JP2008264306A - コイル装置及びそれを用いた磁気共鳴検査装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 コイル装置は、中心軸の回りに配置される複数の線状導体200、201とこれら複数の線状導体200、201の各端部を接続する2つのリング導体202、203とからなり、線状導体200、201及びリング導体202、203にコンデンサが挿入されている。複数の線状導体は、中心軸に近い方もの200と、中心軸から遠いものと201とからなり、これらが交互となるように、リング導体202、203は星状の多角形の形状を有している。この構造により、鳥かご型の共振モードと同様の共振モードと、中心軸に対し近い位置にある線状導体群200付近でゼロ(節)となる共振モードの2つの同調モードが実現できる。
【選択図】図2
Description
さらに本発明によれば、MRI装置のRFコイルとして、上述した本発明のコイル装置を用いる、比較的簡単な構成で、2つの周波数で均一な感度をもつMRI装置を構成できる。
まず本発明のMRI装置の第1の実施の形態について説明する。図1は、本発明が適用されるMRI装置の概要を示す図である。
<第一の実施の形態>
本発明のコイル装置の第一の実施の形態の全体図を図2に示す。このコイル装置は、例えば水平磁場MRIの頭部用コイルに好適なRFコイルである。
図では、線状導体の数が24本である場合を示したが、線状導体の数は24本に限定されず6本以上あればよい。好適な本数はコイルのサイズなどによるが、頭部コイルとして用いる際には16本以上、より好適には20〜28本である。
一般にインダクタ/コンデンサ共振回路において共振周波数は1/√(LC)に比例する。ここでインダクタンスの値Lは、コイルの大きさや形から決まるので、検査対象である原子核種の共鳴周波数に応じて、各コンデンサの値を調整することにより、2つの同調モードで動作させることができる。すなわち、MRI信号の同調周波数は検査対象である原子核種と静磁場の大きさによって正確に決まり、一方、コイルの共振周波数を決定するインダクタンスの値Lは、コイルの大きさや形から決まるので、検査対象である原子核種によって各同調モードに必要な合成容量が自動的に決まる。
CLP=(C1+C2)/2, CHP=C3(1)
式(1)でCLPはローパス型の鳥かご型コイルとみなした場合のコンデンサ容量、CHPはハイパス型の鳥かご型コイルとみなした場合のコンデンサ容量をあらわしている。
1/CMPR=1/C1+1/C2+2/C3 (2)
MRI装置のRFコイルとして本実施の形態のコイルを適用する場合、受信用コイル、送信用コイル、送受信共用コイルそれぞれの場合に、以下説明する第二から第五を含む5つの実施形態のどのコイルが好適であるかを区分けすることは適切でない。むしろ、使用する周波数の組み合わせと製作の容易さから各実施形態は選択されるものである。
なお本実施の形態のコイル装置のように円筒形状のコイル装置は、円筒の軸に垂直な方向に偏波を持つ電磁波成分に対し感度を有するので、円筒の軸がMRI装置の静磁場方向とほぼ平行となるように設置されることが好ましい。従って本実施の形態のコイル装置、通常被検体の体軸方向が静磁場方向(水平)と同じである水平磁場方式のMRI装置に好適である。
図10は、第二の実施の形態のコイル装置を示す図である。このコイル装置は、上下の星状のリング導体の辺上のみにコンデンサ206が存在し、複数の線状導体にはコンデンサを配置しない点が異なる。この場合、コンデンサ206の容量のみで合成容量が決まるため、2つの共振周波数の設定の自由度は減少する。第一の実施の形態のコイル装置のインピーダンス特性は、図7に示したように、鳥かご型の共振モードのピークが低周波側に、マルチプルパッチレゾネータ型モードのピークが高周波側に現れるものであったが、本実施の形態では、それとは逆に、鳥かご型の共振モードが高周波側に、第1半径の円周付近に感度の節を持つ共振モードは低周波側に出てくる。鳥かご型の共振モードの周波数特性はハイパス型であり、鳥かご型のモードは比較的共振周波数が高い高周波信号の送信/受信に適している。本実施の形態のコイル装置は、2つの周波数を設定する自由度は低いが、部品点数が少ない点で第一の実施の形態よりも優れている。なおコンデンサによる共振周波数調整の自由度は低いが、コイルの形状や導体の本数などインダクタンスLを変更することにより、MRI装置の核種に合わせた共振周波数を実現することが可能である。
また、この実施例の場合、給電点は上下のリング導体の辺上に設置されたコンデンサのうち、少なくとも1つに並列に設置する。
図11に示すコイル装置は、複数の線状導体にのみにコンデンサ204、205が存在し、リング部分にはコンデンサを配置しない点が異なる。この場合も、コンデンサ204、205の容量のみで合成容量が決まるため、2つの共振周波数の設定の自由度は減少する。このコイル装置のインピーダンス特性は、第一の実施の形態と同様に鳥かご型の共振モードのピークが低周波側に、マルチプルパッチレゾネータ型モードのピークが高周波側に出てくる。鳥かご型の共振モードの周波数特性はローパス型であり、鳥かご型のモードは比較的共振周波数が低い信号の検出に適している。
本実施の形態のコイル装置は、2つの周波数を設定する自由度は低いが、部品点数が少ない点で第一の実施の形態よりも優れている。この場合にも、コイルの形状や導体の本数などインダクタンスLを変更することにより、MRI装置の核種に合わせた共振周波数を実現することが可能である。
図12に示すコイル装置は、複数の線状導体のうち、外側に位置する線状導体のみにコンデンサを配置し、内側の線状導体にはコンデンサを配置しない点が第一の実施の形態と異なる。上下の星状のリング部分にはコンデンサを配置する。
本実施の形態のコイル装置は、2つの共振周波数はほぼ自由に設定できる。第一の実施の形態と比較した場合、高周波のマルチプルパッチレゾネータ型の共振点での感度は低いが、低周波側の鳥かご型の共振周波数での感度に優れているので、比較的低周波の高周波信号の送信/受信に適している。
図13に示すコイル装置は、複数の線状導体のうち、内側に位置する線状導体のみにコンデンサを配置し、外側の線状導体にはコンデンサを配置しない点が第一の実施の形態と異なる。上下の星状のリング部分にはコンデンサを配置する。
本実施の形態のコイル装置は、2つの共振周波数はほぼ自由に設定できる。第一の実施の形態と比較した場合、高周波のマルチプルパッチれゾネータ型の共振周波数での感度に優れている。
まず第1半径を持つ円周を内側の面とし、それよりも大きい第2半径の円周を外周とする円筒状の構造140を、プラスチックなどの非磁性の物質で作成する。そこに薄さ0.1ミリ程度の銅板からYの字状に切り取った導体141を両面テープなどで貼り付けていくことでコイルを作成できる。Yの字状の導体141は、図14に示すように、互いにコンデンサの大きさ程度のギャップをあけて配置し、そのギャップ部分にコンデンサを配置する。金属板に代えて、金属線や金属棒で作成してもよい。
本実施形態によれば、装置を複雑化したり、コイルの交換などの作業を行なうことなく、2種の核種の検査を容易に行なうことが可能となる。
図2に示すような24本の線状導体と上下の星状のリングを持つRFコイルを、3テスラの静磁場強度のMRI装置に設置し、水素及びりんの信号を取得する場合の実施例を説明する。
更に矢印701で示した、高周波側から4番目の128MHzにあるピークが、第1半径付近に感度の節を持ち、かつ、コイル内部領域の広い範囲にわたって均一感度を持つもう1つの同調ピークである。128MHzは3テスラのMRI装置においておよそ水素の同調周波数に相当する。
なお、本実施例に示したコンデンサの値は、12pFと500pFであるが、この値を変化させることにより、2つの同調周波数を多様に変化させることが可能である。
図10に示すような24本の線状導体と上下の星状のリングを持つRFコイルを、3テスラの静磁場強度のMRI装置に設置する場合のシミュレーションを行なった。このRFコイルは、コンデンサは上下の星状のリング導体の辺上のみに存在し、複数の線状導体にはコンデンサを配置しないハイパス型である。実施例1と同じコイルの大きさと導体の材質を仮定して、リング上にあるすべてのコンデンサの値を22pFとし、インピーダンスのシミュレーションを行ったところ、インピーダンス特性は、図7に示す実施例1の場合と異なり、鳥かご型の共振モードが高周波側に、マルチプルパッチレゾネータ型モードは低周波側に出た。また2つの共振周波数は66MHzと156MHzであった。
図11に示すような24本の線状導体と上下の星状のリングを持つRFコイルを、3テスラの静磁場強度のMRI装置に設置する場合のシミュレーションを行なった。このRFコイルは、コンデンサは複数の線状導体にのみに存在し、リング部分にはコンデンサを配置しないローパス型である。実施例1と同じコイルの大きさと導体の材質を仮定して、リング上にあるすべてのコンデンサの値を22pFとし、インピーダンスのシミュレーションを行ったところ、インピーダンス特性は、実施例1と同様に鳥かご型の共振モードが低周波側に、マルチプルパッチレゾネータ型モードは高周波側に出てきた。また2つの共振周波数は31MHzと98MHzであった。
図12に示すような24本の線状導体と上下の星状のリングを持つRFコイルを、3テスラの静磁場強度のMRI装置に設置する場合のシミュレーションを行なった。このRFコイルでは、複数の線状導体のうち、外側のみにコンデンサを配置し、内側の線状導体にはコンデンサを配置しない。上下の星状のリング部分にはコンデンサを配置する。
図13に示すような24本の線状導体と上下の星状のリングを持つRFコイルを、3テスラの静磁場強度のMRI装置に設置する場合のシミュレーションを行なった。このRFコイルでは、複数の線状導体のうち、内側のみにコンデンサを配置し、外側の線状導体にはコンデンサを配置しない。上下の星状のリング部分にはコンデンサを配置する。
線状導体の内側のコンデンサの値として6.8pFを設定し、リング部分のコンデンサの値として200pFを設定すると、127MHzに第1半径を持つ円周付近に感度の節を持つ共振があらわれ、53MHz付近に鳥かご型の一様な感度を持つ共振が現れた。53MHzの共振の中心部分の感度の値はおよそ1.9A/(m√W)であり、127MHzの共振の中心部分の感度の値はおよそ1.1A/(m√W)であった。この結果は、実施例1のりんの共振周波数での感度2.3A/(m√W)より劣るが、実施例1での水素の共振周波数の感度0.5A/(m√W)よりも2倍もの感度が得られている。リンの信号の感度よりも水素の信号の感度を重視したい場合、実施例5の方法は有効である。
実施例5と同じコンデンサ配置で、内側の線状導体のコンデンサの値を6.3pFとし、リング部分のコンデンサ配置を530pFにした場合に、インピーダンスと感度のシミュレーションを行った。その結果、32MHzと127MHzに共振の周波数が得られた。32MHzは3テスラのMRI装置において炭素の共振周波数に相当する。32MHzの共振での中心感度は2.6A/(m√W)であり、127MHzの共振周波数での中心感度は1.0A/(m√W)であった。
このことは実施例5での2種類のコンデンサの値を適切に選ぶことによって、水素とりんだけでなく水素と炭素の2周波数に共振を合わせることができることを示している。よって本実施例によりMRI装置に有用な2周波を選んで共振コイルを設計できることが示された。
Claims (13)
- 信号の送信および/または受信に用いるコイル装置であって、
中心軸の回りに配置された複数の線状導体と、
前記複数の線状導体の各々の一方の端部に接続するループ状の第1導体と、
前記複数の線状導体の各々の他方の端部に接続するループ状の第2導体と、
前記線状導体、第1導体および第2導体の少なくとも一つに配置されたコンデンサとを備え、
前記複数の線状導体は、第1線状導体群と第2線状導体群とを有し、前記第1導体群が配列する面と前記第2線状導体が配列する面とは互いに間隔を有し、
前記第1導体および第2導体には、それぞれ、前記第1線状導体群を構成する線状導体と第2線状導体群を構成する線状導体とが交互に接続されていることを特徴とするコイル装置。 - 信号の送信および/または受信に用いるコイル装置であって、
中心軸の回りに該中心軸に平行に配置された複数の線状導体と、
前記複数の線状導体の各々の一方の端部に接続するループ状の第1導体と、
前記複数の線状導体の各々の他方の端部に接続するループ状の第2導体と、
前記線状導体、第1導体および第2導体の少なくとも一つに配置されたコンデンサとを備え、
前記第1導体および第2導体は、それぞれ、前記中心軸からの距離が近い部分と遠い部分を持ち、中心軸を中心として回転対称性を持つ形状を有し、
前記複数の線状導体は、前記第1導体および第2導体の、前記中心軸からの距離が近い部分と遠い部分とに接続されていることを特徴とするコイル装置。 - 請求項1又は2記載のコイル装置であって、前記第1導体及び第2導体は、頂角が180°未満の頂点と頂角が180°を超える頂点とを交互に有する多角形であって、前記線状導体は当該多角形の頂点に接続されていることを特徴とするコイル装置。
- 請求項1又は2記載のコイル装置であって、
前記第1導体および第2導体は多角形であって、それぞれ、前記中心点を中心として第1半径を有する第1円弧上に位置する第1頂点と、前記中心点を中心として第2半径を有する第2円弧上に位置する第2頂点を有し、前記第1頂点と第2頂点は交互に配置されていることを特徴とするコイル装置。 - 請求項1ないし4のいずれか1項に記載のコイル装置であって、
前記第1導体および第2導体にコンデンサが配置されていることを特徴とするコイル装置。 - 請求項1ないし4のいずれか1項に記載のコイル装置であって、
前記複数の線状導体の少なくとも一つにコンデンサが配置されていることを特徴とするコイル装置。 - 請求項1ないし4のいずれか1項に記載のコイル装置であって、
前記第1導体および第2導体に第1コンデンサが配置され、前記複数の線状導体の少なくとも一つに第2コンデンサが配置されていることを特徴とするコイル装置。 - 請求項6又は7記載のコイル装置であって、
前記第1線状導体群及び第2線状導体群のいずれか一方の線状導体のみにコンデンサが配置されていることを特徴とするコイル装置。 - 請求項6又は7記載のコイル装置であって、
前記第1線状導体群及び第2線状導体群のいずれにもコンデンサが配置されていることを特徴とするコイル装置。 - 請求項1ないし9のいずれか1項に記載のコイル装置であって、
前記コンデンサの少なくとも一つに、給電/受電手段が並列に設けられていることを特徴とするコイル装置。 - 静磁場を発生する静磁場発生手段と、前記静磁場発生手段が発生する静磁場空間に配置され、前記静磁場方向と直交する方向に高周波磁場を発生する送信用RFコイルと、前記静磁場方向と直交する方向の高周波磁場を検出する受信用RFコイルと、前記静磁場空間に置かれた被検体から発生し、前記受信用RFコイルが検出した核磁気共鳴信号を用いて前記被検体の内部情報を画像化する手段とを備えた磁気共鳴検査装置において、
前記送信用RFコイル及び/又は前記受信用RFコイルとして請求項1から10のいずれか1項記載のコイル装置を備えたことを特徴とする磁気共鳴検査装置。 - 静磁場を発生する静磁場発生手段と、前記静磁場発生手段が発生する静磁場空間に配置され、前記静磁場方向と直交する方向に高周波磁場を発生するとともに前記静磁場方向と直交する方向の高周波磁場を検出するRFコイルと、前記静磁場空間に置かれた被検体から発生し、前記RFコイルが検出した核磁気共鳴信号を用いて前記被検体の内部情報を画像化する手段とを備えた磁気共鳴検査装置において、
前記RFコイルとして請求項1から10のいずれか1項記載のコイル装置を備えたことを特徴とする磁気共鳴検査装置。 - 請求項11又は12記載の磁気共鳴検査装置において、
前記RFコイルは、周波数の異なる第1及び第2の同調モードを備え、
前記第1及び第2の同調モードのいずれか一方は、水素の原子核の共鳴周波数に同調し、他方は水素以外の原子核の共鳴周波数に同調するように、前記コンデンサが調整されていることを特徴とする磁気共鳴検査装置。
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