JPH01201244A - Ｍｒｉ装置のインピーダンス自動調整装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、磁気共鳴（Ｍ　Ｒ：　ｍａｇｎｅｔｉｃｒ＠
ｍｏ１１＆ｎｅ＠　）現象を利用して生体の診断清報を
得る凧！装置（磁気共鳴診断装置）におけるプローブヘ
ッドの入力側からみたインピーダンスＺ１を特性インピ
ーダンスＺｃに等しく調整するインピーダンス自動調整
装置に関する。

（従来の技術） 磁気共鳴現象は、静磁場中に置かれた零でないスピン及
び磁気モーメントを持つ原子核が特定の周波数の電磁波
のみを共鳴的に吸収・放出する現象であり、γｔ−原子
核の種類に固有の磁気回転比、またＨＯを静磁場強度と
すると、この原子核は下記式に示す角周波数ω０で共鳴
する。

ω、＝ｒＨ。

以上のぶ理を利用して生体診断を行う方法は、上述の共
鳴吸収の後に誘起される上記と同じ周波数の電磁波を信
号処理して例えば被検体の断層像等を得るようにしてい
る。

この場合、磁気共鳴による診断情報の収集は、静磁場中
に配量した被検体の全部位を励起し且つ信号収集するこ
とができるものであるが、装置構成上の制約やイメーノ
ング像の臨床上の要請から、実際は特定のスライス面に
対する励起とその信号収集を行うようにしている。

また、ＭＨＩ装置では被検体から送られるＭＲ倍信号受
信するためのアンテナとしてプローブヘッドが用いられ
る。第２３図はこのプローブヘッドの等価回路の一例を
示すもので、このプローブヘッドには給電線（特性イン
ピーダンスＺｅ、多くの場合５００）が接続され診断態
様に応じて引き回される。ここで、Ｃ１はチューニング
用の可変コアｆンサ、Ｃｘ　ハマッチング用の可変コン
デンサ、Ｌはコイル、Ｒはコイルの等測的並列抵抗、ｚ
ｌは入力側からみたインピーダンスである。

ところでこのプローブヘッドを用いる場合は次の２つの
理由により、その入力側からみたインピーダンス（以下
単にインピーダンスと称する）Ｚｉを特性インピーダン
スＺｅに等しく調整する必要がある。

■　Ｚｉ！ｑＺｅの場合は給電線でＭＲ倍信号伝送損失
が生じるので、Ｓ／′Ｎ特性が劣化する。

■　ＭＨＩ装置で使用される低雑音アンプは多くの場合
入力インピーダンスがＺｃで設計されているので、Ｚｉ
（Ｚｃの場合即ちＺｃ以外の信号源インピーダンスを持
つ信号源と接続した場合は、ノイズフィギュアマツチン
グを犠牲にすることになるため必ずしも低雑音が保証さ
れない。

第２３図の等価回路において、可変コンデンサＣ，，Ｃ
，とインピーダンスＺｊとの関係は次式のように示され
る。

Ｃ，＝□　　　　　　　　・・・（１）０７７面１ニア
５　［Ｆ］ （但しａ、Ｚｔは実数） 上記（１）　、　（２）式から明らかなように、Ｚｉを
大きくするとＣ，は小さくなり、Ｃ１は大きくなる。即
ち、Ｒ，Ｌが一定の基ではＣ！を小さくすれば（勿論Ｃ
１もそれに合わせて少し大きくする）、純抵抗になるよ
うに合わせたプローブヘッドのインピーダンス２１は大
きくすることができる。

次に第２３図における点線内の回路部分のインピーダン
スＺｘを計算すると次式のようになる。

（純抵抗分）（インダクティプなりアクタンス分）ま九
、２つの０２の回路部分のインピーダンスＺｙは次式で
示される。

即ち、上記式（３）　、　（４）から明らかなように、
ｚｌは、ＣＩ　　＃　Ｒｔ　ＬＩＩＣよりて形成される
Ｚｘと、２つのＣ！によって形成されるＺＹとから構成
されており、従って、Ｚｉを純抵抗にするためには、（
３）式における虚部（インダクティプなりアクタンス分
）を、（４）式で示される虚部（キャノ４シティプなリ
アクタンス分）にＬって相殺して零にすればよいことが
わかる。

以上の事実に基き、前記したようにＺｉ＝Ｚｃの条件を
満足させるためには、Ｚｉ（Ｚｃの関係にある場合はＣ
！を小さく調整し且つそのとき生じた虚部を相殺するよ
うにＣ，を大きく調整することにより、ｚｌを大きくな
るように調整すればよい。

また、Ｚｉ）Ｚｃの場合は逆にＣ２を大きく且つＣＩを
小さく調整することにより、２１を小さくするように調
整すればよい。

ところで、プローブヘッド単体ではＱが高いことが要求
され、かつ撮影時には被検体がプローブヘッドに接近す
るために、実際の撮影時のプローブヘッドの第１次近似
としての等価回路は第２３図と異なって第２４図のよう
に示される。ここで、Ｃｓ、　Ｃａ’は人体とコイル間
の浮遊容４１．Ｒｐは人体の等測的抵抗である。従って
、インピーダンスＺｉも２１′に変化してしまりように
なる。第２４図は第２５図のように等価変換することが
でき、さらに第２６図のように簡略化することもできる
。

第２５図でＣｍ’はＣｓ、　Ｃｓ’、　Ｒｐを並列変換
したときの等測的容量、Ｒｐ／はＣ８＃と同様に変換し
たときの等測的容量である。但し、 である。このような第２６図の等価回路において、Ｚｉ
’＝Ｚｃの条件から可変コンデンサｃｍ　　ｔ　ｅｌ’
とインピーダンスＺｃとの関係は、前記（１）　、　（
２）式に準じて次式のように示される。

Ｃ２＝□　　　　　　　・・・（１）′ωＹ′フを−で
Ｒ’　−ＺｃΣ　　　［Ｆコ（ω”　２’Ｃｆ　：　ｆ
　（Ｈｚ）はＭＲ倍信号共鳴周波数）従って、第２３図
の場合と同様にＣ１’ｙＣ２を調整することによｉ）　
Ｚｉ　＝　Ｚｅの条件を満足させることができる。

従来、この調整は、出力インピーダンスがＺｃ（純抵抗
）の発振器を用意し、これとプローブヘッド間に方向性
結合器を挿入することにより、反射電力が零になるとこ
ろを試行錯誤で見つけるようにして行われていた。

（発明が解決しようとする課題） ところで従来の調整方法としては、一般に撮影に先だっ
て手作業により２つの可変コンデンサを同時に調整する
ようにしている。しかし乍、２つの可変コンデンサを、
手作業により同時に調整しＺｉ　＝Ｚｃとすることは勘
や経験に頼るところが大きく、極めて効率が悪いという
問題がある。

そこで本発明の目的は、効率良くインピーダンス調整を
行なえるＭＲＩ装置のインピーダンス自動調整装置を提
供することにある。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 本発明は上記課題を解決し且つ目的を達成するために次
のよりな手段を講じた構成としている。

すなわち、本発明は、プローブヘッドに信号を供給する
出力インピーダンスがＺｃの発振器と前記プローブヘッ
ドとの間に設けられ前記プローブヘッドのインピーダン
スＺｉｉ実部と虚部とに分けて電圧として検出する検出
部と、虚部の電圧が零を示すコンデンサＣ，，Ｃ，の組
合せの初期値を見つけ出すためのイニシャル・ルーチン
とこのイニシャル・ルーチンにより設定されたコンデン
サＣ１゜Ｃ２の組合せの初期値及び前記検出部により検
出した実部及び虚部の電圧により各電圧を零に調整する
ためのコンデンサ制御信号を得るマッチング・ルーチン
とが実行されるコントロール部とを具備したことを特徴
とする。

（作用） このような構成によれば、プローブヘッドのインピーダ
ンスが実部と虚部とに分けて電圧として検出され、この
各電圧が零となるような制御が行なわれて、プローブヘ
ッドのインピーダンスＺｉが特性インピーダンスＺｃに
等しくなるように調整される。従って、調整が手作業に
よることなく自動的に行なわれるので、効率のよい調整
が行なわれる。

（実施例） 先ず本発明の詳細な説明する。

Ｉ″ＲＦ　ｅｘｐｏ　ｅａｓｔ　（Ｎｏｖ、　１０−１
２＋　１９８Ｌ　Ｂｏｓｔｏｎ。

Ｍａｓｓａｅｈｕａｅｔ　ｔｓ”で紹介されている論文
″ＡＣｏｍｐｌ＠ｘ　　Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ　　Ｍｅｔ
ｅｒ　　（Ｃｕｒｌ　　Ｇ、　　Ｌｏｄｓｔｒｏｅｍ。

Ｄｏｗｋ＠ｙ　Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　Ｃｏｒｐｏｒａｔ
ｉｏｎ　１１１０　ＭａｒｋＡｖｅｎｕ＠Ｃａｒｐｒ１
ｎｔｅｒｌａ、　ＣＡ　９３０１３−２９１８　）−に
よると、第１７図に示すように発振器１（出力インピー
ダンスＺｅ）と負荷２（インピーダンスＺｔ、）間にλ
カケープルを接続することＫより（このλ／８ケーブル
については後述する。）、負荷２のインピーダンスが実
部（Ｒｅ　：　Ｒ＠ａｌ　ｐａｒｔ　）と虚部（Ｉｎ　
：Ｉｍａｇｉｎａｒｙ　ｐａｒｔ　）とに分けて電圧に
対応した形で容易に検出できることが示されている。尚
、ＤＩ　。

ｎ、　Ｉ　ＤＩ　＋　Ｄ４はダイオード、Ｒ１＋　Ｒ１
は可変抵抗、３は実部に対応した直流電圧計、４は虚部
に対応した直流電圧計、５は減衰器（発振器１の出力イ
ンピーダンスを正確にｚｅ（＝５００）にするためのも
の）である。

λＡケーブルが正確にケーブル長に合っている場合、負
荷２としてＺＬ＝　ＺｃＯ値のものを接続し電圧計３，
４の指示がどちらも０（ｖ）と々るように、予め可変抵
抗器（トリムポット型）　Ｒ１ｒ　ａｓを調整して初期
状態を設定しておくものとする。

この状態で例えば実部（Ｒｅ）がＺｅより小さい場合は
実部電圧計３は正の電圧を示し、Ｚｃより大きい場合は
負の電圧を示す。また、虚部（Ｉｍ）がインダクティプ
な場合は虚部電圧計４は正の電圧を示し、キャノ臂シテ
ィプな場合は負の電圧を示す。従って、実部電圧計３及
び虚部電圧計４の指示を観察することにより、負荷のイ
ンピーダンスＺｃの値が大小のいずれの方向にずれてい
るかを把握することができる。なお、λは発振器１の周
波数によって決定される。

上述の検出器、つまシス／８検出器について更に詳細に
説明する。すなわち、第１８図に示す回路を考えた場合
、一般に、点Ｐでの電圧Ｖｏ（Ｚ）は下記の式のように
なる。

Ｖ６（Ｚ）　＝　Ｖｔｃｃｍβ（ｔ−Ｚ）＋ｊＺｃＩｔ
ｓｆｎβ（ｔ−２）ここで、β＝２π／λ、　Ｚｔ＝Ｖ
ｔＡｔより、Ｖｏ（Ｚ）は下記式（５）式のようになる
。

・・・（５） よって、λ／８ケーブルによるＣｏｍｐｌｅｘ　Ｉｍｐ
ｅｄａｎｃｅＭｅｔｅｒの原理図は、第１９図のように
なる。

第１９図の点ｐ１．ｐ鵞＋Ｐ３＋Ｐ４における電圧をｖ
ｌ　＋　■＊　＋　ｖｌ　＊　ｖ４とする。そして、信
号源インピーダンスは、λ／８ケーブルの特性インピー
ダンスＺｃと一致しているものと仮定する。

点Ｐ１　＋　Ｐｌ　ｔ　ｐｓ　ｅ　Ｐ４の位置は、λ／
８の整数倍のところであることから、 式に代入すると、■１　＋　Ｖｔ　ｅ　Ｖ３　＊　Ｖ４
は次のようになる。

上記第１９図における点Ｐｔ、Ｐｓ（もしくはＰｕ５Ｐ
４）を１．Ｊで代表させると、第１９図は第２０図のよ
うに表わすことができる。また、第２０図は等測的に第
２１図（ａ）、さらには第２１図（ｂ）のように置き換
えられる。

ここで１ 、°、　　Ｒ，１１＋ＲＯＩ、＝ＥＩ　　　　　　　　
　−（７）上記（６）式より、 一’、　　（Ｒ１＋Ｒ１）Ｉｔ−ｆｈｈ＝　Ｉｊｌ　　
Ｅ２　　・・・（６）′上記（７）　、　（６）’式を
工２について解く。

原理的にＲ１＝　ａｌ　とでき、これにより、Ｅ、は下
記式のようになる。

（Ｅｓ＋Ｅｚ）Ｒｅ 今、ａ　！（＝　ａ　＊　）＜　Ｒｏとすると、Ｅ、は
次のようになるＯ ただし、Ｖｉ　、　Ｖｊの電圧は、それぞれダイオード
Ｄｉ　、　ＤＪで整流後、ＣＩ　、　Ｃｊで平滑される
ため、Ｖｌ　、　Ｖｊの最大値つまシ振幅電圧Ｅ１．　
Ｅ、となる。

そして、未知のインピーダンスＺＬ＝Ｒｘ＋ＪＮｘと表
現すると、 （１）虚数部分で検出される電圧をｖ珈とすると、下記
（８）式のようになる。

代入により、 ・・・（８） 以上により、Ｎｘの正負を反映した電圧が発生する。

（１１）実数部分で検出される電圧をｖｈとすると、下
記（９）式のようになる。

ＩＶ＊ｌ＝ヱルτロア Ｚｃ ｌＶ４１＝　１ｖｚ１ Ｚｃ 仮に、ＺＬ　＝　Ｒｘ　（ＮｘミＯ）とすれば、以上に
よれば、未知のインピーダンス ７．１＝　Ｒｘ＋　ｊＮｘの虚数部Ｎｘを反映した電圧
■ｘｍが得られる。次に、この電圧ｖ珈ミＯになるよう
に、負荷インピーダンスを調整する。つまりＮｘ　＝　
Ｑとなるようにすると、実数部ＲｘとＺｅの差を反映し
た電圧ｖｌｅが得られる。

次に、検出部と負荷（プローブヘッド）との間にλ／２
畏の整数倍のケーブルが接続されていても、上述の電圧
ｖａｅ　ｔ　Ｖｌｆｎの検出には支障がないことを説明
する。

第２２図に示すように、プローブヘッドのインピーダン
スを２１とし、伝送線路の長さをｔ（％性インピーダン
スｔ−Ｚｃとする。）、検出器からみたインピーダンス
を２（０）とする。このとき、無損失線路の場合は下記
Ｃ１Ｏ式が成立する。

ただし、β＝２π／λ位相定数であシ、λは伝送線路の
１波長である。今、一定の周波数の場合（βツ一定）ｔ
−考えると、ｚ（０）ミ２１が成立することが、検出器
〜プローブヘッドの伝送線路に要求される東件である。

この理由は次のように説明される。

すなわち、プローブヘッドのインピーダンスｋｉｔ接み
たインピーダンス２１が、長さＬの伝送線路を通してみ
たインピーダンスｚ（０）に等しければ、遠方からプロ
ーブヘッドのインピーダンスを観測できるからである。

ｚ（０）ミ２１　　　　　　　・・・ａｐαＱ、α■よ
り１ 、’、　（ＺＡ−Ｚｃ）（Ｚｔ＋Ｚｅ）−β１＝０ここ
で、２１は任意であるから、恒等的に成立するためには
−βｔミＯであればよい。

・°・βｔ＝ｎπ（ｎは整数） 以上によれば、周波数が一定の場合、グローブヘラドル
検出器間の伝送線路の長さｔが半波長の整数倍であれば
、直接測定したインピーダンスも、伝送線路を通して測
定したインピーダンスも同一にみえることが理解される
。

本発明はこのような原理を基になされたもので以下図面
を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例のＭＲＩ装置のインピーダン
ス自動調整装＠を示すブロック図で、出力インピーダン
スがｚＣの発振器１とプローブヘッド６との間に検出部
７が接続され、この検出部７とプローブヘッド６間にコ
ントロール部８が接続される。検出部７の構成は第１６
図と同様にλ／８ケーブルを用いることにより、プロー
ブヘッド６のインピーダンスＺｉを実部（Ｒｅ）と虚部
（Ｉｍ）とに分けて各々の電圧計によって電圧として検
出するようになっている。

また、コントロール部８は、例えば後述の第２図のよう
な構成になってお夛、前記検出部７によって検出された
実部電圧（Ｒｅ（ＲＩＩＴＣ圧）と虚部電圧（Ｉｎ側電
圧）に応じて各電圧を零に調整するための制御信号をプ
ローブヘッド６のコンデンサＣ１ＩＣ１又はそのアクチ
ュエータに供給するようになっている。

第２図に示すように、コントロール部８は、Ｒｅ側電圧
とＩｍ＠電圧とを、サングルホールド回路８ｍｌ　、　
８１２　、め変換回路ｓｂ、、ｓｂ１、ラッチ回路８ｅ
１，８ｃ２によりディジタル信号化し、こｎらをマイク
ロプロセッサからなるディジタル・コントロール部８ｄ
に導き、ここで詳細は後述するイニシャル・ルーチン及
びマッチング・ルーチンヲ実行し、その結果をＤ／Ａ変
換回路８ｅ１，８＊２、コンデンサ・ドライバａｔ１．
ａｔ、にて制御信号（Ｃｔコントロール信号、Ｃ冨コン
トロール信号）を得るようになっている。

ここで、ディジタル・コントロール部８ｄで実行される
イニシャル・ルーチンは、Ｉｎ側電圧がＯＶとなるよう
なコンデンサＣ１５Ｃ２の組合せの初期値を見つけるた
めのものであり、マッチング・ルーチンは、前記イニシ
ャル・ルーチンで見つけ出したコンデンサの初期値と、
Ｒｅ側電圧及びＩｎ側電圧とを用いて、両室圧が零つま
りＺｉ＝ＺｃとなるＣＩ＋Ｃ！を決定するものである。

以下、理解を容易とするために、イニシャル・ルーチン
の説明に先たち、適正なる初期値が設定された基でのコ
ンデンサマツチングを行なうマッチング・ルーチンの説
明を行なう。すなわち、Ｒｅ側電圧が正の場合、負の場
合、またＩｎ側電圧が正の場合、負の場合の４つのケー
スにより、自＋Ｃ２を適宜調整するものである。

第１図の検出部７によって検出された実部電圧（Ｒ・訓
電圧）が正の場合、前記本発明の原理からＺｉ（Ｚｅと
判定できるので、プローブヘッド６のＣ，を小さくする
ような（前記（１）式に基き）制御信号を供給する。こ
れによって２１はＺｃより大となる方向に向かうので、
実部電圧がＯ（Ｖ）になったとき、Ｃ２に対する制御信
号の供給を停止する。

検出部７によって検出された実部電圧が負の場合、前記
と逆にＺｉ）Ｚｃと判定できるので、Ｃ２を大きくする
よう々制御信号を供給する。これによって２１はＺｃよ
り小となる方向に向かうので、実部電圧’ｋＯ（Ｖ）に
することができる。

検出部７によって検出された虚部電圧（Ｉｎ側電圧）が
正の場合、前記本発明の原理からインダクティプと判定
できるので、Ｃ１を小さくするような制御信号を供給す
る。これによって虚部は相殺されてキャパシティブな方
向へ向かうので、虚部電圧がＯ（Ｖ）になったときＣ１
に対する制御信号の供給を停止する。

検出部７によって検出された虚部電圧が負０場合、前記
と逆にキャノ母シティプと判定できるので、Ｃ１を大き
くするような制御信号を供給する。これによって虚部は
インダクティプな方向へ向かうので、虚部電圧をＯ（Ｖ
）にすることができる。

このように、マッチング・ルーチンでは、検出部７によ
って検出された実部電圧と虚部電圧とに応じて、各々を
零にするような制御信号すなわち負帰還（ＮＦＢ　）信
号をプローブヘッド６のＣ１又はＣ１に供給するように
動作するので、最終的にＺｉ＝Ｚｃの条件を満足するよ
うに調整される。このとき、非収束を極力抑えるため虚
部電圧をＯｖにコントロールするＮＦＢの応答性を、実
部電圧を０■にコントロールする方より十分に速くして
おくことが望ましい。

以上が、マッチング・ルーチンの処理内容であるが、初
期値の選定の如何によっては、ＺｉがＺｃに収束しない
で振動もしくは収束しない可能性がおる。例えば、被検
体が大幅に変化することにより、２１も大幅に変化する
ような場合には、経験的に設定したＣＩ＋Ｃ！の初期値
では収束しないことがある。

イニシャル・ルーチンは、上述の非収束を防止するＣ、
　、　Ｃ，の初期値を設定するためのものであるＯ先づ
、イニシャル・ルーチンでの前提条件は、ＣＩ。

Ｃ２の可変範囲内で必ずＺｔ＝Ｚｅとなってインピーダ
ンス整合が可能であることが確認されているものとし、
次の２つのケースに大きく分類することができる。

〈ケース１〉 Ｉｎ側電圧を常に零に保つように％　Ｃ１＋　Ｃｓを変
化させるとき、プローブヘッドの可変容量コンデンサが
（インピーダンス整合のとれるＣＩ　＋　ＣＢの組合せ
近くで）、Ｃ１を増加させたときＣ２がこのケース１の
フローチャートを第３図に示す。

第３図に示すように、スタートし、ステップ３３゜でＣ
１をｗｉｎ、（最小値）、ＣＩをｗｉｎ、（最小ＩＯり
とする。ステ２７”３Ｓ鵞にてＣ２をｍｉｎ、からｒｌ
ｌａｘ。

（最大値）に向って増加させる。この場合、Ｃ１はｍｉ
ｎ、に固定とする。このＣ冨の増加に伴って、ステラｆ
３８ｓにてＩｎ側電圧が零（０（Ｖ）　）となりている
かどうかを判定する。Ｉｍ側電圧＝Ｏ（Ｖ）であれば、
イニシャル・ルーチンヲ終了し、ここでＣＩ＋Ｃ！の初
期値は、前述の如＜　ＣＢ　＝＝ｍｉｎ、。

Ｃ８はステラｆ３Ｓ、での値となり、設定完了となる。

一方、Ｉｎ側電圧Ｎ０　（Ｖ）であれば、ステップ３Ｓ
、にてＣ２をｍａｘ、に固定して、Ｃｔ？ｒｎｌｎ、か
らｍ＆Ｘ、に向って増加させる。そして、このＣＩの増
加に伴って、ステラｆ　３　ｓｓにてＩｎ側電圧が（０
（Ｖ））になっているかどうかを判定する。Ｉｎ側電圧
＝０（Ｖ）であれば、イニシャル・ルーチンｔ−ｉ了し
、ここで、Ｃ１＋　Ｃ２の初期値は、前述の如く、Ｃ２
＝ｎｌ＆！、　、　Ｃ１はステｙｆ３ｓａでの値となり
、設定完了となる。ステップ３ＳｓにてＩｎ側電圧Ｎ０
（Ｖ）のときはステラ７’３Ｓ４に戻って同様の手順を
繰返すことになる。

以上により自、ＣＩの初期値が設定完了した基で、前述
したマッチング・ルーチンをステップ３Ｓ、で実行する
。そして、ステップ３Ｓ、にてＩｎ側電圧＝０（Ｖ）且
つＲＣ＠電圧＝０（Ｖ）（７）条件を判定し、この場合
、負帰還（ＮＦＢ　）の制御を、このステラｆ３ｓ、と
３Ｓｓとで実行する。上述のステラ７’３Ｓｙの条件が
成立したときのｃ、　、　Ｃ冨はＺ１＝Ｚｃを満足する
ものとなるので、この０１　＊　ＣＩに調整するべく、
第２図の自＋Ｃｔコントロール信号が発生し、第２３図
の可変コンデンサＣ，、ｃ、が調整され、インピーダン
ス整合が行なわれる。

くケース２〉 Ｉｒｎ側電圧を常にＯ（Ｖ）に保つようにＣ１ｓ　ｃ。

を変化させるとき、プローブヘッドの可変容量コンデン
サが（インピーダンス整合のとれるＣＩ。

Ｃ１の組合せの近くで）Ｃ１ｋ少し増加したときＩｎ側
電圧を常に０　（Ｖ）に保つようなＣＩ　、　ｃ、の組
合せを示す曲線が第４図のようになることがわかりてい
る。第４図において、点Ａはｆ（Ｃ１）の極小値であっ
て、その座標は また、点Ｐはインピーダンス整合Ｚｔ　＝　Ｚｃとなる
点である。

先ず、Ｃ，の最小値（ｗｉｎ、）の初期設定値を、点Ａ
と点Ｐの間に実験的に決めておくものとし、これをＣ？
ｍｌｎ、とする。このような前提の基で第５図のフロー
チャートを実行する。第５図に示すように、スタートし
、ステップ５Ｓ１でＣＩ　＝　Ｃ７ｍｉｎ。

とし、Ｃ２を最大値（−ｘ、　）とする。次に、ステラ
７”５Ｓ、にてＣ鵞をｍａＸ、からｍｉｎ、に向かりて
減少させる。この場合、Ｃ１はＣ？ｍｌａ、に固定して
おく。このとき、ステップ５Ｓ３でＩｎ側電圧が零（０
（Ｖ）　）であるか否かを判定する。

ステラ７’５Ｓ３でＩｍ側電圧＝０（Ｖ）であれば、イ
ニシャル・ルーチンを終了し、ここで、ＣＩ　＊　Ｃ寡
の初期値は、前述の如＜　ＣＢ　＝　ｃ？ｍ１　ｎ、　
、　Ｃ２はステップ５Ｓ！での値となシ、設定完了とな
る。ステラｆ５ｓ、にてＩｎ側電圧＋０（Ｖ）のときは
ステップ５８４に進む。ステラ７”５Ｓ４では、前述と
は逆に、Ｃ２をｍｉｎ、に固定として、Ｃ１を、Ｃ７ｍ
１ｎ、　　からｍａＸ、に向かって増加させる。そして
、ステップ５８ｓにてＩｎ側電圧が零（０（Ｖ）　）で
あるか否かを判定する。Ｉｎ側電圧＝０であれは、イニ
シャル・ルーチンｔｉ了し、ここで、ｃｌ、　Ｃ，の初
期値は、Ｃ２＝　ｍｉｎ、　、　ＣＩ　はステップ５８
３での値とな９、設定完了となる。Ｉｍ＠電圧ＮＯであ
ればステップ５３４に戻って上述の手順を繰返すことに
なる。

以上により、ｃ、　Ｉ　ｃｌの初期値が設定完了となシ
、上述のくケース１〉と同様にステップ５Ｓ６゜５８、
にてマッチング・ルーチンを実行し、Ｃ１゜Ｃ８のコン
トロール信号を得る。このＣ１，Ｃ２コントロール信号
により第２３図の可変コンデンサＣ１，Ｃ，は調整され
、インピーダンス整合が行なわれる。

以上のイニシャル・ルーチンにおけろくケース１〉、く
ケース２〉及びマッチング・ルーチンをまとめると次の
ようになる。

先づ、イニシャル・ルーチンが必要である理由として、
被検体が変化した場合におけるｃ、　ｌ　Ｃ２の初期１
直設定に関し、その変化が小さい場合は、マッチング・
ルーチンから実行し、その変化が大きい場合は、マッチ
ング・ルーチンの実行に先立ちイニシャル・ルーチンを
実行するものである。

そして、イニシャル・ルーチンによれば、Ｉｎ側電圧が
零となる（ｆロープヘッ戸のインピーダンスＺｔ　＝　
Ｒ１＋　ｊＸＡのりアクタンス分Ｘｔが零になる。）Ｃ
Ｉ＊　Ｃ２の組合せを見つけることができるようになる
。そして、引続きマッチング・ルーチンによれば、Ｉｎ
側電圧が常に零となるように保ちながら、Ｒ・側電圧が
零となる（　Ｚｔ　＝　ａｚ　＋　ｊＸｔの抵抗分Ｒｔ
が特性インピーダンスＺｃ　Ｋ一致することに対応する
。）自、Ｃ２の組合せを見つけることができるようにな
る。よって、イニシャル・ルーチンを実行した後にマッ
チング・ルーチンを実行することによ）、インピーダン
ス整合Ｚｉ＝Ｚｃが行なわれるようになる。

次に上述したイニシャル・ルー＋７（ケ−ＸＩ。

ケース２）及びマッチング・ルーチンの動作原理につい
て説明する。すなわち、第２３図に示すプローブヘッド
の等価回路において、ＺＬ−Ｚｃ（％性インピーダンス
Ｚｃは通常５０Ωである。）の場合、Ｃ１ｅ　ｃ、は次
のようになる。

を整理すると、 ここで、Ｉｎ側電圧＝Ｏ（Ｖ）となる条件によ’）、Ｃ
ＩとＣ！との関係を求めると、 （１−ωＬＣＤ）ωＬＲ２２ Ｒ２（１−ω２ＬＣ，）２＋ω２Ｌ２　　ωＣ２＝。

Ｃ２ ＝　ｆ（ＣＩ）　ｔ−グロットすると第６図のようにな
る。

第５図において、点Ａはｆ（ＣＩ）の極小値で、ｃｌま
た、点Ｐは、求めようとするインピーダンス整合点（Ｚ
ｔ＝Ｚｃ）とする。この点Ｐは、必ずＣｚ／２　＝　ｆ
　（Ｃ１）上に存在する。

なぜならば、（６）を←◆に代入すると、となり、（至
）と一致することかられかる。

ここで、Ｃ，、ｃ、を調整することにより、必ずインピ
ーダンス整合が可能な点Ｐが存在すると仮定する。つま
り、ｃ、　ｌ　ｃ、の可変範囲内で必ずＺｔ＝ｘ　ｚ６
となる場合が存在するものとする。この仮定において、
点Ａ、Ｐの０１座標の関係及びＣ，、Ｃ，の関係に着目
したプローブヘッドの特性から、イニシャル・ルーチン
は分類される。これが〈ケース１〉、くケース２〉であ
る。

くケース１〉の説明 このケース１は、第７図に示すように、点Ｐが点Ａよシ
左側にある場合、つまり、 である。

シ判定できる。すなわち、これは、ｌｆｆ１側電圧＝Ｏ
（Ｖ）に保ち続けながら、Ｃ１を少し増すと、Ｃ２を減
少させなければならないという特性を示している。この
とき、Ｃ１ｅ　ｃ、の可変範囲と、点Ｐとの関係は、次
の第８図〜第１０図の場合が考えられる。ここで、斜線
部は、可変コンデンサＣ１、ｃ。

の可変範囲を示している。以上が第３図のフローチャー
トである。

くケース２〉の説明 このケース２は、第１１図に示すように、点Ｐが点Ａよ
り右側にある場合、つまシ、である。

ジ判定できる。すなわち、これはＩｎ側電圧＝Ｏ（Ｖ）
に保ち続けながら、Ｃ，を少し増すと、Ｃ鵞を増さなけ
ればならないという特性を示している。このケース２の
特性を示す場合、イニシャル・ルーチンを簡単にするた
めに、実験的に０１のｍｉｎ。

値の初期値としてＣ？ｍｌｎ、を決めておくものとする
。ここで、Ｂｍｉｎ、は、第１２図に示すようにＣ１座
標が点ＡとＰとの間の任意の値とする。すなわち、 このとき、ｃ、　Ｉ　ｃ、の可変範囲と点Ｐとの関係は
、次の第１３図〜第１５図に示す場合が考えられる。以
上が第５図に示すフローチャートである。

なお、可変コンデンサｃｌｌ　ｃ、の調整には、第２図
の制御信号によりコンデンサの容ｉを変えるアクチュエ
ータを介して動作式せるように構成したシ、第１６図に
示すように可変容量ダイオードＣ１ｅ　ｃ、を直接調整
する構成としてもよい。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明
の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できるもの
である。

［発明の効果コ 以上のように本発明では、プローブヘッドに信号を供給
する出力インピーダンスＺｃの発振器と前記プローブヘ
ッドとの間に設けられ前記プローブヘッドのインピーダ
ンスｚ１を実部と虚部とに分けて電圧として検出する検
出部と、虚部の電圧が零を示すコンデンサＣ１＃　ｃ、
の組合せの初期壇を見つけ出すためのイニシャル・ルー
チンとこのイニシャル・ルーチンにより設定されたコン
デンサＣ１ｅ　ｃ、の組合せの初期値及び前記検出部に
より検出した実部及び虚部の電圧により各電圧を零に調
整するためのコンデンサ制御信号を得るマッチング・ル
ーチンとが実行されるコントロール部とを具備したこと
により、プローブヘッドのインピーダンスが実部と虚部
とに分けて電圧として検出され、この各電圧が零となる
ような制御が行なわれて、プローブヘッドのインピーダ
ンスｚｌが特性インピーダンスＺｃに等しくなるように
調整される。

従って、調整が手作業によることなく自動的に行なわれ
るので、効率のよい調整が行なわれるという効果がある
。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明のＭＲＩ装置のインピーダンス自動調整
装置の一実施例の構成を示すブロック図、第２図は同実
施例におけるコントロール部の詳細なブロック図、第３
図及び第５図は同コントロール部で実行されるイニシャ
ル・ルーチン及ヒマッチング・ルーチンを示すフローチ
ャート、第４図は第５図のフローチャートのアルゴリズ
ムヲ適用する必要のあるプローブヘッドの特性を示す図
、第６図はＣｚ　／　２　＝ｆ　（Ｃｓ　）の関係を示
す図、第７図は第３図のフローチャートのアルゴリズム
を適用する必要のめるプローブヘッドの特性を示す図、
第８図〜第１０図は第３図のフローチャートにおける３
つの例を説明する図、第１１図及び第１２図は第５図の
フローチャートの場合の例を示す図、第１３図〜第１５
図は第５図のフローチャートにおける３つの例を説明す
る図、第１６図はプローブヘッドの詳細な例を示す回路
図、第１７図はλ／８ケーブル検出器を説明する回路図
、第１８図〜第２１図はλ／８ケーブル検出器の原理を
説明する図、第２２図は検出器とプローブヘッド間にλ
／２長の整数倍のケーブル又は等価回路が挿入されても
プローブヘッドのインピーダンスを直接測定できること
を示す回路図、第２３図はプローブヘッドの等価回路、
第２４図は被検体負荷時のプローブヘッドの等価回路、
第２５図は第２４図の変換等価回路図、第２６図は第２
５図の変換等価回路図である。 ｌ・・・発掘器、３・・・実部電圧計、４・・・虚部電
圧計、６・・・プローブヘッド、２・・・検出部、８・
・・コントロール部。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦第１図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図　　　　　第８［Ｉｉ 第９図　　　　第１０図 第１１図　　　　第１２図 ）１１０−７′へリド 第１６図 第１８図 第１９図 第２０［３Ｊ （ａ）　　　　　　　　　　　　　　　（ｂ）第２１図 ツーローフ゛へ９ドＺｅ 第２２図 第２３図 第２４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. プローブヘッドの入力側からみたインピーダンスＺｉを
   特性インピーダンスＺｃに等しく調整するＭＲＩ装置の
   インピーダンス自動調整装置において、プローブヘッド
   に信号を供給する出力インピーダンスがＺｃの発振器と
   前記プローブヘッドとの間に設けられ前記プローブヘッ
   ドのインピーダンスＺｉを実部と虚部とに分けて電圧と
   して検出する検出部と、虚部の電圧が零を示すコンデン
   サの組合せの初期値を見つけ出すためのイニシャル・ル
   ーチンとこのイニシャル・ルーチンにより設定されたコ
   ンデンサの組合せの初期値及び前記検出部により検出し
   た実部及び虚部の電圧により各電圧を零に調整するため
   のコンデンサ制御信号を得るマッチング・ルーチンとが
   実行されるコントロール部とを具備したことを特徴とす
   るＭＲＩ装置のインピーダンス自動調整装置。