JPH02164338A - 磁気共鳴装置及び無線周波数コイル設計方法 - 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】 本発明は、安定磁界を生じさせるマグネット装置と、勾
配マグネット装置と、円筒面に亘って軸方向に延びる相
Ｕに平行な電流路が導入される無線周波数コイルよりな
る磁気共鳴装置に係り、また、この装置に使われる無線
周波数コイルの設計方法に係る。

この種の磁気共鳴装置は、ヨーロッパ特許明細書第２１
３６６５号から知られている。そこに開示された装置は
数本のアンテナ線により相互に接続された２個の環状導
体から成る鳥かご無線周波数コイルより成り、該アンテ
ナ線は、相互に平行でかつ対称軸に平行に延び、環状導
体により画成された円筒面に位置する。インピーダンス
とりアクタンスが適切に選択されると、空間均質無線周
波数磁界が、環状導体にかけられるコザイン波により、
コイル中に生じる。

アメリカ合衆国特許明ａＳ第４，７１２，０６７号は、
何個かの（たとえば２韓の）鞍型コイルより成る無線周
波数コイルを記載している。それによると、適切な相互
結合と正しい制御を使用すると、空間均質無線周波数磁
界が、電導体の制御と相互の向きによるモードで発生さ
れる。相互に平行でかつ対称軸に平行に延びる電流導体
はまた、円筒面に位置するコイルの能動のアンテナ線を
形成する。

ヨーロッパ特許明細書第２１８２９０号は、いわゆる表
面コイルの形の無線周波数コイルを開示している。この
」イルは一平面上に位置する電流導体より成り、そのア
ンテナ線を通って仮想のシリンダが延び、その円筒面に
アンテナ線が軸方向に延びて相互にかつ対称軸に対して
平行である。複数のコイルは該明細書に記載される如く
組合わせることができ、バタフライ・コイルを形成する
。

上記記載のコイルの型式では、合理的に空間均質性を有
する無線周波数磁界が、電流導体により囲まれた空間も
しくはそこで定められた空間において発生され、スピン
共鳴信号が該空間より検出される。無線周波数測定磁界
空間の寸法はコイルの形状により決定され、コイルの形
状により定められる空間よりも常に小さい。フィリング
・ファクターは、ここでは無線周波数磁界が十分に均質
で幾何学的に定められた空間の一部をなす空間部分を意
味するものと叩解され、これはさらに多くのアンテナ導
体を使用することにより半径方向に増加する。とりわけ
、円筒コイルの半径が大きくなればコイル空間がより触
れ易くなるので、エネルギーをより多く消費する犠牲を
払って許容できる解決策が得られる。軸方向においてフ
ィリング・ノックターは、コイルの軸方向の良さを保ち
つつ直径を大きくすることにより減少される。直径が小
さいと、」イルに触れにくくなる。コイルの長さが長く
なると、無線周波数測定磁界空間はより大きくなるが、
より多くのエネルギーが消費されて、負荷が効果的に用
いられない領域において患者の負担が増大する。

磁気共鳴装置の無線周波数コイルの均質性は、スピンの
均一な励起とスピン信号の均一な受信感度の双方にとっ
て重要である。

さらに、無線周波数コイルが磁気共鳴発生空間とできる
限り両立性のある感度を有することは発信コイルにとっ
て無線周波数電力供給の観点から重要であり、また、受
信コイルにとって信号雑音比の観点から重要である。こ
れは、高いフィリングファクタを意味する。既知のコイ
ルはすべて、主軸の方向に実質的に分散磁界を示す。無
線周波数コイルの理想的な磁界の形状はブロックであり
、感度のみが中心にあって非感度は中心の外にある。

実際上コイルは決まった良さを持ち、理想的なＳ電性遮
蔽物で囲まれてないので、振幅は常に端へ向かって減少
し、磁界はコイルの幾何学的な大きさから突出てしまう
。

横断面の均質性は、コイルの円周上に位置する電流導体
の数によって決まる。今日のコイルにおいては、導体に
おける電流の強さは円周角の関数として、余弦波変調さ
れる。しかし、導体における電流の流れは一定である。

かくて、横断面の中心でない部分における均質性は低く
、主軸に沿った磁界形状は長いコイルを必要とするが、
このコイルのフィリング・フ？クターは乏しくなる。均
質性と磁界の決定は原理的に両立せず、従来のコイルに
おいては相反しさえする。

本発明の目的は、上記の欠点を緩和することである。こ
れを達成するのに、本発明による上記種類の磁気共鳴装
置は、無線周波数コイルは、相互に平行でかつ」イルの
対称軸に平行に延びる電流路で測定された不定の電流強
度を発生させる電流導体より成ることを特徴とする。

磁気共鳴装置において、無線周波数コイルの軸方向に延
びる電流導体は、不定の電流強度がコイルの対称軸に平
行に円筒面上に延びる電流路において発生されるように
配置され構成されるため、無線周波数磁界は、コイルの
基本的な形状の変更を要することなく、コイル装置の軸
の両端付近の磁界均質性の点で顕著な影響を受ける。

望まｂい実施例においては、コイルの軸の一端または両
端付近の電流導体は、コイルの対称軸に平行に延在せず
、これにより導体を通る一定の電流強度は、対称軸に平
行に延びる導体路において不定の電流強度を生じ、最適
の無線周波数磁界が発生されつる。

他の実施例では、これはアンテナ線を部分的に遮蔽する
ことにより、またはおそらく逆相で作動する１個もしく
はそれ以上の追加コイルを局部的に配することにより達
成される。

さらに他の実施例では、１０回路は電流導体を横切って
接続され、これにより電流強度は、軸方向に延び円筒面
上に位置するアンテナ線において局部的に調整される。

各アンテナ線にこの回路を使用すると、異なった電流強
度をもつ、たとえば３本またはそれ以上のバスが生じ、
望ましくは、といっても必須ではないが、対称になるよ
うに奇数本のバスが形成される。

アンテナ線における最適の電流強度分布を計算するため
、すなわち最適の無線周波数コイルを設訂するために、
ブロック機能がＺ軸上の無線周波数磁界の理想的な形と
して採用される。これはすなわち、磁界が実質的に軸方
向の導体により発生され、環状導体からは何ら作用を受
けないコイルである。無線周波数コイルの軸方向導体は
それぞれ同様に無線周波数磁界に作用を及ぼす。したが
って、導体のＺ軸の形状の改良はまた、コイル全体にと
って有益となる。Ｚ軸の方向に軸から１／２Ｄの距離で
とられた電流の磁界形状は、ビオ・サバールの法則を用
い、フーリエ解析を通じて、一定の磁界形状のための電
流路において必要とされる電流分布を表わす式で計韓さ
れる。

任意の磁界形状がこうして、式により与えられた電流強
度分布により得られる。理想的なブロック形状が選ばれ
た時は、複雑な電流関数が導かれる。それほど厳密に局
在化されない磁界関数を選択することにより、電流関数
は甲純化される。他方、単純な電流関数では理想的な磁
界形状の限られた近似値しか算出できない。外部接地遮
蔽の効果は上記計算において簡単に考慮することができ
る。

以下図面と共に本発明の望ましい実施例を詳細に説明す
る。

第１図に示される磁気共鳴装置は、均一な安定磁界を発
生するマグネット装置２と、勾配磁界を発生させるマグ
ネット装置Ｉ！４と、マグネット装置２．４のそれぞれ
用の電力供給源６．８とより成る。無線周波数磁界を発
生させる磁気コイル１０が焦ｓｉ＋ｇ１波数源１２に接
続される。コイル１０は、検査されるべき対象において
無線周波数伝達磁界により発生された磁気共鳴信号の検
出にも使用される。この目的でこれは信号増幅器１４に
接続される。信号増幅器１４は位相感知整流器１６に接
続され、該整流器は中央制御装置１８に接続される。中
央１ｉＩＩＩｊ装置１８はまた、ｍｓ周波数源１２用の
変調器２０．勾配コイル用の電力供給源８゜およびデイ
スプレィモニター２２をＩＩＪＩＩＩする。無線周波数
発振器２４は変調器２０及び測定信号を処理する位相感
知整流器１６をｔｌｌ’ｆｌＪする。冷却には、必要が
あれば冷却ダクト２７より成る冷却装置２６が設けられ
る。この冷却装置は抵抗コイル用の水冷装置として、あ
るいはたとえばＰＨＮ１２５４２に示されている如き超
伝導コイル用の液化ヘリウム及び／又は窒素デユワ−装
置として構成される。マグネット装Ｍ２および４の中に
配置されたコイル１０は、＠療測定器具で診察される患
者またはその身体の一部を収容できる空間を提供する測
定空間２８を囲む。かくて測定空ＩＪ２８においては、
安定磁界が映し出されるべき断面の位置選択のための勾
配磁界および空間的に均質な無線周波数交番磁界が発生
され検出される。

第２図は、長さし、直径りの既知の無線周波数コイルの
対称軸４０を丞し、また、一定の電流分布４２で発生さ
れる２の関数としてＺ軸に沿う横断無線周波数磁界４４
を示している。磁界の変化は概略的に示すのみであるが
、この点では、たとえば鳥かごコイルにおけるような例
えばＬ＝Ｄであるような従来のＬ及びＤの比にとっては
、磁界はやや平らの頂点４５とコイル外側の実質的な分
散磁界４６のみにより鐘形をなすのが適切である。

対称面４８で測定されて、磁界は、アンテナ線５０の数
が極端に少なくない限り、コイル中央部で特に顕著な合
理的均質性を示す。

第３図は、本発明にしたがった無線周波数」イルを示し
、該コイルもまた長さ°Ｌと直径り、および比較的長く
平坦な頂点４５と比較的急な勾配５２をもつ磁界分布４
４を有し、コイル外側の分散磁界４６が比較的小さくな
るようにしている。

このような磁界を作り出すため、図示された形状の電流
強度の変化５６が、対称軸４０に平行に延びる電流路５
４において必要とされる。この電流強度の変化は一定の
、この場合実際には望ましい磁界分布とコイルの幾何学
的配列を基礎として算出される。もし所望の電流変化が
対称軸と平行に延びる電流路において知られており、そ
の側が第３図の曲線５６で表わされれば、この電流を発
生させる電流導体が決定される。後者は、電流導体の位
置決めによって、つまり、導体中の電流の強さが一定で
あるときに平行路から外れた進路を与えることにより、
または平行な電流導体を構成することにより、または電
子的手段を設けることにより、実現され、これにより所
望の電流強度の変化が生じる。もしくは、二つの方法を
組合わせる手法もあり、これによれば歪は比較的小さく
電気的手段は比較的間車になるという利点がある。ここ
で、電気的手段は局部的軸方向の補助コイルと電流導体
の局部遮蔽をも付加物として含むものと理解されるべき
である。

第３図の電流強度分布５６を基礎として、電流導体の第
一次［算が、たとえば電流強度分布についてのＴｉ電流
導体鏡像幾何学によって与えられる。

このとき、アンテナ線は、８部分より６大きい中央部Ａ
にある対称軸からある距離に延びている。

Ｃ部分の負電流変化は、たとえば逆位相で作動する補助
コイルにより、または逆位相で作動しループを介して結
合されるコイル部により実現される。

電流路ＡおよびＢにおける所望の電流変化は、アンテナ
線の８部遮蔽、すなわち電流路Ａの部分的ａ蔽によって
も実現される。後者は、たとえば軸方向に配置されて所
望の磁界が得られるようにした比較的短い同軸の包囲体
により実現される。電流路Ｃにおける上記の負電流変化
については、上記の段階が再びとられる。コイル外側の
より大きな分散磁界ができるという欠点が：ｆＦされる
ならば、負電流路も不必要になる。

第４図は、インピーダンス６６とりアクタンス６８で構
成される回路６２と６４より成るアンテプ１ｉ１６０を
示す。かくて所望の電流強度が実現される。この回路を
使って、負電流路も実現される。

理想的な磁界分布を得るために、多数の回路、たとえば
５から７以上の回路が選ばれるが、３ないし５の回路で
も使用可能である。それでも軸方向の磁界均質性は許容
範囲内にある。適切な作動のため、無線周波数コイルの
アンテナ線にはすべて、できれば鳥かごコイル中のピロ
導体を除き、上記電流強度制御手段を設けなければなら
ない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による磁気共鳴装置の系統図、第２図及
び第３図は夫々異なる関連する無線周波数コイルでの電
流強度と磁界分布を示す図、第４図は関連する無線周波
数コイルの回路図である。 ２．４・・・マグネット装置、６，８・・・電力供給源
、１０・・・磁気コイル、１２・・・無線周波数源、１
４・・・信号増幅器、１６・・・整流器、１８・・・中
央制御装置、２０・・・変調器、２２・・・デイスプレ
ィモニター２４・・・無線周波数発振器、２６・・・冷
却＠置、２７・・・冷却ダクト、２８・・・測定空間、
４０・・・対称軸、４２・・・電流分布、４４・・・磁
界分布、４５・・・頂点、４６・・・分散磁界、４８・
・・対称面、５０．６０・・・アンテブ線、５４・・・
ｉｌ流路、６２．６４・・・回路、６６・・・インピー
ダンス、６８・・・す７クタンス。 特許出願人　エヌ・ベー・フィリップス・フルーイラン
ベンフ？ブリケン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、安定磁界を生じさせるマグネット装置と、勾配マグ
   ネット装置と、円筒面に亘って軸方向に延びる相互に平
   行な電流路が導入される無線周波数コイルより成る無線
   周波数コイル装置とから構成される磁気共鳴装置であつ
   て、無線周波数コイルが相互に平行かつ対称軸に平行に
   延びる電流路で測定された、不定の電流強度を生じさせ
   る電流導体より成ることを特徴とする磁気共鳴装置。 ２、無線周波数コイルが、円筒面と対称軸から分岐する
   経路をコイルの軸の片端または両端付近にて辿る電流導
   体より成ることを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴装
   置。 ３、無線周波数コイルが、円筒面に配置された電流路に
   効果的に不定電流強度をもたらす局部遮蔽アンテナ線よ
   り成ることを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴装置。 ４、無線周波数コイル装置のコイルが、円筒面に配置さ
   れた電流路に不定の電流強度をもたらす１個またはそれ
   以上の補助コイルより成ることを特徴とする請求項１記
   載の磁気共鳴装置。 ５、無線周波数コイル装置のコイルが、軸方向に延びた
   電流を流す電流導体の一部に亘つて接続されたＬＣ回路
   より成ることを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴装置
   。 ６、３個またはそれ以上の軸方向に順次のＬＣ回路が、
   夫々電流を流す軸方向の電流導体に設けられていること
   を特徴とする請求項５記載の磁気共鳴装置。 ７、最適化された無線周波数コイルが鳥かごコイルとし
   て構成されていることを特徴とする請求項１乃至６のう
   ちいずれか一項記載の磁気共鳴装置。 ８、最適化された無線周波数コイルが、横断無線周波数
   コイルとして構成されていることを特徴とする請求項１
   乃至６のうちいずれか一項記載の磁気共鳴装置。 ９、最適化された無線周波数コイルが、表面コイルとし
   て構成されていることを特徴とする請求項１から６のう
   ちいずれか一項記載の磁気共鳴装置。 １０、コイル中の所望の磁界分布を基礎として、円筒面
   に配置された電流路における適宜の電流分布が、ビオ・
   サバールの法則とフーリエ解析を用いて算出され、しか
   る後に算出された電流分布を生じさせるコイルが構成さ
   れることを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれか一
   項記載の磁気共鳴装置用無線周波数コイルの設計方法。 １１、無線周波数コイルの構成のために、理想的な磁界
   分布と比較的簡単なコイル設計とを両立させるようにす
   ることを特徴とする請求項１０記載の方法。 １２、所望の電流強度のバリエーションの計算が、無線
   周波数コイルを囲む電導性の遮蔽物の存在を考慮に入れ
   ることを特徴とする請求項１０または１１記載の方法に
   したがつて設計された磁気共鳴装置。