JPH0616759B2 - 核磁気共鳴コイル装置 - Google Patents

核磁気共鳴コイル装置

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JPH0616759B2
JPH0616759B2 JP60008934A JP893485A JPH0616759B2 JP H0616759 B2 JPH0616759 B2 JP H0616759B2 JP 60008934 A JP60008934 A JP 60008934A JP 893485 A JP893485 A JP 893485A JP H0616759 B2 JPH0616759 B2 JP H0616759B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、特許請求の範囲第１項に記載の如きＮＭＲ試
験のための高周波コイルに関する。
核磁気共鳴（ＮＭＲ）は、ある原子核により処理される
現象であり、例えば固形物の物理的、化学的および生物
学的研究において非常に広く用いられる。ＮＭＲの最近
の応用例はＮＭＲ像形成であり、被験体（例えば、人
体）におけるＮＭＲパラメータの分布状態は例えば医学
において使用することができるマツプとして提供され
る。
ＮＭＲの研究においては、高周波（即ち、無線周波数）
パルスが静電磁界におけるターゲット領域に対して送信
され、前記パルスの周波数は試験されるべき核の所謂共
鳴周波数に近く、その方向は前記の静電磁界に対して略
々直交している。このパルスは、所要の核を励起してこ
れら核を前記静電磁界の周囲に歳差運動を生ぜしめる。
この歳差運動は、受信コイルにおいて所要のパラメータ
を計算することができるＮＭＲ信号を誘起する。
ＮＭＲ試験装置は、常に別個もしくは単一のコイルでよ
い送信および受信コイルが設けられている。ＮＭＲによ
る像形成においては、試験されるべきターゲット領域は
通常、全ての部分を同じように付勢して信頼性の高い映
像を生じるために、高周波電界が可能な限り均一な領域
における受信コイルの内側に置かれる。
しかし、大きなターゲット領域の小さな部分が関心の的
であることが多く、この場合の典型的な事例としては、
人体、特に化学シフトの測定等における人体の外層にお
ける視覚および聴覚領域をがあげられる。このため、こ
のような特定の部分から生じる信号に感応する受信コイ
ルを使用することが望ましい。起誘導信号は受信コイル
の導線からの距離に反比例するため、これは試験すべき
ターゲット領域に対し接近させ得る小さな受信コイルに
よつて達成される。この従来技術による解決法、即ち所
謂面コイルを送信および受信側として、あるいは受信側
のみに使用することができるが、この場合励起は均一な
高周波電界を生じる比較的大きな送信コイルによつて行
なわれる。
面コイルは、全身（または頭部）をも像形成するための
ＮＭＲ像形成装置において最も広く使用される。この場
合には、面コイルを使用する場合には少なくとも下記の
操作を必要とする。即ち、(1)面コイルは装置の受信側
電子部品に対して接続されなければならない。(2)もし
使用される送信側コイルが実際の装置の送信／受信共用
のコイルであるならば、面コイルと該送信／受信共用の
コイル（送信／受信用コイル）とは、信号検出期間中は
結合されないようにしなければならない。(3)もし面コ
イルもまた送信側として使用されるならば、実際の装置
の送信側電子部品に対して接続されなければならない。
（また、この場合には、実際の装置の送信／受信用コイ
ルに対する結合は禁止されなければならない。） 受信側の電子部品に対する面コイルの接続は、一般に、
面コイルがそれ自体の前置増幅器と適合し、かつ信号が
増幅器／ミキサー・シーケンスにおける比較的後の段階
で実際の装置に対して与えられるように行なわれる。こ
の接続においては、装置のノイズ特性の最適化は、むし
ろ高精度を要求する。即ち外乱の遮断はＮＭＲ像形成に
おいて非常に重要となる。送信／受信用コイルを用いた
装置は、略々常に同調された回路の使用を含む。上記の
如き場合には、面コイルと実際の装置の送信／受信用コ
イルとが結合され、この結合はテストの妨げとなるもの
である。結合を阻止するためには、面コイルは実際のコ
イル（運動に感応する）に対して直角になるように設定
することができ、あるいは実際のコイルに信号受信期間
回路を遮断するための接続回路を設けることができる。
上記の特質は、ＮＭＲ像形成における面コイルの使用を
複雑化するものである。本発明の一目的は、このような
諸問題を排除しかつ完全なＮＭＲ像形成装置に対するそ
の接続さえも非常に簡単である斬新な無線コイル装置の
提供にある。この装置は、化学シフトの測定等のため、
例えば目、耳または比較的大きな断面の他の下位領域部
位のＮＭＲ像形成のため使用することができる。本発明
は、典型的な面コイルの事例のみに限定されるものでは
なく、試験されるターゲット領域を完全に又は部分的に
コイルの内側に位置させることができるものであれば適
用可能である。
上記の目的は、実際の受信用コイルに加えて、ターゲッ
ト領域の限定部位近傍に配置される補助コイルを用い、
該補助コイルを装置の受信用コイル以外と分離して構成
した特許請求の範囲第１項に記載されたコイル装置によ
つて達成される。
本発明については、図面に関して更に詳細に記述するこ
とにする。
本発明のコイル装置は、実際の装置におけるものと全く
同じ成分を送受する際に使用することができる。本発明
の典型的な構成を示す第１図において、構成要素は磁石
１、送信／受信用コイル（第１のコイル）２、整合回路
３、高周波増幅器４、前置増幅器５を含んでいる。従来
の装置と比較して、本発明はターゲット領域の限定部位
のすぐ近くに配置される補助コイル（第２のコイル）６
を設けたことを特徴としている。なお本例において、タ
ーゲット領域は人間の顔を含めた頭部全体であり、ター
ゲット領域の限定部位は目である。
本発明は、２つのコイルの上記の相互の結合関係に基く
ものである。この関係については、受信用コイルの内側
に同じ周波数に同調された補助コイルが置かれる時受信
用コイルがどんな種類の高周波電界を生成するかに基い
て検討することができる。この状態は、第２ａ図におい
て概要が示される。前記の補助コイルが有する係数Ｑが
大きくなる程磁束は補助コイルを介して作用しようとす
る傾向を有し、磁束密度Ｂは補助コイル付近において大
きくなる。相反法則に基いて、受信用コイルに生じるＮ
ＭＲ信号は下式の如くとなる。即ち、 但し、は歳差運動を行なう核により生じる核の磁化の
大きさ、1は単位電流に対する受信コイルによりター
ゲット領域に生じる磁束密度、およびｅは受信コイルの
ターミナルにおいて生じる起電力である。このように、
第２ａ図の場合には、補助コイル付近において生じるＮ
ＭＲ信号は補助コイルのない場合におけるものよりも強
くなる。もし受信コイルおよび補助コイルが相互に影響
を及ぼさなず、また信号ｅが係数Ｑ（Ｑ＝補助コイルの
係数Ｑ（quality factor）だけ増幅されるならば、実際
にはこのようにはならずに増幅状態は更に低くなり、装
置の形態に依存する。
送信中補助コイルの高周波電界に対する影響を排除する
ためには、第３ａ図に示されるようにダイオードＤ1お
よびＤ２を補助コイルに対し並列に交差結合することが
できる。いくつかのＮＭＲ測定シーケンスにおいて、高
周波パルスの高さは重要であり、従つて第３ｂ図に示さ
れる結合を用いる方がよい。高周波パルスの送信中、補
助コイルＬ1にはダイオードＤ1およびＤ2の接合電圧よ
り非常に高い電圧が誘起される。このため、コンデンサ
Ｃ1およびそのコンダクタンスがコイルＬ1と等しいコイ
ルＬ2が並列の共振回路を形成するが、この回路がコイ
ルＬ1の両端において高いインピーダンスを生じる。こ
のように、コイルＬ1に流れる電流は低く、送信電界に
対してほとんど影響を及ぼさない（第２ｂ図）。ＮＭＲ
信号は常にダイオードの接合電圧より遥かに小さく、従
つてこの場合、並列の共振回路がコイルＬ1およびコン
デンサＣ1によつて確保される。一方、送信電界に対す
る補助コイルの影響もまた有利に用いることができる。
これは、適当に均一な送信電界が例えばある制限された
領域内に存在する原子核を付勢するだけに使用すること
ができるという事実に基くものである。
２つの共振回路間の相対的即ち相互の結合を示す第４ａ
図のコイル構成について述べる。係数Ｑ（quality fact
or）Ｑ1を有するコイルＬ1と係数Ｑ（quality factor）
Ｑ2を有するコイルＬ2の相対インダクタンスは下式の如
くである。即ち、 但し、Ｋはコイル間の結合係数である。コンデンサＣ1
およびＣ2はコイルＬ1およびＬ2と共に並列の共振回路
を構成する。コイルＬ1において生じる起電力はｅ、周
波数は０である。
コンデンサＣ2の両端に生じる電圧はＫ2＝１／Ｑ1・Ｑ2
の時その最大値に達し、両方の共振回路が同じ周波数
０に同調され、前記電圧は下式の如くである。即ち、 このように、結合係数が低い時、受信コイルに生じるＮ
ＭＲ信号は通常の面コイル結合を用いることにより得ら
れる信号、Ｖ＝Ｑ1・ｅと同じ程度のものとなる。
同様な観察が第４ａ図の回路の１つが共振回路を構成す
る場合にも妥当し得る。またこの場合にも、もし装置が
他の点において常態にあるならば、コイルＬ1に生じた
信号はコイルＬ2に対して結合される。
上記回路の観察はＮＭＲ測定において完全ではないが、
一般的な挙動を示すに過ぎない。例えば、これら回路の
挙動はコイルにより生じる無線周波数の電界の係数の作
用は含まない。これは、更に、測定装置に関して遥かに
複雑な態様でこれに依存するものである。更に、ＮＭＲ
の測定における実質は信号の強さではなく、信号対ノイ
ズ比率によるものである。
本発明は単一の補助コイルの使用に限定されるものでは
なく、同じ励起回路の構成要素が別個のものかあるいは
異なるものであると問わず多数の補助コイルが存在して
もよい。例えば、ターゲット領域の限定部位の大きさが
変動する測定即ちテストにおいては、固定された受信コ
イルに対する結合は補助コイルによつて改善することが
できる。
第５図はこのような実質的な一例を示すものである。Ｎ
ＭＲ測定装置の送信／受信コイル２に加えて、本装置は
他のコイル装置をも含むものである。これらのコイル装
置は、第２図と同じ方法で生じる高周波電界が試験すべ
き領域内で充分に均一となるように試験すべきターゲッ
ト領域の限定部位の両側に置かれた２つのコイル６ａお
よび６ｂを含んでいる。前記ターゲット領域は、例えば
腕部、脚部、頭部等でよい。前記２つのコイルは、信号
の結合を最適化するために両コイル間の距離を容易に変
更することができるように設計することもできる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の典型的なＮＭＲ像形成装置を示す図、
第２ａ図は本発明の装置における受信モードにおける、
また第２ｂ図は送信モードにおける送信／受信用コイル
によつて生成される磁界を示す図、第３ａ図および第３
ｂ図は送信中の高周波電界の擾乱を誘起する種々の方法
を示す図、第４ａ図は本発明の高周波コイル装置の電気
接続、第４ｂ図は別の接続状態を示す図、および第５図
は本発明の可能なコイルの一構成例を示す図である。 １……磁石、２……送信／受信用コイル ３……アダプタ回路、４……高周波増幅器 ５……前置増幅器、６……補助コイル

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】試験すべきターゲット領域から核磁気共鳴
    （ＮＭＲ）データを得るために用いるコイル装置におい
    て、 信号の送信期間中に無線周波数信号を送信することによ
    り前記ターゲット領域の原子核を付勢し、かつＮＭＲ信
    号の検出期間中に前記ターゲット領域の原子核により発
    せられる信号を受信する第１のコイル手段（２）と、 第１のコイル手段に磁気的に結合され電気的には接続さ
    れてない第２のコイル手段であって、ターゲット領域の
    限定部位から発せられた信号の振幅を増大するために、
    前記ターゲット領域の前記限定部位の近傍に配置される
    第２のコイル手段（６）と を具備していることを特徴とするコイル装置。
  2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載のコイル装置に
    おいて、前記第２のコイル手段（６）は、共振回路手段
    （Ｃ1、Ｌ2）を含み、該共振回路手段は、前記ターゲッ
    ト領域の前記限定部位から発せられた信号の周波数とほ
    ぼ同一の共振周波数を有するよう構成されていることを
    特徴とするコイル装置。
  3. 【請求項３】特許請求の範囲第２項記載のコイル装置に
    おいて、前記第２のコイル手段はコイルを含み、前記共
    振回路手段は、前記コイルに接続された電気回路手段で
    あって、信号の送信期間中の前記第２のコイル手段の前
    記共振周波数を、信号の受信期間中の共振周波数から変
    更するための電気回路手段を含み、それにより、前記原
    子核を付勢するときに第１のコイル手段によって生成さ
    れる無線周波数電界における第２のコイル手段の影響を
    低減するよう構成されていることを特徴とするコイル装
    置。
  4. 【請求項４】特許請求の範囲第３項記載のコイル装置に
    おいて、前記共振回路手段は、前記コイルに接続された
    インピーダンス手段（Ｃ1、Ｌ2）、及び該インピーダン
    ス手段に接続された電流制御手段（Ｄ1、Ｄ2）を含み、
    該電流制御手段は、前記第２のコイル手段の前記コイル
    に誘起された電圧が所定値以上になった後にのみ導通し
    て、前記インピーダンス手段への電流通路を提供するよ
    うに構成されていることを特徴とするコイル装置。
  5. 【請求項５】特許請求の範囲第４項記載のコイル装置に
    おいて、前記電流制御手段は、極性が反対に並列接続さ
    れたダイオードで構成されていることを特徴とするコイ
    ル装置。
  6. 【請求項６】特許請求の範囲第４項記載のコイル装置に
    おいて、前記インピーダンス手段は、前記第２のコイル
    手段の前記コイルと等しいインダクタンスの純粋なイン
    ダクティブ手段であることを特徴とするコイル装置。
  7. 【請求項７】特許請求の範囲第２項記載のコイル装置に
    おいて、前記第２のコイル手段は、信号の送信期間中、
    前記共振回路手段を遮断するための電気回路手段を含ん
    でいることを特徴とするコイル装置。
  8. 【請求項８】特許請求の範囲第２項記載のコイル装置に
    おいて、前記第２のコイル手段は、前記ターゲット領域
    の原子核の付勢を行うための前記第１のコイル手段の送
    信部分に対して、電磁的に直交するよう配置されている
    ことを特徴とするコイル装置。
  9. 【請求項９】特許請求の範囲第１項記載のコイル装置に
    おいて、前記第２のコイル手段は、複数のコイルで構成
    されていることを特徴とするコイル装置。
  10. 【請求項１０】特許請求の範囲第９項記載のコイル装置
    において、前記第２のコイル手段は、２つのコイル（６
    ａ、６ｂ）を含み、これら２つのコイルは、前記第１の
    コイル手段で受信される前記ターゲット領域の異なる部
    位からのＮＭＲ信号がほぼ等しくなるように、前記ター
    ゲット領域の前記異なる部位に近接して配置されること
    を特徴とするコイル装置。
  11. 【請求項１１】特許請求の範囲第１０項記載のコイル装
    置において、前記第２のコイル手段の前記２つのコイル
    は、調整可能であることを特徴とするコイル装置。
  12. 【請求項１２】特許請求の範囲第１項記載のコイル装置
    において、前記第１のコイル手段は、送信用及び受信用
    の別々のコイルで構成されていることを特徴とするコイ
    ル装置。
  13. 【請求項１３】特許請求の範囲第１項記載のコイル装置
    において、前記第１のコイル手段は、送信及び受信に共
    用される単一のコイルを含んでいることを特徴とするコ
    イル装置。
JP60008934A 1984-01-20 1985-01-21 核磁気共鳴コイル装置 Expired - Lifetime JPH0616759B2 (ja)

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FI840232 1984-01-20

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JPS60209153A JPS60209153A (ja) 1985-10-21
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