JPH1075939A - Ｍｒｉ用磁場発生方法及びｍｒｉ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 位置情報を付加するための勾配磁場に起因し
て受信信号に折り返しが生じることがないようにする。 【解決手段】 励起すべき所定の領域にＭＲＩ用の高周
波磁場を発生するためのＲＦコイル２１と、前記ＲＦコ
イルが発生する高周波磁場の所定の領域外の成分を打ち
消すため、キャンセル用の高周波磁場を発生するキャン
セル用ＲＦコイル２２，２３と、前記ＲＦコイルに高周
波磁場形成用の信号を供給し、前記キャンセル用ＲＦコ
イルにキャンセル用の高周波磁場形成用の信号を供給す
る信号供給手段１３，１４，１５とを有することを特徴
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は磁気共鳴イメージン
グ（ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging））用磁場生
成方法及びＭＲＩ装置に関し、特に、磁場均一領域を良
好な状態に保ちつつ不要な領域では磁場を発生させない
よう配慮した磁場生成方法及びＭＲＩ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＭＲＩ装置は、核磁気共鳴現象を利用し
て被検体中の所望の検査部位における原子核スピンの密
度分布，緩和時間分布等を計測して、その計測データか
ら被検体の断面を画像表示するものである。

【０００３】均一で強力な静磁場発生を発生するＭＲＩ
装置内に置かれた被検体の原子核スピンは、静磁場の強
さによって定まる周波数（ラーモア周波数）で静磁場の
方向を軸として歳差運動を行う。

【０００４】そこで、このラーモア周波数に等しい周波
数の高周波パルスを外部より照射すると、スピンが励起
されて高いエネルギー状態に遷移する。これを核磁気共
鳴現象と言う。この高周波パルスの照射を打ち切ると、
スピンはそれぞれの状態に応じた時定数で元の低いエネ
ルギー状態に戻り、この時に外部に電磁波を照射する。

【０００５】これをその周波数に同調した高周波受信コ
イル（高周波コイル）で検出する。このとき、空間内に
位置情報を付加する目的で、三軸の勾配磁場を静磁場空
間に印加する。この結果、空間内の位置情報を周波数情
報として捕らえることができる。

【０００６】このようなＭＲＩ装置において、被検体に
高周波パルス（高周波磁場）を印加するために、高周波
コイルに対して高周波信号を供給している。この高周波
信号は位相及び振幅が正確に制御されたものであって、
ピーク電力は数ｋＷ〜数十ｋＷに達するものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図４は高周波磁場を被
検体に照射するためのＲＦコイル１とそれにより発生す
る高周波磁場についてＲＦコイル１の中心軸に沿った位
置における磁場強度、位置情報を付加するための勾配磁
場についてのＲＦコイル１の中心軸に沿った位置におけ
る強度分布、及び被検体３と受信コイル２の位置関係を
示す説明図である。

【０００８】ＲＦコイル１により生成される高周波磁場
は図４（ｂ）に示すように、ＲＦコイル１のエレメント
の範囲内では略均一な分布を有しており、更に外部にも
徐々に強度が低下する若干の磁場分布を有している。

【０００９】また、勾配コイル（図示せず）により生成
される勾配磁場も、ＲＦコイル１のエレメントの範囲内
では略リニアな傾斜勾配を有しており、ＲＦコイル１の
外部で減衰する状態になっている。

【００１０】ところで、この図４（ｂ）において、ＲＦ
コイル１のエレメントの範囲内に位置する勾配磁場の点
ａと、ＲＦコイル１の範囲外に位置する勾配磁場の点ｂ
とは、等しい磁場強度になっている。

【００１１】従って、この点ａと点ｂとは同一の周波数
として受信コイル２に受信されることになる。すなわ
ち、本来は範囲外となるべき信号が折り返しを生じて混
入することになる。同様にして、勾配磁場のピークから
外側の部分で、ピークから内側と磁場強度が等しい位置
で折り返しを生じることになる。

【００１２】このような事態を防止するには、勾配コイ
ルを大きくすることや、受信コイル２を小さくすること
が考えられる。しかし、勾配磁場の均一度の点で勾配コ
イルを大きくすることは好ましくない。また、脊椎付近
の信号を均一に検出するために、受信コイル２をある程
度大きくする必要がある。この結果、勾配磁場の強度が
等しい点の折り返しを防ぐことは困難であった。

【００１３】本発明は上記の点に鑑みてなされたもの
で、第一の目的は、位置情報を付加するための勾配磁場
に起因して受信信号に折り返しが生じることのないＭＲ
Ｉ用磁場生成方法を実現することである。

【００１４】第二の目的は、位置情報を付加するための
勾配磁場に起因して受信信号に折り返しが生じることの
ないＭＲＩ装置を実現することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決する発
明は以下のように構成されたものである。 （１）第１の発明は、励起すべき所定の領域にＭＲＩ用
の高周波磁場を発生し、前記高周波磁場の所定の領域外
の成分を打ち消すため、前記高周波磁場と逆位相の高周
波磁場を前記所定の領域に隣接する領域で発生すること
を特徴とするＭＲＩ用磁場生成方法である。

【００１６】このＭＲＩ用磁場生成方法によれば、所定
の領域内では所望の高周波磁場が形成され、所定の領域
外では高周波磁場の広がりが逆位相の高周波磁場により
打ち消される。

【００１７】従って、所定の領域の内外で勾配磁場の強
度が等しくなる点が存在していても、所定の領域外では
高周波磁場の強度が極めて小さくなっているため、受信
信号に折り返しが発生することがなくなる。

【００１８】（２）第２の発明は、励起すべき所定の領
域にＭＲＩ用の高周波磁場を発生するためのＲＦコイル
と、前記ＲＦコイルが発生する高周波磁場の所定の領域
外の成分を打ち消すため、キャンセル用の高周波磁場を
発生するキャンセル用ＲＦコイルと、前記ＲＦコイルに
高周波磁場形成用の信号を供給し、前記キャンセル用Ｒ
Ｆコイルにキャンセル用の高周波磁場形成用の信号を供
給する信号供給手段と、を有することを特徴とするＭＲ
Ｉ装置である。

【００１９】このＭＲＩ装置によれば、所定の領域内で
はＲＦコイルにより所望の高周波磁場が形成され、所定
の領域外では前記ＲＦコイルによる高周波磁場の広がり
がキャンセル用ＲＦコイルによる逆位相の高周波磁場に
より打ち消される。

【００２０】従って、所定の領域の内外で勾配磁場の強
度が等しくなる点が存在していても、所定の領域外では
高周波磁場の強度が極めて小さくなっているため、受信
信号に折り返しが発生することがなくなる。

【００２１】（３）第３の発明は、所定の領域外に生じ
る高周波磁場の強度を検出する検出手段を備え、前記第
２の発明の前記検出手段の検出結果に応じて前記信号供
給手段がキャンセル用の高周波磁場形成用の信号強度を
制御することを特徴とするＭＲＩ装置である。

【００２２】このＭＲＩ装置によれば、所定の領域内で
はＲＦコイルにより所望の高周波磁場が形成され、所定
の領域外の前記ＲＦコイルによる高周波磁場の広がりは
キャンセル用ＲＦコイルによる逆位相の高周波磁場によ
り打ち消される。尚、この逆位相の高周波磁場は、検出
手段の検出結果により制御されるため、所定の領域外で
は高周波磁場の強度が確実に小さくなる。

【００２３】従って、所定の領域の内外で勾配磁場の強
度が等しくなる点が存在していても、所定の領域外では
高周波磁場の強度が極めて小さくなっているため、受信
信号に折り返しが発生することがなくなる。

【００２４】（４）また、その他の発明としては、前記
第２若しくは第３の発明における前記信号供給手段が、
高周波磁場形成用の信号の位相を反転したものをキャン
セル用の高周波磁場形成用の信号として用いることを特
徴とするＭＲＩ装置である。

【００２５】このＭＲＩ装置によれば、所定の領域内で
はＲＦコイルにより所望の高周波磁場が形成され、所定
の領域外の前記ＲＦコイルによる高周波磁場の広がりは
キャンセル用ＲＦコイルによる逆位相の高周波磁場によ
り打ち消される。尚、この逆位相の高周波磁場は、励起
用の高周波磁場形成用の信号の位相を反転した信号によ
り生成される。

【００２６】従って、所定の領域の内外で勾配磁場の強
度が等しくなる点が存在していても、所定の領域外では
高周波磁場の強度が極めて小さくなっているため、受信
信号に折り返しが発生することがなくなる。

【００２７】また、この発明のようにして高周波磁場形
成用の信号の位相を反転したものをキャンセル用の高周
波磁場形成用の信号として用いるＭＲＩ用磁場生成方法
の発明によっても、同様な効果を奏することができる。

【００２８】（５）また、以上の第３の発明のようにし
て所定の領域外に生じる高周波磁場の強度を検出して、
その検出結果に応じてキャンセル用の高周波磁場形成用
の信号強度を制御するＭＲＩ用磁場生成方法の発明によ
っても、第３の発明と同様な効果を奏することができ
る。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態例を詳細に説明する。 ＜ＭＲＩ装置の構成＞まず、図１を参照してＭＲＩ装置
の全体構成を説明する。この図１において、波形発生器
１１はラーモア周波数に合致した高周波基準信号（キャ
リア）と、所望のパルスシーケンスに応じた波形の高周
波エンベロープ信号とを発生する。以下、この高周波基
準信号と高周波エンベロープ信号とを総称して高周波磁
場形成用信号と呼ぶ。

【００３０】アンプ１２は高周波磁場形成用信号を所定
の電力にまで増幅する電力増幅器である。コントローラ
１３は後述する検出結果に応じて高周波磁場形成用信号
の振幅を調整する調整手段である。このコントローラ１
３としては、半導体素子を用いた電子的なアッテネータ
などが該当する。

【００３１】分配器１５はコントローラ１３で調整され
た高周波磁場形成用信号を２つに分配するものである。
１４Ａ及び１４Ｂは分配器１５で分配された高周波磁場
形成用信号を所定の電力にまで増幅する電力増幅器であ
る。

【００３２】尚、以上のコントローラ１３，分配器１５
及びアンプ１４が、キャンセル用の高周波磁場形成用信
号を供給する信号供給手段を形成している。また、アン
プ１４Ａ及び１４Ｂの前段の分配器１５で分配を行うこ
とが、小電力で分配を行えるため好ましい。

【００３３】２１は所定の領域に高周波磁場を形成する
ためのＲＦコイルである。２２は所定の領域外に前記Ｒ
Ｆコイル２１により形成される高周波磁場の成分をキャ
ンセルするために、逆位相の高周波磁場（キャンセル用
高周波磁場）を発生するキャンセル用ＲＦコイルであ
る。

【００３４】２３は所定の領域外に前記ＲＦコイル２１
により形成される高周波磁場の成分をキャンセルするた
めの逆位相のキャンセル用高周波磁場を形成するキャン
セル用ＲＦコイルである。

【００３５】尚、ここに示す図１では、これらのＲＦコ
イル２１及びキャンセル用ＲＦコイル２２，２３をバー
ドケージ形式のものとして示しているが、これに限られ
るものではない。

【００３６】例えば、ＲＦコイル２１がサドルコイルで
あれば、キャンセル用ＲＦコイル２２，２３もサドルコ
イルとすればよい。すなわち、励起用の高周波磁場を発
生するＲＦコイルと同種のキャンセル用ＲＦコイルを用
いることが、必要な磁場成分に悪影響を与えず、不要な
磁場成分をキャンセルする点で好ましい。

【００３７】２４はキャンセル用ＲＦコイル２２内にお
ける磁場のキャンセルの様子を検出するための検出コイ
ル、２５はキャンセル用ＲＦコイル２３内における磁場
のキャンセルの様子を検出するための検出コイルであ
る。これら検出コイル２４，２５の検出結果はコントロ
ーラ１３に供給される。

【００３８】尚、高周波磁場とキャンセル用高周波磁場
とが逆位相となるようにするには、 コントローラ１３，アンプ１４Ａ及び１４Ｂのいずれ
かで電流の位相が反転するように制御する、 キャンセル用ＲＦコイル２２，２３で電流が流れる方
向をＲＦコイル２１と逆になるように、アンプからコイ
ルの端子への接続を調整する、 のいずれかにしておけばよい。

【００３９】＜ＭＲＩ用磁場生成方法及びＭＲＩ装置の
動作＞次に、ＭＲＩ用磁場生成方法及びＭＲＩ装置の動
作について、磁場分布を示す図２を参照して説明を行
う。

【００４０】まず、波形発生器１１はラーモア周波数に
合致した高周波磁場形成用信号（高周波基準信号と、所
望のパルスシーケンスに応じた波形の高周波エンベロー
プ信号）を発生する。

【００４１】この高周波磁場形成用信号はアンプ１２で
電力増幅されて、ＲＦコイル２１に供給される。ここ
で、ＲＦコイル２１により生成される高周波磁場は図２
（ｂ）に示すように、ＲＦコイル２１のエレメントの範
囲内では略均一な分布を有しており、更に外部にも徐々
に強度が低下する不要な磁場分布を有している。

【００４２】また、波形発生器１１で生成された高周波
磁場形成用信号はコントローラ１３で後述するように振
幅が調整された後、分配器１５で２分配され、更にアン
プ１４Ａ及び１４Ｂで電力増幅され、キャンセル用ＲＦ
コイル２２，２３に供給される。

【００４３】ここで、キャンセル用ＲＦコイル２２，２
３により生成される高周波磁場（キャンセル用高周波磁
場）は図２（ｃ）に示すようなものであり、ＲＦコイル
２１の範囲外に生じている不要な磁場分布をキャンセル
するため、逆位相となるようにされている。

【００４４】更に、このキャンセル用高周波磁場がＲＦ
コイル２１のエレメントの範囲内の高周波磁場に悪影響
を与えないように、キャンセル用ＲＦコイル２２及び２
３はＲＦコイル２１の端部から少し離れる位置に設けら
れている。

【００４５】このように高周波磁場及びキャンセル用高
周波磁場を形成することで、最終的には図２（ｄ）に示
すような高周波磁場が得られる。この高周波磁場はＲＦ
コイル２１のエレメントの範囲内では略一定の磁場強度
を有しており、その外側では高周波磁場とキャンセル用
高周波磁場とが打ち消し合って磁場強度は極めて小さ
い。

【００４６】尚、このように打ち消し合って磁場強度が
小さくなるように、検出コイル２４，２５の検出結果を
参照したコントローラ１３がキャンセル用高周波磁場
（図２（ｃ））の振幅を調整する。

【００４７】この結果、例えば、図２（ｄ）に示す勾配
磁場強度が等しい点ａと点ｂとにおいて、点ｂにおける
高周波磁場強度が著しく小さくなっているためスピンが
励起されるに至らない。従って、位置情報を付加するた
めの勾配磁場に起因して受信信号に折り返しが生じるこ
とはなくなる。

【００４８】以上の場合において、検出コイル２４，２
５は被検体が載置される位置（実際に折り返す信号が発
生する位置）で検出を行うことが好ましい。従って、被
検体を載置する以前に、検出コイル２４，２５による検
出及び磁場調整を行って、実際の撮影の際には検出コイ
ル２４，２５が待避する構造であることが好ましい。ま
たは、被検体載置台の載置面や内部に埋め込むようにし
て、被検体の載置に邪魔にならないような構造に配置す
ることも可能である。

【００４９】また、以上のように励起すべき所定の領域
外の磁場強度をキャンセルするような調整は、実際の断
層撮影の前に行えばよい。ところで、コントローラ１
３，アンプ１４Ａ及び１４Ｂ並びに分配器１５の順序
は、図１に示した順序に限られない。

【００５０】例えば、コントローラ１３とアンプ１４
Ａ，１４Ｂとは逆の配置であっても構わない。但し、コ
ントローラ１３がアンプ１４Ａ，１４Ｂや分配器１５の
前段に位置することで、比較的レベルの小さい信号を調
整すればよいため、コントローラ１３の回路規模を小さ
くすることができる。

【００５１】また、コントローラ１３，アンプ１４，分
配器１５の順に配置し、アンプ１４については１系統の
増幅回路にすることも可能である。更に、図３に示すよ
うに、分配器１５の後段にコントローラ１３（１３Ａ及
び１３Ｂ）を２系統設け、それぞれ独立して制御を行っ
て精度を向上させることも可能である。

【００５２】この場合には、検出コイル２４とコントロ
ーラ１３Ａ、検出コイル２５とコントローラ１３Ｂのよ
うに独立した制御になるため、それぞれの領域で磁場強
度を最適に保つことが可能になる。また、分配器１５が
レベルの小さい信号を分配すれば良いため、回路規模を
小さくすることができる。また、分配器１５の分配精度
が良くない場合でも、コントローラ１３Ａ及び１３Ｂの
調整で精度を保つことが可能になる。

【００５３】＜実施の形態例により得られる効果＞以上
の実施の形態例で説明したＭＲＩ用磁場生成方法及びＭ
ＲＩ装置によれば以下のような効果が得られる。

【００５４】：励起すべき所定の領域にＭＲＩ用の高
周波磁場を発生し、前記高周波磁場の所定の領域外の成
分を打ち消すために前記高周波磁場と逆位相の高周波磁
場を前記所定の領域に隣接する領域で発生することによ
り、所定の領域内では所望の高周波磁場が形成され、所
定の領域外では高周波磁場の広がりが逆位相の高周波磁
場により打ち消される。従って、所定の領域の内外で勾
配磁場の強度が等しくなる点が存在していても、所定の
領域外では高周波磁場の強度が極めて小さくなっている
ため、受信信号に折り返しが発生することがなくなる。

【００５５】：高周波磁場形成用の信号の位相を反転
したものをキャンセル用の高周波磁場形成用信号として
用いるようにしているので、高周波磁場形成用信号が複
雑な波形であったとしても正確かつ容易にキャンセル用
の高周波磁場形成用信号を生成することができる。

【００５６】：所定の領域外に生じる高周波磁場の強
度を検出する検出手段を備え、検出手段の検出結果に応
じてキャンセル用の高周波磁場形成用の信号強度を制御
することにより、所定の領域外の前記ＲＦコイルによる
高周波磁場の広がりはキャンセル用ＲＦコイルによる逆
位相の高周波磁場により打ち消される際に、この逆位相
の高周波磁場が検出手段の検出結果により制御されるた
め、所定の領域外では高周波磁場の強度が確実に小さく
なる。

【００５７】従って、所定の領域の内外で勾配磁場の強
度が等しくなる点が存在していても、所定の領域外では
高周波磁場の強度が極めて小さくなっているため、受信
信号に折り返しが発生することがなくなる。

【００５８】

【発明の効果】以上実施の形態例と共に詳細に説明した
ように、この明細書記載の各発明によれば以下のような
効果が得られる。

【００５９】（１）第１の発明のＭＲＩ用磁場発生方法
では、励起すべき所定の領域にＭＲＩ用の高周波磁場を
発生し、前記高周波磁場の所定の領域外の成分を打ち消
すため、前記高周波磁場と逆位相の高周波磁場を前記所
定の領域に隣接する領域で発生することにより、所定の
領域内では所望の高周波磁場が形成され、所定の領域外
では高周波磁場の広がりが逆位相の高周波磁場により打
ち消される。このため、所定の領域の内外で勾配磁場の
強度が等しくなる点が存在していても、所定の領域外で
は高周波磁場の強度が極めて小さくなっているため、受
信信号に折り返しが発生することがなくなる。

【００６０】（２）第２の発明のＭＲＩ装置では、励起
すべき所定の領域にＭＲＩ用の高周波磁場を発生し、前
記高周波磁場の所定の領域外の成分を打ち消すため、前
記高周波磁場と逆位相の高周波磁場を前記所定の領域に
隣接する領域で発生することにより、所定の領域内では
所望の高周波磁場が形成され、所定の領域外では高周波
磁場の広がりが逆位相の高周波磁場により打ち消され、
所定の領域の内外で勾配磁場の強度が等しくなる点が存
在していても、所定の領域外では高周波磁場の強度が極
めて小さくなっているため、受信信号に折り返しが発生
することがなくなる。

【００６１】（３）第３の発明のＭＲＩ装置では、所定
の領域外に生じる高周波磁場の強度を検出する検出手段
を備え、検出手段の検出結果に応じてキャンセル用の高
周波磁場形成用の信号強度を制御することにより、所定
の領域外の前記ＲＦコイルによる高周波磁場の広がりは
キャンセル用ＲＦコイルによる逆位相の高周波磁場によ
り打ち消される際に、この逆位相の高周波磁場が検出手
段の検出結果により制御されるため、所定の領域外では
高周波磁場の強度が確実に小さくなる。

【００６２】従って、所定の領域の内外で勾配磁場の強
度が等しくなる点が存在していても、所定の領域外では
高周波磁場の強度が極めて小さくなっているため、受信
信号に折り返しが発生することがなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＭＲＩ用磁場生成方法を行うためのＭ
ＲＩ装置を示す構成図である。

【図２】本発明の実施の形態例により生成される高周波
磁場と勾配磁場との分布を示す説明図である。

【図３】本発明のＭＲＩ用磁場生成方法を行うためのＭ
ＲＩ装置の他の例を示す構成図である。

【図４】従来のＲＦコイルで生成される高周波磁場と勾
配磁場との分布を示す説明図である。

【符号の説明】

１１ 波形発生器 １２ アンプ １３ コントローラ １４ アンプ １５ 分配器 ２１ ＲＦコイル ２２，２３ キャンセル用ＲＦコイル ２４，２５ 検出用コイル

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 励起すべき所定の領域にＭＲＩ用の高周
   波磁場を発生し、 前記高周波磁場の所定の領域外の成分を打ち消すため、
   前記高周波磁場と逆位相の高周波磁場を前記所定の領域
   に隣接する領域で発生することを特徴とするＭＲＩ用磁
   場生成方法。
2. 【請求項２】 励起すべき所定の領域にＭＲＩ用の高周
   波磁場を発生するためのＲＦコイルと、 前記ＲＦコイルが発生する高周波磁場の所定の領域外の
   成分を打ち消すため、キャンセル用の高周波磁場を発生
   するキャンセル用ＲＦコイルと、 前記ＲＦコイルに高周波磁場形成用の信号を供給し、前
   記キャンセル用ＲＦコイルにキャンセル用の高周波磁場
   形成用の信号を供給する信号供給手段と、 を有することを特徴とするＭＲＩ装置。
3. 【請求項３】 所定の領域の外に生じる高周波磁場成分
   の強度を検出する検出手段を備え、 前記検出手段の検出結果に応じて前記信号供給手段がキ
   ャンセル用の高周波磁場形成用の信号強度を制御するこ
   とを特徴とする請求項２記載のＭＲＩ装置。