(57)【要約】【課題】簡単な設計で、ＭＲＩ用フィールドコイルのデチューニングが可能なデチューナブルコイル・アセンブリを提供する。【解決手段】特定の共鳴周波数で共鳴するメインコイルと、スイッチング可能で、オンされるとメインコイルと誘導結合してメインコイルをその共鳴周波数からデチューニングするデチューニングコイルとを含むデチューナブルコイル・アセンブリ。デチューニングコイルとメインコイルとは互いに電気的に絶縁されている。メインコイルは多重同調コイルの一種でもよく、デチュンーニングコイルをオンにすることにより、メインコイルがその複数の特定の共鳴周波数から同時にデチューニングされるものであってもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定の共鳴周波数で共鳴する円筒形メインコイルと、
スイッチング可能で、前記メインコイルと電気的に絶縁され、かつオンされると前記メインコイルと誘導結合して前記メインコイルを前記共鳴周波数からデチューニングするデチューニングコイルとを含む、デチューナブルコイル・アセンブリ。
【請求項２】
前記メインコイルが２つの共鳴周波数を有するクワドラチャコイルであり、前記デチューニングコイルが前記メインコイルを前記共鳴周波数の両方から同時にデチューニングする請求項１に記載のデチューナブルコイル・アセンブリ。
【請求項３】
前記メイムコイルが多重にチューニングされて複数の共鳴周波数で共鳴し、前記デチューニングコイルが前記メインコイルを前記複数の共鳴周波数の各々から同時にデチューニングする請求項１に記載のデチューナブルコイル・アセンブリ。
【請求項４】
前記メインコイルが、互いに軸方向に離間した一対の導電性環状素子と、前記一対の環状素子の間に跨って延びて該環状素子同士を電気接続する複数の導電性部分とを有する円筒形のバードケージコイルである請求項１に記載のデチューナブルコイル・アセンブリ。
【請求項５】
前記メインコイルが、互いに軸方向に離間した一対の導電性環状素子と、前記一対の環状素子の間に跨って延びて当該環状素子同士を電気接続する複数の導電性部分とを有する円筒形のバードケージコイルである請求項２に記載のデチューナブルコイル・アセンブリ。
【請求項６】
前記メインコイルおよび前記デチューニングコイルの両方を包囲するシールドをさらに含み、前記デチューニングコイルが前記メインコイルと前記シールドとの間に配置されている請求項１に記載のデチューナブルコイル・アセンブリ。
【請求項７】
前記デチューニングコイルが、キャパシタ内蔵導電性ワイヤと、少なくとも一つのＰＩＮダイオードと、前記メインコイルと前記デチューニングコイルとが誘導結合するように前記一つのＰＩＮダイオードをオンにする電圧を供給する電圧源とを含む請求項１に記載のデチューナブルコイル・アセンブリ。
【請求項８】
前記デチューニングコイルが、キャパシタ内蔵導電性ワイヤと、少なくとも一つのＰＩＮダイオードと、前記メインコイルと前記デチューニングコイルとが誘導結合するように前記一つのＰＩＮダイオードをオンにする電圧を供給する電圧源とを含む請求項２に記載のデチューナブルコイル・アセンブリ。
【請求項９】
一つまたは複数の特定の共鳴周波数で共鳴するフィールドコイルであるＭＲＩ用メインコイルのデチューニング方法であって、
スイッチング可能で、前記メインコイルと電気的に絶縁されているが、オンされると前記メインコイルと誘導結合するように前記メインコイルに対し配置されたデチューニングコイルを設置する工程と、
前記デチューニングコイルをオンにして、前記デチューニングコイルと前記デチューニングコイルとを誘導結合させ、前記メインコイルを特定の共鳴周波数からデチューニングする工程とを含む、デチューニング方法。
【請求項１０】
前記デチューニングコイルが一つまたは複数のＰＩＮダイオードを有しており、前記デチューニングコイルをオンする工程は、前記一つまたは複数のＰＩＮダイオードを電圧源へ電気接続することを含む請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記メインコイルが２つの共鳴周波数を有するクワドラチャコイルであり、前記デチューニングコイルが前記メインコイルを前記共鳴周波数の両方から同時にデチューニングする請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記メインコイルが、互いに軸方向に離間した一対の導電性環状素子と、前記環状素子の間に跨って延びる複数の導電性部分とを有する円筒形のバードケージコイルである請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記メインコイルおよび前記デチューニングコイルの両方を包囲するシールドを、前記デチューニングコイルが前記メインコイルと前記シールドとの間に配置されるように設置する工程をさらに含む請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、核磁気共鳴（ＮＭＲ）現象を利用した磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）の分野における簡単な設計でクワドラチャ（直角）モードを両方同時にデチューニング可能なデチューナブルコイル・アセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＮＭＲを利用したイメージング（画像化）に、高周波（ＲＦ）励起磁場を生成してＮＭＲ信号を受信する様に特別に設計された個別のコイルを用いることは公知である。通常、励起には、被検者をつつみ込むような比較的大きな領域全体に均一なＲＦ磁場の生成が可能な大容量フィールドコイル（つまり「ボリューム（体積）コイル」）を用いる。身体の特定の局部からのＮＭＲ信号の受信には、小型のコイル（通常感度に優れＢ１（高周波磁場強度）均一性に劣る所謂「サーフェス（表面）コイル」等）が用いられ、詳細な画像化が行なわれる。励起コイルと受信コイルとはいずれも同一周波数で共鳴するようにチューニングされているので、これらのコイルは相互に作用、つまり結合してしまい、不均一な励起磁場が生じてしまう。
【０００３】
このような結合を最小限に抑えるため、励起用ボリュームコイルおよびサーフェスコイルの両方にアクティブにデチューニング機能を備えて製造することは公知である。励起用ボリュームコイルがサンプルを励起している間、サーフェスコイルは異なる周波数へデチューニングされる。励起フェーズになった直後にボリュームコイルを共鳴外周波数へデチューニングし、サーフェスコイルを共鳴周波数へ再度チューニングして検出を行なう。従って、本願において「デチューニング」とは、少なくとも、２つのコイルにおける各共鳴ピークの幅半分（半値幅）を足し合わせた幅で行なう周波数シフトを意味する。デチューニング操作は数マイクロ秒内で行なう必要があることから、該操作にＰＩＮダイオードをスイッチとして利用することも公知である。
【０００４】
ＮＭＲボリュームコイルをアクティブにデチューニング（ディスエーブル化）する従来の装置および方法としては、下記特許文献１（１９８９年５月２３日、M.G.Eashに対し発行）および下記特許文献２（１９８８年８月９日、M.Arakawaらに対し発行）に開示されたものがある。これらの従来の装置の特徴は、フィールドコイルのＲＦ回路に電気接続されたＰＩＮダイオード内臓スイッチ回路を有することであるが、該特徴が電流処理を困難にしており、電気ノイズの問題を深刻化させている。
【特許文献１】
米国特許第４，８３３，４０９号明細書
【特許文献２】
米国特許第４，７６３，０７６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、簡単な設計で、ＭＲＩ用フィールドコイルのデチューニングが可能なデチューナブルコイル・アセンブリを提供することである。
本発明の他の目的は、フィールドコイルのクワドラチャモードの周波数を両方同時にシフト可能な、コイル・アセンブリを提供することである。
本発明のさらなる目的は、簡単な設計のデチューニングコイルを用いたＭＲＩ用ＲＦフィールドコイルのデチューニング方法を提供することである。
【０００６】
本発明のさらなる目的は、ＭＲＩ用クワドラチャフィールドコイルにおけるクワドラチャモードの両方の周波数からのデチューニング方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明を具体化したデチューナブルコイル・アセンブリは、特定の共鳴周波数で共鳴するメインコイルと、スイッチング可能で、オンされるとメインコイルと誘導結合して、メインコイルをその共鳴周波数からデチューニングするデチューニングコイルとを備えているということだけでなく、デチューニングコイルとメインコイルとが互いに電気的に絶縁されていることを特徴としている。ＭＲＩに適応される場合フィールドコイルとして作動するメインコイルは、デチューニングコイルの低周波数スイッチ回路とは物理的に分離されているので、回路設計が性能に悪影響を及ぼすことなく非常に簡素化される。本発明は、メインコイルがクワドラチャバードケージ（鳥かご）コイル、またはコイルアレイを伴った多重同調コイルである状況に適応可能であり、メインコイルがその複数の共鳴周波数から同時にデチューニング可能となる。
【０００８】
以下、異なるコイルの構成部材であっても、同様の構成部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
添付図面は、開示に組み込まれその一部を形成しており、本発明の実施形態を示すものであり、以下の記載と共に本発明の主旨を説明するものである。
図１に本発明を具体化したデチューナブルコイル・アセンブリの全体的な構造を概略的に示す。該アセンブリは、励起用の円筒形フィールドコイル（以下「メインコイル１０」という。）とスイッチング可能なデチューニングコイル３０とを有するということだけでなく、メインコイル１０とデチューニングコイル３０とが互いに電気的に絶縁された関係にあるが、スイッチング可能なデチューニングコイル３０がオンにされる、つまり閉じられると両コイルが誘導結合して、この誘導結合の結果デチューニングコイル３０によりメインコイル１０がデチューニングされるのに十分な程度に互いに近接していることを特徴としている。
【００１０】
図１は、C.E.Hayesら著、"An Efficient, Highly Homogeneous Radio Frequency Coil for Whole Body NMR Imaging at 1.5T", J.Magn.Reson., 63, １９８５年、p.622-628、等に開示されている公知の円筒形バードケージ（鳥かご）コイルを示しており、該コイルは、互いに軸（円筒形状のメインコイル１０の中心軸に関する）方向に離間した一対の導電性環状素子１２と、キャパシタを内蔵し、これらの環状素子１２間に跨って延びて環状素子１２同士を電気的に接続する複数の導電性部分（レッグ１５）とを有する。
【００１１】
図２に本発明の一実施形態によるデチューニングコイル３０と、ほぼ円筒形状のシールド４０とを併せて示す。該シールド４０は、デチューニングコイル３０がメインコイル１０とシールド４０との間に配置されるように、メインコイル１０およびデチューニングコイル３０の両方を包囲するものである。本実施形態のデチューニングコイル３０は、キャパシタ内蔵導電性ワイヤ（Ｃｕワイヤ等）３２とＰＩＮダイオード３５とを接続して共に、単一の閉鎖環状体として構成したものである。該単一閉鎖環状体の領域は、方位角上、つまり円筒形状のメインコイル１０（図２では省略）の中心軸周りに約１８０度にわたって広がっている。デチューニングコイル３０はメインコイル１０の近傍に位置しているが、電気的に絶縁状態にある。デチューニングコイル３０内のキャパシタＣは、ｄｃブロック用でありチューニング用のものではない。ＰＩＮダイオード３５は電圧源３８に接続されている。ＰＩＮダイオード３５がオンにされていない場合（つまり、電圧源３８に電気接続されていない場合）、メインコイル１０とデチューニングコイル３０との間に誘導結合は生じない。ＰＩＮダイオード３５がオンにされる、つまり閉じられると、デチューニングコイル３０とメインコイル１０とが誘導結合し、その結果メインコイル１０がデチューニングされるのに十分な程度に、デチューニングコイル３０は、メインコイル１０の近傍に配置されている。
【００１２】
メインコイル１０が示されたのは図１、２つのクワドラチャ（直角）モードが９０度離れたクワドラチャコイルである。従って、上述したように方位角上約１８０度にわたって広がるデチューニングコイル３０は、メインコイル１０をそのクワドラチャモードの両方から同時にデチューニング可能である。
図３に本発明の異なる実施形態による別のデチューニングコイル３０1を示す。参照番号４０は、ここでもメインコイル１０およびデチューニングコイル３０1の両方を包囲する円筒形のシールド４０を示す。本実施形態のデチューニングコイル３０1は図２に示すデチューニングコイル３０とは、キャパシタ内蔵導電性ワイヤ３２とＰＩＮダイオード３５との接続および構成パターンが異なる。図３に示す本実施形態によると、ワイヤ３２自体が閉鎖環状体として構成され、２つの環状部分が、各環状部分の一部をなすＰＩＮダイオード３５を共有することで形成されるように、該閉鎖環状体上の２箇所がＰＩＮダイオードにより接続されている。該２つの環状部分は、円筒形状のメインコイル１０の中心軸に関して対向しており（１８０度互いに離反している）、各々が方位角上約９０度にわたり広がっている。従って、該デチューニングコイル３０1は、クワドラチャモードの一方のみをデチューニングするものである。デチューニングコイル３０1はより大きな誘導結合が得られるという点において有利である。
【００１３】
以上限られた数の例により本発明を説明したが、これらの例は本発明の範囲を制限するものではない。本発明の範囲内において、多数の変形および変更が可能である。例えば、メインコイルは、同軸上に入れ子状に組み立てられたバードケージコイルなどである複数のコイル（またはコイルアレイ）から構成される多重同調（マルチチューンド）コイル・アセンブリであってもよく、デチューニングコイルは、メインコイルをその全ての共鳴周波数からデチューニングしてもよい。該多重同調コイルは、同一の周波数へチューニングされてもよく、デチューニングコイルはコイルアレイの一部をデチューニングしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明を具体化したデチューナブルコイル・アセンブリの構造を全体的に示す概略図である。
【図２】本発明を具体化したデチューニングコイルの構造を全体的に示す概略図である。
【図３】本発明を具体化した別のデチューニングコイルの構造を全体的に示す概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年7月21日(2003.7.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定の周波数で共鳴する円筒形メインコイルと、
スイッチ、および前記メインコイルに近接し前記メインコイルと電気的に絶縁された少なくとも一つの環を備えたデチューニングコイルであって、前記少なくとも一つの環の電気的な終端に前記スイッチがあり、このスイッチにより前記少なくとも一つの環を介した連続が確立されて、前記デチューニングコイルが前記メインコイルに誘導結合され、前記デチューニングコイルに結合された前記メインコイルが前記特定の共鳴周波数とは異なる共鳴周波数を示す、デチューニングコイルとを含む、デチューナブルコイル・アセンブリ。
【請求項２】
前記メインコイルが２つの共鳴周波数を有するクワドラチャコイルであり、前記デチューニングコイルが前記メインコイルを前記共鳴周波数の両方から同時にデチューニングする、請求項１に記載のデチューナブルコイル・アセンブリ。
【請求項３】
前記メインコイルが多重にチューニングされて複数の共鳴周波数で共鳴し、前記デチューニングコイルが前記メインコイルを前記複数の共鳴周波数の各々から同時にデチューニングする、請求項１に記載のデチューナブルコイル・アセンブリ。
【請求項４】
前記メインコイルが、互いに軸方向に離間した一対の導電性環状素子と、前記一対の環状素子の間に跨って延びて該環状素子同士を電気接続する複数の導電性部分とを有する円筒形のバードケージコイルである、請求項１に記載のデチューナブルコイル・アセンブリ。
【請求項５】
前記メインコイルが、互いに軸方向に離間した一対の導電性環状素子と、前記一対の環状素子の間に跨って延びて当該環状素子同士を電気接続する複数の導電性部分とを有する円筒形のバードケージコイルである、請求項２に記載のデチューナブルコイル・アセンブリ。
【請求項６】
前記メインコイルおよび前記デチューニングコイルの両方を包囲するシールドをさらに含み、前記デチューニングコイルが前記メインコイルと前記シールドとの間に配置されている、請求項１に記載のデチューナブルコイル・アセンブリ。
【請求項７】
前記デチューニングコイルが、キャパシタ内蔵導電性ワイヤと、少なくとも一つのＰＩＮダイオードと、前記メインコイルと前記デチューニングコイルとが誘導結合するように前記一つのＰＩＮダイオードをオンにする電圧を供給する電圧源とを含む、請求項１に記載のデチューナブルコイル・アセンブリ。
【請求項８】
前記デチューニングコイルが、キャパシタ内蔵導電性ワイヤと、少なくとも一つのＰＩＮダイオードと、前記メインコイルと前記デチューニングコイルとが誘導結合するように前記一つのＰＩＮダイオードをオンにする電圧を供給する電圧源とを含む、請求項２に記載のデチューナブルコイル・アセンブリ。
【請求項９】
一つまたは複数の特定の共鳴周波数で共鳴するＭＲＩ用メインコイルのデチューニング方法であって、
スイッチング可能で、前記メインコイルと電気的に絶縁されているが、オンされると前記メインコイルと誘導結合するように前記メインコイルに対し配置されたデチューニングコイルを設置する工程と、
前記デチューニングコイルをオンにして、前記デチューニングコイルと前記デチューニングコイルとを誘導結合させ、前記メインコイルを特定の共鳴周波数からデチューニングする工程とを含む、デチューニング方法。
【請求項１０】
前記デチューニングコイルが一つまたは複数のＰＩＮダイオードを有しており、前記デチューニングコイルをオンする工程は、前記一つまたは複数のＰＩＮダイオードを電圧源へ電気接続することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記メインコイルが２つの共鳴周波数を有するクワドラチャコイルであり、前記デチューニングコイルが前記メインコイルを前記共鳴周波数の両方から同時にデチューニングする、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記メインコイルが、互いに軸方向に離間した一対の導電性環状素子と、前記環状素子の間に跨って延びる複数の導電性部分とを有する円筒形のバードケージコイルである、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記メインコイルおよび前記デチューニングコイルの両方を包囲するシールドを、前記デチューニングコイルが前記メインコイルと前記シールドとの間に配置されるように設置する工程をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
このような結合を最小限に抑えるため、励起用ボリュームコイルおよびサーフェスコイルの両方にアクティブなデチューニング機能を備えて製造することは公知である。励起用ボリュームコイルがサンプルを励起している間、サーフェスコイルは異なる周波数へデチューニングされる。励起フェーズになった直後にボリュームコイルを共鳴外周波数へデチューニングし、サーフェスコイルを共鳴周波数へ再度チューニングして検出を行なう。従って、本願において「デチューニング」とは、少なくとも、２つのコイルにおける各共鳴ピークの幅半分（半値幅）を足し合わせた幅で行なう周波数シフトを意味する。デチューニング操作は数マイクロ秒内で行なう必要があることから、該操作にＰＩＮダイオードをスイッチとして利用することも公知である。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
図１に示すメインコイル１０は、２つのクワドラチャ（直角）モードが９０度離れたクワドラチャコイルである。従って、上述したように方位角上約１８０度にわたって広がるデチューニングコイル３０は、メインコイル１０をそのクワドラチャモードの両方から同時にデチューニング可能である。
図３に本発明の異なる実施形態による別のデチューニングコイル３０1を示す。参照番号４０は、ここでもメインコイル１０およびデチューニングコイル３０1の両方を包囲する円筒形のシールド４０を示す。本実施形態のデチューニングコイル３０1は図２に示すデチューニングコイル３０とは、キャパシタ内蔵導電性ワイヤ３２とＰＩＮダイオード３５との接続および構成パターンが異なる。図３に示す本実施形態によると、ワイヤ３２自体が閉鎖環状体として構成され、２つの環状部分が、各環状部分の一部をなすＰＩＮダイオード３５を共有することで形成されるように、該閉鎖環状体上の２箇所がＰＩＮダイオードにより接続されている。該２つの環状部分は、円筒形状のメインコイル１０の中心軸に関して対向しており（１８０度互いに離反している）、各々が方位角上約９０度にわたり広がっている。従って、該デチューニングコイル３０1は、クワドラチャモードの一方のみをデチューニングするものである。デチューニングコイル３０1はより大きな誘導結合が得られるという点において有利である。




【国際調査報告】
2004528893.tif 000017
2004528893.tif 000018
2004528893.tif 000019