(57)【要約】ＭＲＩ装置のＲＦコイルに関し、サイズの制約無しに、製造、メンテナンス時のコストを低減する。円筒形外部導体と、その内部の円筒形状に沿って配置されるループ状につながったリボン状導体と、その間に送信および／または受信を行う給電点とを備え、リボン状導体を長さを自在に調節可能なように配置することにより、キャパシタを使用することなく、円筒の直径方向のサイズの制約無しに、所望の共振周波数で円筒の中心軸に垂直な磁場成分を発生し、感度を持つ磁気共鳴検査装置のアンテナ装置を提供する。
2010050279.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号の送信および／または受信に用いるアンテナ装置であって、
円筒形状を有する円筒状導体と
導体方向の長さが前記円筒状導体が形成する円筒の円周より長いリボン状導体と、
前記円筒状導体と前記リボン状導体とに接続され、当該アンテナ装置と信号を送受信する送受信手段と、を備え、
当該リボン状導体は、前記円筒状導体の中心軸に垂直な成分を持つ磁場を前記円筒状導体の内部に発生するよう前記円筒状導体内部の円筒形状に沿ってループ状に配置されること
を特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のアンテナ装置であって、
前記リボン状導体は、
前記円筒の中心軸方向に平行な成分を有する複数の第一の部分と、
前記第一の部分間をつなぐ、前記円筒の円周方向の成分を有する第二の部分とを備え、
前記第一の部分は、当該第一の部分が有する前記円筒の円周方向の成分が、隣接する前記第一の部分の前記円周方向の成分と重ならないよう配置され、
前記リボン状導体のうち前記第一の部分の数が２Ｎであって、リボン状導体の導体に沿った長さをＬ、円筒状導体を接地面とするリボン状導体の伝送線路全体の光速に対する比伝播速度をＡとすると、前記長さＬを前記比伝播速度Ａで除した値は、当該アンテナ装置に共振する電磁波の波長のＮ−１倍またはＮ＋１倍に略等しいこと
を特徴とするアンテナ装置。
【請求項３】
請求項２に記載のアンテナ装置であって、
前記第一の部分は、前記円筒の中心軸方向に平行な直線であること
を特徴とするアンテナ装置。
【請求項４】
請求項３記載のアンテナ装置であって、
前記複数の第一の部分各々は、全て同じ長さであること
を特徴とするアンテナ装置。
【請求項５】
請求項３記載のアンテナ装置であって、
前記複数の第二の部分各々は、全て同じ長さであること
を特徴とするアンテナ装置。
【請求項６】
請求項１記載のアンテナ装置であって、
前記円筒状導体と、前記リボン状導体との間に、比誘電率が１以上の誘電体を備えること
を特徴とするアンテナ装置。
【請求項７】
請求項１記載のアンテナ装置であって、
前記送受信手段は、
当該アンテナ装置に共振する電磁波の周波数において、当該アンテナ装置のインピーダンスを、当該送受信手段のインピーダンスに合致させるマッチング回路をさらに備えること
を特徴とするアンテナ装置。
【請求項８】
請求項１記載のアンテナ装置であって、
前記円筒状導体と前記リボン状導体との間に、キャパシタが接続されていること
を特徴とするアンテナ装置。
【請求項９】
請求項１記載のアンテナ装置であって、
前記リボン状導体は、当該リボン状導体上にギャップを備え、
前記ギャップには、キャパシタが配置されること
を特徴とするアンテナ装置。
【請求項１０】
請求項２記載のアンテナ装置であって、
前記リボン状導体の第一の部分は、前記送受信手段が接続される接続点を備えること
を特徴とするアンテナ装置。
【請求項１１】
請求項１０記載のアンテナ装置であって
前記リボン状導体の第一の部分は、前記送受信手段が接続される第二の接続点をさらに備え、
前記第二の接続点は、前記接続点を、前記円筒の中心軸を中心に９０度回転した位置にあること
を特徴とするアンテナ装置。
【請求項１２】
請求項１記載のアンテナ装置であって、
前記円筒状導体は、穴を備えること
を特徴とするアンテナ装置。
【請求項１３】
請求項１記載のアンテナ装置であって、
前記円筒状導体は、金属のメッシュで構成されていること
を特徴とするアンテナ装置。
【請求項１４】
信号の送信および／または受信に用いるアンテナ装置であって、
対向して配される２つの円盤形状の円盤導体と、
前記円盤導体それぞれの対向面側の面上にループ状に配置されるリボン状導体と、
前記円盤導体と前記リボン状導体とに接続され、当該アンテナ装置と信号を送受信する送受信手段と、を備え、
前記リボン状導体は、前記２つの円盤導体の間の空間に、当該円盤面に平行な方向の成分を持つ磁場を発生するよう配置されること
を特徴とするアンテナ装置。
【請求項１５】
静磁場を発生する静磁場発生手段と、前記静磁場発生手段が発生する静磁場空間に配置され、前記静磁場方向と直交する方向に高周波磁場を発生し或いは前記静磁場方向と直交する方向の高周波磁場を検出するＲＦコイルと、前記静磁場空間に置かれた被検体から発生し、前記ＲＦコイルが検出した核磁気共鳴信号を用いて前記被検体の内部情報を画像化する手段とを備えた磁気共鳴検査装置において、
前記ＲＦコイルとして、請求項１記載のアンテナ装置を備えること
を特徴とする磁気共鳴検査装置。
【請求項１６】
静磁場を発生する静磁場発生手段と、前記静磁場発生手段が発生する静磁場空間に配置され、前記静磁場方向と直交する方向に高周波磁場を発生し或いは前記静磁場方向と直交する方向の高周波磁場を検出するＲＦコイルと、前記静磁場空間に置かれた被検体から発生し、前記ＲＦコイルが検出した核磁気共鳴信号を用いて前記被検体の内部情報を画像化する手段とを備えた磁気共鳴検査装置において、
前記ＲＦコイルとして、請求項１４記載のアンテナ装置を備えること
を特徴とする磁気共鳴検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電磁波送信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装置は、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、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。表面アンテナは、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】
ボリュームアンテナのうち、円筒形のものは、トンネル型と呼ばれる円筒形状のマグネット内部に人がベッドに寝た状態で入って撮影するＭＲＩ装置に用いられる。一方、２つの上下の円盤形状のものは、垂直磁場型、ハンバーガー型、あるいはオープン型と呼ばれ、上下に分割されたマグネットの間に人がベッドに寝た状態で入って撮影するＭＲＩ装置に用いられる。【０００５】
円筒形のボリュームアンテナには、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。このとき、各ラングには被検体に照射する電磁波の周波数にアンテナを共振させるためにキャパシタを設置する。設置するキャパシタ数は、通常、ラングの本数をＭとすると最低でも２×Ｍ、多いものでは６×Ｍ程度である。例えば、ラングの数が２４本のバードケージ型のボリュームアンテナを構成する場合、２４×６＝１４４個のキャパシタが使用される。キャパシタの数が増加すると製造コストもしくはメンテナンス時の品質管理のコストが増大する。【０００６】
キャパシタ数を減らして製造およびメンテナンスのコストを低減を図るものとして、大きな接地面（グラウンドプレーン）とそこから距離をおいて設置したリボン状導体との間に受信点を設け、ＲＦコイルを構成するものがある（例えば、特許文献３参照）。このような構成の場合、大きな接地面とリボン状導体との間に素子としてキャパシタを配置しなくても、実効的にある程度の電気容量が構成されることから、通常の方法でＲＦコイルを構成するよりもキャパシタの数を減らすことができる。【０００７】
特許文献３に開示の技術は、基本的には表面アンテナを対象としているが、大きな接地面とリボン状導体とでボリュームアンテナを構成している例が記載されている。これは鳥かご型アンテナのリング部分を、２つの円筒に分割した広いグラウンドプレーンとみなすことができ、また、ラング部分をリボン状導体に置き換えたものとみなせるため、基本的構成は鳥かご型アンテナと同等である。しかし、このボリュームアンテナは、２つの円筒の導体が鳥かご型コイルのリング部分と同等の役割をするため、円筒導体が完全なＲＦシールドにはならず、結果として円筒形のアンテナの外部に感度を持つ。このため、アンテナ外部に導体が近づいたり、被検体が近づいたりしたときにアンテナの感度が大きく変わってしまい、実用に適さない。さらに、このボリュームアンテナは、誘電体の厚みが共振周波数を決定する大きな要素であるため、周波数の調整も難しい。【０００８】
キャパシタ数を低減し、かつ、アンテナ外部に感度を持たないボリュームアンテナとして、円筒形の大きな接地面と、その円筒の上下の開口部に設けられたその接地面に接するリング状接地面とを備え、その円筒内部の開口部の上下部分に、リボン状導体で構成したリングを配置した例がある（例えば、非特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【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】特表２００２−５３４８５６号公報
【非特許文献】
【００１０】
【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】Ｚ．Ｚｈａｎ，  ｅｔ  ａｌ．、”Ｒｉｎｇ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  ＲＦ  Ｃｏｉｌｓ  ｆｏｒ  Ｕｌｔｒａ−Ｈｉｇｈ  Ｆｉｅｌｄ  ＭＲＩ  ”Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｆｏｒ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  ｉｎ  Ｍｅｄｉｃｉｎｅ  ２００７  ｐ３２７６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、非特許文献２に開示の手法では、リング部分の円周の長さがアンテナの使用波長の長さと実効的にほぼ等しくなければならないという制限があるため、ＭＲＩ装置の磁場の強さによって、使用可能なアンテナの大きさに制約がある。例えば、７テスラのＭＲＩ装置の場合、頭部用のサイズのボリュームアンテナのみにしか適用できない。【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ＭＲＩ装置のＲＦコイルに関し、サイズの制約がなく、かつ、製造、メンテナンス時のコストを低減可能な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、円筒形外部導体と、その内部の円筒形状に沿って配置されるループ状につながったリボン状導体と、円筒形外部導体とリボン状導体との間に設置される送信および／または受信を行う給電点とを備え、リボン状導体を長さを自在に調節可能なように配置することにより、キャパシタを使用することなく、円筒の直径方向のサイズの制約無しに、所望の共振周波数で円筒の中心軸に垂直な磁場成分を発生し、円筒内部に感度を持つ磁気共鳴検査装置のアンテナ装置を提供する。【００１４】
具体的には、信号の送信および／または受信に用いるアンテナ装置であって、円筒形状を有する円筒状導体と、導体方向の長さが前記円筒状導体が形成する円筒の円周より長いリボン状導体と、前記円筒状導体と前記リボン状導体とに接続され、当該アンテナ装置と信号を送受信する送受信手段と、を備え、当該リボン状導体は、前記円筒状導体の中心軸に垂直な成分を持つ磁場を前記円筒状導体の内部に発生するよう前記円筒状導体内部の円筒形状に沿ってループ状に配置されることを特徴とするアンテナ装置を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ＭＲＩ装置のＲＦコイルに関し、サイズの制約がなく、かつ、製造、メンテナンス時のコストを低減可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態のＭＲＩ装置の概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態のボリュームアンテナの外観図である。
【図３】本発明の実施形態のボリュームアンテナのリボン状導体の一部を抽出した図である。
【図４】本発明の実施形態のリボン状導体の共振時に発生する磁場を説明するための図である。
【図５】本発明の実施形態のリボン状導体の共振時に発生する磁場を説明するための図である。
【図６】本発明の実施形態の円筒形内部に均一な磁場が発生する状況を説明するための図であり、（ａ）は直線部が４本の場合、（ｂ）は直線部が６本の場合、（ｃ）は直線部が１２本の場合の図である。
【図７】本発明の実施形態の変形例のリボン状導体の一部を抽出した図である。
【図８】本発明の実施形態のリボン状導体の配置の変形例を説明するための図である。
【図９】本発明の実施形態においてキャパシタを配置した場合のボリュームアンテナの構造図である。
【図１０】本発明の実施形態において用いるインピーダンスマッチング回路の回路図である。
【図１１】本発明の実施形態のボリュームアンテナの別の例を説明するための図である。
【図１２】本発明の実施形態のボリュームアンテナを垂直磁場用ＭＲＩ装置に適用した場合の構成図である。
【図１３】本発明の実施形態の給電点の詳細図である。
【図１４】本発明の実施例においてインピーダンスを測定した結果を示す図である。
【図１５】本発明の実施例において得られた画像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
＜＜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。
【００１８】
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、被検体に対し静磁場を印加するマグネット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ー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ディプレイ１０８とを備える。
【００１９】
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で結ばれている。また、ＲＦコイル１０３と送受信機１０４とは、ＲＦコイル１０３を制御するケーブルおよび送受信ケーブル１０６で結ばれている。送受信機１０４は、図示していないが、シンセサイザー、パワーアンプ、受信ミキサー、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。
【００２０】
ＭＲＩ装置１００は、マグネット１０１が発生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、いずれの方式であってもよい。以下、水平磁場方式である場合を例にあげて説明する。
【００２１】
ＭＲＩ装置１００では、静磁場中に配置された被検体（図示せず）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から発せられる信号を受信し、信号処理を行い、磁気共鳴像を取得する。なお、ここでは、電磁波の照射と受信を行なうＲＦコイルとして、単一のＲＦコイル１０３が示されているが、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コイルを用いてもよい。
【００２２】
次に、本実施形態のＲＦコイル１０３（ボリュームアンテナ）について説明する。本実施形態では、所定の幅を有する導体からなるループコイルを特徴的に曲げてシールドと組み合わせることにより、キャパシタを用いずにサイズの制約のないボリュームアンテナ２００を構成する。水平磁場方式のＭＲＩ装置１００では、ボリュームアンテナ２００は、円筒形のものが用いられる。図２は、本実施形態のボリュームアンテナ２００の外観図である。本実施形態のボリュームアンテナ２００は、所定の幅を有する導体２０１と、グラウンドプレーン（接地面）の役割を果たす円筒形の導体（円筒状導体）２０２と、円筒形の筐体２０３と、を備える。円筒状導体２０２は、筐体２０３と中心軸を共有するよう筐体２０３の外側に貼り付けられる。導体２０１は、筐体２０３の内側の側面に、内側の側面を１周してループ状につながるよう貼り付けられる。導体２０１は、導体２０２との間で電気容量を発生させる形状、例えば、幅を有するリボン状の形状を有する。以下、導体２０１をリボン状導体２０１と呼ぶ。
【００２３】
さらに、本実施形態のボリュームアンテナ２００は、ＲＦ信号を送信および／または受信する手段である同軸ケーブル２０５に接続される接続点２０４を備える。同軸ケーブル２０５の外皮導体（あるいは外側導体、外部導体とも呼ぶ）は、ボリュームアンテナ２００の円筒状導体２０２と接続され、また、同軸ケーブル２０５の中心導体は円筒状導体２０２および筐体２０３にあけられた穴を通して内側に導入され、リボン状導体２０１に接続される。この同軸ケーブル２０５の外皮導体と円筒状導体２０２との接続部、および、同軸ケーブル２０５の中心導体とリボン状導体２０１の接続部である接続点２０４を、送信および／または受信点２０４と呼ぶ。なお、「送信および／または受信点」２０４は、一般に「給電点および／または受電点」とも呼ばれ、特に区別する必要がない場合は、本明細書では給電点２０４と呼ぶ。
【００２４】
また、本実施形態のボリュームアンテナ２００のリボン状導体２０１は、筐体２０３の大きさに関わらず、送受信の対象とする電磁波の周波数で共振し、かつ、円筒状導体２０２と筐体２０３とで構成される円筒（以後、単に円筒と呼ぶ。）の内部に、その中心軸に垂直で均一度の高い磁場成分を発生させるよう配置される。図３は、本実施形態のボリュームアンテナ２００のリボン状導体２０１の一部を抽出した図である。本図に示すように、本実施形態のリボン状導体２０１は、円筒の軸に平行に進む直線部２１１とそれらを結ぶ円周方向に進む円弧部２１２とをそれぞれ複数備える。なお、直線部２１１は、鳥かご型アンテナやＴＥＭ型アンテナのラング部分に相当する。従って、リボン状導体２０１の全体の長さＬは、少なくとも円筒の円周より長くなる。この中で、リボン状導体２０１の長さＬは、送受信対象の電磁波の周波数ｆで共振し、かつ、内部に均一度の高い磁場成分を発生する長さになるよう調整される。
【００２５】
次に、上記条件を満たすリボン状導体２０１の長さＬについて説明する。まず、送受信対象の電磁波の周波数ｆで共振する長さＬの条件について説明する。本実施形態のリボン状導体２０１のように、ループ形状につながり、閉曲線を構成する導体の場合、その実効的な長さをＬ’とすると、長さＬ’が、送受信する電磁波の波長λの自然数倍の場合、安定した定在波を得ることができる。すなわち、Ｌ’＝ｎ×λｎ（ｎは自然数、以後波数と呼ぶ。）を満たす長さの場合、波長λｎの電磁波に対し定在波が発生し、共振する。
【００２６】
一般に、広い面積をもつグラウンドプレーン（接地面）が存在し、ループ形状につながるリボン状導体がそこから距離をおいて配置され、リボン状導体とグラウンドプレーンとの間に給電点が設けられる場合、リボン状導体の実効的な長さは、リボン状導体の導体に沿った長さを、リボン状導体を伝送線路とみなした場合の光速ｃに対する比伝播速度で割った値となる。
【００２７】
本実施形態のリボン状導体２０１の導体に沿った長さをＬとし、比伝播速度をＡとすると、リボン状導体２０１の実効的な長さＬ’は、Ｌ／Ａで表される。従って、リボン状導体２０１の長さＬが、給電点２０４から供給される電磁波の波長λとの間で、Ｌ／Ａ＝ｎ×λの関係を満たす場合、リボン状導体２０１に定在波が発生し、共振する。従って、送受信の対象とする電磁波の周波数をｆとすると、リボン状導体２０１の長さＬは、少なくとも以下の式（１）を満たすよう調整する。
Ｌ＝ｎ×Ａ×（ｃ／ｆ）        （１）
【００２８】
次に、上記式（１）を満たす長さＬの中で、円筒内部に均一度の高い磁場を発生する長さについて検討する。図４は、ボリュームアンテナ２００による内部磁場を説明するための図であり、ボリュームアンテナ２００の内部に配されるリボン状導体２０１を円筒の一方の開口部から見た透視図である。ここでは、一例として直線部２１１および円弧部２１２が、それぞれ８つであるボリュームアンテナ２００を例にあげて説明する。すなわち、ラング部に相当する部分が８本ある場合を例にあげて説明する。また、給電点２０４は１の直線部２１１上の中間にあるものとする。なお、直線部２１１および円弧部２１２の数は、それぞれ４以上であればよい。
【００２９】
発生する定在波の波数をｎとすると、この定在波は、リボン状導体２０１に、給電点２０４を１の節として、等間隔に２ｎ個の節を持つ。すなわち、例えば、波数ｎが３の場合、図４に示すように、給電点２０４（節８０１）と、給電点２０４からＬ／２の位置における節８０４と、節８０１と節８０４との間に等間隔に、節８０２、節８０３、節８０５、節８０６と、を持つ。各節の両側でリボン状導体２０１に流れる電流の向きは逆になるため、ある瞬間の電流の向きは、矢印８１１で示すとおりである。なお、矢印８１１で示す電流の向きは、ある瞬間での電流の向きであり、半周期前後の他の瞬間では、全て反転する。
【００３０】
直線部２１１の数を２Ｎ本（Ｎは自然数）とすると、仮にＮが上記波数ｎと等しい場合（Ｎ＝ｎ）、節の数とラングの数とが等しくなる。この場合、対称性は良いが、各ラングにはある瞬間を見ると中心軸の方向に同じ向きの電流が流れる。その結果、各ラングを流れる電流の作り出す磁場は円筒の周に沿う方向になり、円筒中心ではすべてのラングからの電流の寄与が相殺され、ゼロとなる。ＭＲＩ装置で必要な磁場は、円筒内部で均一かつ、円筒軸に垂直な方向の磁場である。特に、円筒中心において一定方向の磁場が生じる必要がある。これは使用する波数ｎをＮから１つずらすことで実現できる。波数ｎをＮから１つずらすことにより、あるラングと、それに対向した１８０度ずれた位置にあるラングとにおいて、流れる電流が逆転する。対向するラングの電流が中心軸の方向に対して逆転することによって、円筒中心部での寄与が打ち消しあうことがなくなり、円筒中心でも一定方向の磁場が生じる。すなわちＮとｎとの間に以下の式（２）の関係を有する場合、円筒内部に均一度の高い磁場が発生する。
ｎ＝Ｎ±１        （２）
以下、具体例で説明する。まず、上述の直線部２１１の本数が８本のボリュームアンテナ２００の場合、波数ｎが４±１、すなわち、３または５の時、円筒内部に均一度の高い磁場が発生することを説明する。
【００３１】
図４に示すように、ラングにあたる８つの直線部２１１のうち、図中、左上付近の３つでは、電流が直線部２１１を図中視点方向に近づくように流れ、右下付近の３つでは、視点から遠ざかるように流れる。また、右上と左下のそれぞれ１の直線部２１１では、直線部２１１の途中に節があり、電流は、その節を境に上下両方に流れる。
【００３２】
これらの直線部２１１を流れる電流が作り出す磁場の向きを考える。各直線部２１１を、それぞれ順に８２１、８２２、８２３、８２４、８２５、８２６、８２７、８２８とし、給電点２０４は直線部８２１の中間に設けられているものとする。この場合、直線部８２１と円筒の中心軸に対称な位置にある直線部８２５以外の直線部２１１には、それぞれ、円筒の中心軸に沿って一方向に電流が流れる。左上の３本の直線部８２２、８２３、８２４では、視点の方向に向かって電流が流れるので電磁気の右ねじの法則から、電流が作る磁場は左方向から右上方向にぬける点線の矢印８３１で示す方向になる。同様に右下の３本の直線部８２６、８２７、８２８が作る磁場は左下から右方向のぬける点線の矢印８３２で示す方向になる。これらを合成すると、左やや下から右やや上にぬける磁場Ｂが円筒内部に生成される。
【００３３】
節と節との間の中間点である、いわゆる腹の位置において、最も強い磁場が生成されるため、この磁場Ｂは円筒内部に比較的均一に生成される。従って、直線部２１１の本数が８本（つまり、Ｎ＝４）のボリュームアンテナ２００は、波数ｎが３の定在波を発生して共振するとき、その円筒形内部に均一な磁場を形成し、ＭＲＩ装置１００のボリュームアンテナとして使用できる。
【００３４】
図５は、直線部２１１の本数が８本のボリュームアンテナ２００が、波数ｎが５の定在波により共振する場合の、円筒形内部に発生する磁場Ｂを説明するための図である。本図に示すように、ボリュームアンテナ２００に波数ｎが５の定在波が発生する場合、この定在波は１０の節８５１、８５２、８５３、８５４、８５５、８５６、８５７、８５８、８５９、８６０を持つ。また、所定の瞬間に各直線部２１１に流れる電流の向きは矢印８６１のとおりである。これらの電流により生成される円筒内部の磁場Ｂは、その向きが点線の矢印８７１および８７２で示され、円筒内部に比較的均一に存在する。
【００３５】
従って、直線部２１１の本数が８本（Ｎ＝４）のボリュームアンテナ２００は、波数ｎが５の定在波を発生して共振する場合、その円筒形内部に均一な磁場が形成され、ＭＲＩ装置１００のボリュームアンテナとして使用できる。
【００３６】
なお、他の波数の定在波により共振する場合について考える。まず、｜Ｎ−ｎ｜の値が偶数の場合、円筒中心部に生じる磁場はゼロになる。また、｜Ｎ−ｎ｜の値が３以上の奇数の場合、円筒中心部に有限のある一方向の磁場はが生じる。しかし、円筒内部の中心以外の場所に磁場の節ができ、磁場が均一にならない。従ってＭＲＩに使用するアンテナの共振モードとして適切でない。
【００３７】
次に、直線部２１１の数が８本以外である場合を例示して説明する。図６は、直線部２１１の数が異なるボリュームアンテナ２００において、直線部２１１の本数（２Ｎ）と定在波の波数ｎとが上記式（２）の関係を満たす場合、円筒内部に均一な磁場が発生する状況を説明するための図である。
【００３８】
図６（ａ）には、ラングに相当する直線部２１１が４本の場合の本実施形態のボリュームアンテナ２００を示す。図６（ｂ）には、同６本の場合のボリュームアンテナ２００を示す。また、図６（ｃ）には、同１２本の場合のボリュームアンテナ２００を示す。いずれもリボン状導体２０１を、ボリュームアンテナの円筒の一方の開口部から透視した図である。
【００３９】
図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のボリュームアンテナ２００において、それぞれ、直線部２１１の数を２Ｎで表した場合の、波数ｎがＮ−１の定在波により共振する場合の節の位置を、リボン状導体２０１を横切る線で示す。また、直線部２１１を流れる所定の瞬間の電流の向きを矢印で示す。
【００４０】
図６（ａ）に示すように、直線部２１１の数が４本のボリュームアンテナ２００では、定在波の波数が１であるため、節は２ヶ所となる。従って、給電部２０４が１の直線部２１１の中間点に設けられている場合、４本の直線部２１１中の給電部２０４を有しない向かい合う２本には、図中の矢印の方向に電流が流れる。そして、これにより、円筒形内部に左下から右上へと向かう均一な磁場Ｂが形成される。
【００４１】
また、図６（ｂ）に示すように、直線部２１１の数が６本のボリュームアンテナ２００では、定在波の波数が２であるため、節は４ヶ所となる。従って、給電部２０４が１の直線部２１１の中間点に設けられている場合、６本の直線部２１１中の給電点２０４を有する直線部２１１およびそれと円筒の中心軸に対して対称の位置の直線部２１１以外の４本の直線部２１１に関し、図中矢印の方向に電流が流れる。そして、これにより、円筒形内部に左下から右上へと向かう均一な磁場Ｂが形成される。
【００４２】
図６（ｃ）に示すように、直線部４０１の数が１２本のボリュームアンテナ２００では、定在波の波数が５であるため、節は１０ヶ所となる。従って、給電点２０４が１の直線部２１１の中間点に設けられている場合、１２本の直線部２１１中の給電点２０４を有する直線部２１１およびそれと円筒の中心軸に対して対称な位置にある直線部２１１以外の１０本の直線部２１１に関し、図中矢印の方向に電流が流れる。そして、これにより、円筒形内部に左下から右上へと向かう均一な磁場Ｂが形成される。
【００４３】
以上のように、直線部２１１が、４、６、８、１２本の場合、直線部２１１の数を２Ｎと表すと、送受信する電磁波の周波数が、ボリュームアンテナ２００に波数がＮ−１の定在波を発生させるものであれば、円筒内部に均一な磁場が形成される。波数がＮ＋１の場合もＮ−１の場合と同様に、対向するラングに流れる電流が中心軸の方向に対して逆向きになる。従って、給電点２０４と円筒の中心軸とを含む面（以後、給電面と呼ぶ。）でボリュームアンテナ２００を分割した場合の両側で、上述のような当該面に対称な磁場が形成され、円筒内部に均一な磁場が形成される。
【００４４】
また、本実施形態のボリュームアンテナ２００は、直線部２１１の本数が１０、もしくは１４以上であっても、上記同様、ボリュームアンテナ２００の直線部２１１の本数を２Ｎ本と表すと、波数ｎがＮ±１の定在波を生成する電磁波に対し、上述のような円筒内部に均一な磁場を形成し、ＭＲＩ装置１００のボリュームアンテナとして動作する。
【００４５】
従って、ボリュームアンテナ２００において、リボン状導体２０１の直線部２１１の本数を２Ｎ本と表し、共振させたい核磁気共鳴周波数（共振周波数）をｆｈとすると、リボン状導体２０１の長さＬを、以下の式（３）を満たすよう調整すれば、ＭＲＩ装置１００のボリュームアンテナとして動作する。
Ｌ＝（Ｎ±１）×Ａ×ｃ／ｆｈ      （３）
【００４６】
以上説明したように、本実施形態のボリュームアンテナ２００は、リボン状導体２０１の長さを上述のように設定すれば、キャパシタを使用せずにＭＲＩ装置のＲＦコイルとして使用することができる。従って、製造、メンテナンス時のコストを低減可能である。さらに、上述のように、リボン状導体２０１の長さＬは、配置の際の直線部２１１の長さにより調整可能である、このため、土台となる円筒形状のサイズによらず、広い周波数範囲にアンテナ感度を調整でき、頭部用アンテナ、ボディコイルの双方を構成できるような設計柔軟性を持たせることができる。
【００４７】
本実施形態によれば、サイズによる使用範囲の制約がなく、かつ、製造、メンテナンス時のコストを低減可能なＭＲＩ装置のＲＦコイルを提供できる。
【００４８】
なお、本実施形態のボリュームアンテナ２００の共振周波数ｆｈは、式（３）で示すように比伝播速度Ａに比例して変化する。従って、比伝播速度Ａを変化させることにより、共振周波数ｆｈを調整することもできる。すなわち、筐体２０３に用いられる素材の比誘電率εｒを大きくすればするほど、共振周波数を低くすることができる。光速ｃに対する比伝播速度Ａは筐体２０３の比誘電率をεｒとした場合、１／√（εｒ）程度になる。通常筐体２０３に用いられる素材の比誘電率εｒは２〜４程度の値なので比伝播速度は０．７から０．５程度の値になる。ただし、この値はリボン状導体２０１とグラウンドプレーン（接地面）にあたる円筒状導体２０２とが全て誘電体に囲まれて埋没している状態で、かつ、リボン状導体２０１が直線でグラウンドプレーンが平面という理想的な場合の推定値である。本実施形態のように誘電体の存在する部分がグラウンドプレーン（円筒状導体２０２）とリボン状導体２０１とに挟まれる部分のみで、グラウンドプレーン（円筒状導体２０２）が円筒形であり、かつ、リボン状導体２０１が曲がりくねっている場合は、光速に対する比伝播速度は１／√（εｒ）よりも大きくなり、１に近づくことが多い。
【００４９】
なお、本実施形態のボリュームアンテナ２００のリボン状導体２０１は、各直線部２１１部の長さが等しくなるよう形成されていることが望ましいが、これに限られない。例えば、円筒の中心軸に関して９０度回転させた場合に形状が一致する４回対称になるよう形成されていれば、個々の直線部２１１の長さは異なっていてもよい。特に、ＱＤ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  ＤｅｔｅｃｔｉｏｎあるいはＱｕａｄｔａｔｕｒｅ  Ｄｒｉｖｅ）受給電と呼ばれる回転磁界を生み出す受給電方式を用いる場合、対称性が要求されるため、この形状が適している。その他、円筒の中心軸に関して１８０度回転させた場合に形状が一致する２回対称であり、かつ、中心軸を通る面に対し、面対称となるよう形成されていてもよい。
【００５０】
また、各円弧部２１２の長さも同様で、各円弧部２１２の長さは同じであることが望ましいが、これに限られない。直線部２１１同様、２回対称かつ面対称、または、４回対称であってもよい。
【００５１】
また、本実施形態のボリュームアンテナ２００の筐体２０３および円筒状導体２０２は、円筒形状を有する構成であるが、これに限られない。例えば、断面が楕円形状の筒体であってもよい。この場合、円弧部２１２は、断面楕円の長軸から離れるに従って長さを短くするよう構成してもよい。
【００５２】
また、本実施形態では、給電点２０４を直線部２１１に設ける場合を例にあげて説明しているが、給電点２０４の位置は、これに限られず、円弧部２１２に設けてもよい。ただし、給電点２０４により、本実施形態のボリュームコイル２００の感度分布は変化する。従って、対称性の良い感度分布が得られる位置が望ましい。
【００５３】
また、本実施形態では、リボン状導体２０１が共振する周波数は当該リボン状導体２０１の長さＬに依存するため、リボン状導体２０１の長さＬにさらに自由度をもたせるよう構成してもよい。本実施形態では、リボン状導体２０１は、複数の直線部２１１とそれらをつなぐ円弧部２１２とにより構成されている。この直線部２１１の形状を変えることにより、さらに長さＬの調整の自由度を高めることができる。以下、リボン状導体２０１の長さＬの調整を高める変形例について説明する。
【００５４】
図７に、リボン状導体２０１の配置の変形例の一例を示す。本図に示すように、本変形例では、直線部２１１は、筐体２０３の中心軸に直交する断面の円弧に沿った複数の第二直線部２２１と、それらを結ぶ中心軸方向の第二円弧部２２２とを備える。図８は、この変形例を直線部２１１が８本であるボリュームアンテナとして構成した場合の外観図である。ここで、第二直線部２２１は、隣接する直線部２１１の第二円弧部２２２の位置を超えない長さとする。このように構成することで、リボン状導体２０１の長さＬの実効的な長さを長くすることができ、定在波の発生する周波数を低くすることができる。従って、本実施形態のボリュームアンテナ２００の対応可能な周波数の範囲を広げることができる。
【００５５】
なお、直線部２１１の長さを延長する手法は上記変形例に限られない。直線部２１１および円弧部２１２の経路に沿ってその一部を蛇行させればよい。例えば、のこぎり歯形状であってもよい。ただし、蛇行時に、１の直線部２１１の円筒断面の円周方向の成分が、隣接する直線部２１１の同成分と、重ならないようにする。
【００５６】
また、本実施形態では給電点２０４を一箇所設ける場合を例にあげて説明しているが、給電点２０４の数はこれに限られない。例えば、給電点２０４を２箇所設けるよう構成してもよい。上述の図８に、給電点２０４を２箇所設ける例を示す。本図において、２０４ａが２箇所目の給電点である。以下、給電点２０４を第一の給電点２０４、給電点２０４ａを第二の給電点２０４ａと呼ぶ。図８では、第二の給電点２０４ａが、第一の給電点２０４を円筒軸を中心として９０度回転した対称的な位置に配置される例を示す。第一の給電点２０４と第二の給電点２０４ａとの配置の位置関係はこれに限られない。
【００５７】
先に説明したように、給電点は、リボン状導体２０１に定在波が発生する場合の節になる場所である。また、後述するようにキャパシタを設置する場合、キャパシタの位置も節となる場合が多い。従って、第二の給電点２０４ａは、使用対称の周波数の定在波において所望の波数を発生させる節と節との中間に設けることができる。このように構成することで、本実施形態のボリュームアンテナ２００は、磁場の直線偏波成分だけでなく、ＭＲＩ測定にとって効率の良い円偏波成分を円筒内部に生じさせることができる。
【００５８】
また、本実施形態のボリュームアンテナ２００では、キャパシタを所定数配置し、共振周波数を調整するよう構成してもよい。
【００５９】
図９は、キャパシタを配置したボリュームアンテナ２００の構造図である。リボン状導体２０１とグラウンドプレーンである円筒状導体２０２との間に、数箇所キャパシタを配置すると、キャパシタの部分でリボン状導体を進行する高周波の位相が進み、実効的にリボン状導体の長さを長くしたときと同様の効果を得ることができる。従って、ボリュームアンテナ２００の共振周波数が下がる。具体的には、例えば、図９に示すように、リボン状導体２０１とグラウンドプレーン（円筒状導体）２０２との間に数箇所（例えば、４ヶ所）穴１１０１を開け、そこにキャパシタを配置する。
【００６０】
また、リボン状導体２０１の導体上にキャパシタを配置すると、キャパシタの部分でリボン状導体を進行する高周波の位相が遅れ、実効的にリボン状導体の長さを短くしたときと同様の効果を得ることができる。従って、ボリュームアンテナ２００の共振周波数を上げることができる。具体的には、例えば、図９に示すように、リボン状導体２０１の途中、数箇所にギャップ（切れ目）１１０２を設け、そこにキャパシタを配置する。例えば、５０ｐＦ程度の容量を有するキャパシタを配置すると、周波数が７％程度上昇する。キャパシタの容量を、例えば、１０ｐＦ程度まで小さくすれば、共振周波数の上昇率はさらに大きくなる。
【００６１】
また、ボリュームアンテナ２００をＭＲＩ装置１００に接続して撮影する際は、ボリュームアンテナ２００のインピーダンスＺａを使用周波数（例えば、１２８ＭＨｚ）で、同軸ケーブル２０５の特性インピーダンスＺｃ（例えば、５０Ω）に合わせる、インピーダンスマッチングを行うよう構成してもよい。ここでは、インピーダンスマッチングにＬＣ回路３００を用いる。図１０は、このＬＣ回路３００の回路図である。同軸ケーブル２０５は給電点２０４の近傍でＬＣ回路３００を経てリボン状導体２０１に接続される。図１０において、「Ｆｅｅｄ  ｐｏｉｎｔ」は給電点２０４を意味し、「Ｓｈｉｅｌｄ」は、円筒状導体２０２を意味する。本図に示すように、ＬＣ回路３００は、同軸ケーブル２０５の中心導体と給電点２０４との間にインダクタンスＬが、同軸ケーブル２０５の外皮導体と給電点２０４との間にキャパシタンＣが配置される。このようなＬＣ回路３００を用いてインピーダンスマッチングを行うことにより、ノイズを低減させることができ、ＭＲＩ装置１００により得る画像の画質が向上する。
【００６２】
また、本実施形態では、ボリュームアンテナ２００の円筒状導体２０２は、例えば、銅シートで形成される。しかし、円筒状導体２０２はシート状の素材以外で形成してもよい。例えば、図１１に示すように複数の円形の穴１４０１を筐体２０３および円筒状導体２０２に開けるよう構成してもよい。穴１４０１は円筒内部に配置されるリボン状導体２０１と重ならない位置にあけることが望ましい。また穴１４０１の領域を過度に広げすぎて穴同士がつながることのないよう構成する。穴同士がつながると、円筒状導体２０２のグラウンドプレーンとしての役割を低下させるためである。この役割を低下させない程度の穴をあけた場合、ボリュームアンテナ２００は、穴を開けない場合に比べアンテナの特性が大きく変わることがなく、円筒内部に例えば被検体として人体頭部などを入れた場合に開放感が増して良好な結果を得ることができる。
【００６３】
また、図示していないが、円筒状導体２０２を銅シートで構成する代わりに、銅メッシュにより構成してもよい。銅メッシュを用いることにより、円筒状導体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。従って、ボリュームアンテナ２００は、その機能を維持しつつ被検者の開放感を増すことができる。特に、人用頭部ボリュームアンテナ２００として用いる場合、被検者の閉塞感を低減させることができる。
【００６４】
また、本実施形態では、ＭＲＩ装置１００が水平磁場方式であって、そのマグネット１０１が円筒形状を有するものを例にあげて説明しているが、上述のようにＭＲＩ装置１００は、垂直磁場方式であってもよい。図１２に、垂直磁場方式のＭＲＩ装置１００の場合のボリュームアンテナ２００’の構成図を示す。
【００６５】
垂直磁場方式のＭＲＩ装置１００では、マグネット１０１は一対の磁石が被検体を挟んで上下に配置される構成を有する。このマグネット１０１により構成される空間に配置されるため、ボリュームアンテナ２００’は、ボリュームアンテナ２００の円筒状導体２０２および筐体２０３の代わりの円盤形の一対の導体（円盤状導体）２０２’および筐体２０３’と、リボン状導体２０１’と、を備える。
【００６６】
また、リボン状導体２０１’は、一対の筐体２０３’の両対向面側に、平面状に傘のように大きく広げられてそれぞれ配置される。この一対のリボン状導体２０１’は、それぞれループ状に形成される。また、リボン状導体２０１’は、複数（偶数）の直線部と円弧部とを備える。なお、直線部は、さらに、複数の第二直線部および第二円弧部とを備えるよう構成してもよい。給電点は、上記一対の円盤状導体２０２’およびリボン状導体２０１’にそれぞれ設けられる。
【００６７】
垂直磁場方式のＭＲＩ装置１００では、上記一対の、リボン状導体２０１’と円盤状導体２０２’と筐体２０３’とからなるセットを１組として、１のセットをマグネット１０１を構成する上部マグネットの中心の下部に、他のセットを、マグネット１０１を構成する下部マグネットの中心の上部の先のセットに対向する位置に配置する。ボリュームアンテナ２００’は、これらのセットに挟まれた空間において、円盤状導体２０２’および筐体２０３’により形成される円盤の面に平行な方向に磁場を発生し、感度を有する。従って、この空間に被検体を配置し、画像を取得する。
【００６８】
なお、ボリュームアンテナ２００’においても、上下両組の円盤状導体２０２’とリボン状導体２０１’とにそれぞれ２箇所に給電点を設けることで、円偏波成分を生じさせることができる。
【００６９】
また、本実施形態のボリュームアンテナ２００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。
【００７０】
（実施例）
以上説明した実施形態のボリュームアンテナ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。）の頭部ボリュームアンテナに適応した場合の例を説明する。撮像対象核種は水素原子核とする。筐体２０３は、比誘電率εｒがおよそ２．６の透明なアクリル製で、人の頭部が入る大きさに形成される。具体的には、その内径が２８０ミリ、外径が３２０ミリ、長さが２７０ミリとした。
【００７１】
筐体２０３の円筒外側面には、円筒状導体２０２として厚さが３５ミクロンの銅箔（銅シート）を貼り付けている。銅箔は円筒軸方向の長さが２７０ミリで、円周方向を展開した長さが６００ミリのものを２枚重ね合わせて両面テープにて筐体２０３に貼り付けている。円周方向に２枚重ね合わせて貼り付ける理由は、最大でも数ＭＨｚ程度の傾斜磁場を打ち消すエディカレントと呼ばれる電流が円筒の円周方向に流れることを避けるためである。エディカレントが流れると画像ノイズが増える。なお、２枚の銅シートは広い面積で両面テープを用いて接しているので、数１００ｐＦのキャパシタで接続したことと同等になり、３テスラにおける水素原子核の磁気共鳴周波数（共振周波数）ｆＨ（およそ１２８ＭＨｚ）では、１つの連続した円筒形のグラウンドプレーンとみなすことができる。
【００７２】
リボン状導体２０１の素材も厚さ３５ミクロンの銅箔であり、カッターナイフで図７に示す形状に切り出して両面テープで筐体２０３の内側面に貼り付けられる。リボン状導体２０１の幅は１０ミリ、リボン状導体の第二直線部２２１の長さは２１ミリ、第二円弧部２２２の半径は１８．５ミリとした。また、ラングにあたる直線部２１１（第一直線部２２１と第二円弧部２２２とにより構成される）は８本とする。
【００７３】
ボリュームアンテナ２００のインピーダンス特性を測定するために、１本の同軸ケーブル２０５の外部導体を円筒状導体２０２に半田付けし、同軸ケーブル２０５の中心導体をリボン状導体８０１に接続する。図１３は同軸ケーブル２０５の接続部（給電点２０４）の詳細図である。
【００７４】
同軸ケーブル２０５の中心導体２５１は筐体２０３および円筒状導体２０２にあけられた穴を通して給電点２０４で内部のリボン状導体２０１と接続される。同軸ケーブル２０５の外部導体２５２は同軸ケーブル２０５の中心導体２５１が筐体２０３内部に導入される付近で、円筒状導体２０２と半田付けなどにより電気的に接続される。
【００７５】
この状態で周波数を掃引してインピーダンスＺを測定した結果を図１４に示す。本図において、縦軸はインピーダンスＺの大きさ、横軸は周波数ｆであり、横軸に沿ってほぼ等間隔にインピーダンスＺが高いピーク（共振ピーク）が並んだグラフとなる。本図において、インピーダンスＺが高い周波数ｆは、ボリュームアンテナ２００が共振している周波数ｆであり、定在波が発生している周波数である。ＭＲＩ装置用のボリュームアンテナとして均一な感度を持つ低周波側から３番目の共振ピークの周波数ｆ３はおよそ１４６ＭＨｚであった。
【００７６】
撮像対象核種の共振周波数は、上述のようにおよそ１２８ＭＨｚ程度であるため、１４６ＭＨｚにある共振ピークを１２％程度下げて、１２８ＭＨｚに合わせる。ここでは、例えば、蛇行数を増やし、リボン状導体２０１の直線部２１１を長くし、リボン状導体２０１全体の長さを１２％程度長くしてもよい。上述のようにリボン状導体２０１とグラウンドプレーンである円筒状導体２０２との間に、数箇所キャパシタを設置し、共振周波数を下げてもよい。ここでは、図９に示すように、４箇所の穴１１０１を介して１７．５ｐＦのキャパシタをそれぞれ接続した。すると、１４６ＭＨｚであった共振ピークが１２８ＭＨｚ付近に移動した。その結果、３テスラのＭＲＩ装置で用いる周波数と等しくなり、画像を撮影するアンテナとして使用できるようになった。
【００７７】
なお、本実施例では、人間頭部の代わりに主に水の入った容器（ファントム）をアンテナ内部に置いた状態で図１０に示した回路を用いてインピーダンスマッチングを行った。具体的には、この状態でのインピーダンスピークは３８０Ωであり、３８０Ωを５０Ωにマッチングさせるために、１８０ｎＨ程度のインダクタンスＬと、７ｐＦ程度のキャパシタＣとを挿入した。
【００７８】
以上のように本方式で３テスラＭＲＩ装置用、頭部ボリュームアンテナを作成し、ファントムを撮影して得られた画像を図１５に示す。ここでは、ファントムとして、直径１４９ｍｍ、長さ２５０ｍｍ、重さおよそ３．８ｋｇの水が主成分の円筒形容器を用いた。本図において、１３０１がアキシャル断面、１３０２がコロナル断面、１３０３がサジタル断面の画像である。どの断面においても均一で良好な画像が得られたことがわかる。
【符号の説明】
【００７９】
１００：ＭＲＩ装置、１０１：マグネット、１０２：傾斜磁場コイル、１０３：ＲＦアンテナ、１０４：送受信機、１０５：データ処理部／操作部、１０６：送受信ケーブル、１０７：傾斜磁場制御ケーブル、１０８：ディスプレイ、１０９：傾斜磁場電源２００：ボリュームアンテナ、２００’：ボリュームアンテナ、２０１：リボン状導体、２０１’：リボン状導体、２０２：円筒状導体、２０２’：円盤状導体、２０３：筐体（誘電体）、２０３’：筐体２０４：給電点、２０４ａ：第二給電点、２０５：同軸ケーブル、２１１：直線部、２１２：円弧部、２２１：第二直線部、２２２：第二円弧部、２５１：中心導体、２５２：外部導体、３００：ＬＣ回路、８０１：節、８０２：節、８０３：節、８０４：節、８０５：節、８０６：節、８１１：電流の向き、８２１：直線部、８２２：直線部、８２３：直線部、８２４：直線部、８２５：直線部、８２６：直線部、８２７：直線部、８２８：直線部、８３１：磁場の向き、８３２：磁場の向き、８５１：節、８５２：節、８５３：節、８５４：節、８５５：節、８５６：節、８５７：節、８５８：節、８５９：節、８６０：節、８６１：電流の向き、８７１：磁場の向き、８７２：磁場の向き、１１０１：穴、１１０２：ギャップ、１３０１：アキシャル断面、１３０２：コロナル断面、１３０３：サジタル断面
【図１】
2010050279.tif 000003
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年5月9日(2011.5.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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】特願２００２−５３４８５６号公報
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
【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】Ｚ．Ｚｈａｉ，  ｅｔ  ａｌ．、”Ｒｉｎｇ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  ＲＦ  Ｃｏｉｌｓ  ｆｏｒ  Ｕｌｔｒａ−Ｈｉｇｈ  Ｆｉｅｌｄ  ＭＲＩ  ”Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｆｏｒ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  ｉｎ  Ｍｅｄｉｃｉｎｅ  ２００７  ｐ３２７６
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
本実施形態のリボン状導体２０１の導体に沿った長さをＬとし、比伝播速度をＡとすると、リボン状導体２０１の実効的な長さＬ’は、Ｌ／Ａで表される。従って、リボン状導体２０１の長さＬが、給電点２０４から供給される電磁波の真空中での波長λとの間で、Ｌ／Ａ＝ｎ×λの関係を満たす場合、リボン状導体２０１に定在波が発生し、共振する。従って、送受信の対象とする電磁波の周波数をｆとすると、リボン状導体２０１の長さＬは、少なくとも以下の式（１）を満たすよう調整する。
Ｌ＝ｎ×Ａ×（ｃ／ｆ）        （１）
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
発生する定在波の波数をｎとすると、この定在波は、リボン状導体２０１に、給電点２０４を１の節として、等間隔に２ｎ個の電流の節を持つ。すなわち、例えば、波数ｎが３の場合、図４に示すように、給電点２０４（節８０１）と、給電点２０４からＬ／２の位置における節８０４と、節８０１と節８０４との間に等間隔に、節８０２、節８０３、節８０５、節８０６と、を持つ。各節の両側でリボン状導体２０１に流れる電流の向きは逆になるため、ある瞬間の電流の向きは、矢印８１１で示すとおりである。なお、矢印８１１で示す電流の向きは、ある瞬間での電流の向きであり、半周期前後の他の瞬間では、全て反転する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
なお、他の波数の定在波により共振する場合について考える。まず、｜Ｎ−ｎ｜の値が偶数の場合、円筒中心部に生じる磁場はゼロになる。また、｜Ｎ−ｎ｜の値が３以上の奇数の場合、円筒中心部に有限のある一方向の磁場はが生じる。しかし、円筒内部の中心以外の場所に磁場の節ができ、磁場が均一にならない。従ってＭＲＩに使用するボリュームアンテナの共振モードとして適切でない。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
図６（ｃ）に示すように、直線部２１１の数が１２本のボリュームアンテナ２００では、定在波の波数が５であるため、節は１０ヶ所となる。従って、給電点２０４が１の直線部２１１の中間点に設けられている場合、１２本の直線部２１１中の給電点２０４を有する直線部２１１およびそれと円筒の中心軸に対して対称な位置にある直線部２１１以外の１０本の直線部２１１に関し、図中矢印の方向に電流が流れる。そして、これにより、円筒形内部に左下から右上へと向かう均一な磁場Ｂが形成される。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
以上のように、直線部２１１が、４、６、８、１２本の場合、直線部２１１の数を２Ｎと表すと、送受信する電磁波の周波数が、ボリュームアンテナ２００に波数がＮ−１の定在波を発生させるものであれば、円筒内部に均一な磁場が形成される。波数がＮ＋１の場合もＮ−１の場合と同様に、対向するラングに流れる電流が中心軸の方向に対して逆向きになる。従って、給電点２０４と円筒の中心軸とを含む面（以後、給電面と呼ぶ。）でボリュームアンテナ２００を分割した場合の両側で、上述のような当該面にほぼ対称な磁場が形成され、円筒内部に均一な磁場が形成される。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
なお、本実施形態のボリュームアンテナ２００のリボン状導体２０１は、各直線部２１１部の長さが等しくなるよう形成されていることが望ましいが、これに限られない。例えば、円筒の中心軸に関して９０度回転させた場合に形状が一致する４回対称になるよう形成されていれば、個々の直線部２１１の長さは異なっていてもよい。特に、ＱＤ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  ＤｅｔｅｃｔｉｏｎあるいはＱｕａｄｔａｔｕｒｅ  Ｄｒｉｖｅ）受給電と呼ばれる回転磁界を生み出す受給電方式を用いる場合、対称性が要求されるため、この形状が適している。その他、円筒の中心軸に関して１８０度回転させた場合に形状が一致する２回対称であり、かつ、中心軸を通る面に対し、鏡面対称となるよう形成されていてもよい。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
また、各円弧部２１２の長さも同様で、各円弧部２１２の長さは同じであることが望ましいが、これに限られない。直線部２１１同様、２回対称かつ鏡面対称、または、４回対称であってもよい。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７２】
リボン状導体２０１の素材も厚さ３５ミクロンの銅箔であり、カッターナイフで図７に示す形状に切り出して両面テープで筐体２０３の内側面に貼り付けられる。リボン状導体２０１の幅は１０ミリ、リボン状導体の第二直線部２２１の長さは２１ミリ、第二円弧部２２２の半径は１８．５ミリとした。また、ラングにあたる直線部２１１（第二直線部２２１と第二円弧部２２２とにより構成される）は８本とする。
【国際調査報告】
2010050279.tif 000018
2010050279.tif 000019
2010050279.tif 000020
2010050279.tif 000021