(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
共鳴イメージング／分析用無線周波数（ＲＦ）送信コイル装置であって、
その各々が第１及び第２の端部を有するような、概して筒状の構造を形成しかつイメージング・ボリュームを規定するように間隔をおいた複数のアキシャル導体（３６）と、
前記第１の端部と結合させた第１のリング導体（３４）と、
前記第２の端部と結合させた第２のリング導体（３５）と、
その各々がアキシャル導体と結合されて前記それぞれの導体上で運ばれる信号の電流振幅を独立に制御している複数の増幅器（３８）と、
前記ＲＦ送信コイルに無線周波数（ＲＦ）磁場を発生させる駆動用信号を前記ＲＦ送信コイルに印加する送信コイル・セクション（ＴＲ）を前記ＲＦ送信コイルに接続する複数のケーブル（１０４）と、
前記複数の増幅器（３８）の入力インピーダンスを前記複数のケーブル（１０４）のインピーダンスと整合させる第１の整合網（１００）と、
前記複数の増幅器（３８）の出力インピーダンスを前記複数のアキシャル導体（３６）のインピーダンスと整合させる第２の整合網（１０６）と、
前記複数の増幅器（３８）への入力信号の電流振幅を計測する入力カプラ（１１０）と、
前記複数の増幅器（３８）からの出力信号の電流振幅を計測する出力カプラ（１１２）と、
前記入力カプラ（１１０）及び前記出力カプラ（１１２）からの計測信号を比較し、誤差信号を出力する加算器（１２０）と、
前記誤差信号を積分する積分器（１２６）と、
該積分された誤差信号に基づいて前記複数の増幅器（３８）への入力信号を調整する電圧制御減衰器（１３０）と、
前記イメージング・ボリュームに印加されるＲＦ信号が前記複数のアキシャル導体の各々の全体にわたってパワーが等しい信号で分布するように適応させたパワー分割器（４４）と、
を備えている共鳴イメージング／分析用無線周波数（ＲＦ）送信コイル装置。
【請求項２】
前記複数のアキシャル導体（３６）の数が８〜１６の範囲にあり、前記増幅器（３８）の各々がパワーＭＯＳＦＥＴ増幅器を含む、請求項１に記載のＲＦ送信コイル。
【請求項３】
概して筒状の構造を形成しかつイメージング・ボリュームを規定するように間隔をおいた複数の導電性部材（３６）を備えている、ＲＦ信号を受け取りかつ前記イメージング・ボリュームに磁場を印加するように適応させたＲＦ送信コイル素子と、
前記ＲＦ信号を発生させるための信号発生器（４２）と、
前記ＲＦ信号が前記複数の導電性部材の各々の全体にわたってパワーが等しい信号で分布するように適応させたパワー分割器（４４）と、
前記複数の導電性部材（３６）の各々の全体にわたって前記ＲＦ信号を位相シフトさせ、各導体により他の導体のそれぞれと異なる位相角で前記信号が運ばれるように適応させた移相器（４６）と、
その各々がそれぞれの導体と結合されて前記それぞれの導体上で運ばれる信号の電流振幅を独立に制御している複数の増幅器（３８）と、
前記移相器（４６）を前記ＲＦ送信コイル素子に接続する複数のケーブル（１０４）と、
前記複数の増幅器（３８）の入力インピーダンスを前記複数のケーブル（１０４）のインピーダンスと整合させる第１の整合網（１００）と、
前記複数の増幅器（３８）の出力インピーダンスを前記複数のアキシャル導体（３６）のインピーダンスと整合させる第２の整合網（１０６）と、
前記複数の増幅器（３８）への入力信号の電流振幅を計測する入力カプラ（１１０）と、
前記複数の増幅器（３８）からの出力信号の電流振幅を計測する出力カプラ（１１２）と、
前記入力カプラ（１１０）及び前記出力カプラ（１１２）からの計測信号を比較し、誤差信号を出力する加算器（１２０）と、
前記誤差信号を積分する積分器（１２６）と、
該積分された誤差信号に基づいて前記複数の増幅器（３８）への入力信号を調整する電圧制御減衰器（１３０）と、
を備える磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）コイル系。
【請求項４】
前記ＲＦ送信コイル素子が８〜１６個の導電性部材を含んでおり、
前記パワー分割器（４４）は、パワーが等しい８個または１６個の信号に前記ＲＦ信号を分割するように適応されている、請求項３に記載のＭＲＩコイル系。
【請求項５】
前記移相器（４６）は、前記パワー分割器から前記パワー分割済信号のそれぞれを受信すると共に、各信号をその他の信号の各々に対して２２．５〜４５度だけ位相シフトさせるように適応されている、請求項４に記載のＭＲＩコイル系。
【請求項６】
そのコイルが概して筒状の構造を形成しかつイメージング・ボリュームを規定するように間隔をおいた複数の導電性部材（３６）を備えており、そのコイル素子がＲＦ信号を前記イメージング・ボリュームに印加するように適応されている核磁気共鳴（ＮＭＲ）システムで使用するためのフェーズドアレイ・コイル装置であって、
前記導電性部材の各々はＲＦ信号を送受信するように適応されていると共に前記導電性部材の各々は前記信号の電流振幅を独立に制御するように構成されており、
その各々が導電性部材（３６）と結合されて前記それぞれの導体上で運ばれる信号の電流振幅を独立に制御している複数の増幅器（３８）と、
前記フェーズドアレイ・コイル装置に無線周波数（ＲＦ）磁場を発生させる駆動用信号を印加する送信コイル・セクション（ＴＲ）を前記フェーズドアレイ・コイル装置に接続する複数のケーブル（１０４）と、
前記複数の増幅器（３８）の入力インピーダンスを前記複数のケーブル（１０４）のインピーダンスと整合させる第１の整合網（１００）と、
前記複数の増幅器（３８）の出力インピーダンスを前記導電性部材（３６）のインピーダンスと整合させる第２の整合網（１０６）と、
前記複数の増幅器（３８）への入力信号の電流振幅を計測する入力カプラ（１１０）と、
前記複数の増幅器（３８）からの出力信号の電流振幅を計測する出力カプラ（１１２）と、
前記入力カプラ（１１０）及び前記出力カプラ（１１２）からの計測信号を比較し、誤差信号を出力する加算器（１２０）と、
前記誤差信号を積分する積分器（１２６）と、
該積分された誤差信号に基づいて前記複数の増幅器（３８）への入力信号を調整する電圧制御減衰器（１３０）と、
を備えている、フェーズドアレイ・コイル装置。
【請求項７】
前記導電性部材の各々が前記信号の電流振幅を独立に制御するための増幅器（３８）を含んでおり、前記増幅器の各々がパワーＭＯＳＦＥＴ増幅器である、請求項６に記載のフェーズドアレイ・コイル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムの分野に関し、さらに詳細には、こうしたシステムで使用するための無線周波数（ＲＦ）コイルに関する。
【０００２】
【発明の背景】
ＭＲＩシステム（すなわち、核磁気共鳴（ＮＭＲ）システム）では、その無線周波数の信号は、主磁場に一致した回転軸を有する環状に偏向した磁場または回転磁場の形態で提供される。次いで、検査対象領域に対してこの静磁場と直角方向にＲＦ磁場を印加してこの領域内で磁気共鳴を励起させ、得られるＲＦ信号を検出しかつ処理している。主磁場の存在下にある被検体の画像を提供するため、受信コイルは、この被検体が生成させる無線周波数磁場を捕らえている。典型的には、こうしたＲＦコイルは、その具体的な用途に応じてサーフェス・タイプのコイルかボリューム・タイプのコイルかのいずれかである。通常は、励起と検出とで別々のＲＦコイルを使用するが、この両方の目的で同じコイルまたは同じコイル・アレイを使用することもある。
【０００３】
従来のＭＲＩシステムにはアーチファクトの問題が多くある。例えば、共鳴物体の画像に不要信号のエイリアシングが入ることはＭＲＩの用途ではよくある問題の１つである。エイリアシング・アーチファクトと呼ぶこともあるアーチファクトの具体的な一形態は、ＭＲＩシステム内で周波数方向と位相方向のいずれかの方向に生じる可能性がある。この種のアーチファクトでは、少なくとも部分的に全身用コイルの励起磁場内にあるような解剖構造のエリアは、撮像域内の画素と同一の局所ラーモア周波数を有している。この現象は典型的には、撮像域外のエリアから生じるものであるが、画像の内部にアーチファクトを生じさせる。この現象は傾斜磁場の非直線性及び／またはＤＣ磁場の不均一性の結果として生じることが多い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、不要なアーチファクトの発生を減少させるために、傾斜磁場の直線性並びにＤＣ磁場の均一性を改善させるか、または撮像域の外部においてＲＦ送信コイルの感度をゼロにしたＭＲＩシステムが必要とされている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明では、撮像域調節を改善させ、かつ撮像域外部でドロップオフ（ｄｒｏｐ  ｏｆｆ）とした送信コイルの製作を可能にする分散型で統合型のパワー増幅器を提案する。
【０００６】
具体的には、本発明は、概して筒状の構造を形成しかつイメージング・ボリュームを規定するように間隔をおいた複数のアキシャル方向の導体を備えている共鳴イメージング／分析向けの無線周波数（ＲＦ）コイル装置を提供する。アキシャル導体の各々は第１の端部と第２の端部とを有している。第１のリング導体は第１の端部と結合させ、また第２のリング導体は第２の端部と結合させて１つのバードケージ・コイルを形成させている。それぞれのアキシャル導体には、これらそれぞれの導体上で運ばれる信号の電流振幅を独立に制御するために独立制御可能な増幅器を結合させている。
【０００７】
本発明の別の態様では、概して筒状の構造を形成しかつイメージング・ボリュームを規定するように間隔をおいた複数の導電性部材を含むＲＦコイル素子を備えている磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）コイル系を提供する。このコイル素子は、ＲＦ信号を受信すると共にイメージング・ボリュームにＲＦ磁場を印加するように適応させている。このＲＦ信号は信号発生器により発生させ、また複数の導電性部材の各々の全体にわたってこのＲＦ信号がパワーが等しい信号で分布するようにパワー分割器を適応させている。この信号分割器からの分割済信号は移相器により受信され、移相器は分割済ＲＦ信号の各々を複数の導電性部材の各々の全体にわたって均等に位相シフトさせ各導体がその他の導体の各々に対して異なる位相角で信号を運ぶようにしている。この導体の各々には、それぞれの導体上で運ばれる信号の電流振幅を独立に制御するための増幅器を結合させている。
【０００８】
本発明の利点の１つは、本発明ではアーチファクト領域を励起させないことによりアーチファクトを排除しているような、より高次の（higher order）送信コイル及びアレイが可能であることである。別の利点は、本発明により送信コイル全体にわたって電流振幅と位相制御が精密となり、これにより最適なＲＦ磁場均一性が保証されることである。
【０００９】
本発明の別の利点は、そのパワーが送信コイルに到達する前にケーブルやスイッチでパワーのうちの１〜２ｄＢを失うことがあるような典型的なＭＲＩシステムと異なり、本発明ではパワー増幅器とＲＦコイルの間でのパワー損失を排除できることである。
【００１０】
本発明の別の利点は、単一のコイルで様々なＲＦ磁場形状を生成させることができ、これによりイメージング・ボリュームの範囲内での選択的励起が可能となることである。
【００１１】
本発明のその他の目的及び利点は、以下の詳細な説明及び添付の特許請求の範囲を読み、かつ添付の図面を参照することにより明らかとなろう。
【００１２】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明に対するより完全な理解を得るために、添付の図面でより詳細に図示すると共に以下で本発明の一例として記載している実施形態を参照すべきである。
【００１３】
本発明による送信コイル機構の特徴を説明するにあたり、分散型のボリュームコイルの概要、並びにバードケージ送信コイルの詳細について理解することは有用である。この点に関して図１を参照すると、図１は、ハイパス型バードケージ・コイルの平面概略図を表している。バードケージ・コイルは、レグ（ｌｅｇ）と呼ぶ幾つかの直線状のセグメントにより接続した２つのリングからなる。図１では８レグ式のハイパス型バードケージの平面概要図を示している。このコイルは２つの端部リングＲ１及びＲ２と、８本のレグ（レグ１〜８）とで構成されている。
【００１４】
分散型インダクタンス−キャパシタンス型の構造をもつバードケージには、幾つかの周波数モードがある。重要なものは、均一なＲＦ磁場を確立するような均一モードである。この均一モードは、互いの方向が直角な２つの直線状の構成要素を有している。均一モードでは、コイルの電流が余弦波的に分布し、提示される合成磁場は撮像域（ＦＯＶ）全体にわたり均一な分布を有するようになる。対称面がバードケージと交差する各点は、図１ではそれぞれ、リングＲ１上の「ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ」、リングＲ２上の「ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍ、ｎ、ｏ、ｐ」、またレグ１、２、３、．．．８上の「ｑ、ｒ、ｓ、ｔ、ｕ、ｖ、ｗ、ｘ」となる。点ｑ〜ｘは仮想接地面上に位置しているため、これらの点は仮想接地電位にある、すなわち正味の電位をもたない。
【００１５】
ここで図２を参照すると、本発明による無線周波数コイルを用いることにより磁気共鳴イメージングを実行させるように動作可能なＭＲＩシステムのブロック図を表している。
【００１６】
図２のシステムは、静磁場発生セクションＭによりその内部空間に均一な静磁場を形成するように操作される。静磁場発生セクションＭは、永久磁石または超伝導マグネット（図示せず）により形成される一対の磁場発生器から構成されており、例えば、これらの磁場発生器は水平方向に間隔を取ると共に互いに反対方向を向くようにし、相対する空間内に静磁場（水平磁場）を形成させるようにしている。磁場発生器の前面には、それぞれ傾斜コイル・セクションＧを配置させ、これらの傾斜コイルも同様に水平方向に間隔を取ると共に互いに反対にしている。
【００１７】
傾斜コイル・セクションＧの間にある静磁場空間内には、円筒状のアセンブリを形成している送信コイル・セクションＴを設けている。送信コイルＴ内の静磁場空間内には、円筒状のアセンブリを形成している全身用コイル・セクションＢを設けている。全身用コイル・セクションＢの中心軸は、静磁場方向と直角に交わっている。傾斜コイル・セクションＧと送信コイルＴの間には、送信コイルを傾斜コイルから遮蔽しているＲＦシールドＳがある。励起（送信コイルＴ）と検出（全身用コイルＢ）とに対して別々のＲＦコイルを示しているが、これら両方の目的のために同じコイルまたは同じコイル・アレイを使用することもできる。
【００１８】
全身用コイル・セクションＢの内部空間には被検体Ｏを挿入させる。被検体Ｏの体軸は静磁場の方向と一致させる。
【００１９】
送信コイルＴには、送信コイル・セクションＴＲを接続させている。送信コイル・セクションＴＲは、無線周波数（ＲＦ）磁場を発生させるように送信コイルＴに駆動用信号を印加し、これにより被検体Ｏの体内でスピンが励起される。この送信コイルＴと送信コイル・セクションＴＲは、本発明による送信コイルの好ましい実施形態の一例に過ぎない。送信コイルの詳細については、図３を参照しながら以下で説明することにする。傾斜コイル・セクションＧには傾斜駆動セクションＧＲを接続させている。傾斜駆動セクションＧＲは、傾斜磁場を発生させるように傾斜コイル・セクションＧに駆動用信号を印加している。全身用コイル・セクションＢには受信セクションＲＶを接続させている。この受信セクションＲＶには、全身用コイル・セクションＢから受け取った磁気共鳴受信信号が入力される。
【００２０】
この受信セクションＲＶにはアナログ対ディジタル変換セクションＡＤを接続させている。アナログ対ディジタル変換セクションＡＤは、受信セクションＲＶからの出力信号をディジタル信号に変換するように動作している。アナログ対ディジタル変換セクションＡＤはコンピュータＣＯＭに接続している。このコンピュータＣＯＭには、アナログ対ディジタル変換セクションＡＤからのディジタル信号を入力し、この入力ディジタル信号に応答してコンピュータＣＯＭにおいて画像再形成処理を実行し、被検体Ｏの画像を作成している。
【００２１】
コンピュータＣＯＭには、表示セクションＤＩＳと操作セクションＯＰを接続させている。表示セクションＤＩＳはコンピュータＣＯＭが作成した画像を表示させる。表示セクションＤＩＳはさらに、コンピュータＣＯＭから出力される様々な種類の情報を表示させている。操作セクションＯＰは、コンピュータＣＯＭに様々な種類の命令や情報を入力するようにオペレータにより操作される。
【００２２】
コンピュータＣＯＭにはさらに、制御セクションＣＮＴを接続させている。制御セクションＣＮＴは、送信セクションＴＲ、傾斜駆動セクションＧＲ、受信セクションＲＶ、アナログ対ディジタル変換セクションＡＤ、並びに被検体Ｏを寝かせている撮像用寝台と接続させている。制御セクションＣＮＴは、コンピュータＣＯＭから命令を受け取ると共に、撮像操作を実施するように送信セクションＴＲ、傾斜駆動セクションＧＲ、受信セクションＲＶ、アナログ対ディジタル変換セクションＡＤ及び撮像用寝台の各々に制御信号を出力している。
【００２３】
ここで図３を参照すると、図２の例示的なシステムで使用するための本発明による送信コイルＴの実施の一形態のブロック概要図を示している。この例では、その送信コイルは１６レグ（すなわち、桟が１６個）のバードケージ３０を備えている。したがって、バードケージ３０の各リング３２、３４の間に１６本のレグ３６が延びている。簡略にするため、バードケージ３０を平面構成で表してある。送信コイル３０の各レグ３６は、ＭＯＳＦＥＴ増幅器であることが好ましい１つの増幅器３８を含んでいる。パワー増幅器３８の各々は、Ｍｏｔｏｒｏｌａ社（商標）から入手可能なＭＲＦ１５４など単一のパワーＭＯＳＦＥＴまたはプッシュプル構成の増幅器、並びに、関連するＤＣ回路及び整合回路を含むことが好ましい。この場合、ＤＣ電流のルート設定には十分な注意をはらい、ＤＣ磁場の均一性が損なわれないようにする必要がある。整合回路は、パワー増幅器３８とコイル桟３６の間、並びに送信セクションＴＲの様々な構成要素間で最大のエネルギー伝達が得られるように設計することが好ましい。さらに、各レグ（すなわち、各桟）３６には、電流振幅及び位相をモニタリングするためのピックアップ・ループを組み込むことができ、この信号を増幅器にフィードバックさせて振幅及び位相の安定なレベルを保証することができる。こうした回路の一例については図４を参照しながら以下で検討する。
【００２４】
送信セクションＴＲは、送信コイル３０の励起を制御するように動作する。この例では、波形発生器４２からのＲＦパルスは、送信コイル３０に組み込まれるパワー増幅器３８への入力として受け入れ可能なレベルまで前置増幅器（Preamp）４０により増幅している。
【００２５】
図３に示す１６ロッド式バードケージの場合では、そのパワーを１６個の等しい成分に分割させる１６分割式パワー分割器４４により、増幅したＲＦパルスを分割している。従来のパワー分割器設計はいずれもこの作業に使用することが可能であり、こうしたパワー分割器を実現できることはＲＦ電子機器の当業者には容易に明らかとなろう。得られた１６個のパワー信号４５を１６分割式移相器４６に伝達し、正弦波の振幅分布を有する１６個の信号４７が得られる。次いで、信号４７の各々をバードケージの桟３６に対するパワー増幅器３８の対応するゲートに伝達している。この例では、隣り合う２つのパワーチャンネル間での位相シフトは２２．５°（したがって、チャンネル１〜１６の全体では３６０°）である。８導体のバードケージ・コイルの場合では、隣り合う２つのパワーチャンネル間の位相シフトは４５°（したがって、８本の導体全体では３６０°）である。簡略化するため、コンデンサ、インダクタ、整合回路などバードケージを構成しているよく知られたその他の構成要素は図示していない。
【００２６】
図３は、本発明による好ましい応用の一例である。したがって、図示した実施形態は例示を目的としたものであり、限定を意図していない。実際に、本発明の統合型パワー増幅器構成は、ＴＥＭ送信コイル及びバードケージ・コイルを含む任意のタイプの周知の均一送信コイルに等しく応用可能である。
【００２７】
ここで図４を参照すると、パワー増幅器と図３のバードケージ・コイルの対応する桟に関する回路接続の例示的な一実施形態を表している。図４において、その整合網１００は、パワー増幅器１０２（パワーＭＯＳＦＥＴ）の入力インピーダンスが移相器からの５０オームの同軸ケーブル１０４と整合するように構成されている。整合網１０６により、パワー増幅器１０２からの出力インピーダンスを、バードケージ・コイルの対応する桟１０８の側を見たインピーダンスと整合させている。この方式により、パワー増幅器１０２から桟１０８へのエネルギー伝達が最大となる。カプラ１１０、１１２はそれぞれ入力信号と出力信号とを計測している。カプラ１１２はピックアップ・ループの形態をしており、桟１０８の電流振幅を計測していることが好ましい。入力カプラ１１０と出力カプラ１１２からのそれぞれの信号は、増幅器１２２、１２４により増幅した後で加算器１２０で比較される。入力信号と出力信号が異なる場合は誤差信号が出される。生じた誤差信号は積分器１２６により積分され、電圧制御減衰器１３０に伝達され、この電圧制御減衰器１３０により誤差がゼロになるまで入力信号を調整させる。
【００２８】
上述のことに鑑み、従来の送信コイルに対して利点を提供できるような、当技術分野に新たな改良したＭＲＩ用途向けの送信コイルがもたらされることが分かる。本発明を１つまたは複数の実施形態に関連して記載してきたが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことを理解すべきである。逆に、本発明は添付の特許請求の範囲の精神及び趣旨の範囲に属するようなすべての代替形態、修正形態、等価形態に及ぶものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ハイパス型バードケージ・コイルの平面概略図である。
【図２】本発明の実施の一形態による磁気共鳴イメージング・システムのブロック図である。
【図３】本発明による送信コイルの実施の一形態の概要図である。
【図４】図３の送信コイルの接続回路の実施の一形態の概要図である。
【符号の説明】
３０  送信コイル、バードケージ
３２  リング
３４  リング
３６  レグ、コイル桟
３８  増幅器
４０  前置増幅器
４２  波形発生器
４４  パワー分割器
４５  パワー信号
４６  移相器
４７  信号
１００  整合網
１０２  パワー増幅器
１０４  同軸ケーブル
１０８  桟
１０６  整合網
１１０  入力カプラ
１１２  出力カプラ
１２０  加算器
１２２  増幅器
１２４  増幅器
１２６  積分器
１３０  電圧制御減衰器
ＡＤ  アナログ対ディジタル変換セクション
Ｂ  全身用コイル・セクション
ＣＮＴ  制御セクション
ＣＯＭ  コンピュータ
ＤＩＳ  表示セクション
Ｇ  傾斜コイル・セクション
ＧＲ  傾斜駆動セクション
Ｍ  静磁場発生セクション
Ｏ  被検体
ＯＰ  操作セクション
Ｒ１  端部リング
Ｒ２  端部リング
ＲＶ  受信セクション
Ｓ  ＲＦシールド
Ｔ  送信コイル
ＴＲ  送信セクション
【図１】
0004271906.tif 000002
【図２】
0004271906.tif 000003
【図３】
0004271906.tif 000004
【図４】
0004271906.tif 000005