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明細書 :軽量永久磁石型磁気共鳴分析装置

発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 特許公報(B2)
特許番号 特許第5754010号 (P5754010)
公開番号 特開2013-003026 (P2013-003026A)
登録日 平成27年6月5日(2015.6.5)
発行日 平成27年7月22日(2015.7.22)
公開日 平成25年1月7日(2013.1.7)
発明の名称または考案の名称 軽量永久磁石型磁気共鳴分析装置
国際特許分類 G01R  33/383       (2006.01)
G01R  33/385       (2006.01)
G01R  33/34        (2006.01)
G01R  33/42        (2006.01)
FI G01N 24/06 510P
G01N 24/06 510Y
G01N 24/04 520A
G01N 24/02 540Z
請求項の数または発明の数 1
全頁数 12
出願番号 特願2011-135892 (P2011-135892)
出願日 平成23年6月20日(2011.6.20)
審査請求日 平成26年5月27日(2014.5.27)
特許権者または実用新案権者 【識別番号】593165487
【氏名又は名称】学校法人金沢工業大学
発明者または考案者 【氏名】平間 淳司
【氏名】八田 純一
【氏名】上原 弦
審査官 【審査官】比嘉 翔一
参考文献・文献 特開2010-249762(JP,A)
特開2002-143124(JP,A)
特開2009-125075(JP,A)
特開2004-248928(JP,A)
特開2010-060438(JP,A)
特開2008-237936(JP,A)
特開2002-263081(JP,A)
特開2006-320423(JP,A)
特開昭63-276303(JP,A)
特開平07-327955(JP,A)
特開平08-204471(JP,A)
特開平05-154128(JP,A)
調査した分野 G01N 24/00-24/14
G01R 33/20-33/64
A61B 5/055
JSTPlus(JDreamIII)
特許請求の範囲 【請求項1】
電磁シールド室(1)と、前記電磁シールド室(1)内に設置される測定ユニット(2)と、前記電磁シールド室(1)外に設置される制御ユニット(3)とを具備し、
前記測定ユニット(2)は、
コイル径が6cm~11cm、コイル長が8cm~21cmのソレノイド型のRFコイル(10)と、
前記RFコイル(10)の外周面および底面を囲む第1電波シールド(11)と、
前記第1電波シールド(11)を挟んで対向する一対の勾配磁場コイル(12)と、
前記一対の勾配磁場コイル(12)を挟んで対向し前記RFコイル(10)の内部に磁場強度43mT~65mTで直径5cm~10cmの球状の均一磁場空間を形成しうる一対の板状永久磁石(13)及びそれら一対の板状永久磁石(13)を温調するためのヒータ及び温度センサ(14)並びに前記一対の板状永久磁石(13)を結合する透磁部材(15)と、
前記一対の勾配磁場コイル(12)及び前記一対の板状永久磁石(13)及び前記ヒータ及び前記温度センサ(14)及び前記透磁部材(15)を包む第2電波シールド(16)と
を具備し、
前記電磁シールド室(2)と前記第1電波シールド(11)と前記第2電波シールド(16)とが同電位にされ、
前記制御ユニット(3)は、
前記RFコイル(10)で受信した被測定物からのMR信号の中心周波数fo±100kHzの帯域で且つ増幅度80dB以上で前記MR信号を増幅する増幅部であって別個の導電性筐体(41,42)にそれぞれ収容されそれぞれが増幅度60dB以下の少なくとも2以上の増幅回路(31,32)からなるMR信号増幅部(30)と、
前記MR信号増幅部(30)の出力信号を分析するための分析部(38a)と
を具備することを特徴とする軽量永久磁石型磁気共鳴分析装置(100)。
発明の詳細な説明 【技術分野】
【0001】
本発明は、軽量永久磁石型磁気共鳴分析装置に関し、さらに詳しくは、例えば丸ごとのリンゴやミカンを検査可能で且つ設置・移動が容易な重量200kg以下の軽量永久磁石を用いた軽量永久磁石型磁気共鳴分析装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、例えば丸ごとのリンゴを検査可能で且つ重量500kg~2000kgの永久磁石を用いた磁気共鳴分析装置である果実検査装置が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
【先行技術文献】
【0003】

【特許文献1】特開2010-249762号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記従来の果実検査装置では、例えば丸ごとのリンゴを検査可能な検査空間を有しているため、例えばリンゴを検査のために破壊しなくて済む利点があった。
しかし、重量500kg~2000kgの永久磁石を用いているため、設置・移動が容易でない問題点があった。
そこで、本発明の目的は、例えば丸ごとのリンゴやミカンを検査可能で且つ設置・移動が容易な重量200kg以下の軽量永久磁石を用いた軽量永久磁石型磁気共鳴分析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
第1の観点では、本発明は、電磁シールド室(1)と、前記電磁シールド室(1)内に設置される測定ユニット(2)と、前記電磁シールド室(1)外に設置される制御ユニット(3)とを具備し、前記測定ユニット(2)は、コイル径が6cm~11cm、コイル長が8cm~21cmのソレノイド型のRFコイル(10)と、前記RFコイル(10)の外周面および底面を囲む第1電波シールド(11)と、前記第1電波シールド(11)を挟んで対向する一対の勾配磁場コイル(12)と、前記一対の勾配磁場コイル(12)を挟んで対向し前記RFコイル(10)の内部に磁場強度43mT~65mTで直径5cm~10cmの球状の均一磁場空間を形成しうる一対の板状永久磁石(13)及びそれら一対の板状永久磁石(13)を温調するためのヒータ及び温度センサ(14)並びに前記一対の板状永久磁石(13)を結合する透磁部材(15)と、前記一対の勾配磁場コイル(12)及び前記一対の板状永久磁石(13)及び前記ヒータ及び前記温度センサ(14)及び前記透磁部材(15)を包む第2電波シールド(16)とを具備し、前記電磁シールド室(2)と前記第1電波シールド(11)と前記第2電波シールド(16)とが同電位にされ、前記制御ユニット(3)は、前記RFコイル(10)で受信した被測定物からのMR信号の中心周波数fo±100kHzの帯域で且つ増幅度80dB以上で前記MR信号を増幅する増幅部であって別個の導電性筐体(41,42)にそれぞれ収容されそれぞれが増幅度60dB以下の少なくとも2以上の増幅回路(31,32)からなるMR信号増幅部(30)と、前記MR信号増幅部(30)の出力信号を分析するための分析部(38a)とを具備することを特徴とする軽量永久磁石型磁気共鳴分析装置(100)を提供する。
【0006】
上記第1の観点による軽量永久磁石型磁気共鳴分析装置(100)では、一対の板状永久磁石(13)により直径5cm~10cmの球状の均一磁場空間を形成するため、例えば丸ごとのリンゴやミカンを検査可能となる。また、均一磁場空間の磁場強度を43mT~65mTの超低磁場としたため、一対の板状永久磁石(13)の重量を200kg以下に軽量化することが可能となり、設置・移動が容易になる。
【0007】
均一磁場空間の磁場強度を43mT以上とした理由は、測定対象の核種を水のプロトンとした場合にMR信号の中心周波数foが1.7MHz以上となり、中波放送(531kHz~1602kHz)の強い電波による妨害を受けにくくなるためである。
均一磁場空間の磁場強度を65mT以下とした理由は、一対の板状永久磁石(13)の重量を200kg以下に軽量化するためである。
【0008】
ところが、43mT~65mTの超低磁場では、被測定物からのMR信号が極めて微弱になってしまう信号微弱化問題と、極めて微弱になったMR信号が外来ノイズに埋もれてしまう外来ノイズ問題の2つの問題が生じた。
そこで、信号微弱化問題に対しては、増幅部(30)の増幅度を80dB以上の超高増幅度とし、分析部(38a)で分析可能なレベルにまで増幅するようにした。
また、外来ノイズ問題に対しては、RFコイル(10)の外周面および底面を第1電波シールド(11)で囲み、一対の勾配磁場コイル(12)及び一対の板状永久磁石(13)及びヒータ及び温度センサ(14)及び透磁部材(15)を第2電波シールド(16)包み、これらを含む測定ユニット(2)を電磁シールド室(1)内に設置し、電磁シールド室(2)と第1電波シールド(11)と第2電波シールド(16)とを同電位にすることにより、外来ノイズの抑制に成功した。
【0009】
しかしながら、80dB以上の超高増幅度では、信号の回り込みにより増幅回路が発振してしまう発振問題が生じた。
そこで、この発振問題に対して、被測定物からのMR信号の中心周波数fo±100kHzの狭帯域で増幅するようにし(MR信号の中心周波数foは測定対象の核種によって決まる)且つMR信号増幅部(30)をそれぞれが増幅度60dB以下で且つ別個の導電性筐体(41,42)に収容した少なくとも2以上の増幅回路(31,32)から構成することにより、全体として80dB以上の超高増幅度でも発振を起こさせないことに成功した。なお、各増幅回路(31,32)の増幅度を60dB以下としたのは、増幅度60dBまでの増幅回路なら発振させずに1つの導電性筐体に収容する技術が既にあるからである。
【発明の効果】
【0010】
本発明の軽量永久磁石型磁気共鳴分析装置によれば、例えば丸ごとのリンゴやミカンを検査可能となる。また、永久磁石の重量を200kg以下に軽量化することが可能となり、設置・移動が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】実施例1に係る軽量永久磁石型磁気共鳴分析装置を示す斜視図である。
【図2】実施例1に係る軽量永久磁石型磁気共鳴分析装置を示すブロック図である。
【図3】測定ユニットにおけるRFコイルを示す斜視図である。
【図4】測定ユニットにおける第1電波シールドを示す斜視図である。
【図5】測定ユニットにおける勾配磁場コイルを示す斜視図である。
【図6】測定ユニットにおける永久磁石および透磁部材を示す斜視図である。
【図7】測定ユニットにおける第2電波シールドを示す斜視図である。
【図8】制御ユニットを示すブロック図である。
【図9】第1増幅回路を示す回路図である。
【図10】IR法における各種信号を示す信号波形図である。
【図11】砂糖水濃度とT1緩和時間の関係を示すグラフである。
【図12】砂糖水濃度とT2緩和時間の関係を示すグラフである。
【図13】SE法における各種信号を示す信号波形図である。
【図14】ミカンの断層像(TR=500ms)を示すMR画像図である。
【図15】ミカンの断層像(TR=1000ms)を示すMR画像図である。
【図16】ピーマンの断層像を示すMR画像図である。
【図17】トマトの断層像を示すMR画像図である。
【図18】骨付き鶏肉の断層像を示すMR画像図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、図に示す実施の形態により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
【実施例】
【0013】
-実施例1-
図1は、軽量永久磁石型磁気共鳴分析装置100を示す斜視図である。
この軽量永久磁石型磁気共鳴分析装置100は、電磁シールド室1と、電磁シールド室1内に設置される測定ユニット2と、電磁シールド室1外に設置される制御ユニット3と、電磁シールド室1の壁を貫通して測定ユニット2と制御ユニット3とを接続する制御ケーブル4とを具備してなる。
電磁シールド室1は、鉄網で囲まれた箱であり、接地されている。
【実施例】
【0014】
図2は、軽量永久磁石型磁気共鳴分析装置100を示すブロック図である。
【実施例】
【0015】
図3に示すように、測定ユニット2の中心部にはRFコイル10が設置されている。RFコイル10は、コイル径が6cm~11cm、コイル長が8cm~21cm、ターン数が4~40のソレノイド型コイルである。
【実施例】
【0016】
図4に示すように、RFコイル10の外周面および底面を囲むように第1電波シールド11が設置されている。第1電波シールド11は、上面が開口した長方形の銅板製の箱である。
【実施例】
【0017】
図5に示すように、第1電波シールド11を挟んで対向するように一対の勾配磁場コイル12が設置されている。
【実施例】
【0018】
図2に戻り、一対の勾配磁場コイル12を挟んで対向するように一対の板状永久磁石13および磁極片13aが設置されている。一対の板状永久磁石13の背面には、磁路を構成するベース継鉄(透磁部材)15が貼設されている。これらベース継鉄(透磁部材)15は、磁路を構成する柱状継鉄(透磁部材)15で結合されている。また、ベース継鉄(透磁部材)15の背面には、板状永久磁石13を温調するためのヒータ及び温度センサ14が貼設されている。
図6は、板状永久磁石13・磁極片13a・ヒータ及び温度センサ14・ベース継鉄(透磁部材)15と柱状継鉄(透磁部材)15の斜視図である。
一対の板状永久磁石13は、RFコイル10の内部に磁場強度43mT~65mTで直径5cm~10cmの球状の均一磁場空間20(図2参照)を形成する。例えば均一磁場空間20の磁場強度が52mTの場合、一対の板状永久磁石13の重量は約170kgである。
【実施例】
【0019】
図7(および図2)に示すように、勾配磁場コイル12・板状永久磁石13・磁極片13a・ヒータ及び温度センサ14・ベース継鉄(透磁部材)15・柱状継鉄(透磁部材)15を包むように第2電波シールド16が設けられている。第2電波シールド16は、銅網製である。
第1電波シールド11と第2電波シールド16とは、第1導電部材17で接続され、同電位にされている。また、第2電波シールド16と電磁シールド室1とは、第2導電部材18で接続され、同電位にされている。
【実施例】
【0020】
図2に戻り、制御ユニット3は、RFコイル10で受信した被測定物からのMR信号の中心周波数fo±100kHzの狭帯域で且つ増幅度80dB以上でMR信号を増幅するMR信号増幅部30と、RFコイル10を駆動してRFパルスを発生させるRF駆動部34と、RF駆動部34からのRF駆動信号をRFコイル10へ伝える状態とRFコイル10からのMR信号をMR信号増幅部30へ伝える状態とを切り換える切換部35と、勾配磁場コイル12を駆動して勾配磁場を発生させる勾配磁場駆動部36と、板状永久磁石13の温調制御を行う永久磁石温調部37と、パルスシーケンスの駆動制御やMR信号の分析を行うCPU38と、操作者とのインターフェースとなる操作部39とを具備している。
【実施例】
【0021】
例えば均一磁場空間の磁場強度が52mTの場合、MR信号の中心周波数fo=2.2MHzである。
【実施例】
【0022】
図8に示すように、MR信号増幅部30は、それぞれが増幅度60dB以下の第1増幅回路31および第2増幅回路32に分割されている。これら第1増幅回路31および第2増幅回路32は、別個の第1導電性筐体41および第2導電性筐体42にそれぞれ収容され、同軸ケーブル5で接続されている。第1導電性筐体41および第2導電性筐体42は、例えばアルミ板の箱であり、それぞれ接地されている。
受信ケーブル4aは、切換部35からのMR信号を第1増幅回路31に導入するケーブルである(図2参照)。
分析部38aは、CPU38により実行される信号処理プログラムである。
【実施例】
【0023】
図9は、第1増幅回路31の回路例を示す回路図である。
第1増幅回路31は、2つのFET増幅器AMP-1,AMP2と、4つのバンドパスフィルタBPF-1~BPF3から構成されている。
【実施例】
【0024】
図10は、公知のIR(反転回復)法のパルスシーケンスを用いてFID信号を受信したときの180°パルスと、それから300ms後の90°パルスと、その直後に発生するMR信号(FID信号)とを示す波形図である。
なお、勾配磁場を調整することにより、例えば丸ごとのリンゴやミカンの全体からでも、一部分からでもMR信号を得ることが出来る。
【実施例】
【0025】
図11は、砂糖濃度の異なる砂糖水の水のプロトンを測定核種として得られたMR信号(FID信号)を分析して作成した砂糖水濃度とT1緩和時間の関係を示すグラフである。
砂糖濃度が高くなると、T1緩和時間が長くなることが判る。
【実施例】
【0026】
図12は、砂糖濃度の異なる砂糖水の水のプロトンを測定核種として得られたMR信号(FID信号)を分析して作成した砂糖水濃度とT2緩和時間の関係を示すグラフである。
砂糖濃度が高くなると、T2緩和時間が短くなることが判る。
【実施例】
【0027】
図13は、公知のSE(スピンエコー)法のパルスシーケンスを用いてMR信号(エコー信号)を受信したときの90°パルスと、それから200ms後の180°パルスと、その200ms後に発生するMR信号(エコー信号)とを示す波形図である。
このエコー信号を分析することにより、MR画像を作成することが出来る。
【実施例】
【0028】
図14は、水のプロトンを測定核種としてミカンを撮像して得られたMR画像である。
撮影条件を次に示す。
・パルスシーケンス:グラディエントエコー法
・繰り返し時間TR:500ms
・エコー時間TE:5ms
・加算平均回数Ave:2
・画像マトリックス数:64×64
・スライス数:64
・撮影時間:1時間9分
【実施例】
【0029】
図15は、水のプロトンを測定核種としてミカンを撮像して得られたMR画像である。図14の場合に比べると、撮影時間は長いが、画質が向上している。TRを長くすることで、MR信号(エコー信号)強度が大きくなり、Rxゲインを小さくでき、結果的にS/N比を向上できる。
撮影条件を次に示す。
・パルスシーケンス:グラディエントエコー法
・繰り返し時間TR:1000ms
・エコー時間TE:5ms
・加算平均回数Ave:2
・画像マトリックス数:64×64
・スライス数:64
・撮影時間:2時間16分
【実施例】
【0030】
図16は、水のプロトンを測定核種としてピーマンを撮像して得られたMR画像である。
撮影条件を次に示す。
・パルスシーケンス:グラディエントエコー法
・繰り返し時間TR:500ms
・エコー時間TE:5ms
・加算平均回数Ave:2
・画像マトリックス数:64×64
・スライス数:64
・撮影時間:1時間9分
【実施例】
【0031】
図17は、水のプロトンを測定核種としてトマトを撮像して得られたMR画像である。
撮影条件を次に示す。
・パルスシーケンス:グラディエントエコー法
・繰り返し時間TR:1000ms
・エコー時間TE:5ms
・加算平均回数Ave:2
・画像マトリックス数:64×64
・スライス数:64
・撮影時間:2時間16分
【実施例】
【0032】
図18は、水のプロトンを測定核種として骨付き鶏のもも肉を撮像して得られたMR画像である。
撮影条件を次に示す。
・パルスシーケンス:グラディエントエコー法
・繰り返し時間TR:500ms
・エコー時間TE:5ms
・加算平均回数Ave:2
・画像マトリックス数:64×64
・スライス数:64
・撮影時間:1時間9分
【産業上の利用可能性】
【0033】
本発明の軽量永久磁石型磁気共鳴分析装置は、例えば果実や魚の成熟度の検査に利用できる。
【符号の説明】
【0034】
1 電磁シールド室
2 測定ユニット
3 制御ユニット
4 制御ケーブル
4a 受信ケーブル
5 同軸ケーブル
10 RFコイル
11 第1電波シールド
12 勾配磁場コイル
13 板状永久磁石
14 ヒータ及び温度センサ
15 透磁部材(ベース継鉄・柱状継鉄)
16 第2電波シールド
30 MR信号増幅部
31 第1増幅回路
32 第2増幅回路
38 CPU
38a 分析部
41,42 導電性筐体
100 軽量永久磁石型磁気共鳴分析装置
図面
【図1】
0
【図2】
1
【図3】
2
【図4】
3
【図5】
4
【図6】
5
【図7】
6
【図8】
7
【図9】
8
【図10】
9
【図11】
10
【図12】
11
【図13】
12
【図14】
13
【図15】
14
【図16】
15
【図17】
16
【図18】
17