JP4745390B2 - 磁気共鳴検査装置 - Google Patents

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Description

本発明は磁気共鳴検査装置（MRI装置）に係わり、特に垂直磁場型のMRI装置およびそれに適した核磁気共鳴信号検出用のRF受信コイルに関わる。
MRIは均一な静磁場空間に検査対象を配置し、核磁気共鳴を利用して検査対象を画像化する装置であり、撮影範囲は静磁場空間に限定されている。近年、検査対象を載せたテーブル（ベッド）の移動による全身撮影の手法が開発され、MRIを用いた全身スクリーニングの試みが特に注目されている。
全身のように広い領域を計測する場合、その広い領域に渡って高感度を維持できる受信コイルの実現と同時に、計測時間を被検者の耐えられる時間以内とするために、撮影時間の短縮も望まれる。MRIの画像診断において撮影時間の短縮のための技術としては、複数個のRFコイルの感度分布を利用して、画像の折り返しを展開する技術（この技術はパラレルイメージングと称されており、以下、パラレルイメージングと呼ぶ）が実用化され始めている（非特許文献１）。これは、複数個のサブコイルから構成される受信コイルを用いて同時に信号計測を行い、サブコイルの個数分の一に撮影時間を短縮する方法である。
パラレルイメージングを実現するためには、まず、複数個のサブコイル間の互いの電磁気的カップリングが十分小さい必要がある。サブコイル間の電磁気的カップリングがあると、コイル間でノイズが干渉し、画像のS/Nを劣化させる。次に、複数個のサブコイルの配置を適切なものとする必要がある。サブコイルの配置が適切でないと、画像のS/Nが部分的に劣化する。サブコイルの配置が適切かどうかを評価する基準の一つとしてGeometry factor(以下、Gファクタと略す)と呼ばれる基準がある（計算式は非特許文献２に記載されている）。Gファクタは撮影断面における各サブコイルの感度分布から導かれる１．０以上の数値であり、画像の各位置でのS/Nは（１／（Gファクタ））に比例する。このため、画像の被検者の存在する部分のGファクタはなるべく小さいことが望まれる。一般的には、少なくとも２．０より小さい値が望まれる。このように、パラレルイメージング用の受信コイルを設計するためには、同時計測に用いる複数個のサブコイル間の電磁気的カップリングを低減しながら、かつ、撮影断面全体においてGファクタが小さくなるコイル配置を探索する必要がある。パラレルイメージングは、主に高磁場の水平磁場機上で開発が行われ、水平磁場機対応の受信コイルは種々提案されている。
一方、垂直磁場オープンMRI装置は、磁石の開放性に優れていることから、被検者に直接アクセスが可能であり、インターベンショナルMRIに適している。RFコイルの作るRF磁場の向きは静磁場の方向と直交させる必要があるため、静磁場の方向が水平から垂直に変わると、受信コイルの構成も変える必要がある。垂直磁場型MRI装置では、静磁場の向きが垂直方向であるため、通常水平方向に寝かせた状態で検査される被検者に対し、その外周に配置されたソレノイドコイルを使用することができる。被検者の外周に配置されたソレノイドコイルは、被検者表面に置かれたループコイルとは異なり、被検者の深部においても強い感度を有する。このため、同じ磁場強度であれば、ソレノイドコイルを使用可能な垂直磁場型MRIの方が、水平磁場型MRIよりも一般に被検者深部の感度が高い。
垂直磁場に対応する受信コイルの配置は、例えば、特許文献１、特許文献２に提案されている。特許文献１には、垂直磁場型MRI用の受信コイルとして、被検者の外周に配置された複数個のソレノイドコイルと表面コイルを組合せたものを用いることにより、被検者深部である心臓近辺領域において、パラレルイメージングを適用して高感度かつ高速に撮像する手法を開示している。また特許文献２には、互いに直交するソレノイドコイルとサドルコイルを用いて被検者深部の感度を高め、被検者の３方向に対してそれぞれ最小２つずつサブコイルを対向配置することによって、３方向の位相エンコード方向に対してサブコイルの感度プロファイルを形成している。このような配置の受信コイルを用いれば、被検者深部でも感度が高く、かつどの方向に位相エンコード方向を選んでも高速撮像が可能となる。
J.B.Ra,C.Y.Rim : "Fast Imaging Using Subencoding Data Sets from Multiple Detectors",Magnetic Resonance in Medicine, vol.30, pp.142-145(1993) KlaasP. Pruessmann, Markus Weiger, Markus B.Scheidegger, and Peter Boesiger : "SENSE:Sensitivity Encoding for Fast MRI", Magnetic Resonance in Medicine,vol.42, pp.952-962(1999). 特開２００２−１５３４４０号公報 特開２００３−７９５９５号公報
しかしながら、特許文献１や特許文献２に記載のコイルの配置は、全身を撮影するためにはサブコイルの配置上の制約がある。例えば特許文献１に記載のコイル配置は、構造上の制約により、被検者の体軸方向に複数個並べるには改良が必要と考えられる。また特許文献２の配置で全身にわたって実装すると、対向するサブコイル間の電磁気的なカップリングを削減するために補助的なコイルが多数必要になる可能性がある。すなわち全身用の配置にした場合にはチャネル数の増大を招く可能性がある。またパラレルイメージングでは、折り返し領域において、位相エンコード方向に配置された１組以上の小視野用受信コイル（表面コイル）の感度に対してソレノイドコイルのような大視野の受信コイルの感度が高い場合、その大視野の受信コイルの感度分布が均一な分布を示すために、感度分布を利用して画像の折り返しを十分に除去できず、再構成画像の画質が劣化するという課題が指摘されている（特許文献３）。
特開２００５−４０３１５号公報 従って本発明の目的は、垂直磁場型MRI装置に使用できる受信コイルであって、被検者深部感度が高く、かつ全身のような広い領域の任意断面を高速撮像することが可能な受信コイルを、比較的少ないチャネル数のサブコイルで実現することにある。更には、装着性の良い受信コイルを提供することにある。
上記課題を解決する本発明のMRI装置は、垂直方向に静磁場を発生する静磁場発生手段と、前記静磁場中に置かれた検査対象に高周波磁場、傾斜磁場を印加する撮像手段と、前記検査対象が発生する核磁気共鳴信号を受信する受信手段とを備え、前記受信手段は、複数種のサブコイルから構成される受信コイルを備え、前記受信コイルは、前記検査対象の外周に電流ループを形成する第１のサブコイルと、前記検査対象を挟んで対向する検体対象表面近傍に配置され、それぞれ一つの交差点を有し互いに導通されているか導通されているのと等価である一対の表面コイルからなる第２のサブコイルとを有し、前記第２のサブコイルは、前記第１のサブコイルの電流ループが配置される面を基準面とするとき、各表面コイルの交差点が、前記基準面と略同一の面内に存在するように配置されていることを特徴とする。
このように配置された第１のサブコイルと第２のサブコイルとを備えた受信コイルは、サブコイル同士の電磁気的カップリングが抑制され、Gファクタに優れ、高S/N画像の撮像を可能にする。第２のサブコイルを構成する表面コイルは、典型的には８の字コイルまたは変形された８の字コイルである。
なおコイルの導体は実際には立体的なものであるから、本明細書において、「面」という表現は、コイル導体が含まれる、ある程度厚みのある領域を意味する。
本発明のMRI装置において、第１のサブコイルの電流ループが形成される面、基準面は、例えば静磁場方向に平行な面である。また第２のサブコイルを構成する一対の表面コイルは、例えば静磁場方向と直交する面についてほぼ面対称に配置される。
本発明のMRI装置が備える受信コイルは、前記第１、第２のサブコイルに加えて、他の種類のサブコイルを追加できる。例えば第３のサブコイルとして、前記基準面を挟んで、基準面と平行な複数の面に電流ループを形成するサブコイルを、第４のサブコイルとして、前記基準面と交差する前記検査対象の外周表面近傍に２つの電流ループを形成する少なくとも一つのサブコイルを、第５のサブコイルとして、前記基準面と交差する前記検査対象の外周表面近傍に３つの電流ループを形成する少なくとも一つのサブコイルを備えることができる。このとき、第3のサブコイルは、基準面と平行であって基準面に対して対称でかつほぼ等距離の位置にある２つの面に電流ループを形成し、前記２つの電流ループには互いに逆向きの電流が流れるように結線されてもよい。これらは１種のみを追加することもできるし、２種或いは３種を追加することもできる。３種を追加したときに、最もGファクタを良好にすることができる。
第４および第５のサブコイルは、それぞれ前記基準面についてほぼ対称な位置に、少なくとも一対備える構成とすることが好ましい。これによりGファクタを良好にすることができる。第４および第５のサブコイルの関係は、第４のサブコイルの２つの電流ループの交差点が、第５のサブコイルの電流ループ間に存在する２つの交差点のほぼ中央に位置することが好ましい。これにより両者の電磁気的カップリングを抑制できる。
本発明のMRI装置が備える受信コイルは、複数種のサブコイルの各々を基準面と交差する方向に複数個並んで配列したものであってもよい。例えば、検査対象（典型的には人体）の体軸方向に複数個配列することにより、全身用受信コイルを構成することができる。
複数種のサブコイルの配列方向は、本発明のMRI装置が、検査対象を前記静磁場方向と直交する１の方向に移動する手段を備える場合、例えば、前記移動手段の移動方向である。
複数種のサブコイルを所定の方向に複数並べて配列させる場合、好適には、被検体の外周表面近傍に配置されるサブコイルの少なくとも１種は、配列方向において、隣接するサブコイル同士が一部オーバーラップするように配置する。これにより、隣接するサブコイル間の電磁気的カップリングを抑制できる。
本発明のMRI装置が備える受信コイルは、例えば、検査対象に近い側を内側、遠い側を外側とするとき、第４のサブコイルおよび／または第５のサブコイルは、前記第１ないし第３のサブコイルよりも内側に配置される。これにより複数種のサブコイルを組み合わせた受信コイルを検査対象に対し装着しやすい構造とすることができる。
この場合、好適には、第４のサブコイルおよび／または第５のサブコイルは可撓性を有し、コイル導体の存在しない部分で開閉可能な支持体に支持された構造とする。支持体を、可撓性を有する材料で構成することにより、検査対象に対する圧迫感を低減できる。
本発明のMRI装置は、例えば、前記複数個のサブコイルを順次切替える切替手段を備える。これにより、検査対象を移動させながら行なう撮像が可能にする。本発明のMRI装置が、検査対象を前記静磁場方向と直交する１の方向に移動する手段を備える場合において、切替手段は、前記移動手段の移動と同期して前記複数個のサブコイルを切替える。
また本発明の受信コイルは、核磁気共鳴信号を受信するための受信コイルであって、第１の面内に電流ループを形成する第１のサブコイルと、前記第１の面と交差する第２の面に対し面対称に配置され、それぞれ１の交差点を有する一対の表面コイルからなる第２のサブコイルとを備え、前記第２のサブコイルは、前記第１の面と同一の面内に前記交差点が位置するように、配置されている。
本発明の受信コイルは、検査対象の深部における感度分布が高く、しかも任意断面の撮像高速化を可能にする。本発明の受信コイルは、垂直磁場型MRI装置に好適であるが、水平磁場型MRI装置への適用を妨げるものではない。
本発明の受信コイルにおいて、受信コイルを構成するサブコイルは、検査対象の形状や他のサブコイルとの組み合わせにおいて、種々の変形が可能である。例えば、第２のサブコイルは、コイル導体の一部が前記第２の面と平行な面内に位置し、他の一部は前記第２の面に対し湾曲する湾局部を形成している。これにより検査対象である人体の形状に合わせた形状とし、感度を高めることができる。
本発明の受信コイルは、第１、第２のサブコイルに加えて、他の種類のサブコイルを追加できる。これによりパラレルイメージングの際に任意の方向に位相エンコード方向を選択可能にできる。
本発明が適用される垂直磁場型MRI装置を示す図 本発明が適用されるMRI装置の全体構成を示す図 本発明の受信コイルの一実施の形態を示す図 本発明の受信コイルの一実施の形態を示す図 本発明の受信コイルの一実施の形態を示す図 本発明の受信コイルの一実施の形態を示す図 図３の受信コイルを構成する第１種類目のコイルを示す図 図３の受信コイルを構成する第１種類目のコイルを示す図 図３の受信コイルを構成する第１種類目のコイルの特性を示す図 図３の受信コイルを構成する第２種類目のコイルを示す図 図３の受信コイルを構成する第２種類目のコイルを示す図 図３の受信コイルを構成する第２種類目のコイルの特性を示す図 図３の受信コイルを構成する第２種類目のコイルの特性を示す図 図３の受信コイルを構成する第３種類目のコイルを示す図 図３の受信コイルを構成する第３種類目のコイルを示す図 第３種類目のコイルの特性を示す図 第３種類目のコイルの特性を示す図 第３種類目のコイルの特性を示す図 第３種類目のコイルの特性を示す図 図３の受信コイルを構成する第４種類目のコイルを示す図 図３の受信コイルを構成する第４種類目のコイルを示す図 図３の受信コイルを構成する第４種類目のコイルを示す図 図３の受信コイルを構成する第５種類目のコイルとその特性を示す図 図３の受信コイルを構成する第５種類目のコイルとその特性を示す図 第１種類目のコイルおよび第４種類目のコイルの配置を示す図 第１種類目のコイル、第２種類目のコイルおよび第４種類目のコイルの配置を示す図 第１種類目のコイル、第２種類目のコイルおよび第４種類目のコイルの配置とそれらの特性を示す図 第１種類目のコイルと第３種類目のコイルの配置を示す図 第１種類目のコイルと第３種類目のコイルの配置を示す図 第１種類目のコイルと第３種類目のコイルとの電磁気的特性を示す図 第２種類目のコイルと第３種類目のコイルとの電磁気的特性を示す図 本発明の受信コイルを全身用受信コイルに適用した場合の配置例を示す図 本発明の受信コイルを全身用受信コイルに適用した場合の配置例を示す図 本発明の受信コイルを全身用受信コイルに適用した場合の配置例を示す図 本発明の受信コイルを全身用受信コイルに適用した場合の配置例を示す図 本発明の受信コイルを全身用受信コイルに適用した場合の配置例を示す図 本発明の受信コイルを全身用受信コイルに適用した場合の配置例を示す図 本発明の受信コイルを全身用受信コイルに適用した場合の配置例を示す図 本発明の受信コイルを全身用受信コイルに適用した場合の配置例を示す図 全身用受信コイルの装着のための構造を示す図 全身用受信コイルの装着のための構造を示す図 全身用受信コイルの装着のための構造を示す図 全身用受信コイルの装着のための構造を示す図 第１種類目のコイルと第２種類目のコイルの切替回路を示す図 第１種類目のコイルと第２種類目のコイルの切替回路を示す図 本発明の受信コイルの制御系を示す図 本発明の受信コイルの制御シーケンスを示す図 本発明の実施例である受信コイルを用いたときのGファクタを示す図 本発明の実施例である受信コイルを用いたときのGファクタを示す図 本発明の実施例である受信コイルを用いたときのGファクタを示す図 本発明の実施例である受信コイルを用いたときのGファクタを示す図 本発明の実施例である受信コイルを用いたときのGファクタを示す図 本発明の実施例である受信コイルを用いたときのGファクタを示す図 比較例１の受信コイルを用いたときのGファクタ例を示す図 比較例１の受信コイルを用いたときのGファクタ例を示す図 比較例１の受信コイルを用いたときのGファクタ例を示す図 比較例１の受信コイルを用いたときのGファクタ例を示す図 比較例１の受信コイルを用いたときのGファクタ例を示す図 比較例１の受信コイルを用いたときのGファクタ例を示す図 比較例２の受信コイルを用いたときのGファクタ例を示す図 比較例２の受信コイルを用いたときのGファクタ例を示す図 比較例２の受信コイルを用いたときのGファクタ例を示す図 比較例２の受信コイルを用いたときのGファクタ例を示す図
符号の説明
3-1（3-1-1〜3-1-7）・・・第１のサブコイル（第１種類目のサブコイル）、4-1（4-1-1
〜4-1-7）・・・第２種類目のサブコイル、5-1（5-1-1〜5-1-7）・・・第２のサブコイル
（第３種類目のサブコイル）、5-4、5-5・・・交差点、5-6・・・給電点、6-1（6-1-1〜6-1-6）・・・第４種類目のサブコイル、7-1（7-1-1〜7-1-6）・・・第５種類目のサブコイル、19-3（19-3-1〜19-3-8）・・・切替回路、20-1、20-2・・・支持体、101・・・静磁場を発生するマグネット、102・・・傾斜磁場コイル、103・・・被検者（検査対象）、107・・・照射コイル107、116・・・受信コイル、104・・・シーケンサ、109・・・計算機、1001・・・第１の面
以下、本発明のＭＲＩ装置およびそれに搭載されるＲＦコイルの実施の形態を説明する。
図１にＭＲＩ装置の外観、図２に構成の一例を示す。このＭＲＩ装置は、垂直方向の静磁場を発生するマグネット101、傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイル102、ＲＦパルスを照射する照射コイル107、検査対象103から発生した核磁気共鳴信号は受信する受信コイル116、シーケンサ104、計算機109などを備えている。照射コイル107および受信コイル116は、マグネット101及び傾斜磁場発生コイル102内に設置される。
図２ではマグネット101は一つしか示していないが、図１に示すように、検査対象103を挟んで上下一対のマグネットが配置されており、被検者103は、これら一対のマグネットに挟まれた空間に寝かせられた状態で装入される。図１中、静磁場方向はｚ方向として示されている。
傾斜磁場発生コイル102は、互いに直交する３軸の傾斜磁場コイルから構成される。３軸の傾斜磁場コイルは、それぞれ傾斜磁場電源105に接続されている。照射コイル107は、ＲＦパワーアンプ115を介してＲＦパルス発生器106に接続されている。シーケンサ104は傾斜磁場電源105とＲＦパルス発生器106に命令を送り、傾斜磁場及びＲＦパルスをそれぞれ傾斜磁場コイル102及び照射コイル107より発生する。ＲＦパルス発生器106の出力をＲＦパワーアンプ115により増幅し照射コイル107に印加することにより、照射コイル107を通じてＲＦパルスが被検者103に印加される。
被検者103から発生した核磁気共鳴信号は受信コイル116により受波される。受信コイル116は、複数個のサブコイル116-1〜116-nから構成される。受信コイル116の詳細については後述する。受信コイル116により受波された信号は、それぞれのプリアンプ117-1〜117-nで検波に必要なレベルまで増幅された後、受信器108でA/D変換（サンプリング）、検波が行われる。検波の基準とする中心周波数（磁気共鳴周波数）は、シーケンサ104によりセットされる。検波された信号は計算機109に送られ、ここでリサンプリング処理された後、画像再構成等の信号処理が行われる。結果はディスプレイ110に表示される。
必要に応じて、記憶媒体111に信号や測定条件を記憶させることもできる。静磁場均一度を調整する必要がある時は、シムコイル112を使う。シムコイル112は複数のチャネルからなり、シム電源113により電流が供給される。複数のチャネルの各コイルに流れる電流をシーケンサ104により制御し、静磁場不均一を補正するような付加的な磁場をシムコイル112より発生させる。なお、シーケンサ104は、各装置がプログラムされたタイミング、強度で動作するように制御を行う。このプログラムのうち、特にＲＦパルスの印加、傾斜磁場の印加、核磁気共鳴信号の受信のタイミングや、ＲＦパルスと傾斜磁場の強度を記述したものは撮影シーケンスと呼ばれている。
次に本発明のＭＲＩ装置に用いられる受信コイルについて説明する。なお以下の説明では、静磁場方向（垂直方向）をｚ方向、それに直交し互いに直交する２つの方向をｘ方向、ｙ方向とし、被検者103の左右方向をｘ方向、体軸方向をｙ方向として説明する。
まず、本発明の受信コイルの一実施の形態を説明する。本実施の形態の受信コイルは、５種類のサブコイルをそれぞれｙ方向（被検者の体軸方向）に沿って複数並べた配置を有し、受信コイル全体で被検者のほぼ全身を覆うように構成されている。図３Ａ〜図３Ｄは、全身を覆う受信コイル全体の１つのブロックを示す図であり、図３Ａは斜視図、図３Ｂ〜図３Ｄはそれぞれｙ方向、ｚ方向及びｘ方向から見た図を示している。なお実際の受信コイルは、コイル導体をキャパシタで複数箇所分割し、コイルの共振周波数を核磁気共鳴周波数とマッチングさせて用いるが、実施の形態を示す図ではキャパシタは適宜省略している。
図示するように本実施の形態の受信コイルは、被検者103の外周に電流ループを形成するサブコイル3-1と、サブコイル3-1の電流ループが形成される面（ｘ−ｚ面）を挟んでほぼ等距離にある２つの面内に、互いに逆向きの電流が流れる２つの電流ループを形成するサブコイル4-1と、被検者103を挟んで上下（背側と腹側）に配置されたサブコイル5-1と、被検者103の側面を覆うように配置されたサブコイル6-1-1、6-1-2およびサブコイル7-1-1、7-1-2とからなる。サブコイル6-1-1、6-1-2およびサブコイル7-1-1、7-1-2は、それぞれ同種のコイル２つで受信コイルの１ブロックを構成する。これら５種類のサブコイルは、サブコイル3-1の電流ループが形成される面（ｘ−ｚ面）に対して面対称には位置されており、図３Ａ〜図３Ｄに示すブロックを単位として、この面と直交する方向、即ちｙ方向に複数ブロックが配列している。
次に、受信コイルを構成する５種類のサブコイルについて、またサブコイル同士の関係について詳述する。
第１種類目のサブコイル3-1は、図４Ａに示すような被検者外周に配置されたソレノイドコイルである。サブコイル3-1のy軸方向感度分布301は、図４Ｃに示すように、その電流ループが存在する面において最大となる分布で、高感度領域が大きいため、大視野用コイルとも呼ばれる。サブコイル3-1の電流ループが形成される面は、他の種類のサブコイルを配置する場合の基準となるので、以下、この面をｙ＝０の基準面とする。また基準面におけるサブコイル3-1の電流ループの中心をｘ＝０、ｚ＝０の原点とする。なお図４Ａでは１ターンのソレノイドコイルを示したが、ターン数は複数でもよい。例えば図４Ｂに示すような２ターンソレノイドコイル3-2であってもよく、この場合には２ターンのソレノイドコイルの中央の面が基準面となる。
第２種類目のサブコイル4-1は、図５Ａに示した被検者外周に２つの電流ループを形成するサブコイル4-1である。サブコイル4-1は、図５Ｂに示すように、前述したサブコイル3-1の基準面に対し対称の位置にある２つの電流ループをz-x面内に形成し、それぞれの電流ループには互いに逆向きの電流が流れるように結線されたコイルである。サブコイル4-1に給電した場合、２つの電流ループには互いに逆向きの電流が流れるので、それぞれのループ近傍では電流ループによる磁場が強く発生するが、ループから離れるに従ってもう一つの電流ループによって発生する磁場によって打ち消される成分が大きくなり、２つのループの中央では磁場は０となる。すなわち、コイル4-1のy軸上における感度分布401は図５Ｃに示すように、コイル3-1の存在する断面(基準面)上では感度がほぼゼロとなり、その断面を軸として左右対称の感度分布をもつようになる。なお給電点に１Ｗの電力を与えた場合に実際に発生する磁場分布は、ｙ＝０を軸として左右で正負反対の符号を持つが、ここではその絶対値を取って感度分布曲線としている（以下、同様に、感度分布曲線を定義する)。
このような配置により、サブコイル4-1とサブコイル3-1は互いに誘導電流を発生させないため、サブコイル3-1とサブコイル4-1の間では実用上問題ないレベルの電磁気的カップリングに抑制される。従って、サブコイル3-1とサブコイル4-1の発生する合成感度は、それぞれの感度の２乗和の平方根で計算でき、合成感度の分布は図５Ｄの曲線901のようになる。このようにサブコイル3-1とサブコイル4-1を合成して用いた場合の感度901は、サブコイル3-1およびサブコイル4-1のいずれか一方を用いた場合の感度よりもｙ軸上全体で高くなる。
第３種類目のサブコイル5-1は、図６Ａに示すような形状を有している。このサブコイル5-1は、図６Ｂに示すような、被検者103に対して前後(z軸方向)に対向配置されるほぼ同形の２つのコイル5-2及び5-3を導通させて、一つの給電点5-6を有するコイルとしたものである。これらコイル5-2及び5-3は、それぞれ、２つの電流ループをｙ方向に並べた形状のコイルで、２つの電流ループの間に交差点が形成されている。２つのコイル5-2、5-3は、それぞれの電流ループの交差点が、前述したサブコイル3-1の電流ループが存在する面、すなわち基準面内に位置し、且つ２つのコイル5-2、5-3が被検者103に対してほぼ対称の位置となるように配置される。
サブコイル5-1が発生する磁場について、図７Ａ〜図７Ｄを参照して説明する。図７Ａ、図７Ｂは、それぞれコイル5-2及びコイル5-3が導通されていない場合を示す図である。まず図７Ａに示すように、コイル5-2及びコイル5-3に互いに異なる方向に（非対称に）電流が流れるように、すなわちコイル導線に矢印で示した方向に電流が流れるように給電点5-7及び5-8からそれぞれ給電した場合、コイル5-2に発生する磁場は、図中の破線の矢印8-1及び8-2の向きに、コイル5-3に発生する磁場は、図中の破線の矢印8-3及び8-4の向きになる。この場合には被検者が存在するコイル内部では、ともにマイナスy方向を向いた磁場が発生し、互いに強め合う。
これに対し、図７Ｂに示すように、コイル5-2とコイル5-3に同方向に（対称に）電流が流れるように、すなわちコイル導線上に示す矢印の方向に電流が流れるように給電点5-7及び5-8からそれぞれ給電した場合には、コイル5-2に発生する磁場は、図中の破線の矢印8-5及び8-6の向きに、コイル5-3に発生する磁場は、図中の破線の矢印8-7及び8-8の向きになる。この場合には被検者が存在するコイル内部の領域では、y軸上で互いに逆向きの磁場が発生し、ｚ＝０では磁場が打ち消し合い、被検者深部においては感度がほぼゼロになることがわかる。但し、このような磁場の発生は、導線に流れる電流の位相が揃っていることが前提となる。また、対向する同形のコイル間同士にはカップリングが生じて感度の劣化を招く可能性がある。
第３種類目のサブコイル5-1は、図７Ｃに示すように、コイル5-2とコイル5-3を導通させて一つのコイルとし、１つの給電点5-6から給電し、コイル導線上に流れる電流が図７Ｂの場合と同様に流れるようにする。すなわちコイル5-2とコイル5-3にｚ＝０のx-y平面に対し対称な位置で、同じ向きで電流が流れるようにする。この場合、コイル5-2とコイル5-3は導通しているので、上記x-y平面に対し対称な位置で同位相の電流が流れるようにすることができる。その結果、発生する磁場は、図中の破線の矢印8-9から8-12で示す向きとなる。これを被検者の存在するコイル内部の領域における分布で示すと、図７Ｄの曲線501で示すように、ｚ＝０のx-y平面で磁場がゼロで、z軸方向に非対称な分布となる。
第４種類目のサブコイル6-1は、図８Ａに示すような、被検者の表面に配置された２つの電流ループを有するコイル（サドルコイル）である。図８Ａでは第４種類目のコイルの一つのみを示しているが、図８Ｂに示すようにy軸方向に配置された２つのサブコイル6-1-1、6-1-2で本実施の形態の受信コイルの１ブロックが構成され、２つのサブコイルのほぼ中央に前述した第１種類目のサブコイル3-1の電流ループが形成される面（基準面）が位置するように配置される。受信コイル全体では、サブコイル6-1をy方向に連続して配置し、被検者全体を覆う構成となる。この際、隣接する２つのコイルは適度にオーバーラップ（面積で１０％程度）させて配置される。これにより隣接コイル間同士の磁気結合を除去する。また、サブコイル6-1は被検者103の両側面を取り囲むように湾曲部を有している。このような構成のサブコイル6-1のx軸方向感度分布を図８Ｃに示す。図示するようにサブコイル6-1は、サブコイル3-1と同様に被検者深部における感度が高い感度分布601となる。従ってサブコイル6-1は大視野用コイルとも呼ばれる。
第５種類目のサブコイル7-1は、図９Ａに示すような被検者の表面に配置された３つの電流ループを有するコイルであり、被検者103の両側面を取り囲むように湾曲部を有している。図９Ａでは第５種類目のコイルの一つのみを示しているが、図９Ｂに示すようにy軸方向に配置された２つのサブコイル7-1-1、7-1-2で本実施の形態の受信コイルの１ブロックが構成される。１ブロックにおいて、これら２つのサブコイル7-1-1、7-1-2は、２つのサブコイルのｙ軸方向のほぼ中央に基準面（第１種類目のサブコイル3-1の電流ループが形成される面）が位置するように配置される。受信コイル全体では、サブコイル7-1をy方向に連続して配置し、被検者全体を覆う構成となる。第５種類目のサブコイルについても、y方向に隣接する２つのコイルを適度にオーバーラップ（面積で１０％程度）させることにより、隣接コイル間の磁気結合を除去している。
このような構成のサブコイル7-1は、２箇所の交差点において、交差している２本の導線には同じ向きの電流が流れているため、交差点における感度が最も高い。また、それぞれの交差点における電流の向きは互いに逆向きであるため、交差点での感度を最大にして、２つの交差点を結ぶ線分の垂直2等分線上では感度が最小となる。このようなサブコイル7-1の感度分布は、図８Ｃに曲線701で表すような分布となる。ここで図示したように、２つの電流ループを有するサブコイル6-1の感度が最小となる２箇所の領域の近辺に３つの電流ループを有するコイル7-1の感度が最大となる２箇所の領域(２つの交差点の存在する領域)をおおむね一致させて配置すれば、一方に電流を流したときに、他方に発生する誘導磁場は実用上無視できる程度とすることができ、サブコイル6-1とサブコイル7-1の間の電磁気的カップリングは実用上問題ないレベルに抑制される。
次に、以上説明した第１種類目〜第５種類目のサブコイルの関係について、特に各サブコイルの感度分布方向および電磁気的カップリングについて説明する。
まず被検者外周に配置されたサブコイル3-1とサブコイル4-1についてはコイル間の電磁気的カップリングは実用上問題ないレベルに抑制されること、また被検者の表面に配置された被検者のサブコイル6-1とサブコイル7-1についても適切な配置とすることによりコイル間の電磁気的カップリングは実用上問題ないレベルに抑制されることは、既に説明したとおりである。
サブコイル3-1およびサブコイル4-1と、サブコイル6-1とサブコイル7-1との関係を考える。被検者外周に配置されたサブコイル3-1とサブコイル4-1は最大感度方向がｙ軸方向である。一方、被検者近傍に配置されたサブコイル6-１及びサブコイル7-1は最大感度方向がx軸方向である。従って、例えば図１０Ａに示すようにサブコイル3-1とサブコイル6-1を配置しても、これらは電気的に直交しており、電磁気的カップリングは実用上問題ないレベルに抑制される。しかも、サブコイル3-1とサブコイル6-1は、ともに、被検者深部における感度が高いコイルであるため、このような配置をすれば、被検者深部の感度の更なる向上が期待できる。サブコイル4-1の最大感度方向もy軸方向である。従って、図１０Ｂに示すように、コイル6-1を、コイル3-1の存在する位置からコイル4-1の存在する位置までシフトさせて、コイル6-1-1とコイル6-1-2のように配置しても、同様にカップリングが生じることなく被検者深部における感度の更なる向上効果を期待できる。
サブコイル7-1についても同様であり、サブコイル7-1は、サブコイル3-1及びサブコイル4-1と電気的に直交しており、サブコイル3-1及びサブコイル4-1との電磁気的カップリングは実用上問題ないレベルに抑制される。従って、y軸方向に連続配置されたサブコイル6-1-1とサブコイル6-1-2及びサブコイル7-1-1とサブコイル7-1-2は、いずれも、サブコイル3-1もしくはサブコイル4-1を含む平面付近でオーバーラップさせても、電磁気的カップリングは実用上問題ないレベルに抑制される。
このように、第１種類目のサブコイル3-1、第２種類目のサブコイル4-1、第４種類目のサブコイル6-1、第５種類目のサブコイル7-1に関しては、互いの配置を上述した適切な関係にするとともにオーバーラップによる方法を併用することによって、電磁気的カップリングを除去できる。必要に応じて公知のデカップリング方法、例えば、信号検出に低入力インピーダンスのアンプを用い磁気結合を抑制する方法などを併用することも可能である。
また、サブコイル3-1とサブコイル4-1及びサブコイル6-1の直交性を利用して、被検者深部の感度を高めることができる。図１０Ｃに被検者深部におけるy軸方向感度分布を示す。曲線301及び401は、それぞれサブコイル3-1及びサブコイル4-1のy軸方向感度分布で、図５Ｃ内の曲線と同じである。曲線602及び603は、それぞれ図８Ｂのサブコイル6-1-1及び6-1-2のy軸方向感度分布である。サブコイル3-1とサブコイル6-1-1及びサブコイル6-1-2でQD合成され、感度向上させた場合のy軸方向感度分布が曲線801であり、更に、サブコイル4-1の感度と合成した場合の感度分布が曲線902である。第１種類目、第２種類目、第４種類目および第５種類目のサブコイルを用いることによってy軸方向の感度を広範囲に渡って高められることがわかる。
次にこれら最大感度方向がｙ軸方向である第１種類目および第２種類目のサブコイル3-1、4-1および最大感度方向がｘ軸方向である第４種類目および第５種類目のサブコイル6-1、7-1と、第３種類目のサブコイル5-1との関係について説明する。図１１Ａ、図１１Ｂに受信コイルの１ブロックを構成するサブコイル3-1、サブコイル5-1およびサブコイル6-1の配置を示す。
第３種類目のサブコイル5-1は、既に述べたように、２つの電流ループと１つの交差点を持つ同形状のコイル5-2、5-3を、静磁場に垂直な面（ｘ−ｙ面）1000について対称に配置し、両コイルを導通したコイルであり、電流ループは面1000と平行な面1002、1003（被検者の背面側と腹側）に概ね位置している。そして、コイルの交差点5-4、5-5は、第１種類目のサブコイル3-1の電流ループが形成される面1001、すなわち静磁場方向に実質的に平行な軸を含む面内に位置するように配置される。このような構成とすることにより、サブコイル5-1においては、静磁場に垂直な面（ｘ−ｙ面）1000、原点を通り静磁場に対して平行な平面(ｙ＝０のz-x平面1001、或いはｘ＝０のy-z平面)のいずれについても、対称の位置に必ず逆向きに流れる電流ループが存在することとなり、以下詳述するように、他のサブコイルとの電磁気的カップリングを除去することができる。また他のサブコイルとの組み合わせにおいてGファクタを改善することができる。
まず第１種類目のサブコイル3-１との関係を、図１２Ａを参照して説明する。図１２Ａは、第１種類目のサブコイル3-１と第３種類目のサブコイル5-1を上述した配置方法で配置した場合の模式図であり、これらサブコイルに流れる電流の向きを併せて示している。サブコイル3-1に給電した場合、サブコイル3-1の電流ループ上には図中の矢印の向きで電流が流れる。図からわかるように、サブコイル3-1のループ近傍を通るサブコイル5-1のループに誘導電流が流れるとしても、サブコイル5-1のループには原点を通り静磁場に垂直な平面(ｚ＝０のx-y平面)1000もしくは原点を通り静磁場に対して平行な平面(ｙ＝０のz-x平面1001、或いはｘ＝０のy-z平面)に対し対称の位置に必ず逆向きに流れる電流ループが存在し、結果として誘導電流は流れない。逆にサブコイル5-1に給電した場合には、図中の矢印の向きにサブコイル5-1のループに電流が流れるが、サブコイル3-1に給電した場合と同様、サブコイル3-1には誘導電流が流れない。
次に第２種類目のサブコイル4-１との関係を、図１２Ｂを参照して説明する。図１２Ｂは、第２種類目のサブコイル4-１と第３種類目のサブコイル5-1を上述した配置方法で配置した場合の模式図であり、これらサブコイルに流れる電流の向きを併せて示している。サブコイル4-1に給電した場合にサブコイル4-1の電流ループ上に流れる電流の向きが図中の矢印の向きであるとすると、図１２Ａの場合と同様で、サブコイル4-1のループ近傍を通るサブコイル5-1のループに誘導電流が流れるとしても、サブコイル5-1のループには原点を通り静磁場に垂直な平面(ｚ＝０のx-y平面)1000もしくは原点を通り静磁場に対して平行な平面(ｙ＝０のz-x平面1001、或いはｘ＝０のy-z平面)に対し対称の位置に必ず逆向きに流れる電流ループが存在し、結果として誘導電流が流れない。また、サブコイル5-1に給電した場合にサブコイル5-1のループに流れる電流ループは図中の矢印の向きとなるが、サブコイル4-1に給電した場合と同様、サブコイル4-1には誘導電流が流れない。
最大感度方向がｘ軸方向である第４種類目および第５種類目のサブコイル6-1やサブコイル7-1についても、同様にカップリングは問題ないレベルに抑制できる。また、サブコイル5-1をy方向に連続配置する場合も、互いに適度にオーバーラップ（面積で１０％程度）させることにより、隣接コイル間の電磁気的結合を除去できる。
このように本実施の形態の受信コイルでは、５種類のサブコイルのそれぞれの電磁気的結合を抑制することができるので、電磁的結合を除去するための補助コイル等を不要にするか最小限とすることができ、チャネル数の増大を抑制できる。また５種類のサブコイルを組み合わせたものを１ブロックとして被検者の体軸方向に複数個並べることが可能となり、被検者の深部における感度も高いまま全身のような広い領域の撮影が可能となる。
また各サブコイルの感度分布を図５Ｃ、図７Ｄおよび図８Ｃに示したように、ｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向の３つの方向に付いて感度分布の異なるサブコイルの組み合わせが存在することにより、どの方向に位相エンコード方向を選んでもGファクタを小さくすることができ、パラレルイメージングを適用した場合にも良好な画像を得ることができる。特に大視野用コイルである第１種類目のコイルが存在する撮像断面において、どの方向に位相エンコード方向を選んでもGファクタを小さくできる。
なおGファクタについては、チャネル数の増大を許容すれば改善効果が得られるが、例えば１ブロック８チャネルのサブコイルによって構成される受信コイルを被検者の体軸方向に並べることによって全身撮像用の受信コイルを実現しようとする場合、チャネル数の増大は好ましくないことは当然である。また、製作精度などの制約から、交差点5-4及び5-5の位置と大視野用コイル3-1の電流ループ面1001とを完全に一致させることは困難であるが、コイル5-1のy軸方向の長さに対して20％程度の誤差以内で一致させることが好ましい。実装上の制約で、コイル5-1のy方向の長さの20％程度ずれていたとしてもGファクタ改善効果は期待できる。
以上、本実施の形態の受信コイルの１ブロックの配置を説明した。次に、上述した５種類のサブコイルを被検者の体軸方向(この場合y方向)に連続して配置し全身を覆う受信コイルとした場合の構成を説明する。図１３Ａ〜図１３Ｄおよび図１４Ａ〜図１４Ｄに５種類のサブコイルの連続配置例を示す。図１３Ａ〜図１３Ｄはｚ軸方向からみたｘ−ｙ平面図、図１４Ａ〜図１４Ｄはｘ軸方向からみたｙ−ｚ平面図である。また、図１３Ａ及び図１４Ａはサブコイル3-1と4-1の配置方法、図１３Ｂ及び図１４Ｂはサブコイル5-1の配置方法、図１３Ｃ及び図１４Ｃはサブコイル6-1の配置方法、図１３Ｄ及び図１４Ｄはサブコイル7-1の配置方法をそれぞれ見やすくするために別々に示しているが、各図中、点線で囲って示した１ブロックを共通のブロックとして、同一ブロック内で各々のサブコイルが、被検者103に対して図３Ａ〜図３Ｄに示した位置関係となるように配置する。
ｙ軸方向については、図１３Ｂ〜図１３Ｄおよび図１４Ｂ〜図１４Ｄに示した通り、サブコイル5-1、6-1、7-1は、y軸方向の長さがほぼ等しく、隣接するサブコイル同士は互いに適当な面積だけオーバーラップさせて連続配置することができる。特に、サブコイル6-1に関しては、サブコイル3-1及びサブコイル4-1とともに被検者深部における感度の向上を図っているため、隣接するサブコイル同士をオーバーラップさせることによって、y方向に関して常に高い感度を保つことができる。また、図１３Ａ、図１４Ａに示したサブコイル3-1とサブコイル4-1は、図のまま動作させると隣接するコイル同士間で互いの電磁気的カップリングが非常に大きく、公知の手法（例えば、信号検出に低入力インピーダンスのアンプを用い磁気結合を抑制する方法）を用いても磁気結合を十分抑制することができない。そのため、一つの撮影ブロックにサブコイル3-1及び4-1はそれぞれ一つずつ存在するように設定する。２つのサブコイル3-1、例えばサブコル3-1-1と3-1-2と組み合わされるサブコイル4-1-1、4-1-2は、サブコル3-1-1と3-1-2によって挟まれる導体部分を共有することも可能である。この構成の詳細については、本実施の形態の受信コイルのサブコイルの制御と併せて後述する。
次に本実施の形態の受信コイルを全身用受信コイルとした場合の、被検者に装着するための構造を説明する。図１５Ａ〜図１５Ｄに、一実施の形態を示す。図示する実施の形態の受信コイルでは、コイル導体を支持する支持体が外側の支持体20-2と内側の支持体20-1からなる２重構造を有している。外側の支持体20-2は、図１５Ｃに示すように、被検者の背中側と胸側に分割可能な構成で、被検者の片方の側部から開くことができるようになっている。内側の支持体20-1は、図１５Dに示すように、被検者103の上側（人間を仰向けに寝かせた場合は腹側）から両側に開くことができるようになっている。このような構造とすることにより被検者に容易に装着できる。
内側の支持体20-1は、フレキシブルなシート状で、例えばサブコイル6-1及び7-1を支持する。サブコイル6-1及びサブコイル7-1には、被検者の上側にはコイルのパターン（導体）が存在しないため、コイルパターンの存在しない部分で両側に開くようにすることができる。また支持体20-1の閉じられる端部には、それぞれ固定具20-5を設けることが好ましく、これにより被検者に安定して装着させることができる。またフレキシブルなシート状とすることにより、被検者103への圧迫感を和らげることができる。
外側の支持体20-2は、例えばサブコイル3-1、4-1及び5-1を支持する。支持体20-2の分割部には、コネクタ20-4と、固定器具20-3-1、20-3-2が設けられている。これにより上下の支持体20-2の分割と装着が容易になる。なお図では支持体20-2全体を開いた状態を示しているが、１ブロック毎に開閉可能にしてもよい。
本実施の形態の全身用受信コイルでは、内側の支持体20-1をフレキシブルな素材とするとともに、外側の支持体20-2を被検者から若干距離を離して配置することにより、被検者全体を覆う構造でありながら、垂直磁場MRI装置における圧迫感の低減と言うメリットを最大限生かすことができる。また内側の支持体20-1をフレキシブルな素材とすることにより、サイズの異なる被検者に対しても密着させることが可能になる。外側の支持体20-2についても、下側（背中側）の部分は共通とし、上側（胸側、腹側）の部分のみサイズの異なるものを複数種類用意することにより、サイズの異なる被検者への対応が可能になる。
次に上述した全身用受信コイルを全身撮像に適用した場合の制御方法について説明する。一般に全身撮像においては撮影領域を被検者の体軸方向（垂直磁場MRIではｙ方向）に複数個のブロックに分割して撮影を行う。本発明のMRI装置においても、全身用受信コイルを切替え、撮像ブロックに含まれるサブコイルのみが動作するように制御する。
図１６Ａ、図１６Ｂに切替回路を備えたサブコイル3-1およびサブコイル4-1の構成例を示す。図１６Ａは、２ブロック分のサブコイル4-1(4-1-1及び4-1-2)を示した図である。被検者103の外周を囲む３つの電流ループのうち、中央に位置する電流ループは、２つのサブコイル4-1-1及び4-1-2で共用される。すなわち図中左側の電流ループと中央の電流ループでサブコイル4-1-1が構成され、右側の電流ループと中央の電流ループでサブコイル4-1-2が構成されている。給電部20-1、20-2には、それぞれ図示しないプリアンプが接続され、被検者から発する核磁気共鳴信号が受信されると、プリアンプにて増幅され、検波・AD変換後に信号処理される。また各電流ループおよび電流ループの接続部には、電流ループに対して並列にキャパシタンス19-1（19-1-1〜19-1-5）が接続され、インダクタンス19-2（19-2-1〜19-2-5）とでループ回路を構成している。キャパシタンス19-1とインダクタンス19-2の値はこのループ回路が共鳴周波数で共振するように調整されている。また各ループ回路には、電流ループを非動作とするための切替回路19-3（19-3-1〜19-3-5）が備えられている。
このような構成において、サブコイル4-1の切替回路19-3に直流電流が流れると、切替回路は導通状態になり、ループ回路が共振回路を形成し、キャパシタンス19-1に高抵抗の素子が挿入された場合と等価になり、サブコイル4-1自身には高周波電流が流れなくなる。すなわち、被検者から発せされた核磁気共鳴信号を受信しなくなる。一方、直流電流が流れない切替回路19-3はオープン状態なので、サブコイル4-1に対して並列に接続されたキャパシタンス19-1とインダクタンス19-2とでループ回路は形成されず、サブコイル4-1とキャパシタンス19-1によってRF受信コイルを形成する。すなわち、被検者から発する核磁気共鳴信号を受信する。例えば、切替回路19-3-1、19-3-2、19-3-4には直流電流が流れず、切替回路19-3-3、19-3-5に直流電流が流れるように制御すれば、サブコイル4-1-1は受信コイルとして動作するが、サブコイル4-1-2は受信コイルとして動作しないようにできる。すなわち、サブコイル4-1-1と4-1-2は電磁気的カップリングを生じない。
同様にして、図１６Ｂに示したサブコイル3-1についても、例えば、切替回路19-3-6には直流電流が流れず、切替回路19-3-7には直流電流が流れるように制御すれば、サブコイル3-1-1は受信コイルとして動作するが、サブコイル3-1-2は受信コイルとして動作しないようにできる。更に、ここでは図示していないが、他の種類のサブコイル5-1、6-1、7-1にも、それぞれのループに対して少なくとも一つの切替回路19-3及びキャパシタンス19-1及びインダクタンス19-2を備え、例えば、RF照射時に切替回路に直流電流が流れるように制御すれば、RF照射によるコイル及び受信系統回路の破損を防ぐと同時に、送受信間カップリングを防ぐことができる。
図１３Ａ〜図１３Ｄ、図１４Ａ〜図１４Ｄに示したような全身用受信コイルを用いる場合は、検査領域に応じてサブコイル3-1及び4-1をそれぞれ１つ動作させ、その領域に応じたサブコイル5-1、6-1、7-1をそれぞれ２つずつ動作させて、合計８チャネルのサブコイルを動作させ、それ以外のサブコイルは非動作状態にするとよい。
図１７に受信コイルの制御システムの構成例を示す。図では、受信コイルとして代表的にサブコイル3-1のみ示したが、その他の種類のサブコイルについても同様に構成できる。この制御システムは、主として、サブコイルを選択的に検波回路19-5に接続する選択回路19-4と、サブコイル毎に設けられた切替回路19-3への制御信号を切替えるDC電源切替装置19-6と、制御装置19-7とからなる。
選択回路19-4は、サブコイルの給電点に接続されるプリアンプと検波回路19-5の間に接続され、制御装置19-7から検査領域に応じた信号2001が送信されると、それに応じて検査領域にあるサブコイルを選択的に検波回路19-5に接続する。DC電源切替装置19-6は、制御装置19-7からは検査領域に応じた制御信号2002が送られると、それに応じて非動作状態のサブコイルの切替回路19-3に対して直流電流を流すように制御される。制御手段19-7は、好適には選択回路19-4で動作コイルを選択するための制御信号2001とDC電源切替回路19-6の制御信号2002を同期させて送信する。例えば、移動するベッドやテーブルに位置検知手段を設けて、ベッドやテーブルの位置に応じたトリガー信号2003を制御手段19-7に渡して制御することもできる。
このような構成において、動作状態になったサブコイルは、被検者からの核磁気共鳴信号を受信し、この核磁気共鳴信号は、給電部に接続されたプリアンプによって増幅された後、検波回路19-5に送られる。この時、撮像領域以外のコイルからの受信波は検波回路には送られない。また、同時に複数のサブコイルからの受信信号を一つの検波回路で処理することができる。
次に本実施の形態の受信コイルを用いて、被検者を載せたテーブルを移動しながら撮像する場合のコイル制御の具体例を説明する。本実施の形態の受信コイルを用いたテーブル移動撮像では、各サブコイルの動作状態を検査領域に応じて選択的に切り換える。各コイルの動作タイムチャートの一例を図１８に示す。図１８は、撮影領域を(1)〜(7)の7つの領域に分けて、(1)から(7)まで順次撮影領域を切替えて撮影する場合のタイミングチャートを示している。タイミング図の立上り及び立下りのタイミングは、移動するテーブルに備えた位置検知手段が点線で示した位置を検出して発するトリガー信号によって同期される。
一例として、撮影領域(1)の撮影を終えて撮影領域(2)を経て撮影領域(3)までを撮影する場合を説明する。撮影領域(1)を撮影している間は、サブコイル3-1-1、4-1-1、5-1-1及び5-1-2、6-1-1及び6-1-2、7-1-1及び7-1-2が動作している。そして、移動するテーブルに備えられた位置検知手段が撮影領域(1)と撮影領域(2)の境界線(図の点線z3)を検知すると、点線t3のタイミングでサブコイル3-1-1及び4-1-1が非動作状態になると同時にサブコイル3-1-2及びサブコイル4-1-2が動作状態になる。撮影領域(2)の撮影中、撮影領域(2)のちょうど真ん中付近(図の点線z4)を位置検知手段が検知すると、点線t4のタイミングでサブコイル5-1-1が非動作状態になると同時にサブコイル5-1-3が動作状態になる。更に、位置検知手段が撮影領域(2)と撮影領域(3)の境界線(図の点線z5)を検知すると、点線t5のタイミングでサブコイル6-1-1及び7-1-1が非動作状態になると同時にサブコイル6-1-3及び7-1-3が動作状態になる。以後、位置検知手段が点線のz座標を検知すると同時に、図１８で示したタイミングチャー卜図の各タイミングで各サブコイルが動作/非動作の状態を切替える。なお撮影領域の分割方法やタイミングは図示する例に限らず、任意に設定できる。
以上、本発明の受信コイルの本実施の形態として、第１種類目〜第５種類目のサブコイルを組み合わせた全身用の受信コイルについて、１ブロックを構成するサブコイルの構造、配置、全身コイルとするための構造、制御方法等を説明した。しかし、本発明の受信コイルの基本的な特徴は、被検者の外周に電流ループを形成する第１のサブコイル（サブコイル3-1）と、２つの交差点を有し、その交差点が第１のコイルの電流ループ面（基準面）内に配置され、電流の流れる方向が、基準面と交差する面について対称となる第２のサブコイル（サブコイル5-1）との組み合わせにあり、これらコイルの配置によって、電磁カップリングやチャンネル数の増大を抑制した複数のコイルの並設ならびに他のサブコイルとの組合せを可能にするものである。従って、本発明の受信コイルは、上述した第１のサブコイルと第２のサブコイルとを所定の配置で組み合わせたものを基本として、種々の変更が可能であり、例えば上記実施の形態で説明したサブコイル4-1、6-1、7-1を有しないものも本発明の範囲に含まれるものである。同様に１ブロックのみの構成も本発明の範囲に含まれるものである。また上記配置の範囲内で、コイル形状を検査対象に合わせて変形することも当然本発明の範囲に含まれる。
本発明の受信コイルの効果を確認するために、複数のサブコイルの配置について、異なる方向を位相エンコード方向とした場合のGファクタをシミュレーションにより求めた。
シミュレーションを行ったサブコイルの配置図と、この時のGファクタを示す図１９Ａ〜図１９Ｆに示す。図１９Ａは、ｘ軸方向から見たy-z面におけるサブコイルの配置図、図１９Ｂは、ｚ軸方向から見たx-y面におけるサブコイルの配置図である。サブコイル3-1及び4-1は、図３Ａ〜図３Ｄに示す受信コイル中の同一番号のサブコイルと同一である。サブコイル6-1-1、6-1-2は、従来の大視野用コイル（ここではサドルコイル）6-1を最適に変形し、かつ適度にオーバーラップさせて配置したもの、サブコイル7-1-1、7-1-2は、被検者の左右方向（以下、RL方向という、ここではｘ方向）に感度分布を持たせるサブコイル7-１を最適に変形し、かつ適度にオーバーラップさせて配置したものである。また、サブコイル5-1-1及び5-1-2は、２つのサブコイル5-1を適度にオーバーラップさせつつ、図１１Ｂに示したように、サブコイル5-1がもつ2つの交差点5-4及び5-5がサブコイル3-1の存在する断面(1001)と同一面になるように配置したものである。図１９Ａ、図１９Ｂにおいて、1001及び1004は、それぞれサブコイル3-1及び4-1のループ面が存在する平面(z-x平面)である。
図１９Ｃ、図１９Ｄは、それぞれ断面1001及び1004において被検者の前後方向（背面と腹とを結ぶ方向、以下、AP方向という）(ここではz方向)に位相エンコード方向を選択した場合のGファクタのシミュレーション結果で、各サブコイルの感度分布から非特許文献２に示された式を用いて求められる各ピクセルにおける値を、２次元的に表した図である。同様に、図１９Ｅ、図１９Ｆは、それぞれ平面1001及び1004においてRL方向に位相エンコード方向を選択した場合のGファクタのシミュレーション結果である。既に述べたように、Gファクタは1以上の値であり、1に近いほど理想的なサブコイルの配置であることを示す指標値である。同図においては、Gファクタが1に近いほど黒く表され、大きい値になるほど白く表される。図示するように、本実施例の受信コイルでは、Gファクタマップが被検者存在領域(図中の破線)内でほぼ黒くあらわされており、良好なサブコイルの配置であることがわかる。
［比較例１］
比較例１として、実施例のサブコイル5-1-1、5-1-2に相当するサブコイルがないサブコイルの組合せからなる受信コイルを用いて、Gファクタのシミュレーションを行った。サブコイルの配置図と、この時のGファクタを図２０Ａ〜図２０Ｆに示す。図２０Ａ〜図２０Ｆにおいても、図２０Ａは、x軸方向から見たy-z面におけるサブコイルの配置図、図２０Ｂは、z軸方向から見たx-y面におけるサブコイルの配置図である。サブコイル3-1及び4-1は、図３Ａ〜図３Ｄに示す受信コイル中の同一番号のサブコイルと同一である。サブコイル6-2-1、6-2-2、6-3-1、6-3-2は表面コイル（例えば8の字型の蝶型コイル）、サブコイル7-2-1、7-2-2、7-3-1、7-3-2は、RL方向に感度分布を持たせるサブコイル7-１を最適に変形したものである。これらサブコイルは、適度にオーバーラップさせることで電磁気的結合を小さくしている。また図２０Ａ、図２０Ｂにおける破線1001及び1004は、それぞれサブコイル3-1及び4-1のループ面が存在する平面(z-x平面)である。
図２０Ｃ、図２０Ｄは、それぞれ断面1001及び1004においてAP方向に位相エンコード方向を選択した場合のGファクタのシミュレーション結果で、各サブコイルの感度分布から非特許文献２に示された式を用いて求められる各ピクセルにおける値を、２次元的に表した図である。同様に、図２０Ｅ、図２０Ｆは、それぞれ平面1001及び1004においてRL方向に位相エンコード方向を選択した場合のGファクタのシミュレーション結果である。図示する結果からもわかるように、比較例１の受信コイルでは、サブコイル3-1や4-1が存在する断面（すなわち被検者が存在する領域）でGファクタの悪い領域があることがわかる。この原因は、位相エンコード方向に配置された１組以上の小視野用受信コイル（この場合、サブコイル6-2、6-3）の感度に対して、ソレノイドコイルのような大視野の受信コイル(この場合サブコイル3-1、4-1)の感度が高く、かつ大視野受信コイルの感度分布が均一な分布を示すためである。
なおこの問題を解決する方法は、位相エンコード方向(この場合、z方向)に配置された１組以上の小視野用受信コイル（この場合、サブコイル6-2、6-3）の感度に対して大視野の受信コイル（この場合、サブコイル3-1、4-1）の感度が高くなり過ぎないように、サブコイル3-1、4-1の径を大きくして小視野用受信コイルの感度と同等か、それ以下にすることである。しかしながら、その場合、被検者内部での感度も劣化してしまう。また、人体のように楕円柱の被検者に対しては、感度劣化を防ぐために被検者表面に沿って大視野サブコイル3-1、4-1のループを形成し、撮像断面(楕円形)の長軸方向（今の場合はx方向）と短軸方向（今の場合はz方向）にもそれぞれ適当な小視野表面サブコイルを複数個並べることが考えられるが、大視野サブコイルの感度プロファイルが長軸方向よりも短軸方向の方がより均一かつ高い値の分布を持つため、短軸方向に位相エンコード方向を選択して高速撮像する場合、長軸方向に位相エンコード方向を選択するよりもGファクタが悪化する傾向になる。このように、従来の大視野の受信コイルと小視野サブコイルとを用いるだけでは、被検者深部で高感度を保とうとすると、任意方向で高速撮像できない撮像断面（大視野用コイルの存在する断面）が存在するという課題があったが、本発明が提供するサブコイルの配置によって、この課題が解決されたことがわかる。
［比較例２］
比較例２として、実施例とはサブコイル5-1の配置が異なる受信コイルを用いて、Gファクタのシミュレーションを行った。比較例２では、サブコイル5-１がもつ２つの交差する導線の向きを、被検者の体軸（ここではy軸）を含む平面に対して平行にした。コイルの配置図と、この時のGファクタを図２１Ａ〜図２１Ｄに示す。図２１Ａは、x軸方向から見たy-z面におけるサブコイルの配置図、図２１Ｂは、z軸方向から見たx-y面におけるサブコイルの配置図である。サブコイル3-1及び4-1は、図３Ａ〜図３Ｄに示す受信コイル中の同一番号のサブコイルと同一である。サブコイル6-1-1、6-1-2は、従来の大視野用コイル（ここではサドルコイル）6-1を最適に変形し、かつ適度にオーバーラップさせて配置したもの、サブコイル7-1-1、7-1-2は、RL方向に感度分布を持たせるサブコイル7-１を最適に変形し、かつ適度にオーバーラップさせて配置したもので、これらは実施例に用いた同一記号のサブコイルと同じある。サブコイル5-8-1及び5-8-2は、図１９Ａ、図１９Ｂで説明した２つのサブコイル5-1-1及び5-1-2がそれぞれもつ２つ交差する導線の向きを、被検者の体軸（ここではy軸）を含む平面と交わるように配置した状態から、被検者の体軸（ここではy軸）を含む平面と実質的に平行になるように配置の向きを変えたものである。サブコイル5-8-1及び5-8-2は、適度にオーバーラップさせることで電磁気的結合は十分に小さくしている。但し、図１１Ａ、図１１Ｂで示したようなサブコイル5-1がもつ2つの交差点5-4及び5-5がサブコイル3-1の存在する断面(1001)と同一面になるような配置にはならない。図２１Ａ、図２１Ｂにおいて、1001及び1004は、それぞれサブコイル3-1及び4-1のループ面が存在する平面(z-x平面)である。
図２１Ｃ、図２１Ｄは、それぞれ断面1001及び1004においてAP方向(ここではz方向)に位相エンコード方向を選択した場合のGファクタのシミュレーション結果で、各サブコイルの感度分布から非特許文献２に示された式を用いて求められる各ピクセルにおける値を、２次元的に表した図である。図示する結果から、サブコイル5-１がもつ、２つの交差する導線の向きを、被検者の体軸（ここではy軸）を含む平面に対してほぼ平行になるようにサブコイルを配置した場合、Gファクタが悪くなることがわかる。
同様にして、図１９Ａ〜図１９Ｆに示すサブコイルの配置図を基本に、各サブコイルの配置方法を変えながら、様々な配置パターンにおけるGファクタを求めたが、図１１Ａ、図１１Ｂに示した２つの交差点5-4及び5-5が大視野コイル3-1の電流ループが存在する面1001とほぼ同一面になるように配置した場合に、最もGファクタが良くなるという結果が得られた。従って、その場合に最もS/Nの高い画像を期待できる。
本発明によれば、Gファクタが良好な、複数のサブコイルからなる受信コイルが提供される。この受信コイルを構成するサブコイルの組合せは、チャンネル数を増大させることなく、第１のコイルの電流ループと直交する方向、例えば被検者の体軸方向に連続してつなげることができ、装着性の優れた全身用受信コイルを構成することができる。またGファクタが良好であるため、高いS/Nの画像が得られる。特にサブコイルの感度分布を利用して画像折り返しを除去する時間短縮撮像方法において、どの位相エンコード方向についても良好な画像を得ることができる。

Claims (26)

  1. 垂直方向に静磁場を発生する静磁場発生手段（101）と、前記静磁場中に置かれた検査対象に高周波磁場、傾斜磁場を印加する撮像手段（102、107）と、前記検査対象が発生する核磁気共鳴信号を受信する受信手段（116）とを備え、前記受信手段は、複数種のサブコイルから構成される受信コイルを備えた磁気共鳴検査装置において、
    前記受信コイルは、前記検査対象の外周に電流ループを形成する第１のサブコイル（3-1）と、
    前記検査対象を挟んで対向する検体対象表面近傍に配置され、それぞれ一つの交差点を有し互いに導通されているか導通されているのと等価である一対の表面コイルからなる第２のサブコイル(5-1)とを有し、前記第２のサブコイルは、前記第１のサブコイルの電流ループが配置される面を基準面とするとき、各表面コイルの交差点が、前記基準面と略同一の面内に存在するように配置されていることを特徴とする磁気共鳴検査装置。
  2. 請求項１記載の磁気共鳴検査装置において、
    前記第２のサブコイルを構成する表面コイルは、８の字コイルまたは変形された８の字コイルであって、８の字の交差点が前記基準面と略同一の面内に配置されていることを特徴とする磁気共鳴検査装置。
  3. 請求項１又は２に記載の磁気共鳴検査装置において、
    前記基準面は、静磁場方向に平行な面であることを特徴とする磁気共鳴検査装置。
  4. 請求項１ないし３いずれか１項に記載の磁気共鳴検査装置において、
    前記一対の表面コイルは、静磁場方向と直交する面についてほぼ面対称に配置されていることを特徴とする磁気共鳴検査装置。
  5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の磁気共鳴検査装置において、
    前記受信コイルは、前記基準面を挟んで、基準面と平行な複数の面に電流ループを形成し、前記２つの電流ループには互いに逆向きの電流が流れるように結線される第３のサブコイル（4-1）を備えたことを特徴とする磁気共鳴検査装置。
  6. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の磁気共鳴検査装置において、
    前記受信コイルは、前記基準面を挟んで、基準面と平行であって基準面に対して対称でかつほぼ等距離の位置にある２つの面に電流ループを形成し、前記２つの電流ループには互いに逆向きの電流が流れるように結線される第３のサブコイルを備えたことを特徴とする磁気共鳴検査装置。
  7. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載の磁気共鳴検査装置において、
    前記受信コイルは、前記基準面と交差する前記検査対象の外周表面近傍に２つの電流ループを形成する少なくとも一つの第４のサブコイル（6-1）を備えたことを特徴とする磁気共鳴検査装置。
  8. 請求項７記載の磁気共鳴検査装置において、
    前記第４のサブコイルは、前記基準面についてほぼ対称な位置に、少なくとも一対備えられたことを特徴とする磁気共鳴検査装置。
  9. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の磁気共鳴検査装置において、
    前記受信コイルは、前記基準面と交差する前記検査対象の外周表面近傍に３つの電流ループを形成する少なくとも一つの第５のサブコイル（7-1）を備えたことを特徴とする磁気共鳴検査装置。
  10. 請求項９記載の磁気共鳴検査装置において、
    前記第５のサブコイルは、前記基準面についてほぼ対称な位置に、少なくとも一対備えられたことを特徴とする磁気共鳴検査装置。
  11. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載の磁気共鳴検査装置において、
    前記受信コイルは、前記基準面と交差する前記検査対象の外周面に２つの電流ループを形成する少なくとも一つの第４のサブコイルと、前記基準面と交差する前記検査対象の外周面に３つの電流ループを形成する少なくとも一つの第５のサブコイルとを備え、
    前記第４のサブコイルの２つの電流ループの交差点は、前記第５のサブコイルの電流ループ間に存在する２つの交差点のほぼ中央に位置することを特徴とする磁気共鳴検査装置。
  12. 請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の磁気共鳴検査装置において、
    前記受信コイルは、複数のサブコイルの各々が前記基準面と交差する方向に複数個並んで配列されていることを特徴とする磁気共鳴検査装置。
  13. 請求項１２記載の磁気共鳴検査装置であって、
    前記検査対象を前記静磁場方向と直交する１の方向に移動する手段を備え、
    前記複数種のサブコイルは、前記移動手段の移動方向に配置されていることを特徴とする磁気共鳴検査装置。
  14. 請求項１２又は１３に記載の磁気共鳴検査装置であって、
    前記複数種のサブコイルのうち、被検体の外周表面近傍に配置されるサブコイルの少なくとも１種は、配列方向において、隣接するサブコイル同士が一部オーバーラップするように配置されていることを特徴とする磁気共鳴検査装置。
  15. 請求項７ないし１４のいずれか１項に記載の磁気共鳴検査装置であって、
    前記検査対象に近い側を内側、遠い側を外側とするとき、前記第４のサブコイルおよび／または第５のサブコイルは、前記第１ないし第３のサブコイルよりも内側に配置されることを特徴とする磁気共鳴検査装置。
  16. 請求項１５記載の磁気共鳴検査装置であって、
    前記第４のサブコイルおよび／または第５のサブコイルを支持する可撓性を有する支持体であって、コイル導体の存在しない部分で開閉可能な支持体を備えたことを特徴とする磁気共鳴検査装置。
  17. 請求項１２記載の磁気共鳴検査装置であって、
    前記複数個のサブコイルを順次切替える切替手段を備えたことを特徴とする磁気共鳴検査装置。
  18. 請求項１７記載の磁気共鳴検査装置であって、
    前記検査対象を前記静磁場方向と直交する１の方向に移動する手段を備え、
    前記切替手段は、前記移動手段の移動と同期して前記複数個のサブコイルを切替えることを特徴とする磁気共鳴検査装置。
  19. 核磁気共鳴信号を受信するための受信コイルであって、
    第１の面内に電流ループを形成する第１のサブコイルと、
    前記第１の面と交差する第２の面に対し面対称に配置され、それぞれ１の交差点を有する一対の表面コイルからなる第２のサブコイルとを備え、
    前記第２のサブコイルは、前記第１の面と同一の面内に前記交差点が位置するように、配置されていることを特徴とする受信コイル。
  20. 請求項１９記載の受信コイルであって、
    前記第２のサブコイルを構成する表面コイルは、８の字コイルまたは変形された８の字コイルであって、８の字の交差点が前記第１の面と略同一の面内に配置されていることを特徴とする受信コイル。
  21. 請求項１９記載の受信コイルであって、
    前記第２のサブコイルは、コイル導体の一部が前記第２の面と平行な面内に位置し、他の一部は前記第２の面に対し湾曲する湾局部を形成していることを特徴とする受信コイル。
  22. 請求項１９記載の受信コイルであって、
    前記第１の面を挟んで、第１の面と平行な複数の面に電流ループを形成する第３のサブコイルを備えたことを特徴とする受信コイル。
  23. 請求項１９記載の受信コイルであって、
    前記第１の面を挟んで、第１の面と平行であって、前記第1の面に対して対称でかつほぼ等距離の位置にある２つの面に電流ループを形成し、前記２つの電流ループには互いに逆向きの電流が流れるように結線される第３のサブコイルを備えたことを特徴とする受信コイル。
  24. 請求項１９記載の受信コイルであって、
    前記第１の面と交差し、前記第１のサブコイルの電流ループに略平行な面内に２つの電流ループを形成する少なくとも一つの第４のサブコイルを備えたことを特徴とする受信コイル。
  25. 請求項１９記載の受信コイルであって、
    前記第１の面と交差し、前記第１のサブコイルの電流ループに略平行な面内に３つの電流ループを形成する少なくとも一つの第５のサブコイルを備えたことを特徴とする受信コイル。
  26. 請求項１９記載の受信コイルであって、
    第１の面と平行な複数の面に電流ループを形成する第３のサブコイルと、
    前記第１の面と交差し、前記第１のサブコイルの電流ループに略平行な面内に２つの電流ループを形成する少なくとも一つの第４のサブコイルと、
    前記第１の面と交差し、前記第１のサブコイルの電流ループに略平行な面内に３つの電流ループを形成する少なくとも一つの第５のサブコイルとを備えたことを特徴とする受信コイル。
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