JPH02124484A - 磁束伝達回路 - Google Patents

磁束伝達回路

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JPH02124484A
JPH02124484A JP63276249A JP27624988A JPH02124484A JP H02124484 A JPH02124484 A JP H02124484A JP 63276249 A JP63276249 A JP 63276249A JP 27624988 A JP27624988 A JP 27624988A JP H02124484 A JPH02124484 A JP H02124484A
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inductance
magnetic
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Koichi Yokozawa
宏一 横澤
Hideki Kono
秀樹 河野
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Hitachi Ltd
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は特に核磁気共鳴信号を検出するSQUID磁束
計に好適な磁束伝達回路に関する。
〔従来の技術〕
近年、NMR(核磁気共鳴)装置、あるいはMRI(磁
気共鳴イメージング)装置の磁束検出器としてSQUI
D磁束計の利用が試みられている。このうちMHI装置
に応用した例が特開昭60−143752号に記載され
ている。
上記従来技術では1発生したMHI信号を2次微分型の
磁束検出コイルで検出し、常伝導の伝達回路を経てSQ
UIDに導入している。
また、この従来例で用いられているSQUIDはda−
8QUIDと呼ばれるものであり、そのV−φ特性は第
8図に示す如く、φに関する周期関数となっているもの
である。ここで、VはSQUIDの電圧であり、φは5
QtODに入力する磁束である。
この磁束と電圧の関係に線形性をもたせるために、上記
従来技術のSQUID磁束計はFLL(フラ・ツクス・
ロックド・ループ)を用いている。
〔発明が解決しようとする課題〕
MRIやNMRの磁束信号の強度は、理論的に数は被験
体あるいは試料にかかる静磁場の大きさに比例する。し
たがって信号強度を大きくして信号のS/Nを向上させ
るためには、静磁場を大きくして共鳴周波数を高くする
必要がある。しかし従来のFLLを用いたSQUID磁
束計ではFLLの制限のためL OOK Hzを越える
高周波の磁束信号は検出できなかった。
SQUID磁束計を高速で動作させる方法としてはFL
Lループを用いず、SQUIDに入力する磁束量をφo
/2 以下に制限し、第8図のV−φ特性の一つの直線
領域を用いて磁束を電圧に変換する方法が知られている
この例としては、「アプライド・フィジックス・レター
誌第47巻第6号(1985年)第f;37〜639頁
(Appl、Phys、Lgtt、Vo Q 、47(
6)(1985) p、637〜639 ) Jが挙げ
られる。この例では入力磁束をφo/2 以下に制限す
るため、励起用高周波磁場の強度あるいは照射時間を変
化させていた。
第9図はこの例の装置における信号検出回路と励起回路
を示すものである。高周波発生部90の出力は、ゲート
回路91を通った後、増幅器92で増幅され、送信コイ
ル93を励振する。被検体94は受信コイル95の近傍
あるいはその内側に置かれている。受信コイル96は送
信コイル93に対しては受信コイル95と同様の作用を
するが、極性が互いに反対になっているため、送信コイ
ルからの高周波は受信コイル95と同96とで相殺され
ることになり、これは同時に外乱雑跨に対してもそれを
除去する役目を有する。
しかし、信号は受信コイル95に対してのみ検出される
ので、相殺されることはなく、こうして検出された信号
は、SQUID5への人力コイル3に印加される。SQ
UID5はバイアス電流源20により駆動されているが
、人力コイル3に電流が流れ、SQUID5に鎖交する
磁束が変化すると、それに対してSQUID5に電圧が
発生する。この電圧は検波後、先に挙げた第8図に示す
特性となる。
従来は、■−φ特性を一価関数に保つために。
上記高周波発生部90の出力(強度)あるいは照射の幅
を変化させていたことは前述の通りである。
すなわち、信号Sの大きさは次式で与えられる。
二二で、Kは比例係数、γは核磁気回転比、Hlは高周
波磁場の大きさ、τは照射時間を示しており、上式(1
)はτ/2パルスに対する信号を与える式である。従っ
て、上式よりSを小さくするにはH1τ を小さくする
ことが必要であった。しかし、この方法では、信号のS
N比が低下するという問題がある。
本発明の目的は、磁束伝達効果の可変な磁束伝達回路に
よって5QIUDに入力する磁束量を適当に調節するこ
とにある。これによって例えばFLLを用いないSQU
ID磁束計でNMR信号を検出する場合、SQUIDの
V−φ特性を一価関数に保持したまま、最高のS/Nを
得ることができる。
本発明は上記目的を達成するために、信号磁束をSQU
IDに導入する磁束伝達回路を超伝導とし、可変なイン
ダクタンス(インダクタンス調節用コイル)を直列また
は並列に付加したものである。
〔作用〕
超伝導の磁束伝達回路のインダクタンスは受信コイル(
LP ) 、伝送線(Lf)、SQUID入力コイル(
Ll )に分布する。受信コイルに磁束φPが鎖交した
場合、磁束伝達回路にはこの磁束を遮蔽する遮蔽電流 φP Is=               ・・・(2)L
 p + L w + L L が流れる。SQUID入力コイルとSQUIDリングの
相互インダクタンスをMとすると、SQUIDリングに
入力する磁束量φ1と受信コイルに鎖交した磁束量φP
の比(φI/φP:磁束伝達効率)は φI/φP: L p + L w + L s で表わされる。ここでそのインダクタンスが可変なイン
ダクタンス調節用コイルLvを磁束伝達回路に直列に付
加すると磁束伝達効率は φ1/φ、=             ・・・(3)
L p + L w + L + + L vとなり、
Lvを調節することにより、調節可能となる。ここでL
vは調節用に新たに設定したものでもよく(この場合は
LV >o)またはLp、L□L+のいずれかを調節可
能にしたものでもよい。
(この場合はLV≧0またはLv<O)またLvは磁束
伝達回路に並列に設定しても同様に磁束伝達効率を調節
できる。例えばLpに並列に設定すれば。
L r + L v ・・・(4) となる。
〔実施例〕
以下、本発明による磁束伝達効率可変の磁束伝達で路の
実施例を説明する。
第1図はインダクタンス調節用のコイルを直列に設定し
た実施例である。1は受信コイル、2は伝送線、3はS
QUIDへの入力コイル、4は本発明によるインダクタ
ンス調節用コイルであり。
すべて超伝導体である。5はSQUIDである。
伝送線2は外来雑音の影響を軽減するためより線とする
こともある。10はインダクタンス調節用コイル4に接
近して設置された調節器である。この調節器は潤四線環
境と透磁率の異なる物質であり、これを上下することに
よりコイル4のインダクタンスを調節する。調節器10
は超伝導体でもよく、この場合透磁率μ=0のため効果
が大きい。
第2図は同様にインダクタンス調節用のコイルをSQU
ID入力コイルに4を列に設置した実施例である。イン
ダクタンス調節用コイルはAA’BB’点から分岐して
並列接続してもよい。
第3図は受信コイル1にインダクタンス調節機能を持た
せた実施例である。調節器10を上下することにより受
信コイル1のインダクタンスを増減することができる。
同様に伝送線2 、SQUID入カコイル3にインダク
タンス調節機能を持たせることもできる。
以上の実施例ではインダクタンスの調節を、周囲と透磁
率の異なる可動調節器によって行う方式を示した。以下
これと異なる方式でインダクタンスを調節する方式を示
す。
第4図はインダクタンス調節用コイル4の周囲の雰囲気
を変えることによってそのインダクタンスを調節する実
施例である。4がインダクタンス調節用コイル、6がチ
ェンバー、7が送気器、8が排気器、9が各種のガスの
入ったガスボンベである。磁束伝達回路として室温動作
可能な高温超伝導体を用いれば、例えば雰囲気を空気か
らヘリウムガスに変えることによりインダクタンスの微
調節が可能となる。
本実施例のインダクタンス調節用コイルは、受信コイル
1、伝送線2.SQUID入カコイル3をそのまま用い
てもよく、また回路全体の雰囲気を変化させてもよい。
次にコイルの形状変化によってインダクタンスを調節す
る実施例を示す。
第5図はインダクタンス調節用コイルの形状を変化させ
てそのインダクタンスを調節する実施例である。
第6図は受信コイルの形状を変化させてそのインダクタ
ンスを調節する実施例である。11は形状の調節器、1
2は調節用ビン、13は調節用ロッドである。ロッド1
3を回転させるとピン12が溝にそって移動し、楕円形
のコイル4の長軸と短軸の比を変化させる。これによっ
てそのインダクタンスを調節することができる。
受信コイルのほか、伝送線2やSQUID入カコイル3
の形状を変化させても同様の効果が得られる。受信コイ
ル1やSQUID入カコイル3の形状を変化させる場合
には形状調節器の材質として非磁性のものを用いる。ま
たこの場合はインダクタンスのみならず、その面積も変
化させることになる。
以上の実施例では受信コイル1.伝送線2゜SQUID
入カコイル3.インダクタンス調節用コイル4.DQU
ID5はすべて超伝導体、あるいは超伝導デバイスであ
る。またインダクタンス調節器10も必要に応じて超伝
導体を用いる。これらの超伝導体として液体窒素中、あ
るいは室温中で動作する高温超伝導体を用いてもよく、
この場合液体ヘリウム中で動作する超伝導体を用いる場
合に比べ操作が著しく容易になる。
最後に本発明による磁束伝達回路を用いた5QυIQ磁
束計を検出器とするMRI装置の実施例を第7図に示す
。MHI装置の本体は静磁場コイル50.傾斜磁場コイ
ル60.励振コイル70及びこれらの制御系から成る。
以下では特に5QυIQ磁束計を用いた検出器について
説明する。1は受信コイル、2は伝送線、3はSQUI
D入カコイル、4はインダクタンス調節用コイル、10
は超伝導の調節器、14は調節器を上下させるロッドで
ある。また5はSQUID、20はSQUID駆動用バ
イアス電流源、30は増幅器、40は位相検出器である
0本実施例では超伝導体は液体ヘリウム中で動作するも
のとじており、被験体を除く100の内部は液体ヘリウ
ムに浸漬されている。また200はMRIlli[本体
の強磁場を遮蔽する磁気シールドである。
測定対象核種として水素の原子核をとった場合信号周波
数秒MHIの静磁場に比例し、ITで42 、6 M 
Hz である0例えば静磁場0.1TのMRI装置では
信号周波数は4.3MHzである。
本実施例、の5QυIQ磁束計はFLLを持たないため
高速動作が可能であり、10MHz以上の信号磁束が検
出できる。
人体から発生したMHI信号磁束は受信コイル1に鎖交
する。この磁束は1,2,3.4から成る磁束伝達回路
の磁束伝達効率に応じて5QIJID 5に伝えられる
。この磁束伝達効率はインダクタンス調節用コイル4に
よって調節できる。したがってMHI信号磁束が最大と
なったとき、SQUIDにφo/2 の磁束が入力する
ように、調節器コイル4のインダクタンスを調節すれば
最大のS/NでMRI信号を検出できる。信号はSQU
ID5で電圧に変換した後、増幅器30で増幅し、位相
検波器40で検波する。
〔発明の効果〕
本発明によれば高速動作可能なd c−3QυIQ磁束
計において、SQUIDへの入力の大きさを調節する手
段を設けたので、前記V−φ特性を一価関数に保持した
まま、最高のS/N比を得ることができる。したがって
該5QυIQ磁束計をNMR装置、MRI装置に応用す
ることにより核磁気共鳴信号の高感度検出が可能となる
【図面の簡単な説明】
第1図から第6図は本発明の実施例の磁束伝達回路の模
式図、第7図は本発明を応用したMHI装置の構成を示
す模式図、第8図はdc−3QυIQの磁束−電圧(V
−φ)特性図、第9図は従来装置を示す磁束伝達回路の
ブロック図である。 1・・・受信コイル、2・・・伝送線、3・・・SQU
ID入力コイル、4・・・インダクタンス調節用コイル
、5・・・SQUID、6・・・チェンバ、7・・・送
気路、8・・・排気器、9・・・ガスボンベ、10・・
・インダクタンス調節器、11・・・形状によるインダ
クタンス調節器、12・・・調節用ピン、13・・・調
節用ロッド、14・・・調節用ロッド、20・・・SQ
UID駆動用バイアス電流源、30・・・増幅器、40
・・・位相検波器、50・・・静磁場用コイル、60・
・・傾斜磁場用コイル、70・・・励磁コイル、90・
・・高周波発生部、91・・・ゲート回路、92・・・
励起回路側増幅器、93・・・送信コイル、94・・・
被酸体、95・・・受信コイル、96・・・受信コイル
(逆極性)、1.OO・・・液体ヘリウム浸漬領域、2
00・・・磁気シールド。 第 囚 第 の 第 囚 第 第 乎 図 寥 閃 φ/ψO Y り 口

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、超伝導の磁束伝達回路においてインダクタンスを調
    節可能とし、磁束の伝達効率を可変としたことを特徴と
    する磁束伝達回路。 2、請求項第1項記載の磁束伝達回路において、インダ
    クタンス調節用のコイルを設置したことを特徴とする磁
    束伝達回路。 3、請求項第1項記載の磁束伝達回路において、インダ
    クタンスの調節が形状の調節によつてなされることを特
    徴とする磁束伝達回路。 4、請求項第1項記載の磁束伝達回路において、インダ
    クタンスの調節が、周辺環境と異なる透磁率を持つ物質
    との距離の調節でなされることを特徴とする磁束伝達回
    路。 5、請求項第1項記載の磁束伝達回路において、インダ
    クタンスの調節が、超伝導体との距離の調節でなされる
    ことを特徴とする磁束伝達回路。 6、請求項第1項記載の磁束伝達回路において、インダ
    クタンスの調節が、雰囲気の置換によつてなされること
    を特徴とする磁束伝達回路。 7、請求項第5項記載の調節用超伝導体が、窒素温度以
    上で動作する高温超伝導体であることを特徴とする磁束
    伝達回路。 8、SQUIDによつて磁束信号を直接電圧に変換する
    方式のSQUID磁束計において、伝達効果を可変とす
    る磁束伝達回路を用いて磁束量をSQUIDへ伝達する
    ことを特徴とする磁束計。 9、請求項第1項記載の磁束伝達回路を用いたことを特
    徴とするSQUID磁束計。 10、請求項第9項記載のSQUID磁束を用いたNM
    R装置。
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