JP2010500090A - 磁気インダクタンス断層撮影用のセンサアレイ - Google Patents

Abstract

本発明は、磁気インダクタンス断層撮影に関し、特に、ドライバ／センサコイルが、人体のような、伝導性、誘電性、及び誘電率があるボディの誘導磁束を測定するために用いられている、磁気インダクタンス断層撮影器具に用いられるセンサ／ドライバ・コイルアレイのコイルに関する。センサ／ドライバ・コイルアレイは、隣接コイル間の誘導隣接結合を相殺するために、適切な距離が重ね合わされた当該隣接コイルを有し、中心部が一定の格子上に配置される、少なくとも1個の薄いコイルを備えている。

Description

本発明は、磁気インダクタンス断層撮影、特に、ドライバ／センサコイルが、人体のような、伝導性、誘電性、及び誘電率があるボディの誘導磁束測定用の磁気インダクタンス断層撮影器具に用いられるコイルに関する。

人体の病的状態を検査するために、僅かな電流が流される一組の電極を取り付けて、生体断面のインピーダンス分布を測定する、Ｘ線断層撮影および電気的インピーダンス断層撮影などの様々な非侵襲性技術が、すでに提案されている。その際、更なる一対のセンシング電極が、画像を構成可能なデータを提供する、電位差測定値を得るために用いられる。

センサの直接取付けを回避してインピーダンス分布を測定する類似の方法では、伝導性誘電体の磁束を誘導し、かつ、それから、誘導磁束の結果を測定する、一組のドライバ／センシングコイルを用いる。この技術は、磁気インダクタンス断層撮影（magnetic inductance tomography：MIT）として知られている。

EITと違ってMITは、ボディとの電気的接点が必要なく、かつ、伝導媒体との発振磁場の相互作用を利用する。この場は、対象周辺に配置される小さなコイルによって励起されかつ記録され、その対象内の渦電流によって摂動される。伝導率（および誘電率）は、対象外の摂動場の測定値から再現することができる。MITの場合のベクトル・ポテンシャルに対する近似方程式は、EITの場合のスカラー・ポテンシャルに対する方程式と非常に類似しているが、対応する逆問題の解決には、重要な相違点がある。16個の送受信コイルを有するMITの最初の実験測定システムが、研究所において組み立てられ、かつ、最近テストされた。

磁場を人体に供給し、かつ、摂動場を検知するために、好ましくは可撓性がある構造体に支持される、適切な信号コイルのアレイを提供することが必要である。そのような構成は、MRI装置の信号コイルアレイとして、すでに用いられていて、かつ、その一例がフィリップス社による国際公開WO／05124380号公報に示されている。

しかし、この種のコイル・システムを利用する際に生じる問題は、励起コイルの大部分の磁束が、直接、隣接する受信コイルのそれに結合され、ゆえに、実在の人体自体（すなわち生物組織の電気伝導率および誘電率）に起因して生成される結合の代わりに、受信信号が直接結合から支配的に影響を受けることである。したがって、この直接結合によって、システム全体の感度は限定的となる。

もちろん、直接結合によって引き起こされる磁場の変化を測定するために、磁場勾配計を用いることは可能であるが、これでは、大幅な容積の増加をもたらし、かつ、全体的な組立が複雑化する。

そこで、本発明は、各中心部が一定の格子上に配置され、各隣接コイルがそれらの間の隣接結合を相殺するような適切な距離で重ね合わせされていて、少なくとも１層の薄いコイルを備える、磁気インダクタンス断層撮影装置用のセンサ／ドライバ・コイルアレイを提供する。

隣接コイル間の間隔は、隣接コイルが駆動されている間に、電圧なしでコイルが誘導される方法によって設定される。すなわち、周辺の伝導体間の重ね合わせによって、１つのコイルの伝導体で誘導されるいかなる電圧も、隣接コイルの巻線のカウンターEMFによって完全に相殺される。

すべてのコイルは、単一のPCBにエッチングできることはいうまでもない。このPCBは、人体付近でも、容易に用いることができるように可撓性を有するとよい。

本発明による単純なコイル配置の平面図である。 完全に平らな32チャネル・システムの場合のコイル配置を示す図である。 ブリッジキャパシタの配置を概略的に示す図である。 「2層」コイル配置を示す図である。 図４の配置の等価回路図である。

つぎに、一例として、本発明のいくつかの実施例を、添付の図面を参照して説明する。

図1は、7個のコイルを含む簡易な構造を示す図である。すべてのコイルは、同一であり、かつ、必要に応じて（たとえば、低周波MITのために）、いくつかの薄層を有していてもよい。説明を簡単にするため、環状巻線のコイルが示され、かつ、外側巻線から内側巻線への交番は、この図から除外されている。コイルの各中心点は、破線の三角形で示される等辺の格子に配置されているが、これらは、もちろん、正方形の格子などの様々な他のパターンに配置されていてもよい。これらのコイル間の距離は、隣接コイルが駆動されている間に、電圧なしでコイルが誘導されるという必要条件によって決定される。

換言すれば、この距離は、相互に誘導的に非結合な隣接コイルとなるように選択される。図1の構成の場合、たとえばコイル1は、コイル2、コイル3およびコイル4に対して非結合であるが、コイル4は、すべての他のコイルから誘導的に非結合とされる。実施例では、この必要とされる位置は、1個のコイルが他のコイルに関連して移動するときの、他のコイルに電圧供給する間に、1個のコイルの誘導電圧を測定することによって決定される。

図1の構造の結合行列（またはK−行列）は、方程式（1）に示される。

L_dは、自己インダクタンスの行列である。多数のゼロ成分が、K−行列に存在していることが示されるであろう。このシステムの全インピーダンス行列は、方程式（2）によって与えられる。

コイルアレイの近くに組織が位置しない場合には、R_dは、コイルの自己抵抗を含む対角行列となる。このように、成分から成分への抵抗結合は、無視することができる。低周波の場合、容量結合も無視することができ、方程式（3）のインピーダンス行列が導出される。
Z＝ｊωL＋R_d （３）

図2は、完全に平らな32チャネル・システムの場合のコイル配置を示す。コイルが搭載される位置で、コイルの横方向への拡張が、コイルの搭載されているプリント基板の曲げ半径と比較して僅かである場合、安定したままの非結合となるであろう。これにより、ボディ、たとえば衣服の近くに、コイルアレイを配置することが可能になる。

高周波の場合、および、人体までのセンサの距離が短い場合には、コイル間の容量結合、および、組織に対するコイルの容量結合は、できる限り、低く保持すべきである。したがって、ブリッジキャパシタは、巻線と外側電場との間の電圧増加を回避するために、すなわち、誘導リアクタンスを補償するために、図3に示すように、間隔をおいて置かれる。すべてのキャパシタは、同じ値となり、かつ、コイルの純粋な真の入力インピーダンス（自己共振構成）を導出するであろう。周波数が高ければ高いほど、より多くのキャパシタが用いられるはずである。

図4は、コイルが重畳されて一対に配置される2層コイル・システムの原理を例示する。2個のコイル設計についての基本的な考えは、上部コイルによって作成される場B₁が、上部コイルから特定の間隔dで設置される付加的な下部コイルによって作成される場B₂によって補償される。図5は、2個の逆平行に接続されたコイルから構成される、コイルの等価回路図である。そのコイルは、若干の距離を補償し、したがって、全体の感度のうちの若干の減少を犠牲にして、周囲の電磁放射をあまり感知できないセンサを形成するであろう。この配置は、さらに、全体のMIT手順に優れたアレイの「次々結合」（すなわち、1個ではない次のコイルへの結合）の減少を補助する。

センサアレイが非常に薄くて作成できると、磁場勾配計のような予備のセンシングデバイスが不要となるので、センサアレイを、容易に移動可能なセンサ・パッドに組み込むことができ、かつ、例えば患者のベッド、または、衣類の部材に「現場で」用いることができる。加えて、もちろん、センサアレイは、患者の本体に近接して配置される、付加的な励起／センシングコイルを提供するために、MRI装置のような器具と併用して用いることもできる。

Claims (10)

1. 少なくとも1層の薄いコイルを備え、これらの中心部が一定の格子上に配置され、隣接するコイル間の誘導隣接結合を相殺するような適切な距離で重ね合わされている、磁気インダクタンス断層撮影装置用のセンサ／ドライバ・コイルアレイ。
2. 前記コイルは、ワイヤーから巻かれている、請求項1に記載のコイルアレイ。
3. 前記コイルが、単一の基板にエッチングされている請求項1に記載のコイルアレイ。
4. 前記基板は、可撓性を有する請求項3に記載のコイルアレイ。
5. 前記各コイルは、誘導リアクタンスによって作成される電圧低下を補償するため、巻線に沿って間隔をおいて直列に結合される複数のキャパシタを含む、請求項1から4のいずれかに記載のコイルアレイ。
6. 前記アレイは、コイル信号が患者の体に近傍して印加されるように、着用可能な衣服に組み込まれている、請求項1から5のいずれかに記載のコイルアレイ。
7. すべてのコイルが同じ巻線パターンを有する、請求項1から6のいずれかに記載のコイルアレイ。
8. 全てのコイルは、N個のコイル（N＝1又は2の場合、線構造的に隣接するコイル、N＝3，4又は6の場合、平面的に隣接するコイル）によって、規則的に配置される、請求項1から7のいずれかに記載のセンサ／ドライバ・コイルアレイ。
9. 2層コイルである、請求項1から5のいずれかに記載のセンサ／ドライバ・コイルアレイ。
10. 前記コイルは、相互の場を補償し、かつ、これにより外部の結合効果を減少させるように離れて一対で配置される、請求項9に記載のセンサ／ドライバ・コイルアレイ。

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