知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
特許7356989ＲＦオーバーファイバを用いたＭＲＩシステムへのＭＲＩ受信コイルの非ガルバニック接続のための装置
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-09-27
(45)【発行日】2023-10-05
(54)【発明の名称】ＲＦオーバーファイバを用いたＭＲＩシステムへのＭＲＩ受信コイルの非ガルバニック接続のための装置
(51)【国際特許分類】
A61B 5/055 20060101AFI20230928BHJP
G01N 24/00 20060101ALI20230928BHJP
【ＦＩ】
A61B5/055 355
G01N24/00 570C
G01N24/00 570Y
A61B5/055 ZDM
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2020542394
(86)(22)【出願日】2019-01-28
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2021-05-20
(86)【国際出願番号】 EP2019051931
(87)【国際公開番号】W WO2019154641
(87)【国際公開日】2019-08-15
【審査請求日】2022-01-18
(31)【優先権主張番号】62/628,354
(32)【優先日】2018-02-09
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】590000248
【氏名又は名称】コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ
【氏名又は名称原語表記】Ｋｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ．
【住所又は居所原語表記】Ｈｉｇｈ Ｔｅｃｈ Ｃａｍｐｕｓ ５２， ５６５６ ＡＧ Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ，Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ
(74)【代理人】
【識別番号】100122769
【弁理士】
【氏名又は名称】笛田 秀仙
(74)【代理人】
【識別番号】100163809
【弁理士】
【氏名又は名称】五十嵐 貴裕
(72)【発明者】
【氏名】オーティズ ティモシー
(72)【発明者】
【氏名】ウィン トレイシー アリン
(72)【発明者】
【氏名】フリマン オッリ タピオ
【審査官】永田 浩司
(56)【参考文献】
【文献】特開２００６－２９７０６７（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１４／０２４１１４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００７－２９７０６７（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００９／００９６４５５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１３／００１１１３９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特表２００６－５１７４１６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ａ６１Ｂ ５／０５５
Ｇ０１Ｎ ２４／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
磁気共鳴（ＭＲ）受信装置であって、複数のＲＦコイル素子を有するコイル又はコイルアレイであって、各ＲＦコイル素子が、コイルと、当該ＲＦコイル素子の出力を増幅することにより増幅されたＲＦ信号を生成するよう接続されるプリアンプと、を有し、前記コイル又はコイルアレイが更に、個々のＲＦコイル素子に接続された１又は複数のＲＦミキサを有し、各ＲＦミキサが、対応するＲＦコイル素子のＲＦ信号を、当該ＲＦコイル素子の指定された周波数に周波数シフトする、コイル又はコイルアレイと、
光ファイバと、前記光ファイバに光信号を送るように光結合されたフォトニックデバイスと、前記増幅されたＲＦ信号を有するＭＲ信号によって光信号を変調するよう接続されたＲＦ変調器と、を有するＲＦオーバーファイバモジュールと、
を有し、
前記ＭＲ信号は、前記複数のＲＦコイル素子の周波数シフトされたＲＦ信号の周波数領域多重化（ＦＤＭ）合成を含み、
前記装置は、前記１つ又は複数のＲＦミキサに少なくとも１つの発振器信号を送信するように構成された第２のＲＦオーバーファイバモジュールを更に有し、前記コイル又はコイルアレイが、前記第２のＲＦオーバーファイバモジュールの前記少なくとも１つの発振器信号を介して前記コイル又はコイルアレイに伝達される光パワーによって少なくとも部分的に電力供給され、
前記少なくとも１つの発振器信号は前記周波数シフトのために使用される、
磁気共鳴（ＭＲ）受信装置。
【請求項2】
前記第２のＲＦオーバーファイバモジュールが、光パワーを前記コイル又はコイルアレイに連続的に供給すること、又は
前記コイル又はコイルアレイのバッテリ又はストレージキャパシタに光パワーを供給すること、
の一方によって前記少なくとも１つのコイル又はコイルアレイに電力供給するように構成される、請求項１に記載のＭＲ受信デバイス。
【請求項3】
前記コイル又はコイルアレイが更に、前記ＭＲ信号を生成するために、前記複数のＲＦコイル素子の周波数シフトされたＲＦ信号を合計するように構成された合計器を有する、請求項１乃至２のいずれか１項に記載のＭＲ受信装置。
【請求項4】
アナログ／デジタル変換器を有するＭＲ受信装置であって、前記ＲＦオーバーファイバモジュールの光ファイバからＭＲ信号によって変調された光信号を受信し、
受信した光信号からＭＲ信号を抽出し、前記ＭＲ信号をデジタル信号に変換し、
前記デジタル信号をデジタル信号処理ユニットに送信する、
よう構成されたＭＲ受信器を更に有する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＭＲ受信装置。
【請求項5】
静磁場を生成する磁石を有するＭＲスキャナと、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のＭＲ受信装置と、
前記ＲＦオーバーファイバモジュールから受信したＭＲ信号によって変調された光信号から、ＭＲ信号を抽出するＲＦ受信器と、
前記抽出されたＭＲ信号を再構成して、再構成されたＭＲ画像を生成するようプログラムされた電子プロセッサを有するＭＲ再構成プロセッサと、
を有する、磁気共鳴イメージングシステム。
【請求項6】
複数のＲＦコイル素子を有するコイル又はコイルアレイであって、各ＲＦコイル素子が、コイルを有し、ＲＦ信号を出力する、コイル又はコイルアレイと、１つ又は複数のＲＦミキサ及び信号コンバイナを有する周波数領域多重化（ＦＤＭ）回路であって、前記ＦＤＭ回路は、前記ＲＦ信号が多重化されたＭＲ信号の複数のＲＦチャンネルに周波数シフトされた多重化されたＭＲ信号を出力するように構成されている、ＦＤＭ回路と、
光ファイバと、前記光ファイバに光を発するよう光ファイバに光学的に結合されたフォトニックデバイスと、前記多重化されたＭＲ信号によって光を変調するよう接続されたＲＦ変調器と、を有するＲＦオーバーファイバモジュールと、
を有し、
前記コイル又はコイルアレイに接続され及び前記ＦＤＭ回路の各ＲＦミキサに発振器信号を伝達する第２のＲＦオーバーファイバモジュールを更に有し、
前記コイル又はコイルアレイが、前記第２のＲＦオーバーファイバモジュールの前記少なくとも１つの発振器信号を介して前記コイル又はコイルアレイに伝達される光パワーによって少なくとも部分的に電力供給され、
前記少なくとも１つの発振器信号は前記周波数シフトのために使用される、
磁気共鳴（ＭＲ）受信装置。
【請求項7】
前記ＦＤＭ回路がコイルユニットとして前記コイル又はコイルアレイと一体化され、前記ＲＦオーバーファイバモジュールが前記コイルユニットと接続されている、請求項６に記載のＭＲ受信装置。
【請求項8】
前記コイル又はコイルアレイが局部発振器を含まない、請求項６に記載のＭＲ受信装置。
【請求項9】
前記コイル又はコイルアレイに接続されたガルバニックケーブルがない、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のＭＲ受信装置。
【請求項10】
磁気共鳴イメージング方法であって、プリアンプにより、ＲＦコイル素子の出力を受信し、当該ＲＦコイル素子の増幅されたＲＦ信号を生成するステップと、
前記プリアンプに結合されたＲＦオーバーファイバモジュールにより、前記ＲＦオーバーファイバモジュールのフォトニックデバイスを使用して、前記増幅されたＲＦ信号を、前記増幅されたＲＦ信号によって変調された光信号に変換し、前記増幅されたＲＦ信号によって変調された前記光信号を、前記ＲＦオーバーファイバモジュールの光ファイバを介して送信するステップと、
を有し、
第２のＲＦオーバーファイバモジュールにより、前記プリアンプに接続されたミキサに、少なくとも１つの局部発振器信号を送信するステップであって、前記ミキサは、対応するＲＦコイル素子のＲＦ信号を、当該ＲＦコイル素子の指定された周波数に周波数シフトし、コイル又はコイルアレイが、前記第２のＲＦオーバーファイバモジュールの前記少なくとも１つの発振器信号を介して前記コイル又はコイルアレイに伝達される光パワーによって少なくとも部分的に電力供給される、ステップを更に有し、
前記ＭＲイメージング方法が更に、前記複数のコイルの増幅されたＲＦ信号を周波数領域多重化して、周波数領域多重化された信号を生成するステップを更に有し、
前記ＲＦオーバーファイバモジュールの前記フォトニックデバイスが、前記周波数領域多重化された信号を、前記周波数領域多重化された信号によって変調された光信号に変換し、
前記少なくとも１つの局部発振器信号は前記周波数シフトのために使用される、
ＭＲイメージング方法。
【請求項11】
前記ＲＦオーバーファイバモジュールの外側に配置されたアナログ／デジタル変換器により、前記ＲＦオーバーファイバモジュールから、前記増幅されたＲＦ信号によって変調された前記光信号を受信し、前記増幅されたＲＦ信号によって変調された前記光信号を、前記増幅されたＲＦ信号を表すデジタル信号に変換するステップを更に有する、請求項１０に記載のＭＲイメージング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、一般に、磁気共鳴（ＭＲ）受信システム、ＭＲコイルおよびコイルアレイ、ＭＲイメージングシステムなどに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、ＭＲ受信コイル及びコイルアレイは、システム側のＲＦ受信器と導電性（ガルバニック）ケーブルで接続されている。これは、導電性ケーブルが磁界勾配又はＲＦ送信パルスとカップリングする可能性があり、ゆえに、加熱及び／又はノイズ増加の可能性につながるという欠点をもつ。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
ＭＲＩコイルのケーブル配線は、最初の受信コイルが作られたときから課題となっていた。ケーブル配線には様々な機能があるが、大きく分けて内部ケーブル配線と外部ケーブル配線に分けられる。内部ケーブル配線は、個々の素子からコイルの電気構造の他の部分にＲＦ信号を導通し、コイル／システムインタフェースから個々の素子に電力及びスイッチング信号を導通する。外部ケーブル配線又は「システム」ケーブル配線は、ＭＲＩシステムへのコイルのケーブルテザーである。この種のケーブルは通常、外部コイルハウジングからシステムの専用コネクタまで延びている。
【0004】
ケーブルの欠点としては、内部であれ外部であれ、外部環境からの電界や磁界を介してカップリングされる意図しない信号の伝導を防ぐことが困難であることが挙げられる。ＭＲＩスイートは、特にラーモア周波数付近では、かなり「ノイズの多い」ＲＦ環境である。これらの不所望の電界の強度は、ケーブルに電流及び電圧を発生させるのに十分な大きさであり、コイル及び時には患者に危険をもたらすことがある。これは特に、患者の組織上又はその近くに配線されなければならないシステムケーブルに当てはまる。ケーブルはまた、製造コストが高いこと、及びその固有の柔軟性及び移動性に起因して、使用中に非常に断線しやすいことの両方に悩まされており、ケーブルの柔軟性及び移動性は、ケーブルが「ハンドル」のように扱われたり、ケーブルがコイルハウジングから自由に揺れるときに衝撃力を受けることにつながる。
【0005】
以下に一定の改良点を開示する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
開示された一側面において、磁気共鳴（ＭＲ）受信装置は、少なくとも１つの高周波（ＲＦ）コイル素子を含むコイル又はコイルアレイを有し、各ＲＦコイル素子は、コイルと、増幅されたＲＦ信号を生成するためにＲＦコイル素子の出力を増幅するように接続されるプリアンプと、を有する。ＭＲ受信装置は更に、光ファイバと、光信号を光ファイバに送るように光学的に結合されるフォトニックデバイスと、増幅されたＲＦ信号を含むＭＲ信号によって光信号を変調するように接続されたＲＦ変調器と、を有するＲＦオーバーファイバモジュールを有する。
【0007】
幾つかの実施形態において、ＲＦオーバーファイバモジュールは、ＭＲコイル又はコイルアレイに光パワーを連続的に供給すること、又はＭＲコイル又はコイルアレイのバッテリ又はストレージキャパシタに光パワーを供給すること、の一方によって、ＭＲコイル又はコイルアレイに電力供給するように構成されている。
【0008】
幾つかの実施形態において、少なくとも１つのＲＦコイル素子は、複数のＲＦコイル素子を有し、ＭＲコイル又はコイルアレイは更に、それぞれのＲＦコイル素子に接続された１つ又は複数のＲＦミキサを有し、各ＲＦミキサは、対応するＲＦコイル素子のＲＦ信号を、当該ＲＦコイル素子のために指定された周波数にシフトさせる。幾つかの実施形態において、ＭＲ信号は、複数のＲＦコイル素子の周波数シフトされたＲＦ信号の周波数領域多重化（ＦＤＭ）合成を含む。
【0009】
幾つかの実施形態において、ＭＲ受信装置は更に、少なくとも１つの発振器信号を１つ又は複数のＲＦミキサに送信するように構成された第２のＲＦオーバーファイバモジュールを有する。
【0010】
幾つかの実施形態において、第２のＲＦオーバーファイバモジュールは、ＭＲコイル又はコイルアレイに連続的に光パワーを供給すること、又はＭＲコイル又はコイルアレイのバッテリ又はストレージキャパシタに光パワーを供給すること、の一方によって、少なくとも１つの高周波コイルに電力供給するように構成されている。
【0011】
幾つかの実施形態において、コイル又はコイルアレイは、更に、少なくとも１つのコイル側局部発振器（ＬＯ）を含み、コイル側局部発振器は、少なくとも１つの発振器信号を１つ又は複数のＲＦミキサに送信するよう接続されている。
【0012】
幾つかの実施形態において、ＭＲコイル又はコイルアレイは、ＭＲ信号を生成するために、複数のＲＦコイル素子の周波数シフトされたＲＦ信号を合計するように構成された合計器を更に有する。
【0013】
幾つかの実施形態において、ＭＲ受信装置は更に、アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣＤＡＴＡ）を有するＭＲ受信器を有し、アナログ／デジタル変換器は、ＲＦオーバーファイバモジュールの光ファイバから、ＭＲ信号によって変調された光信号を受信し、受信した光信号からＭＲ信号を抽出し、ＭＲ信号をデジタル信号に変換し、デジタル信号をデジタル信号処理（ＤＳＰ）ユニットに送信するよう構成されている。
【0014】
幾つかの実施形態において、磁気共鳴（ＭＲ）イメージングシステムは、静磁場（Ｂ０）を生成する磁石を有するＭＲスキャナと、上記のようなＭＲ受信装置と、ＲＦオーバーファイバモジュールから受信したＭＲ信号によって変調された光信号から、ＭＲ信号を抽出するように構成されたＲＦ受信器と、抽出されたＭＲ信号を再構成して、再構成されたＭＲ画像を生成するようプログラムされた電子プロセッサを有するＭＲ再構成プロセッサと、を有する。
【0015】
別の開示された側面では、磁気共鳴（ＭＲ）受信装置は、複数の高周波（ＲＦ）コイル素子を含むコイルアレイであって、各ＲＦコイル素子がコイルを有し、ＲＦ信号を出力する、コイルアレイと；１つ又は複数のＲＦミキサ及び信号コンバイナを有する周波数領域多重化（ＦＤＭ）回路であって、ＲＦ信号が周波数シフトされている多重化されたＭＲ信号を、多重化されたＭＲ信号の複数のＲＦチャンネルに出力するように構成されたＦＤＭ回路と；光ファイバと、光ファイバに光を入射させるように光ファイバに光学的に結合されたフォトニックデバイスと、多重化されたＭＲ信号によって光を変調するように接続されているＲＦ変調器と、を具備するＲＦオーバーファイバモジュールと、を有する。
【0016】
幾つかの実施形態において、ＦＤＭ回路は、コイルユニットとしてコイルアレイと一体化され、ＲＦオーバーファイバモジュールは、コイルユニットと接続される。
【0017】
幾つかの実施形態において、ＭＲ受信装置は更に、コイルユニットに接続され及びＦＤＭ回路の各ＲＦミキサに発振器信号を伝達するように構成された第２のＲＦオーバーファイバモジュールを有する。
【0018】
幾つかの実施形態において、コイルユニットは、局部発振器を含まない。
【0019】
幾つかの実施形態において、コイルユニットは、第２のＲＦオーバーファイバモジュールを介してコイルユニットに伝達される光パワーによって少なくとも部分的に電力供給されるように構成される。
【0020】
幾つかの実施形態において、ＦＤＭ回路は、コイルユニットと一体化された１つ又は複数のコイル側局部発振器を更に有し、コイル側局部発振器は、ＦＤＭ回路の各ＲＦミキサに発振器信号を供給する。
【0021】
幾つかの実施形態において、コイルユニットに接続されたガルバニックケーブルは存在しない。他の実施形態において、１つ又は複数のガルバニックケーブルが、コイルユニットに接続されており、例えば、コイルユニットに動作電力を供給するためのガルバニックケーブルが提供されてもよい。
【0022】
別の開示された側面において、ＭＲイメージング方法は、プリアンプ（ＬＮＡ）により、高周波コイル素子の出力を受信し、コイル素子の増幅された高周波信号を生成するステップを有する。ＭＲイメージング方法は更に、プリアンプ（ＬＮＡ）に結合されたＲＦオーバーファイバモジュールにより、ＲＦオーバーファイバモジュールのフォトニックデバイスを使用して、増幅された高周波信号を、増幅された高周波信号によって変調された光信号に変換するステップと、増幅された高周波信号によって変調された光信号を、ＲＦオーバーファイバモジュールの光ファイバを介して送信するステップと、を有する。
【0023】
幾つかの実施形態において、ＭＲイメージング方法は更に、第２のＲＦオーバーファイバモジュールにより、プリアンプ（ＬＮＡ）に接続されたミキサに、少なくとも１つの局部発振器（ＬＯ）信号を送信するステップを有する。
【0024】
幾つかの実施形態において、方法は更に、ＲＦオーバーファイバモジュールの外部に配置されたアナログデジタル変換器（ＡＤＣＤＡＴＡ）を使用して、ＲＦオーバーファイバモジュールから、増幅された高周波信号によって変調された光信号を受信し、増幅された高周波信号によって変調された光信号を、増幅された高周波信号を表すデジタル信号に変換するステップと、を有する。
【0025】
幾つかの実施形態において、少なくとも１つの高周波コイルは、複数の高周波コイルを有し、方法が更に、周波数領域多重化された信号を生成するために、複数のコイルの増幅された高周波信号を周波数領域多重化するステップを有する。幾つかの実施形態において、ＲＦオーバーファイバモジュールのフォトニックデバイスは、周波数領域多重化信号を、周波数領域多重化信号によって変調された光信号に変換する。１つの利点は、簡素化されたコイル側の実装（例えば、オンコイルＡ／Ｄ回路の必要性がない）にある。
【0026】
別の利点は、アナログシステム側のＲＦ受信チェーンとの互換性をもつ受信コイル信号の光伝送を提供することにある。
【0027】
別の利点は、コイルでの消費電力の低減にある。
【0028】
別の利点は、光ファイバを介してＲＦ受信コイルに電力供給できる可能性にある。
【0029】
別の利点は、より柔軟なケーブルにある。
【0030】
別の利点は、ケーブルの軽量化にある。
【0031】
別の利点は、複数の受信チャネルをもつコイル又はコイルアレイからの信号の光ファイバ上での多重伝送を提供することにある。
【0032】
所定の実施形態は、上述の利点のどれも提供しない、あるいは、上述の利点の１つ、２つ、２つ以上、又はすべてを提供することができ、及び／又は、本開示を読み理解することにより当業者には明らかになるであろう他の利点を提供することができる。
【0033】
本発明は、様々なコンポーネント及びコンポーネントの配置、並びに様々なステップ及びステップの配置の形態をとることができる。図面は、好ましい実施形態を例示する目的のためだけのものであり、本発明を限定するものとして解釈されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【0034】
【図1】ＲＦオーバーファイバを介してＲＦ受信器に接続された受信コイルアレイを有する磁気共鳴（ＭＲ）イメージング装置を示し、差し込み図は、ＭＲ受信コイルとＲＦ受信器との間のＲＦオーバーファイバリンクの図式的な詳細を示す図。
【図2】一実施形態に従って、ＲＦオーバーファイバを使用してＭＲ受信コイル又はコイルアレイを結合するためのプロセスを図式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【0035】
図１を参照して、例示的な医用イメージング装置１０は、磁気共鳴（ＭＲ）イメージングスキャナを有し、ＭＲイメージングスキャナは、例示的な例において、非限定的な例として静磁場（Ｂ０）を発生させる超電導磁石又は抵抗磁石、Ｂ０磁場に磁場勾配を重畳するための磁場勾配コイル、全身無線周波数（ＲＦ）コイル、及び／又はＭＲボア１４又は他のＭＲ検査領域に配置される撮像対象内に磁気共鳴を励起し及び／又は空間符号化するためにＲＦパルスを印加する１つ又は複数の局所コイル又はコイルアレイ、及び／又は他のコンポーネントのような、図１には示されない様々なコンポーネントを有するハウジング又はガントリ１２を有する。例示的な実施形態において、ＭＲ信号を受信するコイル又はコイルアレイ１６が提供される。例示的なコイルアレイ１６は、Ｅ１、Ｅ２...ＥＮと添え字を付けられることができるコイル素子の３×３アレイを有する（例示的な３×３コイルアレイにおいて、Ｎ＝９であるが、より一般的には、Ｎは１、２、３、４、又はそれ以上の数であってもよく、例えば、幾つかのコイルアレイは、数十個のコイル素子を有することもできる）。コイル又はコイルアレイは、単一のコイル素子のように少ない数のコイル素子を含むことが企図される。本明細書で使用する「コイル素子」は、ＭＲ信号を検出するためにＭＲ周波数で共振するアンテナ（又は導電性のピックアップループ等）Ｅ１、Ｅ２...ＥＮを意味し、用語「コイル」又は「コイルアレイ」１６は、１つ又は複数のコイル素子Ｅ１、Ｅ２、...、ＥＮ、例えば、初期（事前）増幅を提供するために各コイル素子に一般に接続される低雑音増幅器（ＬＮＡ）のような関連する電子機器、ＲＦ送信フェーズ中に受信コイルをデチューンするための制御回路、及び／又は相互接続したプリント回路を有するプリント回路基板上に配置された又は別の方法でアセンブルされた電子機器を含む局所コイルの全体を指す。例示的なコイルアレイ１６は、コイルユニットとして構成され、すなわち、コイル素子Ｅ１、Ｅ２...ＥＮ及び関連する電子機器、プリント回路基板等が、コイルユニットとしてアセンブルされる。コイルユニットは、幾つかの実施形態において、例えば患者の解剖学的構造の湾曲に適合するように、柔軟であってもよく、及び／又は、例えば、腕又は脚の周りを回る環状リング又はカフのフォームファクタを有する四肢コイル、又は患者の頭の上に適合的にフィットする頭部コイルの場合のように、患者の上にフィフィットするか又は患者に固定されるような形状でありうる。ロボティック患者寝台１８又は他の被検体支持体は、医療患者、医療スクリーニングを受けている被検体、又は他の撮像対象を、撮像のためにＭＲボア１４にロードすることを可能にする。局所コイル又はコイルアレイ１６は、（複数の）コイル素子Ｅ１、Ｅ２、...、ＥＮと、患者又は特定の解剖学構造内で励起されるＭＲとの間の密接な電磁結合を容易にするために、患者上又は患者に近接して（場合によっては、より具体的には、患者の四肢、頭部、又は他の特定の解剖学的構造上に）配置される。図１は単一の局所コイル１６を図示しているが、幾つかのイメージングセッションでは、所望のＭＲ信号捕捉を提供するために複数の局所コイル（それぞれがコイル又はコイルアレイであってもよい）が採用されてもよいことに留意すべきである。
【0036】
コイル素子Ｅ１、Ｅ２、...、ＥＮによって受信されたＭＲ信号を、受信コイルアレイ１６から送信するために、ＲＦオーバーファイバモジュール又は接続部２０が採用される。ＲＦオーバーファイバモジュール又は接続部２０は、光ファイバ２２と、コイル側でフォトニックデバイスドライバ２５によって駆動されるフォトニックデバイス２４（例えば、ＬＥＤ、レーザダイオードなど）及びフォトニックデバイス２４によって出力される光信号をＭＲ信号によって変調するＲＦ変調器２６を含む光送信アセンブリ２３と、を有する。例示的な光送信アセンブリにおいて、ＲＦ変調器２６は、光信号（すなわち、光ファイバ２２内に発せられた光）のＲＦ変調を達成するために、フォトニックデバイスドライバ２５によってフォトニックデバイス２４に供給される電流又は電力を変調する。言い換えれば、例示のＲＦ変調器２６は、フォトニックデバイス２４によって出力される光の強度を変調する。強度を変調することに代えて、波長、位相、偏光などの光の別の特性が変化させられてもよい。更に、パルス幅変調（ＰＷＭ）型の符号化スキームが使用されてもよい。代替的な実施形態（図示せず）では、ＲＦ変調器は、フォトニックデバイス２４と光ファイバ２２への光結合との間に介在する液晶デバイス（ＬＣＤ）のような電気光学変調器として具現化されてもよく、この代替的な実施形態において、フォトニックデバイス２４は一定の強度で光を出力し、電気光学デバイスは、ＭＲ信号に従ってフォトニックデバイスによって出力される光を減衰させることによってＲＦ変調を実施する。他の変形例として、ＬＣＤ変調器は、強度変調を使用するのではなく、ＲＦオーバーファイバ信号を生成するために、ＭＲ信号に従って偏光変調又はある種の他のタイプの変調を導入することもできる。ＲＦオーバーファイバモジュール又は接続部２０は更に、光ファイバ２２の遠位端において、光送信アセンブリ２４、２５、２６によって発せられたＲＦ変調された光からＭＲ信号を抽出する、増幅回路２９に接続された光検出器２８（例えば、フォトダイオード、光導電デバイス、又はそのようなもの）を有する光受信アセンブリ２７を有する。増幅回路２９は、例えば、下流のアナログＲＦ信号処理回路へのカップリングに適した設計ベースの出力インピーダンスを有して光検出器２８の光電流を光電圧に変換するオペアンプベースの回路を有してもよい。
【0037】
ＭＲ受信コイル又はコイルアレイ１６からＭＲ信号を運ぶ（port）ためのＲＦオーバーファイバモジュール又は接続部２０の使用は、受信コイルからのＭＲ信号を運ぶための他のアプローチよりも実質的に有利である。光ファイバ２２は、非ガルバニックであり、ＭＲスキャナ１０によって生成された磁場又はＲＦ場と電磁気的に結合しない。これにより、ガルバニックケーブルに電流が誘導されるときに生じる可能性のある安全性の問題を回避し、送信されたＭＲ信号にノイズを導入する可能性を低減する。特に、ＲＦオーバーファイバの使用は、本明細書で認識されているように大きな利点を有する。ＭＲ信号はＲＦ信号として伝送されるので、伝送用のベースバンドにヘテロダインされる必要がない。更に、本明細書で後に開示されるように、コイルアレイ１６の例示的な実施例において、複数のコイル素子Ｅ１、Ｅ２、...、ＥＮによって検出されたＲＦ信号は、ＲＦ信号を指定されたチャネルに周波数シフトし、周波数シフトされたＲＦ信号を合成して、ＲＦオーバーファイバモジュール又は接続部２０のＲＦ変調器２６に入力される周波数領域多重化（ＦＤＭ）ＭＲ信号を形成するように組み合わせられることができる。Ｎ個のコイル素子Ｅ１、Ｅ２、...、ＥＮが存在する場合、ＦＤＭのＭＲ信号にはＮ個のチャネルが存在する。一実施形態において、Ｎ個のＲＦ信号のうちのＮ－１個は、ＭＲ周波数からずらされて指定されたＲＦチャネルに周波数シフトされ、Ｎ個のチャネルのうちの１個は、周波数シフトされず、従ってＭＲ周波数のままである。（別の言い方をすれば、ＭＲ周波数は、ＦＤＭのＭＲ信号のＮ個のチャネルのうちの１つである）。代替的なアプローチでは、Ｎ個のＲＦ信号のどれもが、指定されたＲＦチャネルに周波数シフトされ、すなわち、ＭＲ周波数は、ＦＤＭ ＭＲ信号のＮ個のチャネルの１つではない。この後者のアプローチは、ＭＲスキャナ１０がＭＲ周波数で特に多くのノイズを生成するので、ＭＲ受信コイル１６の電子機器におけるノイズピックアップを制限する上で有益でありうる。ＲＦオーバーファイバを使用する別の利点は、ＲＦオーバーファイバモジュール又は接続部２０を介して受信コイル１６に光パワーを伝送することが可能であることである。さらなる利点は、増幅回路２９によって出力される（多重化されている可能性がある）コイル信号がアナログＲＦ信号であるという事実にあり、これは、コイル素子によってピックアップされたＲＦ信号（及び任意にＬＮＡによって増幅された）を伝送するために単純なガルバニックケーブルを使用したときに受信されるアナログＲＦ信号と同じである。その結果、ＲＦオーバーファイバモジュール又は接続部２０によって出力された（任意に多重化された）ＭＲ信号は、「ピックアップしたまま」のアナログＲＦ信号の形態でＭＲ信号を受信して処理するように設計された従来のＲＦ受信器に入力され、処理されることができる。これはまた、コイルユニット１６が、復調器、アナログデジタル変換回路などの追加の処理回路を含む必要がないことを意味する。
【0038】
図１の主な図面に戻ると、ＲＦオーバーファイバモジュール又は接続部２０は、コイルからの受信アナログＲＦ信号を、光ファイバ２０を介してＲＦ受信器３０に送信するために採用される。このために、ＲＦオーバーファイバモジュール又は接続部２０の増幅回路２９によって出力されたアナログ（任意に多重化された）ＭＲ信号が、ＲＦ受信器３０に入力される。先に述べたように、これは、ガルバニックケーブルを介してＭＲ受信コイルから受信したアナログＭＲ信号が処理される方法と同一に処理され得るアナログ信号である。これは、アナログＭＲ信号を受信して処理するように設計された従来のＭＲシステムのＲＦ受信器の使用を容易にする。非一時的記憶媒体（例えば、ハードディスク又は他の磁気記憶媒体、フラッシュメモリ、ソリッドステートドライブ又は他の電子記憶媒体、光ディスク又は他の光記憶媒体、前記の２つ以上の幾つかの組み合わせなど）に記憶された命令によってプログラムされたコンピュータ又は他の電子プロセッサを有するＭＲ再構成プロセッサ４０は、磁気共鳴の空間符号化に適したＭＲ再構成アルゴリズム（例えば、フーリエ変換再構成）を使用してＭＲ信号を再構成する。例えば、フーリエ変換再構成又はそのようなもの）を用いてＭＲ信号を再構成し、画像５０が生成され、ディスプレイ（図示せず、例えば、ＬＣＤディスプレイ、ＯＬＥＤディスプレイ、又はそのようなもの）に表示され、様々な画像処理技術を用いて処理され、及び／又は他の方法で処理されることができる。
【0039】
本明細書に記載された実施形態は、非導電（非ガルバニック）光ファイバ２２を介して、送信機２４、２５、２６から受信器２８、２９への高帯域幅ＭＲ信号の送信を可能にするＲＦオーバーファイバ（及び任意にパワーオーバーファイバ）技術を使用する。幾つかの実施形態において、ＲＦオーバーファイバ２０は、狭帯域幅混合基準信号が接続のコイル側及びシステム側の両方に提供され得るような双方向構成を有する。このようにして、単一のファイバ２２上で複数のＭＲ受信コイル素子（例えばアンテナ）Ｅ１、Ｅ２、...、ＥＮからのＭＲデータを多重化することが可能であり、結果として、従来のガルバニックコイルケーブルに代わる単純で柔軟性があり、かつ安全な代替手段が得られる。
【0040】
開示された改良は、受信したアナログＲＦ信号を光ファイバ２０を介してコイルから伝送するために、ＲＦオーバーファイバを採用している。これは、オンコイルＡ／Ｄからファイバへの信号チェーンよりも利点があり、これは、より単純なコイル側の実装（オンコイルＡ／Ｄ回路が不要）、アナログシステム側のＲＦ受信チェーンとの互換性、コイルでの消費電力の低減、及び光ファイバを介してＲＦ受信コイルに電力を供給する可能性を含む。
【0041】
加えて、本明細書に記載された実施形態によって解決される１つの問題は、コイルとＭＲＩシステムとの間のガルバニックシステムのケーブル配線及び支持部品に内在する患者への危険性である。ガルバニックケーブルの安全な位置決めのための要件を排除することで、本明細書に記載されている実施形態はまた、すべてのスキャンのための安全なケーブル配置を作成する際に技術者が経験する問題を解決し、更に、技術者がこの機能を適切に実行できるように、技術者に広範なトレーニングを提供する必要性の問題を解決する。
【0042】
更に、理解されるように、幾つかの実施形態において、有利には、コイル及び／又はシステムの仕様に関する差異がコイル設計又はシステムコネクタ設計に限定され得るという意味で、「普遍的な」ケーブルを可能にする。更に、幾つかの実施形態において、有利には、「デジタル」コイルにおけるデジタル「マージ器（merger）」の必要性を排除することができる。
【0043】
更に有利には、幾つかの実施形態は、コイルシステムケーブル上の不要な電流を制御するために一般にＭＲＩコイルにおいて使用されるバランのような安全機構の必要性を排除する。幾つかの実施形態において、データを運ぶガルバニックケーブルを、電流を伝導しないガラス製又はプラスチック製の光ファイバケーブルに変えることによってこれを行う。
【0044】
更に、幾つかの実施形態は、有利には、異なるシステムケーブルとシステムインタフェースコンバータを使用するだけで、単一のコイル設計を複数のＯＥＭシステム上で使用できるようにする可能性をもつ。また、同じケーブルを複数の磁場強度アプリケーションに使用することもできる（例えば、原理的には、１．５Ｔ又は３．０Ｔコイルを接続するために同じケーブルを使用することができる）。
【0045】
開示された実施形態において、フォトニックデバイスドライバ２５が、光をファイバ２２に入射する光デバイス２４（例えばレーザ）を駆動するために使用されるトランジスタを有し、トランジスタ（又はより一般的にはフォトニックデバイスドライバ２５）が、入射された光をＲＦ周波数で変調するようにＲＦ周波数で変調されるＲＦオーバーファイバ技術を活用する。変調は、好適には、歪みの導入を避けるために高度に線形であり、高いダイナミックレンジを有し、良好な感度（雑音指数）を有することが望ましい。企図される代替的な実施形態（図示せず）では、ＲＦ変調器は、光デバイス２４によって出力される光を直接変調するための電気光学デバイス（例えば、ＬＣＤ変調器）を有する（ここでは、光デバイス２４によって出力される光は、一定の強度を有し、下流の電気光学ＲＦ変調器によって変調される）。
【0046】
実際に、局所受信コイルは、コイルアレイの場合もある（例えば、Ｅ１、...、ＥＮと添え字を付けられたコイル素子の３×３アレイを含む例示的なコイルアレイ１６）。このようなコイルアレイでは、例示的な９個のコイル素子からの信号が送信される必要があり、より一般的には、おそらく数十個のＲＦ受信コイル素子からの信号が送信される必要がある。開示された実施形態において、多数のコイルからの信号を同時に送信するために、周波数領域多重化（ＦＤＭ）を採用する。開示されたＦＤＭの実施形態は、コイル（アレイ）１６とシステム側ＲＦ受信器３０との間で同期される各コイルごとの局部発振器（ＬＯ）信号を提供するための様々なアプローチを採用する。一つのアプローチでは、局部発振器はシステム側に配置され、局部発振器（ＬＯ）信号は、結合され、様々なコイル素子からのＲＦ信号をそれぞれのＲＦチャネル周波数にヘテロダインするために使用するために、ＲＦオーバーファイバを介して受信コイルに送信される。別のアプローチでは、局部発振器はコイル側に配置され、ヘテロダイニングは、コイル信号を復調する際にシステム側で使用するために局部発振器（ＬＯ）信号を保持するバンドパスフィルタを採用する。幾つかの実施形態において、ヘテロダイニングは、アナログミキサを使用してアナログドメインで実行される；代替的に、ＲＦ受信器側では、この機能は、システム側で実行されるＡ／Ｄ変換後（例えば、ＲＦ受信器３０で）、又はＲＦオーバーファイバモジュールに統合された後（例えば、例示的なＲＦオーバーファイバモジュール又は接続２０の増幅回路２９と統合された後）、デジタルドメインで実行されることができる。
【0047】
さらなる任意の側面は、ＲＦオーバーファイバ接続を利用して、ＲＦ受信コイルに電力を送信することである。コイル側の光検出器は、システム側から受信コイルに送信された光パワーを電力に変換する。局所発振器がシステム側に配置され、局部発振器（ＬＯ）信号がＲＦオーバーファイバを介してＲＦ受信コイルに送信される実施形態において、局部発振器（ＬＯ）信号は、ＲＦ受信コイルに電力供給するために変換される光パワーとして機能してもよい。代替として、追加の直流又は交流光信号を、光パワーを提供するために、ＲＦオーバーファイバリンクに重畳させることができる。構成によっては、光パワーは、受信コイルに連続的に供給されることもできるが、代替として、コイル側のバッテリ又はストレージキャパシタ（図示せず）を設けて、コイルへの電力供給に使用するために受信／変換された光パワーを蓄えておくこともできる。
【0048】
この点で、幾つかの実施形態において、ＲＦｏＦ技術を使用することで、コイル素子によってピックアップされたＭＲ信号のコイル側の素子ごとのデジタル化を使用するコイルと比較して、付属のコイルを動作させるために必要な電力を低減することに留意すべきである。この電力削減は、以下のようにして達成され得る。一つの側面では、各コイル素子の信号は、パッシブ局所ミキサを使用して、別個の独立した周波数帯域（すなわち、ＲＦチャネル）に周波数シフトされ、周波数シフトされた信号は、ＲＦｏＦモジュールを介して送信されるＦＤＭ ＭＲ信号を生成するために合計され、従って、別個のデジタルデータ ″マージ器″の必要性を回避することができる。別の側面において、ファイバーリンクのいずれかの側でのアップコンバージョン及びダウンコンバージョンは、システム側のミキサによって使用される局部発振器（ＬＯ）周波数を発生させ、それらを１つのチャネルに合計し、ＲＦｏＦを使用してそれらをコイル側に送信することによって、周波数同期される。その後、コイル素子の信号は、バンドパスフィルタを用いて各チャンネルにおいて抽出される。このようにして、アップ／ダウンコンバージョン及びリカバリに使用される局部発振器（ＬＯ）信号は同じソースを有し、同期を達成するために送信ギャップの両側で周波数を互いにロックする問題を排除する。別の側面では、アップ／ダウンコンバージョンのためにパッシブミキサを使用することにより、コイル側の電力が節約される。別の側面では、パワーオーバーファイバ（ＰｏＦ）技術を介してシステム側からＲＦｏＦ送信モジュールに光学的に電力を供給することにより、コイル側の電力が節約される。別の側面では、素子ごとのデジタル処理をシステム側に移動させることで、コイル側の電力が節約される。
【0049】
図２は、一実施形態によるＲＦオーバーファイバを使用するプロセスを図示したものである。図２を参照して、２１０において、ＲＦオーバーファイバモジュールを介して少なくとも１つの高周波コイルに光パワーが供給される。２２０において、１つ又は複数のコイル素子は、撮像対象によって放出されるＭＲ信号に応答してＭＲ周波数で共振し、対応するプリアンプ（ＬＮＡ）が、一般には、高周波コイル素子の出力を増幅するために提供される。２３０において、増幅された各高周波信号は、ミキサ及び局部発振器（ＬＯ）を使用して、別の独立した周波数帯域（すなわちＲＦチャンネル）に周波数シフトされる。２４０において、増幅された無線周波数信号が、合計される。このように、処理２３０、２４０は、ＭＲコイル素子Ｅ１、Ｅ２、...、ＥＮで受信されたＲＦ信号の周波数領域多重化（ＦＤＭ）を実行するように協働する。２５０において、ＲＦオーバーファイバモジュール又は接続部２０のフォトニックデバイス２４は、合計された信号を光信号に変換する。２６０において、光信号は、ＲＦオーバーファイバモジュールの光ファイバを介して伝送される。２７０において、送信された光信号は、受信され、デジタル信号に変換され、及び／又は他の方法で処理されて、ＭＲ再構成プロセッサ４０への入力として機能するＭＲイメージングデータを生成する。
【0050】
図３－図６を参照して、ＭＲ受信コイル１６、ＲＦオーバーファイバモジュール又は接続部２０、及びＲＦ受信器３０（又は、より一般的には、システム側ＭＲ信号受信／処理用電子ハードウェア３０）の幾つかの例示的な実施形態が記載されている。
【0051】
次に図３を参照して、この例示的な実施形態では、コイル側（すなわち、ＭＲ受信コイルユニット１６と一体）には、個々の受信コイル要素Ｅ１、Ｅ２...ＥＮがあり、これらは、任意には、介在するマッチング回路３１０（例えば、バンドパスフィルタ）を介して、それぞれの低雑音増幅器（例えば、プリアンプ）ＬＮＡ１、ＬＮＡ２、...ＬＮＡＮに結合されており、マッチング回路の特性は、受信素子、コイル自体の特定の用途、及びＬＮＡに依存し、実際の実現において必要とされる場合もあれば、そうでない場合もある。各ＬＮＡからの信号は、ＭＲＩプロセスの機能として特定の帯域幅に制限され、パッシブ（又はアクティブ）ミキサ回路３２０の作用により、異なる周波数帯域（すなわちＲＦチャネル）にアップコンバート（又はダウンコンバート；より一般的には周波数シフト）される。これらの信号の各々は、望ましくない帯域外情報を除去するために、それぞれのフィルタＦ１、Ｆ２、...ＦＮによって任意にフィルタリングされ、合計器３３０によって単一のＭＲ信号に合計される。すなわち、ミキサ３２０、任意のフィルタＦ１、Ｆ２、...、ＦＮ、及び合計器３３０は、ＲＦ信号を多重化するための周波数領域多重化（ＦＤＭ）回路を形成する。ＦＤＭ ＭＲ信号は、第１のＲＦｏＦモジュール３５０を介してシステム側３０に送信され、第１のＲＦｏＦモジュール３５０では、光送信アセンブリ２３が、コイルユニット１６に動作可能に接続し、光受信アセンブリ２７が、システム側３０に動作可能に接続する。コイルからシステムリンクへのＲＦｏＦ送信器のための電力は、任意にはＰｏＦにより光学的に提供される（このオプションは、受信アセンブリに、図示しない光送信器を追加することを必要とする）。残りのコイル側のアクティブコンポーネント（ＬＮＡ、信号合計器、及び可能なデチューン）のための電力は、バッテリ（他のストレージキャパシタ、又は他の蓄電デバイス；エネルギーハーベスティングセットアップもオプションである）のような（図３には図示しない）局所電源によって供給される。システム側３０から送信される電力は、電力抽出器３４０によって収集されることができる。これに関して、電池又はストレージキャパシタ又は他の蓄電デバイスが、電力抽出器３４０によって収集されたエネルギーを選別するために使用されてもよい。更に、電力に関して、電力の流れは一方向性であるが、電力が流れる方向は選択されることができる。同様に、データフローも一方向性である。従って、両方向にデータを送信することが望まれる場合、２つの別々のファイバを有する必要がある。これは、図３の実施形態において、それぞれが光ファイバを有する２つのＲＦｏＦモジュール３５０、３６０を有することによって達成され、第２のＲＦｏＦモジュール又は接続部３６０では、光送信アセンブリ２３が、システム側３０に動作可能に接続され、光受信アセンブリ２７が、コイルユニット１６に動作可能に接続される。
【0052】
システム側３０において、合計されたアップ（又はダウン）コンバートされたＭＲＩ信号は、次に、前のアップ／ダウンコンバージョンと同様のプロセス（ミキサ３７０を使用して）を介して回復される。この信号は、その後、後の再結合のためにデジタル化されることができる。ここでの重要な特徴は、ＭＲＩ信号のアップ／ダウンコンバージョンのための発振器信号の同期である。別個の発振器ソースが、ファイバインタフェースの両側で使用され、位相ロック技術を介して同期されることができる。しかしながら、図３の例示された実施形態において、局部発振器ＬＯ１、ＬＯ２、...ＬＯＮが、コイル側でアップ／ダウンコンバートするために使用される発振器（ＬＯ）信号を提供し、これら発振器（ＬＯ）信号は、システム側で発生され、第２のＲＦｏＦモジュール３６０を介してコイル側に提供されるので、この同期要件は回避される。これは、システム側３０の発振器ソースＬＯ１、ＬＯ２、...ＬＯＮに対する電力需要を維持しながら、どちらの側にも同一の基準発振器信号（おそらく、位相をシフトされる）を提供するという利点がある。
【0053】
図４を参照して、発振器信号は、代替的にコイル側で生成され（すなわち、局部発振器ＬＯ１、ＬＯ２、...ＬＯＮは、コイルユニット１６のコンポーネントでありうる）、ＭＲＩデータストリームの一部としてコイル１６からシステム３０に供給されることもできる。これは、図４の実施形態に図示されている。このオプションは、コイル側でより多くの電力を必要とするかもしれないが、図３の実施形態の第２のＲＦオーバーファイバモジュール３６０の必要性を排除する。
【0054】
図３の実施形態は更に、システム側の合計器３６２及び増幅器３６５、並びにコイル側のバンドパスフィルタＬＯＦ１、ＬＯＦ２、...ＬＯＦＮを有することに留意すべきである。
【0055】
図５に示す別の実施形態において、元のＭＲＩ信号のアナログ回復は、ＲＦｏＦモジュール３５０からのＲＦ信号をサンプリングしてデジタル化し、デジタル信号処理（ＤＳＰ）ユニット５１０を介して個々のＭＲＩ信号をデジタル的に分離して回復することによって回避される。
【0056】
図６の実施形態は、ＲＦｏＦモジュール３５０にアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）６１０を含み、ＲＦ信号に再変換する前にＲＦｏＦモジュール３５０のデジタル出力に直接アクセスすることによって、このアプローチを更に拡張する。
【0057】
幾つかの実施形態において、ＲＦｏＦモジュール３５０、３６０を介してデジタル信号ではなく、アナログ信号のみを送信することも理解されるべきである。
【0058】
本発明は、好ましい実施形態を参照して説明されてきた。変形及び変更は、先行する詳細な説明を読み理解することにより当業者に思いつくであろう。例示的な実施形態は、そのようなすべての変形及び変更が添付の特許請求の範囲又はそれと等価なものの範囲内に入る限り、それらの変形及び変更を含むものと解釈されることが意図される
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】