JPH02500175A - 複数個の表面コイルを有する核磁気共鳴（ｎｍｒ）画像形成 - 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】 複数個の表面コイルを有する 核磁気共鳴（ＮＭＲ）画像形成 見豆立笈μ 本発明は核磁気共鳴（ＮＭＲ）画像形成に関するものであって、更に詳細には、 相互の干渉を実質的に減少させている複数個の密接して位置させた無線周波数（ ＲＦ）コイルの各々からの異なったＮＭＲ応答信号を同時的に受け取る為の方法 及び装置に関するものである。

今日のＮＭＲ画像形成方式は、画像形成すべき全サンプル（例えば、人の患者） を取り巻くレシーバコイルを使用している。これらの「遠隔コイル」は１個別的 なスピンに対する感度は、−次近似において５画像形成中の全領域にわたって実 質的に一定であるという利点を持っている。この一様性は、厳格にはこの様な遠 隔コイルの特性ではないが、それは十分な程度に実質的に一定であり、殆どの今 日の再構成技術では一定なコイル感度を仮定している。それらの寸法が大きいの で、この様な遠隔コイルは２つの欠点を有している。第１に、個々のスピンに対 しての感度が相対的に悪いことであり、且つ第２に、インダクタンスが相対的に 大きいことであり、従って自己共振周波数が低いことである６表面コイルは、そ の領域内において個々のスピンに大抵一様な感度を有するものではなく、表面コ イルを使用して発生された画像はこの様な不均一性に対して付加的な補償を必要 とすることは公知である。然し乍ら、表面コイルは、遠隔コイルよりも幾何学的 形状をかなり小さくすることが可能であり、且つ、医学的診断の使用の為には、 サンプル患者の体表面近く、又はその上に、適用することが可能である。このこ とは、全解剖的断面ではなく、その中の小さな領域の画像形成に注意が向けられ る場合には。

特に重要なことである０表面コイル受信要素は興味のあるスピンにより近接して 位置させることが可能であるので。

与えられたスピンは、与えられたラーモア回転数において。

遠隔コイルにおいてよりも表面コイルにおいてより大きなＥＭＦを発生する０表 面コイルを使用することは、また。

対応する遠隔コイルに関しての人体内における電気的損失からのノイズの影響を 減少させ、一方所望の信号を最大とさせる。

従って、ＮＭＲ画像形成方式は、通常、局所化した高分解能画像形成用の小型の 表面コイルを使用する。直径りの単一の表面コイルは、無限の導電性半空間内側 において深さＤの周りの体積に対して可及的に最高の信号対雑音比（ＳＮＲ）を 与える。然し乍ら、単一表面コイルは５表面コイル直径りと同等の横方向寸法で その領域を効果的に画像形成することが可能であるに過ぎない、従って、表面コ イルを使用することは、必然的に、視野を制限し、且つ不可避的に１分解能と視 野との間の比較考量に導く０表面コイルのＳＮＲの基本的な制限は、その本来的 な信号対雑音比であり、その場合、雑音抵抗は無線周波数（ＲＦ）受信コイルに よってサンプル（例えば、医学的ＮＭＲ画像形成状態にある患者）内に誘起され る電流に起因するものである。より大きなコイルはより大きな患者サンプル損失 を誘起し、従って、より大きな雑音抵抗を持っており、より小さなコイルはより 低いノイズ抵抗を持っているが、視野をより小さな領域に制限する。

重なり合う視野を有するアレイ構成とした１組の表面コイルを設けることにより 視野を拡大することが極めて望ましい、然し乍ら、同時に、可能である場合には 、単一表面コイルのＳＮＲを高い値に維持することが望ましく、このことは、相 互のコイル干渉が緩和されることを特徴とする特に、２つ又はそれ以上のコイル から同時的に信号を得る場合、各コイル内の雑音電圧が可及的に相関性がないも のであることが重要である。これらのコイルが共通の雑音源を共用する場合には 、何等かの不可避的な雑音相関が存在する。しかし、１つのコイル内の雑音電流 が他のコイル内に電圧を誘起させる場合には、不必要な雑音相関が存在する場合 がある。更に、アレイ内の複数個の表面コイルの各々の部分画像データから、複 合単一画像の各画素内の信号対雑音比を最大とする単一最適画像を構成すること が可能であることが特に望ましい。

見豆段！稔 本発明によれば、複数個の密接して離隔させた表面コイルの各々からの異なった ＮＭＲ応答信号を同時的に受け取る方法が複数個の表面コイルからなるアレイを 与えており、該表面コイルの各々は全ての隣接する表面コイルと実質的に干渉を 有することがないように位置されている。異なったＮＭＲ応答信号は、該アレイ によって画定される画像形成体積内に入っているサンプルの関連する部分から該 表面コイルの容具なったものにおいて受け取られる。容具なったＮＭＲ応答信号 は、該サンプルの同複数個のＮＭＲ画像の異なった１つを構成すべく使用され、 次いで該複数個の異なった画像を１点毎に結合させて、該表面コイルアレイのい ずれかの表面コイルによってＮＭＲ応答信号寄与が受け取られた全サンプル部分 の単一の複合ＮＭＲ画像を発生させる。

本発明の現在のところ好適な実施例においては、各表面コイルを同複数個の低入 力インピーダンス前置増幅器の関連する１つの入力端へ接続されており、それは いずれかの表面コイルとそれに直接隣接するものではない他の表面コイルとの間 の干渉を最小としている１例えば円形、正方形等の幾つかの幾何学的形状の表面 コイルを使用することが可能である。

従って１本発明は、同時受信用に構成された複数個の表面コイルアンテナを使用 する新規なＮＭＲ画像形成方法を提供することを目的とする。

本発明の別の目的とするところは、同時受信用に構成された複数個の表面コイル アンテナを使用するＮＭＲピックアップ画像画像用成用置を提供することである 。

本発明に基づく核磁気共鳴（ＮＭＲ）信号採取装置は。

第１コイル、第１マツチング（整合）手段、及び第１前置増幅器を有している。

第１コイルは電源インピーダンスＲ５を有している。第１前置増幅器は最適電源 インピーダンスＲｏｐｔ及び入力インピーダンスＲｉｎを有しており、Ｒｉｎは Ｒｏｐｔよりも小さい、第１整合手段は、第１コイルＲｓの電源インピーダンス が整合手段によって変換されて、第１整合手段と第１前置増幅器との間の接続点 において、最適電源インピーダンスＲｏｐｔとほぼ等しくなるように、第１コイ ルを第１前置増幅器へ接続する。同時に、第１前置増幅器の低入力インピーダン スは、第１整合手段によって、第１１１合手段と第１コイルとの間の接続点にお ける最適電源インピーダンスＲｏｐｔよりも高い値へ変換される。

本発明の１つの目的は、共振ＮＭＲレシーバコイル内を循環する雑音電流の再放 射を減少させることである。この様な減衰がない場合には、１つのコイル内の雑 音は、本方式内のその他のコイル内に結合される場合があり、その際に本方式の 雑音性能を減少させる０本発明においては、第１整合手段が、前置増幅器入力イ ンピーダンスＲｉｎの変換した値である第１コイルを横断して接続されるインピ ーダンスを提供する。そのインピーダンスは、最適電源インピーダンスＲｏｐｔ よりも必然的に高く、従って第１コイル内の循環電流、特に雑音電流が減少され る。

本発明の１側面は、第１前置増幅器の入力インピーダンス自身が第１コイルへ提 供されるインピーダンスの操作に参加することである。その場合に、第１コイル 内の雑音電流を減少させると同時に、最適雑音性能を維持することが可能である 。第１整合手段は、ＮＭＲ信号周波数における波長のほぼ１／４に等しい長さを 持った伝送線セグメントを有することが可能である。電源インピーダンスＲｓを 最適電源インピーダンスＲｏｐｔへ整合させる為に、ｌ／４波長伝送線セグメン トは１次式によって決定される特性インピーダンス２．を有することが可能であ る。

Ｚ、＝ｆｒｉフ四 本発明の別の側面においては、前置増幅器は、ＮＭＲ信号周波数で前置増幅器の 入力インピーダンスを確立する為のインダクターコンデンサ（Ｌ−Ｃ）回路網を 有する入力段を有することが可能である。入力インピーダンスＲｉｎに対する最 適電源インピーダンスＲｏｐｔの比は２ｏよりも大きくすることが可能である。

本発明の別の目的は、ＮＭＲ信号採取の伝送フェーズ期間中に遭遇する大きな電 圧をクランプすることである０本発明の装置は、第１整合手段と第１前置増幅器 との間に介在される少なくとも１７２波長の伝送線セグメント、及び該１／２波 長伝送線セグメントの少なくとも一端に取付けたクランプ手段を有することが可 能である。その場合に、クランプ手段は、所望の減衰を与える。１／２波長伝送 線セグメントは、雑音減少の目的の為に最適整合効果性を維持する為に最適電源 インピーダンスＲｏｐｔとほぼ等しい特性インピーダンスを有している。

本発明の更に別の目的とするところは、複数個の画像の同時的採取用のコイルの アレイを提供することである。その場合、各コイルは、上述した本発明に基づく ものと同様の整合手段及び前置増幅器へ接続さ九でいる。従って、該アレイ内の 全てのコイルは、関連するコイルに対する各夫々の整合手段によって提供される 高インピーダンスに起因する減少された雑音電流を享受し、且つコイル間の雑音 結合はその結果減少される。

本発明のこれらの且つその他の目的は、図面と共に以下の詳細な説明を一読する ことにより明らかなものとなる。

月Ｊｆｉ固ＪＬＪ腎朋− 第１図及び第１ａ図は、夫々、単一円形表面コイルの概略平面図、及びその表面 コイル感度Ｓと周波数ｆ応答曲線のグラフ図であり、 第１ｂ図及び第１ｃ図は、夫々、一対の結合した円形表面コイルの平面図、及び 感度Ｓと周波数ｆ応答曲線のグラフ図、であり、 第２ａ図及び第２ｂ図は、互いに実質的に干渉を最小とすべく位置決めされてい る夫々円形及び矩形形状の表面コイル対の各平面図、であり。

第３図はこのようにして形成されたアレイ内の任意の２つの隣接する表面コイル の最小とした結合の為の二次元配置の態様を示した複数個の円形表面コイルの平 面図、であり、 第４図は４個の実質的に正方形の重なりあった表面コイルとそれと共に使用する 為の同数の前置増幅器のアレイの概略ブロック図、であり、 第４ａ図は本発明の原理に基づくマルチプルアレイにおいて使用される正方形表 面コイルでその幾つかの寸法及びその他の特徴を示している平面図、であり、第 ５図は第４図の表面コイルの対の間の結合を、これらの表面コイルの１つと共に 使用される前置増幅器と共に示しており且つ本発明の原理を理解する上で有用な 概略図、であり、 第６図は複数個の表面コイルを相関−雑音計算目的の為に互いに結合させること の可能な態様を示した概略図、であり、 第７図及び第８図は、夫々、少なくとも１つの表面コイルの種々の形態の組、及 び感度Ｓと周波数ｆ応答曲線との関係のグラフ図、であり。

第９ａ図及び第９ｂ図は、表面コイルを関連する前置増幅器へ結合する為の種々 の方法を示した各概略図、であり、第１０図は複数個の表面コイルのアレイの出 力を画像形成に使用する為にＮＭＲレシーバの直角位相入力端へ結合する為の装 置の概略ブロック図、であり、第１１図は本発明に基づく核磁気共鳴（ＮＭＲ） 信号採取装置の斜視図であり、 第１２図は第１１図の装置の一部を形成する予備減衰回路用の概略図、であり、 第１３図は第１１図の予備減衰回路用の別の構成の概略図、である。

本　日の詳細な　日 最初に第１図及び第１ａ図を参照すると、表面コイル１０は第１端１０ａから第 ２端１０ｂへ延在しており、且つ中心１０ｃの周りに半径ｒで実質的に円形形状 をなしている。導電性コイル要素１０ｄは、複数個のインピーダンス要素１０ｘ 、ここでは電気的容量１０ＸＩ−１０ｘ４、で直列接続されている。広い周波数 スペクトルにわたって実質的に一定の振幅を有する無線周波数（ＲＦ）エネルギ が表面コイル１０上に入射すると、コイル端１０ａと１０ｂとの間に与えられ受 け取られたエネルギ信号の振幅は感度Ｓと周波数ｆとの応答曲線１１を有してお り、感度ビークは表面コイル１０の自己共振周波数ｆ０にある。

次に第１ｂ図及び第１ｃ図を参照すると、第１表面コイル１０−１を第２表面コ イル１０−２に近接して位置させることが可能であり１表面コイル導体１Ｏ−１ ｄと１〇−２ｄとの間に成る程度の誘導結合Ｍが存在している。単一コイルの単 純な共振は、２つのコイルにおける２つの共振モードへ変化し、１つのモードは ２つのコイルにおける電流が同一の方向へ流れることに対応しており、且つ他の モードは反対方向に電流が指向されていることに対応している。これらのモード の共振周波数は、元の共振から分割され、一方の共振周波数は元の共振よりも上 であり一方のものは下であり、応答曲線において「二つの隆起部」の様相を与え ている。このシフトは、感度Ｓと周波数ｆの応答曲線１２内に見られ、その場合 、第１ピーク１２ａは自己共振周波数ｆ０下側に現われ、一方第２ピーク１２ｂ は自己共振周波数ｆ０の上側に現われ、最小の谷１２ｅが自己共振周波数ｆ０に 現われている。ビーク１２ａ及び１２ｂの正規化した振幅は、単一表面コイルビ ークの正規化した単位振幅よりも小さい、共振ビーク１２ａ及び１２ｂから離れ た点での振幅及びビーク１２ａとビーク１２ｂの間隔Δｆに関する谷１２ｅの９ 深さＴは、少なくとも部分的に、誘導結合Ｍに、従ってコイル中心１Ｏ−１ｅと １Ｏ−２ｃとの間の中心間距離Ｄｃに依存している。

第２ａ図及び第２ｂ図を参照すると、−次元アレイにおける一対の隣接するコイ ルの中心間のコイル対コイル分離距離Ｄｓは、相互誘導結合Ｍが最小とされるよ うに見つけ出すことが可能である。実質的に同一の半径（ｒ＝ｒ’）を有する一 対の円形表面コイル１ｏ−１及び１ｏ−２の場合、分離距離Ｄｓは約０．７５ｄ に等しく、即ちＤｓ＝１゜５ｒ（第２ａ図）である０表面コイルは、非円形形状 とすることが可能であり、一対の非円形コイル１０’−１及び１０’−２を側部 寸法Ｓ′とした実質的に正方形とすることが可能である。最小とした相互誘導Ｍ の場合、実質的に正方形の第１コイルの中心１０’−１ｃは、約０．９Ｓ’のコ イルからコイルへの分離距離したけ隣接する実質的に正方形のコイルの中心１０ ’　−２ｃから分離されている。

理解すべきことであるが、相互誘導を実質的にゼロへ減少させることが可能であ り、その場合に、隣接するコイルの間の相互結合及び最も近い隣接する表面コイ ルでの共振分割の問題を除去することが可能であるが、実際的な各コイルにおけ る多少の不完全性の為に、近似的な重ねあわせが上述した公式から計算すること が可能であるのみであり且つ重ねあわせの正確な量は経験的に決定されねばなら ない。

更に理解されることであるが１間隔及び位置決めにおける付加的な多少の差異が 、例えば、コイル１０’−１の端部１０’−１ａと１０’−１ｂ間の間隙等のコ イル端部間の間隙の配置に起因して必要とされる場合があり、この場合にも、例 えば第２ａ図に示した如き反対配置から第２ｂ図に示した如き同一側配置への如 く間隙が第１及び第２位置から変化される場合に、間隔距離Ｌ（又は実質的に円 形コイル用の距離Ｄｓ）の経験的な微小調節が必要とされる場合がある。

第３図を参照すると、−次元アレイにおける一対の隣接する表面コイル間の線形 分離に適用される規則を、二次元アレイの一部を形成する複数個の隣接する表面 コイルの中心対中心間隔Ｄ′へ適用することも可能である。ここで、３個の相互 に隣接する円形表面コイル１０−１．１０−２゜１０−３を、それらの中心１Ｏ −１ｃ、１Ｏ−２ｃ、１Ｏ−３ｃが各々側部Ｄ’の正三角形の異なった頂点にあ り。

その場合に分離距離Ｄ′は表面コイルの各々の半径の約１゜５倍であるように、 配列されている。同様に、これら３つの相互に隣接する円形表面コイル１０−１ ．１０−２．１０−４は、それらの中心１Ｏ−１ｃ、１Ｏ−２ｃ、１０−４０を 各々側部りの正三角形の異なった頂点に有している。

付加的な実質的に円形の表面コイルを、該アレイの仮想部分を形成する二点鎖線 円によって示される如く、付加することが可能であり、各付加される表面コイル はその中心を。

該アレイの実際の又は仮想上の表面コイルの中心で形成される別の正三角形の頂 点にその中心を位置させている。理解される如く、三次元アレイの表面コイルを 、ピラミッド型、立方体型、及び同様の副組と共に使用することが可能であり、 又は三次元物体（例えば、人体の一部等）上に少なくとも１個の二次元シートア レイを「被せ」せて該アレイ「表面」によって取り囲まれる体積内にサンプル物 体を入れることにより得ることが可能である。

最も近いものの次の隣のコイル同志の干渉、例えばコイル１０−４のコイル１０ −３との干渉、又は更に離れたコイルの間の干渉は、比較的低い入力インピーダ ンス（典型的に、１０Ω未満）を持った前置増幅器へ各表面コイル出力を接続す ることにより無視可能なレベルへ減少させることが可能である。このコイルアレ イ−前置増幅器の組の結合を第４図に示してあり、その場合、人間の背骨の画像 形成用のフルボディのＮＭＲ作像器内において特に使用される４コイルアレイ１ ０″は、各々が隣接するコイルとの相互結合干渉を実質的に除去する為に約０． １Ｓ’の重ねあわせ距離及び側部寸法Ｓ″を持っている１番目乃至４番目の実質 的に正方形の表面コイル１０”−１乃至１０”−４を有している。表面コイルの 各々の端部１０”　−ｉａ及び１０”−１ｂ（尚、１≦ｉ≦４）は、同数の低イ ンピーダンスＲＦ前置増幅器手段１４の１つの関連する入力端１４−ｉａ及び１ ４−ｉｂと接続されている。従って、第１表面コイルの反対端１０”−１８及び １０”−１ｂは、出力端１４−１ｃにおいて第１の前置増幅された表面コイル信 号を供給する第１前置増幅器１４−１の夫々の入力端１４−１　ａ及び１４−１ ｂへ夫々接続されており；第１表面コイル１０”−２は、前置増幅された第２表 面コイル信号を出力端１４−２ｃにおいて供給する第２前置増幅器手段１４−２ の夫々の入力端１４４−２ａ及び１４−２ｂへ夫々接続されている第１及び第２ 端部１０”−２８及び１ｏ”−２ｂを持っており；第３表面コイル１０”−３は 、出力端１４−３ｃにおいて前置増幅された第３表面コイル信号を供給する第３ 前置増幅器手段１４−３の夫々の入力端１４−３ａ及び１４−３ｂへ夫々接続さ れている第１及び第２端部１０”−３８及び１０”−３ｂを有しており；旦つ第 ４表面コイル１０“−４は、出力端１４−４　ｅにおいて前置増幅した第４表面 コイル信号を供給する第４前置増幅器１４−４の夫々の入力端１４−４ａ及び１ ４−４ｂ／、夫々接続さ札ている第１及び第２端部１０”−４８及び１０”−４ ｂを有している。

表面コイル１０”−１乃至１０”−４の各々は、第４ａ図に表面コイル１０”− １で示した如く１幅Ｗ（本例においては約０．５インチ（１、２７ｅｉｉ）　） で内部間隔１４（本例においては約４．２５　（１０，８０ｃｍ）インチ）の導 電性テープで製造することが可能であり、従って、この場合には、中間側部から 中間側部への間隔Ｓ”は約４．５インチ（１１，４３ｃ■）である、各脚部は、 集中容量要素によって、そのほぼ中間点において、分離されている。コイル接続 用に破断されていないこれら３つの脚部において、これらの集中容量要素１０” ｘｉ、１０’　ｘ２．１０”Ｘ３は、実質的に同一の容量値Ｃａ　（約１．５テ スラの静止磁界Ｂ１及び約６３．９ＭＨｚのラーモア即ち共振周波数ｆ０を持っ た方式における１Ｈ画像形成の為に使用されるコイルの場合は約９１　ｐ　Ｆ） を有している。端部接続１０”ａ及び１０″ｂを持った表面コイル側部は、別の 容量値ｃｂ（約１５０　ｐ　Ｆ）の端子架橋容量要素１０”Ｘ４、及び３番目の 値Ｃｃ（約３００ｐＦ）の側部容量要素１０″ｘ５を有している。

第５図を参照すると、低入力インピーダンス前置増幅器を次に最も近い隣の表面 コイルへ接続することの効果は。

２つの表面コイルを変圧器１６の一次側巻線１６Ｐと二次側巻線１６ｇとして考 えることによって解析することが可能である。結合係数ｋが巻線１６ｐと１６ｓ との間に存在する。−次側及び二次側巻線は、相互結合をＭ＝ｋＬとして、両方 共、同一のインダクタンスＬを有するものと考えられる＃２つの巻線の残留抵抗 ＲＰ又はＲｓは、実質的に同じであり、従ってＲｐ＝Ｒｓ＝Ｒ１である。第１表 面コイル（直列容量Ｃ〕−及び直列抵抗Ｒ１を有するインダクタンスＬの巻線１ ６ｐ）が電源１７によって駆動されると、該電源を除去し且つ（ａ）電源端子１ ７ａ及び］、　７　ｂを横断して見られるインピーダンスが実質的に変化したか 否が、また（ｂ）付加的な散逸及び雑音が第２表面コイル（巻！！　１６　ｓ　 。

別の抵抗Ｒ１及び表面コイル容量Ｃ２ａ及びＣ２ｂの対によって象徴的に示され る）の存在によって導入されたか否かを決定することが可能である。第２表面コ イルが存在しない場合、−次側ループのインピーダンスは単にＲ１＝ＲＰである 。第２表面コイルが付加されると、端子１７８−１７ｂ間のインピーダンスＺＡ は次式の如くに与えられる。

ＺＡ＝　Ｒ１＋　（、）”Ｍ”／　Ｚｓ　（１）尚、Ｚｓは二次側表面コイルル ープの直列インピーダンスである、二次側ループは、複数個の容量で同調されて おり。

該容量はＣ２ａ及びＣ２ｂへ還元することが可能であり、低インピーダンス前置 増幅器１４の入力インピーダンスＲＰは、第２ループ出力容量Ｃ２ｂを横断して 実効的に並列である。一般的に説明すると、この出力容量は、正味のコイル直列 容量Ｃ２ａよりもかなり大きく、従ってこの容量関係をＣ２ｂ＝　（Ｎ−１）　 ・Ｃ２ａと定量的に示すことが可能である。従って、二次側表面コイル回路の正 味の直列容量は約Ｃ２ｂ／Ｎである。１７ａ−１７ｂ間の正確なインピーダンス Ｚ＾は以下の如くに計算することが可能である゛。

ＺＡ＝Ｒ１［１＋ｋ”Ｑ”／　（１＋　［Ｑ／Ｎ］（Ｘｃ／　（Ｒｐ　ｊＸｃ） ））］　（２）尚、二次側及び−次側回路の各々における抵抗は約Ｒ１であり、 回路ＱファクターはＱ＝Ｌ／Ｒ１であり且つＸｃは容量Ｃ２ｂのリアクタンスで ある。

２つの限界において検討することが有用であることが判明した。第１の限界は、 前置増幅器がコンデンサＣ２ｂへ取付けられており且つ第２ループが共振である 場合に発生し、ここで、前置増幅器ＲＰは無限となり、且つＺＡ＝Ｒ１（１＋ｋ ”Ｑ”）　（３） である＃には小さいが、Ｑファクターは大きい場合があり、且つ方程式（３）に おけるｋ”Ｑ２の項が顕著である場合がある。第２の限界において、前置増幅器 入力インピーダンスＲｐ＝０であり且つ方程式（２）は次式の如くになる。

Ｚａ　＝Ｒ１（１−ｊ　ｋ”ＱＮ）　（４）方程式（３）と（４）とを比較する と、第１ループに与える第１ループインピーダンスの効果は、共振第２ループと 比較して、前置増幅器入力インピーダンスを実質的にゼロと等しくさせることに よって、実質的に１よりも大きなファクターである（Ｑ／Ｎ）のファクターによ って減少させることが可能である。今や、反射インピーダンスは虚数であり、且 つ、最悪の場合、−次側ループ内における見掛けの付加的損失の代わりに、第１ ループ周波数シフトを発生する。

実際の状態の解析の為に、第４ａ図の例示的な正方形コイル（６４ＭＨｚで４コ イル背骨画像形成において使用される）は、Ｎ＝６．４５、Ｘｃ＝１６．６Ω、 Ｑ＝３６１（負荷無し）及びＱ＝２４　（負荷有）のパラメータを有している。

以下の表は、前置増幅器を二次側表面コイル端子を横断して配置した場合に、二 次側表面コイルから一次側表面コイル内へ反射されるインピーダンスに対する値 を有している０表の中身は、−次側コイル端子１７　ａ　／　１７　ｂにおいて 見られる全インピーダンスＺＡと、共振−次側表面コイルのみが存在する場合に 通常具られる損失抵抗Ｒ１とに比によって与えられている。従って、インピーダ ンス比は、実数成分と虚数成分の両方を有している。ノイズの相対的増加を表す のは実数成分であり、即ち、例えば、１゜０７の比（二次側コイルへ取付けた１ ０Ωの前置増幅器を有するアンロード即ち負荷無しのコイルに対して）は、−次 側表面コイル内の抵抗、従って雑音パワーが、第２コイルが存在する為に７％だ け増加したことを表している。従って、システム雑音数値は、約０．３ｄＢ増加 し、それは比較的小さな量である。前置増幅器を第２表面コイルへ取り付けなく とも、ロードされているコイル例のいずれにおいても、著しい雑音の増加がない ことが理解される。５０Ωの入力インピーダンス前置増幅器が存在するか又は前 置増幅器が存在しないかのいずれかの場合に、アンロード状態即ち負荷無し状態 の表面コイルに対して顕著な効果が発生するのみである。該インピーダンスの虚 数部分は、共振周波数の小さなシフトに対応しており、それは、全ての虚数イン ピーダンス比部分が、高々、（Ｒ１／１０）、即ち直列損失抵抗Ｒ１の１０％以 下を有するものに過ぎないから、比較的問題がないものと思われ、従って全周波 数シフトを共振幅の０．１未満に制限せねばならない。

ＺＡ／Ｒ１の表 コイル構成 無負荷　有負荷 Ｑ＝３６１　Ｑ＝２４ Ｒｐ＝ＱΩ　１．０Ｏ−ｊｏ、１１４　１．０Ｏ−ｊｏ、ｏ０７Ｒｐ＝５Ω　１ ．０４−ｊＯ，１１３１，０Ｏ−ｊＯ，ｏ０６Ｒｐ＝１０Ω　１．０７−ｊｏ、 １１２　１．０ｌ−ｊｏ、ｏ０５Ｒｐ＝ｓｏΩ　１．３３−ｊｏ、１０３　１． ０ｌ−ｊｏ、ｏ０２Ｒｐ＝ωΩ　１．３８　１．０３ 尚、　ｋ＝ｏ、ｏ０７、Ｘｃ＝１５．４Ω、Ｎ＝６．４５遠隔コイル内に流れる 電流に起因して興味のあるコイル内に発生する電流の大きさも計算した。第１及 び第２コイル内の電圧に起因する第１コイル内の電流は次式によって与えられる 。

１１＝　（−ｊωＭＶ２−ＶＩＺ２）／（ＺＩＺ２＋ω”Ｍ”）　（５） 尚、ｖｌは第１表面コイル電圧であり、且つＺｌ及びＺ２は夫々第１及び第２表 面コイルインピーダンスである。第２コイル電圧２によって発生されるコイル１ 内の電流と電圧１によって発生される電流との比は次式によって与えられる。

Ｉ　１（２）／Ｉ　１（１）＝（ｊ　ωＭ／Ｚ２）（Ｖ２／Ｖｌ）＝（ｊ　ωＬ ｋ／Ｚ２）（Ｖ２／Ｖｌ）　（６）第２表面コイルインピーダンスを代入するこ とにより次式％式％ 前置増幅器入力インピーダンスＲＰが、容量リアクタンスＸｃと同等であるか又 はそれより小さい場合には、これは次式の如くになる。

Ｉ　１　（２）／　Ｉ　ｌ　（１）＝ ｋ　Ｎ　［Ｘｃ＋　ｊ　Ｒｐ）／Ｘｃ］　（Ｖ　２／Ｖ　１）（８ａ） 又は、 Ｉ　１　（２）／　Ｉ　ｌ　（１）＝ ｋＮ　［１＋（ｊＲｐ／Ｘｃ）］（Ｖ２／Ｖｌ）（８ｂ） ｋ＝０．００７及びＮ＝６．４５を使用して、上式は次式の如くになる。

１１（２）／ｌ１（１）＝０．０４５　（９）従って、表面コイル２信号に起因 して表面コイル１内に現われる信号は、表面コイル２内の信号と相対的に２２の ファクターだけ減少される。即ち、表面コイル２信号は、表面コイル２における よりも表面コイル１において、２２倍だけより強くないことになる。

Ｎ複数個の表面コイルのアレイの重なりあう視野がら単一の複合画像を構成する ことが極めて望ましいが、複数個の表面コイルの各々からの個々の画像は有用で ある。適切に構成されると、この様な複合画像は、直交成分を有しており、且つ 可及的に最大の信号対雑音比（ＳＮＲ）を有する。隣接するコイル相互インダク タンスを実質的に除去する為に必要なコイル重ね合せの量は、実質的には、顕著 な視野重ね合せを発生し、最小のＳＮＲ変化で単一複合画像を構成することを可 能とする重ね合せ量である。実現されると、増加したＳＮＲは１表面コイル間の 相関された且つ相関されていない雑音のみならず、全ての表面コイルの視野の詳 細な智識を使用して、各点毎に１種々の表面コイルからの画像を結合させること を必要とする。単一コイルの一般的な感度は、与えられた電流に対してコイルが 任意の点において形成する横断方向の磁界に比例しており、コイル雑音電圧は、 コイル端子抵抗の平方根に比例している。

点（ｘ＋　’ｊｔ　Ｚ）に位置された体積要素（体素）におけるＳＮＲは次式で 表される。

Ｓ　Ｎ　Ｒ＝　ωＭＶＢｔ（Ｘ＊ｙ−ｚ）／　（４ＫＴＲ）””　（１０）尚、 Ｂ　ｔ（ｘ　＋　３’　＋　２）は、その表面コイル内を流れる単位電流に対し て点（ｘｔ　ｙｔ　ｚ）において表面コイルによって形成される横断方向磁界で あり、Ｍは単位体積当たりの磁化であり、■は体素体積であり、ωは共振周波数 であり、且つＲは雑音抵抗Ｒｎであり、それは次式の如くオーム損失に関して時 間平均積分で表すことが可能である。

流密度であり、且つσはサンプル導電率である。誘起電流を電界で表すと、ノイ ズ抵抗Ｒｎは次式で表される。

第６図に示した如く、アレイ２０のＮ複数個の表面コイル２ｏ−１乃至２０−ｎ は、同じくＮ複数個のフェーズシフタ２１を使用して、それらの出力電圧位相を シフトさせることが可能であり、且つ同じくＮ複数個の変圧器２２を使用して、 線形結合させて、アレイ端子２０ａと２０ｂとの間に単一の出力Ｖｏｕｔを形成 することが可能である。該変圧器の各々は、理想的な損失のない変圧器と考えら れ、ｉ番目の変圧器２２−１に対して巻き数比１：ｎｌを有しでいる、尚１≦ｉ ≦Ｎである。各コイルは、次式で与えられる瞬間的な出力電圧ｖｉｃｔ）を有し ている。

ｖ　ｒ　（ｔ）　＝　（１１ＭｖＢｔ（ｘ、ｙｔｚ）　ｔｅａｓ（＋１１　ｔ＋ φ、＋θ、）　（１３）尚、θ□は研究室の座標のある固定基準から測定したＲ Ｆ磁界の角度であり、且つψ、は回転する原子核の任意の位相である。成る点（ ｘｔ　）’＋　ｚ）における磁化に起因する表面コイルアレイ２０からの結合信 号Ｖ　ｏｕｔは次式で表さＧ）ＭＶΣｎ＋［Ｂｔ（Ｘ＊ｙｔｚ）ｌｚｅｏｓ（ω ｔ＋φ、÷８．＋φ１）ｉ＝１ この電圧のピーク振幅は所望の信号であり旦つ次式で与えられる。

１Ｖｔｏｔｌ”＝ （（、）ＭＶ）”　［Σｎ＋［Ｂｔ（Ｘ＋ｙ＋Ｚ）コ、ｅｏｓ（（１１ｔ＋ψ、 ＋０１＋φ１）２ｉ＝１ ＋（［Σｎ１ｃｓｔｃＸｔｙ？ｚＤＩｓｉｎ（＋１１　ｔ＋φ、＋θ、＋φ、） ）”］ｊ７：１ アレイ出力端子２０ａ−２０ｂから見ると、全雑音抵抗は、単位振幅の電流を変 圧器二次側内に注入し且つ画像形成中のサンプル（患者等）の体積にわたって積 分した損失の時間平均を取ることによって得られる。単位振幅の電流、即ちｅｏ ｓ　（ωｔ）を直列接続された変圧器２２の二次側巻線内に注入すると、電流（ −φ、の量及びｎｌの振幅によって位相シフトされている）は任意のコイル２０ −ｉ内を流れる。サンプル内の全電界は、次式で与えられる。

百ｔｏｔ　＝Σｎ１Ｅｉｓｊ、ｎ（ωｔ−φｌ）　（１６）ｉ＝１ 尚、百５によって与えられる電界の空間依存性及び時間依存性を分離させている ０式（１２）と（１６）とを結合し。

積分及び加算の順序を変化させ、且つ時間に関して平均すると、変圧器二次側か ら見た損失抵抗は次式のように表される。

ＮＮ Ｒｔｏｔ＝　Σ　ΣｎＩｎ、　Ｒ，、、（１７）ｉ＝１　ｊ＝１ 尚、相互雑音抵抗を以下の如くに定義している。

Ｒｚ＊Ｉ＝（（ｙ　／２）　／　Ｅｌ−Ｅ、ｄ”ｖ　ｃｏｓ（φ１−φ、）　（ １ｇ）従って、ノイズ抵抗マトリックスは、表面コイル間の相関のある及び相関 のないノイズに関しての全ての情報を有している。即ち、Ｒ＋−ｒｃ尚、ｉ　＝ ｊ）は分離された状態に保持されているコイル２０ｉのノイズ抵抗である。然し 乍ら、ノイズ抵抗Ｒ，，，（尚、ｉ≠ｊ）は、コイル２０ｉ及び２０ｊが結合し て使用される場合の付加された抵抗であり、従って表面コイル２０ｉ及び２０ｊ の間の相関のあるノイズを表している。電界が９０度位相シフトされていると、 ノイズは完全に非相関であることに注意すべきである。

従って、結合した表面コイル組の点（Ｘｌ　ｙＰＺ）における信号対ノイズ比は 以下の如くである。

５ＮＲ＝　Ｉ　ｖｔｏｔ＋／Ｊ７１１１τｏｔ　（１９）尚、　Ｖｔｏｔ及びＲ ｔｏｔは式（１５）及び（１７）によって与えられる。最適位相シフトは、ｉの 各位相に対して偏微分２）ＳＮＲ を取り且つその結果をゼロと等しくすることにより決定される。その結果得られ る組の方程式は、φ□＝−φ、である場合に満足されることを見出した。従って 、外部位相シフトに対して割り当てる為の最適値は、誘起されたＮＭＲ電圧の位 相シフトと正確に相殺する。このφよの値を式（１９）のＶｔｏｔ内に代入する と、次式が得られる。

５ＮＲ＝　ωＭＶ（Σｎｔ［Ｂｔ（ｘｐｙ、ｚ）］＋）／（４ＫＴＲｔｏｔ）” ”　（２０）ｉ＝１ この信号対ノイズ方程式は、一連の損失無しフェーズシフタ及び変圧器を介して 接続されているコイルで派生される場合であっても、画像加算用の為に使用され る任意の方法にも同様に適用される。最適画像を得る為に信号を結合すると、結 合された画像内において各表面コイルデータを結合する為の相対的重みとして、 巻き比が解釈され且つ計算される。従って、改良したＳＮＲが画像の全ての点に おいて実現される場合に、各点毎に式（２０）を最大とするように表面コイルの 相対的重み（ｎ□）を選択せねばならない０等価的に、結合した信号レベルを一 定に保持しながら全ノイズ抵抗を最小とすることによって、ＳＮＲは最大とされ る。従って、次式で表される関数Ｆを最大とすることが望まれる。

ＮＮ　Ｎ Ｆ＝Σ　Σｎ　１ｎｌＲ＋ｙｌ＋λΣｎ　ｉ［Ｂｔ（ｘｙｙｔｚ）Ｌ　（２１） ｉ＝１　ｊ＝１　ｉ＝１ 尚、λは信号レベルに関する拘束のラグランジェ乗数である８式（２１）を最大 とする値ｎ□は、ｎ、に関するＦの偏微分を各値ｎｌに対してゼロと等しく設定 することによって得られる。この結果は、ｎによって与えられ、その場合ｎは次 式の如くに与えられる。

ｎ＝−λＲ−１Ｂ　（ｘｔ　ｙｔ　ｚ）　（２２）尚、Ｒ″″１はノイズ抵抗マ トリクス［Ｒｎ］の逆数であり。

Ｂ　（ｘｙ　ｙｔ　ｚ）は１表面コイルによって点（ｘｐ　ｙｔ　ｚ）において 形成された横断方向のフィールドの大きさを包含するベクトルであり、且つｎは 最適巻き比、即ち重みを包含するベクトルである。λの正確な値は、比較的重要 ではない、何故ならば、それは、式（２２）の最適重み解を式（２ｏ）内に代入 して、最適ＳＮＲ値を得る場合に、相殺するからである。即ち、λの値は、最終 的な複合画像の画素強度をスケールする為にのみ重要である過ぎない。最適重み 付は関数乃至は組が、一般的に、画素位置の関数であることが理解される。従っ て、各コイルからのＮＭＲ信号は、別個に得られねばならず、且つ全ての別々に 得られた信号を何等かの態様で外部的に付加する場合には、せいぜい、信号点に おいてＳＮＲを最大とすることを許容するに過ぎない、従って、各別々に採取し た後に、別個の画像は、各表面コイルに対して再構成すべきであり、且つ単一の 結合した画像は、式（２２）に従って１画素毎に個々の画像結果を加算すること により構築せねばならない、コイル内のＲＦ磁界の異なった方向に起因して、コ イル内の瞬間的なＮＭＲ信号における位相シフトがあるが１重み付けした大きさ の画像を結合することによる単一画像を形成することは未だに正しい、φ１＝− ０１で式（１８）によって与えらえる如く、位相シフトはノイズ抵抗マトリクス において考慮され、尚θ□は位置（ｘｔ　ｙｙ　ｚ）における磁界の方向である 。実際の測定値は表面コイル及び全ての関連する保護回路の小さな損失を考慮に いれるので、測定値が望ましいが、ノイズ抵抗マトリクス値は測定値又は計算値 に基づくことが可能であることが理解される。これらの損失は。

コイル間の相関を示さないので、これらの損失は、ノイズ抵抗マトリクスの対角 線の項に寄与するものとして現われるのみである。４コイルアレイ１０”　（第 ４図）用の計算したマトリクスは、式（２０）及び相互インダクタンスを介して 、計算された相互抵抗［Ｒｎ］　（同相のコイル電流で式（１８）から計算され る）のマトリクスから派生され、該ノイズ抵抗マトリクスは、コイルを導電性物 質の無限半平面に対して配置したサンプル損失に対応している。

ｌｏ、００１６０．００７０リ コイル重ね合せは隣接するコイル間の相互インダクタンスをゼロとさせるが、ノ イズ抵抗マトリクスのゼロでない対角線以外の要素によって表される顕著な相関 ノイズがあることに注意すべきである。

第７図及び第８図を参照すると、多数の表面コイルアレイに対しての計算された 信号対ノイズ比を比較しである。

第７図の（ａ）の場合、単一の実質的に正方形の表面コイル２５は、Ｚ＝０にお いて１．０の正規化した信号対ノイズ比を持ったＳＮＲ曲線２６（第８図）を与 えるように一様な物体のゼロ中心の周りに位置させである。隣接する表面コイル 間が実質的にゼロ干渉であるように重ね合わされた距離だけ離隔されている一対 の実質的に正方形の表面コイル２５ａ及び２５ｂのアレイ２５′は、感度対位置 曲線２７（第８図）を有しており、約ｚ＝−ｓがら約Ｚ＝±Ｓへの範囲にわたっ て実質的に一定のＳＮＲである。第４図に示した如くに配列された４個の実質的 に正方形の表面コイル２５ａ−２５ｄのアレイ２５”は、ＳＮＲ対位置曲線２８ を有シテおり、約Ｚ＝−１，６Ｓから約＋１．６８の範囲にわたって実質的に一 定の信号対ノイズ比である。対照的に、アレイ２５”の側部寸法Ｓに等しい幅及 びアレイ２５”の全長に実質的に等しい約３．６８の長さを持った単一の矩形表 面コイル３０は、ＳＮＲ対位置曲線３２を持っており、最大相対ＳＮＲ値は４表 面コイルアレイ２５″の約０．５であるに過ぎない、従って、複数個の表面コイ ルの複合体は、殆ど単一表面コイルの感度を持っており、より大きな単一コイル （それ自身はより低い感度を持っている）の視野を有している。

現在のところは、高磁界領域内ではない関連する前置増幅器手段１４からかなり の距離に位置されているＮＭＲ方式の高磁界領域内にある表面コイル１０を有す ることが望ましい。第９ａ図に示した如く１表面コイル１０の等価物は、夫々− ｊＸｃｘ及び−ｊＸ０２のリアクタンスの同調及び整合容量３５及び３６と直列 な、Ｒｅの大きさのインダクタンス３４ａ（リアクタンス＋ｊＸＬ□及び抵抗３ ４ｂを有する）である０表面コイルを横断して現われる信号及びノイズ即ち雑音 電圧は、信号電圧Ｖｓ源３７及びノイズ電圧Ｖｎ源３８によって表される６表面 コイル端子１０ａ及び１０ｂは、使用中のＮＭＲ共振周波数における半波長の整 数に等しい長さを持っている同軸ケーブル３９の第１端部に接続されており、他 のケーブル端部は関連する前置増幅器の入力端子１４ａ及び１４ｂへ接続されて いる３表面コイルは、端子１０ａ及び】、ｏｂ間にノイズ抵抗を提供すべく同調 されており、それは、ロードされた条件下において、ケーブル３９の特性インピ ーダンスＺ０と等しく、従ってケーブルはノイズエネルギの最小とした量を加算 する。前置増幅器１４は、コンデンサ４３（リアクタンス−ｊｘｃ３）及びイン ダクタンス４４（リアクタンス＋、）ＸＬｚ）から構成される直列共振ノイズ整 合回路網４２を有しており、それは該ノイズ抵抗を、例えばＧ　ａ　Ａ　ｓ　Ｆ 　Ｅ　Ｔ等の前置増幅器能動装置４５の入力をノイズ整合するのに必要な抵抗へ 変換する。非常に低いノイズ数値、低い入力インピーダンス、及び比較的広い帯 域幅を持った前置増幅器は、与えられた周波数において前置増幅器ノイズ数値を 実質的に劣化させることなしに、その入力コンデンサ４３を実質的に非同調とさ せることが可能である。従って２通常抵抗性であり且つ同調されたときにはかな り低い値（約５Ω未満）である前置増幅器１４の入力インピーダンスＺｉｎは、 コンデンサ４３の適切な調節によって、リアクタンス＋ｊｘ、、を有する誘導性 であるように見えるようにすることが可能である。前置増幅器をこのように誘導 性とさせることにより。

ケーブルの前置増幅器端における前置増幅器入力インピーダンスＺｉｎも、ケー ブル３９の表面コイル端において誘導性リアクタンス４６（点線で示しである） のように見え。

且つ表面コイル出力コンデンサ３６と共振して、受信期間中活性である並列共振 阻止回路を形成して、表面コイル１０内を流れる電流を最小とし従って一方の表 面コイルによって受け取られたノイズ（及び信号）がそれらの相互インダクタン スを介して他のコイルと結合されることを防止する。従って、各前置増幅器１４ 及び関連するケーブル３９をして関連する表面コイルに対して並列共振用インダ クタンスを提供することにより、表面コイルアレイで取られた画像は、高ＳＮＲ を維持し且つ他のコイルへの結合する様子は実質的に示されない、前述したこと は、屡々、特定のケーブル３９が特定の前置増幅器１４と共に使用さ九ることを 必要とするので、前置増幅器入力回路４２を共振に同調させ且つ低入力インピー ダンス前置増幅器と直列な外部インダクタンス４７又は４８を使用することが望 ましい。

この外部インダクタンス（リアクタンス＋ＪＸｔ＞）は５表面コイル端子１０ａ と同軸ケーブル３９の久方中央導体との間に接続されているインダクタンスとす るが、又はその出力端側における同軸ケーブル３９の中心と関連する低ノイズ増 幅器（ＬＡＮ）入力端子１４ａとの間に接続されている物理的に別のインダクタ ンス４８（リアクタンス＋、ｊＸＬ、）のいずれかとすることが可能である。２ つのインダクタンス４７及び４８の結合も、所望により、使用することが可能で ある。この少なくとも１つの外部インダクタンスの好適な使用は、再同調なしで 前置増幅器を交換することを可能とし且つ、一対の反対方向に並列接続されてい る保護ダイオード４９と共に、該インダクタを、送信期間中に、ブロッキング回 路を形成する為に使用することを可能とする。

第１０図に戻ると、レシーバ前端組立体５０が、当該技術において公知の手段に よって画像処理及び発生の為に一対のベースバンド直角信号を発生する為に、関 連する表面コイルアレイ１０”におけるＮ個の表面コイルと同数のＮ複数個の前 置増幅器ＮＭＲ応答信号を操作する為に示されている。従って１表面アレイコイ ル１０”は、Ｎ＝４表面コイル１０”−１乃至１０″−４を有しており且つ、各 々がＮＭＲレシーバ入力５０ａ−５０ｄの異なった関連する１つへ異なった前置 増幅した受信信号を与える関連した低ノイズ増幅器ＬＮＡ１４−１乃至１４−４ を有している。

入力５０　ａ　−５０ｄの１つにおける単一の前置増幅された信号は、関連する スプリッタ手段５１−１乃至５１−４の信号入力端へ印加される。各スプリッタ 手段は、その対となっている出力端５ｌ−１ａ及び５ｌ−１ｂ、５ｌ−２ａ及び ５１　２ｂ、５ｌ−３ａ及び５ｌ−３ｂ又は５ｌ−４ａ及び５ｌ−４ｂにおいて 一対の同相信号を供給する。各スプリット信号は、２Ｎ複数個の信号ミキサ一手 段５３の関連する１つのＲＦ入力端へ印加される。局所的なオシレータ手段５５ は、検討中の分子のラーモア共振周波数において、直角信号スプリット手段５７ の入力端５７ａへ供給する。一対の直角位相出力端５７ｂ及び５７ｃの各々は、 夫々、基準Ｏ°倍信号び直角９０”信号を供給する。出力端５７ｂにおける基準 Ｏ°倍信号、スプリッタ５１の関連する１つの同様の出力端へ接続されている各 対のミキサ一手段５３の第１のものの注入入力端へ結合さ九、一方スプリッタ出 力端５７ｃにおける直角９０″信号は残存するＮ複数個のそのミキサ一手段の注 入入力端へ接続される。従って、全てのｒａＪ　ミキサー、例えば、ミキサー５ ３−１ａ、５３−２ａ、５３−３ａ、５３−４ａ等は、基準局所的オシレータ信 号を受け取り、一方、ｒｂＪミキサー、例えばミキサー５３−１ｂ、５３−２ｂ 、５３−３ｂ、５３−４ｂ等のミキサーの各々の注入入力端は直角局所的オシレ ータ信号を受け取る６各ミキサ一手段５３の出力端にはベースバンド信号が与え られ、「ａ」ミキサーの各々は、基準０°局所的オシレータ信号を受け取って、 同相工信号を供給し、且つｒｂＪミキサーの各々は、直角９０”局所的オシレー タ信号を受け取って、直角位相Ｑ信号を供給する。従って、同相ベースバンド信 号ｌｌ−Ｉ４は、各々、ミキサー５３−１ａ乃至５３−４ａの関連する１つによ って夫々供給され、一方面角位相信号Ｑ　１−Ｑ４の各々は、夫々、ミキサー５ ３−１ｂ乃至５３−４ｂの関連する１つの出力端において与えられる。２Ｎ個の ベースバンド信号の各々は、個別的に、低バスフィルタ手段５９の関連する１つ においてフィルタされ、且つフィルタされた信号は、各々も前端入力端５０ｅか らのストローブ信号を受け取るサンプルＳ入力端を持っている２Ｎ複数個のサン プル・ホールド（Ｓ＆Ｈ）手段６１の関連する１つの信号入力端へ供給される。

従って、全てのサンプルＳ入力端は並列に接続されているので、Ｓ＆Ｈ手段の信 号入力端の各々は異なったベースバンド信号を受け取る。即ち、手段６１−１は 、フィルタされた第１．同相Ｉ’　１信号を受け取り１手段６１−ｂは第１直角 位相フィルタ済信号Ｑ’　１を受け取り０手段６ｌ−２ａは第２フイルタ済同相 Ｉ’　２信号を受け取り。

第４手段６ｌ−２ｂは第２直角位相Ｑ’　２信号を受け取り、以下同様である。

各サンプル・ホールド手段６１の出力端Ｏは、別のＭ複数個のに：１マルチプレ クス動作（ＭＵＸ）手段６１の１つの関連する入力ボートへ接続されている。

ＭＵＸ６３（７１数Ｍは−Ｍ＝２Ｎ／Ｋによって与えられ、ここでは、Ｎ＝４及 びに＝４であり、Ｍ＝２は６３−１及び６３−２を意味する。単一手段出力＠　 ６３−１　ｅ又は６３−２ｅ（及びそこから前端手段５０の１出力端５０−１又 はＱ出力端５０−ｑへ）へ接続さ九ている夫々の手段Ｇ３−１又は６３−２のに 個の入力端６３−１ａ乃至６３−］ｄ又は６３−２ａ乃至６３−２ｄの特定の１ つは、夫々前端手段選択信号入力端子５０ｆ又は５０ｇからＭＵＸ手段の夫々の 選択入力端６３−１ｓｌ及び６３−２ｓｌ、又は６３−１ｓ２及び６３−２ｇ２ へ与えられる２つのマルチブレウス動作用制御信号Ｍ１及びＭ２の二進信号状態 によって決定される。

動作において、Ｎ複数個の個別的入力端子５０ａの関連する１つにおいて、前端 手段５０は、連続的に、Ｎ複数個の前置増幅した応答信号の各々を受け取る。各 表面コイル前置増幅した信号は、２つの実質的に等しい振幅部分にスプリット即 ち分割され且つ同相又は直角局所的オシレータ信号とミックス即ち混合され、且 つ爾後に、ローパスフィルタ処理されて、各表面コイルアンテナから連続的な同 相及び直角位相ベースバンド信号を供給する。該信号は、共通ストローブ信号に 応答する各手段Ｓ＆Ｈ６１の作用によって、実質的に同時的に、全てのものがサ ンプル即ち採取される。２つのＮ信号の各々の保持されているアナログ振幅値を 、スＩ−ローブ周波数のに倍で動作する手段６３によって。マルチプ■ノクス動 作即ち多重化して、時間ダイバーシチ（多様性）マルチプレクス動作した工又は Ｑアナログ信号が爾後の処理手段（不図示）へ供給される。アレイ内の表面コイ ルより多く又はより少ない数のもの、及び同数のチャンネル、マルチブレクス動 作此等が意図されていることが理解される。信号処理技術において公知の手段に よって、ストローブ信号をマルチプレクス動作された選択信号へ直接的に同期さ せることが可能であり、ストローブ信号の周波数及び型式は公知の信号処理拘束 条件を充足すべく選択されるものであることが理解される。

第１８１図を参照すると、コイル組立体〕１０は、円筒コイル型１１２の表面上 に配置された４個の個別的なコイル１１１ａ−ｉｌｌｄ（コイル１ｌｌａ−１１ １ｃのみが第１１図中に示されている）を有している。コイル型１１２は、直径 が約６インチ（１５，２４ｃｍ）であり、且つ長さが約５インチ（３，２，７ｃ ｍ）であり、且つ適宜の絶縁性物質から形成されている。コイル１ｌｌａ−１１ １ｄは、大略、正方形形状をしており、且つ各コイル１ｌｌａ−１１１ｄは円筒 型１１２の周りを約１１１°にわたって伸びている、その結果、コイル１ｌｌａ −１１１ｄの各々の長手方向端部は、その次の最も近い隣のコイルとオーバーラ ツプ即ち重なり合っている。各コイル１１１．ａ−１１１ｄは。

コンデンサ１１５と直列であり、誘導性セクションとして機能する、導体１１４ を有している。各コイル１ｌｌａ−１１１ｄは、その際に、基本的に、直列Ｌ− Ｃ回路である。

導体１１４は、型１１２の表面上に固着した３／８インチ（０，９５ｃ＋ｅ）幅 の銅テープから形成されている。各コイル１ｌａ−１１１ｄの角部において、導 体１１４は、対角線上に走っており、従ってコイル間の交差点は直角である。

導体１１４が交差する場合、該導体の１つは他方の導体１１４上方を小さな矩形 状架橋として経路を取る。各コイル１１１ａ−１１１ｄは、間隙によって分離さ れている４個の導体１４を有している。該間隙の３つは、該銅テープ上に半田付 けしたコンデンサ１１５によって架橋されている。

他の間隙１１７は開放しており、且つ以下に説明する処理回路用の接続点として 機能する。

表面コイルアレイは、通常、ＮＭＲ信号採取において使用する技術において公知 である。この様なコイルアレイにおける共通する問題は、該アレイ内のコイル間 のノイズの結合である。この現象は、１つのコイルに入射する信号の一部として ノイズ電流が基本的に「再放射」し、近くの相互に結合されているコイル内に付 加的なノイズ電流を発生する場合に１発生する。コイル間の相互結合は、それら の配置によって成る程度緩和させることが可能であり１例えば、直交的に又は成 る程度の重ねあわせの構成とすることが可能である。然し乍ら、夫々のコイルの 理想的な配置は。

屡々、特定の適用によって支配され、且つ常に理想的な態様で実現することが可 能なものではない、更に１本発明の１つの目的は、特に、アレイ内のコイルが同 一の面内にない場合に、重ね合わさった視野を有する複数個のコイルから得られ る別々の画像の新規な結合に基づいて向上された複合画像を提供することである ０例えば、第１１図のコイル構成は２人間の手足を画像形成する為に適しており 、且つコイル１ｌｌａ−１１１ｄ間の相互結合は、配置のみによっては除去する ことは不可能である。

アレイ内のコイル間のノイズ結合を更に減少させる為に。

本発明の１個面は、各個別的なコイル１ｌｌａ−１１１ｄ内に誘起されるノイズ 電流を減少させ、その際にアレイ内の他のコイルに対するそのノイズの再放射を 著しく減衰させる。その機能を与える回路は、各コイル１ｌｌａ−１１１ｄに対 する前置増幅段内に組み込まれており、且つここでは、ＰＲＥＤＡＭＰ　（予備 減衰）回路１２０と呼称する。

ＰＲＥＤＡＭＰ回路１２０は１間隙１１７を横断してコイル１１１ａと結合され ており、且つ以下に詳細に説明する如く、コイル１１１ａ内の信号及びノイズの 両方である循環電流が最小とされるような態様でコイル１１１ａに入射する信号 を増幅する。増幅された信号は１次いで、ライン１２１上に出力されて、ＮＭＲ 方式の残部によって処理される。第１１図においては、コイル１１１ａに接続し て１つのＰＲＥＤＡＭＰ回路１２０のみが示されるに過ぎないが、各他のコイル １ｌｌｂ−１１１ｃｌもそれ自身のＰＲＥＤＡＭＰ回路１２０へ接続されており 、その際に全ての４個のコイル１１１　ａ　−１１１ｄに対応する信号３．、２ 　Ｅを同時的に採取することを理解すべきである。

第１２図を参照すると、各コイル１ｌｌａ−１１１ｄは、ここにおいてはコイル １２４と呼称する１等価直列Ｒ−Ｌ−Ｃ回路としてモデルすることが可能である 。コイル１２４の「Ｌ」要素１２５は１本実施例においては約６４　Ｍ　Ｈ２で ある興味のあるサンプルのラーモア周波数における導体１１４のインダクタンス に対応している。「Ｃ」要素１２７は、導体１１４間の間隙を横断して分布され ているコンデンサ１１５に対応している。又、コイル１２４の「Ｒ」項は、コイ ル１２４の正味の電源インピーダンスを表しており、それは１例えば１通常はか なり損失性のある媒体である人間の患者等の検査中のサンプルによって発生され るローディング即ち負荷に支配的に起因するものである。

以前のコイル−前置増幅器結合においては、直列コイル要素は、通常コンデンサ （不図示）によって閉じられており、伝送線と使用される前置増幅器とに最適な インピーダンス整合を与えている。従って、以前のコイルにおいては、整合用コ ンデンサを横断して発達される信号を最大とする為に、かなり高いＱファクタ即 ちｒＱＪを維持することが重要であった。

ＰＲＥＤＡＭＰ回路】２０は、コイル端子１１７を横断して高インピーダンスを 提供し、実質的にコイル１２４のＱを低下させることにより、実質的に異なった 態様で動作する。その結果、コイル１２４内を循環する電流は、抑圧さ九、且つ これらの電流によって発生されていた再放射が同様に減少される。

ＮＭＲ前置増幅器として通常使用される増幅器は、それらの入力インピーダンス によって特性付けることが可能であり、例えば、回路ローディング、及び最適電 源インピーダンス等である。、最適電源インピーダンスは、前置増幅器１３０を 駆動する為に信号対ノイズ比（ＳＮＲ）によって、最高のノイズ性能を与える電 源インピーダンスを示すものとして使用される。前置増幅器１３０を、例えば、 最適なもの以外の不平衡電源インピーダンスで駆動すると、前置増幅器１３０の ノイズ性能の劣化が発生する。従って、コイル１２４のＱを低下させる１つの問 題は、それは、前置増幅器１３０の最適電源インピーダンスを整合するような態 様でなされねばならないということである。コイル１２４のＱを低下する上での ２番目の懸念は、直列的に又は並列的に単に抵抗を付加するだけでそのようにす ることは不可能であるということである。非絶対ゼロ温度における抵抗の導入は 、それ自身付加的なノイズを発生することとなリ、通常コイルＱを低下すること によって除去される以上のノイズを発生する。従って、ＰＲＥＤＡＭＰ回路を実 現する上での問題は２つあり、（１）コイル端子１１７に対して高インピーダン スを提供することと、同時に（２）前置増幅器１３０に対して最適電源インピー ダンスを提供することである。これらの目的の両方共が、本発明においては、コ イル１２４のＱを直接制御する為の整合回路の一部として前置増幅器１３０の入 力インピーダンス自身を使用することによって、達成されている。

未だ第１２図を参照すると、本発明によるＰＲＥＤＡＭＰ回路は、非常に低い入 力インピーダンスを有する前置増幅器１３０を有している。実際に、入力インピ ーダンスは。

最適電源インピーダンスよりもかなり小さいことが望ましく、例えば、入力イン ピーダンスに対する最適電源インピーダンスの比が最大であることが望ましい、 その比を最大とさせる理由は、整合回路を介して、入力インピーダンス自身を変 換させて、コイル１２４に対して高いインピーダンスを提供することが可能であ り、−右同時的に、コイル１２４の比較的低い電源インピーダンス１２７は、前 置増幅器１３０の一層高い最適電源インピーダンスに整合される。

例示的な例として、前置増幅器１３０は、ガリウム−砒入カライン１３３は、調 節可能なＬ−Ｃ回路網１３５を介して、Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　Ｆ　Ｅ　Ｔ　１３２の ゲートへ結合されている。

その結果得られる入力段１３１は、約５０Ωの最適電源インピーダンスを示し、 一方Ｌ−Ｃ回路１３５は、興味のある周波数において、実際的に出来るだけ低い 入力インピーダンスを提供すべく調節される。この例においては、約１゜５Ωの 入力インピーダンスが仮定されている。従って、Ｇａ　Ａ　ｓ　Ｆ　Ｅ　Ｔ　１ ３２の出力は、後の段１３６において更に増幅されて、出力信号１２１を発生す る。

前置増幅器１３０をコイル１２４に対してマツチング即ち整合させることは、伝 送線セグメント１３７によって実施される。伝送線セグメント１３７は、興味の ある周波数における１／４の波長（即ち、λ／４）に等しい長さを持っている。

当該技術において公知の如＜、１／４波長伝送線セグメントは、以下の式に従っ て、一端において見られるインピーダンス（Ｒｅｎｄｌ）を、他端に接続されて いるインピーダンス（Ｒｅｎｄ２）に関して変換させる。

Ｒｅｎｄｌ＝　Ｚ、”／　Ｒｅｎｄ２　（２３）又は１等価的には。

Ｚ、　＝　Ｒｅｎｄｌ　＊　Ｒｅｎｄ２　（２４）尚、Ｚ、：１／４波長伝送線 セグメントの特性インピーダンス コイル１２４の電源インピーダンス１２７に対する典型的な値は約４Ωである。

その４Ω電源インピーダンスを増幅器１３０に対する最適電源インピーダンス５ ０Ωと整合させる為に、式（２４）はＺｏに対する値としてｆｆσで−、即ち１ ４．１４Ωを発生する。従って、１４．１４Ωの値によって、コイル１２４の間 隙１１７を横断して見られるインピーダンスは、式（２３）を適用して１３３Ω の値を発生することにより得られる。従って、コイル１２４を横断して接続され ている実効インピーダンスは１３３Ωであり、即ち以前のコイル／前置増幅器結 合の場合に使用していた従来の５０Ωよりも約２．６倍大きい、同様に、２゜６ のファクターは、インピーダンスを増加させ、それは、コイル１２４内を循環す る電流において対応する減少を発生する望ましい効果を発生する。

第１３図を参照すると、ＰＲＥＤＡＭＰ回路１２０の別の実施例は、同一の低イ ンピーダンス、低ノイズ前置増幅器１３０．及び前の実施例におけるのと同一の １７４伝送線セグメント１３７を有している。第１３図の実施例は、更に、半波 長伝送線セグメント１３８及び１３９を有しており、その各々は前置増幅器の最 適電源インピーダンス（この場合には５０Ω）に等しい特性インピーダンスを有 している。従って、半波長伝送線セグメント１３８及び１３９は、一端において 、前置増幅器１３０に整合されており、且つ他端において、１７４波長伝送線セ グメント１３７と整合されており、従って上述した如く、インピーダンス変換、 即ちＰＲＥＤＡＭＰ効果に影響を与えることばない。

半波長伝送線セグメント１３８及び１３９の１つの目的は、伝送フェーズ期間中 に高電圧を減衰させる為にクランプＰＩＮダイオード１４０及び１４１を挿入す ることを可能とすることである。第３ＰＩＮダイオード１４２は、インダクタ１ ４４を介して、前置増幅器Ｊ、３３へ接続している。インダクタ１４４は、伝送 ／受信（Ｔ／Ｒ）駆動信号によって駆動され、それは、０．２５Ω程度の非常に 低いインピーダンスクランプを、送信期間中に、前置増幅器１３０に対する入力 端１３３上に与える。クランプされた場合のその低いインピーダンスは、上述し た式（２３）及び（２４）に従って、コイル１２４の端子１１７を横断して約８ ００Ωとなり（第１３図においては不図示）、それば送信中にコイル内の電流を 減少させる上で更に一層効果的である。

最適電源インピーダンスと入力インピーダンスとの比を増加させることによって 、更に一層大きな実効コイルインピーダンスにおける増加も可能であることが明 らかである。

その比を更に一層高くすることにより、且つ適宜Ｚ０を調節することにより、コ イル１２４内の循環電流を更に減少させることが可能である。その比が十分に高 くされると。

その他のコイルへのノイズ電流の結合は、該コイルの相対的位置決めとは無関係 に、ＰＲＥＤＡＭＰ回路１２０のみによって実効的に除去される。この後者の観 点は、コイルの相対的位置決めが前以て分かっておらず且つ患者毎に変化する場 合における可撓性コイルアレイに関連して特に有用である。

第１１図を再度参照すると、コイル１ｌｌａ−１１１ｄの各々へ接続されている ＰＲＥＤＡＭＰ回路１２０を使用することにより、丁度説明した如く、コイル間 のノイズのカップリング即ち結合を著しく減少させる。従って、各コイル１ｌｌ ａ−１１１ｄから独立的に高いＳＮＲ画像を同時的に獲得する為に本発明を使用 することは実際的である。

以下に説明する本発明の別の目的は、そのようにして得られた独立的な画像を、 単一のコイルの場合と比較して視野が拡大されており且つＳＮＲが向上された複 合画像に結合させることである。

コイル１ｌｌａ−１１１ｄからの独立的な画像は、各コイルに対して従来の直角 位相検知器及びベースバンド処理器（不図示）を使用して、形成される。その結 果は、従来の処理装置（不図示）内に格納されている画像内の各体積要素（体素 ）を示している１組の複素数であり、それらは以下に説明する方法に従って処理 される。

特に、本発明方法は、コイルの全てが同一の面内にない場合のコイルのアレイに 対して最も効果的である。その場合、第１１図の７レイにおける如く、該アレイ の共通視野内に発生される信号は、該アレイの異なったコイル内で位相シフトが 変化しながら、受は取られる。本発明の１つの目的とするところは、これらの信 号を結合して、空間的に従属的な位相シフトを利用することにより複数個の表面 コイルのアレイ内の全ての位置において最適なＳＮＲを達成することである。コ イル近傍の成る位置においては、ｆフよりも良好なノイズ改良（即ち、直角受信 利点）が可能である。

上述した如くに得られた複合画像データにおいて、固定した画素に対して画像毎 の位相変動のみならず、与えられた個々の画像において画素毎の空間位相変動が ある。これらの位相変動は、相関したノイズがどのように複合画像内に組み込ま れているかに影響を与える。

一般的に、信号１２１が高ＳＮＲを有する場合、該信号は、ノイズの位相検知の 為の基準として機能する。即ち、該信号と瞬間的に同相であるノイズの成分のみ が、該画像の大きさを変化させる傾向がある。該信号と位相がずれているノイズ の成分は、位相を変化する傾向があるが、該画像の大きさは変化させない。各個 々のコイル内の単位電流によって発生されるＢ１フィールドの不均一性から特定 の効果が発生する。与えられた体素によってコイル内に誘起される信号Ｅは次式 （２５）によって与えられる。

Ｅ＝−ｄ（Ｂｌｘｙ−ｍ）／ｄｔ　（２５）尚、ｍ：体素核磁気モーメント； Ｂ’ｌｘｙ：Ｂｌのｘｙベクトル成分 ボディコイル（不図示）が原子核を励起する為に使用される場合、ｍは全ての体 素に対して同一の方向を指向し。

即ちそれらは１例えば研究室座標内のｙ軸等の共通の位相基準を有している。ス カラー積は、体素毎の及びコイル毎のＢｌｘｙの方向における変動に起因する位 相ファクターを導入する。従って、２つの隣接する表面コイルの場合、与えられ た画素に対する信号は、２つの画像において非常に異なった位相を有する場合が ある。従って５両方のフィル内に誘起される相関ノイズは１両方の画像における 与えられた画素に対して同一の位相基準で検知する必要はない。

相関したノイズの処理は、複合画像内の画素毎に異なる場合がある。成る場合に は、その相関は、ゼロであり、又は成る画素においては、逆である０例えば、１ つのコイルのＢ１が他のコイルの８１と反対方向並列である場合の画素において 、信号は１８０°位相がずれており、従って相関したノイズは、１つのコイルの 画像の大きさに付加し、且つ他のコイルの画像の大きさから減算する。これら２ つの画像を結合することにより、その画素内の相関したノイズが除去される。

本発明の方法は、各体素からの大きさ及び位相情報の両方を使用して、アレイの 各コイル１１１　ａ−Ｉ　Ｌ　ｌ　ｄから同時的に得られる画像を結合する。以 下に続く例において、コイル１ｌｌａ−１１１ｄの２つからの２つの画像を結合 することを、脚字ｉ＝１．２を使用して詳細に説明する。

後に、例示的な２つのコイルの場合をどのようにして任意の数のコイルからの画 像を結合する為に拡張することが可能であるかを説明する。

各コイルは、信号Ｓ１及びｎ□を有しており、以下の如くに仮定する。

Ｓ　ｉ　”Ｓ　ＩｅＸＰ　（ｊθｚ）　ｎ　１＝ＮｔｅＸＰｃｊφｔ）　（２６ ）Ｓ□（ｒ）はＢｌｘｙの大きさに比例し、従って画素の位ｗｒに依存する。θ （ｒ）はＢｌｘｙとｍの初期的方向との間の角度に等しい。ノイズは基本的にサ ンプル体積にわたっての積分から得られるので、ノイズは何等明確な空間依存性 を有するものではない、Ｎ、及びφ１は、各々、１つのデータ採取から次のデー タ採取において変化するランダム変数である８Ｎ及びφに対する典型的な確率分 布は、例えば、次式の如くである。

ｐｃＮｔφ）ｄｒｄφ： （ｔ／　ａ　”）（ｅｘｐ−（Ｎ２／　ａ　２））２ＮｄＮ（ｄ、φ／２π）こ れは、Ｎの実数及び虚数成分Ｎと独立的なφの一様な分布の両方に対してのガウ ス分布に対応する。この場合。

＜Ｎ’＞＝σ２であり、ここでく〉の記号は、多くのデータ採取にわたっての集 団平均を示している。

ｎユ及びｎ、の両方共ランダム変数であるが、それらは相関している場合もある 。２つのノイズ電圧の和に対する平均ノイズパワーは以下の如くである。

（ノイズパワー） ＝〈（ｎｘ”ｎｉ）　（ｎｘ”ｎｚ）拳〉＝＜ｎｌ”　＞＋＜ｎ、”　＞＋２＜ ｎ、ｎ、ｃｏｓ（φ１−φ２）＞　（２ｇ）式（６）において、最後の項２＜ｎ 、ｎｚｃｏｓ　（φ１−φ２）〉は、これら２つのノイズの間の何等かの相関を 示している。

本発明によれば、複素画像を画素毎に結合する為の幾つかの方法がある。最も簡 単な方法は、ここでは、平均画像と呼称されるが、各画素に対する画像大きさの 重み付けした和を取るものである。ノイズを包含する複合信号は以下の如くに与 えられる。

（平均画像）＝１ｓ、＋ｎ、　ｌ＋ηＩｓｚ＋ｎｚ　ｌ　（２９）尚、ηは重み 付はファクターである。

ここではｒｍｓ画像と呼ぶ第２のアプローチでは、２つの画像大きさを平方した 重み付けした和の平方根を取る。

即ち。

（１１８画像） ＝（（ｓ□＋ｎ、）（ｓ、÷Ｊ）”　”　’７　（ａｚ”ｎｚ）（Ｓｚ”ｎｚ） ’）　”尚、傘は複素共役操作を示している。

複素画像上に与えるノイズの影響を決定する為に、各画素の大きさの分散を次式 に従って計算する。

分散＝　＜Ｉａａｇ”　＞　−（ｍａｇ＞”　（３１）■ａｇ−（平均画像）又 はｍａｇ＝　（ｒ■Ｓ画像）である、　信号対ノイズ比ＳＮＲは、ノイズのない 信号を分散の平方根で割ったものによって与えられる０次いで５重み付はファク ターηに関してのその最大を見つけることによって、ＳＮＲを最適化させる。計 算されたＳＮＲ及び最適η（ηｏｐｔとして表す）は、高Ｓ　Ｎ　Ｒを仮定して 、上述した式から導出することが可能である。簡単化の為にこれらの計算を省略 し、その結果を平均画像及びｒｍｓ画像の両方に対して以下に示す。

平均画像アプローチを使用して、その計算を以下の如き結果を与える。

ＳＮＲ＝ （（ｓｘ”ｓｚ　η）シー７）／　＜Ｎ、”＞＋＜Ｎ、”＞７７”＋２７）Ｘ　 （３２）ηｏｐｔ　＝ （Ｎ２＜Ｎ１”＞−Ｓ、り／（Ｓ、（Ｎ、”＞−５２Ｘ）　（３３）尚。

Ｘ　＝　ｃｏｓ（θｌ−θ２）＜Ｎ、Ｎ２ｃｏｓ（φ１−φ２）〉÷ｓｉｎ　（ θ１−θ、）＜Ｎ、Ｎ２５ｉｎ（φ、−φ２）〉ｒｍｓ画像方法の場合、その結 果を次の如くである。

ＳＮＲ＝ ＜ｓ　ｌ　”　”　Ｓ　ｚ　”　η）　４）　／　Ｓ　１２〈Ｎ　ｘ　”　＞　 ”　Ｓ　１”　＜　Ｎｚ　”　＞　ｑ　”　＋　２３　ｘ　T　ｚ　ηＸ ηｏｐｔ　： （Ｓ、（Ｓ、＜Ｎ１”　＞−５１ｘ））／（Ｓ、（Ｓ、＜ＮＩ＞−５，ｘ））　 （３５）注意すべきことであるが、ｒｍｓ画像に対するηｏｐｔは（Ｓｌ／Ｓｔ ）のファクターを平均画像用の最適値ηに掛けたものである０式（３２）と（３ ３）とを結合させると、式（３４）と（３５）の結合として複合画像に対する同 一のＳＮＲが得られることを理解することが可能である。

Ｘで示される表現は、２つのコイルにおけるノイズの相関を包含している。角度 θ□−０２は、与えられた体素におけるコイルのＢｌｘｙベクトル間の角度に等 しいｅ　＜Ｎ、Ｎ、ｅｏｓ（φ１−φ２）〉の項は、式（６）における如き伝統 的な相関項を与える。　（Ｎ、Ｎオｓｉｎ　（φ１−φ２）〉の項は、ゼロと等 しいと仮定されている。その仮定に基づいて、相関したノイズを。

ＣＯＳ　（θ１−θハフアクター介してコイル幾何学形状によって制御する。２ つのコイルからの磁束線が直交する点において、　Ｃ０５（θ□−０２）はゼロ であり、且つこれら２つのコイルは５体素に対する直角受信に起因するＳＮＲ改 良を有している。磁束線が反対方向平行である場合、ｅｏｓ（θ１−０２）ニー １であり、′且つＳＮＲは直角検知の場合よりも一層良好である（正のノイズ相 関があると仮定）、Ｘ＝Ｏの場合、ｒｒｎｓ画像に対する最適値は１と等しく、 且つ最適画像は、個々のＳＮＲを平方したものの和の平方根を取ることに対応し ている。

最適ＳＮＲで複合画像を構築するために、重み付番プファクターηは、各画素に 対して評価されねばならない、＜Ｎ□′〉、くＮ１〉、＜Ｎ、Ｎ、ｃ　ｏ　ｓ　 （φ１−φ２）〉に対する相対的値は、ゼロ送信パワーのプレスキャン即ち走査 前期間中に幾つかのデータ採取を行うことによって得ることが可能である。Ｓｌ 、θｘｔｓｚｖ　Ｃ２の値は、レシーバチャンネルによって不均等な位相シフト が導入されない場合には、各個別的コイルに対して再構築された画像の大きさ及 び位相から取ることが可能である。この手順は、各画素に対してＢｌｘｙの値及 び方向を計算する必要性を回避している。

後者の計算は、位置又は形状が患者毎に変化することのあるコイルアレイにとっ て簡単なものではない。低信号対ノイズの領域に対して、η＝１は、ｒ　ｍ　ｓ 画像手法を使用する場合の良好な初期的近似で蔦る。

全てのコイルが同一の面内にあるコイルアレイは、全ての画素に対してθ、＝０ ２を取ることと等価である。Ｚ軸に沿ってコイルの単一の行から構成される背骨 用プローブの特別の場合、θ、＝０２であり、且つ最適画像は、本発明の上述し た方法に従って得られる。しかし、より特定的には、胴体又は頭の周りに接線方 向に延在する（−１≦ｃｏｓ（θ、−０２）≦＋〕）コイルアレイの場合５本発 明方法によって得られるＳＮＲは、空間的に課された位相シフトを考慮にいれな い他の従前の方法により発生されるＳＮＲと常に等しいか又はそれを超える。Ｓ ＮＨにおける改良の程度は、相対的信号強度、ノイズ相関の程度、及び位相ファ クターであるｃｏｓ　（θ１−８２）に依存する。以下の場９合。

〈Ｎ工”＞　：　（ＮＺ”　（３６） ρ　”　（＜Ｎ、Ｎ、ｅｏｓ（φ１−φり＞）／＜Ｎｌ”＞　（３７）β　＝　 Ｓ、／Ｓ□　（３８） ｃ　＝　ｃｏｓ（θ□−θ、　）　（３９）式（１２）と（１３）とを結合する と、次式が得られる。

式（４０）の第１のファクターは、単一のコイルのみを使用した場合に得られる ＳＮＲである。２番目のファクターは、第２コイルの信号の最適付加に起因する 向上である。

以下の表は、β及びＣの範囲に対してのｐの２つの値に対する向上ファクターＥ Ｆを与えている。

β　ｃ　ＥＦ　Ｃｐ＝０．４）　ＥＦ　Ｃｐ＝０．２）１．００　＋１　１．１ ９５　１．２９１０　１．４１４　１．４１４ −１　１４２５　１．５８１ ０．７５　＋１　１．０７０　１．１４７０　１．２５０　１．２５０ −１　１．６０４　１．３９３ ０．５０　＋１　１．００６　１．０４６０　１．１１８　１．１１８ −１　１．４０１　１．２２９ ｃｏｓ　（θニー０２）二〇の場合、相関係数ρに関する依存性はドロップアウ トし、且つ向上は等しい信号に対してｆｌにおいて開始し且つ第２コイル信号の 強度（又は５ＮＲ）が減少すると、減少する。ｃｏｓ　（θ１−０２）がゼロよ り大きい場合、マルチコイル向上は、相関が増加するとその実効性はより少なく なる。ｃｏｓ　（θ、−０２）の値が負であると、その反対の効果が得られ、向 上ファクターは。

直角受信によって与えられるｆｌの値を超えることが可能である。従って、コイ ルによって誘起された位相シフトを複合画像再構成に組み込むことにより９画像 の成る領域において著しく改良することが可能である。上の表において、余弦フ ァクターが無視されない場合、ＳＮＲにおいて最大５４％の改良が発生する。

ｃｏｓ　（θ１−０２）項を介してを各画素のＳＮＲの付加的な幾何学的依存性 を考慮して、胴体又は頭の周りを取り巻くマルチコイルアレイに対するコイル寸 法及び間隔の最良の選択は、経験的に決定することが必要となる場合がある。上 述した如く、コイルの交差結合を防止する為に本発明に基づいてＰＲＥＤＡＭＰ 回路を使用することにより、それらの相互インダクタンスに減少する為にコイル を重ね合わせるための必要性が減少される。所望の画像形成用体積にわたって平 均化した計算されたＳＮＲは、実際に、アレイ内の個々のコイルの形態を変化さ せることにより、最適化させることが可能である。ＳＮＲ計算は、コイルローデ ィング及びノイズ相関を、各コイルのＢ１ベクトルの空間依存性から発生する幾 何学的ファクターと結合させる。

当業者にとって明らかな如く１本発明方法は、与えられた特定の２つのコイル例 の代わりに、適宜のマトリクス操作を使用することにより、任意の数のコイルへ 拡張することが可能である１例えば、Ｎ個の表面コイルの場合、Ｓを、Ｎ個のコ イルから与えられた体素に対しての信号に対応するＮ次元ベクトル（Ｓ□、Ｓ□ 、、、、Ｓ、）とする、ρをＮＸＮマトリクスとすると、そのｉｊ要素は以下の 如くである。

ρ五、　＝　（Ｎ真Ｎ、ｃｏｓ（φＩ−φ、　）　＞ｅｏｓ　（θ１−θＩ）す ると、複合信号は以下の如くになる。

複合信号＝　（Ｓ・（ρ″″１）・５）ｉｌ−非相関ノイズの場合、これは、各 コイルに対してＳＮＨの平方の和の平方根となる。

新規なマルチプル表面コイルアレイの幾つかの現在好適な実施例及びこの様なア レイでＮＭＲ画像形成し且つこの様なアレイの要素間の干渉を減少させる方法に ついてここに詳細に説明したが、多くの変形例及び修正例が当業者にとって明ら かである８例えば、詳細なコイル位置（及びそれらの対応する磁界）が未知であ る場合があり、例えば、可撓性の巻き付はコイルプレイの位置は患者及び画像形 成すべき解剖的構造に依存する。この様な状況下において。

コイルからなるアレイから受け取る殆どの利点は、コイルの感度の目安として個 々の画像を使用することにより、且つコイル間のノイズ相関を無視することによ って、実現することが可能である。従って１式（２０）及び（２２）によれば、 各画像における各画素強度は、それ自身で重み付けされ、次いで結合して単一の 画像を形成すべきである。

従って、添付の請求の範囲によってのみ制限されるべきであり、ここに記載した 実施例の説明によって与えられた特定の詳細や装置化によって制限されるべきも のではないことを意図するものである。

ＦＩＧ、／ ＦＩＧ、２σ ＦＩＧ２ｂ ＦＩＧ　３ ＣＩ　Ｃ２ａ Ｆ／θ　５ ＩＧ　４ Ｆ／Ｇ−４ａ Ｆｌθ、　８ 国際調査報告 国際調査報告　ＰＣＴ／ＬＩＳ　ａ８１０４３３９ＴｈｅＭ―ぐ１１＃１１１ｗ ＄＠１ｆｆｌＩ−ｄＪ岬−呻−−一噌ガ→―＋＝＠＋ｅｌ１ｗｐｍｌｌＴｌｄ轟 Ｃ−師一叩一曾＝ｐｍ＝＋ｍｓsｈｓｗ師−ｙｉ＋＾ｅｍｍＣ−一＊＋一時ａ１ ｗｓｉｒ−ＩＰＦ＋１ｔｂＲＮ’ｌＲ１１１ＭｗＭｅａ＊ｎ＋内ｔａ＋＋＋ｎｗ ｒｅｃｅｓｓｓＩ’ｓ＋ｅ＋−虻＋１ｒ＋ｎｒｌｌｌ’ｒ＋息、、、１２１０１ ／W９ Ｔ１ｗＦ＠Ｈｐｅｅ＋＋Ｐｓ＋ｍ＋（ｌｌｉ−ガＰｎＩＩＩＭｌ−１１１ｋｔｋ ｌｅｌ＋ｌｌｈｃｗｐ＋＋ｗ−ｒ−４ｙ＋ｅ１ｍ→−ｗｅ−|１１１枦啼１ｇ＋ ヤ９１もＩＩ＋＋＋ｗｐｗｔｐ−−１ｒｊ＋ａｌ横−一一キー＋ｉ自−一

Claims (31)

【特許請求の範囲】
1. １．Ｎ複数個の密接して離隔したＲＦ表面コイルの各々から異なったＮＭＲ応答 信号を同時的に受け取る方法において、 （ａ）前記Ｎ複数個の表面コイルの少なくとも一次元アレイを与え、前記アレイ は画像体積を画定しており且つ各表面コイルは全ての隣接する表面コイルと実質 的に干渉を持っておらず、 （ｂ）前記Ｎ複数個の表面コイルの各異なった１つにおいて、各々が前記画像形 成体積内にあるサンプルの関連する部分から喚起されたＮ複数個のＮＭＲ応答信 号の異なった１つを受け取り （ｃ）関連する表面コイルによって受け取られたＮＭＲ応答信号からサンプル部 分のＮ複数個のＮＭＲ画像の各異なった１つを構成し、 （ｄ）ＮＭＲ応答信号が前記表面コイルのいずれか１つによって受け取られた全 てのサンプル部分の単一の最終的ＮＭＲ画像を発生する為に各点毎に前記Ｎ個の 異なった画像を結合する、 上記各ステップを有する方法。
2. ２．請求の範囲第１項において、ステップ（ｄ）は、各対の表面コイル間の相関 及び非相関ノイズの少なくとも大きさによって決定されるファクターによって各 画像の各画素に重み付けするステップを有する方法。
3. ３．請求の範囲第２項において、ステップ（ｄ）が、更に、前記最終的及び異な った画像の少なくとも１つにおけるその画素の位置によって決定されるファクタ ーにより各画像の各画素の重み付けも行うステップを有する方法。
4. ４．請求の範囲第１項において、更に、実質的に円形形状を有する表面コイルの 各々を形成するステップを有する方法。
5. ５．請求の範囲第４項において、更に、一対の表面コイルの一方の半径の１．５ 倍に実質的に等しい分離距離における任意の対の隣接する表面コイルの中心を位 置決めするステップを有する方法。
6. ６．請求の範囲第５項において、更に、前記アレイを表面上に配設し、且つ実質 的に正三角形の異なった頂点に、３つの隣接する表面コイルのグループにおいて 、各異なった表面コイルの中心を位置決めする、ステップを有する方法。
7. ７．請求の範囲第６項において、更に、前記表面を二次元においてのみ延在すべ く配設するステップを有する方法。
8. ８．請求の範囲第１項において、更に、実質的に正方形の表面コイルの各々を形 成するステップを有する方法。
9. ９．請求の範囲第８項において、更に、一対の表面コイルの一方の側部長さの約 １／１０の分離距離で任意の対の隣接する表面コイルの中心を位置決めするステ ップを有する方法。
10. １０．請求の範囲第９項において、更に、Ｎ＝４に設定し、且つ全長が共通の側 部長さの約３．７倍であるこれら４個の表面コイルを直線的に配設するステップ を有する方法。
11. １１．請求の範囲第１項において、更に、前記アレイ内に互いに隣接することの ない少なくとも一対の表面コイルを設け、且つその対の各非隣接表面コイル間の 干渉を最小とするステップを有する方法。
12. １２．請求の範囲第１１項において、前記最小とするステップが、各々がＮＭＲ 共振周波数において５Ω程度の入力インピーダンスを持っている複数個の前置増 幅器を各表面コイルに対して設け、該対の非隣接表面コイルの各異なった１つの 出力端を異なった前置増幅器の入力端へ接続し、且つその関連する表面コイルに 対する出力から最小とした干渉信号を得る、上記各ステップを有する方法。
13. １３．請求の範囲第１２項において、更に、前記全アレイの各異なった表面コイ ルの出力端を異なった関連する増幅器の入力端へ接続するステップを有する方法 。
14. １４．サンプルの所定の部分内の核からＮＭＲ応答信号を同時的に受け取る装置 において、複数個の表面コイルアンテナ、前記サンプルを包囲する表面に沿って 少なくとも一次元に延在するアレイ状に前記表面コイルを位置決めする手段、を 有しており、核表面コイルが全ての隣接する表面コイルと実質的に干渉を有する ことがない装置。
15. １５．請求の範囲第１４項において、前記核表面コイルが実質的に円形形状を有 する装置。
16. １６．請求の範囲第１５項において、前記位置決め手段が、いずれの対の隣接表 面コイルの両中心を、その対の表面コイルの一方の半径の約１．５倍の距離だけ 互いに離隔させている装置。
17. １７．請求の範囲第１４項において、前記表面コイルの各々が実質的に正方形形 状を有する装置。
18. １８．請求の範囲第１７項において、前記位置決め手段が、いずれの対の隣接表 面コイルの両中心を、その対の表面コイルの一方の側部長さの約１／１０だけ互 いに離隔させている装置。
19. １９．請求の範囲第１８項において、Ｎ＝４であり且つ前記４個の表面コイルは 、共通側部長さの約３．７倍の全長で直線的に配列されている装置。
20. ２０．請求の範囲第１４項において、前記アレイは互いに隣接していない少なく とも一対の表面コイルを有しており、更にその対の各非隣接表面コイル間の干渉 を最小とする手段を有している装置。
21. ２１．請求の範囲第２０項において、前記最小とする手段が、各々がＮＭＲ応答 周波数において５Ω程度の入力インピーダンスを持っている複数個の前置増幅器 を有しており、１つの前置増幅器は非隣接表面コイルの異なった１つの出力端へ 接続されており且つその関連する表面コイルに対する出力から最小とした干渉信 号を与える装置。
22. ２２．請求の範囲第２１項において、更に、各異なった前置増幅器と共に動作し 、信号対ノイズ比を実質的に変化させることなしに、受信期間中に関連する表面 コイル内を循環する電流を減少させる手段を有する装置。
23. ２３．請求の範囲第２１項において、前記前置増幅器の数は、前記アレイ内の表 面コイルの数と等しく、且つ各異なった表面コイルの出力端は異なった関連する 前置増幅器の入力端へ接続されている装置。
24. ２４．請求の範囲第２３項において、更に、全ての前置増幅器の出力端において 信号を実質的に同時的に得、且つ次いでかく得られた信号を爾後の使用の為に所 定の直列順序で供給する手段を有する装置。
25. ２５．核磁気共鳴（ＮＭＲ）信号採取装置において、電線インピーダンスＲｓを 持った第１コイル、Ｒｉｎの方がＲｏｐｔよりも小さいとして入力インピーダン スＲｉｎと最適電源インピーダンスＲｏｐｔを持った第１前置増幅器、 前記第１コイルを前記第１前置増幅器へ接続する第１整合手段、 を有しており、前記第１コイルＲｓの電源インピーダンスが前記第１整合手段と 前記第１前置増幅器との間の接続点における最適電源インピーダンスＲｏｐｔに ほぼ等しくなるように前記整合手段によって変換され且つ前記第１前置増幅器の 低入力インピーダンスが前記第１整合手段と前記第１コイルとの間の接続点にお ける最適電源インピーダンスＲｏｐｔよりも高い値へ前記第１整合手段によって 変換されるＮＭＲ信号採取装置。
26. ２６．請求の範囲第２５項において、前記第１整合手段が、ＮＭＲ信号周波数に おける波長の１／４にほぼ等しい長さを持った伝送線セグメントを有するＮＭＲ 信号採取装置。
27. ２７．請求の範囲第２６項において、前記１／４波長伝送線セグメントは、 Ｚ■＝√ＲｓＲｏｐｔ の式によって決定される特性インピーダンスを持っているＮＭＲ信号採取装置。
28. ２８．請求の範囲第２６項において、前記第１前置増幅器は、ＮＭＲ信号周波数 における前置増幅器の入力インピーダンスを確率する為のインダクターコンデン サ（Ｌ−Ｃ）回路を有する入力段を有するＮＭＲ信号採取装置。
29. ２９．請求の範囲第２７項において、更に、前記第１整合手段と前記第１前置増 幅器との間に介在する少なくとも１つの半波長伝送線セグメント、及び前記半波 長伝送線セグメントの少なくとも一端に取り付けられておりＮＭＲ信号採取の伝 送サイクル期間中に発生する高電圧をクランプする為のクランプ手段を有してお り、前記半波長伝送線セグメントが最適電源インピーダンスＲｏｐｔにほぼ等し い特性インピーダンスを有するＮＭＲ信号採取装置。
30. ３０．請求の範囲第２５項において、入力インピーダンスＲｉｎに対する最適電 源インピーダンスＲｏｐｔの比が２０を超えているＮＭＲ信号採取装置。
31. ３１．請求の範囲第２５項において、前記装置が少なくとも１個の付加的なコイ ルと、少なくとも１個の付加的な整合手段と、少なくとも１個の付加的な前置増 幅器とのアレイを有しており、各付加的なコイル、付加的な整合手段、且つ付加 的な前置増幅器は、夫々、前記第１コイル、第１整合手段、及び第１前置増幅器 と類似しており、コイル間のノイズ電流の相互結合は、関連するコイルに対する 各夫々の整合手段によって提供される高インピーダンスによって減少されるＮＭ Ｒ信号採取装置。