JP2008543413A - 選択可能な視野を有するｒｆボリュームコイル - Google Patents

Abstract

磁気共鳴撮像又は磁気共鳴分光法のためのＲＦコイルは、関心領域（１４）を囲む複数の概して平行な導電性部材（７０）を含んでいる。複数の概して平行な導電性部材（７０）に対して概して垂直に１つ以上の末端部材（７２、７４）が配置されている。概して円筒形のＲＦ遮蔽体（３２）が複数の概して平行な導電性部材を囲んでいる。切替可能回路（８０、８０’）は、（ｉ）導電性部材（７０）が１つ以上の末端部材（７２、７４）に動作的に接続された第１の切替構成（９０、９０’）、及び（ｉｉ）導電性部材（７０）がＲＦ遮蔽体（３２）に動作的に接続された第２の切替構成（９２、９２’）を選択的に有する。ＲＦコイルは、第１の切替構成においてバードケージ共鳴モードで動作し、第２の切替構成においてＴＥＭ共鳴モードで動作する。

Description

本発明は磁気共鳴技術に関する。本発明は、特に、例えば約３テスラ以上で撮像すること又は分光法を実行することなど、強磁場での磁気共鳴撮像及び磁気共鳴分光法に適用されるものであり、特にそれを参照して説明される。しかしながら、本発明はまた、より弱い磁場で実行される磁気共鳴撮像又は磁気共鳴分光法などにも適用されるものである。

磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）においては、撮像対象は時間的に一定な主磁場内に配置され、且つ無線周波数（ＲＦ）励起パルスに晒され、それにより撮像対象内に核磁気共鳴が生成される。磁気共鳴を空間的にエンコードするため、傾斜磁場が主磁場に重畳される。空間エンコードされた磁気共鳴は読み出され、磁気共鳴画像を生成するように空間的エンコーディングに基づいて再構成される。

典型的に約１．２ｍ以下であるような一層と短いボアを有する磁気共鳴撮像スキャナを設計することは様々な実用上の利点及び機能的な利点を有している。同様に、一層と高い磁場で動作するように磁気共鳴スキャナを設計することは様々な実用上の利点及び機能的な利点を有している。ボアの長さを短縮すること及び磁場の強さを高めることは、何れも、より短い全身ＲＦコイルをもたらす傾向にある。全身コイルがそのｚ軸を磁石ボアの軸と一致させて取り付けられるとき、Ｂ_１磁場の不均一性は全身コイルのｚ軸に沿う方向で最大になる傾向がある。Ｂ_１磁場の不均一性は、故に、磁石のボアに沿う方向の使用可能な視野を制限してしまう。

２つの一般的な種類の無線周波数（ＲＦ）コイルは、バードケージコイル及びＴＥＭコイル（トランスバース電磁コイル）である。バードケージコイルは、末端リング又は末端キャップと結合された複数のラング（ｒｕｎｇ）を有している。生成されるＲＦ信号からのコイル外側の成分をシールドするため、外側のＲＦ雑音がコイルに到達するのを阻止するため、外部の損失物質によるコイル装荷（ｌｏａｄｉｎｇ）を抑制するため、等々のために周囲にＲＦ遮蔽体が設けられ得る。ＲＦ遮蔽体はバードケージコイルの能動部品ではない。遮蔽されたバードケージコイルは比較的低いＳＡＲ（比エネルギー吸収率又は比吸収率）及び高いコイル感度をもたらすが、ｚ軸方向の視野が制限される。この低いＳＡＲ及び高いコイル感度は、磁気共鳴撮像システムにおける全身ＲＦコイルとしての使用に関して、バードケージコイルを魅力的なものにしている。

ＴＥＭコイルは、周囲のＲＦ遮蔽体と接続された複数のロッドを含んでいる。典型的に、この接続はロッドの端部で行われている。ＴＥＭコイルにおいては、ＲＦ遮蔽体はコイルの能動部品である。何故なら、この遮蔽体はＴＥＭ共鳴の電流帰還路を提供するからである。ＴＥＭコイルは、同程度の寸法の遮蔽されたバードケージコイルと比較してｚ方向の長い視野をもたらす。しかし、ＴＥＭコイルは一般的に同等の遮蔽されたバードケージコイルと比較して高いＳＡＲ及び低いコイル感度を有している。ＴＥＭコイルの大きい軸方向視野は、強磁場撮像システムにおける全身ＲＦコイルとしての使用に関して、このコイルを魅力的なものにしている。

本発明は、選択可能な視野を有するＲＦコイルを提供することを目的とする。

本発明の一態様に従って、磁気共鳴撮像又は磁気共鳴分光法のためのＲＦコイルが開示される。複数の概して平行な導電性部材が関心領域を囲んでいる。上記の複数の概して平行な導電性部材に対して概して垂直に１つ以上の末端部材が配置されている。概して円筒形のＲＦ遮蔽体が上記の複数の概して平行な導電性部材を囲んでいる。切替可能回路が、（ｉ）上記の導電性部材が上記の１つ以上の末端部材に動作的に接続された第１の切替構成、及び（ｉｉ）上記の導電性部材がＲＦ遮蔽体に動作的に接続された第２の切替構成、を選択的に有する。当該ＲＦコイルは、第１の切替構成においてバードケージ共鳴モードで動作し、第２の切替構成においてＴＥＭ共鳴モードで動作する。

本発明の他の一態様に従って、磁気共鳴スキャナが開示される。ＲＦコイルは：関心領域を囲む複数の概して平行な導電性部材；上記の複数の概して平行な導電性部材に対して概して垂直に配置された１つ以上の末端部材；上記の複数の概して平行な導電性部材を囲む概して円筒形のＲＦ遮蔽体；及び（ｉ）上記の導電性部材が上記の１つ以上の末端部材に動作的に接続された第１の切替構成、及び（ｉｉ）上記の導電性部材がＲＦ遮蔽体に動作的に接続された第２の切替構成、を選択的に有する切替可能回路；を含んでいる。ＲＦコイルは、第１の切替構成においてバードケージ共鳴モードで動作し、第２の切替構成においてＴＥＭ共鳴モードで動作する。主磁石が関心領域内に静磁場を発生する。傾斜磁場コイルが、選択された傾斜磁場を関心領域内で静磁場に選択的に重畳する。コイル切替回路が、ＲＦコイルの切替可能回路に動作的に接続され、該コイルを第１の切替構成及び第２の切替構成の選択された一方に構成する。

本発明の他の一態様に従って、磁気共鳴撮像又は磁気共鳴分光法のためのＲＦコイルが開示される。複数の概して平行な導電性部材が関心領域の周囲に配置されている。回路は、（ｉ）上記の導電性部材がバードケージ共鳴モードで動作する第１の構成、及び（ｉｉ）上記の導電性部材がＴＥＭ共鳴モードで動作する第２の構成、を選択的に有する。

本発明の他の一態様に従って磁気共鳴方法が開示される。関心領域内に主磁場が生成される。関心領域の周囲に配置された複数の概して平行な導電性部材；及び（ｉ）上記の導電性部材がバードケージ共鳴モードで動作する第１の構成、及び（ｉｉ）上記の導電性部材がＴＥＭ共鳴モードで動作する第２の構成、を選択的に有する回路；を有するＲＦコイルを用いて、関心領域内で磁気共鳴が励起される。上記のＲＦコイルを用いて磁気共鳴信号が受信される。上記の励起は、ＲＦコイルを第１及び第２の構成の一方にして実行され、且つ上記の受信は、ＲＦコイルを第１及び第２の構成の他方にして実行される。

本発明の好適な実施形態に従って、（ｉ）視野と（ｉｉ）ＳＡＲ及びコイル感度との間のトレードオフを切り替えることが可能な単一の全身コイルが提供される。また、一層低いＳＡＲ及び一層高いコイル感度を有する小さめの視野に選択的に切り替わることが可能な全身ＲＦコイルが提供される。また、それぞれの視野を有する２つの相異なる共鳴周波数の間で切り替わることが可能な単一のＲＦコイルが提供される。

以下の好適な実施形態に関する詳細な説明を読むことにより、多数の更なる効果及び利点が当業者に明らかになるであろう。

本発明は様々な構成要素とその配置、及び様々な処理操作及びその編成の形態を取り得る。図面は、好ましい実施形態を例示するためだけのものであり、本発明を限定するものとして解釈されるべきものではない。

図１を参照するに、磁気共鳴撮像、磁気共鳴分光法、ボクセル局所化磁気共鳴分光法などを実行する磁気共鳴スキャナ１０が示されている。磁気共鳴スキャナ１０は、患者又はその他の対象物１６が少なくとも部分的に配置される関心領域１４（図１に透視的に示されている）を定めるスキャナ筐体１２を有している。スキャナ筐体１２の表面的なボアライナー１８が、必要に応じて、円筒形のボア、すなわち、内部に対象物１６が配置されるスキャナ筐体１２の開口部、の内側を覆っている。少なくとも関心領域１４内にＢ_０主磁場を発生するように、スキャナ筐体１２内に配置された主磁石２０が主磁石制御器２２によって制御される。典型的に、主磁石２０は冷却シュラウド２４によって囲まれた永続性の超伝導磁石である。主磁石２０は典型的に約３テスラ以上の主磁場を発生する。一部の実施形態においては、主磁場は約７テスラである。

少なくとも関心領域１４内で、選択された傾斜磁場を主磁場に重畳するため、筐体１２の内部又は表面に傾斜磁場コイル２８が配置されている。傾斜磁場コイルは、典型的に、ｘ傾斜磁場、ｙ傾斜磁場及びｚ傾斜磁場などの３つの直交する傾斜磁場を作り出すコイル群を含んでいる。Ｂ_１無線周波数（ＲＦ）励起パルスを投入し、磁気共鳴信号を測定するため、全身ＲＦコイル３０が、図示されるように筐体１２内、あるいはスキャナ１０のボア内に配置されている。ＲＦコイル３０は概して円筒形であり、スキャナ１０のボアと同軸になるように配置されている。ＲＦコイル３０は、それを包囲する同軸の概して円筒形のＲＦ遮蔽体３２を含んでいる。

磁気共鳴データの収集に際し、ＲＦコイル３０にはＲＦ切替回路４０を介してＲＦ電源３８が結合され、対象物１６の関心領域内に磁気共鳴信号を生成させるよう、関心領域１４内にＲＦ励起パルスが投入される。空間マッピングを用いる撮像又は分光法の場合、傾斜磁場制御器４４が傾斜磁場コイル２８を操作し、生成される磁気共鳴を空間的にエンコードする。例えば、ＲＦ励起中に印加される１次元傾斜磁場はスライス選択励起を生成し、励起と磁気共鳴の読み出しとの間に印加される傾斜磁場は位相エンコーディングを提供し、そして磁気共鳴の読み出し中に印加される傾斜磁場は周波数エンコーディングを提供する。磁気共鳴パルスシーケンスは、デカルト、ラジアル、螺旋、又はその他の空間エンコーディングを生成するように構成されることが可能である。

磁気共鳴の読み出し期間中、対象物１６の関心領域からの空間エンコードされた磁気共鳴信号が収集されるように、切替回路４０はＲＦコイル３０からＲＦ送信器３８を切り離し、ＲＦコイル３０にＲＦ受信器４６を接続する。収集された空間エンコードされた磁気共鳴信号はデータバッファ５０に格納され、且つ関心領域の再構成画像を生成するように再構成プロセッサ５２によって再構成される。再構成画像は画像メモリ５４に格納される。再構成プロセッサ５２は、空間エンコードされた磁気共鳴信号を好適に復号化する再構成アルゴリズムを用いる。例えば、デカルトエンコーディングが用いられる場合、２次元又は３次元の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）再構成アルゴリズムが好ましいものとなり得る。

再構成画像はユーザインターフェース５６又は別の高解像度表示装置に好適に表示され、プリントされ、インターネット又はローカルエリアネットワーク上で伝達され、不揮発性記憶媒体に記録され、あるいはその他の方法で使用される。図１の実施形態においては、ユーザインターフェース５６はまた、放射線医又はその他の操作者と磁気共鳴スキャナ１０を制御するスキャナ制御器６０との相互作用を提供する。他の実施形態においては、別個のスキャナ制御インターフェースが設けられてもよい。

スキャナ制御器６０は更に、１つのＭＲＩシステム内のＴＥＭコイル又はバードケージコイルの利点を臨床上の要求に見合うように選択的に活用することを可能にするように、ＲＦコイル３０をバードケージモード又はＴＥＭモードに切り替えるＴＥＭ／バードケージ（ＢＣ）選択回路６２を制御する。選択回路６２は、一部の実施形態において、コイル３０が例えば磁気共鳴シーケンスの或る部分でＴＥＭコイルとして機能し且つ該シーケンスのその他の部分でバードケージコイルとして機能するのに十分な速さで、ＲＦコイル３０を切り替える。

図１に加えて図２をも参照するに、ＲＦコイル３０は導電性の部材３２、７０、７２、７４を含んでいる。ＲＦコイル３０は、関心領域１４を囲む、例えば例示されている８本の平行な導電性部材７０などの、複数の概して平行な導電性部材を含んでいる。概して平行な導電性部材の数は、例示された８本の導電性部材より多くすることもできるし、少なくすることもできる。１つ以上の末端部材が導電性部材７０に概して垂直に配置されている。この１つ以上の末端部材は、図２に例示された実施形態においては、複数の概して平行な導電性部材７０の対向する端部に近接して配置された２つの末端リング７２、７４を含んでおり、導電性部材７０に対して概して垂直に配置されている。しかしながら、その他の種類及びその他の数の末端部材も使用され得る。例えば、頭部ボリュームコイルの場合、２つの末端リング７２、７４の一方は一部の実施形態において末端キャップで置き換えられる。一部の実施形態において、第３又は第４の末端リングが付加される。複数の概して平行な導電性部材７０はＲＦ遮蔽体３２によって包囲されている。導電性の部材３２は、例えば、網目スクリーン又は区画化された導電性部材であってもよい。認識されるように、図２において、導電性の部材７０、７２、７４は、続いて説明されるように、それらの経路内にキャパシタを含んでいてもよい。

図１及び２に加えて図３Ａ及び３Ｂをも参照するに、ＲＦコイル３０は切替可能回路８０を用いてバードケージ動作モードとＴＥＭ動作モードとの間で切り替わることができる。なお、図３Ａ及び３Ｂに示されるＲＦコイルの平面的な表現は、図２に示された８本の概して平行な導電性部材の内の４本のみを含んでいる。概して平行な導電性部材を８本より多く或いは少なく有する構成も意図される。図３Ａは、コイル３０がバードケージコイルとして動作する切替可能回路８０の第１の切替構成を示している。図３Ｂは、コイル３０がＴＥＭコイルとして動作する切替可能回路８０の第２の切替構成を示している。ＴＥＭ／バードケージ選択回路６２は、切替可能回路８０のＴＥＭスイッチＳ_ＴＥＭ及びバードケージスイッチＳ_ＢＣに動作的に接続されており、第１の切替構成（バードケージモード）及び第２の切替構成（ＴＥＭモード）の選択された一方になるようにコイル３０を構成する。

図３Ａを個別に参照するに、第１の切替構成９０においては、コイル３０をバードケージ共鳴モードで動作させるように、バードケージスイッチＳ_ＢＣが閉じられ、導電性部材７０は上記の１つ以上の末端部材７２、７４に動作的に接続される。ＴＥＭスイッチＳ_ＴＥＭは第１の切替構成９０では開かれており、導電性部材７０はＲＦスクリーン３２から動作的に切り離されている。バードケージ共鳴モードにおいて、導電性部材７０はバードケージコイルのラングとしての役割を果たし、末端部材７２、７４は電流帰還路を提供する。バードケージモードにおける共鳴周波数はキャパシタンスＣ１及びＣ２の比によって決定される。より一般的には、第１の切替構成９０においては第１のインピーダンス（図３Ａの例におけるキャパシタンスＣ１）が導電性部材７０を末端部材７２、７４に接続する。各末端リング７２、７４は、第１の切替構成９０において、隣接し合う導電性部材７０間に第２のインピーダンス（図３Ａの例におけるキャパシタンスＣ２）を介在させる。

図３Ｂを個別に参照するに、第２の切替構成９２においては、コイル３０をＴＥＭ共鳴モードで動作させるように、ＴＥＭスイッチＳ_ＴＥＭが閉じられ、導電性部材７０は周囲のＲＦ遮蔽体３２に動作的に接続される。バードケージスイッチＳ_ＢＣは第２の切替構成９２では開かれており、導電性部材７０は末端部材７２、７４から動作的に切り離されている。ＴＥＭ共鳴モードにおいて、導電性部材７０はＴＥＭモードコイルのロッドとしての役割を果たし、ＲＦ遮蔽体３２は電流帰還路を提供する。ＴＥＭモードにおける共鳴周波数はキャパシタンスＣ３によって決定される。より一般的には、第２の切替構成９２においては第３のインピーダンス（図３Ｂの例におけるキャパシタンスＣ３）が導電性部材７０をＲＦ遮蔽体３２に接続する。

第１、第２及び第３のインピーダンスは個別のキャパシタンスＣ１、Ｃ２、Ｃ３として例示されている。より一般的には、第１のインピーダンスの各々は、（ｉ）個別キャパシタ、（ｉｉ）分布（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ）キャパシタンス、（ｉｉｉ）個別インダクタ、及び（ｉｖ）分布インダクタンスから成るグループから選択される。第２のインピーダンスの各々は、（ｉ）個別キャパシタ、（ｉｉ）分布キャパシタンス、（ｉｉｉ）個別インダクタ、及び（ｉｖ）分布インダクタンスから成るグループから選択される。そして、第３のインピーダンスの各々は、（ｉ）個別キャパシタ、（ｉｉ）分布キャパシタンス、（ｉｉｉ）個別インダクタ、及び（ｉｖ）分布インダクタンスから成るグループから選択される。例えば、一部の実施形態において、導電性部材７０及び／又は末端部材７２、７４は分布キャパシタンスを定めるマイクロストリップ、平行ストリップ型伝送ライン、又はこれらに類するものである。

一部の実施形態において、第１、第２及び第３のインピーダンスＣ１、Ｃ２、Ｃ３は、第１の切替構成９０のバードケージ共鳴モードと第２の切替構成９２のＴＥＭ共鳴モードとの双方が同一の周波数で共鳴するように選択される。一般に、ＴＥＭ共鳴モードが定める磁気共鳴スキャナ１０の視野は、複数の概して平行な導電性部材７０の長さより大きい。対照的に、バードケージ共鳴モードが定める磁気共鳴スキャナ１０の視野は、複数の概して平行な導電性部材７０の長さより小さい。しかしながら、バードケージ共鳴モードは一般的に、より低い比吸収率（ＳＡＲ）特性及びより高いコイル感度をもたらす。従って、バードケージ共鳴モードとＴＥＭ共鳴モードとの双方が同一の周波数で共鳴する実施形態においては、一層大きい視野にわたって撮像するためには、比較的高いＳＡＲ及び比較的低いコイル感度という犠牲の下で、ＴＥＭ／バードケージ選択回路６２を用いてＴＥＭモードが選択される。また、視野は比較的小さいながらも一層低いＳＡＲ及び一層高いコイル感度で撮像するためには、ＴＥＭ／バードケージ選択回路６２を用いてバードケージモードが選択される。

他の実施形態においては、第１、第２及び第３のインピーダンスＣ１、Ｃ２、Ｃ３は、第１の切替構成９０のバードケージ共鳴モードが第１の磁気共鳴周波数に相当する第１の周波数で共鳴し、第２の切替構成９２のＴＥＭ共鳴モードが、第１の磁気共鳴周波数とは異なる第２の磁気共鳴周波数に相当する第２の周波数で共鳴するように選択される。この実施形態は、例えば、^１Ｈプロトン共鳴の撮像又は分光法の実行のために一方の共鳴モードを使用し且つ^１３Ｃ共鳴の撮像又は分光法の実行のために他方の共鳴モードを使用することによって、２つの核の撮像又は分光法を可能にする。

例示された実施形態においては、切替回路８０は導電性部材７０の端部に近接して配置されているので、導電性部材７０の動作上の電気的長さは第１の切替構成９０と第２の切替構成９２との双方で実質的に同一である。意図される他の一部の実施形態においては、しかしながら、導電性部材７０の動作上の電気的長さは一方のコイル構成で他方のコイル構成より小さくされる。バードケージコイル構成は、末端部材７２、７４をコイルの中心に向けて内側に移動させることによって短くされることが可能であり、それにより、バードケージモードにおける更に高められたコイル感度及び更に低減されたＳＡＲがもたらされる。他の実施形態においては、例えば、ＴＥＭ構成とバードケージ構成とで同程度の視野が提供されるように、ＴＥＭコイルが短くされる。例えば異なる核種の撮像又は分光法の実行のためなど、ＴＥＭ共鳴周波数とバードケージ共鳴周波数とが異なる実施形態においては、例えばＴＥＭスイッチＳ_ＴＥＭの接続点をコイルの中心に向けて内側に移動させることによって、ＴＥＭモードにおける導電性部材７０の動作上の電気的長さを小さくすることも意図される。

図４Ａ及び４Ｂを参照するに、一部の実施形態において、スイッチＳ_ＴＥＭ及びＳ_ＢＣは直流（ｄ．ｃ．）バイアス回路９５によってバイアスされたＰＩＮダイオードＤを用いている。図４Ａ及び４Ｂに例示された実施形態においては、直流バイアス回路９５は、ＰＩＮダイオードＤにＲＦチョーク素子Ｌ１、Ｌ２を介して接続された直流電源Ｐ_ｄ．ｃ．を含んでいる。図４Ａは、ＰＩＮダイオードＤが逆バイアスされて非導電性にされている開スイッチ状態を示している。図４Ｂは、ＰＩＮダイオードＤが順バイアスされて導電性にされている閉スイッチ状態を示している。順バイアスでは、有利には、ＰＩＮダイオードＤに一定の電流が流れることを直流電流源が確実にしている。ＰＩＮダイオードのスイッチングは有利なことに高速であり、従って、コイル３０はマイクロ秒のオーダーの速さでＴＥＭ共鳴モードとバードケージ共鳴モードとの間で切り替えられることが可能である。この高速スイッチングにより、磁気共鳴撮像又は分光法の１つのシーケンス内においてさえも共鳴モードを切り替えることが意図される。例えば、より長い或いは一層均一な軸方向の励起可能範囲を実現するために送信期間でＴＥＭ共鳴モードを使用し、より高いコイル感度を実現するために受信期間でバードケージモードを使用することが可能である。他の例では、ＳＡＲを低減するために送信期間でバードケージ共鳴モードを使用し、より長い或いは一層均一な軸方向の受信可能範囲を実現するように受信期間でＴＥＭモードを使用することが可能である。ＰＩＮダイオードＤが例示されているが、例えば、トランジスタに基づく半導体電子スイッチ又はその他の半導体電子スイッチや、電気光学スイッチ又は光子スイッチ等の、その他の電子制御可能なスイッチが用いられてもよい。切替可能回路８０に光回路を使用することも意図される。

直流バイアス回路９５は、ＴＥＭ／バードケージ選択回路６２（図１）に好適に組み込まれる。ＴＥＭ／バードケージ選択回路６２は、必要に応じて、例えばＲＦ送信器３８及び受信器４６の選択的なカップリング／デカップリング等、その他のコイル切替手段をも提供する。また、認識されるように、ＲＦコイル３０は必要に応じて、例えば受信専用表面コイル等の受信専用コイルの使用を可能にするようにコイル切替回路４０又はＴＥＭ／バードケージ選択回路６２によって制御されることに適した選択的動作可能な離調又はデカップリングダイオード（図示せず）といった、様々なその他の制御可能手段を含んでいてもよい。

図５Ａ及び５Ｂを参照するに、バードケージスイッチＳ_ＢＣが省略され且つ第１のインピーダンスの値Ｃ１が第３のインピーダンスＣ３に適合された、簡略化された切替回路８０’が例示されている。なお、図５Ａ及び５Ｂに示されるＲＦコイルの平面的な表現は、図２に示された８本の概して平行な導電性部材の内の４本のみを含んでいる。概して平行な導電性部材を８本より多く或いは少なく有する構成も意図される。バードケージ共鳴動作では、変更された第１の切替構成９０’は、閉めるべきバードケージスイッチＳ_ＢＣが存在しないことを除いて、第１の切替構成９０と同様である。ＴＥＭスイッチＳ_ＴＥＭは開かれており、導電性部材７０はＲＦ遮蔽体３２から動作的に切り離されている。

ＴＥＭ共鳴モードで動作する変更された第２の切替構成９２’においては、ＴＥＭスイッチＳ_ＴＥＭは導電性部材７０を第１のインピーダンスＣ１を介してＲＦ遮蔽体３２に接続するように閉じられており、第３のインピーダンスＣ３は省略されている。この手法は、第１のインピーダンスＣ１のキャパシタンスがＴＥＭ共鳴を所望のＴＥＭ共鳴周波数に同調することにも適したものであるため、目的通りに機能する。バードケージ共鳴はキャパシタンスＣ１及びＣ２の比によって決定されるので、所望のＴＥＭ共鳴周波数をもたらすようにＣ１の値を選定し、且つ選定されたＣ１の値と共に所望のバードケージ共鳴周波数をもたらすようにＣ２の値を選定することが可能な場合がある。変更された切替回路８０’を使用するとき、バードケージ共鳴周波数及びＴＥＭ共鳴周波数は、インピーダンスの値に応じて、同一になることもあるし異なることもある。変更された第２の切替構成９２’において、末端リング７２、７４に含まれる第２のインピーダンスＣ２は、ＲＦ遮蔽体３２の部分群を第２の切替構成９２’内の第２のインピーダンスＣ２に並列に接続する閉じられたＴＥＭスイッチＳ_ＴＥＭによってバイパスあるいはショートされる。

例示されたＲＦコイル３０は全身コイルである。ＴＥＭモードで提供される大きい視野（この視野はコイル自体よりも実質的に長くなり得る）により、一部の実施形態において、概して平行な導電性部材７０は約０．５ｍより短い長さを有する。例えば０．４ｍ以下の長さの導電性部材を有するコイルといった更に短いコイルも、ボアの長さが約１．２ｍ以下のショートボア磁気共鳴スキャナに適したものとなり得る。

送信／受信コイルとして使用される開示された切替可能ボリューム（体積）コイルの選択可能な視野を決定するため、１２８ＭＨｚ（３Ｔ）の共鳴周波数で動作する１６エレメントの２次元（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ）ボディコイルをモデルとして検討を行った。モデルとしたコイルは、典型的な強磁場磁気共鳴スキャナの全身コイルにとって典型的なコイル寸法である６０ｃｍの直径及び４０ｃｍの長さを有するものである。モデルとしたＲＦ遮蔽体は６８ｃｍの直径及び１００ｃｍの長さを有する。導電性部材は、１６本の２ｃｍ幅の軸方向の導電性ストリップとし、それらが該導電性ストリップの端部で２つの末端リングに接続されているとしてモデル化した。ＴＥＭコイル共鳴モードをモデル化するに際し、半径方向に配置された導電性ストリップによって軸方向の導電性ストリップがＲＦ遮蔽体に接続されるようにモデル化した。平行な導電性部材の近傍でのピーク電界を低減するため、軸方向の各エレメント内の４つのラング内キャパシタをモデル化した。モデルシミュレーションにおいては、これらのラング内キャパシタはバードケージ動作モードとＴＥＭ動作モードとの双方によって共有されている。帯域通過型バードケージコイルを形成するように２つの末端リングに末端リングキャパシタを配置した。

図５Ａ及び５Ｂの簡略化された切替構成をシミュレーションした。各ＴＥＭスイッチＳ_ＴＥＭは２つの抵抗Ｒ１及びＲ２によってモデル化した。抵抗Ｒ１を末端リング内に配置し、抵抗Ｒ２を１つの軸方向エレメントをＲＦ遮蔽体に接続する１つの導電性ストリップ内に配置した。ＴＥＭスイッチＳ_ＴＥＭが開かれてコイルがバードケージモードで共鳴する図５Ａに示された第１の切替構成をシミュレーションするため、電流が末端リングに流れることが可能なように抵抗Ｒ１を０．２Ωに設定し、ＲＦ遮蔽体への電流を遮るように抵抗Ｒ２を１０ｋΩに設定した。逆に、ＴＥＭスイッチＳ_ＴＥＭが閉じられてコイルがＴＥＭモードで共鳴する図５Ｂに示された第２の切替構成をシミュレーションするため、末端リングへのラング電流を遮るように抵抗Ｒ１を１０ｋΩに設定し、電流がＲＦ遮蔽体に流れることが可能なように抵抗Ｒ２を０．２Ωに設定した。このＲＦコイルモデルを、末端リングキャパシタの各々を値に２２ｐＦ、ラング内キャパシタの値に（３２ｐＦ、１６ｐＦ、１６ｐＦ、３２ｐＦ）を用いて１２８ＭＨｚ（３Ｔ）での共鳴に調整した。

図６Ａ及び６Ｂを参照するに、ＴＥＭモード及びバードケージモードの何れでも動作する２次元ボディコイルに関して、モデルとした正規化されたＢ_１磁場がｘ軸（図６Ａ）及びｚ軸（図６Ｂ）に沿った回転座標系［｜Ｂ_１ ^＋｜／｜Ｂ_１ ^＋｜（０）］にプロットされている。Ｚ＝０平面はコイルの中心面であり、４０ｃｍの長さを有している。この横方向の平面内において、このコイルはＴＥＭ共鳴モードとバードケージ共鳴モードとの双方に対して同等のＢ_１磁場均一性を有している。ｚ軸に沿って、この切替可能コイルは必要に応じて選択され得る２つの視野を提供する。｜Ｂ_１ ^＋｜磁場が５０％以下まで低下しない領域として視野を定めると、バードケージコイルの視野はｚ軸に沿って３８ｃｍであり、これは４０ｃｍというコイル長より僅かに小さい長さである。ＴＥＭ共鳴モードにおいては、視野はｚ軸に沿って６３ｃｍであり、これはコイル自体より実質的に大きい長さである。バードケージ動作モードからＴＥＭ動作モードに切り替わることにより、ｚ軸に沿って６６％の視野の増大が達成される。このｚ軸方向でのＢ_１磁場の均一性の改善は、大きい視野のサジタル（矢状）撮像、大きい視野のコロナル（冠状）撮像、及び大きい視野が有利となるその他の種類の撮像の画質を向上させることを可能にする。

他方、或る一定の横方向スライス撮像への適用では、ｚ軸方向の長い視野は必要とされない。これらの適用では、バードケージ共鳴モードへの切り替えにより、コイル感度が有利に向上され、ＳＡＲが有利に低減される。無負荷でのコイル感度をＳ＝（治療中心での｜Ｂ_１ ^＋｜磁場）／（コイルのラングにおける電流振幅）として定義すると、バードケージモードはコイル感度Ｓ＝２．０μＴ／Ａを有するとしてシミュレーションされ、ＴＥＭモードはバードケージモードより低いコイル感度Ｓ＝０．７μＴ／Ａを有するとしてシミュレーションされた。バードケージモードのコイル感度はＴＥＭモードのコイル感度の約３倍の高さである。

短い視野を有するバードケージ共鳴モードを使用する別の利点は、より低いＳＡＲである。ＳＡＲを制限することは強磁場磁気共鳴撮像システムにおいて特に関心のあることである。胸部が治療中心にある現実的な人体モデルが搭載されたコイルをシミュレーションした。計算されたＳＡＲの値は中心の横方向スライス内の平均｜Ｂ_１ ^＋｜磁場が１３．５μＴに等しくなるように尺度を合わされ、ＲＦデューティサイクルの１．３５％を用いてシミュレーションされた。負荷を有するコイルのシミュレーション結果は表１にまとめられている。

表１から見て取れるように、短い視野を有するモードであるバードケージモードは、ＴＥＭモードでの対応する値と比較して遙かに低い全身ＳＡＲ、部分ＳＡＲ、及び局部ＳＡＲを有している。なお、ＴＥＭコイルモードでのＳＡＲ値は、ラング内キャパシタの値を調整すること、コイルのラングに沿って電界が均等に分布されるように、より多くのラング内キャパシタを付加すること等によって低減され得る。しかしながら、一般的に、バードケージコイルは同等サイズのＴＥＭコイルと比較して低いＳＡＲを有するという利点を保持することになる。

例示されたＲＦコイルの実施形態は全身コイルであった。しかしながら、認識されるように、例えば頭部コイル、胴体コイル、腕部コイル及び脚部コイル等、その他の種類のＲＦコイルも、バードケージモード又はＴＥＭモードでの選択可能な動作を実現する切替可能回路８０、８０’を用いて構成されることが可能である。このような局部コイルも、一層長いＴＥＭ視野と、一層低いＳＡＲ及び一層高いコイル感度を有する短いバードケージ視野との間で切り替え可能であることによる恩恵を享受することができる。また、このような局部コイルも、ＴＥＭモードとバードケージモードとが異なる共鳴周波数を有する上述の実施形態による恩恵を享受することができ、例えば^１Ｈ及び^１３Ｃの共鳴などの２つの相異なる核共鳴種の撮像又は分光法が可能にされる。ＰＩＮダイオードに基づくスイッチＳ_ＴＥＭ、Ｓ_ＢＣの高いスイッチング速度により、同一の磁気共鳴シーケンス内で交互配置（インターリーブ）することによって２つの相異なる核共鳴種の撮像又は分光法が実行されることが意図される。この場合、２つのコイルモードの各々は相異なる共鳴周波数で励起及び受信を行い、ＲＦ送信器３８及びＲＦ受信器４６は２つ以上の動作周波数に対応したものとなる。また、ＴＥＭモード又はバードケージモードの何れかで動作可能な上述のＲＦコイルが、受信コイル、送信コイル、又は結合された送信／受信（Ｔ／Ｒ）コイルとしての使用に適したものであることは理解されるべきである。

好適な実施形態を参照しながら本発明を説明してきた。以上の詳細な説明を読み、理解した者によって改良及び改変が想到されることは明らかである。本発明は、添付の請求項又はその均等物の範囲内に入る限りにおいて、そのような全ての改良及び改変を含むとして解釈されるものである。

２次元バードケージ動作モードとＴＥＭ動作モードとの間で切替可能なＲＦコイルを含む磁気共鳴システムの一例を示す図である。 図１のＲＦコイルを示す斜視図であり、内部のコイルエレメントが視認できるようにＲＦ遮蔽体は透視的に描かれている。 図１及び２のＲＦコイルの切替可能回路の第１の切替構成を示す図であり、コイルはバードケージ共鳴モードで動作するように構成されている。 図１及び２のＲＦコイルの切替可能回路の第２の切替構成を示す図であり、コイルはＴＥＭ共鳴モードで動作するように構成されている。 図１及び２のＲＦコイルの切替可能回路に含まれるスイッチの好適実施形態のオープン設定を示す図であり、ＰＩＮダイオードは磁気共鳴周波数で非導電性になるように直流で逆バイアスされている。 図４Ａのスイッチのクローズ設定を示す図であり、ＰＩＮダイオードは磁気共鳴周波数で導電性になるように直流で順バイアスされている。 図１及び２のＲＦコイルの改良された切替可能回路の第１の切替構成を示す図であり、コイルはバードケージ共鳴モードで動作するように構成されている。 図１及び２のＲＦコイルの改良された切替可能回路の第２の切替構成を示す図であり、コイルはＴＥＭ共鳴モードで動作するように構成されている。 図５Ａ及び５Ｂの切替可能回路を有するＲＦコイルのシミュレーション結果をプロットした図であり、コイルの軸に垂直なｘ軸に沿ったＢ_１磁場の不均一性をバードケージ動作モードとＴＥＭ動作モードとで比較している。 図５Ａ及び５Ｂの切替可能回路を有するＲＦコイルのシミュレーション結果をプロットした図であり、コイルの軸であるｚ軸に沿ったＢ_１磁場の不均一性をバードケージ動作モードとＴＥＭ動作モードとで比較している。

Claims (22)

1. 磁気共鳴撮像又は磁気共鳴分光法のためのＲＦコイルであって：
   関心領域を囲む複数の概して平行な導電性部材；
   前記複数の概して平行な導電性部材に対して概して垂直に配置された１つ以上の末端部材；
   前記複数の概して平行な導電性部材を囲む概して円筒形のＲＦ遮蔽体；及び
   （ｉ）前記導電性部材が前記１つ以上の末端部材に動作的に接続された第１の切替構成、及び（ｉｉ）前記導電性部材が前記ＲＦ遮蔽体に動作的に接続された第２の切替構成、を選択的に有する切替可能回路であり、当該ＲＦコイルは、該第１の切替構成においてバードケージ共鳴モードで動作し、該第２の切替構成においてＴＥＭ共鳴モードで動作する、切替可能回路；
   を有するＲＦコイル。
2. 前記切替可能回路は：
   前記第１の切替構成において前記導電性部材を前記末端部材に接続する第１のインピーダンス；及び
   前記第２の切替構成において前記導電性部材を前記ＲＦ遮蔽体に接続する第３のインピーダンス；
   を含む、請求項１に記載のＲＦコイル。
3. 前記１つ以上の末端部材は、前記複数の概して平行な導電性部材の両端部に近接して配置され且つ前記導電性部材に対して概して垂直に配置された２つの末端リングを含み、各末端リングは前記第１の切替構成において、隣接し合う前記導電性部材間に第２のインピーダンスを介在させる、請求項２に記載のＲＦコイル。
4. 前記第１、第２及び第３のインピーダンスは、それぞれ、第１、第２及び第３のキャパシタンスを有する、請求項３に記載のＲＦコイル。
5. 前記第１のインピーダンスの各々は、（ｉ）個別キャパシタ、（ｉｉ）分布キャパシタンス、（ｉｉｉ）個別インダクタ、及び（ｉｖ）分布インダクタンスから成るグループから選択され、
   前記第２のインピーダンスの各々は、（ｉ）個別キャパシタ、（ｉｉ）分布キャパシタンス、（ｉｉｉ）個別インダクタ、及び（ｉｖ）分布インダクタンスから成るグループから選択され、且つ
   前記第３のインピーダンスの各々は、（ｉ）個別キャパシタ、（ｉｉ）分布キャパシタンス、（ｉｉｉ）個別インダクタ、及び（ｉｖ）分布インダクタンスから成るグループから選択されている、
   請求項３に記載のＲＦコイル。
6. 前記第１、第２及び第３のインピーダンスは、前記第１の切替構成における前記バードケージ共鳴モードと前記第２の切替構成における前記ＴＥＭ共鳴モードとの双方が同一の周波数で共鳴するように選択されている、請求項３に記載のＲＦコイル。
7. 前記第１、第２及び第３のインピーダンスは、（ｉ）前記第１の切替構成における前記バードケージ共鳴モードが、第１の磁気共鳴周波数に相当する第１の周波数で共鳴し、且つ（ｉｉ）前記第２の切替構成における前記ＴＥＭ共鳴モードが、前記第１の磁気共鳴周波数とは異なる第２の磁気共鳴周波数に相当する第２の周波数で共鳴する、ように選択されている、請求項３に記載のＲＦコイル。
8. 前記導電性部材の各々は第１のインピーダンスを有し；
   前記１つ以上の末端部材は、前記複数の概して平行な導電性部材の両端部に近接して配置された２つの末端リングを含み、各末端リングは、前記導電性部材に対して概して垂直であり、且つ前記第１の切替構成において、隣接し合う前記導電性部材間に第２のインピーダンスを介在させ；且つ
   前記第２の切替構成は、前記ＲＦ遮蔽体の部分を前記第２のインピーダンスに並列に接続することによって前記末端リングの前記第２のインピーダンスを迂回する；
   請求項１に記載のＲＦコイル。
9. 前記第１及び第２のインピーダンスは、前記第１の切替構成における前記バードケージ共鳴モードと前記第２の切替構成における前記ＴＥＭ共鳴モードとの双方が同一の周波数で共鳴するように選択されている、請求項８に記載のＲＦコイル。
10. 前記切替可能回路は：
    前記導電性部材を前記ＲＦ遮蔽体に選択的に接続するＴＥＭスイッチであり、前記第１の切替構成において開かれ、前記第２の切替構成において閉じられるＴＥＭスイッチ
    を含む、請求項１に記載のＲＦコイル。
11. 前記第２の切替構成において、閉じられた前記ＴＥＭスイッチ及び前記ＲＦ遮蔽体は協働して、前記１つ以上の末端部材を電気的に迂回する電気的バイパスを規定する、請求項１０に記載のＲＦコイル。
12. 前記切替可能回路は更に：
    前記導電性部材を前記１つ以上の末端部材に選択的に接続するバードケージスイッチであり、前記第１の切替構成において閉じられ、前記第２の切替構成において開かれるバードケージスイッチ
    を含む、請求項１０に記載のＲＦコイル。
13. 前記ＴＥＭスイッチは、電気的に切替可能なＰＩＮダイオードを含む、請求項１０に記載のＲＦコイル。
14. 前記切替可能回路は：
    ＰＩＮダイオード；及び
    各ＰＩＮダイオードを導通状態及び非導通状態の選択された一方にバイアスする直流バイアス回路；
    を含む、請求項１に記載のＲＦコイル。
15. 前記導電性部材の動作上の電気的長さは、前記第１の切替構成と前記第２の切替構成との双方で実質的に同一である、請求項１に記載のＲＦコイル。
16. 関心領域を囲む複数の概して平行な導電性部材；
    前記複数の概して平行な導電性部材に対して概して垂直に配置された１つ以上の末端部材；
    前記複数の概して平行な導電性部材を囲む概して円筒形のＲＦ遮蔽体；及び
    （ｉ）前記導電性部材が前記１つ以上の末端部材に動作的に接続された第１の切替構成、及び（ｉｉ）前記導電性部材が前記ＲＦ遮蔽体に動作的に接続された第２の切替構成、を選択的に有する切替可能回路であり、当該ＲＦコイルは、該第１の切替構成においてバードケージ共鳴モードで動作し、該第２の切替構成においてＴＥＭ共鳴モードで動作する、切替可能回路；
    を含むＲＦコイル；
    前記関心領域内に静磁場を発生する主磁石；
    選択された傾斜磁場を前記関心領域内で前記静磁場に選択的に重畳する傾斜磁場コイル；並びに
    前記ＲＦコイルの前記切替可能回路に動作的に接続され、該コイルを前記第１の切替構成及び前記第２の切替構成の選択された一方に構成する選択回路；
    を有する磁気共鳴スキャナ。
17. （ｉ）前記バードケージ共鳴モードは、前記複数の概して平行な導電性部材の長さより短い、あるいはほぼ等しい磁気共鳴スキャナの視野を定め、且つ（ｉｉ）前記ＴＥＭ共鳴モードは、前記複数の概して平行な導電性部材の長さより長い磁気共鳴スキャナの視野を定める、請求項１６に記載の磁気共鳴スキャナ。
18. 前記ＲＦコイルは全身コイルである、請求項１６に記載の磁気共鳴スキャナ。
19. 前記概して平行な導電性部材は約０．５ｍ未満の長さを有する、請求項１８に記載の磁気共鳴スキャナ。
20. 磁気共鳴撮像又は磁気共鳴分光法のためのＲＦコイルであって：
    関心領域の周囲に配置された複数の概して平行な導電性部材；及び
    （ｉ）前記導電性部材がバードケージ共鳴モードで動作する第１の構成、及び（ｉｉ）前記導電性部材がＴＥＭ共鳴モードで動作する第２の構成、を選択的に有する回路；
    を有するＲＦコイル。
21. 関心領域内に主磁場を生成する生成段階；
    前記関心領域の周囲に配置された複数の概して平行な導電性部材；及び
    （ｉ）前記導電性部材がバードケージ共鳴モードで動作する第１の構成、及び（ｉｉ）前記導電性部材がＴＥＭ共鳴モードで動作する第２の構成、を選択的に有する回路；
    を有するＲＦコイルを用いて前記関心領域内で磁気共鳴を励起する励起段階；並びに
    前記ＲＦコイルを用いて磁気共鳴信号を受信する受信段階；
    を有する磁気共鳴方法であって：
    前記励起段階は、前記ＲＦコイルを前記第１及び第２の構成の一方にして実行され、且つ前記受信段階は、前記ＲＦコイルを前記第１及び第２の構成の他方にして実行される、方法。
22. 前記励起段階は、前記ＲＦコイルを前記ＴＥＭ共鳴モードで動作する前記第２の構成にして実行され、且つ
    前記受信段階は、前記ＲＦコイルを前記バードケージ共鳴モードで動作する前記第１の構成にして実行される、
    請求項２１に記載の磁気共鳴方法。

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