JP3853282B2 - 高周波コイルおよび磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静磁場中に載置された被検体に対して所定の周波数の電磁波を照射する照射コイルと、前記被検体が放出する電磁波を受信する受信コイルとを備えた磁気共鳴イメージング装置に関し、特に、照射コイルと受信コイルとの干渉を低減し、受信コイルからの発熱を抑制した磁気共鳴イメージング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、核磁気共鳴現象を用いて撮影対象物の内部構造を画像化する磁気共鳴イメージング装置（以下「ＭＲＩ装置」と言う）が知られている（たとえば、特許文献１参照。）。核磁気共鳴現象は生体に対して無害であるため、ＭＲＩ装置は、特に医療用として有用であり、脳腫瘍の診断などに用いられる。
【０００３】
この核磁気共鳴現象とは、一様な静磁場が印加された物体において、物体を構成する原子の原子核のスピン方向が揃い、静磁場の強度に比例した周波数（以下「共鳴周波数」と言う）の電磁波を吸収、放出する現象である。ＭＲＩ装置は、特定の核種（主に水素原子）に対して核磁気共鳴現象を利用することで、撮影対象物の任意の断層面を任意の厚さで画像化することができる。
【０００４】
核磁気共鳴現象を用いて撮影対象物の内部構造を画像化する場合、位置情報を調べるために、静磁場とは別に空間的および時間的に変動する勾配磁場を撮影対象物に対して印加する。勾配磁場を印加することによって、撮影対象物に印加される磁場は場所によって異なることとなり、撮影対象物を構成する各原子の共鳴周波数は場所によって変化する。したがって、勾配磁場を印加して共鳴周波数を調べることで、撮影対象物のどの位置にどのような原子が存在するかを知ることができる。以上が、ＭＲＩ装置による物体の内部構造撮影のメカニズムである。
【０００５】
共鳴周波数の測定は、具体的には、勾配磁場を印加した撮影対象物に電磁波を照射して吸収させ、その後、撮影対象物が放出する電磁波を受信して周波数を測定する。一般に、磁気共鳴イメージング装置では、電磁波の照射をおこなう照射コイル（送信コイル）と、電磁波の受信をおこなう受信コイルとは、独立して設けている。
【０００６】
照射コイルと受信コイルとを分離させる場合、照射コイルはマグネットアセンブリに設置し、被検体を載置する検査領域に十分な強度の電磁波を照射するようにする。また、受信コイルは、検査部位や検査内容に合わせて選択可能とし、検査をおこなう部位に可能な限り近づけるようにする。このように、照射コイルと受信コイルとを分離し、受信コイルを可能な限り検査部位に近づけることで、撮像のＳＮＲ（Signal to Noise Ratio)を向上することができる。
【０００７】
一方、照射コイルと受信コイルとを独立して設ける場合、照射コイルと受信コイルとを電気的に分離し、互いの干渉を防止することが必要である。このため、送信コイルを複数のコイルエレメントを接続して形成し、接続部に共振回路を設けることで、照射コイルと受信コイルとを電気的に分離する構成が従来から用いられてきた。
【０００８】
共振回路は、その共振周波数を照射コイルが照射する電磁波の周波数に合わせることで、照射コイルが電磁波を照射している間、共振回路が共振して電流が流れ、回路のインピーダンスが高くなる。したがって、照射コイルが電磁波を照射している間、受信コイルに電流が発生することを防止し、照射コイルと受信コイルとを電気的に分離することができる。このように、電磁波の照射中に受信コイルの電流発生を防止する共振回路は、一般的にブロッキング回路と呼称される。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−２２５１０６号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のブロッキング回路では、コイルエレメントの電気抵抗やインダクタンスが存在するために、インピーダンスの低下や、隣接する回路との干渉が発生し、共振周波数にズレが生じる。
【００１１】
また、この結果、照射出力の損失が発生するので、必要な照射出力が大きくなり、さらに、ブロッキング回路の動作時における発熱量が増大する。ブロッキング回路は、受信コイルすなわち被検体の近傍に配置するため、被検体の近傍における発熱量が増大することとなり、被検体の安全確保に問題が生じる。
【００１２】
すなわち、上述した従来のブロッキング回路では、ブロッキング回路のインピーダンスが低下し、発熱量が増大し、高い照射出力が必要となるという問題点があった。
【００１３】
本発明は、上記従来技術の欠点に鑑みてなされたものであって、ブロッキング回路のインピーダンスを向上し、発熱量を抑制し、照射出力を低減可能な高周波コイルおよび磁気共鳴イメージング装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、第１の観点にかかる発明は、複数のコイルエレメントを接続して形成した高周波コイルであって、該コイルエレメントの接続部は、第１のコンデンサと第２のコンデンサとを有し、前記第１のコンデンサ近傍に配設した第１の共振回路と、前記第２のコンデンサ近傍に配設した第２の共振回路と、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
この第１の観点にかかる発明によれば、高周波コイルは、コイルエレメントを接続する第１のコンデンサと第２のコンデンサについて、第１のコンデンサに対応する第１の共振回路と第２のコンデンサに対応する第２の共振回路とをそれぞれ独立して設けている。
【００１６】
また、第２の観点にかかる発明は、第１の観点にかかる発明において、前記コイルエレメントは、前記第１のコンデンサを接続する第１の突端と、前記第２のコンデンサを接続する第２の突端とを備えたことを特徴とする。
【００１７】
この第２の観点にかかる発明によれば、高周波コイルは、第１のコンデンサと第２のコンデンサとを独立した突端に接続することで、第１のコンデンサから第２のコンデンサへの電流が発生することを防止している。
【００１８】
また、第３の観点にかかる発明は、第２の観点にかかる発明において、前記第１の突端および前記第２の突端は、前記コイルエレメントの端部を切欠して形成することを特徴とする。
【００１９】
この第３の観点にかかる発明によれば、高周波コイルは、コイルエレメントの端部を切り欠いて第１の突端と第２の突端とを形成し、この突端にそれぞれコンデンサを接続している。
【００２０】
また、第４の観点にかかる発明は、第３の観点にかかる発明において、前記切欠は、三角形状であることを特徴とする。
【００２１】
この第４の観点にかかる発明によれば、高周波コイルは、コイルエレメントの端部を三角形状に切り欠くことで、第１の突端と第２の突端とを形成している。
【００２２】
また、第５の観点にかかる発明は、第３の観点にかかる発明において、前記切欠は、方形状であることを特徴とする。
【００２３】
この第５の観点にかかる発明によれば、高周波コイルは、コイルエレメントの端部を方形状に切り欠くことで、第１の突端と第２の突端とを形成している。
【００２４】
また、第６の観点にかかる発明は、第１〜第５の観点のいずれか一つにかかる発明において、前記コイルエレメントをヒートパイプによって形成したことを特徴とする。
【００２５】
この第６の観点にかかる発明によれば、高周波コイルは、コイルエレメンとヒートパイプを兼用することで、発生した熱を分散するようにしている。
【００２６】
また、第７の観点にかかる発明は、第１〜第６の観点のいずれか一つにかかる発明において、前記コイルエレメントの材質は、銅であることを特徴とする。
【００２７】
この第７の観点にかかる発明によれば、高周波コイルは、コイルエレメントを銅によって形成している。
【００２８】
また、第８の観点にかかる発明は、静磁場中に載置された被検体に対して所定の周波数の電磁波を照射する照射コイルと、前記被検体が放出する電磁波を受信する受信コイルとを備えた磁気共鳴イメージング装置であって、前記照射コイルは、複数のコイルエレメントを接続して形成した高周波コイルであり、該コイルエレメントの接続部は、第１のコンデンサと第２のコンデンサとを有し、前記第１のコンデンサ近傍に配設され、前記所定の周波数に共振する第１の共振回路と、前記第２のコンデンサ近傍に配設され、前記所定の周波数に共振する第２の共振回路と、を備えたことを特徴とする。
【００２９】
この第８の観点にかかる発明によれば、磁気共鳴イメージング装置は、コイルエレメントを接続する第１のコンデンサと第２のコンデンサについて、第１のコンデンサに対応する第１の共振回路と第２のコンデンサに対応する第２の共振回路とをそれぞれ独立して設けている。
【００３０】
また、第９の観点にかかる発明は、第８の観点にかかる発明において、前記コイルエレメントは、前記第１のコンデンサを接続する第１の突端と、前記第２のコンデンサを接続する第２の突端とを備えたことを特徴とする。
【００３１】
この第９の観点にかかる発明によれば、磁気共鳴イメージング装置は、第１のコンデンサと第２のコンデンサとを独立した突端に接続することで、第１のコンデンサから第２のコンデンサへの電流が発生することを防止している。
【００３２】
また、第１０の観点にかかる発明は、第９の観点にかかる発明において、前記第１の突端および前記第２の突端は、前記コイルエレメントの端部を切欠して形成することを特徴とする。
【００３３】
この第１０の観点にかかる発明によれば、磁気共鳴イメージング装置は、コイルエレメントの端部を切り欠いて第１の突端と第２の突端とを形成し、この突端にそれぞれコンデンサを接続している。
【００３４】
また、第１１の観点にかかる発明は、第１０の観点にかかる発明において、前記切欠は、三角形状であることを特徴とする。
【００３５】
この第１１の観点にかかる発明によれば、磁気共鳴イメージング装置は、コイルエレメントの端部を三角形状に切り欠くことで、第１の突端と第２の突端とを形成している。
【００３６】
また、第１２の観点にかかる発明は、第１０の観点にかかる発明において、前記切欠は、方形状であることを特徴とする。
【００３７】
この第１２の観点にかかる発明によれば、磁気共鳴イメージング装置は、コイルエレメントの端部を方形状に切り欠くことで、第１の突端と第２の突端とを形成している。
【００３８】
また、第１３の観点にかかる発明は、第８〜第１２の観点のいずれか一つにかかる発明において、前記コイルエレメントをヒートパイプによって形成したことを特徴とする。
【００３９】
この第１３の観点にかかる発明によれば、磁気共鳴イメージング装置は、コイルエレメントとヒートパイプを兼用することで、発生した熱を分散するようにしている。
【００４０】
また、第１４の観点にかかる発明は、第８〜第１３の観点のいずれか一つにかかる発明において、前記コイルエレメントの材質は、銅であることを特徴とする。
【００４１】
この第１４の観点にかかる発明によれば、磁気共鳴イメージング装置は、コイルエレメントを銅によって形成している。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態にかかる磁気共鳴イメージング装置について詳細に説明する。
【００４３】
図１は、本実施の形態にかかるＭＲＩ装置の受信コイルにおける、コイルエレメントの接続部を示す図である。また、図２（ａ）は、受信コイルの使用例を説明する図であり、図２（ｂ）は、受信コイルのコイル部の概要構成を説明する図である。さらに、この受信コイル部を使用するＭＲＩ装置を図３に示す。
【００４４】
図２（ａ）に示すようにこの実施の形態では、被検体の頭部に被せるヘッドコイル４３を受信コイルとして用いている。したがって、磁気共鳴画像の撮像をおこなう場合、クレードル４１の上に被検体４２を載置し、被検体４２の頭部にヘッドコイル４３を被せる。
【００４５】
その後、図３に示すように、クレードル４１を照射コイル６３の中に入れる。照射コイル６４の周囲には、勾配磁場発生コイル６３、静磁場発生磁石６１，６２を配設する。この静磁場発生磁石６１，６２および勾配磁場発生コイル６３は、ＭＲＩ装置６５内部の磁気制御部６５ｃに接続され、検査領域に所定の磁場を生成する。ＲＦ送信部ｂは照射コイル４３から所定周波数の電磁波を照射する。一方、受信コイル部４３は、核磁気共鳴現象によって被検体が放出した電磁波を受信してＲＦ受信部６５ａに送信する。このＲＦ受信部６５ａが受信した電磁波から、イメージ処理部６５ｄが核磁気共鳴映像を作成する。
【００４６】
ここで、ヘッドコイル４３に配設される受信コイル部４４は、図２（ｂ）に示すように、複数のコイルエレメント１１〜１８を接続して形成されている。図１では、このコイルエレメント１１〜１８のうち、コイルエレメント１１とコイルエレメント１２との接続部の構成を図示しているが、他のコイルエレメントの接続部についても、同様の構成を用いる。
【００４７】
図１に示すように、コイルエレメント１１とコイルエレメント１２との接続部では、コンデンサ２４およびコンデンサ３４が、コイルエレメント１１とコイルエレメント１２とを接続している。より具体的には、コンデンサ２４は、端子２３によってコイルエレメント１１に接続され、さらに、端子２５によってコイルエレメント１２に接続されている。また、コンデンサ３４は、端子３５によってコイルエレメント１１に接続され、端子３３によってコイルエレメント１２に接続されている。
【００４８】
また、コインエレメント１１の端子２３の近傍には端子２２が設けられ、コイルエレメント１２の端子２５の近傍には端子２６が設けられている。この端子２２と端子２６との間に、コイル２１と、ダイオード２７およびダイオード２８が接続されている。このコイル２１、コンデンサ２４、ダイオード２７，２８は、共振回路２０を形成している。
【００４９】
さらに、コインエレメント１１の端子３５の近傍には端子３６が設けられ、コイルエレメント１２の端子３３の近傍には端子３２が設けられている。この端子３６と端子３２との間に、コイル３１と、ダイオード３７およびダイオード３８が接続されている。このコイル３１、コンデンサ３４、ダイオード３７，３８は、共振回路３０を形成している。
【００５０】
ここで、コイルエレメント１１およびコイルエレメント１２における端部の形状と、端子の配置について説明する。コイルエレメント１１は、その端部に三角形状の切欠が施され、凹部１１ａが形成されている。この凹部１１ａによって、コイルエレメント１１の端部は２つの突端を有することとなり、その突端の一方に端子２２および端子２３を形成し、他方の突端に端子３５および端子３６を形成している。
【００５１】
同様に、コイルエレメント１２は、その端部に三角形状の切欠が施され、凹部１２ａが形成されている。この凹部１２ａによって、コイルエレメント１２の端部は２つの突端を有することとなり、その突端の一方に端子２４および端子２６を形成し、他方の突端に端子３２および端子３３を形成している。
【００５２】
このように、コンデンサ２４およびコンデンサ３４についてそれぞれ共振回路２０、共振回路３０を形成することで、コイルエレメント１１とコイルエレメント１２との接続部における発熱を共振回路２０と共振回路３０とに分散することができる。この発熱は、主にダイオードで発生し、各ダイオードにおける発熱量は電流の２乗に凡そ比例する。したがって、共振回路を２つにし、それぞれの回路に発生する電流、すなわち各ダイオードに流入する電流を約半分にすることで、発熱量を約１／４に軽減することができる。
【００５３】
さらに、コイルエレメント１１に凹部１１ａを設けることで、共振回路２０に含まれる端子２２，２３と、共振回路３０に含まれる端子３５，３６との間の抵抗およびインダクタンスを大きくしている。同様に、コイルエレメント１２に凹部１２ａを設けることで、共振回路２０に含まれる端子２５，２６と、共振回路３０に含まれる端子３２，３３との間の抵抗およびインダクタンスを大きくしている。このように、共振回路２０に含まれる端子と共振回路３０に含まれる端子との間の抵抗およびインダクタンスを大きくすることで、共振回路２０と３０との間の干渉を防ぎ、独立したブロッキング回路として機能させることができる。
【００５４】
共振回路２０と共振回路３０とを独立したブロッキング回路とすることで、コイルエレメント１１，１２の抵抗やインダクタンスから受ける影響を排し、共振回路２０，３０のインピーダンスを向上することができる。この結果、受信コイル部４４と照射コイルとの電気的な分離を向上することができる。また、共振回路２０，３０のインピーダンスを向上することで、照射出力の損失を抑制することができるので、必要な照射出力を低減することができる。
【００５５】
なお、共振回路２０に含まれる端子と共振回路３０に含まれる端子との間の抵抗およびインダクタンスの値は、その値から得られるインピーダンスＺｐが、コンデンサ２４またはコンデンサ３４のインダクタンスをＬとした場合に、Ｚｐ＞＞ωＬを満たす必要がある。したがって、凹部１１ａおよび凹部１２ａは、この関係を満たすように形成する必要がある。
【００５６】
一方で、コイルエレメント１１，１２に設ける凹部の形状は、この関係を満たす形状であれば、必ずしも三角形状である必要はなく、任意の形状とすることができる。図４に、方形状の凹部を形成した場合のコイルエレメント１１とコイルエレメント１２との接続部を示す。図４では、コイルエレメント１１およびコイルエレメント１２は、その端部に方形状の切欠を施すことで、方形状の凹部１１ｂ，１２ｂを形成している。このように、方形状の切欠を施した場合であっても、一方の突端に共振回路２０に含まれる端子を設け、もう一方の突端に共振回路３０に含まれる端子を設けることで、共振回路２０と共振回路３０との電気的な分離を実現することができる。
【００５７】
つぎに、コイルエレメント１１〜１８についてさらに説明する。コイルエレメントの素材としては、銅を用いるのが一般的である。このコイルエレメントをヒートパイプと兼用することで、ブロッキング回路からの発熱を容易に拡散することができる。
【００５８】
図５は、中空コイルエレメント５１〜５８を用いた受信コイル部５１を説明する図である。図５において、中空コイルエレメント５１〜５８は、それぞれ銅パイプによって形成され、その内部に所定の溶液を入れてヒートパイプとして機能するよう構成する。この溶液としては、核磁気共鳴をおこさない液体を用いる。より具体的には溶液は、電気伝導率の値が０に近く、比透磁率の値が１に近く、比誘電率の値が１に近いことが望ましい。
【００５９】
なお、中空コイルエレメント５１〜５８の接続部には共振回路２０，３０と同様の構成を有する共振回路を設ける。このようにコイルエレメントをヒートパイプによって形成することで、共振回路において発生した熱は、ヒートパイプ内部の溶液によって拡散され、容易に放熱することができる。
【００６０】
以上説明したように、この実施の形態では、共振回路を２つ設け、かつ共振回路の干渉を防止する凹部を設けることで、共振回路のインピーダンスを向上し、照射出力を低減するとともに、発熱源を分散することができる。
【００６１】
また、コイルエレメントをヒートパイプによって形成することで、共振回路から発生する熱を拡散することができる。したがって、本実施の形態によれば、共振回路からの発熱量を低減し、排熱を容易におこなうことができるので、被検体に危険を及ぼすことなく磁気共鳴映像を撮像することができる。
【００６２】
なお、本実施の形態では、受信コイル部４４をヘッドコイルに設けた場合について説明したが、本発明の利用はこれに限定されるものではなく、胴体を撮像するためのボディコイルや、腕を撮像するためのアームコイルなど、任意の受信コイルに使用することができる。
【００６３】
また、本実施の形態では、被検体の安全確保のために、受信コイル部の発熱量を低減した磁気共鳴イメージング装置について説明したが、本発明の利用はこれに限定されるものでなく、照射コイルの発熱量低減にも用いることができ、また、他の装置であっても、高周波コイルの発熱量低減に広く適用することが可能である。
【００６４】
さらに本実施の形態では、コイルエレメントを２つのコンデンサによって接続し、それぞれのコンデンサに対応する２つの共振回路を形成したが、コンデンサの数および共振回路の数は２つに限定されるものではなく、必要に応じて増加させることができる。
【００６５】
さらに、本発明にかかるコイルエレメントの接続部に既存の放熱技術を組み合わせることで、放熱をさらに効果的に行うことができる。たとえば、コイルエレメント近傍にヒートシンクを設けてもよいし、受信コイルと被検体との間に断熱材を設け、熱の伝導方向を制御するようにしてもよい。
【００６６】
【発明の効果】
上述してきたように、本発明によれば、ブロッキング回路のインピーダンスを向上し、発熱量を抑制し、照射出力を低減可能な高周波コイルおよび磁気共鳴イメージング装置を提供することができるという効果を奏する。
【００６７】
さらに、コイルエレメントをヒートパイプによって構成することで、高周波コイルおよび磁気共鳴イメージング装置の排熱を効率的におこなうことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態にかかるコイルエレメントの接続部を示す図である。
【図２】本実施の形態にかかるＭＲＩ装置の受信コイルについて説明する図である。
【図３】本実施の形態にかかるＭＲＩ装置の概要構成を説明する図である。
【図４】方形状の凹部を形成した場合のコイルエレメントの接続部を示す図である。
【図５】中空コイルエレメントを用いた場合の受信コイル部を説明する図である。
【符号の説明】
１１〜１８ コイルエレメント
１１ａ，１２ａ 凹部
２０，３０ 共振回路
２１，３１ コイル
２２，２３，２５，２６，３２，３３，３５，３６ 端子
２４，３４ コンデンサ
２７，２８，３７，３８ ダイオード
４１ クレードル
４２ 被検体
４３ ヘッドコイル
４４ 受信コイル部
５１〜５８ 中空コイルエレメント
６１，６２ 静磁場発生磁石
６３ 勾配磁場発生コイル
６４ 照射コイル
６５ ＭＲＩ装置
６５ａ ＲＦ受信部
６５ｂ ＲＦ送信部
６５ｃ 磁気制御部
６５ｄ イメージ処理部

Claims (14)

1. 複数のコイルエレメントを接続して形成した高周波コイルであって、
   該コイルエレメントの接続部は、第１のコンデンサと第２のコンデンサとを有し、
   前記第１のコンデンサ近傍に配設した第１の共振回路と、
   前記第２のコンデンサ近傍に配設した第２の共振回路と、
   を備えたことを特徴とする高周波コイル。
2. 前記コイルエレメントは、前記第１のコンデンサを接続する第１の突端と、前記第２のコンデンサを接続する第２の突端とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の高周波コイル。
3. 前記第１の突端および前記第２の突端は、前記コイルエレメントの端部を切欠して形成することを特徴とする請求項２に記載の高周波コイル。
4. 前記切欠は、三角形状であることを特徴とする請求項３に記載の高周波コイル。
5. 前記切欠は、方形状であることを特徴とする請求項３に記載の高周波コイル。
6. 前記コイルエレメントをヒートパイプによって形成したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の高周波コイル。
7. 前記コイルエレメントの材質は、銅であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の高周波コイル。
8. 静磁場中に載置された被検体に対して所定の周波数の電磁波を照射する照射コイルと、前記被検体が放出する電磁波を受信する受信コイルとを備えた磁気共鳴イメージング装置であって、
   前記照射コイルは、
   複数のコイルエレメントを接続して形成した高周波コイルであり、
   該コイルエレメントの接続部は、第１のコンデンサと第２のコンデンサとを有し、
   前記第１のコンデンサ近傍に配設され、前記所定の周波数に共振する第１の共振回路と、
   前記第２のコンデンサ近傍に配設され、前記所定の周波数に共振する第２の共振回路と、
   を備えたことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
9. 前記コイルエレメントは、前記第１のコンデンサを接続する第１の突端と、前記第２のコンデンサを接続する第２の突端とを備えたことを特徴とする請求項８に記載の磁気共鳴イメージング装置。
10. 前記第１の突端および前記第２の突端は、前記コイルエレメントの端部を切欠して形成することを特徴とする請求項９に記載の磁気共鳴イメージング装置。
11. 前記切欠は、三角形状であることを特徴とする請求項１０に記載の磁気共鳴イメージング装置。
12. 前記切欠は、方形状であることを特徴とする請求項１０に記載の磁気共鳴イメージング装置。
13. 前記コイルエレメントをヒートパイプによって形成したことを特徴とする請求項８〜１２のいずれか一つに記載の磁気共鳴イメージング装置。
14. 前記コイルエレメントの材質は、銅であることを特徴とする請求項８〜１３のいずれか一つに記載の磁気共鳴イメージング装置。

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