JP3170771B2 - 磁気共鳴イメージング装置用受信コイル - Google Patents

磁気共鳴イメージング装置用受信コイル

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JP3170771B2 JP25115391A JP25115391A JP3170771B2 JP 3170771 B2 JP3170771 B2 JP 3170771B2 JP 25115391 A JP25115391 A JP 25115391A JP 25115391 A JP25115391 A JP 25115391A JP 3170771 B2 JP3170771 B2 JP 3170771B2
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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、磁気共鳴を利用して被
検体の所望箇所を画像化する磁気共鳴イメージング装置
における受信コイルに関するものである。
【0002】
【従来の技術】磁気共鳴イメージング装置(以下、MR
I装置と記す)は、核磁気共鳴現象を利用して被検体中
の所望の検査部位における原子核スピンの密度分布、緩
和時間分布などを計測し、その計測データから被検体の
断面を画像表示するものである。
【0003】均一で強力な静磁場発生装置内に置かれた
被検体の原子核スピンは、静磁場の強さによって定まる
周波数(ラーモア周波数)で静磁場の方向を軸として歳
差運動を行う。そこで、このラーモア周波数に等しい周
波数の高周波パルスを外部より照射すると、前記スピン
が励起され、高いエネルギ状態に遷移する(核磁気共鳴
(NMR)現象)。この照射を打ち切ると、スピンはそ
れぞれの状態に応じた時定数で元の低いエネルギ状態に
戻り、この時に外部に電磁波(磁気共鳴信号=NMR信
号)を放出する。これをその周波数に同調した高周波受
信コイルで検出する。この時、空間内に位置情報を付加
する目的で、X,Y,Zの3軸方向の傾斜磁場を静磁場
空間に印加する。この結果、空間内の位置情報を周波数
情報として捕えることが可能である。
【0004】図2は、このようなMRI装置の全体構成
を示すブロック図で、この図に示すように、MRI装置
は、静磁場発生磁石10と、中央処理装置(以下、CP
Uという)11と、シーケンサ12と、送信系13と、
傾斜磁場発生系14と、受信系15と、信号処理系16
とからなる。
【0005】上記静磁場発生磁石10は、被検体6に強
く均一な静磁場を発生させるもので、上記被検体6の周
りのある広がりをもった空間に永久磁石方式又は常電導
方式あるいは超電導方式の磁場発生手段が配置されてな
る。上記シーケンサ12は、CPU11の制御で動作
し、被検体6の断層画像のデータ収集に必要な種々の命
令を送信系13及び傾斜磁場発生系14並びに受信系1
5に送るものである。
【0006】上記送信系13は、高周波発生器17と変
調器18とパワーアンプ19と送信側の照射コイル20
とからなり、上記高周波発生器17から出力された高周
波パルスをシーケンサ12の命令に従って変調器18で
変調し、この変調された照射パルスをパワーアンプ19
で増幅した後に被検体6に近接して配置された照射コイ
ル20に供給することにより、電磁波が被検体6に照射
されるようになっている。
【0007】上記傾斜磁場発生系14は、X,Y,Zの
3軸方向に巻かれた傾斜磁場コイル21と、それぞれの
コイルを駆動する傾斜磁場電源22とからなり、上記シ
ーケンサ12からの命令に従ってそれぞれのコイルの傾
斜磁場電源22を駆動することにより、X,Y,Zの3
軸方向の傾斜磁場GX,GY,GZを被検体6に印加する
ようになっている。この傾斜磁場の加え方により、被検
体6に対するスライス面を設定することができる。
【0008】上記受信系15は、受信コイル2とプリア
ンプ23と直交位相検波器24とA/D変換器25とか
らなり、上記送信側の照射コイル20から照射された電
磁波による被検体6の応答の電磁波(NMR信号)は被
検体6に近接して配置された受信コイル2で検出され、
プリアンプ23及び直交位相検波器24を介してA/D
変換器25に入力してデジタル量に変換され、更に、シ
ーケンサ12からの命令によるタイミングで直交位相検
波器24によりサンプリングされた2系統の収集データ
とされ、その信号が信号処理系16に送られるようにな
っている。この信号処理系16は、CPU11と、磁気
ディスク26及び光ディスク27などの記録装置と、C
RTなどのディスプレイ28とからなり、上記CPU1
1でフーリエ変換、補正係数計算、画像再構成などの処
理を行い、任意断面の信号強度分布あるいは複数の信号
に適当な演算を行って得られた分布(信号分布)を画像
化してディスプレイ28に表示するようになっている。
なお図2において、照射コイル20、受信コイル2及び
傾斜磁場コイル21は、被検体6の周りの空間に配置さ
れた静磁場発生磁石10の磁場空間内に配置されてい
る。
【0009】このようなMRI装置では、被検体の解剖
学的構造の画像化の他に、パルス照射に異なったパルス
シーケンスを使用することによって、組織の性質に応じ
て強調状態の変化した画像を得ることもできる。これに
は、印加パルスのタイミングや照射レベルの制御が必要
であり、これらのパラメータの精度が重要である。
【0010】図3はMRI装置における高周波パルスの
照射、NMR信号の受信の様子を簡単に示す図で、図示
するように、パルス照射時にはパワーアンプ19につな
がれた照射コイル20からラーモア周波数f0の強力な
照射出力を被検体6に印加する。
【0011】次に、受信時には被検体6より得られる微
弱なNMR信号を受信コイル2で検出し、プリアンプ2
3に入力する。それぞれのコイル20,2は導体ループ
4と同調回路、主として共振容量3とから構成され、共
にラーモア周波数に同調している。また、照射と受信は
異なった時間で行われ、同時に行うことはない。
【0012】ところでこのように、照射と受信のコイル
20,2は同じ周波数に同調した共振回路となってお
り、比較的接近して配置されるため、これらの結合が問
題となる。特に、照射コイル20からの強力な照射出力
が直接受信系に混入すると、受信コイル2を構成する素
子やプリアンプ23を破損させる結果となる。
【0013】そこで従来、受信コイル2の同調回路に、
導体ループ4と直列接続され、前記照射コイル20の照
射周波数に同調するLC並列共振回路とそのL及びC間
に接続されたクロスダイオードとを備えてなる結合阻止
回路を設けたものがあった(特開昭62−298344
号公報参照)。
【0014】これによれば、照射出力による電圧で前記
クロスダイオードは導通状態になり、LC並列共振回路
が共振して導体ループ4と共振容量3間は遮断され、受
信コイル2は照射周波数から離調し、受信系の回路部品
を破損から防ぐことができる。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】この従来技術による結
合阻止は、照射出力の供給を受けて作用するため、これ
に充分な入力が得られることが前提になっている。すな
わち、クロスダイオードを導通状態にするだけの電圧が
受信コイル2に発生する必要がある。
【0016】一般に高速なスイッチングを行うダイオー
ドは電流容量によって特性が異なり、比較的容量の大き
いダイオードは図4(a)に示すようにターンオンする
電圧(順方向電圧降下VF)が1V付近と大きく、導通
状態のオン抵抗は小さい特性をもつ。これに対して電流
容量の小さいダイオードは図4(b)に示すように0.
3V程度の低いVFでターンオンするが、導通状態のオ
ン抵抗は大きく、V−I特性の傾斜が緩くなる。
【0017】従来、前記結合阻止に使用するクロスダイ
オードは照射時の大きな電流に耐えるために、また阻止
効率を高めるために、オン抵抗の小さい大容量ダイオー
ド(図4(a)の特性をもつダイオード)を選択して使
用していた。
【0018】このようなダイオードは、先に述べたよう
にVFが大きく、高レベルの照射出力に対する受信コイ
ル2の保護という点では満足できた。しかし、被検体6
への照射パルスのパルスシーケンスによっては比較的低
レベルの照射出力を用いるものがある。この場合には、
受信コイル2に発生する電圧は低くなり、充分な結合阻
止作用が期待できず、受信コイル2からの結合輻射によ
って励起パワーが変化し、高精度に制御できないという
問題があった。
【0019】MRI装置では、この励起パワーレベルの
精度が重要であり、これが不十分であるとSN比の低
下、スライス特性の劣化、画像強調状態の変化といった
問題が生じるもので、従来、この点についての改善が要
望されていた。
【0020】本発明の目的は、従来技術での結合阻止の
低レベル照射時における動作の不完全性を改善し、低レ
ベル照射時においても、すなわち低レベル照射時から高
レベル照射時にわたって良好な画像を得ることができる
MRI装置用受信コイルを提供することにある。
【0021】
【課題を解決するための手段】低レベル照射時における
前述問題点は、結合阻止用のクロスダイオードのVFが
大きいことに起因している。そこで本発明では、このV
Fが大きいクロスダイオードに、もう一組の、VFの小
さいダイオードによるクロスダイオードを並列接続して
特性を改善し、前述問題点に対処した。
【0022】すなわち上記目的は、照射コイルから被検
体に照射パルスを印加することにより被検体より放出す
る磁気共鳴信号を検出するもので、導体ループと同調回
路からなり、その同調回路には、前記導体ループと直列
接続され、前記照射コイルの照射周波数に同調するLC
並列共振回路とそのL及びC間に接続されたクロスダイ
オードとを備えてなる結合阻止回路をもつ磁気共鳴イメ
ージング装置用受信コイルにおいて、前記結合阻止回路
のクロスダイオードは2組並列接続され、そのうち一方
の組のクロスダイオードは、共にターンオン電圧が大き
く、導通状態のオン抵抗が小さい特性をもつ1対のダイ
オードからなり、他方の組のクロスダイオードは、共に
ターンオン電圧が小さく、導通状態のオン抵抗が大きい
特性をもつ1対のダイオードからなることにより達成さ
れる。
【0023】
【作用】図4(a),(b)に示す2種類のダイオード
を並列接続した場合の合成特性は、図4(c)中の実線
に示すようにVFが小さく、電流容量は大きく、オン抵
抗が小さいという理想的な特性となる。
【0024】結合阻止回路中の、並列接続された2組の
クロスダイオードのうち、一方の組を、ターンオン電圧
(VF)が大きく、導通状態のオン抵抗が小さい特性を
もたせ、他方の組を、ターンオン電圧(VF)が小さ
く、導通状態のオン抵抗が大きい特性をもたせることに
よって、全体として図4(c)中の実線に示すような特
性をもつことになる。これにより、受信系の回路部品の
保護と、低レベル照射時から高レベル照射時にわたって
良好な画像を得ることとが可能になる。
【0025】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図1は、本発明によるMRI装置用受信コイルの
一実施例を示す回路図である。図示するように本発明受
信コイル2は、基本的にはコイルを形成する導体ループ
4と同調回路を構成する共振容量3(3a,3b,3
c)からなる。導体ループ4のインダクタンスと共振容
量3のキャパシタンスでNMR信号周波数に同調した共
振回路をなしている。 共振容量3は、ここでは3つの
共振容量3a,3b,3cからなり、そのうちの1つの
共振容量3bには可変容量ダイオード7が接続されてお
り、受信コイル2に印加される直流電圧によって同調周
波数を制御できるようになっている。可変容量ダイオー
ド7は逆バイアス電圧によって接合間容量が大きく変化
するもので、上記電圧が高いほど容量が低下する性質を
もった素子である。そこで、これを調整することによっ
て、最大感度となる共振周波数を信号周波数f0に一致
させることができるのである。
【0026】また、他の1つの共振容量3aは導体ルー
プ4に直列に接続されており、またこの共振容量3aに
はコイル5が並列接続されて、MRI装置の照射周波数
に同調するLC並列共振回路が形成されている。この場
合、共振容量3a及びコイル5の接続部の一方側には、
並列接続された2組のクロスダイオード1(1a,1
b)が挿入されており、これらにより、結合阻止回路1
00が構成されている。上記コイル5のインダクタンス
Lと共振容量3a(C)とによるLC並列共振回路がM
RI装置の照射周波数に同調しており、受信コイル2に
混入した照射出力でクロスダイオード1がターンオンす
ると前記LCは並列共振状態となり、高いインピーダン
スで受信コイル2を遮断するように働く。
【0027】これにより、強力な照射出力から受信コイ
ル2の回路部品やこれに接続されいる前記プリアンプ2
3など、受信系の回路部品を破損から防ぐことができ
る。また、受信されるNMR信号は非常に微弱である
が、このNMR信号受信時には結合阻止回路100はク
ロスダイオード1によって遮断されており、NMR信号
受信に何ら悪影響を及ぼすことはない。
【0028】ここで本発明では、並列接続された2組の
クロスダイオード1のうちの一方の組のクロスダイオー
ド1aは、共に電流容量の大きい、すなわちターンオン
電圧が大きく、導通状態のオン抵抗が小さい特性をもつ
1対のダイオードからなり、他方の組のクロスダイオー
ド1bは、共に電流容量の小さい、すなわちターンオン
電圧が小さく、導通状態のオン抵抗が大きい特性をもつ
1対のダイオードからなる。
【0029】したがって、このクロスダイオード1の特
性は、順方向電圧降下VFが小さく、電流容量は大き
く、オン抵抗が小さいという理想的な特性(図4(c)
中の実線に示す特性)となる。この結果、結合阻止回路
100はいかなる照射レベルにおいても確実な結合阻止
動作をすることになる。
【0030】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、照射
時の受信系の回路部品の保護及び低照射レベル時の結合
輻射の問題を解決することができ、低い照射レベルから
高い照射レベルまで正確に励起パワーを被検体に印加す
ることが可能となる。これにより、各種パルスシーケン
スにおけるSN比を改善し、スライス特性を向上し、望
まれる強調状態を正確に実現できて良好なMRI画像を
得ることができ、しかもそれが従来構成に1組のクロス
ダイオードを追加するだけで済むなどの効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるMRI装置用受信コイルの一実施
例を示す回路図である。
【図2】MRI装置の全体構成を示すブロック図であ
る。
【図3】MRI装置における高周波パルスの照射、NM
R信号の受信の様子を示す図である。
【図4】ダイオードの特性説明図である。
【符号の説明】
1 2組のクロスダイオード 1a,1b クロスダイオード 2 受信コイル 3,3a,3b,3c 共振容量 4 導体ループ 5 コイル 6 被検体 7 可変容量ダイオード 20 照射コイル 100 結合阻止回路

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 照射コイルから被検体に照射パルスを印
    加することにより被検体より放出する磁気共鳴信号を検
    出するもので、導体ループと同調回路からなり、その同
    調回路には、前記導体ループと直列接続され、前記照射
    コイルの照射周波数に同調するLC並列共振回路とその
    L及びC間に接続されたクロスダイオードとを備えてな
    る結合阻止回路をもつ磁気共鳴イメージング装置用受信
    コイルにおいて、前記結合阻止回路のクロスダイオード
    は2組並列接続され、そのうち一方の組のクロスダイオ
    ードは、共にターンオン電圧が大きく、導通状態のオン
    抵抗が小さい特性をもつ1対のダイオードからなり、他
    方の組のクロスダイオードは、共にターンオン電圧が小
    さく、導通状態のオン抵抗が大きい特性をもつ1対のダ
    イオードからなることを特徴とする磁気共鳴イメージン
    グ装置用受信コイル。
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