特開 2024-68564 高周波コイルユニットおよび磁気共鳴イメージング装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024068564

(43)【公開日】2024-05-20

(54)【発明の名称】高周波コイルユニットおよび磁気共鳴イメージング装置

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/055 20060101AFI20240513BHJP

【ＦＩ】

A61B5/055 350

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022179106

(22)【出願日】2022-11-08

(71)【出願人】

【識別番号】320011683

【氏名又は名称】富士フイルムヘルスケア株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000888

【氏名又は名称】弁理士法人山王坂特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】羽原 秀太

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 伸一郎

(72)【発明者】

【氏名】今村 幸信

【テーマコード（参考）】

4C096

【Ｆターム（参考）】

4C096AB34

4C096CC05

4C096CC40

(57)【要約】

【課題】傾斜磁場コイルによる渦電流抑制のための導体パターン設計の複雑さを回避しつつ、照射効率向上と傾斜磁場コイルによる渦電流発熱抑制とのバランスのとれたＲＦシールドを提供する。
【解決手段】
高周波コイルユニットを構成する要素の1つである円筒状のRFシールドが、絶縁シートの表裏両面に形成されたパターン化された導電薄膜が丸められることで構成されており、パターン化された導電薄膜は、表と裏のパターンが円筒の中心軸方向に鏡面対称であり、表のパターンは中心軸方向に２分割され、2分割されたパターンの片側は更に周方向に２分割され、それぞれの独立した３つパターンの島は、円筒軸方向から短冊を形成する形でスリットが入るが、それぞれの短冊は一か所で上下方向につながる部分がある、ことを特徴とする。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

両端に配置されたリング導体及び当該両端のリング導体をつなぐ複数のラング導体を有する円筒状のＲＦコイルと、当該ＲＦコイルの外周を覆うように配置された円筒状のＲＦシールドとを含む高周波コイルユニットであって、
前記ＲＦシールドは、絶縁シートと当該絶縁シートの表面及び裏面に形成された導体パターンとを含み、前記導体パターンは、円筒の軸方向に、大きさが異なる第１及び第２の導体領域に分割されており、各導体領域は、円筒の軸方向の少なくとも一か所において円筒の周方向に沿った接続部を有し且つ円筒の軸方向に沿って部分的に形成された複数のスリットによって部分的に区切られた複数の短冊を含み、且つ、前記円筒の周方向に沿った接続部は円筒の1周の少なくとも1か所で切断され、且つ、その切断部の位置は表面の導体パターン及び裏面の導体パターンにおいて周方向でずれた位置であり、
表面の導体パターンと裏面の導体パターンは、一方の第１の導体領域と他方の第２導体領域とが重なるように配置され、且つ、第１の導体領域と第２の導体領域とが重なる部分において、表面の導体パターンのスリットと裏面の導体パターンのスリットとが円周方向にずれていることを特徴とする高周波コイルユニット。

【請求項2】

請求項１に記載の高周波コイルユニットであって、
前記複数のスリットは、それぞれ、軸方向の一部に不連続部を有し、当該不連続部を介して隣接する短冊がつながっていることを特徴とする高周波コイルユニット。

【請求項3】

請求項２に記載の高周波コイルユニットであって、
前記不連続部は、前記ＲＦコイルのリング導体に重なる位置に形成されていることを特徴とする高周波コイルユニット。

【請求項4】

請求項２に記載の高周波コイルユニットであって、
前記不連続部の幅は、当該不連続部に生じうる渦電流と、前記ＲＦコイルのリング導体に流れる電流とに基づき決定されることを特徴とする高周波コイルユニット。

【請求項5】

請求項１に記載の高周波コイルユニットであって、
前記第１及び第２の導体領域のうち、大きさが小さい導体領域の磁場中心側の端部から前記周方向の接続部までの幅は、前記ＲＦコイルの円筒軸方向の長さの半分未満であって、かつ、大きさが小さい導体領域の円筒軸方向の幅は、前記ＲＦコイルのリング導体の円筒軸方向の幅の３倍以上であることを特徴とする高周波コイルユニット。

【請求項6】

請求項１に記載の高周波コイルユニットであって、
第１の導電領域に形成された複数のスリットと、第２の導電領域に形成された複数のスリットは、それぞれ、スリット間隔は同じであって、前記第１の導電領域のスリットと前記第２の導電領域のスリットとが互い違いに形成されていること特徴とする高周波コイルユニット。

【請求項7】

請求項１に記載の高周波コイルユニットであって、
第１の導電領域に形成された複数のスリットと、第２の導電領域に形成された複数のスリットは、それぞれ、スリット間隔は同じであって、
表面の導体パターンと裏面の導体パターンとは、一方の導体パターンの第１及び第２の導電領域に形成されたスリットと、他方の導体パターンの第１及び第２の導電領域に形成されたスリットが互い違いとなるように配置されていることを特徴とする高周波コイルユニット。

【請求項8】

請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の高周波コイルユニットを備えたことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。

【請求項9】

前記高周波コイルユニットが照射コイルである請求項８に記載の磁気共鳴イメージング装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、磁気共鳴イメージング装置に用いられる高周波コイルユニットに関し、特に高周波コイルユニットに備えられるＲＦシールドに関する。

【背景技術】

【0002】

磁気共鳴イメージング（Magnetic Resonance Imaging）装置（以下、「ＭＲＩ装置」という）では、静磁場マグネットが発生する均一な静磁場中に配置された被検体に電磁波である高周波信号（以下「ＲＦ（Radio Frequency）信号」という）を照射し、被検体内の核スピンを励起するとともに、核スピンが発生する電磁波であるＮＭＲ（Nuclear Magnetic Resonance：核磁気共鳴）信号を受信して信号処理することにより、被検体の磁気共鳴画像を取得する。

【0003】

ＲＦ信号の照射とＮＭＲ信号の受信とは、ラジオ周波数の電磁波を送信あるいは受信するＲＦアンテナもしくはＲＦコイル等のアンテナ装置によって行われる。このようなアンテナ装置として、バードケージ型（鳥かご型）コイルを用いる高周波コイルユニットが知られている。

【0004】

通常、良く使用されるバードケージ型コイルは、エンドリングとなる円環状の２つのリング導体と、それら２つのリング導体を接続する直線状の複数のラング（横木）導体と、キャパシタ、ダイオード、給電ケーブル（図示せず）等を有し、キャパシタがリング導体に等間隔で設けられたギャップに挿入され、ダイオードがラング導体のギャップに挿入されて構成されている。

【0005】

このような円筒形のバードケージ型コイルは、通常、ＲＦシールドと呼ばれる円筒形状の導体によって囲繞され、バードケージ型コイルに設けられるキャパシタは、ＲＦシールドとラング導体とリング導体とにより、ＭＲＩ装置における特定の周波数で共振するように調整される。バードケージ型コイルでは、照射するＲＦ信号が作るＲＦ磁場（「照射磁場」ともいう）の均一空間の広がりが、単純なループコイルやサドル（鞍型）コイルに比べて高いことが特徴である。この特徴により、現在、バードケージ型コイルはトンネル型水平磁場ＭＲＩ装置における送信コイルの標準型となっている。

【0006】

水平磁場ＭＲＩ装置では、磁場に磁場勾配を与える傾斜磁場コイルは、通常、円筒状に成型された円筒形の傾斜磁場コイルが用いられ、バードケージ型コイルは、そのＲＦシールドが円筒形傾斜磁場コイルの内筒面に設置される場合が多い。

【0007】

このようなＲＦシールドが満たすべき重要な要件の一つは、ＲＦ周波数、たとえば1.5テスラのＭＲＩ装置ではおよそ64MHz、においてなるべく良い電気伝導度を持つこと、もう一つは、傾斜磁場コイルが発する数kHz程度の周波数領域で、傾斜磁場コイルから発生する磁場で渦電流が誘起されても過剰に発熱せず、燃えたりしないことである。しかし、例えばRFシールドとして電気伝導度が優れた銅薄膜を使用すると、渦電流のため、発熱して溶けてしまうなどの問題があり、上記２つの要件の両立が求められる。

【0008】

2つの要請を満たすために、ＲＦシールドの両面に銅箔を使用し、タイル状のパターンを作って表面と裏面とをキャパシタとしてつなぎ、64MHz付近ではほぼ抵抗が無いが、渦電流は1つのタイル内でしか生じないようにする方法がある（特許文献１、２）。この方法をタイル化の方法と呼ぶ。

【0009】

例えば、特許文献２に開示されたＲＦシールドのパターンでは、表裏でタイルが円周方向に互い違いなるように重ねることが記載されている。しかし、このパターンでは、バードケージ型コイルのリング部分に相当する近い場所に、周方向に接続部が無く、バードケージ型コイルのQ値が落ちてしまって実用は困難である。仮に、特許文献２に開示されたRFシールドのパターンに、周方向に接続部があった場合においても、円筒軸に垂直な方向のスリットを有していないため、Ｘ、Ｙ、Ｚの傾斜磁場が作る渦電流に対応できず、渦電流の発熱を抑えるのには不十分である。

【0010】

一方、特許文献１に開示されたＲＦコイルでは、両面銅箔パターンをタイル化したＲＦシールドにおいて、図９に示すように、円筒の軸線方向の両側の領域１９２、１９４と、その間の領域（中央の領域）１８４とを分けて、両側の領域はタイル（短冊）１８５の長手方向が周方向に並び、中央の領域１８４ではタイルの長手方向が円筒の軸線方向に並ぶ構成としている。なお図９には表側のパターン（上図）と裏側のパターン（下図）を示しているが裏側のパターンの説明は省略する。このような構成により、上記ＲＦシールドは、両側の領域１９２、１９４ではバードケージ型コイルのリング導体に流れる電流に沿って電流が流れ、中央の領域１８４ではバードケージ型コイルのラング導体に流れる電流に沿って電流が流れ、渦電流の発生場所をタイル内に限定しながら、良い電気伝導度を維持している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】米国特許第５３６７２６１号明細書

【特許文献2】米国特許第５５７４３７２号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

傾斜磁場コイルが作る磁場によってＲＦシールド上に発生する渦電流の大きさは、傾斜磁場コイルが作る磁場強度に比例する。傾斜磁場コイルはX方向、Y方向及びZ方向の３軸方向に傾斜磁場を発生する３組の傾斜磁場コイルから成り、円筒形の傾斜磁場コイルではそれら3組の傾斜磁場コイルを円筒の厚み方向に重ねた構造になっている。従ってＲＦシールドに発生する渦電流は、３組の傾斜磁場コイルのうち、円筒の最も内側に配置された傾斜磁場コイル即ちＲＦシールドに一番近い位置にある傾斜磁場コイルによる影響が一番大きい。例えば、図８に示す傾斜磁場コイルでは、X方向傾斜磁場コイル（４０２）の楕円状のパターンが最もＲＦシールドの近くにあり、図８中、左右に配置されている。通常、X方向傾斜磁場コイルが作る磁場が一番強くなる場所は、左右の楕円パターンの中心部付近（太い一点鎖線で示す位置）である。つまり、円筒軸の磁場中心からの距離がＤ５０２の距離で傾斜磁場コイルが作る磁場が強い。

【0013】

特許文献１に記載されたＲＦシールドでは、円筒の軸方向の両側の領域で周方向に沿ってタイル化したパターンとしているが、このＲＦシールドのパターンにおいて、傾斜磁場コイルが作る磁場が最も強くなる位置、つまり磁場中心から図８の距離Ｄ５０２で、渦電流の発生をできるだけ抑制するためには、タイルの幅を変えて設計する必要がある。つまり特許文献１に記載されたＲＦシールドについて、傾斜磁場コイルの配置を考慮して渦電流を低減しようとすると、パターンが複雑化し、設計が難しい。特にタイル幅の決定は、実験的に行う方法でも、計算で行う方法でも検証すべき項目が多く、多大な労力を必要とする。

【0014】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、バードケージ型照射コイルのＲＦシールドとして、照射効率を保ち、渦電流による発熱を防ぎつつ、設計が比較的簡単なＲＦシールドパターン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】

【0015】

上記課題を解決するため、本発明の高周波コイルユニットは、ＲＦシールドのパターンが次の特徴を持つ。絶縁体の両面に導電薄膜のパターンを設けたシートを円筒状にしたＲＦシールドであって、渦電流による発熱を防ぐため、表裏の導電薄膜に短冊状のパターンを形成し、その短冊を円筒の軸方向に配置したものとし、円筒の軸方向両端で表裏の短冊が互い違いに重なる構成とする。またＲＦコイルのリング導体に対応する部分は、リング導体に流れる電流のミラー電流が通る部分にできるだけ切断部作らないようにして、ＲＦ周波数における良い電気伝導度を確保するためと、キャパシタとしての容量を確保するために、短冊がつながる構成とする。

【0016】

即ち、本発明の高周波コイルユニットは、両端に配置されたリング導体及び当該両端のリング導体をつなぐ複数のラング導体を有する円筒状のＲＦコイルと、当該ＲＦコイルの外周を覆うように配置された円筒状のＲＦシールドとを含み、ＲＦシールドは、絶縁シートと当該絶縁シートの表面及び裏面に形成された導体パターンとを含む。導体パターンは、円筒の軸方向に、大きさが異なる第１及び第２の導体領域に分割されており、各導体領域は、円筒の軸方向の少なくとも一か所において円筒の周方向に沿った接続部を有し且つ円筒の軸方向に沿って部分的に形成された複数のスリットによって部分的に区切られた複数の短冊を含み、且つ、前記円筒の周方向に沿った接続部は円筒の1周の少なくとも1か所で切断され、且つ、その切断部の位置は絶縁シートの表面及び裏面において周方向でずれた位置（同じ位置ではない）である。
表面の導体パターンと裏面の導体パターンは、一方の第１の導体領域と他方の第２導体領域とが重なるように配置され、且つ、第１の導体領域と第２の導体領域とが重なる部分において、表面の導体パターンのスリットと裏面の導体パターンのスリットとが円周方向にずれている。

【発明の効果】

【0017】

照射コイルの効率を落とすことが無く、かつ、傾斜磁場による渦電流の発熱が少なく、設計に必要な工数を低減したバードケージ型照射コイル用ＲＦシールドを提供することができ、それにより照射効率がよく耐久性に優れた高周波コイルユニットが得られる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】ＭＲＩ装置の概略構成図である。

【図2】照射コイルと傾斜磁場コイルの構成を示す斜視図である。

【図3】バードケージ型照射コイルの斜視図である。

【図4】バードケージ型照射コイルとＲＦシールドの模式断面図である。

【図5】照射コイルと傾斜磁場コイルの模式断面図である。

【図6】本発明のＲＦコイルユニットのＲＦシールドパターン（実施例１）を説明する図である。

【図7】図６のＲＦシールドパターンの表裏面を組み合わせた図である。

【図8】傾斜磁場コイルの構成を右から見た図である。

【図9】先行技術のＲＦシールドパターンを示す図である。

【図10】先行技術を用いた実際の設計パターン図の例である。

【図11】本発明のＲＦコイルユニットのＲＦシールドパターン（実施例２）を説明する図である。

【図12】図１１のＲＦシールドパターンの表裏面を組み合わせた図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の一実施形態に係る高周波コイルユニット、それが適用されるＭＲＩ装置について図面を参照して説明する。

【0020】

［ＭＲＩ装置の全体構成］
ＭＲＩ装置１００の概略構成図を図１に示す。ＭＲＩ装置１００は、被検体１１２が配置される計測空間に静磁場を形成するマグネット１０１と、静磁場に所定の方向の磁場勾配を与える傾斜磁場コイル１０２と、高周波信号（ＲＦ信号）を被検体１１２に送信するとともに被検体１１２から発生する核磁気共鳴信号（ＮＭＲ信号）を受信するＲＦアンテナ１０３と、ＲＦ信号（ＲＦ波）のパルス波形を生成してＲＦアンテナ１０３に送信するとともに、ＲＦアンテナ１０３が受信したＮＭＲ信号に対し信号処理を行う送受信機１０４と、傾斜磁場コイル１０２に電流を供給する傾斜磁場電源１０９と、送受信機１０４及び傾斜磁場電源１０９の駆動を制御するとともに、種々の情報処理及びオペレータによる操作を受け付けるデータ処理部１０５と、データ処理部１０５の処理結果を表示するための表示装置１０８と、被検体１１２を載置するベッド１１１と、を備える。

【0021】

ＭＲＩ装置１００は、マグネット１０１が形成する静磁場の方向によって、水平磁場方式と垂直磁場方式とに区別される。本実施形態に係るＲＦコイルユニットが適用される水平磁場方式のＭＲＩ装置では、一般的に、マグネット１０１は円筒状のボア（中心空間）を有し、図１において左右方向（ＲＦコイルユニットの中心軸と一致する方向）の静磁場を発生し、トンネル型ＭＲＩ装置と呼ばれる。

【0022】

傾斜磁場コイル１０２は、Ｘ、Ｙ、Ｚの互いに直交する３軸方向に傾斜磁場を発生する３組のコイルからなり、図２に示すように、上述した水平磁場方式のＭＲＩ装置では、3組のコイル、即ちＸコイル４０２、Ｙコイル４０３及びＺコイル４０４をそれぞれ絶縁性のシートを挟んで積層し、円筒状にした構造を有する。多くの場合、３組のコイルのうち、Xコイル４０２が円筒の最内側、Ｚコイル４０４が円筒の最外側となるように配置されている。

【0023】

Ｚコイル４０４は、円筒の周方向に巻かれたソレノイドコイルで、円筒の軸方向に傾斜磁場を発生し、Ｙコイル４０３及びＸコイル４０２は、軸と直交するする方向に傾斜磁場を発生するもので、一対のコイルが、それぞれ、円筒の軸方向中央に対し対称に配置され、且つＹコイル４０３とＸコイル４０４とが、円筒の周方向に９０度ずれた位置に配置されている。なお図２では、図示を簡略化して、Ｙコイル４０３及びＸコイル４０４を単純なループで示しているが、実際には、所定の傾斜磁場を発生するため複雑なパターンとなっている。

【0024】

ＲＦアンテナ１０３は、所定の周波数で共振し、２チャンネルを有するバードケージ型の送信あるいは送受信アンテナであり、上述した傾斜磁場コイル１０２の内側に配置される。なお人体の各部位を詳細に撮影する場合においては、送信のアンテナと受信のアンテナに異なるものを用いる場合がほとんどである。送信には、体全体を覆う、傾斜磁場コイル内部に据付けられた大きな照射アンテナを用い、受信には人体表面近くに設置した局所アンテナを用いることが多い。この場合、局所アンテナは受信専用である場合がほとんどである。

【0025】

傾斜磁場電源１０９と傾斜磁場コイル１０２とは傾斜磁場制御ケーブル１０７で接続される。また、ＲＦアンテナ１０３と送受信機１０４とは送受信ケーブル１０６で接続される。送受信機１０４は、シンセサイザ、パワーアンプ、受信ミキサ、アナログデジタルコンバータ、送受信切り替えスイッチ等（いずれも図示せず）を備える。

【0026】

データ処理部１０５は、送受信機１０４及び傾斜磁場電源１０９を制御し、静磁場中に配置された被検体１１２に対し、ＲＦアンテナ１０３及び傾斜磁場コイル１０２から、断続的にＲＦ信号を照射するとともに、傾斜磁場を印加する。また、そのＲＦ信号に共鳴して被検体１１２から発せられるＮＭＲ信号をＲＦアンテナ１０３にて受信し、信号処理を行い、画像を再構成する。被検体１１２は、例えば、人体の所定の部位である。

【0027】

[ＲＦアンテナの構成]
以下、本実施形態のＭＲＩ装置に適用されるＲＦアンテナ１０３の詳細を説明する。ＲＦアンテナ１０３は、バードケージ型コイルと、バードケージ型コイルを囲繞して配置されるＲＦシールド（以下、シールドと略す）とからなる。

【0028】

バードケージ型コイル２００は、図３に示すように、円環状の２つのリング導体２０３、直線状の複数のラング導体２０４、キャパシタ、ダイオード、給電ケーブル（図示せず）等を有している。エンドリングとなるようにＲＦコイルの両端に配置されたリング導体２０３それぞれの中心軸、及びラング導体２０４が配置される円筒面の中心軸は一致するように配置されている。リング導体２０３にはそれぞれ周方向に等間隔にギャップ２０１が設けられ、ラング導体２０４は、ラング導体が配置される円筒面に沿って等間隔に配置され、ラング導体２０４の両端部にはそれぞれギャップ２０１で区切られたリング導体２０３の部分（手前側）、ギャップ２０１で区切られたリング導体２０３の部分（奥側）が接続されている。

【0029】

このバードケージ型コイル２００は、キャパシタがリング導体２０３それぞれに等間隔で設けられたギャップ２０１に挿入されて、ギャップ２０１で区切られたリング導体の部分同士の間に接続され、ダイオードがラング導体２０４のギャップ２０２に挿入されて、ギャップ２０２で区切られたラング導体の部分同士の間に接続されている。キャパシタは、リング導体２０３とラング導体２０４とＲＦシールドとにより高周波信号または核磁気共鳴信号の周波数で共振するよう調整されている。

【0030】

バードケージ型コイル２００の仕様は、特に限定されないが、一例を示すと、直径がおよそ７１０ｍｍ、全長がおよそ５５０ｍｍであり、リング導体部分にのみキャパシタを設置するハイパス型と呼ばれるバードケージ型コイルである。ラング導体の数は２４本で各ラング導体の中央の切り欠きにはダイオードが設置され、ＲＦ信号を照射しない時間には、受信コイルとのカップリングを防止するため、ダイオードに逆バイアスをかけてコイルの共振を生じさせないようにする。このバードケージ型コイルは、１．５テスラのトンネル型のＭＲＩ装置に使用することができ、円筒の両端に配置された各リング導体のそれぞれに２４箇所設置されるキャパシタの値はおよそ２００ｐＦとした場合、１．５テスラのＭＲＩ装置のＲＦ共振周波数である６３．８ＭＨｚに共振する。

【0031】

図４に、バードケージ型コイル２００を用いたＲＦアンテナ１０３を円筒軸に垂直な面で切った断面を示す。図４に示すように、ＲＦシールド３００は、バードケージ型コイル２００の外周を囲繞するように配置されており、バードケージ型コイル２００及びＲＦシールド３００で高周波コイルユニット即ちＲＦアンテナ１０３を構成する。ＲＦシールド３００は導電体から成る円筒の筒で構成され、傾斜磁場コイルの内面に貼り付けられている場合もある。

【0032】

ＲＦシールド３００は、絶縁シートの表裏両面に形成された導電薄膜をエッチングなどにより一部剥離してパターン化し、パターン形成後のシートを、円筒軸を中心に丸め、一部を接続して円筒状に形成したものである。このような構造のＲＦシールド３００は、表裏の導電薄膜がキャパシタとして機能する。絶縁シート及び導電薄膜の厚みは、ＲＦシールドのキャパシタとしての機能と機械的な強度を考慮して決定する。具体的には、絶縁シートの厚みは表裏の導体が構成するキャパシタの容量に関係し、薄い方が、キャパシタ容量が増えてＲＦ抵抗は減るが、あまりに薄いと構造的に弱くなり、穴が開くなどの破損リスクが上がる。また導電薄膜の厚みは、厚いほうがＲＦ抵抗を少なくすることができるが、厚くすると傾斜磁場による渦電流も増大するので、ＲＦ抵抗が増えない範囲で薄くすることが好ましい。
一例として、表裏の導電素材は厚み18ミクロンの銅とし、間の絶縁シートは厚み100ミクロンのFR-4(ガラスエポキシ)とした場合を考えている。銅の厚みを例として18ミクロンとしたが、これはＲＦ周波数（1.5テスラＭＲＩ装置ではおよそ64MHz）での表皮厚みよりは厚くした方が、ＲＦ抵抗が増えなくて良い。表皮厚みとは下記式で定義される長さである。

【数1】

ｆは周波数、μ_ｒは比透磁率、μ_０は真空の透磁率、σは電気伝導度である。
銅薄膜で周波数が64MHzの時、表皮厚みはおよそ8.2ミクロンであり、薄膜厚みが18ミクロンあればＲＦ周波数での電気伝導度は厚みが薄いことで低下することはほぼないと言える。

【0033】

またバードケージ型コイル２００のリング導体とＲＦシールド３００と距離、即ちＲＦシールドの半径d300と、バードケージ型コイル２００のリング導体の半径d200との差分（d300-d200）は、高周波コイルユニットの照射効率に大きくかかわる設計上重要なパラメータである。従って、この差分を適正な値とするように、ＲＦシールド３００の大きさを決定し、ＲＦシールド３００を製造する。

【0034】

また傾斜磁場コイル１０２（４０２～４０４）との位置関係は、図２に示すようにＸコイル４０２が円筒の内側に配置された傾斜磁場コイル１０２では、図５に示すように、ＲＦシールド３００に最も近い位置にＸコイル４０２が位置する。なお図５は、傾斜磁場コイル及びＲＦコイルを円筒軸面に垂直な断面で切る状態を示した図である。ＲＦシールド３００では、傾斜磁場コイル１０２に電流が流れることにより発生する渦電流を抑制することが重要となり、特に最も接近してＸコイル４０２による渦電流の対策が重要である。

【0035】

即ち、前述したように、ＲＦシールドが満たすべき主な要件は、（１）ＲＦ周波数、たとえば1.5テスラのMRI装置ではおよそ64MHz、において良い電気伝導度を持つこと、（２）傾斜磁場コイルが発する数kHz程度の周波数領域で、傾斜磁場コイルから発生する磁場で渦電流が誘起されても過剰に発熱せず、燃えたりしないことである。本実施形態のＲＦシールドは、次の構成を備える。

【0036】

上記（１）（２）の要件を満たすため、本実施形態のＲＦシールドは以下のように構成される。すなわち、両面銅箔シートで形成され、長手方向が円筒の軸方向である短冊からなるパターンを持ち、円筒の両端領域では表裏のパターンの短冊が互い違いとなって重なり、中央領域では表裏の短冊が互い違いとなることなく重なる。また両側領域の、バードケージ型コイルのリング導体に近い部分で、短冊（導体部分）がつながったパターンを有する。さらに周方向で少なくとも一か所切断部（導体が途切れた部分：不連続部）を設け、広い面積の表裏のキャパシタでつながった構成とする。バードケージ型コイルのラング導体に近い部分（中央領域）についても、円筒軸方向に少なくとも一か所の切断部を有し、広い面積の表裏のキャパシタでつながった構成とする。

【0037】

切断部の幅は、当該切断部に生じうる渦電流と、ＲＦコイルのリング導体に流れる電流とに基づき決定される。また両側領域及び中央領域の切断部は、少なくとも一か所あればよく、キャパシタの面積を確保するためには、少ないことが望ましい。

【0038】

本実施形態のＲＦシールドは、渦電流が強い両側領域の部分において、スリットを持つ短冊状のパターンを並べた構造としたことにより、渦電流に起因する発熱を抑制できる。またバードケージ型コイルのリング導体に近い部分及びラング導体に近い部分のいずれにおいても、広い面積の表裏のキャパシタでつながった構成となり、磁気共鳴周波数（例えば64MHz）付近ではほぼ抵抗が無く照射効率に優れ、耐久性に優れたＲＦコイルユニットが提供される。

【0039】

以下、具体的な実施例を挙げて、本実施形態のＲＦシールドのパターンについて説明する。

【0040】

＜実施例１＞
実施例１のＲＦシールド３００の導電薄膜パターンを、図６及び図７を参照して説明する。なお図６は、円筒状のＲＦシールド３００を円周方向に展開した状態を示す図であり、図６の上図は、表側（円筒外周面）のパターン（以下、表パターンという）６０１、下図は、裏側（円筒内周面）のパターン（以下、裏パターンという）６０２を示している。即ち、図６の水平方向が円筒の軸方向であり、図示する表パターン６０１及び裏パターン６０２は、それぞれ、上端と下端とを接続することで円筒状の形状となる。但し、図６に示すパターンは、説明を簡単にするために、実際のＲＦシールドのスケールとは異なっている。

【0041】

図示するように円筒状のＲＦシールド３００は、表パターン６０１と裏パターン６０２とは、円筒の中心軸方向を左右とすると、左右対称である。以下、代表して表パターンの詳細を説明する。

【0042】

表パターン６０１は、周方向に沿った切断部６１４により左右２つの領域（導体領域）６０４、６０５に分割され、左側の領域６０４は、更に位置６０６で軸方向の切断部６１３により上下に分割されている。左右の領域の大きさは、小さいほうの領域６０４の周方向接合部から磁場中心方向端部までの円筒軸方向の幅（すなわち図７に示す幅７０４と[中央部７１５の幅の半分]との差分）は、バードケージ型コイル２００の円筒軸方向の長さ（リング導体間の間隔）の半分未満であって、領域６０４の円筒軸方向の幅はバードケージ型コイル２００のリング導体の円筒軸方向の幅の３倍以上であることが好ましい。
このように２つの切断部で分割された表パターンは、合計3つの領域（以下、島ともいう）に分割されている。領域６０５は領域６０４より左右方向の長さが長い。従って表と裏とでは、切断部６１４は円筒の軸方向にずれた位置となる。

【0043】

それぞれの島は、左右から短冊を形成する形でスリット６１１、６１２が入るが、左右のスリットはつながっておらず、それぞれの短冊は一か所で上下方向につながる部分６０３がある。この短冊が上下方向につながる部分６０３の位置（軸方向の位置）は、バードケージ型コイルのリング導体の近傍即ちパターンの中心からの距離７０４（図７）がリング導体間の間隔の半分の距離であることが好ましく、その幅（軸方向の長さ）は、渦電流の発熱が許容される範囲で広いことが望ましい。また短冊の円周方向（図中、上下方向）の幅は、領域６０４、６０５ともに同じ幅であるが、一方は、他方に対し半幅ずれて形成されている。図示する例では、領域６０４は上端及び下端の短冊は半幅である。

【0044】

裏パターン６０２は、このように構成された表パターン６０１を左右逆にしたものである。これら表と裏のパターンは、シート状にパターンを作った後、円筒状に丸められて、端部を一部はんだ付け等で電気的に導通させる。この際、右側の領域６０４で上辺と下辺とを導通させる。これにより右側の領域６０４のパターンは、円筒状にしたときに、位置６０６を切断部として、それ以外が電気的につながった一つの領域となる。一方、左側の領域では、上辺と下辺とは1ミリ程度のギャップを設けて導通させない。裏面も同様に領域６０４の方は電気的に導通させるが、領域６０５の方は導通させない。

【0045】

このような表パターンと裏パターンとを重ね合わせた状態を図７に示す。図７において、太線は表パターン、細線は裏パターンである。図示するように、表裏の短冊形状の重ね合わせにおいて、表パターン６０１の領域６０４と裏パターン６０２の領域６０５とが重なる左側の部分７１４、及び表パターン６０１の領域６０５と裏パターン６０２の領域６０４とが重なる右側の部分７１４では、領域６０４と領域６０５における短冊の配置が半幅ずれていることから、表裏の短冊は互い違いに重ね合わされる。一方、表パターン６０１の領域６０５と裏パターン６０２の領域６０５とが重なる中央の部分（中央部）７１５においてはスリットが一致しており、短冊は互い違いにはならずに重ね合わせられる。

【0046】

その結果、左右の部分７１４では、短冊が互い違いになっていることで、バードケージ型コイルのリング電流、すなわち周方向の電流をうまく流すことができ、またさらに、スリットによって切れずに周方向につながっている部分７０３とその両側の部分とで、表裏の銅箔で構成されるキャパシタを介して周方向に電流をつなげることができる。一方、中央部７１５については、バードケージ型コイル２００のラング導体が配置されていて、周方向の電流は生じないので、この部分では互い違いにする必要はなく、また、互い違いにしない方が表裏の１つの短冊同士の重なる面積が増える利点がある。

【0047】

本実施形態のＲＦシールドの効果を、図９に示した先行技術のＲＦシールドの薄膜パターンと比較して説明する。

【0048】

先行技術のＲＦシールドの薄膜パターンは、図９に示したように、短冊（タイル）を設けること、バードケージ型コイルのリング導体とそれを接続するラング導体とに対応して、表裏それぞれについて、軸方向の左右と中央部分とでパターンを異ならせており、本実施形態のＲＦシールドと共通している。

【0049】

しかし、先行技術の薄膜パターンは、中心部では短冊の長手方向が軸方向、両端部では周方向であるのに対し、本実施形態では、短冊の長手方向はすべて軸方向である。また先行技術のパターンでは、短冊状のスリットの太さが各所で異なるので傾斜磁場による渦電流も不均一に発生し、発熱分布の予想が難しくなるが、本実施形態のＲＦシールドのパターンでは、短冊の幅がどこでも等しいので渦電流による発熱が主に傾斜磁場コイルの作る磁場の強弱に応じて発生し、予想や対策がしやすいという利点もある。

【0050】

さらに図８に示したように、円筒状の傾斜磁場コイルにおいて、XあるいはY方向の傾斜磁場が一番強い点は中心から距離Ｄ５０２離れた場所であり、その部分で渦電流が過大にならないように短冊の幅を決める必要がある。このため先行技術のＲＦシールドでは、図１０に示すように、両端の短冊の幅は、端部に近い側８０２で狭く、リング導体の近く８０３では表裏のパターンが重なる面積をなるべく増やすために広くすることが望ましく、すなわち幅を段階的に変える設計が必要となる。また、この部分では周方向に短冊ができているため、短冊の幅をWとし、円筒の1周の長さをLとすると、表裏の重なる面積はW×L/2である。

【0051】

一方、本実施形態のＲＦシールドでは、距離Ｄ５０２の場所で渦電流が過大にならないような幅を１つ決めれば良く、短冊の幅は1種類で済む。また、この部分（距離Ｄ５０２の位置）の表裏のパターンは、短冊どうしが周方向につながっているので、領域６０４の幅、すなわち７１４の長さをVとすると、重なり面積はV×Lとなる。短冊の幅（７０２）Wに対し、７１４の長さVはWの７倍程度とすることができるで、短冊の重なり面積V×Lは、先行技術における重なり面積W×L/2の１４倍ほど大きくなる。すなわち１４倍表裏のパターンで構成するキャパシタの容量が大きく、キャパシタのインピーダンス成分は1/１４となり、前述のRF周波数における電気伝導度の向上（複素インピーダンスの減少）に大きく寄与することになる。

【0052】

さらに、複数の短冊が隣接する点についてみると、本実施例では２つの領域６０４、６０５の短冊が交互に配列しているため、例えば一つの面では図７に示す位置７１１で表裏の片面だけで３つの短冊が合わさるが、従来技術では、円筒軸方向の両側の領域１９２、１９４のパターンは表裏の片面だけで４つの短冊が合わさる点が多く存在する。電磁界シミュレーションによれば、バードケージ型コイルの鏡像電流が比較的大きな部分に、多くの短冊の角が集まる点があると、局所的に大きなＲＦ電流が流れて発熱する場合があることがわかっており、ＲＦ局所電流は、短冊が３つ集まる点よりも４つ集まる点の方が数倍おおきくなることが予想される。従って本実施例の構成は、従来技術のパターンに比べて、ＲＦ局所電流による発熱を抑制する効果も高い。

【0053】

以上説明したように、本実施形態のＲＦシールドによれば、表裏の薄膜パターンを（１）軸方向の長さが異なる二つの領域に分割し、いずれの領域にも長手方向が円筒の軸方向となる短冊を形成し、（２）円筒の両端側に短冊が周方向につながる部分を設ける、構成とすることにより、傾斜磁場に起因する渦電流の発生とそれによる発熱を抑制しながら、ＲＦ周波数における電気伝導度を向上し、コイルの照射効率を高く維持することができる、という効果を得ることができる。さらに、本実施形態のＲＦシールドによれば、傾斜磁場強度が高くなる円筒の軸方向両端側で表裏を合わせた短冊の作るキャパシタ面積を広く取ることで、RF周波数における電気伝導度を向上し、コイルの照射効率を高く維持することができる。

【0054】

＜実施例２＞
本実施例のＲＦシールドの薄膜パターンは、実施例１のＲＦシールドのパターンと同様に、表裏、各1か所で短冊が円筒軸方向に分割され、かつ、周方向にも分割されているが、実施例１では円筒軸方向に分割された２つの領域で、短冊が半幅ずれて作られているが、本実施例では、２つの領域で短冊の幅方向（円周方向）のずれはなく、代わりに、表パターンと裏パターンとで、短冊が周方向に半幅ずれていることが異なる。

【0055】

以下、図１１及び図１２を参照して、本実施例のＲＦシールドの薄膜パターンを説明する。図１１は、表パターン1101と裏パターン1102を示す図で、図６と同様に、円筒状のＲＦシールドを円筒の軸を中心として周方向に展開した状態を示している。また図１２は、表パターン1101と裏パターン1102とを重ねた状態を示し、裏パターンは点線で示している。

【0056】

表パターン1101は、切断部1114によりパターンが切断され、円筒軸方向に２つの領域1104、1105に分割される。領域1105は、軸方向の中央を含み、領域1104より広い。さらに表パターン1101は、切断部1111によりパターンが切断され、展開した状態では４つの領域（島）に分かれている。各領域は、円筒軸方向から短冊を形成する形でスリット1103が入るが、それぞれの短冊は２か所（1113で示す位置）で周方向につながる部分がある。また上端及び下端の短冊は、それ以外の短冊の幅（周方向の長さ）の半幅である。

【0057】

このような表パターン1101は、丸めて円筒状にした際に、半分の幅の短冊は電気的に接続される。すなわち端部1112が導体の接続が切れた切断部となる。

【0058】

裏パターン1102も、切断部1114で円筒の軸方向に分割される。切断部1114の位置は、表パターンの切断部1114の位置と、左右対称の関係にある。裏パターン1102は円筒軸方向にパターンを切断する切断部（表パターンの切断部1111）はない。結果として裏パターン1102は２つの島に分割される。裏パターン1102にも、表パターン1101と同様に、円筒軸方向から短冊を形成する形でスリットが入り、それぞれの短冊は２か所（1113で示す位置）で周方向につながる部分がある。すべての短冊の幅は、表パターン1101の上下の短冊以外の短冊と同じ幅である。

【0059】

このような裏パターン1102は、丸めて円筒状にした際に、上下の短冊同士は電気的に接続されない。

【0060】

これらのパターンの表裏一体化した状態では、図１２に示すように、Ｘ傾斜磁場コイルの強度が高い端部側では、実施例１と同様の短冊の配置となっており、実施例１と同様に、渦電流の発生を制限することができる。また位置1113においてバードケージ型コイルのリング導体に流れる電流、即ち周方向に流れる電流に沿ってパターンが連続しているので、ＲＦ周波数における電気伝導度を向上し、コイルの照射効率を高く維持することができる。すなわち本実施例のパターンでも実施例１と同様の効果を得ることができる。

【0061】

なお複数の短冊が合わさる点については、実施例１では、一面のパターンで見ると表裏の片面だけで最大３つの短冊が合わさる点があったのに対し、本実施例では、例えば点1211等で表裏の片面だけで４つの短冊が合わさるため、それらの点が、バードケージ型コイルの鏡像電流が大きい部分にあると局所的に大きなRF電流が流れる可能性があるが、切断部1114の位置を調整することで、回避することができる。

【0062】

また本実施例の薄膜パターンは、円筒状にする際に表裏２つのパターンのうち一方だけを上下で電気接続すればよいので、表裏両面に電気接続箇所がある実施例１の薄膜パターンと比較してＲＦシールドの製造を容易にできる。例えば接続作業をしやすい内側のパターンのみを図１１に示す表パターンとしておくことで、シート状に表裏パターンを形成した後、裏パターンを外側にして円筒状に丸め、その状態で内側から電気的な接続を行えばよいので作業性が向上する。

【0063】

以上、説明したように、本発明のＲＦシールドは、長手方向が円筒軸方向となる短冊で構成し、少なくとも円筒の両側では表裏の短冊が互い違いに重なり短冊がつながる部分を持つことが特徴であり、それによって傾斜磁場による渦電流の発生とそれに伴う発熱を抑制し、またＲＦ周波数における電気伝導度を向上し、ＲＦコイルの照射効率を高く維持することができる。このような本発明のＲＦシールドは、パターンが単純で、従来技術のように短冊の幅を異なる長さをいくつも考慮して決定する必要がなく、主に短冊がつながる部分（接続部）の長さ（７０３）と短冊の幅W（７０２）を決めるだけでよいので、設計が簡単である。

【符号の説明】

【0064】

１００：ＭＲＩ装置、１０１：マグネット、１０２：傾斜磁場コイル、１０３：ＲＦアンテナ、１０４：送受信機、１０５：データ処理部、１０６：送受信ケーブル、１０７：傾斜磁場制御ケーブル、１０８：表示装置、１０９：傾斜磁場電源、１１１：ベッド、１１２：被検体、２００：バードケージ型コイル、２０３：リング導体、２０４：ラング導体、３００：ＲＦシールド、４０２，４０３，４０４：傾斜磁場コイル、６０１，６０２：RFシールドのパターン（表と裏）、１１０１，１１０２：RFシールドのパターン（表と裏）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】