(57)【要約】【課題】副コイルを高速で稼働させても、主コイル側が安定するまでの待ち時間が短くて済むＥＳＲ用磁場制御装置を提供する。【解決手段】試料に印加する静磁場を発生する主コイルと、主コイルの静磁場に重畳させて静磁場を変化させる重畳磁場を発生する副コイルとを備えたＥＳＲ用磁場制御装置において、副コイルで静磁場を変化させたときに、副コイルと主コイルの相互誘導によって生じる主コイル側の磁場変動を打ち消すように、主コイルに打ち消し電流を流すようにした。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に印加する静磁場を発生する主コイルと、主コイルの静磁場に重畳させて静磁場を変化させる重畳磁場を発生する副コイルとを備えたＥＳＲ用磁場制御装置において、
副コイルで静磁場を変化させたときに、副コイルと主コイルの相互誘導によって生じる主コイル側の磁場変動を打ち消すように、主コイルに打ち消し電流を流すようにしたことを特徴とするＥＳＲ用磁場制御装置。
【請求項２】
前記副コイルは、掃引コイル、または、磁場勾配コイルであることを特徴とする請求項１記載のＥＳＲ用磁場制御装置。
【請求項３】
前記主コイルに流す打ち消し電流は、前記副コイルに電流を流すことを指令するデジタル制御信号、または、そのデジタル制御信号に基づいて発生させたアナログ信号に基づいて発生させるようにしたことを特徴とする請求項１または２記載のＥＳＲ用磁場制御装置。
【請求項４】
前記主コイルに流す打ち消し電流を発生する回路は、前記アナログ信号をＣ、Ｒの微分回路で整形して位相反転させるアナログ微分回路であることを特徴とする請求項３記載のＥＳＲ用磁場制御装置。
【請求項５】
前記主コイルに流す打ち消し電流を発生する回路は、前記アナログ信号の立ち上がり、または立ち下がりで、アナログ・パルスを発生させるデジタル・ワンショット回路であることを特徴とする請求項３記載のＥＳＲ用磁場制御装置。
【請求項６】
前記主コイルに流す打ち消し電流を発生する回路は、前記デジタル制御信号をＤ／Ａ変換器でアナログ信号に変換し、そのアナログ信号の立ち上がり、または立ち下がりで、アナログ・パルスを発生させるＤＡＣ回路であることを特徴とする請求項３記載のＥＳＲ用磁場制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＳＲ装置に関し、特に、ＥＳＲイメージング装置に用いられるＥＳＲ用磁場制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＥＳＲ装置は、静磁場中に置かれた被測定試料にマイクロ波を照射すると共に、照射したマイクロ波が被測定試料によって吸収される様子をスペクトルとして記録するようにした磁気共鳴装置の一種である。被測定試料中にフリーラジカルが存在すると、静磁場の掃引に伴ってマイクロ波の吸収が起こり、フリーラジカルの分子構造を反映した吸収スペクトルが記録計に記録される。この吸収スペクトルを解析することにより、フリーラジカルの分子構造に関する情報を得ることができる。
【０００３】
図１は、従来の反射型ＥＳＲ装置のマイクロ波回路のブロック線図である。図中、実線で結ばれている部分は導波管による接続を表わしている。マイクロ波発振器１から発振されたマイクロ波は、可変減衰器２で適当な電力に減衰された後、サーキュレータ３を通って磁極４の間隙に設置された空胴共振器５に送られる。空胴共振器５とマイクロ波線路の間には、結合度調整機構６が設けられており、空胴共振器５とマイクロ波線路の間のマッチングを取ることによって、空胴共振器５からの反射波がないように調整される。
【０００４】
空胴共振器５の内部には測定試料７がセットされている。対向する磁極４によって静磁場を掃引し、ＥＳＲ現象が起きれば、マイクロ波が吸収されて空胴共振器のＱ値が変化し、マッチングのバランスが崩れて、空胴共振器５からの反射波を生じる。この反射波は、サーキュレータ３を介してマイクロ波検出器８によって検出され、試料７によるマイクロ波の吸収信号として記録計に記録される。
【０００５】
マイクロ波発振器１のマイクロ波電力の一部は、方向性結合器９によって分岐され、移相器１０で位相を調整された後、方向性結合器１１を介して、サーキュレータ３からマイクロ波検出器８へ送られるマイクロ波に加え合わされる。このバイパス線路は、空胴共振器５へ供給するマイクロ波電力の大小に関わらず、マイクロ波検出器８の動作レベルを一定に保つ目的で設けられており、マイクロ波検出器８における一種のバイアス電力に相当する。
【０００６】
以上の構成は、通常のＥＳＲ装置と、ＥＳＲイメージング装置とで、共通している部分である。
【０００７】
図２は、ＥＳＲイメージング装置の磁場発生部を表わしたものである。磁場発生部には、試料に印加する静磁場を発生する主コイルとして、電磁石１２、主コイルの静磁場に重畳させて静磁場を変化させる重畳磁場を発生する副コイルとして、高速掃引用コイル（Scan）１３、および、磁場勾配コイル（X/Y/Z）１４が設けられている。
【０００８】
これらのコイルの励磁方法について説明する。まず、制御用コンピュータ１５からの制御信号に基づいて、主コイル用Ｄ／Ａ変換器１６を介して、主コイル用電源１７に電流を出力するよう指示が出される。このときの動作は、制御用コンピュータ１５からのデジタル制御信号２０が、主コイル用Ｄ／Ａ変換器１６によってアナログ信号２１に変換され、変換されたアナログ信号２１が、主コイル用電源１７に入力されるというものである。その結果、主コイル用電源１７は、所定の直流電流を出力し、主コイル１２は、所定の静磁場を発生する。
【０００９】
また、制御用コンピュータ１５からの別の制御信号出力に基づいて、副コイル用Ｄ／Ａ変換器１８を介して、副コイル用パワーアンプ１９に電流を出力するよう指示が出される。このときの動作は、制御用コンピュータ１５からのデジタル制御信号２２が、副コイル用Ｄ／Ａ変換器１８によってアナログ信号２３に変換され、変換されたアナログ信号２３が、副コイル用パワーアンプ１９に入力されて、増幅されるというものである。その結果、副コイル用パワーアンプ１９は、所定の波形の直流電流を出力し、副コイル１３、１４は、重畳磁場を発生する。
【００１０】
ＥＳＲイメージング装置では、静磁場に速い変化を与えることが必要とされ、また、１枚の画像を得るためには、数十回の測定が必要とされるため、短時間でＥＳＲ画像を取得するために、主コイルとしての電磁石１２の発生する静磁場は一定強度に保ち、副コイルとしての高速掃引用コイル（Scan）１３、および、磁場勾配コイル（X/Y/Z）１４を用いて、静磁場に重畳される重畳磁場を高速に変化させることにより、ＥＳＲ信号を測定している。
【００１１】
【非特許文献１】大野桂一編著、「ＥＳＲイメージング：電子スピン共鳴断層映像と応用」、平成２年    アイピーシー刊。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところが、副コイルとしての高速掃引用コイル（Scan）１３、または、磁場勾配コイル（X/Y/Z）１４を高速で制御すると、副コイルと主コイルの間の距離が近いため、両者の相互誘導によって、主コイル側に悪影響が現れる。特に、高速掃引用コイル（Scan）１３の磁場変化量が大きく、かつ、短時間に掃引が行なわれるような場合、図３に示すように、主コイル側の磁場強度が大きく変化して、磁場掃引直線性が劣化し、画像の歪み、ぼやけなどを招いてしまうという問題があった。また、磁場勾配コイル（X/Y/Z）１４で傾斜磁場を大きく変化させたような場合にも、同様の問題が発生する。
【００１３】
これらの問題に対する対策としては、副コイル側の磁場変化率を緩慢にするか、あるいは、主コイル側の静磁場が落ち着くまで、待ち時間を設ける必要がある。しかし、そのような対策では、測定時間が無用に長くなってしまうという問題が発生する。
【００１４】
また、主コイルを空芯コイルとすることで、主コイルのインダクタンスを低減し、主磁場の復帰する時間を短くする方法もあるが、この方法では、主コイルが鉄芯コイルである場合と較べて、消費電力が大きくなる他、静磁場強度の均一度の低下や、主コイルからの漏洩磁場の増大など、好ましくない問題が発生する。
【００１５】
本発明の目的は、上述した点に鑑み、副コイルを高速で稼働させても、主コイル側が安定するまでの待ち時間が短くて済むＥＳＲ用磁場制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この目的を達成するため、本発明にかかるＥＳＲ用磁場制御装置は、
試料に印加する静磁場を発生する主コイルと、主コイルの静磁場に重畳させて静磁場を変化させる重畳磁場を発生する副コイルとを備えたＥＳＲ用磁場制御装置において、
副コイルで静磁場を変化させたときに、副コイルと主コイルの相互誘導によって生じる主コイル側の磁場変動を打ち消すように、主コイルに打ち消し電流を流すようにしたことを特徴としている。
【００１７】
また、前記副コイルは、掃引コイル、または、磁場勾配コイルであることを特徴としている。
【００１８】
また、前記主コイルに流す打ち消し電流は、前記副コイルに電流を流すことを指令するデジタル制御信号、または、そのデジタル制御信号に基づいて発生させたアナログ信号に基づいて発生させるようにしたことを特徴としている。
【００１９】
また、前記主コイルに流す打ち消し電流を発生する回路は、前記アナログ信号をＣ、Ｒの微分回路で整形して位相反転させるアナログ微分回路であることを特徴としている。
【００２０】
また、前記主コイルに流す打ち消し電流を発生する回路は、前記アナログ信号の立ち上がり、または立ち下がりで、アナログ・パルスを発生させるデジタル・ワンショット回路であることを特徴としている。
【００２１】
また、前記主コイルに流す打ち消し電流を発生する回路は、前記デジタル制御信号をＤ／Ａ変換器でアナログ信号に変換し、そのアナログ信号の立ち上がり、または立ち下がりで、アナログ・パルスを発生させるＤＡＣ回路であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のＥＳＲ用磁場制御装置によれば、試料に印加する静磁場を発生する主コイルと、主コイルの静磁場に重畳させて静磁場を変化させる重畳磁場を発生する副コイルとを備えたＥＳＲ用磁場制御装置において、副コイルで静磁場を変化させたときに、副コイルと主コイルの相互誘導によって生じる主コイル側の磁場変動を打ち消すように、主コイルに打ち消し電流を流すようにしたので、副コイルを高速で稼働させても、主コイル側が安定するまでの待ち時間が短くて済むＥＳＲ用磁場制御装置を提供することが可能になった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図４は、本発明にかかるＥＳＲ用磁場制御装置の一実施例である。従来技術と同じ構成要素に対しては、同じ番号を付して説明する。
【００２４】
磁場発生部には、試料に印加する静磁場を発生する主コイルとして、電磁石１２、主コイルの静磁場に重畳させて静磁場を変化させる重畳磁場を発生する副コイルとして、高速掃引用コイル（Scan）１３、および、磁場勾配コイル（X/Y/Z）１４が設けられている。
【００２５】
これらのコイルの励磁方法について説明する。まず、制御用コンピュータ１５からの制御信号に基づいて、主コイル用Ｄ／Ａ変換器１６を介して、主コイル用電源１７に電流を出力するよう指示が出される。このときの動作は、制御用コンピュータ１５からのデジタル制御信号２０が、主コイル用Ｄ／Ａ変換器１６によってアナログ信号２１に変換され、変換されたアナログ信号２１が、主コイル用電源１７に入力されるというものである。その結果、主コイル用電源１７は、所定の直流電流を出力し、主コイル１２は、所定の静磁場を発生する。
【００２６】
また、制御用コンピュータ１５からの別の制御信号出力に基づいて、副コイル用Ｄ／Ａ変換器１８を介して、副コイル用パワーアンプ１９に電流を出力するよう指示が出される。このときの動作は、制御用コンピュータ１５からのデジタル制御信号２２が、副コイル用Ｄ／Ａ変換器１８によってアナログ信号２３に変換され、変換されたアナログ信号２３が、副コイル用パワーアンプ１９に入力されて、増幅されるというものである。その結果、副コイル用パワーアンプ１９は、所定の波形の直流電流を出力し、副コイル１３、１４は、重畳磁場を発生する。
【００２７】
主コイル用電源１７と副コイル用Ｄ／Ａ変換器１８との間には、副コイル１３、１４に電流を流すことを指令するデジタル制御信号２２、または、そのデジタル制御信号２２に基づいて発生させたアナログ信号２３に基づいて、副コイル１３、１４で静磁場を変化させたときに、副コイル１３、１４と主コイル１２の相互誘導によって生じる主コイル１２側の磁場変動を打ち消す目的で、主コイル１２に打ち消し電流を流すよう、主コイル用電源１７に指令を発する、時間変化検出・打ち消し回路２４が設けられている。
【００２８】
そして、副コイル１３、１４で静磁場を変化させたときには、時間変化検出・打ち消し回路２４から、主コイル用電源１７に、変動磁場打ち消し指令を送り、主コイル１２と副コイル１３、１４との相互誘導によって生じる主コイル１２側の磁場変動を打ち消す方向に、主コイル用電源１７に、打ち消し信号２５を出力させる。
【００２９】
これにより、図５に示すように、副コイルとしての高速掃引用コイル（Scan）１３、または、磁場勾配コイル（X/Y/Z）１４を高速で制御しても、それに対応して、副コイル１３、１４に電流を流すことを指令する制御用コンピュータ１５からのデジタル制御信号２２、または、そのデジタル制御信号２２に基づいて発生させたアナログ信号２３に基づいて、主コイル１２に相互誘導打ち消し用の電流を流すことができるので、主コイル１２側に現れる副コイル１３、１４の影響が、ほとんどキャンセルされる。
【００３０】
さて、主コイル用電源１７と副コイル用Ｄ／Ａ変換器１８との間に設けられる時間変化検出・打ち消し回路２４には、次のようなものが用いられる。
【００３１】
まず、１つには、図６に示すようなアナログ微分回路である。この回路は、副コイル稼働時に、制御用コンピュータ１５から発生するデジタル制御信号２２をＤ／Ａ変換器１８でアナログ信号２３に変換し、そのアナログ信号２３を、容量素子Ｃと抵抗素子Ｒの微分回路で整形して、位相反転させることにより、図５に示すような打ち消し信号２５を発生させるものである。
【００３２】
また、２つには、副コイル稼働時に、制御用コンピュータ１５から発生するデジタル制御信号２２をＤ／Ａ変換器１８でアナログ信号２３に変換し、そのアナログ信号２３の立ち上がり、または立ち下がりで、アナログ・パルス２６を発生させて、主コイル用電源１７に供給するデジタル・ワンショット回路である。図７は、アナログ信号２３の立ち下がりで、アナログ・パルス２６を発生させている例である。
【００３３】
また、３つには、副コイル稼働時に、制御用コンピュータ１５から発生するデジタル制御信号２２を用い、そのデジタル制御信号２２を、直接、時間変化検出・打ち消し回路２４に取り込んで、時間変化検出・打ち消し回路２４に内蔵された、図示しないＤ／Ａ変換器でアナログ信号２３に変換し、そのアナログ信号２３の立ち上がり、または立ち下がりでアナログ・パルス２６を発生させて、主コイル用電源１７に供給するＤＡＣ回路である。２番目の例との違いは、時間変化検出・打ち消し回路２４に、Ｄ／Ａ変換器が内蔵されているか、いないかの違いに過ぎない。
【００３４】
これらのような時間変化検出・打ち消し回路２４を用いて、副コイルと主コイルの相互誘導によって生じる主コイル側の磁場変動を打ち消すように、主コイルに打ち消し電流を流すようにしたので、図３と図５（または図７）とを比較すれば分かるように、掃引終了後の静磁場の変動が短時間で落ち着くことになり、その結果、次の測定までの待ち時間を短縮することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
ＥＳＲイメージング装置に、広く利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】従来のＥＳＲ装置を示す図である。
【図２】従来のＥＳＲ用磁場制御装置を示す図である。
【図３】従来のＥＳＲ用磁場制御装置で観測される主磁場強度の一例を示す図である。
【図４】本発明にかかるＥＳＲ用磁場制御装置の一実施例を示す図である。
【図５】本発明にかかるＥＳＲ用磁場制御装置で観測される主磁場強度の一例を示す図である。
【図６】本発明にかかる時間変化検出・打ち消し回路の一実施例を示す図である。
【図７】本発明にかかるＥＳＲ用磁場制御装置で観測される主磁場強度の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１：マイクロ波発振器、２：可変減衰器、３：サーキュレータ、４：磁極、５：空胴共振器、６：結合度調整機構、７：測定試料、８：マイクロ波検出器、９：方向性結合器、１０：移相器、１１：方向性結合器、１２：電磁石、１３：高速掃引用コイル、１４：磁場勾配コイル、１５：制御用コンピュータ、１６：主コイル用Ｄ／Ａ変換器、１７：主コイル用電源、１８：副コイル用Ｄ／Ａ変換器、１９：副コイル用パワーアンプ、２０：デジタル制御信号、２１：アナログ信号、２２：デジタル制御信号、２３：アナログ信号、２４：時間変化検出・打ち消し回路、２５：打ち消し信号、２６：アナログ・パルス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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