JPH04505713A - 磁気共鳴式撮像装置 - 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】 磁気共鳴技術のための直角位相表面コイル皮盃玉上 本発明は、磁気共鳴技術に関する。磁気共鳴は、特に医療診断又は検査のための 医療撮像に関連した分野に用途を有するので、ここでは医療撮像に適用した場合 に付いて説明するが、本発明は、品質検査、スペクトル分析等にも適用すること ができる。

技」百を量 患者の表面から磁気共鳴を受信するように直線偏波磁気共鳴コイルを患者の表面 に近接して配置するのが、従来、一般に行われていることである。直線偏波コイ ルは、磁気共鳴信号の１成分だけ、通常、水平又は垂直方向の成分を受信する。

一方、被検体から発する磁気共鳴信号は、１平面内で回転する、即ち２つの直交 成分を有するベクトルによって正確に画定される。従って、直線偏波コイルは、 ２つの直交成分の打ちの１つだけを受信する。

円偏波磁界を有する直角位相コイルは、上記回転するベクトルの逆直交成分を受 信する。直角位相コイルは、同じ雑音を有する直線偏波コイルに比べて回転ベク トルから２倍の信号パワーを抽出する。その結果、２の平方根だけ大きい、即ち 約４１％の信号対雑音比が得られる。しかしながら、従来の直線偏波コイルは１ 通常、平坦な表面コイルではなく、容積コイルであった。例えば、そのような容 積コイルとして、互いに９０°回転させた２つのサドル（鞍）型コイルを有する ものがある。

患者の撮像すべき局部は、それらのサドル型コイルの内側に画定される立体空間 内に配置される。同様に、従来技術では、円偏波領域を囲む立体空間を画定する その他の形状のコイルも使用されている。

一方、直角位相表面コイルの利点を認識する人もいた。例えば、１９８８年１月 ２６日付で発行されたハイドの米国特許第４．７２１．９１３号参照。しかしな がら、ハイドの表面コイルは、比較的嵩高であり、それに随伴する複雑な電子回 路を必要とする。又、ハイドのコイルは、被検体に対して垂直な方向に比較的厚 いコイルを必要とする。そのような嵩高のコイルを検査台に載せられた患者の下 に配置すると、コイルに隣接する患者の身体部分の生理機能を歪めるばかりでな く、患者に相当な不快感を与える。更に、ハイドのコイルは、構造的に複雑であ り、調整しに＜＜、微細同調させることが困難である。更に、ハイドのコイルは 、誘導結合されているので、送信磁界から能動的に減結合させることができず、 従って複雑な隔離回路を必要とする。

本発明によれば、上記及びその他の問題を克服するために平面状の、直角位相表 面コイルを提供する。

１豆立１１ 本発明によれば、平面状の、直角位相表面コイルを提供する０表面コイルの平面 は、患者のより大きい領域に対応することができるように平坦にしてもよく、あ るいは、患者の解剖局部の表面形状に合致するように対称軸線を中心として湾曲 させてもよい。

本発明のより限定的な側面によれば、磁界が互いにほぼ垂直にあるＩＩＩ平面状 コイルと第２平面状コイルを含む直角位相表面コイルが提供される。第１平面状 コイルと第２平面状コイルは、互いに平行に、近接して取付けられる。好ましい 実施例では、第１平面状コイルと第２平面状コイルは、垂直磁界を創生ずるルー プコイルと、水平磁界を創生ずるヘルムホルツコイル又はＤ対型（背中合わせの １対のＤ字型）コイルとする。

本発明の別のより限定的な側面によれば、第１コイル及び第２コイルは、薄い平 面状絶縁材の両面に取付けた薄い金属素子で構成する。好ましい実施例では、こ れらのコイルは、共通の回路基板の両面に取付けたフォイル（箔）で構成する。

本発明の別の側面によれば、直角位相コイルを、それらのコイルを送信磁界から 減結合させるための電子回路に接続する。本発明の回路のより限定的な側面によ れば、それらのコイルを同調させ、整合させるための回路を設りる。本発明の回 路の更に別のより限定的な側面によれば、適正な直角位相操作のために位相シフ ト・と、信号の組み合わせを行い、かつ、位相の逆転を可能にするためのネット ワークを設ける。

本発明の更に限定された側面によれば、表面フィルの平面は、患者の選択された 特定の局部の表面形状に合致するように賦形する。

本発明の１つの利点は、平面状コイル組立体によって直角位相検出を行うことを 可能にすることである。

本発明の他の利点は、支持検出回路を簡略化することである３ 本発明の更に使の利点は、平面状コイルを患者の選択された特定の解剖局部の表 面形状に合致するように賦形することができることである。

本発明の更に他の利点は、好ましい実施例の以下の説明から当業者には明らかに なるであろう。

１１匹！見皇上１ 本発明は、各構成部品及び構成部品の配置又各工程及び各工程の順序においてい るいろな実施形態をとることができる６図面は、好ましい実施例を例示するため のものであり、本発明を限定するものとして解すべきではない。

第１図は、本発明による磁気共鳴式撮像装置の概略図である。

第２図は、本発明による直角位相表面コイル組立体の概略図である。

第３図は、可撓性の基板上に配設したコイルの配置を示す。

第４図は、第１図の整合、同調、及び減結合回路の詳細図である１、 第５図は、第２図の位相ソフト及び信号組合せネットワークの詳細図である。

第６図は、平面状の直角位相コイルを頚椎の検査のために「フィラデルフィア」 カラーを形成するように賦形した変形実施例を示す８ 第７図は、ヘルムホルツコイル対を眼窩の検査のために患者の形状に合致するよ うに湾曲させた別の変形実施例を示す。

第８図は、Ｄ対型（背中合わせの１対のＤ字型）コイルとループコイルの平面を 患者の胴体部分の形状に合致するように賦形した別の変形実施例を示す。

第９図は、別の実施例によるヘルムホルツコイルとループコイルの組み合わせを 示す。

ま　い　の詳 第１図を参照して説明すると、磁気共鳴式撮像装置は、Ｚ軸線に沿う撮像領域を 通して長手方向に静電の、主磁界を設定するための主磁界創生手段Ａを有する。

勾配磁界創生手段Ｂは、撮像領域の主磁界を横切って横断方向に磁界勾配を選択 的に創生ずる。磁気共鳴励起手段Ｃは、撮像領域に置かれた患者又は被検体の特 定の選択された核内に磁気共鳴を励起させる。共鳴した核は、無線周波数の磁気 共鳴信号を発生し、その信号は、表面コイル又は局部コイルＤによって受信され る。詳述すれば２表面コイルは、撮像すべき被検体の所定の局部の桟から磁気共 鳴信号を受信するように所定の局部陀近接させて配置する。電子処理回路Ｅは、 受信した無線周波数の信号を、核の密度、弛緩時間及び位置、核の特性等を表わ す像表示に変換する。

共鳴励起手段Ｃは、磁気共鳴を励起し、操作する無線周波数（ＲＦ）信号を発信 するための無線周波数送信機１８及び送信コイル２０を有する。随意選択として 、局部コイルＤは、ＲＦパルスを被検体の近接部分に印加するためにＲＦ送信機 に接続することができる。中央コンピュータ２２は、斯界に置いて周知の態様で 勾配磁界のシーケンスとタイミングを協調させる。

被検体の核の弛緩によって発せられた磁気共鳴信号は、静電の主磁界の方向に対 して垂直な平面内にのみ信号成分を有する。Ｚ軸線を主磁界に沿７て延長させた 座標系に右いては、磁気共鳴信号は、Ｘ−Ｙ平面内にあり、総体的に円偏波され ている。

引続き第１図を参照し、更に第２図を参照して説明すると、局部コイルＤは、送 信モードでは第１軸線に沿って磁界を創生じ、受信モードにおいては第１軸線に 沿っての磁界成分に対して最も高い受信性向を有する第１平面状コイル３０を有 する１図示の実施例では、Ｉｌｌコイルは、Ｙ軸線に沿って磁界を創生又は受信 するように配向された長方形のコイル又はループコイルである。第２平面状コイ ル３２は、上記第１軸線とは異なる第２軸線に沿って磁界を受信し、第２軸線か ら磁界を受信する。

好ましい実施例においては、第２コイルは、Ｘ軸線に沿って磁界を創生し、Ｘ軸 線に沿って磁気共鳴信号を受信するヘルムホルツコイルとする。あるいは別法と して、ヘルムホルツコイルの代わりに、Ｄ対型（背中合わせの１対のＤ字型）コ イルを用いることができ、同様にコイルの平面内の磁界に対して感応性を有する 他のコイル組み合わせを用いることもできる。

第３図を参照して説明すると、第１と第２コイルは、はぼ同一平面内に位置する 。好ましい実施例に関連してより具体的にいえば、上記ループコイル及びヘルム ホルツコイルは、絶縁基板の両面の金属フォイルに、例えば両面回路基板３６の 両面に共通の対称軸線３４を中心として対称的に腐蝕することによって形成され る。これらのコイルは、容量結合をできるだけ減少させるために、基板を挟んで その両側に直接向い合わないようになされている。好ましい実施例では、コイル ３０をコイル３２より短くしコイル３２の幅のほぼ５０％の幅とする。この対称 配置は、適正な直角位相作動のために両コイルの間に相互結合ゼロの状態を創生 ずる。対称軸線３４を主磁界に沿って位置させることによって、第１コイル及び 第２コイルに関連した磁界は、撮像対象領域に直交してＸ−Ｙ平面に沿って位置 され、円偏波磁界を創生ずる。

絶縁基板は、第１及び第２コイルの平面を患者の表面の輪郭に合致させることが できるように可撓性とすることができる。あるいは、絶縁基板は、コイルを所定 の輪郭に沿って延長する平坦な平面又は平面内に保持するよう剛性とすることも できる。このように、両コイルは、平坦であり、平行な隣接した平面内に位置す る。絶縁シート３６は、非常に薄いので、２つのコイルは実質的に同一平面内に 位置する。この回路基板は、薄いテフロンのＰＣ板とすることが好ましい。整合 ・減結合第１コイルは、第１整合・減結合回路４０に接続し、第２コイルは、第 ２整合・減結合回路４２に接続する。

これらの整合−減結合回路は、対応するコイルを所定の動作周波数で共鳴させ、 コイルの出力を、信号を処理回路Ｅへ搬送するためのケーブル４４、例えば５０ Ωのケーブルに整合させる。これらの整合・減結合回路は、又、送信されるＲＦ 磁界の歪みを防止し、処理回路Ｅへの起りつる過負荷又はその他の損傷を防止す るために送信パルス中それぞれのコイルを電子的に減結合又は脱共鳴させる。９ ０１位相シフト５０は１両コイルのうちの選択された１つのコイルからの信号が 組合せ手段又は回路５２によって組み合わされたとき一致するようにを該１つの コイルからの信号を９０°遅延させる。前置増幅器５４は、それらの信号を増幅 させてケーブル４４に沿って送信する。

処理回路は、磁気共鳴信号を受信する受信機６ｏを含む、撮像器６２は、受信し た磁気共鳴信号からの像表示をビデオモニター６４にディスプレーし、更に処理 し、保存するために再構成する。

第４図を参照して説明すると、整合・減結合回路４０と４２とは、同じ構成であ るから、ここでは整合・減結合４０だけについて詳しく説明するが、この説明は 、整合・減結合４２にも同様に当てはまる。対応するコイル３０又は３２は、キ ャパシタ７０及びバラクタ即ち電圧同調キャパシタ７２によって所定の周波数に 同調される。これらのキャパシタ７０．７２並びにキャパシタ７４．７６は、磁 気共鳴信号の受信中コイルを２００Ωに整合させる。変換バラン７８は、２００ Ωを５０Ωの出力端８０に整合させる。バラクタ７２は、出力端８０に印加され る同調電圧によって同調又はバイアスされる。

送信パルス中、並列共鳴回路８２と８４は、高いインピーダンスを有し、コイル ３０と出力端８０との間を隔離して前置増幅器５４を保護する。インダクタ８２ ａ、８４ａは、所定の動作周波数でキャパシタ７４．７４と共鳴するように選択 されている。ＰＩＮダイオード８２ｂ、８４　ｂ　ｃｉ、送信磁界によって誘導 される電流がコイル内を流れて送信磁界を歪ませるのを防止する大きなインピー ダンスをコイルの前後間に生じさせるように送信中順方向にバイアスされる。

第５添付図を参照して説明すると、位相シフト・組合せ回路５０．５２は、コイ ル組立体３０及び３２にそれぞれ関連した整合・同調回路４０．４２から信号を 受信する。キャパシタンス９０．９２及びインダクタ９４は、回路４０から受信 した信号の位相を動作周波数において９０°シフトする。同様に、キャパシタン ス９６゜９８及びインダクタ１００は、回路４２から受信した信号の位相を動作 周波数において９０°シフトする。インダクタ９４．１０２及びキャパシタ９２ は、２つの信号を組合せて第１の５０Ωボート１０４へ送る。同様に、インダク タ１００，１０２及びキャパシタ９６は、２つの信号を組合せて第２の５０Ωポ ート１０６へ送る。第１スイツチ又はジャンパー導線組立体１０８と、第２スイ ツチ又はジャンパー導線組立体１１０は、回路４０かもの信号又は回路４２かも の信号のどちらを９０°位相シフトさせるかを選択するように選択的にセットさ れる。それによって、主静電磁界の方向に応じて出力を選択することを可能にす る。更に、この構成は、２つのコイルの各々の同調操作中１つのコイルの間に隔 離を設定しその隔離の度合を測定するために２つの別個のコイル出力を提供する ことを可能にする。

第３図の平坦なコイルは、腰椎、及び比較的平坦な形状とすることが適当な他の 解剖局部を撮像するのに理想的であるが、被検体の輪郭に適合する他のコイルの 組合せを使用することもできる。

第６添付図を参照して説明すると、ヘルムホルツコイル対は、患者の頚部の輪郭 に適合するように湾曲され、「フィラデルフィア」カラーを構成している。ルー プコイルは、はぼ平坦である。これらのコイルは、軸線６２を中心として対称で ある。この実施例においては、頚部の検査のために良好な磁界浸透が得らハ５、 横軸利得も得られる。対称軸線３４を中心として湾曲又は屈曲させたその他のコ イル形状も、考えられる４ 第７添付図を参照して説明すると、ループコイル３０は、患者の眼窩を囲繞する ようにほぼ円形とされている、湾曲したヘルムホルツコイル対３２は、軸線３４ ｉこ対（，５て対称に配置されているが、患者の眼窩に近接し１９頭骨の輪郭に 適合するように約４５°湾曲又は傾けられている。

第８図に示されるように、比較的大きいコイルを胴体の各部分を搬像するのに適 するように賦形することもできる。この場合の第１コイル３０は、はぼ半円形又 は半楕円形の平面内に位置する。Ｄ対型コ、イル３２は、コイル３０より大きい が、やはり、同じほぼ半円形又は半楕円形の平面内に位置する。

第９図のへルムホルツコイルも、やはり、磁界の浸透を良好にするために屈曲さ せである。

以上、本発明を好ましい実施例に関連して説明したが、もちろん、本明細書の上 記記載から当業者にはいろいろな変型及び改変が想起されるであろう。本発明は 、それらの変型及び改変が特許請求の範囲又はその均等物の範囲に入る限り、そ れらの変型及び改変のすべてを含むものと解すべきである。

国際調査報告 国際１′告　ＰＣＴ／ＧＢ　８９１００９５゜５Ａ　３０７７１

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. １．検査領域を通して磁界を創生するための主磁界創生手段と、 前記検査領域内で被検体の核の磁気共鳴を励起するための磁気共鳴励起手段と、 前記被検体の励起された核から磁気共鳴信号を直角位相で検出するための平面状 直角位相コイルと、直角位相で検出された前記磁気共鳴信号を処理して画像とし て表示するための処理手段とから成る磁気共鳴式撮像装置。
2. ２．前記平前状直角位相コイルは、第１軸線に沿って磁界を創生する第１平面状 コイルと、第２軸線に沿って磁界を創生する第２平面状コイルを含み、該第１コ イルと第２コイルとは、互いに平行であり、第１軸線と第２軸線とは、ほぼ直交 しているにとを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の磁気共鳴式撮像装置。
3. ３．前記第１コイルは、薄い誘電体層の一方の面に設けられ、前記第２コイルは 、該薄い誘電体層の地方の面に設けもれていることを特徴とする特許請求の範囲 第２項に記載の磁気共鳴式撮像装置。
4. ４．前記薄い誘電体層は、被検体の表面部分の形状に合致するように湾曲されて いることを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載の磁気共鳴式撮像装置。
5. ５．前記第１コイル及び第２コイルは、共通の対称軸線を中心とした対称形状で あることを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の磁気共鳴式撮像装置。
6. ６．前記第１コイルはループコイルであり、第２コイルはヘルムホルツコイル又 はＤ対型コイルであることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の磁気共鳴 式撮像装置。
7. ７．磁気共鳴信号を直角位相で検出するための平坦な平面状直角位相コイル組立 体であって、平坦な第１平面内に配置され、該第１平面に対してほぼ横断方向に 磁界を創生する平坦な第１平面状コイルと、 前記平坦な第１平面に平行に隣接した平坦な第２平面内に配置され、ほぼ該第２ 平面内に磁界を創生する平坦な第２平面状コイルとから成る平坦な平面状直角位 相コイル組立体。
8. ８．前記第１コイル及び第２コイルは、前記第１平面及び第２平面に対して垂直 な対称平面を中心とした対称形状であることを特徴とする特許請求の範囲第７項 に記載の平坦な平面状直角位相コイル組立体。
9. ９．前記第１コイルはループコイルであることを特徴とする特許請求の範囲第８ 項に記載の平坦な平面状直角位相コイル組立体。
10. １０．前記第２コイルはヘルムホルツコイルであることを特徴とする特許請求の 範囲第９項に記載の平坦な平面状直角位相コイル組立体。
11. １１．前記第２コイルはＤ対型コイルであることを特徴とする特許請求の範囲第 ９項に記載の平坦な平面状直角位相コイル組立体。
12. １２．誘電体シートと、 前記誘電体シートに装着されており、第１軸線に沿って磁界を創生する第１コイ ルと、該誘電体シートに装着されており、第１軸線にほぼ直交した第２軸線に沿 って磁界を創生する第２コイルとから成る直角位相コイル組立体。
13. １３．前記誘電体シートは、被検体の表面部分の形状に合致するように湾曲され ていることを特徴とする特許請求の範囲第１２項に記載の直角位相コイル組立体 。
14. １４．前記第１コイルと第２コイルは、前記誘電体シートの両面に装着されてい ることを特徴とする特許請求の範囲第１２項に記載の直角位相コイル組立体。
15. １５．前記第１コイルと第２コイルは、薄いフオイルで構成されていることを特 徴とする特許請求の範囲第１４項に記載の直角位相コイル組立体。
16. １６．第１軸線に沿って磁界を創生する第１コイルと、 第１コイルに近接して配置され、第１軸線と直交する第２軸線に沿って磁界を創 生する第２コイルと、前記第１コイルと第２コイルのうちの一方のコイルに作動 的に接続されており、受信した信号を９０°位相シフトするための９０°位相シ フト回路と、前記一方のコイルからの位相シフトされた信号を他方のコイルから の信号に組合せるための組合せ手段とから成るコイル組立体。
17. １７．前記組合せ手段を無線周波数受信機に接続するためのケーブルと、該ケー ブルのインピーダンスを整合させるための整合手段を含むことを特徴とする特許 請求の範囲第１６項に記載のコイル組立体。
18. １８．前記第１コイル及び第２コイルは、所定の磁気共鳴周波数に同調されるよ うになされており、該第１コイル及び第２コイルを該所定の磁気共鳴周波数から 選択的に離調させるための減結合手段を含むことを特徴とする特許請求の範囲第 １６項に記載のコイル組立体。
19. １９．前記第２コイルに作動的に接続され第２の９０°位相シフト回路を含み、 該２つの位相シフト回路の１つをその関連するコイルと前記組合せ手段との間で 選択的に切換え、他方の回路を該組合せ手段に直接接続するためのスイッチ手段 を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１６項に記載のコイル組立体。
20. ２０．前記第２コイルは、ほぼ半楕円のか性に延長しており、それによって該コ イル組立体が患者の頚部の形状にほぼ合致する輪郭とされていることを特徴とす る特許請求の範囲第１６項に記載のコイル組立体。
21. ２１．前記第２コイルは、互いに４５°の角度をなすように配置された第１コイ ル部分と第２コイル部分を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１６項に記載 のコイル組立体。