トップ :: A 生活必需品 :: A61 医学または獣医学;衛生学




【発明の名称】 磁気共鳴装置のための受信機コイル
【発明者】 【氏名】マイケル ブール

【氏名】ジョン ダブリュ ミッサル

【氏名】トマス ケミレウスキ
【要約】 【課題】クアドラチャ結合モードとフェーズド・アレイ・モードの両方で動作することを容易にした複数モード受信機集合体を含む磁気共鳴装置を提供する。

【解決手段】複数モード受信機集合体は第１ＲＦコイル集合体３２と第２ＲＦコイル集合体３４とを有する受信機コイル集合体３０を含む。切換え手段を含む信号結合回路は、第１及び第２ＲＦコイル集合体３０、３２により受信された磁気共鳴信号の結合及び分離の少なくとも１つを実行する。ＤＣバイアス電位をスイッチ手段に印加すると、複数モード受信機集合体を受信された磁気共鳴信号がクアドラチャ信号及び反クアドラチャ信号に位相移動されて結合されるクアドラチャ結合モードに切換える。ＤＣバイアス信号がスイッチ手段に印加されないと、複数モード受信機集合体を受信された磁気共鳴信号が位相移動されて対応する受信機に個別に送られるフェーズド・アレイ・モードに切換える。
【特許請求の範囲】
【請求項１】検査領域（１４）中に主磁場を発生するための主磁石（１２）と、検査領域（１４）の回りに置かれてその中の磁気共鳴双極子を励起するための無線周波数（ＲＦ）送信機コイル（２８）と、ＲＦ送信機コイルを駆動するためのＲＦ送信機（２４）と、共鳴している双極子から磁気共鳴信号を受信するための複数モードＲＦ受信機コイル集合体（３０）と、複数モード受信機コイル集合体（３０）からの出力信号を受信して復調するための少なくとも２つの受信機（４６、４８）と、を備えた磁気共鳴装置において、複数モード受信機コイル集合体（３０）が、第１軸に沿った磁場に感度を有する少なくとも１つの第１ＲＦコイル（３２）と、第１軸と直交する第２軸に沿った磁場に感度を有する少なくとも１つの第２ＲＦコイル（３４）と、第１（３２）及び第２（３４）ＲＦコイルに接続されて第１及び第２ＲＦコイルにより受信された信号をクアドラチャに結合するためのクアドラチャ結合モード（ｉ）及び第１及び第２ＲＦコイルにより受信された信号を結合することなく対応する受信機に送るフェーズド・アレイ・モード（ｉｉ）を有する信号結合回路（４０）と、信号結合回路（４０）に接続されて信号結合回路（４０）をクアドラチャ結合モードとフェーズド・アレイ・モードの間で切換えることかできるスイッチ集合体（４４１、４４２）と、を有する磁気共鳴装置。
【請求項２】信号結合回路が、受信した信号を互いに相対的に９０°だけ位相移動させるため、少なくとも１つの第１ＲＦコイル（３２）及び第２ＲＦコイル（３４）に接続された位相移動回路（４２）を含む請求項１に記載の磁気共鳴装置。
【請求項３】スイッチ集合体（４４１、４４２）が、ＤＣバイアス電位に応答する一対のダイオードを含む請求項２に記載の磁気共鳴装置。
【請求項４】ＤＣバイアス電位の存在が、受信機集合体をクアドラチャ結合モードへ切換える請求項３に記載の磁気共鳴装置。
【請求項５】クアドラチャ結合モードにおいて、少なくとも２つの受信機（４６、４８）が、信号結合回路からクアドラチャ出力信号と反クアドラチャ出力信号とを受け取る請求項２乃至４のいずれかに記載の磁気共鳴装置。
【請求項６】クアドラチャ出力信号をクアドラチャ・イメージ表示に再構成するためのクアドラチャ再構成プロセッサ（６０）と、反クアドラチャ出力信号を反クアドラチャ・イメージ表示に再構成するための反クアドラチャ再構成プロセッサ（６０）と、クアドラチャ・イメージ表示と反クアドラチャ・イメージ表示とを加算するための加算器（４２）と、をさらに有する請求項５に記載の磁気共鳴装置。
【請求項７】ＤＣバイアス電位の不存在が、少なくとも２つの受信機（４６、４８）が第１ＲＦコイル（３２）により検出された出力信号及び第２ＲＦコイル（３４）により検出された出力信号を受信する、フェーズド・アレイ・モードに受信機集合体を切換える請求項３又は請求項４に記載の磁気共鳴装置。
【請求項８】複数モード磁気共鳴方法において、検査領域中に主磁場を発生し（１２）、原子核中に磁気共鳴を誘起するために検査領域中にＲＦ信号を送信し（２４、２８）、第１ＲＦコイル（３２）及び第２ＲＦコイル（３４）を使用して誘起された磁気共鳴信号を受信し（３０）、クアドラチャ結合モードとフェーズド・アレイ・モードの内の１つを選択し（４４１、４４２）、クアドラチャ結合モードにおいて、受信された磁気共鳴信号を結合して位相移動し（４２）、フェーズド・アレイ・モードにおいて、受信された磁気共鳴信号を結合せずに送り、受信された磁気共鳴信号を復調し（５２、５４）、そして復調された信号をイメージ表示に再構成する（６０）、ことを含む方法。
【請求項９】選択するステップが、クアドラチャ結合モードを選択するためにスイッチ集合体（４４１、４４２）に選択的にＤＣバイアスを適用し、そして受信された信号をクアドラチャ信号及び反クアドラチャ信号に結合する（４２）、ことを含む請求項８に記載の方法。
【請求項１０】クアドラチャ信号をクアドラチャ・イメージ表示に再構成し（６０）、反クアドラチャ信号を反クアドラチャ・イメージ表示に再構成し（６０）、クアドラチャ及び反クアドラチャ・イメージ表示を結合する、ことをさらに含む請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気共鳴の分野に関する。本発明は医学イメージング（画像）に関連した応用を有し、それに関して特に詳細に説明する。しかし、本発明は品質制御検査、スペクトロスコピー（分光学）、及び同様なものについて適用できる。
【０００２】
【従来の技術】従来、磁気共鳴システムは、自由空間又は磁石の孔内に共通にＢ０と表示される強く時間的に一定な主磁場を発生する。この主磁場が対象の核スピン・システムを偏極する。そして、対象の核スピンは主磁場に優先的に整列した巨視的な磁気モーメント・ベクトルを有する。超伝導環状磁石において、Ｂ０磁場は円筒孔の長手軸に沿って発生され、それは典型的にｚ軸が割当てられる。オープン・システムでは、Ｂ０磁場は一対の極片の間に典型的に垂直に指向し、これにもｚ軸が割当てられる。
【０００３】磁気共鳴信号を発生するため、Ｂ０磁場と垂直なベクトル成分を持った無線周波数（ＲＦ）磁場Ｂ１を加えることにより、偏極スピン・システムが、共鳴で励起される。送信モードでは、無線周波数コイルは偏極されサンプルの磁化をｚ軸から傾けるためにパルスされる。磁化がｚ軸周りに歳差運動する時、歳差運動する磁気モーメントが、ラーモア周波数で磁気共鳴信号を発生し、それは受信モードにおいて同じ又は別の無線周波数コイルで受信される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】伝統的に、ＲＦ受信機コイルは磁気共鳴イメージング及びスペクトロスコピイ装置と共にクアドラチャ・モード又はフエースド・アレイ・モードのいずれかで使用される。クアドラチャ・コイルは典型的に興味有る同じ領域を見るが垂直磁場及び水平磁場のように、位相が９０°異なる信号に感度を有する、少なくとも２つのコイル又はコイル・アレイを含む。同様に、円形に偏極されるバードケージ・コイルは２つの９０°の位相の異なる出力信号のためのタップを有する。典型的に、２つのコイル又はコイル・アレイからの９０°オセットされた信号は両方の信号が同じ位相を有するようにするアナログ位相移動回路に接続される。位相移動及び合計信号は典型的に約２の平方根の信号対雑音改良を与える。クアドラチャ・モードは、チャンネル数が限定されていて再構成の速度が重要な所で、好ましい。
【０００５】代替的に、受信機コイルは９０°オフセット信号が個別に別の受信機に各々転送されるフェーズド・アレイ・モードで動作してもよい。フェーズド・アレイ・モードの動作は、横断又は冠状走査など、改良された画像品質が重要なところで好ましい。従来技術のコイルは、クアドラチャ・モードにおいてコイル上にクアドラチャ結合を作るか又はフェーズド・アレイ・モード内の複数受信機に複数信号を出力するかのいずれかである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の１つの観点においては、磁気共鳴装置は検査領域中に主磁場を発生する主磁石を含む。検査領域近くに置かれた無線周波数（ＲＦ）送信機コイルは、その領域内の磁気共鳴双極子を励起する。ＲＦ送信機はＲＦ送信機コイルを駆動する。複数モードＲＦ受信機コイル集合体は共鳴する双極子から磁気共鳴信号を受信し、そして少なくとも２つの受信機が受信機コイル集合体からの出力信号を受信して復調する。受信機コイル集合体は第１軸に沿った磁場に感度を有する少なくとも１つの第１ＲＦコイルを有する。さらに受信機コイルは第１軸と垂直な第２軸に沿った磁場に感度を有する少なくとも１つの第２ＲＦコイルを含む。第１及び第２ＲＦコイルに接続された信号結合回路は、第１及び第２ＲＦコイルにより受信された信号を直交結合するクアドラチャ結合モードと、第１及び第２ＲＦコイルにより受信された信号を結合することなく対応する受信機に送るフェーズド・アレイ・モードと、を有する。スイッチ集合体が信号結合回路に接続されている。スイッチ集合体は結合回路をクアドラチャ結合モードとフェーズド・アレイ・モードとの間で切換える。
【０００７】複数モード磁気共鳴方法は、検査領域中に主磁場を発生し、原子核中に磁気共鳴を誘起するために検査領域中にＲＦ信号を送信することを含む。誘起された磁気共鳴信号は第１ＲＦコイルと第２ＲＦコイルとを使用して受信される。受信された磁気共鳴信号は位相が移動される。クアドラチャ結合モード及びフエーズド・アレイ・モードの１つが選択される。クアドラチャ結合モードにおいて、位相が移動された受信された磁気共鳴信号が結合される。一方、フエースド・アレイ・モードにおいて、受信された磁気共鳴信号は結合されずに送られる。受信された磁気共鳴信号は復調されて、画像表示に再構成される。
【０００８】本発明の１つの利点は、検査のタイプに依存して、クアドラチャ結合モードとフェーズド・アレイ・モードとの間の切換えを提供することである。
【０００９】本発明の別の利点は、画像の品質を改良するためにクアドラチャ結合器からの反クアドラチャ信号を許す。
【００１０】本発明の別の利点は、より高速な再構成を必要とする応用に対してクアドラチャ・モードの使用を可能にする。
【００１１】さらに本発明の別の観点によれば、より良い画像品質を必要とする応用に対してフェーズド・アレイ・モードの使用を可能にする。
【００１２】以下、添付図面を参照して、例示目的のために、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１を参照すると、主磁場制御１０は、実質的に均一で時間的に一定な主磁場Ｂ０を検査領域中１４にｚ軸に沿って生成する超伝導又は抵抗性の磁石１２を制御する。図１には、孔タイプの磁石が示されているが、本発明はオープン又は垂直磁場磁石システムにも同様に応用できることか理解できる。磁気共鳴シーケンスは一連の無線周波数（ＲＦ）パルスＢ１及び磁場勾配パルスを加えて、磁気スピンを励起又は反転し、磁気共鳴を誘起し、磁気共鳴を最収束し、磁気共鳴を操作し、磁気共鳴を空間的に又は別の方法で符号化し、スピンを飽和し、そして磁気共鳴画像及びスペクトロスコピー・シーケンスを生成するための同様なことを行う。より詳細には、勾配パルス増幅器２０は、検査領域１４のｘ、ｙ、ｚ軸に沿って磁場勾配を生成するために、選択されたもの又は対の全身勾配コイル２２に電流パルスを印可する。無線周波数送信機２４、２６は好ましくはデジタルであって、検査領域中にＢ１無線周波数磁場を発生するために、全身ＲＦバードケージ・コイル２８に無線周波数パルス又はパルス・パケットを送信する。典型的な無線周波数パルスは、短い継続時間の直接に接近したパルス部分のパケットを含み、印加された勾配とお互いに一緒に、選択された磁気共鳴操作を達成する。ＲＦパルスは検査領域中の選ばれた部分の共鳴を操作し、飽和し、共鳴を励起し、磁化を反転し、共鳴を再収束するのに使用される。全身応用に対しては、共鳴信号は全身ＲＦバードケイジ・コイル２８により直交的に共通に採集される。
【００１４】ローカル・コイルは、選択された領域から誘起去れた磁気共鳴信号を受信するために対象の選択された領域に共通に隣接して置かれる。図１の実施の形態では、ローカル無線周波数コイル３０は平面的なループ・コイル３２及びヘルムホルツ対３４を有する。この構成において、無線周波数ループ・コイル３２は主として第１垂直軸に沿った磁場成分に対して感度を有する。一方、ヘルムホルツ対は３４は主として第１軸と直交する第２水平軸に沿った磁場成分に対して感度を有する。バードケージ・コイル又はバタフライ及びループ組合せなどその他の特別なコイルも同様に９０°位相移動関係のある磁気共鳴信号を受信するのに使用できる。ループ・コイル３２及びヘルムホルツ対３４は一対の増幅器３６、３８に接続される。増幅された受信共鳴信号は、所望の応用に基づいてクアドラチャ・モード又はフエーズド・アレイ・モードのためのスイッチと加算器４２を含む結合回路４０に伝達される。結合回路とスイッチの動作は以下により詳細に説明される。好ましくは、増幅器３６、３８及び結合回路はコイル３０上に搭載される。結果として得られる無線周波数信号は対応する受信機４６、４８により復調される。
【００１５】シーケンス制御プロセッサ５０は、エコー平面イメージング、エコー体積イメージング、勾配及びスピン・エコー・イメージング、高速スピン・エコー・イメージング、及び同様な複数の磁気共鳴イメージングとスペクトロスコピイ・シーケンスのいずれかを生成するための勾配パルス増幅器２０と送信機２４、２６を制御する。選択されたシーケンスに対して、受信機４６、４８はＲＦ励起パルスに続く高速連続した複数の磁気共鳴信号を受信する。受信機４６、４８に好ましくは組込まれるアナログ−デジタル変換機５２、５４は各磁気共鳴信号をデジタル形式に変換する。アナログ−デジタル変換機５２、５４は無線周波数受信コイルとデジタル受信機についての受信機との間に配置され、そしてアナログ受信機についての受信機から下流（図示のように）に配置される。最終的に、復調された受信無線周波数信号は、二次元フーリエ変換又は他の適当な再構成アルゴリズムを適用する再構成プロセッサ６０によりイメージ表示に再構成される。イメージは患者の平面的なスライス、平行な平面的スライスの配列、三次元体積、又は同様なものを表す。そして、イメージは結果として得られたイメージを人間が見ることのできる表示を提供するビデオ・モニター、アクテイブ・マトリックス・モニター、又は液晶デイスプレイなどのデイスプレイ６４によりアクセスされるイメージ・メモリ６２中に記憶される。
【００１６】図１と一緒に図２を併せて参照すると、結合及びスイッチ回路４０は実質的に９０°位相関係を有するＲＦコイル３２、３４から増幅された磁気共鳴信号を受け取る。結合及びスイッチ回路は、クアドラチャ・モード又はフエーズド・アレイ・モードの間を切換えるためにスイッチ集合体４４１、４４２を含む。スイッチが閉又は短絡回路位置においては、結合回路はクアドラチャ・モードで動作する。２つの信号は互いに相対的に位相が９０°移動していて、標準の結合器４２を使用して結合される。より詳細には、位相整合に移動されて加算された信号はチャンネル１のクアドラチャ出力となり、一方、反クアドラチャ信号はチャンネル２の出力となる。スイッチが開回路位置において、結合回路はフェースド・アレイ・モードで動作して、２つの信号が遅延される。しかしそれ以外は変更されず、そしてさらなる信号処理のために別々に受信機に送られる。
【００１７】図２に図３を併せて参照すると、結合及びスイッチ回路４０に組込まれたスイッチ集合体４４１、４４２の切換え機能は、好ましくは図示の様に一対のＰＩＮダイオード８０、８２を使用して達成される。スイッチ集合体はチャンネル２のＤＣバイアス電位の存在又は不存在に基づいてクアドラチャ・モードとフェーズド・アレイ・モードの間を切換える。チャンネル２上のＤＣバイアス電位の存在は、２つの位相が移動された信号が結合されるようにＰＩＮダイオードを順方向にバイアスする。これと対称的に、チャンネル２にＤＣバイアスが無いと、ＰＩＮダイオードは電流の流れを防止し、開回路として作用し、２つの位相が移動された信号が別々にチャンネル１及びチャンネル２の受信機にそれぞれ送られる。当業者には理解されるように、この切換え能力は単一の検査内で所望の応用に依存してオペレータがモードを切換えることを可能にする。例えば、大きな再構成速度を必要とする応用については、オペレータはクアドラチャ結合モードを選択するであろう。より高いイメージの画質を必要とする応用について、オペレータはフェーズド・アレイ・モードを選択するであろう。
【００１８】クアドラチャ又は結合モードにおいて、結合回路は受信機４６４８へチャンネル１上にクアドラチャ結合信号を出力し、そしてチャンネル２上に反クアドラチャ信号を出力する。反クアドラチャ信号はクアドラチャ信号のほぼ半分の大きさであることが理解される。そしてクアドラチャ及び反クアドラチャ信号は別個の受信機へ送られ、そこで上述したように復調されて２つのイメージ表示に再構成される。別の実施の形態では、クアドラチャ及び反クアドラチャ・イメージ表示は加算され又は平均化されて、信号対雑音比を改良する。
【００１９】本発明が、２つのＲＦコイル及び２つのチャンネルを有する磁気共鳴システムを参照して説明されたが、当業者には本発明は四つ又はそれ以上のＲＦコイルとチャンネルを有する磁気共鳴システムにも同様に適用できることが理解できる。例えば、図４を参照すると、１つのモードに対するバタフライ・コイル又はヘルムホルツ・コイル１００１が患者の首の輪郭に従って曲げられており、一方、別のモードに対する平らなループ・コイル１０２１が背骨をイメージングするために配列されている。平らなループ又は梯子型コイル１０２２、１０２３、１０２４の配列が、複数チャンネル構成で背骨をイメージングするために、平らな構造又は患者の寝台に配列されて搭載されている。首のイメージング応用において、バタフライ及び１つのループ又は梯子型コイルは単一のチャンネルとしてクアドラチャに結合され、残りのコイル及びチャンネルを背骨イメージング応用のために自由にする。代替的には、頭部分のコイルは別個の受信機チャンネルに伝達できる。
【出願人】 【識別番号】５９６１７７４６７
【氏名又は名称】マルコニ メディカル システムズ インコーポレイテッド
【出願日】 平成１３年３月１日（２００１．３．１）
【代理人】 【識別番号】１０００５９９５９
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 稔 （外９名）
【公開番号】 特開２００１−３４６７７６（Ｐ２００１−３４６７７６Ａ）
【公開日】 平成１３年１２月１８日（２００１．１２．１８）
【出願番号】 特願２００１−１０７７９３（Ｐ２００１−１０７７９３）