JPH0549616A - 電磁波共鳴吸収測定装置のコイル回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】送受兼用のコイルを使った電磁波共鳴吸収測定
装置において、励起後の残留振動を短時間に減衰させ、
併せて高感度受信を可能ならしめたい。 【構成】 ［請求項１］励起用の高周波電源と、電磁波共鳴吸収測
定装置の励起及び受信兼用コイルを含む共振回路と、高
周波電源と共振回路との間に設けられ受信時には高周波
電源を切り離す第１のスイッチと、受信用の高周波増幅
器と、共振回路と高周波増幅器との間に設けられ送信時
には高周波増幅器を切り離す第２のスイッチと、より成
ると共に、上記共振回路と第１のスイッチとの間又は第
１のスイッチと高周波電源との間に直並列の抵抗回路を
設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電磁波共鳴吸収測定装
置のコイル回路、特に送信と受信とでの尖鋭度Ｑを異な
らしめるコイル回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】電磁波共鳴吸収測定装置は、被検体に静
磁場、傾斜磁場を与えて、エコー信号を取り出して断層
像を得るようにした回路である。かかるＭＲＩ装置で、
高周波磁場を印加してラーモア共振周波数の信号を検出
することが必要であり、この役割を持つのがコイル回路
である。

【０００３】コイル回路の従来例を図５に示す。コイル
回路は、送信コイル１、受信コイル２、高周波電源３、
高周波増幅器４、解析装置５、スィッチＳ₁、Ｓ₂より成
る。被検体６の励磁時には、Ｓ₁をＯＮ、Ｓ₂をＯＦＦに
して高周波電源３よりコイル１へ高周波信号を流し、受
信時には、Ｓ₁をＯＦＦ、Ｓ₂をＯＮにして被検体６から
エコー信号をコイル２で受信し、増幅器４で増幅後、解
析装置５で画像を得る。

【０００４】この従来例は、送信コイル１と受信コイル
２とを別々に設置しているが、同一コイルで送信と受信
とを兼用させた具体的な回路例を図６に示す。図６で、
高周波電源（数１０Ｗ〜数１０ＫＷの大電力源）３は、
高周波源１１及び内部インピーダンス１２（Ｚ₀）とよ
り成り、スィッチＳ₁は互いに逆並列に接続されたダイ
オードを持つダイオード回路Ｄ₁より成り、共振回路１
０は、兼用コイル１６（インダクタンスＬ）、コンデン
サ１３（Ｃ₀）、１４（Ｃ₁）、抵抗１５（Ｒ）より成
る。スィッチＳ₂は互いに逆並列に接続されたダイオー
ドを持つダイオード回路Ｄ₂より成る。共振回路１０と
スィッチＳ₂とは、ケーブル１７を介して接続されてい
る。

【０００５】図６において、送信時は、ダイオード回路
Ｄ₁が導通してスィッチＳ₁はＯＮとなり、共振回路１０
の共振周波数に従った高周波電磁波を被検体６のスライ
ス位置へ放出する。この時、スィッチＳ₂のダイオード
Ｄ₂は短絡状態となる。この際、ケーブル１７の入力側
からみた入力インピーダンスＺ₁が、完全反射波となる
ように、ケーブル１７の長さを設定しているとすると、
スィッチＳ₂のダイオードＤ₂の短絡により、スィッチＳ
₁の出力は、ケーブル１７に対して完全反射となり、ケ
ーブル１７への高周波信号の入射は事実上なくなる。即
ち、Ｓ₂がＯＦＦとなり、高周波増幅器４は共振回路１
０から切り離される。

【０００６】一方、エコー信号受信時は、コイル１６を
介して受信され共振回路１０自体を通してケーブル１
７、スィッチＳ₂を介して増幅器４へ入力する。一方、
この時、エコー信号の振幅レベルが微小の故にＳ₁のダ
イオードＤ₁の導通はなく、Ｓ₁はＯＦＦとなり、共振回
路１０から高周波電源３が切り離される。かくして、図
５と同じ回路構成となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図６の送信と受信とで
の兼用コイル例で問題となるのは、共振回路１０の尖鋭
度Ｑである。図７（イ）は、高周波電源３の出力波形で
あり、バースト化された周波数ｆ₀の高周波信号であ
る。この信号が共振回路１０を通ると、図７（ロ）の如
き立上り、立下りともに、なまりのある波形となる。そ
の時の時定数τは、

【０００８】

【数１】τ＝Ｑ／（πｆ₀） となる。一方、被検体６からのエコー信号Ｅは、励起信
号停止直後から得られ、

【数２】 となる。Ｋは検出系と被検体の物質で決まる定数τ₂は
エコー信号の時定数である。

【０００９】エコー信号Ｅを高感度で検知するために
は、当然に高いＱが必要である。しかし、励起直後の低
いエコー信号を測定するためには、励起後にコイル１６
に残留する電流を短時間で減衰させコイル１６を受信状
態にすることが必要である。このためには、励起直後に
おいては低いＱであることが要求される。

【００１０】本発明の目的は、送信時と受信時とでＱを
変化させて励起後の残留振動の迅速な減衰及び高感度受
信を可能にする電磁波共鳴吸収測定装置のコイル回路を
提供するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、励起用の高周
波電源と、電磁波共鳴吸収測定装置の励起及び受信兼用
コイルを含む共振回路と、高周波電源と共振回路との間
に設けられ受信時には高周波電源を切り離す第１のスィ
ッチと、受信用の高周波増幅器と、共振回路と高周波増
幅器との間に設けられ送信時には高周波増幅器を切り離
す第２のスィッチと、より成ると共に、上記共振回路と
第１のスィッチとの間又は第１のスィッチと高周波電源
との間に直並列の抵抗回路を設けた。

【００１２】

【作用】本発明によれば、送信時は抵抗回路の働きで尖
鋭度Ｑが小となり、受信時には尖鋭度Ｑが大となり、励
磁後の残留振動が短時間に減衰し、併せて高感度受信を
達成する。

【００１３】

【実施例】図１は本発明のコイル回路の実施例図であ
る。本実施例のコイル回路は、高周波電源３とスィッチ
Ｓ₁との間に抵抗２０（Ｒ_s）、２１（Ｒ_p）とより成る
直並列抵抗回路を設置した点に特徴がある。その他の回
路構成は図５と同じである。

【００１４】ここで、Ｒ_s、Ｒ_pは、高周波電源３の内部
インダンスＺ₀（Ｚ₀＝Ｒ₀）とした時、

【数３】Ｒ_s＝ＳＲ₀ Ｒ_p＝ＰＲ₀ なる値とした。更に、ＳとＰとは、

【数４】Ｓ＝１／（Ｐ＋１） とした。

【００１５】かかる抵抗２０、２１の設置によって、送
信時の尖鋭度Ｑ₁と受信時の尖鋭度Ｑ₂とは、

【数５】Ｑ₁＜Ｑ₂ の関係にすることができる。

【００１６】この理由を以下に述べる。図２は励起直後
の、大振幅の振動電流が回路中に残留している時の回路
図を示す。尚、スィッチＳ₁、Ｓ₂についてはＳ₁がＯ
Ｎ、Ｓ₂が事実上ＯＦＦ（ダイオードＤ₂がＯＮ）となっ
ている。図２の回路について、共振回路１０の入力点Ａ
−ＢからみたインピーダンスＺ_r、アドミッタンスＹ
_rは、

【数６】 Ｙ_r＝１／Ｚ_r ＝ｊωＣ₀＋１／｛Ｒ＋ｊωＬ＋（１／ｊωＣ₁）｝ となる。かかるＹ_rを抵抗成分Ｒｅ、インダクタンス成
分Ｚ_L、キャパシタンス成分Ｙ_cとで表現すれば

【数７】Ｙ_r＝（１／Ｒ_e）＋ｊＹ_c＋（１／ｊＺ_L） となる。ここで、

【００１７】

【数８】 Ｒ_e＝｛Ｒ²＋ωＬ−（１／ωＣ₁）｝²／Ｒ Ｙ_c＝（１／ωＣ₁）／［Ｒ²＋｛ωＬ−（１／ωＣ₁）²｝］＋ωＣ₀ Ｚ_L＝［Ｒ²＋｛ωＬ−（１／ωＣ₁）²｝］／ωＬ 但し、ωはω＝２πｆである。即ち、［数８］から、図
２の回路は、図３に示すように等価抵抗Ｒ_e、等価キャ
パシタンスＹ_c、等価インダクタンスＺ_Lから成る並列共
振回路である。Ｃ₁及びＣ₂は、目的とする共鳴周波数ω
₀＝２πｆ₀で共振条件を満足するように設定され、且つ
そのインピーダンスが高周波電源の出力インピーダンス
及び信号ケーブルの特性インピーダンスＲ₀と整合する
ように調整される。従って、

【００１８】

【数９】Ｒ_e＝Ｒ₀ Ｙ_c・Ｚ_L＝１ となる。また、上記並列共振回路単独のＱ₀は、

【数１０】 Ｑ₀＝Ｒ_e／Ｚ_L ＝ω₀Ｌ／Ｒ 但し、ω₀は回路の共振周波数である。そこで、高周波
電源３からＲ_s、Ｒ_pの抵抗を介して共振回路１０を見た
ときのインピーダンスがＲ₀となる条件を考慮して、
Ｒ_s、Ｒ_pを用いて共振回路１０から高周波電源３側を見
たインピーダンスＲ_rは、

【００１９】

【数１１】 Ｒ_r＝［１−｛２／（Ｐ²＋Ｐ＋２）｝］×Ｒ₀ となる。この時の等価回路が図３に示してある。この回
路の回路インピーダンスＺ及びアドミッタンスＹは、

【数１２】 Ｙ＝１／Ｚ＝（１／Ｒ_r）＋（１／Ｒ_e）＋ｊＹ_c＋（１／ｊＺ_L） となる。加えられた高周波の周波数が共振周波数の場
合、

【数１３】Ｙ＝（１／Ｒ_r）＋（１／Ｒ₀） となり、回路のＱ_sは、

【数１４】 Ｑ_s＝｛（１／Ｒ_r）＋（１／Ｒ₀）｝／Ｚ_L ＝Ｑ₀×（１／２）［１−｛１／（Ｐ＋１）²｝］ となる。ここで、Ｐ＝∞のとき、Ｓ＝０となる故に、Ｒ
_s、Ｒ_pを含まない回路のときは、Ｒ_r＝Ｒ₀で、そのとき
のＱ_sをＱ_s0とおくと、

【数１５】Ｑ_s0＝（１／２）Ｑ₀ となる。従って、［数１４］と［数１５］から、

【数１６】Ｑ_s0＞Ｑ_s となる。

【００２０】以上から高周波信号に対する応答時は［数
１５］となり、本発明の抵抗を加えることにより改善さ
れることが判る。高周波電源３からの励起終了後共振回
路１０の残留振動が減衰した後はＤ₁、Ｄ₂ は高いイン
ピーダンスを回復し、高周波電源３及び抵抗網２０、２
１（Ｒ_s、Ｒ_p）は共振回路１０から切り離され、高周波
増幅器４の入力インピーダンスＲ₀のみが共振回路１０
に接続された図４の回路となる。図４における回路Ｑは
共振回路にＲ₀なる負荷抵抗が接続されたことにより、
Ｑ_s＝Ｑ_s0となり、高いＱ値を示し高感度の検知コイル
として動作する。尚、直並列抵抗回路２０、２１は、ス
イッチＳ、と共振回路１０との間に設けてもよい。

【発明の効果】

【００２２】本発明によれば、励起中及び励起直後は低
いＱ値となり、受信時には高いＱ値となる。この結果、
高速な高周波パルス信号応答、特に励起後のコイルの残
留振動をエコー信号を測定できるまで短時間に減衰させ
て受信状態にすると同時に、受信状態においては高いＱ
を回復し高感度受信を可能とすることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のコイル回路の実施例図である。

【図２】図１のコイル回路の等価回路図である。

【図３】図１のコイル回路の送信時の等価回路図であ
る。

【図４】図１のコイル回路の受信時の等価回路図であ
る。

【図５】従来例のコイル回路を示す図である。

【図６】従来の送受兼用のコイル回路を示す図である。

【図７】従来の送信時の高周波形図である。

【符号の説明】

３ 高周波電源 ４ 高周波増幅器 １０ 共振回路 ２０、２１ 抵抗 Ｓ１、Ｓ２ ダイオードＤ₁、Ｄ₂より成るスイッチ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】励起用の高周波電源と、電磁波共鳴吸収測
   定装置の励起及び受信兼用コイルを含む共振回路と、高
   周波電源と共振回路との間に設けられ受信時には高周波
   電源を切り離す第１のスィッチと、受信用の高周波増幅
   器と、共振回路と高周波増幅器との間に設けられ送信時
   には高周波増幅器を切り離す第２のスィッチと、より成
   ると共に、上記共振回路と第１のスィッチとの間又は第
   １のスィッチと高周波電源との間に直並列の抵抗回路を
   設けてなる電磁波共鳴吸収測定装置のコイル回路。