JP2005118406A - 加振装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の変換器は、ワイヤ・コイルを有する構成である。当該ワイヤ・コイルに電流が流れると、磁場が発生する。当該磁場は、ＭＲ撮像装置の磁石が生成する静磁場を乱し、またＭＲ信号収集時のノイズの原因となっていた。
【解決手段】本発明の加振装置１００は、電気信号を受け付ける受付部１０１と、受付部１０１が受け付けた電気信号と同期して、所定の周波数の所定の波形の電圧を発生し、出力する信号発生部１０２と、信号発生部１０２が発生した所定の周波数の所定の波形の電圧を受信し、当該所定の周波数の所定の波形の電圧に基づいて、振動を発生する振動発生部１０３と、振動発生部１０３と接し、振動発生部１０３が発生した振動を、対象物２００に伝達する振動伝達部１０３と、振動伝達部１０３の所定位置を固定し、支持する固定支持部１０４とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、ＭＲＩ顕微鏡装置（または、「ＮＭＲマイクロスコープ」、「ＭＲＭ」という。）、または、ＭＲ撮像装置（例えば、ＭＲＩ装置、臨床用ＭＲＩ装置等）に使用される加振装置等に関する。

従来のＭＲ撮像装置、例えば、臨床用ＭＲＩ装置に使用される加振装置は、特許文献１に記載されているものがある。なお、特許文献１では、臨床用ＭＲＩ装置は、「ＭＲ撮像装置」という。また、加振装置は、「変換器」という。変換器は、ボビン上に巻かれたワイヤ・コイルを含む。変換器は、ワイヤ・コイルと、ボビンと、可撓性アーム、支持体を有する構成である。変換器の動作は以下である。電流がワイヤ・コイルを通過すると、コイルが生成する磁場がＭＲ撮像装置の静磁場と相互作用を行う。これによって、ボビンが歪められ、電流の流れの方向に従って、可撓性アームを上方向または下方向のいずれかに屈曲させる。電流の流れ方向を交互に変えることによって、コイルは前後に歪み、対応して交互に変化する力を生成する。この力が可撓性アームを振動させる。可撓性アームの振動状運動は、アプリケータによって被検体に結合される。アプリケータは、チューブで構成される。チューブは、可撓性アームの端部の一方に固着される。圧力板がチューブの他の端部に固着される。その圧力板が撮像される被検体上に載置され、その振動的動きが対応する振動状圧縮力を生成し、この振動状圧縮力が同期スピン運動を発生する。
特許第３１３０２３６号明細書（第１４ページ、第７図）

しかしながら、上記記載の変換器は、ワイヤ・コイルを有する構成である。当該ワイヤ・コイルに電流が流れると、磁場が発生する。当該磁場は、臨床用ＭＲＩ装置の磁石が生成する静磁場を乱し、またＮＭＲ信号収集時のノイズの原因となっていた。

また、ＭＲＩ顕微鏡装置のガントリ（対象物をいれる空間）は小さく、ガントリ内部に加振装置を設置することができなかった。

また、被検体（対象物）の弾性率等の力学的特性を測定する場合に、ＭＲＩ装置内部もしくは周辺では磁場の影響を受けるために、通常の電子計測機器をＭＲＩ装置の近くに持ち込むことができなかった。

さらに、従来の変換器（加振装置）は、ＭＲＩ装置の静磁場を利用（動力源として利用）していたために、対象物をＭＲＩ装置の静磁場の外に出して、対象物に対してどの程度の振動を加えることができるのか、またはどの程度の振動が加わっているのかを確認することができない場合もあった。例えば、ガントリの広いＭＲＩ装置の場合、レーザードップラーを用いた計測方法で、対象物の振動周波数や振幅を計測できる。しかし、ガントリの小さいＭＲＩ顕微鏡装置の場合、上記のレーザードップラーを用いた計測方法でも、対象物の振動周波数や振幅を計測することはできなかった。

本発明の加振装置は、対象物のＮＭＲ画像を取得するＭＲ撮像装置またはＭＲＩ顕微鏡装置における、対象物に振動状応力を加える加振装置であって、電気信号を受け付ける受付部と、受付部が受け付けた電気信号と同期して、所定の周波数の所定の波形の電圧を発生し、出力する信号発生部と、信号発生部が出力した所定の周波数の所定の波形の電圧を取得し、当該所定の周波数の所定の波形の電圧に基づいて、振動を発生する振動発生部と、振動発生部と接し、振動発生部が発生した振動を、対象物に伝達する振動伝達部と、振動伝達部の所定位置を固定し、支持する固定支持部とを具備することを特徴にしている。

かかる構成により、所定の周波数の振動を発生することができる。「所定の周波数」は、振動伝達部、対象物および固定支持部の共振周波数、または当該共振周波数と一定の範囲の周波数である。「共振周波数、または当該共振周波数と一定の範囲の周波数」で振動を発生し、対象物に伝達することで、振動発生部が発生した振動より大きな振幅の振動を対象物に加えられる。なお、「所定の周波数」は、振動伝達部および対象物の共振周波数、または当該共振周波数と一定の範囲の周波数でもよい。また、「所定の周波数」は、振動伝達部の共振周波数、または当該共振周波数と一定の範囲の周波数でもよい。さらに、「所定の周波数」は、振動伝達部、対象物、固定支持部および支持部の共振周波数、または当該共振周波数と一定の範囲の周波数である。
本発明の加振装置は、ワイヤ・コイルを有さない構成である。したがって、磁場を発生せず、ＮＭＲ信号収集時にノイズを生じさせることがない。

また、本発明の加振装置は、ＭＲＩ顕微鏡のガントリの内部に設置できるものである。よって、約数１０μｍ〜約１００μｍオーダーの空間分解能で、弾性率を測定できる。

また、加振装置は、ＭＲ撮像装置またはＭＲＩ顕微鏡装置から物理的に分離可能である。よって、加振装置のみをＭＲ撮像装置またはＭＲＩ顕微鏡装置から、通常の電子計測機器が磁場影響を受けない範囲まで離し、通常の電子計測機器で、被検体（対象物）の弾性率等の力学的特性を測定することができる。さらに、加振装置は、ＭＲＩ装置の静磁場を利用（動力源として利用）せず、振動を発生することができる。したがって、対象物をＭＲ撮像装置またはＭＲＩ顕微鏡装置の静磁場の外に出して、対象物に対してどの程度の振動を加えることができるのか、またはどの程度の振動が加わっているのかを確認することができる。

他の本発明の加振装置は、振動発生部と振動伝達部が接する位置と異なる位置で振動伝達部と接し、かつ、固定支持部と接する支持部をさらに、具備することを特徴にしている。

かかる構成により、振動伝達部を着脱可能に構成でき、対象物の種類毎に、振動伝達部の形状を簡単に変更できる。

他の本発明の加振装置は、振動伝達部が、非磁性体の材料からなる棒状の棒振動伝達手段と、非磁性体の材料からなる板状の対象物接着手段を具備し、棒振動伝達手段の一方の端を、対象物接着手段の一方の面の所定位置に、当該面と所定の角度で結合し、当該対象物接着手段の他方の面が、対象物と接することを特徴にしている。

かかる構成により、振動発生部が発生した、縦方向の振動を、横方向の振動に変換して、当該横方向の振動を対象物に伝達できる。また、対象物が平面でない場合でも、対象物接着手段の対象物と接する面を対象物の面と重なりあう形状にすることで、横方向の振動を伝達できる。

本発明による加振装置によれば、例えば、ノイズ発生を抑えた状態で、ＮＭＲ信号を取得でき、ＮＭＲ画像を生成できる。よって、精度良く、弾性率を測定することができる等の効果を有する

以下に、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、本実施の形態において、同一の符号を用いた構成要素やフローチャートのステップなどは、同じ機能を果たすので、一度説明したものについて説明を省略する場
合がある。

（実施の形態１）
本実施の形態において、加振装置は、所定の周波数で振動を発生し、当該振動を対象物に伝達する。以下に、その動作について説明する。
図１は、本実施の形態における加振装置１００の構成を示すブロック図である。加振装置１００は、受付部１０１、信号発生部１０２、振動発生部１０３、振動伝達部１０４、固定支持部１０５、支持部１０６を有する。また、振動伝達部１０４は、棒振動伝達手段１０４１、対象物接着手段１０４２を有する構成である。また、ＭＲＩ顕微鏡装置３００は、制御装置３０１、送受信部３０２を有する。また、ＭＲＩ顕微鏡装置３００は、従来技術であるので、その他の構成手段等を図示することは省略する。また、対象物２００は、対象物接着手段１０４２と物理的に接する構成である。

なお、加振装置１００は、通常の電子計算機が有するＣＰＵ、メインメモリ、記録媒体（例えば、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ等）等のハードウエア資源、および周辺装置（例えば、キーボード、マウス等の入力デバイス、ディスプレイ等の出力デバイス等）を具備してもよい（図示しない）。

受付部１０１は、電気信号を受け付ける。「受け付ける」とは、具体的に、ＭＲＩ顕微鏡装置３００の制御部３０１が出力する電気信号を、送受信部３０２が送信し、当該電気信号を受信することである。また、「受け付ける」とは、加振装置１００の制御手段（図示しない）が出力する電気信号を取得することでも良い。さらに、「受け付ける」とは、加振装置１００が有する入力受付手段（図示せず）、例えば、キーボード、タッチパネル等から入力情報（例えば、周波数、電圧レベル、信号発生期間、信号発生間隔等）を受け付けることでも良い。また、「電気信号」は、例えば、ＴＴＬ（Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ Ｌｏｇｉｃ：バイポーラトランジスタのみで構成された論理集積回路である。）が出力するタイミングパルスでも良く、また、インパルス信号等でもよく、特に問わない。また、電気信号は、所定の周波数のインパルス信号でもよい。「所定の周波数」とは、以下で説明する。

受付部１０１は、ＭＲＩ顕微鏡装置３００の制御部３０１が出力する電気信号を受け付ける場合、例えば、ＢＮＣケーブルとその通信回路等で実現される。また、受付部１０１は、制御手段（図示しない）が出力する電気信号を取得する場合、受付部１０１は、通常、ＭＰＵやメモリ等から実現され得る。「電気信号を取得する」ための処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはＲＯＭ等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア（専用回路）で実現しても良い。また、制御手段は、通常、ＭＰＵやメモリ等から実現され得る。「電気信号を出力する」ための処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはＲＯＭ等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア（専用回路）で実現しても良い。また、入力受付手段（図示せず）から入力情報（例えば、所定の周波数、電圧レベル、信号発生期間、信号発生間隔等）を受け付ける場合、受付部１０１は、入力受付手段等で実現されうる。「入力受付手段」とは、例えば、テンキーやキーボード等の入力手段とそのデバイスドライバーや、タッチパネルとその制御ソフトウェア等で実現される。また、音声入力を受け付ける場合、マイクとその制御ソフトウェア等、文字画像の入力を受け付ける場合、ＯＣＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｈａｒａｃｔｅｒ Ｒｅａｄｅｒ：光学式文字読取装置等で実現される。

信号発生部１０２は、受付部１０１が受け付けた電気信号と同期して、所定の周波数の所定の波形の電圧を発生し、出力する。「所定の周波数」とは、振動伝達部、対象物、固定支持部および支持部の共振周波数、または当該共振周波数と一定の範囲の周波数である。また、「所定の周波数」は、振動伝達部および対象物の共振周波数、または当該共振周波数と一定の範囲の周波数でもよい。また、「所定の周波数」は、振動伝達部の共振周波数、または当該共振周波数と一定の範囲の周波数でもよい。また、加振装置１００が支持部１０６を有さない構成の場合、「所定の周波数」とは、振動伝達部、対象物および固定支持部の共振周波数または当該共振周波数と一定の範囲の周波数でもよい。また、「一定の範囲の周波数」とは、例えば、共振周波数を所定の数値で乗算し、その乗算して得られた値と共振周波数を加算した値を上限値とし、また、共振周波数からその値を除算した値を下限値とした範囲である。「所定の数値」は、任意であり、例えば、０．１、０．２、０．３、０．４等である。「一定の範囲の周波数」は、対象物に振動状応力を印加して、対象物または加振装置自体が破壊されない範囲の周波数に決定してもよい。

また、「一定の範囲の周波数」は、磁気共鳴エラストグラフィー法の解析手法に適した、振動状応力を発生するために必要な範囲の周波数でもよい。例えば、磁気共鳴エラストグラフィー法の解析手法においては、対象物に１０μｍ程度の振幅を加える必要がある。そのため、対象物に１０μｍ程度の振幅を加えることができる範囲の周波数が必要とされる。「磁気共鳴エラストグラフィー法」とは、以下の方法で弾性率を計測する手法である。対象物に応力を加え、その際のＮＭＲ信号（原子核磁気共鳴現象信号）を取得し、ＭＲＩ（核磁気共鳴画像）を生成する。そして、このＭＲＩ上に表れた波形から各種解析手法を用いて弾性率分布を計測する手法である。「各種解析手法」は、従来技術であり、詳細な説明は省略する。なお、解析手法の一例として、特表２００２５４３９５２の１５ページに記載された手法がある。

「所定の波形」とは、正弦波の波形が好適であるが、２以上の正弦波の合成波、三角波、矩形波、のこぎり波、ランプ波、パルス波等の波形でもよい。「出力する」とは、振動発生部１０３に出力することである。信号発生部１０２は、信号を発生する、例えば、標準信号発生器、ＲＣ（Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）発振器、ファンクションジュネレータ、任意波形発生器等と、信号の電圧を任意に増幅する、例えば、アンプ等によって実現されうる。

また、電気信号が所定の周波数のインパルス信号である場合、信号発生部１０２は、当該所定の周波数のインパルス信号と同期して、所定の波形の電圧を発生し、出力してもよい。当該電圧の周波数は、インパルス信号の所定の周波数である。なお、「所定の周波数」とは、上記で説明した、例えば、共振周波数等である。かかる場合、信号発生部１０２、例えば、ファンクションジュネレータに共振周波数のデータを予め、設定する必要がなく、ファンクションジュネレータは、インパルス信号の所定の周波数に同期して正弦波電圧を出力する。

また、信号発生部１０２は、例えば、タイミングパルスを、ＭＲＩ顕微鏡装置３００に出力してもよい。かかる場合、制御手段が出力した電気信号を、信号発生部１０２は取得し、そして、当該電気信号に同期してタイミングパルスを発生し、当該タイミングパルスを、ＭＲＩ顕微鏡装置３００に出力する。ＭＲＩ顕微鏡装置３００の送受信部３０２は当該タイミングパルスを受信し、制御部３０１は、当該タイミングパルスに同期して、傾斜磁場を生成し、ＮＭＲ信号を取得する。

例えば、受付部１０１が受け付けた電気信号がＴＴＬ出力のタイミングパルスであり、かつ、信号発生部１０２がファンクションジュネレータである場合、ファンクションジュネレータは、当該タイミングパルスに同期して、予め手入力で設定されていた正弦波電圧を出力する。「予め手入力で設定されていた正弦波電圧」とは、上記で説明した共振周波数または当該共振周波数と一定の周波数の正弦波の電圧を意味する。

振動発生部１０３は、信号発生部１０２が出力した所定の周波数の所定の波形の電圧を取得し、当該所定の周波数の所定の波形の電圧に基づいて、振動を発生する。「所定の波形の電圧」が正弦波電圧の場合、振動発生部１０３は、当該正弦波電圧に比例した振幅の振動を発生する。振動発生部１０３は、例えば、圧電素子で実現できる。また、振動発生部１０３は、例えば、超音波モータと、当該超音波モータの回転運動をピストン運動に変化させて振動を発生する変換手段とで実現されうる。

振動伝達部１０４は、振動発生部１０３と接し、当該振動発生部１０３が発生した振動を、対象物２００に伝達する。振動伝達部１０４は、非磁性体の材料からなる棒状の棒振動伝達手段１０４１と、非磁性体の材料からなる板状の対象物接着手段１０４２を具備し、棒振動伝達手段１０４１の一方の端を、対象物接着手段１０４２の一方の面の所定位置に、当該面と所定の角度で結合し、当該対象物接着手段１０４２の他方の面が、対象物２００と接する構成である。「所定の角度で結合する」とは、例えば、対象物接着手段１０４２の一方の面の所定位置に、当該面と垂直に結合することである。また、「所定の角度」は、対象物接着手段１０４２と接する対象物２００の部分の面が、地面と水平でない場合、当該対象物２００の部分の面の角度に合わせるように結合しても良い。「対象物接着手段１０４２の他方の面が、対象物２００と接する」という意味は、振動が伝達するように、対象物接着手段１０４２の他方の面と対象物２００とが接着し、容易に離れない状態を意味している。かかる場合、対象物接着手段１０４２の他方の面には、滑り止め機構、例えば、接着剤、粘着剤、接着テープ、吸盤等を有する構成である。また、対象物接着手段１０４２の他方の面が滑り止め機構等を有さない構成の場合、対象物２００と対象物接着手段１０４２をバンド、紐等で離れないように縛ることも可能である。

棒振動伝達手段１０４１は、非磁性体の材料からなる棒状のものである。「非磁性体の材料」とは、例えば、木、竹、非磁性体のプラスチック等である。「棒状」とは、細長い形状を意味し、棒は円柱、角柱でも良く、また棒の長手方向の幅は一定である必要はない。サイズは、任意であり、対象物２００によって決定しても良く、特に問わない。

対象物接着手段１０４２は、非磁性体の材料からなる板状のものである。「非磁性体の材料」とは、例えば、木、竹、非磁性体のプラスチック等である。「板状」とは、薄い厚みの板であり、その形状は、薄い円柱、薄い角柱でもよい。また、対象物接着手段１０４２は、板状のものに限定されず、対象物２００の形状に対応して、対象物接着手段１０４２の面の形状を決めても良い。例えば、対象物２００の形状が、凹の形状である場合、対象物接着手段１０４２の形状は、それに対応する凸の形状でもよい。サイズは、任意であり、対象物２００によって決定しても良く、特に問わない。

固定支持部１０５は、振動伝達部１０４の所定位置を固定し、支持する。「振動伝達部１０４の所定位置」とは、棒振動伝達手段１０４１と対象物接着手段１０４２が結合している部分の端とは、異なる端の位置またはその周辺の位置である。「固定する」手段は、例えば、接着剤、プラスチック製のねじ、プラスチック製のボルト・ナット等で固定してもよく、特に問わない。また、固定支持部１０５と振動伝達部１０４とを、簡単に着脱可能に固定しても良い。固定支持部１０５は、非磁性体の材料から作製される。「非磁性体の材料」とは、例えば、木、竹、非磁性体のプラスチック等である。その形状は、振動伝達部１０４の所定位置を固定し、支持する目的を達成するものであれば、特に問わない。

支持部１０６は、振動発生部１０３と振動伝達部１０４が接する位置と異なる位置で振動伝達部１０４と接し、かつ、固定支持部１０５と接する。「異なる位置」とは、例えば、振動発生部１０３と振動伝達部１０４が接する位置とは、振動伝達部１０４を基点にして、振動発生部１０３の位置とは１８０度反対の位置等である。支持部１０６は、ゴム、非磁性体のプラスチック、非磁性体のエラストマー、非磁性体のバネ等で実現されうる。

なお、支持部１０６は、あってもなくても良い。支持部１０６がある場合、固定支持部１０５と振動伝達部１０４を、簡単に着脱可能に構成できる。振動伝達部１０４を、対象物２００に応じて簡単に変更できる。振動伝達部１０４を変更することで、共鳴周波数を簡単に変更することもできる。また、支持部１０６がない場合、固定支持部１０５と振動伝達部１０４を、固着する。対象物２００が決まっていて、振動伝達部１０４を変更する必要がない場合に、装置の製造コストを低くできる効果がある。
対象物２００は、ＮＭＲ信号を発生するものならなんでも良く、特に問わない。

ＭＲＩ顕微鏡装置３００の制御部３０１は、電気信号を、加振装置１００に出力する処理をする。例えば、制御部３０１は、ＴＴＬ出力（矩形波の電気信号の出力）をする命令を実行する。また、出力する電気信号は所定の周波数のインパルス信号でもよい。「所定の周波数」は、上記で説明した共振周波数等である。所定の周波数の値のデータは、ＭＲＩ顕微鏡装置３００に内蔵の記録媒体に保持されている。また、所定の周波数の値のデータは、図示しない入力受付手段から入力されるものでもよい。制御部３０１は、通常、ＭＰＵやメモリ等から実現され得る。「電気信号を、加振装置１００に出力する」ための処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはＲＯＭ等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア（専用回路）で実現しても良い。ＭＲＩ顕微鏡装置３００に内蔵の記録媒体に保持されている所定の周波数の値は、図示しない入力受付手段が受け付ける。「入力受付手段」は、例えば、テンキーやキーボード等の入力手段とそのデバイスドライバーや、タッチパネルとその制御ソフトウェア等で実現される。また、音声入力を受け付ける場合、マイクとその制御ソフトウェア等、文字画像の入力を受け付ける場合、ＯＣＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｈａｒａｃｔｅｒ Ｒｅａｄｅｒ：光学式文字読取装置等で実現される。

送受信部３０２は、電気信号を加振装置１００に出力する。送受信部３０２は、例えば、ＢＮＣケーブルとその通信回路等で実現されうる。

また、送受信部３０２は、加振装置１００の信号発生部１０２が出力したタイミングパルスを受信してもよい。かかる場合、制御部３０１は、タイミングパルスに同期して、傾斜磁場を生成する命令を構成する。そして、ＮＭＲ信号を取得する命令を構成する。次に、取得されたＮＭＲ信号に基づいてＭＲＩを生成する命令を構成するものである。

以下、本実施の形態におけるＭＲＩ顕微鏡装置３００の動作について図２のフローチャートを用いて説明する。

（ステップＳ２０１）入力受付手段（図示せず）は、ＮＭＲ信号を取得する指示の入力を受けたか否かを判断する。入力受付手段は、ＮＭＲ信号を取得する指示の入力を受け付けた場合、ステップＳ２０２に行き、受け付けない場合、ステップＳ２０１に戻る。
（ステップＳ２０２）制御部３０１は、「電気信号を出力する命令」を実行する。

（ステップＳ２０３）制御部３０１は、ｉを０に初期化する。
（ステップＳ２０４）制御部３０１は、電気信号、例えば、タイミングパルス等を生成する。
（ステップＳ２０５）送受信部３０２は、ステップＳ２０４で生成した電気信号を出力する。
（ステップＳ２０６）制御部３０１は、ｉを１インクリメントする。

（ステップＳ２０７）制御部３０１は、ｉが所定値か否かを判断する。制御部３０１が、ｉが所定値であると判断した場合動作は終了し、そうでないと判断した場合ステップＳ２０８に行く。「所定値」とは、ＮＭＲ信号を取得する回数であり、任意の値である。

（ステップＳ２０８）制御部３０１は、一定の期間が経過したか否かを判断する。制御部３０１が一定の期間が経過したと判断した場合ステップ２０４に戻り、そうでないと判断した場合ステップＳ２０８に戻る。「一定の期間」とは、ＮＭＲ信号を取得する間隔であり、任意の値である。
本実施の形態における加振装置１００の動作について、図３のフローチャートを用いて説明する。

（ステップＳ３０１）受付部１０１は、電気信号を受けたか否かを判断する。受付部１０１が電気信号を受け付けたと判断した場合ステップＳ３０２に行き、受け付けないと判断した場合ステップＳ３０１に戻る。

（ステップＳ３０２）信号発生部１０２は、ステップＳ３０１で受け付けた、電気信号に同期して、所定の周波数の所定の波形の電圧、例えば、振動伝達部と対象物の共振周波数と同じ周波数の正弦波電圧を発生する。
（ステップＳ３０３）信号発生部１０２は、ステップＳ３０２で発生した所定の周波数の所定の波形の電圧を出力する。

（ステップＳ３０４）振動発生部１０３は、ステップＳ３０３で出力された所定の周波数の所定の波形の電圧を取得する。
（ステップＳ３０５）振動発生部１０３は、ステップＳ３０４で取得した所定の周波数の所定の波形の電圧に応じて振動を発生する。
（ステップＳ３０６）振動伝達部１０４は、ステップＳ３０５で発生した振動を、対象物２００に伝達する。ステップＳ３０１に戻る。

以下、本実施の形態における加振装置１００、ＭＲＩ顕微鏡装置３００の具体的な動作について説明する。図４は、加振装置１００、ＭＲＩ顕微鏡装置３００の外観の例を示す図である。図４において、信号発生部１０２は、ファンクションジュネレータ１０２１とアンプ１０２２の構成である。また、振動発生部１０３は、圧電素子（例えば、積層圧電素子：ＮＥＣ／ＴＯＫＩＮ（株）積層圧電素子アクチェータＡＥ１０１０Ｄ１６）である。

また、振動発生部１０３は、圧電素子と、当該圧電素子と結合し、棒振動伝達手段１０４１に接する三角柱形状の支持体１０３１を有する構成でも良い。支持体１０３１は、非磁性体の材料（例えば、アクリル）を、三角柱形状に加工して得られる。図５は、支持体１０３１の外観例である。図５において、支持体１０３１は、三角柱の形状（サイズ：厚み５ｍｍ、幅１０ｍｍ、高さ１０ｍｍ）であることを示す。形状またはサイズは、任意に決められるものであって、圧電素子１０３、棒振動伝達手段１０４１等の形状、サイズ等により異なるものでもよい。棒振動伝達手段１０４１と支持体１０３１が線接触する状態で、振動を伝達できる。なお、当該支持体を介さずに圧電素子を棒振動伝達手段１０４１に接する構成でも良い。かかる場合は、棒振動伝達手段１０４１と圧電素子１０３が面接触する状態で、振動を伝達できる。

図６は、固定支持部１０５、棒振動伝達手段１０４１、対象物接着手段１０４２、支持部１０６、圧電素子１０３及び支持体１０３１の外観図の例である。以下に、各々の構成について示す。

図６において、棒振動伝達手段１０４１の一端の一部分は、固定支持部１０５に固定されている。例えば、固定支持部１０５の上面に穴と切り込みが作ってあり（鍵穴のような形）、棒振動伝達手段１０４１の一端を穴に通し、切り込みに差し込むことで固定する。なお、固定する手段は上記に限定されず、接着剤で固着してもよく、特に問わない。固定支持部１０５の形状またはサイズは、図６で示す形状、サイズに限定されず、任意に決められるものであって、圧電素子１０３、支持体１０３１、棒振動伝達手段１０４１、断熱材３２０等の形状、サイズ等により異なるものでもよい。

また、図６において、棒振動伝達手段１０４１は、竹材を、四角柱の形状（サイズ：厚み１ｍｍ、幅２ｍｍ、長さ４００ｍｍ）に加工したものである。棒振動伝達手段１０４１の形状またはサイズは、図６で示す形状、サイズに限定されず、任意に決められるものであって、固定支持部１０５、圧電素子１０３、支持体１０３１、対象物２００、対象物接着手段１０４２等の形状、サイズ等により異なるものでもよい。

また、図６において、対象物接着手段１０４２は、アクリル材を薄い円柱形状（サイズ：高さ３ｍｍ、直径２０ｍｍ）に加工したものである。対象物接着手段１０４２の形状またはサイズは、図６で示す形状、サイズに限定されず、任意に決められるものであって、対象物２００、棒振動伝達手段１０４１等の形状、サイズ等により異なるものでもよい。また、図６において、棒振動伝達手段１０４１の一端は、円柱の中心位置の部分と、円柱の面に垂直に、接着材等で固着されている。なお、固着する位置および角度は、上記に限定されず、例えば、棒振動伝達手段１０４１の一端は、円柱の所定の位置（例えば、面の中心と縁との中間位置）と、円柱の面にたいして所定の角度（例えば、４５度）で固着されるものでも良い。対象物が４５度のピラミッド形状である場合、対象物の１面と接するためには、対象物接着手段１０４２の面の角度は、４５度であることが望ましいからである。つまり、例えば、対象物の形状によって、望ましい位置と角度で固着することが適当である。

また、図６において、支持部１０６は、バネ（サイズ：直径１０ｍｍ、厚み２５ｍｍ）である。支持部１０６は、振動発生部１０３と棒振動伝達手段１０４１の間に隙間が生じないために、振動伝達手段１０４１を振動発生部１０３の位置する方向に押し付けるように、固定支持部１０５と結合される。なお、支持部１０６がない場合、振動発生部１０３と棒振動伝達手段１０４１の間に隙間が生じ、振動が適切に伝わらない。かかる場合、振動発生部１０３と棒振動伝達手段１０４１は、固着してもよい。

図７は、固定支持部１０５、棒振動伝達手段１０４１、対象物接着手段１０４２、支持部１０６、圧電素子１０３、支持体１０３１、ガントリ４００、対象物２００、磁石３１０（永久磁石）および断熱材３２０の外観図の例である。
図７において、固定支持部１０５は、磁石３１０（永久磁石）を包む断熱材３２０の上面に、接着剤等で固定される。磁石３１０は、静磁場を発生させる。なお、磁石３１０は、永久磁石に限定されず、超伝導磁石、電磁石等であっても良い。

また、図７において、ガントリ４００には、対象物２００が収められている。ガントリ４００とは、対象物を入れる空間である。ガントリ４００は、例えば、非磁性体のプラスチック材料（アクリル）を、円筒形に成型されたものである。対象物２００は、例えば、０．７％アガロースゲルである。対象物２００と対象物接着手段１０４２は、接着されている。

以下に、共振周波数を測定する方法について説明する。振動伝達部１０３および対象物２００の共振周波数を測定する。対象物２００は、ガントリ４００内に入れられた状態である。測定方法は、以下である。レーザビーム集光スポット内に、上記の構成部を配置し、振動状態を、ナイフエッジ法を利用して測定する。また、レーザードップラー等を利用して振幅を計測する方法もある。本実施の形態において、共振周波数の測定した結果は、約３００Ｈｚである。
なお、振動伝達部１０３の共振周波数を測定してもよい。また、振動伝達部１０３、対象物２００、および固定支持部１０５の共振周波数を測定してもよい。また、振動伝達部１０３、対象物２００、固定支持部１０５および支持部１０６の共振周波数を測定してもよい。

次に、電気信号を生成し、出力する動作について説明する。制御部３０１は、電気信号を出力する命令を実行する。当該命令が実行されると、送受信部３０２は、ＴＴＬ出力（矩形波のタイミングパルス）を、加振装置１００に出力する。次に、ＴＴＬ出力がされた後、一定期間（任意の期間）が経過すると、傾斜磁場が生成され、ＮＭＲ信号が、１回取得される。上記の動作を、所定回数（例えば、１２８回、２５６回）繰り返すことで、ＮＭＲ信号が、所定回数、取得される。上記の「傾斜磁場が生成され、ＮＭＲ信号が取得される」という意味の具体的動作、手段等は、従来技術であり、詳細な説明は省略する。

次に、所定の周波数で振動を発生し、対象物２００に伝達する具体的動作について説明する。受付部１０１は、ＴＴＬ出力（電気信号）を、ＭＲＩ顕微鏡装置３００から、受け付ける。なお、受付部１０１はファンクションジュネレータ１０２１が有する構成でも良い。ファンクションジュネレータ１０２１は、当該ＴＴＬ出力をタイミングにして、正弦波電圧を発生する。アンプ１０２２は、当該正弦波電圧を増幅する。例えば、２００Ｈｚの正弦波電圧は、平均４０Ｖ、振幅が４０Ｖにまで増幅される。また、４００Ｈｚの正弦波電圧は、平均７０Ｖ、振幅が７０Ｖにまで増幅される。次に、増幅された正弦波電圧は、圧電素子１０３に出力される。そして、圧電素子１０３は、当該正弦波電圧を振動に変換する。当該振動は、支持体１０３１に伝わる。次に、振動は、棒振動伝達手段１０４１に伝わる。次に、振動は、対象物接着手段１０４２に伝わる。最後に、振動は、対象物２００に伝わる。対象物２００に伝わる振動は、横方向の振動である。横方向の振動は、伝搬速度が遅く、伝搬する波を計測しやすいものである。図８は、振動伝達の概念を示す図である。なお、正弦波電圧を発生している期間は、任意である。

次に、磁気共鳴エラストグラフィー法で測定した結果の弾性率と動的粘弾性測定装置で測定した結果の弾性率を、図９に示す。３００Ｈｚの共振周波数で、振動をあたえると、対象物の０．５％、０．７％、および０．９％アガロースゲルに発生する定在波の波長を調整するため、「所定の周波数」には、２００Ｈｚと４００Ｈｚを用いた。図９において、０．５％アガロースゲルの場合、弾性率は、「１．６２ｋＰａ」である。また、０．７％アガロースゲルの場合、弾性率は、「４．７３ｋＰａ」である。また、０．９％アガロースゲルの場合、弾性率は、「４．５７ｋＰａ」である。これらの測定結果は、動的粘弾性測定装置で測定した結果の、各々の数値「１．５ｋＰａ」、「４．５６ｋＰａ」、「７．６２ｋＰａ」とほぼ一致する。よって、本発明の加振装置１００は、対象物２００に振動状応力を適切に加えられるということがわかる。

なお、本実施の形態において、加振装置は、横方向の振動状応力を対象物に加えるものだったが、縦方向の振動状応力を対象物に加えるものでもよい。かかる場合、振動発生部の圧電素子を振動伝達部の棒振動伝達手段に直列に結合し、または接するように構成する。そして、固定支持部は、棒振動伝達手段を垂直可動できるように支持する構成で実現できる。

また、本実施の形態において、振動発生部１０３は、圧電素子で構成されるものだったが、圧電素子でなくともよい。かかる場合、振動発生部１０３は、超音波モータと、当該超音波モータの回転運動をピストン運動に変化して振動を発生する変換手段とで実現されうる。

本実施の形態において、予め、共振周波数を測定し、「所定の周波数」に当該共振周波数を利用し、振動を発生していたが、ユーザが所望する周波数で振動を発生しても良い。かかる場合、その「所望する周波数」が「共振周波数、または当該共振周波数と一定の周波数」になるように、例えば、振動伝達部の種類、サイズ、形状等を変更する。または、例えば、棒振動伝達手段に錘を、棒振動伝達手段と振動発生部が接する位置と、棒振動伝達手段と対象物接着手段が接する位置との間の位置に、移動可能にまたは着脱可能に結合しても良い。錘の重さ、結合する位置によって、簡単に共振周波数を変更できる。例えば、棒振動伝達手段を串に、錘を団子に例えて、串刺しの団子を串に沿って移動するように、錘を棒振動伝達手段に沿って上下に移動するだけで、共振周波数を簡単に変更できる。よって、ユーザが所望する周波数の振動でも、簡単に弾性率を測定できる。

以上、本実施の形態によれば、加振動装置１００は、対象物に対して、横方向の振動状応力を加えることができる。また、ワイヤ・コイルを有さない構成であり、磁場を発生せず、ＮＭＲ信号収集時にノイズを生じさせることがない。また、加振装置は、ＭＲＩ顕微鏡装置から物理的に分離可能である。よって、加振装置のみをＭＲＩ顕微鏡装置から、通常の電子計測機器が磁場影響を受けない範囲まで離し、通常の電子計測機器で、被検体（対象物）の弾性率等の力学的特性を測定することができる。また、ＭＲＩ顕微鏡装置の静磁場を利用（動力源として利用）せず、振動を発生することができる。したがって、対象物をＭＲＩ顕微鏡装置の外に出して、対象物に対してどの程度の振動状応力を加えることができるのか、またはどの程度の振動状応力が加わっているのかを確認することができる。また、本発明の加振装置は、ＭＲＩ顕微鏡装置のガントリの内部に設置できるものである。よって、約１０μｍ〜約１００μｍオーダーの空間分解能で、弾性率を測定できる。

以上のように、本発明は、例えば、ノイズ発生を抑えた状態で、弾性体内部を伝搬する波動の振幅と位相情報を含むＮＭＲ信号を取得でき、ＮＭＲ画像を生成できる。よって、精度良く、弾性率を測定できる等の効果を有し、例えば、ＭＲＩ顕微鏡装置、また臨床用ＭＲＩ装置等の外部加振装置等に有用である。

実施の形態１における加振装置の構成を示すブロック図 実施の形態１におけるＭＲＩ顕微鏡装置の動作について示すフローチャート 実施の形態１における加振装置の動作について示すフローチャート 実施の形態１における加振装置、ＭＲＩ顕微鏡装置の外観例を示す図 実施の形態１における支持体の外観例を示す図 実施の形態１における加振装置の外観例を示す図 実施の形態１における加振装置の外観例を示す図 実施の形態１における振動伝達の概念を示す図 実施の形態１における弾性率の計測結果の例を示す図

符号の説明

１００ 加振装置
１０１ 受付部
１０２ 信号発生部
１０３ 振動発生部
１０４ 振動伝達部
１０５ 固定支持部
１０６ 支持部
１０４１ 棒振動伝達手段
１０４２ 対象物接着手段
２００ 対象物
３００ ＭＲＩ顕微鏡装置
３０１ 制御部
３０２ 送受信部

Claims (15)

1. 対象物のＮＭＲ画像を取得するＭＲ撮像装置またはＭＲＩ顕微鏡装置に利用される加振装置であって、
   電気信号を受け付ける受付部と、
   前記受付部が受け付けた電気信号と同期して、所定の周波数の所定の波形の電圧を発生し、出力する信号発生部と、
   前記信号発生部が出力した所定の周波数の所定の波形の電圧を取得し、当該所定の周波数の所定の波形の電圧に基づいて、振動を発生する振動発生部と、
   前記振動発生部と接し、当該振動発生部が発生した振動を、前記対象物に伝達する振動伝達部と、
   前記振動伝達部の所定位置を固定し、支持する固定支持部とを具備する加振装置。
2. 前記振動発生部と前記振動伝達部が接する位置と異なる位置で振動伝達部と接し、かつ、前記固定支持部と接する支持部をさらに、具備する請求項１記載の加振装置。
3. 前記振動伝達部は、
   非磁性体の材料からなる棒状の棒振動伝達手段と、
   非磁性体の材料からなる板状の対象物接着手段を具備し、
   前記棒振動伝達手段の一方の端が、前記対象物接着手段の一方の面の所定位置に、当該面と所定の角度で結合され、当該対象物接着手段の他方の面が、前記対象物と接する請求項１または請求項２記載の加振装置。
4. 前記振動発生部は、圧電素子である請求項１または請求項２いずれか記載の加振装置。
5. 前記振動発生部は、超音波モータと、当該超音波モータの回転運動をピストン運動に変化させて振動を発生する変換手段とを有する請求項１または請求項２いずれか記載の加振装置。
6. 前記信号発生部は、
   ファンクションジュネレータと、電圧増幅手段とを有する請求項１または請求項２いずれか記載加振装置。
7. 前記対象物に伝達される振動は、横方向の振動である請求項１または請求項２いずれか記載の加振装置。
8. 前記所定の周波数は、振動伝達部および対象物の共振周波数、または当該共振周波数と一定の範囲の周波数である請求項１または請求項２いずれか記載の加振装置。
9. 前記所定の周波数は、振動伝達部の共振周波数、または当該共振周波数と一定の範囲の周波数である請求項１または請求項２いずれか記載の加振装置。
10. 前記所定の周波数は、振動伝達部、対象物および固定支持部の共振周波数、または当該共振周波数と一定の範囲の周波数である請求項１または請求項２いずれか記載の加振装置。
11. 前記所定の周波数は、振動伝達部、対象物、固定支持部および支持部の共振周波数、または当該共振周波数と一定の範囲の周波数である請求項２記載の加振装置。
12. 前記所定の波形は、正弦波または２以上の正弦波の合成波の波形である請求項１または請求項２記載の加振装置。
13. 所定の周波数に同期して振動を発生し、当該振動を横方向の振動に変換し、当該変換した横方向の振動を対象物に伝達することで、振動状応力を対象物に印加することを特徴とする加振装置。
14. 請求項１から請求項１３いずれか記載の加振装置を具備するＭＲ撮像装置。
15. 請求項１から請求項１３いずれか記載の加振装置を具備するＭＲＩ顕微鏡装置。
    
    

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