JPH0775601B2 - 磁気共鳴イメ−ジング装置 - Google Patents

磁気共鳴イメ−ジング装置

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JPH0775601B2
JPH0775601B2 JP61192234A JP19223486A JPH0775601B2 JP H0775601 B2 JPH0775601 B2 JP H0775601B2 JP 61192234 A JP61192234 A JP 61192234A JP 19223486 A JP19223486 A JP 19223486A JP H0775601 B2 JPH0775601 B2 JP H0775601B2
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ルドルフ・ケムネル
ウイルヘルムス・レイネリウス・マリア・メンス
ヒルコ・セオドラス・カルミエイン
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エヌ・ベ−・フイリツプス・フル−イランペンフアブリケン
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、円筒表面に沿って軸方向に延在し、円筒周面
に沿って略々コサイン状の電流分布を発生する複数個の
バー導体から成る略々円筒状のRFコイルを含む磁気共鳴
イメージング装置に関するものである。
斯かる磁気共鳴イメージング装置用のRFコイルは米国特
許第4339718号明細書から既知であり、これは円筒コイ
ル内に均一な磁界分布を得るためには円筒コイルの周面
を横切ってコサイン状に分布する電流分布が必要である
という公知の事実に基づいている。この目的は、この特
許明細書に記載されたコイルでは２個の相互接続された
対称配置のバー導体の複数対を各対毎に共通の円筒軸線
に対し種々の開き角で配置することにより達成してい
る。この場合所望のコサイン状電流分布はバー導体のサ
イン状の幾何学的分布により得られる。この解決方法は
多くの欠点を有し、例えば実現可能な幾何学形状に制約
があり、その構成には種々の半径を有するコイルを必要
とし、且つワイヤが局部的に互に遠く離れて位置し、そ
の位置のずれがコイル内の磁界の均一性に直接影響を及
ぼすために残留不均一が生ずる。以後、コイル内の磁界
の均一性はコイルによりコイル内に発生されるRF磁界の
所望の均一性のみならず、コイル内に局部的に分布して
いる測定点における被検体により発生された磁気共鳴信
号の検出の均一性も意味するものと理解すべきである。
米国特許第4,439,733号明細書および同第4,339,718号明
細書の第６図に開示されている既知のコイルの構成は半
径方向にかなり大きなスペースを必要とすると共に妨害
磁界を発生する惧れがある。
本発明の目的は上述の欠点を少なくとも相当程度緩和し
たRFコイルを含む磁気共鳴イメージング装置を提供する
ことにある。本発明は、この目的を達成するために、上
述した種類の磁気共鳴イメージング装置において、前記
バー導体を円筒軸線を中心とするリング導体で駆動する
と共に、次のルーピング条件： ここで、z1は２個のバー導体間のリング導体部分のイン
ピーダンス、 z2はバー導体のインピーダンス、 ｎはバー導体の数 を満足するように配置し、結合したことを特徴とする。
本発明によるコイルは均一磁界を実現するために上述の
如き極めて一般的な条件を満足する必要があるだけであ
るから、設計に関し高い自由度が達成されるため、設計
を設置に課される追加の要件に適合されることができ
る。特に上述の条件にはリング導体及びバー導体のリア
クタンス素子及び誘導性素子の分布に関し高い自由度が
見こまれる。更に、上述の一般式から、バー導体及びコ
イルの幾何学形状及び分布を検査すべき患者への接近の
し易さや検査すべき物体の形状へのコイルの形状の適合
のような装置の他の幾何学的要件に適合させ得る程度を
決定することもできる。
好適例ではz1をリアクタンスとインダクタンスの組合せ
で形成し、z2を例えばインダクタンスのみで形成する。
この場合、実際の例ではリング導体がキャパシタンスと
自己インダクタンスを有し、バー導体が自己インダクタ
ンスを有するコイルが得られる。リング導体の自己イン
ダンクタンスとキャパシタンスの組合せは必ずしもこれ
ら素子の直列接続にする必要はない。リング導体部分が
前記周波数に対しキャパシティブに動作する限り、バー
導体のインダクタンスを用いて上記の条件を満足させる
ことができ、リング導体部分の寄生容量のようなキャパ
シタンス又は同軸ケーブルを用いることができる。リン
グ導体部分のキャパシタンスはバー導体への又は次のリ
ング導体部分への容量結合により形成することもでき
る。
他の好適例では、コイルの幾何学形状を例えば円形の代
わりに楕円形にすることにより測定すべき物体に適合さ
せる。このようにすると、例えば、患者の肩の部分に対
し、一層大きな空間が形成される。この場合、電流を流
さない又は小電流を流すだけであるバー導体の位置を最
も大きく変化させるのが好適である。このバー導体の位
置変化のためにそれらバーに対する（寄生）容量が変化
し得る。これは、例えばバー導体を細く構成することに
より補償することができる。
同様に、バー導体を円筒周面に沿って等間隔に分布させ
ないのが好適なこともある。この場合も一般式に基づい
て、隣接するリング導体インピーダンス及び／又はバー
導体インピーダンスを適合させることによりコイル内に
均一磁界を生じさせることができる。ルーピング条件に
従って、１つの完全なリング導体の実効インピーダンス
は前述の例と同様に選択した周波数に対する全波長を正
確に表す。
バー導体の数が４の倍数であることを意味する直交分布
を選択する場合にはコイルを直交コイルとして構成する
こともできる。この場合に好適に使用し得る対称同調の
ためには8,16,32,…の数列からのバー導体数が望まし
い。この場合には同等を45゜の角度をなすバー導体上で
行うことができる。
コイルの容量性素子の効果が既知であるときは、装置内
のコイル及び例えばコイルを取り囲むファラデーケージ
の幾何学形状を最適にすることができる。例えばリング
導体及びバー導体へのファラデーケージの寄生リラクタ
ンスをコイルに含めるべきインピーダンスに加味するこ
とによりファラデーケージをコイルに一層近接して配置
することができる。
本発明によるコイルは例えばコイルの軸方向寸法を変化
させることにより同調させることができる。この同調法
は直交コイル構造に対し特に好適である。その理由は、
このコイルの対称性がこの方法により影響を受けないた
めである。コイル導体を外部電源に接続するには１個の
導体に低オーム実数回路を用いることができる。慣例の
50オーム電源を容量分圧及び適当な自己インダクタンス
の付加により所望のインピーダンスに変換することがで
きる。
図面につき本発明を説明する。
第１図に示す磁気共鳴イメージング装置は静磁界Ｈを発
生する磁石システム２と、傾斜磁界を発生する磁石シス
テム４と、磁石システム２及び４をそれぞれ附勢する電
源６及び８とを具えている。RF磁石コイル10はRF交流磁
界発生するためのものであり、この目的のためにこのコ
イルはRF電源12に接続する。RF磁界により被検体内に発
生したスピン共鳴信号を検出するために、このRFコイル
10を用いることもでき、この目的のためにこのコイルを
信号増幅器14に接続する。信号増幅器14は位相判別増幅
器16に接続し、その増幅器を中央制御装置18に接続す
る。中央制御装置18はRF源12のための変調器20、静磁界
コイル用電源６、傾斜磁界コイル用電源８及び表示用モ
ニタ22も制御する。RF発振器24は変調器20と、測定信号
を処理する位相判別増幅器16を制御する。主磁界用磁石
コイル２の冷却のための冷却ダクト27を含む冷却装置26
が設けられている。斯かる冷却装置は抵抗性コイルの場
合には水冷装置として構成することができ、また高磁界
強度を必要とする場合には超伝導磁石コイルに対して液
体ヘリウム冷却装置として構成することができる。磁石
システム２及び４内に配置される送信コイル10は医療診
断装置で検査すべき患者を収納するのに十分な大きさの
測定スペース28を取り囲む。これがため、測定スペース
28内には精磁界Ｈと、被検体の断層を選択する傾斜磁界
と、空間的には均一なRF交流磁界を発生させることがで
きる。RFコイル10は送信コイルと測定コイルの両機能を
兼ねるものとすることができる。両機能は別々のコイル
で達成することもでき、この場合には例えは測定コイル
をサーフェースコイルで形成することができる。以下に
おいては、コイル10は送信コイルであるものとして考察
するが、このコイルが測定コイルとして使用されるとき
も同じ考察が当てはまる。コイル10の周囲にはこのコイ
ルからのRF磁界をシールドするファラデーケージ29が設
けられてる。
第２図は斯かる磁気共鳴イメージング装置のRFコイルの
基本セクションの回路図を示す。この図には、バー導体
を相互接続するリング導体の互に等しいインピーダンス
を表す４個のインピーダンスz1と、バー導体のインピー
ダンスz2と、成端インピーダンスとしてのインピーダン
スz0とが示されている。これらのインピーダンスのどれ
もまだ定めてない。斯かる基本セクションに対して一般
に適用し得る位相及び振幅条件は斯かるセクションの電
力供給に対して導出し得ることが確かめられている。図
のe1とe3との間の位相差をで表すものとする。複数個
の基本セクションを第３図に線図的に示すようにｎ個の
バー導体を含む完全なコイルを形成するようにルーピン
グする場合には、e1及びe3を振幅に関し同一にすると共
に＝２π/nの位相差を順次の導体間に発生させる必要
があるという副次的条件がある。この条件に従って、一
般に適用し得る条件を、例えば真円からの偏差又はバー
間の距離の偏差に対する補正ファクタを無視すると、変
数として位相角２π/nのみを含むインピーダンスz1及び
z2の比を表す式の形に導出することができる。説明を簡
単とするために補正項を無視すると、前文で述べたルー
ピング条件はz2＝Kz1と表すことができる。ここで、z1
及びz2は前記のインピーダンス、Ｋは導体の本数に依存
する正の定数値である。z1及びz2は常に反対符号を有
し、これは一般式を考察するとその右項の分母の２次項
が常に正であることから直接導かれる。z1及びz2が反対
符号であることから、これらインピーダンスの一方をリ
アクタンス、即ち例えばキャパシタンスで形成するとき
は、他方のインピーダンスを誘導性にする必要があり、
従って例えば自己インダクタンス又はコイルで形成する
必要があることになる。
一般に適用し得るルーピング条件に従って、かなり実用
的な種々のコイルを設計することができる。第4a図はコ
イルの基本セクションを示し、第4b図はコイル全体の回
路図を示し、第4c図はコイルの斜視図を示す。図示のコ
イルは２個のリング導体30及び31間に配置された８個の
バー導体32を含んでいる。これらバー導体はそれぞれL1
からL8までの番号をつけて示す自己インダクタンスＬを
有している。バー導体が所定の又は所望の周波数に対し
回路内で自己インダクタンスとして作用するときは、前
述のルーピング条件から、各対のバー導体間のリング導
体部分にリアクタンス機能が課されることになる。第１
リング導体30内のリアクタンス素子はC1からC8までの番
号をつけたキャパシタンスとして示してあり、第２リン
グ導体31のリアクタンス素子はC9からC16までの番号を
つけたキャパシタンスとして示してある。更に、リング
導体は誘導性インピーダンスを有し、これらインピーダ
ンスを第１リング導体30に対してはL9からL19までの番
号をつけた自己インダクタンスで表し、第２リング導体
31に対してはL17からL24までの番号をつけた自己インダ
クタンスで表している。しかし、キャパシタンスC1〜C1
6の値及びインダクタンスL9〜L24の値は各々略々等し
い。リング導体のコイルに対し0.1μＨの値、バー導体
のコイルに対し0.5μＨの値及びリング導体のキャパシ
タンスに対し17.5pFの値を用いると、64MHzの共振周波
数が適当な幾何学構成のコイルに対し得られる。これが
ため、高周波に極めて好適なコイル設計が得られる。
ルーピング条件に従って設計し得るコイルの他の例が欧
州特許出願EP−141383号に開示されている。この例では
バー導体にキャパシタンスを必要とするが、上述の本発
明の設計ではこれらキャパシタンスは極めて実際的でな
いのでこれらキャパシタンスの使用を避けている。もっ
と実際的でない例は、バー導体のインピーダンスに対し
純粋なリアクダンス、従ってキャパシタンスを選択し、
リング導体に対し純粋なインダクタンス、従ってコイル
を線足する場合に得られる。ルーピング条件に基づいて
この幾何学構成を用いて所望の周波数で振動するコイル
を設計し得るが、既に述べたようにバー導体は少なくと
も誘導性素子も含むものではなくて誘導性素子のみを含
むものとするのが好適であるために、この解決策は実用
的でない。
第４図に示すコイルの主要な利点は、バー導体が容量性
素子を含まない点にある。リング導体部分のキャパシタ
ンスは同軸結合ピースとして構成できるため、コンパク
トで堅宰な設計のコイルを作ることができる。上述の例
ではリング導体の等価回路図はキャパシタンスと自己イ
ンダクタンスの直列接続から成る。バー導体に対しイン
ダクタンスのみを使用する場合、例えば第５図に示すよ
うな２個のインダクタンスL IおよひL IIとキャパシタ
ンスＣの並列接続を使用することもできる。このキャパ
シタンスは略々寄生容量の性質を有する。考慮中の周波
数に対してこの並列接続はリアクタンス動作もしなけれ
ばならない。キャパシタンスは寄生容量の性質を有し、
この並列接続全体は同軸ケーブルの性質を有する。従っ
て、z1が同軸ケーブルでz2がインダクタンスである第６
図に示すような等価回路図が得られる。この回路図に基
づいて任意の数とし得るバー導体を８本具えるコイルを
構成する場合、64MHzの共振周波数に対してはルーピン
グ条件に基づいてケーブル部分のキャパシタンスは10p
F、この部分の自己インダクタンスは0.5μＨ、インピー
ダンスz2の自己インダンクタンスは0.5μＨになること
が確かめられる。これがため、長さのみを適合させるだ
けでよい複数個の同軸ケーブル部分と幾何学構成を適合
させるだけでよい複数個のバー導体を具えるコイルが得
られる。このように設計したコイルは100MHz程度の極め
て高い周波数に対し極めて実用的である。
上述の例はルーピング条件の一般的な利点を明瞭に示し
ている。
本質的な追加の利点としてコイルの外部幾何学構成の設
計に関して高い自由度が達成される利点もある。これ
は、例えばバー導体をある理由のために太くする、細く
する、長くする或いは短くする必要があるときに、リン
グ導体部分の関連するインピーダンス値をルーピング条
件に基づいて見つけだすことができるためである。同様
に、例えばバー導体の寄生容量の変化を例えば装置のフ
ァラデーケージ29に対するバー導体の位置の変化により
補償することもできる。リング導体を外部条件に適合さ
せる必要がある場合には逆のことを適用し得る。これが
ため、磁気共鳴イメージング装置のコイルのスペース及
び環境に関し十分な情報が得られるならば任意所望の共
振周波数に対し最適な設計のコイルを提供することがで
きる。
また、例えば一層良好なフィリングファクタを得るため
にコイルを第７図に示すように非円形に形成する必要が
ある場合には補償すべき他の偏差が生ずる。半径方向に
位置をずらせるバー導体の数が決まれば、関連する位置
に対する所要のインピーダンス値を簡単に計算すること
ができる。斯かるバー導体の位置変えは、バー導体の位
置がファラデーケージ又は他の導電素子に対し変化する
ために影響を生ずる。位置をずらせるバー導体はコサイ
ン電流分布に従って小電流を流すバー導体とするのが好
適である。電流を流さないバー導体、従って電流分布の
零交差点と一致するバー導体は原理的には完全に又は部
分的に省略することができる。
円筒表面に沿うバー導体の均等分布を乱すことにより補
正を行うこともできる。電流分布が等価円筒表面（本例
の場合）に沿ってコサイン状であり、リング導体が全波
長に対応し、且つインピーダンス値がルーピング条件を
満足する限り測定磁界に不均一が導入されることはな
い。
リング導体が全波長に等価な位相シフトを表す限り、リ
ング導体のバー導体接続部分の分布を測定磁界の均一性
を乱すことなく不規則にすることができる。この事実を
利用して、例えばコイルの幾何学的な対称構成又は接続
の幾何学構成を変形するのに用いることができる。これ
は、例えば第７図に示す実施例においてバー導体の１個
を省略する場合に、及びチューニング及びマッチング回
路を挿入する場合に起り得る。
コイルは、１個のバー導体にカップリングすることによ
り又はリング導体にカップリングする（好ましく２重）
ことにより附勢し、且つ又読出すことができる。
コイルの同調、即ち共振周波数の調整（例えば100MHzコ
イルに対して±0.5MHzの範囲の調整が必要とされる）は
バー導体とリング導体部分との結合部近くで行うのが好
適である。慣例の同調回路内のキャパシタンスの両端間
に発生する電圧は過度に高くならないようにするのが好
ましい。更に送信磁界及び測定磁界をそれぞれ入力及び
出力結合するマッチング回路を斯かる結合部の近くに設
け、且つ当該共振周波数に対し零インピーダンスを有す
るようにして位相関係が乱されないようにする。本発明
コイイルは直交コイル（quadrature coil）として用い
るときは、複同調が必要になる。しかし、この必要は、
90゜毎及び45゜毎にバー導体が存在するコイルの45゜バ
ー導体に単一の同調回路を設け、これをその両側の90゜
に位置する結合として作用させることにより避けること
ができる。ここで、45゜バー導体とは２個の他のバー導
体に対し45゜の角度を成すバー導体を意味し、それがど
の象限にあるか及びそれらの間に他のバー導体があるか
否かとは無関係である。斯かるコイルのマッチングのた
めには２個の結合点の各々をバー導体の端近くに位置さ
せるのが好適である。バー導体を適当に遮断し、その遮
断部を適合するマッチング回路で橋絡すると、同調回路
の妨害を阻止し得ると共に好適な擬似接地点を接続すべ
き装置に対し生成することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明磁気共鳴イメージング装置のブロック線
図、 第２図はRFコイルの基本セクションの回路図、 第３図はRFコイル全体の回路図、 第4a〜4c図は本発明のコイルの好適実施例の基本セクシ
ョンの回路図、コイル全体の回路図及び斜視図、 第５図及び６図は他の好適実施例の基本セクションの回
路図、 第７図は物体の幾何学形状に合わせたコイルの好適実施
例を示す図である。 ２……静磁界用磁石システム ４……傾斜磁界用磁石システム ６……静磁界用電源、８……傾斜磁界用電源 10……RFコイル、12……RF源 14……信号増幅器、16……位相判別増幅器 18……中央制御装置、20……変調器 22……モニタ、24……RF発振器 26……冷却装置 z1……リング導体のインピーダンス z2……バー導体のインピーダンス z0……成端インピーダンス 30,31……リング導体 32……バー導体 L1〜L8……自己インダクタンス C1〜C16……キャパシタンス L9〜L24……自己インダクタンス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヒルコ・セオドラス・カルミエイン オランダ国5621 ベーアー アインドーフ ェン フルーネヴァウツウェッハ１ (56)参考文献 特開 昭61−132547（ＪＰ，Ａ)

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】円筒表面に沿って軸方向に延在し、円筒周
    面に沿って略々コサイン状の電流分布を発生する複数個
    のバー導体から成る略々円筒状のRFコイルを含む磁気共
    鳴イメージング装置において、前記バー導体を円筒軸線
    を中心とするリング導体で駆動すると共に、次のルーピ
    ング条件： ここで、z1は２個のバー導体間のリング導体部分のイン
    ピーダンス、 z2はバー導体のインピーダンス、 ｎはバー導体の数 を満足するように配置し、結合したことを特徴とする磁
    気共鳴イメージング装置。
  2. 【請求項２】バー導体のインピーダンスはコイルの共振
    周波数に対して実質的に誘導性であり、リング導体のイ
    ンピーダンスは実質的に容量性であることを特徴とする
    特許請求の範囲第１項記載の装置。
  3. 【請求項３】バー導体のインピーダンスは実質的に誘導
    性であり、リング導体のインピーダンスはキャパシタン
    スと自己インダクタンスの直列接続であることを特徴と
    する特許請求の範囲第１項記載の装置。
  4. 【請求項４】バー導体のインピーダンスは実質的に誘導
    性であり、リング導体のインピーダンスは自己インダク
    タンスとキャパシタンスの並列接続であることを特徴と
    する特許請求の範囲第１項記載の装置。
  5. 【請求項５】リング導体部分の接続回路は同軸ケーブル
    で形成してあることを特徴とする特許請求の範囲第４項
    記載の装置。
  6. 【請求項６】バー導体のインピーダンスは自己インダク
    タンスとキャパシタンスから成る容量性動作回路を含
    み、リング導体のインピーダンスは誘導性であることを
    特徴とする特許請求の範囲第１項記載の装置。
  7. 【請求項７】バー導体のキャパシタンス値は周囲物体に
    対する該導体の寄生容量で形成してあることを特徴とす
    る特許請求の範囲第１〜５項の何れかに記載の装置。
  8. 【請求項８】バー導体は等半径に配置してないことを特
    徴とする特許請求の範囲第１〜７項の何れかに記載の装
    置。
  9. 【請求項９】バー導体は円筒表面に沿って等間隔に分布
    させてないことを特徴とする特許請求の範囲第１〜８項
    の何れかに記載の装置。
  10. 【請求項１０】RFコイルは略々楕円断面を有することを
    特徴とする特許請求の範囲第１〜９項の何れかに記載の
    装置。
  11. 【請求項１１】RFコイルは4n個のバー導体と、互いに直
    交して位置する２個のバー導体間の中間に位置するバー
    導体を介して結合された単一の同調回路とを含んでいる
    ことを特徴とする特許請求の範囲第１〜10項の何れかに
    記載の装置。
  12. 【請求項１２】磁石システムが少なくとも２テスラの静
    磁界を発生する超伝導磁石を含んでいることを特徴とす
    る特許請求の範囲第５項記載の装置。
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