JPH01110355A - 高周波コイル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は核磁気共鳴型コンピュータ断層像撮影袋Ｗ（
以下ＭＨＩと称する）において、被検体に高周波電磁波
を照射して原子核を共鳴させ、かつその共鳴信号を受信
するためのアンテナとしての高周波コイルに関する。

〔従来の技術〕

ＭＲ＋において、被検体に数ＭＨＩＩないし数十ＭＨ，
の高周波電磁波を照射して被検体の原子核を共鳴させ、
その共鳴信号を受信するためのアンテナとしての高周波
コイルの性能が画像の位置の歪みや鮮明度などの質に大
きく影響するので高周波コイルの形状や構造には大きな
注意が払われている。

特に高周波コイルの重要な性能として邊像空間内に均一
度の高い高周波磁界を生成させねばならないという点が
ある。

共鳴周波数に一致した高周波電磁波を静磁界の方向と直
角の方向に照射すると、核磁気共鳴現象により核磁気共
鳴子の磁気モーメントは静磁場の方向に対して次式によ
る角度α（ｒａｄ）傾いた歳差運動をする。

α−ｒ−Ｂ工・ｔ　−・・−・・・−・・・・−・−・
−・−・・−・・−・−・・・・・・−・−・・−・−
・・（１）ここで、 ｒ　；定数（＝２．６７５２Ｘ１０”　（ｒａｄ／ｓｅ
ｅ　ＨＴ））ＢＩＩＦ；高周波磁束密度（↑） Ｌ　；高周波電磁波照射時間（ｓｅｃ）したがって、高
周波磁界の均一度が悪く壜像空間内でこの高周波磁束密
度ＢＩＩＦの値がバラツク時にはαが９０度になるよう
に９０度パルスを照射したとしても核磁気共鳴子は８０
度しか傾かなかったりあるいは１００度傾くなどαの値
にバラツキが生ずる。同様なことが共鳴信号を受信する
際にも生じて撮像空間内の核磁気共鳴子の受信信号の強
度にバラツキが生ずることになり、このようなバラツキ
が大きい時は良好な影像を得ることはできないことにな
る。

高周波磁界の方向は主マグネットによって発生さ゛れる
静磁界の方向とは直交する必要から超電導磁石を主マグ
ネットとして用いるＭＨＩの場合、第４図に示すように
被検体である人体５の軸６と主マグネット４によって生
ずる静磁界の方向が一致するので、高周波コイルとして
この図に示すような鞍型コイルＩＡ、２Ａが通常用いら
れる。

第５図は従来の高周波コイルの構成を示す斜視図で、高
周波コイルは上下対称な２つ９鞍型コイルＩＡ、２Ａを
並列接続した構成になっており、各鞍型コイルは一本の
導体を曲げて製作されている。この図に示すように三次
元座標のｘ、ｙ、ｚの各座標軸を設定すると、これらの
コイルは２軸とｙ軸を含むｚｘ平面に対称であると同時
にｙ軸とｙ軸を含むｘｙ平面に対しても対称であり、ｙ
ｚ平面に対しても対称になるような構成となっている。

この３つの対称面が交差する点はこの三次元座標の原点
であり、同時にこの高周波コイルの中心であると同時に
被検体の断面撮像の際の中心ともなる。この高周波コイ
ルによって生ずる高周波磁界はこの高周波コイルの構成
と同じく３つの対称面に対称な分布をする。鞍型コイル
ＩＡ。

２Ａによって中心点に発生する高周波磁界はいずれもｙ
軸の方向でかつ鞍型コイルＩＡ、２Ａによって発生する
磁界が加算されるように同じ方向になるよう電流が流れ
る。中心点周辺に発生する磁界は原点を外れるにしたが
ってｙ方向成分以外の磁界成分が生じ磁界が歪んでくる
。

この磁界の歪みを最小限にし、より均一空間の大きなコ
イル構成とするために第６図に示すように弧状部の開角
度を１２０度にするのがターンコイルが１つの場合の最
適条件であることはよ（知られている。

高周波コイルによって生起する高周波磁界の均一度を更
に向上するために第７図に示すようにターンコイルを複
数にして各鞍型コイルの直線部を最適な位置に配置する
方法があり、この場合は、各鞍型コイルの直線部のｘｙ
平面の位置としての第８図の（Ｘ＋　、　　ｙ＋　）、
（ｘｚ、ｙｔ）の寸法を適切に選ぶことによりターンコ
イルが１つの場合に比べてはるかに均一度のよい高周波
磁場を得ることがこの発明の出願人により提案されてい
る。

ところで、これらの高周波コイルを構成する鞍型コイル
の接続法は、ターンコイ−ルが一つの場合２つの鞍型コ
イルが対称性を持っていることからこの２つの鞍型コイ
ルを並列接続する方法が取られる。並列接続することに
より高周波コイルを構成する導体の電気的長さは１つの
鞍型コイルの導体長さになる。もし直列接続した場合の
導体の電気的長さは１つの鞍型コイルの導体長さの２倍
になるので、高周波電流の導体上の分布に一様性がなく
なり、高周波磁界の均一性が維持できないことになる。

また、別の見方をすれば、直列接続の場合は並列接続の
場合に比べて電圧が二倍、電流が半分になるので、鞍型
コイル間や鞍型コイルと周辺の導体間のストレーキャパ
シタンスの影響が並列接続の場合の４倍になり、このス
トレーキャパシタンスを通って流れる電流のために導体
の電流分布が一様でなくなることになる。

同じようなことが第７図の複数のターンコイルでなる高
周波コイルにも言え、対称性を利用して各ターンコイル
を形成する２つの鞍型コイルを並列にするにしても、タ
ーンコイル間の接続を直列接続することにより高周波コ
イルの電気的導体長はターンコイルの数だけの倍数にな
るし、またストレーキャパシタンスの影響から見ても高
周波コイルの電圧はターンコイルの数倍、電流はこの数
分の１となるのでターンコイルの数が多くなればなる程
直列接続することによる各ターンコイルの電流分布が不
均一となる。

一方、このような直列接続の欠点を除くために各ターン
コイルを並列接続した場合は、たとえストレーキャパシ
タンスに流れる電流を無視しても各ターンコイルに流れ
る電流は同一にはならずそれぞれのターンコイルの自己
インダクタンスとターンコイル間の相互インダクタンス
によって決まる値になる。

このように高周波電流であるために各ターンコイル間の
接続方法如何にかかわらずそれぞれのターンコイルに流
れる電流は同一にならないので、各ターンコイルの電流
が同一であるという前提で高周波磁界の均一空間が最も
大きい最適条件の高周波コイルを設計製作したとしても
期待したように均一空間を得ることはできず、したがっ
て、ＭＲ１装置としての良好な画像を得ることも期待で
きないことになる。

この発明は、複数のターンコイルでなる高周波コイルに
おいて、ストレーキャパシタンスの影響を低減しかつ各
ターンコイルに流れる電流を同一にして期待通りの高周
波磁界の均一空間を得ることにより画像品質の良いＭＲ
Ｉ装置とすることを目的とする。

〔問題を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために、この発明によれば、２つ
の面対称の鞍型コイルでなるターンコイルが少な（とも
２つで構成され、それぞれの鞍型コイルが並列接続され
てなる高周波コイルにおいて、並列接続されているそれ
ぞれの鞍型コイルを構成している弧状部と、直線部の長
さがそれぞれ異なり、かつそれぞれの弧状部の導体長の
長・短の関係と、直線部の導体の長さの長・短との関係
が互いに逆であるものとする。

〔作用〕

この発明の構成において、高周波コイルを構成する鞍型
コイルを並列接続することにより、高周波コイルに印加
する高周波電圧が小さく電流が大きくなるので高周波コ
イルと周辺の導体間とのストレーキャパシタンスに流れ
る電流の影響が軽減し、それぞれの鞍型コイル間の電位
差が小さ（なるので鞍型コイル間のストレーキャパシタ
ンスに流れる電流によって生ずる鞍型コイル間の電流不
平衡が軽減され、各鞍型コイルの導体の電流分布が−様
になり、各鞍型コイルの弧状部の導体長さの長い鞍型コ
イルの直線部は短くし、弧状部の導体長さの短い鞍型コ
イルの直線部は長くすることにより、それぞれの鞍型コ
イルを構成する導体の全長を合わせ、インダクタンスを
合わせることにより、各鞍型コイルが並列接続されるこ
とによって各鞍型コイルごとの電流分担が不平衡になる
のを防いで−様な電流分担とすることができるので、高
周波コイルが生起する高周波磁場の均一空間を確保する
ことができる。

（実施例） 以下この発明を実施例に基づいて説明する。第１図はこ
の発明の実施例を示す斜視図で、第２図は第１図の上部
の鞍型コイルを展開した展開図で、１．２はターンコイ
ル、１１はターンコイル１のと部の鞍型コイル、１２は
ターンコイル１の下部の鞍型コイル、２１．２２はター
ンコイル２のそれぞれ上部、下部の鞍型コイル、１１１
．１１３は鞍型コイル１１の直線部、１１２，１１４は
鞍型コイル１１の弧状部、２１１，２１３は鞍型コイル
２１の直線部、２１２，２１４は鞍型コイル２１の弧状
部、９は高周波電圧印加端子であり、これらの図でター
ンコイル１の導体を太く、ターンコイル２の導体を細く
描いであるが、これは単に２つのターンコイルを区別し
易いようにしただけで実際のコイル導体の太さを表すも
のではない。

ターンコイル１を構成する鞍型コイル１１゜１２の直線
部はターンコイル２の直線部２１゜２２に比して上下が
接近した位置にあり、従来技術の項で説明した鞍型コイ
ルの弧状部の開角度でいえばターンコイル１のそれはタ
ーンコイル２に比べて大きな開角度であり、これらの角
度は均一磁場空間を最も大きい値にする最適条件として
設定された値になっている。したがって、ターンコイル
ｌの弧状部の導体長さはターンコイル２のそれに比べて
長くなっている。その代わりにターンコイルｌの直線部
の長さをターンコイル２のそれより小さくすることによ
って２つのターンコイルを構成する鞍型コイルの導体長
を略等しい値にしである、それぞれの鞍型コイルには高
周波電圧９からまとめて全部の鞍型コイルに電圧が印加
されるが、前記のように鞍型コイルの寸法を、設定する
ことにより２つのターンコイルのインダクタンスが一致
することになり４つの鞍型コイルを全部並列接続しても
それぞれに流れる電流は同じにすることができる。なお
、実際の製品に採用する各鞍型コイルの直線部と弧状部
の寸法などはコンピュータにより正確に計算し、高周波
磁場の均一度を確保するための直線部の位置も含めた最
適条件が設定されることになる。

鞍型コイルの直線部と弧状部との長さの関係は第２図の
展開図でより明らかであり、導体の長さを２つのターン
コイルで合わせるという表現と同時に定性的には第２図
の展開図において、長方形が囲む面積を略同じにすると
いう表現をしても差し支えなく、いずれも正確には鞍型
コイルのインダクタンスを一致させることにある。

以上の図における実施例はターンコイルが２つの場合で
あるが、３つの場合でもこの発明を適用することができ
、これを展開図で表すと第３図のようになる。鞍型コイ
ル３１は図示していないがターンコイル３の上部鞍型コ
イルであり、４１はターンコイル４の上部鞍型コイル、
５１はターンコイル５の上部鞍型コイルであり、これら
は高周波電圧印加端子９１から共通に電圧が印加される
。

鞍型コイル３１は弧状部の長さが最も短く、鞍型コイル
５１が最も長いが、これらの寸法は３つのターンコイル
でなる高周波弧状部における高周波均一磁場生成の最適
条件により設定されたものであり、これらの寸法に対応
して直線部の長さ寸法をそれぞれのターンコイルのイン
ダクタンスが一致するように設定する。

〔発明の効果〕

この発明は前述のように、複数のターンコイルで構成さ
れる高周波コイルにおいて、全ての鞍型コイルを並列接
続し、それぞれの鞍型コイルの直線部の配置を均−磁場
生成上の最適条件に設定するとともに、直線部の長さも
それぞれのターンコイルのインダクタンスが一致するよ
うに設定することにより、ストレーキャパシタンスによ
る電流分布の非一様性を軽減するとともに、並列接続し
たことにより各鞍型コイルの電流分担が不平衡になるの
を各鞍型コイルの弧状部の長さの大小関係とは反対に直
線部の長さを設定することにより、各ターンコイルのイ
ンダクタンスを一致させることにより各鞍型コイルの電
流分担を平衡させることができ、その結果、所定の均一
度を持った高周波磁場を生成することができるので、解
像度の高い画像を得ることのできるＭＨＩ装置とするこ
とができることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示すターンコイルが２つの
場合の高周波コイルの斜視図、第２図は第１図の上部鞍
型コイルの展開図、第３図はターンコイルが３つの場合
の実施例を示す展開図、第４図は高周波コイル使用状況
説明斜視図、第５図は従来の高周波コイルの斜視図、第
６図は第５図の高周波コイルのｘｙ断面図、第７図はタ
ーンコイルが２つの場合の高周波コイルの斜視図、第８
図は第７図のｘｙ断面図。 １．２−・・ターンコイル、 １１．１２，２１，２２．・・・鞍型コイル、３１．４
１．５１．・・・鞍型コイル、１１１．１１３，２１１
，２１３・・・直線部、１１２．１１４，２１２，２１
４・・・弧状部、４・・・主マグネット、５・・・人体
、６人体の軸、９．９１・・・高周波電圧印加端子。 第１図 第２固 第３図 男４図 第６固

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）２つの面対称の鞍型コイルでなるターンコイルが少
   なくとも２つで構成され、それぞれの鞍型コイルが並列
   接続されてなる高周波コイルにおいて、並列接続されて
   いるそれぞれの鞍型コイルを構成している弧状部と、直
   線部の長さがそれぞれ異なり、かつそれぞれの弧状部の
   導体長の長・短の関係と、直線部の導体の長さの長・短
   との関係が互いに逆であることを特徴とする高周波コイ
   ル。