JPH05269108A - 磁気共鳴映像装置 - Google Patents

磁気共鳴映像装置

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Publication number
JPH05269108A
JPH05269108A JP4066824A JP6682492A JPH05269108A JP H05269108 A JPH05269108 A JP H05269108A JP 4066824 A JP4066824 A JP 4066824A JP 6682492 A JP6682492 A JP 6682492A JP H05269108 A JPH05269108 A JP H05269108A
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JP
Japan
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coil
magnetic field
decoupling
coils
surface coil
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Application number
JP4066824A
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English (en)
Inventor
Hideki Yoshioka
秀樹 吉岡
Kazuya Okamoto
和也 岡本
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、磁気共鳴映像装置における隣接表
面コイル間のデカップリング及び調整を容易に行うこと
ができるようにすることを目的とする。 【構成】 本発明は、被検体に各種磁場の印加手段とし
て送信用コイルと被検体からの磁気共鳴信号を検出する
表面コイルを備えた磁気共鳴映像装置において、分割し
た表面コイルの電気的中点を電気的に接続してなってい
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、磁気共鳴映像装置に係
り、特に表面コイルを用いて高S/N画像が得られる磁
気共鳴映像装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】磁気共鳴映像装置は、固有の磁気モーメ
ントを持つ核の集団が一様な静磁場中におかれたとき
に、特定の周波数磁場のエネルギーを共鳴的に吸収する
現象を利用して、物質の化学的及び物理的な微視的情報
を映像化する装置であり、 1Hに関しては、静止或いは
動きの遅い部位のイメージングに対し、臨床的にも良質
画像を提供している。
【0003】しかし、近年では、動きの早い部位(心臓
など)に対して撮像を可能にする高速イメージング(映
像時間50ms)や 1H以外の核種(31P,19F,13
C,23Nなど)のイメージングへの要求が高まってい
る。これらのイメージング技術においてはS/Nの向上
が重要な課題となる。例えば、高速イメージングにおい
ては、リアルタイムスキャン時のフリップ角低下に伴う
S/Nの劣化や、勾配磁場の増加に伴うS/Nの劣化が
あり、また、31Pのイメージングに関しては、体内の存
在量が 1Hの10-4程度と極めて微量であることを起因
とするS/Nの不足があげられる。
【0004】従来より、S/Nを向上させる1つの手段
として、受信用コイルに表面コイルを用いたイメージン
グが行われている。表面コイルは、被検体の関心部位に
密着させて設置し、密着部位周辺の信号を高S/Nで検
出するものである。しかし、密着部位周辺の画像しか得
られず、被検体の所望の領域全体に亘り高S/N画像を
得ることができないといった欠点があった。また、単一
の表面コイルの配置を順次変化させ、得られた各々の画
像を合成することにより、被検体の所望の領域全体の画
像を得るといった方法もあるが、表面コイルの配置を変
える毎に装置の調整が必要であり、作業が煩雑になると
同時に時間もかかるという欠点があった。
【0005】そこで、例えば、米国登録特許4,82
5,162号公報には、被検体の画像化すべき所望の領
域に複数個の表面コイルを配置し、これら複数個の表面
コイルを介して被検体からの磁気共鳴信号を各々検出
し、この検出された磁気共鳴信号について各々画像化処
理を行って複数系列の画像データを生成した後、同じ空
間位置に対応する画素データ同士を、各々の表面コイル
が発生する高周波磁場の分布に基づいて予め決められた
重み関数を乗じて加算することにより各画素のデータを
作成し、それらを合成することにより被検体の所望の領
域全体の高S/N画像を得る旨開示されている。
【0006】これは、互いに隣接する表面コイルのカッ
プリングの影響を避けるため、隣接する表面コイルを重
ね合わせることにより、両者のデカップリングを行うも
のである。しかしながら、このデカップリング方法にお
いては、重ね合わせないで被検体の所望領域の画像を得
る場合に比べて、コイル間の距離が近接しているために
ノイズの影響が大きくなり、合成された再構成画像にお
いてノイズが増加してしまう。従って、このように隣接
する表面コイル間のデカップリングに重ね合わせを用い
るとS/Nが劣化するという難があった。さらに、被検
体の所望の領域をカバーするのに多数のコイルを必要と
した。
【0007】このため、隣接する表面コイルを重ね合わ
せないでデカップリングする方法としては、図16
(a),(b)又は図17(a),(b)に示すような
ブリッジ回路を用いる方法が知られている。以下、この
ブリッジ回路を用いたデカップリングの原理について図
17(a)を用いて説明する。すなわち、これは、隣接
するコイル間の一方のコイル30aに錯交する磁束が生
じ矢印Aの方向に電流が流れた場合に、隣接する他方の
コイル30bには矢印Bの方向に誘導電流が流れようと
するので、デカップリング回路20を設けることによっ
て、矢印Bと逆の方向に電流が流れるように電圧を生じ
させ、不要な誘導電流を打ち消すというものである。図
18は、従来から知られているような表面コイルのデカ
ップリングに図16(a)のブリッジ回路を使用した場
合におけるデカップリングの調整方法を示す概念図であ
る。
【0008】このデカップリング方法においては、隣接
するコイルに発生する誘導電流が相互に打ち消し合うた
め上述の問題は解決されるが、信号ケーブル間等に存在
するインダクタンス及びキャパシタンスによって、デカ
ップリング時のスペクトラムアナライザの波形が信号ケ
ーブルのとり回しを変化させただけで、本来図19
(a)に示されるべき波形が図19(b)に示すように
乱れてしまい、正確なデカップリング及びその調整が困
難であった。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように従
来の磁気共鳴映像装置においては、隣接する表面コイル
間のデカップリングにブリッジ回路を用いた場合には信
号ケーブルの影響を強く受け、正確なデカップリング及
びその調整をすることが困難であった。
【0010】本発明は以上の点を鑑み、隣接する表面コ
イル間のデカップリングにブリッジ回路を用いた場合
に、信号ケーブルの影響を受けずに正確にデカップリン
グ及びその調整をすることができ、隣接表面コイル間の
カップリングの影響による画質劣化のない再構成画像が
得られる磁気共鳴映像装置を提供することを目的とす
る。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は上記従来の課題
を解決するために、被検体に静磁場を印加する手段と、
前記被検体に勾配磁場パルスを印加する手段と、前記被
検体の画像化すべき所望領域でほぼ均一な高周波磁場を
印加する手段と、前記高周波磁場を発生する一様コイル
の内側に配置され、前記静磁場を印加する手段によって
印加された静磁場内で前記勾配磁場パルスと前記高周波
磁場を印加することによって前記被検体から生じる磁気
共鳴信号を検出すると共に、直列接続された等しい静電
容量の浮遊容量対を有する複数の表面コイルと、前記容
量素子対の接続中点を前記表面コイルの高周波グラウン
ド点とし、前記各々の表面コイルの高周波グラウンド点
を電気的に接続する手段と、前記表面コイルによって検
出された磁気共鳴信号に基づき画像化処理を行う手段と
を備えた磁気共鳴映像装置を提供するものである。
【0012】
【作用】直列に接続された静電容量の等しい浮遊容量対
の接続中点(以下「電気的中点」という)を表面コイル
の1点に設けられた高周波的グラウンド点とする。
【0013】そして、本発明によれば、各表面コイルの
この電気的中点を銅板、導線等の導電体によって接続す
ることで、各表面コイルのグランドに当たる電気的中点
が等電位となり、デカップリング及びその調整が信号ケ
ーブルの影響を受けずに行うことができ、各表面コイル
間のカップリングによる画質劣化のない再構成画像を得
ることができる。
【0014】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の第1実施例に
ついて説明する。
【0015】図1は、本発明の一実施例に係る磁気共鳴
映像装置の構成を示すブロック図である。図1におい
て、静磁場磁石1は励磁用電源2により励磁され、被検
体3に一様な静磁場を印加する。勾配磁場コイル4は、
システムコントローラ5によって制御される駆動回路6
によって駆動され、寝台7上の被検体3に対して、その
磁場強度が互いに直交するX,Y,Z方向に直線的に変
化する勾配磁場Gx,Gy,Gzを印加する。被検体3
には、さらにシステムコントローラ5による制御下で、
送信部8から高周波信号がデュプレクサ9を介して送受
信兼用コイルである一様コイル10に印加されることに
よって発生される高周波磁場が印加される。
【0016】一様コイル10の内側には、図2に示すよ
うに、信号検出用コイルである表面コイル11が複数個
被検体3上に平行に配置されている。そして、被検体3
からの磁気共鳴信号は、一様コイル10及び表面コイル
11によって受信される。一様コイル10で受信された
信号は、デュプレクサ9を介して受信部12へ導かれ
る。一方、表面コイル11で受信された信号は、そのま
ま受信部12へと導かれる。デュプレクサ9は、一様コ
イル10を送信モードと受信モードとに切り替えるため
のものであり、送信時には送信部8からの高周波信号を
一様コイル10に伝達し、受信部12には一様コイル1
0からの受信信号を受信部12へと導く働きをする。受
信部12に導かれた磁気共鳴信号は、増幅及び検波され
た後、システムコントローラ5の制御の下、データ収集
部13へと送られる。データ収集部13では、システム
コントローラ5の制御下で入力された磁気共鳴信号を収
集し、A/D変換した後、電子計算機14に送る。電子
計算機14はコンソール15により制御され、データ収
集部13から入力された磁気共鳴信号の画像再構成処理
を行い、各表面コイル11から得られた画像データを重
み付け加算し、一枚の画像データとして合成する。ま
た、一様コイル10の画像再構成、システムコントロー
ラ5の制御も行う。電子計算機14により得られた画像
データは画像ディスプレイ16に伝達され画像が表示さ
れる。
【0017】図3は、表面コイル11の構成を示す図で
ある。表面コイル11は、同軸ケーブル等の信号ケーブ
ル17を介してプリアンプ18に各々接続され、さらに
このプリアンプ18を介して受信部12に接続されてい
る。また、各信号ケーブル17の外導体17’は、銅板
等の導体19で電気的に接続されている。一方、各表面
コイル11間には、デカップリング器20が設けられて
いる。このデカップリング器20は、図16(a),
(b)又は図17(a),(b)の回路で構成されてい
る。
【0018】図4は、受信部12及びデータ収集部13
の構成を示す図である。一様コイル10及び表面コイル
11の各々に対応してプリアンプ17,検波回路(DE
T)21及びローパスフィルタ(LPF)22からなる
信号検出手段が設けられている。データ収集部13では
受信部12から入力された磁気共鳴信号の検波信号をA
/D変換器23によってデジタル信号に変換した後、イ
ンターフェイス24を介して電子計算機14に取り込ま
れる。
【0019】次に、一様コイル10と表面コイル11間
のデカップリング方法について説明する。図5は、一様
コイルの送信時及び表面コイルの受信時の両方の場合に
おいて両者をデカップリングするための原理図である。
表面コイル11は1組の同径のコイル11a,11bが
相対設され、互いに逆向きの電流が流れるように電気的
に接続されて設けられた微分型コイルからなっている。
このため、一様コイル10により発生する空間的に均一
な高周波磁束が鎖交したとき、相対設するコイル11
a,11bに等しい起電力が生じようとするが互いに打
ち消し合って表面コイル11には高周波電流が流れな
い。従って、微分型コイルからなる表面コイル11が配
置された空間内に、一様コイル10によって均一な高周
波磁場が発生すれば、一様コイル10と表面コイル11
間のカップリングは起こらない。
【0020】また、隣接する表面コイル11各々間のデ
カップリングは、前述したように、図16(a),
(b)又は図17(a),(b)に示すようなブリッジ
回路を付加することにより行っている。すなわち、図1
6、図17に示したC2 ,L2 の値を調整し、カップリ
ングにより互いのコイルに発生する誘導起電力を防止し
ている。
【0021】隣接していない表面コイル11各々間のデ
カップリングは、隣接した表面コイル間のカップリング
に比べて影響が少ないので、精密なデカップリング方法
を用いずに見かけのQを低くすることによるカップリン
グの影響を抑えられることに着目してデカップリングを
行っている。図6は、各表面コイル11にQダンプ回路
を用いたときの等価回路を示す図である。図6におい
て、表面コイル11はインダクタンスLとキャパシタン
スCでの特定の周波数f0 に共振しているとする。並列
抵抗RP は共振状態における表面コイル11のインピー
ダンスを示し、Qを用いて次のように表される。
【0022】
【数1】
【0023】この表面コイル11の両端にゲインK倍の
アンプ25の反転入力端子及び非反転入力端子を接続
し、さらに、アンプ25の出力端子と反転入力端子との
間に抵抗Rf の帰還抵抗26を接続して、アンプ25の
出力端子と非反転入力端子を外部接続端子とする。アン
プ25は、例えば図3におけるプリアンプ18を用い
る。図6の表面コイル11とアンプ25及び帰還抵抗2
6からなるQダンプ回路は、さらに図7に示す等価回路
で表される。図7の抵抗Rd は、
【0024】
【数2】 で与えられる。従って、アンプ25のゲインKを十分に
大きくすればRP >>Rd となり、両端のインピーダン
スが低くなる。これにより、見かけのQが低下し、デカ
ップリングすることができる。
【0025】次に、本実施例における画像化の手順を詳
細に説明する。図8は、2次元の画像を得る場合の画像
化シーケンスの一例である。この画像化シーケンスは、
高周波磁場(高周波パルス)として90度パルス−18
0度パルスを用いたスピンエコー方法により2次元画像
を得るためのパルスシーケンスであり、Gsはスライス
方向の勾配磁場、Grは読み出し方向の勾配磁場、Ge
はエンコード方向の勾配磁場の印加タイミングをそれぞ
れ示す。図8に示すようにエンコード用勾配磁場Geの
振幅を変えながら磁気共鳴信号を収集する。高周波パル
スの印加には一様コイル10を用いて行い、磁気共鳴信
号の受信は一様コイル10及び表面コイル11を用いて
行う。一様コイル10及び表面コイル11を介して受信
部12で検出された磁気共鳴信号は、データ収集部13
を介して画像再構成用データとして電子計算機14に取
り込まれ、電子計算機14内で2次元フーリエ変換され
ることにより、画像再構成が行われる。本実施例では、
この画像再構成の過程において、表面コイル11は、同
時に磁気共鳴信号を検出し、画像化処理される。この画
像再構成によって、一様コイル10を介して得られた1
チャンネルの画像データと、各表面コイル11を介して
得られた4チャンネルの画像データが得られる。そし
て、表面コイル11を介して得られた4チャンネルの画
像データが、S/Nが最大となるように所定の重み関数
により重み付けされることによって、一枚の画像の画像
データが合成される。この重み関数は各表面コイルの高
周波磁場分布の関数で表されるため、各表面コイル11
の高周波磁場分布を求める必要がある。
【0026】すなわち、まず、一様コイル10及び表面
コイル11を介してそれぞれ得られた画像データの位相
補正を行う。ここで、一様コイル10を用いて図9に示
すような画像が得られたとする。線分A−A’における
画像のヒストグラムを図10(a)に、また、単一の表
面コイル11によって得られた画像の同じ位置に相当す
るヒストグラムを図10(b)に示す。図10(a),
(b)において、横軸は画像領域における線分a−a’
上の位置を表し、縦軸はそれぞれの画像における信号強
度St,Ssを表す。図10(b)によれば、受信コイ
ルである表面コイル11によって得られた画像は、表面
コイル11から離れるに伴って感度が落ちている。ま
た、被検体3中黒く見える部分は、画像のS/Nが悪い
部分であるので、移動平均等の平滑処理を適宜行うこと
が望ましい。次に、被検体3の部位の信号強度比ha
(=Ss/St)を求める。図10(a),(b)に示
した線分a−a’における画像のヒストグラムから、こ
の信号強度比haを計算した結果を図10(c)に示
す。もともと信号源のない点や、緩和時間等の影響で信
号が検出できなかった点は、データが欠落してしまうの
で、補間等の処理を行う。単一の表面コイル11が発生
する高周波磁場分布は直交関数で展開できるので、得ら
れている画像データを使って最小二乗法等により直交関
数系の各項の係数を決定するという方法を用いてもよ
い。これらの方法により、表面コイル11の画像化領域
全体に亘る、図10(d)にヒストグラムとして示すよ
うな高周波磁場分布を求めることができる。
【0027】なお、高周波磁場分布として単純に図10
(c)のヒストグラムのように被検体3の部位の信号強
度比ha(=Ss/St)を用いてもよい。なお、一様
コイル10を介して得られた画像において、被検体3の
影響で一様コイル10の高周波磁場分布が不均一になる
場合は、予め一様コイル10の高周波磁場分布を求めて
おく必要がある。次に本発明に係る第2実施例について
説明する。本実施例は、表面コイル11として図11の
ような1ターンコイルを用いた場合の実施例である。
【0028】図11は、表面コイル11として1ターン
コイルを用いた場合の磁気共鳴映像装置の構成を示す図
である。図11において、信号ケーブル17のグランド
に相当する外導体はプリアンプ18の導電性のフレーム
に接続されてなり、このフレームは導体19によって電
気的に接続されている。
【0029】本実施例における表面コイル11が1ター
ンコイルの場合、微分コイルのように構造的に一様コイ
ル10をデカップリングすることは困難である。そのた
め、一様コイル10における送信時及び表面コイル11
における受信時の両方の場合において両者をデカップリ
ングするために、一様コイル10及び表面コイル11に
は、それぞれ以下に示すようなデカップリング回路が付
加される。
【0030】すなわち、表面コイル11には図12及び
図13に示すようなデカップリング回路を付加した同調
・整合回路が用いられる。図12及び図13は、トラッ
プ回路を用いた場合であり、以下の数式3及び数式4を
満たすようにL1 ,C1 ,C2 の値を決める。
【0031】
【数3】
【0032】
【数4】
【0033】ただし、数式3及び数式4におけるLは、
表面コイル11のインダクタンスである。信号受信時に
はPINダイオード27をOFF状態にしてL1 −C1
−C2の回路で共振させる。信号を受信しない一様コイ
ル10の送信時にはPINダイオード27をON状態に
する。このとき、L1 −C2 の回路でも共振するためC
2 の両端は高インピーダンス状態となり、結果としてL
1 −C1 −C2 の回路には高周波電流は流れにくくなっ
てデカップリングされた状態となる。図13は、図12
のPINダイオード27の代わりにクロスダイオード2
8を用いた例であり、一様コイル10の送信時に大電流
が流れるとクロスダイオード28がON状態となり、図
12と同様にデカップリングされる。
【0034】一方、一様コイル10には、図14(a)
及び(b)に示すデカップリング回路が付加される。図
14(a)及び(b)は一様コイル10として鞍型コイ
ルを用いた場合である。図14(a)において、一様コ
イル10の送信時にはPINダイオード28をON状態
にし、表面コイルの受信時にはPINダイオード27を
OFF状態にする。図14(b)は、図12と同様にデ
カップリングされる。
【0035】以上の第1及び第2実施例において、各表
面コイルの電気的中点は、信号ケーブル17やプリアン
プ18において電気的に接続したが、この接続は微分型
コイルや1ターンコイル等のコイルの種類によって決ま
るものではなく、これらを適宜組み合わせて接続するも
のであっても何ら差し支えない。また、信号ケーブル1
7やプリアンプ18を介することなく、コイルの電気的
中点を直接的に接続するものであってもかまわない。
【0036】また、本実施例においては、4個の表面コ
イル11を用いたが、特にこれに限定されることなく、
所望数の表面コイルを用いてもよい。この場合におい
て、受信部を構成する回路数に制限があり所望の領域を
覆うことができないときは、表面コイル11をシステム
コントローラ5からの制御信号によって切り替えること
により複数回の画像処理を行うといった方法を用いても
構わない。
【0037】さらに、表面コイル11は、2次元に配置
するのではなく、3次元に複数個配置してもよい。図1
5は、表面コイルを3次元に配置した場合の構成を示し
ている。図15において、一様コイル10内周に沿って
設けられた表面コイル11には信号ケーブル17が接続
されており、この信号ケーブル17の外導体17’は導
体19によって電気的に接続されている。
【0038】
【発明の効果】以上の通り本発明によれば、ブリッジ回
路を用いた隣接表面コイル間のデカップリング及びその
調整を信号ケーブルの影響がなく正確に行うことができ
る。従って、従来に比べて、隣接表面コイル間のカップ
リングの影響による画質劣化のない画像が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例に係る磁気共鳴映像装置の
ブロック図。
【図2】 同実施例における一様コイル及び表面コイル
の配置を示す概略図。
【図3】 同実施例における表面コイルの構成及び配置
を示す概略図。
【図4】 同実施例における磁気共鳴映像装置における
受信部のブロック図。
【図5】 微分型コイルの原理を示す図。
【図6】 デカップリングのためのQダンプ回路の一例
を示す図。
【図7】 図6のQダンプ回路の等価回路を示す図。
【図8】 同実施例における画像化のためのパルスシー
ケンスを示す図。
【図9】 同実施例における一様コイルを介して得られ
た画像を示す図。
【図10】 同実施例における表面コイルが発生する高
周波磁場分布の求め方を説明するための図。
【図11】 本発明の一実施例に係る表面コイルの構成
及び配置を示す概略図。
【図12】 一様コイルと表面コイル間のデカップリン
グ回路の一例を示す図。
【図13】 一様コイルと表面コイル間のデカップリン
グ回路の一例を示す図。
【図14】 一様コイルと表面コイル間のデカップリン
グ回路の一例を示す図。
【図15】 本発明の一実施例に係る磁気共鳴映像装置
における一様コイルと表面コイルの配置を示す図。
【図16】 キャパシタ素子及びインダクタンス素子を
用いた微分型コイル間のデカップリングの一例を示す
図。
【図17】 キャパシタ素子及びインダクタンス素子を
用いた1ターンコイル間のデカップリングの一例を示す
図。
【図18】 従来の表面コイルのデカップリングの調整
方法を示す概念図。
【図19】 スペクトラムアナライザにおけるデカップ
リング時の波形を示す図。
【符号の説明】
1 静磁場磁石 2 励磁用電源 3 被検体 4 勾配磁気コイル 5 システムコントローラ 6 駆動回路 7 寝台 8 送信部 9 デュプレクサ 10 一様コイル 11 表面コイル 12 受信部 13 データ収集部 14 電子計算機 15 コンソール 16 ディスプレイ 17 信号ケーブル 17’ 外導体 18 プリアンプ 19 導電体 20 デカップリング器 21 検波回路 22 ローパスフィルタ 23 A/D変換器 24 インターフェイス 25 アンプ 26 帰還抵抗 27 平衡ケーブル 28 PINダイオード 29 クロスダイオード 30a,30b コイル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G01N 24/12 9118−2J G01N 24/04 E 9118−2J 24/12 M

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被検体に静磁場を印加する手段と、 前記被検体に勾配磁場パルスを印加する手段と、 前記被検体の画像化すべき所望領域でほぼ均一な高周波
    磁場を印加する手段と、 直列接続された等しい静電容量の浮遊容量対を有し、前
    記高周波磁場を発生する一様コイルの内側に配置され、
    前記静磁場を印加する手段によって印加された静磁場内
    で前記勾配磁場パルスと前記高周波磁場を印加すること
    によって前記被検体から生じる磁気共鳴信号を受信する
    複数の表面コイルと、 前記浮遊容量対の接続中点を前記表面コイルの高周波的
    グラウンド点とし、前記各々の表面コイルの高周波グラ
    ウンド点を電気的に接続する手段と、 前記表面コイルによって検出された磁気共鳴信号に基づ
    き画像化処理を行う手段とを備えたことを特徴とする磁
    気共鳴映像装置。
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