JP5968318B2 - バードケージ型高周波コイル及び磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents
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Description
以下、本発明の第1の実施形態を説明する。本第1の実施形態は、BCコイルの断面形状を楕円とする楕円筒型のBCコイル(以下、楕円BCコイルという)とする。つまり、本第1の実施形態の楕円BCコイルは、その環状導体素子の形状が楕円であり、複数の直線状導体素子が楕円環状筒型曲面に沿って配置されている。そして、楕円の環状導体素子(以下、楕円環状導体素子という)に直列に挿入された複数の共振容量素子の容量を一括して変更する調整ベルトを、該楕円環状導体素子の外周に、相互の絶縁を兼ねた誘電体シートを間に挟んで、該楕円環状導体素子の周方向に摺動可能に配置する。調整ベルトには複数の導体片を配置して、該調整ベルトを楕円環状導体素子の周方向にスライド移動させることで、導体片と楕円環状導体素子との間で形成される浮遊容量を変更する。これにより、楕円環状導体素子に配置された複数の共振容量素子の容量を一括して変更して、楕円BCコイルの共振周波数を変更する。
次に、第1の実施形態の楕円BCコイルのチューニング機構を説明する。
楕円BCコイルをチューニングするために、すなわち、楕円BCコイルの共振周波数を核磁気共鳴周波数(fc)に一致させるために、楕円環状導体素子203に直列の挿入された共振容量素子204[Dn、En(n=1,2,3・・・)]の容量を調整する。各共振容量素子204の容量は同一であることから、各共振容量素子204に対して実質的に同じ容量の変更を一括して行えるようにする。そのためには、図2Bで示すように、絶縁を兼ねた誘電体シート(誘電体部材の一例)261を間に挟んで、調整ベルト251と楕円環状導体素子203とを対向配置し、調整ベルト251を楕円環状導体素子203に対して楕円環状曲面の周方向に相対的に手動でスライド移動、つまり、手動で楕円環状導体素子と同心で相対的に回転移動、できるようにする。
導体片402の形状の一例を図5に示す。導体片402は、楕円環状導体素子203の導体部との間で浮遊容量を形成するための2つの浮遊容量形成部502a,bを、空隙(切りかき)部504を間に挟んで対向配置し、2つの浮遊容量形成部502a,bを電気的に接続する接続導体部503とを、一枚の導体シート上に形成して構成されたものである。全体としては、接続導体部503の両端に同方向にそれぞれ突出部502a,bを有する形状であり、別の見方をすれば、略長方形の中央部分の一方の側に空隙部504を形成した形状ともいえる。この空隙部504には導体が無い。
接続導体部503は、浮遊容量形成部502a,bを電気的に接続するための導体なので、その調整ベルト251の幅方向の長さ513を、機械的安定性を保てる範囲で任意に短く又は長くできる。
チューニング機構の構造を図6A、6B、6C、7を用いて説明する。
図6Aは、チューニング機構付の楕円BCコイルを中心軸201に平行に切って左右に展開して表した展開図である。図6Aの左右方向が周方向に対応する。図6A(a)は、各共振容量素子204が配置される位置に、調整ベルト251の各導体片402の空隙部504がそれぞれ配置される位置関係となるように、調整ベルト251の配置位置を設定した場合を示す。図6A(b)は、図6A(a)の状態から、調整ベルト251を図の右側(つまり周方向に)にスライド移動させて、各導体片402の空隙部504が、各直線状導体素子202間の隙間に対して、右側にずれた場合を示す。
前述したように、楕円環状導体素子203は直線状導体素子202の幅広部によって形成され、隣接する幅広部の隙間(つまり楕円環状導体素子203の分離部703)に共振容量素子204が配置され、該共振容量素子204の両端で隣接する幅広部に電気的に接続される(つまり半田付け702a,bされる)。図7(a)は、導体片402及び空隙部504が共振容量素子204に関して楕円環状導体素子203の長手方向に対称となるように調整ベルト251を配置した場合を示し、図7(b)は図7(a)の状態から調整ベルト251を右側にスライド移動させた場合を示し、図7(c)は図7(a)の状態から調整ベルト251を左側にスライド移動させた場合を示す。全体は図7の三層構造が楕円環状導体素子203の長手方向(つまり周方向に)に繰り返された構成になる。
次に、導体片402の機能を、図8(a)に示す、共振容量素子204と組み合わせた等価回路800を用いて説明する。等価回路800における各集中定数とチューニング機構の各要素との関係は、共振容量素子204がキャパシタ(C)801に対応し、導体片402の浮遊容量形成部502aがキャパシタ(Ca)802aに対応し、導体片402の浮遊容量形成部502bがキャパシタ(Cb)802bに対応し、導体片402の接続導体部503がインダクタンス(Lf)803に対応する。なお、調整ベルト251をスライド移動しても、接続導体部503は変わらないので、そのインダクタンス(Lf)は一定となる。
Ccmb=C+CaCb/{Ca+Cb} [1]
となる。[1]式の第2項(CaCb/{Ca+Cb})は、調整ベルト251を右側にスライド移動させて、空隙部504が分離部703に近づくにつれて徐々に増加し、空隙部504が分離部703の対向位置近傍で最大値となった後は、徐々に減少する。その様子を図8(b)の二点鎖線グラフ853に示す。
fr∝1/SQRT(Ccmb) [2]
となるので、その様子を図8(b)の実線グラフ854に示す。図8(b)より、調整ベルト251をスライド移動させることにより、共振周波数が変化することが理解される。つまり、調整ベルト251を周方向の左右にスライド移動させることで、楕円BCコイルの共振周波数を変更でき、核磁気共鳴周波数(fc)に一致するようにチューニングできることが理解される。
次に、前述のチューニング機構を用いた楕円BCコイルのチューニング手順を、図9に示すフローチャートに基づいて説明する。
本発明のBCコイル及びこれを用いたMRI装置の第2の実施形態を説明する。前述の第1の実施形態では、調整ベルトを楕円環状素子の周方向に沿ってスライド移動させる例であったが、第2の実施形態は、調整ベルトを環状導体素子の中心軸方向にスライド移動させることで、楕円BCコイルのチューニングを行う。以下、第2の実施形態を詳細に説明する。
Ccmb=C+Cf/2 [3]
となる。この合成容量を有する共振容量素子(Ccmb)が、直列に接続されたインダクタンスと共振する場合の共振周波数(fr)は、前述の[2]式で表される。その様子を図11(b)のグラフに示す。縦軸は各値の相対値を表し、横軸は、調整ベルト251の相対位置を表す。横軸左端は導体片402が楕円環状導体の導体部と重なり始める直前の状態を意味し、横軸の右側にいくに連れて、調整ベルト251を中心軸201方向に押し込んで導体片402と楕円環状導体の導体部との重なる面積が増えていく状態を意味する。
本発明のBCコイル及びこれを用いたMRI装置の第3の実施形態を説明する。前述の第1、2の実施形態では、楕円BCコイルの例を示したが、第3の実施形態は、円筒型のBCコイル(以下円BCコイルという)に、前述のチューニング機構を適用する。以下、第3の実施形態を詳細に説明する。
以上、本発明の実施例を述べたが、本発明はこれらに限定されるものではない。
Claims (14)
- 複数の共振容量素子が直列に挿入された2つの環状導体素子と、前記2つの環状導体素子と電気的に接続する複数の直線状導体素子と、を有してなるバードケージ型高周波コイルであって、
前記2つの環状導体素子の少なくとも一方の環状導体素子の外周に、誘電体部材を間に挟んで、前記複数の共振容量素子の見かけの容量を一括して変更する調整ベルトを摺動可能に配置し、
前記調整ベルトは、ベルト状の形状を有して、導体片と、隣り合う導体片間を絶縁するスリット部とを交互に配置して構成され、
前記導体片は、前記環状導体素子の導体部との間で浮遊容量を形成することを特徴とするバードケージ型高周波コイル。 - 請求項1記載のバードケージ型高周波コイルにおいて、
前記導体片は、前記調整ベルトが前記環状導体素子の外周に配置された状態において、前記共振容量素子と対向する位置の近傍となるように、該調整ベルトにそれぞれ配置されていることを特徴とするバードケージ型高周波コイル。 - 請求項1又は2記載のバードケージ型高周波コイルにおいて、
前記調整ベルトは、ベルト状絶縁部材の前記環状導体素子と対向する面の側に、前記ベルト状絶縁部材の長手方向に前記導体片を断続的に張り合わせて構成されたものであることを特徴とするバードケージ型高周波コイル。 - 請求項1乃至3のいずれか一項に記載のバードケージ型高周波コイルにおいて、
前記導体片は、前記浮遊容量を形成するための2つの浮遊容量形成部を、空隙部を間に挟んで対向配置し、2つの浮遊容量形成部を電気的に接続する接続導体部と、を有して成ることを特徴とするバードケージ型高周波コイル。 - 請求項1乃至3のいずれか一項に記載のバードケージ型高周波コイルにおいて、
前記導体片は、略長方形の中央部の一方に空隙部を形成した形状であることを特徴とするバードケージ型高周波コイル。 - 請求項1乃至5のいずれか一項に記載のバードケージ型高周波コイルにおいて、
前記調整ベルトの、前記環状導体素子の周方向へのスライド移動によって、前記複数の共振容量素子の見かけの容量が一括して変更されることを特徴とするバードケージ型高周波コイル。 - 請求項1乃至5のいずれか一項に記載のバードケージ型高周波コイルにおいて、
前記調整ベルトの、前記環状導体素子の中心軸方向へのスライド移動によって、前記複数の共振容量素子の見かけの容量が一括して変更されることを特徴とするバードケージ型高周波コイル。 - 請求項1乃至7のいずれか一項に記載のバードケージ型高周波コイルにおいて、
前記環状導体素子の形状が楕円であり、前記複数の直線状導体素子が楕円環状筒型曲面に沿って配置されていることを特徴とするバードケージ型高周波コイル。 - 請求項8記載のバードケージ型高周波コイルにおいて、
前記直線状導体素子の中央部の、前記楕円環状筒型曲面の周方向の幅が、前記楕円環状筒型曲面の短軸方向から長軸方向に向けて増加する構造であることを特徴とするバードケージ型高周波コイル。 - 請求項8記載のバードケージ型高周波コイルにおいて、
前記共振容量素子の配置間隔が、前記楕円環状筒型曲面の短軸方向から長軸方向に向けて増加する構造であることを特徴とするバードケージ型高周波コイル。 - 請求項1乃至10のいずれか一項に記載のバードケージ型高周波コイルにおいて、
前記直線状導体素子の両端部がそれぞれ前記共振容量素子を介して電気的に接続されることで、前記環状導体素子が形成されることを特徴とするバードケージ型高周波コイル。 - 請求項1乃至11のいずれか一項に記載のバードケージ型高周波コイルにおいて、
前記調整ベルトの外周に、該調整ベルトを前記環状導体素子に押さえつけるように締め付けて固定する固定ベルトを配置したことを特徴とするバードケージ型高周波コイル。 - 請求項12に記載のバードケージ型高周波コイルにおいて、
前記固定ベルトの両端部がそれぞれ接続されて、該両端の間隔を変更する締め具を有することを特徴とするバードケージ型高周波コイル。 - 請求項1乃至13記載のいずれか一項に記載のバードケージ型高周波コイルを用いた磁気共鳴イメージング装置。
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