JPH09117435A - 核スピントモグラフィー装置の磁石の基本磁場の測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 核スピントモグラフィー装置の磁石の基本
磁場の測定装置において、その基本磁場の時間的な不安
定性を正確に検出し、連続測定もできるようにする。 【解決手段】 磁石の検査領域に、磁場の中心６に関し
て中心対称に配置されている２つのＭＲ磁場センサ１，
２が配設され、その都度の磁場に比例している周波数を
有する２つのＭＲ磁場センサの出力信号が、乗算作用を
する高周波混合器４７に供給され、その出力信号から和
周波数信号が取り出されかつその周波数から基本磁場の
実際値が決定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、核スピントモグラ
フィー装置の磁石の基本磁場の測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】今日の核スピントモグラフィー装置は通
例、最初、Ernst, Kumar および Welti によって提案さ
れたような（米国特許第４０７０６１１号明細書）、所
謂フーリエ法によって動作する。その際核磁気共鳴信号
は少なくとも１つの方向において位相コーディングされ
る。この方法は核スピンの偏向のために用いられる基本
磁場の極めて高い時間的な安定性を前提としている。そ
の理由は、そうでない場合には、アーチファクト（位相
コーディング勾配の方向におけるよごれ）によって画質
が著しく劣化されるからである。このことは、E. Krest
el の著書“Bildgebende Systeme fuer die medizinisc
he Diagnostik”（１９８８年第２版、段落“Feldstabi
litaet”第４９１および４９２頁）に詳細に記載されて
いる。０．１ないし２．０Ｔという、核スピントモグラ
フィーに対して今日通例の磁場強度および今日普通に使
用されているパルスシーケンスでは、２０ｎＴより低い
ところから８０ｎＴまでの磁場安定性が必要である。こ
の磁場安定性は数ミリ秒ないし数秒（数十分の１ヘルツ
から数十ヘルツの周波数領域に相応）の時間領域にわた
って維持されなければならず、周波数が比較的高い（な
いし時間が比較的短い）場合、この要求は著しく低減さ
れる。この要求は、基本磁場強度に応じて、０．１ｐｐ
ｍないし０．０１ｐｐｍおよびそれ以下の精度に相応す
る。

【０００３】この要求は基本磁場それ自体によって生成
される磁場の磁場安定性に対しも、外部の影響に対して
も当てはまる。

【０００４】外部の障害源は例えば、地磁場または磁石
の漂遊磁場に重ねて磁化される、磁石の近傍に移動する
車両または交流電流または可変の直流電流が流れる線路
（変圧器、鉄道の走行線路など）である。特別な措置を
講じていない場合、この種の障害源は核スピントモグフ
ィー装置の設置場所から大きな距離をおかなければなら
ないことになる。走行線路電流が５００Ａである路面電
車は、磁場の減少が距離に反比例すると仮定するとき、
例えば、２Ｋｍの距離において５０ｎＴの障害磁場を生
成する。実際には、外部の障害作用が機器それ自体への
特別な手段なしに許容できる限界値内に留まる、核スピ
ントモグラフィー装置に対する設置場所を見つけること
は殆ど不可能である。

【０００５】磁石の型に依存して、磁場の不安定さを回
避するために、種々の手段が公知である。この場合、装
置それ自体によって発生される磁場の安定性と外部障害
との間が区別されるべきである。永久磁石は、それらは
十分に安定しているように、温度に対して安定していな
ければならない。通常の短絡作動における超電導磁石
（磁場降下は通例０．１ｐｐｍ／ｈより小さい）は本来
安定している。普通の電導性の磁石では、給電電流を時
間的に一定に（磁場強度に応じて０．１ｐｐｍより小さ
く）保持するという点に難点がある。

【０００６】外部の障害に関して、超電導磁石は同様に
著しい利点を有している。これらが所謂能動的な漂遊磁
場遮蔽を有していない場合、これらは外部障害をマイス
ナー・オクゼンフェルド効果によって少なくとも一部、
即ち係数１０だけ減衰する。反対方向に直列に接続され
ている外部遮蔽巻線から成る能動的な漂遊磁場遮蔽の場
合、比較的僅かな巻き数から成る超電導補助巻線が、外
部障害磁場に対して遮蔽作用を再形成することができ
る。この形式の装置は、ヨーロッパ特許出願公開第０４
６８４１５号公報に記載されている。更に、超電導クラ
イオスタットにおける極低温のビームシールドがその良
好な導電性のために、数ヘルツより大きな周波数を有す
る磁場障害を、励振される渦電流によりまさに良好に減
衰することが確認された。

【０００７】これに対して、リング型の永久磁石、ヘル
ムホルツ配置における普通の電導性の空気コイル磁石並
びに永久磁石によりまたは電気的に駆動されるヨーク磁
石は、それらが患者が出入りし易いように比較的開放的
な構造を有しているときに殊に、外部の障害を殆ど遮蔽
しない。片持ちヨークおよび開放型構造を有するヨーク
磁石は例えば、米国特許第５２００７０１号明細書に記
載されている。

【０００８】それ故に、永久磁石または普通の電導性の
磁石を有する磁石系に対して、通例、能動的な障害磁場
補償が必要である。

【０００９】この形式の装置は例えば、米国特許第５２
４５２８６号明細書から公知である。その際磁石のそれ
ぞれの磁極片の回りに、その都度の磁場を検出するセン
サコイルが置かれている。その際磁石におけるセンサコ
イルの空間的に対称形な配置および直列接続によって、
パルス化された勾配の、測定される磁場に対する影響が
低減される。センサコイルによって検出される、磁場
の、目標値からの偏差に基づいて、測定室全体を取り囲
む補償コイルが制御される。しかしセンサコイルによっ
て、磁場の直流成分ないし非常に低周波の変化を測定す
ることができない。

【００１０】米国特許第４２３４９５０号明細書から、
核スピントモグラフィー装置に対する磁石の磁場不均質
性を補償するために、所謂ＭＲセンサを使用することが
公知である。核スピン共鳴周波数が所定の核の種類にお
いて、加えられる磁場に厳密に比例しているという事実
が利用される。しかしこの装置では、画像の検出期間に
は測定は行われなず、しかも勾配を切り換えている期間
にしか行われない。しかし著しい磁場障害はパルスシー
ケンスの期間中に急激に生じる可能性がある。それ故
に、単に測定サイクル外の基本磁場の調整はいずれにせ
よ超電導磁石にしか適していない。というのは、超電導
磁石の冷却シールドが障害磁場の比較的高い周波数成分
を遮蔽するからである。

【００１１】英国特許第２２７６９４２号明細書から、
磁場を測定するために、所謂ＥＳＲマグネットメータを
使用することが公知である。マグネットメータに対する
勾配の影響は、例えば補償コイルにによって補償され
る。マグネットメータの共鳴周波数から、磁場偏差に比
例しかつ磁場の安定化のために使用される信号が導出さ
れる。

【００１２】先願のドイツ連邦共和国特許出願第４４１
９０６１号明細書には、磁石の検査領域において磁場中
心に関して中心対称に配置されている２つのＭＲ磁場セ
ンサが配設されておりかつ補正装置において２つのＭＲ
磁場センサが、パルス化される磁場勾配の作用が取り除
かれるように加算される、基本磁場を測定するための装
置が提案された。磁場測定のために利用されるＭＲ周波
数は、別個に検出されかつ検波された核磁気共鳴信号の
位相の時間微分によって求められる。このために、検波
器、フィルタおよびＡＤ変換器を有する２つの完全な測
定チャネルが必要であるので、この装置はまさに煩雑で
ある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、核ス
ピントモグラフィー装置の基本磁場の時間的な不安定性
をできるだけ正確に検出することであり、その際実質的
に連続的である測定が可能であるようにしたい。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この課題は本発明によれ
ば、請求項１の特徴部分に記載の構成によって解決され
る。

【００１５】これにより、加えられる磁場勾配の影響が
取り除かれ、その結果磁場の少なくとも実質的に中断の
ない測定が可能である。乗算作用をする高周波混合器の
使用によって、測定すべき磁場に対する尺度として和周
波数信号が得られ、その際位相に敏感な検波器、フィル
タ、ＡＤ変換器等を有する第２の測定チャネルが省略さ
れる。

【００１６】本発明の有利な実施例は、その他の請求項
に記載されている。

【００１７】

【発明の実施の形態】次に本発明を図示の実施例につき
図面を用いて詳細に説明する。

【００１８】図１には、片持ちヨークを有する核スピン
トモグラフィー装置の磁極片磁石が略示されている。磁
気駆動部は分かり易くするために図示されていないが、
それは永久磁石または普通の電導性磁気コイルから形成
することができる。磁極片３，４の領域にはそれぞれ、
勾配コイルセット５が取り付けられている。磁石中心は
６で示されている。この中心に関して対称的に２つの磁
場センサ１および２が配設されている。これらの磁場セ
ンサは以下、“センサ”と略称する。３つすべての軸線
方向のパルス化される勾配による磁場偏移（障害）が最
小である、系の中心に１つの個別センサを設けることは
できない。というのは、そこには作動状態において被検
体があるからである。磁極片の領域における個別センサ
は、それ自体で考察すれば、不都合な基本磁場障害を勾
配磁場の所望の作用から区別することができない。従っ
て個別磁場センサに対しては、付加的な補正手段が必要
である。これに対して２つのセンサを磁石中心に対して
中心対称に配設した場合、２つの磁場センサの測定信号
の加算によって、勾配磁場パルスの影響を除去すること
ができ、これにより基本磁場障害を測定することができ
る。

【００１９】図２および図３には、軸線方向の磁石の場
合のセンサ位置に対する相応する例が図示されている。
図２によれば、２つのセンサ１および２は、位置＋ｙ，
−ｙに位置決めされている。しかしこれらは図３に示さ
れているように、対角線上の位置に置くこともできる
（例えば図３に示されているように−ｚ，−ｘ）。磁石
座標に関して中心対称が実現されていて、センサ１，２
がパルス化された勾配磁場をそれぞれ逆極性の磁場パル
スと認めることが重要である。図４に略示されているよ
うに、センサ１，２の出力信号は調整回路９に供給さ
れ、そこでこれらは、勾配パルスに起因する障害が取り
除かれるように、加算される。調整回路の出力側は補正
コイル７，８に接続されており、これらの補正コイルに
よって磁石の磁場は目標値に出力調整される。

【００２０】磁場センサに対して、ＭＲセンサが特別適
している。別の公知のセンサは種々の欠点を有してい
る。例えばピック・アップ・コイルは急速な磁場変化を
申し分なく検出するが、ドリフトを発生する積分器を必
要とするかもしくは低い方の周波数限界値は零ではな
い。ホール発生器によって緩慢な磁場変化も問題なく検
出されるが、高い基本磁場においてこれらは十分に正確
ではなく、更に熱によりドリフトする。フラックス・ゲ
ート（Flux-Gates）によっても緩慢な磁場変化は検出さ
れるが、高い基本磁場における精度が同様に不満足であ
る。

【００２１】これに対してＭＲセンサは、高い基本磁場
において良好に使用可能でありかつ核スピントモグラフ
ィーにとっても基準となるすべての磁場成分が検出され
る。磁場測定は、任意に緩慢な磁場変化においても実際
に制限なく正確である。従来のコンティニュアス・ウェ
イブ（continuous-wave）法をロック・イン・デテクシ
ョン（lock-in-Detektion）と関連して使用するとき、
パルス化された勾配によって必ずや発生されるような急
速な磁場変化は検出することができない。それ故に有利
には、パルス・ＮＭＲ・スペクトロメータ原理に従って
動作するＭＲセンサが使用される。この原理はスペクト
ロメータに対して例えば、D. Shaw, Fourier Transform
NMR Spectroscopy, Scientific Publ. Co. Amsterdam,
１９７６年、第６章、第１２１頁から公知である。

【００２２】図５には、ＭＲセンサの構成が略示されて
いる。コイル１０に試料１１が配設されている。コイル
１０は整合回路を介して補整コンデンサ１２に接続され
ておりかつ同軸線路１４は測定回路に接続されている。
コイル１０を介して試料１１に核スピンが励起されかつ
それから核磁気共鳴信号が発生される。センサの作動周
波数は、磁場および試料の材料に依存している。有利に
は試料材料として、長いＴ２時間を有する、ＭＲに適し
た核の濃度が高い液体またはゲルが使用される。例えば
水が使用されるとき、ＭＲセンサの作動周波数は、通例
プロトンによる画像形成を実施する、核スピントモグラ
フィー装置の作動周波数と一致する。ＭＲセンサに供給
される高周波が画像に対する測定過程を妨害しないよう
に、ＭＲセンサおよびそのリード線に対して非常に厳密
な遮蔽を行わなければならない。択一的に、磁気共鳴周
波数がプロトン共鳴周波数とは異なっている原子核を有
する試料材料を使用することもできる。これに非常に適
しているのは、例えばＭＲ感度が高いという理由でフル
オール化合物である。

【００２３】図６には、本発明の実施例と、先願のドイ
ツ連邦共和国特許出願第４４１９０６１号明細書に記載
の回路との比較基準として、先願の回路が図示されてい
る。

【００２４】その際センサ１および２は、送信／受信切
替装置２０ないし２１を介して高周波増幅器２４の出力
側またはそれぞれ高周波増幅器２２ないし２３の入力側
に接続されている。送信信号を発生するために、高周波
発生器３０が設けられており、これは、送信作動中は制
御回路２５を介して高周波増幅器２４の入力側を制御す
る。

【００２５】受信作動において、高周波信号増幅器２２
および２３の出力信号はそれぞれ、直交検波器２６およ
び２７に供給される。直交検波器２６および２７は、高
周波発生器３０から基準信号を受け取り、その際移相器
を介して、９０゜だけ位相がずらされた２つの信号が利
用される。それぞれの直交検波器２６ないし２７によっ
て発生される、実部と虚部に対応する２つの信号は、低
域通過フィルタ２８ないし２９を介してＤＡ変換器３２
ないし３５に供給される。 ＤＡ変換器３２ないし３５
のデジタル出力信号はデジタル信号プロセッサ３６にお
いて制御信号に処理され、ＤＡ変換器３７においてアナ
ログ信号に変換されかつそれから磁場に対する補正コイ
ル７に供給される。装置全体は制御装置３８によって制
御される。

【００２６】図７には、高周波パルスのシーケンスＲＦ
と、実部Ｓ_Rおよび虚部Ｓ_Iを有するＭＲ信号の経過が図
示されている。センサは所謂定常状態自由歳差モード
（steady-state-free-precession-Modus）において作動
される。高周波信号ＲＦは非常に短い。というのは、そ
の持続時間に応じて測定に対して不都合なデッドタイム
が生じるからである。更に、高周波パルスは広帯域、即
ち周波数選択的であってはならない。その理由は、パル
ス化された勾配が状況によっては大きなＭＲ周波数シフ
トを惹き起こすからである。

【００２７】図７には更に、ＡＤ変換器の作動状態ＡＤ
Ｃが示されており、その際測定信号が標本化される間隔
が実線で示されている。高周波パルスＲＦの繰り返しレ
ートは、デッドタイム対測定時間比が小さくなるよう
に、低くすべきである。高周波パルスの必要な間隔は実
質的に、試料１１のＴ₂ ^*時間に応じて決まってくる。こ
のことは一方において、材料それ自体によって決められ
るが、試料の大きさおよび形状によっても決められる。
即ち、試料１１（少なくとも一時的に加えられる勾配の
ために）が通例、不均質な磁場の中に存在していること
を考慮しなければならない。この問題は確かに、センサ
１，２をそれぞれ、ＭＲ装置において低い局所的な磁場
勾配を有する位置に配設することによって或程度は解決
される。これらの位置は、ｘ軸に関して磁場Ｂの経過を
示している図８において、例えばｘ１およびｘ２によっ
て示されている。

【００２８】従って、全体として、試料の大きさ、試料
位置およびパルス間隔を、核スピントモグラフィーにお
いて前以て決定しなければならない磁場分布を考慮し
て、いつでも十分なＳＮ比が得られるように選択しなけ
ればならない。

【００２９】試料材料として、有利には、長いＴ２時間
を有する、高い濃度およびＭＲに適した核を有する液
体、ゲルまたは重合された液体（例えばゴム）が使用さ
れる。水、炭化水素または類似のものが適している。セ
ンサ１、２をプロトンの共鳴周波数で作動するとき、装
置全体の申し分ない遮蔽を配慮しなければならない。即
ち、ＭＲ装置における画像形成も典型的には、プロトン
の共鳴周波数において行われる。磁場測定は画像形成の
ために必要である核磁気共鳴信号の測定期間も引き続き
行われるべきであるので、遮蔽なしでは著しい相互作用
が生じることになる。

【００３０】しかし、ＭＲセンサ１および２がプロトン
共鳴周波数で作動されるとき、画像形成に対する高周波
送信パルスの決定および磁場測定のために１つの共通の
高周波発生器を使用することができるという利点が得ら
れる。

【００３１】しかしセンサ１，２において、ＭＲ共鳴周
波数がプロトンの共鳴周波数とは異なっている別の核を
有する試料を使用することもできる。例えば、ＭＲ感度
が高いという理由からフルオール化合物（フルオール炭
水化物）が非常に好適である。

【００３２】従って２つのセンサは、上述した方法を用
いて、短い送信パルスを除いて連続している核スピン共
鳴信号を送出し、該信号の周波数はラーモア関係式ω＝
γ・Ｂに表されているように、いつでも、試料場所に瞬
時的に生じている磁場に絶対的に正確に比例している。

【００３３】図６に示されている回路において検波され
たセンサ信号の更なる処理は、デジタル信号プロセッサ
３６においてデジタル手法において行われる。

【００３４】図９には、デジタル信号プロセッサ３６に
おける信号処理のフローチャートが示されている。デジ
タル信号プロセッサ３６にそれぞれのセンサ１，２に対
して、核共鳴信号の実部および虚部が、即ち４つの信号
Ｓ１_R，Ｓ１_I，Ｓ２_R，Ｓ２_Iが供給される。それから、
前置接続されているＡＤ変換器３２ないし３５のオフセ
ットが求められかつ減算される。この機能は、オフセッ
トドリフトを補償するために、測定休止期間において時
々繰り返すことができる。

【００３５】ＭＲ信号の周波数はこの用途において有利
には、時間信号のフーリエ変換によってではなくて、位
相の時間微分の計算（ω＝ｄφ／ｄｔ）によって求めら
れる。位相φ（ｔ_n）は、実部および虚部のアークタン
ジェントの４象限評価によって決定される。この方法
は、それがいずれの周波数変化も即刻検出するという大
きな利点を有している。

【００３６】更に、デジタル信号プロセッサ３６は、時
間的な位相経過を移行部に整合させる機能を含んでい
る。このことを以下に図１０ないし１２に基づいて説明
する。図１０には、センサの検波された核共鳴信号の実
部Ｓ_Rおよび虚部Ｓ_Iの信号経過が示されている。図１１
に明らかであるように、位相経過は、＋１８０゜から−
１８０゜へのジャンプ変化を有する。これにより、評価
の際に問題が生じる。このことを回避するために、位相
経過は、連続的な移行が生じるように、シフトされる。

【００３７】更に、高周波パルスによって生じるジャン
プ個所に、時間的な位相経過の整合が行われるように、
考慮しなければならない。図１３には、センサ１，２の
核磁気共鳴信号の実部Ｓ_Rが示されており、その際この
信号は高周波パルスＲＦの間、遮断されている。この遮
断時間の期間に、図１４において太い実線で示されてい
るように、線形の補外が行われる。図１４において、実
線によって位相の測定値が示されており、太い実線によ
って補外された部分が示されておりかつ破線によって補
外の終点においてシフトされた測定値が示されている。
図１４において矢印によって示唆されているように、間
隙のない曲線経過が生じるように、補外後に得られた測
定値をシフトしなければならない。図１１に基づいて既
に説明した、３６０゜のジャンプを回避するためのシフ
トが行われる。

【００３８】大きさ［φ（ｔ_n）−φ（ｔ_n-1）］／（ｔ
_n−ｔ_n-1）の形成によって、センサ位置に存在するＭＲ
信号に比例している、２つのセンサＳ１およびＳ２の核
磁気共鳴信号の周波数が求められる。更に、結果が加算
され、その結果勾配コイルの作用が取り除かれる。磁石
中心および試料の中央対称形の配置に関するパルス化さ
れたすべての勾配磁場の空間的に反対称性のために、勾
配パルスの影響はなくなりかつ基本磁場成分だけが残
る。加算結果について、低域フィルタリングが実施され
る。

【００３９】基本磁場（勾配パルスなし）は２つの選択
されたセンサ位置において異なっている可能性があるの
で（磁場オフセット）、状況によっては出力信号のオフ
セットが生じる。この一定のオフセットは求めかつ減算
することができる。

【００４０】図示の方法によって、取り除くに値する外
部または内部の障害磁場は、勾配パルスによる障害なし
に求めることができる。勾配コイルの場合により存在す
る非対称性によって発生される障害となる磁場のジャン
プまたは渦状磁場が同様に均質な磁場分布によって検出
されることも有利である。

【００４１】測定データ検出および測定データ処理を行
うクロックレートは、センサ１，２の位置および使用の
勾配磁場に応じている。しかしデータ検出およびデータ
処理は少なくとも、核磁気共鳴信号の勾配パルスにより
生じるＭＲ周波数偏移に関してナイキスト理論を満足す
るクロックレートで行わなければならない。

【００４２】それから、このようにして得られた、磁場
強度の実際値に対するデジタル信号はＤＡ変換器３７を
介してアナログ信号に変換され、それは相応の増幅後に
補助磁場コイル７に供給され、そこで障害磁場が補償さ
れる。

【００４３】図６に図示の回路では、ハードウェアコス
トは比較的大きい。というのは、位相に敏感な検波器、
フィルタおよび実部並びに虚部に対するそれぞれ２つの
ＡＤ変換器を有する２つの完全な受信および評価チャネ
ルが存在しているからである。図１５ないし１７に図示
されている、本発明の実施例によれば、著しい節約を実
現することができる。

【００４４】図１５の実施例は図６の回路とは実質的
に、高周波信号増幅器２２および２３の出力信号が乗算
作用をする高周波混合器４７に供給される点で相異して
いる。

【００４５】乗算作用をする高周波混合器４７は周知の
ように、入力信号の和ないし差に相応する２つの周波数
成分を発生する。従って、和周波数信号の周波数は、勾
配回路の影響のない基本磁場に比例している。

【００４６】高周波増幅器２２，２３は、乗算作用をす
る高周波混合器４７に対する所定の入力レベルを保証す
るために、自動増幅度調整部を有しているべきである。

【００４７】有利には（良好なＳＮ比に対して）、乗算
作用をする高周波混合器４７の入力側における帯域通過
フィルタ６１，６２（ｆ₀を有する）および（任意選択
的に）高周波混合器の出力側における別の帯域フィルタ
５６（２ｆ₀を有する）が設けられている。

【００４８】混合器４７の出力信号は、直交検波器４
１、即ち位相に敏感な検波器によって検波される。障害
を受けていない基本磁場におけるＭＲセンサの共鳴周波
数ｆ₀では、和高周波信号の目標周波数は２ｆ₀にあるの
で、直交検波器４１に対する基準周波数として、この周
波数２ｆ₀を使用しなければならない。それ故に、シン
セサイザー４０によって、ＭＲセンサ１，２を励振する
ための風波数ｆ₀並びに、移相器３１を介して９０゛だ
け位相がすらされた２つの成分において、基準として直
交検波器４１にて使用することができる周波数２ｆ₀が
発生される。

【００４９】直交検波器４１の２つの出力信号から、低
域フィルタ２８，２９を介して低周波数の信号成分が取
り出されかつＡＤ変換器４２，４３によってデジタル化
される。基本磁場が目標値からの偏差を有していないと
き、即ち高周波混合器４７の出力側における和周波数信
号が前以て決められた基本周波数２ｆ₀と一致すると
き、低周波の信号は周波数零を有し、磁場偏差のある場
合には、偏差に比例して上昇する周波数を有している。

【００５０】この周波数の算出は例えば、上述した手法
において、デジタル信号プロセッサ３６における位相の
時間微分の計算によって行われる。図６の実施例の場合
のように、磁場強度の、目標値からの偏差に対するデジ
タル信号はＡＤ変換器４４を介してアナログ信号に変換
され、アナログ増幅器４５によって増幅されかつ補助磁
場コイル７に供給され、ここで存在する障害磁場が補償
される。

【００５１】この実施例においては混合器４７によって
既に、磁場の探索される均質な成分を表している和信号
が得られるので、２つの後置接続されたフィルタおよび
ＡＤ変換器を有する１つの直交検波器で十分である。そ
れ故に図６の装置に比して、必要なハードウェアに対す
るコストが著しく低減される。

【００５２】図１６の実施例に示されているように、直
交検波器４１によって得られる位相信号を低域フィルタ
リングの後に、基本磁場を調整するために直接使用する
ようにすれば、ハードウェアコストの一層の低減が可能
である。このことは周知の“フェーズ・ロックド・ルー
プ”原理に相応している。適当な位相位置において、低
域フィルタ２９の出力信号は直接、そうでない場合には
適当なアナログ回路ユニットを介して例えば積分器５７
において基本磁場の調整のために使用することができ
る。これによりＡＤ変換器および別のすべてのデジタル
計算機構成要素は省略することができる。

【００５３】別の実施例は図１７に示されている。その
際基本磁場の、目標値からの偏差は計数器によって検出
される。この場合、これまでの実施例の場合のように、
シンセサイザー４０は、目標状態におけるＭＲセンサの
共鳴周波数に相応しかつ励振の際にＭＲ試料１および２
に供給される、周波数ｆ₀を有する信号を送出する。第
２の出力信号として、シンセサイザー４０は、周波数２
ｆ₀＋ｆ_zを有する信号を送出し、その際ｆ_zはこの場合
中間周波数である。第１の高周波混合器４７の出力信号
はそこで、第２の乗算作用をする高周波混合器４８にお
いて周波数２ｆ₀＋ｆ_zの信号と混合される。従って第２
の混合器４８の出力側にこの場合も、和周波数（２ｆ₀
＋ｆ_z＋２ｆ ）および差周波数ｆ_i＝（２ｆ₀＋ｆ_z−２
ｆ ）が現れる。目標状態において中間周波数と一致す
る差周波数ｆ_iは、フィルタ５０によって取り出され
る。このフィルタリングされた信号は、第１の零位置検
知器５２を介して第１の計数器５４に供給される。

【００５４】更に、基本周波数ｆ₀から周波数逓倍器５
１を介して得られる、周波数ｆ_rの高周波信号は第２の
零位置検知器５３を介して第２の零位置計数器５５に供
給される。零位置計数器５４および５５は制御装置３８
によって、差周波数信号ｆ_iの第１の零通過点によって
２つの零位置計数器５４および５５がスタートされるよ
うに、制御される。零位置計数器５４が差周波数信号中
に前以て決められた固定の数Ｎ１を計数するや否や、第
２の零位置計数器５５が停止される。差周波数信号ｆ_i
の周波数は、その時点で計数することができる、周期計
数器の計数状態Ｎ₂から次式に従って得られる： ｆ_i＝ｆ_r・Ｎ₁／Ｎ₂ 測定された磁場がその目標値を有しているとき、フィル
タ５０の出力側に、次の周波数を有する信号が現れる： ｆ_i＝２ｆ₀＋ｆ_z−２ｆ₀＝ｆ_z 測定された磁場が目標値とは上方向または下方向に異な
っているとき、相応に周波数ｆ_iも中間周波数ｆ_zに対す
る磁場偏差に比例して偏差する。

【００５５】差周波数信号ｆ_iの１つの周期のみなら
ず、複数の周期を計数することによって、周波数測定の
精度が相応に高められる。理論的に可能な精度は更に、
参照周波数ｆ_rに依存している。それ故に有利には、基
本周波数ｆ₀より１００ないし１０００倍大きい参照周
波数ｆ_rが使用される。

【００５６】上述の関係式に基づいて求められた周波数
偏差は磁場偏差に比例しておりかつそれ故にＤＡ変換器
４６を介して基本磁場の調整のために使用される。

【００５７】この装置では、図１５の実施例に比して、
直交検波器並びにＡＤ変換器を省略することができ、も
しくは上述した素子によって置換することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】種々異なった構造を有する核スピントモグラフ
ィー装置における磁場センサの１つの配置例を示す略図
である。

【図２】種々異なった構造を有する核スピントモグラフ
ィー装置における磁場センサの別の配置例を示す略図で
ある。

【図３】種々異なった構造を有する核スピントモグラフ
ィー装置における磁場センサの別の配置例を示す略図で
ある。

【図４】磁場に対する制御ユニットの概略図である。

【図５】磁場センサとしてのＭＲセンサの構成を示す略
図である。

【図６】本発明の原理によって実現可能である利点を明
確にするために、先願のドイツ連邦共和国特許出願第４
４１９０９１号明細書に記載されているような、ＭＲ磁
場センサの測定信号に対する評価回路を示す回路略図で
ある、

【図７】ＭＲセンサにおける磁場測定に対するパルス波
形図である。

【図８】核スピントモグラフィー装置におけるｚ，ｘ方
向に沿った勾配磁場の磁場経過を示す線図である。

【図９】図６に相応する、磁場不安定性を求めかつ補償
するためにＭＲ信号を評価するためのフローチャートの
図である。

【図１０】不連続個所を取り除くための方法を用いたＭ
Ｒセンサの出力信号の位相経過を示す波形図である。

【図１１】不連続個所を取り除くための方法を用いたＭ
Ｒセンサの出力信号の位相経過を示す波形図である。

【図１２】不連続個所を取り除くための方法を用いたＭ
Ｒセンサの出力信号の位相経過を示す波形図である。

【図１３】高周波パルスの照射によって生じる間隙が抑
圧されている高周波パルスおよびＭＲ信号の時間経過を
示す線図である。

【図１４】高周波パルスの照射によって生じる間隙が抑
圧されている高周波パルスおよびＭＲ信号の位相経過を
示す線図である。

【図１５】本発明の実施例を示す回路略図である。

【図１６】本発明の別の実施例を示す回路略図である。

【図１７】本発明の更に別の実施例を示す回路略図であ
る。

【符号の説明】

１，２ 磁場センサ、 ３，４ 磁極片、 ５ 勾配コ
イルセット、 ６ 磁石中心、 ７，８ 補正コイル、
９ 調整回路、 １０ コイル、 １１試料、 １２
補整コンデンサ、 １４ 同軸線路、 ２０，２１
送受切替装置、２２，２３，２４ 高周波信号増幅器、
２５，２６，２７，４１ 直交検波器、 ２８，２９
低域フィルタ、 ３０ 高周波発生器、 ３１ 移相
器、３６ デジタル信号プロセッサ、 ３８ 制御装
置、 ４０ シンセサイザー、４２，４３ ＡＤ変換
器、 ４４ ＤＡ変換器、 ４５ 増幅器、 ４６ 変
調器、 ４７，４８ 高周波混合器、 ５０，５６ 帯
域フィルタ、 ５１ 周波数逓倍器、 ５２，５３ 零
位置検知器、 ５４，５５ 零位置計数器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 パスカル ゾマー スイス国 メラン ジュネーヴ リュ ド ゥ ラッテ 15

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 核スピントモグラフィー装置の磁石の基
   本磁場の測定装置において、磁石の検査領域に、磁場の
   中心（６）に関して中心対称に配置されている２つのＭ
   Ｒ磁場センサ（１，２）が配設されており、その都度の
   磁場に比例している周波数を有する、前記２つのＭＲ磁
   場センサ（１，２）の出力信号が、乗算作用をする高周
   波混合器（４７）に供給され、該高周波混合器（４７）
   の出力信号から、和周波数信号が取り出されかつその周
   波数から基本磁場の実際値が決定されることを特徴とす
   る核スピントモグラフィー装置の磁石の基本磁場の測定
   装置。
2. 【請求項２】 前記ＭＲ磁場センサ（１，２）の送信ア
   ンテナが、被検材料を、連続する短い高周波パルスの列
   （ＲＦ）で励振し、この場合該短い高周波パルスの間隔
   は被検材料のＴ２^*時間のオーダにありかつ該高周波パ
   ルス（ＲＦ）間の時間において、核磁気共鳴信号が受信
   される請求項１記載の装置。
3. 【請求項３】 高周波混合器（４７）の出力信号は直交
   検波器（４１）において検波され、該直交検波器には基
   準周波数として、前記ＭＲ磁場センサ（１．２）の励振
   周波数の２倍の周波数が供給される請求項１または２記
   載の装置。
4. 【請求項４】 前記直交検波器（４１）の出力信号は低
   域フィルタリングされかつ前記磁石の磁場はこのように
   して得られた信号の位相の時間微分によって計算される
   請求項３記載の装置。
5. 【請求項５】 検波された信号は低域フィルタリングさ
   れかつそれから直接、基本磁場を調整するための装置の
   出力信号として使用される請求項１から３までのいずれ
   か１項記載の装置。
6. 【請求項６】 和周波数信号の周波数、ひいては基本磁
   場は、前記高周波混合器（４７）の出力信号において２
   つの零点通過間の時間を求めることによって、決定され
   る請求項１または２記載の装置。
7. 【請求項７】 ＭＲ磁場センサは周波数ｆが供給され、
   かつ第１の高周波混合器（４７）の出力信号が周波数２
   ｆ₀＋ｆ_zを有する第２の混合器（４８）によって混合さ
   れ、かつこのようにして得られた混合信号から差周波数
   ｆ_iを有する差周波数信号が取り出され、かつ該信号の
   所定数の零点通過間の信号が測定されかつそこから基本
   磁場が決定される請求項６記載の装置。
8. 【請求項８】 差周波数信号の周波数は次のようにして
   決定される、即ち、前記第１ないし前記第２の高周波混
   合器（４７，４８）から取り出される信号の零点通過に
   よって、この信号の零位置を計数する第１の零位置計数
   器（５４）をスタートし、ここにおいて更に、著しく高
   い参照周波数の零位置を計数する第２の零位置計数器
   （５３）をスタートし、かつ当該信号の、固定的に前以
   て決められた数の零位置後に、前記第２の零位置計数器
   （５３）の計数状態を読み出しかつ当該信号の周波数の
   計算のために評価する請求項６または７記載の装置。