JPH0454450B2 - - Google Patents

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JPH0454450B2
JPH0454450B2 JP58139427A JP13942783A JPH0454450B2 JP H0454450 B2 JPH0454450 B2 JP H0454450B2 JP 58139427 A JP58139427 A JP 58139427A JP 13942783 A JP13942783 A JP 13942783A JP H0454450 B2 JPH0454450 B2 JP H0454450B2
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magnetic field
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nuclear magnetic
magnetic resonance
coils
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Masao Kuroda
Shigeru Matsui
Hideki Kono
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Hitachi Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は生体中の水素やリンなどからの核磁気
共鳴(NMR)信号を測測し、核の密度分布や緩
和時間分布などを映像化する装置に係り、特に高
周波磁場の発生あるいは受信に用いるコイルを、
高い周波数領域でも有効に動作させるのに好適な
装置に関する。
〔発明の背景〕
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来ている。近年、核磁気
共鳴現像を用いて同様の検査を行い試みが成功
し、X線CTや超音波撮像装置では得られない情
報を取得できることが明らかになつて来た。核磁
気共鳴現像を用いた検査装置においては、検査物
体からの信号を物体各部に対応させて分離・識別
する必要がある。その1つに、検査物体に傾斜磁
場を印加し、物体各部の置かれた静磁場を異なら
せ、これにより各部の共鳴周波数を異ならせるこ
とで位置の情報を得る方法がある。第1図はその
原理を説明するための図である。対象物体1に傾
斜磁場G1を印加すると、G1に垂直な線上にある
全ての核スピンからの信号を積分した信号強度分
布2が、静磁場Hの関数として得られる。核磁気
共鳴においては、 =γH/(2π) ………(1) の関数が成立するので、信号強度は高周波磁場の
周波数の関数である。ここでγは核磁気回転比
であり、核に固有の値である。次に傾斜磁場の印
加方向を変えてG2を印加すると、信号分布強度
3が得られる。傾斜磁場の印加方向を種々変化さ
せて同様の信号分布すなわち射影データを求めれ
ば、X線CTと同様のアルゴリズムにより、元の
物体1の核スピン密度分布や緩和時間分布などを
求めることができる。
さて、NMRにおけるSN比は静磁場Hの約1.5
乗に比例して増加するため、超伝導磁石を用いて
高い磁場強度を発生させ、SN比の向上を計る試
みがなされつつある。これまで用いられてきたコ
イルは、ソレノイドあるいは鞍型コイルである
が、磁場強度が増大するにつれて、共鳴周波数も
増対するため、コイルの自己共鳴周波数と核磁気
共鳴周波数が接近あるいは逆転する状況が生じ、
受信コイルの感度低下あるいは送信コイルによる
高周波磁場の発生効率が低下するという問題が生
じていた。それに対し、鞍型コイルでは相対する
2つのコイルを並列接続し、コイルのインダクタ
ンスを低減させることがまず考えられた。しか
し、イメージングでは傾斜磁場を高速で切換える
必要があり、それが並列接続したコイル内に誘導
電流を生じ、静磁場を乱すという、新たな問題を
生じることが分かつた。これはソレノイドに於い
ても同様である。
〔発明の目的〕
本発明はこのような欠点を鑑みてなされたもの
で、高周波の送信あるいは受信を行なうコイルの
自己共鳴周波数を増大させ、コイルの受信あるい
は送信効率を著しく高めた核磁場共鳴を用いた検
査装置を提供することにある。
〔発明の概要〕
かかる目的を達成するために、高周波の送信コ
イルあるいは受信コイルの少なくとも1つを分割
し、各々が共鳴回路を構成するようにするか、あ
るいは高周波に対して並列接続され、低周波に対
しては独立となるようにすることで、自己共鳴周
波数を増大させ、しかも、傾斜磁場の切り換えに
よる誘導電流の発生を抑制することを特徴とする
ものである。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の実施例を図面により説明する。
第2図は本発明の一実施例である検査装置の構
成を示すものである。制御装置4は各装置へ種々
の命令を一定のタイミングで出力する。高周波パ
ルス発生回路5の出力は増幅器6で増幅され、コ
イル7を励振する。受信コイル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。Z方向及びそれに直角な方向の傾斜磁場
の発生はそれぞれコイル12,13,14で行な
い、これらのコイルはそれぞれ増幅器15,1
6,17により駆動される。静磁場の発生はコイ
ル18で行ない、コイル18は電源19により駆
動される。コイル14はコイル13と同じ構成で
あり、コイル14はコイル13に対してZ軸のま
わりに90°回転させたもので、互いに直交する傾
斜磁場を発生する。検査対象である人体20はベ
ツド21上に置かれ、ベツド21は支持台22上
を移動する。
さて、高周波磁場の送信及び受信をそれぞれ行
なうコイル7及び8には通常、第3図に示すよう
な鞍型コイルが用いられる。コイル23,24は
直列接続されている。矢印は電流の向きを表わ
す。測定に於てはこれらの鞍型コイル内に人体を
挿入するため、コイルは大形とならざるを得ない
が、それとともに自己インダクタンスも増加す
る。現在用いられているコイルのインダクタンス
は数μH程度である。コイルは静電容量と組合せ
て共鳴回路を構成している。例えば共鳴周波数
=6.4MHz、インダクタンスL=8μHとすると、
静電容量Cは次式で与えられる。
C=1/4π2 2L=77pF ………(2) 実際のコイルは、共鳴回路を構成するために付
加される静電容量C以外に、浮遊容量Csを有す
る。
そのため共鳴回路で用いる静電容量はC−Cs
となる。ところで、信号のSN比を向上させるた
めに磁場強度Hを高めることが試みられており、
それとともに共鳴周波数も(1)式の関係により、
比例して増加する。この場合、(2)式で示されるよ
うに、静電容量Cは2で減少する。例えば、H=
0.5Tとすると、=21MHzとなり、C=7pFにな
る。
ところが浮遊容量Csはコイルの形状および構
造にもよるが、数pF以下にすることは極めて難
かしく、そのためコイルの共鳴周波数が、共鳴回
路を構成する静電容量ではなく、浮遊容量により
決まるという自己共鳴の状況が生じていた。これ
を解決する方法としてまず考えられるのは、直列
接続されているコイルを並列接続とすることであ
る。第3図において、片側のコイルの自己インダ
クタンスをそれぞれL1,L2、相互インダクタン
スMとすると、直列接続した時のインダクタンス
Lsは次式で与えられる。
Ls=L1+L2+2M ………(3) 通常、2つのコイルは離れており、M≪L1
L2が成立するので、Lsは次式のようになる。
Ls=L1+L2 ………(4) さて、このコイルを並列接続した時のインダク
タンスLpは次式で与えられる。
Lp=L1L2/L1+L2 ………(5) L1=L2=Lとすると、Ls=2L,Lp=1/2Lと
なり、並列接続することにより、直列接続した場
合の1/4にインダクタンスが低下することが分か
る。しかし、この方法には2つの重大な欠点のあ
ることが分つた。1つはイメージングでは傾斜磁
場を高速で切換える必要があるため、コイル2
3,24を並列接続すると閉ループが形成され、
そこに誘電電流が流れるが、この誘電電流は傾斜
芝と逆方向の磁場を発生するため、静磁場に不均
一をもたらす原因となり、投影データに歪をもた
らすことである。2番目の欠点は、2つのコイル
は全て等しいインピーダンスを有していないた
め、各々のコイルに流れる電流が異なり、高周波
磁場の受信及び送信効率に差異をもたらすことで
ある。これらの欠点のため、コイルを並列接続し
て自己共鳴周波数を増大させる方法は用いること
ができなかつた。
本発明はこれらのコイルを傾斜次磁場の切換え
により生じる周波数に対し、独立に動作させるも
のである。実施例を示した第2図において、デイ
バイダー25とコンバイナー26で具備せしめ
る。以下これらについて説明する。まず、送信の
方法であるが、従来まではコイル23,24を単
一の同調回路により駆動していたため、前述した
問題が生じた分けである。そこで、これらを第4
図に示すように独立に駆動することを考える。す
なわち、デイバイダー25は更に詳細に書くと、
トランス27と同調回路28とからなつており、
電力増幅器6の出力はトランス27で2系統に分
割された後、同調回路28に入力される。同調回
路は、第5図に示すように、2つの静電容量C1
C2が付加され、コイル23と共鳴するようにな
つており、かつC2の値により入力イピーダンス
が可変する構成が広く用いられている。この構成
では、インダクタンスは直列接続した場合の1/2
になるため、浮遊容量に対する同調容量は2倍と
なり、浮遊容量に対する余裕度が向上することに
なる。さらにこの構成では、傾斜磁場の変化によ
り生じる誘導電流は、容量C1により阻止される
ため全く流れないのは、直列接続した場合と同様
である。コイル23,24のインピーダクタンス
のアンバランスにより生じる電流分布に対して
は、コイルのQ値や同調回路の入力インピーダン
スを調整したり、トランスの後に減衰器を挿入す
るなどして補正することができる。
次に、受信の場合について述べる。受信の場合
にも2つの受信コイルを独立に用いる点は送信の
場合と同様であり、そのために第2図に於てコン
バイナー26が装置に付加される。以下、その動
作について説明する。コンバイナー26の詳細を
第6図に示すが、2つに分割された受信コイルか
らの信号は、同調回路29、増幅器30を通つ
て、トランス32に入力され加算される。2つの
増幅器30の出力のいずれか1方には位相推移器
31が挿入されており、2つのコイルの位置ずれ
や増幅器30の特性の相違に起因する位相ずれあ
るいは振幅の差異を補正するようになつている。
受信に於ても送信の場合と同様、個々のインダ
クタンスは直列接続した場合の1/2になるため、
同調容量に対する余裕度が向上することになる。
以上述べた説明においては、送信あるいは受信
コイルとして鞍型コイルを用いていたが、これに
限らず分割することによりインダクタンスが減少
する任意形状のコイルに対して本発明を実施でき
ることは明らかである。また、分割数も2個に限
らず、必要に応じてその数を増やすことも可能で
ある。なお、第4図に示す構成例の他の例とし
て、複数個の電力増幅器を用い、トランス26を
省くことも可能である。さらに、コイルを3個以
上に分割した場合には、コイルの位置に応じて位
相推移器を設ける必要があるのは送信及び受信に
共通する点である。また、第6図に於て、トラン
ス32により加算しているが、加算を行なう場合
はこれに限らず、検波後でも全く同じである。
2番目の実施例は、第2図に示す構成図のう
ち、デイバイダー25、コンバイナー26を必要
としない構成である。
そのかわり、第3図に示すコイルを静電容量
Cpを介して並列接続することにより、インダク
タンスを低減させる。以下、第7図を用いて説明
する。
先に述べたように分割した複数個のコイルを並
列接続すれば、(5)式で表わされるようにインダク
タンスは低下するが、傾斜磁場の切換えにより、
コイル内に誘導電流が流れ、磁場を乱すという欠
点があつた。しかし、傾斜磁場により生じる誘導
電流は高々数KHz程度の周波数成分しか含まない
ため、高周波磁場の周波数(数MHz〜数10MHz)
に比べ3桁程度低いという特徴がある。そのた
め、第7図に示すように、分割したコイルの接続
はCpを介して行ない、高週場磁場に対してはCp
が十分に小さなインピーダンスとなり、コイルは
並列接続と見做せるが、傾斜磁場の切換えにより
生じる低周波成分に対しては、それを阻止する程
に大きなインピーダンスとなり、実質的に独立と
見做せるような静電容量Cpを選ぶことが可能で
ある。先の実施例では、Cp=104pFとすると=
20MHzに対して1/2πCp=0.8Ω、=20KHzに対 して800Ωとなり、高周波に対しては十分に小さ
く、低周波に対しては十分に大きな値となること
がわかる。従つて、静電容量Cpを介して2つの
コイルを並列接続することにより、静磁場を乱す
ことなく、インダクタンスを低下させ、送信ある
いは受信効率を高められることが分かる。なお、
第7図では静電容量Cpは2個用いられているが、
片側だけでもよいのは明らかである。
3番目の実施例は第8図に示すように、分割さ
れたコイルの各々を主にCr,Cr′で共鳴させ、両
者の並列接続はインピーダンス整合用静電容量
Cmで行なう構造である。低周波成分はCrおよび
Cr′で阻止されるので、傾斜磁場の切換えに対し
ては影響を及ぼさない。
〔発明の効果〕
本発明によれば、周波数を高めた場合における
高周波磁場の送信ならびに受信の効率を著しく向
上させることができるので、画質を高めるのに有
効である。
【図面の簡単な説明】
第1図はイメージングの原理を説明するための
図、第2図は本発明で用いる装置の構成図、第3
図は送信あるいは受信コイルの一例を示す図、第
4図は送信コイルの駆動回路を示す図、第5図は
同調回路を示す図、第6図は受信コイルの信号合
成回路を示す図、第7図と第8図は他の実施例を
示す図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 静磁場、傾斜磁場およ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、上記検出信号の演算を行
    う演算手段とを有する核磁気共鳴を用いた検査装
    置において、上記高周波磁場の発生に用いる送信
    コイル、もしくは上記核磁気共鳴信号の検出に用
    いる受信コイルが複数個に分割され、その複数個
    の各々は高周波磁場もしくは核磁気共鳴信号に対
    して十分小さなインピーダンスを有する静電容量
    を介して並列接続され、分割された複数個の各々
    が低周波に対しては独立していることを特徴とす
    る核磁気共鳴を用いた検査装置。 2 前記複数個に分割された送信コイルの高周波
    電力がデイバイダーを通つた後に各分割された送
    信コイルの感度差を補正するための減衰器を設け
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載
    の核磁気共鳴を用いた検査装置。 3 前記複数個に分割された受信コイルからの信
    号が増幅器を通過した後に各分割された受信コイ
    ルの位置ずれおよび増幅器の特性の相違にもとづ
    く位相および/または振幅のずれ補正するための
    手段の設けることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項に記載の核磁気共鳴を用いた検査装置。
JP58139427A 1983-08-01 1983-08-01 核磁気共鳴を用いた検査装置 Granted JPS6031070A (ja)

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