JPH0531417B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 産業上の利用分野 本発明は、コイル装置に関するものであり、よ
り詳細に述べれば身体に核磁気共鳴を発生し、検
出する核磁気共鳴写像装置用高周波コイル装置に
関するものである。

(ロ) 従来の技術 そのような装置では、身体に与えられる比較的
強い静磁界方向に対し横方向のRF磁界を身体に
与えることにより、写像しようとする身体に核磁
気共鳴（NMR）が励起される。励起後、同じ、
または別のコイル装置を用いて、励起された
NMRが検出される。

励起および検出双方に対して同じコイルを使用
することにより、励起中RFエネルギーが検出器
の中に入らないようにするという問題が生ずる。

このため、通常、直角にバイアスされた別個の
コイルを励起および検出に使用するのが好ましい
が、そのうちの検出コイルは、励起コイルによつ
て発生された磁界に対して直角の磁界を感知する
よう構成されている。従来の如く、二つのコイル
が夫々管状形式となつている場合、二つのコイル
は一つのコイルよりも広い空間を必要とするとい
う問題が生ずる。更に、一方のコイルはもう一方
のコイルを囲んでいなければならず、よつて写像
している身体に対し密接に間隔を置いて並べるこ
とができないので、高いRF周波数での動作がよ
り困難となる。

(ハ) 発明が解決しようとしている問題点 本発明の目的は、これらの問題を解決する核磁
気共鳴（NMR）写像装置用高周波コイル装置を
提供することである。

本発明によれば、身体内にNMRを発生し、か
つ該NMRを検出するのに使用される高周波コイ
ル装置は、通常円筒状の体積空間の軸に、通常平
行に伸びる、前記体積空間の周囲に置かれた複数
の非磁性的導電通路と、少くとも前記高周波の電
流通過に対して前記通路の各縁部で該通路を相互
接続する手段と、前記体積を取り囲む前記通路お
よび相互接続手段によつて形成されたループ内に
高周波の入力信号に対応する電流を流れさせ、そ
れによつて前記体積空間の軸にほぼ垂直な所定の
方向で前記体積空間内に磁界を生ずる励起手段
と、および前記磁界があると誘導電流がほぼ零と
なる少なくとも一つの前記通路の電流に対応する
信号を検出手段に与える検出手段とから構成され
ている。

本発明による１つの装置では、前記第１の接続
手段は、前記体積空間の相対する側にある二つの
通路の夫々のすきまに入力信号を印加する手段か
ら構成されており、かつ前記第２の接続手段は、
前記体積空間の相対する側にある二つの別の通路
の夫々のすきまから出力を発生する手段から構成
されているが、前記二つの別の通路は、前者の二
つの通路面に対してほぼ直角の面にある。

本発明による別の装置では、前記励起手段は、
前記体積空間の相対する側にある二対の隣接する
通路の各通路間に入力信号を印加する手段から構
成されており、かつ前記検出手段は、前記体積空
間の相対する側にある通路の別の二対の隣接する
通路の各通路間から出力を発生する手段によつて
構成されているが、前記隣接する別の二対の通路
は、前者の隣接する二対の通路面に対してほぼ直
角の面にある。

前記通路は、離散導電素子、すなわち導電物質
から成る薄板部分、によつて構成することができ
る。

本発明によるある特定の装置では、前記通路
は、前記体積空間の曲面回りに間隔を置いて位置
決めされた導電物質から成り、夫々が前記体積空
間の軸にほぼ90゜の角度で対している四つの弧状
薄板によつて構成されており、前記励起手段は、
隣接する一対の前記薄板の隣接する縁部間、およ
び前記薄板のもう一方の対の隣接する縁部間に入
力信号を印加する手段から構成されており、かつ
前記検出手段は、前記薄板の一対の一つと、およ
び前記薄板のもう一方の対の一つとから成る隣接
する薄板の各対の隣接する縁部間から出力を発生
する手段から構成されている。

本発明を更に説明するに際し、添付の図面を参
照しながら本発明による二つのコイル装置につい
て実施例を挙げて説明する。

(ニ) 実施例 前記体積空間の軸に平行に向けられた円筒状体
積空間内の磁界は、もちろん、前記体積空間の曲
面回りにらせん状に巻かれたコイルによつて発生
される。しかしながら、そのようなコイル装置で
は、写像しようとする身体をRF磁界の方向に対
して垂直な方向で前記体積空間内に挿入できるこ
とがしばしば必要とされるので、NMR写像装置
に必要なRF磁界の発生にそのような装置を使用
することは不都合な場合が多い。このことは、
NMR写像装置においてRF磁界に対し横に向け
られた強い静磁界を発生するのに使用されるコイ
ルにより、前記静磁界の方向を除いて磁界を生じ
させるることが阻止される場合に起こる。

前記体積空間の軸に垂直に向けられた円筒状体
積空間内の磁界は、円筒状体積空間と同軸的に置
かれた管の、一方の二分された弧状部分の電流が
もう一方の二分された弧状部分の電流に対して反
対側に向けて流れるようにして前記管内を軸方向
に電流を流すことによつて理論上得られる。

第１図では、実際に、前記体積空間の軸に平行
に伸びる、該体積空間の曲面回りに間隔を置いて
並べられた離散導体によつて電流が搬送されてお
り、20個のそのような導体１から２０が図示され
ている。該体積空間を二分し、かつ該体積空間の
軸を含む面２１の一方の側にある導体２から１０
の電流が、第１図の点および印で示した如く、
前記面２１のもう一方の側にある導体１２から２
０の電流に対し反対に向けられると、第１図の点
線および矢印で示された如く、前記面２１に対し
平行に向けられた磁界が、前記体積空間の軸に垂
直に該体積空間内で得られる。

前記面２１にある導体１および１１には、何ら
の電流も流す必要がないことに注意されない。

通常所望されるように、磁界が体積空間全体に
渡つて出来るだけ均一となるようにするため、電
流の相対的大きさ、および／あるいは個々の導体
の間隔は、電流分布が前記体積空間の曲面回りに
少なくともほぼ正弦状となるようになつていなけ
ればならないことが判る。しかしながら、簡略化
するため、この考え方は以下無視することにす
る。

第１図の原理を具体化する周知の実際的コイル
装置では、いわゆるサドル状コイルが利用されて
いるが、第２図はそのような装置の一つを図示し
たものである。このコイル装置は、二つの同様で
半分のＡおよびＢの部分から構成されており、前
記部分ＡおよびＢは、夫々、一方がもう一方の中
に配置されたいくつかのサドル形状の巻き２３，
２５，２７ならびに２９によつて構成されてお
り、かつ前記二分された部分ＡおよびＢは円筒状
体積空間の相対する曲面に位置決めされている
が、該円筒状体積空間内には横の磁界が必要とさ
れる。第２図では、部分ＡおよびＢ夫々の二つの
巻き２３ならびに２５、または２７ならびに２９
のみが明確化するため示してある。

従つて、第２図から判るように、各巻きは、そ
の直線部分を前記体積空間の軸に対して平行に延
長して配置されているが、前記直線部分は、必要
により、前記体積空間の曲面回りに分布してい
る。前記部分ＡおよびＢの夫々、２３ならびに２
５、または２７ならびに２９、の巻きは、第２図
に図示の如く、直列に接続されており、該部分Ａ
およびＢは、共通のRF源（図示せず）から並列
で駆動される。従つて、使用に際し、前記コイル
を二分し、かつ前記体積空間の軸を含む面の一方
の側にある巻きの直線部分の電流は、前記面のも
う一方の側にある巻きの直線部分の電流に対し反
対方向となつており、よつて必要により、前記体
積空間の軸に垂直に、前記面に対し平行に向けら
れた磁界を発生する。

NMR写像装置では、写像しようとする身体に
NMRを励起した後、励起されたNMRを検出す
ることが必要である。これは、上記の如く、励起
コイル装置によつて発生された磁界に対し直角の
磁界を感知する、第２図に図示の第２のコイル装
置を用いて行なうことができる。このことは、励
起された核磁気スピンが回転ベクトルを有するた
め、可能である。しかしながら、上記の如き欠点
により、一方のコイル装置（通常検出コイル装
置）は、もう一方のコイル装置内になければなら
ない。

先行技術による装置の直交するコイル装置双方
の機能を果たす単一の導体装置から効果的に構成
されており、それによつて上記欠点を除去する、
本発明による二つのコイル装置について実施例を
挙げて説明する。

第３図および第４図では、説明しようとする第
１のコイル装置が、細長い多数の非磁性導電部材
３１から５０により構成されているが、前記部材
（鋼管が適す）は、円筒状体積空間の曲面上にあ
るように円回りに平行に間隔を置いて配置されて
いる。前記部材３１から５０は、リング５１また
は５３によるRF電流通過に対して各縁部が相互
接続されている。各リング５１または５３は、誘
電物質から成るシム５５によつて分離される四つ
の90゜の弧状部分Ａ，Ｂ，ＣおよびＤによつて構
成されているが、前記シムは、前記弧状部分の縁
部に形成されたフランジ間で嵌合している。前記
シムにより、該コイル装置が作動するよう意図さ
れた周波数とほぼ同じ周波数に該コイル装置を同
調させる容量が与えられ、例えばNMR写像装置
でよく使用される、ゆるやかに変化する勾配磁界
により、前記リング内を低周波の電流が循環する
のを防止する。都合の良いことに、一方のリング
のシムのみが、同調用に選択され、もう一方のリ
ングのシムは、低周波で循環する電流を防止する
ためにのみ設けられている。

前記コイル装置の、NMR励起用RF源への接
続、およびNMR検出用受信機への接続とに対し
て四つの部材３１，３６，４１ならびに４６の
夫々の縁部と前記隣接するリング５１との間にす
きま５７があるが、前記四つの部材とは、四分円
のリング部分の中心にある部材のことである。

適当な給電線５９（例えば同軸ケーブル）が、
各すきまに接続されているが、簡略化するため、
第４図では、該給電線５９を省略している。

動作に際し、NMR励起のため、送信機（図示
せず）からの平衡RF起電力は部材３１，３６，
４１および４６の対角的に相対する一対の部材、
例えば第３図および第４図の部材３６および４
６、のすきま５７に、関連する給電線５９を介し
て、夫々与えられる。

NMR検出用受信機（図示せず）に与えられる
平衡出力は、部材３１，３６，４１および４６の
もう一方の対角的に相対する一対の部材、すなわ
ち本発明の実施例の部材３１および４１のすきま
５７から関連する給電線５９を介して発生され
る。

与えられた起電力は、部材３６ならびに４６、
およびリング５１ならびに５３により構成される
ループ回りに電流が流れるよう位相が合わされて
いるが、該ループは、シム５５によつて与えられ
た容量により起電力の周波数に同調される。結果
として、該ループを介して一方向に、すなわち部
材３１から５０によつて囲まれた体積空間の軸に
垂直な、しかも部材３１および４１の面に平行な
方向に、磁界が発生される。誘起によつて、残り
の部材３１から５０、およびリング５１ならびに
５３によつて構成された他のループ内に同じ電流
が流され、従つて該部材によつて囲まれる体積空
間を介してRF磁界が発生される。

しかしながら、導体３１および４１には何らの
電流も誘起されないことが判る。よつて、励起中
は、何らの入力もNMR検出受信機に与えられな
い。

検出中、励起された核磁気スピンは、励起周波
数で第３図の紙面で回転する磁気ベクトルとな
る。よつて、前記スピンにより部材３１から５０
全てに起電力が誘起され、部材３１および４１の
すきま５７にかかる起電力が前記受信機に与えら
れる。明らかに、該受信機に与えられた全起電力
は、部材３１ならびに４１、およびリング５１な
らびに５３によつて構成されたループと交差する
磁束によるものである。

励起されたスピンにより発生された磁界と前記
受信機との結合を変更させるため、部材３１から
５０の適当な部材を接続するストラツプを設けて
もよい。例えば、部材３９から４３を接続するス
トラツプ６０が備え付けられると、第４図に図示
の如く、導体４１のすきま５７に接続された外部
回路を介して流れる電流の若干が、今度は、隣り
の部材３９，４０，４２および４３へと前記スト
ラツプを介して流れ、よつて該結合が低減され
る。該結合は、ストラツプの位置が部材４１のす
きまに近づくにつれ低減されることが判る。スト
ラツプは、通常、位置を調節できるように作られ
てはおらず、製造中固定して位置決めされる。

第５図および第６図の、以下説明しようとする
第２のコイル装置は、非磁性導電物質（例えば
銅）から成る四つの薄板６１，６３，６５および
６７から構成されている。該四つの薄板は、円筒
状体積空間の曲面回りに間隔を置いて位置決めさ
れているが、前記各薄板は、該体積空間の軸に約
90゜の角度で対している。

それらの長さの主要な部分に渡り、隣接する前
記薄板の各対の隣接する縁部間に僅かなすきま６
９があるが、各薄板の長い方の縁には、タブ７１
があり、それによつて薄板が隣接する薄板と電気
的に接続され、よつて該薄板の一方の縁に導電リ
ングが形成される。

薄板のもう一方の縁には非磁性導電物質（例え
ば銅）から成るリング７３が、該薄板とは別個
に、しかし該薄板と容量的に結合されて設けられ
ている。該容量的結合は、例えば図中コンデンサ
７５で図示の如く、各薄板の片側に一つずつ設け
られた各コンデンサによつて行なわれる。また、
リング７３は、誘電物質を挿入して、または挿入
せずに、前記薄板の縁に十分密着して位置決め
し、所望の容量的結合を達成することができる。

前記容量的結合は、第３図のシム５５によつて
与えられる容量と同じ様に本発明による装置を同
調させる。所望により、誘電物質から成るシム
（図示せず）をタブ７１に備え付け、該タブによ
つて形成されたリングに低周波循環電流に対する
通路が構成されるのを避けることができる。

コイル装置のNMR励起用RF源への接続、お
よびNMR検出用受信機への接続は、四つの平衡
給電線７７，７９，８１ならびに８３によつて行
なわれる。各給電線の導体は、夫々隣接する一対
の前記薄板の隣接する縁部間のすきま６９をブリ
ツチするタブ７１のやや上方にある、前記隣接す
る縁部上の対応する点で接続されている。

動作に際し、NMRを励起するため、送信機
（図示せず）からのRF起電力は、給電線７７，７
９，８１および８３の対角的に相対する一対の給
電線の夫々、例えば７７および８１、に与えられ
る。

同様に、NMRを検出するため受信機に与えら
れる平衡出力は、もう一方の対の対角的に相対す
る給電線、すなわち本発明の実施例における給電
線７９および８３を介して発生される。

給電線７７を介して与えられる起電力により、
給電線７７が接続される前記薄板６１および６７
間のすきま６９を取り囲む、それら薄板６１なら
びに６７、および該薄板の縁部にある導電リング
とから構成されたループ内に電流が流される。同
様に、給電線８１を介して与えられる起電力によ
り、前記給電線８１が接続される前記薄板６３お
よび６５間のすきま６９を取り囲む、それら薄板
６３ならびに６５、および該薄板の縁部にある導
電リングとから構成されたループ内に電流が流さ
れる。結果として、二つの適当に位相された起電
力によつて、第５図に図示の面８５に対して垂直
に向けられた、すなわち前記ループの面に対して
垂直に向けられたRF磁界が本発明によるコイル
装置によつて取り囲まれた体積空間内に発生され
る。

しかしながら、前記給電線７９ならびに８３の
夫々が接続される薄板６１ならびに６３、または
６５ならびに６７と、および導電リングとから構
成されるループは、励起中発生される磁界方向に
対し平行となつているので、すなわち励起中発生
される磁束とこれらのループとの交差は一切ない
ので、励起中給電線７９または８３を介して前記
受信機に与えられる起電力は一切ない。

検出中は、回転する磁気スピンベクトルによつ
て、明らかに給電線７９および８３と関連するル
ープ内に起電力が誘導され、従つて平衡起電力が
前記受信機に与えられるようになる。

第５図および第６図の本発明によるコイル装置
の変更例として、前記薄板６１，６３，６５なら
びに６７を、各縁が四分の一のリングで接続され
た平行に間隔を置いて並べられたバーにより構成
される構造体と夫々置換することもできる。

同様に、第３図および第４図の本発明によるコ
イル装置の変更例として、前記リング部分ならび
に部材３１から５０のうちの関連する部材の夫々
を薄い弧状銅板と置換し、中心部の部材３１，３
６，４１ならびに４６のすきまを前記薄板に刻ま
れた溝と置換することもできる。

以上実施例を挙げて説明してきた本発明による
コイル装置では、励起ならびに検出が直接接続に
よつて行なわれているが、他の装置では、容量的
または誘起的結合によつて、例えば第５図および
第６図の装置の場合、すきま６９に位置決めされ
た小さなループを介して励起ならびに検出を行な
うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、円筒状体積空間内に、該体積空間の
軸に対し垂直な方向に磁界を発生するコイル装置
の基本的な動作原理を示す図であり、第２図は、
第１図に示された前記原理を具体化する磁界を発
生する従来のコイル装置を示す図であり、第３図
は、本発明による第１のコイル装置の端面図であ
り、第４図は第３図の側面図であり、第５図は本
発明による第２のコイル装置の端面図であり、か
つ第６図は第５図のコイル装置の側面図である。 図中、１から２０は導体、２１は前記体積空間
を二分する面、２３，２５，２７，２９はコイル
の巻き、３１から５０は非磁性導電部材、５１お
よび５３はリング、５５はシム、５７はすきま、
６０はストラツプ、６１から６７は非磁性導電物
質から成る薄板、６９はすきま、７１はタブ、７
３はリング、７５はコンデンサ、７７から８３は
平衡給電線、を夫々示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 身体に核磁気共鳴を発生し、検出する核磁気
   共鳴写像装置用高周波コイル装置であつて、 通常円筒状の体積空間の軸に対して通常平行に
   延びる、前記体積空間の周囲におかれた複数の非
   磁性的導電通路（第３図並びに第４図の３１から
   ５０、第５図及び第６図の６１，６３，６５，６
   ７）と、 少なくとも前記高周波の電流通路に対して前記
   通路の各縁部で該通路を相互接続する手段（第３
   図ならびに第４図の５１，５３、第５図ならびに
   第６図の７１，７３）と、 前記体積空間を取囲む前記通路並びに相互接続
   手段によつて形成されたループ内に高周波の入力
   信号に対応する電流を流れさせ、それによつて前
   記体積空間の軸にほぼ垂直な所定の方向で、該体
   積空間内に磁界を発生する励起手段（第３図なら
   びに第４図の５９、第５図及び第６図の８１）
   と、 前記磁界によつて誘導される電流がほぼゼロと
   なる少なくとも１つの前記通路の電流に対応する
   信号を検出手段に与える検出手段（第３図ならび
   に第４図の５９、第５図及び第６図の８３）と、
   から構成されていることを特徴とする上記核磁気
   共鳴写像装置用高周波コイル装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の装置において、
   前記励起手段は、前記体積空間の相対する側にあ
   る２つの通路３６，４６の夫々のすきま５７に入
   力信号を印加する手段５９から構成されており、
   かつ前記検出手段は、前記体積空間の相対する側
   にあり、前記２つの通路面に対してほぼ直角の面
   にある別の２つの通路の夫々のすきま５７から出
   力を発生する手段５９から構成されていることを
   特徴とする上記各磁気共鳴写像装置用高周波コイ
   ル装置。 ３ 特許請求の範囲第１項記載の装置において、
   前記励起手段は、前記体積空間の相対する側にあ
   る２対の隣接する通路６１，６７及び６３，６５
   の各通路間に入力信号を印加する手段７７，８１
   から構成されており、かつ前記検出手段は前記体
   積空間の相対する側にあり、前記２対の隣接する
   通路面に対してほぼ直角の面にある別の２対の隣
   接する通路６１，６３及び６５，６７の各通路間
   から出力を発生する手段７９，８３から構成され
   ていることを特徴とする上記核磁気共鳴写像装置
   用高周波コイル装置。 ４ 特許請求の範囲第１、２または３項記載の装
   置において、前記通路は、離散導電素子３２から
   ５０によつて構成されていることを特徴とする上
   記核磁気共鳴写像装置用高周波コイル装置。 ５ 特許請求の範囲第１、２または３項記載の装
   置において、前記通路は、導電性材料からなる薄
   板部分６１，６３，６５，６７によつて構成され
   ていることを特徴とする上記核磁気共鳴写像装置
   用高周波コイル装置。 ６ 特許請求の範囲第５項記載の装置において、
   前記通路は、前記体積空間の軸にほぼ90度の角度
   で夫々対しており、前記体積空間の曲面回りに間
   隔をおいて位置決めされた導電材料からなる４つ
   の弧状薄板部分６１，６３，６５，６７によつて
   構成されており、前記励起手段は１対の隣接する
   前記薄板６１，６７の隣接する縁部間、及びもう
   一方の対の前記薄板６３，６５の隣接する縁部間
   とに入力信号を印加する手段７７，８１から構成
   されており、かつ前記検出手段は前記薄板の前記
   １対６１，６７の１つと、及び前記薄板の前記も
   う一方の対６３，６５の１つから構成される前記
   薄板の隣接する各対６１，６３、または６５，６
   ７の隣接する縁部間から出力を発生する手段７
   ９，８３から構成されていることを特徴とする上
   記核磁気共鳴写像装置用高周波コイル装置。 ７ 特許請求の範囲第１，２，３，４，５または
   ６項記載の装置において、前記ループは容量を組
   込んでいることを特徴とする上記核磁気共鳴写像
   装置用高周波コイル装置。 ８ 特許請求の範囲第１，２，３，４，５，６ま
   たは７項記載の装置において、前記相互接続手段
   は前記通路の各縁部に１つずつある２つのリング
   （第３図ならびに第４図の５１，５３、及び第５
   図ならびに第６図の７１，７３）形式から成るこ
   とを特徴とする上記核磁気共鳴写像装置用高周波
   コイル装置。 ９ 特許請求の範囲第８項記載の装置において、
   前記リング５１，５３の少なくとも１つは複数の
   容量的に結合された部分によつて構成されている
   ことを特徴とする上記核磁気共鳴写像装置用高周
   波コイル装置。 １０ 特許請求の範囲第８項記載の装置におい
   て、前記リング７１，７３の少なくとも１つは前
   記通路の隣接する縁部に容量的に結合されている
   ことを特徴とする上記核磁気共鳴写像装置用高周
   波コイル装置。