(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象への信号の送信および／又は検査対象からの信号の受信に用いられる略円筒状のコイル装置であって、
円筒の外周に配置されるシート状の第１の導体部と、前記第１の導体部と対向してその内側に配置される第２の導体部とをそれぞれ備え、隣接するもの同士の間に電磁波透過性の間隔を置いて周方向に並べて配置される複数のサブコイルと、
前記複数のサブコイル間の導通状態を制御するサブコイル間導通制御手段と、
前記第１の導体部と第２の導体部との導通状態を制御する第１の導通制御手段とを備え、
前記サブコイル間導通制御手段は、前記複数のサブコイルのうち隣接するもの同士の前記第１の導体部の各一端部からそれぞれ延ばされた腕同士を接続する第１のサブコイル間導通制御手段と、前記隣接するもの同士の前記第１導体部の各他端部からそれぞれ延ばされた腕同士を接続する第２のサブコイル間導通制御手段とを備えたことを特徴とするコイル装置。
【請求項２】
請求項１に記載のコイル装置であって、
前記第１の導通制御手段は、並列に接続された少なくとも一つのコンデンサとスイッチ手段とを有し、前記コイル装置の１チャンネルモードでの使用時と前記コイル装置の多チャンネルモードでの使用時とで前記第１の導通制御手段の電気容量が異なることを特徴とするコイル装置。
【請求項３】
請求項２に記載のコイル装置であって、
前記スイッチ手段は、ダイオードまたはマイクロエレクトロメカニカルシステムによるスイッチであることを特徴とするコイル装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載のコイル装置であって、
前記複数のサブコイルは、それぞれが送信手段と接続され、一つが受信手段と接続されていることを特徴とするコイル装置。
【請求項５】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載のコイル装置であって、
前記複数のサブコイルは、それぞれが受信手段と接続され、一つが送信手段と接続されていることを特徴とするコイル装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載のコイル装置であって、
前記サブコイル間導通制御手段は、隣接するサブコイル間に接続された、一対の逆並列ダイオードを備えたことを特徴とするコイル装置。
【請求項７】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載のコイル装置であって、
前記サブコイル間導通制御手段は、隣接するサブコイル間に接続され、共振回路を形成するインダクタおよびコンデンサと、前記共振回路を開閉するスイッチ手段とからなることを特徴とするコイル装置。
【請求項８】
請求項７記載のコイル装置であって、
前記スイッチ手段は、ダイオードまたはマイクロエレクトロメカニカルシステムによるスイッチであることを特徴とするコイル装置。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載のコイル装置であって、
前記第２の導体部はシート状部材からなることを特徴とするコイル装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか１項に記載のコイル装置であって、非磁性の材料からなることを特徴とするコイル装置。
【請求項１１】
検査対象が置かれる空間に静磁場を発生する静磁場発生系と、前記静磁場に磁場勾配を与える傾斜磁場発生系と、前記検査対象に高周波磁場を印加するとともに前記検査対象から発生する核磁気共鳴信号を検出する高周波コイルと、前記高周波コイルに信号を送信するとともに前記高周波コイルからの信号を受信する送受信手段と、前記核磁気共鳴信号を信号処理し前記検査対象の画像やスペクトルを算出する計算機とを備えた磁気共鳴撮像装置において、
前記高周波コイルとして、請求項１ないし１０のいずれか１項記載のコイル装置を用いた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】
本発明は電磁波を送信／受信するためのコイル装置及びそれを用いた核磁気共鳴撮像装置（以下、「ＭＲＩ装置」という）に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＲＩ装置は、マグネットが発生する均一な静磁場中に被検体を配置し、被検体に電磁場を照射し、被検体内の核スピンを励起すると共に、その後核スピンが発生する電磁波である核磁気共鳴信号を受信し、被検体を画像化する。電磁波の照射と核磁気共鳴信号の受信は、ラジオ周波数（ＲＦ）の電磁波を送信あるいは受信するＲＦコイルによって行なわれ、ＭＲＩ装置に適した種々の形状の送信コイル、受信コイル或いは兼用コイルが開発されている。
【０００３】
近年、ＭＲＩ装置の高磁場化が進んでおり、そのメリットとして、感度の向上、それに伴う撮影時間の短縮、撮影分解能の向上などが期待されている。一方、ＭＲＩ装置の高磁場化に伴い、ＲＦコイルの電流分布の不均一化、ＲＦコイルの高抵抗化によるロスの増加、人体のＲＦ吸収による励起領域不均一化、ＲＦコイルの自己共鳴周波数の限界によるコイルの製作性の低下などが新たな問題が生じている。
【０００４】
これらの問題のうち、ＲＦコイルの製作性の低下の問題を解決するために、マイクロストリップライン型や、マルチプルパッチレゾネータ型など新しいＲＦコイルの方式が提案されている（例えば、特許文献１、２）。これらは、高磁場ＭＲＩ装置において、リングコイルアレーや鳥かご型コイルなどの従来の方式に代換する技術として注目されている。
【０００５】
人体のＲＦ吸収および反射の問題は、励起ＲＦを照射する際に傾斜磁場強度を掃引し、最適化されたＲＦを照射することで解決できる。しかしこの方法では照射時間が長くなるという問題がある。これに対し、多数のＲＦコイルを用いて照射時間を短くする技術が開発されている。この技術はパラレルＲＦ送信と呼ばれている。パラレルＲＦ送信は、異なる感度領域を持つ受信コイルを用いた撮影時間短縮技術（パラレルイメージングと称される）をＲＦ送信に応用した方法であり、人体のＲＦ吸収による励起領域不均一化の問題への対策として提案されたものである。
【０００６】
パラレルＲＦ送信を行うためには感度領域の異なる送信ＲＦチャンネルの数が複数必要である。一般にマイクロストリップライン型のコイルは多チャンネル送信／多チャンネル受信の構成が可能で、パラレルＲＦ送信の方式に適する。しかし、多チャンネル受信を行うためには多チャンネルの受信機が必要であり、多チャンネルの受信機を準備することは費用がかかる。一方、先に挙げたマルチプルパッチレゾネータ型のＲＦコイルは、１チャンネル送信／１チャンネル受信またはクアドラチャと呼ばれる２チャンネル送信／２チャンネル受信に対応したコイルである。このタイプのコイルは構成が比較的単純で、送受信系統を１チャンネルしか持たないＭＲＩ装置には装備しやすいが、多チャンネル送信や多チャンネル受信には対応できない。
【０００７】
したがって、高磁場ＭＲＩ装置に適したＲＦコイルとして、装置構成に合わせて送信受信時にそれぞれ適したチャンネル数を選べ、切替えられるコイルが望まれている。マイクロストリップライン型のコイルを用い、チャンネル数分の送信受信切替スイッチ、位相シフター、分波器を用いれば原理上、多チャンネル送信／１チャンネル受信の構成や、１チャンネル送信／多チャンネル受信の構成が可能であるが、チャンネル数が増える場合、回路の調整や各チャンネル間の合成のバランスをとる作業が複雑になるというデメリットがある。
【０００８】
１チャンネル送信／多チャンネル受信を可能にするコイル装置が非特許文献２に開示されている。このコイル装置では、マルチプルパッチレゾネータ型コイルを送信時には１チャンネルのコイルとして用い、受信時は多チャンネルのループコイルアレーと用いる。しかしこの技術を用いても多チャンネル送信／１チャンネル受信への適応は困難であり、また、受信コイル方式がループコイルアレーであるために、隣接したコイル間のカップリングが大きくなり、実装が難しくなったり、構成が複雑になったりするデメリットがある。また、この方法ではマルチプルパッチレゾネータ型のコイルのラングと呼ばれる導体の数をＮとしたときにＮ／２チャンネルの数しか多チャンネル化できない。
【特許文献１】米国特許出願公開公報２００４／００１２３９１Ａ１
【特許文献２】米国特許５５５７２４７号公報
【非特許文献１】Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  ｉｎ  Ｍｅｄｉｃｉｎｅ  １３巻  ９５４ページ  ２００５年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を鑑み、多チャンネル送信／1チャンネル受信または1チャンネル送信／多チャンネル受信に使用できるコイル装置を提供することにある。また本発明の目的は、ＭＲＩ装置、特に高磁場のＭＲＩ装置に適したコイル装置を提供すること、またパラレルイメージング、パラレル送信のいずれにも対応できるコイル装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する本発明のコイル装置は、検査対象への信号の送信および/又は検査対象からの信号の受信に用いられるコイル装置であって、第１の導体部と前記第１の導体部と比較して前記検査対象側に配置される第２の導体部とをそれぞれ備えた複数のサブコイルと、前記複数のサブコイルを導通させるためのコイル導通手段と、前記第１の導体部と第２の導体部との導通状態を制御する第１の導通制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
本発明のコイル装置によれば、サブコイルを構成する第１の導体部と第２の導体部との導通状態を第１の導通制御手段によって受信時と送信時とで異なるように制御することにより、各サブコイルが受信コイル或いは送信コイルとして動作する多チャンネルモードと、サブコイル全体として受信コイルあるいは送信コイルとして動作する１チャンネルモードとを可能にし、一つのコイルで多チャンネル送信／1チャンネル受信または1チャンネル送信／多チャンネル受信を実現できる。
【００１２】
本発明のコイル装置において、第１の導通制御手段は、例えば、並列に接続された少なくとも一つのコンデンサとスイッチ手段とで構成され、スイッチ手段を切替えることにより、送信時と受信時とで電気容量が異ならせる。
【００１３】
本発明のコイル装置は、送受信手段として、受信手段または送信手段の数が、サブコイルの数より少ない計測装置と組み合わせることができる。例えば、複数のサブコイルは、それぞれが送信手段と接続され、一つのみが受信手段と接続される。あるいはそれぞれが受信手段と接続され、一つのみが送信手段と接続される。これにより用いる送受信コイルの数を増やすことなく、多チャンネル送信／1チャンネル受信または1チャンネル送信／多チャンネル受信を実現できる。
【００１４】
本発明のコイル装置において、コイル導通手段は、複数のサブコイル間の導通状態を制御する第２の導通制御手段を備えることができる。この構成により、第１の導通制御手段の回路設計を容易にし、1チャンネル送信／多チャンネル受信の実現を容易にすることができる。
【００１５】
また本発明のコイル装置は、その典型的な形態として、複数のサブコイルが、略円筒状であって、第１の導体部が円筒の外側、第２の導体部が円筒の内側となるように配置されている。円筒状の形状とすることにより、ＭＲＩ装置において人の頭部用コイルや全身用コイルとして好適な形状となる。
また本発明のコイル装置の、好適な態様として、隣接して配置されるサブコイル間は電磁波透過性である。これにより本発明のコイル装置を、その外側に配置される他の送信コイルと併用して用いることが可能となる。
さらに本発明のコイル装置の、好適な態様では、コイル装置は非磁性材料からなる。これによりＭＲＩ装置に適したコイル装置となる。
【００１６】
さらに本発明は、上述したコイル装置を備えたＭＲＩ装置も提供するものである。このコイル装置を備えることにより、比較的簡単な構成で、多チャンネル送信／1チャンネル受信を利用したパラレル送信や1チャンネル送信／多チャンネル受信を利用したパラレルイメージングを実現できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれは、高磁場ＭＲＩ装置を使用する際に設計の自由度が大きい、マイクロストリップライン型のコイルとマルチプルパッチレゾネータ型のコイルを1つのコイルで実現できる。また、マルチプルパッチレゾネータ型の１チャンネルコイルとして動作させた場合に、外部からのＲＦ電磁場の侵入を許す形式になっているため、ＲＦ送信は外部に存在する他の大きなコイルで行って、受信専用コイルとして使用することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明が適用されるＭＲＩ装置の概要を示す図である。
【００１９】
このMRI装置は、被検体に対し静磁場を印加するマグネット１０１と、静磁場に所定の方向の磁場勾配を与える傾斜磁場コイル１０２と、マグネット１０１内に挿入され、被検体に対してラジオ波などの電磁波を送受信するＲＦコイル１０３と、ＲＦコイル１０３に接続され、ＲＦコイルから照射される電磁波を作成し送信するとともに、ＲＦコイルからの核磁気共鳴信号を検出し、信号の処理を行う送受信機１０４と、傾斜磁場コイル１０２に電流を供給する傾斜磁場電源１０９と、送受信機１０４および傾斜磁場電源１０９の駆動を制御するとともに、種々の情報処理およびオペレーターによる操作を行うデータ処理部１０５と、データ処理部１０５の処理結果を表示するためのディプレイ１０８とから構成されている。
【００２０】
傾斜磁場電源１０９と傾斜磁場コイル１０２とは傾斜磁場制御ケーブル１０７で結ばれている。また、ＲＦコイル１０３と送受信機１０４は、コイルを制御するケーブルおよび送受信ケーブル１０６で結ばれている。ＲＦコイル１０３は、複数のサブコイルから構成され、制御信号により送受信の切替およびチャンネルの切替が行なわれる。制御信号は、送受信機１０４或いはデータ処理部１０５に備えられた制御装置から、あるいは独立して設けられた制御装置から送られる。送受信機１０４は、多チャンネル送信／1チャンネル受信に対応した送受信機、或いは1チャンネル送信／多チャンネル受信に対応した送受信機のいずれかが搭載される。
【００２１】
このような構成のＭＲＩ装置において、静磁場中に配置された被検体（図示せず）に対し、ＲＦコイル１０３および傾斜磁場コイル１０２により、数ミリ秒間隔程度の断続した電磁波、傾斜磁場を照射し、その電磁波に共鳴して被検体から発せられる信号を受信し、信号処理を行い、磁気共鳴像を取得する。図では単一のＲＦコイル１０３が示されているが、例えば広範囲撮像用のＲＦコイルと局所用のＲＦコイルなど、複数のＲＦコイルを用いる場合もある。
【００２２】
本発明のコイル装置は、このようなＭＲＩ装置のＲＦコイル１０３に適用される。図２に本発明のコイル装置の一実施の形態として、ＭＲＩ頭部用コイルに適用した場合の全体図を示す。
【００２３】
本実施の形態のＲＦコイルは、第１導体部２０１と第２導体部２０２で構成されるサブコイル２００を、第２導体部２０２を内側、第１導体部２０１を外側にして円筒を構成するような形で複数個（図示する例では８個）配置した構造を有する。頭部用コイルとして用いる場合、この円筒内部に人体の頭部が挿入され、ＭＲＩ撮像が行なわれる。コイルの大きさは、限定されるものではないが、頭部コイルの場合、一例として全体の外径が３４０ミリメートル、内径が２７０ミリメートル、軸方向の長さが２２０ミリメートル程度である。このコイルはサブコイルごとにチャンネルをもち、感度分布を持つ多チャンネルモードと、コイル全体が1つの広い感度分布を持つ1チャンネルモードが存在する。
【００２４】
ＲＦコイルを構成するサブコイルの一つを図３に示す。第１導体部２０１および第２導体部２０２は薄い導電性の金属シート、具体的には数１０マイクロメートル程度の銅箔などから構成されている。またＲＦコイルがＭＲＩ装置用コイルの場合には、コイルを構成する部品はすべて非磁性の材料からなる。これにより部品により画像のノイズや歪みが発生するのを防止できる。コイル形状は、図示するように、内側、すなわち内部の被検体に近い側に配置される第２導体部２０２は、長方形のシートからなる。また外側に配置される第1導体部２０１は、シートを箱状に折り曲げた折り返し部分２０５と、隣接する他のサブコイルの第1導体部へと接続するための腕の部分２０６とを有している。第１導体部２０１および第２導体部２０２は、デルリンやアクリルなどの非磁性のエンジニアリングプラスチックからなる支持体に支持されている。
【００２５】
また第１導体部２０１と第２導体部２０２とは、導体間コンデンサ２０３で電気的に接続されている。本実施の形態のコイル装置の使用態様に応じて、導体間コンデンサ２０３には、それとは並列に送信回路や受信回路、それらの切替スイッチ回路が接続される。これらは、第１導体部２０１と第２導体部２０２との導通を制御する第１導通制御手段を構成する。なお後述するが、導体間コンデンサ２０３の代わりに容量切替型コンデンサを用いてもよい。
【００２６】
円筒の外周上に並べられた複数の第1導体部２０１は、各々隣接するもの同士の腕の部分２０６がサブコイル間導通制御回路２０４で接続されている。サブコイル間導通制御回路２０４は、本実施の形態のコイル装置を、特に１チャンネル送信／多チャンネル受信の回路構成で用いる場合に、多チャンネルモードと１チャンネルモードに切替えるための第２導通制御手段を構成する。サブコイル間導通制御回路２０４の詳細については後に述べる。
【００２７】
本実施の形態のＲＦコイルは、上述した構成を基本として、多チャンネル送信／１チャンネル受信の送受信機或いは1チャンネル送信／多チャンネル受信の送受信機と組み合わされ、マルチプルパッチレゾネータ型コイルのような機能を有する1チャンネルモードと、マイクロストリップライン型コイルのような機能を有する多チャンネルモードを実現する。
【００２８】
以下、図２に示すＲＦコイルを送受信機に接続する際の回路構成を説明する。まず、多チャンネル送信／1チャンネル受信の構成を説明する。
【００２９】
図４は図２のＲＦコイルを多チャンネル送信／１チャンネル受信に使用する際の回路構成を示す図である。図中、第１導体部２０１と第２導体部２０２とは、模式的に黒い太線で描かれている。第１導体部２０１と第２導体部２０２からなるサブコイルは、省略のためこの図では２組しか描かれていないが、図２に示したように、複数のサブコイルが円周上に配置されている。この実施の形態では、隣り合う第１導体２０１同士は導体で接続されている。導体で接続するのではなく、図２に示した、隣り合う第１導体２０１の間に挿入されたサブコイル間導通制御回路２０４により両者を電気的に接続させてもよい。
【００３０】
これら複数のサブコイルのうち一つのサブコイル（図４で上側に示すサブコイル）のみが、受信信号コネクタ４０７が接続されるようになっている。また複数のサブコイルは全て、送信源４０４に接続されている。送信源４０４は、各サブコイルの導体間コンデンサ２０３に、送信パルススイッチ４０３を介して接続されている。
送信源４０４の接続インピーダンスは低いほうが望ましい。コイル動作をシミュレーションした結果では、一般に用いられている５０オームのインピーダンスでも、多チャンネルの送信コイルとしてコイルが動作することは確認できているが、共振の鋭さを示すＱ値が低くなることが示されている。したがってＲＦの効率的な照射のためには送信源４０４の接続インピーダンスは数オーム程度であることが望ましい。
【００３１】
送信パルススイッチ４０３は図示しない制御装置から、もしくは送受信機１０４からコイル制御ケーブル１０６を経た、制御信号Ｓ１によりＯＮ、ＯＦＦされる。送信パルススイッチ４０３はコイルの種類や使用目的に応じて、数ミリワットから数キロワットもの入力パワーが通過するため、回路素子は使用パワーにあわせて適切に選択する必要がある。また、受信時には数ミリワット以下の受信信号が送信回路部分に逆入力しないようにする役目も果たす。
【００３２】
送信パルススイッチ４０３の回路構成例を図５に示す。図示する例は、２つのダイオードとインダクタを介した送信制御信号S１（受信部）から構成される典型的な送信パルススイッチ５０１である。この送信パルススイッチ５０１では、送信時には制御信号からダイオードに正の電圧をかけて回路５０１の左端と右端とを導通させる。受信時にはダイオードに逆電圧をかけて回路５０１の左端と右端とを絶縁させる。この回路はＭＥＭＳ（マイクロエレクトロメカニカルシステム）などの技術を用いた機械的なスイッチング回路５０２で置き換えることが可能性である。
【００３３】
一方、受信信号コネクタ４０７は、サブコイルのコンデンサ２０３に、プリアンプ４０５と受信切替スイッチ４０２を介して接続されている。受信切替スイッチ４０２も、上述した制御装置からの制御信号によりＯＮ、ＯＦＦされるか、もしくは４０２に入力してくる電圧強度に応じて受動的に切り替えられるスイッチが用いられる。
【００３４】
図６に、受信切替スイッチ４０２の詳細回路構成例を示す。回路５１１は２つの１／４波長同軸ケーブルおよび逆並列ダイオードから構成される。１／４波長同軸ケーブルは、終端が短絡された場合には全反射を生じ、数キロオーム以上の高インピーダンスになるが、終端が開放された場合には低インピーダンスになることが知られている。逆並列ダイオードはダイオードの性質から、その両端に数ボルト以上の電圧がかかるような場合には短絡し、数１０ミリボルト以下の電圧しかかからない場合には開放と同等になる性質がある。送信パルスは高電圧であるので逆並列ダイオードは短絡するが、受信電圧は数十ミリボルト以下なので逆並列ダイオードの部分で開放となる。５１１は先に述べた受動的スイッチの例である。
【００３５】
したがって回路５１１において左端から送信パルスが入力した場合、回路は全反射となり、回路右端に送信信号は達しない。逆に、回路左端から受信信号が入力した場合、回路は１／２波長の同軸ケーブルと同等となり、信号は右端にほとんどロスすることなく達する。回路５１１も回路５０２と同様にＭＥＭＳを用いた機械的なスイッチ回路５１２で置き換えることが可能性である。５１２は制御信号が必要なスイッチの例である。
【００３６】
また第１導体２０１と第２導体２０２との間には、容量切替コンデンサ回路４０１が挿入されている。容量切替コンデンサ回路４０１は導体間コンデンサ２０３と対をなし、サブコイルの共振ピークを調整するために装入される。すなわち容量切替コンデンサ回路４０１を調整し、その電気容量を受信時と送信時とで異ならせることにより、１チャンネルモード、多チャンネルモードのいずれにも対応できるコイル構成となる。
【００３７】
容量切替コンデンサ回路４０１の詳細回路構成例を図７に示す。図７に示す回路５２１および５２２は逆並列ダイオードを用いた例である。回路５２１では、直列に接続された２つあるコンデンサ５２５ａ，５２５ｂの一方と並列に逆並列ダイオードが接続されている。この回路５２１では、逆並列ダイオードが並列に接続されたコンデンサ５２５ａの容量をＣ１、他方５２５ｂの容量をＣ２とすると、高電圧がかかる場合、容量はＣ２、低電圧の場合、容量はＣ１＊Ｃ２／（Ｃ１＋Ｃ２）となる。従って低電圧のとき容量が低い。回路５２２は、並列に接続された２つのコンデンサ５２６ａ，５２６ｂの一方と直列に逆並列ダイオードが接続されている。この回路５２２では、逆並列ダイオードと直列に接続されたコンデンサ５２６ａの容量をＣ１、他方５２６ｂの容量をＣ２とすると、高電圧の場合の容量はＣ１＋Ｃ２、低電圧の場合、容量はＣ２となり、この場合も低電圧のとき、容量が低い。したがって、低電圧の場合に容量が大きい回路を構成することは難しいことがわかる。
【００３８】
回路５２３は、コンデンサの容量を、コンデンサに直列接続されたダイオードを定電流制御することで切替える場合の回路である。ダイオードに直列に配置されたコンデンサは、ダイオードに正の電圧がかかった場合には機能し、逆の電圧がかかった場合には機能せず、絶縁されたのと同等となる。回路５２４は回路５２３でダイオードによって行っていた切替えをＭＥＭＳなどの技術を用いた機械的なスイッチング回路で置き換えた場合である。
【００３９】
上述した容量切替コンデンサ回路４０１、受信切替スイッチ４０２、送信パルススイッチ４０３および受信プリアンプ４０５は、導体間コンデンサ２０３とともに、第１導体部２０１と第２導体部２０２との導通状態を送信時と受信時とで切替える第１導通制御手段として機能する。
【００４０】
次に上記回路構成の動作を説明する。まず送信時には受信切替スイッチ４０２はＯＦＦ、送信パルススイッチ４０３は送信制御信号Ｓ１によりＯＮにする。この場合には、容量切替コンデンサ回路４０１は、各サブコイルが、送信すべき信号の周波数と同調する電気容量に切替えられる。これにより送信源４０４からの電流が各サブコイルに流れ、ＲＦ送信される。受信動作の際には受信切替スイッチ４０２をＯＮ、送信パルススイッチ４０３をＯＦＦにする。この際、容量切替コンデンサ回路４０１は、複数のサブコイルを組み合わせた一つのコイルの共振周波数が、受信すべき信号の周波数と同調するような電気容量に切替えられる。例えばコイルの共振周波数がＭＲＩ装置の水素原子核の共鳴周波数に同調するようにする。これによりコイルが検出した受信信号は、受信プリアンプ４０５で増幅され、受信信号コネクタ４０７を通して受信機へと運ばれる。
【００４１】
このように受信切替スイッチ４０２および送信パルススイッチ４０３のＯＮ／ＯＦＦを切替えると共に、容量切替コンデンサ回路４０１の電気容量を送信時、受信時によって切替えることにより、多チャンネル送信／１チャンネル受信が実現される。すなわちマイクロストリップライン型コイルで送信し、マルチプルパッチレゾネータ型のコイルで受信したのと同様の効果が得られ、しかも受信のチャンネル数は１つのみでよく、装置構成も簡単にすることができる。
【００４２】
次に１チャンネル送信／多チャンネル受信の構成を説明する。
図８に、図２のＲＦコイルを１チャンネル送信／多チャンネル受信回路として構成する場合の回路構成例を示す。第１導体２０１と第２導体２０２との間が、導体間コンデンサ２０３および容量切替コンデンサ回路４０１で接続されていることは、図４に示す多チャンネル送信／１チャンネル受信回路の場合と同じである。この場合には、隣り合うサブコイルの第１導体２０１同士はサブコイル導通制御回路２０４で接続されている。サブコイル導通制御回路２０４は、具体的な回路は後述するが、送信時にはサブコイル間（第１導体間）を短絡し、受信時には絶縁する回路として機能する。また、すべてのサブコイルの導体間コンデンサ２０３に並列に、受信切替スイッチ４０２が接続されている。送信パルススイッチ４０３は、一つのサブコイルのみに接続されている。
【００４３】
送信パルススイッチ４０３には送信制御信号S1が入力され、送信源４０４からの出力を制御すること、受信切替スイッチ４０２が低インピーダンス受信プリアンプ４０５に接続され、受信信号は受信プリアンプ４０５から受信信号コネクタ４０７を通して受信機へと運ばれることは、図４に示す多チャンネル送信／１チャンネル受信の場合と同様である。この構成においても、受信プリアンプ４０５の入力インピーダンスは低インピーダンスであることが望ましく、具体的には２オーム以下であることが望ましい。各サブコイルが多チャンネルの受信コイルとして動作する際に第１導体部２０１と第２導体部２０２とは低インピーダンス受信プリアンプ４０５を通して接続されることになる。この部分のインピーダンスが低ければ、各サブコイル間のカップリングが少なくなる効果も加わって、共振を示すＱ値が大きくなり、受信の感度が向上する。
【００４４】
このような構成において、送信時には各サブコイルの受信切替スイッチ４０２はＯＦＦになり、送信パルススイッチ４０３は送信制御信号Ｓ１を受けてＯＮになる。また容量切替コンデンサ回路４０１は、複数のサブコイルを組み合わせた一つのコイルが、送信すべき信号の周波数と同調する電気容量に切替えられる。これにより１チャンネルの送信源４０４からの電流がコイル全体に流れ、ＲＦ送信される。受信動作の際には、受信切替スイッチ４０２がＯＮになり、送信パルススイッチ４０３がＯＦＦになる。この際、容量切替コンデンサ回路４０１は、各サブコイルの共振周波数が、受信すべき信号の周波数と同調するような電気容量に切替えられる。各サブコイルが検出した受信信号は、受信プリアンプ４０５で増幅され、受信信号コネクタ４０７を通して受信機へと運ばれる。
【００４５】
このように、容量切替コンデンサ回路４０１は送信時と受信時とで容量が異なるように切替えられるが、具体的な回路構成を図７に示したように、容量切替コンデンサ回路４０１は送信時の容量のほうが受信時の容量より大きいものが作製しやすい。一般にサブコイル間を絶縁した時の方が各サブコイル単体の共振周波数は下がる。また、コンデンサ回路４０１の容量を小さくすると共振周波数は上がる。従って、本実施の形態のコイルを１チャンネル送信／多チャンネル受信として使用するためには、これらの共振周波数の変化に対応して、送信時にはサブコイル間（第１導体間）を短絡し、受信時には絶縁するサブコイル間導通制御回路２０４が必要となる。
【００４６】
図９に、サブコイル間導通制御回路２０４の詳細回路構成例を示す。回路５３１は単に逆並列ダイオードで構成した場合である。サブコイル間（第１導体間）は送信時には短絡され、受信時には絶縁される。回路５３２はＬＣ（インダクタ、コンデンサ）共振回路を用いた導通制御回路である。あらかじめ、インダクタとコンデンサの値を、並列共振の周波数を使用する周波数に合わせておく。またコンデンサの値は数１００ピコファラッドの大きな値にし、数１０ＭＨｚ以上の高周波では見かけ上インピーダンスが低くなるようにしておく。回路５３２を導通させたいときはダイオードに逆電圧をかけてインダクタ部分を絶縁させ、回路全体としてはコンデンサを通して低インピーダンスで導通する。逆に回路全体として絶縁させたいときには、ダイオードに正の電圧をかけてＬＣ並列共振回路を機能させ、導通に対して高インピーダンスを持つようにする。回路５３３は回路５３２においてダイオードのスイッチの機能をＭＥＭＳなどの機械的スイッチで置き換えたものである。
【００４７】
このように受信切替スイッチ４０２、送信パルススイッチ４０３およびサブコイル間導通制御回路２０４のオンオフを切替えると共に、容量切替コンデンサ回路４０１の電気容量を送信時、受信時によって切替えることにより、１チャンネル送信／多チャンネル受信が実現される。すなわちマルチプルパッチレゾネータ型のコイルで送信し、マイクロストリップライン型のコイルで受信したのと同様の効果が得られ、しかも送信のチャンネル数は１つのみでよく、かつ、送信と受信と別々のコイルを準備し、設置する必要もなく、装置構成も簡単にすることができる。
【００４８】
以上、本発明のコイル装置の実施の形態を説明したが、本発明のコイル装置の形状やコイル装置を構成する各スイッチ素子等については、種々の変更が可能である。例えば、図２では円筒状のコイル装置を示したが、検査対象の形状に合わせて変形させてもよい。また図２に示すコイル装置では、第１導体部２０１が、第２導体部側に折り曲げられた折り返し部分２０５を持つ場合を説明したが、折り返し部分２０５が存在しない形でもコイルの構成が可能である。図１０および図１１に、第１導体部に折り返し部分２０５が存在しないＲＦコイルの全体図およびサブコイルを示す。この実施形態でも、サブコイルは第1導体部３０１と第２導体部３０２から構成され、第２導体部３０２は長方形のシートからなり、第１導体部３０１は隣接する他のサブコイルの第1導体部へと接続するための腕の部分を有しており、その他の構成は図２の実施の形態と同様である。
図１０のＲＦコイルは、折り返し部分２０５がなく、コイル導体部が作るインダクタンス量が少なくなるため、より高磁場のＭＲＩ装置用のコイルとして好適である。
【００４９】
また以上の実施の形態では、本発明のコイル装置を送受信兼用のコイルとして用いる場合を説明したが、本発明は、本発明のコイル装置を受信専用コイルあるいは送信専用コイルとして用いる場合を含むものである。
【００５０】
以上説明したように、本発明によれば、高磁場ＭＲＩ装置を使用する際に設計の自由度が大きい、マイクロストリップライン型のコイルとマルチプルパッチレゾネータ型のコイルを1つのコイルで実現できるコイル装置が提供される。本発明によれば、１つのＲＦコイルを1チャンネル送信／多チャンネル受信あるいは多チャンネル送信／１チャンネル受信に共用することができる。本発明のＭＲＩ装置は、このようなＲＦコイルを備えたことにより、極力少ないチャンネル数で、パラレル送信やパラレルイメージングを実現できる。さらに本発明のコイル装置は、マルチプルパッチレゾネータ型の受信１チャンネルコイルとして動作させた場合に、外部からのＲＦ電磁場の侵入を許す形式になっているため、ＲＦ送信は外部に存在する他の大きなコイルで行って、受信専用マルチプルパッチレゾネータ型コイルとして使用することもできる。
【実施例】
【００５１】
以下、図２に示すような８つのサブコイルから成る形状のＲＦコイルを、多チャンネル送信1チャンネル受信ならびに1チャンネル送信多チャンネル受信に適用する場合の実施例を説明する。以下の実施例におけるコイル設計は、軸方向の長さが２２０ミリメートル、外径が約３４０ミリメートル、内径が約２７０ミリメートルのＲＦコイルについてシミュレーションした結果に基く。
【００５２】
＜実施例１＞
まず８つのサブコイルから成る形状のＲＦコイルの共振特性をシミュレーションによって求めた。その結果を図１２に示す。図１２において、横軸は周波数、縦軸は共振インピーダンスである。１チャンネルモードでの共振特性はグラフ６０１のように複数のピークが表れる。ピークの数は［サブコイルの数／２＋１］となる性質があるので、８つのサブコイルから成るＲＦコイルではピークは５つとなる。周波数軸に並んだ複数のピークのうち、周波数の低いほうから２番目の共振ピークにおいて、コイルの円筒内部にもっとも均一に感度が得られる。従ってコイル設計においては、多チャンネルモードでの共振ピーク６０２と１チャンネルモードの２番目の共振ピークが共に検査対象の核スピンの共振周波数となるように導体間コンデンサ２０３の容量および容量切替コンデンサ４０１の容量を決定する必要がある。
【００５３】
そこで多チャンネルモードでの共振ピークおよび１チャンネルモードにおける２番目の共振ピークを、３テスラのＭＲＩ装置における水素核の共振周波数である１２６ＭＨｚ付近に設定し、その場合の、図４に示す多チャンネル送信1チャンネル受信のＲＦコイルの導体間コンデンサ２０３の容量および容量切替コンデンサ４０１の容量をシミュレーションで求めた。その結果、導体間コンデンサ２０３の容量は２５ｐＦ、容量切替コンデンサ回路４０１の値は、多チャンネル送信時には３８ｐＦ、１チャンネルの受信時には２５ｐＦであれば良いことがわかった。したがってコンデンサ回路４０１としては、例えば図７に示した回路５２２を使用し、コンデンサ５２６ａに１３ｐＦのものを用い、他方のコンデンサ５２６ｂには２５ｐＦのものを用いればよいことになる。
【００５４】
この条件で、共振インピーダンス特性は、多チャンネル送信時にはそれぞれのチャンネルで、図１２に示すようなシングルピークをもつグラフ６０２となり、受信時には複数のピークを持つグラフ６０１となる。
【００５５】
このコイルを円筒軸の軸方向中央の軸と直交する断面における感度マップのシミュレーション結果を図１３に示す。図中、（ａ）は１チャンネルモード、（ｂ）は多チャンネルモードである。（ｂ）に示すように、多チャンネル送信時には８つあるサブコイルそれぞれに近接した領域に感度が局在し、図示するような等高線マップ７０２となる。感度マップの等高線の単位はＡ／（ｍ√Ｗ）である。図では、８つのサブコイルのうち一番右に存在するサブコイルによる感度のみを示しているが、ＲＦコイルの感度は、８つのサブコイルの感度を足し合わせたものとなる。それはマップ７０２をＲＦコイルの円筒の周りに回転、配置し、８つ重ね合わせたものに相当する。他方、１チャンネル受信の際の感度マップは７０１のようになる。感度はコイル内にほぼ均一に存在していることがわかる。
【００５６】
＜実施例２＞
図８に示す1チャンネル送信多チャンネル受信のＲＦコイルについて、図１２に示す多チャンネルモードでの共振ピークおよび１チャンネルモードにおける２番目の共振ピークを、３テスラのＭＲＩ装置における水素核の共振周波数である１２６ＭＨｚ付近に設定した場合の、導体間コンデンサ２０３の容量および容量切替コンデンサ４０１の容量をシミュレーションで求めた。なお1チャンネル送信多チャンネル受信のＲＦコイルは、多チャンネル送信１チャンネル受信のＲＦコイルと異なり、第1導体間にサブコイル間導通制御回路２０４が加えられている。導通制御回路２０４によりサブコイル間の導通が制限されているので、多チャンネルモードの場合（シングルピーク６０２の場合）の共振ピークは低周波側にずれる。それにより実施例２でも、容量切替コンデンサ回路４０１として図７の回路５２１や回路５２２が使用できるようになる。
【００５７】
シミュレーションの結果、導体間コンデンサ２０３の容量は２５ｐＦ、容量切替コンデンサ回路４０１の容量は、１チャンネル送信時には２５ｐＦ、受信時には２２ｐＦであれば良いことがわかった。したがってコンデンサ回路４０１としては、例えば図７における回路５２１を使用し、コンデンサ５２５ａに１８３ｐＦのものを用い、他方５２５ｂのコンデンサには２５ｐＦのものを用いればよい。なお回路５２２も使用することが可能であるが、本実施例では、切替えるコンデンサ容量が２５ｐＦと２２ｐＦと差が少ないので、回路５２２では３ｐＦという容量の小さなコンデンサを使う必要があり、誤差が大きくなる。したがって本実施例では回路５２１を採用したほうがよい。
【００５８】
この条件で、共振インピーダンス特性は、多チャンネル受信時にはそれぞれのチャンネルで、図１２に示すようなシングルピークをもつグラフ６０２となり、送信時には複数のピークを持つグラフ６０１となる。
【００５９】
感度マップについては、図１３に示すように１チャンネルモードでは感度がコイル内にほぼ均一に存在した感度マップ７０１となるので、均一なＲＦ送信が可能となる。多チャンネル受信時には、サブコイルの周囲に局在した感度マップ７０２が得られ、コイル全体では感度マップ７０２をそれぞれのコイルの周りに８つ重ね合わせた感度が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明のコイル装置は、ＭＲＩ装置の一部品として使用可能のほか、数ＭＨｚから数ＧＨｚの周波数を持つ電磁波を使用するあらゆる機器に応用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明が適用されるＭＲＩ装置の概要を示す構成図
【図２】本発明のＲＦコイルの一実施形態を示す図
【図３】図１のＲＦコイルのサブコイルの構成を示す図
【図４】本発明のＲＦコイルによる多チャンネル送信／１チャンネル受信の回路構成図
【図５】送信パルススイッチの具体例を示す図
【図６】受信切替スイッチの具体例を示す図
【図７】容量切替コンデンサ回路の具体例を示す図
【図８】本発明のＲＦコイルによる１チャンネル送信／多チャンネル受信の回路構成図
【図９】サブコイル間導通制御回路の具体例を示す図
【図１０】本発明のＲＦコイルの他の実施形態を示す図
【図１１】図１０のＲＦコイルのサブコイルの構成を示す図
【図１２】本発明のＲＦコイルの多チャンネルモードおよび１チャンネルモードでの共振インピーダンス特性のグラフを示す図
【図１３】本発明のＲＦコイルの多チャンネルモードおよび１チャンネルモードでの感度マップを示す図
【００６２】
１０１…静磁場マグネット、１０２…傾斜磁場コイル、１０３…ＲＦコイル、１０４…送受信機、１０５…データ処理部、操作部、１０８…ディスプレイ、１０９…傾斜磁場電源、２０１、３０１…第１導体部、２０２、３０２…第２導体部、２０３…導体間コンデンサ、２０４…サブコイル間導通制御回路、４０１…容量切替コンデンサ回路、４０２…受信切替スイッチ、４０３…送信パルススイッチ、４０４…送信源、４０５…受信プリアンプ。
【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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