JPH05503998A - 直列／並列二重同調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】 直列／並列二重同調ＮＭＲコイル 及尻点圀１ 本発明はＮＭＲプローブ回路に関し、特に二重同調応答を示すこのようなプロー ブ回路に関する。

ｉ肌立宜１ 核磁気共鳴の分野において、非隣接のスペルトル領域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。−の例としては、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Ｔ：１３−水素化学結合が、炭素１３共鳴 を同時に、分離して励起する問、デカップルされる。

このような二重同調装置の一つの変形例は、あるサン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３．４ ３４，０４３号に示されている。同様に、ｉ！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。

二重同調回路は通例として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く高周波では）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、Ｉｎ５ｔ、第４８巻、第 ８００−８０３頁（５ｔｏｌｌ　、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）が画成されるとい う長所を呈する。

ｒｆプローブ内の誘導性要素は、＾ｌｄｅｒｍａｎ　、Ｇｒａｎｔの研究（ＪＪ ａ＠、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。

ＮＭＲ観測観測コイルスプリット・インダクタおよびキャ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（ｂｉｒｄｃａｇｅ）ｊ！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出願番号第３３１，９３５号に記載されている。

多重同調応答用のサドルコイルが、分割され、一連のりアクタンス（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ｒｆｔ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）。

本発明は、約２００ＭＨｚでデカップリング放射をもつサンプルを同時に照射す る間に、ＣＩ’ＮＭＲ信号を約５０ＭＨｚでＩｌｔ［したいとの要請よりなされ たものである。

水素と０１１の共鳴周波数の比は、はとんど正確に４対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）ｌ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、インダクタンス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 よた１６となる。

本発明において、回路の二重同調特性は、高周波サブ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つのインダクタ（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 合の有効インダクタンスは４：１　（２００ＭＨｚ：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。

ｌ乱ａ１星ス１１ 図１は本発明を実施したシステムの一般的概要を示す。

図２は本発明の二重同調回路の一例である。

図３は図２の二重同調回路に対する周波数応答を示す。

図４ａおよび図面４ｂは、図２の回路の分離および反射のようすを示す。

１肌ｌ毘藤ｌ且朋 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に導かれるベ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（１ｄｅｎｔｉ ｔｉｅｓ）のいくつかを引き受け得る。

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が室温で貯蔵する 穴２３Ａを含む。

図２において、本発明の二重同調装置（５０および２００ＭＨｚで同時に共鳴を なすもの）の例が示されている。２００ＭＨｚ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２０ ０　Ｍ　Ｈｚ　テ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、有効に短いのものである２００ＭＨｚで単位波 長の伝送線２２によりアースに接続される。

５０ＭＨｚの励起が２６のところで印加される。伝送線２０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 導がれる。

キャパシタンスの組み合わせ２７および２８は、各５０ＭＨｚおよび２００　Ｍ 　Ｈｚ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０図３ａおよび図 ３ｂは代表的システムの計算処理された応答を示す０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２０ＯＮＨ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Ｃ＋　＝　１０−９　 ｐ　ｆ　；　Ｃ２−１３，６２ｐｆ　；Ｃ３＝３．７３ｐｆ　；Ｃｔ＝２．６４ ｐｆにより特徴付られる。

図３ｂにおいて、入力１２および２６でそれぞれ印加される２゜ＯＭＨｚおよび ５０ＭＨｚのｒ４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−性および二次的電流通路 の効果に対応する。

低周波での直列の組み合わせが付加的１／２λ（低周波）ｒｆ通路（バス）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はある選択されたへりシ 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入線（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Ｂｌ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。

上述した装置の効率は、インダクタ１４および１６に消失した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直入を考慮すると、次の通りである。

効率＠ ５０ＭＨｚ　２００ＭＨｚ ２０ｄｂ／１０”ｍ０２００ＭＨｚ　５２．６％２７．６％６ｄｂ／１０２１０ ２ｍ０２Ｏ０７２，４％４６．４％ここで記述したサンプル（市販され、入手可 能な共軸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 ０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（ｑｕａｌｉＬｙ）係 数の平方に比例することに基づく、ＮＭＲ検出回路の信号−ノイズ比を導〈従来 に方法が、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導くことに留意すべきである０ 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。

上述の議論は、Ｃ１コおよびプロトンの共鳴を同時に研究する場合の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０本発明は オーダがＮとＮ＋２’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。

たとえば、上述した装置は、（高周波）同調された伝送線２０および１８がλｈ １／４に対してカットされ、伝送線２２がλ、、／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２責に≧１）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、（ｆｈｔ ／Ｌ。、）＝２’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（λ１／４）（２ｋ）である。

入力点に適用される個別の高周波からｒｆ共鳴を励起することに関し、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。

上述した発明は特定の実施態様および実施例に関連し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１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。

ＦＩＧ、１ 要　約　書 二重同調回路が、第１の周波数および第２の周波数が２の累乗の比である場合に 、一対のインダクタ（１４，１６）を第１の周波数では直列に、第２の周波数に 対しては並列に接続するための１／２λ１の伝送線（２２）により達成される。

国際調査報告

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．２つの隣接しない周波数ω１およびω２で同時共嗚する回路であって、 （ａ）対となる２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 であって、第１の誘導性部材の第１のターミナルが、第１のインピーダンス整合 するキャパシタネットワークを共通に通って第１のｒｆターミナル、および２つ のターミナルをもち、第１の選択されたｒｆ周波数ω１で長さλ１／４の伝送線 の第１のターミナルに接続され、前記伝送線の第２のターミナルが前記第２の誘 導性部材の第１のターミナルに接続される、ところのインダクタンス手段と、 それぞれの長さがλ１／２で、それぞれがその一端で第１および第２の誘導性部 材の第２のターミナルのそれぞれに接続される第１および第３の伝送線であって 、前記第１および第３の伝送線が、接合部を形成するために直列に接続され、そ の接合部は第２のインピーダンス整合するネットワークを通って第２のｒｆター ミナルに接続される、ところの第１および第３の伝送線と、から成り、 これにより、前記回路は同時に、適用される前記第１のｒｆ周波数ω１で共鳴し 第１のｒｆターミナルで観測され、適用される第２のｒｆ周波数ω２で共鳴し前 記第２のｒｆターミナルで観測され、ここで前記第１および第２のｒｆ周波数の 比が４であり前記第１および第２の周波数が反対の位相で特徴付られる回路。
2. ２．請求項１に記載の回路であって、 前記周波数ω１およびωの比が実質的にω１／ω２　４である、ところの回路。
3. ３．請求項１に記載の回路であって、 前記周波数ω１およびωの比が２ｋで、ｋが整数である、ところの回路。
4. ４．一対の周波数ω１およびω２であって、対応する波長がλ１およびλ２で、 ω１／ω２　４である、周波数に共鳴応答を達成応答する方法であって、 第１および第２のインダクタの間に伝送線を直列関係にする工程と、 少なくとも１／２λ１の、付加的伝送線により前記第１および第２のインダクタ を並列関係に配列する工程と、から成り、 これにより、実質的にω１の周波数で前記並列配列が実質的に有効で、かつ前記 直列配列が非有効となり、実質的にω２の周波数で前記並列配列が実質的に非有 効で、かつ前記直列配列が有効となる、 ところの方法。
5. ５．複数の核種からなるサンブルを分析するＮＭＲ装置であって、（ａ）軸線を 画成する分極磁石手段と、（ｂ）前記サンブルの第１の核種を共鳴状態に励起す る第１のｒｆ発生源手段と、 （ｃ）前記サンブルの第２の核種を共鳴状態に励起する第２のｒｆ発生源手段と 、 （ｄ）前記第１および第２のｒｆ発生源手段のいずれかに対し前記サンブルの応 答を形成するための受信器手段と、（ｅ）前記サンブルを前記受信器手段に結合 する手段であって、直列関係にある前記インダクタ、および前記直列関係にある 第１および第２のインダクタを第１の周波数ω１で同調して共鳴するように整え ちれた容量性部材を連結する第１の伝送線手段、前記第１および第２のインダク タを互いに並列にする第２の伝送線手段、ならびに前記並列になった第１および 第２のインを第２の周波数ω２で共鳴するように同調する第２の容量性部材から 成り、前記第１の伝送線手段が、ω１で有効で、ω２に接近した周波数で実質的 に非有効となり、 前記第２の伝送線手段が、ω２で有効で、ω１に接近した周波数で実質的に非有 効となる、 ところの装置。
6. ６．複数の核種からなるサンブルを分析するＮＭＲ装置であって、（ａ）軸線を 画成する分極磁石手段と、（ｂ）前記サンブルの第１の核種を共鳴状態に励起す る第１のｒｆ発生源手段と、 （ｃ）前記サンブルの第２の核種を共鳴状態に励起する第２のｒｆ発生源手段と 、 （ｄ）前記第１および第２のｒｆ発生源手段のいずれかに対し前記サンブルの応 答を形成するための受信器手段と、（ｅ）前記サンブルを前記受信器手段に結合 する手段であって、直列関係にある前記インダクタ、および前記直列関係にある 第１および第２のインダクタを第１の周波数ω１で同調して共鳴するように整え られた容量性部材を連結する第１の伝送線手段、前記第１および第２のインダク タを互いに並列にする第２の伝送線手段、ならびに前記並列になった第１および 第２のインを第２の周波数ω２で共鳴するように同調する第２の容量性部材から 成り、前記第１の伝送線手段が、ω１で有効で、ω２に接近した周波数で実質的 に非有効となり、 前記第２の伝送線手段が、ω２で有効で、ω１に接近した周波数で実質的に非有 効となる、 ところの装置。