JP2554364B2 - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

磁気共鳴イメージング装置

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JP2554364B2
JP2554364B2 JP63216445A JP21644588A JP2554364B2 JP 2554364 B2 JP2554364 B2 JP 2554364B2 JP 63216445 A JP63216445 A JP 63216445A JP 21644588 A JP21644588 A JP 21644588A JP 2554364 B2 JP2554364 B2 JP 2554364B2
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Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、核磁気共鳴（NMR）現象を利用する磁気共
鳴イメージング（MRI）分野に係り、特にMRIシステムに
有効な選択的に離調可能なRFコイルに関する。
（従来の技術） 本出願は、全般的には、本出願と共通の譲渡人に譲渡
されたクルックス（Crooks）他の米国特許第4,297,637
号、米国特許第4,318,043号、米国特許第4,471,305号及
び米国特許第4,599,565号に関連する。これらの先に特
許証発行された特許は、スピンエコー核磁気共鳴現象を
利用して映像を生成するMRIシステムを開示している。
NMRイメージングの応用におけるクォドラチャー（qua
drature（“QD"））RFコイルのRF励起及び受信は公知で
ある（例えば、本出願と共に係属中の共通の譲渡人に譲
渡されたアラカワ（Arakawa）他の1986年８月６日出願
の米国特許出願第893,889号を参照）。この種のクォド
ラチャーコイルの構成は、与えられた送信RFパルスの継
続時間に対してRF電力蓄積のレベル低減及びSN比の改善
等多くの利点をもたらす。
送受信には、複数の異なるクォドラチャー（又は他
の）RFコイルを使用することが望ましい。例えば、映像
化される被検者全身の内部及び周囲へのRF磁場発生に
は、大型の「ボディ」コイルが使用され、受信には、映
像化される頭部又は他の胴体部を包囲するような小型の
コイルが使用される。この種の構成は、多大な融通性を
もたらす。何故なら、送信には常に同じクォドラチャー
ボディコイルが使用され、所望の映像タイプによって異
なる受信コイルが使用されるからである（例えば、被検
者の広範囲の全体像が必要な場合は、ボディコイルが受
信に使用され、被検者の頭部の詳細なイメージングに
は、該頭部を包囲する小型の「ヘッドコイル」が使用さ
れ、又は胸部等の他の特定な身体部分のイメージングに
は、「サーフェスコイル」が使用されるであろう）。
結果として生じるRFエコーパルスを他のコイルが受信
している間に送信ボディコイルが離調されることは、公
知である。例えば、ミジック（Misic）等の、「ミッド
フィールドNMRイメージング用クォドラチャーRFコイル
及び減結合システム（Quadrature RF Coil And Decoupl
ing Systems For Mid Field NMR Imaging）」、医用磁
気共鳴学会抄録集第１巻183（Vol.1 Book of Abstract
s,Society of Magnetic Resonance in Medicine 183）
（1986年８月19日）を参照されたい。送信と受信で別個
のクォドラチャーコイルが使用される場合は、パルス列
送信中は受信コイルシステムを減結合することが必要で
あり、パルス列受信中は送信コイルを減結合することが
必要であることが、従来から知られている。ヘッドコイ
ル又はサーフェスコイルで受信している時に送信コイル
を離調することにより、アーティファクト及び信号損失
は、低減されるが完全には除去されない。それ故、ヘッ
ドコイル又はサーフェスコイルが受信に使用されるとき
は、PINダイオードを用いてボディコイルの各ループを
動作上開回路とすることが知られている（上記のミジッ
ク等のペーパーを参照）。ミジック等は、このタイプの
構成から得られる結果は、単独のクォドラチャーヘッド
及びボディコイルのプローブから得られる結果に比べて
優れることを結論付けている。
しかしながら、我々は、重大なアーティファクトは、
PIN型スイッチングダイオードを作動させるDC制御電流
によって生成された磁場により発生されることを発見し
た。このDC制御電流は、僅か数アンペアの量であるにも
拘らず、適切なNMRイメージングに必要な勾配磁場と少
なくとも局所的に干渉する磁場（例えば、ｚ軸方向にお
ける）を発生する。より詳述するに、このDC磁場は、画
質を劣化させかつ映像の不明瞭部分をもたらす、いわゆ
る「アーティファクト」障害を映像内に典型的に発生す
る。加えて、勾配磁場の強いパルス動作に応じて複数の
不要な渦電流がDC電流路に流れるであろう。次いで、こ
れらの渦電流は磁場を生成し、その磁場はDC制御電流磁
場に重畳してアーティファクトを発生する。
（発明が解決しようとする問題点） 上述されたように、従来技術においては、RFコイル構
成内のスイッチングデバイスを作動させるDC制御電流に
よって発生される磁場が重大な映像アーティファクト障
害を誘起するという問題があった。
したがって、本発明の目的は、スイッチングダイオー
ドを使用するにも拘らず、独自のDC制御電流路によりDC
磁場及び関連するアーティファクトを発生しないMRI用R
Fコイル減結合構成を提供することにある。
［発明の構成］ （問題点を解決するための手段及び作用） 本発明のRFコイルは、不連続部、即ち「ギャップ」及
び該ギャップに架橋接続される一個又は複数個のスイッ
チングデバイス（例えば、ダイオード）を有する。この
ダイオードは、DC制御信号により順方向バイアスされる
時はRF信号の導通路を形成し、逆方向バイアスされる時
はRFコイルループを開回路にする。本発明によれば、DC
制御信号は、RFコイルを介してダイオードに流れ、該RF
コイルに近接する伝送線の一部分の中にDC流路を通過し
て帰還する。RFコイル及び伝送線部を流れるDC電流量は
等しい為、互いを打ち消す釣り合った（同値であり反対
方向の）DC磁場が発生され実質的に正味DC磁場は残存し
ない（したがって、映像アーティファクトは低減又は完
全除去されるが、上述の場合以外にはDC電流によって該
アーティファクトが発生される）。又、RF信号は、伝送
線部の各端近傍に付設されたRFトラップにより該伝送線
部内の導通を妨げられる。
本発明の好ましい実施例において、伝送線部を流れる
DC制御電流は、スプリアス磁場に起因する不要な映像ア
ーティファクトを生成しない。何故なら、この電流によ
り発生される磁場は、近傍のRFコイルを流れるDC電流に
より発生される同じ大きさで逆向の磁場によって完全に
釣り合って打ち消されるからである。さらに、伝送線内
部のDC導体は、RF信号から絶縁されるため、DC及びRFの
両信号がRFコイルを流れるにも拘らず、DC回路とRF回路
との間には良好な絶縁が与えられ、追加のRFトラップ又
は他の絶縁デバイスは不必要となる。
好ましい実施例において、伝導線部の外部導体は、RF
コイルの表面に導電接合され、その結果、機械的振動を
最小限にするとともに、低抵抗電気接続はもちろん機械
的強度をもたらす。さらに、RFコイルのいくつかのギャ
ップは、そこに架橋接続されるスイッチングダイオード
を有し、該ギャップは、DC制御信号に応じたコイルの離
調及び減結合を可能化にる。一方、その他のコイルギャ
ップは、それらに架橋接続されるDC阻止RF結合コンデン
サを有し、該ギャップは、DC制御信号路を制限し更に勾
配磁場のパルス動作に応じてコイルを流れる渦電流を低
減する。
（実施例） 以下、添付の図面を参照して本発明の一実施例につき
説明する。
第１図は、本発明に従ったMRIシステム50の好ましい
一実施例の概略図である。MRIシステム50は、RFフロン
トエンド52及びクォドラチャーボディコイル構成100
（以下、コイル構成と略称する）を有する。
以下に説明されるように、コイル構成100は、RFフロ
ントエンド52により与えられるDC制御信号Ｓに応じてRF
共振回路を完成させる（それにより、コイル構成を作動
状態にする）スイッチングデバイスを含む。この正のDC
制御信号Ｓが存在する時、コイル構成100はRFフロント
エンド52により与えられたRF信号を放射するのに使用さ
れる。その代わりに又はそれに加えて、DC制御信号Ｓが
存在する時、コイル構成100は受信RF信号をRFフロント
エンド52に与える。
RFフロントエンド52がコイル構成100に正のDC制御信
号を与えない時は、該コイル構成は離調され以てRF作動
周波数で共振しない。したがって、近傍で動作する他の
共振RFコイル、例えば、受信コイル200及び関連する受
信器回路250に対して上記コイル構成は実質的に構成上
存在しなくなる（何故ならコイル構成100が離調時に
は、該コイル構成は好ましい実施例における完全なRF回
路をもたらさないからである）。
好ましい実施例において、RFフロントエンド52は、RF
セクション54及びDC制御器セクション56（すなわち、DC
制御信号供給回路。以下、制御器と略称する）を含む。
RFセクション54は、RF送信器58、RF受信器62、同軸リレ
ースイッチ64（以下、リレーと略称する）、PINダイオ
ードT/R（送信／受信）スイッチ65（以下、T/Rスイッチ
と略称する）、RF/DC結合器回路66、方向性結合器60、
及び同調整合ディスプレイ回路61（以下、ディスプレイ
回路と略称する）を含む。
RF送信器58はT/Rスイッチ65を通過してリレー64の常
閉接点NCに流れるハイパワーRF信号（好ましい実施例に
おいて略15MHzの周波数を有する）を生成する。RF受信
器62は、リレー64の常閉接点NCに存在しかつT/Rスイッ
チ65を介して該受信器まで送られたRF信号を検出し、ま
た映像生成するように（従来のMRI信号処理技術を用い
て）さらに処理される出力信号OUTをもたらす。
MRIシステム50が送信モードのとき、T/Rスイッチ65
は、RF送信器58とRF/DC結合器回路66との間に（リレー6
4の常閉接点NCを介して）信号路を作る。受信中は、T/R
スイッチ65は、RF/DC結合器回路66とRF受信器62のRF入
力との間に（同様にリレーの常閉接点NCを介して）信号
路を作る。
リレー64の常開（NO）接点は、方向性結合器60及び関
連するディスプレイ回路61に接続され、該結合器及び回
路は、映像信号検出前にコイル構成100を初期同調（共
振）するのに用いられる。リレーコイル68は、方向性結
合器60及びディスプレイ回路61がコイル構成100の初期
同調に使用可能であるように、最初のシステムセットア
ップ時に電圧印加され、その後のシステム通常作動時に
は電圧印加されない。
制御器56は、DC制御信号Ｓを選択的に生成し、該信号
はRF/DC結合器回路66によりRF信号と共に多重送信さ
れ、かつRFフロントエンド52とコイル構成100とを接続
する同軸RFケーブル70（好ましい実施例においては、RG
−214型、以下、ケーブルと略称する）に供給される。
好ましい実施例におけるケーブル70は、不要なスプリア
ス二次RF磁場が該ケーブルの外側（外部導体）から伝搬
及び送信するのを防止するように、ハリソン（Harriso
n）他に特許証発行され本出願と共通の譲渡人に譲渡さ
れた米国特許第4,682,125号に開示されているタイプのR
Fトラップ回路70a（同軸シールドチョーク）を含む。
好ましい実施例の制御器56は、選択スイッチ72の設定
状態及びMRIシステム50が送受信のいずれを行っている
かに依存して、RF/DC結合器回路66に＋2VDC又は−24VDC
を交互に供給する。コイル構成100が送受信の双方に使
用されている場合、制御器56は一定値＋2VDCを発生し、
コイル構成100を制御し、もってRF共振回路を継続的に
形成する。一方、コイル構成100が送信のみに使用され
ている場合（及び受信コイル200が使用されている場
合）は、RF送信器が実際にRF信号を発生するとき以外
は、常に制御器56は−24VDCを発生する。
好ましい実施例において、制御器56は、MOSFET74、7
6、バイポーラ接合トランジスタ68、80（以下、トラン
ジスタと略称する）、及び抵抗82、84、86、87を含む。
MOSFET74のドレインは、好ましい実施例において＋5VDC
に接続され、該MOSFETのソースは、直列抵抗86を介して
MOSFET76のドレインに接続されている。MOSFET76のソー
スは、好ましい実施例において−24VDCに接続される。
制御線Ｓは、電流制限抵抗87を介してMOSFET74のソース
に接続される。
MOSFET74のゲートは、直列抵抗82を介してドライバト
ランジスタ（driver transistor）78のコレクタに接続
され、MOSFET76のゲートは抵抗84を介してドライバトラ
ンジスタ80に接続される。トランジスタ78、80は、選択
スイッチ72の出力における制御信号レベルＬに応じて、
MOSFET74、76を交互にターンオンする従来のレベルコン
バータ／論理回路（図示せず）の一部分を形成する。
特に、信号レベルＬが論理レベル１のとき、MOSFET74
はターンオンしてMOSFET76はターンオフし、DC制御信号
線Ｓに略＋2VDCが発生される。信号レベルＬが論理レベ
ル０のとき、MOSFET74はターンオフされMOSFET76はター
ンオンされて、DC制御信号線Ｓに略−24VDCが発生され
る。RFチョーク88は、RF送信器58により発生されたか又
はコイル構成100により受信されたケーブル70上のRF信
号が制御器56に流入するのを防止する一方、DC制御信号
ＳがRF/DC結合器回路66内及び該ケーブル上を流れるこ
とを可能にする。DC阻止コンデンサ90は、DC制御信号Ｓ
がリレー64に流入するのを防止する。
好ましい実施例において、コイル構成100は、共振RF
流路及びDC流路の双方とも確定し、これら二流路は、部
分的には同一の広がりを呈するが、全長に亘って同一で
はない。
RF送信器58により発生されたRFは、T/Rスイッチ65、
リレー64、DC阻止コンデンサ90及びケーブル70を介して
コイル構成100に流入した後、直列同調コンデンサCs及
び並列同調コンデンサCsを介してRFコイル102に流入す
る（直列同調コンデンサCs、並列同調コンデンサCpとRF
コイルとの間の接続は第１図に破線により概略的に示さ
れている）。帰還結合コンデンサCRはコネクタ71の外部
導体とRFコイル102との間に接続され、DC電流がRFコイ
ル102から該コネクタ外部導体に流れるのを防止する。
当業者には自明であるように、RFコイル102の誘導性
リアクタンス及び同調コンデンサCs、Cpの容量性リアク
タンスは、RF送信器58及びRF受信器62と共通の動作周波
数のRF共振回路を形成する。この共振回路によって受信
されたRF信号は、ケーブル70上を逆流し、RF/DC結合器
回路66、T/Rスイッチ65、及びリレー64を介してRF受信
器62に流れる。
好ましい実施例において、RFコイル102は、RFコイル
部106とコイル部108a,108bとの間に画定される不連続
部、すなわちギャップ104a、104bを含む。PINダイオー
ドバンク111a（好ましい実施例においては、UM−4902C
又はKS−1001型、以下、ダイオードと略称する）が不連
続部104aに架橋接続される。各ダイオードのアノード
は、第一のRFコイル部106に、各ダイオードのカソード
は、第二のコイル部108aに、それぞれ接続される。
好ましい実施例において、ダイオード111aは、RFコイ
ル部106,108を選択的に接続又は開放するに使用され
る。ダイオード111aは逆方向バイアスされるときにはRF
（及びDC）に対して開放回路として働き、もってRFコイ
ル部106をコイル部108から電気的に開放する。一方、ダ
イオード111aが順方向バイアスされるときには、RFは該
ダイオードを流れ、RFコイル部106,108は互いに電気接
続され、その結果、不連続部104は効果的に除かれる。
好ましい実施例において、RFコイル102及び同調コン
デンサCs,Cpは、ダイオード111が順方向バイアスされる
ときのみ、RF共振回路を形成する。ダイオード111が逆
方向バイアスされる時は、RFはRFコイル部106から不連
続部104を通ってコイル部108に流れることはなく、RFコ
イル102は非共振となる（したがって、RFコイル102は、
受信コイル200等の他の近傍のRF共振コイルに対して存
在しなくなる）。
ここで、コイル構成100内のDC電流路を説明する。ケ
ーブル70の中心導体は、（好ましい実施例においては、
従来のRFコネクタ71を介して）RFトラップ110の一端に
接続され、さらに直列同調コンデンサCs及び並列同調コ
ンデンサCpに接続される。DC制御信号Ｓは同調コンデン
サCs、Cpによって阻止されるが、RFトラップ110を容易
に通過し、第一のRFコイル部106に流入する。一方、RF
トラップ110は、同調コンデンサCs、Cp及びケーブル70
の中心導体に存在するRF信号に対して極めて高いインピ
ーダンスを呈し、もってRFが該RFトラップを介してRFコ
イル部106に流入するのを防止する。
DC制御信号Ｓの電圧がダイオードのカットイン電圧
（例えば、略0.7VDC）を越える場合、ダイオード111a
は、順方向バイアスされた状態となり、DC電流と同様に
RFを通す。したがって、DC制御信号Ｓの電圧が正の状態
にあるとき（略＋2VDCが好ましい）、該DC制御信号はダ
イオード111aを順方向バイアスし、DC電流（数アンペ
ア）はこれらのダイオードを介して第二のコイル部108a
に流入する。このDC電流は、第二のコイル部108aからRF
トラップ112を介して半剛体の（semi−rigid）の伝送線
部114（以下、伝送線部と略称する）に流入し、伝送線
部114の中心導体148aを介してRFトラップ116に流入し、
RFトラップ116からケーブル70の外部導体に流入する。
RFコイル部106と108bとの間の同様に順方向バイアス
されたダイオード111bを流れる電流は、別のRFトラップ
117、別の半剛体の伝送線部118の中心導体148b、及びRF
トラップ116を介してケーブル70の接地導体に流れる。
好ましい実施例において、伝送線路114は誘電性絶縁
体で被包された中心導体148aを含み、該絶縁体は管状の
半剛体銅製の外部導体150a内に被包されている。同様
に、伝送線部118は誘電体と外部導体150bで被包された
中心導体148bを含む。伝送線部114、118の中心導体148
a、148bは、ノード120において互いに接続され、さらに
RFトラップ116も該ノードに接続される。RFトラップ11
2、116、117は、RF信号が伝送線部114、118に進入する
のを妨げ、その結果、DC制御信号のみが伝送線部の中心
導体148a、148bを流れる。
第２図は、コイル構成100の更に詳細な概略図であ
る。好ましい実施例において、RFコイル102は、上部分
（上部帯状体）122及び下部分（下部帯状体）124を有す
るクアドラチャーサドル型環状RFコイルであり（ボディ
コイル構成の一例の詳細な説明として、1986年８月６日
に出願され、本出願と共に係属中の共通の譲渡人に譲渡
されたアラカワ（Arakawa）の米国特許出願第893,889
号、その後米国特許第4,740,752号となった、名称「非
オーバーラップクォドラチャー磁気共鳴イメージングRF
コイル（Non−overlapping QD MRI RF Coil）」を参
照）、これら上部分及び下部分は、共通の円筒体の周上
に軸方向の間隔を開けて存在する環状部材を形成する。
上部分122は、第２図には直線的に示されているが、好
ましい実施例において実際には円環状に被せられ、コイ
ル端126がコイル端128に機械的及び電気的に接合され
る。上部コイル部分122は、ギャップ130を形成し、直列
DC阻止RF結合コンデンサ132がRF電流をギャップを跨い
で導通し、もってRF信号が上部分122の連続ループ内に
流れるのを可能とする一方、DC電流が該ループを流れる
のを妨げる（さらに、上記コンデンサは、典型的な磁気
共鳴イメージングシステム内に存在する勾配磁場のパル
ス動作に起因して可聴周波数において構成内に別に誘起
される渦電流を低減する傾向がある）。以下に説明され
るように、DC阻止RF結合コンデンサ132（及びRFコイル1
02内の他のギャップに架橋接続された他の同様のコンデ
ンサ）は、DC制御信号Ｓを所定の流路上に流れるように
導く。このようにして、そのDC電流により発生される磁
場が打ち消される。
同様に、コイル下部分の端部134は、コイル下部分の
端部136に電気的及び機械的に接続され、その結果、コ
イル下部分は、ループを分断するギャップ、すなわち不
連続部104a、104b、106を有しながら本質的に連続した
ループを形成する。ダイオード111aは不連続部104aに架
橋接続され、ダイオード111bは不連続部104bに架橋接続
され、これらのダイオードはDC制御信号Ｓで順方向バイ
アスされるときには必ず（その時のみ）RF信号がRFコイ
ル部106とコイル部108a、108bとの間を流れるのを可能
にする。DC阻止RF結合コンデンサ144は、ギャップ146に
架橋接続され、もってRFがループを還流するのを可能に
し、かつDC（又は渦電流）を阻止する。
RFトラップ110は、ノードすなわち端子138においてRF
コイル部106に直接接続される。ダイオード111aのアノ
ードは、ノード140においてRFコイル部106に接続され
る。負のDC制御信号レベル（−24VDC）が存在すると
き、ダイオード111aは逆方向バイアスされ、DC及びRF電
流は該ダイオードを流れない。好ましい実施例において
は、この−24VDCレベルが用いられる。何故なら、これ
は操作者に衝撃の危険を与えるほどのレベルではない一
方、ダイオードを介する絶縁（逆方向バイアスされたダ
イオードの「障壁」または「遷移」容量は、逆電圧の増
加に伴い減少する）を確保し、RFピックアップ、渦電
流、又はその他の効果によってRFコイル部106、108a、1
08b間に生じるスプリアスな電圧誤差に影響されない逆
方向バイアスを確保するのに充分なレベルだからであ
る。
正の（＋2VDC）DC制御信号が存在するときは、常に、
DC電流はRFトラップ110からノード138を介してRFコイル
部106に流入し、ノード138、140間のRFコイル部106を流
れ、その後ダイオード111Aを流れる（正のDC制御信号電
圧は、ギャップ104aに正の電位差を発生し、もってダイ
オードを順方向バイアスする）。
ダイオード111aがRFコイル部108aに直接接続されてい
るにも拘らず、ダイオード111aを流れるDC電流は、コイ
ル部間のギャップ146に架橋接続されたDC阻止RF結合コ
ンデンサによって、コイル部108aから別のコイル部（例
えば、コイル部142）に流入するのを妨げられる。ダイ
オード111aは、単方向デバイスであり、それ故、DC電流
がコイル部108aからRFコイル部106へ逆方向に流れるの
を不可能にする。RFコイル102の構成及びDC阻止RF結合
コンデンサ144の設置により、DC電流の復路のみがRFト
ラップ112を介してダイオード111aのカソードに接続さ
れ、かつ伝送線部114の中心導体148a内に接続される。
好ましい実施例のDC阻止RF結合コンデンサ144は、300
0pFのUFP1−302J型コンデンサが６個並列接続されたも
のであり、高周波RF信号を通過させるのに充分大きくか
つ低周波の渦電流及びDC制御電流がコイル部108a、142
間を流れるのを妨げるのに充分小さな容量を有する。加
えて、RFコイル部106とRFコネクタ71の外部導体との間
に接続された帰還コンデンサCRは、DC制御信号ＳがRFコ
イル部106からケーブル70内に容易に直接流入するのを
妨げる（RFコイル部106及びケーブル外部導体間に良好
なRF結合が付与されているとき） 伝送線部114の外部導体150aは、実質的にノード138、
140間の直線路に沿ってRFコイル部106にはんだ付けされ
る（又は他の方法で導電接合される）。すなわち、伝送
線部114は、RFトラップ110とダイオード111aとの間のRF
コイル部106を流れるDC電流路と同一路上の該コイル部
表面に物理的に設けられる。伝送線部の外部導体150a
は、コイル部表面に電気接合されるため、ノード138、1
40間を流れるDC電流の一部は、実際に該伝送線の外部導
体を流れる（もちろん、RF信号がRFコイルに存在すると
きは、該RF電流は伝送線の外部導体を流れる）。RFコイ
ル部106（及び伝送線部114の外部導体150a）を介してノ
ード138、140間を流れるDC電流により生成された磁場
は、伝送線部の内部導体148aを被包する（該伝送線部は
銅製であり非磁性である）。
伝送線部の内部導体148aは、誘電体（大気又は使用可
能な他の絶縁体）によって該伝送線部の外部導体から電
気的に絶縁されている。好ましい実施例において、RFト
ラップ112、116とRFコイル部106との間には電気接続は
ない。等量のDC電流がダイオードに流入及び流出するた
め、伝送線部の中心導体148aを通って流れるDC電流は、
RFコイル部106（及び伝送線部の外部導体150a）を介し
てノード138、140間を流れるDC電流と正確に同値であり
（DC抵抗による損失は無視する）、該電流がノード13
8、140を流れる方向と反対方向に流れる。
したがって、伝送線部114の中心導体148aを通って流
れる電流は、RFコイル部106を通ってノード138、140間
を流れるDC電流により生成される磁場と実質的に同値で
ありかつ反対方向の磁場を生成する。また、これらの同
値であり反対方向の（すなわち、釣り合った）二つの磁
場は、本質的に同一空間内に存在する。数アンペアのDC
電流がダイオード111a、RFトラップ112、伝送線部の中
心導体148a及びRFトラップ116を介して連続的に流れる
としても、上記の同値であり反対方向の二種の磁場はほ
とんど完全に互いを打ち消して、正味磁場はゼロとな
る。
好ましい実施例において、RFコイル102は、クォドラ
チャーコイルであり、かつ機能抑止される二つの共鳴回
路部分（本実施例においては黄色及び青色）を有する
為、別のギャップ104b及び関連するダイオード111bがRF
コイル102内に設けられる。上述したのと同様な具合
に、DC電流は、ノード138からRFコイル部106を介してダ
イオード111bに接続されたノード152に流れる。DC制御
信号Ｓが正のレベルを有するとき、DC電流は、ノード15
2から順方向バイアスされたダイオード111bのアノード
に流入し、該ダイオードを流れる。
ダイオード111bのカソードがコイル部108bに直接接続
されているにも拘わらず、該コイル部は、RFトラップ11
7を除く他のいかなる構成ともDC結合されていない（DC
阻止RF結合コンデンサ144は、DC電流がコイルループ上
のコイル部108bを介してコイル部108aに流入するのを妨
げる）。したがって、ダイオード111bを流れる全DC電流
は、RFトラップ117に流入する。RFトラップ117のもう一
方の端は、半剛体の伝送線部118の中心導体148bに接続
され、該中心導体のもう一方の端は、ノード154におい
てRFトラップ116に接続されている（さらに、伝送線部1
14の中心導体148aにも接続されている）。伝送線部118
の外部導体150bは、RFコイル部106にはんだ付けされ、
好ましい実施例において、伝送線部118は、ノード138、
152間の直線電流路に実質的に沿ってRFコイル部106の表
面160に物理的及び機械的に設けられる。伝送線部118の
中心導体148bを流れる電流は、ノード138、152間を流れ
るDC電流により発生される磁場と略同値の磁場を生成
し、その磁場は、前者の磁場と反対方向である。これら
二種の磁場は、互いに打ち消し合い、正味磁場は略ゼロ
となる。
第３図は、コイル構成100の詳細な概略的斜視図であ
り、半剛体の伝送線部114、118とRFコイル部106との間
の機械的及び電気的接続を示している。好ましい実施例
において、RFコイル部106は湾曲している（すなわち、
円環の一部である）ため、伝送線部114、118もまた好ま
しく湾曲しており、もってコイル部の外表面160と同形
状となっている。伝送線部の外部導体150a、150bとコイ
ル部の外表面160との間のはんだ接合162によって、伝送
線部114、118がNMR勾配磁場のパルス動作に従って可聴
周波数で振動するのを防止し、さらに該伝送線部の外部
導体とコイル部表面160との間に低抵抗DC流路を設けて
いる。
伝送線部の外部導体150a、150bによってもたらされる
RFシールド効果は、RF大電流がRFコイル102を流れると
きにも、伝送線部の中心導体148a、148bがRFに曝される
のを防ぐ。特に、RF送信器58がコイル構成100にRFを供
給するときに、RF電流は、伝送線部の外部導体150に沿
って流れる傾向があるが、いわゆる「表皮効果」及び他
の公知の伝送線の特性によって、極僅かなRFが中心導体
148a、148bに達する。半剛体の伝送線（一般に、DC信号
ではなくRF信号伝送に使用される）をDC制御信号Ｓの伝
送及びRFシールドに使用することにより、追加のRFトラ
ップ、シールド、DC阻止RF結合コンデンサ、及びRFがDC
導体に流入するのを防止するのに必要なその他のものが
不必要となる。
好ましい実施例において、RFトラップ112、116、117
は、伝送線部114、118の端に可能な限り近接配置され、
伝送線部の中心導体148a、148bのシールドされない露呈
部分の長さが短縮される。好ましい実施例において、RF
トラップ110、112、116、117は、RFボディコイルの共振
周波数（15MHz）に同調されている。RFコイル102は、Ｚ
軸に対して垂直方向の磁場を発生し、RFトラップ110、1
12、116、117はそれらが生成する磁場がＺ軸と同一方向
になるように各々方向付けられ、該RFコイルにより発生
される主磁場に結合するスプリアスは、最小に抑えられ
る。
第4A図及び第4B図は、好ましい実施例においてRFトラ
ップ110、112、116、117に使用されるRFトラップの設計
の一例を示す斜視図及び断面図である。好ましい実施例
において、これらのRFトラップは、各々、外径が略1/2
インチで長さが略１＋3/4インチのアクリル製のチュー
ブ172に18ゲージワイヤ173（以下、巻線と略称する）を
22周だけ巻装して作成される。略1/4インチ長及び0.375
インチの外径を有する小型の挿着銅製棒状要素174は、
チューブ172の一端176内に挿進されて、所望のRF共振周
波数（すなわち、15MHz）にRFトラップ112を同調するの
に用いられる。
チューブ172は、チューブ端176に貫通開孔され巻線17
3の開始に使用される50番ドリル孔184aと、該チューブ
のもう一方の端186において貫通開孔され該巻線の終了
に使用される他の50番ドリル孔184bとを含む。これによ
って得られるRFチョークコイルは、略2.4マイクロヘン
リーの誘導性リアクタンス及び僅か0.043オームのDC抵
抗を有する。好ましい実施例において、略47pFのコンデ
ンサ190が並列RF共振回路を構成するように巻線173の両
端に架橋接続される。この作成されたRFトラップ112
は、上記要素174をチューブ端176からさらに挿進する
か、または引出すことによって、む所望の無線周波数に
精密同調可能である。
好ましい実施例において、DC制御電流がRFコイル及び
該RFコイルの表面に電気接合された非平衡伝送線の中心
導体を介して流れるにも拘わらず、その他の応用では平
衡伝送線（例えば、スイッチングダイオードに直接架橋
接続された開放梯子型ワイヤ線）を以て代用することが
望ましいであろう。付言するに、好ましい実施例のクォ
ドラチャーコイルの設計には、二本の伝送線及び二個の
ダイオードバンクが使用されるが、非クォドラチャー型
コイルの単一ループ減結合及び離調には、単一の伝送線
及びそれに関連する一個のダイオードバンクが使用され
る。
［発明の効果］ 本発明によれば、分断されたRFコイル部をDC制御信号
に応じて選択的に接続又は開放するスイッチングダイオ
ードを使用したMRI用離調及び減結合RFコイル構成が提
供される。上記DC制御信号は上記スイッチングダイオー
ドを選択的に順方向又は逆方向バイアスする。このDC制
御電流は、上記RFコイル自体（それ故、RF電流と流路を
共用する）、上記ダイオード、及び該RFコイル表面に近
接配置された半剛体伝送線部の中心導体を流れる。伝送
線部を流れるDC電流は、RFコイルを流れるDC電流と同値
であり、かつ反対方向であるため、該DC電流の流れによ
り発生される正味磁場は略ゼロとなり、本発明に従わな
い場合にDCバイアス電流により発生される映像アーティ
ファクトが、低減され又は除去される。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明のRFコイル構成及びそれに関連するRF
フロントエンドの一実施例を含むMRIシステムの包括的
概略図である。 第２図は、第１図に示されたクォドラチャーRFボディコ
イルの一実施例の詳細な概略図である。 第３図は、第２図に示されたコイル構成のDC制御電流給
電メカニズムの側面斜視図である。 第4A図は、第１図〜第３図に概略的に示されたRFトラッ
プの詳細な斜視図である。 第4B図は、第4A図のRFトラップの断面図である。 50……MRIシステム、52……フロントエンド、54……RF
セクション、56……DC制御器、58……RF送信器、60……
方向性結合器、61……同調整合ディスプレイ回路、62…
…RF受信器、64……同軸リレースイッチ、65……PINダ
イオードT/Rスイッチ、66……RF/DC結合器、70……RFケ
ーブル、71……RFコネクタ、72……選択スイッチ、74、
76……MOSFET、100……コイル構成、102、106、108、14
2……RFコイル、104、130、146……ギャップ、110、11
2、116、117……RFトラップ、111……ダイオードバン
ク、114、118……伝送線部、120、138、140、152、154
……ノード、132、144……DC阻止RF結合コンデンサ、14
8……内部導体、150……外部導体、160……表面、162…
…はんだ接合、172……チューブ、173……巻線、174…
…要素、184a、184b……ドリル孔、190……コンデン
サ、200……受信コイル、250……受信器。

Claims (20)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】RFコイルを含み所定の無線周波数で共振す
    るRF共振回路手段と、 第一レベルのDC制御信号及び第二レベルのDC制御信号を
    供給し得るDC制御信号供給手段と、 前記RFコイル及び前記DC制御信号供給手段に接続され、
    第一レベルのDC制御信号に応答して前記RFコイルを開回
    路化することにより前記共振回路手段の前記所定の周波
    数での共振を防止する一方、第二レベルのDC制御信号に
    応答して前記RFコイルにDC電流を流して前記RFコイルを
    閉回路化し、その際に該DC電流により第一の磁場が発生
    するコイル開閉手段と、 前記RFコイルに近接配置され前記コイル開閉手段に接続
    されかつ前記第二レベルのDC制御信号に応答して実質的
    に前記第一の磁場を打ち消す第二の磁場を生成する別構
    成体と を具備して成ることを特徴とする磁場共鳴イメージング
    装置。
  2. 【請求項２】前記別構成体はRF伝送線部を含むことを特
    徴とする請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  3. 【請求項３】前記伝送線部は中心導体と前記中心導体を
    被包する外部導体とを含む非平衡RF伝送線部を具備して
    成ることを特徴とする請求項２に記載の磁気共鳴イメー
    ジング装置。
  4. 【請求項４】前記伝送線部の外部導体は前記RFコイルの
    表面に導電接合され前記伝送線部の中心導体は前記コイ
    ル開閉手段と前記DC制御信号供給手段との間に直流的に
    結合されることを特徴とする請求項３に記載の磁気共鳴
    イメージング装置。
  5. 【請求項５】前記装置は前記伝送線部の中心導体の一端
    と前記DC制御信号供給手段との間に接続される一個のRF
    トラップを更に含んで成ることを特徴とする請求項４に
    記載の磁気共鳴イメージング装置。
  6. 【請求項６】前記装置は前記伝送線部の中心導体と前記
    コイル開閉手段との間に接続される別の一個のRFトラッ
    プを更に含んで成ることを特徴とする請求項５に記載の
    磁気共鳴イメージング装置。
  7. 【請求項７】前記装置は前記伝送線部の中心導体と前記
    コイル開閉手段との間に接続される一個のRFトラップを
    更に含んで成ることを特徴とする請求項４に記載の磁気
    共鳴イメージング装置。
  8. 【請求項８】前記コイル開閉手段は少なくとも一個のス
    イッチングダイオードを含んで成ることを特徴とする請
    求項１に記載の磁気共鳴イメージ装置。
  9. 【請求項９】前記RFコイルは一個のギャップを画定し、
    前記コイル開閉手段は前記ギャップに架橋接続された一
    個のスイッチングダイオードを含んで成り、前記スイッ
    チングダイオードは前記第二レベルの制御信号に応答し
    て順方向バイアスされ又は前記第一レベルの制御信号に
    応答して逆方向バイアスされることを特徴とする請求項
    １に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  10. 【請求項１０】前記RFコイルは別の一個のギャップを画
    定し、前記装置は前記別のギャップに架橋接続されるDC
    阻止RF結合手段を更に含んで成り、その手段は前記別の
    ギャップを横切る前記DC制御信号の流れを阻止し前記別
    のギャップを横切るRF電流を流すことを特徴とする請求
    項９に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  11. 【請求項１１】前記DC制御信号の流れが前記別構成体に
    近接する前記RFコイルの所定部分を通過するように該流
    れを導く手段を更に含んで成ることを特徴とする請求項
    １に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  12. 【請求項１２】互いに接触していない第一及び第二のコ
    イル部分に一個のギャップを有するRFコイルと、 前記第一及び第二のコイル部分間に接続されるスイッチ
    ングダイオード手段と、 前記第一のコイル部分に近接配置され前記第二のコイル
    部分に直流的に結合される付加的導体手段とを具備して
    成り、 前記スイッチングダイオード手段はDC制御信号が前記第
    一のコイル部に存在することに応答して前記第一及び第
    二のコイル部分間にRF電流を流しかつ前記DC制御信号の
    存在に応答して第一の方向で前記RFコイルの第一のコイ
    ル部分にDC電流を流し、前記付加的導体手段は前記DC電
    流と同値の別のDC電流を前記第一の方向と反対の第二の
    方向で流れるように導くことを特徴とする磁気共鳴イメ
    ージング装置。
  13. 【請求項１３】前記付加的導体手段は外部導体によって
    被包された中心導体を有する非平衡RF伝送線部を具備し
    て成り、前記中心導体は前記第二のコイル部分と前記DC
    制御信号との間に接続され、前記外部導体は前記RFコイ
    ルの表面に導電接合されることを特徴とする請求項12に
    記載の磁気共鳴イメージング装置。
  14. 【請求項１４】前記伝送線部の中心導体と前記DC制御信
    号との間に接続される第一の共振RFトラップと、前記伝
    送線部の中心導体と前記第二のコイル部分との間に接続
    される第二の共振RFトラップとを更に含んで成ることを
    特徴とする請求項13に記載の磁気共鳴イメージング装
    置。
  15. 【請求項１５】前記第一及び第二のRFトラップは、該RF
    トラップにより生成される磁場が前記RFコイルにより生
    成される磁場と異なる方向に存在するように前記コイル
    の表面に対して方向付けられることを特徴とする請求項
    14に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  16. 【請求項１６】前記RFコイルは互いに接触していない第
    三及び第四のコイル部分に別の一個のギャップを有し、
    前記装置は前記別のギャップに架橋接続され前記別のギ
    ャップにRFを架橋結合しかつ前記DC制御電流が前記別の
    ギャップを横切り流れるのを防止する手段を更に含んで
    成ることを特徴とする請求項12に記載の磁気共鳴イメー
    ジング装置。
  17. 【請求項１７】前記装置は前記RFコイルへの又は前記RF
    コイルからのRF信号を結合しかつ前記DC制御信号を前記
    第一のコイル部分に接続する入出力手段を更に含んで成
    ることを特徴とする請求項12に記載の磁気共鳴イメージ
    ング装置。
  18. 【請求項１８】前記入出力手段と前記第一のコイル部分
    との間に接続され前記入出力手段と前記第一のコイル部
    分との間に前記DC制御信号を流しかつ前記入出力手段と
    前記第一のコイル部分との間にRF信号が直接流れるのを
    防止するRFトラップ手段を更に含んで成ることを特徴と
    する請求項17に記載の磁気共鳴イメージング装置。
  19. 【請求項１９】前記入出力手段と前記第二のコイル部分
    との間に接続され前記入出力手段と前記第二のコイル部
    分との間にRF信号を流しかつ前記入出力手段と前記第二
    のコイル部分との間に前記DC制御信号が直接流れるのを
    防止するDC阻止RF結合コンデンサ手段を更に含んで成る
    ことを特徴とする請求項18に記載の磁気共鳴イメージン
    グ装置。
  20. 【請求項２０】第一及び第二の不連続部を有する一ルー
    プとして形成されたRFコイルを含み所定の無線周波数で
    共振するRF共振回路手段と、 前記第一のコイル不連続部に架橋接続されDC電流が前記
    ループを環流するのを防止しかつ前記第一のコイル不連
    続部を横切るRF電流を流すDC阻止RF結合手段と、 前記第二のコイル不連続部に架橋接続され前記第一のコ
    イル不連続部にかかるDC電位差に応答して順方向バイア
    ス及び逆方向バイアス状態で交互に作動し以て前記逆方
    向バイアス状態で作動時にはRF電流が前記第二のコイル
    不連続部を横切り流れるのを防止し前記順方向バイアス
    時には前記第二のコイル不連続部を横切るRF電流を流す
    スイッチングダイオード手段と、 第一及び第二の端子間に第一及び第二の電圧レベルを交
    互に生成するDC制御手段と、 前記第二の不連続部の一端において前記第一の端子を前
    記RFコイルに接続する手段と、 前記RFコイルに近接配置され前記第二の不連続部のもう
    一方の端において前記RFコイルに接続され前記第一の端
    子結合手段から前記スイッチングダイオード手段へ第一
    の流路に沿って第一の方向で前記RFコイルを流れるDC電
    流及び実質的に該電流と同値の別の電流を釣り合わせか
    つ前記第一の流路と実質的に平行である別の流路に沿っ
    て前記スイッチングダイオード手段から前記第二の端子
    へ前記第一の方向と反対の第二の方向で前記別の電流が
    流れるようにする別構成体と を具備して成ることを特徴とする磁気共鳴イメージング
    装置。
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