JPH0423529Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この考案は特に生体の被検体に静磁場を印加し
た状態で高周波電磁界パルスを照射し、生体より
得られる核磁気共鳴信号を受信して、その周波数
成分を分析する核磁気共鳴スペクトロスコープに
関する。

「従来の技術」 ある磁場強度の空間中で原子核はその原子核固
有の周波数をもつ電磁波に共鳴する。また同一の
原子核であつても、別の原子核との間に結合があ
る場合、その結合の種類に応じて共鳴周波数が僅
かずれ、いわゆる化学シフトが生じる。従つてあ
る磁場強度をもつ空間中に被検体を配して、核磁
気共鳴周波数を調べることにより、その被検体の
原子核の種類やその結合状態を検出することがで
きる。この検出は核磁気共鳴スペクトロスコープ
と呼ばれている。

核磁気共鳴スペクトロスコープ（以下NMRス
ペクトロスコープと記す）は第４図に示すように
構成される。信号処理部１１からシンセサイザ１
２に対する設定がされ、その設定に応じた高周波
搬送波がシンセサイザ１２から発生され、その高
周波搬送波は送信機１３に入力され、信号処理部
１１からのタイミングで、パルス振幅変調され、
その出力である高周波パルスは高周波コイル１４
に供給される。

高周波コイル１４より発生した高周波電磁界パ
ルスは図に示してない被検体、例えば生体の一部
に照射される。その被検体には磁界発生手段１５
により静磁場が印加されている。この静磁場と、
高周波電磁界パルスとにより被検体中のある原子
核が共鳴して、その核磁気共鳴信号は高周波コイ
ル１４を通じて受信機１６で受信増幅検波され
る。その受信検波出力はAD変換器１７により一
定周期でデジタル信号に変換され、そのデジタル
信号は信号処理部１１に入力され、例えばフーリ
エ変換されて、周波数成分が検出される。その検
出結果は表示器１８に表示される。

磁気共鳴の周波数範囲は広い範囲にわたるた
め、被検体、特に生体の各原子核の核磁気共鳴周
波数を一度に検出することはできない。そこで電
子計算機よりなる信号処理部１１により送信搬送
周波数を決め、かつ送信パルス幅を決める。これ
によりある帯域幅を持つた高周波電磁波の送信を
行なう。この送信高周波電磁波の周波数帯域中に
被検体において核磁気共鳴を起こす周波数があれ
ば、受信時にその周波数成分を持つ受信波が観測
される。

このNMRスペクトロスコープに於いては、受
信信号のＳ／Ｎが高いことが重要である。この
Ｓ／Ｎが悪ければ化学シフトの様な周波数差がわ
ずかなものの分離ができなくなるし、さらには核
磁気共鳴周波数すら検出できなくなる。Ｓ／Ｎが
悪い場合、受信信号を比較的長い時間加算平均し
て見かけ上のＳ／Ｎを上げることが行われてい
る。しかしこの加算平均を行うと測定時間がかか
り、スペクトルの変化を秒程度で追うことは不可
能となる。

従来のNMRスペクトロスコープにおいては高
周波コイルとしてサーフエスコイル、つまり渦巻
状コイルが用いられていた。このサーフエスコイ
ルは被検体中のコイルと接近した部分から出てく
る信号しか受信することができない、この為、被
検体が比較的大きな場合はその被検体内の信号源
を有効に利用できず、この点からも高いＳ／Ｎを
得ることは困難であり、更にコイル自体の利得も
低い。このため従来のNMRスペクトロスコープ
では測定時間を長くして、信号を加算平均して
Ｓ／Ｎを高くするのが普通であつた。

「問題点を解決するための手段」 この考案によればNMRスペクトロスコープに
おいて、その高周波コイルとして同一軸線を有
し、この軸線に対して垂直な平面に関して対称に
配置された一対の環状導体が設けられ、前記軸線
に関して平行かつ対称に配置された二つの導線対
がその各導線の両端にて前記一対の環状導体に対
して容量的に結合される。その二つの導線対は軸
線に対し等角度からずらされてあり、二つの導線
対の互いに近接した一方の導線と、これと近接し
た一方の環状導体との間が高周波給電点とされ、
動物（人間を含む）の手足がほゞ挿通される大き
さに選定されている。

作 用 環状導体の対に対して容量的に結合された導線
は低いインダクタンスを有し、従つて両端の電位
差は低くして高電流を導くことが可能である。環
状導体の対と前記導線とをつなぐ容量的結合は、
前記インダクタンスの導線と共に共振回路を形成
する。また環状導体の対はそれ自体電流路を形成
すると同時に内部に位置される被検体に対する電
気的な遮断となり、誘電体損失を軽減する機能を
有し、このためには前記導線よりも内側に位置さ
れるとき内部に被検体が位置された場合も高い共
振性が保持される。

このような高周波コイルが用いられ、その高周
波コイル内に被検体が配され、従つてそのコイル
内の被検体内の全体の対応する原子核スピンを励
起することができ、大きな信号を受信することが
でき、コイル自体の感度も高いため、高いＳ／Ｎ
を得ることができる。

「実施例」 第１図にこの考案のNMRスペクトロスコープ
に用いられる高周波コイルの例を示す。環状導体
２１と環状導体２２とはいずれも円形とした場合
であつて同一軸線２０を有し、その軸線２０に対
して垂直な平面に関して対称に配置されている。
導線２３，２４，２５，２６は軸線２０に対して
平行な直線状の導体であり、各導線２３，２４，
２５，２６の両端が環状導体２１，２２に対し
て、弗素樹脂のように誘電体損失が小さい誘電体
層２７，２８を介して容量的に結合されている。
図では各導線２３，２４，２５，２６はそれぞれ
環状導体２１，２２の外側に近接して配されてい
る。また特に各導線２３，２４，２５，２６の端
部は前記容量結合が強く、かつ分布的に行われる
ように、例えば導線２３の両端は環状導体２１，
２２の形状に沿つてそれぞれ両側に延長された翼
端２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄが一体に形成
され、他の導線２４，２５，２６も同様に翼端が
形成された場合である。

導線２３，２４は軸線２０に関して対称に配置
された第一の導線対であり、導線２５，２６は同
様な第二の導線対である。

第２図に導線２３〜２６の垂直断面を示すよう
に、第一の導線対、即ち導線２３，２４に第二の
導線対、即ち導線２５，２６に対して軸線２０の
まわりに60°回転されて位置されている。互いに
接近した導線２３と導線２５とは相互に近接する
翼端が導電体で結合されることが可能であり、互
いに接近した導線２４と導線２６とは相互に近接
する翼端が導電体で結合されることが可能であ
る。例えば第１図において導線２４と導線２６と
は環状導体２１に容量的に結合された側の端部に
おいて相互に近接した翼端が導電体で結合され、
その導電体に端子２９が設けられている。環状導
体２１には端子２９に近接して端子３１が設けら
れている。端子２９及び端子３１は高周波信号に
対する給電点を構成する。

いま入力された高周波信号により端子２９が端
子３１に対し正になると、端子２９からの電流は
導線２４，２６に２分され、導線２４，２６を矢
印で示すように環状導体２２側に流れ、環状導体
２２側に達した電流は容量結合により環状導体２
２をそれぞれ導線２５，２３に向つて流れ、更に
容量結合により導線２５，２３を矢印で示すよう
に環状導体２１側に向つて流れる。これら電流は
容量結合により環状導体２１を通じて端子３０に
達しする。この時、これら導線２３，２４，２
５，２６に流れる電流にもとずき発生する磁力線
分布は導線２３〜２６で囲まれた内部空間３２で
は第２図に示すように大部分の磁力線は軸線２０
と直角であり、かつ導線２４，２６の配列方向と
平行し、しかもほぼ均一に分布する。端子３１が
端子２９に対し正となると、前述とは逆方向に電
流が流れ、磁力線の向きも第２図の場合と逆にな
る。

第３図にこの考案のNMRスペクトロスコープ
の例を示し、第４図と対応する部分に同一符号を
付けて、重複説明は省略する。この考案では高周
波コイル１４として第１図及び第２図に示したも
のが用いられ、その端子２９，３１に送信機１
３、受信機１６が共に接続される。この例では被
検体３３として人体の腕が用いられた場合であ
り、被検体３３はコイル１４の環状導体２１，２
２内に通される。

従つて被検体３３は磁場発生手段１５による静
磁場内に配されると共に、送信機１３からの高周
波パルスが高周波コイル１４に印加されると、そ
の高周波電磁界パルスは高周波コイル１４の内の
被検体３３の全体に照射される。このためそのコ
イル１４内の被検体３３内部のすべての対応する
原子核スピンが励起され、その全体の核磁気共鳴
信号が高周波コイル１４で受信される。

この考案のNMRスペクトロスコープを用いた
場合のスペクトルの例を第５図に、同一被検体に
ついて同一条件で従来のサーフエスコイルを用い
たNMRスペクトロスコープによるスペクトルの
例を第６図に示す。これよりこの考案ではピーク
の前後の変動が小さく、雑音が小さく高いＳ／Ｎ
が得られることが理解される。

「考案の効果」 この考案のNMRスペクトロスコープにおいて
はその高周波コイルは、高周波電磁波に対して共
振特性及び空間均一特性が優れ高い感度が得られ
る。その空間均一特性が良い高周波電磁界中に被
検体の検査部の全体が配され、その検査部の広い
範囲から核磁気共鳴信号を集める事ができ、しか
も前述のように共振特性が良い為にＳ／Ｎの高い
信号を得ることが可能である。これらの理由によ
り、信号の加算平均を省略、又は回数を少なくす
ることができ、それだけ短時間のうちに鮮明なス
ペクトルを得ることができ、秒程度でスペクトル
の変化の追跡も可能となる。また従来と同様程度
の時間をかけて信号の加算平均を行えば従来より
もＳ／Ｎが高くなり、微弱な信号スペクトルをも
検出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案に用いられる高周波コイルの
例を示す斜視図、第２図はその水平断面と磁力線
分布を示す図、第３図はこの考案のNMRスペク
トロスコープの一例を示す図、第４図は従来の
NMRスペクトロスコープを示す図、第５図はこ
の考案のNMRスペクトロスコープによる測定例
を示す図、第６図は従来のNMRスペクトロスコ
ープによる測定例を示す図である。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 被検体に静磁場を印加する磁場発生手段と、 高周波搬送波をパルス変調した高周波パルスを
   発生する送信機と、 その送信機からの高周波パルスが供給され、上
   記被検体に高周波電磁界パルスを印加して被検体
   に核磁気共鳴を発生させる高周波コイルと、 その被検体よりの核磁気共鳴信号を上記高周波
   コイルを通じて受信する受信機と、 その受信機の出力を処理して受信周波数成分を
   検出する信号処理部と、 その受信周波数成分を受けて周波数スペクトル
   表示をする表示部とを有し、 上記高周波コイルは同一軸線を有し、一対の環
   状導体がこの軸線に対して垂直な平面に関して
   ほゞ対称に配され、上記軸線と平行かつ対称に配
   置した第１の導線対と第２の導線対とが上記軸線
   のまわりにほゞ60°回転されて配され、上記導線
   対のそれぞれの導線の各両端は、上記一対の環状
   導体と誘電体層を介して容量的に結合され、上記
   被検体としての動物（人間を含む）の手足がほゞ
   挿通される大きさに選定されていることを特徴と
   する核磁気共鳴スペクトロスコープ。