JPH0222347B2 - - Google Patents

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JPH0222347B2
JPH0222347B2 JP57140470A JP14047082A JPH0222347B2 JP H0222347 B2 JPH0222347 B2 JP H0222347B2 JP 57140470 A JP57140470 A JP 57140470A JP 14047082 A JP14047082 A JP 14047082A JP H0222347 B2 JPH0222347 B2 JP H0222347B2
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coil pair
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Jiiboruto Horusuto
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Siemens Corp
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    • G01R33/32—Excitation or detection systems, e.g. using radio frequency signals
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  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は核スピン共鳴技術例えばツオイグマ
トグラフイに使用される画像形成装置において高
周波磁場を発生するための磁石系に関する。この
磁石系では一つの想定円筒面に置かれた一対の磁
石コイルが少くとも近似的に一様な円筒軸から半
径方向に向かう高周波磁場を作る。この種の磁石
系の一つはヨーロツパ特許出願公開EP21535A1
号明細書に記載され公知である。
医学診断の分野では対象とする人体内のスピン
密度分布又は緩和時間分布からの陽子共鳴信号を
計算機技術又は測定技術により分析しＸ線トモグ
ラフと同様な画像を構成する画像表示方式が提案
されている。この方法はツオイグマトグラフイ又
は核スピントモグラフイと呼ばれている
（“Nature”，242（1973），p.190−191）。
核スピン共鳴を利用する場合対象人体は均等な
強磁場内に置く。この基底磁場はｘ−ｙ−ｚ座標
系のｚ方向に向ける。基底磁場Bozに静的又はパ
ルス状のグラジエント磁場を重ねる。更に基底磁
場に垂直にできるだけ均等な高周波磁場を作る。
この磁場B1は例えばｘ方向に向けられｘ方向の
単位ベクトルｅ→xを使用してB1＝Bxｅ→xcoswtとし
て表わされ対象人体の核スピン磁化をｚ方向から
外してxy面に移す。このように作られた磁化は
ｚ軸の回りにプレセツシヨンを起し、ｘ方向又は
ｙ方向に向けられた受信コイルに電気信号を誘起
し、この信号が増幅され計測される。特別な受信
コイルを設ける代りに高周波励起コイルを検出に
使用してもよい。
核スピン磁化の励起に対して物理的に有効なの
はスピンのプレセツシヨンと同じ向きに回転する
成分だけであり、逆向きに回転するものは無効で
ある。
ツオイグマトグラフイにおいては受信コイルに
誘起された信号のSN比は基底磁場Bo＝2πf／γ
と共に増大する。ここでｆは核スピンのプレセツ
シヨン周波数であり、γは陽子の磁気回転比であ
る。その値は例えば陽子の場合2π・42.57MHz／
Teslaとなる。作られた断層像の質はSN比に関
係するから基底磁場Bozを大きくし、それによつ
て高い周波数Ｆ＝γ・Boz／2πが得られるように
努力されて来た（J.Phys.E：Sci.Instrument，
〔13〕（1980），p.38〜44）。しかし従来のツオイグ
マトグラフイ装置では物理的の理由から約5MHz
という低い周波数だけが使用可能であり、周波数
がこれより高くなると対象物体内に渦流の発生が
認められる。生体の組織も電気伝導度が0.5Ω
-1／ｍ程度であつて導電性と見なければならな
い。渦流は表皮効果によつて物体内部の高周波磁
場を弱めそれを不均等にする。従つて周波数を高
くしてSN比を大きくすることは公知の核スピン
共鳴装置においては簡単には実現されない。
この発明の目的は核スピン共鳴設備の画像形成
装置に使用される磁石系を改良して例えば20MHz
又はそれ以上の高周波数の使用を可能にし、それ
によつて比較的高いSN比が達成されるようにす
ることである。
この目的はこの発明により、円筒形容積を区画
する円筒面にあつて互いに直径上で対向する２つ
のコイルから成り、第１回路を構成する第１コイ
ル対を含むコイル組が１つの円筒形容積の円筒軸
に対して半径方向の高周波磁場発生用として設け
られている核磁気共鳴イメージング装置に対する
高周波磁場発生磁石系において、高周波交流磁場
発生用のコイル組が円筒形容積の円筒面あるいは
この円筒面に同軸の別の円筒面上に置かれた一直
径上で対向する２つのコイルから成る少なくとも
１つの第２コイル対を含み、このコイル対が第２
回路を形成し、２つのコイル対は、第１と第２の
回路にほぼ等しい大きさで所定の位相差を有する
交流が流れるときコイル組によつて円筒形容積内
に作られた高周波磁場が円偏極となるように構成
されかつ円筒面の周囲方向に互いにずらして配置
されることによつて達成される。
この発明によるコイル系の構成によつて得られ
る利点の一つは、このコイル系が作る円偏極高周
波磁場が公知の装置より勝れた身体浸透特性を示
すことである。これは例えば20MHzという高い周
波数においては直線偏極磁場よりも円偏極磁場の
方が磁場の強さの低下が確実に小さいことに基づ
くものである。このことはこの程度の高い周波数
において核磁気共鳴イメージング装置のSN比を
高くできることを示している。
上記の目的はまた、円筒形容積を区画する円筒
面上に置かれたコイルから成り、第１回路を構成
する第１コイル対を含むコイル組が１つの円筒形
容積の円筒軸に対して半径方向の高周波磁場発生
用として設けられている核磁気共鳴イメージング
装置に対する高周波磁場発生磁石系において、コ
イル組が円筒面あるいはこの円筒面に同軸の別の
円筒面上に置かれた２つのコイルから成る少なく
とも１つの第２のコイル対を含み、このコイル対
が第２回路を形成し、各コイル対の両方のコイル
がそれぞれ円筒形容積の円筒軸に対して傾斜する
切断面内に置かれてコイルが楕円形になつてお
り、各コイル対の両切断面が所定の角度で交わ
り、両切断面の交線がそれぞれ円筒軸を同じ点で
垂直に切り、各コイル対の切断面の交線間の角度
は、コイル対が形成する回路にほぼ等しい大きさ
で所定の位相差を有する高周波交流を流したとき
コイル組によつて円筒形容積内に作られた高周波
磁場が円偏極となるように決められることによつ
て達成される。
この高周波コイル系の構成によつても上記の利
点が得られる。
この発明の実施例を示した図面についてこの発
明を更に詳細に説明する。
この発明による磁石系を使用する核スピン共鳴
技術例えばツオイグマトグラフイの実施装置は公
知の磁石コイル装置を基本にしている。この磁石
コイル装置の例は西独国特許出願公開第2840178
号又はヨーロツパ特許出願公開EP第21535A1号
の明細書に記載されている。この磁石コイル装置
は直角座標系のＺ軸に対して同軸的に設けられ一
様なｚ方向の基底磁場を作る通常伝導又は超伝導
コイル系と一様な磁場の勾配を作るグラジエン
ト・コイルを備える。この磁場コイル系はその中
心部にある一様な磁場区域に対象物例えば人体を
ｚ方向に入れることができるようになつている。
核スピンの励起は少くとも一つの同軸支持体にと
りつけられｚ方向に向けられたコイルが作る高周
波磁場による。この磁場は例えば少なくとも１つ
の中心支持体に取り付けられるか、あるいは準自
立的に一つの想定円筒面上に設けられたコイル組
によつて作られる。それに並んで一つの円筒形容
積を区画する円筒側面上に置かれたコイルが核磁
気共鳴信号受信コイルとして使用される。これに
代わつて別の受信系を例えばコイル支持体の内部
又は外部に同軸的に配置してもよい。勾配磁場コ
イルと高周波コイルはいずれも検査体を磁場コイ
ル系区域において包囲する。
上記の核スピン共鳴装置に対して第１図に示し
た磁石系を高周波磁場の発生用として採用するこ
とができる。この磁石系はコイル４と５および６
と７から成るコイル対２と３を備え、コイル対２
とコイル４と５は破線で示した支持体９の外側に
置かれ、コイル対３のコイル６と７はその内側に
置かれている。支持体９は中空円筒形に作られ、
その円筒軸は直角座標系（ｘ，ｙ，ｚ）のｚ方向
に向いており、円筒形容種を区画する円筒面を形
成している。磁石コイル４乃至７はくら形に作ら
れ、xy面上の開き角αは120゜である。各コイル対
のコイル４，５又は６，７は円筒支持体の外側面
又は内側面に一つの直径上に対向して配置され、
コイル対２とコイル対３は周回方向において互に
90゜回転して配置されている。これによつてコイ
ル対のコイルはその両方の縁端部が重なり合つて
いる。この発明によりコイル対２のコイル４と５
には第二のコイル対３のコイル６と７を流れる電
流I2に対して90゜移相した電流I1が流れる。電流I1
とI2の大きさは少くとも近似的に等しくする。こ
れによつて円筒支持体９が囲む内室内に充分一様
な円偏極高周波磁場が作られる。
第２図に示した実施例は第１図の実施例に比べ
て製造技術上はより簡単なものであるが第１図の
磁石系の開き角α120゜をα′＝180′に拡げることに
よつて第２図の磁石系が得られる。各コイル対の
二つのくら形コイルを結合する直線導体片はこの
場合二つのコイル対に共通の導体片１０，１１又
は１２，１３にまとめられる。端面においては各
コイル対に対して一つの補助導体環が必要とな
る。図の斜視図では第一コイル対１７の両導体環
１５，１６と第二コイル対１９の一つの導体環１
８だけ見えている。各コイル対を流れる電流I1お
よびI2の方向は導体を表わす線につけた矢印で示
される。電流I1は電流I2に対して90゜移相してい
る。第２図の磁石系は第１図のものに比べてオー
ム抵抗が低くコイルのＱ値が高い。更にそのコイ
ル対１７と１９の導体の交叉点は両コイル対が支
持体９の外側面に設けられているとき４個所だけ
である。これに反して第１図の磁石系では外側に
とりつけたとき交叉点は８個所となる。
円筒形支持体にとりつける磁石コイルは第１図
および第２図のものとは異つた形状にすることが
できる。例えば各コイル対の磁石コイルとして交
叉する二つの楕円形コイルが使用できる。このよ
うなコイル対の実例を第３図に示す。図は直角座
標系のｙ軸の方向に見たもので点破線で示したＺ
軸方向の軸を持つ円筒形容積を区画する円筒面を
形成する円筒支持体９の外側面に二つの互に交叉
する楕円形コイル２１，２２が設けられている。
両コイル２１，２２は支持体９の円筒軸に対して
傾斜する切断面内に置かれ、その両切断面、すな
わち両コイル２１，２２は所定の角度α″で交わ
つている。この交叉角α″は例えば約78゜である。
各コイル対の両切断面の交線はそれぞれ円筒軸を
同じ点で垂直に切る。この発明において使用され
る円偏極度周波磁場を作るためＺ軸の回りに90゜
回転した補助コイル対が必要であり、このコイル
対は例えば支持体９の内側面に設けられる。この
コイル対のコイルは図面に破線２３で示されてい
る。各コイル対の切断面の交線間の角度は、コイ
ル対が形成する回路にほぼ等しい大きさで所定の
位相差を有する高周波交流を流したときコイル組
によつて円筒形容積内、すなわち支持体９内に作
られた高周波磁場が円偏極となるように決められ
ている。矢印で示した両コイル対の電流I1，I2の
通流方向はここでも互に90゜移相されている。
第１図乃至第３図に示した磁石系の原形は一つ
又は複数の同軸円筒の側面に円筒の周回方向に
90゜回転して配置した二つのコイル対が設けられ、
導電体が存在しないとき円偏極高周波磁場を作る
ため両コイル対に互に90゜移相した電流が流れる
ようにしたものである。このような高周波磁場を
作るためには場合によつて２個以上のコイル対を
設けることも可能であるが、この場合それらを流
れる電流の移相角はコイル対の個数に応じて低下
させなければならない。
核スピン共鳴技術特にツオイグマトグラフイに
おいて使用される画像形成装置の主要部分のブロ
ツク接続図を第４図に示す。この装置にはこの発
明による磁石系が高周波磁場発生に使用され、制
御計算機（StR）２５が全体の経過を制御する。
移相器（Ph）２９，３０を通して高安定発振器
（FG）３１から基底周波数を供給される単測波帯
変調器（Mod）２７，２８に対してはパルスフ
オーマー（PF）２６によつてパルス包絡形の変
調信号が作られ、加算器（Add）３２を通して高
周波信号Sxが与えられる。この発明の磁石系に
必要な90゜移相した給電電圧はブロツク（Ｂ）３
３内で二つの様式で作られる。この二つの様式は
第５図と第６図の接続図に示されている。第５図
の回路では制御信号Sxがまずハイブリツド回路
（HS）３５において二つの互に移相した成分に分
割され、続いて別々の終端増幅器（EV）３６，
３７で増幅されて二つの互に移相した信号S1，S2
となる。第６図の場合には最初に制御信号Sxが
終端増幅器（EV）３９で増幅されるから一つの
終端増幅器で足りるがこの増幅器は第５図の増幅
器３６，３７の２倍の出力に設計されていなけれ
ばならない。更に出力分割器（LA）４０と移相
器（Ph）４１も最終出力S1に応じて設計される
必要がある。想定された終端増幅器出力は第５図
と第６図の場合で等しく全体として従来の単一コ
イル対を使用したものの想定出力の半分に過ぎな
い。
第４図によれば終端増幅器の出力信号S1とS2は
整合回路網（AN）４３，４４を通して共振整合
された磁石コイル対２又は３に与えられる。これ
らのコイル対は受信コイルとしても使用され、そ
れによつて高周波信号は係数２だけ、SN比は係
数√２だけ改善される。ダイオード終端部４７又
は４８は含む１／４波長区域（λ／４）４５又は
４６は送信状態から受信状態への自己制御切換器
となる。送信の場合ダイオードは高電圧を受けそ
の短絡によつて出力反射器として作用し、弱い信
号を受信したときはダイオードが高抵抗となる。
参照信号を周波数発生器３１から受ける位相感応
性の整流器（PhG）５１と５２において高周波信
号が低周波信号に変換される。適当な変換機器
（ADW）５３と５４においてデイジタル化され
た後信号は制御計算機２５において処理される。
第４図乃至第６図のブロツク接続図の二つの前
置増幅器４９，５０の代りに移相器２９に対応す
る一つの移相器を設けて出力信号例えばコイル対
３の出力信号をダイオード接続４８の後で位相移
動してもよい。この移相された信号は３２と同様
な加算器によつてコイル対２の信号と加え合わさ
れる。この和信号に対しては唯一つの前置増幅器
と位相感応整流器５１で足りる。
対象物例えば人体を近似的に非磁性の均質導電
円筒と見て円筒座標Ｚ，γ，で表わすと人体内
部の磁場は均等ではなく円筒座標γとの関数と
なる。更に核スピン磁化の励起に対してはスピン
プレセツシヨンと同じ向きに回転する高周波磁場
成分だけが物理的に有効であり逆向きに回転する
成分はそれに対して無効である。従来の核スピン
共鳴装置のようにｘ方向に直線偏極された励起磁
場について有効回転成分の半径方向の変化を調べ
ると一例として第７図の曲線群が得られる。この
ダイヤグラムの縦軸には比成分lPB〓／B1の振幅lpA
がとられている。ここでlpB〓は角周波数ωで回転
する直線偏極高周波磁場成分であり、B1は対象
物がないときのｘ方向の均等外部交流磁場の振幅
である。対象物は半径Ｒが0.2ｍ、導電率χが0.5
Ω-1／ｍの円筒であるとする。この外に直線偏極
高周波磁場の場合座標への関係が生ずるから起
点ビームのｘ軸に対する傾角を45゜とする。この
傾角において振幅の半径方向の低減が最も強く表
われる。図には種々の周波数においての曲線が画
かれている。曲線につけた数値はＭHzで表わした
使用周波数である。図から分るように例えば周波
数20MHzにおいて有効磁場の振幅は円筒の中心に
おいてその周縁部の値の67％になる。このことは
円筒物体の角座標の方向の磁場の変化により信
号従つてそれによつて作られる画像が著しい妨害
を受けることを意味している。
この点を考えてこの発明においてはｙ方向に均
等な交流磁場を作るコイル対を追加する。この追
加コイル対には主コイル対の電流に対して等大で
あり90゜移相した電流を流す。これによつて外界
には導電物体が存在しないとき均等な円偏極磁場
が作られる。核スピン磁化の励起に対してはこの
場合も角周波数ωで回転する成分ZPB〓だけが有
効である。しかしその成分の大きさは従来の直線
偏極高周波磁場の場合と異り円筒座標には関係
しない。第８図のダイヤグラムにはB1を単位と
する値ZPB〓が振幅ZPAとして縦軸にとられ横軸に
は半径Ｒが10-2ｍを単位としてとられている。曲
線の数値はここでもＭHzを単位とする周波数であ
る。第８図に見るように周波数20MHzにおいて回
転成分の振幅は中心において周縁部の値の87％に
低下するだけである。従つて有効な回転高周波成
分の空間的の変化は直線偏極高周波磁場を使用す
る従来の磁石系に比べて著しく低減していること
が分る。この発明による円偏極高周波磁場の使用
により有効回転高周波成分の侵入特性は直線偏極
磁場の場合よりも遥に有利なものとなる。
【図面の簡単な説明】
第１図、第２図および第３図はこの発明のそれ
ぞれ異る実施例を示し、第４図はこの発明の磁石
系を使用する核スピン共鳴装置のブロツク接続
図、第５図と第６図は第４図の構成の一部の詳細
図、第７図と第８図は従来の磁石系とこの発明の
磁石系との高周波磁場の有効成分の半径方向の変
化を対比して示すダイヤグラムである。 第１図において２：第一磁石コイル対、３：第
二磁石コイル対、４乃至７：磁石コイル、９：コ
イル支持体。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 円筒形容積を区画する円筒面にあつて互いに
    直径上で対向する２つのコイル４，５；１０，１
    １，１５，１６から成り、第１回路を構成する第
    １コイル対２，１７を含むコイル組が１つの円筒
    形容積の円筒軸に対して半径方向の高周波磁場発
    生用として設けられている核磁場共鳴イメージン
    グ装置に対する高周波磁場発生磁石系において、 高周波磁場発生用のコイル組が円筒形容積の円
    筒面あるいはこの円筒面に同軸の別の円筒面上に
    置かれた一直線上で対向する２つのコイル６，
    ７；１２，１３，１８から成る少なくとも１つの
    第２コイル対３；１９を含み、このコイル対が第
    ２回路を形成すること、 ２つのコイル対２，３；１７，１９は、第１と
    第２の回路にほぼ等しい大きさで所定の位相差を
    有する交流が流れるときコイル組によつて円筒形
    容積内に作られた高周波磁場が円偏極となるよう
    に構成されかつ円筒面の周囲方向に互いにずらし
    て配置されていること を特徴とする高周波磁場発生磁石系。 ２ 各コイル対２，３のコイル４乃至７が鞍形に
    作られていることを特徴とする特許請求の範囲第
    １項記載の磁石系。 ３ コイル対２，３の各コイル４乃至７の放射状
    開角（α）が少なくともほぼ120゜であることを特
    徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の
    磁石系。 ４ コイル対２，３の各コイル４乃至７の放射状
    開角（α）が少なくともほぼ90゜であることを特
    徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の
    磁石系。 ５ コイル対１７，１９の各コイルの放射状開角
    （α′）がほぼ180゜であること、同一コイル対の隣
    り合わせる鞍形コイルが互いに反対の側に円筒軸
    方向に延びる共通の直線導体片１０乃至１３を持
    つこと、この導体片の終端部分が曲げられて閉結
    環１５，１６又は１８を形成することを特徴とす
    る特許請求の範囲第２項記載の磁石系。 ６ 円筒形容積を区画する円筒面上に置かれたコ
    イル２１，２２から成り、第１回路を構成する第
    １コイル対を含むコイル組が１つの円筒形容積の
    円筒軸に対して半径方向の高周波磁場発生用とし
    て設けられている核磁気共鳴イメージング装置に
    対する高周波磁場発生磁石系において、 コイル組が円筒面あるいはこの円筒面に同軸の
    別の円筒面上に置かれた２つのコイル２３から成
    る少なくとも１つの第２コイル対を含み、このコ
    イル対が第２回路を形成すること、 各コイル対の両方のコイルがそれぞれ円筒形容
    積の円筒軸に対して傾斜する切断面内に置かれて
    コイルが楕円形になつていること、各コイル対の
    両切断面が所定の角度（α″）で交わり、両切断
    面の交線がそれぞれ円筒軸を同じ点で垂直に切る
    こと、 各コイル対の切断面の交線間の角度は、コイル
    対が形成する回路にほぼ等しい大きさで所定の位
    相差を有する高周波交流を流したときコイル組に
    よつて円筒形容積内に作られた高周波磁場が円偏
    極となるように決められていること を特徴とする高周波磁場発生磁石系。
JP57140470A 1981-08-12 1982-08-12 高周波磁場発生磁石系 Granted JPS5838846A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE31319467 1981-08-12
DE19813131946 DE3131946A1 (de) 1981-08-12 1981-08-12 "hochfrequenz-magnetsystem in einer einrichtung der kernspinresonanz-technik"

Publications (2)

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JPS5838846A JPS5838846A (ja) 1983-03-07
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