JP2934019B2 - 直列/並列二重同調nmrコイル - Google Patents
直列/並列二重同調nmrコイルInfo
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Description
を示すこのようなプローブ回路に関する。
に対し同時感知性のある装置の必要性が広範囲に生じて
いる。一の例としては、サンプルが一つの目的に対して
ある(高)周波数で照射される一方で、同じサンプルが
ある他の目的に対して他の(低)周波数で同時に照射さ
れると言った場合である。これはデカップリング実験特
有のもので、たとえば、炭素13−水素化学結合が、炭素
13共鳴を同時に、分離して励起する間、デカップルされ
る。
プルが研究されている間、他の一つのサンプルが場の周
波数ロックの達成といった計器上の目的のために採用さ
れた制御サンプルとなる場合に化学的に別個のサンプル
を同時に励起し、観察する必要性からくるものである。
このような装置の一例は、米国特許第3,434,043号に示
されている。同様に、選択された異なる核子を同時に励
起し、対応するスペクトル応答を得たいという要請があ
る。
した一つのインダクタンスを利用する。このような装置
内の各サブ回路は別々に同調され、各rf発生源(または
シンク)に対しインピーダンス整合される。二重同調装
置のあるクラスでは、高周波発生源と低周波発生源との
間に分離要素が挿入される必要がある。これにより、各
rf発生源から同時励起が可能となる。二重同調回路は、
このような分離物を与えるために(高周波では)長さλ
/4の伝送線を採用するものとして知られている。このよ
うな装置の例は、Rev.Sci.Inst,第48巻、第800−803頁
(Stoll,Vega,およびVaughan著)に示されている。電気
的対称性を示す平衡回路もまた、二重同調装置を維持す
るために知られている。このような回路は、他の特性に
わたって、電気的に中性という性質、つまり実質的にゼ
ロ電位をもつ対称面(または他の表面)が画成されてい
るという長所を呈する。
究(J.Mag.Res.第36巻第447−451頁(1979年))により
教示されたような“スプリット・インダクタ”を含むも
のとして知られている。
ャパシタンスをもつ平衡二重同調回路の一例が、米国特
許第4,833,412号に示されている。バードケイジ(birdc
age)幾何学的配列用の一つにまとめられた要素を使用
する二重同調平衡回路は米国特許第4,916,418号に記載
されている。
リアクタンス(各リアクタンスが各共鳴周波数の個別的
インピーダンス特性を広く呈する交互rf電流通路を有す
る)を与えるために、実施されている(米国出願に記載
されている)。
プルを同時に照射する間に、C13NMR信号を約50MHzで観
測したいとの要請よりなされたものである。
1である。高周波炭素共鳴で共鳴する一つの同調された
回路に対するLC(インピーダンス・キャパシタンス)積
と、低周波(例えば、同じ磁場)で共鳴する同様の回路
に対するLC積との比率は約16である。二重同調回路への
一般的なアプローチとしては、イングクダンスLが二重
同調共鳴回路を形成する両共鳴サブ回路に対して共通し
ていることである。したがって、各サブ回路内のキャパ
シタンス比もまた16となる。
回路に対しては並列で、低周波サブ回路に対しては直列
に接続される2つのイングクタ(これらはサドルコイル
または面コイルから成ってもよいもの)で達成される。
したがって、この場合の有効イングクタンスは4:1(200
MHz:50MHz)で、必要なキャパシタンス比を16:1から4:1
に減少する。
す。
す。
ようすを示す。
れている。捕捉/制御プロセッサ10がrf送信器12、モジ
ュレータ14、受信器16(アナログ−デジタル変換器18お
よび他のプロセッサ20を含む)に導通している。変調さ
れたrfパワーが、磁場21内にある対象物(図示せず)に
プローブ組立体22により照射され、対象物の応答は受信
器16と導通しているプローブ22により捕捉される。その
応答は、典型的に、過渡的振動信号または自由誘導崩壊
信号の形をとる。この過渡的信号波形は規則的間隔でサ
ンプルされ、そのサンプルはADC18でデジタル化され
る。そして、デジタル化された時間領域波形はプロセッ
サ20で処理を受ける。この処理には、時間領域波形を多
くの名目的に同一の波形で平均を取ることを含んでもよ
く、平均時間領域波形の周波数領域への変換が出力装置
24に導かれるペクトル分布関数を生み出す。後者はさら
に分析およびデータを表示するための相当数のアイデン
ティティ(identities)のいくかを引き受け得る。
ず)に超伝導相を形成、維持するためのクライオスタッ
ト23内に保持される、図1に示す適切な手段により形成
される。クライオスタットは、プローブおよびサンプル
を室温で貯蔵する穴23Aを含む。
Hzで同時に共鳴をなすもの)の例が示されている。200M
Hzでのrf励起は、12のところで並列のインダクタ14およ
び16に同一の伝送線18および20(各長さは200MHzで1波
長、50MHzでλ/4である)を通して適用にされる。コイ
ル14および16の他端は、有効に短いものである200MHzで
単位波長の伝送線22によりアースに接続される。
は、50MHz発生源に対し短くなったλ/4伝送線のように
みえ、そのため高インピーダンスを呈する。50MHz発生
源と直列の伝送線18および20は(50MHzで)λ/2伝送線
から成る。結局、50MHz励起はコイル14および16を通し
て順次導かれる。
および200MHzのサブ回路に対しインピーダンス整合およ
び同調をなす。図3aおよび図3bは代表的システム計算処
理された応答を示す。図2の回路は、インダクタンス14
および16がそれぞれ200MHzで100のQをもつ200NHである
ときに研究された。その同調および整合ネットワークは
C1=10.9pf;C2=13.62pf;C3=3.73pf;C7=2.64pfにより
特徴付られる。
200MHzおよび50MHzのrfパワーに対応する反射係数を示
す。図3aにおいて、同じ回路に対して相対的分離をdbで
示す。他の周波数での共鳴の様子はカップリングを含む
回路の実施における非同一性および二次的電流通路の効
果に対応する。
波)rf通路(パス)を通して生じることを認識すること
は重要である。結局、2つのインダクタの直列の組み合
わせにおいて180゜の位相増加がある。この観測の重要
性は図4に良く説明されている。(図2の)インダクタ
14および16はある選択されたヘリシティおよび相対的な
幾何学的配列から成る。瞬間的磁場B1が図4aの高周波の
場合に対して示されている。低周波エネルギーは点26か
ら印加されると、その場合低周波rf通路(パス)は1/2
λ線(18+20)から成る。したがって、各インダクタ14
および16に対する生じる瞬間磁場ベクトルB1は高周波お
よび低周波共鳴の両方に対し、同じ相対関係にある。
したrfパワの各周波数の、それぞれに対する口12および
26に印加されるrfパワの比である。上述した例に対し、
その効率は伝送線の損失により非常に影響を受ける。2
つの異なるタイプの伝送線に対するこのような損失を考
慮すると、次の通りである。
ケーブルに基づくもの)の効率または感度を最大にする
試みはなかった。回路の効率は、特に低周波数で、スト
リップ線または剛直な共軸ケーブルのような特別な伝送
線を使用することにより改良され得る。Q(quality)
係数の平方に比例することに基づく、NMR検出回路の信
号ーノイズ比を導く従来の方法が、非伝送線回路よりも
より高いQを示すが、より低い信号−ノイズ比を示し得
るこれら伝送線回路に適用したときに誤りを導くことに
留意すべきである。本発明に関連したこのクラスの回路
(この回路には伝送線要素が組み入れられている)の損
失および効率についての議論は、共に継続出願となって
いる米国出願番号第287,789号(これは本出願人に譲渡
されているもので、参考のためここに組み入れられ
る。)になされている。
究する場合のNMR実験を容易にしたいとの要請から主に
なされたものであった。それぞれの磁気回転比が3.977
の比にある。2の累乗という正確な関係にある周波数が
ときどき、同一の基本周波数の調波周波数として、偶然
にまたは故意に遭遇する。本発明はオーダがNとN+2k
の調波周波数に応答することができる。結果的に、この
ような周波数の生成またはモニタリングをする装置は本
発明の原理を都合よく採用し得る。
送線20および18がλh1/4に対してカットされ、伝送線22
がλh1/2に対してカットされるなら、2:1の比にある一
対の周波数で動作するようにできる。比が2k(k1)
となる周波数の対をこの回路が生成することは明らかで
ある。たとえば、(fh1/flow)=2kに対して、線22、20
および18に対する必要なケーブルの長さは(λH1/4)
(2k)である。
ることに関し、ここで議論した多重共鳴の様子は、励起
が続く核共鳴サンプルから放射されるエネルギーをrfコ
イルに誘導結合するための同様の多重共鳴応答を含むと
理解されるべきである。このような多重共鳴の様子は、
共鳴状態の励起、この共鳴の観測、または両方において
利用されてもよい。
て記述されてきたが、しかし、他の変更および変形が当
業者であれば上述の起示唆に基づきなし得るであろう。
本発明は特別に記載した以上に実施でき、請求の範囲に
のみ限定されるものと理解されるべきである。
Claims (4)
- 【請求項1】二つの隣接しない周波数ω1およびω2で
同時共鳴する回路であって, 対となる二つのターミナルをもつ誘導性部材からなるイ
ンダクタンス手段と,それぞれの長さがλ1/4の第二お
よび第三の伝送線とから成り, 第一の誘導性部材(14)の第一のターミナルが,第一の
インピーダンス整合をするキャパシタネットワーク(2
7)を共通に介して第一のrfターミナル(26)に接続さ
れ,かつ第一の選択されたrf周波数ω1で,長さがλ1/
4の,二つのターミナルをもつ第一の伝送線(22)の第
一のターミナルに接続され, 前記第一の伝送線はλ1/4の地点で短絡し, 前記第一の伝送線の第二のターミナルが前記第二の誘導
性部材(16)の第一のターミナルに接続され, 前記第二および第三の伝送線のそれぞれの端部が,前記
第一および第二の誘導性部材の第二のナーミナルのそれ
ぞれに接続され, 前記第二および第三の伝送線が,接合部を形成するため
に直列に接続され,その接続部は第二のインピーダンス
整合をするネットワーク(28)に介して,第二のrfター
ミナル(12)に接続され, これにより,当該回路は,適用される前記第一のrf周波
数ω1で同時に共鳴し,前記第一のrfターミナルで観測
され,また適用される前記第二のrf周波数ω2で共鳴
し,前記第二のrfターミナルで観測され,ここで,前記
第一および第二のrf周波数が反対の位相で特徴付けら
れ,その比が2kで,kは整数であり,k≧1である, ところの回路。 - 【請求項2】前記周波数ω1およびω2の比ω1/ω2が
実質的に4に等しい,請求項1に記載の回路。 - 【請求項3】一対の周波数がω1およびω2で,対応す
る波長がλ1およびλ2であって,ここでω2/ω1=2k
で,kは整数であり,k≧1である,ところの周波数で二重
同調電気回路に共鳴応答を達成させる方法であって, 第一(14)および第二(16)の誘導性部材のそれぞれの
第一の端部に第一の伝送線(22)の二つのターミナルの
第一の端部と接続する工程と, 前記第一および第二の誘導性部材の第二の端部を,有効
長さλ1/2をもつ付加的伝送線手段(18,20)を介して接
続する工程と, を有し, これにより,前記第一の伝送線(22)は,第一および第
二の誘導性部材が,供給点の周波数ω1に関して有効に
直列接続されるように,実質的にω1の周波数で比較的
高いインピーダンスを呈し,前記第一の伝送線(22)
は,第一および第二の誘導性部材が,供給点の周波数ω
2に関して有効に並列接続されるように,実質的にω2
の周波数で比較的低いインピーダンスを呈する, ところの方法。 - 【請求項4】複数の核種から成るサンプルを分析するNM
R装置であって, (a)軸線を画成する分極磁石手段と, (b)前記サンプルの第一の核種を共鳴状態に励起する
ための第一のrf発生源手段と, (c)前記サンプルの第二の核種を共鳴状態に励起する
ための第二のrf発生源手段と, (d)前記第一および第二のrf発生源手段のいずれかに
対し前記サンプルの周波数および位相応答を形成する受
信器手段と, (e)前記サンプルを前記受信器手段に結合する二重同
調回路手段と, を含み, 前記回路手段が,直列関係にある第一および第二の誘導
性部材,および前記直列関係にある第一および第二の誘
導性部材を第一の周波数ω1で同調して共鳴するように
整えられた第一の容量性部材を結合する第一の伝送線手
段,他方に対して並列関係にある前記第一および第二の
誘導性部材,および前記並列関係にある第一および第二
の誘導性部材を第二の周波数ω2で同調して共鳴するよ
うにした第二の容量性部材を関連づける第二の伝送線手
段を有し,前記第一の伝送線手段がω1で有効となる
が、ω2に接近した周波数で実質的に非有効となり,前
記第二の伝送線手段がω2で有効となるが,ω1に接近
した周波数で実質的に非有効となる, ところのNMR装置。
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