JP2004097607A - Rf coil and magnetic resonance imaging device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、RF(Radio Frequency)コイル及び当該RFコイルを用いて撮像を行う磁気共鳴撮像装置、特に、ほぼ円筒形に形成されたシングルループコイルエレメントを用いたフェーズドアレイRFコイルと、このようなRFコイルを用いた磁気共鳴撮像装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
磁気共鳴撮像装置において、撮像対象となる被検体の生体組織にスピン(spin)のRF励起及び励起されたスピンが生じる磁気共鳴信号の受信を行い、当該受信信号に基づき、被検体の生体組織の内部を映像化する。
【0003】
磁気共鳴信号を受信するフェーズドアレイコイルは、例えば、ほぼ円筒形を成す4つのシングルループコイルエレメントからなるものがある。これらのシングルループコイルエレメントは同じ大きさであり、円筒形の表面に沿ってループ状に形成され、全体として円筒形を成すように組み立てられている。
【0004】
4つのシングルループコイルエレメントは、それぞれ2つずつペアを成して、円筒の中心軸を挟んで互いに対向して配置されている。また、隣接するコイル同士に相互インダクタンスをゼロにするように、隣接する部分を互いにオーバーラップさせ、コイル間の信号の干渉を抑制している。
このように構成されているRFコイルは、それぞれのチャネル(コイル)を独立して磁気共鳴信号を受信する場合、フェーズドアレイコイルと呼ばれる。
【0005】
撮像を行うとき、被検体の生体組織、例えば、人間の頭部、腹部または膝などの撮像対象となる部位を4チャネルのシングルループコイルエレメントからなる円筒の内部空間に収容し、所定のプロトコルに従って送信用RFコイル(または送受信兼用のRFコイル)にRF信号を給電することにより、円筒の内部空間に収容されている被検体の生体組織にスピンが励起され、これによって生じた磁気共鳴信号が、例えば、スピンエコー(spinecho)またはグラディエントエコー(gradient echo)として、受信用RFコイルによって二次元空間若しくは三次元空間で収集される。そして、収集したエコー信号に従って、所定の信号処理により被検体内の生体組織を立体的に映像化できる。
【0006】
上述した従来の多チャネルのフェーズドアレイコイルからなるRFコイルにおいて、各チャネルのコイルエレメントの給電部(信号出力部)ではシステムのグランド電位との関係によって電位が決まる。従来のフェーズドアレイコイルでは、バランを用いることによりグランド間のカップリングを切り離していた。
【0007】
例えば、4チャネルのフェーズドアレイコイルにおいて、円筒形に配置されている4つのコイルそれぞれに、バランを介してRF励起信号が外部に出力される。例えば、隣接する2つのコイルエレメントはそれぞれバランを介して、図示しないプリアンプに接続されている。このため、各コイルエレメントによって受信したRF励起信号がプリアンプによって増幅され、データ収集部に入力される。
【0008】
【特許文献1】
特開平11−318851号公報
【特許文献2】
特開2000−185021号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来のRFコイル及びそれを用いた磁気共鳴撮像装置において、それぞれのコイルエレメントに設けられているバランには、コイルエレメントとシステム間のケーブルのグランドシールドに誘起される大きな電圧がかかり、この誘起電圧がバランを構成するコンデンサなどの回路素子の耐圧を越えた場合は、バランが破損することがある。これによって、コイルの電気特性が不安定になるなどの不具合が生じることがある。
【0010】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、シングルループのコイルを用いて構成された多チャネルのRFコイルにおいて、隣り合うコイル間の電位差を低減することにより、コイルのループ上の回路素子の破損を防ぎ、安定した動作特性を有するRFコイル及びこのRFコイルを用いた磁気共鳴撮像装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のRFコイルは、ほぼ円筒形を成す4つのシングルループコイルエレメントと、隣り合う上記シングルループコイルエレメントが2つずつペアを成し、上記各ペアにある2つの上記シングルループコイルエレメントが互いに隣接する場所で共通にグランド電位に接続するグランド接続部と、上記グランド接続部の近傍に設けられているRF励起信号の信号出力部とを有する。
【0012】
また、本発明の磁気共鳴撮像装置は、静磁場及び勾配磁場の下で撮影の対象となる被検体に高周波磁場を印加して受信した磁気共鳴信号に基づいて被検体の画像を生成する磁気共鳴撮像装置であって、上記高周波磁場によって上記被検体に励起された磁気共鳴信号を受信するRFコイルを有し、上記RFコイルは、ほぼ円筒形を成す4つのシングルループコイルエレメントと、隣り合う上記シングルループコイルエレメントが2つずつペアを成し、上記各ペアにある2つの上記シングルループコイルエレメントが互いに隣接する場所で共通にグランド電位に接続するグランド接続部と、上記グランド接続部の近傍に設けられているRF励起信号の信号出力部とを有する。
【0013】
また、本発明では、好適には、上記シングルループコイルエレメントは、隣り合う2つのコイルエレメント間の相互インダクタンスがほぼ0となるように、互いに重なり合って配置されている。
【0014】
また、本発明では、好適には、上記シングルループコイルエレメントは、隣り合う2つのコイルエレメントが互いに重なり合い、当該重なり合った部分の面積が他の隣り合うコイルエレメント間の重なり合った部分の面積と等しく形成されている。
【0015】
また、本発明では、好適には、上記シングルループコイルエレメントは、隣り合う2つのコイルエレメントが互いに重なり合い、当該重なり合った部分の面積は、コイルエレメント全体の面積の約10%になるように形成されている。
【0016】
さらに、本発明では、好適には、上記シングルループコイルエレメントは、隣り合う2つのコイルエレメントの間隔が他の隣り合う2つのコイルエレメントの間隔と等しく形成されている。
【0017】
本発明によれば、ほぼ円筒形を成す4つのシングルループコイルエレメントによって構成されている受信用RFコイルにおいて、隣接するシングルループのコイルエレメントが2つずつペアを成して、各ペアの2つのコイルエレメントがその隣接する部分において共通のグランド電位に接続されている。共通のグランド電位の近傍に、RF励起信号の信号出力部が設けられ、当該信号出力部を介して、RFコイルによって受信されたRF励起信号がデータ収集部に出力される。
このように構成された受信用RFコイルにおいて、隣接するコイルエレメント間の電圧差が低減されるので、この電圧差に起因する回路素子の破損が防止され、RFコイルの電気特性の安定性が改善される。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る磁気共鳴撮影システムについて図面に関連付けて説明する。
【0019】
図1は、本発明に係る磁気共鳴撮影装置を採用した磁気共鳴撮影(MRI:Magnetic Resonance Imaging)システムの一実施形態を示す構成図である。
【0020】
本実施形態に係るMRIシステム10は、図1に示すように、マグネットからの放射電磁波の洩漏や外乱電磁波の進入を防止する閉空間を形成した図示しないスキャンルームに配設されるMRI装置20、及び例えば、スキャンルームに隣接して設けられた操作ルーム内のオペレータが操作等するオペレータコンソール30を主構成要素として有している。
【0021】
以下、MRI装置20、及びオペレータコンソール30について順を追って説明する。
【0022】
MRI装置20は、図1に示すように、マグネットシステム21、RF駆動部22、勾配駆動部23、データ収集部24、制御部25、及びクレードル26を有している。
【0023】
マグネットシステム21は、図1に示すように、概ね円柱状の内部空間(ボア:bore)211を有し、ボア211内には、クッションを介して被検体50を載せたクレードル26が図示しない搬送部によって搬入される。
【0024】
マグネットシステム21内には、図1に示すように、ボア211内のマグネットセンタ(走査する中心位置)の周囲に、主磁場マグネット部212、勾配コイル部213、及びRFコイル部214が配置されている。
【0025】
主磁場マグネット部212、及び勾配コイル部213は、検査時に被検体40が位置するボア211内の空間を挟んで対向する1対のコイルからなる。
【0026】
主磁場マグネット部212は、ボア211内に静磁場を形成する。静磁場の方向は、例えば概ね被検体40の体軸方向と平行である。すなわち、平行磁場を形成する。主磁場マグネット部212を構成する一対の主磁場マグネットは、例えば超伝導電磁石、あるいは永久磁石や常伝導電磁石などを用いて構成される。
【0027】
勾配コイル部213は、RFコイル部214が受信する磁気共鳴信号に3次元の位置情報を持たせるために、主磁場マグネット部212が形成した静磁場の強度に勾配を付ける勾配磁場を発生する。
勾配コイル部213が発生する勾配磁場は、スライス(slice)勾配磁場、リードアウト(read out)勾配磁場及びフェーズエンコード(phase encode)勾配磁場の3種類であり、これら3種類の勾配磁場に対応して勾配コイル部213は3系統の勾配コイルを有する。
【0028】
RFコイル部214は、主磁場マグネット部212が形成した静磁場空間内で被検体40の体内のスピンを励起するための高周波磁場を形成する。ここで、高周波磁場を形成することをRF励起信号の送信という。RFコイル部214は、被検体40の体内に励起されたスピンが生じる電磁波を磁気共鳴信号として受信する。
RFコイル部214は、図示しない送信用コイル及び受信用コイルを有する。送信用コイル及び受信用コイルは、同じコイルを兼用するかあるいはそれぞれ専用のコイルを用いる。
【0029】
なお、RFコイル部214は、RF駆動部22によるプロトコル対応の駆動信号DR1を受けて高周波磁場を形成する。
磁気共鳴撮影処理においては、1TR(repeat time、磁気共鳴撮像における繰り返し周期)毎に用いるパルスシーケンス(スキャンシーケンス)の数は、被検部位毎に対応して設定されたプロトコルによって異なる。
例えば頭部、胸部、腹部等の被検部位に応じたプロトコル毎に、それぞれ異なる回数、例えば64回〜512回繰り返されて、64ビューから512ビューのビューデータが得られる。
【0030】
RF駆動部22は、制御部25の指示に基づいたプロトコル対応の駆動信号DR1をRFコイル部214に与えてRF励起信号を発生させて、被検体40の体内のスピンを励起する。
【0031】
勾配駆動部23は、制御部25の指示に基づいたプロトコル対応の駆動信号DR2を勾配コイル部213に与えて勾配磁場を発生させる。
勾配駆動部23は、勾配コイル部213の3系統の勾配コイルに対応して、図示しない3系統の駆動回路を有する。
【0032】
データ収集部24は、RFコイル部214の受信用コイルまたは送受信兼用コイルによってが受信したRF励起信号を取り込み、それをローデータ(raw
data)として収集して、オペレータコンソール30のデータ処理部31に出力する。
【0033】
制御部25は、オペレータコンソール30のデータ処理部31から送られてくる被検体40の被検部位に対応した実行すべきプロトコルに即して、あらかじめ決められた繰り返し時間TR内において所定のパルスシーケンスが所定回数繰り返される駆動信号DR1をRFコイル部214に印加するようにRF駆動部22を制御する。
【0034】
同様に、制御部25は、実行すべきプロトコルに即して、1TR内に、所定のパターンのパルス信号を勾配コイル213に印加するように勾配駆動部23を制御する。
また、制御部25は、RFコイル部214が受信した受信信号を取り込み、それをローデータとして収集して、オペレータコンソール30のデータ処理部31に出力するように、データ収集部24を制御する。
【0035】
オペレータコンソール30は、図1に示すように、データ処理部31、画像データベース32、画像処理データベース33、操作部34、及び表示部35を有している。
【0036】
データ処理部31には、制御部25が接続されており、制御部25の上位にあってそれを統括する。
また、データ処理部31には、画像データベース32、画像処理データベース33、操作部34、及び表示部35が接続されている。
【0037】
データ処理部31は、データ収集部24から取り込んだローデータを図示しないメモリに記憶する。メモリ内にはデータ空間が形成される。メモリに形成されるデータ空間は、2次元フーリエ空間を構成する。
データ処理部31は、これら2次元フーリエ空間のデータを2次元逆フーリエ変換、すなわちフーリエ周波数空間から実空間への変換を行って、被検体40の画像を生成(再構成)する。
なお、2次元フーリエ空間をkスペースともいう。
【0038】
また、データ処理部31は、画像処理データベース33から複数の画像処理アプリケーションであるフーリエ変換、画像フィルタ、歪み補正等をどの順序で行うかを記述した画像処理プロトコルを読み込み、その内容に従って画像を処理する。そして、データ処理部31は、再構成された画像データを画像データベース32に保存する。
【0039】
画像データベース32は、例えば記録再生可能なディスク装置等により構成され、上述したように、データ収集部24で収集されたローデータ、及び再構成された再構成画像データを記録する。また、データ処理部31により、指定の画像処理アプリケーションに従って処理を行う場合に、記録されたローデータが読み出される。なお、通常の撮像処理では、画像再構成が行われたとき、再構成された画像が画像データベース32に記録され、ローデータが破棄されるが、必要に応じて、例えば、操作部34からの指示に従って、ローデータを画像データベース32に保存することも可能である。
【0040】
画像処理データベース33は、例えば記録再生可能なディスク装置等により構成され、上述したように、画像処理アプリケーションプログラム、画像処理プロトコルデータが記録されており、データ処理部31により適宜アクセスされる。
【0041】
操作部34は、ポインティングデバイスを備えたキーボードやマウス等により構成され、オペレータの操作に応じた操作信号をデータ処理部31に出力する。また、操作部34からは、例えば、上述した実行すべきプロトコルの入力が行われる。データ処理部31は、操作部34から入力されたプロトコルに関する情報(プロトコル番号等)を制御部25に供給する。
【0042】
表示部35は、グラフィックディスプレイ等により構成され、操作部34からの操作信号に応じて、MRI装置20の動作状態に応じた所定の情報を表示するとともに、データ処理部31による再構成画像を表示する。
【0043】
次に、本実施形態の磁気共鳴撮像装置に用いられる受信用RFコイルについて、図面を参照しながら具体的に説明する。
【0044】
図2は、本実施形態の磁気共鳴撮像装置に用いられているRFコイル100の一構成例を示している。
図示のように、RFコイル100は、4つのコイルエレメント101,102,103及び104によって構成されている。4つのコイルエレメント101〜104は、シングルループコイルであり、4つのシングルループコイルエレメントが円筒形に組み立てられている。
【0045】
本例の受信用RFコイル100において、4つのコイルエレメント101〜104により、被検体の生体組織に誘起されたMR信号がそれぞれ独立して収集される。即ち、本例の受信用RFコイル100は、4チャネルのフェーズドアレイコイルによって構成されている。
【0046】
また、図2に示すように、受信用RFコイル100において、隣り合うコイルアレイが互いに一部分が重なり合う(オーバーラップする)ように配置されている。なお、オーバーラップ部分の面積は、コイルエレメントの全体の面積の約10%となるように配置されている。
さらに、隣り合う2つのコイルエレメントがペアを成しており、各ペアの2つのコイルエレメントのグランド電位が共通化される。即ち、図示のように、コイルエレメント101と102は共通のグランド電位に保持され、コイルエレメント103と104は共通のグランド電位に保持されている。それぞれのコイルエレメントにRF励起信号を出力する信号出力部は、ループを成しているコイルエレメント上、グランド電位が共通化した箇所に設定されている。
【0047】
図3は、図2に示す受信用RFコイル100を円筒形の長軸方向からみた断面図を示している。図示のように、RFコイル100を構成する4つのシングルループコイルエレメント101〜104は、円筒形の長軸からみた場合、円周の一部分(ほぼ円周の4分の1)を成している。
【0048】
RFコイル100において、円周方向に沿って隣り合う2つのコイルエレメントの一部分が互いにオーバーラップするように形成されている。また、コイルエレメント間のオーバーラップ部分の面積は、すべて等しくなるように形成されている。なお、オーバーラップ部分の面積は、例えば、各コイルエレメントの面積の約10%に等しくなるように配置されている。
さらに、オーバーラップ部分において、それぞれのコイルエレメント間の距離はほぼ等しく形成されている。
【0049】
隣り合う2つのコイルエレメント101と102がペアを成して、同様に、隣り合う2つのコイルエレメント103と104もペアを成している。各ペアの2つのコイルエレメントにおいて、オーバーラップの部分で共通のグランド電位に接続されている。
【0050】
図4は、図1に示すRFコイル100を展開した状態を示している。図4(a)は、ペアを成しているコイルエレメント101と102が展開した状態を示し、同図(b)は、ペアを成しているコイルエレメント103と104が展開した状態を示している。なお、図4(a)及び(b)において、それぞれのコイルエレメントに配置されている回路素子、例えば、コンデンサも示されている。
なお、RFコイル100は受信用として、各コイルエレメントのコイルループにデカップリング回路がそれぞれ接続されている。ただし、図4(a)及び(b)には、デカップリング回路が省略されている。
【0051】
図4(a)に示すように、コイルエレメント101と102のオーバーラップ部分において、2つのコイルエレメントが共通のグランド電位に接続されている。そして、接地点からコンデンサC1を介して、コイルエレメント101が端子Tc1に接続されている。また、接地点からコンデンサC2を介して、コイルエレメント102が端子Tc2に接続されている。このように、コイルエレメント101と102において、それぞれの接地点の近傍に信号出力部が設けられている。コイルエレメント101と102それぞれによって受信されたRF励起信号が、端子Tc1とTc2を介して、図示しないプリアンプに入力され、プリアンプによって増幅されたRF励起信号がデータ収集部24に出力される。
【0052】
同様に、図4(b)に示すように、コイルエレメント103と104のオーバーラップ部分において、2つのコイルエレメントが共通のグランド電位に接続されている。そして、接地点からコンデンサC3を介して、コイルエレメント103が端子Tc3に接続されている。また、接地点からコンデンサC4を介して、コイルエレメント104が端子Tc4に接続されている。このように、コイルエレメント103と104において、それぞれの接地点の近傍に信号出力部が設けられている。
コイルエレメント103と104それぞれによって受信されたRF励起信号が、各コイルエレメントに設けられている信号出力部を介して、図示しないプリアンプによって増幅され、データ収集部24に出力される。
【0053】
上述したように、本実施形態の磁気共鳴撮像装置を構成する受信用RFコイルにおいて、隣り合うコイルエレメントが2つずつペアを成しており、各ペアの2つのコイルエレメントにおいて、オーバーラップする部分においてグランド電位が共通化されている。これによって、隣接するコイル間の電位差が低減され、コイル間の電位差による回路素子の破損を防止でき、コイルエレメントの安定性を改善できる。また、隣り合うコイルエレメントのグランド電位を共通化することによって、各コイルエレメントから磁気共鳴信号を出力するためのバランを要しなくなり、各コイルエレメントにおいて信号出力部の接続を簡略化することができる。
【0054】
さらに、本例のRFコイル100において、ペアを成している一対のコイルエレメントが互いにオーバーラップして配置され、このオーバーラップ部分の面積は、すべてのコイルエレメントにおいて等しくなるように、例えば、各コイルエレメントの面積のほぼ10%となるように、それぞれのコイルエレメントが円筒形の表面にそって配置されているので、隣接するコイルエレメント間の相互インダクタンスによって生じた電磁誘導が大きさが同じく極性が反対になるので、互いに打ち消しあって影響が生じない。
【0055】
次に、上述した構成を有する本実施形態の磁気共鳴撮像装置の全体の動作について説明する。
【0056】
この磁気共鳴撮影用パルスシーケンスは、いわゆるスピンエコー(SE:Spin Echo)法、グラディエントエコー(GRE:GRadient Echo)法、ファーストスピンエコー(FSE:Fast Spin Echo)法、ファーストリカバリSE(Fast Recovery Spin Echo)法、エコープラナー・イメージング(EPI:Echo Planar Imaging)法等、各撮影方法によって異なる。
【0057】
ここで、各撮影方法のパルスシーケンスのうち、SE法のパルスシーケンスについて、図5に関連付けて説明する。
図5(a)はSE法におけるRF励起用の90°パルス及び180°パルスのシーケンスであり、RF駆動部22がRFコイル部214の送信用コイル(または送受信兼用コイル)に印加する駆動信号DR1に相当する。
図5(b)、(c)、(d)、及び(e)は、それぞれスライス勾配Gs、リードアウト勾配Gr、フェーズエンコード勾配Gp、及びスピンエコーMRのシーケンスであり、スライス勾配Gs、リードアウト勾配Gr、及びフェーズエンコード勾配Gpのパルスは、勾配駆動部23が勾配コイル部213に印加する駆動信号DR2に相当する。
【0058】
図5(a)に示すように、RF駆動部22によりRFコイル部214の送信用コイルに対して90°パルスが印加され、スピンの90°励起が行われる。このとき、図5(b)に示すように、勾配駆動部23により勾配コイル部213に対してスライス勾配パルスGsが印加され、所定のスライスについて選択励起が行われる。
図5(a)に示すように、90°励起から所定の時間後に、RF駆動部22によりRFコイル部214の送信用コイルに対して180°パルスが印加され、180°励起、すなわちスピン反転が行われる。このときも、図5(b)に示すように、勾配駆動部23により勾配コイル部213に対してスライス勾配パルスGsが印加され、同じスライスについて選択的な反転が行われる。
【0059】
図5(c)及び(d)に示すように、90°励起とスピン反転の間の期間に、勾配駆動部23により勾配コイル部213に対してリードアウト勾配パルスGr、及びフェーズエンコード勾配パルスGpが印加される。
そして、リードアウト勾配パルスGrによりスピンのディフェーズが行われ、フェーズエンコード勾配パルスGpによりスピンのフェーズエンコードが行われる。
【0060】
スピン反転後、図5(b)に示すように、勾配駆動部23により勾配コイル部213に対してリードアウト勾配パルスGrが印加されて、これに応じてスピンがリフェーズされて、図5(e)に示すように、スピンエコーMRが発生される。スピンエコーMRの信号強度は、90°励起からTE(echo time)後の時点で最大となる。
このスピンエコーMRは、データ収集部24によりビューデータとして収集される。そして、データ収集部24によって収集されたビューデータがオペレータコンソール30のデータ処理部31に出力される。
【0061】
データ処理部31では、データ収集部24から入力したデータがメモリに記憶され、メモリ内にデータ空間が形成される。データ処理部31では、これら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40の被検部位の画像が生成(再構成)される。
【0062】
以上説明したように、本実施形態の受信用RFコイル及びそれを用いた磁気共鳴撮像装置によれば、隣接するコイルエレメントのグランド電位を共通化し、グランド電位の近傍にRF励起信号の信号出力部を設けることによって、隣接するコイルエレメント間の高電圧差を解消でき、この高電圧差による回路素子の破損を防ぐことができ、RFコイル全体の電気特性の安定化が改善される。
また、ペアを成している一対のコイルエレメントが互いにオーバーラップして配置されているので、隣接するコイルエレメント間の相互インダクタンスによって生じた電磁誘導が大きさが同じく極性が反対になるので、互いに打ち消しあって影響が生じない。
【0063】
なお、本発明にかかるRFコイルは、上述した構成に限定されることなく、他の構成をとることも可能である。即ち、ループを成しているコイル上、仮想のグランド電位の近傍にRF励起信号の信号出力部を設けることによって、コイルエレメント間の電圧差を低減でき、これによってコイル上の回路素子の破損を防止でき、RFコイルの電気特性の安定化がはかれる。
【0064】
図6は、本発明の受信用RFコイルの他の構成例を示している。本例の受信用RFコイル100aは、図2に示したRFコイル100と同様に、ほぼ円筒形を成す4つのシングルループコイルエレメント101,102,103及び104によって構成されている。隣接する2つのコイルエレメントが互いにオーバーラップするように配置されている。
図示のように、この構成例において、RFコイル100aの信号出力部は、シングルループコイルエレメント101〜104が成している円筒形の長軸方向において、ほぼ中間点A1〜A4に設けられている。
【0065】
図6において、各コイルエレメントにおいて円筒形の長軸方向における電位の分布の一例を示している。図示のように、コイルエレメントの長軸方向において、RF励起信号の電位は、例えば、正弦波に従って分布している。円筒形の長軸方向の両端及び中間点において、仮想的な接地電位が現れる。このため、図6に示すように、長軸方向のほぼ中間点にRF励起信号の信号出力部を設けることによって、信号出力部におけるコイルエレメント間の電圧差を小さく保持することができ、高電圧差に起因する回路素子の破損を防止できる。これによってRFコイルの電気的特性の安定性を改善できる。
【0066】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のRFコイル及びそれを用いて構成された磁気共鳴撮像装置によれば、RFコイルを構成するそれぞれのコイルエレメントに対して、隣接する一対のコイルエレメントのグランド電位を共通化し、共通化したグランド電位の近傍にRF励起信号の信号出力部を設けることにより、信号出力部付近において隣接するコイル間の電圧差を低減でき、高電圧差による回路素子の破損を防止できる。また、ループ上のコイルエレメントにおいて、RF励起信号の仮想的なグランド電位の近傍に信号出力部を設けることによって、同じ効果を達成することができる。
このため、本発明のRFコイル及びそれを用いた磁気共鳴撮像装置によれば、RFコイルの電気的特性の安定化を図ることができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る磁気共鳴撮像装置を含む磁気共鳴撮像システムの一実施形態を示す構成図である。
【図2】本実施形態の磁気共鳴撮像装置に用いられる受信用RFコイルの一例を示す構成図である。
【図3】受信用RFコイルの具体的な構成を示す断面図である。
【図4】受信用RFコイルの具体的な構成を示す展開図である。
【図5】本実施形態の磁気共鳴撮像装置の撮像時の信号波形を示す波形図である。
【図6】本発明の受信用RFコイルの他の構成例を示す構成図である。
【符号の説明】
10…MRIシステム、20…MRI装置、21…マグネットシステム、211…ボア、212…主磁場マグネット部、213…勾配コイル部、214…RFコイル部、22…RF駆動部、23…勾配駆動部、24…データ収集部、25…制御部、26…クレードル、30…オペレータコンソール、31…データ処理部、32…画像データベース、33…画像処理データベース、34…操作部、35…表示部、40…被検体、100,100a…受信用RFコイル、101〜104…シングルループコイルエレメント。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an RF (Radio Frequency) coil and a magnetic resonance imaging apparatus that performs imaging using the RF coil, in particular, a phased array RF coil using a single-loop coil element formed in a substantially cylindrical shape, The present invention relates to a magnetic resonance imaging apparatus using an RF coil.
[0002]
[Prior art]
In a magnetic resonance imaging apparatus, RF excitation of spins and reception of a magnetic resonance signal in which excited spins are generated in a living tissue of a subject to be imaged are performed, and based on the received signals, a biological tissue of the subject is detected. Visualize the interior.
[0003]
Some phased array coils for receiving magnetic resonance signals include, for example, four single-loop coil elements having a substantially cylindrical shape. These single loop coil elements are the same size, are formed in a loop along a cylindrical surface, and are assembled to form an overall cylindrical shape.
[0004]
The four single-loop coil elements are formed in pairs each of two, and are arranged to face each other with the central axis of the cylinder interposed therebetween. In addition, adjacent portions overlap each other so that mutual inductance between adjacent coils is zero, thereby suppressing signal interference between the coils.
The RF coil configured as described above is called a phased array coil when each channel (coil) independently receives a magnetic resonance signal.
[0005]
When performing imaging, a living tissue of the subject, for example, a site to be imaged, such as a human head, abdomen or a knee, is housed in a cylindrical internal space composed of four-channel single loop coil elements, and according to a predetermined protocol. By supplying an RF signal to a transmitting RF coil (or a transmitting / receiving RF coil), spins are excited in a living tissue of a subject housed in a cylindrical internal space, and a magnetic resonance signal generated by the spin is excited. For example, it is collected in a two-dimensional space or a three-dimensional space by a receiving RF coil as a spin echo (spinecho) or a gradient echo (gradient echo). The living tissue in the subject can be stereoscopically imaged by predetermined signal processing according to the collected echo signals.
[0006]
In the above-described conventional RF coil including a multi-channel phased array coil, a potential is determined in a power supply unit (signal output unit) of a coil element of each channel by a relationship with a system ground potential. In a conventional phased array coil, the coupling between the grounds is separated by using a balun.
[0007]
For example, in a four-channel phased array coil, an RF excitation signal is output to the outside via a balun to each of four cylindrically arranged coils. For example, two adjacent coil elements are each connected to a preamplifier (not shown) via a balun. Therefore, the RF excitation signal received by each coil element is amplified by the preamplifier and input to the data collection unit.
[0008]
[Patent Document 1]
JP-A-11-318851 [Patent Document 2]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-185021
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described conventional RF coil and the magnetic resonance imaging apparatus using the same, a large voltage induced in the ground shield of the cable between the coil element and the system is applied to the balun provided in each coil element. If the induced voltage exceeds the withstand voltage of a circuit element such as a capacitor constituting the balun, the balun may be damaged. This may cause a problem such as instability of the electrical characteristics of the coil.
[0010]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to reduce the potential difference between adjacent coils in a multi-channel RF coil configured using a single loop coil, thereby reducing the potential difference between the coils. An object of the present invention is to provide an RF coil having stable operation characteristics while preventing breakage of a circuit element on a loop, and a magnetic resonance imaging apparatus using the RF coil.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the RF coil of the present invention comprises four substantially single-cylindrical single-loop coil elements and two pairs of adjacent single-loop coil elements. The single loop coil element has a ground connection portion commonly connected to a ground potential at a location adjacent to each other, and a signal output portion for an RF excitation signal provided near the ground connection portion.
[0012]
Further, the magnetic resonance imaging apparatus of the present invention is a magnetic resonance imaging apparatus that generates an image of a subject based on a magnetic resonance signal received by applying a high-frequency magnetic field to a subject to be imaged under a static magnetic field and a gradient magnetic field. An imaging apparatus, comprising: an RF coil configured to receive a magnetic resonance signal excited by the subject by the high-frequency magnetic field, wherein the RF coil includes four substantially single-cylindrical single-loop coil elements; A single grounded coil element is formed in pairs, and two single looped coil elements in each pair are connected to a ground potential commonly at a place adjacent to each other, and a ground connection part is provided near the ground connection part. And a signal output unit for an RF excitation signal provided.
[0013]
In the present invention, preferably, the single-loop coil elements are arranged so as to overlap with each other so that mutual inductance between two adjacent coil elements is substantially zero.
[0014]
In the present invention, preferably, the single loop coil element is formed such that two adjacent coil elements overlap each other, and the area of the overlapping portion is equal to the area of the overlapping portion between the other adjacent coil elements. Have been.
[0015]
In the present invention, preferably, the single loop coil element is formed such that two adjacent coil elements overlap each other, and the area of the overlapping portion is about 10% of the area of the entire coil element. ing.
[0016]
Further, in the present invention, preferably, in the single loop coil element, the interval between two adjacent coil elements is formed to be equal to the interval between the other two adjacent coil elements.
[0017]
According to the present invention, in a receiving RF coil constituted by four single-loop coil elements having a substantially cylindrical shape, adjacent single-loop coil elements are paired two by two, and two of each pair are formed. The coil element is connected to a common ground potential at its adjacent part. An RF excitation signal output unit is provided near the common ground potential, and the RF excitation signal received by the RF coil is output to the data collection unit via the signal output unit.
In the receiving RF coil configured as described above, the voltage difference between adjacent coil elements is reduced, thereby preventing damage to circuit elements due to the voltage difference and improving the stability of electrical characteristics of the RF coil. Is done.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a magnetic resonance imaging system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0019]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a magnetic resonance imaging (MRI: Magnetic Resonance Imaging) system employing a magnetic resonance imaging apparatus according to the present invention.
[0020]
As shown in FIG. 1, the
[0021]
Hereinafter, the
[0022]
As shown in FIG. 1, the
[0023]
As shown in FIG. 1, the magnet system 21 has a substantially cylindrical internal space (bore) 211 in which a cradle 26 on which the subject 50 is placed via a cushion is transported (not shown). Department.
[0024]
In the magnet system 21, as shown in FIG. 1, a main magnetic field magnet unit 212, a gradient coil unit 213, and an RF coil unit 214 are arranged around a magnet center (center position for scanning) in the bore 211. I have.
[0025]
The main magnetic field magnet section 212 and the gradient coil section 213 are composed of a pair of coils facing each other across a space in the bore 211 where the subject 40 is located at the time of examination.
[0026]
The main magnetic field magnet section 212 forms a static magnetic field in the bore 211. The direction of the static magnetic field is, for example, substantially parallel to the body axis direction of the subject 40. That is, a parallel magnetic field is formed. The pair of main magnetic field magnets constituting the main magnetic field magnet unit 212 is configured using, for example, a superconducting electromagnet, a permanent magnet, a normal electromagnet, or the like.
[0027]
The gradient coil unit 213 generates a gradient magnetic field for giving a gradient to the intensity of the static magnetic field formed by the main magnetic field magnet unit 212 so that the magnetic resonance signal received by the RF coil unit 214 has three-dimensional position information.
The gradient magnetic field generated by the gradient coil unit 213 is of three types: a slice gradient magnetic field, a read out gradient magnetic field, and a phase encode gradient magnetic field, and corresponds to these three gradient magnetic fields. The gradient coil unit 213 has three gradient coils.
[0028]
The RF coil unit 214 forms a high-frequency magnetic field for exciting spins in the body of the subject 40 in the static magnetic field space formed by the main magnetic field magnet unit 212. Here, forming a high-frequency magnetic field is called transmission of an RF excitation signal. The RF coil unit 214 receives, as a magnetic resonance signal, an electromagnetic wave in which a spin excited in the body of the subject 40 occurs.
The RF coil unit 214 has a transmitting coil and a receiving coil (not shown). The same coil is used for the transmitting coil and the receiving coil, or a dedicated coil is used for each.
[0029]
The RF coil unit 214 receives the driving signal DR1 corresponding to the protocol from the
In the magnetic resonance imaging processing, the number of pulse sequences (scan sequences) used for each 1TR (repeated time, a repetition cycle in magnetic resonance imaging) differs depending on a protocol set corresponding to each test site.
For example, the view data of 64 views to 512 views is obtained by repeating the procedure differently, for example, 64 times to 512 times for each protocol corresponding to the test site such as the head, the chest, and the abdomen.
[0030]
The
[0031]
The
The
[0032]
The
data) and output to the
[0033]
The
[0034]
Similarly, the
Further, the
[0035]
As shown in FIG. 1, the
[0036]
The
Further, an
[0037]
The
The
Note that the two-dimensional Fourier space is also called a k-space.
[0038]
The
[0039]
The
[0040]
The
[0041]
The
[0042]
The
[0043]
Next, a receiving RF coil used in the magnetic resonance imaging apparatus of the present embodiment will be specifically described with reference to the drawings.
[0044]
FIG. 2 shows a configuration example of an
As shown, the
[0045]
In the receiving
[0046]
Further, as shown in FIG. 2, in the receiving
Further, two adjacent coil elements form a pair, and the ground potential of the two coil elements of each pair is shared. That is, as illustrated, the
[0047]
FIG. 3 is a cross-sectional view of the receiving
[0048]
In the
Further, in the overlap portion, the distance between the respective coil elements is formed substantially equal.
[0049]
Two
[0050]
FIG. 4 shows a state where the
The
[0051]
As shown in FIG. 4A, two coil elements are connected to a common ground potential at an overlapping portion between the
[0052]
Similarly, as shown in FIG. 4B, in the overlapping portion between the
The RF excitation signal received by each of the
[0053]
As described above, in the receiving RF coil constituting the magnetic resonance imaging apparatus of the present embodiment, two adjacent coil elements form a pair, and the two coil elements of each pair overlap each other. Have a common ground potential. As a result, the potential difference between adjacent coils is reduced, and damage to the circuit element due to the potential difference between the coils can be prevented, and the stability of the coil element can be improved. Further, by sharing the ground potential of adjacent coil elements, a balun for outputting a magnetic resonance signal from each coil element is not required, and connection of a signal output unit in each coil element can be simplified. .
[0054]
Furthermore, in the
[0055]
Next, the overall operation of the magnetic resonance imaging apparatus of the present embodiment having the above-described configuration will be described.
[0056]
This pulse sequence for magnetic resonance imaging includes a so-called spin echo (SE: Spin Echo) method, a gradient echo (GRE: GRADIENT ECHO) method, a fast spin echo (FSE: Fast Spin Echo) method, and a fast recovery SE (Fast Recovery Spin Echo). ) Method and echo planer imaging (EPI: Echo Planar Imaging) method.
[0057]
Here, among the pulse sequences of the respective imaging methods, the pulse sequence of the SE method will be described with reference to FIG.
FIG. 5A shows a sequence of 90 ° pulses and 180 ° pulses for RF excitation in the SE method, and the driving signal DR1 applied by the
FIGS. 5B, 5C, 5D, and 5E show the sequence of the slice gradient Gs, the readout gradient Gr, the phase encode gradient Gp, and the spin echo MR, respectively. The pulses of the gradient Gr and the phase encode gradient Gp correspond to the drive signal DR2 applied to the gradient coil unit 213 by the
[0058]
As shown in FIG. 5A, a 90 ° pulse is applied to the transmission coil of the RF coil unit 214 by the
As shown in FIG. 5A, after a predetermined time from the 90 ° excitation, a 180 ° pulse is applied to the transmission coil of the RF coil unit 214 by the
[0059]
As shown in FIGS. 5C and 5D, the readout gradient pulse Gr and the phase encode gradient pulse Gp are supplied to the gradient coil unit 213 by the
Then, spin dephase is performed by the readout gradient pulse Gr, and phase encoding of the spin is performed by the phase encode gradient pulse Gp.
[0060]
After the spin reversal, as shown in FIG. 5B, the readout gradient pulse Gr is applied to the gradient coil unit 213 by the
The spin echo MR is collected by the
[0061]
In the
[0062]
As described above, according to the receiving RF coil of the present embodiment and the magnetic resonance imaging apparatus using the same, the ground potential of the adjacent coil elements is made common, and the signal output section of the RF excitation signal is provided near the ground potential. Is provided, a high voltage difference between adjacent coil elements can be eliminated, circuit elements can be prevented from being damaged due to the high voltage difference, and stabilization of electrical characteristics of the entire RF coil can be improved.
In addition, since a pair of coil elements forming a pair are arranged so as to overlap each other, the magnitude of the electromagnetic induction caused by the mutual inductance between the adjacent coil elements is the same, and the polarities are opposite. There is no effect due to cancellation.
[0063]
It should be noted that the RF coil according to the present invention is not limited to the above-described configuration, but may have another configuration. That is, by providing a signal output portion of the RF excitation signal near the virtual ground potential on the coil forming the loop, the voltage difference between the coil elements can be reduced, thereby preventing the circuit element on the coil from being damaged. It is possible to stabilize the electrical characteristics of the RF coil.
[0064]
FIG. 6 shows another configuration example of the receiving RF coil of the present invention. The receiving
As shown in the drawing, in this configuration example, the signal output unit of the
[0065]
FIG. 6 shows an example of a potential distribution in a long axis direction of a cylindrical shape in each coil element. As shown in the figure, in the major axis direction of the coil element, the potential of the RF excitation signal is distributed according to, for example, a sine wave. A virtual ground potential appears at both ends and intermediate points in the long axis direction of the cylindrical shape. For this reason, as shown in FIG. 6, by providing the signal output portion of the RF excitation signal at substantially the midpoint in the long axis direction, the voltage difference between the coil elements in the signal output portion can be kept small, and the high voltage Breakage of the circuit element due to the difference can be prevented. This can improve the stability of the electrical characteristics of the RF coil.
[0066]
【The invention's effect】
As described above, according to the RF coil of the present invention and the magnetic resonance imaging apparatus constituted by using the same, the ground potential of a pair of adjacent coil elements is set to the respective coil elements constituting the RF coil. By providing a signal output portion for the RF excitation signal near the common ground potential, the voltage difference between adjacent coils near the signal output portion can be reduced, and damage to circuit elements due to a high voltage difference can be prevented. . The same effect can be achieved by providing a signal output section near the virtual ground potential of the RF excitation signal in the coil element on the loop.
Therefore, according to the RF coil of the present invention and the magnetic resonance imaging apparatus using the same, there is an advantage that the electrical characteristics of the RF coil can be stabilized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating an embodiment of a magnetic resonance imaging system including a magnetic resonance imaging apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram illustrating an example of a receiving RF coil used in the magnetic resonance imaging apparatus of the present embodiment.
FIG. 3 is a sectional view showing a specific configuration of a receiving RF coil.
FIG. 4 is a developed view showing a specific configuration of a receiving RF coil.
FIG. 5 is a waveform chart showing signal waveforms at the time of imaging by the magnetic resonance imaging apparatus of the present embodiment.
FIG. 6 is a configuration diagram showing another configuration example of the receiving RF coil of the present invention.
[Explanation of symbols]
10 MRI system, 20 MRI apparatus, 21 magnet system, 211 bore, 212 main magnetic field magnet section, 213 gradient coil section, 214 RF coil section, 22 RF drive section, 23 gradient drive section, 24 data collection unit, 25 control unit, 26 cradle, 30 operator console, 31 data processing unit, 32 image database, 33 image processing database, 34 operation unit, 35 display unit, 40 unit Specimen, 100, 100a ... RF coil for reception, 101 to 104 ... single loop coil element.
Claims (10)
隣り合う上記シングルループコイルエレメントが2つずつペアを成し、上記各ペアにある2つの上記シングルループコイルエレメントが互いに隣接する場所で共通にグランド電位に接続するグランド接続部と、
上記グランド接続部の近傍に設けられている信号出力部と
を有するRFコイル。Four single-loop coil elements that are substantially cylindrical,
A ground connection portion in which the adjacent single loop coil elements form a pair by two, and the two single loop coil elements in each pair are commonly connected to a ground potential at a location adjacent to each other;
An RF coil having a signal output portion provided near the ground connection portion.
請求項1記載のRFコイル。2. The RF coil according to claim 1, wherein the single loop coil elements are arranged so as to overlap each other so that mutual inductance between two adjacent coil elements is substantially zero.
請求項1記載のRFコイル。2. The RF coil according to claim 1, wherein in the single-loop coil element, two adjacent coil elements overlap each other, and an area of the overlapping portion is equal to an area of an overlapping portion between other adjacent coil elements. 3. .
請求項1記載のRFコイル。2. The RF coil according to claim 1, wherein in the single-loop coil element, two adjacent coil elements overlap each other, and an area of the overlapped portion is about 10% of an area of the entire coil element. 3.
請求項1記載のRFコイル。2. The RF coil according to claim 1, wherein in the single loop coil element, an interval between two adjacent coil elements is formed equal to an interval between other two adjacent coil elements. 3.
上記高周波磁場によって上記被検体に励起された上記磁気共鳴信号を受信するRFコイルを有し、
上記RFコイルは、ほぼ円筒形を成す4つのシングルループコイルエレメントと、
隣り合う上記シングルループコイルエレメントが2つずつペアを成し、上記各ペアにある2つの上記シングルループコイルエレメントが互いに隣接する場所で共通にグランド電位に接続するグランド接続部と、
上記グランド接続部の近傍に設けられている信号出力部と
を有する磁気共鳴撮像装置。A magnetic resonance imaging apparatus that generates an image of a subject based on a magnetic resonance signal received by applying a high-frequency magnetic field to a subject to be imaged under a static magnetic field and a gradient magnetic field,
An RF coil for receiving the magnetic resonance signal excited by the subject by the high-frequency magnetic field,
The RF coil includes four single-loop coil elements each having a substantially cylindrical shape,
A ground connection portion in which the adjacent single loop coil elements form a pair by two, and the two single loop coil elements in each pair are commonly connected to a ground potential at a location adjacent to each other;
A magnetic resonance imaging apparatus having a signal output unit provided near the ground connection unit.
請求項6記載の磁気共鳴撮像装置。7. The magnetic resonance imaging apparatus according to claim 6, wherein the single-loop coil elements are arranged so as to overlap each other so that mutual inductance between two adjacent coil elements is substantially zero.
請求項6記載の磁気共鳴撮像装置。7. The magnetic resonance according to claim 6, wherein in the single loop coil element, two adjacent coil elements overlap each other, and an area of the overlapping portion is formed to be equal to an area of an overlapping portion between the other adjacent coil elements. Imaging device.
請求項6記載の磁気共鳴撮像装置。7. The magnetic resonance imaging system according to claim 6, wherein the single-loop coil element is formed such that two adjacent coil elements overlap each other, and an area of the overlapping portion is about 10% of an area of the entire coil element. apparatus.
請求項6記載の磁気共鳴撮像装置。7. The magnetic resonance imaging apparatus according to claim 6, wherein in the single loop coil element, an interval between two adjacent coil elements is formed to be equal to an interval between other two adjacent coil elements.
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JP2020124345A (en) * | 2019-02-04 | 2020-08-20 | 株式会社日立製作所 | High frequency coil and magnetic resonance imaging device using the same |
-
2002
- 2002-09-11 JP JP2002265443A patent/JP2004097607A/en active Pending
Cited By (2)
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