JP7224792B2 - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、磁気共鳴イメージング装置に関する。

従来、磁気共鳴イメージング装置は、静磁場中に置かれた被検体に高周波磁場を印加し、当該高周波磁場の影響によって被検体から発生した磁気共鳴信号に基づいて被検体内の画像を生成する装置である。このような磁気共鳴イメージング装置において、被検体から発生する磁気共鳴信号を受信するために用いられる高周波コイルとして、複数のコイルによって構成されたアレイコイルが知られている。

国際公開第２０１４／２０８５０１号

本発明が解決しようとする課題は、受信用アレイコイルによって受信される磁気共鳴信号の信号対雑音（Signal To Ratio：ＳＮ）比を高めることである。

実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置は、複数の受信用コイルによって構成された受信用アレイコイルを備える。前記受信用アレイコイルに含まれる各受信用コイルは、コイル素子と、前記受信用コイルの同調周波数を所望の周波数に同調する第１の同調用素子と、当該第１の同調用素子に並列に接続されたスイッチ素子及び第２の同調用素子の直列回路とを有する。前記スイッチ素子は、送信時には前記第１の同調用素子と前記第２の同調用素子との間を切断し、受信時には前記第１の同調用素子と前記第２の同調用素子との間を導通させる。前記複数の受信用コイルのうちの少なくとも一部の隣接する受信用コイルは、互いにデカップリングされている。

図１は、第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置の構成例を示す図である。 図２は、第１の実施形態に係る受信用アレイコイルの構成例を示す図である。 図３は、第１の実施形態に係る受信用アレイコイルの構成例を示す図である。 図４は、第１の実施形態に係る受信用アレイコイルに含まれる各受信用コイルの構成例を示す図である。 図５は、第１の実施形態に係る送信用コイルと受信用コイルとのカップリングを示す概念図である。 図６は、第１の実施形態に係る送信用コイルと受信用コイルとのカップリングを示す概念図である。 図７は、第１の実施形態に係る受信用アレイコイルに含まれる各受信用コイルの具体的な構成例を示す図である。 図８は、第１の実施形態に係る受信用アレイコイルにおける受信用コイルのデカップリングを示す図である。 図９は、第１の実施形態に係る受信用アレイコイルにおけるデカップリング手段の一例を示す図である。 図１０は、第１の実施形態に係る受信用アレイコイルにおけるデカップリング手段の一例を示す図である。 図１１は、第２の実施形態に係る受信用アレイコイルにおけるデカップリング手段の一例を示す図である。 図１２は、第２の実施形態に係る受信用アレイコイルにおけるデカップリング手段の他の例を示す図である。 図１３は、第２の実施形態に係る受信用アレイコイルにおける受信用コイルの配置例を示す図である。

以下、図面を参照しながら、磁気共鳴イメージング装置の実施形態について詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置の構成例を示す図である。

例えば、図１に示すように、本実施形態に係る磁気共鳴イメージング（Magnetic Resonance Imaging：ＭＲＩ）装置１００は、静磁場磁石１、傾斜磁場コイル３、シーケンス制御回路４、傾斜磁場コイル駆動回路５、寝台６、送信回路７、送信用コイル８、受信用アレイコイル９、受信回路１０、データ収集回路１１、計算機１２、インタフェース１３、及び、ディスプレイ１４を備える。

静磁場磁石１、傾斜磁場コイル３、及び送信用コイル８は、それぞれ中空の略円筒状（円筒の中心軸に直交する断面の形状が楕円状となるものを含む）に形成されており、静磁場磁石１の内側に傾斜磁場コイル３が配置され、傾斜磁場コイル３の内側に送信用コイル８が配置された状態で架台（図示は省略）に固定されている。ここで、送信用コイル８の内側に形成される空間が、撮像時に被検体２が配置される撮像空間となる。

静磁場磁石１は、被検体２が配置された撮像空間に静磁場を発生させる。具体的には、静磁場磁石１は、当該静磁場磁石１の内側に位置する撮像空間に静磁場を発生させる。例えば、静磁場磁石１は、略円筒状に形成された冷却容器と、当該冷却容器内に充填された冷却材（例えば、液体ヘリウム等）に浸漬された超伝導磁石等の磁石とを有する。なお、例えば、静磁場磁石１は、永久磁石を用いて静磁場を発生させるものであってもよい。

傾斜磁場コイル３は、静磁場磁石１の内側に配置されており、被検体２が配置された撮像空間に傾斜磁場を発生させる。具体的には、傾斜磁場コイル３は、当該傾斜磁場コイル３の内側に位置する撮像空間に、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各軸方向に沿って線形に変化する傾斜磁場を発生させる。ここで、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、ＭＲＩ装置１００に固有の装置座標系を構成する。例えば、Ｚ軸は、傾斜磁場コイル３の円筒の軸に一致し、静磁場磁石１によって発生する静磁場の磁束に沿って設定される。また、Ｘ軸は、Ｚ軸に直交する水平方向に沿って設定され、Ｙ軸は、Ｚ軸に直交する鉛直方向に沿って設定される。

傾斜磁場コイル駆動回路５は、傾斜磁場コイル３に電流を供給することで、傾斜磁場コイル３の内側の空間に、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各軸方向に沿った傾斜磁場を発生させる電源回路である。このように、傾斜磁場コイル駆動回路５がＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各軸方向に沿った傾斜磁場を発生させることで、リードアウト方向、位相エンコード方向、及びスライス方向それぞれに沿った傾斜磁場を発生させることができる。

ここで、リードアウト方向、位相エンコード方向、及びスライス方向それぞれに沿った軸は、撮像の対象となるスライス領域又はボリューム領域を規定するための論理座標系を構成する。なお、以下では、リードアウト方向に沿った傾斜磁場をリードアウト傾斜磁場と呼び、位相エンコード方向に沿った傾斜磁場を位相エンコード傾斜磁場と呼び、スライス方向に沿った傾斜磁場をスライス傾斜磁場と呼ぶ。

具体的には、リードアウト傾斜磁場、位相エンコード傾斜磁場、及びスライス傾斜磁場の各傾斜磁場は、静磁場磁石１によって発生する静磁場に重畳され、被検体２から発生する磁気共鳴（Magnetic Resonance：ＭＲ）信号に空間的な位置情報を付与する。リードアウト傾斜磁場は、リードアウト方向の位置に応じてＭＲ信号の周波数を変化させることで、ＭＲ信号にリードアウト方向に沿った位置情報を付与する。位相エンコード傾斜磁場は、位相エンコード方向に沿ってＭＲ信号の位相を変化させることで、ＭＲ信号に位相エンコード方向の位置情報を付与する。スライス傾斜磁場は、ＭＲ信号にスライス方向に沿った位置情報を付与する。例えば、スライス傾斜磁場は、撮像領域がスライス領域の場合には、スライス領域の方向、厚さ、枚数を決めるために用いられ、撮像領域がボリューム領域である場合には、スライス方向の位置に応じてＭＲ信号の位相を変化させるために用いられる。

寝台６は、被検体２が載置される天板を備え、被検体２の撮像が行われる際に天板を移動させて、撮像空間に被検体２を配置する。

送信回路７は、静磁場中に置かれた対象原子核に固有の共鳴周波数（ラーモア周波数）に対応する高周波パルス信号を送信用コイル８に出力する。具体的には、送信回路７は、パルス発生器、高周波発生器、変調器、及び高周波アンプを有する。パルス発生器は、高周波パルス信号の波形を生成する。高周波発生器は、共鳴周波数の高周波信号を発生する。変調器は、高周波発生器によって発生した高周波信号の振幅をパルス発生器によって発生した波形で変調することで、高周波パルス信号を生成する。高周波アンプは、変調器によって発生した高周波パルス信号を増幅して送信用コイル８に出力する。

送信用コイル８は、傾斜磁場コイル３の内側に配置されており、被検体２が配置された撮像空間に高周波磁場を印加する送信機能を有する高周波コイルである。具体的には、送信用コイル８は、送信回路７から供給される高周波パルス信号に基づいて、当該送信用コイル８の内側に位置する撮像空間に高周波磁場を印加する。なお、送信用コイル８は、送信機能に加えて、高周波磁場の影響によって被検体２から発生するＭＲ信号を受信する受信機能をさらに有していてもよい。その場合に、送信用コイル８は、当該高周波磁場の影響によって被検体２から発生するＭＲ信号を受信し、受信したＭＲ信号を受信回路１０へ出力する。なお、送信用コイル８は、ＷＢ（Whole Body）コイルとも呼ばれる。

受信用アレイコイル９は、被検体２から発生したＭＲ信号を受信する受信機能を有する高周波コイルである。具体的には、送信用コイル８の内側に配置された被検体２に装着され、送信用コイル８によって印加される高周波磁場の影響によって被検体２から発生するＭＲ信号を受信し、受信したＭＲ信号を受信回路１０へ出力する。なお、ここでいう受信用アレイコイル９としては、被検体２の部位ごとに専用のコイルが予め用意されており、撮像対象となる部位に応じて適宜に選択されたものが用いられる。

受信回路１０は、送信用コイル８又は受信用アレイコイル９から出力されたＭＲ信号に基づいてＭＲ信号データを生成し、生成したＭＲ信号データをシーケンス制御回路４に出力する。具体的には、受信回路１０は、プリアンプ、検波器、及びＡ／Ｄ（Analog/Digital）変換器を有する。プリアンプは、送信用コイル８又は受信用アレイコイル９から出力されるＭＲ信号を増幅する。プリアンプは多くの場合は受信用アレイコイル９に含まれる。検波器は、プリアンプによって増幅されたＭＲ信号から共鳴周波数の成分を差し引いたアナログ信号を検波する。Ａ／Ｄ変換器は、検波器によって検波されたアナログ信号をデジタル信号に変換することでＭＲ信号データを生成し、生成したＭＲ信号データをシーケンス制御回路４に出力する。

なお、ここでは、ＭＲＩ装置１００が、静磁場磁石１、傾斜磁場コイル３及び送信用コイル８がそれぞれ略円筒状に形成された、いわゆるトンネル型の構成を有する場合の例を説明するが、実施形態はこれに限られない。例えば、ＭＲＩ装置１００は、被検体２が配置される撮像空間を挟んで対向するように一対の静磁場磁石、一対の傾斜磁場コイル及び一対のＲＦコイルを配置した、いわゆるオープン型の構成を有していてもよい。

シーケンス制御回路４は、被検体２のＭＲ信号データを収集するための各種パルスシーケンスを実行する処理回路である。具体的には、シーケンス制御回路４は、計算機１２の処理回路１２ｂから出力されるシーケンス実行データに基づいて、傾斜磁場コイル駆動回路５、送信回路７、受信回路１０、及びアレイコイル駆動回路１５を駆動することで、各種パルスシーケンスを実行する。ここで、シーケンス実行データは、パルスシーケンスを定義した情報である。具体的には、シーケンス実行データは、傾斜磁場コイル駆動回路５が傾斜磁場コイル３に電流を供給するタイミング及び供給する電流の強さ、送信回路７が送信用コイル８に供給するＲＦパルス信号の強さや供給タイミング、受信回路１０がＭＲ信号を検出する検出タイミング等を定義した情報である。

データ収集回路１１は、被検体２に関するＭＲ信号データを収集する。具体的には、データ収集回路１１は、シーケンス制御回路４によって各種パルスシーケンスが実行された結果として、受信回路１０から出力されるＭＲ信号データを受信し、受信したＭＲ信号データを計算機１２の記憶回路１２ａに記憶させる。ここで、データ収集回路１１によって受信されたＭＲ信号データの集合は、リードアウト傾斜磁場、位相エンコード傾斜磁場、及びスライス傾斜磁場によって付与された位置情報に応じて２次元又は３次元に配列されることで、ｋ空間を構成するデータとして記憶回路１２ａに記憶される。

計算機１２は、ＭＲＩ装置１００の全体制御を行う。具体的には、計算機１２は、記憶回路１２ａ及び処理回路１２ｂを有する。

記憶回路１２ａは、各種データを記憶する。具体的には、記憶回路１２ａは、ＭＲ信号データや画像データを記憶する。例えば、記憶回路１２ａは、ＲＡＭ（Random Access Memory）、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子やハードディスク、光ディスク等によって実現される。

処理回路１２ｂは、インタフェース１３によって受け付けられた入力操作に基づいて、ＭＲＩ装置１００が有する各構成要素を制御することで、ＭＲＩ装置１００の全体制御を行う。例えば、処理回路１２ｂは、撮像制御機能と、画像生成機能とを有する。

撮像制御機能は、インタフェース１３を介して操作者から撮像条件の入力を受け付け、受け付けた撮像条件に基づいてシーケンス実行データを生成する。そして、撮像制御機能は、生成したシーケンス実行データをシーケンス制御回路４に送信することで、各種のパルスシーケンスを実行する。

画像生成機能は、記憶回路１２ａに記憶されたＭＲ信号データに基づいて画像を生成する。具体的には、画像生成機能は、データ収集回路１１によって記憶回路１２ａに記憶されたＭＲ信号データを読み出し、読み出したＭＲ信号データに後処理、即ち、フーリエ変換等の再構成処理を施すことで画像を生成する。そして、画像生成機能は、生成した画像の画像データを記憶回路１２ａに記憶させる。また、画像生成機能は、操作者からの要求に応じて、記憶回路１２ａから画像データを読み出してディスプレイ１４に出力する。

インタフェース１３は、操作者から各種指示及び各種情報の入力操作を受け付ける。具体的には、インタフェース１３は、計算機１２の処理回路１２ｂに接続されており、操作者から受け付けた入力操作を電気信号へ変換して処理回路１２ｂに出力する。例えば、インタフェース１３は、撮像条件や関心領域（Region Of Interest：ＲＯＩ）の設定等を行うためのトラックボール、スイッチボタン、マウス、キーボード、操作面へ触れることで入力操作を行うタッチパッド、表示画面とタッチパッドとが一体化されたタッチスクリーン、光学センサーを用いた非接触入力回路、及び音声入力回路等によって実現される。なお、本明細書において、インタフェース１３は、マウス、キーボード等の物理的な操作部品を備えるものだけに限られない。例えば、装置とは別体に設けられた外部の入力機器から入力操作に対応する電気信号を受け取り、この電気信号を制御回路へ出力する電気信号の処理回路もインタフェース１３の例に含まれる。

ディスプレイ１４は、各種情報及び各種画像を表示する。具体的には、ディスプレイ１４は、計算機１２の処理回路１２ｂに接続されており、処理回路１２ｂから送られる各種情報及び各種画像のデータを表示用の電気信号に変換して出力する。例えば、ディスプレイ１４は、液晶モニタやＣＲＴ（Cathode Ray Tube）モニタ、タッチパネル等によって実現される。

なお、上述した各構成要素のうち、シーケンス制御回路４、データ収集回路１１、及び、計算機１２の処理回路１２ｂは、例えば、プロセッサによって実現される。この場合に、各処理回路が有する処理機能は、例えば、コンピュータによって実行可能なプログラムの形態で記憶回路１２ａに記憶される。各処理回路は、記憶回路１２ａから各プログラムを読み出して実行することで、各プログラムに対応する機能を実現する。ここで、各処理回路は、複数のプロセッサによって構成され、各プロセッサがプログラムを実行することによって各処理機能を実現するものとしてもよい。また、各処理回路が有する処理機能は、単一又は複数の処理回路に適宜に分散又は統合されて実現されてもよい。また、ここでは、単一の記憶回路１２ａが各処理機能に対応するプログラムを記憶するものとして説明したが、複数の記憶回路を分散して配置して、処理回路が個別の記憶回路から対応するプログラムを読み出す構成としても構わない。

以上、本実施形態に係るＭＲＩ装置１００の全体構成について説明した。このような構成のもと、本実施形態では、前述した受信用アレイコイル９は、複数の受信用コイルによって構成されている。そして、受信用アレイコイル９に含まれる各受信用コイルは、コイル素子と、受信用の高周波コイルの同調周波数を所望の周波数に同調するための同調用素子とを有している。

このような構成では、一般的に、送信用コイル８が高周波磁場を印加する送信時に各受信用コイルを送信用コイル８からデカップリングすることや、高周波磁場によって各受信用コイルに生じる誘導起電力から受信系の回路を保護することを目的として、送信時には受信用コイルをオフ状態にし、受信時には受信用コイルをオン状態にするためのスイッチ素子が、各受信用コイルに設けられる。

しかしながら、上述したスイッチ素子は、通常、受信用コイルのコイル素子上に設けられるため、受信用アレイコイル９によって受信されるＭＲ信号の損失（ロス）を生じさせ、その結果、ＭＲ信号のＳＮ比を低下させる要因となり得る。さらに、通常、受信用コイルに設けられるスイッチ素子は一つ以上であることが多く、多数のスイッチ素子が設けられた場合には、ＭＲ信号のＳＮ比をさらに低下させる要因となり得る。

このことから、本実施形態に係るＭＲＩ装置１００は、受信用コイルのコイル素子からスイッチ素子を除くことによって、受信用アレイコイル９によって受信されるＭＲ信号のＳＮ比を高めることができるように構成されている。以下、このようなＭＲＩ装置１００の構成について、詳細に説明する。

図２及び３は、第１の実施形態に係る受信用アレイコイル９の構成例を示す図である。

ここで、図２及び３は、受信用アレイコイル９が、被検体２の頭部に装着される頭部用のコイルである場合の例を示している。

例えば、図２に示すように、受信用アレイコイル９は、複数の受信用コイル９１によって構成されている。ここで、受信用アレイコイル９に含まれる各受信用コイル９１は、受信用アレイコイル９が被検体２に装着された際に当該被検体２を間に挟んで互いに対向するように配置されている。

ここで、例えば、図３に示すように、各受信用コイル９１は、Ｘ－Ｙ平面内で、被検体２を間に挟んで互いに対向するように配置される。また、各受信用コイル９１は、Ｘ－Ｙ平面内で、被検体２の頭部を均一に覆うように、周方向に均一に配置される。

図４は、第１の実施形態に係る受信用アレイコイル９に含まれる各受信用コイル９１の構成例を示す図である。

例えば、図４に示すように、受信用アレイコイル９に含まれる各受信用コイル９１は、コイル素子９１ａと、第１の同調用素子９１ｂと、スイッチ素子９１ｃ及び第２の同調用素子９１ｄの直列回路とを有している。

第１の同調用素子９１ｂは、受信用コイル９１の同調周波数を所望の周波数に同調する。具体的には、第１の同調用素子９１ｂは、コイル素子９１ａに直列に接続されており、コイル素子９１ａとともに共振回路を構成している。

スイッチ素子９１ｃ及び第２の同調用素子９１ｄの直列回路は、第１の同調用素子９１ｂに並列に接続されている。そして、第２の同調用素子９１ｄには、受信回路１０のプリアンプ１０ａが並列に接続されている。

このように、本実施形態では、受信用コイル９１のコイル素子９１ａには、スイッチ素子が含まれていない。したがって、本実施形態によれば、ＭＲ信号の損失を減らすことができ、受信用アレイコイル９によって受信されるＭＲ信号のＳＮ比を高めることができる。

なお、このように、受信用コイル９１のコイル素子９１ａからスイッチ素子を除いた構成では、送信時に、各受信用コイル９１がオフ状態にならないため、送信用コイル８と各受信用コイル９１とがカップリングすることになる。そのため、例えば、受信用コイル９１の同調周波数を共鳴周波数に同調させた場合には、送信時に受信用コイル９１に過剰な高周波電流が流れてしまい、その結果、被検体２内における高周波磁場の分布が不均一になることが想定される。

図５及び６は、第１の実施形態に係る送信用コイル８と受信用コイル９１とのカップリングを示す概念図である。

例えば、図５に示すように、送信用コイル８と受信用コイル９１との間のカップリング係数をＭ_nとする。また、送信用コイル８に含まれるコイル素子のインダクタンスをＬ_WB、同調用素子のキャパシタンスをＣ_WB、送信用コイル８に流れる電流をＩ_WBとする。また、受信用コイル９１に含まれるコイル素子のインダクタンスをＬ_Snとし、同調用素子のキャパシタンスをＣ_Sn、受信用コイル９１に流れる電流をＩ_Snとする。

この場合に、送信用コイル８によって印加される高周波磁場の周波数、すなわち共鳴周波数ω₀は、以下の式（１）で表される。

また、受信用コイル９１の同調周波数ω_Sは、以下の式（２）で表される。

また、例えば、図６に示すように、送信用コイル８から発生した高周波磁場が受信用コイル９１に鎖交した際に受信用コイル９１に発生する誘導起電力をＶとする。

この場合に、受信用コイル９１に鎖交する高周波磁場の周波数をωとすると、誘導起電力Ｖは、以下の式（３）で表される。

ここで、前述したように、例えば、受信用コイル９１の同調周波数ω_sを共鳴周波数ω₀に同調させた場合には（ω＝ω_s）、式（３）において、インピーダンスの項（Ｌ_Snω－（１／Ｃ_Snω））の値が非常に小さくなるため、受信用コイル９１に流れる電流Ｉ_Snが非常に大きくなり、その結果、被検体２内における高周波磁場の分布が不均一になる。

一方、受信用コイル９１の同調周波数ω_sを共鳴周波数ω₀より高くした場合には（ω＜ω_s）、式（３）の関係から、送信用コイル８に流れる電流Ｉ_WBと、受信用コイル９１に流れる電流Ｉ_Snとが同じ符号になる。すなわち、この場合には、受信用コイル９１において、送信用コイル８に流れる電流Ｉ_WBに対して順方向に電流Ｉ_Snが流れることになる。

このことから、本実施形態に係る受信用アレイコイル９では、各受信用コイル９１に含まれるスイッチ素子９１ｃが、送信時には、受信用コイル９１の同調周波数ω_sを共鳴周波数ω₀より高い周波数に調整し（ω₀＜ω_s）、受信時には、受信用コイル９１の同調周波数ω_sを共鳴周波数ω₀と同じ周波数に調整する（ω₀＝ω_s）。

具体的には、第１の同調用素子９１ｂが、受信用コイル９１の同調周波数を共鳴周波数ω₀より高い周波数に同調するように設定されている。また、第２の同調用素子９１ｄが、第１の同調用素子９１ｂに接続された場合に、受信用コイル９１の同調周波数を共鳴周波数ω₀に同調するように設定されている。そして、スイッチ素子９１ｃが、送信時には第１の同調用素子９１ｂと第２の同調用素子９１ｄとの間を切断し、受信時には第１の同調用素子９１ｂと第２の同調用素子９１ｄとの間を導通させる。

これにより、送信時には、受信用コイル９１において、送信用コイル８に流れる電流Ｉ_WBに対して順方向に電流Ｉ_Snが流れるようになる。ここで、受信用コイル９１に流れる電流Ｉ_Snの大きさは、受信用コイル９１の同調周波数ω_sを適宜に設定することによって調整することが可能である。

このように、受信用コイル９１において、送信用コイル８に流れる電流Ｉ_WBに対して順方向に流れる電流Ｉ_Snは、送信用コイル８が発生する高周波磁場を強める高周波磁場を受信用コイル９１の周辺で発生させることになる。この結果、本実施形態では、送信用コイル８に供給する電力を小さくしても、磁気共鳴信号を誘起するのに十分な高周波磁場を発生できるようになる。すなわち、本実施形態によれば、送信用コイル８の送信効率を向上させることができる。

なお、上述したように受信用コイル９１によって補強的に発生する高周波磁場は、受信用コイル９１が配置された位置の周辺で局所的に発生することになるが、本実施形態では、図２及び３に例示したように、各受信用コイル９１が、Ｘ－Ｙ平面内で、被検体２を周方向に均一に覆うように配置される。このため、本実施形態では、高周波磁場をＸ－Ｙ平面内で均一に発生させることができる。

図７は、第１の実施形態に係る受信用アレイコイル９に含まれる各受信用コイル９１の具体的な構成例を示す図である。

例えば、図７に示すように、受信用アレイコイル９は、第１の受信用コイル９１１、第２の受信用コイル９１２、及び第３の受信用コイル９１３を有する。なお、第１の受信用コイル９１１、第２の受信用コイル９１２、及び第３の受信用コイル９１３はいずれも同じ構成を有するため、ここでは、第１の受信用コイル９１１を例に挙げて説明する。また、ここでは、３つの受信用コイルを例示しているが、受信用アレイコイル９に含まれる受信用コイルの数は３つより少なくてもよいし、３つより多くてもよい。

例えば、図７に示すように、第１の受信用コイル９１１は、前述した第１の同調用素子として、第１のコンデンサＣ_S1C1及び第２のコンデンサＣ_S1CT1とを有する。ここで、第１のコンデンサＣ_S1C1及び第２のコンデンサＣ_S1CT1は、それぞれコイル素子９１ａに直列に接続されている。

また、第１の受信用コイル９１１は、前述したスイッチ素子として、第３のコンデンサＣ_S1CT2と、当該第３のコンデンサＣ_S1CT2に並列に接続されたピンダイオード及びインダクタの直列回路とを有する。

また、第１の受信用コイル９１１は、前述した第２の同調用素子として、第４のコンデンサＣ_S1CT3と、当該第４のコンデンサＣ_S1CT3に直列に接続された第５のコンデンサＣ_S1CMとを有する。ここで、第４のコンデンサＣ_S1CT3は、スイッチ素子を介して、第１のコンデンサＣ_S1C1及び第２のコンデンサＣ_S1CT1に並列に接続されている。また、第４のコンデンサＣ_S1CT3には、受信回路１０のプリアンプ１０ａに並列に接続されており、第４のコンデンサＣ_S1CT3とプリアンプ１０ａとの間に、第５のコンデンサＣ_S1CMが直列に挿入されている。ここで、プリアンプ１０ａの入力側における伝送経路は、特性インピーダンスは５０Ωに整合させる必要がある。そのため、第５のコンデンサＣ_S1CMは、プリアンプ１０ａの入力側における伝送経路の特性インピーダンスを５０Ωに整合させるように、キャパシタンスが設定されている。

このような構成において、第１のコンデンサＣ_S1C1及び第２のコンデンサＣ_S1CT1は、第１の受信用コイル９１１の同調周波数ω_sを共鳴周波数ω₀より高い周波数に同調するように、それぞれのキャパシタンスが設定されている。また、第３のコンデンサＣ_S1CT2及び第４のコンデンサＣ_S1CT3は、第１のコンデンサＣ_S1C1及び第２のコンデンサＣ_S1CT1に接続された場合に、第１の受信用コイル９１１の同調周波数ω_sを共鳴周波数ω₀と同じ周波数に同調するように、それぞれのキャパシタンスが設定されている。

そして、送信時には、シーケンス制御回路４が、スイッチ素子のピンダイオードに駆動電流（図７に示す矢印）を流すことで、スイッチ素子のインダクタと第３のコンデンサＣ_S1CT2とを所望の周波数に同調させて、スイッチ素子のインピーダンスを高くする。これにより、第１のコンデンサＣ_S1C1及び第２のコンデンサＣ_S1CT1と、第３のコンデンサＣ_S1CT2及び第４のコンデンサＣ_S1CT3をとの間が切断される。この結果、送信時には、受信用コイル９１の同調周波数ω_sが、共鳴周波数ω₀より高い周波数に調整されることになる。

一方、受信時には、シーケンス制御回路４が、ピンダイオードへの駆動電流の供給を止めることで、第３のコンデンサＣ_S1CT2に電流が流れるようにする。これにより、第１のコンデンサＣ_S1C1及び第２のコンデンサＣ_S1CT1と、第３のコンデンサＣ_S1CT2及び第４のコンデンサＣ_S1CT3をとの間が導通し、第３のコンデンサＣ_S1CT2及び第４のコンデンサＣ_S1CT3が、第１のコンデンサＣ_S1C1及び第２のコンデンサＣ_S1CT1に接続される。この結果、受信時には、受信用コイル９１の同調周波数ω_sが、共鳴周波数ω₀と同じ周波数に調整されることになる。

なお、図７に示す例では、第５のコンデンサＣ_S1CMを用いてプリアンプ１０ａの入力側における伝送経路の特性インピーダンスを５０Ωに整合させることとしたが、実施形態はこれに限られない。例えば、第５のコンデンサＣ_S1CMを用いるのではなく、第３のコンデンサＣ_S1CT2と第４のコンデンサＣ_S1CT3との間のキャパシタンスのバランスを調整することで、プリアンプ１０ａの入力側における伝送経路の特性インピーダンスを５０Ωに整合させてもよい。

以上、本実施形態に係る受信用アレイコイル９に含まれる各受信用コイル９１の構成について説明したが、本実施形態では、さらに、複数の受信用コイル９１のうちの少なくとも一部の隣接する受信用コイル９１が、互いにデカップリングされている。

図８は、第１の実施形態に係る受信用アレイコイル９における受信用コイル９１のデカップリングを示す図である。

例えば、図８に示すように、本実施形態に係る受信用アレイコイル９では、複数の受信用コイル９１のうちの少なくとも一部の隣接する受信用コイル９１が、デカップリング手段９２によって互いにデカップリングされている。

このようなデカップリング手段９２の一例として、一般的に、本実施形態に係る受信用アレイコイル９のような複数のコイルによって構成されるアレイコイルでは、隣接するコイルの一部を重ねて配置することが行われる。しかし、本実施形態のように、受信用コイル９１が補強的な高周波磁場を発生させるようにした場合には、受信用コイル９１が重なった部分において、２つのコイルによって高周波磁場が強調されてしまい、局所的に高周波磁場の分布が不均一となる領域が発生すると想定される。

このことから、本実施形態では、複数の受信用コイル９１のうちの少なくとも一部の隣接する受信用コイル９１が、互いにデカップリングされるように、それぞれの一部が重なった状態で配置され、かつ、重なった部分に発生する高周波磁場の方向が被検体２内における高周波磁場の分布に影響を及ぼさないように構成されている。

具体的には、本実施形態では、複数の受信用コイル９１のうちの少なくとも一部の隣接する受信用コイル９１が、それぞれの重なった部分から発生する高周波磁場が被検体２内の撮像領域を避けるように構成されている。

図９及び１０は、第１の実施形態に係る受信用アレイコイル９におけるデカップリング手段９２の一例を示す図である。

例えば、図９及び１０に示すように、隣接する受信用コイル９１において、互いに重なる重複部分９２１が、それぞれコイル面に対して略直交するように形成される。なお、図１０に示す破線は、各受信用コイル９１の重複部分９２１が、コイル面に対して略直交する方向に折れ曲がる位置を示している。

ここで、例えば、図９及び１０に示すように、一方の受信用コイル９１（図９及び１０における右側の受信用コイル９１）の重複部分９２１は、他方の受信用コイル９１（図９及び１０における左側の受信用コイル９１）の重複部分９２１に対して１８０°反転された状態で対向するように形成される。

これにより、各受信用コイル９１の重複部分９２１からは、コイル面と平行な方向に高周波磁場が発生することなり、被検体２内の撮像領域を避けるように高周波磁場を発生させることができるようになる。なお、図１０において、中に「・」がある丸印及び中に「×」がある丸印は、それぞれ、各受信用コイル９１に鎖交する高周波磁場の向きを示している。

このように、本実施形態では、隣接する受信用コイル９１が、それぞれの一部が重なった状態で配置され、かつ、重なった部分に発生する高周波磁場の方向が被検体２内における高周波磁場の分布に影響を及ぼさないように構成されることによって、隣接する受信用コイル９１間のデカップリングを行いつつ、被検体２内の撮像領域に均一に高周波磁場を発生させることができるようになる。

上述したように、第１の実施形態によれば、受信用コイル９１のコイル素子からスイッチ素子を除くことで、ＭＲ信号の損失を減らすことができるようになり、受信用アレイコイル９によって受信されるＭＲ信号のＳＮ比を高めることができる。これにより、ＭＲ信号から生成される画像の画質を向上させることができる。

さらに、第１の実施形態によれば、送信時に、受信用アレイコイル９に含まれる各受信用コイル９１が補強的な高周波磁場を発生させることができるようになり、送信用コイル８の送信効率を向上させることができる。

（第２の実施形態）
なお、上述した第１の実施形態は、受信用アレイコイル９の一部を適宜に変更して実施することも可能である。そこで、以下では、第１の実施形態に係るいくつかの変形例を第２の実施形態として説明する。なお、第２の実施形態では、第１の実施形態と異なる点を中心に説明することとし、第１の実施形態と共通する内容については説明を省略する。

例えば、上述した第１の実施形態では、デカップリング手段９２の一例として、隣接する受信用コイル９１における重複部分９２１がコイル面に対して略直交するように形成される場合の例を説明したが（図９及び１０を参照）、実施形態はこれに限られない。

図１１は、第２の実施形態に係る受信用アレイコイル９におけるデカップリング手段９２の一例を示す図である。

例えば、図１１に示すように、隣接する受信用コイル９１の重複部分９２２を小さくし、各受信用コイル９１から離れた位置で、それぞれを重ねて配置してもよい。この場合に、各重複部分９２２は、それぞれから発生する高周波磁場の方向がコイル面と平行になるように配置される。

または、例えば、受信用コイル９１とは別の素子を用いて、隣接する受信用コイル９１間のデカップリングを行ってもよい。

図１２は、第２の実施形態に係る受信用アレイコイル９におけるデカップリング手段９２の他の例を示す図である。

例えば、図１２に示すように、互いに１８０°反転された２つのループを有する８字コイル９２３を用いて、隣接する受信用コイル９１間のデカップリングを行う。この場合には、８字コイル９２３は、２つのループのうちの一方のループが、隣接する受信用コイル９１のうちの一方の受信用コイル９１に部分的に重なり、他方のループの一部が、他方の受信用コイル９１に部分的に重なるように配置される。

ここで、８字コイル９２３は、２つのループが逆向きに接続された構造であるため、本質的に、送信用コイル８によって印加される高周波磁場に対してデカップリングされる構造となる。そのため、８字コイル９２３は、受信用コイル９１によって発生する高周波磁場の分布には影響を与えない。

また、例えば、上述した第１の実施形態では、受信用アレイコイル９が頭部用のコイルである場合の例を説明したが（図３を参照）、実施形態はこれに限られない。ここで、一般的に、頭部用のコイルは、軸方向に直交する断面が真円状となるものが多いが、受信用アレイコイル９は、例えば腹部用のコイル等のように、軸方向に直交する断面が楕円状となるものであってもよい。

図１３は、第２の実施形態に係る受信用アレイコイル９における受信用コイル９１の配置例を示す図である。

例えば、図１３に示すように、受信用アレイコイル９が、軸方向に直交する断面が楕円状となるものであった場合には、各受信用コイル９１は、Ｘ－Ｙ平面内で、楕円に沿って配置されることになる。このような場合でも、各受信用コイル９１は、被検体２における撮像対象の部位を均一に覆うように、周方向に均一に配置される。これにより、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

ここで、周方向に配置される複数の受信用コイル９１は、それぞれが一つのコイルケースに収容されていてもよいし、受信用アレイコイル９が、分割可能な複数のコイルケースによって構成されている場合には、複数のコイルケースに分けて収容されていてもよい。

また、受信用コイル９１は、必ずしも周方向の全体にわたって配置されていなくてもよく、少なくとも一対の受信用コイル９１が、被検体２を間に挟んで互いに対向するように配置されていればよい。

また、受信用アレイコイル９は、例示した頭部用のコイルや腹部用のコイルに限られず、例えば、膝用のコイルや、腕用のコイル、足先用のコイルであってもよい。

なお、上述した説明で用いた「プロセッサ」という文言は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、或いは、特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit：ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Simple Programmable Logic Device：ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Complex Programmable Logic Device：ＣＰＬＤ）、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（Field Programmable Gate Array：ＦＰＧＡ））等の回路を意味する。なお、記憶回路にプログラムを保存する代わりに、プロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むように構成しても構わない。この場合には、プロセッサは回路内に組み込まれたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。また、本実施形態の各プロセッサは、プロセッサごとに単一の回路として構成される場合に限らず、複数の独立した回路を組み合わせて一つのプロセッサとして構成され、その機能を実現するようにしてもよい。さらに、図１における複数の構成要素を一つのプロセッサへ統合してその機能を実現するようにしてもよい。

ここで、プロセッサによって実行されるプログラムは、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）や記憶回路等に予め組み込まれて提供される。このプログラムは、これらの装置にインストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ（Compact Disk）－ＲＯＭ、ＦＤ（Flexible Disk）、ＣＤ－Ｒ（Recordable）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等のコンピュータで読み取り可能な記憶媒体に記録されて提供されてもよい。また、このプログラムは、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納され、ネットワーク経由でダウンロードされることにより提供又は配布されてもよい。例えば、このプログラムは、上述した各機能部を含むモジュールで構成される。実際のハードウェアとしては、ＣＰＵが、ＲＯＭ等の記憶媒体からプログラムを読み出して実行することにより、各モジュールが主記憶装置上にロードされて、主記憶装置上に生成される。

以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、受信用アレイコイルによって受信される磁気共鳴信号のＳＮ比を高めることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１００ 磁気共鳴イメージング（Magnetic Resonance Imaging：ＭＲＩ）装置
９ 受信用アレイコイル
９１ 受信用コイル
９１ａ コイル素子
９１ｂ 第１の同調用素子
９１ｃ スイッチ素子
９１ｄ 第２の同調用素子

Claims (6)

1. 複数の受信用コイルによって構成された受信用アレイコイルと、
   前記受信用コイルによって受信された磁気共鳴信号を増幅するプリアンプと
   を備え、
   前記受信用アレイコイルに含まれる各受信用コイルは、コイル素子と、前記受信用コイルの同調周波数を所望の周波数に同調する第１の同調用素子と、当該第１の同調用素子に並列に接続されたスイッチ素子及び第２の同調用素子の直列回路とを有し、
   前記プリアンプは、前記第２の同調用素子に並列に接続されており、
   前記スイッチ素子は、送信時には前記第１の同調用素子と前記第２の同調用素子との間を切断し、受信時には前記第１の同調用素子と前記第２の同調用素子との間を導通させ、
   前記複数の受信用コイルのうちの少なくとも一部の隣接する受信用コイルは、互いにデカップリングされている、
   磁気共鳴イメージング装置。
2. 複数の受信用コイルによって構成された受信用アレイコイルを備え、
   前記受信用アレイコイルに含まれる各受信用コイルは、コイル素子と、前記受信用コイルの同調周波数を所望の周波数に同調する第１の同調用素子と、当該第１の同調用素子に並列に接続されたスイッチ素子及び第２の同調用素子の直列回路とを有し、
   前記スイッチ素子は、送信時には前記第１の同調用素子と前記第２の同調用素子との間を切断し、受信時には前記第１の同調用素子と前記第２の同調用素子との間を導通させ、
   前記複数の受信用コイルのうちの少なくとも一部の隣接する受信用コイルは、互いにデカップリングされており、
   前記少なくとも一部の隣接する受信用コイルは、互いにデカップリングされるように、それぞれの一部が重なった状態で配置され、かつ、重なった部分に発生する高周波磁場の方向が被検体内における高周波磁場の分布に影響を及ぼさないように構成されている、
   磁気共鳴イメージング装置。
3. 前記受信用コイルによって受信された磁気共鳴信号を増幅するプリアンプをさらに備え、前記プリアンプは、前記第２の同調用素子に並列に接続されている、
   請求項２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
4. 前記少なくとも一部の隣接する受信用コイルは、互いにデカップリングされるように、それぞれの一部が重なった状態で配置され、かつ、重なった部分に発生する高周波磁場の方向が被検体内における高周波磁場の分布に影響を及ぼさないように構成されている、
   請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
5. 前記受信用コイルは、前記スイッチ素子として、コンデンサと、当該コンデンサに並列に接続されたピンダイオード及びインダクタの直列回路とを有する、
   請求項１～４のいずれか一つに記載の磁気共鳴イメージング装置。
6. 前記受信用アレイコイルに含まれる各受信用コイルは、前記受信用アレイコイルが被検体に装着された際に当該被検体を間に挟んで互いに対向するように配置されている、
   請求項１～５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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