JPH08168474A - 両面rf遮蔽体を含む磁気共鳴システム - Google Patents

両面rf遮蔽体を含む磁気共鳴システム

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JPH08168474A
JPH08168474A JP7193953A JP19395395A JPH08168474A JP H08168474 A JPH08168474 A JP H08168474A JP 7193953 A JP7193953 A JP 7193953A JP 19395395 A JP19395395 A JP 19395395A JP H08168474 A JPH08168474 A JP H08168474A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁気共鳴システムの直角RFコイル11とそ
の周囲の勾配コイル2との間に配置される円筒形の遮蔽
体10を提供する。 【解決手段】 遮蔽体は、絶縁誘電体32によって隔て
られた一対の銅薄板30,31を含む。一方の銅薄板の
切れ目21によって形成されるパターンはRF直角磁界
の一方によって遮蔽体に誘導される電流とそろい、他方
の銅薄板の切れ目によって形成されるパターンは他方の
RF直角磁界によって遮蔽体に誘導される電流とそろ
う。絶縁破壊を防止するために銅薄板が短絡点40,4
1,42で一緒に短絡され、また勾配誘導渦電流を防止
するために各銅薄板に短い切れ目35が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は無線周波(RF)遮蔽体
に関し、更に詳しくは核磁気共鳴(NMR)イメージン
グ装置の中の全身用RFコイルと一組の勾配コイルとの
間に配置するための新規な両面RF遮蔽体に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】NMRイメージング装置は通常、空間選
択的な情報を得るために一組3個の勾配コイルを使用す
る。これらの勾配コイルの各々は一般に、全長が数百メ
ートルまでの導電性ワイヤの多数のターンを含む。RF
磁界が勾配コイルの導電性ワイヤに当たると、RF磁界
はそれらのエネルギのかなりの部分を失う。この損失の
機構は完全には理解されていないが、多分、高電流の共
鳴により勾配構造を励起するのに関連して高損失を生じ
ると思われる。勾配コイル等のRF電力損失は、RFコ
イルのQの低下として現れ、その結果、イメージング装
置で達成し得る信号対雑音比(SNR)の低下として現
れる。したがって、取り囲んでいる勾配コイルへのRF
磁界の侵入を防止することが非常に望ましく、これを達
成するために通常はRFコイルと勾配コイルとの間に遮
蔽体が配置される。しかし、RF遮蔽体は勾配磁界に対
しては事実上透明でなければならないので、勾配周波数
(通常、約10KHzより低い)で遮蔽体に有意の電流
が誘導されるのを防止して、画像に悪影響を及ぼす時間
依存磁界不均一性や空間依存磁界不均一性が現れないよ
うにしなければならない。
【0003】従来、最も普通に使用されたRF遮蔽体
は、銅−誘電体−銅の積層薄板を使用する両面遮蔽体で
あった。各銅薄板の導電路のパターンは、大体、RFコ
イルによって生じる磁界により連続形遮蔽体に誘導され
る電流経路を近似するものになっている。このような構
造の1つは、1989年11月7日に付与された、発明
の名称「NMRイメージング装置の勾配コイルの内側に
配置されるRFコイル用の両面RF遮蔽体(Doubl
e−Sided RF Shield ForRF C
oil Contained Within Grad
ient Coils Of NMR Imaging
Device)」の米国特許第4,879,515号
に開示されている。
【0004】勾配磁界パルスによって銅薄板に渦電流が
流れないようにするために、閉ループが形成されないよ
うに、導電性パターンは切断され、すなわち開路され
る。しかし、(このような切れ目の配置を除けば)銅の
パターンは誘電体層の両側で同じであるので、銅のパタ
ーンはコンデンサを形成し、このコンデンサはRFコイ
ルのラーモア周波数で非常に低いインピーダンスを提供
する。このコンデンサの容量によって、切れ目が事実上
短絡され、RF周波数で遮蔽体の完全性が維持される。
【0005】高速イメージング(HSI)およびエコー
プラナイメージング(EPI)においては、スルー(s
lew)レートが230T/m/sまでの非常に高速の
勾配パルスが用いられる。全身MRイメージングシステ
ムの標準的な勾配コイル、勾配増幅器、RFコイルおよ
び遮蔽体構成要素は、これらのプロトコルを遂行する際
にある程度の成功しか得られなかった。その主要な理由
は、RF遮蔽体と勾配増幅器との間の望ましくない反応
であり、これにより勾配増幅器が不安定になったり、飽
和したりするとともに、RF遮蔽体が加熱される。この
ようなプロトコルを使用すべき場合には、RFコイルと
勾配コイルとの間の遷移環境を改善しなければならな
い。
【0006】良好なRF遮蔽体の設計に対するもう1つ
の課題は、そのコストである。最新式のMRイメージン
グシステムで使用されるRFコイルは、分極(pola
rizing)磁界の方向に垂直な平面内で測定したと
き互いに90°の方向を向いた2つのRF磁界を作成す
る。その結果、このような直角磁界を使用する従来のシ
ステムでは、2つの別々の遮蔽体(すなわち、銅薄板−
誘電体−銅薄板)が用いられる。それらの導電性パター
ンは、RFコイルが生じるそれぞれの直角磁界と一致す
るように別々に位置合わせされる。このような2つの遮
蔽体を使用することは費用がかかる。
【0007】
【発明の概要】本発明は、勾配磁界サブシステムの性能
またはRFコイルの性能を著しく変えない直角RF磁界
コイルに対するRF遮蔽体である。更に詳しく述べる
と、本発明の遮蔽体は、(1)直角RF磁界コイルのま
わりに配置された誘電体薄板、(2)誘電体薄板の一方
の表面に取り付けられた第1の銅薄板であって、直角R
F磁界コイルによって発生される磁界の一方により誘導
される電流と一致する導電路が形成されている第1の銅
薄板、および(3)誘電体薄板の他方の表面に取り付け
られた第2の銅薄板であって、直角RF磁界コイルよっ
て発生される磁界の他方により誘導される電流と一致す
る導電路が形成されている第2の銅薄板を含み、上記第
1および第2の銅薄板に形成された導電路は複数の閉ル
ープを含み、更にこれらの閉ループの各々を開路するた
めの切れ目が形成されている。
【0008】本発明の一般的な目的は、直角RFコイル
用の遮蔽体を提供することである。導電性パターンを互
に対して90°移動して各導電性パターンを直角RF磁
界の1つと一致させることにより、単一の銅−誘電体−
銅の遮蔽体を直角RF磁界コイルに対して使用できるこ
とが見出された。誘電体薄板の両面上の導体はもはや相
互にそろっていないので、閉ループの中で切れ目を短絡
するために必要な容量は小さくなる。これは、誘電体薄
板の厚さを小さくすることにより、また切れ目を食い違
いに配置して各直角コイルモードの性能(すなわちQ)
の間の平衡を維持することにより、相殺される。
【0009】本発明のより特定の目的は、電圧絶縁破壊
事象が2つの銅薄板の間および同じ銅薄板の隣り合う導
電路の間に発生しないようにすることである。これは、
遮蔽体の円周に沿った複数の位置で2つの銅薄板を短絡
することにより、そしてこれらの位置の間で銅薄板に短
絡路を設けて遮蔽体の円周に沿った導電性リングを形成
することにより、達成される。導電性リングは、銅薄板
相互の間および各銅薄板中の隣り合う導電路の間の勾配
誘導電圧が誘電体材料を通しての又は誘電体材料を横切
る絶縁破壊を生じさせるレベルに達しないようにする。
【0010】
【好適実施態様の説明】まず図1を参照して説明する。
本発明による無線周波(RF)遮蔽体10は、核磁気共
鳴(NMR)イメージング装置の(図示されない)磁石
の内腔4内に、全身用RFコイル11と一組の磁界勾配
コイル2との間に配置された中空の円筒形の導電性部材
である。慣例により、NMRシステムの(内腔4のまわ
りに形成された磁気手段によって作られる)主磁石の主
静磁界B0 はデカルト座標系のZ軸とそろえられる。R
F信号に応動して、RFコイル11はコイル11の内腔
内にRF磁界B1 を形成する。磁界B1 は通常X−Y平
面内にある。コイル11の外側にもかなりのRF磁界が
存在し、このRF磁界は、当業者には周知のように、R
F遮蔽体10が設けられて事実上RF短絡回路として動
作していなければ、勾配コイル2に当たる。遮蔽体10
は、勾配磁界がRFコイル11の内腔に入って、その中
の容積に空間符号化情報を加えることができるように、
勾配コイル2からの磁界に対して事実上透明でなければ
ならない。
【0011】代表的な全身用RFコイル11が図2に示
されている。絶縁性材料の円筒形基板12上に形成され
たこの高域通過「鳥かご形」コイルは、間隔を置いて配
置された第1および第2の端リング13および14を含
む。各端リングは、容量性素子16によって相互に接合
された複数(図示のものでは8個)の導電性部分を有す
る。したがって、各端リング13、14は、RF磁界B
1 と同様に、事実上X−Y平面内にある。同じ数の軸方
向の導電性部材15が、第1の端リング13の1つの導
電性部分と第2の端リング14の同じ位置にある導電性
部分との間にZ方向に伸びる。したがって、第1の細長
い導電性部材15は角度θ=0に配置され、残りの7個
の細長い導電性部材15は各々、外周のまわりに逐次、
より大きな角度の所に配置される。コイルが円筒対称で
あるために、R,θの形式の円筒座標を使用してRF磁
界および電流が解析される。ここでθは、Z軸および導
電性部材15の1つを通って形成される平面に対する回
転角度である。コイル11の軸方向中心はZ=0の座標
に配置される。そして鳥かご形コイル電流は、非常に薄
い層に制限され、端リングの内側寸法Z1 および端リン
グの外側寸法Z2 によって規定される端リングの領域を
通って流れる傾向がある。単一の励起モードを有するコ
イルを展開して平たく置いた場合の、電流の流線に平行
な仮定のコイル分布等値線が、図3に示されている。等
値線により電流を等しい間隔で表しており、電流は矢印
Aの向きに流れる。
【0012】前掲の米国特許第4,879,515号に
説明されているように、図3の電流等値線を形成する磁
界に対する遮蔽体が図4に示されている。この特許の教
示するところによれば、等値線21で示される通りに銅
薄板20を切ることにより、RFコイル11によって形
成される直角磁界の1つにより誘導される電流Isに対
する別々の導電路22が形成される。結果として得られ
るパターンは、一対の中心導電性パッド23をそれぞれ
取り巻く多数の導電性ループを含む。これらの導電性ル
ープは、開路されなければ、勾配磁界によって誘導され
る渦電流を流れさせる。従来の構造では、開路は、各導
電性パッド23から銅薄板20の1つの縁まで伸びる切
れ目24を形成することによって行われる。これらの切
れ目24によって渦電流は止められるが、電流Isの流
れも妨げられ、RF遮蔽体としての有効性が低下する。
【0013】米国特許第4,879,515号に開示さ
れた解決策は、第2の銅薄板20に同じ切れ目を形成す
ることにより同じ構造を構成し、図6に示すように2つ
の銅薄板20の間に誘電体材料の薄い板をはさむことに
よりRF遮蔽体10を形成するものである。各銅薄板2
0の導電路はそろえられて、コンデンサの極板を形成す
る。コンデンサは、高いRF周波数ではそれぞれの導電
性ループの低インピーダンス接続を行うが、変化する勾
配磁界のより低い周波数では低インピーダンス接続を行
わない。したがって、電流Isは銅薄板20に流入して
RF遮蔽体として作用することができるが、より低い周
波数の渦電流は切れ目24により阻止される。
【0014】本発明によれば、2つの銅薄板および1つ
の誘電体層で構成されるRF遮蔽体10に同じパターン
の導電路22を使用することにより、RFコイル11に
よって発生される直角磁界を両方とも阻止することがで
きる。これを達成するため、一方の銅薄板に形成された
パターンを直角磁界の一方とそろえ、他方の銅薄板に形
成されたパターンを直角磁界の他方とそろえる。このよ
うな直交パターンが図5に示されている。図5(A)は
円筒形のRFコイル11のまわりに巻かれた一方の銅薄
板30上のパターンを示し、図5(B)は他方の銅薄板
31上のパターンの位置を示す。図7に示すように、銅
薄板30および31は誘電体薄板32の両側に配置さ
れ、銅薄板30および31のパターンはそろっていない
ので、銅薄板30および31の中の等値線に沿った切れ
目21はそろっていず、銅薄板30および31相互間の
総容量は小さくなる。しかしこの減少分は、誘電体薄板
32の厚さを小さくすることにより相殺される。好まし
い実施例では誘電体薄板32はアライドシグナル社(A
llied Signal Corporation)
製の厚さが0.032インチ±0.0003インチで、
誘電率が2.57のポリテトラフルオルエチレン(PT
FE)ガラス繊維の積層板である。銅薄板30および3
1は、厚さが2.8ミルの2オンスの銅から形成され
る。銅薄板30および31のパターンを形成する等値線
の切れ目21の幅は約20ミルである。
【0015】直角RFコイル11によって発生される2
つの直角RF磁界がこの単一の三部品遮蔽体によって事
実上阻止され、2つの直角RF磁界と周囲の勾配コイル
2との相互作用が防止されるということが見出された。
これを達成する際、連続形の銅遮蔽体を使用したときの
性能に比べて、RFコイル11に対する信号対雑音比の
測定された減少分は4%未満であった。
【0016】勾配磁界によって誘導される渦電流は、銅
薄板30および31に形成されたパターンの各導電ルー
プを開路にすることにより阻止される。これを行うため
に必要とされる切れ目のパターンは、遮蔽体のRF性能
を改善するために著しく変更された。中心パッド34か
ら1つの縁まで単一の切れ目を伸ばす代わりに、図5に
示すように、各銅薄板30、31の全円周(θ)範囲に
沿って伸びる一連の短い切れ目35によって一つ置きの
導電性ループが開路される。導電性ループの切れ目をこ
のように1つ置きに配置することにより、短い切れ目3
5が中心パッド34から両方向に等しく分布し、両方の
直角RF磁界に対する遮蔽体10の性能が平衡する。
【0017】やはり図5および7に示すように、勾配に
よって誘導される電圧差がRF遮蔽体10の中で増加し
て、雑音を発生する絶縁破壊を引き起こす場合を無くす
ために、多数の措置が講じられる。このような絶縁破壊
は銅薄板30および31相互の間の誘電体層32を通し
て、または銅薄板30および31の等値線の切れ目21
を横切って生じ得る。銅薄板30および31相互間の過
大な電圧は、銅薄板30および31を3つの点40、4
1および42で短絡することによって防止される。これ
は、誘電体層32を貫通して細孔をあけ、各細孔に導電
性帯を通し、導電性帯を各銅薄板30、31にはんだづ
けすることによって行われる。短絡点40、41および
42は中心パッド34に位置している。また短絡点4
0、41および42は、各導電性パターンの半分にわた
って円周方向に伸びる導電性条片44−47の端に位置
している。短絡点40、41および42は導電性条片4
4−47を一緒に接合することにより、RF遮蔽体10
の中心でRF遮蔽体10の周りを完全に伸びる連続した
導電性リングを形成する。しかし、このリングは1点で
開路されるので、渦電流を支持する経路を構成しない。
各導電性条片44−47は対応する中心パッド34を取
り囲むすべての導電性ループを短絡するので、各導電性
ループを形成する切れ目21を横切って過大な差電圧が
蓄積することはあり得ない。これらの短絡用の導電性条
片44−47にもかかわらず、パターンの試験によって
明らかになったことは、1つ置きの短い切れ目35によ
り、完全な導電性ループの形成が防止され、また勾配誘
導渦電流が阻止される。
【0018】勾配誘導渦電流を更に減らすために、各導
電性パターンの隅にある銅領域も直線状切れ目49によ
って中断される。これらの直線状切れ目49は各導電性
パターンを取り囲む導電性領域を分割するように間隔を
置いて配置されるので、渦電流を支持することができる
円形の電流経路は存在しない。
【図面の簡単な説明】
【図1】MRイメージングシステムの全身用RFコイ
ル、RF遮蔽体および勾配コイル集合体の簡略斜視図で
ある。
【図2】直角RFコイルの概略斜視図である。
【図3】図2のコイルにより発生される直角RF磁界の
内の一方に対する電流分布等値線を図式的に表した線図
である。
【図4】図2のRFコイルを取り囲むRF遮蔽体の中
に、該コイルの直角RF磁界の内の一方により流れる電
流を図式的に表した線図である。
【図5】(A)は直角RF磁界の内の一方を遮蔽するた
めに一方の銅薄板に形成される導電路を示す平面図であ
り、(B)は直角RF磁界の内の他方を遮蔽するために
他方の銅薄板に形成される導電路を示す平面図である。
【図6】従来技術のRF遮蔽体の一部分の断面図であ
る。
【図7】図5の銅薄板を使用して作成された遮蔽体の一
部分の断面図である。
【符号の説明】
2 磁界勾配コイル 4 内腔 10 RF遮蔽体 11 RFコイル 21 等値線の切れ目 30,31 銅薄板 32 誘電体薄板 34 中心パッド 35 短い切れ目 40,41,42 短絡点 44−47 導電性条片 49 直線状切れ目
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウォルター・アルバート・ジンマーマン アメリカ合衆国、ウィスコンシン州、ミル ウォーキー、ノース・フィフティエイス・ ストリート、1520番 (72)発明者 ピーター・バーナード・ロウマー アメリカ合衆国、ニューヨーク州、スケネ クタデイ、エイヴォン・クレスト・ブルバ ード、969番

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 磁気共鳴システムに於いて、 内腔の中に、該内腔を通過する中心軸を中心として互い
    に直角な方向を向いた一対のRF磁界を発生するための
    RFコイル、 上記内腔の中に磁界勾配を作成するために上記RFコイ
    ルのまわりに配置された一組の勾配コイル、ならびに上
    記RFコイルのまわりに設けられて、上記RFコイルと
    上記一組の勾配コイルとの間に配置された遮蔽体であっ
    て、(a)円筒形に形成されて、内側表面が上記RFコ
    イルに対向し、かつ外側表面が上記一組の勾配コイルに
    対向する誘電体薄板、(b)上記誘電体薄板の内側表面
    に配置された第1の導電性薄板であって、該第1の導電
    性薄板を分割して、上記RF磁界の一方により遮蔽体の
    中に誘導される電流とそろう複数の導電性ループで構成
    されるパターンを形成した等値線切れ目を有する第1の
    導電性薄板、および(c)上記誘電体薄板の外側表面に
    配置された第2の導電性薄板であって、該第2の導電性
    薄板を分割して、上記RF磁界の他方によって遮蔽体の
    中に誘導される電流とそろう複数の導電性ループで構成
    されるパターンを形成する等値線切れ目を有する第2の
    導電性薄板を含み、上記一組の勾配コイルによって誘導
    される渦電流の流れを阻止するために各導電性ループに
    短い切れ目が形成されている遮蔽体を含むことを特徴と
    する磁気共鳴システム。
  2. 【請求項2】 上記第1の導電性薄板に形成された上記
    パターンが上記第2の導電性薄板に形成された上記パタ
    ーンとほぼ同じであるが、上記2つのパターンは上記中
    心軸を中心として互いに直角の向きに配置されている請
    求項1記載の磁気共鳴システム。
  3. 【請求項3】 上記各パターンは中心パッドを含み、上
    記中心パッドのまわりに上記複数の導電性ループが伸
    び、上記中心軸のまわりの一方の方向に上記中心パッド
    から伸びる第1の経路に沿って上記複数の導電性ループ
    の内の1つ置きの導電性ループに上記短い切れ目が形成
    されると共に、上記中心軸のまわりの他方の方向に上記
    中心パッドから伸びる第2の経路に沿って上記複数の導
    電性ループの内の他の1つ置きの導電性ループに上記短
    い切れ目が形成されている請求項1記載の磁気共鳴シス
    テム。
  4. 【請求項4】 上記第1の経路または第2の経路に沿っ
    てそれに隣接した上記導電性ループを一緒に接続する導
    電性条片が、上記各パターンの中に形成されている請求
    項3記載の磁気共鳴システム。
  5. 【請求項5】 上記第1および第2の導電性薄板がそれ
    ぞれの上記パターンの中の一点で一緒に短絡され、そこ
    でそれぞれの上記導電性条片が一緒に結合されている請
    求項4記載の磁気共鳴システム。
  6. 【請求項6】 上記の結合された導電性条片が上記中心
    軸のまわりに完全に一つの導電路を形成している請求項
    5記載の磁気共鳴システム。
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