JPH03109041A - 核磁気共鳴イメージング装置用受信コイル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、核磁気共鳴を利用して被検体の所望箇所を映
像化する核磁気共鳴イメージング装置用高周波受信コイ
ルに関するものである。

〔従来の技術〕

核磁気共鳴イメージング装置でま、原子核を高周波を照
射して励起し、共鳴した原子核より放出される高周波信
号（これをＮＭＲ信号という）を検出する。高周波信号
の照射、検出には通常、コイルが使用され、サドル型、
ソレノイド型及びそれらを変形した種々のコイルが考え
られている。

前記照射と検出は異なる時間帯で行なうため、両者を１
つのコイルで兼用する手法も知られている。

しかし１人体を対象とする核磁気共鳴イメージング装置
では、空間的に広く−様な照射と、感度が高（ＳＮ比の
良い検出を実現するため、比較的大きな照射コイルと、
人体の近くに配置した比較的小さな検出コイルとがよく
用いられている。検出コイルと同方向に照射コイルを配
置すると１両者が高周波的に結合して検出感度が低下す
るため、通常は両者を直交する軸上に配置する。

ところで前記検出コイルは、その感度が再構成された画
像のＳＮ比に直接影響するため、その研究改良が多くな
されている。励起されたスピンは。

小さな磁極片が同一平面上を回転しているようにふるま
うため、この点に着目して、直交した２つのコイル系で
検出する直交コイルが提案されており、（「ジャーナル
・オブ・マグネティック・レゾナンスＪ　５３−３２４
−３２７．１９８３　Ｃ、Ｎ　、　ＣＩＩＥＮ他参照）
原理的には、信号量は２倍となり、ノイズ量はランダム
ノイズであることから４７倍となり、この結果ＳＮ比が
５倍に向」二すると言われている。ただし、これは組み
合わせる２つのコイルの感度が等しい場合に限り、感度
が異なる場合はＳＮ比の向上量が４Σ倍より低下し、最
大向上を得るための加算条件が存在する。この加算条件
を満足するように、２つのコイル出力の位相差及びレベ
ル差を補正し、加算しなければならない（特開昭６４−
１７６３６号参照）。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記従来技術による直交コイルでは、ＳＮ比の改善量の
点から、同一形状のコイルを２つ使用することが望まし
い。しかし、この場合、２つのコイルの感度分布が等し
いために、直交コイルとすると、感度の高い領域はより
高く、低い部分は相対的に低くなり、感度分布の均一性
という点においては低下してしまう。

被検体の局所的な撮影を行なうために１部分的に感度を
高めた表面コイルにおいては、この問題がより顕著に生
じる。

本発明の目的は、従来技術による直交コイルの感度分布
の均一性が低下するといった問題を解決した、核磁気共
鳴イメージング装置用高周波受信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〕

前述問題点は、従来の直交コイルを構成する２つのコイ
ルの感度分布に相関があり、感度の不均一性が強調され
てしまうことに起因している。そこで、本発明は、従来
の直交コイルに感度分布の異なる受信コイルを組み合わ
せ、このコイルの感度が、直交コイルの低感度部分を補
うように配置して、広い範囲で感度の均一性が保たれる
ように構成した。

このとき、従来の直交コイルに加える受信コイルは、同
時に独立した信号受信を行なうためしこ、直交コイルを
構成する２つのコイルとさらｔこ、互いに直交状態に配
置されなければならなし）。もし、直交性がとれていな
いと、直交コイルと結合し、これの感度を低下させるこ
とになる。従って、直交コイルの２つの感度方向をＸ軸
、Ｙ軸とすると、加える受信コイルの感度方向はＺ軸と
しなければならない。

本発明による改良型直交コイルの原理図を第１図に示す
。静磁場方向をＺ軸方向とすると、スピンの回転面はＸ
−Ｙ平面となり、従来の直交コイルは受信コイルｌａ（
感度方向Ｘ軸）と受信コイルｌｂ（感度方向Ｙ軸）の組
み合わせである。これらと直交した方向に感度を持つ受
信コイルＩＣ（感度方向Ｚ軸）を図のように配置する。

受信回路２３はそれぞれのコイルに接続されたプリアン
プ５ａ、５ｂ、５ｃおよび合成回路６より成り、出力端
子７に合成信号を出力する。

スピンの回転面がＸ−Ｙ平面であることから。

Ｚ軸方向に感度を持つ受信コイル１ｃは通常のソレノイ
ド型コイルとは異なった感度分布となる。

コイルの中心部には感度を持たないが、コイルの近傍で
は、スピンからのフラックスを捉えることが可能であり
、結果的にこの受信コイルの感度分布は円環体状となる
。受信コイル１ａと受信コイル１ｂより成る直交コイル
は、コイルの交差している部分（図中での上下）の感度
が最も高く、中心部およびコイルの近傍が、つぎに感度
の高い部分である。従って、コイル中心のＸ−Ｙ平面上
でコイル導体から遠い４箇所で相対的に感度が低下し、
不均一な感度分布となる。そこで、図のように第３の直
交受信コイル１ｃを配置することによって、この部分の
感度を補うことが可能となる。

３つの受信コイルから、独立して得られる受信信号は１
合成回路６によって合成されるが、このとき、従来の直
交コイルであるコイル１ａおよび１ｂの受信信号は、約
９０度の位相差を伴って同一レベルで検出されるため、
これを移相器によって補正して加算すればよいが、コイ
ルＩＣからの受信信号は、定まった位相差を持たず、ま
た、検出レベルも感度分布が違うために、他の２つのコ
イルとは異なったものとなる。従って、前述のように、
撮像部位に応じた最適な加算条件が存在することになり
、合成回路６はこれを実現できるように、任意の位相差
補正量と合成比に調整できなければならない。

また、それぞれの受信コイルは、核磁気共鳴信号周期数
に共振するように、同調をとる必要があり、この調整の
ために合成回路６は、それぞれのコイルからの受信出力
を単独に出力できるような機能も必要である。

（作用〕 本発明によれば、従来技術による核磁気共鳴イメージン
グ装置における、直交コイルの感度分布が不均一となる
問題を改善し、ＳＮ比を向上することが可能となるため
、良質な画像を得ることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて詳細に説明
する。

第５図は本発明に係る核磁気共鳴イメージング装置の全
体構成例を示す構成図である。この核磁気共鳴イメージ
ング装置は、核磁気共鳴（ＮＭＲ）現象を利用して被検
体９の断層画像を得るもので。

静磁場発生磁石１０と、中央処理装置（以下ＣＰＵとい
う）１１と、シーケンサ−１２と、送信系１３と、磁場
勾配発生系１４と、受信系１５と、信号処理系１６とか
らなる。上記静磁場発生磁石１０は、被検体９の周りに
強く均一な静磁場を発生させるもので、上記被検体９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
いる。上記シーケンサ１２は、ＣＰＵＩＩの制御で動作
し、被検体９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及び磁場勾配発生系１４並びに受信系１
５に送るものである。上記送信系１３は、高周波発生器
１７と変調器１８と高周波増幅器１９と送信側の高周波
コイル２０とからなり、上記高周波発信機１７から出力
された高器１８で振幅変調し、この振幅変調された高周
波パルスを高周波増幅器１９で増幅した後に被検体９に
近接して配置された高周波コイル２０に供給することに
より、電磁波が被検体９に照射されるようになっている
。上記磁場勾配発生系１４は、ｘ、ｙ、ｚの三軸方向に
巻かれた傾斜磁場コイル２１と、それぞれのコイルを駆
動する傾斜磁場型１２２とからなり、上記シーケンサ１
２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の三軸方向の傾
斜磁場Ｇｘ、Ｇｙ、Ｑｚを被検体９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９に対
するスライス面を設定することができる。上記受信系１
５は、受信側の高周波コイル１と受信回路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
側の高周波コイル２０から照射された電磁波による被検
体９の応答の電磁波（ＮＭＲ信号）は被検体９に近接し
て配置された高周波コイル１で検出され、受信回路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、さらにシーケンサ１２か
らの命令によるタイミンクテ直交位相検波器２４により
サンプリングされた二系組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、ＣＰ　Ｕ　］、　１と、データメモ
リ８．磁気ディスク２６及び磁気テープ２７等の記録装
置と、ＣＲＴ等のデイスプレィ２８とからなり、上記Ｃ
ＰＵＩＩでフーリエ変換、補正係数計算１画像再構成等
の処理を行ない、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なって得られた分布を画像化し
てデイスプレィ２８に表示するようになっている。なお
、第５図において。

送信側及び受信側の高周波コイル２０，１と傾斜磁場コ
イル２１は、被検体９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。

ここで、本発明に係る高周波コイル１の一実施例を垂直
磁場方式核磁気共鳴イメージング装置における表面コイ
ルを例にあげて説明する。

垂直磁場方式は、第６図に示すように被検体９の上下方
向に静磁場発生磁石１０を配置し、への方向に静磁場を
印加する。すると、第７図に示すように、静磁場方向（
Ｚ軸方向）に対して、スピンＳはＸ−Ｙ平面上で回転す
るので、核磁気共鳴信号は第６図のＢあるいはＣの方向
で検出される。

通常は性能がよいソレノイド型コイルを受信コイル１と
して使用し、Ｂの方向の信号を検出している。被検体９
の頭部あるいは腹部を撮像する際は、この方式の受信コ
イルで問題ないが、を椎などの被検体背部の一部分を高
画質で撮像したいという要求があり、このために局所的
に感度を高めた表面コイルが開発されている。第８図は
特開昭６３−１５３０５５号記載の垂直磁場方式核磁気
共鳴イメージング装置用表面コイル２の原理図である。

この形状にコイルを巻くことによって、被検体の背部に
装着して、スピンＳからのフラックスを捉え、信号を検
出することができる。このコイルの上に被検体が仰向け
になり、撮像を行なう。

このコイルの感度分布は、下の図に示すように、中心部
のａ点で最も高く、対向導体の中心部す点では感度が零
となる。この感度の零点は、コイル長手方向に垂直面状
に存在する。

第９図は円形ソレノイド型コイル３を同様に垂直磁場用
表面コイルとして使用した場合であるが。

コイル全体としての感度方向は垂直方向であり、静磁場
方向と一致してしまう、このため、コイル中心部の広い
範囲で感度をほとんど持たない。しかし、コイル導体の
近傍では、一部のスピンからのフラックスを捉えること
ができるため、下に示したようなコイル導体に添った円
環体状の感度分布となる。

第１０図は、第８図に示した垂直磁場用表面コイル２ａ
および２ｂを直交状態に２つ組み合わせた直交表面コイ
ルである（実願平０１−４９５００号記載）。図ではわ
かりやすくするために、２つのコイルを離しであるが、
実際はこの２つのコイルは密着している。

このように表面コイルを直交コイルとして構成すること
によって、中心部の感度を向上することができるが、第
８図に示した感度零部分（ｂ点）が重なり、第１１図に
示すようにコイルの周辺４箇所に低感度部分３３を生じ
る。このため、この直交コイルは著しい感度不均一とな
り、コイル導体のある中央部では、良好な画像を得るこ
とができるが、周辺部では低感度部分３３の影響を受け
、不均一な画像となる。従って、撮像部位に応じて、被
検体９への設置を最適位置にしなければならないという
問題を生じる。

広い範囲で感度が高いことが理想であり、この問題を解
決した本発明による改良型垂直磁場用直交表面コイル１
の原理図を第２図に示す。従来の直交表面コイル２ａ、
２ｂの上部に第９図に示したソレノイド型コイル３を低
感度部分３３を補償するような形状で組み合わせる（３
つのコイルは密着している）。この３つのコイルは感度
方向が互いに約９０度をなし、直交状態とすることがで
きる。この結果、３つのコイルから同時に独立した信号
を検出することが可能となる。

改良型直交表面コイル１の検出出力を、第３図に示した
受信回路２３に接続する。受信回路２３はプリアンプ５
ａ、、５ｂ、５ｃと、位相差を補正するための移相器３
０ａ、３０ｂ、３０ｃおよび。

出力レベル差を前述の最適加算条件に調整するための減
衰器３１ａ、３１ｂ、３１ｃさらに、これら３つの出力
を加算するための加算器３２から構成され、出力端子７
に出力する。

表面コイル２ａ及び２ｂの出力を入力端子ａ及びｂに接
続し、ソレノイド型コイル３の出力を入力端子Ｃに接続
すると１表面コイル２ａ及び２ｂは同一形状であるため
、感度が等しく、出力レベルはほぼ等しい値となる。ま
た、位相差は約９０度となるため、移相器３０ａは０度
、３０ｂは約＋９０度あるいは、約−９０度に設定し、
減衰器３１ａ、３１ｂは共に一〇ｄＢに設定することに
よって、最適加算条件となる。これに対し、ソレノイド
型コイル３の出力は、他の２つのコイルと比較して、特
定の位相差を持たないため、移相器３０ｃの位相補正量
を一定値に設定することができない。このため、撮像部
位に応じて、その部分が最良となるような位相補正量に
、ソフトウェアによって自動、あるいは手動で調整を行
なう。また、減衰器３１ｃの減衰量はソレノイド型コイ
ル３の感度差に応じて、最適加算条件となるように調整
する。

このようにすると、撮像部位に応じて、その部分の感度
が最も高くなるように、表面コイルの感度分布をコント
ロールすることが可能である。しかし、広い範囲で感度
を均一にすることができない。そこで、第４図に示すよ
うに受信回路２３を３系統（５ａ＋　５ｂ、５ｃ）に分
離し、直交位相検波器２４、Ａ／Ｄ変換器２５を別系統
として、信号処理系１６内部のデータメモリ８に検出デ
ータをそれぞれ格納し、画像再構成時に画像上で合成す
ることによって、受信信号の位相差や、レベル差の問題
もなく、情報量を最大限有効に活用した信号合成が可能
となる。この場合は、従来の直交表面コイルに存在する
４箇所の低感度部分３３をソレノイド型コイル３が補償
することになるので、感度の均一性に優れた表面コイル
とすることができる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明は、核磁気共鳴イメージング装
置における従来型直交コイルの感度分布を均一化し、感
度を向上し、さらに、感度領域を変化させることも可能
となるため、従来の直交コイルの感度分布が不均一であ
ることに起因する問題を解決することができ、ＳＮ比の
高い、良質の画像が得られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による改良型直交コイルの原理を示す説
明図、第２図は本発明による直交表面コイルの一実施例
を示す説明図、第３図は直交表面コイルに伴う受信回路
の構成図、第４図は直交表面コイルに伴う分離型受信系
の構成図、第５図は本発明に係る核磁気共鳴イメージン
グ装置の全体構成を示す構成図、第６図は垂直磁場方式
での受信方向を示す説明図、第７図はスピン回転面を示
す説明図、第８図は垂直磁場用表面コイルを示す説明図
、第９図は垂直磁場用ソレノイド型表面コイルを示す説
明図、第１０図は従来方式による直交表面コイルを示す
説明図、第１１図は従来方式による直交表面コイルにお
ける低感度部分を示す説明図である。 １・・・受信コイル、２・・・垂直磁場用表面コイル、
３・・・ソレノイド型コイル、５・・・プリアンプ、６
・・・合成回路、７・・・出力端子、８・・・データメ
モリ、９・・被検体、１０・・・静磁場発生磁石、２３
・・・受信回路、２４・・・直交位相検波器、２５・・
・Ａ／Ｄ変換器。 ３０・・・移相器、３１・・・減衰器、３２・・・加算
器、３３・・・低感度部分。 茶 ■ 図 ３ ＃２ 図 第３ 図 ３ 茶４図 し−Ｙ＝ わ 目 堺 刀 第 図 第１０［Ｄ 某１１ 困 ３ 第９ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、静磁場、傾斜磁場の各磁場発生手段と、検査対象に
   電磁波を照射したり、検査対象からの核磁気共鳴信号を
   検出する高周波受信コイルと、前記検出信号を使つて対
   象物体の物理的性質をあらわす画像を得る画像再構成手
   段とを備えた核磁気共鳴イメージング装置において、前
   記核磁気共鳴信号を検出する高周波コイルが、直交状態
   に配置された３つのコイルより成り、それぞれから成立
   した情報を同時に得られるように構成したことを特徴と
   する核磁気共鳴イメージング装置用受信コイル。 ２、前記の３つの核磁気共鳴信号受信コイルが、スイッ
   チを切り替えることにより、それぞれ単独に使用できる
   ようにした特許請求の範囲第１項記載の核磁気共鳴イメ
   ージング装置用受信コイル。 ３、前記の３つの核磁気共鳴信号受信コイルからの出力
   を位相差及びレベル差を補正し、加算する手段を具備し
   た特許請求の範囲第１項記載の核磁気共鳴イメージング
   装置用受信コイル。 ４、前記の３つの核磁気共鳴信号受信コイルからの出力
   を加算するときに、撮像部位に応じた最適な加算条件に
   設定可能である特許請求の範囲第１項及び第３項記載の
   核磁気共鳴イメージング装置用受信コイル。 ５、前記の３つの核磁気共鳴信号受信コイルからの出力
   をそれぞれ独立した受信系で検出してデータを格納し、
   画像再構成段階でデータの合成を行なう手段を具備した
   特許請求の範囲第１項記載の核磁気共鳴イメージング装
   置用受信コイル。