FI117652B - Menetelmä ja laite näytteen testaamiseksi ytimien kvadrupoliresonanssia käyttäen ja pulssijono ytimien kvadrupoliresonanssin liipaisemiseksi - Google Patents

Description

117652

Menetelmä ja laite näytteen testaamiseksi ytimien kvadrupoliresonanssia käyttäen, sekä pulssijono ytimien kvadrupoliresonanssin liipaisemiseksi -Förfarande och anordning för att testa ett prov med hjälp av kärnkvadru-polresonans samt en pulssekvens för excitering av kärnkvadrupolresonans 5 Esillä oleva keksintö liittyy menetelmään ja laitteeseen näytteen testaamiseksi ytimien kvadrupoliresonanssia käyttäen, sekä pulssijonoon ytimien kvadrupoliresonanssin (NQR, nuclear quadrupole resonance) liipaisemiseksi. Keksintöä voidaan erityisesti soveltaa ilmaistaessa annetun aineen läsnäolo näytteessä. Näyte voi sisältää, tai voidaan olettaa että se sisältää ytimiä, joiden spinkvanttiluku on kokonaisluku tai kokonaisluvun puolikas 10 (1 > Vi).

NQR-testausta käytetään ilmaistaessa määrättyjen aineiden läsnäoloa tai luonnetta. Se perustuu kvadrupoliytimien energiatasoihin, kun ytimien spinkvanttiluku I on suurempi kuin Vi, joista eräs esimerkki on (I = 1). -ytimiä esiintyy monissa eri aineissa, mu- t kaanlukien eläinkudokset, luu, elintarvikkeet, räjähteet ja lääkeaineet. Esillä olevan keksin- f 15 non eräs erityinen käyttötarkoitus on sellaisten aineiden kuten räjähteiden tai huumeiden ΐ läsnäolon ilmaiseminen. Ilmaisu voi koskea matkatavaroita lentokentillä, tai räjähteitä tai < lääkeaineita, jotka on piilotettu henkilön vaatteisiin, kaivettu maahan tai muualle. >

Tavanomaisessa ytimien kvadrupoliresonanssia käyttävässä testauksessa näyte asetetaan s radiotaajuisen (rf) kelan sisälle tai sen lähelle, ja sitä säteilytetään sähkömagneettisen .* 20 säteilyn pulsseilla tai pulssijonoilla, jolloin säteilyn taajuus on sama kuin tai hyvin lähellä • · : ilmaistavassa aineessa olevien kvadrupoliytimien resonanssitaajuutta. Jos ainetta on läsnä, \ m/m·’ säteilytetly energia kehittää poikkeuttavaa magnetointia, joka voi indusoida näytettä { :*·*: ympäröivään kelaan jännitesignaaleja, jotka ovat resonanssitaajuudella tai -taajuuksillapa ·*·.. jotka näin ollen voidaan ilmaista vapaan induktion vaimenemisena (fid, free induction • .'j*, 25 decay) jokaisen pulssin jälkeisen vaimenemisjakson aikana, tai kaikuna kahden tai useam- man pulssin jälkeen. Nämä signaalit vaimenevat nopeudella, joka riippuu fid-vaimenemi-sen aikavakiosta T2*, kaiun amplitudin aikavakioista T2 ja T2c pulssivälin funktiona, ja • · » II! aikavakiosta Tj, joka koskee alkuperäisen signaalin palautumista pulssin tai pulssijonon *”** päättymisen jälkeen.

• · • * · [·*·) 3Ö Kuten US-patentissa nro 5,365,171 (Buess et ai.) selitetään, NQR-testicn aikana näytteestä * * voi joskus tulla häiritseviä hajasignaaleja (jota myös sanotaan itseisvärähtelyksi, engl.

• · « V · “ringing”), jotka eivät välittömästi liity ydinresonanssiin tai johdu siitä.

* * • * * • · * • ·

Eräs materiaaliryhmä, joka voi aiheuttaa häiriöongelmia, sisältää metalliset johtimet. Sellaisia materiaaleja löytyy tavallisesti monentyyppisissä esineissä matkatavaroiden joukossa.

117652 2

On havaittu, että häiriöt voivat olla erityisen voimakkaita, kun näyte sisältää metallista tai ferromagneettista materiaalia, kuten toisen materiaalin päällä olevan pinnoitekerroksen, erityisesti kun pinnoitekerros käsittää nikkeliä. Sellaisille ongelmille erityisen herkkiä esineitä ovat ruuvit tai avainrenkaat. Tämän tyyppisten häiriöiden syytä ei ole todistettu, 5 mutta niiden uskotaan johtuvan ferromagneettisista tai vastaavista resonanssivaikutuksista näytekclan Βι-kentässä, ja johtuvan eräänlaisesta magneto-akustisesta itseisvärähtelystä.

Tässä on painotettava, ettei tämä häiriö johdu käytettävästä ilmaisulaittcistosta, vaan itse materiaalin ominaisuus. Samaten on ymmärrettävä, että kun kyseessä on näytteessä olevan määrätyn aineen läsnäolon ilmaisu, häiriösignaaleja ei tavallisesti aiheuttaisi määrätty 10 ilmaistava ydintyyppi, vaan näytteen muu osa.

Ensimmäiseen ryhmään kuuluvat erityistapauksena magneetit ja magneettiset materiaalit.

Sellaiset magneetit voivat aiheuttaa häiriövaikutuksia, jotka muistuttavat edellisessä kappaleessa kuvattuja.

Toinen materiaaliryhmä, joka voi aiheuttaa häiriöongelmia, sisältää aineita, kuten pietso-15 sähköisiä aineita, jotka aiheuttavat mekaanisia resonansseja. Esimerkiksi piidioksidi ja .«

hiekka voivat aiheuttaa häiriöitä radiotaajuudella 5 MHz. J

Lisäksi on huomattava, että edellä mainitut aineet samoin kuin monet muut voivat aiheuttaa muitakin häiriöongelmia kuin edellä mainittuja häiritseviä hajasignaaleja. Ne voivat erityisesti muuttaa ytimen vastesignaalien ilmaisemiseen käytetyn rf-anturin kuormitusta.

20 Näin ollen voi olla välttämätöntä virittää anturi uudelleen ja/tai säätää sen hyvyyskerrointa * · : ,·. testattavan näytteen luonteen mukaisesti.

• · % ····' • ' * * · ’ ··.: Häiritsevillä hajasignaaleilla on tavallisesti vaimenemisominaisuudet, jotka hyvin paljon * * · : *.· muistuttavat NQR-signaalien vaimenemista, ja lisäksi ne ovat usein monta kertaa voimak- • » • *·· kaammat, ne voivat kestää useampia millisekunteja. Näiden häiritsevien signaalien vaihe ::: 25 samoinkuin yhtä rf-taajuista herätepulssia seuraavan resonanssivastesignaalin vaihe mää räytyvät kokonaan pulssin rf-vaiheesta. Tässä on kuitenkin yksi tärkeä ero. Riippumatta . .*. siitä, onko NQR-vastesignaali vapaan induktion vaimenemista (fid) vai kaiku, kun käyte- • · · .···. tään kahta pulssia tai enemmän NQR-vastesignaalin vaihe riippuu kahden edellisen pulssin * * *·* keskinäisestä vaiheesta, toisin kuin häiriösignaalilla, jonka vaihe määräytyy lähes kokonaan ; 30 välittömästi edeltävästä pulssista.

• · · . , , * « • * * * · Tätä eroa on käytetty hyväksi edellä mainitussa US-patentissa pyrittäessä poistamaan häi- • · *·* * ; riösignaali NQR-vastesignaalista. Ehdotettuun ratkaisuun sisältyy vaiheeltaan vuorottele- • · *.**: vien herätepulssien jatkuva käyttö sekä eri pulsseista tulevien vastesignaalien summaa minen tai vähentäminen, joka pienentää häiriösignaalien vaikutusta.

117652 3

Vaikka edellä mainitussa US-patentissa myös kuvataan ratkaisua häiritsevän itseisväräh-telyn osalta, käytännössä on havaittu, että tältä ratkaisulta voi puuttua joustavuutta, koska se rajoittuu käyttämään yhtä määrättyä vaiheeltaan vuorottelevaa pulssijonoa. Tämä jono ei ehkä ole kaikissa olosuhteissa edullisin. i 5 Itse asiassa ja erityisesti, tässä US-patentissa ehdotetulla menetelmällä on havaittu rajoituksia siinä, että vaiheelta vuorottelevan pulssijonon kahden vierekkäisen pulssin välimatkan on oltava pidempi kuin häiriösignaalin vaimenemisaika. Jos toisin kuin tämän patentin oppien mukaan, ensimmäisen pulssin vasteena muodostunut häiriösignaali kestäisi erivaiheisen seuraavan pulssin yli ja ilmaistaisiin tämän pulssin jälkeen, osa häiriösignaalista itse 10 asiassa summautuisi vastesignaaliin sen sijaan että se vähennettäisiin siitä. Tämä asettaa kovin vakavia rajoituksia menetelmän herkkyydelle. Samaten on havaittu, ettei US-paten- r tissa ehdotettu menetelmä myöskään pysty täysin kumoamaan kaikkia laitteistosta johtuvia häiriösignaaleja, kuten herätepulssien vaihevirheitä.

Esillä oleva keksintö pyrkii ratkaisemaan nämä ja muut ongelmat.

15 Esillä olevan keksinnön mukaiselle menetelmälle näytteen testaamiseksi on tunnusomaista | se, mitä on sanottu menetelmää näytteen testaamiseksi koskevan itsenäisen patenttivaatimuksen tunnusmerkkiosassa. j

Esillä olevan keksinnön mukaiselle laitteelle näytteen testaamiseksi on tunnusomaista se, ... mitä on sanottu laitetta näytteen testaamiseksi koskevan itsenäisen patenttivaatimuksen * · · * ·’ 20 tunnusmerkkiosassa.

• · ♦ · · • · · ··· ·

Esillä olevan keksinnön mukaiselle sähkömagneettisen säteilyn pulssijonolle on tunnus- ·*·*. omaista se, mitä on sanottu sähkömagneettisen säteilyn pulssijonoa koskevan itsenäisen • · patenttivaatimuksen tunnusmerkkiosassa.

• t · * * · *·* * Esillä olevan keksinnön mukaan aikaansaadaan menetelmä näytteen testaamiseksi ytimien 25 kvadrupoliresonanssia käyttäen, kun näyte käsittää ensimmäistä tyyppiä olevaa, kvadrupo-·,·,· liytimiä sisältävää ainetta, ja toista tyyppiä olevaa ainetta, joka voi aiheuttaa kvadrupoli- ytimestä tulevia vastesignaaleja häiritseviä häiriösignaaleja, jolloin menetelmä käsittää : vaiheet, joissa: • * · T..’ - kohdistetaan näytteeseen pulssijono ytimien kvadrupoliresonanssin herättämiseksi, jolloin ”·* 30 pulssijono käsittää ainakin yhden pulssiparin; ♦ ·· '•S : - ilmaistaan vastesignaalit; ja :**,· - verrataan tämän tai jokaisen sellaisen parin osalta kulloisiakin vastesignaaleja, jotka seuraavat parin kumpaakin osapulssia·, - jolloin pulssijono on sellainen, että kahta osapulssia seuraavat kulloisetkin häiriösignaalit 117652 4 voidaan vertailussa ainakin osittain kumota, kumoamatta kokonaan vastaavia varsinaisia kvadrupoliresonanssisignaaleja; ja - jolloin tämän tai jokaisen parin osalta mainitut kaksi osapulssia ovat samanlaisessa vaiheessa.

5 Näiden kahden osapulssin ominaisuuden ansiosta, että ne ovat samanlaisessa vaiheessa (“vaiheyhtäläisyys”) jokaisessa parissa, esillä oleva keksintö pystyy kumoamaan häiriö-signaalit merkittävästi tehokkaammin kuin mitä tähän asti on ollut mahdollista.

“Samanlainen vaihe” tarkoittaa edullisesti sitä, että vaiheet eroavat vähemmän kuin 90°, edullisesti vähemmän kuin 45° tai 30° tai 15° tai jopa 5°.

10 On ymmärrettävä, että käsillä olevassa selityksessä viittaukset vaiheisiin, jotka ovat eri suuret tai yhtä suuret, tarkoittaa samaa kuin viittaukset taajuuksiin, jotka ovat yhtä suuret tai erilaiset, siinä mielessä että vaiheen muutos merkitsee ainakin hetkellistä taajuuden . r: muutosta ja päinvastoin. ,¾

Parien osapulssit eivät välttämättä tai edes tavallisesti ole lähekkäin. Ne voivat itse aisassa 15 olla vastaavia pulsseja erilaisissa yksilöllisissä pulssijonoissa, tai ne voivat olla eri pulsseja samassa pulssijonossa.

Tavallisesti jäljestettäisiin monta pulssiparia. Koska pulssien eri parit voidaan kohdistaa hyvin eri aikoina, vertailuvaihe voidaan aikaansaada käyttäen kyseeseen tulevien signaalien • * · : *ti muistiin tallennettuja vastineita.

• * * * · , • * · “ V 20 Sellaisen pulssiparin tai jokaisen pulssiparin osalta parin jokaista osapulssia edeltävät (ei * välttämättä välittömästi edeltävä) kulloisetkin pulssit ovat edullisesti eri vaiheessa. Tämä 1 • · * '

*' on tarkoituksenmukainen tapa, jolla varmistetaan että häiriösignaalit ainakin osittain J

• * '· ** kumoutuvat. Eri vaiheella tarkoitetaan edullisesti, että vaiheet poikkeavat ainakin 90°, * · · *.· * edullisesti ainakin 135°, ja edullisemmin jopa 180°. Käsillä on myös muita tapoja joilla 25 järjestetään NQR-vastesignaalien poikkeaminen toisistaan niin, että voidaan kumota häiriösignaalit, kuten esimerkiksi kyllästyspulssien jono ennen parin yhtä osapulssia, tai :***: magnetoinnin kääntäminen ennen parin tätä yhtä osapulssia.

• * · * * :.· * Sellainen pulssipari tai jokainen pulssipari on ensimmäistä tyyppiä, ja pulssijono käsittää tl* edullisesti ainakin yhden toisen pulssiparien tyypin, joka vastaa ensimmäisen tyypin 30 pulssiparia tai jokaista ensimmäisen tyypin pulssiparia, mutta jolla vaiheet vuorottelevat.

* * * * · :.**i Vaihevuorottelu on esillä olevan keksinnön tärkeä ominaisuus. Tämä edistää häiriösignaa- lien poistamista, mutta lisäksi se on avuksi poistettaessa perusviivan ryömintää ja virheitä, i 117652 5 sekä ratkaistaessa ongelmia, joita aiheutuu vähäisistä epätäydellisyyksistä, kuten erillisten herätepulssien vaihevirheistä.

NMR-alalla tunnetaan vaihevuorottelumenetelmä, josta tavallisesti käytetään nimeä “Cyclops”. Tämä menetelmä ei kuitenkaan liity läheisesti käsillä olevaan menetelmään; 5 erityisesti se ei sovellu häiriösignaalien poistamiseen.

Kun vaihevuorottelun eräässä edullisena pidetyssä muunnelmassa on järjestetty ensimmäinen ja toinen erillinen pulssijono, ja kun ensimmäinen ja toinen erillinen pulssijono yhdessä muodostavat sellaisten jonojen parin, niin järjestetään lisäksi erillisten pulssijonojen toinen pari, jolloin kulloistenkin, jokaista toisen parin alkupulssia seuraavien pulssien 10 vaiheet poikkeavat ensimmäisen parin vastaavien pulssien vaiheista. Erillisten pulssijo- : nojen toisen parin kulloistenkin alkupulssien vaiheet voivat olla 90 asteen vaihesiirrossa (quadrature) ensimmäisen parin vastaavien pulssien vaiheiden suhteen. Lukuunottamatta sitä, että jokaisessa parissa on erilaiset vaiheparit, eri parien vastaavat pulssijonot ovat edullisesti identtiset.

15 Keksintö tarjoaa muunnoksia vaihevuorottelumenetelmään, joissa käytetään joko kahta tai | neljää erillisten pulssijonojen paria, niin että eri pulssien vaiheita muutetaan 360 asteen alueella. Yleisemmin ottaen voidaan sanoa, että jos on järjestetty yksilöllisten pulssijonojen ί n paria, niin jokaisen parin vastaavien yksilöllisten jonojen alkupulsseja seuraavien kulloistenkin seuraavien pulssien vaiheet ovat edullisesti jakaantuneet tasaisesti 360 asteen ' :V. 20 alueelle. Edullisesti n on 2 tai 4, mutta sillä voi olla muitakin arvoja, kuten 6 tai 8.

• · • · • a : Keksinnön toisena tärkeänä piirteenä on se, että pulssiparia tai jokaista pulssiparia kohti • ··-: parin jokaista osapulssia edeltävän kulloisenkin pulssin ja parin jokaista osapulssia j seuraavan kulloisenkin vastesignaalin ilmaisuvaiheessa tapahtuvan ilmaisun väliset ajat ΐ ·*·.. ovat riittävän pitkät, jotta häiriösignaalit ehtivät vaimentua arvoon alle 50 % (edullisesti • ", 25 alle 30, 20 tai 10 %) alkuarvostaan ennen mainittujen aikojen loppumista. Myös edullisesti * jokaisen erillisen pulssijonon osalta (jos jono on järjestetty) on ennalta määrätty viive alkupulssin ja tämän jonon ilmaisun aloittamisen välillä. Myös edullisesti jokaisen erillisen • * » pulssijonon osalta (jos jono on järjestetty) alkupulssin ja tämän jonon ilmaisun aloittamisen • * "* välillä on ennalta määrätty viive.

• t • · · i • * · Φ · * · .**·. 30 Ajan tai viiveen järkevällä valinnalla tämä voi tarjota tarkoituksenmukaisen lisämenetel- • · • män häiriösignaalien poistamiseksi tai pienentämiseksi. Kuten alempana osoitetaan, sellai- • · · V * sen ajan tai viiveen käyttöön ottaminen ei häiritse pulssijonon muun osan oikeata toimin- * · • · ·. ·; taa.

117652 6

Aika tai viive on edullisesti riittävä, ja edullisemmin vain juuri riittävä, jotta häiriösignaali oleellisesti suodattuisi pois.

Jos edullisissa suoritusmuodoissa jäljestetään kaksi erillistä pulssijonoa, niin jokaisen erillisen pulssijonon osalta tämän jonon ilmaisu aloitetaan vasta alkupulssia seuraavan 5 pulssin loppumisen jälkeen. Tämä on havaittu erityisen tarkoituksenmukaiseksi tavaksi esillä olevan keksinnön toteuttamiseksi. Ensinnäkin se on yksinkertainen tapa tarvittavan viiveen aikaansaamiseksi. Toiseksi missään tapauksessa ei tavallisesti ole sopivaa ottaa talteen alkupulssia seuraavia signaaleja, siitä yksinkertaisesta syystä, että sellaisten signaalien osalta ei ehkä ole mahdollista erottaa häiriösignaaleja varsinaisesta ytimen 10 resonanssi vasteesta.

Toisena tärkeänä ja edullisena piirteenä on se, että pulssijono käsittää ensimmäisen ja toisen erillisen pulssijonon, jolloin molemmat sisältävät alkupulssin, jota ensimmäisen erillisen pulssijonon osalta seuraa parin tai jokaisen parin yksi kulloinenkin osapulssi, ja jota toisen erillisen jonon osalta seuraa parin tai jokaisen parin toinen kulloinenkin 15 osapulssi, jolloin ensimmäisen ja toisen erillisen pulssijonon alkupulssit ovat eri vaiheessa. j

Kun herätteen vaihe määritetään alkupulsseja käyttäen jokaisen erillisen pulssijonon alkuosan aikana eikä myöhemmin jonon aikana, esillä olevalla keksinnöllä voidaan aikaansaada huomattava joustavuus sen suhteen mikä pulssijono valitaan alkupulssin jälkeen. Muuttamalla vaihetta jonon alkuosan aikana ei myöskään tarvita alarajaa kulloisenkin jonon 20 muodostavien myöhempien pulssien välisen välimatkan osalta. Tällä voidaan aikaansaada • · ; <t oleellisesti parempi herkkyys kuin mikä tähän asti on ollut saavutettavissa, erityisesti • · ·

**\* (kuten alempana osoitetaan) silloin, kun käytetään pieniä kääntökulmia (flip angle). I

• · * ·♦ « ".*< • * ϊ Juuri kuvatun piirteen mukaisesti järjestetään edullisesti menetelmä näytteen testaamiseksi ; ytimien kvadrupoliresonanssia käyttäen, jolloin menetelmä käsittää vaiheet, joissa: ·*·*. 25 - kohdistetaan näytteeseen pulssijono ytimen resonanssin herättämiseksi, jolloin pulssijono käsittää ensimmäisen ja toisen erillisen pulssijonon, jolloin kummatkin jonon sisältävät . .·. alkupulssin, jota seuraa ainakin yksi toinen pulssi, jolloin ensimmäisen ja toisen erillisen • · « X! jonon kulloisetkin alkupulssit ovat eri vaiheessa; ja * · - ilmaistaan kulloisetkin signaalit, jotka muodostuvat vasteina ensimmäiseen ja toiseen • · : 30 erilliseen jonoon.

• * * • * • ·

Ensimmäisen ja toisen erillisen jonon kulloinenkin alkupulssi ovat sopivasti vastak- : j kaisvaiheiset, niin että mahdollistetaan häiriösignaalin oleellisesti täydellinen • · kumoaminen, mutta muutoin ne ovat edullisesti identtiset.

117652 7

Alkupulsseja voidaan pitää valmistelupulsseina (joiden jälkeen signaaleja ei tavallisesti oteta talteen), joilla tyypillisesti on toisenlaiset ominaisuudet kuin jonon muilla pulsseilla. Esimerkiksi, ja ehkä tärkeimpänä seikkana, jokaisen alkupulssin vaihe on edullisesti toinen kuin minkä tahansa sitä seuraavalla muulla pulssilla. Tämä on 5 havaittu tärkeäksi piirteeksi herkkien testitulosten saamiseksi. Pidetään erityisen edullisena, että alkupulssin vaihe poikkeaa 90° jonon seuraavan pulssin vaiheesta, koska on havaittu, että tämä muodostaa optimaalisen vaihesuhteen näiden kahden pulssin välillä.

Tavallisemmin ei kumpikaan alkupulssi ole samassa vaiheessa kuin kummankin 10 jonon seuraava pulssi tai seuraavat pulssit. Voitaisiin esimerkiksi käyttää vaiheeltaan vuorottelevaa jonoa, jota ehdotettiin US-patentissa nro 5,365,171, yhdessä eri vaiheessa olevan valmistelevan alkupulssin kanssa, sekä ensimmäisen että toisen erillisen pulssijonon osalta. Eräänä etuna tähän US-patenttiin nähden on se, että laitteiston aiheuttamat häiriöt poistetaan lähes kokonaan.

15 Toisena edullisena piirteenä on se, että jos, kuten edullista saattaa olla, jokaiseen I

erilliseen jonoon järjestetään joukko toisia pulsseja, niin jokainen sellainen toinen \ pulssi samassa jonossa on samassa vaiheessa. Tämä on tärkeä piirre kahdesta syystä. Ensinnäkin se voi tehdä keksinnön käytäntöön soveltamisen yksinkertaisemmaksi.

Toisen ja mahdollisesti tärkeämpänä seikkana, se voi mahdollistaa signaalien talteen 20 ottamisen jokaiselta toiselta pulssilta sellaisella tavalla, joka voi vahvistaa ytimen ·· · • 1,: resonanssisignaalia ja samalla kumota häiriösignaalin.

• · 1 * · · "V Edullisessa suoritusmuodossa kahden alkupulssin vaihe-ero on 180°, kun taas kaik- kien muiden pulssien vaihe on 90 asteen vaihesiirrossa alkupulssien suhteen. · i * · 1 • · * »

Pulssijono sisältää edullisesti (ainakin) ensimmäisen pulssin ja toisen pulssin, jolloin 25 toinen pulssi ainakin osittain lukitsee ensimmäisen pulssin aikaansaaman (kvadru-poliytimien) magnetoinnin. Sellaista jonoa voidaan sanoa “spinin lukitsevaksi” . jonoksi, jolloin magnetointi lukitaan pidemmäksi ajaksi, kuin mihin vastaava yksit- täinen pulssi pystyisi. Lukitseminen voidaan aikaansaada pitämällä Bl-kenttä • · magnetoinnin kanssa samansuuntaisena, joka voi vaatia sen, että toisen pulssin • · : 30 vaihe eroaa ensimmäisen pulssin vaiheesta karkeasti 45°-180°, edullisesti 70°-135°, ja vielä edullisemmin 80° -110°. Spinin lukitsevalla jonolla on se tärkeä etu, että se *·· * · 1 • · · • · * i · · 117652 8 pystyy lukitsemaan magnetoinnin pidemmäksi ajaksi (j°Pa 2, 3 tai 5 kertaa pidemmäksi ajaksi) kuin ensimmäisen pulssin vapaan vaimenemisen aika T2*, tai jopa pidemmäksi ajaksi kuin spinin relaksaatioaika T2. Magnetointi lukitaan ainakin T2*:n murto-osan ajaksi, esimerkiksi 1/10 T2*, 1/4 T2* tai 1/2 T2*.

5 Ensimmäisessä edullisessa suoritusmuodossa ensimmäisten ja toisten pulssien välinen aika on pienempi kuin toisen pulssin pituus. Ensimmäisten ja toisten pulssien välinen aika on tavallisesti pieni, pienempi ja edullisesti ainakin 50 % tai 25 % pienempi kun sekä ensimmäisen että toisen pulssin pituus. Itse asiassa edullisena pidetään aikaa, joka on nolla tai mahdollisimman lähellä nollaa; eli pulssit ovat edulli-10 sesti jatkuvia. Jokainen ensimmäisistä ja toisista pulsseista voi sinällään käsittää joukon pulsseja tai pulssielementtejä.

Tämä tärkeä piirre tarjotaan itsenäisesti. Näin ollen esillä olevan keksinnön erään läheisesti liittyvän näkökohdan mukaan aikaansaadaan menetelmä näytteen testaa- ^ miseksi ytimien kvadrupoliresonanssia käyttäen, jolloin näyte sisältää kvadrupo-15 liytimiä, ja jolloin menetelmä käsittää vaiheet, joissa; - näytteeseen kohdistetaan pulssijono ytimien kvadrupoliresonanssin herättämiseksi, ' i : jolloin pulssijono käsittää ensimmäisen ja toisen pulssin, jolloin ensimmäisen ja toisen pulssin välinen aika on lyhyempi kuin toisen pulssin pituus, ja jolloin toinen pulssi ainakin osittain lukitsee ensimmäisen pulssin aikaansaaman magnetoinnin; ja 20 - ilmaistaan vastesignaalit.

• * • · ' * t '· ' ... ! Toisen pulssin pituus on edullisesti lyhyempi kuin 5 kertaa mainittujen kvadrupo- liytimien Tii0-arvo, jolloin Tii0 määritellään (NMR-analogian mukaan) pituussuun- • V täisen magnetoinnin vaimenemisaikana vaikuttavassa Βι-kentässä. Edullisemmin tämä pituus on pienempi kuin 3; 1; 0,5, 0,3 tai 0,1 kertaa Ti<0- Tällä tavalla käytet-·/·*: 25 tävissä oleva testiaika voidaan käyttää tehokkaasti, ja spinin lukitsevaa jonoa voi- daan käyttää optimaalisissa testiolosuhteissa.

» · • · ί ** Ensimmäisen edullisena pidetyn suoritusmuodon eräässä muunnelmassa (jota sano- v : taan “vaihejaetuiksi pulsseiksi”) toinen pulssi käsittää kaksi elementtiä, joiden vai- heet vuorotelevat, vaikka toisen pulssin vaihe voi vaihtoehtoisesti olla sama. Edel- • * * 30 Unen vaihtoehto voi olla huomattavasti tehokkaampi, jos halutaan toimia resonanssin ulkopuolella. Jos tätä vaihtoehtoa varten järjestetään ensimmäinen ja toinen • * *···* pulssijono, jotka yhdessä muodostavat sellaisten jonojen ensimmäisen parin, niin V*: edullisesti järjestetään lisäksi toinen erillisten pulssijonojen toinen pari, jossa vai- i heiden järjestys vaiheen muutoksissa on erilainen kuin vaiheiden järjestys vaiheen 35 muutoksissa ensimmäisessä parissa. Tämän ominaisuuden avulla mahdolliset vai- 117652 9 : heen muutosten ajastus- tai vaihevirheet voidaan kompensoida.

. Vaihejaettujen pulssien muunnelmassa toinen pulssi sisältää edullisesti kolmannen elementin, jonka vaihe poikkeaa mainitun kahden, vaiheeltaan vuorottelevan elementin vaiheesta. Kolmas elementti voi parantaa herkkyyttä tarjoamalla toisen lukon 5 magnetointia varten. Kolmannen elementin vaihe on edullisesti ensimmäisen ja toisen elementin vaiheiden välillä, ja tyypillisesti se on 90 asteen etäisyydellä kummastakin.

Ensimmäisen edullisen suoritusmuodon toisessa muunnelmassa (’’pinotut pulssit”) toisen pulssin (tai pulssijonon) pituus voi määrätyissä tapauksissa olla pienempi 10 kuin, edullisesti enintään 75 %, vielä edullisemmin enintään 50 % ensimmäisen pulssin pituudesta. Tämä voi tarjota tärkeimmän edun muodostettaessa suurempi (tyypillisesti ainakin 5 %, 20 % tai 50 % suurempi) kuin se magnetointi, joka sopivan Bessel-funktion avulla on ennustettavissa. Spin-1 -järjestelmää varten Bessel-funktio ennustaa, että 44 % kokonaismagnetoinnista on käytettävissä yhtä ainoata 15 pulssia käyttäen, mutta pinottuja pulsseja käyttäen voidaan saada jopa 62 % tai enemmän.

Toisen pulssin vaihe on edullisesti 90 asteen vaihesiirrossa ensimmäisen pulssin vaiheeseen nähden. Tällä voidaan optimoida pulssijonon vaikutus. Pulssijono sisäl-tää myös edullisesti kolmannen pulssin, joka ainakin osittain lukitsee ensimmäisen · * 20 ja toisen pulssin aikaansaaman magnetoinnin, ja jonka vaihe edullisesti on ensim-• · · :·*/ mäisen ja toisen pulssin vaiheiden välissä. Tämä voi vielä edistää magnetoinnin * · · lukitsemista.

i* « • · · • · 4

Ensimmäisestä ja toisesta pulssista edullisesti ainakin jompikumpi käsittää joukon ί erivaiheisia (tai eri taajuudella olevia) elementtejä, niin että voidaan aikaansaada 25 erilaisia spektriprofiileja.

• * • **· Edelleenkin edullisesti ensimmäisen ja toisen pulssin vaiheet on järjestetty niin, että V i ne yhdessä aikaansaavat herätehuippuja ainakin kahdella eri taajuudella. Tätä omi- .·*··. naisuutta voitaisiin esimerkiksi käyttää herättämään näennäisesti samanaikaisesti • · erilaisia resonanssitaajuuksia NQR-aineessa, joka myös on opetettu UK-patentissa . 30 nro 2,286,248 (British Technology Group Limited).

#·· » · • # * · · : Toisessa edullisessa suoritusmuodossa muodostetaan kaikusignaaleja. Laajasti sa- noen toisen suoritusmuodon avulla saavutettavissa oleva signaali-kohinasuhde on heikompi kuin ensimmäisellä suoritusmuodossa saavutettu, kun aineiden T i,o on pi- 10 117652 dempi kuin T2, mutta häiriösignaalien vaimennus on parempi.

Toisen suoritusmuodon ensimmäisessä muunnelmassa, jonka on havaittu toimivan menestyksellä, pulssijono käsittää ainakin yhden pulssitetun spinin lukitsevan pulssi-jonon.

5 Muissa muunnelmissa ei käytetä spinin lukitusta.

Toisessa muunnelmassa pulssijono on kaikua muodostava jono, joka käsittää pulsseja, joiden keskinäiset vaiheet ovat vain 0° ja 180°, tai 0°, 90°, 180° ja 270°. Pulssit ovat muutoin edullisesti identtiset mm. muodon ja kääntökulman osalta. Nämä edustavat ehkäpä yksinkertaisinta kaikua muodostavien jonojen joukosta, ja ne ovat 10 osoittautuneet tehokkaimmiksi.

Kolmannessa muunnelmassa pulssijono käsittää ainakin yhden erillisen vaiheeltaan vuorottelevan jonon, ensimmäisen vaihetta vuorottelemattoman jonon, ja toisen vaihetta vuorottelemattoman jonon, jonka vaihe on toinen kuin ensimmäisellä vaihetta vuorottelemattomalla jonolla. Tämä muunnelma tarjoaa välittömän parannuksen 15 US-patentissa 5,365,171 kuvattuun pulssijonoon, jota edellä jo selitettiin. Muunnelmalla voidaan varmistaa, että oikealla tavalla pysytään vaiheyhtäläisyyden periaatteessa.

··,·, Myös toisessa suoritusmuodossa pulssijono voi sopivasti käsittää kaikua muodosta- • · *. \m van jonon, jossa käytetään kääntökulmaa, joka on yksinomaan pienempi kuin • · * ***.' 20 45°teh0||. Ymmärretään, että 90otehOii-pulssin kääntökulma muodostaa voimakkaim- φ · · man vapaan induktion vaimenemissignaalin kiinnostavaa lajia olevilla ytimillä.

I « · • ·* Monikiteisessä spin-1 -järjestelmässä kääntökulma 90°tehoii vastaa todellista kääntö- • * : *'* kulmaa 1190t0deib jolloin “tehollisen” ja “todellisen” kääntökulman keskinäinen suh- * · * : de määräytyy tunnetun Bessel-funktion kautta. Tehollisen ja todellisen kääntökul- 25 man välinen yhteys on myös hyvin tunnettu muiden spin-järjestelmien osalta.

*♦ * · • ·· \..m Esillä olevan keksinnön tämä piirre syntyy siitä yllättävästä havainnosta, joka tehtiin *. esillä olevan keksinnön mukaan, että ytimien kvadrupoliresonanssin kaikuvastesig- • * · naalit voivat syntyä herätteellä, jonka kääntökulma on paljon pienempi kuin 90°tchon. *:*: Tähän asti teoreettiset tarkastelut ovat osoittaneet, ettei kaikusignaaleja voisi muo- ,··, 30 dostaa tätä arvoa paljon pienemmillä kääntökulmilla.

* * • * · • *

Herätteessä voidaan käyttää kääntökulmaa, joka on alle 30°tehoil· tai alle 15°teholi, tai alle 10 tehon tai 5 tehon· 117652 11

Pulssijono käsittää edullisesti joukon pulsseja, joiden pulssiväli ei kaikissa tapauksissa ole yhtä suuri. Tällä voidaan varmistaa se, etteivät kaiun maksimit yhdy seu-raaviin pulsseihin, ja se on erityisen hyödyllinen pienessä B!-kentässä, jolloin pulssit voivat olla suhteellisesti pidemmät.

5 Samasta syystä pulssijono käsittää joukon kaikua muodostavia pulsseja, jotka on järjestetty niin, etteivät kaiun maksimikohdat kaikissa tapauksissa yhdy pulsseihin.

Tämä voidaan aikaansaada esimerkiksi pulssin sopivalla muotoilulla.

Edullisesti myös varsinainen kvadrupoliresonanssisignaali erotetaan häiriösignaalis-ta sen (aika-)gradientista, kaarevuudesta tai muodosta riippuen, mahdollisesti siitä 10 riippuen, onko varsinaisella signaalilla ja häiriösignaalilla erimerkkiset gradientit.

Tämä ominaisuus syntyy esillä olevan keksinnön perusteella tehdyn havainnon mukaan, että kun häiriösignaali vaimenee, niin varsinainen NQR-kaikusignaali kasvaa, ja että tätä voidaan käyttää näiden kahden signaalin erottamiseksi toisistaan. Ominaisuus voidaan myös toteuttaa suodattimena käyttäen kasvavaa eksponenttifunktio-15 ta, jonka kokeellisesti on havaittu lisäävän NQR-signaalin eroa häiriösignaalista ainakin 50 %:lla.

On edullista sisällyttää pulssijonoon viive signaalien talteen ottamisessa, kuten edellä ehdotettiin. Toisessa suoritusmuodossa tämä voidaan aikaansaada ainakin .. . kahdella eri tavalla.

• t · .

• · : 20 Toisen suoritusmuodon eräässä edullisessa muunnelmassa aika τ (joka on alkupuls- *:* sin ja jonon seuraavan pulssin välimatka) asetetaan suuremmaksi kuin ennalta mää- »««·

rätty kestoaika. I

i * • · ! ** Vaihtoehtoisessa edullisessa muunnelmassa (sopivasti erityisesti spinin pulssitettua v ’ lukitusta varten) ajaksi τ asetetaan suhteellisen lyhyt arvo, mutta kaikujen signaalit 25 ilmaistaan vasta jonon muutaman ensimmäisen (esimerkiksi kahden, viiden, kym- ·· ...

• *· menen tai useamman) pulssin jälkeen.

• · * • * * • · *

Viimeksimainitun vaihtoehtoisen muunnelman etuna edelliseen nähden on se, että se • · · · voi tuottaa paremman signaali-kohinasuhteen.

♦ *

Toisen edullisen pidetyn suoritusmuodon yhteydessä on myös havaittu, että pulssien • · *···* 30 välinen etäisyys τ on edullisesti mahdollisimman pieni. Näin ollen pidetään edulli- • ♦ · *· sena, että jokaisen alkupulssin ja jonon seuraavan pulssin väli on pienempi kuin yksi tai kaksi kertaa sen ytimen arvo T2*, jonka ydinresonanssia herätetään; voidaan myös pitää edullisena, että tämä on pienempi kuin 0,5 T2*; 0,3 T2*, tai jopa 0,1 T2*.

117652 12

Esillä olevan keksinnön kolmas edullisena pidetyssä suoritusmuodossa ensimmäisen ja toisen edullisen suoritusmuodon ominaisuudet yhdistetään edullisesti.

Keksintö toteutetaan edullisesti ilman vaikuttavaa magneettikenttää.

Esillä olevan keksinnön läheisesti liittyvän näkökohdan mukaan aikaansaadaan laite 5 näytteen testaamiseksi ytimien kvadrupoliresonanssin avulla, jolloin näyte käsittää ensimmäistä tyyppiä olevaa, kvadrupoliytimiä sisältävää ainetta, ja toista tyyppiä olevaa ainetta, joka voi aiheuttaa kvadrupoliytimistä tulevia vastesignaaleja häiritseviä häiriösignaaleja, jolloin laite käsittää: - välineet pulssijonon kohdistamiseksi näytteeseen ytimien kvadrupoliresonanssin 10 herättämiseksi, jolloin pulssijono käsittää ainakin yhden pulssiparin; - välineet vastesignaalien ilmaisemiseksi; ja - välineet, joilla jokaisen sellaisen parin osalta verrataan parin kahta osapulssia seu-raavia kulloisiakin vastesignaaleja; - jolloin pulssijono on sellainen, että kahta osapulssia seuraavat kulloisetkin häiriö-15 signaalit voidaan vertailussa ainakin osittain kumota kumoamatta kokonaan vastaavia varsinaisia kvadrupoliresonanssisignaaleja; ja - jolloin tämän tai jokaisen parin osalta mainitut kaksi osapulssia ovat samanlaisessa vaiheessa.

Esillä olevaan keksintöön kuuluu myös pulssijono ytimien kvadrupoliresonanssin t » * • ·* 20 herättämiseksi näytteessä, joka käsittää ensimmäistä tyyppiä olevaa, kvadrupoliyti- t miä sisältävää ainetta, ja toista tyyppiä olevaa ainetta, joka voi aiheuttaa kvadrupo- liytimistä tulevia vastesignaaleja häiritseviä häiriösignaaleja, jolloin pulssijono käsit-: *.t tää ainakin yhden pulssiparin, jolloin pulssijono on sellainen, että kahta osapulssia seuraavat kulloisetkin häiriösignaalit voidaan vertailussa ainakin osittain kumota 25 kumoamatta kokonaan vastaavia varsinaisia kvadrupoliresonanssisignaaleja; ja - jolloin tämän tai jokaisen parin osalta mainitut kaksi osapulssia ovat samanlaisessa ··. vaiheessa.

• ·· ·· * * Keksinnön menetelmänäkökohdan mukaiset kaikki ominaisuudet voidaan liittää ♦ - .*·*. tarvittaessa laitteen ja pulssijonon näkökohtiin.

··· « · * · · *. * 30 Seuraavassa selitetään pelkän esimerkin muodossa esillä olevan keksinnön edullisia :***: ominaisuuksia oheisiin piirustuksiin viitaten, joissa: • · • ♦ ♦ • ·* kuva 1 on esillä olevan keksinnön mukaisen, NQR-testaukseen tarkoitetun laitteen lohkokaavio; 117652 13 kuvat 2a, 2b, 2c ja 2d ovat pulssijonojen muunnelmia, jotka on tarkoitettu käytettäväksi esillä olevan keksinnön ensimmäisessä edullisessa suoritusmuodossa; kuvassa 3 on signaalin voimakkuuden käyrä spinin lukitsevan pulssin, P2, pituuden funktiona, joka käyrä on saatu käyttäen keksinnön ensimmäisen suoritusmuodon 5 ensimmäistä muunnelmaa; kuvassa 4 on kuvan 3 tapainen käyrä, mutta se esittää signaalin eri osan pulssin pituuden funktiona; kuvassa 5 on kuvan 3 tapainen käyrä, mutta se esittää signaalin eri osan pulssin pituuden funktiona; 10 kuvassa 6 on kuvan 5 tapainen käyrästö, mutta se esittää kolme erilaista käyrää, jotka vastaavat valmistelevan alkupulssin P1 kolmea erilaista pulssin pituutta; kuvassa 7 on signaalin voimakkuuden käyrät alkupulssin P1 pituuden funktiona, joka havainnollistaa vertailua kahden erityyppisen pulssin välillä; kuvassa 8 on signaalin voimakkuuden käyrä ajan funktiona, joka on saatu käyttäen 15 ensimmäisen suoritusmuodon toista muunnelmaa; kuvassa 9 on signaalin voimakkuuden käyrä taajuuden funktiona käyttäen ensim- ·*·*: maisen suoritusmuodon kolmatta muunnelmaa, verrattuna samanlaiseen käyrään, • · : joka on saatu käyttäen yhtä ainoata herätepulssia; • * · · • · · "ä ···* kuvassa 10 on signaalin voimakkuuden käyrä taajuuden funktiona käyttäen ensim- i V 20 mäisen suoritusmuodon ensimmäistä ja neljättä muunnelmaa; ♦ · • « ♦ ·♦ .··.·. kuvassa 11 on pulssien ajastuskaavio käytettäväksi esillä olevan keksinnön toisen • · · edullisena pidetyn suoritusmuodon yhteydessä; • · • *·· kuvassa 12 on reaali- ja imaginaariosien signaalin voimakkuudet ajan funktiona, ί*ί · jotka on saatu käyttäen keksinnön toisen suoritusmuodon ensimmäistä muunnelmaa; ··· • · *···* 25 kuvassa 13 on signaalin voimakkuuden käyrä pulssien välin (τ) funktiona, joka on *'**: saatu käyttäen ensimmäistä muunnelmaa; • · · ""** kuvassa 14 on signaalin voimakkuuden käyrä taajuuden funktiona, joka on saatu *· " ensimmäistä muunnelmaa käyttäen kääntökulman ensimmäistä arvoa (1190t0deii); kuvassa 15 on vastaava käyrä toisella kääntökulman arvolla (33°todeii); ' ' 14 117652 kuvassa 16 on signaalin voimakkuuden käyrä ajan funktiona, joka on saatu ensimmäistä muunnelmaa käyttäen; kuvassa 17 on signaalin voimakkuuden käyrät ajan funktiona, joka on saatu toisen suoritusmuodon toista muunnelmaa käyttäen; 5 kuvassa 18 on signaalin voimakkuuden käyrät ajan funktiona, joka on saatu toisen suoritusmuodon toista ja kolmatta muunnelmaa käyttäen; kuvassa 19 on samantapainen käyrästö kuin kuvassa 18, mutta toisella signaalin voimakkuuden asteikolla.

Laite 10 Viitataan ensin kuvaan 1, jossa laite NQR-testausta varten sisältää radiotaajuisen lähteen 11, joka on kytketty vaiheen/amplitudin säädön 10 ja portin 12 kautta rf-tehovahvistimeen 13. Viimeksi mainitun lähtö on kytketty rf-anturiin 14, joka sisältää yhden tai useampia rf-keloja, jotka sijoitetaan testattavan näytteen (ei esitetty) ympärille tai sen lähelle, niin että näytettä voidaan säteilyttää rf-pulsseilla sopivalla 15 taajuudella tai sopivilla taajuuksilla, niin että testattavassa aineessa (esimerkiksi räjähteessä) herätetään ytimien kvadrupoliresonanssi. Rf-anturi 14 on myös kytketty rf-vastaanottimeen ja ilmaisupiirijärjestelyyn 15, jolla ilmaistaan ytimien kvadrupo-livastesignaalit. Ilmaistu signaali lähetetään piirijärjestelystä 15 ohjaustietokoneelle * .·. 16 (tai muulle ohjauslaitteelle) käsittelyä varten sekä signaalien summausta tai vä- • · · "V 20 hentämistä varten. Tietokone sisältää välineet 17 hälytyssignaalin tuottamiseksi riip-puen siitä, onko ylitetty kiinnostuksen kohteena olevan aineen läsnäolon ilmaisun • · · ·* määrätty kynnysarvo. Hälytyssignaalia käytettäisiin normaalisti kuuluvan tai nähtä- • · • ** vän hälytyksen aktivoimiseksi, niin että käyttäjälle osoitettaisiin testattavan aineen v * läsnäolo.

^ 25 Ohjaustietokone 16 ohjaa myös kaikkia pulsseja, niiden radiotaajuutta, aikaa, pituut- ]·;·. ta, amplitudia ja vaihetta. Esillä olevan keksinnön asiayhteydessä kaikkien näiden • » · parametrien tarkka säätö saattaa käydä välttämättömäksi; esimerkiksi vaihetta on ·*« ·...* ehkä muutettava kaikuvasteiden muodostamisen mahdollistamiseksi.

* *

Rf-anturin 14 uudelleen virittäminen, sen sovituksen muutokset ja sen hyvyysker- • · ’···* 30 toimen (Q) muutokset, on mahdollisesti tehtävä näytteen luonteesta riippuen. Nämä *· ’*· toimenpiteet tehdään ohjaustietokoneen 16 toimesta seuraavasti. Ensin tietokone tarkistaa rf-anturin 14 virityksen vastaanottokelan 18 ja rf-monitorin 19 avulla, ja suorittaa säädöt virityksen ohjauksen 20 avulla. Toiseksi valvotaan sovitusta rf- • 15 117652 tehovahvistimeen 13 suuntakytkimen 21 (tai lisänä olevan wattimittarin) avulla, joihin tietokone reagoi sovituspiirin 22 kautta, joka vuorostaan säätää rf-anturia 14 muuttuvan kapasitanssin tai induktanssin avulla. Kytkimen 23 avulla tietokone 16 kytkee suuntakytkimen 21 pois päältä, kun sitä ei tarvita. Kolmanneksi rf-kelan Q-5 kerrointa valvotaan taajuus-kytkin-ohjelmalla, ja säädetään Q-kytkimen 24 avulla, joka joko muuttaa kelan hy vyyskerrointa (Q) tai vaihtoehtoisesti ilmoittaa tietokoneelle, jotta se lisäisi mittausten lukumäärää.

Ohjaustietokone 16 voidaan ohjelmoida eri tavoin, niin että vähennetään tai poistetaan edellä selitetyt hajahäiriöt säätämällä pulssien amplitudia ja vaihetta säädön 10 10 kautta. Näitä tapoja selitetään alempana. Näitä tapoja ovat komparaattorin 25 käyttö eri pulsseista aiheutuvien vastesignaalien vertaamiseksi tekemällä sopivat muutokset vastaanotin- ja ilmaisinpiireihin 15, ja johtamalla tuloksena olevat signaalit ohjaus-tietokoneen 16 muihin osiin lisäkäsittelyä varten.

Kuvassa 1 on pelkistäen esitetty viitenumerolla 27 merkityt välineet, kuten kulje-15 tinhihna, joilla kuljetetaan peräkkäisiä näytteitä rf-anturin 14 lähellä olevalle alueella. Tietokone 16 on järjestetty ajoittamaan herätepulssien kohdistuksen oleellisesti samanaikaisesti kun määrätty näyte saapuu anturin lähelle. Vaihtoehtoisissa suoritusmuodoissa näyte voisi kuljetinhihnalla kuljetetun näytteen sijasta olla henkilö, ja rf-anturi voisi olla läpi käveltävän portin tai kädessä pidettävän sauvan muodossa.

··· * φ · : ·* 20 Vaikka edellä selitetyssä laitteessa tavallisesti käytettäisiin suorakaidepulsseja, niin : muitakin pulssimuotoja voidaan käyttää. Lisäksi vaikka radiotaajuisessa anturissa käytetään vain yhtä kelaa sekä signaalien lähetystä ja vastaanottoa varten, voitaisiin :*·[: käyttää mitä tahansa sopivaa kelojen lukumäärää, ja eri keloja voidaan käyttää lähe-

tystä ja vastaanottoa varten. Laite toimisi myös tavallisesti ilman mitään vallitsevaa I

.*·*♦ 25 magneettikenttää.

Vaiheyhtäläisyyden periaate ja häiriösignaalien kumoaminen • · • ** :*·*: Radiotaajuisten pulssien jonossa, jossa pulsseilla olkoon mikä tahansa amplitudi, pituus ja muoto, ja joka on suunniteltu erottamaan oikeat NQR-signaalit ja näyttees-*·*\ tä tulevat häiritsevät hajasignaalit toisistaan vaihevuorottelun avulla, on tärkeätä j 30 verrata ja käsitellä rf-pulssien muodostamia vasteita, jotka ovat mahdollisimman hyvin samassa keskinäisessä vaiheessa. Eli “samanlaista” verrataan “samanlaiseen”: tätä periaatetta sanotaan tässä “vaiheyhtäläisyydeksi”.

• ·

On myös suositeltavaa, että nämä pulssit ovat identtisiä muissakin suhteissa, kuten 117652 16 amplitudin, taajuuden, muodon ja pituuden suhteen, tai ainakin että voidaan hyväksyä näiden suureiden mahdollisten erojen aiheuttamat seuraukset, mutta vaiheyhtä-läisyyden periaate on tärkein. Tätä periaatetta noudattamalla voidaan varmistaa, että mahdolliset hajavasteet, joiden vaihe poikkeaa herätepulssin vaiheesta tuntematto-5 man määrän verran, voidaan kumota sopivan vaihevuorottelun avulla.

Esillä olevan keksinnön mukaiset, esitetyt pulssijonot pystyvät täyttämään vaiheyh-täläisyyden periaatteen.

Esillä olevan keksinnön mukaisen vaiheyhtäläisyyden löytäminen perustuu seuraa-viin teoreettisiin ja kokeellisiin havaintoihin.

10 Monien materiaalien vaste rf-pulssiin saattaa riippua tämän pulssin täsmällisestä vaiheesta, eikä pelkästään sen amplitudista. Vaste voi myös riippua pulssin pituudesta. Sitä vastoin herätepulssin aikaansaaman NQR-signaalin vaihe määräytyy tämän pulssin vaiheesta, mutta vasteen todellinen muoto on suhteellisen riippumaton herätepulssin vaiheesta.

15 Tätä seikkaa havainnollistetaan viittaamalla neljään kokeeseen, jossa tarkastellaan yhden ainoan rf-pulssin vastesignaalia räjähteen RDX ja hiekan osalta (jolloin hiekka tuottaa häiritsevän pietsosähköisen vasteen). Kokeissa toistetaan samaa rf-pulssia, pulssin toistumisajan ollessa suurempi kuin 5 T^ Kokeet olivat: • · · I (i) Kaikki vaiheet olivat yhtä suuret ja signaalit summattiin (0°, 0°, 0°, 0°) 20 (ii) Kaikki vaiheet olivat yhtä suuret ja signaalit vähennettiin (0°, 0°, 0°, 0° ...) •yj (iii) Vaiheet vuorottelivat ja signaalit summattiin (0°, 180°, 0°, 180° ...) : .* (iv) Vaiheet vuorottelivat ja signaalit vähennettiin (0°, 180°, 0°, 180° ...) • · # · • t*

Intuitiivisesti kokeista (i) ja (iv) odotetaan signaaleja, mutta kokeista (ii) ja (iii) ei odoteta signaaleja, ja tämä on oleellisesti tilanne RDX:n osalta (lukuunottamatta ;.φ 25 mahdollisia vaihe-epätarkkuuksia). RDX:n osalta koe (ii) ei tuota signaalia, koe (iii) tuottaa hyvin pienen signaalin, kun taas (i) ja (iv) tuottavat suuren signaalin.

« · · * · · • ,···. Kuitenkin hiekan osalta, joka on hajavasteen tuottavaa materiaalia, vain koe (ii) ei tuota mitään signaalia (-33 dB vaimennus verrattuna kokeeseen (iv)), kun taas koe • · . (iii) tuottaa vain vähän vaimenneen signaalin (vaimennus noin -12 dB). Molemmat ··· ^ 30 kokeet (i) ja (iv) tuottavat suuren signaalin.

• · • · · • * · • · Näin ollen on selvää, ettei vaiheiden 0° ja 180° vertailu riitä häiriösignaalien täydellistä kumoamista varten. Samanlaiset signaalit on vähennettävä samanlaisista sig- \ 117652 π naaleista (vaiheyhtäläisyyden periaate). 0° ja 180° pulsseja seuraavien signaalien summaaminen ei riitä häiriösignaalin kumoamiseksi.

Uskotaan, että vaiheyhtäläisyyden periaate on tärkeä, koska häiritsevät aineet, kuten hiekka, voivat aikaansaada vasteita joiden vaihe ei ole täsmällisesti herätepulssin 5 määrittelemä. Herätepulssin ja hajavasteen välillä on vaihesiirto, joka näin ollen voi vaihdella herätepulsin vaiheen mukaisesti ja myös häiriösignaalin vaimetessa.

Häiritsevien hajasignaalien kumoamisen aikaansaamiseksi on valmisteltava spin-järjestelmää eri tavoin ennen rf-pulssia, niin että se reagoi identtisiin rf-pulsseihin kahdella tai useammalla eri tavalla. Tämä valmistelu on tehtävä riittävän kauan en-10 nen signaalin talteen ottamisvaihetta, jotta valmistelun mahdolliset muut vaikutukset järjestelmän muihin elementteihin olisivat ehtineet käydä riittävän vähäisiksi.

Esillä olevassa keksinnössä tämä voidaan aikaansaada järjestämällä niin, että kahta verrattavaa vaiheyhtäläistä pulssi edeltävien (edullisesti välittömästi edeltävien) pulssien vaiheet ovat erilaiset. Vaiheet poikkeavat toisistaan edullisesti 180°, mutta 15 pienimmätkin vaihe-erot voivat myös tuottaa tyydyttäviä tuloksia.

Jotta vertailu tuottaisi järkeviä tuloksia, pidetään edullisena että ensimmäinen ja toinen erillinen pulssijono (jos sellaiset on järjestetty) tuottavat kulloisetkin ytimen vastesignaalit, jotka ovat samaa suuruusluokkaa mutta eri vaiheessa. Tämä aikaan-saadaan edullisissa suoritusmuodoissa järjestämällä kumpaankin jonoon yhtä monta ! ‘ 20 pulssia, vertaamalla kummankin jonon verrattavia pulsseja, joilla on sama vaihe, ja • * · ···,* vertaamalla kummankin jonon verrattavia pulsseja, jotka tuottavat saman kääntö- * * * • y\ kulman. Jos alkupulssia lukuunottamatta erillistä jonoa kohti on järjestetty enemmän : *·’ kuin yksi toinen pulssi, jokainen sellainen pulssi voidaan erottaa saman pulssivälin • · : *** päähän; tämä väli voi olla suurempi kuin kulloisenkin alkupulssin ja jonon seuraa- * · · : 25 van pulssin välinen etäisyys.

Seuraavassa selitetään edellä selitetyssä testauslaitteessa käytettäväksi esillä olevan • *·· *... keksinnön kolme erilaista edullisena pidettyä suoritusmuotoa, jotka kaikki noudatta- • * · · vat edellä mainittuja periaatteita.

···

Ensimmäinen suoritusmuoto - spmin lukitsevat jonot • * 30 Lyhyesti sanoen keksinnön ensimmäisessä suoritusmuodossa häiritsevät signaalit * * · ^ .*·,· poistetaan kahta radiotaajuista pulssia seuraavasta vapaan induktion vaimenemises- * · ta, kun rf-pulssit käsittävät “spinin lukitsevaa” (SL, spin locking) tyyppiä olevan jonon.

117652 18

Perusmenetelmänä on käyttää valmistelevaa alkupulssia, jonka kääntökulma on 90° ja vaihe 0° (käytetään merkintää “90°0«“-pulssi), jonka tehtävänä on kääntää magne-tointi (esimerkiksi) pyörivän kehyksen Oy-akselin suuntaiseksi (B0 on suunnassa Oz ja Bi suunnassa Ox). Tätä pulssia seuraa sitten välittömästi niin sanottu spinin lukit-5 seva pulssi, jonka pituus voi vaihdella ja jonka vaihe on siirretty 90° ensimmäisen pulssin suhteen. Näiden kahden pulssin yhdistelmä voidaan kirjoittaa muotoon (90°)o« - t9o°, jossa t edustaa toisen pulssin säädettävää pituutta. Näiden kahden pulssin yhdistelmää sanotaan joskus sandwich- tai komposiittipulssiksi. Tässä koko selityksessä yhdistelmää kuitenkin pidetään kahtena erillisenä pulssina.

10 Jakson spinin lukituksessa magnetointi on rf-kentän suuntainen, ja sen havaitaan vaimenevan aikavakiolla Tjp, eli spin-hilan relaksaatioaika pyörivässä kehyksessä.

Sitä vastoin yhden ainoan 90°-pulssin jälkeen magnetointi vaimenisi aikavakiolla T2 tai T21. Monissa aineissa Tjp on paljon lähempänä arvoa T, kuin arvoja T2 tai T21.

Koska kiinteissä aineissa T i » T2, spinin lukitseminen voi säilyttää magnetoinnin 15 paljon pidemmäksi ajaksi.

Keksinnön ensimmäisessä suoritusmuodossa kasvanutta relaksaatioaikaa käytetään tehokkaasti etäännyttämään signaalin ajallinen ilmaisu jonon ensimmäisen pulssin, alkupulssin aiheuttamasta häiriösignaalista, ja tällöin toista pulssia, spinin lukitsevaa pulssia mahdollisesti seuraava häiriösignaali poistetaan vertailumenetelmällä, jossa 20 käytetään vaihesiirtoa, kuten alempana yksityiskohtaisemmin selitetään.

• » · • · • · • Keksinnön eräs erityisen tärkeä piirre on havainto, että menetelmät spinin lukitsemi- • »· · seksi toimivat kvadrupoliresonanssin (NQR) yhteydessä. Tämä oli yllättävää, johtu- ···· en jauhemaisen näytteen kidealkioiden monista eri suunnista Bi-kentän suhteen, jo- j·.1 ka aiheuttaa useampia spinin lukitsevia rf-kenttiä. Lisäksi NQR-resonanssin osalta • ·· \..4 25 Bpkentän on oltava suurempi kuin kaikki muut “sisäiset” kentät, kuten dipolaariset vuorovaikutukset ja epähomogeenisuuden laajeneminen. NQR-resonanssin osalta ei myöskään ole mitään suoraa vastinetta pyörivälle NMR-kehykselle, koska NQR- ΐ : 2 resonanssin osalta staattisen magneettikentän vaikutusta pidetään tehollisena pyö- : rimisenä lähellä Lamor-taajuutta.

* * · · • · *··1. 30 Seuraavassa ensimmäisen suoritusmuodon useampiin muunnelmiin viitaten selite tään yksityiskohtaisemmin edellä mainittu vertailumenetelmää, jossa käytetään vai-hesiirtoa tai vuorottelua.

* · · • · · • ·· 2 « · 117652 19

Ensimmäisen suoritusmuodon ensimmäinen muunnelma - peruspulssijono

Vaihesiirron perusmuunnelmassa, jota havainnollistetaan kuvaan 2a viitaten, toisen pulssin mahdollisesti aikaansaamat häiriösignaalit poistetaan käyttäen kahta pulssi-jonoa (joita merkitään “A” ja “B”), jotka ovat mahdollisimman identtiset, paitsi että 5 toisen jonon (B) alkupulssin vaihe on siirretty 180° ensimmäisen jonon (A) alku-pulssin vaiheeseen verrattuna. Kuten edellä ehdotettiin, tästä on toisen jonon B osalta se vaikutus, että toisen, spinin lukitsevan pulssin jälkeen tulevan NQR-vasteen vaihe siirtyy 180°, mutta tällä ei ole vaikutusta häiriösignaaliin, jonka vaihe riippuu ainoastaan välittömästi edeltävän pulssin vaiheesta.

10 Näin ollen tässä vaihesiirron perusmuunnelmassa, jota on havainnollistettu kuvassa 2a, ensimmäisessä pulssijonossa (A) muodostuu pulssijono cto» - t9o°, jolloin signaali otetaan talteen toisen pulssin eli spinin lukitsevan pulssin jälkeen. Signaali SA sisältää sekä vapaan induktion (fid) vaimenemisen NQR- vastesignaalin (“Q”) että häiri- ösignaalin (“I”):

15 Sa = Q + I

Toisessa pulssijonossa (B) esiintyvät kaksi pulssia ovat identtiset ensimmäisen jonon vastaavien pulssien kanssa, paitsi että valmistelevan alkupulssin vaihetta on siirretty 180°. Tästä saadaan jono ocigo° - tgo», joka muodostaa signaalin: IV sb=-q+i • t · • · * ··· · ·;· 20 Kun tehdään vähennyslasku signaaleilla SA ja SB, poistetaan myös I-ja Q-summat.

»· · • * · • · ...» * * Tavallisesti näytteeseen kohdistettaisiin suuri määrä A- ja B-jonoja signaali- • · ·'*' kohinasuhteen parantamiseksi, jolloin näiden kahden jonon tulokset joko kootaan • · * *·* * erikseen tai käsitellään välittömästi. Jonot voidaan esimerkiksi toteuttaa järjestyk sessä ABABABAB..., tai järjestyksessä AAA...BBB... . Tavallisesti toteutettaisiin • · • *·· 25 sama lukumäärä A- ja B-jonoja, jolloin tarkoituksena on se, että vertailu A- ja B- :/·'· jonojen kesken on mahdollisimman läheinen.

··* • · *···'. Ensimmäisen suoritusmuodon toinen muunnelma - täysi vaihe vuorottelu • ·

Ensimmäisen edullisena pidetyn suoritusmuodon mutkikkaammassa mutta tehok- *;*·* kaammassa muunnelmassa käytetään täydellistä vaihevuorottelua, jossa käytetään * * * *· *· 30 pulssijonon kahden pulssin vaiheiden kaikkia mahdollisia yhdistelmiä, edellyttäen että ensimmäisen pulssin vaihe poikkeaa 90° toisen pulssin vaiheesta. Näin ollen, 117652 20 käyttäen erillisten jonojen neljää paria, vaiheiden vuorottelujonojen eräs mahdolli-nenyhdistelmä on seuraava:

Ensimmäisen pulssin Toisen pulssin Vastaanottimen Reaali- Imaginaari-

Jonon tyyppi (Pl) vaihe_(P2) vaihe_vaihe_kanava_kanava_

A 0° 90° 90° +Y -X

B 180° 90° 270° -Y +X

A 90° 180° 0° +X +Y

B 270° 180° 180° -X -Y

A 180° 270° 270° -Y +X

B 0° 270° 90° +Y -X

A 90° 0° 0° +X +Y

JB_270^_0^_18CT_-X_-Y_ ^ Tässä on huomattava, että vastaanottimen vaihesiirto A- ja B-jonojen välillä on 5 180°, niin että voidaan toteuttaa B-jonon signaalien vähentäminen A-jonon signaa leista. On myös huomattava, että vastaanottimen vaihe ei välttämättä ole samassa vaiheessa tai vastakkaisessa vaiheessa toisen pulssin vaiheen suhteen. Mikä tahansa vaiheen arvo riittää, edellyttäen että sillä saadaan se tulos, että B-jonon signaalit vähennetään A-jonon signaaleista, tai päinvastoin. Tapausta havainnollistetaan yllä 10 olevan taulukon kahdessa viimeisessä sarakkeessa, jossa esitetään signaalin kompo-nentit X + iY vastaanottimen kahdella kanavalla, kun vastaanottimen vaihe muuttuu.

* ·* • ,·. Komponenttien summa kahdeksan vaihepermutaation yli on nolla, kuten itse asiassa • * * niiden summa erillisen pulssijonon jokaisen parin yli. Tämä osoittaa, että toisen φ **** pulssikanavan muodostavat häiriösignaalit kumoutuvat, kun taas NQR-vaste- \t ** 15 signaalit säilyvät, johtuen A-ja B-jonon alkupulssien välisestä 180° vaihesiirrosta.

* · • ·*

Siihen nähden, että edellä neljän parin jonossa P2-pulssin vaihe muuttuu 90° erillisten pulssijonojen jokaisen parin osalta, saadaan myös yksinkertaisempi kahden parin ^ vuorottelumahdollisuus, jossa vaihetta vuorotellaan 180°. Tämä on esitetty alla: ·,· · Vastaanottimen Reaali- Imaginaari-

Jonon tyyppi PI P2 vaihe kanava_kanava_

**··* A 0° 90° 0° +X +Y

*

B 180° 90° 180° -X +Y

;***: A 180° 270° 180° -X -Y

»·»

: B_ 0° 270° 0° -X -Y

• · * ---- - - 1 • · 21 , 117652 Tässä selitetty ensimmäisen suoritusmuodon täyden vaihevuorottelun muunnelma (joko neljän tai kahdeksan vuorottelun muodossaan), voi olla avuksi poistettaessa häiriösignaalia, ja sen lisäksi myös poistettaessa perusviivan ryöminnän ja virheiden poistamisessa, samoinkuin ratkaistaessa ongelmia, joita aiheutuu vähäisistä epätäy-5 dellisyyksistä, kuten erillisten herätepulssien vaihevirheistä. Tätä muunnelmaa voidaan käyttää yhdessä tässä selitettyjen muiden muunnelmien kanssa.

Ensimmäisen suoritusmuodon muissa muunnelmissa (kolmannessa ja neljännessä muunnelmassa) käytetään kahden tai useamman pulssin ja/tai erilaisten pulssileve-yksien yhdistelmiä. Kolmannessa muunnelmassa (vaihejaetuissa pulsseissa) käyte-10 tään spinin lukitsevissa pulssissa sellaista yhdistelmää; neljännessä muunnelmassa (pinotut pulssit) käytetään sellaista yhdistelmää valmistelevassa alkupulssissa.

Ensimmäisen suoritusmuodon kolmas muunnelma · vaihejaetut pulssit Lämpötilan muutoksen tai muiden sellaiset ympäristötekijöiden muutokset voivat vaikuttaa tutkittavien ytimien resonanssitaajuuteen. Kun kuvissa 2a esitetty pulssijo-15 no voi toimia menestyksellä resonanssin sivulla olevissa tilanteissa, rajallisella kaistanleveydellä, pulssijonon vaihtoehtoinen muunnelma pystyy merkittävästi parempaan suorituskykyyn resonanssin sivulla. Seuraavassa kuviin 2b viitaten selitetään tällaista jonoa, johon sisältyy “vaihejaettujen pulssien” käyttäminen. Jono pystyy vahvistamaan NQR-signaalia.

• · · * * * • * • · : .·. 20 Vaihtoehtoisen pulssijonon tausta on seuraava. Kuvissa 2a esitetyn jonon A spinin • · · “V lukitusvaiheessa resonanssin sivussa ensimmäisen pulssin aikaansaama magnetointi 1*.*!^ liikkuu (nutaatio) suureiden (Oi ja A(öq resultantin ympärillä (jossa Acoö on taajuus- * siirtymä resonanssin sivussa), niin että magnetointivektorin vaihe siirtyy. Esillä ole- • · : van keksinnön mukaan on havaittu, että pyörivän kehyksen vaikeiden olosuhteiden * * * V * 25 huomioonottamiseksi ja resonanssin sivulla olevien testien herkkyyden parantami seksi saattaa olla edullista, että alkutila regeneroidaan. On havaittu, että tämä voi- • · • *·· daan aikaansaada kääntämällä Brkentän suunta (eli (ωι/γ)) spinin lukitsevan pulssin 180° vaihesiirrolla. Jos tämä vaihesiirto tehdään täsmälleen spinin lukitsevan pulssin .·*·. puolessa välissä, spinin nutaation kääntäminen päinvastaiseksi suureiden ö)i ja Δωο • · 30 resultantin ympärillä regeneroi alkuperäisen signaalin (eli kohdistaa magnetoinnin uudelleen) spinin lukitsevan jonon lopussa (lukuunottamatta relaksaation muutosta, • · * jonka uskotaan olevan suhteellisen pientä).

• · • # · • ·· • ® 117652 22

Kuvat 2b havainnollistavat tätä vaiheen kääntämismenetelmää. Spinin lukitsevat pulssit, jotka on esitetty kuvassa 2a (ja joiden pituus on t ja vaihe 90°), on kuvissa 2b korvattu spinin lukitsevilla pulsseilla, jotka on jaettu samankokoisiin osiin, joiden pituus on t/2 ja vaiheet 90° ja vastaavasti 270°. Samalla tavalla kuin edellä seli-5 tettiin, jaksoja A ja B seuraavien vapaan induktion vaimenemisen vähentäminen poistaa häiritsevän sivuvaimennuksen, joka seuraa spinin lukitsevan pulssin loputtua. Samaten kuin edellä selitettiin, vapaan induktion vaimeneminen, joka seuraa valmistelevaa alkupulssia, poistetaan tehollisesti antamalla spinin lukitsevan pulssin olla voimassa riittävän kauan, jotta häiritsevät hajasignaalit vaimenevat nollaan. 10 Spinin lukituspulssin pituuden, joka on välillä 1 ms - 3 ms tai 1 ms - 4 ms, on havaittu tehokkaaksi RDX-aineen 3,41 MHz-siirtymällä.

Häiriösignaalien tehokkaampaa poistamista varten voidaan toteuttaa täydellinen vaihevuorottelu samalla tavalla, jota jo edellä selitettiin. Tämä voi olla esimerkiksi joko kahden ja neljän parin vuorottelu, kuten aiemmin mainittiin.

15 Saattaa olla tärkeätä, että spinin lukitsevan pulssin kaksi puolikasta ovat yhtä pitkät ja että niiden välinen vaihe-ero on täsmälleen 180°. Muutoin voi esiintyä resonans- siviivan jakautumista. Spinin lukitsevan pulssin ajastuksen ja 180° vaihesiirron mahdollisten virheiden poistamiseksi saattaa olla edullista, että sovelletaan vaiheen vuorottelujaksoa niin, että käytetään samoja jonojen lukumääriä, joissa vaiheiden ..... 20 järjestys vaiheen kääntämisessä on 0° - 180° ja vastaavasti 180° - 0°. Kun käytetään • · *. *. A- ja B-jonojen erillisiä pareja, niin sen varmistamiseksi että verrataan samanlaisia • * * täysin samanlaisiin, järjestys säilytetään samana. Eri pareja varten järjestystä voi- • * * ···· täisiin kuitenkin vaihdella. Näin ollen täysi jakso (jossa on jokokaksi tai neljä erillis- : * ten jonojen paria) voitaisiin toteuttaa järjestyksellä 0° - 180°, ja sitten voitaisiin to- • · * '·· 25 teuttaa täydellinen vaihevuorottelu järjestyksellä 180° - 0°.

• · * • · · • · *

Jonot, joilla on pelkästään 0° - 180° vaihesiirrot, on havaittu hyviksi pidempien ... pulssien signaalien korostamiseksi, mutta koska resonanssin sivulla ilmiöt eivät il- • · * meisestikään kohdistu uudelleen, ne eivät voi lisätä kaistanleveyttä olennaisesti.

• · · » .··. Tämän ja muiden ongelmien voittamiseksi on suunniteltu erilaisia alimuunnelmia 30 keksinnön vaihejaettujen pulssien muunnelmasta. Ensimmäisessä alimuunnelmassa * · · . voidaan saada lisää herkkyyttä lisäämällä muita parittoman lukumäärän todellisia ·...* vaiheen kääntöjä spinin lukitsevan jonon aikana, niin että spinin lukitsevan pulssin t · vaiheilla olisi esimerkiksi muoto (0° - 180° - 0° - 180°) (3 varsinaista vaiheen kääntöä), tai (0° - 180° - 0° - 180° - 0° - 180°) (5 varsinaista vaiheen kääntöä).

117652 23

Toisessa alimuunnelmassa käytetään spinin lukitsevaa pulssia, joka on muotoa (P2A, P2B, P2A, P2C), jossa P2B ja P2C tyypillisesti ovat 180° vaihe-erolla, ja jossa P2A tyypillisesti on niistä kummastakin 90° vaihe-erolla, jolloin lukitsevan jonon kaikki elementit tyypillisesti ovat yhtä pitkät. Näin ollen toisen alimuunnelman spi-5 nin lukitsevilla pulssilla voi olla vaiheet muotoa (0° - 90° - 0° - 270°), jolloin valmistelevan pulssin vaihe on 90°. Pulssissa voi myös olla toinen toistuva elementti, niin että vaiheet ovat muodossa (0° - 90° - 0° - 270° - 0° - 270° - 0° - 90°), kuten kuvassa 2c(i) on esitetty. Kuvat 2c(i) ja 2c(ii) osoittavat, että tätä spinin lukitsevaa pulssia käytettäisiin erillisten pulssijonojen parissa, jolloin parin jäsenillä on valmis-10 televat pulssit joiden vaiheet ovat 90° ja 270°.

Toisen alimuunnelman perusedellytyksenä on se, että sallitaan vaihesiirtymä, joka tapahtuu kun rf-pulssi on sivussa resonanssista. Pyörivässä kehyksessä magnetointi-vektori liikkuu sitten poispäin spinin lukitsevasta pulssista, niin että muodostuu sekä samansuuntaisia että kohtisuoria komponentteja. Vaiheen kytkeminen 90 asteella 15 edustaa yritystä kummankin komponentin lukitsemiseksi ainakin spinin lukitsevan jakson osalla. Tämän jälkeen lisätään vaihesiirto 180°, jotta kohdistettaisiin osaksi ne komponentit, jotka ovat siirtyneet voimakkaasti pois Brkentän suunnasta ensimmäisen kolmen segmentin aikana.

Tuloksena oleva vastesignaali, joka saadaan käyttäen kuvien 2c A- ja B-jonoja on 20 epäsymmetrinen taajuusalueessa, koska vaihesiirrot tarkoittavat samaa kuin taajuu- I» * • den muutokset. Tämän vuoksi toisen alimuunnelman kehitelmässä A- ja B-jonot yhdistetään “peilikuvamaisiin” C- ja D-jonoihin, kuten kuvissa 2d on esitetty. Pe- ·*· räkkäin kohdistettujen jonojen A - D summatut vasteet voivat tarjota suoritustehon, • * * * joka on symmetrinen herätteen kantoaallon taajuuden suhteen, ja jolla on suhteelli- • * 25 sen laaja kaistanleveys.

• · * ***·

Herätteen kaistanleveyden samantapaisia parannuksia voitaisiin saavuttaa toteuttamalla diskreettejä taajuuden muutoksia eri pulssien välillä. Lisäksi sekä vaihesiirto-; *·. jen että taajuusmuutosten yhdistelmä voisi tuottaa vielä paremman suoritustehon, :**:*: niin että kantoaallon taajuuden muutokset voidaan tehdä vaihemuutosten kompen- /··, 30 soimiseksi, jolloin tämä vaikutus on varsin tärkeä, kun tarvitaan pitkiä rf-pulsseja, * * ***. joilla on kapea kaistanleveys. Tätä selitetään yksityiskohtaisesti alla neljännen . muunnelman yhteydessä. Samaten voitaisiin saada lisäparannuksia käyttämällä # ♦ · ·...* täyttä vaihejaksoa, kuten selitetään ensimmäisen suoritusmuodon viidennen muun- nelman yhteydessä.

117652 24

Ensimmäisen suoritusmuodon neljäs muunnelma - pinotut pulssit

Ensimmäisen suoritusmuodon eräänä toisena muunnelmana on kahden, kolmen tai useamman erivaiheisen ja/tai eri levyisen pulssin yhdistäminen, tavallisesti valmistelevaan alkupulssiin. Sellaista yhdistelmää sanotaan “pinotuiksi” pulsseiksi. Pinottuja 5 pulsseja käytetään myös keksinnön toisessa suoritusmuodossa (jota selitetään myöhemmin). Tässä viimeksi mainitussa tapauksessa niitä käytetään erillisinä pulsseina, ja muodostavat sinällään spinin lukitsevia pulssijonoja, vaikka lukitusta ei pystytä ylläpitämään erityisen pitkään.

Yleisesti ottaen pinotut pulssin ovat erityisen käyttökelpoisia, kun yksilöllisillä puisit) seilla muodostettavan kääntökulman suhteen on rajoituksia, esimerkiksi kun on käytettävä vain pieni Bi-kentän arvoja. Näin ollen spin-1-ydintä varten käytettävissä voi olla vain 30°, optimiarvon 119° sijasta.

Tyypillinen pinottu pulssi käsittää useita (esimerkiksi n), tavallisesti peräkkäisiä pienen kääntökulman pulsseja PIA ja P1B, joilla on joukko vaihesiirtoja, esimer-15 kiksi 90°, kuten esimerkiksi (P1A0° - P1B90°), lukituksen toteuttamiseksi (jolloin n on suurempi tai yhtä suuri kuin 1, ja tyypillisesti 2, 3, 4 tai jopa suurempi). Sellainen pulssi voi toimia lähes yhtä hyvin kuin yksi ainoa optimaalisen kääntökulman pulssi. Uskotaan, että syynä tähän on se, että vaiheeltaan 90° oleva toinen PlB-pulssi ensin lukitsee Χ,Υ-tasossa osan magnetoinnista, joka välittyy ensimmäisen pulssin avulla, ·· · • V 20 ja että se toisaalta maksimoi magnetoinnin Χ,Υ-tasossa. Samaten toinen pulssi • :*: toimii määritellen vaiheen tuleville pulsseille.

• · ♦ *.;**. Jos PIA - P1B -pulssi toistetaan (eli n on suurempi kuin 1), niin PlB-pulssien muo- • · · ** dostaman pienen kääntökulman takia kolmas, suhteelliselta vaiheeltaan 0° oleva • · • ** pulssi välittää enemmän magnetointia, jonka sitten pinon neljäs, suhteelliselta vai- V * 25 heeltaan 90° oleva pulssi lukitsee, ja niin edelleen.

:·. ^ Vaikka toinen pulssi (P1B) voi olla pidempi kuin (esimerkiksi kaksi kertaa) ensim- *···. mäinen pulssi (PIA), tai nämä pulssit voivat olla yhtä pitkät, voidaan saavuttaa vielä 0»0 parempi signaali-kohinasuhde valitsemalla toinen pulssi (P1B) niin, että se on lyhy- ··· empi kuin ensimmäinen. Syynä tähän on se, että kahden pulssin perusjono P1A0° -·:··*. 30 P1B90° (jolloin ensimmäisen pulssin pituus on tA ja toisen pulssin pituus on tB) muo- .···. dostaa sekä reaali- (X) että imaginaarikomponentin magnetoinnille. Jos tB = tA/2, reaali-ja imaginaarikomponenttien maksimit ovat samalla hetkellä, niin että signaa- • · ·

Iin suuruus on neliöjuuri kaksi kertaa suurempi kuin jos tB = tA, ja yhdistetyn signaalin suhteellinen vaihe on likimain 26,5° ensimmäisellä pulssilla, jolla on opti- . 25 .

117652 maalinen kääntökulma, jolloin aikaansaatu magnetointi on lähes 62 %.

Pinotun pulssin tuloksena oleva vaihe riippuu osapulssien lukumäärästä, niiden kulloisistakin vaiheista, ja niiden suhteellisista pituuksista.

Lisäksi voidaan käyttää myös lyhyempiä pulsseja, mahdollisesti vaiheissa, jotka ovat 5 jollakin välillä eivätkä välttämättä 0°, 90°, 180° tai 270°, muodostamaan vielä enemmän magnetointia Χ,Υ-tasossa, jolloin sellainen magnetointi saadaan mahdollisesta toisesta magnetoinnista Z-suunnassa, joka säilyy ensimmäisen kahden pulssin jälkeen. On esimerkiksi mahdollista käyttää kolmatta pulssia (P1C), joka kohdistetaan kahden ensimmäisen pulssin jälkeen eri vaiheessa, joka valitaan niin, että se 10 tuottaa suuremman magnetoinnin kuin Bessel-funktiolla saatu arvo 0,436 koskien yksittäisillä, monikiteiseen näytteeseen kohdistetuilla 119°-pulsseilla. Koska kolmannen (tavallisesti lyhyemmän) pulssin tarkoituksena on saattaa suurempi osa jäljelle jääneestä magnetoinnista Χ,Υ-tasoon (magnetoinnin maksimoimiseksi), sekä Χ,Υ-tasossa jo olevan magnetoinnin lukitseminen, sen vaihe on sopivasti välillä 0° -15 90° (edullisesti välillä 10° - 60°, tai välillä 20° - 45°, edullisemmin lähellä 26,5°) pulssien suhteellisista pituuksista riippuen. Jälleen voitaisiin kohdistaa neljäs pulssi (P1D), jotta saataisiin vielä suurempi osa jäljellä olevasta magnetoinnista Χ,Υ-tasoon. Sen vaihe on sopivasti suurempi kuin 90°. Vielä toisilla lisäpulsseilla vaihe on 90° tai pienempi (esimerkiksi yli 45°), mutta suurempi kuin edellisellä pulssilla.

• V 20 Edellä kuvattujen pinottujen pulssien eräänä etuna on se, että ne voivat aikaansaada tehokkaan spinin lukittumisen, mutta lisäksi ne itse asiassa voivat parantaa signaali- ·· kohinasuhdetta.

♦ ·*· M * : i *. * Jos yksilöllisten pulssien pituuksia rajoitetaan voimakkaasti, saattaa käydä edulli- ϊ ‘ semmaksi käyttää pidempi pinottuja jonoja. Esimerkiksi määrätyssä koejärjestelyssä V * 25 saadaan optimaalinen vaste jonolla (PIA, P1B) ja pulssin pituudella 10 ps, kun n = 2, kun taas pulssin pituuden ollessa 5 ps tarvitaan n = 5.

* · • · Käsillä olevassa yhteydessä, spinin lukitsevilla pulsseilla, pinottujen pulssien jono korvaa valmistelevan alkupulssin, jolloin käytettävissä on kaikki edellä tarkastellut mahdollisuudet spinin lukitsevaa pulssia varten. Vaihevuorottelu aikaansaadaan sit- 30 ten vuorottelemalla pinottujen pulssien vaiheita samalla tavalla kuin spinin lukitse- .·**· van peruspulssijonon osalta (katso ensimmäisen suoritusmuodon ensimmäistä ja • · .·. : toista muunnelmaa).

* * ·

Alla oleva taulukko esittää kaksi sellaista täysin vaihevuoroteltua jonoa, joiden pe- 117652 26 räkkäinen yhdistelmä tuottaa vasteen, joka on kohtuullisen symmetrinen keskitaa-juuden suhteen. Taulukossa A- ja B-puIssien jokaista paria toistetaan n kertaa.

Pinotun pulssin ensimmäisen Pinotun pulssin osan (PIA) toisen osan Toisen pulssin Vastaanottimen

Jonon tyyppi vaihe (P2) vaihe_(P2) vaihe_vaihe_ A 90° 0° 0° 0° B 180° 270° 270° 270° A 270° 180° 180° 180° B 0° 90° 90° 90° A 270° 0° 0° 180° B 0° 270° 270° 90° A 90° 180° 180° 0° B _180° 90°_ 90°_270°

Pinotun pulssin ensimmäisen Pinotun pulssin osan (PIA) toisen osan Toisen pulssin Vastaanottimen

Jonon tyyppi vaihe_(P2) vaihe_(P2) vaihe_vaihe_ f.·. A 90° 0° 180° 0° /·, B 180° 270° 90° 270° '**.' A 270° 180° 0° 180° * · · b o° 900 mr 90° ; : * : • · A 270° 0° 180° 180° ·· : *** B 0° 270° 90° 90° • · · ' A 90° 180° 0° 0° _B_ 180° 90°_2W_27(Τ_ • · : * 5 Sellaisissa jonoissa pätee tyypillisesti tB = tA/2, mutta muitakin suhteita voidaan y.,' käyttää signaalivasteen ja herätteen kaistanleveyden optimoimiseksi. Sellaisilla jo- ’***. noilla on etuna myös se, että kun sellaiset suhteet valitaan sopivasti, voidaan heräte- ····* profiilin maksimikohdan muotoa ja paikkaa muuttaa. Tämän avulla voidaan esi-s*’.i merkiksi siirtää heräteprofiilin maksimikohta pois kantoaallon taajuuden kohdalta ·*♦.: 10 suodatuksen parantamiseksi (huomataan, että samantapainen vaikutus kuvattiin edellä vaihejaettujen pulssien yhteydessä). Voidaan myös muodostaa useampia herätteen maksimikohtia riippuen taajuudesta, jolla vaihetta muutetaan. Esimerkiksi 1 1 7652 n neljän pulssin jonossa (n = 2), jossa vaihetta muutetaan 250 ps välein, signaalin maksimikohta esiintyy 1 kHz välein resonanssin sivussa, vastaten taajuuden muutosta Δω = φ/t, tai kun φ = 90°, Av = l/4t. Tällä ilmiöllä on kaksi tärkeätä etua: sitä voidaan ensinnäkin käyttää valmistelevan pulssin herätealueen laajentamiseksi ja toi-5 seksi spinin lukitsevan pulssin tehollisen kaistanleveyden lisäämiseksi. Saattaa olla toivottavaa, että yhdistetään vaiheen muutoksia ja taajuuden muutoksia halutun spektrin aikaansaamiseksi.

Ymmärretään, että edellä olevia periaatteita voidaan soveltaa sekä spinin lukitsevan jonon valmistelevaan pulssiin (kuten käsillä olevassa muunnelmassa), mutta lisäksi 10 spinin lukitsevaan pulssiin (katso esimerkiksi edellistä, kolmatta muunnelmaa).

Yleisiä näkökohtia ensimmäisen edullisen suoritusmuodon osalta

Ensimmäisen suoritusmuodon vaihevuorottelumenetelmässä edullisesti ylläpidettäviä tärkeitä ehtoja ovat ensinnäkin kaikkien P2-tyyppisten pulssien osalta se, että samanlaiset vähennetään samanlaisista. Eli edellä olevassa neljän taulukon joukosta 15 esimerkiksi toisen taulukon esimerkissä (joka on esitetty kappaleessa, jossa selitetään ensimmäisen suoritusmuodon toista muunnelmaa) esitetyt induktion vaimenemisen kaksi 90 asteen P2-signaalia kumoutuvat täsmälleen, kuten esitetyt kaksi 270 asteen signaaliakin. Tämän vuoksi pulssin ja vaiheen epätäydellisyydet kumoutuvat.

...·, Toiseksi vastaanottimen vaiheet säädetään niin, että mahdollistetaan häiriösignaali- • · *. 20 en ja vapaan induktion vaimennusvasteen signaalien vähentäminen.

• S · ♦ *· ·

Kolmanneksi, erillisten jonojen jokaisen A- ja B-parin kulloisetkin P2-tyypin pulssit :*·*: ovat vaiheissa, jotka ovat edullisesti tasaisin välein jakaantuneet koko 360 asteen ·*·,. vaihevaihtelun alueelle.

*·· • · ·

Neljänneksi, ja lopuksi, jokaisen parin osalta P1 -tyyppisillä pulsseilla on vaiheet, 25 jotka edullisesti ovat 90 asteen vaihesiirrossa P2-tyyppisten pulssien vaiheisiin näh- : *** den.

· · • * « · ·

Jos esillä olevan keksinnön ensimmäisen suoritusmuodon jonkin muunnelman ha- * · *···, valtaan toimivan tyydyttävästi, täytetään edullisesti myös erilaisia muita ehtoja.

• · · · · * * Näitä on esitetty seuraavassa.

··· : : *.**. 30 Ensinnäkin eräs määrätty ehto on se, että toisen eli spinin lukitsevan pulssin pituus t * il t * * on riittävä, jotta NQR-signaali kokonaan voitaisiin siirtää pois ensimmäisen eli al- kupulssin aikaansaamasta häiriösignaalista, koska tämä häiriösignaali ei poistu vai- 117652 28 hetta siirrettäessä. Hieman toisin esitettynä jokaista alkupulssia seuraavan pulssin pituus on edullisesti riittävän pitkä, jotta alkupulssin vasteena muodostunut häiriö-signaali ei ulotu missään määrin oleellisena tämän toisen pulssin yli. Tätä ehtoa tarkastellaan yksityiskohtaisemmin.

5 On havaittu, että edellä mainitut häiriösignaalit pyrkivät vaimenemaan suhteellisen nopeasti rf-pulssin jälkeen, tavallisesti esimerkiksi 359, 500, 750, 1000 tai 1500 ps pulssin loppumisen jälkeen. Edellyttäen että toisen pulssin pituus valitaan merkittävästi pidemmäksi kuin näiden signaalien vaimenemisaika, voidaan näin ollen saada käyttökelpoista vastedataa toisen pulssin jälkeen siitä huolimatta, että ensimmäistä 10 signaalia seuraa mahdollisia häiriöitä. Pulssin pituus, joka on suurempi kuin 200, 400, 500, 600, 700, 1000 tai 1500 ps, on havaittu empiirisesti tyydyttäväksi useimmissa tilanteissa. Jotta käytettävissä oleva testiaika voitaisiin käyttää tehokkaasti hyväksi, pituus on edullisesti pienempi kuin 3, 2, 1,5, 1 tai jopa 0,7 ms. Sopiva vaimeneminen vastesignaalilla, josta häiriösignaali halutaan suodattaa pois, voisi olla 20, 15 10 tai 5 % huippuarvon alapuolella, jota pienemmällä arvolla katsotaan että häiriö- signaali on vaimennut merkityksettömän vähäiseksi. Vaihtoehtoisesti voidaan ajatella, että häiriösignaali vaimenee merkityksettömäksi, kun sen voimakkuus on 20, 10 tai 5 % NQR-signaalin maksimivoimakkuudesta. Luonnollisesti liian pitkän viiveen käyttäminen ei ole toivottavaa.

20 Toisena samantyyppisenä (mutta mahdollisesti vähemmän tärkeänä) ehtona on se, : *.* että toisen pulssin pituus t on ainakin yhtä suuri, edullisesti suurempi kuin • · ·.· : (esimerkiksi 3 tai 5 kertaa) vapaan induktion vaimenemisaika T2*. Tällä voidaan • * t4‘" varmistaa, että ensimmäistä, alkupulssia seuraava vastesignaali voi vaimentua koko- ;*·*: naan ennen toista pulssia seuraavan vastesignaalin alkua.

* · 25 Kolmanneksi ja lopuksi on erityisen tärkeänä ehtona, että toisen pulssin pituus t on • · * *·* * edullisestilyhyempikuinesimerkiksiviisikertaapyörivänkehyksenspin-hilanre- laksaatioaika Tip. Tällä tavalla voidaan käytettävissä oleva testiaika käyttää tehok- : *** kaasti hyväksi, pitäen mielessä että tätä aikaa koskee tavallisesti selvät käytännön • · · V : rajoitukset: kun keksintöä sovelletaan määrätyn aineen läsnäolon ilmaisuun, saattaa ,···· 30 sallittu kokonaistestiaika olla vain muutamia sekunteja. Näin ollen t on mieluiten lyhyempi kuin Tip, tai jopa alle 0,5, 0,3 tai 0,1 kertaa Tlp.

• :***: Käytettävissä olevan testiajan hyödyntämiseksi paremmin voitaisiin myös lomittaa . ; erivaiheisia pulsseja.

*♦ · 117652 29

Esimerkkejä ensimmäisen suoritusmuodon käytöstä

Seuraavassa esitetään kuviin 3-8 viitaten erilaisten kokeiden tuloksia, jotka suoritettiin käyttäen keksinnön ensimmäisen suoritusmuodon ensimmäistä ja toista muunnelmaa.

5 Näissä kokeissa Bi -kentän arvo alkupulssia varten pidettiin vakiona arvossa 16 Gauss. Erityisiä koeolosuhteita käyttäen pituuden 20 ps omaava pulssi pystyi tuottamaan alkupulssin 119°todeu. Pulssin pituutta vaihdeltiin vaihtoehtoisten kääntö-kulmien tuottamiseksi. Tässä mielessä kokeita voidaan pitää “Brvakiokentän” kokeina. Kaikki kokeet tehtiin käyttäen räjähteen RDX näytteen taajuutta 3,41 MHz.

10 Alkupulssin pituutena käytettiin 20 ps, ellei muuta sanota.

Kuvassa 3 esitetyn esimerkin osalta näytteeseen kohdistettiin ei-resonoiva spinin lukitseva jono (eli jono, joka on lähempänä kuin 0,5 tai 1 kHz kulloisestakin NQR-resonanssipisteestä), jolloin alkupulssin P1 pituus oli 20 ps, ja jolloin spinin lukitsevan pulssin P2 pituus vaihteli. Käytettiin neljän parin vaihevuorottelujonoa, joka 15 esitettiin edellä kyseisessä taulukossa. Toista pulssia P2 seuraavien kulloistenkin signaalien voimakkuudet määritettiin toisen pulssin 100:11a eri pituusarvolla. Nämä 100 signaalin voimakkuutta on piirretty kuvaan 3.

Kuten kuvasta 3 voidaan nähdä, signaalin voimakkuus on lähes vakio 60 ps:iin ^ saakka, jonka jälkeen se nopeasti laskee noin 20 %, mahdollisesti kun pulssin P2 • · [ I 20 pituus vastaa lähes kääntökulmaa 254°toden (yksittäispulssin kääntökulman arvo nol-• * * '·"/ la-signaalin voimakkuuden aikaansaamiseksi tälle pulssille). On myös havaittu, että ··· ···j vaikka signaalin voimakkuuden yksiköt ovat mielivaltaiset, käyrä ei ulotu origoon : saakka (joka on nolla).

·· • · • ·· • ... Kuva 4 esittää samantapaisen käyrän kuin kuva 3, mutta tällä kertaa, kun läsnä on 25 nikkelillä pinnoitettuja ruuveja, joiden tiedetään aiheuttavan merkittäviä häiriösig- .. naaleja. Kuvan 4 käyrä on myös pidennetty paljon suuremmille spinin lukitusajoille.

. Tässä käytettiin jälleen täydellista vaihevuorottelujonoa, johon edellä viitattiin. Il- φ * * **’’ meisesti NQR-signaali voidaan nähdä ulottuvan 2 ms:iin saakka jollakin häviöllä, ja jopa 12 ms.iin saakka paljon suuremmalla häviöllä. Ruuvien läsnäolo heikensi an-*:*·: 30 turin hyvyyskerrointa (Q) merkittävästi, ja näin ollen vastesignaalien signaali- kohinasuhdetta. Kuitenkin varmistettiin, että häiriösignaalit oleellisesti kokonaan • · t‘\ poistettiin vastesignaalista. Häiriösignaalit olisivat aiheuttaneet signaaleja, jotka ’ olisivat olleet noin 5-10 kertaa niin voimakkaat kuin varsinaiset NQR-vasteet, jot ka on esitetty kuvassa 4.

30 ' 117652

Toisessa kokeessa, joka on samantapainen kuin kuvan 4 yhteydessä selitetty (mutta jota ei tässä havainnollisteta), ei käytetty vaihevuorottelua, eli käytettiin ainoastaan A-tyyppisiä pulssijonoja. Tässä kokeessa NQR-vaste oli täysin ruuvien aiheuttamien häiriösignaalien peitossa.

5 Kuvan 5 käyrästö, joka on muutoin samantapainen kuin kuvan 3 käyrä, mutta joka esittää eri pituusalueen spinin lukitsevalle pulssille P2, on käytetty NQR-spinin luki-tusajan Tip estimaatin saamiseksi huoneenlämpötilassa RDX näytteen taajuudella 3,42 MHz, kun Brkenttä oli 1,6 mT (havaitaan, että Tip voi vaihdella B,-kentän funktiona). Kokeen antamat datapisteet on esitetty avoimin ympyröin, kun taas eheä 10 viiva on paras sovitus yhtälöllä, joka on muotoa y = a exp(-x/b) kun toinen pulssi P2 on pidempi kuin t = 3 ms. Pienimmän neliösumman sovitus antaa “a”:lle arvon 35 ja “b”:lle arvon 5990, josta saadaan arvo TIp = 0,7 ms, kun kaikki arvot on saatu huoneenlämpötilassa.

15 Kuvan 5 käyrästö osoittaa, että spinin lukitsemismenetelmä voi säilyttää magne-toinnin huomattavasti kauemmin kuin aika, joka tarvitaan jotta ensimmäisen, alku-pulssin aiheuttama mahdollinen häiriösignaali vaimenisi paljon pienemmäksi kuin NQR-signaali.

• · · _ • V Toinen samantapainen käyrästö (katso kuva 6) havainnollistaa vaikutusta, joka saa- : 20 daan kun alkupulssia P1 lyhennetään arvosta 20 ps, niin että kääntökulma pienenee ·:· arvosta 119°. Mustat neliömerkit viittaavat kääntökulmaan 119°, ja avoimet ympyrät ♦ ··· ;··*; (pulssin pituuden ollessa 6,6 ps) arvoon noin 40°, ja avoimet neliöt (pulssin pituu- • · y." den ollessa 4,4 ps) arvoon noin 25°, jolloin kaikki esitetyt kääntökulman arvot ovat *···, todellisia arvoja, eivät tehollisia arvoja.

• · · · 25 Kuvasta voidaan ensimmäisen approksimaation mukaan päätellä, että 3 ms:iin saak- ·* i *·* ka signaalin voimakkuus pienenee kääntökulmaan verrannollisesti, kuten olisi odo- tettavissa, jos käytettäisiin vain yhtä pulssia.

* · ♦ **..·* Kuva 7 havainnollistaa samaa asiaa toisella tavalla. Kuvassa avoimet ympyrät ha- vainnollistavat signaalin voimakkuutta, joka seuraa yhtä ainoata Pl-pulssia, tämän * .***. 30 pulssi eri pituuksilla. Avoimet neliöt edustavat signaalin voimakkuutta, joka seuraa • φ P1 pulssin spinin lukitsevan jonon jälkeen, kun Pl-pulssin pituus vaihtelee, ja kun pulssin P2 pituus on kiinteä 100 ps.

117652 31

Voidaan nähdä, että spinin lukitsevan jonon jälkeen signaalin voimakkuus joissakin rajoissa riippuu alkupulssin Pi pituudesta karkeasti ottaen samalla tavalla kuin erillisen, yhden ainoan P1-pulssin jälkeen. Tämä antaa aiheen olettaa, että jos pystyttäisiin näkemään vapaan induktion vaimenemista, olisi yhtä mahdollista nähdä spi-5 nin lukitusvaste, jolla on karkeasti ottaen sama voimakkuus, (joissakin rajoissa) Br kentän tai kääntökulman arvoista riippumatta. Signaalin voimakkuuden käyrä ajan funktiona osoittaa ensinnäkin miten suuri hiekan aiheuttama signaali on (joka on merkitty katkoviivalla ja määritetty käyttäen pelkästään yhtä ainoata ekvivalenttista pulssia), mutta toiseksi että jos varsinaisesta NQR-signaalista otetaan näyte vasta 2 10 ms:n kuluttua, se on huomattavasti paljon suurempi kuin hiekan signaali (katso yh tenäinen viiva).

On huomattava, että edellä olevat tulokset on esitetty spinin lukitsevan jonon reso-nanssikohdan toiminnan osalta. Jono voi toimia lähes yhtä hyvin resonanssin sivussa, rajallisella kaistanleveydellä, erityisesti käytettäessä kuvissa 2b, 2c tai 2d esitet-15 tyjä pulssijonojen muunnelmia käytettäessä.

Viitaten kuvaan 9, ja käyttäen jälleen näytteenä RDX-räjähdettä 3,41 MHz:llä, kolmiomerkit esittävät tulokset, jotka saadaan kun summataan kuvissa 2c ja 2d esitettyjä vaihejaettuja pulssijonoja, joita selitettiin ensimmäisen suoritusmuodon kolmannessa muunnelmassa, jonka jälkeen tulos on jaettu kahdella, kun taas herätteen ... 20 kantoaaltotaajuutta on askellettu 0,1 kHz askelin. Valmistelevan pulssin pituus oli • A · j ·* 240 ps, kun taas kaikkien kahdeksan vaihejaetun pulssin pituus oli 275 ps, jolloin • · * ϊ·ϊ ϊ koko pulssijonon pituus oli lähes 2,5 ms. Pyörein merkein on esitetty tulokset, jotka saatiin samantapaisella yksittäispulssilla, jonka pituus oli 240 ps, jälleen askeltamal- ·· · • *.· la kantoaaltotaajuutta 0,1 kHz askelin. Nähdään, että signaalin voimakkuus vaihe- : 25 jaetulla pulssijonolla on ainakin 70 % arvosta, joka saadaan yksittäispulssilla, kun ·*;*: taas kaistanleveys 3,5 kHz on karkeasti ottaen yhtä suuri. Tämä kaistanleveys edus taa lämpötilan muuttumista 38 °C:lla, joka osoittaa jaetun pulssijonon hyviä ominai- :·. suuksia resonanssikohdan sivussa. - • · · • '-···?· ··· v * Seuraavassa viitataan kuvaan 10, jossa jälleen käytetään RDX-räjähteen näytettä :***: 30 3.41 MHz:llä, ja jossa esitetään tulokset, jotka saatiin käyttämällä pinottuja pulsseja ·;··· (joita selitettiin ensimmäisen suoritusmuodon neljännessä muunnelmassa), verrattu- na spinin lukitsevaan perusjonoon, jota selitettiin ensimmäisessä muunnelmassa.

*;··* Kaikissa kuvan 10 esittämissä neljässä tapauksessa spinin lukitus oli yhtä pitkä * * · · *· (1 ms). Odotetusti parhaat tulokset, sekä huippuvasteen että kaistanleveyden osalta, 35 saatiin kun pinotulla pulssilla oli tB = tA/2 (= 250 ps) ja n = 3 (katso ylöspäin osoit- 117652 32 tavat kolmiomerkit). Toiseksi parhaat tulokset saatiin, kun pinotulla pulssilla oli tB = tA (= 250 ps) (katso pyöreät merkit). Neliön muotoiset datapisteet saatiin spinin lukitsevalla perusjonolla, jossa valmistelevan pulssin pituus oli 250 ps. Alaspäin osoittavalla kolmiolla merkitys datapisteet saatiin spinin lukitsevalla perusjonolla, 5 jossa valmistelevan pulssin pituus oli 125 ps.

Toinen suoritusmuoto - useamman pulssin kaikumenetelmä

Lyhyesti sanoen keksinnön toisessa edullisessa suoritusmuodossa häiriösignaalit poistetaan useamman pulssin kaikumenetelmän avulla.

Toisessa suoritusmuodossa häiriösignaalien poistamiseksi NQR-kaiuista käytettiin 10 samaa vaiheyhtäläisyyden periaatteita, joita selitettiin. Samaten yleisesti, vaikkei yksinomaan, käytetään periaatetta valmistelevan alkupulssin vaiheen kääntämiseksi jonosta toiseen.

Signaali-kohinasuhdetta voidaan parantaa toistamalla kaikujen talteen ottamista, joka on tavanomaista, ei ainoastaan spinin lukitsevan pulssitetun jonon (Pulsed Spin 15 Locking) yhteydessä, jota selitetään toisen suoritusmuodon ensimmäisessä muunnelmassa (katso alla), vaan myös Carr-Purcell-Meiboom-Gill (CPMG) -jonon yhteydessä, ja US-patentissa nro 5,365,171 mainittujen jonojen yhteydessä (Strong Off ... Resonant Comb and Steady State Free Precession), joihin jo edellä viitattiin (joita • · * j ;* joka tapauksessa voidaan pitää spinin lukitsevina pulssitettuina jonoina). Näin ollen • · * 20 käsillä olevissa pulssijonoissa “n” voi edullisesti olla mahdollisimman suuri, mah- * dollisesti välillä 10 -15, tai välillä 15 - 25, tai jopa vielä suurempi.

*· ♦ • « · • · • ·

Mainittu jono, Pulsed Spin Locking, mutta myös jono Strong Off Resonant Comb • · · and Steady State Free Precession, on havaittu sellaisiksi jotka pystyvät muodosta- • · · ·· ii maan kaikuja viivan käydessä leveämmäksi, esimerkiksi näytteen lämpötilan vaihte- ? .. 25 lujen johdosta, ja sellaisiksi jotka toimivat Brkentän pienillä arvoilla. Näin ollen • * : " kaikkia näitä jonoja voidaan menestyksellä käyttää esillä olevan keksinnön yhtey- • · * V * dessä, tarvittaessa yhdistelmänä kulloisenkin valmistelevan alkupulssin kanssa, ku- ten tässä selitetään. Itse asiassa vaihtoehtoisesti voidaan käyttää vielä muitakin ·♦· pulssijonoja, jotka seuraavat valmistelevaa alkupulssia, jolloin jonon tyypille asete-30 taan hyvin vähän rajoituksia ottaen huomioon esillä olevan keksinnön menetelmän • * *"\ joustavuus. Alempana selitetään useampia käyttökelpoisia pulssijonoja toisen suori- * · · *· " tusmuodon muunnelmina.

Keksinnön toisessa edullisena pidetyssä suoritusmuodossa käytetään edullisesti vai- 117652 33 hevuorottelumenetelmää, jotka selitettiin ensimmäisen suoritusmuodon yhteydessä, ja erityisesti kahdessa ensimmäisessä taulukossa esitettyjä kahden tai neljän parin jonoja, jolloin jokaisessa erillisessä jonossa P2-pulssia seuraavilla pulsseilla on sama vaihe kuin P2-pulssilla.

5 Toisen suoritusmuodon ensimmäinen muunnelma - spinin lukitseva pulssitettu pulssijono

Viitataan ensin kuvaan 11, jossa resonanssin kohdalla oleva spinin lukitseva pulssitettu (PSL, pulsed spin locking) A-jono on muotoa: 1*0° - Έ - OCgo» - (-2τ - (X90» -)n 10 ja sitä vuorotellaan samantapaisen B-jonon kanssa, joka on muotoa: «180° - τ - «90° - ("2τ - Ot90e -)n jossa aika τ on alkupulssin ja jonon seuraavan pulssin väli, ja aikaa 2τ sanotaan muiden pulssien “pulssien toistoajaksi”.

Havaitaan, että PSL-jonossa käytetään spinin lukitsevaa menetelmää, johon viitattiin 15 edellä.

·’·*: Kuvan esittämällä tavalla vastesignaalin talteen ottaminen tapahtuu jokaisen o^o»- • · : pulssin välissä, mutta ei välittömästi valmistelevien oto"-tai aigo-alkupulssien (Pl) • ·· · jälkeen. Itse asiassa talteen ottamista viivästetään jonkin verran myös toisten pulssi-en (P2) jälkeen, jotta voitaisiin huomioida laitteiston itseisvärähtelyn vaimeneminen.

• · *. * 20 Jonoissa arvo n voi saada minkä tahansa sopivan arvon (mukaanlukien 1, tai jopa 0 jos halutaan vain lyhyt kaikujakso).

• · · * · ·

Mainitut kaksi jonoa vähennetään toisistaan vaiheensiirtomenetelmällä, joka on sa-·*·.. mantapainen kuin edellä kuvattu, niin että saadaan kaikuvastesignaali, jossa ei φ oleellisesti ole häiriösignaaleja tai jossa jopa ei lainkaan ole vapaan induktion vai-25 menemissignaaleja.

* * * * * * * *:*·: Toisen suoritusmuodon toinen muunnelma · pysyvän tilan vapaan presession pulssijono * · • · * * * **.'**: Esillä olevan keksinnön toisen suoritusmuodon toisessa muunnelmassa esitetään joukko pysyvän tilan vapaan presession (Steady State Free Precession) kaikuja 30 muodostavia pulssijonoja. Kaikissa näissä jonoissa ei käytetä valmistelevia pulsseja, 34- 117652 mutta silti ne kaikki noudattavat vaiheyhtäläisyyden periaatetta.

Ensimmäisessä ja yksinkertaisimmassa (ei spinin lukitsevassa) pulssijonossa käytetään neljän pulssin monipulssijonoa 180 asteen vaihesiirroilla:

A B C D

5 (Oo» - x - Oio® - X - Ot]8o° -X - OCi80e " X ")n jossa n edustaa jonon toistoa, ja jossa esitetyt kulmat ovat vaiheita. Signaalit yhdistetään muotoon (A - B - C + D). Tämä jono toteuttaa vaiheyhtäläisyyden periaatteen siten, että vain samanlaiset vaiheet vähennetään toisistaan. Häiriösignaalien kumoaminen toteutetaan tavalliseen tapaan kulloisenkin pulssin avulla, joka välittö-10 mästi edeltää vertailtavien ja pulssiparien vastakkaisvaiheisia jäseniä (A ja B, C ja D)·

Vaihevuorottelu voidaan aikaansaada käyttämällä toista jonoa, jossa ensimmäisen jonon 0°-vaiheet on korvattu 90°-vaiheilla, ja 180°-vaiheet korvattu 270°-vaiheilla.

Ensimmäisen jonon vaihevuoroteltu versio on samanlainen kuin toinen, kahdeksan 15 pulssin monipulssijono 90 asteen vaihevuorotteluin:

A B C D

(CXo® - Xl - 090° ’ X2 · at80° ' X3 0^270° " X4 ')n • · « * : jota seuraa: • · · e f g h • * · 20 (CV - Xl - (*270° - X2 - tti80® - X3 - ~ X4 *)n * · • « · • jolloin vastaanottimen vaiheet ovat A-0°, B-2700, C-180°, D-90°, E-180°, F-2700, G-0° ja H-90°. Pulssit ovat edullisesti yhtä pitkät, ja edullisesti mahdollisimman lä-hellä spin-1 ytimien, kuten 14N-ytimen optimiarvoa 119°, mutta jono toimii pie-nemmillä kääntökulmilla, jolloin menetetään jonkin verran signaali-kohina-25 suhteessa. Kaikujen muodostaminen käyttäen kääntökulmia, jotka ovat optimia pie- • · *···' nemmät, esitetään toisaalla tässä patenttiselityksessä. Koska vastesignaalit ovat kai- kuja muistuttavia signaaleja, ne ovat näytteen lämpötilagradienteille epäherkempiä » kuin vapaan induktion vaimenemisen signaalit. Tätä toista jonoa pidetään erityisen • * · ;*. j edullisena: se toimii erityisen hyvin pienellä Bpkentällä.

« · 30 Edellä kuvatulla kahdeksan pulssin jonolla ei tavallisesti tarvita mitään vaihevuorot-telua. Kuitenkin ymmärretään, että toiset jonot käyttäisivät samoja vaiheita eri per- '35 117652 mutaatioina.

Pulssien välien, Xi, x2, t3, x4, ei tarvitse olla yhtä suuret. Jos ne ovat yhtä suuret, signaalin vasteet esiintyvät kaikujen muodossa, joilla on huippuarvo seuraavan pulssin kohdalla, joka on haitaksi signaali-kohinasuhteen kannalta. Kaiun maksimikohdat 5 voidaan siirtää paremmin hallittavalle alueelle antamalla pulssien välien olla erilaiset, jolloin ne muodostavat stimuloituja tai vastaavia kaikuja, kuten aikaisemmassa Yhdistyneiden kuningaskuntien patentissamme nro 2,262,610 (British Technology Group Limited) opetetaan. Yksinkertainen, mutta tehokas valinta on pelkästään kahden välin käyttäminen, niin että x2 = 2ii, x3 = xb ja x4 = x2, mutta muutkin yhdis-10 telmät ovat mahdollisia, ja lisäksi voidaan käyttää useampaa kuin kahta tai kolmea erilaista pulssiväliä.

Tässä kuvatun kolmannen muunnelman ensimmäisessä alimuunnelmassa jonon jokainen pulssi korvataan kahdella identtisellä pulssilla. Edellä selitetyn kahdeksan pulssin jonon ensimmäinen puolikas olisi seuraava: 15 (oto0 - T OCoe - Xl * OC900 - X2 - 090° - Xl - OCi80° ' X2 <*180° ^1 OC270® * X2 " 0^270® - )„ joka toimii hyvin, kun x2 = 2Xi. Tämä alimuunnelma voi parantaa signaali- kohinasuhdetta.

·**': Kolmannen muunnelman toisessa alimuunnelmassa yhdistetään erityinen jono, joka φ · : onmuotoa: • · · * * * * * * * ···; 20 (OC900 - X - CCo° - 2x - oti80° - x - a27o°) talteenottaminen • * · • · * * ·*·.. jonoon: • · • · · *·* (oc<)° - x - (*180° - 2x - OC900 - x - Oc27o°) talteenottaminen ·*·.. toimii myös hyvin. Siitä on erityisiä etuja pienessä Bpkentässä, jolloin se voi paran- taa magnetointia ja näin ollen signaalia.

• *.*,/· 25 Kolmannessa alimuunnelmassa kahdeksan pulssin perusjono 90 asteen vaihesiirroin ·:**: supistetaan kahdeksi erilliseksi spinin lukitsevaksi yhdistetyksi pinotuksi pulssijo- /··, noksi (katso ensimmäinen suoritusmuoto), esimerkiksi: • · ··* ·. *: (oto» - Ct90° - CCi80° - Ct270°)n («iso» - (X90® - Oto® - (X270°)n 117652 36

Jokaisen erillisen jonon ensimmäinen pulssi toimii itse asiassa valmistavana pulssina, jolloin toinen aikaansaa jonkin asteisen spinin lukitsemisen, kolmas aiheuttaa vaiheen kääntämisen, ja viimeinen pulssi aikaansaa spinin lukitsemisen. Erillinen jono voi muodostaa sekä kaiun että vapaan induktion vaimenemisen.

5 Kolmatta alimuunnelmaa voidaan käyttää joko sinällään tai toisen jonon osana. Jokainen erillinen pinottu pulssijono voisi esimerkiksi muodostaa yhden ainoan pulssin edellä selitetyssä kahdeksan pulssin jonossa.

Kolmannella alimuunnelmalla on hyvä kokonaissuoritusteho erityisesti suuremmalla Bi-kentällä, edellyttäen että spinin lukittumisaika Tip on pidempi kuin pulssin koko-10 naispituus; koska tämä on “pitkä” pulssi, sen herätteen kaistanleveys voi olla kapea.

Neljännessä alimuunnelmassa kahdeksan pulssin perusjonon jokainen pulssi voidaan korvat kahdella (tai useammalla) pinottua tyyppiä olevalla spinin lukitsevalla jonolla, esimerkiksi kun T2 = 2xii (Oto° - CXyo° - Tl - 0(90“ Cti80° " T2 - 0ti80e “ 0(270° “ T3 - 0(270° _ 0*0° “T4 ")n 15 ((Xi80° - 0(90“ - Tl - 0(90° - 0(0“ - T2 - 0(o° - 0(270° ' T3 - 0(270° " 0(iso° -T4 “)n jolloin otetaan vastesignaalien samat yhdistelmät, joita selitettiin kahdeksan pulssin perusjonon yhteydessä. Tavallisesti spinin lukitsevan jonon spinin lukitseva pulssi olisi karkeasti ottaen yhtä pitkä kuin valmisteleva pulssi. Kolmannen alimuunnel- :'Y man pulssijono voi parantaa magnetointia pienellä B|-kentällä. Jono voi muodostaa • · ·//* 20 sekä kaikuja että vapaan induktion vaimenemisia (fid), jolloin viimeksi mainittu on • · · • ·* määräävä, kun käytetään pidempi spinin lukitsevia pulsseja. Signaalien talteen ot- t · : *·* tamista voidaan säätää niin, että ilmaistaan joko kaiut tai fid-signaalit tai molemmat.

* · • · · * · · :

Neljännessä alimuunnelmassa voidaan käyttää pidempiä pulssijonoja kuin neljän tai kahdeksan pulssin perusjonoa, jolloin käytetään lisäpulsseja joilla on välissä olevat * *· 25 vaiheet (kuten 45° ja sen parittomia kerrannaisia). On kuitenkin kyseenalaista tarjoavatko sellaiset pulssijonot mitään todellista etua neljän ja kahdeksan pulssin jonoi- * 4 · hin verrattuna.

* ···*' * ·

Kaikki tässä erityisessä muunnelmassa esitetyt jonot pystyvät muodostamaan kaiku-• * ja tai kaikuja muistuttavia signaaleja kääntökulmilla, jotka ovat huomattavasti pie- 30 nemmät kuin 119°, jolloin mahdollistetaan pitkien rf-pulssien käyttö pienessä Br kentässä.

117652 37

Kolmannen suoritusmuodon kolmas muunnelma - pysyvän tilan vapaan pre· session pulssijono vaihevuorottelulla US-patentissa nro 5,365,171 on kuvattu pysyvän tilan vapaan presession (SSFP, , steady state free precession) menetelmä, joka perustuu 180 asteen vaihesiirtoihin, 5 kuten alla on esitetty:

A B

PAPS (tv - τ, -α180°-τ2-)η

C D

NPAPS ((*0° - Ti - oto» - τ2-)η 10 Kaikkien pulssivälien τ arvot ovat samat (eli ^ = τ2). Alaindeksi n tarkoittaa pulssi-jonojen sopivaa toistoa, niin että saadaan tarvittava signaali-kohinasuhde. Ensimmäistä jonoa sanotaan PAPS-jonoksi (phase alternated pulse sequence; vaihevuoro-teltu pulssijono), ja toista jonoa NPAPS-jonoksi (non-phase alternated pulse sequence; pulssijono ilma vaihevuorottelua). Väitetään, että yhdistelmä (A - B - C - D) 15 tuottaa hajavasteiden tehokkaan kumoamisen.

Nyt on kuitenkin havaittu esillä olevan keksinnön mukaan, että hiekasta saatavien pietsosähköisten vasteiden tapauksessa tällä menetelmällä saavutetaan vain suhteel- ·’·*: lisen vaatimaton 20 dB:n vaimennus, ja epäsymmetriansa vuoksi jono pyrkii tuotta- : maan suuren signaalin nollakohdan poikkeaman, spektrometrin säädöstä riippuen.

20 Näiden puutteiden syynä on se, etteivät PAPS/NPAPS-jonot pysty toteuttamaan j·**. täsmällistä vaiheyhtäläisyyttä, eli vaiheiden osalta sitä periaatetta, että samanlainen • · olisi vähennettävä samanlaisesta, koska jonoihin sisältyy kolme 0°-vaihetta, mutta :..l vain yksi 180°-vaihe.

• » · • · · *

Esillä olevan keksinnön mukaan on kehitetty muutettu versio tästä jonosta, joka ei 25 täytä vaiheyhtäläisyyden periaatetta. Se on esitetty alla: • i » **: * a b C: PAPS (OCo° - Xj - ai80° - X2 -)n * *··*·

C D

• · * PAPS (a,8o° - Ti - cto· - τ2 -)„ · • · · ♦ ··

30 E F

NPAPS (Oo« - τι - ao· - τ2 -)„ 3β 117652

G H

NPAPS (CXi80° - 'Ci “ Otiso" “ t2 -)n ja nyt otetaan yhdistelmä (A - C - E - G), tai täydellisemmin (A-C-E + G- B+ D + H). On havaittu, että sellainen pulssijono aiheuttaa 33 dB vaimennuksen hiekan 5 vasteeseen, ilman nollakohdan poikkeamaa. Tämä suorituskyky on verrannollinen parhaisiin saavutuksiin, jotka saadaan toisen suoritusmuodon muilla muunnelmilla.

Suorituskykyä voidaan edelleen parantaa toteuttamalla jonon vaihevuoroteltu versio, jossa 0°-vaiheet muutetaan 90°-vaiheiksi, kun taas 180°-vaiheet muutetaan 270°-vaiheiksi.

. 10 Lisäksi tämän jonon parannetussa versiossa voidaan käyttää väliä Xi joka on eri suuri kuin τ2, jonka toteuttaminen olisi vaikeata, jopa mahdotonta US-patentissa nro 5,365,171 kuvatussa menetelmässä, ottaen huomioon siihen sisältyvä epäsymmetria. Asettamalla Χχ eri suureksi kuin τ2 voidaan saada etuja signaali-kohinasuhteen parantamisen kannalta, kuten edellä selitettiin toisen suoritusmuodon toisen muunnel-15 man yhteydessä.

Yleisiä näkökohtia toisen edullisen suoritusmuodon osalta

Jotta esillä olevan keksinnön toinen suoritusmuoto toimisi tyydyttävästi on edulli- *.V. sesti täytettävä eräitä ehtoja sekä järjestettävä eräitä ominaisuuksia. Ne ovat: • · • · * * · *··:: ensinnäkin jonojen eräs erityisen tärkeä piirre on se, että signaalien talteen ottamista ...! 20 viivästetään riittävästi alkupulssin jälkeen, jotta oleellisesti voitaisiin suodattaa pois ** · •tämän alkupulssin mahdollisesti aiheuttamat häiriösignaalit.

• * * · • · · *·:·. Toisessa suoritusmuodossa kulloisenkin pulssin toistoaika T asetetaan edullisella ta valla tyypillisesti suuremmaksi kuin 200, 400, 500, 600, 700, 1000 tai 1500 ps, sa- .. maan tapaan kuin viivemenettelyssä, jota edellä tarkasteltiin ensimmäiseen suori- • · ' 25 tusmuotoon liittyen.

♦ · · • · * .···, Vaihtoehtoisesti, perustuen samaan signaalien viivästetyn talteen ottamisen periaat- * · teeseen, ajastin asetetaan tyypillisesti jopa pienemmäksi kuin 200 ps, mutta kaikujen * · · . signaalit ilmaistaan vasta jonon muutaman ensimmäisen (esimerkiksi kahden, vii- • · · den, kymmenen tai useamman) pulssin jälkeen, jolloin kokonaisviive edelleen jarjes-:’*·· 30 tetään suuremmaksi kuin edellä mainittu arvo 200, 400, 500, 600, 700, 1000 tai 1500 ps. Tässä muunnelmassa käytettäisiin sopivasti pulssien suurta lukumäärää, jotka seuraavat likeisesti toisiaan kummassakin erillisessä A- ja B-jonossa. Tämän 117652 39 vaihtoehdon etuna on se, että se voi parantaa signaali-kohinasuhdetta. Kaiun vaime-nemisaika T2c resonanssikohdalla olevassa PSL-jonossa riippuu pulssien toistoajasta 2τ funktion τ"π mukaan, jossa “n” on välillä 3 - 5, niin että nopea pulssitus voi tuottaa parhaan signaali-kohinasuhteen; vastaavat periaatteet pätevät resonanssikohdan 5 sivussa oleville PSL-jonoille.

Kaikkia muita viivettä koskevia periaatteita, joita tarkasteltiin edellä ensimmäisen suoritusmuodon yhteydessä, voidaan myös soveltaa toisessa suoritusmuodossa.

Toiseksi on edullisesti täytettävä toinenkin tärkeä ehto, joka koskee kaiun voimakkuuksien riippuvuutta sekä kääntökulmasta a että pulssien välistä τ, ja näiden kes-10 kinäisestä suhteesta. Esillä olevan keksinnön mukaan tehdyt havainnot ovat seuraa-vat. Ensinnäkin (muualla täydellisemmin tarkasteltuna) on havaittu, että kaikuja voi muodostua kääntökulmilla, jotka ovat selvästi alle 119ot0deii; itse asiassa saattaa olla edullista, että kaikuja muodostuu pienillä kääntökulmilla. Toiseksi on havaittu, että kaikusignaalin voimakkuus pienenee merkittävästi pienellä kääntökulmalla. Kol-15 manneksi on kuitenkin havaittu, että pulssi välin τ arvon pienentäminen voi jossain määrin kumota signaalin voimakkuuden pienenemistä kääntökulman funktiona, , koska on havaittu, että signaalin voimakkuus on käänteisessä suhteessa pulssiväliin.

Erityisesti pidetään edullisena, että pulssiväli τ on pienempi kuin vapaan induktion vaimenemisaika T2* kyseessä olevalla ytimen tyypillä, ja edullisemmin τ on pie- :*.*· 20 nempi kuin 0,5, 0,3 tai jopa 0,1 kertaa vapaan induktion vaimenemisaika T2*. Tässä » · : mielessä τ itse asiassa edullisimmassa tapauksessa on mahdollisimman pieni.

M* * * ...i Kolmanneksi ehtona kaikujen muodostamiselle on se, että kyseessä oleva pulssien • V toistoaika, joka tässä eräitä muunnelmia varten käytettynä voi olla yhtä suuri kuin : *·· 2τ, joka tapauksessa on pienempi kuin karkeasti ottaen 5 - 10 kertaa T2*. Tämän 25 vuoksi RDX-räjähteen taajuudella 3,41 MHz kaikuja syntyy, jos kyseeseen tuleva pulssien toistoaika on pienempi kuin noin 3,5 tai 7 ms.

·* • ·

Neljänneksi on oltava huolellinen oikean ilmaisun tekemiseksi kaikua muodostavien * * * jonojen vastesignaaleista. Suuremmilla pulssin toistoaikojen arvoilla (lähellä 5 tai 10 kertaa T2*) suurin osa magnetoinnista keskittyy vapaan induktion vaimenemista ·:*·· 30 edustavaa tyyppiä oleviin signaaleihin, jotka seuraavat tai edeltävät pulssia, ja näin edullisesti ilmaistaan juuri tämä signaalin osa. Pienemmillä arvoilla (esimerkiksi '*.***. kun pulssin toistoaika on yksi tai kaksi kertaa T2*) suurin osa magnetoinnista lo- • * · ’* " puksi keskittyy kaikuihin tai puolipysyviin, pysyvän tilan tyyppisiin signaaleihin, ja näin edullisesti ilmaistaan toinen osa signaalista. Pulssien toistoajan välillä olevilla 35 arvoilla voivat molemmat signaalit olla tärkeitä, ja näin ollen on tehtävä vastaanot- 117652 40 timen vaiheen huolellinen säätö, jotta varmistettaisiin optimaalinen signaalin talteenotto. Jos testeissä käytettävän laitteiston rajoituksista johtuen anturin itseisväräh-telyaika estää vapaan induktion vaimenemissignaalien onnistuneen talteen ottamisen näillä välissä olevilla arvoilla, niin tällöin on ilmaistava vain kaiun vastesignaaleja.

5 Koska viidenneksi kaikki toisen suoritusmuodon muunnelmat pystyvät muodostamaan kaikutyyppisiä vasteita, pulssin muotoilua voidaan käyttää taajuus- ja/tai amplitudimodulaatiolla, edellyttäen että tuotetut pulssit todella muodostavat NQR-kaikuja. Voidaan esimerkiksi käyttää pulsseja, joilla on Yhdistyneiden kuningaskuntien patenttijulkaisussa nro 2,282,666 (British Technology Group Limited) ku-10 vattu muoto. Sellaisten pulssien käytöstä on se etu, että voidaan saavuttaa parempi herätteen kaistanleveys verrattuna yksittäisiin suorakaidepulsseihin, erityisesti kun käytettävälle -kentälle tai rf-lähettimen käytettävissä olevalle teholle asetetut rajoitukset pakottavat käyttämään pitkiä pulsseja. Tällaista herätteen kaistanleveyttä tarvitaan, kun on tutkittava näytteitä eri lämpötiloissa, kuten jo on huomautettu Yh-15 distyneiden kuningaskuntien patenttijulkaisussa nro 2,255,830 (British Technology Group Limited). Voidaan myös käyttää pulssien välisiä taajuusmuutoksia herätteen kaistanleveyden parantamiseksi.

Sopivasti muotoiltujen käyttämisestä on toisena etuna se, että kaiun maksimikohtaa voidaan siirtää, niin ettei se enää tule seuraavan pulssin kohdalle, jolloin se siirtyy 20 alueelle, joka paremmin on käsillä talteenottamista varten. Pinottujen, vaihejaettu-; .·. jen, ja/tai vaihe- tai amplitudimoduloitujen pulssien käytöstä pienissä rf-kentissä **V yhdistelmänä epätasaisten pulssivälien kanssa (kuten edellä selitettiin) on se lisäetu, Y.*\ että talteenottamista varten käytettävissä oleva kaiun pituus kasvaa.

♦ · ♦ · \ *·· Kuudenneksi toisen suoritusmuodon kaikua muodostavat pulssijonoja voidaan :T: 25 käyttää pienissä B,-kentissä erityisen edullisesti. Tämä on seurausta siitä esillä ole van keksinnön mukaisesta havainnosta, että signaalin voimakkuus sellaisissa pienis-;*.#e sä kentissä on huomattavasti suurempi kuin olisi odotettavissa.

• · · • · · *·’' Seitsemänneksi ja viimeiseksi, kaikujen tapaisten signaalien signaali-kohinasuhdetta voidaan edelleen parantaa käyttämällä eksponentiaalista kasvavaa suodatinta tai jo- ·:·*: 30 tain muuta suodatinta, joka perustuu ajan mukaan kasvavaan funktioon, ja joka on sovitettu esimerkiksi kaiun muotoon, eli aikavakioon T2*, edellyttäen että häiritsevät **.·** hajasignaalit voidaan erottaa kaikusignaalista signaalin talteen ottamisen aikana, • · · ’· *: niin että edellinen on vaimenemassa kun taas kaikusignaali on kasvamassa. Eräässä kokeessa signaali-kohinasuhde kasvoi lähes 50 % käyttämällä sovitettua eksponenti-35 aalista kasvavaa suodatinta hiekkanäytteestä tulevaan häiriösignaaliin.

117652 41

Esimerkkejä toisen suoritusmuodon käytöstä

Kuviin 12-16 viitaten esitetään tulokset erilaisista kokeista, jotka on tehty käyttäen esillä olevan keksinnön toisen suoritusmuodon ensimmäistä muunnelmaa (spinin lukitseva pulssitettu pulssijono). Yleisesti ottaen kokeissa käytettiin jonoa, jossa oli 5 ainakin 10 tai 15 pulssia erillistä A- tai B-pulssijonoa kohti. Koska käytettiin neljän parin vaihevuoroteltua jonoa, tämä tarkoittaa karkeasti ottaen yhteensä ainakin 80 -120 pulssia. Erillisten pulssijonojen väli oli karkeasti 60 ms. Väli oli yleisemmin ottaen riittävä, jotta magnetointi voisi palautua, ja näin ollen se voi olla pidempi kuin T], tai kaksi, kolme tai viisi kertaa Ti.

10 Ensimmäisenä esimerkkinä kuvaan 12 viivaten käytettiin 31 PSL-pulssia erillistä pulssijonoa kohti (eli n = 31). Kuva esittää kvadratuurimuodossa ilmaistut pulssijonojen neljän parin muodostaman monen kaiun jonon reaali- ja imaginaariosat, jolloin kaikkien pulssien pituus oli 30 ps, kun taas pulssien väli oli τ = 160 ps. Vaikka kaikusignaalien voimakkuus pienenee ajan mukana, havaitaan ainakin 31 kaikua, ja 15 hyvälaatuinen kaiku näkyy vielä 7 ms:n kohdalla, kun pulssijono päättyi. Tässä on huomattava, että toinen, kolmas ja muut kaiut ovat erityisen voimakkaat, ja saattaa olla edullista, että käytetään pulssijonoa, joka on suunniteltu muodostamaan karkeasti tällainen kaikujen lukumäärä.

... Kuvasta 12 on myös huomattava, että menetelmä on poistanut kaikki jäljet pulssien I « · | ·* 20 läpitunkemisesta, joka aiheutuu anturin itseisvärähtelystä. Pulssien läpitunkemisen :.i *. poistamisesta saatu erityinen etu on se, että anturin ja vastaanotinjärjestelmän tehol- ; lista itseisvärähtelyaikaa voidaan lyhentää, niin että tietojen keruu voidaan aloittaa • · * • V lähempänä kulloisenkin pulssin reunaa.

• · • · * · ·

Seuraavaksi viitataan kuvaan 13, joka logaritmisella asteikolla esittää kaikusignaalin » i · * 25 voimakkuuden käyrän pulssivälin τ funktiona. Kuten kuvassa 12, kaikkien pulssien pituus oli 30 ps. Kuvassa 13 ensimmäinen kaiku havaittiin hetkellä, joka on ainakin • • '* 2 ms ensimmäisen pulssin, alkupulssin P1 jälkeen. Havaittiin, että kaikusignaalin • * * ·.* * voimakkuus vaihtelee pulssivälin funktiona, saavuttaen maksimiarvon, kun välin τ * ··· arvo on lähellä 0,3 ms, mutta erityisesti se putoaa jyrkästi suuremmilla τ:η arvoilla.

• · · ....i 30 Määrätyn testattavan RDX-taajuuden vapaan induktion vaimenemisaika T2* oli 0,7 ms, ja voidaan otaksua, että jyrkkä pudotus 0,3 ms:n yläpuolella johtuu käytettävissä * · ·...* olevan testiajan tehottomasta käytöstä. Lisäksi kuvasta 13 voidaan päätellä, että • * · *· *i määrättyjen rajojen puitteissa on sitä parempi mitä pienempi τ:η arvo on. Vaikka signaalin voimakkuus pienenee pienemmillä arvoilla, näytteeseen voidaan kohdistaa 35 useampia pulssien toistoja, ja kaikuja voidaan annetussa ajassa havaita enemmän; ' 42 117652 tämä voi enemmän kuin korvata signaalin voimakkuuden pienenemisen.

Koskien signaalin voimakkuuden vaihtelua kääntökulman funktiona tehtiin toisessa esimerkissä kokeita käyttäen kahta pulssijonoparia, jotka olivat samantapaiset kuin edellä selitetyt, jolloin jokaisen erillisen jonon kolmen pulssin pituus vaihteli välillä 5 70 - 250 μβ, ja pulssivälin τ arvot olivat 1, 9m5 ja 0,25. Kaiusta otettiin näyte n = 1 jakson jälkeen, jolloin viive viimeisen pulssin jälkeen oli 400 μβ. Viive oli välttämätön laitteistorajoitusten johdosta, ja tavallisesti se olisi huomattavasti lyhyempi. Havaittiin, että pulssin pituus 250 μβ vastasi kääntökulmaa 119°tode|], ja pulssin pituus 70 μ8 oletettiin vastaavan 33°tode|]. Näiden kokeiden tulokset esitetään alla olevassa 10 taulukossa. Taulukon viimeisessä sarakkeessa vasemmalla puolella on esitetty mielivaltaisin yksiköin kaiun voimakkuuden arvo jokaisen kokeen osalta, ja oikealla puolella on esitetty kaiun voimakkuusarvojen kahden parin välinen suhde jokaista τ-arvoa kohti.

Kaiun suhteelli-

Pl/ps P2/ps τ/tais nen voimakkuus 250 250 1 3,2 70 70 1 0,49 suhde 6,5 250 250 0,5 4,14 i*V 70 70 0,5 1,07 suhde 3,9 ♦ · • · · 250 250 0,25 4,83 70 70 0,25 1,42 suhde 3,4 • · · • · • * I ....... ...

m * • · 15 Taulukko osoittaa, että integroitu kaiun voimakkuus todella kasvaa, kun τ pienenee, kuten aikaisemmin otaksuttiin.

• · • ·

Lisäksi tehollisen kääntökulman pienentäminen kertoimella 3,6 Brkentän pysyessä • · · *.* ’ vakiona pienentää integroitua kaiun voimakkuutta kertoimella, joka vaihtelee arvos- ta 6,5, kun τ = 1 ms, arvoon 3,4, kun τ = 0,25 ms. On odotettavissa että integroidun t·· ....*· 20 kaiun voimakkuus olisi vielä heikompi vielä pienemmillä τ-arvoilla. Vertaavassa kokeessa oli yksittäisen pulssin jälkeen, jonka kääntökulma oli 33°, vapaan indukti- • · *.··* on vaimenemisen signaalin voimakkuus pieneni suhteessa siihen, joka saatiin kään- ♦ · · ’·’*· tökulman 119° omaavan pulssin jälkeen, pienenemisen ollessa noin 2,5-kertainen, kuten on odotettavissa Bessel-funktiosta riippuvuuden tähden. Näin ollen edellä 117652 43 esitettyjen kokeiden perusteella kääntökulman pienentäminen arvon 119° alle aiheuttaa kaikujonolla paljon merkittävän signaalin voimakkuuden pienenemisen kuin vastaavalla yksittäispulssia seuraavalla vastaavan vapaan induktion vaimenemisella; puute voidaan pääasiassa korvata, jos käytetään riittävän pientä pulssivälin τ arvoa.

5 Vaikka edellä olevat tulokset on esitetty PSL-jonon resonanssin kohdalla, jonon uskotaan toimivan lähes yhtä hyvin resonanssin sivulla, rajallisen kaistanleveyden puitteissa.

Ilmeinen vaikutus siirryttäessä resonanssin sivulle on monissa tilanteissa se, että kaiun verhokäyrän maksimi siirtyy ajassa kauemmaksi ja jonkin verran pienemmälle 10 voimakkuudelle. Näin ollen resonanssin sivulla voi olla edullista käyttää heräte-pulssien suurempaa lukumäärää pienemmän määrän sijasta.

Resonanssin sivulle siirtymisestä on toisena vaikutuksena se, että vastesignaalin suuruus voi vaihdella taajuuspoikkeaman mukaan. Tämä on mahdollisesti kompensoitava käsittelemällä vastaanotettua signaalia huolella, tai käyttämällä herätettä 15 useammalla erillisellä taajuudelle, kuten opetetaan kansainvälisessä patenttijulkaisussamme nro WO 92/17794. Toinen mahdollinen ratkaisu voisi olla pienen satunnaisen vaihtelun mukaanottaminen pulssien toistoaikaan, samaan tapaan kuin artikkelissa Freeman ja Hill: “Phase and Intensity Anomalies in Fourier Transform NMR”, J. Magn. Reson., 4, 366 - 383 (1971). Tämän ei pitäisi muuttaa kaikujen >: 20 voimakkuutta, vaan ainoastaan niiden tarkkaa ajallista sijaintia.

• · • · • * : Toinen seuraus resonanssin sivulle siirtymisestä on se, että vastesignaalin voimak- ..li' kuus voi riippua siitä, onko taajuuspoikkeama positiivinen vai negatiivinen, jolloin • * * : voimakkaammat signaalit joskus saadaan positiivisen poikkeaman yhteydessä. Tämä vaikutus voidaan kompensoida siirtämällä herätetaajuutta tai -taajuuksia sivuun sei- • 25 laisille taajuuksille, jotka ovat hieman alempana kuin tutkittavana olevan taajuus-alueen keski taajuus.

• * • · t ** Esillä olevan keksinnön edullisten suoritusmuotojen erittäin tärkeä piirre on niiden : kyky toimia tehokkaasti pienellä kääntökulmalla a. Tämä kyky on tärkeä sellaisissa ;***; oloissa, joissa on asetettu rajoja näytteeseen kohdistuvalle rf-teholle.

• · · * 30 Seuraavassa havainnollistetaan kuviin 14 ja 15 viitaten mahdollisuutta kaikujen :**’/. muodostamiseksi pienellä kääntökulmalla. Näissä kuvissa olosuhteet ovat samat kuin edellisen taulukon kahdella ensimmäisellä rivillä; kuvassa 14 kääntökulma oli • · 1190t0deii sekä Pl- että P2-pulsseilla, kun taas kuvassa 15 kääntökulma oli vain 117652 : 44 33°tode|i kummallakin pulssilla. Kummassakin tapauksessa käytettiin edellä kuvattua PSL-jonoa, jolla n = 1. Toisin sanoen otettiin näyte jonon kolmannen pulssin jälkeen. Kuvien 14 ja 15 käyrästöissä vaaka-akselin jokainen jako-osa edustaa taajuus-väliä 0,625 kHz. Heräte osui RDX-aineen taajuudelle 5,192 MHz. Kuvista voidaan 5 nähdä, että kaikuja syntyi kummallakin kääntökulmalla. Itse asiassa kaikuja muodostuu esillä olevan keksinnön mukaisesti pienillä kääntökulmilla, joka 10°todeu.

Kaikuja on myös syntynyt Pl-pulssilla, jonka kääntökulma on 90°,ehon, mutta kun P2-pulssin kääntökulma on pienempi kuin 90°tehoii.

Muut esillä olevan keksinnön mukaiset kokeet ovat osoittanee, että PSL-jono voi 10 tuottaa vastesignaaleja niin sanotussa “puolipysyvässä” tilassa, joka kestää pitkiä aikoja, myös kääntökulman pienillä arvoilla.

Tässä on myös mainittava, että kaikkia edellä mainittuja pulssijonoja voidaan käyttää kääntökulmilla, jotka ovat yli 90°tehon.

Kuten edellä mainittiin, esillä olevan keksinnön tuoma havainto siitä, että kaikuja 15 voi muodostua paljon pienemmillä kääntökulmilla kuin 90°tehoii (1190t0deii spin-1 järjestelmällä) oli yllättävä havainto. On myös havaittu, että tämä pätee muillakin pulssijonoilla, joita selitettiin toisen edullisen suoritusmuodon yhteydessä.

Lopuksi toisen suoritusmuodon ensimmäiseen muunnelmaan liittyen kuvassa 16 on esitetty signaalin voimakkuuden käyrä ajan funktiona näytteellä, joka käsittää RDX- • · \ \ 20 räjähdettä sekä nikkelillä pinnoitettuja ruuveja tyypillisissä koeoloissa. Ruuveista • * * •*V lähtevä signaali voidaan nähdä kokeen ensimmäisen 1 ms:n ajan, eikä tässä vaihees- • * * ·"! sa tehty mitään yrityksiä signaalin kumoamiseksi. Tämän jälkeen kuitenkin kaiku- : *.* vasteet ovat selvästi näkyvissä, eikä häiriövasteet tunge läpi.

• * • * ..·;· • · ·

Kuva 17 havainnollistaa toisen suoritusmuodon toisen muunnelman kahdeksan • · 25 pulssin jonon toimintaa. Kuvassa on signaalin voimakkuuden käyrä ajan funktiona, jolloin jonoa on käytetty RDX-räjähteestä lähtevän NQR-signaalin ilmaisemiseksi • · · seuraavissa olosuhteissa: • # · • · · .···. (i) ti = τ2 = τ3 = τ4 = 15 ms (ehjä viiva); (h) 1 tns:n kaiku saatiin jonolla, jossa Xi = x2/2 - x3 = xJ2 = 1 ms (lyhyet katkovii- • 30 vat) • * · (iii) 2 ms:n kaiku saatiin käyttäen samaa jonoa kuin tapauksessa (ii) (pitkät katko- • · *·.*·: viivat).

On ymmärrettävä, että kaikkia kaikuja ei voi nähdä kaikissa tapauksissa.

45 : 117652

Kun integroidaan kaikkien kolmen käyrän pinta-alat, voidaan nähdä, että epätasaiset pulssivälit tuottavat tuloksia, jotka eivät ole heikommat kuin ne jotka saadaan tasaisin välein. Itse asiassa on havaittu, että pienillä B rkentillä tulokset ovat paremmat, kun käytetään epätasaisia välejä.

5 Seuraavassa selitetään kuvaan 18 viitaten toisen suoritusmuodon toisen ja kolmannen muunnelman toimintaa (pysyvän tilan vapaan presession pulssijonot). Tästä nähdään (signaalia (v) lukuunottamatta) hiekasta (kun siinä ei ole RDX-räjähdettä) tulevan signaalin ajallinen kehittyminen rf-pulssin vasteena, jonka keskitaajuus on 3,41 MHz, seuraavissa olosuhteissa: 10 (i) signaali yksittäisen optimi-kääntökulman (90°lehoii) omaavan pulssin jälkeen (ketjutettu pisteviiva); (ii) signaali, joka on vasteena toisen muunnelman ekvivalenttiselle kahdeksan pulssin jonolle (yksinkertainen katkoviiva), kun pulssien vakiotoistoaika τ oli 1,5 ms; (iii) signaali, joka on vasteena kolmannen muunnelman ekvivalenttiselle vaihevuo-15 rottelujonolle (kiinteä viiva), jolla on sama x-arvo; (iv) signaali, joka on vasteena US-patentissa nro 5,365,171 kuvatulle ekvivalenttiselle PAPS/NPAPS-pulssijonolle (kolminkertainen pisteviiva), jossa jälleen oli sama x-arvo.

Signaalit (i) - (iv) saatiin niiden kulloistenkin jonojen lopussa. Kun pulssien toisto- 20 aika oli 1,5 ms, ja kuollut aika 0,2 ms, tapahtuu signaalien talteen ottaminen pulssi- : jonojen aikana vain kuvassa 18 esitetyn signaalin ensimmäisen 1,3 ms:n aikana.

*·* * * * · •••| Hiekan vaimentamaton signaali (i) on selvästi vallitseva. Niistä jonoista, jotka επί .* tyisesti on suunniteltu vaimentamaan hiekan signaalia, toinen ja kolmas muunnelma * a :'·· ((ii) ja (iii)) toimivat parhaiten, kun taas PAPS/NPAPS-jono (iv) toimii heikoimmin.

• * · a * * * a · 25 Kuvassa 19 on esitetty pääasiassa samat tiedot, mutta niin että signaalin voimakkuus on esitetty suuremmalla mittakaavalla (jolloin yksittäispulssin vastetta ei ole esitet- * a· *...t ty). Samat signaalit on esitetty samoilla viivatyypeillä. Kuvassa 19 on myös esitetty edellistä signaalia (ii) vastaava signaali, mutta käyttäen hiekan sijasta RDX-:**/· räjähdettä (täysin mustat merkit).

***** • · . 30 Voidaan nähdä, että toista ja kolmatta muunnelmaa käyttäen saadut tulokset ovat • * * " ^ karkeasti ottaen samat (joka edustaa hiekan signaalilla noin -33 dB vaimennusta), * · kun taas PAPS/NPAPS-jonoa käyttäen saadut tulokset ovat huomattavasti heikommat (joka edustaa vain noin -20 dB vaimennusta). Vertailun vuoksi RDX-räjähteestä 117652 46 saatu ekvivalenttisignaali hiekan puuttuessa on heikompi kuin hiekan signaalit, jotka saatiin käyttäen PAPS/NPAPS-jonoja ja signaalia (i) käyttäen, jonka perusteella on odotettavissa, että käytetyissä koeolosuhteissa RDX-räjähdettä ei havaita vaihetta vuorottelemattomalla jonolla eikä PAPS/NPAPS-jonolla. Vaikka toista ja kolmatta 5 muunnelmaa käyttäen saadut yleistulokset on havaittu karkeasti vertailukelpoisiksi, niin usein jokin muunnelma on havaittu jonkin verran tehokkaammaksi määrätyissä olosuhteissa. Tämän ajatellaan johtuvan niistä eri vaiheista, joita nämä kaksi muunnelmaa käyttävät eri aikoina.

Kolmas suoritusmuoto - sekamuoto 10 Esillä olevan keksinnön kolmas suoritusmuoto on itse asiassa kahden edellisen suoritusmuodon ensimmäisten muunnelmien yhdistelmä, jolloin jokainen erillinen pulssijono käsittää kahden pulssin muodostaman spinin lukitsevan jonon ensimmäisen suoritusmuodon mukaan (mukaanlukien valmisteleva alkupulssi), jota seuraa toisen suoritusmuodon mukainen kaikujono (ilman toista valmistelevaa pulssia), 15 jolloin kaikujonon pulssit ovat samassa vaiheessa kuin P2-pulssi, tai jopa jossain eri vaiheessa.

Käyttäen edellä käytettyä merkitsemistapaa erillinen pulssijono olisi muotoa: OCqo - t90° - (-2T - (X900 -)n • · · • V Spinin lukitsevaa jonoa käytetään vapaan induktion vaimenemissignaalin, jolla on : 20 vastaavat ominaisuudet. Tämä regeneroidaan sitten kaikuna kaikujonon avulla, joi- i ·:* loin kaikujen vaihe määräytyy spinin lukitsevan jonon vaiheesta. Tällä sekamuodol- • · * · la voi edellä selittyihin jonoihin verrattuna olla etuja vastesignaalin signaali- * * ;·. kohinasuhteen parantamisessa. s ··* • · · ’ Esillä olevan keksinnön edellä selitettyjen edullisten suoritusmuotojen yhteydessä 1 25 voidaan tiivistäen sanoa, että: * * * · * · · A) Häiriösignaalit voidaan poistaa sopivilla vaiheen snrto-/vaiheen vuorottelu- * · * menetelmillä, kun täytetään vaiheyhtäläisyyden periaate. Samanaikaisesti saadaan

f I

*..·* etuna, että anturi- ja vastaanottojärjestelmässä voidaan saavuttaa jonkin verran it- seisvärähtelyn (ringing) vaimenemista, kun vähennetään pulssien läpitunkemista.

# • · · • · *·,***. 30 B) Vaihevuoroteltu spinin lukitseva jono voi aikaansaada vapaan induktion vaime- • * · ’·’*·. nemista, joka on verrattavissa yksittäistä vapaat pulssia seuraavaan vaimenemiseen kääntökulmien (flip angle) laajalla alueella. RDX-räjähteen taajuuden 3,41 MHz 117652 47 osalta spinin lukitusajat 1 - 2 ms voivat olla edullisia, jotta mahdollistettaisiin ensimmäisestä pulssista peräisin olevan mahdollisen häiriösignaalin täydellinen vaimeneminen.

C) Vaihevuoroteltu jono voi aiheuttaa kaikuja, niin että valmistelevasta alkupulssis-5 ta johtuvia häiriösignaaleja lukuunottamatta kaikkien pulssien häiriösignaalit kumotaan lähes täydellisesti. RDX-räjähteen taajuuden 3,41 MHz osalta lyhin mahdollinen pulssiväli näyttää edulliselta: arvo τ = 0,25 ms aikaansaa integroidulla kaiulla häviön, joka on vain 3,4 kääntökulmalla 330t0dei] verrattuna kääntökulmaan 119°t0dCH.

Ymmärretään, että esillä olevaa keksintöä on edellä selitetty pelkästään esimerkin 10 muodossa, ja keksinnön suoja-alan puitteissa siihen voidaan tehdä muunnelmia.

Kaikki selityksessä, patenttivaatimuksissa (kun se on tarkoituksenmukaista) ja piirustuksissa esitetyt ominaisuudet voidaan toteuttaa erikseen tai sopivasti yhdisteltyinä.

··« ··· • · • 1 • · * · · • 1 · ··1· • · ' ·· · ···· • · 1 ·1· ·1··.. i * · * · ; • Φ · • • 1 1 e2·.·· ··· ·» ····.· • 1· • » 1 • · 1 ·1·"·· • · • · ♦1···..

**·1· ....

*·;··· * • # 1 • · · ··· · • · · ··1' 2 • ·

Claims (40)

1. Menetelmä kvadrapoliytimiä sisältävän näytteen testaamiseksi ytimien kvad-rupolircsonanssin avulla, joka näyte voi synnyttää kvadrupoliytimistä tulevia vaste-signaaleja häiritseviä häiriösignaaleja, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää vai- 5 heet, joissa: kohdistetaan näytteeseen pulssijono ytimien kvadrupoliresonanssin herättämiseksi, joka pulssijono käsittää joukon pulssipareja; ilmaistaan vastesignaalit; verrataan kunkin parin osalta parin kahta osapulssia seuraavia vastaavia vas-10 tesignaaleja; ja valmistellaan kvadrupoliytimet siten, että kunkin tällaisen parin osalta kvadru-poliytimien vaste yhteen osapulssiin olisi erilainen kuin toiseen osapulssiin, jolloin pulssijono on sellainen, että kahta osapulssia seuraavat vastaavat häiriösignaalit voidaan vertailussa ainakin osittain kumota kumoamatta kokonaan vastaavia varsi-15 naisia kvadrupoliresonanssisignaaleja; ja kunkin tällaisen parin osalta mainitut kaksi osapulssia ovat samanlaisessa vaiheessa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kunkin puls-siparin osalta parin jokaista osapulssia edeltävät vastaavat pulssit ovat eri vaiheessa. *·.·, 20

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vähin- • · \ ,1. tään yksi pulssipari on ensimmäistä tyyppiä ja että pulssijono käsittää lisäksi vähin- * · · “V tään yhden toista tyyppiä olevan pulssiparin, joka vastaa ensimmäisen tyypin puls- siparia tai jokaista ensimmäisen tyypin pulssiparia, mutta jolla vaiheet vuorottele- • » · : ·* vat. • · • # ··* ... *

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, et tä kullakin sellaisella pulssiparilla parin jokaista osapulssia edeltävän vastaavan pulssin ja parin jokaista osapulssia seuraavan vastaavan vastesignaalin ilmaisuvai- * heessa tapahtuvan ilmaisun väliset ajat ovat riittävän pitkät, jotta häiriösignaalit eh-**:*" tivät vaimentua arvoon alle 50 % alkuarvostaan mainittujen aikojen loppuun men- !*" 30 nessä.

··«·· • * • . ' 5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, et- tä pulssijono käsittää ensimmäisen ja toisen erillisen pulssijonon, jotka kukin sisäl- ··· ί,.,ί tävät alkupulssin, jota ensimmäisen erillisen pulssijonon osalta seuraa kunkin parin yksi vastaava osapulssi ja jota toisen erillisen jonon osalta seuraa kunkin parin toi- 117652 49 nen vastaava osapulssi, jotka ensimmäisen ja toisen erillisen pulssijonon alkupulssit ovat eri vaiheessa.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pulssijono sisältää ensimmäisen pulssin ja toisen pulssin, jolloin ensimmäisen ja 5 toisen pulssin välinen aika edullisesti on lyhyempi kuin toisen pulssin pituus, jolloin toinen pulssi ainakin osittain lukitsee ensimmäisen pulssin aikaansaaman magne-toinnin.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toisen pulssin pituus on pienempi kuin 5 kertaa mainittujen kvadrupoliytimien Τψ-arvo.

8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensim mäisen ja toisen pulssin välinen aika on lyhyempi kuin jokin seuraavista: kaksi kertaa, yksi kertaa, 0,5 kertaa, 0,3 kertaa ja 0,1 kertaa kvadrupoliytimien T2*-arvo.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 6 - 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäinen ja toinen pulssi koskettavat toisiaan.

10. Jonkin patenttivaatimuksen 6 - 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toi nen pulssi käsittää kaksi elementtiä, joiden vaiheet vuorottelevat.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toinen pulssi ϊ\·. sisältää kolmannen elementin, jonka vaihe poikkeaa mainitun kahden, vaiheeltaan • * vuorottelevan elementin vaiheesta. • · · • * ·

12. Jonkin patenttivaatimuksen 6-11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ·» · f toisen pulssin pituus on pienempi kuin ensimmäisen pulssin pituus, edullisesti enin- tään 75 %, vielä edullisemmin enintään 50 % ensimmäisen pulssin pituudesta. *···. * a

· * 13. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toisen pulssin vaihe on 90 asteen vaihesiirrossa ensimmäisen pulssin vaiheeseen nähden. • · · • · · ·

14. Jonkin patenttivaatimuksen 6-13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että * * * t. t * . pulssijono sisältää kolmannen pulssin, joka ainakin osittain lukitsee ensimmäisen ja | toisen pulssin aikaansaaman magnetoinnin ja jonka vaihe edullisesti on ensimmäi sen ja toisen pulssin vaiheiden välissä.

• · ... 15. Jonkin patenttivaatimuksen 6 - 14 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 30 ensimmäisestä ja toisesta pulssista ainakin jompikumpi käsittää joukon erivaiheisia elementtejä. 117652 50

16. Jonkin patenttivaatimuksen 6-15 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäisen ja toisen pulssin vaiheet on järjestetty niin, että ne yhdessä aikaansaavat herätehuippuja ainakin kahdella eri taajuudella.

17. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 5 pulssijono käsittää ainakin yhden pulssitetun spinin lukitsevan pulssijonon.

18. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pulssijono on kaikua muodostava jono, joka käsittää pulsseja, joiden keskinäisiksi vaiheiksi valitaan yksi seuraavista: 0° ja 180°, tai 0°, 90°, 180° ja 270°.

19. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 10 pulssijono käsittää ainakin yhden erillisen vaiheeltaan vuorotelevan jonon, ensimmäisen vaihetta vuorottelemattoman jonon ja toisen vaihetta vuorottelemattoman jonon, jonka vaihe on toinen kuin ensimmäisellä vaihetta vuorottelemattomalla jonolla.

20. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 tai 17 -19 mukainen menetelmä, tunnettu 15 siitä, että pulssijono käsittää kaikua muodostavan jonon, jossa käytetään kääntö- kulmaa, joka on yksinomaan pienempi kuin 45°teholl.

21. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 5 tai 18 - 20 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pulssijono käsittää joukon pulsseja, joiden pulssiväli ei kaikissa tapauksis- : *.· sa ole yhtä suuri. • · • « · * * ·

22. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 5 tai 18-21 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pulssijono käsittää joukon kaikua muodostavia pulsseja, jotka on järjestet- * · * ty niin, etteivät kaiun maksimikohdat kaikissa tapauksissa yhdy pulsseihin. • · • *· • :T:

23. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 5 tai 18 - 22 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se lisäksi sisältää vaiheen, jossa varsinainen kvadrupoliresonanssisignaali 25 erotetaan häiriösignaalista siten, että mainittu erottaminen tapahtuu ainakin toisen ···· .···. signaalin gradicntista, kaarevuudesta tai muodosta riippuen.

• · · • *:··: 24. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, et- ·:*“ tä näyte käsittää ensimmäistä tyyppiä olevaa ainetta, joka sisältää kvadrupoliytimiä, * . ja toista tyyppiä olevaa ainetta, joka voi synnyttää häiriösignaaleja. • · : **; 30

25. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, et tä ainakin yhden parin osapulssit ovat eri vaiheessa kuin ainakin yhden toisen parin osapulssit. 117652 51

26. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että valmisteluvaihe käsittää valmistelupulssin kohdistamisen näytteeseen, jolloin mainittu valmistelupulssi sisältyy pulssijonoon.

27. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, et-5 tä se suoritetaan siten, että siihen ei kohdistu minkäänlaista magneettikenttää.

28. Laite näytteen testaamiseksi ytimien kvadrupoliresonanssin avulla, jolloin näyte käsittää ensimmäistä tyyppiä olevaa, kvadrupoliytimiä sisältävää ainetta, ja toista tyyppiä olevaa ainetta, joka voi aiheuttaa kvadrupoliytimistä tulevia vastesig-naalcja häiritseviä häiriösignaaleja, tunnettu siitä, että laite käsittää: 10 välineet pulssijonon kohdistamiseksi näytteeseen ytimien kvadrupoliresonans sin herättämiseksi, joka pulssijono käsittää joukon pulssipareja; välineet vastesignaalien ilmaisemiseksi; välineet, joilla jokaisen sellaisen parin osalta verrataan parin kahta osapulssia seuraavia vastaavia vastesignaaleja; ja 15 välineet kvadrupoliytimien valmistelemiseksi siten, että kunkin sellaisen parin osalta kvadrupoliytimet reagoisivat eri tavalla yhteen osapulssiin kuin toiseen osa-pulssiin, jolloin pulssijono on sellainen, että vertailuvälineet voivat ainakin osittain kumota kahta osapulssia seuraavat vastaavat häiriösignaalit kumoamatta kokonaan vastaavia varsinaisia kvadrupoliresonanssisignaaleja; ja 2Ö kunkin parin osalta mainitut kaksi osapulssia ovat samanlaisessa vaiheessa.

»· * • · · ♦ · • · : 29. Patenttivaatimuksen 28 mukainen laite, tunnettu siitä, että kunkin sellaisen • · § ** V pulssiparin osalta parin jokaista osapulssia edeltävät vastaavat pulssit ovat eri vai- heessa.

• · « • # • · *« • '·· 30. Patenttivaatimuksen 28 tai 29 mukainen laite, tunnettu siitä, että vähintään :T: 25 yksi pulssipari on ensimmäistä tyyppiä ja että pulssijono käsittää lisäksi ainakin yhden toista tyyppiä olevan pulssiparin, joka vastaa ensimmäisen tyypin pulssiparia tai kutakin ensimmäisen tyypin pulssiparia, mutta jolla vaiheet vuorottelevat.

*·· • · · • * *«·* 31. Patenttivaatimuksen 28, 29 tai 30 mukainen laite, tunnettu siitä, että pulssijo- ·:**: no käsittää ensimmäisen ja toisen erillisen pulssijonon, jotka molemmat jonot sisäl- ·:··ί 30 tävät alkupulssin, jota ensimmäisen erillisen pulssijonon osalta seuraa kunkin parin * . yksi vastaava osapulssi, ja jota toisen erillisen jonon osalta seuraa kunkin parin toi- nen vastaava osapulssi, jotka ensimmäisen ja toisen erillisen jonon alkupulssit ovat • · *···* eri vaiheessa. 117652 52

32. Sähkömagneettisen säteilyn pulssijono ytimien kvadrupoliresonanssin herättämiseksi näytteessä, joka käsittää ensimmäistä tyyppiä olevaa, kvadrupoliytimiä sisältävää ainetta ja toista tyyppiä olevaa ainetta, joka voi aiheuttaa kvadrupoliytimis-tä tulevia vastesignaaleja häiritseviä häiriösignaaleja, tunnettu siitä, että pulssijono 5 käsittää joukon pulssipareja, jolloin pulssijono on sellainen, että parin kahta osa-pulssia seuraavat vastaavat häiriösignaalit voidaan ainakin osittain kumota kumoamatta kokonaan vastaavia varsinaisia kvadrupoliresonanssisignaaleja, ja jolloin kunkin parin osalta mainitut kaksi osapulssia ovat samanlaisessa vaiheessa.

33. Patenttivaatimuksen 32 mukainen sähkömagneettisen säteilyn pulssijono, 10 tunnettu siitä, että kunkin sellaisen pulssiparin osalta kutakin parin osapulssia edeltävät vastaavat pulssit ovat eri vaiheessa.

34. Patenttivaatimuksen 32 tai 33 mukainen sähkömagneettisen säteilyn pulssijono, tunnettu siitä, että vähintään yhden parin osapulssit ovat ensimmäistä tyyppiä ja vähintään yhden toisen parin osapulssit ovat toista tyyppiä, joka vastaa ensimmäistä 15 tyyppiä, mutta jolla vaiheet vuorottelevat.

35. Jonkin patenttivaatimuksen 32 - 34 mukainen sähkömagneettisen säteilyn pulssijono, tunnettu siitä, että pulssijono käsittää ensimmäisen ja toisen erillisen pulssijonon, jotka molemmat jonot sisältävät alkupulssin, jota ensimmäisen erillisen pulssijonon osalta seuraa kunkin parin yksi vastaava osapulssi ja toisen erillisen jo- •V. 20 non osalta kunkin parin toinen vastaava osapulssi, jotka ensimmäisen ja toisen eril- * · : lisen jonon alkupulssit ovat eri vaiheessa. ♦ ·· « * # ·

36. Jonkin patenttivaatimuksen 32 - 35 mukainen sähkömagneettisen säteilyn • * * : pulssijono, tunnettu siitä, että pulssijono käsittää ainakin yhden pulssitetun spinin ·· • *·· lukitsevan pulssijonon. ··♦ • · ♦ * ♦ ·

37. Jonkin patenttivaatimuksen 32 - 35 mukainen sähkömagneettisen säteilyn . pulssijono, tunnettu siitä, että pulssijono on kaikua muodostava jono, joka käsittää "" pulsseja, joiden keskinäiset vaiheet ovat vain 0° ja 180°, tai 0°, 90°, 180° ja 270°. • · . ***

38. Jonkin patenttivaatimuksen 32 - 35 mukainen sähkömagneettisen säteilyn * · . pulssijono, tunnettu siitä, että pulssijono käsittää ainakin yhden erillisen vaiheel- • . 30 taan vuorotelevan jonon, ensimmäisen vaihetta vuorottelemattoman jonon ja toisen vaihetta vuorottelemattoman jonon, jonka vaihe on toinen kuin ensimmäisellä vai-hetta vuorottelemattomalla jonolla. 117652 53

39. Jonkin patenttivaatimuksen 32 - 38 mukainen sähkömagneettisen säteilyn pulssijono, tunnettu siitä, että pulssijono käsittää joukon pulsseja, joiden pulssiväli ei kaikissa tapauksissa ole yhtä suuri.

40. Jonkin patenttivaatimuksen 32 - 39 mukainen sähkömagneettisen säteilyn puls- 5 sijono, tunnettu siitä, että ainakin yhden parin osapulssit ovat eri vaiheessa kuin ΐ ainakin yhden toisen parin osapulssit.