JP5069471B2 - オープンｍｒｉシステムのための平面ｒｆ共鳴器 - Google Patents

Description

本発明は画像診断技術に関し、特に、検査区間にB₀磁場を発生するオープン磁気システムを備える磁気共鳴装置に適用されるものである。

オープン磁気システムは、一般に、永久磁石の２つの極プレート間、又は電磁石の２つのコイルパッケージ間に垂直B₀磁場を発生する磁気システムである。そして、検査領域を円筒形ボアとして囲むクローズド磁気システムの場合の状況とは対照的に、検査領域は高度に開放されている。

人体の医療診断に用いられる磁気共鳴イメージング装置では、通常、体軸は水平に向けられる。なお、この向きはオープンシステムでは直交座標系のｘ軸として表示される。検査される人体部位はｚ軸方向のB₀磁場を発生する磁石の磁極片間に置かれる。B₁励起信号を送信するため、及び共鳴信号を受信するため、共鳴器が備えられる。

磁気共鳴イメージングにおいては、被検体は体内の核スピンを整列させるB₀磁場と呼ばれる均一磁場内に位置付けられる。傾斜コイルが空間的に変化する傾斜磁場をB₀磁場と交わるように発生する。無線周波数（ＲＦ）アンテナ及びＲＦ送信機が核スピンを励起する。同一又は異なるアンテナが励起された核スピンによって誘起された共鳴ＲＦ信号を受信し、この信号は受信機へと送られる。周波数調整並びに負荷の管理及び均等化の目的に適合するネットワークを介して、アンテナは送信機及び受信機と接続されている。送信専用コイル及び受信専用コイルもまた技術的に知られている。

現状の一部のオープン型の磁気共鳴イメージング（magnetic resonance imaging；ＭＲＩ）スキャナでは、ＲＦコイルは患者に近接配置される円板であり、円板と主磁石の隣接する磁極片との間に置かれた環状リングを備えている。円板及び環状リングの周囲はキャパシタを備える垂直の梁部（rung）の組に接続されている。ここで、このキャパシタは垂直に傾けられた非常に短い鳥かごコイルに似たものである。環状リングと傾斜コイルとの間にはＲＦスクリーンが配置される。円板には、一様なB₁磁場を発生する均質な電流が流れる。しかしながら、放射状に放射されるＲＦ磁場の一因となる不均質な磁場がリングによって発生されることが本発明の発明者によって見出された。現状のコイル設計では、ボア周辺の比吸収率（specific absorption rate；ＳＡＲ）は医師、又は撮影中に患者の周囲を歩き回る付添人にとって過度に高いと考えられる。

オープンＭＲＩシステムは、顧客から一層大きい注目を集めている。上述のシステムは残念ながら、大きい漂遊ＲＦ送信磁場を有する傾向にあり、また、操作者に対するＳＡＲ限界に容易に到達してしまう。このため、信号受信感度を低下させることなく漂遊磁場を弱めることが可能な技術が望まれる。その他に、蝶に似た形状のコイルを用いて漂遊磁場を補償しようとする設計が為されてきたが、これは患者に局所的に高いＳＡＲをもたらしてしまう。別の設計では、導電性ＲＦスクリーンの上方に導電性のプレートが配置され、この導電板は垂直を向いた導体又はキャパシタを介してスクリーンに接続される。しかしながら、この設計では、電磁エネルギーがこの構造から水平に放射され、この構造はダイポールアンテナのような働きをしてしまう。本発明は上述の制約等を解決する改善された方法及び装置を意図するものである。

本発明は、イメージング視野外への無線周波数放射を低減することが可能な、縦型オープンＭＲＩシステムのための送信／受信ボディ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た磁極間の検査区間にB₀磁場を発生する磁石システムを含むＭＲＩ装置は、磁極片の一方と検査区間との間に置かれ、実質的に第１共通面に配置された第１の平面型共鳴器を含む。そして、第１のＲＦスクリーンが第１磁極片と第１の共鳴器との間に配置される。

本発明の他の態様に従ったオープンＭＲＩシステム用の共鳴器は、丸い中央導体、及び中央導体を囲み、且つ中央導体と同一面内にある環状リングを含む。そして、梁部（rung）が、中央導体と環状リングとの間、かつ中央導体及び環状リングと同一面内に、キャパシタを当該梁部に配置しながら、放射状に配置される。

本発明のさらに他の態様に従った磁極に近接する共鳴器、及び磁極と共鳴器との間のＲＦスクリーンを備えるオープンＭＲＩ装置における漂遊磁場を低減する方法は、共鳴器の平面状中央導体をＲＦスクリーンに対して近接して且つ離して取り付ける工程を含む。そして、環状リングが中央導体を囲むように取り付けられ、放射状に配置された複数のキャパシタで中央導体が環状リングに接続される。

本発明の好ましい実施形態によれば、検査区間の外側の漂遊磁場の大きさが低減される。また、送信／受信ボディコイルの構造が簡易化された平面構造となる。さらに、ＭＲＩ装置の診断医及び技師がＳＡＲ限界を超えることなく撮影手順中に対象に近づくことができる。

以下の好ましい実施形態の詳細な説明により、多数のさらなる効果が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のものであり、本発明を限定するものと解釈されるものではない。

図１を参照するに、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置10は時間的に一定のB₀磁場を発生する主磁石システム11を有する。B₀磁場は、図示されるｘｙｚ座標系のｚ方向に検査区間内を縦方向に広がっている。患者12の関心部位は、しばしば球状の領域である装置の視野（ＦＯＶ）で定められる検査区間13内に置かれる。磁石システムは、磁極片14、16間の磁束の帰路を定める鉄ヨークを有する。超伝導又は抵抗性のコイル巻線が磁極片14、16付近、又は磁束の帰路に沿って配置される。あるいは、ヨークは永久磁石であってもよい。

傾斜コイルシステム18、20は、ｘ方向、ｙ方向又はｚ方向にほぼ直線的な傾きを有し空間的に変化する磁場パルスを発生する。ラーモア周波数で共鳴するそれぞれの共鳴器22、24が各傾斜コイルシステム18、20と検査区間との間に置かれている。共鳴器は、一実施形態では、検査区間13内でｚ方向に垂直なラーモア周波数の円分極ＲＦ磁場を発生するため、かつ検査区間13からの磁気共鳴（ＭＲ）信号を受信するための方形のコイルシステムの一部を形成している。ＲＦ遮蔽スクリーン26は、共鳴器22の上方に配置されており、共鳴器22より大きい直径を有する。同様に、第２のＲＦスクリーン28が共鳴器24の下方に配置されている。共鳴器22、24及びＲＦ遮蔽体26、28は検査区間に対して鏡像の関係に配置され、有利には相等しい構成を有する。従って、共鳴器24についてのみ以下で詳細に記載されるが、その記載は共鳴コイル22にも等しく適用可能なことは理解されるところである。

ここで図２を参照するに、円板30は、円板30と同一面内にある環状リング32で囲まれている。キャパシタ34を備える梁部33が放射状に広がり、中央板とリングとを接続している。環状リング32をＲＦスクリーン28からさらに離すことにより、リングのスクリーンからの分離性が改善され、感度が向上されることになる。円板30と環状リング32との双方をＲＦシールド28から可能な限り遠くに保つことが有利である。平面的な手法により、検査区間を侵害すること及びその大きさを減少させることなく、この変位が最適化される。さらに、例えば検査区間13の中心から1.4mの距離での漂遊電場を抑制、すなわち最適化するため、中央板30と環状リング32との間の最適距離が見出される。これは、検査区間13内の場を有意に遮蔽することなく、また、患者12内部での損失（局部ＳＡＲ）を増大させることなく実現される。

第２の設計上の特徴は、例えば、可能な限り多くの梁部において各梁部に可能な限り多くのキャパシタ34を用いることにより、キャパシタ34を最大限に分布させることを含む。これは、例えばプリント回路基板（ＰＣＢ）技術を利用することにより、安価に実現される。好ましくは数百を超える多数のキャパシタが上述のように組み込まれる。キャパシタはその周辺に比較的大きな場を生じさせるが、それは有利なことではない。非常に多数の、より小さいキャパシタにキャパシタンスを分布させることにより、キャパシタ周辺の場は大いに低減される。例えば、この設計では、治療中心（図１に示された座標系の原点）から約1.4mの半径での漂遊電場は従来設計のそれに対して1/8にまで低減される。故に、診断医又は付添人の領域での漂遊電磁場のポインティングベクトルは1/64にまで大いに低減される。

縦型オープンシステム用の送／受信ボディコイル36の完全平面的設計についてのこの新規の実施形態では、戻りの電流を流す外側の導電性リング32の使用により、送／受信ボディコイル36が遮蔽される。従って、導電板30の周囲に環状リング32を使用することにより、磁束（電場）は上側の面内を戻される（局在化される）ことになり、これは能動的な磁気及び電気シールドのような働きをする。この設計のさらなる利点は、共鳴周波数で最大エネルギーを蓄積する多数のキャパシタ34から得られる。それにより、局所的な患者のＳＡＲは多数のキャパシタ34のために低減される。同時係属中の特許出願（公開番号ＵＳ２００３／００１６１０９Ａ１）にて述べられているようなスリットパターンを用いることにより、大きな傾斜電流は回避され得る。他の選択肢として、円板30は環状リングによって置換され得る。さらに、例示された円形状は対称による利点を有するものの、中央のプレート若しくはリング、又はその周辺のリングはその他の形状、例えば楕円形、を有してもよい。

次に、図３に典型的なＭＲＩシステム38が示されている。但し、オープンＭＲＩ装置10の他の構成要素は技術的に周知であるので、複雑な詳細部については示されていない。ＭＲＩ装置10は先述のように鏡像の関係で配置された１対の共鳴器22、24を有する。各々の共鳴器22、24は好ましくは送／受信ボディコイルとして機能する。

シーケンス制御プロセッサ40が、技術的に知られているとおり空間エンコードされた（spatially encoded）共鳴を誘起し且つ操作するように、送／受信ボディコイル22、24に付随するＲＦ送信機41a、及び傾斜磁場制御器41bを制御する。発生された磁気共鳴信号は、ＲＦ送／受信ボディコイル22、24に取得され、受信機42で復調され、そしてＭＲＩ画像再構成プロセッサ44により電子画像表示に再構成される。患者12の関心部位の電子画像表現はＭＲＩ大容量画像メモリ46に保存される。

画像メモリ46内の容量（volumetric）画像データのさらなる分析及び処理が画像プロセッサ48によって実行されてもよい。癌専門医、放射線科医、又はその他の臨床医の制御下にて、ビデオプロセッサ50が画像プロセッサ48によって操作された容量画像データを部分的に選定し、その画像データをモニター52上への表示に適した形態及びフォーマットに変換する。モニター52は、例えば、ビデオモニター、ＣＣＤディスプレー、アクティブマトリックス型、プラズマ、又はそれらに類するもの等である。ビデオプロセッサ50は、技術的に知られているように、断層画像、表面表示、投影像、又はその他の診断画像フォーマットを選択してもよい。

好ましい一実施形態を参照して本発明について述べてきた。また、これに代わる幾つかの実施形態に関しても述べてきた。これら及び他の変更、改変は、この詳細な説明を読んで理解した者によって想到されるところである。本発明は、添付の請求項又はそれに等価なものの範囲内に入る限りにおいて、そのような全ての変更、代替及び改変を含むものとして解釈されるものである。

本発明思想に従って構成された共鳴器を備える磁気共鳴イメージング装置の部分断面の立面図である。 本発明思想に従って構成されたＲＦコイル又は共鳴器の上面図である。 本発明思想に従って構成された磁気共鳴イメージングシステムを示す図である。

Claims (10)

1. 磁極間の検査区間にＢ_０磁場を発生する磁石システムを含むＭＲＩ装置であって：
   前記磁極片の一方と前記検査区間との間に置かれた第１の平面型共鳴器であり、当該第１の平面型共鳴器は実質的に第１共通面に配置され、当該第１の平面型共鳴器は、Ｂ _１ ＲＦ磁場を発生する均一な電流を担持する、前記第１共通面内の第１導電板と、前記第１導電板を囲み、前記検査区間に近接する付添人を漂遊ＲＦ場から遮蔽する、前記第１共通面内の第１導電性シールドリングと、前記第１導電板の周囲に放射状に配置され、前記第１導電板を前記第１導電性シールドリングに接続する第１の複数のキャパシタとを含む、第１の平面型共鳴器；及び
   前記第１磁極片と前記第１の共鳴器との間に置かれた第１のＲＦスクリーン；
   を有するＭＲＩ装置。
2. 請求項１に記載のＭＲＩ装置であって：
   前記第１のＲＦスクリーンと前記第１磁極片との間に置かれた第１の傾斜コイルシステム；
   をさらに有するＭＲＩ装置。
3. 請求項２に記載のＭＲＩ装置であって、
   前記磁極片のもう一方と前記検査区間との間に置かれた第２の平面型共鳴器であり、当該第２の平面型共鳴器は実質的に第２共通面に配置され、当該第２の平面型共鳴器は、前記第２共通面内の第２円板と、前記第２円板を囲む前記第２共通面内の第２導電性円形リングと、前記第２円板の周囲に放射状に配置され、前記第２円板を前記第２導電性円形リングに接続する第２の複数のキャパシタとを含む、第２の平面型共鳴器；
   前記第２磁極片と前記第２の平面型共鳴器との間に置かれた第２のＲＦスクリーン；及び
   前記第２のＲＦスクリーンと前記もう一方の磁極片との間に置かれた第２の傾斜コイルシステム；
   を更に含むＭＲＩ装置。
4. 請求項３に記載のＭＲＩ装置であって、前記第１及び第２のＲＦスクリーンの各々が直径でそれぞれの前記共鳴器より大きいところのＭＲＩ装置。
5. 請求項３に記載のＭＲＩ装置であって、前記第１及び第２の複数のキャパシタがＰＣＢキャパシタであるところのＭＲＩ装置。
6. 請求項２に記載のＭＲＩ装置であって、前記Ｂ_０磁場が垂直磁場であるところのＭＲＩ装置。
7. 請求項１に記載のＭＲＩ装置用の平面型共振器。
8. 請求項１に記載のＭＲＩ装置であって、前記複数のキャパシタが少なくとも一千個のキャパシタを含むところのＭＲＩ装置。
9. それらの間に検査領域を画成する第１及び第２の磁極のうちの少なくとも一方に近接した共鳴器、及び該磁極と該共鳴器との間のＲＦスクリーンを備える垂直Ｂ _０ 磁場型オープンＭＲＩ装置における漂遊磁場を低減する方法であって：
   前記共鳴器の平面状中央導体板を前記ＲＦスクリーンに対して近接して且つ離して取り付け；
   前記平面状中央導体板と同一面内にあり且つ前記中央導体板を囲む環状リングを取り付け；
   放射状に配置された複数のキャパシタで前記中央導体板を前記環状リングに接続し；
   Ｂ _１ 磁場を発生する均一な電流を前記中央導体板に担持させ；
   前記環状リングで、前記検査領域の外側の漂遊ＲＦ場を抑制する；
   ことを有する方法。
10. 請求項９に記載の方法であって、前記平面状中央導体板が金属板であるところの方法。

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