JP2010512932A - Rfコイルに対する電力供給 - Google Patents
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Abstract
磁気共鳴(MR)信号を受信する無線周波数(RF)コイル配列において、RFコイル配列(402)は、関連する電子回路を有する少なくとも1つのRF受信コイルと、その関連する電子回路へ電力を供給するよう配置される再充電可能な蓄電装置と、再充電可能な蓄電装置を充電するよう配置される充電回路とを有する。充電回路は、少なくとも無線周波数受信コイルがMR信号を受信している場合にRFコイル配列から充電回路を電気的に分離するよう構成されるスイッチング回路(102SW1,102SW2,104SW1,104SW2,106SW1,106SW2,108SW1,108SW2)を有する。RF受信コイルがMR信号を受信していない時間及び/又は他のRFコイルがRF受信コイルの存在下でRF信号を送信していない時間の間、スイッチング回路は、充電回路をオン状態に切り替えて、充電回路が再充電可能な蓄電装置を充電することを可能にする。
Description
本発明は、磁気共鳴(MR)の分野に関し、特に、無線周波数(RF)コイル電子機器に対する電力供給に関する。
国際特許出願WO2006/000928A2(特許文献1)は、磁気共鳴信号を受信するRF受信コイルであって、RFアンテナは1又はそれ以上の導体を有し、少なくとも1つの導体は略中空の導体であるRF受信コイルを開示する。少なくとも1つの電子部品、例えば、バッテリ又は蓄積キャパシタは、RFアンテナを動作させるようRFアンテナの略中空導体内に配置される。或る実施形態で、バッテリ又は蓄積キャパシタは、磁気共鳴撮像シーケンスのRF励起相によって充電される。すなわち、バッテリ又はキャパシタは、MR励起の間、RF送信器によって充電される。更なる他の実施形態で、バッテリ又はキャパシタは、走査間でRFケーブルにわたって充電される。
上記の実施形態では、バッテリ又はキャパシタを充電するために使用される、特にRF受信コイルの近くにある電線の存在は、配線を流れるコモンモード電流を引き起こす。例えば、コモンモード電流は、受信コイルと結合して、受信コイルの性能に作用し、得られるMR画像にアーティファクトを生じさせる。
従って、RF受信コイルがMR信号を受信している場合にコモンモード電流のフローを妨げるよう構成され得る充電回路を有することが望ましい。
これは、少なくとも2つの異なる状態、例えば、オン及びオフの間で充電回路を切り替えることによって達成される。1つの状態、例えば、オン状態で、充電回路は、バッテリ又は蓄積キャパシタを充電し、一方、他のモード、例えば、オフ状態で、充電回路は、充電回路の配線を通るコモンモード電流のフローを無効にするように、電気的に分離される。
然るに、MR信号を受信するRFコイル配列がここで開示される。RFコイル配列は、関連する電子回路を有する少なくとも1つのRF受信コイルと、その関連する電子回路へ電力を供給するよう配置される再充電可能な蓄電装置と、再充電可能な蓄電装置を充電するよう配置される充電回路とを有する。充電回路は、少なくとも無線周波数受信コイルがMR信号を受信している場合にRFコイル配列から充電回路を電気的に分離するよう構成されるスイッチング回路を有する。
RF受信コイルがMR信号を受信していない時間及び/又は他のRFコイルがRF受信コイルの存在下でRF信号を送信していない時間の間、スイッチング回路は、充電回路をオン状態に切り替えて、充電回路が再充電可能な蓄電装置を充電することを可能にする。RF受信コイルがMR信号を受信している場合に、スイッチング回路は、充電回路をオフ状態に切り替えて、充電回路でのコモンモード電流のフローを無効にする。同様に、スイッチング回路は、また、RFコイル配列が、RF信号を試験対象へ送信している他のRFコイルの存在下にある場合は、充電回路をオフ状態に切り替える。このように、再充電可能な蓄電装置の充電は、対象へのRF送信及び対象からのMR信号の受信の両方がない場合に起こる。RF信号が送信されず且つMR信号が受信されないこのような時間期間は、連続するパルスシーケンスの間で、又は特定のパルスシーケンスの間の“不感時間(dead time)”として、MR試験の間利用可能である。
更に、ここで、MRシステムでRFコイル配列へ電力を供給する方法も開示される。この方法で、RFコイル配列は、関連する電子回路を有する少なくとも1つのRF受信コイルを有し、また、再充電可能な蓄電装置は、電力を関連する電子回路へ供給するよう構成される。当該方法は、再充電可能な蓄電装置を充電するよう充電回路を動作させる段階と、少なくともRFコイルが動作中である場合にRFコイル配列から充電回路を分離するようスイッチング回路を動作させる段階とを有する。
更に、ここで、MRシステムでRFコイル配列へ電力を供給する方法を実施するコンピュータプログラムも開示される。このプログラムで、RFコイル配列は、関連する電子回路を有する少なくとも1つのRF受信コイルを有し、また、再充電可能な蓄電装置は、電力を関連する電子回路へ供給するよう構成される。当該コンピュータプログラムは、コンピュータで実行される場合に、再充電可能な蓄電装置を充電するよう充電回路を動作させ、且つ、少なくともRF受信コイルが動作中である場合にRFコイル配列から充電回路を分離するようスイッチング回路を動作させる命令を有する。
上記の又は他の様相は、添付の図面を参照して、一例として下記の実施例に基づいて、以下で詳細に記載される。
対応する参照符号は、様々な図で使用される場合に、図中の対応する要素を表す。
RFコイルに付随する電子回路は、前置増幅器回路、チューン−デチューン・スイッチ、及び/又はアナログ若しくはデジタル信号処理回路のような様々な電子回路を有してよい。全てのこれらの電子回路は、通常DCである動作電力を必要とする。この電力は様々な方法で供給され得る。
必要とされる電力を供給する1つの方法は、主電源からRFコイルへ至る導線を介する。しかし、導線は、RFコイルによって生成されるRF場と相互に作用して、RFコイル配列によって試験されている対象の安全を脅威にさらすことがある。更に/あるいは、それは、得られるMR画像にアーティファクトを生じさせることがある。必要とされる電力を供給する他の方法は、バッテリ又はキャパシタ等の局所電力供給を使用することによる。バッテリ又はキャパシタは、それらを頻繁に交換する必要性を減らすように再充電可能である。次いで、再充電可能な局所電力供給は、必要な場合に、関連する電子回路へ電力を供給するよう周期的に充電され得る。かかる再充電は、図1に示される充電回路を提供することによって達成される。図1で、キャパシタ又は蓄積バッテリのような再充電可能な蓄電装置は、電子回路のごく近くにあり、主電源から電力を供給される。
手短に、図1は、4つの組102、104、106及び108に分けられている複数のRFコイルを有するRFコイル配列を示す。コイルの各組は、複数のRFコイル、すなわち、コイル要素102rf1乃至102rfn、104rf1乃至104rfn、106rf1乃至106rfn、108rf1乃至108rfnを有する。102rf1と102rfnとの間の破線は、2よりも多いRFコイルがRFコイルの特定の組102に存在しうることを示す。同様の推論は、他のRFコイルの組104、106及び108の破線について描かれている。RFコイルの各組102、104、106及び108は、夫々、102el、104el、106el及び108elで表される各自の電子回路と結合されている。各電子回路は、夫々、102ps、104ps、106ps及び108psで表されている各自の局所電力供給を有する。局所電力供給は、各自のスイッチング回路によって、充電回路と接続され、又は充電回路から切り離され得る。図1に示される実施例では、各局所電力供給回路について2つのスイッチング回路、具体的に、102ps用の102sw1及び102sw2、104ps用の104sw1及び104sw2、106ps用の106sw1及び106sw2、並びに108ps用の108sw1及び108sw2がある。局所電力供給及びスイッチング回路は、それらを相互接続し、また、それらを主電源HVへ接続する配線とともに、ここで開示される充電回路を形成する。再充電可能な蓄電装置(102sc、104sc、106sc、108sc)は、各局所電力供給回路(102ps、104ps、106ps、108ps)に設けられ、電力を各自の電子回路へ供給する電荷を蓄える。具体的に、再充電可能な蓄電装置102sc、104sc、106sc及び108scは、夫々、電子回路102el、104el、106el及び108elへ電力を供給する。全ての局所電力供給は、主電源HVによって給電される。
局所再充電可能蓄電装置を用いて関連する電子機器へ電力を供給する場合でさえ、導線が、再充電可能な蓄電装置を再充電するために、主電源HVから電力を供給するよう使用される場合は、我々は、導線がRF受信コイルと相互に作用するという上記の問題に陥る。これを回避するよう、導線は、RF受信コイル配列がMR信号を受信している場合に導線が互いから切り離されるより小さな部分にカットされることを確かにすることによって、RF受信コイル配列と相互に作用することを阻止される。これは、図1に示されるスイッチング回路を提供することによって達成され得る。図1で、充電回路の特定の区間に接続されている2つのスイッチ(RFコイルの組102の充電回路へ接続されている102sw1及び102sw2)は、RF受信コイルがMR信号を受信している場合に充電回路の導線を切断するよう動作する。
更に、充電回路の導線は、試験下の対象(図4の405)へRF信号を送信するために使用されるRF送信コイルと相互に作用することがあり得る。かかる相互作用は、送信場の均質性に変化をもたらす。次いで、これは、対象における局部的な又は全体の比吸収率に予期しない増大を引き起こす。RF送信コイルは、RF受信コイル配列と同じであってよい。あるいは、それは、異なるRFコイルであってよい。いずれにしても、導線がRF送信の間もカットされるようにスイッチ(102sw1及び102sw2、104sw1及び104sw2、106sw1及び106sw2、108sw1及び108sw2)を動作させることによって、充電回路とRF送信コイルとの間の相互作用を回避することが可能である。この実施例では、このようにして、MRパルスシーケンスにおける“不感時間”を利用して再充電可能な蓄電装置を充電することが可能である。MRパルスシーケンスにおける不感時間は、RF信号がRF送信コイルによって送信されておらず且つMR信号がRF受信コイルによって受信されていないところのパルスシーケンス中の時間期間として定義され得る。
かかる不感時間の例は、図3中に時間間隔“d”として示される。図3で、ブロックTXはMRパルスシーケンスの送信相を示し、その間、RF送信コイルは試験下の対象(図4の405)へRF信号を送信する。また、ブロックACQはMRパルスシーケンスの取得相を示し、その間、RF受信コイルはMR信号を受信する。符号“t”を付されている軸は、左から右へ進む時間軸を表す。符号“d”を付されている、送信相と取得相との間にある時間期間は、送信も受信も行われない不感時間を表す。その不感時間の間、再充電可能な蓄電装置(102sc、104sc、106sc、108sc)は、充電回路によって充電され得る。他の時間期間の間、すなわち、送信相TX及び取得相ACQの間、図1のスイッチング回路は、RF場との相互作用を最小限とするように充電回路の導線をカットするために、スイッチ(102sw1及び102sw2、104sw1及び104sw2、106sw1及び106sw2、108sw1及び108sw2)を開くことによって動作する。このようにして、充電回路は、周期的に充電期間の間にのみ存在し、他の時間期間の間は“RF不可視(RF-invisible)”となる。スイッチ(102sw1及び102sw2、104sw1及び104sw2、106sw1及び106sw2、108sw1及び108sw2)を開いた後に充電回路における導線の残りの長さがRF送信又は受信と相互に作用しうる長さを有すると充電回路の製造中に判断される場合は、追加のスイッチが充電回路に組み込まれてよい。(追加のスイッチを含む)スイッチを適切に開くことによって、或る最大限許容可能な配線長さが超えられないことを確かにすることが可能である。例えば、各配線長の長さは、送信又は受信される信号の波長の4分の1よりも実質的に短くされてよい。更に、有効な性能のために、配線長は、また、使用されている送信及び/又は受信コイルの長さよりも短くされてよい。これは、波長効果の相互作用と、略等しい導体長さ、例えば、典型的な全身用コイル又は他の表面コイルのコイル導体の長さによって引き起こされる相互作用とを最小限とする。
RFコイルに付随する電子回路へ電力を供給するために使用される再充電可能な蓄電装置は、かかる電力を複数の電圧で供給する能力を必要とすることがある。かかる複数の電圧を生成する1つの方法は、主要供給電圧のパルス幅変調(PWM)(又はデューティサイクルに作用する他の変調)を使用することであり、これは図2に示される。3つの例示の電圧が示されている。すなわち、1.8ボルト(V)、3V及び5Vである。これらの電圧は、夫々、再充電可能な蓄電装置201sc、202sc及び203scによって生成される。他の電圧が、また、ステップダウン・コンバータ、スイッチキャパシタ・コンバータ、又はDC−DC電力コンバータを実現するその他手段のような既知の装置を使用することによって、必要に応じて生成されてよい。キャパシタ201c、202c及び203c並びに関連するスイッチ201s、202s及び203cは、スイッチ201s、202s及び203cを適切に動作させることによって、正確な電圧が選択されることを可能にする。
図1の充電回路で再充電可能な蓄電装置として使用される1つの適切な装置は、低容量バッテリ又は“スーパーキャパシタ(SuperCaps)”である。使用され得るスーパーキャパシタの範囲は、給電される必要がある回路のタイプに依存する。充電式バッテリのような他の蓄電装置が、また、スーパーキャパシタに代えて、あるいはこれと組み合わせて、使用されてよい。
スイッチング回路を有する充電回路は、RF受信コイル配列がMR試験で使用されるべき場合にRF受信コイル配列と接続され得る別個(スタンドアロン)のユニットとして構成されてよいことが知られる。充電回路及び複数の受信コイル配列は、また、同じ充電回路が複数のRF受信コイル配列を充電するために使用され得るように設計されてよく、それによって、全体の費用を最小限とする。また、関連する電子回路へ適切に接続される、蓄電装置のためのレセプタクル(receptacle)しか設けられないようにRF受信コイル配列を設計することも可能である。別個のユニットとして得られる(すなわち、RF受信コイル配列と一体化されない)蓄電装置は、関連する電子機器に給電するために、レセプタクルへ(必要に応じて)別個に加えられてよい。このような配置は、RF受信コイル配列全体及び/又は充電回路を交換する必要なく、蓄電装置が不良となる場合にそれを交換する能力を提供する。
図4は、ここに開示される充電回路を備えたRFコイル配列を利用するMRシステムの可能な実施例を示す。MRシステムは、メインコイル401、傾斜ドライバユニット406へ接続されている複数の傾斜コイル402、及びRFコイルドライバユニット407へ接続されているRFコイル403の組を有する。全身用コイルの形で磁石に組み込まれても、あるいは、別個の表面コイルであってもよいRFコイル403の機能は、更に、送信/受信(T/R)スイッチ413によって制御される。複数の傾斜コイル402及びRFコイルは、電源ユニット412によって給電される。輸送システム404、例えば患者台は、対象405、例えば患者を、MR撮像システム内に位置付けるために使用される。制御ユニット408は、RFコイル403及び傾斜コイル402を制御する。制御ユニット408は、単一ユニットして示されているが、同様に複数のユニットとして実施されてよい。制御ユニット408は、更に、再構成ユニット409の動作を制御する。制御ユニット408は、また、例えばモニタ画面又はプロジェクタといった表示ユニット410と、データ記憶ユニット415と、例えばキーボード、マウス、トラックボール等のユーザ入力インターフェースユニット411とを制御する。
メインコイル401は、例えば磁界強度1テスラ(T)、1.5T又は3Tの、安定しており且つ均一な静的磁場を生成する。充電回路を有する開示されるRFコイル配列は、他の磁界強度で同様に用いられてよい。メインコイル401は、トンネル形状の試験空間を取り囲むように配置されており、対象405は、その試験空間内に入れられる。他の一般的な構成は、間に空隙を有する対向する磁極面を有し、対象405は、輸送システム404を使用することによって、その空隙の中に入れられる。MR撮像を可能にするよう、静的磁場に重ね合わされる時間的に変化する磁場傾斜が、傾斜ドライバユニット406によって供給される電流に応答して複数の傾斜コイル402によって生成される。電源ユニット412は、電子傾斜増幅回路を取り付けられており、複数の傾斜コイル402へ電流を供給する。その結果、傾斜パルス(傾斜パルス波形とも呼ばれる。)が生成される。制御ユニット408は、適切な傾斜波形を生成するよう、傾斜コイルを通って流れる電流の特性、すなわち、その強さ、存続期間及び方向を制御する。制御ユニット408は、また、T/Rスイッチ413を介して、RFパルス励起の適用と、エコーや自由誘導減衰等を有するMR信号の受信とを制御する。RFコイル403は、対象405でRF励起パルスを生成し、そのRF励起パルスに応答して対象405によって生成されるMR信号を受信する。RFコイルドライバユニット407は、RF励起パルスを送信するようRFコイル403へ電流を供給し、また、RFコイル403によって受信されたMR信号を増幅する。RFコイル403又はRFコイルの組の送信及び受信機能は、T/Rスイッチ413を介して制御ユニット408によって制御される。T/Rスイッチ413は、送信モードと受信モードとの間でRFコイル403を切り替える電子回路を設けられ、RFコイル403及び他の関連する電子回路をブレイクスルー又は他の過負荷等に対して保護する。送信されるRF励起パルスの特性、すなわち、その強さ及び存続期間は、制御ユニット408によって制御される。制御ユニット408は、また、MRパルスシーケンスに基づいて、スイッチング回路(図1の102sw1及び102sw2、104sw1及び104sw2、106sw1及び106sw2、108sw1及び108sw2)を動作させる制御信号を生成する。スイッチング回路を動作させることによって、制御ユニット408は、(再充電可能な電源装置を充電する)充電モード及び(RF送信及び/又は受信動作の間のコモンモード電流のフローを防ぐ)“RF不可視”モードから充電回路を切り替えることができる。
留意すべきは、送信及び受信コイルは本実施例では1つのユニットとして示されているが、送信及び受信のための別個のコイルを夫々有することも可能である点である。更に、送信若しくは受信又はその両方のための複数のRFコイル403を有することが可能である。RFコイル403は、全身用コイルの形で磁石に組み込まれてよく、あるいは、別個の表面コイルであってよい。それらは、異なる形状(geometries)、例えば、ブリッジ構造又は単純なループ構造等を有してよい。望ましくは、制御ユニット408は、プロセッサ、例えばマイクロプロセッサを含むコンピュータの形をとる。キーボード、マウス、タッチスクリーン、トラックボール等のようなユーザ入力インターフェースユニット411は、操作者がMRシステムと対話することを可能にする。
RFコイル403により受信されたMR信号は、画像化される対象405の関心領域での局所スピン密度に関する実際の情報を含む。受信信号は、再構成ユニット409によって再構成され、MR画像又はMRスペクトルとして表示ユニット410で表示される。代替的に、更なる処理を待つ間、再構成ユニット409からの信号を記憶ユニット415に格納することが可能である。再構成ユニット409は、有利に、RFコイル403から受信されるMR信号を得るようプログラミングされているデジタル画像処理ユニットとして構成される。
制御ユニット408は、コンピュータで実行される場合に、コンピュータが、ここに開示される方法の様々な様相を実行することを可能にする命令を有するコンピュータプログラムを読み出して実行することができる。ここに開示されるコンピュータプログラムは、コンピュータ読取可能な媒体、例えば、CD−ROM、DVD、フロッピー(登録商標)ディスク、メモリディスク、磁気テープ、又はコンピュータによって読取可能な他の何らかの有形媒体に存在してよい。コンピュータプログラムは、また、例えばインターネットを介して、ダウンロードされ、又は別なふうにコンピュータへ転送されるダウンロード可能なプログラムであってもよい。転送手段は、光学ドライブ、磁気テープドライブ、フロッピー(登録商標)ドライブ、USB若しくは他のコンピュータポート、イーサネット(登録商標)ポート等であってよい。
開示される方法に係る記載される実施形態での様式は強制的ではない。当業者は、開示される概念から逸脱することなく、ステップの順序を変更し、あるいは、スレッディングモデル(threading models)、マルチプロセッサシステム又は複数の処理を用いて同時にステップを実行してよい。
留意すべきは、上記の実施例は、本発明を限定しているのではなく説明しているのであり、当業者は、添付の特許請求の範囲の適用範囲から逸脱することなく、多数の代替の実施例を設計することができる点である。特許請求の範囲で、括弧内の多数の参照符号は、請求項を限定するよう解されるべきではない。語「有する」又は「含む」は、請求項に挙げられた以外の要素又はステップの存在を除くものではない。要素の前にある語「1つの」は、このような要素の複数個の存在を除くものではない。開示される方法は、幾つかの個別要素を有するハードウェアによって、及び適切にプログラミングされているコンピュータによって実施され得る。幾つかの手段を列挙しているシステムクレームで、これらの手段の幾つかは、コンピュータ読取可能なソフトウェア又はハードウェアの同一の事項によって具現され得る。或る手段が相互に異なる従属請求項で挙げられているという単なる事実は、これらの手段の組合せが有利に使用されないことを示すものではない。
Claims (9)
- 磁気共鳴信号を受信する無線周波数コイル配列であって:
関連する電子回路を有する少なくとも1つの無線周波数受信コイル;
電力を前記関連する電子回路へ供給するよう配置される再充電可能な蓄電装置;及び
前記再充電可能な蓄電装置を充電するよう配置される充電回路;
を有し、
前記充電回路は、少なくとも前記無線周波数受信コイルが動作中である場合に当該無線周波数コイル配列から前記充電回路を電気的に分離するよう構成されるスイッチング回路を有する、無線周波数コイル配列。 - 前記再充電可能な蓄電装置はスーパーキャパシタである、請求項1記載の無線周波数コイル配列。
- 前記充電回路は、複数の電圧を生成するよう構成される、請求項1記載の無線周波数コイル配列。
- 請求項1記載の無線周波数コイル配列を有する磁気共鳴システムであって、
前記無線周波数コイル配列は、磁気共鳴信号を受信するよう配置され、
前記無線周波数コイル配列は:
関連する電子回路を有する少なくとも1つの無線周波数受信コイル;
電力を前記関連する電子回路へ供給するよう配置される再充電可能な蓄電装置;及び
前記再充電可能な蓄電装置を充電するよう配置される充電回路;
を有し、
前記充電回路は、少なくとも前記無線周波数受信コイルが動作中である場合に当該無線周波数コイル配列から前記充電回路を電気的に分離するよう構成されるスイッチング回路を有する、磁気共鳴システム。 - 無線周波数信号を対象へ送信するよう配置される無線周波数送信コイルを有し、
前記スイッチング回路は、更に、前記無線周波数送信コイルが無線周波数信号を送信している場合に前記充電回路を分離するよう構成される、請求項4記載の磁気共鳴システム。 - 磁気共鳴システムで無線周波数コイル配列へ電力を供給する方法であって、前記無線周波数コイル配列は、関連する電子回路を有する少なくとも1つの無線周波数受信コイルを有し、再充電可能な蓄電装置は、電力を前記関連する電子回路へ供給するよう構成される方法において:
スイッチング回路を有する充電回路を、前記再充電可能な蓄電装置を充電するよう動作させる段階;及び
少なくとも前記無線周波数コイルが動作中である場合に前記無線周波数コイル配列から前記充電回路を分離するよう前記スイッチング回路を動作させる段階;
を有する方法。 - 前記磁気共鳴システムは、無線周波数信号を対象へ送信するよう配置される無線周波数送信コイルを有し、
当該方法は、更に:
前記無線周波数送信コイルが無線周波数信号を前記対象へ送信している場合に前記無線周波数コイル配列から前記充電回路を分離するよう前記スイッチング回路を動作させる段階
を有する、請求項6記載の方法。 - 磁気共鳴システムで無線周波数コイル配列へ電力を供給する方法を実施するコンピュータプログラムであって、前記無線周波数コイル配列は、関連する電子回路を有する少なくとも1つの無線周波数受信コイルを有し、再充電可能な蓄電装置は、電力を前記関連する電子回路へ供給するよう構成されるコンピュータプログラムであって、
コンピュータで実行される場合に、
前記再充電可能な蓄電装置を充電するよう充電回路を動作させ、且つ
少なくとも前記無線周波数受信コイルが動作中である場合に前記無線周波数コイル配列から前記充電回路を分離するようスイッチング回路を動作させる
命令を有するコンピュータプログラム。 - 前記磁気共鳴システムは、無線周波数信号を対象へ送信するよう配置される無線周波数送信コイルを有し、
当該コンピュータプログラムは、更に、
前記無線周波数送信コイルが無線周波数信号を前記対象へ送信している場合に前記無線周波数コイル配列から前記充電回路を分離するよう前記スイッチング回路を動作させる
命令を有する、請求項8記載のコンピュータプログラム。
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