JPH02200243A - Ｍｒｉのサーフェースコイル - 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） 本発明は磁気共鳴画像撮影装置（以下ＭＲＩという）の
サーフエースコイルの改善に関する。

（従来の技術） 原子核を静磁場中におくと、原子核は磁界の強さと原子
核の種類によって異なる定数とに比例した角速度で歳差
運動をする。これをラーモアの歳差運動という。この静
磁場に垂直な軸に前記のラーモアの角周波数の高周波回
転磁場を印加すると磁気共鳴が起こり、前記の定数を有
する特定の原子核の集団は共鳴条件を満足する高周波磁
場によって準位間の遷移を生じ、エネルギー準位の高い
方に遷移する。共鳴後高い準位に励起された原子核は低
い準位に戻ってエネルギーの放射を行う。

ＭＲＩはこの特定の原子核による核磁気共鳴（以下ＮＭ
Ｒという）現象を観察して被検体の断層像を撮影する装
置である。このＭＲＩにおいて、被検体の小部分の像を
見るためには、ボディコイルを用いるのではなく、部分
的に当てて希望する撮影部位を画像化することのできる
サーフエースコイルを用いている。このサーフエースコ
イルを用いて成る大きさの被写体を撮影する場合、最良
のＳＮ比を得るためには必要な範囲をカバーする最小限
の大きさのコイルで撮影する必要がある。このような場
合、撮影する部位の大きさによってその大きさを変える
ことのできるサーフエースコイルは非常に有用である。

（発明が解決しようとする課題） ところで、コイルの大きさを変えるとコイルのインダク
タンスが変化し、その結果共振周波数が変化するが、ス
キャンをするためにはコイルのインダクタンスの増加に
よって変化したコイルの共振周波数を目的の周波数即ち
ラーモア周波数にチューニングし直す必要があった。こ
の再チユーニングを行うことによりチューニング時間と
撮影時間とを加えた合計の撮影時間が長くなって効率が
悪いばかりではなく、被検者、操作者ともに大変な負担
となっていた。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、その目的は
、撮影部位の変更や、被検者の個体差によってコイルの
大きさを変えても、改めてチューニングする必要のない
ＭＲＩのサーフエースコイルを実現することにある。

（課題を解決するための手段） 前記の課題を解決する本発明は、面積を任意の大きさに
変化させるために２個に分断された最小単位のコイルブ
ロックと、Ｍ２ｇＩのコイルブロックの中間に挿入して
コイルの面積を拡大させる少なくとも１個の追加用コイ
ルブロックと、該追加用コイルブロックを追加すること
によって増加するインダクタンスとラーモア周波数で共
振する前記追加用コイルブロックに内蔵されるコンデン
サとを具備することを特徴とするものである。

又、長方形のコイルループの相対する２辺のうち少なく
とも１辺にはコンデンサを有し、他の相対する２辺には
前記コンデンサとは異なる相互に等しい容量のコンデン
サと該コンデンサに直列に接続される切り替え手段とを
有する単位コイルループが前記切り替え手段を含む辺を
共有して複数個接続され、前記各単位コイルループが共
有する辺及びその対辺のコンデンサの容量は前記ラーモ
ア周波数の平方に反比例し、他の辺のコンデンサの容量
は前記単位コイルループの面積と前記ラーモア周波数の
平方との積に反比例するものであることを特徴とするも
のである。

（作用） 上記のように構成されたコイルブロックの面積を大きく
するために追加用コイルブロックを挿入しても、各追加
ブロックによるインダクタンスの増加に対してラーモア
周波数で共振するコンデンサを内蔵しているため共振周
波数は変化しない。

又、ラーモア周波数で共振しているコイルループを複数
個接続してサーフエースコイルの面積を拡大する場合も
、各単位コイルループのコンデンサの容量が、複数のコ
イルループを接続して合成されてもその共振周波数が変
化しないように選ばれているので、面積拡大によっても
う一度チューニングする必要はない。

（実施例） 以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例の概略構成図である。

実施例の説明をする前に本実施例の原理を説明する。第
３図はサーフエースコイルの等価回路である。１図にお
いて、１はサーフニーススコイルのインダクタンスし。

で、２はこのサーフエースコイルをラーモア角周波数ω
。に共振させるためにサーフエースコイルに挿入してい
るコンデンサである。この回路はラーモア周波数で共振
しているため次式が成立する。

第４図はこのコイルの面積を増加させた場合の等価回路
である。図において、第３図と同等の部分には同一の符
号を付しである。図中、３はサーフエースコイルの面積
を増加させるために追加したコイル増加部で、このコイ
ル増加部３が加わってコイル面積が増加したことによる
インダクタンスの増加分をり、とし、このインダクタン
スし。

が増加したコイルをラーモア周波数に共振させるために
必要なコンデンサの容量を０１とすると、Ｃ３は次のよ
うにして求められる。

（１）式と（２）式から ＬｏＣ。

Ｌｏ　Ｃｏ　２　＋Ｌｏ　　ｃｏ　　Ｃ５−Ｌｏ　　Ｃ
ｏ　　Ｃ＋　　＋Ｌｔ　　Ｃｏ　　Ｃ＋Ｌｏ　　Ｃｏ　
　””　Ｌ　＋　　Ｃ１（３）式から、インダクタンス
増加分のし、と周波数ω。で共振する（４）式に示す容
量Ｃ１の追加コンデンサをコイル増加部３に直列に付加
すれば、面積の増加したサーフエースコイルの共振周波
数はサーフエースコイルの共振周波数と同じで変化しな
いことが分る。

第１図の実施例に戻って説明する。図において、１１Ａ
はコイルブロック１１Ｂと結合してサーフエースコイル
を形成するコイルブロックである。

コイルブロックＩＩＡは基体１２Ａとその上面に貼り付
けられた導体１２Ｂとで構成され、コイルブロックＩＩ
Ｂは同様に基体１３Ａとその上面に貼り付けられている
導体１３Ｂとで構成されている。１４はサーフエースコ
イルの面積を増加する時に、コイルブロックＩＩＡとコ
イルブロック１１Ｂとの中間に挿入する追加ブロックで
、２個の基体１５Ａと２個の導体１５Ｂと前記２個の基
体１５Ａの位置を固定するための橋絡部１５Ｃとで構成
されている。第２図は追加ブロック１４の詳細図である
。図において、第１図と同等の部分には同一の符号を付
しである。図中、１７はインダクタンスＬ１の増加分に
対応して（４）式を満足する容量ＣＩのコンデンサであ
る。コンデンサ１７は追加ブロック１４を構成する２辺
の導体１５Ｂのうち１辺の中央で切断された導体１５Ｂ
の切断部分の両側に、追加ブロック１４のインダクタン
スＬ、と直列回路を構成するように接続されている。

次に、上記のように構成された実施例の動作を説明する
。被検体の狭い面積の部分を観察する時は、コイルブロ
ック１１Ａとコイルブロック１１Ｂとを接続する。導体
１２Ｂと導体１３Ｂとはそれぞれ基体１２Ａと基体１２
Ｂとに対して一方が突出している部分では他方は引っ込
んでいて組み合わせられるようになっている。基体１２
Ａと基体１３Ａとは取り付は手段で接続されているが、
図示していない。サーフエースコイルの面積を増やす時
は、コイルブロックＩＩＡとコイルブロックＩＩＢを分
離して、中間に追加ブロック１４を挿入する。追加ブロ
ック１４にはコンデンサ１７が導体１５Ｂの中間に直列
に挿入されているので、コイルブロック１１Ａ、追加ブ
ロック１４及びコイルブロック１１Ｂから成る拡大され
たサーフエースコイルの共振周波数はラーモア周波数か
らずれることはなく、サーフエースコイルの大きさを変
えてもチューニングが不必要である。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものではない。サ
ーフエースコイルの面積を更に大きくするために複数個
の追加ブロックを用意する場合、そのブロック中に第２
図に示すように、そのブロックを追加することによるイ
ンダクタンスの増加分に対してラーモア周波数で共振す
る容量を持つコンデンサを取り付けることにより、ブロ
ックを追加して面積を大きくしてもその共振周波数が変
化しないサーフエースコイルが得られる。この場合の等
価回路は第５図に示す通りである。図において、Ｌｘ、
Ｌｓ、・・・、Ｌ、はそれぞれ追加された複数のブロッ
クによって増加するインダクタンスで、Ｃ２＋ＣＩ・・
・、Ｃ１は各追加ブロックに内蔵されているコンデンサ
で、次式を満足する容量が選ばれている。

以下余白 ＬＩＣ３Ｌ−Ｃ− 又、サーフエースコイル中にコンデンサを複数個分布さ
せた場合も、その合成容量を第４図の０１に等しくする
ように選べば同様の効果を得ることができる。

第６図は本発明の他の実施例の回路図である。

この実施例においても、長方形のサーフエースコイルに
ついて説明する。図において、２０は相対ｔ６２辺ａｔ
　、ａｚに容量Ｃのコンデンサが直列に回路に挿入され
、他の相対する２辺のうちｂ１辺はスイッチＳ　Ｗ　＋
と容量がＣ′のコンデンサとの直列回路で構成され、他
のｂ２辺はスイ・ソチＳＷｚと容１１が同じＣ′のコン
デンサとの直列回路で構成されたループをなしているル
ープＦで、ＲＦ傷信号スイッチＳｗｌ　’を介して辺ａ
２のコンデンサＣの両端に供給されている。２１はルー
プＦ２０と同様な回路構成で、ｂ２辺をループＦ２０と
共有し、同じくスイッチＳＷ、とコンデンサＣが直列に
挿入されている辺ｂ３をループＨ２２と共有しているル
ープＧである。以下、ループ０２１〜ループＪ２３はは
同様に相対する２辺をそれぞれ隣接のループと共有し、
ループに２４はループＦ２０と同様にスイッチＳＷ９と
コンデンサＣ′の直列回路が挿入されているす、辺をル
ープＪ２３と共有しており、ｂ６辺にはコンデンサＣ′
とスイッチＳＷ６とが直列に挿入されている。ループ０
２１〜ループに２４の閉回路はループＦ２０と同じ回路
構成で、それぞれスイッチＳＷ、　　、　スイッチＳＷ
ｉ　　、　　スイッチＳＷ。

及びスイッチｓｗ、’　を介してＲＦ傷信号供給されて
いる。各供給点から各線路の合流点りまでの電気的な長
さはそれぞれ等しい。又、スイッチＳＷ、、ＳＷ２　、
・・・、ＳＷｂ及びスイッチＳＷ＋　　、ＳＷ２　　、
・・・、ｓｗ、’は何れも外部から操作されるスイッチ
で、機械的に操作されるものでも、電気的に操作される
ものでもどちらでも使用することができる。

第７図は電気的制御によって切り替えるスイッチＳＷ＋
　、ＳＷ２　、・・・、ＳＷａに用いるスイッチの一例
の回路図である。図において、３０はコンデンサＣ′に
並列にコイルＬをダイオード３１を介して接続して作ら
れた例えば第６図のＳＷ、。

ＳＷ２等に相当するスイッチ回路で、コンデンサＣ′と
コイルＬとはラーモア周波数ω。に共振するように選ば
れており、ダイオード３１の両端は交流阻止回路３２と
３３に接続されている。このスイッチ回路３０において
、交流阻止回路３２に正電圧を交流阻止回路３３に負電
圧を与えるように直流バイアスを加えると、ダイオード
３１は導通してスイッチ回路３０は閉回路となり、コイ
ルＬとコンデンサＣ′は並列共振回路を構成する。

この並列共振回路はラーモア周波数ω。に対しては高イ
ンピーダンスを呈してスイッチＳＷ、。

ＳＷ２等は開放された状態と等価になる。交流阻止回路
３２．３３はスイッチ回路３０において共振した信号を
バイアス回路に逃がさないために阻止し、又バイアス回
路からのノイズを阻止する回路である。直流バイアスが
０になるか極性が逆になるとダイオード３１は開放とな
り、スイッチＳＷ、、ＳＷ２等は閉の状態になる。

次に第６図の回路の動作を説明する。ループＦ２０につ
いて考える。その１辺の長さｇが固定で、他の辺の長さ
Ｘが変化するものとし、Ｘとｇとがある関係条件を満た
すとき、インダクタンスＬは次の（５）式のようにＸに
略比例することが知られている。ａ’　−ａａｊｌとす
ると、Ｌｍａ’　ｘ＋ｂｍａ　ｍｌ　ｘ＋ｂ＝ａｓ、＋
ｂ・・・（５） ここで、ａ、　　ｂ・・・線材の形状等で決まる定数Ｓ
ｏ・・・ループＦ２０の面積 （５）式を図示すると、第８図のような直線になる。

ＳＷｒ　、ＳＷ２及びｓｗ、’を閉じた時のループＦ２
０の動作を説明する。ループＦ２０の全体の面積をＳ。

、インダクタンスをＬ’ｌ＋　キャパシタンスをＣＩと
する。この時のループの共振角周波数をω１とすると、
（５）式から ・・・　（６） ここで、第６図のループＦ２０の回路内のコンデンサｃ
、　ｃ’の値を次に示す値に選ぶ。

Ｃ−・・・（７） ωｏ’ａＳ。

ω。・・・ラーモア周波数 ２個直列に接続された（７）式のＣと２個直列に接続さ
れた（８）式のＣ′とを直列に接続すると、合成容量Ｃ
４は（７）、（８）式から 以下余白 −−１／　１１／　（ω。’　　ａ　Ｓｏ　）Ｉ＋１／
　　（１／　（ω。′　ｂ）） ”　ω６２ａ　Ｓ　６　　＋　ωｏ　２ｂ閣ω。’　　
（ａＳｏ　＋ｂ） （６）式と（９）式から ω０　　１ω鳳 となり、ループＦ２０はラーモア周波数ω。で共振する
ことが分る。

次にスイッチＳＷ、を開放し、スイッチＳＷ。

を閉じて、ループＦ２０とループＧ２１を加えたループ
で動作させる場合を考えると、この時の面積は２ＳＯと
なる。（ループＦ２０＋ループＧ２１）のループの合成
インダクタンスをＬ　ｌ　＋　２　、合成容量をＣ１＋
２とすると次式が成立する。

・・・　（１０） このループは４個直列に接続されたＣと２個直列に接続
ｓｔ’５だＣ′とが直列接続されているので、合成容量
ＣＩ＋２は（７）、　　（８）式から一２ωｏ　’　　
＊　ａＳｏ　＋（ｌＪｏ　’　ｂ−（ＬＩＯ’　　（２
ａ　Ｓｏ　”、　ｂ）　　　　−（１１）（１０）、（
１１）式から ω１，２２−ω。２ 従って（ループＦ２０＋ループＧ２１）のループもω。

で共振する。同様の手順でｎ個のループを繋いで１ルー
プにしたときの共振周波数ω、は次式のようになる。面
積はｎＳ（、なのでこのループでは２００個直に接続さ
れたＣと２個直列に接続されたＣ′が直列接続されてい
るので、合成容量Ｃ１は ブの数がｎ個とすると、その総数は （ｎ　（ｎ＋１）ｌ　／２通りである。

尚、上記実施例の回路から辺ａｌ　ｔ　　８３　ｒ　　
ａｌ　ｈａ？＋８９に挿入されているコンデンサＣを省
くことができる。この場合、辺８２　＋　　８４　ｒ　
　８６　＋８８＋ａＩＯに挿入されているコンデンサＣ
の容量を次に示す値にする。

＝　ｎ　（Ｌ）０　　”　　ａ　Ｓ　６　　＋　（ｃＪ
６２ｂｍ（ｉＪｏ　’　　（ｎａＳ、＋ｂ） ・°・ω−２−ω０２ 即ち、ω、２−ω。′となり、ｎ個接続されたループで
もω。で共振する。

上記のようにループＦ２０〜ループに２４はそれぞれ接
続して面積を大きくすることができるが、その組み合わ
せは隣接コイルを加えて種々に変えることが出来るので
、変化する組み合わせの総数は（５ｘ６）／２−１５と
なる。単位コイルルー以上説明したように本実施例によ
れば、撮影する場所、大きさによりスイッチを切り替え
て大きさを変えることができる。従来はその都度チュー
ニングする必要があったが、本実施例ではループを種々
組み合わせても共振周波数はω。なので、チューニング
が不必要となるため、１つの撮影と次の撮影の間の時間
が大幅に減少し、合計撮影時間が短くてすみ、効率のよ
い診断が行われ、被検者や操作者の負担が大幅に軽減す
る。

この方式によるサーフエースコイルにおいて、第９図に
示すようにすることができる。図において、第６図と同
一の符号を用いである。この実施例のようにループＨ２
２を必ず使用するようにすれば、給電部をループＨ２２
にのみ設けて簡素化できる。この回路では給電点から左
右対称に単位コイルループが（２ｎ＋１）個あるとする
と、使用可能なループ数は（ｎ＋１）’ａりである。

（発明の効果） 本発明は上述の通りに構成されているので、次に記載す
る効果を奏する。

２個のコイルブロックによって構成されているサーフェ
スコイルの面積を拡大する請求項１のコイルの場合、コ
イルブロックを分離して、中間に用意された所望の長さ
の追加用コイルブロックを挿入することにより、ラーモ
ア周波数に共振する所望の面積のサーフエースコイルを
得ることができる。

請求項２のサーフエースコイルにおいては、切替え手段
を制御することにより単位コイルループを電気的に接続
してサーフエースコイルり面積を大きくすることができ
るが、各単位コイルループのコンデンサの容量は各単位
コイルループの複数個の電気的接続によっても共振周波
数が変化しないように選ばれているので、面積を変化し
ても共振周波数は変化しない。従って、何れの場合も撮
影部位の変更や、被検体の個体差によってコイルの大き
さを変えても、改めてチューニングする必要のないサー
フエースコイルを実現することができて、実用上の効果
は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のサーフエースコイルの概略
構成図、第２図は第１図の実施例の追加ブロックの細部
構造図、第３図は単位サーフエースコイルの等価回路図
、ｍ４図は追加コイルブロックを加えた場合の等価回路
自、第５図は複数の追加ブロックを加えた場合の等価回
路図、第６図は本発明の他の実施例の回路図、第７図は
第６図の実施例に用いられるスイッチの一例の図、第８
図は単位コイルループの１対の相対する辺の長さを変え
た時のインダクタンスの変化を示す曲線図、第９図は第
６図の実施例の給電点を１箇所にした場合の回路図であ
る。 １１Ａ、ＩＩＢ・・・コイルブロック １２Ａ、１３Ａ、１５Ａ・・・基体 １２Ｂ、１３Ｂ、１５Ｂ・・・導体 １４・・・追加ブロック　　　１５Ｃ・・・橋絡部１７
・・・コンデンサ　　　　２０・・・ループＦ２１・・
・ループＧ　　　　　　２２・・・ループＨ２３・・・
ループＪ　　　　　　２４・・・ループに３０・・・ス
イッチ回路 特許出願人　横河メディカルシステム株式会社第 ２図 第３ 図 第４ 図 ニー弐 ゝ３コイル増加部 第 図 ≧　− 第７図 第８図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）面積を任意の大きさに変化させるために２個に分
   断された最小単位のコイルブロックと、該２個のコイル
   ブロックの中間に挿入してコイルの面積を拡大させる少
   なくとも１個の追加用コイルブロックと、該追加用コイ
   ルブロックを追加することによって増加するインダクタ
   ンスとラーモア周波数で共振する前記追加用コイルブロ
   ックに内蔵されるコンデンサとを具備することを特徴と
   するＭＲＩのサーフェースコイル。
2. （２）長方形のコイルループの相対する２辺のうち少な
   くとも１辺にはコンデンサを有し、他の相対する２辺に
   は前記コンデンサとは異なる相互に等しい容量のコンデ
   ンサと該コンデンサに直列に接続される切り替え手段と
   を有する単位コイルループが前記切り替え手段を含む辺
   を共有して複数個接続され、前記各単位コイルループが
   共有する辺及びその対辺のコンデンサの容量は前記ラー
   モア周波数の平方に反比例し、他の辺のコンデンサの容
   量は前記単位コイルループの面積と前記ラーモア周波数
   の平方との積に反比例するものであることを特徴とする
   ＭＲＩのサーフェースコイル。