JP4416578B2 - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁気共鳴イメージング装置に係り、特に、磁気共鳴イメージング装置の高周波受信コイルに関する。

磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ装置）は、生体組織を構成する原子核に高周波磁場を照射して磁気共鳴を起こさせる。そして、磁気共鳴によって発生する核磁気共鳴信号を受信コイルで受信し、受信した核磁気共鳴信号にフーリエ変換を行って画像に再構成する装置である。このＭＲＩ装置は、被検体の任意個所における断層像を得るために広く利用されている。

高周波磁場の送信及び受信には、静磁場方向に直交する向きの高周波磁場を発生する高周波送受信コイルが使用される。

このうち受信用コイルは、受信する高周波磁場の強度が再構成された画像のＳＮ比に直接影響するため、感度向上のための研究、改良がなされている。つまり、受信用コイルとして、ソレノイド型コイルや、サドル型コイル、及びそれら２つと直交する感度方向をもつサーフェイス型コイル、分布定数型アンテナであるバードケイジコイルなど種々のコイルが考えられている。

前述のソレノイド型コイル、サドル型コイル、サーフェイス型コイルの３つは感度方向が直交しているため、これらを組み合わせて一組のコイルとして動作させることができる。

すなわち、各々のコイルのアイソレーションが十分であるならば、各々のコイルが他のコイルに干渉せず、個別に信号を受信でき、一組のコイルとして動作させた際にもＳＮ比が劣化しない。

ここで、受信コイルと被検体との間の空間を減少して、Ｓ／Ｎ比を向上するためのフレキシブルな（柔軟性がある）受信コイルが用いられている。このようなフレキシブルな受信コイルの場合、被検体の体形が大きい場合は、ＭＲＩ装置の傾斜磁場発生手段と高周波信号照射手段との間に設けられた高周波シールドに接近することがあり、感度低下することがあった。

そこで、特許文献１記載の技術にあっては、受信コイルの高周波シールドに接近する部位には、導電性部材を各導電ループと絶縁して設置している。

特許第３２１３８１９号公報

しかしながら、フレキシブルな受信コイルにおいては、この受信コイルの形状が変形され易く、コイル形状が変形することで、導体ループの感度方向の直交性が崩れてしまう。このため、受信コイル各々の導体ループが、他と互いに干渉しあい、結果として一組のコイルとして動作させた場合、Ｓ／Ｎ比が劣化してしまう問題があった。

本発明の目的は、導体ループの感度方向の直交性が崩れる方向のコイルの変形を規制し、フレキシブルでありながら、コイル間の干渉によるＳ／Ｎ比の劣化を防止することが可能な高周波受信コイルを有するＭＲＩ装置を実現することである。

上記目的を達成するため、本発明は次のように構成される。
（１）静磁場発生手段と、傾斜磁場発生手段と、被検体に高周波信号を照射する高周波送信手段と、被検体からの磁気共鳴信号を検出する高周波受信手段と、この高周波受信手段により検出された検出信号により被検体の断層画像を得る画像再構成手段とを有し、上記高周波受信手段（１４）の形状は柔軟性を有している磁気共鳴イメージング装置において、上記高周波受信手段の底部に形成される位置固定用部材（４２ａ）と、被検体（１１）が配置される寝台（４３）に形成され、上記位置固定用部材（４２ａ）が挿入されるガイド部材（４２ｂ）とを有し、上記高周波受信手段の変位を抑制する変位抑制手段（４２ａ、４２ｂ、４９、５０、５７）を備える。

（２）好ましくは、上記（１）において、上記磁気共鳴イメージング装置は、垂直磁場方式の磁気共鳴イメージング装置であり、上記変位抑制手段は、上記垂直方向に対して水平方向の、上記高周波受信手段の変位を抑制する。

（３）また、好ましくは、上記（２）において、上記高周波受信手段の左右対称形状調整用基準光を発生する基準光発生手段（４５）と、上記高周波受信手段の上部表面には、左右対称形状調整用基準線（４４）が表示され、上記基準光発生手段からの基準光と上記左右対称形状調整用基準線間の距離が、上記高周波受信手段の左右対称性を表す。

（４）また、好ましくは、上記（３）において、上記変位抑制手段は、上記高周波受信手段の左右方向形状の変位を抑制する形状固定部材（５０）を上記高周波受信手段に固定するバンド（４９）を有する。

（５）また、好ましくは、上記（２）において、上記高周波受信手段の左側及び右側のそれぞれには、垂直方向を示す振り子（５１）が配置され、これら振り子の垂直方向からの角度が上記高周波受信手段の形状の左右対称性を表示する。

（６）また、好ましくは、上記（２）において、上記位置固定用部材の左右上面のそれぞれには、上記高周波受信手段の側面から加えられる圧力を計測する圧力計（５３）が配置され、これら圧力計が示す圧力値の差が上記高周波受信手段の形状の対称性を表す。

（７）また、好ましくは、上記（３）において、上記左右対称形状調整用基準線上に配置される透過窓（５４）を備え、上記高周波受信手段の内面側底部には、形状調整用中心線（５５）が表示され、上記基準光発生手段からの基準光が、上記透過窓を通過し、上記形状調整用中心線を照射するか否かが、上記高周波受信手段の形状の左右対称性を表す。

（８）また、好ましくは、上記（２）において、上記変位抑制手段は、上記高周波受信手段が左右対称形状であるときの内面形状と同等の形状を有し、上記高周波受信手段の内面と被検体との間に配置される形状固定用治具（５７）を有する。

本発明によれば、導体ループの感度方向の直交性が崩れる方向のコイルの変形を規制し、フレキシブルでありながら、変形によるＳ／Ｎ比の劣化を防止することが可能な高周波受信コイル（高周波受信手段）を有するＭＲＩ装置を実現することができる。

つまり、円周方向に柔軟性を有する（フレキシブルな）ボビン上に導電ループがその感度方向を互いに直交させて一組に形成された柔軟性を有する高周波受信コイルにおいて、受信コイルの変形を特定なものとすることで、コイルの変形により上記の導電ループの直交関係が崩れてしまうことを防止することができる。

受信コイルの変形による導体ループの干渉を防ぐことができるため、これらのコイルによって一組に形成された高周波受信コイルは、常に良好なＳＮ比を得ることができる。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明が適用されるＭＲＩ装置の概略構成図である。

図１において、ＭＲＩ装置は、中央処理装置（ＣＰＵ）１と、シーケンサ２と、送信系３と、傾斜磁場発生系４と、受信系５と、信号処理系６と、磁気回路による静磁場発生領域２２とを備えている。

中央処理装置１は、予め定められたプログラムに従いシーケンサ２、送信系３、受信系５、信号処理系６の各々の動作を制御する。

また、シーケンサ２は、中央処理装置１からの制御指令に基づいて動作し、被検体１１の断層像のデータ収集に必要な種々の命令を送信系３、傾斜磁場発生系４、受信系５に送る。

送信系３は、高周波発振器７と、変調器８と、送信コイル１０ａ、１０ｂとを有する。また、送信系３は、シーケンサ２の指令により、変調器８で変調された高周波発振器７からの高周波パルスを、高周波増幅器９ａ〜９ｄで増幅して送信コイル１０ａ、１０ｂに供給する。これにより、所定のパルス状の電磁波が、送信コイル１０ａ、１０ｂから被検体１１に照射される。

また、傾斜磁場発生系４は、互いに直交するデカルト座標軸方向、すなわち、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向にそれぞれ独立に傾斜磁場を印加できる傾斜磁場コイル１３ａ、１３ｂと、これら傾斜磁場コイル１３ａ、１３ｂに電流を供給する傾斜磁場電源１２とを有する。傾斜磁場電源１２はシーケンサ２により制御される。

受信系５は、高周波受信コイル１４と、プリアンプ１５と、直交位相検波器（回路）１６と、Ａ／Ｄ変換器１７とを有する。被検体１１からの磁場共鳴信号を受信コイル１４が検出すると、その信号はプリアンプ１５、直交位相検波器１６を介してＡ／Ｄ変換器１７に供給され、デジタル量に変換されて中央処理装置ＣＰＵ１に送られる。

信号処理系６は、磁気ディスク１８、光ディスク１９などの外部記憶装置と、ＣＲＴ２０、キーボード２１などを有している。

上述した構成のＭＲＩ装置において、受信系５からのデータが中央処理装置（ＣＰＵ）１に入力されると、この中央処理装置ＣＰＵ１が信号処理、画像再構成処理等を実行する。そして、ＣＰＵ１は、信号処理、画像再構成処理等の結果である、被検体１１の所望の断面像をＣＲＴ２０に表示するとともに、外部記憶装置である例えば磁気ディスク１８に記憶させる。

磁気回路による静磁場発生領域２２は、被検体１１の周りに任意の方向に均一な静磁場を発生させるためのものである。

静磁場発生領域２２の内部には、傾斜磁場を発生させる傾斜磁場コイル１３ａ、１３ｂと、送信コイル１０ａ、１０ｂと、受信コイル１４とが設置されている。

ここで、本発明においては、受信系５に設けられた高周波受信コイル１４は、その円周方向に対して構造的に柔軟性を有する（フレキシブルな）ボビン上に、感度方向が互いに直交した導電ループを一組として形成した柔軟性を有するものである。そして、受信コイル１４の感度方向の直交性が崩れることを防ぐために、コイルを左右対称になるようなコイルとし、コイルの変形は上下の変形のみとすることで、３つのコイルの感度方向の直交性を保つものである。

例えば、垂直磁場方式のＭＲＩ装置に用いられるフレキシブルな高周波受信コイル１４の場合、図２に示すように、１ｍｍ程度の板厚の柔軟性材料からなるフレキシブルなボビン２３の外表面にソレノイド型ループ２４、サドル型ループ２５、サーフェイス型ループ２６が接着される。

図３は、ボビン２３に接着されるソレノイド型ループ２４（図３の（Ａ））、サドル型ループ２５（図３の（Ｂ））、サーフェイス型ループ２６（図３の（Ｃ））の形状をそれぞれ示す斜視図である。

ソレノイド型ループ２４は、銅板によって形成される導電ループであり、感度方向がｘ方向２７となっている。また、サドル型ループ２５は、ループ２４と同様に銅板によって形成される導電ループであり、感度方向がｙ方向２８となっている。そして、サーフェイス型ループ２６は、ループ２４、２５と同様に銅版によって形成される導電ループであり、感度方向がｚ方向２９となっている。

各々の導体ループ２４、２５、２６は、周波数調整用コンデンサ３６により、磁気共鳴信号の周波数で共振状態になるように調整されている。

また、各々の導体ループ２４、２５、２６の互いに交差部分は、容量性結合を緩和するため、例えば約６ｍｍ程度の隙間があけられている。

ソレノイド型ループ２４は、端子３０により信号が伝送され、端子３１により接地されている。また、サドル型ループ２５は、端子３２により信号が伝送され、端子３３により接地されている。また、サーフェイス型ループ２６は、端子３４により信号が伝送され、端子３５により接地されている。

これらの導体ループ２４、２５、２６の感度方向が、互いに直交性を維持している限り、導体ループ２４、２５、２６どうしが干渉しあうことは無いといえる。

しかしながら、その柔軟性のため、左右対称形状であった高周波受信コイル１４が、図４に示すように、左右非対称形状に変形すると（図４に示した例では、右側側面が左側側面に対して平面状に変形）、特にサドル型ループ２５、サーフェイス型ループ２６の感度方向が、それぞれｙ’方向４０、ｚ’方向４１に変化してしまい、感度方向の直交性が崩れ、互いが干渉してＳ／Ｎ比が低下してしまうこととなる。

そこで、本発明においては、受信コイル１４の形状変形によるＳ／Ｎ比低下現象を防ぐためには、受信コイル１４の左右側が同様に変形し、対称性を維持することが可能なように構成する。受信コイル１４の左右対称性を維持するためには、受信コイル１４のコイル下部３７及び上部３８の位置決めが重要となる。

図５は、本発明の一実施形態において、受信コイル１４の左右対称性を維持するための、コイル下部３７、上部３８の位置決め説明図である。この位置決めは、コイル１４が、磁場発生領域２２に搬入される前に行なわれる、なお、４６はＭＲＩ装置の開口部である。

図５において、コイル下部３７は、ＭＲＩ装置における寝台４３に形成されるガイド４２ｂと対になるような固定用部材４２ａを設ける。固定用部材４２ａは、例えば、ＦＲＰ製の板状部材であり、ガイド４２ｂは溝状となっている。そして、固定用部材４２ａがガイド４２ｂに挿入されることにより、コイル１４を寝台４３にセッティングする際にコイル下部３７の位置は特定されることになる。

コイル上部３８には、コイル１４の左右対称となる基準線４４がマークされている。また、ＭＲＩ装置には、撮像のための基準線を光で示すためのライトマーカー４５が配置されており、このライトマーカー４５からの基準線光に、コイル１４の基準線（中心位置ライン）が一致するように、コイル１４の位置を特定する。

以上のようなコイル位置決め方法により、フレキシブルなコイル１４の形状は、左右方向の移動は規制され、変位する方向は上下方向のみとなる。したがって、ソレノイド型ループ２４、サドル型ループ２５およびサーフェイス型ループ２６の感度方向は、常に互いに直交することとなる。

さらに、被検者１１の動き等、コイル位置決め後のコイル１４の変形を防止するために、固定バンド４９が寝台４３に設けられている。この固定バンド４９は、図６に示すように、コイル１４の基準線４４付近にコイル１４の形状に沿った円弧状の硬質材料５０を、コイル１４に固定できるものである。この固定バンド１４で硬質材料５０をコイル１４に固定することにより、コイル１４を均等な力で押さえ付け、コイル１４の左右対称性を維持した形状で固定することができる。

なお、上述したコイル１４は、１つの感度方向に対して１つの導体ループを有するものであったが、本発明におけるコイル１４は、サドル型ループ２５、サーフェイス型ループ２６を２分割することも可能である。

ここで、サーフェイス型ループ２６を２分割したものを図７に示す。
図７において、２分割されたサーフェイス型ループ４７ａ、４７ｂの感度方向は共に、ｚ方向２９となっている。この２つのループ４７ａ、４７ｂ同士の干渉を取り除くために、ループ４７ａ、４７ｂを一部互いにオーバーラップさせている。

上述した固定用部材４２ａ、固定バンド４９等を用いた手法により、コイル１４の各感度方向の直交性が保たれているならば、ここで２分割したサーフェイス型ループ２６は共に、ソレノイド型ループ２４、サドル型ループ２５と干渉することはない。

一組のコイルの中の導体ループは４つとなるが、サドル型ループ２５についても図８に示すように、一部をオーバーラップさせることで、ｙ方向２８を感度方向とする２つのループ４８ａ、４８ｂに分割することができる。この場合も、サーフェイス型ループ２６と同様に他のループと干渉することはない。

以上により、５つのループを一組としたフレキシブルコイル１４が実現可能となる。

なお、固定バンド４９の材質は、ナイロン系のものを使用することが可能である。

上述した実施形態においては、コイル１４の左右対称形状を、基準線４４をラインマーカー４５からの基準線光に合わせることにより設定することとしたが、その他の方法により、設定することも可能である。

図９は、コイル１４の左右対称形状の確認の他の方法を示す図である。
図９において、コイル１４の端部左右面には、それぞれ、振り子５１を内部に有するケース５２が取り付けられている。振り子５１は、地面に向かって常に垂直方向を示すため、予め、コイル１４が左右対称形状であるときの、振り子５１の示す方向を目盛等によりマーキングしておく。

コイル１４の形状が左右対称でなくなった場合は、振り子５１の示す方向を確認して、左右対称形状となるように、コイル１４の形状を矯正して、固定バンド４９で固定する。

図１０は、コイル１４の左右対称形状の確認の、さらに他の方法を示す図である。
図１０に示す例は、圧力計を用いて、コイル１４が左右対称形状となっているか否かを判断する方法である。

図１０において、コイル位置固定用部材４２ａの左右側面上部には、それぞれ圧力計５３が配置されている。これら２つの圧力計５３は、コイル１４の側面下側部が圧力計５３を押圧する圧力を測定することができるように配置されている。そして、コイル１４の左右対称形状が維持されている状態では、２つの圧力計５３の圧力指示値は互いに等しくなるように設定されている。

したがって、２つの圧力計５３の圧力指示値が互いに異なっている場合には、互いに等しくなるように、コイル１４の形状を矯正して、固定バンド４９で固定する。

図１１は、コイル１４の左右対称形状の確認の、さらに他の方法を示す図である。
図１１に示す例は、ライトマーカー４５からの基準線光を用いて、コイル１４が左右対称形状となっているか否かを判断する方法である。

図１１において、コイル１４の基準線４４上には、透明の材質で構成される窓５４が形成されている。また、コイル１４の内面側下面には、基準線４４に対応する位置に第２の基準線５５が表示されている。コイル１４が左右対称形状であるときには、ライトマーカー４５からの光は、透過窓５４を通過し、第２の基準線５５を照射する。

したがって、ライトマーカー４５からの光が、第２の基準線５５を照射していない場合は、この基準線５５を照射するように、コイル１４の形状を矯正して、固定バンド４９で固定する。

図１２は、コイル１４の左右対称形状を維持するための方法を示す図である。
図１２に示す例は、コイル１４が左右対称形状を維持するための治具を被検者１１とコイル１４との間に挿入する方法である。

被検者１１にコイル１４を装着した際に、コイル１４と被検者１１との間に隙間が生じる場合がある。コイル１４と被検者１１との間に隙間が生じると、コイル１４の左右対称形状が維持できなくなる恐れもある。

そこで、コイル１４の左右対称形状を維持するために、コイル１４と被検者１１との間にコイル１４の内面形状と同様な形状のクッション等の形状維持治具５７を配置する。

このように、治具５７をコイル１４と被検者１１との間に配置すれば、コイル１４の左右対称形状を維持することが可能となる。

なお、上述した例は、本発明を垂直磁場方式のＭＲＩ装置に適用した場合の例であるが、水平磁場方式のＭＲＩ装置にも本発明は適用可能である。

本発明が適用されるＭＲＩ装置の概略構成図である。 本発明の一実施形態である高周波受信コイルの概略構成図である。 高周波受信コイルのコイル毎の斜視図である。 高周波受信コイルが変形した例の概略図である。 本発明の高周波受信コイルの設定説明図である。 高周波受信コイルの設定説明図である。 本発明の高周波受信コイルであるサーフェイス型ループを２分割した際の構成図である。 本発明の高周波受信コイルであるサドル型ループを２分割した際の構成図である。 本発明における高周波受信コイルの左右対称形状の確認の他の方法を示す図である。 本発明における高周波受信コイルの左右対称形状の確認のさらに他の方法を示す図である。 本発明における高周波受信コイルの左右対称形状の確認のさらに他の方法を示す図である。 本発明における高周波受信コイルの左右対称形状を維持する方法を示す図である。

符号の説明

１ 中央処理装置（ＣＰＵ）
２ シーケンサ
３ 送信系
４ 傾斜磁場系
５ 受信系
６ 信号処理系
７ 高周波発発振器
８ 変調器
９ａ〜９ｄ 高周波増幅器
１０ａ、１０ｂ 送信コイル
１１ 被検者
１２ 斜磁場電源
１３ａ〜１３ｂ 傾斜磁場コイル
１４ 高周波受信コイル
１５ プリアンプ
１６ 検波回路
１７ Ａ／Ｄコンバーター
１８ 磁気ディスク
１９ 光ディスク
２０ ＣＲＴ
２１ キーボード
２２ 静磁場発生領域
２３ フレキシブルボビン
２４ ソレノイド型ループ
２５ サドル型ループ
２６ サーフェイス型ループ
３６ 周波数調整用コンデンサ
３７ コイル下部
３８ コイル上部
４２ａ コイル下部の位置固定用部材（コイル側）
４２ｂ コイル下部の位置固定用ガイド（寝台側）
４３ 寝台
４４ コイル上部の位置決め用ライン
４５ ライトマーカー
４９ 寝台に備え付けられた固定用バンド
５０ コイル形状固定用硬質部材
５１ 振り子
５３ 圧力計
５４ 透過窓
５７ 形状維持治具

Claims (8)

1. 静磁場発生手段と、傾斜磁場発生手段と、被検体に高周波信号を照射する高周波送信手段と、被検体からの磁気共鳴信号を検出する高周波受信手段と、この高周波受信手段により検出された検出信号により被検体の断層画像を得る画像再構成手段とを有し、上記高周波受信手段の形状は柔軟性を有している磁気共鳴イメージング装置において、
   上記高周波受信手段の底部に形成される位置固定用部材と、被検体が配置される寝台に形成され、上記位置固定用部材が挿入されるガイド部材とを有し、上記高周波受信手段の変位を抑制する変位抑制手段を備えること特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
2. 請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置において、上記磁気共鳴イメージング装置は、垂直磁場方式の磁気共鳴イメージング装置であり、上記変位抑制手段は、上記垂直方向に対して水平方向の、上記高周波受信手段の変位を抑制することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
3. 請求項２記載の磁気共鳴イメージング装置において、上記高周波受信手段の左右対称形状調整用基準光を発生する基準光発生手段と、上記高周波受信手段の上部表面には、左右対称形状調整用基準線が表示され、上記基準光発生手段からの基準光と上記左右対称形状調整用基準線間の距離が、上記高周波受信手段の左右対称性を表すことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
4. 請求項３記載の磁気共鳴イメージング装置において、上記変位抑制手段は、上記高周波受信手段の左右方向形状の変位を抑制する形状固定部材を上記高周波受信手段に固定するバンドを有することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
5. 請求項２記載の磁気共鳴イメージング装置において、上記高周波受信手段の左側及び右側のそれぞれには、垂直方向を示す振り子が配置され、これら振り子の垂直方向からの角度が上記高周波受信手段の形状の左右対称性を表示することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
6. 請求項２記載の磁気共鳴イメージング装置において、上記位置固定用部材の左右上面のそれぞれには、上記高周波受信手段の側面から加えられる圧力を計測する圧力計が配置され、これら圧力計が示す圧力値の差が上記高周波受信手段の形状の対称性を表すことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
7. 請求項３記載の磁気共鳴イメージング装置において、上記左右対称形状調整用基準線上に配置される透過窓を備え、上記高周波受信手段の内面側底部には、形状調整用中心線が表示され、上記基準光発生手段からの基準光が、上記透過窓を通過し、上記形状調整用中心線を照射するか否かが、上記高周波受信手段の形状の左右対称性を表すことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
8. 請求項２記載の磁気共鳴イメージング装置において、上記変位抑制手段は、上記高周波受信手段が左右対称形状であるときの内面形状と同等の形状を有し、上記高周波受信手段の内面と被検体との間に配置される形状固定用治具を有することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。

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