JPH076765B2 - 非破壊断面形状検査装置 - Google Patents

非破壊断面形状検査装置

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JPH076765B2 JP63155197A JP15519788A JPH076765B2 JP H076765 B2 JPH076765 B2 JP H076765B2 JP 63155197 A JP63155197 A JP 63155197A JP 15519788 A JP15519788 A JP 15519788A JP H076765 B2 JPH076765 B2 JP H076765B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、合成樹脂成形品、陶磁器などの断面形状、寸
法などを破壊することなく検査、計測する装置に関す
る。
〔従来の技術〕
従来、画像診断装置として被検体の断面を計測する為に
は、X線を用いたCT(コンピュータトモグラフィー)装
置が用いられてきた。この方法は、X線の吸収と投影像
再構成法を用いたものである。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、このX線−CT装置によると、X線吸収と
投影像再構成法によって計測するため、X線を吸収する
物体で囲まれた内部を偽像なしに鮮明に描出することが
困難であるという問題があった。
また、当然ながらX線を吸収しない合成樹脂などの影像
も困難であった。
尚、核磁気共鳴信号を発する物質を利用する例がある
が、例えば、実開昭62−44248号公報、特開昭61−12004
8号公報、特開昭60−207655号公報等に記載のものは、
装置の検定などに使用するいわゆるファントムであり、
予め核磁気共鳴物質を封入したもので、被検体の計測ご
とに出し入れするものではなく、個々別々の被検体断面
を計測することはできなかった。
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、X線
をほとんど吸収しない合成樹脂成形品や、X線を吸収す
る陶磁器、土器など、内部空間を有する被検体の断面
を、個々別々に順次検査できる装置を提供することにあ
る。
〔課題を解決するための手段〕
上記の目的を達成するために本発明は、試料検体を槽内
に支持し、該試料検体の内部空間へ核磁気共鳴信号を発
する信号発生物質を充填し、溢れでた前記信号発生物質
で前記試料検体の外部が満たされる溶液槽と、該溶液槽
へ高周波パルスを照射して核磁気共鳴信号を発生させる
高周波照射手段と、該核磁気共鳴信号を受信する信号検
出手段と、該受信信号を画像化して前記試料検体の断面
形状を描画する画像処理手段とを有することを特徴とす
るものである。
〔作用〕
上記の構成によれば、内部空間を有する個々別々の試料
検体を溶液槽内に順次支持し、被検体の内部及び外部空
間を同じ核磁気共鳴信号の発生源でうめつくすことによ
り、X線吸収のような吸収現象と異り、空間の各点から
発生する信号を取得できるので、この信号を影像化する
ことによって信号の無い部分や少い部分を相対的に描出
することができ、X線吸収の大なる試料も、X線吸収が
小さく、かつ核磁気共鳴信号の小さな試料についても、
断面の形状や寸法を非破壊的に検査することができる。
〔実施例〕
以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
第1図は本実施例の要部を示す具体例の断面図及び平面
図で、検体1は、試料室5の中央に設置される。本実施
例での検体1はろう型を用いて精密成形した合成樹脂製
のサンプルである。内部を成形するのにろう型を用いて
いるが合成樹脂成形後、ろう型は溶かして流し出す為の
穴があるのみの袋物である。このようなサンプルの断面
形状を測定、検査しようとしても実際に厚みを計測する
ことは従来不可能であった。
本実施例の試料室5内には、核磁気共鳴溶液(信号発生
物質の溶液)を充填する信号発生物質槽4が備えられて
いる。本実施例の信号発生物質槽4は、アクリル樹脂で
製作され、信号発生物質2には硫酸銅溶液が用いられて
いる。硫酸銅は水の中に含まれる水素原子核の緩和時間
を短縮させ核磁気共鳴信号を増大させる為のものであ
る。信号量は減るが信号発生物質2として純水を用いる
ことも可能である。信号発生物質2は、検体にある小さ
な穴から信号発生物質注入パイプ8(非磁性ノズル)に
より検体内部に注入され内部空間を信号発生物質2で満
たした後、信号発生物質槽4にあふれ出る。こうして信
号発生物質槽4の内部は信号発生物質2で満たされる。
試料室5のまわりには、照射コイル6と受信コイル7が
設置されており、試料室5内で発生した核磁気共鳴信号
を検出する。
核磁気共鳴信号により、信号発生物質槽内を描画する
と、検体の断面が無信号部分として描出される。
第2図に本実施例の装置の概略を示す。磁石21は、シス
テムの主要部を成すもので、超電導形、常電導形、永久
磁石形があるが、ここでは、常電導形を例に示す。
常電導形としては、高い磁場均一度を得る為、通常、空
芯の電磁石が用いられる。本実施例では、磁束密度0.15
T(テスラ)、磁場の均一度は、約50nnm/30cm dsv
(球)である。電流は、静磁場電源22から供給される。
空芯磁石の中心部に試料室25が設置されている。
静磁場には、空間位置情報を取得するための傾斜磁場が
重じょうされる。NMR現象を発生させる高周波は、送信
器27から、照射コイル23に送られる。被験者あるいは検
査対称物質から発生するNMR信号は、受信コイル24によ
って検知され、受信器28へ送られる。NMR(Nuclear Mag
netic Resonance、核磁気共鳴)現象では、NMR信号の位
相情報も重要な為、受信器ゲート信号32を介して送受信
器27,28に於ける位相関係が正確に同期化されている。
傾斜磁場電源29は、X,Y,Zの3軸方向の傾斜磁場を独立
に発生させる為、3チャンネルの定電流電源から成る。
傾斜磁場は、パルス状で印加されるので高速応答が要求
される。そのため、パルスの発生は傾斜磁場制御部40に
よって制御される。
システムの操作は操作卓30を用いて行なわれ、操作卓30
には各種のキーの他、2つのCRTが装備されている。一
つは対話方式により、各種パラメータを設定したり、シ
ステム全体の運転を行う為に用いられ、もう一つは、得
られた映像を表示する為のものである。
全体システムの制御、並びに像構成の為の高速演算は、
コンピュータ41が行う。コンピュータ41と各制御系との
やりとりは、バス37を介してなされる。各種パルスシー
ケンスの制御はシーケンス制御部36が行うが、中心とな
るシーケンスは高周波パルスと傾斜磁場パルスの組合せ
にかかわるものである。
尚、第2図中の符号の26は傾斜磁場コイルへの信号、31
は振幅データ信号、33はRF振幅制御部、34はRF時間制御
部、35はデータ取込部、38は操作卓制御部、39はCRT制
御部である。
NMR現象を用いた映像法の基本を第3図及び第4図によ
って説明する。
第3図に本実施例装置の測定部断面を示す。第3図中の
電磁石は、4ヶの静磁場コイル51から構成され、内側に
傾斜磁場コイル52、照射コイル23、受信コイル24が設置
される。静磁場の方向53は、図中に示してあるが、通
常、静磁場の方向をZ軸と定める。傾斜磁場は、X,Y,Z
の3方向に、互いに完全に独立な傾斜を印加することが
必要であり、X,Y,Z用の3種類のコイルが設置されてい
る。第3図中の符号の54,55,56,57は、それぞれ受信器2
6、送信器27、傾斜磁場電源29(X,Y,Z、3チャンネ
ル)、静磁場電源22への接続を示す。
第4図にパルスのシーケンスの一例を示す。
第4図中、上からの高周波61、即ち、照射コイル23から
被験者などの試料検体に照射される高周波電力のパルス
波形を示し、信号62は、受信コイル24に起ける起電力を
増幅したもの、傾斜磁場Z・63は、静磁場の方向に印加
される傾斜磁場、傾斜磁場Y・64は、Y軸方向に位相を
エンコードし、傾斜磁場X・65はX方向の座標と周波数
を一対一に対応させる為のものであり、一般的にはスピ
ンエコーの発生に使われるので、読み出し用傾斜磁場と
解釈されることもある。時間軸66はその上のすべてのパ
ルスシーケンスについての時間の関係を明らかにしてい
る。
次に、これらの各種パルスの役割をもう少し詳細に説明
し、二次元フーリエ法と呼ばれる像構成法の原理を述べ
る。
第4図の例では高周波パルスの波形にジンク函数を用い
ている。ジンク函数をフーリエ変換すると、く形波形と
なる。即ち、時間空間に於けるジンク函数は周波数空間
に於ける、く形波となるので、ある限定された区間の周
波数のみを持つ。第4図で、90度パルス(核スピンを90
度倒すパルス)と同時に、傾斜磁場Z・63について傾斜
磁場パルス70が印加されている。
NMR現象に於ける共鳴条件は次式で表されるので、Z方
向の特定の断層面のみが選択的に励起される。
Wo=j〔Ho+HG(Z)〕 …… ここで、Woは共鳴点に於ける角速度、γは磁気回転比、
Hoは静磁場の磁束密度、HG(Z)は、位置Zに於ける傾
斜磁場の磁束密度である。
通常は、断層面の厚さが1〜20mmの範囲で選択照射の周
波数が設定される。本実施例では、90度パルス67のあと
に180度パルス68を印加して、スピンエコー信号69を得
ている。(オリジナルな2次元フーリエ法では、傾斜磁
場によりスピンエコーを発生させており、180度パルス
を使用していない。) スピンエコーのテクニックは、不均一磁場により見かけ
上の横緩和時間T2で急速に分散する位相を一定時間後に
再びそろえるテクニックである。傾斜磁場も一種の不均
一磁場であり、位相のそろった信号を得る為には、傾斜
磁場を反転させるか、あるいは、傾斜磁場と同時に180
度パルスを印加する必要がある。実際に傾斜磁場を立ち
上げる際に、立ち上り及び立ち下り時間は有限である。
実際には1ms程度が必要である。従って、この過渡的な
期間に位相が乱れる。これを補償する為に、傾斜磁場パ
ルス70のあとに補償用パルス71を印加することで立ち上
り、立ち下りが相殺され、見かけ上完全な、く形波が印
加された場合と等価にできる。
次に位相エンコードについて述べる。
核磁気共鳴現象に於ける核スピンの挙動の基本的性質と
して、 磁気モーメントの方向 磁圧モーメントの大きさ 磁気モーメントの数 磁気モーメントのせつ動周波数 磁気モーメントのせつ動の位相 がある。
これら個々のパラメータの統計的結果として、巨視的な
磁化の振るまいが記述できる。特に周波数と位相は独立
のパラメータであり、位相をエンコードすることにより
空間座標と対応づけられる。
位相をエンコードする傾斜磁場は、第4図の傾斜磁場Y
・64である。位相エンコード量は、エンコード用傾斜磁
場パルスの積分値で決まるので、パルスの振幅を変える
か、パルス幅を変えるかすれば良い。第4図では振幅を
変えている。
傾斜磁場X・65は、X方向に印加した傾斜磁場である。
90度パルス67で励起され、コヒレントな歳差運動をする
スピンにX方向の傾斜磁場を引加すると、X方向に対し
て歳差運動の周波数が線型に変化する。180度パルス68
のあとで、同じ傾斜磁場を与えることで、スピンエコー
信号69を発生させることができる。X座標と共鳴周波数
が線型な関係にあるので、スピンエコー信号69をフーリ
エ変換することにより、X座標に関する信号強度の関係
を得ることができる。これを位相エンコード方向(Y
軸)について再びフーリエ変換すると、こんどはY座標
に関する信号強度の関係が得られる。こうして、X−Y
平面について信号の分布が得られるので、信号強度をCR
T上に表示することにより断層像が得られる。
このように、核磁気共鳴現象を使用し、同時に被検体を
核磁気共鳴信号を発する物質でとりかこむことによっ
て、例えば、袋状の合成樹脂製精密成形品の断面の肉厚
分布を検査する場合、まず袋状の成形品の内部に核磁気
共鳴信号を発する溶液を注入し、次に試料室内に設置さ
れた溶液槽に同じく核磁気共鳴信号を発する溶液を満た
し、この中に前記の成形品を沈め、このあと2次元ある
いは3次元フーリエ画像再構成法を用いた核磁気共鳴描
画法により断層撮影を行うと、被検体の成形品の断面が
無信号部分として描出される。
被検体については核磁気共鳴現象に妨害を与える金属材
料以外のどのような材料で構成されていても被検体表面
の描出が可能であり、また、核磁気共鳴現象は磁場と電
場を使用するだけで観測できるので検体に損傷を与える
ことがない。また、検体をおおう信号発生物質も、例え
ば水自身を使用することも可能であり、完全な非破壊検
査が可能である。
更に、本実施例では核磁気共鳴物質に溶液を用いている
が、変形例として例えば水素ガスのように核スピンを持
つ原素を含む気体を充填しても原理的には同一である。
〔発明の効果〕
上述のとおり本発明によれば、内部空間を有する試料検
体を、被検体ごとに個別に断面形状を描画することがで
き、核磁気共鳴信号を発生しない検体についてもその断
面形状の描画が可能であり、また、核磁気共鳴現象に影
響を与える電気の良導体以外の検体について適用可能で
ある。即ち、従来検査困難であったX線吸収の大なる陶
磁器、土器や、X線をほとんど吸収しない合成樹脂製成
形品など、内部空間を有する試料検体の断面形状を、個
々別々にしかも非破壊的に順次検査することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の要部を示す(A)が断面
図、(B)が平面図、第2図は本実施例の装置を示す構
成図、第3図は本実施例装置の測定部の断面図、第4図
はパルスのシーケンスの一例を示す図である。 1……検体、2……信号発生物質、4……信号発生物質
槽、5……試料室、6……照射コイル、7……照射コイ
ル、8……信号発生物質注入パイプ、21……磁石、22…
…静磁場電源、23……照射コイル、24……受信コイル、
25……試料室、27……送信器、28……受信器、29……傾
斜磁場電源、36……シーケンス制御、37……バス、40…
…傾斜磁場制御部、41……コンピュータ、51……静磁場
コイル、52……傾斜磁場コイル、53……静磁場の方向、
54……受信器への接続、55……送信器への接続、56……
傾斜磁場電源(X,Y,Z3チャンネル)への接続、57……静
磁場電源への接続、61……高周波、62……信号、63……
傾斜磁場Z(断層選択)、64……傾斜磁場Y(位相エン
コード)、65……傾斜磁場X(読み出し)、66……時間
軸、67……90度パルス、68……180度パルス、69……ス
ピンエコー信号、70……傾斜磁場パルス、71……補償用
パルス、72……傾斜磁場パルス、73……立上り立下り補
償パルス、74……位相エンコードパルス、75……X方向
傾斜磁場パルス、76……X方向傾斜磁場パルス。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】試料検体を槽内に支持し、該試料検体の内
    部空間へ核磁気共鳴信号を発する信号発生物質を充填
    し、溢れでた前記信号発生物質で前記試料検体の外部が
    満たされる溶液槽と、該溶液槽へ高周波パルスを照射し
    て核磁気共鳴信号を発生させる高周波照射手段と、該核
    磁気共鳴信号を受信する信号検出手段と、該受信信号を
    画像化して前記試料検体の断面形状を描画する画像処理
    手段とを有することを特徴とする非破壊断面形状検査装
    置。
  2. 【請求項2】請求項1記載の装置において、前記画像処
    理手段は、前記核磁気共鳴信号に対して相対的に無信号
    部分あるいは小さな信号部分を描画するものである非破
    壊断面形状検査装置。
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