JP5285596B2 - 平行高磁界ｍｒｉのための遮蔽されたｍｕｌｔｉｘコイルアレイ - Google Patents

Description

以下は、磁気共鳴技術に関する。それは、磁気共鳴撮像コイル及びスキャナ中に特定のアプリケーションを見いだし、特にそれらに関して説明される。さらに一般的にいえば、それは撮像、分光等ための磁気共鳴システム中にアプリケーションを見いだす。

磁気共鳴撮像（MRI）スキャナは、一般に患者の検査のために用いられる。MRIにおいて、RFコイルは、核スピンを励起して、核スピンからの信号を検出するために、撮像対象内にB₁磁場を生成するために用いられる。3.0T及びそれ以上で動作する高周波全身用コイル（128MHz）は、均一に動作して、比吸収率（Specific Absorption Rate：SAR）規定を満たすように設計されている。SAR規定は、RF場に暴露される生体対象の中で吸収される電磁エネルギーの大きさ及び分布のRF線量測定定量化を表す。

いくつかのマルチチャネル送受信MRIシステムにおいて、複数の送信ユニットのそれぞれは、各々のRFコイル又はコイルセグメントに割り当てられ、送信されるRF波形の振幅及び／又は位相及び／又は形状を独立して調整するために提供される。複数の受信ユニットのそれぞれは、個別に活性化されて又は非活性化されるために、各々のRFコイル又はコイルセグメントに割り当てられる。より詳しくは、送信されるRF波形の独立した振幅及び／又は位相及び／又は形状は、検査対象中の誘導体共鳴を補償するため、又は所望の励起パターンを励起及び最適化するために用いられる。

近くに近接した配置でいくつかのRF送信機を配置することは、アンテナ又はコイル素子の間の相互結合を引き起こす。結合されたアンテナ素子中の電流の位相及び振幅は、相互に関係づけられる。電力が個々のRF送信チャネルの間で交換される。FOVの外側の組織からの電力吸収は、RF加熱及び潜在的に容認できない高いSARを発生させる。

相互結合を補償する１つの方法は、受動減結合回路網（passive decoupling network）を用いることである。容量及び／又は誘導素子の決定は多数のチャネルにとってかなり難しくなるので、受動減結合方法は、限られた数のコイルのために有益に適用可能である。加えて、減結合及び整合回路網は、必ずしも実際の負荷であるというわけではない予想される標準的な負荷に対して、決定されて組み付けられる。より高い磁場において、負荷の小さな変化は、アンテナ素子の減結合に重大な影響を持つ可能性がある。受動減結合回路網の他の問題は、コネクタの寄生容量及びインダクタンスの存在を含み、それは望まれていない共鳴を引き起こす。

以下は、上述の制限その他を克服する改善された装置及び方法を意図する。

１つの態様によれば、コイル装置が開示される。当該コイル装置は、互いに隣接し、検査領域に隣接して配置される個々のコイルセグメントを有する。少なくとも１つの無線周波数シールドが、前記コイルセグメントに付随している。無線周波数シールドは、隣接する磁場及び傾斜磁場発生コイルから関連するコイルセグメントを遮蔽する第１部分、並びにコイルセグメント又はセグメントのグループを互いから遮蔽する側面部材を有する。

他の態様によれば、磁気共鳴撮像方法が開示される。空間的及び時間的に実質的に一定の磁場が検査領域中に生成される。選択された傾斜磁場が検査領域内の主磁場に与えられる。個々のコイルセグメント又はコイルセグメントのグループは、互いに隣接して、検査領域に隣接して配置される。個々のコイルセグメント又はコイルセグメントのグループの各々は、隣接するコイルセグメントから遮蔽される。RFパルスをコイルセグメントに印加すること、及びコイルセグメントによって共鳴信号を受信することを含む磁気共鳴シーケンスが実行される。

他の態様によれば、磁気共鳴システムが開示される。主磁石は、検査領域中に主磁場を発生させる。複数のRFコイルは、検査領域に隣接して配置される。少なくとも１つのRFシールドは、主磁石から及び互いからRFコイルを遮蔽する。

多数の追加の利点及び利益は、以下の詳細な説明を読むことで、当業者にとって明らかになる。

以下は、様々な構成要素及び構成要素の配置、及び様々なプロセス動作及びプロセス動作の配列の形を取ることができる。図は、単に好ましい実施の形態を説明することを目的としており、本願を制限するように解釈されてはならない。

図1及び2を参照して、磁気共鳴撮像システム10は、検査領域14を定めるハウジング12を含み、その中で、患者又は他の撮像対象16は、患者又は対象支持体すなわちベッド18上に配置される。ハウジング12中に配置される主磁石つまり磁場発生コイル20は、検査領域14中に主磁場を生成する。一般的に、主磁石20は、低温シュラウド24によって囲まれる超伝導電磁石であるが、常伝導主磁石又は永久主磁石が用いられることもできる。傾斜磁場コイル30は、検査領域14中の主磁場に選択された傾斜磁場を重畳するために、ハウジング12中に又はハウジング12上に配置される。無線周波数（RF）コイルシステム又は装置32は、検査領域14に隣接して配置される。コイルシステム32は、各々が異なるサイズ及び位置を持つ１つ以上の素子若しくはセグメント若しくはラング（rung）38₁, 38₂, ..., 38_nから構成される無線周波数コイル又は共振器36を含む複数のモジュール34を含む。シールド40は、個々のコイルセグメント38₁, 38₂, ..., 38_n又はコイルセグメント38₁, 38₂, ..., 38_nのグループの各々を遮蔽する。コイルシステム32は、TEMコイル、ループ共振器の装置等であることができる。本実施例において、コイルシステム32は、対象とする検査のボリュームの周辺又は中に配置される複数のループ共振器36を含む。例えば、コイルシステム32は、ループを構成するようにそれらの端部で接続された長手方向ラングの環状の円筒アレイであるが、もちろん、他のジオメトリ（例えば被験者上の及び／又は下のループコイルの平面セクション、ボアを囲むループコイルの平坦な又は円弧形のセクション等）を持ってもよい。

引き続き図1を参照して、磁気共鳴撮像コントローラ50は、選択された傾斜磁場を検査領域14中の主磁場に重畳するために、傾斜磁場コイル30に結合される傾斜磁場コントローラ52を操作し、そして、磁気共鳴周波数周辺における選択された無線周波数励起パルスを撮像のために検査領域14の中に注入するために、誘導結合を介して個々の無線周波数コイルセグメント38₁, 38₂, ..., 38_nに各々結合される無線周波数送信機54のアレイを操作する。誘導結合はケーブル波を除去し、したがってSAR値及び結合をかなり低減する。もちろん、容量結合を用いることもできる。無線周波数送信機54は、個々に制御され、異なる位相及び振幅を持つことができる。無線周波数励起パルスは、選択された傾斜磁場によって空間的にエンコードされる撮像対象16中の磁気共鳴信号を励起する。またさらに、撮像コントローラ50は、生成されて空間的にエンコードされた磁気共鳴信号を復調するために、各々が個別に制御され、コイルシステム32の個々のコイルセグメント38₁, 38₂, ..., 38_nに接続される無線周波数受信機56を操作する。受信された空間的にエンコードされた磁気共鳴データは、磁気共鳴即ちMRデータメモリ60中に記憶される。

再構成プロセッサ62は、記憶された磁気共鳴データを、検査領域14の中に位置する撮像対象16又はその選択された部分の再構成画像に再構成する。再構成プロセッサ62は、フーリエ変換再構成技術、又はデータ取得に用いられた空間的エンコーディングに適合する他の適切な再構成技術を使用する。再構成画像は、画像メモリ64中に記憶され、ユーザインタフェース66に表示され、ローカルエリアネットワーク若しくはインターネットを通じて送信され、プリンタによって印刷され、又は別途利用されることができる。説明された実施の形態において、ユーザインタフェース66はまた、放射線医若しくは他のユーザが、撮像シーケンスを選択し、変更し又は実行するために撮像コントローラ50と相互作用することを可能にする。他の実施例では、別のユーザインタフェースが、スキャナ10を操作するため及び再構成画像を表示し又は別途操作するために提供される。

説明された磁気共鳴撮像システム10は、解説用の例である。一般に、実質的に任意の磁気共鳴撮像スキャナが、開示された無線周波数コイルを組み込むことができる。例えば、スキャナは、オープン磁石スキャナ、垂直ボアスキャナ、低磁場スキャナ、高磁場スキャナ等であることができる。図1の実施の形態において、コイルシステム32のコイルセグメント38₁, 38₂, ..., 38_nは、磁気共鳴シーケンスの送信及び受信フェーズの両方ために用いられるが、他の実施の形態において、別々の送信コイル及び受信コイルが提供されることができ、その一方又は両方は、本願明細書において開示される無線周波数コイルデザイン及びデザインアプローチの１つ以上を取り入れることができる。

図2を再度参照して、各々のモジュール34は、ループ共振器36を形成する１つの又は多くのコイルセグメント38₁, 38₂, ..., 38_n、及び各々が関連するモジュールコイルセグメント38₁, 38₂, ..., 38_nの周囲を包み込む個々のシールド40を含む。個々のシールドは、例えば、お互いに接続され、１つのコイルセグメントから他のコイルセグメントに直流電気よって結合される等である。説明を簡単にするために、２つのコイルセグメント38₁, 38₂だけが示される。もちろん、3、4、5、6及びより多くのコイルセグメントが用いられることが意図される。

引き続き図2を参照し、さらに図3を参照して、シールド40は、コイル又はセグメントの被験者から離れた側に沿って延在するRFスクリーン70、並びに２つの隣接するコイルセグメント38₁, 38₂, ..., 38_n（図2）又はコイル36（図3）の間に延在する第１及び第２ウィング即ち側面シールド部材72, 74を含む。ウィング72, 74は、コイルシステム32のコイル36又はコイルセグメント38₁, 38₂, ..., 38_nのお互いからの結合を最小にするために、隣接するコイル36又はコイルセグメント38₁, 38₂, ..., 38_nの磁気共鳴信号による干渉から、関連するコイル36の各々又はコイルセグメント38₁, 38₂, ..., 38_nの各々を遮蔽する。コイルの表面に実質的に直交する垂直軸76と側面シールド72, 74を通して描画される面との間の角度αは、各々のコイルセグメント38₁, 38₂, ..., 38_n、コイルセグメント38₁, 38₂, ..., 38_nのグループ、又はコイル装置32のコイル36に対して選択される。例えば、角度αは、30, 45, 60及び90°であってもよい。例えば、平面心臓コイル装置（例えば表面コイル装置）のコイルセグメント38₁, 38₂, ..., 38_nは、90°に等しい外側ウィング角度α、及び60°に等しい内側ウィング角度αを持ち、外側ウィングは被験者16から遠いウィングであり、内側ウィングは被験者16に近いウィングである。通常、ウィングとコイルセグメントとの間のより大きな間隔（例えばより大きな角度α）は、漂遊磁場のより大きな低減に結びつく。ウィング72, 74のサイズは、アプリケーションごとに異なってもよい。例えば上記の例の心臓コイル装置のためには、外側ウィングは、より良い被験者の快適さのために、内側ウィングより長さが長いことができる。ウィングの形状は、アプリケーションにしたがって選択される。例えば、ウィングは円形のセグメントであることができる。一実施例において、3T以下の周波数に対して、スクリーン70は省略される。

引き続き図2を参照して、シールドスクリーン70は、コイルセグメント38₁, 38₂から第１の距離d1で配置される。対象16は、コイルセグメント38₁, 38₂から第２の距離d2で配置される。対象16に対するコイルセグメント38₁, 38₂, ..., 38_nの距離d2は、例えば、発泡マットレスの使用によって調整されることができる。シールドスクリーン70に対してあまり近くにコイルセグメント38₁, 38₂, ..., 38_nを配置すると、コイルの負荷が低下する。コイルとシールドスクリーンとの間の最適な距離は、ロードされたコイルとロードされていないコイルとの間の比xを算出することによって決定されることができる。

対象とコイルとの間の約2cmに等しい距離d2に対して、比xは約4に等しいと予想される。比xのより小さい値は、対象16に対するRF電磁B₁場のより弱い結合を示し、比xのより大きな値は、組織負荷中のより大きな電力吸収に結びつく。コイルの電磁RFパワー損失が負荷組織の損失と比較して小さな場合に、最適な距離が達成される。

図3を再度参照して、直角位相の実施の形態において、リアクタンス素子78, 80が、ループモードでの電流の流れを制御するために、主B₀磁場と平行して延在する長手方向コイルセグメント38₁, 38₂を接続する横断コイルセグメント38₃, 38₄に配置されている。更なるリアクタンス素子82が、TEMモードにおける電流の流れを制御するために、長手方向セグメント38₁, 38₂の端部とシールド40との間の配置されている。リアクタンス素子は、均衡のとれた直交動作のためにループ及びTEMモードを釣り合わせるように、又は要望どおりにループ及びTEMモードに重みをかけるように、選択されることができる。

図2を再度参照し、さらに図4を参照して、コイルセグメント38₁, 38₂, ..., 38_nから対象16への距離d2の関数として、上のグラフ84は比xの変化を示し、下のグラフ86はMHzでの周波数シフトを示す。シールドスクリーン70からコイルセグメント38₁, 38₂, ..., 38_nまでの距離d1は10mmに等しく、角度αは0°に等しい。

図5を参照して、同様のグラフ84, 86が図示される。シールドスクリーン70からコイルセグメント38₁, 38₂, ..., 38_nまでの距離d1は10mmに等しく、角度αは90°に等しい。

図6を参照して、同様のグラフ84, 86が図示される。シールドスクリーン70からコイルセグメント38₁, 38₂, ..., 38_nまでの距離d1は15mmに等しく、角度αは90°に等しい。図4, 5及び6のグラフに示すように、シールドスクリーン70からコイルセグメント38₁, 38₂, ..., 38_nまでの距離d1の増加は、比xの増加に結びつき、90°でのシールドウィングの使用は、より均一な磁場をもたらす。

一実施例において、3Tの撮像に対して、シールドスクリーン70とコイルセグメント38₁, 38₂, ..., 38_nとの間の距離d1は約2cmに等しく、コイルセグメント38₁, 38₂, ..., 38_nと対象16との間の距離d2は約2cmに等しい。他の実施例において、7Tの撮像に対して、シールドスクリーン70とコイルセグメント38₁, 38₂, ..., 38_nとの間の距離d1は約50mmに等しく、コイルセグメント38₁, 38₂, ..., 38_nと対象16との間の距離d2は約3cmに等しい。

図7を参照して、コイルグループ90は、コイルセグメント38₁, 38₂, ..., 38_nを含む。コイルグループ90のコイルセグメント38₁, 38₂, ..., 38_nは、他のコイルに隣接する端部においてセグメントの高さまで又はそれを越えて持ち上げられたウィングを持つ共通のシールド40によって、遮蔽される。もちろん、コイルグループ90は、異なる数のコイルセグメント（例えば２つのコイルセグメント）を持つことができる。

一実施例において、シールド70は、コイルセグメント38₁, 38₂, ..., 38_nの全て即ちコイルセグメント38₁, 38₂, ..., 38_nのグループの周りを包み込む大きなスクリーンを含む。ウィング72, 74は、隣接するコイルセグメント38₁, 38₂, ..., 38_nの間から突き出される。一実施例において、シールドウィングは、前記大きなスクリーンに接続される。

一実施例において、各々の個々のコイル素子38₁, 38₂, ..., 38_nは、結合される電子回路又は電子回路モジュール92を含む。例えば、各々の個々のコイル素子は、集積化された送受信スイッチ及び／又はプリアンプを含む。

図8を参照して、コイルセグメント38₁, 38₂, ..., 38_nは、シールド40によって包まれるループ100を含むリングコイルを形成する。

図9を参照して、コイルセグメント38₁, 38₂, ..., 38_nは、TEMコイルを形成する。セグメントは、２つのロッド110, 112を含む。シールド40は、電流リターンパスとして用いられ、静電容量120, 122によってロッド110, 112に結合される。一実施例において、各々のロッドは、それぞれがロッドの各々の端部に接続される一対の静電容量によってシールド40に接続される。もちろん、より多数のロッド（例えば対象を取り囲むロッド）が意図される。そのようなコイル配置はループ電流を生成し、例えば、このコイル配置はリングモード及び直角位相アプリケーションのためのTEMモードに用いられることができる。

図3を再度参照して、一実施例において、ダイオード回路130, 132は、検査領域14内のB₁磁場を変化させるために、例えば磁気B₁磁場の感度を増加させ、それに応じて信号対雑音比を増加させるために、１つ以上のシールド70又はシールド70の一部を接続／切断するために用いられる。例えば、より多くの遮蔽を用いることにより、より小さい磁場が得られ、より小さい遮蔽を用いることにより、より大きな磁場が得られる。送信の間、拡張された遮蔽及び大きな相互減結合が必要とされるが、コイルが高インピーダンスのプリアンプによってさらに滅結合されるので、受信の間の状況は異なる。

一実施例において、個々のコイル素子は、集積化全身用コイルとしてシールドスクリーンの近くで用いられる。コイルセグメントは、多数のz/xy区分が必要とされる全Multix全身用コイルのための個々の構成要素として用いられることができる。シールドウィングは、隣接するコイル素子の間に延在する。他の実施例において、遮蔽されたコイル素子は、患者ベッド18中に、又は身体/脊柱撮像のためのスキャナ機械ハウジング中に集積化される。他の実施例において、遮蔽されたコイル素子は、集積化された大きなMultix全身用コイルと共に用いられる。

一実施例において、各々遮蔽された個々のコイル素子は、個々の振幅及び位相を１つ又はいくつかのコイルセグメントに配信するハードウェアコンバイナによって駆動される。他の実施例において、各々のコイルセグメントは、個々のパルス波形を各々のコイルセグメントに提供するためのMultixスペクトロメータによって駆動される。他の実施例において、各々のコイルセグメントは、個々のパルス波形を提供するパルス整形器を含む。

このように、個々のコイルセグメントのための新たな遮蔽コイル技術は、相互に隣り合う近傍コイル結合のかなりの低減、及び周囲組織のコイル装荷のかなりの低減をもたらし、したがってSAR及びRF値パワー要求を低減する。減結合回路網は無視されることができ、したがって臨床アプリケーションのフレキシビリティ及び使いやすさを改善する。個々のシールドは、コイルの平面導線を部分的に包むように設計され、視野でのB₁磁場の焦点調節を提供する。シールドが電流リターンパスとして用いられる場合、更なる直交モードは、直角位相、多共鳴又は改善された多素子送信コイルアーキテクチャのために用いられることができる。シールドは、最小の結合及び最小の漂遊磁場のために、数値的に設計される。

上記は、好ましい実施の形態を参照して説明された。明らかに、前述の詳細な説明を読んで理解すると、他の人は修正及び変更を思いつく。本願が、添付の請求の範囲又はその均等の範囲内である限り、全てのそのような修正及び変更を含むように解釈されることが意図される。

磁気共鳴撮像システムを概略的に示す図。 隣接する個々に遮蔽されたコイルセグメントを概略的に示す図。 直角位相コイルを概略的に示す図。 コイルから対象までの距離に対する周波数シフトのグラフ。 コイルから対象までの距離に対する周波数シフトのグラフ（図４と図５ではシールド構成が異なる）。 コイルから対象までの距離に対する周波数シフトのグラフ（図５と図６ではシールド構成が共通で、コイル/シールド間隔が異なる）。 共通のシールドによって遮蔽されるコイルセグメントのグループを概略的に示す図。 リングコイルを含むコイルセグメントを概略的に示す図。 TEMコイルを含むコイルセグメントを概略的に示す図。

Claims (17)

1. 互いに隣接し、検査領域に隣接して配置される個々のコイルセグメント、並びに
   前記コイルセグメントに付随する少なくとも１つの無線周波数シールドを有し、
   前記無線周波数シールドが、隣接する静磁場及び傾斜磁場発生コイルから関連するコイルセグメントを遮蔽する第１部分、及び前記コイルセグメント又は前記コイルセグメントのグループを互いから遮蔽する側面部材を備え、
   前記側面部材が前記コイルセグメントの間に延在し、
   前記側面部材が各々関連するコイルセグメントから離れるように傾けられている、コイル装置。
2. 前記無線周波数シールドの第１部分が、前記磁場発生コイル及び前記傾斜磁場発生コイルにより形成されるボアの周囲を包み込む無線周波数スクリーンをさらに含む請求項１に記載のコイル装置。
3. 前記側面部材が、前記無線周波数スクリーンに電気的に接続されている請求項２に記載のコイル装置。
4. 前記コイルセグメントの１つ又はグループに電気的に接続された電子回路モジュールをさらに含む請求項１に記載のコイル装置。
5. 前記電子回路モジュールが、プリアンプ及び送受信スイッチのうちの少なくとも１つを含む請求項４に記載のコイル装置。
6. 前記コイルセグメントが、
   主磁場に平行に延在する複数の長手方向コイルセグメント、及び
   複数のループコイルを形成するために前記長手方向コイルセグメントの端部の間に円周方向に延在する複数のセグメントを含み、
   前記シールドの側面部材が、ループコイル又はループコイルのグループを互いから遮蔽して延在する請求項１に記載のコイル装置。
7. 前記円周方向コイルセグメント中に形成され、直角位相送信又は受信のためのループコイル及びTEM共振器を形成するために前記長手方向コイルセグメントの端部を前記シールドに接続するリアクタンス素子をさらに含む請求項６に記載のコイル装置。
8. 各々のシールドが１つの関連するループコイルを遮蔽する請求項６に記載のコイル装置。
9. 選択的に磁場感度を変更するために、個々のシールド部分の接続、切断及び開放のうちの１つを選択的に行なうスイッチをさらに含む請求項６に記載のコイル装置。
10. 前記検査領域に個別に設計されたRF励起パルスを選択的に注入するコイルセグメントの１つ又はグループに各々接続された複数のRF送信機、並びに
    セグメントの１つ又はグループによって受信されるMR信号を復調及び変換する複数のRF受信機をさらに含む請求項１に記載のコイル装置。
11. 時間的に実質的に一定の磁場を検査領域に発生させる主磁石、
    前記検査領域内の主磁場に選択された傾斜磁場を重畳する傾斜磁場コイル及び
    請求項１に記載のコイル装置を有する磁気共鳴撮像システム。
12. 時間的に実質的に一定の磁場を検査領域に発生させ、
    前記検査領域内の主磁場に選択された傾斜磁場を重畳し、
    個別のコイルセグメント又はコイルセグメントのグループを、互いに隣接して、前記検査領域に隣接して配置し、
    無線周波数シールドにより個々のコイルセグメント又はコイルセグメントのグループの各々を隣接するコイルセグメントから遮蔽し、並びに
    RFパルスの前記コイルセグメントへの印加及び前記コイルセグメントによる共鳴信号の受信を含む磁気共鳴シーケンスを実行し、前記無線周波数シールドが、隣接する静磁場及び傾斜磁場発生コイルから関連するコイルセグメントを遮蔽する第１部分、及び前記コイルセグメント又は前記コイルセグメントのグループを互いから遮蔽する側面部材を備え、前記側面部材が前記コイルセグメントの間に延在し、前記側面部材が、各々関連するコイルセグメントから離れるように傾けられている、磁気共鳴方法。
13. 検査領域に主磁場を発生させる主磁石、
    前記検査領域に隣接して配置される複数のRFコイル、並びに
    前記RFコイルを前記主磁石から及びお互いから遮蔽する少なくとも１つのRFシールドを有し、
    前記RFシールドが、前記RFコイルと前記主磁石との間に配置される少なくとも１つのRFスクリーン部分、及び隣接するRFコイルの間に延在する側面部分を含み、前記側面部分が、各々関連するRFコイルから離れるように傾けられている、磁気共鳴システム。
14. 各々のRFコイルが１つ又は複数のループコイルを含む請求項１３に記載の磁気共鳴システム。
15. 各々のRFコイルが、前記主磁場に平行に延在し、TEM共振器を形成するように前記シールドに反応的に結合される長手方向セグメントを含み、前記シールドの側面部分が隣接する長手方向セグメントの間に配置される請求項１３に記載の磁気共鳴システム。
16. 各々のRFコイルが、
    前記主磁場に平行に延在する一対の長手方向セグメント
    ループコイルを形成するように前記一対の長手方向セグメントの端部を接続する一対の横断セグメント、並びに
    一対のTEM共振器を形成するように前記長手方向セグメントの端部を前記シールドに接続するリアクタンス素子を含み、
    前記ループコイル及び前記TEM共振器が直角位相コイルを形成する請求項１３に記載の磁気共鳴システム。
17. 前記複数のRFコイルが、平面アレイとして配置されるか、前記検査領域の周りに環状に配置される請求項１３に記載の磁気共鳴システム。

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