JP3502696B2 - Mri用rfコイル - Google Patents

Mri用rfコイル

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JP3502696B2
JP3502696B2 JP13789595A JP13789595A JP3502696B2 JP 3502696 B2 JP3502696 B2 JP 3502696B2 JP 13789595 A JP13789595 A JP 13789595A JP 13789595 A JP13789595 A JP 13789595A JP 3502696 B2 JP3502696 B2 JP 3502696B2
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徹男 荻野
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ジーイー横河メディカルシステム株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は磁気共鳴イメージング
(MRI(Magnetic Resonance Imaging))装置に用い
るMRI用RFコイルに関し、特に、送受信の際にMR
I用RFコイルの動作の有効/無効を切替える有効/無
効切替回路を有するMRI用RFコイルに関する。
【0002】
【従来の技術】MRI装置は、核磁気共鳴現象を利用し
て被検体中の所望の検査部位における原子核スピンの密
度分布,緩和時間分布等を計測して、その計測データか
ら被検体の断面を画像表示するものである。
【0003】均一で強力な静磁場発生装置内に置かれた
被検体の原子核スピンは、静磁場の強さによって定まる
周波数(ラーモア周波数)で静磁場の方向を軸として歳
差運動を行う。そこで、このラーモア周波数に等しい周
波数の高周波パルスを外部より照射すると、スピンが励
起されて高いエネルギー状態に遷移する。これを核磁気
共鳴現象と言う。この高周波パルスの照射を打ち切る
と、スピンはそれぞれの状態に応じた時定数で元の低い
エネルギー状態に戻り、この時に外部に電磁波を照射す
る。これをその周波数に同調した高周波受信コイル(M
RI用RFコイル)で検出する。このとき、空間内に位
置情報を付加する目的で、三軸の傾斜磁場を静磁場空間
に印加する。この結果、空間内の位置情報を周波数情報
として捕らえることができる。
【0004】このようなMRI装置において、被検体に
高周波回転磁場を印加するため、または被検体で発生す
る電磁波を受信するために用いられるMRI用RFコイ
ルは、その中に被検体を収容し、被検体の周囲の線輪
(エレメント)部分に高周波電流を流している。
【0005】このようなMRI用RFコイルとしては、
送受信兼用に使用する送受信コイル、送信のみに使用す
る送信専用コイル、及び受信のみに使用する受信専用コ
イルがある。
【0006】この送信専用コイルの場合、送信(高周波
パルスの照射)が終了した後には被検体からのラーモア
周波数のパルスが送信専用コイルに吸収されないように
するために、送信専用コイルが動作しないように切替え
る必要がある。
【0007】同様にして、受信専用コイルの場合、送信
(高周波パルスの照射)の際には送信専用コイルからの
高周波パルスを直接受信しないようにするために、受信
専用コイルが動作しないように切替える必要がある。
【0008】以上のような切替のためには、コイルのエ
レメント中に有効/無効切替回路を有するように構成し
ている。図7はこのような有効/無効切替回路を有する
MRI用RFコイルの一例を示す回路図である。
【0009】このような回路において、MRI用RFコ
イルのエレメントが有するインダクタL0 とキャパシタ
C0 の容量分とで前述したラーモア周波数に同調するよ
うに調整されている。実際には、インダクタンス分はエ
レメントの形状等により決定されるため、これによりキ
ャパシタC0 の容量も決定される。
【0010】この図7の構成のMRI用RFコイルの場
合、送信専用コイルの送信時及び受信専用コイルの受信
時には、ダイオードDに図外の回路より順方向のバイア
ス電流を流すことでダイオードDを導通状態にする。こ
れにより、見掛け上はダイオードDの影響がなくなって
C0 とL0 だけになり、ラーモア周波数に同調するよう
になる。
【0011】一方、送信専用コイルの受信時及び受信専
用コイルの送信時には、ダイオードDへの順方向のバイ
アス電流を停止して(若しくは、逆バイアスをかけ
て)、ダイオードDを非導通状態にする。これにより、
見掛け上はエレメントのループが切断されて、MRI用
RFコイルとして動作しなくなる。
【0012】以上のような場合、送信専用コイルの送信
時及び受信専用コイルの受信時にはダイオードDの導通
抵抗(順方向のバイアスがかけられているときの抵抗)
により損失が発生する。特に、送信専用コイルの送信時
には大電力を扱うために発熱する問題を有している。更
に、受信専用コイルとしての送信時にも、コイルとして
動作しないようにダイオードに対して大きな逆バイアス
電圧をかける必要が有り、ダイオードの切替制御が面倒
であるという問題を有している。
【0013】以上のような問題に鑑みて、図8のような
有効/無効切替回路が使用されることがある。この図8
の回路では、同調用インダクタL0´とダイオードDの
直列接続回路をキャパシタC0 と並列に配置している。
この場合には、前述の図7の場合とは逆の状態にダイオ
ードDの導通/非導通の状態を制御する。すなわち、送
信専用コイルの送信時及び受信専用コイルの受信時には
ダイオードDを非導通状態に制御してL0 とC0 とが動
作するようにする。これにより、ダイオードの損失や発
熱の問題は発生しない。
【0014】そして、送信専用コイルの受信時及び受信
専用コイルの送信時にはダイオードDを導通状態にして
キャパシタC0 と同調用コイルL0´とで並列共振回路
を構成させる。すなわち、ラーモア周波数に同調して高
インピーダンスになった並列共振回路がMRI用RFコ
イルのエレメントを分断した状態になり、MRI用RF
コイルとしての動作が停止する。
【0015】ところで、静磁場の強さとラーモア周波数
とは比例関係にあるため、静磁場が小さい低磁場型のM
RI装置では、ラーモア周波数も低下する。この場合に
MRI用RFコイルの大きさが一定であればインダクタ
分L0 は一定であるため、ラーモア周波数に同調させる
ためにキャパシタC0 の容量が大きくなる。そして、キ
ャパシタの容量C0 が大きくなると、並列共振回路の同
調状態におけるインピーダンスZ(Z=L/(CR),
このZを阻止インピーダンスと呼ぶ)が充分大きくなら
ないという問題を生じる。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、スイッ
チング素子としてのダイオードの損失や発熱の問題を回
避しつつ、かつ、充分な大きさの阻止インピーダンスを
得る有効/無効切替回路を備えたMRI用RFコイルを
実現することは困難であった。
【0017】本発明は上記の点に鑑みてなされたもの
で、その目的は、切替に際して損失等の問題を生じるこ
となく、充分な大きさの阻止インピーダンスを得る有効
/無効切替回路を備えたMRI用RFコイルを実現する
ことである。
【0018】
【課題を解決するための手段】本件出願の発明者は、従
来のMRI用RFコイルの送受信の際の有効/無効切替
回路に関する問題を改良すべく鋭意研究を行った結果、
切替のためのスイッチング素子や同調回路の各素子の最
適な配置を新たに見い出して本発明を完成させたもので
ある。
【0019】すなわち、課題を解決する手段である本発
明は基本的に以下の(1)〜(3)に説明するようなも
のである。 (1)前記の課題を解決する第1の手段は、スイッチン
グ素子とインダクタ及びキャパシタとからなり、このス
イッチング素子が非導通状態にあるときには直列共振状
態となり、このスイッチング素子が導通状態にあるとき
には並列共振状態となるよう配置された共振回路を、送
受信の際の有効/無効切替回路としてエレメント中に備
えたことを特徴とするMRI用RFコイルである。
【0020】(2)前記の課題を解決する第2の手段
は、互いにインダクタ同士及びキャパシタ同士が対向す
るようにインダクタとキャパシタとがブリッジ回路とし
て配置され、このブリッジ回路の2つの中点間にスイッ
チング素子が配置され、このスイッチング素子が非導通
状態にあるときには2組の直列共振回路が並列接続され
た状態となり、このスイッチング素子が導通状態にある
ときには2組の並列共振回路が直列接続された状態とな
る直並列切替型共振回路を、送受信の際の有効/無効切
替回路としてエレメント中に備えたことを特徴とするM
RI用RFコイルである。
【0021】(3)前記の課題を解決する第3の手段
は、インダクタとキャパシタとの直列共振回路のインダ
クタ若しくはキャパシタのいずれか一方の素子と並列に
スイッチング素子が接続され、前記スイッチング素子が
接続された素子と同一定数の素子が前記直列共振回路と
並列に接続され、前記スイッチング素子が非導通状態に
あるときには直列共振回路として共振状態となり、前記
スイッチング素子が導通状態にあるときには並列共振回
路として共振状態となる直並列切替型共振回路を、送受
信の際の有効/無効切替回路としてエレメント中に備え
たことを特徴とするMRI用RFコイルである。
【0022】
【作用】課題を解決する第1の手段であるMRI用RF
コイルでは、スイッチング素子が非導通状態にあるとき
には共振回路が直列共振状態となって低インピーダンス
になるため、MRI用RFコイルとして通常の動作をす
る。この場合、スイッチング素子は非導通状態にあって
MRI用RFコイルを流れる電流には関係ないので、ス
イッチング素子の損失は動作に影響しない。そして、ス
イッチング素子が導通状態にあるときには共振回路が並
列共振状態となって高インピーダンスになるため、MR
I用RFコイルとしての動作は停止する。この場合、ス
イッチング素子は導通状態であるが、共振回路が並列共
振状態となってMRI用RFコイルを流れる電流を阻止
する。
【0023】また、インダクタ及びキャパシタ共に、M
RI用RFコイルの有するインダクタに影響されずに定
数を選択することができるため、充分な大きさの阻止イ
ンピーダンスを得るようにすることが可能になる。
【0024】課題を解決する第2の手段であるMRI用
RFコイルでは、スイッチング素子が非導通状態にある
ときには直並列切替型共振回路が直列共振状態となって
低インピーダンスになるため、MRI用RFコイルとし
て通常の動作をする。この場合、スイッチング素子は非
導通状態にあってMRI用RFコイルを流れる電流には
関係ないので、スイッチング素子の損失は動作に影響し
ない。そして、スイッチング素子が導通状態にあるとき
には直並列切替型共振回路が並列共振状態となって高イ
ンピーダンスになるため、MRI用RFコイルとしての
動作は停止する。この場合、スイッチング素子は導通状
態であるが、共振回路が並列共振状態となってMRI用
RFコイルを流れる電流を阻止する。
【0025】また、インダクタ及びキャパシタ共に、M
RI用RFコイルの有するインダクタに影響されずに定
数を選択することができるため、充分な大きさの阻止イ
ンピーダンスを得るようにすることが可能になる。
【0026】課題を解決する第3の手段であるMRI用
RFコイルでは、スイッチング素子が非導通状態にある
ときには直並列切替型共振回路が直列共振状態となって
低インピーダンスになるため、MRI用RFコイルとし
て通常の動作をする。この場合、スイッチング素子は非
導通状態にあってMRI用RFコイルを流れる電流には
関係ないので、スイッチング素子の損失は動作に影響し
ない。そして、スイッチング素子が導通状態にあるとき
には直並列切替型共振回路が並列共振状態となって高イ
ンピーダンスになるため、MRI用RFコイルとしての
動作は停止する。この場合、スイッチング素子は導通状
態であるが、共振回路が並列共振状態となってMRI用
RFコイルを流れる電流を阻止する。
【0027】また、インダクタ及びキャパシタ共に、M
RI用RFコイルの有するインダクタに影響されずに定
数を選択することができるため、充分な大きさの阻止イ
ンピーダンスを得るようにすることが可能になる。
【0028】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図1は本発明のMRI用RFコイルの原理
的構成を示す構成図である。この図1において、L0 は
エレメントにより生じるインダクタ、C0 は前記L0 と
共振回路を構成してラーモア周波数に同調するための容
量を有するキャパシタ、直並列切替型共振回路10はス
イッチングによりラーモア周波数に対して直列共振状態
と並列共振状態が切り替わるよう構成された共振回路で
ある。スイッチング部20は直並列切替型共振回路10
のスイッチング用の制御端子に接続されて導通/非導通
を切替えるスイッチング手段である。
【0029】図2は本発明のMRI用RFコイルの一実
施例を示す回路図であり、前述の図1に対応する回路で
ある。ここで、L1 ,C1 ,L2 ,C2 でブリッジ回路
が構成されており、2つの中点間にスイッチング素子と
してのダイオードDが配置されている。ここで、L1 =
L2 ,C1 =C2 であり、L1 ,C1 ,L2 ,C2 によ
り直列共振でも並列共振でもラーモア周波数に同調する
ように設定されている。
【0030】また、ダイオードDのスイッチング状態を
制御するためにバイアス回路21がダイオードDの両端
に接続されている。尚、このバイアス回路21は図示し
ていないMRI装置の制御回路などから送受信のタイミ
ングについての指示を受けており、このバイアス回路2
1はMRI装置の送受信に合わせてダイオードDのスイ
ッチングを制御するものである。
【0031】この場合、直並列切替型共振回路10は図
2の回路構成から明らかなようにインピーダンス変換回
路として動作する。従って、ダイオードDの抵抗値をR
D とし、LによるインピーダンスをZ1 =ωLとし、C
によるインピーダンスをZ2 =1/ωCとした場合、M
RI用RFコイルのエレメントから見た直並列切替型共
振回路10のインピーダンスZ′は、 Z′=Z1 ・Z2 /RD となる。
【0032】すなわち、ダイオードDが導通/非導通し
て抵抗値が変化することで直並列切替型共振回路10の
インピーダンスZ′も大きく変化することを意味してい
る。ここで、直並列切替型共振回路10の動作につい
て、共振状態を場合分けして説明する。まず、図2に示
した回路からバイアス回路21を省略して簡略して示す
と図3のようになる。そして、ダイオードDの導通/非
導通に応じて等価回路にすると、図4及び図5のように
示すことができる。
【0033】図4はダイオードDが導通した状態を示し
ており、導通したダイオードDのために2組の並列共振
回路(L1 −C1 による並列共振回路、L2 −C2 によ
る並列共振回路)が直列接続された状態になっている。
従って、並列共振回路単体の場合より更に高い阻止イン
ピーダンスを得ることができる。
【0034】すなわち、直並列切替型共振回路10が共
振状態になって高インピーダンスになるためMRI用R
Fコイルを流れる電流を阻止して、MRI用RFコイル
としての動作は停止する。
【0035】一方、ダイオードDが非導通状態にあると
きには直並列切替型共振回路10が直列共振状態となっ
て低インピーダンスになるため、MRI用RFコイルと
して通常の動作をする。この場合、2組の直列共振回路
(L1 −C2 による直列共振回路、L2 −C1 による直
列共振回路)が並列接続された状態であるため、単体の
直列共振回路より更に損失を少なくすることができる。
【0036】また、ダイオードDは非導通状態にあって
MRI用RFコイルを流れる電流には関係ないので、ダ
イオードDの損失(抵抗)がMRI用RFコイルの動作
に影響することはない。
【0037】また、インダクタ及びキャパシタ共に、M
RI用RFコイルの有するインダクタL0 に影響されず
に定数を選択することができるため、充分な大きさの阻
止インピーダンスZ′を得るようにすることが可能にな
る。
【0038】次に、本発明の他の実施例について説明す
る。図6は本発明の他の実施例の構成を示す回路図であ
り、前述の図1に対応する回路図である。ここで、L1
,C1 ,C2 でπ型のLC回路を構成しており、ダイ
オードDが導通した場合には並列共振回路(L1 −C1
)になる。すなわち、直並列切替型共振回路10が共
振状態になって高インピーダンスになるためMRI用R
Fコイルを流れる電流を阻止して、MRI用RFコイル
としての動作は停止する。
【0039】一方、ダイオードDが非導通状態にあると
きには直並列切替型共振回路10が直列共振状態(L1
−C2 )となって低インピーダンスになるため、MRI
用RFコイルとして通常の動作をする。また、ダイオー
ドDは非導通状態にあってMRI用RFコイルを流れる
電流には関係ないので、ダイオードDの損失(抵抗)が
MRI用RFコイルの動作に影響することはない。
【0040】また、インダクタ及びキャパシタ共に、M
RI用RFコイルの有するインダクタL0 に影響されず
に定数を選択することができるため、充分な大きさの阻
止インピーダンスZ′を得るようにすることが可能にな
る。
【0041】尚、ここでは、キャパシタC2 にダイオー
ドDを並列接続したが、π型回路のLとCとを逆に構成
してインダクタLにダイオードDを並列接続するような
構成にすることも可能であり、同様な効果が得られる。
【0042】以上詳細に説明したように、スイッチング
素子とインダクタ及びキャパシタとからなり、このスイ
ッチング素子が非導通状態にあるときには直列共振状態
となり、このスイッチング素子が導通状態にあるときに
は並列共振状態となるよう配置された共振回路を、送受
信の際の有効/無効切替回路としてエレメント中に備え
たことを特徴とするMRI用RFコイルによれば、スイ
ッチング素子が非導通状態にあるときには共振回路が直
列共振状態となって低インピーダンスになるため、MR
I用RFコイルとして通常の動作をし、スイッチング素
子が導通状態にあるときには共振回路が並列共振状態と
なって高インピーダンスになるため、MRI用RFコイ
ルとしての動作は停止する。この直列共振状態の場合、
スイッチング素子は非導通状態にあってMRI用RFコ
イルを流れる電流には関係ないので、スイッチング素子
の損失は動作に影響しない。また、この並列共振の場
合、スイッチング素子は導通状態であるが、共振回路が
並列共振状態となってMRI用RFコイルを流れる電流
を阻止する。そして、インダクタ及びキャパシタ共に、
MRI用RFコイルの有するインダクタに影響されずに
定数を選択することができるため、充分な大きさの阻止
インピーダンスを得るようにすることが可能になる。
【0043】また、互いにインダクタ同士及びキャパシ
タ同士が対向するようにインダクタとキャパシタとがブ
リッジ回路として配置され、このブリッジ回路の2つの
中点間にスイッチング素子が配置され、このスイッチン
グ素子が非導通状態にあるときには2組の直列共振回路
が並列接続された状態となり、このスイッチング素子が
導通状態にあるときには2組の並列共振回路が直列接続
された状態となる直並列切替型共振回路を、送受信の際
の有効/無効切替回路としてエレメント中に備えたこと
を特徴とするMRI用RFコイルによれば、スイッチン
グ素子が非導通状態にあるときには直並列切替型共振回
路が直列共振状態となって低インピーダンスになるた
め、MRI用RFコイルとして通常の動作をし、スイッ
チング素子が導通状態にあるときには直並列切替型共振
回路が並列共振状態となって高インピーダンスになるた
め、MRI用RFコイルとしての動作は停止する。
【0044】この直列共振状態の場合、スイッチング素
子は非導通状態にあってMRI用RFコイルを流れる電
流には関係ないので、スイッチング素子の損失は動作に
影響しない。また、並列共振状態の場合、スイッチング
素子は導通状態であるが、共振回路が並列共振状態とな
ってMRI用RFコイルを流れる電流を阻止する。ここ
で、インダクタ及びキャパシタ共に、MRI用RFコイ
ルの有するインダクタに影響されずに定数を選択するこ
とができるため、充分な大きさの阻止インピーダンスを
得るようにすることが可能になる。
【0045】そして、インダクタとキャパシタとの直列
共振回路のインダクタ若しくはキャパシタのいずれか一
方の素子と並列にスイッチング素子が接続され、前記ス
イッチング素子が接続された素子と同一定数の素子が前
記直列共振回路と並列に接続され、前記スイッチング素
子が非導通状態にあるときには直列共振回路として共振
状態となり、前記スイッチング素子が導通状態にあると
きには並列共振回路として共振状態となる直並列切替型
共振回路を、送受信の際の有効/無効切替回路としてエ
レメント中に備えたことを特徴とするMRI用RFコイ
ルによれば、スイッチング素子が非導通状態にあるとき
には直並列切替型共振回路が直列共振状態となって低イ
ンピーダンスになるため、MRI用RFコイルとして通
常の動作をし、スイッチング素子が導通状態にあるとき
には直並列切替型共振回路が並列共振状態となって高イ
ンピーダンスになるため、MRI用RFコイルとしての
動作は停止する。
【0046】この直列共振状態の場合、スイッチング素
子は非導通状態にあってMRI用RFコイルを流れる電
流には関係ないので、スイッチング素子の損失は動作に
影響しない。また、並列共振状態の場合、スイッチング
素子は導通状態であるが、共振回路が並列共振状態とな
ってMRI用RFコイルを流れる電流を阻止する。そし
て、インダクタ及びキャパシタ共に、MRI用RFコイ
ルの有するインダクタに影響されずに定数を選択するこ
とができるため、充分な大きさの阻止インピーダンスを
得るようにすることが可能になる。
【0047】
【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明では、
直並列切替型共振回路をMRI用RFコイルのエレメン
ト中に配置して、この直並列切替型共振回路をスイッチ
ング素子で切替えるようにしているために、切替に際し
て損失等の問題を生じることなく、充分な大きさの阻止
インピーダンスを得ることができる。
【0048】そして、スイッチング素子が非導通状態の
ときにMRI用RFコイルを流れる電流は直列共振状態
の直並列切替型共振回路を流れるため、スイッチング素
子の抵抗成分は動作に影響しない。また、並列共振状態
の場合、スイッチング素子は導通状態であるが、共振回
路が並列共振状態となってMRI用RFコイルを流れる
電流を阻止するため、充分な阻止インピーダンスを得る
ことができる。更に、インダクタ及びキャパシタ共に、
MRI用RFコイルの有するインダクタに影響されずに
定数を選択することができるため、充分な大きさの阻止
インピーダンスを得るようにすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のMRI用RFコイルの原理的構成を示
す構成図である。
【図2】本発明のMRI用RFコイルの一実施例の構成
を示す回路図である。
【図3】図2に示したMRI用RFコイルの回路の主要
部を示した回路図である。
【図4】図3に示したMRI用RFコイルの回路につい
てダイオードの導通状態の場合の等価回路を示した回路
図である。
【図5】図3に示したMRI用RFコイルの回路につい
てダイオードの非導通状態の場合の等価回路を示した回
路図である。
【図6】本発明のMRI用RFコイルの他の実施例の構
成を示す回路図である。
【図7】従来のMRI用RFコイルの構成例を示す構成
図である。
【図8】従来のMRI用RFコイルの構成例を示す構成
図である。
【符号の説明】
10 直並列切替型共振回路 20 スイッチング部 21 バイアス回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) A61B 5/055

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 スイッチング素子とインダクタ及びキャ
    パシタとからなり、このスイッチング素子が非導通状態
    にあるときには直列共振状態となり、このスイッチング
    素子が導通状態にあるときには並列共振状態となるよう
    配置された共振回路を、送受信の際の有効/無効切替回
    路としてエレメント中に備えたことを特徴とするMRI
    用RFコイル。
  2. 【請求項2】 互いにインダクタ同士及びキャパシタ同
    士が対向するようにインダクタとキャパシタとがブリッ
    ジ回路として配置され、このブリッジ回路の2つの中点
    間にスイッチング素子が配置され、このスイッチング素
    子が非導通状態にあるときには2組の直列共振回路が並
    列接続された状態となり、このスイッチング素子が導通
    状態にあるときには2組の並列共振回路が直列接続され
    た状態となる直並列切替型共振回路を、送受信の際の有
    効/無効切替回路としてエレメント中に備えたことを特
    徴とするMRI用RFコイル。
  3. 【請求項3】 インダクタとキャパシタとの直列共振回
    路のインダクタ若しくはキャパシタのいずれか一方の素
    子と並列にスイッチング素子が接続され、前記スイッチ
    ング素子が接続された素子と同一定数の素子が前記直列
    共振回路と並列に接続され、前記スイッチング素子が非
    導通状態にあるときには直列共振回路として共振状態と
    なり、前記スイッチング素子が導通状態にあるときには
    並列共振回路として共振状態となる直並列切替型共振回
    路を、送受信の際の有効/無効切替回路としてエレメン
    ト中に備えたことを特徴とするMRI用RFコイル。
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