JPS6195234A - Ｎｍｒ用無線周波コイル - 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】 関連出願との関係 この出願は１９８３年１１月４日に出願された係属中の
米国特許出願通し番号第５４８，７４５号の発明と関係
を有する。

発明の背景 この発明は核磁気共鳴（ＮＭＲ＞装置に関する。

更に特定して云えば、この発明はＲＦ低信号発信並びに
／又は受信の為にこういう装置に役立つ無線周波（ＲＦ
）コイルに関する。

従来、ＮＭＲ現象は、有機分子の分子構造を生体内で研
究する為に構造化学者によって利用されて来た。典型的
には、この目的に利用されたＮＭＲ分光計は研究しよう
とする物質の比較的小さなサンプルを受入れる様に設計
されている。然し、ごく最近、ＮＭＲは例えば生体とし
ての被検体の解剖学的な特徴の像を求めるのに使われる
作像様式が開発されている。核スピン（典型的には組織
内の水に関連した水素の陽子）に伴うパラメータを表わ
す像は、検査領域に於ける組織の健康状態を判定する上
で、医学的に診断価値があることがある。ＮＭＲ方式は
、例えば燐及び炭素の様な元素の生体内の分光法にも拡
張されており、生きている器官内の化学的なプロセスを
研究する手段を初めて研究者に提供した。像を発生する
為、並びに人体の分光学的な研究の為にＮＭＲを使うに
は、磁石、勾配コイル及びＲＦコイルの様に、装置の特
別に設計された部品を使うことを必要とする。

背景の説明として云うと、核磁気共鳴現象は奇数個の陽
子又は中性子を持つ原子核で起こる。陽子及び中性子の
スピンの為、各々の原子核が磁気モーメントを持ち、こ
ういう原子核で構成されたサンプルが均質な静磁界Ｂｏ
の中に配Ｕされた時、多数の核磁気モーメントが磁界と
整合して、磁界の方向に正味の巨視的な磁化Ｍを発生す
る。磁界Ｂ０の影響で、整合した磁気モーメントが、原
子゛　核の特性並びに印加磁界の強さに依存する周波数
で、磁界の軸線の周りに歳差運動をする。この歳差運動
の角周波数ωは、ラーマ周波数とも呼ばれるが、ラーマ
方程式ω＝γＢ（こ１でγは磁気回転比であって、各々
のＮＭＲ同位元素に対して一定、Ｂは核スピンに作用す
る磁界であって、Ｂ。

に他の磁界を加えたもの）によって表わされる。

従って、共鳴周波数がサンプルをその中に配置した磁界
の強さに関係することは明らかである。

磁化Ｍの向きは、普通は磁界Ｂｏの方向であるが、ラー
マ周波数か又はそれに近い周波数で振動する磁界を印加
することにより、摂動させることが出来る。鋳型的には
、この様な磁界（Ｂ＋で表わす）が、無線周波発信装置
に接続されたコイルを通るＲＦパルスにより、磁界Ｂ０
の方向と直交する様に印加される。ＲＦ励振の影響で、
磁化Ｍが磁界Ｂ１の方向の周りに回転する。ＮＭＲによ
る研究では、磁化Ｍを磁界Ｂ０の方向と垂直な平面まで
回転させるのに十分な大きさ及び持続時間を持つＲＦパ
ルスを印加することが希望されるのが典型的である。こ
の平面を普通横手面と呼ぶ。

ＲＦ励振が止むと、横平面に回転した核磁気モーメント
が静磁界の方向の周りに歳差運動をする。

スピンのベクトル和が歳差運動をするバルクの磁化を形
成し、これをＲＦパルスによって感知することが出来る
。ＲＦコイルによって感知された信号をＮＭＲ信号と呼
ぶが、これは磁界と、原子核をその中に配置した特定の
化学的な環境とに特有、あ。。ＮＭＲ□、７）□７．よ
１．うぃう、８よ　　（空間情報を符号化する為に使わ
れる磁界勾配の存在の下に、ＮＭＲ信号を観測する。後
でこの情報を使って、研究する物体の像を再生ずるが、
そのヤリ方は周知である。

全身ＮＭＲ検査を行なう時、均質な磁界Ｂ０の強さを強
めるのが有利であることが判った。これは陽子作像の場
合、ＮＭＲ信号の信号対雑音比を改善する為に望ましい
。然し、□分光法の場合、検査される成る化学的な種ｌ
１ｌ（例えば燐及び炭素）は身体の中に比較的稀にしか
な欠、その為使える信号を検出する為には、強い磁界が
必要であるから、これは必要条件であ５る。ラーマ方程
式から明らかな様に、磁界Ｂを強くすると、それに伴っ
て周波数が高くなり、従って発信及び受信コイルの所要
の共振周波数が高くなる。これが人体を収容する位に大
きいＲＦコイルの設計を複雑にする。

困難の１つの原因は、コイルによって発生されるＲＦ磁
界が、より一様な測定値及び像を発生する為には、検査
する身体領域にわたって均質でなければならないからで
ある。大きな容積にわたって一様なＲＦ磁界を発生する
ことは、ＲＦコイルの異なる部分の間、並びにＲＦコイ
ルとその周りの物体又はＮＭサンプル自体との間の漂遊
静電容量の望ましくない影響の為、高い周波数では次第
にう静電容量が、コイルを共振 出来る最高周波数を制限する。

従来のＲＦコイルは１ターン又は並列の２ターンを用い
て、インダクタンスを最小限に抑え、共振周波数を高く
する。普通の２ターン−コイルの１例が所謂「サドル形
占イル」であり、これは後で詳しく説明する。共振電流
をこの様な少ないターン数に集中すると、磁界Ｂ１の均
質性、並びにサンプル領域の異なる部分で発生された信
号に対する感度の均質性か低下する。更に、１ターン・
コイルの同調コンデンサと漂遊静電容量の位置に、コイ
ルの電流分布が一 様でなり艦り、それに対応して磁界Ｂ１の一様性並び番
と信号感度が低下する。

従って、この発明の目的は、略均質な磁界Ｂ１を発生す
ることが出来ると共に、関心のある領域にわたって略一
様な信号感度を持つＲＦコイルを提供することである。

この発明の別の目的は、円偏波磁界を発生することが出
来ると共に、改善された信号対雑音比を持つＮＭＲ用Ｒ
Ｆコイルを提供することでおる。

この発明の別の目的は、数多くのターンに電流及び同調
静電容量が分子ｔｉ　しているＮＭＲ用Ｒ［コイルを提
供することである。

及服五且１ この発明では、共通°の縦軸線に沿って相隔たる１対の
導電ループ素子を持つＮＭＲ用無線周波コイルを提供す
る。各々のループ素子がループの周縁に沿って相隔たる
直列接続の複数個の容量素子を持っている。複数個の軸
方向導電素子が、直列接続の隣接する容量素子の間の点
で、導電ループ素子を電気的に相互接続する。「高域通
過形」の実施例のＲＦコイルでは、軸方向導電セグメン
トは、コイルの適正な動作の為にその固有のインダクタ
ンスを必要とするワイヤ、導電管又は平坦な導電テープ
であってよい。各々の軸方向導電セグメントに容量素子
を入れることにより、「帯域通過形」実施例のコイルが
実現される。

この発明の新規と考えられる特徴は特許請求の範囲に具
体的に記載しであるが、この発明自体の構成、作用並び
にその他の目的及び利点は、以下図面について説明する
所から明らかになろう。

発明の詳細な説明 多くのＮＭＲ装置は、典型的にはデカルト座標系のＺ軸
に沿う様に選ばれた静磁界の方向に沿って、サンプル空
間に接近出来る様になっている。

これは超導電磁石を用いるＮＭＲ装置では一般的に云え
ることであり、効率の観点から、殆んど全ての人体規模
のＮＭＲ作像装置でもそうである。

従って、サンプル又は被検体が静磁界の方向に沿って挿
入され、ＲＦ発信及び受信コイルは、その軸線が静磁界
と平行な円筒形コイル巻型に巻装される場合が多い。Ｒ
Ｆ磁界は静磁界に対して垂直でなければなら４いので、
円筒形コイル巻型に対して垂直でなければならない。

第１Ａ図及び第１Ｂ図に普通の設計のサドル形ＲＦコイ
ルを図式的に示す。コイルは１ターン１゜３を並列に接
続することによって構成され、同調コンデンサ８の両端
の点７，９で駆動する。こう−いうコイルは曲壁面には
、第１Ｂ図に見られる様に、非導電（高誘電体）の円筒
形巻型１１の上に銅管５を取付けることによって形成さ
れる。コイルの各ターンは円筒の円周の１２０°をカバ
ーする寸法である。点７，９の接続をするコイルの領域
は円周の約６０°をカバーする寸法にする。ＲＦ磁界の
一様性を最大にする為、円筒の縦軸線と平行なコイル辺
は円筒の直径（Ｄ）２個分に等しくすべきである。然し
、１辺の長さが直径２個分であるコイルは実用的でない
。これは、ＲＦエネルギが患者の関心のない領域に入る
からである。

その為、実際には、コイル辺の艮ざは直径約１個の長さ
に縮める。

第１Ｃ図は第１Ａ図に示したのと同様であるが、コイル
のターン１５．１７が直列に接続されていて、コンデン
サ１８の両端の点１９．２０で駆、動される従来のＲＦ
コイルの別の形式を示す。第１０図に示すコイルは曲壁
面には頭のＮＭＲ検査に使われる。

第１Ａ図及び第１Ｃ図に示した各々のコイルの場合、発
生されるＲＦ磁界はどちらかと云えば一様ではなく、従
ってＮＭＲ作像の用途には望ましくない。

従って、一様な磁界Ｂ１を発生する為に、多数のコイル
巻線に電流分布を制御する必要があることは明らかであ
る。更に、既に述べたことであるが、コイルの形状は、
患者又はその他のＮＭＲサンプルを位置きめする為に、
その縦軸線に沿って自由に出入りが出来る様にすべきで
ある。磁界Ｂ１は、磁界Ｂｏの方向と平行に選んだ円筒
の対称軸線に苅しても、垂直でなければならない。

前に引用した係属中の米国特許出願に詳しく記載されて
いる改良されたＲＦコイルが、第２Ａ図及び第２Ｂ図に
略図で示されている。最初に第２Ａ図について説明する
と、８個の部分から成る実施例のＲＦコイルが示されて
いる。このコイルは相隔たる２つの導電ループ素子２３
．２５を持ち、これらが８個の軸方向導電セグメント２
７乃至３４によって相互接続されている。各々の導電セ
グメントは、セグメント２７乃至３４におるコンデンサ
に夫々対応して３５乃至４２で示す様な、少なくとも１
つの容量素子を持っている。導電ループ素子２３．２５
か何れも、隣合った軸方向導体の間にあるループ部分に
ある直列接続された８個の誘導素子（８個の部分から成
るコイルの場合）を持つことが示されている。これらの
誘導素子は、全般的にループ２３では参照数７４３、ル
ーフ２−５では参照数字４５で示しであるが、ループ素
子を構成する導体に固有の分イｌｉインダクタンスを表
わす。こういうインダクタンスが、コイルの適正な動作
の為には、所望の移相を達成する為に必要である。１つ
の導電セグメントにある（コンデンサ３５の様な）入力
コンデンナの両端の導線２０゜２２にＲＦエネルギ源（
図に示してない）を接続、　　　　　Ｔ６ｔｆｌＣｃｔ
：’）−ＲＦｏ＜）Ｉ、＝ｌｆｉ励＊　６　ｔＬ　６　
ｏ　ｍ　２・Ｉ　　　　Ａ図に示すＲＦコイルは、第２
Ｂ図に示した集中定数遅波遅延線ＩＲ造を基本としてい
る。゛第２Ｂ図でも同様な部分には同じ参照数字を用い
ている。

次に第２Ｂ図について説明すると、導電ループ素子２３
．２５が、直列接続の一組の誘導素子４３．４５を夫々
持つ真直ぐな導体として示されている。勿論、セグメン
ト２７乃至３４の導電部分にも同様なインダクタンスが
関連している。然しこれらは第２Ｂ図には示してない。

一般的に、導電セグメント２７乃至３４に関連するイン
ダクタンスは、各々のセグメントに付設された個別の容
量素子３５乃至４２による容量効果よりも効果が−ＩＩ
小さい。第２Ａ図に示したＲＦコイルは、導体２３．２
５の端Ｐ−Ｐ’及びＱ−Ｑ’　　（第２Ｂ図）を夫々電
気的に結合することによって形成される。第２Ａ図に示
すＲＦコイル及び第２Ｂ図に示す対応する集中定数回路
は「低域通過形」と呼ばれる。これは低周波信号が誘導
素子に沿って通過するが、高周波信号は誘導子によって
遮られ、コンデンサによって短絡される傾向があるから
である。偶数個又は奇数個の軸方向導体を含むコイルを
含めて、８個よりも多い又は少ない数の軸方向導体を持
つコイルも可能である。

第２Ｃ図は、第２Ａ・図に示した８個の部分から成るコ
イルと同様な１６個の部分から成る実施例の低域通過Ｒ
Ｆコイルで得られる様な、１つの導電ループ（例えば第
２Ａ図の２３又は２５）にある１つの誘導素子を通る電
流（アンペアで表わして縦軸に示す）の計韓値を周波数
（ＭＨｚ単位で横軸に沿って示す）に対して示すグラフ
である。

１流を計算する為、第２Ａ図のループ素子２３又は２５
の一方の１つの誘導子の両端にＲＦ源を接続してコイル
を駆動すると仮定する。第２Ｃ図の８個の電流ピーク５
２乃至５９の各々は、ＲＦコイルの２つの共振モードを
表わＶ。電流ピーク５２は、ＮＭＲ作像の用途で特に関
心のある大体６４ＭＨｚ　　＜１．５テスラの磁界Ｂｏ
内の陽子のラーマ周波数）で起る２つの直交共振モード
に対応する。ＲＦエネノ１ギの適当な源（図に示してな
い）を用いてこの周波数でコイルを励振づると、ループ
素子２３．２５には ｃｏｓ（（ｋ−１）　２π／１６）　　　　　（１）に
比例する電流分布を発生ずる。こ１でに＝ｌ乃至１６は
入力誘導子から数え始めた導電セグメントの番号である
。軸方向導電セグメントを通る電流は ｓｉｎ（（ｋ−１）２π／１６）　　　　　（２）に従
って正弦状に変化する。こ１でもに＝１乃至１６で前に
説明した通りである。２番目の共振モードは、１番目に
対して直角の所にある２番目の入力誘導子の所でＲＦコ
イルを付勢すること゛によって、励振することが出来る
。

この発明の８個の部分から成る実施例のＲＦコイルが第
３八−に示されている。全般的に、この発明のコイルの
全体的な形は、第２Ａ図について説明した低域通過コイ
ルと同様である。更に、８個より多い又は少ない数の部
分を持つコイルもこの発明の範囲内である。この発明の
コイルは１対の導電ループ素子６１．６３で構成され、
これらが夫々６５乃至７２及び７５乃至８２″′！−示
す、様な直列接続の複数個のコンデンサを持っている。

導電ループ素子６１．６３が、全体的に平行な８本の軸
方向導電セグメント８５乃至９２によって電気的に相互
接続される。導電セグメントが導電ル−プの周縁に沿っ
て相隔たっていて、隣合ったセグメントが各々の導電ル
ープにある容量素子によって隔てられる様に配置されて
いる。各々の導電セグメント８５乃至９２には、コイル
の適正な動作に必要な固有のインダクタンスが関連して
いる。

このインダクタンスを第３Ａ図及び第３Ｂ図では全体的
に参照数字９５で示しである。前と同じく、導電素子６
１の端Ｒ−Ｒ’及び導電素子６３の端ｓ−ｓ’を結合し
て、導電ループ素子を作ることにより、コイルが形成さ
れる。

第３Ｂ図は、第３Ａ図に示したコイルを高域通過ＲＦコ
イルと好便に呼ぶことが出来る様な遅波「高域通過形」
梯形回路の構造を示している。

「高域通過形」と云う言葉は、高い周波数では、誘導子
が比較的高いインピーダンスを呈するのに対し、コンデ
ンサが比較的低いインピーダンスを呈する為に、高周波
信号か導電ループの容量素子を通過する傾向を持つこと
を表わしている。逆に、低周波信号は比較的高いインピ
ーダンスを呈する容量素子によって遮られ、比較的低い
インピーダンスを呈する誘導素子によって短絡される傾
向を持つ。

第３Ａ図に示すＲＦコイルは、入力コンデンサ７２の両
端の導線１０１，１０３に接続されたＲＦ電源（図に示
してない）によって励振された時、多数の共振モードを
持つ。その内の２つの共振モードだけがこ１で関心が持
たれる。具体的に云うと、関心が持たれるモードは、第
３Ａ図に示す様に、φをコイルに沿って円周方向に測っ
た方位角として、導電ループ素子の電流が大体ＣＯＳφ
又はｓｉｎφの形で分布しているモードである。こうい
う正弦状電流が、ＮＭＲ測定及び作像の用途に望ましい
非常に一様な横方向のＲＦ磁界を発生する。

第３Ｃ図は第２Ｃ図と同様であり、横軸に示したＭＨ２
単位の周波数に対し、１つの導電ループの１つの容量素
子を通るアンペア単位の計算された電流を縦軸に示すグ
ラフである。この計算を行なうのに用いた特定のコイル
の形は１６個の部分から成る高域通過形ＲＦコイルであ
った。１つの容量素子を入力点として選択し、それに１
アンペアの入力電流を印加した。８個のピーク１０５乃
至１１１の各々は高域通過形梯形コイルの２つの共振モ
ードを表わす。ピーク１０５及び１０６は、グラフの分
解能の欠如の為に欠如の為に、みかけ上−緒になってい
る。大体６４ＭＨｚで発生するピーク１１２が、１．５
テスラの磁界Ｂｏ内で陽子のＮＭＲ測定及び作像の用途
にとって関心が持たれるピークである。前に述べた様に
この周波数でコイルを励振すると、導電ループには、ｃ
ｏｓ（（ｋ　−１）　２π／１６）　　　　　＜３＞に
比例する電流分布が生ずる。こ１でに’＝　１乃至１６
は、導電セグメントの番号であり、ｋ＝１が入力コンデ
ンサから始まる。この為、第３Ａ図で、コンデンサ７２
が入力コンデンサとして選択されており、この為に＝１
は導電セグメント８６に対応する。導電セグメント８６
乃至９３を通る電流は、 ｓｉｎ（（ｋ−１）　２ｙｒ／１６）　　　　　（４）
に従って変化する。こ為でｋの定義は前と同じである。

最初の入力コンデンサに対し、導電ループに沿って物理
的に９０’離れた所にある２番目のコンデンサの両端で
、ＲＦコイルを励振することに対応して、同じ周波数の
別の直交共振モードがある。この場合、導電ループ素子
及び導電セグメントを通る電流は上に述べたのと同じで
あるが、ｋ＝１が２番目の入力コンデンサに対応する。

前に第３Ａ図について述べた様に、１個の励振点でＲＦ
コイルを励振すると、直線偏波のＲＦ磁界Ｂ１が出来る
。この直線偏波の磁界は、反対周りの２つのベクトル成
分に分解することが出来る。

１つの成分はスピンの歳差運動の方向に回転し、スピン
の摂動に効果がある。これを同回転成分と呼ぶ。他方の
成分はスピンの方向に対して反対向きに回転し、スピン
の摂動には何の影響も持ち冑ない。これを反回転成分と
呼ぶ。両方の成分がＲＦコイルに電力を送込み、サンプ
ル内に渦電流を誘起することによって、ＮＭＲサンプル
（又は作像される被検体）にエネルギを送込む。従って
、同回転成分だけを発生ずる様にＲＦコイルを作ること
が出来れば、原子核の磁化に対して同じ影響を生ずる直
線偏波のＲＦ磁界の消費電力に較べて、消費電力を大体
１／２に節約することが出来ることは明らかである。こ
の場合、ＲＦ！ｉ界は円偏波と云う。直角励振と云う言
葉は、円偏波を発生する様にコイルを励振する為に使わ
れる方式に対して用いる。

直角励振及びＮＭＲ信号の検出は、第３Ａ図について説
明したこの発明のコイルを用いると、簡単に達成するこ
とが出来る。これは、１つの導電ループ素子の円周に沿
って互いに直角の位置にある２つの入力コンデンサの所
でコイルを励振することによって達成し得る。第３Ａ図
について云うと、この為、コイルを前と同じくコンデン
サ７２の両端の導線１０１，１０３で励振し、更にコイ
ルをコンデンサ６６の両端の第２の１対の導線１１３．
１１５の所で励振する。更に、所望の内幅１　　　　　
波を達成する為、２点で・イルを励振するのに使われる
ＲＦ源は互いに電気的に９０’位相がずれていなければ
ならない。即ら、一方の源の位相がＣＯＳωｔに比例し
、他方の源の位相がｓｉｎωｔに比例していなければな
らない。こうすると、上に述べた様に大体一様な横方向
磁界を持つ２つのモードが励振される。

コイルを付勢するのに多数のＲＦ増幅器（図に示してな
い）を用いることにより、このコイルの別の特徴を実現
することが出来る。各々の増幅器が異なる入力コンデン
サに取付けられ、各々の増幅器を通る信号は所望のＲＦ
励振（即ち、直線偏波又は円偏波）を発生する様に正し
い位相にする。

こうすると、１つ又は２つの増幅器を用いてコイルを駆
動する場合に較べて、各々の増幅器の電力条件が低下す
る。これは、ＲＦ電力出力を発生する為に高周波固体ト
ランジスタを使う時、最初の増幅器で電力組合せ装置を
使わずに、幾つかの回路の出力を組合せる簡単な方法に
なるので、特に有利である。

円偏波励振を達成する為に多数のＲＦ源を使う１例は、
４つのＲＦ増幅器を使うことである　２−　　　ｆ“つ
の増幅器が第３Ａ図に示すように、コンデンサ６６．７
２の両端に接続される。他の２つの増幅器が、夫々角度
φ＝１８０°及び２７０°にあるコンデンサ６８．７０
の両端に接続される。電気的には、増幅器の位相は隣合
った増幅器の間で９０°離れている。この例では、４つ
のＲＦ増幅器の位相は、増幅器がφ＝０°、９０°、１
８０゜及び２７０°に夫々接続されている場合、Ｏ。

９０”、’１８０°及び２７０°にづ−ることが出来る
。

直線励振を達成する為に多数のＲＦ源を使う簡単な例は
、第３Ａ図のコンデンサ７２及び６８（夫々φ＝Ｏ°及
び１８０’）の両端に接続されていて、互いに１８０°
位相をずらして付勢される２つのＲＦ増幅器を使うこと
である。４つの増幅器を使う変形では、更に２つの増幅
器を尊重ループ６３のコンデンサ７８．８２の両端に接
続して、これらの増幅器の位相が人々Ｏ°及び１８０°
であれば、コンデンサ６８及び７２の両端に接続された
増幅器の位相か人々１８０°及びＯ。

になる様にすることである。

上に述べた多数の増幅器を使う形式は例にすぎず、４つ
又は更に多くの増幅器を使うこの他の数多くの組合せが
可能であることを承知されたい。

２つの直交モードを使って、磁イビＭの歳差運動による
ＮＭＲ信号を受信することが出来る。この様にＮＭＲ信
号を受信すると、信号対雑音比がｆ１倍に改善される。

第３Ａ図の各々のコンデンサ７２．６６の両端に接続さ
れた導線からの受信信号を組合せて、その結果出来る組
合せ信号がコイル内の一方向に回転するＲＦ磁界に対し
て最大であって、反対方向の回転ＲＦｌｉｉｉ界に対し
て実質的にゼロになる様にすれば、ＮＭＲ信号の直角検
出を達成することが出来る。

この発明のＲＦコイルは任意の適当な構成方法を用いて
作ることが出来る。１６本の軸方向導電セグメント（即
ち１６個の部分）を夫々持つ頭′及び身体用コイルを約
６４ＭＨ２で使う様に構成した。頭出コイルは、外径０
．２８ｍ及び長ざ０゜４ｍのプレキシ硝子のコイル巻型
の上に構成した。　　。

この頭出コイルでは、軸方向導電セグメントは細い導電
性鋼管で作ることが好ましいが、銅被覆の印刷配線板又
はワイ（７で作ることも出来る。、適当な鋼管の外径は
３ｍｍ　（１／８１１；Ｊ〉であることか判った。管を
使う利点は、電流の分イ］ｉが−ｅＪ：くなる為に損失
が最小限になることである。頭用」イルを構成するのに
管を使う場合の別の利点は、管が細い為、隣合った導電
セグメントの間でコイル巻型内に大きな溝孔をおけるこ
とが出来、この為通気がよくづることが出来ると共に、
患者にとってもオペレータにとっても視界の妨げが少な
くなることでおる。導電ループ素子は、例えばテフロン
樹脂をコンデンサの誘電体として作用する基板材料とし
て用いた銅被覆の両側を持つ印刷配線板材料によって構
成することが出来る。コンデンサの極板は基板の両側に
おるｍなり合う銅の導電区域で構成されるコンデンサの
１つの（へ板に複数個の別々のパッドを形成し、必要に
応じてそれらを架橋して、極板の間の単なりの面積を増
減し、こうして静電容量を増減することが望ましいこと
かある。複数個のこの様なコンデンサを１つのループ内
で電気的に相互接続して、＞停電ループ素子を形成する
。６２．５ＭＨ２で共振する様にする為の頭出コイルに
対するコンデンサは、約９５ピコフアラド（ｐＦ）の値
を持つ。

身体用コイルは頭出コイルについて述べたのと同様に構
成することが出来る。軸方向導電セグメントは、長さ約
０．５６ｍ及び外径０１５１ｍの円筒形の硝子繊維のコ
イル巻型の上に幅３８ｍｍの銅のテープを用いて作られ
た。コイル自体は約０゜５ｍの長さでおる。容量素子は
大体１０５ｐＦに選んだ。軸方向導電セグメントに外径
５ｍｍの鋼管を用いたこの他の身体用コイルも作った。

ＲＦコイルを構成する方法の他の細部については、前に
引用した関連する特許出願を参照されたい。

比較すると、この発明のコイル（梯形回路コイル）はサ
ドル形コイルよりも、目立って一様性の高いＲＦ磁界を
発生する。これは、所望のモードで励振された時、この
発明のコイルにおける電流分布が、完全に一様な横方向
ＲＦ磁界を生ずる理想的な表面電流分布に一層近づく為
である。即ち、完全に一様な磁界Ｂ、（Ｘ軸方向のＲＦ
磁界）は次の式で表わされる表面電）ｈと密度を持つコ
イルによって発生される。

λφ＝Ｏ（５） こ為でλは表面電流密度、φは方位角、Ｂ０は自由空間
の透磁率である。

実際のコイルでは、戻り電流を加え、コイルを有限の長
さに制限することが必要でおる。Ｎ（周（例えば８個又
は１６個）の部分から成る有限の長さを持つ梯形回路＝
Ｉイルでは、Ｍを共振モードの番号、ｋをコイル上の成
る基準点から数え始めた部分の番号（例えばに＝１乃至
に＝８又はに＝１６）として、ｃｏｓ　（２πＭ（ｋ−
１）／Ｎ）又はｓｉｎ（２ｙｒＭ　（ｋ−１）／Ｎ）に
比例する電流分布を発生する多数の共振モードがある。

Ｍ＝１の共振モードが所望のｓｉｎ　（φ）電流分布に
対するよい近似になり、残留する非均ｔ１性の主な源は
コイルの有限の長さである。

梯形回路コイルの磁界の均質性をサドル形コイルの均質
性と較べる時、各々のコイルによって発生される磁界の
球面調和関数展開を評価すればよい。コイルの中心に於
ける磁界が球面調和関数の展開として、例えば次の様に
表わすことが出来る。

こ）でｒ、θ、φは考えている点の球面（セ座標であり
、添字ＸはＸ軸方向の展開であることを表わし、Ｐは関
連するルジャンドル関数である。特に、コイルの中心に
於ける磁界Ｂ１は である。係数Ａ。０はＢ１の均質な成分を表わすか、コ
イル表面の電流を積分することによって計ねすることが
出来る。この時Ａｇは次の様に表わすことが出来る。

サドル形コイルの場合 この発明のコイルの場合 但しＭ＝１ 式（９）及び（１０）で、Ｋはコイルの縦１ｍ　ｋＬ（
半径に対する長ざの比）であり、Ｎはコイルにある導電
セグメントの故、ａはコイル巻型の半径である。この発
明の梯形回路コイルでは、Ｉか第１のループ（即ら、最
大電流を持つコンデンサ）の電流を表わす。

梯形回路コイルの電流を次の様に表ねりことかｉ・　　
　　出来るこ′″″″注息ｔ＝″ｚ・こ・で１２は軸方
向電流、Ｉφは方位電流、Ｍはモードの番号である。Ｎ
ＭＲ発信器又は受信器としてコイルが動作する場合、Ｍ
＝１のモードによって１ｑられる一様な横方向磁界が望
まれる。

第４Ａ図及び第４Ｂ図は、任意の磁界を球面調和関数展
冊で完全に表わすのに必要な全ての係数を示している。

ＲＦコイルの内部にわたって一様な一定の横方向磁界を
希望しているから、項Ａ、。

だけが現われるのが理想である。然し、サドル形コイル
並びにこの発明の有限の梯形回路コイルに於ける電流分
布は、理想的な正弦状電流分布に対する不完全な近似に
すぎないから、その結果前られる磁界は不純物があり、
不純物はこの磁界の展開式の中にその他の係数が現われ
ること為なって現われる。第４Ａ図及び第４Ｂ図で、（
磁界を歪　　　　　１”めるゼロでない高次成分を表わ
す）望ましくない余分の係数を丸で囲っである。即ち、
第４Ａ図は、ナドル形コイルによって発生される磁界の
展開式の中に現われる余分の係数を示してあり、第１１
Ｂ図は１６個の部分から成る梯形回路コイルによって発
生される磁界の場合の余分の係数を示している。後者が
発生する望ましくない係数がずっと少ないことに注意さ
れたい。

更に具体的に云うと、第４Ａ図はサドル形コイルの磁界
を歪める高次の成分を表わしている。非均質性は２つの
特徴から生ずる。即も、コイルの有限め長さと、電流分
イｌｉが完全に正弦状でないことである。Ｋ（＠Ｉ横比
）が増加するにつれて、に沿、。項（ｍ−ｎ）を除いて
、Ｋ　４　ｏｏにつれてＢ、Ｘの歪みがゼロになること
を証明覆ることか出来る。即ち、”２’２−　”４’４
．””［：６”’と云う形の歪みは、縦横比が任意に大
きくなっても、サドル形コイルではゼロではない。つい
てに云うと、リードル形コイルでは、標準的な］２０°
の円弧に対し、Ｋが増加するにつれて、Ａ　２２’ｂ　
ヒ１」に近づくことが認められる。

均質性の点て云うと、梯形回路二ｌイルの設泪は２つの
利点を右する。、第１に、第４Ｂ図に示す様にＫの任意
の値に対し、ｍが特定の値ｍ＝ｏ、２゜１４．１６，１
８，３０，３２．３４・・・（Ｎ＝１６と仮定している
）でなければ、係数”ｎｍはゼロになる。これは、電流
が正弦状分布である結果である。更に、縦横比が不定に
増加するにつれて、χＣχＣχＣ ＡＯＯ２Ａ１６．１６　、Ａ３２．３２等の形の項だけ
がピロでない。

第５Ａ図乃至第５Ｄ図及び第６Ａ図乃至第６Ｄ図は、サ
ドル形コイル、並びに１６個の軸方向導電セグメントを
持つこの発明のコイルで夫々発生された正規化した一定
のＲＦ磁界強度の輪□郭を示すグラフである。各々の場
合、“Ａ　１９図はコイルの横方向中間平面に於けるＲ
Ｆ磁界強度の輪郭を示す。“Ｂ　１９図は、コイルの中
間平面から半径の粉だけ離れた所にある横方向平面内の
磁界を示す。

ｇｇ　Ｃｅｅ図はコイルの円周の対称軸線を通りＲＦ磁
界を含む平面の磁界を示す。最後に“Ｄ′′図は、ＲＦ
磁界に対して垂直でおって円筒の対称軸線を含む平面内
のＲＦ磁界強度の輪郭を示す。前に述べた球面調和関数
の解析並びに第５図及び第６図から、この発明のコイル
の磁界１３＋が、ｊｕ　ｌ〜ル形ココイルよってＩＱら
れる均７：１・ｌｊｌよりもりぐれた高い均質性を持つ
ことは明らかでおる縦横比が増加するにつれて、均＾１
性、並びに１ノドル・コイルに較べたこの発明のコイル
の利点が増入り＝る。即ら、１．０がコイルの中心に希
望する磁界の阜２１’−ｆ＋Ｑを表わすとずれば、ケト
ル形コイルの限界は、この発明のコイルよりも一層Ｕ　
＜　Ｇｉ（方向にｂ　１ｔ１１＋方向にもこの値からす
れる。

第７図は前に第２Ａ図及び第３Ａ図について説明した低
域通過及び高域通過Ｒ「コイルの若干の特徴を持つこの
発明の別の実施例のＲＩＴコイルを図式的に示す。この
実施例のコイルを［帯域通過形ＪＲＦコイルと貯ぶが、
これは２つの導電ループ素子１３１，１３３で構成され
る。高域通過コイルの場合と同じ様に、導電ループ素子
１３１゜１３３が直列接続の複数個のコンデン゛す１３
５／！Ｊ芋１４２及び１４５乃至１５２を持つ。低域通
過形コイルの場合と同じく、３９電ループ素子が夫々複
数個の容量索子１６５乃至１７２を持つ複数個の軸方向
導電セグメント１５５乃至１６２によって相互接続され
ている。この特定の実施例は、８個の軸方向導電セグメ
ントを持つものとして示しであるが、前と同じく、８個
より多い又は少ない数もこの発明を実施するのに有利に
用いることが出来る。更に、ＲＦ電源（図に示してない
）を１つの導電ループの１つの容量素子の両端又は１つ
の軸方向セグメントの１つの容量素子の両端に接続する
ことにより、このコイルを付勢することが出来ることを
承知されたい。前に説明したこの他の励振方法もこの帯
域通過形コイルに適用し得る。

導電ループ素子も軸方向導電セグメントもその各々の導
電部分には関連した固有のインダクタンスがあり、これ
は図面に示してないが、所望の共振状態を発生する様な
正しい移相を達成する為に必要でおる。

帯域通過形ＲＦコイルでは、共振モードは高域通過形又
は低域通過形コイルよりも圧縮されている。これらのモ
ードが、軸方向及びループの両方のインピーダンスが主
に容量性である低周波限界と、軸方向及びループの両方
のインピーダンスか主に誘導性で釣る高周波限界の間で
整合している。

これらのモードがある周波数帯では、コンデンサの値は
、ループ導体が誘導性であって軸方向セグメントが容量
性であるか、或いはその逆になる様になっている。１番
目の場合、近似的に一様イ【横方向ＲＦ磁界を発生する
のか、この紺の内の最低周波数のモードであるという点
で低域通過形コイルと同様である。軸方向セグメントが
誘導性であり、円周方向のセグメントが容量性である様
な静電容量になっている場合、最高周波数の横方向モー
ドが一様な横方向磁界を発生ずるものでおり、この形式
は高域通過形ＲＦコイルと同様である。

帯域通過形コイルの形式は、遅波遅延線回路＝１イルを
一層高い周波７＝ｋに拡張り−る場合、又は作ルする被
検体又は周囲に対する漂遊静電容量の結合の影響を少な
くするのに有用であることがある。

例えば、基本的な形として高域通過形コイルを使うと、
軸方向セグメントに静電容量を入れることが出来る。こ
ういう軸方向コンデンサーか（’Ｉｌｌ　７’ｊ向セグ
メントの若干のインダクタンスを相殺し、軸方向セグメ
ントの合剖インピーダンスが小さくなる。

その時、所定の電流に対し、軸方向セグメントに沿った
電圧はコンデンサがない場合より小さくなり、漂遊静電
容量を通る電流が少なくなり、こうして漂遊静電容量に
伴う損失並びに同調外れ効果を減少する。

以上の説明から、この発明では、電流及び同調静電容量
が多数のターンに分布したＲＦコイルの幾つかの実施例
を提供したことが理解されよう。

この発明のＮＭＲ用ＲＦコイルは磁界Ｂ１及び信号感度
の一様性の点でもかなりの改善をもたらした。このコイ
ルの形状は、信号対雑音比及び円偏波励振を改善するこ
とが出来る様にする。

この発明を特定の実施例及び例について説明したが、当
業者には、以上の説明からこの他の変更か考えられよう
。従って、この発明は、特許請求の範囲内でこ１に具体
的に説明した以外の形で実施することが出来ることを承
知されたい。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図は全身検査に使われる子！ｆ来の並列接続した
２ターンのＮＭＲ用ＲＦコイルの略図、第１Ｂ図は円筒
形巻型に取付【プた第１Ａ図に示すコイルの簡略斜視図
、第１Ｃ図は例えば頭のＮＭＲ検査に使われる従来の別
の２ターンの直列接続したＮＭＲ用ＲＦコイルの略図、
第２Ａ図は８個の部分から成る低域通過形ＲＦコイルを
示す略図、第２Ｂ図は第２Ａ図に示したコイルに使われ
る集中定数低減通過形遅波遅延線構造を示す回路図、第
２Ｃ図は低域通過形ＲＦコイルの円周方向の誘η子に於
ける計算した電流対周波数応答を示すグラフ、第３Ａ図
は８個の部分から成るこの発明の高域通過形ＲＦコイル
の略図、第３Ｂ図は第３Ａ図に示したコイルに使われる
集中定数高域通過形遅波遅延線構造を承り回路図、第３
Ｃ図は円周方向のコンデンサに於ける計口した電流対周
波数応答を第２Ｃ図と同様に示すグラフ、第４Ａ図及び
第４Ｂ図は従来のサドル形コイル及びこの発明のコイル
によって夫々発生されるＲＦ磁界の展開式の球面調和関
数係数を示す図表、第５Ａ図乃至第５Ｄ図は従来のサド
ル形コイルで発生される一定のＲＦ磁界強度の輪郭を示
すグラフ、第６Ａ図乃至第６Ｄ図は１６個の部分から成
る実施例のこの発明のコイルで発生される一定のＲＦ磁
界強度の輪郭を示すグラフ、第７図は［帯域通過形ＪＲ
Ｆコイルと呼ぶこの発明のＲＦコイルの別の実施例を示
す略図である。 主な符号の説明 ６１．６３：導電ループ素子

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）共通の縦軸線に沿って相隔たっていて、各々がその
   周縁に沿って相隔たる直列接続の複数個の容量素子を含
   んでいる１対の導電ループ素子と、隣接する直列接続の
   容量素子の間の点で前記導電ループ素子を電気的に相互
   接続する複数個の軸方向導電セグメントとを有するＮＭ
   Ｒ用無線周波コイル。 ２）特許請求の範囲１）に記載したＮＭＲ用無線周波コ
   イルに於て、各々の軸方向導電セグメントと直列に容量
   素子が接続されているＮＭＲ用無線周波コイル。 ３）特許請求の範囲１）に記載したＮＭＲ用無線周波コ
   イルに於て、所望の共振モードの周波数で振動する第１
   のＲＦ電源を用いて、前記１対の導電ループ素子の内の
   一方にある第１の入力容量素子の両端で無線周波コイル
   を励振する手段を有し、こうして前記導電ループ素子に ｃｏｓ（（ｋ−１）２π／Ｎ）に比例する電流分布を発
   生すると共に前記軸方向導電セグメントにｓｉｎ（（ｋ
   −１）２π／Ｎ）に従って変化する電流分布を発生する
   （こヽでｋは１乃至コイルの部分の総数Ｎの間の整数で
   入力容量素子を持つ部分のｋ＝１から始まる）ＮＭＲ用
   無線周波コイル。 ４）特許請求の範囲３）に記載したＮＭＲ用無線周波コ
   イルに於て、所望の共振モードの周波数で、第２のＲＦ
   電源を用いて、前記１つの導電ループ素子の周縁に沿っ
   て、前記第１の入力容量素子から９０°離れた第２の入
   力容量素子の両端で無線周波コイルを励振する第２の手
   段を有し、前記電源が互いに電気的に９０°位相がずれ
   ているＮＭＲ用無線周波コイル。 ５）特許請求の範囲１）に記載したＮＭＲ用無線周波コ
   イルに於て、ＮＭＲ被検体をその中に受入れる様にした
   円筒形コイル巻型の上に構成されていて、前記軸方向導
   電セグメントが細い導体で構成されていて、隣接するセ
   グメントの間に大きなすき間が出来る様になっており、
   前記コイル巻型は少なくとも１つのすき間の領域に溝孔
   が形成されていて、ＮＭＲ被検体の通気並びに視界を改
   善したＮＭＲ用無線周波コイル。 ６）特許請求の範囲１）に記載したＮＭＲ用無線周波コ
   イルに於て、複数個の前記容量素子が同じ複数個のＲＦ
   電力増幅器に対する入力素子を構成しており、該増幅器
   の出力の相対的な位相は、前記軸方向及びループ導電素
   子に誘起される電流によって包括的に直線偏波のＲＦ磁
   界が得られる様になっているＮＭＲ用無線周波コイル。 ７）特許請求の範囲１）に記載したＮＭＲ用無線周波コ
   イルに於て、複数個の前記容量素子が同じ複数個のＲＦ
   電力増幅器に対する入力素子を構成しており、該増幅器
   の出力の相対的な位相は、前記軸方向及びループ導電素
   子に誘起される電流によって包括的に円偏波のＲＦ磁界
   が得られる様にしたＮＭＲ用無線周波コイル。 ８）梯形回路として構成された高域通過遅波遅延線構造
   を有し、該遅延線構造は略円筒形の形状に形成されてい
   てその両端が互いに接続され、前記梯形回路の辺の素子
   は円筒の円周と一致し、これに対して梯形の横木の素子
   は、円筒の縦軸線と略平行に円筒面に沿って長さ方向に
   配置されているＮＭＲ用無線周波コイル。 ９）特許請求の範囲８）に記載したＮＭＲ用無線周波コ
   イルに於て、前記梯形回路の辺の素子は共通の縦軸線に
   沿って相隔たる１対の導電ループ素子で構成されており
   、各々の導電ループ素子はその周縁に沿って相隔たる複
   数個の直列接続の容量素子を含んでおり、前記梯形の横
   木の素子は、隣接した前記直列接続の容量素子の間の点
   で前記導電ループ素子を電気的に相互接続する複数個の
   軸方向導電セグメントで構成されているＮＭＲ用無線周
   波コイル。 １０）梯形回路として構成された帯域通過遅波遅延線構
   造を有し、該遅延線構造は略円筒形の形状に形成されて
   いてその両端が互いに接続され、前記梯形回路の辺の素
   子は円筒の円周と一致し、これに対して梯形の横木の素
   子は、円筒の縦軸線と略平行に円筒面に沿って長さ方向
   に配置されているＮＭＲ用無線周波コイル。 １１）特許請求の範囲１０）に記載したＮＭＲ用無線周
   波コイルに於て、前記梯形回路の辺の素子は共通の縦軸
   線に沿って相隔たる１対の導電ループ素子で構成され、
   各々の導電ループ素子はその周縁に沿って相隔たる直列
   接続の複数個の容量素子を含んでおり、前記梯形の横木
   の素子は、前記直列接続の隣接する容量素子の間の点で
   前記導電ループ素子を電気的に相互接続する複数個の軸
   方向導電セグメントで構成されており、各々の軸方向導
   電セグメントと直列に少なくとも１つの容量素子が接続
   されているＮＭＲ用無線周波コイル。