JP2003159229A

JP2003159229A - 磁気共鳴イメージング装置

Info

Publication number: JP2003159229A
Application number: JP2001364258A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Suzuki; 伸一郎鈴木
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2001-11-29
Filing date: 2001-11-29
Publication date: 2003-06-03

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の課題は、ＱＤコイルの受信感度の低
下を低減することにある。【解決手段】静磁場空間に置かれた被検体１に高周波
パルスを印加して前記被検体１を励起し、この励起によ
って生じる磁気共鳴信号を受信コイル１４ｂで検出し
て、この受信コイル１４ｂが検出した検出信号に基づき
画像を再構成する磁気共鳴イメージング装置において、
受信コイル１４ｂは、複数ターンのソレノイドコイル３
２と、このソレノイドコイル３２のコイル軸に直交する
コイル軸を有する複数ターンのサドルコイル３１とを備
え、ソレノイドコイル３２とサドルコイル３１の少なく
とも一方のコイルの各ターンに、各ターンの直列静電容
量を調整する可変コンデンサ２３を設けてなることを特
徴とする磁気共鳴イメージング装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気共鳴イメージ
ング装置に係り、特に、受信コイルの感度向上に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、磁気共鳴イメージング装置（以
下、ＭＲＩ装置と称する）は、生体組織を構成する原子
核に高周波磁場を照射して磁気共鳴を起こさせ、それに
よって発生する核磁気共鳴信号（以下、ＮＭＲ信号と称
する）を受信コイルで受信し、この受信したＮＭＲ信号
をフーリエ変換して画像を再構成するもので、被検体の
任意箇所における断層像などを得るために広く利用され
ている。

【０００３】このようなＭＲＩ装置のＮＭＲ信号の受信
には、静磁場と直交する方向に高周波磁場を発生する受
信コイル、例えば、静磁場の方向と直交するコイル軸を
有する受信コイルが使用される。受信コイルが受信した
ＮＭＲ信号の信号強度は、再構成された画像の信号雑音
比（以下、ＳＮ比と称する）に影響する。このため、受
信コイルは、感度向上のための研究、改良がなされてお
り、サドルコイルやソレノイドコイル、２つのコイルの
組み合せたクアドラチャコイル（以下、ＱＤコイルと称
する）などが提案されている。

【０００４】ＱＤコイルは、コイル軸を互いに直交させ
て配置したコイルでＮＭＲ信号を検出するものである。
このＱＤコイルでＮＭＲ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コイルから検出される。
これらコイルから検出された信号を合成することによ
り、ＱＤコイルは、１つのコイルで形成された受信コイ
ルに比べ、ＳＮ比が√２倍向上する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ＱＤコイル
は、製作の精度上、例えば、コイルを形成する銅板に機
械的な歪みが生じる場合がある。歪みが生じたコイル
は、各ターンで発生する磁束の方向が不揃いとなり、各
ターンの磁束を合成したコイルの磁束方向は、コイル断
面の中心軸、つまり、コイル軸と一致せずにずれが生じ
る。コイルの磁束方向とコイル軸の方向が一致しない
と、２つのコイルのコイル軸を直交させても磁束方向が
直交しないため、２つのコイルの間で磁気結合や容量結
合による干渉が起こり、ＱＤコイルのＳＮ比が低下す
る。

【０００６】本発明の課題は、ＱＤコイルの受信感度の
低下を低減することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を次
の手段により解決する。すなわち、本発明は、受信コイ
ルを複数ターンの第１のコイルと、この第１のコイルの
コイル軸に直交するコイル軸を有する複数ターンの第２
のコイルとで構成し、前記第１と第２のコイルの少なく
とも一方のコイルの各ターンに、各ターンの直列静電容
量を調整する可変コンデンサを設けてなることを特徴と
する。

【０００８】このように構成された受信コイルによれ
ば、各ターンに設けられた可変コンデンサをそれぞれ調
整することにより、各ターンの磁束の方向を変更するこ
とができる。その結果、コイルのターンに機械的な歪み
が生じた場合、そのターンの可変コンデンサを調整する
ことにより、そのターンで発生する磁束の方向を変更し
て、受信コイルの磁束の合成方向をコイルの中心軸に合
わせることができる。これにより、コイル軸が直交する
２つのコイルの機械的な歪みに起因する磁気結合や容量
結合による干渉を回避して、受信コイルの受信感度の低
下を低減できる。

【０００９】本発明の受信コイルは、互いのコイル軸が
直交する第１のコイルと第２のコイルにより構成し、第
１のコイルは、コイル軸を一致させて同軸上に対向配置
されたそれぞれ複数ターンの２つのコイルで形成し、第
２のコイルは、コイル軸を一致させて同軸上に対向配置
された２つのコイルで形成し、第１と第２のコイルは、
それぞれの２つのコイルに挟まれた空間を重複させるよ
うに形成し、第１のコイル及び第２のコイルの各ターン
に、各ターンの直列静電容量を調整する可変コンデンサ
を設けた構成のコイルにも適用できる。この場合、第１
のコイルは、ソレノイド型のコイルで、第２のコイル
は、サドル型のコイルで構成することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用してなるＭＲ
Ｉ装置の一実施形態について図１乃至図４を参照して説
明する。図１は、本発明を適用してなるＭＲＩ装置の一
実施形態の概略構成を示すブロック図である。図２は、
本実施形態のＱＤコイルの概略構成図である。図３は、
ＱＤコイルのソレノイドコイルが歪んだ状態を説明する
図である。図４は、ソレノイドコイルの動作電位及び動
作電流の説明図である。

【００１１】本実施形態のＭＲＩ装置は、図１に示すよ
うに、静磁場発生磁気回路２、傾斜磁場発生系３、送信
系４、受信系５、信号処理系７、シーケンサ７、及び中
央処理装置（以下、ＣＰＵと称する）８等を備えて構成
される。

【００１２】静磁場発生磁気回路２は、被検体１が置か
れる空間に任意な方向に均一な静磁場を発生させるもの
であり、例えば、その静磁場の方向は、被検体１の体軸
方向又は体軸に直交する方向である。静磁場発生磁気回
路２は、図示しない常電導、或いは超電導磁石を用いて
形成される。この静磁場発生磁気回路２が発生する均一
な静磁場空間内に傾斜磁場発生系３の傾斜磁場コイル
９、送信系４の高周波コイルである照射コイル１４ａ、
受信系５の高周波コイルである受信コイル１４ｂが設置
されている。

【００１３】傾斜磁場発生系３は、互いに直交するデカ
ルト座標系軸方向、すなわち直交３軸のＸ軸方向、Ｙ軸
方向及びＺ軸方向にそれぞれ独立に傾斜磁場を発生する
傾斜磁場コイル９と、その傾斜磁場コイル９の駆動電流
を供給する傾斜磁場電源１０を有して構成されている。
傾斜磁場電源１０は、シーケンサ７の命令に従って傾斜
磁場コイル９に駆動電源を供給し、傾斜磁場コイル９
は、位置に比例した直交３軸方向のスライス傾斜磁場Ｇ
ｓ、エンコード傾斜磁場Ｇｐ、リードアウト傾斜磁場Ｇ
ｆを被検体１に印加する。この傾斜磁場の与え方によっ
て断層像のスライス面を設定することができる。

【００１４】シーケンサ７は、ＣＰＵ８からの制御指令
に基づいて動作し、被検体１の生体組織を構成する原子
の原子核に核磁気共鳴を起こさせる高周波磁場パルス
（以下、ＲＦパルスと称する）を、ある所定のパルスシ
ーケンスと称される撮像シーケンスに従って繰り返し印
加するものである。また、シーケンサ７は、被検体１の
断層像のデータ収集に必要な種々の命令を送信系４、静
磁場発生磁気回路２、傾斜磁場発生系３、受信系５に送
り、断層像を撮像するのに必要な制御を実行するもので
ある。

【００１５】送信系４は、シーケンサ７の制御により被
検体１を励起させるためにＰＦパルスを照射するもの
で、高周波発振器１１、変調器１２、増幅器１３及び照
射コイル１４ａを有して構成されている。そして、送信
系４は、シーケンサ７の命令に従って、高周波発振器１
１から出力されるＲＦパルスを変調器１２で振幅変調
し、さらに増幅器１３で増幅した後、照射コイル１４ａ
に供給して所定のパルス状の電磁波、つまり、ＰＦパル
スを照射パルスとして被検体１に印加する。

【００１６】受信系５は、被検体１の生体組織における
原子核の核磁気共鳴により放出されるエコー信号、つま
り、被検体１の励起によって生じるＮＭＲ信号を検出す
るもので、受信側の受信コイル１４ｂ、増幅器であるオ
ペアンプ１５、直交位相検波器１６及びＡ／Ｄ変換器１
７を有して構成される。ＲＦパルスの受信には、静磁場
と直交する向きに高周波磁場を発生する受信コイル１４
ｂが使用される。受信コイル１４ｂは、被検体１からの
ＮＭＲ信号を検出するものであり、受信コイル１４ｂが
ＮＭＲ信号を検出すると、検出されたＮＭＲ信号は、オ
ペアンプ１５で増幅され直交位相検波器１６で検波され
た後、Ａ／Ｄ変換器１７でデジタル量に変換される。な
お、ＮＭＲ信号は、シーケンサ７の制御によるタイミン
グで直交位相検波器１６によりサンプリングされた２系
列の収集データに変換され、ＣＰＵ８に送られる。

【００１７】信号処理系７は、受信コイル１４ｂにより
検出された検出信号を使って対象物体の画像を得る画像
再構成手段であり、ＣＰＵ８、磁気ディスク１８、磁気
テープ１９、ＣＲＴなどのディスプレイ２０及びコマン
ドなどの入力手段であるキーボード２１を有して構成さ
れる。ＣＰＵ８は、予め定められたプログラムに従いシ
ーケンサ７、送信系４、受信系５、信号処理系６の各々
を制御するものであり、受信系５から入力されたデータ
を信号処理し、フーリエ変換処理を含む画像再構成処理
を行い、任意断面の信号強度分布あるいは所定の処理を
した画像を作成して、被検体１の所望の断層像をディス
プレイ２０に表示する。磁気ディスク１８及び磁気テー
プ１９は、ＣＰＵ８により再構成された画像のデータを
記録する外部記憶手段である。ディスプレイ２０は、磁
気ディスク１８及び磁気テープ１９に格納されている画
像データを映像化して断層像として表示する。これらの
処理の選択及び設定は、ＣＰＵ８の入力手段であるキー
ボード２１を介して行なう。

【００１８】ここで、本発明の特徴部である受信コイル
の構成及び動作について説明する。

【００１９】本実施形態の受信コイル１４ｂは、図２に
示すように、サドルコイル３１とソレノイドコイル３２
の組み合せからなるＱＤコイルである。ＱＤコイルは、
互いのコイル軸が直交する２つのコイルで信号を検出
し、信号の位相を一致させてから加算することにより、
ＳＮ比を向上させるものである。

【００２０】ＱＤコイルのソレノイドコイル３２は、例
えば、コイル軸のまわりに円筒状に巻かれた４ターンの
銅板で、コイル軸を一致させて同軸上に対向配置された
それぞれ２ターンの２つのコイルで形成されている。一
対のソレノイドコイル３２の間には、静磁場発生磁気回
路２及び傾斜磁場発生系３により生成される静磁場空間
が含まれる。静磁場空間をコイル間に含むソレノイドコ
イル３２には、各ターンに直列に共振容量素子２２ｅ〜
２２ｌが設けられ、共振容量素子２２ｈの両端には、端
子ｄ３、ｄ４がそれぞれ接続されている。また、共振容
量素子２２ｅ、２２ｇ、２２ｊ、２２ｌには、それぞれ
並列に可変容量２３ｃ〜２３ｆが設けられている。

【００２１】サドルコイル３１は、コイル軸を一致させ
て同軸上に対向配置された２つのコイルで形成されてい
る。サドルコイル３１の２つのコイルは、それぞれ１タ
ーンで、ソレノイドコイル３２の円筒状の外側面に沿っ
て湾曲して形成されている。この一対のサドルコイル３
１の間には、ソレノイドコイル３２同様、静磁場発生磁
気回路２及び傾斜磁場発生系３により生成される静磁場
空間が含まれる。静磁場空間をコイル間に含むサドルコ
イル３１には、各ターンに直列に共振容量素子２２ａ〜
２２ｄが設けられ、共振容量素子２２ｃの両端には、端
子ｄ１、ｄ２がそれぞれ接続されている。また、共振容
量素子２２ｂ、２２ｄに、それぞれ並列に可変容量２３
ａ、２３ｂが設けられている。サドルコイル３１及びソ
レノイドコイル３２に設けられた可変容量２３ａ〜２３
ｆは、各ターンの直列静電容量を調整する可変コンデン
サであり、トリマの回転数に応じて容量が変化する。

【００２２】これらソレノイドコイル３２とサドルコイ
ル３１は、互いのコイル軸が同一平面内で直交し、それ
ぞれの２つのコイルに挟まれた空間を重複する位置に配
置されている。

【００２３】ここで、本実施形態のソレノイドコイル３
２に機械的な歪みが生じたとする。ソレノイドコイル３
２は、図３に示すように、共振容量素子２２ｅ、２２ｈ
が直列に設けられた第１のターン３３、共振容量素子２
２ｆ、２２ｇが直列に設けられた第２のターン３４、共
振容量素子２２ｉ、２２ｊが直列に設けられた第３のタ
ーン３５、及び、共振容量素子２２ｋ、２２ｌが直列に
設けられた第４のターン３６で構成され、第４のターン
３６に機械的な歪みが生じ、上端部が第３のターン３５
から離れる方向に傾斜している。

【００２４】このように、第４のターン３６が傾斜した
状態でソレノイドコイル３２に電流が流れると、この電
流が誘起する磁束の方向は、各ターンの面に直交する方
向となるので、第４のターン３６の磁束方向は、ソレノ
イドコイル３２のコイル軸の方向からずれる。

【００２５】２対のコイルで信号を検出する受信コイル
１４ｂは、２対のコイルがそれぞれ単体で発揮する性能
を損失なく理想的に合成した場合、１つのコイルで形成
された受信コイルに比べ、ＳＮ比が√２倍向上する。し
かし、図３のように、ソレノイドコイル３２に機械的な
歪みが生じると、第１乃至第４のターン３３〜３６まで
の磁束を合成した磁束方向、つまり、ソレノイドコイル
３２総体としての磁束方向がコイル軸と一致せず、ソレ
ノイドコイル３２とサドルコイル３１の間で磁気結合や
容量結合による干渉が起こり、ＳＮ比が√２倍未満とな
る。

【００２６】これに対し、本実施形態のソレノイドコイ
ル３２は、各ターンにそれぞれ可変容量２３ｃ〜２３ｆ
が設けられているので、それぞれの可変容量２３ｃ〜２
３ｆを個別に増減することにより、ソレノイドコイル３
２全体としての磁束方向を変化させ、サドルコイル３１
の磁束方向と直交する方向へ矯正することができ、コイ
ル間の磁気結合や容量結合による干渉を低減し、受信コ
イル１４ｂ、つまり、ＱＤコイルの受信感度を向上する
ことができる。

【００２７】具体的に、ソレノイドコイル３２が共振し
ているときは、図４の（ａ）に示すように、ソレノイド
コイル３２の上に定在波電流２４、定在波電圧２５が立
っており、定在波電流２４、定在波電圧２５の腹と節は
１／４波長ごとに交互に並んでいる。しかし、一般的な
ダイボールアンテナにおいて、アンテナに設けられた延
長コイルや短縮コンデンサにより、実際の幾何学的な長
さを電気的に増減できるように、コイルにおいても同様
の手段により、幾何学的な長さを電気的に変化させるこ
とができる。本実施形態のソレノイドコイル３２では、
可変容量２３ｃ〜２３ｆの容量を減じる操作が延長コイ
ルに、容量を増す操作が短縮コンデンサに相当する。

【００２８】ソレノイドコイル３２の共振周波数は一定
なので、可変容量２３ｃ〜２３ｆの容量の総和は一定で
なければならない。そこで、可変容量２３ｃ〜２３ｆの
容量の総和を一定に保ちつつ、可変容量２３ｃ〜２３ｆ
を個別に増減することによって、ソレノイドコイル３２
上の各場所の電気的な長さに変化をつける。つまり、ソ
レノイドコイルの可変容量２３ｃ〜２３ｆを個別に増減
すると、図４の（ａ）及び（ｂ）に示すように、コイル
上の定在波電流２４、定在波電圧２５は、それぞれ定在
波電流２６、定在波電圧２７に変化する。ソレノイドコ
イル３２上の定在波電流２６が変化すると、この定在波
電流２６により誘起されるソレノイドコイル３２の磁場
が変化して磁束方向が変わる。

【００２９】すなわち、受信コイル１４ｂにおいて、ソ
レノイドコイル３２の可変容量２３ｃ〜２３ｆを個別に
増減することにより、能動的にソレノイドコイル３２の
各ターンの磁束方向を変化させて、ソレノイドコイル３
２総体としての磁束方向をコイル断面の中心軸に合わせ
ることができる。

【００３０】このように、受信コイル１４ｂであるＱＤ
コイルを構成することにより、ソレノイドコイル３２の
機械的な歪みが原因で発生するサドルコイル３１との磁
気結合や容量結合を切ることができ、ソレノイドコイル
３２及びサドルコイル３１で受信する高周波磁場の位相
が９０°からずれるのを補正することができる。このた
め、ＱＤコイルのＳＮ比の低下を低減することができ
る。

【００３１】以上は、ソレノイドコイル３２に機械的な
歪みが生じている場合の説明であるが、サドルコイル３
１、あるいは両方のコイルに歪みが生じた場合も同様に
調整可能である。

【００３２】また、本実施形態の受信コイルであるＱＤ
コイルは、ソレノイド型及びサドル型のコイルにより構
成されているが、本発明のＭＲＩ装置の受信コイルは、
ＱＤコイルであれば、それを構成するコイルは他のどの
ような型でも適用することができる。また、ＱＤコイル
を同一の２つのコイルで形成することもできる。要は、
ＱＤコイルを構成する２つのコイルの各ターンごとに可
変コンデンサを設け、各々の可変コンデンサを個別に調
整することにより、コイル全体のコンデンサの容量を一
定に保った状態で、磁束の方向を変化させ、コイルの機
械的な歪みが原因で発生するＱＤコイルの磁気結合や容
量結合を切ることができればよい。

【００３３】また、本実施形態のソレノイドコイルは、
固定式コイル、フレキシブルコイルなどとすることがで
きる。例えば、固定式コイルは、ＦＲＰなどに銅板を張
り付けて形成されたものである。フレキシブルコイル
は、帯状に形成され、例えば、柔らかい厚さ１ｍｍ程度
のアクリル板にフラットケーブル状のコイルが張り付け
られたもので、曲げ伸ばしが可能である。また、フレキ
シブルコイルは、例えば、帯状に形成された両端をコネ
クタにより接続し、このコネクタのサイズを変更するこ
とによりコイルの径の大きさを変更することができる。

【００３４】また、本発明のＭＲＩ装置は、均一な磁場
の発生手段として、静磁場発生磁気回路に代わり永久磁
石を用いることができる。また、本実施形態のＭＲＩ装
置は、受信コイルとしてＱＤコイルを用いたが、ＱＤコ
イルは、送信用及び送受信兼用に用いることができる。
また、本発明の可変コンデンサとして、トリマコンデン
サを適用することができる。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、ＱＤコイルの受信感度
の低下を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用してなるＭＲＩ装置の一実施形態
の概略構成を示すブロック図である。

【図２】ＱＤコイルの概略構成図である。

【図３】ＱＤコイルのソレノイドコイルが歪んだ状態を
説明する図である。

【図４】ソレノイドコイルの動作電位及び動作電流の説
明図である。

【符号の説明】

１被検体２静磁場発生磁気回路３傾斜磁場発生系４送信系５受信系６信号処理系７シーケンサ８ＣＰＵ９傾斜磁場コイル１１高周波発振器１４ａ照射コイル１４ｂ受信コイル１６直交位相検波器２２共振容量素子２３可変容量３１サドルコイル３２ソレノイドコイル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】静磁場空間に置かれた被検体に高周波パ
ルスを印加して前記被検体を励起し、該励起によって生
じる磁気共鳴信号を受信コイルで検出して、該受信コイ
ルが検出した検出信号に基づき画像を再構成する磁気共
鳴イメージング装置において、前記受信コイルは、複数
ターンの第１のコイルと、該第１のコイルのコイル軸に
直交するコイル軸を有する複数ターンの第２のコイルと
を備え、前記第１と第２のコイルの少なくとも一方のコ
イルの各ターンに、各ターンの直列静電容量を調整する
可変コンデンサを設けてなることを特徴とする磁気共鳴
イメージング装置。
【請求項２】静磁場空間に置かれた被検体に高周波パ
ルスを印加して前記被検体を励起し、該励起によって生
じる磁気共鳴信号を受信コイルで検出して、該受信コイ
ルが検出した検出信号に基づき画像を再構成する磁気共
鳴イメージング装置において、前記受信コイルは、互いのコイル軸が直交する第１のコ
イルと第２のコイルにより構成され、前記第１のコイルは、コイル軸を一致させて同軸上に対
向配置されたそれぞれ複数ターンの２つのコイルで形成
され、前記第２のコイルは、コイル軸を一致させて同軸上に対
向配置された２つのコイルで形成され、前記第１と第２のコイルは、それぞれの２つのコイルに
挟まれた空間を重複させるように形成されてなり、前記第１のコイル及び前記第２のコイルの各ターンに、
各ターンの直列静電容量を調整する可変コンデンサを設
けてなることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項３】前記第１のコイルは、ソレノイド型のコ
イルであり、前記第２のコイルは、サドル型のコイルで
あ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。