(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二つの端部（５６、５８）を有する概して筒状の構造を形成しかつコイル・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を備える主コイル（５０）と、その各々が概して筒状の構造を形成しかつコイル・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を備えている第１のスポイラー・コイル対（５２、５４）であって、該スポイラー・コイル（５２、５４）の各々は前記主コイル（５０）の一方の端部に隣接して配置されている第１のスポイラー・コイル対（５２、５４）と、を備える共鳴イメージング／解析のための無線周波数（ＲＦ）コイル系であって、前記主コイルとスポイラー・コイルの各々は、前記スポイラー・コイルの前記アキシャル導体内のＲＦ信号が前記主コイルの前記アキシャル導体内のＲＦ信号に対して１８０度だけ位相ずれするようにしてＲＦ信号を運ぶように適合されており、
その各々が概して筒状の構造を形成しかつコイル・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を備えている第２のスポイラー・コイル対（５３、５５）であって、該第２のスポイラー・コイル対（５３、５５）の各々は、前記第１のスポイラー・コイル対（５２、５４）の外部端部に隣接して配置されると共に、該第２のスポイラー・コイル対（５３、５５）の前記アキシャル導体内のＲＦ信号が前記第１のスポイラー・コイル対（５２、５４）の前記アキシャル導体内のＲＦ信号に対して１８０度だけ位相ずれしていると共に前記主コイル（５０）の前記アキシャル導体内のＲＦ信号とは同相であるようにして前記ＲＦ信号を運ぶようにように適合させた第２のスポイラー・コイル対（５３、５５）を更に備えていることを特徴とする無線周波数（ＲＦ）コイル系。
【請求項２】
前記第１のスポイラー・コイル対（５２、５４）は前記複数のアキシャル導体の方向に沿って等しい長さであり、かつ前記主コイル（５０）の前記複数のアキシャル導体の方向に沿った長さは前記スポイラー・コイル（５２、５４）と比べてより長いことを特徴とする請求項１に記載のＲＦコイル系。
【請求項３】
前記第１のスポイラー・コイル対（５２、５４）内の前記信号の電流振幅が等しく、かつ前記主コイル（５０）内の前記信号の電流振幅と比べてより小さいことを特徴とする請求項１または２に記載のＲＦコイル系。
【請求項４】
前記第１及び第２のスポイラー・コイル対（５２−５５）内の前記信号の電流振幅が等しく、かつ前記主コイル（５０）内の前記信号の電流振幅と比べてより小さいことを特徴とする請求項１または２に記載のＲＦコイル系。
【請求項５】
前記第１のスポイラー・コイル対（５２、５４）と前記主コイル（５０）とが前記複数のアキシャル導体の方向に沿って２〜１０ｍｍ重複している請求項１乃至４のいずれかに記載のＲＦコイル系。
【請求項６】
前記主コイル（５０）の前記複数のアキシャル導体が、第１及び第２の端を有し、
前記主コイル（５０）は、前記複数のアキシャル導体の前記第１の端に接続した第１のリング導体（５６）と、前記複数のアキシャル導体の前記第２の端に接続した第２のリング導体（５８）を有し、
前記第１のスポイラー・コイル対（５２、５４）の一方のスポイラー・コイル（５２）の前記複数のアキシャル導体が、第１及び第２の端を有し、
前記第１のスポイラー・コイル対（５２、５４）の一方のスポイラー・コイル（５２）は、前記複数のアキシャル導体の前記第１の端に接続した第３のリング導体と、前記複数のアキシャル導体の前記第２の端に接続し、前記第１及び第２のリング導体（５６、５８）の間に配置された第４のリング導体（７０）を有し、
前記第１のスポイラー・コイル対（５２、５４）の他方のスポイラー・コイル（５４）の前記複数のアキシャル導体が、第１及び第２の端を有し、
前記第１のスポイラー・コイル対（５２、５４）の他方のスポイラー・コイル（５４）は、前記複数のアキシャル導体の前記第１の端に接続し、前記第１及び第２のリング導体（５６、５８）の間に配置された第５のリング導体（７２）と、前記複数のアキシャル導体の前記第２の端に接続し第６のリング導体を有している請求項１乃至５のいずれかに記載のＲＦコイル系。
【請求項７】
イメージング・ボリュームを規定している内側壁と外側壁とにより規定される概して筒状の構造を有する核磁気共鳴（ＮＭＲ）システムで使用するためのＲＦコイル装置であって、該ＲＦコイルは、導電性部材の対向する対を形成するように前記内側壁と前記外側壁の間に配置されると共に前記筒状構造の周りで円周方向に等しく離間させた複数の導電性部材（８２）を備えており、前記導電性部材（８２）の各々は主コイル・セクション（８４）と該主コイル・セクションの各端部の位置にあるスポイラー・コイル・セクション（８６、８８）とを有する単一の導電性ループであって、前記スポイラー・コイル（８６、８８）の各々と前記主コイル（８４）の間の交差領域（９０）内では該ループ上の信号電流が互いに反対方向となるように構成させた導電性ループを備えていることを特徴とするＲＦコイル装置。
【請求項８】
前記主コイル・セクションを構成し、前記内側壁に隣接して配置される複数の導電性部材（８２）、前記主コイル・セクションを構成し、前記外側壁（７９）に隣接して配置される複数の導電性部材（８２）、前記スポイラー・コイル・セクション（８６、８８）を構成し、前記内側壁に隣接して配置される複数の導電性部材（８２）、前記スポイラー・コイル・セクション（８６、８８）を構成し、前記外側壁（７９）に隣接して配置される複数の導電性部材（８２）は何れも、概して筒状の構造を形成し、
前記主コイル・セクションを構成し、前記内側壁に隣接して配置される複数の導電性部材（８２）が構成する筒状の構造の内径（Ｄ１、Ｄ２）の値が前記主コイル・セクションの中央部分においてより大きく（Ｄ１）、前記主コイル・セクションの端部でより小さく（Ｄ２）なっている特徴とする請求項７に記載のＲＦコイル。
【請求項９】
前記主コイル・セクションを構成し、前記内側壁に隣接して配置される複数の導電性部材（８２）は、前記スポイラー・コイル・セクション（８６、８８）を構成し、前記外側壁（７９）に隣接して配置される複数の導電性部材（８２）と前記交差領域（９０）で接続しており、前記主コイル・セクションを構成し、前記外側壁（７９）に隣接して配置される複数の導電性部材（８２）は、前記スポイラー・コイル・セクション（８６、８８）を構成し、前記内側壁に隣接して配置される複数の導電性部材（８２）と前記交差領域（９０）で接続している特徴とする請求項７または８に記載のＲＦコイル。
【請求項１０】
前記主コイル（８４）の各々は前記筒の軸方向に沿って概ね４０〜４５センチメートルの長さであり、かつ前記スポイラー・コイル（８６、８８）の各々は前記筒の軸方向に沿って概ね１２〜１５センチメートルの長さであることを特徴とする請求項７に記載のＲＦコイル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
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一つである。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ＲＦ送信コイルにおけるＤＣ磁場の均一性を改善させ、撮像域の外部で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、イメージング・ボリューム内では感度がよいが撮像域の外部では感度が急激に低下するような新規の送信コイルまたはコイル・アレイを設けることにより上述の問題を解決している。本発明の利点の一つは、本発明ではエイリアシング・アーチファクトを発生させるような部位においてスピン系を励起させることがないことである。
【０００６】
詳細には、本発明は、二つの端部を有する概して筒状の構造を形成しかつコイル・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を有する主コイル素子と、第１のスポイラー・コイル対と、を備えている磁気共鳴イメージング／解析のための無線周波数（ＲＦ）コイル系を提供する。このスポイラー・コイルの各々は、概して筒状の構造を形成しかつコイル・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を備えている。スポイラー・コイルの各々は、主コイルの一方の端部に隣接すると共に若干重なり合うように配置させている。主コイルとスポイラー・コイルの各々はさらに、スポイラー・コイルの桟（ｒｕｎｇ）の信号が主コイルの桟の信号に対して１８０度だけ位相ずれするようにしてＲＦ信号を運ぶように適合させている。
【０００７】
本発明の別の態様では、第１のスポイラー・コイル対に隣接した外側に追加のスポイラー・コイル対を付加し、追加のスポイラー・コイル対が運ぶ信号が第１のスポイラー・コイル対が運ぶ信号に対して１８０度だけ位相ずれするようにしている。
【０００８】
本発明のさらに別の態様では、核磁気共鳴（ＮＭＲ）システムで使用するためのＲＦ装置を提供する。このＲＦコイルは、イメージング・ボリュームを規定している内側壁と外側壁とにより規定される概して筒状の構造を有している。ＲＦコイルはさらに、内側壁と外側壁の間に配置すると共に筒状構造の周りで円周方向に等しく離間させた複数の離散的導電性部材を備え、対向する導電性部材の対を形成させている。これらの導電性部材の各々は、主コイル・セクションと主コイル・セクションの各端部に位置するスポイラー・コイル・セクションとを有する導電性ループであって、スポイラー・コイルの各々と主コイルとは、これらの間にある交差領域で該ループ上の信号電流が互いに反対方向になるように構成させている導電性ループを備えている。
【０００９】
本発明の利点の一つは、撮像域全体にわたって磁場の均一性を提供すると共に撮像域の外部では感度を急激に低下させ、エイリアシング・アーチファクトの発生確率を低減させていることである。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。
【００１０】
【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。
【００１１】
核磁気共鳴（ＮＭＲ）や磁気共鳴イメージング法（ＭＲＩ）への応用では、その系の信号対雑音比を最大にすること、並びに検査対象のすべての部分を同一強度のＲＦ磁場にさらすことが重要である。この点において、ＲＦ送信コイルの重要な特徴の一つは、ＲＦコイルのボリューム内で均一な磁場を提供することである。逆に、コイルが均一な励起を提供していれば、このコイルによるＮＭＲ信号の受信も均一な方式となる。したがって、以下の検討において、本発明によるコイルの励起分布に関する記載はコイルのＮＭＲ受信器としての使用に関しても同等の適合性で当てはまる。さらに、本発明は「バードケージ（ｂｉｒｄｃａｇｅ）」型の全身用送信コイルと全身用ＲＦ送信コイルに関連して記載することにするが、ここに示す教示はＮＭＲイメージング用途で使用される他のタイプのボリューム・コイルにも等しく適用可能である。
【００１２】
ここで図１を参照すると、従来技術による単一クワドラチャ型（ｓｉｎｇｌｅｑｕａｄｒａｔｕｒｅ）のバードケージ・コイル１０の斜視図を示している。バードケージ・コイル１０は二つのリング１２、１４により構成されており、これらのリングは、導電性接続部材（すなわち、桟）１６により互いに接続させると共に互いに離間させた円形の導電性ループを形成している。典型的には、円形の導電性リング１２、１４を結合している導電性接続部材１６は８個、１２個または１６個あり、かつ各桟は円周方向に等しく離間させている。こうしたクワドラチャ型の送信／受信コイル１０は、膝、下肢、上肢など身体の様々な解剖部位、あるいは全身を受け入れるように設計されており、このためボリューム・コイル（ｖｏｌｕｍｅ  ｃｏｉｌ）と呼ばれている。コイル１０は、典型的には、コイル１０に対して構造上の支持を提供する中空の円筒状ドラム（図示せず）の周りに配置されている。コイル１０の主ＲＦ磁場は図１に示すｚ軸方向と直角である。
【００１３】
送信では、波形発生器及びパワー増幅器はＲＦ波形を導電性部材に伝え、ＲＦ磁場を発生させる。受信では、電気結線（図示せず）をコイル１０に接続させ、受信した信号を当技術分野で周知のデータ収集システムに伝えている。こうしたデータ処理システムは、典型的には、バードケージ・コイル１０に接続された対応する同軸結線により受け取った画像信号を処理するために、個別の増幅器、フィルタ及びＡ／Ｄ変換器を含んだデータ処理チャンネルを備えている。次いで、データ処理チャンネルの出力は、マイクロプロセッサにより処理アルゴリズムに従って多重化されかつ結合され、全体の画像信号を作成して表示させている。
【００１４】
バードケージ・コイル設計の利点の一つは、この設計では、ｘ−ｙ平面内、かつある限定した範囲ではｚ軸方向に、均一なＲＦ磁場が生成されることである。しかし、このコイルの欠点の一つは、このコイルがコイル端の外側にかなりの量の浮遊磁場を有することである。画像アーチファクトの発生を防止するためには、撮像域の外側では磁場が急激に低下していることが好ましい。
【００１５】
ここで図２及び図７を参照すると、本発明の実施の一形態による送信器／受信器系の概略図を表している。両図のコイル系は、一つの主バードケージ・コイル５０と、主バードケージ５０の両端にあるスポイラー５２、５４と呼ばれる二つの小さなバードケージ・コイルという三つのバードケージ・コイルを備えている。これらのバードケージは、スポイラー５２、５４の桟電流が主バードケージ５０を流れる桟電流に対して１８０°だけ位相ずれするように配置させる。これにより、主バードケージ・コイル５０のそれぞれの端５６、５８において、その磁場振幅をこの区域内で急激に下げさせ、その結果、主バードケージ・コイル５０の撮像域の外部の浮遊磁場を大幅に低下させるような拮抗磁場（ｃｏｕｎｔｅｒｆｉｅｌｄ）が生成される。増幅器６２から受け取った信号の電流位相を１８０°だけシフトさせるためには、不均等パワー分割器６０を使用し、その後、信号は均等パワー分割器６４により分割されスポイラー５２、５４の各々に送られている。別法として、その不均等パワー分割器６０は、所望の電流位相シフトを達成するために二つの増幅器を備えることができる。この場合では、不均等パワー分割器６０が備える二つの増幅器のうちの一方は均等パワー分割器６４に対して給電し、もう一方はスポイラー・バードケージ５２、５４の各々に送られる信号に対して電流が１８０°だけ位相ずれした状態で主バードケージ５０に対して給電している。
【００１６】
主バードケージ５０及びスポイラー５２、５４のそれぞれは、図のようなリニア型（ｌｅｎｅａｒ）バードケージとすることも、上述したようなクワドラチャ型バードケージとすることも可能である。主バードケージ５０と各スポイラー５２、５４のそれぞれとを重複させる量は概ね２〜１０ｍｍ程度である。さらに、電流位相をシフトさせているため、主バードケージ５０の端部リング５６の電流はスポイラー５２の端部リング７０の電流と流れが同じ方向となる。同様に、主バードケージ５０の端部リング５８の電流は、スポイラー５４の端部リング７２の電流と同じ方向となる。しかし、主バードケージ５０及びスポイラー５２、５４のそれぞれの桟を流れる電流は、同じ方位角に対しては反対向きとなる。
【００１７】
好ましい実施の一形態では、主バードケージ５０はｚ軸方向に概ね４０ｃｍの長さであり、またスポイラー・バードケージ５２、５４の各々はｚ軸方向に１２ｃｍの長さである。
【００１８】
さらに、その各々がその隣接するバードケージ５２、５４の桟に対して１８０°だけ位相ずれした桟電流を有するような追加のバードケージ・スポイラー５３、５５を付加することもできる。磁場低下の量及びゼロ交差を過ぎた後の磁場回復の大きさは、主バードケージ５０の長さ、スポイラー５２、５４の長さ、主バードケージ５０とその対応するスポイラー５２、５４の間の電流比、導体とｚ軸またはＲＦシールドの間の角度を変更すること、並びに主バードケージ５０を囲繞するスポイラー組の組数を変更することにより調整することができる。
【００１９】
ここで図５を参照すると、大きさが等しく方向が反対の電流振幅を運んでいる１２ｃｍのスポイラー５２、５４を伴う４０ｃｍの主バードケージ５０に関する、矢状面におけるＲＦ磁場振幅の等しい等高線図を表している。図５の等高線図から、主バードケージ５０の中心からｚ軸に沿って概ね±２０ｃｍの位置において、その磁場はゼロまで低下することは明白である。この位置は、スポイラーのないバードケージの場合と比べて主バードケージ５０の端部リング５６、５８に極めて近くなる。動作時には、この感度の低い区域は、スポイラーがなければエイリアシング・アーチファクトを生じさせるような区域を覆うように配置させ、これにより関心領域内のスピン系に対する励起を生じさせることがなくエイリアシング・アーチファクトを除去することができる。
【００２０】
ここで図３を参照すると、本発明の別の実施形態によるＲＦ送信コイルの端部像を表している。この例では、ＲＦ送信コイル８０は８導体のコイルであり、その離散的導体８２の各々は円周方向に等しく離間させると共に入力導体経路８１及び帰還導体経路８３を含んでいる。ＲＦ送信コイル８０はシールド７９により囲繞している。
【００２１】
ここで図４を参照すると、対向する導体対８２を示すために図３のＲＦコイル配置を線４−４に沿って切った側面断面図を表している。図４に示すように、ＲＦコイルの各導体８２は、その各端部の位置に拮抗コイル・セクション８６、８８を有する主コイル・セクション８４を備えている。好ましい実施の一形態では、ＲＦコイル８０のシールド直径Ｄ４は６０ｃｍに等しく、主コイル８４の長さＬ１は４５ｃｍに等しく、また拮抗コイル８６、８８の長さＬ２、Ｌ３は１５ｃｍに等しい。
【００２２】
図４から分かるように、拮抗コイル８６、８８が主コイル８４と接続されている領域９０において導電性素子を通過する矢印９２で示す電流は互いに反対向きである。この方法では、ＲＦコイルにより発生させたＲＦ磁場は領域９０内でゼロに向かって下げられ、これにより図２の重ね合わせ型バードケージ設計と同じ効果が得られる。好ましい実施の一形態では、コイル・セクション９４、９６は水平方向に対して４５°の角度に設定し、これらのコイル・セクションが互いに直角となるようにしている。さらに、帰還電流経路８３は外部シールド７９の近くに設けることが好ましい。好ましい一配置は、６０ｃｍのシールド直径Ｄ４と概ね５８ｃｍの帰還電流経路直径Ｄ３を備えている。
【００２３】
好ましい別の実施形態では、その主コイル８４は、Ｄ２の位置での概ね５５ｃｍの直径から、中心Ｄ１の位置での概ね５６．６ｃｍの直径までテーパが付けられている。
【００２４】
ここで図６を参照すると、４０ｃｍの主コイル長さと１２ｃｍの拮抗コイル長さを有する本発明によるＲＦ送信コイルに関して、矢状面においてＲＦ磁場振幅が等しい等高線図を表している。図６から分かるように、主コイルの概ね端部領域においてＲＦ磁場の明瞭なゼロ交差が存在する。この点において、本発明のＲＦコイルでは、エイリアシング・アーチファクト領域においてスピン系を励起させないことによりエイリアシング・アーチファクトを効果的に除去することができる。
【００２５】
図２に示すバードケージ配置と同様に、主コイル８４の長さＬ１、拮抗コイル８６、８８の長さＬ２、Ｌ３、拮抗コイル８６、８８及び主コイル８４に関するシールド７９の距離、主コイル８４と拮抗コイル８６、８８の間の領域９０における導体間の角度、並びに主コイル８４の各端部における拮抗コイルの個数を変更することにより、図４のＲＦ送信コイル配置は、主コイル８４の端部領域９０の位置における低下量、並びにゼロ交差を越えた後にＲＦ磁場を回復させる量を最適化するように構成させることができる。
【００２６】
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、新たな改良したＭＲＩ用途向けの送信コイルが当技術分野にもたらされることが分かる。本発明を一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】従来技術による単一クワドラチャ型バードケージ・コイルの斜視図である。
【図２】本発明の実施の一形態による受信器／送信器コイル系の概略図である。
【図３】本発明の別の実施形態によるＲＦコイルの側面像である。
【図４】図３のＲＦコイルを線４−４に沿って切った断面図である。
【図５】図２の受信器／送信器系に関してｘ−ｙ平面に投影したＲＦ磁場振幅の等高線図である。
【図６】図３のＲＦコイルに関してｘ−ｙ平面に投影したＲＦ磁場振幅の等高線図である。
【図７】本発明の実施の一形態による受信器／送信器コイル系の斜視図である。
【符号の説明】
１０  バードケージ・コイル、送信／受信コイル
１２  導電性リング
１４  導電性リング
１６  導電性接続部材、桟
５０  主バードケージ・コイル
５２  スポイラー・バードケージ、スポイラー
５４  スポイラー・バードケージ、スポイラー
５６  端部リング
５８  端部リング
６０  不均等パワー分割器
６２  増幅器
６４  均等パワー分割器
７０  端部リング
７２  端部リング
７９  シールド
８０  ＲＦ送信コイル
８１  入力導体経路
８２  対向する導体対
８３  帰還導体経路
８４  主コイル
８６  拮抗コイル
８８  拮抗コイル
９０  接続領域
９４  コイル・セクション
９６  コイル・セクション
【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】
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