JPH03106337A

JPH03106337A - 核磁気共鳴断層撮影装置

Info

Publication number: JPH03106337A
Application number: JP2215650A
Authority: JP
Inventors: Ralph Oppelt; ラルフ、オツペルト; Wilhelm Duerr; ウイルヘルム、デユル; Horst Siebold; ホルスト、ジーボルト
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1989-08-16
Filing date: 1990-08-14
Publication date: 1991-05-02
Anticipated expiration: 2013-12-09
Also published as: DE4024582A1; DE4024582C2; JP2834556B2; US5144241A

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、人体の診断検査のための核磁気共鳴断層撮
影装置に関する。

［従来の技術］人体の軸線が直角座標系のＸ軸上に延び、２軸方向に延
びる基本磁界のための磁石の磁極片の間に検査しようと
する人体領域が置かれ、基本磁界内に高周波アンテナが
配置されている人体の検査のための核磁気共鳴断層撮影
装置が知られている。

身体の断層像の作成、関節麺断、あるいは血管の表示の
ために、周知のように核磁気共鳴断層撮影装置を用いる
ことができ，この装置では検査しようとする身体の空間
的スピン密度又は緩和時間分布から戒り積分された陽子
共鳴信号を計算的に又は測定技術的に解析することによ
り像が構成される。検査しようとする身体特に人体は強
い均一な磁界、いわゆる基本磁界の中に入れられ、基本
磁界が人体中の核スピンを整列させる。更に空間的に異
，なる磁界を発生させる傾斜コイルが用いられる。高周
波アンテナは核スピンを励起し、また励起された核スピ
ンから放出される信号を受信器へ伝送する。この高周波
アンテナは一般に整合コンデンサ及び送受信分岐を介し
て送信器及び受信器に接続される。最大の送信電力は構
成要素の負荷限界により与えられるが，最大の平均送信
電力は主として患者の体温上昇により制限される．円偏
波アンテナは周知のように少ししか送信電力を必要とし
ない。すなわちこのアンテナは、主として核スピン共鳴
のために有効な例えば左旋回する磁界成分だけを発生さ
せるという長所を有する。この種のアンテナは例えば相
互に直交して配置された二つの直線偏波アンテナ装置か
ら成ることができ、これらのアンテナ装置は９００方向
性結合器を介して送信器及び受信器に接続される。

送り込まれた送信信号は９００の位相ずれを持って両ア
ンテナ装置に分かれ，核磁気共鳴断層撮影のために有効
な回転磁界を発生させる。受信の場合にはアンテナは９
０°位相のずれた二つの信号源及び関連の無い二つのノ
イズ源である。９０°方向性結合器は受信器に信号の同
相の和を供給する（ジャーナル　オブ　マグネチック　
レゾナンス（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍａｇｎｅｔｉｃ
　Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ　）　．　ＷＳ５　４巻（１９８
３年）、第３２４〜３２７ページ参照）。

０．５Ｔを超える強い磁界のためにソレノイドとして構
成され患者の体軸の方向に延びる静的基本磁界を発生さ
せる公知の一般に超伝導性の基本磁界磁石のほかに、核
磁気共鳴断層撮影法では基本磁界Ｂｅが検査しようとす
る人体の体軸に垂直に直角座標系の２軸の方向に延びる
基本磁界磁石が用いられる（欧州特許出願公開第０１８
１７８２号公報参照）。

磁石は磁極片を備え、これらの磁極片が撮像容積を画成
し磁極片の間に均一な基本磁界ＢＯを発生させる。磁極
片は永久磁石又は電磁石の共通な継鉄を介して相互に結
合され、いわゆるＣ形磁石を形成することもできる（ド
イツ連邦共和国特許出願公開第３７３７１３３号公報参
照）。

［発明が解決しようとする課題］この発明の課題は、この種の基本磁界磁石を備える核磁
気共鳴断層撮影装置のための円偏波高周波アンテナを提
供することにある。

［課題を解決するための手段］この課題はこの発明に基づき、円偏波高周波磁界の発生
のために二つのアンテナ装置を備えたアンテナが用いら
れ、これらのアンテナ装置は各一つの開放ターンを形成
し、これらのターンがそれぞれ基本磁界磁石の磁極面の
一つに少なくともほぼ平行に延びる中央の脚と、二つの
側方の脚と帰路とから成り、これらのターンが少なくと
も一つのＪ［コンデンサのキャパシタンスと共にそれぞ
れ一つの共振回路を形成し、これらのターンはその中央
脚が交差するように配置され、アンテナ装置の間には少
なくとも一つの減結合コンデンサが設けられることによ
り解決される。

この構成により、磁界ベクトルが基本磁界磁石の磁極片
の間の撮像容積中の２が一定の平面上で回転するような
、核磁気共鳴断層撮影装置用円偏波高周波アンテナが得
られる。

ターンは′４１｝導体特に薄い被膜から成るのが有利で
あり、この被膜を支持体上に設けることができる。側方
の脚はＸ−Ｚ面に平行に配置されるように、中央の脚に
対してねじられているのが合目的である。

円偏波高周波アンテナは、両ターンのための共通な帰路
として導電性接地面を設けることができる。送信器及び
受信器へのアンテンナ装置の接続は整合コンデンサを介
して行われ、これらの整合コンデンサは同軸ケーブルの
内部導体と側方の脚のうちの一つの脚の従属する共振コ
ンデンサに対する結合部との間に接続される。この同軸
ケーブルの遮蔽体の接続は、共振コンデンサの両接地側
接続点間の少なくともほぼ中央で行われるのが有利であ
る。

減結合コンデンサは帯状接続導体を介してアンテナ装置
の従属する側方の脚に結合されるのが有利である。この
コンデンサにより両アンテナ装置のたまたま内在する結
合の正確な補償が可能となり、内在結合が完全に相互に
減結合されるに至る。そのとき一方のアンテナ装置に流
れる電流がそれぞれ他方のアンテナ装置の中に電流をも
はや引き起こさない。

高周波アンテナは又、それぞれのアンテナ装置に対して
二つの共振コンデンサを設けることができる。これらの
共振コンデンサの各一つが側方の脚と従属する帰路との
間に配置される。このようにすると、共振コンデンサの
うちの一つが可変なキャパシタンスを有することができ
るので合目的である。

それぞれ異なるターンの側方の脚のｙ軸方向に相前後し
て配置された端部は、減結合コンデンサを介して相互に
結合することができるので有利である．更に両アンテナ
装置の異なるターンの側方の脚のＸ軸方向に相前後して
配置された端部も、それぞれ減結．合コンデンサを介し
て相互に結合することができる。これらの減結合コンデ
ンサのキャパシタンスと配置とは、両アンテナ装置のタ
ーンの形状と配置とに関係する。

核磁気共鳴断層撮影装置のこの種の円偏波高周波アンテ
ナに関連して、少なくとも基本磁界磁石の磁極面と基本
磁界磁石５の継鉄の磁極面間の撮像容積に向かう側の表
面とがシールドを備えることができるのが合目的であり
、このシールドは導電性材料特に銅から或ることができ
る。基本磁界磁石の磁極全体及び中央の脚と、場合によ
っては据え付け室の内面全体とがこの種のシールドを備
えるの力ｉ有利である。

更に場合によっては、覆われた極面の間に基本磁界磁石
の継鉄と反対側にある外縁のそばに、非磁性材料から璃
る導電性結合部を設けるのが合目的である．この結合部
により高周波アンテナを囲む閉じたカバー面が生じる．
この結合部は高周波１１アンテナによりシールド内に誘導される環状電流の経路
を短縮する．この電流はもしこの結合部が無ければ、核
磁気共鳴断層撮影装置が据え付けられている室の一般に
同様に導電性材料により覆われた内面を経て環流する。

［実施例］次にこの発明に基づく核磁気共鳴断層撮影装置用高周波
アンテナの複数の実施例を示す図面により、この発明を
詳細に説明する．第３図に示すＣ字形磁石２を備えた核磁気共鳴断層撮影
装置の実施例では、静的基本磁界が軸ｘ，ｙ，ｚを有す
る直角座標系の２軸に平行に延びる。この核磁気共鳴断
層撮影装置は例えば人体の検査のために用いることがで
き、人体の軸線は座標系のＸ軸方向に延び、検査しよう
とする人体領域は磁石２の磁極片３と４の間の撮像容積
８内に置かれる．基本磁界磁石２のこの実施例では、少
なくとも図に破線により示された磁極面５、６、望まし
くは磁極３、４全体及び継鉄７も導電性材料から或る高
周波磁界用シールドを備え，こｌ　２のシールドは例えば銅から成ることができる．座標系の
座標原点は磁極面５と６の間の撮像容積８の中心点に置
かれるべきヤある。座標軸は図を分かりやすくするため
撮像容積８の外部に示されている．撮像容積８内には第１図に示すようなこの発明に基づく
円偏波高周波アンテナ１０が配置され、このアンテ５ナ
は二つのアンテナ装置１２、ｌ３から戒る．これらのア
ンテナ装置はそれぞれ中央の脚ｌ４又はｌ５と二つの側
方の脚ｌ６、１７又は１８、ｌ９とから成り、側方脚の
自由端はそれぞれ帰路２２又は２３に結合され、これら
の帰路は両アンテナ装置１２、１３の開放ターンが生じ
るように中央の脚１４、ｌ５に平行に延びている．これ
らのターンのインダクタンスはそれぞれ、望ましくは可
変な共振コンデンサ２４又は２５と共に共振回路を形成
する．これらの共振コンデンサ２４、２５は有利な実施
例では固定コンデンサ及び可変な部分コンデンサから威
る．アンテナ装置ｌ２、ｌ３はそれらの中央脚が交差す
るよラに配置されている。これらの中央脚は角度αを成
し、角度αは望ましくは約８０〜９０°特に約８６〜８
８°である．交差角αの大きさは、望ましくは帯導体か
ら威ることかできる導体の位置と幅とに関係し、その幅
は例えばｂ＝１００ｍｍとすることができる．アンテナ
装置１２．１３の大きさは全身用アンテナに対しては、
例えば約６００ｍｍの長さＬと例えば約．５　０　０　
ｍｍの幅Ｂと約３６０ｍｍの高さＨとを有するように選
ばれる．アンテナの減結合のために、それぞれ異なるア
ンテナ装置１２又はｌ３に従属する垂直な脚の相互に向
かい合う少なくとも二つの端部の間に、減結合コンデン
サ２８を接続できる．この減結合コンデンサ２８は、共
振コンデンサも接続されている脚端部の間に接続される
．図示の実施例では減結合コンデンサ２８は側方の脚１
６と１８の端部間に配置されている．減結合コンデンサ２８が例えば脚１６と１９の間に配置
される場合には、共振コンデンサ２５も脚ｌ９と帰路２
３との間に配置され、一方そのとき脚１８は直接帰路２
３に結合される。同様な方法で減結合コンデンサ２８を
例えば脚１７と１９の間又は脚１７と１８の間にも配置
することができる。それにより基本磁界ＢＯを有する核
磁気共鳴断層撮影装置用円偏波アンテナが得られる。こ
の構造の磁石は約０．１−０．４Ｔの磁界強さを有する
。

第２図に示すアンテナ１０の有利な実施例では、アンテ
ナ装置１２、１３はそれぞれ符号の付けられていない支
持体上に配置された金属の帯導体から或る。帯導体は薄
い被膜から或ることができるので有利であり、その厚さ
は一般に３　０　０　ｐｍを著しく超えず、望ましくは
最大で１　０　０　ｐｍ、特に表皮深さの約２倍すなわ
ち約３５１Ｌｍとすることができる。この被膜はプラス
チックから威る平らな支持体上に取り付けられ、例えば
蒸着されるか又は接着される。この実施例ではアンテナ
装置１２、１３は接地面３ｏから成る共通の帰路を備え
る。この接地面３０は同様に導電性材料特に銅製の薄い
被膜から威ることがでｌ５きるので有利であり、この被膜は支持体上に取り付けら
れ、その厚さは中央及び側方の脚の帯導体の厚さとほぼ
同じ厚さに選ばれるのが右利である。人体は接地面３０
とアンテナ装置１２、ｌ３とにより画威される撮像容積
８内に挿入されるので、アンテナ１０の実際例では図示
されていない覆いが設けられる。

側方の脚１６〜ｌ９の端部はＸ軸に少なくともほぼ平行
に、従って接地面３０の側縁にほぼ平行に整列させるこ
とができるので有利である。脚ｌ６と１９の端部の間に
配置された減結合コンデンサ２８のほかに、更に一つの
減結合コンデンサ２９を側方の脚１７と１８の端部の間
に設けることができる．これらの減結合コンデンサ２８
、２９は、帯導体特に薄膜から威り図に符号３２〜３５
で示された接続導体を介して、従属する側方の脚１６〜
１９に結合することができる。この実施例では共振コン
デンサ２４、２５のほかに更に二つの別の共振コンデン
サ２６、２７が設けられ、これらの共振コンデンサ２６
、２７は側方のｌ　６脚１７、ｌ９の端部と接地面３０との間に配置されてい
る。

図示されていない送信器及び受信器へのアンテナ１０の
接続は、同軸ケーブル３８又は３９の内部導体に結合さ
れた整合コンデンサ３６、３７を介して行うのが右利で
ある。同軸ケーブル３８、３９の遮蔽体４ｌ、４２は接
地面３０に結合される。これらの遮蔽体４ｌ、４２は短
い接続導線により、少なくとも共振コンデンサ２４と２
５の間のほぼ中央で、接地面３０に接続することができ
る。

第４図に示す核磁気共鳴断層撮影装置の実施例では、ア
ンテナ１０のアンテナ装置１２、１３が台座４４上に取
り付けられ、この台座はＸ軸方向又は横にｙ軸方向に移
動可能である。台座は検査しようとする人体と共に基本
磁界磁石の磁極３と４の間を搬送され、検査しようとす
る身体領域がこの領域を囲むアンテナ１０と共に撮像容
積８の中に持って来られる。

アンテナ１０の中へのｐＡ者の挿入を容易にするために
、アンテナ１０を差し込み可能に構成することができる
。すなわち側方の脚１６〜１９の端部がそれぞれプラグ
として構成され、接地面３０の縁には相応のソケットが
配置される。更にアンテナ１０をヒンジで開くか又は傾
動することができるように構成することもでき、この目
的のために脚ｌ４、ｌ５の中央で分割でき側方へ外向き
に傾動することができる。更に二つの側方の脚の端部に
それぞれヒンジを配置し、内方の他の脚の端部を差し込
み装置として構成することができる。

第３図に示す核磁気共鳴断層撮影装置の実際例では、一
般に基本磁界磁石２全体ばかりでなく核磁気共鳴断層撮
影装置を据え付けた室の内壁もシールドを備え、このシ
ールドは例えばプラスチック製の支持体と望ましくは最
高で１００Ｂｍ特に約３６〜５０ｇｍの厚さを有する金
属箔とから戒ることかできる。場合によっては中実の金
属板をも用いることができる。

核磁気共鳴断層撮影装置とこの装置を囲む室のこの構成
では、磁極面５，６の継鉄７と反対側の外縁に導電性結
合部４６を設けることができるので有利である。この結
合部４６はアンテナ１０により磁極面５、６及び室の導
電性内部覆いの上に誘導される環状電流の短縮した電流
路である．例えば約４００ｍｍの磁極面５，６の相互間
隔と約３６０ｍｍの側方の脚１６〜ｌ９の前記の長さと
により，上側の磁極面６から中央の脚１４、１５までの
距離及び下側の磁極面５から帰路２２、２３までの距離
はそれぞれ約２０ｍｍとなる。シールドムして働く導電
性カバーを備えたそれぞれの磁極面５、６は、アンテナ
１０の帯導体に比べて比較的大きい。接地面３０が下側
の磁極面５上に近接して延び、水平な中央脚１４，ｌ５
が上側の磁極面６の下に近接して延びるので、アンテナ
１０の側方脚１６〜１９の中を流れる高周波電流は見か
け上無限のかなたへ流れ続ける（鏡面電流の原理）．更
にアンテナの運転波長が磁極面５と６の相互間隔より著
しく大きいので、側方の脚１６〜１９中を２方向に流れ
る電流の振幅は座４９ｚに実際上無関係となり、従って
ア１　９？テナ１０により発生する高周波磁界は２方向に均一で
ある。鏡面電流■の原理の別の効果として、帰路２２、
２３又は接地面３０及び中央の脚１４、１５中の電流が
、それぞれ隣接する導電性磁極面５又は６上に逆向きの
電流を誘導する。磁極面５，６のシールド中のこの電流
は、あたかも磁極面５、６から等しい距離を置いて磁極
３又は４の内部に、中央脚ｌ４、ｌ５中の電流と通向き
の流れ方向を有する更に一つの電流ループが存在するか
のよラにふ゛るまう。従って基本磁界Ｂに平行な著しく
有害な磁界威分を有し水平に流れる面電流の影響が、ア
ンテナ１０の中央脚ｌ４、１５の帯導体からほんの僅か
離れたところで既に消滅する。

第５図に示す線図は．２＝０の平面上の撮像容積８内の
磁界の核磁気共鳴断層撮影に有効な円偏波成分の分布を
等値線図で示す。両方の対称面ｘ＝０及びｙ＝Ｑに基づ
き一つの象限だけが示され，その２＝０面上で例えば倒
方の脚１７が切断されている。ｙ軸及びＸ軸上の原点ｘ
＝０、２　０ｙ＝Ｑから輪郭線ａ　−　Ｓまでの距離はそれぞれメー
トルで表示される。最適な交差角αはこの実施例では８
７．８°である。

等値線図には磁界強さＢの従属するレベルを備えた下記
の輪郭線が描かれている。

符号　　レベル　　符号　レベル　　符号　レベルａ：
　　１．０１　　　　ｇ：　　１．１０　　　　ｎ：　
　２．００ｂ：　　０．１１１９　　　　ｈ：　　０．
９０　　　　ｏ：　　０．２０ｃ：　　１．０２　　　
　ｉ：　　１．２０　　　　ｐ：　　４．００ｄ：　　
ｏ．ａｅ　　　　ｋ：　　ｏ．ａｏ　　　　ｑ：　　ｏ
．ｔｏｅ：　　１．０４　　　　１：　　１．４０　　
　　ｒ：　　０．０４ｆ：　　０．９８　　　　ｍ：　
　Ｑ．４０　　　　ｓ：　　０．０２基本磁界Ｂの中央
値から＋１０％又は−１０％の偏差を有する輪郭線ｇ．
ｈは図に碑線で示されている。＋２０％又は−２０％の
偏差を有する輪郭線ｉ，ｋは図に一点鎖線で示されてい
る．円弧により示され約４００ｍｍの直径を有するほぼ
円筒形の領域４８は、核磁気共鳴断層撮影の像形成のた
めに必要とするよう眸均一である．この領域４８の外側
では、特に患者の体が延びてぃる方向であるＸ軸に沿っ
ては高周波磁界の磁界強さが比較的速く低減するので、
患者からの望ましくないノイズが入力結合されるおそれ
がない。比較的肩幅の広い患者の検査の場合には、患者
はその両腕を両アンテナ装置１２、ｌ３の外側に置くこ
とができる．ちょうど患者の肩の高さの検査の場合には
、腕を側方の孔を通ってｙ軸方向に伸ばすことができる
．このアンテナは、両アンテナ装置１２、ｌ３の１０２
Ａの電流振幅当たり約１ｍＴの磁束密度により円偏波制
御する場合に、良好な感度を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はそれぞれこの発明による高周波アン
テナの異なる実施例の斜視図、第３図はこの発明に基づ
く核磁気共鳴断層撮影装置の基本磁界磁石の一実施例の
斜視図、第４図は核磁気共鳴断層撮影装置全体の一実施
例の斜視図、第５図は第１図又は第２図に示すアンテナ
により発生したｘ−ｙａ上の円偏櫨高Ｊｌｌ験磁界―さ
の分布を示す等値線図である．２・・・基本磁界磁石５、６・・・磁極面７・・・磁石継鉄８・・・撮像容積１０・・・アンテナ１２、１３・・・アンテナ装置１４、ｌ５・・・中央脚１６〜１９・・・側方脚２２、２３・・・帰路２４〜２７・・・共振コンデンサ２８、２９・・・減結合コンデンサ３０・・・接地面３２〜３５・・・帯導体３６、３７・・・整合コンデンサ３８、３９・・・同軸ケーブル４１、４３・・・遮蔽体４６・・・結合部Ｎ１

Claims

【特許請求の範囲】１）人体の軸線が直角座標系のｘ軸上に延び、ｚ軸方向
に延びる基本磁界のための磁石の磁極片の間に検査しよ
うとする人体領域が置かれるようになっている人体の検
査のための核磁気共鳴断層撮影装置において、ａ）円偏波高周波磁界の発生のために二つのアンテナ装
置（１２、１３）を備えたアンテナ（１０）が用いられ
、これらのアンテナ装置は各一つの開放ターンを形成し
、ｂ）これらのターンがそれぞれ基本磁界磁石（２）の磁
極面（５、６）の一つに少なくともほぼ平行に延びる中
央の脚と、二つの側方の脚（１６〜１９）と帰路（２２
、２３）とから成り、ｃ）これらのターンが少なくとも一つの共振コンデンサ
（２４〜２７）のキャパシタンスと共にそれぞれ一つの
共振回路を形成し、ｄ）これらのターンはその中央脚（１４、１５）が交差
するように配置され、ｅ）アンテナ装置（１２、１３）の間には少なくとも一
つの減結合コンデンサ（２８）が設けられることを特徴とする核磁気共鳴断層撮影装置。２）アンテナ装置（１２、１３）のターンがそれぞれ帯
導体から成り、この帯導体では中央の脚（１４、１５）
が基本磁界磁石（２）の磁極面（５、６）の一つに少な
くともほぼ平行に配置されていることを特徴とする請求
項１記載の装置。３）側方の脚（１６〜１９）の面がそれぞれ座標系のｘ
−ｚ面に平行に配置されていることを特徴とする請求項
２記載の装置。４）導電性接地面（３０）が共通な帰路（２２、２３）
として用いられることを特徴とする請求項１記載の装置
。５）アンテナ（１０）が、同軸ケーブル（３８、３９）
の内部導体と側方の脚（１６〜１９）の従属する共振コ
ンデンサに対する結合部との間に設けられた整合コンデ
ンサ（３６、３７）を介して接続されていることを特徴
とする請求項１ないし４の一つに記載の装置。６）同軸ケーブル（３８、３９）の遮蔽体（４１、４２
）が、共振コンデンサ（２４〜２７）の両接地側接続点
間の少なくともほぼ中央に接続されていることを特徴と
する請求項５記載の装置。７）それぞれ側方の脚（１７、１９）のうちの一つと接
地面（３０）との間に配置された補助の共振コンデンサ
（２６、２７）を備えることを特徴とする請求項１記載
の装置。８）共振コンデンサが可変なキャパシタンスを備えるこ
とを特徴とする請求項１記載の装置。９）異なるアンテナ装置（１２、１３）の側方の脚（１
６、１８及び１７、１９）のｘ軸方向に相前後して配置
された端部のうちの少なくとも二つが、減結合コンデン
サ（２８）を介して相互に結合されることを特徴とする
請求項１記載の装置。１０）異なるアンテナ装置（１２、１３）の側方の脚（
１６、１９又は１７、１８）のｙ軸方向に相前後して配
置された端部のうちの少なくとも二つが、減結合コンデ
ンサ（２８、２９）を介して相互に結合されることを特徴とする請求
項１記載の装置。１１）帯導体（３２〜３５）が減結合コンデンサ（２８
、２９）のための接続導体として用いられることを特徴
とする請求項９又は１０記載の装置。１２）基本磁界磁石（２）の磁極面と基本磁界磁石（２
）の磁石継鉄（７）の撮像容積（８）に向かう側の表面
とが、導電性シールドを備えることを特徴とする請求項
１記載の装置。１３）磁極面（５、６）の磁石継鉄（７）と反対側の縁
に、磁極面（５、６）のシールドの間の導電性結合部（
４６）を備えることを特徴とする請求項１２記載の装置
。１４）アンテナ（１０）の差し込み可能な構造を有し、
それにより側方の脚（１６〜１９）の端部がプラグとし
て構成され、また接地面（３０）の縁に相応のソケットが設けられることを特徴
とする請求項１記載の装置。