JPH01126532A - Polynuclear nmr probe for local measurement - Google Patents

Polynuclear nmr probe for local measurement

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Publication number
JPH01126532A
JPH01126532A JP62285127A JP28512787A JPH01126532A JP H01126532 A JPH01126532 A JP H01126532A JP 62285127 A JP62285127 A JP 62285127A JP 28512787 A JP28512787 A JP 28512787A JP H01126532 A JPH01126532 A JP H01126532A
Authority
JP
Japan
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coil
matching
support stand
probe
fixed
Prior art date
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Pending
Application number
JP62285127A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Norio Shimamoto
嶋本 典夫
Motoaki Shintani
新谷 元章
Hiroyasu Nishikawa
西川 弘恭
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Takeda Pharmaceutical Co Ltd
Original Assignee
Takeda Chemical Industries Ltd
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Publication date
Application filed by Takeda Chemical Industries Ltd filed Critical Takeda Chemical Industries Ltd
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Publication of JPH01126532A publication Critical patent/JPH01126532A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To detect the NMR signal from the arbitrary local area of a live small animal, by providing a support stand, a fixing frame and a coil. CONSTITUTION:A small animal is mounted on the support stand 2 of a probe 1 in such a state that the back thereof is fixed to the animal receiving part 2a of said support stand 2. Thereafter, the trachea is cut open to insert a tracheal cannula in the trachea and artificial breathing is subsequently applied to the animal from a Teflon tube and the breast is incised to expose the heart. Next, a coil 5 is closely brought into contact with the left ventricle of the heart to be connected to the matching/tuning circuit 4 of a fixing frame 3 and the X-, Y- and Z-directions of the fixing frame 3 are regulated so as to hold the close contact state of the coil 5 to fix the fixing frame 3 to the support stand 2. After this setting, the support stand 2 is covered with a cover and the probe 1 is inserted in the vertical wide caliber superconductive magnet of a measuring system to be fixed thereto. By moving the coil 5 to an arbitrary local area, the NMR signal from the arbitrary local area of the live small animal can be detected.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、局所測定用多核N M Rプローブに関し、
詳しくは、生きたままの小動物の任意の局所組織に可動
型アンテナを密着させて、多核種のNMR信号を検出す
るのに適したプローブに関し、該NMR測定により局所
あるいは器官全体の機能及び代謝改善薬を的確に評価し
得るようにしたらのである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to a multinuclear NMR probe for local measurement;
Specifically, it concerns a probe suitable for detecting multi-nuclide NMR signals by placing a movable antenna in close contact with any local tissue of a living small animal, and improving the function and metabolism of local or whole organs through NMR measurements. This would make it possible to accurately evaluate drugs.

従来の技術 従来、この種の生体系のNMR測定方法では、初期には
、動物を生きたまま高磁場を発生する超伝導大口径磁石
の中に入れ、検出範囲内の部分信号を取り出していた。
Conventional technology In the early days of this type of NMR measurement method for biological systems, a living animal was placed inside a large-diameter superconducting magnet that generated a high magnetic field, and a partial signal within the detection range was extracted. .

しかしながら、該方法では検出信号は皮膚、筋肉あるい
は異なった臓器すべてを含むため、基礎的にも応用的に
も結果の解釈が困難であった。
However, in this method, the detection signal includes skin, muscle, or all different organs, making it difficult to interpret the results from both a basic and applied point of view.

上記欠点を解決するものとして、静磁場内にコイルを用
いたアンテナを設置し、該アンテナの位置に測定部分を
位置させ、コイルに局所磁場を生じさせることにより、
そのコイル内で生体の限定部分からのNMR信号を得る
ようにした装置が提供されている。しかし、該装置では
、大口径磁石内における磁場とコイルの作る微弱な磁場
との整合、同調が技術的に難しいため、大口径磁石内に
挿入するプローブ本体に上記コイルを固定している。そ
のため、測定部位が例えば脳あるいは体表面に近い筋肉
など極端に限定されることとなる。
In order to solve the above drawbacks, an antenna using a coil is installed in a static magnetic field, a measurement part is located at the position of the antenna, and a local magnetic field is generated in the coil.
A device has been provided in which the NMR signal from a limited portion of the living body is obtained within the coil. However, in this device, it is technically difficult to match and tune the magnetic field within the large-diameter magnet and the weak magnetic field created by the coil, so the coil is fixed to the probe body that is inserted into the large-diameter magnet. Therefore, the measurement sites are extremely limited, such as the brain or muscles close to the body surface.

しかしながら、例えば病的な状態においては、当然のこ
とながら、その病巣は各部位に存在し、各部位の測定が
必要である。さらに、病理、生理および生化学の基礎研
究および薬効を評価するためにも標的器官すなわち任意
の局所からの信号検出が必要であるが、上記したように
、従来装置では任意の局所の測定が不可能であった。
However, for example, in a pathological state, the lesions naturally exist in each region, and it is necessary to measure each region. Furthermore, detection of signals from target organs, i.e., any local area, is necessary for basic research in pathology, physiology, and biochemistry, and for evaluating drug efficacy, but as mentioned above, conventional devices cannot measure any local area. It was possible.

本発明の目的 本発明は上記した従来の問題に鑑みてなされたらので、
生きたままの小動物の任意な局所からのNMR信号の検
出を可能とすることを目的とするものである。
Purpose of the Invention The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems.
The purpose of this invention is to enable detection of NMR signals from any location of a living small animal.

上記目的を達成するためには、任意な局所に可動型コイ
ル(アンテナ)を移動できる構成とすればよいが、静磁
場は磁石内で微妙に異なるため、NMR信号検出のため
には、コイルを移動した後に、コイルの作る磁場と整合
・同調しなおさなければならず、かつ、この整合・同調
さ仕る部品を磁場内に挿入するために磁場の均一性を乱
さないようにすることら要求される。
In order to achieve the above purpose, a movable coil (antenna) can be moved to any local location, but since the static magnetic field differs slightly within the magnet, it is difficult to move the coil to detect NMR signals. After moving, the magnetic field created by the coil must be aligned and tuned again, and the parts that perform this alignment and tuning must be inserted into the magnetic field, so it is required not to disturb the homogeneity of the magnetic field. be done.

従って、本発明は、上記した要求を解決した状態で、可
動型コイルを任意の局所に移動して1H131pなどの
NMR信号の検出を可能にせんとするものである。
Therefore, the present invention is intended to enable the detection of NMR signals such as 1H131p by moving a movable coil to an arbitrary location while solving the above-mentioned requirements.

発明の構成 即ち、本発明は、超電導大口径磁石内に挿入固定するプ
ローブを、生きたままの小動物を収納するアクリル樹脂
製の支持台と、該支持台に対して、縦、横および高さの
三次元方向に位置調節自在に取り付ける固定枠と、該固
定枠に固着している整合・同調回路を構成するコンデン
サおよびマツチングボックスと、上記コンデンサに対し
て着脱自在に接続し、上記支持台に収納している小動物
の任意の局所組織に対して密着させるコイルからなるル
ープアンテナと、上記ループアンテナに対して一定位置
に取り付けている外部基準物質と、上記整合・同調回路
に接続して外方へ突出させた同調用ツマミとより構成し
、該プローブを超伝導大口径磁石内に挿入固定した状態
で、上記同調用ツマミが大口径磁石外部から操作可能な
構成とし、小動物の任意の局所組織より1H131p、
l@p、15 N 、 l 3 C,! 3 N aな
どの多核種のNMR信号を検出するのに適した局所測定
用多核NMRプローブを提供せんとするものである。
Structure of the Invention In other words, the present invention provides a support base made of acrylic resin for storing a live small animal, and a support base made of acrylic resin that accommodates a small live animal, and a probe inserted and fixed into a superconducting large-diameter magnet. a fixed frame that can be freely adjusted in position in three dimensions; a capacitor and a matching box that constitute a matching/tuning circuit that are fixed to the fixed frame; and a support base that is detachably connected to the capacitor; A loop antenna consisting of a coil that is placed in close contact with any local tissue of a small animal housed in When the probe is inserted and fixed into a superconducting large-diameter magnet, the tuning knob can be operated from outside the large-diameter magnet, and the probe is configured to be operable from outside the large-diameter magnet. From the organization 1H131p,
l@p, 15 N, l 3 C,! It is an object of the present invention to provide a multi-nuclear NMR probe for local measurement suitable for detecting NMR signals of multi-nuclear species such as 3 Na.

K1鯉 以下、本発明に係わる生きたままの小動物(ラット)の
任意の局所組織より多核種のNMR信号、特に、1H1
”P−NMR信号を検出するのに適したNMR装置に用
いる多核NMRプローブについて、図面に示す実施例に
より詳細に説明する。
K1 carp and below, multi-nuclide NMR signals from any local tissue of a living small animal (rat) according to the present invention, especially 1H1
``A multi-nuclear NMR probe used in an NMR apparatus suitable for detecting P-NMR signals will be explained in detail with reference to embodiments shown in the drawings.

第1図に示す本発明に係わる局所測定用可動型アンテナ
を用いる多核NMRプローブ1は、図示していないが、
縦型法口径超伝導磁石NMR(日本電子製、JNM−G
X200.4.8 Te5la、ボア径70mm)から
なるNMR装置内に挿入固定して使用される。
Although not shown, a multinuclear NMR probe 1 using a movable antenna for local measurement according to the present invention shown in FIG.
Vertical normal diameter superconducting magnet NMR (manufactured by JEOL, JNM-G
It is used by inserting and fixing it into an NMR apparatus consisting of X200.4.8 Te5la, bore diameter 70 mm).

上記プローブlは、円筒型の支持台2、該支持台2に三
次元方向に位置調節自在に取り付ける固定枠3、該固定
枠3に前辺て取り付けている整合・同調回路4、該整合
・同調回路4に着脱自在に接続する表面コイルよりなる
ループアンテナ5、該アンテナ5の真上に取り付ける基
阜物質6、上記整合・同調回路4に接続され本プローブ
!をNMR装置内に入れた状態で外部より同調操作を可
能とする同調用ツマミ7を主たる構成要素としている。
The probe 1 includes a cylindrical support base 2, a fixed frame 3 attached to the support base 2 so that its position can be adjusted in three dimensions, a matching/tuning circuit 4 attached to the front side of the fixed frame 3, and a matching/tuning circuit 4 attached to the front side of the fixed frame 3. A loop antenna 5 consisting of a surface coil is detachably connected to the tuning circuit 4, a base material 6 is attached directly above the antenna 5, and the probe is connected to the matching/tuning circuit 4! The main component is a tuning knob 7 that allows tuning operation from the outside while the device is placed in the NMR apparatus.

」ユ記支持台2は、非磁性体の透明アクリル樹脂のパイ
プ(外径70+n+nφ、全長540mm、肉厚5 m
m)を、実験動物のラットが入るように円筒部の片側約
172を軸方向に沿って全長の約273切りおとして半
円筒型として動物収納部2aを設け、かつ、軸方向の一
端面に固定用フランジ10(外径170mmφ)を取り
付けた形状としている。該支持台2の動物収納部2aの
側壁上面には固定枠位置調節用の凹部2bを所定間隔を
あけて多数個形成している。また、該支持台2の内壁に
は人口呼吸用のウレタンチューブ11を取り付けている
The support stand 2 is made of a non-magnetic transparent acrylic resin pipe (outer diameter 70+n+nφ, total length 540mm, wall thickness 5m).
m), cut off about 172 mm on one side of the cylindrical section along the axial direction by about 273 mm of the total length to accommodate a rat as a laboratory animal, and provide an animal storage section 2a in a semi-cylindrical shape, and on one end surface in the axial direction. It has a shape in which a fixing flange 10 (outer diameter 170 mmφ) is attached. A large number of recesses 2b for adjusting the position of the fixed frame are formed at predetermined intervals on the upper surface of the side wall of the animal storage section 2a of the support stand 2. Further, a urethane tube 11 for artificial respiration is attached to the inner wall of the support base 2.

尚、上記支持台2を非磁性材で形成しているのは、超伝
導磁石内に挿入した際、僅かでも磁性のある材質で形成
していると、磁石内で磁場の乱れが生じて磁場の均一性
が保持出来ないからであり、かつ、重量および加工しや
すさ等の取扱面の有利性から上記アクリル樹脂が最も好
適に使用される。
The reason why the support base 2 is made of a non-magnetic material is that when it is inserted into a superconducting magnet, if it is made of a material that is even slightly magnetic, the magnetic field will be disturbed within the magnet. The above-mentioned acrylic resin is most preferably used because it cannot maintain uniformity, and because it is advantageous in terms of handling such as weight and ease of processing.

上記支持台2に対して、縦方向(図中、X方向)、横方
向(図中、Y方向)および高さ方向(図中、X方向)の
三次元方向に位置調節自在に取り付ける固定枠3は、第
2図に示すように、非磁性体の透明塩化ビニルで断面半
円弧形状に形成しており、その−側端部を外方に向けて
水平方向へ屈曲させて支持台当接部3aを設けている。
A fixed frame that can be attached to the support base 2 in a three-dimensional manner such as vertical direction (X direction in the figure), horizontal direction (Y direction in the figure), and height direction (X direction in the figure). As shown in Fig. 2, 3 is made of non-magnetic transparent vinyl chloride and is formed into a semicircular arc shape in cross section, and the - side end thereof is bent horizontally outward and brought into contact with the support base. A section 3a is provided.

該支持台当接部3aには、軸方向に所定間隔をあけて切
欠を設けて多数の凸部3bを形成し、該凸部3bを支持
台2の凹部2bにX方向への位置調節自在に嵌合するよ
うにしている。また、固定枠3の他側端部には、軸方向
の両側部に周方向の長孔3c、3cを穿設し、該長孔3
cの任意の位置にビス!2を介して固定板13を取り付
けている。該固定板13の先端部には軸方向に長い長孔
13aを設けており、該長孔13aの両端にビス穴13
bを形成している。該ビス穴!3bにビス14を挿入し
て支持台2の側壁外面に抑圧固定している。このように
、固定板I3を介して固定枠3を支持台2に取り付けて
おり、上記固定板13の固定枠3に対する周方向の位置
調節により、固定枠3は支持台2に対してY方向および
X方向への位置調節がなされる。
The support base abutment portion 3a is provided with notches at predetermined intervals in the axial direction to form a large number of convex portions 3b, and the position of the convex portions 3b is freely adjustable in the X direction in the concave portion 2b of the support base 2. It is designed to fit. Furthermore, circumferential long holes 3c, 3c are bored in the other end of the fixed frame 3 on both sides in the axial direction, and the long holes 3
Screw in any position of c! A fixing plate 13 is attached via 2. A long hole 13a that is long in the axial direction is provided at the tip of the fixing plate 13, and screw holes 13 are provided at both ends of the long hole 13a.
It forms b. That screw hole! A screw 14 is inserted into 3b to press and fix it to the outer surface of the side wall of the support base 2. In this way, the fixed frame 3 is attached to the support base 2 via the fixed plate I3, and by adjusting the position of the fixed plate 13 in the circumferential direction with respect to the fixed frame 3, the fixed frame 3 is attached to the support base 2 in the Y direction. and position adjustment in the X direction.

上記整合・同調回路4は、第3図に示すように同調回路
を構成する非磁性体トリマーコンデンサ−01およびC
,と、整合回路を構成するマツチングボックス14とか
らなり、これらトリマーコンデンサーCI、C2および
マツチングボックスを上記固定枠3の上部内壁に固定し
ている。該整合・同調回路4のマツチングボックス14
は測定時にスペクトロメータ(図示せず)に着脱自在に
接続される。また、上記各コンデンサC1、C2には、
夫々雌型コネクター15A、15Bを接続し、これらコ
ネクター15A、15Bには、アンテナ5(以下、表面
コイルと称す)の両端より伸長した導線17の先端部に
設けた雄型コネクタと着脱自在に連結量るようにしてい
る。該コイル5と上記整合・同調回路4との組み合わせ
により、後述するように、31p共鳴周波数80.75
MHz、 ’ H核199.65M1lzの画周波数で
同調しうるように設定している。
The matching/tuning circuit 4 includes a non-magnetic trimmer capacitor 01 and a C
, and a matching box 14 constituting a matching circuit, and these trimmer capacitors CI, C2 and the matching box are fixed to the upper inner wall of the fixed frame 3. Matching box 14 of the matching/tuning circuit 4
is detachably connected to a spectrometer (not shown) during measurement. In addition, each of the above capacitors C1 and C2 has
Female connectors 15A and 15B are connected, respectively, and these connectors 15A and 15B are detachably connected to male connectors provided at the tips of conductive wires 17 extending from both ends of the antenna 5 (hereinafter referred to as surface coils). I try to measure it. By the combination of the coil 5 and the matching/tuning circuit 4, the 31p resonance frequency is 80.75, as will be described later.
It is set so that it can be tuned at an image frequency of 199.65M1lz.

整合・同調回路4を上記構成としているのは、超電導磁
石(4,8テスラ)では31pの共鳴周波数は80.7
5MNzであり、一方、”P−NMRの良好な信号を得
るためには、超電導磁石内の磁場の状態を最良にしなけ
ればならない。このため、31P−NMrtの測定に先
立ち、+Hの信号を用いてSIIIM合わせ、即ち、磁
場を最良の状態にする必要があり、その際、同一コイル
で199.65MIIzの’If柱にも共振させる必要
があるからである。尚、コンデンサとしてトリマーコン
デンサを用いているのは、高周波損失が極めて少なく、
かつ、耐圧性(5000V程度)が大きいためである。
The reason why the matching/tuning circuit 4 has the above configuration is that in a superconducting magnet (4.8 Tesla), the resonant frequency of 31p is 80.7.
On the other hand, in order to obtain a good P-NMR signal, the magnetic field inside the superconducting magnet must be in the best condition.For this reason, prior to the measurement of 31P-NMrt, a +H signal is used. This is because it is necessary to make SIIIM alignment, that is, to make the magnetic field in the best condition, and at that time, it is necessary to make the same coil resonate with the 'If column of 199.65 MIIz.In addition, using a trimmer capacitor as a capacitor The reason is that high frequency loss is extremely low,
This is also because the voltage resistance (approximately 5000V) is high.

また、マツチングボックス14の整合回路も、後述する
が3+p用および’H用の共用の方が、Q値の低下の少
ないこと及び共用の方が操作が容易であること等より優
れているからである。該操作性の点より、上記整合・同
調回路4の可変コンデンサには、肉厚テフロンチューブ
を介し3mmφの真鋳丸棒20を接続し、該丸棒20に
カップリング2Iを介して操作軸22と連結し、該操作
軸22を固定枠3より外方へ突出させて、その先端に同
調用ツマミ7を設けている。よって、該同調用ツマミ7
によりNMR装置外より容易に同調操作が出来るように
している。
Also, as will be described later, the matching circuit of the matching box 14 is better if it is shared for 3+p and 'H because the Q value decreases less and it is easier to operate if it is shared. It is. From the viewpoint of operability, a brass round rod 20 of 3 mm diameter is connected to the variable capacitor of the matching/tuning circuit 4 through a thick Teflon tube, and an operating shaft 22 is connected to the round rod 20 through a coupling 2I. The operating shaft 22 is connected to the fixed frame 3 and protrudes outward from the fixed frame 3, and a tuning knob 7 is provided at the tip thereof. Therefore, the tuning knob 7
This makes it possible to easily perform tuning operations from outside the NMR apparatus.

上記表面コイル5は、磁気共鳴を起こすための高周波の
照射と検出コイルを兼ねており、電気伝導度が良い非磁
性体の材料、例えば、Cu、Pt、Agが高周波特性が
良いため、これら材料を用いてコイルを成形している。
The surface coil 5 doubles as a high-frequency irradiation and detection coil for causing magnetic resonance, and non-magnetic materials with good electrical conductivity, such as Cu, Pt, and Ag, have good high-frequency characteristics. is used to form the coil.

該コイル5は絶縁体からなる熱収縮テフロンチューブ2
−5で被覆しており、これは、絶縁被覆のないコイルを
実験動物(ラット)に局所に密着させると、高周波損失
(Q値の低下)が大きくなるためである。尚、該絶縁体
の厚さは厚いほどS/N比が悪くなるため、肉薄として
いる。
The coil 5 is a heat-shrinkable Teflon tube 2 made of an insulator.
The reason for this is that when a coil without insulation coating is brought into close contact with an experimental animal (rat), high frequency loss (reduction in Q value) increases. Note that the thickness of the insulator is made thin because the thicker the insulator, the worse the S/N ratio becomes.

コイル5の巻数および形状は適宜に選定され、本実施例
では、第4図(I)〜(IV)に示すように、5〜6回
巻のコイル5A13〜4回巻のコイル5B、2回巻のコ
イル5CS 1回巻のコイル5Dの4種類を試作してい
る。上記各コイル5A〜5Dを用いた時の同調回路およ
び整合回路は図示の如きである。
The number of turns and shape of the coil 5 are appropriately selected, and in this embodiment, as shown in FIGS. We are prototyping four types of coils: a 5CS coil with a single turn and a 5D coil with a single turn. A tuning circuit and a matching circuit when each of the above-mentioned coils 5A to 5D is used are as shown in the figure.

尚、上記表面コイル5の共振特性は、測定に先立ち、第
5図に示すように、スウィープジエネレータI7、オシ
ロスコープ18および周波計19を用いて調整を行って
いる。
The resonance characteristics of the surface coil 5 are adjusted prior to measurement using a sweep generator I7, an oscilloscope 18, and a frequency meter 19, as shown in FIG.

表面コイル5の真上に所定距離をあけて設置するスペク
トルの外部基準物質6としてHMPA溶液を用いており
、第6図に示すように、外径1mmφの石英キャピラリ
ー26に3MHMPAを3.14μQ満たし、両端をア
ラルダイトで密封した後、アクリル樹脂製ホルダー27
に入れている。
An HMPA solution is used as the external reference substance 6 for the spectrum, which is placed directly above the surface coil 5 at a predetermined distance.As shown in FIG. , After sealing both ends with Araldite, acrylic resin holder 27
I'm putting it in.

該ホルダー27をコイル5の両端より伸張した導線I7
に固着して、コイル5の真上に固定している。このよう
に、基雫物質6を封入したボルダ−27を取り付けると
共に先端にコイル5を形成した導線17の先端には雄型
のビンコネクタ28を取り付け、前記同調回路4の雌型
コネクタと取り替え自在に接続している。コイル5及び
基準物質6を設けた導線17自体可撓性を有するもので
あるため、コイル5の位置調節が容易であると共に、該
コイル5を取り付ける固定枠3を三次元方向へ位置調節
出来るため、該コイル5を任意の位置に設置して測定す
る局所に密着させることが出来る。
The conductive wire I7 extends from both ends of the coil 5 through the holder 27.
It is fixed directly above the coil 5. In this way, the boulder 27 containing the base drop substance 6 is attached, and the male bottle connector 28 is attached to the tip of the conducting wire 17 with the coil 5 formed at the tip, which can be replaced with the female connector of the tuned circuit 4. is connected to. Since the conducting wire 17 provided with the coil 5 and the reference material 6 is itself flexible, the position of the coil 5 can be easily adjusted, and the fixed frame 3 to which the coil 5 is attached can be adjusted in three dimensions. , the coil 5 can be installed at any position and brought into close contact with the area to be measured.

次に、上記したプローブlを用いたNMrt装置により
、ラット心臓のin vivo ”P −NMrt測定
を行った場合について説明する。
Next, a case will be described in which in vivo "P-NMrt measurement of a rat heart is performed using the NMrt apparatus using the probe 1 described above.

実験動物として雄性ラット(体重250g〜350g)
を用い、該ラットをベンドパルビタールで麻酔(60m
g/kg i、p)後、プローブlの支持台2の動物収
納部2aに背位を固定して載置した。その後、気管を切
開し、気管カニユーレ挿入後、テフロンチューブ11よ
り人工呼吸(97%0.+3%Co、、65回/min
 )を施し、該人工呼吸下で開胸し心臓を露出した。該
心臓の左心室にコイル5を密着させた後、固定枠3の整
合・同調回路4に接続し、上記コイル5の密着状態を保
持するように、固定枠3のX、Y、Z方向を調節して、
固定枠3を支持台2に固定した。このように、セットし
た後、支持台2に銅製円筒カバー(図示せず)を用いて
覆い、該プローブlを第7図に示す測定システムの縦型
広口径超電導磁石40に挿入固定した。該第7図中、4
!はS 0M200コンソール、42は0、ガスボンベ
、43は人工呼吸器である。
Male rats (weight 250g to 350g) as experimental animals
The rat was anesthetized with bendoparbital (60 m
g/kg i, p) After that, the animal was placed in the animal housing part 2a of the support stand 2 of the probe 1 with the dorsal position fixed. After that, the trachea was incised and a tracheal cannula was inserted, followed by artificial respiration (97% 0.+3% Co, 65 times/min) through the Teflon tube 11.
), and under artificial respiration, the chest was opened and the heart exposed. After the coil 5 is brought into close contact with the left ventricle of the heart, it is connected to the matching/tuning circuit 4 of the fixed frame 3, and the fixed frame 3 is moved in the X, Y, and Z directions so as to maintain the close contact state of the coil 5. Adjust and
A fixed frame 3 was fixed to a support base 2. After setting in this manner, the support base 2 was covered with a copper cylindrical cover (not shown), and the probe 1 was inserted and fixed into the vertical wide-diameter superconducting magnet 40 of the measurement system shown in FIG. In Fig. 7, 4
! is the S 0M200 console, 42 is the gas cylinder, and 43 is the ventilator.

”P−NMR測定は、測定周波数80.75Mz、パル
ス中14.0μs、 1.9secの間隔で繰り返し積
算した。 その際、使用したコイル5A〜5Dおよび整
合・同調回路の各組み合わせ(第4図)による成績は次
ページの第1表に示す通りである。
"P-NMR measurements were performed at a measurement frequency of 80.75 Mz, 14.0 μs during the pulse, and repeated integration at 1.9 sec intervals. ) are shown in Table 1 on the next page.

(以下余白) 即ち、 (a)第4図(I)に示すエナメル被覆銅線(0、5m
mφ)のリング形で5〜6回巻で直径8ffIIIlφ
としたコイル5Aおよび該コイル5Aと接続した第4図
(1)に示す整合・同調回路4Aを用いると、コイルの
Qの低下が著しく、1000回積算(約35分)したが
検出信号は得られなかった。
(Left below) Namely, (a) Enamel coated copper wire (0.5 m) shown in Figure 4 (I)
mφ) ring shape with 5 to 6 turns and diameter 8ffIIIlφ
When using the coil 5A and the matching/tuning circuit 4A shown in Fig. 4 (1) connected to the coil 5A, the Q of the coil decreased significantly, and no detection signal was obtained even after 1000 integrations (about 35 minutes). I couldn't.

(b)第4図(It)に示すテフロンチューブ被覆銅線
(0,9mn+φ)で3〜4回巻き直径14+nmφと
したコイル5Bと、該コイル5Bと接続した整合・同調
回路4Bを用いると、コイルのQの低下は認められたが
、1000回積算でS/N比は悪いが、初めて信号が検
出された。
(b) Using a coil 5B with a diameter of 14+nmφ wound with Teflon tube-coated copper wire (0.9mm+φ) 3 to 4 times as shown in FIG. 4(It), and a matching/tuning circuit 4B connected to the coil 5B, Although a decrease in the Q of the coil was observed, a signal was detected for the first time after 1000 integrations, although the S/N ratio was poor.

(C)第4図(III)に示すテフロンチューブ被覆銀
線(0,5n+mφ)で2回巻して直径9mmφとした
コイル5Cと、該コイル5Cと接続した整合・同調回路
4Cを用いると、200回積算(約7分)で良好なS/
N比で信号が検出出来た。
(C) When a coil 5C shown in FIG. 4 (III) is wound twice with a Teflon tube-coated silver wire (0.5n+mφ) to a diameter of 9mmφ, and a matching/tuning circuit 4C connected to the coil 5C is used. Good S/ after 200 integrations (about 7 minutes)
A signal could be detected with the N ratio.

(d)第4図(IV)に示すテフロンチューブ被覆銀線
(+mmJ)1回巻で直径9+++n+φとした表面コ
イル5Dと整合・同調回路4Dを用いると、コイルのQ
の低下は殆どみられず、200回積算(約7分間)で、
第8図に示す如き、極めて良好な信号が得られた。
(d) When using a surface coil 5D with a diameter of 9+++n+φ made of one turn of Teflon tube-coated silver wire (+mmJ) shown in FIG. 4(IV) and a matching/tuning circuit 4D, the Q of the coil is
There was almost no decrease in the value, and after 200 integrations (about 7 minutes),
An extremely good signal as shown in FIG. 8 was obtained.

図中、各信号は、lはβ−ATP、2はα−ATp +
 a −A D P + phosphodieste
rs、 3は7−ATP+β−ADP、4はCr−P、
5はPi+2−phosphate of2.3−di
phosphoglycerate、 6は3−pho
sphate or2.3−diphosphogly
cerate、 7はI(M P Aである。上記Cr
−Pを基準(Oppm)とすると、化学シフトは、 P
i ; 5.3ppm、β−ATP;−16.2pl)
mであり、これは既設のPiおよびβ−ATPの化学シ
フト(それぞれ5.19ppm。
In the figure, each signal is: l is β-ATP, 2 is α-ATp +
a −A D P + phosphodieste
rs, 3 is 7-ATP+β-ADP, 4 is Cr-P,
5 is Pi+2-phosphate of2.3-di
phosphoglycerate, 6 is 3-pho
sphate or2.3-diphosphogly
cerate, 7 is I (M P A. The above Cr
- If P is the standard (Oppm), the chemical shift is P
i; 5.3 ppm, β-ATP; -16.2 pl)
m, which corresponds to the existing chemical shifts of Pi and β-ATP (5.19 ppm, respectively).

−la、 13ppm)とよく一致しており、かつ、C
r−Pおよびβ−ATPの半値中はそれぞれ0.8pp
mおよび1.4ppmであり、既設と非常によく一致し
、信号の固定に全く問題がなかった。また、S/N比(
あるいは分解能)も非常に良好であり、その定量性にも
問題はない。さらに、心筋のエネルギー状態の指標であ
るCr−PとATP含1の比、即ち、ATP/Cr−P
は0.67であり、in vivoのラット心筋での正
常値と良く一致しており、動物エネルギーら良く、標本
作製にも問題がないことは明らかであった。
-la, 13 ppm), and C
The half value of r-P and β-ATP is 0.8 pp each.
m and 1.4 ppm, which matched very well with the existing installation, and there was no problem in fixing the signal. In addition, the S/N ratio (
(or resolution) is also very good, and there is no problem in its quantitative nature. Furthermore, the ratio of Cr-P to ATP content, which is an index of the energy state of the myocardium, that is, ATP/Cr-P
The value was 0.67, which was in good agreement with the normal value in in vivo rat myocardium, and it was clear that the animal energy was good and there was no problem in specimen preparation.

上記した実験結果より明らかなように、表面コイル5と
して1回巻コイル5Dおよび2回巻コイル5Cと、これ
らと夫々組み合わせて整合・同調回路/ID、4Gを用
いろと、ラット、の心筋より”P−NMrt信号を良好
な感度で検出することができた。
As is clear from the above experimental results, the rat myocardium suggested that the surface coil 5 should be a one-turn coil 5D and a two-turn coil 5C, and a matching/tuning circuit/ID, 4G in combination with these. ``We were able to detect the P-NMrt signal with good sensitivity.

上記した実験結果よりコイル5、整合・同調回路4、外
部基準物質等については、下記のことが判明した。
The above experimental results revealed the following regarding the coil 5, matching/tuning circuit 4, external reference material, etc.

コイル5の巻数については、巻数が多いより少ない方が
より明瞭に信号が検出され、巻数の最も少ない1回巻(
コイル5D)の場合が、上記したように、最も良いS/
N比で信号が検出された。これは巻数が多いと心筋との
接触面積がより大きくなり、即ち、心筋との間の静電容
量が増大し、よりQ値が低下するためである。
Regarding the number of turns of the coil 5, the signal is detected more clearly when the number of turns is less than the number of turns.
Coil 5D) has the best S/
A signal was detected at the N ratio. This is because when the number of turns is large, the contact area with the myocardium becomes larger, that is, the electrostatic capacitance with the myocardium increases, and the Q value decreases further.

コイル5の線径については、コイル材質とも関連するが
、強度、柔軟度、変形のしやすさ等が重要であり、心筋
は拍動する器官であり、良好なS/N比を得るためには
拍動中に常に心室壁に密着出来るものでなければならな
い。しかしながら、逆に、心室を圧迫する程度に強く押
し付けると、心室壁の圧迫された部分に血液の供給が断
たれ、その部分は虚血に陥ってしまうことになる。上記
のデータ(表)には示していないが、実験した結果によ
れば、pttmmφ、あるいはAgO,5n+mφのコ
イルでは、変形しやすく、良好なS/N比が得られず、
また、Cu0.9mmφで4回巻とした場合は、該コイ
ルの下の部分は虚血に陥っていた。
Regarding the wire diameter of the coil 5, it is related to the coil material, but strength, flexibility, ease of deformation, etc. are important.Myocardium is a pulsating organ, and in order to obtain a good S/N ratio, must be able to remain in close contact with the ventricular wall at all times during the beat. However, if the ventricle is pressed so strongly that it compresses the ventricle, the blood supply will be cut off to the compressed part of the ventricular wall, causing ischemia in that part. Although not shown in the data (table) above, according to the experimental results, a coil of pttmφ or AgO, 5n+mφ is easily deformed and a good S/N ratio cannot be obtained.
Furthermore, when the coil was wound 4 times with Cu having a diameter of 0.9 mm, the lower part of the coil was in ischemia.

本実験においては、コイル5の材質と線径はAg1、O
n+mφが最も適していた。
In this experiment, the material and wire diameter of the coil 5 were Ag1, O
n+mφ was the most suitable.

コイル5の形状については、円形1回巻を用いた場合に
は、内径が小さ過ぎると、信号量が小さくなり、逆に大
き過ぎると心室壁からはみ出し、信号が検出されず、本
実験では、9〜1OfflIIIφが最も適していた。
Regarding the shape of the coil 5, if a single circular turn is used, if the inner diameter is too small, the signal amount will be small, and if the inner diameter is too large, it will protrude from the ventricular wall and no signal will be detected. 9-1 OfflIIIφ was the most suitable.

整合・同調回路4については、整合回路は31p用およ
び’H用共用が優れていたが、これは、コイルのQ値の
低下が少ないことによるものと思われ、かつ、共用とし
た方が操作もしやすい。
Regarding matching/tuning circuit 4, the matching circuit used for both 31p and 'H was superior, but this seems to be due to less reduction in the Q value of the coil, and it is easier to operate when the matching circuit is shared. It's easy too.

また、基準物質に関しては、内部標準物質が理想的であ
るが、in vivo心臓内部に標準物質をいれること
は不可能に近いため、外部標準物質を採用している。該
標準物質としてのHMPAはCr−Pのピークより約+
30ppmilれており、生体31pシグナルに重なる
ことなく明確に識別出来る。
Regarding the reference substance, an internal standard substance is ideal, but since it is nearly impossible to introduce the standard substance into the heart in vivo, an external standard substance is used. HMPA as the standard substance is about + from the peak of Cr-P.
30 ppmil, and can be clearly identified without overlapping with the biological 31p signal.

該外部基準物質は、常に、コイル5に対して一定位置に
存在させる必要があるが、種々実験した結果、上記した
ようにコイル5の真上位置が最上であった。
The external reference substance must always be present at a fixed position with respect to the coil 5, and as a result of various experiments, the position directly above the coil 5 was found to be the highest position, as described above.

発明の効果 以上の説明より明らかなように、本発明に係わる局所測
定用可動型アンテナを備えた多核NMRプローブでは、
上記した支持台、該支持台に対して三次元方法に位置調
節可能に取り付ける固定枠、該固定枠に取り付けた整合
・同調回路、該整合・同調回路に取り替え自在に接続す
る表面コイルからなるアンテナ、該アンテナに対して一
定位置に取り付けた外部基準物質および上記整合・同調
回路に接続して支持台より外方に突出させた操作用の同
調ツマミを備えていることにより、該プローブをNMR
装置に設置することにより、生きたままの小動物の任意
の局所組織より’HN ”P、”F、”N、 +3G、
 !3NaなどのNMR信号を明瞭かつ簡単に得ること
が出来る。具体的には、in  vivoラット心臓の
”P−NMrl信号を感度良く得ることが出来、よって
、生理および薬効薬理における心臓の機能およびエネル
ギー代謝の評価に大いに役立つ効果がある。
Effects of the Invention As is clear from the above explanation, the multi-nuclear NMR probe equipped with a movable antenna for local measurement according to the present invention has the following effects:
An antenna consisting of the above-mentioned support base, a fixed frame that is attached to the support base so that its position can be adjusted in a three-dimensional manner, a matching/tuning circuit attached to the fixed frame, and a surface coil that is replaceably connected to the matching/tuning circuit. The probe is equipped with an external reference material attached at a fixed position relative to the antenna, and a tuning knob for operation that is connected to the matching/tuning circuit and protrudes outward from the support base.
By installing it in the device, 'HN'P,'F,'N,+3G,' from any local tissue of a living small animal.
! NMR signals such as 3Na can be obtained clearly and easily. Specifically, it is possible to obtain the "P-NMrl signal" of an in vivo rat heart with high sensitivity, and therefore it is very useful for evaluating cardiac function and energy metabolism in physiology and pharmacology.

特に、本発明プローブでは、測定すべき任意の局所に対
して、コイルからなる可動型アンテナを測定部位に合わ
せて三次元的に移動させて、測定部位に密着させること
が出来、よって、例えば、脳、骨格筋、腎、肝、さらに
、拍動している心臓などの器官からの各種のNMR信号
の検出が可能となり、測定部位が限定されない利点を有
する。
In particular, with the probe of the present invention, the movable antenna made of a coil can be moved three-dimensionally to fit the measurement area to any desired area to be measured, and can be brought into close contact with the measurement area. It is possible to detect various NMR signals from organs such as the brain, skeletal muscles, kidneys, liver, and even the beating heart, and has the advantage that measurement sites are not limited.

また、本プローブを超電導磁石内に置かれた状態で整合
・同調の微調整を突出した同調用ツマミにより出来、操
作が極めて簡単となる等の種々の利点を有するものであ
る。
Further, when the probe is placed inside the superconducting magnet, fine adjustment of matching and tuning can be made using a protruding tuning knob, which has various advantages such as extremely simple operation.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図(1)(II)は本発明に係わるプローブの実施
例を示し、(r)は概略正面図、(If)は概略平面図
、第2図(■)(■)は上記プローブの支持台に取り付
けろアンテナおよび整合・同調回路を備えた固定枠を示
し、(I)は概略斜視図、(II)は平面図、第す図は
整合・同調回路の回路図、第4図(D(11)(I[I
)(1%’)は4種類のコイルと各コイルにセットする
整合・同調回路の組み合わせを示す概略図、第5図は同
調周波数調整回路図、第6図はアンテナおよび外部基準
物質の設置状態を示す斜視図、第7図はNMR測定シス
テムの概略ブロック図、第8図はin vivoラット
心筋の”P−NMRの測定結果を示す線図である。 !・・・プローブ、    2・・・支持台、3・・・
固定枠、    4・・・整合・同調回路、5・・・ア
ンテナ(コイル)、 6・・・外部基準物質、  7・・・同調用ツマミ。 特許出願人 武田薬品工業株式会社 代理人弁理士 青白 葆ほか2名 第4図(I)
Figures 1 (1) and (II) show examples of the probe according to the present invention, (r) is a schematic front view, (If) is a schematic plan view, and Figures 2 (■) and (■) are of the above probe. A fixed frame equipped with an antenna and a matching/tuning circuit attached to a support stand is shown, (I) is a schematic perspective view, (II) is a plan view, Figure 2 is a circuit diagram of the matching/tuning circuit, and Figure 4 ( D(11)(I[I
)(1%') is a schematic diagram showing the combination of four types of coils and the matching/tuning circuit set for each coil, Figure 5 is a tuning frequency adjustment circuit diagram, and Figure 6 is the installation state of the antenna and external reference material. 7 is a schematic block diagram of the NMR measurement system, and FIG. 8 is a diagram showing the results of P-NMR measurement of in vivo rat myocardium. !... Probe, 2... Support stand, 3...
Fixed frame, 4... Matching/tuning circuit, 5... Antenna (coil), 6... External reference material, 7... Tuning knob. Patent applicant: Takeda Pharmaceutical Co., Ltd. Representative Patent Attorney: Seihaku Hao and 2 others Figure 4 (I)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)生きたままの小動物を収納する非磁性材からなる
支持台と、 該支持台に対して、縦、横および高さの三次元方向に位
置調節自在に取り付ける固定枠と、該固定枠に固着して
いる整合・同調回路を構成するコンデンサおよびマッチ
ングボックスと、上記コンデンサに対して着脱自在に接
続し、上記支持台に収納している小動物の任意の局所組
織に対して密着させるコイルからなるループアンテナと
、 上記ループアンテナに対して一定位置に取り付けている
外部基準物質と、 上記整合・同調回路に接続して外方へ突出させた同調用
ツマミとを備え、 超伝導大口径磁石内に挿入固定し、該挿入固定状態で上
記同調用ツマミが操作可能な構成とした小動物の任意の
局所組織より多核種のNMR信号を検出するのに適した
局所測定用多核NMRプローブ。
(1) A support stand made of non-magnetic material for storing a live small animal; a fixed frame that is attached to the support stand so that its position can be adjusted in three dimensions (vertical, horizontal, and height); and the fixed frame. A capacitor and a matching box constituting a matching/tuning circuit fixed to the capacitor and a coil detachably connected to the capacitor and brought into close contact with any local tissue of the small animal housed in the support base. a loop antenna, an external reference material attached to a fixed position with respect to the loop antenna, and a tuning knob connected to the matching/tuning circuit and protruding outward; A multinuclear NMR probe for local measurement suitable for detecting NMR signals of multiple nuclides from any local tissue of a small animal, the probe being inserted and fixed into a cell and configured such that the tuning knob can be operated in the inserted and fixed state.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0947847A2 (en) * 1998-04-01 1999-10-06 GSF-Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit GmbH Holding device for the examination of objects by means of in vivo MR microscopic imaging
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