JPS639431A

JPS639431A - Ｎｍｒ用高周波プロ−ブ

Info

Publication number: JPS639431A
Application number: JP61151563A
Authority: JP
Inventors: 潔依田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1986-06-30
Filing date: 1986-06-30
Publication date: 1988-01-16

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】［産業上の利用分野］二の発明は、Ｎ　Ｍ　Ｒ（核磁気共鳴）装置に用いられ
るＮＭＲ用高周波プローブし、特に操作性が良く且つＳ
Ｎ比の高いＮＭＲ用高周波プローブするものである。

［従来の技術］第４図は例えば核磁気共鳴医学研究全編ｒＮＭＲ医学」
（昭和５９年発刊、丸善）の第１０５頁に記載された従
来のＮＭＲ用高周波プローブす回路図である。

図において、（１）は被検体（図示せず）が挿入される
ＲＦ（高周波）コイル、（２）はＲＦコイル（１）と並
列に接続された共振用可変コンデンサであり、ＲＦコイ
ル（１）及び共振用可変コンデンサ（２）の一端は接地
されている。（３）はＲＦコイル（１）及び共振用可変
コンデンサ（２）の他端に接続されたインピーダンス整
合用可変コンデンサである。

（４）はＲＦ電力アンプ（図示しない送信器）からのＲ
Ｆ電力が印加される入力端子であり、同軸ビンの外側は
接地されている。（５）は入力端子（４）とインピーダ
ンス整合用可変コンデンサ（３）との間に挿入された一
対のダイオード回路であり、並列逆接続されている。

（６）はダイオード回路（５）とインピーダンス整合用
可変コンデンサ（３）との接続点に接続された同軸ケー
ブル、（７）は同軸ケーブル（６）に直列接続された同
軸ケーブルであり、共に使用周波数に対して１／４波長
（使用周波数の波長λに対しλ／４）の電気長（ケーブ
ルの長さに波長短縮率を掛けたもの）を持っている。

（８）は同軸ケーブル（７）に接続され、ＲＦコイル（
１）から受信されたＮＭＲ信号を受信器のプリアンプ（
図示しない前置増幅器）に供給するための出力端子であ
り、同軸ピンの外側は接地されている。

（９）は同軸ケーブル（６）及び（７）の接続点と接地
との間に挿入されたダイオード回路、（１０）は同軸ケ
ーブル（７）及び出力端子（８）の接続点と接地との間
に挿入されたダイオード回路であり、共に一対のダイオ
ードが並列逆接続されている。

従来のＮＭＲ用高周波プローブ記のように構成され、Ｒ
Ｆ電力が入力端子（４）に印加されると各ダイオード回
路（５）、（９）及び（１０）が導通するようになって
いる。

一般に、ｌ／４波長の電気長を持ち且つインピーダンス
がＺ。の同軸ケーブルの一端をｒΩのインピーダンスで
終端すると、その同軸ケーブルの他端からｒΩ側を見た
インピーダンスＺ、は、Ｚ　＋　−（Ｚ　ｏ”）／　ｒで表わされる。

従って、ＲＦ電力が印加された場合には、同軸ケーブル
（６）の一端は接地状態（ｒζＯ）となり、λハの電気
長を持つ同軸ケーブル（６）は高いインピーダンス（通
常１０にΩ以上）になる。これにより、同軸ケーブル（
６）は開放状態となり、ＲＦ電力はＲＦコイル（１）の
みに供給される。

ＲＦ電力が入力端子（４）に印加されなくなると、ダイ
オード回路（５）、（９）及び（１０）は開放されるの
で、ＲＦ電力アンプは開放状態となる。従って、被検体
からＲＦコイル（１）に誘起されたＮＭＲ信号は、同軸
ケーブル（６）及び（７）を介し、即ち、λ／４＋λ／
４＝λ／２の電気長を持つ同軸ケーブルを介してプリアンプに流れ
る。このとき、ＲＦ電力アンプからの雑音らダイオード
回路（５）により遮断されている。

［発明が解決しようとする問題点］従来のＮＭＲ用高周波プローブ上のように、ダイオード
回路（５）、（９）及び（１０）により、出力端子（８
）の出力信号を制御していたので、例えばｌｋＷ程度の
ＲＦ電力が入力端子（４）に印加されると、出力端子（
８）に１〜２Ｖ程度の電圧が発生し、入力耐圧が０，５
ｖのプリアンプを破損する危険があった。

これを防ぐためには、プリアンプの入力部に保護回路を
挿入する必要があるが、保護回路による挿入損失がｌｄ
Ｂ程度あるため、受信系のＳＮ比が１ｄＢ悪化するとい
う問題点があった。又、受信されるＮＭＲ信号が大きい
場合には、プリアンプの入力部にアッテネータを挿入し
てプリアンプの飽和を防ぐ必要があるが、アッテネータ
は操作性が悪いという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、保護回路及びアッテネータを必要とせず、操
作性が良く且つＳＮ比の高いＮＭＲ用高周波プローブる
ことを目的とする。

［問題点を解決するための手段］この発明に係るＮＭＲ用高周波プローブ入力端子に直流
阻止作用を持たせて設けられた第１の端子と、出力端子
に直流阻止作用を持たせて設けられた第２の端子と、Ｒ
Ｆコイルにインピーダンス整合用可変コンデンサを介し
て設けられた第３の端子と、第１及び第２の端子間に接
続されたλ／４の電気長を持つ第１の同軸ケーブルと、
第２及び第３の端子間に接続されたλ／４の電気長を持
つ第２の同軸ケーブルと、第３及び第１の端子間に接続
されたλ／２の電気長を持つ第３の同軸ケーブルと、第
１の同軸ケーブルの第２の端子側に挿入された第１のＰ
ＩＮダイオードと、第３の同軸ケーブルの第３の端子側
に挿入された第２のＰＩＮダイオードと、第２の端子及
び接地間に挿入された第３のＰＩＮダイオードと、第１
の端子に第１乃至第３のＩＪＮダイオードの制御入力を
印加するための制御入力回路とを備えたものである。

［作用］この発明においては、ＲＦ電力印加時は、制御入力によ
り各ＰＩＮダイオードを導通させると共に、第１の端子
から第２の端子に至る２つの伝送線路長の差をλ／２異
なるようにして漏洩ＲＦ主電力相殺し、プリアンプに過
大入力が印加されないようにする。又、ＮＭＲ信号受信
時は、ＮＭＲ信号の大きさに応じて所定の制御入力を印
加し、ＰＩＮダイオードを適宜導通させてＮＭＲ信号を
減衰させる。

［実施例］以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の実施例を示す回路図であり、（１）〜（
４）及び（８）は前述の従来プローブと同様のものであ
る。

（Ｐｌ）は直流阻止作用を持たせて入力端子（４）側に
設けられた第１の端子、（Ｐ２）は直流阻止作用を持た
仕て出力端子（８）側に設けられた第２の端子、（Ｐ３
）はインピーダンス整合用可変コンデンサ（３）を介し
てＲＦコイル（１）側に設けられた第３の端子である。

（Ｃ１）は第１及び第２の端子（Ｐｉ）及び（Ｐ２）間
に接続されたλ／４の電気長を持つ第１の同軸ケ−プル
、（Ｃ２）は第２及び第３の端子（Ｐ２）及び（Ｐ３）
間に接続されたλ／４の電気長を持つ第２の同軸ケーブ
ル、（Ｃ３）は第３及び第１の端子（Ｐ３）及び（Ｐｌ
）間に接続されたλ／２の電気長を持つ第３の同軸ケー
ブルである。（Ｄｌ）は第１の同軸ケーブル（Ｃ１）の
第２の端子（Ｐ２）側に近接し且つ順方向となるように
挿入された第１のＰＩＮダイオード、（Ｄ２）は第３の
同軸ケーブル（Ｃ３）の第３の端子（Ｐ３）側に近接し
且つ順方向となるように挿入された第２のＰＩＮダイオ
ード、（Ｄ３）〜（Ｄ６）は第２の端子（Ｐ２）と接地
との間に接地側が順方向となるように複数個並列に挿入
された第３のＰＩＮダイオードである。

（１１）は入力端子（４）と第１の端子（Ｐｌ）との間
に挿入された直流阻止用コンデンサ、（１２）は出力端
子（８）と第２の端子（Ｐ２）との間に挿入された直流
阻止用コンデンサであり、これら各直流阻止用コンデン
サ（１１）及び（１２）のインピーダンスは、挿入損失
を低くするため、ＲＦ電力アンプ及びプリアンプのイン
ピーダンス（５０Ω）に対して十分小さく設定されてい
る。尚、直流阻止用コンデンサ（１１）、（１２）は、
第１の端子（Ｐｉ）とＲＦ電力アンプとの間、及び第２
の端子（Ｐ２）とプリアンプとの間をそれぞれ直流阻止
するためのものであるから、ＲＦ電力アンプ及びプリア
ンプ内に既にコンデンサが内蔵されている場合は、各直
流阻止用コンデンサ（１１）、（１２）は共に省略する
ことができる。

（１３）は制御回路（図示せず）からの制御入力が印加
される制御入力端子、（１４）は制御入力端子（１３）
と第１の端子（Ｐｌ）との間に挿入された高周波阻止用
のインダクタンス、（１５）は制御入力端子（１３）と
接地との間に挿入された高周波バイパス用コンデンサで
あり、これら（１３）〜（１５）は制御入力回路を構成
している。尚、インダクタンス（１４）のインピーダン
スは、ＲＦ電力印加時に高周波が制御入力端子（１３）
に漏れるのを防ぐため、ＲＦ電力アンプのインピーダン
ス（５０Ω）に対して十分大きく設定されている。

次に、ＲＦ主電力制御入力及びＮＭＲ信号の各シーケン
ス図を示す第２図及び第３図を参照しながら、第を図に
示したこの発明の一実施例の動作につぃて説明する。

まず、入力端子（４）にＲＦ主電力印加されるときには
、制御入力端子（１３）には例えば０．２Ａの直流電流
を供給するような電圧が制御入力として印加される。従
ッテ、ＰＩＮダイオード（Ｄｉ）　〜（Ｄ６）　ニ０　
、２Ａの直流電流が流れ、各ＰＩＮダイオード（ＤＩ）
〜（Ｄ６）は、ＲＦ主電力対して、それぞれ０．５Ω程
度の抵抗と等価になる。このとき、第１及び第３の端子
（Ｐｌ）、（Ｐ３）から第２の端子（Ｐ２）側を見込ん
だインピーダンスは、第１及び第２の同軸ケーブル（ｃ
ｌ）、（Ｃ２）の電気長がそれぞれλ／４であるため、
前述の理由から通常１０にΩ以上になる。この結果、第
２の端子（Ｐ２）側は分離され、入力端子（４）に印加
されるＲＦ主電力殆どがＲＦコイル（１）側に供給され
る。

又、このとき、第１の端子（Ｐｌ）から第２の端子（Ｐ
２）に至る２つの伝送線路について考えると、第１の同
軸ケーブル（Ｃ１）を介した伝送線路の電気長がλ／４
であり、第３及び第２の同軸ケーブル（Ｃ３）、（Ｃ２
）を介した伝送線路の電気長が３λ／４であるため、２
つの伝送線路を通って第２の端子（Ｐ２）に至る高周波
信号の位相は互いに逆位相となる。

更に、第１の同軸ケーブル（Ｃ１）と、第２及び第３の
同軸ケーブル（Ｃ２）、（Ｃ３）との伝送損失をほぼ等
しくして、２つの伝送線路を介した高周波信号の振幅を
殆ど等しくする。具体的には、第１の同軸ケーブル（Ｃ
１）として、例えば３Ｄ−２Ｖなどの比較的小口径の同
軸ケーブルを用い、第２及び第３の同軸ケーブル（Ｃ２
）、（Ｃ３）とシテ例、ｔ　ｉ；！’　ｌ０Ｃ−２Ｖな
どの比較的大口径の同軸ケーブルを用いろ。

従って、ＲＦ主電力漏洩により第２の端子（Ｐ２）に発
生する高周波電圧は相殺され、第３のＰＩＮダイオード
（Ｄ３）〜（Ｄ６）に流れる電流ｉは殆ど零となる。

実験的には、入力端子（４）にｌｋＷ且つ６４ＭＨｚの
ＲＦ主電力印加したときに、出力端子（８）に発生する
高周波電圧ＶをＨｍＶに低減できた。

尚、第３のＰＩＮダイオード（Ｄ３）〜（Ｄ６）の合成
抵抗をｒｔとすると、ｖ＝ｉ・ｒｔて表わ仕る。第３のＰＩＮダイオード（Ｄ３）〜（Ｄ６
）の個数は４ｇに限らないが、高周波電圧Ｖを低下さ仕
るためこの実施例では４個の例を示した。

ＲＦ電力印加終了後は、制御入力を例えば第２図に示す
ように一８ｖにして、全てのＰＩＮダイオード（Ｄｌ）
〜（Ｄ６）を逆バイアス状態にする。逆バイアス状態の
各ＰＩＮダイオード（ＤＩ）〜（Ｄ６）の高周波抵抗は
通常１０にΩ程度である。この結果、第２及び第３の端
子（Ｐ２）、（Ｐ３）側から第１の端子（Ｐｌ）側が分
離される。従って、ＲＦコイル（１）から検出されるＮ
ＭＲ信号は、第３の端子（Ｐ３）から第２の同軸ケーブ
ル（Ｃ２）を介して第２の端子（Ｐ２）に至り、出力端
子（８）からプリアンプに出力される。

又、ＮＭＲ信号受信時に各ＩＪＮダイオード（Ｄｌ）〜
（Ｄ６）を逆バイアス状態にせず、ＲＦ電力印加後はバ
イアスを零にしてもよい。

更に、例えば被検体の断面像を得るための前段階調整時
など、プリアンプの入力電圧が飽和するほど大きなＮＭ
Ｒ信号を受信する場合には、第３図のようにＲＦ電力印
加後に所定の直流電流を流すような制御入力電圧を制御
入力端子（１３）に印加する。

このとき、制御入力の電圧値によって各ＰＩＮダイオー
ド（Ｄｉ）〜（Ｄ６）の高周波抵抗は、１Ω〜５００Ω
程度に選択される。この結果、ＲＰＰＩル（１）により
受信されたＮＭＲ信号が、減衰されて出力端子（８）か
らプリアンプに出力され、プリアンプの飽和を防ぐこと
ができる。

尚、上記実施例ではＰＩＮダイオード（Ｄｌ）〜（Ｄ６
）を制御入力端子（１３）側から接地側に順方向となる
ように配列したが、全てのＰＩＮダイオード（Ｄ３）〜
（Ｄ６）の極性及び制御入力の極性を逆にしてらよい。

又、ＲＦ電力印加時の高周波電圧の漏れを防ぐため、第
２の端子（Ｐ２）及びプリアンプ間と接地との間に、更
に一対のダイオードを並列逆接続したダイオード回路（
図示せず）を挿入してもよい。

［発明の効果ｊ以上のようにこの発明によれば、第１及び第２の端子間
に接続されたλ／４の電気長を持つ第１の同軸ケーブル
と、第２及び第３の端子間に接続されたλ／４の電気長
を持つ第２の同軸ケーブルと、第３及び第１の端子間に
接続されたλ／２の電気長を持つ第３の同軸ケーブルと
、第１の同軸ケーブルの第２の端子側に挿入された第１
のＰＩＮダイオードと、第３の同軸ケーブルの第３の端
子側に挿入された第２のＰＩＮダイオードと、第２の端
子及び接地間に挿入された第３のＰＩＮダイオードと、
第１の端子に第１乃至第３のＰＩＮダイオードの制御入
力を印加するための制御入力回路とを備え、ＲＦ電力印
加時には、各ＰＩＮダイオードを導通させろと共に、第
１の端子から第２の端子に至る２つの伝送線路を介した
高周波電圧を相殺してプリアンプに過大入力が印加され
ないようにし、又、大きいＮＭＲ信号の受信時には、Ｎ
　Ｍ　Ｒ信号の大きさに応じてＰＩ）１ダイオードを高
周波抵抗を変化させ、適宜ＮＭＲ信号を減衰させるよう
にしたので、保護回路及びアッテネータを必要とせず、
操作性が良く且つＳＮ比の高いＮＭＲ用高周波プローブ
られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す回路図、第２図及び
第３図は第１図内の入出力及び制御信号のそれぞれ異な
る実施例を示すシーケンス図、第４図は従来のＮＭＲ用
高周波プローブす回路図である。（１）・・・ＲＦコイル（３）・・・インピーダンス整合用可変コンデンサ（４
）・・・入力端子　　　　（８）・出力端子（１１）、
（１２）・・・直流阻止用コンデンサ（１３）・・制御
入力端子（１４）・・・高周波阻止用インダクタンス（１５）・
・・バイパス用コンデンサ（Ｐｌ）・・・第１の端子　　　（Ｐ２）・・・第２の
端子（Ｐ３）・・・第３の端子（ＣＩ）・・・第１の同軸ケーブル（Ｃ２）・・・第２の同軸ケーブル（Ｃ３）・・・第３の同軸ケーブル（旧）・・第１のＰＩＮダイオード（Ｄ２）・・第２のＰＩＮダイオード（Ｄ３）〜（Ｄ６）・・・第３のＰＩＮダイオード尚、
図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。第１図Ｄ３〜Ｄ６：第３０ＰＩＮタイオード第２図第３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ＲＦ電力が印加される入力端子と、前記ＲＦ電力
により励磁され且つ被検体からのＮＭＲ信号を受信する
ＲＦコイルと、前記ＮＭＲ信号を受信器のプリアンプに
供給する出力端子とを有するＮＭＲ用高周波プローブに
おいて、前記入力端子側に直流阻止作用を持たせて設け
られた第１の端子と、前記出力端子側に直流阻止作用を
持たせて設けられた第２の端子と、インピーダンス整合
用可変コンデンサを介して前記ＲＦコイル側に設けられ
た第３の端子と、前記第１及び第２の端子間に接続され
た１／４波長の電気長を持つ第１の同軸ケーブルと、前
記第２及び第３の端子間に接続された１／４波長の電気
長を持つ第２の同軸ケーブルと、前記第３及び第１の端
子間に接続された１／２波長の電気長を持つ第３の同軸
ケーブルと、前記第１の同軸ケーブルの前記第２の端子
側に挿入された第１のＰＩＮダイオードと、前記第３の
同軸ケーブルの前記第３の端子側に挿入された第２のＰ
ＩＮダイオードと、前記第２の端子及び接地間に挿入さ
れた第３のＰＩＮダイオードと、前記第１の端子に前記
第１乃至第３のＰＩＮダイオードの制御入力を印加する
ための制御入力回路とを備えたことを特徴とするＮＭＲ
用高周波プローブ。
（２）制御入力回路は、制御回路から制御入力を取り込
む制御入力端子と、この制御入力端子及び第１の端子間
に挿入された高周波阻止用インダクタンスと、前記制御
入力端子及び接地間に挿入されたバイパス用コンデンサ
とからなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
のＮＭＲ用高周波プローブ。
（３）高周波阻止用インダクタンスのインピーダンスは
、ＲＦ電力アンプ及びプリアンプのインピーダンスより
十分に大きいことを特徴とする特許請求の範囲第２項記
載のＮＭＲ用高周波プローブ。
（４）第１の同軸ケーブルの持つ伝送損失と、第２及び
第３の同軸ケーブルの持つ伝送損失の和とをほぼ等しく
したことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項
のいずれかに記載のＮＭＲ用高周波プローブ。
（５）入力端子にＲＦ電力が印加されたときには、制御
入力によって第１乃至第３のＰＩＮダイオードに直流電
流を流すようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第
１項乃至第４項のいずれかに記載のＮＭＲ用高周波プロ
ーブ。
（６）ＲＦコイルからＮＭＲ信号を受信するときには、
直流電流を流さないようにしたことを特徴とする特許請
求の範囲第５項記載のＮＭＲ用高周波プローブ。
（７）ＲＦコイルからＮＭＲ信号を受信するときには、
制御入力によって第１乃至第３のＰＩＮダイオードを逆
バイアス状態にしたことを特徴とする特許請求の範囲第
６項記載のＮＭＲ用高周波プローブ。
（８）ＲＦコイルからＮＭＲ信号を受信するときには、
制御入力によって第１乃至第３のＰＩＮダイオードに所
定の直流電流を流すようにしたことを特徴とする特許請
求の範囲第５項記載のＮＭＲ用高周波プローブ。
（９）第２の端子及びプリアンプ間と接地との間に、少
なくとも一対ののダイオードを並列逆接続したことを特
徴とする特許請求の範囲第１項乃至第８項のいずれかに
記載のＮＭＲ用高周波プローブ。
（１０）第１の端子及びＲＦ電力アンプ間と、第２の端
子及びプリアンプ間とに、それぞれ直流阻止用コンデン
サを挿入したことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃
至第９項のいずれかに記載のＮＭＲ用高周波プローブ。
（１１）直流阻止用コンデンサのインピーダンスは、Ｒ
Ｆ電力アンプ及びプリアンプのインピーダンスより十分
小さいことを特徴とする特許請求の範囲第１０項記載の
ＮＭＲ用高周波プローブ。
（１２）第３のＰＩＮダイオードは、並列接続された複
数のＰＩＮダイオードからなることを特徴とする特許請
求の範囲第１項乃至第１１項のいずれかに記載のＮＭＲ
用高周波プローブ。