JP3471862B2 - 核スピン共鳴装置用アンテナ装置 - Google Patents

核スピン共鳴装置用アンテナ装置

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JP3471862B2
JP3471862B2 JP24502993A JP24502993A JP3471862B2 JP 3471862 B2 JP3471862 B2 JP 3471862B2 JP 24502993 A JP24502993 A JP 24502993A JP 24502993 A JP24502993 A JP 24502993A JP 3471862 B2 JP3471862 B2 JP 3471862B2
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    • G01R33/3628—Tuning/matching of the transmit/receive coil

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、核スピン共鳴装置用ア
ンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】核スピン共鳴装置に対しては周知のよう
に、強い主磁界の他に、核スピンの励起のために勾配磁
界および高周波磁界が必要である。広く普及している超
伝導磁石では、一般に、ヘルムホルツコイル装置が使用
され、その内部に検査室が存在する。従って主磁界の方
向は、検査すべき患者の長手方向に存在する。核スピン
の傾斜のために、主磁界の方向に対して垂直である磁界
成分を有する高周波磁界が照射される。このために例え
ば、米国特許第４５０６２２４号明細書に記載されてい
るようなアンテナ構造を使用することができる。その
際、磁石の長手方向、即ち主磁界の方向に棒状部が延在
する。
【０００３】通例導電性の磁石または永久磁石によって
作動される核スピン断層撮影装置は大抵、ＣまたはＨ形
状を有しているかまたは４つの柱状部によって実現され
ている。主磁界は２つの磁極の間に発生されかつ従って
患者の長手方向に対して垂直に位置する。この種の磁石
構造の開いた検査室は、超伝導磁石において通例である
ような閉じた、管状の検査室に比べて数多くの利点を有
している。検査空間は検査の間比較的問題なく接近可能
であるので、処置的な検査を実施することができる。更
に、この種の開いた系では、検査される患者が密室恐怖
状態になる危険が殆ど生じない。
【０００４】磁極−磁石では、磁石重量が小さくかつ一
層良好な主磁界均一性を実現するため、磁極間隔を出来
るだけ小さく保持する。それ故に、磁極の間のすべての
組み込み体、例えば高周波アンテナも、出来るだけ偏平
にしなければならない。更にそれらは、処置的な検査に
対する検査空間の接近能力が損なわれないように、形成
しなければならない。
【０００５】ヨーロッパ特許出願公開第３５９３７４号
公報には、それぞれの磁極に対応して、比較的大面積の
導体並びに戻り導体を有する部分アンテナが設けられて
いる、アンテナ装置が記載されている。大面積の導体
は、戻り導体とともに、高周波に同調されている伝送線
路として作用する。２つの磁極における大面積の導体に
は反対方向に電流が流れる。この装置において、戻り導
体によって高周波分配が惹き起こされることは不都合で
ある。
【０００６】
【発明の課題】本発明の課題は、冒頭に述べた形式のア
ンテナ装置を、それが出来るだけ偏平にかつ申し分ない
均一性および感度で実現することができるように構成す
ることである。
【０００７】
【発明の構成】この課題は、請求項１の特徴部分に記載
の構成によって解決される。シールドおよび導体の構造
によって、発生される高周波磁界の申し分ない均一性が
得られる。
【０００８】一方における行きおよび戻り導体と他方に
おける導体シールドとの間の間隔ａが同じ場合、シール
ドされた導体装置において感度は、行きおよび戻り導体
装置におけるよりも著しく高い。このことは、シールド
を相応のミラー電流によって置換して考えると、容易に
わかる。その場合生じる電流ダイポールは、行き導体と
戻り導体との間に間隔２ａを有しかつ従って同じ電流の
場合、簡単な行きおよび戻り導体装置より相当高い有効
磁界を発生する。
【０００９】更に、勾配系および高周波系との間の申し
分ない減結合が実現され、これにより外部からの障害は
大幅に抑圧される。
【００１０】本発明の有利な実施例はその他の請求項に
記載されている。
【００１１】
【実施例】次に本発明を図示の実施例につき図面を用い
て詳細に説明する。
【００１２】本発明の原理をまず、図１および図２の概
略図を用いて説明する。図１はアンテナ装置の正面図で
あり、図２はその側面図である。実施例において、２つ
の磁極１および２並びにヨーク３を有するＣ形の磁石が
使用される。磁界は、コイル３ａによって発生される。
【００１３】核スピン断層撮影装置に対して必要な、主
磁界の均一性を改善するためのシムコイルおよび勾配コ
イルは、本発明にかかわっていないので、わかりやすく
するために図１および図２では省略されている。
【００１４】２つの磁極１および２にはそれぞれ、アー
スされた高周波シールド４および５が設けられている。
２つの高周波シールド４および５は、ヨーク３の領域に
おいて、接続部４ａを介して相互に接続することができ
るので、全体としてヨーク３とは反対の側において開放
されているＵ字形のシールドが形成され、その結果被検
体に対する接近は殆ど妨げられない。シールド４および
５に対して間隔ａのところにそれぞれ、磁極１および２
の領域において、導体構造体６ないし７が配置されてい
る。導体構造体６および７はそれぞれ、幅にわたって分
配して配置されている複数のコンデンサ８および９ない
し１０および１１を介してシールド４ないし５に接続さ
れている。高周波磁界を発生するために、導体構造体６
および７には、相互に反対の方向に電流が流れるはずで
ある。図１の実施例ではこのことは、高周波発生器１２
が同軸線路１３，１４および整合コンデンサ４２，４３
を介して導体構造体６ないし７の反対側の端部に接続さ
れている。同軸線路１３，１４の外部導体はそれぞれの
シールド４ないし５に接続されている。
【００１５】図１には、座標系１５が図示されている。
主磁界Ｂ0は、磁極１から磁極２に、即ち上述の座標系
において−ｙ方向において延在する。アンテナ装置によ
って発生される磁界成分Ｂ1は、主磁界Ｂ0に対して垂直
に延在するはずである。図１の実施例ではそれはｘ方向
において延在する。
【００１６】シールド４ないし５と導体構造体６ないし
７間との間隔ａは、検査空間を必然的にもはや縮小しな
いですむように、または前以て決められた検査空間の場
合磁極１および２間の出来るだけ僅かな間隔ですむよう
にするために、出来るだけ小さく保持される。確かに、
導体構造体６，７がシールド４ないし５に近接して配置
されていればいる程、アンテナの効率はますます悪くな
る。しかしこのことは、送信アンテナに対して余り問題
にならない。というのは、効率の損失は、一層電力の大
きい送信機によって再び補償することができるからであ
る。上述の僅かな間隔は、アンテナを受信アンテナとし
て使用するとき問題となる。というのは受信アンテナで
は、効率の劣化はＳＮ比の低減と結び付いているからで
ある。しかしこのことは、既述の構成のアンテナを送信
のためにのみ利用しかつ受信のためには局所コイルを設
けることによって回避される。実現可能な装置では、導
体構造体とシールドとの間の間隔ａ＝２ｃｍが申し分な
い妥協的解決と確認されている。
【００１７】シールド４，５の厚さは、申し分ないシー
ルド効果に対して、高周波の２倍の侵入深度（表皮深
度）とほぼ同じにすべきである。勾配磁界によって誘起
される渦電流を回避するために、シールド４，５にスリ
ットを設けることもできる。スリットは渦電流路を遮断
するが、容量的に橋絡するように配置すると、高周波シ
ールド作用は大幅に維持される。
【００１８】図３の実施例では、２つの導体構造体６お
よび７に対して高周波電流は同じ側から供給される。反
対の電流方向を実現するために、導体構造体７に対する
電流を導体構造体６に対する電流に対して１８０°ずら
す移相器１５が設けられている。
【００１９】シールドされた導体構造体装置によって、
高周波エネルギーの放射も防止される。そうでない場合
高周波エネルギーにより、検査空間におけるケーブル、
機器および人員との不定の相互作用が生ずる。しかしシ
ールド上の電流分布、ひいてはそれに結び付いた電位分
布に基づいて、この片側が開いているＵ字構造で、なお
僅かな高周波放射が存在している。
【００２０】この依然として存在する高周波放射を一層
低減するために、通例シールドを介して流れる戻り電流
を固有の戻り電流プレートを介して導くことができる。
その実施例は、磁極に対する詳細図たる図４の側面図に
て、また図５には平面図にて示されている。シールド４
には、スペーサ４１を介挿して、戻り電流を導く戻り導
体構造体４０が載置される。スペーサ４１の厚さ、ひい
ては戻り導体構造体４０とシールド４との間隔は非常に
小さく選定されているので（約１…２mm）、アンテナの
効率は殆ど影響を受けない。しかしシールド電流、ひい
ては放射も、著しく低減されている。
【００２１】アーチファクトを回避するために、核スピ
ン断層撮影装置において検査領域内の高周波磁界は出来
るだけ大幅に均一でなければならない。そのためにそれ
ぞれの導体構造体６，７は個別導体ストリップに分割さ
れかつ個別導体ストリップを流れる電流は、高周波磁界
の均一性が最適化されるように影響を受ける。このため
の種々の方法がそれぞれ、図６ないし図１３における個
別部分アンテナの実施例において示されている。
【００２２】図６の導体構造体では、個別導体ストリッ
プ６ａないし６ｅは、給電点においてのみ相互に接続さ
れている。給電点には更に、コンデンサ４５がアース接
続されて設けられている。導体ストリップ６ａないし６
ｅの、給電点とは反対側の端部ではそれぞれ、個別コン
デンサ１７ないし２１を介してアースに接続されてい
る。これらのコンデンサは調整可能であるので、個別導
体ストリップ６ａないし６ｅを流れる電流ＩａないしＩ
ｅは、高周波磁界の均一性を最適化するためにそれぞれ
個別に調整することができる。
【００２３】図７の実施例では、同様に、導体ストリッ
プ６ａないし６ｅの給電側の端部が相互に接続されてお
り、反対側の端部はそれぞれ個別にアースされている。
ここでは電流の分配は、導体ストリップ６ａないし６ｅ
の給電側の端部とアースとの間のコンデンサ２２ないし
２６によって制御される。
【００２４】図８の実施例では、導体ストリップ６ａな
いし６ｅは両側が相互に接続されている。更に、それぞ
れの導体ストリップ６ａないし６ｅのそれぞれの側はコ
ンデンサ２２ないし２６並びに１７ないし２１を介して
アース接続されている。ここでは、両側の導体ストリッ
プ端部におけるコンデンサ列によって、電流分配を最適
化することができる。
【００２５】図９の実施例は、図８の実施例とは、導体
ストリップ６ａないし６ｅの、給電側とは反対の端部に
おいて、アースに対する固定接続が行われている点で相
異している。
【００２６】図１０の実施例では、コンデンサの容量に
よってのみならず、その配置によっても電流分配を制御
することができるという事実から出発している。この場
合、コンデンサ１７ないし２３は導体ストリップのすべ
ての端部には接続されておらず、その端部側の接続線路
にその部分が接続されている。正確な接続位置の作用に
よって、高周波像の均一性が形成される。
【００２７】図１１の実施例は、給電側においてのみコ
ンデンサ２１ないし２３がアース接続されて設けられて
おり、一方導体ストリップ６ａないし６ｅの反対の側で
は、ここではその位置によって主磁界均一性を制御する
ことができる、アースとの２つの直接接続部が存在して
いる点で、図８の実施例と相異している。
【００２８】図１２は、図９の実施例とは、個別導体ス
トリップ６ａないし６ｅにそれぞれ、調整可能なコンデ
ンサ２７ないし３１が挿入されており、これらコンデン
サによって同様に、導体ストリップ６ａないし６ｅを介
する電流分配を調整することができる点で相異している
実施例を示している。このことは特には図示されていな
いが、コンデンサ２７ないし３１に代わってインダクタ
ンスを使用することもできる。
【００２９】図１３の実施例では、導体構造体上の導体
ストリップ６の幅が変化し、その場合導体ストリップは
真ん中から外側に向かって幅広になる。更に、導体スト
リップ６間の間隔が変えられる。これは、高周波磁界の
均一性を最適化するための別の方法を表している。
【００３０】核スピン断層撮影装置の検査空間は一般に
球形である。それ故に、円形に近似された導体構造体は
これまで図示されている方形の導体構造体より検査空間
に一層良好に整合される。円形に近似された導体構造体
は例えば、図１４に示されているように、接続導体４
６，４７を円形に近似することで、実現することができ
る。択一的に、図１５に示されているように、個別導体
ストリップも円弧として形成することができる。
【００３１】高周波磁界の均一性を最適化する別の方法
は、図１６および図１７に示されている。この場合高周
波磁界は、個別導体ストリップがシールドから種々異な
った間隔を有することによって、調整される。
【００３２】これまで図示されていたアンテナ構造は、
検査空間に直線偏波された高周波磁界を発生する。円偏
波された高周波フィールドによって、励起を同じとした
場合、高周波電力を低減することができる（理論的には
半分だけ）。図１８のアンテナ構造によって、この種の
円偏波された高周波フィールドを発生することができ
る。この場合それぞれの部分アンテナは、互いに９０°
ずれている２つの導体構造体６および６ａを有してお
り、即ち導体構造体６の導体ストリップは、導体構造体
６ａの導体ストリップに対して９０°の角度を形成す
る。高周波電流の供給は、導体構造体６ａにおける電流
を導体構造体６における電流に対して９０°位相シフト
する９０°移相器５０を介して行われる。これにより高
周波フィールドの磁界ベクトルはｚ面において回転し、
即ち円偏波が生じる。
【００３３】磁界の出来るだけ良好な円形性を実現する
ために、導体構造体６および６ａはシールドに対して同
じ間隔ａを有するべきである。実際にはこれらは相互に
非常近接して存在している。これにより勿論、導体部分
系の強い容量結合が生じる。この障害となる結合は、２
つの部分系６，６ａの間の少なくとも１つのインダクタ
ンス４４によって補償することができる。これらは例え
ば、１つのコーナまたは、図１８に示されているよう
に、それぞれのコーナに配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】アンテナ装置の１例を正面にて示す概略図であ
る。
【図２】図１のアンテナ装置を側面にて示す概略図であ
る。
【図３】２つの部分アンテナ間に移相器を備えたアンテ
ナ装置の概略図である。
【図４】固有の戻り電流プレートを備えたアンテナ装置
を側面にて示す概略図である。
【図５】図４のアンテナ装置を平面にて示す概略図であ
る。
【図６】高周波磁界の均一性を改善するために、導体構
造体をシールドに結合する方法の１例を示す概略図であ
る。
【図７】高周波磁界の均一性を改善するために、導体構
造体をシールドに結合する方法の１例を示す概略図であ
る。
【図８】高周波磁界の均一性を改善するために、導体構
造体をシールドに結合する方法の１例を示す概略図であ
る。
【図９】高周波磁界の均一性を改善するために、導体構
造体をシールドに結合する方法の１例を示す概略図であ
る。
【図１０】高周波磁界の均一性を改善するために、導体
構造体をシールドに結合する方法の１例を示す概略図で
ある。
【図１１】高周波磁界の均一性を改善するために、導体
構造体をシールドに結合する方法の１例を示す概略図で
ある。
【図１２】高周波磁界の均一性を改善するために、導体
構造体をシールドに結合する方法の１例を示す概略図で
ある。
【図１３】個別ストリップの形の導体構造体を示す概略
図である。
【図１４】その輪郭が検査空間に整合されている導体構
造体の概略図である。
【図１５】その輪郭が検査空間に整合されている別の導
体構造体の概略図である。
【図１６】個別導体ストリップがシールドに対して種々
異なった間隔を有する導体構造体の概略図である。
【図１７】個別導体ストリップがシールドに対して種々
異なった間隔を有する導体構造体の概略図である。
【図１８】円偏波アンテナ構造を示す概略図である。
【符号の説明】
１，２ 磁極、 ４，４ａ，５ シールド、 ６，７
導体構造体、 ６ａ〜６ｅ 導体ストリップ、 １
６，５０ 移相器、 ４０ 戻り電流プレート、４１
スペーサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 御子柴 憲彦 神奈川県海老名市東神奈川３−７−６さ がみ野ハイムＢ−102 (72)発明者 渡辺 裕 ドイツ連邦共和国 エアランゲン ガー ベルスベルガー シュトラーセ 18 (56)参考文献 特開 平２−249531（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−177249（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−39939（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−111448（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−1252（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−188829（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) A61B 5/055

Claims (17)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ２つの磁極（１，２）の間に主磁界が形
    成され、前記磁極のそれぞれ（１，２）に、閉じられ、
    アースされた、前記それぞれの磁極(１，２)に向いてい
    るシールド（４，５）と、前記シールド（４，５）に対
    して間隔をおいてかつ各シールドに実質的に平行に配置
    されている面状の導体構造体（６，７）とから成る部分
    アンテナ（４ないし７）が配置されており、前記導体構
    造体の一方の側に高周波電流が供給され、前記２つの磁
    極(１，２)に対応して設けられている前記導体構造体
    （６，７）にそれぞれ、反対方向に電流が流されること
    を特徴とする核スピン共鳴装置用アンテナ装置。
  2. 【請求項２】 それぞれの導体構造体（６，７）は個別
    導体ストリップ（６ａないし６ｅ）に分割されている請
    求項１記載の核スピン共鳴装置用アンテナ装置。
  3. 【請求項３】 シールド（４，５）は少なくとも、高周
    波の侵入深度の２倍に等しい厚さを有している請求項１
    または２記載の核スピン共鳴装置用アンテナ装置。
  4. 【請求項４】 導体構造体（６，７）とシールド（４，
    ５）との間に、前記シールド（４，５）および前記導体
    構造体（４，５）に対して絶縁されている戻り電流プレ
    ート（４０）が挿入されており、高周波電流は前記導体
    構造体（６，７）と前記戻り電流プレート（４０）との
    間に供給される請求項１から３までのいずれか１項記載
    の核スピン共鳴装置用アンテナ装置。
  5. 【請求項５】 戻り電流プレート（４０）とシールド
    （４，５）との間の間隔は、３mmより小さい請求項４記
    載の核スピン共鳴装置用アンテナ装置。
  6. 【請求項６】 シールド（４，５）および場合によって
    は戻り電流プレート（４０）にはスリットが設けられて
    おり、該スリットは、勾配磁界に対応する渦電流路を中
    断するが、シールド（４，５）の高周波不透過性は維持
    されるように形成されている請求項１から５までのいず
    れか１項記載の核スピン共鳴装置用アンテナ装置。
  7. 【請求項７】 導体構造体（６，７）の個別導体ストリ
    ップ（６ａないし６ｅ）の幅の変化およびそれらの相互
    間隔の変化によって、アンテナ装置によって発生される
    高周波磁界の磁界均一性が最適化される請求項２から６
    までのいずれか１項記載の核スピン共鳴装置用アンテナ
    装置。
  8. 【請求項８】 導体構造体（６，７）とシールド（４，
    ５）ないし戻り電流プレート（４０）との間の間隔の変
    化によって、導体構造体（６，７）の面にわたって、ア
    ンテナ装置によって発生される高周波磁界の磁界均一性
    が最適化される請求項１から７までのいずれか１項記載
    の核スピン共鳴装置用アンテナ装置。
  9. 【請求項９】 導体構造体（６，７）の外側の輪郭は、
    検査空間に相応して少なくとも部分的に少なくとも近似
    的に円形である請求項２から８までのいずれか１項記載
    の核スピン共鳴装置用アンテナ装置。
  10. 【請求項１０】 個別導体ストリップ（６ａないし６
    ｅ）は、導体構造体（６）の面内で湾曲されている請求
    項９記載の核スピン共鳴装置用アンテナ装置。
  11. 【請求項１１】 それぞれの導体構造体（６，７）の少
    なくとも１つの端部は少なくとも１つのコンデンサ（８
    ないし１１）を介してシールド（４，５）ないし戻り電
    流プレート（４０）に接続されている請求項１から10ま
    でのいずれか１項記載の核スピン共鳴装置用アンテナ装
    置。
  12. 【請求項１２】 それぞれの導体構造体（６，７）の１
    つの端部は少なくとも１か所において、シールド（４，
    ５）ないし戻り電流プレート（４０）に導電接続されて
    いる請求項１から11までのいずれか１項記載の核スピン
    共鳴装置用アンテナ装置。
  13. 【請求項１３】 それぞれの導体構造体（６，７）の少
    なくとも１つの端部は複数のコンデンサ（１７ないし２
    ６）を介して所属のシールド（４，５）ないし戻り電流
    プレート（４０）に接続されており、前記コンデンサ
    （１７ないし２６）の容量は、発生される高周波磁界の
    磁界均一性が最適化されるように選択される請求項１か
    ら12までのいずれか１項記載の核スピン共鳴装置用アン
    テナ装置。
  14. 【請求項１４】 個別導体ストリップ（６ａないし６
    ｅ）に、発生される高周波磁界の磁界均一性が最適化さ
    れるように選定されているコンデンサ（２７ないし３
    １）が挿入されている請求項２から13までのいずれか１
    項記載の核スピン共鳴装置用アンテナ装置。
  15. 【請求項１５】 導体ストリップ（６ａないし６ｅ）
    は、絶縁プレート上の導体路として実現されている請求
    項１から10までのいずれか１項記載の核スピン共鳴装置
    用アンテナ装置。
  16. 【請求項１６】 それぞれの部分アンテナは、相互に９
    ０°位相がずれている電流が供給される、相互に９０°
    回転された２つの導体構造体（６，６ａ）から成る請求
    項１から15までのいずれか１項記載の核スピン共鳴装置
    用アンテナ装置。
  17. 【請求項１７】 ２つの導体構造体（６，６ａ）は少な
    くとも１つのインダクタンス（４４）を介して相互に接
    続されている請求項１６記載の核スピン共鳴装置用アン
    テナ装置。
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