JPH0211121A - 固定連結された同心表面コイルの校正された減結合 - 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］ 本発明は生体内のＮＭＲ分析の分野に属し、特にそのよ
うな装置の表面コイルに関する。

［技術的背景］ 核磁気共鳴による医学用画像がこの１０年間、次第に印
象的なほど改善されてきた０画像処置によって達成され
る空間解像度に伴い、画像にされる対象物の化学的特性
を侵すことなく詳細な分析を行うことが強く望まれてい
る。生体内の研究のための分析手段としてのＮＭＲのポ
テンシャルは、選ばれた特定の空間体積にスペクトル・
データを集中する能力に依存する。このような空間局限
化のための１つのアプローチは、研究中の体の表面上に
配置された１対の近接連結されたＲＦコイルから供給さ
れる“測深パルス（ｄｅｐｔｈ　　ｐｕｌｓｅｓ）”に
よって作られるＲＦフィールドをつくることである。各
々が同調された回路からなるこのようなコイルを、回路
手段によって前記回路のどちらかを他のものに関して能
動的に離調するように配置することは既知のことである
。この従来技術においては、前記コイルの各々の末端が
λ／４ケーブルとなっており、該ケーブルは装置の磁場
の外に置かれたリード継電器によって、選択的に開かれ
或いは短絡される。（Ｂｅｎｄａｌｌその他のＪ、Ｍａ
ｇ、Ｒｅｓ、、ｖ、６０．ｐｐ。

４７３−４７８　（１９８４）を参照、）従来技術にお
いては、１対の近接配置されたコイルの一方から他方へ
の“インヴイザブル（ｉｎｖｉｓｉｂｌｅ）”の解釈を
することに努力がなされた。このように、従来技術は非
能動的であるが近接配置されたコイルの１つと他の能動
コイルの効果を減少させるために、能動離調技術を利用
した。ある例では、２つのコイルは各々、送信（ＲＦソ
ース）回路と受信（ＲＦリシンク回路の各部分である。

別の例では、異なる時間に２つの回路の異なるジオメト
リ−が、パルス・シークンス中に付加的自由度を与える
としても、２つのコイルが送信回路部材として機能して
も良い、これらの例は、Ｅｄｅｌｓｔｅｉｎその他のＪ
、Ｍａｇ、Ｒｅｓ、、ｖ、６７゜ｐｐ、１５６−１６１
　（１９８６）及びＢｅｎｄａｌｌのＣｈｅｍ、Ｐｈｙ
ｓ、Ｌｅｔｔ、、ｖ。

９９、ｐ、３１０　（１９８３）に見られる。

［発明の概要］ 本発では、１つのコイルのもう１つのコイルに関し、そ
れとともに連結され、又、完全には離調されていない制
御された電子プレゼンスがジオメトリ−及び大きさの双
方において、対になったコイルの組み合わさったＲＦフ
ィールドに影響を与える別の技術を許容することが分か
っている。

［実施例］ 第１図には、発明が実施される状況を形成する装置が暗
示されている。空腔１１を有する磁石１０が主磁場を与
える。その主磁場を正確な時間と方向をもって制御する
ために、磁場勾配コイル１２及び１４が与えられること
が暗示されている。これらのコイル及び付加されるコイ
ル（図示せず）は、各々勾配電源１６．１８及び２０に
よって起動される。更に、基礎磁場内に残る好ましくな
い空間的不均一性を補正するために、別の勾配コイル（
図示せず）及び電源（図示せず）が求められてもよい０
分析をする目的物（以下、“サンプル”と記す）が空腔
１１内の磁場中に置かれ、そのサンプルはＲＦ電力によ
る魚射をうける。そのＲＦ磁場は、空腔１１の内部の磁
場と所望の直交関係になるように形成されている。これ
は空ｊ２１１の内部の送信コイルを通じて達成されるが
、第１図には示されていない、共振信号が受信コイル中
に誘導される。該コイルは空腔１１内のサンプルに近接
しているが、図示はされていない。

第１図を見ると、ＲＦ電力が送信器２４から与えられ、
増幅器３１によって増幅されるＲＦ電力のパルスを発生
させるために変調器２６を通じて変調され、次に、マル
チプレクサ−２７を介して空腔１１内に置かれたＲＦ送
信コイル（図示せず）に向けられる。送信及び受信コイ
ルは、フーリエ変換装置におけるのと同じには起動され
ない、もし望むなら、２つの機能のために同一のコイル
が用いられてもよい、従って、マルチプレクサ−２７は
受信器を送信器から分離するために与えられる０分離し
た送信及び受信コイルの場合、要素２７（必ずしもマル
チプレクサ−ではない）は、受信器動作を制御するため
に同様の分離機能を果たす。

変調器２６はパルス・プログラマ−２９によって制御さ
れ、予じめ定められた時間間隔でＲＦキャリアーに関し
所望の振幅、持続時間及び位相を有するパルスを発生さ
せる。パルス・プログラマ−はまた、もし必要であるな
らば勾配電源１６．１８及び２０をも制御する。これら
の勾配電源はもし必要であるならば、個々の勾配コイル
内で選ばれた静的な勾配に維持されても良い。

過度的な核共鳴波形が受信器２８によって処理され、更
に位相検知器３０を通じて位相を直角に分解される０位
相検知器３０からの位相分解された時間領域信号は、処
理の特別な要求に従って周波数領域に変換するためにフ
ーリエ変換器３２へ送られる。アナログ共鳴信号のデジ
タル信号への変換は、通常、アナログ・デジタル変換器
（ＡＤＣ）を通じて位相分解された信号に対して行われ
る。前記アナログ・デジタル変換器は、位相検知器３０
の構成要素とみなしてもよい。

フーリエ変換器３２は、実際、（記憶ユニット３４に）
記憶された位相分解されたデータの表現に影響を及ぼす
かもしれないことが分かっている。これは多数の時間領
域位相分解波形を平均化する通常の実施が、信号対ノイ
ズ比を増加させる事を示す６次に、結果としての平均化
された波形に変換機能が働かされる。デイスプレィ装置
３６は取得したデータに働き、検査のためにそれを表示
する。制置装置３８は非常にしばしば１つまたは２つの
コンピュータから成り、全装置の制御及び補正を行う。

次に、第２図を参照すると、本発明を実行するのに適し
た回路が示されている。その回路のＲＦコイル５０及び
５２は、典型的には研究中の体の表面上に同心に置かれ
た表面コイルである。ＲＦソース（図示せず）が５４の
所に与えられ、信号は半波長伝送線５６及び５８を通じ
て２つの同調された回路に分離分配される。キャパシタ
ンス６０及び６２がコイル５０と共に、所望の周波数Ｆ
ゆで共振するように設計された同調回路を形成する。キ
ャパシタンス６４及び６６が同様にコイル５２と共に同
調された回路を形成する。該回路は周波数Ｆ０を含む周
波数範囲で選択可能な周波数Ｆ２で共振するように設計
されている。同調された各回路は、各々１／４波長伝送
線６８及び７０を介して成端された周波数依存インピー
ダンスと見なされてもよい、後者は、各伝送線６８及び
７０が開かれるか短絡されるかに依存して、それらの各
経路中に非常に高いインピーダンスまたはほとんどゼロ
に近いインピーダンスを与える。ＰＩＮダイオード７２
及び７４は、ポイント７６及び７８に掛けられるれるＤ
Ｃ電圧によって制（卸され、各々、各λ／４線の開放及
び短絡状態を決定する。

λ／４ｍは好ましくは高品位同心ケーブルからなる。こ
の目的のためにＲＧ２１７／Ｕが首尾よく使用された。

実際には疑似共振を防ぐために、λ／４及びλ／２ケー
ブルのシールドは注意深く互いにそれらの長さに沿って
接地されるべきであることが分かった。

ＰＩＮダイオード７２及び７４には、ＵＮ４３０１型が
首尾よく使用された。′ａ洩及び破損の可能性を最小に
するために、２つの直列になったもので実行することが
好ましいかもしれない。

このように一対の直列ダイオードが使用されると、単一
のダイオードを使用した場合と比べて、ある応用におい
ては第２ダイオードのためのスイッチ時間（閉から開）
が過度に長くなるかもしれない。

ＰＩＮダイオードのＤＣ制御は、控え目に２００ｍｍ（
順電流）及び１０ボルト逆バイアスでセットされた。実
際、医学分析ＮＭＲ装置の典型的な周波数、例えば１０
”ＭＨｚのオーダーでは、ＰＩＮダイオードにたまった
電荷がＲＦ周期にわたって容易には放電されないので、
ゼロ逆バイアスで充分であろう。

第３図には、この研究で実施された関連回路が示されて
いる０便利のために半分だけが図示されている。可能な
限り、対応する要素には同一のラベルを与える。各々の
場合の全回路は、第２図の回路に実現される。これらの
回路配置は次に、このようなコイルの１つが完全に離調
される度合いを確かめるために試験された。その試験は
、コイルが対面している物の表面上に同種の薄いファン
トムを作像することによって実施された。このような画
像の例が第４図に示されている。（励起とデータ取得の
ために）同調したコイルを用いて得られた画像が離調し
たコイルの物理的移動の後にも変化しないときは、１つ
のコイル画像の完全に離調したものと考えられる。

第２図の回路は第３ａ−ｃ図と共に総て効果／感度の基
準が比較された。このような比較は小さなファントムが
、共面同心コイルの軸線上のセット距離をもって置かれ
た配列内の相対的パルス時間から得られる。このアプロ
ーチは、典型的な生体内研究で経験される通常の状況を
再現する３３％の塩性溶液をコイルの片側にのせること
により、現実的に実施される。

能動的にコイル離調するためのこれら４つの回路は、総
て回路要素を変更することにより共振周波数を変更する
ことに依存する。この変更は、直流／電圧（ＤＣ）を各
回路のＤＣ入力とアースとの間に与えることにより第２
．３ｂ及び３０図中のＰＩＮダイオードを伝導させ、第
３ａ図中のＰＩＮダイオードを非伝導させることによっ
て、コイルを離調するように能動的にスイッチが入れら
れても良い、初期の研究では、ＤＣ入力におけるＰＩＮ
ダイオードの複雑な効果は、単にＰＩＮダイオードの代
わりにハード・スイッチを用いることにより除かれた。

これらの案は、４．７Ｔ磁石におけるｐ３１に対応する
８０ＭＨｚの周波数で試験された。

第３ａ図の回路は、おそらくドライビング・ボートに回
路の変更があり、大きな無効要素（「ｅａｃＬｉｖｅ　
ｅｌｅｍｅｎｔ）の導入が共振周波数を数ＭＨ２変更す
るだけなので、固定連結された表面コイルの非連結のた
めにあまり好ましくない事が分かった。離調の度合いは
、コイルの負荷に依存する整合キャパシタ６１の値によ
って強く影響され、それゆえにこの方法は第２．３ｂ及
び３０図の回路よりも有益でないものとみなされている
。

第３ｂ及び３ｃ図の回路は、完全に２つの同心伝送表面
コイルに分離することが分かる。第３ｃ図の回路は、コ
イルＬを通じてＲＦ電流経路に直接高いインピーダンス
が導入されるので、非常に詳細な研究が出来た。つり合
い同調の使用は、例えば第３ｃ図荷おいては、はぼ同一
のキャパシタンス６２及び６０とともに用いられ、キャ
パシタンス６０はトリミング・キャパシタンスＣがコイ
ル負荷に依存する必要がないように固定されている。数
多くの試みと失敗から、第３ｃ図は最高の形態で第２図
の回路に相当する結果が得られることが分かった。多く
の試みと失敗は、コイルの感度損失を最少にするために
なされ、そして、これは使用されインダクタンスとキャ
パシタンスの値の非常に複雑な種類及び相互に関係する
それらの物理的方向に依存する事が分かった。それはお
そらく迷インダクタンス及びキャパシタンスの発生に因
るのであろう、損失を最少にするために導線の長さは可
能な限り短く保たれなければならない、したがって、変
更可能な回路要素、例えばＰＩＮダイオードを有する第
２図のλ／４伝送線はコイルに近接して置かれる。これ
らの第２共振コイルの方向を変えることで、それらは隣
の同調コイルと相互作用する有効なり１場を発生するこ
とが証明された。これらのストレイ（５ｔｒａｙ　）効
果の結果から損失をなくす（３０％まで）ことは不可能
であることが分かった。そしてこの見地から第２図の回
路には幾つかの利点があることが分かる。

第４図は、均質な薄いファントムの表面上に置かれた同
心コイルによって得られたＲＦ場の等形状である。−様
に分配された共鳴核で敏感にされた物がこのような装置
においては、次に作像され、また、測定された信号の強
度が（サンプル中への）深さとコイルの直径方向に沿っ
た表面上の半径の座標の関数としてプロットされる。フ
ァントムは均質なので、信号の強さのばらつきはＲＦ場
の空間特性の測定となる１画像データはθＳＩＮ”８　
（ここで６は励起パルスによる回転角度である）に比例
する信号強度を作るスピン・エコー・シーケンスによっ
て得られる。

これらの信号強度の形状もまたＲＦ場振幅の等形状であ
る。９０°及び２７０°の等形状が例として図示されて
いる。

画像４（ａ）−４（ｃ）はＩ）（プローブ（２００ＭＨ
ｚ）を用いて得られた。総ての場合において大きいコイ
ルは同調され、小さいコイルは（ａ）±４８ＭＨｚ（理
想的なλ／４の長さ）；　（ｂ）＋３１、−７０　ＭＨ
ｚ（λ／４よりも１．５ｃｍ長い）；　（ｃ）＋３１、
−７０ＭＨ２（λ／４８よりも１．５ｃｍ短い）だけ離
調される。第４ｄ図の画像は８ｃｍに短縮され離調され
た小さいコイルにたいしてλ／４ケーブル長のＰコ１プ
ローブ（８０ＭＨｚ）によって得られた。第４図の理想
的な画像は、小さいコイルがプローブから除かれたとき
の大きなコイルについて得られた。斜線の領域は最も強
い信号領域を示し、斜線の無い領域は信号強度が偏かで
あるか全く無い領域を示す、大きいコイル内のユニット
電流に関して、２つのコイルのＲＦ場のベクトル和の計
算されたシミュレーションが、第４ｂ及び４ｄ図は各々
小さいコイル内のユニット電流の約＋０．２　と−０，
３の小部分誘導に対応することを示唆している。　１つ
のＲＦコイルがもう１つのＲＦコイルのそばに置かれる
と、第１のコイルのＲＦ場はそれと反対のＲＦ場を第２
のコイルに作るように第２のコイルに電流を誘導すると
、一般に信じられている。この簡単な議論は、１つのコ
イルが第２及び３ａ−ｃ図に示された構成のものを使用
して離調されるような２つのコイルの場合には正しくな
い、何故ならば、離調状態がオフセットされて第２のコ
イル内に誘導されたＲＦ場がオフセットの符号に依存す
る第１のＲＦ場に加えられ、或いは、減じられるかもし
れないからである。完全に離調された同心の小さなコイ
ルがある大きな表面コイルのＲＦ場の実験用画像が第４
ａ図に示されており、Ｆｏ　　（２００ＭＨｚ）から等
しく離れた２つの周波数にｗｌ調されている小さなコイ
ルに対応している。もしも、小さいコイルに接続された
λ／４ケーブルがあまりに長いときは、離調された小さ
いコイルについての周波数スプリットは低い周波数にオ
フセットされ、小さいコイルに誘導されたＲＦ場は第４
ｂ図に示したように大きいコイルのＲＦ場に加えられる
。一方、もしも、λ／４ケーブルがあまりに短いときは
、周波数スプリットはより高い周波数にシフトし、誘導
されたＲＦ場は第４０及び４ｄ図に示したように主磁場
から除かれる０周波数スプリットのオフセットに関して
、同様の結果がトリミング・キャパシタＣを適切に調整
することにより第３Ｃ図の回路を使用して得られる。

これらの実験から数多くの利益が確かめられる、第１に
、もし離調された第２コイル内に誘導された電流が第１
コイルに関して正又は負のいずれかに成りうるならば、
ゼロ電流を得ることは適切な調整によって常に可能であ
るに違いない０例えば完全な離調が第２及び３ａ−ｃ図
の能動離調回路を使用して常に可能であるに違いない、
第２に、２つのコイル間の連結の度合いが該コイルが同
調／離調されるか離調／同調されるかどうかに完全に異
なって依存しうる。

したがって、小さいコイルの離調はコイルが反対のコイ
ル５２（又は５０）と負に連結するようにケーブル６８
（又は７２）に長さＬｌのケーブルをもちいてオフセッ
トされても良い、与えられたコイルが同調された逆の場
合、例えばケーブル長がλ／４にセットされ、反対のコ
イルが離調されている場合、反対のコイルのケーブル長
は完全な離調を達成するようにセットされてもよく、コ
イルはいかなる連結も得ることはない、第３に、部分連
結についてはＲＦ場全全体主磁場及び誘導された磁場の
ベクトル和出ある。この磁場の幾何学的形状の全体がλ
／４ケーブルの長さと測定された離調された周波数スプ
リットに関して実験的に（第４ａ−ｄ図のように）校正
しつる。このようにして、例えば生体内の適用のために
信号位置測定を改良する変更がなされうる。このような
状況の中では、表面コイルの正規ＲＦ場はコイルの軸線
に沿った容易に判断できる深さのいかなる所の表面に関
しても凹形であるＲＦＦ形状を有しく第４ａ図参照）、
この湾曲は従来技術のＲＦＦ置測定方法によって配置さ
れたヴオリュームの形状に転写される。しかし、もし第
４ｃ及び４ｄ図のように第２の同心回路によって負の誘
導磁場が作られるなら、この構造は除かれるか凸形に成
りうる。したがって、ＲＦ場の形状を制御するこの能力
は同様の方法によって作られて配置されたヴオリューム
の形状を制御する新規な手段を提供する。更に、接地さ
れたエンクロージャ内で使用可能なλ／４ケーブルのタ
ーミナル部分を有することにより、１組のこのようなケ
ーブルＬ＋、Ｌｔ　・・・の数多くの長さが校正され、
このようなケーブル長のどの一つでもハード・スイッチ
の使用においてスイッチされてもよい、このような装置
が第５図に示されている。

このようにして様々なＲＦ場形状が簡単なハード・スイ
ッチの使用を可能に作られてもよい。

同様の目的を達成するために同様の変更が別の回路でな
されうるが、これらの可能性は第２及び５図の回路によ
って最も容易に達成される。

当業者にはいくつかの変更が考えられるであろうが、合
理的に例示することが発明者の意思であり、当業者には
発明の範囲内で適切な変更が考えられるであろう。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の背景図である。 第２図は本発明の回路配置を示した図である。 第３図は本発明を実施するための幾つかの回路の変更態
様を示した図である。 第４ａ、ｂ及び０図は水素ファントムのＲＦＦ場強度の
実験的等形状である。 第４ｄ図はｐｓ−ファントムに対する同様な等形状であ
る。 第５図は所望のλ／４ケーブルを選択するなめの手段で
ある。 ［主要符号の説明］ ５０．５２・・・ＲＦコイル ５６．５８・・・半波長伝送線 ６８．７０・・・１／４半波長伝送線 ７２．７４・・・ＰＩＮダイオード ７６．７８・・・ポイント 特許出願人　　　　　パリアン・アソシエイツ・インコ
ーホレイド

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数のＲＦコイルの能動減結合を通じて物体に供給
   されるＲＦ磁場の形状と大きさを 制御するための装置であって、 （ａ）周波数成分ω＿０を含む電力スペクトルを有する
   ＲＦエネルギーを提供するためのＲＦソース； （ｂ）複数の共振回路であって、第１の前記共振回路が
   第１のコイルからなり、第２の前記共振回路が第２のコ
   イルからなり、前記第１及び第２のコイルは隣接して置
   かれ、前記共振回路の各々が周波数ω＿０での共振作用
   を示すことができ、前記第２の共振回路は複数の周波数
   依存無効部分からなり、少なくとも一方の側の前記無効
   部分が制御情報を受信するための手段を含んで該制御情
   報に従って非常に異なった周波数依存を示すことができ
   る所の、複数の共振回路； （ｃ）前記共振回路の各々に共通の前記ＲＦエネルギー
   を供給するためのＲＦ結合手段であって、前記制御情報
   を前記第２の共振回路に供給してそれによって前記第２
   共振回路の共振作用がω＿０に関する周波数オフセット
   の第１センスに変えて前記第２のコイルのために前記第
   １のコイル内に位相φを有するＲＦ電流の誘導を起こさ
   せ、前記第２の共振回路の共振作用をω＿０に関する周
   波数オフセットの第２センスに変えて前記第１のコイル
   内に位相−φを有するＲＦ電流の誘導を起こさせるため
   の回路手段からなり、 それによって、前記２つのコイルのために結合されたＲ
   Ｆ磁場が選択的に大きさ及び空間分布を制御可能な装置
   。 ２、前記第１及び第２のコイルが同心に配置されている
   ところの請求項１記載の装置。 ３、前記第２の回路の前記複数の無効部分の一つが、前
   記第２のコイルとアースとの間に配置された伝送線から
   なり、前記回路手段がショート手段からなつて、それに
   より前記伝送線が短絡されて前記伝送線の入力インピー
   ダンスを選択するところの請求項１記載の装置。 ４、回路手段が伝送線長選択手段からなり、それにより
   前記伝送線が特別な長さで短絡され、該特別な長さでは
   前記第２のコイル内に実質的な電流は誘導されず、前記
   伝送線選択手段が前記特別な長さよりも大きい長さ及び
   小さい長さで前記短絡を確立するように適合されるとこ
   ろの請求項３記載の装置。