(57)【要約】【課題】  エレメント機構及びチューニング作業の簡略化、ブロッキング機能の実現及び給電点インピーダンスの変化を可能にするＭＲ装置用ボリュームコイルを提供する。【解決手段】  シールト板で成る電波シールドと、シールド板の内側の輻射板、シールト板の外側の共振周波数調整板及び輻射板と共振周波数調整板を電気的に接続する導電板から成るエレメントとを有するＭＲ装置用ボリュームコイルにおいて、シールド板の内側を導電性材料、外側を絶縁性材料で構成し、共振周波数調整板の先端より先のシールド板の外側の絶縁材料の表面に導電性パターンをプリントし、導電性パターンを、共振周波数調整板の先端よりそれぞれ所定距離だけ離れるように配置した複数の導電部材から構成し、導電部材の所定数と共振周波数調整板の先端とを半田付けすることにより共振周波数調整板の長さを実質的に変更し、それにより、共振周波数を変更する。【選択図】          図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エレメントと、エレメントとは電気的に絶縁された電波シールドとを有するＭＲ装置用ボリュームコイルにおいて、前記エレメントは、電波シールドの内側に配置された輻射部分と、電波シールドの外側に配置された共振周波数調整部分と、前記輻射部分と前記共振周波数調整部分とを電気的に接続する導電性部分とから成り、前記共振周波数調整部分の長さを変更することにより共振周波数を調整することを特徴とするＭＲ装置用ボリュームコイル。
【請求項２】
前記輻射部分、前記共振周波数調整部分又は前記導電性部分のいずれかと前記電波シールドとを電気的に接続するブロッキング回路を前記電波シールドの外側に配置したことを特徴とする請求項１に記載のＭＲ装置用ボリュームコイル。
【請求項３】
前記エレメントに対する給電点をエレメントの端部以外に設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載のＭＲ装置用ボリュームコイル。
【請求項４】
前記電波シールドは、円筒面に沿って配置された短冊状の複数のシールド板から成る円筒構造を有し、前記エレメントは、各シールド板に対して電気的に絶縁されるように設けられ、前記輻射部分は、前記シールド板の内側に配置された輻射板から成り、前記共振周波数調整部分は、前記輻射板に対向するように前記シールド板を挟んで前記シールド板の外側に配置された共振周波数調整板から成り、前記導電性部分は、前記輻射板と前記共振周波数調整板とを電気的に接続する導電板から成ることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＭＲ装置用ボリュームコイル。
【請求項５】
前記シールド板に貫通口が設けられ、前記導電板は前記貫通口を貫通して前記シールド板の内側から外側へ延びていることを特徴とする請求項４に記載のＭＲ装置用ボリュームコイル。
【請求項６】
前記導電板は、隣接するシールド板との隙間を通して前記シールド板の内側から外側へ延びていることを特徴とする請求項４に記載のＭＲ装置用ボリュームコイル。
【請求項７】
前記輻射板、共振周波数調整板及び導電板は、一体であり、前記共振周波数調整板は、前記エレメントの両端部又は片端部を、前記貫通口又は前記隙間を通して延長して前記シールド板の外側へ折り返した折り返し部分から成ることを特徴とする請求項５又は６に記載のＭＲ装置用ボリュームコイル。
【請求項８】
前記シールド板は、内側が導電性材料、外側が絶縁性材料から成り、前記共振周波数調整板の先端より先の前記シールド板の外側の絶縁材料の表面に導電性パターンをプリントし、前記導電性パターンを、前記共振周波数調整板の先端よりそれぞれ所定距離だけ離れるように配置した複数の導電部材から構成し、前記導電部材の所定数と前記共振周波数調整板の先端とを電気的に接続することにより前記共振周波数調整板の長さを実質的に変更可能とすることを特徴とする請求項４〜７のいずれか１つに記載のＭＲ装置用ボリュームコイル。
【請求項９】
前記ブロッキング回路は、ダイオード単体又はリアクタンス回路とダイオードの組み合わせから成ることを特徴とする請求項２に記載のＭＲ装置用ボリュームコイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＲ（磁気共鳴）装置用ＲＦコイルに関し、特に、被検体の頭部や体等を撮影するのに使用されるＭＲ装置用ボリュームコイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
高磁場ＭＲ装置用ボリュームコイルとしてＴＥＭ（transverse electromagnetic）理論に基づくＴＥＭボリュームコイル（以下、ＴＥＭコイルと称する。）がある。代表的なＴＥＭコイルは、図８に示すように円筒状の空洞構造すなわちキャビティ２１を有している。このキャビティ２１は、基本的に、プラスチックシリンダー２２で構成され、そのプラスチックシリンダーの両端には、環状のエンドリング２４、２５が取り付けられている。ブラスチックシリンダー２２、エンドリング２４、２５の内面には、導電性の金属箔が貼り付けられており、それにより、ＲＦシールドを有する導電性キャビティが形成されている。キャビティ２１の内部には、ＴＥＭモードで動作する複数の同軸伝送線エレメント２９が配置されている。（特許文献１、第１０欄参照）
【０００３】
ＴＥＭコイルの共振周波数は、精密に調整する必要がある。この共振周波数の調整方法として、従来のＴＥＭコイルでは、（ａ）エレメントの持つインダクタンスと共振する容量を持つコンデンサをエレメントの一部に挿入する方法（特許文献１参照）、（ｂ）エレメントの長さを変える方法（特許文献１及び非特許文献１参照）、（ｃ）ＲＦシールドの一部を円周状に切って隙間を設け、その隙間の広さを調整する方法等がある（非特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５８８６５９６号明細書
【非特許文献１】Brian A. Baertlein 他  「Theoretical Model for an MRI Radio Frequency Resonator 」IEEE TRANSACTION ON BIOMEDICAL ENGINEERING. VOL.47. NO.4. APRIL 2000
【非特許文献２】Xiaoliang Zhang 他  「A microstrip transmission line volume coil for human head MR imaging at 4T」Journal of Magnetic Resonance 161 (2003) 242-252
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術によれば、共振周波数の調整すなわちチューニングの機構が複雑であり、また、コイル製作時のチューニング作業も多大なものとなる。例えば、上記（ｂ）の方法では、同軸ケーブル構造が実用化されているが、同軸ケーブル構造における内部導体の出し入れの機構が複雑になる。また、（ａ）の方法では、コンデンサの内部損失に伴うＱの低下が問題となる。さらに、（ｃ）の方法では、シールドを分割することにより、アース電位が不安定になる。
【０００６】
また、従来のＴＥＭコイルでは、ブロッキング（すなわち、コイルの共振周波数を、使用している周波数から変位させることによって共振状態でなくなるようにすること）が困難であった。このため、送受信コイルとして使用可能であるが、受信時にブロッキングが必要な送信専用コイルまたは送信時にブロッキングが必要な受信専用コイルとしては使用できなかった。
【０００７】
さらに、従来のＴＥＭコイルでは、エレメント端部において高周波を給電する方法が採用されている。この場合、給電点から見たインピーダンスは一般に高いので、効率よく励振するために必要な整合回路の特性インピーダンスも高く採る必要がある。従って、使用するリアクタンス素子のインピーダンスも高くすることとなり、回路動作の不安定性を招きやすい。
【０００８】
本発明の目的は、エレメント機構を簡略化すると共にコイル製作時のチューニング作業を簡略化し、さらに、ブロッキング機能を実現すると共に給電点インピーダンスを変化させることができるＭＲ装置用ボリュームコイルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、エレメントと、エレメントとは電気的に絶縁された電波シールドとを有するＭＲ装置用ボリュームコイルにおいて、前記エレメントは、電波シールドの内側に配置された輻射部分と、電波シールドの外側に配置された共振周波数調整部分と、前記輻射部分と前記共振周波数調整部分とを電気的に接続する導電性部分とから成り、前記共振周波数調整部分の長さを変更することにより共振周波数を調整することを特徴とするＭＲ装置用ボリュームコイルが提供される。
【００１０】
本発明によれば、前記輻射部分、前記共振周波数調整部分又は前記導電性部分のいずれかと前記電波シールドとを電気的に接続するブロッキング回路を前記電波シールドの外側に配置することが好ましい。
【００１１】
本発明によれば、前記エレメントに対する給電点をエレメントの端部以外に設けることが好ましい。
【００１２】
本発明によれば、前記電波シールドは、円筒面に沿って配置された短冊状の複数のシールド板から成る円筒構造を有し、前記エレメントは、各シールド板に対して電気的に絶縁されるように設けられ、前記輻射部分は、前記シールド板の内側に配置された輻射板から成り、前記共振周波数調整部分は、前記輻射板に対向するように前記シールド板を挟んで前記シールド板の外側に配置された共振周波数調整板から成り、前記導電性部分は、前記輻射板と前記共振周波数調整板とを電気的に接続する導電板から成ることが好ましい。
【００１３】
本発明によれば、前記シールド板に貫通口が設けられ、前記導電板は前記貫通口を貫通して前記シールド板の内側から外側へ延びていることが好ましい。
【００１４】
本発明によれば、前記導電板は、隣接するシールド板との隙間を通して前記シールド板の内側から外側へ延びていることが好ましい。
【００１５】
本発明によれば、前記輻射板、共振周波数調整板及び導電板は、一体であり、前記共振周波数調整板は、前記エレメントの両端部又は片端部を、前記貫通口又は前記隙間を通して延長して前記シールド板の外側へ折り返した折り返し部分から成ることが好ましい。
【００１６】
本発明によれば、シールド板は、内側が導電性材料、外側が絶縁性材料から成り、前記共振周波数調整板の先端より先の前記シールド板の外側の絶縁材料の表面に導電性パターンをプリントし、前記導電性パターンを、前記共振周波数調整板の先端よりそれぞれ所定距離だけ離れるように配置した複数の導電部材から構成し、前記導電部材の一つと前記共振周波数調整板の先端とを電気的に接続することにより前記共振周波数調整板の長さを実質的に変更可能とすることが好ましい。
【００１７】
本発明によれば、前記ブロッキング回路は、ダイオード単体又はリアクタンス回路とダイオードの組み合わせから成ることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、エレメントの共振周波数調整部分が電波シールドの外側に配置されており、共振周波数の調整は、この共振周波数調整部分の長さを調整することで実現されるので、エレメント機構が簡略化され且つチューニング作業が容易である。また、シールド板が分割されていないため、アース電位は一定であり、安定した動作が得られる。
【００１９】
本発明によれば、前記輻射部分、前記共振周波数調整部分又は前記導電性部分のいずれかと前記電波シールドとを電気的に接続するブロッキング回路を設けることによって、ボリュームコイルのブロッキングが実現できる。従って、ボリュームコイルを送信専用コイルまたは受信専用コイルとして使用できる。さらに、ブロッキング回路を電波シールドの外側に配置することによって、エレメント本来の特性を変動させることなく、ボリュームコイルにブロッキング機能を付与することができる。
【００２０】
本発明によれば、前記エレメントに対する給電点をエレメントの端部以外に設けることによって、給電点の位置を適当に選択して給電点のインピーダンスを変えることができる。したがって、整合回路設計の自由度を増すことができる。また、インピーダンスを下げるために通常使用されるコンデンサを必要としないため、コンデンサの内部損失に伴うＱの低下を免れることができる。
【００２１】
本発明によれば、前記シールド板に貫通口を設け、前記導電板を、前記貫通口を貫通して前記シールド板の内側から外側へ延びるように構成することによって、輻射板と共振周波数調整板を整然と最短距離で電気的に接続することができる。
【００２２】
本発明によれば、前記導電板を、隣接するシールド板との隙間を通して前記シールド板の内側から外側へ延びるように構成することによって、輻射板と共振周波数調整板を整然と最短距離で電気的に接続することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１は、本発明によるボリュームコイルの主要部の断面構造を示している。但し、図１では、電気的な機能のみを表示するために筐体などの機構部材が省略されている。本発明のボリュームコイルは、従来のボリュームコイルと同様に円筒状の空洞構造を有しているが、図１には、その空洞内に配置されたエレメント１と円筒状シールド２のみが示されている。
【００２４】
本発明のボリュームコイルは、図１に示すように、円筒状のシールド２を有しているが、この円筒状シールド２は、渦電流の抑止のために短冊状に分割されている。すなわち、円筒状シールド２は、８個の短冊状のシールド板３を円筒の周面に配置することにより構成されている。各シールド板３には、それぞれ一つのエレメントが電気的に絶縁した状態で取り付けられている。図１に示すボリュームコイルは、８つのシールド板３と、そのシールド板の数と同数の８個のエレメントを有している。エレメントの数は、コイルの設計に応じて適当に選択でき、例えば、１６個又は３２個のエレメントを使用してもよい。
【００２５】
各エレメントは、図２に示すように、シールド板３の内側すなわち円筒状シールドの内面側に配置された輻射板４と、シールド板３の外側すなわち円筒状シールドの外面側に配置された共振周波数調整板５と、輻射板４と共振周波数調整板５とを電気的に接続する導電板６で構成されている。シールド板３は、内側が導電性材料、外側が絶縁材料の二重構造で構成されている。シールド板３には、貫通口７が設けられ、導電板６がこの貫通口７を通してシールド板３の内側から外側へと貫通している。各エレメントの輻射板４及び導電板６は、エレメントの両端に設けられた絶縁支持体８によってシールド板３に電気的に絶縁した状態で取り付けられている。
【００２６】
上記のように構成したので、エレメントの共振周波数調整板が電波シールドの外側に配置されており、共振周波数の調整は、シールド板内部を操作することなく、共振周波数調整板の長さを調整することで実現され、チューニング作業が容易である。また、アース電位は一定であり、安定した動作が得られる。
【００２７】
シールド板３、輻射板４、共振周波数調整板５、導電板６の材料としては、銅箔、銅板、銅張りプラスチック板等を使用できる。その表面は必要に応じフッ素樹脂、ガラスエポキシ樹脂などの絶縁物で被覆されている。エレメントの輻射板４、共振周波数調整板５及び導電板６は、一体に作ることができ、その場合には、エレメントの両端が、貫通口を通してシールド板３の外側へ折り返され、その折り返し部分が共振周波数調整板５を構成することになる。図２の実施例では、折り返し部分は、エレメントの両端に設けられているが、エレメントの片端だけに設けてもよい。このように、エレメントの両端に相当する共振周波数調整板５をシールド板３の外側に配置することにより、シールド板３の内側に配置した輻射板４の長さを調整することなく、共振周波数調整板５の長さＬ１及びＬ２を変化させることによりエレメントの共振周波数を変化させることができる。
【００２８】
共振周波数調整板５の長さＬ１及びＬ２を調節する方法の一例を図９及び図１０に示す。図９は、図２のＤと同様なエレメントの外面図であり、図１０は、図９のＥ−Ｅ線に沿って切り取った断面を示す斜視図である。この方法によれば、共振周波数調整板５をあらかじめ予測値より短く製作し、一方、共振周波数調整板５の先端よりも先のシールド板３の絶縁材料側の表面に、導電性パターン１２をプリントし、その導電性パターン１２を、互いに電気的に独立した導電部材１３から構成し、共振周波数調整板５と導電部材１３の所定数とを、図９において１４で示すように、半田付けで電気的に接続することで実質的な共振周波数調整板５の長さを調整することができる。図９及び図１０に示す導電性パターン１２は、共振周波数調整板５と同一幅でその延長軸線と直交する線状の導電部材１３を等間隔で延長軸線方向に規則正しく並べたものである。導電部材としては前記導電板と同じ部材でよく、プリントする方法としては、既存の銅張りガラスエポキシ積層板、銅張りガラスフッ素樹脂積層板などの銅箔の不要部をエッチングなどの手法で除去することで製作できる。
【００２９】
また、導電板６は、図１０において貫通口７を通る代わりに、図１１及び図１２のように、シールド板３の長手方向に対して横方向に延びて隣接するシールド板３０との隙間３１を通って、輻射板４と共振周波数調整板５を接続するように形成することもできる。なお、図１１に示すように、シールド板３の側面に切り欠き部３２を設け、導電板６が隙間３１を通りやすくしてもよい。
【００３０】
図３は、図２に示す実施例にブロッキング回路を設けたものを示している。図３に示されるように、ブロッキング回路９は、シールド板３の外側に配置されており、シールド板３と共振周波数調整板５とを電気的に接続している。ブロッキング回路９は、プリント基板上にダイオード１０やリアクタンス回路素子１１等で構成される回路を設置したものである。ブロッキング回路の構成としては、図４及び図５に示すように、ダイオード１０とリアクタンス回路素子１１を組み合わせたものやダイオード単体によるものがある。
【００３１】
ブロッキング回路を電波シールドの外側に配置したので、共振周波数、電磁界分布など、エレメント本来の特性を変動させることなく、ボリュームコイルにブロッキング機能を付与することができる。
【００３２】
図４に示すブロッキング回路構成では、エレメントの任意の点からリアクタンス回路を通じて、ダイオード駆動電流を流し、ダイオード１０のオン−オフを制御する。リアクタンス回路１１の電気長をλ／４とした場合、ダイオード１０がオンの時、エレメントはシールド板３から電気的に分離されているため、共振状態にある。また、ダイオード１０がオフの時、エレメントはシールド板３に接続され、共振状態ではなくなり、ブロッキングされる。また、リアクタンス回路１１の電気長をλ／２とした場合、ダイオード１０がオンになったときにエレメントはブロッキングされ、ダイオードがオフのときに、エレメントは共振状態にある。
【００３３】
図５に示すブロッキング回路構成では、エレメントにダイオード駆動電流（直流）を供給し、ダイオード１０がオンになったときにエレメントはブロッキングされ、ダイオードがオフのときに、エレメントは共振状態にある。
【００３４】
図６及び図７は、本発明のボリュームコイルに適用できる高周波の給電点の例を示したものである。図６の実施例は、エレメント端部Ａに高周波を給電する実施例であり、従来のコイルに多用されている。給電点から見たインピーダンスは一般に高いので、効率よく励振するためには、整合回路の特性インピーダンスを高く採る必要がある。従って、使用するリアクタンス素子のインピーダンスを高くすることとなり、回路動作の不安定性を招きやすい。図７は、これを改善するために、エレメントの中心付近Ｂで給電する実施例を示したものである。給電点のインピーダンスが図６の実施例よりも低く、特性インピーダンスの低い整合回路の適用が可能で、安定した動作が得られやすい。
【００３５】
なお給電構造の一例としては、給電コネクタ４０を、その給電端が外向きになるようにコネクタのアース側をシールド板３に取り付け、給電点においてコネクタの心線側を輻射板４に半田付けする構造とすることができる。図７はシールド板３に穴４１を開けて給電コネクタ４０を取り付けた例であり、その穴は給電位置を調節可能なように輻射板４の長手方向に沿って延びる長穴に形成されている。なお、長穴の開口部はシールド全体から見れば十分小さいのでシールド効果に影響を及ぼすことはなく、調整後あて板で不要な開口部をふさぐこともできる。
【００３６】
なお、本発明の発明者の試作結果によれば、エレメント高さｈ（図２のＣ参照）は高い方がゲイン（Gain）が高くなる（周囲の電磁界強度が強くなる）が１０ｍｍでほぼ飽和し、それ以上高くしても効果がないことが分かっている。また、給電点インピーダンスをエレメント高さｈ＝１２ｍｍのサンプルを使用して測定したところ、給電点をエレメント端部からエレメント中心部にかけて移動するにつれて次第に低くなり、最適なインピーダンスとなる給電点を選定できることがわかっている。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明のボリュームコイルの主要部を示す概略断面図である。
【図２】本発明のボリュームコイルを構成するエレメントの概略図であり、ＡはＢにおけるＡ−Ａ矢視内面図、ＢはＡにおけるＢ−Ｂ矢視端面図、ＣはＡにおけるＣ−Ｃ断面図、ＤはＢにおけるＤ−Ｄ矢視外面図をそれぞれ示す。
【図３】ブロッキング回路を有する本発明によるボリュームコイルのエレメントの一部を示す概略拡大図である。
【図４】本発明によるブロッキング回路の回路構成の一実施例を示す図である。
【図５】本発明によるブロッキング回路の回路構成の別の実施例を示す図である。
【図６】従来の給電点を示す図２のＣと同様なエレメントの断面図である。
【図７】本発明の給電点を示す図２のＣと同様なエレメントの断面図である。
【図８】従来のＴＥＭコイルの代表的な構造を示す概略斜視図である。
【図９】本発明のボリュームコイルを構成するエレメントにおける、図２のＤと同様な外面図である。
【図１０】図９のＥ−Ｅ線に沿って切り取った断面を示すエレメントの斜視図である。
【図１１】図２のエレメントとは別の実施例を示す、図２のＡと同様な内面図である。
【図１２】図１１の変形例を示す内面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  エレメント
２  ＲＦシールド
３、３０  シールド板
４  輻射板
５  共振周波数調整板
６  導電板
７  貫通口
８  絶縁支持体
９  ブロッキング回路
１０  ダイオード
１１  リアクタンス回路
１２  導電性パターン
１３  導電部材
３１  隙間
３２  切り欠き部
４０  給電コネクタ
４１  穴
２１  キャビティ
２２  プラスチックシリンダー
２４、２５  エンドリング
２９  エレメント
【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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