JP2009011788A - 円周スロットアレイ共振器 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ）法において、直流磁界強度及び高周波の周波数を上げて、感度及び分解能の向上をはかる。
【解決手段】 試料を入れる導体円筒の円周上にスロットを設け、外部からの電磁波照射に共振させて、導体円筒の内部に高周波磁界を発生させる。
【選択図】図１

Description

本発明は電磁波の共振分野に関するものである。

ＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ）は、磁気共鳴現象を利用して体外から非侵襲的に、脳、内臓等の状態を診断することの出来る優れた生体観測技術である。用いられる直流磁界及び高周波電磁界の生体に及ぼす影響が少ないので患者への負担も少ない。特にこの数年来、ｆＭＲＩ（Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ（機能的）ＭＲＩ）技術の進展が目覚ましく、直流磁界強度及び高周波の周波数を上げることにより感度及び分解能の向上が図られている。現在、バードケージコイルタイプが主流で、周波数の上限は３００ＭＨｚ近辺にあるが、感度および分解能向上のために５００ＭＨｚのボディコイル（ヒト全身を挿入するための共振器）の開発が急務になっている。

本発明は、感度および分解能向上および磁場強度の均一性向上を目的としている。

本発明は、導体円筒に単数または複数の電磁波励振用の細長い穴を円周上に持つ、すなわち円周スロット（Ｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｌｏｔ、円周方向の細い孔）を持つ共振器に関するものである。この共振器を円周スロットアレイ共振器（Ｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｌｏｔ Ａｒｒａｙ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ、Ｃ−ＳＡＲ）と称することにする。基本構造を図１に示す。高周波磁界は図１に破線で示したように発生する。この磁界は従来のバードケージコイルと同様なのでトンネル型ＭＲＩコイルとして用い得る。複数のスロットが同一の円周上にあるがこれらのスロットの間隔は均等であることが望ましい。図２に示すように円周は複数個でも良い。円周の間隔は均一でも不均一でも良い。円筒内部の磁界分布は円周の分布の仕方に依存している。
共振の良さを表すＱの向上と高周波の漏洩を防止する目的で図３に示すように、円筒キャビティと同軸に導体シールド円筒を設けることができるし、図４に示すように、スロットに終端短絡方形導波管を付加することもできる。
なお、寸法の一例を示す。共振周波数が３５１ＭＨｚの場合、円筒共振器の内径：７００ｍｍ、円筒共振器の軸長：３１４１ｍｍ、スロットの幅：６ｍｍ、スロットのループ長：３１０ｍｍ、円筒シールドの内径：１０００ｍｍ、円筒シールドの軸：３１４１ｍｍ。
細長い穴すなわちスロットへの電磁波の給電方法を図５に示した。５０Ω系の同軸ケーブルの内部導体と外部導体をスロットの上下に接触させて、横方向に移動させる。一方円筒の内部に電磁界センサ、例えばループコイルを入れておき、電磁界強度が最大になるところで、同軸ケーブルの２つの導体をスロットに固定する。
または、図６に示すように同軸ケーブルの内部導体をバリコンを通して、スロットの適当な位置に固定する。また、その位置の下部に外部導体も固定して、バリコンを調整して、円筒内部の電磁界が最大になるようにする。
一方、図７に導体シールド付円周スロットアレイ共振器への給電方法の一例を示した。

本発明の方法を用いると、以下に示す効果がある。
・今までの周波数上限３００ＭＨｚを５００ＭＨｚまで高くできる。
・５００ＭＨｚという高い周波数でも、人間の全身を共振器に挿入できる。
・磁場発生部が５．６ＧＨｚで１０ｍｍ×１０ｍｍ以上あり、しかも均一性が高い。

現在、多く使用されている共振器はバードケージ型で、この周波数の上限は３００ＭＨｚである。この周波数を５００ＭＨｚまで高めるには、導体円筒に単数または複数の電磁波励振用の細長い穴を円周上に持つ、すなわち円周スロット（Ｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｌｏｔ、円周方向の細い孔）を持つ共振器を用いる。この共振器を円周スロットアレイ共振器（Ｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｌｏｔ Ａｒｒａｙ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ、Ｃ−ＳＡＲ）と称する。なお、発生する磁界は従来のバードケージコイルと同様なので、トンネル型ＭＲＩコイルとして用い得る。複数のスロットが同一の円周上にあるが、これらのスロットの間隔は均等であることが望ましい。また、円周は複数個でも良く、円周の間隔は均一でも不均一でも良い。

同一の円周上に一定間隔でスロットを配置し、導体円筒の外部からマイクロ波を照射する。すると、スロットの幅と長さに応じた共振周波数で共振し、導体円筒内部に共振周波数の磁界が発生する。

図１のスロットを別の円周上に複数配置した場合で、この場合は導体円筒内の磁場強度が図１の場合よりも均一になる。

導体円筒の同一円周にスロット４個を持つ円周スロットアレイ共振器 導体円筒の異なる円周に複数のスロットを持つ円周スロットアレイ共振器 導体シールド付円周スロットアレイ共振器 終端短絡方形導波管付円周スロットアレイ共振器 同軸ケーブルを用いた、スロットへの給電方法 同軸ケーブルの端部にバリコンを配置して円筒内部の電磁界を最大にする方法

符号の説明

１ 導体円筒
２ 磁界
３ スロット
４ 円周スロットアレイ共振器
５ 導体シールド円筒
６ 終端短絡方形導波管
７ 同軸ケーブル
８ バリコン

Claims (4)

1. 導体円筒の円周上に単数または複数の電磁波励振用の細長い穴を有するＭＲＩ用共振器。
2. 請求項１において、導体円筒の異なる円周上にも単数または複数の電磁波励振用の細長い穴を有するＭＲＩ用共振器
3. 請求項１，２の共振器の外側に導体からなるシールドを有するＭＲＩ用共振器。
4. 請求項１，２の共振器の電磁波励振用の細長い穴に、円筒の外側向かって終端短絡導波管を取り付けたＭＲＩ用共振器

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