JP2659626B2 - Nmr無線周波コイル - Google Patents
Nmr無線周波コイルInfo
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- conductive segment
- nmr
- frequency coil
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- G01R33/32—Excitation or detection systems, e.g. using radio frequency signals
- G01R33/34—Constructional details, e.g. resonators, specially adapted to MR
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- G—PHYSICS
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
- G01R33/44—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance using nuclear magnetic resonance [NMR]
- G01R33/48—NMR imaging systems
- G01R33/54—Signal processing systems, e.g. using pulse sequences ; Generation or control of pulse sequences; Operator console
- G01R33/56—Image enhancement or correction, e.g. subtraction or averaging techniques, e.g. improvement of signal-to-noise ratio and resolution
- G01R33/565—Correction of image distortions, e.g. due to magnetic field inhomogeneities
- G01R33/5659—Correction of image distortions, e.g. due to magnetic field inhomogeneities caused by a distortion of the RF magnetic field, e.g. spatial inhomogeneities of the RF magnetic field
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は核磁気共鳴(NMR)イ
メージング方法およびそのシステムに関するものであ
る。更に詳しく述べると、本発明は無線周波(RF)信
号を送受信するためにこのような装置と一緒に使用され
る無線周波(RF)コイルに関するものである。
メージング方法およびそのシステムに関するものであ
る。更に詳しく述べると、本発明は無線周波(RF)信
号を送受信するためにこのような装置と一緒に使用され
る無線周波(RF)コイルに関するものである。
【0002】
【従来の技術】NMRイメージングでは、デカルト座標
系のZ軸に沿ってイメージング対象に一様な磁界B0 が
印加される。このデカルト座標系の原点はイメージング
対象の中心になっている。磁界B0 の効果は対象の核ス
ピンをZ軸に沿ってそろえることである。X−Y平面内
に配向された適正な周波数のRF磁界信号に応答して、
核は次式に従ってラーモア周波数でZ軸を中心として歳
差運動する。
系のZ軸に沿ってイメージング対象に一様な磁界B0 が
印加される。このデカルト座標系の原点はイメージング
対象の中心になっている。磁界B0 の効果は対象の核ス
ピンをZ軸に沿ってそろえることである。X−Y平面内
に配向された適正な周波数のRF磁界信号に応答して、
核は次式に従ってラーモア周波数でZ軸を中心として歳
差運動する。
【0003】ω=γB0 但し、ωはラーモア周波数であり、γは定数であり、特
定の核に固有の磁気回転比である。このようなイメージ
ングでは水分が主要な関心事である。水分が生物組織の
中に比較的多く含まれていることとその核の性質からで
ある。水に対する磁気回転比γの値は4.26KHz /ガ
ウスであるので、1.5テスラの分極磁界B0 では水の
共鳴周波数すなわちラーモア周波数は約63.9MHz で
ある。
定の核に固有の磁気回転比である。このようなイメージ
ングでは水分が主要な関心事である。水分が生物組織の
中に比較的多く含まれていることとその核の性質からで
ある。水に対する磁気回転比γの値は4.26KHz /ガ
ウスであるので、1.5テスラの分極磁界B0 では水の
共鳴周波数すなわちラーモア周波数は約63.9MHz で
ある。
【0004】通常のイメージング・シーケンスでは、ラ
ーモア周波数ωを中心とするRF信号が無線周波(R
F)コイルによってイメージング対象に印加される。こ
のRF信号の印加時に磁界勾配GZ が印加されることに
より、共鳴周波数ωを持つ、X−Y平面に沿って対象を
切ったスライス中の核だけが励起されて共鳴する。
ーモア周波数ωを中心とするRF信号が無線周波(R
F)コイルによってイメージング対象に印加される。こ
のRF信号の印加時に磁界勾配GZ が印加されることに
より、共鳴周波数ωを持つ、X−Y平面に沿って対象を
切ったスライス中の核だけが励起されて共鳴する。
【0005】このスライス中の核の励起の後、X軸とY
軸に沿って磁界勾配が印加される。X軸に沿った勾配G
X によって、核はX軸に沿った核の位置できまる異なる
共振周波数で歳差運動する。すなわち、GX は歳差運動
する核を周波数で符号化する。同様に、Y軸の勾配GY
は一連の値に順次変えられて、Y位置を勾配振幅の関数
として位相変化速度に符号化する。このプロセスは通
常、位相符号化と呼ばれる。
軸に沿って磁界勾配が印加される。X軸に沿った勾配G
X によって、核はX軸に沿った核の位置できまる異なる
共振周波数で歳差運動する。すなわち、GX は歳差運動
する核を周波数で符号化する。同様に、Y軸の勾配GY
は一連の値に順次変えられて、Y位置を勾配振幅の関数
として位相変化速度に符号化する。このプロセスは通
常、位相符号化と呼ばれる。
【0006】歳差運動する核により発生される弱いRF
信号はRFコイルが検知してNMR信号として記録する
ことができる。このNMR信号から、周知の再構成技術
に従ってスライス画像を得ることができる。NMR画像
の再構成についてはデイー・エヌ・キーン(D.N.Kean)
およびエム・エー・スミス(M.A.Smith )の著書「磁気
共鳴イメージング、原理と応用」(“Magnetic Resonan
ce Imaging,Principles and Applications”)に概説さ
れている。
信号はRFコイルが検知してNMR信号として記録する
ことができる。このNMR信号から、周知の再構成技術
に従ってスライス画像を得ることができる。NMR画像
の再構成についてはデイー・エヌ・キーン(D.N.Kean)
およびエム・エー・スミス(M.A.Smith )の著書「磁気
共鳴イメージング、原理と応用」(“Magnetic Resonan
ce Imaging,Principles and Applications”)に概説さ
れている。
【0007】NMRイメージング技術によって作成され
る画像の品質は幾分、核を励起するために使用されるR
F信号の強さと一様性によって左右される。RF磁界信
号の強さは結果として得られる画像の信号対雑音比に直
接影響を与える。RF磁界の強さは実際上、RF発生器
からRFコイルへの電力転送効率、NMR励起の最適レ
ベル、およびRF電力の堆積に対する患者の許容度によ
って制限される。磁界の一様性はGz 勾配のスライス選
択性に影響を及ぼすとともに、RF信号の変化による励
起核の位相差によって生じ得る画像アーチファクトの激
しさにも影響を及ぼす。
る画像の品質は幾分、核を励起するために使用されるR
F信号の強さと一様性によって左右される。RF磁界信
号の強さは結果として得られる画像の信号対雑音比に直
接影響を与える。RF磁界の強さは実際上、RF発生器
からRFコイルへの電力転送効率、NMR励起の最適レ
ベル、およびRF電力の堆積に対する患者の許容度によ
って制限される。磁界の一様性はGz 勾配のスライス選
択性に影響を及ぼすとともに、RF信号の変化による励
起核の位相差によって生じ得る画像アーチファクトの激
しさにも影響を及ぼす。
【0008】図1に示すように、核10は磁気モーメン
ト12を有しており、RF磁気信号によりこれが励起さ
れて静磁界B0 を中心とした歳差運動18を行ない、こ
の結果、静磁界B0 に対して垂直な平面に沿って磁気ベ
クトル14が生じる。
ト12を有しており、RF磁気信号によりこれが励起さ
れて静磁界B0 を中心とした歳差運動18を行ない、こ
の結果、静磁界B0 に対して垂直な平面に沿って磁気ベ
クトル14が生じる。
【0009】励起用RF磁界14はX−Y平面内の単一
の軸に沿って振動することができる。このような振動磁
界は、当業者には既知のように振動軸に沿って静磁界B
0 に垂直に配置された2つの導電性ループで構成された
「サドル」形コイル(図示しない)によって作ることが
できる。
の軸に沿って振動することができる。このような振動磁
界は、当業者には既知のように振動軸に沿って静磁界B
0 に垂直に配置された2つの導電性ループで構成された
「サドル」形コイル(図示しない)によって作ることが
できる。
【0010】核モーメント12のより有効な励起は円偏
波RF磁界すなわち回転する磁気ベクトル14を生じる
RF磁界で達成することができる。磁気ベクトル14は
図1の矢印20で示すようにラーモア周波数ωに等しい
角速度でX−Y平面内で回転することが好ましい。
波RF磁界すなわち回転する磁気ベクトル14を生じる
RF磁界で達成することができる。磁気ベクトル14は
図1の矢印20で示すようにラーモア周波数ωに等しい
角速度でX−Y平面内で回転することが好ましい。
【0011】コイル構造をその「共鳴」周波数で励振し
たとき、RFコイル構造により回転するRF磁気ベクト
ルが生じることが知られている。図2に28で示すよう
な、回転磁界を作成するためのこのようなコイル構造の
1つは静磁界B0 の軸に沿って間隔を置いて配置された
1対の導電性ループ22を有する。ループ22は静磁界
B0 の軸に平行な一連の導電性セグメント24に結合さ
れる。ループ22および導電性セグメント24は固有イ
ンダクタンスを有しており、長さ方向に容量性素子30
で分割することにより、コイルを外部RF発生器26で
駆動したとき導電性セグメント24を通る電流を所望の
パターンにすることができる。
たとき、RFコイル構造により回転するRF磁気ベクト
ルが生じることが知られている。図2に28で示すよう
な、回転磁界を作成するためのこのようなコイル構造の
1つは静磁界B0 の軸に沿って間隔を置いて配置された
1対の導電性ループ22を有する。ループ22は静磁界
B0 の軸に平行な一連の導電性セグメント24に結合さ
れる。ループ22および導電性セグメント24は固有イ
ンダクタンスを有しており、長さ方向に容量性素子30
で分割することにより、コイルを外部RF発生器26で
駆動したとき導電性セグメント24を通る電流を所望の
パターンにすることができる。
【0012】コイル構造28を特定の周波数で駆動した
とき、各軸方向セグメント24の電流分布の位相は静磁
界B0 の軸のまわりで測定したセグメント24の横方向
角度θに等しくなる。この位相分布はループ素子22の
固有インダクタンスと軸方向のセグメント24のキャパ
シタンスの「遅延線」効果の結果である。駆動周波数
で、導電性セグメント24の角度変位θが360°の場
合、遅延線効果により導電性セグメント24に流れる電
流に360°の位相変移が生ずる。当業者には理解され
るように、この電流分布は上記のように円偏波のRF磁
界14を作る。
とき、各軸方向セグメント24の電流分布の位相は静磁
界B0 の軸のまわりで測定したセグメント24の横方向
角度θに等しくなる。この位相分布はループ素子22の
固有インダクタンスと軸方向のセグメント24のキャパ
シタンスの「遅延線」効果の結果である。駆動周波数
で、導電性セグメント24の角度変位θが360°の場
合、遅延線効果により導電性セグメント24に流れる電
流に360°の位相変移が生ずる。当業者には理解され
るように、この電流分布は上記のように円偏波のRF磁
界14を作る。
【0013】所定の周波数で種々のコイル形状の位相変
移特性を使用するRFコイル構造の詳細な説明が、米国
特許第4,680,548号明細書、米国特許第4,6
92,705号明細書および米国特許第4,694,2
55号明細書に記載されている。これらのRFコイルは
包括的に「共鳴RFコイル」と呼ばれている。
移特性を使用するRFコイル構造の詳細な説明が、米国
特許第4,680,548号明細書、米国特許第4,6
92,705号明細書および米国特許第4,694,2
55号明細書に記載されている。これらのRFコイルは
包括的に「共鳴RFコイル」と呼ばれている。
【0014】やはり図2に示すように、導電性セグメン
ト24の1つの容量性素子30の両端間に直接接続され
たRF発生器によりコイル構造28を駆動することがで
きる。代案として米国特許第4,638,253号明細
書に記載のようにRF発生源26をコイル構造28に誘
導結合することができる。
ト24の1つの容量性素子30の両端間に直接接続され
たRF発生器によりコイル構造28を駆動することがで
きる。代案として米国特許第4,638,253号明細
書に記載のようにRF発生源26をコイル構造28に誘
導結合することができる。
【0015】重畳の法則の適用により、共鳴コイルの設
計では導電性セグメントを接続する導電性ループ22を
通って円周方向にかなりの電流が流れることは明らかで
ある。この電流はコイル28の両側の各導電性セグメン
ト24を通って流れる電流の和である。円周方向の電流
によって、所望の横方向の回転磁界14とは異なり、B
0 軸(図示しない)に沿った縦方向の磁界成分が生じ
る。これらの縦方向の磁界成分は発生する横方向磁界1
4の軸方向の均一性に悪影響を与えることがある。
計では導電性セグメントを接続する導電性ループ22を
通って円周方向にかなりの電流が流れることは明らかで
ある。この電流はコイル28の両側の各導電性セグメン
ト24を通って流れる電流の和である。円周方向の電流
によって、所望の横方向の回転磁界14とは異なり、B
0 軸(図示しない)に沿った縦方向の磁界成分が生じ
る。これらの縦方向の磁界成分は発生する横方向磁界1
4の軸方向の均一性に悪影響を与えることがある。
【0016】MRイメージング・シーケンスの間、イメ
ージング対象(これも図示されていない)がループ22
および導電性セグメント24によって規定されるように
コイル体積の中に配置されている。イメージング対象が
コイル構造に近接している結果、コイル28とイメージ
ング対象との間に容量性結合が生じるので、誘電加熱に
よりイメージング対象内でのRF電力損失が大きくな
る。
ージング対象(これも図示されていない)がループ22
および導電性セグメント24によって規定されるように
コイル体積の中に配置されている。イメージング対象が
コイル構造に近接している結果、コイル28とイメージ
ング対象との間に容量性結合が生じるので、誘電加熱に
よりイメージング対象内でのRF電力損失が大きくな
る。
【0017】イメージング対象の横断面が一様でない
か、またはRFコイル28との中心合わせが不均一であ
ると、これらの異なるコイル構造に結合された誘電損失
と同様に、異なるコイル素子間でイメージング対象に対
する容量結合が変化する。RFコイル28に対してこの
一様でない負荷が及ぼす影響はコイル構造を離調してコ
イル構造の遅延線を混乱させ、その結果、導電性セグメ
ント24の中の電流の位相分布をゆがませることであ
る。軸方向電流の位相分布の変化によって、再構成され
たNMR画像に歪みが生じ、またRF発生器26から結
合されるRF電力が小さくなる。
か、またはRFコイル28との中心合わせが不均一であ
ると、これらの異なるコイル構造に結合された誘電損失
と同様に、異なるコイル素子間でイメージング対象に対
する容量結合が変化する。RFコイル28に対してこの
一様でない負荷が及ぼす影響はコイル構造を離調してコ
イル構造の遅延線を混乱させ、その結果、導電性セグメ
ント24の中の電流の位相分布をゆがませることであ
る。軸方向電流の位相分布の変化によって、再構成され
たNMR画像に歪みが生じ、またRF発生器26から結
合されるRF電力が小さくなる。
【0018】
【発明の概要】本発明では、回転する横方向磁界を送出
するかまたは受けるためのNMR用RFコイルは、縦軸
に平行で、縦軸のまわりに角度θの間隔を置いて配置さ
れた複数の導電性セグメントとこれらのセグメントを囲
むRFシールドを含む。電力スプリッタから軸方向の各
導電性セグメントに別々のRF信号を供給することによ
り各セグメントに電流i(t)=sin(ωt+θ)を
誘導する。ここでθは電流が流れるセグメントの横方向
角度である。
するかまたは受けるためのNMR用RFコイルは、縦軸
に平行で、縦軸のまわりに角度θの間隔を置いて配置さ
れた複数の導電性セグメントとこれらのセグメントを囲
むRFシールドを含む。電力スプリッタから軸方向の各
導電性セグメントに別々のRF信号を供給することによ
り各セグメントに電流i(t)=sin(ωt+θ)を
誘導する。ここでθは電流が流れるセグメントの横方向
角度である。
【0019】本発明の1つの目的はコイルとイメージン
グ対象との間の結合損失の影響に一層耐える円偏波磁界
を発生することができるRFコイルを作成することであ
る。コイル構造とは別個に電力スプリッタを使用するこ
とにより、コイルとイメージング対象との間の容量性結
合が各導電性セグメントに分布されたRF信号の位相に
及ぼす影響を小さくする。電力スプリッタは各セグメン
トを他のセグメントから電気的に隔離するので、イメー
ジング対象に対する容量性結合が大きくなった結果とし
て1つのセグメントの負荷が増大した場合でも、他のセ
グメントに対する電流の位相は実質的に変らない。コイ
ル近傍から電力スプリッタを除くことにより、軸方向セ
グメントの電流分布を損なう恐れのあるイメージング対
象と電力スプリッタとの間の相互作用が防止される。
グ対象との間の結合損失の影響に一層耐える円偏波磁界
を発生することができるRFコイルを作成することであ
る。コイル構造とは別個に電力スプリッタを使用するこ
とにより、コイルとイメージング対象との間の容量性結
合が各導電性セグメントに分布されたRF信号の位相に
及ぼす影響を小さくする。電力スプリッタは各セグメン
トを他のセグメントから電気的に隔離するので、イメー
ジング対象に対する容量性結合が大きくなった結果とし
て1つのセグメントの負荷が増大した場合でも、他のセ
グメントに対する電流の位相は実質的に変らない。コイ
ル近傍から電力スプリッタを除くことにより、軸方向セ
グメントの電流分布を損なう恐れのあるイメージング対
象と電力スプリッタとの間の相互作用が防止される。
【0020】本発明のもう1つの目的は軸方向の磁界の
均一性を改良したRFコイルを作成することである。従
来の共振RFコイル設計で使用されているような軸方向
素子の両端を接続するループ素子をなくすことによっ
て、それらのループ素子を通る円周方向の電流が除去さ
れる。これにより、RFコイルにより発生される横方向
磁界の均一性を損なう恐れのある円周方向の電流による
縦方向磁界成分がなくなる。軸方向のセグメントの長さ
方向に沿って配置された容量性素子はこれらのセグメン
トにおける定在波の振幅を小さくする。
均一性を改良したRFコイルを作成することである。従
来の共振RFコイル設計で使用されているような軸方向
素子の両端を接続するループ素子をなくすことによっ
て、それらのループ素子を通る円周方向の電流が除去さ
れる。これにより、RFコイルにより発生される横方向
磁界の均一性を損なう恐れのある円周方向の電流による
縦方向磁界成分がなくなる。軸方向のセグメントの長さ
方向に沿って配置された容量性素子はこれらのセグメン
トにおける定在波の振幅を小さくする。
【0021】本発明の更にもう1つの目的は核スピンの
励起の間、イメージング対象に失なわれるRF電力を小
さくし、イメージング対象のRF加熱を小さくすること
である。RFコイルは電界と磁界の両方を作成する。電
界の強さはイメージング対象に対するRFコイルの容量
性結合によって生じる誘電損失の量に影響を及ぼす。通
常、誘電損失はRFコイルから失なわれるRFエネルギ
を支配する。
励起の間、イメージング対象に失なわれるRF電力を小
さくし、イメージング対象のRF加熱を小さくすること
である。RFコイルは電界と磁界の両方を作成する。電
界の強さはイメージング対象に対するRFコイルの容量
性結合によって生じる誘電損失の量に影響を及ぼす。通
常、誘電損失はRFコイルから失なわれるRFエネルギ
を支配する。
【0022】本発明では、容量性素子が軸方向のセグメ
ントに沿って配置され、軸方向のセグメントと同調して
直列共振するように調整される。これにより、軸方向の
セグメントのインピーダンスが小さくなるので、該セグ
メントを通る電流が大きくなり、セグメント両端間の電
圧が小さくなる。電圧が低いと、RFコイルの発生する
電界が小さくなるので誘電損失が小さくなる。イメージ
ング対象内でのRF電力の堆積もそれに応じて小さくな
る。電流が大きくなると、コイルの発生する磁界が大き
くなり、イメージング対象の核スピンを励起する際のR
Fコイルの有効性が増大する。
ントに沿って配置され、軸方向のセグメントと同調して
直列共振するように調整される。これにより、軸方向の
セグメントのインピーダンスが小さくなるので、該セグ
メントを通る電流が大きくなり、セグメント両端間の電
圧が小さくなる。電圧が低いと、RFコイルの発生する
電界が小さくなるので誘電損失が小さくなる。イメージ
ング対象内でのRF電力の堆積もそれに応じて小さくな
る。電流が大きくなると、コイルの発生する磁界が大き
くなり、イメージング対象の核スピンを励起する際のR
Fコイルの有効性が増大する。
【0023】本発明の更にもう1つの目的はRFコイル
内に配置されるイメージング対象の寸法、組成または位
置の変化に対するRFコイル入力インピーダンスの感度
を小さくすることである。RFコイルの入力インピーダ
ンスがRF発生器の出力インピーダンスに等しいとき、
RF発生器から最大電力がRFコイルに結合される。直
列共振のために容量性素子を使用して軸方向のセグメン
ト両端間の電圧を小さくすることにより、各セグメント
の入力のリアクタンスが最小となる。したがって、イメ
ージング対象との容量性結合によって生じるRFコイル
・インピーダンスの変動が小さくなり、異なるイメージ
ング対象に対するRF発生器とRFコイルとの間のイン
ピーダンス整合が改善される。
内に配置されるイメージング対象の寸法、組成または位
置の変化に対するRFコイル入力インピーダンスの感度
を小さくすることである。RFコイルの入力インピーダ
ンスがRF発生器の出力インピーダンスに等しいとき、
RF発生器から最大電力がRFコイルに結合される。直
列共振のために容量性素子を使用して軸方向のセグメン
ト両端間の電圧を小さくすることにより、各セグメント
の入力のリアクタンスが最小となる。したがって、イメ
ージング対象との容量性結合によって生じるRFコイル
・インピーダンスの変動が小さくなり、異なるイメージ
ング対象に対するRF発生器とRFコイルとの間のイン
ピーダンス整合が改善される。
【0024】本発明の更にもう1つの目的はRFコイル
の外側に生じる電界を抑圧するための改善されたRFシ
ールドを提供することである。ほぼ円筒形のシールドは
導電性セグメントを囲んでおり、また、RFコイルの縦
軸を中心とし、かつ半径が軸方向のセグメントの半径に
等しい開口を含む導電性の端板をかぶせられている。こ
のシールド構造により、イメージング装置の支持用内腔
管を通すことなく電力スプリッタを軸方向のセグメント
に接続することができ、電力スプリッタをシールドの外
側に配置することができる。その結果得られる階段状の
シールド構造によって、RFシールドを改善することが
できる。
の外側に生じる電界を抑圧するための改善されたRFシ
ールドを提供することである。ほぼ円筒形のシールドは
導電性セグメントを囲んでおり、また、RFコイルの縦
軸を中心とし、かつ半径が軸方向のセグメントの半径に
等しい開口を含む導電性の端板をかぶせられている。こ
のシールド構造により、イメージング装置の支持用内腔
管を通すことなく電力スプリッタを軸方向のセグメント
に接続することができ、電力スプリッタをシールドの外
側に配置することができる。その結果得られる階段状の
シールド構造によって、RFシールドを改善することが
できる。
【0025】本発明の上記および他の目的および利点は
以下の説明から明らかとなろう。以下、付図を参照して
説明するが、付図は説明のための本発明の実施例を示し
ている。しかし、このような実施例は必らずしも本発明
の範囲全体を表わすものではないので、発明の範囲の解
釈にあたっては請求の範囲を参照しなければならない。
以下の説明から明らかとなろう。以下、付図を参照して
説明するが、付図は説明のための本発明の実施例を示し
ている。しかし、このような実施例は必らずしも本発明
の範囲全体を表わすものではないので、発明の範囲の解
釈にあたっては請求の範囲を参照しなければならない。
【0026】
【実施例の説明】図3に示すように、本発明によるRF
コイルは4つの部分で構成される。第1の部分は入力ポ
ート40に接続された単一のRF発生器26から信号を
受けて1組のフェーズド(phased)信号(すなわち位相
調整された信号)を作成する、N個のポート33を持つ
N路電力スプリッタ/組合わせ器32である。第2の部
分は入力がポート33に接続されたN個の整合回路網3
4の組である。第3の部分は整合回路網34の出力に接
続された一連のN個の軸方向に伸びる導電性セグメント
である。第4の部分には、コイルのアースまたは共通電
位を形成することにより導電性セグメント24を通るR
F信号をRF発生器に戻すための図8に86で示すよう
な導電性シールドが含まれている。
コイルは4つの部分で構成される。第1の部分は入力ポ
ート40に接続された単一のRF発生器26から信号を
受けて1組のフェーズド(phased)信号(すなわち位相
調整された信号)を作成する、N個のポート33を持つ
N路電力スプリッタ/組合わせ器32である。第2の部
分は入力がポート33に接続されたN個の整合回路網3
4の組である。第3の部分は整合回路網34の出力に接
続された一連のN個の軸方向に伸びる導電性セグメント
である。第4の部分には、コイルのアースまたは共通電
位を形成することにより導電性セグメント24を通るR
F信号をRF発生器に戻すための図8に86で示すよう
な導電性シールドが含まれている。
【0027】以下の本発明の説明では静磁界B0 16は
標準の右手座標系のZ軸とそろっているものとする。
標準の右手座標系のZ軸とそろっているものとする。
【0028】N路電力スプリッタ/組合わせ器
【0029】
【全体的な説明】やはり図3に示すように、N路電力ス
プリッタ/組合わせ器32は信号流の方向に応じてスプ
リッタまたは組合わせ器としての役目を果す。スプリッ
タとしてこれを使うことにより、RF発生器26からの
単一入力信号が分割されてポート33のN個の別々の出
力信号となる。N個の出力信号は振幅が等しく、位相が
2π/Nラジアンずつ隔てられている。N路電力スプリ
ッタ/組合わせ器32はN個のポート33の相互間の電
気的隔離も行なう。これにより、1つのポート33とそ
れに対応する導電性セグメント24との間のインピーダ
ンス不整合によって生じた反射エネルギが他のポート3
3に存在するどの信号にも悪影響を及ぼさない。
プリッタ/組合わせ器32は信号流の方向に応じてスプ
リッタまたは組合わせ器としての役目を果す。スプリッ
タとしてこれを使うことにより、RF発生器26からの
単一入力信号が分割されてポート33のN個の別々の出
力信号となる。N個の出力信号は振幅が等しく、位相が
2π/Nラジアンずつ隔てられている。N路電力スプリ
ッタ/組合わせ器32はN個のポート33の相互間の電
気的隔離も行なう。これにより、1つのポート33とそ
れに対応する導電性セグメント24との間のインピーダ
ンス不整合によって生じた反射エネルギが他のポート3
3に存在するどの信号にも悪影響を及ぼさない。
【0030】振幅が等しく位相間隔の等しいこれらのN
個の信号がN個の整合回路網34に印加され、N個の整
合回路網34はこれらの信号をN個の導電性セグメント
24に印加する。各信号の位相はそれが印加される導電
性セグメント24の角度位置に対応するので、導電性セ
グメント24に流れる電流はその角度位置に従って位相
調整される。これにより、当業者には理解されるよう
に、横方向の円偏波されたRF磁界ベクトルが生じ、こ
れが核スピンを励起する。
個の信号がN個の整合回路網34に印加され、N個の整
合回路網34はこれらの信号をN個の導電性セグメント
24に印加する。各信号の位相はそれが印加される導電
性セグメント24の角度位置に対応するので、導電性セ
グメント24に流れる電流はその角度位置に従って位相
調整される。これにより、当業者には理解されるよう
に、横方向の円偏波されたRF磁界ベクトルが生じ、こ
れが核スピンを励起する。
【0031】信号の逆方向の流れでは、N個のポート3
3は入力ポートとして動作し、N個の個別入力信号を結
合して出力ポート80の単一出力信号とするために使用
される。N個の入力ポートの信号が2π/Nラジアンず
つ位相が隔てられているとき、それらの結合された電力
が出力ポート80に向けられ、その間、隔離されたポー
ト40からは何ら電力は流れない。
3は入力ポートとして動作し、N個の個別入力信号を結
合して出力ポート80の単一出力信号とするために使用
される。N個の入力ポートの信号が2π/Nラジアンず
つ位相が隔てられているとき、それらの結合された電力
が出力ポート80に向けられ、その間、隔離されたポー
ト40からは何ら電力は流れない。
【0032】前記の動作と同様に、歳差運動する核スピ
ンは各導電性セグメントに信号を誘導する。これらの誘
導された信号の位相は導電性セグメントの角度位置に等
しくなる。このようにして、誘導された信号は組合わさ
れて、N路電力スプリッタ/組合わせ器32の出力ポー
ト80に向けられる。
ンは各導電性セグメントに信号を誘導する。これらの誘
導された信号の位相は導電性セグメントの角度位置に等
しくなる。このようにして、誘導された信号は組合わさ
れて、N路電力スプリッタ/組合わせ器32の出力ポー
ト80に向けられる。
【0033】
【実施例】図4に示すように、第1の実施例では、16
個の導電性セグメント24を駆動するための16路電力
スプリッタ/組合わせ器32は位相差間隔が22.5°
で振幅と周波数が等しい16個のRF信号を発生する。
RF発生器26からのRF信号は入力ポート40に入力
され、そしてまずハイブリッド回路網41によって振幅
と位相の等しい2つの信号に分割される。これらの信号
のうち一方は2ポートの45°位相遅延回路網44によ
って位相変移され、次に0°のハイブリッド回路網50
および54によって両方の信号が等しい部分に分割され
る。次に、このように作成された4つの信号のうち2つ
の信号は1対の2ポートの22.5°位相遅延回路網5
8および62によってそれぞれ位相変移される。次に、
4個の信号すべてが90°ハイブリッド回路網64−7
0によりそれぞれ等しい振幅信号に分割される。その結
果得られた8個の信号は180°ハイブリッド72によ
って180°対向する信号に分割される。180°ハイ
ブリッド回路網72の第3の使用されていないポートは
抵抗74によってアースに終端される。抵抗74は装置
の特性インピーダンス(50オーム)に等しい。抵抗7
4は180°ハイブリッド回路網72と整合回路網34
との間のインピーダンス不整合、または180°ハイブ
リッド回路網72と導電性セグメント24との間のイン
ピーダンス不整合によって生じるハイブリッド回路網の
出力ポートに戻る反射エネルギを吸収する役目を果す。
これにより、導電性セグメント24に接続された信号相
互の間の隔離が行なわれる。
個の導電性セグメント24を駆動するための16路電力
スプリッタ/組合わせ器32は位相差間隔が22.5°
で振幅と周波数が等しい16個のRF信号を発生する。
RF発生器26からのRF信号は入力ポート40に入力
され、そしてまずハイブリッド回路網41によって振幅
と位相の等しい2つの信号に分割される。これらの信号
のうち一方は2ポートの45°位相遅延回路網44によ
って位相変移され、次に0°のハイブリッド回路網50
および54によって両方の信号が等しい部分に分割され
る。次に、このように作成された4つの信号のうち2つ
の信号は1対の2ポートの22.5°位相遅延回路網5
8および62によってそれぞれ位相変移される。次に、
4個の信号すべてが90°ハイブリッド回路網64−7
0によりそれぞれ等しい振幅信号に分割される。その結
果得られた8個の信号は180°ハイブリッド72によ
って180°対向する信号に分割される。180°ハイ
ブリッド回路網72の第3の使用されていないポートは
抵抗74によってアースに終端される。抵抗74は装置
の特性インピーダンス(50オーム)に等しい。抵抗7
4は180°ハイブリッド回路網72と整合回路網34
との間のインピーダンス不整合、または180°ハイブ
リッド回路網72と導電性セグメント24との間のイン
ピーダンス不整合によって生じるハイブリッド回路網の
出力ポートに戻る反射エネルギを吸収する役目を果す。
これにより、導電性セグメント24に接続された信号相
互の間の隔離が行なわれる。
【0034】以下に更に説明するように、16個の信号
はそれぞれインピーダンス整合回路網34を介して導電
性セグメント24に結合されている。
はそれぞれインピーダンス整合回路網34を介して導電
性セグメント24に結合されている。
【0035】RF駆動信号40が終了したとき、歳差運
動する核スピン12により生じるRF信号を導電性セグ
メント24が受けて、整合回路網34を介してN路電力
スプリッタ/組合わせ器32に送ることができる。やは
り図4に示すように、180°ハイブリッド回路網72
は位相が180°隔った信号を受けて組み合わせる。こ
れらの受信信号の位相間隔は受信しているセグメントの
横方向角度変位の関数である。
動する核スピン12により生じるRF信号を導電性セグ
メント24が受けて、整合回路網34を介してN路電力
スプリッタ/組合わせ器32に送ることができる。やは
り図4に示すように、180°ハイブリッド回路網72
は位相が180°隔った信号を受けて組み合わせる。こ
れらの受信信号の位相間隔は受信しているセグメントの
横方向角度変位の関数である。
【0036】180°ハイブリッドからの組み合わされ
た信号は再び90°ハイブリッド回路網64−70によ
って組み合わされる。組み合わされた信号は90°ハイ
ブリッド回路網中の前に使用しなかったポートから取り
出される。その結果得られる4つの信号のうち2つの信
号は2個の2ポートの22.5°位相遅延回路網60お
よび56に与えられ、4個の信号は0°ハイブリッド回
路網52および48によって対ずつ組み合わされる。そ
の結果得られる信号のうちの1つの信号は2ポート位相
遅延回路網46によって位相変移され、0°ハイブリッ
ド回路網42で残りの同相信号と組み合わされることに
よりNMR信号が作成される。したがって、スプリッタ
/組合わせ器32の入力と出力との間でRF隔離が行な
われる。
た信号は再び90°ハイブリッド回路網64−70によ
って組み合わされる。組み合わされた信号は90°ハイ
ブリッド回路網中の前に使用しなかったポートから取り
出される。その結果得られる4つの信号のうち2つの信
号は2個の2ポートの22.5°位相遅延回路網60お
よび56に与えられ、4個の信号は0°ハイブリッド回
路網52および48によって対ずつ組み合わされる。そ
の結果得られる信号のうちの1つの信号は2ポート位相
遅延回路網46によって位相変移され、0°ハイブリッ
ド回路網42で残りの同相信号と組み合わされることに
よりNMR信号が作成される。したがって、スプリッタ
/組合わせ器32の入力と出力との間でRF隔離が行な
われる。
【0037】図5に示すように、第2の実施例では、8
個の導電性セグメント24を駆動するための8路電力ス
プリッタ/組合わせ器が位相差45°の間隔で振幅と周
波数が等しい8つのRF信号を発生する。上記の16路
電力スプリッタ/組合わせ器と同様、RF発生器26か
らのRF信号40はまず0°ハイブリッド回路網41に
よって振幅と位相が等しい2つの信号に分割される。こ
れらの信号のうち一方が2ポートの45°位相遅延回路
網44によって位相変移された後、両方の信号が90°
ハイブリッド回路網64および70によって等しい部分
に分割される。このように作成された4個の信号はそれ
ぞれ4個の180°ハイブリッド回路網72によって分
割され、位相変移される。この場合も、180°ハイブ
リッド回路網72の第3の使用されていないポートは抵
抗74によって終端されている。これにより、インピー
ダンス不整合によって生じるハイブリッド回路網出力ポ
ートに戻る反射エネルギが吸収される。
個の導電性セグメント24を駆動するための8路電力ス
プリッタ/組合わせ器が位相差45°の間隔で振幅と周
波数が等しい8つのRF信号を発生する。上記の16路
電力スプリッタ/組合わせ器と同様、RF発生器26か
らのRF信号40はまず0°ハイブリッド回路網41に
よって振幅と位相が等しい2つの信号に分割される。こ
れらの信号のうち一方が2ポートの45°位相遅延回路
網44によって位相変移された後、両方の信号が90°
ハイブリッド回路網64および70によって等しい部分
に分割される。このように作成された4個の信号はそれ
ぞれ4個の180°ハイブリッド回路網72によって分
割され、位相変移される。この場合も、180°ハイブ
リッド回路網72の第3の使用されていないポートは抵
抗74によって終端されている。これにより、インピー
ダンス不整合によって生じるハイブリッド回路網出力ポ
ートに戻る反射エネルギが吸収される。
【0038】歳差運動する核スピン12により生じるR
F信号は逆の動作をする180°ハイブリッド回路網が
受けて組み合わせる。180°ハイブリッドからの組み
合わされた信号は次に90°ハイブリッド回路網64お
よび70によって組み合わされる。組み合わされた信号
は90°ハイブリッド回路網の前は使用されていなかっ
たポートから取り出される。その結果得られる2つの信
号のうちの一方の信号は2ポートの45°の位相遅延回
路網46に与えられ、次にこの2つの信号が0°ハイブ
リッド回路網72によって組み合わされることにより、
スプリッタ/組み合わせ器回路網32の他方のポートを
介してNMR信号が作成される。
F信号は逆の動作をする180°ハイブリッド回路網が
受けて組み合わせる。180°ハイブリッドからの組み
合わされた信号は次に90°ハイブリッド回路網64お
よび70によって組み合わされる。組み合わされた信号
は90°ハイブリッド回路網の前は使用されていなかっ
たポートから取り出される。その結果得られる2つの信
号のうちの一方の信号は2ポートの45°の位相遅延回
路網46に与えられ、次にこの2つの信号が0°ハイブ
リッド回路網72によって組み合わされることにより、
スプリッタ/組み合わせ器回路網32の他方のポートを
介してNMR信号が作成される。
【0039】図6a−6cに示すように、上記のN路電
力スプリッタ/組合わせ器32を形成するハイブリッド
回路網は個別の無効素子および抵抗素子で構成される。
力スプリッタ/組合わせ器32を形成するハイブリッド
回路網は個別の無効素子および抵抗素子で構成される。
【0040】ハイブリッド回路網は4個のポートを正し
く終端したとき1つのポートへのエネルギ入力が残りの
3個のポートのうちの2個のポートに分割され、分割さ
れた信号には相対的な位相変移を与えることができると
いう性質をそなえた4ポート回路網である。逆に、適切
な大きさと位相で2個のポートにエネルギが入力された
とき、エネルギは組み合わされて残りの2個のポートの
うちの1つのポートから出力される。
く終端したとき1つのポートへのエネルギ入力が残りの
3個のポートのうちの2個のポートに分割され、分割さ
れた信号には相対的な位相変移を与えることができると
いう性質をそなえた4ポート回路網である。逆に、適切
な大きさと位相で2個のポートにエネルギが入力された
とき、エネルギは組み合わされて残りの2個のポートの
うちの1つのポートから出力される。
【0041】ハイブリッド回路網のもう1つの性質は1
つの出力ポートのインピーダンス不整合、たとえばポー
トの不適切な終端または取り付けた装置のインピーダン
スの変化によって生じる反射エネルギが部分的に第3の
未使用ポートに送られるということである。その結果、
分割された信号の間にある程度の電気的隔離が生じる。
つの出力ポートのインピーダンス不整合、たとえばポー
トの不適切な終端または取り付けた装置のインピーダン
スの変化によって生じる反射エネルギが部分的に第3の
未使用ポートに送られるということである。その結果、
分割された信号の間にある程度の電気的隔離が生じる。
【0042】ここで使用しているように、ハイブリッド
に関連する位相角とは、1つの信号を分割したときに生
じる2つの信号の相対位相、または2つの信号のうちの
一方に対して零度の変移の単一の信号を形成するように
組み合わせるべき2つの信号の間に必要とされる位相角
を意味する。
に関連する位相角とは、1つの信号を分割したときに生
じる2つの信号の相対位相、または2つの信号のうちの
一方に対して零度の変移の単一の信号を形成するように
組み合わせるべき2つの信号の間に必要とされる位相角
を意味する。
【0043】ハイブリッド回路網を使用してRF信号を
分割して組み合わせること、および分割された信号に位
相変移を与えることは当業者には知られている。このよ
うな装置はマイクロ波装置の場合は導波管により、ある
いは本発明のようにもっと低い周波数の場合には回路網
内に配置された個別の誘導性素子、容量性素子および抵
抗素子の組み合わせから作ることができる。このような
回路網の設計の例はジュローム・エル・アルトマン(Je
rome L.Altman )著「マイクロ波回路(Microwave Circ
uits)」に示されている。
分割して組み合わせること、および分割された信号に位
相変移を与えることは当業者には知られている。このよ
うな装置はマイクロ波装置の場合は導波管により、ある
いは本発明のようにもっと低い周波数の場合には回路網
内に配置された個別の誘導性素子、容量性素子および抵
抗素子の組み合わせから作ることができる。このような
回路網の設計の例はジュローム・エル・アルトマン(Je
rome L.Altman )著「マイクロ波回路(Microwave Circ
uits)」に示されている。
【0044】次に図6aに示すように、0°ハイブリッ
ド回路網42はコンデンサC1およびC3ならびにイン
ダクタL1およびL2の片側に接続されたポートP1を
そなえている。C1およびC3の残りの側はアースに接
続されている。インダクタL1の残りの側はポートP
2、コンデンサC2の片側、および抵抗R1の片側に接
続されている。インダクタL2の残りの側はポートP
3、コンデンサC4の片側、および抵抗R1の残りの側
に接続されている。C2およびC4の残りの側はアース
に接続されている。各コンデンサの値はRF発生器26
から整合回路網34までの伝送線の特性インピーダンス
Z0 (約50オーム)に整合する値すなわち+jz
0 (但しj=(−1)1/2 である。各インダクタの値は
−jz0 であり、抵抗R1の値は2z0 である。
ド回路網42はコンデンサC1およびC3ならびにイン
ダクタL1およびL2の片側に接続されたポートP1を
そなえている。C1およびC3の残りの側はアースに接
続されている。インダクタL1の残りの側はポートP
2、コンデンサC2の片側、および抵抗R1の片側に接
続されている。インダクタL2の残りの側はポートP
3、コンデンサC4の片側、および抵抗R1の残りの側
に接続されている。C2およびC4の残りの側はアース
に接続されている。各コンデンサの値はRF発生器26
から整合回路網34までの伝送線の特性インピーダンス
Z0 (約50オーム)に整合する値すなわち+jz
0 (但しj=(−1)1/2 である。各インダクタの値は
−jz0 であり、抵抗R1の値は2z0 である。
【0045】次に図6bに示すように、90°ハイブリ
ッド回路網64はインダクタL3およびL4ならびにコ
ンデンサC5に接続されたポートP1をそなえている。
L4の残りの側はコンデンサC6およびインダクタL6
の片側ならびにポートP2に接続されている。ポートP
3はインダクタL3の残りの側ならびにインダクタL5
およびコンデンサC7の片側に接続されている。L5の
残りの側はコンデンサC8の片側、L6の残りの側、お
よびポートP4に接続されている。コンデンサC5,C
6,C7およびC8の残りの側はアースに接続されてい
る。各コンデンサの値は−jz0 /[1+(2)1/2 ]
である。インダクタL4およびL5の値はjz0 /
(2)1/2であり、インダクタL3およびL6の値はj
z0 である。
ッド回路網64はインダクタL3およびL4ならびにコ
ンデンサC5に接続されたポートP1をそなえている。
L4の残りの側はコンデンサC6およびインダクタL6
の片側ならびにポートP2に接続されている。ポートP
3はインダクタL3の残りの側ならびにインダクタL5
およびコンデンサC7の片側に接続されている。L5の
残りの側はコンデンサC8の片側、L6の残りの側、お
よびポートP4に接続されている。コンデンサC5,C
6,C7およびC8の残りの側はアースに接続されてい
る。各コンデンサの値は−jz0 /[1+(2)1/2 ]
である。インダクタL4およびL5の値はjz0 /
(2)1/2であり、インダクタL3およびL6の値はj
z0 である。
【0046】次に図6Cに示すように、180°ハイブ
リッド回路網72はインダクタL7およびコンデンサC
9の片側に接続されたポートP1をそなえている。L7
の残りの側はコンデンサC10およびインダクタL8の
片側ならびにポートP4に接続されている。ポートP2
はコンデンサC9の残りの側およびインダクタL9の片
側に接続されている。L9の残りの側はコンデンサC1
1の片側、L8の残りの側、およびポートP3に接続さ
れている。コンデンサC10およびC11の残りの側は
アースに接続されている。コンデンサC9の値は−jz
0 (2)1/2 であり、コンデンサC10およびC11の
値は−jz0 /(2)1/2 である。各インダクタの値は
jz0 (2)1/2 である。
リッド回路網72はインダクタL7およびコンデンサC
9の片側に接続されたポートP1をそなえている。L7
の残りの側はコンデンサC10およびインダクタL8の
片側ならびにポートP4に接続されている。ポートP2
はコンデンサC9の残りの側およびインダクタL9の片
側に接続されている。L9の残りの側はコンデンサC1
1の片側、L8の残りの側、およびポートP3に接続さ
れている。コンデンサC10およびC11の残りの側は
アースに接続されている。コンデンサC9の値は−jz
0 (2)1/2 であり、コンデンサC10およびC11の
値は−jz0 /(2)1/2 である。各インダクタの値は
jz0 (2)1/2 である。
【0047】上記の44のような2ポート位相遅延回路
網はラーモア周波数で正しい位相遅延を与えるような長
さの伝送線で構成される。このような位相遅延回路網を
構成する他の方法も当業者には明らかであろう。
網はラーモア周波数で正しい位相遅延を与えるような長
さの伝送線で構成される。このような位相遅延回路網を
構成する他の方法も当業者には明らかであろう。
【0048】整合回路網 図3に示すように、N個の整合回路網34はN路電力
スプリッタ/組合わせ器32のN個のポート33をN個
の導電性セグメント24に結びつける。整合回路網はR
F発生器26からのRF信号の周波数においてN路電力
スプリッタ/組合わせ器32の出力インピーダンス(5
0オーム)を導電性セグメント24の入力インピーダン
スに整合させる役目を果す。ここで注意すべき点は、導
電性セグメント24の入力インピーダンスが導電性セグ
メント24とイメージング対象(図示しない)との間の
結合の関数として若干変わるということである。したが
って、整合回路網34は測定によって定められた平均的
なイメージング状況に対して導電性セグメント24の入
力インピーダンスに整合するように調整される。インピ
ーダンス整合回路網の構成は当業者には明らかである。
スプリッタ/組合わせ器32のN個のポート33をN個
の導電性セグメント24に結びつける。整合回路網はR
F発生器26からのRF信号の周波数においてN路電力
スプリッタ/組合わせ器32の出力インピーダンス(5
0オーム)を導電性セグメント24の入力インピーダン
スに整合させる役目を果す。ここで注意すべき点は、導
電性セグメント24の入力インピーダンスが導電性セグ
メント24とイメージング対象(図示しない)との間の
結合の関数として若干変わるということである。したが
って、整合回路網34は測定によって定められた平均的
なイメージング状況に対して導電性セグメント24の入
力インピーダンスに整合するように調整される。インピ
ーダンス整合回路網の構成は当業者には明らかである。
【0049】導電性セグメント
【0050】
【全体的な説明】図3に示すように、導電性セグメント
24はZ軸に平行な軸を持つ円筒の円周に沿って等間隔
に配置されている。各セグメントはZ方向に伸びてい
る。Z軸を横切る平面(X−Y平面)で測定されたセグ
メントの角度位置はθで表わされ、X軸に沿って任意に
0とすることができる。各セグメント24の一端は1つ
の整合回路網34の出力に結合され、他端はコイルのシ
ールド(図3には示されていない)を介してアースに結
合されている。コイルのシールドはRF発生器26に対
する帰還電流路を提供する。ここで注意すべき点は本発
明では従来技術のRFコイル設計におけるループ素子が
使用されないということである。
24はZ軸に平行な軸を持つ円筒の円周に沿って等間隔
に配置されている。各セグメントはZ方向に伸びてい
る。Z軸を横切る平面(X−Y平面)で測定されたセグ
メントの角度位置はθで表わされ、X軸に沿って任意に
0とすることができる。各セグメント24の一端は1つ
の整合回路網34の出力に結合され、他端はコイルのシ
ールド(図3には示されていない)を介してアースに結
合されている。コイルのシールドはRF発生器26に対
する帰還電流路を提供する。ここで注意すべき点は本発
明では従来技術のRFコイル設計におけるループ素子が
使用されないということである。
【0051】図7aに示すように、導電性セグメント2
4はそれらの長さ方向に沿って容量性素子30によって
分割される。RFコイルの動作周波数で、セグメントは
インダクタ84として作用する。容量性素子は導電性セ
グメント24の誘導性の作用を同調により打消すために
使用される。この直列共振の状態によって導電性セグメ
ント24の全インピーダンスが最小限となる。導電性セ
グメント24のインピーダンスを最小にすることによ
り、図7bおよび7cに示すように導電性セグメント2
4両端間の電圧が最小となり、セグメントを通る電流が
最大となる。セグメント24の電流の増加によって、コ
イルの発生するRF磁界の大きさが大きくなり、核スピ
ンの励起がより効率的になる。電圧が最小になると、発
生する電界の大きさが小さくなり、イメージング対象内
のRFエネルギの誘電損失が小さくなるので、イメージ
ング対象の吸収する電力が低下する。
4はそれらの長さ方向に沿って容量性素子30によって
分割される。RFコイルの動作周波数で、セグメントは
インダクタ84として作用する。容量性素子は導電性セ
グメント24の誘導性の作用を同調により打消すために
使用される。この直列共振の状態によって導電性セグメ
ント24の全インピーダンスが最小限となる。導電性セ
グメント24のインピーダンスを最小にすることによ
り、図7bおよび7cに示すように導電性セグメント2
4両端間の電圧が最小となり、セグメントを通る電流が
最大となる。セグメント24の電流の増加によって、コ
イルの発生するRF磁界の大きさが大きくなり、核スピ
ンの励起がより効率的になる。電圧が最小になると、発
生する電界の大きさが小さくなり、イメージング対象内
のRFエネルギの誘電損失が小さくなるので、イメージ
ング対象の吸収する電力が低下する。
【0052】容量性素子30の追加の付加的な効果は導
電性セグメント24に沿った電圧と電流の分布のリップ
ルを小さくし、これによりイメージング体積内の磁界の
一様性を改良することである。
電性セグメント24に沿った電圧と電流の分布のリップ
ルを小さくし、これによりイメージング体積内の磁界の
一様性を改良することである。
【0053】当業者には明らかなように、任意の数の導
電性セグメント24を使用することができ、下限は磁界
の一様さできまり、上限は実際的なスプリッタ32の構
成と対応する電力損失できまる。更に、電力スプリッタ
の設計を容易にするため導電性セグメント24の数は4
の倍数であることが望ましい。本発明の趣旨と範囲の中
にとどまる実施例の他の多くの変形および変更は当業者
には明らかであろう。たとえば、導電性セグメント24
は内腔軸から均等な距離になくてもよいし、角度間隔が
等しくなくてもよいことは明らかである。たとえば、導
電性セグメントを楕円形等の横断面の形状をなすように
配列してもよい。この場合、N路電力スプリッタ/組み
合わせ器の位相および振幅を調整することにより所望の
円形分極磁界を形成することができる。
電性セグメント24を使用することができ、下限は磁界
の一様さできまり、上限は実際的なスプリッタ32の構
成と対応する電力損失できまる。更に、電力スプリッタ
の設計を容易にするため導電性セグメント24の数は4
の倍数であることが望ましい。本発明の趣旨と範囲の中
にとどまる実施例の他の多くの変形および変更は当業者
には明らかであろう。たとえば、導電性セグメント24
は内腔軸から均等な距離になくてもよいし、角度間隔が
等しくなくてもよいことは明らかである。たとえば、導
電性セグメントを楕円形等の横断面の形状をなすように
配列してもよい。この場合、N路電力スプリッタ/組み
合わせ器の位相および振幅を調整することにより所望の
円形分極磁界を形成することができる。
【0054】図8に示すように、導電性セグメント24
は必要な寸法、剛性を与える非導電性のガラス繊維の内
腔管90の外表面に設けた導電性の箔条片88で作られ
る。箔条片は軸方向に配列され、ガラス繊維内腔管90
の長さに対して中心合わせして配置される。内腔管は箔
条片を越えて両側に伸びる。容量性素子30は箔条片8
8の長さに沿った一連の重ね接続部92によって作成さ
れる。重ね接続部92は非導電性の誘電体によって隔て
られている。説明したように、容量性素子30の全キャ
パシタンスはRFコイルの動作周波数で箔条片88のイ
ンダクタンスと整合して、セグメント24に沿って直列
共振を生ずるような値にする。この全キャパシタンスを
生ずるために使用される容量性重ね接続部92の数は充
分に大きくして説明した箔条片88に沿った定在波の振
幅が小さくなるようにすることが好ましいが、実際には
容量性重ね接続部92の数は各容量性重ね接続部92に
生じる誘電損失によって制限される。全誘電損失が大き
過ぎると、導電性セグメント24の品質係数Qが小さく
なり、RFエネルギの送信または受信の効率が低下す
る。
は必要な寸法、剛性を与える非導電性のガラス繊維の内
腔管90の外表面に設けた導電性の箔条片88で作られ
る。箔条片は軸方向に配列され、ガラス繊維内腔管90
の長さに対して中心合わせして配置される。内腔管は箔
条片を越えて両側に伸びる。容量性素子30は箔条片8
8の長さに沿った一連の重ね接続部92によって作成さ
れる。重ね接続部92は非導電性の誘電体によって隔て
られている。説明したように、容量性素子30の全キャ
パシタンスはRFコイルの動作周波数で箔条片88のイ
ンダクタンスと整合して、セグメント24に沿って直列
共振を生ずるような値にする。この全キャパシタンスを
生ずるために使用される容量性重ね接続部92の数は充
分に大きくして説明した箔条片88に沿った定在波の振
幅が小さくなるようにすることが好ましいが、実際には
容量性重ね接続部92の数は各容量性重ね接続部92に
生じる誘電損失によって制限される。全誘電損失が大き
過ぎると、導電性セグメント24の品質係数Qが小さく
なり、RFエネルギの送信または受信の効率が低下す
る。
【0055】導電性シールド 図8および9に示すように、導電性シールド86はほ
ぼ箔条片88を囲む導電性の管である。この導電性の管
は、前に述べたような箔条片88の端を接地するための
帰還路を提供し、またRF発生器26からのRF信号の
送信の際に発生するRFエネルギを閉じ込め、イメージ
ング対象からのRFエネルギの検出の際に受けるRF雑
音を制限するシールドを構成する。シールド86はまっ
すぐな管であってもよいし、後述するように階段状構造
であってもよい。
ぼ箔条片88を囲む導電性の管である。この導電性の管
は、前に述べたような箔条片88の端を接地するための
帰還路を提供し、またRF発生器26からのRF信号の
送信の際に発生するRFエネルギを閉じ込め、イメージ
ング対象からのRFエネルギの検出の際に受けるRF雑
音を制限するシールドを構成する。シールド86はまっ
すぐな管であってもよいし、後述するように階段状構造
であってもよい。
【0056】実施例のRFシールド86は共通の縦軸1
6に沿って端同士が接続された3つの導電性管98,9
4および99で形成される。外側の導電性管98および
99は内側の導電性管94より直径が小さい。これによ
り直径の小さくなったシールドが箔条片88の領域の外
側に作成される。箔条片88は内側の導電性管94の両
端内に中心合わせされる。この階段状設計によって、結
果として得られる構造のシールド性能が改良され、後述
するように箔条片88に対して容易に接続できるように
することによってRFコイルの構成が簡略化される。
6に沿って端同士が接続された3つの導電性管98,9
4および99で形成される。外側の導電性管98および
99は内側の導電性管94より直径が小さい。これによ
り直径の小さくなったシールドが箔条片88の領域の外
側に作成される。箔条片88は内側の導電性管94の両
端内に中心合わせされる。この階段状設計によって、結
果として得られる構造のシールド性能が改良され、後述
するように箔条片88に対して容易に接続できるように
することによってRFコイルの構成が簡略化される。
【0057】導電性セグメント24を支持する絶縁性の
ガラス繊維の管90の両端に外側の導電性管98および
99が直接形成される。
ガラス繊維の管90の両端に外側の導電性管98および
99が直接形成される。
【0058】内側の導電性管94は絶縁ガラス繊維の管
90より直径が大きく、それが取り囲んでいる箔条片8
8に対するアース面としての役目を果す。内側の導電性
管94は第1および第2の端環96および97で閉じら
れており、これらの端環は内側の導電性管94を直径が
より小さい外側の管98および99に接続する。端環9
6および97は中心に円形の開口が設けられており、そ
の半径はガラス繊維の管90の外側半径に等しく、した
がってガラス繊維の内腔管90の表面上に配置したとき
の箔条片88の半径にほぼ等しい。第1の端環96は内
側の導電性管94に接続されているが、箔条片88には
接続されていない。第2の端環97は内側の導電性管9
4および箔条片88の端に接続されているので、整合回
路網34から箔条片88の他端に供給された電流の帰還
路を形成する。箔条片と端環との間のこの接続は直接的
な「直流」電気接続であってもよいし、コンデンサを介
した電気接続であってもよい。
90より直径が大きく、それが取り囲んでいる箔条片8
8に対するアース面としての役目を果す。内側の導電性
管94は第1および第2の端環96および97で閉じら
れており、これらの端環は内側の導電性管94を直径が
より小さい外側の管98および99に接続する。端環9
6および97は中心に円形の開口が設けられており、そ
の半径はガラス繊維の管90の外側半径に等しく、した
がってガラス繊維の内腔管90の表面上に配置したとき
の箔条片88の半径にほぼ等しい。第1の端環96は内
側の導電性管94に接続されているが、箔条片88には
接続されていない。第2の端環97は内側の導電性管9
4および箔条片88の端に接続されているので、整合回
路網34から箔条片88の他端に供給された電流の帰還
路を形成する。箔条片と端環との間のこの接続は直接的
な「直流」電気接続であってもよいし、コンデンサを介
した電気接続であってもよい。
【0059】整合回路網34からの信号はこの端環96
を介して、すなわち端環96の開口を通る直接接続によ
り導電性セグメント24に与えられる。
を介して、すなわち端環96の開口を通る直接接続によ
り導電性セグメント24に与えられる。
【0060】3つの管98,94および99は銅または
銀めっきした銅のような良導体で構成される。当業者に
は理解されるように、内側の導電性管94ならびに外側
の導電性管98および99には縦方向のスロット100
が設けられている。これはNMRイメージング・シーケ
ンスで使用される勾配磁界により表面渦電流が形成され
ることを防止するためのものである。
銀めっきした銅のような良導体で構成される。当業者に
は理解されるように、内側の導電性管94ならびに外側
の導電性管98および99には縦方向のスロット100
が設けられている。これはNMRイメージング・シーケ
ンスで使用される勾配磁界により表面渦電流が形成され
ることを防止するためのものである。
【0061】上記の説明は本発明の実施例についての説
明であった。本発明の趣旨と範囲を逸脱することなく多
数の変更を行なえることは当業者には明らかであろう。
たとえば、導電性セグメント24を駆動するためのフェ
ーズド(phased)RF信号はハイブリッド回路以外の手
段で作成してもよく、ここに述べた位相でディジタル的
に合成された波形によって駆動される多数の増幅器で作
成してもよい。
明であった。本発明の趣旨と範囲を逸脱することなく多
数の変更を行なえることは当業者には明らかであろう。
たとえば、導電性セグメント24を駆動するためのフェ
ーズド(phased)RF信号はハイブリッド回路以外の手
段で作成してもよく、ここに述べた位相でディジタル的
に合成された波形によって駆動される多数の増幅器で作
成してもよい。
【図1】RF磁界信号によって励起されて歳差運動する
核スピンの模式図であって、静磁界B0 およびRF磁界
ベクトルの方向も示す図である。
核スピンの模式図であって、静磁界B0 およびRF磁界
ベクトルの方向も示す図である。
【図2】互いに対向する導電性の環を用いる従来の共鳴
RFコイルの概略構成図である。
RFコイルの概略構成図である。
【図3】本発明のRFコイルの概略構成図であって、N
路電力スプリッタ/組合わせ器の接続をも示す図であ
る。
路電力スプリッタ/組合わせ器の接続をも示す図であ
る。
【図4】16路電力スプリッタ/組合わせ器のブロック
図であって、ハイブリッド回路網の相互接続を示す図で
ある。
図であって、ハイブリッド回路網の相互接続を示す図で
ある。
【図5】8路電力スプリッタ/組合わせ器のブロック図
であって、ハイブリッド回路網の相互接続を示す図であ
る。
であって、ハイブリッド回路網の相互接続を示す図であ
る。
【図6】6aは図4および5のスプリッタ/組合わせ器
で使用される0°ハイブリッド回路網の集中素子を用い
た構成を図式的に表わした回路図であり、6bは図4お
よび5のスプリッタ/組合わせ器で使用される90°ハ
イブリッド回路網の集中素子を用いた構成を図式的に表
わした回路図であり、6cは図4および5のスプリッタ
/組合わせ器で使用される180°ハイブリッド回路網
の集中素子を用いた構成を図式的に表わした回路図であ
る。
で使用される0°ハイブリッド回路網の集中素子を用い
た構成を図式的に表わした回路図であり、6bは図4お
よび5のスプリッタ/組合わせ器で使用される90°ハ
イブリッド回路網の集中素子を用いた構成を図式的に表
わした回路図であり、6cは図4および5のスプリッタ
/組合わせ器で使用される180°ハイブリッド回路網
の集中素子を用いた構成を図式的に表わした回路図であ
る。
【図7】7aは図3のRFコイルの1つの導電性セグメ
ントを集中素子で表わし、かつシールドで帰還電流路を
構成した回路図であり、7bは導電性セグメントに沿っ
た距離の関数として図7aの導電性セグメントの電流の
大きさを示すグラフであり、7cは導電性セグメントに
沿った距離の関数として図7aの導電性セグメントの電
圧の大きさを示すグラフである。
ントを集中素子で表わし、かつシールドで帰還電流路を
構成した回路図であり、7bは導電性セグメントに沿っ
た距離の関数として図7aの導電性セグメントの電流の
大きさを示すグラフであり、7cは導電性セグメントに
沿った距離の関数として図7aの導電性セグメントの電
圧の大きさを示すグラフである。
【図8】図3のRFコイルの構成の斜視図である。
【図9】図8の線2−2に沿った横断面図であり、階段
状シールドに対する軸方向セグメントの位置を示す図で
ある。
状シールドに対する軸方向セグメントの位置を示す図で
ある。
16 静磁界 24 導電性セグメント 26 RF発生器 30 容量性素子 32 N路電力スプリッタ/組合わせ器 34 インピーダンス整合回路網 41,42,48,50,52,54,64,66,6
9,70,72 ハイブリッド回路網 86 RFシールド 88 導電性の箔条片 92 容量性の重ね接続部 94 内側の導電性管 96,97 端環 98,99 外側の導電性管
9,70,72 ハイブリッド回路網 86 RFシールド 88 導電性の箔条片 92 容量性の重ね接続部 94 内側の導電性管 96,97 端環 98,99 外側の導電性管
フロントページの続き (72)発明者 マシュー・ジィ・イーシュ アメリカ合衆国、ウィスコンシン州、オ コノモウォック、ウエスト・ウィスコン シン、805番 (72)発明者 ケネス・ウォーレス・ベルト アメリカ合衆国、ウィスコンシン州、フ ォート・アトキンソン、クロイツ・ロー ド、エヌ2835(番地なし) (56)参考文献 特開 昭58−39939(JP,A) 特開 昭63−235851(JP,A) 特開 昭64−43240(JP,A)
Claims (16)
- 【請求項1】 RF信号から縦軸を中心として周波数ω
の回転する横方向磁界を発生するNMR無線周波コイル
であって、 RF信号s(t)=sin(ωt)を発生するRF発生
手段と、 縦軸と垂直な横軸に関して異なる角度θを成した位置に
おいて前記縦軸に対して平行に且つ該縦軸の周りに隔設
されていると共に、互いに電気的に隔離されている少な
くとも3つの導電性セグメント手段と、 RF信号を受け取ると共に、sin(ωt+θ)に比例
した電流i(t)を前記導電性セグメント手段にそれぞ
れ誘導するように、前記横軸に関して対応する角度θを
成した位置におけるそれぞれの導電性セグメント手段に
結合されている複数のフェーズド信号を発生する複数の
電力スプリッタ手段とを備えたNMR無線周波コイル。 - 【請求項2】 前記導電性セグメント手段の各々は、前
記縦軸から等距離にあり、誘導された前記電流は、Aを
定数としたときに、A・sin(ωt+θ)に等しい請
求項1に記載のNMR無線周波コイル。 - 【請求項3】 前記電力スプリッタ手段は、導電性無線
周波シールドにより前記導電性セグメント手段から隔て
られている請求項1に記載のNMR無線周波コイル。 - 【請求項4】 前記導電性セグメント手段の一端は、前
記導電性無線周波シールドに接続されており、該導電性
無線周波シールドは、前記電力スプリッタ手段への帰還
導体として作用している請求項3に記載のNMR無線周
波コイル。 - 【請求項5】 前記電力スプリッタ手段は、直列接続さ
れたハイブリッド回路網で構成されている請求項1に記
載のNMR無線周波コイル。 - 【請求項6】 前記複数のフェーズド信号は、周波数ω
に同調されたインピーダンス整合回路網により前記複数
の導電性セグメント手段に接続されている請求項1に記
載のNMR無線周波コイル。 - 【請求項7】 縦軸を中心として周波数ωで回転する横
方向RF磁界をイメージング対象から受け取るNMR無
線周波コイルであって、 縦軸と垂直な横軸に関して異なる角度θを成した位置に
おいて前記縦軸に対して平行に且つ該縦軸の周りに隔設
されていると共に、互いに電気的に隔離されている少な
くとも3つの導電性セグメント手段と、 該導電性セグメント手段のそれぞれに接続されており、
前記横軸に関して対応する角度θを成した位置における
それぞれの導電性セグメント手段から受け取ったsin
(ωt+θ)に比例する複数のフェーズド電流i(t)
から信号s(t)=sin(ωt)を発生する複数の電
力組合わせ手段とを備えたNMR無線周波コイル。 - 【請求項8】 前記導電性セグメント手段の各々は、縦
軸から等距離にあり、前記フェーズド電流には等しい重
みが与えられている請求項7に記載のNMR無線周波コ
イル。 - 【請求項9】 前記電力組合わせ手段は、導電性無線周
波シールドにより前記導電性セグメント手段から隔てら
れている請求項7に記載のNMR無線周波コイル。 - 【請求項10】 前記導電性セグメント手段の一端は、
前記導電性無線周波シールドに接続されており、該導電
性無線周波シールドは、前記電力組合わせ手段に対する
帰還導体として作用している請求項9に記載のNMR無
線周波コイル。 - 【請求項11】 前記電力組合わせ手段は、直列接続さ
れたハイブリッド回路網で構成されている請求項7に記
載のNMR無線周波コイル。 - 【請求項12】 前記電力組合わせ手段は、周波数ωに
同調されたインピーダンス整合回路網により前記複数の
導電性セグメント手段に接続されている請求項7に記載
のNMR無線周波コイル。 - 【請求項13】 前記導電性セグメント手段は、該導電
性セグメントが同調されて周波数ωで直列共振するよう
な大きさの直列コンデンサを含んでいる請求項1又は請
求項7に記載のNMR無線周波コイル。 - 【請求項14】 前記導電性セグメント手段は、2つ以
上の金属ストリップを含んでおり、前記直列コンデンサ
は、該金属ストリップの重なり部分で構成されている請
求項13に記載のNMR無線周波コイル。 - 【請求項15】 前記導電性セグメント手段は、導電性
無線周波シールドにより取り囲まれており、該シールド
は、 縦軸と同軸である全体的に円筒形の第1の導体手段と、 縦軸と同軸であると共に前記第1の導体手段の両端から
外側に延在しており、前記第1の導体手段の半径よりも
小さい半径を有している全体的に円筒形の第2及び第3
の導体手段と、 前記第1の導体手段の端を前記第2及び第3の導体手段
の端に結合するために該第2及び第3の導体手段の端を
受け入れるような大きさの開口を有している導電性端環
手段とを含んでいる請求項1又は請求項7に記載のNM
R無線周波コイル。 - 【請求項16】 第1の導電性端環が、前記第1の導体
手段に電気的に接続されているが、前記導電性セグメン
ト手段には接続されておらず、第2の導電性端環が、前
記第1の導体手段と、前記導電性セグメント手段とに電
気的に接続されている請求項15に記載のNMR無線周
波コイル。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US513,921 | 1990-04-24 | ||
US07/513,921 US5132621A (en) | 1990-04-24 | 1990-04-24 | Radio frequency field coil and power splitter for nmr |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05113473A JPH05113473A (ja) | 1993-05-07 |
JP2659626B2 true JP2659626B2 (ja) | 1997-09-30 |
Family
ID=24045121
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3117876A Expired - Lifetime JP2659626B2 (ja) | 1990-04-24 | 1991-04-23 | Nmr無線周波コイル |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5132621A (ja) |
EP (1) | EP0454370A3 (ja) |
JP (1) | JP2659626B2 (ja) |
IL (1) | IL97835A (ja) |
Families Citing this family (26)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3110741B2 (ja) * | 1990-07-18 | 2000-11-20 | 株式会社東芝 | 磁気共鳴イメージング装置 |
US5327898A (en) * | 1991-10-11 | 1994-07-12 | Hitachi Medical Corp. | Signal receiving coil device for MRI apparatus |
US5576622A (en) * | 1991-11-14 | 1996-11-19 | Fonar Corporation | Shielded NMR radio frequency coil and method of performing an NMR experiment |
US5367261A (en) * | 1992-07-02 | 1994-11-22 | General Electric Company | Shield for a magnetic resonance imaging coil |
AU4374993A (en) * | 1992-07-10 | 1994-01-31 | Doty Scientific, Inc. | Solenoidal, octopolar, transverse gradient coils |
US5554929A (en) * | 1993-03-12 | 1996-09-10 | Doty Scientific, Inc. | Crescent gradient coils |
US5530355A (en) * | 1993-05-13 | 1996-06-25 | Doty Scientific, Inc. | Solenoidal, octopolar, transverse gradient coils |
US5757187A (en) * | 1993-06-24 | 1998-05-26 | Wollin Ventures, Inc. | Apparatus and method for image formation in magnetic resonance utilizing weak time-varying gradient fields |
US5412322A (en) * | 1993-06-24 | 1995-05-02 | Wollin Ventures, Inc. | Apparatus and method for spatially ordered phase encoding and for determining complex permittivity in magnetic resonance by using superimposed time-varying electric fields |
US5483163A (en) * | 1993-08-12 | 1996-01-09 | The United States Of America As Represented By The Department Of Health And Human Services | MRI coil using inductively coupled individually tuned elements arranged as free-pivoting components |
US20010045832A1 (en) | 1997-11-26 | 2001-11-29 | Kenneth W. Belt | Peripheral vascular array |
US6107974A (en) * | 1998-10-21 | 2000-08-22 | Fonar Corporation | Apparatus and method of generating an RF field |
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