JPWO2008075614A1 - 核磁気共鳴計測装置およびコイルユニット - Google Patents
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Abstract
バードケージ型RFコイルのラング長を短くしても軸方向に感度の均一な広い領域を持つコイルユニットを提供する。コイルユニットは、静磁場発生源に沿って配置される傾斜磁場コイルと、傾斜磁場コイルよりも検査領域の中心に近い位置で、傾斜磁場コイルに沿って配置される高周波コイルと、傾斜磁場コイルと高周波コイルとの間に設置され、高周波コイルの外周を覆う導体部とを備える。高周波コイルは、静磁場の方向と実質的に直交する面に位置する第1ループコイル及び第2ループコイルと、第1ループコイルと第2ループコイルとを接続し、静磁場の方向と実質的に平行な複数の線状導体と、第1ループコイルと第2ループコイルとに配置される複数の第1キャパシタとを具備する。さらにコイルユニットは、高周波コイルと導体部とを第2キャパシタを介して電気的に接続し、かつ第2キャパシタと並列に設置される給電回路を具備する第1接続部と、高周波コイルと導体部とを第3キャパシタを介して接続する第2接続部とを有する。
Description
本発明は核磁気共鳴計測装置(以下、「MRI装置」という)およびそれに用いられるコイルユニットに関する。
MRI装置は、マグネットが発生する均一な静磁場中に被検体を配置し、被検体に電磁場を照射し、被検体内の核スピンを励起すると共に、その後、核スピンが発生する電磁波である核磁気共鳴信号を受信し、被検体を画像化する。電磁波の照射と核磁気共鳴信号の受信は、ラジオ周波数(RF)の電磁波を送信あるいは受信するRFコイルによって行なわれ、MRI装置に適した種々の形状の送信コイル、受信コイル或いは兼用コイルが開発されている。電磁波の照射や磁気共鳴信号の検出を行うRFコイルにおいては、照射効率および照射均一性の向上、受信感度および感度分布の均一性向上が求められている。
被検体内の核スピンを励起する際には、撮影領域を正確に撮影するために均一な感度分布を持つコイルが必要である。バードケージ型のRFコイルやマルチプルパッチレゾネーターは均一な感度領域を持つコイルとして知られている(例えば、特許文献1、2)。
特許文献1に述べられた、いわゆるバードケージ型のRFコイルは、通常、円筒形状のRFベース上に形成され、円筒の軸方向(Z軸方向)に伸びる直線状の導体(ラング)と、これら導体の端部にある円弧状の導体(リング)からなる。ラングの数によって、例えば、「16ラングのバードケージコイル」と称される。ハイパス型のRFコイルの場合は、上記リング上にキャパシタが配置されている。キャパシタ、ダイオード等の電気部品を取り付けてチューニングを行い、RF送信コイルを形成する。ハイパス型のバードケージ型RFコイルの例を図16に示す。このRFコイルは、2つのループ導体28、29がループの中心軸が共通かつ座標軸のz軸に平行となるように対向して配置され、座標軸のz軸に平行な複数(図16では12本)の直線導体30で接続されている。このとき、複数の直線導体30は等間隔で配置されている。なお、座標軸のz軸の方向とMRI装置のマグネットが発生する静磁場の向き100は同方向とする。複数の直線導体30とループ導体28、29との接続点の間には、複数のキャパシタCrが配置され、給電点35はキャパシタの1つに配置される。
バードケージ型RFコイルはチューニングが容易であるというメリットがあり、水平磁場型MRI装置で広く用いられている。ただし、MRI装置の高磁場化にともない、使用する周波数が高くなると、コイルのQ値が低下するという問題点がある。特に4テスラ以上の静磁場強度のMRI装置のように水素原子核の共鳴周波数が160MHzを超える領域において、RF送信コイルのように寸法が大きなコイルではRFコイルの寸法が波長を越えるためQ値の低下が著しく、使用が困難になるという問題点がある。このため人体撮影用MRI装置の送信用RFコイルとして、バードケージ型のRFコイルが用いられるのは静磁場強度3テスラくらいまでである。
RFコイルの照射効率や受信感度を向上させる方法として、QD(Quadrature
Detection)方式が知られている。QD方式は、互いの軸を直交させて配置した2つのRFコイルを用いて磁気共鳴信号を検出する方法である。QD方式で磁気共鳴信号を検出すると、90度だけ位相がずれた信号がそれぞれのRFコイルから検出される。これらの検出信号を合成することにより、1つのRFコイルで受信した場合に比べて、SN比が理論的に√2倍向上する。また、高周波磁場の照射時には、円偏波を照射することから電力が1/2で済むため、人体の高周波発熱を小さくすることができる。さらに、QD方式は撮影画像の均一度の点からも有効であり、xy面の感度均一性を向上することができる。バードケージ型のRFコイルは、その構造の対称性からQD方式を実施することが容易である。信号を送受信するための2つの給電ポートを互いに直交した位置に配置することで、一つのコイルでQD方式による送受信が可能となる。図16に示したバードケージ型RFコイルにQD方式を適用した例を図17に示す。2つの給電ポート35-1と35-2が互いに直交した位置に配置されている。
Detection)方式が知られている。QD方式は、互いの軸を直交させて配置した2つのRFコイルを用いて磁気共鳴信号を検出する方法である。QD方式で磁気共鳴信号を検出すると、90度だけ位相がずれた信号がそれぞれのRFコイルから検出される。これらの検出信号を合成することにより、1つのRFコイルで受信した場合に比べて、SN比が理論的に√2倍向上する。また、高周波磁場の照射時には、円偏波を照射することから電力が1/2で済むため、人体の高周波発熱を小さくすることができる。さらに、QD方式は撮影画像の均一度の点からも有効であり、xy面の感度均一性を向上することができる。バードケージ型のRFコイルは、その構造の対称性からQD方式を実施することが容易である。信号を送受信するための2つの給電ポートを互いに直交した位置に配置することで、一つのコイルでQD方式による送受信が可能となる。図16に示したバードケージ型RFコイルにQD方式を適用した例を図17に示す。2つの給電ポート35-1と35-2が互いに直交した位置に配置されている。
また一般にバードケージ型のRFコイルは、x軸方向とy軸方向の感度分布の均一性が高いという特長をもつ。
一方、z軸方向の感度分布均一性は、一般にはラングの長さに比例する。撮影領域を正確に撮影するためには、励起時の撮影領域内における感度不均一(RFパワーの不均一性)は30%以内であることが望まれる。バードケージ型のRFコイルを用いて励起時の撮影領域内における感度不均一を30%以内とするためには、ラングの長さは撮影領域のz軸方向の長さの1.5倍程度必要である。例えば、撮影領域のz軸方向の長さが35cmである場合は、ラング長は53cm必要となる。
一方、z軸方向の感度分布均一性は、一般にはラングの長さに比例する。撮影領域を正確に撮影するためには、励起時の撮影領域内における感度不均一(RFパワーの不均一性)は30%以内であることが望まれる。バードケージ型のRFコイルを用いて励起時の撮影領域内における感度不均一を30%以内とするためには、ラングの長さは撮影領域のz軸方向の長さの1.5倍程度必要である。例えば、撮影領域のz軸方向の長さが35cmである場合は、ラング長は53cm必要となる。
一方、特許文献2に述べられた、マルチプルパッチレゾネーターは、円筒状RFシールドの内側にZ軸方向に伸びる直線状の導体(ラング)を等間隔に複数配置し、ラングとRFシールド間をキャパシタを介して接続する。マルチプルパッチレゾネーターにはバードケージ型RFコイルに見られるリング部は存在しない。マルチプルパッチレゾネーターはMRI装置の高磁場化にともない、使用する周波数が高くなってもコイルのQ値を高く保つことができるため、静磁場強度3テスラを越すMRI装置においても使用可能であるというメリットを有する。ただし、マルチプルパッチレゾネーターのチューニングは、バードケージ型RFコイルと比較すると複雑となる。これはリング部が存在しないことから、複数個存在するラングの電磁気的な独立性が高いためである。
マルチプルパッチレゾネーターでQD方式を実施する場合、頭部撮影用コイルのように寸法が小さいコイルでは互いに直交した位置に配置された2つの給電ポートを用いるだけで円偏波送受信可能である。一方、全身撮影用コイル(送信用コイル)のように寸法が大きいコイルで円偏波送受信するためには、90度ずつ位置のずれた4つの給電ポートから90度ずつ位相のずれたパルスを送受信するのが一般的である。これもリング部が存在しないことから、複数個存在するラングの電磁気的な独立性が高く、0度の位置のラングに給電しても、180度の位置(反対側に位置する)のラングの電流までは影響が及びにくいからである。給電ポートが2個から4個に増えることは、より使用時の調整を複雑にし、コストも増加させる。
ところで、RFコイルの導体から一定の距離を置いて、RFシールドを配置することができる。RFシールドは、a)傾斜磁場コイルから放出されるノイズを低減する、b)傾斜磁場コイル導体とRFコイルとの電磁結合を遮蔽する、という2つの働きを持ち、非磁性金属箔や網を適宜積層して構成され、樹脂製支持部材に貼り付けられるか、傾斜磁場コイルの表面に貼り付けて配置する。
送信用バードケージ型RFコイルは、内部に人体が挿入されるため、そのリング直径は一般に大きい。このためRFシールドとRFコイルの距離は一般に狭くなる。RFシールドとRFコイルの距離は、典型的には10から40mmの距離が必要である。近接させると、a)高周波渦電流が増えて磁場を打ち消してしまうため、磁場の発生効率が悪くなる、b)RFコイル近傍での磁場分布が急激に変化することになり、撮影領域におけるRFパワーの不均一性が大きくなる、という課題が生じるため、この間隔を10mm以下に狭くすることは一般には難しい。
バードケージ型RFコイルの変形例として、リング部分の内側にシールドであるガードリングを配置するシールド付バードケージ型RFコイルが知られている(非特許文献1)。ガードリング付バードケージ型RFコイルでは、ガードリングの働きにより電界成分の抑制効果があることが知られている。
RFシールドの外側には傾斜磁場コイルを配置することができる。メインコイル、シールドコイルからなるアクティブシールド傾斜磁場コイルの場合は、互いに逆向きの磁場を発生させるコイルを配置することで、静磁場発生源(マグネット)を囲む容器もしくは金属部材に発生する渦電流を低減する。そして、最も外側に静磁場発生源(マグネット)が配置することができる。静磁場発生源としては、今日では超電導磁石、永久磁石が広く用いられている。いずれの静磁場発生源であっても、また、円筒型、対向型の形に依存せずに、被検者領域に近づけたほうが磁場発生効率が向上し、より安価な静磁場発生源を構成することが可能になる。
上述のそれぞれの部品を重ねると、RFコイルから傾斜磁場コイルまでの合計厚さは典型的には150mm程度の厚さが必要となる。この厚さをより薄くすると、同一のカバー内径であれば超電導磁石内径を小さく出来るので超電導磁石を安く構成できる。もしくは、同じ超電導磁石の内径であれば、被検者側の空間を広くすることが出来る。もしくは、同じ厚さであっても、傾斜磁場コイルのメインコイル−シールドコイル間隔や、RFコイル−RFシールド間隔を広げることで、傾斜磁場コイル、RFコイルの磁場発生効率を向上し、それぞれに接続されたアンプ等の増幅器に掛かるコストを低減することが出来る。このような要求を満たす1つの方法として、凹みを有する傾斜磁場コイルとその凹みの中に位置するRFコイルの配置が知られている(例えば、特許文献3)。
特許文献3では、傾斜磁場コイルに必要とされるエネルギーを低減するために、RFコイルの存在しない部位において、傾斜磁場コイルが軸方向内側にせり出す構成が示されている。こうすることで、同じ厚さであれば飛び出させた部位においてはメインコイル−シールドコイル間隔が拡がっているので、磁場発生効率を上げることが可能になり、傾斜磁場強度の増大もしくは傾斜磁場の立ち上がり速度の高速化を図ることが出来る。RFコイルの軸長(ラング長)を短くして凹みの軸方向の長さを短くすれば、より傾斜磁場コイルの性能を向上させることができる。
しかしながら、RFコイルの軸長(ラング長)を短くすると、z軸方向の感度分布均一性は劣化する。前述したように、バードケージ型RFコイルを用いて励起時の撮影領域内における感度不均一を30%以内とするためには、ラングの長さは撮影領域のz軸方向の長さの1.5倍程度必要である。従って、例えば、RFコイルの軸長(ラング長)を40cmと短くすると、感度不均一が30%以内となる撮影領域のZ軸方向の長さはおよそ27cmしかなくなるという問題点がある。
しかしながら、RFコイルの軸長(ラング長)を短くすると、z軸方向の感度分布均一性は劣化する。前述したように、バードケージ型RFコイルを用いて励起時の撮影領域内における感度不均一を30%以内とするためには、ラングの長さは撮影領域のz軸方向の長さの1.5倍程度必要である。従って、例えば、RFコイルの軸長(ラング長)を40cmと短くすると、感度不均一が30%以内となる撮影領域のZ軸方向の長さはおよそ27cmしかなくなるという問題点がある。
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を鑑み、バードケージ型RFコイルのラング長を短くしても軸方向に感度の均一な広い領域を持つRFコイルを提供することにある。
Q.Chen他著、「ガードリングを結合させたMRI用鳥かご型共振器(Guard−Ring Coupled Birdcage Resonator for MRI)」、信学技報、EMCJ95−80,pp31−38(1996)
国際公開2003062846号パンフレット
上記課題を解決する本発明のMRI装置は、一例として、静磁場を発生させる環状の静磁場発生源と、前記静磁場発生源で囲まれる検査領域で前記静磁場発生源に沿って配置される傾斜磁場コイルと、前記傾斜磁場コイルよりも前記検査領域の中心に近い位置で、前記傾斜磁場コイルに沿って配置され、前記静磁場の方向と実質的に直交する面に位置する第1ループコイル及び第2ループコイルと、前記第1ループコイルと前記第2ループコイルとを接続し、前記静磁場の方向と実質的に平行な複数の線状導体と、前記第1ループコイルと前記第2ループコイル及び/又は線状導体とに配置される複数の第1キャパシタとを具備する高周波コイルと、前記傾斜磁場コイルと前記高周波コイルとの間に設置され、前記高周波コイルの外周を覆う導体部と、前記高周波コイルと前記導体部とを第2キャパシタを介して電気的に接続し、かつ前記第2キャパシタと並列に設置される給電回路とを具備する第1接続部と、前記高周波コイルと前記導体部とを第3キャパシタを介して接続する第2接続部とを有することを特徴とする。
また、他の例として、静磁場を発生させる環状の静磁場発生源と、前記静磁場発生源で囲まれる検査領域で前記静磁場発生源に沿って配置される傾斜磁場コイルと、前記傾斜磁場コイルよりも前記検査領域の中心に近い位置で、前記傾斜磁場コイルに沿って配置され、前記静磁場の方向と実質的に直交する面に位置する第1ループコイル及び第2ループコイルと、前記第1ループコイルと前記第2ループコイルとを接続し、前記静磁場の方向と実質的に平行な複数の線状導体と、前記第1ループコイルと前記第2ループコイル及び/又は線状導体とに配置される複数の第1キャパシタとを具備する高周波コイルと、前記傾斜磁場コイルと前記高周波コイルとの間に設置される導体部とを有し、前記導体部は前記高周波コイルの外周を覆い、前記傾斜磁場コイルは、前記高周波コイルの外周を囲む第1の部分と、前記傾斜磁場コイルの端部近傍の第2の部分とを有し、前記第1の部分の直径は前記第2の部分の直径よりも大きいことを特徴とする。
さらに他の例として、静磁場を発生させる環状の静磁場発生源と、前記静磁場発生源で囲まれる検査領域で前記静磁場発生源に沿って配置される傾斜磁場コイルと、前記傾斜磁場コイルよりも前記検査領域の中心に近い位置で、前記傾斜磁場コイルに沿って配置され、前記静磁場の方向と実質的に直交する面に位置する第1ループコイル及び第2ループコイルと、前記第1ループコイルと前記第2ループコイルとを接続し、前記静磁場の方向と実質的に平行な複数の線状導体と、前記第1ループコイルと前記第2ループコイル及び/又は線状導体とに配置される複数の第1キャパシタとを具備する高周波コイルと、前記傾斜磁場コイルと前記高周波コイルとの間に設置される導体部とを有し、前記導体部は前記高周波コイルの外周を覆い、前記傾斜磁場コイルは、前記静磁場発生源によって生じる静磁場の方向の中心部から端部へ向かって内径が小さくなる形状を有することを特徴とする。
本発明によればバードケージ型RFコイルのラング長を短くしても軸方向に感度の均一な広い領域を持つRFコイルを実現できる。このようなRF送信コイルによれば、径の小さな傾斜磁場コイルの内側の凹みにRF送信コイルを設置することが出来るようになり、結果として、磁場発生効率を向上させた傾斜磁場コイルを備えたMRI装置を構成することが出来る。
以下、詳細に本発明に関するRFコイルおよびMRI装置の好適な実施の形態について説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
まず、本発明が適用される磁気共鳴撮像装置の全体構成について説明する。図1はMRI装置の外観図であり、図中、z軸の方向が静磁場方向である。装置は、静磁場方向について、例えば実質的に水平方向となるように配置される。図1は水平磁場方式のマグネット2を備えたMRI装置で、テーブル301に寝かせられた検査対象1はマグネット2のボア内の撮像空間に挿入され撮像される。
本発明に係るMRI装置の一例の全体概要を図2に基づいて説明する。図2は、本発明に係るMRI装置の一実施例の全体構成を示すブロック図である。このMRI装置は、NMR現象を利用して被検体の断層画像を得るもので、図2に示すように、MRI装置は静磁場発生系2と、傾斜磁場発生系3と、送信系5と、受信系6と、信号処理系7と、シーケンサ4と、中央処理装置(CPU)8とを備えて構成される。
静磁場発生系2は、被検体1の周りに配置される永久磁石方式、常電導方式あるいは超電導方式の静磁場発生源を備える。垂直磁場方式であれば、被検体1の周りの空間にその体軸と実質的に直交する方向に、水平磁場方式であれば、体軸方向に実質的に均一な静磁場を発生させる。水平静磁場方式の場合には、例えば被検体を含む検査領域を囲む環状の静磁場発生源を用いることができる。
傾斜磁場発生系3は、MRI装置の座標系(静止座標系)であるX,Y,Zの3軸方向に巻かれた傾斜磁場コイル9と、それぞれの傾斜磁場コイルを駆動する傾斜磁場電源10とから成り、シ−ケンサ4からの命令に従ってそれぞれのコイルの傾斜磁場電源10を駆動することにより、X,Y,Zの3軸方向に傾斜磁場Gx,Gy,Gzを印加する。例えば、撮影時には、スライス面(撮影断面)に直交する方向にスライス方向傾斜磁場パルス(Gs)を印加して被検体1に対するスライス面を設定し、そのスライス面に直交して且つ互いに直交する残りの2つの方向に位相エンコード方向傾斜磁場パルス(Gp)と周波数エンコード方向傾斜磁場パルス(Gf)を印加して、エコー信号にそれぞれの方向の位置情報をエンコードする。傾斜磁場コイル9は、水平静磁場方式の場合には、静磁場発生源に沿って配置される。
シーケンサ4は、高周波磁場パルス(以下、「RFパルス」という)と傾斜磁場パルスをある所定のパルスシーケンスで繰り返し印加する制御手段で、CPU8の制御で動作し、被検体1の断層画像のデータ収集に必要な種々の命令を送信系5、傾斜磁場発生系3、および受信系6に送る。
送信系5は、被検体1の生体組織を構成する原子の原子核スピンに核磁気共鳴を起こさせるために、被検体1にRFパルスを照射するもので、高周波発振器11と変調器12と高周波増幅器13と送信側の高周波コイル(送信コイル)14aとから成る。高周波発振器11から出力された高周波パルスをシーケンサ4からの指令によるタイミングで変調器12により振幅変調し、この振幅変調された高周波パルスを高周波増幅器13で増幅した後に被検体1に近接して配置された高周波コイル14aに供給することにより、RFパルスが被検体1に照射される。
受信系6は、被検体1の生体組織を構成する原子核スピンの核磁気共鳴により放出されるエコー信号(NMR信号)を検出するもので、受信側の高周波コイル(受信コイル)14bと信号増幅器15と直交位相検波器16と、A/D変換器17とから成る。送信側の高周波コイル14aから照射された電磁波によって誘起された被検体1の応答のNMR信号が被検体1に近接して配置された高周波コイル14bで検出され、信号増幅器15で増幅された後、シーケンサ4からの指令によるタイミングで直交位相検波器16により直交する二系統の信号に分割され、それぞれがA/D変換器17でディジタル量に変換されて、信号処理系7に送られる。
送信系5は、被検体1の生体組織を構成する原子の原子核スピンに核磁気共鳴を起こさせるために、被検体1にRFパルスを照射するもので、高周波発振器11と変調器12と高周波増幅器13と送信側の高周波コイル(送信コイル)14aとから成る。高周波発振器11から出力された高周波パルスをシーケンサ4からの指令によるタイミングで変調器12により振幅変調し、この振幅変調された高周波パルスを高周波増幅器13で増幅した後に被検体1に近接して配置された高周波コイル14aに供給することにより、RFパルスが被検体1に照射される。
受信系6は、被検体1の生体組織を構成する原子核スピンの核磁気共鳴により放出されるエコー信号(NMR信号)を検出するもので、受信側の高周波コイル(受信コイル)14bと信号増幅器15と直交位相検波器16と、A/D変換器17とから成る。送信側の高周波コイル14aから照射された電磁波によって誘起された被検体1の応答のNMR信号が被検体1に近接して配置された高周波コイル14bで検出され、信号増幅器15で増幅された後、シーケンサ4からの指令によるタイミングで直交位相検波器16により直交する二系統の信号に分割され、それぞれがA/D変換器17でディジタル量に変換されて、信号処理系7に送られる。
信号処理系7は、各種データ処理と処理結果の表示及び保存等を行うもので、光ディスク19、磁気ディスク18等の外部記憶装置と、CRT等からなるディスプレイ20と、ROM21、RAM22などのメモリとを有し、受信系6からのデータがCPU8に入力されると、CPU8が信号処理、画像再構成等の処理を実行し、その結果である被検体1の断層画像をディスプレイ20に表示すると共に、外部記憶装置の磁気ディスク18等に記録する。
操作部25は、MRI装置の各種制御情報や上記信号処理系7で行う処理の制御情報を入力するもので、トラックボール又はマウス23、及び、キーボード24から成る。この操作部25はディスプレイ20に近接して配置され、操作者がディスプレイ20を見ながら操作部25を通してインタラクティブにMRI装置の各種処理を制御する。
操作部25は、MRI装置の各種制御情報や上記信号処理系7で行う処理の制御情報を入力するもので、トラックボール又はマウス23、及び、キーボード24から成る。この操作部25はディスプレイ20に近接して配置され、操作者がディスプレイ20を見ながら操作部25を通してインタラクティブにMRI装置の各種処理を制御する。
なお、図2において、送信側の高周波コイル14aと傾斜磁場コイル9は、被検体1が挿入される静磁場発生系2によって静磁場が発生する空間内に、垂直磁場方式であれば被検体1に対向して、水平磁場方式であれば被検体1を取り囲むようにして設置されている。また、受信側の高周波コイル14bは、被検体1に対向して、或いは取り囲むように設置されている。高周波コイルは、検査領域において、傾斜磁場コイルよりも中心に近い位置で配置される。
高周波コイルとしてバードケージ型RFコイルを用いる場合の、基本的なコイル構成は図16に示す構成と同様である。すなわち、RFコイルは、2つのループ導体28、29がループの中心軸が共通し、かつ座標軸のz軸に平行となるように対向して配置され、座標軸のz軸に平行な複数(図16では12本)の直線導体30で接続されている。このとき、複数の直線導体30は等間隔で配置されている。複数の直線導体30とループ導体28、29との接続点の間には、複数のリングキャパシタCrが配置され、給電点35は複数のリングキャパシタCrの1つに配置される。
このRFコイルは、座標軸のz軸の方向とMRI装置のマグネット2が発生する静磁場の向き100が同方向となるように、MRI装置に設置される。水平磁場方式であれば、ループ導体は、静磁場方向と実質的に直交する面に位置し、直線導体は静磁場の方向と実質的に平行に配置される。
このRFコイルは、座標軸のz軸の方向とMRI装置のマグネット2が発生する静磁場の向き100が同方向となるように、MRI装置に設置される。水平磁場方式であれば、ループ導体は、静磁場方向と実質的に直交する面に位置し、直線導体は静磁場の方向と実質的に平行に配置される。
現在MRI装置の撮像対象核種は、臨床で普及しているものとしては、被検体の主たる構成物質である水素原子核(プロトン)である。プロトン密度の空間分布や、励起状態の緩和時間の空間分布に関する情報を画像化することで、人体頭部、腹部、四肢等の形態または、機能を2次元もしくは3次元的に撮像する。
以下、本発明のMRI装置に用いられるコイルユニットの実施の形態を説明する。
<第1の実施の形態>
本実施の形態のコイルユニットは、図3に示すように、円筒状の傾斜磁場コイル51と傾斜磁場コイルの内側に配置されるRFコイル52と、傾斜磁場コイル51とRFコイル52との間に配置されるRFシールド53とを備えている。RFコイル52は、2つのリング部(ループコイル)とそれを接続する複数のラング部を有するバードケージ型RFコイルであり、例えば、ラング数は12である。
本実施の形態のコイルユニットは、図3に示すように、円筒状の傾斜磁場コイル51と傾斜磁場コイルの内側に配置されるRFコイル52と、傾斜磁場コイル51とRFコイル52との間に配置されるRFシールド53とを備えている。RFコイル52は、2つのリング部(ループコイル)とそれを接続する複数のラング部を有するバードケージ型RFコイルであり、例えば、ラング数は12である。
傾斜磁場コイル51は、RFコイル52のラング部の外周を囲む部分(第1の部分)の直径が、傾斜磁場コイルの端部近傍(第2の部分)の直径よりも大きい。すなわち、図3(a)及び(b)の左図のz軸方向(静磁場方向)において、RFコイルの存在しない部位で、傾斜磁場コイル(GC)が軸方向内側にせり出している。また、第1の部分と第2の部分との接続部は、テーパー形状とする。
RFシールド53は導体部からなり、傾斜磁場コイル51とバードケージ型RFコイル52の間に、RFコイル52の外周を覆うように配置される。RFシールド53は、傾斜磁場コイル51の凹みにあわせて2つの異なる直径の円柱型導体を接合させた形状となっている。
RFシールド53は導体部からなり、傾斜磁場コイル51とバードケージ型RFコイル52の間に、RFコイル52の外周を覆うように配置される。RFシールド53は、傾斜磁場コイル51の凹みにあわせて2つの異なる直径の円柱型導体を接合させた形状となっている。
傾斜磁場コイル51及びRFコイル52の大きさは特に限定されるものではないが、一例として、図3(a)のRFコイルのリング部の直径は60cm、このときのラング長(z軸方向の軸長)は53cmである。撮影領域のz軸方向の長さが典型的に35cmであるとすると、ラング長は撮影領域z軸方向の長さの約1.5倍である。これは励起時の撮影領域内における感度不均一を30%以内とするための条件を満たしている。RFシールドの入口付近の直径は60cm、RFコイルのラング部の外周を覆うRFシールド部分の直径は68cmである。
図3(b)のRFコイルのラング長は(a)のときよりも短く40cmである。図3(b)の左図に示すように、RFコイルの軸長(ラング長)を短くして凹み部分の軸方向の長さを短くすれば、より傾斜磁場コイルの性能を向上させることができる。これは傾斜磁場のメインコイルと傾斜磁場のシールドコイルとの間隔が広い部分が図3(a)に示したものより大きいためである。また、飛び出させた部位に配置された傾斜磁場のメインコイルを、撮影領域の中心とほぼ一致するRFコイルの中心位置に近づけることができるため、傾斜磁場コイルの性能をより向上させることができる。
ただし、RFコイルの軸長(ラング長)を短くすると、RFコイルのz軸方向の感度分布均一性は劣化する。撮影領域を正確に撮影するためには、励起時の撮影領域内における感度不均一(RFパワーの不均一性)は30%以内であることが望まれる。バードケージ型RFコイルを用いて励起時の撮影領域内における感度不均一を30%以内とするためには、ラングの長さは撮影領域のz軸方向の長さの1.5倍程度必要である。例えば、RFコイルの軸長(ラング長)を40cmと短くすると、感度不均一が30%以内となる撮影領域のZ軸方向の長さはおよそ27cmとなる。すなわち、撮影領域のz軸方向の長さが典型的に35cmであるとすると、ラング長40cmは撮影領域z軸方向の長さの約1.14倍である。ラング長を撮影領域z軸方向の長さの約1.14倍まで短くすると、感度不均一が30%以内となる撮影領域のZ軸方向の長さは、図3(a)に示す場合に比べておよそ23%小さくなる。
本実施の形態によれば、RFコイルの存在しない部位で、傾斜磁場コイル(GC)が軸方向内側にせり出した構造とすることにより、せり出させた部位(内径がより小さい第1の部分)においては傾斜磁場のメインコイルと傾斜磁場のシールドコイルとの間隔が拡がっているので、磁場発生効率を上げることが可能になる。これにより、傾斜磁場強度の増大もしくは傾斜磁場の立ち上がり速度の高速化を図ることが出来る。
またせり出させた部位(第1の部分)とその内側の部分(第2の部分)との接続部をテーパー形状にすることにより、RFシールドの機械的強度が高くなるという効果がある。傾斜磁場コイルの実装においても、異なる内径の接続部分をテーパー形状にすることにより、機械的強度が高くなるという効果がある。
またせり出させた部位(第1の部分)とその内側の部分(第2の部分)との接続部をテーパー形状にすることにより、RFシールドの機械的強度が高くなるという効果がある。傾斜磁場コイルの実装においても、異なる内径の接続部分をテーパー形状にすることにより、機械的強度が高くなるという効果がある。
<第2の実施の形態>
本実施の形態のコイルユニットは、第一の実施の形態とは、傾斜磁場コイルとRFシールドの形状が異なる。図4にその一例を示す。図4においても、同じ要素は同じ符号で示し、説明を省略する。図示するように、本実施の形態のコイルユニットでは、傾斜磁場コイル55とRFシールド57は、その内側が斜めの形状になっている。このようにRFシールドを円筒状の導体でなく、2つの円錐の一部を切り取りその2つを接合させた形状の導体を用いることによっても、凹みを有する傾斜磁場コイルを構成することが出来る。すなわち、傾斜磁場コイル及びRFシールドについて、静磁場方向における中心部から端部へ向かって内径が小さくなる形状とすることによってもくぼみを有する傾斜磁場コイルなどの構成を取ることが出来る。
本実施の形態のコイルユニットは、第一の実施の形態とは、傾斜磁場コイルとRFシールドの形状が異なる。図4にその一例を示す。図4においても、同じ要素は同じ符号で示し、説明を省略する。図示するように、本実施の形態のコイルユニットでは、傾斜磁場コイル55とRFシールド57は、その内側が斜めの形状になっている。このようにRFシールドを円筒状の導体でなく、2つの円錐の一部を切り取りその2つを接合させた形状の導体を用いることによっても、凹みを有する傾斜磁場コイルを構成することが出来る。すなわち、傾斜磁場コイル及びRFシールドについて、静磁場方向における中心部から端部へ向かって内径が小さくなる形状とすることによってもくぼみを有する傾斜磁場コイルなどの構成を取ることが出来る。
図4(a)、(b)は、RFコイル52のラング部の長さが異なり、それに合わせてRFシールド57の内側の傾斜が異なる以外は同様である。一例として、図4(a)のRFコイルのリング部直径は60cm、このときのラング長(z軸方向の軸長)は53cmである。RFシールド入口の直径は、RFコイルのリング部直径と同じ60cmである。RFシールドの最大直径は、68cmである。図4(b)のRFコイルのリング部直径は60cm、ラング長(z軸方向の軸長)は40cmである。図4(b)のRFコイルのリング部導体とRFシールドの距離は、図4(a)のRFコイルのそれと比べて大きい。
このようなRFコイルを3テスラの静磁場強度のMRI装置に設置し、3テスラにおける水素原子核の共鳴周波数128MHzで使用する場合について検討した。この場合にラング長が53cmあると、RFコイルのリング部とRFシールドの距離が短くなり、高周波渦電流が増えて高周波磁場を打ち消してしまうため、RFコイルの高周波磁場発生効率は悪くなる。
これに対し、図4(b)のRFコイルのようにラング長を短くすると、高周波磁場発生効率は、図4(a)のRFコイルのそれと比べて15%以上高くなるという効果がある。撮影領域のz軸方向の長さが典型的に35cmであるとすると、ラング長40cmは撮影領域z軸方向の長さの約1.14倍である。すなわち、図4に示したRFシールドにおいては、ラング長を撮影領域z軸方向の長さの約1.5倍から約1.14倍まで短くすると、高周波磁場発生効率を15%以上向上させることができる。
本実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様に、傾斜磁場の磁場発生効率を上げることが可能となる。加えて、内径が連続的にかわる形状とすることにより、撮影領域の中心とほぼ一致するRFコイルの中心位置に傾斜磁場のメインコイル位置をより近づけることができるため、傾斜磁場コイルの性能をより向上させることができる。
<第3の実施の形態>
本実施の形態のコイルユニットは、傾斜磁場コイル及びRFシールドの形状は、第2の実施の形態(図4)と同様であるが、RFコイルとRFシールドとの間をキャパシタを介して電気的に接続する複数の接続部を設けたことが特徴である。図5にその一例を示す。
本実施の形態のコイルユニットは、傾斜磁場コイル及びRFシールドの形状は、第2の実施の形態(図4)と同様であるが、RFコイルとRFシールドとの間をキャパシタを介して電気的に接続する複数の接続部を設けたことが特徴である。図5にその一例を示す。
図5(a)ではバードケージ型RFコイル52が、静磁場方向(z)方向に実質的に垂直な2つの面上に存在する2つのリング部501と、リング部501に接続するラング部502とに加え、リング部501とRFシールド57とをキャパシタ504-1、504-2、504-3、504-4を介して各々接続する4つの接続部505-1、505-2、505-3、505-4とを具備する。ここで、接続部は、リングとラングの接合部に接合されている。図5(a)では、バードケージ型RFコイルとRFシールドがキャパシタと接続部を介して接合されている。RFコイルとRFシールドの接続部に配置される4つのキャパシタのうちの1つのキャパシタ504-1の両端から給電する。
一例として、図5のRFコイルのリング部直径は60cm、ラング長(z軸方向の軸長)は40cmである。ラング数は12である。RFシールド入口の直径は、RFコイルのリング部直径と同じ60cmである。RFシールドの最大直径は、68cmである。このようなRFコイルを3テスラの静磁場強度のMRI装置に設置し、3テスラにおける水素原子核の共鳴周波数128MHzで使用する場合について検討した。
図5(a)に示したバードケージ型RFコイルのz軸上の感度分布を図6(a)の実線で示す。図6(a)の点線で示した感度分布は図4(b)に示したバードケージ型RFコイルのz軸上の感度分布である。図5(a)に示したバードケージ型RFコイルのz軸上の感度分布均一領域(実線両端矢印)は、図4(b)のバードケージ型RFコイルのz軸上の感度分布均一領域(点線両端矢印)よりも約7%拡大している。ここで、感度分布均一領域とは、感度不均一が30%以内となる撮影領域のZ軸方向の長さと定義した。
このようにバードケージ型RFコイルのリングの一部とRFシールドをキャパシタを介して接合し、その1つから給電することにより、感度分布均一度が向上するという効果がある。すなわち、RFコイルとRFシールドをキャパシタを介して接続することにより、RFシールド上に流れる高周波電流のパスをコントロールし、これにより感度分布をコントロールし、感度分布均一度を向上している。また、RFコイル中心と給電ポイントの存在するRFコイル/RFシールド接続部を含んで静磁場方向(z方向)に平行な面上に存在するRFコイルのラングをキャパシタと接続部を介してRFシールドと接続することにより(接続部505-2、505-3、505-4)、RFシールド上に静磁場方向(z方向)と平行な方向に流れる電流を増やすことができ、これによりz方向の感度分布均一性を向上させることができる。
図5(b)に図5(a)のコイルユニットの変形例を示す。図5(b)では、リング部と、リング部に接続するラング部と、リング部とRFシールドとをキャパシタを介して各々接続する12個の接続部が示されている。ここでも、接続部は、リングとラングの接合部に接合されている。図5(b)では、図5(a)の4つの接続部505-1、505-2、505-3、505-4の両隣のリング部とラング部の接合部8箇所を、キャパシタと接続部を介してRFシールドと接合している。ラング数が12なので、給電ポイントの存在するRFコイル/RFシールド接続部505-1とその隣のRFコイル/RFシールド接続部のコイル中心から見た実質的な角度は30°である。RFコイル中心と給電ポイントの存在するRFコイル/RFシールド接続部を含んで静磁場方向(z方向)に平行な面上に存在するRFコイル/RFシールド接続部505-2、505-3、505-4も同様に、コイル中心から見た実質的な角度30°の位置のRFコイル/RFシールド接続部に挟まれて配置されている。
図5(b)に示したバードケージ型RFコイルのリング上に配置されたキャパシタの容量と、RFコイル/RFシールド接続部に配置されたキャパシタの容量とを実質的に等しい値に設定して、128MHzにチューニングしたときの、z軸上の感度分布を図6(b)の実線で示す。図6(b)の点線で示した感度分布は図4(b)に示した通常のバードケージ型RFコイルのz軸上の感度分布である。図6(b)に示したバードケージ型RFコイルのz軸上の感度分布均一領域(実線両端矢印)は、通常のバードケージ型RFコイルのz軸上の感度分布均一領域(点線両端矢印)よりも約14%拡大している。
このようにバードケージ型RFコイルのリングの一部とRFシールドとをキャパシタと接続部を介して接合し、その1つから給電することにより、感度分布均一度が向上するという効果がある。すなわち、RFコイルとRFシールドをキャパシタを介して接続することにより、RFシールド上に流れる高周波電流のパスをコントロールし、これにより感度分布をコントロールし、感度分布均一度を向上している。RFコイル中心と給電ポイントの存在するRFコイル/RFシールド接続部を含んで静磁場方向(z方向)に平行な面上に存在するRFコイルのラングをRFシールドと接続し、さらに、それらの接続部を、前記静磁場方向(z方向)に平行な面に対して対称な位置のRFコイル/RFシールド接続部に挟まれて配置する構成とすることにより、RFシールド上に静磁場方向(z方向)と平行な方向に流れる電流を増やすことができ、これによりz方向の感度分布均一性を向上させることができる。RFコイル/RFシールド接続部はRFコイルの中心部を通ってかつ静磁場方向(z方向)と実質的に平行な直線について、線対称に配置される。これによりラング上あるいはRFシールド上に流れる電流が、給電点に対して対称な大きさとなるため、xy面の感度分布の均一性を向上させることができる。
図5(b)に示したバードケージ型RFコイルのリングとRFシールドとの接合部に配置されたキャパシタの容量を、リング上に配置されたキャパシタの容量よりも大きい値として、128MHzにチューニングしたときの、z軸上の感度分布を図6(c)の実線で示す。RFコイル/RFシールド接続部に配置されたキャパシタ容量を20pFとし、リング上に配置されたキャパシタの容量を5pFとした時、128MHzにチューニングした。図6(c)の点線で示した感度分布は図4(b)に示したバードケージ型RFコイルのz軸上の感度分布である。図6(c)に示したバードケージ型RFコイルのz軸上の感度分布(実線)は、図4(b)のバードケージ型RFコイルのz軸上の感度分布(点線)よりも中心感度の大きさは約3%低下する。一方で、図6(c)に示したバードケージ型RFコイルのz軸上の感度分布均一領域(実線両端矢印)は、図4(b)のバードケージ型RFコイルのz軸上の感度分布均一領域(点線両端矢印)よりも約25%拡大している。
このようにバードケージ型RFコイルのリングの一部とRFシールドとをキャパシタと接続部を介して接合し、その1つから給電することにより、感度分布均一度が向上するという効果がある。すなわち、RFコイルとRFシールドをキャパシタを介して接続することにより、RFシールド上に流れる高周波電流のパスをコントロールすることにより、感度分布をコントロールすることにより感度分布均一度を向上している。バードケージ型RFコイル/RFシールド接合部に配置されたキャパシタの容量を大きい値とすることにより、RFシールド上に流れる電流をより増やすことができ、これによりz方向の感度分布均一性を向上させることができる。
図7(a)に、図5のコイルユニットの変形例を示す。図7(a)では、リング部と、リング部に接続するラング部と、リング部とRFシールドとをキャパシタを介して各々接続する12個の接続部が示されている。つまり、バードケージ型RFコイルとRFシールドがキャパシタと接続部を介して12箇所で接合されている。ここでも、12個の接続部は、それぞれリングとラングの接合部に接合されている。
図7(a)のコイルユニットでは、RFコイル中心と給電ポイントの存在するRFコイル/RFシールド接続部を含んで静磁場方向(z方向)に平行な面上に存在するRFコイル/RFシールド接続部505-1、505-2、505-3、505-4が、コイル中心から見た実質的角度が60°の位置のRFコイル/RFシールド接続部(8箇所)に挟まれて配置されている。
図7(a)のコイルユニットでは、RFコイル中心と給電ポイントの存在するRFコイル/RFシールド接続部を含んで静磁場方向(z方向)に平行な面上に存在するRFコイル/RFシールド接続部505-1、505-2、505-3、505-4が、コイル中心から見た実質的角度が60°の位置のRFコイル/RFシールド接続部(8箇所)に挟まれて配置されている。
図7(a)に示したバードケージ型RFコイルのRFコイル/RFシールド接続部に配置されたキャパシタ容量を20pFとし、リング上に配置されたキャパシタの容量を7pFに設定し、128MHzにチューニングしたときの、z軸上の感度分布を図7(b)の実線で示す。図7(b)の点線で示した感度分布は図4(b)に示したバードケージ型RFコイルのz軸上の感度分布である。図7(a)に示したバードケージ型RFコイルのz軸上の感度分布均一領域(実線両端矢印)は、図4(b)のバードケージ型RFコイルのz軸上の感度分布均一領域(点線両端矢印)よりも約15%拡大している。このように、感度分布均一領域の拡がりの度合いは、給電ポイントの存在するRFコイル/RFシールド接続部と、それを挟むように、RFコイルのリングの円弧に沿って配置する2つのRFコイル/RFシールド接続部との、リング中心から見た角度に依存している。
図8に、給電ポイントの存在するRFコイル/RFシールド接続部とそれを挟むRFコイル/RFシールド接続部とのリング中心から見た角度と、感度分布均一領域の拡がりの度合いの関係をグラフにて示す。横軸は、給電ポイントの存在するRFコイル/RFシールド接続部と、それを挟むRFコイル/RFシールド接続部との、リング中心から見た角度αである。縦軸は、RFコイル/RFシールドを接合しない(非接合時)のバードケージ型RFコイルのz軸上の感度分布均一領域の長さを100%とした時に、RFコイル/RFシールド接続部を設けた時の感度分布均一領域の拡がりをパーセンテージで表したものである。角度αが10度〜60度の時に、感度分布均一領域の拡がりが15%以上となっていることが分かる。このようにバードケージ型RFコイルの給電ポイントの存在するRFコイル/RFシールド接続部と、それを挟むRFコイル/RFシールド接続部との、リング中心から見た角度を10度〜60度に設定することにより、感度分布均一度が特に向上するという効果がある。
また、RFコイル/RFシールド接続部に配置するキャパシタ容量の大きさを変化させることにより、z軸(静磁場方向)と実質的に垂直な面内の感度分布を変化させることができる。図9は、RFコイル/RFシールド接続部に配置するキャパシタ容量を10pF,20pF,30pF,40pFと変化させた時のy軸上の感度分布をそれぞれ、破線、実線、一点鎖線、二点鎖線で示している。
図9の点線で示した感度分布は図4(b)に示したバードケージ型RFコイルのy軸上の感度分布である。RFコイル/RFシールド接続部に配置するキャパシタ容量を変化させた時、リング上に配置されたキャパシタの容量を調整して128MHzにチューニングした。図9からRFコイル/RFシールド接続部に配置するキャパシタ容量を10pF,20pF,30pF,40pFと変化させた時に、y軸上の感度分布が変化していることが分かる。RFコイル/RFシールド接続部に配置するキャパシタ容量を大きくするにしたがって、y軸上の原点から離れた座標における感度は低下することが分かる。RFコイル/RFシールド接続部に配置するキャパシタを可変容量キャパシタで構成し、可変容量キャパシタ容量調整機構を設置することにより、感度分布を所望の分布に変化させることができる。例えば、被験者腹部表面あるいは背部表面の脂肪層の励起は意図的に少なくし、腹部深部の感度を意図的に高めることができる。
図9の点線で示した感度分布は図4(b)に示したバードケージ型RFコイルのy軸上の感度分布である。RFコイル/RFシールド接続部に配置するキャパシタ容量を変化させた時、リング上に配置されたキャパシタの容量を調整して128MHzにチューニングした。図9からRFコイル/RFシールド接続部に配置するキャパシタ容量を10pF,20pF,30pF,40pFと変化させた時に、y軸上の感度分布が変化していることが分かる。RFコイル/RFシールド接続部に配置するキャパシタ容量を大きくするにしたがって、y軸上の原点から離れた座標における感度は低下することが分かる。RFコイル/RFシールド接続部に配置するキャパシタを可変容量キャパシタで構成し、可変容量キャパシタ容量調整機構を設置することにより、感度分布を所望の分布に変化させることができる。例えば、被験者腹部表面あるいは背部表面の脂肪層の励起は意図的に少なくし、腹部深部の感度を意図的に高めることができる。
<第4の実施の形態>
本実施の形態のコイルユニットは、傾斜磁場コイル及びRFシールドの形状は、第1の実施の形態(図3)とほぼ同様であるが、RFコイルとRFシールドとの間をキャパシタを介して電気的に接続する複数の接続部を設けたことが特徴である。図10にその一例を示す。
本実施の形態のコイルユニットは、傾斜磁場コイル及びRFシールドの形状は、第1の実施の形態(図3)とほぼ同様であるが、RFコイルとRFシールドとの間をキャパシタを介して電気的に接続する複数の接続部を設けたことが特徴である。図10にその一例を示す。
図10(a)左図のz軸方向において、RFコイルの存在しない部位(内径がより小さい部位)で、傾斜磁場コイルが軸方向内側にせり出している。すなわち、傾斜磁場コイルの内径について、RFコイルのラング部の外周を覆う第1の部分の内径が、RFコイルの存在しない、傾斜磁場コイル端部近傍の第2の部分の内径よりも大きくなっている。こうすることで、飛び出させた部位においては傾斜磁場のメインコイルと傾斜磁場のシールドコイルとの間隔が拡がっているので、磁場発生効率を上げることが可能になり、傾斜磁場強度の増大もしくは傾斜磁場の立ち上がり速度の高速化を図ることが出来る。また第1の部分と第2の部分との接続部は、テーパー形状とする。
またRFコイルは、図5に示すコイルユニットと同様に、ラング数が12本のバードケージ型RFコイルで、そのリングの一部とRFシールドとをキャパシタと接続部とを介して接合し、その1つから給電するようにしている。
一例として、図10(a)のRFコイルのリング部直径は60cm、ラング長(z軸方向の軸長)は30cmである。
またRFコイルは、図5に示すコイルユニットと同様に、ラング数が12本のバードケージ型RFコイルで、そのリングの一部とRFシールドとをキャパシタと接続部とを介して接合し、その1つから給電するようにしている。
一例として、図10(a)のRFコイルのリング部直径は60cm、ラング長(z軸方向の軸長)は30cmである。
図10(a)に示したRFコイルは、図3(b)に示したRFコイル(ラング長40cm)よりも、RFコイルの軸長(ラング長)が短い。このため、図10(a)に示した傾斜磁場コイルは、図3(b)に示した傾斜磁場コイルよりも、傾斜磁場コイルが軸方向内側にせり出している部分の割合が傾斜磁場全体の長さに対して約15%多いため、より傾斜磁場コイルの磁場発生効率を上げることが可能である。
リング上に配置したキャパシタの容量を7pF、RFコイル/RFシールドの接合部に配置したキャパシタの容量を30pFに設定し、128MHzにチューニングした場合の感度分布を図10(b)に示す。実線で示した感度分布は、図10(a)に示したバードケージ型RFコイルのz軸上の感度分布である。図10(b)の点線で示した感度分布は、RFコイル/RFシールドの接続部がないバードケージ型RFコイルのz軸上の感度分布である。RFコイル/RFシールドの接続部がない場合、RFコイルのz軸方向の感度分布均一性は劣化するのに対し、z軸方向の感度分布均一度が大きく向上していることが分かる。このように、バードケージ型RFコイルのリングの一部とRFシールドとをキャパシタを介して接合し、その1つから給電することにより、感度分布均一度が向上するという効果がある。
<第5の実施の形態>
図11を用いて、RFコイル/RFシールドの接続部を有するバードケージ型RFコイルの他の実施の形態について説明する。一例として、図11のRFコイルのリング部直径は60cm、ラング長(z軸方向の軸長)は40cmである。ラング数は24である。
図11を用いて、RFコイル/RFシールドの接続部を有するバードケージ型RFコイルの他の実施の形態について説明する。一例として、図11のRFコイルのリング部直径は60cm、ラング長(z軸方向の軸長)は40cmである。ラング数は24である。
図11に示すRFコイルでは、給電ポイントの存在するRFコイル/RFシールド接続部505-1を、リング中心から見て30°の角度に位置するRFコイル/RFシールド接続部505-5、505-5'とリング中心から見て45°の角度に位置するRFコイル/RFシールド接続部505-6、505-6'で挟むように、RFコイルのリングの円弧に沿って複数の接続部が配置されている。
RFコイル中心と給電ポイントの存在するRFコイル/RFシールド接続部505-1を含んで静磁場方向(z方向)に実質的に平行な面上に存在するRFコイル/RFシールド接続部505-2についても、同様に、コイル中心から見た角度30°と45°の位置のRFコイル/RFシールド接続部505-7、505-7'、505-8、505-8'が接続部505-2を挟むように、RFコイルのリングの円弧に沿って配置されている。この構成では、給電ポイントの存在するRFコイル/RFシールド接続部505-1と、それを挟むRFコイル/RFシールド接続部とのリング中心から見た角度を37.5度(=(30+45)/2)に設定した場合と、実質上同じ感度分布となる。これは、図11に示したRFコイル/RFシールド接続部とした場合のRFシールド上に流れる電流のパスと、給電ポイントの存在するRFコイル/RFシールド接続部とそれを挟むRFコイル/RFシールド接続部とのリング中心から見た角度を37.5度に設定した場合のRFシールド上に流れる電流のパスが類似のものとなるためである。接続部の個数を増やすと部品点数が増加し、構成が複雑となるが、ラング数は4の倍数の整数値しかとれないため、上記の例のように、実質上2つのラングの間にRFコイル/RFシールド接続部を設けた場合と同じ感度分布を実現したい場合、給電ポイントの存在するRFコイル/RFシールド接続部を、複数のRFコイル/RFシールド接続部で挟む構成とすることでそれを実現可能である。
このようにRFコイル中心と給電ポイントの存在するRFコイル/RFシールド接続部を含んで静磁場方向(z方向)に平行な面上に存在するRFコイル/RFシールド接続部を、複数のRFコイル/RFシールド接続部で挟んでも、z方向の感度分布均一度が向上するという効果がある。
<第6の実施の形態>
図12を用いて、RFコイル/RFシールドの接続部を有するバードケージ型RFコイルにQD方式を適用する実施の形態について説明する。一例として、図12に示したRFコイルのリング部直径は60cm、ラング長(z軸方向の軸長)は40cmである。ラング数は24である。3テスラの静磁場強度における水素原子核の共鳴周波数である128MHzにチューニングしている。
図12に示したRFコイル/RFシールドの接続部を有するバードケージ型RFコイルは、2つの給電ポイント35−1と35−2を有している。それぞれの給電ポイントの存在するRFコイル/RFシールド接続部505-10、505-20を、リング中心から見て30°の角度に位置するRFコイル/RFシールド接続部で挟むように、RFコイルのリングの円弧に沿って複数の接続部が配置されている。この構成にすることにより、RFコイル/RFシールド接続部を有しないバードケージ型RFコイルに比べて、z方向の感度分布均一度を向上し、かつ、xy面の感度均一性を向上することができる。また、給電ポイントが単一の場合と比べて、受信時には、SN比が理論的に√2倍向上する。これは1つのポート(給電ポイント)から得られた信号を90度位相を遅らせて、もう片方のポートから得られた信号に足し合わせると、信号の大きさは2倍になるのに対して、ノイズは√2倍にしかならないためである。また、高周波磁場の照射時には、円偏波を照射することから電力が1/2で済むため、人体の高周波発熱を小さくすることができる。
図12を用いて、RFコイル/RFシールドの接続部を有するバードケージ型RFコイルにQD方式を適用する実施の形態について説明する。一例として、図12に示したRFコイルのリング部直径は60cm、ラング長(z軸方向の軸長)は40cmである。ラング数は24である。3テスラの静磁場強度における水素原子核の共鳴周波数である128MHzにチューニングしている。
図12に示したRFコイル/RFシールドの接続部を有するバードケージ型RFコイルは、2つの給電ポイント35−1と35−2を有している。それぞれの給電ポイントの存在するRFコイル/RFシールド接続部505-10、505-20を、リング中心から見て30°の角度に位置するRFコイル/RFシールド接続部で挟むように、RFコイルのリングの円弧に沿って複数の接続部が配置されている。この構成にすることにより、RFコイル/RFシールド接続部を有しないバードケージ型RFコイルに比べて、z方向の感度分布均一度を向上し、かつ、xy面の感度均一性を向上することができる。また、給電ポイントが単一の場合と比べて、受信時には、SN比が理論的に√2倍向上する。これは1つのポート(給電ポイント)から得られた信号を90度位相を遅らせて、もう片方のポートから得られた信号に足し合わせると、信号の大きさは2倍になるのに対して、ノイズは√2倍にしかならないためである。また、高周波磁場の照射時には、円偏波を照射することから電力が1/2で済むため、人体の高周波発熱を小さくすることができる。
一般的なマルチプルパッチレゾネーター(例えば特許文献2に記載のもの)において、送信用コイルのように寸法が大きいマルチプルパッチレゾネーターでQD方式を実施するためには、90度ずつ位置のずれた4つの給電ポートから90度ずつ位相のずれたパルスを送受信するのが一般的であるのに対して、本方式を用いれば128MHzという高い周波数で大きな寸法のRFコイルでQD方式を実施するにもかかわらず、2つの給電ポートから90度位相のずれたパルスを送受信することでQD方式を実施できる。マルチプルパッチレゾネーターは一般にリング部が存在しないことから、複数個存在するラングの電磁気的な独立性が高く、0度の位置のラングに給電しても180度の位置(反対側に位置する)のラングの電流までは影響が及びにくいのに対して、本実施例では、リング部が存在するため0度の位置のラングに給電して180度の位置(反対側に位置する)のラング電流にも影響を及ぼすことが可能であるためである。QD方式において、給電ポートが少ないことは製造コストも低減でき、使用時の調整も簡単にできるという効果がある。
図13に第6の実施の形態の変更例を示す。一例として、図13に示したRFコイルのリング部直径は60cm、ラング長(z軸方向の軸長)は40cmである。ラング数は24である。3テスラの静磁場強度における水素原子核の共鳴周波数である128MHzにチューニングしている。図13に示したRFコイル/RFシールドの接続部を有するバードケージ型RFコイルは、2つの給電ポイント35−1と35−2を有している。RFコイル中心と給電ポイントの存在するRFコイル/RFシールド接続部505-10、505-20をそれぞれ含んで静磁場方向(z方向)に実質的に平行な2つの面上(紙面に垂直な、互いに直交する2つの面)には、合計で8つのRFコイル/RFシールド接続部が存在する。前記8つのRFコイル/RFシールド接続部以外には、前記8つのRFコイル/RFシールド接続部の中間に8つのRFコイル/RFシールド接続部が存在する(合計16個の接続部)。このRFコイルは、1の給電ポイントの存在するRFコイル/RFシールド接続部505-10がリング中心から見て45°の角度に位置するRFコイル/RFシールド接続部で挟まれている。また、他の給電ポイントの存在するRFコイル/RFシールド接続部505-20がリング中心から見て45°の角度に位置するRFコイル/RFシールド接続部で挟まれている。そして、1の給電ポイントを挟む1のRFコイル/RFシールド接続部は、他の給電ポイントを挟む1のRFコイル/RFシールド接続部と共通する(図13の35−3で示す部分である)。このRFコイルは、給電ポイントの存在するRFコイル/RFシールド接続部がリング中心から見て45°の角度に位置するRFコイル/RFシールド接続部で挟まれたRFコイルと、該RFコイルを90°角度をずらして配置したRFコイルに対してQD方式を適用したRFコイルとして動作する。図12に示した例と比較し、RFコイル/RFシールド接続部の個数が少ないため、製造コストを低減できるという効果がある。
図14に第6の実施の形態の別の変更例を示す。一例として、図14に示したRFコイルのリング部直径は60cm、ラング長(z軸方向の軸長)は40cmである。ラング数は12である。3テスラの静磁場強度における水素原子核の共鳴周波数である128MHzにチューニングしている。
図14に示したRFコイル/RFシールドの接合部を有するバードケージ型RFコイルは、2つの給電ポイント35−1と35−2を有している。それぞれの給電ポイントの存在するRFコイル/RFシールド接続部505-10、505-20は、リング中心から見て30°の角度に位置するRFコイル/RFシールド接続部で挟まれている。この構成にすることにより、RFコイル/RFシールド接続部を有しないバードケージ型RFコイルに比べて、z方向の感度分布均一度を向上し、かつ、xy面の感度均一性を向上することができる。ラング数が12であるため、結果的に全てのラングがRFシールドと接続されている。一般的なマルチプルパッチレゾネーター(例えば特許文献2に記載のもの)において、送信用コイルのように寸法が大きいマルチプルパッチレゾネーターでQD方式を実施するためには、90度ずつ位置のずれた4つの給電ポートから90度ずつ位相のずれたパルスを送受信するのが一般的であるのに対して、本方式を用いれば128MHzという高い周波数で大きな寸法のRFコイルでQD方式を実施するにもかかわらず、2つの給電ポートから90度位相のずれたパルスを送受信することでQD方式を実施できる。一般的なマルチプルパッチレゾネーターではリング部が存在しないことから、複数個存在するラングの電磁気的な独立性が高いため1つのポートにおける調整が、離れたラングの電流までは影響が及びにくいのに対して、本実施例では、リング部が存在するため1つのポートにおける調整により離れたラング電流にも影響を及ぼすことが可能であるためである。QD方式において、給電ポートが少ないことは製造コストも低減でき、使用時の調整も簡単にできるという効果がある。
このコイルユニットは、図12に示したコイルユニットと同様の効果が得られ、また性能はほぼ同等であるが、ラング数が少ないため、製造コストを低減できるという効果がある。
図14に示したRFコイル/RFシールドの接合部を有するバードケージ型RFコイルは、2つの給電ポイント35−1と35−2を有している。それぞれの給電ポイントの存在するRFコイル/RFシールド接続部505-10、505-20は、リング中心から見て30°の角度に位置するRFコイル/RFシールド接続部で挟まれている。この構成にすることにより、RFコイル/RFシールド接続部を有しないバードケージ型RFコイルに比べて、z方向の感度分布均一度を向上し、かつ、xy面の感度均一性を向上することができる。ラング数が12であるため、結果的に全てのラングがRFシールドと接続されている。一般的なマルチプルパッチレゾネーター(例えば特許文献2に記載のもの)において、送信用コイルのように寸法が大きいマルチプルパッチレゾネーターでQD方式を実施するためには、90度ずつ位置のずれた4つの給電ポートから90度ずつ位相のずれたパルスを送受信するのが一般的であるのに対して、本方式を用いれば128MHzという高い周波数で大きな寸法のRFコイルでQD方式を実施するにもかかわらず、2つの給電ポートから90度位相のずれたパルスを送受信することでQD方式を実施できる。一般的なマルチプルパッチレゾネーターではリング部が存在しないことから、複数個存在するラングの電磁気的な独立性が高いため1つのポートにおける調整が、離れたラングの電流までは影響が及びにくいのに対して、本実施例では、リング部が存在するため1つのポートにおける調整により離れたラング電流にも影響を及ぼすことが可能であるためである。QD方式において、給電ポートが少ないことは製造コストも低減でき、使用時の調整も簡単にできるという効果がある。
このコイルユニットは、図12に示したコイルユニットと同様の効果が得られ、また性能はほぼ同等であるが、ラング数が少ないため、製造コストを低減できるという効果がある。
以上、本発明を特定の形態について説明したが、上記以外の形態についても同様に、RFコイル中心と給電ポイントの存在するRFコイル/RFシールド接続部を含んで静磁場方向(z方向)に平行な面上に存在するRFコイル/RFシールド接続部を、RFコイル/RFシールド接続部で挟んでも、z方向の感度分布均一度が向上するという効果がある。例えば、図15に示す例のように、傾斜磁場コイルは凹みをもたず、RFシールドも円筒導体の場合でも、RFコイル/RFシールド接続部を設けることによりバードケージ型コイルの感度分布を向上させることができる。
本発明のRFコイルは、MRI装置の一部品として使用可能のほか、数MHzから数GHzの周波数を持つ電磁波を使用するあらゆる機器に応用可能である。
1…被検体、2…静磁場発生系、3…傾斜磁場発生系、4…シーケンサ、5…送信系、6…受信系、7…信号処理系、8…中央処理装置(CPU)、9…傾斜磁場コイル、10…傾斜磁場電源、11…高周波発信器、12…変調器、13…高周波増幅器、14a…高周波コイル(送信コイル)、14b…高周波コイル(受信コイル)、15…信号増幅器、16…直交位相検波器、17…A/D変換器、18…磁気ディスク、19…光ディスク、20…ディスプレイ、21…ROM、22…RAM、23…トラックボール又はマウス、24…キーボード。
Claims (22)
- 静磁場を発生させる環状の静磁場発生源と、
前記静磁場発生源で囲まれる検査領域で前記静磁場発生源に沿って配置される傾斜磁場コイルと、
前記傾斜磁場コイルよりも前記検査領域の中心に近い位置で、前記傾斜磁場コイルに沿って配置され、前記静磁場の方向と実質的に直交する面に位置する第1ループコイル及び第2ループコイルと、前記第1ループコイルと前記第2ループコイルとを接続し、前記静磁場の方向と実質的に平行な複数の線状導体と、前記第1ループコイルと前記第2ループコイル及び/又は線状導体に配置される複数の第1キャパシタとを具備する高周波コイルと、
前記傾斜磁場コイルと前記高周波コイルとの間に設置され、前記高周波コイルの外周を覆う導体部とを備え、
前記高周波コイルと前記導体部とをキャパシタを介して電気的に接続する複数の接続部を備え、前記複数の接続部の少なくとも一つの接続部においてキャパシタと並列に設置される給電回路を具備することを特徴とする核磁気共鳴計測装置。 - 請求項1に記載の核磁気共鳴計測装置であって、
前記接続部は、前記第1ループコイルと前記導体部との間及び前記第2ループと前記導体部との間にそれぞれ備えられることを特徴とする核磁気共鳴計測装置。 - 請求項1に記載の核磁気共鳴計測装置であって、
前記高周波コイルと前記導体部とを第2のキャパシタを介して接続し、かつ前記第2のキャパシタと並列に設置される給電回路とを具備する第1接続部と、
前記高周波コイルと前記導体部とを第3キャパシタを介して接続する第2接続部とを有することを特徴とする核磁気共鳴計測装置。 - 請求項3に記載の核磁気共鳴計測装置であって、
前記高周波コイルと前記導体部とを第4キャパシタを介して接続する第3接続部と、
前記高周波コイルと前記導体部とを第5キャパシタを介して接続する第4接続部と、
前記高周波コイルと前記導体部とを第6キャパシタを介して接続する第5接続部と、
前記高周波コイルと前記導体部とを第7キャパシタを介して接続する第6接続部とをさらに有し、
前記第3接続部と前記第4接続部とは、前記第1ループコイルに沿ってかつ前記第1接続部を挟んで配置され、
前記第5接続部と前記第6接続部とは、前記第1ループコイルに沿ってかつ前記第2接続部を挟んで配置されることを特徴とする核磁気共鳴計測装置。 - 請求項4に記載の核磁気共鳴計測装置であって、
前記第3接続部と前記第4接続部とは、前記第1接続部からみて前記第1ループの中心点を中心として10度以上60度以下の範囲に配置され、
前記第5接続部と前記第6接続部とは、前記第2接続部からみて前記第1ループの中心点を中心として10度以上60度以下の範囲に配置されることを特徴とする請求項1に記載の核磁気共鳴計測装置。 - 請求項3に記載の核磁気共鳴計測装置であって、
前記第2キャパシタ及び/第3キャパシタは、前記第1キャパシタよりも容量が大きいことを特徴とする核磁気共鳴計測装置。 - 請求項4に記載の核磁気共鳴計測装置であって、
前記第2キャパシタ、前記第3キャパシタ、前記第4キャパシタ、前記第5キャパシタ、前記第6キャパシタ、及び前記第7キャパシタは、前記第1キャパシタよりも容量が大きいことを特徴とする核磁気共鳴計測装置。 - 請求項3に記載の核磁気共鳴計測装置であって、
前記第1キャパシタ及び/第3キャパシタの容量は、前記第2キャパシタの容量と実質的に等しいことを特徴とする核磁気共鳴計測装置。 - 請求項3に記載の核磁気共鳴計測装置であって、
前記第2キャパシタ及び前記第3キャパシタのいずれかが容量可変キャパシタであることを特徴とする核磁気共鳴計測装置。 - 請求項1に記載の核磁気共鳴計測装置であって、
前記複数の接続部は、それぞれ、前記第1ループコイルと前記複数の線状導体との複数の接合部及び第2ループコイルと前記複数の線状導体との複数の接合部のいずれかに接合することを特徴とする核磁気共鳴計測装置。 - 請求項3に記載の核磁気共鳴計測装置であって、
前記第1接続部と前記第2接続部は、それぞれ、前記第1ループコイルと前記複数の線状導体との複数の接合部及び第2ループコイルと前記複数の線状導体との複数の接合部のいずれかに接合することを特徴とする核磁気共鳴計測装置。 - 請求項2に記載の核磁気共鳴計測装置であって、
前記第1接続部、前記第2接続部、前記第3接続部、前記第4接続部、前記第5接続部、前記第6接続部の各々は、前記第1ループコイルと前記複数の線状導体との複数の接合部及び第2ループコイルと前記複数の線状導体との複数の接合部のいずれかに接合することを特徴とする請求項4に記載の核磁気共鳴計測装置。 - 請求項1に記載の核磁気共鳴計測装置であって
前記傾斜磁場コイルは、前記高周波コイルの外周を囲む第1の部分と、前記傾斜磁場コイルの端部近傍の第2の部分とを有し、前記第1の部分の直径は前記第2の部分の直径よりも大きいことを特徴とする核磁気共鳴計測装置。 - 請求項13に記載の核磁気共鳴計測装置であって、
前記傾斜磁場コイルは、前記第1の部分と前記第2の部分との間にテーパー部を有することを特徴とする核磁気共鳴計測装置。 - 請求項1に記載の核磁気共鳴計測装置であって
前記傾斜磁場コイルは、前記静磁場発生源によって生じる静磁場の方向の中心部から端部へ向かって内径が小さくなる形状を有することを特徴とする核磁気共鳴計測装置。 - 請求項3に記載の核磁気共鳴計測装置であって
前記第2接続部は前記第3キャパシタと並列に設置される給電回路を具備することを特徴とする核磁気共鳴計測装置。 - 請求項4に記載の核磁気共鳴計測装置であって
前記第2接続部は前記第3キャパシタと並列に設置される給電回路を具備することを特徴とする核磁気共鳴計測装置。 - 静磁場を発生させる環状の静磁場発生源と、
前記静磁場発生源で囲まれる検査領域で前記静磁場発生源に沿って配置される傾斜磁場コイルと、
前記傾斜磁場コイルよりも前記検査領域の中心に近い位置で、前記傾斜磁場コイルに沿って配置され、前記静磁場の方向と実質的に直交する面に位置する第1ループコイル及び第2ループコイルと、前記第1ループコイルと前記第2ループコイルとを接続し、前記静磁場の方向と実質的に平行な複数の線状導体と、前記第1ループコイルと前記第2ループコイルとに配置される複数の第1キャパシタとを具備する高周波コイルと、
前記傾斜磁場コイルと前記高周波コイルとの間に設置される導体部とを有し、
前記導体部は前記高周波コイルの外周を覆い、前記傾斜磁場コイルは、前記高周波コイルの外周を囲む第1の部分と、前記傾斜磁場コイルの端部近傍の第2の部分とを有し、前記第1の部分の直径は前記第2の部分の直径よりも大きいことを特徴とする核磁気共鳴計測装置。 - 前記傾斜磁場コイルは、前記第1の部分と前記第2の部分との間にテーパー部を有することを特徴とする請求項18に記載の核磁気共鳴計測装置。
- 静磁場を発生させる環状の静磁場発生源と、
前記静磁場発生源で囲まれる検査領域で前記静磁場発生源に沿って配置される傾斜磁場コイルと、
前記傾斜磁場コイルよりも前記検査領域の中心に近い位置で、前記傾斜磁場コイルに沿って配置され、前記静磁場の方向と実質的に直交する面に位置する第1ループコイル及び第2ループコイルと、前記第1ループコイルと前記第2ループコイルとを接続し、前記静磁場の方向と実質的に平行な複数の線状導体と、前記第1ループコイルと前記第2ループコイルとに配置される複数の第1キャパシタとを具備する高周波コイルと、
前記傾斜磁場コイルと前記高周波コイルとの間に設置される導体部とを有し、
前記導体部は前記高周波コイルの外周を覆い、前記傾斜磁場コイルは、前記静磁場発生源によって生じる静磁場の方向の中心部から端部へ向かって内径が小さくなる形状を有することを特徴とする核磁気共鳴計測装置。 - 印加されるべき静磁場の方向と実質的に直交する面に位置する第1ループコイル及び第2ループコイルと、前記第1ループコイルと前記第2ループコイルとを接続し、前記静磁場の方向と実質的に平行な複数の線状導体と、前記第1ループコイルと前記第2ループコイルとに配置される複数の第1キャパシタとを具備する高周波コイルと、
前記高周波コイルの外周を覆う導体部とを備え、
前記高周波コイルと前記導体部とをキャパシタを介して電気的に接続する複数の接続部を備え、前記複数の接続部の少なくとも一つの接続部においてキャパシタと並列に設置される給電回路を具備することを特徴とするコイルユニット。 - 請求項21に記載のコイルユニットであって、
前記高周波コイルと前記導体部とを第2キャパシタを介して電気的に接続し、かつ前記第2キャパシタと並列に設置される給電回路とを具備する第1接続部と、
前記高周波コイルと前記導体部とを第3キャパシタを介して接続する第2接続部とを有するコイルユニット。
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