JPS63277049A

JPS63277049A - Ｍｒｉ装置のインピ−ダンス自動調整装置

Info

Publication number: JPS63277049A
Application number: JP62111942A
Authority: JP
Inventors: Motoji Haragashira; 基司原頭
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-05-08
Filing date: 1987-05-08
Publication date: 1988-11-15
Also published as: DE3815567A1; US4882541A

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、プローブヘッドのインピーダンスを特性イン
ピーダンスに等しく調整するＭＲＩ装置のインピーダン
ス自動調整装置に関する。

（従来の技術）ＭＲＩ装置で被検体から送られるＭＲ倍信号受信するた
めのアンテナとしてプローブヘッドが用いられる。第５
図はこのプローブヘッドの等何回路の一例を示すもので
、このプローブヘッドには給電線（特性インピーダンス
Ｚｃ、多くの場合５０Ω）が接続され診断態様に応じて
引き回される。ここで、Ｃ１，０２は可変コンデンサ、
Ｌはコイル、Ｒはコイルの等価的並列抵抗、Ｚｉは入力
側からみたインピーダンスである。ところでこのプロー
ブヘッドを用いる場合は次の２つの理由により、その入
力側からみたインピーダンス（以下単にインピーダンス
と称する）Ｚｉを特性インピーダンスＺｃに等しく調整
する必要がある。■Ｚｉ触Ｚｃの場合は給電線でＭＲ倍
信号伝送損失が生じるので、Ｓ／Ｎ特性が劣化する。■
ＭＲＩ装置で使用される低雑音アンプは多くの場合入力
インピーダンスがＺｃＴ：”ｆｌ計されているので、Ｚ
ｉ　＃Ｚｃの場合即ちＺｃ以外の信号源インピーダンス
を持つ信号源と接続した場合は、ノイズフィギュアマツ
チングを犠牲にすることになるため必ずしも低雑音が保
証されない。

第５図の等価回路において、可変コンデンサＣ２、Ｃ１
とインピーダンスＺ：との関係は次式のように示される
。

（但しＲ，ｚ＋は実数）上記（１）、　（２）式から明らかなように、Ｚｌを大
きくすると０２は小さくなり、Ｃ１は大きくなる。

即ち、Ｒ，Ｌが一定の基ではＣ２を小さくすれば（勿論
Ｃ１もそれに合わせて少し大きくする）、純抵抗になる
ように合わせたプローブヘッドのインピーダンスＺｉは
大きくすることができる。

次に点線内の回路部分のインピーダンスＺ×を計算する
と次式のようになる。

また、２つのＣ２の回路部分のインピーダンスＺＹは次
式で示される。

・・・（４）即ち、上記式（３）、　（４］から明らかなように、Ｚ
ｉはＣ１、Ｒ，Ｌによって形成されるＺ×と２つのＣ２
によって形成されるＺＹとから構成され、Ｚｉｔ純抵抗
にするためには（３）式における虚部（インダクテイブ
なりアクタンス分）を（４）式で示される虚部（キャパ
シティブなリアクタンス分）によって相殺して零にすれ
ばよいことがわかる。

以上の事実に基き、前記したようにＺｉ　＝Ｚｃの条件
を満足させるためには、Ｚｉ　＜Ｚｃの関係にある場合
はＣ２を小さく調整し且つそのとき生じた虚部を相殺す
るように０１を大きく調整することにより、Ｚ：を大き
くなるように調整すればよい。またＺｉ　＞Ｚｃの場合
は逆に０２を大きく且つＣ１を小ざく調整することによ
りＺｌを小さくするように調整すればよい。

ところで、プローブヘッド単体ではＱが高いことが要求
され、かつＩａ形影時は被検体がプローブヘッドに接近
するために、実際の撮影時のプローブヘッドの第１次近
似としての等価回路は第５図と異なって第６図のように
示される。ここで、ｃｓ　、ｃ’ｓは人体とコイル間の
浮遊容Ｌ　ＲＰは人体の等価的抵抗である。従って、イ
ンピーダンスＺｉもＺ′ｉに変化してしまうようになる
。第６図は第７図のように等価変換することができ、ざ
らに第８図の゛ように簡略化することもできる。第７図
でＣ’ｓはＣ３、ｃ’ｓ、Ｒｐを並列変換したときの等
価的容量、Ｒ′ＰはＣ’ｓと同様に変換したときの等価
的容量である。但し、である。このような第８図の等価回路において、Ｚ′ｉ
＝／Ｃの条件から可変コンデンサ０２　、　Ｃ’１とイ
ンピーダンスＺｃとの関係は、前記（１１，（２）式に
準じて次式にように示される。

・・・（２）′ （ω＝２ｙｒｆ；　ｆ（Ｈｚ）はＭＲ倍信号共鳴周波数
）従って、第５図の場合と同様にＣ’ｌ、Ｃ２を調整す
ることによりＺｉ　＝Ｚｃの条件を満足させることがで
きる。

従来この調整は出力インピーダンスがＺｃ＜純抵抗）の
発振器を用意し、これとプローブヘッド間に方向性結合
器を挿入することにより反゛射電力が零になるところを
試行錯誤で見つけるようにして行われていた。

（発明が解決しようとする問題点）ところで従来の調整方法では、手作業による場合は、２
つの可変コンデンサを同時に調整することが要請され、
調整操作に勘や経験に頼るとことがおるため効率が悪い
という問題がある。この手作業に代ってマイクロプロセ
ッサ等を用いた自動調整法が提案されているが、マイク
ロプロセッサの判断機能に頼る部分が多く効率が悪かっ
た。

本発明は以上のような事情に対処して成されたもので、
効率のよい調整が簡単なハードウェアで行えるＭＲＩ装
置のインピーダンス自動調整装置を提供することを目的
とするものである。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）上記目的を達成するために本発明は、プローブヘッドの
インピーダンスを実部と虚部とに分けて電圧として検出
する検出部と、実部と虚部の電圧に応じて各電圧を零に
調整するための制御信号をプローブヘッドに供給するコ
ントロール部とを備えたことを特徴とするものである。

（作　用）プローブヘッドのインピーダンスが実部と虚部に分けて
電圧として検出され、これの検出電圧が零になるような
制御が行われて、プローブヘッドのインピーダンスが特
性インピーダンスに等しくなるよう調整される。従って
調整が手作業によることなく自動的に行われるので、効
率のよい調整が行われる。

（実施例）先ず本発明の詳細な説明する。

”ＲＦ　ｅｘｐｏ　ｅａｓｔ　（Ｎｏｖ、１０−１２．
１９８６．Ｂｏｓｔｏｎ。

ＨａＳＳａＣＩｖｕＳｅｔｔＳ　”で紹介されている論
文“＾ｃｏｍ−ｐｌｅｘ　Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ　Ｍｅｔ
ｅｒ　（Ｃａｒｌ　Ｇ、　Ｌｏｄｓｔｒｏｅｍ、Ｄｏｗ
−にｅｙ　Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏ
ｎ　１１１０　Ｍａｒｋ　ＡｖｅｎｕｅＣａｒｐｒｉｎ
ｔｅｒｉａ、　ＣＡ　９３０１３−２９１８）”による
と、第４図に示すように発振器１（出力インピーダンス
Ｚｃ＞と負荷２（インピーダンスＺＬ）間にλ／８ケー
ブルを接続することにより、負荷２のインピーダンスが
実部（Ｒｅ：　Ｒｅａｌ　ｐａｒｔ）と虚部（Ｉｎ：Ｉ
ｍａｇｉｎａｒｙ　ｐａｒｔ）とに分けて電圧に対応し
た形で容易に検出できることが示されている。尚、Ｄｉ
　。

Ｄ２　、Ｄ３　、Ｄ４はダイオード、Ｒ１、Ｒ２は可変
抵抗、３は実部に対応した直流電圧計、４は虚部に対応
した直流電圧計、５は減衰器（発振器１の出力インピー
ダンスを正確にＺｃ（＝５０Ω）にするためのもの）で
ある。

λ／８ケーブルが正確にケーブル長に合っている場合、
負荷２としてＺＬ　＝Ｚｃの値のものを接続し電圧計３
，４の指示がどちらもＯ（Ｖ）となるように、予め可変
抵抗器（トリムポット型）Ｒ１゜Ｒ２を調整して初期状
態を設定してあくものとする。この状態で例えば実部（
Ｒｅ）がＺｃより小さい場合は実部電圧計３は正の電圧
を示し、Ｚｃより大きい場合は負の電圧を示す。また、
虚部（Ｉｍ）がインダクテイブな場合は虚部電圧計４は
正の電圧を示し、キャパシティブな場合は負の電圧を示
す。従って実部電圧計３及び虚部電圧計４の指示を観察
することにより、負荷のインピーダンスＺｃの値が大小
のいずれの方向にずれているかを把握することができる
。なおλは発振器１の周波数によって決定される。

本発明はこのような原理を基になされたもので以下図面
を参照して説明する。

第１図は本発明実施例のＭＲＩ装置のインピーダンス自
動調整装置を示すブロック図で、出力インピーダンスが
Ｚｃの発振器１とプローブヘッド６間に検出部７が接続
され、この検出部７とプローブヘッド６間にコントロー
ル部８が接続される。

検出部７の構成は第４図と同様にλ／８ケーブルを用い
ることにより、プローブヘッド６のインピーダンスＺｉ
を実部（Ｒｅ）と虚部（Ｉｍ）とに分けて各々の電圧計
によって電圧として検出するようになっている。またコ
ントロール部８は、例えば後述の第２図のような構成に
なっており、前記検出部７によって検出された実部電圧
と虚部電圧に応じて各電圧を零に調整するための制御信
号をプローブヘッド６のコンデンサＣ１、Ｃ２に供給す
るようになっている。以下、コントロール部８の動作に
ついて詳細に説明する。

検出部７によって検出された実部電圧（Ｒｅ側電圧）が
正の場合、前記本発明の原理からＺｉ　＜Ｚｃと判定で
きるので、プローブヘッド６のＣ２を小ざくするような
（前記（１）式に暴き）制御信号を供給する。これによ
って７：ｉＧ、ｔＺｃより大となる方向に向かうので、
実部電圧がＯ’ｍになったとき、Ｃ２に対する制御信号
の供給を停止する。

検出部７によって検出された実部電圧が負の場合、前記
と逆にＺｉ　＞Ｚｃと判定できるので、Ｃ２を大きくす
るような制御信号を供給する。これによって７１はＺｃ
より小となる方向に向かうので、実部電圧をＯ（Ｖ）に
することができる。

検出部７によって検出された虚部電圧（Ｉｍｆｆｌ１ｍ
圧）が正の場合、前記本発明の原理からインダクティブ
と判定できるので、Ｃ１を小さくするような制御像８を
供給する。これによって虚部は相殺されてキャパシティ
ブな方向へ向かうので、虚部電圧がＯｍになったときＣ
１に対する制御信号の供給を停止する。

検出部７によって検出された虚部電圧が負の場合、前記
と逆にキャパシティブと判定できるので、Ｃ１を大きく
するような制御信号を供給する。これによって虚部はイ
ンダクティブな方向へ向かうので、虚部電圧をＯ（Ｖ）
にすることができる。

このようにコントロール部８は検出部７によって検出さ
れた東部電圧と虚部電圧に応じて、各々を零に調整する
ような制御信号即ち負帰還（ＮＦＢ）信号をプローブヘ
ッド６のＣ２又はＣ１に供給するように動作するので、
最終的にＺｉ　＝Ｚｃの条件を満足するように調整され
る。

但し、Ｃ２及びＣ１に対し同じ応答性を持つ負帰還をか
けた場合、ＺｔがＺｃに収束しないで振動してしまう可
能性が生ずる。このため、実部側か虚部側の一方を他方
より負帰還の応答速度を速く設定しておくことにより、
速い方が先に追従するので、Ｚｃ＜Ω）又はｊ−Ｏ（Ω
）となるので振動は生じない。従って、ＺｉをＺｃに収
束させることができる。

また、大部電圧か虚部電圧の一方がＯ（Ｖ）になった場
合、これら電圧に積分操作を加えることによりＣ２又は
Ｃ１の制御を自動的に停止させることができる。即ち、
いずれか一方の電圧を積分し、この積分値に１対１で対
応するようにＣ２又はＣ１を制御することにより、いず
れかの検出電圧がＯ（Ｖ）になったところでその制御を
自動的に停止させることができる。

第２図はコントロール部８の具体的構成を示すブロック
図で、８Ａは実部側、８Ｂは虚部側を示し、９はバッフ
ァ段、１０は反転・増幅段、１１は反転・積分段である
。反転・積分段１１の各出力はインピーダンス整合４１
／Ｄコンバータで変換されて保持され、実部側８Ａから
はＣ２に対する制御電圧が出力されると共に、虚部８Ｂ
からはＣ１に対する制御電圧が出力される。なお応答性
を異ならすために反転・積分段１１における時定数０１
　、Ｒ１，Ｃ２、Ｒ２の関係を、ＣＩ　Ｒ１＞Ｃ２Ｒ２
（又はＣ２Ｒ２）ＣＩ　Ｒ１）に保つ必要がおる。なお
、検出部７とプローブヘッド６の間にλ／２長の整数倍
のケーブル（又は等何回路）が接続されていてもかまわ
ない。

第３図はプローブヘッド６の具体的構成を示すもので、
Ｃ２ｐ　Ｃｉとして可変容量ダイオードを用いた例を示
すものである。これら可変容量ダイオードで構成される
Ｃ２　、Ｃ１に対しては第２図の実部側８Ａ及び虚部側
８Ｂからの制御電圧が各々加えられる。可変容量ダイオ
ードは加えられる逆バイアス電圧が高いほど容量は小ざ
くなる（第３図）。

次に本実施例の作用を説明する。

検出部７の実部電圧計３及び虚部電圧計４が０　（Ｖ）
になるように初期状態に設定した基で、実部電圧計３及
び虚部電圧計４の指示を観察する。

実部電圧計３が正電圧の場合、コントロール部８によっ
てプ［１−アヘッド６のＣ２に対し、この値を小ざくす
るような負帰還をかレプることにより、電圧は○（Ｖ）
に調整される。実部電圧計３が負電圧の場合、逆にＣ２
に対してこの値を大きくするような負帰還をかけること
により、電圧はＯ（Ｖ）に調整される。

虚部電圧計４が正電圧の場合、コントロール部８によっ
てブローアヘッド６のＣ１に対してこの値を小さくする
ような負帰還をかけることにより、電圧はＯ（Ｖ）に調
整される。虚部電圧計４が負電圧の場合、逆に０１に対
してこの値を大きくするような負帰還をかけることによ
り、電圧はＯｎに調整される。

従って東部電圧計３及び虚部電圧計４が正電圧又は負電
圧を指示していても、最終的にいずれも自動的にＯｎに
調整される。これによって、Ｚｉ　＝Ｚｃの条件を満足
するように自動的に調整される。

このように本実施例によれば、プローブヘッドのインピ
ーダンスＺｉを手作業によることなしに自動的に特性イ
ンピーダンスＺｃに等しく調整できるので効率のよい調
整を行うことができる。また、調整装置の構成も簡単な
ので安価に製作することができ、インピーダンスの自動
調整化により患者のスループットを向上させることもで
きる。

プローブヘッド６におけるＣ１　、Ｃ２はバリコンを用
い、バリコン用アクチュエータの速度を検出電圧に比例
させ°て制御することもでき、これによって積分段を省
略することも可能である。なぜならば、バリコンの回転
角度は速度を積分したものに比例し、検出電圧がＯ（Ｖ
）になれば自動的にその角度を保持したままバリコンが
停止するからである。この場合検出電圧と回転方向とが
負帰還の関係を満たすように符号を調整する必要がおる
のは言うまでもない。

［発明の効果コ以上説明したように本発明によれば、ブローアヘッドの
インピーダンスを実部と虚部とに分けて検出し、この値
を零に調整するようにしたので、自動的にインピーダン
ス調整を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例のＭＲＩ装置のインピーダンス自
動調整装置を示すブロック図、第２図は本実施例装置の
コントロール部の具体的構成を示すブロック図、第３図
は本実施例装置のプローブヘッドの具体的構成を示す回
路図、第４図は本発明の原理を示すブロック図、第５図
はプローブヘッドの等価回路、第６図は撮影時のプロー
ブヘッドの等価回路、第７図は第６図の変換等価回路、
第８図は第７図の変換等価回路である。１・・・発振器、　　　３・・・大部電圧計、４・・・
虚部電圧計、　６・・・プローブヘッド、７・・・検出
部、　　　８・・・コントロール部、８Ａ・・・実部側
コントロール部、８Ｂ・・・虚部側コントロール部。代理人　弁理士　三　　澤　　正　　義ｒ第２図第３図第６図第７図第８図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）プローブヘッドの入力側からみたインピーダンス
Ｚｉを特性インピーダンスＺｃに等しく調整するＭＲＩ
装置のインピーダンス自動調整装置において、プローブ
ヘッドに信号を供給する出力インピーダンスがＺｃの発
振器と、プローブヘッドと発振器間に接続されプローブ
ヘッドのインピーダンスＺｉを実部と虚部とに分けて電
圧として検出する検出部と、実部と虚部の電圧に応じて
各電圧を零に調整するための制御信号をプローブヘッド
に供給するコントロール部とを備えたことを特徴とする
ＭＲＩ装置のインピーダンス自動調整装置。
（２）プローブヘッドの可変コンデンサに制御信号を供
給する特許請求の範囲第１項記載のＭＲＩ装置のインピ
ーダンス自動調整装置。
（３）制御信号が負帰還信号である特許請求の範囲第１
項又は第２項記載のＭＲＩ装置のインピーダンス自動調
整装置。