JPH0820496B2 - Ｎｍｒ磁界コイルを同調させる方法 - Google Patents

Ｎｍｒ磁界コイルを同調させる方法

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JPH0820496B2
JPH0820496B2 JP3122894A JP12289491A JPH0820496B2 JP H0820496 B2 JPH0820496 B2 JP H0820496B2 JP 3122894 A JP3122894 A JP 3122894A JP 12289491 A JP12289491 A JP 12289491A JP H0820496 B2 JPH0820496 B2 JP H0820496B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は核磁気共鳴（ＮＭＲ）イ
メージング方法およびその装置に関するものである。更
に詳しく述べると、本発明は無線周波（ＲＦ）信号を送
受信するためにこのような装置と一緒に使用される無線
周波（ＲＦ）コイルの同調に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＮＭＲイメージングでは、デカルト座標
系のｚ軸に沿ってイメージング対象に一様な静磁界Ｂ0
が印加される。このデカルト座標系の原点はイメージン
グ対象の中心になっている。静磁界Ｂ0 の効果は対象の
核スピンをｚ軸に沿ってそろえることである。ｘ−ｙ平
面の中に配向された適正な周波数のＲＦ磁気信号に応答
して、核は次式に従ってラーモア周波数でｚ軸を中心と
して歳差運動する。
【０００３】ω＝γＢ0 但し、ωはラーモア周波数であり、γは定数であり、特
定の核の固有の磁気回転比である。このようなイメージ
ングでは水が主要な関心事である。水が生物組織の中に
比較的多く含まれていることとその核の性質からであ
る。水に対する磁気回転比γの値は４．２６KHz ／ガウ
スであるので、１．５テスラの静磁界Ｂ0 では水の共鳴
周波数すなわちラーモア周波数は約６３．９MHz であ
る。
【０００４】通常のイメージング・シーケンスでは、ラ
ーモア周波数ωを中心とするＲＦ信号が無線周波（Ｒ
Ｆ）コイルによってイメージング対象に印加される。こ
のＲＦ信号時に磁界勾配Ｇz が印加されることにより、
共鳴周波数がωの、ｘ−ｙ平面に沿った対象を通るスラ
イスの核だけが励起されて共鳴する。
【０００５】このスライスでの核の励起の後、ｘ軸とｙ
軸に沿って磁界勾配が印加される。ｘ軸に沿った勾配Ｇ
x によって、核はｘ軸に沿った核の位置できまる異なる
共振周波数で歳差運動する。すなわち、Ｇx は歳差運動
する核を周波数で符号化する。同様に、ｙ軸の勾配Ｇy
は一連の値に順次増加され、ｙ軸が勾配振幅の関数とし
ての位相変化速度に符号化される。このプロセスは通
常、位相符号化と呼ばれる。
【０００６】歳差運動する核が発生する弱いＲＦ信号は
ＲＦコイルが検知してＮＭＲ信号として記録することが
できる。このＮＭＲ信号から、周知の再構成技術に従っ
てスライス画像を得ることができる。ＮＭＲ画像の再構
成法はディー・エヌ・キーン（D.N.Kean）およびエム・
エー・スミス（M.A.Smith ）による書籍「磁気共鳴イメ
ージング、原理と応用」（“Magnetic Resonance Imagi
ng,Principles and Applications”）に記載されてい
る。
【０００７】図１に示すように、核１０は磁気モーメン
ト１２を有しており、静磁界Ｂ 0 に対して垂直な平面に
沿って磁界１４を生じるＲＦ磁気信号により励起され
て、静磁界Ｂ 0 を中心として歳差運動１８を行なう。
【０００８】励起ＲＦ磁界１４はｘ−ｙ平面の中の単一
軸に沿って振動することができる。このような振動磁界
は、当業者には既知のように振動軸に沿って静磁界Ｂ0
に垂直に配置された２つの導電性ループで構成された
「サドル」形コイル（図示しない）によって作ることが
できる。
【０００９】核モーメント１２のより有効な励起は円偏
波されたＲＦ磁界１４、すなわち回転する磁界ベクトル
を生じるＲＦ磁界で達成することができる。このＲＦ磁
界１４の磁界ベクトルは図１の矢印２０で示すようにラ
ーモア周波数ωに等しい角速度でｘ−ｙ平面内で回転す
ることが好ましい。
【００１０】コイル構造をその「共鳴」周波数で励起し
たとき、あるＲＦコイル構造では回転するＲＦ磁界１４
が生じ得ることが知られている。図２に示すように、回
転磁界を作成するためのコイル構造２８は静磁界Ｂ0 の
軸１６に沿って間隔を置いて配置された１対の導電性の
ループ２２および２２′を有する。ループ２２および２
２′は静磁界Ｂ0 の軸１６に平行な一連の導電性セグメ
ント２４と結合される。ループ２２および２２′ならび
に導電性セグメント２４は固有インダクタンスを有し、
その長さに沿って容量性素子Ｃeで分割することによ
り、コイルを外部ＲＦ発生器（図示しない）で駆動した
とき導電性セグメント２４を通る電流を所望のパターン
に形成させることができる。容量性素子Ｃs を「低減通
過」構成で図２ａに示すようにループ２２とループ２
２′との間の導電性セグメント２４に沿って配置しても
よい。容量性素子を「高域通過」構成で図２ｂに示すよ
うに導電性セグメント２４相互の間のループ２２および
２２′に沿って配置してもよい。あるいは「帯域通過」
構成で図２ｃに示すように上記の両方の位置に容量性素
子を配置してもよい。
【００１１】上記のＲＦコイル構造２８の詳細な説明は
米国特許第４，６８０，５４８号明細書、米国特許第
４，６９２，７０５号明細書、米国特許第４，６９４，
２５５号明細書に記載されている。これらの設計のコイ
ルは「共鳴ＲＦコイル」と呼ばれている。
【００１２】ＲＦコイル構造（以下、説明の便宜のため
「ＲＦコイル」または単に「コイル」とも呼ぶ）２８を
特定の周波数ｆ1 で第１の共鳴モードで駆動したとき、
軸方向の各導電性セグメント２４の電流分布の位相は静
磁界Ｂ0 の軸１６のまわりで測定したセグメント２４の
横方向角度θに比例する。この位相分布は容量性素子Ｃ
e およびＣs と組み合わせたコイル２８の分布インダク
タンスの「遅延線」効果の結果であり、これらが一緒に
なって各ループ２２，２２′に沿った電圧の定在波を生
じる。駆動周波数ｆ1 で、導電性セグメント２４の角度
θの変移が３６０°の場合、遅延線は導電性セグメント
２４を通って流れる電流に３６０°一杯の位相変移を生
じる。当業者には理解されるように、この電流分布は任
意に定めた角度θ 1 の所にある第１の固定軸に沿った方
向を向く正弦波状に変化する大きさのＲＦ磁界１４を発
生する。
【００１３】周波数ｆ2 ＝ｆ1 の第２の信号を用いて第
２のモードでコイル構造２８を適切に駆動することによ
り、ループ２２および２２′に沿って９０°だけ角度が
変位した第２の直交定在波を発生することができる。こ
の第２の定在波は、θ1 に直角な角度θ 2 の所にある第
２の固定軸（すなわち、第１の固定軸と直交する固定の
軸）に沿った方向を向く正弦波状に変化する大きさを持
つ第２の磁界１４を形成する。２つのモードの組み合わ
せ効果は第１および第２の駆動信号の周波数ｆ1 および
ｆ2 に等しい角速度で静磁界の軸（以下、「縦軸」と呼
ぶ）１６を中心として回転する円偏波されたＲＦ磁界１
４を作ることである。
【００１４】通常、縦軸１６を中心として互いに９０°
隔った２つの異なる励起点でコイル構造２８を励起する
ことによって上記の２つの直交モードが作られる。コイ
ル構造２８は導電性セグメント２４の中の１つの容量性
素子Ｃs の両端間に直接接続されたＲＦ発生器（図示し
ていない）によって駆動することができる。代案とし
て、ＲＦ発生器をコイル構造２８に誘導結合する方法が
米国特許第４，６３８，２５３号明細書に教示されてい
る。
【００１５】コイル構造２８のまわりに分布したキャパ
シタンスとインダクタンスの値が等しくない場合には、
コイル構造の２つの直交する共鳴モードは角度θ1 およ
びθ 2 を向いた異なる周波数ｆ1 およびｆ2 を持つこと
がある。一般に、各モードで発生される磁界１４はそれ
らの絶対的な方位（orientation ）およびそれらの周波
数に拘らず直交した状態に留まり、またコイル構造２８
のまわりのキャパシタンスとインダクタンスの変化の結
果としてｆ1 とｆ2 との間に最大の差を許容するような
縦軸１６のまわりの角度に変移する。この結果の１つは
θ2 が常にθ1 ＋９０°に等しいのでθ1 だけを測定す
ればよいということである。
【００１６】コイル構造の２つの共鳴モードが異なる周
波数ｆ1 およびｆ2 を有する場合には、ＲＦ磁界１４の
一様さが低下し、コイルとＮＭＲ装置との間のエネルギ
転送効率が低下する。
【００１７】コイル構造２８のインダクタンスおよびキ
ャパシタンスの値の小さな変化はコイルの周囲に配置さ
れたリアクタンス分路を使用することにより「同調」除
去することができる。分路を使って、ＲＦコイルのリア
クタンス素子をトリミング（trimming）してｆ1 ＝ｆ2
となるように調節することができる。
【００１８】ＲＦコイル２８の同調に必要な各分路の適
正な値の決定は、信号発生器によりある範囲の周波数に
わたってコイル２８を励起することにより未同調ＲＦコ
イル２８のｆ1 およびｆ2 を測定し、誘導結合されたネ
ットワーク・アナライザを使ってコイル２８のまわりの
種々の位置でのコイル２８の電流の強さと励起周波数と
の関係をプロットすることによって行なわれる。このプ
ロットは周波数ｆ1 およびｆ2 の共鳴モードに対応する
２つの近接したピークを示す。ネットワーク・アナライ
ザの誘導結合をコイル２８の種々の場所に動かすことに
よって決定された、１つのピークに対して最大の電流の
流れるＲＦコイル２８上の位置が、θ1 とθ2 のうちの
一方の位置を示す。これから他方の位置も決定すること
ができる。
【００１９】この同調方法は難しく、時間がかかる。し
ばしば、ｆ1 およびｆ2 のピークは雑音によって明確に
区別されないか、またははっきりしなくなる。信号発生
器およびネットワーク・アナライザに対する誘導結合を
コイル２８に沿って動かさなければならないという必要
条件は、ネットワーク・アナライザをＮＭＲ装置に伴な
う大きな磁界からかなりの距離離さなければならず、し
たがって各移動角に操作者が装置とコイルとの間を行っ
たり来たりしなければならないという事実によって複雑
になる。
【００２０】
【発明の概要】本発明はＲＦコイルの２つのモードの周
波数ｆ1 およびｆ2 ならびに方位θ1 およびθ2 を決定
する簡単な手段を提供する。特定の角度θで共鳴が起る
ようにコイルを拘束した状態でＲＦコイルの共鳴周波数
の測定を行なう。これらの測定結果を組み合わせること
により未拘束のＲＦコイルの直交共鳴モードの周波数ｆ
1 およびｆ2 ならびに方位θ1 およびθ2 を推定する。
【００２１】一実施例では、０°，４５°，９０°およ
び１３５°の相対角度に沿った方位を持つように拘束さ
れた４つのモードに対して、ＲＦコイルの共鳴周波数の
４つの測定だけが行なわれる。
【００２２】したがって、本発明の１つの目的は未同調
ＲＦコイルの共鳴モードの周波数および方位を素早く決
定する方法を提供することである。このような測定結果
はＲＦコイルを同調させるために使うことができる。
【００２３】所定の点でコイルに取り付けられて、それ
らの点を選択的にアースに接続する分路によって、測定
のためにＲＦコイルの共鳴モードの方位を特定の角度に
拘束することができる。分路は、ＲＦコイルの一次共鳴
モードが分路の位置によって決定された軸に沿って存在
するようにし、二次直交共鳴モードを抑圧する。
【００２４】したがって、本発明のもう１つの目的は近
傍の周波数の二次直交モードを抑圧することによってＲ
Ｆコイルの一次共鳴モードの周波数の測定を簡単にする
ことである。
【００２５】この測定方法を使用するためのＲＦコイル
は、中心軸に沿って間隔をあけた関係で配置された１対
の導電性ループ、および上記各ループ上の周期的な点で
導電性ループ対を電気的に相互接続する複数の導電性セ
グメントを有している。導電性セグメントとループには
リアクタンス素子が含まれており、これらのリアクタン
ス素子によってＲＦコイルが与えられた周波数で共鳴す
る。
【００２６】分路がＲＦコイルに取り付けられる。分路
は、導電性ループを基準電位に結合するインピーダンス
素子によってＲＦコイルの共鳴を所定の周波数に同調さ
せる。ＲＦコイルを基準電圧に短絡できるようにスイッ
チがＲＦコイルに取り付けられる。スイッチは、各イン
ピーダンス素子と並列にスイッチ素子を含む。
【００２７】したがって、本発明のもう１つの目的は測
定のためのＲＦコイルの短絡とその後のＲＦコイルの同
調をともに可能にする簡単なＲＦコイル構造を提供する
ことである。ＲＦコイルの共鳴モードを特定の角度に拘
束するため１対のインピーダンス素子に対してスイッチ
素子を閉じることができる。スイッチ素子が開いている
ときは、インピーダンス素子を調整することによりＲＦ
コイルを適正なモードに同調させることができる。
【００２８】本発明の上記および他の目的および利点は
以下の説明から明らかとなろう。以下の説明では付図を
参照するが、付図は本発明の実施例を示しているに過ぎ
ず、このような実施例は必らずしも本発明の範囲全体を
表わすものではないので、発明の範囲の解釈にあたって
は請求の範囲を参照しなければならない。
【００２９】
【実施例の説明】ＲＦコイルの構成 図３に示すように、ＮＭＲイメージング装置のコイル・
アセンブリには励起用ＲＦコイル２８およびシールド３
２が含まれている。シールド３２は通常のＮＭＲイメー
ジング装置で使用されるＲＦコイル２８および他のコイ
ル（図示されていない）と同軸の接地された導電性の管
である。シールド３２はＲＦコイル２８からの磁界を部
分的に封じ込めるように作用する。
【００３０】ＲＦコイル２８は共通の縦軸１６に沿って
間隔をあけ配置された２つの導電性のループ２２および
２２′を含む。これらのループ２２および２２′はコイ
ル・アセンブリの中心開口の所望の形状に応じて円形ま
たは楕円形とすることができる。２個のループ２２およ
び２２′は８個の軸方向の導電性セグメント２４によっ
て相互接続され、円筒形の鳥かごに似たコイル構造が形
成される。例示したＲＦコイル２８は８個の導電性セグ
メントを有しているが、本発明は導電性セグメントの数
が８より大きいかまたは小さい鳥かご形のＲＦコイル２
８にも使用することができる。
【００３１】各導電性セグメント２４には少なくとも１
個の容量性素子Ｃs が設けられる。導電性のループ２２
および２２′の各々は、互いに隣接した導電性セグメン
ト２４の取付け点の間の各区間に１個ずつ合計８個の直
列接続された容量性素子Ｃeを含んでいる。これらの容
量性素子Ｃs およびＣe の各々の間のコイル２８の接続
部分は誘導性であり、各々の部分はループ２２および２
２′もしくは導電性セグメント２４に対応してＬe また
はＬs と表わされる。容量性素子Ｃe およびＣs ならび
に導電性セグメント２４の各々の位置はθと同様に縦軸
１６を中心として測定したその角度φで表わすことがで
きる。角度θの原点は任意であるが、以下の説明のため
θとφは共通の原点を共有する。図３に示す特定の鳥か
ご形のＲＦコイル２８は前に述べたような帯域通過構成
のものであるが、本発明は後述するような低域通過型お
よび高域通過型のコイルにも使用することができる。
【００３２】ＲＦコイル２８は９０°の位相差がある２
つの無線周波（ＲＦ）信号によって励起される。一方の
信号は角度θ＝０゜の所の導体セグメント２４の第１の
容量性素子Ｃs の両端間にリード線３４を介して印加さ
れる。他方のＲＦ信号は角度θ＝９０°の所の第２の導
電性セグメント２４の第２の容量性素子Ｃs の両端間に
リード線３６を介して印加される。
【００３３】導電性のループ２２および２２′はそれぞ
れ対形式でＡとＡ′からＤとＤ′までのように表わされ
る４対の分路３８を介してシールドに結合される。一方
のループ２２′はそれぞれ角度θ＝０°およびθ＝１８
０°の所に接続された分路ＡおよびＡ′、ならびにそれ
ぞれ角度θ＝９０°およびθ＝２７０°の所に接続され
た分路ＣおよびＣ′をそなえている。他方のループ２２
はそれぞれ角度θ＝４５°およびθ＝２２５°の所に接
続された分路ＢおよびＢ′、ならびにそれぞれ角度θ＝
１３５°およびθ＝３１５°の所に接続された分路Ｄお
よびＤ′をそなえている。一方のループの分路３８は他
方のループの分路３８に対して４５°だけずらすことが
好ましい。図示するように、分路３８はループ２２およ
び２２′と導電性セグメント２４との間の接続点でルー
プ２２および２２′に接続されているが、後に述べるよ
うなＲＦコイル２８の共鳴モードの方位制御が可能であ
れば他の接続点も許容し得ることは以下の説明から理解
できよう。
【００３４】図４に示すように、各分路３８はＲＦコイ
ル２８と共通電気節点との間に同調可能なインピーダン
スを与える。実施例では共通電気節点はシールド３２で
ある。
【００３５】分路３８は３つの状態のうちの１つの状態
で動作し得る。第１に、分路３８はコイル２８の共鳴周
波数で直列共鳴するように同調させることができる。コ
イル２８は開放回路として動作し、ＲＦコイル２８から
分路３８を介してシールド３２に電流が流れることはな
い。この状態では、分路３８は実効的に切り離される。
【００３６】第２に、分路３８を付加的に容量性または
誘導性となるように変化させてコイル２８を同調させる
手段を提供することもできる。ＲＦコイルを同調させる
ための分路の全体的な構成は米国特許第４，８２０，９
８５号明細書に述べられている。
【００３７】第３に、分路３８はＲＦコイル２８とシー
ルド３２との間の低インピーダンス路を提供することが
できる。低インピーダンス路によって、ループ２２およ
び２２′上の定在波のモードは後で更に説明するように
シールド３２に対して零電圧となるので、その点で電流
ピークを持つ。ＲＦコイル上の選択された点を接地する
ための分路の全体的な構成は米国特許第４，８３３，４
０９号明細書に述べられている。
【００３８】図４に示すように各分路３８は、伝送線４
２によってＲＦコイル２８に結合された回路網４４を有
する。「分路インピーダンス」はコイル２８から伝送線
４２を見て測定した分路３８のインピーダンスである。
「回路網インピーダンス」は伝送線４２の後で測定した
回路網のインピーダンスである。伝送線４２のインピー
ダンス変更特性の結果、分路インピーダンスと回路網イ
ンピーダンスは異なる。信号損失を小さくし、また機械
的な便利さのため、伝送線４２の長さはλ／８になって
いるが、当業者には理解されるように他の長さを使って
回路網４４のインピーダンスを適当に変更してもよい。
【００３９】回路網４４は伝送線４２の第１の端４６と
シールド３２との間に直列接続された可変コンデンサＣ
1 とインダクタＬ1 で構成される。伝送線４２の第２の
端はループ２２または２２′の適当な点でＲＦコイル２
８に接続されている。
【００４０】コンデンサＣ1 は直列接続されたＰＩＮダ
イオードＤ1 およびＤ2 によって分路されている。可変
コンデンサＣ2 がＤ1 およびＤ2 間の結合点とシールド
３２との間に接続されている。制御可能な電流源４８が
ＲＦチョークＬ2 を介して伝送線４６の第１の端に接続
されることにより、ダイオードＤ1 またはＤ2 が順方向
バイアスまたは逆方向バイアスされる。
【００４１】電流源４８によってダイオードＤ1 および
Ｄ2 が順方向バイアスされたとき、それらのインピーダ
ンスは非常に低くなり、Ｃ1 は事実上バイパスされる。
したがって、回路網のインピーダンスはＬ1 およびＣ2
の並列組み合わせによって決定される。この状態を使っ
てコンデンサＣ2 を変えることによりＲＦコイル２８を
同調させる。
【００４２】また、ダイオードＤ1 およびＤ2 が電流源
４８によって逆バイアスされたとき、それらのインピー
ダンスは非常に大きな値となり、Ｃ2 は回路網４４から
事実上分離される。したがって、回路網インピーダンス
はＣ1 とＬ1 の直列組合わせによって決定される。回路
網インピーダンスが実質的に純容量となり、伝送線４２
によって変換された分路インピーダンスがシールド３２
に対する短絡となるようにＣ1を調節することができ
る。
【００４３】同調可能な分路の構成については米国特許
第４，８３３，４０９号明細書および米国特許第４，８
２０，９８５号明細書に述べられている。
【００４４】ＮＭＲイメージング装置の正常動作の間、
ＰＩＮダイオードＤ1 およびＤ2 は順方向バイアスさ
れ、コイル２８の共鳴モードをコンデンサＣ2 およびイ
ンダクタＬ1 によって同調させることができる。しか
し、ＲＦコイルの同調前に、各分路対３８を一度に一対
づつ作動することによりコイル２８からアースに至る低
インピーダンス路を形成することができる。この作動の
目的はＲＦコイル２８の共鳴モードが作動された分路位
置でピーク電流を持つようにすることにより、以下に説
明するようにＲＦコイル２８の共鳴モードの特性の測定
を助けることである。
【００４５】図５および６を参照すると、ＲＦコイル２
８は、角度θ 1 の方位の軸に沿って振動するＲＦ磁界１
４を生じる電流の定在波を持つ周波数ｆ1 の基本共鳴モ
ードｍ1 を維持することができる。このモードでは、導
電性セグメントの電流はｓｉｎ（φ−θ1 ）に比例した
値となる。ここで、φは導電性セグメント２４の角度で
ある。コイル２８をθ＝θ1 ＋９０°およびθ＝θ1 −
９０°の所で隔てられた２つの半部に分割されたものと
考え、これらの点にある導体セグメント２４もそれらの
長さ方向に二分割してあると考えるのが便利である。こ
のように分割されたＲＦコイル２８の一方の半部に於い
ては、電流はＲＦコイル２８の１／４内の導電性セグメ
ント２４を上向きに流れて、半分のループ２２に沿って
流れ、次いでＲＦコイル２８の他の１／４内の導電性セ
グメント２４を下向きに流れて、半分のループ２２′に
沿って流れる。
【００４６】ＲＦコイル２８の半部のループに沿って流
れる電流は磁界１４を作成するソレマイドの１つのルー
プに対応する。ＲＦコイル２８の他の半部はソレノイド
の第２のループに対応する同じ方向の電流の第２のルー
プを作成する。図５に示すように、φ＝θ1 ＋０°およ
びφ＝θ1 ＋１８０°の所の半コイルの中心の導電性セ
グメント２４には電流が流れないが、この零電流の点が
特定の導電性セグメント２４とそろわなくてもよいこと
が理解されよう。
【００４７】前に述べたようにＲＦコイル２８のキャパ
シタンスおよびインダクタンスの変化により、磁界の方
位を任意のθ1 に生じさせることができる。しかしいず
れにしても、上記のようにコイルを２個の半コイルに分
割することができる。半コイルの中心、すなわちθ＝θ
1 ＋０°およびθ1 ＋１８０°に於けるループ２２およ
び２２′に沿った電流の和が全ピーク電流Ｉ0 と定義さ
れる。
【００４８】前に説明し図３に示したように、ループ２
２および２２′のまわりに互いに対向する対の分路３８
が配置され、４５°ごとに少なくとも１対の分路３８が
設けられる。このような分路対の１つの対の分路３８を
シールド３２に対する短絡回路となるように構成するこ
とにより、モードｍ 1 の方位（すなわち角度θ 1 ）はそ
のように短絡回路として働く対の分路３８を通過する線
とそろうように制御することができる（このようにそろ
ったときの方位の角度をθ 1 ′と表し、そのときのモー
ドをｍ 1 ′と表す）。モードのこのような位置合わせ
（アラインメント）はアースに至る径路を形成する該分
路３８がループ２２および２２′に対するそれらの接続
点で零電圧の境界条件を生じ、これによりループ２２お
よび２２′のまわりの定在波が分路３８の取付け点で電
圧節点を持つということに注意することによって直観的
に理解することができる。したがって、任意の特定の導
電性セグメントの角度φ 1 およびφ 2 （ここで、φ 2 ＝
φ 1 ＋１８０°）の所に対向配置された２つの分路Ｂお
よびＢ′に対して、モードｍ 1 は角度φ 1 およびφ 2 の
所にあるＲＦコイル２８上の２つの点を通過する軸に沿
った方位すなわち角度θ 1 ′の方位を有する。
【００４９】分路３８が上記のように作動されたとき、
常にθ2 ＝θ1 ＋９０°にある第２のモードｍ2 は作動
された分路の短絡作用によって抑圧され、モードｍ2 か
らの妨害なしにモードｍ1 の周波数の測定を容易に行な
うことができる。
【００５０】適正な同調の決定 ＲＦコイルの共鳴のための全体的な条件は容量性素子Ｃ
e およびＣs に蓄積されたピークエネルギがその周波数
で誘導性素子Ｌe およびＬs に蓄積されたピークエネル
ギに等しいということである。導電性セグメント２４の
全等価インダクタンスをＬeq（θ）、容量性素子Ｃs お
よびＣe の全等価キャパシタンスをＣeq（θ）とすれ
ば、各々に蓄積されるエネルギはそれぞれ次式で表わさ
れる。
【００５１】
【数３】 ここで、コンデンサに蓄積されるピーク電荷はＱ＝Ｉ0
／ω（θ）であり、ω（θ）は共鳴モードの所定の方位
に於けるコイル２８の共鳴周波数である。したがって
【００５２】
【数４】 共鳴の必要性に応じてＥC ＝ＥL と設定すれば、
【００５３】
【数５】 実効キャパシタンスＣeq（θ）および実効インダクタン
スＬeq（θ）はモードの方位θの関数である。全容量性
エネルギＥC および全誘導性エネルギＥL に対する寄与
は個別のキャパシタンスＣs （φi ）およびＣ
e （φi ）ならびに個別のインダクタンスＬe （φi ）
およびＬs （φi ）のエネルギ蓄積の寄与によって左右
される。これらは各素子に流れる電流の自乗に比例す
る。そしてこのような各素子を通る電流は定在波の方
位、したがってモードのθによって左右される。同様の
理由により、共鳴モードの周波数をラジアンの単位で表
わしたωもθによって左右される。
【００５４】エネルギ計算の目的のための実効キャパシ
タンスＣeqは各キャパシタンスＣs （φi ）およびＣe
（φi ）の寄与によるエネルギであり、これは各キャパ
シタンスに流れる電流の自乗に比例する。すなわち
【００５５】
【数６】 ここで、Ｎs はコイル２８のセグメント２４の個数であ
り、ＣeおよびＣe ′はそれぞれループ２２および２
２′上の対応する容量性素子である。
【００５６】上記のようなループ２２および２２′上の
定在波に対する条件の結果として、各容量性素子を通る
電流は素子の角度位置φに正弦的に関連しており、φは
モードの角度θと同じ原点から測られる。
【００５７】実際上、コイル２８の構成によって、非常
に一様なインダクタンスＬe （φi ）およびＬ
s （φi ）が得られ、したがってＬeqはθから独立な定
数と考えられる。
【００５８】式（３）と（４）を組み合わせて、共鳴周
波数について解くと次式が得られる。
【００５９】
【数７】 ここで、一般に認められた慣例に従い ｆ（θ）＝ω（θ）／２πである。
【００６０】θとφの依存性は三角恒等式により分離す
ることができ、次式が得られる。
【００６１】
【数８】 式（６）は上記の特定の分路対の短絡によって生じ得る
ような共鳴モードの所定の方位θに対する共鳴周波数ｆ
（θ）を与える。
【００６２】短絡された分路対３８によって拘束され
ず、角度θ1 およびθ2 ならびに周波数ｆ1 およびｆ2
で２つの直交モードｍ1 およびｍ2 をそなえたＲＦコイ
ル２８に対して、θ1 はｆ1 およびｆ2 が式（６）で定
められる最大および最小の共鳴周波数となるような角度
θになる。この事実により、式（６）をθに対して微分
するとｆ1 およびｆ2 をきめることができる。導関数が
零に等しくなる式（６）の零傾斜点がｆ1 およびｆ2 で
ある。
【００６３】式（６）の導関数を零に等しく設定するこ
とにより、次式が得られる。
【００６４】
【数９】 したがって、２つのモードｍ1 およびｍ2 の角度は次式
で表わされる。
【００６５】
【数１０】 あるいはそのかわりに
【００６６】
【数１１】 式（１３）および（１４）のこれらの項を式（６）に代
入することにより、未拘束ＲＦコイル２８の２つのモー
ドｍ1 およびｍ2 に対する共鳴周波数ｆ1 およびｆ2 を
次のようにきめることができる。
【００６７】
【数１２】 周波数ｆ1 およびｆ2 ならびに方位θ1 （またはθ2 ）
はリアクタンス性モードで分路３８を使うことによって
コイルを適切に同調させるために必要な値である。しか
し、これらの値を求める式（１５）および（１６）で
は、Ｆs ，Ｆc およびＦ0 に含まれているキャパシタン
スＣe （φi ）およびＣs （φi ）の値を知らなければ
ならない。キャパシタンスＣe （φi ）およびＣs （φ
i ）を直接測定により決定することは一般に難しい。
【００６８】分路３８によって拘束されるように種々の
角度θでｆ（θ）を多数回測定することによりＦs ，Ｆ
c およびＦ0 の項をなくすことができる。詳しく述べる
と、ｆa ，ｆb ，ｆc およびｆd で表わされ、θ＝０
°，４５°，９０°および１３５°のモードに対応する
共鳴周波数の４つの測定を行なう。これらのモードは前
に述べたように適当な分路対３８を短絡することによっ
て生ずる。
【００６９】これらのモードの各々に対するθの値を式
（６）に代入し、このように作成された式を組み合わせ
ることにより、下記の式が得られる。この式からｆa ，
ｆb ，ｆc およびｆd の測定可能な値によってキャパシ
タンスに依存する項Ｆ0 およびＦs の値が得られる。
【００７０】
【数１３】 上記からＦs ，Ｆc およびＦ0 の値を求めることがで
き、これらを使って式（１１）および（１２）ならびに
（１５）および（１６）でこれらの値を消去することが
できる。これらを代入して、ｆ1 ，ｆ2 およびθ1 は次
式で与えられる。
【００７１】
【数１４】 式（２２）については、分子および分母の符号を観察す
ることによって角度θ 1 を適正な象限に入れるように注
意を払わなければならない。
【００７２】このようにして、分路３８を使って４つの
周波数測定だけを行なうことにより、共鳴モードｍ1 お
よびｍ2 の周波数ｆ1およびｆ2 ならびに未拘束ＲＦコ
イル２８のそれらのモードの方位θ1 およびθ2 をきめ
ることができる。上記のように分路３８の特定の対を短
絡する拘束されたＲＦコイル２８で４つの周波数測定が
行なわれる。試行錯誤をなくし、必要な測定数を４に制
限することにより、分路３８は周波数測定を簡略化す
る。前に述べたように、地気に短絡されたとき分路３８
は第２の共鳴モードの抑圧も行ない、これにより共鳴周
波数の測定がより容易になる。
【００７３】コイル２８の未拘束共鳴モードｍ1 および
ｍ2 の周波数ｆ1 およびｆ2 ならびに方位θ1 がきまれ
ば、リアクタンス性モードで分路３８を使用することに
より次式に従ってＲＦコイル２８を同調させる。
【００７４】
【数１５】 ここでΔｚ（φ）は位置φおよびφ＋１８０°に於ける
分路３８のインピーダンスの必要な変化分であり、Δｆ
1 およびΔｆ2 はｆ1＝ｆ2 とするために必要なｆ1 ，
ｆ2 の所望の変移分である。ｋb はオーム単位の分路３
８のインピーダンス変化分をＲＦコイル２８の共鳴周波
数変化分に関連付けるインピーダンス感度定数であり、
ＲＦコイル２８の種類によって実験で定められる。
【００７５】上記の説明は本発明の実施例の説明であっ
た。本発明の趣旨と範囲から逸脱することなく多数の変
更を加え得ることは当業者には明らかである。たとえ
ば、ここに述べた同じ方法が低域通過型および高域通過
型の共鳴ＲＦコイルに等しく適用可能である。コンデン
サＣe またはＣs を適宜無限大に設定することにより同
じ等式でこのようなコイルのモードの周波数と方位を計
算することができる。共鳴モードを上記のように拘束す
ることができれば、分路はＲＦコイル２８上の他の点に
配置することもできる。代案として、スイッチで導電素
子２２，２２′または２４を開放することによってコイ
ルの共鳴モードを拘束してもよい。導電性素子の開放区
間の動作により、共鳴モードの電流最小値が開放部分の
中心にあるので、その区間をアースに短絡することなく
コイル２８が拘束される。Ｎが１より大きい整数とした
とき導電性セグメントの電流がＮθに従って変化するよ
うに、周波数がより高いかまたはより低いモードで共鳴
コイルを動作させ得ることは周知である。上記の説明か
ら当業者には理解されるように、ここに述べた技術はこ
のようなより高次の共鳴に対しても働く。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の技術で説明する静磁界Ｂ0 およびＲＦ磁
界ベクトルの方位を示すと共に、ＲＦ磁界によって励起
されて歳差運動する核スピンを示す斜視図である。
【図２】２ａは互いに対向する導電性ループを用い、か
つ低域通過構成のリアクタンス素子を含む共鳴ＲＦコイ
ルの概略斜視図であり、２ｂは高域通過構成にした共鳴
ＲＦコイルの概略斜視図であり、２ｃは帯域通過構成に
した共鳴ＲＦコイルの概略斜視図である。
【図３】分路を配置した本発明による共鳴ＲＦコイルの
概略斜視図である。
【図４】図３の分路の概略回路図である。
【図５】ある時点に一次共鳴モードで共鳴している図３
のＲＦコイルの電流の流れを示す概略斜視図である。
【図６】一次共鳴モードに対する最大および最小の電圧
および電流の点を示す、図３のコイルの電流の流れの平
面図である。
【符号の説明】
２８ ＲＦコイル ３８ 分路対
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スコット・アラン・ワイス アメリカ合衆国、ウィスコンシン州、ムス ケゴ、ウッズ・ロード、ダブリュ17698・ エス84（番地なし)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 拘束されていない共鳴ＮＭＲ無線周波
    （ＲＦ）コイルの直交共鳴モードの周波数ｆ1 およびｆ
    2 ならびに方位θ1 およびθ2 を決定する方法におい
    て、 （ａ）上記ＲＦコイルの共鳴モードの方位を与えられた
    θに拘束するステップ、 （ｂ）拘束された共鳴モードの周波数を測定するステッ
    プ、 （ｃ）ステップ（ａ）および（ｂ）を反復することによ
    り異なる方位θに対応する複数の異なる周波数測定値を
    得るステップ、 （ｄ）複数の異なる周波数測定値から拘束されていない
    ＲＦコイルの直交共鳴モードの周波数ｆ1 およびｆ2 な
    らびに方位θ1 およびθ2 を導き出すステップ、を含む
    ことを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 上記複数の異なる周波数測定値が４つの
    周波数測定値ｆa ，ｆb ，ｆc およびｆd を含み、ｆa
    が任意に選択された０°の方位に拘束され、かつｆb ，
    ｆc およびｆd がｆa の方位から順次４５°ずつずらさ
    れた方位で取得され、周波数ｆ1 およびｆ2 ならびに方
    位θ1 およびθ2 が次式 【数１】 から計算される請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 所定の点をアースに接続するため上記所
    定の点で上記ＲＦコイルに取り付けられた分路を使用す
    ることにより、上記ＲＦコイルの共鳴モードの方位が与
    えられたθに拘束されている請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】 所定の点で上記ＲＦコイルを開放するた
    め上記所定の点で上記ＲＦコイルに取り付けられたスイ
    ッチを使用することにより、上記ＲＦコイルの共鳴モー
    ドの方位が与えられたθに拘束されている請求項１記載
    の方法。
  5. 【請求項５】 拘束されていないＮＭＲ共鳴ＲＦコイル
    であって、それぞれ可変インピーダンスｚ（φ＝０
    °）、ｚ（φ＝４５°）、ｚ（φ＝９０°）およびｚ
    （φ＝１３５°）を持つ可変リアクタンス分路の対向配
    置された対を角度０°，４５°，９０°および１３５°
    の所に有し、ｋb のインピーダンス感度を有し、また周
    波数がそれぞれｆ1 およびｆ2 で方位がθ1 の未同調直
    交共鳴モードを有しているコイルを、所望の共鳴モード
    に同調させる方法に於いて、 所望の共鳴周波数とｆ1 およびｆ2 のそれぞれとの間の
    周波数差Δｆ1 およびΔｆ2 を決定するステップ、なら
    びにＲＦコイルを同調させるために必要な分路のインピ
    ーダンス変化を次式 【数１】 に従って計算するステップを含むことを特徴とする方
    法。
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Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5576622A (en) * 1991-11-14 1996-11-19 Fonar Corporation Shielded NMR radio frequency coil and method of performing an NMR experiment
US5296814A (en) * 1992-04-15 1994-03-22 General Electric Company Tunable signal coupler for a magnetic resonance imaging system
DE4232884C2 (de) * 1992-09-30 1997-10-16 Siemens Ag Antennenanordnung für ein Kernspinresonanzgerät
US5432449A (en) * 1993-02-25 1995-07-11 General Electric Company Test apparatus for magnetic resonance imaging systems
US5412322A (en) * 1993-06-24 1995-05-02 Wollin Ventures, Inc. Apparatus and method for spatially ordered phase encoding and for determining complex permittivity in magnetic resonance by using superimposed time-varying electric fields
DE10109489B4 (de) * 2000-03-31 2009-03-05 RAPID Biomedizinische Geräte RAPID Biomedical GmbH Spinresonanzmeßgerät mit einem statischen Magnetfeld
US7504827B1 (en) 2001-11-14 2009-03-17 Fonar Corporation MRI test fixture
US6774634B2 (en) 2002-01-29 2004-08-10 Varian, Inc. Automated NMR analysis using solvents and sample tube materials to control frequency shifts
US7701219B2 (en) * 2004-03-31 2010-04-20 Varian, Inc. Capacitor switches for NMR
EP2013936A2 (en) 2006-04-05 2009-01-14 Saint-Gobain Ceramics and Plastics, Inc. A sofc stack having a high temperature bonded ceramic interconnect and method for making same
DE102006018158A1 (de) * 2006-04-19 2007-10-25 Siemens Ag Zylindrische Magnetresonanzantenne
DE102006055136B4 (de) * 2006-11-22 2010-05-06 Siemens Ag Hochfrequenzspulenanordnung und Magnetresonanzgerät
US9841477B2 (en) 2012-03-14 2017-12-12 Max-Planck-Gesellschaft Zur Foerderung Der Wissenschaften E.V. Method for multi-mode, multi-load, and multi-domain optimization of a multi-channel near-field RF transmitter
US9885766B2 (en) 2012-04-17 2018-02-06 Transarray LLC Magnetic-resonance transceiver-phased array that compensates for reactive and resistive components of mutual impedance between array elements and circuit and method thereof
US11385307B2 (en) * 2016-09-19 2022-07-12 The Medical College Of Wisconsin, Inc. Strongly coupled fourth-order resonance coil systems for enhanced signal detection
WO2018098331A1 (en) 2016-11-23 2018-05-31 General Electric Company An anterior radio frequency (rf) coil array for a magnetic resonance imaging (mri) system
WO2018098355A1 (en) 2016-11-23 2018-05-31 General Electric Company A conforming posterior radio frequency (rf) coil array for a magnetic resonance imaging (mri) system
US10921399B2 (en) * 2017-11-22 2021-02-16 GE Precision Healthcare LLC Radio frequency (RF) coil array for a magnetic resonance imaging (MRI) system for use in interventional and surgical procedures
EP3531156B1 (de) * 2018-02-21 2024-03-27 Siemens Healthineers AG Einstellen einer feldverteilung einer antennenanordnung einer magnetresonanzanlage
WO2020204944A1 (en) 2019-04-05 2020-10-08 Halliburton Energy Services, Inc. Reverse circular polarization based antenna orientation
NO20211061A1 (en) 2019-04-05 2021-09-03 Halliburton Energy Services Inc Circular polarization correction in nuclear magnetic resonsance (NMR) logging
US20230009401A1 (en) * 2019-12-04 2023-01-12 Korea University Research And Business Foundation, Sejong Campus High frequency coil apparatus for obtaining nuclear magnetic resonance signals of other nuclides within magnetic resonance imaging system, and method for operating same

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4680548A (en) * 1984-10-09 1987-07-14 General Electric Company Radio frequency field coil for NMR
US4638253A (en) * 1984-10-29 1987-01-20 General Electric Company Mutual inductance NMR RF coil matching device
NL8603251A (nl) * 1986-12-22 1988-07-18 Philips Nv Magnetisch resonantie-apparaat met inschakelbare bird-cage r.f.-spoel.
US4751464A (en) * 1987-05-04 1988-06-14 Advanced Nmr Systems, Inc. Cavity resonator with improved magnetic field uniformity for high frequency operation and reduced dielectric heating in NMR imaging devices
US4799016A (en) * 1987-07-31 1989-01-17 General Electric Company Dual frequency NMR surface coil
US4833409A (en) * 1987-12-21 1989-05-23 General Electric Company Apparatus for dynamically disabling an NMR field coil
US4820985A (en) * 1988-04-06 1989-04-11 General Electric Company Apparatus for tuning an NMR field coil
JP2714044B2 (ja) * 1988-09-30 1998-02-16 株式会社東芝 磁気共鳴装置用二重同調高周波コイル
NL8802608A (nl) * 1988-10-24 1990-05-16 Philips Nv Magnetisch resonantie apparaat met verbeterde rf spoel.
US4916418A (en) * 1989-03-31 1990-04-10 Varian Associates, Inc. Double tuned bird cage coil

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Publication number Publication date
EP0455418A3 (en) 1992-01-22
EP0455418A2 (en) 1991-11-06
JPH04262280A (ja) 1992-09-17
US5081418A (en) 1992-01-14

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