JP5754010B2

JP5754010B2 - 軽量永久磁石型磁気共鳴分析装置

Info

Publication number: JP5754010B2
Application number: JP2011135892A
Authority: JP
Inventors: 淳司平間; 純一八田; 弦上原
Original assignee: Kanazawa Institute of Technology (KIT)
Current assignee: Kanazawa Institute of Technology (KIT)
Priority date: 2011-06-20
Filing date: 2011-06-20
Publication date: 2015-07-22
Anticipated expiration: 2031-06-20
Also published as: JP2013003026A

Description

本発明は、軽量永久磁石型磁気共鳴分析装置に関し、さらに詳しくは、例えば丸ごとのリンゴやミカンを検査可能で且つ設置・移動が容易な重量２００ｋｇ以下の軽量永久磁石を用いた軽量永久磁石型磁気共鳴分析装置に関する。

従来、例えば丸ごとのリンゴを検査可能で且つ重量５００ｋｇ〜２０００ｋｇの永久磁石を用いた磁気共鳴分析装置である果実検査装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１０−２４９７６２号公報

上記従来の果実検査装置では、例えば丸ごとのリンゴを検査可能な検査空間を有しているため、例えばリンゴを検査のために破壊しなくて済む利点があった。
しかし、重量５００ｋｇ〜２０００ｋｇの永久磁石を用いているため、設置・移動が容易でない問題点があった。
そこで、本発明の目的は、例えば丸ごとのリンゴやミカンを検査可能で且つ設置・移動が容易な重量２００ｋｇ以下の軽量永久磁石を用いた軽量永久磁石型磁気共鳴分析装置を提供することにある。

第１の観点では、本発明は、電磁シールド室（１）と、前記電磁シールド室（１）内に設置される測定ユニット（２）と、前記電磁シールド室（１）外に設置される制御ユニット（３）とを具備し、前記測定ユニット（２）は、コイル径が６ｃｍ〜１１ｃｍ、コイル長が８ｃｍ〜２１ｃｍのソレノイド型のＲＦコイル（１０）と、前記ＲＦコイル（１０）の外周面および底面を囲む第１電波シールド（１１）と、前記第１電波シールド（１１）を挟んで対向する一対の勾配磁場コイル（１２）と、前記一対の勾配磁場コイル（１２）を挟んで対向し前記ＲＦコイル（１０）の内部に磁場強度４３ｍＴ〜６５ｍＴで直径５ｃｍ〜１０ｃｍの球状の均一磁場空間を形成しうる一対の板状永久磁石（１３）及びそれら一対の板状永久磁石（１３）を温調するためのヒータ及び温度センサ（１４）並びに前記一対の板状永久磁石（１３）を結合する透磁部材（１５）と、前記一対の勾配磁場コイル（１２）及び前記一対の板状永久磁石（１３）及び前記ヒータ及び前記温度センサ（１４）及び前記透磁部材（１５）を包む第２電波シールド（１６）とを具備し、前記電磁シールド室（２）と前記第１電波シールド（１１）と前記第２電波シールド（１６）とが同電位にされ、前記制御ユニット（３）は、前記ＲＦコイル（１０）で受信した被測定物からのＭＲ信号の中心周波数ｆｏ±１００ｋＨｚの帯域で且つ増幅度８０ｄＢ以上で前記ＭＲ信号を増幅する増幅部であって別個の導電性筐体（４１，４２）にそれぞれ収容されそれぞれが増幅度６０ｄＢ以下の少なくとも２以上の増幅回路（３１，３２）からなるＭＲ信号増幅部（３０）と、前記ＭＲ信号増幅部（３０）の出力信号を分析するための分析部（３８ａ）とを具備することを特徴とする軽量永久磁石型磁気共鳴分析装置（１００）を提供する。

上記第１の観点による軽量永久磁石型磁気共鳴分析装置（１００）では、一対の板状永久磁石（１３）により直径５ｃｍ〜１０ｃｍの球状の均一磁場空間を形成するため、例えば丸ごとのリンゴやミカンを検査可能となる。また、均一磁場空間の磁場強度を４３ｍＴ〜６５ｍＴの超低磁場としたため、一対の板状永久磁石（１３）の重量を２００ｋｇ以下に軽量化することが可能となり、設置・移動が容易になる。

均一磁場空間の磁場強度を４３ｍＴ以上とした理由は、測定対象の核種を水のプロトンとした場合にＭＲ信号の中心周波数ｆｏが１．７ＭＨｚ以上となり、中波放送（５３１ｋＨｚ〜１６０２ｋＨｚ）の強い電波による妨害を受けにくくなるためである。
均一磁場空間の磁場強度を６５ｍＴ以下とした理由は、一対の板状永久磁石（１３）の重量を２００ｋｇ以下に軽量化するためである。

ところが、４３ｍＴ〜６５ｍＴの超低磁場では、被測定物からのＭＲ信号が極めて微弱になってしまう信号微弱化問題と、極めて微弱になったＭＲ信号が外来ノイズに埋もれてしまう外来ノイズ問題の２つの問題が生じた。
そこで、信号微弱化問題に対しては、増幅部（３０）の増幅度を８０ｄＢ以上の超高増幅度とし、分析部（３８ａ）で分析可能なレベルにまで増幅するようにした。
また、外来ノイズ問題に対しては、ＲＦコイル（１０）の外周面および底面を第１電波シールド（１１）で囲み、一対の勾配磁場コイル（１２）及び一対の板状永久磁石（１３）及びヒータ及び温度センサ（１４）及び透磁部材（１５）を第２電波シールド（１６）包み、これらを含む測定ユニット（２）を電磁シールド室（１）内に設置し、電磁シールド室（２）と第１電波シールド（１１）と第２電波シールド（１６）とを同電位にすることにより、外来ノイズの抑制に成功した。

しかしながら、８０ｄＢ以上の超高増幅度では、信号の回り込みにより増幅回路が発振してしまう発振問題が生じた。
そこで、この発振問題に対して、被測定物からのＭＲ信号の中心周波数ｆｏ±１００ｋＨｚの狭帯域で増幅するようにし（ＭＲ信号の中心周波数ｆｏは測定対象の核種によって決まる）且つＭＲ信号増幅部（３０）をそれぞれが増幅度６０ｄＢ以下で且つ別個の導電性筐体（４１，４２）に収容した少なくとも２以上の増幅回路（３１，３２）から構成することにより、全体として８０ｄＢ以上の超高増幅度でも発振を起こさせないことに成功した。なお、各増幅回路（３１，３２）の増幅度を６０ｄＢ以下としたのは、増幅度６０ｄＢまでの増幅回路なら発振させずに１つの導電性筐体に収容する技術が既にあるからである。

本発明の軽量永久磁石型磁気共鳴分析装置によれば、例えば丸ごとのリンゴやミカンを検査可能となる。また、永久磁石の重量を２００ｋｇ以下に軽量化することが可能となり、設置・移動が容易になる。

実施例１に係る軽量永久磁石型磁気共鳴分析装置を示す斜視図である。実施例１に係る軽量永久磁石型磁気共鳴分析装置を示すブロック図である。測定ユニットにおけるＲＦコイルを示す斜視図である。測定ユニットにおける第１電波シールドを示す斜視図である。測定ユニットにおける勾配磁場コイルを示す斜視図である。測定ユニットにおける永久磁石および透磁部材を示す斜視図である。測定ユニットにおける第２電波シールドを示す斜視図である。制御ユニットを示すブロック図である。第１増幅回路を示す回路図である。ＩＲ法における各種信号を示す信号波形図である。砂糖水濃度とＴ１緩和時間の関係を示すグラフである。砂糖水濃度とＴ２緩和時間の関係を示すグラフである。ＳＥ法における各種信号を示す信号波形図である。ミカンの断層像（ＴＲ＝５００ｍｓ）を示すＭＲ画像図である。ミカンの断層像（ＴＲ＝１０００ｍｓ）を示すＭＲ画像図である。ピーマンの断層像を示すＭＲ画像図である。トマトの断層像を示すＭＲ画像図である。骨付き鶏肉の断層像を示すＭＲ画像図である。

以下、図に示す実施の形態により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。

−実施例１−
図１は、軽量永久磁石型磁気共鳴分析装置１００を示す斜視図である。
この軽量永久磁石型磁気共鳴分析装置１００は、電磁シールド室１と、電磁シールド室１内に設置される測定ユニット２と、電磁シールド室１外に設置される制御ユニット３と、電磁シールド室１の壁を貫通して測定ユニット２と制御ユニット３とを接続する制御ケーブル４とを具備してなる。
電磁シールド室１は、鉄網で囲まれた箱であり、接地されている。

図２は、軽量永久磁石型磁気共鳴分析装置１００を示すブロック図である。

図３に示すように、測定ユニット２の中心部にはＲＦコイル１０が設置されている。ＲＦコイル１０は、コイル径が６ｃｍ〜１１ｃｍ、コイル長が８ｃｍ〜２１ｃｍ、ターン数が４〜４０のソレノイド型コイルである。

図４に示すように、ＲＦコイル１０の外周面および底面を囲むように第１電波シールド１１が設置されている。第１電波シールド１１は、上面が開口した長方形の銅板製の箱である。

図５に示すように、第１電波シールド１１を挟んで対向するように一対の勾配磁場コイル１２が設置されている。

図２に戻り、一対の勾配磁場コイル１２を挟んで対向するように一対の板状永久磁石１３および磁極片１３ａが設置されている。一対の板状永久磁石１３の背面には、磁路を構成するベース継鉄（透磁部材）１５が貼設されている。これらベース継鉄（透磁部材）１５は、磁路を構成する柱状継鉄（透磁部材）１５で結合されている。また、ベース継鉄（透磁部材）１５の背面には、板状永久磁石１３を温調するためのヒータ及び温度センサ１４が貼設されている。
図６は、板状永久磁石１３・磁極片１３ａ・ヒータ及び温度センサ１４・ベース継鉄（透磁部材）１５と柱状継鉄（透磁部材）１５の斜視図である。
一対の板状永久磁石１３は、ＲＦコイル１０の内部に磁場強度４３ｍＴ〜６５ｍＴで直径５ｃｍ〜１０ｃｍの球状の均一磁場空間２０（図２参照）を形成する。例えば均一磁場空間２０の磁場強度が５２ｍＴの場合、一対の板状永久磁石１３の重量は約１７０ｋｇである。

図７（および図２）に示すように、勾配磁場コイル１２・板状永久磁石１３・磁極片１３ａ・ヒータ及び温度センサ１４・ベース継鉄（透磁部材）１５・柱状継鉄（透磁部材）１５を包むように第２電波シールド１６が設けられている。第２電波シールド１６は、銅網製である。
第１電波シールド１１と第２電波シールド１６とは、第１導電部材１７で接続され、同電位にされている。また、第２電波シールド１６と電磁シールド室１とは、第２導電部材１８で接続され、同電位にされている。

図２に戻り、制御ユニット３は、ＲＦコイル１０で受信した被測定物からのＭＲ信号の中心周波数ｆｏ±１００ｋＨｚの狭帯域で且つ増幅度８０ｄＢ以上でＭＲ信号を増幅するＭＲ信号増幅部３０と、ＲＦコイル１０を駆動してＲＦパルスを発生させるＲＦ駆動部３４と、ＲＦ駆動部３４からのＲＦ駆動信号をＲＦコイル１０へ伝える状態とＲＦコイル１０からのＭＲ信号をＭＲ信号増幅部３０へ伝える状態とを切り換える切換部３５と、勾配磁場コイル１２を駆動して勾配磁場を発生させる勾配磁場駆動部３６と、板状永久磁石１３の温調制御を行う永久磁石温調部３７と、パルスシーケンスの駆動制御やＭＲ信号の分析を行うＣＰＵ３８と、操作者とのインターフェースとなる操作部３９とを具備している。

例えば均一磁場空間の磁場強度が５２ｍＴの場合、ＭＲ信号の中心周波数ｆｏ＝２．２ＭＨｚである。

図８に示すように、ＭＲ信号増幅部３０は、それぞれが増幅度６０ｄＢ以下の第１増幅回路３１および第２増幅回路３２に分割されている。これら第１増幅回路３１および第２増幅回路３２は、別個の第１導電性筐体４１および第２導電性筐体４２にそれぞれ収容され、同軸ケーブル５で接続されている。第１導電性筐体４１および第２導電性筐体４２は、例えばアルミ板の箱であり、それぞれ接地されている。
受信ケーブル４ａは、切換部３５からのＭＲ信号を第１増幅回路３１に導入するケーブルである（図２参照）。
分析部３８ａは、ＣＰＵ３８により実行される信号処理プログラムである。

図９は、第１増幅回路３１の回路例を示す回路図である。
第１増幅回路３１は、２つのＦＥＴ増幅器ＡＭＰ−１，ＡＭＰ２と、４つのバンドパスフィルタＢＰＦ−１〜ＢＰＦ３から構成されている。

図１０は、公知のＩＲ（反転回復）法のパルスシーケンスを用いてＦＩＤ信号を受信したときの１８０°パルスと、それから３００ｍｓ後の９０°パルスと、その直後に発生するＭＲ信号（ＦＩＤ信号）とを示す波形図である。
なお、勾配磁場を調整することにより、例えば丸ごとのリンゴやミカンの全体からでも、一部分からでもＭＲ信号を得ることが出来る。

図１１は、砂糖濃度の異なる砂糖水の水のプロトンを測定核種として得られたＭＲ信号（ＦＩＤ信号）を分析して作成した砂糖水濃度とＴ１緩和時間の関係を示すグラフである。
砂糖濃度が高くなると、Ｔ１緩和時間が長くなることが判る。

図１２は、砂糖濃度の異なる砂糖水の水のプロトンを測定核種として得られたＭＲ信号（ＦＩＤ信号）を分析して作成した砂糖水濃度とＴ２緩和時間の関係を示すグラフである。
砂糖濃度が高くなると、Ｔ２緩和時間が短くなることが判る。

図１３は、公知のＳＥ（スピンエコー）法のパルスシーケンスを用いてＭＲ信号（エコー信号）を受信したときの９０°パルスと、それから２００ｍｓ後の１８０°パルスと、その２００ｍｓ後に発生するＭＲ信号（エコー信号）とを示す波形図である。
このエコー信号を分析することにより、ＭＲ画像を作成することが出来る。

図１４は、水のプロトンを測定核種としてミカンを撮像して得られたＭＲ画像である。
撮影条件を次に示す。
・パルスシーケンス：グラディエントエコー法
・繰り返し時間ＴＲ：５００ｍｓ
・エコー時間ＴＥ：５ｍｓ
・加算平均回数Ａｖｅ：２
・画像マトリックス数：６４×６４
・スライス数：６４
・撮影時間：１時間９分

図１５は、水のプロトンを測定核種としてミカンを撮像して得られたＭＲ画像である。図１４の場合に比べると、撮影時間は長いが、画質が向上している。ＴＲを長くすることで、ＭＲ信号（エコー信号）強度が大きくなり、Ｒｘゲインを小さくでき、結果的にＳ／Ｎ比を向上できる。
撮影条件を次に示す。
・パルスシーケンス：グラディエントエコー法
・繰り返し時間ＴＲ：１０００ｍｓ
・エコー時間ＴＥ：５ｍｓ
・加算平均回数Ａｖｅ：２
・画像マトリックス数：６４×６４
・スライス数：６４
・撮影時間：２時間１６分

図１６は、水のプロトンを測定核種としてピーマンを撮像して得られたＭＲ画像である。
撮影条件を次に示す。
・パルスシーケンス：グラディエントエコー法
・繰り返し時間ＴＲ：５００ｍｓ
・エコー時間ＴＥ：５ｍｓ
・加算平均回数Ａｖｅ：２
・画像マトリックス数：６４×６４
・スライス数：６４
・撮影時間：１時間９分

図１７は、水のプロトンを測定核種としてトマトを撮像して得られたＭＲ画像である。
撮影条件を次に示す。
・パルスシーケンス：グラディエントエコー法
・繰り返し時間ＴＲ：１０００ｍｓ
・エコー時間ＴＥ：５ｍｓ
・加算平均回数Ａｖｅ：２
・画像マトリックス数：６４×６４
・スライス数：６４
・撮影時間：２時間１６分

図１８は、水のプロトンを測定核種として骨付き鶏のもも肉を撮像して得られたＭＲ画像である。
撮影条件を次に示す。
・パルスシーケンス：グラディエントエコー法
・繰り返し時間ＴＲ：５００ｍｓ
・エコー時間ＴＥ：５ｍｓ
・加算平均回数Ａｖｅ：２
・画像マトリックス数：６４×６４
・スライス数：６４
・撮影時間：１時間９分

本発明の軽量永久磁石型磁気共鳴分析装置は、例えば果実や魚の成熟度の検査に利用できる。

１電磁シールド室
２測定ユニット
３制御ユニット
４制御ケーブル
４ａ受信ケーブル
５同軸ケーブル
１０ＲＦコイル
１１第１電波シールド
１２勾配磁場コイル
１３板状永久磁石
１４ヒータ及び温度センサ
１５透磁部材（ベース継鉄・柱状継鉄）
１６第２電波シールド
３０ＭＲ信号増幅部
３１第１増幅回路
３２第２増幅回路
３８ＣＰＵ
３８ａ分析部
４１，４２導電性筐体
１００軽量永久磁石型磁気共鳴分析装置

Claims

電磁シールド室（１）と、前記電磁シールド室（１）内に設置される測定ユニット（２）と、前記電磁シールド室（１）外に設置される制御ユニット（３）とを具備し、
前記測定ユニット（２）は、
コイル径が６ｃｍ〜１１ｃｍ、コイル長が８ｃｍ〜２１ｃｍのソレノイド型のＲＦコイル（１０）と、
前記ＲＦコイル（１０）の外周面および底面を囲む第１電波シールド（１１）と、
前記第１電波シールド（１１）を挟んで対向する一対の勾配磁場コイル（１２）と、
前記一対の勾配磁場コイル（１２）を挟んで対向し前記ＲＦコイル（１０）の内部に磁場強度４３ｍＴ〜６５ｍＴで直径５ｃｍ〜１０ｃｍの球状の均一磁場空間を形成しうる一対の板状永久磁石（１３）及びそれら一対の板状永久磁石（１３）を温調するためのヒータ及び温度センサ（１４）並びに前記一対の板状永久磁石（１３）を結合する透磁部材（１５）と、
前記一対の勾配磁場コイル（１２）及び前記一対の板状永久磁石（１３）及び前記ヒータ及び前記温度センサ（１４）及び前記透磁部材（１５）を包む第２電波シールド（１６）と
を具備し、
前記電磁シールド室（２）と前記第１電波シールド（１１）と前記第２電波シールド（１６）とが同電位にされ、
前記制御ユニット（３）は、
前記ＲＦコイル（１０）で受信した被測定物からのＭＲ信号の中心周波数ｆｏ±１００ｋＨｚの帯域で且つ増幅度８０ｄＢ以上で前記ＭＲ信号を増幅する増幅部であって別個の導電性筐体（４１，４２）にそれぞれ収容されそれぞれが増幅度６０ｄＢ以下の少なくとも２以上の増幅回路（３１，３２）からなるＭＲ信号増幅部（３０）と、
前記ＭＲ信号増幅部（３０）の出力信号を分析するための分析部（３８ａ）と
を具備することを特徴とする軽量永久磁石型磁気共鳴分析装置（１００）。