JP2834556B2

JP2834556B2 - 核磁気共鳴断層撮影装置

Info

Publication number: JP2834556B2
Application number: JP2215650A
Authority: JP
Inventors: ラルフ、オツペルト; ウイルヘルム、デユル; ホルスト、ジーボルト
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1989-08-16
Filing date: 1990-08-14
Publication date: 1998-12-09
Anticipated expiration: 2013-12-09
Also published as: US5144241A; DE4024582A1; DE4024582C2; JPH03106337A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、人体の診断検査のための核磁気共鳴断層
撮影装置に関する。

［従来の技術］人体の軸線が直角座標系のｘ軸上に延び、ｚ軸方向に
延びる基本磁界のための磁石の磁極片の間に検査しよう
とする人体領域が置かれ、基本磁界内に高周波アンテナ
が配置されている人体の検査のための核磁気共鳴断層撮
影装置が知られている。

身体の断層像の策曳、関節診断、あるいは血管の表示
のために、周知のように核磁気共鳴断層撮影装置を用い
ることができ、この装置では検査しようとする身体の空
間的スピン密度又は緩和時間分布から成り積分された陽
子共鳴信号を計算的に又は測定技術的に解析することに
より像が構成される。検査しようとする身体特に人体は
強い均一な磁界、いわゆる基本磁界の中に入れられ、基
本磁界が人体中の核スピンを整列させる。更に空間的に
異なる磁界を発生させる傾斜コイルが用いられる。高周
波アンテナは核スピンを励起し、また励起された核スン
ピンから放出される信号を受信器へ伝送する。この高周
波アンテナは一般に整合コンデンサ及び送受信号分岐を
介して送信器及び受信器に接続される。最大の送信電力
は構成要素の負荷限界により与えられるが、最大の平均
送信電力は主として患者の体温上昇により制限される。

円偏波アンテナは周知のように少ししか送信電力を必
要としない。すなわちこのアンテナは、主として核スピ
ン共鳴のために有効な例えば左旋回する磁界成分だけを
発生させるという長所を有する。この種のアンテナは例
えば相互に直交して配置された二つの直線偏波アンテナ
装置から成ることができ、これらのアンテナ装置は90゜
方向性結合器を介して送信器及び受信器に接続される。
送り込まれた送信信号は90゜の位相ずれを持って両アン
テナ装置に分かれ、核磁気共鳴断層撮影のために有効な
回転磁界を発生させる。受信の場合にはアンテナは90゜
位相のずれた二つの信号源及び関連の無い太つのノイズ
源である。90゜方向性結合器は受信器に信号の同相の和
を供給する（ジャーナルオブマグネチックレゾナ
ンス（Journal of Magnetic Resonance）、第54巻（198
3年）、第324〜327ページ参照）。

0.5Tを超える強い磁界のためにソレノイドとして構成
され患者の体軸の方向に延びる静的基本磁界を発生させ
る公知の一般に超伝導性の基本磁界磁石のほかに、核磁
気共鳴断層撮影法では基本磁界B₀が検査しようとする人
体の体軸の垂直に直角座標系のｚ軸の方向に延びる基本
磁界磁石が用いられる（欧州特許出願公開第0161782号
公報参照）。

磁石は磁極片を備え、これらの磁極片が撮像容積を画
成し磁極片の間に均一な基本磁界B₀を発生させる。磁極
片は永久磁石又は電磁石の共通な継鉄を介して相互に結
合され、いわゆるＣ形磁石を形成することもできる（ド
イツ連邦共和国特許出願公開第3737133号公報参照）。

［発明が解決しようとする課題］この発明の課題は、この種の基本磁界磁石を備える核
磁気共鳴断層撮影装置のための円偏波高周波アンテナを
提供することにある。

［課題を解決するための手段］この課題はこの発明の基づき、円偏波高周波磁界の発
生のために二つのアンテナ装置を備えたアンテナが用い
られ、これらのアンテナ装置は各一つの開放ターンを形
成し、これらのターンがそれぞれ基本磁界磁石の磁極面
の一つに少なくともほぼ平行に延びる中央の脚と、二つ
の側方の脚と帰路とから成り、これらのターンが少なく
とも一つの共振コンデンサのキャパシタンスと共にそれ
ぞれ一つの共振回路を形成し、これらのターンはその中
央脚が交差するように配置され、アンテナ装置の間には
少なくとも一つの減結合コンデンサが設けられることに
より解決される。

この構成により、磁界ベクトルが基本磁界磁石の磁極
片の間の撮像容積中のｚが一定の平面上で回転するよう
な、各磁気共鳴断層撮影装置用円偏波高周波アンテナが
得られる。

ターンは帯導体特に薄い被膜から成るのが有利であ
り、この被膜を支持体上に設けることができる。側方の
脚はｘ−ｚ面に平行に配置されるように、中央の脚に対
してねじられているのが合目的である。

円偏波高周波アンテナは、両ターンのための共通な帰
路として導電性接地面を設けることができる。送信器及
び受信器へのアンテナ装置の接続は整合コンデンサを介
して行われ、これらの整合コンデンサは同軸ケーブルの
内部導体と側方の脚のうちの一つの脚の従属する共振コ
ンデンサに対する結合部との間に接続される。この同軸
ケーブルの遮蔽体の接続は、共振コンデンサの両接地側
接続点間の少なくともほぼ中央で行われるのが有利であ
る。

減結合コンデンサは帯状接続導体を介してアンテナ装
置の従属する側方の脚に結合されるのが有利である。こ
のコンデンサにより両アンテナ装置のたまたま内在する
結合の正確な補償が可能となり、内在結合が完全に相互
に減結合されるに至る。そのとき一方のアンテナ装置に
流れる電流がそれぞれ他方のアンテナ装置の中に電流を
もはや引き起こさない。

高周波アンテナは又、それぞれのアンテナ装置に対し
て二つの共振コンデンサを設けることができる。これら
の共振コンデンサの各一つが側方の脚と従属する帰路と
の間に配置される。このようにすると、共振コンデンサ
のうちの一つが可変なキャパシタンスを有することがで
きるので合目的である。

それぞれ異なるターンの側方の脚のｙ軸方向に相前後
して配置された端部は、減結合コンデンサを介して相互
に結合することができるので有利である。更に両アンテ
ナ装置の異なるターンの側方の脚のｘ軸方向に相前後し
て配置された端部も、それぞれ減結合コンデンサを介し
て相互に結合することができる。これらの減結合コンデ
ンサのキャパシタンスと配置とは、両アンテナ装置のタ
ーンの形状と配置とに関係する。

核磁気共鳴断層撮影装置のこの種の円偏波高周波アン
テナに関連して、少なくとも基本磁界磁石の磁極面と基
本磁界磁石の継鉄の磁極面間の撮像容積に向かう側の表
面とがシールドを備えることができるのが合目的であ
り、このシールドは導電性材料特に銅から成ることがで
きる。基本磁界磁石の磁極全体及び中央の脚と、場合に
よっては据え付け室の内面全体とがこの種のシールドを
備えるのが有利である。

更に場合によっては、覆われた極面の間に基本磁界磁
石の継鉄と反対側にある外縁のそばに、非磁性材料から
成る導電性結合部を設けるのが合目的である。この結合
部により高周波アンテナを囲む閉じたカバー面が生じ
る。この結合部は高周波アンテナによりシールド内に誘
導される環状電流の経路を短縮する。この電流はもしこ
の結合部が無ければ、核磁気共鳴断層撮影装置が据え付
けられている室の一般に同様に導電性材料により覆われ
た内面を経て還流する。

［実施例］次にこの発明に基づく核磁気共鳴断層撮影装置用高周
波アンテナの複数の実施例を示す図面により、この発明
を詳細に説明する。

第３図に示すＣ字形磁石２を備えた核磁気共鳴断層撮
影装置の実施例では、静的基本磁界が軸ｘ、ｙ、ｚを有
する直角座標系のｚ軸に平行に延びる。この核磁気共鳴
断層撮影装置は例えば人体の検査のために用いることが
でき、人体の軸線は座標系のｘ軸方向に延び、検査しよ
うとする人体領域は磁石２の磁極片３と４の間の撮像容
積８内に置かれる。基本磁界磁石２のこの実施例では、
少なくとも図に破線により示された磁極面５、６、望ま
しくは磁極３、４全体及び継鉄７も導電性材料から成る
高周波磁界用シールドを備え、このシールドは例えば銅
から成ることができる。座標系の座標原点は磁極面５と
６の間の撮像容積８の中心点に置かれるべきである。座
標軸は図を分かりやすくするため撮像容積８の外部に示
されている。

撮像容積８内には第１図に示すようなこの発明に基づ
く円偏波高周波アンテナ10が配置され、このアンテナは
二つのアンテナ装置12、13から成る。これらのアンテナ
装置はそれぞれ中央の脚14又は15と二つの側方の脚16、
17又は18、19とから成り、側方脚の自由端はそれぞれ帰
路22又は23に結合され、これらの帰路は両アンテナ装置
12、13の開放ターンが生じるように中央の脚14、15に平
行に延びている。これらのターンのインダクタンスはそ
れぞれ、望ましくは可変な共振コンデンサ24又は25と共
に共振回路を形成する。これらの共振コンデンサ24、25
は有利な実施例では固定コンデンサ及び可変な部分コン
デンサから成る。アンテナ装置12、13はそれらの中央脚
が交差するように配置されている。これらの中央脚は角
度αを成し、角度αは望ましくは約80〜90゜特に約86〜
88゜である。交差角αの大きさは、望ましくは帯導体か
ら成ることができる導体の位置と幅とに関係し、その幅
は例えばｂ＝100mmとすることができる。アンテナ装置1
2、13の大きさは全身用アンテナに対しては、例えば約6
00mmの長さＬと例えば約500mmの幅Ｂと約360mmの高さＨ
とを有するように選ばれる。アンテナの減結合のため
に、それぞれ異なるアンテン装置12又は13に従属する垂
直な脚の相互に向かい合う少なくとも二つの端部の間
に、減結合コンデンサ28を接続できる。この減結合コン
デンサ28は、共振コンデンサも接続されている脚端部の
間に接続される。図示の実施例で減結合コンデンサ28は
側方の脚16と18の端部間に配置されている。

減結合コンデンサ28が例えば脚16と19の間に配置され
る場合には、共振コンデンサ25も脚19と帰路23との間に
配置され、一方そのとき脚18は直接帰路23に結合され
る。同様な方法で減結合コンデンサ28を例えば脚17と19
の間又は脚17と18の間にも配置することができる。それ
により基本磁界B₀を有する核磁気共鳴断層撮影装置用円
偏波アンテナが得られる。この構造の磁石は約0.1〜0.4
Tの磁界強さを有する。

第２図に示すアンテナ10の有利な実施例では、アンテ
ナ装置12、13はそれぞれ符号の付けられていない支持体
上に配置された金属の帯導体から成る。帯導体は薄い被
膜から成ることができるので有利であり、その厚さは一
般に300μｍを著しく超えず、望ましくは最大で100μ
ｍ、特に表皮深さの約２倍すなわち約35μｍとすること
ができる。この被膜はプラスチックから成る平らな支持
体上に取り付けられ、例えば蒸着されるか又は接着され
る。この実施例ではアンテナ装置12、13は接地面30から
成る共通の帰路を備える。この接地面30は同様に導電性
材料特に銅製の薄い被膜から成ることができるので有利
であり、この被膜は支持体上に取り付けられ、その厚さ
は中央及び側方の脚の帯導体の厚さとほぼ同じ厚さに選
ばれるのが有利である。人体は接地面30とアンテナ装置
12、13とにより画成される撮像容積８内に挿入されるの
で、アンテア10の実施例では図示されていない覆いが設
けられる。

側方の脚16〜19の端部はｘ軸に少なくともほぼ平行
に、従って接地面30の側縁にほぼ平行に整列させること
ができるので有利である。脚16と19の端部の間に配置さ
れた減結合コンデンサ28のほかに、更に一つの減結合コ
ンデンサ29を側方の脚17と18の端部の間に設けることが
できる。これらの減結合コンデンサ28、29は、帯導体特
に薄膜から成り図に符号32〜35で示された接続導体を介
して、従属する側方の脚16〜19に結合することができ
る。この実施例では共振コンデンサ24、25のほかに更に
二つの別の共振コンデンサ26、27が設けられ、これらの
共振コンデンサ26、27は側方の脚17、19の端部と接地面
30との間に配置されている。

図示されていない送信器及び受信器へのアンテナ10の
接続は、同軸ケーブル38又は39の内部導体に結合された
整合コンデンサ36、37を介して行うのが有利である。同
軸ケーブル38、39の遮蔽体41、42は接地面30に結合され
る。これらの遮蔽体41、42は短い接続導線により、少な
くとも共振コンデンサ24と25の間のほぼ中央で、接地面
30に接続することができる。

第４図に示す核磁気共鳴断層撮影装置の実施例では、
アンテナ10のアンテナ装置12、13が台座44上に取り付け
られ、この台座はｘ軸方向又は横にｙ軸方向に移動可能
である。台座は検査しようとする人体と共に基本磁界磁
石の磁極３と４の間を搬送され、検査しようとする身体
領域がこの領域を囲むアンテナ10と共に撮像容積８の中
に持って来られる。

アンテナ10の中への患者の挿入を容易にするために、
アンテナ10を差し込み可能に構成することができる。す
なわち側方の脚16〜19の端部がそれぞれプラグとして構
成され、接地面30の縁には相応のソケットが配置され
る。更にアンテナ10をヒンジで開くか又は傾動すること
ができるように構成することもでき、この目的のために
脚14、15の中央で分割でき側方へ外向きに傾動すること
ができる。更に二つの側方の脚の端部にそれぞれヒンジ
を配置し、両方の他の脚の端部を差し込み装置として構
成することができる。

第３図に示す核磁気共鳴断層撮影装置の実施例では、
一般に基本磁界磁石２全体ばかりでなく核磁気共鳴断層
撮影装置を据え付けた室の内壁もシールドを備え、この
シールドは例えばプラスチック製の支持体と望ましくは
最高で100μｍ特に約36〜50μｍの厚さを有する金属箔
とから成ることができる。場合によっては中実の金属板
をも用いることができる。

核磁気共鳴断層撮影装置とこの装置を囲む室のこの構
成では、磁極面５、６の継鉄７と反対側の外縁に導電性
結合部46を設けることができるので有利である。この結
合部46はアンテナ10により磁極面５、６及び室の導電性
内部覆いの上に誘導される環状電流の短縮した電流路で
ある。

例えば約400mmの磁極面５、６の相互間隔と約360mmの
側方の脚16〜19の前記の長さとにより、上側の磁極面６
から中央の脚14、15までの距離及び下側の磁極面５から
帰路22、23までの距離はそれぞれ約20mmとなる。シール
ドとして働く導電性カバーを備えたそれぞれの磁極面
５、６は、アンテナ10の帯導体に比べて比較的大きい。
接地面30が下側の磁極面５上に近接して延び、水平な中
央脚14、15が上側の磁極面６の下に近接して延びるの
で、アンテナ10の側方脚16〜19の中を流れる高周波電流
は見かけ上無限のかなたへ流れ続ける（鏡面電流の原
理）。更にアンテナの運転波長が磁極面５と６の相互間
隔より著しく大きいので、側方の脚16〜19中をｚ方向に
流れる電流の振幅は座標ｚに実際上無関係となり、従っ
てアンテナ10により発生する高周波磁界はｚ方向に均一
である。鏡面電流の原理の別の効果として、帰路22、23
又は接地面30及び中央の脚14、15中の電流が、それぞれ
隣接する導電性磁極面５又は６に逆向きの電流を誘導す
る。磁極面５、６のシールド中のこの電流は、あたかも
磁極面５、６から等しい距離を置いて磁極３又は４の内
部に、中央脚14、15中の電流と逆向きの流れ方向を有す
る更に一つの電流ループが存在するかのようにふるま
う。従って基本磁界Ｂに平行な著しく有害な磁界成分を
有し水平に流れる面電流の影響が、アンテナ10の中央脚
14、15の帯導体からほんの僅か離れたところで既に消滅
する。

第５図に示す線図は、ｚ＝０の平面上の撮像容積８内
の磁界の核磁気共鳴断層撮影に有効な円偏成分の分布を
等値線図で示す。両方の対称面ｘ＝０及びｙ＝０に基づ
き一つの象限だけが示され、そのｚ＝０面上で例えば側
方の脚17が切断されている。ｙ軸及びｘ軸上の原点ｘ＝
０、ｙ＝０から輪郭線ａ〜ｓまでの距離はそれぞれメー
トルで表示される。最適な交差角αはこの実施例では8
7.8゜である。

等値線図には磁界強さＢの従属するレベルを備えた下
記の輪郭線が描かれている。

基本磁界Ｂの中央値から＋10％又は−10％の偏差を有
する輪郭線ｇ、ｈは図に破線で示されている。＋20％又
は−20％の偏差を有する輪郭線ｉ、ｋは図に一点鎖線で
示されている。

円弧により示され約400mmの直径を有するほぼ円筒形
の領域48は、核磁気共鳴断層撮影の像形成のために必要
とするように均一である。この領域48の外側では、特に
患者の体が延びている方向であるｘ軸に沿っては高周波
磁界の磁界強さが比較的速く低減するので、患者からの
望ましくないノイズが入力結合されるおそれがない。比
較的肩幅の広い患者の検査の場合には、患者はその両腕
を両アンテナ装置12、13の外側に置くことができる。ち
ょうど患者の肩の高さの検査の場合には、腕を側方の孔
を通ってｙ軸方向に伸ばすことができる。このアンテナ
は、両アンテナ装置12、13の102Aの電流振幅当たり約1m
Tの磁束密度により円偏波制御する場合に、良好な感度
を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はそれぞれこの発明による高周波アン
テナの異なる実施例の斜視図、第３図はこの発明に基づ
く核磁気共鳴断層撮影装置の基本磁界磁石の一実施例の
斜視図、第４図は核磁気共鳴断層撮影装置全体の一実施
例の斜視図、第５図は第１図又は第２図に示すアンテナ
により発生したｘ−ｙ面上の円偏波高周波磁界強さの分
布を示す等値線図である。２……基本磁界磁石５、６……磁極面７……磁石継鉄８……撮像容積 10……アンテナ 12、13……アンテナ装置 14、15……中央脚 16〜19……側方脚 22、23……帰路 24〜27……共振コンデンサ 28、29……減結合コンデンサ 30……接地面 32〜35……帯導体 36、37……整合コンデンサ 38、39……同軸ケーブル 41、43……遮蔽体 46……結合部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭60−12044（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−16753（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−22640（ＪＰ，Ａ) 実開平１−82007（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) A61B 5/055

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】人体の軸線が直角座標系のｘ軸上に延び、
ｚ軸方向に延びる基本磁界のための磁石の磁極片の間に
検査しようとする人体領域が置かれるようになっている
人体の検査のための核磁気共鳴断層撮影装置において、ａ）円偏波高周波磁界の発生のために二つのアンテナ装
置（12、13）を備えたアンテナ（10）が用いられ、これ
らのアンテナ装置は各一つの開放ターンを形成し、ｂ）これらのターンがそれぞれ基本磁界磁石（２）の磁
極面（５、６）の一つに少なくともほぼ平行に延びる中
央の脚と、一つの側方の脚（16〜19）と帰路（22、23）
とから成り、ｃ）これらのターンが少なくとも一つの共振コンデンサ
（24〜27）のキャパシタンスと共にそれぞれ一つの共振
回路を形成し、ｄ）これらのターンはその中央脚（14、15）が交差する
ように配置され、ｅ）アンテナ装置（12、13）の間には少なくとも一つの
減結合コンデンサ（28）が設けられることを特徴とする核磁気共鳴断層撮影装置。
【請求項２】アンテナ装置（12、13）のターンがそれぞ
れ帯導体から成り、この帯導体では中央の脚（14、15）
が基本磁界磁石（２）の磁極面（５、６）の一つに少な
くともほぼ平行に配置されていることを特徴とする請求
項１記載の装置。
【請求項３】側方の脚（16〜19）の面がそれぞれ座標系
のｘ−ｚ面に平行に配置されていることを特徴とする請
求項２記載の装置。
【請求項４】導電性接地面（30）が共通な帰路（22、2
3）として用いられることを特徴とする請求項１記載の
装置。
【請求項５】アンテナ（10）が、同軸ケーブル（38、3
9）の内部導体と側方の脚（16〜19）の従属する共振コ
ンデンサに対する結合部との間に設けられた整合コンデ
ンサ（36、37）を介して接続されていることを特徴とす
る請求項１ないし４の一つに記載の装置。
【請求項６】同軸ケーブル（38、39）の遮蔽体（41、4
2）が、共振コンデンサ（24〜27）の両接地側接続点間
の少なくともほぼ中央に接続されていることを特徴とす
る請求項５記載の装置。
【請求項７】それぞれ側方の脚（17、19）のうちの一つ
と接地面（30）との間に配置された補助の共振コンデン
サ（26、27）の備えることを特徴とする請求項１記載の
装置。
【請求項８】共振コンデンサが可変なキャパシタンスを
備えることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項９】異なるアンテナ装置（12、13）の側方の脚
（16、18及び17、19）のｘ軸方向に相前後して配置され
た端部のうちの少なくとも二つが、減結合コンデンサ
（28）を介して相互に結合されることを特徴とする請求
項１記載の装置。
【請求項１０】異なるアンテナ装置（12、13）の側方の
脚（16、19又は17、18）のｙ軸方向に相前後して配置さ
れた端部のうちの少なくとも二つが、減結合コンデンサ
（28、29）を介して相互に結合させることを特徴とする
請求項１記載の装置。
【請求項１１】帯導体（32〜35）が減結合コンデンサ
（28、29）のための接続導体として用いられることを特
徴とする請求項９又は10記載の装置。
【請求項１２】基本磁界磁石（２）の磁極面と基本磁界
磁石（２）の磁石継鉄（７）の撮像容積（８）に向かう
側の表面とが、導電性シールドを備えることを特徴とす
る請求項１記載の装置。
【請求項１３】磁極面（５、６）の磁石継鉄（７）と反
対側の縁に、磁極面（５、６）のシールドの間の導電性
結合部（46）を備えることを特徴とする請求項12記載の
装置。
【請求項１４】アンテナ（10）の差し込み可能な構造を
有し、それにより側方の脚（16〜19）の端部がプラグと
して構成され、また接地面（30）の縁に相応のソケット
が設けられることを特徴とする請求項１記載の装置。