JP3847018B2 - RF coil for MRI - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、MRI(Magnetic Resonance Imaging)用RF(Radio Frequency)コイルに関し、さらに詳しくは、共鳴周波数によって感度方向が異なるMRI用RFコイルに関する。
【0002】
【従来の技術】
NMRスペクトロスコピー(Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy)において、磁場の空間的均一性を高めるシミング(shimming)や,異なる核種間のカップリングを切るデカップリング(decoupling)を適切に行う見地から、1つのRFコイルで、異なる周波数の励起用RFパルスを送信したり,異なる周波数のNMR信号を受信できるようにしたデュアルチューンコイル(dual tune coil)が知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、共鳴周波数によって感度方向が異なるMRI用RFコイルは知られていない。
そこで、本発明の目的は、共鳴周波数によって感度方向が異なるMRI用RFコイルを提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】
第1の観点では、本発明は、2つのリングコイルの間に複数のエレメント導体を介設したMRI用RFコイルであって、第1の共鳴周波数のRF信号に対して前記2つのリングコイルによるRFコイルが形成され、第2の共鳴周波数のRF信号に対して互いに隣接する前記エレメント導体および当該エレメント導体と前記リングコイルの接続点に挟まれたリングコイル部分によりRFコイルが鞍型に形成されることを特徴とするMRI用RFコイルを提供する。
上記第1の観点によるMRI用RFコイルでは、第1の共鳴周波数のRF信号(一般に励起用RFパルスまたはNMR信号)に対しては、2つのリングコイルをRFコイルとして形成でき、第2の共鳴周波数のRF信号に対しては、エレメント導体およびリングコイルの一部からなる鞍型コイルをRFコイルとして形成でき、共鳴周波数によって感度方向が90°異なるRFコイルを形成することが出来る。
【0005】
第2の観点では、本発明は、第1のリングコイルと、第2のリングコイルと、前記第1のリングコイルと前記第2のリングコイルの間に介設された第1〜第4のエレメント導体と、前記第1のエレメント導体と前記第1のリングコイルの接続点および前記第2のエレメント導体と前記第1のリングコイルの接続点の間に介設された第1のコンデンサと、前記第1のエレメント導体と前記第2のリングコイルの接続点および前記第2のエレメント導体と前記第2のリングコイルの接続点の間に介設された第2のコンデンサと、前記第1のエレメント導体に介設された第3のコンデンサと、前記第2のエレメント導体に介設された第4のコンデンサと、前記第3のエレメント導体と前記第1のリングコイルの接続点および前記第4のエレメント導体と前記第1のリングコイルの接続点の間に介設された第1の給電用コンデンサおよび前記第2の共鳴周波数に対して並列共振する並列共振回路の直列回路と、前記第3のエレメント導体と前記第2のリングコイルの接続点および前記第4のエレメント導体と前記第2のリングコイルの接続点の間に介設された第2の給電用コンデンサおよび前記第2の共鳴周波数に対して並列共振する並列共振回路の直列回路と、前記第3のエレメント導体に介設された第3の給電用コンデンサおよび前記第1の共鳴周波数に対して並列共振する並列共振回路の直列回路と、前記第4のエレメント導体に介設された第4の給電用コンデンサおよび前記第1の共鳴周波数に対して並列共振する並列共振回路の直列回路とを具備し、前記第1〜第4のコンデンサは、前記第1の共鳴周波数に対して、前記第1のリングコイルと前記第2のリングコイルの間の相互インダクタンスが実質的に無視できるように、且つ、前記第2の共鳴周波数に対して、前記第1,第3のエレメント導体およびそれらエレメント導体と前記第1,第2のリングコイルの接続点に挟まれたリングコイル部分により形成される第1の鞍型コイルと、前記第2,第4のエレメント導体およびそれらエレメント導体と前記第1,第2のリングコイルの接続点に挟まれたリングコイル部分により形成される第2の鞍型コイルの間の相互インダクタンスが実質的に無視できるように容量が調整されていることを特徴とするMRI用RFコイルを提供する。
上記構成において、「給電」は、励起用RFパルスの送信,NMR信号の受信のための電力の供給,取り出しのどちらか一方または両方を意味する。
上記第2の観点によるMRI用RFコイルでは、第1の共鳴周波数に対しては、第3,第4のエレメント導体に介設された並列共振回路が並列共振状態となって当該並列共振部分が実質的に切り離され、第1リングコイルと第2のリングコイルがRFコイルとして機能する。ここで、第1〜第4のコンデンサの容量の条件より、第1のリングコイルと第2のリングコイルの間の相互インダクタンスを実質的に無視できるから、前記第1リングコイルと第2のリングコイルの間の相互干渉を実質的に無くし、SNR(Signal to Noise Ratio)を十分に高めることが出来る。
一方、第2の共鳴周波数に対しては、第3,第4のエレメント導体と第1のリングコイルとの接続点間に介設された並列共振回路と、第3,第4のエレメント導体と第2のリングコイルとの接続点間に介設された並列共振回路が並列共振状態となって当該並列共振部分が実質的に切り離され、第1,第3のエレメント導体および第1,第2のリングコイルの一部により形成された第1の鞍型コイルと、第2,第4のエレメント導体および第1,第2のリングコイルの一部により形成された第2の鞍型コイルとが、RFコイルとして機能する。ここで、第1〜第4のコンデンサの容量の条件より、第1の鞍型コイルと第2の鞍型コイルの間の相互インダクタンスを実質的に無視できるから、前記第1の鞍型コイルと前記第2の鞍型コイルの間の相互干渉を実質的に無くし、SNRを十分に高めることが出来る。
以上より、第1の共鳴周波数と第2の共鳴周波数とで感度方向が90°異なったRFコイルとして機能する。
【0006】
【発明の実施の形態】
以下、図に示す発明の実施の形態により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
【0007】
本発明の実施の形態について説明する前に、本発明にかかるMRI用RFコイルの基本原理について説明する。
図1は、本発明にかかるMRI用RFコイル100’の基本回路を示す斜視図である。
このMRI用RFコイル100’は、リングコイル1と、リングコイル2と、前記リングコイル1と前記リングコイル2の間に介設されたエレメント導体3,4,5,6と、前記エレメント導体3と前記リングコイル1の接続点と前記エレメント導体4と前記リングコイル1の接続点の間に介設された第1コンデンサCaと、前記エレメント導体3と前記リングコイル2の接続点と前記エレメント導体4と前記リングコイル2の接続点の間に介設された第2コンデンサCaと、前記エレメント導体3に介設された第3コンデンサCbと、前記エレメント導体4に介設された第4コンデンサCbとを具備して構成されている。また、前記エレメント導体5とリングコイル1の接続点および前記エレメント導体6とリングコイル1の接続点の間にはスイッチS1が介設され、前記エレメント導体5とリングコイル2の接続点および前記エレメント導体6とリングコイル2の接続点の間にはスイッチS2が介設され、前記エレメント導体5にはスイッチS3が介設され、前記エレメント導体6にはスイッチS4が介設されている。
前記第1,第2コンデンサCaおよび前記第3,第4コンデンサCbは、第1の共鳴角周波数ω1に対して、前記リングコイル1,2の間の相互インダクタンス(図2のM1)が実質的に無視できるように、且つ、第2の共鳴角周波数ω2に対して、エレメント導体3,5およびそれらエレメント導体3,5とリングコイル1,2の接続点に挟まれたリングコイル部分により形成される鞍型コイル(図3のK1)と,エレメント導体4,6およびそれらエレメント導体4,6とリングコイル1,2の接続点に挟まれたリングコイル部分により形成される鞍型コイル(図3のK2)の間の相互インダクタンス(図3のM2)が実質的に無視できるように、容量が調整されている。当該容量の決定原理を、次に詳述する。
【0008】
まず、図2に示すように、前記スイッチS1,S2を閉じ、スイッチS3,S4を開き、リングコイル1にRF電圧源Vr(これは、励起用RFパルスの印加電圧またはNMR信号による誘起電圧に相当する)により共鳴角周波数ω1の電流Iを流した場合を想定する。図中、ループABDE(第3コンデンサCa→第2コンデンサCa→第4コンデンサCbの経路)を流れる電流をImとすると、この電流Imにより図のAB間に現れる電圧VBAは、
【0009】
一方、リングコイル1とリングコイル2の間の相互インダクタンスをM1とし、図2のように、リングコイル1における電流Iの正の向きとリングコイル2における電流I2の正の向きとを同方向に決め、M1>0と規定すると、相互インダクタンスM1により図のAB間に誘起される電圧VBAは、
【0010】
上記(1)式で表される電圧VBAと,上記(2)式で表される電圧VBAが等しくなると、相互干渉の影響により、リングコイル2に誘導電流が流れることが防止されるから、
【0011】
一方、ループABDEにおけるキルヒホッフの法則より、
【0012】
上記(3)式と上記(4)式よりリングコイル1とリングコイル2間の相互干渉を打ち消す条件は、
【0013】
次に、図3に示すように、前記スイッチS1,S2を開き、スイッチS3,S4を閉じ、エレメント導体6にRF電圧源Vr’により共鳴角周波数ω2の電流Iを流した場合を想定する。この場合、鞍型コイルK1と,鞍型コイルK2の間の相互インダクタンスをM2とし、図3のように、エレメント導体5における電流I5の正の向きとエレメント導体6における電流Iの正の向きとを同方向に決め、M2>0と規定すると、鞍型コイルK1と,鞍型コイルK2の間の相互干渉を打ち消す条件は、
【0014】
上記(5)式を上記(6)式に代入して、Caについて整理すると、
【0015】
上記(5)式より、CbがCb>0の解を持つための条件は、M1>0ゆえ、
【0016】
[1]ω12・M1−ω22・M2=0のとき、
従って、上記(5)式,上記(6)式を同時に満たす物理的に意味のある解が存在する。
【0017】
[2]ω12・M1−ω22・M2≠0のとき、
とおくと、
従って、f(Ca)=0は、
の範囲で解を持ち、物理的に意味のある解が存在する。
【0018】
上記[1][2]より、第1,第2コンデンサの容量Caおよび第3,第4コンデンサの容量Cbを、上記(5)式,上記(6)式を満足するように調整することが可能であることが証明された。このとき、共鳴角周波数ω1に対しては、図2に示したように、リングコイル1,2間の相互インダクタンスM1を実質的に無視でき、前記リングコイル1,2を相互干渉の無いRFコイルとして使用することが出来る。また、共鳴角周波数ω2に対しては、図3に示したように、鞍型コイルK1と,鞍型コイルK2の間の相互インダクタンスM2を実質的に無視でき、鞍型コイルK1,K2を相互干渉の無いRFコイルとして使用することが出来る。
【0019】
図4は、本発明の一実施形態にかかるMRI用RFコイルを含む送受信回路101の構成図である。図中、Bzは、垂直方向の静磁場を示す。
この送受信回路101において、MRI用RFコイル100は、リングコイル1と、リングコイル2と、前記リングコイル1と前記リングコイル2の間に介設されたエレメント導体3,4,5,6と、前記エレメント導体3と前記リングコイル1の接続点と前記エレメント導体4と前記リングコイル1の接続点の間に介設された第1コンデンサCaと、前記エレメント導体3と前記リングコイル2の接続点と前記エレメント導体4と前記リングコイル2の接続点の間に介設された第2コンデンサCaと、前記エレメント導体3に介設された第3コンデンサCbと、前記エレメント導体4に介設された第4コンデンサCbとを具備している。ただし、前記第1,第2コンデンサCaおよび前記第3,第4コンデンサCbは、上記(5)式および上記(6)式を満たすように調整されている。
また、前記エレメント導体5と前記リングコイル1の接続点および前記エレメント導体6と前記リングコイル1の接続点の間に介設された給電用コンデンサC5および共鳴角周波数ω2に対して並列共振する並列共振回路(コンデンサC1とインダクタL1の並列回路)と、前記エレメント導体5と前記リングコイル2の接続点および前記エレメント導体6と前記リングコイル2の接続点の間に介設された給電用コンデンサC6および共鳴角周波数ω2に対して並列共振する並列共振回路(コンデンサC2とインダクタL2の並列回路)とを具備している。すなわち、前記並列共振回路を構成するコンデンサの容量C1〜C4およびインダクタのインダクタンスL1〜L4は、次式を満たす。
さらに、前記リングコイル1には、2つの直流阻止コンデンサCが介設されている。また、前記リングコイル2には、2つの直流阻止コンデンサCが介設されている。
【0020】
次に、この送受信回路101の動作を説明する。
[1]第1の核種(例えばプロトン)を励起するため、共鳴角周波数(=ラーモア角周波数)ω1の励起用RFパルスを送信するとき、励起用RFパルスの電力をパワーアンプ10aで増幅し、ハイブリッド(hybrid)11aで前記電力を等分割して、送信/受信切換スイッチ12−1,12−2に入力する。前記送信/受信切換スイッチ12−1は、前記励起用RFパルスをバラン13−1側に出力する切換状態とし、当該バラン13−1を介して前記励起用RFパルスを給電用コンデンサC5の両端に印加する。一方、前記送信/受信切換スイッチ12−2は、前記励起用RFパルスをバラン13−2側に出力する切換状態とし、当該バラン13−2を介して前記励起用RFパルスを給電用コンデンサC6の両端に印加する。なお、前記送信/受信切換スイッチ12−1と前記バラン13−1とを結ぶ伝送路の長さ、および、前記送信/受信切換スイッチ12−2と前記バラン13−2とを結ぶ伝送路の長さは、共鳴角周波数ω1に対応する波長をλ1とするとき、λ1/4である。
このとき、図5に示すように、前記コンデンサC3およびインダクタL3は並列共振状態(=インピーダンス無限大)となると共に、前記コンデンサC4およびインダクタL4は並列共振状態となって、当該並列共振部分が実質的に切り離される。これにより、前記リングコイル1,2は、相互干渉のない1組の送信コイルとして機能し、水平方向の振動磁場bx(図示の向き)を発生する。なお、コンデンサC1およびインダクタL1の並列回路,コンデンサC2およびインダクタL2の並列回路は、共鳴角周波数ω1に対しては、共鳴角周波数ω2との大小に依存して誘導性または容量性を示すので、給電用コンデンサC5,C6の容量を調整することで、前記リングコイル1,2の共振周波数を共鳴角周波数ω1に同調させることが出来る。
[2]共鳴角周波数ω1のNMR信号を受信するとき、前記送信/受信切換スイッチ12−1は、給電用コンデンサC5の両端からバラン13−1を介して取り出されたNMR信号をプリアンプ14−1側に出力する。前記プリアンプ14−1は、前記NMR信号を増幅し、受信器に送る。一方、前記送信/受信切換スイッチ12−2は、給電用コンデンサC6の両端からバラン13−2を介して取り出されたNMR信号をプリアンプ14−2側に出力する。このとき、送信時と同様に、前記MRI用RFコイル100は、図5に示す状態となり、前記リングコイル1,2は、相互干渉のない1組の受信コイルとして機能し、水平方向の振動磁場bxを検出する。なお、各受信器に送られたNMR信号を処理することで、前記リングコイル1,2をフェーズドアレイコイル(phased array coil)として使用してもよい。
【0021】
[3]第2の核種(例えばカーボン)を励起するため、共鳴角周波数ω2の励起用RFパルスを送信するとき、励起用RFパルスの電力をパワーアンプ10bで増幅し、ハイブリッド11bで前記電力を等分割して、送信/受信切換スイッチ12−3,12−4に入力する。前記送信/受信切換スイッチ12−3は、前記励起用RFパルスをバラン13−3側に出力する切換状態とし、当該バラン13−3を介して前記励起用RFパルスを給電用コンデンサC7の両端に印加する。一方、前記送信/受信切換スイッチ12−4は、前記励起用RFパルスをバラン13−4側に出力する切換状態とし、当該バラン13−4を介して前記励起用RFパルスを給電用コンデンサC8の両端に印加する。なお、前記送信/受信切換スイッチ12−3と前記バラン13−3とを結ぶ伝送路の長さ、および、前記送信/受信切換スイッチ12−4と前記バラン13−4とを結ぶ伝送路の長さは、共鳴角周波数ω2に対応する波長をλ2とするとき、λ2/4である。
このとき、図6に示すように、前記コンデンサC1およびインダクタL1は並列共振状態となり、前記コンデンサC2およびインダクタL2は並列共振状態となって、当該並列共振部分が実質的に切り離されるため、鞍型コイルK1と,鞍型コイルK2が形成される。これにより、前記鞍型コイルK1,K2は、相互干渉のない1組の送信コイルとして機能し、水平方向の振動磁場by(図示の向き)を発生する。なお、コンデンサC3およびインダクタL3の並列回路,コンデンサC4およびインダクタL4の並列回路は、共鳴角周波数ω2に対しては、共鳴角周波数ω1との大小に依存して誘導性または容量性を示すので、給電用コンデンサC7,C8の容量を調整することで、前記鞍型コイルK1,K2の共振周波数を共鳴角周波数ω2に同調させることが出来る。
[4]共鳴角周波数ω2のNMR信号を受信するとき、前記送信/受信切換スイッチ12−3は、給電用コンデンサC5の両端からバラン13−3を介して取り出されたNMR信号をプリアンプ14−3側に出力する。一方、前記送信/受信切換スイッチ12−3は、給電用コンデンサC8の両端からバラン13−4を介して取り出されたNMR信号をプリアンプ14−4側に出力する。このとき、送信時と同様に、前記MRI用RFコイル100は、図6に示す状態となり、鞍型コイルK1と,鞍型コイルK2は、相互干渉のない1組の受信コイルとして機能し、水平方向の振動磁場byを検出する。なお、各受信器に送られたNMR信号を処理することで、前記鞍型コイルK1,K2をフェーズドアレイコイルとして使用してもよい。
なお、送信時の励起効率を高める見地から、図4の点p,p’と、q,q’と、r,r’と、s,s’の電位および位相がそれぞれ等しくなるように、前記給電用コンデンサC5〜C8に励起用RFパルスの電力を並列給電することが好ましい。また、受信時の検出効率を高める見地から、図4の点p,p’と、q,q’と、r,r’と、s,s’の電位および位相がそれぞれ等しくなるように、前記MRI用RFコイル100の幾何学的形状の対称性を高めることが好ましい。以上のMRI用RFコイル100によれば、共鳴角周波数ω1に対しては、リングコイル1,2を相互干渉の無いRFコイルとして使用でき、共鳴角周波数ω2に対しては、エレメント導体3〜6およびリングコイル1,2の一部により形成される鞍型コイルK1,K2を相互干渉の無いRFコイルとして使用することが出来る。
【0022】
−他の実施形態−
上記実施形態ではMRI用RFコイル100を単独で用いたが、リングコイル1およびリングコイル2の大きさ(直径)を少し変えた2つのMRI用RFコイル100A,100Bを入れ子にし、送信時または受信時にクアドラチャ(quadrature)化してもよい。すなわち、MRI用RFコイル100Aについては共鳴角周波数ω1に対してリングコイル1,2を送受信コイルとして機能させ、共鳴角周波数ω2に対して鞍型コイルK1,K2を送受信コイルとして機能させると共に、MRI用RFコイル100Bについては共鳴角周波数ω1に対して鞍型コイルK1,K2を送受信コイルとして機能させ、共鳴角周波数ω2に対してリングコイル1,2を送受信コイルとして機能させる。この場合、受信時に、前記MRI用RFコイル100Aから取り出した2つのNMR信号と、前記MRI用RFコイル100Bから取り出した2つのNMR信号をそれぞれ別々の受信器で受信して処理することで、4チャネルのフェーズドアレイコイルとしても使用できる。
【0023】
【発明の効果】
本発明によるMRI用RFコイルによれば、特定の共鳴周波数(共鳴角周波数でもよい)に対しては、1組のリングコイルをRFコイルとして機能させ、別の共鳴周波数に対しては、エレメント導体およびリングコイルの一部からなる1組の鞍型コイルをRFコイルとして機能させることができるので、共鳴周波数によって感度方向が異なるフェーズドアレイコイルを容易に構成できる。特に、垂直磁場型MRI装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかるMRI用RFコイルの基本回路を示す斜視図である。
【図2】図1のMRI用RFコイルのリングコイルをRFコイルとして機能させるときの状態を示す説明図である。
【図3】図1のMRI用RFコイルに鞍型コイルを形成するときの状態を示す説明図である。
【図4】本発明の一実施形態にかかるMRI用RFコイルを含む送受信回路の構成図である。
【図5】本発明の一実施形態にかかるMRI用RFコイルのリングコイルをRFコイルとして機能させるときの状態を示す説明図である。
【図6】本発明の一実施形態にかかるMRI用RFコイルに鞍型コイルを形成するときの状態を示す説明図である。
【符号の説明】
100 MRI用RFコイル
1,2 リングコイル
3,4,5,6 エレメント導体
Ca 第1,第2コンデンサ
Cb 第3,第4コンデンサ
C1〜C4 コンデンサ
C5〜C8 給電用コンデンサ
K1,K2 鞍型コイル
L1〜L4 インダクタ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an MRI (Magnetic Resonance Imaging) RF (Radio Frequency) coil, and more particularly to an MRI RF coil whose sensitivity direction varies depending on the resonance frequency.
[0002]
[Prior art]
In NMR spectroscopy (Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy), from the standpoint of properly performing shimming to increase the spatial uniformity of the magnetic field and decoupling to cut the coupling between different nuclides. There is known a dual tune coil that can transmit excitation RF pulses of different frequencies and receive NMR signals of different frequencies.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, there is no known MRI RF coil whose sensitivity direction varies depending on the resonance frequency.
Accordingly, an object of the present invention is to provide an MRI RF coil whose sensitivity direction varies depending on the resonance frequency.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In a first aspect, the present invention is an MRI RF coil in which a plurality of element conductors are interposed between two ring coils, and the two ring coils are used for an RF signal having a first resonance frequency. An RF coil is formed, and the RF coil is formed in a bowl shape by the element conductor adjacent to the RF signal of the second resonance frequency and the ring coil portion sandwiched between the connection points of the element conductor and the ring coil. An MRI RF coil is provided.
In the MRI RF coil according to the first aspect, two ring coils can be formed as RF coils for the RF signal of the first resonance frequency (generally, an excitation RF pulse or NMR signal), and the second resonance For an RF signal having a frequency, a saddle type coil composed of an element conductor and a part of a ring coil can be formed as an RF coil, and an RF coil whose sensitivity direction differs by 90 ° depending on the resonance frequency can be formed.
[0005]
In a second aspect, the present invention provides a first ring coil, a second ring coil, and first to fourth electrodes interposed between the first ring coil and the second ring coil. An element conductor, a first capacitor interposed between a connection point between the first element conductor and the first ring coil, and a connection point between the second element conductor and the first ring coil; A second capacitor interposed between a connection point between the first element conductor and the second ring coil and a connection point between the second element conductor and the second ring coil; and the first capacitor A third capacitor interposed in the element conductor, a fourth capacitor interposed in the second element conductor, a connection point between the third element conductor and the first ring coil, and the fourth Element guidance A first feeding capacitor interposed between a connection point of the first ring coil and a series circuit of a parallel resonance circuit that resonates in parallel with the second resonance frequency, and the third element conductor And a connection point between the second ring coil and a second feeding capacitor interposed between the connection point between the fourth element conductor and the second ring coil and the second resonance frequency. A series circuit of parallel resonant circuits that resonate in parallel; a third circuit for power feeding provided in the third element conductor; and a series circuit of parallel resonant circuits that resonate in parallel with the first resonance frequency; A fourth power supply capacitor interposed in a fourth element conductor and a series circuit of a parallel resonance circuit that resonates in parallel with the first resonance frequency, and the first to fourth capacitors , Such that the mutual inductance between the first ring coil and the second ring coil is substantially negligible for the first resonance frequency, and for the second resonance frequency, A first saddle coil formed by a ring coil portion sandwiched between connection points of the first and third element conductors and the element conductors and the first and second ring coils; The mutual inductance between the four element conductors and the second saddle coil formed by the ring coil portion sandwiched between the connection points of the element conductors and the first and second ring coils is substantially negligible. The MRI RF coil is characterized in that the capacity is adjusted.
In the above configuration, “power feeding” means one or both of transmission of excitation RF pulses, supply of power for receiving NMR signals, and extraction.
In the MRI RF coil according to the second aspect, with respect to the first resonance frequency, the parallel resonance circuit interposed in the third and fourth element conductors enters a parallel resonance state, and the parallel resonance portion is The first ring coil and the second ring coil are substantially separated and function as an RF coil. Here, since the mutual inductance between the first ring coil and the second ring coil can be substantially ignored due to the capacitance conditions of the first to fourth capacitors, the first ring coil and the second ring The mutual interference between the coils can be substantially eliminated, and the SNR (Signal to Noise Ratio) can be sufficiently increased.
On the other hand, for the second resonance frequency, the parallel resonance circuit interposed between the connection points of the third and fourth element conductors and the first ring coil, and the third and fourth element conductors, The parallel resonance circuit interposed between the connection points with the second ring coil enters a parallel resonance state, and the parallel resonance portion is substantially cut off, and the first and third element conductors and the first and second elements are separated. A first saddle coil formed by a part of the ring coil and a second saddle coil formed by a part of the second and fourth element conductors and the first and second ring coils. Functions as an RF coil. Here, since the mutual inductance between the first saddle coil and the second saddle coil can be substantially ignored due to the capacity conditions of the first to fourth capacitors, the first saddle coil and The mutual interference between the second saddle coils can be substantially eliminated, and the SNR can be sufficiently increased.
From the above, the first resonance frequency and the second resonance frequency function as an RF coil whose sensitivity direction is different by 90 °.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to embodiments shown in the drawings. Note that the present invention is not limited thereby.
[0007]
Before describing the embodiment of the present invention, the basic principle of the MRI RF coil according to the present invention will be described.
FIG. 1 is a perspective view showing a basic circuit of an
The
The first and second capacitors Ca and the third and fourth capacitors Cb substantially have a mutual inductance (M1 in FIG. 2) between the
[0008]
First, as shown in FIG. 2, the switches S1 and S2 are closed, the switches S3 and S4 are opened, an RF voltage source Vr is applied to the ring coil 1 (this is an applied voltage of an excitation RF pulse or an induced voltage by an NMR signal). The case where the current I having the resonance angular frequency ω1 is passed is assumed. In the figure, if the current flowing through the loop ABDE (the path of the third capacitor Ca → the second capacitor Ca → the fourth capacitor Cb) is Im, the voltage VBA appearing between AB in the figure by this current Im is
[0009]
On the other hand, the mutual inductance between the
[0010]
When the voltage VBA expressed by the above equation (1) is equal to the voltage VBA expressed by the above equation (2), the induced current is prevented from flowing through the
[0011]
On the other hand, from Kirchhoff's law in loop ABDE,
[0012]
From the above equations (3) and (4), the condition for canceling the mutual interference between the
[0013]
Next, as shown in FIG. 3, it is assumed that the switches S1 and S2 are opened, the switches S3 and S4 are closed, and a current I having a resonance angular frequency ω2 is supplied to the
[0014]
Substituting the above equation (5) into the above equation (6) and arranging for Ca,
[0015]
From the above equation (5), the condition for Cb to have a solution of Cb> 0 is M1> 0.
[0016]
[1] When ω1 2 · M1-ω2 2 · M2 = 0,
Therefore, there is a physically meaningful solution that satisfies the above equations (5) and (6) at the same time.
[0017]
[2] When ω1 2 · M1−ω2 2 · M2 ≠ 0,
After all,
Therefore, f (Ca) = 0 is
There are solutions that are physically meaningful.
[0018]
From [1] and [2] above, the capacitance Ca of the first and second capacitors and the capacitance Cb of the third and fourth capacitors can be adjusted so as to satisfy the expressions (5) and (6). Proven to be possible. At this time, with respect to the resonance angular frequency ω1, as shown in FIG. 2, the mutual inductance M1 between the ring coils 1 and 2 can be substantially ignored, and the ring coils 1 and 2 are made to be RF coils having no mutual interference. Can be used as For the resonance angular frequency ω2, as shown in FIG. 3, the mutual inductance M2 between the saddle type coil K1 and the saddle type coil K2 can be substantially ignored, and the saddle type coils K1 and K2 are mutually connected. It can be used as an RF coil without interference.
[0019]
FIG. 4 is a configuration diagram of a transmission / reception circuit 101 including an MRI RF coil according to an embodiment of the present invention. In the figure, Bz represents a static magnetic field in the vertical direction.
In this transmission / reception circuit 101, the
Further, a parallel resonance occurs in parallel with the feeding capacitor C5 and the resonance angular frequency ω2 interposed between the connection point of the
Further, two DC blocking capacitors C are interposed in the
[0020]
Next, the operation of the transmission / reception circuit 101 will be described.
[1] When an excitation RF pulse having a resonance angular frequency (= Larmor angular frequency) ω1 is transmitted to excite the first nuclide (for example, proton), the power of the excitation RF pulse is amplified by the power amplifier 10a. The power is equally divided by the hybrid 11a and input to the transmission / reception change-over switches 12-1 and 12-2. The transmission / reception changeover switch 12-1 is in a switching state in which the excitation RF pulse is output to the balun 13-1, and the excitation RF pulse is applied to both ends of the power supply capacitor C5 via the balun 13-1. Apply. On the other hand, the transmission / reception change-over switch 12-2 is in a switching state in which the excitation RF pulse is output to the balun 13-2 side, and the excitation RF pulse is supplied to the feeding capacitor C6 via the balun 13-2. Apply to both ends. The length of the transmission line connecting the transmission / reception changeover switch 12-1 and the balun 13-1, and the length of the transmission line connecting the transmission / reception changeover switch 12-2 and the balun 13-2. When the wavelength corresponding to the resonance angular frequency ω1 is λ1, it is λ1 / 4.
At this time, as shown in FIG. 5, the capacitor C3 and the inductor L3 are in a parallel resonance state (= impedance infinite), and the capacitor C4 and the inductor L4 are in a parallel resonance state, so that the parallel resonance portion is substantially Separated. As a result, the ring coils 1 and 2 function as a set of transmission coils having no mutual interference, and generate a horizontal oscillating magnetic field bx (direction shown). Note that the parallel circuit of the capacitor C1 and the inductor L1 and the parallel circuit of the capacitor C2 and the inductor L2 exhibit inductivity or capacitance depending on the magnitude of the resonance angular frequency ω2 with respect to the resonance angular frequency ω1. By adjusting the capacitances of the power feeding capacitors C5 and C6, the resonance frequency of the ring coils 1 and 2 can be tuned to the resonance angular frequency ω1.
[2] When receiving the NMR signal of the resonance angular frequency ω1, the transmission / reception change-over switch 12-1 receives the NMR signal extracted from both ends of the power supply capacitor C5 via the balun 13-1, and the preamplifier 14-1. Output to the side. The preamplifier 14-1 amplifies the NMR signal and sends it to a receiver. On the other hand, the transmission / reception selector switch 12-2 outputs the NMR signal extracted from both ends of the power supply capacitor C6 via the balun 13-2 to the preamplifier 14-2 side. At this time, as in the transmission, the
[0021]
[3] When transmitting an excitation RF pulse having a resonance angular frequency ω2 in order to excite the second nuclide (for example, carbon), the power of the excitation RF pulse is amplified by the
At this time, as shown in FIG. 6, the capacitor C1 and the inductor L1 are in a parallel resonance state, and the capacitor C2 and the inductor L2 are in a parallel resonance state, so that the parallel resonance portion is substantially separated. Coil K1 and saddle type coil K2 are formed. As a result, the saddle coils K1 and K2 function as a set of transmission coils having no mutual interference, and generate a horizontal oscillating magnetic field by (direction shown). The parallel circuit of the capacitor C3 and the inductor L3 and the parallel circuit of the capacitor C4 and the inductor L4 exhibit inductivity or capacitance with respect to the resonance angular frequency ω2, depending on the magnitude of the resonance angular frequency ω1. By adjusting the capacitances of the power feeding capacitors C7 and C8, the resonance frequency of the saddle coils K1 and K2 can be tuned to the resonance angular frequency ω2.
[4] When receiving the NMR signal of the resonance angular frequency ω2, the transmission / reception changeover switch 12-3 receives the NMR signal extracted from both ends of the power supply capacitor C5 via the balun 13-3, and the preamplifier 14-3. Output to the side. On the other hand, the transmission / reception selector switch 12-3 outputs the NMR signal extracted from both ends of the power supply capacitor C8 via the balun 13-4 to the preamplifier 14-4 side. At this time, similarly to the transmission, the
From the viewpoint of increasing the excitation efficiency at the time of transmission, the potentials and phases of the points p, p ′, q, q ′, r, r ′, s, s ′ in FIG. It is preferable to feed the power of the excitation RF pulse to the power supply capacitors C5 to C8 in parallel. Further, from the viewpoint of increasing the detection efficiency at the time of reception, the points p and p ′, q and q ′, r and r ′, and s and s ′ in FIG. The symmetry of the geometric shape of the
[0022]
-Other embodiments-
In the above-described embodiment, the
[0023]
【The invention's effect】
According to the MRI RF coil of the present invention, one ring coil functions as an RF coil for a specific resonance frequency (may be a resonance angular frequency), and an element conductor for another resonance frequency. In addition, since one set of saddle-shaped coils formed of a part of the ring coil can function as an RF coil, a phased array coil having a different sensitivity direction depending on the resonance frequency can be easily configured. Particularly, it is useful for a vertical magnetic field type MRI apparatus.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a basic circuit of an MRI RF coil according to the present invention.
2 is an explanatory diagram showing a state when the ring coil of the MRI RF coil of FIG. 1 is made to function as an RF coil. FIG.
3 is an explanatory view showing a state when a saddle coil is formed on the MRI RF coil of FIG. 1; FIG.
FIG. 4 is a configuration diagram of a transmission / reception circuit including an MRI RF coil according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a state when the ring coil of the MRI RF coil according to the embodiment of the present invention is caused to function as an RF coil.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a state when a saddle coil is formed on the MRI RF coil according to the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
100
Claims (2)
第1の共鳴周波数のRF信号に対して前記2つのリングコイルによるRFコイルが形成され、第2の共鳴周波数のRF信号に対して互いに隣接する前記エレメント導体および当該エレメント導体と前記リングコイルの接続点に挟まれたリングコイル部分によりRFコイルが鞍型に形成されることを特徴とするMRI用RFコイル。An MRI RF coil having a plurality of element conductors interposed between two ring coils,
An RF coil composed of the two ring coils is formed for the RF signal having the first resonance frequency, and the element conductor adjacent to the RF signal having the second resonance frequency and the connection between the element conductor and the ring coil are connected to each other. An RF coil for MRI, wherein an RF coil is formed in a bowl shape by a ring coil portion sandwiched between points.
前記第1〜第4のコンデンサは、前記第1の共鳴周波数に対して、前記第1のリングコイルと前記第2のリングコイルの間の相互インダクタンスが実質的に無視できるように、且つ、前記第2の共鳴周波数に対して、前記第1,第3のエレメント導体およびそれらエレメント導体と前記第1,第2のリングコイルの接続点に挟まれたリングコイル部分により形成される第1の鞍型コイルと、前記第2,第4のエレメント導体およびそれらエレメント導体と前記第1,第2のリングコイルの接続点に挟まれたリングコイル部分により形成される第2の鞍型コイルの間の相互インダクタンスが実質的に無視できるように容量が調整されていることを特徴とするMRI用RFコイル。A first ring coil; a second ring coil; first to fourth element conductors interposed between the first ring coil and the second ring coil; and the first element conductors. And a first capacitor interposed between the connection point of the first ring coil and the connection point of the second element conductor and the first ring coil, the first element conductor and the second A ring capacitor connecting point, a second capacitor interposed between the second element conductor and the second ring coil connecting point, and a third capacitor interposed between the first element conductor A capacitor, a fourth capacitor interposed in the second element conductor, a connection point between the third element conductor and the first ring coil, and the fourth element conductor and the first ring coil. A first feeding capacitor interposed between connection points, a series circuit of a parallel resonance circuit that resonates in parallel with the second resonance frequency, a third element conductor, and a second ring coil. A series of a connection point, a second power feeding capacitor interposed between the connection point of the fourth element conductor and the second ring coil, and a parallel resonance circuit that resonates in parallel with the second resonance frequency A circuit, a third power supply capacitor interposed in the third element conductor, a series circuit of a parallel resonance circuit that resonates in parallel with the first resonance frequency, and an intervening element in the fourth element conductor And a series circuit of a parallel resonance circuit that resonates in parallel with the first resonance frequency,
The first to fourth capacitors are configured such that a mutual inductance between the first ring coil and the second ring coil is substantially negligible with respect to the first resonance frequency, and With respect to the second resonance frequency, a first coil formed by the first and third element conductors and a ring coil portion sandwiched between connection points of the element conductors and the first and second ring coils. And a second saddle coil formed by a ring coil portion sandwiched between the second and fourth element conductors and a connection point between the element conductors and the first and second ring coils. An MRI RF coil, wherein the capacitance is adjusted so that the mutual inductance can be substantially ignored.
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