(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１キャパシタおよび第２キャパシタを備え、１の導体からなる第１ループ部と、
第３キャパシタおよび第４キャパシタを備え、１の導体からなる第２ループ部と、
第１端子と第２端子で構成される入出力端子と、
前記第１ループ部と前記第１端子とを接続する第１接続部と、
前記第２ループ部と前記第２端子とを接続する第２接続部と、
前記第１ループ部と前記第２ループ部とを接続する第３接続部と、を備え、
前記第１接続部と前記第３接続部がそれぞれ前記第２キャパシタの両端に配置され、かつ、前記第２接続部と前記第３接続部がそれぞれ前記第４キャパシタの両端に配置され、かつ、
前記第１ループ部と前記第２ループ部とは、前記第１ループ部が検出もしくは発生する高周波磁場（第１の高周波磁場）の方向と前記第２ループ部が検出もしくは発生する高周波磁場（第２の高周波磁場）の方向とが直交する領域を有するように配置されること
を特徴とする磁気共鳴撮像装置の高周波コイル。
【請求項２】
前記第２ループ部の一部が前記第１ループ部と実質的に同一面上に配置されていること
を特徴とする請求項１に記載の高周波コイル。
【請求項３】
前記第１接続部と前記第３接続部とからみた前記第１ループ部の第１のインピーダンスと、前記第２接続部と前記第３接続部とからみた前記第２ループ部の第２のインピーダンスとについて、前記第１のインピーダンスの位相と前記第２のインピーダンスの位相との差が９０度であり、かつ、前記第１のインピーダンスと前記第２のインピーダンスとを加算した合成インピーダンスの位相が０度であること
を特徴とする請求項１に記載の高周波コイル。
【請求項４】
前記第１ループ部はループコイルであり、
前記第２ループ部はループコイルであること
を特徴とする請求項１から３いずれか１項に記載の高周波コイル。
【請求項５】
前記第１ループ部は８の字型コイルであり、
前記第２ループ部はループコイルであること
を特徴とする請求項１から３いずれか１項に記載の高周波コイル。
【請求項６】
前記第１ループ部及び前記第２ループ部がそれぞれ鞍型コイルであり、両鞍型コイルが同一の軸を共有すること
を特徴とする請求項１から３いずれか１項に記載の高周波コイル。
【請求項７】
前記第１ループ部が鞍型コイルであり、
前記第２ループ部がループコイルであり、
前記鞍型コイルの中心軸と前記ループコイルの中心軸とが実質的に同一の軸上に配置されること
を特徴とする請求項１または３に記載の高周波コイル。
【請求項８】
前記第１キャパシタ、前記第２キャパシタ、前記第３キャパシタ、および、前記第４キャパシタの少なくとも一つがトリマキャパシタであること
を特徴とする請求項１から７いずれか１項に記載の高周波コイル。
【請求項９】
被検体に高周波磁場を送信する第１の高周波コイルと、
被検体から生じる磁気共鳴信号を受信する第２の高周波コイルと、を備え、
前記第１の高周波コイルおよび前記第２の高周波コイルの少なくとも一方が、前記請求項１から８いずれか１項に記載の高周波コイルであって、前記第１の高周波コイルおよび前記第２の高周波コイルに、それぞれ磁気結合を防止する磁気結合防止手段を備えること
を特徴とする高周波コイル。
【請求項１０】
前記第１の高周波コイルは、２つのループ導体を複数の直線導体で接続し、前記ループ導体および前記直線導体の少なくとも一方に複数のキャパシタを配置した鳥かご形コイルであり、
前記複数のキャパシタの位置に、磁気結合を防止する磁気結合防止手段が挿入されること
を特徴とする請求項９に記載の高周波コイル。
【請求項１１】
前記第２の高周波コイルは、前記請求項３に記載の高周波コイル（高周波ループコイル）が、略同一面内に複数配置されたアレイコイルであること
を特徴とする請求項９に記載の高周波コイル。
【請求項１２】
前記アレイコイルは、隣接する前記高周波ループコイルの間に設けられ、隣接する前記高周波ループコイル同士の干渉を除去する中和手段を備えること
を特徴とする請求項１１に記載の高周波コイル。
【請求項１３】
前記磁気結合防止手段は、ＰＩＮダイオードとインダクタとを直列接続した回路にキャパシタを並列接続した回路であること
を特徴とする請求項９から１２のいずれか１項に記載の高周波コイル。
【請求項１４】
前記磁気結合防止手段は、クロスダイオードとインダクタとを直列接続した回路にキャパシタを並列接続した回路であること
を特徴とする請求項９から１２のいずれか１項に記載の高周波コイル。
【請求項１５】
静磁場を被検体に印加する静磁場印加手段と、前記被検体の表面近傍に配置するコイルユニットとを備える磁気共鳴撮像装置であって、
前記コイルユニットは、請求項１から１４のいずれか１項に記載の高周波コイルであり、前記コイルユニットが前記静磁場の貫通する方向からみて時計回りに回転する円偏波磁界を前記被検体内部に発生もしくは前記被検体内部から検出するように配置されること
を特徴とする磁気共鳴撮像装置。
【請求項１６】
前記コイルユニットは、請求項４に記載の高周波コイルであり、
前記第１ループ部の中心と前記第２ループ部の中心とを結ぶ直線と、前記静磁場の方向と、のなす角度は、７２度以上１０８度以下であること
を特徴とする請求項１５に記載の磁気共鳴撮像装置。
【請求項１７】
前記コイルユニットは、請求項５に記載の高周波コイルであり、
前記第１ループ部の交差点と前記第２ループ部の中心とを結ぶ直線と、前記静磁場の方向とのなす角度は、０度以上１８度以下であること
を特徴とする請求項１５に記載の磁気共鳴撮像装置。
【請求項１８】
前記コイルユニットは、請求項６に記載の高周波コイルであり、
前記鞍型コイルの中心軸と前記静磁場の方向とのなす角度は、０度以上１８度以下であること
を特徴とする請求項１５に記載の磁気共鳴撮像装置。
【請求項１９】
前記コイルユニットが、請求項７に記載の高周波コイルであり、
前記鞍型コイルの中心軸と前記静磁場の方向とのなす角度は、７２度以上１０８度以下であること
を特徴とする請求項１５に記載の磁気共鳴撮像装置。
【請求項２０】
静磁場を形成する静磁場形成手段と、傾斜磁場を形成する傾斜磁場形成手段と、高周波磁場を形成する高周波磁場形成手段と、前記高周波磁場を検査対象に印加する送信用コイルと、検査対象からの磁気共鳴信号を検出する受信用コイルと、前記受信用コイルで検出した磁気共鳴信号を処理する信号処理手段と、前記傾斜磁場形成手段、前記高周波磁場形成手段及び前記信号処理手段を制御する制御手段と、を備える磁気共鳴撮像装置であって、
前記送信用コイルおよび前記受信用コイルの少なくとも一方が、請求項１から８のいずれか１項に記載の高周波コイルであって、前記第１のキャパシタおよび前記第３のキャパシタの代わりに、それぞれ磁気結合を防止する磁気結合防止手段を備える高周波コイルを用いること
を特徴とする磁気共鳴撮像装置。
【請求項２１】
静磁場を形成する静磁場形成手段と、傾斜磁場を形成する傾斜磁場形成手段と、高周波磁場を形成する高周波磁場形成手段と、前記高周波磁場を検査対象に印加し検査対象からの磁気共鳴信号を検出する送受信用コイルと、前記磁気共鳴信号を受信する受信手段と、前記傾斜磁場形成手段、前記高周波磁場形成手段及び前記受信手段を制御する制御手段と、を備える磁気共鳴撮像装置であって、前記送受信用コイルとして、請求項１から８のいずれか１項に記載の高周波コイルを用いること
を特徴とする磁気共鳴撮像装置
【請求項２２】
前記コイルユニットは、前記静磁場の貫通する方向からみて時計回りの円偏波磁界を前記被検体内部に発生もしくは前記被検体内部から検出することが可能な配置を識別可能な手段を有すること
を特徴とする請求項１５から１９のいずれか１項に記載の磁気共鳴撮像装置。
【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、電磁波の照射や磁気共鳴信号の検出を行う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原子核に磁気共鳴を起こさせ、発生する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。静磁場中におかれた生体に対して傾斜磁場を印加しながら高周波コイル（ＲＦコイル）により高周波磁場を照射すると、生体内の原子核、例えば、水素原子核が励起され、励起された水素原子核が平衡状態に戻るときに磁気共鳴信号として円偏波磁界が発生する。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。電磁波の照射や磁気共鳴信号の検出を行うこのＲＦコイルは、高精度かつ高解像度の画像を得るために、照射効率や受信感度の向上が求められる。
【０００３】
ＲＦコイルの照射効率や受信感度を向上させる方法として、直交位相検波（ＱＤ：Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）方式がある（例えば、特許文献１、非特許文献１、非特許文献２参照。）。ＱＤ方式は、互いの軸を直交させて配置した２つのＲＦコイルを用いて磁気共鳴信号を検出する方法である。互いの軸を直交させて配置した２つのＲＦコイルはＱＤコイルと呼ばれる。ＱＤコイルの一例として、一部が重なり合った２つのループコイルで構成されるＱＤコイルがある（例えば、非特許文献３参照。）。また、別の例として、ループコイルと８の字コイルとで構成されるＱＤコイルがある（例えば、非特許文献４参照。）。
【０００４】
磁気共鳴信号は円偏波磁界であるため、ＱＤコイルを用いて検出すると、互いの位相が９０度ずれた信号がそれぞれのＲＦコイルから検出される。この２つの検出信号を一方の信号の位相を９０度ずらして合成することにより、１つのＲＦコイルで受信した場合に比べて、信号のＳＮ比は理想的には√２倍向上する。また、高周波磁場の照射時に電力が１／２で済むため、人体の高周波発熱を小さくできる。
【０００５】
非特許文献５には、幾何的に直交するように配置した２つのループコイルに、それぞれのループコイルと誘導結合するように一つの結合用コイルを配置し、２つのループコイルがそれぞれ検出する２つの信号の位相差が９０度となるようにループコイルと結合用コイルの結合度を調整することで、２つのループコイルと結合用コイルが一体となって直交位相検波を行うコイルが示されている。
【０００６】
【特許文献１】特許第３０９５４０２号
【非特許文献１】C.N.Chen他著、「直交位相検波コイル−√２倍以上の感度向上（Quadrature Detection Coils- A Further √2 Improvement in Sensitivity）」、ジャーナル  オブ  マグネティックレゾナンス(Journalof Magnetic Resonance)、 Vol.54、pp.324-327 (1983)
【非特許文献２】G.H.Glover他著、「ＭＲＩにおける直線偏波検出方式と円偏波検出方式の比較(Comparison of Linear and Circular Polarization for MagneticResonance Imaging)」、ジャーナル  オブ  マグネティックレゾナンス(Journal ofMagnetic Resonance)、 Vol.64、pp.255-270 (1985)
【非特許文献３】ZahiA.Fayad他著、「ＭＲ心臓イメージング用のクオドラチャ・フェーズドアレイ改良型コイル(AnImproved Quadrature or Phased-Array Coil for MR Cardiac Imaging)」、マグネティック  レゾナンス  イン  メディシン(Magnetic Resonance in Medicine)、 Vol.34、 pp.186-193 (1995)
【非特許文献４】K.Vij他著、「クオドラチャ・ネックコイルアレイ(A Quadrature Neck Coil Array)」、プロシーディングス  オブ  ジ  インターナショナル  ソサエティ  オブ  マグネティック  レゾナンス  イン  メディシン(Proceedings of the International Society of Magnetic Resonance inMedicine)、 Vol.1994、pp.1108(1994)
【非特許文献５】S.M.Wright著、「一つの結合ループによる検出コイルの円偏波：シンプルな直交検波技術  (CircularPolarization from  Receiver  Coils  with  a  SingleCoupling  Loop:  A  Simple   Technique  for   Quadrature   Detection)」、プロシーディングス  オブ  ７ｔｈアニュアルミーティング（ワークス  イン  プログレス）、ソサエティ  オブ  マグネティック  レゾナンス  イン  メディシン(Proceedings of Seventh Annual Meeting  (Works  in Progress)  Society of Magnetic Resonance in Medicine)、 p137 (1988)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１によれば、ＱＤ方式では、幾何学的に９０度ずらして配置された２つのコイルに対して、いずれか一方のコイルの出力に９０度移相器を接続し、９０度移相器の出力と他方のコイルの出力とを合成器により合成する。すなわち、コイルに信号を送る場合には直交する２つのコイルの給電ポートへ高周波信号を分配・移相し、信号を検出する場合には、被検体から発生する磁気共鳴信号を円偏波として２つの給電ポートで受信し、移相・合成する必要がある。従って、送信用コイルと受信用コイルとにそれぞれＱＤコイルを用いる場合の配線は、図２７に示すとおりであり、送信器から伸びた信号線は、分配器で２つに分けられて一方が移相器を通り、互いに直交する位置に配置された送信用コイルの給電ポートに接続されるとともに、受信用コイルの直交した位置に接続された２つの給電ポートから伸びた２本の信号線は一方が移相器を通って合成器で１本となり受信器に接続される。
【０００８】
このようにＱＤ方式では、コイルおよび配線の構成が複雑となり部品点数が多くなり、調整が複雑化するとともに製造コストが上昇する。また、分配器、合成器、移相器の位相ずれやコイルの機械的歪みにより、コイル同士の直交性が低下し、コイルの送信効率や受信感度が低下する。
【０００９】
さらに、静磁場強度と磁気共鳴周波数は比例関係にあるため、高磁場化に伴いＲＦコイルが受信する信号の周波数も上昇する。周波数上昇に伴い信号の波長が短くなるため、ＱＤ方式では、ケーブル長さの違い等により加算前の２つの信号の位相ずれが顕著となり、√２倍の感度向上を実現することが難しい。また、位相を合わせるためのケーブル長さの調整も難しい。
【００１０】
非特許文献５によれば、結合用コイルを用いることで給電ポートの数を１つにすることが可能である。しかし、ループコイルと結合用コイルとが誘導結合になっているため、ループコイルから結合用コイルへの信号伝達時に損失が生じ、コイルの実質的な感度が低下するという課題と、誘導結合の結合率を高い精度で調整することが難しいという課題がある。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ＭＲＩ装置のＲＦコイルについて、簡易な構成で円偏波磁界を発生または検出し、ＲＦコイルの照射効率と受信感度とを向上させ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】
【００１２】
本発明は、１対の入出力端子と２つのループとを備えるＲＦコイルであって、各ループで発生および検出する高周波磁界の向きが互いに直交し、かつ、合成すると円偏波磁界となるように両ループを配置するとともに、両ループのキャパシタの値を調製する。
【００１３】
具体的には、第１キャパシタおよび第２キャパシタを備え、１の導体からなる第１ループ部と、第３キャパシタおよび第４キャパシタを備え、１の導体からなる第２ループ部と、第１端子および第２端子で構成される入出力端子と、前記第１ループ部と前記第１端子とを接続する第１接続部と、前記第２ループ部と前記第２端子とを接続する第２接続部と、前記第１ループ部と前記第２ループ部とを接続する第３接続部と、を備え、前記第１接続部と前記第３接続部がそれぞれ前記第２キャパシタの両端に配置され、かつ、前記第２接続部と前記第３接続部がそれぞれ前記第４キャパシタの両端に配置され、かつ、前記第１ループ部と前記第２ループ部とは、前記第１ループ部が検出もしくは発生する高周波磁場（第１の高周波磁場）の方向と前記第２ループ部が検出もしくは発生する高周波磁場（第２の高周波磁場）の方向とが直交する領域を有するように配置されることを特徴とする磁気共鳴撮像装置の高周波コイルを提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ＭＲＩ装置のＲＦコイルについて、簡易な構成で円偏波磁界を発生または検出し、ＲＦコイルの照射効率と受信感度とを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
＜第一の実施形態＞
以下、本発明を適用した第一の実施形態について説明する。
【００１６】
まず、本実施形態のＭＲＩ装置の全体構成について説明する。図１は本実施形態のＭＲＩ装置の外観図であり、図中、座標系１２のｚ軸の方向が静磁場方向である。図１（ａ）は水平磁場方式のマグネット１０１を備えたＭＲＩ装置１０００で、テーブル３０１に寝かせられた被検体１０はマグネット１０１のボア内の撮像空間に挿入され撮像される。図１（ｂ）は、垂直磁場方式のマグネット２０１を備えたＭＲＩ装置２０００で、被検体１０は上下一対のマグネット２０１の間の撮像空間に挿入され撮像される。本実施形態では、水平磁場方式、垂直磁場方式のいずれであってもよい。以下、水平磁場方式である場合を例にあげて説明する。
【００１７】
図２は、本実施形態のＭＲＩ装置１０００の概略構成を示すブロック図である。図１と同じ要素は同じ符号で示している。本実施形態のＭＲＩ装置１０００は、水平磁場方式のマグネット１０１、傾斜磁場コイル１０２、静磁場均一度を調整するためのシムコイル１１２、シーケンサ１０４、高周波磁場を発生し磁気共鳴信号を受信する送受信用ＲＦコイル１１６を備える。傾斜磁場コイル１０２及びシムコイル１１２とは、それぞれ傾斜磁場電源１０５、シム電源１１３に接続される。送受信用ＲＦコイル１１６は、高周波磁場発生器１０６及び受信器１０８に接続される。シーケンサ１０４は、傾斜磁場電源１０５、シム電源１１３及び高周波磁場発生器１０６に命令を送り、それぞれ傾斜磁場及び高周波磁場を発生させる。高周波磁場は、送受信用ＲＦコイル１１６を通じて被検体１０に印加される。高周波磁場を印加することにより被検体１０から発生する磁気共鳴信号は送受信用ＲＦコイル１１６によって検出され、受信器１０８で検波が行われる。受信器１０８での検波の基準とする磁気共鳴周波数は、シーケンサ１０４によりセットされる。検波された信号はＡ／Ｄ変換器を通して計算機１０９に送られ、ここで画像再構成などの信号処理が行われる。その結果は、ディスプレイ１１０に表示される。検波された信号や測定条件は、必要に応じて、記憶媒体１１１に保存される。シーケンサ１０４は、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に制御を行う。
【００１８】
本実施形態のＭＲＩ装置１０００は、送受信用ＲＦコイル１１６として、１つの入出力端子で円偏波磁界を送受信することが可能な円偏波ＲＦコイルを備える。以下、本実施形態の送受信用ＲＦコイル１１６として用いられる円偏波ＲＦコイルについて説明する。
【００１９】
図３は、本実施形態の円偏波ＲＦコイル２５の構成を説明するための図である。ここでは、水平磁場方式のマグネット１０１が発生する静磁場１００の向きを座標系１２のｚ軸方向とする。図３（ａ）は、円偏波ＲＦコイル２５を、ｚ軸に垂直な方向から見た図であり、図３（ｂ）は、円偏波ＲＦコイル２５を、ｚ軸方向（静磁場１００が貫通する方向）から見た図である。
【００２０】
図３（ａ）に示すように、本実施形態の円偏波ＲＦコイル２５は、導体からなる第１ループ部５及び第２ループ部６と、第１ループ部５に配置される少なくとも１つの第１キャパシタ１及び第２キャパシタ２と、第２ループ部６に配置される少なくとも１つの第３キャパシタ３及び第４キャパシタ４と、第１端子９ａおよび第２端子９ｂで構成される入出力端子９と、信号処理回路８と、接続部７ａ、７ｂ、７ｃと、を備える。本実施形態における信号処理回路８は、コモンモードノイズを除去するバラン（平衡-不平衡変換器）回路である。接続部７ａは第１ループ部５と第１端子９ａとを接続し、接続部７ｂは第２ループ部６と第２端子９ｂとを接続し、接続部７ｃは、第１ループ部５において接続部７ａとともに第２キャパシタ２の両端に接続され、第２ループ部６において接続部７ｂとともに第４キャパシタ４の両端に接続される。また、第１端子９ａおよび第２端子９ｂは信号処理回路８に接続される。図３（ａ）では省略されているが、信号処理回路８が同軸ケーブルを介して送受信切替器に接続され、さらに送受信切替器から高周波磁場発生器１０６および受信器１０８に接続される。
【００２１】
第１ループ部５と第２ループ部６とは、それぞれループ形状を有する。第１ループ部５と第２ループ部６との一部が重ねられ、実質的に同一面上に配置される。このとき、同一面上に配置される面積は第１ループ部と第２ループ部との相互インダクタンスが０になり、両者が磁気的に結合しないよう定められる。また、図３（ｂ）に示すように、第１ループ部５が検出および発生する第１の高周波磁場方向２１と前記第２ループ部が検出および発生する第２の高周波磁場方向２２とがほぼ直交するようそれぞれが配置される。
【００２２】
このような形状を有する円偏波ＲＦコイル２５は、静磁場１００の向きと被検体の体軸１１とが実質的に平行となるように配置された被検体１０の表面近傍であって、第１ループ部の中心１３と前記第２ループ部の中心１４とを結ぶ直線と静磁場１００の方向とが９０度をなし、図３（ｂ）に示すように、静磁場１００の貫通する方向からみて被検体１０の体軸１１を中心として第２ループ部の中心１４が第１ループ部の中心１３から反時計回りに９０度離れた位置に配置される。なお、図３では、第１ループ部５及び第２ループ部６自体が持つインダクタンス及び抵抗の表記は省略する。
【００２３】
上記形態を有する本実施形態の円偏波ＲＦコイル２５における第１ループ部５及び第２ループ部６のインダクタの値（Ｌ１、Ｌ２）と、第１キャパシタ１、第２キャパシタ２、第３キャパシタ３、及び第４キャパシタ４の値（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４）とは、円偏波ＲＦコイル２５が静磁場１００の貫通する方向から見て時計回りの円偏波磁界を被検体１０内部で検出および発生させ、また、所定の元素の磁気共鳴周波数で共振するように、それぞれ調整される。以下、水素原子核の磁気共鳴信号を送受信する場合を例にあげて説明する。ここでは、円偏波コイル２５は、高周波磁場発生器１０６から磁場強度１．５Ｔにおける水素原子核の磁気共鳴周波数ｆＨ＝６４ＭＨｚを中心周波数とする高周波電圧が印加されると、送信コイルとして共振周波数ｆＨを持つ均一な高周波磁場を被検体１０に印加し、また、被検体１０からの磁気共鳴周波数ｆＨの水素原子核の磁気共鳴信号を受信コイルとして検出する。
【００２４】
まず、本実施形態の円偏波ＲＦコイル２５の動作および特性を、等価回路を用いて説明する。図４は、第１端子９ａおよび第２端子９ｂから見た、本実施形態の円偏波ＲＦコイル２５の等価回路１９である。
【００２５】
図４（ａ）に示すように、本実施形態の円偏波ＲＦコイル２５の等価回路１９は、第１ループ部５の等価インダクタ１５（その値をＬ１とする。以下同様。）と第１キャパシタ１（Ｃ１）と第１ループ部の抵抗成分３１（Ｒ１）とが直列に接続された第１の直列共振回路２３に第２キャパシタ２（Ｃ２）が並列に接続された第１の直並列共振回路２７と、第２ループ部の等価インダクタ１６（Ｌ２）と第３キャパシタ３（Ｃ３）と第２ループ部の抵抗成分３２（Ｒ２）とが直列に接続された第２の直列共振回路２４に第４キャパシタ４（Ｃ４）が並列に接続された第２の直並列共振回路２８とが、接続部７ｃを介して直列接続されたものである。なお、抵抗成分３１（Ｒ１）、３２（Ｒ２）は円偏波ＲＦコイル２５の導体自身が持つ抵抗および被検体１０と円偏波ＲＦコイル２５の電磁結合により生じる高周波損失によるものである。
【００２６】
ここで、直列共振回路の動作（インピーダンス特性）について図５を用いて説明する。直列共振回路５００は、図５（ａ）に示すように、キャパシタ５０１とインダクタ５０２とが直列に接続される回路である。この直列共振回路の両端のインピーダンスＺは、印加される電圧Ｖの周波数ｆに依存して、図５（ｂ）に示す変化をする。すなわち、この直列共振回路の共振周波数ｆｏｓより高い周波数領域においては、インピーダンスＺは周波数とともに増加する傾向を示し、誘導性リアクタンスＬ’として動作する。一方、共振周波数ｆｏｓより低い周波数領域においては、インピーダンスＺは周波数に反比例して減少する傾向を示し、容量性リアクタンスＣ’として動作する。
【００２７】
ここでは、第１の直並列共振回路２７および第２の直並列共振回路２８をともに並列共振回路として動作させるため、第１および第２の直列共振回路を誘導性リアクタンスとして動作させる。従って、図４（ａ）の第１の直列共振回路２３の共振周波数ｆｏｓ１および第２の直列共振回路２４の共振周波数ｆｏｓ２をともに等価回路１９に印加される高周波電圧の周波数ｆＨより低く設定する（ｆｏｓ１、ｆｏｓ２＜ｆＨ）。従って、
【数１】
0004879829.tif 000002
【数２】
0004879829.tif 000003
となる。ωＨは角周波数（ωＨ＝２πｆＨ）である。
【００２８】
（式１）、（式２）を満たすように第１キャパシタ１（Ｃ１）および第３キャパシタ３（Ｃ３）を調整することにより、第１の直列共振回路２３の等価インダクタ１５（Ｌ１）と第１キャパシタ１（Ｃ１）とは、誘導性リアクタンスＬ１’として動作し、第２の直列共振回路２４の等価インダクタ１６（Ｌ２）と第３キャパシタ３（Ｃ３）とは、誘導性リアクタンスＬ２’として動作する。このとき、等価回路１９は、図４（ｂ）に示すように、直列に接続されたインダクタ３３（Ｌ１’）および抵抗成分３１（Ｒ１）に第２キャパシタ２（Ｃ２）が並列に接続された第１の並列共振回路２７’と、直列に接続されたインダクタ３４（Ｌ２’）および抵抗成分３２（Ｒ２）に第４キャパシタ４（Ｃ４）が並列に接続された第２の並列共振回路２８’とが、直列接続された等価回路１９’として表される。すなわち、抵抗成分を含む２つの並列共振回路が直列に接続された回路と等価となる。
【００２９】
ここで、抵抗成分を有する並列共振回路のインピーダンスおよび位相の変化について図６を用いて説明する。一般に、抵抗成分を有する並列共振回路６００は、図６（ａ）に示すように、直接に接続されたインダクタ６０１と抵抗６０２とに、キャパシタ６０３が並列に接続されている。図６（ｂ）に示すように、このような並列共振回路６００のインピーダンスの大きさＺｃおよび位相θｃは、周波数ｆに応じて変化する。また、インピーダンスの大きさＺｃは、並列共振回路６００の共振周波数ｆｃｐで最大Ｚｃｍａｘを示す。そして、その位相θｃは、共振周波数ｆｃｐより低い周波数では正の値を示し、共振周波数ｆｃｐより高い周波数では負の値を示す。
【００３０】
このような特性を有する２つの並列共振回路６１０、６２０を直列に接続した回路６３０を図６（ｃ）に示し、インピーダンスの大きさＺｃおよびその位相θｃの周波数特性を図６（ｄ）に示す。ここで、並列共振回路６１０、６２０の共振周波数をそれぞれ第１共振周波数ｆｃｐ１、第２共振周波数ｆｃｐ２（＞ｆｃｐ１）とする。回路６３０のインピーダンスの大きさＺｃおよび位相θｃは２つの並列共振回路６１０、６２０のインピーダンスをそれぞれ合成したものとなる。本図に示すように、第１共振周波数ｆｃｐ１、と第２共振周波数ｆｃｐ２の間に、位相θｃが０度となる第３の共振点が新たに生じる。この共振周波数を第３共振周波数ｆｃｐ３とする。
【００３１】
例えば、Ｌ１＝Ｌ２＝４９５ｎＨ、第１キャパシタ１、第２キャパシタ２、第３キャパシタ３、及び第４キャパシタ４の値（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４）が、それぞれ、６７ｐＦ、２００ｐＦ、７１ｐＦ、１００ｐＦであり、Ｒ１＝Ｒ２＝０．５９Ωの場合の等価回路１９のインピーダンスと位相の周波数特性を図７に示す。図７（ａ）に示すインピーダンスの大きさ、および、図７（ｂ）に示す位相の周波数特性は、図６（ｃ）に示すインピーダンスと位相の周波数特性と同様の傾向を示し、第３共振周波数ｆｃｐ３が生じていることがわかる。
【００３２】
ここで、第１の直並列共振回路２７の共振周波数および第２の直列共振回路２８のいずれか一方の共振周波数をｆｃｐ1、他方をｆｃｐ２とし、第３共振周波数ｆｃｐ３を中心周波数とする高周波電圧Ｖｉｎを等価回路１９に印加する。以下では、第１の直並列共振回路２７の共振周波数をｆｃｐ1とし、第２の直列共振回路２８の共振周波数をｆｃｐ２とした場合について説明する。
【００３３】
このとき、図６（ｃ）に示す回路６３０と図４（ｂ）に示す等価回路１９’は等しく、等価回路１９のインピーダンスＺ１９の位相は第３共振周波数ｆｃｐ３において０度であることから、等価回路１９に流れる電流Ｉｉｎの位相は、Ｖｉｎ＝Ｚ１９Ｉｉｎであるため、高周波電圧Ｖｉｎと同位相となる。第１の直並列共振回路２７では、ｆｃｐ１＜ｆｃｐ３であるため、当該直列共振回路の共振周波数より高い周波数の高周波電圧が印加されたことになり、図６（ｂ）より、第１の直並列共振回路２７のインピーダンスＺｃ１の位相θｃ１は負の値である。第１の直並列共振回路２７に印加される高周波電圧Ｖ１の位相は、Ｖ１＝Ｚｃ１Ｉｉｎであるため、高周波電圧Ｖｉｎと比べて位相が｜θｃ１｜だけ遅れる。このとき、第１の直並列共振回路２７のインダクタ１５（Ｌ１）に流れる電流Ｉ１と高周波電圧Ｖｉｎとの位相差は、Ｖ１＝（ｊωｃｐ３Ｌ１＋（ｊωｃｐ３Ｃ１）−１＋Ｒ１）Ｉ１であるため、θｃ１−９０度となる。
【００３４】
一方、第２の直並列共振回路では、ｆｃｐ２＞ｆｃｐ３であるため、当該直列共振回路の共振周波数より低い周波数の高周波電圧が印加されたことになり、図６（ｂ）より、第２の直並列共振回路２８のインピーダンスＺｃ２の位相θｃ２は正の値（９０度＞θｃ２＞０度）である。第２の直並列共振回路２８に印加される高周波電圧Ｖ２の位相は、Ｖ２＝Ｚｃ２Ｉｉｎであるため、高周波電圧Ｖｉｎと比べて位相が｜θｃ２｜だけ進む。このとき、第２の直並列共振回路２８のインダクタ１６（Ｌ２）に流れる電流Ｉ２と高周波電圧Ｖｉｎとの位相差は、Ｖ２＝（ｊωｃｐ３Ｌ３＋（ｊωｃｐ３Ｃ３）−１＋Ｒ２）Ｉ２であるため、θｃ２−９０度となる。従って、第１の直並列共振回路２７には、高周波電圧Ｖｉｎに対して位相差θ１＝θｃ１−９０度の電流が発生し、第２の直並列共振回路２８には高周波電圧Ｖｉｎに対して位相差θ２＝θｃ２−９０度の電流が発生する。
【００３５】
等価回路１９では、第１の直並列共振回路２７は円偏波ＲＦコイル２５の第１ループ部５の等価回路、第２の直並列共振回路２８は円偏波ＲＦコイル２５の第２ループ部６の等価回路である。また、高周波磁場はインダクタに流れる高周波電流と同位相で発生するため、第１ループ部５には高周波電圧Ｖｉｎと比べて位相差θ１＝θｃ１−９０度を有する高周波磁場が発生し、第２ループ部６には高周波電圧Ｖｉｎと比べて位相差θ２＝θｃ２−９０度を有する高周波磁場が発生する。
【００３６】
図３（ｂ）に示すように、第１ループ部５が検出および発生する第１の高周波磁場方向２１と前記第２ループ部が検出および発生する第２の高周波磁場方向２２とがほぼ直交するよう配置されている。ＱＤ方式の場合、幾何学的に直交して配置された２つのコイルに対して、２つのコイルの入出力信号の位相差が９０度となるように調整されている。よって、ＱＤ方式と同様の効果を得るためには、第１ループ部５から発生する高周波磁場と第２ループ部６から発生する高周波磁場の位相差（θ２−θ１）を９０度とする必要がある。また、相反定理により、第１ループ部５が受信する磁気共鳴信号と第２ループ部６が受信する磁気共鳴信号の位相との位相差（θ２−θ１）も同様に９０度とする必要がある。ここで、θ１＝θｃ１−９０度およびθ２＝θｃ２−９０度から、θ２−θ１＝θｃ２−θｃ１となるため、θｃ２−θｃ１が９０度である必要がある。
【００３７】
また、図６（ｃ）より、ｆｃｐ３において等価回路１９のインピーダンスＺ１９の位相は０である必要がある。等価回路１９のインピーダンスＺ１９は、第１の直並列共振回路のインピーダンスＺｃ１と第２の直並列共振回路のインピーダンスＺｃ２の和であり、ｆｃｐ３における合成インピーダンスＺｃ１＋Ｚｃ２の位相を０度とする必要がある。
【００３８】
本実施形態では、等価回路１９に印加される高周波電圧の周波数はｆＨである。従って、第１の直並列共振回路２７の共振周波数ｆｃｐ１をｆＨより低く設定し、第２の直並列共振回路２８の共振周波数ｆｃｐ２をｆＨより高く設定する（ｆｃｐ１＜ｆＨ＜ｆｃｐ２）。また、周波数ｆＨにおいて、第１の直並列共振回路２７のインピーダンスの位相θｃ１と第２の直並列共振回路２８のインピーダンスの位相θｃ２との位相差が９０度となり、かつ、等価回路１９のインピーダンスＺ１９の位相が０度となるように各キャパシタの値を調整する。
【００３９】
ここで、周波数ｆＨにおいて、第１の直並列共振回路２７のインピーダンスＺｃ１の位相θｃ１と第２の直並列共振回路２８のインピーダンスＺｃ２の位相θｃ２との位相差が９０度となり、かつ、等価回路１９のインピーダンスＺ１９の位相が０度となるようにするための、キャパシタの値の調整について説明する。第１の直並列共振回路２７のインピーダンスＺｃ１および第２の直並列共振回路２８のインピーダンスＺｃ２はそれぞれ、次の複素数で表される。
【数３】
0004879829.tif 000004
【数４】
0004879829.tif 000005
ここで、ｊは純虚数である。このとき、Ｚｃ１およびＺｃ２の位相（θｃ１、θｃ２）はそれぞれ、ｔａｎ（θｃ１）＝β／α、ｔａｎ（θｃ２）＝δ／γの関係を有する。θｃ２−θｃ１＝９０度となるには、ｔａｎ（θｃ２）＝ｔａｎ（θｃ１＋９０°）から、α、β、γ、δは次式の関係を満たす必要がある。
【数５】
0004879829.tif 000006
【００４０】
一方、  図４（ａ）に示す等価回路１９から、第１の直並列共振回路２７のインピーダンスＺｃ１および第２の直並列共振回路２８のインピーダンスＺｃ２は、次式で表される。
【数６】
0004879829.tif 000007
【数７】
0004879829.tif 000008
ここで、ωは角周波数を表す。
【００４１】
ω＝ωＨのときθｃ２−θｃ１＝９０度となるには、（式３）、（式５）、（式６）から、Ｃ１とＣ２とは、以下の関係を満たす必要がある。
【数８】
0004879829.tif 000009
なお、抵抗成分３１の値Ｒ１は、Ｒ１＝ωＨＬ２／ＱＨ１で表される。ＱＨ１は、周波数ｆＨにおける第１ループ部５のＱ値である。
【００４２】
また、Ｃ３とＣ４とは、（式４）、（式５）、（式７）から、以下の関係を満たす必要がある。
【数９】
0004879829.tif 000010
なお、抵抗成分３２の値Ｒ２は、Ｒ２＝ωＨＬ２／ＱＨ２で表される。ＱＨ２は、周波数ｆＨにおける第２ループ部６のＱ値である。
【００４３】
よって、（式８）、（式９）を満たすようＣ１、Ｃ２、Ｃ３、およびＣ４を定めれば、θｃ２−θｃ１＝９０度となる。
【００４４】
次に、周波数ｆＨにおけるＺ１９の位相を０度とするには、Ｚ１９＝Ｚｃ１＋Ｚｃ２であるため、周波数ｆＨにおいて、βとδとは、以下の関係を満たす必要がある。
【数１０】
0004879829.tif 000011
【００４５】
周波数ｆＨにおけるＺ１９の大きさ｜Ｚ１９｜は、入出力端子９に接続される信号処理回路もしくはケーブルの特性インピーダンスの大きさＺｃｃと整合する必要があり、｜Ｚ１９｜＝Ｚｃｃである。さらに、（式５）、（式１０）から、｜Ｚ１９｜は、以下の（式１１）の関係を有する。
【数１１】
0004879829.tif 000012
ここで、βは（式３）、（式６）、（式８）から次式で表され、
【数１２】
0004879829.tif 000013
δは（式４）、（式７）、（式９）から次式で表される。
【数１３】
0004879829.tif 000014
【００４６】
従って、（式１１）より、θｃ２とＺｃｃとを設定することでδが決定され、（式９）、（式１３）より、Ｃ３が決定される。Ｃ３が決まると、（式９）よりＣ４が決定される。また、（式１０）、（式１１）より、θｃ２とＺｃｃとを設定することでβが決定され、（式８）、（式１２）より、Ｃ１が決定される。Ｃ１が決まると、（式８）よりＣ２が決定される。ここで、θｃ２は、Ｚｃ１とＺｃ２の大きさが等しくなるθｃ２＝４５度とする。
【００４７】
なお、第１ループ部５が共振周波数ｆＨで共振したときのＱ値ＱＨ１および第２ループ部６が共振周波数ｆＨで共振したときのＱ値ＱＨ２は、実測により得る。例えば、キャパシタが挿入された第１ループ部５と同一寸法のループコイルを用意し、被検体１０と等価なファントムの表面に配置し、ループコイルに挿入したキャパシタの値を調整して共振周波数ｆＨで共振させ、ループコイルのＱ値を測定することにより得る。第２ループ部６の場合においても同様の測定によりＱ値を得る。また、図３に示す円偏波ＲＦコイル２５と被検体１０との電気特性をモデル化し、電磁界シミュレーションにより求めてもよい。
【００４８】
例えば、Ｌ１およびＬ２の値が４９５ｎＨ、共振周波数ｆＨ＝６４ＭＨｚにおけるＱＨ１およびＱＨ２の値が５０、θｃ２＝４５度、Ｚｃｃ＝２００Ωとした場合、第１キャパシタ１、第２キャパシタ２、第３キャパシタ３、及び第４キャパシタ４の値（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４）は、それぞれ、１４．５ｐＦ、７５．６ｐＦ、１４．５ｐＦ、１０１ｐＦに調整される。
【００４９】
以上説明したように、第１の直並列共振回路２７である第１ループ部５のキャパシタ１（Ｃ１）およびキャパシタ２（Ｃ２）と、第２の直並列共振回路２８である第２ループ部６のキャパシタ３（Ｃ３）およびキャパシタ４（Ｃ４）とを、それぞれ、（式１）、（式２）、（式８）、（式９）、（式１０）、（式１１）、（式１２）、（式１３）を満たすように調整すると、図３（ｂ）に示すように、第１の高周波磁場方向２１には、第１ループ部５により第１直線偏波磁界が生じるとともに、第２の高周波磁場方向２２には、第２ループ部６により第２直線偏波磁界が生じ、第１直線偏波磁界の位相と第２直線偏波磁界の位相の差が９０度となる。従って、本実施形態の円偏波ＲＦコイル２５が発生する高周波磁界は第１直線偏波磁界と第２直線偏波磁界とを合成したものとなる。
【００５０】
第１直線偏波磁界と第２直線偏波磁界の位置関係をベクトルで表したものを図８（ａ）に示す。第１の高周波磁場方向２１に平行な方向にｘ’軸をとり、第２の高周波磁場方向２２に平行な方向にｙ’軸をとると、図８（ｂ）に示すように、時刻ｔにおける第１の直線偏波磁界ベクトル１７（Ｂ１）および第２の直線偏波磁界ベクトル１８（Ｂ２）はそれぞれ、
【数１４】
0004879829.tif 000015
【数１５】
0004879829.tif 000016
で表される。ここで、Ａ１、Ａ２はそれぞれ第１および第２の直線偏波磁界の振幅であり、θ１は高周波電圧Ｖｉｎと第１直線偏波磁界との位相差、θ２は高周波電圧Ｖｉｎと第２直線偏波磁界との位相差である。θ２−θ１＝９０度より、Ｂ２＝（０，Ａ２ｃｏｓ（ωｔ＋θ１））となる。また、θｃ２＝４５度より、第１のループ部５と第２のループ部６のインピーダンスが等しいため、第１および第２の直線偏波磁界の振幅（Ａ１、Ａ２）は互いに等しくなる。よって、第１の直線偏波磁界ベクトル１７（Ｂ１）と第２の直線偏波磁界ベクトル１８（Ｂ２）とを合成したベクトル７９（Ｂ１２）は、Ｂ１２＝Ｂ１＋Ｂ２より、次式で表される。
【数１６】
0004879829.tif 000017
図８（ｂ）に示すように、（式１６）からベクトル７９（Ｂ１２）は、大きさ√２Ａ１、ｙ’軸とのなす角度は（ωｔ＋θ１）度となる。時刻ｔの増加に伴い、ベクトル７９（Ｂ１２）は、ベクトルの大きさを保ったまま、ｘ’軸およびｙ’軸の原点を中心として時計回りに回転する。すなわち、円偏波ＲＦコイル２５が発生または検出する高周波磁界は円偏波磁界となる。
【００５１】
以上説明したように、本実施形態における円偏波ＲＦコイル２５は、（式１）、（式２）、（式８）、（式９）、（式１０）、（式１１）、（式１２）、（式１３）を満たすように、第１キャパシタ１の値Ｃ１、第２キャパシタ２の値Ｃ２、第３キャパシタ３の値Ｃ３、第４キャパシタ４の値Ｃ４をそれぞれ調整することにより、静磁場１００の貫通する方向からみて時計回りの円偏波磁界を被検体１０内部に発生させ、高い効率で高周波磁界を被検体１０に印加する。また、円偏波ＲＦコイル２５は、相反定理により、周波数ｆＨで共振し、静磁場１００の貫通する方向からみて時計回りの円偏波磁界を高効率で検出できる。このため、高周波磁場印加後、周波数ｆＨの磁気共鳴信号が、静磁場１００の貫通する方向からみて時計回りの円偏波磁界として被検体１０から放射されるので、円偏波ＲＦコイル２５は、水素原子核の磁気共鳴信号を高感度で検出する。このように、図３に示す円偏波ＲＦコイル２５は、水素原子核の磁気共鳴信号の送受信コイルとして動作する。
【００５２】
上述したように、本実施形態によれば、ＱＤ方式により２つのＲＦコイルを用いて円偏波高周波磁界を発生させる場合と同様に、一つのコイルでＳＮ比及び均一性が高い円偏波磁界を送受信することが可能なＲＦコイルを構成することができる。従って、ＱＤ方式に比べてコイルと配線の系統とが１つ減るため、分配器及び移相器が不要となり、送信系を構成する部品の数が半分以下に減少する。このため、送信系の調整が容易になるとともに製造コストを下げることができる。また、コイルへの入出力端子が１ヵ所であり、分配器、移相器を用いないため、コイルの機械的歪みによる直交性の低下や、分配器、移相器による位相ずれによるコイルのＳＮ低下を抑えることができ、従来に比べてＲＦコイルの送信効率や受信感度が向上する。
【００５３】
１つのコイルで円偏波磁界を発生もしくは検出し、高効率かつ高均一な電磁波の照射または高感度かつ高均一な磁気共鳴信号の検出が可能なＲＦコイルを提供できる。
【００５４】
なお、本実施形態では、第１ループ部５の中心１３と第２ループ部６の中心１４とを結ぶ直線と静磁場１００の方向とのなす角度が９０度になるよう配置している。これは、図３に示す円偏波ＲＦコイル２５の規格化感度が最大となる例である。この角度は必ずしも９０度に限らない。なお、規格化感度とは、感度を感度の最大値で割った値である。
【００５５】
第１ループ部５の中心１３と第２ループ部６の中心１４とを結ぶ直線と静磁場１００の方向とのなす角度をφとしたとき、図３に示す円偏波ＲＦコイル２５の規格化感度Ｓは、Ｓ＝｜ｓｉｎ（φ）｜で表される。従って、φが９０度の時に最大となる。最大感度の９５％以上となる角度φの範囲は、７２度以上１０８度以下となる。よって、本実施形態における第１ループ部５の中心１３と第２ループ部６の中心１４とを結ぶ直線と静磁場１００の方向とのなす角度は、７２度以上１０８度以下であることが望ましく、９０度程度の角度をなすように配置されることが最も望ましい。ここで、程度とはコイルの製造誤差に起因する角度の誤差範囲のことである。
【００５６】
また、本実施形態では、第１ループ部５および第２ループ部６を、図３に示すように配置しているが、各ループ部におけるキャパシタの配置およびループ部自体の配置はこれに限られない。第１の直線偏波磁界と第２の直線偏波磁界とを合成した高周波磁界が、被検体１０の内部において、静磁場１００の貫通する方向からみて時計回りの円偏波磁界となればよい。
【００５７】
例えば、図３に示す円偏波ＲＦコイル２５の変形例（円偏波ＲＦコイル２５Ａ）を図９に示す。図９（ａ）は、円偏波ＲＦコイル２５Ａを、ｚ軸に垂直な方向から見た図である。図９（ｂ）は、円偏波ＲＦコイル２５Ａをｚ軸方向（静磁場１００が貫通する方向）から見た図である。図３に示す円偏波ＲＦコイル２５と異なり、本図に示すように、静磁場１００の貫通する方向からみて被検体１０の体軸１１を中心として、第１ループ部の中心１３から時計回りに９０度離れた位置に第２ループ部の中心１４が位置するように配置されている。
【００５８】
本変形例も、図４に示す等価回路１９で表される。しかし、円偏波ＲＦコイル２５Ａは、第２キャパシタ２（Ｃ２）が第２ループ部６の内側に配置される。接続部７ａの電位Ｖ７ａと接続部７ｃの電位Ｖ７ｃとの差Ｖ７ａ−Ｖ７ｃが正の時に生じる第１ループ部５に流れる電流の向きは、図３に示す円偏波ＲＦコイル２５の場合と図９に示す円偏波ＲＦコイル２５Ａとの場合で同じとなるが、図９（ａ）に示す配置から、第２ループ部６に流れる電流の向きが逆となる。従って、高周波電圧を円偏波ＲＦコイル２５Ａに印加すると、図９（ｂ）に示すように、第２ループ部６による第２の高周波磁場方向２２Ａは、図３に示す円偏波ＲＦコイル２５の場合と比べて反転する。
【００５９】
このとき、第１ループ部５と第２ループ部６とによって生じる高周波磁界は、図１０（ａ）に示すように、第１の高周波磁場方向２１に平行な第１の直線偏波磁界ベクトル１７（Ｂ１）と第２の高周波磁場方向２２Ａに平行な第２の直線偏波磁界ベクトル１８（Ｂ２）の合成となる。第１の高周波磁場方向２１に平行な方向にｘ’軸をとり、第２の高周波磁場方向２２Ａに平行な方向にｙ’軸をとると、図１０（ｂ）に示すように、第１の直線偏波磁界ベクトル１７（Ｂ１）と第２の直線偏波磁界ベクトル１８（Ｂ２）の位置関係は、図８（ｂ）に示す直線偏波磁界の位置関係と同じとなる。従って、第１の直線偏波磁界ベクトル１７（Ｂ１）と第２の直線偏波磁界ベクトル１８（Ｂ２）を合成したベクトル７９は、ベクトルの大きさを保ったまま、ｘ’軸およびｙ’軸の原点を中心として時計回りに回転する。すなわち、円偏波ＲＦコイル２５Ａが発生および検出する高周波磁界は円偏波磁界である。
【００６０】
以上から、図９に示す円偏波ＲＦコイル２５Ａは、（式１）、（式２）および（式８）から（式１３）全てを満たすように、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４を調整することにより、周波数ｆＨにおいて、静磁場１００の貫通する方向からみて時計回りの円偏波磁界を被検体１０内部に発生させ、高い効率で高周波磁界を被検体１０に印加する。高周波磁場印加後、周波数ｆＨの磁気共鳴信号が、静磁場１００の貫通する方向からみて時計回りの円偏波磁界として被検体１０から放射されると、円偏波ＲＦコイル２５Ａは、相反定理から、周波数ｆＨで共振し、静磁場１００の貫通する方向からみて時計回りの円偏波磁界を高効率で検出できる。よって、図９に示す円偏波ＲＦコイル２５Ａは、水素原子核の磁気共鳴信号の送受信コイルとして動作する。
【００６１】
＜＜第二の実施形態＞＞
次に、本発明の第二の実施形態について説明する。本実施形態のＭＲＩ装置は基本的に第一の実施形態と同様である。第一の実施形態では、円偏波ＲＦコイルが２つのループコイルを組み合わせた形状を有することに対し、本実施形態の円偏波ＲＦコイルは、ループコイルと８の字型コイルを組み合わせた形状を有する。以下、第一の実施形態と異なる構成について説明する。なお、本実施形態においても、座標系１２のｚ軸方向と水平磁場方式のマグネット１０１が発生する静磁場１００の向きは同じとする。
【００６２】
図１１は、本実施形態の円偏波ＲＦコイル２５２の構成を説明するための図である。図１１（ａ）は、円偏波ＲＦコイル２５２を、ｚ軸に垂直な方向から見た図であり、図１１（ｂ）は、ｚ軸方向（静磁場１００が貫通する方向）から見た図である。
【００６３】
図１１（ａ）に示すように、本実施形態の円偏波ＲＦコイル２５２は、導体からなる第１ループ部５と第２ループ部６と、第１ループ部５に配置される少なくとも１つの第１キャパシタ１及び第２キャパシタ２と、第２ループ部６に配置される少なくとも１つの第３キャパシタ３及び第４キャパシタ４と、第２キャパシタ２と第４キャパシタ４を直列に接続する接続部７ａ、７ｂ、７ｃと、信号処理回路８と、第１端子９ａおよび第２端子９ｂで構成される入出力端子９とを備える。本実施形態においても、信号処理回路８は、コモンモードノイズを除去するバラン（平衡-不平衡変換器）回路である。接続部７ａは第１ループ部５と第１端子９ａとを接続し、接続部７ｂは第２ループ部６と第２端子９ｂとを接続し、接続部７ｃは、第１ループ部５において接続部７ａとともに第２キャパシタ２の両端に接続され、第２ループ部６において接続部７ｂとともに第４キャパシタ４の両端に接続される。また、第１端子９ａと第２端子９ｂは信号処理回路８に接続される。図１１（ａ）では省略しているが、信号処理回路８が同軸ケーブルを介して送受信切替器に接続され、さらに送受信切替器から高周波磁場発生器１０６および受信器１０８に接続されている。
【００６４】
本実施形態の円偏波ＲＦコイル２５２は、第一の実施形態と同様に図４に示す回路１９が等価回路となる。ただし、本実施形態の円偏波ＲＦコイル２５２は、第１ループ部５は８の字型コイルの形状を有し、第２ループ部６はループ形状を有する。また、第１ループ部５と第２ループ部６とが磁気的に結合しないよう寸法および配置が調整され、両者の一部が互いに実質的に同一面上に配置される。また、接続部７ｃの等価インダクタンスが、第１ループ部および第２ループ部のインダクタンスと比べて１００分の１以下となるように接続部７ｃの長さが短くできるよう、第１ループ部５と第２ループ部６とが配置される。
【００６５】
第１ループ部５は、上記のように配置されることにより、図１１（ｂ）に示すように、８の字を構成する２つのコイルを貫通しループ状の磁場５８を検出および発生する。この第１ループ部５による高周波磁場の、被検体１０の中心界隈での高周波磁場の向きは方向２１となる。一方、第２ループ部６が検出および発生する高周波磁場は直線で方向２２となる。すなわち、第１ループ部５が検出および発生する第１の高周波磁場方向２１と第２ループ部６が検出および発生する第２の高周波磁場方向２２とが、被検体１０の内部２６において直交する。
【００６６】
このような形状を有する円偏波ＲＦコイル２５２は、静磁場１００の向きと被検体１０の体軸１１が実質的に平行となるように配置された被検体１０の表面近傍に配置され、第２ループ部の中心１４と８の字型コイルの交差点２０を結ぶ直線が静磁場１００の向きと実質的に平行となるように配置される。また、円偏波ＲＦコイル２５２は、被検体１０の内部において、静磁場１００の貫通する方向からみての時計回りの円偏波磁界を発生もしくは検出するように、第２キャパシタ２及び第４キャパシタ４及び接続部７ａ，７ｂ、７ｃが接続されている。図１１では、第１ループ部５及び第２ループ部６自体が持つインダクタンスの表記は省略してある。
【００６７】
上記形態を有する本実施形態の円偏波ＲＦコイル２５２における第１ループ部５及び第２ループ部６のインダクタンスの値（Ｌ１、Ｌ２）と、第１キャパシタ１、第２キャパシタ２、第３キャパシタ３、及び第４キャパシタ４の値（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４）とは、円偏波ＲＦコイル２５２が静磁場１００の貫通する方向から見て時計回りの円偏波磁界を被検体１０の内部２６で検出および発生させ、また、所定の元素の磁気共鳴周波数で共振するように、それぞれ調整される。以下、本実施形態においても、第一の実施形態同様、水素原子核の磁気共鳴信号を送受信する場合を例にあげて説明する。すなわち、本実施形態の円偏波ＲＦコイル２５２が、高周波磁場発生器１０６から磁場強度１．５Ｔにおける水素原子核の磁気共鳴周波数ｆＨ（ｆＨ＝６４ＭＨｚ）を中心周波数とする高周波電圧が印加され、送信コイルとして共振周波数ｆＨを持つ高周波磁場を高効率で被検体１０に印加し、また、被検体１０からの磁気共鳴周波数ｆＨの水素原子核の磁気共鳴信号を受信コイルとして検出するように調整される場合について、以下、詳細を説明する。
【００６８】
高周波磁場発生器１０６から送信された周波数ｆＨを中心周波数とする高周波電圧が円偏波ＲＦコイル２５２に印加される場合、図１１に示す本実施形態の円偏波ＲＦコイル２５２において、第１端子９ａおよび第２端子９ｂから見た円偏波ＲＦコイル２５２の等価回路は、第一の実施形態と同様に図４に示す等価回路１９で表される。すなわち、第１ループ部５の等価インダクタ１５及び第１キャパシタ１及び第１ループ部の抵抗成分３１が直列に接続された第１の直列共振回路２３に第２キャパシタ２が並列に接続された第１の直並列共振回路２７と、第２ループ部６の等価インダクタ１６及び第３キャパシタ３及び第２ループ部の抵抗成分３２が直列に接続された第２の直列共振回路２４に第４キャパシタ４が並列に接続された第２の直並列共振回路２８が直列接続されたものとして表される。
【００６９】
従って、（式１）、（式２）、および（式８）から（式１３）の全てを満たすように、第１キャパシタ１、第２キャパシタ２、第３キャパシタ３、及び第４キャパシタ４の値（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４）を調整することにより、本実施形態の円偏波ＲＦコイル２５２は、共振周波数ｆＨにおいて共振する。
【００７０】
図１１に示すように被検体１０と円偏波ＲＦコイル２５２とを配置し、共振周波数ｆＨを持つ高周波電圧を円偏波ＲＦコイル２５２に印加すると、図１１（ｂ）に示すように、第１の高周波磁場方向２１には、第１ループ部５による第１直線偏波磁界が生じるとともに、第２の高周波磁場方向２２には、第２ループ部６による第２直線偏波磁界が生じ、第１直線偏波磁界の位相と第２直線偏波磁界の位相の差が９０度となる。従って、本実施形態の円偏波ＲＦコイル２５２が発生する高周波磁界は、図１２（ａ）に示すように、第１の高周波磁場方向２１に平行な第１の直線偏波磁界ベクトル１７（Ｂ１）と第２の高周波磁場方向２２に平行な第２の直線偏波磁界ベクトル１８（Ｂ２）との合成となる。第１の高周波磁場方向２１に平行な方向にｘ’軸をとり、第２の高周波磁場方向２２に平行な方向にｙ’軸をとると、図１２（ｂ）に示すように、第１の直線偏波磁界ベクトル１７（Ｂ１）と第２の直線偏波磁界ベクトル１８（Ｂ２）の位置関係は、図８（ｂ）に示す直線偏波磁界の位置関係と同じとなる。従って、第１の直線偏波磁界ベクトル１７（Ｂ１）と第２の直線偏波磁界ベクトル１８（Ｂ２）を合成したベクトル７９は、ベクトルの大きさを保ったまま、ｘ’軸およびｙ’軸の原点を中心として時計回りに回転する。すなわち、円偏波ＲＦコイル２５２が発生および検出する高周波磁界は円偏波磁界である。
【００７１】
以上のように、本実施形態の円偏波ＲＦコイル２５２は、（式１）、（式２）、および（式８）から（式１３）全てを満たすように、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４を調整することにより、周波数ｆＨにおいて、静磁場１００の貫通する方向からみて時計回りの円偏波磁界を被検体１０内部に発生させ、高い効率で高周波磁界を被検体１０に印加する。高周波磁場印加後、周波数ｆＨの磁気共鳴信号が、静磁場１００の貫通する方向からみて時計回りの円偏波磁界として被検体１０から放射されると、円偏波ＲＦコイル２５２は、相反定理から、周波数ｆＨで共振し、静磁場１００の貫通する方向からみて時計回りの円偏波磁界を高効率で検出できる。よって、図１１に示す円偏波ＲＦコイル２５２は、水素原子核の磁気共鳴信号の送受信コイルとして動作する。
【００７２】
上述したように、本実施形態によれば、ＱＤ方式により２つのＲＦコイルに円偏波磁界を発生させる場合と同様に、一つのコイルでＳＮ比及び均一性が高い円偏波磁界を送受信することが可能なＲＦコイルを構成することができる。従って、ＱＤ方式に比べてコイルおよび配線の系統が１つ減るため、分配器及び移相器が不要となり、送信系を構成する部品の数が半分以下に減少する。このため、送信系の調整が容易になるとともに製造コストを下げることができる。また、コイルへの入出力端子が１ヵ所であり、分配器、移相器を用いないため、コイルの機械的歪みによる直交性の低下や、分配器、移相器による位相ずれによるコイルのＳＮ低下を抑えることができ、従来に比べてＲＦコイルの送信効率や受信感度が向上する。さらに、本実施形態の円偏波ＲＦコイル２５２は、８の字型形状を有する第１ループ部５が発生/検出する磁場の向きと、矩形のループ形状を有する第２ループ部６が発生/検出する磁場の向きとが被検体１０の深部で直交する。このため、第一の実施形態の円偏波ＲＦコイル２５に比べて、表面が扁平である被検体１０における被検体深部の感度が向上し、被検体１０の体幹部における中心領域の感度が向上する。
【００７３】
なお、本実施形態では、第２ループ部６の中心１４が、第１ループ部５の８の字型コイルの交差点２０を通り静磁場１００の向きと実質的に平行な直線上に配されるよう、第１ループ部５と第２ループ部６とが配置される。すなわち、中心１４と交差点２０とが異なる位置の場合、第２ループ部６の中心１４と第１ループ部５の８の字型コイルの交差点２０とを結ぶ直線が静磁場１００の向きと実質的に平行となるよう配置されている。これは、本実施形態の円偏波ＲＦコイル２５２の規格化感度が最大となる例である。しかし、必ずしもこの配置に限らない。
【００７４】
第２ループ部６の中心１４と第１ループ部５の８の字型コイルの交差点２０とを結ぶ直線が静磁場１００の方向とのなす角度をφとしたとき、円偏波ＲＦコイル２５２の規格化感度Ｓは、Ｓ＝｜ｃｏｓ（φ）｜で表される。従って、第１ループ部の８の字型コイルの交差点２０と第２ループ部６の中心１４とを結ぶ直線と静磁場１００の方向とのなす角度が０度の時に最大となる。また、最大感度の９５％以上となる角度φの範囲は、０度以上１８度以下となる。よって、本実施形態における第１ループ部の８の字型コイルの交差点２０と第２ループ部６の中心１４とを結ぶ直線と静磁場１００の方向とのなす角度は、０度以上１８度以下であることが望ましく、０度程度の角度をなすように配置されることが最も望ましい。０度程度の角度をなす場合は、第２ループ部６の中心１４と第１ループ部５の８の字型コイルの交差点２０とを結ぶ直線が静磁場１００の向きと実質的にほぼ平行となる。ここで、程度とはコイルの製造誤差に起因する角度の誤差範囲のことである。
【００７５】
＜＜第三の実施形態＞＞
次に、本発明の第三の実施形態について説明する。本実施形態のＭＲＩ装置は基本的に第一の実施形態と同様である。第一の実施形態では、円偏波ＲＦコイルが２つのループコイルを組み合わせた形状を有することに対し、本実施形態の円偏波ＲＦコイルは、２つの鞍型のコイルを組み合わせた形状を有する。以下、第一の実施形態と異なる構成について説明する。なお、本実施形態においても、座標系１２のｚ軸方向と水平磁場方式のマグネット１０１が発生する静磁場１００の向きは同じとする。
【００７６】
図１３は、本実施形態の円偏波ＲＦコイル２５３の構成を説明するための図である。図１３（ａ）は、円偏波ＲＦコイル２５３を、ｚ軸に垂直な方向から見た図であり、図１３（ｂ）は、ｚ軸方向（静磁場１００が貫通する方向）から見た図である。
【００７７】
図１３（ａ）に示すように、本実施形態の円偏波ＲＦコイル２５３は、導体からなる第１ループ部５と第２ループ部６と、第１ループ部５に配置される少なくとも１つの第１キャパシタ１及び第２キャパシタ２と、第２ループ部６に配置される少なくとも１つの第３キャパシタ３及び第４キャパシタ４と、第２キャパシタ２と第４キャパシタ４を直列に接続する接続部７ａ、７ｂ、７ｃと、信号処理回路８と、第１端子９ａおよび第２端子９ｂで構成される入出力端子９とを備える。本実施形態においても、信号処理回路８は、コモンモードノイズを除去するバラン（平衡-不平衡変換器）回路である。接続部７ａは第１ループ部５と第１端子９ａとを接続し、接続部７ｂは第２ループ部６と第２端子９ｂとを接続し、接続部７ｃは、第１ループ部５において接続部７ａとともに第２キャパシタ２の両端に接続され、第２ループ部６において接続部７ｂとともに第４キャパシタ４の両端に接続される。また、第１端子９ａと第２端子９ｂは信号処理回路８に接続される。図１３（ａ）では省略しているが、信号処理回路８が同軸ケーブルを介して送受信切替器に接続され、さらに送受信切替器から高周波磁場発生器１０６および受信器１０８に接続されている。
【００７８】
本実施形態の円偏波ＲＦコイル２５３は、第一の実施形態と同様に図４に示す回路１９が等価回路となる。ただし、第１ループ部５と第２ループ部６とは、それぞれ鞍型コイルの形状を有し、第１ループ部５と第２ループ部６とが同一の中心軸２９を共有するように配置され、第１ループ部５と第２ループ部６とが互いに磁気的に結合しないようこれらの寸法および配置が調整されている。また、接続部７ｃの等価インダクタンスが、第１ループ部および第２ループ部のインダクタンスと比べて１００分の１以下となるように接続部７ｃの長さが短くできるよう、第１ループ部５と第２ループ部６とが配置される。
【００７９】
上記のように配置されることにより、図１３（ｂ）に示すように、第１ループ部５が検出および発生する方向２１の高周波磁場と第２ループ部６が検出および発生する方向２２の高周波磁場とは直交する。
【００８０】
円偏波ＲＦコイル２５３は、静磁場１００の向きと被検体の体軸１１とが実質的に平行となるように配置された被検体１０の少なくとも一部が、第１ループ部５及び第２ループ部６の内部に配置され、円偏波ＲＦコイル２５３の中心軸２９が静磁場１００の向きと実質的に平行となるように配置されている。また、円偏波ＲＦコイル２５３は、被検体１０の内部において、静磁場１００の貫通する方向からみての時計回りの円偏波磁界を発生もしくは検出するように、第２キャパシタ２及び第４キャパシタ４及び接続部７ａ，７ｂ、７ｃが接続されている。図１３では、第１ループ部５及び第２ループ部６自体が持つインダクタンスの表記は省略してある。
【００８１】
上記形態を有する本実施形態の円偏波ＲＦコイル２５３における第１ループ部５及び第２ループ部６のインダクタンスの値（Ｌ１、Ｌ２）と、第１キャパシタ１、第２キャパシタ２、第３キャパシタ３、及び第４キャパシタ４の値（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４）とは、円偏波ＲＦコイル２５３が静磁場１００の貫通する方向から見て時計回りの円偏波磁界を被検体１０の内部に検出および発生させ、また、所定の元素の磁気共鳴周波数で共振するように、それぞれ調整される。以下、本実施形態においても、第一の実施形態同様、水素原子核の磁気共鳴信号を送受信する場合を例にあげて説明する。すなわち、本実施形態の円偏波ＲＦコイル２５３が、高周波磁場発生器１０６から磁場強度１．５Ｔにおける水素原子核の磁気共鳴周波数ｆＨ（ｆＨ＝６４ＭＨｚ）を中心周波数とする高周波電圧が印加され、送信コイルとして共振周波数ｆＨを持つ高周波磁場を高効率で被検体１０に印加し、また、被検体１０からの磁気共鳴周波数ｆＨの水素原子核の磁気共鳴信号を受信コイルとして検出するように調整される場合について、以下、詳細を説明する。
【００８２】
高周波磁場発生器１０６から送信された周波数ｆＨを中心周波数とする高周波電圧が円偏波ＲＦコイル２５３に印加される場合、図１３に示す本実施形態の円偏波ＲＦコイル２５３において、第１端子９ａおよび第２端子９ｂから見た円偏波ＲＦコイル２５３の等価回路は、第一の実施形態と同様に図４に示す等価回路１９で表される。すなわち、第１ループ部５の等価インダクタ１５及び第１キャパシタ１及び第１ループ部の抵抗成分３１が直列に接続された第１の直列共振回路２３に第２キャパシタ２が並列に接続された第１の直並列共振回路２７と、第２ループ部６の等価インダクタ１６及び第３キャパシタ３及び第２ループ部の抵抗成分３２が直列に接続された第２の直列共振回路２４に第４キャパシタ４が並列に接続された第２の直並列共振回路２８が直列接続されたものとして表される。
【００８３】
従って、（式１）、（式２）、および（式８）から（式１３）の全てを満たすように、第１キャパシタ１、第２キャパシタ２、第３キャパシタ３、及び第４キャパシタ４の値（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４）を調整することにより、本実施形態の円偏波ＲＦコイル２５３は、共振周波数ｆＨにおいて共振する。
【００８４】
図１３に示すように被検体１０と円偏波ＲＦコイル２５３とを配置し、共振周波数ｆＨを持つ高周波電圧を円偏波ＲＦコイル２５３に印加すると、図１３（ｂ）に示すように、第１の高周波磁場方向２１には、第１ループ部５による第１直線偏波磁界が生じるとともに、第２の高周波磁場方向２２には、第２ループ部６による第２直線偏波磁界が生じ、第１直線偏波磁界の位相と第２直線偏波磁界の位相の差が９０度となる。従って、本実施形態の円偏波ＲＦコイル２５３が発生する高周波磁界は、図１４（ａ）に示すように、第１の高周波磁場方向２１に平行な第１の直線偏波磁界ベクトル１７（Ｂ１）と第２の高周波磁場方向２２に平行な第２の直線偏波磁界ベクトル１８（Ｂ２）の合成となる。第１の高周波磁場方向２１に平行な方向にｘ’軸をとり、第２の高周波磁場方向２２に平行な方向にｙ’軸をとると、図１４（ｂ）に示すように、第１の直線偏波磁界ベクトル１７（Ｂ１）と第２の直線偏波磁界ベクトル１８（Ｂ２）の位置関係は、図８（ｂ）に示す直線偏波磁界の位置関係と同じとなる。従って、第１の直線偏波磁界ベクトル１７（Ｂ１）と第２の直線偏波磁界ベクトル１８（Ｂ２）を合成したベクトル７９は、ベクトルの大きさを保ったまま、ｘ’軸およびｙ’軸の原点を中心として時計回りに回転する。すなわち、円偏波ＲＦコイル２５３が発生および検出する高周波磁界は円偏波磁界である。
【００８５】
以上のように、本実施形態の円偏波ＲＦコイル２５３は、（式１）、（式２）、および（式８）から（式１３）全てを満たすように、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４を調整することにより、周波数ｆＨにおいて、静磁場１００の貫通する方向からみて時計回りの円偏波磁界を被検体１０内部に発生させ、高い効率で高周波磁界を被検体１０に印加する。高周波磁場印加後、周波数ｆＨの磁気共鳴信号が、静磁場１００の貫通する方向からみて時計回りの円偏波磁界として被検体１０から放射されると、円偏波ＲＦコイル２５３は、相反定理から、周波数ｆＨで共振し、静磁場１００の貫通する方向からみて時計回りの円偏波磁界を高効率で検出できる。よって、図１３に示す円偏波ＲＦコイル２５３は、水素原子核の磁気共鳴信号の送受信コイルとして動作する。
【００８６】
上述したように、本実施形態によれば、ＱＤ方式により２つのＲＦコイルに円偏波高周波磁界を発生させる場合と同様に、一つのコイルでＳＮ比及び均一性が高い円偏波磁界を送受信することが可能なＲＦコイルを構成することができる。従って、ＱＤ方式と比べてコイルおよび配線の系統が１つ減るため、分配器及び移相器が不要となり、送信系を構成する部品の数が半分以下に減少する。このため、送信系の調整が容易になるとともに製造コストを下げることができる。また、コイルへの入出力端子が１ヵ所であり、分配器、移相器を用いないため、コイルの機械的歪みによる直交性の低下や、分配器、移相器による位相ずれによるコイルのＳＮ低下を抑えることができ、従来と比べてＲＦコイルの送信効率や受信感度が向上する。さらに、本実施形態の円偏波ＲＦコイル２５３は、被検体１０を取り囲むように配置する形状であるため、被検体１０の深部方向に対する感度分布の均一性が高い。よって、第一、第二の実施形態の円偏波ＲＦコイルに比べ、被検体の内部における感度分布の均一性が向上する。
【００８７】
なお、本実施形態では、円偏波ＲＦコイル２５３の中心軸２９が静磁場１００の向きと実質的に平行となるように配置されている。これは、本実施形態の円偏波ＲＦコイル２５３の規格化感度が最大となる例である。しかし、必ずしもこの配置に限らない。
【００８８】
円偏波ＲＦコイル２５３の中心軸２９が静磁場１００の方向とのなす角度をφとしたとき、円偏波ＲＦコイル２５３の規格化感度Ｓは、Ｓ＝｜ｃｏｓ（φ）｜で表される。従って、中心軸２９と静磁場１００の方向とのなす角度が０度の時に最大となる。また、最大感度の９５％以上となる角度φの範囲は、０度以上１８度以下となる。よって、本実施形態における円偏波ＲＦコイル２５３の中心軸２９と静磁場１００の方向とのなす角度は、０度以上１８度以下であることが望ましく、０度程度の角度をなすように配置されることが最も望ましい。０度程度の角度をなす場合は、円偏波ＲＦコイル２５３の中心軸２９が静磁場１００の向きと実質的にほぼ平行となる。ここで、程度とはコイルの製造誤差に起因する角度の誤差範囲のことである。
【００８９】
＜＜第四の実施形態＞＞
次に、本発明の第四の実施形態について説明する。本実施形態では、垂直磁場方式のＭＲＩ装置を用いる。以下、本実施形態について、第一の実施形態と異なる構成を中心に説明する。
【００９０】
図１５は、本実施形態のＭＲＩ装置２０００の概略構成を示すブロック図である。なお、第一の実施形態の図１および図２と同じ要素は同じ符号で示す。本実施形態のＭＲＩ装置２０００は、垂直磁場方式のマグネット２０１、傾斜磁場コイル１０２、静磁場均一度を調整するためのシムコイル１１２、シーケンサ１０４、高周波磁場を発生し磁気共鳴信号を受信する送受信用ＲＦコイル１１６を備える。傾斜磁場コイル１０２及びシムコイル１１２は、それぞれ傾斜磁場電源１０５、シム電源１１３に接続される。送受信用ＲＦコイル１１６は、高周波磁場発生器１０６及び受信器１０８に接続される。シーケンサ１０４は、傾斜磁場電源１０５、シム電源１１３及び高周波磁場発生器１０６に命令を送り、それぞれ傾斜磁場及び高周波磁場を発生させる。高周波磁場は、送受信用ＲＦコイル１１６を通じて被検体１０に印加される。高周波磁場を印加することにより被検体１０から発生する磁気共鳴信号は送受信用ＲＦコイル１１６によって検出され、受信器１０８で検波が行われる。受信器１０８での検波の基準とする磁気共鳴周波数は、シーケンサ１０４によりセットされる。検波された信号はＡ／Ｄ変換器を通して計算機１０９に送られ、ここで画像再構成などの信号処理が行われる。その結果は、ディスプレイ１１０に表示される。検波された信号や測定条件は、必要に応じて、記憶媒体１１１に保存される。シーケンサ１０４は、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に制御を行う。
【００９１】
本実施形態のＭＲＩ装置２０００は、送受信用ＲＦコイル１１６として、１つの入出力端子で円偏波磁界を送受信することが可能な円偏波ＲＦコイルを備える。以下、本実施形態の送受信用ＲＦコイル１１６として用いられる円偏波ＲＦコイルについて説明する。
【００９２】
図１６は、本実施形態の円偏波ＲＦコイル２５４の構成を説明するための図である。ここで、垂直磁場方式のマグネット２０１が発生する静磁場１００の向きを座標系１２のｚ軸方向とする。図１６（ａ）は、円偏波ＲＦコイル２５４をｚ軸に垂直な方向から見た図である、図１６（ｂ）は、円偏波ＲＦコイル２５４をｚ軸方向（静磁場１００が貫通する方向）から見た図である。
【００９３】
図１６（ａ）に示すように、本実施形態の円偏波ＲＦコイル２５４は、導体からなる第１ループ部５と第２ループ部６と、第１ループ部５に配置される少なくとも１つの第１キャパシタ１及び第２キャパシタ２と、第２ループ部６に配置される少なくとも１つの第３キャパシタ３及び第４キャパシタ４と、第１端子９ａと第２端子９ｂで構成される入出力端子９と、信号処理回路８と、接続部７ａ、７ｂ、７ｃを備える。本実施形態においても、信号処理回路８は、コモンモードノイズを除去するバラン（平衡-不平衡変換器）回路である。接続部７ａは第１ループ部５と第１端子９ａとを接続し、接続部７ｂは第２ループ部６と第２端子９ｂとを接続し、接続部７ｃは、第１ループ部５において接続部７ａとともに第２キャパシタ２の両端に接続され、第２ループ部６において接続部７ｂとともに第４キャパシタ４の両端に接続される。また、第１端子９ａと第２端子９ｂは信号処理回路８に接続される。図１６（ａ）では省略しているが、信号処理回路８が同軸ケーブルを介して送受信切替器に接続され、さらに送受信切替器から高周波磁場発生器１０６および受信器１０８に接続されている。
【００９４】
本実施形態の円偏波ＲＦコイル２５４は、第一の実施形態と同様に図４に示す回路１９が等価回路となる。ただし、第１ループ部５は鞍型コイルの形状を有し、第２ループ部６はループコイルの形状を有している。第２ループ部６の中心１４が第１ループ部５の中心軸２９を通り、かつ、第２ループ部６のループ面に対して第１ループ部５の中心軸２９が垂直となるよう第１ループ部５と第２ループ部６とは配置される。また、接続部７ｃの等価インダクタンスが、第１ループ部および第２ループ部のインダクタンスと比べて１００分の１以下となるように接続部７ｃの長さが短くできるよう、第１ループ部５と第２ループ部６とが配置される。
【００９５】
この円偏波ＲＦコイル２５４は、静磁場１００の向きと被検体の体軸１１とが実質的に直交するように配置された被検体１０の少なくとも一部が、第１ループ部５及び第２ループ部６の内部に配置され、かつ、中心軸２９が静磁場１００の向きと実質的に直交するように配置される。また、図１６（ｂ）に示すように、第１ループ部５が検出および発生する第１の高周波磁場方向２１と第２ループ部６が検出および発生する第２の高周波磁場方向２２とが、直交するように配置される。さらに、円偏波ＲＦコイル２５４では、被検体１０の内部において、静磁場１００の貫通する方向からみて時計回りの円偏波磁界を発生および検出するよう、第２キャパシタ２、第４キャパシタ４、および接続部７ａ，７ｂ、７ｃが接続される。なお、図１６では、第１ループ部５及び第２ループ部６自体が持つインダクタンスの表記は省略する。
【００９６】
上記形態を有する本実施形態の円偏波ＲＦコイル２５４における第１ループ部５及び第２ループ部６のインダクタンスの値（Ｌ１、Ｌ２）と、第１キャパシタ１、第２キャパシタ２、第３キャパシタ３、及び第４キャパシタ４の値（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４）とは、円偏波ＲＦコイル２５４が静磁場１００の貫通する方向から見て時計回りの円偏波磁界を被検体１０の内部２６で検出および発生させ、また、所定の元素の磁気共鳴周波数で共振するように、それぞれ調整される。以下、水素原子核の磁気共鳴信号を送受信する場合を例にあげて説明する。すなわち、本実施形態の円偏波ＲＦコイル２５４が、高周波磁場発生器１０６から磁場強度１．５Ｔにおける水素原子核の磁気共鳴周波数ｆＨを中心周波数とする高周波電圧が印加され、送信コイルとして共振周波数ｆＨを持つ高周波磁場を高効率で被検体１０に印加し、また、被検体１０からの磁気共鳴周波数ｆＨの水素原子核の磁気共鳴信号を受信コイルとして検出するように調整される場合について、以下、詳細を説明する。
【００９７】
高周波磁場発生器１０６から送信された周波数ｆＨを中心周波数とする高周波電圧が円偏波ＲＦコイル２５４に印加される場合、図１６に示す本実施形態の円偏波ＲＦコイル２５４において、第１端子９ａおよび第２端子９ｂから見た円偏波ＲＦコイル２５４の等価回路は、第一の実施形態と同様に図４に示す等価回路１９で表される。すなわち、第１ループ部５の等価インダクタ１５及び第１キャパシタ１及び第１ループ部の抵抗成分３１が直列に接続された第１の直列共振回路２３に第２キャパシタ２が並列に接続された第１の直並列共振回路２７と、第２ループ部６の等価インダクタ１６及び第３キャパシタ３及び第２ループ部の抵抗成分３２が直列に接続された第２の直列共振回路２４に第４キャパシタ４が並列に接続された第２の直並列共振回路２８が直列接続されたものとして表される。
【００９８】
従って、（式１）、（式２）、および（式８）から（式１３）全てを満たすように、第１キャパシタ１、第２キャパシタ２、第３キャパシタ３、及び第４キャパシタ４の値（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４）を調整することにより、本実施形態の円偏波ＲＦコイル２５４は、共振周波数ｆＨにおいて共振する。
【００９９】
図１６に示すように被検体１０と円偏波ＲＦコイル２５４とを配置し、共振周波数ｆＨを持つ高周波電圧を円偏波ＲＦコイル２５４に印加すると、図１６（ｂ）に示すように、第１の高周波磁場方向２１には、第１ループ部５による第１直線偏波磁界が生じるとともに、第２の高周波磁場方向２２には、第２ループ部６による第２直線偏波磁界が生じ、第１直線偏波磁界の位相と第２直線偏波磁界の位相の差が９０度となる。従って、本実施形態の円偏波ＲＦコイル２５４が発生する高周波磁界は、図１７（ａ）に示すように、第１の高周波磁場方向２１に平行な第１の直線偏波磁界ベクトル１７（Ｂ１）と第２の高周波磁場方向２２に平行な第２の直線偏波磁界ベクトル１８（Ｂ２）の合成となる。第１の高周波磁場方向２１に平行な方向にｘ’軸をとり、第２の高周波磁場方向２２に平行な方向にｙ’軸をとると、図１７（ｂ）に示すように、第１の直線偏波磁界ベクトル１７（Ｂ１）と第２の直線偏波磁界ベクトル１８（Ｂ２）の位置関係は、図８（ｂ）に示す直線偏波磁界の位置関係と同じとなる。従って、第１の直線偏波磁界ベクトル１７（Ｂ１）と第２の直線偏波磁界ベクトル１８（Ｂ２）を合成したベクトル７９は、ベクトルの大きさを保ったまま、ｘ’軸およびｙ’軸の原点を中心として時計回りに回転する。すなわち、円偏波ＲＦコイル２５４が発生および検出する高周波磁界は円偏波磁界である。
【０１００】
以上のように、本実施形態の円偏波ＲＦコイル２５４は、（式１）、（式２）、および（式８）から（式１３）全てを満たすように、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４を調整することにより、周波数ｆＨにおいて、静磁場１００の貫通する方向からみて時計回りの円偏波磁界を被検体１０内部に発生させ、高い効率で高周波磁界を被検体１０に印加する。高周波磁場印加後、周波数ｆＨの磁気共鳴信号が、静磁場１００の貫通する方向からみて時計回りの円偏波磁界として被検体１０から放射されると、円偏波ＲＦコイル２５４は、相反定理から、周波数ｆＨで共振し、静磁場１００の貫通する方向からみて時計回りの円偏波磁界を高効率で検出できる。よって、図１６に示す円偏波ＲＦコイル２５４は、水素原子核の磁気共鳴信号の送受信コイルとして動作する。
【０１０１】
上述したように、本実施形態によれば、ＱＤ方式により２つのＲＦコイルに円偏波磁界を発生させる場合と同じように、一つのコイルでＳＮ比及び均一性が高い円偏波磁界を送受信することが可能なＲＦコイルを構成することができる。従って、ＱＤ方式と比べてコイルおよび配線の系統が１つ減るため、分配器及び移相器が不要となり、送信系を構成する部品の数が半分以下に減少する。このため、送信系の調整が容易になるとともに製造コストを下げることができる。また、コイルへの入出力端子が１ヵ所であり、分配器、移相器を用いないため、コイルの機械的歪みによる直交性の低下や、分配器、移相器による位相ずれによるコイルのＳＮ低下を抑えることができ、従来と比べてＲＦコイルの送信効率や受信感度が向上する。さらに、本実施形態の円偏波ＲＦコイル２５４は、被検体１０を取り囲むように配置されるため、被検体１０の深部方向に対する感度分布の均一性が高まる。従って、第一の実施形態および第二の実施形態の円偏波ＲＦコイル２５、２５２と比べ、被検体の腕部や頭部、下腿や膝部の内部における感度分布の均一性が向上する。
【０１０２】
なお、本実施形態では、第１ループ部５の中心軸２９が静磁場１００の向きと実質的に直交するよう配置されている。これは、本実施形態の円偏波ＲＦコイル２５４の規格化感度が最大となる例である。しかし、第１ループ部５の配置はこれに限られない。
【０１０３】
第１ループ部５の中心軸２９が静磁場１００の方向とのなす角度をφとしたとき、円偏波ＲＦコイル２５４の規格化感度Ｓは、Ｓ＝｜ｓｉｎ（φ）｜で表される。従って、中心軸２９と静磁場１００の方向とのなす角度が９０度の時に最大となる。また、最大感度の９５％以上となる角度φの範囲は、７２度以上１０８度以下である。よって、本実施形態における円偏波ＲＦコイル２５４の第１ループ部５の中心軸２９と静磁場１００の方向とのなす角度は、７２度以上１０８度以下であることが望ましく、９０度程度の角度をなすように配置されることが最も望ましい。ここで、程度とはコイルの製造誤差に起因する角度の誤差範囲のことである。
【０１０４】
＜＜第五の実施形態＞＞
次に、本発明の第五の実施形態について説明する。本実施形態は、基本的に第一の実施形態と同様である。しかし、本実施形態のＭＲＩ装置のＲＦコイルは、送信用ＲＦコイルと受信用ＲＦコイルとが別個に設けられている点が異なる。第一の実施形態同様、水平磁場方式、垂直磁場方式のいずれであってもよい。以下、水平磁場方式である場合を例にあげ、第一の実施形態と異なる構成を中心に説明する。
【０１０５】
図１８は、本実施形態のＭＲＩ装置１０００’の概略構成を示すブロック図である。本実施形態のＭＲＩ装置１０００’は、水平磁場方式のマグネット１０１、傾斜磁場コイル１０２、静磁場均一度を調整するためのシムコイル１１２、シーケンサ１０４、高周波磁場を発生する送信用ＲＦコイル１０７、被検体１０から発生したＲＦ信号を受信する受信用ＲＦコイル１１４、を備える。傾斜磁場コイル１０２及びシムコイル１１２とは、それぞれ傾斜磁場電源１０５、シム電源１１３に接続される。送信用ＲＦコイル１０７は、高周波磁場発生器１０６に、受信用ＲＦコイル１１４は受信器１０８に接続される。
【０１０６】
また、送信用ＲＦコイル１０７及び受信用ＲＦコイル１１４は、磁気結合防止回路駆動装置１１５に接続され、磁気結合防止回路駆動装置１１５からの磁気結合防止信号によりコイルの動作／非動作が切り替えられる。高周波磁場が送信用ＲＦコイル１０７を通じて被検体１０に印加される時には、シーケンサ１０４から送られた命令により磁気結合防止回路駆動装置１１５から受信用ＲＦコイル１１４に磁気結合防止信号が送られ、受信用ＲＦコイル１１４が開放状態となって非動作状態となり、送信用ＲＦコイル１０７との磁気結合を防止する。また被検体１０から発生したＲＦ信号を受信用ＲＦコイル１１４によって受波するときは、シーケンサ１０４から送られた命令により磁気結合防止回路駆動装置１１５から送信用ＲＦコイル１０７に磁気結合防止信号が送られ、送信用ＲＦコイル１０７が開放状態となって非動作状態となり、受信用ＲＦコイル１１４との磁気結合を防止する。その他の構成及び動作は第一の実施形態のＭＲＩ装置と同様である。
【０１０７】
次に、本実施形態の送信用ＲＦコイル１０７及び受信用ＲＦコイル１１４について説明する。
【０１０８】
本実施形態では、送信用ＲＦコイル１０７として、鳥かご形状のコイル（鳥かご形コイル）５２を用いる場合を例にあげて説明する。図１９は、本実施形態の送信用ＲＦコイル１０７である鳥かご形コイル５２の構成を説明するための図である。ここでは、水平磁場方式のマグネット１０１が発生する静磁場１００の向きを座標系１２のｚ軸方向とする。図１９（ａ）は、本実施形態の送信用ＲＦコイル１０７を、ｚ軸に垂直な方向からみた図であり、図１９（ｂ）は、本実施形態の送信用ＲＦコイル１０７に用いられる磁気結合防止回路４７の詳細を説明するための図である。
【０１０９】
本実施形態の送信用ＲＦコイル１０７（鳥かご形コイル５２）は、図１９（ａ）に示すように、２つのループ導体３８、３９がループ面に垂直な軸を共通の軸として対向して配置され、ループ導体３８、３９の軸方向に平行な複数（図１９（ａ）では一例として８本）の直線導体３０で接続される。ループ導体３８、３９には、磁気結合防止回路４７とキャパシタ４０とがそれぞれ挿入されている。
【０１１０】
磁気結合防止回路４７は、図１９（ｂ）に示すように、インダクタ４３とＰＩＮダイオード６１とが直列接続された回路と、その回路に並列に接続されたキャパシタ４４を備える。ＰＩＮダイオード６１は、ダイオードの順方向に流れる直流電流の値が一定値以上で概ね導通状態となる特性を持ち、直流電流によりオン／オフが制御される。また、ＰＩＮダイオード６１の両端には、磁気結合防止回路駆動装置１１５の出力端子が接続される。磁気結合防止回路駆動装置１１５からの制御電流６６により磁気結合防止回路４７のＰＩＮダイオード６１をオン／オフ制御することで、高周波磁場を照射（送信）するときには、鳥かご形コイル５２を送信用ＲＦコイルとして機能させ、高周波信号を受信するときには、鳥かご形コイル５２を高インピーダンス化し、受信用ＲＦコイルとの干渉を防止する。本動作の詳細については後述する。
【０１１１】
鳥かご形コイル５２のキャパシタ４０と磁気結合防止回路４７内のキャパシタ４４とは同じ値を持ち、鳥かご形コイル５２が所定の周波数ｆＣで共振するように調整されている。インダクタ４３の値は、ＰＩＮダイオード６１がオンのときに磁気結合防止回路４７が所定の周波数ｆＣで共振するよう調整されている。
【０１１２】
本実施形態では、受信用ＲＦコイル１１４として円偏波ＲＦコイル（受信用円偏波ＲＦコイル）５３を用いる場合を例にあげて説明する。図２０は、本実施形態の受信用ＲＦコイル１１４である受信用円偏波ＲＦコイル５３の構成を説明するための図である。ここでは、水平磁場方式のマグネット１０１が発生する静磁場１００の向きを座標系１２のｚ軸方向とする。図２０（ａ）は、受信用円偏波ＲＦコイル５３を、ｚ軸に垂直な方向から見た図であり、図２０（ｂ）、図２０（ｃ）は、受信用円偏波ＲＦコイル５３が備える２つの磁気結合防止回路を説明するための図である。
【０１１３】
本実施形態の受信用円偏波ＲＦコイル５３は、第二の実施形態の円偏波ＲＦコイル２５２と基本的に同様の形状および構成を有し、その第１キャパシタ１と第３キャパシタ３の代わりに、図２０（ｂ）及び図２０（ｃ）に示す第１の磁気結合防止回路４８と第２の磁気結合防止回路４９とをそれぞれ備え、信号処理回路８には、バラン回路の代わりに信号を増幅するプリアンプを備える。第１の磁気結合防止回路４８と第２の磁気結合防止回路４９とは、図１９に示す鳥かご形コイル５２の磁気結合防止回路４７と同様の構成を有する。第１の磁気結合防止回路４８および第２の磁気結合防止回路４９のＰＩＮダイオード６１ａ、６１ｂは、それぞれ、磁気結合防止回路駆動装置１１５からの制御電流６６によりオン／オフ制御され、高周波信号受信時には、受信用円偏波ＲＦコイル５３を受信用ＲＦコイルとして機能させ、高周波磁場送信時には、受信用円偏波ＲＦコイル５３を高インピーダンス化し、送信用ＲＦコイル１０７と干渉しないよう制御する。本動作の詳細については、後述する。
【０１１４】
受信用円偏波ＲＦコイル５３が所定の周波数ｆＣで共振するよう、キャパシタ７１、７３は、それぞれ、第二の実施形態の円偏波ＲＦコイル２５２の第１キャパシタ１、第３キャパシタ３と同じ値に調整されている。また、インダクタ５１、６３の値は、ＰＩＮダイオード６１ａ、６１ｂがオンのときに第１の磁気結合防止回路４８と第２の磁気結合防止回路４９が所定の周波数ｆｃで共振するように調整されている。以下、周波数ｆＣが、磁場強度１．５Ｔにおける水素原子核の磁気共鳴周波数ｆＨ＝６４ＭＨｚである場合を例にあげて説明する。
【０１１５】
受信用ＲＦコイル１１４は、上記形状に限られない。例えば、図２１（ａ）に示すような形状であってもよい。本図に示す受信用円偏波ＲＦコイル５４は、図２０に示す受信用円偏波ＲＦコイル５３をアレイ状に並べ、隣接するコイルの第１ループ部５同士を中和回路３７により接続したものである。中和回路３７は、図２１（ｂ）に示すように、第１ループ部５上に挿入されたキャパシタ４１と、キャパシタ４５およびトリマキャパシタ４２を備えるブリッジ回路とにより構成される。キャパシタ４１の値は、受信用円偏波ＲＦコイル５４が所定の周波数ｆＨで共振するよう、第二の実施形態の円偏波ＲＦコイル２５２の第１キャパシタ１の値に調整される。キャパシタ４５およびトリマキャパシタ４２の値は、隣接したコイル同士の干渉が除去されるように調整される。
【０１１６】
なお、受信用ＲＦコイル１１４の形状は上記態様に限られない。アレイ状に構成可能であればよい。例えば、第一の実施形態のループコイルを有する円偏波ＲＦコイル２５の形状であってもよい。
【０１１７】
次に、上述の送信用ＲＦコイル１０７と受信用ＲＦコイル１１４との位置関係、および、高周波磁場発生器１０６、受信器１０８との接続関係を説明する。ここでは送信用ＲＦコイル１０７として、鳥かご形コイル５２を、受信用ＲＦコイル１１４として受信用円偏波ＲＦコイル５３を用いる場合を例にあげて説明する。
【０１１８】
図２２は、上記各コイルを用いる場合の、位置関係および接続関係を説明するための図である。本図に示すように、共振周波数ｆＨを持つ高周波磁場を発生する高周波磁場発生器１０６の出力は分配器１２３に接続されて２つに分かれ、それぞれの出力がバラン１４９を通ってピックアップコイル１２６に接続される。このとき、一方の配線には位相器が挿入される。ピックアップコイル１２６は、鳥かご形コイル５２に共振周波数ｆＨを持つ高周波信号を伝達するように配置される。磁気結合防止回路駆動装置１１５から、送信用鳥かご形コイル５２に設置されている複数の磁気結合防止回路４７に複数の制御用信号線１５８が接続されている。
【０１１９】
受信用円偏波ＲＦコイル５３は、鳥かご形コイル５２の内部に、被検体１０に近接するように配置されている。受信用円偏波ＲＦコイル５３の出力端子は、バラン１１９を介して受信器１０８に接続されている。また、磁気結合防止回路駆動装置１１５から、鳥かご形コイル５２に設置されている磁気結合防止回路４７と、受信用円偏波ＲＦコイル５３に設置されている第１の磁気結合防止回路４８および第２の磁気結合防止回路４９とに複数の制御用信号線１５８が接続されている。
【０１２０】
次に、図１９、図２０及び図２２を用いて鳥かご形コイル５２及び受信用円偏波ＲＦコイル５３の動作を説明する。
【０１２１】
高周波磁場発生器１０６より共振周波数ｆＨを持つ高周波磁場を鳥かご形コイル５２に印加する直前に、磁気結合防止回路駆動装置１１５は、鳥かご形コイル５２のＰＩＮダイオード６１に流す制御電流６６の値を０に設定するとともに、受信用円偏波ＲＦコイル５３のＰＩＮダイオード６１ａ、６１ｂがオンとなるように、直流の制御電流６６を印加する。
【０１２２】
鳥かご形コイル５２では、ダイオード６１に流れる制御電流６６の値が０となるため、全てのダイオード６１はオフとなり、鳥かご形コイル５２は、周波数ｆＨで共振する。一方、制御電流６６を受信用円偏波ＲＦコイル５３に印加することにより、ＰＩＮダイオード６１ａ、６１ｂがオンとなり、第１の磁気結合防止回路４８と第２の磁気結合防止回路４９とが周波数ｆＨで共振する。このとき、第１の磁気結合防止回路４８と第２の磁気結合防止回路４９とはそれぞれ並列共振回路となり、受信用円偏波ＲＦコイル５３の第１ループ部５及び第２ループ部６は概ね開放状態となる。その結果、受信用円偏波ＲＦコイル５３の第１ループ部および第２ループ部にはほとんど電流が流れず、磁界もほとんど発生しない。
【０１２３】
したがって、鳥かご形コイル５２と受信用円偏波ＲＦコイル５３との磁気結合が無くなり、鳥かご形コイル５２は、磁気結合による共振周波数の移動やコイルのＱ値の低下無しに、共振周波数ｆＨを持つ高周波磁場を被検体１０に照射できる。
【０１２４】
高周波磁場発生器１０６によって印加された共振周波数ｆＨを持つ高周波信号は、分配器１２３により２つの信号に分配され、一方の信号は９０度移相器１２０により信号の位相が９０度シフトし、バラン１４９を通って２つのピックアップコイル１２６にそれぞれ印加される。２つのピックアップコイル１２６から、鳥かご形コイル５２に信号は伝達され、被検体１０に円偏波磁界が照射される。
【０１２５】
円偏波磁場を照射した後、被検体１０から発せられる磁気共鳴信号を受信するため、磁気結合防止回路駆動装置１１５は、鳥かご形コイル５２のダイオード６１がオンとなるように制御電流６６を印加し、受信用円偏波ＲＦコイル５３のダイオード６１ａ、６１ｂに流す制御電流６６の値を０に設定する。
【０１２６】
制御電流６６を鳥かご形コイル５２に印加することにより、ダイオード６１がオンとなり、磁気結合防止回路４７が周波数ｆＨで共振する。このとき、磁気結合防止回路４７は並列共振回路であるため、鳥かご形コイル５２のループ導体３８は概ね開放状態となる。その結果、鳥かご形コイル５２の導体にはほとんど電流が流れず、磁界もほとんど発生しない。一方、受信用円偏波ＲＦコイル５３では、ダイオード６１ａ、６１ｂに流れる制御電流６６の値が０となるため、ダイオード６１ａ，６１ｂはオフとなり、第１の磁気結合防止回路４８と第２の磁気結合防止回路４９はそれぞれキャパシタ７１、７３として動作する。その結果、受信用円偏波ＲＦコイル５３は、周波数ｆＨで共振し、円偏波磁界を高効率で検出するコイルとして動作する。
【０１２７】
したがって、検査対象から発せられる共振周波数ｆＨに対応する磁気共鳴信号を受信する際、受信用円偏波ＲＦコイル５３と送信用鳥かご形コイル５２との磁気結合が無くなり、受信用円偏波ＲＦコイル５３は、磁気結合による共振周波数の移動やコイルのＱ値の低下無しに、共振周波数ｆＨに対応する磁気共鳴信号を高感度に受信することができる。受信用円偏波ＲＦコイル５３で受信した信号はバラン１１９を通り、受信器１０８で受信され、信号処理が行われ磁気共鳴画像に変換される。
【０１２８】
上述したように、高周波磁場印加時に受信用円偏波ＲＦコイル５３を高インピーダンス化し、磁気共鳴信号の受信時に鳥かご形コイル５２を高インピーダンス化することにより、磁気共鳴周波数に同調する送信用コイル１０７と受信用コイル１１４との磁気結合を防止する。その結果、両コイルの形状によらず、送信用コイル１０７が共振周波数ｆＨを持つ均一な高周波磁場を印加し、受信用コイル１１４が周波数ｆＨの磁気共鳴信号を高感度に受信することができる。
【０１２９】
従って、送信用コイル１０７の形状および受信用コイル１１４の形状を独立に選択することが可能となり、照射分布の均一性が高い鳥かご形コイルを送信用コイル１０７として用い、被検体１０の形状や大きさに応じて受信用コイル１１４の形状を選ぶことができる。これにより、本実施形態によれば、個々の被検体１０に最適化した磁気共鳴画像の撮像が可能となる。例えば、図２１に示すように、受信用コイル１１４として、フェイズドアレイコイルである受信用円偏波コイル５４を用いることにより、１個の受信用円偏波コイル５２を用いる場合に比べて広い領域の撮像が可能となり、被検体１０である被検体（患者）の体幹部全体に対して、磁気共鳴信号を高感度に受信することが可能となる。
【０１３０】
また、一般にコイルに接続するケーブルの本数が多くなるとケーブル間の電磁干渉の影響が無視できなくなり、コイルの見かけのＳＮ比が低下する。本実施形態においても、従来のＱＤ方式で用いるコイルに比べ、コイルに接続するケーブルの本数が半分で済むため、従来のＱＤ方式のコイルを用いる場合に比べて見かけのＳＮ比の低下を抑えることができる。例えば、８つの受信用円偏波ＲＦコイル５３で構成する場合、従来のＱＤコイルではコイルに接続するケーブルの本数が１６本であるのに対し、受信用円偏波コイル５４を用いることによりケーブルの本数が８本で済むなど、複数の受信用円偏波ＲＦコイル５３から構成される受信用円偏波アレイコイル５４を用いる場合その効果は特に大きい。よって、受信用円偏波ＲＦコイル５３をフェイズドアレイコイルとした受信用円偏波アレイコイル５４を用いることにより、許容されるＳＮ比の範囲で、より多くのコイルを配置することが可能となる。
【０１３１】
なお、本実施形態では、送信用ＲＦコイル１０７として鳥かご型コイル５２を、受信用ＲＦコイル１１４としてループコイルと８の字コイルを組み合わせた受信用円偏波ＲＦコイル５３を用いた場合を例にあげて説明した。しかし、送信用ＲＦコイル１０７、受信用ＲＦコイル１１４は、その等価回路において、第一の実施形態のＭＲＩ装置において説明した円偏波ＲＦコイル２５の第１キャパシタ１及び第３キャパシタ３をそれぞれ第１の磁気結合防止回路４８及び第２の磁気結合防止回路４９に置き換えたものでもよい。
【０１３２】
また、受信用円偏波ＲＦコイル５３の第１の磁気結合防止回路４８と第２の磁気結合防止回路４９との代わりに、図２３に示す磁気結合防止回路を用いてもよい。これは、図２０（ｂ）、（ｃ）に示すＰＩＮダイオード６１の代わりにクロスダイオード６２を用いたものである。クロスダイオード６２は、印加される高周波磁場によってオンの状態となる。従って、送信用コイル１０７との磁気結合を防止するための制御電流６６が不要となり、より簡単に受信用円偏波ＲＦコイル５３の磁気結合防止回路を構成することができる。
【０１３３】
なお、本実施形態では、送信用ＲＦコイル１０７と受信用ＲＦコイル１１４とが別個の場合、一方にのみ本発明の円偏波ＲＦコイルを用いる場合を例にあげて説明した。しかし、送信用ＲＦコイル１０７及び受信用ＲＦコイル１１４の両方に本発明の円偏波ＲＦコイルを採用してもよい。
【０１３４】
次に、上記円偏波ＲＦコイル５３の実装について説明する。図２４に、円偏波ＲＦコイル５３の実装例を示す。図２４（ａ）に示すように、円偏波ＲＦコイル５３は、その形状を一定に保つようコイルカバー５０の中に固定される。円偏波ＲＦコイル５３の入出力端子９は、信号処理回路８、コネクタ６５を介してケーブル６０に接続される。円偏波ＲＦコイル５３とコイルカバー５０との位置関係を分かりやすくするため、図２４（ａ）では、コイルカバー５０を透明にしている。図２４（ｂ）及び図２４（ｃ）は、コイルカバー５０の外形を示す。コイルカバー５０は、被検体１０の表面に接する面を凹ませて形成されている。
【０１３５】
また、円偏波ＲＦコイル５３が最も効率よく静磁場１００の貫通する方向からみて時計回りの円偏波磁界を検出可能な配置とするため、円偏波ＲＦコイル５３およびＭＲＩ装置に矢印が付されている。コイルカバー５０には、円偏波ＲＦコイル５３が静磁場１００の貫通する方向からみて時計回りの円偏波磁界を発生および/または検出する配置を実現するため、凹んだ表面とその面と対向した局面にコネクタ６５方向を向いた矢印５９ａが付けられている。また、図２５（ａ）に示すように、水平磁場方式のＭＲＩ装置のマグネット１０１の開口部の上部には、下向きの矢印５９ｂが付けられている。ここでいう下向きとは、座標系１２における−ｘ方向のことである。
【０１３６】
図２５（ｂ）に示すように、ＭＲＩ装置のテーブル３０１の上に被検体１０を配置し、その上にコイルカバー５０を配置する。このとき、水平磁場方式のマグネット１０１の開口部の上部につけられた矢印５９ｂの矢の向きと、コイルカバー５０につけられた矢印５９ａの矢の向きとが対向しかつ直交するように円偏波ＲＦコイル５３を配置する。これにより、コイルカバー５０内部に固定された円偏波ＲＦコイル５３は、第２ループ部６の中心１４と８の字型コイルである第１ループ部５の交差点２０とを結ぶ直線が静磁場１００の向きと実質的に平行となるように配置され、最も効率よく時計回りの円偏波磁界が検出できる。
【０１３７】
また、被検体１０の下に円偏波ＲＦコイル５３を配置する場合は、ＭＲＩ装置のテーブル３０１の上に、コイルカバー５０の凹んだ面が上向きとなるようにコイルカバー５０を配置し、その上に被検体１０を配置する。なお、上向きとは、座標系１２における＋ｘ方向のことである。このとき、水平磁場方式のマグネット１０１の開口部の上部につけられた矢印５９ｂの矢の向きと、コイルカバー５０につけられた矢印５９ａの矢の向きが対向しかつ直交するように円偏波ＲＦコイル５３を配置する。これにより、コイルカバー５０内部に固定された円偏波ＲＦコイル５３は、第２ループ部の中心１４と８の字型コイルである第１ループ部５の交差点２０とを結ぶ直線が静磁場１００の向きと実質的に平行となるように配置され、最も効率よく時計回りの円偏波磁界を検出できる。
【０１３８】
このように、水平磁場方式のマグネット１０１及び円偏波ＲＦコイル５３のコイルカバー５０に矢印５９ｂ、５９ａをつけることにより、最も効率よく時計回りの円偏波磁界を検出可能な円偏波ＲＦコイル５３の位置を再現性高く決めることができる。したがって、再現性良く、高感度で磁気共鳴信号を検出することが可能となる。また、撮像の際のコイルのセッティングが容易となり撮像に必要な作業量が減るとともに、撮像に要する時間が短縮できる。
【０１３９】
なお、上記の各実施形態では、第１から第４のキャパシタに一般のキャパシタを使用する場合を例にあげて説明した。しかし、これらにトリマキャパシタを使用してもよい。以下、第一の実施形態を例に、トリマキャパシタを使用する場合を説明する。
【０１４０】
図２６は、第一の実施形態の円偏波ＲＦコイル２５において、第１から第４キャパシタ（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４）を、トリマキャパシタ（Ｃ１’、Ｃ２’、Ｃ３’、Ｃ４’）に置き換えた円偏波ＲＦコイル２５’の構成を説明するための図である。円偏波ＲＦコイル２５’は、第１キャパシタ１と第２キャパシタ２と第３キャパシタ３と第４キャパシタ４とがそれぞれ、第１トリマキャパシタ９６と第２トリマキャパシタ９７と第３トリマキャパシタ９８と第４トリマキャパシタ９９とに置き換えられている。
【０１４１】
（式８）、（式９）からわかるように、円偏波ＲＦコイル２５の第１キャパシタ１の値Ｃ１と第２キャパシタ２の値Ｃ２との関係、第３キャパシタ３の値Ｃ３と第４キャパシタ４の値Ｃ４との関係は、共振周波数ｆＨにおける円偏波ＲＦコイル２５のＱ値（ＱＨ１、ＱＨ２）に依存する。また、Ｑ値は、被検体１０の導電率及び誘電率の違いにより変化するため、Ｑ値が設計値から大きく外れる被検体１０を撮影する場合は、ＱＨ１、ＱＨ２を再測定し、これらのキャパシタの値を再調整する必要がある。円偏波ＲＦコイル２５の第１ループ部５及び第２ループ部６に接続されているキャパシタをトリマキャパシタとすることで、このような場合であってもキャパシタの取り外し及び取り付け作業無しにキャパシタの値を変更できる。よって、被検体１０の導電率及び誘電率が大きく異なる場合であっても、容易にＲＦコイルの送信効率や受信感度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４２】
【図１】第一の実施形態のＭＲＩ装置の概観図である。
【図２】第一の実施形態のＭＲＩ装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】第一の実施形態の円偏波ＲＦコイルの構成を説明するための図である。
【図４】第一の実施形態の円偏波ＲＦコイルの等価回路の回路図である。
【図５】直列共振回路のインピーダンス特性を説明するための図である。
【図６】並列共振回路のインピーダンスと位相について説明するための図である。
【図７】第一の実施形態の円偏波ＲＦコイルのインピーダンスと位相の周波数特性のシミュレーション結果を示す図である。
【図８】第一の実施形態の円偏波ＲＦコイルが発生する円偏波磁界のベクトル図と強度の位相特性を示す図である。
【図９】第一の実施形態の円偏波ＲＦコイルの変形例を示す図である。
【図１０】第一の実施形態の変形例の円偏波ＲＦコイルが発生する円偏波磁界のベクトル図と強度の位相特性を示す図である。
【図１１】第二の実施形態の円偏波ＲＦコイルの構成図である。
【図１２】第二の実施形態の円偏波ＲＦコイルが発生する円偏波磁界のベクトル図と強度の位相特性を示す図である。
【図１３】第三の実施形態の円偏波ＲＦコイルの構成図である。
【図１４】第三の実施形態の円偏波ＲＦコイルが発生する円偏波磁界のベクトル図と強度の位相特性を示す図である。
【図１５】第四の実施形態のＭＲＩ装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１６】第四の実施形態の円偏波ＲＦコイルの構成図である。
【図１７】第四の実施形態の円偏波ＲＦコイルが発生する円偏波磁界のベクトル図と強度の位相特性を示す図である。
【図１８】第五の実施形態のＭＲＩ装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１９】第五の実施形態の送信用ＲＦコイルの構成図である。
【図２０】第五の実施形態の受信用ＲＦコイルの構成図である。
【図２１】第五の実施形態の受信用ＲＦコイルの他の実施形態を示す図である。
【図２２】第五の実施形態の送信用ＲＦコイルと受信用ＲＦコイルとの位置関係、送信器・受信器との接続関係を示す図である。
【図２３】第五の実施形態の磁気結合防止回路の別の実施形態の構成図である。
【図２４】第五の実施形態の円偏波ＲＦコイルの実装例を示す図である。
【図２５】第五の実施形態の円偏波ＲＦコイルのＭＲＩ装置への実装例を示す図である。
【図２６】第一の実施形態の円偏波ＲＦコイルの他の実施形態を示す図である。
【図２７】従来のＱＤコイルの配線を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１４３】
１：第１キャパシタ、２：第２キャパシタ、３：第３キャパシタ、４：第４キャパシタ、５：第１ループ部、６：第２ループ部、７：接続部、７ａ：接続部、７ｂ：接続部、７ｃ；接続部、８：信号処理回路、９：入出力端子、９ａ：第１端子、９ｂ：第２端子、１０：被検体、１１：被検体の体軸、１２：座標軸、１３：第１ループ部の中心、１４：第２ループ部の中心、１５：第１ループ部の等価インダクタ、１６：第２ループ部の等価インダクタ、１７：第１の直線偏波磁界ベクトル、１８：第２の直線偏波磁界ベクトル、１９：等価回路、１９’：等価回路、２０：８の字型コイルの交差点、２１：第１の高周波磁場方向、２２：第２の高周波磁場方向、２２Ａ：第２の高周波磁場方向、２３：第１の直列共振回路、２４：第２の直列共振回路、２５：円偏波ＲＦコイル、２５Ａ：円偏波コイル、２６：被検体内部、２７：第１の直並列共振回路、２７’：第１の並列共振回路、２８：第２の直並列共振回路、２８’：第２の並列共振回路、２９：中心軸、３０：直線導体、３１：第１ループ部の抵抗成分、３２：第２ループ部の抵抗成分、３３：インダクタ、３４：インダクタ、３８：ループ導体、３９：ループ導体、３６：キャパシタ、３７：中和回路、４０：キャパシタ、４１：キャパシタ、４２：トリマキャパシタ、４３：インダクタ、４４：キャパシタ、４５：キャパシタ、４７：磁気結合防止回路、４８：第１の磁気結合防止回路、４９：第２の磁気結合防止回路、５０：コイルカバー、５１：インダクタ、５２：鳥かご形コイル、５３：受信用円偏波ＲＦコイル、５４：受信用円偏波アレイコイル、５５、５７：並列回路、５８：ループ状の磁場、５９：矢印、６０：ケーブル、６１：ＰＩＮダイオード、６１ａ：ＰＩＮダイオード、６１ｂ：ＰＩＮダイオード、６２：クロスダイオード、６３：インダクタ、６５：コネクタ、７１：キャパシタ、７３：キャパシタ、７９：合成ベクトル、９６：第１トリマキャパシタ、９７：第２トリマキャパシタ、９８：第３トリマキャパシタ、９９：第４トリマキャパシタ、１００：静磁場、１０１：水平磁場方式のマグネット、１０２：傾斜磁場コイル、１０：検査対象、１０４：シーケンサ、１０５：傾斜磁場電源、１０６：高周波磁場発生器、１０７：送信用ＲＦコイル、１０８：受信器、１０９：計算機、１１０：ディスプレイ、１１１：記憶媒体、１１２：シムコイル、１１３：シム電源、１１４：受信用ＲＦコイル、１１５：磁気結合防止回路駆動装置、１１６：送受信用ＲＦコイル、１１９、１４９：バラン、１２０：９０度移相器、１２３：分配器、１２６：ピックアップコイル、１４９：バラン、１５８：制御用信号線、２０１：垂直磁場方式のマグネット、２５２：円偏波ＲＦコイル、２５３：円偏波ＲＦコイル、２５４：円偏波ＲＦコイル、３０１：テーブル、５００：直列共振回路、５０１：キャパシタ、５０２：インダクタ、６００：並列共振回路、６０１：インダクタ、６０２：抵抗、６０３：キャパシタ、１０００：ＭＲＩ装置、１０００’：ＭＲＩ装置、２０００：ＭＲＩ装置
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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