(57)【要約】本発明は、磁気共鳴イメージング装置に永久的に取り付けられるＲＦコイル（ボディコイル）として構成される、又はいわゆる専用ＲＦコイル（即ち、検査すべき部位の上又はその周囲に配置すべき個別のＲＦコイル、例えば頭部コイル、肩部コイル、フレキシブルサーフェースコイル等）として構成される磁気共鳴イメージング用のＲＦ信号送信及び／又は受信装置（ＲＦコイルシステム）及びこのようなＲＦコイルシステムが設けられた磁気共鳴イメージング装置に関する。このＲＦコイルシステムは、複数の共振導体素子（２０１，２０１，．．，２０８；２１１，２１２，．．，２１８）、特にλ／４モノポール素子から成ることを特徴とする。これにより、同一の長さの既知のＲＦコイルシステムと比較して、かなり大きな有効視野と磁場特性の一定の変化及び急激な低下がＲＦコイルシステムの縁部に達成されるが、構成は比較的簡単且つ経済的なままとなる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の共振導体素子からなることを特徴とする磁気共鳴イメージングのためのＲＦ信号送信及び／又は受信用装置（ＲＦコイルシステム）。
【請求項２】
前記導体素子はそれらの一端がＲＦシールドにＲＦ結合され、それらの他端が開放されていることを特徴とする請求項１記載のＲＦコイルシステム。
【請求項３】
前記導体素子はλ／４モノポール素子であることを特徴とする請求項１記載のＲＦコイルシステム。
【請求項４】
前記導体素子の長手方向に対して直角方向に移動可能に配置された誘電体材料からなる少なくとも１つのチューニング素子を具え、該チューニング素子が前記導体素子の区域において異なる幅及び／又は厚さのセグメントを有し、該チューニング素子の移動により当ＲＦコイルシステムの共振周波数が同調可能であることを特徴とする請求項１記載のＥＦコイルシステム。
【請求項５】
前記導体素子が前記シールドまでのそれらの距離に関して及び／又はそれらの長手方向に平行に移動可能に配置され、前記導体素子の移動により当ＲＦコイルシステムの共振周波数が同調可能であることを特徴とする請求項１記載のＥＦコイルシステム。
【請求項６】
前記導体素子は本質的に円筒状のＲＦシールドの内部表面上に、それらの長手方向が前記ＲＦシールドにより囲まれた検査区域の軸方向に延在するように配置されていることを特徴とする請求項１記載のＲＦコイルシステム。
【請求項７】
前記導体素子は第１群と第２群に配置され、両群の導体素子は前記検査区域の軸方向に互いにずらせて配置され、前記導体素子はそれらの軸方向の外側端で前記ＲＦシールドに結合されていることを特徴とする請求項６記載のＲＦコイルシステム。
【請求項８】
前記導体素子は本質的に平坦のＲＦシールド上に、それらの長手方向が中心から半径方向に延在するように配置されていることを特徴とする請求項１記載のＲＦコイルシステム。
【請求項９】
請求項１に記載のＲＦコイルシステムを具えることを特徴とする磁気共鳴イメージング用の専用ＲＦコイル。
【請求項１０】
水平円筒状検査区域（アキシャルシステム）と請求項６に記載のＲＦコイルシステムを具えることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項１１】
垂直円筒状検査区域（バーチカルシステム）と請求項８に記載のＲＦコイルシステムを具えることを特徴とする磁気共鳴イメージング用の専用ＲＦコイル。
【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装置に永久的に取り付けられるＲＦコイルとして構成される、又はいわゆる専用ＲＦコイル（即ち、検査すべき部位上又はその周囲に配置すべき個別のＲＦコイル、例えば頭部コイル、肩部コイル、フレキシブルサーフェースコイル等）として構成される磁気共鳴イメージング用のＲＦ信号送信及び／又は受信装置（以後一般に「ＲＦコイルシステム」という）及びこのようなＲＦコイルシステムが設けられた磁気共鳴イメージング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴（ＭＲ）イメージング装置は特に病人の検査や処置に使用されている。定常主磁場（Ｂ0磁場）により整列された検査すべき細胞組織の核スピンが主磁場に直角のＭＲ又はラーモア周波数を有するパルス状Ｂ1磁場により励起される。更に、位置決定のために核スピンに傾斜磁場も加えられる。この励起により誘起されたＲＦ緩和信号を受信し評価して当該組織の画像を既知の方法で再構成する。
【０００３】
本質的には２つのタイプの構成に区別される。一方のタイプは、所謂アキシャルシステムであって、このシステムでは、患者(病人)は本質的に水平方向の管状の検査区域内に導入される。上記の磁場が検査区域の周囲に沿って配置された磁気コイルによって発生され、主磁場は患者の長手方向軸の方向に患者を横断する。
【０００４】
他方のタイプは所謂オープンＭＲイメージング装置(バーチカルシステム)であって、このシステムでは、主磁場が、一般的に言えば、上下に配置された２つの磁極板間で発生され、それらの間に患者の円筒状検査区域が構成される。主磁場（Ｂ0磁場）は本質的に患者の長手方向軸に直角の方向（即ち、垂直方向）に横断する。この場合には、患者は殆どあらゆる面から、即ちイメージング中でも、接近可能のままとなるため、インターベンショナル検査も実行可能である。
【０００５】
ＲＦコイルシステムは、Ｂ1磁場（ＲＦ磁場）を発生するとともにＲＦ励起信号を受信するために前記システムに永久に取り付けられる（所謂ＲＦボディコイル）。このようなコイルの構成及び位置合わせは画質、特に信号対雑音比及び解像度に決定的な影響を与える。
【０００６】
また、例えば頭部コイル、肩部コイル等のような専用（個別）ＲＦコイルも使用されている。これらのコイルは少なくとも部分的にフレキシブルなサーフェースコイル又はパッドとしても知られており、患者の検査すべき部位の周囲又は上に配置することができる。
【０００７】
この点において、画像化すべき全検査区域ができるだけ一様なＲＦ磁場で横断されることが極めて重要であり、またＲＦコイルシステムの受信特性がこの区域内でできるだけ一定であることが重要である。更に、ＲＦコイルシステムの有効視野（ＦＯＶ）が少なくともほぼ一定のＢ0磁場の空間及び傾斜磁場を発生する傾斜コイルの有効空間をできるだけ正確に横切って延在し、得られる限定された有効検査区域(及びこの区域のみ)ができるだけ完全に且つ一定に露出されて無妨害イメージングに使用されるようにする必要がある。
【０００８】
例えば、米国特許第６，１５０，８１６号には、少なくとも第１、第２及び第３ＲＦコイルから成り、これらのコイルは互いに電気的に絶縁され、個別に駆動することができ且つそれらの間に磁気的結合が存在しないように軸方向に互いにオーバラップするように配置されたＲＦコイルシステムが開示されている。その狙いは改善された信号対雑音比のみならずＲＦコイルシステムの拡大された切り替え可能な有効視野を提供することにある。
【０００９】
しかし、このシステムは、このコイルシステムの軸方向の長さがこの方向の有効視野の長さと比較して大きい欠点、即ち有効視野の軸方向端においてＲＦ磁場又は受信特性のできるだけ一定の変化及び急降下が望まれるときに特に大きい欠点を有する。
【００１０】
従って、本発明の一般的な目的は、有効検査区域を送信又は受信特性（磁場特性）に関して高度に一定の有効視野で露出することができるＢ1磁場を発生する及び／又はＲＦ緩和信号を受信する装置（一般にＲＦコイルシステムという）を提供することにある。
【００１１】
特に、本発明の目的は、軸方向に少なくともほぼ一定のＢ0磁場及び傾斜磁場の寸法に適合され且つ軸端で比較的急激に減少する磁場特性を、この方向に比較的小さい寸法のＲＦコイルシステムを使用して発生させることができるアキシャルシステムの形態のＭＲイメージング装置用の上述した種類のＲＦコイルシステムを提供することにある。
【００１２】
最後に、本発明の目的は、更に、検査区域の半径方向に少なくともほぼ一定のＢ0磁場及び傾斜磁場の寸法に適合され且つ軸端で比較的急激に減少する磁場特性を得ることができるバーチカルシステムの形態のＭＲイメージング装置用の上述した種類のＲＦコイルシステムを提供することにある。
【００１３】
上記の目的は、請求項１に従って、複数の共振導体素子で構成された磁気共鳴イメージングのためのＲＦ信号送信及び／又は受信用装置（ＲＦコイルシステム）によって達成される。
【００１４】
このＲＦコイルシステムは本質的に波共振器を構成する。この解決手段の特別の利点は、アキシャルシステムにおいてＲＦコイルシステムの軸方向の有効視野の寸法とこのＲＦコイルシステムの軸方向長さとの比を約２倍に増大することができることにある。
【００１５】
更に、この解決手段によれば、システムに永久に取り付けられるＲＦコイルを実現できるのみならず、前述した専用ＲＦコイルも実現することができる。
【００１６】
この解決手段の他の利点は、本発明のＲＦコイルシステムは既知のＲＦコイルシステムと比較してかなり簡単且つ経済的に構成することができることにある。
【００１７】
従属請求項は本発明の有利な他の実施例に関連する。
請求項２及び３に記載された実施例によれば、所望の送信又は受信特性を比較的簡単且つ経済的に達成することができる。
【００１８】
請求項４に記載された実施例は、検査すべき組織のＭＲ周波数へのチューニングを簡単に達成することができる利点を提供する。ＭＲ周波数へのチューニングの他の方法は請求項５に記載された実施例に開示されている。この実施例は、ＲＦコイルシステムの共振周波数がそれぞれの共振導体素子の相互距離及び／又はシールドまでのそれらの距離に依存する事実にに基づいている。
【００１９】
請求項６及び７は、アキシャルシステムの永久取付け用又はＲＦボリュームコイル用のＲＦコイルシステムの実施例を記載しているが、請求項８に記載された実施例はバーチカルシステム用又はＲＦサーフェースコイル用である。請求項６、７及び８に記載された実施例は請求項４及び／又は請求項５の実施例と組み合わせることができること勿論である。
【００２０】
本発明の他の詳細、特徴及び利点は図面を参照して以下に記載する好適実施例の説明から明らかになる。
【００２１】
図1は導電材料の外部ＲＦシールド１を具える直交ボディコイル（ＱＢＣ）の概略図である。
【００２２】
ＲＦシールド１の内周面上に、本発明によるＲＦコイルシステムの第１実施例が設けられている。このＲＦコイルシステムは、周面に沿って分布された第１群の導体素子２０１，２０２，２０３，．．．と、同様に周面に沿って分布された第２群の導体素子２１１．２１２，２１３，．．．を具える。すべての導体素子は検査区域の軸方向（ｚ方向）に延在し、同一の長さを有する。各群の導体素子は本質的にｚ方向において同一のレベル(高さ)に位置する。
【００２３】
しかし、所定の磁場特性を実現するために、導体素子はｚ方向に異なる長さを有する及び／又は異なるレベルに位置するものとしてもよい。
【００２４】
両群の導体素子は、検査区域の円周方向に見て、導体素子が互いに部分的にオーバラップし、従って互いに結合するように、ｚ方向に互いにずらせて配置される。この場合、円周方向に見て、導体素子２０１，２０２，．．．；２１１，２１２，．．．が交互に第１群及び第２群に属する。相互のオーバラップがない場合にも導体間の結合が可能であるが、この場合には磁場特性を現状では均一にすることはできない。
【００２５】
導体素子２０１，２０２，．．．；２１１，２１２，．．．が位置する周面の電気的実効長さは、周囲材料（例えば、後述するチューニング構造及び患者シールディング）の誘電率により決まり、ＲＦ周波数（ラーモア周波数）の波長λにほぼ対応するようにする。
【００２６】
ＲＦコイルシステムを低い周波数で使用する場合には、更に、その電気的長さを所定の円周に対して減少させるために他の誘電体構造を付加することができる。
【００２７】
導体素子２０１，２０２，．．．；２１１，２１２，．．．の長さは、これらの素子がＲＦ周波数で共振するように、従って既知のＲＦコイルシステムと反対に、一定でない電流分布が導体素子２０１，２０２，．．．；２１１，２１２，．．．に沿って生ずるように設計する。
【００２８】
導体素子２０１，２０２，．．．；２１１，２１２，．．．の各々は共振導体、好ましくはλ／４の長さを有する金属箔のモノポール素子で形成される。２つの群のオーバラップ区域に位置するモノポール素子の端は開放させるが、モノポール素子の反対側（軸方向の外側）端はＲＦシールド１に結合させる。
【００２９】
モノポール素子の軸方向内側端もそれらの電気的長さを減少させるためにキャパシタを経てＲＦシールド１に接続して、電流がこれらの領域で零値に低下しないようにすることもできる。従って、これらの領域におけるＲＦコイルシステムの磁場特性の変化を軸方向外側領域における変化に一層適切に適応させることができる。
【００３０】
図２は、検査区域の内部から見た、広げた状態のＲＦシールド１の平面図を示す。部分的に互いにオーバラップする２つの群２０，２１のモノポール素子２０１，２０２，．．，２０８；２１１，２１２，．．，２１８がこの図でも認識することができる。
【００３１】
このＲＦコイルシステムは、モノポール素子２０１，２０２，．．，２０８をｚ方向に移動させるとともにモノポール素子２１１，２１２，．．，２１８を−ｚ方向に移動させることにより群２０、２１のオーバラップ区域を増大させてＲＦコイルシステムの共振周波数を減少させることにより検査組織のラーモア周波数に同調させることができる。モノポール素子２０１，２０２，．．，２０８を−ｚ方向に移動させるとともにモノポール素子２１１，２１２，．．，２１８をｚ方向に移動させることにより群２０、２１のオーバラップ区域を減少させてＲＦコイルシステムの共振周波数を増大することができる。これに代えて、あるいは、これに加えて、ラーモア周波数への同調は、モノポール素子２０１，２０２，．．，２０８；２１１，２１２，．．，２１８とＲＦシールド１との間の距離(間隔)を変化させることにより達成することもできる。この距離の増大は共振周波数の減少を生じ、この距離の減少は共振周波数の増大を生じる。
【００３２】
ＲＦコイルシステムを検査組織のラーモア周波数に同調させる他の可能な方法について以下に説明する。図２では、（巻いた状態では閉じてリングを形成する）誘電体材料のストリップ状素子２２、２３の形態のチューニング構造が各群２０、２２に設けられている。このチューニング構造は本質的にモノポール素子の長手方向に対して直角方向に延在し、各群２０、２１内のモノポール素子２０１，２０２，．．，２０８；２１１，２１２，．．，２１８の数と一致して周期的に反復増大した幅及び／又は厚さを有する。図示の例では、この目的のために素子２２，２３(又はリング)の片側が鋸歯形状を有している。
【００３３】
更に、ストリップ素子又はリング２２、２３は、（一緒に又は独立に）ＲＦシールド１の円周方向に(本例では矢印Ａの方向)に移動(又は回転)できるように配置され、その位置に応じて、小さい又は大きい幅を有するリング２２又は２３の区分が各モノポール素子２０１，２０２，．．，２０８；２１１，２１２，．．，２１８の領域に位置するよう構成されているので、モノポール素子の部分の特性インピーダンスを変更することができる。
【００３４】
従って、このＲＦコイルシステムは、誘電体リング２２、２３を円周方向に回転させることにより検査組織のラーモア周波数に同調させることができる。
【００３５】
図３は図１に示すＲＦコイルシステムの横断面図（x/y面）である。図３には、ＲＦシールド１と第１群の共振モノポール素子２０１，２０２，．．，２０８が示されている。誘電体のリング２２，２３(チューニング構造)は示されてない。
【００３６】
図３には、検査区域の軸方向におけるモノポール素子２０１，２０２，．．，２０８の外側端を経てＲＦシールド１に結合される複数のダイオード（例えばｐｉｎダイオード）Ｄ１，Ｄ２，．．，Ｄ８も示されている。モノポール２０１，２０２，．．，２０８の反対側の遊端は、ＲＦ信号に対して極めて高いインピーダンスを構成するインダクタンス、例えばチョークコイル(図示せず)を介して相互接続される。
【００３７】
従って、ダイオードＤ１，Ｄ２，．．，Ｄ８は、ＲＦシールド１とチョークコイルを介して接続されたモノポール素子２０１，２０２，．．，２０８の遊端との間にバイアス電圧を供給することにより導通又は遮断することができる。導通状態では、モノポール素子２０１，２０２，．．，２０８がダイオードＤ１，Ｄ２，．．，Ｄ８を経てＲＦシールド１に接続されるため、ＲＦコイルシステムは上述したように動作する。ダイオードＤ１，Ｄ２，．．，Ｄ８がバイアス電圧の変更により遮断されると、ＲＦコイルシステムはデチューン（離同調）される。これは、例えば異なるＲＦコイルシステムを送信及び受信に使用するとき及びＲＦコイルシステムが不作動時に共振又は結合作用により妨害されないようにする必要があるときに意義がある。
【００３８】
最後に、図３には、患者を取り囲む他のＲＦシールド２４(患者シールド)が検査区域に設けられている。これは、患者がモノポール素子の遊端に生ずる比較的高い電界にされされるのを防止して、高いＳＡＲ（specific absorption ratio）が生ずるようにするものである。
【００３９】
このシールド２４は、このシールドに、チューニング構造２２、２３につき述べたような周期的に反復する断面積変化を設け、回転可能に配置すれば、ＲＦコイルシステムのチューニング構造として作用させることもできる。
【００４０】
既に述べたように、記載したＲＦコイルシステムによれば、導体素子に沿った電流分布はＲＦ周波数における共振長のために一定にならずにコサイン状に変化する。
【００４１】
図４及び図５はその結果の磁界強度Ｈの変化への影響を示す。図４は、導電面Ｅの上方に配置された導体Ｌに定電流分布の導体Ｌが存在する場合に生起する変化を示し、図５は、このような導体Ｌにコサイン状の電流分布が存在する場合の変化を示す。
【００４２】
λ／４モノポール素子の場合には、モノポール素子の電流はＲＦシールド１に結合された軸方向の外側端で最大値を有し、内側開放端の方向に本質的にコサイン状に最小値又は零値に低下する。
【００４３】
各群２０、２１のモノポール素子は互いに電気的に且つ磁気的に結合され、種々の動作モードにおいて共振する。これらの動作モードは検査区域の軸に直角の平面（x/y平面）内に極めて一定の磁場を発生することができる。これらの動作モードは、２つの群のモノポール素子の配置の結果として偶数動作モードと奇数動作モードに分割される。
【００４４】
奇数（低）動作モードでは、隣接するモノポール素子内をｚ方向に流れる電流はＲＦコイルシステムのｚ方向に位置する（軸方向）端において同じ位相を有し、その都度最大値を示すため、全体的にほぼ一定の磁界変化がz方向に得られ、この方向の有効視野が既知のＲＦコイルシステムと比較して著しく大きくなる。
【００４５】
z方向の磁場特性のもっと急激な低下、従ってもっと矩形状の変化は、ＲＦコイルシステムの２つの軸方向端に他の群のモノポール素子(図示せず)を付加し、他の群のモノポール素子の電流が第１又は第２群２０、２１の隣接するモノポール素子の電流に対して１８０度の移相を示すようにすれば、達成することができる。
【００４６】
図６は第１のＲＦコイルシステムにより発生される磁場強度Ｈyの変化を概略的に示し、ＲＦシールド１内のy/z(又はx/z)平面内の２つのモノポール素子２０１，２０５も示されている。既知の鳥かご型コイル(例えば頭部コイル)と比較して、有効視野対コイル長比を例えば約２倍に増大させることができる。
【００４７】
本発明の原理は前述したオープンＭＲイメージング装置（バーチカルシステム）にも使用可能である。図７はＭＲイメージング装置の垂直円筒状検査区域の少なくとも一方の軸方向端の区域において送信及び／又は受信アンテナとして固定配置されるＲＦコイルシステムの形態の本発明の第２の実施例を示す。
【００４８】
このＲＦコイルシステムもＲＦシールド１ａが設けられ、このシールドも一群の共振導体素子３０１，３０２，．．，３１２の支持体として作用する。これらの導体素子はＲＦシールド１ａの中心から半径方向に延在するように配置される。これらの導体素子３０１，３０２，．．，３１２の外側端は本例でもＲＦシールド１ａに結合する。
【００４９】
この結合は同様にそれぞれのダイオード(図示せず)を介して実現することができ、また反対側に位置する内側端はＲＦ信号に対して極めて高いインピーダンスを構成するインダクタンスを介して互いに接続することができる。必要に応じ、上述の説明に従ってバイアス電圧の印可によりＲＦコイルシステムをデチューンすることができる。
【００５０】
更に、上述の説明に従って導体素子３０１，３０２，．．，３１２の半径方向内側端は開放するか、図７に示すように、それらの電気的長さを減少させるためにキャパシタＣ１，Ｃ２，．．，Ｃ１２を経てＲＦシールド１ａに接続してこれらの区域で電流が零値に低下しないようにする。このようにすると、半径方向に一層一定である磁場変化を発生させることができる。
【００５１】
この実施例では、導体素子３０１，３０２，．．，３１２は同様に金属箔のλ／４モノポール素子とするのが好ましく、これらの素子は半径方向に外側に向かって幅広にすることができる。更に、第１の実施例について説明した前述の説明がこのＲＦコイルシステムの動作にも当てはまる。
【００５２】
このＲＦコイルシステムは、導体素子３０１，３０２，．．，３１２をそれらの半径延長方向に平行に移動させる及び／又はシールド１ａまでの距離を変化させることによりラーモア周波数に同調させることができる。
【００５３】
更に、この実施例にも、前述の説明に従って、例えば円周に沿って周期的に変化する幅及び／又は厚さを有する誘電体からなる１以上の同心リングの形態のチューニング構造を設けることができる。
【００５４】
これらの実施例では、導体素子の結合を変更し、従ってＲＦコイルシステムの磁場特性を所定の要件に適応させるために、これらの導体素子をこれらの導体素子の長さに沿って配置されたキャパシタを経て互いに接続することができる。
【００５５】
完全のために、本発明のＲＦコイルシステムでは、円偏波磁場を発生させるために、複数の導体素子への電力供給は適切に移相されたＲＦ信号で行うことができ、また受信ＲＦ信号はこのような導体素子により対応する方法で取り出すことができる点に注意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明による第１のＲＦコイルシステムを具えたボディコイルの三次元表現図である。
【図２】内部から見た前記ボディコイルの平面図である。
【図３】前記ボディコイルの横断面図である。
【図４】一平面の上の導体の磁界強度の変化を示す図である。
【図５】一平面の上の導体の磁界強度の変化を示す図である。
【図６】前記第１のＲＦコイルシステム内の磁界強度の典型的な変化を示す図である。
【図７】バーチカルシステムの形態のＭＲイメージング装置用の第２のＲＦコイルシステムの平面図である。
【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】
2006507869.tif 000009
【国際調査報告】
2006507869.tif 000010
2006507869.tif 000011
2006507869.tif 000012