JPH0454939A - 磁気共鳴イメージング装置の高周波コイル - 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〕 本発明は、核磁気共鳴（以下ｒＮＭＲＪと略記する）現
象を利用して被検体（人体）の所望部位の断層像を得る
磁気共鳴イメージング装置の送信系または受信系に用い
られ、二つの導電ループをその感度方向を互いに直交さ
せて一組に形成して成る高周波コイルに関し、特に上記
二つの導電ループ間のカップリングを低減することがで
きる磁気共鳴イメージング装置の高周波コイルに関する
。

［従来の技術〕 磁気共鳴イメージング装置は、被検体の体軸方向と垂直
な方向に静磁場及び傾斜磁場を与える磁場発生手段と、
上記被検体の生体組織を構成する原子の原子核に核磁気
共鳴を起こさせるために高周波信号を照射する送信系と
、上記の核磁気共鳴により放出される高周波信号を検出
する受信系と、この受信系で検出した高周波信号を用い
て画像再構成演算を行う信号処理系とを備えて構成され
ている。そして、静磁場発生手段により被検体に均一な
静磁場を与えながら、核磁気共鳴を励起させる周波数の
高周波信号を送信系の高周波コイルで印加し、これによ
り被検体から放出される核磁気共鳴信号を受信系の高周
波コイルで検出するようになっていた。このとき、上記
被検体からの核磁気共鳴信号の放出位置を特定するため
に、さらに傾斜磁場発生手段で傾斜磁場を与えることに
よりイメージングを行っていた。

このような磁気共鳴イメージング装置における高周波コ
イルとしては、従来は、一つの導電ループ、例えばソレ
ノイドコイルまたは鞍形コイルを使用し、一方向の核磁
気共鳴信号を受信するものがあった。これに対して、Ｓ
／Ｎ比の向上を狙って、二つの導電ループを互いに感度
方向を直交させて一組に形成し、二方向の核磁気共鳴信
号を受信するものがある。後者の二つの導電ループを組
み合わせて成る高周波コイルを直交受信コイル（Ｑｕａ
ｒｄｒａｔｕｒｅ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　Ｃｏ１１ｓ：
以下ｒＱｌ）コイル」と略称する）というが、従来のＱ
Ｄコイルは、例えば水平磁場方式のものとして鞍形コイ
ルと鞍形コイルとを組み合わせたものが提案されている
。しかし、この鞍形コイルと鞍形コイルとの組み合わせ
のものを使用すると、特に垂直磁場方式の磁気共鳴イメ
ージング装置においては、静磁場方向と受信方向が一致
して感度良く受信できないものであった。そこで、最近
では、例えば垂直磁場方式のＱＤコイルとして、ソレノ
イドコイルと鞍形コイルとを組み合わせたものが提案さ
れている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、このような従来の高周波コイルにおいで、特に
垂直磁場方式のＱＤコイルは、例えばソレノイドコイル
と鞍形コイルのように異なったコイルの組み合わせであ
るため、各コイル間でカップリングを起こすことがあっ
た。ここで、カップリングとは、一方のコイルに高周波
電流を流した場合に、他方のコイルに対しその高周波電
流が漏れることを言う、このようなカップリングを起こ
すと、各コイルが相手側の負荷となり、それぞれのコイ
ルに損失として作用し、その高周波コイル全体としての
感度が低下するものであった。従って、得られる画像の
Ｓ／Ｎ比が劣化することがあった。

ここで、上記高周波コイルでカップリングを起こす原因
としては、二つのコイルの交差部分の間隔が散開と近い
ためその間で浮遊容量を形成し相手側に漏れる容量性結
合、または一方のコイルが発生する磁束によって他方の
コイルの磁束とのアンバランスが生じる誘導性結合が考
えられる。誘導性結合によるカップリングは、コイルの
近くに良導体たとえば銅板を配置することで磁束のアン
バランスを調整して低減することができ、あまり問題は
無い。一方、容量性結合によるカップリングは、二つの
コイルが交差する部分の互いのコイル間の間隔を大きく
することで各コイル間に形成される浮遊容量を小さくし
て低減することができる。すなわち、第５図に示すよう
に、二つの平面導体板Ａ１．Ａ、が近接して平行に配置
（二つのコイル導体の交差部分に相当する）されている
とき、該両者Ａ１．Ａ２間の間隔をｄ、各平面導体板Ａ
□。

Ａ２の面積をＳ、それらの間の誘電率をεとすれば、上
記二つの平面導体板Ａ１．Ａ２間の電気容量Ｃは、次式
で表される。

εＳ Ｃ＝□　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（１）
この第（１）式から明らかなように、二つの平面導体板
Ａ１．Ａ２間の間隔ｄを大きくすることにより、両者間
の電気容量Ｃが小さくなる。

従って、従来は、二つのコイルが交差する部分の間隔な
大きくして各コイル間に形成される浮遊容量を小さくし
、その容量性結合によるカップリングを低減していた。

しかし、この場合は、核磁気共鳴周波数が高くなればな
る程、各コイル間の間隔を大きくしなければならず、こ
れでは高周波コイルの全体が大形化してしまうものであ
った。

また、少なくとも一方のコイルは被検体からの距離が大
きくなり、ますます感度が低下してＳ／Ｎ比が劣化する
ものであった。

そこで、本発明は、このような問題点を解決し、二つの
導電ループ（コイル）間のカップリングを低減すること
ができる磁気共鳴イメージング装置の高周波コイルを提
供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明による磁気共鳴イメ
ージング装置の高周波コイルは、被検体に静磁場及び傾
斜磁場を与える磁場発生手段と、上記被検体の生体組織
を構成する原子の原子核に核磁気共鳴を起こさせるため
に高周波信号を照射する送信系と、上記の核磁気共鳴に
より放出される高周波信号を検出する受信系と、この受
信系で検出した高周波信号を用いて画像再構成演算を行
う信号処理系とを備えて成る磁気共鳴イメージング装置
の上記送信系または受信系内に設けられ、二つの導電ル
ープをその感度方向を互いに直交させて一組に形成され
、且つ上記被検体に高周波信号を照射しまたは核磁気共
鳴により放出される高周波信号を検出する感度方向が静
磁場に対し直交して配置される高周波コイルにおいて、
上記二つの導電ループの交差部分の導体幅を狭くしその
対向面積を小さくしたものである。

また、上記二つの導電ループの交差部分のいずれか一方
の導体幅を狭く形成してもよい。

さらに、上記二つの導電ループとしてはソレノイドコイ
ルと鞍形コイルとを用いると効果的である。

〔作　用〕

このように構成された本発明の高周波コイルは、それを
構成する二つの導電ループの交差部分の導体幅を狭くし
その対向面積を小さくしたことにより、上記交差部分に
形成される浮遊容量を小さくするように動作する。これ
により、二つの導電ループの交差部分の間隔を大きくす
ることなく、その容量性結合を緩和して両者間のカップ
リングを低減することができる。

〔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。

第１図は本発明による磁気共鳴イメージング装置の高周
波コイルの実施例を示す斜視説明図であり、第２図はそ
の高周波コイルの原理及び接続を示す回路図であり、第
３図は上記高周波コイルが適用される磁気共鳴イメージ
ング装置の全体構成を示すブロック図である。

上記磁気共鳴イメージング装置は、核磁気共鳴（ＮＭＲ
）現象を利用して被検体の断層像を得るもので、第３図
に示すように、静磁場発生磁石２と。

磁場勾配発生系３と、送信系４と、受信系５と、信号処
理系６と、シーケンサ７と、中央処理装置（ＣＰＵ）８
とを備えて成る。

上記静磁場発生磁石２は、被検体ｌの周りにその体軸方
向または体軸と直交する方向に均一な静磁場を発生させ
るもので、上記被検体ｌの周りのある広がりをもった空
間に永久磁石方式また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。磁場勾配発生系３は
、ｘ、ｙ、ｚの三軸方向に巻かれた傾斜磁場コイル９と
、それぞれのコイルを駆動する傾斜磁場電源１０とから
成り、上記シーケンサ７からの命令に従ってそれぞれの
コイルの傾斜磁場電源１０を駆動することにより、ｘ、
ｙ、ｚの三輪方向の傾斜磁場Ｇ　ｘ　。

Ｇｙ、Ｇｚを被検体１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１に対するスライス
面を設定することができる。

送信系４は、被検体１の生体組織を構成する原子の原子
核に核磁気共鳴を起こさせるために高周波信号（電磁波
）を照射するもので、高周波発振器１１と変調器１２と
高周波増幅器１３と送信側の高周波コイル１４ａとから
成り、上記高周波発振器１１から出力された高周波パル
スをシーケンサ７の命令に従って変調器１２で振幅変調
し、この振幅変調された高周波パルスを高周波増幅器１
３で増幅した後に被検体１に近接して配置された高周波
コイル１４ａに供給することにより、電磁波が上記被検
体１に照射されるようになっている。

受信系５は、被検体１の生体組織の原子核の核磁気共鳴
により放出される高周波信号（ＮＭＲ信号）を検出する
もので、受信側の高周波コイル１４ｂと増幅器１５と直
交位相検波器１６とＡ／Ｄ変換＠１７とを有しており、
上記送信側の高周波コイル１４ａから照射された電磁波
による被検体１の応答の高周波信号（ＮＭＲ信号）は被
検体１に近接して配置された高周波コイル１４ｂで検出
され、増幅器１５及び直交位相検波器１６を介してＡ／
Ｄ変換器１７に入力してディジタル量に変換され。

さらにシーケンサ７からの命令によるタイミングで直交
位相検波器１６によりサンプリングされた二基列の収集
データとされ、その信号が信号処理系６に送られるよう
になっている。

この信号処理系６は、ＣＰＵ８と、磁気ディスク１８及
び磁気テープ１９等の記録装置と、ＣＲＴ等のデイスプ
レィ２０とから成り、上記ＣＰＵ８でフーリエ変換、補
正係数計算像再構成等の処理を行い、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って得られ
た分布を画像化してデイスプレィ２０に断層像として表
示するようになっている。また、シーケンサ７は、ＣＰ
Ｕ８の制御で動作し、被検体１の断層像のデータ収集に
必要な種々の命令を送信系４及び磁場勾配発生系３並び
に受信系５に送り、上記ＮＭＲ信号を計測するシーケン
スを発生する手段となるものである。なお、第３図にお
いて、送信側の高周波コイル１４ａ及び受信側の高周波
コイル１４ｂ並びに傾斜磁場コイル９，９は、被検体１
の周りの空間に配置された静磁場発生磁石２の磁場空間
内に配置されている。

ここで、本発明においては、上記の例えば受信側の高周
波コイル１４ｂは、二つの導電ループをその感度方向を
互いに直交させて一組に形成されると共に、被検体１か
ら核磁気共鳴により放出される高周波信号を検出する受
信方向が静磁場発生磁石２による静磁場に対し直交して
配置され、且つ上記二つの導電ループの交差部分の導体
幅を狭くしてその対向面積が小さくされている。

すなわち、例えば垂直磁場方式のＱＤコイルの場合、第
１図に示すように１円筒状の樹脂製ボビン２１の外周面
に、一方の導電ループとしてソレノイドコイル２２が円
周方向に巻かれると共に、他方の導電ループとして鞍形
コイル２３がその受信方向を上記ソレノイドコイル２２
の受信方向と直交させて配置され、各コイル２２．２３
はコンデンサ２４で分割されて動作電圧を下げるように
構成されている。なお、上記鞍形コイル２３は、高周波
コイル１４ｂの内部に挿入される被検体１の頭頂に相当
する部分の受信感度を向上するため。

樹脂製ボビン２１の一側端がわに位置するコイル部材２
３ａ、２３ｂを変形して、該樹脂製ボビン２１の長平方
向の外側方に張り出している。また、上記ソレノイドコ
イル２２と鞍形コイル２３との交差部分２５は、前述の
両コイル間の容量性結合を緩和するために、例えば約６
■程度の間隔があけられている。しかし、このように間
隔をあけても、これだけでは上記両コイル間の容量性結
合を実用的なまでに低減するには至らない。そこで、第
１図に示すように、ソレノイドコイル２２と鞍形コイル
２３との交差部分２５の導体幅を狭くしてその対向面積
を小さくしである。この場合、前述の第５図において平
面導体板Ａ□、Ａ２の面積Ｓが小さくなるので、前述の
第（１）式から明らかなようにその両者間の電気容量Ｃ
は小さくなる。従って、上記二つのコイル２２．２３間
に形成される浮遊容量が小さくなり、該両者間の容量性
結合によるカップリングを低減することができる。

なお、本発明者らが実験的に確認したところによると、
上記両コイル２２．２３の交差部分２５の対向面積は、
例えば１００〜４００ｍ２とするのが望ましい。この値
より小さくすると感度低下（Ｓ／Ｎ比の低下）をおこし
、大きくすると容量性結合が大きくなって実用にならな
い。しかし、上記の値は使用する磁気共鳴イメージング
装置の共鳴周波数によって変化するものであり、上記の
数値のみに限定されるものではない。また、第１図の例
においては、ソレノイドコイル２２及び鞍形コイル２３
とも−っの交差部分２５がらその次の交差部分２５に至
るまで続けてその導体幅を狭くしたものとして示したが
、本発明はこれに限らず、上記両コイル２２．２３が実
際に交差する部分のみを狭くしてもよい。さらに、第１
図においては、交差部分２５の導体幅をソレノイドコイ
ル２２及び鞍形コイル２３の両者とも狭くしたものとし
て示したが、どちらか一方のコイルのみの導体幅を狭く
してもよい。この場合は、その狭くする側の一方のコイ
ルの導体幅は、両コイルの導体幅をともに狭くするのに
比べより狭くする必要がある。

さらにまた、第１図においては、ソレノイドコイル２２
及び鞍形コイル２３ともコンデンサ２４でそれぞれ分割
したものとしたが、両コイル２２゜２３は必ずしもコン
デンサ２４で分割しなくてもよい。また、第１図におい
ては、ソレノイドコイル２２と組み合わすべき鞍形コイ
ル２３は、その−側端がわに位置するコイル部材２３ａ
、２３ｂを外側方に張り出して変形させたものとしたが
、これに限らず、通常の形状のものを用いてもよい。

第２図はこのように構成された高周波コイル１４ｂの原
理及び接続を示す回路図である。図においては、説明の
簡略化のためにコイルのチューニング回路等は省略して
いる。図上、静磁場方向は矢印Ｓで示され、一つの平面
で回転している磁化ベクトルは、高周波コイル１４ｂを
構成するソレノイドコイル２２と鞍形コイル２３に９０
度の位相差を伴った同一信号を誘起する。ここで、ソレ
ノイドコイル２２と鞍形コイル２３とは軸方向が直交し
て配置されているので、互いに独立なランダムノイズを
伴って高周波信号（ＮＭＲ信号）が検出される。このノ
イズ源となり得るものは、各コイル２２．２３の抵抗並
びにこれらのコイル２２．２３の磁気的結合及び電気的
結合などに起因する被検体１からの等価抵抗である。

上記ソレノイドコイル２２及び鞍形コイル２３からの信
号は、増幅器１５内の第一のアンプ１５ａまたは第二の
アンプ１５ｂでそれぞれ増幅された後、シフター２６へ
入力される。このシフター２６は、フェイズシフタ２７
とアッテネータ２８と加算器２９とで構成されている。

そして、ソレノイドコイル２２からの信号の位相を上記
フェイズシフタ２７で９０度ずらし、鞍形コイル２３が
らの信号と位相を合わせる。一方、鞍形コイル２３とソ
レノイドコイル２２とでは感度が等しくなく、例えば前
者の感度を１”としたとき後者のそれは“１　、４　”
となっている。従って、この場合は、加算器２９での信
号の加算比率を変えなければ高いＳ／Ｎ比を得ることが
できない。このときの最適な加算比率は、１２÷１．４
２＝　０．５１となる。そこで、鞍形コイル２３がらの
信号経路の途中にアッテネータ２８を挿入し、上記ソレ
ノイドコイル２２からの信号を１″としたときに、鞍形
コイル２３からの信号が’０．５１”となるように調整
している。このようにして、上記両コイル２２．２３か
らの信号強度を合わせた後に、加算器２９で両信号を加
算し、シフター２６から出方される。そして、このシフ
ター２６からの出方信号は、第１図に示す直交位相検波
器１６へ送出される。

このように、上記両コイル２２．２３からの信号の位相
をフェイズシフタ２７で合わせ、加算器２９で加算する
と、ノイズも多少大きくなるが検出信号はかなり大きく
なり、結果としてＳ／Ｎ比が大きくなる。例えば、一方
のコイル２２と他方のコイル２３の寸法、形状が等しく
、さらに前述の被検体１からの等価抵抗も等しい場合に
は、検出信号は２倍に、ノイズは、／７倍となり、結果
としてＳ／Ｎ比は、／７倍に向上する。

なお、以上の説明においては、垂直磁場方式のＱＤコイ
ルとしてソレノイドコイル２２と鞍形コイル２３とを組
み合わせたものについて説明したが、本発明はこれに限
らず、水平磁場方式のＱＤコイルとして鞍形コイル２３
と他の鞍形コイル２３とを組み合わせたもの、或いはそ
の他種々の形式のコイルを組み合わせたものについても
、二つのコイルの交差部分の導体幅を狭くしてその対向
面積を小さくすることにより、その二つのコイルの容量
性結合を低減することができる。そして、上記同形状の
鞍形コイル２３．２３を組み合わせた場合における高周
波コイル１４ｂの接続は、第４図に示すようになる。こ
のときは、上記高周波コイル１４ｂを構成する二つのコ
イルは感度の等しい鞍形コイル２３，２３同士の組み合
わせであるため、加算器２９での信号の加算比率は、１
：１としてよい。従って、シフター２６′の内部には、
第２図に示すような二つのコイルからの信号の加算比率
を変えるためのアッテネータ２８を挿入する必要はない
。

また、以上の説明では、第３図における受信側の高周波
コイル１４ｂに本発明を適用した例について述べたが、
これに限らず、送信側の高周波コイル１４ａにも適用し
てもよい。

〔発明の効果〕

本発明は以上のように構成されたので、高周波コイル１
４ａまたは１４ｂを構成する二つの導電ループ（２２，
２３）の交差部分２５の導体幅を狭くしその対向面積を
小さくしたことにより、上記交差部分２５に形成される
浮遊容量を小さくすることができる。これにより、二つ
の導電ループ（２２，２３）の交差部分２５の間隔を大
きくすることなく、その容量性結合を緩和して両者間の
カップリングを低減することができる。従って、上記高
周波コイル１４ａ、１４ｂの全体としての感度が向上し
、得られる画像のＳ／Ｎ比の低下を防止することができ
る。また、二つの導電ループ（２２，２３）の交差部分
２５の間隔を大きくする必要がなく、或いは従来よりも
小さくすることができるので、高周波コイル１４ａ、１
４ｂの全体をｌＪ１形化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による磁気共鳴イメージング装置の高周
波コイルの実施例を示す斜視説明図、第２図はその高周
波コイルの原理及び接続を示す回路図、第３図は上記高
周波コイルが適用される磁気共鳴イメージング装置の全
体構成を示すブロック図、第４図は他の実施例による高
周波コイルの接続を示す回路図、第５図は近接して平行
に配置された二つの平面導体板間の電気容量を説明する
ための説明図である。 １・・・被検体、　２・・・静磁場発生磁石、　３・・
・磁場勾配発生系、　４・・・送信系、　　５・・・受
信系。 ６・・・信号処理系、　７・・・シーケンサ、　８・・
・ＣＰＵ、　　１４ａ・・・送信側の高周波コイル、　
　１４ｂ・・・受信側の高周波コイル、　　１５・・・
増幅器、　２２・・・ソレノイドコイル、　　２３・・
・鞍形コイル、２４・・・コンデンサ、　２５・・・交
差部分、　２６・・・シフター 第４図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）被検体に静磁場及び傾斜磁場を与える磁場発生手
   段と、上記被検体の生体組織を構成する原子の原子核に
   核磁気共鳴を起こさせるために高周波信号を照射する送
   信系と、上記の核磁気共鳴により放出される高周波信号
   を検出する受信系と、この受信系で検出した高周波信号
   を用いて画像再構成演算を行う信号処理系とを備えて成
   る磁気共鳴イメージング装置の上記送信系または受信系
   内に設けられ、二つの導電ループをその感度方向を互い
   に直交させて一組に形成され、且つ上記被検体に高周波
   信号を照射しまたは核磁気共鳴により放出される高周波
   信号を検出する感度方向が静磁場に対し直交して配置さ
   れる高周波コイルにおいて、上記二つの導電ループの交
   差部分の導体幅を狭くしその対向面積を小さくしたこと
   を特徴とする磁気共鳴イメージング装置の高周波コイル
   。
2. （２）上記二つの導体ループの交差部分のいずれか一方
   の導体幅を狭く形成したことを特徴とする請求項１記載
   の磁気共鳴イメージング装置の高周波コイル。
3. （３）上記二つの導電ループとしてはソレノイドコイル
   と鞍形コイルとを用いたことを特徴とする請求項１また
   は２記載の磁気共鳴イメージング装置の高周波コイル。