JPH05503234A - 二重同調されたｎｍｒコイル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 二重同調されたＮＭＲコイル ル匪立欠１ 本発明はＮＭＲプローブ回路に関し、特に多重同調応答を示すこようなコイルに 関する。

九匪例１遣 核磁気共鳴の分野において、非隣接のスペクトル領域に対し等しく感知性のある 装置の必要性が広範囲に生じている。一つの共通する例としては、サンプルが一 つの目的に対しである（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いった場合がある。これ はデカップリング実験特有のもので、たとえばＣ１２−水素結合が０１３共鳴を 同時に分離して励起する間、デカップルされる。

このような二重同調された装置の−の変形例は、第２のサンプルが研究されてい る間、他の−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個別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対応を得たいという要請もある。

二重同調された回路が、通例として２つの共鳴回路に対し共通した一つのインダ クタを利用する。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。二重同調された装置のあ るクラスにおいて、もし個々の周波数でＷ励起を達成することが必要ならば、高 周波発生源と低周波発生源との間の分離要素が挿入される必要がある。もし、い ろいろな周波数で非同時発生的にｒｆエネルギーを適用することが十分ならば、 分離要素は必要ない、これは、しばしば個々の観察がなされ、再同調手続または サンプルの乱れを避ける必要がある場合である。さらに、多数の分離されたボー ト（ｐｏｒｔ）の必要性が、共鳴励起の場合よりも共鳴観測に対して少ない、こ れは、二つの実質的に異なる大きさの共鳴に対し、より弱い共鳴と整合する一つ のボートがより強い共鳴を減衰する場合である。このような一つの共鳴の減衰が 望ましくないとき、多数の分離したボートが好適である。

二重同調された回路はこのような分離を与えるために（高周波では）長さλ／４ の伝送線を採用するものが知られている。このような装置の例は、Ｒｅｖ、Ｓｃ ｉ、Ｉｎ５Ｌ、、第４８巻、第＋１００−８０３（＋９７７）（ＳＬＩＩＩ、Ｖ ｅｇａおよびＶａｏｕｇｈａｎ）に示されている。

１／２λ伝送線の組み合わせが、低周波では個々のインダクタを直列に形成し、 高周波数で同じインダクタを並列に形成するために二つの電源の比における周波 数ための二重同調調節をなすべく使用された。この技術は米国特許出願第４７７ ．６１１７号に議論されている。

ｒｆプローブ回路の誘導性要素は、＾ｌｄｅｒｗａｎ、Ｇｒａｎｔ　（Ｊ、Ｍａ ｇ、Ｒｅｓ。

第３６巻、ｐｐ４４７−４５１（１９７９＞　）およびＣｏｏｋ、　Ｌｏｓｅ（ Ｊ、Ｍａｇ、Ｒｅｓ、第４９巻、ｐｐ３４６（＋９１１２）により教示された“ スプリット・インダクタ”を含むものとして知られている。

電気的対称性を呈する平衡化された回路もまた、二重同調された装置を支持する ためのものとして知られている。このような回路は、曲の特性とともに対称面が 電気的に中性という特性、いうならばアースとなる特性を有する。

ＮＭＲ［ｌ測用コイル用のスプリット・インダクタおよびキャパシタンスをもつ 平衡二重同調された回路の一例が、米国特許第４，８３３゜４１２号に示されて いる。バードゲイジ（ｂｉｒｄｃａｇｅ）！＃、何学的配列用の集合した要素を 使用する二重同調された平衡化回路が米国特許出願第３３１．９３５号に記載さ れている。

区瓦Ω同単１１泗 図１は、本発明の概要を示す。

図２ａは、従来技術の回路を示す。

図２ｂは、Ｕ：Ａ２　ａの回路に対する当該回路を図示する。

図３は、本発明の二重同調された（二重チャネル）共鳴回路を示す。

図４ａは、図３の一実施例に対する駆動脚ＡおよびＢでの反射係数を示す。

図４ｂは、図４ａの実施例の駆動脚ＡおよびＢの間で得られる分離を示す。

図５は、本二重同調されたコイルの実験用のプロトタイプの斜視図である。

図６ａおよび図６ｂは、それぞれ５０および２００ＭＨｚボートでの戻り損失を 示す。

図７は、図５のコイルの３部分ファントムの陽子影像を示す。

図８ａは、図７のファントムのデカップルされた化学シフトスペクトルを示す。

図８ｂは、図８ａに対応するカップルしたスペクトルである。

図８Ｌ１図８Ｃおよび図８ｅは、ファントムの３成分のそれぞれの空間的に分け たスペクトルである。

図９ａは、生きたラットの断面の陽子影像である。

図９ｂは、図９ａと同時に得られたナトリウム影像である。

図１０は、図３および図５の回路の部分略ホスである。

１１左庄員ス五割 典型的なＮＭＲデータ捕捉装置の各部分が図１に略示されてしする。

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・ンサ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な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 名目的に同一のこのような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に導かれるスベク３−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（１ ｄｅｎｔｉｔｉｅｓ）のいくつかを引き受け（Ｌａｋｅ　ｏｎ）得る。

サンプルを分極する磁場２１は、ソレノイド（図示せず）に超伝導相を形成、維 持するためのクライオスタ・ｙトコ３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・ノドはプローブおよびサンプルが室温で貯蔵さ れる穴２３Ａを含む。

本発明は、図２ａおよび図２ｂに図示する従来の平衡化されたコイル構造を考慮 することで良く理解される。キャパシタンスＣ２にかける電圧降下を２■とする 。キャパシタンスＣ２を中性面を画成するように汲うと、Ｃ２の上および下のＬ 　２　Ｃを結合での電位はそれぞれ電位十Ｖ１および一■、となる。コイル部分 ５４を考慮して、その回路の要素は、閑ループコイル部分５４での点ａと対応す る部分５６の点ａとの間（および対称性により対応する点ａ′の間）で瞬間的な 電圧降下がないように点すと点ａとの間（対称的性により対応する点すとａ′と の間）で電位ｖ１を維持するように選択され得る。したがって、２つの点ａの間 、同様に２つのａ′の間をコンダクタで置き換えても、図２ｂの電流分布を変え ることはない。

キャパシタンスＣ７にががる電圧降下は次の式で表すことができる。

Ｖ２＝　（４ＺＩ２＋　２ｚ１１−＋−２ｚｃ３＋ｚｃ２’　）Ｉｏ／２　式１ ここで、Ｚは添字成分のインピーダンスを示す、ｂからａの電圧降下は Ｖ−ｈ＝　Ｉ　Ｏ（Ｚ　１２）＋　Ｉ　ｏ（Ｚ−ｓ＋　Ｚ　ｚ）／　２　式２と なる０点ａでの電位をゼロにすると、次の式を得る。

２　Ｚ１２　＋　Ｚｌｌ　＋　Ｚｃ３＋Ｚｃ２′＝０　式３■、および■、のあ る値に対し、キャパシタンス値０２′およびＣ７は式３に従い選択され得る。こ れにより、接合点ａでの電位は、点ａ′に対して同様であるが、間の電圧降下を ゼロとする所望の条件を生み出すために変え得る。

図３の回路は、　Ｌ　ｙ　−Ｃ４−Ｌ　３から成る＃５３．およびＣ３を通過し Ｃ４をまたいで整合した入力インピーダンスを加えることで駆動（ｄｒｉｖｅｎ ）ｖＩを備えている。後者の要素の大きさは、ゼロ電位が接合点Ｃの間（および この分析に類似して点Ｃ′の間）で成し遂げられることが要求されるという分析 アウトラインから容易に導出される。

この回ｎ理論値は、図４ａおよび図４ｂに、ともに周波数の関数とするが、ボー ト間の反射係数および相対分離によりパラメータ化されて示されている。破線は 低周波数ボートで適用された励起に応答するものを表し、実線は高周波数ボーＩ ・で適用された励起に応答するものを表す。

１２Ｉ５はこの実施例の実際のものを略示する８アクリル製の直径４インチの円 筒状コイル形成具（図示せず）が、コイル形成具に配置された背面に接着剤が塗 られた銅製シートからなる４つの伝導脚６２．６４．６６および６８を支持する 。物理的に、これら脚のそれぞれは、それらの間を約４０’から５０’の角度幅 をもつ、この構造の環状部分６３のキャパシタンス７０は図２ａおよび図３のキ ャパシタンスＣ３に、縦方向部分のキャパシタンス７２および７２′はそのキャ パシタンスＣ２およびＣ２′に対応する。当該周波数で、縦方向伝導部材はイン ピーダンスし１を与え、コンダクタ結合キャパシタンス７０はインピータンスＬ ２を与える。

図６ａにおいて、反射係数ρは、３０から２３０ＭＨｚの範囲にわたってｒｆエ ネルギーの２００ＭＨｚボートでの適用に対し、２００ＭＨｚボートで測定され た。同様に、図６ｂは同じ範囲にあるエネルギーの５０　Ｍ、Ｈｚボートでの適 用に対する５０〜ＩＨｚボートでの反射係数の振る舞いを示す、この結果を得る 際に、図５の構造で実施化された図４の回路に僅かな付加的変形を必要とした。

ギャップ７０により達成されたキャパシタンスは、同調するキャパシタンスＣ４ に対して共鳴可能な値を使用する５０ＭＨｚ共鳴を同調するためにバイパスされ た。

ボート間の分離は２００ＭＨｚで約４８ｄｂである。したがって、２００ＭＨｚ での連続デカップリングに対し、５０ＭＨｚでの共鳴データ捕捉が得られる。た とえば、５０ＭＨｚボートに対する優れたより小さい分離数はコイルの有用性を 実質的に減することはない（２００ＭＨｚでデータを捕捉している間、５０ＭＨ ｚでデカップリング輻射を適用することが始終必要となる訳でないからである） 。

本願二重同調されたコイルに対し係数データを得るために、９０゜パルス長は、 −重同調された場合および二重同調された場合の両方で、陽子（２００ＭＨｚ） およびＣ”（５０ＭＨ２）に対して測定された。二重同調された場合に使われる 付加的なパワーは、９０’章動（ｎｕｔａｔｉｏｎ）を達成するとき、−重同調 された場合と比較され、その損失は、コイルの二重同調された特徴に起因するも のと考えられ、これにより相対係数が明記され得る。これらデータは以下のよう に要約される。

陽子共鳴＠パワー；５０ワット 一重同調された９０°パルス幅＝９６μ秒二重同調された９０’パルス幅＝１０ ９μ秒Ｃ１３共鳴＠パルス冨１５０ワット −重同調された９０°＝２３０μ秒 二重同調された９０”　＝２４０μ秒 上記イＬ動モデルコイルは、さらに、３つのガラス製ビンにそれぞれ満たされた ベンゼン、エチレングリコールおよびアセトンから成る１つのファントムについ ての適応性を影像化するために試験された。図７ａにおいて、３つの成分ファン トムの陽子影像が示されている。図８ａ−ｄにおいて、再同調することなく同じ ファントムのＣＩ′のスペクトルを得たことが示されている。

図８ａはベンゼン、グリコールおよびアセトンに対するピークを示すファントム の、デカップルされたスペクトルを示す１図８ｂは図８ａに対応するカップルさ れたスペクトルを示し、図８ｃ、図８ｄ、図８ｅはファントムの３つの成分ビン についての（分離されている）スペクトルを示す０分離されているスペクトルを 得るために、誘導エコー局所化（ｓｔｉｓｕｌａｔｅｄ　ｅｃｈｏ　Ｉｏｃａｌ ｉｚａＬｉｏｎ）シーケンスが使用された。

その試験コイルの低周波数ボートはＮａ２２データを得るために、５３　Ｍ　Ｉ −１ｚでの共鳴に同調するように調節可能であった６図９ａおよび図９ｂは、鎮 静状態のラットの断面から連続して（５ｅｑｕｅｎｔｉａｌｌｙ）得られた陽子 およびナトリウム像を示す。影像化さらな部分は肝臓を囲み、Ｎａ２３像はそこ のアデマ（ａｄｅｓａ）を示す、これらは再同調することなく個々の励起から得 られた。

上記説明は、ｒｆ信号が脚部分６８（たまは６２）の中間に配置された容量性要 素７１１（または７２）の間を平衡化するように印加されることを示す。

図１０は図３および図５の回路の回路の部分（サブ回路）を示す。

点Ａでの電位は ｐＡ＝ｐｃ−、（’ｚ、＝−■／２）−（１・ｒ／２＞であり、点Ｂでの電位は ｐ、＝Ｐｃ−（３ＺＬビＩ／２）−（３Ｚｃｊ−Ｉ／２）（２ＺＬ、＋Ｉ）−（ Ｚｃ３’４） Ｍｉ：：ｌ”″電位Ｐ０は点Ｃでの印加される。Ｐおは次のように再表記ｐ　、 ＝ｐ　、−＜Ｚ、、、’−ｔ’／２）−＜ｚ　ａ３’　Ｉ　／２　＞−［２ＺＬ 、＋ＺＬ、＋Ｚｃ）＋Ｚ、′］−Ｉしかし、カッコ内は（式３より）ゼロになり 、その結果Ｐ　Ａ＝　Ｐ　＊である。したがって、対称的な点でゼロ電位となる 条件はなくなる。

ループ上でこれあ対称的に位置する点の間の電位は、弐３の条件がそのループに 対して満たすと、ゼロになるであろう、したがって。

脚部分５８（または６２）は脚のどこでも駆動され得る。信号源と脚との平衡化 されたカップリングが必要とならない、すなわち、ｒｆ源と同調するキャパシタ ンスＣ２の組み合わせが、他に代わるべきものとして脚６８の平衡化された所の かわりにＰまたはＱの所に挿入されてもよい。

本発明が集中した抵抗、あるいは分散した抵抗のいずれか、またることなく省略 をし、代わるべき説明をしなし得ることを理解すべきである。したがって、本発 明は請求の範囲に示されたもののみで限定されるべきである。

浄書（内容に変更なし） ＦＩＧ、２ａ　５４ ＰＰＭ ＦＩＧ、９ｂ 要約書 つの分離した入力ボートを支持する。

手続補正書く方式） ％式％ 名　称　スペクトロスコピー・イメージング・システムズ・コーポレイション ４、代理人 住　所　東京都港区西新橋１丁目６番２１号大和銀行虎ノ門ビルディング ６、　補正の対象　図面翻訳文（浄書、内容に変更なし）７、　補正の内容　別 紙のとおり 国際調査報告

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．二重鏡面の細分化されたコイル回路であって、（ａ）それぞれが４つのルー プ結合部材から成る、一対の間隔があけられた閉ループ部分であって、各ループ 結合部材が、容量性ループ要素と直列になった誘導性ループ要素から成り、前記 ４つのループ結合部材が、前記各閉ループ部分を形成するため対に、かつ直列に 連結され、これにより４つの接続点を含む、ところの閉ループ部分と、 （ｂ）前記閉ループ部分の各ループ結合部材を対応する接合点で接続するために 電気的に配置された４つの脚部分であって、それぞれが２つの誘導性脚要素、お よび該誘導性脚要素の間で直列で、電気的に配置された容量性脚要素から成る、 ところ脚部分と、（ｃ）容量性脚要素間に並列に第１のＡＣ信号を受信する第１ の脚部分から成る第１の駆動脚、および第２のＡＣカップリング手段により前記 第２の脚部分の容量性脚要素間に並列に第２のＡＣ信号を受信する第２の脚部分 から成る第２の駆動部分と、から成り、 前記第１のＡＣ信号により前記第１の駆動脚部分のいずれかの側に対称的に配置 されたループ部分の最も近い接合点間の電位差がゼロとなり、前記第２のＡＣ信 号により前記第２の駆動脚部分のいずれかの側に対称的に配置された最も近い接 合点間の電位差がゼロとなるように、前記誘導性ループ要素、誘導性脚要素、容 量性ループ要素、および容量性脚要素の値が選択される、ところのコイル回路。
2. ２．請求項１に記載の二重共鳴の細分化されたコイル回路であって、前記第１の ｒｆ信号が前記第１の脚部分の容量性要素間に並列に印加される、ところのコイ ル回路。
3. ３．二重鏡面の細分化されたコイル回路であって、（ａ）それぞれが４つのルー プ結合部材から成る、一対の間隔があけられた閉ループ部分であって、各ループ 結合部材が、容量性ループ要素と直列になった誘導性ループ要素から成り、前記 ４つのループ結合部材が、前記各閉ループ部分を形成するため対に、かつ直列に 連結され、これにより４つの接続点を含む、ところの閉ループ部分と、 （ｂ）前記閉ループ部分の各ループ結合部材を対応する接合点で接続するために 電気的に配置された４つの脚部分であって、それぞれが３つの脚要素から成り、 該脚要素が２つの誘電性脚要素、および該誘導性脚要素の間で直列で、電気的に 配置された容量性脚要素から成る、ところ脚部分と、 （ｃ）少なくとも１つの脚要素間に並列に第１のＲＦ信号を受信する前記第１の 対の脚部分の一方の脚部分から成る第１の駆動脚、および第２のＡＣカップリン グ手段により前記第２の対の脚部分の前記一方の脚部分の脚要素の少なくとも１ つの間に並列に第２のＲＦ信号を受信する前記第２の対の脚部分の一方の脚部分 から成る第２の駆動脚と、 （ｄ）インピーダンスＣ２′の容量性脚要素により特徴付けられる、第１の対の 非隣接した前記脚部分、およびインピーダンスＣ３′の容量性脚要素により特徴 付けられる、第２の対の非隣接した脚要素と、 から成り、 前記第１のＲＦ信号により前記第１の駆動脚のいずれかの側に対称的に配置され たループ部分の最も近い接合点間の電位差がゼロとなり、前記第２のＲＦ信号に より前記第２の駆動脚部分のいずれかの側に対称的に配置された最も近い接合点 間の電位差がゼロとなるように、前記誘導性ループ要素、誘導性脚要素、容量性 ループ要素、および容量性脚要素の値が選択される、ところのコイル回路。