JPH01170449A - 高周波コイル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、核磁気共鳴撮像装置（以下ＭＲＩ装置と称
する）において、被検体に高周波電磁波を照射して原子
核を共鳴させかつその共鳴信号を受信するためのアンテ
ナとしての高周波コイルに関する。

［従来の技術〕 ＭＲＩ装置において、被検体に数Ｍ　Ｈ，ないし数１０
ＭＨ，の高周波電磁波を照射して被検体の原子核を共鳴
させ、その共鳴信号を受信するためのアンテナとしての
高周波コイルの性能が画像の位置、の歪みや鮮明度など
の質に大きく影響するので高周波コイルの形状や構造に
は大きな注意が払われている。

特に高周波コイルの重要な性能として抛像空間内に均一
度の高い高周波磁界を生成させねばならないという点が
ある。

共鳴周波数に一致した高周波電磁波を静磁界の方向と直
角の方向に照射すると、核磁気共鳴現象により核磁気共
鳴子の磁気モーメントは静磁場の方向に対して次式によ
る角度α（ｒａｄ）傾いた歳差運動をする。

α蹴７−ＢｔｒＬ　　−・−一−−−−〜−・−・−１
，・−１，−１・、−−−−−−−・−・−一一一・−
・−−−−（１）ここで、 Ｔ　；定数（”　２．６７５２Ｘ　１０”　＜ｒａｄ／
５ｅｃ−Ｔ）　）Ｂ□；高周波磁束密度（Ｔ） ｔ　；高周波電磁波照射時間（ｓｅｃ）したがって、高
周波磁界の均一度が悪く撮像空間内でこの高周波磁束密
度Ｂ　ＩＩＦの値がバラツク時にはαが９０度になるよ
うに９０度パルスを照射したとしても核磁気共鳴子は８
０度しか傾かなかったりあるいは１００度傾くなどαの
値にバラツキが棟する。同様なことが共鳴信号を受信す
る際にも生じて描像空間内の核磁気共鳴子の受信信号の
強度にバラツキが生ずることになり、このようなバラツ
キが大きい時は良好な影像を得ることはできないことに
なる。

高周波磁界の方向は主マグネットによって発生される静
磁界の方向とは直交する必要から、超電導磁石を主マグ
ネットとして用いるＭＨＩの場合、第５図に示すように
被検体である人体５の軸６と主マグネッ・ト４によって
生ずる静磁界の方向が一致するので、高周波コイルとし
てこの図に示すようなくら型コイルＩＡ、２Ａが通常用
いられる。

第６図は従来の高周波コイルの構成を示す斜視図で、高
周波コイルは上下対称な２つのくら型コイルＬＡ、２Ａ
を並列接続した構成になっており、各くら型コイルは一
本の導体を曲げるか、直線部ＩＡＩ、ｌＡ２．２Ａ１．
２Ａ２に円管状導体を使用し弧状部ＩＡ３．ＬＡ４．２
Ａ３．２Ａ４に板状導体を扇形に加工しこれらを溶接し
て一体のコイルにするなどの方法で製作される。

この図に示すように三次元座標のＸ、ｙ、ｚの各座標軸
を設定すると、これらのコイルはｌ軸とＸ軸を含むｚｘ
平面に対称であると同時にＸ軸とｙ軸を含むｘｙ平面に
対しても対称であり、ｙｚ平面に対しても対称になるよ
うな構成となっている。この３つの対称面が交差する点
はこの三次元座標の原点であり、同時にこの高周波コイ
ルの中心であると同時に被検体の断面撮像の際の中心と
もなる。この高周波コイルによって生ずる高周波磁界は
この高周波コイルの構成と同じく３つの対称面に対称な
分布をする。くら型コイルＬＡ。

２Ａによって中心点に発生する高周波磁界はいずれもｙ
軸の方向でかつくら型コイルＩＡ、２Ａによって発生す
る磁界が加算されるように同じ方向になるよう電流が流
れる。中心点周辺に発生する磁界は原点を外れるにした
がってｙ方向成分以外の磁界成分が生じ磁界が歪んでく
る。

この磁界の歪みを最小にし、より均一・空間の大きなコ
イル構成とするために第７図に示すように弧状部の開角
度を１２０度にするのが上下対称の２つのくら型コイル
で構成される高周波コイルの最適条件であることはよく
知られている。

なお、このようなくら型コイルの接続法をより分かり易
い表示法としてくら型コイルを平面に展開して表示する
展開図を第８図に示す、この図は第６図の上下のくら型
コイルを展開したもので、上部くら型コイルＩＡがこの
図の上部に描かれ下部くら型コイルがこの図の下部に描
かれており、第６図での上下の対称性はこの図での図面
における上下の対称性になっている。以下のより複雑な
構成をとる高周波コイルにおいてもこの展開図で表示を
利用する。

高周波コイルによって生起する高周波磁界の均一度を更
に向上するために第９図に示すように上下対称の２つの
くら型コイルをさらに複数で構成して各くら型コイルの
直線部を最適な位置に配置する方法があり、この場合は
、各くら型コイルの直線部のｘｙ平面の位置としての第
１０図の（ｘ＋　、　　ｙ＋　）、（Ｘｚ、ｙｇ）の寸
法を適切に選ぶことによりくら型コイルが上下対称の２
つの場合に比べてはるかに均一度のよい高周波磁場を得
ることがこの発明の出願人により堤案されている。

ところで、これらの高周波コイルを構成するくら型コイ
ルの接続法は、くら型コイルが上下対称の２つのみの場
合は第６図や第８図に示すように２つのくら型コイルが
対称性を持っていることからこの２つのくら型コイルを
並列接続する方法が取られる。並列接続することにより
高周波コイルを構成する導体の電気的長さは１つのくら
型コイルの導体長さになる。もし直列接続した場合の導
体の電気的長さは１つのくら型コイルの導体長さの２倍
になるので、高周波電流の導体上の分布に一様性がなく
なり、高周波磁界の均一性が維持できないことになる。

また、別の見方をすれば、直列接続の場合は並列接続の
場合に比べて電圧が二倍、電流が２分の１になるので、
くら型コイル間やくら型コイルと周辺の導体間のストレ
ーキャパシタンスの影響が並列接続の場合の４倍になり
、このストレーキャパシタンスを通って流れる電流のた
めに導体の電流分布が一様でなくなることになる。

同しようなことが第９図の上または下のコイルが複数の
くら型コイルでなる高周波コイルにも言える。

第１１図に第９図の高周波コイルの接続法として上部の
２つのくら型コイル、ならびに下部の２つのくら型コイ
ルはそれぞれ直列接続しこれら上下のコイルを並列接続
した場合の展開図を示す。

この図で、高周波コイルは上部コイルＩＣと下部コイル
２Ｃとで構成され、上部コイルＩＣは２つのくら型コイ
ルＩＣＩ、ＩＣ２とが直列接続されて構成されており、
同じようにして、ド部コイル２Ｃは２つのくら型コイル
２Ｃ１，２Ｃ２が直列接続されて構成されており、上部
コイル１ｃと下部コイル２Ｃとは並列接続されている。

くら型コイルＩＣ２の直線部１５Ｃ，１７Ｃはくら型コ
イルｌＣ１の直線部１１Ｃ，１３Ｃに比べ短い構成とし
ており、その理由はくら型コイルＩｃＩの弧状部１２Ｃ
，１４ｃと（ら型コイルＩＣ２の直線部１５Ｃ，１７ｃ
とが交差せずかつ弧状部同士が余り接近しないためであ
る。くら型コイルＩＣＩとくら型コイルＩＣ２とは同一
の円部状の巻枠に巻（のが高周波コイル製作上有利であ
るので、異なる（ら型コイルの導体同士が交差するのは
避けなければならないし、異なる（ら型コイル同士が余
り接近すると、接近した導体間のストレーキャパシタン
スが大きくなりこのストレーキャパシタンスを通って流
れる電流によって異なるコイル間の電流不平衡が大きく
なるからであ二の結果、くら型コイルＩＣ２はくら型コ
イルＩＣＩに比べ導体が囲む面積が小さくなるので（ら
型コイルＩＣＩのインダクタンスに比べてくら型コイル
ＩＣ２のインダクタンスが小さい値になっている。

くら型コイルを直列接続する場合は高周波コイルの電気
的導体長は直列接続されたくら型コイルのそれぞれの導
体長の和となるので長くなり、またストレーキャパシタ
ンスの影響から見ても高周波コイルの電圧は直列コイル
数の倍数、電流はこの数分の１となるので（ら型コイル
の数が多くなればなる程直列接続することによる各コイ
ルの電流分布が不均一となる。

一方、このような直列接続の欠点を除くためにくら型コ
イルを並列接続した場合を第１２図に示すが、上部コイ
ルＩＤはくら型コイルＩＤＩ。

ｌＤ２とが並列接続されて構成され、下部コイル２Ｄは
くら型コイル２０１．２Ｄ２とが並列接続されて構成さ
れており、この構成の場合、たとえストレーキャパシタ
ンスに流れる電流を無視しても各（ら型コイルに流れる
電流は同一にはならずそれぞれの（ら型コイルの自己イ
ンダクタンスとくら型コイ、ル１間の相互インダクタン
スによって決まる値になる。

このように高周波電流であるために各くら型コイル間の
接続方法如何にかかわらずそれぞれのくら型コイルに流
れる電流は同一にならないので、各くら型コイルの電流
が同一であるという前提で高周波磁界の均一空間が最も
大きい最適条件の高周波コイルを設計製作したとしても
期待したように均一空間を得ることはできず、したがっ
て、ＭＲＩ装置としての良好な画像を得ることも期待で
きないことになる。

この発明は、？ｊ［数のくら型コイルでなる高周波コイ
ルにおいて、ストレーキャパシタンスの”１５　”Ｊを
低減しかつ各くら型コイルに流れる電流を同一にして期
待通りの高周波磁界の均一空間を得ることにより画像品
質の良いＭＲＩ装置とすることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために、この発明によれば、核磁
気共鳴撮像装置の高周波電磁波の送信もしくは受信アン
テナとして少な（とも２つの線輪が並列接続されてなる
高周波コイルにおいて、それぞれの線輪の少なくとも１
つが線輪を構成する導体に直列にコンデンサを接続する
ものとする。

〔作用〕

この発明の構成において、高周波コイルを構成するコイ
ルを並列接続することにより、高周波コイルに印加する
高周波電圧が小さく電流が大きくなるので高周波コイル
と周辺の導体間とのストレーキャパシタンスに流れる電
流の影響が軽減し、それぞれのコイル間の電位差が小さ
くなるのでくら型コイル間のストレーキャパシタンスに
流れる電流によって生ずるコイル間の電流不平衡が軽減
され、各コイルの導体の電流分布が一様になる。

また、各コイルが並列接続されることによって各コイル
ごとの電流分担が不平衡になるのを防ぐために、電流分
担の小さいコイルの導体に直列にコンデンサを接続する
ことによりこのコイルの高周波インピーダンスを小さ（
して分担電流を大きくし、各コイルの電流分担を平衡さ
せるように調整することができる。

（実施例〕 この発明を実施例に基づいて説明する。第１図はこの発
明の実施例を示す展開図で、ＩＥは上部コイルでくら型
コイルＩＥＩ、ＩＥ２とを並列接続して構成し、くら型
コイルＩＥＩは直線部１１Ｅ、弧状部１２Ｅ、直線部１
３Ｅ、弧状部１４Ｈのそれぞれの導体を接続して構成し
、直線部１１Ｂと弧状部１２Ｅとの接続部にはコンデン
サ１００Ｒを導体に直列接続になるように挿入している
。くら型コイルＩＢ２は直線部１５Ｅ、弧状部１６Ｅ、
直線部１７Ｅ、弧状部１８Ｅのそれぞれの導体を接続し
て構成し、コンデンサは接続していない、２Ｂは下部コ
イルでくら型コイル２ｔＺＬ。

２Ｅ２とを並列接続して構成し、それぞれのくら型コイ
ルは上部のそれぞれと類似であり、くら型コイル２Ｅ１
の直線部２１Ｅと弧状部２２Ｅとの接続部にはコンデン
サ２００Ｅを導体に直列接続になるように挿入している
。くら型コイルＩＥ２の弧状部１６Ｅ、１８Ｅはくら型
コイルＩＥＩの弧状部１２Ｂ、１４Ｂに比べて短い構成
としており、その理由は直線部１１Ｅ、Ｌ１２．１５Ｅ
。

１７Ｂの配置を第１０図の最適位置に合わせるためであ
る。

（ら型コイルＩＥＩにコンデンサ１００Ｅを導体に直列
に接続することによって、くら型コイルＩＥＩのインピ
ーダンスを小さくしてくら型コイルＩＥ２のインピーダ
ンスと同じ値にすることによりこれら２つの並列接続さ
れたくら型コイルＩＥＩとＩＥ２とに流れる電流を平衡
させる。

下部コイル２Ｅは上部コイルＩＥと同じくコンデンサ２
００Ｅをくら型コイル２巳ｌの直線部２１Ｅと弧状部２
２Ｅとの接続部に導体に直列に挿入することにより、く
ら型コイル２Ｅｌと（ら型コイル２Ｅ２とが並列接続で
の電流の不平衡を生じないようこれら２つのコイルのイ
ンピーダンスを合わせている。

コンデンサ１００Ｅや２００Ｅを弧状部と直線部との接
続部に挿入するのは、この弧状部と直線部との接続部は
曲げ加工か溶接するなどして形成されるのでこの位置に
コンデンサを接続することによりこの部分の工作が省略
できるという利点がある。

第２図はこの発明の別の実施例で、高周波コイルは上部
コイルＩＦと下部コイル２Ｆとを並列接続して構成して
おり、上部コイルＩＦは一方の弧状部１３Ｆに４本の直
線部１１Ｆ、１２Ｆ。

１４Ｆ、１５Ｆの一端かに接続され、反対側の弧状部１
６Ｆに直線部１１Ｆ、１２Ｆの他端が接続され、弧状部
１７Ｆに直線部１４Ｆ、１５Ｆの他端が接続されており
、弧状部１６Ｆと弧状部１７Ｆとの間に高周波電圧が印
加される構成である。この構成は第１図の２つのくら型
コイルＩＥＩとＩＥ２とのそれぞれの弧状部の一部を共
通の導体で構成したものとなっている。

弧状部１３Ｆと直線部１１Ｆとの接続部、弧状部１３Ｆ
とｌ／ＩＦとの接続部にそれぞれコンデンサ１ｏｏｓ、
ｒ’ｏｔｐを接続する構成とし、これらのコンデンサ１
００Ｅ、ｌ０ＩＥが接続されていないときには直線部１
１　Ｆ”と１２Ｆに流れる電流がインダクタンスの違い
によって著しく不平衡になるのをこれらのコンデンサを
導体に直列に接続することにより直線部１１Ｆと１２Ｆ
とのインピーダンスを平衡させることによってそれぞれ
に流れる電流も平衡させることができる。上部コイルＩ
Ｆの直線部１４Ｆと１５Ｆとの電流を平衡させるために
コンデンサ１０１Ｆを導体に直列に挿入するのも同じで
ある。

また、下部コイル２Ｆは上部コイルＩＦとの対称性から
上部コイルＩＦと同じく、コンデンサ２００Ｆを直線部
２４Ｆと弧状部２３Ｆの接続部に、コンデンサ２０１Ｆ
を直線部２１Ｆと弧状部２３Ｆの接続部に、それぞれ導
体に直列に挿入する構成としている。

このように１００Ｆ、　１０１Ｆ、２００Ｆ、２０１Ｆ
の４つのコンデンサをインダクタンスの大きくなる直線
部に直列に挿入することによりそれぞれの直線部の導体
に流れる電流を全て同じ値に平衡させることができるの
で、これらのくら型コイルの直線部の配置を最適な位置
に設定して高周波電磁場の均一性を向上させる構成の機
能を充分に発揮させることができる。

コンデンサ１００Ｅ、２００ε、　１００Ｆ、　ｌ０１
Ｆ、２００Ｆ、２０１Ｆは数ＩＱＭＨｚの高周波に使用
可能な高周波特性のよいものでなければならないと同時
に、受信兼用コイルの場合は送信時に印加される高周波
電圧に耐えるために数ｋＶの耐圧を持ったものでなけれ
ばならない、このような条件を満足するコンデンサとし
て市販ものものに適当なものがあり、これをくら型コイ
ルの直線部と弧状部との接続部に挿入した場合の一例を
第３図、第４図に示す。

第３図はコンデンサ取付は部の側面図、第４図は第３図
のＡ矢視図としての側面図で、これらの図において、５
１はコンデンサ、５２．５３はボルト、５４．５５はね
し穴が開けられコンデンサ５１と一体成形された取付は
金具であり、これらはｌセットとなっている。鋼管で構
成された直線部導体６１の端部を押し潰し加工もしくは
溶接により板状部６２を形成し、弧状部７１の導体は銅
板を弧状部に成形したものでこの弧状部７１の銅板と板
状部６２とポル）５２．５３の貫通穴を明は図のように
組み立てる。

この直線部と弧状部との接続部をコンデンサを介するこ
となく直接接続する場合は、これらの図でコンデンサを
取り去りその代わりにコンデンサ取付けのためのボルト
穴にボルトを通してナツトで締めつける構成とする。つ
まり、コンデンサ挿入のために直線部、弧状部７１の導
体ともその形状を特別な形状に変更する必要がなく容易
にコンデンサ挿入の構成とすることができるという利点
がある。

〔発明の効果〕

この発明は前述のように並列接続されたコイルにコンデ
ンサを導体に直列に挿入することにより、インダクタン
スの違いによって並列コイルに生ずる電流の不平衡をな
くし、並列コイル間のインピーダンスの相違をこのコン
デンサによって平衡させることができるので並列コイル
間の電流を平衡させることができる。その結果、各くら
型コイルの直線部の配置を高周波電磁場が最も畜い均一
度が得られるように設定した際の各コイルの電流分担が
一様であるという前提が満足されることになるので、こ
の高周波コイルにより期待通りの均一度の高い高周波電
磁場が得られるので、被検体を均一に核磁気共鳴を生じ
させることができ、さらに核磁気共鳴した原子核から発
されるＦＩＤ信号と称される高周波信号を感度良くまた
均一に受信できるのでこの高周波コイルを用いたＭＲＩ
装置は良好な画像を得ることのできる高性能の装置とす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す展開図、第２図は別の
実施例を示す展開図、第３図はコンデンサとその挿入部
の側面図、第４図は第３図の別の側面図、第５図は高周
波コイル使用状況説明図、第６図は従来の高周波コイル
の斜視図、第７図は第６図の高周波コイルのｘｙ断面図
、第８図は第６図の高周波コイルの展開図、第９図は上
ドコイルがそれぞれ２つづつのくら型コイルでなる高周
波コイルの斜視図、第１０図は第９図の高周波コイルの
ｘｙ断面図、第１１図は第９図の上下それぞれのコイル
を構成する２つの（ら型コイルを直列接続した展開図、
第１２図は同じく並列接続した展開図である。 ＩＣ，ＩＤ、ＩＥ、ＩＦ・・・上部コイル、２Ｃ，２Ｄ
、２Ｅ、２Ｆ・・・下部コイル、ＩＡ、２Ａ、ＩＣ１，
ｌｃ２，２Ｃ１，２Ｃ２゜ＩＤＩ、ＩＤ２．２Ｄ１．２
Ｄ２．ＩＥＩ。 ＩＥ２，２Ｅ１，２已２・・・くら型コイル、ＩＡＩ、
ＩＡ２．２Ａ１．２Ａ２ＰｌＩＥ。 １３Ｅ、１５Ｅ、２１Ｅ、２３Ｅ、２５Ｅ。 ２７Ｅ、ＩＩＦ、１２Ｆ、１４Ｆ、１５Ｆ。 ２１Ｆ、２２Ｆ、２４Ｆ、２５Ｆ・・・直線部、ＩＡ３
．ｌＡ４．２Ａ３．２Ａ４，１２Ｅ。 １４Ｊ　１ＢＢ、２２Ｂ、２４Ｅ、２８Ｅ。 １３Ｆ、１６Ｆ、２３１’、１６Ｆ、ＩＴＦ。 ２７Ｆ・・・弧′状部、 １００Ｅ、２００Ｅ、ｌ００Ｆ、ｌ０１Ｆ、１０１Ｆ、
２００Ｆ、２０１Ｆ、　５１・・・コンデンサ、 ５２．５３・・・ボルト、５４．５５・・・取付金具、
６１・・・直線部導体、６２・・・板状部。 第１ 第４図 第５図 系乙閉 第７固 第３図 第９園 冨１０図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）核磁気共鳴撮像装置の高周波電磁波の送信もしくは
   受信アンテナとして少なくとも２つの線輪が並列接続さ
   れてなる高周波コイルにおいて、それぞれの線輪の少な
   くとも１つが線輪を構成する導体に直列にコンデンサを
   接続したことを特徴とする高周波コイル。 ２）特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、線輪が
   弧状部と直線部とで構成されるくら型コイルであり、コ
   ンデンサを前期弧状部の導体と前記直線部の導体との隣
   接部に接続したことを特徴とする高周波コイル。 ３）特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、互いに
   並列の線輪の一部の導体を共有することを特徴とする高
   周波コイル。