JP2501179B2 - 核磁気共鳴を用いた検査装置 - Google Patents

核磁気共鳴を用いた検査装置

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JP2501179B2
JP2501179B2 JP6081838A JP8183894A JP2501179B2 JP 2501179 B2 JP2501179 B2 JP 2501179B2 JP 6081838 A JP6081838 A JP 6081838A JP 8183894 A JP8183894 A JP 8183894A JP 2501179 B2 JP2501179 B2 JP 2501179B2
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正夫 黒田
茂 松井
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、核磁気共鳴現象を用
い、対象物体中の核スピンの密度分布あるいは緩和時間
分布などを非破壊的に計測する検査装置に係り、特に傾
斜磁場発生用電源の高効率化に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、人体などの内部構造を非破壊的に
検査する方法として、X線CTや超音波撮像装置が広く
利用されて来ている。しかし、最近核磁気共鳴現象を用
い同様の検査を行う試みが成功し、X線CTや超音波撮
像装置では得られない情報を取得できることが明らかに
なった。さて、このような検査装置においては、検査物
体からの信号を物体各部に対応させて分離・識別する必
要がある。その1つに、検査物体に傾斜磁場を印加し、
物体各部の置かれた静磁場を異ならせ、従って各部の共
鳴周波数を異ならせることで位置情報を得る方法があ
る。図1はその原理を説明するための図である。対象物
体1に傾斜磁場G1を印加すると、G1に垂直な線上にあ
る核スピンからの信号を積分した信号強度分布2が、静
磁場Hの関数として得られる。核磁気共鳴においては、
【0003】
【数1】 f=γH/(2π) …(数1) の関係が成立するので、信号強度は共鳴周波数fの関数
でもある。ここでγは核磁気回転比であり、核に固有の
値である。次に傾斜磁場の印加方向を変えてG2を印加
すると、信号強度分布3が得られる。傾斜磁場の印加方
向を種々変化させて同様の信号強度分布すなわち射影デ
ータを求めれば、X線CTと同様のアルゴリズムによ
り、元の物体1の核スピン密度分布などを知ることがで
きる。
【0004】このような位置によるNMR信号の識別の
方法は例えば、ジャーナル・オブ・フィジックス・イー
サイエンティフィック・インストラウメンツ(J.P
hys.E Sci.Instrum)第13巻第74
7〜750頁(1980年)に掲載された論文に述べら
れている。ところで、このような射影データは、高周波
パルス磁場の印加直後に生じる自由歳差信号(FID)
をフーリエ変換することによって得られる。この時傾斜
磁場の印加方向を高速で切換える必要があり、それに要
する時間は、FIDの持続時間に比べ十分小さくなけれ
ばならない。この時間は通常100μsのオーダーであ
る。
【0005】高周波パルス磁場の印加直後の信号を検出
する方法以外に、エコー信号を観測する方法もある。こ
の場合には、傾斜磁場の切換えに要する時間は、FID
の持続時間ではなく、エコー信号の包絡線の減衰時間よ
りも十分小さければよい。通常1msec程度の切換え
時間が要求される。
【0006】ところで、傾斜磁場を発生するコイルには
インダクタンスLがあるため、コイルに流れる電流iが
変化したとき、その両端には(数2)で与えられる逆起
電圧Vがインダクタンスにより発生する。
【0007】
【数2】 V=−L(di/dt) …(数2) また、コイルには抵抗Rもあるため、結局電流iが流れ
た時、コイルの両端に発生する電圧の絶対値の最大値
は、
【0008】
【数3】 │V│=√〔(R│i│)2+(L│di/dt│)2〕 …(数3) となる。従って、コイルに流す電流を制御するために
は、その電源電圧として(数2)で与えられるVよりも
大きな電圧が必要である。ところが、iが一定のときに
はdi/dt=0であるので、V=R│i│となる。一
般に、
【0009】
【数4】 R│i│<√〔(R│i│)2+(L│di/dt│)2〕 …(数4) が成立するので、iが変化する時と、一定値をとる時と
では電源に要求される電圧が大幅に異なることになる。
このような条件を、最大電圧に対して満足するようにし
ておくと、電流が変化しない区間においてはコイルの両
端の電圧と最大電圧との差の電圧を電流増幅装置が負担
しなければならず、それ自体の消費電力が非常に大きな
ものとなるという欠点があった。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような点
を鑑みてなされたもので、その目的は、傾斜磁場発生用
コイルを駆動する電流増幅装置への電源電圧を、コイル
に流れる電流の変化率に応じて切換え、増幅装置自体で
の損失を小さくして、その効率向上を達成した装置を提
供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】交流電圧がトランスの1
次側端子に加えられ、2次側端子に、巻線比に応じて電
圧が発生する。各端子にはトライアック、サイリスタな
どのスイッチング素子が接続される。制御回路により導
通状態か非導通状態かの制御を行ない、整流回路への供
給電圧を変化させる。整流回路の出力は電流増幅回路へ
供給され、電流増幅回路への入力電流波形に応じて傾斜
磁場発生用コイルへ電流を供給する。
【0012】
【作用】コイルの両端に逆起電圧が発生するのは、電流
値を急激に変化させる時であるから、その区間だけ電源
電圧を高め、他の区間ではより低い電圧に保つことで、
電流増幅装置での消費電力を減少させることが可能とな
る。しかも、電流の変化する時刻はあらかじめ知られて
いるのであるから、電流を変化させる前に電源電圧を変
化させれば、電源電圧の変動による電流増幅装置への干
渉を抑えることもできる。
【0013】
【実施例】以下図を参照しながら本発明の実施例につい
て説明する。図2は本発明の一実施例である検査装置の
概略構成を示すものである。制御装置4は各装置へ種々
の命令を一定のタイミングで出力する。高周波パルス発
生器5の出力は電力増幅器6で増幅され、高周波磁場発
生用コイル7を励振する。該コイル7は同時に受信コイ
ルを兼ねており、該コイル7で検出された信号成分は増
幅器8を通り、検波器9で検波後、信号処理装置10で
画像に変換・表示される。高周波パルス発生器5からの
出力は、検波器9で直角位相検波を行うときの基準信号
としても用いられる。Z方向及びそれに垂直な方向の傾
斜磁場の発生は、傾斜磁場発生用コイル11、12、1
3で行ない、該コイルは電源14、15、16で駆動さ
れる。検査対象である人体17はベッド18上に置か
れ、支持台19上を移動する。静磁場は静磁場発生用コ
イル20で発生させ、このコイルは電源21で駆動され
る。
【0014】さて、ここで傾斜磁場発生用コイル11を
駆動する電源14について詳しく述べる。図3は駆動電
源14の構成を示すものである。商用交流電圧がトラン
ス22の1次側端子23に加えられると、2次側端子2
4、25には、それぞれの巻線比に応じて電圧が発生す
る。各端子にはトライアック、サイリスタなどのスイッ
チング素子26、27が接続されており、制御回路2
8、29により導通状態か非導通状態になり、整流回路
30への供給電圧を変化させる。整流回路30を通った
出力は電流増幅回路31へ供給され、電流増幅回路31
への入力電流波形に応じてコイル11へ電流を供給す
る。
【0015】いまコイル11へ流す電流波形を図4(a)
に示されるものとする。時刻t0から電流が流れはじ
め、t1でi0に達した後、t2までその値を保ち、その
後減少してt3で零になるものである。このときコイル
11の両端にインダクタンスLにより発生する電圧Vは
図4(b)で示されるものとなり、直流抵抗分Rを考慮し
たコイルの両端の電圧は図4(c)で示されるものとな
る。ここで発生電圧の最大値をVP、一定値となるとき
の値をVSとする。従って、電流増幅回路31へ供給さ
れる整流回路30からの出力には少なくともVP以上の
電圧が必要とされることになる。ところが、電流値が急
激に変化するt0〜t1区間とt2〜t3区間を除くと、電
流増幅回路31への供給電圧はVS以上であればよいこ
とになる。ところで従来までは電流増幅回路への供給電
圧VはVP以上の一定値に固定されていたため、区間t1
〜t2に於てはその差V−VSを電流増幅回路31が負担
することになり、増幅回路としての消費電力が極めて大
きくなり、装置も大規模とならざるを得なかった。
【0016】しかし、本発明においては、図3に示すト
ランス22の2次側出力を、コイル11へ流す電流波形
に応じて切換えることにより、そのような欠点を除去す
ることが可能となった。すなわち、図3においてスイッ
チング素子を制御する回路28、29には、このいずれ
かを選択する回路32が接続されており、ゲート回路3
2にはRAMあるいはROM33からの信号が加えられ
ている。このRAMあるいはROM33には傾斜磁場発
生用コイルに流す電流波形に関係した図4(d)に示す波
形が記憶されている。この波形について簡単な説明を加
える。
【0017】図4(d)に示されるようにt0′(<t0
の時刻においてvhとなりt1′まで続く。その後はvL
となり、次にt2′の時刻で再びvhとなりt3′まで続
く。さて、このような波形がゲート回路32に入力され
ると、このゲート回路32はその値に応じて、制御回路
28か29のいずれかを選択し、スイッチング素子26
か27のいずれかを導通状態にする。これにより電流増
幅回路31へ供給される電圧が図4(e)に示すように変
化するのである。
【0018】しかも、傾斜磁場発生用コイルに流す電流
波形はあらかじめ知られているのであるから、スイッチ
ング素子を駆動するタイミングを、電流が急峻に変化す
る時点よりも前に選び、電流増幅回路31への供給電圧
がコイルの駆動に十分な大きさになるように準備してお
くことも可能になってくる。
【0019】図5は本発明の他の実施例であり、電流増
幅回路31への供給電圧を変化させる方法として、交流
電圧を切換えるのではなく、整流回路31′、31″を
通った後でスイッチング素子26、27により電圧が切
換わるものである。なお、図3においてはトランス22
の2次側端子を切換えるかわりに、1次側端子にタップ
を付加し、それを切換えても全く同様に動作することは
いうまでもない。
【0020】
【発明の効果】本発明によれば、傾斜磁場発生用コイル
を駆動する電流増幅器での消費電力を減少させるので、
装置の小型化、高信頼化、高効率化を達成することがで
きた。
【図面の簡単な説明】
【図1】イメージングの原理を説明する図。
【図2】本発明の一実施例の検査装置の概略構成を示す
図。
【図3】本発明の駆動電源の構成を示す図。
【図4】傾斜磁場発生用コイルに流す電流波形とコイル
端子電圧を示す図。
【図5】本発明の他の実施例の回路図。
【符号の説明】
4…制御装置、5…高周波パルス発生器、6…電力増幅
器、7…高周波磁場発生用コイル、10…信号処理装
置、21…電源。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河野 秀樹 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 津田 宗孝 茨城県勝田市市毛882番地 株式会社日 立製作所那珂工場内

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】静磁場、傾斜磁場および高周波磁場の各磁
    場発生手段と、検査対象からの核磁気共鳴信号を検出す
    る信号検出手段と、該信号検出手段による検出信号の演
    算を行う計算機および該計算機による演算結果の出力手
    段を有する核磁気共鳴を用いた検査装置において、電流
    が流される傾斜磁場発生用コイルと、該傾斜磁場発生用
    コイルを駆動する電流増幅回路と、該電流増幅回路への
    供給電源の電圧を変化させる電圧制御手段とを有し、前
    記電流は予め定められた変化率の時間変化を有する電流
    波形をもつ電流であり、前記電圧制御手段は、前記電流
    波形の前記変化率の時間変化に基づき予め作成された制
    御データにより、前記供給電源の電圧の時間変化の制御
    を行ない、前記電流波形の前記変化率の絶対値の大小に
    対応して前記供給電源の電圧の大小を変化させることを
    特徴とする核磁気共鳴を用いた検査装置。
  2. 【請求項2】静磁場、傾斜磁場および高周波磁場の各磁
    場発生手段と、検査対象からの核磁気共鳴信号を検出す
    る信号検出手段と、該信号検出手段による検出信号の演
    算を行う計算機および該計算機による演算結果の出力手
    段を有する核磁気共鳴を用いた検査装置において、電流
    が流される傾斜磁場発生用コイルと、該傾斜磁場発生用
    コイルを駆動する電流増幅回路と、該電流増幅回路への
    供給電源の電圧を変化させる電圧制御手段とを有し、前
    記電流は予め定められた変化率の時間変化を有する電流
    波形をもつ電流であり、前記電圧制御手段は、前記電流
    波形の前記変化率の時間変化に基づき予め作成された制
    御データにより、前記供給電源の電圧の時間変化の制御
    を行ない、前記電流波形の前記変化率の絶対値の大小に
    対応して前記供給電源の電圧の大小を変化させ、前記電
    圧制御手段は前記変化率が変化する時点よりも以前に、
    前記傾斜磁場発生用コイルの駆動を可能とする電圧に、
    前記供給電源の電圧を変化させることを特徴とする核磁
    気共鳴を用いた検査装置。
  3. 【請求項3】前記電圧制御手段は電源トランスの1次側
    または2次側に設けられた端子からなり、該端子の切換
    えにより、前記供給電源の電圧を変化させることを特徴
    とする請求項1に記載の核磁気共鳴を用いた検査装置。
  4. 【請求項4】静磁場、傾斜磁場および高周波磁場の各磁
    場発生手段と、検査対象からの核磁気共鳴信号を検出す
    る信号検出手段と、該信号検出手段による検出信号の演
    算を行う計算機および該計算機による演算結果の出力手
    段を有する核磁気共鳴を用いた検査装置において、電流
    が流される傾斜磁場発生用コイルと、該傾斜磁場発生用
    コイルを駆動する電流増幅回路と、該電流増幅回路への
    供給電源の電圧を変化させる電圧制御手段とを有し、前
    記電流は予め定められた変化率の時間変化を有する電流
    波形をもつ電流であり、前記電圧制御手段は、前記電流
    波形の前記変化率の時間変化に基づき予め作成された制
    御データにより、前記供給電源の電圧の時間変化の制御
    を行ない、前記電流波形の前記変化率の絶対値の大小に
    対応して前記供給電源の電圧の大小を変化させる手段で
    あり、前記制御データを記憶する記憶手段を有すること
    を特徴とする核磁気共鳴を用いた検査装置。
  5. 【請求項5】静磁場、傾斜磁場および高周波磁場の各磁
    場発生手段と、検査対象からの核磁気共鳴信号を検出す
    る信号検出手段と、該信号検出手段による検出信号の演
    算を行う計算機および該計算機による演算結果の出力手
    段を有する核磁気共鳴を用いた検査装置において、電流
    が流される傾斜磁場発生用コイルと、該傾斜磁場発生用
    コイルを駆動する電流増幅回路と、該電流増幅回路への
    供給電源の電圧を変化させる電圧制御手段とを有し、前
    記電流は予め定められた変化率の時間変化を有する電流
    波形をもつ電流であり、前記電圧制御手段は、前記電流
    波形の前記変化率の時間変化に基づき予め作成された制
    御データにより、前記供給電源の電圧の時間変化の制御
    を行ない、前記電流波形の前記変化率の絶対値の大小に
    対応して前記供給電源の電圧の大小を変化させる手段で
    あり、前記電圧制御手段は、前記変化率が正である第1
    の時間領域と前記変化率が負である第2の時間領域との
    間に挟まれる第3の時間領域での前記供給電源の電圧
    を、前記第1および第2の時間領域での前記供給電源の
    電圧よりも小に設定することを特徴とする核磁気共鳴を
    用いた検査装置。
  6. 【請求項6】前記電圧制御手段は前記変化率が変化する
    時点よりも以前に、前記傾斜磁場発生用コイルの駆動を
    可能とする電圧に、前記供給電源の電圧を変化させるこ
    とを特徴とする請求項5に記載の核磁気共鳴を用いた検
    査装置。
  7. 【請求項7】前記電圧制御手段は、前記第3の時間領域
    のうち、前記第1の時間領域に隣接する前記第3の時間
    領域、および前記第2の時間領域に隣接する前記第3の
    時間領域での前記供給電源の電圧を、前記第1および第
    2の時間領域での前記供給電源の電圧に等しく設定する
    ことを特徴とする請求項5に記載の核磁気共鳴を用いた
    検査装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS51143817A (en) * 1975-06-06 1976-12-10 Kokusai Electric Co Ltd Power supply for pulse motor

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