(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
オープン磁石系、及びＲＦ信号の送信及び／又は磁気共鳴ＭＲ信号の受信を行うＲＦコンダクタ構造が設けられた磁気共鳴撮像装置であって、
上記磁石系によって形成されるダイポール構造と、ＭＲ周波数に同調された上記ＲＦコンダクタ構造との間の結合効果が、
上記ダイポール構造の第１の端を、上記磁石系が内部に設置されたＲＦケージを構成し且つ大地電位に接続されている構造に、容量性インピーダンスを介して結合させることによって、上記ダイポール構造の電気的な自己共振周波数を上記ＭＲ周波数に対してシフトさせること又は同調させなくすることで、
少なくとも高い度合いに排除されることを特徴とする磁気共鳴撮像装置。
【請求項２】
上記ＭＲ周波数の波長をλ、ｎを１以上の整数として、上記ダイポール構造の第２の端が、大地電位に接続されている構造に電気的に接続され、上記第１の端と上記第２の端との間のダイポール構造の電気的長さはｎ*λ／４となることを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴撮像装置。
【請求項３】
オープン磁石系、及びＲＦ信号の送信及び／又は磁気共鳴ＭＲ信号の受信を行うＲＦコンダクタ構造が設けられた磁気共鳴撮像装置であって、
上記磁石系によって形成されるダイポール構造と、ＭＲ周波数に同調された上記ＲＦコンダクタ構造との間の結合効果が、
上記ダイポール構造の少なくとも一部を囲い、且つ上記ＭＲ周波数の波長をλとして電気的長さλ／４を有するスリーブ状のシールドによって形成されたインピーダンストラップであり、上記シールドの軸方向の第１の端が上記ダイポール構造に電気的に接続され、且つ上記シールドの軸方向の第２の端は開いている、あるいは少なくとも１つの容量性インピーダンスを介して上記ダイポール構造に結合されている、インピーダンストラップによって、上記ダイポール構造の電気的な自己共振周波数での共振を抑制することで、
少なくとも高い度合いに排除されることを特徴とする磁気共鳴撮像装置。
【請求項４】
上記スリーブ状のシールドは、上記ダイポール構造の一部を同軸式に囲んでいることを特徴とする請求項３記載の磁気共鳴撮像装置。
【請求項５】
上記スリーブ状のシールドのλ／４の電気的長さを実現するために上記シールドと上記ダイポール構造の上記一部との間に誘電体が設けられることを特徴とする請求項３記載の磁気共鳴撮像装置。
【請求項６】
上記スリーブ状のシールドのλ／４の電気的長さを実現する及び／又は調整するために上記シールドの上記第２の端は、少なくとも一つの同調可能な容量性インピーダンスを介して上記ダイポール構造に結合されることを特徴とする請求項３記載の磁気共鳴撮像装置。
【請求項７】
オープン磁石系、及びＲＦ信号の送信及び／又は磁気共鳴ＭＲ信号の受信を行うＲＦコンダクタ構造が設けられた磁気共鳴撮像装置であって、
上記磁石系によって形成されるダイポール構造と、ＭＲ周波数に同調された上記ＲＦコンダクタ構造との間の結合効果が、
上記ダイポール構造の第１の部分の周りに該第１の部分に誘導的に結合されるように配置された第１のコンダクタループ及び第２のコンダクタループ、並びに上記ダイポール構造の第２の部分の周りに該第２の部分に誘導的に結合されるように配置された第３のコンダクタループ及び第４のコンダクタループの少なくとも１つの形態をした誘導性素子によって、上記ダイポール構造の電気的な自己共振周波数を上記ＭＲ周波数に対してシフトさせること又は同調させなくすることで、
少なくとも高い度合いに排除されることを特徴とする磁気共鳴撮像装置。
【請求項８】
上記誘導性素子の代替物として、容量性素子による結合が設けられることを特徴とする請求項７記載の磁気共鳴撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オープン磁石系が設けられた磁気共鳴撮像装置（ＭＲ装置）に関わる。この種類の磁石系は、本質的にＣ字形状であり、上部分及び下部分を有し、これら上部分及び下部分の両方は水平方向に延在し、垂直カラムを用いて相互接続されている。検査されるべき対象物（患者）は、水平部分の間に配置される。検査されるべき対象物に全ての側から容易に近付くことができるため、このような系は（管状の検査域を有する系に対して）オープン磁石系と呼ばれ、例えば、磁石系の機械的安定性を高めるために一つ以上の更なる垂直カラムが設けられてもよい。
【０００２】
【従来の技術】
基本磁場（Ｂ０場）、並びに、傾斜磁場を生成する極板がこのような磁石系の水平部分に設けられる。基本磁場は、患者の縦方向に対して垂直方向（つまり、一般的に垂直方向）に患者を通って延在する。
【０００３】
ＲＦ送信コイル又はＲＦ受信コイルの形態にある平坦な、若しくは、少なくとも平坦のようなＲＦコンダクタ構造（フラット共振器）は、ＲＦ場（Ｂ１場）を生成し、ＭＲ緩和処理を検出するために使用され、上記コイルは極板に設けられる。更に、ＲＦ受信コイルは、検査されるべき領域の周りに配置されてもよい。
【０００４】
ＭＲ周波数は、基本磁場の強さに依存する。今日一般的に使用されている約０．２テスラの場の強さに関して、約８．２ＭＨｚのＭＲ周波数が得られる。画像の質を高めるためにこの場の強さを約１テスラの範囲まで上昇させることを一般的な目的とし、この値においてＭＲ周波数は約４２．３ＭＨｚとなる。しかしながら、このような周波数は、公知の種類のＭＲ撮像装置の動作中に多数の問題を生じさせる。
【０００５】
第１の問題は、Ｃ字形状であることが折り返しダイポールの効果を有するため、磁石系自体が電気共振器を構成することによるものである。超伝導のＣ字形状磁石系の自己共振周波数は、人間の検査用のＭＲ装置の通常の寸法の場合に４０乃至５０ＭＨｚの範囲にあり、１テスラとなる基本磁場の場の強さにおけるＭＲ周波数と同じ大きさのオーダ（４２．３ＭＨｚ）である。その結果、電磁エネルギーは、対応するＲＦ送信コイルから磁石系に移動し、その中における共鳴を励起し、磁石の外囲に対して、特にＣ字形状の自由端（いわゆるホットスポット）で強い電界及び磁場を生じさせる。更に、ＲＦ受信コイルは、磁石系と結合され得、それにより信号対ノイズ比は劣化し撮像に影響が与えられる。
【０００６】
更なる問題は、概して、磁石系によって形成されるダイポール構造の最大の電流が生ずる場所で極板上に直接的にＲＦ送信コイルが配置され、ＲＦコイルが共振ダイポール構造に特に感応であり、従って、比較的結合が強く、ＲＦ送信コイルによって強く影響を与えられる。その結果、双極子磁場への結合が直交性を排除するために、磁石系に存在する直角コイル系が円形状に分極されたＲＦ場を生成することも防止される。
【０００７】
更なる問題は、管状の検査空間が設けられた撮像装置に対して、オープンＭＲシステムにおけるＲＦコンダクタ構造は、周囲空間に本質的に自由に電磁エネルギーを放射する。従って、ＭＲ撮像装置が設置されている空間は、電磁放射線が周囲と干渉することを防止するために常に遮蔽されていなくてはならない。しかしながらこのような空間（ＲＦケージ）は、エネルギーを吸収することができる空洞共振器を同時に構成する。典型的に５×５×３メートルの寸法を有するこのような空間の基本的モードは、約４２ＭＨｚとなり、空間共振は励起され、ＲＦ構造と（本質的に同じ）ＲＦ周波数に同調される空間との間の結合は回避できない。
【０００８】
従って、基本磁場の場の強さを増加することにより公知のＭＲ撮像装置において多数の問題を生ずる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は、基本磁場の著しく高い場の強さ（つまり、１テスラ以上の場の強さ）と動作し得、つまり、干渉すること無く且つより高い画像の質を得る前述の種類のＭＲ撮像装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この目的は、請求項１記載のオープン磁石系が設けられ、磁石系によって形成されるダイポール構造とＭＲ周波数に同調されたＲＦコンダクタ構造との間の結合効果がＭＲ周波数に対してダイポール構造の自己共振周波数をシフトさせること又は同調させないことで少なくとも高い度合いに排除されることを特徴とする磁器共鳴撮像システムを用いて実現される。
【００１１】
請求項２記載の更なる解決策に従って、このような結合効果が、ダイポール構造の自己共振周波数を抑制することで少なくとも高い度合いに排除される。
【００１２】
必要な場合、上記２つのステップが組み合わされる。
【００１３】
従属項は、本発明の更なる有利な詳細に関わる。
【００１４】
請求項３乃至請求項６は、ダイポール構造の電気的長さを変化させることでダイポール構造の自己共振周波数をシフトさせること又は同調させなくする有利なタイプを開示する。
【００１５】
請求項７乃至請求項１０は、定常波障壁又はインピーダンストラップを用いてダイポール構造の自己共振周波数を抑制すること、及び、その有利な実施例に関わる。
【００１６】
磁石系とＲＦコンダクタ構造との間の結合を回避することに関して効果を最適化するためにインピーダンストラップは、請求項８に従ってＭＲ周波数に同調されることが好ましい。
【００１７】
請求項９及び請求項１０記載の実施例は、インピーダンストラップの幾何的長さが実際に必要な電気的長さからそれるときに特に有利である。
【００１８】
請求項１１記載の実施例は、放射された電磁放射線がＲＦケージの周囲と干渉することを防止し、更に、ＲＦケージ内での定常波の形成を防止する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の更なる詳細、特徴、及び、利点は、図面を参照して提供される好ましい実施例の以下の説明から明らかとなる。
【００２０】
図１は、壁１乃至４と、床５と、天井６とを有する部屋を示す。前に既述した理由により、部屋は全ての側で遮蔽され、ＲＦケージを構成し、室内で生成される電磁エネルギーが室外で干渉を生じさせない。
【００２１】
部屋の中には、磁石系１０で表示されるＭＲ撮像装置が設置されている。磁石系は、上水平部分１１、下水平部分１２、及び、これらの部分を相互接続する垂直カラム１３を有するＣ字形状である。患者用の検査域を間に有する上部分１１及び下部分１２は、約１テスラまでの場の強さの垂直基本磁場を生成し、傾斜磁場を生成する磁石を通常の方法で収容する。
【００２２】
上部分１１は、そのカラム１３から離れた自由端において部屋の天井６のシールドに本質的に容量性のインピーダンス１１１を介してＲＦ結合され、下部分１２は部屋の床５の上にある。磁石系がどの場合においても例えば、傾斜磁場コイル等のための供給リード線のような様々な接続を介して大地電位に接続されているため、下部分は、床に対して絶縁される必要はない。
【００２３】
既に説明した通り、Ｃ字形状の磁石系１０は、折り返しダイポール構造の電気特性を有する。上部分１１がＲＦケージに接続されているため、ダイポールは、その共振周波数は相応じて減少され、基本磁場の強さが約１テスラの場合に約４２．３ＭＨｚとなるＭＲ周波数から離れているよう電気的に延在する。その結果、磁石系とＲＦコンダクタ構造との間の結合効果は減少され、又は同時に排除される。
【００２４】
必要な場合には、短絡接続が容量性インピーダンスの代わりに接続に選択されてもよい。
【００２５】
更に、磁石系１０のカラム１３は、その周りに外装として配置され、電気的長さがλ／４である（効果的な電気的長さはコンデンサ及び／又は誘電材料を用いて幾何的長さからそれた長さに適合され得る）更なる導電性シールドの形態で定常波障壁（又はインピーダンストラップ或いはベズーカバルン）を更に具備する。シールドの垂直方向の端は、内側の磁石構造に短絡しており、他方の端は開いている。その結果、インピーダンストラップは、オープンλ／４リードの機能を果たし、従って、波長λのＲＦ電流に対して高抵抗障壁となり、それにより、ダイポール構造の電気共振はＭＲ周波数であることが好ましい波長λで抑制される。
【００２６】
基本磁場の強さ、並びに、磁石系の寸法によって課せられるＭＲ周波数及びダイポール構造の自己共振周波数の結果として生ずる集束度に依存して、ＲＦコンダクタ構造と磁石系との間で十分な減結合を実現するために上記２つのステップの一方又は両方が選択され得る。更に、磁石系１０の下部分１２は、床５に設けられるシールドに容量的に結合され得、結果としてダイポールの長さは更に長くなる。
【００２７】
図２は、第１の実施例の側面図である。図１に対応する部分は同じ参照番号で示される。磁石系は、好ましくは電気的に絶縁された方法で脚部５１及び５２上に配置され、水平な上部分１１、水平な下部分１２、及び、上記部分を連結するカラム１３を有する。インピーダンストラップ１３１は破断図で示され、その下端は、カラム１３の磁石構造に接続され、上端は開いている。上部分１１の自由端は、本質的に容量性のインピーダンス１１１（又は短絡接続）を介して部屋の天井６のシールドに結合されている。更に、この場合、上部分１１の下にある第１の送信コイル２０、下部分１２の上にある第２のＲＦ送信コイル２１、及び、患者Ｐの周りに配置されるＲＦ受信コイル２２によって形成されるＲＦコンダクタ構造も示される。
【００２８】
第１のＲＦコイル２０及び第２のＲＦコイル２１が共通の供給ケーブルを介して互いに接続されているとき、これら素子は、更なるダイポール共振が作られる第２のダイポール構造を構成し得る。この共振を抑制するためには、共通の供給ケーブルもインピーダンストラップを用いて囲まれる。代替的に、共通ケーブルは、カラム１３を囲うインピーダンストラップ１３１を通って伝えられ得、それにより、磁石構造１１、１２、１３の、並びに、ＲＦ送信コイル２０、２１の共振の発生を防止する。
【００２９】
図３は、図１及び図２において自由端として示される磁石系の上部分１１及び下部分１２の端が第２のカラム１４によって支持される第２の実施例を示す図である。このようなステップがとられても患者Ｐの近付きやすさには殆ど影響が与えられないため、この系及び３つ又は４つのカラムを有する他の系はまだオープンシステムと称される。
【００３０】
第２のカラム１４もλ／４の長さを有するインピーダンストラップ１４１（破断図で示される）によって囲まれ、上記トラップの一端は、磁石構造に短絡されており、他端はオープンであり、その結果、再びＲＦ電流に対して高抵抗障壁を構成するλ／４リードとなり、波長λ（ＭＲ周波数）で磁石系の電気共振を抑制する。更に、図２に対応する部分は同じ参照番号によって示され、それにより前述の説明を繰り返すことは必要でない。
【００３１】
図４は、インピーダンストラップ１３１（１４１）を有するカラム１３（１４）の一部を詳細に示す断面図である。インピーダンストラップは、同軸式にカラム１３を囲う本質的にスリーブのような、導電性シールド１３２（スリーブ）によって形成され、それにより、約１乃至２センチメートルの幅の中間空間がカラムとシールドとの間に存在する。シールドの下端１３３は、カラムの磁石構造に電気的に接続されている。シールド１３２の上端１３４は、自由端であるか、若しくは複数の好ましくは調節可能なコンデンサ１３５及び１３６を介して磁石構造に結合されている。更に、誘電体１３７（例えば、セラミック材料）がシールド１３２とカラム１３との間の中間空間に設けられる。誘電体、並びに、コンデンサは、ＭＲ周波数に同調されるλ／４リードが形成されるようにしてインピーダンストラップの効果的な電気的長さを調節する機能を担う。約１０乃至３０ｄＢのＭＲ周波数の範囲における共鳴の抑制、従って、磁石系１０とＲＦコンダクタ構造２０、２１、２２との間の対応する減結合が実現される。
【００３２】
シールド１３２は、スリーブのように同軸式にカラム１３を囲い、本質的に上記カラムと同じ断面形状を有する。シールド及びカラムは、従って円形、長方形、又は、他の断面を有してもよい。
【００３３】
図５は、磁石系の下部分１２が部屋の床５に設けられるシールドに電気的に接続されている本発明による第３の実施例を示す図である。この場合、ダイポールの一端が大地電位に接続されているため、いわゆるグランド・プレーン共振の形成が防止されなくてはならない。この目的のために磁石系１０は、カラム１３の基点Ｆと上部分１１へのインピーダンス１１１’の結合点Ａとの間にｎ*λ／４のコンダクタの長さが形成されるようにして比例される。このコンダクタの長さは、並列に、且つ、天井６のシールドと接続する容量性インピーダンス１１１’と協働して、ダイポールの共振周波数をＭＲ周波数の範囲外にシフトし、それによりＲＦコンダクタ構造と磁石系との間の結合効果は少なくとも減少されることを確実にする。同調目的のために容量性インピーダンス１１１’が再び調節可能であることが好ましい。必要な場合、インピーダンスを省き、点Ａを天井６のシールドに直接的に結合することが可能である（短絡接続）。
【００３４】
この構造が十分な減結合を実現するのに適切でない場合、図２乃至図４を参照して説明したステップが組み合わされ得る。
【００３５】
最後に、磁石系のダイポールの自己共振をシフトする更なる可能性は、上部分１１及び下部分１２を好ましくは調節可能な容量（図示せず）を介して互いに接続することを含む。これは、この容量が第２のカラム１４に含まれ、磁石系が上部分１１及び下部分１２並びに第１のカラム１３に存在するとき、図３に示す第２の実施例に対して特に有利である。
【００３６】
このステップは、図２乃至図４を参照して説明した一つ以上のステップと組み合わされ得る。
【００３７】
図６（ａ）は、本発明の第４の実施例の平面図である。同図は、磁石系の上部分１１、並びに、第１のカラム１３及び第２のカラム１４を示す。上部分１１には、この上部分をその円周方向に沿って半円状にいつも囲い、上部分にある磁石系の部分に誘導的に結合される第１のコンダクタループ１１２及び第２のコンダクタループ１１３を具備する。同様にして、第３のコンダクタループ及び第４のコンダクタループ（図示せず）は、下部分の中にある磁石系の部分に誘導的に結合されるよう下部分１２の周りに半円状に配置される。
【００３８】
この構造の電気的に等しい図を図６（ｂ）に示し、同図では関連のある構成要素は夫々に付された参照番号によって示される。第１のコンダクタループ１１２及び第２のコンダクタループ１１３は第１の共振回路を形成し、下部分１２の第３のコンダクタループ１２１及び第４のコンダクタループ１２２は第２の共振回路を形成する。第３の共振回路を構成する上部分１１、下部分１２、及び、カラム１３を有する磁石系は、上記２つの共振回路の間に位置する。３つの共振回路は、互いに対して誘導的に結合される。
【００３９】
この構造の動作は、ＭＲ周波数から十分な距離が得られ、従って、ＲＦコンダクタ構造と磁石系との間の結合が回避されるよう、磁石系によって形成されるダイポール構造の共振周波数に対して３つの共振回路によって形成されるシステム全体の共振周波数を結合がシフトさせることに基づく。容量性素子による結合は、誘導的コンダクタループの代替物として実現することができる。
【００４０】
必要であれば、本実施例は、図２乃至図４、又は図５に関連して説明した個々の又は幾つかの特徴で再び補うことができる。
【００４１】
ＲＦコンダクタタ構造と磁石系との間の結合を回避することに加えて、定常波がＲＦ送信コイルに結合され、従って、干渉を生じさせ得るため、ＭＲ撮像装置が設置され、前記理由によりＲＦケージとして構成されている部屋で定常波が励起されないことが確実にされなくてはならない。これは、約４２ＭＨｚの値、つまり、ＭＲ周波数の範囲内の値が５×５×３メートルの典型的な部屋の寸法に関して、つまり、基本磁場が約１テスラの強さを有するときに得られるからである。
【００４２】
これに関して、ＲＦケージ中の放射線がケージの中にある他の対象物、及び、その中で働く人によって影響を与えられ、変化されるといった更なる問題が生ずる。
【００４３】
このような問題を回避するためには、磁石系１０又はＭＲ撮像装置全体は、図７に示すようなＲＦケージで動作する。図７は、側壁１乃至４、床５、及び、ケージを上で閉じる天井（図示せず）を有するＲＦケージの平面図である。全ての壁、床、及び天井の内側には、ＲＦエネルギー吸収材料７が設けられる。炭素懸濁液が含浸されたフォームが放射された電磁エネルギーを本質的に吸収する適切な吸収材料であることが分かる。更に、このような吸収材料が設けられた可動区分（図示せず）もＲＦケージ中に配置され得、このような区分はケージ内で任意に移動することができる。５×５×３メートルの上記部屋の寸法を有してもよいこのようなＲＦケージを用いて、定常波をより高度で回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】検査室中のＭＲ撮像装置の三次元表示を示す図である。
【図２】磁石系の第１の実施例の側面図である。
【図３】磁石系の第２の実施例の側面図である。
【図４】磁石系の一部を拡大して示す図である。
【図５】磁石系の第３の実施例の側面図である。
【図６】磁石系の第４の実施例の平面図である。
【図７】ＭＲ撮像装置が設置された検査室の平面図である。
【符号の説明】
１、２、３、４  壁
５  床
６  天井
７  ＲＦ吸収材料
１０  磁石系
１１  上部分
１２  下部分
１３、１４  カラム
２０  第１のＲＦコイル
２１  第２のＲＦコイル
２２  ＲＦ受信コイル
５１、５２  脚部
１１１  インピーダンス
１１２  第１のコンダクラループ
１１３  第２のコンダクタループ
１２１  第３のコンダクタループ
１２２  第４のコンダクタループ
１３１、１４１  インピーダンストラップ
１３２  シールド
１３３  下端
１３４  上端
１３５、１３６  コンデンサ
１３７  誘電体
【図１】
0004209119.tif 000002
【図２】
0004209119.tif 000003
【図３】
0004209119.tif 000004
【図４】
0004209119.tif 000005
【図５】
0004209119.tif 000006
【図６】
0004209119.tif 000007
【図７】
0004209119.tif 000008