JP3562902B2

JP3562902B2 - 磁気共鳴イメージング装置用ｒｆプローブ

Info

Publication number: JP3562902B2
Application number: JP12931696A
Authority: JP
Inventors: 良国松永; 哲彦高橋
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1996-04-26
Filing date: 1996-04-26
Publication date: 2004-09-08
Anticipated expiration: 2016-04-26
Also published as: US5951474A; JPH09289981A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は被検体中の水素や燐等からの磁気共鳴信号（以下、ＭＲ信号という）を検出し、被検体内の核スピンの密度分布や緩和時間分布等を映像化する磁気共鳴イメージング装置（以下、ＭＲＩ装置という）において用いられる高周波（ＲＦ）プローブに係り、特に静磁場の方向が垂直方向である垂直磁場方式ＭＲＩ装置用のＲＦプローブに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＲＩ装置は、ＭＲ現象を利用して被検体の断層画像を得るもので、静磁場中に置かれた被検体に、ＲＦ磁場をパルス状に印加することによって、被検体の組織を構成する水素等の原子核スピンに核磁気共鳴（ＮＭＲ）現象を生じさせ、原子核スピンが放出する電磁波であるＮＭＲ信号を検出し、このＮＭＲ信号を用いて画像を再構成する。
【０００３】
ＭＲＩ装置では、ＲＦパルスの印加、ＮＭＲ信号の検出を行うためにＲＦプローブが用いられる。ＲＦプローブとしては、被検体の関心部位を取り巻くソレノイドコイルや各種ＱＤ（クォドラチャーディテクション；ＱｕａｄｒａｔｕｒｅＤｅｔｅｃｔｉｏｎ）コイル及び各部位専用のアレイコイル或いはＱＤアレイコイルが使用されている。ＱＤコイルとは、ジャーナル・オブ・マグネティック・レゾナンス（ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｇｎｅｔｉｃＲｅｓｏｎａｎｃｅ）５４巻３２４頁〜３２７頁（１９８３年）に記載のＱＤ法を使用したものである。この方法は、直交する２つのコイルで各々直線磁場信号を検出し、これらの位相を９０度ずらして合成することにより回転磁場信号を高感度で検出する方法であり、直交するコイルからの信号強度が互いに等しい場合、理想的には単独の直線磁場検出法に対して√２倍感度が向上する。一方アレイコイルとは、マグネティック・レゾナンス・イン・メディスン（ＭａｇｎｅｔｉｃＲｅｓｏｎａｎｃｅｉｎＭｅｄｉｃｉｎｅ）１６巻１９２頁〜２２５頁（１９９０年）に記載のフェーズドアレイコイル技術を使用したものである。この技術は、これを構成する相対的に高感度な小型の各単位コイルが、隣接する単位コイルと最小の干渉となるよう配置したものであり、高感度なままで実質的に視野（コイルの有感度領域）を拡大できる。
【０００４】
垂直磁場方式ＭＲＩ装置用のＱＤコイルについては、例えばソレノイドコイルとサドルコイルを組合せた頭部撮影用受信コイルや腹部撮影用受信コイルが提案されている（特開平３−２６８７４４、特開平５−３１７２８４）。またＱＤアレイコイルについては、例えば矩形コイルと８の字コイルからなるＱＤコイルを複数個配置した水平磁場方式用のＱＤアレイコイルが提案されている（特開平６−１４９０１）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の垂直磁場方式ＭＲＩ装置用のＱＤコイルは、これを構成する２つのコイルが被検体の関心部位を取り巻く形状であり、静磁場強度が例えば、１Ｔ（テスラ）等の中高磁場装置においては、被検体の影響によりコイル自身の感度が低下し、必ずしも良好な画像が得られるものではなかった。また磁場強度が０．３Ｔ等の低磁場装置であっても、膝や足首等の専用コイルにおいては、コイルにより関心部位が固定されてしまい、屈曲及び伸長といった姿勢を変えての撮影が困難であった。一方、上記従来のＱＤアレイコイルは、水平磁場方式用に構成されたものであり、垂直磁場方式ＭＲＩ装置用としては考慮されていなかった。
【０００６】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたもので、少なくとも一組のＱＤコイルを用いて中高磁場装置において高感度化できるようにした、或いは、低磁場装置においても膝等の関節部にて屈曲及び伸長と姿勢を変えての撮影が容易に行なえるようにした垂直磁場方式のＭＲＩ装置用ＲＦプローブを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明のＲＦプローブは、
被検体の体軸方向と、この体軸方向と前記静磁場方向とに直交した方向との２方向を受信方向とし、かつ前記被検体の関心部位を挟むように、少なくとも一組の表面ＱＤコイルを対向して配置したものである。
【０００８】
そして、前記一組のＱＤコイルを、矩形コイルと蝶型コイルからなるＱＤコイルとすることにより、静磁場強度が１Ｔ程度の中高磁場装置であっても被検体の影響を軽減し、コイルの感度を高感度化するとともに、良好な画像を得ることができるようにしたものである。
【０００９】
更に、ＱＤコイルを曲面状にすることにより、被検体の中心部で一層の高感度化を計ったものである。また、平面状のＱＤコイルを被検体を挟んで対向配置することにより、膝等の関節部に対しての装着性の向上と、屈曲及び伸長と姿勢を変えての撮影の容易化を計ったものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１１】
図８は、本発明のＲＦプローブが適用されるＭＲＩ装置の全体構成例を示す図である。ＭＲＩ装置には、磁場の方向により、水平磁場方式と垂直磁場方式との二つの磁場方式があるが、本発明は後者に関係するもので、被検体４０の周りに強く均一な垂直方向の静磁場を発生させる静磁場発生磁石３０を用いる。磁石３０の他に、被検体４０に高周波信号を送信する高周波送信部３２と、被検体４０からのＮＭＲ信号、即ち高周波信号を受信する高周波受信部３４と、静磁場に重畳させる３軸方向の傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生部３６と、受信したＮＭＲ信号に対しフーリエ変換、補正等の処理をして画像再構成する信号処理部３８と、画像を表示するＣＲＴ等の表示部３９と、これらを制御する制御部３１とを備えてＭＲＩ装置は構成されている。
【００１２】
高周波送信部３２の出力は送信用のＲＦプローブ３３に送られ，被検体４０に高周波信号（電磁波）を照射する。傾斜磁場発生部３６の出力は傾斜磁場コイル３７に送られ、互いに直交する３軸方向に傾斜磁場Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚを発生する。これらの傾斜磁場の加え方により、被検体４０の撮像断層面を設定することができる。高周波受信部３４は、被検体４０からの高周波信号（ＮＭＲ信号）を受信用のＲＦプローブ３５を通じて受信する。図８において、送信用ＲＦプローブ３３、受信用ＲＦプローブ３５及び傾斜磁場コイル３７は、被検体４０の周りの空間に配置されており、ＲＦプローブ３３、３５と傾斜磁場コイル３７との間には、外界からの高周波ノイズを遮断するために高周波シールド（図示せず）が設けられる。
【００１３】
本発明のＲＦプローブは、このようなＭＲＩ装置の受信用ＲＦプローブ３５に適用されるもので、矩形コイルと蝶型コイルからなるＱＤコイルを、静磁場方向とこれに直交する被検体の体軸方向を含む平面で被検体４０の関心部位を挟むように、少なくとも１組対向させて配置したものである。
【００１４】
図１は、本発明のＲＦプローブの一実施例を示す図である。図１（ａ）に示すように、矩形コイル１ａと蝶型コイル２ａを重ねて平板状にした第１のＱＤコイル３ａと、矩形コイル１ｂと蝶型コイル２ｂを重ねて平板状にした第２のＱＤコイル３ｂがそれぞれ図１（ｂ）に示すＹ−Ｚ平面と平行に配置され、ＱＤコイル３ａと３ｂは被検体４０を挟んで対向して配置されている。本実施例における関心部位は腹部であり、静磁場方向はＺ方向、被検体の体軸方向はＹ方向である。なお、各ＱＤコイル３ａ，３ｂは図示していないが、合成樹脂等の強固な絶縁物質で覆われており、被検体４０への装着が容易にできる。
【００１５】
本実施例のＲＦプローブは、被検体４０が図示しない寝台に横たわった後に被検体４０を挟むようにして設置できるので、被検体４０への装着が容易なだけでなく圧迫感を和らげたものとなる。
【００１６】
このようなＱＤコイルを構成する矩形コイルと蝶型コイルは互いに直交した方向にＲＦ磁場を形成する。即ち、矩形コイル１ａ，１ｂは、静磁場方向と直交したＸ−Ｙ平面上で回転するＭＲ信号のＸ方向成分を、蝶型コイル２ａ，２ｂは、Ｙ方向成分を各々検出する。各コイルで検出した信号は、後述する受信系で処理される。
【００１７】
ここで、矩形コイル１ａと蝶型コイル２ａ或いは矩形コイル１ｂと蝶型コイル２ｂは、形成する磁場の方向が互いに直交するので両コイル間には誘導結合が生じないが、矩形コイル１ａと１ｂ或いは蝶型コイル２ａと２ｂでは誘導結合がわずかに生じる。しかし、この誘導結合は、低入力インピーダンスのプリアンプを用いた手法等の公知の技術を用いて低減できるので、小型のＱＤコイルにより高感度化が可能となる。
【００１８】
矩形及び蝶型の各コイル１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂは、図示しない共振用容量素子とマッチング用容量素子により、所望の周波数で並列共振し、所望の出力インピーダンス（例えば、２００Ω）を得るようにしてある。なお、静磁場強度が１Ｔで水素原子核からの信号を検出する際には共振周波数を４２．６ＭＨｚにする。
【００１９】
本実施例のＲＦプローブの感度分布を図２に示す。図２（ａ）はＸ−Ｚ平面の感度分布であり、図２（ｂ）はＸ−Ｙ平面の感度分布である。図のように図１の実施例のＲＦプローブは、紙面の左右で対称なＱＤコイル３ａの有感度領域４ａとＱＤコイル３ｂの有感度領域４ｂを有する。本実施例におけるＲＦプローブの有感度領域は、コイル近傍では被検体４０をほぼカバーするが、被検体４０の中心部では有感度領域が不足してしまう。この有感度領域は表面コイル独特のものであり、ＱＤコイル３ａ，３ｂを構成する矩形コイル１ａ，１ｂ及び蝶型コイル２ａ，２ｂの大きさで決まる。そこで、各コイルを大きくすると被検体４０の中心部以上まで有感度領域は拡大する。しかし感度は低下してしまう。逆に各コイルを小さくすると感度は向上するが有感度領域が縮小してしまう。したがって、各コイルは極力感度を低下させず、被検体４０の中心部まで有感度領域が到達するような大きさとするのが望ましい。
【００２０】
図３は、本発明の他の実施例を示す図である。本実施例は図１の実施例とＱＤコイル３ｃ，３ｄを構成する矩形コイル１ｃ，１ｄ及び蝶型コイル２ｃ，２ｄが被検体４０の形状に合わせて湾曲させ被検体４０に密着させた構造である点が異なる。このため本実施例のＲＦプローブは図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、ＱＤコイル３ｃの有感度領域４ｃとＱＤコイル３ｄの有感度領域４ｄが被検体４０の中心部で重複するような感度分布を持ち、被検体４０の全域で高感度化ができるようになる。なお、各ＱＤコイル３３ｄは図示していないが、柔軟な絶縁物質で覆われており、上部をマジックテープ等により固定することで被検体４０に容易に装着できる。
【００２１】
図５は、本発明のＲＦプローブの他の実施例を示す図である。本実施例は図１の実施例と比較し、ＱＤコイル３ｅ，３ｆを構成する矩形コイル１ｅ，１ｆ及び蝶型コイル２ｅ，２ｆの大きさが小型であり、被検体４０の関心部位が膝である点が異なる。本実施例のＲＦプローブは、上部が解放された構造であるので、関心部位が膝等の関節部において屈曲及び伸長と姿勢を変えての撮影が高感度でありながら容易に行える利点を持つ。
【００２２】
次に、本発明のＲＦプローブにより検出されたＭＲ信号を受信するための受信系３４について説明する。
【００２３】
図６は受信系の一実施例の一部を示すブロック図であり、ＱＤコイル３ａ，３ｂを構成する矩形コイル１ａ，１ｂと蝶型コイル２ａ，２ｂにそれぞれ接続されたプリアンプ２１ａ，２１ｃ，２１ｂ，２１ｄと、各プリアンプ２１ａ〜２１ｄに接続された位相シフタ２２ａ〜２２ｄと、各位相シフタ２２ａ〜２２ｄに接続されたアッテネータ２３ａ〜２３ｄと、アッテネータ２３ａと２３ｂ或いはアッテネータ２３ｃと２３ｄからの出力を加算する加算器２４ａ，２４ｃと、高周波受信器２５ａ，２５ｃとからなる。位相シフタ２２ａ，２２ｂ或いは２２ｃ，２２ｄは、ＱＤコイルを構成する矩形コイルと蝶型コイルからの信号の位相を同相にするためのもので、例えば、一方の位相シフタ２２ａ，２２ｃの位相シフト量を０度とした場合、他方の位相シフタ２２ｂ，２２ｄの位相シフト量は９０度或いは−９０度に設定されている。ここで、位相シフタ２２ｂ，２２ｄの位相シフト量がプラスであるかマイナスであるかは、矩形コイルと蝶型コイルの配置とプリアンプへの接続の仕方によって決まる。また、位相シフト量の設定は上記のみだけでなく、位相シフタ２２ａと２２ｂ或いは２２ｃと２２ｄの位相シフト量の差が９０度となる設定であれば良い。
【００２４】
このような構成において矩形コイルと蝶型コイルの各コイルで受信されたＭＲ信号は、図示しない同軸ケーブルを介してプリアンプ２１ａ〜２１ｄで増幅され、プリアンプ２１ａと２１ｂ或いは２１ｃと２１ｄの位相が同相となるように位相シフタ２２ａ〜２２ｄで位相シフト量が調整された後、アッテネータ２３ａ〜２３ｄで各ＱＤコイルの加算条件が最適になるようにゲインが調整され、加算器２４ａ，２４ｃで各々加算されて高周波受信器２５ａ，２５ｃで各々処理される。ここで、高周波受信器２５ａ，２５ｃは、公知の如くゲイン調整用の増幅器或いはアッテネータ、直交位相検波器及びＡ／Ｄ変換器等からなり、入力した信号をゲイン調整した後、基準周波数の正弦、余弦信号と混合し検波して２系統の信号とし、それらをディジタル信号として出力する。なお、ディジタル化したＭＲＩ装置においては、高周波受信器２５ａ，２５ｃはゲイン調整用の増幅器或いはアッテネータ、Ａ／Ｄ変換器及びディジタル直交検波器等からなり、２系統のディジタル信号を出力する。信号処理部３８は、入力した信号を記憶するメモリ回路を有していて、高周波受信器２５ａ，２５ｃからの信号をそのメモリ回路に記憶し、フィルタリング、フーリエ変換、合成、補正等の処理をして画像再構成する。
【００２５】
図７は本発明のＲＦプローブを適用する他の受信系の一部を示すブロック図である。ここでは、矩形コイルと蝶型コイルの各コイルで受信されたＭＲ信号をプリアンプ２１ａ〜２１ｄで増幅し、各々高周波受信器２５ａ〜２５ｄで２系統のディジタル信号に変換した後、信号処理部３８においてＱＤコイルの合成を行う。このため、各高周波受信器２５ａ〜２５ｄ毎からのディジタル信号を信号処理部３８でフーリエ変換後に一旦記憶し、例えば、各フーリエ変換後の信号の絶対値を二乗和の平方根することにより、ＱＤコイルの合成をする。これにより矩形コイルと蝶型コイルから得た信号が最終的に高感度化される。この受信系は、２つのコイル間の位相差を調整する必要がない利点を持つ。
【００２６】
なお、以上の実施例では本発明のＲＦプローブを腹部或いは膝部に適用する場合について説明したが、頭部等任意の部位に適用することができ、適用する部位に合わせて大きさ、形状等を任意の変更できるのは言うまでもない。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明した如く本発明によれば、ＭＲＩ装置の受信用ＲＦプローブを、直交する２方向の高周波信号を受信するＱＤコイルを静磁場方向及び前記静磁場方向と直交する被検体の体軸方向からなる平面で被検体の関心部位を挟むように少なくとも一組対向して配置するようにしたので、矩形コイルと蝶型コイルからなるＱＤコイルを用いることにより、静磁場強度が１Ｔ程度の中高磁場であっても被検体の影響を軽減でき高感度化できる。更に、ＱＤコイルを曲面状にすることにより、被検体の深部での感度を向上できる。また、平面状のＱＤコイルを被検体を挟んで対向配置することにより、膝等の部位において屈曲及び伸長と姿勢を変えての撮影が容易に行なえる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＲＦプローブの一実施例を示す図。
【図２】図１のＲＦプローブの感度分布を示す図。
【図３】本発明のＲＦプローブの他の実施例を示す図。
【図４】図３のＲＦプローブの感度分布を示す図。
【図５】本発明のＲＦプローブの他の実施例を示す図。
【図６】本発明を適用する受信系の一部を示すブロック図。
【図７】本発明を適用する他の受信系の一部を示すブロック図。
【図８】本発明が適用されるＭＲＩ装置のブロック図。
【符号の説明】
１矩形コイル
２蝶型コイル
３ＱＤコイル
４有感度領域
２１プリアンプ
２２位相シフタ
２３アッテネータ
２４加算器
２５高周波受信器
３４高周波受信部
３５受信用ＲＦプローブ
４０被検体。

Claims

被検体の体軸方向と、この体軸方向と前記静磁場方向とに直交した方向との２方向を受信方向とし、かつ前記被検体の関心部位を挟むように、少なくとも一組の表面ＱＤコイルを対向して配置したことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置用ＲＦプローブ。
前記表面ＱＤコイルが矩形コイルと蝶型コイルからな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用ＲＦプローブ。
前記表面ＱＤコイルが平面状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気共鳴イメージング装置用ＲＦプローブ。
前記表面ＱＤコイルが曲面状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気共鳴イメージング装置用ＲＦプローブ。