JP2008535611A - 通信ユニットを備え、磁気共鳴信号をピックアップするアンテナ - Google Patents

Abstract

磁気共鳴信号をピックアップするために、特に磁気共鳴画像化システムにおいて使用するＲＦ受信機アンテナ１は、共鳴ピックアップ回路と、該共鳴ピックアップ回路に内蔵される送信／受信アンテナを含む、データを送信及び／又は受信するための通信ユニット２とを有する。

Description

本発明は、磁気共鳴信号を受信するためのＲＦ受信機アンテナ、特にＲＦ受信機コイルに関する。

本発明は、１つ又は複数のＲＦ受信機アンテナが使用される磁気共鳴画像化システムにも関する。

このような磁気共鳴画像化システムは、国際出願公開ＷＯ０３／０３２００２から知られる。

既知の磁気共鳴画像化システムは、ＭＲスイート（suite）内に位置される主磁石アセンブリを有する。磁気共鳴画像化システムは、検査されるべき患者からの磁気共鳴信号を受信するために、ＲＦ受信機コイルを備える。ＭＲスイートは、好ましくは、特にＲＦ周波数帯における電磁放射からシールドされる。シーケンス制御部は、ＭＲ画像化シーケンスを生成するために設けられ、ＭＲスイートの外側に位置される。再構成ユニットは、得られた磁気共鳴信号から磁気共鳴画像を再構成するために設けられる。シーケンス制御部と、ＭＲスイートの外側の再構成ユニットと、ＭＲスイート内の磁気共鳴画像化システムとの間の通信は、ワイヤレスの態様で実現される。特に傾斜波形及びＲＦパルスパターンは、ＭＲスイート内で、磁気共鳴画像化システムにおけるワイヤレストランシーバに伝えられる。ＲＦ受信機コイルは、ＭＲスイートにおけるワイヤレストランシーバに直接接続され得るか、又はＲＦ受信機コイルは、ＭＲスイートにおけるワイヤレストランシーバと無線通信され得る。個々のＲＦ受信機コイルに、トランシーバが備えられる。ハンドシェイク（handshaking）プロトコルは、ＲＦ受信機コイルが接続されていることを識別するために、ＭＲスイートにおけるワイヤレストランシーバと、ＲＦ受信機コイルとの間で適用される。ＭＲ受信機コイルにより受信される磁気共鳴信号は、再構成ユニットにワイヤレスで伝えられ、該再構成ユニットは、受信された磁気共鳴信号から磁気共鳴画像を再構成する。

本発明の目的は、ワイヤレス通信することができ、単純な構造をもつＲＦ受信機アンテナを提供することである。

この目的は、本発明のＲＦ受信機アンテナにより達成され、該アンテナは、
‐ 共鳴ピックアップ回路と、
‐ 該共鳴ピックアップ回路に内蔵される送信／受信アンテナを有し、データを送信及び／又は受信するための通信ユニットと、
を有する。

本発明のＲＦ受信機アンテナは、ボード上に通信ユニットを有する。磁気共鳴信号をＲＦ受信機アンテナから磁気共鳴画像化システムに伝えると共に、磁気共鳴画像化システムから制御信号を受信する送信／受信アンテナは、共鳴ピックアップ回路に内蔵される。ＲＦ受信機アンテナが自身の通信ユニットを備えるので、ＲＦ受信機アンテナを磁気共鳴画像化システムに加えることは容易であり、こうすることは、ハンドシェイク認識プロトコルにしたがって、磁気共鳴画像化システムと即座に通信できる。送信／受信アンテナが共鳴ピックアップ回路に内蔵されるので、比較的少ない数の電子部品しかＲＦ受信機アンテナを構成するのに必要とされない。更に、ＲＦ受信機コイルの共鳴ピックアップ回路から不便に突き出る別体のアンテナが必要とされない。

本発明のこれら及び他の態様は、従属請求項に規定される実施例を参照して更に詳述されるであろう。

本発明の一態様によると、共鳴ピックアップ回路のセグメントの１つが送信／受信アンテナとして使用されるという点で、送信／受信アンテナが共鳴ピックアップ回路に内蔵される。１つのオプションにおいて、送信／受信アンテナは、送信又は受信信号の搬送波周波数での半波長の整数倍（ｎλ／２、ｎ＝１、２、３、...）の長さを有する。他のオプションは、長さが４分の１波長の奇数倍（（２ｋ＋１）λ／４、ｋ＝０、１、２、３、...）である４分の１波長（スタブ）アンテナを使用することである。これらの半波長、及び４分の１波長アンテナタイプは、エネルギーを自由空間に放射するか、又は自由空間からエネルギーを受け取ることにおいて、非常に良い効率をもつ。正確なチューニングは、更になされ得る。通信されるユニットは、共鳴ピックアップ回路によりピックアップされる磁気共鳴信号を、搬送波周波数でミキシングするように構成される。通常、磁気共鳴信号は、１０ＭＨｚと６００ＭＨｚとの間のＲＦ周波数帯にある。実際の値は、磁気共鳴画像化システムの主磁場の強さに依存する。共鳴ピックアップ回路は、問題となる磁気共鳴画像化システムに関連するＲＦ周波数帯における磁気共鳴信号に対して良い感度を有する。ＲＦ受信機アンテナへの、及びＲＦ受信機アンテナからのデータ伝送は、非常に高い周波数において実施され、典型的に１ＧＨｚより上であり、特に２．４ＧＨｚが満足のいくものである。異なるＲＦ送信及び受信周波数帯は、データの送信及び受信のそれぞれに対して使用され得る。特に、異なるＲＦ送信及び受信ＲＦ周波数帯が使用される場合、４分の１波長送信／受信アンテナで良い結果が得られる。このような４分の１波長送信／受信アンテナは、動作の際にその供給点において最大電流を有し、供給点から離れたその端、すなわちアンテナの上端において、ゼロ電流を有する。このことは、比較的短いアンテナ長において効率的なエネルギー伝送を導く。

本発明の更なる態様によると、共鳴ピックアップ回路のセグメントが物理的に遮断され、部分的に誘導性の結合が、隣接したセグメントの間に備えられる。結合の誘導性の態様は、低周波数では短絡のように、及び、高周波数においては開放の回路遮断として、効果的に振舞う。結合の容量性の態様は、低周波数では短絡のように、及び、高周波数においては開放の回路遮断として、効果的に振舞う。したがって、セグメント間の遮断に利用される誘導性／容量性の量の選択は、関連する周波数範囲における遮断の効果を調整することを可能にする。

本発明は、磁気共鳴画像化システムにも関する。本発明の磁気共鳴画像化システムは、本発明のＲＦ受信機アンテナを備える。本発明の磁気共鳴画像化システムは、磁気共鳴信号をピックアップするために使用されるＲＦ受信機アンテナを容易に変化させることが可能である。しばしば、ＲＦ受信機アンテナは、検査されるべき患者の関連する部分に渡って位置され得るＲＦ受信機表面コイルとして形成される。本発明の磁気共鳴画像化システムは、磁場が円筒ボア内に形成される、いわゆる円筒システムであってもよい。通常、円筒磁気共鳴画像化システムは、1.5、３、更には、７、又は１１テスラの磁場強度において動作する。しばしば円筒磁気共鳴画像化システムは、例えば心臓、神経（脳）、又は腹部の検査を実施するために使用される。一方、本発明の磁気共鳴画像化システムは、開放型の磁気共鳴画像化システムであっても良い。このような開放型の磁気共鳴画像化システムは、磁気フラックス帰還経路を機能させる４つのポスト構造、又はＣ字型のスタンドのような担体により接続される対向するポスト面を有する。該対向するポスト面の間に、約０．２５から１テスラの磁場が印加される。

本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載される実施例を参照すると共に、添付の図面を参照して、明らかにされるであろう。

図１は、本発明が使用される磁気共鳴画像化システムを図式的に示す。磁気共鳴画像化システムは、安定して一様な磁場が生成される一組の主コイル１０を有する。主コイルは、例えばトンネル形状の検査空間を囲うような態様で構成される。検査されるべき患者は、このトンネル形状の検査空間にスライドされる患者搬送キャリア上に置かれる。磁気共鳴画像化システムは、複数の傾斜コイル１１、１２も含み、これにより特に個々の方向に時間的な傾斜の形態で、空間的な変化を示す磁場が、一様な磁場に重畳されるように生成される。傾斜コイル１１、１２は、制御可能電源ユニット２１に接続される。傾斜コイル１１，１２は、電源ユニット２１により電流を加えることにより給電され、この目的のため、電源ユニットは、適切な時間形状の傾斜パルス（「傾斜波形」とも称される）を生成するように、電流を傾斜コイルに印加する電子傾斜増幅回路を取り付けられる。傾斜の強度、方向、及び持続期間は、電源ユニットの制御により制御される。磁気共鳴画像化システムは、それぞれＲＦ励起パルスを生成し、磁気共鳴信号をピックアップする、送信及び受信コイル１３、１６も有する。送信コイル１３は、好ましくはボディコイル１３として構成され、これにより検査されるべきオブジェクト（の一部）が囲まれ得る。検査されるべき患者３０が磁気共鳴画像化システムに位置されるとき、該患者がボディコイル１３により囲まれる態様で、ボディコイルは、通常磁気共鳴画像化システム内に配置される。ボディコイル１３は、ＲＦ励起パルスとＲＦ再収束パルスとの送信のための送信アンテナの役目を果たす。好ましくは、ボディコイル１３は、送信されたＲＦパルス（ＲＦＳ）の空間的に一様な強度分散に関する。同じコイル又はアンテナが、通常、送信コイル及び受信コイルとして交互に使用される。更に、送信及び受信コイルは、通常コイルとして形成されるが、送信及び受信コイルが、ＲＦ電磁信号のための送信及び受信アンテナの役目を果たす他の形態も実現可能である。送信及び受信コイル１３は、電子送信及び受信回路１５に接続される。送信及び受信ユニットは、表面コイル１６とのワイヤレス通信を可能にするために、アンテナ１７が取り付けられる。

代替として別体の受信及び／又は送信コイル１６を使用することが可能であることは、留意されるべきである。例えば表面コイル１６は、受信及び／又は送信コイルとして使用され得る。このような表面コイルは、比較的小さなボリュームで高い感度を有する。該表面コイルのような受信コイルは、復調器２４に接続され、受信された磁気共鳴信号（ＭＳ）は、該復調器２４により復調される。復調された磁気共鳴信号（ＤＭＳ）は、再構成ユニットに加えられる。受信コイルは、プリアンプ２３に接続される。プリアンプ２３は、受信コイル１６により受信されるＲＦ共鳴信号（ＭＳ）を増幅し、増幅されたＲＦ共鳴信号は、復調器２４に加えられる。復調器２４は、増幅されたＲＦ共鳴信号を復調する。復調された共鳴信号は、画像化されるべきオブジェクトの部分における局部スピン密度に関する実際の情報を含む。更に、送信及び受信回路１５は、変調器２２に接続される。変調器２２並びに送信及び受信回路１５は、ＲＦ励起パルス及び再収束パルスを送信するように、送信コイル１３を駆動する。本発明の磁気共鳴画像化システムにおいて、変調が送信の前のデジタル化を含むことに留意されたい。再構成ユニットは、復調された磁気共鳴信号（ＤＭＳ）から１又はそれより多くの画像信号を導出し、該画像信号は、検査されるべきオブジェクトの画像化された部分の画像情報を表す。再構成ユニット２５は、実際には、画像化されるべきオブジェクトの部分の画像情報を表す画像信号を、復調された磁気共鳴信号から導出するようにプログラムされる、デジタル画像処理ユニット２５として、好ましくは構成される。前記信号が再構成モニタ２６に出力されるので、該モニタは、磁気共鳴画像をディスプレイすることができる。代替として、更なる処理を待つ間、再構成ユニット２５からの信号をバッファユニット２７に記憶することが可能である。

表面コイル１６は、個々の表面コイル１６の共鳴ピックアップ回路に内蔵される送信／受信アンテナを持つ通信ユニット２を備える。詳細は、図２において示される。磁気共鳴画像化システムの送信及び受信ユニット１５と、表面コイル１６との間にワイヤレスリンクが設けられる。

本発明による磁気共鳴画像化システムは、例えば（マイクロ）プロセッサを含むコンピュータの形態で、制御ユニット２０も備える。制御ユニット２０は、ＲＦ励起の実行、及び時間的な傾斜場の印加を制御する。この目的のため、本発明によるコンピュータプログラムは、例えば制御ユニット２０及び再構成ユニット２５にロードされる。図２は、本発明のＲＦ受信機アンテナ１のＭＲ ＲＦ受信ループを図式的に示す。該アンテナは、ＭＲ ＲＦ受信ループにより形成される共鳴ピックアップ回路４を有する。共鳴ピックアップ回路４は、磁気共鳴画像化システムにワイヤレスで伝えるように機能する通信ユニット２と結合される。共鳴ピックアップ回路４は、いくつかの回路セグメント３を有する。これらの回路セグメントのいくつか、この例では２つが、通信ユニット２に結合され、送受信アンテナとして機能し、該アンテナを介して通信ユニット２は、データ及び制御命令を、磁気共鳴画像化システム、特に送信及び受信ユニット１５と交換する。これらのデータ及び命令の送信は、より高い周波数、典型的に１ＧＨｚより上、特に２．４ＧＨｚ付近において行われる。

これらの周波数において、小さな４分の１波長又は半波長セグメントは、満足に動作する。例えば２．４ＧＨｚにおいて、４分の１波長は、約３ｃｍである。

本発明のＲＦ受信機アンテナにおいて、回路セグメントは、必要に応じて使用され得る中断と同じ数だけ中断されるが、通信ユニットから見て接続されるセグメントは、データ送信信号の４分の１波長の距離にある。この実現例を用いて、データアンテナは既に存在するコイルアンテナ素子に、性能を低下させることなく内蔵される。人は、半波長、又は４分の１波長（スタブ）アンテナを選択することができる。４分の１波長アンテナの場合、わずかに異なる搬送波周波数で該アンテナの２つを使用することも可能であり、したがって送信及び受信のための別の搬送波、又は付加的なチャネルバンド幅を持つ。

キャパシタ値、ループ形状、及び他の中断は、コイル設計要求仕様により決定され、ループの残りは、データアンテナに容量性又は誘導性の負荷を加えるであろう。それゆえ、この負荷に対して補償するため、実際の長さは典型的に、半波長の４分の１よりもわずかに短く、又は長くなるであろう。実際の長さは、電磁シミュレーションソフトウェアで、（又は、制限された試行錯誤を介して）知ることができる。代替の例は、中断において、データアンテナを形成する純粋に容量性でない部品を使用することである。

図１は、本発明が使用される磁気共鳴画像化システムを図式的に示す。 図２は、本発明のＲＦ受信機アンテナのＭＲ ＲＦ受信ループを図式的に示す。

Claims (5)

1. 磁気共鳴信号をピックアップするＲＦ受信機アンテナであって、
   ‐ 共鳴ピックアップ回路と、
   ‐ 該共鳴ピックアップ回路に内蔵される送信／受信アンテナを含み、データを送信及び／又は受信するための通信ユニットと、
   を有するＲＦ受信機アンテナ。
2. ‐ 前記通信ユニットが、搬送波波長帯において動作し、
   ‐ 前記共鳴ピックアップ回路が、相互に中断されるいくつかの回路セグメントを有し、
   ‐ 該回路セグメントの少なくとも１つは、搬送波波長の約４分の１、又は搬送波波長の約半分の実効的な長さを有する、
   請求項１に記載のＲＦ受信機アンテナ。
3. ‐ 前記通信ユニットが、搬送波波長帯において動作し、
   ‐ 前記共鳴ピックアップ回路が、相互に中断されるいくつかの回路セグメントを有し、
   ‐ 少なくとも１つの中断が、隣接した回路セグメントとの間に部分的に誘導性の結合を有し、
   ‐ 前記隣接した回路セグメントの少なくとも１つが、搬送波波長の約４分の１、又は搬送波波長の約半分の物理的な長さを持つ、
   請求項１に記載のＲＦ受信機アンテナ。
4. 前記通信ユニットが、
   ‐ データを送信するためには、送信搬送波波長帯において、及び
   ‐ データを受信するためには、受信搬送波波長帯において、
   動作する、請求項１に記載のＲＦ受信機アンテナ。
5. 請求項１乃至４の何れか一項に記載のＲＦ受信機アンテナを有する磁気共鳴画像化システム。

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