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特表2024-516228ＭＲＩ用の自己同調液体金属ＲＦコイルおよびコイルアレイ
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-04-12
(54)【発明の名称】ＭＲＩ用の自己同調液体金属ＲＦコイルおよびコイルアレイ
(51)【国際特許分類】
A61B 5/055 20060101AFI20240405BHJP
G01N 24/00 20060101ALI20240405BHJP
【ＦＩ】
A61B5/055 355
G01N24/00 570Y
G01N24/00 570C
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023566456
(86)(22)【出願日】2022-04-28
(85)【翻訳文提出日】2023-12-07
(86)【国際出願番号】 US2022026765
(87)【国際公開番号】W WO2022232416
(87)【国際公開日】2022-11-03
(31)【優先権主張番号】63/181,664
(32)【優先日】2021-04-29
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】508298488
【氏名又は名称】コーネル ユニヴァーシティー
(74)【代理人】
【識別番号】100127926
【弁理士】
【氏名又は名称】結田 純次
(74)【代理人】
【識別番号】100140132
【弁理士】
【氏名又は名称】竹林 則幸
(74)【代理人】
【識別番号】100216105
【弁理士】
【氏名又は名称】守安 智
(72)【発明者】
【氏名】エリザヴェータ・モトイロワ
(72)【発明者】
【氏名】ジモーネ・アンゲラ・ヴィンクラー
【テーマコード（参考）】
4C096
【Ｆターム（参考）】
4C096AB07
4C096AB47
4C096AD10
4C096CC06
4C096CC08
4C096CC15
4C096CC40
(57)【要約】
ＭＲ撮像システム用の自己同調式の単一コイル素子または多コイル素子が提供される。素子は、可撓性があり伸張可能であり、様々な身体部位および患者のサイズに形状適合することができる。素子は、ＭＲ撮像セッションの間に患者によって装着できる。各コイルは、可撓性導電トレースから形成されたインターデジタルコンデンサを１つまたはそれ以上有することができる。インターデジタルコンデンサのキャパシタンスは、伸張下で変化して自己同調をもたらす。トレースは液体金属から作ることができる。液体金属は、コイルがＭＲ画像上で実質的に見えないように造影剤でドープすることができる。多コイル素子のコイルは、単一層または二重層に配置することができる。
【選択図】図６
【選択図】図６
【特許請求の範囲】
【請求項1】
核磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）スキャナ用のＲＦコイルであって：第１の可撓性導電トレースと；
第２の可撓性導電トレースと
を含み、第１の可撓性導電トレースの一方の端部および第２の可撓性導電トレースの対応する端部は、インターデジタルコンデンサを形成するような形状になっており、
第１の可撓性導電トレースおよび第２の可撓性導電トレースのそれぞれの他方の端部は、同調／整合回路構成および前置増幅器を含む１つまたはそれ以上の回路を通してＭＲＩスキャナと接続可能である、
前記ＲＦコイル。
【請求項2】
第１の可撓性導電トレースおよび第２の可撓性導電トレースは液体金属を含む、請求項１に記載のＲＦコイル。
【請求項3】
液体金属はガリウム合金を含む、請求項２に記載のＲＦコイル。
【請求項4】
液体金属は、可撓性ポリマーマトリックスにおけるマイクロチャネル内に形成される、請求項２または請求項３に記載のＲＦコイル。
【請求項5】
患者に装着可能である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のＲＦコイル。
【請求項6】
インターデジタルコンデンサのデジットに直角の第１の方向に少なくとも３０％伸張可能である、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のＲＦコイル。
【請求項7】
３０％伸張下での共振周波数の変化は、伸張されていないＲＦコイルの共振周波数から２％未満である、請求項６に記載のＲＦコイル。
【請求項8】
乳房壁、胸壁、鼠径部、首、膝および肩からなる群から選択された身体部位に形状適合する、請求項５に記載のＲＦコイル。
【請求項9】
関節または身体部位の動きと共に伸張するように構成されている、請求項５から請求項８のいずれか１項に記載のＲＦコイル。
【請求項10】
デジットの数、第１の可撓性導電トレースの一方の端部と第２の可撓性導電トレースの対応する端部との間の隙間、およびデジットの長さは、患者のサイズ、コイルのサイズ、身体部位、予想される動き、またはスキャナの磁場のうちの少なくとも１つに基づいている、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のＲＦコイル。
【請求項11】
矩形の形状を有する、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のＲＦコイル。
【請求項12】
可撓性ポリマーマトリックスはエラストマーを含む、請求項４に記載のＲＦコイル。
【請求項13】
エラストマーは造影剤でドープされている、請求項１２に記載のＲＦコイル。
【請求項14】
造影剤はガドリニウムベースであり、エラストマーはＥｃｏｆｌｅｘ（登録商標）であり、Ｅｃｏｆｌｅｘ（登録商標）と造影剤との比は、ＲＦコイルがＭＲ画像上で実質的に見えないようになっている、請求項１３に記載のＲＦコイル。
【請求項15】
核磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）スキャナ用のＲＦコイルであって：第１の可撓性導電トレース、第２の可撓性導電トレースおよび第３の可撓性導電トレースを含む、複数の可撓性導電トレースを含み、
第１の可撓性導電トレースの一方の端部および第２の可撓性導電トレースの対応する端部は、第１のインターデジタルコンデンサを形成するような形状になっており、
第２の可撓性導電トレースの他方の端部および第３の可撓性導電トレースの対応する端部は、第２のインターデジタルコンデンサを形成するような形状になっており、第１のインターデジタルコンデンサは第２のインターデジタルコンデンサに直角であり；
第１の可撓性導電トレースの他方の端部は、同調／整合回路構成および前置増幅器を含む１つまたはそれ以上の回路を通してＭＲＩスキャナと接続可能であり、
第３の可撓性導電トレースの他方の端部は、同調／整合回路構成および前置増幅器を含む１つまたはそれ以上の回路を通してＭＲＩスキャナと接続可能である、
前記ＲＦコイル。
【請求項16】
第１のインターデジタルコンデンサのデジットに直角の第１の方向および第２のインターデジタルコンデンサのデジットに直角の第２の方向に少なくとも３０％伸張可能である、請求項１５に記載のＲＦコイル。
【請求項17】
第４の可撓性導電トレースをさらに含み、第４の可撓性導電トレースの一方の端部および第３の可撓性導電トレースの他方の端部は、第３のインターデジタルコンデンサを形成するような形状になっており、第４の可撓性導電トレースの他方の端部は、同調／整合回路構成および前置増幅器を含む１つまたはそれ以上の回路を通してＭＲＩスキャナと接続可能である、請求項１５または請求項１６に記載のＲＦコイル。
【請求項18】
複数のコイルを含むコイルアレイであって、複数のコイルのそれぞれは：第１の可撓性導電トレースと；
第２の可撓性導電トレースと
を含み、第１の可撓性導電トレースの一方の端部および第２の可撓性導電トレースの対応する端部は、インターデジタルコンデンサを形成するような形状になっており、
第１の可撓性導電トレースおよび第２の可撓性導電トレースのそれぞれの他方の端部は、同調／整合回路構成および前置増幅器を含む１つまたはそれ以上の回路を通してＭＲＩスキャナと接続可能である、
前記コイルアレイ。
【請求項19】
第１の可撓性導電トレースおよび第２の可撓性導電トレースは液体金属を含む、請求項１８に記載のコイルアレイ。
【請求項20】
液体金属は、可撓性ポリマーマトリックスにおけるマイクロチャネル内に形成される、請求項１９に記載のコイルアレイ。
【請求項21】
各コイルは、可撓性ポリマーマトリックスの同じ層に位置決めされる、請求項１８から請求項２０のいずれか１項に記載のコイルアレイ。
【請求項22】
コイルは二重層に配置され、隣接するコイルは、二重層のうちの異なる層に位置決めされる、請求項１８から請求項２０のいずれか１項に記載のコイルアレイ。
【請求項23】
各コイルのインターデジタルコンデンサは、他のコイルの対応するインターデジタルコンデンサと位置合わせされる、請求項１８から請求項２２のいずれか１項に記載のコイルアレイ。
【請求項24】
患者に装着可能である、請求項１８から請求項２３のいずれか１項に記載のコイルアレイ。
【請求項25】
乳房壁、胸壁、鼠径部、首、膝および肩からなる群から選択された身体部位に形状適合する、請求項２４に記載のコイルアレイ。
【請求項26】
関節または身体部位の動きと共に伸張するように構成されている、請求項２４または請求項２５に記載のコイルアレイ。
【請求項27】
各コイルのインターデジタルコンデンサのデジットに直角の第１の方向に少なくとも３０％伸張可能である、請求項２６に記載のコイルアレイ。
【請求項28】
３０％伸張下での共振周波数の変化は、伸張されていないコイルアレイの共振周波数から２％未満である、請求項２７に記載のコイルアレイ。
【請求項29】
隣接するコイルは重なり、重なりの量は、隣接するコイル間のクロストークが予め設定された閾値未満になるように設定されている、請求項１８から請求項２８のいずれか１項に記載のコイルアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本願は、２０２１年４月２９日出願の米国特許仮出願第６３／１８１，６６４号の利益および優先権を主張するものであり、その全体を参照によって組み入れる。
本願は、２０２１年４月２９日出願の米国特許仮出願第６３／１８１，６６４号の利益および優先権を主張するものであり、その全体を参照によって組み入れる。
【0002】
本開示は、核磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）用の自己同調無線周波数（ＲＦ）コイルに関する。
【背景技術】
【0003】
核磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）は、解剖学的な構造を非侵襲的に描写し、診断を容易にするために不可欠な技術である。ＭＲＩシステムは、１つまたはそれ以上の無線周波数コイルを介した信号検出に依拠している。ほとんどの市販の受信コイルは剛性であるが、理想的には、１つまたはそれ以上のコイル（コイルアレイ）は、最適な信号対ノイズ比（ＳＮＲ）を保証するために、様々な身体部位に対応するように曲げ性および形状が一致する伸張性の両方をもたらす必要がある。しかし、ほとんどの市販のＭＲＩコイルは、概して、一般的な患者集団（広い範囲の解剖学的寸法）に対応するように構築されており、そのことによって、解剖学的構造からのコイルの平均オフセット距離が増大し、したがって、利用可能なＳＮＲが低減される。典型的には、それらの画像は、次善のＳＮＲのせいで空間的な撮像解像度が限定されている。
【0004】
標準化されたサイズのコイル設計の使用は、同じコイルを成人、乳幼児および小柄な子供に使用しようとするときに特に課題となる。成人の集団内であっても、広い範囲のサイズがある。
【0005】
長骨の撮像には、四肢の長さおよび周囲長が集団内でも大きく異なるため、別の懸念がある。
【0006】
それらの課題を解決するために、可撓性があり伸張可能であり、エルゴノミクス、汎用性および患者の快適性を改善しながら、さらにＳＮＲおよび画像解像度を改善する、ある一定のコイルアレイが提案されてきた。たとえば、コイルは液体金属から作ることができる。しかし、伸張時に、コイルの寸法が変化し、そのことが、コイルの共振周波数をシフトさせ、したがって、（可撓性のおかげで）解剖学的構造のより近くにコイルを配置することで得られたＳＮＲ性能の利益が失われている。具体的には、コイルループ素子の寸法が変化すると、それに応じてその共振周波数が変化する。コイルのインダクタンスはコイルコンダクタの長さに比例し、つまり、コイルが伸張されると、コイルインダクタンスは上昇し、共振周波数は低下する。周波数シフトおよび連結の変動が前置増幅器に存在する電源インピーダンスを変化させ、そのことがＳＮＲの低下を引き起こす。
【0007】
可撓性がある伸張可能なコイルの周波数シフトの影響を軽減するいくつかの手法が提案されてきた。たとえば、広帯域整合回路および自動同調／整合回路構成が提案されてきた。しかし、それらの機構は両方とも、システムにおける追加的な回路構成に依拠し、そのことは、信頼性を損ない、電力を増加させ、それだけでなく複雑さおよび必要な空間を増大させる。空間は、特に貴重であり、狭いＭＲＩボア内で、特に、チャネル数が大きくチャネルごとの同調回路構成に関連するアレイ内で極めて不足している。
【0008】
公知のコイル構造の１つは、ＡＩＲ（商標）Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙを使用するが、これは可撓性が高いが伸張可能ではない。追加的に、「可撓性」コイルに関する他の公知の設計はかさばり、その可撓性は単一の方向に限定されている。
【0009】
高インピーダンスの同軸コイルの使用が提案されてきた。それらのコイルは、高い可撓性および形状がぴったりと合う適合性を示し、一方で良好な素子の絶縁ももたらす。しかし、個々のコイルの直径は、所望の共振周波数および同軸ケーブルの特性によって決められ、市販の同軸ケーブルが限定された不連続のセットのインピーダンスを有し、実現可能なコイルの直径は不連続の値になるため、自由に選択することができない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0010】
したがって、複数のトレースを含むことができる、核磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）スキャナ用のＲＦコイルが開示される。それらのトレースは可撓性とすることができる。ＲＦコイルは、第１の可撓性導電トレースおよび第２の可撓性導電トレースを有することができる。第１の可撓性導電トレースの一方の端部および第２の可撓性導電トレースの対応する端部は、インターデジタルコンデンサを形成するような形状とすることができる。他方の端部は、１つまたはそれ以上の回路を介してＭＲＩスキャナと接続することができる。それらの回路は、同調整合回路構成および前置増幅器を含むことができる。
【0011】
本開示の一態様において、ＲＦコイルのインターデジタルコンデンサおよびループ部分の幾何形状は、再同調のための追加的な回路構成を必要とせずに、伸張条件下で共振周波数シフトをオフセットさせるように設定することができる。たとえば、デジットの数、第１の可撓性導電トレースの一方の端部と第２の可撓性導電トレースの対応する端部との間の隙間、およびデジットの長さは、患者のサイズ、コイルのサイズ、身体部位、予想される動き、またはスキャナの磁場のうちの少なくとも１つに基づくことができる。
【0012】
本開示の一態様において、可撓性のトレースは、液体金属から形成することができる。液体金属は、材料の弾性、可撓性、および目標とする解剖学的構造への形状適合性をもたらす、軟質の伸張可能なポリマーマトリックスに封入することができる。液体金属は、マイクロチャネル内に形成することができる。本開示の一態様において、液体金属はガリウム合金とすることができる。コイルは、装着可能であり形状適合するので、密接した位置にあり、そのことが改善された高解像度の撮像をもたらす。本開示の一態様において、ＲＦコイルは、乳房壁、胸壁、鼠径部、首、膝および肩からなる群から選択された身体部位に形状適合することができる。ＲＦコイルは、関節または身体部位の動きと共に伸張することができる。
【0013】
本開示の一態様において、ＲＦコイルは、インターデジタルコンデンサのデジットに直角の第１の方向に少なくとも３０％伸張可能とすることができる。３０％伸張下で、共振周波数の変化は、伸張されていないＲＦコイルの共振周波数から２％未満とすることができる。
【0014】
本開示の一態様において、ＲＦコイルは、（ループもインターデジタルコンデンサも）任意の形状を有することができる。たとえば、ループは矩形の形状を有することができる。いくつかの態様において、ループは、たとえば、円形または八角形など、矩形以外の幾何形状を有することができる。
【0015】
本開示の一態様において、可撓性ポリマーマトリックスは、エラストマーを含むことができる。本開示の一態様において、エラストマーは造影剤でドープされていてよい。たとえば、造影剤はガドリニウムベースとすることができる。エラストマーは、Ｅｃｏｆｌｅｘ（登録商標）とすることができる。本開示の一態様において、Ｅｃｏｆｌｅｘ（登録商標）と造影剤との比は、ＲＦコイルがＭＲ画像上で実質的に見えないようになっている。
【0016】
複数のインターデジタルコンデンサを有するＲＦコイルも開示される。インターデジタルコンデンサのうちの少なくとも２つは互いに直角とすることができる。本態様において、コイルは、複数の可撓性導電トレースを含むことができる。たとえば、コイルは、３つ以上の可撓性導電トレースを有することができる。第１の可撓性導電トレースの一方の端部および第２の可撓性導電トレースの対応する端部は、第１のインターデジタルコンデンサを形成するような形状とすることができる。第２の可撓性導電トレースの他方の端部および第３の可撓性導電トレースの対応する端部は、第２のインターデジタルコンデンサを形成するような形状とすることができる。第１のインターデジタルコンデンサは、第２のインターデジタルコンデンサに直角とすることができる。第３の可撓性導電トレースの他方の端部は、同調／整合回路構成および前置増幅器を含む１つまたはそれ以上の回路を通して、ＭＲＩスキャナと接続可能とすることができる。
【0017】
ＲＦコイルは、第１のインターデジタルコンデンサのデジットに直角の第１の方向および第２のインターデジタルコンデンサのデジットに直角の第２の方向に少なくとも３０％伸張可能とすることができる。
【0018】
本開示の一態様において、ＲＦコイルはさらに、第４の可撓性導電トレースを含むことができる。第４の可撓性導電トレースの一方の端部および第３の可撓性導電トレースの他方の端部は、第３のインターデジタルコンデンサを形成するような形状とすることができる。第４の可撓性導電トレースの他方の端部は、同調／整合回路構成および前置増幅器を含む１つまたはそれ以上の回路を通して、ＭＲＩスキャナと接続することができる。
【0019】
複数のコイルを含むことができるコイルアレイも開示される。各コイルは、複数の可撓性トレースを含むことができる。各コイルは、第１の可撓性導電トレースおよび第２の可撓性導電トレースを有することができる。第１の可撓性導電トレースの一方の端部および第２の可撓性導電トレースの対応する端部は、インターデジタルコンデンサを形成するような形状とすることができる。他方の端部は、１つまたはそれ以上の回路を介して、ＭＲＩスキャナと接続することができる。それらの回路は、同調整合回路構成および前置増幅器を含むことができる。
【0020】
本開示の一態様において、可撓性のトレースは、液体金属から形成することができる。液体金属は、材料の弾性、可撓性、および目標とする解剖学的構造への形状適合性をもたらす、軟質の伸張可能なポリマーマトリックスに封入することができる。液体金属は、マイクロチャネル内に形成することができる。
【0021】
本開示の一態様において、各コイルは、可撓性ポリマーマトリックスの同じ層に位置決めすることができる。他の態様において、コイルは二重層に配置され、隣接するコイルは、二重層のうちの異なる層に位置決めすることができる。隣接するコイルは重なることができる。本開示の一態様において、重なりの量は、隣接するコイル間のクロストークが予め設定された閾値未満になるように設定することができる。
【0022】
本開示の一態様において、各コイルのインターデジタルコンデンサは、他のコイルの対応するインターデジタルコンデンサと位置合わせすることができる。
【0023】
本開示の一態様において、コイルアレイは、装着可能であり形状適合することができる。コイルアレイは、装着可能であり形状適合するので、密接した位置にあり、そのことが改善された高解像度の撮像をもたらす。本開示の一態様において、コイルアレイは、乳房壁、胸壁、鼠径部、首、膝および肩から成る群から選択された身体部位に形状適合することができる。コイルアレイは、関節または身体部位の動きと共に伸張することができる。
【0024】
本特許または本出願の書類はカラー印刷した図面を少なくとも１つ含む。カラー図面を有する本特許または特許出願公開の複製は、要請したときに、必要な手数料を支払うことによって、当局によって提供されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1A】本開示の態様による、可撓性の伸張可能なコイル素子を示す。
【図1B】コイルのループが異なる形状である、本開示の態様による可撓性の伸張可能なコイル素子の別の例を示す。
【図2】本開示の態様による、インターデジタルコンデンサのデジットに垂直の伸張条件下における、コイル素子に関するインダクタンスおよびキャパシタンスの変化の一例を示す。
【図3】伸張下におけるトレース幅と共振周波数の変化との理論上の関係を示す。
【図4】トレース幅ｗおよびインターデジタルコンデンサのトレース間の隙間（ｇ）を変更する間の、共振周波数の理論上の変化を示す。
【図5A】本開示の態様によるコイル素子を示す。
【図5B】可撓性のトレースを有するコイル素子の一例を示す。
【図6】本開示の態様による複数のインターデジタルコンデンサを有するコイル素子を示す。
【図7A】本開示の態様によるインターデジタルコンデンサのための異なるトレースパターンを示す。
【図7B】本開示の態様によるインターデジタルコンデンサのための異なるトレースパターンを示す。
【図8A】重なりを有する、本開示の態様による多コイル素子の一例を示す。
【図8B】隣接するコイルのコイルループの重なりとクロストークとの関係を示す。
【図9】本開示の態様による単一層の多コイル素子を製作する方法を示す。
【図10A】本開示の態様による単一層の多コイル素子のための例示的なモールド型のレンダリングを示す。
【図10D】本開示の態様による単一層の２コイル素子の一例を示す。
【図11A】本開示の態様による二重層の多コイル素子のためのモールド型の一例のレンダリングを示す。
【図11C】本開示の態様による二重層の多コイル素子を作成するために重ねられる、２つの別々のコイル素子を示す。
【図11D】本開示の態様による、二重層の２コイル素子の一例を示す。
【図12】ダイレクトインクライティングを使用して製作される本開示の態様による二重層の２コイル素子の一例を示す。
【図13-1】図１３Ａ～図１３Ｅは、シミュレートされたファントム上における、本開示の態様による単一のコイル素子の場合のＢフィールドに関するシミュレーション結果を示す。図１３Ｆ～図１３Ｊは、実際のファントム上において、本開示の態様による単一のコイル素子を使用して様々な伸張条件下で取得されたＳＮＲマップを示す。図１３Ｋ～図１３Ｏは、図１３Ｆ～図１３Ｊにそれぞれ対応する、正規化されたＳＮＲマップを示す。図１３Ｐは、本開示の態様によるコイルの中央を通ってファントムまで測定された、正規化されたＳＮＲを示す。
【図14-1】図１４Ａ～図１４Ｃは、高速スピンエコー画像を示し、図１４Ａは、本明細書に記載されている、伸張されていない単一のコイル素子を使用して取得し、図１４Ｂは、本明細書に記載されている、１５％伸張された単一のコイル素子を使用して取得し、図１４Ｃは、８チャネルの市販の膝コイルを使用して取得した。図１４Ｄ～図１４Ｆは、同じサジタル面のスライスの対応するＳＮＲマップであり、図１４Ｄは図１４Ａに対応し、図１４Ｅは図１４Ｂに対応し、図１４Ｆは図１４Ｃに対応する。
【図15】本開示の態様による、湾曲したファントム上の多コイル素子に関するシミュレーション結果を示し、図１５Ａは、湾曲したファントム上の二重層の多コイル素子を示し、図１５Ｂ～図１５Ｇは、二重層の多コイル素子の異なるコイルが励磁されたときの感度を示す。
【図16】本開示の態様による、湾曲したファントム上の多コイル素子に関するシミュレーション結果を示し、図１６Ａ～図１６Ｄは、すべてのコイルが励磁されたときの、様々な伸張条件、０％、１０％、２０％および３０％それぞれにおける感度を示す。
【図17】図１７Ａ～図１７Ｆは、本開示の態様による異なる技術を使用して製作されたコイル素子の測定結果の比較を示し、図１７Ａ／図１７Ｄにおいて、単一層の２コイル素子を使用し（成形し）（ＳＬ）；図１７Ｂ／図１７Ｅにおいて、二重層の２コイル素子を使用し（成形し）（ＤＬ）、図１７Ｃ／図１７Ｆにおいて、二重層の２コイル素子を使用した（ＤＬ－ＤＩＷ）。
【図18-1】図１８Ａ～図１８Ｆは、本開示の態様によるダイレクトインクライティングを使用して製作された二重層の２コイル素子、および専用の市販の膝コイルによる測定結果の比較を示し、図１８Ａ／図１８Ｄは、専用の市販の膝コイルを使用して取得した画像／ＳＮＲマップであり、図１８Ｂ／図１８Ｅは、伸張なしの二重層の２コイル素子を使用して取得した画像／ＳＮＲマップであり、図１８Ｃ／図１８Ｅは、１５％伸張下で二重層の２コイル素子を使用して取得した画像／ＳＮＲマップである。
【図19】様々なドーパントとポリマーの比に基づいた信号強度測定の結果を示す。
【図20-1】図２０Ａ～図２０Ｉは、本開示の態様による、ドーパント濃度の異なる単一のコイル素子のペアの様々な比較結果を示し、図２０Ａ～図２０ＣはＳＥ画像であり、図２０Ｄ～図２０ＦはＳＮＲマップであり、図２０Ｇ～図２０Ｉはファントム内の信号である。
【図21】本開示の態様による、ドーパント濃度の異なる３つの単一のコイル素子および入力インピーダンスＳ１１の結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【0026】
図１Ａは、ＭＲＩで使用するための本開示の態様による可撓性の伸張可能なコイル素子１０の一例を示す。コイル素子１０は、装着可能であり、伸張可能であり、目標身体部位に形状適合することができる。そのことで、コイルと解剖学的構造との間の距離が最小化されることによって、信号感度を高める。コイル素子１０は、１つまたはそれ以上のコイルを含むことができる。図１Ａに示されているように、コイル素子１０は、単一のコイルを含む。本開示の一態様において、コイル素子１０は、液体金属トレース１２、１４およびポリマーマトリックス２０を含む。ポリマーマトリックス２０は、液体金属トレース１２、１４のためのマイクロチャネルを含む。１対のトレース、たとえば、１２、１４は、インターデジタルコンデンサ１５上に形成する。図１Ａに示されているように、トレース１２、１４は矩形のループを形成する。ただし、ループの形状は、図１Ａに示されている例に限定されない。たとえば、図１Ｂは、異なる形状のループを有する、本開示の他の態様によるコイル素子１０’を示す。いくつかの態様において、トレース１２’および１４’は、円形または八角形などの形状を形成することができる。形状は、開示されている例に限定されない。
【0027】
本開示の一態様において、ポリマーマトリックス２０は、軟質のシリコーンエラストマーから形成することができる。軟質のシリコーンエラストマーは、コイル素子１０の可撓性を有効にする。たとえば、ポリマーマトリックス２０は、Ｅｃｏｆｌｅｘ（登録商標）などの材料から作ることができる。ただし、ポリマーマトリックス２０の材料は、Ｅｃｏｆｌｅｘ（登録商標）に限定されず、他の材料を使用することができる。たとえば、ＤｒａｇｏｎＳｋｉｎ（商標）３０（Ｓｍｏｏｔｈ－Ｏｎによる）など、別の液体シリコーンを使用することができる。他の態様において、ポリマーは、シリコーンベースではない他のエラストマー材料から作ることができる。ポリマーマトリックス２０に使用される材料のタイプは、必要とされる目標伸張に基づいて選択することができる。たとえば、成人に使用されるコイル素子１０は、乳幼児用のコイル素子１０とは異なるポリマー材料を用いて製作することができる。追加的に、異なる身体部位に使用されるコイル素子１０は、異なるポリマー材料を用いて製作することができる。異なるＭＲＩシステムは、異なる場の強さおよび共振周波数を有し、異なるＭＲＩシステムに使用されるコイル素子１００は、異なる材料を有することもできる。
【0028】
Ｅｃｏｆｌｅｘ（登録商標）は、極めて高い可撓性および伸張性を有するポリマーであり、ヒトの皮膚の弾性コンプライアンスに整合する。ポアソン比が０．５の場合、Ｅｃｏｆｌｅｘ（登録商標）は等積の挙動を保証し、これがマイクロチャネル内に液体金属を収容するための好ましい圧力条件になる。後に記載されるように、Ｅｃｏｆｌｅｘ（登録商標）に、１つまたはそれ以上の他の材料をドープして、ＭＲ画像におけるコイルの視認性を低下させることができる。たとえば、Ｅｃｏｆｌｅｘ（登録商標）にマンガン（Ｍｎ）またはガドリニウム（Ｇｄ）を添加して、緩和度を上昇させ、したがって、ＭＲ画像における信号を低減することができる。
【0029】
Ｅｃｏｆｌｅｘ（登録商標）は、比較的低い誘電率εｒ＝２．８を有する。本開示のいくつかの態様において、未硬化のポリマーを高誘電率の材料と混合することによって、誘電率を上昇させることができる。たとえば、いくつかの態様において、チタン酸バリウムＢａＴｉＯ３（ＢＴＯ）ナノ粒子をポリマーと混合することができる。以下で示されるように、インターデジタルコンデンサのキャパシタンスがホストの誘電率による影響を受けるため、キャパシタンスなど、コイル素子１０の他の特性は、誘電率に基づいて変更することができる。
【0030】
本開示の一態様において、ポリマーマトリックス２０およびマイクロチャネルのレイアウトは、モールド型によって形成することができる。たとえば、３Ｄプリンタを使用して、導電トレース１２、１４のための所定パターンのレイアウト（インターデジタルコンデンサ１５を形成する）を含むプラスチック製モールド型を作成することができる。プラスチック製モールド型は、ネガティブモールド型でよい。プラスチック製モールド型は、ポリ乳酸（ＰＬＡ）から作ることができる。モールド型は、ポリマーマトリックスの一部分に関する目標厚さを実現するために、予め設定された高さを有することができる。たとえば、高さは５０μｍでよい。
【0031】
同じサイズ（長さおよび幅）の別のモールド型を、３Ｄプリンタによって、封止部分に関して用意することもできる。本開示の一態様において、最小解像度が０．２ｍｍの高精度３Ｄプリンタを使用することができる。
【0032】
未硬化のＥｃｏｆｌｅｘ（登録商標）エラストマーは、その等量の２つの成分を混合し、その混合物を真空チャンバで脱気して空気の気泡があればそれを除去することによって用意され、次いで、ネガティブモールド型に流し込まれ、十分に凝固されるまで硬化される。硬化されたエラストマーは、ネガティブモールド型から解放することができ、パターン成形されたエラストマーをカバーする平坦な封止部分が取り付けられる。本開示の一態様において、平坦な封止部分は、０．５ｍｍと１．５ｍｍとの間の厚さでよい。たとえば、平坦な封止部分は１．０ｍｍでよい。パターン成形されたマイクロチャネルを含む伸張可能なポリマーマトリックス２０を形成するために、２つの部分を相互に接合することができる。
【0033】
エラストマーの厚さは、ノイズを生み出さないようにまたは可撓性もしくは伸張性を妨げないように十分に薄くするべきであるが、同時にポリマーからの液体金属の溢出につながるマトリックスにおける小さい裂け目のリスクを低減する。
【0034】
本開示の他の態様において、ポリマーマトリックス２０およびマイクロチャネルのレイアウトは、ダイレクトインクライティング（ＤＩＷ）によって形成することができる。ＤＩＷは、目標対象物を作成するために制御可能な経路上で制御された流量の下で供給される液体インクを使用する、３Ｄプリンティング技術である。ＤＩＷに使用される材料は、可撓性シリコーン樹脂など、上記で説明したものと同じでよい。ＤＩＷプロセスは、成形プロセスよりも迅速とすることができる。様々な基板上での可撓性シリコーン樹脂のダイレクト３Ｄプリンティングは、大半が自動化されており、組立て不要であり、成形プロセスに必要とされる面倒な手作業の製作を回避することが可能になる。ＤＩＷは所要時間を短くする。追加的に、ＤＩＷプロセスは、より薄いポリマーマトリックス２０を生産することができる。ポリマーマトリックス２０がより薄いと、コイル素子１０をＭＲ画像において見えないようとすることができる。液体シリコーンは、ガラスパネル上にスピンコートすることができる。マイクロチャネルは、たとえば、マイクロチャネルの壁は、コートされたガラスパネル上にダイレクトプリントされる。たとえば、日本のＭｕｓａｓｈｉによる３Ｄプリンタ、モデルＳＨＯＴｍｉｎｉ２００’ΩＸを使用することができる。マイクロチャネルの壁には、高速硬化のシリコーンシーラントを液体インクとして使用することができる。チャネルを封止するためにシリコーンシートを使用することができる。本開示の一態様において、シリコーンシートは、成形されてもよく、３Ｄプリントされてもよい。パターン成形されたマイクロチャネルを含む伸張可能なポリマーマトリックス２０を形成するために、２つの部分を相互に接合することができる。
【0035】
本開示の一態様において、液体金属トレース１２、１４は、ガリウム合金から形成することができる。たとえば、ＥＧａＩｎまたはＧａｌｉｎｓｔａｎ（登録商標）を使用することができる。ＥＧａＩｎは、１５．７℃／６０．３°Ｆを超える温度でその液体の形態のままであり、蒸気圧が低く、毒性が低い。本開示の一態様において、ガリウム合金に微粒子を添加することができる。たとえば、金の微粒子を添加することができ、そのことで、液体金属の導電性をわずかに上昇させることができる。このような導電性の改善によって、コイル素子１０のコイル損失を低減し、Ｑファクタを改善し、ＳＮＲを上昇させることができる。
【0036】
本開示の一態様において、針およびシリンジを使用して液体金属をマイクロチャネルに注入してトレース１２、１４を形成することができる。
【0037】
本開示の他の態様において、トレース１２、１４用の材料として使用される液体金属の代わりに、導電性エラストマーをナノ粒子と共に使用することができる。ナノ粒子は、銀のナノ粒子を含むことができる。銀のナノ粒子の導電性は液体材料未満でよいが、銀のナノ粒子を有する導電性エラストマーは、同等のＱファクタおよびＳＮＲ値をもたらすことができる。
【0038】
回路の他の電気部品のための接点を作成するために、マイクロチャネルの末端に銅ワイヤを挿入することによって、信号ポート３０を形成することができる。それらの部品は、同調電子回路、整合電子回路、離調電子回路および集積前置増幅器モジュールを有する、１つまたはそれ以上のプリント回路基板を含むことができる。
【0039】
インターデジタルコンデンサ１５は、自己同調をもたらし、そのことが、伸張条件下で共振周波数のシフトを最小限に抑える。そのことが、様々な曲げ角度下で様々なサイズの解剖学的構造の画像を取得するためにコイル素子１０が使用されることを可能にする。たとえば、可撓性、伸張性、および自己同調は、頸椎、会陰／鼠径部、乳房／胸部、首／肩、または膝など、様々な複雑なヒトの解剖学的構造の撮像を可能にする。ただし、本明細書に列挙されている身体部位は、単なる一例として説明するためのものであり、コイル素子１０は、撮像のために必要に応じて他の身体部位に載置することができる。
【0040】
コイル素子１０がたとえばｘ方向に伸張されるときに、インダクタンスが上昇する。しかし、本開示の態様によれば、インターデジタルコンデンサ１５のキャパシタンスは低下し、増大を相殺する。ｘ方向の伸張下における、コイル素子１０に関するインダクタンスＬおよびキャパシタンスＣの変化の一例が図２に示されている。したがって、共振周波数の変化は、同調のための追加的な回路構成なしで最小限に抑えることができる。図２に示されているように、インダクタンスの上昇は、伸張に対してほぼ線形である。しかし、キャパシタンスの低下は非線形であり、したがって、キャパシタンスの変化は、インダクタンスの線形の変化を完璧に補償することはできず、共振に若干の変化が生じることがある。
【0041】
コンデンサ１５のフィンガ（デジット）に垂直に（図１Ａのｘ方向に）加えられる因子αによって伸張されるインターデジタルコンデンサは、全キャパシタンスＣ＝Ｃ０／αを示し、ここで、Ｃ０は、インターデジタルコンデンサ１５の初期キャパシタンスであり、
として計算することができる。Ｎは、インターデジタルコンデンサ１５のデジットの数である。ＣＩ＝ε０εｒｂＫ（ｋＩ∞）／Ｋ（ｋ’Ｉ∞）、ＣＥ＝ε０εｒｂＫ（ｋＥ∞）／Ｋ（ｋ’Ｅ∞）であり、ここで、ε０は真空誘電率であり、εｒはホスト材料誘電率であり、ｂはデジットの長さであり、Ｋ（ｋ）は母数ｋを用いた第１種完全楕円積分であり、ｋ’＝√１－ｋ２は補母数であり、ｋＩ∞＝ｓｉｎ（πη／２）、ｋＥ∞＝２√η１＋η、η＝ｗ／ｗ＋ｇである。
【数1】
【0042】
共振は、
であり、ここで、ｆ０は共振周波数であり、ＬおよびＣは、コイルの全インダクタンスおよび全キャパシタンスであるため、全キャパシタンスおよび全インダクタンスをそれぞれ共振の式に代入すると、コイル素子１０は、伸張係数の１／４乗にほぼ反比例する共振周波数の変化を有することができる：ｆ～ｆ０・α－１／４。一方、固定キャパシタンス値（Ｃ＝Ｃ０）を有する従来のコイルは、伸張係数の１／２乗に反比例する伸張度における周波数依存性を示す：ｆ～ｆ０・α－１／２。
【数2】
【0043】
トレース１２、１４およびインターデジタルコンデンサ１５を含むコイル素子１０の特性は、目標伸張範囲に対して共振周波数シフトを目標範囲内で最小限に抑えるように設定することができる。たとえば、目標伸張範囲は３０％でよい。目標伸張範囲は３０％に限定されず、他の範囲を使用することができる。目標伸張範囲が３０％であると、多くの異なる身体部位を撮像するために同じコイル素子１０が使用されることが可能になる。特性は、（ａ）コイルの周囲長、（ｂ）コンデンサのデジット（フィンガ）の数、（ｃ）デジットの長さ、（ｄ）デジットの幅、および（ｅ）デジット間の間隔（隙間）を含むことができる。
【0044】
図３は、理論上の分析に基づいた、（図１Ａの）ｘ方向の伸張条件下における、０．１ｍｍから１．０ｍｍの範囲にある１０個の異なるトレース幅に関する共振周波数の変化を示す。図３を見ると分かるように、共振周波数の最大の変化はトレース幅が最小の場合である。シミュレートされた１０個すべてのトレース幅について以下の特性を維持した。Ｄ＝１０ｃｍ、ｗ＝１ｍｍ、ｇ＝０．５ｍｍ、ｂ＝１２ｍｍ。Ｄはループの直径であり、ｄはトレース１２、１４の直径であり、ｇはデジット間の間隔であり、ｂはデジットの長さである。
【0045】
図４は、インターデジタルコンデンサ１５のトレース幅ｗおよびトレース間の隙間（ｇ）を変更する間の、共振周波数の変化を示す。トレースの隙間ｇ（デジット間の間隔）がトレース幅ｗよりも小さいときは、トレース幅ｗの値が広いほど周波数の変化が小さくなる。
【0046】
実際のコイルの挙動は、すべての部材および構成要素の間の相互作用がより複雑であり、それらは単純化された理論上のモデルでは十分に検討されないため、理論上の挙動とは異なる場合がある。本開示のいくつかの態様において、理論上の挙動は、フルウェーブ電磁界シミュレーションを使用して決定できる特性のための出発点として使用することができる。伸張していないときは、コイル素子１０の共振周波数は、スキャナの動作周波数に整合するように設定することができる。たとえば、３Ｔスキャナの動作周波数は１２８ＭＨｚである。抵抗に整合させることもできる。たとえば、抵抗は５０オームでよい。前述の特性は、たとえば０％および３０％の目標伸張範囲に対して、伸張によるシフトが最小限に抑えられるように選択することができる。たとえば、約６ｃｍ×７ｃｍの実質的に矩形のループの場合、特性は：８個のデジットを有することができるインターデジタルコンデンサと、各デジットが７ｍｍのデジットの長さを有することができることと、デジット間の間隔が０．５ｍｍでよいことと、を含むことができる。追加的に、トレースの幅は０．５ｍｍでよい。本開示のいくつかの態様において、トレース幅は、３Ｄプリンタの解像度に応じて変えることができる。特性を決定するために、モデルにはポリマー材料、たとえば、Ｅｃｏｆｌｅｘ（登録商標）エラストマーが含まれ、そのモデルに均質の筒状のファントムを含むことも可能である。目標伸張範囲は、異なる身体部位または身体タイプのための要素など、用途が異なる場合は異なっていてよい。様々な特性を様々な目標伸張範囲に使用することができる。
【0047】
本開示の態様によるコイル素子１０のシミュレーション結果を、固定値コンデンサを有する同じ寸法のコイルアレイと比較した。図５Ａおよび図５Ｂは、固定コンデンサ５００および可撓性トレース５０５との、インターデジタルコンデンサ１５およびコイル素子を有する本開示（図５Ａ）の態様によるコイル素子１０の横に並べた比較を示す。トレース１２、１４は、本明細書に記載されているように液体金属から作ることができる。
【0048】
図５Ｃは、図５Ａ／図５Ｂに示されている２つのコイル素子によるシミュレーション結果を示す。詳細には、図５Ｃは、（ｙ軸上に）入力インピーダンスＳ１１および（ｘ軸上に）周波数を示す。図は、異なる６つの伸張条件（および伸張なし）を示し、それらの様々な伸張条件間には５％の差がある。図５Ｃを見ると分かるように、基準コイル素子（図５Ｂ）は、予想通りに、その入力インピーダンスＳ１１がより低い周波数に向かって線形にシフトされている。しかし、本開示の態様によるコイル素子１０の入力インピーダンスは、最初により高い周波数にシフトし（最大１５％の伸張の場合）、次いで、より低い周波数に戻る（２０％以上の場合、目標範囲未満）ことによって、周波数（伸張なし）、たとえば、初期の共振周波数の付近で変動した。図５Ｃを見ると分かるように、図５Ｂのコイル素子は、７ＭＨｚを超えるシフト（７．４ＭＨｚ）を示し、これは約５．８％のシフトである。しかし、本開示の態様（図５Ａ）によるコイル素子１０は、最大シフト約２．２ＭＨｚだけを示し、これは約１．７％のシフトである。したがって、本開示の態様によれば、周波数シフトを約７０％改善することができる。
【0049】
シミュレーションに使用される同じ特性を有する２つのコイル設計（図５Ａおよび５Ｂ）を製作し、試験した。コイル素子は、３Ｄプリントされた単方向伸張試験装置に接続した。コイル素子（図５Ａ／図５Ｂ）を、Ｌ字形の同調／整合ネットワークを介してベクトルネットワーク分析器にも接続した。図５Ｄは、両方のコイル素子に関する測定結果ならびにシミュレーション結果の比較を示す。合計の周波数シフトを強調するためにシェーディングが加えられている。シミュレートされた曲線は、塗りつぶされていない形状（円形／正方形）によって識別され、測定された曲線は、塗りつぶされた形状（円形／正方形）によって識別される。正方形は、図５Ａに示されている本開示の態様によるコイル素子１０についてのものである。円形は、図５Ｂに示されているコイル素子についてのものである。図５Ｄに示されているように、測定されたデータは、シミュレーション結果とよく一致する。追加的に、図５Ｄに示されているように、周波数シフトは、本開示の態様によるコイル素子１０を使用すると、図５Ｂのコイル素子に対して有意に改善されている。約２７％の伸張に相当する、測定された最大の伸張が５ｃｍのときは、本開示の態様によるコイル素子１０に関する周波数シフトは、５ＭＨｚ超（４％超）と比べて０．５ＭＨｚ（０．４％）に過ぎない。これは、周波数シフトの１０倍の減少である。
【0050】
図５Ｅは、様々な伸張条件下における、図５Ａのコイル素子の測定された負荷ＱＬおよび無負荷ＱＵの（品質）係数およびその比を示す。コイル素子１０にファントムＱＬおよびファントムＱＵが負荷されたときに、ピックアッププローブを使用して品質係数を測定した。品質の比はＱＵ／ＱＬと定義される。図５Ｅに示されているように、品質の比は約２であった。そのことは、コイル損失の大半がコイル自体というよりもファントム自体によるものであることを意味する。品質の比も伸張条件に対して比較的安定している。
【0051】
図１Ａ／図１Ｂは、コイル内にインターデジタルコンデンサ１５を１つ示す。コイルにおけるインターデジタルコンデンサ１５の数は１つに限定されない。追加的に、インターデジタルコンデンサ１５を加えることができる。異なるインターデジタルコンデンサ１５の向きは異なっていてよい。インターデジタルコンデンサ１５の数および向きは、コイル素子１０の予想される伸張に基づくことができる。たとえば、コイル素子１０がｘ方向およびｙ方向の両方に伸張されることが予想される場合は、インターデジタルコンデンサ１５Ａおよび１５Ｂは、互いに垂直とすることができる。
【0052】
図６は、単一のコイルが複数のインターデジタルコンデンサ１５Ａ～１５Ｃを有する、コイル素子１０’’を示す。例示の目的で３つのインターデジタルコンデンサが示されている。インターデジタルコンデンサ１５Ａは、インターデジタルコンデンサ１５Ｂ／１５Ｃに垂直である。ｘ方向およびｙ方向は図６に示されている。インターデジタルコンデンサ１５Ａのデジットは、ｘ方向に垂直であり、インターデジタルコンデンサ１５Ｂ／１５Ｃのデジットは、ｙ方向に垂直である。したがって、インターデジタルコンデンサ１５Ａは、ｘ方向に伸張する場合の周波数シフトを最小限に抑えることができ、インターデジタルコンデンサ１５Ｂ／１５Ｃは、ｙ方向の伸張の場合の周波数シフトを最小限に抑えることができる。各インターデジタルコンデンサ１５は、対になったトレースから形成することができる。たとえば、インターデジタルコンデンサ１５Ｂは、トレース６１２、６１４から形成され、インターデジタルコンデンサ１５Ａは、トレース６１４、６１６から形成され、インターデジタルコンデンサ１５Ｃは、トレース６１６、６１８から形成される。トレース６１２および６１８は、信号ポート３０に接続されている。本開示の一態様において、異なるインターデジタルコンデンサは、デジットの数、デジットの長さ、およびデジット間の間隔など、異なる特性を有することができる。これらの特性は、１つまたはそれ以上の方向における予想される伸張に基づくことができる。特性は、予想される使用、たとえば、身体部位、患者のサイズ、および磁場源（動作周波数など）に基づくこともできる。
【0053】
本開示の態様によれば、異なるコイル素子１０、１０’、１０’’は、異なる身体部位または異なるサイズの患者に使用することができる。したがって、インターデジタルコンデンサ１５を含む上記で説明した特性は、身体部位または患者のサイズに対してカスタマイズすることができる。追加的に、特性は、磁場の強度に基づいて変更することができる。たとえば、異なる磁場は、異なるインターデジタルキャパシタンスを必要とする場合がある。
【0054】
本開示の一態様において、インターデジタルコンデンサ１５の各デジットは、Ｕ字形の導電性経路を有することができる。他の態様において、各デジットは、単一の直線的経路から形成することができる。
【0055】
図７Ａは、本開示の態様によるインターデジタルコンデンサ１５のための流体チャネル構成の一例を示す。インターデジタルコンデンサを形成する導電トレースの一方７１２がチャネル１（流体チャネル）であり、インターデジタルコンデンサを形成する導電トレースの他方７１４がチャネル２（流体チャネル）である。図７Ａは上面図である。ｘ方向およびｙ方向が示されている。各流体チャネルは、ポリマーマトリックス２０内に封入された蛇行導電トレースを有する。図７Ａに示されているように、各蛇行導電トレースは、複数のＵ字形の曲線を有する。ｗ２およびｗ４は、それぞれ異なる方向におけるトレース７１２の幅である。ｗ１およびｗ３は、それぞれ異なる方向におけるトレース７１４の幅である。本開示の一態様において、幅ｗ２とｗ４とは同じでよい。同様に、本開示の一態様において、幅ｗ１とｗ３とは同じでよい。ｇ１～ｇ４は、トレース間の様々な間隔である（ｇ１の場合、Ｕ字形の辺の間の間隔である）。本開示の一態様において、ｇ２、ｇ３およびｇ４は同じでよい。２つの流体チャネルは、電気的絶縁性の同じポリマーマトリックス２０で空間的に隔てられている。
【0056】
図７Ｂは、本開示の態様によるインターデジタルコンデンサ１５のための、２つの流体チャネルの構成の別の例を示す。インターデジタルコンデンサを形成する導電トレースの一方７１２’がチャネル１（流体チャネル）であり、インターデジタルコンデンサを形成する導電トレースの他方７１４’がチャネル２（流体チャネル）である。各流体チャネルは、ｘ軸において同じ信号ラインに接続された、ｙ軸に沿って位置する空間的に隔てられた複数のラインから構成されている。２つの流体チャネルは、電気絶縁性の同じポリマーマトリックス２０で空間的に隔てられている。
【0057】
本開示の他の態様において、コイル素子は、複数のコイルを含むことができ、そこでは、１つのコイルループが異なるＭＲ画像チャネルに接続されている。複数のコイルはＲＦコイルアレイを形成する。アレイ内のコイルの数は、Ｎ＝２からＮ＝３２の範囲またはそれよりも大きくすることができる。コイルの数は、ＭＲＩシステムのＭＲ画像チャネルの数によってのみ限定される場合がある。隣接するコイルは、ｚ方向において重なることができる。その重なりは、個々のコイルの感度に影響を与えることがある。したがって、本開示の態様によれば、重なりは、隣接するコイルを十分にデカップリングするように設計されており、そのため、個別のコイルの感度がそれぞれ区別でき、隣の要素の存在によって最小限にしか影響を受けない。いくつかの態様において、重なりは、（休止時に、たとえば、伸張下にないときに）ループ領域の１０％から３０％とすることができる。
【0058】
本開示の一態様において、重なり範囲は、クロストークＳ２１（またはＳ１２）などのパラメータを使用して決定することができる。クロストークは、互いに対する隣のチャネルの影響である。たとえば、Ｓ２１は、第１のチャネルの送信電力および第２のチャネル（物理的に隣のチャネル）の受信電力の関数である。重なり距離は、その値Ｓ２１を最小にするように設定することができる。他の態様において、重なり範囲は、Ｓ２１の値が予め設定された値未満になるように使用することができる。たとえば、予め設定された値は１０ｄｂとすることができる。
【0059】
重なりの値または値の範囲は、シミュレーションを使用して決定することができる。本明細書に記載されているコイルの幾何形状およびインターデジタルコンデンサの特性を使用して、フルウェーブ数値シミュレーションを行うことができる。コイルの形状および領域として７×６ｃｍの矩形ループを各コイルループに使用することができる。８デジット、各デジットは、７ｍｍ（Ｂ＝７ｍｍ）のデジットの長さを有することができ、デジット間の間隔は０．５ｍｍでよい。追加的に、トレース幅は０．５ｍｍでよい。シミュレーションのために、図８Ａに示されているような２つの隣接するコイル（コイル１ ８０１およびコイル２ ８０２）を使用することができる。本開示の一態様において、隣接するそれぞれのコイルに同じ重なりを使用することができる。図８Ａは、重なり８１０を有する、シミュレートされた２つのコイル、コイル１ ８０１およびコイル２ ８０２を示す。均質ファントムをシミュレートすることもできる。均質ファントムは、矩形でよく、コイル１ ８０１およびコイル２ ８０２は、同じ場所に位置するようにシミュレートされる。重なり８１０を所定の最小値から所定の最大値まで変更した。たとえば、所定の最小／最大は、８ｍｍ／１７ｍｍとすることができる。異なるサイズのループの場合、最小および最大は異なっていてよい。それぞれの変更された重なり８１０において、Ｓ２１パラメータを判定した。図８Ｂは重なりとＳ２１との関係を示す。Ｓ２１はｙ軸上にあり、重なりはｘ軸上にある。見て分かるように、Ｓ２１は１２ｍｍの付近で最小である。したがって、本開示の一態様において、重なり８１０は約１２ｍｍとすることができる。曲線上に重ねられた破線は、所定の閾値、たとえば、－１０ｄｂである。したがって、本開示の他の態様において、重なり８１０は、上述の特性を有するコイルおよびインターデジタルコンデンサ１５の場合、約１０ｍｍと約１４ｍｍとの間とすることができる。重なりは、コイルおよびインターデジタルコンデンサ１５が、寸法を含む異なる特性を有する場合は異なる可能性がある。
【0060】
コイルの同調およびデカップリングの相対的な安定性を確認するために、１２ｍｍ重ねられたコイル１ ８０１およびコイル２ ８０２を、ｘ方向に０％から５０％、線形に伸張した。図８Ｃおよび図８Ｄは、様々な伸張条件下（５つの異なる伸張条件および伸張なし、ここでは伸張条件間に１０％の差がある）におけるシミュレートされたＳ値、Ｓ１１およびＳ２１を示す。図８Ｄを見ると分かるように、４０％未満の伸張条件下では、Ｓ２１の最大値は１０ｄＢ未満である（約１２８ＭＨｚ～１２９ＭＨｚ）。Ｓ１１はコイル１ ８０１の場合である。しかし、両方のコイルが、ほぼ同じＳ１１、Ｓ２２を有するべきである。コイル１ ８０１の共振周波数のシフトは、シミュレートされた伸張条件下では最大で約２ＭＨｚであった。
【0061】
本開示の一態様において、コイルアレイ（多コイル素子）は、単一層または二重層を有することができる。単一層では、各コイルは、ポリマーの同じ層にあり、たとえば、コイルは実質的に平坦である。重なり領域にはジャンパワイヤを使用することができる。二重層の素子では、隣接するコイルは、異なる層に位置決めされ、たとえば、コイルは交互の層になる。
【0062】
図９は、本開示の態様による、単一層の多コイル素子１０００を製作する方法を示す。単一層の多コイル素子１０００は、上記で説明したのと同様にして成形することができる。たとえば、ポリマーマトリックス２０’およびマイクロチャネル１００５のレイアウトは、９００で、モールド型によって形成することができる。たとえば、３Ｄプリンタを使用して、導電トレース（およびインターデジタルコンデンサ１５）およびマイクロチャネル１００５のための所定のパターンのレイアウトを含むプラスチック製モールド型を作成することができる。プラスチック製モールド型はネガティブモールド型１０１５である。プラスチック製モールド型は、ポリ乳酸（ＰＬＡ）から作ることができる。モールド型は、ポリマーマトリックスの一部分に関する目標厚さを実現するために、予め設定された高さを有することができる。図１０Ａは、２コイル素子（単一層）のためのモールド型の例示的なレンダリングを示す。重ねられた領域の部分拡大図が挿入画に示されている。図１０Ａを見ると分かるように、重なり領域では、マイクロチャネル１００５に隙間または中断部１０１０がある。これは、コイルが同じ層にあるからである。互いに接触している異なるチャネルからの液体金属を避けるために、コイルの一方がマイクロチャネル１００５に中断部を有する。各交差部分に中断部があることになる。図１０Ａにおいて、拡大図は、交差部分の１つに関する隙間１０１０を示す。同様の隙間１０１０が他の交差部分に存在する。
【0063】
図１０Ａを見ると分かるように、各コイルのインターデジタルコンデンサ１５がｘ方向から見たときに位置合わせされるように、コイルループを位置合わせすることができる。図１０Ａの大きい矩形は、ｘ方向およびｙ方向における素子１０００の寸法、たとえば、ポリマーマトリックスの縁部を表す。図１０Ｂは、図１０Ａに示されているマイクロチャネル１００５および隙間１０１０を有する、３Ｄプリントされたネガティブモールド型１０１５の一例を示す。図１０Ａのレンダリングでは角は直線的な縁部を有するが、図１０Ｂのポリマーマトリックス２０は曲線的な角を有する。これは、製造を簡単にするためである。しかし、角は、曲線的でもよく、直線的な縁部を有してもよい。
【0064】
９０５で、ポリマーマトリックス１０２０用の材料が供給される（必要な場合は混合される）。たとえば、未硬化のＥｃｏｆｌｅｘ（登録商標）エラストマーは、その等量の２つの成分を混合し、その混合物を真空チャンバで脱気して空気の気泡があればそれを除去することによって用意することができる。そのエラストマーは、ネガティブモールド型１０１５に流し込まれ、十分に凝固されるまで硬化させることができる。硬化されたエラストマーは、ネガティブモールド型から解放することができる。別のモールド型（図示せず）を使用して平坦な封止部分を作成することができる。パターン成形されたエラストマーをカバーする平坦な封止部分が、マイクロチャネル１００５を有する底部分に取り付けられる。パターン成形されたマイクロチャネルを含む伸張可能なポリマーマトリックス１０２０を形成するために、２つの部分を相互に接合することができる。図１０Ｃは、２つのコイル（複数のコイル）のためのマイクロチャネルを有する伸張可能なポリマーマトリックス１０２０の一例を示す。
【0065】
９１０で、ジャンパワイヤ用チューブのために、ポリマーマトリックス１０２０に開口部が作成される。本開示の一態様において、開口部は平坦な封止部分にある。開口部は、マイクロチャネル１００５およびチューブの内側部分からの連続的チャネルを形成できるように、マイクロチャネルのうちの隙間１０１０が始まる直前の縁部に位置することができる。開口部のサイズは、チューブの直径に基づくことができる。本開示の一態様において、チューブは、マイクロチャネルの幅と同じ直径を有することができる。たとえば、チューブの直径は０．５ｍｍでよい。コイルが２つの場合（図１０Ｃなど）、開口部が４つある。他の態様において、封止部分の代わりに、底部分に開口部が位置することができる。
【0066】
９１５で、チューブは、それぞれの開口部に挿入される。本開示の一態様において、チューブは、薄い可撓性のシリコーンチューブとすることができる。チューブの長さは、隙間１０１０の長さに基づくことができる。チューブは、交差部分の隙間の長さをまたぐ（たとえば、２つの隙間のための１つのチューブが図１０Ａ／図１０Ｃの挿入画に示されている）。たとえば、チューブは約５ｍｍの長さを有することができる。
【0067】
９２０で、開口部およびチューブは、漏出を防ぐためにシーラントを使用して封止することができる１０５０。たとえば、ＳｍｏｏｔｈＯＮによるＳｉｌＰｏｘｙなど、シリコーンエポキシを使用することができる。９２０で、マイクロチャネル１００５およびチューブに液体金属を挿入することができる。液体金属は、針およびシリンジを使用して、マイクロチャネル１００５およびチューブに注入することができる。上述と同様に、液体金属に銅ワイヤを接続することができる。
【0068】
図１０Ｄは、チューブおよびシーラントが本明細書に記載されているように製作された、単一層の２コイル素子１０００の一例を示す。図１０Ａ～図１０Ｄは、説明の目的で２つのコイルだけを示すが、Ｎ個のコイルを単一層に使用し、本明細書に記載されているように製作することができる。
【0069】
他の態様において、コイルは、二重層になるように構成することができる。隣接するコイルは、二重層の異なる層に位置決めすることができる。たとえば、５コイル素子の場合、コイル１、３および５は第１の層にあってよく、コイル２および４は第２の層にあってよい。第２の層は、第１の層の上にあってよい（またはその逆も同様である）。各層のコイルは、別々に製作し、その後、積層することができる。同じ層内の各コイル間の距離は、上述の目標の重なり８１０を維持できるように設定することができる。たとえば、各層は、マイクロチャネルのない拡張領域を有することができる。その拡張領域は、他方の層のマイクロチャネルに対向することができる。
【0070】
図１１Ａは、二重層の多コイル素子１１００の場合のモールド型のレンダリングを示す。図１１Ａを見ると分かるように、マイクロチャネル２５が位置決めされない拡張領域１１０５がある。図１１Ｂは、図１１Ａのレンダリングに対応する二重層の多コイル素子１１００のためのモールド型の一例を示す。やはりここでも、図１１Ｂのモールド型は、製作をより簡単にするために曲線的な角を有する。しかし、他の態様において、モールド型は、図１１Ａのレンダリングに示すような直線的な縁部を有することができる。図１１Ｃは、別々に製作された２つのコイル素子（単一のコイル素子）の一例を示す。コイル１は第１の層にあり、コイル２は第２の層にある。第１の層の拡張領域１１０５は、第２の層のマイクロチャネル２５に対向し、その逆も同様である。たとえば、図１１Ｃに示されているように、コイル１のマイクロチャネルは、第２の層の拡張領域１１０５に対向する。図１１Ｄは、２つのコイルを有する二重層の多コイル素子１１００の一例を示す。見て分かるように、コイルは、目標の重なり８１０が存在するように位置する。
【0071】
本開示の他の態様において、二重層の素子を成形する代わりに、二重層の素子１１００’は、二重層の素子がより薄くなるように、上記で説明したのと同様にしてＤＩＷによって製作することができる。たとえば、同じ層の各コイルのためのマイクロチャネルは、スピンコートされたシリコーン上に配設することができる。薄い封止部分は、各コイルのためのマイクロチャネル２５の上に位置することができる。他方の層のためにそのプロセスを繰り返すことができる。やはりここでも、マイクロチャネル間の間隔は、目標の重なり８１０を実現するように設定することができる。各層は、目標の重なり８１０を実現するために、他方の層のマイクロチャネル２５に対向する拡張領域１１０５を含むことができる。図１２は、ＤＩＷを使用して製作された二重層の多コイル素子１１００’（２つのコイル）の一例を示す。図１２は、各コイルのための液体金属に接続された銅線（それぞれのＭＲ画像チャネルにも取り付けられる）も示す。
【0072】
上記で説明したように、信号を抑制するために、造影剤などの材料をポリマー材料に添加することができる。これは、コイル素子がＭＲ画像上で見られる明るさを低減する（またはコイル素子を見えなくさせる）ために使用することができる。コイル素子が見えても画像の品質に影響を及ぼすことはないが、放射線科医師はＭＲ画像上でコイル素子を見るのに慣れていない。信号の強度（グラジエントリコールドエコー（ＧＲＥ：ｇｒａｄｉｅｎｔ－ｒｅｃａｌｌｅｄ－ｅｃｈｏ）シーケンスの場合など）は、緩和時間Ｔ１およびＴ２に基づいている。ある一定の造影剤が、緩和のタイミングを変化させることができる。たとえば、Ｇｄ造影剤は、近くの水素プロトンの緩和を促進し、Ｔ１およびＴ２を両方とも短縮する。しかし、Ｔ１の短縮の場合、信号強度は上昇するが、Ｔ２の短縮の場合（特にＧｄが高濃度のとき）、信号強度は低下する。使用されるドーパントの量は、信号強度の目標の低下に基づくことができる。たとえば、マグネビスト対Ｅｃｏｆｌｅｘ（登録商標）など、材料の体積比は、１：１０から２：１０，０００の範囲でよい。たとえば、その比は５：１００でよい。
【0073】
追加的なシミュレーションおよび測定
本明細書に記載されている単一のコイル素子および多コイル素子を、ある一定の伸張条件下でＳＮＲを判定するためのシミュレーションおよび測定に使用した。図１３Ａ～図１３Ｅは、シミュレートされたファントム上における、単一のコイル素子の場合のＢフィールドに関するシミュレーション結果を示す。シミュレーションではコイルの以下の特性を使用した：約６ｃｍ×７ｃｍである矩形ループ、インターデジタルコンデンサが８個のデジットを有し、各デジットの長さが７ｍｍ、デジット間の間隔が０．５ｍｍ、トレース幅が０．５ｍｍ。ポリマーはＥｃｏｆｌｅｘ（登録商標）、液体金属はＥＧａＩｎ、ドーパントなしであった。ファントムは、平均的な組織特性を表す均質の矩形ファントムであった。中央軸方向断面の感度Ｂ１フィールドプロフィールは図１３Ａ～図１３Ｅに示されている。伸張条件は、１４％、２６％、３８％および５０％（および伸張なし、図１３Ａ）であった。図１３Ａ～図１３Ｅを見ると分かるように、コイル感度は、伸張による影響を比較的受けなかった。しかし、（中央において）感度のわずかな低下があったが、コイルは、伸張されたときにより大きい領域をカバーでき、性能を、たとえば表面において０．７５±０．０６μＴを維持することができる。
本明細書に記載されている単一のコイル素子および多コイル素子を、ある一定の伸張条件下でＳＮＲを判定するためのシミュレーションおよび測定に使用した。図１３Ａ～図１３Ｅは、シミュレートされたファントム上における、単一のコイル素子の場合のＢフィールドに関するシミュレーション結果を示す。シミュレーションではコイルの以下の特性を使用した：約６ｃｍ×７ｃｍである矩形ループ、インターデジタルコンデンサが８個のデジットを有し、各デジットの長さが７ｍｍ、デジット間の間隔が０．５ｍｍ、トレース幅が０．５ｍｍ。ポリマーはＥｃｏｆｌｅｘ（登録商標）、液体金属はＥＧａＩｎ、ドーパントなしであった。ファントムは、平均的な組織特性を表す均質の矩形ファントムであった。中央軸方向断面の感度Ｂ１フィールドプロフィールは図１３Ａ～図１３Ｅに示されている。伸張条件は、１４％、２６％、３８％および５０％（および伸張なし、図１３Ａ）であった。図１３Ａ～図１３Ｅを見ると分かるように、コイル感度は、伸張による影響を比較的受けなかった。しかし、（中央において）感度のわずかな低下があったが、コイルは、伸張されたときにより大きい領域をカバーでき、性能を、たとえば表面において０．７５±０．０６μＴを維持することができる。
【0074】
上記で説明したように製作され、シミュレーションと同じ特性（目標伸張３０％に対して特性を選択した）を有する、単一のコイル素子をファントム上に載置し、０％（図１３Ｆ）から５０％（図１３Ｊ）まで徐々に伸張した。図１３Ｆ～図１３Ｊは、様々な伸張条件下で得られたＳＮＲマップを示す。図１３Ｆ～図１３Ｊから分かるように、ポリマーおよび液体金属が画像上に現れている。高強度の２つの点が、液体金属コイルの縁部に相当する。図１３Ｆ～図１３Ｊを見ると分かるように、ＳＮＲは、３０％まで伸張されるときに、たとえば、ファントムの表面においてＳＮＲ＝５１６±４６に維持されている。これは、目標伸張範囲内での概して９％の変動である。目標伸張範囲を超える３０％超であっても、有効な画像を提供するＳＮＲが維持され、そのＳＮＲが市販の剛性コイルと同等であることに留意されたい。
【0075】
図１３Ｋ～図１３Ｏは、正規化されたＳＮＲマップを示す。ＳＮＲは、コイルの寸法に応じて変わり、したがって、ＳＮＲは、コイルの伸張と共に低下することが予想される。正規化はコイルのサイズに対して行った。図１３Ｋ～図１３Ｏも、安定したＳＮＲ（正規化された）性能を示す。図１３Ｐは、コイルの中央を通ってファントムまで測定された、正規化されたＳＮＲを示す。３０％未満の伸張の場合は、正規化されたＳＮＲは約２％（５６１±１２）だけ変動した。
【0076】
本開示の態様に従って製作された単一のコイル素子（約６ｃｍ×７ｃｍである矩形ループ、インターデジタルコンデンサが８個のデジットを有し、各デジットの長さが７ｍｍ、デジット間の間隔が０．５ｍｍ、トレース幅が０．５ｍｍ、ポリマーがＥｃｏｆｌｅｘ（登録商標）、液体金属がＥＧａＩｎ、ドーパントなし）の性能を、市販の膝コイルと比較した。市販の膝コイルは、専用の８チャネル膝コイルを有していた。健康な膝のサジタル面の高速スピンエコー画像を、伸張なしおよび１５％伸張下で単一のコイル素子を用いて取得した。単一のコイル素子（単一チャネルのサーフェスコイル）を使用することで膝の一部分だけが見えており、それをボリューム型マルチチャネルコイルである８チャネルの市販の膝コイルと対比した。図１４Ａ～図１４Ｃは高速スピンエコー画像を示し、図１４Ａは、本明細書に記載されている伸張していない単一のコイル素子を使用して取得し、図１４Ｂは、本明細書に記載されている、１５％伸張された単一のコイル素子を使用して取得し、図１４Ｃは、８チャネルの市販の膝コイルを使用して取得した。各図には２つの矩形が付されている。小さい方の矩形は、固有のＳＮＲ比較のためのものである。ＳＮＲは、図１４Ａ、図１４Ｂおよび図１４Ｃで（小さい矩形において）それぞれ２８２、２８８および１７９であった。これは、８チャネルの市販の膝コイルに対して６０％のＳＮＲの上昇に相当する。大きい方の矩形は、改善されたＳＮＲを強調している。単一のコイル素子が図１４Ａ／図１４Ｂには示されているが、図１４Ｃには図示されていないことが留意される。図１４Ｄ～図１４Ｆは、同じサジタル面のスライスの対応するＳＮＲマップである。これらのマップは、本明細書に記載されている単一のコイル素子のＳＮＲが、８チャネルの市販の膝コイル（専用）に対して改善されていることを明確に示している。図１４Ｄ～図１４Ｆを見ると分かるように、（大きい方の矩形に対応する領域において）ＳＮＲは大幅に改善されている。このような大幅な改善は、伸張可能なコイルの形状適合する設計のおかげである。
【0077】
図１５Ａは、筒状ファントム１５００上の６個のコイル（複数チャネルのコイル素子またはコイルアレイ）のシミュレーションを示す。均質の筒状ファントム上で互いに等距離になるようにコイルをシミュレートした。図１５Ｂ～図１５Ｇは、各コイルに関する個々の感度プロフィールを示す。本明細書に記載されている二重層の多コイル素子としてコイルをシミュレートした。コイル１、３、５は、ポリマーマトリックスの１つの層にあり、コイル２、４、５は別の層にある。上記で説明したものと同じ特性を有するように各コイルをシミュレートした。図１５Ｂ～図１５Ｇにおいて、各コイルの出力およびコイル間のクロストークを別々に試験するために、異なるコイルを励磁した。図１５Ｂ～図１５Ｇに示されているように、各コイルは同様の感度を有する。追加的に、図１５Ｂ～図１５Ｇは、コイルの１つが励磁されたときのクロストークのわずかな存在を示す。たとえば、図１５Ｂにおいて、コイルの１つが励磁されると、シェーディングによって示すように、隣接するコイルが小さい感度を示す（一方、隣接していないコイルは最小の感度を示すだけである）。
【0078】
図１６Ａ～図１６Ｄは、コイルが様々な伸張条件下にあり、コイルのすべてが励磁されているときの、シミュレートされた感度マップを示す。図１６Ａは伸張なし（０％）を示し；図１６Ｂは１０％の伸張を示し；図１６Ｃは２０％の伸張を示し、図１６Ｄは３０％の伸張を示す。図１６Ａ～図１６Ｄは、コイルアレイとして組み立てられた本明細書に記載されているコイル素子が、伸張されている間も良好な感度を維持できることを示している。それらの図は、コイル素子（コイルアレイ）が湾曲面上で動作することも示す。
【0079】
図１７Ａ～図１７Ｆは、ファントム上の、本開示の態様による異なる技術で製作した多コイル素子の測定結果の比較を示す。各コイル素子は２つのコイルを有していた。図１７Ａ／図１７Ｄにおいて、単一層の２コイル素子を使用した（成形した）（ＳＬ）；図１７Ｂ／図１７Ｅにおいて、二重層（ダブル層とも称される）の２コイル素子を使用し（成形した）（ＤＬ）、図１７Ｃ／図１７Ｆにおいて、二重層の２コイル素子を使用した（ＤＬ－ＤＩＷ）。各コイル素子は上記で説明したのと同じ特性を有していた。３Ｔ（ＧＥ Ｈｅａｌｔｈｃａｒｅ、ＭＲ７５０）で撮像するために、標準的な矩形シリコーンファントム（Ｗ＝２２ｃｍ、Ｌ＝３３ｃｍ、Ｈ＝１６ｃｍ）上にコイルを位置させた。３Ｄスポイルドグラジエントエコーシーケンスを使用した（ＴＲ＝６．３ｍｓ、ＴＥ＝２．４ｍ（同相）、ＦＯＶ＝２０ｃｍ、ピクセルサイズ０．８×０．８、ＦＡ＝１２°、ＢＷ＝３１．３ｋＨｚ、スライス厚さ＝１ｍｍ、ＮＥＸ＝１）。コイルのＳＮＲマップは、図１７Ａ～図１７Ｃに示されている（中央軸のスライスを通って測定した）。ＳＮＲマップにおいて、３つの線、垂直の線２つおよび水平の線１つが加えられている。垂直の線の一方が左のコイルの中央を通り、他方が右のコイルの中央を通る。水平の線は、ファントムの表面から１ｃｍ離れている。図１７Ｄは左の垂直の線に沿ったＳＮＲを示し、図１７Ｅは右の垂直の線に沿ったＳＮＲを示し、図１７Ｆは、水平の線に沿ったＳＮＲを示し、ここで、ＳＮＲは３つのコイル素子すべてに対して示されている（ＳＬ、ＤＬ、およびＤＬ－ＤＩＷ）。素子（ＳＬおよびＤＬ）は図１７Ａおよび図１７Ｂにおいてはっきりと見えるが、図１７Ｃでは、ＤＬ－ＤＩＷがずっと薄いと予想されている程度にわずかにしか見えない。ＤＬは画像内でよりよく見える（図１７Ａに対する図１７Ｂを参照）。図は、製作技術が同様の感度マップをもたらすことも示す。
【0080】
本開示の態様に従って製作されるＤＬ－ＤＩＷの性能を市販の膝コイルと比較した。市販の膝コイルは、専用の８チャネルの膝コイルアレイを有していた。アキシャル面およびサジタル面の画像を取得した。伸張なしおよび１５％伸張下でＤＬ－ＤＩＷの場合の画像を取得した。以下のパラメータを有するＦＳＥシーケンスを使用した：ＴＲ＝４５００ｍｓ、ＴＥ＝８．２ｍｓ、ＦＯＶ＝１８ｃｍ、ピクセルサイズ０．４×０．６、ＥＴＬ＝９、ＢＷ＝８３．３ｋＨｚ、ＮＥＸ＝１、スライス厚さ＝１ｍｍ。図１８Ａは、市販の膝コイルを使用して取得した画像である（図１８Ｄは対応するＳＮＲマップである）。図１８Ｂは、伸張されていないＤＬ－ＤＩＷを使用して取得した（二重チャネルコイルとして識別される）画像である（図１８Ｅは対応するＳＮＲマップである）。伸張されていない寸法は１２４ｍｍである。図１８Ｃは、１５％伸張されたＤＬ－ＤＩＷを使用して取得した画像である（図１８Ｆは対応するＳＮＲマップである）。図１８Ａ～図１８Ｃを見ると分かるように、信号強度は、ＤＬ－ＤＩＷ素子を使用することで、市販の膝コイルよりも（特に形状適合するコイル素子の近く）改善されている（画像はより明るい）。ＤＬ－ＤＩＷが膝の解剖学的構造にぴったりと形状適合するため、そのことは期待していた。
【0081】
ＳＮＲマップ（図１８Ｄ～図１８Ｆ）のそれぞれに比較ベースで三角形を加えた。ＳＮＲは、ＤＬ－ＤＩＷを用いることで市販の膝コイルよりも上昇した。たとえば、市販の膝コイルのＳＮＲは４０であり、ＤＬ－ＤＩＷでは５２（伸張していない）および６０（１５％伸張）まで上昇した。ＤＬ－ＤＩＷのＳＮＲの改善は、専用の市販の膝コイルと比べて最大５０％である。
【0082】
ポリマー中のドーパントの濃度を変更することによって、ポリマーをドープする影響を試験した。Ｅｃｏｆｌｅｘ（登録商標）ポリマーを使用した。ドーパントはマグネビスト（Ｇｄ造影剤）であった。造影剤をＥｃｏｆｌｅｘ（登録商標）と様々な体積比で混合することによって試料を調合した。各混合物を別々の試験管に載置した。詳細には、すべての試料を真空チャンバで脱気して空気の気泡を除去し、目盛り付きのプラスチック試験管に移し、室温で硬化させた。以下の濃度比を有するドープされた９つの試料および１つの純粋な試料（ドーパントなし）を用意した。（１）２：１０，０００；（２）５：１０，０００；（３）１：１，０００；（４）２：１，０００；（５）５：１，０００；（６）１：１００；（７）２：１０００；（８）５：１００；および（９）１：１０。
【0083】
標準的な均質の筒状ファントムの周りで等距離に隔てて試料を載置した。外径は９．５ｃｍ、長さは３０ｃｍであった。３２チャネル頭部コイル内にも試料を位置させた。３Ｔ ＭＲＩスキャナを使用した。平均の信号強度を判定するために対象の領域を識別した。スピンエコー（ＳＥ）シーケンスによる単一のアキシャルスライスを取得した（ＴＲ＝１５００ｍｓ、スライス厚さ５ｍｍ、３２ＴＥが８．３～１３３ｍｓ）。
【0084】
図１９は、ＴＥ＝３３．２ｍｓにおけるドープした９つの試料および１つの純粋な試料の結果を示す。試料の濃度はｘ軸上に、信号強度はｙ軸上にある。信号強度は、初期には、濃度が純粋なものから１：１，０００に上昇するにつれて上昇した（２４％上昇）。しかし、その濃度よりも高くなると、信号強度は（１：１０のときは、ドーパントなしの初期の信号強度のたった３０％にまで）低下した。そのことは、Ｔ１およびＴ２が変化して、最終的にＴ２の変化が信号強度の低下を引き起こすため、予想された。
【0085】
様々な濃度のドーパント：（１）純粋なＥｃｏｆｌｅｘ（登録商標）（ドーパントなし）；（２）５：１００；（３）１：１０を用いて上記で説明したように３つの単一のコイル素子を製作した。３つの単一コイル素子のコイル幾何形状は同じであった。単一のコイル素子をそれぞれ、矩形ファントム上に載置した。３Ｔ ＭＲＩスキャナを使用した。
【0086】
図２０Ａ～図２０Ｃは、均質ファントムのＳＥ画像を示す。図２０Ａにおいて、純粋なＥｃｏｆｌｅｘ（登録商標）から作られた単一のコイル素子のＳＥ画像（図２０Ａの右側）が、ポリマーマトリックスに対して５：１００の比で作られた単一のコイル素子のＳＥ画像（図２０Ａの左側）と比較されている。図２０Ｂにおいて、純粋なＥｃｏｆｌｅｘ（登録商標）から作られた単一のコイル素子のＳＥ画像（図２０Ｂの右側）が、ポリマーマトリックスに対して１：１０の比で作られた単一のコイル素子のＳＥ画像（図２０Ｂの左側）と比較されている。図２０Ｃにおいて、異なる比（図２０Ｃの左側の１：１０；図２０Ｃの右側の５：１００）で作られた異なる単一のコイル素子による、２つのＳＥ画像が比較されている。
【0087】
図２０Ａ～図２０Ｃを見ると分かるように、５：１００および１：１０の比の場合に画像信号の低下がそれぞれ最大８３％および９２％になって、マグネビストでドープされた信号コイル素子はＭＲ画像上で見えづらくなった。
【0088】
図２０Ｄ～図２０Ｆは、対応するＳＮＲマップを示し：図２０Ｄは図２０Ａに対応し；図２０Ｅは図２０Ｂに対応し；図２０Ｆは図２０Ｃに対応する。ＳＮＲは、ＳＥ画像を背景ノイズの標準偏差で除算することによって計算した。図２０Ｄ～図２０Ｆを見ると分かるように、３つすべての単一の素子コイルについてＳＮＲは安定したままであった（４２６±５）。ＳＮＲマップは、ドーパントなしのコイル素子がより見えることも示す。
【0089】
図２０Ｇ～図２０Ｉは、各コイルの中央を通る垂直の線に沿ってファントム内で測定された信号強度を示す。垂直の線は図２０Ａ～図２０Ｃに示されている。図２０Ｇは図２０Ａに対応し；図２０Ｈは図２０Ｂに対応し；図２０Ｉは図２０Ｃに対応する。図２０Ｇ～図２０Ｉを見ると分かるように、マグネビストによるポリマーのドーパントは、ファントム内の素子の感度に影響を及ぼさない。表面（距離＝０）の感度だけが影響を受ける。
【0090】
したがって、所望の場合は、ポリマーは、感度を犠牲にせずに画像上での素子の可視性を低下させるようにドープすることができる。
【0091】
ここで明細書および特許請求の範囲において、「約（ａｂｏｕｔ）」という用語は、変更によってプロセスまたはデバイスの不適合が生じない限り、列挙した値をある程度は変更できることを示す。たとえば、一部の素子に関して「約」という用語は、±０．１％の変動を表すことがあり、他の素子に関して「約」という用語は、±１％もしくは±１０％、またはその間の任意の点を表すことがある。たとえば、ｍｍ単位の測定に使用されるときの約という用語は、±０．１、０．２、０．３などを含むことができ、ここで、提示した数字の間の差は、提示した数字が大きければ大きくてよい。たとえば、約１．５は１．２～１．８を含むことができ、ここで約２０は１９．０～２１．０を含むことができる。
【0092】
本明細書で使用される専門用語は、特定の態様を説明する目的のものに過ぎず、本開示の範囲を限定する意図はなく、排他的なものではない。本開示の範囲および趣旨から逸脱することなく多数の修正例および改変例が当業者には理解されるであろう。
【図1A】
【図1B】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図5E】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図8D】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図10D】
【図11A】
【図11B】
【図11C】
【図11D】
【図12】
【図13-1】
【図13-2】
【図14-1】
【図14-2】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18-1】
【図18-2】
【図19】
【図20-1】
【図20-2】
【図20-3】
【図21】
【国際調査報告】