JPH0194834A

JPH0194834A - Ｎｍｒ用高周波プローブ及びｎｍｒ信号測定方法

Info

Publication number: JPH0194834A
Application number: JP62250649A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Yoda; 潔依田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1987-10-06
Filing date: 1987-10-06
Publication date: 1989-04-13

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］この発明は、ＮＭＲ（核磁気共鳴）に用いられる高周波
プローブ及びＮＭＲ信号測定方法に関し、特にインピー
ダンスの整合が容易で且つ高周波磁場に波形歪が生じな
いＮＭＲ用高周波プローブＮＭＲ信号測定方法に関する
ものである。

［従来の技術］第１１図は、例えば特開昭６１−１２４８５４号公報に
記載された従来のＮＭＲ用高周波プローブす構成図であ
る。

図において、（２１）は高周波磁場を送信するための送
信コイルである。　（２１ａ）及び（２１ｂ）は送信コ
イル（２１）を含む送信プローブの一端に設けられた入
力端子であり、図示しない送信器が接続されている。

（２２）は高周波・磁場によって測定対象から誘導され
るＮＭＲ信号を受信するための受信コイルである。（２
２ａ）及び（２２ｂ）は受信コイル（２２）を含む受信
プローブの一端に設けられた出力端子であり、図示しな
い受信用プリアンプが接続されている。

（２５ａ）〜（２５ｄ）は受信コイル（２２）の複数箇
所に挿入された共振用コンデンサであり、少なくとも１
つが可変コンデンサとなってインピーダンス整合用に用
いられている。

（２７ａ）及び（２７ｂ）は送信コイル（２１）の複数
箇所に挿入された共振用コンデンサであり、少なくとも
１つが可変コンデンサとなってインピーダンス整合用に
用いられている。

（２８）は共振用コンデンサ（２７ａ）及び（２７ｂ）
間に挿入されたスイッチ手段であり、逆並列接続された
ビンダイオード（２８ａ）及び（２８ｂ）から構成され
ている。

（４０）は共振用コンデンサ（２５ｃ）の両端Ａ２間に
並列接続されたインピーダンス手段であり、逆並列接続
されたビンダイオード（４０ａ）及び（４０ｂ）と、こ
れらビンダイオード（４０ａ）及び（４０ｂ）に接続さ
れたインダクタンス素子（４０ｃ　）とからなり、共振
用コンデンサ（２５ｃ）と共に共振回路を構成している
。

次に、第１１図のＮＭＲ用高周波プローブ作即ちこのプ
ローブを用いた従来のＮＭＲ信号測定方法について説明
する。

まず、送信プローブの入力端子（２１ａ）及び（２１ｂ
）に送信器からの高周波パルスを印加し、ビンダイオー
ド（２８ｍ）及び（２８ｂ）を導通させる。この結果、
送信コイル（２１）に共振電流が流れて高周波磁場が送
信される。

このとき、高周波磁場の一部は受信コイル゛（２２）に
鎖交して受信コイル（２２）に共振電流を流そうとする
が、このような共振電流は、高周波磁場の空間的均一性
を乱すので、ＮＭＲ画像形成時に輝度むらを生じさせて
しまう。

しかし、ビンダイオード（４０ａ）及び（４０ｂ）が導
通されて、共振用コンデンサ（２５ｃ）及びインダクタ
ンス素子（４０ｃ　）により共振回路が形成されるので
、両端子ＡＢ間は高インピーダンスとなる。これにより
、受信コイル（２２）に流れようとする共振電流は抑制
される。

こうして、高周波磁場が印加されると、測定対象（図示
せず）からＮＭＲ信号が誘導されて弱い高周波磁場が発
生し、このＮＭＲ信号は受信コイル（２２）により受信
される。このとき、ビンダイオード（４０ａ）及び（４
０ｂ）は非導通であるため、受信コイル（２２）にはＮ
ＭＲ信号（受信信号）による弱い共振電流が流れる。又
、スイッチ手段（２８）内のビンダイオード（２８ａ）
及び（２８ｂ）は非導通であるため、送信コイル（２１
）は受信コイル（２２）に対して磁気的に非干渉状態と
なり、受信コイル（２２）のＱ値は低下しない。

尚、ＮＭＲ信号の測定に先立って、例えば送信プローブ
のインピーダンスを５０Ωに整合する必要があるが、入
力端子（２１ａ）及び（２１ｂ）に印加される高周波パ
ルスの電力が小さいとスイッチ手段（２８）が導通しな
いため、大電力の高周波パルスを印加してインピーダン
ス整合を行なっている。

［発明が解決しようとする問題点１従来のＮＭｒ（用高周波プローブ及びＮＭＲ信号測定方
法は以上のように、スイッチ手段（２８）を導通させる
ために送信コイル（２１）のインピーダンス整合時に大
電力高周波パルスが必要となり、簡便でないという問題
点があり・た。又、スイッチ手段（２８）が非直線性素
子であるため、発生する高周波磁場に波形歪が生じると
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、送信コイルのインピーダンス整合が容易で且
つ高周波磁場の波形歪が生じないＮＭＲ用高周波プロー
ブＮＭＲ信号測定方法を得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用高周波プローブ高周波磁場を送
信又は受信するための共振回路に磁気結合された結合コ
イルと、この結合コイルに接続された可変抵抗手段と、
この可変抵抗手段のインピーダンスを制御するための制
御端子とを備えたものである。

又、この発明に係るＮＭＲ信号測定方法は、高周波磁場
の送信期間は、送信コイルに磁気結合された結合コイル
の第１可変抵抗手段を高インピーダンスにすると共に受
信コイルに磁気結合された結合コイルの第２可変抵抗手
段を低インピーダンスにし、ＮＭＲ信号の受信期間は、
−第１可変抵抗手段を低インピーダンスにすると共に第
２可変抵抗手段を高インピーダンスにする。

［作用］この発明のＮＭＲ用高周波プローブいては、可変抵抗手
段のインピーダンスを変化させることにより選択的に共
振周波数又はＱ値を変える。

又、この発明のＮＭＲ信号測定方法においては、゛送受
信時に送信プローブ及び受信プローブの共振状態を変化
させて、各プローブ同士の磁気的干渉を防ぐ。

［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ＮＭＲ用高周波プローブす構成図であり
、（２１）は前述と同様のものである。又、（２７）は
（２７ａ）及び（２７ｂ）に対応する共振用コンデンサ
であり、送信コイル（２１）と共に送信プローブの共振
回路（３０）を構成している。

尚、ここでは、送信プローブの場合を示したが、高周波
プローブは受信プローブであってもよい。

又、図示しないが、共振回路（３０）には容量結合又は
磁気結合されたインピーダンス整合用の可変容量ダイオ
ード等が設けられており、この可変容量ダイオードを介
して、入力端子（受信プローブの場合は出力端子）が設
けられている。

（１）は共振回路（３０）の送信コイル（２１）に磁気
結合された結合コイルである。（２ａ）及び（２ｂ）は
逆直列接続された一対のピンダイオードであり、結合コ
イル（１）に接続されている。Ｒはピンダイオード（２
ａ）及び〈２ｂ）の各端子に接続されたバイアス印加用
の抵抗器であり、各抵抗値は１０にΩ〜５００にΩに設
定されている。

（４）は結合コイル（１）とピンダイオード（２ａ）及
び（２ｂ）との間に挿入された直流阻止用コンデンサで
あり、静電容量は０．０１μＦ〜０．１μＦ程度に設定
されている。又、この直流阻止用コンデンサ（４）は、
ピンダイオード（２ａ）、（２ｂ）及び抵抗器Ｒと共に
可変抵抗手段（１０）を構成し、結合コイル（１）の直
列抵抗として作用するようになっている。

尚、ここでは、可変抵抗手段（１０）を結合コイル（１
）に直接接続したが、使用周波数に対してλ／２（２分
の１波長）の整数倍の電気長を有する伝送線路例えば同
軸ケーブルを両者の間に介在させてもよい。なぜなら、
λ／２電気長の伝送線路を挿入してもインピーダンスは
変化しないからである。

（５ａ）及び（５ｂ）は可変抵抗手段（１０）に設けら
れた制御端子であり、抵抗器Ｒを介してピンダイオード
（２ａ）及び（２ｂ）にバイアス電圧を印加するように
なっている。

次に、第２図の共振電流特性図を参照しながら、第１図
に示したこの発明のＮＭＲ用高周波プローブ作について
説明する。

制御端子（５ａ）及び（５ｂ）にバイアス電圧を印加し
て、ピンダイオード（２ａ）及び（２ｂ）を逆バイアス
又は零バイアス状態にすると、ピンダイオード（２ａ）
及び（２ｂ）の抵抗値は数１００にΩ以上の高インピー
ダンスとなる。従って、結合コイル（１）が送信コイル
（２１）のインダクタンス値に影響を与えることはない
、従って、第２図に実線で示すように、共振周波数ｆ０
において共振電流■。が流れる。

一方、ピンダイオード（２ａ）及び（２ｂ）を順バイア
ス状態にすると、結合コイル（１）が低インピーダンス
で短絡されるため、結合コイル（１）との相互誘導によ
り、送信コイル（２１）のインダクタンス値が低下する
。

この順バイアス状態で、１００（イ）Ａ程度の大きな順
バイアス電流をピンダイオード（２ａ）及び（２ｂ）に
流すと、ピンダイオード（２ａ）及び（３ｂ）の抵抗値
がほぼ零となって共振回路（３０）のインダクタンスが
著しく低下する。このため、共振電流特性が破線のよう
になり、共振周波数ｆ１は逆バイアス状態の共振周波数
ｒ０から著しく増加する。このときの共振周波数ｆ１の
増加率Ｍは、結合コイル（１）と送信コイル（２１）と
の結合係数をＫとすると、Ｍ＝［１／　（１−Ｋ　２）
］ｌ／２で表わされる。

又、０．４ｍＡ程１度の小さな順バイアス電流を流すと
、ピンダイオード（２ａ）及び（２ｂ）の抵抗値が１０
Ω程度に大きくなるため、結合コイル（１）に流れる電
流により無視できないジュール損が生じる。このため、
共振電流特性が一点鎖線のようになり、共振周波数ｆ２
が増加すると共に共振電流が減少して共振回路（３０）
のＱ値は著しく低下する。

このようにピンダイオード（２ａ）及び（２ｂ）を可変
抵抗手段として用いることにより、共振回路（３０）の
共振状態を変化させることができ、他の共振回路（図示
せず）との磁気結合を低減させることができる。

第３図は、逆直列接続された一対のピンダイオード（２
ａ）及び（２ｂ）に代えて、４つのピンダイオード（２
ａ）〜（２ｄ）をブリッジ構成した実施例を示す構成図
であり、動作は第１図と同様である。

第４図は送信コイル（２１）がスロッテッドチューブ形
の場合の実施例を示す構成図であり、送信°コイル（２
１）との磁気結合が大きくなる位置に結合コイル（１）
を配置している。

実験によれば、第４図の送信コイル（２１）の共振周波
数ｆ０を１０ＭＨｚとした場合、ピンダイオード（２ａ
）及び（２ｂ）に約１００ｍＡの大きい順バイアス電流
を流すことにより共振周波数「１が６００１１ｚ増加し
た。

又、約１ｍＡの小さい順バイアス電流を流すことにより
、非振周波数ｆ２が４００Ｈｚ増加すると共に、共振周
波数ｔｏ＜＝　１０ＭＨｚ＞におけるＱ値が著しく低下
し、共振電流■は無視できる程度に減少した。

このように、ピンダイオード（２ａ）及び（２ｂ）をＩ
ＩＩＩバイアス状態とすることにより、いずれも他の受
信プローブに対して磁気的に非結合となることが分かる
。実際には、小さい順バイアス電流を流してＱ値を低減
させる方が、制御端子（５ａ）及び（５ｂ）の印加電圧
が低いので制御しやすいことが分かった。尚、ピンダイ
オード（２ａ）及び（２ｂ）としては、ユニトロード社
の０８４０１０８を用いた。

第５図は、送信コイル（２１）が回転磁場を送信できる
直交励磁形の場合の実施例を示す構成図であり、矢印Ｃ
及びＤのように送信コイル（２１）から発生する高周波
磁場の２方向に対して磁気結合するように、それぞれ結
合コイル（１）が配置されている。

第６図は、送信コイル（２１）に代えてループギャップ
レゾネータ形の受信コイル（２２〉を配置し、受信プロ
ーブとした場合の実施例を示す構成図であり、（１１）
は受信コイル（２２）に磁気結合されたインピーダンス
整合用のコイル、（１２）はコイル（１１）に接続され
たインピーダンス整合用の可変容量ダイオード、（２２
＾）は前述の（２２ａ）及び（２２ｂ）に対応する出力
端子、（２５）は前述の（２５ａ）〜（２５ｄ）に対応
する共振用コンデンサである。又、受信コイル（２２）
及び共振用コンデンサ（２５）は共振回路（３０Ａ）を
構成している。

実験によれば、第６図の受信コイル（２２）の共振周波
数ｆ０を２５．５ＭＨｚとした場合、ピンダイオード（
２ａ）及び（２ｂ）に対して順バイアス電流を０．２ｍ
Ａだけ流すことにより、受信プローブのＱ値が著しく低
減して共振電流工は無視できる程度になった。

第７図は第６図内のコイル（１１）が結合コイルを兼用
した場合の実施例を示す構成図であり、（４ａ）−（４
ｃ）は直流阻止用コンデンサ、（１４）は可変容量ダイ
オード（１２）のバイアス印加用の抵抗器である。

又、第８図は、送信コイル（２１）及び受信コイル（２
２）を組み合わせた場合の実施例を示す構成図であり、
（１ａ）は送信コイル（２１）に磁気結合された第１結
合コイル、（１ｂ）は受信コイル（２２）に磁気結合°
された第２結合コイル、（１０Ｍ）は第１結合コイル（
１ａ）に接続された第１可変抵抗手段、（１０ｂ）は第
２結合コイル（１ｂ）に接続された第２可変抵抗手段、
（５ｃ）及び（５ｄ）は第２可変抵抗手段（１０ｂ）に
設けられた制御端子である。

次に、第９図のフローチャート図及び第１０図のタイミ
ングチャート図を参照しながら、第８図のＮＭＲ用高周
波プローブいたこの発明のＮＭＲ信号測定方法の一実施
例について説明する。

第１スーツプＳ１送信コイル（２１）が高周波磁場を送信する期間は、制
御端子（５ａ）及び（５ｂ）間の印加電圧ｖ１を逆バイ
アス（又は零バイアス）にし、制御端子（５Ｃ）及び（
５ｄ）間の印加電圧ｖ２を順バイアスにする。これによ
り、第１可変抵抗手段（１０ａ）が高インピーダンスと
なって第１結合コイル（１ａ）は開放され、一方、第２
可変抵抗手段（１０ｂ）が低インピーダンス（例えば１
０Ω）となろて第２結合コイル（１ｂ）は短絡される。

この結果、送信コイル（２１）を含む共振回路（３０）
の共振状態は不変であり、一方、受信コイル（２２）を
含む共振回路（３０Ａ＞の共振周波数ｆ、は増加すると
共にＱ値は著しく低下する（第２図参照）。

このとき、送信コイル（２１）と受信コイル（２２）の
磁気結合がほとんど無視でき、受信コイル（２２）に共
振電流が流れないので、高周波磁場の空間的均一度が良
くなり、送信コイル（２１）の動作は理想的になる。又
、第６図と同様の可変容量ダイオード（１２）を用いる
ことにより、送信コイル（２１）のインピーダンス整合
も小電力で実施することができる。

更に、高周波磁場の送信波形に歪が生じないので、波形
補正が不要となる。

尚、順バイアス電流を増やして第２可変抵抗手段（１０
ｂ）のインピーダンスを０．１ａ程度にした場合は、Ｑ
値の低下はなく共振周波数ｒｌ（第２図参照）が増加す
るのみであるが、同様に磁気結合は低減する。

剃λ２ｊシじびス受信コイル（２２）によりＮＭＲ信号を受信する期間は
、印加電圧■１を順バイアス、印加電圧ｖ２を逆バイア
スにする。これにより、第１可変抵抗手段（１０ａ）が
低インピーダンスとなって第１結合コイル（１ａ）は短
絡され、一方、第２可変抵抗手段（ｔａｂ）が高インピ
ーダンスとなって第２結合コイル（１ｂ）は開放される
。従って、共振回路（３０）の共振周波数は「１に増加
（又は、ｆ２に増加すると共にＱ値が低下）し、共振回
路（３０Ａ）は共振周波数「。のままである。

この結果、送信コイル（２１）と受信コイル（２２）と
の磁気結合が低減するので、受信コイル（２２）のＱ値
が低下せず、受信コイル〈２２）は理想的に動作する。

又、インピーダンス整合も上記第１ステツプと同様に容
易に遂行できる。

［発明の効果］以上のようにこの発明によれば、高周波磁場を送信又は
受信するための共振回路に磁気結合された結合コイルと
、この結合コイルに接続された可変抵抗手段と、この可
変抵抗手段のインピーダンスを制御するための制御端子
とを備え、選択的に共振周波数又はＱ値を変えるように
したので、インピーダンス整合が容易で且つ波形歪が生
じないＮＭＲ用高周波プローブられる効果がある。

又、この発明によれば、高周波磁場の送信期間は、送信
コイル側の第１可変抵抗手段を高インピーダンスにする
と共に受信コイル側の第２可変抵抗手段を低インピーダ
ンスにし、ＮＭＲ信号の受信期間は、第１可変抵抗手段
を低インピーダンスにすると共に第２可変抵抗手段を高
インピーダンスにして共振状態を変化させ、送受信時に
おけるプローブ同士の磁気的干渉を防ぐようにしたので
、送信コイルのインピーダンス整合が容易で高性能且つ
ＳＮ比のよいＮＭＲ信号測定方法が得られる効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のＮＭＲ用高周波プローブ実施例を示
す構成図、第２図は第１図の動作を説明するための共振
電流特性図、第３図〜第８図はこの発明のＮＭＲ用高周
波プローブれぞれ異なる実施例を示す構成図、第９図及
び第１０図はこの発明のＮＭＲ信号測定方法の一実施例
を示すフローチャート図及びタイミングチャート図、第
１１図は従来のＮＭＲ用高周波プローブす構成図である
。図である。（１）・・・結合コイル　　　（１ａ）・・・第１結合
コイル（１ｂ）・・・第２結合コイル（２ａ）〜（２ｄ）・・・ビンダイオード（５ａ）〜（
５ｄ）・・・制御端子　（１０）・・・可変抵抗手段（
１０ａ）・・・第１可変抵抗手段（１０ｂ）・・・第２可変抵抗手段（２１）・・・送信コイル　　　（２２）・・・受信コ
イル（３０）、（３０＾）・・・共振回路尚、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）高周波磁場を送信又は受信するための共振回路と
、この共振回路に磁気結合された結合コイルと、この結
合コイルに接続された可変抵抗手段と、この可変抵抗手
段のインピーダンスを制御するための制御端子とを備え
たＮＭＲ用高周波プローブ。
（２）可変抵抗手段は、逆直列接続された一対のピンダ
イオードを含む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）可変抵抗手段は、ブリッジ構成された複数のピン
ダイオードを含む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。
（４）結合コイルと可変抵抗手段との間に、λ／２の整
数倍の電気長を有する伝送線路を介在させたことを特徴
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）送信プローブにより高周波磁場を送信し、受信プ
ローブにより測定対象からのＮＭＲ信号を受信するＮＭ
Ｒ信号測定方法において、前記送信プローブの送信コイ
ルに磁気結合された第１結合コイルと、前記受信プロー
ブの受信コイルに磁気結合された第２結合コイルと、前
記第１結合コイルに接続された第１可変抵抗手段と、前
記第２結合コイルに接続された第２可変抵抗手段とを設
け、前記高周波磁場を送信する期間は、前記第１可変抵
抗手段を高インピーダンスにすると共に前記第２可変抵
抗手段を低インピーダンスにし、前記ＮＭＲ信号を受信
する期間は、前記第１可変抵抗手段を低インピーダンス
にすると共に前記第２可変抵抗手段を高インピーダンス
にすることを特徴とするＮＭＲ信号測定方法。