JPH03231637A - 核磁気共鳴装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、核磁気共鳴現象を利用して被検体としての
患者の断面を描像しこの画像を基に医療診断を行うため
の核磁気共鳴装置（以下、ＭＲＩ装置と称する）に関す
る。

〔従来の技術〕

第３図はＭｌ？Ｉ装置のマグネットを模式的に示す断面
図である。この図において、均一磁場コイル１３は略円
筒状のコイルであり、その中央部の均一磁場空間に図の
左右の方向の均一磁場を生成する。

傾斜磁場コイル１４はＸ方向傾斜磁場コイル、Ｙ方向傾
斜磁場コイル、Ｚ方向傾斜磁場コイルの３つの独立した
コイルからなっていて、均一磁場に所定の強度の傾斜磁
場を任意の方向に生成することによって、撮像断面を設
定するものである。送信コイル１１は均一磁場空間に配
置された被検体内の特定の原子核に核磁気共鳴を起こさ
せるために数Ｍ）［ｚの高周波電磁波を照射するための
送信アンテナとのしての高周波コイルであり、受信コイ
ル１２は核磁気共鳴を起こした原子核が放出する自由誘
導減衰信号、略してＦＩＢ信号と呼ばれている微弱な電
磁波を受信する受信アンテナとしての高周波コイルであ
る。このＦＩＤ信号は送信コイルが発する電磁波の周波
数と一致しているので、送信コイル１１が電磁波を照射
している期間中は受信コイル１２が受信しないようにし
ておく必要がある。すなわち、送信コイル１１が送信す
る電磁波の強度は受信コイル１２が受信する′ｇ１磁波
の強度に比べてはるかに大きいので、受信コイル１２が
送信電磁波を直接受信すると受信コイル１２に接続され
ている受信装置が破壊してしまう恐れがあるとともに、
送信電磁波の均一磁場空間内での分布の均一性を悪化さ
せるという問題も生ずる。

逆に、受信コイル１２がＦＩＤ信号を受信する期間では
送信コイル１１は「開」の状態になっている必要がある
。すなわち、送信コイル１１の送信時にはＦＩＤ信号に
同調した送信回路が接続されているので、そのままだと
、ＦＩＤ信号を受信してしまい受信コイル１２の受信信
号の強度が低下してしまうからである。

このように送信コイル１１と受信コイル１２とは一方が
働いているときには他方は死んでいる状態になるよう構
成されている必要がある。このような条件を満足させる
ために、送信コイル１１と受信コイル１２とのコイル配
置を空間的に９０度ずらせることによって互いに干渉す
ることのないような構成が採用されることもある。しか
し、このような構成は例えば、被検体表面に直接取付け
て使用されるサーフエースコイルと称されている受信コ
イルには適用できないという問題がある。

どのような受信コイルでも送信コイル１１との干渉が起
こらないようにする構成として、半導体素子の１つであ
るＰＩＮダイオードの特性を利用して送信回路と受信回
路との同調周波数を制御することにより電気的に切り離
す方式のものが採用される。

第４図はＰＩＮダイオードを使用して送信コイル１１と
受信コイル１２とが互いに干渉することのない回路構成
を示す回路図である。この図において、送信コイル１１
に並列にキャパシタ４４と直列にキャパシタ４３が接続
されていて共振回路を構成しており、その共振周波数は
送信コイル１１が照射する電磁波の周波数に合わされて
いる。送信コイル１１にはＰＩＮダイオード４５が直列
に接続されていて送信時には正のバイアス電圧が印加さ
れて低抵抗になって実質的に挿入されていなのと同じ状
態になり、受信時には負のバイアス電流が流されて高抵
抗になって送イＳコイル１１に流れる電流が制限される
ことから、共振条件が破れた状態になる。２つのキャパ
シタ４３．４４はまとめて同調口ｌｌ５４Ｍを構成して
いる。　ＰＩＮダイオード４５にバイアス電流が流れる
ようにするために、キャパシタ４３に並列にインダクタ
４１とキャパシタ４２とからなる並列共振回路が接続さ
れている。この並列共振回路の共振周波数も送信＠、電
磁波周波数に合わせであるので、この周波数に対しては
高インピーダンスになっていて実質的に無いのと同じ状
態になっており、ＰＩＮダイオードのバイアス電流とし
ての直流はインダクタ４１に流れるようになっている。

したがって、ＰＩＮダイオード４５を挿入しない回路構
成の場合はインダクタ４１、キャパシタ４２は不要であ
る。送信回路３１Ａは高周波電源であり、パルス状の高
周波電流を供給することによってパルス状の電磁場を均
−磁場内に発生させて前述のように被検体内の特定の種
類の原子核に核磁気共鳴を起こさせるのであり、バイア
ス回路３Ａは前述のＰＩＮダイオードの正負のバイアス
電圧を印加するための回路である。キャパシタ３２Ａは
バイアス回路３＾から高周波電源３１Ａにバイアス電流
が流入しないよう遮断するためのものである。

送信回路３１Ａの高周波パルスの発生時期や包絡波形は
コンビエータ５によって制御されており、これに同期し
てバイアス回路３Ａも同様にコンビエータ５によってバ
イアス電流の正負やその大きさが制御されている。

受信コイル１２とその同調回路４Ｂ、バイアス回路３Ｂ
及び送信回路３１Ａに対応する受信回路３１Ｂなどによ
る構成は図から明らかなように送信コイル１１のそれと
類似である。ただ、ＰＩＮダイオード４６の位置が異な
る点が基本的な違いである。　ＰＩＮダイオード４６に
インダクタ４５が直列接続されていてこの直列回路が同
調回路４Ｂの直列キャパシタ４７に並列に接続されてい
る。

送信時にバイアス回路３Ｂはバイアス回路３Ａと同じく
正のバイアス電圧を印加する。すると、バイアス電流は
インダクタ４５、ＰＩＮダイオード４６及び受信コイル
１２を通って流れるが、この正のパイアスミ流によって
ＰＩＮダイオード４６は低抵抗となりインダクタ４５に
高周波電流が流れる状態になることから、受信コイル１
２と２つのキャパシ９４７．４８とで構成されいる共振
回路の共振条件が破れて共振周波数が変化し、送信電磁
波を直接受信することはない。一方、受信時には負のバ
イアス電圧を印加することによりＰＩＮダイオード４６
を高抵抗にして実質的にインダクタ４５が接続されてい
ない状態になるので、同調回路４Ｂと受信コイル１２と
の共振周波数は送信電磁波のそれと一致することになっ
て微弱な受信信号を高感度に受信することができる状態
になる。

第５図はバイアス回路３Ａ、　３Ｂによって印加される
バイアス電圧の時間的変化を示す波形図である。

この図において、時点ｔ０から時点Ｌｌ、時点ｔ２から
時点ｔ、の間は受信期間であり、バイアス電圧は負電圧
■、でＰＩＮダイオード４５．４７は高抵抗になってお
り、時点ｔ１から時点も１、時点ｔ３から時点ｔ、の間
が受信期間であり、バイアス電圧は正電圧Ｖ、でＰＩＮ
ダイオード４５．４７は低抵抗になっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ＰＩＮダイオードに過大な順電流が流れたり過大な逆電
圧が印加されたりすると、ＰＩＮ接合部が破壊されてし
まうことがある６例えば、第４図において、同調回路４
Ａ又は４Ｂによる送信コイル１１又は受信コイル１２と
の間の共振条件がずれたためにＰＩＮダイオードに過大
な電流が流れることが考えられる。あるいは、経時的な
温度上昇による熱劣化の結果特性が変化してＰＩＮダイ
オードとしての正常な動作が行われなくなるということ
もあり得る。このようなＰＩＮダイオード４５．４７の
異常の殆どは逆バイアス電流の増大になって表れる。

このようなＰＩＮダイオードの異常が発生すると、送信
時には受信部の共振周波数が送信電磁波のそれに対して
光分離れた値にならないために、受信コイル１２が受信
する信号強度か過大になって受信回路３１Ｂが損傷する
とか、受信時に送信部の共振周波数がＰＩＤ信号の周波
数がら光分離れた値にならないために受信コイル１２に
よる受信信号の強度が低下するなどの問題が生ずる。い
ずれにしても受信時の受信信号強度の低下となって表れ
るのが普通である。しかし、受信信号の低下の原因とし
てはＰＩＮダイオードの異常以外に種々のものが要因と
して上げられ、実際に受信感度の低下という事態が発生
してもその原因を追求するには多大の時間と費用を必要
とするという問題がある。

この発明は、前述のＰＩＮダイオードの特性変化による
受信感度の低下を容易に検出することのできる核磁気共
鳴装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するためにこの発明によれば、高周波コ
イル又はインダクタに直列にＰＩＮダイオードを挿入し
、バイアス回路によってこのＰＩＮダイオードのバイア
ス電圧を制御することによって高周波コイルである送信
コイルと受信コイルとを電気的に分離してなる核磁気共
鳴装置において、前記バイアス回路が逆バイアス電圧を
印加時の電圧又は電流を基に前記ＰＩＮダイオードの逆
バイアス電流の増大を検出する逆バイアス電流検出回路
を備えるものとする。

〔作用〕

この発明の構成において、バイアス回路が逆バイアス電
圧を印加時の電圧又は電流を基に、送信コイルと受信コ
イルとの互いの干渉を防止するためのＰＩＮダイオード
の逆バイアス電流の増大を検出する逆バイアス電流検出
回路を設けることにより、ＰＩＮダイオードの劣化や絶
縁破壊などによる逆バイアス電圧印加時の逆バイアス電
流の増大が検出可能となるので、これが原因で受信コイ
ルによる受信感度が低下した場合に、その原因を容易に
特定できることになる。

〔実施例〕

以下この発明を実施例に基づいて説明する。第１図はこ
の発明の実施例を示す送信コイルとこれに接続されてい
る回路を示す回路図であり、第４図と共通の構成体につ
いては同一の参照符号を付けることにより詳細な説明を
省略する。この図において、バイアス回路３Ａの出力側
の電圧の大小を逆バイアス電流検出回路６で判定し、こ
の電圧が所定の値以下の場合にはＰＩＮダイオード４５
の逆バイアス特性が劣化したと判断し、その結果として
の二値信号を出力しコンピュータ５の入力信号とするも
のである。逆バイアス電流検出回路６は基準電圧６２及
び前述のバイアス回路３Ａの出力電圧とこの基準電圧６
２とを入力信号とする比較器６１からなっている。基準
電圧６２は実際には所定の直流電源の電圧を抵抗分圧し
て得られるものであり、この図ではこれを単に電池で図
示したものである。

ＰＩＮダイオード４５が正常のときの逆バイアス電流は
非常に小さな値なので、バイアス回路３Ａは前述のよう
に逆バイアス電圧■、をＰＩＮダイオード４５に印加し
ている。ＰＩＮダイオード４５が破壊したり特性が変化
したりして逆バイアス電流が増大すると、バイアス回路
３Ａ内の電圧降下が大きくなって出力電圧が低下するこ
とになるので、この電圧が基準電圧６２の電圧よりも低
くなったことを比較器６１で検出し、正常のときのＯの
電気信号に対してｌの電気信号を出力する。

コンピュータ５ではＰＩＮダイオード４５に逆バイアス
電圧が印加されている送信時に合わせて前述の逆バイア
ス′ｇＬ２１ｉＬ検出回路６の出力信号を処理、この信
号がＯのときはなんの処置も行わず、この信号が１のと
きにＰＩＮダイオード４５が異常である旨の出力表示を
行う。　この実施例ではバイアス回路３＾の逆バイアス
時の出力電圧を検出の対象としているので、逆バイアス
電流が出力電圧の低下を来すほどに増加して初めて異常
が検出されることになるので、逆バイアス電流の検出感
度が良くないという欠点はあるが、図示のように逆バイ
アス電流検出回路６の回路構成が簡単であるという利点
がある。

第２図はこの発明の別の実施例を示す送信コイルとこれ
に接続されている・回路を示す回路図であり、第１図と
共通の構成体については同一の参照符号を付けることに
より詳細な説明を省略する。

逆バイアス電流検出回路６０はバイアス回路３＾の出力
側回路に直列に挿入した抵抗６３、この抵抗６３の端子
電圧を増幅する増幅器６４、比較器６５及び基準電圧６
６からなっている。比較器６５はこの基準電圧６６と増
幅器６４の出力電圧とを入力信号として増幅器６４の出
力電圧が基準電圧６６の電圧値よりも小さいときＯ１大
きいときｌの二値信号を出力しコンピュータ５に人力す
る。コンピュータ５による処理は第１図の場合と同様で
ある。

この実施例は逆バイアス電流を直接検出の対象としたも
のなので、第１図の実施例に比べて検出感度が高いとい
う利点があるが、逆バイアス電流検出回路６０の回路構
成が第１図の逆バイアス電流検出回路６の回路構成に比
べて直列抵抗６３．増幅器６４が追加された構成となっ
ているので、その分回路構成が複雑であるという欠点が
ある′。

これら２つの実施例はそれぞれに利点、欠点が異なるの
で、設計段階において総合的に判断して最適のものを採
用すればよい。

第１図、第２図の実施例では送信コイル１１に接続され
る回路を対象としたものであるが、受信コイル１２に接
続される回路にも前述と同じ構成の逆バイアス電流検出
回路を設けてＰＩＮダイオードの逆バイアス特性の変化
を検出しその結果をコンビエータ５に入力する構成を採
用して前述と同じ効果を上げることができる。

なお、逆バイアス電流検出回路は第１図、第２図に示し
た回路構成こだわるものではなく、この発明の目的を満
足しかつ従来の電子回路技術で実現可能の範囲内でどの
ような回路構成を採用してもよい。

〔発明の効果〕

この発明は前述のように、バイアス回路で逆バイアス電
圧を印加時の電圧又は電流を基に、ＰＩＮダイオードの
逆バイアス電流の増大を検出する逆バイアス電流検出回
路を設けることにより、ＰＩＮダイオードの劣化や絶縁
破壊などによる逆バイアス電流の増大が検出可能となる
ので、これが原因で受信感度が低下した場合に、その原
因を容易に特定できることになることから、原因探究の
時間と費用が節約されるとともに修理期間が短縮される
ことから保全性の高い核磁気共鳴装置とすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す送信部の回路図、第２
図はこの発明の別の実施例を示す送信部の回路図、第３
図はＭＲＩ装置のマグネットを模式的に示す断面図、第
４図は従来の送信部と受信部との回路図、第５図はバイ
アス電圧を示す波形回である。 １１・・・送信コイル（高周波コイル）、１２・・・受
信コイル（高周波コイル）、３＾、　３Ｂ・・・バイア
ス回路、４Ａ、　４Ｂ・・・同調回路、４１４６・・・
インダクタ、 ４２、４３．４４．４８．４９ｉ　３２＾、３２Ｂ・・
・キャパシタ、４５、４７・・・ＰＩＮダイオード、 ６．６０・・・逆バイアス電流検出回路、６１、６５・
・・比較器、６２．６６・・・基準電圧、６３・・・抵
抗、二 ｖＪＺ！２Ｉ 鳩４図 第５品

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）高周波コイル又はインダクタに直列にＰＩＮダイオ
   ードを挿入し、バイアス回路によってこのＰＩＮダイオ
   ードのバイアス電圧を制御することによって高周波コイ
   ルである送信コイルと受信コイルとを電気的に分離して
   なる核磁気共鳴装置において、前記バイアス回路が逆バ
   イアス電圧を印加時の電圧又は電流を基に前記ＰＩＮダ
   イオードの逆バイアス電流の増大を検出する逆バイアス
   電流検出回路を備えたことを特徴とする核磁気共鳴装置
   。