(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号の送信および受信の少なくとも一方に用いるアンテナ装置であって、
中空の筒状導体と、
前記筒状導体の内側表面から距離を保ち、前記筒状導体の中心軸に略平行に進む経路に配置され、両端の間に蛇行した部分を含む導体を、少なくとも二つ備え、
各々の前記導体が各々の給電点を備え、
前記蛇行した部分を含む導体は、蛇行により、所定の幅を有する導体であり、
前記蛇行した部分を含む導体は、導体でつながれた蛇行している複数の部分から構成され、
前記蛇行している複数の部分の各々は、当該蛇行している複数の部分をつなぐ導体でつながれることで、折り返されている構造を持つことを特徴とするアンテナ装置を具備した磁気共鳴検査装置。
【請求項２】
各々の前記導体に設けられたギャップを接続するキャパシタをさらに備え、
前記給電点として、前記キャパシタに接続され、前記信号の送信および受信の少なくとも一方を行う送受信手段との接続手段を備えること
を特徴とする請求項１記載の磁気共鳴検査装置。
【請求項３】
前記蛇行した部分を含む導体の両端部分と前記筒状導体とを接続する２つのキャパシタをさらに備え、
前記給電点として、前記キャパシタの一方に並列に接続され、前記信号の送信および受信の少なくとも一方を行う送受信手段との接続手段を備えること
を特徴とする請求項１記載の磁気共鳴検査装置。
【請求項４】
前記蛇行した部分を含む導体の長さは、前記信号の周波数で共振するよう調整され、
共振した際に前記蛇行した部分を含む導体に現れる電流分布の節は、０または１以上の自然数であること
を特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の磁気共鳴検査装置。
【請求項５】
前記蛇行した部分を含む導体を構成する前記蛇行している部分の本数はＮであり、
当該Ｎ本の蛇行している部分は、前記蛇行している部分をつなぐ導体により全体として折り返された１本の導体となるように接続され、
前記蛇行した部分を含む導体の長さは、前記信号の周波数で共振するよう調整され、
共振した際に前記蛇行した部分を含む導体に現れる電流分布の節は、０または１以上の自然数をＭとして（Ｍ＋１）×Ｎ−１個であること
を特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の磁気共鳴検査装置。
【請求項６】
前記蛇行した部分を含む導体を構成する前記蛇行している部分の本数はＮであり、
当該Ｎ本の蛇行している部分各々は、前記蛇行している部分をつなぐ導体により隣接する当該蛇行している部分と両端部で接続され、
前記蛇行した部分を含む導体の長さは、前記信号の周波数で共振するよう調整され、
共振した際に前記蛇行した部分を含む導体に現れる電流分布の節は、０または１以上の自然数をＭとして（Ｍ＋１）×Ｎ−１個であること
を特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の磁気共鳴検査装置。
【請求項７】
前記筒状導体と前記Ｎ本の蛇行している部分各々との距離は一定でないこと
を特徴とする請求項５または６記載の磁気共鳴検査装置。
【請求項８】
前記蛇行した部分を含む導体の間に、前記筒状導体の中心軸に略平行に、前記筒状導体の内側表面から距離を保って配置される第二の導体と、
当該第二の導体の両端で当該第二の導体と前記筒状導体とを接続する２つのキャパシタと、をさらに備え、
前記キャパシタの容量を調整することにより、前記第二の導体の両側の２つの前記蛇行した部分を含む導体の間の電磁気的な結合を抑制すること
を特徴とする請求項１から７いずれか１項記載の磁気共鳴検査装置。
【請求項９】
前記筒状導体は、円筒状導体であること
を特徴とする請求項１から８いずれか１項記載の磁気共鳴検査装置。
【請求項１０】
前記筒状導体は、楕円筒状導体であること
を特徴とする請求項１から８いずれか１項記載の磁気共鳴検査装置。
【請求項１１】
信号の送信および受信の少なくとも一方に用いるアンテナ装置であって、
中空の筒状導体と、
前記筒状導体の内側表面から距離を保ち、前記筒状導体の中心軸に略平行に進む経路に配置され、両端の間に蛇行した部分を含む導体を、少なくとも二つ備え、
各々の前記導体が各々の給電点を備え、
前記蛇行した部分を含む導体は、蛇行により、所定の幅を有する導体であり、
前記蛇行した部分を含む導体は、導体でつながれた蛇行している複数の部分から構成され、
前記蛇行している複数の部分の各々は、当該蛇行している複数の部分をつなぐ導体でつながれることで、折り返されている構造を持つことを特徴とするアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電磁波の送受信を行うためのアンテナ装置、及びそれを用いた磁気共鳴検査装置（以下、ＭＲＩ装置という）に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＲＩ装置では、静磁場マグネットが発生する均一な静磁場中に配置された被検体に電磁波を照射し、被検体内の核スピンを励起すると共に、核スピンが発生する電磁波である核磁気共鳴信号を受信し、信号処理することにより、被検体を画像化する。電磁波の照射と核磁気共鳴信号の受信とは、ラジオ周波数（ＲＦ）の電磁波を送信あるいは受信するＲＦアンテナもしくはＲＦコイルと呼ばれる装置によって行なわれる。【０００３】
ＲＦコイルは、表面アンテナもしくは局所アンテナと呼ばれるものと、ボリュームコイルもしくはボリュームアンテナと呼ばれるものとの２種に大きく分類される。局所アンテナは、円形や平板形状でアンテナの近傍付近に感度を持ち、被検体の表面にあてて用いられる。一方、ボリュームアンテナは、円筒形もしくは２つの上下に設置された円盤形状を有し、その中もしくはその間全体に感度を持ち、そこに被検体を設置して用いられる。【０００４】
円筒形のボリュームアンテナの例として、鳥かご型もしくはバードケージ型と呼ばれるもの（例えば、非特許文献１参照）と、ＴＥＭ型と呼ばれるもの（例えば、特許文献１および特許文献２参照）とがある。これらのボリュームアンテナは、通常ラング（横木、あるいは、はしごの横棒）と呼ばれる円筒の中心軸と平行に配置された棒状の導体が、円筒側面に沿って１６〜２４本程度設置される。【０００５】
このような円筒形のボリュームアンテナは、トンネル型と呼ばれるＭＲＩ装置で用いられる。トンネル型ＭＲＩ装置では、静磁場マグネットが円筒形状に配置されてトンネルが形成され、被検体は、ベッドに寝た状態でトンネル内部に入り、撮影が行われる。【０００６】
一方、局所アンテナの感度領域は、ボリュームアンテナに比べて部分的で狭い場合が多い。しかし局所アンテナは通常ボリュームアンテナよりも感度が高いため、受信アンテナとして使用されることが多い。局所アンテナの例として、たとえば導体をループ状に曲げて構成した例（特許文献３）や８の字などに曲げて構成した例（非特許文献２）などがある。【０００７】
広い範囲を感度よく撮影したい場合には、局所アンテナを複数配置することで、感度領域を広げて多くのチャンネルを持つボリュームアンテナのように使用する場合もある。一般的なボリュームアンテナのチャンネル数は２であるのに対して、この場合は３以上のチャンネル数の給電受電端子を持つアンテナとして構成する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｃｅｃｉｌ  Ｅ．  Ｈａｙｅｓ，  ｅｔ  ａｌ，”Ａｎ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ，Ｈｉｇｈｌｙ  Ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ  Ｒａｄｉｏｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｃｏｉｌ  ｆｏｒ  Ｗｈｏｌｅ−Ｂｏｄｙ  ＮＭＲ  Ｉｍａｇｉｎｇ  ａｔ  １．５Ｔ”、  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  ６３：６２２−６２８  （１９８５）
【非特許文献２】Ｘｉａｏｌｉａｎｇ  Ｚｈａｎｇ，  ｅｔ  ａｌ，”Ｈｉｇｈｅｒ−Ｏｒｄｅｒ  Ｈａｒｍｏｎｉｃ  Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｏｎ−Ｌｉｎｅ  ＲＦ  Ｃｏｉｌ  Ｄｅｓｉｇｎ  ｆｏｒ  ＭＲ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ“，  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  ｉｎ  Ｍｅｄｅｃｉｎｅ  ５３：  １２３４  （２００５）
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第４７５１４６４号明細書
【特許文献２】米国特許第５５５７２４７号明細書
【特許文献３】特開２００６−２７０６７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記のようなトンネル型ＭＲＩ装置においては、被検体が入るトンネルの内部をできるだけ広く確保し、体格の良い被検体や閉所恐怖症の被検体が安心して快適にＭＲＩ検査を受診できる検査環境が求められている。一般に、トンネル型ＭＲＩ装置では、外部からトンネル内部にかけて、静磁場マグネット、傾斜磁場コイル、ＲＦコイルの順に配置されている。このため、トンネルの内部を広くし、快適な検査空間を確保するためには、静磁場マグネットの内径を大きくすることが一番簡単な解決策である。しかし、静磁場マグネット内径を大きくするためには、静磁場マグネット自体を大きくする必要があり、これは、製造コストの大幅な上昇につながる。【００１１】
また、上記各先行文献に開示されている円筒形のボリュームアンテナでは、上記本数のラングが円周方向に等間隔に配置されている。このため、これらのボリュームアンテナをＲＦコイルとして用いる場合、トンネルの内壁は、その断面が円形となる。この形状は、必ずしも被検体としてベッドに横たわる人体の形状に合致したものではないため、肩幅方向に特に、両肩部分に空間を確保しにくい。【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、トンネル型ＭＲＩ装置において、ＭＲＩ装置の製造コストを増大させることなく、また、性能を犠牲にすることなく、快適な検査空間を確保する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、中空の筒形状の外部導体と、外部導体に沿って内側に配置される１つまたは複数のリボン状導体とを備えるＲＦコイルにおいて、リボン状導体は、Ｎ本の蛇行もしくは直線形状の経路が接続されることで構成され、その経路と外部導体とのギャップが変化するように配置され、内部の検査空間を確保する。ただし、ＲＦコイルの内部で均一な感度を得るため、各々のリボン状導体は１つの電気的につながった折り返しを持つ導体部分と、その導体に直列に接続された１つまたは複数のキャパシタと、そのキャパシタの１つに並列に接続された給受電手段を持ち、リボン状導体は所望の共振周波数に共振し、共振した際に電流が流れない節を０または１以上の自然数をＭとして（Ｍ＋１）×Ｎ−１個持つことを特徴とする。【００１４】
より具体的には、信号の送信および受信の少なくとも一方に用いるアンテナ装置であって、中空の筒状導体と、前記筒状導体の内側表面から距離を保ち、前記筒状導体の中心軸に略平行に進む経路に配置され、両端の間に蛇行した部分を含む導体を、少なくとも二つ備え、各々の前記導体が各々の給電点を備えるアンテナ装置を具備した磁気共鳴検査装置を提供する。
【００１５】
また、信号の送信および受信の少なくとも一方に用いるアンテナ装置であって、
中空の筒状導体と、前記筒状導体の内側表面から距離を保ち、前記筒状導体の中心軸に略平行に進む経路に配置され、両端の間に蛇行した部分を含む導体を、少なくとも二つ備え、各々の前記導体が各々の給電点を備えるアンテナ装置を提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、トンネル型ＭＲＩ装置において、ＭＲＩ装置の製造コストを増大させることなく、また、性能を犠牲にすることなく、快適な検査空間を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第一の実施形態のＭＲＩ装置の概略構成図である。
【図２】第一の実施形態のアンテナの外観図である。
【図３】第一の実施形態のアンテナのリボン状導体を説明するための説明図である。
【図４】第一の実施形態のアンテナ内部に人が仰向きに入った状態を頭頂部から見た図である。
【図５】第一の実施形態のアンテナの一部分を切り取って送信／受信手段との接続部の回路を説明するための説明図である。
【図６】節の数が０の場合の第一の実施形態のアンテナの動作原理を説明するための説明図である。
【図７】節の数が１の場合の第一の実施形態のアンテナの動作原理を説明するための説明図である。
【図８】節の数が２で３つのメアンダラインからリボン状導体が構成される場合の第一の実施形態のアンテナの動作原理を説明するための説明図である。
【図９】第一の実施形態のアンテナでリボン状導体が５つで構成される場合の外観図である。
【図１０】第一の実施形態のアンテナの送信／受信手段との接続方法が異なる場合の、アンテナの一部分を切り取って送信／受信手段との接続部の回路を説明するための説明図である。
【図１１】第一の実施形態のアンテナのメアンダラインの接続方法が異なる場合の接続を説明するための説明図である。
【図１２】第二の実施形態のアンテナのデカップリングのための導体を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
＜＜第一の実施形態＞＞
以下、本発明を適用する第一の実施形態について説明する。本発明の実施形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１９】
まず、本実施形態のＭＲＩ装置の構成について説明する。図１は、本実施形態のＭＲＩ装置１００の概略構成図である。ＭＲＩ装置１００は、被検体１１２が配置される計測空間に静磁場を形成するマグネット１０１と、静磁場に所定の方向の磁場勾配を与える傾斜磁場コイル１０２と、マグネット１０１内に挿入され、被検体１１２に対してラジオ波などの電磁波を送信するとともに電磁波を受信するＲＦコイル１０３と、ＲＦコイル１０３に接続され、ＲＦコイル１０３から照射される電磁波を作成し送信するとともに、ＲＦコイル１０３からの核磁気共鳴信号を検出し、信号の処理を行う送受信機１０４と、傾斜磁場コイル１０２に電流を供給する傾斜磁場電源１０９と、送受信機１０４および傾斜磁場電源１０９の駆動を制御するとともに、種々の情報処理およびオペレータによる操作を行うデータ処理部１０５と、データ処理部１０５の処理結果を表示するための表示装置１０８とを備える。
【００２０】
傾斜磁場電源１０９と傾斜磁場コイル１０２とは傾斜磁場制御ケーブル１０７で接続される。また、ＲＦコイル１０３と送受信機１０４とは、ＲＦコイル１０３と送受信機１０４との間で信号を送受信する送受信ケーブル１０６で接続される。送受信機１０４は、図示していないが、シンセサイザ、パワーアンプ、受信ミキサ、アナログデジタルコンバータ、送受信切り替えスイッチなどを備える。
【００２１】
ＭＲＩ装置１００は、マグネット１０１が形成する静磁場の方向によって、水平磁場方式と垂直磁場方式とに区別される。水平磁場方式の場合は、一般的に、マグネット１０１は円筒状のボア（中心空間）を有し、図１中左右方向の静磁場を発生する。一方、垂直磁場方式の場合は、一対の磁石が被検体を挟んで上下に配置され、図１中上下方向の静磁場を発生する。本実施形態のＭＲＩ装置１００は、円筒形のボアを有する水平磁場方式である。
【００２２】
上記構成を有するＭＲＩ装置１００では、静磁場中に配置された被検体１１２に対し、ＲＦコイル１０３および傾斜磁場コイル１０２により、数ミリ秒間隔程度の断続した電磁波、傾斜磁場を照射し、その電磁波に共鳴して被検体１１２から発せられる信号を受信して信号処理を行い、磁気共鳴像を取得する。被検体１１２は、例えば、人体の所定の部位であり、ベッド１１１に横たわり、ＲＦコイル１０３の内部に配置される。また、電磁波および傾斜磁場は、ＲＦコイル１０３および傾斜磁場コイル１０２により、それぞれ照射および印加される。
【００２３】
なお、ここでは、電磁波の照射と受信とを行なうＲＦコイル１０３として、単一のＲＦコイルが示されているが、これに限られない。例えば、広範囲撮像用のＲＦコイルと局所用のＲＦコイルとを組み合わせるなど、複数のコイルから構成されるＲＦコイルをＲＦコイル１０３として用いてもよい。
【００２４】
本実施形態では、ＲＦコイル１０３として円筒形または楕円筒形のアンテナを用いる。以下、本実施形態のＲＦコイル１０３として用いるアンテナ２００について図２および図３を用いて説明する。図２は、本実施形態のアンテナ２００の外観図である。また、図３は、アンテナ２００の筒状の導体を省いて内部の導体を見やすくした図である。
【００２５】
本実施形態のアンテナ２００は、所定の幅を有する導体２０１（以後、リボン状導体と呼ぶ。）と、グラウンドプレーン（接地面）の役割を果たす円筒または楕円筒形状を有する導体（以後、筒状導体と呼ぶ。）２０２と、を備える。図２では筒状導体２０２は楕円筒の形状をしている場合を例示する。
【００２６】
本実施形態の筒状導体２０２は、銅シートや銅のメッシュ、およびステンレスのメッシュなどの導体で形成される。例えば銅シートで形成される筒状導体２０２は、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）などを用いて形成された筒状の筐体（不図示）の内壁にまたは外壁に貼り付けられる。
【００２７】
本実施形態のリボン状導体２０１は、それぞれ、複数の蛇行した経路部分２１１から構成される。隣り合う蛇行した経路部分２１１は、導体３０１にて接続され、折り返された１本の長い導体を構成する。この蛇行した経路部分２１１をメアンダライン２１１と呼ぶ。図３では３つのメアンダライン２１１が２箇所で導体３０１により接続され、長い１本のリボン状導体２０１を形成する。
【００２８】
ここで言うメアンダラインとは、筒状導体２０２の中心軸Ｃを中心とした楕円の周方向（中心軸Ｃに垂直な方向）に幅を持って蛇行する、細長い平板状、ひも状、もしくはパイプ状の導体である。また、メアンダライン２１１は、筒状導体２０２の内側に、筒状導体２０２の中心軸Ｃに平行に、筒状導体２０２の周方向に間隔をあけて、配置される。
【００２９】
図３に示したメアンダライン２１１はジグザグに蛇行した形状をしているが、これはメアンダライン２１１の導体全体としての長さを稼ぐためである。従ってアンテナ２００で使用する周波数が比較的高く、導体の長さが短くても構わない場合、メアンダライン２１１は蛇行していなくても良く、場合によっては直線形状でも構わない。
【００３０】
図３では４つのリボン状導体２０１が示される。各々のリボン状導体２０１は３つのメアンダライン２１１（２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ）が導体３０１で接続されている。それぞれのリボン状導体２０１は、１つの送信／受信手段が接続される接続点３０２を備える。この接続点３０２は、一般に、「送信および／または受信点」、「給電点および／または受電点」、ポート、あるいは、チャンネルと呼ばれる。
【００３１】
図４は図２を筒状導体２０２の中心軸Ｃ上の開口部から見た図である。内部に撮影の被検体１１２である横たわった人間および、人間を支えるベッド１１１が配置されている。各リボン状導体２０１を構成する３つのメアンダライン２１１ａ，２１１ｂ，２１１ｃは、筒状導体２０２の中心軸Ｃに直交する断面の周方向に並び、筒状導体２０２の内側表面からそれぞれ異なる距離の位置に配置されている。
【００３２】
具体的には筒状導体２０２の作る楕円筒の内部に長軸短軸比の異なる、筒状導体２０２よりも小さな楕円筒を構成し、その表面にメアンダライン２１１ａ，２１１ｂ，２１１ｃが設置されている。
【００３３】
この小さな楕円筒は筒状導体２０２の内部にあるが、筒状導体２０２と内部の小さな楕円筒との距離は、図４に示したように、上下方向にやや広く、左右方向はやや狭くするなどの工夫が可能である。
【００３４】
そうすることによって、被検体１１２である人間が入る部分の空間として、両肩方向に、より広い空間を確保することができる。
【００３５】
また、この内側の小さな楕円筒は、１つのつながった筒である必要はなく、図４に示したように、上下左右のメアンダライン２１１がない部分で４つに分割された、４つの楕円の弧の形に湾曲した壁面であっても構わない。その場合、上下左右方向において、内部の空間が筒状導体２０２の壁面ぎりぎりまで広がるという利点が生まれる。また、更に、４つあるメアンダライン２１１を１つずつ分割して調整や、取り付けができるという利点も生じる。
【００３６】
３つのメアンダライン２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃと筒状導体２０２との距離は、左右の端に近いもの（２１１ａ）の方が中心付近のもの（２１１ｃ）よりも狭くなっている。このようにすることで、アンテナ２００の内部空間はメアンダライン２１１を筒状導体２０２からすべて等距離に設置するよりも内部に横たわる人間の左右部分、特に両肩部分に広い空間を確保することが可能である。
【００３７】
このように、本実施形態では、検査時に、検査空間である筒状空間内部に人体があお向けもしくはうつ伏せに寝た状態で入った場合に、両肩部に近い箇所に、より狭いギャップでメアンダライン２１１を設置する。さらに、図４においてアンテナ２００の左端および右端の部分２０５にはリボン状導体２０１を配置しない。従って、検査時に、被検体１１２である人体の両肩方向に広い空間を確保することができる。本実施形態のアンテナ２００によれば、従来、特に窮屈であった部位に空間を確保できるため、被検体１１２にとって、快適な検査空間を提供できる。
【００３８】
また、筒状導体２０２の大きさに変更はないため、ＲＦコイル１０３以外の各構成に影響はなく、製造コストの大幅な増大も招かない。
【００３９】
図３および図４では１つのリボン状導体２０１は３つのメアンダライン２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃから構成されているが、実際のアンテナ動作時には、その３つのメアンダライン２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃに同じ向きの電流が流れる。電流の流れる向きと、その電流が作る磁場の向きとアンテナ感度との関係は図８において後に詳しく述べるが、ここで簡単に説明する。
【００４０】
図４において、アンテナ動作時には３つのメアンダライン２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃには、たとえばある瞬間には紙面手前から向こう側へと電流が流れる。その際に、その電流が作る磁場は、電磁気学の右ねじの法則により、電流を取り巻くように時計回り方向に発生する。３つのメアンダライン２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃから作られる３つの磁場の方向はアンテナ２００の内部で揃うため、磁場はアンテナ２００の中心付近で強めあい、アンテナ感度が向上する。
【００４１】
その一方で、３つのメアンダライン２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃをつないでいる点、つまり図３における導体３０１付近では電流が流れない節となるので、その付近で発生する磁場は弱く、感度も弱い。従って、筒状導体２０２が形成する楕円筒の前後の両端では感度が弱く、楕円筒内部の中心付近で感度が強いという理想的な感度分布が得られる。
【００４２】
つまり、図３および図４の１つのリボン状導体２０１には３つのメアンダライン２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃと２つの導体３０１があるので、そこに２つの電流の節と３つの電流の最大値である腹とを持つような電流の定在波を立てた共振モードが、楕円筒内部に均一な広い感度を持つモードになる。
【００４３】
また、図３および図４に示す例では、３つのメアンダライン２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃがつながって１つのリボン状導体２０１を形成することで、１つの送受信手段で広い感度領域を持つ。その一方で、このあとに述べる、１つのメアンダライン２１１が１つのリボン状導体２０１を構成する、図５に示す例の場合は、送信／受信手段５０３の個数を増やしたい場合や感度領域を限定したい場合に有用である。
【００４４】
図２から図４には１つのリボン状導体２０１が３つのメアンダライン２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃで構成された例を示したが、リボン状導体２０１は、１つのメアンダライン２１１で構成されていてもよい。図５は、１つのメアンダライン２１１から１つのリボン状導体２０１を構成した場合のアンテナ２００を説明するための図である。ここでは、アンテナ２００の送信／受信手段５０３などの付随する回路も図示する。なお、この送信／受信手段５０３は、本実施形態のアンテナ２００がＭＲＩ装置１００のＲＦコイル１０３として用いられる場合、図１の送信機１０４である。
【００４５】
図５において筒状導体２０２は、図を見やすくするため一部上部を切り取った形状で示してある。筒状導体２０２の内側に１本のメアンダライン２１１が設置され、リボン状導体２０１を構成している。
【００４６】
メアンダライン２１１の途中にはギャップ５０１が設けられており、そのギャップ５０１を直列につなぐようにキャパシタ５０２が配置されている。キャパシタ５０２はマッチングおよびバランス回路５０４を経て、接続点３０２において、給電／受電ケーブル５０５につながれている。給電／受電ケーブル５０５の他方の端は、送信／受信手段５０３に接続されている。なお、この給電／受電ケーブル５０５は、本実施形態のアンテナ２００がＭＲＩ装置１００のＲＦコイル１０３として用いられる場合、図１の送受信ケーブル１０６である。
【００４７】
すなわち、メアンダライン２１１により構成されるリボン状導体２０１は、接続点３０２においてキャパシタ５０２に並列に接続されるマッチングおよびバランス回路５０４および給電／受電ケーブル５０５を介して、送信／受信手段５０３に接続される。
【００４８】
図５では給電／受電ケーブル５０５は１本の太い線として描かれているが、通常は、同軸ケーブルなどの、直流的には絶縁された２本の導体からなるケーブルを用いる。
【００４９】
図２および図３に示す、複数のメアンダライン２１１からリボン状導体２０１を構成する場合も、送信／受信手段５０３との接続部の回路は図５に示す例と同様である。すなわち、リボン状導体２０１は、接続点３０２においてキャパシタ５０２に並列に接続されるマッチングおよびバランス回路５０４および給電／受電ケーブル５０５を介して、送信／受信手段５０３に接続される。本実施形態では、図５に示すように回路を構成することで、リボン状導体２０１は、アンテナ２００として動作させることが可能になる。
【００５０】
図６を用いて、図５に示したアンテナが動作する際の動作原理を説明する。図６は、図５から簡単のために筒状導体２０２を省いた図である。
【００５１】
リボン状導体２０１は、リボン状導体２０１全体の長さとキャパシタ５０２とで決まる共振周波数で共振する。リボン状導体２０１に送信／受信手段５０３からその共振周波数の交流電力が供給されるとリボン状導体２０１に電流が流れる。その電流が周囲に磁場を作り、その磁場の大きさがＭＲＩ装置１００のアンテナ２００としての感度を決定する。なお、図６では図５で描かれていた給電／受電ケーブル５０５、マッチングおよびバランス回路５０４は省略されている。
【００５２】
図６において蛇行するメアンダライン２１１の蛇行の幅Ｗ６０４は全体のリボン状導体２０１の長さを決定する上で大切な長さのパラメータである。幅Ｗ６０４を大きくすればリボン状導体２０１全体の長さは長くなり、共振の周波数は低く設定できる。また、蛇行の幅Ｗ６０４だけでなく、蛇行の形状、蛇行の折れ曲がりの回数、楕円筒の軸方向にメアンダライン２１１が伸びる長さなども、リボン状導体２０１全体の長さに関わるパラメータである。
【００５３】
図６ではリボン状導体２０１に流れる電流が、一方向で電流の節がない場合について説明する。この場合、リボン状導体２０１には半波長の電磁波が共振する。
【００５４】
リボン状導体２０１に電流が流れた場合の電流分布について考える。リボン状導体２０１の両端６０３はどこにもつながっていないので、そこでの電流はゼロである。
【００５５】
ある瞬間を見ると、リボン状導体２０１の中心付近には大きな電流（矢印６０１）が流れ、端に行くほど電流の大きさは小さくなる（矢印６０２）。図６では電流の大きさを矢印の大きさで模式的に示す。以下、本明細書において同様とする。アンテナとしては、より大きな電流（矢印６０１）のそばの領域で良い感度を持つ。
【００５６】
全体としての節の数を知ることは、リボン状導体の周波数の調整などの際に役立つ。このため、この場合の、１つながりのリボン状導体２０１全体に現れる節の数を、式、（Ｍ＋１）×Ｎ−１を使って計算する。ここで、Ｎは１つのリボン状導体２０１を構成するメアンダライン２１１の数、Ｍは１つのメアンダライン２１１に存在している電流の節の数（但し両端の節は除く）である。
【００５７】
１本の折り返しのない経路（メアンダライン２１１）を持つリボン状導体２０１（Ｎ＝１）には０個の節（Ｍ＝０）が存在するので、リボン状導体２０１の経路内部に現れる電流分布の節の合計の数は、（０＋１）×１−１＝０となる。
【００５８】
図７に、図６と同様の構成のリボン状導体２０１であるが、リボン状導体２０１に流れる電流に節が１つ現れる場合を示す。
【００５９】
図７の例では、リボン状導体２０１の全体の長さとギャップ５０１に設置されたキャパシタの値との関係で、リボン状導体２０１の中心付近７０１に電流の節ができる。この場合、リボン状導体２０１には１波長の電磁波が共振している。
【００６０】
ある瞬間に流れる電流は、リボン状導体２０１の下半分では上向き（矢印７０３）となり、上半分では下向き（矢印７０２）となる。節７０１の部分では電流は流れず、節７０１においてリボン状導体２０１に電流の向きは逆転する。
【００６１】
アンテナとして感度の高い部分は電流の良く流れる部分である。図７に示す例では、大きな矢印７０２および７０３で示される部分である、リボン状導体２０１の上下２箇所が感度の良い部分である。リボン状導体２０１の中心の節７０１付近ではこの場合、感度を持たない。
【００６２】
図６と図７の２つの構成を比べると、通常は感度の均一性の良い図６の節のないものが使われることが多いが、場合によっては図７のようにわざわざ節がある構成を使う場合もある。
【００６３】
図７に示すリボン状導体２０１において、１つながりのリボン状導体２０１全体に現れる節の数を、前述の式、（Ｍ＋１）×Ｎ−１を使って計算する。１本の折り返しのない経路を持つリボン状導体２０１（Ｎ＝１）に、１個の節（Ｍ＝１）が存在するので、リボン状導体２０１の経路内部に現れる電流分布の節の合計の数は、（１＋１）×１−１＝１となる。
【００６４】
図８に、３つのメアンダライン２１１で、１つのリボン状導体２０１を構成した例を示す。図８に示すリボン状導体２０１では、隣り合うメアンダライン２１１をつなぐ２つの導体３０１にそれぞれ１つの電流の節８０１が存在する。全体の電流の節の数は、メアンダライン２１１の数から１引いた数である、３−１＝２個となる。
【００６５】
図５から図７においては、ギャップ５０１に配置されるキャパシタ５０２をキャパシタの記号で図示したが、図８では黒丸でキャパシタ８０３を示している。図８では、キャパシタ８０３は給電点のギャップ５０１以外にも数多く配置した場合の例を示している。導体を流れる交流電流はキャパシタを通過する際にその位相が変わるため、キャパシタ８０３を配置することでメアンダライン２１１の長さを実効的に短くする効果がある。
【００６６】
つまり、所望の共振周波数に対し、リボン状導体２０１全体の長さが長すぎて共振周波数が低い場合、キャパシタ８０３を配置することで共振周波数を高くして所望の周波数に合わせることができる。
【００６７】
ギャップ５０１に配置されたキャパシタ８０３と並列に設置された送信／受信手段５０３から共振周波数の電力が供給されると、リボン状導体２０１に誘起される電流は矢印８０２のようになり、ある瞬間での電流の向きは３つのメアンダライン２１１で同じ向きとなる。
【００６８】
リボン状導体２０１が図８に示す構成の場合は、３つのメアンダライン２１１に流れる電流の向きが同じ向きであるため、電流の作る磁場が互いに強めあい、アンテナ２００の感度が向上する。また、リボン状導体２０１が図６に示す構成である場合に比べて、図８の左右方向の広い体積領域で感度を持つことができるという利点を持つ。
【００６９】
図８に示す例について、１つながりのリボン状導体２０１全体に現れる節の数を、前述の式、（Ｍ＋１）×Ｎ−１を使って計算する。３本の折り返しのある経路（メアンダライン２１１）を持つリボン状導体２０１（Ｎ＝３）に０個の節（Ｍ＝０）が存在するので、リボン状導体２０１の経路内部に現れる電流分布の節の合計の数は、（０＋１）×３−１＝２となる。
【００７０】
図２では、一例として、４つのリボン状導体２０１からなるアンテナ２００を例示したが、図９では、リボン状導体２０１を５つ用いて、ＲＦコイル１０３として用いるアンテナ２００を構成した例を示す。このように１つのアンテナ２００につき使用されるリボン状導体２０１の数は４に限らず、１以上の個数が可能である。
【００７１】
なお、図５において説明した送信／受信手段５０３は、リボン状導体２０１毎に接続される。従って、図２に例示するようにリボン状導体２０１が４セットの場合は４箇所となる。リボン状導体２０１が例えばＮ（Ｎは１以上の自然数）セットの場合は、Ｎ箇所設けられる。従って、図９に示す例では、５箇所の送信／受信手段５０３を持つ。
【００７２】
図３で４箇所あるポート３０２のポート間のカップリングの値は、一般には、−（マイナス）１５デシベル（ｄＢ）以下であることが望まれる。そして、ポート間のカップリングの値は、隣り合うリボン状導体２０１の間隔を空けることなどで小さくできることが知られている。電磁界計算シミュレーションによれば、図３に例示するアンテナ２００における、隣接するポート３０２間のカップリングの値は−１１から−１６ｄＢ程度である。従って、本実施形態のアンテナ２００は、そのまま何も工夫しなくとも４チャンネル入出力のアンテナとして使用できる。
【００７３】
アンテナ２００を４チャンネル入出力のアンテナとして使用する場合、とくに核磁気共鳴用のアンテナとして使用する場合、楕円筒内部に円偏波を生成したほうが効率が良い場合がある。例えば、４つあるチャンネルを時計回りにチャンネル１，２，３，４と定義する。そして、チャンネル１へ給電する電力の位相を０度とした場合に、チャンネル２，３，４に、それぞれ９０度、１８０度、２７０度の位相の電力を供給すれば、時計回りの円偏波を励起することができる。
【００７４】
なお、給電点（ポート）３０２間のカップリングの度合いは、Ｓパラメータの透過係数で示される。なお、Ｓパラメータは、給電点と給電点との間の電磁波の通過、反射特性をそれぞれ示す透過係数および反射係数からなり、ネットワークアナライザなどの測定機器を使って測定できる。
【００７５】
例えば、本実施形態の図３に例示するアンテナ２００において、４つある給電点３０２を、それぞれ、周方向に順にポート１、ポート２、ポート３、ポート４とすると、ポートｎ（ｎ＝１〜４）の反射係数はＳｎｎ、ポートｎからポートｍ（ｍ＝１〜４）への透過係数はＳｍｎと記載される。ポート１に電力（電流）を供給すると、ポート２へ多くの電流が流れ出る場合、ポート１とポート２との間のカップリングが大きいと言い、この流れ出る度合いの大きさ（カップリングの値）を示すものが透過係数Ｓ２１である。両ポート間のカップリングが大きいと、ポート１において送受信ケーブルに接続されるリボン状導体（以後、ポート１に属するリボン状導体と呼ぶ。）２０１に供給した電力（電磁波）のうち、ポート２に属するリボン状導体２０１に透過する量が増加し、アンテナ２００の効率が悪化する。
【００７６】
同様に、ポート１に電力（電流）を供給した場合、反射によりポート１に属するリボン状導体２０１に供給されない量が多い場合も、アンテナ２００の効率が悪化する。この反射量の多さを示すものが反射係数Ｓ１１である。上述のように、本実施形態のアンテナ２００は、その構成により、カップリング値（透過係数）を抑えることができ、アンテナ２００の効率を維持できる。これに加え、反射係数も抑え、さらに効率を向上させるよう構成してもよい。
【００７７】
これを実現するため、アンテナ２００をＭＲＩ装置１００に接続して撮影する際、アンテナ２００のインピーダンスと送受信ケーブル１０６のインピーダンスとのインピーダンスマッチングを行うために、図５におけるマッチングおよびバランス回路５０４などを付加する。
【００７８】
例えば、アンテナ２００のインピーダンスＺａを使用周波数（例えば、３テスラにおける水素原子核の磁気共鳴周波数の１２８ＭＨｚ）で、給電ケーブル（送受信ケーブル）５０５の特性インピーダンスＺｃ（例えば、５０Ω）に合わせる。
【００７９】
するとＳパラメータの中の反射係数を低減することができ、アンテナとしての効率が向上する。具体的には、たとえば、上述の例の場合、ポート１の反射係数Ｓ１１を例えば−１５ｄＢ以下にすることができる。
【００８０】
図１０に、図５で示した送信／受信手段５０３との接続方法と異なる接続方法を示す。
【００８１】
図１０に示す例では、リボン状導体２０１の両端の点６０３と筒状導体２０２との間をそれぞれ接続するキャパシタ１００１を２つ配置する。その２つのキャパシタ１００１の片方に並列に送信／受信手段５０３を接続する。このような回路構成にすることでもリボン状導体２０１は、アンテナ２００として動作させることができる。
【００８２】
一般に、このようにメアンダライン２１１と筒状導体２０２との間に設置されたキャパシタ１００１は、図８で説明したキャパシタ８０３とは逆に、実効的にメアンダライン２１１の長さを長くする効果がある。このため、図１０に示す構成は、メアンダライン２１１の長さをあまり長く取れないような場合に有効である場合がある。また、図１０においては送信／受信手段５０３は２つのキャパシタ１００１の片方に並列に接続したが、図５に示すように、送信／受信手段５０３は、接続点３０２において、メアンダライン２１１途中のキャパシタ５０２に並列に接続したままで、キャパシタ１００１には送信／受信手段５０３を接続しないよう構成してもよい。
【００８３】
図８では３本のメアンダライン２１１を隣り合う端同士で１箇所接続し、２回折り返した１本のリボン状導体２０１を構成したが、図１１に示すように、隣り合うメアンダライン２１１の端同士を２箇所で接続してリボン状導体２１１を構成することも可能である。図１１では、４本のメアンダライン２１１をそれぞれ隣と２箇所で接続し、全体としてリボン状導体２０１ｂを構成している。ただし、このように構成されたリボン状導体２０１ｂは１本のつながった導体ではなくなる。
【００８４】
しかし、リボン状導体２０１ｂにおいても、メアンダライン２１１のギャップ５０１に接続したキャパシタ８０３の大きさに適当なものを選択し、そのキャパシタ８０３に給電手段５０３を接続すれば、図８に示す例と同様に、それぞれのメアンダライン２１１に同じ向きに電流を流せる場合があり、図１１に示す構成も、図８に示す例の派生型のアンテナとして使用可能である。
【００８５】
また、本実施形態のアンテナ２００の筒状導体２０２は、シート状の素材以外で形成してもよい。例えば、銅やステンレスなどの金属メッシュにより構成してもよい。金属メッシュを用いることにより、筒状導体２０２は、グラウンドプレーンとしての機能を損なうことはない。
【００８６】
また、筒状導体２０２が、その楕円筒全体に数ｋＨｚ以下の低い交流が流れることが可能であるよう形成されている場合、ＭＲＩ装置１００の傾斜磁場電源１０９による渦電流が流れることがある。それを防止するために、筒状導体２０２を、その楕円筒軸に平行な短冊状に分割した楕円筒側面を複数隣り合うように並べ、それらの間を数１００ｐＦの容量の大きなキャパシタでつないだ構造にしても良い。
【００８７】
また、本実施形態のアンテナ２００を、図３に示すように４セットのリボン状導体用いて構成する場合、上述のように給電点３０２は４箇所になる。従って、撮影の際は、送受信機１０４から４箇所の給電点３０２に電磁波が供給される。その場合、４つの給電点３０２に、同じ波形であって位相をずらした電磁波を供給するよう構成してもよいし、全く違った波形の電磁波を供給するよう構成してもよい。
【００８８】
また、図３のような４チャンネルのアンテナの場合は、対向する２つの給電点３０２には、振幅は同じだが常に１８０度位相の異なる波形を与える回路を付加することで位相振幅の自由度を下げて１つの給電点として統合し、全体として４つあったチャンネルを、統合された２チャンネルのアンテナとして動作させることも可能である。
【００８９】
以上説明したように、本実施形態では、中空形状の外部導体と、外部導体に沿って軸方向に配置されるリボン状導体とを備えるＲＦコイルにおいて、リボン状導体を構成するメアンダラインと外部導体との間隔を不等間隔に配置し、内部空間を確保する。ただし、ＲＦコイルの中心部分で均一な感度を得るため、リボン状導体は接続されたＮ個のメアンダラインから構成され、リボン状導体の長さはアンテナの共振周波数において、０と１以上の自然数をＭとして（Ｍ＋１）×Ｎ−１個の節を持つように調整される。このように構成することにより、本実施形態によれば、トンネル型ＭＲＩ装置１００において、ＭＲＩ装置１００の製造コストを増大させることなく、また、性能を犠牲にすることなく、快適な検査空間を確保できる。
【００９０】
＜＜第二の実施形態＞＞
次に、本発明を適用する第二の実施形態について説明する。本実施形態のＭＲＩ装置は基本的に第一の実施形態のＭＲＩ装置１００と同様の構成を有する。ただし、本実施形態では、ＲＦコイル１０３として、第一の実施形態のアンテナ２００に新たな構成を付加し、さらにカップリング値を低減し、効率化を図る。以下、本実施形態のアンテナ２００ｂの、第一の実施形態のアンテナ２００と異なる構成に主眼をおいて説明する。
【００９１】
図１２に、本実施形態のアンテナ２００ｂの外観図を示す。ここでは、第一の実施形態の図２に例示するアンテナ２００と同様に、リボン状導体２０１を４セット備える場合を例示する。なお、図１２では、４つある給電ポート３０２のうち下半分の２つのポートのみを図示している。これらを、周方向に順にポート１、ポート２とする。
【００９２】
図１２に示すように、本実施形態のアンテナ２００ｂは、図示した２つのリボン状導体２０１の間に、楕円筒の中心軸と同じ方向に進む導体１２０１を備える。導体１２０１は、筒状導体２０２の内側から所定の距離をおいた位置に配置される。また、本実施形態のアンテナ２００ｂは、導体１２０１の両端と筒状導体２０２とを２箇所で接続するキャパシタ１２０２を備える。
【００９３】
導体１２０１、２つのキャパシタ１２０２、および筒状導体２０２はループを構成する。このループに電流が流れることでポート１−２間のカップリングを変化させることができる。キャパシタ１２０２の値を適切に選ぶことでポート間のカップリングを抑えることができる。
【００９４】
なお、導体１２０１と２つのキャパシタ１２０２とは、各隣接するリボン状導体２０１間に配置される。
【００９５】
従って、本実施形態によれば、第一の実施形態で得られる効果に加え、透過係数をさらに低減することができる。このため、さらに、効率の向上したアンテナを得ることができる。
【００９６】
なお、ポート間のカップリングを低減する手法は、上記手法に限られない。一般的に用いられている各種の手法を適用可能である。
【００９７】
＜実施例＞
図２に示す第一の実施形態のアンテナ２００を、磁場強度３テスラのＭＲＩ装置（以後、３テスラのＭＲＩ装置と呼ぶ。）の体幹部用アンテナとして用いた場合の、実施例を以下に示す。ここでは、撮像対象核種は水素原子核とする。
【００９８】
本実施例では、数１０から数１００マイクロメートルの厚さを有する銅シートまたは銅メッシュで形成した筒状導体２０２を、ＦＲＰで形成された筒状の筐体の内壁に貼り付け、楕円筒状導体部を形成した。形成した楕円筒状導体部の長軸の長さを５９４ミリ、短軸の長さ５２０ミリ、楕円筒の長さを１０００ミリとした。
【００９９】
リボン状導体２０１は、筒状導体２０２内部に設置した、筒状導体２０２よりも長軸が１０ミリ短く、短軸が５０ミリ短い楕円筒の面上に設置した。設置した各リボン状導体２０１の幅は１０ミリ、メアンダライン２１１の長さは楕円筒軸方向の長さが端から端まで６７０ミリ、メアンダライン２１１の左右の幅Ｗ６０４は３８ミリとした。ただし、リボン状導体２０１の両端部から１２０ミリと２４０ミリ付近にギャップ５０１を設け、それぞれ１００ｐＦのキャパシタ５０２を挿入し、接続した。
【０１００】
リボン状導体２０１は、３本のメアンダライン２１１から構成した。リボン状導体２０１は、図２および図３のように４つ配置した。
【０１０１】
また、各リボン状導体２０１の中で一番端に近く、かつ、アンテナ２００の上下部分に近いキャパシタ５０２と並列に送受信ケーブル５０５を接続した。
【０１０２】
以上の構成を有するアンテナ２００に関し、電磁界シミュレーションを行った。まず、送受信ケーブル５０５を介して供給する電磁波の周波数を変更しながら、アンテナ２００のインピーダンスＺを測定した。その結果、インピーダンスＺの高い共振ピークが、３テスラのＭＲＩ装置１００で使用する周波数である１２８ＭＨｚ（３テスラにおける水素原子核の磁気共鳴周波数）付近に現れた。従って、上記実施形態のアンテナ２００は、１２８ＭＨｚ付近で共振することが示された。
【０１０３】
次に、上記構成を有するアンテナ２００の感度分布を調べた。ここでは、４つある給電点３０２に、上記周波数であって、同じ強度で位相のみがそれぞれ０、９０、１８０、２７０度と異なる電磁波を供給した場合の、アンテナ２００の中心部分の感度を、電磁界シミュレーションにより求めた。なお、ここでは、被検体１１２として、体重６５ｋｇの男性の組織組成を模擬したファントムを計算機上で構成し、アンテナ２００の内部に置いた。
【０１０４】
中心部分で楕円筒軸に垂直な断面での感度を、全体の入力電力を１ワットとした場合の発生磁界であるマイクロテスラの単位であらわすと、本実施形態のアンテナ２００の楕円筒中心ではおよそ０．１９マイクロテスラの磁界が生じた。このことより、一般のＭＲＩ装置を用いて行う検査に必要な範囲で必要充分な感度が得られていることが示された。
【０１０５】
以上、第一の実施形態の図２に示すアンテナ２００によれば、従来型アンテナに比べ、感度分布の点で遜色なく、かつ、外径を維持しつつ、内部空間を広く確保できるアンテナを提供できることが示された。
【０１０６】
従って、上記各実施形態によれば、コストを上げることなく、必要な性能を維持し、検査を受けるために内部に入る人にとって快適なＭＲＩ用ＲＦコイルを提供できる。
【０１０７】
なお、上記各実施形態のアンテナは、ＭＲＩ装置のＲＦコイル１０３だけでなく、数ＭＨｚから数ＧＨｚの周波数を持つ電磁波を使用するあらゆる機器に応用可能である。
【符号の説明】
【０１０８】
１００：ＭＲＩ装置、１０１：マグネット、１０２：傾斜磁場コイル、１０３：ＲＦコイル、１０４：送受信機、１０５：データ処理部、１０６：送受信ケーブル、１０７：傾斜磁場制御ケーブル、１０８：表示装置、１０９：傾斜磁場電源、１１１：ベッド、１１２：被検体、２００：アンテナ、２００ｂ：アンテナ、２０１：リボン状導体、２０１ｂ：リボン状導体、２０２：筒状導体、２１１：メアンダライン、２１１ａ：メアンダライン、２１１ｂ：メアンダライン、２１１ｃ：メアンダライン、３０１：メアンダラインをつなぐ導体、３０２：接続点、５０１：ギャップ、５０２：キャパシタ、５０３：送信／受信手段、５０４：マッチングおよびバランス回路、５０５：給電／受電ケーブル、６０１：電流を示す矢印、６０２：電流を示す矢印、６０３：リボン状導体の端部、６０４：メアンダラインの蛇行幅、７０１：電流の節、７０２：電流を示す矢印、７０３：電流を示す矢印、８０１：電流の節、８０２：電流を示す矢印、１００１：キャパシタ、１２０１：導体、１２０２：キャパシタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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