(57)【要約】【課題】ＱＤコイル、特にマルチエレメントコイルの給電点に接続された同軸ケーブルの影響によるコイルのインピーダンス特性の不安定化と共振の鋭さＱ値の低下を防ぐことが出来る磁気共鳴イメージング装置用ＱＤコイルを提供する。【解決手段】ＱＤコイル、特にマルチエレメントコイルの２つの給電点と、そこに接続された各々の同軸ケーブル上に設けられたバランとの間で、２つの同軸ケーブルのグランド線間を接続するインダクタンスを配置することにより、そのインダクタンスと並列関係にあるコイルのコンデンサとが形成する回路が、ＭＲＩ装置の核磁気共鳴周波数を持つ信号にとって並列共振回路となるようにし、片方の給電点からもう一方へ信号が漏れ込まないようにする。【選択図】      図４
2005021325.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給電点を備えた２つの要素コイルを直交して配置することによって該２つの要素コイル間に結合容量が生じた磁気共鳴イメージング装置用ＱＤコイルにおいて、
前記各給電点に接続された給電ライン上にバランをそれぞれ備え、前記給電点と前記バランとの間で前記２つの給電ラインのグランド線間が、並列関係となる前記結合容量との間で所望の周波数で並列共振するように調整されたインダクタで接続されたことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置用ＱＤコイル。
【請求項２】
互いに同心円状の複数のリングと、前記各リングを放射状に結ぶ複数のエレメントと、前記各リングにおいて前記エレメントとの接続点間に共振用コンデンサを配置した磁気共鳴イメージング装置用マルチエレメントコイルにおいて、
互いに直交する２つの給電点を備え、前記各給電点に接続された給電ライン上にバランをそれぞれ備え、前記給電点と前記バランとの間で前記２つの給電ラインのグランド線間が、並列関係となる前記共振用コンデンサとの間で所望の周波数で並列共振するように調整されたインダクタで接続されたことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置用マルチエレメントコイル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、核磁気共鳴現象を利用して被検体である人体の所望部位の断層画像を撮影する磁気共鳴イメージング装置において使用されるＱＤコイルに関し、特にＱＤコイルにおける給電ラインの影響によるコイルの性能劣化を防止する技術に関
する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気共鳴イメージング装置は、被検体の生体組織を構成する原子核に高周波磁場を照射して磁気共鳴を起こさせるための送信コイルと、核磁気共鳴によって発生する核磁気共鳴信号を受信する受信コイルを備えており、一つのコイルで送信と受信を兼用する場合もある。
送信用と受信用のコイルには色々な型が知られているが、その中でも分布定数型コイルであるマルチエレメントコイルは、コイルの共振周波数で給電を行うと、コイル内に定在波が立つため、定在波の節にあたるところにもう一つ給電点を設けて、お互いに影響を及ぼさずに同時に送信もしくは受信することができるので、ＱＤ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）方式の送受信が可能となる。
【０００３】
しかし、マルチエレメントコイルへの給電には、信号線とグランド線の間に１００ｐＦ／ｍ程度の容量を持つ同軸ケーブルを用いるので、給電ラインにも定在波電流が乗ってしまう。すると、給電ラインと周辺環境（例えば、他のケーブルや金属構造物）との間の浮遊容量の影響により、給電ライン上の定在波の共振条件が容易に変わってしまうので、マルチエレメントコイルのインピーダンス特性が非常に不安定になり、共振の鋭さＱ値が低下してＳＮが劣化する場合がある。
【０００４】
この問題は、マルチエレメントコイルに限らず、一般のＱＤコイルにおいても同様に成立する。つまり、一般のＱＤコイルでも、ＱＤを構成する２つのコイル間に容量性結合が生じていれば、上記のマルチエレメントコイルの場合と同様の理由により、ＱＤコイルのインピーダンス特性が非常に不安定になる場合がある。つまり、ＱＤコイルの給電点からバランまでの給電ライン（１００ｐＦ／ｍ程度の容量を持つ同軸ケーブル）に定在波電流が乗るため、給電ラインと周辺環境との間の浮遊容量の影響により、給電ライン上の定在波の共振条件が容易に変わってしまう。
【０００５】
上記の不安定化等を防ぐために、［特許文献１］や［特許文献２］に記載されているように、出来るだけマルチエレメントコイルに近い給電ライン上にバランを設けるなどして、給電ラインの影響を遮断している。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−２８０６５２号公報
【特許文献２】
特開平１０−１２７６００号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の様にバランをもちいたとしても、十分にマルチエレメントコイルに近い位置に配置しないと明確な効果は得られない。なぜならマルチエレメントコイルとバランの間の同軸ケーブルには定在波電流が乗っており、ここが長ければ、それだけ浮遊容量の影響を受けやすいからである。
【０００８】
しかし、ＭＲＩ装置の外観や操作性などの要求から、必ずしもバランをマルチエレメントコイルの近くに配置できるとは限らない。［特許文献１］や［特許文献２］には、この点が考慮されていない。
【０００９】
そこで本発明の目的は、バランと併用してＱＤコイルの２つの給電点に接続された給電ラインの影響によるＱＤコイルのインピーダンス特性の不安定化と共振の鋭さＱ値の低下を防ぐことが出来る磁気共鳴イメージング装置用のＱＤコイル、特にマルチエレメントコイルを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明は以下の様に構成される。
給電点を備えた２つの要素コイルを直交して配置することによって該２つの要素コイル間に結合容量が生じた磁気共鳴イメージング装置用ＱＤコイルにおいて、
前記各給電点に接続された給電ライン上にバランをそれぞれ備え、前記給電点と前記バランとの間で前記２つの給電ラインのグランド線間が、並列関係となる前記結合容量との間で所望の周波数で並列共振するように調整されたインダクタで接続されたことを特徴とする。
【００１１】
これにより、片方の給電点から他方へ信号が漏れ込まないようにすることができ、ＱＤコイルの給電点の最も近くにバランを配置できない場合でも、２つの給電点に接続された給電ラインの影響によるＱＤコイルのインピーダンス特性の不安定化と共振の鋭さＱ値の低下を防止できる。
【００１２】
また、互いに同心円状の複数のリングと、前記各リングを放射状に結ぶ複数のエレメントと、前記各リングにおいて前記エレメントとの接続点間に共振用コンデンサを配置した磁気共鳴イメージング装置用マルチエレメントコイルにおいて、互いに直交する２つの給電点を備え、前記各給電点に接続された給電ライン上にバランをそれぞれ備え、前記給電点と前記バランとの間で前記２つの給電ラインのグランド線間が、並列関係となる前記共振用コンデンサとの間で所望の周波数で並列共振するように調整されたインダクタで接続する。
【００１３】
これにより、片方の給電点から他方へ信号が漏れ込まないようにすることができ、マルチエレメントコイルの給電点の最も近くにバランを配置できない場合でも、２つの給電点に接続された給電ラインの影響によるマルチエレメントコイルのインピーダンス特性の不安定化と共振の鋭さＱ値の低下を防止できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。なお、発明の実施の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け、その繰り返しの説明は省略する。
【００１５】
図１は本発明に係るＭＲＩ装置の全体を示すブロック図である。本発明による磁気共鳴イメージング装置は、中央処理装置（ＣＰＵ）１と、シーケンサ２と、送信系３、傾斜磁場発生系４と、受信系５、信号処理系６、静磁場発生領域２２とを備えて構成されている。前記中央処理装置１は、あらかじめ定められたプログラムに従いシーケンサ２、送信系３、受信系５、信号処理系６の各々を制御するものである。
【００１６】
シーケンサ２は中央処理装置１からの制御指令に基づいて動作し、被検体１１の断層像のデータ収集に必要な種々の命令を送信系３、傾斜磁場発生系４、受信系５に送っている。
【００１７】
送信系３は高周波発振器７と変調器８と送信コイル１０ａ，１０ｂを有し、シーケンサ２の指令により、変調器８で変調された高周波発振器７からの高周波パルスを、高周波増幅器９ａ〜９ｄで増幅して送信コイル１０ａ，１０ｂに供給することにより、所定のパルス状の電磁波を被検体１１に照射している。
【００１８】
傾斜磁場発生系４は互いに直交するデカルト座標軸方向、すなわちＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向ににそれぞれ独立に傾斜磁場を印加できる構成を有する傾斜磁場コイル１３ａ，１３ｂと、傾斜磁場コイル１３ａ，１３ｂに電流を供給する傾斜磁場電源１２と、傾斜磁場電源１２を制御するシーケンサ２より構成する。
【００１９】
受信系５は、前記受信コイル１４と、プリアンプ１５と、直交位相検波器１６とＡ／Ｄ変換器１７とを有し、被検体１１からの核磁気共鳴信号を受信コイル１４が検出すると、その信号をプリアンプ１５、直交位相検波器１６を介してＡ／Ｄ変換器１７でデジタル量に変換し、中央処理装置（ＣＰＵ）１に送っている。
【００２０】
信号処理系６は、磁気ディスク１８、光ディスク１９などの外部記憶装置と、ＣＲＴ２０、キーボード２１などを有している。
【００２１】
受信系５からのデータが中央処理装置（ＣＰＵ）１に入力されると、この中央処理装置ＣＰＵ１が信号処理、画像再構成処理などを実行し、その結果である被検体１１の所望の断面像を前記ＣＲＴ２０に表示するとともに、前記外部記憶装置のたとえば磁気ディスク１８に記憶する。
【００２２】
静磁場発生領域２２は、被検体１１の周りに所定の方向に均一な静磁場を発生させるためのものである。
静磁場発生領域２２の内部には、傾斜磁場を発生させる傾斜磁場コイル１３ａ，１３ｂと、送信コイル１０ａ，１０ｂと、受信コイル１４が設置されている。
【００２３】
以下、マルチエレメントコイルの場合について説明する。
図２に送信コイル１０ａに対する給電ラインの概略構成を示す。図２の送信コイル１０ａは、２つの給電点を有するマルチエレメント型である。第１リング上に互いに直列に共振容量素子２５ａ〜２５ｌ、第２リング上に互いに直列に共振容量素子２６ａ〜２６ｌ、第３リング上に互いに直列に共振容量素子２７ａ〜２７ｌを配置し、共振容量素子２５ａ，２５ｊを給電点とする送信コイル１０ａを構成する。さらに給電点２５ａ，２５ｊに接続されたケーブルに直列にバラン２８ａ，２８ｂが配置されている。
【００２４】
今、図２の送信コイル１０ａ上の２つの給電点２５ａ、２５ｊ間が完全にアイソレートされており、互いに信号の漏れ込みが無いと仮定する。図６は、図２の送信コイル１０ａの第１リング上において、給電点２５ａに対する給電が作り出す定在波の腹と節及び給電点２５ｊの位置関係を示した図である。
【００２５】
マルチエレメントコイルが共振しているときは、コイル上に定在波が立っており、定在波の腹と節は１／４波長ごとに交互に並んでいる。そして、給電点２５ｊは給電点２５ａに対する給電が作り出す定在波の節に位置している。また同様に、給電点２５ａは給電点２５  ｊに対する給電が作り出す定在波の節に位置していることになる。
【００２６】
しかし、図６の状態は２つの給電点２５ａ，２５ｊ間が完全にアイソレートされた理想状態であり、実際には給電点２５ａ，２５ｊが、お互いが作り出す定在波の節の位置からずれることがある。なぜなら、給電点２５ａ，２５ｊに対する給電ラインは同軸ケーブルであり、同軸ケーブルそのものが信号線とグランド線の間に１００ｐＦ／ｍ程度の容量を持つため、給電点２５ａ，２５ｊからバラン２８ａ，２８ｂまでの同軸ケーブルも、コイルの共振容量の一部となり、定在波電流が乗ってしまう。その様な状況ではケーブルと周辺環境（例えば、別のケーブルや金属構造物）との間に存在する浮遊容量の影響によって、ケーブル上に乗っている定在波の共振条件が容易に変化してしまう。
【００２７】
図７は、その様な不安定な浮遊容量の影響を受けているときの、図２の送信コイル１０ａの第１リング上において、給電点２５ａに対する給電が作り出す定在波の腹と節と、給電点２５ｊの位置関係を示した図である。図７では、給電点２５ａに対する給電が作り出す定在波の節と給電点２５ｊが、同一の位置からずれている。そのため、給電点２５ｊは給電点２５ａが作り出す定在波電流の電圧を受けることになる。また同様に、給電点２５ａが給電点２５ｊに対する給電が作り出す定在波電流の電圧を受けることも考えられる。
【００２８】
このような状況では、図２の給電点２５ａ，２５ｊに接続された給電ライン間に信号の漏れ込みが起こり、ＲＦ  Ｐｏｗｅｒ  Ａｍｐ（パワーアンプ）９ａ，９ｂから見たコイルのインピーダンス特性が不安定化する。図３は、給電ラインに存在する浮遊容量、及び２つのグランド線間に生じた電位差Ｖ１により、グランド線間に信号の漏れ込みＩ１が生じる様子を示した図である。
【００２９】
図３のＲＦ  Ｐｏｗｅｒ  Ａｍｐ  ９ａ，９ｂから見たコイルのインピーダンス特性を安定化するためには、このグランド線間の信号の漏れ込みＩ１を遮断しなければならない。図４は、本発明の第一の実施態様である送信コイル１０ａに対する給電ラインの概略構成図であり、図２の構成との相違は、給電点２５ａ，２５ｊとバラン２８ａ，２８ｂとの間に、２つの給電ライン（同軸ケーブル）のグランド線同士を接続するインダクタンス２９を配置した点である。
【００３０】
図５は、図４のグランド線間の等価回路図である。図５の回路はＬＣ並列共振回路であり、共振周波数がＭＲＩ装置の核磁気共鳴周波数と一致するようにインダクタンスを決めることにより、その周波数でのグランド線間のインピーダンスを非常に大きくすることができる。
【００３１】
すなわち、図４において給電点２５ａ，２５ｊとバラン２８ａ，２８ｂとの間に、給電ラインのグランド線同士を接続する最適な値を持つインダクタンス２９を配置することにより、給電点２５ａ，２５ｊに接続された給電ライン間の信号の漏れ込みを防ぐことが可能になる。また、最適なインダクタンスとは、図５のＬＣ並列共振回路をＭＲＩ装置の核磁気共鳴周波数で共振させるインダクタンスである。
【００３２】
これにより、送信コイルの給電ラインと周辺環境（例えば、別のケーブルや金属構造物）との間に存在する浮遊容量の影響によって、同軸ケーブル上に乗っている定在波の共振条件が変化しても、ＲＦ  Ｐｏｗｅｒ  Ａｍｐから見たコイルのインピーダンス特性の不安定化と共振の鋭さＱ値の低下を防ぐことができる。
【００３３】
以上の説明は、マルチエレメントコイルを送信コイルとして用いた場合であるが、受信コイルとして用いた場合も同様である。受信コイルとして用いた場合は、上記ＲＦ  Ｐｏｗｅｒ  Ａｍｐ  が信号増幅用のプリアンプに換わる。上記と同様のことを受信コイルにも適用することにより、プリアンプから見たコイルのインピーダンス特性の不安定化と共振の鋭さＱ値の低下を防ぐことができる。
【００３４】
次に、一般のＱＤコイルに対して本発明を適用した第二の実施形態を説明する。図８は２つのループコイル３０ａ（実線），３０ｂ（点線）を直交して重ねたＱＤコイルの簡単な例である（図８では、わかりやすくするために要素コイルを異なる大きさで記載しているが、必要に応じて略同一とする場合もある）。それぞれの要素コイルが共振容量素子３１ａ，３１ｂを給電点としている。これら２つの要素コイルの間は理想的には電気的に独立となる必要があるが、現実的には僅かな結合容量（コンデンサ）３１ｃが残る。
【００３５】
２つの給電ライン（同軸ケーブル）のグランド線同士をインダクタンス２９で接続し、上記の結合容量３１ｃとでＭＲＩ装置の核磁気共鳴周波数で並列共振するようにインダクタンス２９を調整する。これにより、ＱＤコイルのインピーダンス特性の不安定化と共振の鋭さＱ値の低下を防ぐことができる。この様なＱＤコイルを受信コイルとして用いた場合も上記のマルチエレメントコイルの場合と同様である。
【００３６】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、ＱＤコイル、特にマルチエレメントコイルにおいて、２つの給電点と、そこに接続された各々の給電ライン上に設けられたバランとの間に、２つのライン（同軸ケーブル）のグランド線間を接続するインダクタンスを配置することにより、そのインダクタンスと並列関係にあるコイルのコンデンサとが形成する回路が、ＭＲＩ装置の核磁気共鳴周波数を持つ信号にとって、並列共振回路となるようにし、片方の給電点からもう一方へ信号が漏れ込まないようにすることができる。
【００３７】
これにより、コイルの給電点の最も近くにバランを配置できない場合でも、２つの給電点に接続された給電ラインの影響によるコイルのインピーダンス特性の不安定化と共振の鋭さＱ値の低下を防ぎ、高周波パルスの照射もしくは受信効率の低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明におけるＭＲＩ装置の一実施例のブロック図。
【図２】送信コイル１０ａと給電ラインの概略構成図。
【図３】送信コイル１０ａの給電ラインに存在する浮遊容量、及びグランド線間に生じた電位差Ｖ１により、グランド線間に信号の漏れ込みＩ１が生じる様子を示した図。
【図４】送信コイル１０ａの給電点２５ａ、２５ｊとバラン２８ａ，２８ｂとの間に、給電ラインのグランド線同士を接続するインダクタンス２９を配置（第一の実施形態）した図。
【図５】図４のグランド線間の等価回路図である。
【図６】送信コイル１０ａに上立つ定在波の腹と節と給電点の位置関係を示した図である。但し給電点２５ａ，２５ｊ間のアイソレートが十分な場合。
【図７】送信コイル１０ａに上立つ定在波の腹と節と給電点の位置関係を示した図である。但し給電点２５ａ、２５ｊ間のアイソレートが不十分な場合。
【図８】ＱＤコイルの給電点３１ａ，３１ｂとバランとの間に、給電ラインのグランド線同士を接続するインダクタンス２９を配置（第二の実施形態）した図。
【符号の説明】
１  中央処理装置（ＣＰＵ）、２  シーケンサ、３  送信系、４  傾斜磁場系、５  受信系、６  信号処理系、７  高周波発信器、８  変調機、９ａ〜ｄ    高周波増幅器（ＲＦ  Ｐｏｗｅｒ  Ａｍｐ）、１０  送信コイル、１１  被検者、１２  傾斜磁場電源、１３ａ〜ｂ  傾斜磁場コイル、１４  受信コイル、１５  Ｐｒｅ  Ａｍｐ、１６  検波回路、１７  Ａ／Ｄ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ、１８  磁気ディスク、１９  光ディスク、２０  ＣＲＴ、２１  キーボード、２２  磁気回路による静磁場発生領域、２５ａ〜ｌ  コンデンサ、２６ａ〜ｌ  コンデンサ、２７ａ〜ｌ  コンデンサ、２８ａ〜ｂ  バラン（Ｂｕｌｕｎ）、２９  インダクタンス、３０ａ〜ｂ  ＱＤコイルを構成する要素コイル、３１ａ〜ｂ  コンデンサ
【図１】
2005021325.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2005021325.tif 000006
【図５】
2005021325.tif 000007
【図６】
2005021325.tif 000008
【図７】
2005021325.tif 000009
【図８】
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