JP2003512592A - 周囲ノイズの影響を受けない磁気共鳴検出コイル - Google Patents

周囲ノイズの影響を受けない磁気共鳴検出コイル

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JP2003512592A
JP2003512592A JP2000541541A JP2000541541A JP2003512592A JP 2003512592 A JP2003512592 A JP 2003512592A JP 2000541541 A JP2000541541 A JP 2000541541A JP 2000541541 A JP2000541541 A JP 2000541541A JP 2003512592 A JP2003512592 A JP 2003512592A
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ガロウエイ，アレン，エヌ．
スウイツツ，ブライアン，エッチ．
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/28—Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
    • G01R33/32—Excitation or detection systems, e.g. using radio frequency signals
    • G01R33/34—Constructional details, e.g. resonators, specially adapted to MR
    • G01R33/343—Constructional details, e.g. resonators, specially adapted to MR of slotted-tube or loop-gap type

Abstract

(57)【要約】 核磁気共鳴（ＮＭＲ）及び核四重極共鳴（ＮＱＲ）におけるような磁気共鳴検出に使用するノイズの影響を受けないグラディオメーター分割シールドコイル。本コイルは、磁界グラディオメーターとして構成した伝送線（５０）で形成される。伝送線は、コイルを通して電気的に連続する導体（５８）及びグラディオメーターを電気的に平衡にさせる位置で分割（５６）されるシールド（６０）を備えている。このようにして、コイルは周囲ノイズピックアップ作用を低減する高度の内部遮蔽を提供する。このようなコイルはまた近隣の導電性媒体の影響に殆ど感応しない。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （技術分野） 本発明は、サンプルに起こった磁気共鳴信号を検出するコイルに関するもので
あり、より詳しくは、周囲ノイズを受けないで、導電体の近くでは影響されにく
いコイルに関する。
【０００２】 （背景技術） 磁気共鳴は、サンプルにおける特定の物質の存在を検出するのに有利である。
例えば、一般的に、個々の周波数における無線周波数（RF）の放射は、磁気共鳴
信号を、特定の物質に起こさせるが、別の物質には起こさない。ゆえに、発生し
た磁気共鳴信号を検出することができ、それによって特定の物質の存在を表示す
る。
【０００３】 電子共鳴タンク回路に調整されて測定されるべき、サンプルを配置することに
よって、磁気共鳴信号を検出することは共通している。そしてタンク回路は、サ
ンプルにおける核または電子スピンによって作られる起電力に反応する。核磁気
共鳴（NMR）または核四極子共鳴（NQR）の場合、サンプルが一般的にコイルと称
され、AC磁界を検出する誘導子にまたはその近くに配置される。コイルのインダ
クタンスが、並列及び／または直列キャパシタンスで調整され、回路を測定周波
数の電子共鳴させる。一つ以上の追加の反応インピーダンス（誘電子またはコン
デンサー）は、共鳴における抵抗インピ−ダンスを、典型的に検出感度を適切に
する特定の値に調整するために加えられる。
【０００４】 図１は、従来の磁気共鳴装置の一例を示した図である。図１を参照すると、送
信機２０及び受信機２２が送受信（T/R）スイッチ２６を介して、プローブ２４
に接続されている。プローブ２４は、様々な別の誘導子L及びコンデンサーCと共
に、共鳴、調整タンク回路の一部を形成するコイル２８を具備している。対象物
の存在を検出するため、T/Rスイッチ２６は送信機２０をプローブ２４に接続し
、また受信機２２をプローブ２４から分断する。そして送信機２０は、パルスを
発生させ、パルスをプローブ２４に供給する。例の様に、NORにおいて、パルス
は検出されるべき対象物の共鳴信号に対応した周波数を有するRFから形成される
。プローブ２４は、コイル２４に蓄積（RF）エネルギーを生じさせるパルスを受
信する。
【０００５】 サンプル（図示せず）が大体、コイル２８の近く或いは内側に配置されると、
蓄積RFエネルギーが、対応するRF磁界をサンプルにさらすために生じさせる。サ
ンプルが対象物を含んでいると、RF磁界が対象物に磁気共鳴信号を起こす。例え
ば、装置がNMRの主要部の下で動作すると、適切なNMR共鳴信号を起こす。装置が
NQRの主要部の下で動作すると、適切なNQR共鳴信号を起こす。
【０００６】 サンプルがRF磁界でさらされた後、T/Rスイッチ２６は受信機２２をプローブ
２４に接続して、送信機２０をプローブ２４から分断する。そしてコイル２４が
、対象物に起こった共鳴を検出し、プローブ２４が対応する出力信号を作り出す
。プローブ２４の出力信号が受信され、受信機２２によって分析され、サンプル
における対象物の存在及び／または量を確認する。
【０００７】 図１は、単に磁気共鳴装置の一例である。例えば図１は、送信機２０と受信機
２２を同じプローブ２４に接続するT/Rスイッチ２６を図示している。しかし、
その代わりに送信機及び受信機が各々、送信機がONの間、受信機を保護するスイ
ッチまたはゲートと共に、別々の専用プローブを有することができる。
【０００８】 図２は、プローブに使用することができる、簡単な従来のコイルを図示してい
る。図２を参照すると、コイル２９は典型的な例で、ループを形成している。典
型的には、同調容量Cと整合容量C´が、備えられている。
【０００９】 磁気共鳴において、信号対ノイズの比（SNR）は、受信コイルのQ値（Q）及び
ノイズの一因により、一部が確定される。ランダム熱ノイズの一因は、典型的に
RF検査コイル及び受信機の第一増幅器におけるジョンソン雑音から生じることが
よく知られている。更なるノイズの一因は、外側からの周囲ノイズから生じる。
【００１０】 また、磁気共鳴においてよく知られているように、受信コイルのQ値は、コイ
ル自体の巻数による抵抗損失によってだけでなく、受信コイルからエネルギーを
散逸し得る導電サンプルの近くでの損失によっても、確定される。SNRが典型的
にQ１／２に変えると、サンプルにおいてそのような電子的損失は、SNRを減少さ
せる。例えば、MRIにおいて、電気的損失の主な原因は、体内の水が海水に比べ
て導電性があるため、患者によるものであり、受信コイルの巻数からは生じ得る
ものではない。NQR地雷検知において、湿った土がまた受信コイルに対し重要な
電気的負荷があり、コイルのQ値を減少させ、且つSNRを減少させる。
【００１１】 MRI及びまた地雷検知における多数の応用例では、表面コイルが探査に使用さ
れている。表面コイルがより大きくなると、ますます受信機のQ値は減る。実際
にMRIにおいて、システム設計者は通常、受信コイルとして、重要な領域を“カ
バー”する最も小さな表面コイルを選択する。
【００１２】 導電容量の大きな表面上における半径Rの通常単純な円形コイルに関して、こ
の容量からの電気的損失の約65%が、表面の下の距離Rよりも深い領域から生じる
ことは明らかである。しかし、RF磁界がこの距離で急に減るので、このコイルは
、NMRまたはNQRを距離Rを大きく越えて受信する際には、全く無効果である。ゆ
えに、損失の殆どが、（MRIにおいて）映されるか、または（NQR地雷検知におい
て）検知され得る、実際の領域を越えた領域から発生する。
【００１３】 それゆえ、周囲ノイズのピックアップを減らし、導電体の接近による電気的損
失を減少させることが、望ましい。これを達成するためのアプローチは、（i）
コイルの寸法にわたって変化しない電磁気周囲ノイズを除去すること、（ii）サ
ンプルの表面近くに生じる信号には強く、サンプルの内側でより深い信号にはよ
り弱く結合するように、設計された電磁界を作り出す検出器（または送信機）の
コイルを利用する。
【００１４】 殆どのNQR、NMR及びEPRの応用例では、共通のコイルが典型的に、受信コイル
と送信コイルの両方として使用されるが、このことが本質的なことではない。MR
Iでは、典型的に別個のコイルが使用される。
【００１５】 磁気共鳴において検出機として使用されるRFコイルが、無線信号の検出に全く
適していなくても、それにも関わらず検出コイルは（むしろ無効力な）無線受信
アンテナとして作用することができる。無線局あるいは関連周波数帯域における
別のRF雑音による、この無線干渉は、重要な磁気共鳴信号に勝ることが容易にで
きる。従って、通常は外部RFシールドがコイルを囲んで、そのような無線信号ま
たは別の電気的且つ磁気的周囲ノイズが、コイルによってピックアップされるの
を防ぐ。残念なことに、外部RFシールドは、多くの応用例において実用的ではな
く、またシステムのコスト及びサイズを増やし得る。
【００１６】 外部干渉を取り除くため二つの主要な考案があり、それは不都合な干渉が、検
出コイルにはいるのを防ぐ遮蔽と“平衡”であり、干渉を受けるが、検出コイル
と外部干渉の同一特性を基礎として、それ自体を無効にするように配置される。
グラディオメーターは前記アプローチの一例である。
【００１７】 主にグラディオメーターは、電界または磁界の空間誘導体のどの状態にも応じ
て、設計することができる。ここでは、従来の（線形すなわち一次）グラディオ
メーターを考える。グラディオメーターは界の第一誘導体に（基本的に）感応し
、それに対応して変化しない成分には感応しない。ゆえに、その様な従来のグラ
ディオメーターは、グラディオメーターの特有のサイズよりも非常に大きな波長
を有する界をキャンセルする手段を備え、それによって距離が原因（例えば1MHz
の自由空間波長が300メートル）でピックアップされるノイズを減らす。概して
、従来の（線形）磁界グラディオメーターは、お互い空間的に離れて、電流が逆
方向に流れる二つのループから形成される。
【００１８】 図３は、従来の磁界グラディオメーターを示した図である。図３を参照すると
、従来の磁界測定器は，逆向きに巻かれた二つのループ３２及び３４を形成する
導体３０を有している。それは、電流の方向がコイル３２及び３４で変わって、
コイル３２及び３４によって発生する磁界が、互いに逆である。
【００１９】 従来の磁界グラディオメーターが、周囲磁界ノイズのピックアップを減らし得
る間の減少の量は、多数の応用例にとってたいていは充分ではない。従って、外
部RFシールドは、多くの場合、従来の磁界グラディオメーターを使用して、周囲
の電気的ノイズのピックアップを減らさなければならない。
【００２０】 外部RF遮蔽を使用する代わりに、様々な従来コイルの設計が、“内部”遮蔽を
備えることによって、ピックアップされる周囲ノイズを減らしている。ここで、
コイルに関する内部遮蔽は、電気平衡にされて、電気ノイズを打ち消す。その様
な電気平衡は、コイルと電界との間の相互作用を、その周辺から減らすことがで
き、コイルと周辺との間に網状の電気双極子（met electric dipole）が形成さ
れないものが知られていた。
【００２１】 Stensgaard分割シールド共鳴コイル（split-shield resonator coil）は、コ
イルの一型式であり、それは内部遮蔽をもたらし、電界からピックアップされる
周囲ノイズを減らす。
【００２２】 図４は、Stensgaard分割シールド共鳴コイルを示す図である。図４を参照する
と、同軸ケーブル３６が中心導体３８及びシールド４０を有し、ループを形成し
ている。シールド４０は、ループをまわる半分の位置４２で分割されている。RF
供給は、中心導体３８を介して行われる。シールド４０の外側で流れる発生電流
は、幾何学的形状により自動的に電気平衡される。接続部分４３は送信ライン３
６の各端部のシールド４０が、供給ポイントの近くで互いに接続されていること
を示している。同調容量C、整合容量C´及び、終端インピーダンスZが、典型的
に使用される。この型式の分割シールド共鳴は、内部遮蔽された（自己遮蔽した
）ループ共鳴を適切にすることを考慮しており、NMR医療映像の応用例に非常に
適切である。
【００２３】 Stensgaard分割シールド共鳴コイルの直径20cmの型で、本発明の発明者によっ
て行われる測定から、外部遮蔽なしのノイズレベルが、外部RF遮蔽によるノイズ
レベルよりも、約20〜25dB大きい。更に、RF遮蔽なしではノイズを、外部電界か
らの付加的な遮蔽によって、充分に減らすことはできないであろう。結果的に、
Stendbaard分割シールド共鳴が電気的ノイズのピックアップを、なくしても、な
おも磁気干渉する傾向がある。
【００２４】 （発明の開示） 従って、本発明の目的は、外部RFシールドを必要としないで、電界ノイズピッ
クアップと磁界ノイズピックアップの両方を、充分に減らす新しいコイルの設計
を、提供することである。
【００２５】 本発明の更なる目的及び利点は、部分的に以下の説明で述べられ、部分的に説
明から明らかになり、または本発明の実施によって理解されるであろう。
【００２６】 本発明の目的は、第一及び第二端部を有する送信ラインを具備したコイルを備
えることによって、達成される。送信ラインの導体は、第一端部から第二端部へ
電気的に連続している。送信ラインのシールドは、第一端部と第二端部との間の
位置で分割されて、コイルを電気平衡にし、且つ第一及び第二部分を、互いに幾
何学的構成で直列に定義し、コイルによる一様な磁界が、どれかの部分に流れる
電流よりも実質的に小さいそれらの電流の和で、各部分に電流を誘起する。
【００２７】 また本発明の目的は、第一及び第二ループを、送信ラインの端部の間で直列に
形成する送信ラインを具備したコイルを備えることによって、達成される。第一
ループ及び第二ループは互いに、幾何学的構成をしており、コイルによる一様な
磁界が、どのループに流れる電流よりも、実質的に小さなそれら電流の和で、各
ループで電流を誘起する。導体は、送信ラインを介して電気的に連続している。
シールドは第一ループと第二ループとの間の位置で分割され、コイルを電気平衡
にさせる。
【００２８】 更に本発明の目的は、磁界グラディオメーターとして構成された送信ラインを
具備したコイルを備えることによって、達成される。送信ラインの導体は、コイ
ルを介して電気的に連続している。送信ラインのシールドは、磁界グラディオメ
ーターを電気平衡にさせる位置で、分割される。
【００２９】 （発明を実施するための最良の形態） 本発明の目的及び利点は、好ましい実施例に関する以下の説明と、その添付図
面を参照することにより、明らかになり且つ容易に理解されるであろう。
【００３０】 参照例は、本発明の現在好適な実施例を詳細に表しており、その例が、添付図
面に図示され、全体を通して同様の要素に関しては同様の参照符号を使用してい
る。
【００３１】 図５は、本発明の実施例による、ノイズを受けないグラディオメーター分割シ
ールドコイルを図示している。まず図５を参照すると、同軸ケーブルのような送
信ライン５０が、導体５０及びシールド５４を有している。
【００３２】 導体５２は、送信ライン５０を介して電気的に連続している。これによって、
電流が導体５２を介して流れる。ゆえに、導体の分断または分裂が、例えばコン
デンサーを介して互いに電気的に接続し直せる限り、導体５２を分断させたり、
分裂させることができる。
【００３３】 シールド５４は、位置５６で分割され、コイルを電気平衡にさせる。ここで用
語“分割”は、シールド５４を言及しており、シールドは物質的に分割され、且
つ、好ましくはコンデンサーと電気的に再接続される。
【００３４】 シールド５４における分割は、第一部分５８および第二部分６０を直列に画定
しており、互いに電界ノイズピックアップを減らす幾何学的な磁界グラディオメ
ーターを形成する。従って、第一部分５８及び第二部分６０は、逆向きに磁界を
作る。第一部分５８および第二部分６０は、互いに幾何学的構成をしており、コ
イルを介して一様な磁界が、どれかの部分に流れる電流よりも実質的に小さなそ
れら電流の和で、各部分に電流を誘起する。ここでは、コイルを介する一様な磁
界は、例えば、遠い無線局によって発せられる無線信号により生じさせられるそ
れである。
【００３５】 好ましくは、第一部分５８及び第二部分６０における電流の和は、どれかの部
分に流れる電流の20%よりも小さいが、より好ましくはどれかの部分に流れる電
流の10%よりも小さい。
【００３６】 また図５は、同調容量C、整合容量C´、付加調整容量C″及び終端インピーダ
ンスZを図示している。これらのコンデンサーは、固定または可変である。
【００３７】 各第一部分５８及び第二部分６０は、個別のコイルとして作用し、コイルの幾
何学的形状は、重要な量の磁界を発生させ且つ検出するため最適化される。幾つ
かの応用例において、その様なコイルは簡単に直線導体または、曲線設計のコイ
ルに成りえる。しかし、より多くの場合には、各第一部分５８及び第二部分６０
は、円形、楕円形、四角形或いは正方形のようなループを形成する。その様な多
くのループの幾何学的形状にすることが可能であり、再引用リストに制限されな
いが、平面であることが必要とされる。各ループは、巻き数を複数にすることが
でき、本発明はループをどの特定の巻数にも限定することはない。しかし多くの
応用例では、巻数が少なく、それによって相対的に高いQ値をもたらすことが望
ましい。
【００３８】 送信ライン５０は、どの型式の送信ラインであることができ、例えば、同軸ケ
ーブル、裸線またはツインリード型である。ゆえに本発明は、送信ラインのどの
ような特定の型にも制限されない。
【００３９】 図５では、第一部分５８及び第二部分６０は、共同の軸線６１を有している。
従って、送信ライン５０は、“軸線方向”グラディオメーターとして構成されて
いる。しかし、第一部分５８及び第二部分６０が共通軸を取る必要はない。例え
ば、共通軸を得る代わりに、第一部分５８および第二部分６０は、同じ平面にあ
ることができ、それによって“平面”グラディオメーターを形成する。一方の部
分のノイズピックアップは、別の部分のノイズピックアップがある期間外で、18
0°であるべきであり、従ってノイズが取り消され、なおも信号を観測すること
ができる。
【００４０】 図５では、シールド５４が単に一箇所で分割されて示されている。幾つかの応
用例においては、シールド５４を一箇所以上で分割することが可能である。これ
によって、期間を有利にシフトさせる。しかし分割は、コイルを電気平衡になる
ように配置させるべきである。
【００４１】 図５におけるコイルは、電界ノイズピックアップと磁界ノイズピックアップと
の間の両方を減らして、周囲ノイズピックアップを充分に減らす。また特に、シ
ールド５４の分割は、コイルを電気平衡にさせ、それによって電界ノイズピック
アップを減らす。送信ライン５０によって形成される第一部分５８及び第二部分
６０の幾何学形態は、コイルを磁気平衡にさせ、それによって磁界ノイズピック
アップを減らす。効果的に、コイルは一様な磁界及び磁界に対して感応しないが
、磁界の傾斜に対しては感応する。
【００４２】 一般的に、図５におけるコイルは、（電界ノイズピックアップを減らす）Sten
sgaard分割シールド共鳴コイルの幾何学的に確定された電気平衡を、（磁界ノイ
ズピックアップを減らす）磁気グラディオメーターのアプローチと組み合わせて
いる。この組み合わせで、外部RF遮蔽なしで本発明の発明者により、研究所で（
高感度NQR分光計を使用して）測定されたノイズレベルは、効果の高い外部遮蔽
によるノイズよりも、約1〜2dB大きいだけであることが分かった。加えて、磁気
共鳴信号を、同じ直径のごく普通のコイルに比べて、感度が僅かに少ないだけの
コイルを使用して、生じさせ且つ検出する。コイルが電気遮蔽なしで使用される
時、ノイズレベルの減少は更に、感度の損失を補償する。
【００４３】 磁気共鳴信号の検出と励磁の両方のため使用するため、単一のコイルを使用す
ることは共通事例であり、図５におけるコイルは、その目的の両方に使用するこ
とができる。コイルが、検出中にノイズピックアップを最小にするため、電気的
に接続された、第一導体部分５８及び第二導体部分６０を有する傾斜設計であれ
ば、ノイズピックアップが生じない時、励磁中に第一部分５８と第二部分６０と
の間の接続を分断（または変える）することは、幾つかの状況において有利であ
る。例えば、励磁のため第一部分５８及び第二部分６０の一つだけ使用すること
によって、励磁に必要なRF電力レベルを減らすことができる。第一部分５８及び
第二部分６０の切り離しは、部分間の電気接続を物理的に部分の供給ポイントの
近くにすることによって、容易にできる。
【００４４】 図６は、本発明の実施例による、コイルを送信に使用した図である。図６を参
照すると、送信時に、スイッチSWが第一部分５８を切り離すため閉められ、送信
機TXは信号を第二部分６０に送る。また、スイッチは第二部分６０を切り離すた
めに使用することができ、送信機は信号を第一部分５８に送る。従って、スイッ
チSW及び送信機TXは共に送信機構を形成する。送信機構は分割の部分の一方のシ
ールドを接地し、信号を他方の部分に送って、コイルを送信に使用する。
【００４５】 図７は、本発明の別の実施例による、コイルを送信に使用したのを示した図で
ある。また図７を参照すると、コンデンサーC１及びC2は、シールド５４の分割
をわたる。送信のため、送信機TXは、信号をコンデンサーＣ１とＣ２との間のポ
イントに送る。従って、コンデンサーＣ１及びＣ２と送信機TXは、信号を分割を
わたって送り、コイルを送信に使う送信機構を形成する。
【００４６】 別個のスイッチが図６及び図７に示されているが、図６及び図７のそれらのス
イッチは、外部制御信号を必要としない、クロスダイオードを実装させることで
きることは明らかである。
【００４７】 送信機構に関して多くの異なった形態があり、図５におけるコイルは、送信と
受信の両方に使用することができる。
【００４８】 図８は、本発明の実施例による、図５におけるノイズを受けないグラディオメ
ーター分割シールドコイルであり、追加の電気遮蔽がある。
【００４９】 また図８を参照すると、複数の導電ストリップ６２は、第一部分５８に電気接
続され、複数の導電ストリップ６４は第二部分６０に電気接続され、追加の電気
遮蔽をもたらす。導電ストリップ６２及び６４は、適切な追加の電気遮蔽効果を
もたらすように、配置されるべきである。従って、図８では、導電ストリップ６
２が第一部分５８から“下方”を向き、導電ストリップ６４が第二部分６０から
“上方”を向いて、ストリップが第二部分によって画定されたシリンダーの表面
に沿って配置し、導電ストリップ６２及び６４は、互いに合わさる。導電ストリ
ップ６２及び６４の方位は、この技術に精通した者によって、簡単に確定するこ
とができる。
【００５０】 導電ストリップ６２及び６４は、例えばシールド５４にはんだ付けされた銅ク
ラッディングＰＣボードであり得る。
【００５１】 図８における導電ストリップ６２及び６４の使用は、ファラデー遮蔽をもたら
す従来の技術とはかなり異なっている。
【００５２】 例えば図９は、通常のファラデー遮蔽である従来のコイルを示した図である。
図９を参照すると、金属ワイヤー７０が閉じたループを形成している。金属スト
リップ７２は、ワイヤーに電気接続されている。ワイヤー７０は金属ストリップ
７２と共に、送信ラインから成るコイル７４の内側に配置される。従って、ワイ
ヤー７０及び金属ストリップ７２がファラデー遮蔽をコイル７４にもたらすファ
ラデー遮蔽装置を形成する。
【００５３】 従って、図８に図示されたような本発明による追加の電気遮蔽と共に、導電ス
トリップは、コイルに取り付けられ、追加の電気遮蔽をもたらす。図９で図示し
た通常のファラデー遮蔽と対比すると、導電ストリップが、コイルに取り付けら
れていないが、代わりにコイルの内側に配置された金属ワイヤーに取り付けられ
ている。
【００５４】 本発明の上記実施例によると、コイルが事実上、電気的と磁気的の両方の、共
通の周囲ノイズソースから受けないので、外部RF遮蔽をする必要がなくなる。こ
れは、爆発物のNQR検知にとって有効性があり、あるいは磁気共鳴影像法（MRI）
の応用例において、外部RF遮蔽を必要しなくする。特に、本発明の実施例が、NQ
Rの使用を、荷物、郵便物、小さなカーゴ内にまたは、人によって運ばれるか或
いは地面に埋められる、窒素または塩素を含有する爆発物或いは麻薬を検知する
ために、利用することができ、概して、本発明の上記実施例は、その周りと比べ
も独特な磁気共鳴レスポンスを有し、改良したどの材料の検知法に対しても、使
用することができる。
【００５５】 更に、本発明の上記実施例は、多くの異なった地域の共鳴信号検出にも、利用
することができる。例えば、本発明の上記実施例は、NMR、NQR、MRI、材料の浮
遊磁界影像法のような、広幅NMR研究に、或いは高いＱキャビティを使用したパ
ルス化電子常磁性共鳴（pulsed Electron Paramagnetic resonance）（EPR）分
光計に利用可能である。従って、例えば本発明の実施例は、NMR共鳴信号、NQR共
鳴信号及びEPR共鳴信号の検出に利用することができる。
【００５６】 爆発物及び麻薬を検知するNQR検出システムと、様々なNQRの概念は、例えば米
国特許名称“DETECTION OF EXPLOSIVE AND NARCOTICS BY LOW POWER LARGE SAMP
LE VOLUME NUCLEAR QUADRUPOLE RESONANCE（NQR)”の米国特許番号第5,233,300
号、米国特許名称“REMOVING THE EFFECTS OF ACOUSTIC RINGING AND REDUCING
TEMPERATURE EFFECTS IN THE DETECTION OF EXPLOSIVE BY NQR”の米国特許番号
第5,365,171号、米国特許名称“DETECTION OF EXPLOSIVES BY NUCLEAR QUADRUPO
LE RESONANCE”の米国特許番号第5,206,592号、そして米国特許名称“METHOD AN
D APPARATUS FOR DETECTING TARGET SPECIES HAVING QUADRUPOLAR NUCLEI BY ST
OCHASTIC NUCLEAR QUADRUPOLE RESONANCE”の米国特許番号第5,608,321号に開示
されており、それらは参照例としてここに組み入れられる。
【００５７】 本発明の上記実施例によるコイルは、下記により詳しく説明するような導電体
の近くで、MRI、NMR、NQR及びEPRにおける送信コイル及び／または受信コイルと
して、特に有効であり得る。
【００５８】 周囲ノイズの除去のため、周囲ノイズの長い波長成分には感応しないグラディ
オメーター設計を応用している。試料を伝導するため、コイルに距離をおいて急
速に減衰する磁界を利用している。（相互の理由から、アンテナを受信機または
送信機のいずれかとして取り扱うことができ、また送信機と同じポイントで弱い
界を作るコイルは、そのポイントからピックアップするのに感応しない）
【００５９】 本発明の上記実施例によるコイルは、そのため磁界が単純な円形ループ表面コ
イルの磁界よりも更に急速に減衰し、サンプル内の深部から電気損失に感応しな
くなくなる。本発明の上記実施例によるコイルからの信号が、従来の表面コイル
のよりも減らされ、本発明の上記実施例によるコイルにおける損失の一因は、よ
り少なくなり、その様なコイルの全体的な効果は（SNRに関して）、測定が電動
本体の近くで行われる場合において、従来の表面コイルのそれよりも良好になる
。
【００６０】 更に、類似の分析法が、送信機コイルに関して行われるべきである。更に特別
には、電気的負荷が、送信機コイルのQ値を減らし、この場合、任意の大きさのR
F磁界を作るのに必要なRF電力を増す。従って、本発明の上記実施例による送信
機コイルもまた有利であろう。
【００６１】 殆どのNQR、NMR及びEPRの応用例において、共通コイルは典型的に受信機コイ
ルと送信機コイルの両方に使用されるが、このことが本質ではない。MRIでは、
分割コイルが典型的に使用される。
【００６２】 本発明の上記実施例によるコイルを使用することができる、プローブ形態に多
くの異なった型式がある。本発明は、いかなる特別なプローブ形態に制限される
ことはない。
【００６３】 本発明の少数の好ましい実施例を、示し且つ説明したが、またこれらの実施例
を本発明の概念と原理、請求項で定義された範囲、そしてそれらと同等なこと内
で変形され得るということは、その技術に精通した者には理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （従来技術）従来の磁気共鳴装置の一例を示した図
【図２】 （従来技術）簡単な従来の表面コイルを示した図
【図３】 （従来技術）従来の磁界グラディオメーターを示した図
【図４】 （従来技術）Stensgaard分割シールド共鳴コイルを示した図
【図５】 本発明の一実施例による、ノイズを受けないグラディオメーター分割シールド
コイルを示した図
【図６】 本発明の一実施例による、単一部分から送信する図５におけるコイルの使用を
示した図
【図７】 本発明の別の実施例による、より一様なRF界を送信する図５におけるコイルの
使用を示した図
【図８】 本発明の一実施例による、追加の電気遮蔽であるノイズを受けないグラディオ
メーター分割シールドコイルを示した図
【図９】 （従来技術）通常のファラデー遮蔽である従来のコイルを示した図
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｆ 5/00 Ａ６１Ｂ 5/05 ３５５ // Ｇ０１Ｖ 3/14 Ｇ０１Ｎ 24/00 Ｔ 24/04 ５３０Ｙ (72)発明者 スウイツツ，ブライアン，エッチ． アメリカ合衆国 バージニア 22308，ア レキサンドリア，デイルブルック ドライ ブ 1013 (72)発明者 ミラー，ジヨエル，ビイ． アメリカ合衆国 メリーランド 20785， シエバーリイ，クレスト アベニュ 3003 Ｆターム(参考） 4C096 AB07 AB34 CC01 CC14 CC40

Claims (31)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 導体及びシールドを備え、第一、第二端部をもつ伝送線を有し
    、導体が第一端部から第二端部まで電気的に連続し、シールドが第一、第二端部
    間の位置で分割して、コイルを電気的に平衡にさせかつ第一、第二部分を直列に
    画定し、コイルを通る一様な磁界がいずれかの部分に流れる電流より実質的に低
    い電流の和で各部分に電流を誘起させるように上記二つの部分が幾何学的に配列
    されることを特徴とするコイル。
  2. 【請求項２】 上記電流の和がいずれかの部分に流れる電流の１０％以下であ
    る請求項１に記載のコイル。
  3. 【請求項３】 上記第一、第二部分の各々が、ループを形成するインダクター
    である請求項１に記載のコイル。
  4. 【請求項４】 各ループが、円形、楕円形、長方形、方形及び曲りくねった形
    から成るグループの一つである請求項３に記載のコイル。
  5. 【請求項５】 上記第一、第二部分の各々が、多数の巻回をもつループを形成
    するインダクターである請求項１に記載のコイル。
  6. 【請求項６】 上記第一、第二部分が、磁界グラディオメーターを形成する請
    求項１に記載のコイル。
  7. 【請求項７】 伝送線が同軸ケーブルである請求項１に記載のコイル。
  8. 【請求項８】 さらに、コイルに対する付加的な電気遮蔽を形成する手段を有
    する請求項１に記載のコイル。
  9. 【請求項９】 さらに、第一部分に電気的に接続された第一の多数の導電性ス
    トリップと、第二部分に電気的に接続された第二の多数の導電性ストリップとを
    有し、第一、第二の多数の導電性ストリップが付加的な電気遮蔽を形成している
    請求項１に記載のコイル。
  10. 【請求項１０】 さらに、コイルが受信のために用いられる第一状態とコイル
    が送信のために用いられる第二状態との間で切りかえられる送受信機構を有する
    請求項１に記載のコイル。
  11. 【請求項１１】 さらに、分割部に一方の部分のシールドを接地しかつ他方の
    部分へ信号を供給して、コイルを送信のために使用する送信機構を有する請求項
    １に記載のコイル。
  12. 【請求項１２】 さらに、分割部を横切って信号を供給して、コイルを送信の
    ために使用する送信機構を有する請求項１に記載のコイル。
  13. 【請求項１３】 コイルが、送信機コイル及び受信機コイルから成るグループ
    の一つである請求項１に記載のコイル。
  14. 【請求項１４】 コイルが、磁気共鳴映像法（ＭＲＩ）、核磁気共鳴（ＮＭＲ
    ）、核四重極共鳴（ＮＱＲ）及び電子常磁性共鳴（ＥＰＲ）から成るグループの
    一つに用いられる請求項１４に記載のコイル。
  15. 【請求項１５】 導体及びシールドを備え、第一、第二端部をもつ伝送線を有
    し、伝送線が第一、第二端部間に第一、第二ループを直列に形成し、コイルを通
    る一様な磁界がいずれかのループに流れる電流より実質的に低い電流の和で各ル
    ープに電流を誘起させるように第一、第二ループが幾何学的に配列され、導体が
    第一端部から第二端部まで電気的に連続し、シールドが第一、第二ループ間の位
    置で分離して、コイルを電気的に平衡にさせることを特徴とするコイル。
  16. 【請求項１６】 上記電流の和がいずれかのループに流れる電流の１０％以下
    である請求項１５に記載のコイル。
  17. 【請求項１７】 各ループが、円形、楕円形、長方形、方形及び曲りくねった
    形から成るグループから選択される形状である請求項１５に記載のコイル。
  18. 【請求項１８】 導体及びシールドを備え、磁界グラディオメーターとして形
    成された伝送線を有し、導体が電気的に連続し、シールドが磁界グラディオメー
    ターを電気的に平衡にさせる位置で分離していることを特徴とするコイル。
  19. 【請求項１９】 磁界グラディオメーターが第一、第二インダクターを直列に
    形成し、またシールドが第一、第二インダクター間の位置で分割されている請求
    項１８に記載のコイル。
  20. 【請求項２０】 磁界グラディオメーターが二つのループを直列に形成してい
    る請求項１８に記載のコイル。
  21. 【請求項２１】 各ループが、円形、楕円形、長方形、方形及び曲りくねった
    形から成るグループの一つである請求項２０に記載のコイル。
  22. 【請求項２２】 さらに、第一インダクターに電気的に接続された第一の多数
    の導電性ストリップと、第二インダクターに電気的に接続された第二の多数の導
    電性ストリップとを有し、第一、第二の多数の導電性ストリップが付加的な電気
    遮蔽を形成している請求項１９に記載のコイル。
  23. 【請求項２３】 導体及びシールドを備え、第一、第二端部をもつ伝送線を有
    し、導体が第一端部から第二端部まで電気的に連続し、シールドが第一、第二端
    部間の位置で分離して、コイルを電気的に平衡にさせかつ第一、第二インダクタ
    ーを直列に画定し、コイルを通る一様な逆向き電磁界を発生させることを特徴と
    するコイル。
  24. 【請求項２４】 少なくとも一つのインダクターを形成する伝送線と、インダ
    クターの外側に電気的に接続され、付加的な電気遮蔽を構成する多数の導電性ス
    トリップとを有し、伝送線が第一、第二インダクターを直列に形成し、第一の多
    数の導電性ストリップが第一インダクターに電気的に接続され、第二の多数の導
    電性ストリップが第二インダクターに電気的に接続され、第一、第二の多数の導
    電性ストリップが付加的な電気遮蔽を形成していることを特徴とするコイル。
  25. 【請求項２５】 （ａ）予定の周波数をもつ無線周波数パルス列を発生する段
    階と； （ｂ）上記無線周波数パルス列をコイルに伝送し、コイルが導電性媒体の近く
    に位置しかつコイルが円形ループに対する磁界より距離において一層速く減衰す
    る磁界を発生するようにされる段階； （ｃ）段階（ｂ）でコイルに伝送された上記無線周波数パルス列に応じてサン
    プルを照射する段階と； （ｄ）上記段階（ｃ）でのサンプルの照射に応じて信号を検出する段階と； （ｅ）上記段階（ｄ）で検出した上記信号を受信する段階と を含むことを特徴とする磁気共鳴によるサンプルの分析法。
  26. 【請求項２６】 上記コイルが、上記コイルに対する特性寸法より大きな距離
    でＲ−３に比例した磁界減衰をもつ円形ループに対する磁界より距離において一
    層速く減衰する磁界を発生するようにされる請求項２５に記載の分析法。
  27. 【請求項２７】 上記特性寸法が、円形コイルの半径、方形コイルの側部長さ
    、長方形コイルの平均側部長さ及び楕円形コイルの軸方向長さから成るグループ
    から選択される請求項２６に記載の分析法。
  28. 【請求項２８】 上記コイルが、上記コイルに対する特性寸法より少なくとも
    三倍大きな距離でＲ−３に比例した磁界減衰をもつ円形ループに対する磁界より
    距離において一層速く減衰する磁界を発生するようにされる請求項２５に記載の
    分析法。
  29. 【請求項２９】 上記コイルが少なくとも一次のグラディオメーターである請
    求項２５に記載の分析法。
  30. 【請求項３０】 上記コイルが少なくとも二次のグラディオメーターである請
    求項２５に記載の分析法。
  31. 【請求項３１】 上記コイルが曲りくねつたコイルである請求項２５に記載の
    分析法。
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