(57)【要約】【課題】  外来雑音等の特定の雑音を軽減して信号対雑音比の高い信号を観測することができる磁気共鳴検出方法および装置を提供する。【解決手段】  磁気共鳴検出装置は、特性の揃った２つの試料共振回路１０とダミー共振回路２０を有する。このうち、一方の試料共振回路１０は磁気共鳴信号を誘導するように配置され、他方のダミー共振回路２０は磁気共鳴信号を誘導しないように配置される。また、試料共振回路１０とダミー共振回路２０はともに外来雑音等の特定の雑音を等価に誘導するように配置される。差動トランス３０は、試料共振回路１０とダミー共振回路２０の出力の差分信号を取り出す。この差分信号が磁気共鳴信号として検出される。【選択図】  図２
2006006585.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特性の揃った２つの共振回路を有し、前記一方の共振回路を磁気共鳴信号が誘導されるように配置し、前記他方の共振回路を磁気共鳴信号が誘導されないように配置し、かつ前記両共振回路を特定の雑音が等価に誘導されるように配置して、前記両共振回路の出力の差分信号を取り出して磁気共鳴信号を検出することを特徴とする磁気共鳴検出方法。
【請求項２】
特性の揃った２つの共振回路を有し、前記一方の共振回路が磁気共鳴信号を誘導するように配置され、前記他方の共振回路が磁気共鳴信号を誘導しないように配置され、かつ前記両共振回路が特定の雑音を等価に誘導するように配置され、前記両共振回路の出力の差分信号を磁気共鳴信号として出力する出力手段を有することを特徴とする磁気共鳴検出装置。
【請求項３】
前記出力手段が差動トランスであることを特徴とする請求項２記載の磁気共鳴検出装置。
【請求項４】
前記出力手段が差動増幅回路であることを特徴とする請求項２記載の磁気共鳴検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外来雑音等の特定の雑音を軽減して信号対雑音比の高い信号を観測することができる磁気共鳴検出方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴はスペクトロスコピーや撮像法として、物理学、化学、生物学、医学をはじめとする広範な科学技術分野で不可欠の分析、診断手法となっている。しかし、この手法は信号検出感度が低いために、その適用範囲が制約を受けている。
【０００３】
すなわち、磁気共鳴はラジオ波を用いた分光法であり、他の分光法に比べ、信号検出感度が低い。このため、信号検出系に外来雑音が混入しやすく、信号の信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）が低下する。これを防ぐため、例えば、磁気共鳴スペクトロメータでは信号検出部を電磁シールドしている。また、人体用の磁気共鳴撮像装置等では、信号検出部を直接シールドすることが困難であるとともに測定対象である人体がアンテナとなって雑音を導入するので、測定室全体を静電および磁気シールドしている。しかし、凹字形や馬蹄形磁石の漏洩磁場を利用した磁気共鳴装置では、使用目的、使用環境および構造を考慮すると、信号検出部あるいは装置全体および測定対象物（被験者あるいは被検体）をシールドすることが一般に困難である。
【０００４】
外来雑音を低減させる検出方法として、グラジオメータ型ＳＱＵＩＤ磁束計と同様な考えから、試料コイルと直列に極性のみが異なり同様な特性を持つコイルを直列に接続し、これらのコイルで１個の共振回路を構成する信号検出方法が提案されている。この場合、外部から到達する雑音（外来雑音）および測定対象物の発生する雑音を除去あるいは軽減することができるが、励起高周波パルスの雑音は除去することができない。また、励起高周波パルスの有効磁束密度は１／２になるとともに、検出される共鳴信号強度が１／２に減少してしまうので、観測される信号の信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）の改善効率が低いという問題がある。この種の方法は例えば非特許文献１に記載されている。
【非特許文献１】B.H.Suits, et al., "Noise-Immune Coil for Unshielded Magnetic Resonance Measurements", Journal of Magnetic Resonance 131, 154-158 (1998)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って本発明の目的は、外来雑音等の特定の雑音を軽減して信号対雑音比の高い磁気共鳴信号を観測することができる磁気共鳴検出方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は、特性の揃った２つの共振回路を有し、前記一方の共振回路を磁気共鳴信号が誘導されるように配置し、前記他方の共振回路を磁気共鳴信号が誘導されないように配置し、かつ前記両共振回路を特定の雑音が等価に誘導されるように配置して、前記両共振回路の出力の差分信号を取り出して磁気共鳴信号を検出する磁気共鳴検出方法により達成される。
【０００７】
本発明に係る磁気共鳴検出装置は、特性の揃った２つの共振回路を有し、前記一方の共振回路が磁気共鳴信号を誘導するように配置され、前記他方の共振回路が磁気共鳴信号を誘導しないように配置され、かつ前記両共振回路が特定の雑音を等価に誘導するように配置され、前記両共振回路の出力の差分信号を磁気共鳴信号として出力する出力手段を有するものである。ここで、前記出力手段は、例えば差動トランスまたは差動増幅回路とすることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、信号検出部を電磁シールドすることが不可能な場合でも、外来雑音等の特定の雑音を軽減して信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）の高い磁気共鳴信号を検出することができる。本発明は、信号検出共振回路と同一仕様すなわち特性の揃ったダミー共振回路を一定の間隔で配置し、両共振回路の差動出力を観測することにより、外来雑音等の特定の雑音を大幅に減少させるもので、信号強度の減少はないので高いＳ／Ｎの信号を観測することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、磁気共鳴信号の検出において、信号検出部あるいは装置および測定対象物を電磁シールドすることが困難な場合でも、検出される信号に外来雑音等の特定の雑音が混入するのを阻止あるいは軽減する手法を提供するものである。ここで、特定の雑音とは、例えば外来雑音、測定対象物が発生する雑音（試料由来の雑音）および励起高周波パルスの持つ雑音の少なくとも１つであるが、これに限定されず、これ以外の雑音も含むことができる。このため、本発明では、磁気共鳴信号を検出する共振回路と、それと同一仕様すなわち特性の揃ったダミー共振回路とを備え、外来雑音等の特定の雑音については両者が等価に誘導するように、かつ両者が互いに干渉しないように配置する。磁気共鳴観測のための高周波パルスの印加および磁気共鳴信号の検出は磁気共鳴検出用の共振回路のみで行い、ダミー共振回路には励起高周波パルスの印加および磁気共鳴信号の誘導は無いようにする。
【００１０】
そして、例えば差動トランスまたは差動増幅器等を用いて、これら２つの共振回路の出力の差分信号を取り出す。これにより、両共振回路に誘導された雑音は相殺されて除去あるいは軽減される。一方、信号検出共振回路のみに誘導された磁気共鳴信号は差分信号として本来の状態を損なうことなく検出することができる。このことによって外来雑音等の特定の雑音を除去あるいは軽減したＳ／Ｎの高い信号を観測することが可能となり、かかる磁気共鳴法の適用範囲が大幅に拡大する。
【００１１】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
（実施例１）
図１は、磁気共鳴撮像装置に本発明に係る磁気共鳴検出装置を用いた実施例を示す図である。本実施例では、図示のように、磁石１のＳ極とＮ極間に測定対象物である試料（被検体）２が配置される。また、磁石１のＳ極とＮ極間の中央部に試料コイルＬ１０を配置し、その部位における磁石１による磁束密度Ｂ０で、磁気共鳴条件、ν０＝（γ／２π）Ｂ０を満たす周波数ν０の高周波パルスを印加する。ここで、γは試料中の原子核スピンあるいは電子スピンの磁気回転比である。これにより試料コイルＬ１０には磁気共鳴信号が誘導される。一方、ダミーコイルＬ２０は試料コイルＬ１０の近傍で磁束密度がＢ０と異なり、周波数ν０の高周波パルスでは磁気共鳴条件を満たさない位置に配置する。これによりダミーコイルＬ２０には磁気共鳴信号が誘導されない。このとき２つのコイルは相互結合を避けるとともに、外来雑音等の特定の雑音がほぼ等価に誘導されるように配置する。
【００１２】
この周波数ν０の高周波パルスは次のようにして供給される。すなわち、図１に示すように、高周波発振器１１は高周波信号を発振し、パルス発生器１２はパルス信号を発生する。変調器１３は、高周波信号をパルス信号で変調して出力する。変調器１３の出力は、高周波増幅器１４により増幅され、周波数ν０の高周波パルスとして、磁気共鳴検出装置（信号検出回路）１５に入力される。
【００１３】
図２は、磁気共鳴検出装置の一構成例を示す図である。本例の磁気共鳴検出装置（信号検出回路）は、差動トランスを用いたものである。図示のように、本例では、周波数ν０の高周波パルスがそれぞれマッチングコンデンサＣ１、Ｃ２を介して入力される。マッチングコンデンサＣ１、Ｃ２には、それぞれ２つの特性の揃った共振回路、すなわち、試料共振回路１０およびダミー共振回路２０が接続される。試料共振回路１０とダミー共振回路２０の接続点は接地される。試料共振回路１０およびダミー共振回路２０はコンデンサＣ３〜Ｃ５を介して差動トランス３０に接続される。試料共振回路１０は試料コイルＬ１０とコンデンサＣ１０の並列接続からなり、ダミー共振回路２０はダミーコイルＬ２０とコンデンサＣ２０の並列接続からなる。差動トランス３０はコイルＬ１〜Ｌ４を有し、コイルＬ１の一端はコンデンサＣ３を介して試料共振回路１０の一端と接続され、コイルＬ４の一端はコンデンサＣ４を介してダミー共振回路２０の一端と接続される。試料共振回路１０とダミー共振回路２０の接続点はコンデンサＣ５を介して差動トランス３０のコイルＬ２とＬ３間に接続され、この部分から差動出力が得られるように構成されている。
【００１４】
上述したように、試料コイルＬ１０とダミーコイルＬ２０の配置関係により、試料共振回路１０は周波数ν０の高周波パルスで磁気共鳴条件を満たすが、ダミー共振回路２０は周波数ν０の高周波パルスで磁気共鳴条件を満たさない。一方、外来雑音等の特定の雑音は試料共振回路１０およびダミー共振回路２０の双方にほぼ等しく誘導される。差動トランス３０により、２つの共振回路に誘導された外来雑音等の特定の雑音は相殺され、この雑音は出力には現れない。磁気共鳴信号は試料共振回路１０にのみ誘導されるので、これを差動トランスで取り出すことができる。従って、磁気共鳴検出装置１５より、信号対雑音比の非常に高い磁気共鳴信号を検出することができる。
【００１５】
図１に戻って、磁気共鳴検出装置１５から出力された検出信号は、増幅器１６を介して記憶・演算装置１７に伝達され記憶される。記憶・演算装置１７は、取り込んだ信号を例えば通常のフーリエ変換映像法と同様な手法で二次元フーリエ変換処理することによって、二次元の磁気共鳴画像を得ることができ、これを表示装置１８に表示させることができる。記憶・演算装置１７は、所定の演算処理プログラムを格納したコンピュータにより実現することができる。
なお、試料コイル位置の磁束密度とダミーコイル位置の磁束密度の差異は静磁場勾配を印加することによって実現することもできる。目的の静磁場が発生できるものであれば、静磁場の発生方法、磁石形状等には拘束されない。また、本実施例では並列共振回路を例にとって説明したが、直列共振回路を用いても全く同様な効果が得られる。
【００１６】
（実施例２）
図３は、磁気共鳴検出装置の他の構成例を示す図である。本例の磁気共鳴検出装置（信号検出回路）は、差動増幅回路を用いたものである。図示のように、本例では、２つの特性の揃った共振回路、すなわち、試料共振回路１０とダミー共振回路２０、励起高周波パルスが差動増幅回路に直接入力されるのを避けるための保護回路４０、およびこれらの共振回路１０、２０の出力の差分信号を取り出す差動増幅回路５０を備える。
【００１７】
図３において、図１の高周波増幅器１４から入力された高周波パルスはクロスダイオードＤ１およびマッチングコンデンサＣ６を介して試料共振回路１０のみに供給される。従って、励起パルスの電力利用効率が高い。試料共振回路１０の出力は４分の１波長（λ／４）ケーブル４１またはその等価回路およびクロスダイオードＤ２を備えた保護回路４０を介して作動増幅回路５０に供給される。ダミー共振回路２０の出力はコンデンサＣ７を介して差動増幅回路５０に供給される。保護回路４０は励起高周波パルスが直接作動増幅回路に入力されるのを防ぐための回路である。差動増幅回路５０からは試料共振回路１０とダミー共振回路２０の差分信号のみが出力される。
【００１８】
例えば、図１に示すように、磁石１の中央部に試料コイルＬ１０を配置し、その部位における磁束密度Ｂ０で、磁気共鳴条件、ν０＝（γ／２π）Ｂ０を満たす周波数ν０の高周波パルスを印加する。一方、ダミーコイルＬ２０は試料コイルＬ１０の近傍で磁束密度がＢ０と異なり、周波数ν０の高周波パルスでは磁気共鳴条件を満たさない位置に配置する。このとき２つのコイルは相互結合を避けるとともに、外来雑音等の特定の雑音がほぼ等価に誘導されるように配置する。これにより、磁気共鳴信号は試料共振回路１０のみに誘導され、ダミー共振回路２０には誘導されない。しかし、外来雑音等の特定の雑音は試料共振回路１０およびダミー共振回路２０の双方にほぼ等しく誘導される。差動増幅回路５０により、２つの共振回路１０、２０に誘導された外来雑音等の特定の雑音は相殺され、出力には現れない。磁気共鳴信号は試料共振回路にのみ誘導されるので、これを差動増幅回路５０で取り出すことができる。この結果、磁気共鳴検出装置１５により、信号対雑音比の非常に高い磁気共鳴信号を得ることができる。
【００１９】
なお、本実施例の場合も、試料コイル位置の磁束密度とダミーコイル位置の磁束密度の差異は静磁場勾配を印加することによって実現することもできる。目的の静磁場が発生できるものであれば、静磁場の発生方法、磁石形状等には拘束されない。また、本実施例では並列共振回路を例にとって説明したが、直列共振回路を用いても全く同様な効果が得られる。
以上のように、本発明によれば、いわゆるシールドルームを用いることなく、低雑音の磁気共鳴信号の観測が可能となるので、磁気共鳴撮像法（ＭＲＩ）および磁気共鳴分光法（ＭＲＳ）の適用産業分野が大幅に広がることが期待できる。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明は、外来雑音等の特定の雑音を軽減して信号対雑音比の高い信号を観測することができる磁気共鳴検出方法および装置に関するものであり、医療、食品、畜産、農業、水産、土木工業等の広範な分野で、診断機器、分析機器、物性測定機器等として利用することができ、産業上の利用可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る磁気共鳴検出装置の一実施例を示す図である。
【図２】磁気共鳴検出装置の一構成例を示す図である。
【図３】磁気共鳴検出装置の他の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  磁石
２  試料
１０  試料共振回路
１１  高周波発振器
１２  パルス発生器
１３  変調器
１４  高周波増幅器
１５  磁気共鳴検出装置
１６  増幅器
１７  記憶・演算装置
１８  表示装置
２０  ダミー共振回路
３０  差動トランス
４０  保護回路
４１  λ／４ケーブル
５０  差動増幅回路
【図１】
2006006585.tif 000003
【図２】
2006006585.tif 000004
【図３】
2006006585.tif 000005