JPH0862314A - Ｎｍｒ受信コイルの同調方法および回路装置 - Google Patents

Ｎｍｒ受信コイルの同調方法および回路装置

Info

Publication number
JPH0862314A
JPH0862314A JP7207227A JP20722795A JPH0862314A JP H0862314 A JPH0862314 A JP H0862314A JP 7207227 A JP7207227 A JP 7207227A JP 20722795 A JP20722795 A JP 20722795A JP H0862314 A JPH0862314 A JP H0862314A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
impedance
signal
tuning
circuit
nmr
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP7207227A
Other languages
English (en)
Other versions
JP3597262B2 (ja
Inventor
Max E Busse-Grawitz
エー ブッセ−グラヴィツ マックス
Enrico Malacarne
マラカルネ エンリコ
Walter Roeck
レック ヴァルター
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Spectrospin AG
Original Assignee
Spectrospin AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Spectrospin AG filed Critical Spectrospin AG
Publication of JPH0862314A publication Critical patent/JPH0862314A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3597262B2 publication Critical patent/JP3597262B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/28—Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
    • G01R33/32—Excitation or detection systems, e.g. using radio frequency signals
    • G01R33/36—Electrical details, e.g. matching or coupling of the coil to the receiver
    • G01R33/3628—Tuning/matching of the transmit/receive coil

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＮＭＲ信号の経路での前置増幅器の入力側に
おける、信号損失の原因となり得るダイオード、高周波
チョーク等の素子の使用をできるだけ少なくすることで
ある。 【解決手段】 基準インピーダンスを、受信回路の高周
波同調信号の経路中の任意の箇所で、箇所Ｍ２における
第１の基準信号に相応する第２の基準信号が箇所Ｍ２で
発生するように調整し、引き続きプローブヘッドインピ
ーダンスを第２の基準信号に箇所Ｍ２で同調する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＮＭＲ信号に対す
る受信回路を用いて、ＮＭＲ受信コイルのプローブヘッ
ドインピーダンスを同調する方法であって、高周波同調
信号を用い、プローブヘッドインピーダンスを、実基準
抵抗により形成された第１の基準信号を介して受信回路
内の箇所Ｍ２で同調する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の同調方法は例えば、ドイツ連邦
共和国特許第３８３８２５２号から公知である。
【０００３】公知の、ＮＭＲスペクトロメータのプロー
ブヘッドにあるＮＭＲ受信コイル同調方法では、プロー
ブヘッドが存在するＮＭＲ受信機から手動で分離され、
別個の測定装置により同調されるのではなく、ＮＭＲ受
信機は既に適切に設けられた装置により同調され、この
装置によりこの過程は自動的にソフトウェアコントロー
ルの下で実行することができる。その際、ＮＭＲ受信機
のＳ／Ｎ比は通常の動作状態においてできるだけ悪化し
ないようにすべきである。
【０００４】公知の方法は実質的に、高周波同調源に使
用され、高周波同調源は同調過程に対する信号を送出
し、基準抵抗および複数のスイッチを、自動的に通常動
作状態から動作状態“プローブヘッド同調”へ、および
反対の切り替えのために切り替える。基準抵抗は所望の
プローブヘッドインピーダンスを表し、プローブヘッド
インピーダンスが基準抵抗の値に同調すべき箇所に接続
される。この基準抵抗はしたがって、プローブヘッドイ
ンピーダンスが取るべき所望の実抵抗を表す。
【０００５】受信装置全体のＳ／Ｎ比は前置増幅器の入
力側におけるＮＭＲ信号の経路での回路網に強く依存す
る。したがってこの回路網は、できるだけ損失の少ない
素子、例えばダイオードおよびチョークを有しなければ
ならない。この回路網は一般的に低抵抗であるから（５
０Ωの領域）、そこでのいずれかの形での直列抵抗、例
えば導通接続されたダイオードを回避すべきである。す
でに１Ωの直列抵抗でさえＳ／Ｎ比の顕著な悪化に結び
つく。
【０００６】ｐｉｎダイオードをスイッチとして使用す
ることにより、通常は他のダイオードを使用するよりも
良好な高周波特性が得られる。しかし導通接続されたｐ
ｉｎダイオードは常に約１Ωの直列抵抗を有し、そのた
め導通状態で無視できない、例えば０．１ｄＢの高周波
損失の原因となる。これは現在の状況では既に大きすぎ
る。
【０００７】阻止状態でも、ｐｉｎダイオードは高周波
損失を形成する。しかしこの損失は導通状態と比較して
やや小さい。この損失は、阻止状態ではこれに並列な約
８ｋΩの損失抵抗を有する約０．５ｐＦのキャパシタの
ような特性を有する。したがって前置増幅器の入力側に
おけるｐｉｎダイオードは、受信系の通常の動作状態で
は導通状態であるよりかは阻止状態である方が有利であ
る。
【０００８】例えば従来技術で使用されるような高周波
チョークも決して理想素子ではない。というのは、高周
波チョークは阻止されたｐｉｎダイオードに似た高周波
インピーダンスを有するからである。すなわち、約５ｋ
Ωの並列抵抗を有する約０．５ｐＦのキャパシタに似て
いる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、冒頭
に述べた形式の方法をさらに改善し、ＮＭＲ信号の経路
での前置増幅器の入力側における、信号損失の原因とな
り得るダイオード、高周波チョーク等の素子の使用をで
きるだけ少なくすることである。さらにＮＭＲ信号の経
路での前置増幅器の入力側において、通常の動作状態の
間はそこに存在するすべてのダイオードが阻止され、ダ
イオードがＮＭＲ信号の経路で直列に使用されないよう
にすることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この課題は本発明によ
り、基準インピーダンスを、受信回路の高周波同調信号
の経路中の任意の箇所で、箇所Ｍ２における第１の基準
信号に相応する第２の基準信号が箇所Ｍ２で発生するよ
うに調整し、引き続きプローブヘッドインピーダンスを
第２の基準信号に箇所Ｍ２で同調することによって解決
される。
【００１１】第２の基準信号を本発明により形成する際
には、基準抵抗を基準点Ｍ２に接続してはならない。こ
れによって、受信回路における素子の数を低減すること
ができ、これによりＳ／Ｎ比が改善される。
【００１２】本発明の方法では、基準信号を形成する際
に重要なことは以下のことだけである。すなわち、入力
側が別個の場合に基準点Ｍ２に信号経過が生じ、この信
号経過は所望の周波数領域において実質的に、入力側が
分離されておらず、所望の同調箇所に基準抵抗がプロー
ブヘッドインピーダンスの代わりに接続されている場合
の基準点Ｍ２における信号経過と同じである、というこ
とである。この条件を満たすために、単に適切な箇所に
おいて調整可能な基準インピーダンスを用いて高周波同
調信号の振幅と位相を次のように変化させれば良い。す
なわち、基準点Ｍ２において、入力側が分離されている
場合に第２の基準信号が上記の定義に従って発生するよ
うにするのである。
【００１３】第１の基準信号を少なくとも１回検出し、
記憶し、基準インピーダンスの調子過程の際に第２の基
準信号を周期的に形成すると有利である。というのはこ
のようにすれば、基準インピーダンスの同調中に変化す
る画像が画像面に現れ、画像面に形成される２つの基準
信号の差が所望の周波数領域においてできるだけ正確に
ゼロになるように基準インピーダンスを変化することが
できるからである。次に第２の基準信号は実質的に第１
の基準信号と等しくなり、これにより第２の基準信号を
第１の基準信号の代わりにプローブヘッドインピーダン
スの同調に使用できる。第２の基準信号は大きな利点を
有する。すなわち、Ｓ／Ｎ比の顕著な悪化を引き起こさ
ない回路構成によって測定することができるのである。
【００１４】さらに、第２の基準信号を少なくとも１回
検出し、プローブヘッドインピーダンスの同調過程の際
に、プローブヘッドインピーダンスを用いて検出された
信号を周期的に形成すると有利である。この場合は、プ
ローブヘッドインピーダンスの同調中に変化画像が画像
面に現れ、この画像が垂直にミラー対称の共振曲線を有
する。同調過程は、この共振曲線の最小がほぼゼロにな
り、所望の周波数点になるときに終了する。
【００１５】高周波同調信号のレベルはプローブヘッド
インピーダンスの同調過程の間、所定の変動を受けるこ
とがあるから、有利な実施例では、第２の基準信号がプ
ローブヘッドインピーダンスの同調過程の開始時に少な
くとも１回新たに検出される。
【００１６】本発明の方法のとくに有利な実施例では、
電圧源から接続可能な直流電流を用いてスイッチが高周
波直列スイッチの機能を引き継ぐ。このようにして、前
置増幅器の入力側における付加的素子が回避される。こ
のような付加的素子は通常はスイッチＳ１に対して必要
である。
【００１７】さらに、本発明の同調方法を実施するため
の回路装置も本発明の枠内である。この回路装置は、高
周波同調信号を形成するための高周波発生器と、ＮＭＲ
信号経路にスイッチング素子とを有する。
【００１８】この種の回路装置は例えばドイツ連邦共和
国特許第３８３８２５２号から公知である。
【００１９】公知の回路装置では、リレーダイオードス
イッチまたはｐｉｎダイオードスイッチを介して、基準
抵抗も高周波発生器と同じようにオン・オフ接続され
る。スイッチを介してプローブヘッドインピーダンスは
基準抵抗に置換される。基準抵抗はプローブヘッドイン
ピーダンスが取るべき所望の実抵抗を表す。
【００２０】本発明の回路装置では、基準インピーダン
スが受信機回路内の次のような箇所に配置される。すな
わち、ＮＭＲ信号の経路から高抵抗結合インピーダンス
または複数の高抵抗インピーダンスにより分離された箇
所である。例えば高抵抗結合インピーダンスは、高周波
発生器の反対側に配置することができる。これにより、
基準インピーダンスとこれに所属するスイッチ損失がＮ
ＭＲ信号の経路に入力結合することが阻止される。
【００２１】とくに有利には、複数の調整可能なインピ
ーダンスまたは同調可能なリアクタンスを、高周波発生
器と結合インピーダンスとの間の異なる適切な箇所に配
置する。例えばこの箇所は、高周波同調信号の経路にあ
る四端子網の入力側と出力側である。四端子網は例えば
λ／８線路とすることができる。これにより、高周波同
調信号の振幅と位相が十分に大きな領域で調整される。
基準インピーダンスが１つしかない場合には、このイン
ピーダンスは有効成分と無効成分を有しなければならな
いから、したがって高周波同調信号の振幅と位相を正確
に調整することができる。調整可能な有効成分は例えば
高周波ポテンシオメータであるがしかし高周波技術的に
は常に問題のある素子である。したがって、複数の調整
可能なリアクタンスを受信機回路内の種々異なる箇所に
使用すると有利である。これは、高周波同調信号の振幅
と位相を十分に大きな領域で調整するためである。
【００２２】有利な実施例では、リアクタンスは容量性
のトリマであり、例えばλ／８線路始端部と終端部に配
置される。この構成の有利な点は、容量性トリマだけを
調整可能な素子として使用できることである。容量性ト
リマは高周波ポテンシオメータよりも格段に良好に安定
して調整することができる。
【００２３】他の有利な実施例では、基準インピーダン
スがアッテネータにより高周波発生器から分離される。
これによって、高周波発生器並びにこれに所属する接続
線路を常にインピーダンスで適合することができる。す
なわち、基準インピーダンスの同調に無関係に常に正し
い負荷抵抗と見ることができる。
【００２４】本発明の回路装置の別の有利な実施例で
は、基準インピーダンスが直接、ＮＭＲ信号経路に接続
され、高周波発生器が結合インピーダンスを介してＮＭ
Ｒ信号の経路から分離される。
【００２５】別の有利な実施例では、基準インピーダン
スがトリマに対して並列に配置された可変抵抗として構
成されている。トリマは、受信機回路内に存在する寄生
リアクタンスを考慮する。
【００２６】有利には、ＮＭＲ信号の経路に１つまたは
複数のスイッチング素子を配置し、これにより有利には
プローブヘッドインピーダンスへの接続を周期的にオン
・オフすることができる。
【００２７】別の実施例では、直流電流を結合インピー
ダンスを介して接続することができる。この直流電流を
介して１つまたは複数のダイオードをＮＭＲ信号の経路
でとくに簡単に導通状態ないし阻止状態にすることがで
きる。
【００２８】別の利点は、以下の説明及び図面から明ら
かになる。また前記の説明及び後の実施例での本発明の
構成は個別にも、また組み合わせても適用することがで
きる。したがって前述の実施例は限定としてではなく例
として理解すべきである。
【００２９】
【実施例】図５には、従来技術でのＮＭＲスペクトロメ
ータ（図示せず）のプローブヘッドインピーダンスＺｘ
を同調するための受信回路１の基本作用が示されてい
る。プローブヘッドコイルを励起するための高周波励起
パルス１２が供給される通常の動作状態では、スイッチ
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３が位置１にある。すなわち、基準抵抗
Ｒ０も高周波同調源、例えば高周波発生器２も遮断され
ている。まずスイッチＳ０が位置１にもたらされ、高周
波励起パルス１２にＮＭＲ励起のために給電される。引
き続き、スイッチＳ０が位置２に調整されると、プロー
ブヘッドインピーダンスＺｘが前置増幅器４と接続さ
れ、受信装置が箇所Ｍ３で増幅される高周波信号５の記
録状態となる。
【００３０】スイッチＳ１とＳ２に対して機械的リレー
を使用することは複数の理由から不利である。まず第１
に、機械的接点装置の機能適性が不足しているためであ
る。このリレーはＮＭＲ磁石の漂遊磁束内で動作しなけ
ればならないこととなり、したがって信頼性のある動作
を行うことができないからである。したがって、ダイオ
ード、有利にはｐｉｎダイオードを使用する。
【００３１】従来技術においてｐｉｎダイオードにより
実現された回路が図５と図６に示されている。スイッチ
Ｓ０は例えばダイオードカスケードＤＫからなり、この
ダイオードカスケードは高周波送信パルス１２により直
接導通状態へもたらされ、これにより高周波送信パルス
１２が回路点Ｍ０に導通される。この励起パルスの大き
な振幅（１００Ｖ以上）はｐｉｎダイオードＤ3を導通
接続し、その結果第１のλ／４線路６が片側で短絡さ
れ、ＮＭＲスペクトロメータ（図示せず）の入力側Ｍ０
で高抵抗インピーダンスとなる。高周波送信パルス１２
はしたがって、プローブヘッドないしプローブヘッドイ
ンピーダンスＺｘへの経路を選択し、非常に僅かなエネ
ルギー（約２％）を前置増幅器４の方向へ伝送する。こ
の残留エネルギーは第２のλ／４線路７および同様に導
通接続されたｐｉｎダイオードＤ4によりさらに付加的
に減衰される。これは前置増幅器４の鋭敏な入力側を有
効に保護するためである。ダイオードＤ3とＤ4は相互に
アースと接続されている。これは、高周波送信パルス１
２のスイッチオンフェーズにおいてダイオードＤ3とＤ4
を迅速に導通状態へもたらすためである。高周波送信パ
ルス１２が正のエッジでスタートすれば、この正のエッ
ジはダイオードＤ3で整流され、直流電流がダイオード
Ｄ4を介して短絡することができ、これをどうように導
通状態へもたらす。負のエッジでは、ダイオードＤ4は
整流器として作用し、Ｄ3は直流電流により導通状態へ
もたらされる。短時間でこの整流作用は消滅し、ｐｉｎ
ダイオードＤ3とＤ4は高周波的には低抵抗として作用す
る。この特性はｐｉｎダイオードに対しては典型的であ
る。
【００３２】ここでは、２つのλ／４線路６、７とダイ
オードＤ3とＤ4が高周波送信パルス１２の給電と前置増
幅器４の保護にだけ用いられることに注意すべきであ
る。別の、下で説明する本発明の新しい回路ではこれら
の素子が２重の機能を満たす。このことは大きな利点で
ある。
【００３３】キャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３とチョークＺ
ＤrがｐｉｎダイオードＤ1とＤ2のオン・オフに必要で
ある。これらの素子はスイッチング電圧ＵＳにより形成
された直流電流を所望の経路に導通するのに用いる。高
周波同調信号３に対しては３つのキャパシタは近似的に
短絡を意味し、チョークＺＤrは小さな損失の少ないキ
ャパシタからなる高抵抗のインピーダンスを意味する。
【００３４】ＵＳが正であるとき、ダイオードＤ2は阻
止され、ダイオードＤ1が導通する。これによりプロー
ブヘッドないしこれのインピーダンスＺｘはダイオード
Ｄ1を介して回路点Ｍ２と接続される。ＵＳが負であれ
ば、Ｄ1が阻止され、Ｄ2が導通する。これにより基準抵
抗Ｒ０はＤ2を介して回路点Ｍ２と接続される。
【００３５】高周波励起パルス１２が再び遮断された
後、ダイオードカスケードＤＫとダイオードＤ3、Ｄ4は
再び阻止状態となる。２つのλ／４線路６、７は次に再
び、ＲＷ＝Ｒ０＝５０Ωの特性インピーダンスを有する
通常の高周波線路のような特性を有し、到来するＮＭＲ
信号をほとんど減衰しないで導通する。ＮＭＲ信号はダ
イオードＤ1を介して前置増幅器４に達し、そこで増幅
される。引き続き受信機では低周波に分周混合され、増
幅され、直交変調で位相検出され、デジタル化され、計
算器で所望の信号に処理される。
【００３６】動作状態“プローブヘッド同調”では、高
周波発生器がスイッチＳ３を介して接続され、同調が３
つのステップで行われる。
【００３７】ステップ１：基準抵抗Ｒ０の接続 従来の技術では、入力側Ｍ０でのプローブヘッドインピ
ーダンスＺｘが基準抵抗Ｒ０により置換される。基準抵
抗Ｒ０は、プローブヘッドインピーダンスＺｘがとるべ
き所望の実抵抗を表す。しかし抵抗Ｒ０は入力側Ｍ０に
おいて１対１で両方のλ／４線路６、７を介して回路点
Ｍ２へ転送されるから（理由：線路の特性インピーダン
スＲＷはＲ０と等しい）、基準抵抗Ｒ０をスイッチＳ２
を介して直接回路点Ｍ２と接続し、回路点Ｍ２をスイッ
チＳ１により入力側Ｍ０から分離するだけで十分であ
る。２つのスイッチＳ１とＳ２は位置２に調整される。
【００３８】理論的には、２つのスイッチＳ１とＳ２を
直接回路点Ｍ０に配置することもできよう。これにより
λ／４線路６、７に依存しないようになる。しかし実際
には悪い選択である。なぜなら、高周波送信パルス１２
の持続中には非常に高い高周波電圧がこの回路点に作用
するからである。これは２つのダイオードＤ1とＤ2（こ
れらによりスイッチＳ１とＳ２が実現される）を完全に
導通することとなり、場合によっては電圧により破壊さ
れてしまう。
【００３９】ステップ２：基準信号の形成 高周波発生器２が作動され、高抵抗結合インピーダンス
Ｚｋを介して高周波同調信号３を前置増幅器４の入力側
にある測定点Ｍ２に送出する。高周波同調信号の周波数
は有利には線形に変化する。この信号の周波数領域は所
望の動作周波数を中心にすべきであり、プローブヘッド
の受信共振回路の帯域幅の数倍となる。
【００４０】この高周波同調信号３は回路点Ｍ２で信号
を形成する。この信号は強く基準抵抗Ｒ０に依存し、前
置増幅器４と受信機を介して計算器に達し、ここに記憶
される。記憶された信号は複素平面内のベクトル信号で
あり、したがって実数部分と虚数部分とを有する。これ
らは直交変調検出部の２つの出力側に与えられる。２つ
の成分は周波数に依存する機能曲線を表し、基準信号を
定義する。この基準信号は同調プロセスに対して必要で
ある。
【００４１】ステップ３：差信号の形成 スイッチＳ１とＳ２は再び位置１にもたらされる。これ
により、プローブヘッドインピーダンスＺｘはλ／４線
路６、７を介して回路点Ｍ２に接続される。すなわち、
前に基準抵抗Ｒ０が接続されていたのと同じ回路点に接
続される。高周波発生器２の高周波同調信号３により回
路点Ｍ２に形成された新たな信号はステップ２と同じよ
うにさらに処理され、計算器に記憶される。引き続きこ
の信号はベクトルで基準信号から減算され、そこから絶
対値が形成される。このようにして、画像面に表示され
る差信号が発生する。
【００４２】Ｚｘが測定された周波数領域においてＲ０
と等しい場合には、差信号はどこでもゼロとなる。しか
しこのような場合は発生しない。なぜなら、プローブヘ
ッドインピーダンスＺｘは周波数に依存する受信機共振
回路により検出されるからである。したがって差信号は
ベクトルでミラー対称の共振曲線を有し、最小値はただ
１つの点を表す。ここではＺｘは値Ｒ０をとる。すなわ
ち、正確なインピーダンス適合を行うことができる。
【００４３】差信号の形成は周期的にかつ自動的に繰り
返される。これにより同調プロセスに起因する変化を監
視することができる。同調プロセスは通常は手動で、受
信機共振回路の共振キャパシタンスおよび結合キャパシ
タンスの変化により行われる。正確に同調されないプロ
ーブヘッドの場合には、差信号の最小値が所望の動作周
波数の外に現れ、ゼロにはならない。最小値が所望の動
作周波数にあり、ゼロであるときに初めて、同調過程は
終了される。
【００４４】図１から図４には、本発明の方法の個々の
ステップが示されている。ＶＰ１、ＶＰ２およびＶＰ３
は任意の四端子網である。これら四端子網は通常はパッ
シブ回路素子から構成される。しかしアクティブ回路素
子を含むこともできる。ＶＰ１は任意の四端子網であ
り、これは本発明の方法においては回路点Ｍ０とＭ２を
スイッチＳ１を介して直接相互に接続する必要がないこ
とを示すものである。ＶＰ１は例えば複素変換比を有す
るインピーダンス変成器とすることができる。
【００４５】ＶＰ２は高抵抗結合インピーダンスＺｋ
(例えばチョーク）を含むことができる。これはＮＭＲ
信号の経路９をＺ0から分離するためである。しかし任
意の四端子網とみなすこともできる。ＶＰ３はアッテネ
ータ８や他のスイッチング素子を含むことができる。こ
れはＺ0を高周波発生器２から分離するためである。
【００４６】新しい形式の基準形成では、ＮＭＲ信号の
経路９で５０Ωの基準抵抗Ｒ０をもはや使用せず、ＮＭ
Ｒ信号の経路９とは別個の基準インピーダンスＺ0（ま
たは複数のものを異なる箇所で）を使用する。この場合
Ｚ0が数学的に計算され（下記参照）、概略値のみを得
ることができる。なぜなら、計算に必要なパラメータが
正確には既知でないからである。したがって、Ｚ0を正
確に正しい値に調整するためには、手動でも基準調整が
必要である。しかしこのことは（とにかく）比較的に大
きな時間間隔（週、月、年）で繰り返す必要がある。と
いうのは、スイッチング素子の経年変化のみが正しい調
整の変化の原因となり得るからである。基準量として正
確で安定した抵抗を使用する（基準抵抗Ｒ０）。この抵
抗は所望の同調箇所に配置される。
【００４７】基準調整は図１と図２に示されている。入
力側Ｍ０には基準抵抗Ｒ０が接続されている。
【００４８】第１のステップ（スイッチＳ１とＳ２は位
置１）で、Ｒ０がＶＰ１とスイッチＳ１を介して基準点
Ｍ２に接続され、Ｚ0はスイッチＳ２により分離され
る。（図１）。これは次のことを除いて通常の動作状態
に相応する。すなわち、入力側Ｍ０に所望の抵抗Ｒ０が
実際のプローブヘッドインピーダンスＺｘの代わりに接
続されており、高周波発生器２が投入接続されているこ
とを除いて通常の動作状態に相応する。高周波同調信号
３は基準点Ｍ２に信号を形成する。高周波同調信号の周
波数は周期的に２つの値の間を線形に変化する。形成さ
れた信号は前置増幅器４、受信機、直交変調検出器およ
びＡ／Ｄ変換器（図示せず）を介して計算器に達する。
この信号の全期間はベクトルで記憶され、第１の基準信
号と称される。
【００４９】第２のステップ（スイッチＳ１とＳ２が位
置２）では、Ｒ０がスイッチＳ１によって回路点Ｍ２か
ら分離され、その代わりに基準インピーダンスＺ0がス
イッチＳ２を介して接続される（図２）。高周波同調信
号３の次の周期は回路点Ｍ２に新たな信号を形成し、こ
の信号は第１のステップと同じように測定され、ベクト
ルで記憶される。 この信を、以下第２の基準信号と称
する。この信号はベクトルで基準信号１から減算され、
そこから絶対値が形成される。これにより差信号Ａが得
られる。差信号Ａは画像面にｙ信号として表示される。
ｘ信号は周波数変動によって定められる。
【００５０】これら２つのステップは周期的に繰り返さ
れる。これにより基準インピーダンスＺ0の同調の間、
変化する画像が画像面に現れる。Ｚ0は次に、差信号Ａ
が画像面で所望の周波数領域においてできるだけ正確に
ゼロになるまで変化される。これにより第２の基準信号
は実質的に第１の基準信号と等しくなる。すなわち、第
１の基準信号の代わりに第２の基準信号を使用すること
ができる。第２の基準信号には、Ｓ／Ｎ比の顕著な悪化
を引き起こさない回路装置によって測定することができ
るという大きな利点がある。
【００５１】プローブヘッドを同調するためには、プロ
ーブヘッドインピーダンスＺｘが入力側Ｍ０になければ
ならない。同調過程は図３と図４に示されている。ここ
でも同様に２つのステップが必要である。
【００５２】第１のステップ（スイッチＳ１とＳ２が位
置２にある）では、第２の基準信号が線形の周波数変動
期間中に測定され、ベクトルで記憶される（図３）。
【００５３】第２のステップ（スイッチＳ１とＳ２が位
置１にある）では、プローブヘッドインピーダンスＺｘ
に依存する信号が回路点Ｍ２で線形周波数変動の次の期
間中に測定され（図４）、ベクトルで記憶され、ベクト
ルで第２の基準信号から減算され、これから絶対値が形
成される。この信号は差信号Ｂと称される。画像面には
ｙ信号として表示される。ｘ信号は再び周波数変動によ
り定義される。
【００５４】この２つのステップは周期的に繰り返され
る。これによりプローブヘッドインピーダンスＺｘの同
調中に変化する画像が画像面に現れる。この画像はベク
トルでミラー対称な共振曲線の形状を有する。第２の基
準信号では明瞭な変化が生じないように思えるが、ステ
ップ１の繰り返しを省略してはならない。すなわち、高
周波発生器２の信号レベルの緩慢な変動が同調過程の持
続中に生じることを考慮しなければならず、これが第２
の基準信号を変化させる。
【００５５】同調過程は、曲線の最小値が焼くゼロにな
ったとき、かつ所望の周波数点にある時に終了する。
【００５６】第２の基準信号を周期的に新たに検出する
ことができるようにするため、プローブヘッドないしプ
ローブヘッドインピーダンスＺｘへの接続は同じように
周期的にオン・オフしなければならない。直列スイッチ
は例えば図７に示された、ＮＭＲ信号の経路９での理想
直列スイッチＳ１の形態にあり、したがって接近するこ
とができない。
【００５７】直列に接続されたｐｉｎダイオードＤ1を
直列スイッチとして使用する（図８）の解決手段は公知
であり、すでに述べたようにＳ／Ｎ比の悪化を招く。
【００５８】図９には、損失の少ない直列スイッチが示
されている。この直列スイッチは、閉じた状態において
阻止されたダイオードＤ3による生じる。ＵSが負である
とき、ｐｉｎダイオードＤ3は阻止状態であり、回路点
Ｍ１は２つのλ／４線路６、７を介して回路点Ｍ２と直
接、低損失で接続される。これは直列スイッチの閉じた
状態に相応する。この状態は、受信機系の通常の動作状
態において存在し、ちょうどここでも小さな信号損失が
実現される。したがって阻止されたダイオードは導通状
態のダイオードよりの良好である。なぜなら、阻止状態
のダイオードの損失の方が少なくからである。
【００５９】ＵSが正であれば、ｐｉｎダイオードＤ3は
導通し、約１Ωのアースへの短絡となる。この抵抗は２
つのλ／４線路６、７により、逓昇変換され、回路点Ｍ
１とＭ２に約２．５ｋΩの高抵抗として現れる。この抵
抗は５０Ωに対して重要ではない。スイッチへの両方の
側面から見るインピーダンスは高抵抗であり、これは直
列スイッチの開放状態に相応する。
【００６０】この形式の直列スイッチは、スイッチング
ダイオードが閉じた状態では阻止状態であり、開放状態
で導通するという特性を有する。これはちょうど。公知
の構成（図８）と比較して反対の特性である。公知の構
成では、スイッチングダイオードがＮＭＲ信号の経路９
に直接に接続されている。
【００６１】前述の直列スイッチ（図９）を図６の切換
スイッチＳ０と比較すると、ある程度の類似性が明らか
である。スイッチＳ０は、直列スイッチＳ１に対して必
要なすべての高周波素子をすでに有している。とりわけ
付加的に、ダイオードカスケードＤｋとダイオードＤ4
を有するが、しかしこれらの素子はＳ１の機能を妨げな
い。したがって、直列スイッチＳ１を付加的な素子を導
入することなしで実現することができ、このことはダイ
オード（Ｄ1）、チョーク（ＺDr）とキャパシタ（Ｃ
１）を、図６に示された従来技術と比較して節約する。
【００６２】図１０は、本発明の回路装置の第１の実施
例を示す。この回路装置では、基準インピーダンスＺ0
が高抵抗結合インピーダンスＺｋによりＮＭＲ信号の経
路９から分離されている。破線で囲まれた領域は、図５
と図６で使用された機能ブロックを表す。
【００６３】四端子網ＶＰ１は図１０には現れない。Ｖ
Ｐ１は例えばインピーダンス変換器を意味する。この変
換器により、通常の動作状態では付加的なインピーダン
ス変換が回路点Ｍ０からＭ２で達成される。しかしこの
変換は非常に特別な場合だけ使用され、図１０では省略
されている。
【００６４】図１０の回路はただ１つの同調可能な基準
インピーダンスＺ0による変形実施例を使用する。この
基準インピーダンスは、約１００Ωの可変抵抗ＲZOによ
り約１５ｐＦのトリマＣZOに並列に実現される。ＣZOは
もっぱら、回路内に存在する寄生リアクタンスを考慮す
る。
【００６５】四端子網ＶＰ３内のアッテネータ８は高周
波発生器２を基準インピーダンスＺ0から分離する。こ
れにより高周波発生器２並びにこれに所属する接続線路
を常にインピーダンス適合することができる。すなわ
ち、Ｚ0の同調に依存せずに常に正しい付加抵抗とする
ことができる。
【００６６】図１１は本発明の回路装置の第２の実施例
を示す。この実施例では、基準インピーダンスＺ0がＮ
ＭＲ信号の経路９に接続されている。
【００６７】この回路では、四端子網ＶＰ２が直接の接
続に変化する。このために、ＶＰ３は複素インピーダン
スＺｋを有する。アッテネータ８はもはや必要ではな
い。なぜなら、Ｚ0がＺｋにより高周波発生器２から分
離され、したがって高周波発生器２に帰還作用すること
ができないからである。
【００６８】スイッチＳ２は第２のｐｉｎダイオードＤ
5により補充される。第２のｐｉｎダイオードはスイッ
チＳ２が開放しているとき（すなわち、Ｄ2が阻止され
ているとき）導通し、これによりＺ0が短絡する。これ
によって、Ｚ0の実成分が阻止されているダイオードＤ
２の寄生容量を介してＮＭＲ信号の経路９へ変換され、
そこでＳ／Ｎ比の悪化を引き起こすことが回避される。
【００６９】図１１に示された回路装置は、図１０に示
された回路と比較してやや欠点がある。なぜならこの回
路はＮＭＲ信号の経路９にダイオード（Ｄ2）を１つよ
けいに有するからである。しかしこのダイオードは通常
動作では阻止されており、そのため導通状態となっても
わずかな損失しか引き起こさない。とりわけ、ダイオー
ドＤ5は、Ｚ0の影響によりＳ／Ｎ比が付加的に悪化する
のを阻止する。
【００７０】切換スイッチＳ０の２つのλ／４線路６、
７の長さは正確にλ／４の長さを有する必要はない。と
りわけ第２のλ／４線路７は±４０％までの偏差を有す
ることができるが、それでもダイオードＤ4により高周
波送信パルス１２の残留成分は十分に抑圧される。第１
のλ／４線路６の長さはしかしクリティカルである。こ
こでの不正確な長さは誤適合や、高周波送信パルス１２
の回路点Ｍ０での電力反射につながる。電力反射は大き
くてはならない。しかしここでも±５％の長さの公差は
許容される。
【００７１】高周波直列スイッチのλ／４線路６、７の
長さは、図９でも同じように正確にλ／４である必要は
ない。±４０％までの偏差がここでも許容される。とい
うのは、偏差は第１にはスイッチの入・出力側の（容量
性並びに誘導性）リアクタンス負荷の原因となるからで
ある。
【００７２】図１２によって基準インピーダンスＺ０
が、これがＮＭＲ信号の経路とは別項に配置されている
とき次のように計算される。インピーダンスＺｋは他の
すべてのインピーダンスよりも大きいと仮定すれば、
（Ｕein）について得られる。
【００７３】第１の場合では、Ｓ１とＳ２が位置にあ
り、Ｚ1＝Ｚ1∞である。
【００７４】
【数１】
【００７５】第２の場合では、Ｓ１とＳ２が位置１にあ
る。
【００７６】
【数２】
【００７７】Ｕeinが両方の場合で同じでるようにする
ため、(Ｕein)1=(Ｕein)2が当てはまらなければならな
い。すなわち、
【００７８】
【数３】
【００７９】数値例として、 Ｒ３＝ＲＱ／２＝２５Ω Ｒ0＝ ５０Ω Ｚ2＝５０Ω（＝前置増幅器４の入力インピーダンス） Ｚ1∞＝２５００Ω 式３に代入すると、Ｚ0に対して、Ｚ0＝２６．０２Ωで
ある。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＮＭＲスペクトロメータのＮＭＲ受信コイルの
半自動同調のための回路装置が回路図で第１の基準信号
を検出するための回路状態で示されている。
【図２】基準インピーダンスＺ0を調整するための回路
状態にある図１の回路装置の回路図である。
【図３】第２の基準信号を検出するための回路状態にあ
る図１の回路装置の回路図である。
【図４】プローブヘッドを同調するための回路状態にあ
る図３の回路装置の回路図である。
【図５】ＮＭＲスペクトロメータのプローブヘッドにお
けるＮＭＲ受信コイルを同調するための従来技術に相応
する回路装置の簡単な回路図である。
【図６】図５に相応する回路図の詳細図である。
【図７】理想直列スイッチの概略図である。
【図８】直列ダイオードとチョークコイル〜形成された
直列スイッチの概略図である。
【図９】２つのλ／４線路と並列ダイオードから形成さ
れた直列スイッチの概略図である。
【図１０】ＮＭＲスペクトロメータのプローブヘッドに
おけるＮＭＲ受信コイルを同調するための本発明の自動
回路装置の第１の実施例の回路図である。ここでは基準
信号Ｚ0がＮＭＲ信号の経路から分離される。
【図１１】本発明の回路装置の第２の実施例の回路図で
ある。ここでは図１０とは異なり、基準インピーダンス
Ｚ0がＮＭＲ信号の経路に直接接続されている。
【図１２】ＮＭＲ信号の経路から分離された際に基準イ
ンピーダンスＺ0を計算するための回路の回路図であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヴァルター レック スイス国 チューリヒ アルトヴィーゼン シュトラーセ 224

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ＮＭＲ信号に対する受信回路を用いて、
    ＮＭＲ受信コイルのプローブヘッドインピーダンス（Ｚ
    ｘ）を同調する方法であって、 高周波同調信号（３）を用い、プローブヘッドインピー
    ダンス（Ｚｘ）を、実基準抵抗（Ｒ0）により形成され
    た第１の基準信号を介して受信回路内の箇所Ｍ２で同調
    する方法において、 基準インピーダンス（Ｚ0）を、受信回路の高周波同調
    信号（３）の経路中の任意の箇所で、箇所Ｍ２における
    第１の基準信号に相応する第２の基準信号が箇所Ｍ２で
    発生するように調整し、 引き続きプローブヘッドインピーダンス（Ｚｘ）を第２
    の基準信号に箇所Ｍ２で同調することを特徴とする同調
    方法。
  2. 【請求項２】 第１の基準信号を少なくとも１回検出
    し、基準インピーダンス（Ｚ0）の調整過程時に第２の
    基準信号を周期的に形成する請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 第２の基準信号を少なくとも１回検出
    し、プローブヘッドインピーダンス（Ｚｘ）の同調過程
    時に、プローブヘッドインピーダンス（Ｚｘ）を用いて
    検出された信号を周期的に形成する請求項１または２記
    載の方法。
  4. 【請求項４】 第２の基準信号を、プローブヘッドイン
    ピーダンス（Ｚｘ）の同調過程開始時に、少なくとも１
    回新たに検出する請求項１から３までのいずれか１項記
    載の方法。
  5. 【請求項５】 電圧源ＵSからの付加接続可能な直流を
    用いて、切換スイッチ（Ｓ０）が高周波直列スイッチ
    （Ｓ１）の機能を果たす請求項１から４までのいずれか
    １項記載の方法。
  6. 【請求項６】 高周波同調信号（３）を形成するための
    高周波発生器（２）と、ＮＭＲ信号の経路（９）にスイ
    ッチング素子とを有する、請求項１から５までのいずれ
    か１項に記載された方法を実施するための装置におい
    て、 基準インピーダンス（Ｚ0）は受信機回路（１０；１
    １）内の箇所に配置されており、 当該箇所は、高抵抗結合インピーダンス（Ｚｋ）または
    複数の高抵抗インピーダンスにより、ＮＭＲ信号の経路
    （９）から分離されていることを特徴とする回路装置。
  7. 【請求項７】 複数の調整可能なインピーダンスまたは
    同調可能なリアクタンスが種々異なる適切な箇所に、高
    周波発生器（２）と結合インピーダンス（Ｚｋ）との間
    で配置されている請求項６記載の回路装置。
  8. 【請求項８】 リアクタンスは容量性トリマである請求
    項７記載の回路装置。
  9. 【請求項９】 基準インピーダンス（Ｚ0）はアッテネ
    ータ（８）により高周波発生器（２）から分離される請
    求項６から８までのいずれか１項記載の回路装置。
  10. 【請求項１０】 高周波同調信号（３）を形成するため
    の高周波発生器（２）と、ＮＭＲ信号経路（９）にスイ
    ッチング素子とを有する、請求項１から５までのいずれ
    か１項記載の方法を実施するための回路装置において、 基準インピーダンス（Ｚ0）は直接、ＮＭＲ信号の経路
    （９）に接続され、高周波発生器（２）は結合インピー
    ダンス（Ｚｋ）を介してＮＭＲ信号の経路（９）から分
    離されていることを特徴とする回路装置。
  11. 【請求項１１】 基準インピーダンス（Ｚ0）は、トリ
    マ（ＣZ0）に対して並列の可変抵抗（ＲZ0）として構成
    されている請求項６から１０までのいずれか１項記載の
    回路装置。
  12. 【請求項１２】 ＮＭＲ信号の経路（９）には、１つま
    たは複数のスイッチング素子（Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２）が配
    置されている請求項６から１１までのいずれか１項記載
    の回路装置。
  13. 【請求項１３】 電圧源ＵSからの直流は結合インピー
    ダンス（Ｚｋ）を介して付加接続可能である請求項１１
    記載の回路装置。
JP20722795A 1994-08-12 1995-08-14 Ｎｍｒ受信コイルの同調方法および回路装置 Expired - Lifetime JP3597262B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4428579A DE4428579C1 (de) 1994-08-12 1994-08-12 Verfahren und automatische Hilfsvorrichtung zur Abstimmung einer NMR-Empfangsspule
DE4428579.5 1994-08-12

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0862314A true JPH0862314A (ja) 1996-03-08
JP3597262B2 JP3597262B2 (ja) 2004-12-02

Family

ID=6525534

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP20722795A Expired - Lifetime JP3597262B2 (ja) 1994-08-12 1995-08-14 Ｎｍｒ受信コイルの同調方法および回路装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US5552710A (ja)
EP (1) EP0696743B1 (ja)
JP (1) JP3597262B2 (ja)
DE (2) DE4428579C1 (ja)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2819891B1 (fr) 2001-01-24 2003-08-15 Bruker Sa Circuit d'excitation et de recuperation du signal emis par une sonde dans un appareil de spectrometrie rmn
US6774634B2 (en) 2002-01-29 2004-08-10 Varian, Inc. Automated NMR analysis using solvents and sample tube materials to control frequency shifts
US20030173966A1 (en) * 2002-03-14 2003-09-18 Thr Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Varactor tuned flexible interventional receiver coils
US6833704B1 (en) 2003-07-21 2004-12-21 Varian, Inc. Multinuclear wands
US7595641B1 (en) * 2008-03-07 2009-09-29 Varian, Inc. Electronic NMR reference signal systems and methods

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0114405B1 (en) * 1982-12-28 1987-12-02 Kabushiki Kaisha Toshiba Nuclear magnetic resonance diagnostic apparatus
US4593246A (en) * 1984-09-12 1986-06-03 Varian Associates, Inc. NMR tuning procedure
JPH01201244A (ja) * 1988-02-08 1989-08-14 Toshiba Corp Ｍｒｉ装置のインピーダンス自動調整装置
DE3838252A1 (de) * 1988-11-11 1990-05-17 Spectrospin Ag Verfahren zum abstimmen des probenkopfes eines nmr-spektrometers und zur durchfuehrung des verfahrens ausgebildetes nmr-spektrometer
JP2965178B2 (ja) * 1991-10-15 1999-10-18 日本電子株式会社 核磁気共鳴装置における送受信回路

Also Published As

Publication number Publication date
JP3597262B2 (ja) 2004-12-02
DE59507419D1 (de) 2000-01-20
DE4428579C1 (de) 1996-02-01
EP0696743A3 (de) 1996-06-26
US5552710A (en) 1996-09-03
EP0696743B1 (de) 1999-12-15
EP0696743A2 (de) 1996-02-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4827219A (en) Remotely adjustable MRI RF coil impedance matching circuit with mutualy coupled resonators
US6275786B1 (en) Device for monitoring a neutral electrode during HF surgery
US7042311B1 (en) RF delivery configuration in a plasma processing system
EP0752757B1 (en) Rf match detector circuit with dual directional coupler
US5140223A (en) Circuit for adjusting the impedance of a plasma section to a high-frequency generator
KR101645119B1 (ko) 지향성 커플러를 위한 시스템 및 방법
US6646519B2 (en) RF equalizer
US20080087381A1 (en) Matching network characterization using variable impedance analysis
US4129822A (en) Wide-band nuclear magnetic resonance spectrometer
JP2010219052A (ja) プラズマリアクタ用多周波数インピーダンス整合回路網を試験する為の方法および多周波数ダイナミックダミー負荷
CN111698184B (zh) 一种幅频特性可调的宽带均衡电路
US5347222A (en) Signal/noise ratio optimization tuning system
JPS6252443A (ja) Ｍｒ装置のプロ−ブ同調回路
GB2539714A (en) Impedance matching circuitry
US5289199A (en) Antenna resonant circuit
US9628135B1 (en) Method for automatically adjusting a tunable matching circuit, and automatic tuning system using this method
JPH0622924A (ja) 磁気共鳴装置
JP3597262B2 (ja) Ｎｍｒ受信コイルの同調方法および回路装置
US5703488A (en) Instrument for measuring plasma excited by high-frequency
EP0034064B1 (en) Adjustable and selective electrical filters and methods of tuning them
US20080061783A1 (en) Passively damped magnetic resonance (MR) detection configuration
Scharfetter An electronically tuned wideband probehead for NQR spectroscopy in the VHF range
US6864761B2 (en) Distributed capacitive/resistive electronic device
US5051711A (en) Variable bandwidth crystal filter with varactor diodes
US2556607A (en) Wave-signal translating arrangement

Legal Events

Date Code Title Description
A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20040421

A602 Written permission of extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602

Effective date: 20040426

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20040721

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20040811

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20040908

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070917

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080917

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080917

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090917

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100917

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110917

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120917

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120917

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130917

Year of fee payment: 9

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

EXPY Cancellation because of completion of term