JP6590736B2 - 高周波コイル及びそれを用いた磁気共鳴撮像装置 - Google Patents
高周波コイル及びそれを用いた磁気共鳴撮像装置Info
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Description
本発明が適用されるMRI装置の実施形態を説明する。本実施形態のMRI装置は、受信RFコイルとして、特定の多チャンネルRFコイルを用いることが特徴である。
まず、本実施形態のMRI装置の全体構成について図1を用いて説明する。図1は、本実施形態のMRI装置の外観図である。図1(a)は、ソレノイドコイルで静磁場を生成するトンネル型磁石110を用いた水平磁場方式のMRI装置100である。図1(b)は、開放感を高めるために磁石111を上下に分離したハンバーガー型(オープン型)の垂直磁場方式のMRI装置101である。これらのMRI装置100、101は、検査対象(被写体)103を載置するテーブル102を備える。被写体103はテーブルに載置された状態で、磁石110、111によって均一な磁場(静磁場)が発生している検査空間に配置される。なお磁石110、111は、静磁場を形成する静磁場形成部を構成する。
上述したように本実施形態のMRI装置は、送信RFコイル151と受信RFコイル161の2種類のRFコイルが用いられる。送信RFコイル151と受信RFコイル161は、一つのRFコイルが両方を兼ねることもできるし、それぞれ別個のRFコイルを用いることもできる。以下、送信RFコイル151と受信RFコイル161とが別個のRFコイルであり、送信RFコイル151が鳥かご型形状を有するRFコイル(鳥かご型RFコイル)、受信RFコイル161が複数のサブコイルからなるマルチチャネルアレイコイルである場合を例に、RFコイルの詳細を説明する。
次に、本実施形態の送信RFコイル151として用いる鳥かご型RFコイル300について図4を用いて説明する。本実施形態の鳥かご型RFコイル300は、励起対象元素の共鳴周波数(磁気共鳴周波数)が共振周波数となるよう調整され、当該磁気共鳴周波数の高周波磁場を照射する。本実施形態では、水素原子核の励起が可能な、水素原子核の磁気共鳴周波数に調整される。以後、照射する高周波磁場の磁気共鳴周波数をf0とする。
次に、本実施形態の受信RFコイル161として用いるアレイコイル400について、図5を用いて説明する。ここでは、説明を簡単にするために、一例としてループ形状を有するRFコイル(表面コイル)を二つ並べたアレイコイルを用いて説明するが、本実施形態の受信RFコイルは、複数のサブコイルを並べたマルチチャンネルRFコイルであればよく、サブコイルの数は問わない。
であり、コイルと被写体の電界結合によって検出されるGauss型のノイズである。このようなノイズは、画像再構成においてチャンネル合成を行った場合、合成チャンネル数に応じて増加する。また、アレイコイルでは、複数のサブコイルが被写体を覆って隣接して配置されることで、サブコイルどうしの電界分布が類似している。そのため検出される信号(ノイズ信号)に相関が生じる。この相関(ノイズ相関)が強い場合、画像合成時、ノイズが強調され合成画像のSNRが低くなる。よってノイズ相関は低い方が好ましい。
RFコイルどうしのノイズ相関Ψは式(1)、(2)で求められる。
次に、本発明のRFコイルの実施形態を説明する。本発明のRFコイルは、MRI装置の受信RFコイルとして用いられるマルチチャンネルRFコイルであり、複数のサブコイルを備える。複数のサブコイルは、それぞれがMRI装置で発生する核磁気共鳴信号を受信可能であり、且つ、各サブコイルに流れる電流によって被写体内に生成する電界が隣接するサブコイル間で強められるように調整されている。このような調整を実現するための具体的なコイルの構成と調整方法の実施形態を以下説明する。
本実施形態のRFコイルは、図5に示すアレイコイル400と同様の構成を有し、二つのサブコイル、第一のサブコイル410A及び第二のサブコイル410B、を有し、二つのサブコイル410A、410B間には、電磁気的結合部450を備え、第二のサブコイル410Bには、第一のサブコイル410Aの信号受信時に、第一のサブコイル410Aで検出された電流の一部(サブ電流)が流れると共に、第一のサブコイル410Aには、第二のサブコイル410Bの信号受信時に、第二のサブコイル410Bで検出された電流の一部(サブ電流)が流れるように調整されている。サブ電流の量は、サブコイルに挿入或いは接続される調整用の回路要素によって調整することができ、サブコイルの第一のサブコイル或いは第二のサブコイルで検出された電流の5%〜30%が好ましい。これによりサブコイル間で被写体内に発生する電界を強め、それ以外の領域で電界を弱め、効果的にノイズ相関を低減することができる。
図10(a)は、本実施形態のアレイコイル400の等価回路600である。本図において、各素子の符号は、図9に示す素子の符号の百の桁を「4」から「6」に変更したものであり、例えば、本図のインダクタ641は図9のインダクタ441に、本図の直列キャパシタ622は図9のキャパシタ422に対応している。但し、キャパシタ622A、622Bは、それぞれ、2つの第一の直列キャパシタ422Aを及び422A合成したもの、第二の直列キャパシタ422B及び422Bを合成したもの、に対応する。またインダクタ621A、621Bは、それぞれ、第一のループ421A及び第二のループ421Bのインダクタ成分を示す。また各素子に近接して、素子のインダクタ或いはキャパシタの値を添え字付の符号L、Cで表す。
以下、本実施形態の各回路素子の調整手順を、具体的に説明する。ここでは、アレイコイル400が、静磁場強度1.5T(テスラ)における水素の原子核の磁気共鳴周波数64MHz(f0=64MHz)で共振するよう調整した実施例を例にあげて説明する。
ここで、上記実施例1で利用した並列共振回路の特性について説明する。図11(a)および図11(b)は、並列共振回路の動作を説明するための図である。
上述のように調整したアレイコイル(サブコイル数=2)を用いて、MRI装置(1.5テスラ、水平磁場方式)で水ファントムを撮像したシミュレーション結果を図12に示す。図12(a)は比較例として従来のアレイコイル(サブコイル数=2、サブコイル間に磁気結合除去手段を設けたもの)を用いた撮像結果、図12(b)は本実施例の撮像結果である。それぞれノイズ相関は0.15、0.01であった。
第一の実施形態とその実施例1では、2つのサブコイル410のうち、信号受信時に、第二のサブコイル410Bには、第一のサブコイル410Aで検出された信号の電流の一部である第一のサブ電流が流れ、第一のサブコイル410Aには、第二のサブコイル410Bで検出された信号の電流の一部である第二のサブ電流が流れる場合を説明した。
f0:核磁気共鳴周波数
f10:L12C14共振回路の共振周波数
f20:L22C24共振回路の共振周波数
f11:第一サブコイル(第一の共振部)の共振周波数
f21:第二サブコイル(第二の共振部)の共振周波数
第二実施形態のアレイコイルにおいて、例えば、磁気共鳴周波数f0を静磁場強度1.5T(テスラ)における水素の核磁気共鳴周波数64MHzとして各回路素子を調整した実施例を説明する。なおコイルの形状及びサイズは、第一の実施形態の実施例1と同様である。
またサブ電流の電流比についても10%に限定されず、図13で説明したように、コイル間距離に応じて、例えば5〜30%の範囲で適宜調整することができる。
第一実施形態では、電磁気結合部450をインダクタ451Aとインダクタ451Bとで構成し、これらインダクタの位置関係により二つのサブコイルの結合量を調整したが、本変更例は電磁気結合部450として、一対のインダクタの代わりに磁気的な結合手段を用いる。
第一及び第二の実施形態では、第一のループ421Aおよび第二のループ421Bとして、同サイズ、同形状のループを用いた例を示したが、両者は形状が異なっていてもよいし、大きさが異なっていてもよい。異なる形状、大きさのループ421をそれぞれ用いることで、配置パターンの自由度が増す。ループ421の形状および/またはサイズの制約を低減することで、また、もう一方のループへ流す電流の大きさを調整することが容易になり、ノイズが低下する。
第一及び第二の実施形態では、2つのサブコイルを組み合わせてアレイコイルを構成している場合を説明したが、本実施形態では、3つ以上のサブコイルを組み合わせて、アレイコイルを構成する。これにより、多チャンネルと低ノイズを実現する。また感度を向上もしくは広げることができる。
f0:核磁気共鳴周波数
f10:第一のサブコイルのL12C14共振回路の共振周波数
f20:第二のサブコイルのL22C24共振回路の共振周波数
f30:第三のサブコイルのL32C34共振回路の共振周波数
f11:第一のサブコイル(第一の共振部)の共振周波数
f21:第二のサブコイル(第二の共振部)の共振周波数
f31:第三のサブコイル(第三の共振部)の共振周波数
本実施形態のアレイコイルは、図18に示す実施形態に限定されることなく、種々の変更が可能である。
本実施形態では、信号受信時、第一のサブコイル810Aは、第二のサブコイル810Bと互いに電流を流し合い、第三のサブコイル810Cは、第二のサブコイル810Bと互いに電流を流し合うよう各回路素子を調整している。
本実施形態では3つのサブコイル810A、810B、810Cを組み合わせる場合を例にあげて説明したが、サブコイル810の数は、これに限定されない。4つ以上のサブコイル810を用いても良い(例えば、図8(c))。サブコイル810の個数を増やすことにより、より広い領域で感度を持たせることができる。
Claims (15)
- 導体からなる第一のループコイル部を有し、被写体からの核磁気共鳴信号の受信が可能な第一のサブコイルと、
導体からなる第二のループコイル部を有し、被写体からの核磁気共鳴信号の受信が可能な第二のサブコイルと、
前記第一のサブコイルと前記第二のサブコイルとの間に配置され、前記第一のサブコイルと前記第二のサブコイルとを電磁気的に結合する電磁気結合部と、
を備え、
前記第一のループコイル部で検出された信号により前記第一のループコイル部に流れる第一の電流の一部が、第一のサブ電流として前記第二のループコイル部に流れ、前記第一の電流が前記被写体内に生成する電界と前記第一のサブ電流が前記被写体内に生成する電界とが、前記第一のループコイル部と前記第二のループコイル部の間の空間では互いに強め合うように、調整されていること
を特徴とする高周波コイル。 - 請求項1記載の高周波コイルであって、さらに、
前記第二のループコイル部で検出された信号により前記第二のループコイル部に流れる第二の電流の一部が、第二のサブ電流として前記第一のループコイル部に流れ、前記第二の電流が前記被写体内に生成する電界と前記第二のサブ電流が被写体内に生成する電界とが、前記第一のループコイル部と前記第二のループコイル部の間の空間では、互いに強め合うように、調整されていること
を特徴とする高周波コイル。 - 請求項1記載の高周波コイルであって、さらに、
前記第二のループコイル部で検出された信号により前記第二のループコイル部に流れる第二の電流が、前記第一のループコイル部に流れないように、調整されていること
を特徴とする高周波コイル。 - 請求項1ないし3いずれか一項に記載の高周波コイルであって、
前記電磁気結合部は、インダクタを備えた磁気結合部であること
を特徴とする高周波コイル。 - 請求項1ないし3いずれか一項に記載の高周波コイルであって、
前記電磁気結合部は、導体による電気的結合部であること
を特徴とする高周波コイル。 - 請求項1ないし3いずれか一項に記載の高周波コイルであって、
前記電磁気結合部は、前記第一のループコイル部と前記第二のループコイル部との配置関係により電磁気的結合を行う電磁気結合部であること
を特徴とする高周波コイル。 - 請求項1ないし3いずれか一項に記載の高周波コイルであって、
前記第一のサブコイル及び前記第二のサブコイルの少なくとも一方のサブコイルは、当該サブコイルが接続される低インピーダンス信号処理回路と当該サブコイルのループコイル部とを接続する磁気結合調整部、をさらに備え、
前記磁気結合調整部は、キャパシタおよびインダクタの少なくとも一方を調整回路要素として備え、
前記ループコイル部は、
そのインダクタ成分に対して直列に挿入される直列キャパシタと、
前記インダクタ成分に対して直列に挿入され、当該ループコイル部を並列共振回路とする並列キャパシタと、を備え、
前記少なくとも一方のサブコイルは、前記調整回路要素、前記直列キャパシタ、及び前記並列キャパシタの値を調整することにより、調整されること
を特徴とする高周波コイル。 - 請求項7に記載の高周波コイルであって、
前記第一の電流と前記第一のサブ電流との位相差は、90度より大きく270度より小さいこと
を特徴とする高周波コイル。 - 請求項7記載の高周波コイルであって、
前記第一のサブ電流の強度は前記第一の電流の強度の5〜30%であること
を特徴とする高周波コイル。 - 請求項1ないし3いずれか一項に記載の高周波コイルであって、
前記第一のループコイル部および前記第二のループコイル部の少なくとも一方は蝶型形状をしたループ形状であること
を特徴とする高周波コイル。 - 請求項1ないし3いずれか一項に記載の高周波コイルであって、
前記第一のサブコイル及び前記第二のサブコイルの少なくとも一方と、電磁気的に結合された第三のサブコイルをさらに備えること
を特徴とする高周波コイル。 - 請求項1ないし3いずれか一項に記載の高周波コイルであって、
前記第一のサブコイルと前記第二のサブコイルとの間に、磁気結合しない第三のサブコイルをさらに備えることを特徴とする高周波コイル。 - 静磁場を形成する静磁場形成部と、
傾斜磁場を形成する傾斜磁場形成部と、
前記静磁場に配置された検査対象に高周波磁場を照射する送信RFコイルと、
前記検査対象からの核磁気共鳴信号を検出する受信RFコイルと、
前記受信RFコイルが検出した核磁気共鳴信号を処理する信号処理部と、を備え、
前記受信RFコイルが、請求項1記載の高周波コイルであること
を特徴とする磁気共鳴撮像装置。 - 請求項13に記載の磁気共鳴撮像装置であって、
前記高周波コイルは、前記第一のループコイル部及び前記第二のループコイル部が前記静磁場の方向と直交する面に沿って配置されることを特徴とする磁気共鳴撮像装置。 - 請求項13に記載の磁気共鳴撮像装置であって、
前記高周波コイルは、第一のループコイル部及び第二のループコイル部が前記静磁場の方向と平行な面に沿って配置されることを特徴とする磁気共鳴撮像装置。
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