JP2753283B2 - Ｎｍｒ装置 - Google Patents
Ｎｍｒ装置Info
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- JP2753283B2 JP2753283B2 JP63294526A JP29452688A JP2753283B2 JP 2753283 B2 JP2753283 B2 JP 2753283B2 JP 63294526 A JP63294526 A JP 63294526A JP 29452688 A JP29452688 A JP 29452688A JP 2753283 B2 JP2753283 B2 JP 2753283B2
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Description
本発明は、高S/Nの前置増幅器を有するNMR装置（核磁
気共鳴現象装置）に関する。
気共鳴現象装置）に関する。
優れたS/Nが要求されるシステムとしては、例えばMRI
装置（核磁気共鳴現象を用いたイメージング装置）があ
る。 従来のMRI装置は、第３図に示すように、超伝導磁石
等の、0.1〜２テスラの静磁場を発生するための磁石2
1、傾斜磁場を発生させるためのコイル22及び電源23、
高周波磁場を被検者に加えるための高周波送信器24、被
検者から発生する微弱なMRI信号を検出するためのコイ
ル（プローブ）及び高周波受信器（前置増幅器）25、上
記電源及び送受信器を制御するためのシーケンス制御装
置26、MRI画像再生などのためのコンピュータ27、操作
卓28、ディスプレイ29などからなる。送信コイルと受信
コイルは、同図のように共用されることもあるが、それ
ぞれ別に設置されることが多い。 このようなMRI装置では、静磁場及び傾斜磁場に均一
性が重要であり、わずかな磁場歪がMRI画像の歪を生じ
誤診の原因となる。磁場歪は、磁場内に磁性体を持ち込
んだ場合に顕著であり、送受信器等におけるフェライト
芯を使ったインダクタ等は特に問題になる。このため送
受信器等は全て磁場外、即ち磁石から数ｍ離れた場所に
設置されている。 ここで本発明に関係する従来の前置増幅器は、例えば
第４図（エレクトロニクス・レターズ、11、24（1975年
11月）第596頁（Electronics・letters,11,24（1975）p
p.596））に記載のように、信号検出プローブ１で検出
した信号をλ/4（λ：信号波長）の50Ω同軸ケーブル41
を介して前置増幅器５により信号を増幅する構成となっ
ていた。また前置増幅器５での雑音指数を低減するため
に、増幅器５の入力にインピーダンス変換用のトランス
51を設けて、初段をFET（電界効果トランジスタ）53か
らみた信号源インピーダンスを高め、かつ初段増幅器を
冷却して、FET53等で発生する熱雑音の低減を図ってい
る。これらの対策によりこの従来例では、0.3bBの雑音
指数を達成している。
装置（核磁気共鳴現象を用いたイメージング装置）があ
る。 従来のMRI装置は、第３図に示すように、超伝導磁石
等の、0.1〜２テスラの静磁場を発生するための磁石2
1、傾斜磁場を発生させるためのコイル22及び電源23、
高周波磁場を被検者に加えるための高周波送信器24、被
検者から発生する微弱なMRI信号を検出するためのコイ
ル（プローブ）及び高周波受信器（前置増幅器）25、上
記電源及び送受信器を制御するためのシーケンス制御装
置26、MRI画像再生などのためのコンピュータ27、操作
卓28、ディスプレイ29などからなる。送信コイルと受信
コイルは、同図のように共用されることもあるが、それ
ぞれ別に設置されることが多い。 このようなMRI装置では、静磁場及び傾斜磁場に均一
性が重要であり、わずかな磁場歪がMRI画像の歪を生じ
誤診の原因となる。磁場歪は、磁場内に磁性体を持ち込
んだ場合に顕著であり、送受信器等におけるフェライト
芯を使ったインダクタ等は特に問題になる。このため送
受信器等は全て磁場外、即ち磁石から数ｍ離れた場所に
設置されている。 ここで本発明に関係する従来の前置増幅器は、例えば
第４図（エレクトロニクス・レターズ、11、24（1975年
11月）第596頁（Electronics・letters,11,24（1975）p
p.596））に記載のように、信号検出プローブ１で検出
した信号をλ/4（λ：信号波長）の50Ω同軸ケーブル41
を介して前置増幅器５により信号を増幅する構成となっ
ていた。また前置増幅器５での雑音指数を低減するため
に、増幅器５の入力にインピーダンス変換用のトランス
51を設けて、初段をFET（電界効果トランジスタ）53か
らみた信号源インピーダンスを高め、かつ初段増幅器を
冷却して、FET53等で発生する熱雑音の低減を図ってい
る。これらの対策によりこの従来例では、0.3bBの雑音
指数を達成している。
上記従来技術は、性能的には優れているが、生産性や
使い易さの点について配慮がされておらず、以下の問題
があった。 （１）共振系が４ヵ所もあり、調整が複雑なため生産性
が悪い。 （２）冷却するための設備及び領域が必要とされる。 （３）増幅器の入力において、インピーダンス整合して
いないために雑音指数が最小となる周波数と、ゲインが
最大になる周波数が異なる。 本発明の目的は、上記問題点を解消した低雑音前置増
幅器を提供することにある。
使い易さの点について配慮がされておらず、以下の問題
があった。 （１）共振系が４ヵ所もあり、調整が複雑なため生産性
が悪い。 （２）冷却するための設備及び領域が必要とされる。 （３）増幅器の入力において、インピーダンス整合して
いないために雑音指数が最小となる周波数と、ゲインが
最大になる周波数が異なる。 本発明の目的は、上記問題点を解消した低雑音前置増
幅器を提供することにある。
本発明においては、増幅器を広帯域化にすることによ
り共振コイル及びコンデンサからなる共振負荷回路とそ
の調整を不要化し、またセンサーの出力インピーダンス
に比べ増幅器の最適信号源抵抗が大きい場合、初段FET
を複数個並列にすることで増幅器の最適信号源抵抗値を
低くし、センサーの出力インピーダンスに近づける。こ
れによりインピーダンス変換用トランスが不要化でき
る。さらに負帰還（この時の帰還抵抗値は、増幅器の最
適信号源抵抗値のゲイン倍とする。）により最適信号源
抵抗値とおなじ入力インピーダンスを増幅器に持たせ、
センサの出力インピーダンスと整合させる。 これらのことにより上記目的は、達成される。
り共振コイル及びコンデンサからなる共振負荷回路とそ
の調整を不要化し、またセンサーの出力インピーダンス
に比べ増幅器の最適信号源抵抗が大きい場合、初段FET
を複数個並列にすることで増幅器の最適信号源抵抗値を
低くし、センサーの出力インピーダンスに近づける。こ
れによりインピーダンス変換用トランスが不要化でき
る。さらに負帰還（この時の帰還抵抗値は、増幅器の最
適信号源抵抗値のゲイン倍とする。）により最適信号源
抵抗値とおなじ入力インピーダンスを増幅器に持たせ、
センサの出力インピーダンスと整合させる。 これらのことにより上記目的は、達成される。
このように、増幅器の広帯域化、かつ負帰還、初段FE
T並列等による最適信号源抵抗とセンサーの出力インピ
ーダンスを整合化することにより、インピーダンス変換
トランスや共振負荷回路を排して、回路の簡単化及び調
整個所の大幅な削減が可能となる。
T並列等による最適信号源抵抗とセンサーの出力インピ
ーダンスを整合化することにより、インピーダンス変換
トランスや共振負荷回路を排して、回路の簡単化及び調
整個所の大幅な削減が可能となる。
以下本発明の実施例を示す。 第１図は第１の実施例を示したもので、MRI装置にお
いてセンサー（プローブ）の出力インピーダンスと増幅
器の最適信号源抵抗が等しい場合の例である。 コイル状の信号検出プローブ１により検出されたMRI
信号は、プローブのインダクタンスと共振用コンデンサ
２により共振、増幅され、同軸ケーブル４を介して前置
増幅器５に電送される。前置増幅器５は、高抵抗バイア
ス回路（例、同図の32及び33）、及び負荷抵抗34、コン
デンサ31、FETのソース接地入力からなる多段増幅器、
出力から初段FETのゲートへの帰還抵抗35を用いた負帰
還から構成される。ここで負帰還は、増幅器の入力イン
ピーダンスがその増幅器のNFが最小となる信号源抵抗、
即ち最適信号源抵抗となるようにする。 負帰還増幅器の入力インピーダンスZinは次式で決定
される、またこの例において信号源抵抗Rsとなるプロー
ブの出力インピーダンスと増幅器の最適信号源が等しい
とすると、帰還抵抗Rfとの関係は、 （ここで、Ａは増幅器のオープンループゲイン）とな
る。したがってRfはRsのオープンループゲイン倍にすれ
ばよい。 一般に負帰還増幅器の雑音等価回路は、第５図のよう
に書ける。同図においてRs、Rfはそれぞれ信号源抵抗、
帰還抵抗であり、ens、enf、enaはそれぞれRsによる熱
雑音、Rfによる熱雑音、増幅器の等価入力雑音である。
本等価回路による雑音指数NF、は近似的に（２）式で表
される。 また、enaはソース接地FET入力増幅器の場合、熱雑音
が支配的な周波数領域では、（３）式で与えられる。 gm:FETの相互コンダクタンス k:ボルツマン定数 T:絶対温度、 Δf:周波数帯域 但し、多段増幅器の場合、雑音は初段のみで決定される
ので２段以後の雑音は、無視した。 （３）式よりソース接地増幅器のNFを求めると、（４）
式となる。 これによれば、Rsを大きくすればするほどNFは小さく
なる。しかし実際には、FETの入力容量等の影響でRsが
大きくなると周波数特性が悪くなり、ゲインが下がる。
つまり、見掛け上gmが小さくなりNFは大きくなる。従っ
て第６図に示すソース接地増幅器のNF−Rs特性のよう
に、最適信号源抵抗が生じる。 一方、 であるので、（２），（３），（５），（６）式より、 ここで、Reqは、 （７）式に（１）式の関係を代入すると、 である。 従ってNFの低減にはRs、gm、Rfを充分高くすることが
効果的である。また帰還抵抗Rfの雑音の影響を防ぐた
め、オープンループゲインＡは100倍以上とする。これ
は、第７図の特性からわかるように、オープンループゲ
インを大きくすることで負帰還を施さない増幅器のNFに
近づけることができる。従って100倍以上とした。 また、この特性から、オープンループの増幅器と負帰
還を施した増幅器とのNFの差の許される範囲において、
オープンループゲインを設定することができる。 例えば、Rs＝200Ω、Rf＝24KΩ、Ａ＝100倍、gm＝47m
Sとすれば、NF＝0.34dBとなり、室温でも低雑音増幅器
が構成できる。また、（２）〜（６）式から、低温化す
れば、更に低雑音化に有効であることは明らかである。 第２図は、第２の実施例を示したもので、信号源イン
ピーダンスRsと増幅器の最適信号源インピーダンスが一
致しない場合、例えばRsに比べ最適信号源インピーダン
スが大きい場合は、初段FETを並列にし、gmを大きくす
ることで最適信号源抵抗をRsに近づける。更に増幅器の
入力にＬ、Ｃからなる整合回路（Ｌマッチ回路）を設け
整合させる。 なお、本実施例では、本発明をMRI装置に適用した場
合を説明したが、MRI装置だけではなく、優れたS/Nが要
求される信号受信用前置増幅器ならばいずれの回路であ
っても本発明を適用することができる。
いてセンサー（プローブ）の出力インピーダンスと増幅
器の最適信号源抵抗が等しい場合の例である。 コイル状の信号検出プローブ１により検出されたMRI
信号は、プローブのインダクタンスと共振用コンデンサ
２により共振、増幅され、同軸ケーブル４を介して前置
増幅器５に電送される。前置増幅器５は、高抵抗バイア
ス回路（例、同図の32及び33）、及び負荷抵抗34、コン
デンサ31、FETのソース接地入力からなる多段増幅器、
出力から初段FETのゲートへの帰還抵抗35を用いた負帰
還から構成される。ここで負帰還は、増幅器の入力イン
ピーダンスがその増幅器のNFが最小となる信号源抵抗、
即ち最適信号源抵抗となるようにする。 負帰還増幅器の入力インピーダンスZinは次式で決定
される、またこの例において信号源抵抗Rsとなるプロー
ブの出力インピーダンスと増幅器の最適信号源が等しい
とすると、帰還抵抗Rfとの関係は、 （ここで、Ａは増幅器のオープンループゲイン）とな
る。したがってRfはRsのオープンループゲイン倍にすれ
ばよい。 一般に負帰還増幅器の雑音等価回路は、第５図のよう
に書ける。同図においてRs、Rfはそれぞれ信号源抵抗、
帰還抵抗であり、ens、enf、enaはそれぞれRsによる熱
雑音、Rfによる熱雑音、増幅器の等価入力雑音である。
本等価回路による雑音指数NF、は近似的に（２）式で表
される。 また、enaはソース接地FET入力増幅器の場合、熱雑音
が支配的な周波数領域では、（３）式で与えられる。 gm:FETの相互コンダクタンス k:ボルツマン定数 T:絶対温度、 Δf:周波数帯域 但し、多段増幅器の場合、雑音は初段のみで決定される
ので２段以後の雑音は、無視した。 （３）式よりソース接地増幅器のNFを求めると、（４）
式となる。 これによれば、Rsを大きくすればするほどNFは小さく
なる。しかし実際には、FETの入力容量等の影響でRsが
大きくなると周波数特性が悪くなり、ゲインが下がる。
つまり、見掛け上gmが小さくなりNFは大きくなる。従っ
て第６図に示すソース接地増幅器のNF−Rs特性のよう
に、最適信号源抵抗が生じる。 一方、 であるので、（２），（３），（５），（６）式より、 ここで、Reqは、 （７）式に（１）式の関係を代入すると、 である。 従ってNFの低減にはRs、gm、Rfを充分高くすることが
効果的である。また帰還抵抗Rfの雑音の影響を防ぐた
め、オープンループゲインＡは100倍以上とする。これ
は、第７図の特性からわかるように、オープンループゲ
インを大きくすることで負帰還を施さない増幅器のNFに
近づけることができる。従って100倍以上とした。 また、この特性から、オープンループの増幅器と負帰
還を施した増幅器とのNFの差の許される範囲において、
オープンループゲインを設定することができる。 例えば、Rs＝200Ω、Rf＝24KΩ、Ａ＝100倍、gm＝47m
Sとすれば、NF＝0.34dBとなり、室温でも低雑音増幅器
が構成できる。また、（２）〜（６）式から、低温化す
れば、更に低雑音化に有効であることは明らかである。 第２図は、第２の実施例を示したもので、信号源イン
ピーダンスRsと増幅器の最適信号源インピーダンスが一
致しない場合、例えばRsに比べ最適信号源インピーダン
スが大きい場合は、初段FETを並列にし、gmを大きくす
ることで最適信号源抵抗をRsに近づける。更に増幅器の
入力にＬ、Ｃからなる整合回路（Ｌマッチ回路）を設け
整合させる。 なお、本実施例では、本発明をMRI装置に適用した場
合を説明したが、MRI装置だけではなく、優れたS/Nが要
求される信号受信用前置増幅器ならばいずれの回路であ
っても本発明を適用することができる。
以上説明したように、本発明によればインダクタンス
を用いた共振系負荷回路の不要化、冷却をしなくても低
NFが期待できる。このため回路設計の自由度を大きく広
げることができる。更に、本発明においては、Ｌマッチ
回路の採用が可能なので、増幅器の入力においてインピ
ーダンスミスマッチが生じることがないため、画質向上
に有効である。
を用いた共振系負荷回路の不要化、冷却をしなくても低
NFが期待できる。このため回路設計の自由度を大きく広
げることができる。更に、本発明においては、Ｌマッチ
回路の採用が可能なので、増幅器の入力においてインピ
ーダンスミスマッチが生じることがないため、画質向上
に有効である。
第１図、第２図は本発明の実施例の前置増幅器の回路
図、第３図は従来のMRI装置の概略を示すブロック図、
第４図は従来の前置増幅器の回路図、第５図は第１図の
雑音等価回路図、第６図はソース接地増幅器のNF−Rs特
性図、第７図は負帰還増幅器のNF−Gain特性図である。 符号の説明 １…プローブ、２…共振用コンデンサ、３…前置増幅
器、４…同軸ケーブル、５…従来回路、21…超伝導磁
石、22…傾斜磁場コイル、23…傾斜磁場電源、24…高周
波送信器、25…高周波受信器、26…シーケンス制御装
置、27…コンピュータ、28…操作卓、29…ディスプレ
イ、31,36…結合コンデンサ、32,33…バイアス抵抗、34
…負荷抵抗、35…帰還抵抗、37…整合回路、41…50Ω同
軸ケーブル、51…インピーダンス変換用トランス、52…
バイアス回路、53…Ｊ−FET（接合形電界効果トランジ
スタ）
図、第３図は従来のMRI装置の概略を示すブロック図、
第４図は従来の前置増幅器の回路図、第５図は第１図の
雑音等価回路図、第６図はソース接地増幅器のNF−Rs特
性図、第７図は負帰還増幅器のNF−Gain特性図である。 符号の説明 １…プローブ、２…共振用コンデンサ、３…前置増幅
器、４…同軸ケーブル、５…従来回路、21…超伝導磁
石、22…傾斜磁場コイル、23…傾斜磁場電源、24…高周
波送信器、25…高周波受信器、26…シーケンス制御装
置、27…コンピュータ、28…操作卓、29…ディスプレ
イ、31,36…結合コンデンサ、32,33…バイアス抵抗、34
…負荷抵抗、35…帰還抵抗、37…整合回路、41…50Ω同
軸ケーブル、51…インピーダンス変換用トランス、52…
バイアス回路、53…Ｊ−FET（接合形電界効果トランジ
スタ）
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−164041（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−34548（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−73146（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−153902（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−51848（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−143049（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−34354（ＪＰ，Ｕ)
Claims (2)
- 【請求項１】共振用コンデンサと並列接続され、被検者
からのMRI信号を検出するプローブと、 上記プローブにより検出された検出信号を伝送する同軸
ケーブルと、 上記同軸ケーブルにより伝送された信号を増幅する電界
効果トランジスタを用いたソース接地入力帰還型増幅器
からなる前置増幅器とを具備してなるNMR装置であっ
て、 上記前置増幅器の上記ソース接地入力帰還型増幅器の帰
還抵抗による負帰還を施されてなり、 上記プローブの信号源抵抗の抵抗値の増大に逆比例して
上記前置増幅器の雑音指数が減少する一方、上記電界効
果トランジスタの入力容量との関係で上記プローブの信
号源抵抗の抵抗値の増大に比例して上記前置増幅器の雑
音指数が増加すると言う上記プローブの信号源抵抗対記
前置増幅器の雑音指数特性において、上記プローブの信
号源抵抗の抵抗値の増大に応じて上記雑音指数が減少か
ら増大へ転じる付近で上記前置増幅器の雑音指数がほぼ
最小となる如く上記プローブの信号源抵抗の抵抗値が設
定されなることを特徴とするNMR装置。 - 【請求項２】上記前置増幅器のオープンループゲイン
が、概ね100倍であることを特徴とする請求項１に記載
のNMR装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63294526A JP2753283B2 (ja) | 1988-11-24 | 1988-11-24 | Ｎｍｒ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63294526A JP2753283B2 (ja) | 1988-11-24 | 1988-11-24 | Ｎｍｒ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02142206A JPH02142206A (ja) | 1990-05-31 |
| JP2753283B2 true JP2753283B2 (ja) | 1998-05-18 |
Family
ID=17808926
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63294526A Expired - Fee Related JP2753283B2 (ja) | 1988-11-24 | 1988-11-24 | Ｎｍｒ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2753283B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4362559B2 (ja) | 1999-03-04 | 2009-11-11 | 独立行政法人理化学研究所 | 電気容量式力測定装置 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5251848A (en) * | 1975-10-23 | 1977-04-26 | Onkyo Corp | Signal-noise improvement system of amplifier, etc. |
| JPS54143049A (en) * | 1978-04-28 | 1979-11-07 | Mitsubishi Electric Corp | Microwave low-noise amplifier |
| JPS59164041A (ja) * | 1983-03-07 | 1984-09-17 | 横河電機株式会社 | Ｎｍｒ装置用受信回路 |
| JPS6234548A (ja) * | 1985-08-07 | 1987-02-14 | 株式会社東芝 | 磁気共鳴イメ−ジング装置 |
| JPS6234354U (ja) * | 1985-08-19 | 1987-02-28 | ||
| JP2575352B2 (ja) * | 1985-09-27 | 1997-01-22 | 株式会社東芝 | 磁気共鳴イメ−ジング装置 |
| JPS63153902A (ja) * | 1986-09-19 | 1988-06-27 | Nec Corp | 低雑音増幅器 |
-
1988
- 1988-11-24 JP JP63294526A patent/JP2753283B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02142206A (ja) | 1990-05-31 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |