JP2004081514A - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の受信コイル間の距離や形状が変化しても、コイルの相互干渉を抑制でき、良質な画像が得られる磁気共鳴イメージング装置を実現する。
【解決手段】可変容量ダイオードＶＣの両端への電圧印加を停止する。受信コイル１４ａ、１４ｂの一方を非共振状態にし他方を共振状態にする。コイル１４ｂの受信信号値を計測し記憶手段に記憶する。Ｂｉａｓ４を通電状態とし、Ｂｉａｓ３を通電状態とし、コイル１４ａを共振状態にして磁気共鳴信号を取得する。可変電源電圧Ｂｉａｓ１からの供給電圧値を可変しダイオードＶＣの容量を変化させ、磁気共鳴信号強度を計測し、極大となる信号が存在するか否かを判断する。極大となる磁気共鳴信号が得られると、そのときの可変電源電圧Ｂｉａｓ１からの供給電圧値を設定し、その電圧値の状態で、被検体の撮影を開始する。
【選択図】　　　図７

Description

【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わり、特に照射及び受信コイルの受信強度の向上に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ装置）は、被検体の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を受信コイルで受信し、受信された核磁気共鳴信号にフーリエ変換を行って画像に再構成するものである。ＭＲＩ装置は、被検体の任意個所における断層像を得るために広く利用されている。
【０００３】
このＭＲＩ装置において、高周波磁場の照射及び磁気共鳴信号の受信には、静磁場方向に直交する方向への高周波磁場の印加及び検出を行うための照射コイルおよび受信コイルが使用される。
【０００４】
照射コイルは被検体に効率よく高周波磁場を印加するための研究、改良がなされて、受信コイルは受信する高周波磁場の強度が再構成された画像のＳＮ比に直接影響するため、感度向上のための研究、改良がなされている。
【０００５】
受信コイルは、被検者の関心領域付近に配置することで、効率的に磁気共鳴信号を受信できるので、複数の受信コイルを被検者関心領域に近づけることで感度を向上達成できる。
【０００６】
そこで、受信コイルの感度を向上するため、受信コイルを複数対向するように（アレイ状に）配置し、各々の受信コイルの信号を使用して撮影するマルチプルアレイコイルが用いられている。
【０００７】
マルチプルアレイコイルは、複数の受信コイルを使用して撮影するため、受信コイル間の相互干渉が存在し、最終画像に影響する。このため、マルチプルアレイコイルにおいては、受信コイル間の相互干渉を除去することが重要となる。
【０００８】
この相互干渉を除去するための手段としては、受信コイルループを互いにオーバーラップさせるものが知られている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、マルチプルアレイコイルにおいて、受信コイルループをオーバーラップさせて相互干渉を除去することについて考察すると、受信コイル間距離を変更、もしくは被検者に受信コイルを密着させるために形状を変化させた場合、受信コイル間の相互干渉量も変動するため、受信コイル間距離又は形状の変更前は、最適な干渉除去が可能であっても、受信コイル間距離又は形状の変更後は、最適な干渉除去が出来なくなってしまうという間題がある。
【００１０】
そのため、受信コイル間に相互干渉が発生し、各々の受信コイルで受信した磁気共鳴信号にはノイズが現れる。その結果、相互干渉が除去されている場合に撮影された画像に比べてノイズの多い、良質でない画像が得られることとなる。
【００１１】
本発明の目的は、複数の受信コイルを使用し、受信コイル間の距離やコイル形状が変化した場合であっても、コイルの相互干渉を抑制でき、良質な画像を得ることが可能な磁気共鳴イメージング装置を実現することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は次のように構成される。
（１）互いに対向して配置される複数の受信用コイルを有する磁気共鳴イメージング装置において、互いに対向する２つの受信用コイル間の相互信号干渉因子による信号干渉の影響を検出する手段と、検出された相互信号干渉因子による信号干渉を抑制する手段とを備える。
【００１３】
（２）好ましくは、上記（１）において、相互信号干渉因子による信号干渉の影響を検出する手段は、互いに対向する２つの受信用コイルのうちの一方のコイルのみ共振状態としたときに受信した磁気共鳴信号と、上記一方のコイルと他方のコイルとを共振状態としたときに受信した磁気共鳴信号とを比較することにより相互信号干渉因子による信号干渉の影響を検出する。
【００１４】
（３）また、好ましくは、上記（１）又は（２）において、上記信号干渉を抑制する手段は、互いに対向する２つの受信用コイル間に接続される可変容量コンデンサを有し、この可変容量コンデンサの容量値を変更することにより上記信号干渉を抑制する。
【００１５】
（４）磁気共鳴イメージング装置に用いられる受信コイル装置において、互いに対向して配置される複数の受信用コイルと、上記互いに対向する２つの受信用コイル間の相互信号干渉因子による信号干渉の影響を検出する手段と、検出された相互信号干渉因子による信号干渉を抑制する手段とを備える。
【００１６】
（５）好ましくは、上記（４）において、相互信号干渉因子による信号干渉の影響を検出する手段は、互いに対向する２つの受信用コイルのうちの一方のコイルのみ共振状態としたときに受信した磁気共鳴信号と、上記一方のコイルと他方のコイルとを共振状態としたときに受信した磁気共鳴信号とを比較することにより相互信号干渉因子による信号干渉の影響を検出する。
【００１７】
（６）また、好ましくは、上記（４）又は（５）において、上記信号干渉を抑制する手段は、互いに対向する２つの受信用コイル間に接続される可変容量コンデンサを有し、この可変容量コンデンサの容量値を変更することにより上記信号干渉を抑制する。
【００１８】
本発明によれば、互いに対向する２つの受信用コイル間の相互信号干渉因子による信号干渉の影響を検出する手段と、検出された相互信号干渉因子による信号干渉を抑制する手段を設けるように構成したので、被検体毎に受信コイル間の距離やコイル形状が変化した場合であっても、その状態に対応して、コイルの相互干渉を抑制でき、良質な画像を得ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００２０】
図１は、本発明が適用されるＭＲＩ装置の全体概略構成ブロック図である。　図１において、このＭＲＩ装置は、核磁気共鳴（ＮＭＲ）現象を利用して被検体７の断層画像を得るものであり、中央処理装置１と、シーケンサ２と、静磁場発生装置（図示せず）と、高周波装置１０と、受信系５と、信号処理系６とを備える。
【００２１】
静磁場発生装置は、被検体７に強く均一な静磁場を発生させるもので、被検体７の周りの、ある広がりをもった空間に永久磁石方式あるいは超電導方式等の磁場発生手段が配置されている。
【００２２】
傾斜磁場コイル１３は、Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸に３組配置され、シーケンサ２により制御される傾斜磁場電源１２の出力電流によって被検体７の周りに必要な傾斜磁場空間を形成し、ＮＭＲ信号に位置情報を与える。
【００２３】
高周波装置１０は、高周波発振器８からの高周波が変調器９に供給され、シーケンサ２のコントロールに従って変調器９により変調された高周波信号が照射コイル１１に供給され、被検体７にスピン励起のための高周波パルスが照射される。
【００２４】
この結果、被検体７からＮＭＲ信号が発生し、発生したＮＭＲ信号が受信コイル１４で検出され、プリアンプ１５で増幅された信号データが検波回路１６を介してＡＤＣ１７に供給され、このＡＤＣ１７によりデジタル信号に変換されて中央処理装置１に供給される。
【００２５】
そして、この中央処理装置１で画像再構成演算等が行なわれ、得られたＭＲＩ画像を表示装置（ディスプレイ）１８や、光ディスク１９、磁気ディスク２０に出力するようになっている。
【００２６】
ここで、本発明の一実施形態における受信コイル装置の構成を図２〜図７を用いて説明する。
【００２７】
図２は、受信コイル装置における２つの受信コイル１４ａ、１４ｂの概略を示した図である。
図２において、２つの受信コイル１４ａ、１４ｂは互いに対向するように配置され、独立した共振回路を形成し、それぞれ同一の磁気共鳴周波数に同調している。
【００２８】
この場合、２つの受信コイル１４ａ、１４ｂ間には相互干渉が発生し、互いに調整した磁気共鳴周波数から離れた周波数に共鳴周波数がシフトする。この相互干渉について図３を用いて説明する。
【００２９】
図３において、図２示した受信コイル１４ａ、１４ｂは等価的にインダクタとして考える。受信コイル１４ａ、１４ｂの間には、磁気結合Ｍが発生し、２つの受信コイル１４ａ、１４ｂ間にインダクタＬ（相互インダクタンス（信号干渉因子））が接続されたと同じ現象となる。
【００３０】
この相互干渉の影響を示したのが図４である。
通常、受信コイルループはコンデンサで分割され、共振回路としては並列共振である。そのときの周波数は静磁場発生装置で発生した磁場強度に依存するある決められた周波数である。この磁気共鳴周波数をｆｏとする。
【００３１】
図４の（Ａ）は、受信コイル１４ａ又は１４ｂの単独のコイルが周囲の干渉の無い状態での特性を示す。なお、図４において、縦軸はインピーダンスを示し、横軸は磁気共鳴周波数を示す。
【００３２】
受信コイルループは、並列共振回路であるため、共振周波数で最もインピーダンスが高く、このインピーダンスＺｏは、図１に示したプリアンプ１５の入カインピーダンスと同一であるため、このインピーダンスＺｏにおいて、受信コイル１４ａ又は１４ｂで受信した磁気共鳴信号が最も効率よくプリアンプ１５に伝達されることになる。
【００３３】
次に、図２に示すように同一の共振周波数に調整された受信コイル１４ａ、１４ｂが互いに対向して配置された場合を説明する。
受信コイル１４ａ、１４ｂが互いに対向して配置された場合は、受信コイル１４ａと１４ｂとは、各々の共振回路がインダクタで結合された場合と等価となり、そのときのインビーダンスは図４の（Ｂ）に示すようになる。
【００３４】
この図４の（Ｂ）に示すように、受信コイル１４ａ、１４ｂともに、その共振周波数は磁気共鳴周波数ｆｏから高低側にシフトする。ここで、そのシフト量を△ｆ、−△ｆとする。このシフト量△ｆは、受信コイル１４ａ、１４ｂの結合の強さに応じて変化し、結合が強いほど△ｆは大きくなる。
【００３５】
結合の結果、共振周波数がシフトした受信コイルで撮影した場合、共鳴周波数ｆｏにおけるインピーダンスＺ１はプリアンプ１５の入カインピーダンスＺＯから低下し、受信コイル１４ａ、１４ｂで受信した磁気共鳴信号を効率よくプリァンプ１５に伝達できなくなる。その結果、取得する受信信号強度が低下することとなる。
【００３６】
本発明においては、受信コイルの相互干渉を除去するため、図５に示すように、受信コイル１４ａと１４ｂとの間にコンデンサＣを接続する。つまり、図５において、受信コイル１４ａと１４ｂとは距離Ｄで互いに対向した状態で配置され、互いにコンデンサＣで接続されている。
【００３７】
このコンデンサＣは容量が可変可能であるものとする。容量が可変し得るコンデンサとして、可変容量ダイオードを用いた場合を例として、その機能及び作用を説明する。
【００３８】
図６は本発明の一実施形態の概略構成図である。受信コイル１４ａ、１４ｂは互いに可変容量ダイオードＶＣを介して接続されている。また、可変容量ダイオードＶＣの両端は、電圧が可変可能な電圧源Ｂｉａｓ１に接続されている。
【００３９】
図７は、図６に示した一実施形態における等価回路図である。この図７に示すように、受信コイル１４ａと１４ｂとの相互インダクタンスであるインダクタＬは、可変容量ダイオードＶＣと並列に接続されることになる。
【００４０】
図７において、受信コイル１４ａと１４ｂとの相互千渉によるインダクタ結合を、それと並列に配置した可変容量ダイオードＶＣで並列共振させ、その共振周波数が磁気共鳴周波数となるよう調整する。
【００４１】
その結果、図７におけるＡ−Ｂ間（受信コイル１４ａの中心点とコイル１４ｂの中心点との間）のインピーダンスが最大となり、２つの受信コイル１４ａと１４ｂとの相互干渉が除去される。
【００４２】
そのときのインダクタンスＬと静電容量Ｃとの関係は磁気共鳴周波数をｆｏとして、次式（１）となる。
ｆｏ＝１／｛２π√（ＬＣ）｝　−−−（１）
図７におけるインダクタＬは、受信コイル間距離Ｄ（Ａ−Ｂ間距離）により変動するため、相互干渉を除去する可変容量ダイオードＶＣの最適容量値は受信コイル間距離Ｄにより決定される。
【００４３】
また、受信コイル１４ａ、１４ｂの形状を被検者に密着させる等により変化させると相互干渉量が変化するが、この形状による変化も距離の変化による変化に置き換えることができる。そのため、以下の説明では相互干渉量の変化を受信コイル間距離の変化として説明するが、受信コイルの形状変化に対しても同様に対応することが出来る。
【００４４】
次に、可変容量ダイオードＶＣの容量Ｃを決定する手順を、図７及び図８の動作フローチャートを参照して説明する。
図８のステップ１００において、可変容量ダイオードＶＣの両端への電圧印加を停止する（可変電源Ｂｉａｓ１を停止する）。続いて、ステップ１０１、１０２において、受信コイル１４ａもしくは１４ｂの一方の受信コイルを非共振状態にし、他方を共振状態にする。これは、受信コイル１４ａ、１４ｂのそれぞれに直列にダイオードを接続する。
【００４５】
そして、それぞれのダイオードは、その導通非導通を制御するために、受信コイル１４ａのダイオードには、電圧源Ｂｉａｓ３を接続し、受信コイル１４ｂのダイオードには、電圧源Ｂｉａｓ４を接続する。
【００４６】
そして、電圧源Ｂｉａｓ３、Ｂｉａｓ４から電圧を供給するか供給を停止するかを制御することにより、受信コイル１４ａもしくは１４ｂのどちらかの受信コイルを非共振状態にすることができる。
【００４７】
ここで、電圧源Ｂｉａｓ１、Ｂｉａｓ３、Ｂｉａｓ４の停止、通電は、ＣＰＵ１により制御される。図８に示した例では、Ｂｉａｓ３が停止され、Ｂｉａｓ４が通電状態とされる。
【００４８】
一方の受信コイル１４ａが非共振状態となった場合、他方の受信コイル１４ｂには、１４ａからの干渉がないため、図４の（Ａ）に示したような理想状態の周波数特性となる。
【００４９】
そして、ステップ１０３において、そのときの受信コイル１４ｂの受信信号値（磁気共鳴信号値）を計測し、基準信号レベルＳ１として、記憶手段（図示せず）に記憶する。
【００５０】
次に、ステップ１０４において、Ｂｉａｓ４を通電状態とした状態で、Ｂｉａｓ３を通電状態とし、非共振状態であった受信コイル１４ａを共振状態にして、ステップ１０５にて、磁気共鳴信号を取得する。
【００５１】
この場合、２つの受信コイル１４ａ、１４ｂの、それぞれの共振周波数は磁気共鳴波数を中心に、高い側及び低い側に△ｆだけシフトする。その結果、磁気共鳴周波数における受信コイルインピーダンスはＺｏより低くなり、得られる磁気共鳴信号も小さくなる。
【００５２】
ステップ１０３で得られた磁気共鳴信号の強度と、ステップ１０５で得られた磁気共鳴信号の強度とを比較することにより、２つの受信用コイル間の相互信号干渉因子による信号干渉の影響を検出することができる。
【００５３】
次に、ステップ１０６において、ＣＰＵ１を用いて可変電源電圧Ｂｉａｓ１からの供給電圧値を可変し、可変容量ダイオードＶＣの容量を変化させ、ステップ１０７で、可変電源電圧Ｂｉａｓ１からの供給電圧値毎に、磁気共鳴信号強度を計測し、取得する。
【００５４】
ステップ１０８において、ステップ１０７で取得した磁気共鳴信号のうち、極大となる信号が存在するか否かを判断し、極大となる信号が得られるまでステップ１０６、１０７を実行する。
【００５５】
ステップ１０８において、極大となる磁気共鳴信号が得られれば、そのときの可変電源電圧Ｂｉａｓ１からの供給電圧値を、可変電源電圧Ｂｉａｓ１の電圧値として設定する。
【００５６】
そして、設定した電圧値の状態で、被検体の撮影を開始する。
【００５７】
以上のように、本発明の一実施形態によれば、受信コイル１４ａと１４ｂとの間に可変容量ダイオードＶＣを接続し、このダイオードＶＣの容量値を、受信コイル１４ａ、１４ｂの受信信号強度が極大となる値となるように設定するように構成したので、被検体毎に受信コイル間の距離やコイル形状が変化した場合であっても、その状態に対応して、コイルの相互干渉を抑制でき、良質な画像を得ることが可能な磁気共鳴イメージング装置に用いられる受信コイル装置及びそれを用いた磁気共鳴イメージング装置を実現することができる。
【００５８】
なお、図８のステップ１０８において、ステップ１０７で得られた信号がステップ１０３で得られた信号の、例えば、半分以下であれば、何らかの異常又は障害が発生していると判断し、それをディスプレイ等に表示することもできる。
【００５９】
また、上述した例においては、２つの受信コイルの相互信号干渉の影響を抑制する手段として、可変容量ダイオードを用いたが、これに限らず、他の可変容量コンデンサも適用することができる。
【００６０】
また、２つの受信コイルの相互信号干渉因子による信号干渉の影響を検出する手段として、相互干渉が無い場合の一方の受信コイルの受信信号強度と、相互干渉がある場合の受信コイルの受信信号強度とを得て信号干渉の影響を検出するようにしたが、相互干渉が無い場合の一方の受信コイルのインピーダンスと、相互干渉がある場合の受信コイルのインピーダンスを測定し、相互インダクタンスを算出して、２つの受信コイルの相互干渉因子による影響を検出する手段とすることもできる。
【００６１】
【発明の効果】
本発明によれば、被検体毎に受信コイル間の距離やコイル形状が変化した場合であっても、その状態に対応して、コイルの相互干渉を抑制でき、良質な画像を得ることが可能な磁気共鳴イメージング装置に用いられる受信コイル装置及びそれを用いた磁気共鳴イメージング装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されるＭＲＩ装置の全体概略構成ブロック図である。
【図２】受信コイル装置における２つの受信コイルの概略を示した図である。
【図３】２つの受信コイルの相互干渉の説明図である。
【図４】２つの受信コイルの相互干渉の影響を説明する図である。
【図５】本発明の原理説明図である。
【図６】本発明の一実施形態の概略構成図である。
【図７】図６に示した一実施形態における等価回路図である。
【図８】本発明の一実施形態における動作フローチャートである。
【符号の説明】
１　　　　　　　中央処理装置
２　　　　　　　シーケンサ
５　　　　　　　受信系
６　　　　　　　信号処理系
７　　　　　　　被検体
８　　　　　　　高周波発信器
９　　　　　　　変調器
１０　　　　　　高周波装置
１１　　　　　　高周波コイル
１２　　　　　　傾斜磁場電源
１３　　　　　　傾斜磁場コイル
１４ａ、１４ｂ　受信コイル
１５　　　　　　プリアンプ
１６　　　　　　検波回路
１７　　　　　　ＡＤＣ
１８　　　　　　ディスプレイ
１９　　　　　　光ディスク
２０　　　　　　磁気ディスク
Ｂｉａｓ１　　　可変電源
Ｂｉａｓ３、４　可変電源
ＶＣ　　　　　　可変容量ダイオード

Claims (1)

1. 互いに対向して配置される複数の受信用コイルを有する磁気共鳴イメージング装置において、
   互いに対向する２つの受信用コイル間の相互信号干渉因子による信号干渉の影響を検出する手段と、
   検出された相互信号干渉因子による信号干渉を抑制する手段と、
   を備えることを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。

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