JP4455323B2 - 磁気共鳴装置 - Google Patents

Description

本発明は、静磁場磁石、傾斜磁場装置、一次送信アンテナ、少なくとも１つの二次送信アンテナ、少なくとも１つの受信アンテナ、制御および評価装置を備え、検査領域が静磁場磁石により静磁場を印加可能であり、検査領域が傾斜磁場装置により傾斜磁場を印加可能であり、検査領域が両送信アンテナにより高周波励起磁場を印加可能であり、受信アンテナによって、検査領域内に搬入された検査対象物が励起されることにより発生された磁気共鳴信号が受信可能であり、傾斜磁場装置および送信アンテナが制御および評価装置により、傾斜磁場装置に傾斜磁場電流が流れかつ送信アンテナに励起電流が流れるように駆動可能であり、磁気共鳴信号が制御および評価装置に導入可能でありここで評価可能である磁気共鳴装置に関する。

この種の磁気共鳴装置は一般に知られており、例えば専門書「医療診断のための画像形成システム」第３版、１９９５年発行、Publics MCD出版社、第５０１〜５０３頁に開示されている。

公知の磁気共鳴装置は通常１．５Ｔの静磁場を持っている。この磁気共鳴装置によって検査対象物の良好な再構成が可能になる。

初期の頃には、静磁場が１．５Ｔ以上、特に３Ｔ以上を有する磁気共鳴装置も作られている。この磁気共鳴装置によって良好な分解能を達成することができる。しかし、この種の従来技術による磁気共鳴装置においては、検査対象物内の高周波渦電流に起因する多大な画像不均一が生じる。

従来技術においては、例えば米国特許第６２５２４０３号明細書に見られるように、そのような渦電流を補償するために、送信アンテナを渦巻き形に形成することが提案されている。送信アンテアは対称軸線の周りに巻かれたバードケージ形共鳴器の形状をとる。さらに上記米国特許明細書により、検査対象物の近くに適当な誘電体、特に水を配置し、これによって高周波励起磁場の均一化を達成することが既に知られている。しかし、従来技術のあらゆる努力にもかかわらず、励起磁場の不均一性があらゆる場合において十分に補償されていない。

本発明の課題は、検査対象物内で静磁場が強大であるにもかかわらず励起磁場ができるだけ均一化される磁気共鳴装置を提供することである。

この課題は、磁気共鳴装置が、二次送信アンテナに励起電流が流れるように制御および評価装置によって制御される少なくとも１つの二次送信アンテナを備え、二次送信アンテナにより励起磁場が検査領域に印加可能であり、さらに二次送信アンテナに、励起電流の振幅比および／または位相差を互いに調整可能である少なくとも１つの制御要素が設けられることによって解決される。
従って、本発明は、静磁場磁石、傾斜磁場装置、一次送信アンテナ、少なくとも１つの二次送信アンテナ、少なくとも１つの受信アンテナ、制御および評価装置を備え、検査領域が静磁場磁石により静磁場を印加可能であり、検査領域が傾斜磁場装置により傾斜磁場を印加可能であり、検査領域が両送信アンテナにより高周波励起磁場を印加可能であり、受信アンテナによって、検査領域内に搬入された検査対象物が励起されることにより発生された磁気共鳴信号が受信可能であり、傾斜磁場装置および送信アンテナは制御および評価装置により、傾斜磁場装置に傾斜磁場電流が流れかつ送信アンテナに励起電流が流れるように駆動可能であり、磁気共鳴信号は制御および評価装置に導入可能でありここで評価可能であり、二次送信アンテナに、励起電流の振幅比および／または位相差を互いに調整可能である少なくとも１つの制御要素が付設され、二次送信アンテナによって発生された励起磁場は、一次送信アンテナによって発生された励起磁場より空間的に小さな広がりを持ち、二次送信アンテナに流れる励起電流は、一次送信アンテナに流れる励起電流より小さな振幅を持っていることを特徴とする。

このような本発明によれば、一次送信アンテナによって発生された励起磁場は的確にかつ能動的に均一化される。少なくとも１つの制御要素は、検査領域内に搬入された検査対象物における励起磁場の重なりが検査対象物の内部でできるだけ均一化されるように駆動される。

二次送信アンテナが一次送信アンテナとは全く無関係に駆動されることも可能である。しかし、好ましくは二次送信アンテナは一次送信アンテナに誘導結合される。

制御および評価装置に制御信号を予め与えることができ、制御要素の駆動が制御信号に依存するならば、検査対象物への適合が可能になる。制御信号は、例えば検査すべき患者の身長や体重、場合によっては他の特徴項目によって暗黙に決定可能である。それに代えて、制御要素の駆動は実験によっても求めることができる。

場合によっては、二次送信アンテナが制御信号に依存して、磁気共鳴周波数で共鳴せずまた検査領域に励起磁場を印加しないようにも駆動可能であることは、有意義である。すなわち二次送信アンテナは場合によっては全く遮断することができる。

制御要素が調整可能なインピーダンスとして構成されるならば、励起電流の振幅比および／または位相差が特にフレキシブルに調整可能となる。

二次送信アンテナによって発生された励起磁場が、一次送信アンテナによって発生された励起磁場より空間的に小さな広がりを持っていると好ましい。すなわち、二次送信アンテナが一次送信アンテナによって発生された励起磁場の補正のために局部的にのみ作用すると好ましい。さらに、通常、二次送信アンテナに流れる励起電流は一次送信アンテナに流れる励起電流より小さな振幅を持っている。

二次送信アンテナに流れる励起電流は、一次送信アンテナに流れる励起電流に対して電気角で−１８０°〜＋１８０°の位相差を持っている。

二次送信アンテナは制御および評価装置に、磁気共鳴信号の受信には利用され得ないように接続することができる。その場合、二次送信アンテナはもっぱら励起磁場を均一化するためにのみ用いられる。しかし、二次送信アンテナは、磁気共鳴信号の受信のためにも利用可能であるようにすることもできる。その場合好ましくは、二次送信アンテナは、通常、磁気共鳴信号の局部受信のために利用されるいわゆる局部コイルとして構成されている。特に、二次送信アンテナは磁気共鳴信号の受信時に、磁気共鳴周波数で共鳴するように制御および評価装置により同調可能である。

他の利点および詳細は図面を参照して行う実施例についての以下の説明から明らかにされる。
図１は磁気共鳴装置、
図２は一次送信アンテナおよび二次送信アンテナ、
図３は二次送信アンテナ、
図４は一次送信アンテナおよび二次送信アンテナを示す。

図１の磁気共鳴装置は検査領域１を備えている。患者寝台２によって検査対象物３、ここでは人間３が検査領域１内に搬入される。

検査領域１は静磁場磁石４により静磁場を印加される。静磁場は時間的に一定（静的）であり、場所的に可能な限り均一化され、静磁場は１．５Ｔ以上の磁場強さを有する。この磁場強さは３Ｔまたはそれ以上であると好ましい。

静磁場磁石４は好ましくは超伝導で構成される。その場合、制御および評価装置５による制御および／または駆動は必要でない。

磁気共鳴装置はさらに、検査領域１に傾斜磁場を印加する傾斜磁場装置６を備えている。傾斜磁場装置６は制御および評価装置５によって、傾斜磁場装置６に傾斜磁場電流が流れるように駆動可能である。

この磁気共鳴装置は一次アンテナ７および二次アンテナ８をも備えている。明らかに一次アンテナ７は全身アンテナ７として構成されている。それに対して二次アンテナ８は局部コイル８として構成され、局部のみで作動する。アンテナ７，８は制御および評価装置５によって、アンテナ７，８に励起電流が流れるように駆動可能である。

一次アンテナ７によって検査領域１が高周波励起磁場を印加可能である。検査領域１内に検査対象物３が搬入されると、検査対象物３が励起され磁気共鳴を生じる。このようにして発生された磁気共鳴信号は一次アンテナ７または二次アンテナ８によって選択的に受信可能である。このようにして両アンテナ７，８は磁気共鳴装置の受信アンテナ７，８となる。受信された磁気共鳴信号は制御および評価装置５に導入可能でありここで評価可能である。

３Ｔ以上の強い静磁場に基づいて、あらゆる場合に一次アンテナ７のみによって検査対象物３の全体に均一化された励起磁場を発生させることは不可能である。そのため、二次アンテナ８が同様に制御および評価装置５によって、検査対象物３に少なくとも局部的に高周波励起磁場を印加するように駆動可能である。しかし、二次アンテナ８によって発生された励起磁場は一次アンテナ７によって発生された励起磁場より空間的に小さな広がりを持っている。さらに、二次アンテナ８に流れる励起電流は一次アンテナ７に流れる励起電流より小さな振幅を持っている。

図２に示す二次アンテナ８は制御および評価装置５によって一次送信アンテナ７とは無関係に駆動可能である。そのため制御および評価装置５は自ら、両アンテナ７，８に流れる励起電流の振幅比および／または位相差を調整することができる制御要素となる。

制御および評価装置５による二次アンテナ８の駆動は特に、位相差が電気角で−１８０°〜＋１８０°の範囲にあるように行なうことができる。すなわち位相差は任意に調整可能である。振幅比も二次アンテナ８の設計限界内で任意に調整可能である。特に二次アンテナ８は、場合によっては検査領域１に励起磁場を印加しないように駆動可能である。その場合、二次アンテナ８に流れる励起電流の値は０（ゼロ）である。

二次アンテナ８には制御要素９が配置されている。二次アンテナ８が検査領域１に励起磁場を印加してはならない場合、制御要素９によって、二次アンテナ８が磁気共鳴周波数で共鳴しないように同調を外される。

二次アンテナ８の駆動は、外部からユーザーにより制御および評価装置５に予め与えられる制御信号Ｓに依存して行われる。つまり制御要素９の駆動は制御信号Ｓに依存している。

図３の制御要素９は複数のコンデンサ１０と１つの並列振動回路１１とを備えている。制御信号Ｓに応じてスイッチ１２を介してコンデンサ１０の１つまたは並列振動回路１１が投入される。かくして制御要素９は調整可能なインピーダンス９として構成される。

コンデンサ１０の１つを投入すると、投入されたコンデンサ１０に応じて、一次送信アンテナ７によって発生された励起磁場の増強または減衰、もしくは二次アンテナ８の磁気共鳴周波数への正確な同調が行われる。磁気共鳴周波数への同調は受信の場合にのみ行われる。

並列振動回路１１が投入されると、二次アンテナ８は、磁気共鳴周波数でもはや励起可能ではないように同調を外される。このことは、二次アンテナ８が送信時または受信時に絶対に利用されてはならない場合、二次アンテナ８の分離に対応する。

図４はほぼ図２に対応する。しかし図４においては、二次アンテナ８の独立の励起は行われない。寧ろ、両アンテナ７，８間に誘導結合部Ｍが存在している。すなわち二次アンテナ８は一次アンテナ７に誘導結合されている。この場合、制御要素９によって二次アンテナ８の共鳴周波数の調整が行われると共に、共鳴周波数の調整によって、一次アンテナ７に流れる励起電流に対して相対的に二次アンテナ８に流れる励起電流の振幅および位相差の調整が間接的に行われる。

図２の実施例でも図４の実施例でも、制御要素９の駆動、および直接的または間接的に行われる二次アンテナ８の駆動は、検査対象物３内の励起磁場の重なりができるだけ均一化されるように行われる。

二次アンテナ８による磁気共鳴信号の受信時、二次アンテナ８は制御および評価装置５によって常に、磁気共鳴周波数で共鳴するように同調される。

上記したように、二次アンテナ８は励起磁場を検査領域１に印加するためにも、磁気共鳴信号を受信するためにも利用される。勿論、二次アンテナ８を、もっぱら励起磁場を検査領域１に印加するために利用することも可能である。その場合、二次アンテナ８は磁気共鳴信号を受信するために用いられない。

本発明の磁気共鳴装置によれば、検査対象物３全体が強い静磁場にあるにもかかわらず、ほぼ完全に均一化された励起磁場を容易に実現することができる。

磁気共鳴装置を示す概略図 一次送信アンテナおよび二次送信アンテナの説明図 二次送信アンテナの説明図 一次送信アンテナおよび二次送信アンテナの説明図

符号の説明

１ 検査領域
２ 患者寝台
３ 検査対象物
４ 静磁場磁石
５ 制御および評価装置
６ 傾斜磁場装置
７ 一次送信アンテナ、受信アンテナ
８ 二次送信アンテナ、受信アンテナ
９ 制御要素
１０ コンデンサ
１１ 並列振動回路
１２ スイッチ
Ｓ 制御信号
Ｍ 誘導結合部

Claims (10)

1. 静磁場磁石（４）、傾斜磁場装置（６）、一次送信アンテナ（７）、少なくとも１つの二次送信アンテナ（８）、少なくとも１つの受信アンテナ（７）、制御および評価装置（５）を備え、
   検査領域（１）が静磁場磁石（４）により静磁場を印加可能であり、
   検査領域（１）が傾斜磁場装置（６）により傾斜磁場を印加可能であり、
   検査領域（１）が両送信アンテナ（７，８）により高周波励起磁場を印加可能であり、
   受信アンテナ（７）によって、検査領域（１）内に搬入された検査対象物（３）が励起されることにより発生された磁気共鳴信号が受信可能であり、
   傾斜磁場装置（６）および送信アンテナ（７，８）は制御および評価装置（５）により、傾斜磁場装置（６）に傾斜磁場電流が流れかつ送信アンテナ（７，８）に励起電流が流れるように駆動可能であり、
   磁気共鳴信号は制御および評価装置（５）に導入可能でありここで評価可能であり、
   二次送信アンテナ（８）に、励起電流の振幅比および／または位相差を互いに調整可能である少なくとも１つの制御要素（１０，１１）が付設され、
   二次送信アンテナ（８）によって発生された励起磁場は、一次送信アンテナ（７）によって発生された励起磁場より空間的に小さな広がりを持ち、
   二次送信アンテナ（８）に流れる励起電流は、一次送信アンテナ（７）に流れる励起電流より小さな振幅を持っている
   ことを特徴とする磁気共鳴装置。
2. 少なくとも１つの制御要素（１０，１１）は、検査領域（１）内に搬入された検査対象物（３）における励起磁場の重なりが検査対象物（３）の内部でできるだけ均一化されるように駆動可能であることを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴装置。
3. 二次アンテナ（８）は一次送信アンテナ（７）に誘導結合されていることを特徴とする請求項１又は２記載の磁気共鳴装置。
4. 制御および評価装置（５）に制御信号を与えることができ、制御要素（１０，１１）の駆動が制御信号（Ｓ）に依存することを特徴とする請求項１乃至３の１つ記載の磁気共鳴装置。
5. 二次送信アンテナ（８）は、制御信号（Ｓ）に依存して、一次送信アンテナ（７）によって検査領域（１）に励起磁場を印加中、磁気共鳴周波数で共鳴せずまた検査領域（１）に励起磁場を与えないようにも駆動可能であることを特徴とする請求項４に記載の磁気共鳴装置。
6. 制御要素（１０，１１）が調整可能なインピーダンスとして構成されていることを特徴とする請求項１乃至５の１つ記載の磁気共鳴装置。
7. 二次送信アンテナ（８）に流れる励起電流は、一次送信アンテナ（７）に流れる励起電流に対して電気角で−１８０°〜＋１８０°の位相差を持つように制御可能であることを特徴とする請求項１乃至６の１つ記載の磁気共鳴装置。
8. 二次送信アンテナ（８）は制御および評価装置（５）に、磁気共鳴信号の受信には利用され得ないように接続されていることを特徴とする請求項１乃至７の１つ記載の磁気共鳴装置。
9. 二次送信アンテナ（８）は制御および評価装置（５）に、磁気共鳴信号の受信のためにも利用できるように接続されていることを特徴とする請求項１乃至７の１つ記載の磁気共鳴装置。
10. 二次送信アンテナ（８）は磁気共鳴信号の受信のために、磁気共鳴周波数で共鳴するように制御および評価装置（５）により同調可能であることを特徴とする請求項９に記載の磁気共鳴装置。

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