JPH04285534A

JPH04285534A - 核磁気共鳴を用いた検査装置

Info

Publication number: JPH04285534A
Application number: JP3051087A
Authority: JP
Inventors: Yukio Yabusaki; 薮崎　征雄; Munetaka Tsuda; 宗孝津田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-03-15
Filing date: 1991-03-15
Publication date: 1992-10-09

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、生体中の水素や燐等か
らの核磁気共鳴（以下、「ＮＭＲ」という）信号を測定
し、核の密度分布や緩和時間分布等を映像化する、ＮＭ
Ｒ現象を用いた検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、人体の頭部，腹部などの内部構造
を、非破壊的に検査する装置として、Ｘ線ＣＴや超音波
撮像装置が広く利用されてきている。近年、ＮＭＲ現象
を用いて同様の検査を行う試みが成功し、Ｘ線ＣＴや超
音波撮像装置では得られなかった多種類の情報を取得で
きるようになってきた。

【０００３】まず、ＮＭＲ現象の基本原理について以下
に概略説明をする。原子核は陽子と中性子から構成され
、全体で角運動量Ｉで回転する核スピンとみなされる。今水素の原子核について考えると、１個の陽子からなり
、スピン量子数１／２で表される回転をしている。陽子は正の電荷があるため原子核が回転するにともなっ
て磁気モーメントμが生じ、原子核一つ一つを非常に小
さな磁石と考えることができる。鉄のような強磁性体で
は上述した磁石の方向が揃っているために全体として磁
化が生じる。水素などでは上述した磁石の方向がバラバ
ラで全体としては磁化は生じない。しかし、静磁場Ｈ０
を印加するとそれぞれの原子核は静磁場の方向に揃うよ
うになる。水素原子核の場合、スピン量子数は１／２で
あるので−１／２と＋１／２の二つのエネルギー準位に
分かれる。このエネルギー準位間の差ΔＥは次式で示さ
れる。

【０００４】

【数１】ΔＥ＝γｈＨ０／２π ここで、γ：磁気回転比，ｈ：プランク定数，Ｈ０：静
磁場強度である。

【０００５】原子核には静磁場Ｈ０によってμ×Ｈ０の
力が加わるために原子核は静磁場の軸の回りを次式で示
す角速度ω（ラーモア角速度）で歳差運動する。

【０００６】

【数２】ω＝γＨ０このような状態の系に周波数ωの電磁波（ラジオ波）を
印加すると共鳴現象が起こり、原子核は数１で表される
エネルギー差ΔＥに相当するエネルギーを吸収し、エネ
ルギー準位が高い方に遷移する。この時核スピン角運動
量を持つ原子核が多数存在していても原子核毎に磁気回
転比γが異なるために数２で示される共鳴周波数が異な
り、特定の原子核だけが共鳴する。ラジオ波によって高
い準位に遷移させられた原子核は緩和時間と呼ばれる時
定数で決まる時間の後に低い方の準位に戻る。この時に
原子核から核周波数ωの核磁気共鳴信号が出る。上述し
た緩和時間は更にスピン−格子緩和時間（縦緩和時間）
Ｔ１とスピン−スピン緩和時間（横緩和時間）Ｔ２に分
けられる。一般に、固体の場合にはスピンが結晶格子上
のほぼ決まった位置に固定されているのでスピン同士の
相互作用が生じ易く、スピン−スピン緩和時間Ｔ２は短
く吸収したエネルギーはスピン系に行き渡ってから格子
系に移っていく。このためスピン−格子緩和時間Ｔ１は
スピン−スピン緩和時間に比べて非常に大きい値となる
。一方、液体の場合には分子が自由に運動しているため
スピン同士とスピン−格子のエネルギー交換の生じ易さ
は同程度である。上述した水素原子核以外にもリン原子
核，炭素原子核，ナトリウム原子核，フッ素原子核や酸
素原子核などについても同様のことが言える。

【０００７】上述した基本原理に基づくＮＭＲ現象を用
いた検査装置においては、検査物体からの信号を分離・
識別する必要があるが、その一つに、検査物体に傾斜磁
場を印加し、物体各部の置かれた磁場を異ならせ、次に
各部の共鳴周波数あるいはフェーズエンコード量を異な
らせることで位置の情報を得る方法がある。この方法の
基本原理については、ジャーナル・オブ・マグネティッ
ク・レゾナンス誌（Ｊ．Ｍａｇｎ．Ｒｅｓｏｎ．）第１
８巻，第６９〜８３頁（１９７５年）、フィジックス・
オブ・メディスン・アンド・バイオロジー誌（Ｐｈｙｓ
．Ｍｅｄ．＆Ｂｉｏｌ．）第２５巻，第７５１〜７５６
頁（１９８０年）等に報告されている。

【０００８】上述したようなＮＭＲ現象を用いた検査装
置によるイメージングにおいては高周波磁場を発生ある
いは受信するコイルの効率を向上させることが、画質の
向上、撮像時間短縮につながる重要な課題となっている
。

【０００９】ところで、ＮＭＲ現象を用いた検査装置に
おけるＳＮ比は、静磁場強度Ｈ０　の１〜１．５　乗に
比例して増加するため、静磁場強度を少しでも高くし、
ＳＮ比の向上を図る試みがなされつつある。これまで用
いられてきた送受信コイル（以下、単に「コイル」とい
う）はソレノイドコイルあるいは鞍型コイルである。し
かし、静磁場強度の増加にともなって原子核の共鳴周波
数も増大するため、コイルの自己共鳴周波数とＮＭＲ周
波数とが接近あるいは逆転する状況が生じ、受信時にお
ける感度低下、あるいは送信時における高周波磁場の発
生効率低下という問題が発生するようになった。

【００１０】これに対してＡｌｄｅｒｍａｎ等により新
しい形状のコイル（「アルダーマン型コイル」と呼ばれ
る）が提案され、上記問題点が解決されるようになった
。このコイルについては、ジャーナル・オブ・マグネテ
ィック・レゾナンス誌（Ｊ．Ｍａｇｎ．Ｒｅｓｏｎ．）
第３６巻，第４４７〜４５１頁（１９７９年）に詳細な
記述がある。図６，図７に示すようにアルダーマン型コ
イルはガードリング電極１３１，１３２、アーム電極１
１１，１１２、アーム電極１１１に接続されたウィング
電極１２１，１２２，１２５，１２６、アーム電極１１
２に接続されたウィング電極１２３，１２４，１２７，
１２８、ウィング電極１２１，１２４間に設けられるキ
ャパシタ１４１、ウィング電極１２２，１２３間に設け
られるキャパシタ１４２、ウィング電極１２５，１２８
間に設けられるキャパシタ１４３、ウィング電極１２６
，１２７間に設けられるキャパシタ１４４から構成され
る。図８に示す同調・整合回路はキャパシタ２０１，２
０２で構成されており、図７のＨ，Ｇ点に接続される。図９は図６，図７におけるアーム電極１１１，１１２及
びウィング電極１２１〜１２８とキャパシタ１４１〜１
４４から構成される外側の部分を平面に展開した図であ
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は高磁場
すなわち高周波における受信感度の低下及び高周波磁場
の発生効率の低下という問題に関しては有効なコイル構
成である。

【００１２】しかし、実際にコイルを構成する場合には
電極を保持するための保持手段が必要であることに対す
る配慮が成されていない。また、コイルが被検者に接す
るものであるために電極を覆う構造にしなければならな
いという問題点に対する認識がなされていない。

【００１３】本発明の目的は上記問題点を解決し電極を
保持する必要がなく、電極に密着して覆うようにし、構
造が簡単で開口部が大きく被検者に圧迫感の少ない軽量
のコイルを提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、ウィング電極とアーム電極またはガードリング電極
のいずれかまたは両方に剛性を持たせ信号検出手段を保
持できるようにし、アーム電極，ウィング電極とガード
リング電極を絶縁性のあるコーティング手段で覆い、コ
ーティング手段を薄くすることによって信号検出手段の
開口部を大きくした。

【００１５】

【作用】ウィング電極とアーム電極またはガードリング
電極のいずれかまたは両方に剛性を持たせることによっ
て従来必要だった電極保持のための円筒形ボビンを不要
とすることができる。このことによって、円筒形ボビン
から電極の重量増加分を引いた分だけ軽量化できる。ウ
ィング電極とアーム電極に剛性を持たせた場合にはウィ
ング電極とアーム電極でコイル全体を支えることになる
。ガードリング電極に剛性を持たせた場合にはガードリ
ング電極とアーム電極を補強する部材でコイル全体を支
えることになる。ウィング電極とアーム電極及びガード
リング電極の両方に剛性を持たせた場合の方が全体とし
ての剛性強度は大きくなる。しかし、軽量化の程度はど
ちらか一方のみの剛性を持たせるよりも少なくなる。また、電極を支えるボビンがなくなったことで電極が被
検者に直接接触してしまうが、絶縁性のコーティング材
を塗布することで接触を防ぐことができる。このように
絶縁性のコーティング材を塗布することによって従来必
要だった外側カバーを無くすことができる。このことに
よっても軽量化を図ることができる。また、従来必要だ
った外側カバーに比べて電極に密着してコーティングで
きるために従来よりもコイルの開口部を大きくでき、被
検者に圧迫感の少ないコイルとすることができる。また
、コーティング材の種類を選ぶことによって肌触りの良
いコイルとすることもできる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。

【００１７】図４は、本発明の一実施例であるＮＭＲを
用いた検査装置の構成図である。図４において、５は制
御装置、６は高周波パルス発生木は、電力増幅器、８は
高周波磁場を発生すると共に対象物体２０から生ずる信
号を検出するための送受信兼用コイル、９は増幅器、１
０は検波器、１１は信号処理装置を示している。また、
１２，１３，１４は、それぞれ、ｚ方向及びこれに直角
の方向（ｘ方向及びｙ方向）の傾斜磁場を発生させるコ
イル、１５，１６，１７はそれぞれ、上記コイル１２，
１３，１４を駆動する電源部を示している。これらのコ
イルにより発生する傾斜磁場により検査対象の置かれる
空間の磁場分布を所望の傾斜を有する分布とするもので
ある。図４ではコイル８，１３，１４の順に大きさが小
さくなっているように描いてあるが全体構成を示すため
の便宜的なものでありこの大きさ，順番である必要はな
い。

【００１８】制御装置５は、各装置に種々の命令を一定
のタイミングで出力する機能を有するものである。高周
波パルス発生器６の出力は、電力増幅器７で増幅され、
上記コイル８を励振する。コイル８で受信された信号成
分は、増幅器９を通り、検波器１０で検波後、信号処理
装置１１で画像に変換される。

【００１９】なお、静磁場の発生は、電源１９により駆
動されるコイル１８による。検査対象である人体２０は
ベッド２１上に載置され、上記ベッド２１は支持台２２
上を移動可能に構成されている。

【００２０】図５は図４に置ける傾斜磁場コイルの構成
及び流す電流の方向を示した一例である。コイル１２で
ｚ方向傾斜磁場を、コイル１３でｘ方向傾斜磁場を、コ
イル１４でｙ方向傾斜磁場を発生する例を示している。コイル１３とコイル１４は同じ形のコイルであってｚ軸
回りに９０度回転した構成をしている。実際にはコイル
１２，１３，１４を一つの円筒形ボビンに巻いて用いら
れる。これらの傾斜磁場コイルは静磁場と同一方向（ｚ
軸方向）磁場を発生し、それぞれｚ，ｘ，ｙ軸に沿って
直線勾配（傾斜）を持つ磁場を発生するものである。

【００２１】本発明は、上記コイル８の改良に係わるも
のである。ここで、コイル８は、例えば、直径３００ｍ
ｍ，長さ３００ｍｍ程度の大きさを有するものである。

【００２２】本実施例では頭部用コイルを想定してコイ
ル形状を円筒形としたが楕円形などの形状の変形及びサ
ーフェスコイルなどへの適用も可能であり、各種コイル
への適用は本発明を規制するものではない。本発明の効
果は頭部用コイルに適用した場合がもっとも顕著に現れ
るので以下の説明では頭部用コイルに付いて実施例を引
用しながら説明を行う。以下の説明では断面形状を円筒
形としているが、実際に用いる場合には設置するための
台の上に固定される。この台に付いては以下の実施例で
は全て省略している。また、実用上のことを考えると、
台とコイルを一体とする構造でも良いことはあきらかで
ある。また、以下に示す実施例ではアーム電極を板上の
電極として説明しているが、渦電流の発生を防止するた
めにパイプでアーム電極を構成したり、アーム電極の板
上電極にスリットをいれたりする種々の変形は可能であ
り、特に本発明を規定するものではない。

【００２３】従来のコイルの構成例を図１０に示す。従
来は内側円筒形ボビン３０１（図６，図７では省略）の
外側にガードリング電極１３１を巻き付け、その外側に
テフロンなどの低損失の誘電体１５０（図６，図７では
省略）を巻き付け、さらにその上にウィング電極１２１
〜１２４及びアーム電極１１１，１１２を巻き付け、そ
の外側に電極に触れないようにカバー３０２（図６，図
７では省略）を設置した構成をしている。このように内
側円筒形ボビン３０１で全体の強度をもたせているため
に内側円筒形ボビン３０１の肉厚を厚くしている。従っ
て内側開口部分はこの肉厚ぶんだけ狭くなってしまい、
被検者にとっては居住性の悪いものとなっている。さら
に、外側にカバー３０２を設けるために顔面をおおう面
積が電極だけの面積よりも増大し被検者にとって圧迫感
のあるものとなっている。この状況はＨｏｕｌｔ等が提
案しているＱＤ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ　Ｄｅｔｅｃｔ
ｉｏｎ）コイル（図１２及び図１３参照。図の説明は図
６，図７とほぼ同様なので省略する）においてはコイル
本来の構成上開口部の面積は同じでもその面積が４ヶ所
に分散されるために１ヶ所の開口部面積（被検者の顔面
に対する部分）は約半分に減少し、より悪化することに
なる（図１４参照。例えばウィング電極１２３１，１２
２２，１２６２，１２７１及びアーム電極１１２１，１
１１２で囲まれる開口部とウィング電極１２３，１２２
，１２６，１２７及びアーム電極１１２，１１１で囲ま
れる開口部の面積の違い）。以下に示す実施例では図１
０に示す従来のコイルとの対比で説明を行う。特にＱＤ
コイルでの実施例は示さないが同様であることは言うま
でもない。

【００２４】図１は本発明の一実施例を示すもので頭部
用コイルに本発明を適用した場合の構成図である。それ
ぞれ側面図、Ａ−Ａ断面図及びＢ−Ｂ断面図を示してい
る。図１はウィング電極１２１〜１２８とアーム電極１
１１，１１２で電極を保持する構成を示している。図１
に示す実施例ではウィング電極１２１〜１２８及びアー
ム電極１１１，１１２の厚みを増すことによって剛性を
持たせた場合について示している。図１ではこの剛性を
持たせた部分を太くして描いている。この電極の内側に
テフロンなどの損失の無い誘電体１５０をはさんでガー
ドリング１３１が置かれる。また、ウィング電極１２２
と１２３及びウィング電極１２１と１２４の間はそれぞ
れキャパシタ１４２及び１４１で接続される。この実施
例の場合には重量は厚みが増した分だけ増加することに
なる。図１に示す実施例以外にも剛性を増す手段は考え
られる。例えば、図１１に示すようにウィング電極１２
１〜１２４及びアーム電極１１１，１１２に補強材を入
れる方法もある。この場合には重量の増加は図１に示す
実施例に比べて少ない。このような剛性を増す手段に付
いては本発明を規定するものではない。また、これら電
極を覆うコーティング手段４００を電極に密着して塗布
している。このコーティング手段４００は図１に示すよ
うに電極に塗布しても良いし、熱収縮チューブのような
ものをかぶせて密着させても良い。このコーティング手
段４００の形成方法は自由に選ぶことができ本発明を規
定するものではない。例えば、吹き付けによる方法や粘
性のある液状のコーティング剤に漬ける方法などが考え
られる。また、このコーティング手段４００の材質を選
ぶことで肌触りを改善することもできる。このことによ
っても被検者に快適なものとすることができる。

【００２５】図２はガードリング電極１３１，１３２（
図１に示す実施例と同様太く描いてある）で電極を保持
する構成を示した一実施例である。図１と同様それぞれ
側面図、Ａ−Ａ断面図及びＢ−Ｂ断面図を示している。構成については図１に示す実施例とほぼ同じであるので
詳細な説明は省略するが、図１と異なる点はガードリン
グ電極１３１，１３２間が補強されていないためコーテ
ィング手段４００を図１に示す実施例よりも剛性のある
ものとしなければならない点である。（図１に示す実施
例ではコーティング手段４００に付いては全く剛性を考
慮する必要がない。）または図１１に示すアーム電極を
補強する方法と組み合わせる必要があることである。こ
れ以外の特長に付いては図１に示す一実施例と同様であ
るので特に説明は行わない。。

【００２６】図３はウィング電極１２１〜１２８とアー
ム電極１１１，１１２及びガードリング電極１３１，１
３２両方でで電極を保持する構成の一実施例である。図
１に示す実施例と同様電極を保持する部分に付いては太
く描いてある。図１と同様それぞれ側面図、Ａ−Ａ断面
図及びＢ−Ｂ断面図を示している。構成については図１
に示す実施例とほぼ同じであるので詳細な説明は省略す
るが、図１と異なる点は図１に示す実施例ではウィング
電極１２１〜１２８とアーム電極１１１，１１２だけで
剛性を持たせるためこの電極をかなり厚くしなければな
らないが、本実施例ではガードリング電極１３１，１３
２にも剛性を持たせるため図１に示す実施例ほど厚くす
る必要はない。その他の特長は前述の実施例と同様であ
る。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、従来必要だった電極保
持のための円筒形ボビン及び外側カバーを不要とするこ
とができるのでコイル構造を簡単にでき、しかも軽量化
できるという効果がある。また、ボビンの代わりに絶縁
材を薄くコーティングすることによって電極に密着させ
ることができ、開口部を大きくすることができるという
効果がある。更に、開口部を大きくすることができるの
で被検者に圧迫感の無いコイルとすることができる。ま
た、コーティング材の種類を選ぶことによって被検者に
対する肌触りの良いコイルとすることができるという効
果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成図である。

【図２】本発明の一実施例の構成図である。

【図３】本発明の一実施例の構成図である。

【図４】本発明の一実施例であるＮＭＲを用いた検査装
置の構成図である。

【図５】傾斜磁場コイルの構成及び流す電流の方向を示
した図である。

【図６】アルダーマン型コイルの構成図である。

【図７】アルダーマン型コイルの構成図である。

【図８】同調・整合回路の回路図である。

【図９】アルダーマン型コイルの構成図である。

【図１０】アルダーマン型コイルの構成図である。

【図１１】電極に剛性を持たせる一実施例の構成図であ
る。

【図１２】ＱＤコイルの構成図である。

【図１３】ＱＤコイルの構成図である。

【図１４】開口部面積の比較図である。

【符号の説明】

５…制御装置、６…高周波パルス発生器、７…電力増幅
器、８…送受信兼用コイル、９…増幅器、１０…検波器
、１１…信号処理装置、１２，１３，１４…傾斜磁場を
発生させるコイル、１８…静磁場を発生させるコイル、
１５，１６，１７，１９…電源部、２０…対象物体、２
１…ベッド、２２…支持台、１３１，１３２…ガードリ
ング電極、１１１，１１２…アーム電極、１２１〜１２
８…ウィング電極、１４１〜１４４，２０１，２０２…
キャパシタ、１５０…誘電体、４００…コーティング手
段。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】静磁場，傾斜磁場及び高周波磁場の各磁場
発生手段と、検査対象からの核磁気共鳴信号を検出する
信号検出手段と、該信号検出手段の検出信号の演算を行
う計算機及び該計算機による演算の出力手段を有する核
磁気共鳴を用いた検査装置に於て、信号検出手段として
、円筒面上に沿った複数の位置にそれぞれ設けられた電
流通路をなす第１，第２のアーム電極と、上記アーム電
極の上端及び下端から、円筒面上に沿ってそれぞれ左右
に伸ばされ、かつそれぞれの先端は隣接するものの先端
と容量結合された導体板からなる複数のウィング電極と
、上記アーム電極の上端及び下端の位置にそれぞれ設け
られ、上記ウィング電極とそれぞれ容量結合するリング
状の導体板からなる第１，第２のガードリング電極で構
成され、上記ウィング電極とアーム電極またはガードリ
ング電極のいずれかまたは両方に剛性を持たせ信号検出
手段を保持できるようにしたことを特徴とする核磁気共
鳴を用いた検査装置。
【請求項２】上記アーム電極，ウィング電極とガードリ
ング電極を絶縁性のあるコーティング手段で覆ったこと
を特徴とする請求項１記載の核磁気共鳴を用いた検査装
置。
【請求項３】コーティング手段を薄くする事によって信
号検出手段の開口部を大きくしたことを特徴とする請求
項２記載の核磁気共鳴を用いた検査装置。
【請求項４】コーティング手段を肌触りの良いものとす
ることによって、被検者が快適に検査を受けられるよう
にしたことを特徴とする請求項３記載の核磁気共鳴を用
いた検査装置。