JPH0641969B2 - 分布位相型高周波コイル装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、磁気共鳴システムにおける磁場成分を発生あ
るいは検出するための装置に係り、特に静磁場が指向す
る線すなわち軸線を横断する磁場成分を発生あるいは検
出するための改良型の装置に係るものである。「磁気共
鳴システム」なる用語は、代表的には当該システム内に
載置された材料の特徴を判定するために、磁気共鳴、例
えば核磁気共鳴（ＮＭＲ）として知られている現象を利
用したシステムを指すものである。このシステムは、材
料を静磁場が指向する線すなわち軸線を横断する成分を
有する高周波（radio-freqency）磁場にさらしめること
によつてその材料内に磁気共鳴を発生するものである。

磁気共鳴システムは、一般にソレノイドかあるいはサド
ル形の高周波コイルのいずれかを使用している。コイル
は、静磁場の方向を横断する方向に振動する磁場成分を
発生および／あるいは検出するのに使用される。

磁気共鳴システムは、試験のために当該システム内に載
置された材料の原子あるいは原子核の構造を分析するた
めの分光器的な用途に多年にわたつて使用されてきてい
る。高周波パルスが、試験されるべき試料を取囲んでい
る電気コイルに供給された場合、静磁場の軸線すなわち
方向を横断する高周波の磁場成分は、試料の残留核磁場
（net nuclear magntic field）の方向を変化させるこ
とができる。高周波の磁場が無い場合には、試料の原子
核は、試料を載置した静磁場と整列しかつこの静磁場か
ら生ずる残留磁場を共有する。高周波パルスが発生した
場合には、静磁場の方向を横断する磁場成分が残留磁場
の方向を変化させる。試験されている試料の残留磁場の
方向は、その場合静磁場の方向の線すなわち軸線のまわ
りを歳差運動する。この歳差運動（precessing）、すな
わちフアラデイの法則の結果としての時間に依存する磁
場は、試料を取囲んでいる電気コイルもしくはアンテナ
に起電力を誘起する。歳差運動および誘起された起電力
の周波数は、ラーモア周波数と呼称されるものである
が、これは歳差運動の時に試料がさらされる磁場の強さ
に比例し、かつ原子核の構造、ならびにさまざまな原子
核が見出される環境に基いて決まるものである。かくし
て、残留磁場の歳差運動が磁気共鳴なのである。共鳴周
波数は時によつて「スピン」特性と呼称される原子核構
造の特性によつて決まるものである。

物質を構成しているさまざまな元素の原子核の構造すな
わち「スピン」特性にはかなりのばらつきがあるもので
ある。大部分の元素は、検出可能な磁気共鳴の特徴をほ
とんど示さない。水素が最も強い核磁気共鳴の応答を生
ずるが、リン３１あるいは炭素１３のような他の元素
も、磁場が存在する場合には高周波の刺激に対する強い
磁気共鳴の応答性を示している。

磁気共鳴現象は、最近、医療診断作像システム（medica
l diagnostic-imaging systems）にその用途を見出して
いる。これらのシステムは、人体の内部構造の影像を作
るように意図されたものである。高品質の影像を得るた
めには、人体がさらされる高周波磁場が、静磁場を横断
する方向に空間的にできるだけ均一とすることが必要不
可欠のことである。

本発明は、主静磁場の方向を横断する振動する磁場成分
を発生するための装置を提供するものである。振動する
磁場は、高周波においては、人体構造の作像に使用され
る際に磁気共鳴の必要性をなおも満足しながら空間的に
は均一となし得るのである。磁気共鳴作像システムにお
いて使用される先行技術の高周波発生および検出装置
は、１９８１年にニユーヨークにおいてイガク・シヨイ
ンにより出版されたカウフマン、クルツクスおよびマー
グリス共著の「医学における核磁気共鳴作像」と称する
書物、特に核磁気共鳴作像に使用されるハードウエアに
関してはその５３ページないし６７ページ、に最も良好
に記載されている。

英国特許出願第２０５００６２号明細書においては、Ｎ
ＭＲ用の均一な磁場を発生するコイル装置が開示されて
いる。磁場は磁場コイルにより発生され、その際２つの
余弦波状コイルが等しくない反対の磁場を生成し、要求
される磁場が結果として得られ、合成されたインダクタ
ンスはどちらかの単体コイルのそれより少ない。両コイ
ルは、異なる巻回数または異なる半径もしくはその両者
を有することができる。この公知の装置は、試料を励起
するためのかつ励起された試料からのＮＭＲ信号の検出
のための複数のサドル形高周波コイルを含む。

特開昭５７−６３４４１号明細書（ヨーロッパ特許出願
第００４７０６５に対応）においては、試料を励起する
ためのかつ励起された試料からのＮＭＲ信号の検出のた
めの分布位相型の高周波コイル装置が開示されている。
この装置は、少なくとも１つの電気導電ループを含み、
その際交互に連続して配置されたシールドされたおよび
シールドされていないワイヤのセグメントが、試料を励
起しまたは試料から放出されたＮＭＲ信号を検出するた
めに高い効率で試料に結合可能なコイルを形成し得る。

本発明は、軸線に沿って指向する静磁場内に置かれた試
料をＮＭＲにおいて高周波磁場で励磁するためのまたは
該試料の核磁気共鳴を検出するための分布位相型高周波
コイル装置を提供するものであり、その際該装置は、 ａ）ＮＭＲ試料をその中に収容する領域を定義するコイ
ル支持体を備え、 ｂ）軸線を横断する高周波磁場の成分を結合する手段を
備え、 ｃ）コイル支持体の回りにほぼ平行な関係で配置された
導電素子のアレイを備えるようになったものにおいて、 ｄ）前記高周波磁場を発生するため、予め決められた大
きさのそれぞれの交流により前記導電素子を個別にかつ
並列に励起するための手段を備え、 ｅ）前記交流の大きさは、相互に正弦波状に変化するよ
うに選択され、その際前記コイル支持体の回りのそれぞ
れの位置に関係してそれぞれの導電素子内の電流の正お
よび負のピーク値の振幅が、そのピーク値が少なくとも
近似的に正弦波状の包絡線を決定するように制御され、 ｆ）前記励起するための手段は、前記導電素子アレイ内
に定在波が発生されるように構成されていることを特徴
としている。

前記励起するための手段は、各導電素子アレイに前記交
流を予め決められた振幅で供給するように構成されてい
ると有利である。

前記導電素子は、励起されたとき２つの相対的な最大電
流の生ずる点を有すると有利である。

前記導電素子の各々における最大電流の出現位置は、基
本的に前記導電素子がコイル支持体の回りに配置されて
いる角度位置に相応すると有利である。

前記導電素子は、展開図において相互に平行にかつ軸線
に対して正確な平行関係から僅かな角度をもって配向さ
れていると有利である。

本発明は、材料内に磁気共鳴を発生するとともに材料内
における磁気共鳴を検出するためのシステムに係わるも
のである。材料は試験のためにこのシステム内に載置さ
れる。このシステム内の磁石が線すなわち軸線に沿つて
指向された静磁場を形成する。このシステムは、試験さ
れる材料を上記軸線を横断する成分を有する高周波磁場
にさらすことによつて上記材料内に磁気共鳴を生ずる。
検出可能な磁気共鳴信号も上記軸線を横断する磁場成分
を有している。

本発明は、上記した横断方向の磁場成分を発生しあるい
は検出するための改良型の装置を提供するものである。
この改良型の装置は、上記システムの静磁場が指向せし
められた上記軸線のまわりに相互に間隔を置いて位置せ
しめられた複数個の導電素子を備えている。これらの導
電素子に交流電流を流すための手段、および上記各導電
素子内における電流の相対的な大きさ（amplitude）を
設定するための手段も設けられている。この場合、上記
軸線を横断する実質的に均一な複合磁場を発生すること
ができる高周波で交番する少なくとも１組の電流の大き
さを設定するようになつている。前記特開昭５７−６３
４４１号においては導電素子は、それら導電素子内の電
流の大きさが前段において説明したようなものとするの
を可能とするようにそれら導電素子を相互に接続するた
めの手段を備えてもよいものである。前記特開昭５７−
６３４４１号においては、この導電素子を相互接続する
手段は、伝送線の複数個のセクシヨンを備えている。特
定の周波数においては、これらの伝送線セクシヨンによ
つて相互接続された上記した複数個の導電素子内に定在
波を発生させることができる。この定在波は、上記導電
素子内における電流の相対的な大きさを設定するもので
ある。これは、磁気共鳴システムの軸線を横断する実質
的に均一な高周波の複合磁場を形成するために作ること
ができるものである。

以下本発明を、添付図面を参照して詳細に説明する。

第１図は、試験のために内部に載置された材料内に磁気
共鳴を発生するとともに、該材料内の磁気共鳴を検出す
るために使用し得る先行技術のシステムの主たる構成要
素を示す斜視図である。全体を文字Ａで指示したこのシ
ステムは、磁気共鳴の分光学的な用途あるいは作像的な
用途における使用に通常必要とされる電子的およびコン
ピユーターのサブシステムを図示してはいないが、本発
明の改良型の装置が使用される環境は図示しているので
ある。第１図のシステムは、線すなわち軸線Ｃに平行な
方向の大きくて均一な静磁場を発生するのに使用される
ヘルムホルツコイル対Ｂを備えている。非磁性材料製の
シリンダＤ内には、既に説明した磁気共鳴現象を使用し
て試験するための供試体、すなわち材料Ｅが載置され
る。材料Ｅは軸線Ｃ上に載置され、かつサドル形のコイ
ルＦ内に配置される。

コイル対Ｂによつて形成される静磁場の方向は、記号Ｈ
ｏを有する矢印によつて指示されている。高周波（Ｒ
Ｆ）コイルＦ内にはＲＦコイル素子に隣接する小さな矢
印によつて指示されているような相対方向を有する電流
が流される。電流の方向は、コイルＦ内の交流高周波電
流の各半サイクル毎に反転する。これにより方向Ｈｔを
有する磁場が形成される。Ｈｔの大きさはＨｏに比して
小さくなつている。静磁場Ｈｏの大きさは、数キロガウ
ス台としてよいものである。

磁気共鳴作像システムにおいては、Ｈｏは材料Ｅが分析
あるいは試験のために当該システム内にある間絶えず存
在しているものである。横断方向の高周波磁場Ｈｔは、
水素原子内の陽子（あるいは磁気共鳴現象を示す他の原
子の原子核）が、材料Ｅの残留磁気の歳差運動を生ずる
ように影響されるのを可能とするに充分な時間だけ印加
される。材料Ｅ内の原子核に関連する残留磁場の歳差運
動は、静磁場Ｈｏの大きさに正比例するラーモア周波数
で生ずるものである。

磁気共鳴作像システムにおいては、試験すべき材料Ｅが
載置される領域内の静磁場に勾配を生ずるためのさまざ
まなコイル（図示していない）を設けることが必要であ
る。通常、これらの勾配用コイルは、これらの勾配用コ
イルのための支持構造として使用し得るシリンダＤによ
つて指示された表面上に位置せしめられる。

磁気共鳴技術を使用して人体の作像をしようとする場合
には、第１図に図示されたシステムは、人体が試験すべ
き材料Ｅにとつて代わるのを可能とするような寸法とし
なければならない。人間は、その体の所要の部分が高周
波コイルＦの内部の空間内に配置されるように軸線Ｃに
沿つて移動するように作成された患者台あるいはそれに
類似した装置上の本装置内に導入される。先行技術のシ
ステムにサドル形のコイルＦが使用されたのは、この理
由によるのである。もし軸線Ｃを横断して振動する高周
波磁場Ｈｔを形成するためにもつと一般的なソレノイド
コイルを使用したならば、このソレノイドコイルの軸線
は軸線Ｃを横断することになり、それによつて人体を第
１図のシステム内に導入するのが非常に困難となるもの
である。ヘルムホルツ対Ｂの間の空間はこの目的のため
に使用し得るであろうが、設計の考慮の際には人体を収
容するに充分な大きさの空間をしばしば排除するもので
ある。

第１図に図示されたサドル形の高周波コイルＦは、均一
な磁場を生ずるのには完全に充分なものではなく、かつ
その物理的な寸法の故に、高品質の影像を形成するのに
使用し得る交流電流の最大周波数に制限があるのであ
る。もし横断方向の磁場Ｈｔの均一性を保持しようとし
たならば、サドル形のアレイの寸法が大きくなればなる
ほど、高周波交流電流の波長を大きくしなければならな
い。一般に、波長はコイルの電気的長さの１０倍よりも
短かくしてはならない。さもなければコイル内における
位相差が磁場の不均一性を生ずることになるからであ
る。もし第１図のシステムが人体を収容するに充分な大
きさを有していたならば、サドル形のコイルは、それに
対応する大きさでなければならず、かつより長い波長に
対する電気的な位相の考慮によつて制限を受けるのであ
る。しかしながら、全体的により良好な磁気共鳴による
作像および分析の結果がより高度な静磁場Ｈｏおよびそ
れに対応するようにより高度なラーモア周波数の条件に
よつて得られるものである。

第５図は、前記特開昭５７−６３４４１号において開示
されたように配置された導電素子１〜１６を示すもので
ある。このシステムにおいては、導電素子は直列に結合
されかつ横断する高周波磁場Ｈｔが発生されるように配
置されている。角度θは、システムの軸線Ｃ（これは線
３４に平行である）と各導電素子１〜１６との間の角度
を表している。

第６図は、前記特開昭５７−６３４４１号において開示
されたように構成された高周波コイルアセンブリを示す
ものである。コイルアセンブリ１００は、実質的に高周
波エネルギーによって影響されないポリエチレン、ナイ
ロン、ガラスなどのような絶縁性の非磁性材料から形成
されたコイル支持体１１２を備えている。コイル支持体
１１２は、第５図の導電素子１〜１６を形成するコイル
１２６を支持している。

第１０図は、コイル１２６の部分１２８に、同軸結合装
置１３８への結合を介して高周波エネルギーを供給する
方法を示している。

本発明は、第１図に図示した類のシステムにおける横断
方向の磁場成分Ｈｔを発生しあるいは検出するための改
良型の装置を提供するものである。線すなわち軸線Ｃを
横断する磁場成分を発生しあるいは検出するためのこの
改良型の装置は、以下に詳細に説明されているが、この
装置はサドル形高周波コイルＦあるいは時によつてその
代りに使用されるソレノイドコイルの代りに使用し得る
ものなのである。

第２図は、磁気共鳴システムの軸線Ｃのまわりに等しい
間隔を置いて位置せしめられた１組１６個の導電素子の
横断面図を示している。第１図の静磁場Ｈｏは軸線Ｃに
平行であり、また上記導電素子は第２図の点線および矢
印によつて指示された横断方向の磁場Ｈｔを生ずるよう
に作成されている。これらの導線は＋印および点によつ
て支持された電流を有している。＋印は紙の平面内に入
つて行く電流で、導電素子１ないし７内の電流を指示す
るものである。導電素子９ないし１５における点は、紙
の平面から出て来る電流を指示している。第２図の断面
図においては、導電素子８および１６には電流が流れて
いないことが図示されている。

各導電素子におけるさまざまな電流の大きさを制御する
ことによつて、軸線Ｃを横断する第２図に図示した空間
的に均一な磁場を形成することが可能である。この空間
的に均一な磁場は、導電素子に供給される交流電流の各
半サイクル毎に導電素子１ないし７および９ないし１５
内の電流の方向を反転することによつて（軸線Ｃを横断
する状態に留まつたままで）その方向を反転せしめられ
る。これらの交流電流の大きさは、第２図に図示した磁
場Ｈｔの空間的な均一性を生ずるためには、相互に相対
的に制御しなければならない。

導電素子８および１６は、第２図の断面図に図示された
これらの導電素子の位置においては零電流を有するので
あり、よつてそのような位置は電流ノードとなるのであ
る。もし導電素子１ないし１６を、軸線Ｃに平行とする
よりもむしろ該軸線Ｃに対して傾斜させたならば、これ
らの導電素子の一部に、磁場Ｈｔの空間的な均一性を増
進するための電流を流すことが望ましいであろう。

第３図には、第２図の磁力線Ｈｔを除去した導電素子１
ないし１６が図示してある。これら１６個の導電素子の
それぞれの角度位置はラジアンで表示してある。１６番
目の導電素子は、零あるいは２πラジアンの基準角度位
置を有しており、また導電素子１は８分の１πの角度位
置を与えられている。軸線Ｃのまわりの各角度位置は、
８分の１πの単位で進行する。直交する中心線１８およ
び２０は基準を示すためのものであり、導電素子の角度
位置は記号ψによつて指示してある。磁気共鳴システム
の軸線Ｃから導電素子までの距離は文字ｒによつて指示
されている。導電素子１ないし１６は、軸線Ｃに対して
傾斜しているというよりはむしろ軸線Ｃに平行な方向に
紙の中の方に延在するように仮定されるものである。交
流電流の他の半サイクル中の電流を示すために、導電素
子１ないし７および９ないし１５内における電流の方向
は、第２図に図示された電流の方向に対して逆になつて
いる。この交流電流は、軸線Ｃを横断する振動磁場Ｈｔ
を生ずるのである。

第４図は、軸線Ｃを横断する磁場成分を有する空間的に
均一な磁場が生じた場合における第２図および第３図の
導電素子内の電流の方向のグラフである。第４図のグラ
フの横軸は、零から２πまでの角度位置を示している。
１６個の各導電素子内のそれぞれの電流の大きさは、交
流電流のピーク値を示す矢印を有する縦線によつて表示
されている。第３図の導電素子３は、第４図においては
８分の３πなる角度位置にあり、正（＋）のピーク値２
２と負（・）のピーク値２４との間で振動する電流レベ
ルを有している。それぞれの導電素子内の電流の正およ
び負のピーク値は、そのような電流値によつて正弦波包
路線２６および２８が画成されるようにその大きさが制
御される。それぞれの導電素子内の電流値は、相互に相
対的に正弦波状態をなすように維持される。かくして導
電素子内の電流は、常に３０および３２により指示され
たような正弦波曲線を画成しているのである。電流の大
きさの制御のための真の正弦波包絡線からの何らかの偏
差は、横断方向の磁場の均一性を改良するであろう。電
流ノードは、角度位置が零（２π）およびπのところに
存在する。これらの位置は、第２図および第３図におけ
る導電素子１６および８の位置である。

第５図においては、導電素子１ないし１６は、第２図お
よび第３図においてそれら導電素子が画成する仮想上の
シリンダを角度位置零に沿つて切断してそれを平坦な表
面上に展開したような位置に図示されている。導電素子
１ないし１６は相互に接続されている。それら導電素子
を相互接続する手段は、１ないし１６の番号を付した相
互接続手段（ＩＣＭ）を有している。また、導電素子１
ないし１６は、軸線Ｃに平行な１点鎖線３４に対してあ
る角度で位置せしめられているように図示されている。
１点鎖線３４あるいは軸線Ｃと導電素子との間の角度を
表わすのに角度θが使用されている。この角度θは零に
もなり得るものである。もし第５図における導電素子１
ないし１６を相互接続する手段が、これらの導電素子内
に第４図に図示された必要条件を満足する電流の大きさ
を生ぜしめることができるならば、軸線Ｃを横断する成
分を有する空間的に均一な高周波磁場を発生し得るであ
ろう。

導電素子１ないし１６を相互接続する手段として伝送線
のセクシヨンを使用することは可能であることが見出さ
れている。また、相互接続された導電素子内に交流高周
波電流を導入するのに、交流電源３６と別体の導線給電
素子３８とを使用してもよい。導電素子を相互接続する
ための手段として、同軸ケーブルのセクシヨンなどのよ
うな伝送線セクシヨンを使用することが可能であること
は見出されている。その場合、第５図に概略的に図示さ
れている型の装置においては、定在波を創出することが
可能である。もしこれがなされたならば、特定の周波数
で発生する定在波は、所望の高周波の空間的に均一な横
断方向の磁場成分Ｈｔを生ずるのに使用し得るであろ
う。

第５図に図示するように、１６個の相互接続手段は、導
電素子を直列に接続している。だがこれは必要不可欠な
ことではない。それぞれの導電素子における電流の大き
さの制御が、第４図に図示されたような関係が得られる
か、あるいは電流の大きさの他の所要の制御が行なわれ
る（導電素子がシリンダ以外の仮想表面を画成する場合
のように）ようにして行なわれている限り、それぞれの
導電素子を相互接続するのに並列接続を使用することが
できる。しかしながら、導電素子内における電流を相対
的なかつ異ならせた大きさに制御することは必要不可欠
である。電流の大きさは時間と方向との両方において変
動し得るが、導電素子内のこれらの電流の大きさを相互
に相異したものとする制御は、所望の横断方向の磁場の
均一性を得るのを可能ならしめるものである。

もし、第２図ないし第４図の導電素子アレーにおける場
合のように導電素子が仮想上のシリンダを画成するよう
に位置せしめられていなかつたならば、第４図に図示さ
れているのとは相異する仕方による導電素子内の電流の
大きさの制御をすることが望ましいであろう。第４図に
おいて、電流の相対的な大きさは、常に、導電素子アレ
ーの瞬時電流が相互に正弦波関係をなすような大きさを
有するように制御される。電流の大きさは、相互に相対
的に制御はされるが、時間と方向との双方が変動するの
である。例えば仮想上の楕円表面を画成するように位置
せしめられたアレーならば、第１図に図示された高周波
磁場の均一性を達成するためには、相対的な電流の大き
さの制御は何らかの異なつたものとすることが必要であ
ろう。

もし第５図の相互接続手段が、導電素子アレーを、図示
のように直列に接続するよりはむしろ並列に接続するも
のであつたならば、これらの相互接続手段は電気エネル
ギー源を包含してもよいものである。導電素子アレー内
にさまざまな大きさの電流を発生するためには、電気の
分野において既知のさまざまな技術および設備が使用し
得るであろう。例えば、導電素子は、電気的エネルギー
源の両供給リード線を横切つて並列に接続することがで
きるとともに、それぞれの導電素子内の電流の大きさが
相互に相対的に制御されるようにさまざまな電気インピ
ーダンスを有するようにすることができるであろう。ま
た、これに代えて、実際の導電素子が、同一のインピー
ダンスを有するが、導電素子毎に相異するインピーダン
スを介して高周波電気エネルギー源に接続することもで
きるであろう。

次に特に第６図ないし第１０図を参照すると、磁気共鳴
システムにおける磁場成分を発生しあるいは検出するた
めの装置を備えた本発明の実施例が図示されている。本
装置は特定の振動周波数において「定在波」を発生する
ように設計されている。本装置は、相互に間隔を置いて
位置せしめられた複数個の導電素子を有しており、これ
ら導電素子は、本装置の導電素子内の電流の大きさを設
定するとともにそれらの電流の位相角度を制御するため
の手段によつて相互接続されている。この相互接続手段
は、同軸の伝送線のセクシヨンを備えている。

磁気共鳴システムにおける横断方向の磁場成分を発生し
あるいは検出するための現在好まれている装置は、第６
図ないし第１０図に詳細に図示されている一般的な型の
ものである。設計の詳細は、静磁場の用途と強度（これ
は本装置が定在波を発生しなければならない周波数に影
響を与えるものである）、および核磁気共鳴システムに
おける寸法上の必要条件とによつて変るものである。図
示の装置は、人間の頭の作像用に意図されたものであ
る。本装置は、全体を１００で指示されたコイルアセン
ブリを備えている。このコイルアセンブリは、磁気共鳴
システム内において使用した場合に第１図の軸線Ｃと一
致することになる軸線Ｃ′を有している。同様に、軸線
１８′および２０′も相互に直交しているとともに第７
図に示すように軸線Ｃ′とも直交している。

コイルアセンブリ１００は、高周波エネルギーによつて
影響されないポリエチレン、ナイロン、ガラスなどのよ
うな絶縁性の非磁性材料から形成されたコイル支持体１
１２を備えている。好ましくは軟銅あるいはしんちゆう
製とされた導電性シートメタルが、コイル支持体の両端
に位置せしめられた２個のストリツプ部においてこのコ
イル支持体に巻付けられている。これらのうちの第１の
ものは１１４ａで指示され、また第２のものは１１４ｂ
で指示されている。これら２個の導電性ストリツプ１１
４ａおよび１１４ｂの中間にあるのは、それぞれの導電
性ストリツプの円形の辺縁１１６および１１８を境界と
する領域である。第６図において見てとれるように、辺
縁１１６と１１８との間の空間には導線１２０が収納さ
れており、これらの導線はテフロンあるいはその他の非
導電性シート材料１２１により被覆されている。導電素
子１２０は、高周波電場がコイルアセンブリのボア１２
３に入るのを防止するフアラデイシールドとして作用す
るものである。導線１２０は、コイル支持体１１２の外
表面に穿設された溝内に配設されている。これらの溝は
旋盤あるいは他の適宜の機械によつてら旋状にカツトし
てもよく、また導線１２０は溝内において巻回された連
続した部材としてもよいものである。第９図および第１
０図において最も良好に見てとれるように、導線１２２
ａおよび１２２ｂが導線１２０と電気接続状態にして載
置されていて、ら旋状の各ターンを短絡している。第８
図および第９図の双方において見てとれるギヤツプ１２
４は、導線１２２ａと１２２ｂとの間に位置せしめられ
ている。導線１２０を形成しているら旋状の巻回もギヤ
ツプ（図示していない）を有している。これらのギヤツ
プの目的は、コイルアセンブリ１００の軸線Ｃ′に平行
な導電性通路の存在を防止することである。振動する場
は、そのような導電性通路に電流を誘起することができ
るから、好ましからざる結果を招来することになるであ
ろう。

導電１２０，１２２ａおよび１２２ｂを包含するこのフ
アラデイシールドは、電場がコイルアセンブリのボア１
２３内に入るのを防止するが、軸線Ｃ′を横断するよう
に指向された磁場がボア領域に自由に入るのは許容する
のである。試験すべき材料すなわち人体の一部が載置さ
れるのはこのボア１２３内なのである。コイルアセンブ
リ１００は特に、人間の頭の磁気共鳴作像用に意図され
ているものであり、かくしてほぼ２８センチメートルの
内径を有するとともに6.2ＭＨｚで作動するように設計
されている。コイルのボアの径は人体の試験すべき部分
の大きさよりわずかに大とすることが望ましいから、最
適のコイルアセンブリの大きさおよび構造の詳細は用途
に応じて相異することになるものである。設計はまた、
磁気共鳴システムにおいて使用すべき静磁場の強さ、お
よび所望の高周波に基いて変化するものである。

第６図ないし第１０図のコイルアセンブリの最も重要な
特徴は、第１図に図示された作像システムの軸線Ｃある
いはＣ′のまわりに相互に間隔を置いて位置せしめられ
た複数個の導電素子を設けることである。また、これら
の導電素子に交流電流を流すための手段も設けなければ
ならない。加うるに、当該作像システムの軸線Ｃあるい
はＣ′を横断する磁場成分を第１図に図示するように実
質的に均一になし得るように各導電素子アレー内の電流
の相対的な大きさを設定するための手段も設けなければ
ならない。そのような制御は全体として環状のコイル１
２６を使用することによつて達成される。コイル１２６
は、装置１００全体との関連において、かつ適宜の高周
波電気エネルギー源に接続した場合には、軸線を横断す
る実質的に均一な複合磁場を発生する導電素子１３０内
の電流の少なくとも１組の大きさを有している。この１
組の電流の大きさは、時間の関数として一緒に変化する
であろう。だがそれらの電流の大きさ相互間には、均一
な横断方向の磁場が結果として生ずるように所定の関係
が維持されているのである。

コイル１２６は、複合磁場を発生する場合に作用状態と
なる導電素子１３０を有している。同軸伝送線１２８の
セクシヨンは導電素子１３０を相互接続し、かつそれら
は、各導電素子１３０内の電流の相対的な大きさを設定
するのに使用される手段である。

導電素子１３０は、コイル支持体１１２上の導電性スト
リツプ１１４ａおよび１１４ｂの辺縁１１６および１１
８との間に延在している。導電素子１３０は実際には、
１１６と１１８との間の領域において外方導線が除去さ
れた同軸ラインの中心導線を備えているであろう。コイ
ル１２６内の同軸ケーブルの中心導線は、第８図におけ
る接合点１３１において指示されているように電気的閉
ループを形成している。接合点１３１においてはコイル
１２６を形成している同軸伝送線の中心導線は、その両
端部を相互に密着され、はんだ付けされ、かつ好ましく
はシリコンゴムのような非導電性の誘電材料で被覆され
ている。電気絶縁をさらに行なうために、上記接合点上
には絶縁性スリーブが配設されている。

コイル１２６内、よつてコイルアセンブリ１００内には
高周波エネルギーが導入されて、ボア１２３内に高周波
磁場が発生される。この目的のためには、誘導結合技術
あるいは電場結合技術を使用してもよいものである。誘
導結合は、高周波エネルギーをコイル組立体内に給電す
る、現在好まれている方法である。第１０図に拡大図示
されている導電素子１３２は、コイルアセンブリの導電
素子１３０のうちの１つであり、誘電材料１３５によつ
て包囲された中心導線１３３を有している。この誘電材
料は、中心導線１３３を同軸ラインの外方導線１３７か
ら分離している。１１６と１１８の辺縁の間の領域であ
る。ボア１２３内における磁場の発生に関する前述した
作用領域においては、外方導線１３７は除去されてい
る。これは導電素子１３０の全部に該当するものであ
り、その除去は、好ましくは銅製のチユーブから形成さ
れている外方導線をエツチングすることにより達成し得
るものである。導電素子１３２に対する誘電結合は同軸
結合装置１３８を介してコイルアセンブリ１２６内に入
る導電素子１３６を有する絶縁導線１３４を使用するこ
とによつて達成されるものである。導電素子１３４は、
１４０の点において端シールド１４２ｂにはんだ付けさ
れている。

第１０図においては、誘電材料製のストラツプ１４１が
導電素子１３４を導電素子１３２に対して固定関係に保
持していることが見てとれるであろう。同軸コネクタ１
３８内に導入される高周波エネルギーは、導線１３６を
介して該導線１３６を１４０の点において接続した端シ
ールド１４２ｂに電流を流させる。この電流は高周波で
振動しており、導電素子１３２内の導線１３３のうちの
点１１６と１１８との間の部分に対するその誘電結合の
ために、導線１３３内に電流を流させるものである。

端シールド１４２ｂは、導電性ストリツプと電気的接触
状態となるようにはんだ付けされている。同様に、コイ
ルアセンブリの他端部の端シールド１４２ａは、導電性
ストリツプと電気的接触状態をなすようにはんだ付けさ
れている。コイル１２６を形成するターンのそれぞれの
端部は、端シールド１４２ａおよび１４２ｂ内に位置せ
しめられている。これらの端シールドは、コイル１２６
を包囲している導電性材料のシリンダ状片に関連してこ
のコイルを外界からシールドするものである。導電性シ
ート１４４がこれらの端シールド１４２ａおよび１４２
ｂ、ならびに各同軸伝送線セクシヨン１２８の外方導線
と電気的に接触している。かくしてコイルアセンブリ１
００は、その外部を端シールド１４２ａおよび１４２ｂ
と外方シリンダ状シールド１４４とにより、まだボア１
２３内をフアラデイシールド導線１２０によつてシール
ドされているのである。

コイル１２６は、複数個の第１の導電素子１３０と複数
個の第２すなわち相互接続用導電素子１２８とより成る
ものと見なし得るであろう。これらの導電素子は、第５
図に見られるように、展開図においてそれぞれ相互に平
行である。導電素子１３０は内方導線１３３と外方導線
１３７とを有する同軸伝送線のセクシヨンである相互接
続用第２の導電素子１２８によつて相互に分離せしめら
れている。外方導線１３７は、第２の導電素子１２８内
の電流に関連した電場および磁場をとじこめるととも
に、それらが導線１３０内の電流に関連した磁場と交差
するのをかなりな程度防止する。これは、たとえ導電素
子１３０が事実同軸伝送線セクシヨンの中心導線であつ
たとしてもやはり該当することである。同様に、同軸セ
クシヨン１２８においては、電場は中心導線１３３と外
方導線との間の領域にとじこめられる。しかしながら、
導電性ストリツプ１１４ａおよび１１４ｂの１１６と１
１８の辺縁相互間の作用領域においては、電磁場は、フ
アラデイシールドの導電素子１２０相互間の空間内に入
るとともにコイルアセンブリ１００のボア１２３内に入
るのを許容せしめられる。

導電素子１３０内の電流に関連した電場は同軸素子１２
８の外方導線の内部によつて制限されるというよりは、
むしろコイルアセンブリを包囲している導電性シートす
なわちシールド１４４の内部によつてその境界とされて
いるのである。かくして、導電性ストリツプ１１４の内
部は、各相互接続用同軸伝送線セクシヨンの両端部の間
の作用領域内における電気エネルギーの伝送に関する
「グラウンド平面」を形成しているのである。

コイルアセンブリ１００は、その環状巻線１２６に２４
個のターンを有している。このことは、コイルアセンブ
リが、２４個の第１の導電素子１３０と、それに対応す
る個数の第２の相互接続用伝送線セクシヨン１２８とを
有していることを意味している。コイルアセンブリ１０
０は、概して電気的な共鳴が生ずる周波数を有すること
になるものである。もしコイルアセンブリがこの周波数
で励磁されたならば、コイルアセンブリ１００内には定
在波が発生せしめられる。もし導電素子が相互に均一に
離隔せしめられるとともに等しい長さとされており、か
つもし相互接続用同軸伝送線セクシヨン１２８が均一に
位置せしめられるとともに等しい長さとされていたなら
ば、ボア１２３内の複合磁場は、軸線Ｃ′を横断する方
向のその成分についてその大きさが均一になるものであ
る。この大きさは、時間とともに変化するとともに、コ
イルに供給される高周波エネルギーの各サイクル毎に方
向が２度反転するものである。

コイルアセンブリ１００は、そのボア１２３内に配置さ
れた材料によつて発生された高周波信号を検出するのに
使用することができる。コイルアセンブリの高いＱは、
このコイルアセンブリを磁気共鳴信号に対して非常に高
感度としている。

コイルアセンブリ１００の共鳴周波数においては、コイ
ル１２６の閉ループ電気経路は１波長分の長さとされて
いる。この閉ループ電気経路は、導電素子１３０の全部
と相互接続用同軸伝送線セクシヨン１２８とから成るも
のである。電流の最大値は、導電素子１３２において、
あるいはその近傍に生ずるもので、その位置において入
来する高周波電気エネルギーが導入されるのである。対
応する電流の最大値は、直径方向反対側の導電素子内部
に位置せしめられている。電流ノードは、電流の最大値
を有している導電素子相互間の中間に位置している２個
の直径方向反対側の導電素子内に生ずる。

コイルアセンブリ１００内における閉ループ電気経路の
長さは、該閉ループ電気経路内における高周波電気エネ
ルギーの伝搬速度が光の速度に等しくなつた場合よりも
ほぼ３０％小さくなつている。換言すると、コイルアセ
ンブリ１００内のエネルギーの伝搬速度は、光の速度よ
りもほぼ３０％小さいと見なすべきなのである。伝搬速
度は、高周波エネルギーが伝搬する媒体によつて影響を
受ける。導電素子１３３上および同軸伝送線内の誘電体
層は、この伝搬速度を自由空間速度から低減する。ま
た、導電素子１３０と同軸伝送線のセクシヨン１２８と
の間の空間も、コイルアセンブリ１００内に共鳴が生ず
る周波数に影響を与える。この共鳴周波数は、磁気共鳴
の用途におけるボア１２３内において所望の均一な場を
達成する条件を決定するから、コイルアセンブリ１００
の設計は重要なことである。設計の必要条件を満足する
ためには、コイル１２６のターン数はコイルアセンブリ
の基礎を形成する電気的に閉じたループにおいて所望の
周波数における単一個の波長を達成するように必要に応
じて変化させてもよいものである。

導電素子１３０およびセクシヨン１２８はそれぞれ均一
な寸法のものであるように図示されており、かつ、コイ
ルアセンブリ１００内において相互に等しい間隔で離隔
せしめられている。だが、これは必要不可欠なことでは
ない。各導電素子は、定在波あるいは共鳴を起こす電気
的条件のしたにおいては、軸線Ｃ′を包囲している単一
個の波長内におけるそれぞれの位置によつて、設定ある
いは制御される電流を有している。定在波の電流を図示
している第４図について見ると、導電素子１３０は相互
に均一ではない角度位置に配設し得るであろうというこ
とが見てとれるであろう。そのような場合には、同軸伝
送線の相互接続セクシヨンは、異なつた長さあるいは異
なつた伝送特性のものとしなければならないであろう
し、また導電素子は、その電流が所定の周波数において
定在波の存在のための必要条件を満足するように位置せ
しめなければならないであろう。

コイルアセンブリ１００は、インダクタンスと分布容量
（および恐らくは外部容量）とを有している。導電素子
１３０は、これら導電素子とともに閉ループ電気経路を
構成する伝送線あるいは遅延線セクシヨン１２８によつ
て相互接続されている。この構成のため、コイルアセン
ブリ１００は、「共振空胴」、すなわち電気振動で共鳴
する素子、と見なしてよいであろう。

コイルアセンブリ１００に誘導結合された時にはこのコ
イルアセンブリ内に定在波を発生せしめる磁気エネルギ
ーの周波数が存在する。導電素子１３０内の電流は、定
在波の存在のために必要に応じて相互に相対的な大きさ
を有している。コイルアセンブリの導電素子は、定在波
が存在している時には、コイルアセンブリの軸線を横断
する実質的に均一な複合磁場を発生するように位置せし
められている。

各導電素子１３０は、別個の電気エネルギー源により駆
動することもできるであろう。これらの別個に駆動され
る素子は、ある周波数において共鳴するように各別に同
調することができるであろうし、また上述したように複
合磁場を発生するために、各別にあるいは一まとめにし
て使用することができるであろう。これらの各別に同調
される素子は、これらの素子に誘導結合されてこれらの
素子が同調せしめられた周波数において振動する磁場を
検出するのに使用することができるであろう。一まとめ
にした場合、これらの素子は、それらの相互インダクタ
ンスの故に「共振空胴」と見なすことができるであろ
う。

コイルアセンブリ１００の上記した構造は、電流の相対
的な大きさの所要の制御を与えるものであり、個別に駆
動される導電素子に対して簡単であるという利点を有し
ている。導電素子１３０を相互接続する手段１２８は、
所望の均一の場の形成のために導電素子内における電流
を所要の相対的な大きさとした定在波が存在するのを許
容する位相遅延線である。コイルアセンブリは、誘導装
置における品質係数Ｑと見なされる誘導リアクタンス／
抵抗比が高くなつている。「共振空胴」コイル組立体な
どのような共鳴回路における誘導子のＱは、その誘導子
が共振周波数における信号レベルを他の周波数における
対応する信号レベルから弁別する能力を決定するもので
ある。磁気共鳴システムにおいて検出しなければならな
い信号レベルは非常に低いものであるから、高周波信号
の検出に使用されるコイルのＱはかなり重要なものであ
る。

第５図には、導電素子が作像システムおよびアレーの軸
線Ｃに対して形成する角度θが示されている。コイルア
センブリ１００内の導電素子１３０も軸線Ｃ′に対して
そのような角度θを有している。このようになつている
理由は、コイルアセンブリ１００内の定在波が軸線Ｃ′
を包囲している全体の導電性電気的ループ内に１波長を
有しているからである。このことは、定在波があるいか
なる伝送線においてもそうであるように、各導電素子１
３０の両端の間には電流に位相差があることを意味して
いるのである。故に角度θは、そのような角度に位置し
ている導電素子の長さにわたつてあらわれる定在波にお
ける電気的な位相差に等しくすべきである。

第１１図は、１６個の相互接続手段（ＩＣＭ＃１ないし
ＩＣＭ＃１６）を有する１６個の実質的に平行な導電素
子のアレーを示す第５図に類似する概略図である。これ
らの相互接続手段は、第６図ないし第１０図のコイルア
センブリにおけるように同軸伝送線のセクシヨンであつ
てもよいものであるが、コイル１２６の全体として環状
の形状には同軸のセクシヨンは必要ではないのである。
その代りに同軸伝送線のそれぞれのセクシヨンは、２π
ラジアンを当該アレー内の導電素子の個数で割つて得た
オフセツト角度をπに対してプラスあるいはマイナスし
た角度だけ角度位置が相互に分離された２個の導電素子
の対応する先端部を相互接続することができるものであ
る。しかしながら、第１１図のアレーについては、同軸
伝送線は、（π＋２π／１６）ラジアンあるいは（π−
２π／１６）ラジアンだけ分離された導電素子の対応す
る先端部を相互接続するであろう。これは、単純化すれ
ば、７π／８かあるいは９π／８かのいずれかの分離角
度である。もし同軸伝送線セクシヨンＩＣＭがさまざま
な電気的長さのものであつたならば、角度位置の分離量
は定在波が空間的に均一な磁場を発生するのを可能とす
るために必要にされるようなものになるであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、試験のために内部に載置された材料内に磁気
共鳴を発生するとともに該材料内の磁気共鳴を検出する
ための従来システムであり、第２図は、紙の平面の中に
延在する軸線のまわりに相互に間隔を置いて位置せしめ
られた複数個の相互に平行な導電素子の概略断面図であ
り、第３図は、第２図の導電素子の概略断面図で、導電
素子の角度位置の識別を可能とするために第２図に図示
した点線の磁力線を除去して示してあり、第４図は、第
２図および第３図の導電素子の電流対角度位置を表わす
グラフで、第２図に図示された均一な磁場を発生するこ
とができるこれらの振動電流の正および負のピーク値を
表示しており、第５図は、第２図ないし第４図における
導電素子の概略展開図であり、第６図は、磁気共鳴作像
システムにおける横断方向の磁場成分を発生しあるいは
検出するための改良型の装置を備えた高周波コイルアセ
ンブリを尺度を小さくして示した断面斜視図であり、第
７図は、第６図のコイルアセンブリの一部を断面とした
立面図であり、第８図は、第６図および第７図のコイル
アセンブリの縦断面図であり、第９図は、第８図の９−
９線における部分断面図で、コイルアセンブリの構成の
詳細を尺度を大きくして示すものであり、第１０図は、
コイルアセンブリの１個の導電素子と、コイルアセンブ
リの導電素子に高周波交流電流を流すための手段とを示
す一部を断面とした拡大図であり、第１１図は、アレー
の導電素子を構造的には相異しながら機能的には同一に
なるように相互接続する手段を有する導電素子を示す第
５図と同様の概略図である。 Ｃ′……軸線、１ないし１６……導電素子、１８′……
軸線、２０′……軸線、１００……コイルアセンブリ、
１１２……コイル支持体、１１４ａ，１１４ｂ……導電
性ストリツプ、１１６……辺縁、１１８……辺縁、１２
０……導線、１２１……非導電性シート材料、１２２
ａ，１２２ｂ……導線、１２３……ボア、１２４……ギ
ヤツプ、１２６……コイル、１２８……同軸伝送線、１
３０……導電素子、１３１……接合点、１３２……導電
素子、１３３……中心導線、１３４……絶縁導線、１３
５……誘電材料、１３６……導電素子、１３７……外方
導線、１３８……同軸結合装置、１４０……点、１４１
……ストラツプ、１４２ａ，１４２ｂ……端シールド。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軸線（Ｃ）に沿って指向する静磁場内に置
   かれた試料をＮＭＲにおいて高周波磁場で励磁するため
   のまたは該試料の核磁気共鳴を検出するための分布位相
   型高周波コイル装置（１００）であって、該装置（１０
   ０）は、 ａ）ＮＭＲ試料をその中に収容する領域（１２３）を定
   義するコイル支持体（１１２）を備え、 ｂ）軸線（Ｃ）を横断する高周波磁場の成分を結合する
   手段を備え、 ｃ）コイル支持体（１１２）の回りにほぼ平行な関係で
   配置された導電素子（１〜１６）のアレイを備えるよう
   になったものにおいて、 ｄ）前記高周波磁場を発生するため、予め決められた大
   きさのそれぞれの交流により前記導電素子（１〜１６）
   を個別にかつ並列に励起するための手段を備え、 ｅ）前記交流の大きさは、相互に正弦波状に変化するよ
   うに選択され、その際前記コイル支持体（１１２）の回
   りのそれぞれの位置に関係してそれぞれの導電素子内の
   電流の正および負のピーク値の振幅が、そのピーク値が
   少なくとも近似的に正弦波状の包絡線を決定するように
   制御され、 ｆ）前記励起するための手段は、前記導電素子アレイ内
   に定在波が発生されるように構成されている、 ことを特徴とする分布位相型高周波コイル装置。
2. 【請求項２】前記励起するための手段は、各導電素子ア
   レイに前記交流を予め決められた振幅で供給するように
   構成されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の装置。
3. 【請求項３】前記導電素子は、励起されたとき２つの相
   対的な最大電流の生ずる点を有することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項または第２項記載の装置。
4. 【請求項４】前記導電素子（１３０）の各々における最
   大電流の出現位置は、基本的に前記導電素子（１３０）
   がコイル支持体（１１２）の回りに配置されている角度
   位置に相応することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   ないし第３項のいずれか１つに記載の装置。
5. 【請求項５】コイル（１２６）の軸線（Ｃ）に平行なコ
   イル面を形成する前記導電素子（１３０）は、展開図に
   おいて相互に平行にかつ軸線（Ｃ）に対して正確な平行
   関係から僅かな角度（θ）をもって配向されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第４項のいず
   れか１つに記載の装置。