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【発明の名称】 受信アンテナへ核スピン共鳴信号を誘導作用により伝達するための装置ならびに医学的処置器具
【発明者】 【氏名】アルヌルフ オッペルト
【要約】 【課題】撮像範囲を有する共鳴するコイル２を有する受信アンテナへの核スピン共鳴信号の誘導作用による伝達のための装置を提供する。

【解決手段】１つではなくて３つの共鳴するコイル４、６；４Ａ、６Ａ；２２、２２Ａ；４６、４８が存在しており、これらのコイルが相互に磁気的に遮断されており、またそれらの撮像範囲２４、２４Ａ、３６が互いに直交しておりそして少なくとも部分的に重なり合っている。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 撮像範囲（３６）を有する共鳴するコイル（２）を備え、受信アンテナへ核スピン共鳴信号を誘導作用により伝達するための装置において、１つではなくて３つの共鳴するコイル（４、６；４Ａ、６Ａ；２２、２２Ａ；４６、４８）が存在しており、これらのコイルは磁気的に相互に遮断されており、またそれらの撮像範囲（２４、２４Ａ、３６）が互いに直交しておりそして少なくとも部分的に重なり合っていることを特徴とする受信アンテナへの核スピン共鳴信号の誘導作用による結合のための装置。
【請求項２】 コイル（２、４Ａ、６Ａ）が互いに中心対称に配置されていることを特徴とする請求項１記載の配置。
【請求項３】 共鳴するコイルの少なくとも１つが共鳴する双極子コイル（２、４、６、２６、４４）を含んでいることを特徴とする請求項１または２記載の装置。
【請求項４】 共鳴するコイルの少なくとも１つが共鳴する四極子コイル（２２、２２Ａ）と、それに垂直に配置されており、四極子コイル（２２、２２Ａ）と磁気的に結合されている共鳴する双極子コイル（２６、２６Ａ）とを含んでいることを特徴とする請求項１ないし３の１つに記載の装置。
【請求項５】 共鳴するコイルの少なくとも１つが円筒外被面の上に向かい合って配置された、共鳴する鞍形コイル（４６、４８）を含んでいることを特徴とする請求項１ないし４の１つに記載の装置。
【請求項６】 共鳴するコイルがコンデンサ（１０、１２、２８、３０）を含んでいることを特徴とする請求項１ないし５の１つに記載の装置。
【請求項７】 共鳴するコイルがそれぞれ離調装置（１６、１８、３２、３４）と接続されていることを特徴とする請求項１ないし６の１つに記載の装置。
【請求項８】 離調装置（１６、１８、３２、３４）がそれぞれ２つの逆並列に接続されたダイオード（２０）を含んでおり、これらのダイオードが電気的にコンデンサ（１０、１２、２８、３０）に並列に配置されていることを特徴とする請求項７記載の装置。
【請求項９】 コイルの共通撮像範囲の中に、核スピン共鳴信号を供給する材料を有し、標識としての役割をするプローブ（５０）が配置されていることを特徴とする請求項１ないし８の１つに記載の装置。
【請求項１０】 身体の中に入れることができる侵襲部分（４０）を有する医学処置器具において、侵襲部分（４０）に請求項１ないし９の１つによる核スピン共鳴信号の誘導作用による結合のための装置が配置されていることを特徴とする医学処置器具。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は撮像範囲を有する共鳴コイルを持った受信アンテナへの核スピン共鳴信号の誘導作用による伝達のための装置に関する。
【０００２】さらに本発明は受信アンテナへの核スピン共鳴信号の誘導作用による伝達のための装置と接続されている医学処置器具に関する。
【０００３】
【従来の技術】冒頭にあげた種類の装置は米国特許第 4,680,549号明細書から公知である。そこには、撮像すべき検査対象物の制限された範囲からの核スピン共鳴信号が、その範囲のすぐ近くに共鳴回路を形成する別個のコイルセットを配置するならば、明らかに高められることが述べられている。別個のコイルセットは残りの装置への電気的接続を有していない。歳差運動する核磁化は、その場合に、共鳴するコイルの中に電流を誘起し、この電流が再び受信アンテナの中に、歳差運動する核磁化により直接に受信アンテナの中に誘起されるものよりも本質的に大きい追加的な信号を誘起する。誘導コイルにより検出される領域に相当する像の範囲内のＳＮ比はかなり改善されている。分離した送信アンテナによる送信の際、すなわち核スピン共鳴の励起の際に励起磁界を局部的に変化させないように、共鳴する受信コイルと２つの逆並列に接続されているダイオードの形態の離調装置が接続されている。
【０００４】誘導作用により結合され、信号を増幅する共鳴回路または共鳴するコイルのＳＮ比の改善は、基本磁界を有する共鳴するコイルの特性および撮像範囲の角度に関係する。両方が互いに平行しているならば改善は生じない。このことは、たとえば共鳴するコイルが撮像すべき対象物の表面に取付けられなければならず、そこで表面が基本磁界に対して平行な共鳴するコイルの撮像範囲の方位付けのみが可能なときは不利である。
【０００５】さて他方では、２つの互いに垂直に配置されている部分アンテナを含み、円分極するアンテナが知られている。それらは円分極の結果、再び基本磁界に対して垂直に向けられていなければならない互いに垂直に配置されているアンテナ特性をも有する。たとえば米国特許第 5,602,557号明細書から公知の円分極するアンテナは、２つの互いに垂直に配置された部分アンテナを含んでおり、その際に各々の部分アンテナは２つの向かい合って配置されている鞍形のアンテナ導体を有する。撮像範囲は鞍形のアンテナ導体の間に位置している。
【０００６】米国特許第 5,198,768号明細書には、双極子および四極子アンテナを有するアンテナアレイが開示されている。
【０００７】ドイツ特許出願公開第 34 29 386号明細書から、チャネルを介して直接に身体臓器のなか、たとえば脳の中、肝臓の中、または腎臓の中に導入される核スピントモグラフィ装置に対する小さいアンテナが公知である。それは薄い合成樹脂保持体の端に取付けられている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、核スピン共鳴信号を誘導作用により結合するための装置を提供することである。
【０００９】また本発明の課題は、その方位付けに無関係に、核スピン共鳴技術を用いて良好に位置確認可能である処置器具を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】最初にあげた課題は、１つではなくて３つの共鳴するコイルが存在しており、これらのコイルが磁気的に相互に遮断されており、またそれらの撮像範囲が互いに直交しておりそして少なくとも部分的に重なり合っていることにより解決される。理想的にはこの信号は、基本磁界に対して垂直に誘導作用により結合される共鳴する個別コイルのそれよりも大きくさえもある。なぜならば、いま常に核磁化の円分極が利用されるからである。
【００１１】最も簡単な場合には、共鳴する双極子から成る三つ組が用いられる。
【００１２】有利な実施例は、コイルが共通の中心の周りに配置されており、またそれらの対称軸線が互いに直交していることを特徴とする。それによって専ら幾何学的配置を介して、コイルが磁気的に相互に遮断することができる。
【００１３】受信アンテナの中に、核スピン共鳴信号を誘導作用により結合するための配置を、撮像すべき対象物の表面の上に取付けることを考えるならば、共鳴する双極子コイルを排他的に使用する際には、表面から立っている双極子コイルの対象物への連結が悪くなること、またそれによって信号増幅がわずかになることを考慮する必要がある。有利な実施例によれば、核スピン共鳴信号を誘導作用により結合するための配置は、たとえば蝶形コイルまたは８の字形コイルの形態の、少なくとも１つの共鳴する四極子コイルを含む。しかし、蝶形コイルの四極子磁界は間隔の増大と共に急速に減少するので、受信アンテナまでの間隔が大きい際には取るに足るほどの信号増幅が達成されない。従って、共鳴する四極子コイルと、それに対して垂直に配置されている双極子コイルが結合される。蝶形コイルの四極子磁界は、次いで別の共鳴する双極子コイルを貫き、その中に電流を誘起し、その磁界が次いで受信アンテナへの四極子コイルの誘導作用による結合を仲介する。
【００１４】磁気共鳴トモグラフィを利用して行われる侵襲の際には、しばしば処置器具、たとえばバイオプシー装置、内視鏡または検査対象物における撮像すべき個所を指し示す指針の位置を、トモグラムの中に指示することが望まれる。また、処置器具により直接に器具の場所において、内視鏡的な核共鳴像を造ることはしばしば有利である。いずれの場合にも、この指示が処置器具の向きに無関係であることが重要である。
【００１５】二番目にあげた課題は、医学的処置器具の侵襲部分に核スピン共鳴信号の誘導作用による結合のための装置として、直交しておりかつ互いに部分的に重なっている撮像範囲を有する３つの装置を配置することにより解決される。
【００１６】重要な応用の際に、核スピン共鳴信号の誘導作用による結合装置は、カテーテルにまたは処置器具に取付けられ、またこうして核スピン共鳴技術を利用して身体内の器具の追跡（位置確認およびナビゲーション）を可能とする。カテーテルを用いる応用の際の可視的な標識として、装置を通って流れる血液もしくは標識コイルの中に入れられた陽子、たとえば常磁性にドープされた水を有する試料が用いられる。その際に、撮像に比較して少ない送信電力により動作可能である。なぜならば、送信アンテナから放射された励起磁界が、共鳴するコイルにより強められるからである。減ぜられた送信電力は、検査対象物に核共鳴を励起するのに十分でないので、受信信号として誘導作用により受信コイルの中に結合された標識コイルの信号のみが現れる。３つの直交する基本磁界から取得された受信信号から標識コイルの位置が導き出され、またたとえば先に撮影された像の中に記入される。しかし標識コイルの信号は、標識コイルを囲む範囲を撮像するためにも利用可能である。
【００１７】器具の追跡およびナビゲーションの際に、同時に通常の受信コイルによる撮像を行おうとするなら、有利な実施例に従えば、共鳴するコイルはそれぞれ離調装置と接続される。この離調装置は、さもなければ共鳴するコイルを送信アンテナの能動化の際に離調させ、それによって送信磁界が共鳴するコイルの範囲内で強められない。従って、通常の送信電力により動作する。また受信コイルの中で、検査対象物に由来し撮像のために使用される核共鳴信号と、処置器具に取付けられている共鳴するコイルに由来する核共鳴信号とが重なり合い、このことは像の中で撮像範囲の信号増幅された表示に通ずる。それに対して、これらのコイルに離調装置を設けていない場合は、送信の際に送信磁界の強さが過大であり、従って核磁化が最適な角度で平衡位置から傾けられず、従って不十分な信号しか供給しない結果となる。
【００１８】核スピン共鳴信号を誘導作用により結合するための装置が、処置器具またはその類似物の位置確認のための補助手段として使用されるならば、別の有利な実施例により、受信コイルの共通の撮像範囲の中に核スピン共鳴信号を与える材料を有し、標識としての役割をする試料が配置される。
【００１９】
【実施例】以下に４つの図面により本発明を説明する。
【００２０】核スピン共鳴信号を誘導作用により結合するための装置の、図１に示されている第１の実施例は、たとえばローカルアンテナとして診断用磁気共鳴装置に基本磁界に対して任意の向きで使用可能である。その際に本装置は磁気共鳴装置の受信部分への電気的な接続を有しておらず、信号伝送は磁気共鳴装置の中に組み込まれている受信アンテナへの磁気的結合により行われる。誘導作用により結合されたローカルアンテナによって、受信コイルの中のローカルな信号が、ほぼローカルアンテナの性能に相当する係数だけ強められる。
【００２１】本装置は、互いに垂直に配置された共鳴する双極子またはリングコイル２、４、６の三つ組から成っている。双極子コイル２、４、６は、それぞれ挿入されたコンデンサ８または１０または１２を用いて磁気共鳴装置の作動周波数、たとえば陽子共鳴周波数に同調されている。共鳴するコイルは、ここでは等しい長方形のジオメトリを有する。それらは互いに中心‐対称に配置されており、それらのコイル軸線により、従ってまたそれらの主撮像範囲または感度範囲により、互いに直交している。コンデンサ８、１０、１２に対して並列に、それぞれ離調装置１４、１６、１８が接続されている。離調装置１４、１６、１８は、それぞれ２つの逆並列に接続したダイオード２０から成っている。核の励起はここには示されていない受信アンテナを用いて行われ、その際に共鳴する受信コイル２、４、６は、離調装置１４、１６、１８を介して自動的に離調される。送信の場合にはダイオード２０が、その導通電圧に到達すると直ちに、コンデンサ８、１０、１２を短絡する。それによって、共鳴条件がもはや満足されない状態となる。共鳴するコイル２、４、６は、送信の場合には無作用である。受信の場合には、本質的により小さい電圧が導通電圧としてコイル２、４、６の中に誘起される。ダイオード２０は受信の場合には阻止状態にとどまり、コンデンサ８、１０、１２は有効であり、またコイル２、４、６は共鳴状態にある。
【００２２】誘導作用による結合のための配置が、送信の場合にも能動的であるなら、本配置の中でコンデンサ８、１０、１２に対して並列に接続される離調装置１４、１６、１８が省略できる。その場合、共鳴するコイル２、４、６の撮像範囲の中に強められた励起磁界が生ずる。核磁化の予め定められたフリップ角度を生じさせるため、その場合に送信電力は信号強化作用に相応して減ぜられる。
【００２３】共鳴するコイル２が対象物の表面の上に置かれると、表面から立っている共鳴するコイル４および６により受信される信号成分では、共鳴するコイル２に比較してわずかな信号強化しか期待できない。この場合、共鳴する双極子コイル４および６の代わりに、それぞれ四極子コイル２２が蝶形コイルの形態で使用されるならば、信号強化が改善される。四極子コイル２２は、２つの逆向きに向けられた双極子またはリングコイルの磁界特性に相当する磁界特性を有する。四極子コイル２２の撮像範囲は、ここで交差した中央導体２３の下側に位置しており、またそれに対して垂直に向けられており、このことは二重矢印２４により示されている。
【００２４】一般に四極子コイルの磁界は間隔の増大と共に強く低下し、またそれによって受信アンテナへの誘導作用による結合が相応に弱くなるので、四極子コイル２２に対して垂直に、中央導体２３が配置されている平面の中に共鳴する双極子コイル２６が設けられている。双極子コイル２６は、四極子コイル２２と磁気的に強く結合されている。双極子コイル２６は、四極子コイル２２との誘導作用による結合を介して、四極子コイル２２のみの場合よりも良好に信号を受信アンテナに仲介する。共鳴周波数への同調のために、四極子コイル２２の中にも、双極子コイル２６の中にも、それぞれコンデンサ２８、３０が挿入される。ここでもコンデンサ２８、３０は、離調装置３２または３４と並列に接続されている。
【００２５】図３は別の実施例を示し、その際に共鳴する双極子コイル２および２つの互いに垂直に配置された四極子コイル２２、２２Ａが使用されている。四極子コイル２２、２２Ａの構成は、図２により説明済みである。四極子信号の結合および受信アンテナへの伝達は、双極子コイル２６および２６Ａを介して行われる。共鳴コンデンサおよび離調装置は、図面を見易くするためここには記入されていない。双極子アンテナ２は、導体ループに関して軸線方向に向けられている撮像範囲３６を有する。四極子コイル２２および２２Ａは、互いに垂直に向けられており、また撮像範囲３６に対して垂直に向けられているまた撮像範囲２４および２４Ａを有する。
【００２６】図４は核スピン共鳴信号を誘導作用により伝達するための装置の第４の実施例を示す。この実施例の装置は、核磁気共鳴の利用のもとで、位置確認およびナビゲーションをするためにカテーテル４０の先端に配置されている。この実施例でも、それらの撮像範囲が重なり合っており、また互いに直交している３つの共鳴するコイルが使用される。円筒状の保持体４２の上に最初に共鳴するソレノイド４４が配置されており、その感度範囲は軸線方向に円筒状の保持体に向けられている。ソレノイドコイル４４は双極子コイルの実施例であり、また多くのターンを含んでいる。共鳴コンデンサおよび離調装置も存在しているが、ここには図示されていない。第２の共鳴するコイルは、２つの共鳴する鞍形コイル４６から成っている。これらの鞍形コイルは等しく構成されており、また円筒状の保持体４２の表面上に向かい合って配置されている。鞍形コイル４６の導体のうち、図５中では前側の範囲のみが見える。それら導体は前側に対して対称に、カテーテル４０の後側に延びている。第２の共鳴するコイルは、同じく円筒状の保持体４２の表面上に向かい合って配置された２つの鞍形コイル４８を含んでいる。これらの鞍形コイル４８は、鞍形コイル４６と等しく構成されているが、それに対して９０°だけ回転されて配置されている。鞍形コイル４６、４８においても、図面を見やすくするため、共鳴コンデンサおよび離調装置の図示は省略されている。
【００２７】カテーテル４０が信号を増幅する装置と共に、脈管を経て身体の中に入れられると、磁気共鳴トモグラムの中の撮像物質として、脈管を通って流れる血液が使用される。共鳴するコイル４４、４６、４８の撮像範囲は、円筒状の保持体４２の内側に位置しているので、血液がそこを通って内部空間に流れる開口が保持体４２の中に存在していなければならない。代替的に、カテーテルの先端に取付けられている、誘導作用による結合のための装置は、閉鎖構造とされていてもよく、その場合には装置の内側に核スピン共鳴信号を与える材料を有する試料５０が、円筒状の保持体４２の中心に配置される。試料５０は、たとえば水を満たされたカプセルの形態で構成されており、その際に水は追加的に常磁性の塩によりドープされている。
【００２８】試料５０は磁気共鳴トモグラムの中に標識として撮像され、またカテーテル４０または一般的に処置器具の先端の位置確認を可能とする。しかし、３つの互いに垂直な勾配磁界のみを使用する簡単なシーケンスにより、試料５０のみを周囲の撮像なしに位置確認することも可能である。位置確認の結果は、次いで標識を対象物の既に作成された像の中に書き込むために使用される。
【出願人】 【識別番号】３９００３９４１３
【氏名又は名称】シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト
【氏名又は名称原語表記】ＳＩＥＭＥＮＳ ＡＫＴＩＥＮＧＥＳＥＬＬＳＣＨＡＦＴ
【出願日】 平成１１年９月２８日（１９９９．９．２８）
【代理人】 【識別番号】１０００７５１６６
【弁理士】
【氏名又は名称】山口 巖
【公開番号】 特開２０００−１０２５２１（Ｐ２０００−１０２５２１Ａ）
【公開日】 平成１２年４月１１日（２０００．４．１１）
【出願番号】 特願平１１−２７４７７３