(57)【要約】  本発明は、無線周波数伝送線路を使用する、核磁気共鳴用の高周波空洞共振器に関する。本空洞共振器は１セットの伝送線路を備えており、各伝送線路は、導電性を有するか又は導電性を有するように作製される複数の縦長の円筒状セグメント（１）に分割される直線状のバーを備える。前記バーには、セグメント間に挿入される薄い誘電体素子（２）が設けられ、伝送線路は周囲のシールドに接続される。
2007520714.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
核磁気共鳴用の高周波空洞共振器であって、１セットの伝送線路（ｃ）及びこれらの伝送線路を取り囲むシールド（ｅ）を備え、これらの伝送線路の各々が、複数の細長い円筒状セグメント（１）に分割される直線バーを含み、これらのセグメントが導電セグメントであるか又は導電性に作製されており、バーにはこれらセグメントの間に挿入される薄い誘電体素子（２）が設けられることを特徴とする、空洞共振器。
【請求項２】
円筒状セグメント（１）が、外部表面が導電性に作製される誘電体材料からなる、請求項１記載の空洞共振器。
【請求項３】
空洞に周波数調整手段（４、６、７）が設けられ、これらの周波数調整手段が、薄い誘電体素子（２）の厚さを変更する機能を備える、請求項１又は２に記載の空洞共振器。
【請求項４】
薄い誘電体素子（２）が弾性変形可能である、請求項３記載の空洞共振器。
【請求項５】
薄い誘電体素子（２）がほぼ円形の断面を有する、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の空洞共振器。
【請求項６】
誘電体素子（２）がバー軸にほぼ直交する主表面を有する、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の空洞共振器。
【請求項７】
セグメント（１）及び誘電体素子（２）がドリル穴（１２、１４）を含み、また各伝送線路が直線状の誘電体接続部品（４）を含み、これらの部品がドリル穴を貫通し、且つこれらの部品の上をセグメント及び誘電体素子がスライドできる、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の空洞共振器。
【請求項８】
同じバーの円筒状セグメント（１）と誘電体素子（２）がほぼ同じ外径を有する、請求項１ないし７のいずれか一項に記載の空洞共振器。
【請求項９】
伝送線路がほぼ平行であり、且つ円筒状表面の上に均一に分布する、請求項１ないし８のいずれか一項に記載の高周波空洞共振器。
【請求項１０】
２つの端部を有し、これらの端部の一方が開いており、他方が閉じている、請求項１ないし９のいずれか一項に記載の高周波空洞共振器。
【請求項１１】
シールドが円筒状構造を有する、請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の高周波空洞共振器。
【請求項１２】
シールドが空洞共振器の開放端に凹型部品（３）を有する、請求項１０又は１１に記載の高周波空洞共振器。
【請求項１３】
導電接続が各バーとシールドとの間に確立される、請求項１ないし１２のいずれか一項に記載の高周波空洞共振器。
【請求項１４】
磁気共鳴撮像において送信システム又は受信システムとして使用される、請求項１ないし１３のいずれか一項に記載の高周波空洞共振器。
【請求項１５】
磁気共鳴分光の分野において送信システム又は受信システムとして使用される、請求項１ないし１４のいずれか一項に記載の高周波空洞共振器。
【請求項１６】
請求項１ないし１５のいずれか一項に記載の高周波空洞共振器を備える核磁気共鳴装置。
【請求項１７】
複数の導体を有する導波路であって、１セットの伝送線路又は単位導体に接続される伝送線路により構成され、これらの単位導体が円筒上に配置されること、これらの単位導体の軸が円筒の軸にほぼ平行であること、及びこれらの伝送線路又は単位導体の各々が、複数の細長い円筒状セグメント（１）に分割される直線バーを含み、これらのセグメントは導電性であるか又は導電性に作製されており、バーにはこれらのセグメントの間に挿入される薄い誘電体素子（２）が設けられ、単位導体のセットが、このセットを取り囲むシールドに導通接続されることを特徴とする、導波路。
【発明の詳細な説明】
【発明の開示】
【０００１】
技術分野
本発明は高周波空洞共振器に関し、特に好ましくは調整可能な無線周波数伝送線路を用いた高周波空洞共振器タイプのアンテナに関する。
本発明は、特にＮＭＲ（核磁気共鳴）装置、並びに、特に生物学的試験及び医学的試験に用いる装置に適用することができる。
【０００２】
この高周波空洞共振器を使用して、高周波電磁界、又は磁界成分を含む無線周波（ＲＦ）磁界である磁界Ｂ１を生成することにより、調査対象の原子、即ちＮＭＲによって検出可能な、分析対象のオブジェクトの中に位置し、空洞に配置される全ての原子の内核電子を励起して、ＮＭＲ現象から生じる非常に微弱な無線周波磁界を検出することができる。
この空洞共振器は、特に水素原子のプロトンから出る信号を励起し、検出するように設計されている。
この高周波空洞共振器は、特にＭＲＩ（磁気共鳴断層撮影）による被験者の頭部の検査を行うＮＭＲ（核磁気共鳴）の分野だけでなく、ＭＲＳ（磁気共鳴分光分析）の分野において使用することができる。
【０００３】
背景技術
バードケージコイルタイプのシールドされた高周波空洞共振器は、
−  １セットの伝送線路、
−  前記伝送線路のセットを取り囲むシールド、及び
−  前記伝送線路のセットとシールドとの間に挿入されて、空洞共振器の無線周波数の励起及びＮＭＲ信号の検出に使用される１又は複数のループ
を備える。
この主題に関して、以下の文献を参照する。
【特許文献１】米国特許第４７４６８６６号（Ｒｏｓｃｈｍａｎｎ）
【特許文献２】米国特許第４７５１４６４号（Ｂｒｉｄｇｅｓ）
【特許文献３】米国特許第５５５７２４７号（Ｖａｕｇｈｎ、  Ｊｒ．）
【非特許文献１】Ｐｒｏｃ．  Ｉｎｔ．  Ｓｏｃ．  Ｍａｇ．  Ｒｅｓ．  Ｍｅｄ．  １１、  ２００３、  Ｎｏ．  ２３５４（Ｖａｕｇｈｎ）
【０００４】
これらの文献は基本的に、空洞共振器の伝送線路に関して行われる改良について、単独で、又は互いに関連する形で記載している。
上述の文献に記載される装置では、各伝送線路を必要な動作周波数に調整する手段は普通、伝送線路とシールドとの間の電磁結合を調整する機械手段により形成される。
【０００５】
従って、特許文献１は、ＭＲＩ装置に使用され、且つ同軸ケーブルと同様の伝送線路により形成されるコイルを開示している。これらの伝送線路の各々は、誘電体材料により作製された、内部に２つの中心導体が配置される内部中空円筒を含む導電性の外部中空円筒を備え、前記導体の内の少なくとも一つは軸方向に移動することができる。
外部シールドは、外部円筒の両端を通して、スライドコンタクト式に中心導体に接続される。
可動の中心導体を機械的に移動させることによって、伝送線路のキャパシタンスを変化させることができるので、共振周波数の調整が可能になる。しかしながら、特許文献１においては、同軸線路により形成されるバーの外部導体は、誘電体不連続部を持たない。
【０００６】
特許文献２は、伝送線路が導電片からなる複数のセグメントにより形成され、これらのセグメントの間に誘電体材料により作製されるセクションが挿入される空洞共振器について記載している。外部シールドは、各伝送線路の両端に位置するキャパシタンスを介してこれらの伝送線路に接続される。空洞共振器は、外部シールドに形成される調整可能なスロットによって調整される。特許文献２においては、「バー」は矩形の断面を有する細片の形状である。また、特許文献２においては、誘電体素子の主表面はバーの軸に平行である。これらのバー（又は細片）は固定され、調整を可能にしない。最後に、空洞共振器の外囲器とバーとの接続は、電気的に絶縁される。
特許文献３は、特許文献１に開示されるタイプの伝送線路を使用してバードケージタイプの空洞共振器を形成する。この文献は、複数の伝送線路を同時に調整する機械システムについても記載している。
【０００７】
上述の文献に既知の空洞共振器は、約９Ｔ以上の高い磁界値で、及び／又は約４００ＭＨｚ以上の高い周波数で十分に動作せず、信号／雑音比を大きくできないという不具合を有する。
例えば、有限要素法を使用する非特許文献１に記載される共振器の実験及び多数のシミュレーションによれば、このタイプの共振器は、約４００ＭＨｚ未満のプロトンの共鳴周波数（ラーマ周波数）に制限されるか、又は被験者の頭部を収容するのに適した直径２７ｃｍ、長さ２５ｃｍの円筒状容積について４テスラ未満の磁界に制限されることが判明している。
周波数を上げるためには、伝送線路の中心導体を完全に引っ込める必要があり、これは放射による損失を生み、生成磁界Ｂ１の均一性を低下させる。
【０００８】
発明の概要
本発明は、上述のような公知の空洞共振器の不具合を持たない高周波空洞共振器に関する。
本発明による空洞共振器は、画期的な構造を有する伝送線路を使用し、且つこれらの伝送線路を空洞のシールドと組み合わせることにより、公知の空洞共振器を改良したものである。
【０００９】
数値シミュレーション技術がこのタイプの発明に特に適しており、数値シミュレーション技術を使用してこの空洞共振器のパラメータを最適化する。
本発明は、伝送線路に設けることができる調整システムも提案する。
【００１０】
本発明の一の基本的態様は伝送線路の構造にあり、本構造は特許文献１〜３で使用される構造とは異なる。本発明では、伝送線路は、誘電体材料と交互に設けられる導電材料から成る同軸構造はなく、また矩形断面を有する細片から成る構造でもない。本発明では、伝送線路は直線状のセグメント化されたバーであり、このバーは導電性であるか（又は導電性に作製され）、且つバーの複数の円筒状導電セグメントの間には、薄い誘電体素子が挿入される。
明らかに、同様の原理が進行波粒子加速器の分野において使用されるが、本発明が主題とする構造は、上述の分野からはかけ離れたＮＭＲの分野において極めて画期的である。
【００１１】
誘電体素子の厚さ、及び誘電体素子を構成する材料、伝送線路当たりのこれらの素子の数、及び空洞共振器におけるこのような伝送線路の数を、数値シミュレーションを使用して調整することにより、空洞共振器のパラメータ（特に、品質因子、動作周波数、及び磁場均一性）を最適化し、空洞共振器の容積に合った寸法を有する１セットの伝送線路を得る。
また、空洞の動作周波数は、誘電体素子の厚さを変えることにより、例えばこれらを変形させることにより微調整することができる。
【００１２】
更に、一端が閉じており、他端がオブジェクト（特に、被験者の頭部）を空洞共振器に挿入することができるように開口している簡単な円筒とするのではなく、シールドは開口に凹状の円筒状の断面を有することができる。
このタイプの断面は、開口における放射による電磁エネルギー損失を減らし、且つオブジェクト、特に頭部によって空洞共振器に生じる外乱を制限することができるので有利である。
【００１３】
本発明により、１１．７Ｔの磁界において５００ＭＨｚで動作し、頭部と同等の１９０ｍｍの直径を有する円筒状容積よりも、単位容積当たりの均一性を５％だけ向上させる空洞共振器を設計することができる。
更に、上述のような画期的な構造を有する伝送線路は、ＭＲＩ以外の分野、例えばＭＲＳに使用することができる。
【００１４】
特に、本発明の目的は核磁気共鳴用の高周波空洞共振器を提供することであり、この空洞共振器は、１セットの伝送線路、及びこれらの伝送線路を取り囲むシールドを備え、これらの伝送線路の各々が複数の細長い円筒状セグメントに分割される直線バーを含み、これらのセグメントは導電性であるか又は導電性を有するように作製され、バーにはこれらのセグメントの間に挿入される薄い誘電体素子が設けられることを特徴とする。
従って、円筒状セグメントの長さは、薄い誘電体素子が挿入される電気絶縁区間の長さよりずっと長い。好適には、導電セグメントの直径は動作波長よりずっと短い。
【００１５】
好適には、円筒状セグメントは、外部表面が導電性である誘電体材料により作製される。
好適には、同じバーの円筒状セグメントと誘電体素子はほぼ同じ直径を有する。
【００１６】
好適には、同じバーの種々の導電性円筒状セグメントの長さは異なり、これらのセグメントの長さを計算することにより空洞共振器の中心において最良の磁場均一性を得る。例えば、一つのバーは、５０ｍｍ、１４ｍｍ、４４ｍｍ、６０ｍｍ、１４ｍｍ、及び５０ｍｍの長さを有する複数のセグメントを連続して含む。
本発明による伝送線路の一の好適な実施形態によれば、この伝送線路には周波数調整手段が設けられ、これらの調整手段は誘電体素子の厚さを変更することができる。
【００１７】
好適には、誘電体素子は弾性により変形可能である。
好適には、薄い誘電体素子はほぼ円形の断面を有する。
好適には、誘電体素子はバー軸にほぼ直交する主表面を有する。
【００１８】
本発明の一の好適な実施形態によれば、セグメント及び誘電体素子はドリル穴を含み、また各伝送線路はこれらのドリル穴を貫通する直線状の誘電体接続部品を含み、これらの部品の上を、セグメント及び誘電体素子がスライドすることができる。
好適には、これらの伝送線路（又はバー）はほぼ平行であり、円筒状表面の上に均一に分配される。
【００１９】
高周波空洞共振器は２つの端部を有し、これらの端部の一方は開いており、他方は閉じている。空洞共振器のシールドは円筒状の構造を有することができる。
いずれの場合も、シールドは、空洞共振器の開放端に凹型部品を有することができる。
【００２０】
本発明の特定の実施形態によれば、各バーとシールドとの間に導電接続が確立される。
本発明の目的である空洞共振器は、磁気共鳴撮像の送信システム又は受信システムとして使用することができる。空洞共振器は、磁気共鳴分光の分野においても、送信システム又は受信システムとして使用することができる。
【００２１】
本発明はまた、本発明による高周波空洞共振器を備える核磁気共鳴装置に関する。
本発明はまた、１セットの伝送線路又は単位導体に接続された伝送線路から構成される多導体導波路に関し、本多導体導波路は、これらの単位導体が円筒上に配置されること、これらの単位導体の軸が円筒軸にほぼ平行であること、及びこれらの伝送線路又は単位導体の各々が、複数の細長い円筒状セグメントに分割される直線バーを含み、これらのセグメントは導電性であるか又は導電性に作製され、バーにはこれらのセグメントの間に挿入される薄い誘電体素子が設けられ、１セットの単位導体は、このセットを取り囲むシールドに導通接続されることを特徴とする。
【実施例】
【００２２】
本発明について、添付図面を参照し、説明のみを目的として提示された以下の非限定的実施形態に関する記述により更に詳細に説明する。
特定の実施形態の詳細な説明
大型ＲＦコイルとも呼ばれ、被験者の頭部をＮＭＲによって検査するように設計された高周波空洞共振器の製造は、ＲＦ磁界の実効波長が試料（頭部）のサイズに近くなると難しくなる。空洞共振器の動作周波数は、ＭＲＩ装置の縦方向静磁場（普通、Ｂ０で示す）の強度に比例するラーマ周波数に調整する必要がある。
【００２３】
特定の一実施形態では、本発明は、１１．７Ｔで稼動するＭＲＩシステムにより使用される。従って、ラーマ周波数は、水素原子のプロトンの場合、ＭＲＩによって検査する核について５００ＭＨｚである。
この周波数の範囲内では、放射による試料中の電磁損失が大きくなるので、空洞共振器の品質因子が低下し、且つ直交磁場Ｂ１の均一性が劣化する。
【００２４】
本発明によるＲＦコイルの設計は、２つの要件、すなわち許容可能な品質因子及び直交磁場Ｂ１の均一性の維持を実現するものでなくてはならない。
本発明は、５００ＭＨｚ以上（これらの値は例示であり、他の値も可能である）で動作できる空洞共振器の新規な設計を提案する。
【００２５】
この設計は、ＭＲＩシステムにおいて磁場Ｂ０を生成するコイルの作製、及びＭＲＩの他の基本的構成要素である傾斜磁場コイルの作製に必要な大きな寸法制限を満たす必要がある。
一例として、大型ＲＦコイルの直径は約３５０ｍｍに制限され、長さは約３００ｍｍに制限される。
【００２６】
本発明による空洞共振器の設計の基本原理によれば、１つの伝送線路からλ／２又はλ／４タイプの空洞共振器を作製する。横寸法及び動作周波数に関する制約によって、１つの導体を有する伝送線路を使用することは、遮断周波により、その断面の形状に関係なく全く不可能である。従って、複数の導体を備える伝送線路を選択せざるを得ない。
システムの他の構成要素（傾斜磁場コイル及び磁場Ｂ０を生成するコイル）の形状、及び試料（頭部）の形状を考慮すると、円筒状導電外囲器Ｅ（図１参照）を備える１つの伝送線路が特に選択される。この伝送線路の軸は、図１の参照記号ｚで示し、この外囲器（シールド）は他の複数の導体Ｃ（又は直線導体バー）を取り囲み、これらの導体はｚ軸に平行であり、且つやはりｚ軸を軸とする円筒（形状）上に均一に分布する。図１では、ｘ及びｙの参照記号は、互いに且つｚ軸に直交する軸を表わす。
【００２７】
導体Ｃの数及び外囲器Ｅに対するこれらの導体の寸法及び位置の関数としてＴＥＭタイプの伝搬モードを解析することが本発明に固有の研究課題であり、これに基づき、複数のモードを重ねることにより、直交方向に可能な最も均一なＢ１磁場分布を形成する（全てのＴＥＭモードが同じ伝搬定数を有するため）。
これらのパラメータ（導体の数及び外囲器に対するこれらの導体のサイズ及び位置）を定義するための解析アプローチは知られていない。
【００２８】
本発明に適合する空洞共振器のパラメータ、及び特に１つの伝送線路の断面に関する全ての適切なパラメータを取得する唯一の方法は、本発明に固有の数値シミュレーション分析を実行することである。これらのパラメータは、
−  外側外囲器Ｅの直径：３４４ｍｍ、
−  内部導体Ｃの直径：１４ｍｍ、及び
−  空洞のｚ軸に対するこれら導体Ｃの位置：１４７ｍｍ
である。
これらのパラメータの各々は、伝搬モードの磁場の分布を大きく変化させずに、上に与えられた値を中心として約０．５ｍｍの大きさの範囲内で変化させることができる。
【００２９】
適切なパラメータを取得するためのシミュレーションの原理は、磁場がｙ軸に平行である全モード（図１）について磁場分布を体系的に分析することにある。これは、ｙ軸に沿った電気的境界条件、及びｘ軸に沿った磁場境界条件を使用して、正しいモードに関する探索アルゴリズムを導波路の断面に２次元的に適用することにより行なわれる。このモデルは、例えば外囲器Ｅと導体Ｃの一つとの間の横座標＋ｘに位置する磁気結合ループによる導波路（空洞）の励起と等価であり、モデルの表面はｙ軸に直交する。従って、８つの伝搬モードがＭ１、Ｍ２、．．．、Ｍ８で示すように得られ、これらのモードを図１に模式的に示す。
導波路素子の寸法を正しく決定することができない場合、モードを構成的且つ破壊的に重畳することによって、非常に不均一な磁場分布が形成される。
【００３０】
図１では、モードＭ１、Ｍ７、及びＭ８はループによって励起されることが好ましい。有効モードはモードＭ８であるので、断面の形状は、モードＭ１とＭ７の重畳によって磁場分布の均一性が悪化することがなく、逆に向上するように決定されたものである。
５００ＭＨｚで６０ｃｍであるＴＥＭモードの波長では、空洞長に関する制約を満たすλ／２共振器の原理を使用することは不可能ではない。しかしながら、境界条件は空洞の両端部において同じでなければならず、且つこれらの端部の一方は、頭部を検査するように設計されるコイルの場合には開放されなければならない。しかし、２つの開口によって５００ＭＨｚで非常に大きな放射損失が生じ、空洞共振器の品質因子が大きく低下する。
【００３１】
従って、設計に当たっては、λ／４共振器を使用することが好ましい。波長を考えると、この共振器の長さは１５０ｍｍにしかならず、試料（本実施例においては頭部）の位置における磁場の長さ方向の均一性が許容不能なものになる。
本発明によれば、λ／４共振器に類似し、且つ５００ＭＨｚ以上の周波数に共振することができるとともに、長さ方向（ｚ）及び直交方向に許容可能な均一性を実現する空洞共振器が提案される。
【００３２】
上述の種々の文献に記載される装置の著者は、調整可能な同軸構造を導体として使用している。これらの構造の各々は、この構造が形成する同軸線路の内部導体が持つ可動性により、可変分布キャパシタンスを形成する。このキャパシタンスを増やすことによって、１７０ＭＨｚ以下の非常に低い共振周波数を有する空洞共振器を得ることが可能であった。
内部導体を取り外すことにより、特許文献３に記載されるタイプの空洞共振器の周波数を高くすることができ、制約事例は導体全部を取り外す場合である。従って、結果として図１に示すものと同様の断面が得られる。
【００３３】
λ／２共振器及びλ／４共振器に関するコメントを考慮すると、特許文献３に記載されるタイプの空洞共振器が４００ＭＨｚ以上の周波数で稼動するヒト用のＭＲＩの用途には作製されない理由が容易に理解できる。
本発明による空洞共振器の画期的な一形態では、個別キャパシタンスとして機能する誘電体不連続部分を内部円筒状導体の上に設けることにより、好適には３００ｍｍの長さに亘るλ／４タイプの共振器を得る。
【００３４】
従って、本発明は、アンテナ構造、及びＮＭＲの用途とは関係の薄い粒子加速器の分野において使用される技術を使用する。
進行波加速構造においては、円形導波路に沿って規則的に分布する穴あきディスクのような障害物を使用して位相速度を下げ、通過帯域及び遮断帯域を生成する。通過帯域における伝搬波長は遮断帯域に近付くと長くなる。
【００３５】
しかしながら、大型ＲＦコイルに関するこのようなアプローチの効果は明らかではない。障害物にも拘らず、加速構造における伝搬モードはＴＭタイプモードのままである。
障害物を設けることにより、縮退モードが伝搬される複数の導体を備える導波路を用いる場合に、これらのモードを著しく乱すことができる。
このアプローチが有効であることを証明する唯一の方法は、適切な数値プログラムを使用することである。このプログラムは、非常に多くの個別要素を含む複雑な３次元構造を調和させる機能を備える必要がある。このプログラムを使用してアンテナの共振周波数及び電磁場の３次元分布を計算することができる。有限積分法に基づくプログラムがこのような分析に適している。
【００３６】
図２Ａ及び２Ｂは、このアンテナを最適化するための数値シミュレーションのための、本発明によるアンテナモデルを図式的に示している。３つの直交する軸ｘ、ｙ及びｚがこの場合も示され、ｚはアンテナの長さ方向の軸である。これらの３つの軸はアンテナの中心のポイントＯで交差する。これらの表示は本明細書を通じて同じである。
図２Ａでは、参照記号ＴはＮＭＲ検査の注目領域を指し、この領域の形態は球である（断面図）。
【００３７】
本発明によるアンテナ、又は空洞共振器は導電性の外囲器ｅ（シールド）を備え、外囲器の一端は開放され、他端は閉じている。アンテナは外囲器の内部に内部導体ｃ（又は直線状導電バー）も備え、これらの導体は外囲器のｚ軸に平行である。
図２Ａ及び２Ｂに示すように、各内部導体は、円筒状の細長い導電セグメント１を軸方向に積み重ねることにより作製されるが、これらのセグメントは薄い誘電体ディスク２によって互いに電気的に絶縁されており、ディスクの各々は導体間のギャップを形成している。
【００３８】
本発明の別の大きな利点は、１本の導体における複数の区間の位置をこの導体に沿って変更することで、磁場Ｂ１の長さ方向（ｚ）における均一性を拡大することができることに関する。これらの区間の長さ及び位置は、３次元モデル化及び多数の数値シミュレーションを行なうことにより最適化される。
例示的な一実施形態は、図２Ａに示すように、１本の導体当たり８個の区間を含む。ギャップの幅は、ポリエチレン製の誘電体に関して０．５ｍｍ〜２ｍｍで変化させることができる。誘電体ディスクは、弾性変形することができるような形状に機械加工され、空洞共振器の周波数は、導電セグメントのセットに対して同時に機械的作用を与えてこれらのディスクを圧縮することにより調整することができる。
【００３９】
例えば、上述の形状は、凸状ディスク、球状キャップ、又はほぼ円形の断面を有する他のいずれかの形状とすることができる。
最後に、高さ５０ｍｍの金属冠３をアンテナの一端の開口の側に形成することにより、放射を制限し、且つアンテナの品質因子を向上させることができる。
【００４０】
図３Ａ及び３Ｂは、図１のモードＭ８の構造が、誘電体ディスク２を挿入することによって変化しなかったことを示している。
磁場Ｂ１の均一性は、１つの直交方向においてのみ実現することができ（図４Ａ、４Ｂ、及び５を参照）、その結果、本発明による空洞共振器は、円偏光（図６Ａ、６Ｂ、及び６Ｃを参照）を用いて、４つの励起素子（図示せず）により使用され、これらの励起素子は互いから９０度だけ異なる＋ｘ、−ｘ、＋ｙ、−ｙに配置され、２つの電力分配器及び２つのハイブリッド回路（図示せず）を使用して直角位相を有するように駆動される２つのペアを構成する。
【００４１】
後述では、例示的アンテナの構造及び動作について、又は本発明の空洞共振器について、図７Ａ、７Ｂ、８Ａ、８Ｂ、９Ａ、９Ｂ、１０Ａ、１０Ｂ、１１Ａ及び１１Ｂを参照しながら詳細に説明する。このアンテナは、細長い円筒形を形成する導電素子、及び誘電体材料により作製される薄板素子を備える。
アンテナが設置されるＭＲＩ装置の磁場勾配コイルによって生じる電流の影響は、剛性誘電体材料、例えば高密度ポリエチレンにより作製され、且つ導電率を考慮してＲＦ波の皮膚深度よりもわずかに厚くした金属層によって覆われる導電素子をＣＶＤ（化学気相成長）により作製することにより最小化される。
【００４２】
図７Ａ及び７Ｂは、本発明による例示的アンテナの外観図及び断面図をそれぞれ示し、このアンテナの実施例に含まれる３２本のバーの内の４本のみが図示されている。図８Ａ及び８Ｂは、本実施例のアンテナの導電素子（金属コーティングが施された素子）を示し、図９Ａ及び９Ｂは、このアンテナの誘電体素子を示し、図１０Ａ及び１０Ｂは、薄い変形可能なディスク、及び内部部品を接続するセグメントをそれぞれ示し、図１１Ａ及び１１Ｂは、金属コーティングが施された、このアンテナのバーを形成する円筒状セグメントを示している。
アンテナの導電素子は、このアンテナの本体５と、アンテナのバーを形成する円筒状セグメント１と、凹リング又は冠３と、アンテナの一端を閉じるスライド式ディスク６と、同軸の結合線路の内部導体１０と、参照番号８、９及び１０で示される素子によって形成される磁気結合ループを閉じる円筒状プランジャ８である。これらの素子については図７Ａ、７Ｂ、８Ａ、及び８Ｂを参照されたい。
【００４３】
誘電体材料（金属処理されない）により作製される素子は２つのタイプ、即ち、第１の、アンテナの周波数調整を可能にする回転ディスク７及び内部接続部品４に用いられる高剛性タイプ、及び凸状ディスク又はチップ２に用いられる第２の高弾性タイプとすることができる。
いかなる機械力にも耐えることができない凹リング３は、アンテナ本体５に接着することができる。
【００４４】
各バーの両端に位置するセグメント１の一端は、本体５の、この目的のために設けられるネジ穴５ｂにネジ締めされ、同セグメントの他端はスライド式ディスク６のネジ穴６ａにネジ締めされる。
他のセグメント１は接続部品４によって互いに接続され、凸状ディスク２を挟み込んで可変キャパシタンスを形成する。これらのセグメントへの接続部品の挿入部分は、セグメントを貫通するか、又はこのセグメントよりも長くなければならない。結果として生じる隙間によって、ディスクを圧縮することが可能になる。これについては図１０Ａ、１０Ｂ、１１Ａ、及び１１Ｂを参照されたい。
【００４５】
各ディスク２はドリル穴１２を有し、各セグメント１はドリル穴１４を有し、これらのドリル穴を接続部品が貫通することができる。
断面を見れば分かるように、この部品の形状及びドリル穴の形状は同じであり（この実施例では、互いに１２０度の角度をなす３つの分岐）、部品のサイズはドリル穴のサイズよりもわずかに小さく、部品がこれらのドリル穴にスライドすることができる。
【００４６】
アンテナが所定の長さのときに５００ＭＨｚに共振するように、誘電体ディスク２が挿入されていると考えると、全てのギャップのキャパシタンスを同時に変更してアンテナを調整する方法を容易に想起できる。
このような変更は、ギャップのサイズ又はディスクの誘電率、或いは両方を変えることにより行なわれる。第１の場合において、シミュレーションにより得られる感度は、厚さがほぼ１ｍｍに等しいテフロン（登録商標）製ディスク（比誘電率は２．１に等しい）の場合１４４ＭＨｚ／ｍｍである。
【００４７】
第２の場合では、１ｍｍのサイズのギャップについて、単位比誘電率当たり８２ＭＨｚの感度が得られた。
これらの２つの原理の組み合わせを採用した（図７Ａ及び７Ｂを参照）。
【００４８】
均一な厚さの誘電体材料により作製される薄い各ディスク２は、凸状で圧縮可能である。ディスクの中心部に、やはり誘電体材料により作製されるが剛性の高い３つのアームを有する接続部品４の断面に対応するパターン（図１０Ａ及び１０Ｂを参照）の穴をドリルで開ける。
ディスク２の各側の２つのバーセグメント１は、セグメントを貫通するか、又はセグメントよりも長い接続部品に対応して窪むように反応する必要がある（クリアランス）。従って、これらの部品は、容量性ギャップを形成し、このギャップは、圧縮するセグメントによって捻れることなく変化可能である。
【００４９】
モード、特に双極子モードの共振周波数は、ギャップのキャパシタンスの増大と共に低下するので、ディスク２の圧縮によって２つの付加的効果、すなわち、ギャップの減少、及びギャップの実効誘電率の増大を組み合わせることができ、両方の効果が相乗されてキャパシタンスが増大するので、共振周波数を下げることができる。
圧縮は、回転ディスク７を支持するスライド式ディスク６を移動させることにより行なわれ、回転ディスクのエッジはネジ山７ｂを含み、このネジ山はアンテナ本体のネジ山５ｄに係合する。
【００５０】
２つのハンドル７ａが回転ディスクに装着されており、これにより取扱いが容易である。スライド式ディスク６の移動は、スライド式ディスクのエッジ上に形成されて、アンテナの本体５に設けられる溝５ｃ（図８Ａ及び８Ｂを参照）に嵌合する突起６ｂにより、補強材５ａのアラインメント構造に沿って案内される。
この補強材は、本体５の側壁の厚さが磁場勾配コイルの構造によって５ｍｍに制限されることにより必要となる。それでも、このような構成では、これらのコイルが、補強材５ａを収容することができる隙間を残しながら円形状に配置される円筒状型素子により構成されるため、特定の位置における補強材の形成が可能になる。
【００５１】
直角位相を有するアンテナ電源は、４つの同軸入力を使用して作製され、これらの同軸入力の外部導体５ｅはアンテナの本体５に固定される。内部導体はバーのセグメント１に接続され、（図７参照）、電気絶縁スリーブ９によって外部導体から絶縁される。
伝送線路の特性インピーダンスは５０オームに等しくなるように選択される。
【００５２】
伝送線路の寸法を、平均ＲＦ電力及びピークＲＦ電力を伝送するために必要とされるよりも大きくすることにより、結合に適正なメッシュ比、及び十分な計算精度が維持される。
伝送線路の内径及び外径はそれぞれ４．２ｍｍ及び１４ｍｍである。
【００５３】
内部導体１０の軸から可変距離ＬＣに位置する軸を有する直径７ｍｍの円筒状プランジャ８（つまり、外囲器Ｅと導体Ｃとの間のギャップからアンテナ内に貫通する導電素子又は導電性に作製される素子）は、１．４ｍｍの容量性ギャップを通過する磁気結合ループを閉じる。
この結合方法は、ＬＣを２０ｍｍから５５ｍｍに変えることにより、５００〜５０の外部品質因子の範囲に適用することができる。この方法はまた、この範囲で共振周波数を変更することがないという利点を有する。プランジャとバーとの間の容量性ギャップによって、１ｍｍ〜２ｍｍの値のギャップに関して結合係数がわずかに変化するだけである。
【００５４】
最後に、対角線の反対側に位置する２つの入力は、ＲＦ電源（図示せず）によって同相に駆動されるペアを構成し、最初の２つの入力と９０度の角度をなす他の２つの入力は、最初のペアに対して直角位相（９０度の位相ずれ）に駆動される第２のペアを形成する。
本発明は、円筒状構造を有することによって磁力線が各バーを良好に迂回することを可能にする導電バーを有利な形で用いることにより、空洞共振器の中心領域における磁場分布が更に均一になる。このような迂回は、バーによって高周波電磁波に課される境界条件により生じる。マクスウェル方程式を利用すると、磁力線は、平坦な矩形断面を有するストライプ（特許文献２に記載されるバーのような）よりも、円形断面を有するバーの方を容易に迂回することが分かる。
【００５５】
実際は、バーの形状も、ＭＲＩ用の共振器の所定の容積におけるバーの数を制限する（特許文献２では１６個）が、記載の好適な実施形態の一つによれば、３２個のバーを設けることができる。しかしながら、バーの数を更に増やすと、磁場の均一性が更に改善される。
本発明の目的は、複数の導体を有する伝送線路（又は、無線周波数の導波路）、すなわち互いに接続され、且つそれらを取り囲むシールドに接続される１セットの単位導体であって、円筒状セグメント群１に分割される各直線バーに対応する１セットの単位導体により構成される伝送線路として表わすこともでき、これらのセグメントは導電性であるか又は導電性に作製され、且つ各バーには、これらのセグメントの間に挿入される薄い誘電体素子２が設けられる。
【００５６】
上に記載した本発明は、記載の実施形態に制限されず、又は前実施例の数値に制限されない。本発明はまた、異なる寸法及び適切な数値を有する全てのタイプの装置に関する。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明による複数の導体を備える導波路の構造を示す概略断面図であり、この導波路における電磁波の伝搬モードも示している。
【図２】Ａ及びＢは、数値シミュレーションのための本発明による例示的アンテナ又は空洞共振器を示す、概略縦断面図（図２Ａ）及び概略横断面図（図２Ｂ）である。
【図３】Ａ及びＢは、図２Ａ及び図２Ｂの例示的アンテナにおける５００ＭＨｚでの直交磁場Ｂ１を示す、概略横断面図（図３Ａ）及び概略縦断面図（図３Ｂ）である。
【図４】Ａ、Ｂ、及びＣは、直線偏光における磁場Ｂ１の大きさを表わす曲線を示す、概略断面図（図４Ａ）及び２つの概略縦断面図（図４Ｂ及び４Ｃ）である。
【図５】本発明による例示的アンテナの中心における、２つの直交軸ｘ（曲線Ｉ）及びｙ（曲線ＩＩ）に沿った磁場Ｂ１の正規化した大きさＡの変化を、ｘ及びｙ軸に直交するアンテナのｚ軸から始まる形で示す。ここで、ｘ、ｙ及びｚ軸はポイントＯで交差する。
【図６】Ａ、Ｂ、及びＣは、円偏光における磁場Ｂ１の大きさを表わす曲線を示す、概略断面図（図６Ａ）及び２つの概略縦断面図（図６Ｂ及び６Ｃ）である。
【図７】Ａ及びＢは、本発明によるアンテナの一実施例の概略斜視図及び概略縦断面図であり、このアンテナの４２本のバーの内４本のみが示されている。
【図８】Ａ及びＢは、金属コーティングが施された、図７Ａ及び７Ｂに示すアンテナの構成素子を示す、本発明の概略斜視図である。
【図９】Ａ及びＢは、本アンテナの誘電体素子の概略透視図である。
【図１０】Ａ及びＢは、このアンテナに使用される、変形可能なディスク（図１０Ａ）及び接続部品（図１０Ｂ）の概略斜視図である。
【図１１】Ａ及びＢは、このアンテナのバーを構成する金属コーティングが施されたセグメント群の概略斜視図である。
【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４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【国際調査報告】
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