JPH06504622A - 核磁気共鳴のための高周波体積共鳴器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 核磁気共鳴のための高周波体積共鳴器 本発明は核磁気共鳴（ＮＭＲ）装置の改良に関するものであり、さらに詳しくは 、ＮＭＲ分析において核から放射される信号の特徴を示す高周波（ＲＦ）（を号 の送信および／または受信を行なうための共鳴器に関するものである。さらに具 体的には、この独創的な共鳴器は、各ＮＭＲ周波数にコイルを多重同調させ、高 周波磁束を発生させるための複数の高周波電流経路を提供するものである。複数 のＮＭＲ周波数間での回路の相互作用を低減したことにより、同調および共鳴器 の線形モードのアラインメントが素早く行なえる。さらに、本発明はすべてのＮ ＭＲ周波数において共鳴器を円偏波モードで動作させることに関するものである 。

本発明は一連の発明の一部であり、そのうちの２件、１９９０年８月２日出願の 米国特許出願番号５６１，８９８と、１９９０年１０月２５日出願の出願番号６ ０３．９４７が出願中である。

発明の背景 ＮＭＲ法は、奇数の陽子と中性子を含む核の磁気的な性質に基づいている。これ らの核は、その電荷に関連した角運動量をもつ。磁気モーメントは、それぞれの 核のスピン軸に沿った方向を向いている。Ｂで表す強力で通常は均一な静磁場の 中に核をおくと、与えられた磁場の向きと同方向、または逆方向のどちらかに整 列し、与えられた磁場に対して共通の方向を向いた歳差運動を行なう。核磁気共 鳴（ＮＭＲ）として知られる現象を用いて電磁エネルギーを吸収することにより 、核の歳差運動角を変化させることができるが、ＮＭＲでは、その核の通常の歳 差運動の周波数と一致する周波数をもつ第二の回転磁場Ｂを核に印加することを 伴う。与えられたＲＦ磁場を取り除くと、核は歳差運動をしながら平衡状態に向 かって緩和し、その核が存在している分子環境の特徴を示す高周波信号を発生す る。核が歳差運動を行なう周波数はラーモア周波数として知られ、ω＝γＢで表 す角周波数で与えられる。磁気回転比γは、それぞれの核または核同位体に固有 の定数であり、与えられた強度Ｂ０の磁場に対し、通常は広範囲に分離したラー モア周波数が生じる。Ｂは核に作用する磁場であり、Ｂ＝Ｂｏ（１−６）に従い 、核の分子環境によって修正される。δは、化学的に等価な核に対して局所的電 子分布によって印加される化学シフトと呼ばれるずれである。特定の核または核 同位体の化学シフトは、通常はｐｐｍで測定される非常に小さな周波数の差を生 じ、それによって得られるスペクトルは、試料分子に関する量的、構造的、およ び力学的な情報を得るために利用することができる。別の構成では、通常は均一 である磁場Ｂ０の中に、ＮＭＲ信号の中に空間的に情報をエンコードする目的で 、試料を横切るバイアスまたは勾配を導入する。このデータに含まれる情報をも とに、その後撮影画像を再構成することが、医療診断に広く用いられている手法 であるＮＭＲ映像法の基礎を形成する。ラーモア周波数は与えられた磁場Ｂ。に 比例するので、磁場の強度に従って、局所的な共鳴周波数が試料を横切って変化 することになる。均一な磁１４Ｂを得ることには技術的な困難が伴うため、通常 は、磁石の残留歪みと試料または検査対象の組織、およびＮＭＲプローブを構成 する材料に由来する磁化率歪みの両方を打ち消すための、電子的なシムコイルを 用いた高磁場磁石を提供する。試料からの高度に分離したスペクトルの捕捉に先 立って、通常は、水素原子の陽子または他の豊富に存在する核から得られる高感 度なＮＭＲ信号を使用した「シミング」処理を行なう。非常に高い磁場を用いる 分光学では、重水素を代表とする独立した核に由来するＮＭＲ信号の周波数を、 安定したＲＦ発振器の周波数と電子的に比較し、磁場安定化回路のフィードバッ クルーズに含まれる磁場掃引コイルを用いることによって、一層の磁場の安定性 を維持する。

試料に送信する磁場Ｂ１は、試料に近接した位置に置かれ、ＲＦ送信装置に接続 した共鳴高周波（ＲＦ）コイルから最も効果的に誘導される。核の歳差運動の磁 気によってコイルに誘導されるＮＭＲ信号を受信するために、同一のＲＦコイル または第二のＲＦコイルをＲＦ受信装置に接続することができる。化学的にシフ トした核、および勾配磁場を印加した試料から得られる自由誘導信号は、通常、 核のラーモア周波数に同調した単一共鳴コイルによって受信する。しかし一般的 には、２つの異なる核または核の同位体に送信し、その核からＮＭＲ信号を受信 するためには、２つの単一に同調するコイルを用いるか、あるいは個々のラーモ ア周波数に対して二重に同調する単一コイルを使用する必要がある。二重同調単 −コイルプローブの回路素子は損失をもつため、必然的にもう一方の単一同調コ イルよりも低感度にならざるを得ない。それぞれの周波数で最大感度を維持する ためには相当な注意をはらう必要があり、さらに、１つの周波数での最大感度は 、しばしばもう１つの周波数における感度を犠牲にすることによって達成される 。

コイルを円偏波モードで動作させることができれば、感度の向上と送信出力の低 減を実現することができる。（Ｃ，−Ｎ　ＣｈｅｎｌＤ、１．Ｈｏｕ　Ｉ　ｔ、 ｖ。

Ｊ、５ａｎｋ、Ｊ、Ｍａｇｎ、Ｒｅ５ｏｎ、５４．３２４−３２７　（１９８３ ）を参照）。単純な共鳴コイルが生じるような直線的に振動する磁場は、振幅が 等しい２つの円偏波成分の和として与えられる。同様に、十分に絶縁された２個 の単一同調コイルの直線的に振動する磁場同士か、あるいは「鳥かご型」コイル （Ｈａｙｅｓら、Ｊ、Ｍａｇｎ、Ｒｅ５ｏｎ、　、６３．６２２−６２８（１９ ８５）を参照）のようなマルチモード構造の十分に絶縁された基底モード同士を 結合することによって、核の歳差運動に一致する単一の円偏波磁場を発生させる ことができる。円偏波コイルは、２つの共鳴回路を同調させることが必要な交差 コイル二重同調プローブと類似している。しかし、同じ周波数にする場合は、独 立して動作させるために高度な電気的絶縁を必要とするという点で異なっている 。

ＮＭＲ分光学の臨床応用の多くは、従来の高磁場を用いた化学ＮＭＲ分光学が出 発点となっている。二重およびは三重同調プローブを使用するが、その中の１つ のチャネルが伏夷的には重水素に同調しており、これをシミングおよび磁石の磁 場安定化に使用する。試料に加えられた、おもに重水素を含む少量の媒質からＮ ＭＲ信号を誘導する。別の応用では「Ｘ−核」、すなわち周波数が低く存在量が 少ないため感度が低い核からのスペクトルの捕捉を伴うが、核オーバーハウザー 効果（ＮＯＥ）と、陽子の周波数で変調した信号を試料に照射することで引き起 こす陽子スピンのデカップリングを用いて、これらの核の感度を向上させること ができる。ＮＯＥは、周波数が高（、より大きな偏極を示す陽子スピン群から偏 極を遷移させることによって、Ｘ−核の偏極を増大させる。最後に、互いに近接 した２つの核群に対し同時に、あるいは間隔を変化させなからＲＦパルスを適用 して、化学結合および他のスピンに関する情報を引き出す異種核実験が行なわれ ている。陽子の信号の感度の高さに依存することによって、非常に存在量が少な く感度が低い核について、構造的および力学的な情報を引き出すこの種の実験を 「間接的な」実験と呼ぶ。

医療ＮＭＲ分光学を行なう場合、ＮＭＲ装置は一般的に水素原子の陽子（ＬＨ） 、リン３１（３ＩＰ）、あるいは炭素１３（１３Ｃ）のような単一の核を観測す るために構成されている。リンを含む代謝産物は組織の状態を示す重要な指標で あるため、組織のリンのスペクトルの捕捉と分析に向け、相当な努力が行なわれ てきた。ヒトの組織からリンおよび他のスペクトルを高感度に捕捉することは、 組織を確認して特徴付けを行ない、治療に対する反応を追跡するための技術とし て現在研究されている。特にヒトの脳に対しては、感度を改善するために軸方向 の長さを短縮した鳥かご型コイルが開発されている（米国特許番号４゜８８５． ５３９を参照）。このコイルは長さを短縮し、通常は非常に導電性が高い組織内 のＲＦうず電流損失を低減することによって、回路のＱを改善している。

しかし、第一に組織からの水素原子の陽子共鳴を用いて静磁場Ｂ０をシミングす る必要があることと、第二に、のちにスペクトルデータと患者の組織との相関を 得るために患者の陽子画像を得る必要があることから、患者の検査が複雑化する 。

典型的な例では、シミングと画像化を行なうために陽子周波数に同調させた独立 コイルを使用し、続いて　ｉｎ　ｖｉｖｏ　でスペクトルを捕捉するためにその コイルをリンのコイルに置き換える。両方の周波数に二重に同調したコイルを使 ｍす麿ば、検査の間に！Ｐ、者を磁石から移動する−１かないことは明らかであ る。

したがって、患者の検査時間が短縮される。二重同調共鳴器のもう１つの利点は 、適切なデカップリング波形を第二の、陽子の周波数で送信することによって陽 子デカップリングを行なえることである。陽子デカップリングは、異なる核スピ ン間の結合を平均化し、効果的に除去することによってＸ−核の解像度と感度を 向上させる。デカップリング効率は、送信出力の増大に伴って高まる。しかし、 ■。

５テスラの磁場Ｂ０において、線形モードで動作するヘッドコイルからの出力累 積量は、ＦＤＡの指針に記載されている許容限界値に近づく。出力累積量は、高 い周波数では組織での損失力吹きいため、磁場Ｂ。に従って増大する。したがっ て、二重同調共鳴器の陽子チャネルの動作を円偏波モードで行なうことによって 、出力累積量を低減することができ、および／またはデカップリング効率を改善 できることは明らかである。

現存する方法を用いたのでは、同時に両方の周波数で円偏波（ＣＰ）モードで動 作する二重同調共鳴器を実現することは不可能であった。二重同調ＣＰ体積共鳴 器を実現する試みとしては、通常の単−同調鳥かご型コイルの導体にリアクタン ス素子を導入して二重に共鳴させる試みが行なわれた。（Ａ、Ｒ，Ｒａｔｈ。

Ｊ、Ｍａｇｎ、Ｒｅ５ｏｎ、　、８６．４８８−４９５　（１９９０）を参照） 。コイルのインダクターよりも損失が小さくなるようにコンデンサーを選ぶと、 もう一方の単一同調コイルの性能に比べて低周波数モードでは著しい効率の低下 を被る。二重同調を実現するこの方法の別の特徴は、インダクターを追加しても 、試料中での２種の周波数のＲＦ磁場Ｂの発生に実質的に寄与しないことである 。同調素子間の強い相互作用のために、これらの共鳴器は２つのＮＭＲ周波数に おいて複雑な同調、整合、およびモードアラインメントの問題を示す。２つの周 波数の同調、整合、モードアラインメントの過程は反復性の過程であるが、反復 によって必ずしも最適な結果に至るとは限らないものである。したがって、これ らの二重同調共鳴器では、円偏波モードにおける本来の同時動作はいまだに不可 能である。

発明の概要 本発明は、２つの選択したＮＭＲ周波数において、同時に、または空間的に直交 して連続的に、あるいは円偏波モードで動作することが可能な体積共鳴器を提供 することを主要な目的としている。

本共鳴器は、２つまたはそれ以上の自然に存在する別々な核に対する、２つまた はそれ以上のＮＭＲ周波数で同時に動作するような、複数モードでの動作を意図 している。本発明によれば、分光学検査の間に患者の陽子（ＩＨ）画像を得るこ とが可能である。装置のハードウェアに直接的な変更を行なうことにより、２つ の周波数の分光学データが得られる。例えば、患者を移動することなく検査の分 光学の部分で１Ｈと！ＩＰの核からの両方のデータを得ることも可能である。二 重層波数共鳴器を動作させる別の方法は、「陽子デカップリング」と呼ばれる手 法のために、コイルのＩＨチャネルを使用する方法である。規定のデカップリン グ波形が陽子の周波数で共鳴器に与えられると、組織の中のリン−陽子を含む代 謝産物から多数のリンの信号が生じ、信号の強度および鮮鋭度の両方の感度の向 上がみられる。

本発明の共鳴器の利点は以下のように要約することができる：（１）２つの周波 数で２種の核から連続的および同時にＮＭＲデータを捕捉するような共鳴器の動 作。

（２）コイルを構成するために複数の導体を使用することによって共鳴器の円筒 形の軸に沿って十分に均一な高周波磁場を提供し、第二の核（ＩＨ）を励起し、 検出するような、共鳴器の効率を向上させる動作。

（３）各周波数の基底モードまたはに＝１モードが独立して同調し整合すること を可能にするような、２つのＮＭＲ周波数間での回路量相互作用の低減。

（４）各周波数の基底モードまたはに一１モードが独立して空間的に整列するこ とを可能にするような、２つのＮＭＲ周波数間での回路量相互作用の低減。

（５）両チャネルを円偏波（空間的に直交）モードで動作させた時の、各原子核 からの受信信号の感度またはＳＮ比の改善。

（６）共鳴器を各周波数において円偏波モードで動作させた時に必要な送信器出 力の低減。

（７）円偏波モードにおいてコイル周囲の余弦分布電流によって与えられる、共 鳴器の軸の周囲に均一であるような高周波または磁場馬。

上述のようにこれらの共鳴器は臨床および高磁場研究環境の両方に有益である。

二重高周波共鳴器は、現在は、頭部および四肢についての臨床分光学研究に使用 されている。高磁場研究環境では、体積の大きな試料、特に細胞と組織に血液が 潅流している、ｉｎ　ｖｉｖｏ　における調査といった研究に早期に応用するこ とが期待される。５ｍｍおよび１０ｍｍの試料管を使用する規模を縮小した設計 での早期の使用も考えられる。さらにのちの応用としては、現在得られる６００ ＭＨｚの装置のような非常に強い高磁場を用いる、高解像度分光学のプローブへ の応用が期待される。

さらに具体的には、本発明はＮＭＲで使用する通常は円筒形状である二重高周波 体積共鳴器に関連するものである。本共鳴器のコイルは、４つのリング状の高周 波電流経路をもつ。本コイルはまた、それぞれの組が互いに等間隔で配置された 通常は平行な３組の経路をもつ。隣接した経路と隣接したリングは、それによっ て電流閉回路を形成する。それぞれの閉回路には少なくとも１つの独立したコン デンサーが配置されて閉回路を遮断し、導体の自己インダクタンスを含む各閉回 路のインダクタンスとの組み合わせによって、共鳴周波数回路を形成する。

図 本発明をさらによく理解するために、以下の図面に対し引例を設けた。

図１ａは、先行技術の単一同調ローバス型体積共鳴器の部分展開図である：図１ ｂは、先行技術の二重同調バンドストップ型体積共鳴器の部分展開図である： 図ＩＣは、先行技術の二重同調ローパス型体積共鳴器の部分展開図であるニス２ ８は、本発明によるＮＭＲ二重ＲＦ共鳴器の好ましい物理的実施例の透視図であ る。

図２ｂは、図２ａの共鳴器を回路図の形で同様に描いた図であるが、コンデンサ ーの位置と入力／出力の容量性結合部を示している；図３ａは、図２ａに示す構 造の、独立して動作することが可能なローパス型体積共鳴器として機能する内側 閉回路のみのコンデンサーを、分析のために示した図式的な図である。

図３ｂは、図３ａの円筒形共鳴器のメツシュの等価回路の展開図の一部である： 図３０は、図３ｂの回路の個々の反復回路ユニットを描いた図である：図３ｄは 、図３８から３ｃの回路の周波数応答に対する反射出力を、図３ａに示した共鳴 器のローパス部分上に配置された誘導性結合閉回路を用いて描いた図である； 図４ａ−４ｃは、図３ａ−３６に対応する図であるが、独立に動作可能な共鳴器 の外側のローパス構造の１つを図式的に描いた回路図である。

図４ｄは、図４ａ−４ｃの回路の周波数に対する反射出力を、図４ａに示す共鳴 器の外側のローパス部分に配置された誘導性結合閉回路を用いて描いた図である ； 図５ａは、構造内に含まれるすべてのコンデンサーを含む、図２ｂに図式的に示 した二重ＲＦ体積共鳴器全体についての展開図の一部である；図５ｂは、図５ａ の回路の個々の反復回路ユニットを描いた図である：図５０と図５ｄは、図５ａ および図５ｂの回路の周波数応答に対する反射出力を、内側および１個の外側構 造の部分に重なる誘導性結合閉回路を用いて描いた図である： 図５ｅは、体積共鳴器の物理的な中心に配置された誘導性結合閉回路を用いて、 同一の回路の周波数を描いた図である；図６８は、例えば、５６ＭＨｚ付近で動 作可能な図４ａ−４ｄの２個のローパス型共鳴器のうちの１個の、２つの線形な に一１モード９０の配向を示す図である； 図６ｂは、例えば、５６ＭＨｚ付近で動作可能な第二の外側ローパス型共鳴器の ２つの線形なに一１モード９０の配向を示す図である；図７８は、内側のローパ ス構造を介して強く結合し、５６ＭＨｚ付近で動作する図６ａおよび６ｂの外側 構造から生じる２個の外側ローパス型体積共鳴器の逆回転基底モード９０の配向 を示す図である；図７ｂは、内側のローパス構造を介して強く結合し、６４ＭＨ ｚ付近で独立して動作する図６ａおよび６ｂの外側構造から生じる２個の外側ロ ーパス型体積共鳴器の同回転基底モード１００の配向を示す図である：図８８は 、外側構造の正弦分布する逆回転電流と、この電流によってその中に発生する、 ２個の外側ローパス共鳴器の電流のために内側構造を横切って同じ極性をもつ電 位を描いた図である： 図８ｂは、外側構造の正弦分布する同回転電流と、この電流によってその中に発 生する、内側構造を横切って反対の極性をもち、それによって内側ローパス構造 の導体セグメントを越えて電流が流れるようになるような電位を描いた図である 。

図９ａは、内側共鳴構造の高周波磁束線を、コイル縦軸方向を通る平面で描いた 図である： 図９ｂは、内側構造を介して結合した外側共鳴構造の高周波磁束線を、コイル縦 軸方向を通る平面で描いた図である：図１０は、本発明の好ましい物理的形状を 平面に展開した表現で表し、好ましい実施例で利用した取付は支持部を示す図で ある。

図１１は、以下の図と直接比較するための、図２ｂと図１０の好ましい実施例の 回路の部分展開図である。

図１２．１３、■４は、本発明の別の回路構成の実施例を示す、図１１と同様な 部分展開図である。

先行技術 従来の方法によって与えられる磁場Ｂ。は、ＮＭＲのＺ軸の方向を向いており、 またその方向を限定していると考えられる。単純な共鳴回路の一部であるＲＦコ イルは、同相で振動する１種類の電流分布をもち、試料全体わたって線形に偏波 した高周波磁場Ｂ、を発生する。与えられた磁場Ｂ０（普通はＺ軸方向を向いて いると考えられる）を横切るＢ１の線形に振動する成分Ｂ１□は、送信の間、既 定の方法で核を章動させる。同様に、コイルは相反性原理により、Ｂ１！Ｔの大 きさによる重みが加わった形状をもつ信号を試料の核から受信する。

多くのＮＭＲ実験あるいはパルス列では、ＮＭＲプローブを（時間的に連続的ま たは同時に）２つの周波数で動作させることが望ましく、しばしば不可欠である 。これを実現する方法が２種類あることはかなり早くから知られていた。第一の 方法は、交差した、あるいは空間的に垂直な２つのＮＭＲコイルを用いることに よって得られる絶縁を利用するものである。第二の方法は、単一のＮＭＲコイル を使用し、インダクター−コンデンサ一対を追加して二重に共鳴を起こすもので ある。多重結合タンク回路と呼ばれるもう１種類の多重同調共鳴回路は、独立に 共鳴する回路を強力に結合することによって構成される（Ｍ、Ｄ。

５ｃｈｎａ　Ｉ　Ｉら、Ｊ、Ｍａｇｎ、Ｒｅ５ｏｎ、６７．１２９−１３４（１ ９８６）を参照）。この回路の結合は反応性であり、容量性、誘導性あるいはそ の両方の性質をもつことができる。はぼ同じ共鳴周波数の２つの共鳴回路を互い に強力に結合すると、個々の共鳴回路に異なる周波数の２つのモードが生じ、そ の電流は互いに同相あるいは逆相のどちらか一方になる。どちらの種類の二重共 鳴回路の場合も、共鳴対の中の電流は両方の周波数で流れる。したがって、共鳴 対のどちらか一方の同調または整合が１つのモードになれば、つねに第二のモー ドも生じる。

与えられた磁場Ｂ０を横断するような円偏波磁場Ｂ１を生じるコイル構造を使用 することによって、ＮＭＲプローブの送信効率をさらに向上させることができる ことはよく知られている（Ｃｈｅｎらを参照）。線形偏波コイルの中では、送信 器出力は左回りおよび右回りの円偏波の間で等分に分れている。これらの偏波の うちの１つのみが核の歳差運動に一致するので、単一偏波を直接発生させること によって、出力を半分に低減することができる。相反性により、試料から検知さ れる信号は同様にして２倍になる。一方、偏波を検知するために使用する２つの 線形チャネルからのノイズは相関をもたないので、利得の等しいチャネルでは２ の平方根を係数として増大する（ノイズの振幅は直角に足し合わされる）。した がって、円偏波コイルを使用することによって、感度の２の平方根による正味の 増大が得られる。

円偏波コイルの簡単な実施例は、２個の円形ループ状コイルを互いに対して９０ 度の方向に向けたものである。各単一同調コイルのボートに送信出力を位相を９ ０度ずらして与えると、２つのコイルの中央に単一の円偏波が発生する。同じ方 法で、コイルの各ポートからの自由誘導信号を直角に結合するか、あるいは９０ 度ずらせば、試料の歳差運動を行なう核によって与えられるような、単一の円偏 波のみが検出される。円偏波コイルのもう１つの実施例は、その外観から「鳥か ご型」と呼ばれている共鳴器である（Ｃ，Ｅ、Ｈａｙｅｓら（１９８５）と、米 国特許番号４，６９２，７０５および４，６９４．２５５を参照）。インダクタ ンス−コンデンサーが分布したこの型に特徴的な構造は、多くの電気的なモード をもっている。基底電気（ｋ＝１）モードは、コイル内部に空間的に直角で線形 に振動する２つのモードを提供する（Ｊ、Ｔｒｏｐｐ　（１９８９）を参照）。

これらのモードは、コイル表面で電流が余弦曲線状に分布することによって、試 料を横断するさらに均一な磁場Ｂを提供する（Ｈｉｎｓｈａｗ１特許番号４．４ ３９．７３３も参照）。この共鳴器の画周波数における円偏波モードでの駆動は 、図１８に示すように入力／出力結合点を容量的に横切るか、あるいはその１つ を図３８または図４８に示すように９０度ずらして配置した結合閉回路で誘導的 に行なうことができる。整合回路はその回路のそれぞれの電気モードとしか結合 しないということは、非常に重要である：与えられたポートと両方の電気モード を結合すると、結合の相対的な極性に従って、送信器または受信器のどちらかの 能率を急速に低下させる。結合ポートの間で測定した電気的絶縁度は、各ポート がその指定された線形の（ｋ−１）モードとのみ結合する程度の尺度となる。コ イルの周囲に取り付けられた可変コンデンサーは、線形モードを回転させ、整Ｊ １１するために使用する。線形モードとそれぞれの結合部分が適切に整列すると 、ポート間には高水準の電気的絶縁が実現する。整合するポート間の弱い結合と いう条件のもとでは、他のポートにおける出力電圧と入力電圧の比はにＱ／２と なる。ここでには電磁結合係数で、Ｑは回路のＱである。したがって、Ｑが高い コイルでは、電圧比を１よりもずっと小さくするためには、高水準のモード絶縁 が必要となる。実際問題としてわれわれは、この値を０．０３　（−３０ｄＢ） 、あるいは、優れた送信器／受信器性能の場合はこれよりも大きくするべきであ ることを見いだした。

円偏波コイルの二重同調を意図した場合、プローブの同調、整合、モードアライ ンメントに関して起こりつる素子間の相互作用が数多く存在する。例として、わ れわれは図１ａのローパス型鳥かご型共鳴器を用いる。このコイルは実際には、 等間隔に配置された同一の接続導体１４をもつ閉じたリング状導体１０と１２の 対をそなえ、その導体のそれぞれはバイパスコンデンサー１６を含む。リング状 導体ＩＯおよび１２に、インダクター−コンデンサーの対を挿入するという標準 的な方法を用いてこの回路を二重同調にすると、図１ｃのバンドストップ型の鳥 かご型共鳴器になる。図１０の各接続経路１４”はコンデンサー１６”を含む。

それぞれの閉じたリング状導体ｌＯ”および１２”の中には共鳴回路が接続され ており、リングｌＯ“には共鳴回路２４が、またリング１２”には共鳴回路２６ が接続されている。共鳴ループ２４のそれぞれは、コンデンサー２８とインダク タンス３０を並列に含んでいる：共鳴ループ２６のそれぞれは、コンデンサー３ ２とインダクタンス３４を並列に含んでいる。同じように、接続導体１４”　の 中にインダクター−コンデンサ一対１８を挿入することによって図１ａの回路を 二重同調にすると、図１ｂのローパス型共鳴器になる（Ｇ、ｌ５ａａｃら、Ｊ。

Ｍａｇｎ、Ｒｅ５ｏｎ、８９　：４１−５０　（１９９０）を参照）。各接続導 体１４の中には、コンデンサー２０とインダクター２２を並列に含む共鳴回路１ ８がある。図」Ｃでは容量性結合３６と３８で示しているように、Ｑ　ｌ　ａ　 −、１ｂ　Ｎ１ｃの回路のいずれの場合も、両方のＮＭＲ周波数の入力および出 力として、容量性あるいは誘導性の結合を使用することができる。各ＮＭＲ周波 数で２倍の線形モードが生じることから、二重同調型は二重同調線形コイルに比 べてさらに多くの周波数量相互作用を示すことが明らかである。各周波数の線形 モードを整列する必要があるため、相互作用の数はさらに増大する。十分に整列 された共鳴器の場合でさえも、複雑な同調−整合相互作用が存在することが明ら かである。各モードの組の間の高度な絶縁のため、すべの調整の中で最も影響を 受けやすいのは、両周波数におけるモードアラインメントである。相互作用には １つの周波数での同調が含まれているため、モードアラインメントとそれによる 他の周波数での整合は繰り返し循環するが、その繰り返しは必ずしも最適な同調 、モードアラインメント、整合に向かって進むわけではない。「帯域消去」二重 同調鳥かご型についての初期の研究（Ａ、Ｒ，Ｒａ　ｔｈ、　、Ｊ、Ｍａｇｎ、 Ｒｅ５ｏｎ、８６　：４８８−４９５　（１９９０）を参照）と、「ローパス」 二重同調鳥かご型（Ｉｓａａｃらを参照）では、共鳴器の本来の同時動作は、両 周波数で直交するという条件下では達成されなかった。したがって、完全な同調 と整合およびコイルのアラインメントを迅速に実現するためには、これらの相互 作用を低減または除去することができるような共鳴器を設計することが不可欠で ある。整合とモードアラインメントに対して試料の大きさと形状の変動が最大の 作用を発揮するような臨床応用と、ｉｎ　ｖｉｖｏ　での応用にとって、このこ とはさらに重要になりつつある。

インダクター−コンデンサ一対で二重同調にした鳥かご型共鳴器の磁場Ｂ１は、 まず鳥かご型コイルの導体に流れる電流によって誘導される。各周波数における 磁場Ｂ、の全体の分布は本質的に同じになる。頭部の分光学に最適となるように 長さを選んだ短い鳥かご型コイル形状の場合、画像化と陽子デカップリングの目 的に対しては、陽子周波数における磁場の変動が大きすぎる。陽子デカップリン グのために１つの周波数を陽子に同調させると、試料中の陽子磁場Ｂ１が通常の 値からかなりずれている領域、例えばその値が半分に低下しているコイル中心の ような領域では、デカップリング効率が減少してしまう。試料の重要な部分に生 じうる不適切なデカップリングは、観察しているＸ−核のスペクトル上にアーチ ファクトを生じる原因となる。

発明の詳細な説明 本発明は、２つの周波数のそれぞれにおいて、円偏波モードで同時に動作するこ とが可能な二重ＲＦ共鳴器を含む。従来実施されてきた研究では、図１ａに示す 先行技術のコイルを１．５テスラでのリンの周波数（２５，６７ＭＨｚ）に同調 させ、ヒトの頭部から質の高い分光学データを入手するためにこのコイルが使わ れてきた。この研究では、二重共鳴器の第二の周波数は、水素原子の陽子の周波 数６３．４３ＭＨｚで動作するように設計されている。臨床分光学の研究ではリ ンや周波数の低い他の棋を含むため、単一の同調から二夏同調馬かこ共鳴器に変 更する際の感度の低下が数パーセントを超えないようにすることが特に重要であ る。これを超えると、二重同調共鳴器の第二の周波数による陽子原子核のデカッ プリングの有効性が損なわれてしまう。同様に、陽子周波数における感度、送信 効率、磁場Ｂの均一性の低下は、デカップリング効率と陽子画像の質を損なうこ とになる。二重同調共鳴器の主要な技術的目的の詳細は、（１）２つの周波数に おいて同時に送信／受信を行なう能力を提供すること、（２）両周波数において 円偏波モードで動作すること、（３）周波数間での回路の相互作用を低減し、空 間的に直角または線形のモードを、これらのモードのそれぞれの結合部で空間的 に整列させることができること、（４）周波数間での回路の相互作用を低減し、 各周波数における電気モードを個々に同調、整合できるようにすること、そして 、（５）両方の周波数において試料の領域に均一な磁場馬を得ること、である。

二重ＲＦ共鳴器の好ましい実施例を図２８に示し、その概要を図２ｂに示すが、 この共鳴器は「４リング」鳥かご型共鳴器と呼ぶことができる。この点に関して は、１９９０年８月２８ｉこ出願した、同時係属出願の米国特許出願番号５６１ ゜８９８と、１９９０年１０月２５８１こ出願した米国特許出願番号６０３，９ ４７で開示したＲＦ共鳴器にその幾何学形状がよく似ている。同じ軸上にあり、 同じ直径をもち、コイル軸に沿って配置された「鳥かご」の円筒形の範囲を限定 する４つの導体リング５９．５６．５８．６０は、上記に列挙した目的を達成す るために必要である。この実施例は、２つの項目において好ましい：第一にそれ は先行技術と電気的に異なっており、第二に独自の形状をもっためである。形状 に対応して、図２ａに見ることができるように、好ましくは透明な絶縁材料で作 られた仕切りのある管４０の上に、コイルが支持されている。さらにこれは、患 者の頭部をその管の中に入れることができるように、十分大きなサイズで製造可 能であることが望ましい。この管の外側の円筒形の表面は、複数の長方形あるい は矩形の開口４４．４６．４８を全体にそなえた箔またはシート４２で覆われる 。この例では、開口は円筒の構成要素に沿って整列し、中央の開口４４と、一方 の端部の開口４６およびもう一方の端部の開口４８は、円周方向は同じ幅をもつ が軸方向の長さは異なる。開口４４．４６、および４８は、それぞれ円周方向に 互い１こ′ｉｐ面隔面一−置され℃いる。これりの開口がユいに寺間隔に配置さ れ、その大きさが同じであるだけでなく、この開口の間にある導体セグメント５ ０．５２、および５４もそれぞれ同じ大きさである。開口４４と４６の間には円 周方向に連続したリング５６があり、４４と４８の間には連続したリング５８が ある。外側の端部には、連続したリング５９と６０がそれぞれそなわる。連続し たリング５６と５９、および５８と６０の間のそれぞれのストリップセグメント ５２と５４は、コンデンサー６２と６４でそれぞれ橋渡しされた間隙によって遮 断されている。

連続したリング５６と５８の間のストリップセグメント５０もまた、同様にコン デンサー６６で橋渡しされた間隙によって遮断されている。

好ましい実施例について、管状の支持体で形成される平らなシートという表現を 用いて記述してきたが、ワイヤ、導電性チューブ、平面導体テープあるいはそれ らを組み合わせた個々の導電性素子によって導体を構成できることは、技術に精 通した者によって理解されるものである。

図２ｂの好ましい実施例では、リン（Ｐ−３１）の周波数のローパス共鳴構造は コイル中央部に含まれ、２つの離れた内側リング５６と５８、その間の導体接続 セグメント５０、コンデンサー６６によって範囲が定められている。導体セグメ ントはコイルの縦軸に対して、および互いに平行であり、リングで区切られた円 筒のまわりに均等に配置される。内側の、均等に配置された導体リングの対５６ および５８と、均等に配置されたそれらを接続する導体セグメント５０によって 形成されるコイルの部分を、ここからは「内側構造」と呼メζ２つの外側のロー パス鳥かご型構造は、内側のローパス構造と共通のリング５６．５８を共有する 。

内側リング５６．５８と外側リング５９．６０の間には導体セグメント５２．５ ４が伸びている。セグメント５２．５４はコイルの縦軸に対して、および互いに 平行であり、リングで区切られた円筒のまわりに均等に配置される。コンデンサ ー６２．６４は導体セグメント５２．５４の中の、導体リング５６．５８および ５９．６０のそれぞれ中間に付加される。内側構造の導体セグメント５０と外側 構造のセグメント５２．５４は共鳴器の縦軸に対して平行であり、互いに一列を なしている。共鳴器に対する入力と出力の結合は、誘導性または容量性のどちら にもすることができる。図２ｂの場合、内側構造の線形モードへの容量性結合は 、入力／出力端子６１および６７を、選択したＮＭＲ周波数で使用することによ って実現することができる。内側構造の円偏波モードによる動作は、端子６１と ６７に対し、位相を互いに９０度ずらして同時に結合することによって実現する 。同様に、内側構造を介して強く結合した外側構造を円偏波モードで動作させる ための容量性結合は、入力／出力端子６３ａまたは６３ｂ１あるいはその両方を 選択した周波数で使用するか、さらに、端子６５ａまたは６５ｂ、あるいはその 両方を同じ周波数で位相を９０度ずらして使用することによって実現する。

内側構造と外側構造の対を分離して動作させることが、後述するように基本的な 特徴となっている。図３ａから図３ｃ、図４８から図４Ｃに示すこれらの各構造 の集中素子等価回路のそれぞれと、図５ａおよび図５ｂに見られるこれらの構造 を結合することによって形成される複合構造を研究することによって、図２ｂに 図式的に描いたコイルについてさらによく理解することができる。集中素子のイ ンダクタンスは、添え字りを付けて表すセグメントの番号すなわち５２Ｌ、５３ Ｌ、５６Ｌ、５８Ｌとして示し、またキャパシタンスがセグメントを分割する例 ではＬおよびＬｏを用いて６２Ｌ、６２Ｌ’　、６４Ｌ、６４Ｌ’　、６６Ｌ。

６６Ｌ°　として示す。

本コイルの内側構造は、図３８に示すように内側導体セグメントにコンデンサー ６６を取り付けるだけで、従来のローパス型「鳥かご型」共鳴器として独立して 動作させることができる。これは、外側導体セグメントが遮断されているため、 外側のメツシュに電流が流れることができないためである。さらに、内側構造は 通常の方法を用いて平衡はしご状回路網を形成することができるが、その一部を 図３ｂに示す。図３ｂにＢとＣで表されている点と、Ｂ゛とＣ′で表されている 点をそれぞれ結合することによって、内側構造の全回路が形成される。はしご状 回路網は、図３Ｃの１６個の反復回路ユニットによって構成される。インダクタ ー５６Ｌと５８Ｌは、内側構造の導体リング対に沿った各リングセグメント５６ ．５８を組み合わせたインダクタンスを表す。これらのインダクターはすべて相 互に誘導性に結合している。同様に、内側構造の導体セグメントと結合したイン ダクター５ＯＬおよび５０Ｌ゛は、互いに誘導性に結合し、他のすべての導体セ グメントのインダクターとも結合している。図３ｂの回路網は、反復回路ユニッ トが従来のローパスフィルターと類似していることから、「ローパス」構造と呼 ぶ。

与えられた周波数では、反復素子を通る電圧は実質的にΔφだけ位相がずれる。

このコイルは、端子Ｂ−Ｃと端子Ｂ’−Ｃ’の間の累積した位相のずれが、２π ラジアンの整数倍であるときにのみ共鳴する。すなわち、Ｎ個の支柱のコイルで は、ＮΔφ＝にπ２、となる。ｋはモード番号と呼ばれ、Ｎ個の支柱のコイルで はＮは偶数であり、Ｎ／２≧に≧１である。ｋ＝１からに冨（Ｎ／２）−１のモ ードは、互いに結合した２つの直交モードをそなえる。これらの各モードは独立 に同調し、励起することができる（米国特許番号４．６９２，７０５を参照）。

図３ｄは、コンデンサー６６の１つを中心に合わせて上方に置いた直径８ｃｍの 誘導性閉回路６７を使用して、１６個の支柱をもつ内側ローパス構造の８つのモ ード、８０．８１．８２．８３．８４．８５．８６．８７を測定したものである 。Ｙ軸は、インピーダンスブリッジとＨｅｗｌ　ｅ　ｔ　ｔ−Ｐａｃｋａ　ｒｄ のネットワークアナライザー４１９５Ａを使用して測定した、閉回路からの反射 出力である。コンデンサー６６の値は約６６ピコフアラツドであった。これらの モードの中で、ｋ＝１のモードのみが均一なＲＦａＢ、をコイルの中央領域に発 生する。

ｋ−１のモード８０は直交モード、すなわち、一般に２つの直交するモードある いは独立に動作する線形モードで構成され、コイルの導体素子の中にそれぞれコ イル軸に関して正弦曲線状および余弦曲線状の電流分布を発生するモードである 。

後者は、それぞれ線形に振動する垂直な２つの磁場Ｂ１をコイル内部に発生する 。

より高い周波数で生じる高次のモードはそれぞれ、より均一性の低いＲＦ磁場を 誘導し、これらの磁場のすべては、図３８に示すコイルの中央部で振幅がゼロで ある。コイル軸に関してＮ倍の対称性をもつ理想的な共鳴器、すなわち、等しい 大きさのコンデンサー、等間隔で配置された大きさの等しい導体セグメント、そ して等しい大きさの導体端部リングセグメントをもつ共鳴器では、同一の周波数 で共鳴し、選択的な配向性をもたないため、ｋ＝１線形モード８０は識別不能で ある。コンデンサーの値が僅かに不均等で、導体が僅かに不均一であるような、 通常存在する非対称なコイルでは、モードは線形になり、空間的には互いに直交 し、選択的な配向性をもち、僅かに異なる周波数で共鳴することになる。（Ｊ。

Ｔｒｏｐｐ、Ｊ、Ｍａｇｎ、Ｒｅ５ｏｎ、８２　：５１−６２　（１９８９）を 参照）。図３８に示す結合６７は単一線形偏波モードへの結合に適した単一の誘 導性結合器をそなえ、誘導性である。内側構造の両方の線形偏波モードに結合し 、円偏波動作を実現するためには、コイル軸に関してほぼ９０度離して配置した このような２個の結合器が必要である。

図４８では、コンデンサー６４が導体セグメントの上に取り付けられており、外 側構造のそれぞれはローパス鳥かご型共鳴器として独立に動作可能である。コン デンサー６６と６２がないので、内側構造あるいは反対側の外側構造には電流が 流れない。内側構造と反対側の外側構造の間の導体リング５６では例外が起こる 。しかし、独立に動作している共鳴器の共鳴モードに対して、この導体リングが 及ぼす作用は、両者が離れているために非常に小さい。このことは、反対側のロ ーパス共鳴器を同一の値のコンデンサーで励起しても、共鳴モードの周波数のず れが事実上なかったことを観察することによって確認した。図４ｂは、図４８に 示した外側ローパス鳥かご型共鳴器の１つの集中素子等価回路である。はしご状 回路網は図４０に示した反復回路ユニットで構成される。端子ＡとＢを端子Ａ。

とＢ′にそれぞれ結合することによって、外側構造の全回路を形成する。インダ クター６ＯＬは、端部の各導体リングセグメント６０の組み合わせによるインダ クタンスを表し、インダクター５８Ｌは内側構造と共有する隣接した内側導体リ ングセグメント５８のインダクタンスを表す。これらのインダクターはすべて相 互に誘導性に結合している。同様に、外側構造の導体セグメント５４を組み合わ せたインダクター５４Ｌと５４Ｌ゛　も、すべて相互に誘導性に結合している。

内側構造と同様に、反復回路ユニットが従来のローパスフィルター回路網と類似 しているため、図４ｂの回路網はローパス構造と呼ばれる。同様に、Ｎが偶数で あるようなＮ個の支柱をもつ外側構造は、モード番号ｋがＮ／２≧に≧１となる Ｎ／２個の独立したモードを示す。図４ｄは、コンデンサー６４の１つを中心に 合わせて上方に置いた直径８ｃｍの誘導性閉回路６７を使用して、この１６個の セグメントをもつローパス構造の８つのモード、９０．９１．９２．９３．９４ ．９５．９６．９７を測定したものである。Ｙ軸は、インピーダンスブリッジと Ｈｅｗｌ　ｅ　ｔ　ｔ−Ｐａｃｋａｒｄのネットワークアナライザー４１９５Ａ を使用して測定した、閉回路からの反射出力である。コンデンサー６７の値は約 １９ピコフアラツドであった。これらのモードの中で、ｋ＝１の線形モード９０ のみが、均一なＲＦ磁場を外側構造の内部に発生する。高次のモード（ｋ＞１） はコイル内部に不均一なＲＦ磁場を誘導し、これらの磁場のすべては、コイル軸 に沿ってその振幅がゼロである。図３ｄのに＝１モード８０と同様モード９０は 直交モードであり、コイル軸に関して正弦曲線状および余弦曲線状の電流分布を 発生するような、直交する２つの線形モードで一般に構成される。コイル軸に関 してＮ倍の対称性をもつ共鳴器、すなわち大きさの等しいコンデンサー、等間隔 で配置された等しい大きさの導体セグメント、等しい導体の端部リングセグメン ト、そして等しい大きさの導体内側リングセグメントをもつコイルでは、ｋ＝１ モードは同じ周波数で共鳴し、選択的な配向性をもたない。通常存在するような 僅かに非対称なコイルでは、このモードは線形で空間的に互いに直交し、選択的 な配向性をもち、僅かに異なる周波数で共鳴することになる。図４ａに示す結合 ６７は単一線形偏波モードへの結合に適した単一の誘導性結合器をそなえ、誘導 性である。

外側構造の両方の線形偏波モードに結合し、円偏波を実現するためには、コイル 軸に関してほぼ９０度離して配置したこのような２個の結合器が必要である。

図５ａの回路網は、図２ｂに図式的な形式で示した本発明の共鳴器の集中素子等 価回路である。本共鳴器の完全な回路は端子Ａ、Ｂ、Ｃ，およびＤを、端子Ａ” 　、Ｂ’　、　Ｃ’　、Ｄ’　にそれぞれ接続することによって形成される。図 ５８の複合平衡はしご状回路網は、図５ｂに示した反復回路ユニットで構成され る。すべてのコンデンサーを取付け、すべての電流経路を閉じると、二重同調共 鳴器の内側構造と外側構造は、付加相互インダクタンス、付加回路接続を介して 結合する。内側構造は、それぞれの外側構造と共通の内側リングセグメント５６ および５８を共有するので、内側構造と各外側構造の間の相互誘導性結合は強力 である。

しかし、低い周波数においては、外側導体セグメント５２および５４の電流経路 がコンデンサー６２と６４の高いインピーダンスによって遮断されているため、 リンの低い周波数での電流は、最初は内側構造に限定される。端部の導体インダ クター５９Ｌと６ＯＬが大きく離れているために、内側のリングインダクター５ ８Ｌと５６Ｌに対する両者の相互誘導性結合は非常に弱い。インダクター５２Ｌ 、５２Ｌ’　と、５４Ｌ、５４Ｌ′の間もまた離れているために、これらのイン ダクターも互いに弱く相互誘導性結合しているにすぎない。したがって、２つの 外側構造は弱く相互誘導性結合しているにすぎない。上述したように、連続的な 方法を用いて２つの外側構造を励起し、まずコンデンサー６４、続いて６２を取 り付けることによってこのことを確認した。第二の励起を行なっても、図４ｄの 第一の外側構造のモード構造に目立った変化は認められなかった。したがって、 ２つの外側構造の結合は、まず導体内側セグメント５０を介して生じる。内側構 造の低い周波数を同調するために最初に使用した内側セグメントのコンデンサー ６６は、高い陽子の周波数においては、内側セグメントのインダクター５０Ｌと ５０Ｌ゛に比べて低いインピーダンスをもつ。本実施例の場合、このことは、コ ンデンサー６６を短絡しても陽子周波数の上方への僅かなずれを観察したにすぎ ないことから確認した。したがって、最初は内側セグメントのインダクター５Ｏ Ｌと５０Ｌ°を介して外側構造のに＝Ｌモードの結合が行なわれる。

この形式の複合体積共鳴器についての正規の分析理論は存在しない。しかし後述 するように、共鳴内側構造と、内側構造を介して強く結合し共鳴外側構造の組は 実質的に独立して動作し、ｋ＝１の基底モードでは独立した共鳴器として扱うこ とが可能である。図３ｄのモードは、外側構造にコンデンサーを使用せず、内側 構造のコンデンサー６６に６６ピコフアラツドのコンデンサーを用いて観察した ものである。二重同調共鳴器を励起するために外側構造の両方に１９ピコフアラ ツドのコンデンサー６２と６４を取付けると、図５０と図５ｄの２４個の独立し た共鳴器の結合を観察した。これらの共鳴は、図３ａと同じ誘導性結合閉回路６ ７を、内側構造と片方の外側構造の両方を部分的に覆うように共鳴器の上方に閉 回路を配置して使用し、反射出力を観察したものである。これらのモードの中で 、８つのモード８０．８１，８２．８３．８４．８５．８６．８７はローパスモ ードであるが、これは閉回路を内側構造の上方だけに配置することによって確認 した。のちに説明するように残りの１６モードの中の８つのモード９０．９１． ９２．９３．９４．９５．９６．９７は「逆回転」モードと呼び、他の８つのモ ード１００．１０１．１０２．１０３．１０４．１０５．１０６．１０７は「同 回転」モードと呼ぶ。図３ｄのローパスモードの位置を図５０のものと比較する と、外側構造を励起することの効果は、ｋ＝１モード８０、ｋ−２モード８１、 ｋ＝３モード８２を僅かに低い周波数（０，４５ＭＨｚ）にずらすことであり： に＝４からに＝８モード８３．８４．８５．８６．８７は影響を受けなかった。

図４ｄのローパスモードの位置を図５０および図５ｄど比較すると、外側構造を 励起することの効果は、逆回転に＝１モード９０と逆回転に＝２モード９１を僅 かに低い周波数（０，５ＭＨｚ）にずらすことであり：逆回転に＝＝３からに＝ ８モード９２．９３．９４．９５．９６．９７は本質的に影響をうけなかった。

ｋ＝１同回転ローパスモード９０はに＝３０−バスモード８２のすぐ下方に現れ 、同回転ｋ　＝　１０−パスモード１００はに＝４０−パスモード８３のすぐ下 方に現れた。２つの外側構造が存在する状態で内側構造が共鳴するという、実質 的に独立したふるまいは、結合閉回路を内側構造の上方に配置しても別のモード が現れなかったという事実に反映されている。さらに、外側構造に１９フアラツ ドのコンデンサーを加えた後でも、ローパス構造のに＝１モード８０は周波数の 僅かな下方へのずれ（０，４５ＭＨｚ）を示したのみであった。図５ｅは、本発 明の二重同調共鳴器の物理的な中心に誘導性閉回路を置き、完全に励起された共 鳴器の周波数に対する反射出力応答を描いたグラフである。僅かに２つのモード のみを観察した；内側ローパス構造のに一１モード８０と、結合した外側構造の 「同回転」ｋ＝１０−パスモード１００である。これらのモードは、コイルの周 囲に関して同相で正弦曲線状に分布する電流を生じるただ２つのモードであり、 したがって、コイルの中心に高度に均一な磁場Ｂ１を生じる唯一のものである。

コンデンサー６２または６４の組のうちの一組を図４ａに示す形状で使用して単 一の外側構造を励起することにより、ｋ＝１モードの対は、図６ａに示すような 独自の選択的な配向をもつことになる。この配向は、コイル軸に関する対称性を 乱す容量性素子とインダクターの小さな変動を反映する。第一の外側構造のコン デンサーを除去すると、第二の外側構造もまた、決められた位置にコンデンサー の第二の組を取り付けることによって図６ｂに示すような選択的な配向を示すに ＝１モードをもつ。同じ形式で両方の外側構造にコンデンサーを取付け、内側構 造のコンデンサー６６を再接続することで、各外側構造のに＝１モードの組が重 結合し、図７８と７ｂに示すように配向が固定される。配向が固定すると、２つ の新しいモードの組が形成され、それぞれがコイルの長さに及ぶ。内側構造を介 した重結合はまた、単純な共鳴回路とまったく同じ方法で、図７ａと７ｂのモー ドの周波数分離を生じる（Ｍ、Ｄ、５ｃｈｎａ　Ｉ　Ｉら、下記を参照）。この 新しいに＝１モードの周波数分離は半径方向に同じ配向をもち、それぞれ図８ａ および８ｂに示すように、正弦曲線状の電流分布をもつ。

図７８と７ｂのモードは、各外側構造の電流が反対の向きをもつことから、逆回 転に＝１モードと呼ぶ。右手の法則によれば、これらのモードがコイル内に生じ るＲＦ磁場は反対の方向を向く。これらのモードのＲＦ磁場は、縦軸に沿ったＲ Ｆ強度の線形勾配を生じ、その結果、コイル中心ではＲＦ磁場の強度がゼロにな る。このＲＦ磁場の勾配は、Ｚ軸方向における空間的な選択性を提供することに よって、回転フレーム実験に役立てることができる。［１Ｊ８ａに示したように 、各外側構造の電流の向きは、内側リングセグメント５６と５８を横切るような 実質的な電圧を生じないような向きになっている。したがって、内側構造の結合 インダクタンスの中に流れる電流が存在しないので、図５０の逆回転に＝１モー ド９０は、内側構造のコンデンサー６６をもたない場合、図４ｄに示すように分 離して共鳴する外側構造のに一１モード９０に非常に近い共鳴周波数をもつ。

図７ｂおよび８ｂのモードは、各外側構造の電流が同じ方向であり、右手の法則 によれば、コイルに生じるＲＦ磁場が同じ方向であるため、同回転に一１０−パ スモード１００と呼ぶ。図８ｂに示すように、それぞれの外側構造の電流の向き は、内側リングセグメント５６および５８を横切る協調的な電圧を発生し、その 電圧が内側構造の内側セグメント５０の中に電流の流れを引き起こすようになっ ている。内側構造は最初は外側構造を結合するためにはたらくため、内側構造の セグメント５０内のメツシュ電流の強度は外側構造のものよりは小さいが、内側 構造は、外側セグメント５２および５４内の電流と等しい強度の正弦曲線分布を もつことになる。内側構造を介して流れる電流の効果は、縦軸方向に沿った領域 と縦軸内の領域のＲＦ磁場の均一性を向上させることである。内側構造の効果は 、外側構造の誘導性結合（容量性結合とは興なる）を提供することなので、この 同回転に＝１モード１００の周波数は、逆回転に＝１モード９０より上向き（下 向きとは異なる）にずれる。（Ｍ、Ｄ、５ｃｈｎａ　ｌ　Ｉら、Ｊ、Ｍａｇｎ。

Ｒｅ５ｏｎ、６７．１２９−１３４　（１９８６）を参照）。この実施例では、 二重同調共鳴器をリンの原子核の周波数２６ＭＨｚと、水素（ＩＨ）原子核の周 波数６３ＭＨｚで共鳴させるためには、内側構造ではコンデンサーの値を約６６ ピコフアラツドに、また外側構造では約１９ピコフアラツドにするべきであるこ とをわれわれは見いだした：このそれぞれの共鳴周波数は、１．　５テスラの静 磁場Ｂ０の場合の数字である。

均一な磁場Ｂ１は、送信中の章動角のさらに一様な分布を生じ、また相反性によ り、さらに一様な受信応答性を生じる。端部の導体リング間の導体セグメント、 または支柱の数を増やすことによって、鳥かご型共鳴器の磁場Ｂ１の、ｘ−ｙ平 面内とその縦軸を横切る平面内での均一性を高めることができることがよく知ら れている。（米国特許番号４，６９２，７０５および番号４，６９４，２５５を 参照）。好ましい実施例では、ヒトの頭部が占める領域全体にわたる適切なＲＦ 磁場の均一性を提供するために、１６セグメントのコイルを選択した。図９８で は、鳥かご型共鳴器の縦軸を通る平面でのＲＦ磁場の均一性は、コイルの長さと ともに増大する。しかし長いコイルでは、導体セグメントの長さの追加と、試料 内でのうず電流の増加の両方によって抵抗損失が増大する。その結果、回路のＱ が低下し、コイルの感度が損なわれる。内側構造に採用された「最適な」幾何学 形状は、低い方の周波数、すなわちこの例ではリンの周波数でのコイルの感度を 改善するための、磁場Ｂ１の均一性に関する妥協を表している。内側構造のに＝ １モードの磁場Ｂ１の磁束を、ｙ−ｚ平面について図９ａに表した。図９８にお いて、導体の内側リングとセグメントの付近で磁場の強度に大きな変動がみられ るが、試料で体積が占められることになる共鳴器の中央部では、変動は非常に小 さい。図９ｂは、図８ｂに示した同回転に＝１モード１００における、コイルの ｙ−ｚ平面での磁場Ｂ１の磁束を示す。このモードの電流は、外側および内側構 造の正弦曲線状に分布する電流の重ね合わせである。Ｎセグメント４リング共鳴 器の各外側構造の直線状セグメントの電流は、次の式によって与えられる。

ここでｎ＝ｏ、■、２、・・・、Ｎ−１は導体セグメントの数である：誘導性装 置はｎ−０の導体セグメントを中心に置き、■０は定数である（上記のＪＴｒｏ ｐｐを参照）。同様に、端部の導体リング５９および６０の電流は反対向きであ り、次の式で与えられる大きさをもつ。

内側導体セグメントは２つの外側構造を強力に結合するためにはたらくため、外 側導体セグメント５２と５４に流れている電流の一部ｐは、それぞれの内側導体 セグメント５０のそれぞれの中に流れる。したがって、同回転モード１００の内 側セグメント電流は、外側セグメントの電流と同相であり、次の式で与えられる 。

内側導体リング５６．５８は内側構造と外側構造で共有されているため、そこに 流れ込む電流は次の式によって与えられる。

電流の向きは、それぞれの隣接する外側のリングと逆向きである。内側セグメン ト５０を横切って流れる電流は、外側セグメント５２．５４の電流に比べてかな り小さいため、コイルのリング導体の近くではＲＦ磁場の強度の大きな変動が生 じる。しかし、外側構造は共鳴器中央部の近くでは互いに協力して動作し、試料 が占める領域には非常に均一な磁場Ｂ１を生じることがわかる。本発明の共鳴器 の試作品を用いて、質の高いヒトの頭部のスピンエコー陽子画像を得た。ヒトの 脳全体の画像の均一性は、市販メーカー品の標準線形サドルコイルによって得ら れる画像と同等であった。二重同調共鳴器の感度はサドルコイルよりも４０％大 きく、また、必要な送信器出力は５０％小さく、これは円偏波と線形偏波コイル で予測される差であった。したがって、二重同調の設計における、コイル効率の ほとんど感知できないほどの損失を除去した。

図１０は、図２ａに示したコイル形状の一部を描いた平面展開図である。完全に 展開すると１６個のセグメントをもち、図２８の物理的形式をもつ好ましい共鳴 器を、頭部のＮＭＲ調査のために大きさを決めて実現した方法についてこれから 記述する。本発明の共鳴器のコイル構造は、次のような機械的な段階を経て構成 される。コイルは、はとんどの頭部および鼻の大きさの収容に十分な大きさであ る、外径１０．５インチのルーサイトの円筒に取り付けるように、機械的に設計 されている。２つの外側導体リングの中心同士の全長は２５ｃｍであり、内側の ２つの導体リングの間の間隔は１２．５ｃｍである。導体コイルの構造には、０ ．００２１インチの厚みをもつ電気的に純粋な銅の平坦な金属板を使用した。

銅板を高精度のフライス盤に載せ、内側構造と２つの外側構造のメツシュの開口 を切り取った。内側と外側構造の隣接する各メツシュの間の許容誤差を大きく低 減させるために、高精度フライス盤を使用した。内側構造および外側構造のどち らも、図１０に示すように、導体セグメント５０．５２．５４とリングセグメン ト５６．５８および５９．６０の幅が０．　５インチになるようにメツシュを切 り取った。図１０の外側導体セグメントの間隙５５と、中間セグメントの間隙５ ７は、それぞれの構造を同調させるために適切な値のコンデンサーを取り付ける スロットを表す。２枚の別々の銅金属板は、それぞれが内側構造の半分と外側構 造のうちの１つを形成し、次にｌ　ｅｘａｎ支持体７０および７２と、ルーサイ ト円筒４０に固定したナイロンねじ７４を使用して、外径１０．５インチ、壁厚 ０゜２５インチのルーサイトの円筒に取り付けた（図２ａ）。図１０に見られる ように、正方形の支持体７０が内側導体リング、内側導体セグメント、外側セグ メントの一部を正しい位置に保持し、これを３本のナイロンねじ７４で補強した 。同様に、内側構造セグメントの外側の残りの部分を長方形の支持体７２によっ て保持し、２本のナイロンねじを用いて補強した。ナイロンネジの長さは、共鳴 器の内側の円筒状の体積にねじの一部が入ることがないように調整した。

端子Ａ、Ｂ、Ｃ，およびＤを端子Ａ’　、Ｂ’　、Ｃ’　、およびＤ゛に電気的 に接続し、４つの導体リングが連続するようにした。１．５テスラの静磁場Ｂ０ で共鳴するように、リン３１の原子核に対しては２５．７ＭＨｚ、陽子の原子核 に対しては６３．４２ＭＨｚに二重同調共鳴器を同調し、整列させた。個々のＮ ＭＲ周波数に同調する方法は、単−同調鳥かご型共鳴器を同調するために使用す る方法と同じである。最初に適切な数値の厳密に同一なコンデンサーを内部構造 のスロットの中に配置し、内側構造をリンの周波数に近付くように同調した。同 様に、適切な同一の値をもつコンデンサーを２つの外側構造のスロットに配置し 、結合した外側構造を陽子の周波数に同調した。４つの線形モードのそれぞれを 同調するための小さな値の可変コンデンサーを、内側および外側構造の固定コン デンサー６６および６２．６４を槓切ってそれぞれのローパスおよびバイパス線 形モードのアラインメントに対応する位置に加えた。絶縁あるいはモードアライ ンメントを調整するために、値の小さい２つの別の可変コンデンサーを同調コン デンサーのそれぞれの偏に４５度で加えた。

図２ｂの共鳴器へ出力を結合し、共鳴器から信号を受信するためには、容量性結 合の手法だけでなく、従来の誘導性回路結合法を使用することができる。誘導性 回路の取付は構造は共鳴器の外側に一体化し、個々のヒトのＵＳに対する整合性 とモード絶縁を考慮して通常の方法で設計した。同じ大きさと周波数の内側構造 をもつリンの鳥かご型共鳴器のために、コンデンサー６６への容量性結合を使用 する遠隔同調およびモードアラインメント法を開発した。（Ｊ、Ｍｕｒｐｈｙ− Ｂｏｅｓｃｈら、要約：５ｏｃｉｅｔｙ　ｏｆ　ＭａｇｎｅｔｉｃＲｅｓｏｎａ ｎｃｅ　ｉｎ　ＭｅｄｉｃｉｎｅＳＥｉｇｈｔｈ　ＡｎｎｕａｌＭｅｅ　ｔ　ｉ ｎｇ、Ｖｏｌ、２、ｐ、９４４．５ｏｃｉｅｔｙ　ｏｆＭａｇｎｅｔ　ｉｃ　Ｒ ｅ５ｏｎａｎｃｅ、Ｂｅｒｋｌｅｙ、ＣＡ、１９８９を参照）。画周波数でのコ イルへの差動容量性結合を行なうため、陽子周波数で動作する同様な方法を、こ の方法とともに使用することができる。

図１１．１２．１３および１４は、上記に示し、考察した本件の独創的な二重周 波数共鳴器を提供することが可能な別の方法を示している。図１１は、リング５ ６と５８を内側リングとしてもち、リング５９と６０を外側リングとしてもつよ うな４リング導体構造を表している。すべての図に描かれているように、リング はその一部分だけが図示されており、端子ＡとＡ’　、ＢとＢ’、ＣとＣ′、モ してＤとＤ゛を接続することによって、それらのリングが実際のリングとして閉 じることが理解される。図１１．１２．１３、および１４に示すそれぞれの共鳴 器の構成は、共通のリング構成をもち、図１２の指示子が添え字「ａ」をもち、 図１３の指示子が「Ｃ」、図１４の指示子が「ｂ」をもつことを除いて、それぞ れ同一のリング指示子をもつ。図１１でリングを相互接続しているのは、共鳴器 の軸に通常は平行なセグメントである。セグメント５２はリング５６と５９を相 互接続する。セグメント５４はリング６０と５８を相互接続し、セグメント５０ はリング５６と５８を相互接続する。リングの場合と同様に、対応するリングを 互いに接続しているリング間の相互接続セグメントには、同じ番号の指示子が与 えられているが、図１２では添え字「ａ」、図１３では添え字「Ｃ」、図１４で は添え字ｒｂＪで示している。図１１ではまた、素子５０を遮断するコンデンサ ー６６を使用している。同様に、各導体セグメント５２はコンデンサー６２によ って遮断され、各セグメント５４はコンデンサー６４によって遮断されている。

図１４のセグメント５０ｂは、これらが端部リング５９と６０に接続されており 、重なっていても内側リング５８と６０　（５６？）とは絶縁されているという 点で、図１１から図１３のセグメントとは異なる。平面図では、図１４のコイル は図１２のコイルの外側構造を１８０度内側に折りたたむことによって形成する ことができる。図１２から図１４の二重周波数の好ましい実施例では、素子５４ の各コンデンサー６４は同じ値であり、それぞれの素子５２の各コンデンサーも 同じ値である。さらに、図８ｂの同回転モードのＲＦ磁場の均一性を維持するた めに、コンデンサー６２．６２ａ、６２ｂ、６２ｃおよび６４．６４ａ、６４ｂ 。

６４ｃも同じ値をもつようにし、それによってコイル軸と垂直でコイル中央を通 る中間平面に関する鏡像対称性を維持する。

図１１−１４は、全体の大きさが同一なコイルを考えたときのシステムの融通性 を示すために提供したものである。図１２は、図１１とは異なり、本構造が機能 するためにはセグメント５０ａがセグメント５２ａおよび５４ａと整列し、−列 になる必要がないことを示している。個々の閉回路の中を循環する電流は、図１ １と図１２では本質的に同じである。同じ大きさのコイルと同一の値のコンデン サー６６および６６ａ、さらに同じ値のコンデンサー６２．８２ａ、６４．６４ ａを用いれば、図１１と図１２の構造はどちらも同じモードの周波数に共鳴する 。図１１の実施例と比べると、図１３の共鳴器の導体セグメント５２ｂおよび５ ４ｂの数は半分であるため、その外側構造が示す共鳴モードの数は半分になる。

同じ同回転に＝１モードの周波数を生じるためのコンデンサー６２ｂおよび６４ ｂの値は、図１１のコンデンサー６２および６４の値とは異なる。しかし、同回 転に＝１モードでは、外側閉回路の中の電流は正弦曲線状分布を維持し、コイル 内部に実質的に均一な磁場色を生じる。

３つの図は、他の点に加えて、図１２のようなセグメントの再配置が運転性を無 効にしないことを示す。相互接続するセグメントの数を内側共鳴器と外側共鳴器 で変えることさえ可能である。図１３に示す共鳴器がこの例である。好ましい実 施例に記述した共鳴器は、それぞれの共鳴器のバンドに１６個の接続セグメント を含んでいた。図１３の外側共鳴器は僅か８個しか含んでいない。８個よりも１ ６個使用することの方に利点があるが、図１３の構造が十分優れた動作を行なう ことは、組み立てて実証を行なった。本構造が円偏波モードで動作するためには 、隣接したリング経路のそれぞれに接続された少なくとも４つの、通常は平行な 高周波電流経路が必要である。経路の数を増やすことによって、Ｂの均一性を向 上させることができる。

図１４の共鳴器は、絶縁性の低容量性材料を用いてリング導体とセグメント導体 を覆うことができることを表している。ここでは内側構造は、共鳴器の軸方向の 長さ全体に及ぶ「スパンニング」構造になる。スパンニング構造にによって生じ るＲＦ磁束パターンは、内側リング５６と５８の間に限定されず、端部リング５ ９と６０の間を通って共鳴器の軸方向の長さ全体に広がるという点で図９８に示 したものと異なる。図１４の共鳴器は、内側導体セグメント５０ｂと、外側導体 セグメント５２ｂおよび５４ｂが、コイルの軸に対してその位置が互い違いに配 置されているという点で、図１２と類似している。異なっているのは、内側セグ メント５０ｂが、内側リング５６ｂと５８ｂではなく、端部のリング５９ｂと６ ０ｂに接続している点である。どちらの共鳴器も、同一の値のコンデンサー６２ ．６４．６６を用いると、類似したモード構造を示すことが見いだした。図１４ のコイルは、外側構造の同回転に一１モードと逆回転に一１モードの間の強い結 合を示し、周波数の差が大きいことを見いだした。

選択的に、コンデンサーを導体リングの中に移動して外側バンドを単一端バイパ スにするか、またはコンデンサーを端部の導体リングとセグメントの中に移動し て外側バンドを単一端バンドパスにすることができる。コンデンサー６６を移動 することもできるが、電流循環閉回路が複雑になることがある。上記の選択肢を 組み合わせることも可能である。

共鳴器を二重周波数同回転構造にする場合は、コンデンサー６２と６４は同じ値 をもつ。あるいは、コンデンサー６２と６４を異なる値にして、各構造の形状に 適切な修正を加えることによってそれぞれの自己インダクタンスと相互インダク タンスを変え、それによって各構造の基底に＝１モードを等しくすることもでき る。コンデンサー６２と６４に値の異なるコンデンサーを使えば、三重周波数共 鳴器を設計することもできるが、分布の均一性は低下する。各バンドは線形また は円偏波モードで駆動することができる。

４個を超える数のリングを用いて、３種を超える周波数をもちつる多重周波数共 鳴器にすることも可能である。

容量のｃｏｓ２φ変動を平均容量値に重ね合わせるといった方法によって、単一 同調の鳥かご型共鳴器の半径方向に反対側の容量を増大させ、最初の容量と直角 な位置にある同じ側の容量を低下させると、大きく分離した周波数に同調する２ つの直交する線形モードを生じることがよく知られている。（米国特許番号４゜ ６９４．２５５と、Ｐ、Ｊｏｓｅｐｈとり、Ｌｕ、ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ。

Ｍｅｄ、夏ｍａｇｉｎｇ　８．２８６−２９４　（１９８９）を参照）。外側構 造の対からの電気的な絶縁が与えられると、この方法によって内側構造は２種の 周波数、例えば炭素１３（Ｃ−１３）とリン３１に二重に同調することができ、 三重同調共鳴器を形成する。例えば周波数の低い２種の原子核の陽子デカップリ ングのために、外側構造の対を陽子の周波数に同調しておくことができる。同様 に、外側構造の対の各線形モードを別々の周波数に調整し、最大で四重の共鳴コ イルを形成することも意図している。この型の円筒形共鳴器は、コイル内部に同 心状に置いた円筒形の試料にわたって、４種の周波数のすべてのＲＦ磁場が十分 に均一であるという利点をもつ。他の動作モードは、コイル内部における磁場の 均一性が低いことが予想される。内部構造と外側構造のいずれか１つとの間に高 度な絶縁が与えられると、３つの構造のそれぞれを、各周波数において共鳴器が 円偏波モードで動作する３種の別々の周波数に同調するか、またはすべての構造 が線形偏波モードで動作する最大６種の周波数に同調することができる。２倍の 楕円対称性を使用するなど、上述の多様な変更をコイル形状に加えたこれらのさ まざまな電気モードにおける共鳴器の動作は、技術に精通した者には明らかであ る。

図２８と図２ｂを参照すると、内側導体リング５６．５８が、外側導体リング５ ９．６０と同じ大きさ、形状である必要はないことがわかる。さらに、導体リン グ５６．５８．５９．６０は正確な円はでなく、楕円、分離された形、あるいは 試料を入れることができる他の何らかの幾何学形状にすることができる。これに よって、導体セグメント５０と５２．５４が直線状である必要はなく、あるいは 互いに平行でまた縦軸とも平行で、等間隔に配置されている必要もないことがわ かる請求める配向と共鳴器の線形モードの同調を不可能にしたり、非現実的にす ることがないような幾何学形状であることが必要なだけである。

従来技術 従来技術 従来技術 周波数　（ＭＨ２−） ＦＩＧ、　５ｃ 周波数　ｔＭＨ２９ ＦＩＧ、５ｄ 周波数　（ＭＨ２） ＦＩＧ、　１２ ＦＩＧ、　１３ ＦＩＧ、　１４ 国際調査報告

Claims (69)

【特許請求の範囲】
1. １．ＮＭＲに使用するＲＦ共鳴器であり：軸方向に同軸に分布する少なくとも４ つの高周波リング状電流経路と；少なくとも３つのリング状経路の対を相互接続 する少なくとも４つの高周波電流経路で、この相互接続経路が通常は軸平面に配 置され、隣接する相互接続経路が接続しているリング状電流経路の接続セグメン トとともに電流閉回路を形成する高周波電流経路と； 導体の自己インダクタンスを含む各閉回路のインダクタンスとの組み合わせによ って、電流閉回路のそれぞれを遮断する各外側電流閉回路の間に置かれた少なく とも１個の独立したコンデンサーで、それによって各閉回路は共鳴し、しかしリ ング状電流経路はコンデンサーによって遮断されていないような、少なくとも１ 個の独立したコンデンサーと；から構成されることを特徴とする、ＮＭＲに使用 するＲＦ共鳴器。
2. ２．４象限すべてにわたる軸対称性をもつことを特徴とする、請求項１に記載の ＲＦ共鳴器。
3. ３．軸に垂直な中央平面の両側に対称性をもつことを特徴とする、請求項１に記 載のＲＦ共鳴器。
4. ４．軸に垂直な中央平面の両側に対称性をもつことを特徴とする、請求項２に記 載のＲＦ共鳴器。
5. ５．リング状電流経路のそれぞれの対を相互接続する電流経路が互いに等間隔に 配置されていることを特徴とする、請求項４に記載のＲＦ共鳴器。
6. ６．あらゆる２つのリング状電流経路の間の閉回路の中の電流経路のコンデンサ ーが本質的に同じ値をもつことを特徴とする、請求項５に記載のＲＦ共鳴器。
7. ７．４つのリング状電流経路を使用し、３種を超えない値をもつコンデンサーを 使用することを特徴とする、請求項６に記載のＲＦ共鳴器。
8. ８．２種の値のみをもつコンデンサーを使用し、２つの外側リング状電流経路の それぞれの間の電流　経路のコンデンサーと、隣接するリング状電流経路のコン デンサーが同じであることを特徴とする、請求項７に記載のＲＦ共鳴器。
9. ９．内側リング状電流経路とその間の接続電流経路によって形成される内側構造 が１つのＮＭＲ周波数に同調され、外側リング状電流経路と隣接するリング状電 流経路によってそれぞれが形成される２つの外側構造が内側リングの間の電流経 路を介して結合し、第二のＮＭＲ周波数に同調されていることを特徴とする、請 求項８に記載のＲＦ共鳴器。
10. １０．外側リング状電流経路とその間の接続電流経路によって構成されるスパン ニング構造が１つのＮＭＲ周波数に同調され、外側リング状電流経路と隣接する リング状電流経路によってそれぞれが形成される２つの外側構造が内側リングの 間の電流経路を介して結合し、第二のＮＭＲ周波数に同調されていることを特徴 とする、請求項８に記載のＲＦ共鳴器。
11. １１．最大で２つのＮＭＲ周波数において、線形偏波モードまたは円偏波モード のどちらか一方、あるいはそれらを組み合わせて駆動することができることを特 徴とする、請求項９に記載のＲＦ共鳴器。
12. １２．内側電流経路を介して結合している２つの外側構造の閉回路が逆回転電流 分布を生じることを特徴とする、請求項９に記載のＲＦ共鳴器。
13. １３．逆回転電流分布が共鳴器中央部において軸方向に感知可能なＲＦ磁場Ｂ１ を生じないことを特徴とする、請求項１２に記載のＲＦ共鳴器。
14. １４．逆回転電流分布が共鳴器中央部において軸方向に高度に線形な勾配をＲＦ 磁場Ｂ１の中に発生することを特徴とする、請求項１３に記載のＲＦ共鳴器。
15. １５．内側電流経路を介して結合している２つの外側構造が共鳴器の長さ方向の 全体にわたる同回転電流分布を生じることを特徴とする、請求項９に記載のＲＦ 共鳴器。
16. １６．同回転電流分布が共鳴器中央部に均一なＲＦ磁場Ｂ１を発生することを特 徴とする、請求項１５に記載のＲＦ共鳴器。
17. １７．外側構造が集中した正弦曲線状の電流分布をもち、その一部が内側構造に 流れ、コイルの軸方向に沿った領域とその内部にコイルの長さを伸ばすことなく 高度に均一な磁場Ｂ１を発生することを特徴とする、請求項１６に記載のＲＦ共 鳴器。
18. １８．電流が正弦曲線状に分布しているため、十分に均一なＲＦ磁場Ｂ１が共鳴 器中央部に内側構造によって発生することを特徴とする、請求項９に記載のＲＦ 共鳴器。
19. １９．最大で２つのＮＭＲ周波数において、線形偏波モードまたは円偏波モード のどちらか一方あるいはそれらを組み合わせて駆動することができることを特徴 とする、請求項１０に記載のＲＦ共鳴器。
20. ２０．内側電流経路を介して結合している２つの外側構造の閉回路が逆回転電流 分布を生じることを特徴とする、請求項１０に記載のＲＦ共鳴器。
21. ２１．逆回転電流分布が共鳴器中央部において軸方向に感知可能なＲＦ磁場Ｂ１ を生じないことを特徴とする、請求項１０に記載のＲＦ共鳴器。
22. ２２．逆回転電流分布が共鳴器中央部において軸方向に高度に線形な勾配をＲＦ 磁場Ｂ１の中に発生することを特徴とする、請求項１０に記載のＲＦ共鳴器。
23. ２３．内側電流経路を介して結合している２つの外側構造が共鳴器の長さ方向の 全体にわたる同回転電流分布を生じることを特徴とする、請求項１０に記載のＲ Ｆ共鳴器。
24. ２４．同回転電流分布が共鳴器中央部に均一なＲＦ磁場Ｂ１を発生することを特 徴とする、請求項１０に記載のＲＦ共鳴器。
25. ２５．外側構造が集中した正弦曲線状の電流分布をもち、その一部が内側構造に 流れ、コイルの軸方向に沿った領域とその内部にコイルの長さを伸ばすことなく 高度に均一な磁場Ｂ１を発生することを特徴とする、請求項１０に記載のＲＦ共 鳴器。
26. ２６．電流が正弦曲線状に分布しているため、十分に均一なＲＦ磁場Ｂ１が共鳴 器中央部に内側構造によって発生することを特徴とする、請求項１０に記載のＲ Ｆ共鳴器。
27. ２７．リング状電流経路の３つの対のそれぞれの間に異なる値のコンデンサーを 使用することを特徴とする、請求項７に記載のＲＦ共鳴器。
28. ２８．最大で３つのＮＭＲ周波数において、線形偏波モードまたは円偏波モード のどちらか一方あるいはそれを組み合わせて駆動することができることを特徴と する、請求項２７に記載のＲＦ共鳴器。
29. ２９．外側リング状電流経路と隣接するリング状電流経路によって形成される各 外側構造のコンデンサーの値は異なるが、共鳴器の他の端部の対応する円周方向 の位置にあるコンデンサーの値が、軸に垂直でコイル中心を通る鏡面に対して鏡 像分布状に互いに等しいことを特徴とする、請求項５に記載のＲＦ共鳴器。
30. ３０．最大２種の異なるＮＭＲ周波数において２つの外側構造を線形に同時に駆 動することができ、さらに内側構造を第三のＮＭＲ周波数において線形または円 偏波モードのどちらか一方で駆動することができることを特徴とする、請求項２ ９に記載のＲＦ共鳴器。
31. ３１．内側電流経路を介して結合している２つの外側構造が逆回転電流分布を生 じることを特徴とする、請求項６０に記載のＲＦ共鳴器。
32. ３２．逆回転電流分布が共鳴器中央部において軸方向に感知可能なＲＦ磁場Ｂ１ を生じないことを特徴とする、請求項３１に記載のＲＦ共鳴器。
33. ３３．逆回転電流分布が共鳴器中央部において軸方向に高度に線形な勾配をＲＦ 磁場Ｂ１の中に発生することを特徴とする、請求項３２に記載のＲＦ共鳴器。
34. ３４．内側電流経路を介して結合している２つの外側構造が共鳴器の長さ方向の 全体にわたる同回転電流分布を生じることを特徴とする、請求項３０に記載のＲ Ｆ共鳴器。
35. ３５．同回転電流分布が共鳴器中央部に均一なＲＦ磁場Ｂ１を発生することを特 徴とする、請求項３４に記載のＲＦ共鳴器。
36. ３６．外側構造が集中した電流分布をもち、その一部が内側構造に流れ、コイル の軸方向に沿った領域とその内部にコイルの長さを伸ばすことなく高度に均一な 磁場Ｂ１を発生することを特徴とする、請求項３５に記載のＲＦ共鳴器。
37. ３７．外側リング状電流経路と隣接するリング状電流経路によって形成される各 外側構造のコンデンサーの値は異なるが、共鳴器の他の端部の対応する円周方向 の位置にあるコンデンサーの値が、軸に垂直でコイル中心を通る鏡面に対して鏡 像分布状に互いに等しく、内側導体経路のコンデンサーはその値が異なっている ことを特徴とする、請求項５に記載のＲＦ共鳴器。
38. ３８．内側導体経路を介して結合している外側構造を最大２種の異なるＮＭＲ周 波数において線形偏波モードで駆動することができ、内側リング状電流経路と接 続電流経路によって形成される内側構造を最大２種の別々のＮＭＲ周波数におい て線形偏波モードで駆動することができることを特徴とする、請求項３７に記載 のＲＦ共鳴器。
39. ３９．外側導体リング状経路と隣接するリング状経路によってそれぞれ形成され る外側構造が同一の値のコンデンサーをもち、内側導体経路が異なる値のコンデ ンサーをもつことを特徴とする、請求項５に記載のＲＦ共鳴器。
40. ４０．円側導体経路を介して結合している外側構造をいずれか１つのＮＭＲ周波 数において線形または円偏波モードで駆動することができ、内側導体リングと内 側導体経路によって形成される内側構造を最大２種の別々のＮＭＲ周波数におい て線形偏波モードで駆動することができることを特徴とする、請求項３９に記載 のＲＦ共鳴器。
41. ４１．あらゆる２つの隣接するリング状電流経路の間の閉回路のコンデンサーが 同じ値をもたないことを特徴とする、請求項５に記載のＲＦ共鳴器。
42. ４２．共鳴器全体を最大６種の異なるＮＭＲ周波数において線形偏波モードで駆 動することができることを特徴とする、請求項４１に記載のＲＦ共鳴器。
43. ４３．ＮＭＲに使用するための通常は円筒形状のＲＦ共鳴器で；４個のリング状 高周波電流経路と； 隣接した平行な経路と、隣接した平行な経路に接続されているリング状経路が電 流閉回路を形成するような、リング状経路の対の間に接続された通常は平行な少 なくとも４個の高周波電流経路の組と；電流経路の自己インダクタンスを含む各 閉回路のインダクタンスとともに各閉回路を共鳴させるが、リング状電流経路は いずれもコンデンサーによって遮断されていないような、各閉回路の中に配置さ れ、各閉回路を遮断する少なくとも１個の独立したコンデンサーと； から構成されることを特徴とする、ＲＦ共鳴器。
44. ４４．共鳴器が４象限すべてにわたる軸対称性をもつことを特徴とする、請求項 ４３に記載のＲＦ共鳴器。
45. ４５．共鳴器が軸に垂直な中央平面の両側に対称性をもつことを特徴とする、請 求項４４に記載のＲＦ共鳴器。
46. ４６．各組の平行経路が互いに間隔を置いて配置されていることを特徴とする、 請求項４３に記載のＲＦ共鳴器。
47. ４７．平行経路が互いに等間隔に配置されていることを特徴とする、請求項４５ に記載のＲＦ共鳴器。
48. ４８．隣接するリング状電流経路の対と相互接続電流経路によって形成される構 造の少なくとも１つの構造のコンデンサーが本来同じ値をもち、この構造が１つ の選択されたＮＭＲ周波数に同調され、それによって本来軸に関して９０度離し て配置された入力／出力結合がその周波数において円偏波ＲＦ磁場Ｂ１を発生す ることを特徴とする、請求項４７に記載のＲＦ共鳴器。
49. ４９．２つの値のコンデンサーのみを使用し、いずれの隣接するリングの対の間 のコンデンサーも等しく、各外側リング状電流経路と隣接するリング状電流経路 の間のコンデンサーが等しい値であることを特徴とする、請求項４３に記載のＲ Ｆ共鳴器。
50. ５０．２つの内側導体リングと接続電流経路によって形成される内側構造が１つ のＮＭＲ周波数に同調され、外側リング状電流経路と内側導体経路を介して結合 した隣接するリング状電流経路によって形成される２つの外側構造が第二のＮＭ Ｒ周波数に同調されていることを特徴とする、請求項４９に記載のＲＦ共鳴器。
51. ５１．リング状電流経路の隣接する対と、互いに等間隔に配置されてそれぞれが 本来同じ値のコンデンサーをもつ相互接続電流経路とによってそれぞれ形成され る２つの構造の少なくともどちらかが他の構造と異なる１つの選択されたＮＭＲ 周波数に共鳴し、それによって各構造について、軸に関して９０度離して配置さ れた入力／出力結合がその共鳴周波数において円偏波ＲＦ磁場Ｂ１を発生するこ とを特徴とする、請求項４４に記載のＲＦ共鳴器。
52. ５２．リング状電流経路の隣接する対と、互いに等間隔に配置されてそれぞれが 本来同じ値のコンデンサーをもつ相互接続電流経路とによってそれぞれ形成され る３つの構造の少なくとも２つが他と異なる１つの選択されたＮＭＲ周波数に共 鳴し、それによって各構造または単一の周波数に同調された構造の対にのいて、 軸に関して９０度離して配置された入力／出力結合がその共鳴周波数において円 偏波モードのＲＦ磁場Ｂ１を発生することを特徴とする、請求項４４に記載のＲ Ｆ共鳴器。
53. ５３．リング状電流経路の隣接する対と、それぞれが本来同じ値のコンデンサー をもつ相互接続電流経路とによってそれぞれ形成される３つの構造の少なくとも ２つが第三の構造の反対側に配置され、第三の構造の高周波電流経路を介して結 合することによって第三の構造と異なる１つの選択された周波数において共鳴す ることを特徴とする、請求項４７に記載のＲＦ共鳴器。
54. ５４．２つの入力／出力結合が共鳴器の軸に関して事実上９０度離して配置され 、各周波数に対し円偏波ＲＦ磁場Ｂ１を発生することを特徴とする、請求項５３ に記載のＲＦ共鳴器。
55. ５５．外側構造の閉回路がコイルの軸方向の長さにわたる逆回転電流分布を発生 することを特徴とする、請求項５３に記載のＲＦ共鳴器。
56. ５６．逆回転電流分布が感知可能なＲＦ磁場Ｂ１を共鳴器中央部に発生しないこ とを特徴とする、請求項５５に記載のＲＦ共鳴器。
57. ５７．逆回転電流分布が共鳴器中央部において軸方向に高度に線形な勾配をＲＦ 磁場Ｂ１の中に発生することを特徴とする、請求項５５に記載のＲＦ共鳴器。
58. ５８．内側電流経路を介して結合している２つの外側構造が共鳴器の長さ方向の 全体にわたる同回転電流分布を生じることを特徴とする、請求項５３に記載のＲ Ｆ共鳴器。
59. ５９．同回転電流分布が共鳴器中央部に均一なＲＦ磁場Ｂ１を発生することを特 徴とする、請求項５８に記載のＲＦ共鳴器。
60. ６０．外側構造が集中した正弦曲線状の電流分布をもち、その一部が内側構造に 流れ、コイルの軸方向に沿った領域とその内部にコイルの長さを伸ばすことなく 高度に均一な礎場Ｂ１を発生することを特徴とする、請求項５９に記載のＲＦ共 鳴器。
61. ６１．電流が正弦曲線状に分布しているため、十分に均一なＲＦ磁場Ｂ１が共鳴 器中央部に内側構造によって発生することを特徴とする、請求項５３に記載のＲ Ｆ共鳴器。
62. ６２．リング状電流経路の対の間の通常は平行な高周波電流経路のそれぞれに独 立したコンデンサーが配置されていることを特徴とする、請求項４３に記載のＲ Ｆ共鳴器。
63. ６３．２つの中間リングの間の平行な高周波電流経路が他のリングの間の高周波 電流経路と整列していることを特徴とする、請求項４３に記載のＲＦ共鳴器。
64. ６４．２つの中間リングの間の平行な高周波電流経路が他のリングの間の高周波 電流経路の間に接続されていることを特徴とする、請求項４３に記載のＲＦ共鳴 器。
65. ６５．各外側リングと隣接する内側リングの間の平行な高周波電流経路が内側リ ング対の間よりも少ないことを特徴とする、請求項４３に記載のＲＦ共鳴器。
66. ６６．各外側リングと隣接する内側リングの間の平行な高周波電流経路が内側リ ング対の間よりも多いことを特徴とする、請求項４３に記載のＲＦ共鳴器。
67. ６７．内側対の間に比べて半分の数の平行な高周波電流経路が各外側リングと隣 接する内側リングの間にあることを特徴とする、請求項６５に記載のＲＦ共鳴器 。
68. ６８．外側リングの間の電流経路が内側リングの間の他のすべての電流経路と整 列していることを特徴とする、請求項６７に記載のＲＦ共鳴器。
69. ６９．中間の２つのリング状電流経路の間に及ぶ電流経路がこのリングに接続さ れず、２つの外側リング状電流経路に接続されていることを特徴とする、請求項 ４３に記載のＲＦ共鳴器。