JP6600601B2 - High frequency array coil and magnetic resonance imaging apparatus - Google Patents
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Description
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。 The present invention relates to a magnetic resonance imaging (MRI) apparatus, and more particularly, to an RF coil (Radio Frequency Coil) that detects irradiation of a high-frequency magnetic field and a nuclear magnetic resonance signal.
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。 The MRI apparatus is a medical diagnostic imaging apparatus that causes magnetic resonance to occur in a nuclear spin in an arbitrary cross section that crosses an examination target, and obtains a tomographic image in the cross section from a generated nuclear magnetic resonance signal.
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。 In MRI imaging, a high frequency magnetic field is irradiated by an RF coil while applying a gradient magnetic field to a subject placed in a static magnetic field. When a high-frequency magnetic field is irradiated, a nuclear spin in the object, for example, a nuclear spin of a hydrogen atom is excited, and a circularly polarized magnetic field is generated as a nuclear magnetic resonance signal when the excited nuclear spin returns to an equilibrium state. This signal is detected by an RF coil, and signal processing is performed to image the hydrogen nucleus distribution in the living body.
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。 The RF coil has a loop portion (coil loop) that performs irradiation and detection. The smaller the coil loop, the narrower the sensitivity region, but the higher the sensitivity. On the other hand, if the coil loop is enlarged, the sensitivity region can be expanded. As described above, in the RF coil, there is a trade-off relationship between the high sensitivity and the wide sensitivity area. Further, since the nuclear magnetic resonance signal is a signal of a rotating magnetic field generated in a direction perpendicular to the static magnetic field, it is preferable that the RF coil be disposed in a direction in which the magnetic field can be irradiated and detected in a direction perpendicular to the static magnetic field.
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。 As described above, the smaller the RF coil, the higher the sensitivity, but the sensitivity range becomes narrower. As a solution to this problem, there is a multi-channel array coil in which a plurality of RF coils are arranged in an array (see, for example, Non-Patent Document 1). A multi-channel array coil has a high sensitivity and a wide sensitivity region, and therefore has become the mainstream of current reception RF coils. In recent years, high-speed imaging (for example, see Non-Patent Document 2) using a difference in spatial sensitivity of each sub-coil of a multi-channel array coil has become widespread. High-speed imaging can be performed at higher speeds as the number of channels increases. Therefore, the number of multi-channel array coils is further increased, and at present, super multi-channel array coils such as 32 channels and 128 channels are widely used. Hereinafter, in a multi-channel array coil or a super multi-channel array coil (collectively referred to as a multi-channel array coil), each RF coil is referred to as a sub-coil.
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。
Usually, when RF coils having the same resonance characteristics are arranged close to each other, they interfere by magnetic coupling. Since the performance of the RF coil deteriorates due to the magnetic coupling, it is essential to remove the magnetic coupling between the sub-coils in the multi-channel array coil. In
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。
Another problem with multi-channel array coils is that the depth of the entire sensitivity region is reduced. In particular, an ultra-multi-channel array coil developed for high-speed imaging is a collection of sub-coils with a narrow sensitivity region due to the miniaturization of each sub-coil that constitutes the array coil, and has deeper sensitivity than an array coil composed of fewer channels. Lower. Therefore, it is difficult to obtain a beautiful image in the deep part of the subject. With respect to this problem,
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。 By the way, the RF coil may have a shape that can be divided in order to improve operability. For example, some limb RF coils can be divided up and down on a plane parallel to the center axis of the cylinder, and can be easily set on the subject. In addition, there is a head / neck RF coil that can be divided between the occipital side and the face side, and can be switched between the head and the neck by changing the attachment on the face side. In these splittable RF coils, the loop portion often straddles the dividing line in order to remove the magnetic coupling. Therefore, connection parts are added so that the divided loops are connected.
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。 In the separable RF coil, as described above, a connecting part for the loop portion to cross the dividing line is added to remove the magnetic coupling. For this reason, there is a problem that the cost increases or the loss due to the connection resistance at the connection point deteriorates the performance of the subcoil. In addition, there is a risk that mechanical deterioration is likely to occur due to poor connection at the connection portion or repeated attachment / detachment.
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。 If connection parts are not used in the division part, the subcoils arranged adjacent to each other across the division line cannot be arranged so that a part of the coil loop overlaps. That is, magnetic coupling removal by the overlap method cannot be performed. Although magnetic coupling removal by the preamplifier decoupling method can be adopted, this method reduces the magnetic coupling to the maximum and does not completely remove the magnetic coupling. Further, if the distance between the sub-coils arranged adjacent to each other with the dividing line interposed therebetween is reduced so that the magnetic coupling is reduced, the arrangement density of the array coils there is lowered, and the sensitivity in the vicinity thereof is lowered. Therefore, in an array coil in which coil loops are arranged at high density without using connection parts in the division part, there are not a few subcoils arranged adjacent to each other across the division line, and the performance of the array coil deteriorates. To do.
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。
On the other hand,
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。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a technique for increasing the sensitivity of a deep portion, realizing high speed and high image quality in a multi-channel array coil of an MRI apparatus.
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。 The high-frequency array coil of the present invention is configured to magnetically couple at least one subcoil constituting the high-frequency array coil with an adjacent subcoil. The single subcoil alone does not resonate at the magnetic resonance frequency, but resonates at the magnetic resonance frequency when magnetically coupled to the adjacent subcoil, and when the current flowing through the one subcoil flows through the adjacent subcoil due to the magnetic coupling, The phase difference of the current is adjusted so as to be within a predetermined range in relation to the angle formed by the central axis of each subcoil.
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。 That is, the array coil of the present invention includes a first subcoil having a first loop coil portion made of a conductor and a second subcoil having a second loop coil portion made of a conductor, and transmits or receives a high-frequency signal. The first sub-coil is a tuned high-frequency array coil, wherein the first sub-coil has a resonance frequency different from a nuclear magnetic resonance frequency and is magnetically coupled to the second sub-coil. The first loop coil is adjusted to form a current path that circulates in the loop of the one loop coil portion and the loop of the second loop coil portion, and to resonate at a nuclear magnetic resonance frequency. The phase difference between the current flowing through the loop of the first portion and the current flowing through the loop of the second loop coil portion is the center axis of the first loop coil portion and the first Respect of the phase difference angle and the same and opposite sign formed by the central axis of the loop coil portion is adjusted to a range of 90 degrees ±.
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。 The MRI apparatus of the present invention includes a high-frequency coil that transmits a high-frequency magnetic field or receives a nuclear magnetic resonance signal, and the high-frequency coil is the above-described high-frequency array coil. This high-frequency array coil is preferably arranged such that the central axes of the first and second loop coil portions are substantially perpendicular to the static magnetic field direction of the MRI apparatus.
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。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in the multi-channel array coil of an MRI apparatus, the technique which raises a deep part sensitivity and implement | achieves high speed and high image quality can be provided.
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。 Hereinafter, embodiments to which the present invention is applied will be described. Hereinafter, in all the drawings for explaining the embodiments of the present invention, those having the same function are denoted by the same reference numerals, and repeated explanation thereof is omitted.
[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。
[MRI system configuration]
First, the overall configuration of the MRI apparatus common to the embodiments will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is an external view showing a typical example of an MRI apparatus to which the present invention is applied. In the figure, a coordinate
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。
FIG. 1A shows a horizontal magnetic field
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。
Each of the
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。
FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of the
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。
The gradient
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。
The
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。
A computer (PC) 170 controls the operation of the
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。 The MRI apparatus of the present invention is characterized in that a specific high-frequency array coil is adopted as a transmission coil (including a transmission / reception coil) and / or a reception coil. An embodiment in which a high-frequency array coil is used as the transmission coil will be described.
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。 First, an outline of a transmission coil and a reception coil common to an MRI apparatus using a high-frequency array coil as a reception coil will be described, and then each embodiment of the high-frequency array coil will be described.
[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。
[Outline of transmit RF coil and receive RF coil]
As an example, an RF coil (birdcage RF coil) having a birdcage shape is used as the
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。
FIG. 3A is a block diagram for explaining the configuration of the birdcage
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。
The birdcage
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。
A circuit for preventing magnetic coupling with the array coil and a transmission / reception magnetic
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。
FIG. 3B is a view for explaining the configuration of the inter-transmission / reception magnetic
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。
The
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。
As described above, in the present embodiment, by controlling the direct current (control current) from the magnetic coupling prevention
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。
On the other hand, the
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。
Hereinafter, the constituent elements of each subcoil 410 constituting the
The
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。
The loop portion (
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。
In addition, a
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。
As described above, the
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。
One terminal on the loop coil unit 420 side of the low impedance signal processing circuit 430 is connected to one end of the parallel capacitor 424 of the loop coil unit 420 via the magnetic coupling adjustment unit 441. The other terminal on the loop coil unit 420 side of the low impedance signal processing circuit 430 is directly connected to the other end of the parallel capacitor 424 of the loop coil unit 420. The other terminal of the low impedance signal processing circuit 430 that is not on the loop coil section 420 side is connected to the
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。
The transmission / reception magnetic
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。
In one embodiment, the
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。
Furthermore, the
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。
In the illustrated example, the transmission / reception magnetic
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。
A parallel resonance circuit generally has a characteristic of high impedance (high resistance) at a resonance frequency. Therefore, when a current flows through the
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。
Thus, when the current flows through the
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。
The number of transmission / reception magnetic
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。
The configuration of the transmission / reception magnetic
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。
FIG. 5 shows an arrangement example of the above-described birdcage
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。
Based on the configuration of the transmission coil (RF coil 300) 151 and the reception coil (array coil 400) 161 described above, a specific embodiment of the
<<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。
<< First Embodiment >>
The high-frequency array coil of this embodiment includes two subcoils (a first subcoil and a second subcoil), and includes means for magnetically coupling to the second subcoil when receiving a signal from the first subcoil, and by magnetic coupling. A characteristic is that the phase difference between the currents flowing through both subcoils is adjusted to a specific range in relation to the angle formed by the central axes of the loops of the two subcoils. Further, the magnetic coupling is asymmetric and is not magnetically coupled to the first subcoil when viewed from the second subcoil.
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。
Hereinafter, the details of the high-frequency array coil of this embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 6, the same elements as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
In FIG. 6, the inter-transmission / reception magnetic
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。
As shown in FIG. 6A, the
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。
Next, adjustment of the
First, in the
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。
The
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。
Further, the
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。
In such adjustment, the
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。
On the other hand, when viewed from the
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。
In the
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。
The magnitude of the current flowing through the second sub-coil 410B and the current phase difference due to the magnetic coupling include the magnitude of the inductance (capacitance in the case of a capacitor) of the magnetic
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。
Hereinafter, the principle of adjusting the current phase difference will be described.
The current flowing through the
[Equation 1]
I 11 = k 1 sin (2πf 0 t + θ) (1)
Here, k 1 represents the magnitude of the current, and θ represents the current phase offset with respect to time t = 0. When this current flows through the
[Equation 2]
V = k 2 (dI 11 / dt)
= 2πf 0 k 1 k 2 cos (2πf 0 t + θ) (2)
It is expressed.
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。
The
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。 The impedance characteristics of such a parallel resonant circuit 610 are shown in FIGS. 7 (c) and 7 (d). FIG. 7C shows the impedance strength, and FIG. 7D shows the impedance phase. As can be seen from these impedance characteristics, the parallel resonant circuit 610, with respect to the resonance frequency f R, has an inductive reactance dominant at frequencies lower than f R, the current phase lags the voltage phase. will dominate the capacitive reactance at a frequency higher than f R, the current phase is ahead of the voltage phase.
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。
Here, it is assumed that the resonance frequency of the
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。
In contrast, in the
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。
For the
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。
The order of adjusting the resonance frequency and the current phase difference is not limited. For example, first, the mutual inductance M of the coupled
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。
Next, the principle of detection of a nuclear magnetic resonance signal (rotating magnetic field) in the high-
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。
First, as a premise, the arrangement of the high-
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。
Here, as an example, the
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。
In general, the detection sensitivity of each subcoil 410 is proportional to the rotating magnetic field generated by each subcoil 410 per unit power supply from the reciprocity theorem. The magnetic fields created by the first sub-coil 410A and the second sub-coil 410B in the deep portions are oscillating
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)
FIG. 8C shows a case where the current phase difference is equal to the central axis angle. The clockwise rotating
[Equation 3]
S 1 = S 11 + S 21 cos (Δφ) (3)
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。 FIG. 9 shows the relationship of the center sensitivity with respect to the difference Δφ between the current phase difference and the center axis angle expressed by the equation (3). As can be seen from FIG. 9, in principle, if the difference between the current phase difference and the angle between the central axes is less than ± 90 degrees, it is strengthened as a rotating magnetic field.
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。
In order to confirm this, an electromagnetic field simulator was used for calculation. As the array coil, an array coil in which square subcoils 410A and 410B each having a side of 100 mm are arranged on a cylindrical surface having a radius of 122 mm was modeled. The input impedance of the low input impedance signal amplifier 431 was 2Ω. As the center sensitivity, the combined sensitivity of the square sum of squares of the sensitivity of the two
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。
When the central axis angle of the loop is set to 127 degrees and the inductance of the magnetic
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。 From the results of this simulation, it was confirmed that the sensitivity at the deep portion was improved as compared with the conventional method (preamplifier decoupling method) when the difference between the current phase difference and the central axis angle was less than ± 90 degrees.
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。
On the other hand, as described above, there exists a condition in which the rotating magnetic field weakens due to magnetic coupling. Therefore, as can be seen from the example of the simulation result, when the two
In the adjustment of the current phase difference described above, the case where the current phase difference is adjusted with respect to the predetermined center axis angle of the subcoil has been described. However, the current phase difference is within an appropriate range in relation to the center axis angle of the subcoil. For example, the case where the relationship between the current phase difference and the center-to-center angle is adjusted by adjusting the arrangement of the subcoils with respect to a predetermined current phase difference is also included in the present embodiment.
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。 As described above, the high-frequency array coil of the present embodiment includes a first subcoil having a first loop coil portion made of a conductor and a second subcoil having a second loop coil portion made of a conductor, The high-frequency array coil is adjusted as follows. First, itself is adjusted so that a high-frequency signal (a signal having a nuclear magnetic resonance frequency or a nuclear magnetic resonance signal) can be transmitted or received. The first sub-coil has a resonance frequency of the first sub-coil that is different from a nuclear magnetic resonance frequency and is magnetically coupled to the second sub-coil, so that the loop of the first loop coil section and the second sub-coil Each of the loop coil sections is adjusted to form a current path that circulates and resonates at the nuclear magnetic resonance frequency. Further, the phase difference between the current flowing in the loop of the first loop coil portion and the current flowing in the loop of the second loop coil portion is such that the central axis of the first loop coil portion and the second loop The phase difference is the same as the angle formed by the central axis of the coil part and is adjusted to the range of the phase difference of ± 90 degrees (preferably ± 60 degrees) with the opposite sign. On the other hand, the second subcoil is a subcoil in which the resonance frequency of the second subcoil alone is a nuclear magnetic resonance frequency, and itself transmits or receives the high-frequency signal.
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。 According to the present embodiment, it is possible to realize a high depth sensitivity that exceeds the array coil in which magnetic coupling is prevented by using the preamplifier decoupling method. Therefore, the array coil of this embodiment can realize high image quality. In addition, since the array coil of this embodiment realizes asymmetric magnetic coupling and adjustment of the current phase difference by adjusting the values of the circuit elements of each subcoil 410, the structure is not complicated. Furthermore, the sensitivity distribution in the imaging region of both subcoils is different in the array coil of this embodiment. Therefore, the array coil of this embodiment operates as an array coil applicable to the MRI speed-up technology.
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。 The array coil according to the present embodiment and the MRI apparatus using the array coil have been described with reference to the drawings. The array coil according to the present embodiment has two subcoils constituting the array coil viewed from one side and the other is magnetically coupled. When viewed from the other side, one is not magnetically coupled, and the phase difference of the current flowing through the subcoil when magnetically coupled is adjusted to a predetermined range in relation to the subcoil arrangement angle. As long as it has the characteristic that it is, it is not limited to the said description and drawing, A various change is possible. For example, although the figure shows the case where the shape and size of the two subcoils are the same, the shape and size may be different. Hereinafter, some modified examples will be described.
<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。
<Modification Example 1 of First Embodiment>
In the configuration shown in FIG. 6, the coupled inductor 451 is used as means for magnetically coupling the two subcoils, but the coupled inductor may not be provided. An example in that case (high-frequency array coil 401) is shown in FIG. In this modification, the two arrangements are arranged with the sub-coils 410A and 410B close to each other and magnetically coupled by the magnetic field generated by the
Furthermore, since the two
<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。
<Modification 2 of the first embodiment>
In the configuration shown in FIG. 6B, the case where the two subcoils are arranged at a specific center axis angle (127 degrees) of more than 90 degrees and less than 180 degrees is shown, but the arrangement of the coils is not limited to this. Absent. In the range of 0 to 180 degrees or 0 to -180 degrees, the current phase difference and the central axis angle can be adjusted to a desired range by the adjustment procedure described above.
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。
Depending on the arrangement angle, for example, the shape of the loop surface may be changed from a flat shape to a curved surface, and a means for magnetically coupling the two subcoils (whether a coupled inductor is used) is appropriately selected. Can do. When a coupled inductor is used as the magnetic coupling means, the coupling coefficient of the coupled
According to this modification, the degree of freedom of arrangement of the
<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。
<Modification 3 of the first embodiment>
In the first embodiment, the current phase difference is adjusted by the magnetic
<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。
<Application example of first embodiment>
The high-frequency array coil of the first embodiment can be used as a single array coil unit, and a plurality of array coil units can be arranged in a predetermined direction, for example, in the circumferential direction or axial direction of a cylinder.
<<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。
<< Second Embodiment >>
The high-frequency array coil of the present embodiment includes the first subcoil and the second subcoil, and includes a means for magnetically coupling the first subcoil and the second subcoil as in the first embodiment. The array coil of the present embodiment is characterized in that the first subcoil and the second subcoil are coils that operate as one reception channel. The array coil of this embodiment may be combined with other subcoils or similar array coil units, with the first subcoil and the second subcoil as one array coil unit.
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。
The MRI apparatus of this embodiment is basically the same as that of the first embodiment except that the configuration of the high-frequency array coil used as a receiving coil is different, and the following focuses on the configuration different from the first embodiment. And explain. In this embodiment, the direction of the static magnetic field generated by the horizontal magnetic
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。 The high-frequency array coil of this embodiment includes one or more array coil units each having two subcoils adjusted to be magnetically coupled. The two subcoils constituting the array coil unit are substantially the same as the array coil of the first embodiment, but the low impedance signal processing circuit (low impedance signal amplifier) is connected to only one subcoil, and one set is one channel. It is different to make a coil.
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。
Hereinafter, a configuration example of the high-frequency array coil of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 11 and 12. Here, as an example, a description will be given of a high-
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。
FIG. 11 is a view of the high-
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。
Since the configuration of the six
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)。
Each
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。
FIG. 12B shows the
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。
Next, adjustment of the
The
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。
By intentionally magnetically coupling the two
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。
Further, the
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。
In the
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。
In the adjustment of the current phase difference described above, the example in which the magnetic
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。
In the above description, the
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。
The
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。
As described above, the high-frequency array coil of the present embodiment adjusts the resonance frequency to the nuclear magnetic resonance frequency in addition to the first subcoil and the second subcoil having the same configuration as the high-frequency array coil of the first embodiment. And one or more subcoils disposed so as not to be magnetically coupled to each other. However, in the high frequency array coil of the present embodiment, the first low impedance signal processing circuit is connected only to the first subcoil among the first subcoil and the second subcoil.
The high-frequency array coil of the present embodiment includes two or more sets of the first subcoil and the second subcoil that are physically separated, the two sets being arranged at axially symmetric positions, and the two sets of the first subcoil and the second subcoil. The first subcoil and the second subcoil are separated from each other as a dividing line.
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。
According to this embodiment, it is possible to improve the depth sensitivity as in the first embodiment. The
<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。
<Modification of Second Embodiment>
The
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。
For example, the
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。
Furthermore, it is not essential that the
As mentioned above, although the modification of 2nd embodiment was illustrated, there exist various modifications, such as combining another type (for example, butterfly type) subcoil and the array coil of 1st embodiment suitably, and making it an array coil. obtain. And the MRI apparatus incorporating the array coils of these modified examples is also included in the MRI apparatus of the present invention.
<<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。
<< Third embodiment >>
The high-frequency array coil of this embodiment is characterized in that it includes three subcoils (hereinafter referred to as subcoil sets) that have been subjected to specific adjustments. This subcoil set can constitute one array coil alone or in combination with other subcoils. In this embodiment, a high-frequency array coil that is a combination will be described.
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。
The MRI apparatus according to the present embodiment is basically the same as the first embodiment except that the configuration of the array coil used as the receiving coil is different, and the following focuses on the configuration different from the first embodiment. explain. In this embodiment, the direction of the static magnetic field generated by the horizontal magnetic
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。
First, the structure of the high-
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。
As shown in FIG. 13, the
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。
The
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。
Next, the arrangement and adjustment of the
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。 Based on such an arrangement, adjustment of the resonance frequency and current phase difference of the subcoil set 890 will be described.
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。
The
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。
This magnetic coupling is asymmetric. That is, when viewed from the
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。
On the other hand, when viewed from the
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。
Due to such magnetic coupling, current flows through the
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。
At this time, a negative current phase difference can be realized by increasing the coupling coefficient of the coupled
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。
In the example shown in FIG. 14, the magnetic coupling between the
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。 As described above, the high-frequency array coil of the present embodiment has a third loop coil portion on the opposite side of the second sub-coil with the same first sub-coil as that of the high-frequency array coil of the first embodiment. And a third subcoil having the third subcoil. The first subcoil is magnetically coupled to the third subcoil to form a current path that circulates in the loop of the first loop coil unit and the loop of the third loop coil unit, respectively, The phase difference between the current flowing in the loop of the first loop coil section and the current flowing in the loop of the third loop coil section is adjusted to resonate at the magnetic resonance frequency, and the first loop coil Is adjusted to the same range as the angle formed by the central axis of the portion and the central axis of the third loop coil portion, and in the range of the phase difference of ± 90 degrees with the opposite sign. Further, the high frequency array coil of the present embodiment has a resonance frequency adjusted to a nuclear magnetic resonance frequency between the first subcoil and the second subcoil and between the first subcoil and the third subcoil, respectively. A fourth subcoil arranged so as not to be magnetically coupled is further provided.
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。 According to this embodiment, it is possible to improve the depth sensitivity as in the first embodiment. Thereby, high image quality can be realized. In addition, since the sensitivity distribution of each subcoil 810 is different, it functions as a receiving array coil for high-speed imaging, and imaging speed can be increased.
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。 Although the array coil of the third embodiment has been described above, the array coil of the present embodiment has the configuration shown in FIG. 14 as long as it includes a subcoil set including three subcoils adjusted in a specific relationship. Not limited to this, various modifications and applications are possible. Further, the subcoil set alone may be used for the MRI apparatus. However, as shown in FIG. 13 and FIG. 14, the arrangement density can be increased and the sensitivity can be improved by inserting another subcoil between the three subcoils constituting the subcoil set. As another modification, it is also possible to arrange two sub-coil sets on the top and bottom or on the left and right as in the array coil shown in FIG.
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。
Further, in the third embodiment, the coupled inductor 851 is inserted only into the
<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。
<Modification of Third Embodiment>
In the third embodiment, the
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。
The
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。
In the present modification, adjustment is made so that the arrangement angle of the
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。
According to this modification, the same effect as that of the first embodiment, that is, the improvement of the deep sensitivity can be obtained. Furthermore, by increasing the number of channels in the Z direction, it is possible to increase the imaging speed in the Z direction. In addition, the sensitivity of array coils without magnetic coupling tends to decrease at both ends in the Z direction. According to this modification, the sensitivity at both ends in the Z direction can be improved by arranging the
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。 In this modification, four array coil units are arranged in the Z direction, but the present invention is not limited to this. For example, it may be three or five. Thereby, an array coil having a desired number of channels can be designed.
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。
In this modification, the
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。 As mentioned above, although each embodiment of the array coil of this invention was described, the array coil of this invention is not limited to these embodiments. For example, among the elements described in the embodiments, some non-essential elements may be added or deleted. Further, these embodiments can be combined as long as there is no technical contradiction.
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。 The MRI apparatus of the above embodiment includes a static magnetic field generation unit, a gradient magnetic field generation unit that forms a gradient magnetic field in the static magnetic field space formed by the static magnetic field generation unit, and a transmission that irradiates the static magnetic field space with a high-frequency magnetic field pulse. A coil and a receiving coil that receives a nuclear magnetic resonance signal generated from an inspection object arranged in the static magnetic field space, and the high-frequency array coil of each embodiment is used as the receiving coil. The array coil is arranged such that the central axis of the first loop coil portion and the central axis of the second loop coil portion are substantially perpendicular to the direction of the static magnetic field generated by the static magnetic field generating magnet. Yes.
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。
In the MRI apparatus of the present embodiment, the configuration other than the receiving coil is not limited to the illustrated one, and various changes can be made. For example, although the example using the birdcage
<<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。
<< Fourth Embodiment >>
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. The MRI apparatus of each embodiment described above includes a high frequency array coil that is magnetically coupled to an adjacent subcoil at the time of signal reception and expands a sensitivity region, or a high frequency array coil that includes such a high frequency array coil as a unit. Used for. However, the MRI apparatus of this embodiment uses this array coil as the
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。
The MRI apparatus of the present embodiment has basically the same configuration as the
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。
As described above, in this embodiment, a high-frequency array coil including a plurality of subcoils 410 is used for the
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。
FIG. 17A is a diagram for explaining a
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。
Each subcoil 910 has basically the same configuration as the subcoil 410 of the first embodiment. However, it is not the low input impedance signal processing circuit 430 but the low output impedance
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。
The
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。
Each circuit element provided in the loop coil portion 920 of each subcoil 910 is basically the same as the
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。
The detailed operation of the
At the time of signal transmission, the low output
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。 The MRI apparatus of this embodiment includes a static magnetic field generation unit, a gradient magnetic field generation unit that forms a gradient magnetic field in the static magnetic field space formed by the static magnetic field generation unit, and a transmission coil that irradiates the static magnetic field space with a high-frequency magnetic field pulse And a receiving coil for receiving a nuclear magnetic resonance signal generated from the inspection object arranged in the static magnetic field space, and using the high-frequency array coil of each embodiment as the transmitting coil. The high-frequency array coil is arranged so that the central axis of the first loop coil portion and the central axis of the second loop coil portion are substantially perpendicular to the direction of the static magnetic field generated by the static magnetic field generating magnet. Has been.
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。
Since each subcoil 910 constituting the
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。
Further, the
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。
Therefore, the
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。
The first implementation of the types of circuit elements used in the low impedance signal processing circuit, the resonance frequency used when adjusting the circuit elements, the location of each subcoil, the presence or absence of a coupled inductor, the loop shape, the size of each subcoil, the magnetic coupling mode, etc. Variations of the embodiment are also applicable to this embodiment. Also in the present embodiment, as in the first embodiment, both the
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。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the configurations described in the embodiments and the modifications thereof may be used in combination as appropriate.
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。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in the multi-channel array coil of an MRI apparatus, the technique which raises a deep part sensitivity, and implement | achieves high speed and high image quality can be provided.
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。
11: Loop central axis, 12: Dividing line, 090: Coordinate system, 100: MRI apparatus, 102: Table, 103: Inspection object, 110: Magnet, 111: Magnet, 121: Shim coil, 122: Shim power supply, 131: Inclination Magnetic field coil, 132: Gradient magnetic field power supply, 140: Sequencer, 151: Transmission RF coil, 152: High frequency magnetic field generator, 161: Reception RF coil, 162: Receiver, 170: Computer, 171: Display device, 180: Magnetic coupling Prevention circuit drive device, 210: magnetic coupling prevention circuit between transmission and reception, 211: PIN diode, 212: control signal line, 220: magnetic coupling prevention circuit between transmission and reception, 220m: magnetic coupling prevention circuit between transmission and reception, 221: PIN diode, 221m : Cross diode 222: Inductor 223: Control signal line 300: Bird cage RF coil, 301: straight conductor, 302: end conductor, 303: capacitor, 311: input port, 312: input port, 400: array coil, 410: subcoil, 420: loop coil section, 421: loop, 422: series Capacitor, 423: capacitor, 424: capacitor, 430: low impedance signal processing circuit, 431: low input impedance signal amplifier, 441: magnetic coupling adjustment unit, 451: coupling inductor, 510: oscillating magnetic field, 520: clockwise rotating magnetic field, 530: counterclockwise rotating magnetic field, 540: synthetic clockwise rotating magnetic field, 600: equivalent circuit, 601: equivalent circuit, 622: capacitor, 624: capacitor, 633: resistor, 641: inductor, 650: inductor, 690: voltage source 700: Array coil, 710: Subco 720: loop coil section, 721: loop, 722: series capacitor, 723: capacitor, 724: capacitor, 731: low input impedance signal amplifier, 740: adjustment inductor, 741: magnetic coupling adjustment section, 750: subcoil, 790 : Array coil unit, 800: Array coil, 801: Array coil, 810: Subcoil, 822: Series capacitor, 823: Capacitor, 824: Capacitor, 831: Low input impedance signal amplifier, 841: Magnetic coupling adjustment unit, 851: Coupling Inductor, 890: Subcoil set, 891: Array coil unit, 900: Transmitting array coil, 910: Subcoil, 920: Loop coil section, 921: Loop, 930: Low impedance signal processing circuit, 931: Low output impedance Signal amplifier.
Claims (15)
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。 A first subcoil having a first loop coil portion made of a conductor;
A second sub-coil having a second loop coil portion made of a conductor, and a high-frequency array coil adjusted to transmit or receive a high-frequency signal,
In the first subcoil, the resonance frequency of the first subcoil alone is different from the nuclear magnetic resonance frequency, and the first subcoil is magnetically coupled to the second subcoil. Each of the loops in the loop coil section is adjusted to form a current path that circulates and resonates at the nuclear magnetic resonance frequency.
The phase difference between the current flowing through the loop of the first loop coil portion and the current flowing through the loop of the second loop coil portion is determined by the central axis of the first loop coil portion and the second loop coil portion. Adjusted to be within the same range as the angle formed by the central axis and the phase difference with the opposite sign of ± 90 degrees.
High frequency array coil characterized by
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。 The high-frequency array coil according to claim 1,
The phase difference between the current flowing in the loop of the first loop coil portion and the current flowing in the loop of the second loop coil portion is in the range of the same phase difference and a phase difference of ± 60 degrees opposite to the angle;
High frequency array coil characterized by
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。 The high-frequency array coil according to claim 1,
The second subcoil is a high-frequency array coil, wherein a resonance frequency of the second subcoil alone is a nuclear magnetic resonance frequency.
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。 The high-frequency array coil according to claim 1,
The high-frequency array coil, wherein the second sub-coil is a sub-coil that transmits or receives the high-frequency signal.
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。 The high-frequency array coil according to claim 1,
The high-frequency array coil, wherein the first sub-coil and the second sub-coil are disposed at physically separated positions.
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。 The high-frequency array coil according to claim 1,
The first loop coil unit and the second loop coil unit each include a coupled inductor, and the first subcoil and the second subcoil are magnetically coupled by the coupled inductor. Array coil.
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。 The high-frequency array coil according to claim 1,
At least one of the first subcoil and the second subcoil further includes a magnetic coupling adjustment unit that connects the loop coil unit and a first low impedance signal processing circuit to which the subcoil is connected,
The loop coil portion is
A series capacitor inserted in series with the inductor component of the loop;
A parallel capacitor inserted in series with the inductor component and having the loop coil portion as a parallel resonant circuit;
The high-frequency array coil is adjusted by adjusting values of an adjustment circuit element of the magnetic coupling adjustment unit, the series capacitor, and the parallel capacitor.
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。 The high-frequency array coil according to claim 1,
In addition to the first subcoil and the second subcoil, the high frequency array coil further includes one or more subcoils arranged so that a resonance frequency is adjusted to a nuclear magnetic resonance frequency and not magnetically coupled to each other.
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。 The high-frequency array coil according to claim 8,
A high frequency array coil, wherein a first low impedance signal processing circuit is connected to only the first subcoil of the first subcoil and the second subcoil.
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。 The high-frequency array coil according to claim 8,
Two or more sets of the first sub-coil and the second sub-coil that are physically separated are included, the two sets being arranged at axially symmetrical positions, and between the two sets of the first sub-coil and the second sub-coil. A high-frequency array coil that can be divided using a dividing line.
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。 The high-frequency array coil according to claim 1,
A third subcoil having a third loop coil portion on the opposite side of the second subcoil around the first subcoil,
The first subcoil is magnetically coupled to the third subcoil to form a current path that circulates in the loop of the first loop coil unit and the loop of the third loop coil unit, respectively, It is adjusted to resonate at the magnetic resonance frequency,
The phase difference between the current flowing in the loop of the first loop coil portion and the current flowing in the loop of the third loop coil portion is the difference between the central axis of the first loop coil portion and the third loop coil portion. It is adjusted to the same range as the angle formed by the central axis and the phase difference is in the range of ± 90 degrees with the opposite sign.
High-frequency array coil characterized by
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。 The high-frequency array coil according to claim 11,
The fourth sub-coil is arranged between the first sub-coil and the second sub-coil and between the first sub-coil and the third sub-coil so that the resonance frequency is adjusted to the nuclear magnetic resonance frequency and is not magnetically coupled to each other. A high-frequency array coil further comprising a subcoil.
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。 An array coil composed of a plurality of subcoils arranged along the circumferential direction of the virtual cylindrical body is a high-frequency array coil in which a plurality of array coils are arranged along the axial direction of the virtual cylindrical body,
The high frequency array coil according to claim 8, wherein at least one of the plurality of array coils is the high frequency array coil according to claim 8.
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。 The magnetic resonance imaging apparatus according to claim 14,
The high-frequency array coil is arranged so that the central axis of the first loop coil portion and the central axis of the second loop coil portion are substantially perpendicular to the direction of the static magnetic field generated by the static magnetic field generating magnet. A magnetic resonance imaging apparatus.
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