JPS58124936A - 分布位相型高周波コイル装置 - 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】 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製電に係るものである。「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（Ｎ　Ｍ　Ｒ）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っ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、ｎｇ＆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っ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
（ｎｅｔｎｕｃｌｅａｒ　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　）、すなわちファ
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
よって「スピン」特性と呼称される原子核構造の特性に
よっ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６１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（ｍｅｄ
ｉｃａｌ　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７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、１靜磁楊の方向を横断する摂動する磁場成分
ン発生するための装置ン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ケ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量波発生および検出装置は
、１９８１年にニューヨークにおいてイガク・ジョイン
により出版されたカウフマン、クルックスおよびマーグ
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ェアに関
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。

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ノシステム内に載置さ
れる。このシステム内の磁石りく線すなわち軸線に沿っ
て指向された静磁場を形成する。このシステムは、試験
されろイ」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っ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
暑有している。

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製置いて位置せ
しめられた複数個の導電菓子を備えている。これらの導
電素子に交流電、流乞流すための手段、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く　ａｍｐｌｉ
ｔｕｄｅ　）　Ｙ設定するための手段も設けられている
。この場合、上記軸線ケ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組の電流の大きさ乞設定するようになっている。

この改良型装置の導電素子は、それら導！累子内の電流
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乞相互に接続するた
めの手段を備えてもよいものである。本発明の１実施例
においては、この導電素子乞相互接続する手段は、伝送
線の複数個のセクションケ備えている。特定の周波数に
おいて＋’４これらの伝送線セクションによって相互接
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
せろことができる。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乞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
高周波の沙合磁場ヶ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、添付図面乞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
ンピューターのサブシステムン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Ｂｖ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ン使用
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によって形成される静磁場の方向は、記号Ｈ
ｏｙ有する矢印によって支持されている。

７に＋周波（ＲＦ）コイルＦ内にはＦＬＦコイル素子に
隣接する小さな矢印によって支持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Ｈｔｙ有する磁場が形成される。Ｈｌの大き
さはＨｏに比して小さくなっている。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、Ｉ（ｏ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ケ示す他の
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Ｍｆ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［よ
って指示された表面上に位置せしめられる。

磁気共鳴技術乞使用して人体の作像馨しようとする場合
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にとっ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
沿っ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Ｃｉ横断して振動する高周
波磁場Ｈｔ　ｙ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ン横断ｊることになり、それによって人体乞
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ン
収容−１″るに充分な大きさの空間乞しばしば排除する
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
な磁場乞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−性乞保持しようとした
ならば、サドル形のコイルの寸法が太き（なればなるほ
ど、高周波交流電流の波長乞大きくしなければならな（
・０一般に、波長はコイルの電気的長さの１０倍よりも
媛かくしてはならない。さもなければコイル内における
位相差が磁場の不拘−性ン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ビ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ｎ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って制限ン受けるのである
。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
って得られるものである。

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Ｈｔｙ５発生しあるいは検出するための
改良型の装置χ提供するものである。

線すなわち軸線Ｃｉ横断する磁場成分２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
いは時によっ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Ｃσ）まわりに等し
い間隔Ｙｆいて位置せしめられた１組１６個の導電素子
の横断面図乞示している。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
矢印によって指示された横断方向の磁場Ｈｔｙ＜生ずる
ように作成されている。

これらの導線は−Ｆ印および点によって支持された電流
を有している。十印は紙の平面内に入って行く電流で、
導電素子１ないしＺ内の電流ン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
る電流ケ指示している。

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。

各導を素子におけるさまざまな＝ｉ流の大きさを制御す
ることによって、軸線Ｃｇ横断する第２図に図示した空
間的に均一な磁場ケ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、’ｉｔ素子１ないし７および９ない
し１５内の電流の方向乞反転することによって（軸線Ｃ
を横断する状伸に留まったままで）その方向暑反転せし
められる。これらの交帷゛心流の大きさは、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
互に相対的に匍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導電＊　’ｌ　有’
ｆるのであり、よっ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ケ、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１−１　ｔの空間
的な均一性ン増進するだめの電＃Ｌ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Ｈｔｙ＜除去した導電素子
１ないし１６が図示しである。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である。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ｌπの角変
位１１ｙｒ与えられている。軸線Ｃのまわりの各角度位
置は、８分のｌπの単位で進行する。直交する中心線１
８および２０は基準を示すためのものであり、導電素子
の角変位置は記号ψによって指示しである。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
って指示されている。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Ｎ流の方向に対して逆
になっている。この交流電流は、軸線Ｃｙ！ｌ−横断す
る振動磁場１（ｔ　２生ずるのである。

第４図は、軸線Ｃ？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までの角変位Ｒｙｅ示している
。１６個の各導電素子内のそれぞれの１イ流の大きさは
、交流電流のピーク値乞示す矢印を有する縦線によって
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２２と負（・）のピーク値２４との間で振動する゛両
流レベルを有している。そね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って正
弦波包路線２６および２８が画成されるようにその大き
さが匍制御される。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＠ンなすように維持さ１．る。

かくして導電素子内の′電流は、常に６０および５２に
より指示さ４たような正弦波曲線７圃成しているのであ
る。電流の大きさの匍制御のための真の正弦波包路線か
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。直流ノードは、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ば、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
シリンダ乞角度位置零に沿って切断してそｎン平坦な表
面上に展開したような位置に図示さｎている。導電素子
１ないし１６は相互Ｆ接続さねている。それら導電素子
乞相互接続する手段は、１ないし１６の番号７付した相
互接続手段（ＩＣＭ）Ｙ信じている。また、導電素子１
ないし１６は、軸線Ｃに平行な１点鎖線５４に対しであ
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ン
表わすのに角変θが使用されている。この角度θは零に
もなり得るものでふる。

もし第５図における導電素子１ないし１６馨相互接続す
る手段が、これらの導電素子内に第４図に図示された必
要条件乞満足する電流の太きさン生ぜしめることができ
るならば、軸線Ｃ，−横断する成分を有する空間的に均
一な高周波磁場ケ発生し得るであ−ろう。

導電素子１ないし１６Ｙ相互接続する手段として伝送線
のセクション乞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
波璽流乞導入するのに、交流電源５６と別体の導線給電
素子６８とン使用してもよい。導電素子乞相互接続する
ための手段として、同軸ケーブルのセクションなどのよ
うな伝送線セクションを使用することが可能であること
は見出さ４ている。その場合、第５図に概略的に図示さ
ｊている型の装置においては、定在波ン創出することが
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Ｈｔｔ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
電素子ン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ｎ、ぞれの導電素子における電流の大
きさの制御が、笛４図に図示されたような関係が得らｎ
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！素子ン相互接続するのに並列接続ン使用すること
ができる。しかしながら、導電素子内における電流乞相
対的なかつ異ならせた大鉾さに制御することは必要不可
欠である。’Ｉ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１涼の大きさを
相互に相異したものとする制御は、所望の横断方向の磁
場の均一性ン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４電素子が仮想上のシリンダ乞画成するよう
に位置せしめら４．ていなかったならば、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
の大きさの匍！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
さぞ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ン画成するように
位置せしめらｎ、たアレーならば、第１図に図示された
高周波磁場の均−性乞達成するためには、相対的な電流
の大きさの制御は何らかの異なっ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、・導電素子アレー乞、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
ものであったならば、これらの相互接続手段は電勿エネ
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帷暑発生するためには、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、′４気的エネル
ギー源の両供給す−ド線乞横切って並列に接続すること
ができるとともに、それぞれの４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？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
ピーダンスヲ有スるが、魂電累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１Ｏ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
めの装置馨備えた本発明の実施例が図示さｊている。本
装置は特足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、相互に間隔製置いて
位置せしめられた複数個の導′＃！累子ン有しており、
こ几ら導電素子は、本装置の導電素子内の電流の大きさ
馨設定するとともにそれらの′Ｒ流の位相角度を制御す
るための手段によっ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ョン７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４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（こ几
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？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って変るものである。図
示の装置は、人間の頭の作像用に意図さｎ、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冑有している。同様に、軸線１
８’および２０’も相互［［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１
１２を備えている。好ましくは軟鋼あるいはしんちゅう
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個のストリッ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。こね、ら２個の導電性ストリップ１
１４ａおよび１１４ｂの中間にあるのは、そ４．ぞ４、
の導電性ス）　ＩＪツブの円形の辺縁１１６および１１
８ン境界とする領域である。第６図において見てと第１
るよ５に、辺縁１１６と１１８との間の空間には４線１
２０が収納さｎ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１２３に入るのケ防１卜するファラデイシー
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ｉてい
る。これらの溝は旋盤あるいは他の適宜の機械によって
ら旋状にカットしてもよく、また導線１２０は溝内にお
いて巻回さハ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１Ｏ図において最も良好に見てとれるよ
うに、導線１２２ａおよび１２２ｂが導線１２０と電気
接続状態にして載置さ１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
ｔｌ、るギャップ１２４は、導線１２２ａと１２２ｂと
の間に位置せしめられている。導線１２０乞形成してい
るら旋状の巻回もギャップ（図示していない）を有して
いる。これらのギャップの目ｎ勺は、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馨防止する
ことである。撮動する場は、そのような、導電性通路［
、Ｗ流ン誘起することがでなるから、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１２２Ｍ、−包含するこの
ファラデイシールドは、電場がコイルアセンブリのボア
１２５内に入るのビ防止するが、軸線０１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１２６内なのである。コイルアセン
ブリ１００は特に、人間σ）頭の磁気共鳴作像用に意図
さねているものであり、かくしてほぼ２８センチメート
ルの内径ン有するとともに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も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Ｃｆのまわりに相互に間隔載置いて位置せしめられ
た複数個の４電素子ケ設けることである。また、こ４ら
の導電素子に交流重加を流すための手段も設げなければ
ならない。加うるに、当該作像システムの軸線Ｃあるい
は０１を横断する磁場成分を第１図に図示するように実
質的（Ｃ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ｒ
ばならない。そのような制御は全体としてＦＡ状のコイ
ル１２６を使用することによって達成される。コイル１
２６は、装置１００全体との関連において、かつ適宜の
高周波Ｍ気エネルギー源に接続した一盛合には、軸線を
横断する実質的に均−な複合磁場を発生する導電素子１
６０内の電流の少なくとも１組の大きさケ有している。

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、初台磁場？発生する場合に作用状態と
なる導電素子１６０ケ有している。同軸伝送線１２８の
セクションは導電素子１６０乞相互接続し、かつそれら
は、各導電素子１６０内の電流の相対的な大きさ乞設定
するのに使用される手段である。

導電素子１６０は、コイル支持体１１２土の導電性ス）
　ＩＪツブ１１４ａおよび１１４ｂの辺縁１１６および
１１８との間に延在している。導電素子１５０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ケ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１５１において指示されているように電気
的閉ループ馨形成している。接合点１５１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
の両端部乞相互に密着され、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。電気絶縁ケ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、よっ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１２６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
辱結合は、高周波エネルギーヶ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１Ｏ図に拡大図示
されている導電素子１６２は、コイルアセンブリの・ｑ
電素子１５０のうちの１つであり、誘電材料１６５によ
って包囲された中心４線１５５Ｙ有している。この誘電
材料は、中心導線１５６乞同軸ラインの外方導線１６７
から分離している。１１６と１１８の辺縁の間の領域で
ある。ボア１２６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１６７は除去されてい
る。これは導電素子１５０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ューブから形成され
ている外方導線乞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１６２に対する誘雷結合は同軸結
合装置１６８馨介してコイルアセンブリ１２６内に入る
導電素子１６６馨有する絶縁導線１６４乞使用すること
によって達成されるものである。導電素子１６４は、１
４０の点において端シールド１４２ｂにはんだ付けされ
ている。

第１Ｏ図においては、誘電材料製のストラップ１４１が
導電素子１６４を導電素子１６２に対して固？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
６８内に導入される高周波エネルギーは、導線１６６ケ
介して該導線１５６を１４０の点において接続した端シ
ールド１４２ｂに電流電流させる。この電流は高周波で
振動しており、導電素子１６２内の導線１６６のうちの
点１１６と１−１８との間の部分に対するその誘雷結合
のために、導線１６６内に電流Ｙ　′ｈｆｆｌさせるも
のである。

端シールド１４２ｂは、導電性ス）　ＩＪツブと電気的
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１４２
ａは、導電性ス）　ＩＪツブ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乞形成するタ
ーンのそれぞれの端部は、端シールド１４２ａおよび１
４２ｂ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馨包囲している導
電性材料のシリンダ状片に関連してこのコイルン外界か
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１４２ｂ、ならびに各同
軸伝送線セクション１２８の外方Ｍ線と電気的に接触し
ている。かくしてコイルアセンブリ１００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、またボア１２５内をファラデ
イシールド導線１２０によって７−ルドされているので
ある。

コイル１２６は、複数個の実質的に平行な第１の韓′這
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。導電素子
１５０は内方導線１６６と外方導線１６７と？有する同
軸伝送線のセクションであ勺相臣接続用第２の導電素子
１２８によって相互に分離せしめられている。外方導線
１６７は、第２の導電素子１２８内の電流に関連した電
場および磁場乞とじこめるとともに、それらが導＠１６
０内の電流に関連した磁場と交差するの乞かなりな程度
防ｄニーｒる。これは、たとえ導電素子１６０が事実同
軸伝送線セクションの中心導線でふったとしてもやはり
該当することである。同様に、同軸セクション１２８に
おいては、電場は中心導線１６６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、導電性ストリップ１１４ａおよび１１４
ｂの１１６と１１８の辺縁相互間の作用領域においては
、電磁場は、ファ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１２６内に入るの乞許容せしめられる。

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って制限されるというよりは、
むしろコイルアセンブリ？包囲している導電性シートす
なわちシールド１４４の内部によってその境界とされて
いるのである。か（して、導を性ストリップ１４４の内
部は、各相互接続用同軸伝送線セクションの両端部の間
θ）作用領域内におけろ電気エネルギーσ）伝送に関す
る「グラウンド平面」乞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σ）ことは、コイルア
センブリが、２４個の実質的に平行な第１の１電素子１
６０と、それに対応する個数の第２の相互接続用伝送線
セクション１２８とン有していることを意味している。

コイルアセンプ１Ｊ１００は、概して重患的な共鳴が生
ずる周波数２百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振されたならば、コイルア
センブリ１００内には足任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
クション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１２６内の複合磁場は
、軸線Ｃ′ン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１２６内に配置さ
れた材料によって発生された高周波信号乞検出するのに
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乞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、４電累子１５０の全部
と相互接続用同軸伝送線セクション１２８とから成るも
のである。電、流の最大値は、導Ｉ−累子１６２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゛ぼ流の最大値は、直径方向反対側θ）２９
電素子内部に位置せしめられている。電流ノードは、電
流σ〕最最大値官有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った場合よりも
ほぼ３０％小さくなっている。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２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って影響ヶ受ける
。導電素子１５６上および同軸伝送線内の誌電体層は、
この伝搬速度馨自由空間速度から低＃する。また、＝ｉ
電累子１６０と同軸伝送線の実質的に平行なセクション
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ケ与える。この共鳴周波数は、
磁気共鳴の用途におけるボア１２６内において所望の均
一な場娶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？
満足するためには、コイル１２６のターン数はコイルア
センブリの基礎乞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−個の波長乞達成するように
必要に応じて変化させてもよいものでｈ７ｂ。

導電素子１５０およびセクション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１０［）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７起こす電
気的条件のしたにおいては、軸線Ｃ’ｙｒ包囲している
単−個の波長内におけるそれぞれの位置によって、設定
あるいは制御される電帽？有している。定在波の電流？
図示している第４図について見ると、導電索子１６０は
相互にカーではない角度位置に配役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ョンは、異なった長さあるい
は異なっ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
て定住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）とン有している。］電素子
１６０は、これら導電素子とともに閉ループ電気経路を
構成する伝送線ふるいは遅延線セクション１２８によっ
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ン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１６０内の′４流は
、定在波の存在のために必皇皮に応じて相互Ｖｃ−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
軸線ビ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。

各導電索子１６０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
合磁場乞発生するために、各別ｆｆあるいは−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
の索子が同調せしめられた周波数において振動する磁場
音検出するのに使用することができるであろう。−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１６０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′ぽ
流ゲ所要の相対的な太きさとした定在波が存在するの乞
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
／抵抗比が高くなっている。「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カビ決定するもの
である。磁気共鳴システムにおいて検出し７なげればな
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〇軸
Ｈｃ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内の導電索子１．５０も軸線Ｃ１に対し
てそのような角度θゲ有している。

このようになっている理由は、コイルアセンブリ１００
内の定在波が軸線Ｃ′乞包囲している全体のｉｔ性電気
的ループ内に１波長ン有してい心からであり。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１６０の両端の間には電流に位相差
があること乞意味しているのでふる。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って
あられれろ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（ＩＣＭＩないしＩ
ＣＭ＃１６　）ｙｒ有する１６個の実質的に平行な導電
素子のアレー７示す第５図に類似する概略Ｍ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ョンであ
っ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ョ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ョンは、２
πラジアンケ当該アレー内の導電素子の個数で割って得
たオフセーット角度乞πに対してプラス７１＋−するい
はマイナスした角度だけ角度位置が相互（で分離された
２個の導電素子の対応する先端部馨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乞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ョン
ＩＣＭがさまざまな電気的長さのものであったならば、
角度位置σ）分離量は定在波が空間的に均一な磁場馨発
生するの馨可能とするために必萼にされるようなもσ）
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
共鳴音発生するとともに該材料内の磁気共鳴？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載置いて位置せしめ
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
した点線の磁力線乞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変位置？表わす
グラフで、第２図に図示された均一な磁場ン発生するこ
とができるこれらの振動電流σ）正および負のピーク値
？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？発生しあるい
は検出するための改良型の装置？備えた高周波コイルア
センプＩＪ　’に尺度？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乞断
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？尺度？大きくして示すものであり、第１
０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？流すための手
段と乞示す一部？断面とした拡大図であり、第１１図は
、アレーの導電素子？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？有する導電素子
乞示す第５図と同様の概略図である。 Ｃ１・・・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、１１
４ｂ・・・導電性ストリップ、′１１６・・・辺縁、１
１８・・・辺縁、１２０・・・導線、１２１・・・非導
電性シート材料、１２２ａ　。 １２２ｂ・・・導線、１２６・・・ボア、１２４・・・
ギャップ、１２６・・・コイル、１２８・・・同軸伝送
線、１３０・・・導電素子、１３１・・・接合点、１６
２・・・導電素子・・・１６６・・・中心導線、１６４
・・・絶縁導線、１５５・・・誘電材料、１６６・・・
導電素子、１３７・・・外方導線、１６８・・・同軸結
合装置、１４０・・・点、１４１・・・ストラップ、１
４２ａ、１４２ｂ・・・端シールド。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、試験のために内部に載置された材料内に磁気共鳴ヲ
   発生しかつそれを検出するためのシステムであって、線
   すなわち軸線に沿って指向された静磁場を形成するだめ
   の磁石を有し、上記材料乞、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って上記材料内に磁
   気共鳴を発生するようにしたシステムにおける高周波磁
   場？発生しあるいは検出するための装置において、上記
   軸線のまわりに相互に間隔を置いて位置された複数個の
   導電素子と、 該導電素子内に交流電流を流すための手段と、上記各導
   電素子内における電流の相対的な大きさケ設定するため
   の手段であって、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全体と
   して相互に異なりた少なくとも１組の電流の大きさを設
   定するための手段と を備えたことを特徴とする装置。 ２、電流の犬ぎさを設定するための上記手段には、上記
   導電素子内の電流の大きさを相対的に制御するとともに
   、それら電流の大きさを上記軸線のまわりにおける上記
   各導電素子の位置に関連して制御するための手段を備え
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の装置
   。 ３、電流の相対的な大きさを設定するための上記手段に
   は、上記導電素子を相互接続するための相互接続手段を
   備え、該相互接続手段と上記曽電累子とにより電気的閉
   ループを形成し、高周波で振動する電気的エネルギー源
   に接続した時」二記電気的閉ループに定在波を保持する
   ようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第２項に記
   載の装置。 ４、上記相互接続手段には、当該装置を高周波で振動す
   る電気的エネルギー源に接続した時、相互接続された上
   記導電素子内の電流の大きさを相互に相Ｗせしめるため
   の手段を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第３項
   に記載の装置。 ５．定在波を保持するために当該装置を高周波で振動す
   る電気的エネルギー源に接続した時、上記導電素子間に
   おける位相角の差と相互接続セクション間における位相
   角の差との合計を２πラジアンとなるようにしたことを
   特徴とする特許請求の範囲第４項に記載の装置。 ６、相互接続された上記導電素子内における噴流の相対
   的な大きさを設足するための上記手段には、伝送線の複
   数個のセクションを備え、該伝送線セクションによって
   上記導電素子を相互に分離したことを特徴とする特許請
   求の範囲第５項に記載の装置。 ７、上記伝送線セクションには、該伝送線セクション内
   の電流に関連した磁場と上記導電素子内の電流に関連し
   た磁場との相互作用を制限するための手段を備えたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第６項に記載の装置。 ８上記伝送線セクシヨンには、内側等線と外側導線とを
   備え、上記内側導線を当該装置の上記導電素子と一体と
   するとともに、上記外４０１１４線を上記内側導線から
   離隔して配置し、かつ上記伝送線セクション内の電流に
   関連した磁場を上記外側導線によって上記内側導線と上
   記外側導線との間の範囲に実質的に閉じ込めるようにし
   たことを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載の装置
   。 ９上記導電素子によって回転面を画成するようにしたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第７項に記載の装置。 １０、上記導電素子によって円筒面を画成するようにし
   たことを特徴とする特許請求の範囲第７項に記載の装置
   。 １１、上記導電素子を上記円筒形の軸線と実質的に平行
   としたことを特徴とする特許請求の範囲第１０項に記載
   の装置。 １２、上記導電素子を上記円筒形の軸線に対して斜めに
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１０項に記載の
   装置。″ １３、磁気共鳴分析を受ける材料を高周波振動磁場を使
   用して励振するため、あるいはそのような材料の磁気共
   鳴の結果としての磁場を検出するためのコイルアセンブ
   リにおいて 内部に試験すべき材料を載置し得る領域を画成している
   コイル支持体と、 該コイル支持体の局囲に位１ｕせしめられたほぼ環状の
   コイルと を備え、上記コイルには同軸伝送線のセクションによっ
   て分離された導電素子の交番するセクションを有せしめ
   、上記導電素子は上記同軸伝送線の上記セクションの中
   心の導線とし、かつ上記同軸１伝送緋の上記各セクショ
   ン間の上記導電素子を上記コイル支持体の軸線と実質的
   に平行としたことを特徴とするコイルアセンブリ。 １４、さらに、１対の端シールドと、該端シールドを相
   互接続する円筒形の導電性シートとを備え、上記環状コ
   イルを上記端シールドと上記導電性シートとによって包
   囲したことを特徴とする特許請求の範囲第１３項に記載
   のコイルアセンブリ。 １５、さらに、上記環状コイルの上記導電素子のうちの
   １個の導電素子に高周波電気エネルギーな誘導結合する
   ための手段を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第
   １４項に記載のコイルアセンブリ。 １６、高周波電気エネルギーを誘導結合する上記手段に
   は、上記環状コイルの上記導電素子のうちの１個の導電
   素子に平行に位置せしめられた等線を備えたことを特徴
   とする特許請求の頓囲第１５項に記載のコイルアセンブ
   リ。 １７上記環状コイルを上記コイル支持体の軸線のまわり
   に１回転させるようにしたことを特徴とする特許請求の
   範囲第１４項に記載のコイルアセンブリ。 １８、上記環状コイルに電気的閉ループを形成する導線
   を有せしめたことを特徴とする特許請求の範囲第１７項
   に記載のコイルアセンブリ。 １９、上記軸線のまわりにおける角度位置によって分離
   された導電素子の相対応する端部を同軸の伝送線のセク
   ションによって相互接続し、かつこの分離角度を、２π
   ラジアンを相互接続された上記導電素子の本数によって
   割ったものを２πラジアンに加算しあるいは２πラジア
   ンから減算したものに等しくしたことを特徴とする特許
   請求の範囲第１３項に記載のコイルアセンブリ。 ２０、上記コイル支持体の軸線のまわりに位置せしめら
   れた相隣接する導電素子の向かい合っている端部を同軸
   の伝送線のセクションによって相互接続したことを特徴
   とする特許請求の範囲第１３項に記載のコイルアセンブ
   リ。 ２１、上記導電素子を上記コイル支持体の上記軸線のま
   わりに相互に等しい間隔で離間するようにしたことを特
   徴とする特許請求の範囲第１９項あるいは第２０項に記
   載のコイルアセンブリ。 ２２、上記伝送線の上記セクションの長さと上記コイル
   支持体の上記軸線のまわりにおける上記導電素子の位置
   を、当該コイルアセンブリを該コイルアセンブリ内にお
   ける波長がその電気的長さに等しい高周波電気信号によ
   って励振した時に上記軸線を横断する撮動磁場が存在す
   るような関係に設定したことを特徴とする特許請求の範
   囲第１３項に記載のコイルアセンブリ。