(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１対の平行な導電性エンド・リング（20、22）と、
前記エンド・リングの間に接続され、前記エンド・リングの周囲に２π/Nの間隔で離間しているＮ個の導体（24）とを備えており、
前記導体は、前記エンド・リングの間で、楕円状の経路に沿って外向きに曲がっていることを特徴とする磁気コイル。
【請求項２】
前記導体（24）の楕円状経路が存在する平面は、前記エンド・リング（20、22）に対して半径方向であることを特徴とする請求項１記載の磁気コイル。
【請求項３】
前記エンド・リング（20、22）の周囲に90゜の間隔で４つの導体（24）が存在することを特徴とする請求項２記載の磁気コイル。
【請求項４】
導体（34）は対（34A、Ｂ、Ｃ、Ｄ）になっており、導体のそれぞれの対は、平行な楕円状経路に沿って前記エンド・リング（20、22）から外側に曲がっており、前記楕円状経路が存在する平面は、導体のその対と前記リングとの接続点の間の中間にあるそれぞれのエンド・リングへの半径に平行であることを特徴とする請求項１記載の磁気コイル。
【請求項５】
４つの対（34A、Ｂ、Ｃ、Ｄ）として構成された８つの導体（34）が存在し、前記対は、前記エンド・リング（30、32）の周囲に等しい間隔で離間していることを特徴とする請求項４記載の磁気コイル。
【請求項６】
それぞれのエンド・リング（20、22）において、Ｎ個のコンデンサ（26）が更に与えられ、これらのコンデンサは、隣接する導体（24）の間に接続され、それによって、高域通過鳥籠形共鳴器が与えられることを特徴とする請求項１ないし請求項５の中のいずれかの請求項に記載の磁気コイル。
【請求項７】
この磁気コイルのそれぞれの導体に１つ当たりの、接続されたＮ個のコンデンサが更に与えられ、それによって、低域通過鳥籠形共鳴器が与えられることを特徴とする請求項１ないし請求項５の中のいずれかの請求項に記載の磁気コイル。
【請求項８】
それぞれのエンド・リング（20、22）において、Ｎ個のコンデンサ（26）が更に存在し、これらのコンデンサは、隣接する導体（24）の間に接続され、更に、それぞれの導体（24）に１つ当たりの、接続されたＮ個のコンデンサが更に存在し、それによって、帯域消去鳥籠形共鳴器が与えられることを特徴とする請求項１ないし請求項５の中のいずれかの請求項に記載の磁気コイル。
【請求項９】
水平方向のボア（38）を有し静的な垂直方向の磁界（BSV）を与える磁石と、請求項１ないし請求項８の中のいずれかの請求項に記載の磁気コイル（52）であって、そのエンド・リングが前記水平方向のボアの中の水平方向の平面にあるように構成された磁気コイルとを備えていることを特徴とする磁気共鳴システム。
【請求項１０】
前記磁気コイル（52）は送信機（54）と受信機（58）とに接続され、前記送信機と前記受信機とは制御コンピュータ（56）に接続されており、更に、勾配増幅器（64）によって供給された勾配コイル（62）と、動作コンソール（66）とを備えていることを特徴とする請求項９記載の磁気共鳴システム。
【発明の詳細な説明】
本発明は、例えば磁気共鳴システムにおける無線周波数磁界などの磁界を送信及び受信する磁気コイルに関し、特に、鳥籠形共鳴器（birdcage resonator）として知られている磁気コイルに関する。
磁気共鳴システムという用語は、磁気共鳴画像化（magnetic resonance imaging＝MRI）や磁気共鳴分光（magnetic resonance spectroscopy＝MRS）を意味するが、この明細書では、MRシステムと称することにする。これらのシステムでは、調査対象となる物質が、静磁界及び無線周波数（rf）磁界に露出され、その物質の中に磁気共鳴を生じ、その物質の構造やその物質内部の原子核の環境に依存する磁気共鳴が、検出される。
C.E.Hayes他によるJournal of Magnetic Resonance,Volume63,1985,pp.622−628の論文には、直線状の平行な導体によって接続され「脚部」（legs）として知られる２つの円形の導電性エンド・リングから構成された、鳥籠形共鳴器として知られている無線周波数コイルが記載されている。この鳥籠形共鳴器は、静磁界が磁気ボア（magnetic bore）に平行、すなわち水平方向であるMRシステムでの使用に適している。鳥籠形共鳴器によって生じる無線周波数磁界は、高度に均一であり、MRシステムにおける必須のファクタであって、この共鳴器は、MRシステムの感度を向上させるために直角位相（quadrature）で用いることができ、また、試験対象の物質内部の原子核の２つのタイプを同時に測定するように、複同調させる（double−tuned）ことができる。
しかし、垂直方向の磁界を有する水平方向の磁気ボアMRシステムに対しては、鳥籠形共鳴器は、直角位相で用いることができない。更に、Hayesによって記述されている設計の鳥籠形共鳴器が水平方向のボアを有するMRシステムにおいて用いることができる場合でも、サンプル／患者へのアクセスは、共鳴器の脚部によって、大幅に制限を受ける。
ソレノイド形のコイルが、垂直磁界のMRシステムに対しては、全体及び頭部コイルとして、通常、用いられる。しかし、鳥籠形共鳴器とは異なり、このタイプのコイルは、直角位相で駆動されることはできない。更に、その円筒形の構造は、本質的に閉鎖恐怖症的（claustrophobic）であり、これは、全身MRシステムにとって、主な短所である。ソレノイド形及び鳥籠形共鳴器は、１つの欠点を共有している。すなわち、患者／サンプルの側方向のアクセスが非常に制限される点である。
交差楕円（cross−ellipse）コイルとして知られている別のコイルが、National Research Development Corporationの英国特許第2144918号に記載されており、これは、都合よく、開放的な構造を有しているため、閉所恐怖症を引き起こしかねない効果を最小にすることができるが、このコイルは、鳥籠形共鳴器と比較して、内在的に、感度が劣り、効果的ではない。
Philips社へのドイツ特許第3347597号の図５には、樽形の共鳴器が開示されているが、曲線の正確な形状は特定されておらず、この共鳴器は、鳥籠形共鳴器ではない。
本発明によると、磁気コイルは、１対の平行な導電性エンド・リングと、そのエンド・リングの間に接続されエンド・リングの周囲に２π/Nの間隔で離間しているＮ個の導体（24）とを備えており、これらの導体は、エンド・リングの間で、楕円状の経路に沿って外向きに曲がっている。
ある構成では、楕円状経路が存在する平面は、エンド・リングに対して半径方向にある。オプションであるが、エンド・リングの周囲に90゜の間隔で４つの導体が存在する。
別の構成では、導体は対になっており、導体のそれぞれの対は、平行な楕円状経路に沿ってエンド・リングから外側に曲がっており、楕円状経路が存在する平面は、導体のその対とリングとの接続点の間の中間にあるそれぞれのエンド・リングへの半径に平行である。選択的（オプション）ではあるが、エンド・リングの周囲において45゜の間隔で離間し４つの対として構成された８つの導体が存在する。
好ましくは、それぞれのエンド・リングにおいて、Ｎ個のコンデンサ（26）が更に与えられ、これらのコンデンサは、隣接する導体の間に接続され、それによって、高域通過鳥籠形共鳴器が与えられる。
また、この磁気コイルのそれぞれの導体に１つ当たりに、接続されたＮ個のコンデンサが更に与えられ、それにより、低域通過鳥籠形共鳴器が与えられる。
第３のオプションでは、それぞれのエンド・リングにおいて、Ｎ個のコンデンサが更に存在し、これらのコンデンサは、隣接する導体の間に接続され、更に、それぞれの導体に１つ当たりの接続されたＮ個のコンデンサが更に存在し、それによって、帯域消去（bandstop）鳥籠形共鳴器が与えられる。
MRシステムは、水平方向のボアを有し静的な磁界を与える磁石と、本発明による磁気コイルであって、そのエンド・リングが水平方向のボアの中の水平方向の平面にあるように構成された磁気コイルとを備えている。磁気コイルは、無線周波数の磁界を発生又は検出するように構成することができる。静的な磁界は、水平方向か、垂直方向かのどちらかである。
ボアの内部のサンプル／患者へのアクセスがよいというのがこのようなMRシステムの利点であるが、これは、本発明によるコイルは本質的に開いた構造を有することによる。
後に、従来技術について、図１を参照して説明するが、この図１には、Hayes他によって設計された鳥籠形共鳴器が示されている。本発明を、次の図を参照して、単に例示的に説明することにする。
図2a及び図2bは、本発明による４脚コイル（four−leg  coil）の、全体図と、端部の図とである。
図3a及び図3bは、本発明による８脚コイル（eight−leg  coil）の、全体図と、端部の図とである。
図４は、MRシステムの回路図である。
図１では、Hayesの鳥籠形共鳴器は、それぞれのエンド・リングの周囲に等しい間隔で離間した８つの直線的な平行な導電性の「脚部」（legs）14によって接続された２つの円形の導電性のエンド・リング10、12から構成される。この共鳴器は、その脚部が水平方向になり、MRシステムにおいて磁石から成る水平方向の円形のボア（bore）の内部に置かれるように配置される。この磁石が、ボア16の軸に沿った水平方向の静磁界BSHか、又は、点線によって示されている垂直方向の静磁界BSVを与える。
オプションであるが、それぞれのエンド・リングにおいて８個ずつの、16個のコンデンサ18が存在し、それぞれのコンデンサは、隣接する脚部の対の接続点の間に位置しており、この共鳴器は、ハイパス・フィルタを構成している。また、共鳴器がローパス・フィルタを構成するときには、それぞれの脚部にコンデンサが１つ存在する（図示せず）。第３の選択肢としては、ハイパス及びローパス構成が組み合わされ、帯域消去フィルタが得られる。
図2aでは、本発明による共鳴器コイルは、等間隔の位置で４つの導電性の脚部24によって接続された２つの円形の導電性エンド・リング20、22から構成され、４つの脚部は、それぞれのエンド・リングから、楕円状の経路に沿って、外側に曲がっている。図2bの端部から見た図では、経路が存在する楕円状の平面は、脚部24との接続点において、エンド・リングに対して半径方向を向いている。
この構成で、コイルによって生じる無線周波数の磁界BR1及びBR2は、脚部の接続点に対する半径の中の任意の隣接する２つに沿って、半径方向に外向きになっている。コイルは、４重の対称性を有しているので、直角位相（quadrature）で動作することが可能である。
図示されているように、それぞれのエンド・リング20、22に４つずつとして、８つのコンデンサ26を設けることもできる。このコンデンサにより、ハイパス・コイルのチューニングが可能になる。４重の対称性を維持するために、それぞれのリング内で、すべてのコンデンサが、同一でなければならず、また、リング・セグメントは、等しくなければならない。
図３では、本発明による別のコイルは、エンド・リングの間で楕円状の経路に沿って外向きに曲がった８つの導電性の脚部34によって接続された２つの平行に離間した導電性のエンド・リング30、32から構成されている。
脚部は、４つの対34A、Ｂ、Ｃ、Ｄに構成されており、それぞれの対の脚部は、平行な楕円状の経路に沿って、外側に曲がっている。経路が存在する平面は、それぞれの脚部の対の接続点の間の中間点で、リングの半径に平行である。無線周波数磁界BR3、BR4の方向は、ある対の脚部の接続点の間の中間点おけるリングの半径に沿っている。図3bを参照のこと。
図３に図解されている８脚部形のコイルの利点は、図２の４脚部形のものと比較して、感度が改善されていることである。
８脚部形のものは、８つの脚部の接続点の間に離間しておりハイパス・フィルタを形成する、それぞれのエンド・リングにおける８つのコンデンサ26を用いて与えられる。また、（図示されていないが）それぞれの脚部34に１つのコンデンサを設けて、ローパス・フィルタを与えることもできる。第３のオプションであるが（図示せず）、ハイパス及びローパスの構成を組み合わせて、帯域消去フィルタを形成することもできる。
図3aからわかるように、隣接する脚部とその脚部の間のエンド・リングとによって形成される導電性のループは、等しくない。それぞれの対の中の脚部に形成されるループは、それぞれの隣接する脚部対からの１つの脚部によって形成されるループよりも小さい。従って、その有効なインダクタンスは異なり、基本モードの鳥籠形の共鳴を得るためには、２つのループのサイズのそれぞれに対して、適切なコンデンサの値が要求される。これらの値は、既知の原理に基づいて計算することができる。
図３に図解されている８脚部形の鳥籠形共鳴器は、４重の対称性がエンド・リングにおける適切なコンデンサ値を用いることによって維持されるから、望む場合には、直角位相で動作し得る。発生する磁界の向きは、対向するより大きなループに沿っているのが好ましいが、望む場合には、より小さなループに沿った発生に変更することも可能である。
図３からわかるように、患者又はサンプルへのアクセスは、例えば対34B、34Cの間の曲がった脚部のそれぞれの対の間か、又は、エンド・リングを介しての実質的な開口を通してであり、それにより、介入的なMRシステムにとって、魅力的となる。８脚部形のコイルは、明らかに開かれた構造を有しており、垂直界磁の開放的なMRシステムにおけるヘッド・コイルとして用いるのに、魅力的である。図3bは、想像上の環状のアクセス・ボリューム35と脚部に対するその位置とを図解しているが、管の直径は、かなり大きくなっているのが、示されている。
図3aには、静的な垂直方向の磁界BSVを与える磁石の水平方向のボア38の内部でのコイルの位置が図解されている。直角の無線周波数磁界BR3、BR4（図3bを参照）は、ボア38の軸に沿った方向か、又は、ボアの軸に直角の水平方向の平面内に存在する。図2a及び図3aに図解された構成に加えて、本発明による鳥籠は、水平方向界磁のMRアプリケーションに対しても用いることができる。しかし、この鳥籠形共鳴器は、直角モードにおいてではなく、線形モードだけで動作させることもできる。MR走査の目的が患者への介入を可能にすることである場合には、開放的なアクセス構造は、効果的である。
図４では、MR画像化システムが、制御コンピュータ56から与えられた送信機54と受信機58とに接続された本発明による鳥籠形共鳴器52を内部に有する開口50を有する磁石を含む。受信機は、デジタイザ60を介して、コンピュータ56に接続される。
磁石開口50は、また、やはりコンピュータ56によって制御される勾配増幅器64によって与えられる従来型の勾配コイルを含むこともある。このシステムは、CRT68、キーボード70、機能ボタン72、トラックボール74などの、すべてが、マルチ・フォーマット・カメラ76や磁気テープ・ユニット78を制御するコンピュータ56に接続されている。
動作においては、磁石及び勾配コイル62が、静磁界を、磁石開口50の内部であり、コイル62の間に位置するサンプル／患者に加える。送信機54は、パルス信号を適切な無線周波数で鳥籠形共鳴器52に与え、共鳴器は、また、サンプル又は患者から、例えば、そのサンプル／患者における陽子の歳差運動（precession）に関係する信号を受け取り、この信号は、受信機58とデジタイザ60とを介して、コンピュータに送られる。適切な通常の制御を用いることにより、要求されるフォーマットでのサンプル／患者の画像が、与えられる。
本発明による直角位相で動作するように選択された磁気コイルを用いることにより、例えば、リンと陽子との共鳴に対しては34.75NHz及び85.81MHzでの、二重周波数のMR測定を行うことが可能になる。また、コイルを、磁界循環形の陽子・電子二重共鳴画像化（field cycled proton−electron double resonance imaging＝FC−PEDRI）を実行するように選択することもできる。
本発明による鳥籠形共鳴器が例えば0.1Tよりも小さい低い磁界の応用例に用いられる場合には、例えば1MHzから10MHzの低周波にコイルを同調させるために、非常に大きなコンデンサが、必要になることがある。そのような状況では、積分コンデンサ（integral capacitor）を用いることでコイルの効率を改善させることができる。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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