JPS612404A - スロツト管無線周波共振器 - 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】 発　　明　　の　　背　　景 この発明は核磁気共鳴（Ｎ　Ｍ　Ｒ＞　ＰＩＦ像、更に
具体的に云えば、ＮＭＲ作像装置でＮＭＲ像を得るのに
使う為の、楕円形断面を持つ新規なスロワ１−管無線周
波（ＲＦ）共振器に関する。

プロシーディンゲス・オブ・インタナショナル・シンポ
ジウム・オンＮＭＲイメジーング（１９８２年）第３３
頁乃至第３９頁所載のり、ハウルトの論文［ラジオ・フ
レケンシ・コイル・テクノロジーＮＭＲスキャニング」
、アカデミツク・プレス社から１９８２年に出版された
Ｐ、マンスフイールド他の著１ｒＮＭＲイメージング・
アンド・バイオメゾ２ｒスン」第１７４頁乃至第１８７
頁、ザイアンス誌２１５号（１９８２年）第６１９頁乃
至第６２６頁所載のＧ、プラウネル他の論文「ポジトロ
ン・トモグラフィ・アンド・ニュークリア・マグネデッ
ク・レゾナンス・イメージング」、サイアンティフィッ
ク・アメリカン誌２４６号（１９８２年）第７８頁乃至
第８８頁所載の■。

ビケットの論文ｒＮＭＲイメージング・イン・メディス
ン」並びにその他の文献の様に、ＮＭＲ文献では、約０
．５テスラ（Ｔ）よりずっと大きな大きさを持つＮＭＲ
作像用静磁界では、１つにはこの一層高い静磁界の強さ
に伴って、典型的には約２０ＭＨｚ乃至約１００ＭＨ２
の範囲内のラーマ周波数の適当なＮＭＲ作像］イルを作
る問題がある為に、頭並びに／又は身体の水素の作像は
、実施不可能であるという観測が広く行われていた。。

普通の「半ターン形」Ｉナドル・コイル、ヘルムホルツ
形及びソレノイド形が、その自己共振性の為、約３０　
Ｍ　ＨＺより高い周波数では、頭及び身体に合せた寸法
のＮＭＲ作像コイルには一般的に不適当であって使えな
いこと、従って、大ぎさが約１゜５Ｔの静磁界を用いた
作像装置で１ト１の共鳴に対する約６４ＭＨｚの作像周
波数では使えないことがよく知られている。

小さなサンプルの１日のＮＭＲ解析には、３００ＭＨ２
という尚更高い周波数でスロット管共振器が使われてい
るが、この共振器（ジ１７−ナル・オブ・マグネテｒツ
クレゾナンス誌、第３６巻（１９７９年）、第４４７頁
乃至第４５１頁所載のり、アルダ−マン仙の論文［安全
な導電型分光Ｈ！に於ける導電性サンプルの加熱を減少
する効率のよい減結合」イルの設計」に記載されている
。）は作業容積の直径が小さく〈例えば約０．７２吋〉
であって、作像の為に、人間の頭、手足並びに／又は胴
体をその中に入れることが出来ない。

装置の雑音の寄与及びサンプルの誘電体損失を最小限に
抑えたＮＭＲ作像装置に於ける信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）
の周波数依存性が、次の式で表わされることもよく知ら
れている。

（Ｓ／Ｎ　＞　　ｃｘＦ２　　／ （ａＲ（、２Ｆ’　−１−ｂＦ２Ｒｓ　５）’こ１でＲ
６及びＲｓは夫々コイル及びサンプルの半径であり、ａ
及びｂは定数であり、Ｆは使われる特定の磁界の大ぎさ
に於けるサンプルのラーマ（ＮＭＲ）周波数である。分
子の１２項は、ＮＭＲ作像戻り１８号の周波数依存性を
反映しており、分母の２項は、コイル損失並びにサンプ
ルに於ける誘導損失による雑音の寄与を夫々表わしてい
る。

コイル損失による雑音誘起項（ａＲｃ　２Ｆ’　）は、
その雑音に対する寄与が、作像する身体のサンプル内に
於ける誘導損失に較べＣｌ８１題にならない旧、最適で
あるとみなずことが出来る。約５ＭＨｚ−Ｃ・・頭の作
像をする為の典型的なサドル形コイルを用いた実験では
、ｌ’ｌする物体、例えば患者の頭で観測された損失は
、コイル損失の約０．４侶にすぎなかった。従って、こ
の実験に於するコイルの雑音に対する奇！ｊは、身体の
損失の寄与に較べて問題にならないとは云えず、コイル
雑音をＱ適にしたと考えることは出来ない。

従って、ＮＭＲ作像用の無線周波コイル、として、約０
．５テスラより大ぎさの大きい静磁界に伴うラーマ周波
数（約２０　Ｍ　Ｈｚ乃至約１００ＭＨｚ）で動作する
ことが出来るたりてなく、作像する物体によって導入さ
れる損失に較べて、損失の寄与が比較的問題にならない
様な、無線周波コイルを提供することが望ましい。ＲＦ
コイルの品質係数Ｑを、ＮＭＲコイルを実質的に充填し
又は身体を負荷として測定した時（ＱＬ　）と、コイル
が空である時又は負荷がない時の係数Ｑ　（Ｑｕ　）と
で比較することが出来、この比はＲＦコイルによる相対
的な’ｄＶｆＡの寄与の目安である。従って、ＮＭＲ作
像の信号対雑音比を最適にするには、比Ｑｕ／Ｑ［−が
高いことが最も望ましい。

発　　明　　の　　概　　要 この発明では、大きざが約０．５テスラより強い静磁界
に関連したラーン周波数で核磁気共鳴によって作像する
為の無線周波コイルが、楕円形の断面を持つス【」ット
管無線周波共振器で構成される。共振器が第１及び第２
の相補形の外側構造部分を持ら、これらの構造部分は並
置された翼構造を接続する比較的幅の広い帯を持ってお
り、４つの翼（各々の外側構造部分の帯の頂部及び底部
から夫々左向き及び右向きに配置されている）の夫々の
端が、使方の外側構造部分の帯の相補形の１つの翼部か
ら隔たっていて、それと静電容量結合している。内側の
ガード構造が、容量結合されて並置された上側又は下側
の翼部によって形成される外側構造の楕円形部分と略整
合する様に配置された１対の楕円形リングを利用してい
る。共振器の翼部及び帯部分が１対の相補形の窓を構成
しており、これらの窓は、楕円形断面を持つ共振器の曲
率が最大又は最小の領域の何れかの上に来る様に配置す
ることが出来る。１つのガードリングが装置の共通電位
に直接的に接続され、相補形の外側構造部分の一方に対
し、その帯部分の略中点にある縁で無線周波エネルギが
結合される。共振器の楕円形断面の偏心比及び共振器の
寸法は、その中に人間の頭又は身体の末端を入れること
が出来る様な内部容積を作る様になっており、この人体
部分が、共振器の品質係数ＱＬが無負荷時の共振器の品
質係数に較べで、約１桁稈痘小さくなる様な程度に、共
振器の内部容積を充填ザる。

現在好ましいと考えられる実施例では、１．５テスラの
作像用静磁界の中で、夫々的６４ＭＨｚ及び約６０　Ｍ
　Ｈｚで１］」及び１９Ｆの作像をする為、楕円形の偏
心比は約１．３：１にする。

従って、この発明の目的は、核磁気共鳴作像装置に使う
楕円形断面を持つ新規なスロット管無線周波共振器を提
供することである。

この発明の上記並びにモの曲の目的は、以下図面につい
て詳しく説明する所から明らかになろう。

発明の詳しい記載 最初に第１図及び第′Ｉａ図乃至第１Ｃ図について説明
すると、この発明の現在なＴましいと考えられる実施例
の核磁気共鳴作像用の楕円形断面を持つスロット管無線
周波共振器１０が示されている。

共振器が中心軸線１０ａを持っている。共振器は普通は
ＮＭＲ静磁界が軸線１０ａと平行になる様に配置する。

共振器１０が第１及び第２の外側構造部分１１−１．１
１−２を有し、これらが下側のガードリンク１２ａ及び
上側のガードリング１２ｂで構成された内側構造の周り
に形成されている。ガードリングは略同じ形を持つ連続
的な導体であるが、共振器の中心軸線１０ａの方向に互
いに隔たっている。ガードリング給電端子１２−０が、
下側のガードリング１２ａの内、上側のガードリンク１
２ｂから遠い方の縁に、共振器の外側構造部分の給電点
１１−Ｏと重なる位置で接続されている。誘電体部材１
４が少なくとも下側及び上側のガードリング１２ａ、１
２ｂの各々と外側構造部分１１−１．１１−２のそれど
重なる部分との間に介在配置されている。誘電体部材１
４が一体の部材であって、共振器の中心軸線１０ａに対
して略直交する平面内で楕円形断面を持っていて、少な
くとも下側のガードリンク１２ａの下縁から上側のガー
ドリング１２ｂの上縁まで伸びているのが有利である。

外側構造１１又は内側構造１２のどの部分も全くない１
対の窓区域１０Ｗ−１及びｌ０Ｗ−２に部材１４の絶縁
材料が存在しでも、共振器の無線周波動作に実質的に影
響はなく、然もその構造的な完全さを強める。部材１４
は使う周波数で損失係数の小さい任意の適当な材料で作
ることが出来る。プラスチック、硝子又はセラミック月
利を使うことが出来る。

各々の外側構造部分１１−１．１ｌ−２（第１ａ図に一
番よく示しである）は１字形電極で構成され、比較的幅
の広い中心帯１１ａ−１，１ｌａ−２を持−ち、この中
心帯の上側及び下側の側縁１′Ｉａ　−１ａ　１１１ａ
　−１ｂ又は１１ａ−２ａ、１１ａ−２ｂから翼部が左
右に伸出している。即ち、中心帯′１１ａ−１の右側及
び左側の周縁１１ａ−１ａ　、１１ａ−１ｂから下側の
右側翼部１１Ｗ−′１ａ、下側の左側翼部１１Ｗ　−１
８’　が伸出しており、中心帯の側縁１１ａ　−１ａ　
、　１１ａ　−１ｂの上側からは上側の右側翼部１１Ｗ
−１ｂ及び上側の左側翼部１１ｗ−１ｂ’が伸出してい
る。同様に、下側の左側翼部１１Ｗ−２８及び下側の右
側翼部１１Ｗ−２８’が第２の中心帯の側縁１１ａ　−
２ａ　、１１ａ−２ｂの下側周縁から夫々伸出しており
、上側の左側翼部１１ｗ−２ｂ及び上側の右側翼部１１
ｗ　−２ｂ　’が第２の中心帯１１ａ−２のＹ側から夫
々伸出している。外側＠遊結主部分１１−０が、第１の
中心帯１１ａ　−１の側縁の中間の線に略沿って（例え
ば大体断面の曲率が最大である１つの点で）第１の中心
帯１１ａ−１の下縁から伸びている。各々の外側構造部
分１１−１．１１−２は銅等の様な導電度の高い材料の
平坦な薄板で作るのが有利であり、その厚さは典型的に
は約５ミリ吋（即ち、０．００５０＝ｌ）程度である。

各々の外側構造部分１１−１．１１−２は略矩形の中心
帯の部分１１ａ−１，１１ａ−２と、略矩形の翼部１１
ｗ−１ａ　、　１１ｗ−１ａ　’　、１１ｗ−１ｂ、１
１ｗ−１ｂ′又は１１Ｗ−２８，１１Ｗ−２ａ’　、１
１ｗ−２ｂ、１１ｗ−２ｂ’を持つことが出来る。中心
帯の側縁１１　ａ　　ｌ　ｉｆ　。

１ｉａ−ｉｂ又り、ｔｌ　Ｉａ　−２ａ　、　１１ａ−
２ｂが（図示の様に）共振器の中心軸線１０ａと平行で
あるか、或いはそれに対して成る角度で傾いた直線に沿
っていても、或いは実質的に真直ぐな縁からずれていて
、中心帯の側縁の末端を結ぶ線に対して凹、凸又は更に
複雑な旋回した形になっていても、完全にこの発明の範
囲内である。同様に、各々の翼部１１ｗ−１ａ、１１ｗ
−１ａ’　、１１Ｗ−２ａ、１１ｗ−２ａ’　、１１ｗ
−１ｂ、１１ｗ−１ｂ’　、１−１ｗ〜２ｂ１１１Ｗ−
２ｂ’　は関連した中心帯の側縁からの矩形延長部とし
て形成するのが有利であるが、１対の外側構造電極１１
−１及び１１−２を所望の楕円形断面の形に曲げた時、
その上縁及び下縁が、共振器の中心軸線１０ａに対して
略直交づ−る多数の平行平面の内の１つに来る様に、或
いはそれから傾く様に形成することが出来る。各々の外
側構造部分１１−１．１１−２は共振器の軸線１０ａの
周りに対称的であって、他方の外側構造部分に対して相
補形であるのが有利である。翼部の縁１６−１ａ、１６
−１８’　、１６−１ｂ１１６−１ｂ’　、１６−２ａ
。

１６−２ａ　’　、１６−２ｂ　、１６−２ｂ　’　が
共振器の軸線１０ａと平行な真直ぐな縁であって、隣接
する１対の縁（例えば翼部の縁の対１６−１ａと１．６
−２ａ　、１６−１ａ　’　と１６−２８’　、１６−
１ｂと１６−２ｂ　、１６−１ｂ　’と１６−２ｂ’）
が互いに平行であるが、翼部の縁の長さＷにわたって相
隔たっていて、関連した外側構造の翼部のずき間１１１
−１．１１ｍ−１，１１（１−２，１１ｏ’　−２を夫
々形成づることが非常に右利である。外側構造部分１１
−１．１１−２の下の縁から上の縁までの高さＨに応じ
て、高さＳが５＝Ｈ−２Ｗになる様な１対の相補形の窓
を形成する。坦在好ましいと考えられる実施例の共振器
では、各々のすき間１１（１−１，１１ｕ　−２，１１
（］’−１、ｌｌｏ’　−２の距離は１／８０Ｊｌ￥度
である。

共振器の外側ＩＩＩＩＩ造部分１１−１．１１−２は、
前に述べた様に、共振器の中心軸線１０ａに対して略垂
直な平面内にある楕円形断面を持つ管に形成される。こ
の形状は、作像しようとする身体又は頭の断面とのはめ
合せがよく、丸い断面Ｊ、りも、コイル充填係数が一層
よくなる。管は長軸Ｍ及び短軸ｍを持っていて偏心比ｅ
を定める。ｅ　＝Ｍ／騙である。偏心比ｅは常に１より
大きい（ｅ−１は円形断面の共振器を定める）。この偏
心比は１゜１乃至２．０の範囲内であることが好ましく
、１゜２乃至１．４の範囲内であることが更に好ましい
。

どんな偏心比を選んでも、２つの外側構造部分１１−１
．１１−２の中心帯１１ａ−１，１１ａ−２は、長軸Ｍ
の両側に夫々角度θを見込む。角度θが３０°乃至５０
’の範囲内であるのが有利であり、約４０°にするのが
最も好ましい。即ち、各々の窓１０Ｗ−１，１０ｗ−２
は（１８０−２０）°の角度を見込む。例えば、θが４
０°であれば、約１００°の角度を見込む。共振器によ
って発生される有用な主となるＲＦ磁界は、窓１０Ｗ−
１，１ＯＷ−２の中心を通る軸線と略平行な向ぎ、即ち
、共振器の軸線１０ａに対して垂直な方向である。

内側構造の下側及び上側カードリング１２ａ、１２ｂの
各々−し導電麿の高い月利、例えば銅等を用いて、典型
的には導電箔の帯として形成され、その厚さは５ミリ間
程度であって、楕円形断ｍ１を持つ誘電体部材１４の内
面に取付けられる。各々の帯１２ａ、１２ｂを作るのに
、箔の１枚の条片を利用することが出来、箔の両端を実
質的に導電性を持つ様に互いに結合して、各々の楕円形
ガードリングを完成する。各々のリングの寸法Ｗ′は、
その上側にある外側構造部分の翼部の寸法Ｗと略等しい
が、必ずしもぴったり同じである必要はない。下側ガー
ドリング１２ａの上縁が上側ガードリング１０ｔｌの下
縁から離隔距離Ｓ′だけ離れている。この距離は外側構
造の窓のｊ法Ｓと略等しい。楕円形断面を持つ各々のガ
ードリングが、外側構造の長軸Ｍの寸法より、誘電体部
材１４のｎざＧの２倍に略等しい分だけ、僅かに小さい
寸法を持つ長軸Ｍ′と、外側ＷＪ造の短軸ｍよりも、中
間にある誘電体部材１／ｌの岸さＧの２倍に略等しい分
だけ、僅かに小さい寸法を持つ短軸ｍ′とを持つ。共振
器の無負荷時の固有共振を、使おうとする所望のＮＭＲ
作像周波数より約１０％高い周波数に同調させる為に、
誘電体部材の厚さＧは典型的には約１　／　３２［１＝
Ｊ乃至約５／８吋の範囲内に選ぶ。

一定の静電容量のチップ・コンデンサ等の様な複数個の
容値結合手段１８の内の１つが、隣接する翼部の端の間
に接続される。即ら、第１の結合コンデンサ１８ａが隣
接する翼部１１ｗ−１ａ、１１ｗ〜２８の端の間に接続
され、第２の結合コンアン２１ＢｂｈｌＲ部１１ｗ−１
ｂ　、　１１ｗ−２ｂの端の間に接続される。第３の結
合」ンデンリ１８ｂ’（第１Ｃ図〉が隣接する翼部１１
Ｗ−１ｂ’　、１１Ｗ−２ｂ’の端の間に、その間のす
ぎ間１１ｇ′−２を横切って接続され、第４の容置結合
素子１８ａ’（第１図及び第１ａ図乃至第１Ｃ図には示
してない）が、下側の翼部１１ｗ　−１８’　、１１ｗ
−２ａ’の端の間に、その間のすき間１１（１’−１を
横切って接続される。翼部のすき間に接続された４つの
静電容量（これは部材１４の厚さＧの大きさと共に、所
望のＮＭＲ作像動作周波数か又はそれより若干高い所で
共振する様に、共振器を同調さゼる様に選ばれる）は何
れも固定又は可変形であってよく、使おうとする周波数
で品質係数Ｑを出来るだけ高くすべきである。

各々の結合静電８硲は、第１図に示した一定の値を持つ
チュウブラ静電容１１８ａ　、１８ｂ　、第１Ｃ図に示
した一定の値を持つチップ・コンデンサ構造、又は可変
コンデンサの分野でよく知られたピストン形又はその他
の形式の、空気、石英、ザファイヤ等を誘電体とする可
変トリマ・コンデンサの様な適当な可変形式という様に
、任意の所望の形にすることが出来る。所望の細度の対
称的な又は非対称的なＲＦ電磁界均質性に合せて、且つ
この共振器を使う適当な作像装置によって決定される特
定の動作周波数に於ける共振状態に、共振器１０の粗同
調及び精密同調をし易くする為、翼部の間の４つのすき
間の内の少なくとも１つに可変静電容量を用いることが
非常に望ましい。この可変静電容量は第１ｄ図に示した
何れの形式にしてもよい。翼部の間の合計静電容ｆＨが
可変静電容量１８−ｂｌと固定静電容量１８−ｂ２の並
列の組合せで形成される様にして、所要の合計静電言値
が可変コンデンサＩＥｌｂ１単独の場合の最大静電容量
より大ぎくなる様にしてもよいし、或いは可変コンデン
サ１８−ｂ１’　と固定コンデンサ１８−ｂ２’の直列
接続にして、所要の最低静電容量が可変コンデンサ１８
−ｂ１’　単独の場合に得られる最低静電容量より小さ
くなる様にし−（もよい。

第１ｅ図に示寸様に、両側を持つプリント配線板材料を
使うことにより、特に頑丈な、翼部のすぎ間の同調静電
容量１８′を作ることが出来るが、これが最も有利であ
ることが判った。プリント配線板の材料を、（翼部と端
のコンデンサ１８′の間の界面に於ける不連続性を避け
る為に）翼部の端の寸法Ｗと略等しい幅Ｗ″と、静電容
量の極板面積Ａ　（Ａ＝ＸＸＷ″）と第１及び第２の導
体１８Ｗ−１、Ｗ−２の間に挾まれるプリント配線板の
誘電体絶縁基板１８ｃの誘電率とに基づいて静電容量を
定める様に計篩された長さよりも幾分長い長さＸとを持
つ条片に切取る。プリント配線板コンデンサ１８′を翼
部の端１６−１ｂ、１６−２ｂの近くに移動する。これ
らの端の間のすき間１１（］−２は、予めプリント配線
コンデンサの誘電体の厚さＴに等しくなる様に調節しで
ある。翼部の端１６−１ｂ１１６−２ｂをはんだイ１け
、溶接等の過程により、配線板の導体部分１８Ｗ−１，
１８ｗ−２の突合さる端に夫々結合する。コンデンサ１
８′は、硝子−テフロン（登録商標）等の様に、正接損
失が非常に小さい基板１８Ｃの材料を持つプリント配線
板を用いて、基板１８ｃの標準的な厚さ、例えば１／３
２吋、１／１６吋等を用いて作ることが有利である。各
々のプリント配線コンデンサ１８′は、その長さＸを調
整し、切取り、充填する等の過程により、同調さけるこ
とが出来、この為、共振器内の無線周波磁界の所望の対
称性に合Ｖて、４つのコンデンサ１８の夫々の合計等価
静電容量Ｃを調節することが出来る。

第１ｄ図に示した方法を使うか、又は何等かの理由で角
変静電容量を利用することが出来ない場合は、一定の正
確な値を持つ静電容量を選択することにより、翼部のす
き間を架橋する４つの静電容量Ｃの同じ調節を行うこと
が出来る。

例どして云うと、１．５Ｔの超導電磁石を用いた核磁気
共鳴による全身作像装置では、身体を作像する為の楕円
形断面を持つスロット管照線周波共振器１０は長軸Ｍ′
の寸法が約１７１１１、短軸ｍの寸法が約１３吋で偏心
比ｅは約１．３であり、高さＨが約２１吋、翼部の端の
高さＷが約４吋、窓の高ざＳが１３吋である。誘電体の
管１４は厚ざＧが１／３２乃至約５／８吋であってよく
、この為使われる実際の誘電体管の厚さＧ１並びに外側
構造及び内側のガードリング電極の厚さに応じ’Ｕ、内
側のガードリングの長軸Ｍ′の寸法は約１５−吋乃至約
１７吋であり、短軸■′は約１１１吋乃至約１３吋であ
る。内側のガードリングの高さＷ′も約４吋であり、そ
の間の間隔Ｓ′は約１３１１＝ｌである。この共振器は
、１．５テスラの磁界で１８作像を行う為の約６４ＭＨ
ｚの共振周波数に同調するのが比較的容易である。同じ
装置で、約６４又は６０　Ｍ　Ｈｚの作像周波数で１Ｈ
又は１９［の頭の作像をする為、管１４の厚さＧを約５
／１６１１ｉ１にし、外側構造の長軸Ｍの寸法を約１１
主吋、短軸ｌの寸法を約８ネ吋にし、共振器の高さＳ及
び内側のガードリングの隔たりＳ′を約７−４−吋にし
、窓の周縁である相補形の帯部分の縁１１ａ−１ａとｌ
１ａ−２ａ、又はｌ１ａ−１６と１１ａ−２ｂの距離を
約８上吋にして、楕円形断面を持つスロット管無線周波
共振器１０を組立てた。翼部の間の４つのすき間１１ｇ
−１，１１（Ｉ′−１，１１ｇ−２，１１（１’−２の
全部に５Ｊ変コンデンサ１８を使って、所望の精密なＮ
ＭＲ周波数に同調した。実際、内側リングと外側電極の
すぎ間の距ＩＧの調節をやり直さずに、翼部のすぎ間の
可変コンデンサ１８だ番〕を使って、約２０Ｍト１７乃
至７５Ｍト１１の範囲全体のＮ　Ｍ　Ｒ周波数を使うこ
とが出来る。

典型的には、共振器１０は、無負荷時の品質係数Ｑυが
６０Ｍ）−ＩＺ範囲で約２２５であり、共振器の内部容
積の中に患者の頭を入れて負荷を加えた時、負荷時品質
係数ＱＬが約２５である。この為、負荷時と無負荷時の
比は約１／９であり、こうして共振器の雑音に対する寄
与が、作像する身体部分の損失による寄与よりもずっと
少なくなることを保証する。

現在好ましいと考えられる別の実施例の楕円形断面を持
つスロット管無線周波共振器２０では、第２図に示ず林
に、第１及び第２の外側ＩＮ造部分１１−１’　、１１
−２’の第１及び第２の外側の垂直帯１１ａ−１’　、
１１８〜２′が、第１図の実施例の共振器１０の様に、
この共振器の曲率が最大である端ではなく、楕円形断面
の曲率が最も小さい部分に配置される。共振器２０では
、角度θ′が中心帯の各々の縁１１ａ−１ａ’　、１１
ａ−１１）’　、Ｉｌａ　−２８”　、　１１ａ’−２
１，′と短軸１１の間に形成され、やはり４０°稈度で
あることが好ましい。この実施例の共振器２０は窓２０
Ｗ−１，２０Ｗ−２の面積が幾分減少していて、負荷時
の品質係数ＱＬが幾分低下することがあり、この結果、
共振器１０の負荷時の品質係数Ｑしが減少するのと対照
的に、頭、腕、足等の患者の身体の一部分が共振器２０
の楕円形断面を充填する時に得られる充填率が更に最適
になる為に、共振器の損失／雑音の寄与が低下する。

第３ｂ図は、約６３　Ｍ　ｆ−１ｚの無負荷時の共振周
波数を持つ共振器を、最大値約３０ビ］フアラドの第３
ａ図に示す追加の可変並列静電容量−ＣＰを用いて共振
状態に同調した１Ｈ共振器を第３ａ図の回路に接続した
揚台の端子インピーダンスＺｒ（縦軸４０に示？ｌ）を
約３０ＭＨ７乃至約１００Ｍ　Ｈ２の周波数（横軸４２
に示−４）に対して示覆グラフである。約４１ＭＨｚ　
、６３ＭＨｚ及び７１ＭＨ２の所にある曲線４５の極大
値及び極小値は共振器構造の固有共振周波数である。即
ち、これらの各々の極大値又は極小値は、共振器のイン
ピーダンスｌｒのリアクタンス成分がゼロになる周波数
に対応Ｊ゛る。この内の２つが、測定したインピーダン
スＺｅの極小値に対応し、３番目４５ａが極大値に対応
することが判る。ＮＭＲ用にＺ「の極小値に対応する共
振を使うことが出来るが、インピーダンスｌｒがこの例
では４００オ一ム稈度になる高インピーダンスの並列共
振点４５ａを使う方が望ましい。これば接続ケーブルの
抵抗値が極小値に於ける７ｒの値に比肩し得る様になる
可能性があるからである。この場合、接続ウーーブルが
検出されたＮＭＲ信号に対する雑音のより目立った寄与
部分になる。従って、この発明では、高インピーダンス
の共振４５ａを好んで用いるが、この並列共振点はＮＭ
Ｒ周波数と一致づる様に同調させる。この楕円形断面を
持つスロット管共振器の中に人間の頭が存在する時、約
４００オームの共振抵抗値が４０オーム程疫の値に下が
ることが判った。これは共振器が全体の雑音／損失の寄
与の内の約１２％にしか寄与せず、作像づる物体、例え
ば人間の頭が雑音／損失の寄与の約８８％を占めること
を表わしている。この為、この発明の楕円形断面を持つ
スロット管無線周波共娠器はＮＭＲ作像信号に対するＮ
音／損失の寄与がごく少ない。これは、普通は１個の無
線周波共振器を用い、外部送受信スイッチ（図に示して
ない）によって、作像するザンプルの励振とその後の像
復帰信号の受信を行うから、特に重要である。この為、
共振器が散逸する励振信号の割合が減少し、像復帰信号
の信号対雑音比が最大になる。

共振器をＮＭＲ周波数に同調させる為に３つの因子が用
意されていることが認められよう。第１に、内側のガー
ドリンク１２と外側電極１１−１．１１−２の間の距離
Ｇを変えることにより、ごく大まかな調節が行われる。

現在では、翼部の間のずき間のコンデンサ１８がない時
に、使おうとする特定の共振器の共振周波数（例えば点
４５ａ）が、所望のＮＭＲ周波数より実質的に高くなる
（例えば、約６３　Ｍ　）−ｌ　ｚで動作さぜたい場合
、約７０乃至９０ＭＨ２の所にある）位に、大ぎな距１
ｉｌｌＩＧを使うことが好ましい。内側のガードリング
部材１２と外側電極部分１１−１．１１−２の間の静電
容量が距１ｉ！ｌｔＧに反比例するから、距離０の値を
大きくすればづる稈、共振器の固有周波数は一層高くな
る。２番目の因子としで、外側電極の翼部の間に、４つ
のコンデ゛ンザ１８を４＝Ｊけ加える。

これらの１き聞のコンデンサは共振器の特定の共振周波
数をＮＭＲ周波数より低くはならないが、実質的にＮＭ
Ｒ周波数まで下げる様に調節される。

調節の最後の因子は、入力コンデンサ３８（第３ａ図参
照）の並列静電容量Ｃ１である。

無負荷の共振器に対してナンプル負荷が加わった共振器
で表わされる様に、負荷抵抗値の変化並びに共振周波数
の変化がある為、合五］インピーダンスは、典型的には
５０オ一ム程度である装置のインピータンスに対して反
射率の小さい整合が得られる様に調節しなｔＪればなら
ない。第４ａ図の回路はアンテナ端子１０ａ、１０ｂの
間の装置のインピーダンスＺｓに対して共振器１０（又
は第２図の共振器２０）を整合させるのに使われる最終
的な回路を概略的に示している。大ぎさＣ２を持つ並列
静電容量３８（第３ａ図参照）に加えて、静電容けの大
きさＣｓを持つ直列同調静電容量４８がアンテナ給電端
子１０ａと共振器の給電端子１１　”　Ｏ及び関連した
二！ンデン−リ−３８の端子の間に接続される。周知の
様に、アンテナの同軸ケーブル５０とアンチノ一端子１
０ａ、１０ｂの間には、順方向エネルギ及び反射エネル
ギを測定する計装（図に示してない）を設番ノ、作像す
るサンプルが共振器の負荷となった時、所望の動作周波
数に於ける反射エネルギが最小限になる様に、コンデン
サ３８．４８を調節することが出来る様にする。

他の形のインピーダンス調節及び整合回路も同じ様に用
いることが出来、容量素子の代りに又はそれに付は加え
て誘導素子を含んでいてよい。

次に第４ｂ図について説明すると、ＮＭＲサンプルが所
定位置にあって、構造全体が作像用磁石の主たる静磁界
の中に配置されている状態で、最終的な同調静電容量及
び共振器の入ノ〕端子１１＝−Ｏ１１２−０に於ける整
合回路のりアクタンスを調節するのが不便である場合が
多いから、作像試験をする人間が、同調手順の間、共振
器１０の場所から空間的に離れていることが望ましい。

この様に空間的に離れ、然も並列静電容量３８又は直列
静電容量４８が動作周波数で、共振器の給電端子１１−
０に接続されでいる様にする為には、コンデンサ３８及
び／又は４８の何れか一方又は両方は、関連したケーブ
ル５２及び／又は５４にＪ：って共振器の端子１１−ｏ
及び１２−〇の間に接続することが出来る。ケーブルを
使う場合、各々のケーブル５２及び／又は５４ば動作周
波数に於けるケーブルの実効波長の半分（λｅ　／　ｉ
ｆ）に等しいか、或いはケーブルの実効波長の半分の整
数（ＯＣ二等しい物理的な長さｆ！１又は１２を持つ同
軸ケーブルであるのが有利である。特定のケーブルの実
効波長を計算することはこの分野でよく知られている。

例えば、実効伝搬速度が約０．６６６である５０オーム
の同軸ケーブルでは、約６０ＭＨｚ　　（即ち、波長が
約５ｍ）の半波長線は長さｌが約６５＋同であり、調節
をする人間が負荷した共振器から約５＋フイートの距離
の所にいることが出来る。各々のケーブル５２．５４の
長さ１１又は矛２を半波長の倍数で長くしても、］ンデ
ンザが共振器の端子１１−０に直接的に接続された場合
とコンデンサ３８．４８の値を同じにすることが出来る
から、コンデンサ３８．４８を作像用磁石の中孔の外側
に配置し、負荷された共振器を正確な使用位置で調節す
ることが容易に出来、こうして略全部の負荷素子の補償
が出来る。

現在好ましいと考えられる幾つかの実施例について、核
磁気共鳴作像用のこの発明の楕円形断面を持つスロット
管無線周波共振器を説明したが、これまでの説明から、
当業者にはいろいろな変更が考えられよう。従って、こ
の発明は特許請求の範囲の記載のみによって限定される
ものであって、好ましい実施例の説明によって何等細部
並びに３４装に制約を受【プるものではないことを承知
されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のＮＭＲ作像用の現在好ｊニジいと考
えられる実施例の楕円形断面を持つスロット管無線周波
共振器の斜視図、第１ａ図は第１図の共振器の外側部分
の斜視図であり、この明細書で用いる共振器の種々の記
号を説明している。第１ｂ図は第１図の共振器の内側の
ガードリング構造の斜視図、第１Ｃ図は第１図の共振器
の平面図で特に共振器の外側構造の整合した相補形の翼
部の端の間に用いられる容量結合を示している。第１ｄ
図及び第１ｅ図は相補形の翼部の端の構造を示す図であ
って、その間の種々の容量結合手段を示している。第２
図はこの発明の現在好ましいと考えられる別の実施例の
斜視図であり、この場合外側構造の帯部分は曲率が最小
である部分に配置されていて、共振器の窓が共振器の曲
率が最大である部分に配置されている。第３ａ図はこの
発明の共振器の同調を例示する回路図、第３ｂ図は第３
ａ図の同調した共振器のインピーダンス対周波数関係を
示すグラフ、第４ａ図は共振器を同調させると共に標準
型の同軸ケーブルに整合させる回路の回路図、第４ｂ図
は、同調静電容量及び整合静電容（至）の両方が共振器
から離れた場所にあって、コンデンサを調節する際の影
響をごく少なくした、第４ａ図の回路を達成する現在好
Ｊ、シいと考えられる形式を例示する略図である。 主な符号の説明 １１−１．１１−２　：外側構造部分 １１ａ−１，１１ａ　−２：中心帯 １１ｗ−１ａ、１１Ｗ−１ａ’　、１１ｗ−１ｂ。 １１ｗ−１ｂ’　　、１１ｗ−２ａ、１１ｗ−２ａ’　
　、１１ｗ−２ｂ、１１ｗ−２ｂ’　　：翼部Ｉ　Ｈｌ
−１，１１ｇ’−１，１１ｇ−２，１１（１’−２：す
き間 １１−０．１２−０　：給電点 １２ａ１１２ｂ：ガードリング １４：誘電体 １８：結合コンデンサ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）約０．５テスラより大きい大きさを持つ静磁界に関
   連するラーマ周波数で核磁気作像を行う為のスロット管
   無線周波共振器に於て、相補形の第１及び第２の外側構
   造部分を有し、各々の外側構造部分は全体的にＩ字形の
   電極を持ち、該電極は両端を持つ中心の帯を持つと共に
   大体両端の各々にある１対の向い合った場所から夫々か
   ら１つづつ伸びる４つの翼部を持っており、前記相補形
   の第１及び第２の外側構造部分の各々は、前記４つの翼
   部の各々の端が他方の外側構造部分の隣接する相補形の
   １つの翼部から隔たり且つ両方の外側構造部分の電極が
   共振器の中心軸線に対して略垂直な平面内で略楕円形断
   面を持つ管を形成する様に配置されており、更に、各々
   の翼部の端を隣接する相補形の翼部の端にリアクタンス
   結合する手段と、何れも前記共振器の中心軸線に対して
   略垂直な平面内で楕円形断面を持っていて、前記中心帯
   の両端の内の関連した一方にある少なくとも隣接した翼
   部よりも内側に配置されている第１及び第２のガードリ
   ング部材と、各々の前記第１及び第２のガードリング部
   材をそれと重なる外側構造部分から絶縁する様に離す誘
   電体手段と、前記第１及び第２の外側構造部分の中心帯
   の内の選ばれた一方だけに第１の電圧を印加する手段と
   、前記選ばれた一方の中心帯に隣接する、前記第１及び
   第２のガードリング部材の内の一方に別の電圧を印加す
   る手段とを有するスロット管無線周波共振器。 ２）特許請求の範囲１）に記載したスロット管無線周波
   共振器に於て、前記誘電体手段が前記第１及び第２のガ
   ードリング部材の各々と前記外側構造部分のそれと重な
   る部分の間の容積を完全に埋めているスロット管無線周
   波共振器。 ３）特許請求の範囲２）に記載したスロット管無線周波
   共振器に於て、前記誘電体手段が約１／３２乃至約５／
   ８吋の厚さを持っているスロット管無線周波共振器。 ４）特許請求の範囲２）に記載したスロット管無線周波
   共振器に於て、前記誘電体材料が楕円形断面を持つ頑丈
   な管を形成し、該管が、その上に前記第１及び第２のガ
   ードリング部材が作られている内面と、その上に前記第
   １及び第２の外側構造部分が作られている外面とを持っ
   ているスロット管無線周波共振器。 ５）特許請求の範囲４）に記載したスロット管無線周波
   共振器に於て、前記管が約１／３２乃至約５／８吋の厚
   さを持っているスロット管無線周波共振器。 ６）特許請求の範囲１）に記載したスロット管無線周波
   共振器に於て、前記リアクタンス結合する手段が各１対
   の隣接した翼部の間に接続された静電容量素子で構成さ
   れているスロット管無線周波共振器。 ７）特許請求の範囲６）に記載したスロット管無線周波
   共振器に於て、前記翼部の静電容量の内の少なくとも１
   つが可変静電容量であるスロット管無線周波共振器。 ８）特許請求の範囲６）に記載したスロット管無線周波
   共振器に於て、各々の翼部が相補形の隣接する翼部に一
   番近い端で略一定の寸法を持っており、各々の静電容量
   素子は前記翼部の幅と略同じ幅を持つ１対の板で構成さ
   れ、各々の板が隣接する相補形の翼部の端の内の相異な
   る１つに結合され、更に各々の容量素子が、前記第１及
   び第２の電極がそれに対して実質的に接する向い合った
   第１及び第２の面を持つ誘電体材料から成る部材を有す
   るスロット管無線周波共振器。 ９）特許請求の範囲１）に記載したスロット管無線周波
   共振器に於て、前記リアクタンス結合する手段、並びに
   前記誘電体手段によって得られる隔たりが、共振器を約
   ２０ＭＨｚ乃至約１００ＭＨｚの範囲内の周波数で同調
   させる様に調整されているスロット管無線周波共振器。 １０）特許請求の範囲１）に記載したスロット管無線周
   波共振器に於て、前記第１の電圧を印加する手段が、当
   該外側構造部分から伸びる翼部の間の略対称的な前記中
   心帯の縁で、前記外側構造部分の内の選ばれた一方に前
   記第１の電圧を印加する手段で構成され、前記別の電圧
   を印加する手段が、前記第１及び第２のガードリング部
   材の内、前記第１の電圧が前記外側構造部分の中心帯に
   印加される場所に実質的に隣接する一方の一部分に前記
   別の電圧を接続する手段で構成されているスロット管無
   線周波共振器。 １１）特許請求の範囲１０）に記載したスロット管無線
   周彼共振器に於て、前記別の電圧が共通電位であり、前
   記第１の電圧を印加する手段が、前記選ばれた点に於け
   る前記共振器の共振インピーダンスを予定のインピーダ
   ンスに整合させる手段を含んでいるスロット管無線周波
   共振器。 １２）特許請求の範囲１１）に記載したスロット管無線
   周波共振器に於て、前記インピーダンス整合手段が前記
   選ばれた点及び前記予定のインピーダンスの間に実効的
   に直列接続された第１の可変静電容量で構成されるスロ
   ット管無線周波共振器。 １３）特許請求の範囲１２）に記載したスロット管無線
   周波共振器に於て、更に前記インピーダンス整合手段が
   前記選ばれた点及び前記共通電位の間に実効的に並列接
   続された第２の可変静電容量を含んでいるスロット管無
   線周波共振器。 １４）特許請求の範囲１３）に記載したスロット管無線
   周波共振器に於て、前記第１及び第２の可変静電容量の
   内の少なくとも一方が、前記共振器から離れた場所に配
   置された可変コンデンサと、前記選ばれた点を前記少な
   くとも１つの可変コンデンサの内の関連した一方に接続
   する少なくとも１つの同軸ケーブル手段とを含んでおり
   、各々の同軸ケーブル手段は前記共振器の動作周波数の
   半波長の整数倍の実効長を持っているスロット管無線周
   彼共振器。 １５）特許請求の範囲１）に記載したスロット管無線周
   波共振器に於て、各々の前記外側構造部分は、その中心
   帯が、前記共振器の楕円形断面の曲率が最大である領域
   を略中心とする様に位置ぎめされているスロット管無線
   周波共振器。 １６）特許請求の範囲１）に記載したスロット管無線周
   波共振器に於て、各々の前記外側構造部分は、その中心
   帯が前記共振器の楕円形断面の曲率が最小である領域を
   略中心とする様に位置ぎめされているスロット管無線周
   波共振器。 １７）特許請求の範囲１）に記載したスロット管無線周
   波共振器に於て、前記楕円形断面の長軸対短軸の偏心比
   が約１．１乃至約２．０の範囲内であるスロット管無線
   周波共振器。 １８）特許請求の範囲１７）に記載したスロット管無線
   周波共振器に於て、共振器の楕円形断面の偏心比が約１
   ．２乃至約１．４の範囲内であるスロット管無線周波共
   振器。 １９）特許請求の範囲１７）に記載したスロット管無線
   周波共振器に於て、前記第１及び第２のガードリング部
   材の内の何れか一方の内面の任意の２点の間の最小寸法
   が８吋より大きいスロット管無線周波共振器。 ２０）特許請求の範囲１７）に記載したスロット管無線
   周波共振器に於て、偏心比が約１．３であって、＾１Ｈ
   原子核の磁気共鳴周波数に同調し得るスロット管無線周
   波共振器。 ２１）特許請求の範囲１）に記載したスロット管無線周
   波共振器に於て、各々のＩ字形外側構造部分の中心帯が
   、共振器の中心軸線に対して略８０°の合計角度を見込
   む様になっているスロット管無線周波共振器。