JP2620100B2 - Nmr用rfコイル - Google Patents

Nmr用rfコイル

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JP2620100B2 JP63064845A JP6484588A JP2620100B2 JP 2620100 B2 JP2620100 B2 JP 2620100B2 JP 63064845 A JP63064845 A JP 63064845A JP 6484588 A JP6484588 A JP 6484588A JP 2620100 B2 JP2620100 B2 JP 2620100B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、NMR−CT装置のRF(Radio−Frequence)信
号の送受信を行うNMR用RFコイルに関する。更に詳しく
は、例えば頭頂部についてそのSNR(Signal to Noize R
atio)を改善するNMR用RFコイルに関する。
(従来の技術) 周知のようにNMR−CT装置は、核磁気共鳴(NMR)現象
を利用して、プロトン等の特定の原子核の密度分布や緩
和時間を測定して、人体等の断層像を得るものである。
このNMR現象の測定方法について、第6図を用いて説明
する。第6図は、従来例のNMR−CT装置の概略図であ
る。まず、Z方向に均一な静磁場H0を発生している主磁
場コイル1内に被検体2を挿入設置する。勾配磁場コイ
ル4は、前記静磁場H0に線形勾配磁場Gzを重畳し、被検
体2内で励起するスライス(アキシャル=XY)面を選択
する。次に、角速度ωで、ラーモア歳差運動している
このスライス面内の原子核に、RFコイル3からXY面内に
ωで回転するRFパルス磁界を送信してNMR現象を誘起
させる。例えば、スピンワープ法では、始めに90゜パル
スを印加して、前記スライス面全体からのNMR(FID)信
号を得て、τ秒後に180゜パルスを印加して、再びNMR
(エコー)信号をRFコイル3によって受信する。この時
2Dフーリエ法では、読出し勾配磁場Gxにより、X方向の
位置情報を周波数(読出し時間)に割り当てて収集し、
勾配磁場Gyの大きさを規則的に変化させながら、前記NM
R信号を繰り返し収集することにより、Y方向の位置情
報を位相情報として与える。収集されたNMR信号は画像
再構成され、水素原子核の密度分布像(断層像)やその
他の生体化学情報をCRT表示する。
この様なNMR−CT装置のRFコイルの形状には、第7図
に示す様な種類がある。第7図(a)はサドル型コイル
であり、高い共振周波数ω(ω∝(LC)−1/2)を得る
ため、インダクタンスが小さくなるように構成されてい
る。しかし、このようなサドル型コイルでは、送信時の
RF磁界及び、受信時の信号感度の均一性が余り良くな
い。このため、得られる断層像の解像度を向上すること
ができない。第7図(b)は、バードケージ型コイルで
あり、静磁場方向に所定の距離を隔てておかれた2つの
導電ループ51,52と、これらを固有のインダクタンスを
有する複数本の軸方向導電エレメント6によって相互接
続され、各導電エレメントには直列に容量素子7が接続
されている。この容量素子7の一つの両端にRF電源(図
示せず)を接続し、所定の周波数のRF電圧を印加すると
導電ループ51,52には、θを円周方向にとって、正弦波
状電流分布となり、各導電エレメント6は前記ループ電
流から90゜位相の遅れた正弦波状電流分布となり、コイ
ル内部のアキシャル面内に均一なRF磁場及び、受信信号
感度を得ることができる(特開昭60−132547号,特開昭
61−95234号)。第7図(c)は、サーフェイス型コイ
ルであり、局所的にNMR信号を受信し、部分的な撮影を
行う際に用いられ、撮影部位にコイルを密接して配置す
るため、限られた領域内ではSNRを向上することができ
る。
(発明が解決しようとする課題) しかし、前記のようなバードケージ型コイルにおいて
は、サジタル面(YZ平面)内では、コイルの端部に近づ
くにつれて受信信号感度即ち、SNR(Signal to Noize R
atio)が低下する。又、頭部を撮影する際は、円筒状の
RFコイル内の中央部に被検体の頭を入れて撮影を行うた
め、撮影部位(頭部)以外の場所、即ち顔や首に生じた
熱運動によるノイズを受信し、SNRが劣化する。又、前
記サーフェイス型コイルでは、被検体との密着性は良い
が、撮影領域が狭く、撮影部位への装着の操作も煩わし
いという問題がある。本発明はこのような問題に鑑みて
発明されたものであり、その目的は、頭部等の撮影時に
おいて、その撮影部位のSNRを向上するNMR用RFコイルを
提供することにある。
(課題を解決するための手段) 上記の目的を達成するために、本発明のNMR用RFコイ
ルは、導電ループと、各導電エレメントの一端は前記導
電ループの周縁に接続されるとともに他端は他の導電エ
レメントの他端同志で接続される複数の導電エレメント
と、前記導電ループ周縁上のエレメント接続部間で直列
に接続された容量素子とを備えることを特徴とする。
又、本発明のNMR用RFコイルは、大きさの異なる2つの
導電ループと、各導電エレメントの一端は前記1つの導
電ループの周縁に接続されるとともに他端は前記他の導
電ループの周縁に接続される複数の導電エレメントと、
前記エレメント上で直列に接続された容量素子とを備え
ることを特徴とする。
(作用) コイルの表面電流分布が理想的状態となり、アキシャ
ル面で均一な磁場を作ると共に、コイル形状が略半球形
なので、頭部撮影時において、受信時の撮影領域外から
の熱運動に起因したノイズ量が減少し、又、コイル面と
頭部撮影面との近接により、受信信号強度が大きくな
り、SNRが向上する。
(実施例) 第1図は、本発明の一実施例による頭部用RFコイルを
表わす図である。第1図(a)のように、頭部用RFコイ
ルは、半球の形状をしており、円形の導電ループ8と、
一端を前記ループ周縁に接続し、他端を半球の頂点、即
ち接続部9に接続した1/4円弧状の導電エレメント10
と、導電ループ8周縁上の前記エレント接続部間の各々
に直列に接続されたコンデンサ11とから構成されてお
り、半球の形状を有する。導電ループ8と導電エレメン
ト10は、電気伝導性の良い材質、例えば、銅、銀又は銅
に銀メッキを施したもの等で作られ、形状は棒、管又は
箔で構成されている。第1図(b)は、第1図(a)の
RFコイル5をZ方向から見た図である。第1図(b)の
ように、接続部9が導電ループ8のループ中心を通り、
このループ面に垂直な線上にとなるように、各導電エレ
メント10は、接続部9に一端を接続し、他端を前記ルー
プ周縁に等間隔に接続している。この導電エレメント10
の本数は16本であり、このように4n(nは自然数)本と
することにより、導電ループ8の円周方向に90゜離れた
2点のコンデンサ11の両端で90゜位相をずらしてRF送信
を行い、受信時は90゜位相をずらして2信号の加算を行
う直交(Quadrature)モードを用いることができる。直
交モードを用いる利点は、送信時には磁化ベクトルの回
転モードが撮影部位内のスピンの回転方向のみに制限さ
れ、送信電力が1/2に省力化できることと、受信時に
は、NMR信号は2倍になり、相関のないノイズ信号は にしかならないため、受信感度が 向上することができる点にある。RF信号の送信及び受信
は、コンデンサ11の中の1個又はお互いが90゜離れた2
個のコンデンサの両端に端子を設けて、RF電源や受信回
路を接続する。又、コイルの入出力部には、一般的に用
いられている反射防止のためのインピーダンス変換回路
を任意の位置に接続し、平衡不平衡変換のためのバラン
(balanced unbalanced transformor)回路(共に図示
せず)を前記コンデンサと端子の間に接続する。
第2図は、受信専用の本実施例の頭部用RFコイルの等
価回路図である。第2図において、121〜1216は前記導
電エレメント10の持つ固有のインダクタンス、13は受信
用の頭部用RFコイルとその外側に配置される送信用のボ
ディコイル(図示せず)との磁気的カップリングを防止
するデカップリング回路、14はコンデンサ114に並列に
接続され、容量可変のバリコン(baliable condenser)
である。図のように、全体としては、ハイパスフィルタ
ーの構造をしており、コイルの共振角周波数がω=γH
(γ:磁気回転比,H:静磁場強度)となるように、コン
デンサ111〜1116の容量を決定し、バリコン14によって
その値を調節する。デカップリング回路13は、磁化ベク
トルの直交した2つの回転モードを抑えるため、前記ル
ープ円周方向に90゜の位置にも設けられ、更に確実にカ
ップリングを防止するために、180゜、270゜離れれた位
置の計4個のコンデンサの各々に設置される。このデカ
ップリング回路13は、クロスダイオード15a,15bとイン
ダクタンス16からなり、ボディコイル送信時に、インダ
クタンス121〜1216に生じる誘導起電力でクロスダイオ
ード15a,15bの両端に電位差が生じ、これらが交互にオ
ンになる。この結果、インダクタンス16とコンデンサ11
1が共振回路となり、頭部用RFコイルの共振周波数がず
れるため、頭部用RFコイルとボディ用のRFコイルとの磁
気的カップリングを防ぐことができる。頭部用RFコイル
による受信時は、NMR信号が微弱なため、インダクタン
ス121〜1216に生じる誘導起電力がダイオード15a,15bを
オンするほど大きくないため、デカップリング回路13は
動作しない。
次に、このように構成された本実施例の頭部用RFコイ
ルの動作を説明する。第3図は、本実施例の頭部用RFコ
イルの電流分布図である。第3図(a)のように、−Z
方向から見て最下点の給電点を設けて、このコンデンサ
の両端にRF電源(図示せず)を接続し、所定の周波数の
RF電圧を印加する。この結果、導電エレメント10には、
第3図(b)のように、Y軸の+から左周りにθを円周
方向にとって、cosθに比例した共振電流分布となる。
これはコイル表面の理想的な電流分布であり、コイル内
部のアキシャル面(XY面)に均一なRF磁場及び、受信信
号感度を得ることができる。第4図は、本実施例の頭部
用RFコイルのSNRのZ依存性を表わすグラフである。第
4図(a)は、頭部用RFコイルをZ軸に垂直な方向から
見た図であり、導電ループ面がZ軸と交わる点を0とし
て、コイル内のZ方向への距離をdmmとする。第4図
(b)は、本実施例の頭部用RFコイルを単一(single)
のモード(受信Ampが1つ)を用いて測定したときの、d
mm離れたアキシャル面の信号強度のノイズ強度に対する
比(SNR)のグラフである(直交モードを用いればSNRは
更に となる)。第4図(b)において、点線は、従来のハー
ドケージコイルによる比較実験結果である。グラフのよ
うに、本実施例の頭部用RFコイルでは、dが大きいとこ
ろでは、SNRが従来のバードケージコイルを上回る。従
って、頭部撮影においては頭頂部の受信信号強度が大き
く、SNRが向上し、頭頂部の画質を向上することができ
る。このように、本実施例の頭部用RFコイルにおいて
は、コイル形状が半球形なため、頭部撮影時において、
コイル内に入るのは頭部だけであり、頭部以外はコイル
外にあるため、撮影領域外からの熱運動に起因したノイ
ズの受信を減少できる。又、コイル面と頭頂部が密接し
ているため、受信信号強度が大きくなり、頭頂部でのSN
Rが向上する。又、頭部以外がコイルにより囲まれてい
ないため、視界の確保ができ、患者の圧迫感を軽減する
ことができる。
尚、本願発明は上記実施例に限ることなく、特許請求
の範囲内で種々の変形が可能である。第5図は、本願発
明の他の実施例の頭部用RFコイルを表わす概略図であ
る。第5図における記号は、第1図と同様に用いている
ので、ここでの説明を省略する。前記実施例において
は、容量素子は導電ループ8に直列に設けられていた
が、第5図(a)のように、導電エレメント10に直列に
設けても良い。この場合。等価回路はローパスフィルタ
ー型となる。第5図(b)は、第5図(a)のRFコイル
5をZ方向から見た図である。前記実施例では、接続部
9は導電エレメント10が1点で接続するように構成され
ていたが、接続部9近傍は、Z軸とのなす角が大きく、
コイル面としては有効に働かないので、第5図(b)の
ように、導電ループ8と平行に配置された半径の小さい
導電性の小ループ17のように構成したり、金属プレート
構造としても良い。又、導電ループ8の形状は、完全な
円形でなく、人頭形状に合せて縦方向を長軸にとった楕
円形にすることも、容量素子の容量を調節することで可
能である。同様に、導電エレメント10の形状も完全な1/
4円弧ではなく、他の曲線の形状を用いても良い。更
に、導電エレメント10及びコンデンサ111〜1116のう
ち、電流の微少なエレメントや容量素子を取り除いても
良い。更に、コンデンサ11は、導電ループ8周縁上の導
電エレメント10接続部間と、前記導電エレント10の各々
の両方に直列に接続しても良い。この場合、等価回路は
バンドパスフィルター型となる。更に、上記実施例では
受信専用に用いたが、送受信両方に用いても良い。更
に、デカップリング回路のインダクタンス16は省略して
も良い。
(発明の効果) 本発明のNMR用RFコイルによれば、撮影部位のSNRを向
上することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a),(b)は、本発明の一実施例による頭部
用RFコイルを表わす概略図、第2図は本願発明の一実施
例の頭部用RFコイルの等価回路図、第3図は本願発明の
一実施例の電流分布図、第4図(a),(b)は、本実
施例の頭部用RFコイルのSNRのZ依存性を表わすグラ
フ、第5図(a),(b)は、本願発明の他の実施例の
頭部用RFコイルを表わす概略図、第6図は従来例のNMR
−CT装置を表わす概略図、第7図(a),(b),
(c)は、従来例のRFコイルを表わす概略図。 1……静磁場マグネット、2……被検体、 3……RFコイル、4……勾配磁場コイル、 5,8……導電ループ、 6,10……導電エレメント、 7……容量素子、9……接続部、 11,111〜1116……コンデンサ、 121〜1216……インダクタンス、 13……デカップリング回路、14……バリコン、 15a,15b……クロスダイオード、 16……インダクタンス、17……小ループ。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】導電ループと、各導電エレメントの一端は
    前記導電ループの周縁に接続されるとともに他端は他の
    導電エレメントの他端同志で接続される複数の導電エレ
    メントと、前記導電ループ周縁上のエレメント接続部間
    で直列に接続された容量素子とを備えることを特徴とす
    るNMR用RFコイル。
  2. 【請求項2】大きさの異なる2つの導電ループと、各導
    電エレメントの一端は前記1つの導電ループの周縁に接
    続されるとともに他端は前記他の導電ループの周縁に接
    続される複数の導電エレメントと、前記エレメント上で
    直列に接続された容量素子とを備えることを特徴とする
    NMR用RFコイル。
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