JPH02142206A - Nmr装置 - Google Patents
Nmr装置Info
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- JPH02142206A JPH02142206A JP63294526A JP29452688A JPH02142206A JP H02142206 A JPH02142206 A JP H02142206A JP 63294526 A JP63294526 A JP 63294526A JP 29452688 A JP29452688 A JP 29452688A JP H02142206 A JPH02142206 A JP H02142206A
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- JP
- Japan
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- preamplifier
- amplifier
- input
- feedback
- signal source
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- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000000523 sample Substances 0.000 abstract description 9
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 abstract description 7
- 238000005481 NMR spectroscopy Methods 0.000 abstract description 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 abstract description 2
- 230000005685 electric field effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
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- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
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- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
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- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
- Amplifiers (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
本発明は、前置増幅器に係り、特に高S/Nが要求され
るシステムに好適な前置増幅器に関するものである。
るシステムに好適な前置増幅器に関するものである。
優れたS/Nが要求されるシステムとしては、例えばM
HI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MHI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
21、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、デイスプレィ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 (1
975年11月)第596頁(Electronics
oletters、11.24 (1975)pp、5
96))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、初段のFET(@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
、0.3dBの雑音指数を達成している。
HI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MHI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
21、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、デイスプレィ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 (1
975年11月)第596頁(Electronics
oletters、11.24 (1975)pp、5
96))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、初段のFET(@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
、0.3dB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カ所もあり、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。 [課題を解決するための手段] 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
値とおなし入力インピーダンスを増幅器に持たせ、セン
サー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。
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カ所もあり、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。 [課題を解決するための手段] 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
値とおなし入力インピーダンスを増幅器に持たせ、セン
サー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。
【実施例1
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MHI
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3
5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R8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R5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R5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、Rxはそれぞれ信号源抵抗
、帰還抵抗であり、e n s s e n ! s
eoはそれぞれR3による熱雑音、Rtによる熱雑音、
増幅器の等個入力雑音である。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、en&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%式% gm:FETの相互コンダクタンス に: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。 に、最適信号源抵抗が生じる。 一方、 e =4kT−R・Δf (
5)a 、 t =4 k T ’ Rt ’Δf
(6)であるので、(2)、(3)
、(5)、(6)式より、 ここで、Re1Iは、 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、見掛は上g醜が小さくなりNFは大きく
なる。従って第6図丼示すソース接地増幅器のN F
−R5特性のよう(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、Rzを充分高くす
ることが効果的である。また帰還抵抗R1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図の特性かられかるように、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、Rg=200Ω、Ri=24にΩ、A=100
倍−gll=47ms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、g鳳を大
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マツチ回路
)を設は整合させる。 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。 【発明の効果】 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N
F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マツ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ツチが生じ
ることがないため、画質向上に有効である。
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MHI
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3
5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R8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R5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R5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、Rxはそれぞれ信号源抵抗
、帰還抵抗であり、e n s s e n ! s
eoはそれぞれR3による熱雑音、Rtによる熱雑音、
増幅器の等個入力雑音である。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、en&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%式% gm:FETの相互コンダクタンス に: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。 に、最適信号源抵抗が生じる。 一方、 e =4kT−R・Δf (
5)a 、 t =4 k T ’ Rt ’Δf
(6)であるので、(2)、(3)
、(5)、(6)式より、 ここで、Re1Iは、 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、見掛は上g醜が小さくなりNFは大きく
なる。従って第6図丼示すソース接地増幅器のN F
−R5特性のよう(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、Rzを充分高くす
ることが効果的である。また帰還抵抗R1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図の特性かられかるように、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、Rg=200Ω、Ri=24にΩ、A=100
倍−gll=47ms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、g鳳を大
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マツチ回路
)を設は整合させる。 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。 【発明の効果】 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N
F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マツ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ツチが生じ
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N F −Ga1
n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
・・・デイスプレィ。 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) QオーA 2y 纂4目
、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N F −Ga1
n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
・・・デイスプレィ。 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) QオーA 2y 纂4目
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、センサーより検出した信号をある特性インピーダン
スを有するケーブルを介し、前置増幅器により増幅する
システムにおいて、上記前置増幅器は、電界効果トラン
ジスタ(FET)を用いたソース接地入力帰還形増幅回
路であり、さらに前置増幅器の入力インピーダンスがそ
の前置増幅器の雑音指数(NF)が最小となる、最適信
号源抵抗となるように負帰還を施したことを特徴とする
前置増幅器。 2、上記前置増幅器において、増幅器の帰還抵抗が、概
ね最適信号源抵抗の増幅器オープンループゲイン倍であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の前置増
幅器。 3、上記前置増幅器において、増幅器のオープンループ
ゲインが、概ね100倍以上であることを特徴とする特
許請求の範囲第1項記載の前置増幅器。 4、上記前置増幅器において、オープンループの増幅器
のNFと負帰還を施した増幅器のNFを比べた場合、そ
の差が0.1dB以下となるオープンループゲインを持
つことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の前置増
幅器。 5、上記前置増幅器において、増幅器の最適信号源抵抗
とセンサーの出力インピーダンスが異なる場合、増幅器
の入力にL,Cからなる整合回路を挿入することを特徴
とする特許請求の範囲第1項記載の前置増幅器。 6、上記前置増幅器において、少なくとも上記FETを
冷却するための手段を設置したことを特徴とする特許請
求の範囲第1項記載の前置増幅器。 7、特許請求の範囲第1項から第6項のいずれかに記載
の前置増幅器を用いた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 true JPH02142206A (ja) | 1990-05-31 |
JP2753283B2 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) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2000052439A1 (fr) * | 1999-03-04 | 2000-09-08 | Riken | Appareil capacitif de mesure de force |
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JPS59164041A (ja) * | 1983-03-07 | 1984-09-17 | 横河電機株式会社 | Nmr装置用受信回路 |
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JPS6234354U (ja) * | 1985-08-19 | 1987-02-28 | ||
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-
1988
- 1988-11-24 JP JP63294526A patent/JP2753283B2/ja not_active Expired - Fee Related
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