(57)【要約】  本発明による共振回路（１０）は、磁気共鳴装置に用いられる共振回路である。共振回路（１０）は、所定の周波数を有する電磁波のサンプルへの送信およびサンプルからの電磁波の受信の少なくとも一方を行う。共振回路（１０）は、コイル（２２）、および、コイル（１０）に電気的に接続された少なくとも１つのキャパシタ（２４）を有するＬＣ回路（２０）と、ＬＣ回路（２０）に電気的に接続された伝送線路（３０）とを備える。ＬＣ回路（２０）のコイル（２２）およびキャパシタ（２４）は、所定の周波数とは異なる周波数で共振するように構成されており、ＬＣ回路（２０）および伝送線路（３０）は、前記所定の周波数で共振するように構成されている。
2012165295.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気共鳴装置に用いられる共振回路であって、
前記共振回路は、所定の周波数を有する電磁波のサンプルへの送信およびサンプルからの前記電磁波の受信の少なくとも一方を行い、
前記共振回路は、
コイル、および、前記コイルに電気的に接続された少なくとも１つのキャパシタを有するＬＣ回路と、
前記ＬＣ回路に電気的に接続された伝送線路と
を備え、
前記ＬＣ回路の前記コイルおよび前記キャパシタは、前記所定の周波数とは異なる周波数で共振するように構成されており、
前記ＬＣ回路および前記伝送線路は、前記所定の周波数で共振するように構成されている、共振回路。
【請求項２】
前記ＬＣ回路の前記コイルおよび前記キャパシタは、前記所定の周波数よりも低い周波数で共振するように構成されている、請求項１に記載の共振回路。
【請求項３】
前記伝送線路は、前記電磁波をＴＥＭモードで伝送する、請求項１または２に記載の共振回路。
【請求項４】
前記伝送線路は、前記ＬＣ回路と電気的に接続された第１導線および第２導線を有し、
前記第１導線および前記第２導線は、前記所定の周波数に対応する波長のほぼ１／４の長さを有しており、
前記第１導線および前記第２導線は互いに短絡していない、請求項１から３のいずれかに記載の共振回路。
【請求項５】
前記伝送線路は同軸ケーブルを含む、請求項１から４のいずれかに記載の共振回路。
【請求項６】
前記伝送線路は、前記ＬＣ回路からみてインピーダンスがほぼゼロになるように構成されている、請求項１から５のいずれかに記載の共振回路。
【請求項７】
前記コイルは、第１配線および第２配線を有し、
前記少なくとも１つのキャパシタは、前記第１配線および前記第２配線と接続されたキャパシタを有する、請求項１から６のいずれかに記載の共振回路。
【請求項８】
前記コイルは複数のターンを有する、請求項１から７のいずれかに記載の共振回路。
【請求項９】
前記複数のターンは異なる径を有している、請求項８に記載の共振回路。
【請求項１０】
前記コイルは３以上のターンを有する、請求項１から９のいずれかに記載の共振回路。
【請求項１１】
前記コイルは１０ｍｍ以上の内径を有する、請求項１から１０のいずれかに記載の共振回路。
【請求項１２】
前記所定の周波数は５００ＭＨｚ以上である、請求項１から１１のいずれかに記載の共振回路。
【請求項１３】
前記コイルは、前記サンプルに整合する形状を有している、請求項１から１２のいずれかに記載の共振回路。
【請求項１４】
磁気共鳴装置に用いられる共振回路であって、
前記共振回路は、所定の周波数を有する電磁波のサンプルへの送信およびサンプルからの前記電磁波の受信の少なくとも一方を行い、
前記所定の周波数は５００ＭＨｚ以上であり、
前記共振回路は、３以上のターンを有するコイルを有し、前記コイルの内径は１０ｍｍ以上である、共振回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共振回路に関し、より詳細には、磁気共鳴装置に用いられる共振回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴法は、非侵襲的で対象物（サンプル）内の構造および状態を調べることができ、近年、研究のみならず診断にも好適に用いられている。例えば、磁気共鳴法を用いた手法として、磁気共鳴画像法（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ：ＭＲＩ）や核磁気共鳴法（Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：ＮＭＲ）が知られている。【０００３】
磁気共鳴装置では、サンプルに強力な磁場を印加して、サンプル中の核スピンを持った原子核の磁気モーメントに静磁場方向を軸とする歳差運動を惹起させた状態で、静磁場方向に直交する向きの高周波磁場を印加して、原子核の磁気モーメントの歳差運動を励起し、その後、原子核の磁気モーメントの歳差運動が励起状態から基底状態に戻る際に放出される電磁波を、サンプルに固有な高周波磁界として観測する。特に、ＭＲＩ装置では、磁気共鳴現象を利用してサンプルの検査部位における水素原子の核のスピンの密度分布や磁化の緩和時間分布に関するデータを収集し、検査部位の断層画像が表示される。【０００４】
一般的には、磁気共鳴装置の電磁波の送受信は、コイルおよびキャパシタを有するＬＣ回路の共振を利用して行われる（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、ＬＣ回路を用いて電磁波の送受信を行う磁気共鳴装置が記載されている。ＬＣ回路のコイルおよびキャパシタは、所定の周波数を有する電磁波と共振するように構成されており、共振周波数は１／（２π×√（ＬＣ））と表される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−７８８２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般に、磁気共鳴装置における信号の感度はそれほど高くなく、感度の向上が望まれている。例えば、感度が２倍になると積算時間を１／４に短縮でき、また、積算時間が等しい場合、解像度を向上させることができる。【０００７】
現在、感度を向上させるために、磁気共鳴に用いられる静磁場を増大させた磁気共鳴装置の開発が進められている。例えば、人間用に、磁束密度７Ｔ（３００ＭＨｚ）を越える静磁場を印加する磁気共鳴装置が開発されており、また、小動物用では、磁束密度１１．７Ｔ（５００ＭＨｚ）以上の静磁場を印加する磁気共鳴装置が開発されている。【０００８】
また、感度を向上させるために、コイルのインダクタンスを増大させて誘起電圧を増大することも検討されている。例えば、コイルのインダクタンスは、コイルの巻き数および／またはコイルの径を増大させることによって増大させることができる。しかしながら、一般に、単純に、コイルの巻き数および／またはコイルの径を増大させてコイルのインダクタンスを増大させる場合、ＬＣ回路が所定の周波数の電磁波を送信および／または受信できないことがある。特に、磁気共鳴装置における静磁場が比較的大きい場合、コイルの巻き数および／またはコイルの径を増大させることは困難であった。例えば、磁束密度１１．７Ｔ以上の静磁場を印加する磁気共鳴装置では、水素原子の原子核モーメントの共振する電磁波の周波数は５００ＭＨｚ以上となる。この場合、内径１０ｍｍ程度の１ターンまたは２ターンのコイルが用いられているが、内径１０ｍｍを小さくすることなくコイルのターン数を増大させることは困難であり、感度を向上させることは困難であった。【０００９】
本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、磁気共鳴における感度を改善した共振回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による共振回路は、磁気共鳴装置に用いられる共振回路であって、前記共振回路は、所定の周波数を有する電磁波のサンプルへの送信およびサンプルからの前記電磁波の受信の少なくとも一方を行い、前記共振回路は、コイル、および、前記コイルに電気的に接続された少なくとも１つのキャパシタを有するＬＣ回路と、前記ＬＣ回路に電気的に接続された伝送線路とを備え、前記ＬＣ回路の前記コイルおよび前記キャパシタは、前記所定の周波数とは異なる周波数で共振するように構成されており、前記ＬＣ回路および前記伝送線路は、前記所定の周波数で共振するように構成されている。【００１１】
ある実施形態において、前記ＬＣ回路の前記コイルおよび前記キャパシタは、前記所定の周波数よりも低い周波数で共振するように構成されている。【００１２】
ある実施形態において、前記伝送線路は、前記電磁波をＴＥＭモードで伝送する。【００１３】
ある実施形態において、前記伝送線路は、前記ＬＣ回路と電気的に接続された前記第１導線および前記第２導線を有し、前記第１導線および前記第２導線は、前記所定の周波数に対応する波長のほぼ１／４の長さを有しており、前記第１導線および前記第２導線は互いに短絡していない。【００１４】
ある実施形態において、前記伝送線路は同軸ケーブルを含む。【００１５】
ある実施形態において、前記伝送線路は、前記ＬＣ回路からみてインピーダンスがほぼゼロになるように構成されている。【００１６】
ある実施形態において、前記コイルは、第１配線および第２配線を有し、前記少なくとも１つのキャパシタは、前記第１配線および前記第２配線と接続されたキャパシタを有する。【００１７】
ある実施形態において、前記コイルは複数のターンを有する。【００１８】
ある実施形態において、前記複数のターンは異なる径を有している。【００１９】
ある実施形態において、前記コイルは３以上のターンを有する。【００２０】
ある実施形態において、前記コイルは１０ｍｍ以上の内径を有する。【００２１】
ある実施形態において、前記所定の周波数は５００ＭＨｚ以上である。【００２２】
ある実施形態において、前記コイルは、前記サンプルに整合する形状を有している。【００２３】
本発明による共振回路は、磁気共鳴装置に用いられる共振回路であって、前記共振回路は、所定の周波数を有する電磁波のサンプルへの送信およびサンプルからの前記電磁波の受信の少なくとも一方を行い、前記所定の周波数は５００ＭＨｚ以上であり、前記共振回路は、３以上のターンを有するコイルを有し、前記コイルの内径は１０ｍｍ以上である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、磁気共鳴における感度の改善された共振回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明による共振回路の実施形態の模式図である。
【図２】図１に示した共振回路を備えた磁気共鳴装置の模式図である。
【図３】本発明による共振回路の実施形態の模式図である。
【図４】本発明による共振回路の実施形態の模式図である。
【図５】本実施形態の共振回路の模式図である。
【図６】本実施形態の共振回路の模式図である。
【図７】本実施形態の共振回路の模式図である。
【図８】本実施形態の共振回路の模式図である。
【図９】（ａ）はマウスに対して本実施形態の共振回路のコイルを配置した模式図であり、（ｂ）は（ａ）によって得られた像を示す図である。
【図１０】比較例の共振回路の模式図である。
【図１１】（ａ）〜（ｆ）は比較例の共振回路を用いて得られた像である。
【図１２】（ａ）〜（ｆ）は比較例の共振回路を用いて得られた像である。
【図１３】（ａ）〜（ｆ）は図８に示した共振回路を用いて得られた像である。
【図１４】（ａ）〜（ｆ）は図８に示した共振回路を用いて得られた像である。
【図１５】（ａ）および（ｂ）は図１２（ａ）の像における分布を示したグラフである。
【図１６】（ａ）および（ｂ）は図１３（ｆ）の像における分布を示したグラフである。
【図１７】（ａ）は比較例の共振回路を用いて得られた像であり、（ｂ）は図８に示した共振回路を用いて得られた像である。
【図１８】（ａ）および（ｂ）は本実施形態の共振回路におけるコイルの模式図である。
【図１９】（ａ）は比較例の共振回路を用いて得られた像であり、（ｂ）は図８に示した共振回路を用いて得られた像である。
【図２０】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は比較例の共振回路を用いて得られた像である。
【図２１】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は図８に示した共振回路を用いて得られた像である。
【図２２】本実施形態の共振回路を用いて得られた像である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照して本発明による共振回路の実施形態を説明する。
【００２７】
図１に、本実施形態の共振回路１０の模式図を示す。共振回路１０は磁気共鳴装置に用いられる。共振回路１０は、所定の周波数を有する電磁波（高周波）のサンプルへの送信およびサンプルからの電磁波の受信の少なくとも一方を行う。共振回路１０において共振する電磁波の周波数は、磁気共鳴装置における静磁場に応じて設定される。なお、本明細書の以下の説明において、上述した所定の周波数を共振回路の共振周波数と呼ぶことがある。
【００２８】
共振回路１０は、ＬＣ回路２０と、ＬＣ回路２０に電気的に接続された伝送線路３０とを備える。ＬＣ回路２０は、コイル２２およびコイル２２に電気的に接続されたキャパシタ（コンデンサ）２４を有する。コイル２２は１以上のターンを有している。ＬＣ回路２０は複数のキャパシタ２４を有していてもよい。キャパシタ２４はコイル２２に直列に接続されていてもよく、コイル２２に並列に接続されてもよい。また、キャパシタ２４としてコイル２２に直列及び並列に接続された複数のキャパシタを用いてもよい。
【００２９】
伝送線路３０は、電磁波をＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ）モードで伝送する。伝送線路３０として、例えば、同軸ケーブル、レッヘル線またはストリップ線路が用いられる。例えば、伝送線路３０はＬＣ回路２０からみてインピーダンスがほぼゼロになるように構成されている。
【００３０】
本実施形態の共振回路１０において、ＬＣ回路２０のコイル２２およびキャパシタ２４自体は、共振回路１０の共振周波数とは異なる共振周波数を有しているが、ＬＣ回路２０および伝送線路３０を同時に用いることで所定の共振周波数で共振するように構成されている。このため、ＬＣ回路２０の構成が変更されても、共振回路１０は共振周波数の電磁波を送信および／または受信することができる。例えば、ＬＣ回路２０のコイル２２の巻き数を増加させると、電磁波の受信感度を向上させることができる一方で、それに伴い、ＬＣ回路２０の共振する周波数が低減することがあるが、伝送線路３０を設けることにより、共振回路１０における共振周波数の低下を抑制することができる。
【００３１】
例えば、ＬＣ回路２０が伝送線路３０と直列に接続されている場合、所定の周波数に対して共振回路１０のインピーダンスが最も小さくなるように、ＬＣ回路２０および伝送線路３０は構成される。例えば、ＬＣ回路２０自体の共振周波数は所定の周波数よりも低く、伝送線路３０自体の共振周波数は所定の周波数よりも高くてもよい。あるいは、ＬＣ回路２０自体の共振周波数は所定の周波数よりも高く、伝送線路３０自体の共振周波数は所定の周波数よりも低くてもよい。なお、ＬＣ回路２０は伝送線路３０と並列に接続されてもよい。
【００３２】
図２に、共振回路１０を備えた磁気共鳴装置１００の模式図を示す。磁気共鳴装置１００は、共振回路１０と、静磁場を印加する静磁場発生部１１０と、傾斜磁場を印加する傾斜磁場発生部１２０とを備える。例えば、静磁場発生部１１０はコイルから形成されており、静磁場発生電源１１２に接続されている。また、例えば、傾斜磁場発生部１２０はコイルから形成されており、傾斜磁場発生電源１２２に接続されている。例えば、静磁場発生部１１０および傾斜磁場発生部１２０はそれぞれ円筒状に設けられており、サンプルは、これらの中心部分に配置される。例えば、共振回路１０のコイル２２は、磁気共鳴装置１００の表面コイルとして用いられる。
【００３３】
また、ここでは、共振回路１０は、サンプルに電磁波を送信するとともにサンプルからの電磁波を受信するが、共振回路１０は、サンプルへの電磁波の送信およびサンプルからの電磁波を受信の一方を行い、他方は別の回路によって行われてもよい。例えば、外側に設けられた大きな径の送信回路を用いて大きなパワーの電磁波を照射して、受信回路として共振回路１０を用いて局所的に高周波を受信してもよい。
【００３４】
電磁波のエネルギーを受ける水素原子核の磁気モーメントは、４２．６ＭＨｚ／Ｔである。例えば、磁束密度が１．５Ｔの場合、水素原子から送受信される電磁波の周波数は６４ＭＨｚである。磁束密度が３Ｔの場合、電磁波の周波数は１２８ＭＨｚである。磁束密度が１１．７Ｔの場合、電磁波の周波数は５００ＭＨｚである。なお、共振回路における共振周波数が所定の周波数よりも数ＭＨｚずれると、電磁波との共振が起こらず、所定の周波数の電磁波の送受信が行われない。
【００３５】
図３に、本実施形態の共振回路１０の模式図を示す。図３に示した共振回路１０では、コイル２２は１ターンの配線から形成されており、コイル２２はキャパシタ２４と直列に接続されている。例えば、配線の幅は０．５ｍｍである。また、ここでは、コイル２２は平面状に形成されている。
【００３６】
伝送線路３０は導線３２、３４を有している。導線３２はＬＣ回路２０と電気的に接続されている。なお、図３に示した共振回路１０では、導線３４の一端はＬＣ回路２０と電気的に接続されており、典型的には、導線３４の他端は接地されている。本明細書において導線３２を第１導線と呼ぶことがあり、導線３４を第２導線と呼ぶことがある。
【００３７】
例えば、導線３２、３４の長さＬは、所定の周波数に対応する波長のほぼ１／４である。なお、厳密には、この波長は、真空または空気中の波長ではなく、導線３２、３４を伝搬する電磁波の波長である。この場合、伝送線路３０は、λ／４ＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ）で電磁波を伝送する。図３に示した共振回路１０では、第１導線３２および第２導線３４は互いに短絡しておらず、伝送線路３０はＬＣ回路２０からみてインピーダンスがほぼゼロになるように構成されている。
【００３８】
なお、図３に示した共振回路１０では、導線３２、３４の長さＬは、所定の周波数に対応する波長のほぼ１／４であったが、本発明はこれに限定されない。導線３２、３４の長さＬは、所定の周波数に対応する波長のほぼ１／４の奇数倍であってもよい。
【００３９】
伝送線路３０として同軸ケーブルが好適に用いられる。図４に、本実施形態の共振回路１０の模式図を示す。図４に示した共振回路１０では、伝送線路３０として同軸ケーブルを用いている。第１導線３２は同軸ケーブル３０の内部導体（芯線）として用いられており、第２導線３４は同軸ケーブル３０の外部導体として用いられている。導線３２と導線３４との間には絶縁部材が設けられている。例えば、絶縁部材はポリエチレンから形成されており、同軸ケーブル３０の特性インピーダンスは約５０Ωである。
【００４０】
なお、上述した説明では、キャパシタ２４は伝送線路３０よりもコイル２２側に設けられたが、本発明はこれに限定されない。また、図３および図４に示した共振回路１０では、キャパシタ２４はコイル２２に直列に接続されたが、本発明はこれに限定されない。
【００４１】
図５に、本実施形態の共振回路１０の模式図を示す。図５に示した共振回路１０では、キャパシタ２４ａ、２４ｂがコイル２２と伝送線路（同軸ケーブル）３０との間に設けられている。キャパシタ２４ａはコイル２２と直列に接続されており、キャパシタ２４ｂはコイル２２と並列に接続されている。
【００４２】
キャパシタ４２、４４は伝送線路（同軸ケーブル）３０に対してコイル２２とは反対側に設けられている。なお、キャパシタ４２、４４は、伝送線路（同軸ケーブル）３０と、共振回路１０を制御する制御回路（図示せず）との間に設けられている。
【００４３】
ここでは、キャパシタ４２、４４は、容量（キャパシタンス）を変更可能である。キャパシタ４２は、伝送系を同一のインピーダンスに整合させるために共振回路１０に設けられている。また、キャパシタ４４は、チューニングに用いられ、特定の周波数で回路が共振し、電磁波を受信しやすくなるように設けられている。このようなキャパシタ４２、４４はバリコン（バリアブルコンデンサ）とも呼ばれる。なお、導線３４およびキャパシタ４４は接地されている。例えば、導線３４およびキャパシタ４４は物理的に接続された状態で接地されてもよい。
【００４４】
なお、上述した共振回路１０では、キャパシタ２４はコイル２２とは別の箇所に設けられていたが、キャパシタをコイル２２内に設けてもよい。
【００４５】
図６に、本実施形態の共振回路１０の模式図を示す。図６に示した共振回路１０においてコイル２２は、互いに分離された配線２２ａ、２２ｂを有する。配線２２ａ、２２ｂの幅は約０．５ｍｍである。本明細書において配線２２ａ、２２ｂを第１配線２２ａ、第２配線２２ｂと呼ぶことがある。
【００４６】
図６に示した共振回路１０では、コイル２２と直列的に接続されたキャパシタ２４ａ、および、コイル２２と並列的に接続されたキャパシタ２４ｂに加えて、第１配線２２ａおよび第２配線２２ｂの間にキャパシタ２４ｃが設けられている。キャパシタ２４ｃは、第１配線２２ａおよび第２配線２２ｂの両方と接続されている。例えば、キャパシタ２４ｃはチップキャパシタである。このように、キャパシタ２４ｃを設けることにより、ＬＣ回路２０の構成を多少変更しても、制御回路（図示せず）を介して所定の周波数の電磁波を送信および／または受信することができる。例えば、コイル２２の巻き数を増加させると、電磁波の受信感度を向上させることができる一方で、それに伴い、ＬＣ回路２０において共振する電磁波の周波数が低減することがあるが、キャパシタ２４ｃを設けることにより、共振回路１０の共振周波数の低下を抑制することができる。
【００４７】
また、上述したように、コイル２２は１ターンであってもよい。一般に、コイル２２の径が小さいほど、送受信される電磁波の強度を均一化することができる。一方、コイル２２の径が大きいほど、インダクタンスが増加し、コイル２２と電磁波の送受信可能な領域との距離を増加させることができる。
【００４８】
なお、コイル２２は２以上のターンの配線から形成されてもよい。図７に、本実施形態の共振回路１０の模式図を示す。この共振回路１０において、コイル２２は２ターンを有している。このように、コイル２２のターン数を増大させることにより、誘導電圧（起電力）を増大させることができ、共振回路１０の感度を向上させることができる。
【００４９】
なお、コイル２２のターン数が多いほど、インダクタンスが増加し、コイル２２と電磁波の送受信可能な領域との距離を増加できる。コイル２２が２以上のターンを有する場合、径の異なる配線が同心円形状に構成されていることが好ましい。この場合、コイル２２が径の異なる配線を有しているため、電磁波の送受信を比較的広い領域にわたってほぼ均一に行うことができる。
【００５０】
なお、図７に示した共振回路１０ではコイル２２のターン数は２であったが、本発明はこれに限定されない。コイル２２の巻数は３以上であってもよい。
【００５１】
図８に、本実施形態の共振回路１０の模式図を示す。図８に示した共振回路１０ではコイル２２は３ターンを有している。コイル２２の径（内径）は１０ｍｍ以上である。
【００５２】
また、ここでは、共振回路１０は、キャパシタ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、４２、４４を有している。例えば、キャパシタ２４ａ、２４ｂ、２４ｃのキャパシタンス（容量）は、それぞれ、約１ｐＦ、約１ｐＦ、約２ｐＦであり、キャパシタ４２、４４のキャパシタンス（容量）はいずれも４ｐＦ以下に調整されている。また、コイル２２の長さは約１０ｃｍであり、コイル２２には約２．５Ａの交流電流が流れる。
【００５３】
図８に示した共振回路１０では、共振周波数を５００ＭＨｚに設定することができる。例えば、磁束密度を１１．７Ｔに設定する場合、水素原子核は５００ＭＨｚの電磁波と共鳴して吸収し、また、吸収した電磁波を放出する。このため、共振回路１０が、周波数５００ＭＨｚの電磁波を照射し、周波数５００ＭＨｚの電磁波を受信することにより、サンプル内の水素原子の状態を測定することができる。この場合、同軸ケーブル３０は約１５ｃｍである。ただし、同軸ケーブル３０を伝搬する電磁波の速度は、真空中または空気中よりも小さく、短縮率は１よりも大きいので、厳密には、同軸ケーブル３０は１５ｃｍよりも短い。なお、ここでは、コイル２２の径が１０ｍｍ以上であり、キャパシタ２４ｃを設けているが、コイル２２の径が小さい場合、キャパシタ２４ｃを省略してもよい。ただし、コイル２２の径が比較的大きいことにより、共振回路１０は、コイル２２から比較的離れた地点の電磁波を送受信することができ、例えば、マウスの脳、脊髄および心臓などの撮像に好適に用いられる。
【００５４】
図９（ａ）に、マウスの頭部に対して共振回路１０のコイル２２を配置した模式図を示し、図９（ｂ）に、共振回路１０を用いて得られる像の一例を示す。
【００５５】
以下、比較例の共振回路と比較して本実施形態の共振回路１０の利点を説明する。ここでは、磁束密度１１．７Ｔの磁場を印加する磁気共鳴装置を用いる。この磁場に対応する電磁波の周波数は５００ＭＨｚである。
【００５６】
図１０に、比較例の共振回路９０を示す。共振回路９０は、２ターンのコイル９２および、キャパシタ９４ａ、９４ｂを有している。キャパシタ９４ａはコイル９２に直列に接続されており、キャパシタ９４ｂはコイル９２に並列に接続されている。
【００５７】
ここでは、ファントムとして、生理的食塩水＋ＣｕＳＯ4（０．４７ｇ／Ｌ）を用いる。図１１および図１２に、比較例の共振回路９０のコイル９２を表面コイルとして用いた撮像結果を示す。ここでは、撮像は、マルチスライスマルチエコー法（ｍｕｌｔｉ−Ｓｌｉｃｅ  Ｍｕｌｔｉ−Ｅｃｈｏ：ＭＳＭＥ）のパルスシークエンスを用いて行った。磁束密度は１１．７Ｔであり、共鳴周波数は５００ＭＨｚである。
【００５８】
図１１（ａ）〜図１１（ｆ）および図１２（ａ）〜図１２（ｆ）はファントムを上から１２分割にスライスしたそれぞれの像である。磁気共鳴装置としてブルカー社（Ｂｒｕｋｅｒ）製のＡＶＡＮＣＥ  ５００ＷＢを用いて、ファントムの左側にコイル９２を置いて撮像を行った。図１１および図１２において白い部分は電磁波が強い箇所を示しており、右方向に行くほど共振回路９０から離れる。
【００５９】
図１３および図１４に、本実施形態の共振回路１０を用いた撮像結果を示す。ここでは、撮像は、マルチスライスマルチエコー（ｍｕｌｔｉ−Ｓｌｉｃｅ  Ｍｕｌｔｉ−Ｅｃｈｏ：ＭＳＭＥ）のパルスシークエンスを用いて行った。磁束密度１１．７Ｔであり、共鳴周波数は５００ＭＨｚである。
【００６０】
図１３（ａ）〜図１３（ｆ）および図１４（ａ）〜図１４（ｆ）は、ファントムを上から１２分割にスライスしたそれぞれの像である。磁気共鳴装置としてブルカー社（Ｂｒｕｋｅｒ）製のＡＶＡＮＣＥ  ５００ＷＢを用いて、ファントムの左側にコイル２２を置いて撮像を行った。図１１、図１２と図１３、図１４との比較から理解されるように、比較例の共振回路９０と比べて、本実施形態の共振回路１０では、左右・上下方向で共振回路１０からより離れた場所でも強い電磁波が得られている。
【００６１】
図１５を参照して、比較例の共振回路９０を用いて得られた図１２（ａ）に示した像の中心に沿った電磁波の強度分布を説明する。図１５（ａ）に深さ方向（図１２（ａ）の右方向）に沿って電磁波の強度の変化を示し、図１５（ｂ）に、深さＤａにおける幅方向に沿った電磁波の強度の変化を示す。図１５（ａ）および図１５（ｂ）から理解されるように、照射電磁波が強すぎても弱すぎても、強い電磁波が得られない。
【００６２】
図１６を参照して、本実施形態の共振回路１０を用いて得られた図１３（ｆ）に示した像の中心に沿った電磁波の強度分布を説明する。図１６（ａ）に深さ方向の電磁波の強度の変化を示し、図１６（ｂ）に深さＤｂにおける幅方向の電磁波の強度の変化を示す。図１５と図１６との比較から理解されるように、共振回路１０のコイル２２を表面コイルとして用いることにより、広くかつ深い範囲に電磁波を照射していることが理解される。共振回路１０により、測定領域の深さおよび幅は共振回路９０と比べて２倍程度に向上している。
【００６３】
図１７（ａ）に、比較例の共振回路９０を用いてＢｒｕｋｅｒ  ＡＶＡＮＣＥ  ５００ＷＢにてＦＬＡＳＨ（Ｆａｓｔ  Ｌｏｗ−ａｎｇｌｅ  Ｓｈｏｔ）シークエンスでマウスの頭部を撮像した図を示す。図１７（ａ）に示すように、共振回路９０のコイル９２を表面コイルとして用いた場合、コイル９２に近い頭皮が強調される一方で、左右方向および深さ方向で感度が急激に低下する。
【００６４】
図１７（ｂ）に、本実施形態の共振回路１０を用いてＢｒｕｋｅｒ  ＡＶＡＮＣＥ  ５００ＷＢにてＦＬＡＳＨシークエンスでマウスの頭部を撮像した図を示す。図１７（ｂ）に示すように、共振回路１０のコイル２２を表面コイルとして用いた場合、マウスの頭部のほぼ全体を高感度に撮像できる。
【００６５】
なお、共振回路１０のコイル２２はサンプルの形状に合わせて変形されてもよい。例えば、図１８（ａ）に示すように、側面から見て、コイル２２はサンプルの凸部（例えば、マウスの頭部）と整合するように変形されてもよい。また、図１８（ｂ）に示すように、正面から見て、コイル２２はサンプルの凸部（例えば、マウスの頭部）と整合するように変形されてもよい。このように、コイル２２をサンプルの形状に合わせることで照射する電磁波の均一度を向上させ、画像の感度ムラを小さくすることができる。
【００６６】
以下に、図１９〜図２１を参照して、磁気共鳴装置の表面コイルとして、本実施形態の共振回路１０または比較例の共振回路を用いて同一のマウスを測定した測定結果を説明する。ここでは、本実施形態の共振回路１０のコイル２２は３ターンであり、比較例の共振回路のコイルは２ターンである。なお、ここでも、本実施形態の共振回路１０は伝送線路３０としてλ／４同軸ケーブルを有しているのに対して、比較例の共振回路は伝送線路を有していない。
【００６７】
図１９（ａ）に、比較例の共振回路を用いてマウスの腰部の横断面を撮像した図を示し、図１９（ｂ）に、本実施形態の共振回路１０を用いてマウスの腰部の横断面を撮像した図を示す。図１９（ａ）と図１９（ｂ）との比較から理解されるように、比較例の共振回路を用いると、十分な感度の画像が得られない。
【００６８】
なお、比較例の共振回路を用いた場合、ある程度の感度で脊髄を観察する場合、電磁波の照射強度を増加させる必要があるが、この場合、脊髄付近は比較的観察しやくなる一方で、表面近傍を適切に観察できない。これに対して、本実施形態の比較回路１０を用いると、腰の表面から脊髄にかけた広い範囲にわたって十分な感度の画像を得ることができる。
【００６９】
図２０は比較例の共振回路を用いてマウスの脊髄付近の血管を撮像した図であり、図２０（ａ）、図２０（ｂ）および図２０（ｃ）は矢状面、横断面および冠状面をそれぞれ示す。図２１は本実施形態の共振回路１０を用いてマウスの脊髄付近の血管を撮像した図であり、図２１（ａ）、図２１（ｂ）および図２１（ｃ）は矢状面、横断面および冠状面をそれぞれ示す。
【００７０】
比較例の共振回路を用いた場合、脊髄の血管よりも離れた画像右側の血管（図２０（ａ）〜図２０（ｃ）における矢印部分）は比較的充分に観察できるのに対して脊髄周囲の血管は非常に見えにくい。これに対して、本実施形態の共振回路１０を用いると、脊髄周囲だけでなく、更に深い箇所に存在している、腹大動脈やその分枝した血管、および、下大静脈等の太い静脈も観察できる。
【００７１】
また、本実施形態の共振回路１０を用いると、細胞レベルの観察を行うことができる。図２２に、本実施形態の共振回路１０を用いて撮像された、マウスの膝窩リンパ節のＭＲＩ像を示す。図２２に示すように、矢印先端で囲まれた領域に、標識免疫細胞が単一細胞レベルで観察される。このように、本実施形態の共振回路１０を用いることにより、単一細胞レベルで観察を行うことができる。
【００７２】
なお、上述した説明では、１つの共振回路が磁気共鳴装置に用いられており、また、共振回路に１つのコイルが設けられていたが、本発明はこれに限定されない。磁気共鳴装置の多チャンネル化を実現するために、複数の共振回路が磁気共鳴装置に用いられてもよく、あるいは、１つの共振回路に複数のコイルが設けられてもよい。このように、磁気共鳴装置に複数のコイルが設けられることにより、人の頭部全体や腹部全体を対象とした測定を好適に行うことができる。
【００７３】
なお、上述した説明では、共振回路１０は伝送線路３０を備えていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、周波数５００ＭＨｚ以上で共振する共振回路１０は、伝送線路３０を備えることなく内径１０ｍｍ以上で３ターン以上のコイル２２を有してもよい。例えば、コイル２２内に複数のキャパシタ２４を配置することにより、共振回路１０は、伝送線路３０を備えることなく、周波数５００ＭＨｚ以上で共振し、内径１０ｍｍ以上で３ターン以上のコイル２２を有することができる。このような共振回路１０では、コイル２２の径を比較的大きくすることができるため、例えば、マウスの脳、脊髄および心臓などを撮像することができる。また、周波数５００ＭＨｚ以上で共振する共振回路１０は径（内径）１０ｃｍ以上で１ターン以上のコイル２２を有してもよい。
【００７４】
なお、上述した説明では、共振回路１０は水素原子核からの電磁波を受信しており、共振回路は磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置に用いられたが、本発明はこれに限定されない。共振回路１０は水素原子以外の原子核からの電磁波を送信または受信してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明によれば、磁気共鳴法において感度の改善された共振回路を提供することができる。このような共振回路は小動物または人の局部を対象とした磁気共鳴法に好適に用いられる。また、本発明による共振回路のコイルを複数同時に用いて磁気共鳴装置の多チャンネル化を実現することにより、人の頭部全体や腹部全体を対象とした測定を好適に行うことができる。
【符号の説明】
【００７６】
１０    共振回路
２０    ＬＣ回路
２２    コイル
２４    キャパシタ
３０    伝送線路
１００  磁気共鳴装置
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年7月8日(2013.7.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気共鳴装置に用いられる共振回路であって、
前記共振回路は、所定の周波数を有する電磁波のサンプルへの送信およびサンプルからの前記電磁波の受信の少なくとも一方を行い、
前記共振回路は、
表面コイル、および、前記表面コイルに電気的に接続された少なくとも１つのキャパシタを有するＬＣ回路と、
前記ＬＣ回路に電気的に接続された伝送線路と、
キャパシタンスを変更可能なキャパシタと
を備え、
前記ＬＣ回路の前記表面コイルおよび前記キャパシタは、前記所定の周波数とは異なる周波数で共振するように構成されており、
前記ＬＣ回路および前記伝送線路は、前記所定の周波数で共振するように構成されており、
前記伝送線路は、前記所定の周波数に対応する波長のほぼ１／４の長さを有する同軸ケーブルを含み、
前記同軸ケーブルは、前記キャパシタンスを変更可能なキャパシタと前記ＬＣ回路との間に接続されており、
前記表面コイルには複数のターンが形成されており、前記共振回路は、５００ＭＨｚ以上の周波数を有する電磁波のサンプルへの送信およびサンプルからの前記電磁波の受信の少なくとも一方を行うことが可能である、共振回路。
【請求項２】
前記ＬＣ回路の前記表面コイルおよび前記キャパシタは、前記所定の周波数よりも低い周波数で共振するように構成されている、請求項１に記載の共振回路。
【請求項３】
前記伝送線路は、前記電磁波をＴＥＭモードで伝送する、請求項１または２に記載の共振回路。
【請求項４】
前記伝送線路は、前記ＬＣ回路と電気的に接続された第１導線および第２導線を有し、
前記第１導線および前記第２導線は、前記所定の周波数に対応する波長のほぼ１／４の長さを有しており、
前記第１導線および前記第２導線は互いに短絡していない、請求項１から３のいずれかに記載の共振回路。
【請求項５】
（削除）
【請求項６】
前記伝送線路は、前記ＬＣ回路からみてインピーダンスがほぼゼロになるように構成されている、請求項１から５のいずれかに記載の共振回路。
【請求項７】
前記表面コイルは、第１配線および第２配線を有し、
前記少なくとも１つのキャパシタは、前記第１配線および前記第２配線と接続されたキャパシタを有する、請求項１から６のいずれかに記載の共振回路。
【請求項８】
（削除）
【請求項９】
前記複数のターンは異なる径を有している、請求項１に記載の共振回路。
【請求項１０】
前記表面コイルには３以上のターンが形成されている、請求項１から９のいずれかに記載の共振回路。
【請求項１１】
前記表面コイルは１０ｍｍ以上の内径を有する、請求項１から１０のいずれかに記載の共振回路。
【請求項１２】
前記所定の周波数は５００ＭＨｚ以上である、請求項１から１１のいずれかに記載の共振回路。
【請求項１３】
前記表面コイルは、前記サンプルに整合する形状を有している、請求項１から１２のいずれかに記載の共振回路。
【請求項１４】
前記所定の周波数は５００ＭＨｚ以上であり、
前記共振回路の前記表面コイルには、３以上のターンが形成されており、前記表面コイルの内径は１０ｍｍ以上である、請求項１から１３のいずれかに記載の共振回路。
【手続補正書】
【提出日】平成25年11月7日(2013.11.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気共鳴装置に用いられる共振回路であって、
前記共振回路は、所定の周波数を有する電磁波のサンプルへの送信およびサンプルからの前記電磁波の受信の少なくとも一方を行い、
前記共振回路は、
表面コイル、および、前記表面コイルに電気的に接続された少なくとも１つのキャパシタを有するＬＣ回路と、
前記ＬＣ回路に電気的に接続された伝送線路と、
キャパシタンスを変更可能なキャパシタと
を備え、
前記ＬＣ回路の前記表面コイルおよび前記キャパシタは、前記所定の周波数とは異なる周波数で共振するように構成されており、
前記ＬＣ回路および前記伝送線路は、前記所定の周波数で共振するように構成されており、
前記伝送線路は、前記所定の周波数に対応する波長のほぼ１/４の長さを有する同軸ケーブルを含み、
前記同軸ケーブルは、前記キャパシタンスを変更可能なキャパシタと前記ＬＣ回路との間に接続されており、
前記表面コイルには複数のターンが形成されており、前記共振回路は、５００ＭＨｚ以上の周波数を有する電磁波のサンプルへの送信およびサンプルからの前記電磁波の受信の少なくとも一方を行うことが可能である、共振回路。
【請求項２】
前記ＬＣ回路の前記表面コイルおよび前記キャパシタは、前記所定の周波数よりも低い周波数で共振するように構成されている、請求項１に記載の共振回路。
【請求項３】
前記伝送線路は、前記電磁波をＴＥＭモードで伝送する、請求項１または２に記載の共振回路。
【請求項４】
前記伝送線路は、前記ＬＣ回路と電気的に接続された第１導線および第２導線を有し、
前記第１導線および前記第２導線は、前記所定の周波数に対応する波長のほぼ１／４の長さを有しており、
前記第１導線および前記第２導線は互いに短絡していない、請求項１から３のいずれかに記載の共振回路。
【請求項５】
前記伝送線路は、前記ＬＣ回路からみてインピーダンスがほぼゼロになるように構成されている、請求項１から４のいずれかに記載の共振回路。
【請求項６】
前記表面コイルは、第１配線および第２配線を有し、
前記少なくとも１つのキャパシタは、前記第１配線および前記第２配線と接続されたキャパシタを有する、請求項１から５のいずれかに記載の共振回路。
【請求項７】
前記複数のターンは異なる径を有している、請求項１から６のいずれかに記載の共振回路。
【請求項８】
前記表面コイルには３以上のターンが形成されている、請求項１から７のいずれかに記載の共振回路。
【請求項９】
前記表面コイルは１０ｍｍ以上の内径を有する、請求項１から８のいずれかに記載の共振回路。
【請求項１０】
前記所定の周波数は５００ＭＨｚ以上である、請求項１から９のいずれかに記載の共振回路。
【請求項１１】
前記表面コイルは、前記サンプルに整合する形状を有している、請求項１から１０のいずれかに記載の共振回路。
【請求項１２】
前記所定の周波数は５００ＭＨｚ以上であり、
前記共振回路の前記表面コイルには、３以上のターンが形成されており、前記表面コイルの内径は１０ｍｍ以上である、請求項１から１１のいずれかに記載の共振回路。
【国際調査報告】
2012165295.tif 000025
2012165295.tif 000026
2012165295.tif 000027
2012165295.tif 000028
2012165295.tif 000029
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