JP3007383B2 - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、磁気共鳴を利用して被検体の所望箇所を映
像化する磁気共鳴イメージング装置用高周波受信コイル
に関するものである。

〔従来の技術〕

磁気共鳴イメージング装置（以下MRI装置と記す）で
は、原子核を高周波を照射して励起し、共鳴した原子核
より放出される高周波信号（これをNMR信号という）を
検出する。高周波信号の照射，検出には通常、共振回路
を構成するコイルが使用され、この受信コイルの検出感
度が得られる画像のSN比を決定する重要な要因となつて
おり、サドル型，ソレノイド型及びそれらを変形した種
々のコイルが考えられている。

一般的に受信コイルは、そのコイル径が小さく、感度
領域が狭いものほど高感度となる。この特徴を利用して
MRI装置では被検体の局所部位を高感度に撮像する局所
受信コイルが開発されている。

また、このような受信コイルは感度領域が狭いため、
目的部位に密着して使用する必要がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

人体には対称位置に同一の臓器あるいは器官が２つ存
在するものが多く、例えば、眼窩，顎関節，四肢の関節
等がある。また、これらは局所受信コイルによつて良質
な画像を得ることが可能であるため、MRI装置での高頻
度の撮像対象部位でもある。これらの部位に病変が存在
する場合、臨床的には対称部位の２箇所の撮像を行な
い、正常側との比較を行ないたいという要求がある。し
かし、前記従来技術による局所受信コイルでは、感度領
域が狭い範囲にしか存在しないため、同時に２箇所の撮
像は困難であり、局所受信コイルの設置位置を変更して
撮像しなければならず、時間がかかつてしまうといつた
問題がある。

この問題を解決するためには、２つの局所受信コイル
を使用して対称部位を同時に撮像する方法が考えられる
が、この場合は局所受信コイル１つだけの場合と比較し
てSN比が約30％低下してしまう問題がある。この点につ
いて詳しく説明する。

第３図は受信コイル１の回路図であるが、被検体に近
接する導電体ループであるコイル２に信号周波数に同調
をとるためのコンデンサ３が接続されている。この受信
コイル１の出力にはプリアンプが接続されるが、その入
力抵抗を抵抗器35で示す。共振状態ではプリアンプから
見ると受信コイル回路は純抵抗に見えるが、この抵抗値
は共振状態における受信コイル素子の抵抗成分に被検体
に装着したことによつて生じる損失を加えたものであ
る。また、受信コイルによつて発生するノイズ成分はこ
の抵抗値の平方根に比例することが知られている。

ここで、第３図に示した受信コイルを２つ使用して同
時に撮像することを考える。その接続には第４図に示し
たように、並列接続（Ａ）と直列接続（Ｂ）があるが、
（Ａ）では共振時抵抗36a,b（共に等しい値とすると）
が1/2になるために、ノイズ電圧は となる。これに対して、信号電圧は信号源抵抗が1/2に
なつたため半減し、その結果SN比は つまり、約30％低下することとなる。同様に（Ｂ）の場
合も約30％低下する結果となる。

本発明の目的は、従来技術による局所受信コイルの上
記問題点を解決したMRI装置用高周波受信コイルを提供
することにある。

〔課題を解決するための手段〕

前述問題点は２つの局所受信コイルからの出力を切り
替えて使用することによつて解決できる。

MRI装置では、２つ以上の断面を同時に撮像する際、
信号計測は同時に行なわれるのではなく、タイミングを
ずらして順次計測を行なつており、これをマルチスライ
スイメージングと呼ぶ。例えば左右一対ある臓器を同時
に撮像する場合、まず左の臓器からの信号を受信し、一
定時間後に右の臓器からの信号を受信し、さらに、再び
一定時間後に左の臓器からの信号を受信するというよう
に、画像データの収集を行い、同時に撮像している。こ
の左右の臓器にそれぞれ局所受信コイルを装着したとす
ると、信号計測中のある時点で実際に信号受信を行なつ
ているのはどちらか一方の局所受信コイルだけであり、
もう一方の受信コイルはノイズ源でしかない。従つて、
データ採取のタイミングに同期して２つの局所受信コイ
ルからの出力を切り替えて使用すれば、前述問題点を解
決し、局所受信コイルが１つの場合と同等の良好なSN比
を持つた画像を得ることが可能となる。

このとき、問題となるのは、信号受信を行なつていな
い方の受信コイルが共振系であるために、受信中の受信
コイルに影響を与え負荷となつてしまうことである。従
つてこのままでは受信コイル出力を切り替えてもSN比の
低下を改善することができなくなつてしまう。

この問題に対しては、それぞれの局所受信コイルに外
部より制御可能な可変容量素子を接続し、これを受信コ
イル切り替えに同期してコントロールすることによつ
て、同調状態を制御し、信号受信を行なわない方の受信
コイルは共振点を大きくずらすようにする。この結果、
他方の受信コイルが負荷となつてしまうことが無くな
り、SN比を低下させる問題を解決することができる。

〔作用〕

本発明によれば、従来技術による局所受信コイルを２
つ使用したマルチスライスイメージングに際して、出力
信号の合成に伴うSN比の低下を改善し、さらに、コイル
干渉によつて生じる感度低下の問題を解決して、局所受
信コイル単体使用時と同等なSN比の高い良質な画像を得
ることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて詳細に説
明する。

第５図は本発明に係るMRI装置の全体構成例を示す構
成図である。このMRI装置は、核磁気共鳴（NMR）現象を
利用して被検体６の断層画像を得るもので、静磁場発生
磁石10と、中央処理装置（以下CPUという）11と、シー
ケンサ12と、送信系13と、磁場勾配発生系14と、受信系
15と、信号処理系16とからなる。上記静磁場発生磁石10
は、被検体６の周りに強く均一な静磁場を発生させるも
ので、上記被検体６の周りのある広がりをもつ空間に永
久磁石方式又は常電導方式あるいは超電導方式の磁場発
生手段が配置されている。上記シーケンサ12は、CPU11
の制御で動作し、被検体６の断層画像のデータ収集に必
要な種々の命令を送信系13及び磁場勾配発生系14並びに
受信系15に送るものである。上記送信系13は、高周波発
生器17と変調器18と高周波増幅器19と送信側の高周波コ
イル20とからなり、上記高周波発信機17から出力された
高周波パルスをシーケンサ12の命令に従つて変調器18で
振幅変調し、この振幅変調された高周波パルスを高周波
増幅器19で増幅した後に被検体６に近接して配置された
高周波コイル20に供給することにより、電磁波が被検体
６に照射されるようになつている。上記磁場勾配発生系
14は、X,Y,Zの三軸方向に巻かれた傾斜磁場コイル21
と、それぞれのコイルを駆動する傾斜磁場電源22とから
なり、上記シーケンサ12からの命令に従つてそれぞれの
コイルの傾斜磁場電源22を駆動することにより、X,Y,Z
の三軸方向の傾斜磁場Gx,Gy,Gzを被検体６に印加するよ
うになつている。この傾斜磁場の加え方により、被検体
６に対するスライス面を設定することができる。上記受
信系15は、受信コイル１とプリアンプ23と直交位相検波
器24とA/D変換器25とからなり、上記送信側の高周波コ
イル20から照射された電磁波による被検体６の応答の電
磁波（NMR信号）は被検体６に近接して配置された受信
コイル１で検出され、プリアンプ23及び直交位相検波器
24を介してA/D変換器25に入力してデジタル量に変換さ
れ、さらにシーケンサ12からの命令によるタイミングで
直交位相検波器24によりサンプリングされた二系統の収
集データとされ、その信号が信号処理系16に送られるよ
うになつている。この信号処理系16は、CPU11と、磁気
デイスク26及び磁気テープ27等の記録装置と、CRT等の
デイスプレイ28とからなり、上記CPU11でフーリエ変
換，補正係数計算，画像再構成等の処理を行ない、任意
断面の信号強度分析あるいは複数の信号に適当な演算を
行なつて得られた分布を画像化してデイスプレイ28に表
示するようになつている。なお、本図において、送信側
の高周波コイル20と受信コイル１及び傾斜磁場コイル21
は、被検体６の周りの空間に配置された静磁場発生磁石
10の磁場空間内に配置されている。

ここで本発明による受信コイル１は第１図に示すよう
に局所受信コイル1a,1bから成り、それぞれ導電体ルー
プ2,コンデンサ3,可変容量ダイオード４より構成され
る。それぞれの局所受信コイル1a,1bはプリアンプ23に
接続されるが、プリアンプ23は切り替えスイツチ5,高周
波増幅器７から成り、信号出力30,スイツチ制御入力31,
接地端子33、さらに、可変容量ダイオード４に同調電圧
を印加するための同調電圧入力32及び、この回路が受信
信号に影響を与えないための高抵抗８を備えている。

局所受信コイル1a,bの導電体ループ２は、撮像する部
位あるいは器官に応じて大きさ，形状を最適にする必要
がある。一例として顎関節の撮像について説明する。顎
関節は第６図37a,bに示すように人体頭部６は外耳道前
部に左右一対存在する関節であり、顎関節症等の診断に
MRIの有用性が認められ、撮像要求の多い部位である。
この顎関節撮像時には、局所受信コイル1a,bを第６図の
ように被検体頭部６に設置する。局所受信コイル1a,bと
しては、10cm程度の直径を持つソレノイド型コイルが考
えられる。このような小径の受信コイルでは感度分布が
狭くなるかわりに高感度が期待できる。マルチスライス
イメージングによつて左右の顎関節を同時に撮像する場
合、データ計測は同時ではなく、異なつたタイミングで
行なわれている。注目部位37aのデータを採取し、一定
時間後、注目部位37bのデータを採取するということを
繰り返している。この時、注目部位37aのデータ計測中
は局所受信コイル1aのみがこれに関与し、局所受信コイ
ル1bは全く不必要となる。そこで、この出力を切り替え
るのが第１図中の切り替えスイツチ５である。従つて、
切り替えスイツチ５はデータ計測に同期して必要な局所
受信コイル1a又は1bの出力に切り替えなければならず、
第５図中のシーケンサ12より出力される制御信号をスイ
ツチ制御入力31に接続して、切り替えタイミングを制御
するようになつている。この切り替えスイツチ５は微弱
な高周波信号を数mSという高速で切り替える必要があ
る。また、プリアンプ７を２つ使用して、その後に切り
替えスイツチ５を挿入してもよい。

局所受信コイル1a,bは導電体ループ２のインダクタン
スと、コンデンサ３の容量に可変容量ダイオード４の容
量を加えた共振容量でNMR信号周波数に同調を取つてい
るが、このような共振回路が近接して配置されると互い
に干渉し、負荷となつてしまう。このため、出力を切り
替えただけでは不十分であり、使用していない方の受信
コイルの同調を外して、負荷とならないようにする手段
が必要となる。これには、コンデンサ３の容量と比較し
て十分に大きな可変容量を持つ可変容量ダイオード４を
使用し、第１図に示したように同調電圧入力32からの同
調電圧を切り替えスイツチ５によつて同時に切り替える
ことで、同調、非同調の制御を行なう。

顎関節用局所受信コイル1a,bの外観例を第２図に示
す。切り替えスイツチ５などの部品を収めたプリアンプ
23は、高周波ケーブル９によつて撮像空間より十分に離
れたところに設置し、強力な静磁場による影響を受けな
いように、また、静磁場の均一度を落とさないようにす
る。プリアンプ23は多ピンのコネクタ34をかえして外部
装置へ接続される。

本発明による局所受信コイル1a,bは、顎関節だけでな
く、他の部位へも同様な方式で適用可能である。例えば
眼窩（第７図参照），肩関節（第８図参照），膝関節
（第９図参照），腎臓等の体内臓器（第10図参照）、乳
房（第11図参照）等である。これらの注目部位37a,bに
最適な形状の局所受信コイル1a,bを使用すれば、同時に
２箇所の部位を高SN比で撮像可能となる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明は、MRI装置による人体対称
臓器の局所撮像において、SN比を低下させることなく、
同時に２箇所の部位を撮像することが可能となるため、
高画質撮像あるいは撮像時間の低減ができるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による受信コイルの構成を示す構成図、
第２図は同受信コイルの構成例を示す外観図、第３図は
受信コイルの基本回路を示す説明図、第４図は受信コイ
ルの合成方を示す説明図、第５図は本発明に係るMRI装
置の全体構成を示す構成図、第６図は顎関節撮像時の受
信コイル配置図、第７図は眼窩撮像時の受信コイル配置
図、第８図は肩関節撮像時の受信コイル配置図、第９図
は膝関節撮像時の受信コイル配置図、第10図は腎臓撮像
時の受信コイル配置図、第11図は乳房撮像時の受信コイ
ル配置図である。 1a,b……局所受信コイル、２……導電体ループ、３……
コンデンサ、４……可変容量ダイオード、５……切り替
えスイツチ、６……被検体、７……高周波増幅器、８…
…高抵抗、９……高周波ケーブル、23……プリアンプ、
30……信号出力、31……スイツチ制御入力、32……同調
電圧入力、33……接地端子、34……コネクタ、35……入
力抵抗、36a,b……共振時抵抗、37a,b……注目部位。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】静磁場、傾斜磁場の各磁場発生手段と、検
   査対象に電磁波を照射する手段と、検査対象からの磁気
   共鳴信号の周波数と同調させるための同調回路を含み前
   記磁気共鳴信号を検出する高周波コイルと、前記検出信
   号を使って対象物体の物理的性質をあらわす画像を得る
   画像再構成手段と、上記各磁場の発生、電磁波の照射、
   磁気共鳴信号の検出等のタイミング及び画像再構成手段
   を制御する制御手段とを備えた磁気共鳴イメージング装
   置において、前記磁気共鳴信号を検出する高周波コイル
   を対称の位置に存在する同一部位の検査対象に対してそ
   れぞれ配置し、それぞれの高周波コイルからの出力及び
   同調回路へ入力する電圧を同時に切り替える手段を設
   け、上記制御手段は２つの検査対象から交互に磁気共鳴
   信号を検出し、同時に画像を得るよう制御すると共に前
   記切替手段を磁気共鳴信号の検出タイミングで切り替え
   るよう制御することを特徴とする磁気共鳴イメージング
   装置。
2. 【請求項２】前記２つの高周波コイルは、それぞれ外部
   制御可能な可変容量素子を使用した共振回路が構成さ
   れ、上記制御手段により前記可変容量素子の容量を磁気
   共鳴信号の検出タイミングで可変することを特徴とする
   磁気共鳴イメージング装置。