(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直主磁場方式の磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置に用いられるＲＦコイルアレイ装置であって、
同軸に重ね合わされる導電性コイル対を具備し、該導電性コイル対は、
縦軸に垂直な第１の磁場を持つサドルコイルと、
縦軸に平行な第１の磁場を持つとともに該縦軸に垂直なオフ軸磁場成分を持つループ型コイルとを含み、
前記ループ型コイルを前記サドルコイルの一軸端に位置付けて同軸配置し、該ループ型コイルの前記縦軸は前記垂直磁場方式の磁気共鳴イメージング装置の主磁場方向に平行となるよう構成し、前記サドルコイルの前記第１の磁場と前記ループ型コイルの前記オフ軸磁場成分とが、前記主磁場方向に垂直となって前記垂直磁場方式の磁気共鳴イメージング装置のＭＲＩ信号に結合する方向に向き、該オフ軸磁場成分が前記サドルコイルの前記一軸端を超えて伸びることを特徴とするＲＦコイルアレイ装置。
【請求項２】
前記ループ型コイルと前記サドルコイルは電気的に直列接続される請求項１に記載のＲＦコイルアレイ装置。
【請求項３】
前記ループ型コイルはソレノイドコイルである請求項１に記載のＲＦコイルアレイ装置。
【請求項４】
前記サドルコイルからの出力と前記ループ型コイルからの出力とを混合するように電気的に接続されるアナログ混合器をさらに具備する請求項１に記載のＲＦコイルアレイ装置。
【請求項５】
前記ループ型コイルはソレノイドコイルである請求項３に記載のＲＦコイルアレイ装置。
【請求項６】
先に記載した第１のサドルコイルと同軸配置されてサドルコイル対を形成する第２のサドルコイルと、
前記第１のサドルコイル及び第２のサドルコイルからの出力を受けるよう電気的に接続される直交信号検出器と、をさらに具備し、
前記第１及び第２のサドルコイルは直交検波手段に接続される請求項１に記載のＲＦコイルアレイ装置。
【請求項７】
前記ループ型コイルはソレノイドコイルである請求項６に記載のＲＦコイルアレイ装置。
【請求項８】
先に記載した第１のサドルコイルと同軸配置されてコイル対をなす第２のサドルコイルと、
前記第１のサドルコイル及びループ型コイルからの出力を混合するように電気的に接続されるアナログ混合器と、をさらに具備する請求項１に記載のＲＦコイルアレイ装置。
【請求項９】
前記ループ型コイルはソレノイドコイルである請求項７に記載のＲＦコイルアレイ装置。
【請求項１０】
先に記載した第１のサドルコイルと同軸配置されてサドルコイル対を形成する第２のサドルコイルをさらに具備する請求項１に記載のＲＦコイルアレイ装置。
【請求項１１】
前記ループ型コイルはソレノイドコイルである請求項１０に記載のＲＦコイルアレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般に磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）用の方法と装置に関わり、特に垂直主磁場方式のＭＲＩ装置を用いる時に原子核章動パルスを発生し、ＲＦ磁気共鳴信号を得る為のラジオ周波数（ＲＦ）コイルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）は核磁気共鳴（ＮＭＲ）現象に影響される原子核の一群をもつ物体（人体など）の内部構造を現すデジタル影像を得るための、広く使われた商業的にも存立しうる技術である。ＭＲＩにおいては、イメージングされる目的物の原子核は、強い主静磁場Ｂ０が印加されることにより整列させられる。選択励起された原子核はその後に特定のＮＭＲ周波数のラジオ周波数（ＲＦ）信号が印可されることにより励起（章動）される。局化された磁場の傾斜を通して選択された原子核を空間的に符号化し、そして原子核からのＲＦ応答の結果を分析することで、原子核の位置を与える相対的ＮＭＲ応答のマップまたはイメージが決定される。フーリエ分析を経て空間のＮＭＲ応答を現すデータがＣＲＴに表示される。
【０００３】
ＭＲＩにおける一般に知られたデータ収集技術は、組織の選択された比較的小さな部分でのＮＭＲ信号を得るための、局化ＲＦ受信器を通常利用する。従来においては、有効なＮＭＲ信号の受信はＭＲＩ装置の主静磁場Ｂ０に実質的に垂直な方向において最も感度の高いＲＦアンテナコイル形状の使用を必要とする。そのような局化ＮＭＲ信号受信器の従来例としては、水平主静的磁場内に横たわる、例えば、仰向け（上向き）の被検体の脊髄またはうつ伏せ（下向き）の被検体の胸部をイメージングするためによく使われる導電ループアンテナが挙げられる。人体胸部の診断においては、胸の基部において人体内または胸壁にやや伸びる組織部分からのＮＭＲ信号を得るのが望ましい。発明者は実験的に、胸の基部に配置したループ型またはソレノイド型コイルがそのような状況においてもっとも望ましい信号成分を得ることを確認した。
【０００４】
例えば被検体の胸部をイメージングする技術として被検体をうつ伏せに寝かせて胸部を複式ループまたはソレノイド型信号受信コイルのなかに自由につり下げる方法がある。このようにして、胸部軸は垂直に保たれ、イメージングの間ソレノイドコイル形状を有効に胸部組織を取り囲み保持するよう利用できる。ソレノイドコイルの第一磁場はその縦軸方向にそっているので、ＲＦ信号に対する最高感度もそれと同じ方向にそっている。よって、胸部イメージング用のソレノイドコイルは、水平主磁場のＭＲＩシステムにおいてイメージングを行うとき、ソレノイドコイルの最高感度の方向は垂直に、つまりは主磁場に垂直、にアラインされ、うつ伏せの被検体の胸壁から十分なレベルのＭＲ信号をコイルが受け取ることが出来るという、効果が得られる。
【０００５】
垂直主磁場を利用するＭＲＩ装置を使用するときは、サドル型コイル又は直交検波（ＱＤ）サドルコイルペアがうつ伏せの被検体の胸部組織をイメージングするために使用される。なぜなら、サドルコイルは磁束の大部分を発生し、縦軸に垂直な方向に最高感度を有するからである。上記の場合においては、うつ伏せの被検体の胸部イメージングは垂直主磁場に沿っている。しかしながら、サドルコイルによって発生された磁場は胸壁を通過してコイルの軸の端を十分超える程伸びない。したがって、垂直主磁場ＭＲＩ装置で胸部をイメージングする場合、胸壁内で組織部分の有効なイメージングデータを得るために、サドルコイルやＱＤサドルコイルペアを使用するのは通常、実用的ではない。
【０００６】
従来において、ループ型コイル又はソレノイドコイルはＭＲＩ装置の主静磁場に実質的に平行に沿った中心軸には沿っていない。従来では、この型のコイルのＮＭＲ信号感度は中心軸が主磁場に平行であるとき最も低いとされていた。そこで、垂直主磁場を利用するＭＲＩ装置において、単一ループコイル又はソレノイド型コイルを使用してうつ伏せの被検体の胸部診断を行うことは考えられなかった。ループの中央磁場Ｂ１またはソレノイドコイルは垂直であっても、そしてコイル内の組織部分からの磁気信号（ＮＭＲ信号）は発生しない（なぜならコイル内の磁場は主静磁場Ｂ０に平行なため）が、それにも関わらず、主静磁場Ｂ０に対してある角度（垂直も含）に向けられたループ又はソレノイドの軸端を超えた、ループ又はソレノイドコイルに関した実質的な戻りフラックス場線は得られる。本発明は発明者のそのような状況の認識から成されたもので、コイルの軸端を超えたところの組織部分において磁気信号を発生させることで、コイル導電体に関する「オフ軸」効果を軸静磁場Ｂ０環境において有効的に利用することができる。
【０００７】
本発明において、ＮＭＲイメージング用のＲＦコイルアレイにおいてループ或いはソレノイドコイルを、例えばサドルコイルと共に使用することでオフ軸効果を有効的に利用できるようにする。詳しくは、そのような複数コイルアレイのＲＦコイルはサドルコイルの縦軸がループ（またはソレノイド）コイルの中央軸と実質的に平行になるように構成される。アレイはＭＲＩ装置のイメージング部分内に、ループ（またはソレノイド）コイルの中央軸が主静磁場Ｂ０と実質的に平行になるように向けられている。このように、コイルアレイ内の組織からのＮＭＲ信号をサドルコイルが引き出す一方、複数コイルアレイの軸端を超えた組織部分からの信号を、ループ（またはソレノイド）ｖコイルが引き出す。
【０００８】
ＭＲＩ用のＲＦコイルアレイにおいてサドルコイルとソレノイドコイルを共用することは知られている（例えばヨシノらのＵＳＰ５，２９３，５１９号やマツナガらのＵＳＰ５，５９２，０８８号）が、これら従来例では、アレイのループ（またはソレノイド）コイルが主磁場に垂直に向けられた中央軸に沿っていなければならなかった。さらに、コイル配置は、そのような配置においてのみ働くように物理的に設計されており、主磁場に対して他のいかなる方向又は関係で胸部又は脊柱をイメージングするためには適していないし応用もできない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明の一つの目的は、うつ伏せ被検体の胸部に伸びる部分をイメージングする、又は仰向けの被検体の脊髄をイメージングするのに適した垂直主場ＭＲＩシステムにおいて、特に使用する有効なＭＲＩ章動・ＲＦコイルアレイ装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、垂直磁場Ｂ０に置かれたうつ伏せ（または仰向け）の被検体の胸部又は脊柱の磁気共鳴イメージングを改善する斬新なＲＦコイルアレイ装置を提供する。また本発明は、垂直主磁場方式のＭＲＩ装置に使用され、原子核の章動磁場パルスを生成し、核磁気共鳴信号を取得する方法および装置を提供する。特に本発明は、垂直主磁場方式のＭＲＩシステムにおいてＲＦコイルの非軸磁場成分を利用して胸部および脊柱画像の収集期間における画像領域を拡大する方法および装置に向けられる。
【００１１】
具体的な本発明の一つは、垂直主磁場方式の磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置において被検体の胸部をイメージングするためのＲＦコイルアレイ装置である。このＲＦコイルアレイ装置は、同軸に重ね合わせた導電性のコイル対を具備し、このコイル対はループ型またはソレノイド型コイルに直列に接続されたサドルコイルから構成される。ループまたはソレノイドコイルはサドルコイルの一軸端に位置付けする。ループコイルの中央軸はサドルコイルの中央縦軸およびイメージング装置の垂直主磁場の両者に対して平行となる。
【００１２】
他の具体的な発明は、垂直主磁場磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）用のＲＦコイルアレイ装置である。このコイルアレイ装置は、同軸に重ね合わされた導電性のコイル対を構成し、サドルコイル、ループコイル又はソレノイドコイル、およびアナログ混合器からなる。かかるサドルコイルは、アナログ混合器においてソレノイドコイルに接続される。
【００１３】
第三の具体的な発明は、２つの信号チャネルを供給すべくループ型又はソレノイドコイルと共に用いられる直交検波サドルコイル対を含むＲＦコイルアレイ装置である。
【００１４】
第四の具体的な発明は、アナログ混合器内で互いに接続され、２つの信号チャネルを供給すべく第２のサドルコイルと共に用いられるサドルコイルおよびループ型又はソレノイド型コイルを含むＲＦコイルアレイ装置である。第五の具体的な発明は、３つの信号チャネルを供給すべく第一のサドルコイル、第二のサドルコイル、およびループ型又はソレノイド型コイルの組み合わせから構成されるＲＦコイルアレイ装置である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態に係る垂直主磁場ＭＲＩシステムの主要部分の概略構成を示している。一般に、被検体１０の横断面画像を収集するＭＲＩシステムは、大きな垂直静磁場を生成する超伝導コイル磁石２０、大きな傾斜磁場を供給するコイル３０、傾斜磁場パルス生成ユニット４０、ＲＦ章動パルスを供給する高周波送信ユニット５０、ＮＭＲ信号を受信する高周波受信ユニット６０、信号処理ユニット７０、ディスプレイ装置８０およびシステム内の関係ユニットのすべての動作およびタイミングを制御する制御ユニット９０から構成されている。
【００１６】
主静磁場生成磁石２０は被検体１０を取り囲む空間内に配置され、被検体に均一で強大な垂直磁場を与える。傾斜磁場生成ユニット４０の出力は互いに直交するＸ，Ｙ，およびＺ方向にそれぞれ対応する３つの傾斜磁場Ｇｘ，Ｇｙ，およびＧｚを提供する。所望の画像平面（スライス）は３つの傾斜磁場の制御印加により選択される。高周波送信ユニット５０により生成されたＲＦパルス信号は、被検体１０の組織に原子核章動パルスを送信するＲＦコイル５１に供給される。被検体１０からの原子核磁気共鳴（ＮＭＲ）信号は、ＲＦコイル６１によりピックアップされた後、高周波受信ユニット６０により検出される。
【００１７】
コイル６１の他の構成は、被検体の特定領域表面または上部に配置される専用のＲＦコイルである。或いはその代わりに、本発明の好ましい実施形態の一つにおいて詳述するが、ＲＦコイル６１は固定コイルアレイの一部である。
【００１８】
制御ユニット９０は、タイミング、傾斜磁場の印加、ＲＦコイル５１および６１へのＲＦ信号の送信および受信をそれぞれ調整する。高周波受信ユニット６０からのＮＭＲ信号出力はストアされ、およびフーリエ変換処理に供される。これによりディスプレイ装置８０上における表示のための画像情報が提供される。
【００１９】
図２（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、ループ、ソレノイド、およびサドル型ＲＦコイル巻線の構成例を示す。単ループコイル２０およびソレノイドコイル２１の両者のための第１の磁場ＢＬは、コイル中央軸２３に沿って平行となる方向に生成される。サドル型コイル２２に関係する第一の磁場ＢＳは縦軸２４に対して垂直となる。またループおよびソレノイド型コイルは中央軸２３に直交する磁場成分を含む、価値のあるオフ軸効果２５ａ，２５ｂ，および２５ｃを呈する。
本発明によると、これらオフ軸成分２５ａ，２５ｂ，および２５ｃは、とりわけ垂直主磁場ＭＲＩシステムでの使用を意図したコイルアレイ装置の提供に大いに寄与するものとなる。
【００２０】
図３（ａ）乃至（ｅ）は、ＲＦコイルアレイ実施形態に係る５つのコイル種別の組み合わせ例をダイアグラム的に示す図である。図３（ａ）はサドルコイルＳ１に直列に接続される単ループ（またはソレノイド）コイルＬを備える第１のコイルアレイ実施形態を示す。結果としてこの２つの異なるコイル種別の直列配置は、単一の信号チャネルを与える。
【００２１】
図３（ｂ）は、アナログ混合器により単ソレノイド（又はループ）コイルＬに接続される単サドルコイルＳ１を具備する第２のコイルアレイ実施形態を示す。
この実施形態では、アナログ混合器ＡＣは、それぞれのコイルからの信号をコンバイン（混合）して単信号チャネルを与える。
【００２２】
図３（ｃ）は、第３のコイルアレイ実施形態を示す。この実施形態は直交検波サドルコイル対Ｓ１−Ｓ２を備えて成り、これらはソレノイド（またはループ）コイルＬと共用される。この実施形態では、直交混合器ＱＤがサドルコイルＳ１およびＳ２からの信号を混合し、単信号チャネルを与える。
【００２３】
図３（ｄ）は、第４のコイルアレイ実施形態を示す。この実施形態は、アナログ混合器により混合されるサドルコイルＳ１およびソレノイドコイルＬを備え、第２の信号チャネルを与える第二のサドルコイルＳ２を備える。この実施形態では、アナログ混合器ＡＣがサドルコイルＳ１からの信号とソレノイド（またはループ）コイルＬからの信号を混合し、第一の信号チャネルを与える。またサドルコイルＳ２は第二の信号チャネルを与える。
【００２４】
図３（ｅ）は、第５のコイルアレイ実施形態を示す。この実施形態は第一のサドルコイルＳ１、第二のサドルコイルＳ２，およびソレノイド（又はループ）コイルＬを備え、３つの信号チャネルを与える。
【００２５】
以上に示したそれぞれのコイルアレイ構成では、ループ（またはソレノイド）コイルの中央（または縦）軸は使用時のＭＲＩ装置の主静磁場Ｂ０に対して平行を維持することとする。たとえば、垂直Ｂ０磁場内においてうつ伏せの被検体の、胸部及び胸郭領域のイメージングには、図３（ａ）の構成に対応する発明実施形態が使用される。かかる実施形態では、コイルアレイはソレノイドコイルに直列接続されるサドルコイルからなり、同軸で重ね合わされた導電性のコイル対から構成される。好ましくは、図４（ａ）および（ｂ）に示される巻線構造のように、ループコイルの中央軸がサドルコイルの中央縦軸に一致し、およびループコイルがサドルコイルの一軸端に位置付けされるよう、ループコイルはソレノイドコイルに重ね合わされる。この構成によれば、コイルアレイは、イメージング装置の垂直主磁場に対しループコイルおよびサドルコイルの両者の中央軸を平行なアラインとしつつ、垂直磁場ＭＲＩ装置内でうつ伏せに横たわる被検体の胸部の上界において、被検体の胸郭に隣接対峙するループコイルにフィットする。
【００２６】
ループコイルのオフ軸磁場成分（すなわち２５ａ，２５ｂ，および２５ｃ）はコイルアレイの中央軸および垂直磁場Ｂ０に対して垂直であり、サドルコイル単独の使用では不可能であろう胸部領域のイメージングを実現するために、胸郭壁内部原子核の章動に対し感度を有するべきである。図４（ａ）および（ｂ）のアレイのループおよびサドルコイルを直列接続する代わりに、図３（ｂ）に示したように構成し、アナログ混合器に接続してもよい。
【００２７】
垂直磁場Ｂ０内に横たわるうつ伏せの被検体の胸部及び胸郭領域をイメージングする別の実施形態に係るコイルアレイは、２つのサドルコイルおよびループ型コイルからなり、これらが同軸に重ね合わされた３つのコイルを備えてなる。かかる実施形態を図５の巻線構造により示す。この構成によれば、２つのコイルが（２つのサドルコイルの）四辺または（サドルおよびループ又はソレノイドコイルの）アナログ混合器のいずれかに接続され、単信号チャネルを与える。第二のチャネルを与えるための第三のコイル、または全３つのコイルが、図３（ｃ）乃至（ｅ）に示すように３つの信号チャネルを与えるべく別々に使用される。
【００２８】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず種々変形して実施可能である。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、垂直磁場Ｂ０に配置されたうつ伏せ又は仰向けの被検体の胸部又は胸郭領域のイメージングに好適な磁気共鳴イメージング装置用のＲＦコイルアレイ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る垂直主磁場ＭＲＩシステムの主要部分の概略構成を示す図
【図２】（ａ）はループ型コイル、およびソレノイドコイルの巻線構造を示す図、（ｂ）はサドル型ＲＦコイルの巻線構造を示す図
【図３】本発明に係り、垂直主磁場方式のＭＲＩシステムに用いられるＲＦコイルアレイ構成を模式的に示すダイアグラム図
【図４】図３（ａ）に示したコイルアレイ構成の代表的な巻線構造を示す図
【図５】図３（ｂ）乃至（ｅ）の３つのコイルアレイ構成に係る代表的な巻線構造を示す図
【符号の説明】
１０…被検体
２０…静磁場生成磁石
３０…傾斜磁場生成用コイル
４０…傾斜磁場生成ユニット
５０…高周波送信ユニット
６０…高周波受信ユニット
７０…信号処理ユニット
８０…ディスプレイ装置
【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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