JPS61226029A - 核磁気共振検査用コイル配置 - 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】 本発明は被検体を導入する開口を設けた導体配置と、こ
の導体配置を包囲するように配設され、かつアースに接
続した円筒形の導電シールドとを有し、高周波磁界の発
生、受信またはその両方を行う核磁気共振検査用のコイ
ル配置に関するものである。

この種のコイル配置は、「プロゲラｌ、・エンド・フッ
ク・オブ・アブストラクッ」、（Ｐｒｏｇｒａｍａｎｄ
　Ｂｏｏｋ　ｏｆ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：ｓ）　ｌ’ソサ
イエティ・オブ・マグネティック・レソナンス・イン・
メデイシン」（Ｓｏｃｉｅｔ、ｙ　　ｏｆ　　Ｍａｇｎ
ｅｌ、ｉｃ　　Ｒｅ５ｏｎａｎｃｅ　　ｉｎ　　Ｍｅｄ
ｉｃｉｎｅ）　　、第３年次大会、１９８４年８月１３
−１７　日にューヨーク）に発表されている。

核磁気共振検査においては、患者等の被検体に強力な均
一静磁界を加える。被検体内の原子核は、核磁気共振特
性によって磁気モーメントを生じ、静磁界の方向を中心
として、原子核の性質と、静磁界強度によって定まる、
いわゆるラーモア（Ｌａｒｍｏｒ・・・人名、イギリス
の物理学者）周波数（回転数）で歳差（プレセッンヨナ
ル）運動を行う。このラーモア周波数は静磁界の磁気誘
導に比例し、その比例係数はいわゆるジャイロマグネテ
ィック比によって決定される。水素の場合この数値は例
えば約４２．５７Ｍ１＋ｚ／Ｔである。

このような静磁界を加えている被検体に、静磁界に曲角
に高周波数磁界を加え、この高周波数磁界の周波数を前
記のラーモア周波数に対応するものとすると、核磁気共
振が生ずる。このような状態では歳差運動をしている核
は高周波数磁界よりエネルギーを吸収し、磁界を遮断し
た後はラーモア周波数の電磁波の形でこの吸収エネルギ
ーを再放出する。

本発明の対象とする上述のコイル配置は、このような高
周波数磁界を発生ずる作用をするか、あるいはかかる高
周波数磁界を遮断した後に生ずる核磁気共振信号（電磁
波信号）を受信する作用をする。この種コイル配置は、
例えば４個の方形の導体を有しており、これらは静磁界
方向、すなわちカルテシアン座標系の２方向に延長され
ており、またこれらは２方向に直角な断面内で見て、正
方形の各角点（隅部）に配置されるか、あるいは円の周
に沿って配置されている。高周波数磁界を発生ずるとき
は同じ振幅の高周波数電流が４個の導体すべてを通じて
流れ、この場合直径的に見て対向する位置の２つの導体
内では電流方向が互いに反対となるように流れる。この
ときこれら４つの導体の中心では比較的に均一な磁界が
得られる。

既知のコイル配置におては、４個のかかる導体を円筒形
のシールドで包囲し、その対称軸を２方向に延長する。

この結果、導体配置はシールドの外側の妨害磁界等の環
境より極めて良好に反結合される。このため一方におい
ては外部妨害磁界が導体内の信号に殆ど影響を及ぼさず
、また他方においてはコイル配置のインダクタンスはそ
の配置されている個所の物理的条件に殆ど無関係になる
。

さらに高い周波数においては、導体の寸法は波長に対し
無視しうるほど小とはならず、集中インダクタンスと見
なすことはできなくなる。

実験によると高周波数磁界内の磁気誘導は２方向によっ
て変化することが判明した。この磁気誘導は導体の中央
より端部に向って減少する。このような方向による変化
はヨーロッパ特許出願８３２０１４４９、２に記載され
いるようなザドルコイルにおいても発生ずる。

本発明の目的は、既知のコイルに比し、磁気誘導の２方
向による影響がより少なくなるようなコイル配置を得ん
とするにある。

本発明によれば、上述の如きコイル配置において、導体
配置の開口の少なくとも一方の少なくとも一部に付加的
シールドを設け、該付加的シールドを導電的に前記円筒
形の導電シールドに接続することにより上述の目的を達
成する。

２方向に互いに離隔している各開口を付加的シールドに
より完全に閉鎖遮蔽（スクリーン）するか、部分的に遮
蔽するため、導体配置の端部すなわち開口部分において
非遮蔽状態のコイル配置に比し、より良く集中した磁界
が得られ、これによって導体配置内の磁気誘導はＺ方向
において極く僅かしか変化しないようにすることができ
る。

以下図面により本発明を説明する。

第１図は核磁気共振ｌ・モグラフィの長さ方向断面を略
図で示すもので、均一静磁界を発生ずる主磁石１と、高
周波磁界を発生し、かつ受信するコイル２と、患者４を
載置するコーチ３のみを示しである。グラディエンドコ
イル等の装置の他の部分は簡略化のため図示を省略しで
ある。主磁石１はｚ軸と同軸に配置してあり、その中心
に同じくＺ軸に同軸としてコイル２を配置する。コイル
２によって発生ずる磁界はＺ軸に直角であり、カーテシ
アン座標系（直角座標系）のＸ軸にほぼ沿って生ずる。

第１図中、この略図の下側に、磁気誘導ＢをＺ座標の関
数として示したものが、ベル形の曲線５である。これに
見られるように強力な２軸従属性が存する。核磁気共振
信号を受信するとき、高周波コイルを使用することによ
る付加的な困難は、コイル内で中央面より遠ざかるとコ
イル内の誘導信号が小となることである。この結果、こ
の種装置において、トモグラフを記録する際、Ｚ軸に直
角な層の映像輝度が、最大磁界強度を生ずるｘｙ面より
の距離が人となるにつれて減少する。

高周波コイル２の長さＬを、Ｚ軸の所望映像長へ２より
人なるように、例えば八２の２倍となるように選定し、
映像形成にはコイルの中央領域の磁界強度が比較的に均
一な部分のみを利用するようにすれば従来既知の如くこ
の欠点は解消しうる。

しかしながらこのような手段を用いると、映像を生じな
い患者の部位にもかなり人なる高周波エネルギーが加わ
り、患者の吸収する高周波パワーが人となり、患者を負
荷として見たときの高周波コイルの共振品質が不必要に
大きく減少するという別な欠点を生ずる。さらに高周波
コイルの構造」二長さを大とすると、波の伝搬効果が犬
となり、動作周波数と固有共振周波数との差が減少する
。この結果コイルの患者の部位に、不所望の高周波電界
が生じ、これにより余分の高周波吸収が患者に生じ、こ
のため患者が負荷として加わっている高周波コイルの共
振特性はより低下する。

曲線６はＺ方向の電磁界強度の理想的な（矩形状の）変
化を示す。これによると、全コイル長にわたって電磁界
強度はほぼ一定であり、このためコイルの有効長Ａ２　
はその長さしに等しくなる。

第２ａ図は既知の高周波コイルの中心（２＝０）のｘ−
ｙ面の断面を示し、第２ｂ図は同じ＜　ｘ−ｙ面の断面
を示す。これらの第２ａ図および第２ｂ図に見られるよ
うにコイルの導体配置は、矩形の各隅部に円周に沿って
配置され２方向に延びる４個の導体９′及び９″′を有
する。磁界が生ずると、同一振幅の高周波電流がこれら
各導体に流れ、導体対９′の電流は導体対９″の電流と
は反対の方向である。この導体配置は図示を省略した合
成樹脂材料の中空円筒内に位置させ、この円筒はＺ方向
と同軸とし、導体配置より僅か長さを長くし、かつ絶縁
接続条片（図示せず）を通じてより大なる直径の合成樹
脂材料の第２中空円筒に連結する。

例えば銅箔または銅の網（メツシュ）の如くの電気的に
良好な導電性を有し、非磁性材料の円筒形シールド７を
第２中空円筒の外周または内周上に配置する。導体９′
、９“を取付けている図示せざる中空円筒の内側または
外側」−の導電リング８等のアース電位にシールド７を
接続する。このリンク８は導体配置の内側において、一
方において導体９’、９’の間の、他方において導体９
”。

９″の間のアーク形状の接続条片の個所でＺ方向に延び
る領域に生ずる磁界を抑制し、かつ検査領域の電界をも
抑制ずろ作用をする。

以」二において説明したコイル配置は先願のヨーロッパ
特許出願第８４２０１８６９．９に記載しであるもので
ある。

第２ａ図及び第２ｈ図には磁界曲線の形状も示しである
。本コイル配置はＺ軸に関しても、また中央面（２＝０
）に関しても対称であるため、生ずる磁界曲線も対称で
ある。しかし導体配置の端部におけるコイルの開口１０
．１０′の個所において、磁界は外側にふくれ（バルジ
）を生ずる。ずなわち、２＝±１、／２のふくらみを生
ずる。従ってこれらのふ（らみの領域においては磁力線
密度が低くなり、磁界強度はコイルの中央（２＝０）に
比して低くなる。第２ｂ図において、破線Ｓは磁界Ｍの
方向に直角に延びる線を示しである。

第３ａ図及び第３ｈ図に示す本発明によるコイル配置は
第２ａ図及び第２ｂ図に示した既知のコイル配置と対応
し、はぼ同じである。しかし開口部は付加的シールド１
１によって完全に閉鎖してあり、開口１０′は開口１０
の面積よりも遥かに小さい面積、例えば少なくとも１０
％は小さい面積の聞［］１３を有するイ′：、１加的シ
ールド１２で閉鎖する。

シールド１１及び１２は、シールｌ−’　７と同様に良
導電性で非磁性の材料、例えば銅箔または銅線の網で作
り、これらは同じ寸法の合成樹脂の平坦な円板１．１．
　ａ及び１．２ａ　ｊ＝に適当な手段で搭載し、シール
ド７に電気的に接続する。これら２つの付加的シールド
１１及び１２はＺ軸に直角な面内に位置する。

付加的シールド１１の設置により、コイルの右側端の直
近部位には導電表面が存することとなり、この領域でも
磁界は導電表面と平行に延長され、この場合、シールド
に直角な磁界成分は生じ得ない。この付加的シールド１
１の表面に平行な磁界成分は、第３ｂ図に破線Ｓで示す
ような形状の電流をシールド１１内に生ずる。この電流
は第２ｂ図の曲線　　　　　−８と良く類似している。

従って第３ａ図示の二コイルの右側端において生ずる磁
界の形状は中央の６シ６界の形状と極め一〇良く似たほ
ぼ同じ形状となる。

第３ａ図示のコイルの左側端では条件は、ユれ（仮とに
は有利とはならない。この理由はシールド１２には患者
を導入し配置するための開口１３が設けであるからであ
る。この開口を通じて磁界は外側に漏洩する。しかしそ
の程度は第２ａ図に示す程大ではない。その理由は導体
配置９，９′によって画成される開口よりも開口１３が
小であるからである。

第４図は第２図及び第３図に示すコイルの中央部（Ｚ＝
Ｏ）内の最大磁気誘導Ｂ　（０１に対して、Ｚ軸に沿う
電気誘導Ｂ（２）の変化を示すものである。曲線５は第
２図に示すコイルのかかる変化を示し、曲線６′はシー
ルド１．１．、１２を設けた第３図に示ずコイルの変化
を示す。第２図に示すコイルが、１０％以下の磁気誘導
の変化を生ずる領域ＡｚＯはほぼｚ　＝−Ｌ／４とｚ＝
＋Ｌ／４の間に位置する。一方第３図に示す本発明コイ
ルではこの領域はほぼ２一−Ｌ／３、ｚ　−＋Ｌ／２の
間に位置する。これは本発明によるときは同じコイル長
をもってしても、第２図示の既知のコイルに比し、Ｘ−
Ｚ面とｙ−ｚ面のそれぞれにおいて可成り大きな有効領
域を生ずることを示している。さらにこれは同じ映像品
質の一定の領域を得たい場合には、本発明によるとコイ
ルを可成り短くしうることを示している。さらに第３図
示のコイルでは、第２図示のコイルに比し中央面（２＝
０）における磁気誘導Ｂ　ｆ［ｌ］　の最大値が大とな
る。これら両方の効果によって本発明のコイルは、既知
のコイルに比し、核磁気ベクトルを高周波数磁界によっ
て所定角度だけ傾斜させるのに必要とするエネルギーが
小となる。

静的磁界強度が大なる場合及びラーモア化ａｒｍｏｒ）
周波数の大なる場合に付加的シールド１１及び１２を使
用したことによる長さ短縮の別な利点が得られる。高周
波数においては、波の進行現象により、高周波電流振幅
はコイルの全長しにわたって一定とはならない。例えば
コイルの中心（ｚ＝０）において最大電流（電流のアン
チノード）が生ずるようコイルを励起する場合、電流振
幅従って磁気誘導の振幅は導体の端部に向うに従って減
少する。

これにより開口の部位において磁気誘導の追加的減少が
生ずる。しかしコイルの長さが短い場合にはこれによる
減少も小となる。さらに外部よりの妨害電磁界もよりい
っそう減少する。

第５図に示すように、−刃側に閉鎖シールド１１を用い
、他方の側に開口部のシールド１２ヲ用いることにより
患者の頭部または」二胸部の検査ができる。シールド１
２の開口部分よりの磁界の漏洩放散を防ぐため、開口部
のシールド１２とともに可撓性のある環状シールド１５
を形成することができる。

この環状シールド１５は、患者を位置させてから導電性
のプラグまたは連結部によってシールド１２に導電的に
連結接続する。患者の胴体中央部または下側部分を検査
するには、コイルの両側に開口部のシールド１２を設け
、第６図に示すようにこれら両者に環状のシールド（ス
クリーン）１５を連結す。

る。この場合コイルの交換を避けるには、少なくともシ
ールド１１を取外し可能なインサートとして形成し、こ
の部分のみを必要に応じ開口付のシールド１２と交換し
うるようにすると有利である。

患者運搬用コーチ（車）３の異なるレベルにリードイン
接点を設け、コーチ３の下側では所定の接点部＋２とス
ナップするようにして環状シールド１５とシールド１２
の下側の導電接続が形成でき、またこれらの」二側のも
のは環状シールドと接続させてこの接続を形成できる。

第３Ｆ）図に破線Ｓで示したシールド電流変化が１、患
者運（般用コーチ３によって本質的には遮断されない場
合、（例えばコイル２を９０′回転させることによりこ
れが生ずる）患者運搬用コーチ３の部分のシールド１２
と１５との間の導電接続を省略することができる。

可撓性あるシールド１２及び１５は繊維祠料の網まはた
リッツ銅線（Ｌｉｔｚｅ　ｗｉｒｅ・・・　表皮面積を
大とした導線）の網で作ることができる。シールドの厚
み（太さ）は、磁界の周波数における貫通深度の少なく
とも３倍とし、シールドを製造する線またはフォイル条
片は、第２ａ図及び第３ａ図の線Ｓの方向すなわち高周
波磁界に直角な方向またはほぼｙ方向に延長させると好
都合である。

磁界の均一化をはかるため、シールド７もこのシールド
とシールド１１　１２で形成される円筒形部分の端面を
閉鎖するように構成ずろと有利である。

第７ａ図及び第７ｈ図は勺トルコイルによって高周波磁
界を発生させるユニットの縦断面図及び横断面図である
。このサドルコイルも４個の導体を有し、これらを正方
形の各隅角部に配置し、中心より見て互いに反対側に位
置する各導体には、同じ値で反対の極性の電流が流れる
。円弧形状の接続導線１．６．１７及び１６′、１７′
は２つの導体を互いに接続する。但し、この場合例えば
９′、９“の如く互いに反対の電流が流れる導線を接続
する円弧形状の接続導線１６．１６′及び１７．１７′
を含むサドルコイルの全体を外側シールド７で包囲する
。取外し可能としたシールド１１及び１２によってコイ
ルの開口を完全に及び部分的に閉鎖することにより、第
３図に示したユニットと同様の効果が得られる。

ｚ軸の方向の磁気誘導の変化はごく僅かである。

１に の場合においても、円弧形状の接続導線１６．１６’及
び１７．１７’の中心より内側で接続条片１８．１９（
第７ｂ図参照）によってそれぞれ反対側を接続した閉環
状条片８をコイルの内側に設け、外部高周波磁界に対す
るファラデーシールドとして作用させると特に有利であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は核磁気共振トモグラフィー装置と２方向の磁気
誘導を示す略図、 第２ａ図及び第２ｂ図は、シールドを設けてないリング
共振器の原理によるコイル配置の磁界線を示す断面図及
び端面図、 第３ａ図及び第３ｂ図は同じコイルに付加的シールドを
設けた場合の磁界線の上と対応する図、第４図はＺ方向
の磁気誘導の変化を示す曲線図、第５図及び第６図はシ
ールドの各実施例を示す図、 第７ａ図及び第７ｈ図は本発明によって構成したサドル
コイルの断面図及び端面図である。 １・・・主磁石 ２・・・コイル ３・・・コーチ ７・・・シールド 訃・・導電リング ９．９’、９’　　導体 １０、１０　′　・開口 １１１２・・・付加的シールド １３・・・開口 １５・・・環状シールド

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被検体を導入するための開口を設けた導体配置と、
   この導体配置を包囲するように配設され、アースに接続
   されている円筒形の導電性シールドとを有し、高周波数
   磁界の発生、または受信あるいはこれらの双方を行う核
   磁気共振検査用コイル装置において、 前記導体配置（９、９’）の開口（１０、１０’）の少
   なくとも一方の少なくとも一部に付加的シールド（１１
   、１２）を設け、該付加的シールドを導電的に前記円筒
   形の導電シールド（７）に接続したことを特徴とする核
   磁気共振検査用コイル配置。 ２、前記導体配置の２つの開口（１０、１０’）の一方
   を、前記付加的シールド（１１）で完全に閉鎖した特許
   請求の範囲第１項記載のコイル配置。 ３、付加的シールド（１２）に被検体を導入するための
   開口（１３）を設け、この開口の大きさを導体配置（９
   、９’）の開口（１０）の大きさよりも小とした特許請
   求の範囲第１項または第２項記載のコイル配置。 ４、付加的シールド（１１、１２）は円筒形シールド（
   ７）の縦軸に直角な面内にほぼ延長されるようにした特
   許請求の範囲第１項、第２項または第３項記載のコイル
   配置。 ５、付加的シールド（１１、１２）を取外し可能なイン
   サートとして構成した特許請求の範囲第２項または第３
   項記載のコイル配置。 ６、付加的シールドの開口に可撓性シールド（１５）を
   設け、これを導電的に付加的シールドに接続した特許請
   求の範囲第３項記載のコイル配置。 ７、導体配置をサドルコイル（第７図）として構成した
   特許請求の範囲第１項ないし第６項のいずれかに記載の
   コイル配置。 ８、導体配置をリングレゾネータ（第３図）として構成
   した特許請求の範囲第１項ないし第６項のいずれかに記
   載のコイル配置。