DE112020007090T5

DE112020007090T5 - Magnetpartikel-abbildungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112020007090T5
Application number: DE112020007090.5T
Authority: DE
Inventors: Kota NOMURA; Kodai Katagiri; Tetsuya Matsuda; Shun Tonooka; Kazuki Yamauchi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-04-16
Filing date: 2020-04-16
Publication date: 2023-02-16
Also published as: WO2021210135A1; US20230184862A1; JPWO2021210135A1; CN115943303A; JP6844075B1

Abstract

Ein statischer Magnetfeldgenerator (2) erzeugt einen nichtmagnetischen Feldbereich.
Ein Instrument (3) zum Anlegen eines magnetischen Wechselfeldes legt ein magnetisches Wechselfeld an den nichtmagnetischen Feldbereich an. Eine Detektionsspule (1)
hat eine Achse parallel zur Richtung des magnetischen Wechselfeldes, um ein Magnetisierungssignal zu erfassen. Ein Messgerät (4) ist mit der Detektionsspule (1) verbunden. Eine resonanzfrequenzvariable Vorrichtung (5) beinhaltet einen Kondensator, der parallel zur Erfassungsspule (1) geschaltet ist, um eine Resonanzfrequenz der Erfassungsspule (1) und des Messinstruments (4) einzustellen. Die Kapazität des Kondensators wird so eingestellt, dass die Resonanzfrequenz eines geschlossenen Kreises, der die Detektionsspule (1), das Messinstrument (4) und die den Kondensator enthaltende resonanzfrequenzvariable Vorrichtung (5) beinhaltet, mit der Frequenz eines harmonischen Signals übereinstimmt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abbildung von Magnetpartikeln.
STAND DER TECHNIK
Es ist ein Verfahren zur Abbildung einer Verteilung von magnetischen Partikeln (z.B. superparamagnetisches Eisenoxid oder dergleichen) bekannt, die in ein Prüfobjekt mit einem lebenden Körper als Ziel injiziert werden (siehe z.B. Patentdokument 1). Diese Methode wird als „Magnetpartikel-Imaging (MPI)“ bezeichnet.
Eine Magnetpartikel-Bildgebungsvorrichtung erzeugt einen Null-Magnetfeldbereich, indem sie Magnetfelder erzeugt, die einander entgegengesetzt gerichtet sind, und legt ein magnetisches Wechselfeld an, indem sie eine Solenoidspule mit einer Größe, die ein Prüfobjekt und eine Empfangsspule einschließen kann, verwendet.
Dabei ändert sich außerhalb des Null-Magnetfeldbereichs die magnetische Flussdichte nicht, solange die magnetische Flussdichte der magnetischen Partikel gesättigt ist, auch wenn das magnetische Wechselfeld angelegt wird. Im Bereich des Magnetfeldes Null ist der Einfluss der Magnetisierung durch ein statisches Magnetfeld hingegen gering, und die Magnetisierung schwankt, wenn das magnetische Wechselfeld an die magnetischen Partikel angelegt wird.
Aufgrund der Magnetisierungsfluktuation der magnetischen Partikel im Null-Magnetfeldbereich kommt es zu einer Änderung des magnetischen Flusses, der eine Detektionsspule verbindet. Diese Änderung des magnetischen Flusses ist abhängig von der Menge der magnetischen Partikel im Nullfeldbereich. Die Änderung des die Detektionsspule verbindenden magnetischen Flusses kann als Änderung einer in der Detektionsspule erzeugten induzierten elektromotorischen Kraft erfasst werden.
Durch Anwendung dieses Prinzips kann dann, wenn ein in der Detektionsspule erzeugtes Signal gemessen wird, während der Null-Magnetfeldbereich oder das Prüfobjekt im Null-Magnetfeldbereich in einem Abbildungsraum bewegt wird, ein Bild erzeugt werden, das die Verteilung der magnetischen Partikel wiedergibt. Man beachte, dass eine Vorrichtung zur Realisierung einer solchen Magnetpartikelabbildung als Magnetpartikelabbildungsvorrichtung bezeichnet wird.
Ein Prüfobjekt, das der Magnetpartikelabbildung unterzogen werden soll, enthält oft eine sehr geringe Menge an Magnetpartikeln. Wenn die Menge der enthaltenen magnetischen Partikel gering ist, wird das zu messende magnetische Signal schwach. Nun ist ein Verfahren bekannt, mit dem durch synchrone Erfassung eine Harmonische ungerader Ordnung eines angelegten magnetischen Wechselfeldes auf der Grundlage von Merkmalen einer magnetischen Suszeptibilitätskurve von magnetischen Partikeln erfasst und von externem Rauschen unterschieden werden kann (siehe z.B. Patentdokument 2).
LITERATUR ZUM STAND DER TECHNIK
PATENTLITERATUR

Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2003-199 767 A
Patentdokument 2: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2014-224 741 A

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Mit der Erfindung zu lösende Probleme
In dem Verfahren gemäß Patentdokument 2 ist es jedoch notwendig, ein Signal, das mit einer Änderung der Magnetisierung von magnetischen Partikeln verbunden ist, mit einer ausreichend höheren Empfindlichkeit als Rauschen im gleichen Frequenzband, das in einer Messschaltung oder dergleichen erzeugt wird, zu erfassen. Wenn die Menge der magnetischen Partikel kleiner wird, so wird die Größe des Signals, das mit der Änderung der Magnetisierung der magnetischen Partikel verbunden ist, kleiner.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Magnetpartikel-Abbildungsvorrichtung aufzuzeigen, die in der Lage ist, ein Signal, das mit einer Magnetisierungsänderung von Magnetpartikeln verbunden ist, mit hoher Empfindlichkeit zu detektieren, selbst wenn die Menge von Magnetpartikeln im Prüfobjekt extrem klein wird.
Mittel zum Lösen der Probleme
Eine Magnetpartikel-Abbildungsvorrichtung zum Abbilden einer Verteilung von Magnetpartikel in einem Prüfobjekt gemäß der vorliegenden Erfindung weist Folgendes auf einen Generator für ein statisch-magnetisches Feld, um einen nicht-magnetischen Feldbereich zu erzeugen; ein Wechselstrom-Magnetfeld-Anwendungsgerät, um ein Wechselstrom-Magnetfeld an den nicht-magnetischen Feldbereich anzulegen; und ein Magnetisierungsverteilungsmessgerät, um ein von einem Magnetpartikel in dem nichtmagnetischen Feldbereich emittiertes harmonisches Signal zu messen.
Das Magnetisierungsverteilungsmessgerät enthält Folgendes: eine Detektionsspule mit einer Achse parallel zur Richtung des magnetischen Wechselfeldes, um ein Magnetisierungssignal zu erfassen; ein Messinstrument, das mit der Detektionsspule verbunden ist; und ein Gerät mit variabler Resonanzfrequenz, das einen Kondensator enthält, der parallel zu der Detektionsspule angeschlossen ist, um die Resonanzfrequenz der Detektionsspule und des Messinstruments einzustellen. Die Kapazität des Kondensators wird so eingestellt, dass die Resonanzfrequenz eines geschlossenen Kreises, der die Detektionsspule, das Messgerät und das Gerät mit variabler Resonanzfrequenz beinhaltet, mit der Frequenz des harmonischen Signals übereinstimmt.
Effekt der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Kapazität des Kondensators so eingestellt, dass die Resonanzfrequenz des geschlossenen Kreises, der die Detektionsspule, das Messgerät und das Gerät mit variabler Resonanzfrequenz beinhaltet, mit der Frequenz des harmonischen Signals zusammenfällt. Dies ermöglicht die Detektion eines Signals, das mit einer Änderung der Magnetisierung der magnetischen Partikel verbunden ist, mit hoher Empfindlichkeit, selbst wenn die Menge magnetischer Partikel im Prüfobjekt extrem klein wird.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung einer Konfiguration einer Magnetpartikel-Abbildungsvorrichtung einer ersten Ausführungsform;
2 ist ein Diagramm, das eine Ersatzschaltung der Magnetpartikel-Abbildungsvorrichtung der ersten Ausführungsform darstellt;
3 ist eine schematische Darstellung, die eine Frequenzcharakteristik einer Signalspannung darstellt, die von einem Messinstrument 4 in der Ersatzschaltung der in 2 dargestellten Magnetpartikel-Abbildungsvorrichtung erfasst wird;
4 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Magnetpartikel-Abbildungsvorrichtung gemäß einer Modifikation der ersten Ausführungsform zeigt;
5 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung der Konfiguration einer Magnetpartikel-Bildgebungsvorrichtung einer zweiten Ausführungsform;
6 ist ein Diagramm, das eine Ersatzschaltung der Magnetpartikel-Abbildungsvorrichtung der zweiten Ausführungsform zeigt;
7 ist ein Diagramm, das eine Frequenzcharakteristik eines durch eine Induktivität L4 einer Übertragungsspule 41 fließenden Stroms veranschaulicht, die durch Analyse unter Verwendung der in 6 dargestellten Ersatzschaltung erhalten worden ist;
8 ist eine Spulen-Querschnittsansicht einer Magnetpartikel-Abbildungsvorrichtung einer dritten Ausführungsform;
9 ist ein schematisches Diagramm, das eine Frequenzcharakteristik zeigt, die von der Magnetpartikel-Abbildungsvorrichtung der dritten Ausführungsform erhalten worden ist;
10 ist eine Spulen-Querschnittsansicht einer Magnetpartikel-Abbildungsvorrichtung einer vierten Ausführungsform, und
11 ist ein schematisches Diagramm, das eine Frequenzcharakteristik zeigt, die von der Magnetpartikel-Abbildungsvorrichtung der vierten Ausführungsform erhalten worden ist.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend werden die Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Ausführungsform 1
1 ist ein Diagramm, das die Konfiguration einer Magnetpartikel-Bildgebungsvorrichtung einer ersten Ausführungsform zeigt. Wie in 1 dargestellt, beinhaltet die Magnetpartikel-Abbildungsvorrichtung einen Generator für ein statisch-magnetisches Feld 2, ein Wechselstrom-Magnetfeld-Anwendungsgerät 3 und ein Magnetisierungsverteilungsmessgerät 90.
Das Magnetisierungsverteilungsmessgerät 90 beinhaltet eine Detektionsspule 1 mit einer ersten Detektionsspule 11 und einer zweiten Detektionsspule 12, ein Messgerät 4 und ein Gerät mit variabler Resonanzfrequenz 5.
Der Generator für statische Magnetfelder 2 bildet einen Null-Magnetfeldbereich in einem Abbildungsbereich, in dem ein Prüfobjekt 6 platziert ist. Insbesondere beinhaltet der Generator für ein statisch-magnetisches Feld 2 zwei Permanentmagnete, die so angeordnet sind, dass sie einander mit entgegengesetzten Magnetisierungsrichtungen gegenüberstehen. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein Fall beschrieben, in dem zwei einander zugewandte Dauermagnete als Generator für das statisch-magnetische Feld 2 verwendet werden, wobei jedoch anstelle der beiden einander zugewandten Dauermagnete ein Dauermagnet mit zwei Jochen, bei dem die Magnetisierung durch das Joch entgegengesetzt ist, oder ein Elektromagnet verwendet werden können.
Im Fall der Durchführung der magnetischen Partikelabbildung wird eine Messposition abgetastet, indem eine relative Position eines durch den Generator für das statisch-magnetische Feld 2 gebildeten Null-Magnetfeldbereichs in Bezug auf das Prüfobjekt 6 geändert wird. Ein Verfahren zum Ändern der relativen Position weist Folgendes auf: ein Verfahren zum Anlegen eines statischen Magnetfeldes von außen, um den Null-Magnetfeldbereich zu bewegen, ein Verfahren zum mechanischen Bewegen des Generators für das statisch-magnetische Feld und ein Verfahren zum mechanischen Bewegen des Prüfobjekts 6.
Das Wechselstrom-Magnetfeld-Anwendungsinstrument 3 legt ein Wechselstrom-Magnetfeld an einen Abbildungsbereich an, in dem das Prüfobjekt 6 angeordnet ist. Konkret beinhaltet das Wechselstrom-Magnetfeld-Anwendungsgerät 3 eine AC-Stromversorgung 10 und eine mit der AC-Stromversorgung 10 verbundene Spule L. In der Zeichnung sind die Detektionsspule 1, die die erste Detektionsspule 11 und die zweite Detektionsspule 12 beinhaltet, und die Spule L, die das Wechselstrom-Magnetfeld-Anwendungsgerät 3 bildet, in abgewickelter Form dargestellt. Die Detektionsspule 1 mit der ersten Detektionsspule 11 und der zweiten Detektionsspule 12 und die Spule L, die das Wechselstrom-Magnetfeld-Anwendungsgerät 3 bilden, sind jedoch so angeordnet, dass sie einander koaxial überlappen. Eine Richtung der Achse der Detektionsspule 1 ist parallel zur Richtung des durch das Wechselstrom-Magnetfeld-Anwendungsgerät 3 erzeugten Wechselstrom-Magnetfeldes.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Detektionsspule 1 durch eine Differentialspule erster Ordnung konfiguriert, in der die erste Detektionsspule 11 und die zweite Detektionsspule 12, deren Wicklungsrichtungen einander entgegengesetzt sind, koaxial angeordnet sind. Durch die Verwendung der Differentialspule erster Ordnung können magnetische Störungen der Umgebung und einer induzierten elektromotorischen Kraft, die durch das vom Wechselstrom-Magnetfeld-Anwendungsgerät 3 angelegte Wechselstrom-Magnetfeld erzeugt wird, entfernt werden.
Das Inspektionsobjekt 6 wird in der ersten Detektionsspule 11 angeordnet, und ein magnetisches Wechselfeld wird durch das Wechselstrom-Magnetfeld-Anwendungsgerät 3 angelegt. Mit dem vom Wechselstrom-Magnetfeld-Anwendungsgerät 3 angelegten Wechselstrom-Magnetfeld erzeugt das Prüfobjekt 6 ein magnetisches Signal einer Grundwelle f0 und ein magnetisches Signal eines Oberwellensignals (n*f0) entsprechend der magnetischen Suszeptibilitätskurve des Prüfobjekts 6. Diese magnetischen Signale werden vom Messgerät 4 als Spannungen gemessen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform hat die magnetische Suszeptibilitätskurve des Prüfobjekts 6 eine ungerade Funktion, da es sich beim Prüfobjekt 6 um Partikel mit Superparamagnetismus handelt, die magnetische Eisenoxidpartikel enthalten. Daher nimmt die Intensität einer Komponente ungerader Ordnung (n = 2m + 1, m = 0, 1, 2, ...) des harmonischen Signals in Prüfobjekt 6 zu. Die harmonische Komponente, die keinen Einfluss der Grundwelle f0 enthält, hat die Eigenschaft, dass das Rauschen gering und das SN-Verhältnis hoch ist.
Die resonanzfrequenzvariable Vorrichtung 5 beinhaltet einen Kondensator mit einer Kapazität. Die Detektionsspule 1 mit der ersten Detektionsspule 11 und der zweiten Detektionsspule 12, das Messgerät 4 und das Gerät mit variabler Resonanzfrequenz 5 mit dem Kondensator bilden einen geschlossenen Kreis zur Messung eines vom Prüfobjekt 6 erzeugten harmonischen Signals. Unter einem geschlossenen Stromkreis ist hier ein Stromkreis zu verstehen, in dem ein Schalter oder dergleichen geschlossen ist und in dem ein stromdurchflossener Pfad im Stromkreis eingerichtet ist.
Wenn also das Gerät mit variabler Resonanzfrequenz 5 und die Detektionsspule 1 parallelgeschaltet sind, wird ein Resonanzkreis durch die kombinierte Induktivität und den kombinierten Kondensator in dem geschlossenen Stromkreis gebildet. Die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises wird durch die Induktivität und den Kondensator in dem Resonanzkreis bestimmt. Beispielsweise kann in einem Fall, in dem eine dritte Harmonische 3f0 als Detektionssignal verwendet wird, dann, wenn eine Magnetpartikel-bildgebung durchgeführt wird, die dritte Harmonische 3f0 so eingestellt werden, dass sie die Resonanzfrequenz des geschlossenen Kreises hat, indem die Induktivität und der Kondensator in der Detektionsspule 1 und dem Messgerät 4 in dem geschlossenen Kreis gemessen werden und die Kapazität C des Geräts mit variabler Resonanzfrequenz 5 ausgewählt wird. Als Ergebnis kann die Signalintensität des angestrebten harmonischen Signals maximiert werden.
2 ist ein Diagramm, das eine Ersatzschaltung der Magnetpartikel-Bildgebungsvorrichtung der ersten Ausführungsform zeigt. 2 zeigt ein Ersatzschaltbild einer Schaltung mit einer Detektionsspule 1 einschließlich einer ersten Detektionsspule 11 und einer zweiten Detektionsspule 12, mit einem Wechselstrom-Magnetfeld-Anwendungsgerät 3, einem Messgerät 4 und einem Gerät mit variabler Resonanzfrequenz 5.
Die Wicklungsdichte der Detektionsspule 1 muss erhöht werden, um die Detektionsempfindlichkeit zu erhöhen. Zum Beispiel beträgt die Wicklungsdichte der Detektionsspule 1 mehrere hundert Windungen/mm. Daher beeinflusst eine zwischen den Wicklungen der Detektionsspule 1 erzeugte Streukapazität die Resonanzfrequenz stark.
In der ersten Detektionsspule 11 ist eine Streukapazität C1, die zwischen den Wicklungen der ersten Detektionsspule 11 erzeugt wird, parallel zu einer Widerstandskomponente R1 und einer Induktivität L1, die in der ersten Detektionsspule 11 in Reihe geschaltet ist, angeschlossen. In der zweiten Detektionsspule 12 ist eine zwischen den Wicklungen der zweiten Detektionsspule 12 erzeugte Streukapazität C2 parallel zu einer Widerstandskomponente R2 und einer in der zweiten Detektionsspule 12 in Reihe geschalteten Induktivität L2 geschaltet. Unter der Annahme, dass die Detektionsspule 1 als Differentialspule erster Ordnung konfiguriert ist, wird angenommen, dass kein Signal des vom Wechselstrom-Magnetfeld-Anwendungsgerät 3 angelegten Wechselstrom-Magnetfelds erzeugt wird.
Das Wechselstrom-Magnetfeld-Anwendungsgerät 3 (Spule L und AC-Stromversorgung 10) ist an die Induktivität L1 und die Induktivität L2 gebunden. Durch den Effekt der Differentialspule werden ein Signal zwischen Wechselstrom-Magnetfeld-Anwendungsgerät 3 und Induktivität L1 und das Signal zwischen Wechselstrom-Magnetfeld-Anwendungsgerät 3 und Induktivität L2 aufgehoben. Daher ist das Wechselstrom-Magnetfeld-Anwendungsgerät 3 (die Spule L und die AC-Stromversorgung 10) für das Detektionssystem nicht sichtbar. Ein Signal von magnetischen Partikel wird nur an der Induktivität L1 angeregt, und dieses Signal wird erfasst.
Das Ergebnis einer Analyse des in 2 dargestellten Ersatzschaltbildes wird unter der Annahme beschrieben, dass ein Magnetisierungssignal vom Prüfobjekt 6 an der Induktivität L1 der ersten Detektionsspule 11 anliegt, um eine induzierte elektromotorische Kraft zu erzeugen.
3 ist ein schematisches Diagramm, das eine Frequenzcharakteristik einer vom Messgerät 4 erfassten Signalspannung in der Ersatzschaltung der in 2 dargestellten Magnetpartikel-Abbildungsvorrichtung zeigt.
Das Ergebnis der Analyse der Frequenzcharakteristik einer an einen Innenwiderstand R5 des Messgeräts 4 angelegten Spannung ist dargestellt.
Die gestrichelte Linie in 3 zeigt den Frequenzverlauf in einer Schaltung, an die das Gerät mit variabler Resonanzfrequenz 5 nicht elektrisch angeschlossen ist. In einem Schaltkreis, an den das Gerät mit variabler Resonanzfrequenz 5 nicht elektrisch angeschlossen ist, liegt die Resonanzfrequenz in einem hohen Frequenzband von 20 oder höher. Daher ist die Empfindlichkeit in einem Frequenzband von etwa der dritten Harmonischen, auf das die Magnetpartikel-Bildgebung abzielt, gering.
Die durchgezogene Linie in 3 stellt ein Analyseergebnis für den Fall dar, dass die Kapazität C des Geräts mit variabler Resonanzfrequenz 5 so gewählt ist, dass sie die Resonanzfrequenz der dritten Harmonischen 3f0 aufweist. Eine an den Innenwiderstand R5 des Messgeräts 4 angelegte Spannung wird durch Gerät mit variabler Resonanzfrequenz 5 nahe der dritten Harmonischen 3f0 maximiert.
Auf diese Weise kann durch Auswahl der Kapazität C des Geräts mit variabler Resonanzfrequenz 5 die Frequenz des harmonischen Signals, das für die Magnetpartikelabbildung erforderlich ist, mit der Resonanzfrequenz des geschlossenen Kreises, der die Detektionsspule 1, das Messinstrument 4 und das Gerät mit variabler Resonanzfrequenz 5 beinhaltet, in Übereinstimmung gebracht werden. Dies kann die Amplitude des vom Messinstrument 4 erfassten Signals erhöhen. Infolgedessen kann ein Signal, das mit einer Änderung der Magnetisierung der magnetischen Partikel verbunden ist, mit hoher Empfindlichkeit detektiert werden, selbst wenn die Menge der magnetischen Partikel im Zielprüfobjekt extrem klein wird.
Modifikation 1 der Ausführungsform 1
Bei der Rekonstruktion eines Bildes wird die Informationsmenge zur Erfassung der Abhängigkeit von der räumlichen Auflösung und der Dichte in einem Fall, in dem mehrere harmonische Komponenten erfasst werden können, im Vergleich zu einem Fall, in dem eine harmonische Komponente erfasst wird, erhöht. Es ist denkbar, eine Vielzahl von Geräten mit variabler Resonanzfrequenz 5 bereitzustellen, die so ausgewählt sind, dass sie mit Oberschwingungen wie der dritten und fünften Oberschwingung in Resonanz kommen.
4 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung einer Konfiguration einer Magnetpartikel-Abbildungsvorrichtung gemäß einer Modifikation der ersten Ausführungsform. Ein Gerät mit variabler Resonanzfrequenz 5A der Magnetpartikel-Abbildungsvorrichtung gemäß dieser Modifikation weist Folgendes auf: eine Vielzahl von Kondensatoren Ca, Cb und Cc, die parallel geschaltet sind; und einen Schaltkreis SW, um einen Kondensator, der mit der Detektionsspule 1 verbunden ist, zwischen der Vielzahl von Kondensatoren Ca, Cb und Cc zu schalten.
Die Kapazitäten der mehreren Kondensatoren Ca, Cb und Cc werden so eingestellt, dass die Resonanzfrequenz des geschlossenen Schaltkreises, der die Detektionsspule 1, das Messgerät 4 und einen der mehreren Kondensatoren Ca, Cb und Cc beinhaltet, mit der Frequenz eines der mehreren harmonischen Signale übereinstimmt.
Beispielsweise wird die Kapazität des Kondensators Ca so eingestellt, dass die Resonanzfrequenz des geschlossenen Kreises, der die Detektionsspule 1, das Messgerät 4 und den Kondensator Ca beinhaltet, mit der Frequenz der dritten Harmonischen 3f0 übereinstimmt. Die Kapazität des Kondensators Cb wird so eingestellt, dass die Resonanzfrequenz des geschlossenen Kreises mit der Detektionsspule 1, dem Messgerät 4 und dem Kondensator Cb mit der Frequenz der fünften Harmonischen 5f0 zusammenfällt.
Die Kapazität des Kondensators Cc wird so eingestellt, dass die Resonanzfrequenz des geschlossenen Kreises mit Detektionsspule 1, Messgerät 4 und Kondensator Cc mit der Frequenz einer siebten Harmonischen 7f0 zusammenfällt.
Ausführungsform 2
5 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung einer Konfiguration einer Magnetpartikel-Abbildungsvorrichtung einer zweiten Ausführungsform.
Bei der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet ein Messgerät 4a eine Übertragungsspule 41 und ein Magnetmessgerät 42. Bei der ersten Ausführungsform wird ein von der ersten Detektionsspule 11 erfasstes magnetisches Signal vom Prüfobjekt 6 als Spannungssignal an das Messgerät 4 weitergeleitet. In der vorliegenden Ausführungsform hingegen wird durch den Anschluss der Übertragungsspule 41 ein Stromkreis gebildet, der nur aus einer Detektionsspule 1, der Übertragungsspule 41 und einem Gerät mit variabler Resonanzfrequenz 5 besteht. Ein von einem Prüfobjekt 6 erzeugtes magnetisches Signal breitet sich in dem geschlossenen Kreis als Strom aus. Die Übertragungsspule 41 wird mit einem Strom erregt, der auf dem vom Prüfobjekt 6 erzeugten magnetischen Signal basiert, und die Übertragungsspule 41 regt ein Magnetfeld an, das auf dem Erregerstrom basiert.
Das magnetische Messgerät 42 detektiert das vom Prüfobjekt 6 erzeugte magnetische Signal durch Messung des von der Übertragungsspule 41 angeregten Magnetfeldes. Dadurch wird eine magnetische Partikelabbildung durchgeführt. Als Magnetmessgerät 42 kann ein SQUID-Magnetdetektor, ein Flux-Gate-Sensor oder ein MI-Effekt-Element verwendet werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der geschlossene Kreis aus Detektionsspule 1, Übertragungsspule 41 und Gerät mit variabler Resonanzfrequenz 5 gebildet. Durch Auswahl einer Kapazität C des Geräts mit variabler Resonanzfrequenz 5 kann eine Frequenz eines für die Magnetpartikelabbildung erforderlichen harmonischen Signals mit einer Resonanzfrequenz des geschlossenen Kreises, der die Detektionsspule 1, die Übertragungsspule 41 und das Gerät mit variabler Resonanzfrequenz 5 beinhaltet, in Übereinstimmung gebracht werden.
6 ist ein Diagramm, das eine Ersatzschaltung der Magnetpartikel-Bildgebungsvorrichtung der zweiten Ausführungsform zeigt.
Die Ersatzschaltung beinhaltet die Detektionsspule 1 mit einer ersten Detektionsspule 11 und einer zweiten Detektionsspule 12, die Übertragungsspule 41 und das Gerät mit variabler Resonanzfrequenz 5.
7 ist ein Diagramm, das eine Frequenzcharakteristik eines Stroms zeigt, der durch eine Induktivität L4 der Übertragungsspule 41 fließt, die durch Analyse unter Verwendung der in 6 dargestellten Ersatzschaltung erhalten worden ist.
In 7 ist eine Frequenzcharakteristik des Ergebnisses, das durch die Magnetpartikel-Bildgebungsvorrichtung der ersten Ausführungsform analysiert worden ist, durch eine gestrichelte Linie dargestellt, und das Ergebnis, das durch die Magnetpartikel-Bildgebungsvorrichtung der zweiten Ausführungsform analysiert worden ist, ist durch eine durchgezogene Linie dargestellt.
Wie bei der ersten Ausführungsform hat ein allgemeines Messgerät zur Messung einer Spannung einen hohen Innenwiderstand (z.B. 10 MΩ, wird in dieser Analyse verwendet), die Halbwertsbreite des Resonanzpeaks ist verbreitert, und die Peakintensität ist erniedrigt. Bei der vorliegenden Ausführungsform können die Intensitäten nicht verglichen werden, da jede Spitzenintensität dimensionslos ist. Da jedoch in der vorliegenden Ausführungsform eine Widerstandskomponente in einem Resonanzkreis durch die Übertragungsspule 41 reduziert wird, kann bestätigt werden, dass die Halbwertsbreite einer Resonanzspitze verengt wird.
Wie oben beschrieben, kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform durch die Verwendung von der Übertragungsspule 41 eine Widerstandskomponente auf dem Kreis, der schwingen soll, reduziert werden, so dass die Halbwertsbreite der Resonanzspitze verengt werden kann. Dadurch kann die Frequenzbandempfindlichkeit um die Zielharmonische herum verringert werden, so dass ein S/N-Verhältnis des vom Magnetmessgerät 42 erfassten Signals erhöht werden kann.
Ausführungsform 3
8 ist eine Querschnittsansicht einer Supraleit-Spule 7, die aus einer Detektionsspule 1 und einer Übertragungsspule 41 besteht und in einem Magnetmessgerät der dritten Ausführungsform enthalten ist. Wie bei der zweiten Ausführungsform beschrieben, kann, wenn es möglich ist, die Widerstandskomponente in dem geschlossenen Kreis zu reduzieren, der die Detektionsspule 1 mit der ersten Detektionsspule 11 und der zweiten Detektionsspule 12, ein Messinstrument 4 und ein Gerät mit variabler Resonanzfrequenz 5 beinhaltet, die die Magnetpartikel-Bildgebungsvorrichtung bilden, der Q-Wert, der durch Resonanzspitzenintensität/Spitzenbreite dargestellt wird, erhöht werden.
Daher wird bei der vorliegenden Ausführungsform die Widerstandskomponente durch die Verwendung der Supraleit-Spule 7 als Detektionsspule 1 und Übertragungsspule 41, die Hauptfaktoren der Widerstandskomponente in dem geschlossenen Kreis sind, gesenkt.
Die supraleitende Spule 7 beinhaltet einen Supraleiter 8 und einen Kühler 9.
Der Supraleiter 8 ist vorzugsweise ein Hochtemperatur-Supraleiter auf Oxidbasis, der bei einer Flüssigstickstofftemperatur von 77 K oder mehr supraleitende Eigenschaften aufweist. Der Kühler 9 ist z.B. durch einen Kryokühler aus rostfreiem Stahl oder ähnlichem konfiguriert. Der Supraleiter 8 wird im Kühler 9 in flüssigen Stickstoff getaucht und gekühlt.
Durch die elektrische Verbindung der Innen- und Außenseite des Kühlers 9 mit einem normalleitenden Kabel 70 können nur Wicklungsabschnitte von Detektionsspule 1 und Übertragungsspule 41 als Supraleiter gehandhabt werden. So können z.B. Detektionsspule 1, Übertragungsspule 41 und das Gerät mit variabler Resonanzfrequenz 5 über ein normalleitendes Kabel 70 verbunden werden.
9 ist ein schematisches Diagramm, das die Frequenzcharakteristik zeigt, die von der Magnetpartikel-Bildgebungsvorrichtung der dritten Ausführungsform erhalten wird. Eine durchgezogene Linie in 9 zeigt das Analyseergebnis, wenn die Widerstandskomponente auf etwa 1/300 reduziert wird, indem die Supraleit-Spule 7 als Induktivitäten L1, L2 und L4 in der in 6 dargestellten Ersatzschaltung verwendet werden. Ein Analyseergebnis, wenn die Induktivitäten L1, L2 und L4 normale Leiter sind, ist durch eine gestrichelte Linie dargestellt. In dieser Analyse kann bestätigt werden, dass der Wert des Qualitätsfaktors (Q) aufgrund einer Verringerung der Widerstandskomponente um das 30-fache und mehr verbessert wird.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist es durch die Konfiguration der Detektionsspule 1 und der Übertragungsspule 41 mit der Supraleit-Spule 7 möglich, den Widerstandsanteil dieser Spulen mit einer großen Anzahl von Windungen zu reduzieren. Dadurch können die Halbwertsbreite der Resonanzspitze verringert und die Spitzenintensität erhöht werden. Dadurch wird die Detektionsempfindlichkeit der Magnetpartikel-Bildgebungsvorrichtung verbessert.
Bei der obigen Ausführungsform sind sowohl die Detektionsspule 1 als auch die Übertragungsspule 41 in der Supraleit-Spule 7 gebildet, aber die vorliegende Erfindung ist darauf nicht beschränkt. Jede der Detektionsspulen 1 und der Übertragungsspule 41 kann eine Supraleit-Spule 7 sein. Infolgedessen ist es möglich, die Widerstandskomponente dieser Spulen im Vergleich zu einem Fall, in dem sowohl Detektionsspule 1 als auch Übertragungsspule 41 normalleitende Spulen sind, zu reduzieren.
Ausführungsform 4
10 ist eine Querschnittsansicht einer Supraleit-Spule 7, die aus einer Detektionsspule 1 und einer Übertragungsspule 41 besteht und in einer Magnetpartikel-Abbildungsvorrichtung einer vierten Ausführungsform enthalten ist. Wie in 10 dargestellt, ist eine Heizung 81, die mit der Supraleit-Spule 7 thermisch verbunden ist, in der Nähe eines Supraleiters 8 vorgesehen, der die Supraleit-Spule 7 bildet.
Die Heizung 81 erwärmt nur einen vorbestimmten Teil der Supraleit-Spule 7, um den Übergang nur dieses vorbestimmten Teils in eine normale Leitung zu bewirken.
Die Heizung 81 kann beispielsweise durch eine Vielzahl von Systemen aus NiChromdrähten konfiguriert werden, um den Heizbereich durch Unterteilung des Heizbereichs zu steuern. Darüber hinaus kann ein Bereich, der dem normalen Leitungsübergang unterworfen ist, durch Einstellen der Heizmenge der Heizung 81 gesteuert werden. Durch die Steuerung des Heizbereichs, der von der Heizung 81 mit Energie versorgt wird, kann nur der beheizte Teil des Supraleiters 8 dem normalen Leitungsübergang unterzogen werden.
Dadurch ist es möglich, die Widerstandskomponente in dem geschlossenen Kreis zu variieren, der die Detektionsspule 1 mit der ersten Detektionsspule 11 und der zweiten Detektionsspule 12, das Messgerät 4 und das Gerät mit variabler Resonanzfrequenz 5 beinhaltet, die die Magnetpartikel-Bildgebungsvorrichtung bilden. Dadurch kann der Q-Wert des Resonanzkreises eingestellt werden, ohne dass ein neues Element in den Kreis eingebaut werden muss.
11 ist ein schematisches Diagramm, das die Frequenzcharakteristik zeigt, die von der Magnetpartikel-Abbildungsvorrichtung der vierten Ausführungsform erhalten wird.
Die gestrichelte Linie in 11 ist die gleiche wie die durchgezogene Linie in 9. Die durchgezogene Linie in 11 zeigt das Analyseergebnis in dem Fall, in dem etwa 1/3 eines Bereichs des Supraleiters 8 der Supraleit-Spule 7 dem normalen Leitungsübergang unterworfen ist. Wenn die Heizung 81 bewirkt, dass ein Teil des Supraleiters 8 dem normalen Leitungsübergang unterworfen wird, kann der Widerstand in der Schaltung verändert werden. Dadurch können die Empfindlichkeit und die Halbwertsbreite der Resonanzspitze in Bezug auf eine Änderung der elektrischen Charakteristik oder dergleichen durch Einsetzen eines Prüfobjekts eingestellt werden.
Es versteht sich, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen nicht beschränkend, sondern in jeder Hinsicht nur illustrativ sind. Der Umfang der vorliegenden Erfindung schließt alle Modifikationen ein.
Bezugszeichenliste

1: Detektionsspule
2: Generator für statisch-magnetisches Feld
3: AC-Magnetfeld-Anwendungsgerät
5, 5A: Gerät mit variabler Resonanzfrequenz
6: Prüfobjekt
7: Supraleit-Spule
8: Supraleiter
9: Kühler
10: AC-Stromversorgung
11: erste Detektionsspule
12: zweite Detektionsspule
41: Übertragungsspule
42: Magnetmessgerät
70: normalleitendes Kabel
31: Heizung
90: Magnetisierungsverteilungsmessgerät
Ca, Cb, Cc: Kondensator
L: Spule
SW: Schaltkreis

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2003199767 A [0007]
JP 2014224741 A [0007]

Claims

Magnetpartikel-Abbildungsvorrichtung zum Abbilden einer Verteilung von magnetischen Partikeln in einem Prüfobjekt, wobei die Magnetpartikel-Abbildungsvorrichtung Folgendes aufweist: - einen Generator für ein statisch-magnetisches Feld, um einen nicht-magnetischen Feldbereich zu erzeugen; - ein Wechselstrom-(AC)-Magnetfeld-Anwendungsinstrument zum Anlegen eines Wechselstrom-Magnetfeldes an den nicht-magnetischen Feldbereich; und - ein Magnetisierungsverteilungsmessgerät zum Messen eines harmonischen Signals, das von einem magnetischen Partikel in dem nichtmagnetischen Feldbereich emittiert wird, wobei das Magnetisierungsverteilungsmessgerät Folgendes aufweist: - eine Detektionsspule mit einer Achse parallel zur Richtung des Wechselstrom-Magnetfeldes, um ein Magnetisierungssignal zu erfassen; - ein Messgerät, das mit der Detektionsspule verbunden ist; und - ein Gerät mit variabler Resonanzfrequenz, das einen Kondensator enthält, der parallel zur Detektionsspule angeschlossen ist, um die Resonanzfrequenz der Detektionsspule und des Messgeräts einzustellen, wobei die Kapazität des Kondensators so eingestellt wird, dass die Resonanzfrequenz eines geschlossenen Kreises, der die Detektionsspule, das Messgerät und das Gerät mit variabler Resonanzfrequenz beinhaltet, mit der Frequenz des harmonischen Signals übereinstimmt.
Magnetpartikel-Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Gerät mit variabler Resonanzfrequenz Folgendes aufweist: eine Vielzahl von Kondensatoren, die parallel geschaltet sind; und einen Schaltkreis zum Umschalten eines mit der Detektionsspule verbundenen Kondensators zwischen der Vielzahl von Kondensatoren, wobei die Kapazität der Vielzahl von Kondensatoren so eingestellt ist, dass die Resonanzfrequenz eines geschlossenen Kreises, der die Detektionsspule, das Messinstrument und einen der Vielzahl von Kondensatoren enthält, mit der Frequenz eines der Vielzahl von Oberschwingungssignalen übereinstimmt.
Magnetpartikel-Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Messgerät Folgendes aufweist: eine Übertragungsspule, die mit einem Strom auf der Grundlage eines von dem Prüfobjekt erzeugten magnetischen Signals erregt wird und ein Magnetfeld auf der Grundlage eines Erregerstroms anregt; und ein Magnetmessgerät zum Messen eines durch die Übertragungsspule erregten Magnetfeldes, wobei der geschlossene Kreis die Detektionsspule, die Übertragungsspule und das Gerät mit variabler Resonanzfrequenz beinhaltet.
Magnetpartikel-Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei sowohl die Detektionsspule als auch die Übertragungsspule oder eine davon eine Supraleit-Spule ist.
Magnetpartikel-Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Supraleit-Spule einen Supraleiter und einen Kühler beinhaltet und die Detektionsspule, die Übertragungsspule und das Gerät mit variabler Resonanzfrequenz durch ein normalleitendes Kabel verbunden sind.
Magnetpartikel-Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Supraleit-Spule eine Heizung enthält, die thermisch mit der Supraleit-Spule verbunden ist, und die Heizung nur einen vorbestimmten Teil der Supraleit-Spule erwärmt, um den Übergang nur des vorbestimmten Teils in ein normalleitendes Kabel zu bewirken.