JPH1156806A - 磁気共鳴信号受信方法および磁気共鳴撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 垂直磁場中の被検体の下から磁気共鳴信号を
受信する磁気共鳴信号受信方法およびそのような受信手
段を備えた磁気共鳴撮像装置を実現する。 【解決手段】 互いに平行に配設された複数のダイポー
ルアンテナ１０２〜１０ｎで磁気共鳴信号を受信する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気共鳴信号受信
方法および磁気共鳴撮像装置に関し、特に、被検体の体
表に近い位置で磁気共鳴信号を受信する磁気共鳴信号受
信方法およびそのような受信手段を備えた磁気共鳴撮像
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気共鳴撮像（ＭＲＩ: magnetic reso
nance imaging ）装置においては、静磁場空間に収容し
た撮像対象（被検体）に勾配磁場および高周波磁場を印
加して、被検体内の原子のスピン(spin)が生じる磁気共
鳴信号を受信し、受信信号に基づいて被検体の画像を生
成（再構成）するようになっている。

【０００３】磁気共鳴信号を受信するためにＲＦコイル
(radio frequency coil)が用いられる。被検体の体表に
近い位置で磁気共鳴信号を受信するには、サーフェイス
コイル(surface coil)が用いられる。サーフェイスコイ
ルは例えば１ターン(turn)のソレノイドコイル(solenoi
d coil) で構成される。また、１ターンのソレノイドコ
イルを複数個並べて、マルチコイル(multi-coil)型のサ
ーフェイスコイルが構成される。マルチコイル型のサー
フェイスコイルは、例えば、被検体の下に敷いて脊柱部
等を撮像するのに用いられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなサーフェ
イスコイルは、その構造上、コイルのループ(loop)が形
成する面（コイル面）に平行な面内で回転するスピン
（磁気モーメント）対しては感度を有しない。このた
め、例えば、静磁場の方向が被検体の体軸に垂直になる
いわゆる垂直磁場方式の磁気共鳴撮像装置では、被検体
の下にサーフェイスコイルを敷いた場合、磁気モーメン
トがコイル面と平行な面内で回転するようになるので、
磁気共鳴信号を受信することができない。

【０００５】本発明は上記の問題点を解決するためにな
されたもので、その目的は、垂直磁場中の被検体の下か
ら磁気共鳴信号を受信する磁気共鳴信号受信方法および
そのような受信手段を備えた磁気共鳴撮像装置を実現す
ることである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

（１）上記の課題を解決する第１の発明は、磁気共鳴信
号をダイポールアンテナで受信することを特徴とする。

【０００７】（２）上記の課題を解決する第２の発明
は、所定の空間に静磁場を形成する静磁場形成手段と、
前記所定の空間に勾配磁場を形成する勾配磁場形成手段
と、前記所定の空間に高周波磁場を形成する高周波磁場
形成手段と、前記所定の空間に発生する磁気共鳴信号を
受信するダイポールアンテナと、前記ダイポールアンテ
ナの受信信号に基づいて画像を生成する画像生成手段
と、を具備することを特徴とする。

【０００８】第１の発明または第２の発明において、前
記ダイポールアンテナが、互いに平行に配設された複数
のダイポールアンテナであることが、撮像範囲を広げる
点で好ましい。

【０００９】（３）上記の課題を解決する第３の発明
は、所定の空間に静磁場を形成する静磁場形成手段と、
前記所定の空間に勾配磁場を形成する勾配磁場形成手段
と、前記所定の空間に高周波磁場を形成する高周波磁場
形成手段と、互いに垂直になるように配置され前記所定
の空間に発生する磁気共鳴信号をそれぞれ受信する１対
のダイポールアンテナと、前記１対のダイポールアンテ
ナの受信信号に基づいて画像を生成する画像生成手段
と、を具備することを特徴とする。

【００１０】第３の発明において、前記１対のダイポー
ルアンテナの一方が、互いに平行に第１の方向に沿って
配列された第１群の複数のダイポールアンテナであり、
前記１対のダイポールアンテナの他方が、互いに平行に
かつ前記第１群のダイポールアンテナの長さ方向に沿っ
て配列された第２群の複数のダイポールアンテナである
ことが、磁気共鳴信号のクワドラチャ受信による撮像範
囲を広げる点で好ましい。

【００１１】また、第１の発明〜第３の発明のいずれか
１つにおいて、前記ダイポールアンテナがローディング
コイルを有することが、ダイポールアンテナの長さを等
価的に延長する点で好ましい。

【００１２】（作用）本発明では、ダイポールアンテナ
の長手方向と交叉する方向において変化する磁気モーメ
ントに基づく磁気共鳴信号が、ダイポールアンテナによ
って受信される。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。なお、本発明は実施の形態
に限定されるものではない。

【００１４】図１に磁気共鳴撮像装置のブロック(bloc
k) 図を示す。本装置は本発明の実施の形態の一例であ
る。本装置の構成によって、本発明の装置に関する実施
の形態の一例が示される。また、本装置の動作によっ
て、本発明の方法に関する実施の形態の一例が示され
る。

【００１５】（構成）本装置においては、図１に示すよ
うに、静磁場発生部２がその内部空間に均一な静磁場を
形成するようになっている。静磁場発生部２は、本発明
における静磁場形成手段の実施の形態の一例である。静
磁場発生部２は図示しない例えば永久磁石等の１対の磁
気発生器を備えており、それらが間隔を保って上下方向
に対向し、その対向空間に静磁場（垂直磁場）を形成し
ている。なお、磁気発生器は永久磁石に限らず、常電導
電磁石や超電導電磁石等であって良い。

【００１６】静磁場発生部２には送信コイル部４，４’
および勾配コイル部６，６’がそれぞれ設けられ、同様
に間隔を保って上下方向に対向している。送信コイル部
４，４’の間の静磁場空間には、被検体１２が天板１４
に載置され図示しない搬入手段によって搬入される。被
検体１２の体軸は静磁場方向と垂直になる。

【００１７】天板１４には、予め受信アンテナ(antenn
a) 部１０が載置され、被検体１２は受信アンテナ部１
０の上に横たわるように天板１４に載置される。受信ア
ンテナ部１０については後にあらためて説明する。

【００１８】送信コイル部４，４’には送信部１６が接
続されている。送信コイル部４，４’と送信部１６は、
本発明における高周波磁場形成手段の実施の形態の一例
である。送信部１６は送信コイル部４，４’に駆動信号
を与えてＲＦ磁場を発生させ、それによって、被検体１
２の体内の特定の原子（例えば水素原子）のスピンを励
起するようになっている。

【００１９】勾配コイル部６，６’には勾配駆動部１８
が接続されている。勾配コイル部６，６’と勾配駆動部
１８は、本発明における勾配磁場形成手段の実施の形態
の一例である。勾配駆動部１８は勾配コイル部６，６’
に駆動信号を与えて勾配磁場を発生させるようになって
いる。発生する勾配磁場は、スライス(slice) 勾配磁
場、読み出し勾配磁場および位相エンコード(encode)勾
配磁場の３種である。

【００２０】受信アンテナ部１０は、被検体１２内の励
起されたスピンが発生する磁気共鳴信号を受信するよう
になっている。受信アンテナ部１０には受信部２０が接
続されている。受信部２０には受信アンテナ部１０の受
信信号が入力される。

【００２１】受信部２０にはアナログ・ディジタル(ana
log-to-digital) 変換部２２が接続されている。アナロ
グ・ディジタル変換部２２は受信部２０の出力信号をデ
ィジタル信号に変換するようになっている。アナログ・
ディジタル変換部２２はコンピュータ(computer)２２に
接続されている。

【００２２】コンピュータ２４はアナログ・ディジタル
変換部２２からディジタル信号を入力し、図示しないメ
モリ(memory)に記憶する。メモリ内にはデータ空間が形
成される。このデータ空間は２次元フーリエ(Fourie)空
間を構成する。コンピュータ２４は、この２次元フーリ
エ空間のデータを２次元逆フーリエ変換して被検体１２
の画像を生成（再構成）する。コンピュータ２４は、本
発明における画像生成手段の実施の形態の一例である。

【００２３】コンピュータ２４には、また、制御部３０
が接続されている。制御部３０は送信部１６、勾配駆動
部１８、受信部２０およびアナログ・ディジタル変換部
２２に接続されている。

【００２４】制御部３０はコンピュータ２４から指令が
与えられ、それに基づいて送信部１６、勾配駆動部１
８、受信部２０およびアナログ・ディジタル変換部２２
にそれぞれ制御信号を与えるようになっている。

【００２５】コンピュータ２４には、また、表示部３２
と操作部３４が接続されている。表示部３２はコンピュ
ータ２４から出力される再構成画像を含む各種の情報を
表示するようになっている。操作部３４は操作者によっ
て操作され、各種の指令や情報等をコンピュータ２４に
入力するようになっている。

【００２６】図２に、受信アンテナ部１０の模式的構成
を示す。同図に示すように、受信アンテナ部１０は、複
数のダイポールアンテナ(dipole antenna)１０２、１０
４、１０６、…、１０ｎを備えている。ダイポールアン
テナ１０２〜１０ｎは、本発明におけるダイポールアン
テナの実施の形態の一例である。

【００２７】ダイポールアンテナ１０２〜１０ｎは、そ
れぞれ、中央部に信号取出部１１２〜１１ｎを有し、両
端部にローディングコイル１２２，１２２’〜１２ｎ，
１２ｎ’を有する。なお、信号取出部１１２〜１１ｎ
は、アンテナのいわゆる給電点に相当する。

【００２８】ローディングコイル１２２，１２２’〜１
２ｎ，１２ｎ’は、一名、延長コイルとも呼ばれるもの
で、それらのインダクタンスは、それぞれ、ダイポール
アンテナ１０２〜１０ｎの長さを、等価的に、磁気共鳴
信号（ＲＦ信号）の半波長に相当する長さまで延長する
値に選ばれている。

【００２９】図３に、ローディングコイルによるダイポ
ールアンテナの延長効果を概念的に示す。これにより、
現実には数１０ｃｍ程度のダイポールアンテナの長さ
が、等価的に、例えば８．５２ＭＨｚのＲＦ信号の半波
長に相当する約１７ｍまで延長される。

【００３０】ダイポールアンテナ１０２〜１０ｎは、一
定の間隔で互いに平行に、支持部材２００上にその長手
方向に沿って配列されている。支持部材２００の長手方
向は被検体１２の体軸方向と一致している。ダイポール
アンテナ１０２〜１０ｎが配列された支持部材２００の
上面は、図示しない被覆部材等で覆われている。被覆部
材等で覆われたダイポールアンテナ１０２〜１０ｎの上
に、被検体１２が横たわる。

【００３１】被検体１２内のスピンの回転軸の方向は静
磁場方向と一致するので、スピンの励起にともなって生
じる磁気モーメントは、図２に示すように、ダイポール
アンテナ１０２〜１０ｎが配列された面に平行な面内で
回転する。この磁気モーメントが生じる高周波磁場の、
ダイポールアンテナ１０２〜１０ｎの配列方向の成分に
より、ダイポールアンテナ１０２〜１０ｎに高周波電流
がそれぞれ誘導され、磁気共鳴信号が電気信号として受
信される。すなわち、垂直磁場中の被検体１２から生じ
る磁気共鳴信号を、被検体１２の下から受信することが
可能になる。

【００３２】図４に、受信アンテナ部１０と受信部２０
との接続状態のブロック図を示す。図４において、図１
および図２と同様な部分には同一の符号を付して説明を
省略する。同図に示すように、受信部２０はプリアンプ
(preamplifier)２０２〜２０ｎを備えている。プリアン
プ２０２〜２０ｎはＲＦ増幅器である。プリアンプ２０
２〜２０ｎの入力回路に、ダイポールアンテナ１０２〜
１０ｎがそれぞれ接続されている。プリアンプ２０２〜
２０ｎとしては入力インピーダンス(impedance) が十分
に低いものが用いられる。

【００３３】プリアンプ２０２〜２０ｎの出力信号は、
加算器２１０で全加算され、図示しない主増幅器および
位相検波回路等を経て、アナログ・ディジタル変換部２
２内の図示しないアナログ・ディジタル変換器に入力さ
れるようになっている。

【００３４】図５に、受信アンテナ部１０の他の構成例
を示す。同図において、支持部材２００上に配列された
ダイポールアンテナ１０２〜１０ｎは、図２に示したも
のと同様のものである。これに対して、支持部材２０
０’上に配列されたダイポールアンテナ１０２’〜１０
ｎ’は、それらの配列方向をダイポールアンテナ１０２
〜１０ｎの配列方向と９０°異ならせてある。そして、
このようなアンテナ配列を持つ支持部材２００と２０
０’を重合わせて受信アンテナ部１０が構成される。ま
た、ダイポールアンテナ１０２’〜１０ｎ’に対応させ
て図示しないプリアンプ２０２’〜２０ｎ’が設けられ
る。

【００３５】このような構成の受信アンテナ部１０を用
いると、ダイポールアンテナ１０２〜１０ｎとダイポー
ルアンテナ１０２’〜１０ｎ’がそれぞれアンテナの配
列方向の磁場成分に感応するので、ダイポールアンテナ
１０２〜１０ｎで受信する磁気共鳴信号と、ダイポール
アンテナ１０２’〜１０ｎ’の系統で受信する磁気共鳴
信号とは位相が９０°異なるものとなる。

【００３６】このため、両系統の受信信号を加算するこ
とにより、信号レベル(level) を約１．４倍に高めるこ
とができ、また、一方の系統の信号を９０°移相して加
算することにより信号レベルを２倍に高めることがで
き、いわゆるクワドラチャ(quadrature)受信を行うこと
ができる。

【００３７】クワドラチャ受信については、一方の系統
をループアンテナ(loop antenna)すなわち１ターンのソ
レノイドコイルとしたものが考えられる。その例を図６
に示す。同図において、ループアンテナ１３０がダイポ
ールアンテナ１０２〜１０ｎと重ね合わされている。ま
た、ダイポールアンテナ１０２〜１０ｎの配列方向は体
軸に垂直な方向になっている。

【００３８】静磁場の方向が体軸方向に一致するいわゆ
る水平磁場の場合、スピンの励起による磁気モーメント
が、図示のように、ループアンテナ１３０の面およびダ
イポールアンテナ１０２〜１０ｎの配列面に垂直な面内
で回転するので、それによる磁気共鳴信号がループアン
テナ１３０およびダイポールアンテナ１０２〜１０ｎで
それぞれ受信される。

【００３９】このとき、ループアンテナ１３０はループ
面に垂直な方向で変化する磁場成分に感応し、ダイポー
ルアンテナ１０２〜１０ｎはそれらの配列面に平行な方
向で変化する磁場成分に感応するので、ループアンテナ
１３０の受信信号とダイポールアンテナ１０２〜１０ｎ
の受信信号は９０°の位相差を持つ。すなわち、クワド
ラチャ受信が行われる。この構成によれば、水平磁場に
適用可能なクワドラチャ受信用の受信アンテナが得られ
る。

【００４０】（動作）本装置の動作を説明する。磁気共
鳴撮像の具体例の１つとして、スピンエコー(spin ech
o) 法による撮像を行う場合について説明する。スピン
エコー法には、例えば図７に示すようなパルスシーケン
ス(pulse sequence)が利用される。

【００４１】図７は、１ビュー(view)分の磁気共鳴信号
（スピンエコー信号）を収集するときのパルスシーケン
スの模式図である。このようなパルスシーケンスが例え
ば２５６回繰り返されて、２５６ビューのスピンエコー
信号が収集される。

【００４２】このパルスシーケンスの実行とスピンエコ
ー信号の収集は制御部３０によって制御される。なお、
本装置はスピンエコー法に限らず、その他の各種の技法
による磁気共鳴撮像を行うことができる。

【００４３】図７の（６）に示すように、パルスシーケ
ンスは時間軸に沿って（ａ）〜（ｄ）の４つの期間に分
けられる。先ず、期間（ａ）において、（１）に示すよ
うに９０°パルスＰ９０によってＲＦ励起が行われる。
ＲＦ励起は送信部１６によって駆動される送信コイル部
４，４’によって行われる。

【００４４】このとき、（２）に示すようにスライス勾
配磁場Ｇｓが印加される。スライス勾配磁場Ｇｓの印加
は、勾配駆動部１８によって駆動される勾配コイル部
６，６’により行われる。これによって、被検体１２の
体内の所定のスライスのスピンが励起（選択励起）され
る。

【００４５】次に、期間（ｂ）において、（３）に示す
ように位相エンコード勾配磁場Ｇｐが印加される。位相
エンコード勾配磁場Ｇｐの印加も勾配駆動部１８によっ
て駆動される勾配コイル部６，６’により行われる。こ
れによってスピンの位相エンコードが行われる。

【００４６】位相エンコード期間中に、（２）に示すよ
うにスライス勾配磁場Ｇｓによってスピンのリフェーズ
(rephase) が行われる。また、（４）に示すように読み
出し勾配磁場Ｇｒが印加され、スピンのディフェーズ(d
ephase) が行われる。読み出し勾配磁場Ｇｒの印加も勾
配駆動部１８によって駆動される勾配コイル部６，６’
により行われる。

【００４７】次に、期間（ｃ）において、（１）に示す
ように１８０°パルスＰ１８０が印加され、これによっ
てスピンの反転が行われる。スピンの反転は、送信部１
６でＲＦ駆動される送信コイル部４，４’によって行わ
れる。

【００４８】次に、期間（ｄ）において、（４）に示す
ように読み出し勾配磁場Ｇｒが印加される。これによっ
て、（５）に示すように、スピンエコー信号が被検体１
２から発生する。

【００４９】スピンエコー信号は、受信アンテナ部１０
のダイポールアンテナ１０２〜１０ｎによってそれぞれ
受信される。あるいは、クワドラチャ受信を行うとき
は、さらにダイポールアンテナ１０２〜１０ｎ’によっ
てそれぞれ受信される。それら受信信号は、それぞれプ
リアンプ２０２〜２０ｎ（およびプリアンプ２０２’〜
２０ｎ’）によって増幅され、加算器２１０で全加算さ
れる。加算器２１０の出力信号は、さらに増幅および位
相検波され、アナログ・ディジタル変換部２２入力され
る。

【００５０】アナログ・ディジタル変換部２２におい
て、受信信号がディジタル信号に変換されてコンピュー
タＣＯＭに入力される。コンピュータＣＯＭは入力信号
を測定データとしてメモリに記憶する。これによって、
メモリに１ビュー分のスピンエコーデータが収集され
る。

【００５１】以上の動作が、所定の周期で例えば２５６
回繰り返される。動作の繰り返しの度に位相エンコード
勾配磁場Ｇｐが変更され、毎回異なる位相エンコードが
行われる。このことを図７の（３）の波形に付した複数
の破線で表す。

【００５２】コンピュータＣＯＭは、メモリに収集した
全ビューのスピンエコーデータに基づいて画像再構成を
行い、被検体１２の画像を生成する。生成された画像は
表示部３２に可視像として表示される。

【００５３】なお、上記の実施の形態では複数のダイポ
ールアンテナを用いる例を示したが、撮像範囲（ＦＯ
Ｖ：field of view)が狭いときは単一のダイポールアン
テナで磁気共鳴信号を受信するようにしても良い。

【００５４】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明で
は、磁気共鳴信号をダイポールアンテナで受信するよう
にしたので、垂直磁場中の被検体の下から磁気共鳴信号
を受信する磁気共鳴信号受信方法およびそのような受信
手段を備えた磁気共鳴撮像装置を実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例の装置のブロック図
である。

【図２】本発明の実施の形態の一例の装置における受信
アンテナ部の模式的構成を示す図である。

【図３】ダイポールアンテナのローディングコイルの効
果を示す概念図である。

【図４】本発明の実施の形態の一例の装置における受信
アンテナ部と受信部のブロック図である。

【図５】本発明の実施の形態の一例の装置における受信
アンテナ部の模式的構成を示す図である。

【図６】受信アンテナ部の応用例の模式的構成を示す図
である。

【図７】本発明の実施の形態の一例の装置が実行するパ
ルスシーケンスの一例を示す模式図である。

【符号の説明】

２ 静磁場発生部 ４，４’ 送信コイル部 ６，６’ 勾配コイル部 １０ 受信アンテナ部 １２ 被検体 １４ 天板 １６ 勾配駆動部 １８ 送信部 ２０ 受信部 ２２ アナログ・ディジタル変換部 ２４ コンピュータ ３０ 制御部 ３２ 表示部 ３４ 操作部 １０２〜１０ｎ ダイポールアンテナ １１２〜１１ｎ 信号取出部 １２２，１２２’〜１２ｎ，１２ｎ’ ローディングコ
イル ２０２〜２０ｎ プリアンプ ２１０ 加算器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁気共鳴信号をダイポールアンテナで受
   信する、ことを特徴とする磁気共鳴信号受信方法。
2. 【請求項２】 所定の空間に静磁場を形成する静磁場形
   成手段と、 前記所定の空間に勾配磁場を形成する勾配磁場形成手段
   と、 前記所定の空間に高周波磁場を形成する高周波磁場形成
   手段と、 前記所定の空間に発生する磁気共鳴信号を受信するダイ
   ポールアンテナと、 前記ダイポールアンテナの受信信号に基づいて画像を生
   成する画像生成手段と、を具備することを特徴とする磁
   気共鳴撮像装置。
3. 【請求項３】 所定の空間に静磁場を形成する静磁場形
   成手段と、 前記所定の空間に勾配磁場を形成する勾配磁場形成手段
   と、 前記所定の空間に高周波磁場を形成する高周波磁場形成
   手段と、 互いに垂直になるように配置され前記所定の空間に発生
   する磁気共鳴信号をそれぞれ受信する１対のダイポール
   アンテナと、 前記１対のダイポールアンテナの受信信号に基づいて画
   像を生成する画像生成手段と、を具備することを特徴と
   する磁気共鳴撮像装置。