JPH04288140A - 磁気共鳴イメージング装置用高周波受信回路 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気共鳴を利用して被
検体の所望箇所を画像化する磁気共鳴イメージング装置
における高周波受信回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】磁気共鳴イメージング装置（以下ＭＲＩ
装置と記す）は、核磁気共鳴現象を利用して被検体中の
所望の検査部位における原子核スピンの密度分布，緩和
時間分布等を計測して、その計測データから被検体の断
面を画像表示するものである。均一で強力な静磁場発生
装置内に置かれた被検体の原子核スピンは、静磁場の強
さによって定まる周波数（ラーモア周波数）で静磁場の
方向を軸として歳差運動を行なう。そこで、このラーモ
ア周波数に等しい周波数の高周波パルスを外部より照射
すると、スピンが励起され高いエネルギー状態に遷移す
る（核磁気共鳴現象）。この照射を打ち切ると、スピン
はそれぞれの状態に応じた時定数でもとの低いエネルギ
ー状態にもどり、このときに外部に電磁波（ＮＭＲ信号
）を放出する。これをその周波数に同調した高周波受信
コイルで検出する。このとき、空間内に位置情報を付加
する目的で、３軸の傾斜磁場を静磁場空間に印加する。 この結果、空間内の位置情報を周波数情報として捕える
ことが可能である。

【０００３】ＭＲＩ装置では、被検体の解剖学的構造の
画像化の他に、異なったパルスシーケンスを使用するこ
とによって、組織の性質に応じて強調状態の変化した画
像を得ることもできる。これには、印加パルスのタイミ
ングや照射レベルの制御が必要であり、これらのパラメ
ータの精度が重要である。図２は照射，受信の様子を簡
単に示した図であるが、照射時にはパワーアンプ１９に
つながれた照射コイル２０より、ラーモア周波数ｆ０の
強力な照射出力３４を被検体６に印加する。次に、受信
時には被検体６より得られる微弱なＮＭＲ信号３５を受
信コイル２で検出し、プリアンプ３０に入力する。それ
ぞれのコイルは導体ループ４と共振容量３より構成され
、共にラーモア周波数に同調している。また、照射と受
信は異なった時間で行なわれ、同時に行なうことはない
。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述のように照射と受
信のコイルは同じ周波数に同調した共振回路となってお
り、比較的接近して配置されるため、これらの結合が問
題となる。特に照射コイルからの強力な照射出力が直接
受信回路に混入すると、受信コイル素子やプリアンプを
破損させる結果となる。そこで、従来は直交状態に配置
したり、これが不可能な場合はクロスダイオードと並列
共振回路より成る結合阻止回路を受信コイルに挿入し、
照射出力による電圧でクロスダイオードを導通状態にし
て、並列共振回路の高いインピーダンスで受信コイル回
路を遮断することによって対処していた。この結合阻止
回路の詳細に関しては特開昭６２−２９８３４４号に述
べられているので、そちらを参照されたい。

【０００５】この従来技術による結合阻止回路は照射出
力の供給を受けて作用するため、これに十分な照射出力
が得られることが前提になっている。つまり、クロスダ
イオードを導通状態にするだけの電圧が受信コイルに発
生する必要がある。しかし、パルスシーケンスによって
は比較的低レベルの照射出力を用いるものがあり、この
場合には十分な結合阻止作用が期待できず、受信コイル
からの結合輻射によって励起パワーが変化してしまう。 このように従来技術では高レベルの照射出力に対する受
信回路の保護という点では満足していたが、低レベルの
励起パワーが変化し、高精度に制御できないという点に
関しては考慮されていなかった。ＭＲＩ装置では、この
励起パワーレベルの精度が重要であり、これが不十分で
あるとＳＮ比の低下，スライス特性の劣化，画像強調状
態の変化といった問題が生じる。

【０００６】本発明の目的は、この従来方法による結合
阻止回路の低レベル照射時における動作の不完全性を改
善し、良好な画像を得ることができるＭＲＩ装置用高周
波受信回路を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前述問題点は、結合阻止
回路を照射出力を利用して受動的に動作させようとして
いる点に起因している。しかし、これを専用の信号ライ
ンを設けて能動的に制御することは回路が複雑となりコ
スト的にも不利である。そこで、本発明は同調周波数の
微調整用に受信コイルに接続されている可変容量ダイオ
ードを使用して、これに印加する同調電圧をパルスシー
ケンスの照射，受信に応じて制御し、結合阻止動作を実
現しようとするものである。

【０００８】ＮＭＲ信号周波数は静磁場強度により変化
し、また、受信コイルの同調点は被検体の挿入位置によ
って変動するので、これらを補正するために受信コイル
は外部同調が可能になっている。この一手段として図２
に示した受信コイル２の同調容量３に並列に可変容量ダ
イオードを接続し、この印加電圧を変化させることによ
って同調周波数を微調整する方法がある。通常は一度同
調を取ると状態を変えないかぎり、その印加電圧を維持
するようにしているが、この電圧を照射タイミングに同
期して逆極性の電圧に切り替えるように制御すれば可変
容量ダイオードが順バイアス電圧のために導通状態とな
って受信コイルの共振容量を短絡し、共振周波数を照射
周波数から離調することが可能となる。この結果、低照
射レベルにおいても結合阻止が可能となる。阻止効率が
離調だけで不十分な場合は、さらに、この順電流で前述
の結合阻止回路のクロスダイオードをターンオンするよ
うに回路を構成することによって、完全な結合阻止を期
待できる。

【０００９】

【作用】本発明によれば、従来の受信コイルにおける照
射時の結合の問題を解決し、正確な励起パワーを被検体
に印加することが可能となるため、励起パワー変動に起
因する画像のＳＮ比低下，スライス特性の劣化，強調状
態の変化といった問題を解決し、良好なＭＲＩ画像を得
ることができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
詳細に説明する。図７は本発明に係るＭＲＩ装置の全体
構成例を示す構成図である。このＭＲＩ装置は、核磁気
共鳴（ＮＭＲ）現象を利用して被検体６の断層画像を得
るもので、静磁場発生磁石１０と、中央処理装置（以下
ＣＰＵという）１１と、シーケンサ１２と、送信系１３
と、傾斜磁場発生系１４と、受信系１５と、信号処理系
１６とからなる。上記静磁場発生磁石１０は、被検体６
に強く均一な静磁場を発生させるもので、上記被検体６
の周りのある広がりをもった空間に永久磁石方式又は常
電導方式あるいは超電導方式の磁場発生手段が配置され
ている。上記シーケンサ１２は、ＣＰＵ１１の制御で動
作し、被検体６の断層画像のデータ収集に必要な種々の
命令を送信系１３及び傾斜磁場発生系１４並びに受信系
１５に送るものである。

【００１１】上記送信系１３は、高周波発生器１７と変
調器１８とパワーアンプ１９と送信側の照射コイル２０
とからなり、上記高周波発生器１７から出力された高周
波パルスをシーケンサ１２の命令に従って変調器１８で
変調し、この変調された照射パルスをパワーアンプ１９
で増幅した後に被検体６に近接して配置された照射コイ
ル２０に供給することにより、電磁波が被検体６に照射
されるようになっている。上記傾斜磁場発生系１４は、
Ｘ，Ｙ，Ｚの三軸方向に巻かれた傾斜磁場コイル２１と
、それぞれのコイルを駆動する傾斜磁場電源２２とから
なり、上記シーケンサ１２からの命令に従ってそれぞれ
のコイルの傾斜磁場電源２２を駆動することにより、Ｘ
，Ｙ，Ｚの三軸方向の傾斜磁場Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚを被検
体６に印加するようになっている。この傾斜磁場の加え
方により、被検体６に対するスライス面を設定すること
ができる。

【００１２】上記受信系１５は、受信コイル２と受信回
路２３と直交位相検波器２４とＡ／Ｄ変換器２５とから
なり、上記送信側の照射コイル２０から照射された電磁
波による被検体６の応答の電磁波（ＮＭＲ信号）は被検
体６に近接して配置された受信コイル２で検出され、受
信回路２３及び直交位相検波器２４を介してＡ／Ｄ変換
器２５に入力してデジタル量に変換され、さらにシーケ
ンサ１２からの命令によるタイミングで直交位相検波器
２４によりサンプリングされた二系統の収集データとさ
れ、その信号が信号処理系１６に送られるようになって
いる。この信号処理系１６は、ＣＰＵ１１と、磁気ディ
スク２６及び光ディスク２７等の記録装置と、ＣＲＴ等
のディスプレイ２８とからなり、上記ＣＰＵ１１でフー
リエ変換，補正係数計算，画像再構成等の処理を行ない
、任意断面の信号強度分布あるいは複数の信号に適当な
演算を行なって得られた分布を画像化してディスプレイ
２８に表示するようになっている。なお、本図において
、照射コイル２０と受信コイル２及び傾斜磁場コイル２
１は、被検体６の周りの空間に配置された静磁場発生磁
石１０の磁場空間内に配置されている。

【００１３】ここで本発明による受信回路２３及び受信
コイル２の構成図を図１に示す。受信コイル２は基本的
にはコイルを形成する導体ループ４と共振容量３（Ｃ１
〜３）より構成される。導体ループ４のインダクタンス
と共振容量３のキャパシタンスでＮＭＲ信号周波数に同
調した共振回路を成している。１つの共振容量（Ｃ２）
には可変容量ダイオード５（Ｄ１）が接続されており、
コイル端子３３の端子ａに印加される直流電圧によって
同調周波数を制御できるようになっている。可変容量ダ
イオード５は逆バイアス電圧によって接合間容量が大き
く変化し、電圧が高いほど容量が低下する性質を持った
素子である。そこで、図１の端子ａに正極性の電圧を与
え、これを調整することによって、図３に示すように最
大感度となる共振周波数を信号周波数ｆ０に一致させる
ことができるのである。

【００１３】導体ループ４はもう一つの共振容量（Ｃ３
）によって分割されており、これを含めて照射時の結合
阻止回路１がクロスダイオード８（Ｄ２，３）とコイル
９（Ｌ）により構成されている。コイル９のインダクタ
ンスは共振容量（Ｃ３）と共に照射周波数に同調されて
おり、受信コイル２に混入した照射出力でクロスダイオ
ードがターンオンすると並列共振状態となり、高いイン
ピーダンスで受信コイル回路を遮断するように働いて、
強力な照射出力から受信コイル２やこれに接続されてい
る受信回路２３を保護するようになっている。結合阻止
回路１に並列に接続されている抵抗器（Ｒ２）は可変容
量ダイオード５に逆バイアス電圧を与えるためのもので
、逆バイアス電流は微小なので受信動作に影響を与えな
いように高い抵抗値が選ばれている。また、受信信号は
非常に微弱なので、結合阻止回路１はクロスダイオード
８によって遮断されており、受信時に影響を及ぼすこと
はない。

【００１４】受信回路２３はプリアンプ３０と同調電圧
を出力するためのＤ／Ａコンバータ７から成る。抵抗器
（Ｒ１）はＤ／Ａコンバータ出力の電流制限抵抗である
。シーケンサ１２からのディジタルデータが制御端子３
１に与えられ、同調電圧を制御する。受信出力３２は直
交位相検波器２４に接続される。クロスダイオード８に
使用される高周波ダイオード（Ｄ２，Ｄ３）の電圧−電
流特性は図４に示すように順方向電圧降下ＶＦ（通常は
０．６Ｖ付近）よりも高い電圧で崩壊的に電流が流れる
特性となっている。従って、このＶＦよりも高い電圧が
クロスダイオード８にかかるような照射出力がなければ
結合阻止回路１が働かないことになる。このため、図５
に示すように照射出力に対する実際に被検体に印加され
る励起パワーの特性が非直線となり、低い照射レベルで
受信コイルの結合による輻射で励起パワーが大きくなる
という問題が生じる。

【００１５】これを解決するために、照射時にはＤ／Ａ
コンバータ７から端子ａに負電圧を印加する。すると、
可変容量ダイオード５とクロスダイオード８の（Ｄ２）
が順バイアスされ、接地された端子ｂからコイル９を通
して順電流が流れる。この結果、クロスダイオード８が
強制的にターンオンするため、結合阻止回路１が十分に
働いて結合輻射が無くなり、リニアな励起パワーの印加
が可能となる。このとき、電流制限抵抗（Ｒ１）は十分
な順電流を流せ、かつ、信号受信に影響を与えない抵抗
値を選ぶ必要がある。また、抵抗器（Ｒ２）は高抵抗な
ので順電流はこちらにはほとんど流れない。

【００１６】端子ａへの印加電圧のタイミング図を図６
に示す。同図のように照射中には負極性でダイオード（
Ｄ１，Ｄ２）をターンオンする電圧Ｖ２を与え、受信中
には予め設定した正極性の同調電圧Ｖ１を与えるように
シーケンサ１２よりＤ／Ａコンバータ７を制御する。 本発明は特に低照射レベル時の結合阻止に有効であり、
低励起パワーを要求するパルスシーケンスや導体ループ
４が小さく、結合量の低くなる局所受信コイルでの結合
阻止に有用である。

【００１７】

【発明の効果】以上述べたように本発明による受信回路
では照射時の受信コイルによる結合輻射の問題を従来の
構成のままで安価に解決することができるため、低いレ
ベルから高いレベルまで正確に励起パワーを被検体に印
加することが可能となり、各種パルスシーケンスにおけ
るＳＮ比を改善し、スライス特性を向上し、望まれる強
調状態を正確に実現しうるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】受信コイル及び受信回路構成図。

【図２】照射，受信概要説明図。

【図３】同調特性説明図。

【図４】ダイオード特性説明図。

【図５】励起パワー特性説明図。

【図６】印加電気タイミング説明図。

【図７】ＭＲＩ装置全体構成図。

【符号の説明】

１　　結合阻止回路 ２　　受信コイル ３　　共振容量 ４　　導体ループ ５　　可変容量ダイオード ６　　被検体 ７　　Ｄ／Ａコンバータ ８　　クロスダイオード ９　　コイル ２３　　受信回路 ３０　　プリアンプ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被検体に静磁場を与える磁気回路と、前記
   被検体にスライス傾斜磁場、リードアウト傾斜磁場及び
   位相エンコード傾斜磁場を印加する傾斜磁場コイルと、
   前記被検体の組織を構成する原子の原子核に磁気共鳴を
   起こさせる高周波パルスをある所定のパルスシーケンス
   で繰り返し印加する照射コイルと、磁気共鳴信号を検出
   する受信コイルと、前記検出信号を使って対象物体の物
   理的性質をあらわす画像を得る画像再構成手段とを備え
   た磁気共鳴イメージング装置において、前記受信コイル
   にパルスシーケンスの照射，受信のタイミングに同期し
   て極性の異なる直流電圧を印加する回路を具備し、受信
   コイルに接続されたダイオードにこれを供給する構造を
   有することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置用高
   周波受信回路。
2. 【請求項２】前記の直流電圧を受信コイルのダイオード
   に対して、受信時には逆バイアス，照射時には順バイア
   スとなるように電圧印加方向を特定し、受信時にはこの
   逆バイアス電圧を調節してダイオードの接合間容量の変
   化を利用した受信周波同調素子として使用し、照射時に
   は順バイアス電圧によってダイオードを導通状態にして
   、受信コイル回路を短絡することによって受信回路の保
   護および結合輻射の解決を可能とした特許請求の範囲第
   １項記載の磁気共鳴イメージング装置用高周波受信回路
   。
3. 【請求項３】前記の高周波受信コイルにクロスダイオー
   ドと並列共振回路より成る照射時結合阻止回路を付加し
   、前記の順バイアス電圧によってこのクロスダイオード
   の一方を強制的に導通状態として、結合阻止回路の働き
   をより完全にすることを可能とした特許請求の範囲第１
   項及び第２項記載の磁気共鳴イメージング装置用高周波
   受信回路。