DE112022002102T5

DE112022002102T5 - Vorrichtung zur bildgebung mit magnetpartikeln

Info

Publication number: DE112022002102T5
Application number: DE112022002102.0T
Authority: DE
Inventors: Kota NOMURA; Tetsuya Matsuda; Kazuki Yamauchi; Masaomi Washino
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2021-04-13
Filing date: 2022-03-29
Publication date: 2024-02-29
Also published as: WO2022220113A1; JPWO2022220113A1; CN117241730A; US20240111007A1

Abstract

Ein Paar von ersten Messspulen (3) ist angeordnet, um Magnetpartikel (1) einzuschließen. Ein Paar von zweiten Messspulen (4) ist angeordnet, um Magnetpartikel (1) und das Paar von ersten Messspulen (3) einzuschließen. Ein Paar von Spulen (5) zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds ist angeordnet, um Magnetpartikel (1), das Paar von ersten Messspulen (3) und das Paar von zweiten Messspulen (4) einzuschließen. Eine Messvorrichtung gibt ein Signal aus, das eine Differenz zwischen einem von dem Paar von ersten Messspulen (3) gemessenen Signal und einem von dem Paar von zweiten Messspulen (4) gemessenen Signal darstellt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Vorrichtung zur Bildgebung mit Magnetpartikeln.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Es ist eine Vorrichtung zur Bildgebung mit Magnetpartikeln bekannt, die eine Spule zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfeldes und eine Einheit zur Anlegung eines Gleichstrom-Magnetfeldes beinhaltet. Bei dieser Vorrichtung ist es möglich, Verteilungsinformationen der Magnetpartikel durch Abtasten einer Relativposition zwischen einer nahezu feldfreien Region und den Magnetpartikeln zu erhalten, da lediglich Magnetpartikel in einer feldfreien Region, die durch die Einheit zur Anlegung eines Gleichstrom-Magnetfelds erzeugt wird, hinsichtlich der Magnetisierung aufgrund eines Anregungsmagnetfelds schwanken. In einem Fall, in dem die nahezu feldfreie Region linear gebildet wird (FFL: feldfreie Linie), ist es möglich, ein Signal zur Messung in einer linearen Region zu integrieren; daher kann eine Signalstärke erhöht werden (siehe zum Beispiel NPL 1).
ENTGEGENHALTUNGSLISTE
NICHTPATENTLITERATUR
NPL 1: „Development of a system for magnetic particle imaging using neodymium magnets and gradiometer“, Kenya Murase et al, Jpn. J. Appl. Phys. 53 067001 (2014)
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Da bei der in NPL 1 beschriebenen Vorrichtung zur Bildgebung mit Magnetpartikeln das Empfindlichkeitszentrum der Messspule und die lineare Position der linearen nahezu feldfreien Region FFL nicht auf eine mechanisch strukturelle Weise bestimmt werden können, ist es nicht leicht, das Empfindlichkeitszentrum der Messspule und die Position der linearen nahezu feldfreien Region FFL miteinander in Einklang zu bringen. Falls das Empfindlichkeitszentrum der Messspule nicht mit der Position der linearen nahezu feldfreien Region FFL zusammenfällt, kann der Spitzenwert der Empfindlichkeit nicht erhalten werden und die Detektionsgenauigkeit ist nicht hoch.
Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht daher darin, eine Vorrichtung zur Bildgebung mit Magnetpartikeln bereitzustellen, die eine höhere Detektionsgenauigkeit als zuvor aufweist.
LÖSUNG DES PROBLEMS
Eine Vorrichtung zur Bildgebung mit Magnetpartikeln der vorliegenden Offenbarung beinhaltet: ein Paar von Spulen zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfeldes, um ein Wechselstrom-Magnetfeld anzuregen; eine Einheit zur Anlegung eines Gleichstrom-Magnetfeldes, um eine lineare nahezu feldfreie Region zu erzeugen, sodass sich der Magnetismus von Magnetpartikeln, die in einem Prüfgegenstand enthalten sind, ändert; und eine Vorrichtung zur Messung einer Magnetismusänderung, um eine Magnetismusänderung in den Magnetpartikeln zu messen. Die Vorrichtung zur Messung einer Magnetismusänderung beinhaltet: ein Paar von ersten Messspulen; ein Paar von zweiten Messspulen; und eine Messvorrichtung. Das Paar von ersten Messspulen ist angeordnet, um die Magnetpartikel einzuschließen. Das Paar von zweiten Messspulen ist angeordnet, um die Magnetpartikel und das Paar von ersten Messspulen einzuschließen. Das Paar von Spulen zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfeldes ist angeordnet, um die Magnetpartikel, das Paar von ersten Messspulen und das Paar von zweiten Messspulen einzuschließen. Die Messvorrichtung gibt ein Signal aus, das eine Differenz zwischen einem von dem Paar von ersten Messspulen gemessenen Signal und einem von dem Paar von zweiten Messspulen gemessenen Signal darstellt.
VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Bei der Vorrichtung zur Bildgebung mit Magnetpartikeln der vorliegenden Offenbarung ist das Paar von ersten Messspulen angeordnet, um die Magnetpartikel einzuschließen, ist das Paar von zweiten Messspulen angeordnet, um die Magnetpartikel und das Paar von ersten Messspulen einzuschließen, und ist das Paar von Spulen zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfeldes angeordnet, um die Magnetpartikel, das Paar von ersten Messspulen und das Paar von zweiten Messspulen einzuschließen. Die Messvorrichtung gibt ein Signal aus, das eine Differenz zwischen einem von dem Paar von ersten Messspulen gemessenen Signal und einem von dem Paar von zweiten Messspulen gemessenen Signal darstellt. Die vorliegende Offenbarung ermöglicht es, die Position des Empfindlichkeitszentrums der Messspule und die Position von FFL auf mechanisch strukturelle Weise zu bestimmen; daher ist es möglich, eine höhere Detektionsgenauigkeit als zuvor zu erreichen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1(a) ist eine Darstellung einer Spule zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds und eines Paars von Messspulen eines Referenzpaars aus einer bestimmten Richtung betrachtet. 1(b) ist eine Darstellung der Spule zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds und des Paars von Messspulen des Referenzbeispiels aus einer anderen Richtung betrachtet.
2 ist eine Darstellung, die eine Konfiguration einer Vorrichtung zur Bildgebung mit Magnetpartikeln einer Ausführungsform veranschaulicht.
3(a) ist eine Darstellung eines Paars von Spulen 5 zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds, eines Paars von ersten Messspulen 3 und eines Paars von zweiten Messspulen 4 einer ersten Ausführungsform aus einer bestimmten Richtung betrachtet. 3(b) ist eine Darstellung des Paars von Spulen 5 zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds, des Paars von ersten Messspulen 3 und des Paars von zweiten Messspulen 4 der ersten Ausführungsform aus einer anderen Richtung betrachtet.
4 ist eine Darstellung, die eine Spulenempfindlichkeit an jeder Position veranschaulicht.
5(a) ist eine Darstellung eines Paars von Spulen 5 zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds, eines Paars von ersten Messspulen 3 und eines Paars von zweiten Messspulen 4 einer zweiten Ausführungsform aus einer bestimmten Richtung betrachtet. 5(b) ist eine Darstellung eines Paars von Spulen 5 zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds, eines Paars von ersten Messspulen 3 und eines Paars von zweiten Messspulen 4 der zweiten Ausführungsform aus einer anderen Richtung betrachtet.
6 ist eine Darstellung, die ein Paar von Spulen 5 zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds, ein Paar von ersten Messspulen 3 und ein Paar von zweiten Messspulen 4 einer dritten Ausführungsform veranschaulicht.
7 ist eine Darstellung, die ein Paar von Spulen 5 zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds, ein Paar von ersten Messspulen 3 und ein Paar von zweiten Messspulen 4 einer vierten Ausführungsform veranschaulicht.
8 ist eine Darstellung, die ein Paar von Spulen 5 zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds, ein Paar von ersten Messspulen 3 und ein Paar von zweiten Messspulen 4 einer fünften Ausführungsform veranschaulicht.
9 ist eine Darstellung, die ein Paar von Spulen 5 zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds, ein Paar von ersten Messspulen 3 und ein Paar von zweiten Messspulen 4 und einen Positionssteuermechanismus 51 einer sechsten Ausführungsform veranschaulicht.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsformen werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Referenzbeispiel
Als ein Referenzbeispiel wird eine Vorrichtung zur Bildgebung mit Magnetpartikeln, die in NPL 1 beschrieben ist, beschrieben.
1(a) ist eine Darstellung einer Spule zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds und eines Paars von Messspulen eines Referenzpaars aus einer bestimmten Richtung betrachtet. 1(b) ist eine Darstellung der Spule zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds und des Paars von Messspulen des Referenzbeispiels aus einer anderen Richtung betrachtet.
Ein Prüfgegenstand 2 beinhaltet Magnetpartikel 1. Das Paar von Messspulen beinhaltet eine Messspule 23 und eine Messspule 24. Richtungen einer Mittelachse 5c eines Paars von Spulen 5 zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds, einer Mittelachse 23c der Messspule 23 und einer Mittelachse 24c der Messspule 24 sind eine X-Achsen-Richtung. Die Magnetpartikel 1 sind in der Messspule 23 angeordnet. Eine Richtung einer Linie einer linearen nahezu feldfreien Region FFL, die durch den statischen Magnetfeldgenerator gebildet wird, ist die X-Achsen-Richtung.
Zur Durchführung einer Bildgebung mit Magnetpartikeln werden die Positionen der Einheit zur Anlegung eines Gleichstrom-Magnetfelds, des Paars von Spulen 5 zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds, der Messspule 23 und der Messspule 24 derart verändert, dass sich eine Richtung des Wechselstrom-Magnetfelds und der linearen nahezu feldfreien Region FFL auf einer XZ-Ebene drehen.
In dem Referenzbeispiel ist die Richtung des Wechselstrom-Magnetfelds senkrecht zu der Richtung der Linie der linearen nahezu feldfreien Region FFL. In dem Referenzbeispiel ergibt sich in einem Fall, in dem die Richtung des Wechselstrom-Magnetfelds und die Richtung der Linie der linearen nahezu feldfreien Region FFL so angeordnet sind, dass sie parallel zueinander verlaufen, ein folgendes Problem. Wenn die Richtung des Wechselstrom-Magnetfelds und der linearen nahezu feldfreien Region FFL gedreht werden, um eine Bildgebung mit Magnetpartikeln durchzuführen, kollidiert jede Komponente mit dem Prüfgegenstand 2. Daher können in einem Fall, in dem die Vorrichtung zur Bildgebung mit Magnetpartikeln wie in dem Referenzbeispiel konfiguriert ist, die Richtung des Wechselstrom-Magnetfelds und die Richtung der Linie der linearen nahezu feldfreien Region FFL nicht parallel zueinander verlaufen.
In dem Fall, in dem die Richtung des Wechselstrom-Magnetfelds senkrecht zur Richtung der Linie der linearen nahezu feldfreien Region FFL ist, besteht wie in dem Referenzbeispiel ein Problem, dass die lineare nahezu feldfreie Region FFL vibriert. Dies liegt daran, dass die lineare nahezu feldfreie Region FFL dadurch gestört wird, dass das Wechselstrom-Magnetfeld auf die gleiche Richtung wie die Magnetfelder angelegt wird, die sich gegenseitig unterdrücken.
Da ein Empfindlichkeitszentrum der Messspule und die Position der linearen nahezu feldfreien Region FFL nicht auf eine mechanisch strukturelle Weise bestimmt werden können, ist es, wie vorstehend in dem Referenzbeispiel beschrieben, nicht leicht, das Empfindlichkeitszentrum der Messspule und die Position der linearen nahezu feldfreien Region FFL miteinander in Einklang zu bringen.
Erste Ausführungsform
2 ist eine Darstellung, die eine Konfiguration einer Vorrichtung zur Bildgebung mit Magnetpartikeln einer Ausführungsform veranschaulicht. Die Vorrichtung zur Bildgebung mit Magnetpartikeln beinhaltet eine Einheit 6 zur Anlegung eines Gleichstrom-Magnetfelds, eine Einheit 11 zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds und eine Vorrichtung 14 zur Messung einer Magnetismusänderung.
Die Einheit 6 zur Anlegung eines Gleichstrom-Magnetfelds erzeugt eine lineare nahezu feldfreie Region FFL, um den Magnetismus der Magnetpartikel 1, die in dem Prüfgegenstand 2 beinhaltet sind, zu ändern. Die Einheit 6 zur Anlegung eines Gleichstrom-Magnetfelds bildet eine lineare nahezu feldfreie Region FFL in einer Bildgebungsregion, in der der Prüfgegenstand 2 platziert wird. Konkret beinhaltet die Einheit 6 zur Anlegung eines Gleichstrom-Magnetfelds zum Beispiel zwei Permanentmagneten, die so angeordnet sind, dass sie einander zugewandt sind, wobei die Magnetisierungseigenschaften der Permanentmagneten zueinander umgekehrt sind. Alternativ kann die Einheit 6 zur Anlegung eines Gleichstrom-Magnetfelds zwei miteinander verbundene Permanentmagneten oder Elektromagneten beinhalten, deren Magnetisierungen so ausgeführt sind, dass sie einander durch Joche gegenüberliegen.
Die Einheit 11 zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds wendet ein Wechselstrom-Magnetfeld auf die Bildgebungsregion an, in der der Prüfgegenstand 2 platziert wird. Die Einheit 11 zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds beinhaltet spezifisch: eine Wechselstrom-Leistungsversorgung 10; und ein Paar von Spulen 5 zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds, das mit der Wechselstrom-Leistungsversorgung 10 verbunden ist, um das Wechselstrom-Magnetfeld anzuregen. In 2 beinhaltet das Paar von Spulen 5 zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds Spulen 5a und 5b zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds, die in Reihe geschaltet sind.
Die Vorrichtung 14 zur Messung einer Magnetismusänderung misst eine Magnetismusänderung in den Magnetpartikeln. Die Vorrichtung 14 zur Messung einer Magnetismusänderung beinhaltet ein Paar von ersten Messspulen 3; ein Paar von zweiten Messspulen 4 und eine Messvorrichtung 13. In 2 beinhaltet das Paar von ersten Messspulen 3 erste Messspulen 3a und 3b, die in Reihe geschaltet sind, und beinhaltet das Paar von zweiten Messspulen 4 zweite Messspulen 4a und 4b, die in Reihe geschaltet sind.
Eine Wickelrichtung der ersten Messspulen 3a und 3b, die das Paar von ersten Messspulen 3 bilden, und eine Wickelrichtung der zweiten Messspulen 4a und 4b, die das Paar von zweiten Messspulen 4 bilden, sind zueinander entgegengesetzt.
Wenn eine Bildgebung mit Magnetpartikeln durchgeführt wird, wird eine Messposition abgetastet, indem eine Relativposition der linearen nahezu feldfreien Region FFL, in Bezug auf den Prüfgegenstand 2, die durch die Einheit 6 zur Anlegung eines Gleichstrom-Magnetfelds gebildet wird, geändert wird. Um die Relativposition zu ändern, gibt es zwei Verfahren. In einem Verfahren werden die Einheit 6 zur Anlegung eines Gleichstrom-Magnetfelds, das Paar von Spulen 5 zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds, das Paar von ersten Messspulen 3 und das Paar von zweiten Messspulen 4 mechanisch bewegt und in dem anderen Verfahren wird der Prüfgegenstand 2 mechanisch bewegt.
Es wird davon ausgegangen, dass ein Signal, das in dem Paar von ersten Messspulen 3 durch die Einheit 11 zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds erzeugt wird, AC1 ist.
Es wird davon ausgegangen, dass ein Signal, das in dem Paar von zweiten Messspulen 4 durch die Einheit 11 zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds erzeugt wird, AC2 ist.
Es wird davon ausgegangen, dass ein Signal, das in dem Paar von ersten Messspulen 3 durch Magnetpartikel 1 erzeugt wird, M1 ist.
Es wird davon ausgegangen, dass ein Signal, das in dem Paar von zweiten Messspulen 4 durch Magnetpartikel 1 erzeugt wird, M2 ist.
Ein Signal V 1, das von dem Paar von ersten Messspulen 3 erzeugt wird, wird wie folgt ausgedrückt. $V 1 = AC 1 + M 1$
Ein Signal V2, das von dem Paar von zweiten Messspulen 4 erzeugt wird, wird wie folgt ausgedrückt.
$V 2 = AC 2 + M 2$
Die Messvorrichtung 13 gibt ein Signal ΔV aus, das eine Differenz zwischen dem Signal V1, das von dem Paar von ersten Messspulen 3 erzeugt wird, und dem Signal V2, das von dem Paar von zweiten Messspulen 4 erzeugt wird, darstellt.
$Δ V = V 1 - V 2 = (AC 1 + M 1) - (AC 2 + M 2)$
3(a) ist eine Darstellung des Paars von Spulen 5 zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds, des Paars von ersten Messspulen 3 und des Paars von zweiten Messspulen 4 der ersten Ausführungsform aus einer bestimmten Richtung betrachtet. 3(b) ist eine Darstellung des Paars von Spulen 5 zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds, des Paars von ersten Messspulen 3 und des Paars von zweiten Messspulen 4 der ersten Ausführungsform aus einer anderen Richtung betrachtet.
Das Paar von ersten Messspulen 3 ist angeordnet, um Magnetpartikel 1 und den Prüfgegenstand 2, der Magnetpartikel 1 beinhaltet, einzuschließen. Das Paar von ersten Messspulen 3 beinhaltet erste Messspulen 3a und 3b. Die erste Messspule 3a und die erste Messspule 3b schließen Magnetpartikel 1 und den Prüfgegenstand 2 ein.
Das Paar von zweiten Messspulen 4 ist angeordnet, um Magnetpartikel 1, den Prüfgegenstand 2 und das Paar von ersten Messspulen 3 einzuschließen. Das Paar von zweiten Messspulen 4 beinhaltet zweite Messspulen 4a und 4b. Die zweite Messspule 4a und die zweite Messspule 4b schließen Magnetpartikel 1, den Prüfgegenstand 2, die erste Messspule 3a und die erste Messspule 3b ein.
Das Paar von Spulen 5 zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds ist angeordnet, um Magnetpartikel 1, den Prüfgegenstand 2, das Paar von ersten Messspulen 3 und das Paar von zweiten Messspulen 4 einzuschließen. Das Paar von Spulen 5 zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds beinhaltet Spulen 5a und 5b zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds. Die Spule 5a zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds und die Spule 5b zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds schließen Magnetpartikel 1, den Prüfgegenstand 2, die erste Messspule 3a, die erste Messspule 3b, die zweite Messspule 4a und die zweite Messspule 4b ein.
Eine Richtung einer Mittelachse 5c des Paars von Spulen zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds 5, einer Mittelachse 3c des Paars von ersten Messspulen 3 und einer Mittelachse 4c des Paars von zweiten Messspulen 4 sind eine erste Richtung (X-Achsen-Richtung). Vorzugsweise sind die Mittelachse 5c, die Mittelachse 3c und die Mittelachse 4c gemeinsam. Eine Richtung des Wechselstrom-Magnetfelds ist die erste Richtung (X-Achsen-Richtung). Zur X-Achse senkrechte Achsen sind eine Y-Achse und eine Z-Achse. 3(a) ist eine Darstellung, die eine XY-Ebene (Z = 0) veranschaulicht, die die X-Achse und die Y-Achse beinhaltet. 3(b) ist eine Darstellung, die eine XZ-Ebene (Y = 0) veranschaulicht, die die X-Achse und die Z-Achse beinhaltet.
Eine Richtung einer Linie einer linearen nahezu feldfreien Region FFL, die durch die Einheit 6 zur Anlegung eines Gleichstrom-Magnetfelds gebildet wird, und die erste Richtung (X-Achsen-Richtung) können im Wesentlichen parallel zueinander sein. Das heißt, ein Winkel, der durch die Richtung der Linie der linearen nahezu feldfreien Region FFL und der ersten Richtung (X-Achsen-Richtung) gebildet wird, kann in einem Bereich von ±5° liegen. Weiter bevorzugt kann die Richtung der Linie der linearen nahezu feldfreien Region FFL die erste Richtung (X-Achsen-Richtung) sein. Ferner überlappt eine Grundposition der linearen nahezu feldfreien Region FFL mit der gemeinsamen Mittelachse 5c (= 3c, 4c).
Ein Abstand zwischen der Spule 5a zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds und der Spule 5b zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds ist D1. Ein Abstand zwischen der zweiten Messspule 4a und der zweiten Messspule 4b ist D2. Der Abstand zwischen der ersten Messspule 3a und der ersten Messspule 3b ist D3. Es ist zu beachten, dass eine Beziehung D1 > D2 > D3 beibehalten wird. Die Spulenradien der Spule 5a zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds und der Spule 5b zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds sind R1. Die Spulenradien der zweiten Messspule 4a und der zweiten Messspule 4b sind R2. Die Spulenradien der ersten Messspule 3a und der ersten Messspule 3b sind R3. Es ist zu beachten, dass eine Beziehung R1 > R2 = R3 beibehalten wird.
Zur Durchführung einer Bildgebung mit Magnetpartikeln sind die Einheit 6 zur Anlegung eines Gleichstrom-Magnetfelds, das Paar von Spulen 5 zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds, das Paar von ersten Messspulen 3 und das Paar von zweiten Messspulen 4 dazu konfiguriert, in der XZ-Ebene drehbar zu sein, sodass sich die Mittelachsen 3c, 4c und 5c der Spulen, eine Richtung des Wechselstrom-Magnetfelds und die lineare nahezu feldfreie Region FFL auf der XZ-Ebene drehen. Alternativ kann sich der Prüfgegenstand 2, der die Magnetpartikel 1 beinhaltet, in der XZ-Ebene drehen.
Zur Durchführung einer Bildgebung mit Magnetpartikeln wird die Einheit 6 zur Anlegung eines Gleichstrom-Magnetfelds so bewegt, dass die lineare nahezu feldfreie Region FFL zusätzlich zur Drehung ferner eine Parallelverschiebung nach rechts und links zur Zentrierung an der Grundposition vornimmt.
4 ist eine Darstellung, die eine Spulenempfindlichkeit an jeder Position veranschaulicht.
Die Spulenempfindlichkeit stellt eine Größe eines angeregten Magnetfelds dar, wenn ein Strom durch eine Spule fließt, und stellt einen Einflussgrad einer induzierten Spannung, die in der Spule erzeugt wird, in Bezug auf einer Veränderung eines Magnetfelds, das an jeder Position erzeugt wird, dar. Wie in 4 veranschaulicht, nimmt die Spulenempfindlichkeit in der Messregion innerhalb des Paars von ersten Messspulen zu.
In der Vorrichtung zur Bildgebung mit Magnetpartikeln der ersten Ausführungsform sind die Richtung der Linie der linearen nahezu feldfreien Region FFL und die Richtung des Wechselstrom-Magnetfelds im Wesentlichen parallel zueinander. Ferner ist es in der Vorrichtung zur Bildgebung von Magnetpartikeln der ersten Ausführungsform möglich, leicht mit dem Empfindlichkeitszentrum der Messspule und der Position der linearen nahezu feldfreien Region FFL in Einklang gebracht zu werden. Daher weist die Vorrichtung zur Bildgebung von Magnetpartikeln der ersten Ausführungsform eine höhere Detektionsgenauigkeit auf als zuvor.
Zweite Ausführungsform
5(a) ist eine Darstellung eines Paars von Spulen 5 zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds, eines Paars von ersten Messspulen 3 und eines Paars von zweiten Messspulen 4 einer zweiten Ausführungsform aus einer bestimmten Richtung betrachtet. 5(b) ist eine Darstellung des Paars von Spulen 5 zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds, des Paars von ersten Messspulen 3 und des Paars von zweiten Messspulen 4 der zweiten Ausführungsform aus einer anderen Richtung betrachtet.
Das Paar von ersten Messspulen 3 ist angeordnet, um Magnetpartikel 1 einzuschließen. Das Paar von ersten Messspulen 3 beinhaltet erste Messspulen 3a und 3b. Die erste Messspule 3a und die erste Messspule 3b schließen Magnetpartikel 1 ein.
Das Paar von zweiten Messspulen 4 ist angeordnet, um Magnetpartikel 1 und das Paar von ersten Messspulen 3 einzuschließen. Das Paar von zweiten Messspulen 4 beinhaltet zweite Messspulen 4a und 4b. Die zweite Messspule 4a und die zweite Messspule 4b schließen Magnetpartikel 1, die erste Messspule 3a und die erste Messspule 3b ein.
Das Paar von Spulen 5 zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds ist angeordnet, um Magnetpartikel 1, das Paar von ersten Messspulen 3 und das Paar von zweiten Messspulen 4 einzuschließen. Das Paar von Spulen 5 zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds beinhaltet Spulen 5a und 5b zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds. Die Spule 5a zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds und die Spule 5b zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds schließen Magnetpartikel 1, die erste Messspule 3a, die erste Messspule 3b, die zweite Messspule 4a und die zweite Messspule 4b ein.
Eine Richtung einer Mittelachse 5c des Paars von Spulen zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds 5, einer Mittelachse 3c des Paars von ersten Messspulen 3 und einer Mittelachse 4c des Paars von zweiten Messspulen 4 sind eine erste Richtung (X-Achsen-Richtung). Vorzugsweise sind die Mittelachse 5c, die Mittelachse 3c und die Mittelachse 4c gemeinsam. Eine Richtung des Wechselstrom-Magnetfelds ist die erste Richtung (X-Achsen-Richtung). Zur X-Achse senkrechte Achsen sind eine Y-Achse und eine Z-Achse. 5(a) ist eine Darstellung, die eine XY-Ebene (Z = 0) veranschaulicht, die die X-Achse und die Y-Achse beinhaltet. 5(b) ist eine Darstellung, die eine YZ-Ebene (Y = 0) veranschaulicht, die die Y-Achse und die Z-Achse beinhaltet.
Eine Richtung einer Linie einer linearen nahezu feldfreien Region FFL, die durch die Einheit 6 zur Anlegung eines Gleichstrom-Magnetfelds gebildet wird, und die erste Richtung (X-Achsen-Richtung) können im Wesentlichen senkrecht zueinander sein. Das heißt, ein Winkel, der durch die Richtung der Linie der linearen nahezu feldfreien Region FFL und der ersten Richtung (X-Achsen-Richtung) gebildet wird, kann in einem Bereich von 90°±5° liegen. Weiter bevorzugt kann die Richtung der Linie der linearen nahezu feldfreien Region FFL die zweite Richtung (Y-Achsen-Richtung) sein.
Ein Abstand zwischen der Spule 5a zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds und der Spule 5b zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds ist D1. Ein Abstand zwischen der zweiten Messspule 4a und der zweiten Messspule 4b ist D2. Der Abstand zwischen der ersten Messspule 3a und der ersten Messspule 3b ist D3. Es ist zu beachten, dass eine Beziehung D1 > D2 > D3 beibehalten wird. Die Spulenradien der Spule 5a zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds und der Spule 5b zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds sind R1. Die Spulenradien der zweiten Messspule 4a und der zweiten Messspule 4b sind R2. Die Spulenradien der ersten Messspule 3a und der ersten Messspule 3b sind R3. Es ist zu beachten, dass eine Beziehung R1 > R2 = R3 beibehalten wird.
Zur Durchführung einer Bildgebung mit Magnetpartikeln sind die Einheit 6 zur Anlegung eines Gleichstrom-Magnetfelds, das Paar von Spulen 5 zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds, das Paar von ersten Messspulen 3 und das Paar von zweiten Messspulen 4 dazu konfiguriert, in der YZ-Ebene drehbar zu sein, sodass sich die Mittelachsen 3c, 4c und 5c der Spulen, eine Richtung des Wechselstrom-Magnetfelds und die lineare nahezu feldfreie Region FFL auf der YZ-Ebene drehen. Alternativ kann sich der Prüfgegenstand 2, der die Magnetpartikel 1 beinhaltet, in der YZ-Ebene drehen.
Zur Durchführung einer Bildgebung mit Magnetpartikeln wird die Einheit 6 zur Anlegung eines Gleichstrom-Magnetfelds so bewegt, dass die lineare nahezu feldfreie Region FFL zusätzlich zur Drehung ferner eine Parallelverschiebung nach rechts und links zur Zentrierung an der Grundposition vornimmt.
In der Vorrichtung zur Bildgebung mit Magnetpartikeln der zweiten Ausführungsform sind die Richtung der Linie der linearen nahezu feldfreien Region FFL und die Richtung des Wechselstrom-Magnetfelds im Wesentlichen senkrecht zueinander. Jedoch ist es in der Vorrichtung zur Bildgebung von Magnetpartikeln der zweiten Ausführungsform möglich, leicht mit dem Empfindlichkeitszentrum der Messspule und der Position der linearen nahezu feldfreien Region FFL in Einklang gebracht zu werden. Daher weist die Vorrichtung zur Bildgebung von Magnetpartikeln der zweiten Ausführungsform eine höhere Detektionsgenauigkeit auf als zuvor.
Dritte Ausführungsform
Eine dritte Ausführungsform betrifft ein Merkmal, das die Vorrichtungen zur Bildgebung mit Magnetpartikeln der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform ferner aufweisen.
6 ist eine Darstellung, die ein Paar von Spulen 5 zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds, ein Paar von ersten Messspulen 3 und ein Paar von zweiten Messspulen 4 der dritten Ausführungsform veranschaulicht.
Das Paar von Spulen 5 zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds ist eine Helmholtz-Spule. Das heißt, ein Radius R1 einer Spule 5a zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds und einer Spule 5b zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds entspricht einem Abstand D1 zwischen der Spule 5a zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds und der Spule 5b zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds. Infolgedessen ist ein Magnetfeld in der Nähe eines Mittelpunkts eines Raums, der durch eine Spule 5a zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds und eine Spule 5b zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds eingeschlossen ist, gleichmäßig.
Die Konfigurationen (Anzahl von Wicklungen, Spulenradien und dergleichen) einer ersten Messspule 3a und einer ersten Messspule 3b, die das Paar von ersten Messspulen 3 bilden, und einer zweiten Messspule 4a und einer zweiten Messspule 4b, die das Paar von zweiten Messspulen 4 bilden, sind gleich. Wenn die erste Messspule 3a, die erste Messspule 3b, die zweite Messspule 4a und die zweite Messspule 4b in einem Raum angeordnet sind, der zwischen der Spule 5a zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds und der Spule 5b zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds eingeschlossen ist, ist ein Ausmaß von Magnetfluss, der das Paar von ersten Messspulen 3 miteinander verbindet, und ein Ausmaß von Magnetfluss, der das Paar von zweiten Messspulen 4 miteinander verbindet, aufgrund der Gleichmäßigkeit des Magnetfelds der Helmholtz-Spule gleich.
Da bei der vorliegenden Ausführungsform die Gleichmäßigkeit des Wechselstrom-Magnetfelds an der linearen nahezu feldfreien Region FFL und an den Achsen 3c, 4c und 5c der Spulen verbessert wird, ist es möglich, eine Positionsabhängigkeit eines Signals von den Magnetpartikeln zu unterdrücken, die durch eine Verteilung des Wechselstrom-Magnetfelds verursacht wird.
Vierte Ausführungsform
Eine vierte Ausführungsform betrifft ein Merkmal, das die Vorrichtung zur Bildgebung mit Magnetpartikeln der ersten bis dritten Ausführungsform ferner aufweisen.
7 ist eine Darstellung, die ein Paar von Spulen 5 zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds, ein Paar von ersten Messspulen 3 und ein Paar von zweiten Messspulen 4 der vierten Ausführungsform veranschaulicht.
Auch wenn das Paar von Spulen 5 zur Anwendung eines Wechselstrom-Magnetfelds wie in der dritten Ausführungsform eine Helmholtz-Spule ist, wird nicht notwendigerweise ein vollständig gleichmäßiges Magnetfeld in dem Raum erzeugt, der zwischen den Spulen 5a und 5b zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds eingeschlossen ist. Das Signal AC1 und das Signal AC2, die jeweils in dem Paar von ersten Messspulen 3 und dem Paar von zweiten Messspulen 4 durch die Einheit 11 zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds erzeugt werden, werden mit Rauschen gemischt.
Ein durch eine Spule gemessenes Signal ist zu einer Anzahl von Wicklungen der Spule und einer Querschnittsfläche der Spule proportional; daher kann, um Rauschen zu entfernen, die Anzahl von Wicklungen der Spule oder die Querschnittsfläche der Spule eingestellt werden.
Eine zweite Messspule 4a befindet sich näher an der Spule 5a zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds als die erste Messspule 3a und die zweite Messspule 4b befindet sich näher an der Spule 5b zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds als die erste Messspule 3b. Wenn also eine Anzahl von Wicklungen N2 und eine Querschnittsfläche S2 von zweiten Messspulen 4a und 4b gleich einer Anzahl von Wicklungen N3 und einer Querschnittsfläche S3 von ersten Messspulen 3a und 3b ist, wird eine Beziehung AC2 > AC1 beibehalten.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die Querschnittsfläche S2 der zweiten Messspulen 4a und 4b kleiner als die Querschnittsfläche S3 der ersten Messspulen 3a und 3b gemacht, sodass eine Gleichung AC2 = AC1 erfüllt ist. Konkret werden in der vorliegenden Ausführungsform eine Position des Paars von ersten Messspulen 3, eine Position des Paars von zweiten Messspulen 4, die Querschnittsfläche jeder Spule des Paars von ersten Messspulen 3 und die Querschnittsfläche jeder Spule des Paars von zweiten Messspulen 4 so eingestellt, dass ein Vernetzungsmagnetfluss des Paars von ersten Messspulen 3 und ein Vernetzungsmagnetfluss des Paars von zweiten Messspulen 4, die durch das Wechselstrom-Magnetfeld verursacht werden, das durch das Paar von Spulen 5 zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds erzeugt wird, zueinander gleich sind. Als Ergebnis lautet die Differenzspannung ΔV wie folgt.
$Δ V = M 1 - M 2$
Ferner ist, da die Querschnittsfläche S2 der zweiten Messspulen 4a und 4b kleiner als die Querschnittsfläche S3 der ersten Messspulen 3a und 3b ist, M1 größer und M2 kleiner. Folglich kann ΔV größer sein.
Die vorliegende Ausführungsform ermöglicht es, das durch das Wechselstromfeld verursachte Signal zu reduzieren, wobei das Signal Rauschen verursacht, und die Signalstärke zu erhöhen, die durch Magnetisierungsschwankungen der Magnetpartikel verursacht wird, wobei die Magnetisierungsschwankung ein Messziel ist. Infolgedessen kann ein S/N deutlich verbessert werden.
Fünfte Ausführungsform
Eine fünfte Ausführungsform betrifft ein Merkmal, das die Vorrichtung zur Bildgebung mit Magnetpartikeln der ersten bis vierten Ausführungsform ferner aufweisen.
8 ist eine Darstellung, die ein Paar von Spulen 5 zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds, ein Paar von ersten Messspulen 3 und ein Paar von zweiten Messspulen 4 der fünften Ausführungsform veranschaulicht.
Das Paar von ersten Messspulen 3 ist eine Helmholtz-Spule. Das heißt, ein Radius R3 einer ersten Messspule 3a und einer ersten Messspule 3b entspricht einem Abstand D3 zwischen der ersten Messspule 3a und der ersten Messspule 3b.
Als Ergebnis kann die Gleichmäßigkeit einer Spulenempfindlichkeitsverteilung in der Richtung der Linie der linearen nahezu feldfreien Region FFL, anders ausgedrückt, in einer Messregion verbessert werden, sodass eine räumliche Abhängigkeit der Magnetpartikel reduziert werden kann.
Sechste Ausführungsform
Eine sechste Ausführungsform betrifft ein Merkmal, das die Vorrichtung zur Bildgebung mit Magnetpartikeln der ersten Ausführungsform ferner aufweist.
9 ist eine Darstellung, die ein Paar von Spulen 5 zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds, ein Paar von ersten Messspulen 3 und ein Paar von zweiten Messspulen 4 und einen Positionssteuermechanismus 51 der sechsten Ausführungsform veranschaulicht.
Da das Paar von Spulen 5 zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds, das Paar von ersten Messspulen 3 und das Paar von zweiten Messspulen 4 denen in der ersten Ausführungsform ähnlich sind, wird die Beschreibung davon nicht wiederholt. Jedoch kann eine Position einer Spule 5b zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds des Paars von Spulen 5 zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds geändert werden.
Der Positionssteuermechanismus 51 beinhaltet zum Beispiel eine lineare Führung. Der Positionssteuermechanismus 51 kann die Position der Spule 5b zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds in einer axialen Richtung der Spule 5b zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds, mit anderen Worten in einer Richtung der Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds, kontinuierlich ändern. Infolgedessen kann ein Abstand D1 zwischen der Spule 5a zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds und der Spule 5b zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds geändert werden.
Mit der vorliegenden Ausführungsform kann ein Magnetfeld, das das Paar von ersten Messspulen 3 und das Paar von zweiten Messspulen 4 miteinander verbindet, eingestellt werden, und ein Signal AC1, das in dem Paar von ersten Messspulen 3 erzeugt wird, und ein Signal AC2, das in dem Paar von zweiten Messspulen 4 erzeugt wird, können so gleich wie möglich eingestellt werden. Folglich kann die Detektionsgenauigkeit höher sein.
In der vorstehenden Ausführungsform ändert der Positionssteuermechanismus die Position der Spule 5b zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds des Paars von Spulen 5 zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds in der axialen Richtung der Spule 5b zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds, jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Der Positionssteuermechanismus kann eine Position der Spule 5a zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds in einer axialen Richtung der Spule 5a zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds ändern oder kann die Positionen der Spule 5a zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds und die Position der Spule 5b zur Anlegung eines Wechselstrommagnetfelds in einer axialen Richtung des Paar von Spulen 5 zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds ändern.
Es versteht sich, dass die in dieser Schrift offenbarten Ausführungsformen in jeder Hinsicht veranschaulichend und nicht einschränkend sind. Der Umfang der vorliegenden Offenbarung ist nicht durch die vorstehende Beschreibung definiert, sondern durch die Ansprüche, und soll Bedeutungen einschließen, die den Ansprüchen und allen Modifikationen innerhalb des Umfangs entsprechen.
BEZUGSZEICHENLISTE
1: Magnetpartikel, 2: Prüfgegenstand, 3: Paar von ersten Messspulen, 3a, 3b: erste Messspule, 4: Paar von zweiten Messspulen, 4a, 4b: zweite Messspule, 5: Paar von Spulen zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds, 5a, 5b: Spule zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds, 6: Einheit zur Anlegung eines Gleichstrom-Magnetfelds, 10: Wechselstrom-Leistungsversorgung, 11: Einheit zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds, 13: Messvorrichtung, 14: Vorrichtung zur Messung einer Magnetismusänderung, 23, 24: Messspule, 51: Positionssteuermechanismus, FFL: lineare nahezu feldfreie Region

Claims

Vorrichtung zur Bildgebung mit Magnetparikeln, umfassend: ein Paar Spulen zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds, um ein Wechselstrom-Magnetfeld anzuregen; eine Einheit zur Anlegung eines Gleichstrom-Magnetfeldes, um eine lineare nahezu feldfreie Region zu erzeugen, sodass sich der Magnetismus von Magnetpartikeln, die in einem Prüfgegenstand enthalten sind, ändert; und eine Vorrichtung zur Messung einer Magnetismusänderung, um eine Magnetismusänderung in den Magnetpartikeln zu messen, wobei die Vorrichtung zur Messung einer Magnetismusänderung Folgendes beinhaltet: ein Paar von ersten Messspulen; ein Paar von zweiten Messspulen; und eine Messvorrichtung, wobei das Paar erster Messspulen angeordnet ist, um die Magnetpartikel einzuschließen, das Paar zweiter Messspulen angeordnet ist, um die Magnetpartikel und das Paar erster Messspulen einzuschließen, das Paar der Spulen zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfeldes angeordnet ist, um die Magnetpartikel, das Paar erster Messspulen und das Paar zweiter Messspulen einzuschließen, und die Messvorrichtung ein Signal ausgibt, das eine Differenz zwischen einem von dem Paar erster Messspulen gemessenen Signal und einem von dem Paar zweiter Messspulen gemessenen Signal darstellt.
Vorrichtung zur Bildgebung mit Magnetpartikeln nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Positionssteuerungsmechanismus, um einen Abstand zwischen dem Paar von Spulen zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds zu ändern.
Vorrichtung zur Bildgebung mit Magnetpartikeln nach Anspruch 2, wobei der Positionssteuerungsmechanismus dazu konfiguriert ist, eine Position einer Spule, die das Paar von Spulen zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds darstellt, in einer axialen Richtung der einen Spule kontinuierlich zu ändern.
Vorrichtung zur Bildgebung mit Magnetpartikeln nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei Richtungen einer Mittelachse des Paars von Spulen zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds, einer Mittelachse des Paars von ersten Messspulen und einer Mittelachse des Paars von zweiten Messspulen eine erste Richtung sind.
Vorrichtung zur Bildgebung mit Magnetpartikeln nach Anspruch 4, wobei eine Richtung einer Linie der linearen nahezu feldfreien Region und die erste Richtung im Wesentlichen parallel zueinander sind.
Vorrichtung zur Bildgebung mit Magnetpartikeln nach Anspruch 4, wobei eine Richtung einer Linie der linearen nahezu feldfreien Region und die erste Richtung im Wesentlichen senkrecht zueinander sind.
Vorrichtung zur Bildgebung mit Magnetpartikeln nach Anspruch 5 oder 6, wobei eine Richtung senkrecht zur Mittelachse eine zweite Richtung ist und der Prüfgegenstand in einer Ebene drehbar ist, die die erste Richtung und die zweite Richtung beinhaltet, oder das Paar von Spulen zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds, die Einheit zur Anlegung eines Gleichstrom-Magnetfelds, das Paar von ersten Messspulen und das Paar von zweiten Messspulen in der Ebene drehbar sind, die die erste Richtung und die zweite Richtung beinhaltet.
Vorrichtung zur Bildgebung mit Magnetpartikeln nach einem der Ansprüche 1 und 4 bis 7, das Paar von Spulen zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds eine Helmholtz-Spule ist.
Vorrichtung zur Bildgebung mit Magnetpartikeln nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei eine Querschnittsfläche jeder Spule des Paars von zweiten Messspulen kleiner ist als eine Querschnittsfläche jeder Spule des Paars von ersten Messspulen.
Vorrichtung zur Bildgebung mit Magnetpartikeln nach Anspruch 9, wobei eine Position des Paars von ersten Messspulen, eine Position des Paars von zweiten Messspulen, eine Querschnittsfläche jeder Spule des Paars von ersten Messspulen und eine Querschnittsfläche jeder Spule des Paars von zweiten Messspulen so eingestellt werden, dass ein Vernetzungsmagnetfluss des Paars von ersten Messspulen und ein Vernetzungsmagnetfluss des Paars von zweiten Messspulen, die durch das Wechselstrom-Magnetfeld verursacht werden, das durch das Paar von Spulen zur Anlegung eines Wechselstrom-Magnetfelds erzeugt wird, zueinander gleich sind.
Vorrichtung zur Bildgebung mit Magnetpartikeln nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Paar von ersten Messspulen eine Helmholtz-Spule ist.