲む材料の誘電特性により決まる。最も利便性のある方策は、高い誘電率を有するケーブルとなりうるので、差動モード波長は、かなり短くなり、このことはまた、式（１）により計算される必要な長さｌがコモンモード共振と比較して短いままであることを意味している。
【００３８】
提案のアプローチにおいては伝送ライン自体が共振構造の一部となるので、並列導線が用いられた場合にＭＲ画像において視認可能となる。また、完全な同心ではなくまた理想的にシールドされたものでない同軸ケーブルも視認可能である。これは、カテーテルの位置特定に付加的な補助をなすものである。他方、同じ共振効果は、ケーブルの損失のための要件を設定する。非常に小さな減衰しかない伝送ラインを、当該信号の強力な減衰を回避するために用いなければならない。
【００３９】
さらに、伝送ラインを用いてトランスをマッチングするアプローチを、追加の集中素子と組み合わせることができる。例えば、提案の伝送ラインマッチングとの組み合わせで、トランスの両側に並列キャパシタを１つだけ追加することができる。
【００４０】
トランスのインピーダンスＺＬを認識して、伝送ラインを直接計算することができ、それらの間の電力マッチングを行う。主として３つの自由度がある。すなわち、長さｌ、εｒによって決まる差動モード波長λ及びインピーダンスＺ０（εｒ及び当該幾何学的形状配置によって決まるもの）である。低いＺ０及び高いεｒが好ましいことが分かる。何故なら、これらは概して必要なケーブル長を短く維持するからである。これは、アセンブリ全体のＲＦ安全性にとって重要である。Ｚ０及びεｒを知ることで、当該必要な長さｌまで伝送ラインを切断することができる。
【００４１】
主として、同軸ケーブルか又は２つの導線ラインを、トランスを接続するために用いることができる。安全な伝送ラインにおけるトランスを再生可能な方法で構築することができる場合、追加の素子を伴うことなく一体型として伝送ライン及びトランスを製造することができる。
【００４２】
本発明は、ＷＯ２００６／００３５６６に記述されているように安全伝送ラインとの連携で用いることができるものである。当該主たる用途は、危険なＲＦ加熱を生じさせることなく、ＭＲスキャナにおいて（例えば、介入装置における受信素子への）電気的リンクを実現することである。
【００４３】
以下、本発明の作用を例を挙げて示す。入手可能なマイクロ同軸ケーブルは、０．５ｍｍの外径及び約１ｄＢ／ｍの損失を有する。選ばれたトランスのためのマッチングを達成するため、０．３９λのケーブルが必要である。当該ケーブルは２．１の誘電率εｒを有するので、６３．８７ＭＨｚの結果的に得られるケーブル長は、１．２５ｍ、すなわち相当に長いものであった。εｒの値を２０に増加することができることを前提にすると、当該ケーブルのインピーダンスは、その幾何学的形状配置を変えることなく概して１６Ωに減らされることになる。この種のケーブルを用いて、そのマッチングのために０．２２λの電気的長さが必要であり、そうすると２３ｃｍのケーブル長となる。このことは、ＭＲが使えるものとみなされ、また、当該損失を大幅に減らすことになる。或いは、ケーブルのインピーダンスは、その幾何学的形状配置だけを変えることによって、すなわち、内部及び外部導電体の半径を変更することによって、変えることもできる。インピーダンスがこのように１０Ωに変わると、当該マッチングのために０．１５λの電気的長さのケーブルセグメントが必要である。
【００４４】
本発明は、伝送ラインのリードセグメントを接続するトランスの場合には伝送ラインによりその長さを調整することによって電力マッチングを満たすことができるという洞察に基づいている。これは、主として特別なケーブルを必要としない。結果として得られる長さは、ＭＲにおける用途に対しては、高い誘電率εｒ及び／又は低いケーブルインピーダンスを必要とするＭＲ使用可能なものでなければならない。
【００４５】
他の洞察は、ケーブルマッチングの場合にトランスの共振電流（上述した定在波）が当該効果により伝送ラインにも存在すること、伝送ライン全体はＭＲ画像において視覚化可能であり、これはインターベンショナルラジオロジストにより高く評価されることになるものであること、である。既知の整合回路がマッチングに用いられる場合、整合がなされているのでこのような定在波は伝送ラインには存在しない。
【００４６】
本発明では、他の重要な改良を達成することができる。すなわち、整合回路を伴わない伝送ラインの製造が非常に簡単であり、伝送ラインを非常に小さくすることができ、これはカテーテル内部の使用を考慮に入れた大きな利点である。動作不良のリスクも大幅に減少する。
【００４７】
以上、本発明を図面及びこれまでの記述において詳細に図示しかつ説明したが、このような図示及び説明は、例示のもの又は典型的なものであり限定的なものでないとみなされるべきである。本発明は、開示した実施例に限定されない。開示した実施例に対する他の変形例は、図面、開示内容及び添付の請求項の検討から、請求項記載の発明を実施する際に当業者により理解されかつ実現されることができるものである。
【００４８】
請求項において、「有する」なる文言は、他の要素又はステップの存在を排除せず、単数表現は、複数を排除しない。単一の要素又は他のユニットは、請求項において挙げられている幾つか複数のアイテムの機能を満たすことができる。或る特定の方策が相互に異なる従属請求項に挙げられているという点は、これらの方策の組み合わせが活用できないことを意味するものではない。
【００４９】
請求項における参照符号は、当該範囲を限定するものと解釈してはならない。
【図１】
2010516374.tif 000011
【図２】
2010516374.tif 000012
【図３】
2010516374.tif 000013
【図４】
2010516374.tif 000014
【国際調査報告】
2010516374.tif 000015
2010516374.tif 000016
2010516374.tif 000017