(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体からなる第一のループコイル部を有する第一サブコイルと、
導体からなる第二のループコイル部を有する第二サブコイルと、を備え、高周波信号を送信または受信可能に調整された高周波アレイコイルであって、
前記第一サブコイルは、当該第一サブコイル単独の共振周波数が核磁気共鳴周波数とは異なり、かつ、前記第二サブコイルと磁気結合することにより、前記第一のループコイル部のループと前記第二のループコイル部のループとに、それぞれ、周回する電流経路を形成し、核磁気共鳴周波数で共振するように調整されており、
前記第一のループコイル部のループに流れる電流と、前記第二のループコイル部のループに流れる電流との位相差が、前記第一のループコイル部の中心軸と前記第二のループコイル部の中心軸とがなす角度と同一且つ逆符号の位相差±９０度の範囲に調整されていること、
を特徴とする高周波アレイコイル。
【請求項２】
請求項１記載の高周波アレイコイルであって、
前記第一のループコイル部のループに流れる電流と、前記第二のループコイル部のループに流れる電流の位相差が、前記角度と同一且つ逆符号の位相差±６０度の範囲であること、
を特徴とする高周波アレイコイル。
【請求項３】
請求項１記載の高周波アレイコイルであって、
前記第二サブコイルは、当該第二サブコイル単独の共振周波数が核磁気共鳴周波数であることを特徴とする高周波アレイコイル。
【請求項４】
請求項１記載の高周波アレイコイルであって、
前記第二サブコイルは、前記高周波信号の送信または受信を行うサブコイルであることを特徴とする高周波アレイコイル。
【請求項５】
請求項１記載の高周波アレイコイルであって、
前記第一サブコイルと前記第二サブコイルとは物理的に分離した位置に配置されていることを特徴とする高周波アレイコイル。
【請求項６】
請求項１記載の高周波アレイコイルであって、
前記第一のループコイル部及び前記第二のループコイル部は、それぞれ、結合インダクタを備え、前記第一サブコイルと前記第二サブコイルとは、前記結合インダクタにより磁気結合されることを特徴とする高周波アレイコイル。
【請求項７】
請求項１記載の高周波アレイコイルであって、
前記第一サブコイル及び前記第二サブコイルの少なくとも一方は、そのループコイル部と当該サブコイルが接続される第一の低インピーダンス信号処理回路とを接続する磁気結合調整部をさらに備え、
前記ループコイル部は、
前記ループのインダクタ成分に対して直列に挿入される直列キャパシタと、
前記インダクタ成分に対して直列に挿入され、当該ループコイル部を並列共振回路とする並列キャパシタと、を備え、
前記磁気結合調整部の調整回路要素、前記直列キャパシタおよび前記並列キャパシタの値を調整することにより、調整されることを特徴とする高周波アレイコイル。
【請求項８】
請求項１記載の高周波アレイコイルであって、
前記第一サブコイル及び前記第二サブコイルの他に、共振周波数が核磁気共鳴周波数に調整され且つ互いに磁気結合しないように配置された１ないし複数のサブコイルをさらに備えることを特徴とする高周波アレイコイル。
【請求項９】
請求項８記載の高周波アレイコイルであって、
前記第一サブコイル及び前記第二サブコイルのうち、前記第一サブコイルのみに第一の低インピーダンス信号処理回路が接続されることを特徴とする高周波アレイコイル。
【請求項１０】
請求項８記載の高周波アレイコイルであって、
物理的に分離された前記第一サブコイル及び前記第二サブコイルを２組以上含み、当該２組は軸対称な位置に配置され、前記２組の、前記第一サブコイルと前記第二サブコイルとの間を分割線として、分割可能である高周波アレイコイル。
【請求項１１】
請求項１記載の高周波アレイコイルであって、
前記第一サブコイルを中心として、前記第二サブコイルとは反対側に、第三のループコイル部を有する第三サブコイルを更に備え、
前記第一サブコイルは、前記第三サブコイルと磁気結合することにより、前記第一のループコイル部のループと前記第三のループコイル部のループとに、それぞれ、周回する電流経路を形成し、核磁気共鳴周波数で共振するように調整されており、
前記第一のループコイル部のループに流れる電流と、前記第三のループコイル部のループに流れる電流の位相差が、前記第一のループコイル部の中心軸と前記第三のループコイル部の中心軸とがなす角度と同一且つ逆符号の位相差±９０度の範囲に調整されていること、
を特徴とする高周波アレイコイル。
【請求項１２】
請求項１１記載の高周波アレイコイルであって、
前記第一サブコイルと前記第二サブコイルとの間及び前記第一サブイコイルと前記第三サブコイルとの間に、それぞれ、共振周波数が核磁気共鳴周波数に調整され互いに磁気結合しないように配置された第四のサブコイルをさらに備えることを特徴とする高周波アレイコイル。
【請求項１３】
仮想筒状体の円周方向に沿って配置した複数のサブコイルからなるアレイコイルを、前記仮想筒状体の軸方向に沿って複数配置した高周波アレイコイルであって、
複数の前記アレイコイルの少なくとも一つが、請求項８または請求項１１に記載の高周波アレイコイルであることを特徴とする高周波アレイコイル。
【請求項１４】
静磁場発生部と、前記静磁場発生部が形成する静磁場空間に傾斜磁場を形成する傾斜磁場発生部と、前記静磁場空間に高周波磁場パルスを照射する送信コイルと、前記静磁場空間に配置された検査対象から発生する核磁気共鳴信号を受信する受信コイルと、を備え、前記送信コイル及び／又は受信コイルとして請求項１ないし１２に記載の高周波アレイコイルを用いたことを特徴とする磁気共鳴撮像装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の磁気共鳴撮像装置であって、
前記高周波アレイコイルは、前記第一のループコイル部の中心軸及び前記第二のループコイル部の中心軸が、前記静磁場発生磁石が発生する静磁場の方向に対し略垂直となるように配置されていることを特徴とする磁気共鳴撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ：Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ）装置に関わり、特に高周波磁場の照射や、核磁気共鳴信号を検出するＲＦコイル（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｃｏｉｌ：高周波コイル）に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＲＩ装置は、検査対象を横切る任意の断面内の核スピンに磁気共鳴を起こさせ、発生する核磁気共鳴信号からその断面内における断層像を得る医用画像診断装置である。
【０００３】
ＭＲＩ撮像では、静磁場中におかれた被検体に傾斜磁場を印加しながらＲＦコイルにより高周波磁場を照射する。高周波磁場の照射により被検体内の核スピン、例えば、水素原子の核スピンが励起され、励起された核スピンが平衡状態に戻るときに核磁気共鳴信号として円偏波磁場が発生する。この信号をＲＦコイルで検出し、信号処理を施して生体内の水素原子核分布を画像化する。
【０００４】
ＲＦコイルは、照射および検出を行うループ部（コイルループ）を有する。このコイルループを小さくすればするほど感度領域は狭くなるものの、感度が高くなる。一方、コイルループを大きくすれば感度領域を広げることができる。このように、ＲＦコイルでは、感度の高さと、感度領域の広さとは、トレードオフの関係にある。また、核磁気共鳴信号は、静磁場と垂直な方向に生じる回転磁場の信号であるため、ＲＦコイルは静磁場と垂直な方向に磁場を照射、検出できる向きに配置することが好ましい。
【０００５】
前述の通り、ＲＦコイルは、小さくするほど感度は高くなるが、感度領域が狭くなる。これを解決するものとして、ＲＦコイルをアレイ状に複数配置した多チャンネルアレイコイルがある（例えば、非特許文献１参照）。多チャンネルアレイコイルは高感度と広い感度領域を有するため現在の受信ＲＦコイルの主流となっている。また近年では、多チャンネルアレイコイルの各サブコイルの空間的な感度の差を用いた高速イメージング（例えば、非特許文献２参照）が普及している。高速イメージングはチャンネル数が多いほど高速化が可能となるため、多チャンネルアレイコイルのさらなる多チャンネル化が進み、現在では３２チャンネルや１２８チャンネルといった超多チャンネルアレイコイルが普及している。以下、多チャンネルアレイコイルや超多チャンネルアレイコイル（まとめて多チャンネルアレイコイルという）において、個々のＲＦコイルをサブコイルと呼ぶ。
【０００６】
通常、同じ共振特性を持ったＲＦコイルが互いに近くに配置されると、それらは磁気結合により干渉する。磁気結合によりＲＦコイルの性能は劣化するため、多チャンネルアレイコイルでは、サブコイル間の磁気結合の除去は必須である。非特許文献１では、隣り合ったサブコイルのコイルループの一部が重なり合うように配置することで、磁気結合を最大限低下させる。ここでは、これをオーバラップ法と呼ぶ。さらに低入力のプリアンプとインダクタとキャパシタとを用いて、コイルループの一部を高インピーダンスにすることによって、当該サブコイル以外からの干渉を低減させる。ここでは、これをプリアンプデカップリング法と呼ぶ。つまり従来の多チャンネルアレイコイルの多くは、オーバラップ法或いはプリアンプデカップリング法により磁気結合による性能劣化の問題を解決している。
【０００７】
多チャンネルアレイコイルの別な課題として、全体の感度領域の深度が狭くなるという課題がある。特に高速化イメージングのために開発された超多チャンネルアレイコイルでは、アレイコイルを構成する各サブコイルの小型化により、感度領域の狭いサブコイルの集合となり、少ないチャンネルで構成されたアレイコイルより深部感度が低くなる。そのため、被写体深部では綺麗な画像が得られにくい。この課題については、特許文献１に、多チャンネルアレイコイルに対して意図的な磁気結合を引き起こすことで深部感度を高める技術が開示されている。
【０００８】
ところで、ＲＦコイルは操作性を向上するために分割可能な形状をしていることがある。例えば、円筒形状の四肢用ＲＦコイルでは円筒中心軸に平行な面で上下に分割できるようになっており被験者へのセッティングが簡単に行えるものがある。また、頭頸部用ＲＦコイルでも後頭部側と顔面側で分割可能な形状で、顔面側のアタッチメントを変更することで頭部用と頸部用を切り替えられるものがある。それら分割可能なＲＦコイルでは、上記磁気結合の除去のためにループ部が分割線をまたがっていることがよくある。そのため、接続部品を追加し、分割されたループが接続されるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際公開第２０１６／０３５５１０号明細書
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Ｒｏｅｍｅｒ  ＰＢ他著、「ＮＭＲ  フェーズドアレイ（Ｔｈｅ  ＮＭＲ  Ｐｈａｓｅｄ  Ａｒｒａｙ）」、ジャーナル  オブ  マグネティックレゾナンス（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）、ＵＳＡ、１９９０、１６、ｐ．１９２−２２５
【非特許文献２】Ｋｌａａｓ  ＰＰ他著、「ＳＥＮＳＥ：高速ＭＲＩのための感度変調（ＳＥＮＳＥ：Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ  Ｅｎｃｏｄｉｎｇ  ｆｏｒ  Ｆａｓｔ  ＭＲＩ）」、ジャーナル  オブ  マグネティックレゾナンス（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）、ＵＳＡ、１９９９、４２、ｐ．９５２−９６２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
分割可能なＲＦコイルにおいては、上述の通り、磁気結合除去のためにループ部が分割線をまたぐための接続部品が追加される。このためコストが増大したり、接続点での接続抵抗による損失が、そのサブコイルの性能を劣化させるという問題がある。加えて、接続部分での接続不良や、着脱を繰り返すことにより機械的な劣化が生じやすくなるリスクがある。
【００１２】
分割部において接続部品を使わないとすると、分割線を挟んで隣同士に配置されるサブコイルはコイルループの一部が重なり合うように配置することできない。すなわちオーバラップ法による磁気結合除去を行うことができない。プリアンプデカップリング法による磁気結合除去を採用することはできるが、この方法は磁気結合を最大限低下させるものであり、完全に磁気結合を除去するものではない。また、磁気結合が小さくなるように分割線を挟んで隣同士に配置されるサブコイルの距離を離すとそこでのアレイコイルの配置密度が低下し、その付近の感度が低下する。それ故、分割部に接続部品を使わず高密度にコイルループが配置されるアレイコイルにおいて、分割線を挟んで隣同士に配置されるサブコイルは少なからず磁気結合が残り、アレイコイルの性能が劣化する。
【００１３】
一方、特許文献１には、意図的な磁気結合によって深部感度を高める技術が開示されているが、アレイコイルが静磁場と垂直な方向に磁場を照射、検出できる向きに配置されたとき、深部感度を高めるためのサブコイルの配置や調整条件は開示されていない。
【００１４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ＭＲＩ装置の多チャンネルのアレイコイルにおいて、深部感度を高め、高速化や高画質を実現する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】
【００１５】
本発明の高周波アレイコイルは、高周波アレイコイルを構成する少なくとも一つのサブコイルを、隣接するサブコイルと磁気結合する構成とする。そして、当該一つのサブコイル単独では磁気共鳴周波数で共振しないが、隣接するサブコイルと磁気結合した状態では磁気共鳴周波数で共振するとともに、磁気結合によって一つのサブコイルに流れる電流が隣接するサブコイルに流れるとき、その電流の位相差が、各サブコイルの中心軸がなす角度との関係で所定の範囲となるように調整されている。
【００１６】
すなわち、本発明のアレイコイルは、導体からなる第一のループコイル部を有する第一サブコイルと、導体からなる第二のループコイル部を有する第二サブコイルと、を備え、高周波信号を送信または受信可能に調整された高周波アレイコイルであって、前記第一サブコイルは、当該第一サブコイル単独の共振周波数が核磁気共鳴周波数とは異なり、かつ、前記第二サブコイルと磁気結合することにより、前記第一のループコイル部のループと前記第二のループコイル部のループとに、それぞれ、周回する電流経路を形成し、核磁気共鳴周波数で共振するように調整されており、前記第一のループコイル部のループに流れる電流と、前記第二のループコイル部のループに流れる電流との位相差が、前記第一のループコイル部の中心軸と前記第二のループコイル部の中心軸とがなす角度と同一且つ逆符号の位相差に対し±９０度の範囲に調整されている。
【００１７】
また本発明のＭＲＩ装置は、高周波磁場を送信し、或いは核磁気共鳴信号を受信する高周波コイルを備え、当該高周波コイルが上述した高周波アレイコイルである。この高周波アレイコイルは、好ましくは、第一及び第二のループコイル部の中心軸がＭＲＩ装置の静磁場方向に対し略垂直な配置とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ＭＲＩ装置の多チャンネルのアレイコイルにおいて、深部感度を高め、高速化や高画質を実現する技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明が適用されるＭＲＩ装置の外観図であり、（ａ）は水平磁場方式のＭＲＩ装置、（ｂ）は垂直磁場方式のＭＲＩ装置である。
【図２】本発明が適用されるＭＲＩ装置のブロック図である。
【図３】（ａ）は、送信ＲＦコイルとして用いる鳥かご型ＲＦコイルの構成を説明するための説明図であり、（ｂ）は、送信コイル側の送受間磁気結合防止回路を説明するための図である。
【図４】（ａ）は、受信ＲＦコイルとして用いるアレイコイルの構成を説明するための図であり、（ｂ）および（ｃ）は、受信コイル側の送受間磁気結合防止回路を説明するための図である。
【図５】送信ＲＦコイルと受信ＲＦコイルの配置を説明するための図である。
【図６】（ａ）および（ｂ）は、第一実施形態のアレイコイルの配置を説明するための図である。
【図７】（ａ）〜（ｅ）は、第一実施形態のアレイコイルの動作を説明するための図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は第一実施形態のアレイコイルの動作を説明するための図である。
【図９】第一実施形態のアレイコイルの動作を説明するための図である。
【図１０】第一実施形態のアレイコイルの変形例を説明するための図である。
【図１１】第二の実施形態のアレイコイルの構成と配置を説明するための図である。
【図１２】（ａ）および（ｂ）は、第二の実施形態のアレイコイルに含まれるサブコイルの構成を説明するための図である。
【図１３】第三の実施形態のアレイコイルの構成と配置を説明するための説明図である。
【図１４】（ａ）および（ｂ）は、第三の実施形態のアレイコイルに含まれるサブコイルの構成を説明するための説明図である。
【図１５】第三の実施形態のアレイコイルに採用される磁気結合手段と配置角度との関係を説明する図である。
【図１６】第三の実施形態のアレイコイルの変形例を説明するための説明図である。
【図１７】（ａ）は、第四の実施形態の送信アレイコイルを説明するための説明図であり、（ｂ）は、第四の実施形態の送受間磁気結合防止回路を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を適用する実施形態について説明する。以下、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。
【００２１】
［ＭＲＩ装置構成］
まず、各実施形態に共通するＭＲＩ装置の全体構成について図１及び図２を用いて説明する。図１は、本発明が適用されるＭＲＩ装置の代表的な例を示す外観図である。図中、静磁場方向と逆向きな方向をｚ方向、それに垂直な２方向を、それぞれｘ方向およびｙ方向とする座標系０９０を用いる。以下、本明細書の全図において同様とする。
【００２２】
図１（ａ）は、ソレノイドコイルで静磁場を生成するトンネル型磁石を用いた水平磁場方式のＭＲＩ装置１００である。検査対象１０３は、テーブル１０２に載置された状態で、トンネル型磁石のボア内に形成された静磁場空間に挿入され、検査部位がほぼ静磁場中心に一致するように配置され、撮像が行われる。図１（ｂ）は、開放感を高めるために磁石を上下に分離したハンバーガー型（オープン型）の垂直磁場方式のＭＲＩ装置１０１である。このＭＲＩ装置１０１でも、検査対象１０３はテーブルに載置された状態で、上下の磁石の間に挿入されて撮像が行われる。
【００２３】
本発明の各実施形態は、これらＭＲＩ装置１００、１０１のいずれも適用可能である。また図１に示すＭＲＩ装置の形態に限定されず、公知の各種のＭＲＩ装置に適用することができる。以下、水平磁場方式のマグネット１１０を有するＭＲＩ装置１００を例にあげて説明する。
【００２４】
図２は、ＭＲＩ装置１００の概略構成を示すブロック図である。本図に示すように、ＭＲＩ装置１００は、水平磁場方式のマグネット１１０、傾斜磁場コイル１３１、送信ＲＦコイル１５１、受信ＲＦコイル１６１と、傾斜磁場電源１３２と、シムコイル１２１、シム電源１２２と、高周波磁場発生器１５２と、受信器１６２と、磁気結合防止回路駆動装置１８０と、計算機（ＰＣ）１７０と、シーケンサ１４０と、表示装置１７１と、を備える。なお、１０２は、検査対象１０３を載置するテーブルである。マグネット１１０は、静磁場を形成する静磁場発生部を構成し、傾斜磁場コイル１３１および傾斜磁場電源１３２は、傾斜磁場を形成する傾斜磁場発生部を構成する。
【００２５】
傾斜磁場コイル１３１は、傾斜磁場電源１３２に接続され、傾斜磁場を発生させる。シムコイル１２１は、シム電源１２２に接続され、磁場の均一度を調整する。送信ＲＦコイル１５１（以下、送信コイルという）は、高周波磁場発生器１５２に接続され、検査対象１０３に高周波磁場を照射（送信）する。受信ＲＦコイル１６１（以下、受信コイルという）は、受信器１６２に接続され、検査対象１０３からの核磁気共鳴信号を受信する。送信コイル１５１および受信コイル１６１には、図示していないが、それぞれ、送信コイル１５１と受信コイル１６１との間の磁気結合を防止する回路（磁気結合防止回路）が接続される。磁気結合防止回路駆動装置１８０は、これら磁気結合防止回路に接続される。
【００２６】
シーケンサ１４０は、傾斜磁場電源１３２、高周波磁場発生器１５２、磁気結合防止回路駆動装置１８０に命令を送り、それぞれ動作させる。命令は、計算機（ＰＣ）１７０からの指示に従って送出する。シーケンサ１４０は、また、計算機（ＰＣ）１７０からの指示に従って、受信器１６２で検波の基準とする磁気共鳴周波数をセットする。例えば、シーケンサ１４０からの命令に従って、高周波磁場が、送信コイル１５１を通じて検査対象１０３に照射される。高周波磁場を照射することにより検査対象１０３から発生する核磁気共鳴信号は、受信コイル１６１によって検出され、受信器１６２で検波が行われる。
【００２７】
計算機（ＰＣ）１７０は、ＭＲＩ装置１００全体の動作の制御、各種の信号処理を行う。例えば、受信器１６２で検波された信号をＡ／Ｄ変換回路を介して受信し、画像再構成などの信号処理を行う。そして、その結果を、表示装置１７１に表示させる。検波された信号や測定条件は、必要に応じて、記憶媒体１７２に保存される。また、予めプログラムされたタイミング、強度で各装置が動作するようシーケンサ１４０に命令を送出させる。さらに、静磁場均一度を調整する必要があるときは、シーケンサ１４０により、シム電源１２２に命令を送り、シムコイル１２１に磁場均一度を調整させる。
【００２８】
本発明のＭＲＩ装置は、送信コイル（送受信兼用コイルを含む）及び／又は受信コイルに特定の高周波アレイコイルを採用したことが特徴であり、以下、受信コイルに高周波アレイコイルを用いた実施形態と、送信コイルに高周波アレイコイルを用いた実施形態とをそれぞれ説明する。
【００２９】
まず、受信コイルに高周波アレイコイルを用いたＭＲＩ装置に共通する送信コイルと受信コイルの概要を説明し、その後、高周波アレイコイルの各実施形態を説明する。
【００３０】
［送信ＲＦコイルおよび受信ＲＦコイルの概要］
一例として、送信ＲＦコイル１５１として鳥かご型形状を有するＲＦコイル（鳥かご型ＲＦコイル）を使用し、受信ＲＦコイル１６１としてループ形状を有するＲＦコイル（表面コイル）を二つ並べたアレイコイルを使用する場合を例にあげて説明する。図３に鳥かご型ＲＦコイル３００の一例を、図４にアレイコイル４００の一例を示す。
【００３１】
図３（ａ）は、本実施形態の鳥かご型ＲＦコイル３００の構成を説明するためのブロック図である。本実施形態の鳥かご型ＲＦコイル３００は、複数の直線導体３０１と、各直線導体３０１の端部を接続する端部導体３０２と、端部導体３０２に挿入されるキャパシタ３０３と、を備える。鳥かご型ＲＦコイル３００の共振周波数は、キャパシタ３０３等の調整要素を調整することで調整することができ、励起対象元素の共鳴周波数に調整される。本実施形態では、水素原子核の励起が可能な、水素原子核の磁気共鳴周波数に調整される。
【００３２】
本実施形態の鳥かご型ＲＦコイル３００は、給電のための、二つの入力ポート３１１、３１２を備える。第一の入力ポート３１１と第二の入力ポート３１２とには、位相が９０度異なった送信信号が入力され、効率よく被写体１０３に高周波磁場が加えられるよう構成される。この高周波磁場は、概ね鳥かご型ＲＦコイル３００の中心軸に垂直な面内を回転する回転磁場となる。
【００３３】
鳥かご型ＲＦコイル３００の各直線導体３０１には、アレイコイルとの磁気結合を防止するための回路、送受間磁気結合防止回路２１０が、直列に挿入される。送受間磁気結合防止回路２１０は、前述したように、ＭＲＩ装置１００の磁気結合防止回路駆動装置１８０に接続される。
【００３４】
図３（ｂ）は、鳥かご型ＲＦコイル３００の直線導体３０１に挿入される送受間磁気結合防止回路２１０の構成および磁気結合防止回路駆動装置１８０との接続を説明するための図である。送受間磁気結合防止回路２１０は、ＰＩＮダイオード２１１と制御用信号線２１２とを備える。ＰＩＮダイオード２１１は、直線導体３０１に直列に挿入され、制御用信号線２１２はＰＩＮダイオード２１１の両端に接続される。制御用信号線２１２は磁気結合防止回路駆動装置１８０に接続される。制御用信号線２１２には、高周波の混入を避けるためチョークコイルが挿入される。
【００３５】
ＰＩＮダイオード２１１は、通常は高抵抗（オフ）を示し、ＰＩＮダイオード２１１の順方向に流れる直流電流の値が一定値以上となると概ね導通状態（オン）となる特性を持つ。本実施形態ではこの特性を利用し、磁気結合防止回路駆動装置１８０から出力される直流電流によりＰＩＮダイオード２１１のオン／オフを制御する。すなわち、高周波信号送信時には、ＰＩＮダイオード２１１を導通状態とする制御電流を流し、鳥かご型ＲＦコイル３００を送信ＲＦコイル１５１として機能させる。また、核磁気共鳴信号受信時には、制御電流を停止し、鳥かご型ＲＦコイル３００を高インピーダンス化し、開放状態とする。
【００３６】
このように、本実施形態では、磁気結合防止回路駆動装置１８０からの直流電流（制御電流）を制御することにより、高周波信号送信時には鳥かご型ＲＦコイル３００を送信ＲＦコイル１５１として機能させ、核磁気共鳴信号受信時には、開放状態として受信ＲＦコイル１６１であるアレイコイルとの磁気結合を除去する。
【００３７】
一方、受信ＲＦコイル１６１として用いるアレイコイル４００は、複数のサブコイルを並べて配置した構造を有する。図４（ａ）には、一例として二つのサブコイルを備えたアレイコイル４００を示す。ここではアレイコイル４００を構成する２つのサブコイル４１０を、それぞれ、第一サブコイル４１０Ａおよび第二サブコイル４１０Ｂと呼ぶ。第一サブコイル４１０Ａおよび第二サブコイル４１０Ｂは、それぞれ、平面上に構成されたループを有する表面コイルである。また、第一サブコイル４１０Ａおよび第二サブコイル４１０Ｂは、それぞれ、核磁気共鳴信号を受信する。受信した信号は、受信器１６２に送られる。
【００３８】
以下、アレイコイル４００を構成する各サブコイル４１０の構成要素について、特にサブコイル４１０毎に区別する必要がない場合は、符号の最後の英文字を省略する。
第一サブコイル４１０Ａは、核磁気共鳴信号を受信するループコイル部４２０（第一のループコイル部４２０Ａ）と、低（入力）インピーダンス信号処理回路４３０(第一の低インピーダンス信号処理回路４３０Ａ）と、ループコイル部４２０と低インピーダンス信号処理回路４３０とを接続する磁気結合調整部４４１（第一の磁気結合調整部４４１Ａ）と、を備える。磁気結合調整部４４１は、キャパシタもしくはインダクタの少なくとも一方から構成される。磁気結合調整部４４１は、第二サブコイルとの磁気結合（特に磁気結合時に両コイルに流れる電流の大きさや位相差）を調整するための調整要素を含む。その詳細は、後述するアレイコイルの実施形態において説明する。
【００３９】
第一のループコイル部４２０Ａのループ部分（第一のループ４２１Ａ）は、導体で形成される。そして、第一のループコイル部４２０Ａは、第一のループ４２１Ａのインダクタ成分に対して直列に挿入されるキャパシタ４２４Ａを備える。このインダクタ成分とキャパシタ４２４Ａとは、並列共振回路を構成する。このキャパシタ４２４Ａを、他のキャパシタと区別するため、第一の並列キャパシタ４２４Ａと呼ぶ。
【００４０】
また、第一のループ４２１Ａには、共振周波数を調整するキャパシタ４２２Ａと、送受間磁気結合防止回路２２０とが直列に挿入される。このキャパシタ４２２Ａを、他のキャパシタと区別するため、第一の直列キャパシタ４２２Ａと呼ぶ。なお、ここでは、第一の直列キャパシタ４２２Ａを２つ備える場合を例示するが、第一の直列キャパシタ４２２Ａの数は１以上であればよい。
【００４１】
このように、本実施形態の第一サブコイル４１０Ａは、調整用の回路素子として、第一の磁気結合調整部４４１Ａと、第一のループ４２１Ａのインダクタ成分に対して直列に挿入される第一の直列キャパシタ４２２Ａと、前記インダクタ成分に対して直列に挿入され、第一のループコイル部４２０Ａを並列共振回路とする第一の並列キャパシタ４２４Ａと、を備える。これら回路素子の値を調整することで、サブコイル（単独のサブコイル）及びアレイコイルの共振周波数を所望の共振周波数に調整することができる。
【００４２】
低インピーダンス信号処理回路４３０のループコイル部４２０側の一方の端子は、磁気結合調整部４４１を介してループコイル部４２０の並列キャパシタ４２４の一方の端に接続される。低インピーダンス信号処理回路４３０のループコイル部４２０側のもう一方の端子は、直接ループコイル部４２０の並列キャパシタ４２４の他方の端に接続される。低インピーダンス信号処理回路４３０のループコイル部４２０側でない他方の端子は、受信器１６２に接続される。
【００４３】
送受間磁気結合防止回路２２０は、送信ＲＦコイル１５１である鳥かご型ＲＦコイル３００との間の磁気結合を除去する。
【００４４】
一実施形態では、第二サブコイル４１０Ｂも第一サブコイル４１０Ａと同様の構成を有する。すなわち、第二サブコイル４１０Ｂは、並列共振回路である第二のループコイル部４２０Ｂと、第二の低インピーダンス信号処理回路４３０Ｂと、第二のループコイル部４２０Ｂと第二の低インピーダンス信号処理回路４３０Ｂとを接続する第二の磁気結合調整部４４１Ｂと、を備える。また、第二のループコイル部４２０Ｂは、導体で形成されるループ（第二のループ４２１Ｂ）と、第二のループ４２１Ｂのインダクタ成分に対して直列に挿入される第二の直列キャパシタ４２２Ｂと、当該インダクタ成分に対して直列に挿入され、第二のループコイル部４２０Ｂを並列共振回路とする第二の並列キャパシタ４２４Ｂと、を備える。
【００４５】
さらに、アレイコイル４００は、鳥かご型ＲＦコイル３００との磁気結合を防止する磁気結合防止回路２２０を備える。この送受間磁気結合防止回路２２０は、アレイコイル４００を構成する各サブコイルのループ４２１に直列に挿入され、鳥かご型ＲＦコイル３００に挿入された送受間磁気結合防止回路２１０とともに、磁気結合防止回路駆動装置１８０に接続される。図４（ｂ）に、ループ４２１に挿入される送受間磁気結合防止回路２２０の構成例と、および当該送受間磁気結合防止回路２２０と磁気結合防止回路駆動装置１８０との接続を示す。
【００４６】
図示する例では、送受間磁気結合防止回路２２０は、ＰＩＮダイオード２２１とインダクタ２２２と制御用信号線２２３とを備える。ＰＩＮダイオード２２１とインダクタ２２２とは直列に接続され、キャパシタ４２３に並列に接続される。なお、キャパシタ４２３は、ループ４２１に挿入されるキャパシタである。また、ＰＩＮダイオード２２１の両端には制御用信号線２２３が接続される。そして、制御用信号線２２３は磁気結合防止回路駆動装置１８０に接続される。制御用信号線２２３には高周波の混入を避けるためチョークコイルが挿入されている（不図示）。インダクタ２２２とキャパシタ４２３とは、受信する核磁気共鳴信号の周波数で並列共振するように調整される。
【００４７】
並列共振回路は、一般に共振周波数で高インピーダンス（高抵抗）となる特性を持つ。よって、ＰＩＮダイオード２２１に電流が流れると、ＰＩＮダイオード２２１はオンになり、ループ４２１のキャパシタ４２３は、受信する核磁気共鳴信号の周波数でインダクタ２２２と共に並列共振して高インピーダンス状態となる。従って、受信する核磁気共鳴信号の周波数で、ループコイル部４２０は、その一部が高インピーダンスとなり、開放状態となり、そのループコイル部４２０を有するサブコイル４１０も開放状態となる。
【００４８】
このように、ＰＩＮダイオード２２１に電流が流れてオンとなることによって、各サブコイル４１０Ａおよび４１０Ｂと鳥かご型ＲＦコイル３００との磁気結合は除去される。従って、各サブコイル４１０をコイル素子とするアレイコイル４００と鳥かご型ＲＦコイル３００との磁気結合も除去される。
【００４９】
なお、サブコイル４１０に挿入される送受間磁気結合防止回路２２０の数はこれに限定されない。各ループ４２１に、二つ以上挿入されても良い。複数挿入することで磁気結合を十分に低下させることができる。
【００５０】
また、送受間磁気結合防止回路２２０の構成は、上記構成に限定されない。例えば、図４（ｃ）に示す送受信間磁気結合防止回路２２０ｍの変形例のように、ＰＩＮダイオード２２１の代わりに、クロスダイオード２２１ｍを用いてもよい。これにより、ループ４２１を構成する導体に大きな信号が流れた場合、クロスダイオード２２１ｍはオンになり、ループ４２１のキャパシタ４２３は、受信する核磁気共鳴信号の周波数でインダクタ２２２と共に並列共振して高インピーダンス状態となる。この場合、磁気結合防止回路駆動装置１８０は備えなくてもよい。
【００５１】
上述した鳥かご型ＲＦコイル３００とアレイコイル４００とのＭＲＩ装置における配置例を図５に示す。図示するように、鳥かご型ＲＦコイル３００は、その軸が、マグネット１１０の中心軸と同軸となるよう配置される。即ち静磁場方向とマグネットの軸方向が平行になるようにＭＲＩ装置に配置される。位相が９０度異なった送信信号が入力されるため、鳥かご型ＲＦコイル３００から発生する高周波磁場は、静磁場方向に略直交する面の回転磁場となる。アレイコイル４００は、鳥かご型ＲＦコイル３００内に配置される。このときアレイコイル４００を構成するサブコイル４１０のループ４２１の中心軸は、概ね静磁場方向と直交し、検査対象から発生する核磁気共鳴信号の静磁場方向と直交する成分を検出する。
【００５２】
以上説明した送信コイル（ＲＦコイル３００）１５１及び受信コイル（アレイコイル４００）１６１の構成を踏まえ、以下、受信コイルであるアレイコイル４００の具体的な実施形態を説明する。
【００５３】
＜＜第一実施形態＞＞
本実施形態の高周波アレイコイルは、二つのサブコイル（第一サブコイル及び第二サブコイル）からなり、第一サブコイルの信号受信時に第二サブコイルと磁気結合する手段を備えること、及び、磁気結合することで両サブコイルに流れる電流の位相差が、二つのサブコイルのループの中心軸がなす角度との関係で特定の範囲に調整されていることが特徴である。また磁気結合は非対称であって、第二サブコイルから見て第一サブコイルとは磁気結合しない。
【００５４】
以下、図６を参照して、本実施形態の高周波アレイコイルの詳細を説明する。図６において、図４と同じ要素は同じ符号で示し、重複する説明を省略する。
なお図６では、図４に示した送受間磁気結合防止回路２２０は、それを構成するキャパシタ４２３で代表して示している。また低インピーダンス信号処理回路４３０として、低入力インピーダンス信号増幅器４３１を示している。さらに磁気結合調整部４４１はキャパシタとインダクタの少なくとも一方であればよいが、ここでは、インダクタを例示している。
【００５５】
図６（ａ）に示すように、第一サブコイル４１０Ａは、第一の結合インダクタ４５１Ａをさらに備え、第二サブコイル４１０Ｂは、第二の結合インダクタ４５１Ｂをさらに備える。第一サブコイル４１０Ａは、第一の結合インダクタ４５１Ａと第二の結合インダクタ４５１Ｂとの相互インダクタンスＭで、第二サブコイル４１０Ｂと磁気結合する。結合インダクタ４５１は、ループ４２１の一部を延長させ、延長した先に配置される。このように構成することで、二つのサブコイル４１０Ａおよび４１０Ｂが、比較的離れた位置に配置される場合であっても、磁気結合させることができる。
【００５６】
次に上述した磁気結合を前提としたアレイコイル４００の調整について説明する。調整は、上述したように、主としてループコイル部４２０の各キャパシタ４２２、４２４、及び磁気結合調整部４４１のインダクタ（或いはキャパシタ）を調整要素として行う。
まず本実施形態のアレイコイル４００では、第一サブコイル４１０Ａおよび第二サブコイル４１０Ｂを、それぞれ、核磁気共鳴信号を受信可能なように調整する。
【００５７】
第一サブコイル４１０Ａについては、第一サブコイル４１０Ａ単独の共振周波数が送受信対象の核磁気共鳴信号の周波数である核磁気共鳴周波数とは異なるように調整される。第一サブコイル４１０Ａは、第二サブコイル４１０Ｂと意図的に磁気結合させることで、第一のループ４２１Ａと第二のループ４２１Ｂとに、それぞれ、周回する電流経路が形成されるが、その際、核磁気共鳴周波数（ｆ０）で共振するよう、調整される。
【００５８】
さらに、第一サブコイル４１０Ａは、磁気結合調整部４４１Ａとキャパシタ４２４Ａとからなる直列共振回路はｆ０で共振するように調整される。一方、第二サブコイル４１０Ｂは、磁気結合調整部４４１Ｂとキャパシタ４２４Ｂからなる直列共振回路はｆ０とは異なる周波数で共振するように調整される。例えば、ｆ０より低く調整される。
【００５９】
このような調整において、第一サブコイル４１０Ａから見て、第二サブコイル４１０Ｂは相互インダクタンスＭを介して磁気結合している。これは、磁気結合調整部４４１Ｂとキャパシタ４２４Ｂからなる直列共振回路がｆ０とは異なる周波数で共振するため、第一サブコイル４１０Ａの信号受信時は、第二サブコイル４１０Ｂのキャパシタ４２４Ｂの両端は高抵抗とならないためである。
【００６０】
一方、第二サブコイル４１０Ｂから見て、第一サブコイル４１０Ａは磁気結合していない。これは、磁気結合調整部４４１Ａとキャパシタ４２４Ａからなる直列共振回路はｆ０で共振するため、第二サブコイル４１０Ｂの信号受信時は、第一サブコイル４１０Ａのキャパシタ４２４Ａの両端は高抵抗となるためである。
【００６１】
本実施形態のアレイコイル４００は、上述した共振周波数の調整に加えて、第一サブコイル４１０Ａの信号受信時に、第一サブコイル４１０Ａと第二サブコイルに流れる電流の位相の調整が行われる。具体的には、第一サブコイル４１０Ａに流れる電流の位相に対して、磁気結合により第二サブコイル４１０Ｂに流れる電流の位相の差（以下、電流位相差という）が、第一及び第二サブコイル４１０Ａ、４１０Ｂの配置角度との関係で適切な位相差となるように調整される。サブコイルの配置角度とは、図６（ｂ）に示すように、第一サブコイル４１０Ａ（のループ４２１Ａ）の中心軸１１Ａと第二サブコイル４１０Ｂ（のループ４２１Ａ）の中心軸１１Ｂとがなす角度（中心軸間角度）を意味する。電流位相差は、この中心軸間角度に対して±９０度の範囲、好ましくは±６０度の範囲に調整される。角度の符号も考慮すると、正確には、角度と同一且つ逆符号の位相に対し±６０度である。
【００６２】
磁気結合により第二サブコイル４１０Ｂに流れる電流の大きさや電流位相差は、磁気結合調整部４４１Ｂのインダクタンス（キャパシタの場合はキャパシタンス）の大きさや、低入力インピーダンス信号増幅器４３１Ｂのインピーダンスの大きさや、結合インダクタ４５１Ａと４５１Ｂの大きさやその結合係数の大きさにより制御する。
【００６３】
以下、電流位相差の調整の原理について説明する。
第一サブコイル４１０Ａに流れる電流は、次式（１）で表すことができる。
［数１］
Ｉ１１ ＝ｋ１ｓｉｎ（２πｆ０ｔ＋θ）・・・（１）
ここで、ｋ１は電流の大きさを表し、θは時刻ｔ＝０に対する電流位相のオフセットを表す。この電流が第一サブコイル４１０Ａに流れたとき、第二サブコイル４１０Ｂに変動する磁場が生成される。そのため、第二サブコイル４１０Ｂには第一サブコイル４１０Ａが作る磁束が第二サブコイル４１０Ｂのループ４２１Ｂを横切るのを打ち消すような誘導起電力Ｖが生じる。比例係数ｋ２を用いて、誘導起電力Ｖは、
［数２］
Ｖ＝ｋ２（ｄＩ１１ ／ｄｔ）
＝２πｆ０ｋ１ｋ２ｃｏｓ（２πｆ０ｔ＋θ）・・・（２）
と表される。
【００６４】
第一サブコイル４１０Ａと磁気結合した第二サブコイル４１０Ｂは、図７（ａ）に示す等価回路６００で表すことができる（非特許文献１より）。この等価回路６００では、式（２）で表される電圧Ｖの電圧源６９０に対して直列にインダクタ６５０と、キャパシタ６２２と、キャパシタ６２４が挿入され、並列にインダクタ６４１と抵抗６３３が挿入される。ここで、電圧源６９０から見て、インダクタ６５０とキャパシタ６２２とキャパシタ６２４からなる直列共振回路は、理想的に抵抗成分は無視できる程度に小さいとして、電圧源６９０から見た並列共振回路部分だけを抜き出すと、図７（ｂ）に示すような等価回路６１０となる。
【００６５】
このような並列共振回路６１０のインピーダンス特性を図７（ｃ）と図７（ｄ）に示す。図７（ｃ）はインピーダンス強度を示し、図７（ｄ）はインピーダンス位相を示す。これらインピーダンス特性からわかるように、並列共振回路６１０は、共振周波数ｆＲに対して、ｆＲより低い周波数では誘導性リアクタンス優位となり、電流位相は電圧位相より遅れる。ｆＲより高い周波数では容量性リアクタンス優位となり、電流位相は電圧位相より先行する。
【００６６】
ここで、磁気結合した第二サブコイル４１０Ｂの等価回路６００に対して、その共振周波数を、検出すべき信号の周波数（核磁気共鳴周波数）ｆ０としたとする。その場合、インダクタ６５０とキャパシタ６２２とキャパシタ６２４からなる直列共振回路はｆ０で共振するように調整されているため、ｆ０におけるインピーダンスは０となる。そのため、図７（ｅ）の等価回路６０１で示すように、インダクタ６４１とキャパシタ６２４からなる並列共振回路のインピーダンスＺのみが残る。このインピーダンスＺの位相は、図７（ｄ）に示したように、共振点ｆＲにおいて０である。プリアンプデカップリング法ではｆＲ＝ｆ０と調整するため、第二サブコイル４１０Ｂに流れる電流の位相は電圧源６９０の位相と変わらない。ゆえに、式（１）と式（２）より、プリアンプデカップリング法では、磁気結合により第二サブコイル４１０Ｂに生じる電流の位相は、第一サブコイルに流れる電流の位相に対して９０度であり、任意に制御することはできない。
【００６７】
これに対し本実施形態の第二サブコイル４１０Ｂでは、磁気結合調整部４４１Ｂとキャパシタ４２４Ｂからなる共振回路の共振周波数（ｆＲ）をｆ０よりも低くなるように調整する。そのため、ｆ０では容量性リアクタンス優位となり、電流位相は電圧位相より先行する。すなわち、第一サブコイルに流れる電流の位相に対して９０度より大きく調整することができる。ゆえに、磁気結合調整部４４１Ｂ（インダクタンス或いはキャパシタンス）の大きさにより電流位相差を変化させることができる。
【００６８】
第二サブコイル４１０Ｂについて、磁気結合調整部４４１Ｂとキャパシタ４２４Ｂからなる共振回路の共振周波数（ｆＲ）をｆ０より高く調整してもよい。この場合、図７（ｂ）、（ｃ）に示すように、ｆ０では誘導性リアクタンス優位となり、電流位相は電圧位相より遅れる。すなわち、第一サブコイルに流れる電流の位相に対して９０度より小さく調整することができる。ゆえに、中心軸間角度が９０度より小さい場合でも、磁気結合調整部４４１Ｂ（インダクタンス或いはキャパシタンス）の大きさにより電流位相差を所望の値に調整することができる。
【００６９】
共振周波数及び電流位相差を調整する順序は、限定されるものではないが、例えば、まず結合インダクタ４５１Ａ、４５１Ｂの相互インダクタンスＭの調整と各ループコイル部４２０の共振周波数の調整を行う。次いで磁気結合調整部４４１による電流位相差の調整を行い、最後に各ループコイル部４２０のキャパシタ４２２を必要に応じて微調整する。
【００７０】
次に、上記のように調整された本実施形態の高周波アレイコイル４００における核磁気共鳴信号（回転磁界）の検出の原理について説明する。
【００７１】
まず前提として、高周波アレイコイル４００のＭＲＩ装置における配置について、図６（ａ）（ｂ）を参照して説明する。図６（ａ）では、座標系０９０に示す通り、紙面縦方向をＸ軸方向、横方向をＺ軸方向（静磁場方向と逆方向）、紙面に垂直方向をＹ軸方向とする。また、図６（ｂ）では、座標系０９０に示す通り、紙面縦方向をＹ軸方向、横方向をＸ軸方向、垂直方向をＺ軸方向とする。
【００７２】
ここでは一例として、第一のループコイル部４２０Ａおよび第二のループコイル部４２０Ｂそれぞれのループ４２１Ａ、４２１Ｂを、Ｚ軸を中心軸とした円筒面上に配置する。ループ４２１の中心を通りループ４２１の曲面に対して垂直な軸を中心軸１１とする。図６（ｂ）に示す例では、第一第一のループコイル部４２０Ａの中心軸１１Ａと第二のループコイル部４２０Ｂの中心軸１１Ｂは、静磁場方向に対し垂直な略同一ＸＹ面にある。ここでは、Ｚ軸正側から見てＸＹ面内の時計回り方向の回転磁界の検出感度に着目する。第一サブコイル４１０Ａと第二サブコイル４１０Ｂの間の配置角度は、それぞれの中心軸１１Ａと１１Ｂがなす角度により定義される。ここでは中心軸間の角度を検出したい回転磁界の方向と逆方向を正とし、−１８０度から＋１８０度で表すこととする。このように配置角度を検出したい回転磁界の方向と逆方向を正と定義すると、電流位相差は配置角度と同一（差が０）となるように調整される。この配置角度の定義の場合、中心軸１１Ａに対する中心軸１１Ｂの角度は「正」、図示する例では＋１２７度である。
【００７３】
一般に、各サブコイル４１０の検出感度は、相反定理より各サブコイル４１０が単位給電電力あたりに作る回転磁界に比例する。第一サブコイル４１０Ａと第二サブコイル４１０Ｂが深部に作る磁界はそれぞれ、図６（ｂ）に示すような振動磁界５１０Ａと５１０Ｂとなる。図８を用いて、回転磁界の検出感度が向上する原理を説明する。図８（ａ）に、振動磁界と回転磁界の関係を示す。振動磁界５１０は、時計回り回転磁界５２０と反時計回り回転磁界５３０との合成により表すことができる。ここでは、時計回り回転磁界のみに着目し、その大きさを感度Ｓとする。図８（ｂ）に、二つのサブコイルの電流位相差が０度の場合の回転磁界を示す。第一サブコイル４１０Ａが深部に生成する時計回り回転磁界５２０Ａは、ある時刻ｔにおいて中心軸１１Ａと同じ方向を向き、そこから時計回りに角速度２πｆ０で回転する。その大きさをＳ１１とする。一方、磁気結合により第二サブコイル４１０Ｂに流れる電流が生成する時計回り回転磁界５２０Ｂは、電流位相差が０度のため同時刻においては中心軸１１Ｂの方向を向いており、そこから時計回りに角速度２πｆ０で回転する。その大きさをＳ２１とする。このとき、合成時計回り回転磁界５４０は時計回り回転磁界５２０Ａと時計回り回転磁界５２０Ｂとの合成となり、その大きさＳ１はＳ１１より小さくなってしまっている。
【００７４】
図８（ｃ）に、電流位相差が中心軸間角度と等しい場合を示す。時計回り回転磁界５２０Ａは図８（ｂ）の場合と同じである。一方、時計回り回転磁界５２０Ｂは、この時刻ｔにおいて電流位相差の分だけ回っているため、時計回り回転磁界５２０Ａと同じ方向を向いている。そのため合成時計回り回転磁界５４０も時計回り回転磁界５２０Ａと同じ方向を向いており、その大きさＳ１はＳ１１より大きくなっている。電流位相差と中心軸間角度の差をΔφとすると、合成時計回り回転磁界５４０の大きさＳ１は次のように表される。
［数３］
Ｓ１＝Ｓ１１＋Ｓ２１ｃｏｓ（Δφ）・・・（３）
【００７５】
式（３）で表される、電流位相差と中心軸間角度の差Δφに対する中心感度の関係を図９に示す。図９からわかるように、原理的には、電流位相差と中心軸間角度の差が±９０度未満であれば少なからず回転磁界として強めあう。
【００７６】
このことを確認するために、電磁界シミュレータによる計算を行った。アレイコイルとして、一辺が１００ｍｍの正方形のサブコイル４１０Ａ、４１０Ｂを、半径１２２ｍｍの円筒面上に配置したアレイコイルをモデル化した。低入力インピーダンス信号増幅器４３１の入力インピーダンスを２Ωとした。中心感度は、二つのサブコイル４１０Ａと４１０Ｂによる感度の二乗和平方根の合成感度を算出した。
【００７７】
ループの中心軸間角度を１２７度として配置し磁気結合調整部４４１Ｂのインダンクタンスを５５ｎＨとしたとき、電流位相差は１２５度（つまり電流位相差と中心軸間角度の差は２度）、中心感度は０．８２５Ａ／ｍ／√Ｗであった。一方、ループの中心軸間角度が２３３度（−１２７度）として配置し磁気結合調整部４４１Ｂのインダンクタンスを５５ｎＨとしたとき、電流位相差は１２５度（つまり電流位相差と中心軸間角度の差は１０８度）、中心感度は０．７７９Ａ／ｍ／√Ｗであった。比較として、プリアンプデカップリング法による磁気結合を防止した二つのサブコイル４１０の場合、ループの中心軸間角度を１２７度としたとき、中心感度は０．７９１Ａ／ｍ／√Ｗであった。
【００７８】
このシミュレーションの結果からも、電流位相差と中心軸間角度の差が±９０度未満のときに、従来法（プリアンプデカップリング法）に比べ深部感度が向上することが確認された。
【００７９】
一方、上述したように、磁気結合により回転磁界が弱めあう条件が存在する。そのため、シミュレーション結果の例からも分かるとおり、二つのサブコイル４１０Ａと４１０Ｂを互いに磁気結合させた場合には、一方で回転磁界を強め合っても他方で弱めあってしまうことがある。そこで、本実施形態では、サブコイル４１０Ｂから見てサブコイル４１０Ａは磁気結合しないように調整することで、回転磁界を強めあう場合のみの効果を得ている。
なお上述した電流位相差の調整では、サブコイルの所定の中心軸間角度に対し電流位相差を調整する場合を説明したが、電流位相差はサブコイルの中心軸間角度との関係で適切な範囲に保たれていればよく、例えば、所定の電流位相差に対しサブコイルの配置を調整して、電流位相差と中心間角度との関係を調整する場合も本実施形態に含まれる。
【００８０】
以上説明したように、本実施形態の高周波アレイコイルは、導体からなる第一のループコイル部を有する第一サブコイルと、導体からなる第二のループコイル部を有する第二サブコイルと、を備え、次の調整がなされた高周波アレイコイルである。まずそれ自体が、高周波信号（核磁気共鳴周波数を持つ信号或いは核磁気共鳴信号）を送信または受信可能に調整されている。また前記第一サブコイルは、当該第一サブコイル単独の共振周波数が核磁気共鳴周波数とは異なり、かつ、前記第二サブコイルと磁気結合することにより、前記第一のループコイル部のループと前記第二のループコイル部のループとに、それぞれ、周回する電流経路を形成し、核磁気共鳴周波数で共振するように調整されている。さらに、前記第一のループコイル部のループに流れる電流と、前記第二のループコイル部のループに流れる電流との位相差が、前記第一のループコイル部の中心軸と前記第二のループコイル部の中心軸とがなす角度と同一且つ逆符号の位相差±９０度(好ましくは±６０度)の範囲に調整されている。一方、前記第二サブコイルは、当該第二サブコイル単独の共振周波数が核磁気共鳴周波数であり、それ自体が前記高周波信号の送信または受信を行うサブコイルである。
【００８１】
本実施形態によれば、プリアンプデカップリング法を用いて磁気結合を防止したアレイコイルを超える高い深部感度を実現することができる。そのため、本実施形態のアレイコイルは、高画質化を実現することができる。また、本実施形態のアレイコイルは、非対称な磁気結合とその際の電流位相差の調整を、各サブコイル４１０の回路素子の値の調整で実現するため、構造も複雑化することがない。さらに、本実施形態のアレイコイルは、両サブコイルの撮影領域内の感度分布が異なる。従って、本実施形態のアレイコイルは、ＭＲＩの高速化技術に適用可能なアレイコイルとして動作する。
【００８２】
以上、本実施形態のアレイコイルと、それを用いたＭＲＩ装置について図面を参照して説明したが、本実施形態のアレイコイルは、それを構成する二つのサブコイルが一方から見て他方が磁気結合し、他方から見て一方が磁気結合しないという非対称な関係に調整されており、且つ磁気結合したときにサブコイルに流れる電流の位相差がサブコイルの配置角度との関係で所定の範囲に調整されている、という特徴を備えるものであれば、上記説明や図面に限定されることなく、種々の変更が可能である。例えば、図では二つのサブコイルの形状、大きさが同じである場合を示したが、形状や大きさは異なっていてもよい。以下、いくつかの変形例を説明する。
【００８３】
＜第一実施形態の変形例その１＞
図６に示す構成では、二つのサブコイルを磁気結合させる手段として結合インダクタ４５１を用いたが、結合インダクタはなくてもよい。その場合の例（高周波アレイコイル４０１）を図１０に示す。この変形例では、二つの配置をサブコイル４１０Ａ、４１０Ｂを近づけて配置し、ループ４２１が作る磁界により磁気結合させる。これにより、部品点数を減らし構成を簡素化することができる。また、結合インダクタ４５１による損失がなくなることでサブコイル４１０の感度を向上することができる。
さらに二つのサブコイル４１０Ａ、４１０Ｂは物理的に分離されているので、分割型のアレイコイルを構成することも可能である。
【００８４】
＜第一実施形態の変形例その２＞
図６（ｂ）に示す構成では、二つのサブコイルが９０度を超え１８０度未満の特定の中心軸間角度（１２７度）で配置されている場合を示したが、コイルの配置はこれに限らない。０度〜１８０度或いは０度〜−１８０度の範囲で、上述した調整手順により電流位相差と中心軸間角度を所望の範囲に合わせることができる。
【００８５】
配置角度に応じて、例えば、ループ面の形状を平面状から曲面状に変えてもよく、また、二つのサブコイルを磁気結合するための手段（結合インダクタを用いるか否か）を適宜選択することができる。磁気結合手段として結合インダクタを用いる場合、結合インダクタ４５１Ａと４５１Ｂの結合係数は、磁気結合を最小とする値に対して大きくする。これは、磁気結合を最小とする値に対して結合係数が大きい場合と小さい場合で電流位相が反転するからである。
本変形例によれば、第二サブコイル４１０Ｂの配置自由度が大きくなる。
【００８６】
＜第一実施形態の変形例その３＞
第一実施形態において、電流位相差を磁気結合調整部４４１Ｂにより調整したが、調整方法はこれに限らない。例えば、低入力インピーダンス信号増幅器４３１Ｂのインピーダンスの大きさや、結合インダクタ４５１Ａと４５１Ｂの大きさやその結合係数の大きさにより制御してもよい。低入力インピーダンス信号増幅器４３１Ｂのインピーダンスの大きさを調整することで、９０度または−９０度の電流位相差成分の大きさを変化させるため合成の電流位相差が変化する。また、結合インダクタ４５１Ａと４５１Ｂの大きさやその結合係数の大きさを調整することにより、１８０度または−１８０度の電流位相差成分の大きさを変化させるため合成の電流位相差が変化する。これにより、調整自由度が大きくなる。
【００８７】
＜第一実施形態の応用例＞
第一実施形態の高周波アレイコイルは、それを一つのアレイコイルユニットとして、複数のアレイコイルユニットを所定の方向、例えば円筒の円周方向や軸方向に配置することも可能である。
【００８８】
＜＜第二実施形態＞＞
本実施形態の高周波アレイコイルは、第一サブコイルと第二サブコイルとを備えること、及びこれら第一サブコイルを第二サブコイルと磁気結合する手段を備えていることは第一実施形態と同様である。本実施形態のアレイコイルは、第一サブコイルと第二サブコイルとが一つの受信チャンネルとして動作するコイルであることが特徴である。また本実施形態のアレイコイルは、第一サブコイル及び第二サブコイルを一つのアレイコイルユニットとして、他のサブコイルや同様のアレイコイルユニットと組み合わせてもよい。
【００８９】
本実施形態のＭＲＩ装置は、受信コイルとして用いる高周波アレイコイルの構成が異なる以外は基本的に第一の実施形態と同様の構成であり、以下、第一の実施形態と異なる構成に主眼をおいて説明する。なお、本実施形態においても、水平磁場方式のマグネット１１０が発生する静磁場の向きは座標系０９０のＺ軸方向とする。
【００９０】
本実施形態の高周波アレイコイルは、磁気結合するように調整された２つのサブコイルを有するアレイコイルユニットを１組以上備える。アレイコイルユニットを構成する２つのサブコイルは、概ね第一実施形態のアレイコイルと同様であるが、低インピーダンス信号処理回路（低インピーダンス信号増幅器）は一つのサブコイルのみに接続され、１組で１チャンネルのコイルをなすことが異なる。
【００９１】
以下、本実施形態の高周波アレイコイルの構成例を、図１１及び図１２を参照して説明する。ここでは一例として、アレイコイルユニット７９０を二つと、それ以外のサブコイル７５０を六つ備え、分割可能な構造を持つ高周波アレイコイル７００について説明する。
【００９２】
図１１は、高周波アレイコイル７００をＺ軸方向から見た図であり、高周波アレイコイル７００の構成と配置を示す。図１１中、点線四角で囲った２組のコイルがアレイコイルユニット７９０であり、それ以外の六つのコイルがサブコイル７５０である。これらサブコイルはＺ軸に対して周方向を取り囲むように、且つ、隣り合うサブコイル同士でオーバラップ領域を有するように配置される。そのオーバラップ領域の面積は、互いに磁気結合しないよう定められている。検査対象１０３は高周波アレイコイル７００内の円筒状の空間に配置される。この高周波アレイコイル７００は、図中一点鎖線で示す線（分割線）１２で物理的に分割することができる。
【００９３】
六つのサブコイル７５０の構成は同じであるので、一つのサブコイルについて図１２（ａ）を参照して説明する。サブコイル７５０は、ループ７２１に対し、送信コイルとの磁気結合を防止する機能を備えた直列キャパシタ７２２と、共振周波数を調整するキャパシタ７２３と、マッチングを調整するキャパシタ７２４と、調整インダクタ７４０と、低入力インピーダンス信号増幅器７３１を備える。調整インダクタ７４０とキャパシタ７２４からなる直列共振回路は共振周波数が核磁気共鳴周波数のｆ０となるように調整されている。
【００９４】
アレイコイルユニット７９０は、それぞれ、図１２（ｂ）に示すように、第一サブコイル７１０Ａと第二サブコイル７１０Ｂを備える。第二サブコイル７１０Ｂは、第一実施形態の第二サブコイル４１０Ｂと異なり、第二のループコイル部７２０Ｂのみから構成される。第二のループコイル部７２０Ｂには、共振周波数を調整する１ないし複数のキャパシタと磁気結合調整部７４１Ｂが挿入されている。磁気結合調整部７４１Ｂはキャパシタとインダクタの少なくとも一方から構成されている。ここでは、キャパシタの例を示している。第一サブコイル７１０Ａと第二サブコイル７１０Ｂの間にはアレイコイル７００を分割する境界を示す分割線１２がある。すなわち第一サブコイル７１０Ａと第二サブコイル７１０Ｂは、分割線１２により物理的には分離されているが、互いのループコイル部７２０が所定の相互インダクタンスＭで磁気結合するような距離で配置されている。相互インダクタンスＭの値は距離を調整することで調整される。また第一サブコイル７１０Ａの中心軸１１Ａに対して第二サブコイル７１０Ｂの中心軸１１Ｂの角度は着目する回転磁界（時計回り）の方向とは逆方向に４５度に配置されている（図１１）。
【００９５】
なお図１２（ｂ）は、第一サブコイル７１０Ａと第二サブコイル７１０Ｂを、同一形状、同一サイズで示しているが、形状及びサイズはサブコイルによって異なっていてもよい。例えば図１１に示す例では、第一サブコイル７１０Ａは第二サブコイル７１０Ｂよりサイズが大きい。
【００９６】
次に上記構成のアレイコイルユニット７９０の調整について説明する。
第一サブコイル７１０Ａは、核磁気共鳴信号を受信可能なように調整される。そして、第一サブコイル７１０Ａは、当該第一サブコイル７１０Ａ単独の共振周波数が送受信対象の核磁気共鳴信号の周波数である核磁気共鳴周波数ｆ０とは異なるように調整される。第二サブコイル７１０Ｂは、ループコイル部７２０Ｂのみから構成されており単独では核磁気共鳴信号を受信しない。第二サブコイル７１０Ｂの共振周波数は、磁気結合調整部７４１Ｂのキャパシタンス（インダクタの場合はインダクタンス）の値によりｆ０より大きく調整されている。
【００９７】
二つのサブコイル７１０Ａおよび７１０Ｂを意図的に磁気結合させることにより、第一のループコイル部７２０Ａと第二のループコイル部７２０Ｂとに、それぞれ、周回する電流経路が形成されるとともにｆ０で共振するよう、調整される。これにより、第一サブコイル７１０Ａが分割線１２をまたいで非接触で配置された第二サブコイル７１０Ｂと合わさってひとつのコイルとして動作しているとみなせる。第二サブコイル７１０Ｂは第一サブコイル７１０Ａと磁気結合するような位置に配置される。この位置（コイル間距離）で調整される相互インダクタンスＭを調整することで、第一サブコイル７１０Ａ単体の共振周波数と、第二サブコイル７１０Ｂを配置したときの第一サブコイル７１０Ａの共振周波数とを異ならせることができる。
【００９８】
またアレイコイルユニット７９０は、第一サブコイル７１０Ａの信号受信時に、第一サブコイル７１０Ａに流れる電流の位相に対して、第二サブコイル７１０Ｂに流れる電流の位相の差が４５度±６０度に調整されている。これはつまり、中心軸１１Ａに対する中心軸１１Ｂの配置角度に対して±６０度であるということである。磁気結合により第二サブコイル７１０Ｂに流れる電流の大きさや電流の位相差は、磁気結合調整部７４１Ｂのキャパシタンスの大きさにより調整される。
【００９９】
アレイコイルユニット７９０において、磁気結合調整部７４１Ｂにより電流位相差を調整できる原理は、第一の実施形態と同様である。すなわち、図７（ｃ）、（ｄ）を用いて説明したように、磁気結合調整部７４１Ｂにより第二サブコイル７１０Ｂの共振周波数（ｆＲ）を変化させることで、第一サブコイル７１０Ａにて信号受信時の、第一サブコイル７１０Ａに流れる電流の位相に対する第二サブコイル７１０Ｂに流れる電流の位相の差を変化させることができる。本実施形態では、第二サブコイル７１０Ｂの共振周波数がｆ０より大きく調整されているため、第一サブコイル７１０Ａから見たときに第二サブコイル７１０Ｂは誘導性リアクタンス（インダクタ）として動作する。従って、図７（ｄ）に示したように、電流位相差は０度〜９０度に調整することができる。このように電流位相差を中心軸１１Ａに対する中心軸１１Ｂの配置角度を合わせることで、第一サブコイル７１０Ａの信号受信時に、第二サブコイル７１０Ｂに流れる電流が回転磁界を強め、深部感度を向上する。
【０１００】
上述した電流位相差の調整では、磁気結合調整部７４１Ｂがキャパシタであってキャパシタンスを調整する例を示したがこれに限らない。例えば、インダクタであってもよい。この場合にも第二サブコイル７１０Ｂの共振周波数を変化させることで、同じ効果が得られる。
【０１０１】
また以上の説明では、第一サブコイル７１０Ａに対して第二サブコイル７１０Ｂは中心軸間角度が４５度に配置され、第二サブコイル７１０Ｂの共振周波数はｆ０より大きい例を示したが、これに限らない。中心軸間角度が９０度の場合は第二サブコイル７１０Ｂの共振周波数を磁気共鳴周波数ｆ０に等しくし、中心軸間角度が０度〜９０度の場合は第二サブコイル７１０Ｂの共振周波数を磁気共鳴周波数ｆ０より大きくし、中心軸間角度が９０度〜１８０度の場合は第二サブコイル７１０Ｂの共振周波数を磁気共鳴周波数ｆ０より小さくする。これにより、０度〜１８０度のあらゆる中心軸間角度に対して所望の電流位相差に調整でき、第二サブコイル７１０Ｂの配置自由度が大きくなる。
【０１０２】
このように調整されたアレイコイルユニット７９０は、第一サブコイル７１０Ａと第二サブコイル７１０Ｂが磁気結合することにより、それぞれのループ導体を周回する電流経路を形成することにより一つの受信チャンネルとして動作する。そして両側のサブコイル７５０とは、第一サブコイル７１０Ａ及び第二サブコイル７１０Ｂが、それぞれ、所定のオーバラップ面積となるように配置され磁気結合しない。また二つのアレイコイルユニット７９０が検査対象１０３を挟んで概ね１８０度の位置に配置されているので、検査対象１０３の全体に亘って高い深部感度が得られる。
【０１０３】
以上説明したように、本実施形態の高周波アレイコイルは、第一実施形態の高周波アレイコイルと同様の構成の前記第一サブコイル及び前記第二サブコイルの他に、共振周波数が核磁気共鳴周波数に調整され且つ互いに磁気結合しないように配置された１ないし複数のサブコイルをさらに備える。但し、本実施形態の高周波アレイコイルでは、前記第一サブコイル及び前記第二サブコイルのうち、前記第一サブコイルのみに第一の低インピーダンス信号処理回路が接続される。
また本実施形態の高周波アレイコイルは、物理的に分離された前記第一サブコイル及び前記第二サブコイルを２組以上含み、当該２組は軸対称な位置に配置され、前記２組の、前記第一サブコイルと前記第二サブコイルとの間を分割線として、分割可能に構成されている。
【０１０４】
本実施形態によれば、第一の実施形態と同様に深部感度を向上することができる。また、アレイコイルユニット７９０は一つの受信チャンネルとして動作するが、物理的には離れている第一サブコイル７１０Ａと第二サブコイル７１０Ｂを有するため、その間を接続する部品なしに分割可能な構造にすることができる。そのため、アレイコイル７００は分割可能な構造とすることができ、検査対象へのセッティングがしやすい。また、アレイコイルユニット７９０は一つの受信チャンネルとして動作するため、隣り合うサブコイル７５０と磁気結合を最小化するようにオーバラップする面積を調整することができる。そのため、分割の境界における接続部品なしに隣り合うサブコイルと磁気結合しないように調整することができ、アレイコイルの性能の劣化を防ぐことができる。また、分割される境界において接続部品を低減もしくはなくすことができ、接続部品を加えることによるコストを低減できる。さらに、接続点での接続抵抗による損失の影響でサブコイルの性能を劣化することを防ぐ。加えて、接続部分での接続不良や、着脱を繰り返すことにより機械的な劣化がなくなるため故障リスクを低減することができる。
【０１０５】
＜第二実施形態の変形例＞
図１２に示すアレイコイル７００は、二つのアレイコイルユニット７９０とその他のサブコイル７５０を組み合わせて、検査対象１０３を取り囲むように円周上に配置した構造を有するが、組み合わせるアレイコイルユニット７９０やサブコイル７５０の数、組み合わせの仕方は、図１２に示す構造に限定されない。
【０１０６】
例えば、アレイコイルユニット７９０を単独で受信コイルとして用いることも可能である。また図１２の二つのアレイコイルユニット７９０のうち一つを１ないし複数のサブコイル７５０で置き換えることや逆に上下３つのサブコイル７５０をそれぞれアレイコイルユニット７９０に置き換えることも可能である。後者の場合の配列は、例えば、第一のアレイコイルユニットの第二サブコイルが、第二のアレイコイルユニットの第一サブコイルとオーバラップし、第二のアレイコイルユニットの第二サブコイルが第三のアレイコイルユニットの第一サブコイルとオーバラップするというように、各アレイコイルユニット７９０における第一サブコイルと第二サブコイルとの並び方向が同じになるようにする。またアレイコイルユニット７９０を複数並べたアレイコイルでは、分割線１２で分断されないアレイコイルユニット７９０については、第一及び第二サブコイルを磁気結合する手段として結合インダクタを採用することも可能である。
【０１０７】
さらにアレイコイルユニット７９０とサブコイル７５０とが検査対象１０３の周囲全体を取り囲むことは必須ではなく、周方向の一部を覆う構造も採りえる。
以上、第二実施形態の変形例を例示したが、その他、適宜、他の種類（例えば蝶型）のサブコイルや第一実施形態のアレイコイルを組み合わせてアレイコイルとするなど種々の変形例があり得る。そしてこれら変形例のアレイコイルを組み込んだＭＲＩ装置も本発明のＭＲＩ装置に包含される。
【０１０８】
＜＜第三実施形態＞＞
本実施形態の高周波アレイコイルは、特定の調整がなされた３つのサブコイル（以下、サブコイルセットという）を含むことが特徴である。このサブコイルセットは、単独で或いは他のサブコイルと組み合わせて一つのアレイコイルを構成できる。本実施形態では組み合わせである高周波アレイコイルを説明する。
【０１０９】
本実施形態のＭＲＩ装置は、受信コイルとして用いるアレイコイルの構成が異なる以外は基本的に第一の実施形態と同様の構成であり、以下、第一の実施形態と異なる構成に主眼をおいて説明する。なお、本実施形態においても、水平磁場方式のマグネット１１０が発生する静磁場の向きは座標系０９０のＺ軸方向とする。また、本実施形態も、第一の実施形態同様、水平磁場方式のマグネット１１０を備えるＭＲＩ装置１００、および、垂直磁場方式のマグネット１１１を備えるＭＲＩ装置１０１のいずれも適用可能である。以下の説明では、一例として、垂直磁場方式のマグネット１１１を備えるＭＲＩ装置１０１に対して、頭部用のアレイコイルとして用いる場合を説明する。
【０１１０】
まず図１３及び図１４を参照して、本実施形態の高周波アレイコイル８００の構造を説明する。図１３は、高周波アレイコイル８００の配置を示す図、図１４（ａ）は、高周波アレイコイル８００を平面上に開いたときの展開図、図１４（ｂ）は、高周波アレイコイル８００を構成するサブコイル８１０を示す図である。
【０１１１】
図１３に示すように、アレイコイル８００は、７つのサブコイル８１０Ａ〜８１０Ｇで構成されている。個々のサブコイル８１０は、図１４（ａ）（ｂ）に示すように、ループ８２１に対し、共振周波数を調整するキャパシタ８２２と、送信コイルとの磁気結合を防止する機能を備えた直列キャパシタ８２３と、マッチングを調整するキャパシタ８２４と、磁気結合調整部８４１と、低入力インピーダンス信号増幅器８３１を備える。隣接するサブコイル８１０Ｇと８１０Ｃ、８１０Ｃと８１０Ｅ、８１０Ｅと８１０Ａ、８１０Ａと８１０Ｄ、８１０Ｄと８１０Ｂ、及び、８１０Ｂと８１０Ｆは、それぞれ、隣り合うサブコイル同士でオーバラップ領域を有するように配置される。そのオーバラップ領域の面積は、互いに磁気結合しないよう定められている。またサブコイル８１０Ｄ〜８１０Ｇは、それぞれ、磁気結合調整部８４１とキャパシタ８２４からなる直列共振回路の共振周波数が核磁気共鳴周波数のｆ０となるように調整されている。
【０１１２】
互いに磁気結合しないように配置されたサブコイル８１０Ｄ〜８１０Ｇは、それぞれ、独立して動作し、核磁気共鳴信号を受信する。一方、サブコイル８１０Ａ〜８１０Ｃは共振周波数と磁気結合の強さに対し、その配置との関係で所定の調整（後述）がされている。これら３つのサブコイルの組み合わせをここではサブコイルセット８９０と呼ぶ。なお図１４（ａ）では、作図の都合上、サブコイルの給電点（出力ポート）が８１０Ａ〜８１０Ｃでは左側に、８１０Ｄ〜８１０Ｇでは右側に示されているが、給電点の位置は任意である。
【０１１３】
次にアレイコイル８００の配置と調整について、図１３を参照して説明する。図１３は、アレイコイル８００をＺ軸より見た図であり、第一実施形態等と同様に、ＸＹ平面において時計回りの方向の回転磁場を対象とする。アレイコイル８００は静磁場方向と平行であるＺ軸を取り囲むように配置され、各サブコイルの中心軸はＺ軸に概ね垂直なＸＹ平面にある。サブコイル８１０Ｂの中心軸１１Ｂは、サブコイル８１０Ａの中心軸１１Ａに対して４５度に配置され、サブコイル８１０Ｃの中心軸１１Ｃはサブコイル８１０Ａの中心軸１１Ａに対して−４５度に配置される。サブコイルセット８９０を構成する３つのサブコイルのうち中央に位置するサブコイル８１０Ａを第一サブコイル、角度のプラス方向に配置されるサブコイル８１０Ｂを第二サブコイル、角度のマイナス方向に配置されるサブコイル８１０Ｃを第三サブコイル、と呼ぶ。
【０１１４】
このような配置を前提として、サブコイルセット８９０の共振周波数及び電流位相差の調整について説明する。
【０１１５】
第一サブコイル８１０Ａは、サブコイルセット８９０以外のサブコイル８１０Ｄ等と同様に、磁気結合調整部８４１Ａとキャパシタ８２４Ａからなる直列共振回路は共振周波数が核磁気共鳴周波数のｆ０となるように調整されている。一方、第二サブコイル８１０Ｂと第三サブコイル８１０Ｃにおいては、磁気結合調整部８４１とキャパシタ８２４からなる直列共振回路は共振周波数が核磁気共鳴周波数のｆ０と異なるように調整されている。また第一サブコイル８１０Ａと第二サブコイル８１０Ｂとは、両者のループ間を調整することで相互インダクタンスＭ１を介して磁気結合し、第一サブコイル８１０Ａと第二サブコイル８１０Ｃとは、両者のループに挿入された結合インダクタ８５１Ａ、８５１Ｃの相互インダクタンスＭ２を介して磁気結合する。
【０１１６】
この磁気結合は非対称となる。即ち、第一サブコイル８１０Ａから見て、第二サブコイル８１０Ｂは相互インダクタンスＭ１を介して磁気結合している。これは、第二サブコイル８１０Ｂの磁気結合調整部８４１Ｂとキャパシタ８２４Ｂからなる直列共振回路はｆ０とは異なる周波数で共振するため、第一サブコイル８１０Ａの信号受信時は、第二サブコイル８１０Ｂのキャパシタ８２４Ｂの両端は高抵抗とならないためである。同様に、第三サブコイル８１０Ｃのキャパシタ８２４Ｃの両端は高抵抗とならないため、第一サブコイル８１０Ａから見て、第三サブコイル８１０Ｃは相互インダクタンスＭ２を介して磁気結合している。
【０１１７】
一方、第二サブコイル８１０Ｂから見て、第一サブコイル８１０Ａは磁気結合していない。これは、第一サブコイル８１０Ａの磁気結合調整部８４１Ａとキャパシタ８２４Ａからなる直列共振回路はｆ０で共振するため、第二サブコイル８１０Ｂの信号受信時は、第一サブコイル８１０Ａのキャパシタ８２４Ａの両端は高抵抗となるためである。同様に、第三サブコイル８１０Ｃから見て、第一サブコイル８１０Ａは磁気結合していない。
【０１１８】
このような磁気結合により、第一サブコイル８１０Ａの信号受信時に第二サブコイル８１０Ｂ、第三サブコイル８１０Ｃに電流が流れる。ここで、第一サブコイル８１０Ａに流れる電流の位相に対して、第二サブコイル８１０Ｂに流れる電流の位相の差を４５度±６０度となるように調整する。これはつまり、中心軸１１Ａに対する中心軸１１Ｂの配置角度に対して±６０度であるということである。同様に、第一サブコイル８１０Ａの信号受信時に、第一サブコイル８１０Ａに流れる電流の位相に対して、第三サブコイル８１０Ｃに流れる電流の位相の差が−４５度±６０度となるように調整する。磁気結合により第二サブコイル８１０Ｂや第三のサブコイル８１０Ｃに流れる電流の大きさや電流の位相差は、磁気結合調整部８４１のインダクタンス（キャパシタの場合はキャパシタンス）の大きさや、低入力インピーダンス信号増幅器８３１のインピーダンスの大きさや、結合インダクタ８５１の大きさやその結合係数の大きさにより制御することができる。
【０１１９】
このとき、結合インダクタ８５１Ａと８５１Ｃの結合係数を、磁気結合を最小とする値に対して大きくすることで、負の電流位相差を実現できる。
【０１２０】
なお図１４に示す例では、第一サブコイル８１０Ａと第二サブコイル８１０Ｂとの磁気結合は、両方のループを配置する距離を調整することで実現し、第二サブコイル８１０Ａと第三サブコイル８１０Ｃとの磁気結合は、両方のループに挿入された結合インダクタ８５１Ａ、８５１Ｃで実現しているが、磁気結合手段としていずれを採用するかは、検出対象である回転磁場の方向とサブコイルの配置角度との関係で決まる。図１５に、サブコイルの配置によって生じる相互インダクタンスの大きさを示す。相互インダクタンスが０となる点がオーバーラップ法による配置である。サブコイル間の距離で磁気結合を実現する場合、図１５に示すように、サブコイルの相互インダクタンスの大きさは、サブコイルの大きさにも依存するが、配置角度により異なる。図１５の斜線部は、深部感度を高めるために必要な相互インダクタンスを表す。配置角度の正負によって電流位相差の符号を反転させる必要がある。図１５のグラフが斜線部に入っていない領域に関しては、磁気結合手段として結合インダクタを用いて相互インダクタンスを斜線部の領域内にする必要がある。例えば、サブコイル８１０Ａに対するサブコイル８１０Ｃの配置は図１５中の領域（Ａ）に位置し、磁気結合手段として結合インダクタが必須となる。一方、サブコイル８１０Ａに対するサブコイル８１０Ｂの配置は図１５中の領域（Ｂ）に位置し、ループ間距離の調整だけで必要な相互インダクタンスの調整が可能となる。つまりこの範囲では、磁気結合手段としてループ間距離と結合インダクタのいずれも採用することが可能である。
【０１２１】
以上説明したように、本実施形態の高周波アレイコイルは、第一実施形態の高周波アレイコイルと同様の第一サブコイルを中心として、前記第二サブコイルとは反対側に、第三のループコイル部を有する第三サブコイルを更に備える。前記第一サブコイルは、前記第三サブコイルと磁気結合することにより、前記第一のループコイル部のループと前記第三のループコイル部のループとに、それぞれ、周回する電流経路を形成し、核磁気共鳴周波数で共振するように調整されており、前記第一のループコイル部のループに流れる電流と、前記第三のループコイル部のループに流れる電流の位相差が、前記第一のループコイル部の中心軸と前記第三のループコイル部の中心軸とがなす角度と同一且つ逆符号の位相差±９０度の範囲に調整されている。また本実施形態の高周波アレイコイルは、前記第一サブコイルと前記第二サブコイルとの間及び前記第一サブイコイルと前記第三サブコイルとの間に、それぞれ、共振周波数が核磁気共鳴周波数に調整され互いに磁気結合しないように配置された第四のサブコイルをさらに備える。
【０１２２】
本実施形態によれば、第一の実施形態と同様に深部感度を向上することができる。これにより、画像の高画質化が実現できる。また、それぞれのサブコイル８１０の感度分布が異なるため高速イメージング用の受信アレイコイルとして機能し、撮像の高速化ができる。
【０１２３】
以上、第三実施形態のアレイコイルを説明したが、本実施形態のアレイコイルは、特定の関係で調整された３つのサブコイルからなるサブコイルセットを含むものであれば、図１４に示す構成に限らず、種々の変形や応用が可能である。またサブコイルセット単独でＭＲＩ装置に使用することもあり得る。但し、図１３や図１４に示したように、サブコイルセットを構成する３つのサブコイル間に別のサブコイルを挿入することで、配置密度を高め、感度を向上することができる。また別の変形例として、さらに二組のサブコイルセットを図１１に示したアレイコイルのように、上下に或いは左右に配置することも可能である。
【０１２４】
さらに、第三実施形態において、結合インダクタ８５１はサブコイル８１０Ａと８１０Ｃにのみ挿入されていたが、これに限らない。例えば、すべてのサブコイルに複数挿入されていてもよい。これにより、隣り合うサブコイルよりも遠いサブコイルとの磁気結合を低減できる。これは、一つ飛びに隣接するサブコイルとの磁気結合を除去しきれない場合などに有効である。
【０１２５】
＜第三実施形態の変形例＞
第三の実施形態では、Ｚ軸に対し周方向に一列にサブコイルを配置した構造のアレイコイル８００を例にあげて説明したが、これに限定されない。例えば、同様の構造の複数のアレイコイルをＺ軸方向に配置してもよい。本実施形態の変形例は例えば、水平磁場方式のマグネット１１０を備えるＭＲＩ装置１００に対して、腹部用のアレイコイルとして用いることができる。この場合のアレイコイル８０１の例を図１６に示す。この変形例では、周方向に一列にサブコイルを配置したアレイコイルをアレイコイルユニットと呼ぶ。
【０１２６】
図１６に示すアレイコイル８０１は、４つのアレイコイルユニット（二つの８９１Ａと、二つの８９１Ｂ）をＺ方向に配置した構造を持つ。４つのアレイコイルユニットのうち、アレイコイルユニット８９１Ａは、上述した第三実施形態における高周波コイル８００と同様の構成である。一方、アレイコイルユニット８９１Ｂは、アレイコイルユニット８９１Ａと同様にサブコイルが配置されているものの、すべてのサブコイルの直列共振回路の共振周波数がｆ０に調整されており、サブコイル間の磁気結合を最小化したアレイコイルユニットである。これらの二種類のアレイコイルユニット８９１Ａと８９１Ｂを四つＺ軸方向に並べてある。その際、アレイコイルユニット８９１ＡがＺ軸方向の両端にくるように配置され、間にアレイコイルユニット８９１Ｂが二つ配置される。それぞれＺ方向に隣り合うアレイコイルユニット同士は互いのサブコイル８１０が磁気結合しないようにオーバラップ法を用いてオーバラップ領域が調整される。
【０１２７】
本変形例では、第一の実施形態と同じようにアレイコイルユニット８９１Ａにおいて磁気結合しているサブコイル８１０の配置角度と電流位相差が合うように調整される。さらに、Ｚ方向には並べられたアレイコイルユニットは、公知の磁気結合除去技術により磁気結合しないように並べられ、Ｚ方向にも多チャンネル化ができる。
【０１２８】
本変形例によれば、第一の実施形態と同様の効果、すなわち深部感度の向上が得られる。さらに、Ｚ方向への多チャンネル化により、Ｚ方向にも撮像の高速化ができる。また、磁気結合のないアレイコイルはＺ方向の両端側で感度が落ちる傾向がある。本変形例によれば、アレイコイルユニット８９１ＡをＺ方向の両端側に配置することで、Ｚ方向の両端側の感度を向上することができる。
【０１２９】
なお、本変形例において、Ｚ方向には四つのアレイコイルユニットを並べたが、これに限らない。例えば、三つでも五つでもよい。これにより、所望のチャンネル数のアレイコイルが設計できる。
【０１３０】
また、本変形例において、アレイコイルユニット８９１ＡはＺ方向の両端に配置したが、その配置場所はこれに限らない。例えば、アレイコイルユニット８９１Ａと８９１Ｂを交互に配置してもよい。また、四つすべてをアレイコイルユニット８９１Ａとしてもよい。これにより、さらなる感度向上ができる。
【０１３１】
以上、本発明のアレイコイルの各実施形態を説明したが、本発明のアレイコイルはこれら実施形態に限定されない。例えば、各実施形態で説明した要素のうち、いくつかの必須ではない要素を追加したり削除することもあり得る。また技術的に矛盾しない限り、これら実施形態を組み合わせることも可能である。
【０１３２】
また上記実施形態のＭＲＩ装置は、静磁場発生部と、前記静磁場発生部が形成する静磁場空間に傾斜磁場を形成する傾斜磁場発生部と、前記静磁場空間に高周波磁場パルスを照射する送信コイルと、前記静磁場空間に配置された検査対象から発生する核磁気共鳴信号を受信する受信コイルと、を備え、前記受信コイルとして各実施形態の高周波アレイコイルを用いたものであり、前記高周波アレイコイルは、前記第一のループコイル部の中心軸及び前記第二のループコイル部の中心軸が、前記静磁場発生磁石が発生する静磁場の方向に対し略垂直となるように配置されている。
【０１３３】
本実施形態のＭＲＩ装置において、受信コイル以外の構成については、図示するものに限らず種々の変更が可能である。例えば、送信ＲＦコイル１５１として鳥かご型ＲＦコイル３００を用いる例を示したが、送信ＲＦコイル１５１の種類はこれに限らない。例えば、以下説明する第四実施形態に示すような送信アレイコイルであってもよい。
【０１３４】
＜＜第四実施形態＞＞
次に、本発明の第四の実施形態を説明する。上述した各実施形態のＭＲＩ装置は、信号受信時に隣接するサブコイルと磁気結合し、感度領域を拡大する高周波アレイコイル或いはこのような高周波アレイコイルを一つのユニットとして含む高周波アレイコイルを、受信コイル１６１に用いる。しかし、本実施形態のＭＲＩ装置は、このアレイコイルを、送信コイル１５１に用いる。
【０１３５】
本実施形態のＭＲＩ装置は、基本的に第一の実施形態のＭＲＩ装置１００と同様の構成を有する。以下、本実施形態について、第一の実施形態と異なる構成に主眼をおいて説明する。
【０１３６】
上述のように、本実施形態では、鳥かご型ＲＦコイル３００の代わりに、送信コイル１５１に、複数のサブコイル４１０で構成される高周波アレイコイルを用いる。
【０１３７】
図１７（ａ）は、本実施形態の送信コイル１５１として用いる、送信アレイコイル９００を説明するための図である。本実施形態の送信アレイコイル９００は、第一の実施形態の高周波アレイコイル４００同様、複数のサブコイル９１０を備える。ここでは、二つのサブコイル９１０Ａおよび９１０Ｂを備える場合を例にあげて説明する。なお、サブコイル９１０の数は、これに限定されない。
【０１３８】
各サブコイル９１０は、第一の実施形態のサブコイル４１０と、基本的に同様の構成を有する。ただし、ループコイル部９２０が、磁気結合調整部９４１を介して接続されるのは、低入力インピーダンス信号処理回路４３０ではなく、低出力インピーダンス信号処理回路９３０である。ここでは、低（出力）インピーダンス信号処理回路９３０として、低出力インピーダンスのＲＦアンプ（低出力インピーダンス信号増幅器）９３１を備える場合を例にあげて説明する。
【０１３９】
また、送信アレイコイル９００は、送信コイル１５１と受信コイル１６１との間の磁気結合を防止する送受信間磁気結合防止回路として、送受信間磁気結合防止回路２１０を備える。送受信間磁気結合防止回路２１０は、図１７（ｂ）に示すように、ループコイル部９２０のループに直列に接続されたＰＩＮダイオード２１１と制御用信号線２１２とを備える。これらの機能は、図３（ｂ）に示す送受信間磁気結合除去回路２１０と同じであるため、重複する説明を省略し、以後、高周波磁場送信時の動作のみに着目し、受信コイル１６１は開放状態として説明する。
【０１４０】
各サブコイル９１０のループコイル部９２０に備えられた各回路素子も、基本的に第一の実施形態のアレイコイル４００と同様である。サブコイルの調整（共振周波数の調整、磁気結合時の電流の大きさや位相の調整）は、ループコイル部９２０Ａのループ９２１に直列に挿入される直列キャパシタ９２２と、並列に挿入される並列キャパシタ９２４と、磁気結合調整部９４１とにより行われる。
【０１４１】
上記構成における、本実施形態の送信アレイコイル９００の詳細な動作を説明する。
信号送信時、送信アレイコイル９００を構成する各サブコイル９１０それぞれからみた低出力インピーダンス信号増幅器９３１は、低インピーダンスである。従って、送信アレイコイル９００の各サブコイル９１０は、第一の実施形態のアレイコイル４００の各サブコイル４１０と同じ電流分布を構成し、例えば、静磁場強度１．５Ｔ（テスラ）における水素の核磁気共鳴周波数６４ＭＨｚで共振する。
【０１４２】
本実施形態のＭＲＩ装置は、静磁場発生部と、前記静磁場発生部が形成する静磁場空間に傾斜磁場を形成する傾斜磁場発生部と、前記静磁場空間に高周波磁場パルスを照射する送信コイルと、前記静磁場空間に配置された検査対象から発生する核磁気共鳴信号を受信する受信コイルと、を備え、前記送信コイルとして各実施形態の高周波アレイコイルを用いたものである。前記高周波アレイコイルは、前記第一のループコイル部の中心軸及び前記第二のループコイル部の中心軸が、前記静磁場発生磁石が発生する静磁場の方向に対し略垂直となるように配置されている。
【０１４３】
本実施形態の送信アレイコイル９００を構成する各サブコイル９１０は、所望の周波数（例えば、６４ＭＨｚ）で共振するため、効率良くＲＦを送信できる。同時に、第一サブコイル９１０Ａの第一ループコイル部９２０Ａの第一のループ９２１Ａは、磁気結合によって第二サブコイル９１０Ｂの第二ループコイル部９２０Ｂの第二ループ９２１Ｂと結合する。第一サブコイル９１０Ａに流れる電流の位相に対して、磁気結合により第二サブコイル９１０Ｂに流れる電流の位相の差が、二つのサブコイルの配置角度と合うように調整されるため、第一の実施形態と同様に深部感度が向上する。そのため、送信効率が向上し撮像に必要なパワーを低減できる。
【０１４４】
また、第二サブコイル９１０Ｂは、第一サブコイル９１０Ａの第一のループコイル部９２０Ａの第一のループ９２１Ａとは結合せず、第一サブコイル９１０Ａとは異なる感度領域を有する。このため、マルチチャンネルとして機能する。
【０１４５】
よって、本実施形態の送信アレイコイル９００は、チャンネル数を維持しながら広いＲＦ送信領域を持つコイルを実現できる。また、これを、各サブコイル９１０の配置と回路素子の値の調整で実現するため、構造も複雑化することがない。
【０１４６】
なお、低インピーダンス信号処理回路に用いる回路素子の種類、回路素子調整時に用いる共振周波数、各サブコイルの配置位置、結合インダクタの有無、ループ形状、各サブコイルのサイズ、磁気結合態様等の第一の実施形態の変形例は、本実施形態にも適用可能である。また本実施形態も、第一の実施形態同様、水平磁場方式のマグネット１１０を備えるＭＲＩ装置１００、および、垂直磁場方式のマグネット１１１を備えるＭＲＩ装置１０１のいずれも適用可能である。
【０１４７】
以上、本発明の実施形態を説明してきたが、各実施形態やその変形例で説明した構成は、適宜、組み合わせて用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１４８】
本発明によればＭＲＩ装置の多チャンネルのアレイコイルにおいて、深部感度を高め、高速化や高画質を実現する技術を提供することができる。
【符号の説明】
【０１４９】
１１：ループ中心軸、１２：分割線、０９０：座標系、１００：ＭＲＩ装置、１０２：テーブル、１０３：検査対象、１１０：マグネット、１１１：マグネット、１２１：シムコイル、１２２：シム電源、１３１：傾斜磁場コイル、１３２：傾斜磁場電源、１４０：シーケンサ、１５１：送信ＲＦコイル、１５２：高周波磁場発生器、１６１：受信ＲＦコイル、１６２：受信器、１７０：計算機、１７１：表示装置、１８０：磁気結合防止回路駆動装置、２１０：送受間磁気結合防止回路、２１１：ＰＩＮダイオード、２１２：制御用信号線、２２０：送受間磁気結合防止回路、２２０ｍ：送受信間磁気結合防止回路、２２１：ＰＩＮダイオード、２２１ｍ：クロスダイオード、２２２：インダクタ、２２３：制御用信号線、３００：鳥かご型ＲＦコイル、３０１：直線導体、３０２：端部導体、３０３：キャパシタ、３１１：入力ポート、３１２：入力ポート、４００：アレイコイル、４１０：サブコイル、４２０：ループコイル部、４２１：ループ、４２２：直列キャパシタ、４２３：キャパシタ、４２４：キャパシタ、４３０：低インピーダンス信号処理回路、４３１：低入力インピーダンス信号増幅器、４４１：磁気結合調整部、４５１：結合インダクタ、５１０：振動磁界、５２０：時計回り回転磁界、５３０：反時計回り回転磁界、５４０：合成時計回り回転磁界、６００：等価回路、６０１：等価回路、６２２：キャパシタ、６２４：キャパシタ、６３３：抵抗、６４１：インダクタ、６５０：インダクタ、６９０：電圧源、７００：アレイコイル、７１０：サブコイル、７２０：ループコイル部、７２１：ループ、７２２：直列キャパシタ、７２３：キャパシタ、７２４：キャパシタ、７３１：低入力インピーダンス信号増幅器、７４０：調整インダクタ、７４１：磁気結合調整部、７５０：サブコイル、７９０：アレイコイルユニット、８００：アレイコイル、８０１：アレイコイル、８１０：サブコイル、８２２：直列キャパシタ、８２３：キャパシタ、８２４：キャパシタ、８３１：低入力インピーダンス信号増幅器、８４１：磁気結合調整部、８５１：結合インダクタ、８９０：サブコイルセット、８９１：アレイコイルユニット、９００：送信アレイコイル、９１０：サブコイル、９２０：ループコイル部、９２１：ループ、９３０：低インピーダンス信号処理回路、９３１：低出力インピーダンス信号増幅器。
【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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