特表 2024-524316 核磁気共鳴

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-07-05

(54)【発明の名称】核磁気共鳴

(51)【国際特許分類】

   G01N 24/12 20060101AFI20240628BHJP

   A61B 5/055 20060101ALI20240628BHJP

【ＦＩ】

G01N24/12 510L

G01N24/12 520C

A61B5/055 355

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023579609

(86)(22)【出願日】2022-06-23

(85)【翻訳文提出日】2024-02-26

(86)【国際出願番号】 GB2022051618

(87)【国際公開番号】W WO2022269276

(87)【国際公開日】2022-12-29

(31)【優先権主張番号】2109100.4

(32)【優先日】2021-06-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】511220821

【氏名又は名称】ザ・ユニヴァーシティ・オヴ・シェフィールド

(74)【代理人】

【識別番号】110000578

【氏名又は名称】名古屋国際弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】ワイルド ジェームズ エム．

(72)【発明者】

【氏名】ラオ マッドウェシャ ラマ

【テーマコード（参考）】

4C096

【Ｆターム（参考）】

4C096AA15

4C096AD10

4C096CC05

4C096CC18

4C096CC31

4C096CC37

(57)【要約】

同時二重核磁気共鳴直交送受信を行う受動フィルタ回路は、入力に、第１原子核のラーモア周波数において第１極性の直交位相シフトと、第２原子核のラーモア周波数において第１極性と反対の第２極性の直交位相差とを印加するように構成される。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

同時二重核磁気共鳴直交送受信を行う受動フィルタ回路であって、入力に、第１原子核のラーモア周波数において第１極性の直交位相シフトと、第２原子核のラーモア周波数において前記第１極性と反対の第２極性の直交位相差とを印加するように構成される、受動フィルタ回路。

【請求項2】

少なくとも二次フィルタを備える、請求項１に記載の受動フィルタ回路。

【請求項3】

複数のカスケードフィルタモジュールを備える、先行する請求項のいずれか１項に記載の受動フィルタ回路。

【請求項4】

各カスケードフィルタモジュールは同じである、請求項３に記載の受動フィルタ回路。

【請求項5】

各カスケードフィルタモジュールは、前記受動フィルタ回路全体にわたって合計した結果、前記第１原子核のラーモア周波数で第１極性の直交位相変化を有し、前記第２原子核のラーモア周波数で前記第１極性とは反対の前記第２極性の直交位相変化を有する出力となる相対位相変化を与えるように構成される、請求項３または４に記載の受動フィルタ回路。

【請求項6】

各モジュールは少なくとも二次フィルタを備える、請求項５に記載の受動フィルタ回路。

【請求項7】

各モジュールは、
第１位相シフトを第１の向きに、前記第１原子核のラーモア周波数で、前記第１原子核のラーモア周波数に比例して印加するとともに、第２位相シフトを前記第１の向きに、前記第２原子核のラーモア周波数で、前記第２原子核のラーモア周波数に比例して印加するように構成される回路構成と、
前記第１原子核のラーモア周波数での前記第１位相シフトと前記第２原子核のラーモア周波数での前記第２位相シフトとの間のオフセットを印加することによって、前記オフセット後に前記第１位相シフトと前記第２位相シフトとの間の位相差を生成するように構成される回路構成であって、前記位相差は前記出力を供給するために使用される回路構成と、を備え、
前記出力は、前記第１原子核のラーモア周波数での第１極性の直交位相変化と、前記第２原子核のラーモア周波数での前記第１極性とは反対の前記第２極性の直交位相変化とを有する、請求項５または６に記載の受動フィルタ回路。

【請求項8】

前記第１原子核のラーモア周波数での前記第１位相シフトと前記第２原子核のラーモア周波数での前記第２位相シフトとの間の前記オフセットは、前記オフセット後に前記第１位相シフトと前記第２位相シフトとの間の位相差を生成し、前記位相差に全体の個数を乗じて、最終的な９０°位相差を得ることができる、請求項４に記載の受動フィルタ回路。

【請求項9】

第１原子核及び第２原子核の様々な組み合わせに対して、複数のカスケードフィルタモジュールの個数の変更を制御するように、かつ／または、前記複数のカスケードフィルタモジュールの要素値の変更を制御するように構成される、請求項３から８のいずれか１項に記載の受動フィルタ回路。

【請求項10】

３つのカスケードフィルタモジュールが存在し、各フィルタモジュールは、^１Ｈ原子核のラーモア周波数では＋９０度の相対位相変化を導入し、^１２９Ｘｅ原子核のラーモア周波数では－３０度の相対位相変化を導入する、請求項３から９のいずれか１項に記載の受動フィルタ回路。

【請求項11】

各モジュールは、
前記^１Ｈ原子核のラーモア周波数では－９０°の位相シフトを印加し、前記^１２９Ｘｅ原子核ラーモア周波数ではほぼ－２５°の位相シフトを印加するように構成される回路構成と、
前記^１Ｈ原子核のラーモア周波数と比較して、前記^１２９Ｘｅ原子核ラーモア周波数ではほぼ－５°の位相シフトのオフセットを印加するように構成される回路構成とを備えている、請求項１０に記載の受動フィルタ回路。

【請求項12】

同時二重核磁気共鳴を行う装置であって、
先行する請求項のいずれか１項に記載の１つ以上の受動フィルタ回路であって、第１原子核のラーモア周波数では第１極性の直交位相差を有する第１出力信号を供給し、第２原子核のラーモア周波数では前記第１極性と反対の第２極性の直交位相差を有する第２出力信号を供給するように構成される受動フィルタ回路を備える、装置。

【請求項13】

第１出力信号を第１受動フィルタ回路に供給し、第２出力信号を第２受動フィルタ回路に供給するように構成される直角位相ハイブリッド回路であって、前記第１出力信号及び前記第２出力信号は前記第１原子核のラーモア周波数と前記第２原子核のラーモア周波数の両方において直交位相差を有し、前記第１及び第２受動フィルタ回路のうちの一方は請求項１から１１のいずれか１項に記載の回路である、直角位相ハイブリッド回路を備える、
または、
第１出力信号と第２出力信号を供給するように構成される直角位相ハイブリッド回路であって、前記第１出力信号及び前記第２出力信号は前記第１原子核のラーモア周波数と前記第２原子核のラーモア周波数では極性が反対の直交位相差を有し、前記直角位相ハイブリッド回路は、第１出力と第２出力との間に接続されて前記１出力信号と前記第２出力信号を供給する少なくとも１つの受動フィルタ回路を含む、請求項１から１１のいずれか１項に記載の複数の受動フィルタ回路を備える、直角位相ハイブリッド回路を備える、請求項１２に記載の装置。

【請求項14】

同時二重核磁気共鳴のための送信器として、及び／または同時二重核磁気共鳴のための受信器として構成される、請求項１２または１３に記載の装置。

【請求項15】

請求項１２，１３，または１４のいずれか１項に記載の偏波装置としての装置であって、
第１磁場の生成を行う前記第１原子核のラーモア周波数での前記第１極性の前記直交位相差を有する前記第１出力信号と、第２磁場の生成を行う前記第２原子核のラーモア周波数での前記第１極性とは反対の前記第２極性の前記直交位相差を有する前記第２出力信号とに連結される第１コイル構成を備え、
前記第１磁場と前記第２磁場のうちの一方は右回り円偏波であり、前記第１磁場と前記第２磁場のうちのもう一方は左回り円偏波である、装置。

【請求項16】

前記第１コイル構成は、人間の適用対象が装着するジャケットとして構成される、請求項１５に記載の装置。

【請求項17】

前記第１コイル構成は、前記第１出力信号に連結されて前記第１磁場を生成する第１コイルを備えるとともに、前記第２出力信号に連結されて前記第２磁場を生成する第２コイルを備え、使用時には、前記第１磁場は第１方向にほぼ向いており、前記第２磁場は前記第１方向に直交する第２方向にほぼ向いている、請求項１５または１６に記載の装置。

【請求項18】

前記第１原子核と前記第２原子核に対して同時二重核磁気共鳴を行うシステムであって、請求項１から１１のいずれか１項に記載の受動フィルタ回路、及び／または、請求項１２，１３，１４，または１５のいずれか１項に記載の装置を備え、前記第１原子核と前記第２原子核は磁気回転比の極性が反対である、システム。

【請求項19】

前記システムは、前記第１原子核と前記第２原子核とに対して、時分割スイッチングを用いずに同時二重核磁気共鳴を行うように構成される、請求項１８に記載のシステム。

【請求項20】

前記第１原子核は^１Ｈであり、前記第２原子核は超偏極^１２９Ｘｅであり、前記システムは前記超偏極^１２９Ｘｅを生成する超偏極装置を備える、請求項１８または１９に記載のシステム。

【請求項21】

核磁気共鳴分光術、核磁気共鳴撮像術、または核磁気共鳴顕微鏡検査術を行うように構成される、請求項１８から２０のいずれか１項に記載のシステム。

【請求項22】

核磁気共鳴分光術、核磁気共鳴撮像術、または核磁気共鳴顕微鏡検査術を実行する方法であって、請求項１から１１のいずれか１項に記載の受動フィルタ回路、または請求項１２から１７のいずれか１項に記載の装置、または請求項１８から２１のいずれか１項に記載のシステムを使用する方法であり、前記受動フィルタ回路は極性が反対の円偏波核スピンの同時生成及び／または検波を可能にする、方法。

【請求項23】

第１原子核及び第２原子核において極性が反対の円偏波核スピンの同時生成を用いて、及び／または、第１原子核及び第２原子核において極性が反対の円偏波核スピンの同時検波を用いて、核磁気共鳴分光術、核磁気共鳴撮像術、または核磁気共鳴顕微鏡検査術を実行する方法。

【請求項24】

適用対象に対して二重核磁気共鳴直交送受信を行う受動構造ジャケットであって、第１原子核のラーモア周波数において第１円偏波を有する第１磁場を生成・検波するとともに、第１原子核のラーモア周波数において第２円偏波を有する第２磁場を生成・検波するように構成される回路構成を備え、前記適用対象において、前記第１円偏波は前記第２偏波とは反対である、受動構造ジャケット。

【請求項25】

横磁場の第１成分を生成する少なくとも第１コイル対及び前記横磁場の第２成分を生成する少なくとも第２コイル対と、前記第１コイル対の位置合わせ及び／または前記第２コイル対の位置合わせを較正する手段とを備える、
及び／または、
第１原子核のラーモア周波数での第１極性の直交位相シフトと、第２原子核のラーモア周波数での前記第１極性と反対の第２極性の直交位相差とを入力に印加して、前記第１円偏波を前記第２円偏波とは反対になるように制御するように構成される受動フィルタ回路を備える、請求項２４に記載の受動構造ジャケット。

【請求項26】

核磁気共鳴分光術、核磁気共鳴撮像術、または核磁気共鳴顕微鏡検査術を実行する方法であって、第１原子核及び第２原子核において極性が反対の円偏波核スピンの同時生成を用いる方法であって、前記第１原子核の核スピンは前記第１原子核のラーモア周波数において第１極性の直交位相差を有し、前記第２原子核の核スピンは前記第２原子核のラーモア周波数において前記第１極性とは反対の第２極性の直交位相差を有し、かつ／または、第１原子核及び第２原子核において極性が反対の円偏波核スピンの同時検波を用いる方法であって、前記第１原子核の核スピンは前記第１原子核のラーモア周波数において第１極性の直交位相差を有し、前記第２原子核の核スピンは前記第２原子核のラーモア周波数において前記第１極性とは反対の第２極性の直交位相差を有する、方法。

【請求項27】

適用対象に対して二重核磁気共鳴直交送受信を行う受動構造ジャケットであって、第１原子核のラーモア周波数において第１円偏波を有する第１磁場を生成・検波するとともに、第１原子核のラーモア周波数において第２円偏波を有する第２磁場を生成・検波するように構成される回路構成を備え、前記第１円偏波は第１の回転の向きを有し、前記第１の回転の向きは前記適用対象において、前記第２偏波の第２の回転の向きとは反対である、受動構造ジャケット。

【発明の詳細な説明】

【発明の詳細な説明】

【0001】

［技術分野］
本開示の各実施形態は核磁気共鳴（ｎｕｃｌｅａｒ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：ＮＭＲ）に関する。
［背景技術］
ＮＭＲ装置は、ラーモア周波数において縦方向の静磁場（Ｂ_０）と横方向の振動磁場（Ｂ_１）を与える。Ｂ_１磁場はＢ_０磁場と直交し、ラーモア周波数で共鳴する無線周波（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：ＲＦ）コイルを用いて発生される。ラーモア周波数は、対象となる原子核の磁気回転比と静磁場（Ｂ_０）の強度とによって決まる。対象となる原子核の磁気回転比の極性（符号）は、Ｂ_１磁場の回転の必要な角度方向（Ｂ_１磁場の円偏波の座標系の左右）を決定する。円偏波の必要な座標系の左右は磁気回転比の極性とともに変化する。

【0002】

外部の静磁場（Ｂ_０）の影響下では、正の磁気回転比を有する原子核と負の磁気回転比を有する原子核とにおいて、核スピンの角運動量は互いに反対方向に整列する。そのため、磁気回転比が正と負の原子核に対して二重周波ＮＭＲを適用した場合、必要な振動磁場（Ｂ_１）の円偏波は互いに反対になる。直交励起／検波を行う際に、正の磁気回転比を有する原子核には時計回りの円偏波が必要である場合、負の磁気回転比を有する原子核には反時計回りの円偏波が必要である。
［発明の概要］
必ずしも全てではないが、種々の実施形態によれば、添付請求項に記載されているような実施例が提供されている。

【0003】

必ずしも全てではないが、種々の実施形態によれば、同時二重核磁気共鳴直交送受信を行う受動フィルタ回路が提供されており、本回路は、入力に、第１原子核のラーモア周波数において第１極性の直交位相シフト（位相差）と、第２原子核のラーモア周波数において第１極性と反対の第２極性の直交位相差とを印加するように構成される。

【図面の簡単な説明】

【0004】

以下、いくつかの実施例を添付図面を参照して説明する。

【図1A】図１Ａは同相信号を示している。

【図1B】図１Ｂは同相信号からの直交位相オフセットが＋９０°（－２７０°）である直交信号と、同相信号からの直交位相オフセットが－９０°である直交信号とを示している。

【図2】図２は、複数のカスケードフィルタモジュールを備える受動フィルタ回路を示している。

【図3】図３はフィルタモジュールの一例を図示している。

【図4A】図４Ａは３つのカスケードフィルタモジュールを備える^１Ｈ及び^１２９Ｘｅの受動フィルタ回路を図示している。

【図4B】図４Ｂは図４Ａのフィルタモジュールの一例を図示している。

【図5A】図５Ａはフィルタモジュールが引き起こした位相変化を図示している。

【図5B】図５Ｂは受動カスケードフィルタ回路によって生じた位相変化を図示している。

【図6】図６はフィルタモジュールの一例を図示している。

【図7A】図７Ａは、フィルタモジュールのＳ－パラメータＳ１１及びＳ２１の大きさを図示している。

【図7B】図７Ｂは、フィルタモジュールのＳ－パラメータＳ１１及びＳ２１の位相を図示している。

【図8】図８はフィルタモジュールの他の例を図示している。

【図9】図９は同時二重核磁気共鳴直交送受信を行う装置の一例を図示している。

【図10A】図１０Ａは標準的な広帯域ハイブリッド回路を用いた装置の実施例を図示している。

【図10B】図１０Ｂは、受動フィルタ回路のネットワークが二重モード直角位相ハイブリッド回路を設けるように構成される装置の代表的な実施例を図示している。

【図11】図１１は核磁気共鳴（ＮＭＲ）システムの一例を図示している。

【図12】図１２は核磁気共鳴（ＮＭＲ）システムの一例を図示している。

【図13】図１３は核磁気共鳴（ＮＭＲ）システムの一例を図示している。

【図14】図１４は核磁気共鳴（ＮＭＲ）システムの一例を図示している。

【図15】図１５は、核磁気共鳴（ＮＭＲ）システムを使用するキセノンの超偏極装置の一例を図示している。

【図16A】図１６Ａは、第１及び第２原子核のラーモア周波数における、所望の相対位相オフセットを得るための複数の変化に対する位相変化を図示している。

【図16B】図１６Ｂは、第１及び第２原子核のラーモア周波数における、所望の相対位相オフセットを得るための複数の変化に対する位相変化を図示している。

【発明を実施するための形態】

【0005】

［発明の詳細な説明］
以下の実施例において、極性が反対の磁気回転比を有する２つの原子核に対する同時二重核磁気共鳴を、原子核の歳差運動を行っているスピン磁化ベクトルの横成分に同時に同調させることによって実現する。スピン磁化ベクトルは、２つの原子核に対して、異なるラーモア周波数で、異なる方向（極性）で歳差運動を行う。歳差運動するスピン磁化ベクトルの横成分は、横断面内における回転フェーザである。フェーザは、２つの原子核に対して、異なるラーモア周波数で、異なる方向で回転する。

【0006】

同調を所望するように実現するために、ＮＭＲシステムは、第１原子核のための第１横磁場と、第２原子核のための第２横磁場を送受信する。第１横磁場は、第１原子核の歳差運動するスピン磁化ベクトルの横成分に整合するラーモア周波数及び回転方向を有する、横断面内における回転フェーザである。第２横磁場は、第２原子核の歳差運動するスピン磁化ベクトルの横成分に整合するラーモア周波数及び回転方向を有し、第１横磁場の回転方向とは反対である、横断面内における回転フェーザである。

【0007】

直交位相の動作は横断面内の回転フェーザと関連する。回転フェーザは、ある一方向の同相信号と、互いに直交する別の方向の直交信号とによって表すことができる。直交信号が同相信号から＋９０°の直交位相オフセットを有する場合、フェーザはある一方向に回転し、直交信号が同相信号から－９０°の直交位相オフセットを有する場合、フェーザは反対方向に回転する。

【0008】

図１Ａは同相信号を図示している。図２Ａは、同相信号からの直交位相オフセットが＋９０°（－２７０°）である直交信号と、同相信号からの直交位相オフセットが－９０°である直交信号とを示している。

【0009】

本目的は、第１原子核のラーモア周波数において第１極性の直交位相シフトを実現し、かつ、第２原子核のラーモア周波数において第１極性と反対の第２極性の直交位相差を実現することである。

【0010】

これは送信及び／または受信時に実現することができる。

【0011】

以下の説明は、入力に、第１原子核のラーモア周波数において第１極性の直交位相シフトと、第２原子核のラーモア周波数において第１極性と反対の第２極性の直交位相差とを印加するように構成される、同時二重核磁気共鳴直交送受信を行う受動フィルタ回路１０に関するものである。

【0012】

入力は、次の送信のための入力であることも、受信した入力であることもあり得る。

【0013】

受動フィルタ回路１０は、例えば二次フィルタまたは高次フィルタとして構築可能である。例えば、ゼロを２つ有する二次フィルタや、ゼロを３つ有する三次フィルタである。

【0014】

二次フィルタは、例えば、第１原子核のラーモア周波数で第１共鳴を、第２原子核のラーモア周波数で第２共鳴を有し得る。第１及び第２共鳴は互いに分離していて別個のものである、つまり、１つの広帯域共鳴に含まれるものではない。必ずしも全てではないが、いくつかの例では、第１原子核のラーモア周波数と第２原子核のラーモア周波数において、存在し得る挿入損失はほぼ同様で低い。

【0015】

図２に示されているように、受動フィルタ回路１０は複数のカスケードフィルタモジュール２０を備え得る。複数のフィルタモジュール２０は直列に接続される。

【0016】

必ずしも全てではないが、いくつかの例では、カスケードフィルタモジュール２０は全て同じである。

【0017】

各カスケードフィルタモジュール２０は、受動フィルタ回路１０全体にわたって合計した結果、入力信号１１と比較すると、第１原子核のラーモア周波数で第１極性の直交位相変化を有し、第２原子核のラーモア周波数で第１極性とは反対の第２極性の直交位相変化を有する出力１４になる、相対位相変化を与えるように構成される。

【0018】

入力１２での入力信号１１は図１Ａに相当し、出力１４での出力信号１３は図１Ｂに相当する。

【0019】

図３はフィルタモジュール２０の一例を図示している。フィルタモジュール２０は、任意のインピーダンス整合ブロック２２と位相回転ブロック２４と位相オフセットブロック２６を備える。

【0020】

位相回転ブロック２４は、ある一定の時間遅延等に対して、第１位相シフトΔφ_１を第１の向きに、第１原子核のラーモア周波数で印加するように構成される回路構成を備える。第１位相シフトは第１原子核のラーモア周波数に比例する。

【0021】

位相回転ブロック２４は、上記と同じ時間遅延等に対して、第２位相シフトΔφ_２を第２の向きに、第２原子核のラーモア周波数で同時に印加するように構成される回路構成を備える。第２位相シフトΔφ_２は第２原子核のラーモア周波数に比例し、第１位相シフトと同じ極性を有する。

【0022】

したがって、Δφ_１／Δφ_２＝｜γ_１／γ_２｜である。ここでγ_１は第１原子核の磁気回転比であり、γ_２は第２原子核の磁気回転比である。したがって、Δφ_２＝Δφ_１／｜Ｒ｜である。ここで｜Ｒ｜＝｜γ_１／γ_２｜は、第１原子核の磁気回転比γ_１と第２原子核の磁気回転比γ_２の比の絶対値である。

【0023】

図示されている例において、第１位相シフト＋Ｘは第１原子核のラーモア周波数で印加され、第２位相シフト＋Ｘ／｜Ｒ｜は第２原子核のラーモア周波数で印加される。

【0024】

位相オフセットブロック２６は、第１原子核のラーモア周波数での第１位相シフトΔφ_１と第２原子核のラーモア周波数での第２位相シフトΔφ_２との間の相対位相オフセットθを印加することによって、オフセット後に第１位相シフトと第２位相シフトとの間の位相差βを生成するように構成される回路構成を備える。オフセット後の第２位相差がΔφ_２ ^＊ｂである場合、β＝Δφ_１－Δφ_２ ^＊ｂ＝Δφ_１（１－ｂ／｜Ｒ｜）である。

【0025】

位相差βをＮ個のカスケードフィルタモジュール全体にわたって合計することによって、第１原子核のラーモア周波数での第１極性の直交位相変化と、第２原子核のラーモア周波数での第１極性とは反対の第２極性の直交位相変化とを有する出力１４を供給する。

【0026】

よって、Ｎ個の相対位相差βの合計が１８０°の相対位相差になる。

【0027】

第１原子核のラーモア周波数での第１位相シフトΔφ_１と第２原子核のラーモア周波数での第２位相シフトΔφ_２との間のオフセットθは、オフセット後に第１位相シフトと第２位相シフトとの間の位相差βを生成し、この位相差βに全体の個数を乗じて、第１原子核のラーモア周波数での最終的な＋／－９０°位相差と、第２原子核のラーモア周波数での最終的な－／＋９０°位相差とを得ることができる。第２原子核のラーモア周波数での直交位相差は、第２原子核のラーモア周波数での直交位相差とは向きが反対である。

【0028】

受動フィルタ回路１０は、各フィルタモジュール２０が第１原子核のラーモア周波数での第１位相シフトΔφ_１と第２原子核のラーモア周波数での第２位相シフトΔφ_２との間の相対位相オフセットθを個別に有するように、かつ、カスケードフィルタモジュール２０の個数が第１原子核のラーモア周波数での第１極性の直交位相シフトと第２原子核のラーモア周波数での第１極性とは反対の第２極性の直交位相差とを生成するように設計可能である。

【0029】

磁気回転比の極性が反対である第１及び第２原子核の様々な組み合わせに対して同時二重核磁気共鳴を有することが所望される場合、受動フィルタ回路１０は、第１原子核のラーモア周波数での第１位相シフトΔφ_１と第２原子核のラーモア周波数での第２位相シフトΔφ_２との間の相対位相オフセットθを変化させるように設計することができる。いくつかの例では、受動フィルタ回路１０は、カスケードフィルタモジュール２０の個数を変化させるように設計することができる。つまり、カスケードフィルタモジュール２０をフィルタ回路１０に追加したり、フィルタ回路１０から取り去ったりすることができる。

【0030】

次に、特定の第１原子核が^１Ｈ、第２原子核が^１２９Ｘｅである具体例を説明する。ただし、受動フィルタ回路１０を用いて、他の第１及び第２原子核の組み合わせも同時探査可能であることを了解されよう。

【0031】

^１Ｈは磁気回転比が４２．５７であり、^１２９Ｘｅは磁気回転比が－１１．７７である。

【0032】

これらの磁気回転比は互いに極性が反対である。よって、静磁場Ｂ_０では、スピン磁化ベクトルは互いに反対方向に整列し、互いに反対の向きに歳差運動を行う。

【0033】

ラーモア周波数の比｜Ｒ｜（磁気回転比の比でもある）は３．６である。

【0034】

図４Ａに示されているように、^１Ｈ及び^１２９Ｘｅに対する受動フィルタ回路１０は、３つのカスケードフィルタモジュール２０を備え得る。ここでカスケードフィルタモジュール２０は全て同一である。

【0035】

各カスケードフィルタモジュール２０は、図５Ａに示されているように、^１Ｈのラーモア周波数では－９０°の位相変化を、^１２９Ｘｅのラーモア周波数では－３０°の位相変化を与えるように構成される。３つのカスケードフィルタモジュール２０が組み合わされて、図５Ｂに示されているように、^１Ｈのラーモア周波数では－２７０°の位相変化（＋９０°の位相変化と等価である）を、^１２９Ｘｅのラーモア周波数では＋９０°の位相変化を与える。よって、３つのカスケードフィルタモジュール２０は組み合わされて、^１Ｈのラーモア周波数では第１極性の直交位相変化を、^１２９Ｘｅのラーモア周波数では第１極性とは反対の第２極性の直交位相変化を与える。

【0036】

図４Ｂは^１Ｈ及び^１２９Ｘｅに対するフィルタモジュール２０の一例を図示している。フィルタモジュール２０は、任意のインピーダンス整合ブロック２２と位相回転ブロック２４と位相オフセットブロック２６とを備える。

【0037】

位相回転ブロック２４は、－９０°の第１位相シフトを第１の向きに、^１Ｈのラーモア周波数で与えるように構成される回路構成を備える。第１位相シフトは^１Ｈのラーモア周波数に比例する。

【0038】

位相回転ブロック２４は、－２５°の第２位相シフトを第１の向きに、^１２９Ｘｅのラーモア周波数で同時に印加するように構成される回路構成を備える。－２５°の第２位相シフトは^１２９Ｘｅのラーモア周波数に比例し、第１位相シフトと同じ極性を有する。

【0039】

位相シフトの比－９０°／－２５°は比｜Ｒ｜＝｜γ_１／γ_２｜＝３．６と同じであり、ここでγ_１は^１Ｈの磁気回転比であり、γ_２は^１２９Ｘｅの磁気回転比である。^１Ｈのラーモア周波数では－９０°の第１位相シフトを印加し、^１２９Ｘｅのラーモア周波数では－９０°／３．６＝－２５°の第２位相シフトを印加する。

【0040】

位相オフセットブロック２６は、^１Ｈのラーモア周波数での－９０°の第１位相シフトと^１２９Ｘｅのラーモア周波数での－２５°の第２位相シフトとの間の相対位相オフセットθを印加することによって、オフセット後に第１位相シフトと第２位相シフトとの間の位相差βを生成するように構成される回路構成を備える。図５Ａに示されているように、オフセット後の第２位相差は－３０°であり、位相差βは６０°である。

【0041】

位相差（６０°）を３つのカスケードフィルタモジュールにわたって合計することによって、図５Ｂに示されているように、^１Ｈのラーモア周波数で第１極性の直交位相変化（＋９０）を有し、^１２９Ｘｅのラーモア周波数で第１極性とは反対の第２極性の直交位相変化（－９０）を有する出力１４を供給する。

【0042】

本例において、位相回転ブロック２４の回路構成は、^１Ｈ原子核のラーモア周波数では－９０°の位相シフトを、^１２９Ｘｅ原子核のラーモア周波数ではほぼ－２５°の位相シフトを印加するように構成され、オフセットブロック２６の回路構成は、^１２９Ｘｅ原子核のラーモア周波数では^１Ｈ原子核のラーモア周波数と比較してほぼ－５°の位相シフトのオフセットを印加するように構成される。

【0043】

図６はフィルタモジュール２０の一例を図示している。フィルタモジュール２０はゼロを２つ有する二次フィルタである。

【0044】

図７Ａは、図６に示されているフィルタモジュール２０のＳ－パラメータＳ１１及びＳ２１の大きさを図示している。図７Ｂは、図６に示されているフィルタモジュール２０のＳ－パラメータＳ１２の偏角（位相）を図示している。両図において、標識ｍ１は^１２９Ｘｅのラーモア周波数である１７．６５ＭＨｚにおけるものであり、標識ｍ２は^１Ｈのラーモア周波数である６３．８６ＭＨｚにおけるものである。

【0045】

フィルタモジュール２０は二次フィルタモジュールであり、第１原子核のラーモア周波数で第１共鳴を、第２原子核のラーモア周波数で第２共鳴を有する。第１及び第２共鳴は互いに分離していて別個のものである、つまり、単一の広帯域共鳴に含まれるものではない。図示されている例において、図７ＡのグラフＳ１１は２つの狭通過帯域を有しており、１つは^１Ｈのラーモア周波数（ｍ２）におけるもの、１つは^１２９Ｘｅのラーモア周波数（ｍ１）におけるものである。

【0046】

第１原子核のラーモア周波数と第２原子核のラーモア周波数において、存在し得る挿入損失はほぼ同様で低い。

【0047】

図７Ｂは、図６に示されているフィルタモジュール２０のＳ－パラメータＳ１２の位相を図示している。図示されている例において、グラフＳ１１は、^１Ｈのラーモア周波数（ｍ２）においてほぼ－９０°の位相差を、^１２９Ｘｅのラーモア周波数（ｍ１）においてほぼ－３０°の位相差を有する。

【0048】

フィルタモジュール２０は、それぞれのポートからキャパシタＣ１，Ｃ２を介して接地（アース）につながる２つの並列経路を備える。ＬＣネットワークはこれらのポートの間に接続される。ＬＣネットワークは、並列ＬＣ回路に直列接続された１つ以上のインダクタ（Ｌ１，Ｌ２）を備える。並列ＬＣ回路は、インダクタＬ３と、並列接続されたキャパシタＣ３とを備える。２つの接地経路を分離するＬＣネットワークは、２つの共鳴（２つのゼロ）の分離を行う。共鳴と位相差との同調は、構成要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の適正値を選定することによって得られる。

【0049】

必ずしも全ての例ではないが、図示されている例において、ＬＣネットワークは、直列接続されたインダクタＬ１、並列ＬＣ回路、及びインダクタＬ２を対称に備えた状態である。しかし、他の例では、インダクタＬ１，Ｌ２を１つのインダクタとして連結可能であり、この場合インダクタのうちの１つのみが連結した値を有する状態で使用される。インダクタの対称配置は必須ではない。

【0050】

必ずしも全ての例ではないが、図示されている例において、キャパシタＣ１，Ｃ２は対称であり、同一の値を有する。

【0051】

図示されている例において、図７Ａ及び図７Ｂに示されている反射Ｓ－パラメータ（Ｓ１１）及び転移Ｓ－パラメータ（Ｓ１２）の各特性は、Ｌ１，Ｌ２では８９ｎＨを、Ｃ１，Ｃ２では４９ｐＦを、Ｌ３では４６ｎＨを、Ｃ３では２５２ｐＦの各値を用いることによって得られる。これにより、この特定の静磁場Ｂ_０の場合、６３．８６ＭＨｚである^１Ｈのラーモア周波数（ｍ２）において共鳴が起こり、１７．６５ＭＨｚである^１２９Ｘｅのラーモア周波数（ｍ１）において共鳴が起こる。

【0052】

回路が単純であるのは、第１原子核の位相Δφ_１（^１Ｈのラーモア周波数では－９０°）と第２原子核の位相Δφ_２（^１２９Ｘｅのラーモア周波数では－３０°）とに対して、Ｃ１及びＣ２に必要なキャパシタ値が同じであるため、インピーダンス整合のために必要となる追加要素がないということに起因する。この理由は以下の関係による。

【0053】

【数1】

【0054】

ここで、Ｎはカスケードブロックの個数である。

【0055】

いくつかの例において、例えば要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の各値は可変であってもよく、これにより、フィルタモジュール２０を異なる値の静磁場Ｂ_０に対して動作するように適用することができる。同じ回路配置を利用することができ、構成要素の値を比例させて変化させるために提供される手段が存在する。

【0056】

いくつかの例において、例えば要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の各値は可変であってもよく、これにより、フィルタモジュール２０を様々な第１及び第２原子核の組み合わせに対して動作するように適用することができる。

【0057】

インダクタＬ１とキャパシタＣ２の組み合わせとインダクタＬ２とキャパシタＣ１の組み合わせによって位相回転ブロック２４が与えられ、インダクタＬ３とキャパシタＣ３の組み合わせによって位相オフセットブロック２６が与えられる。

【0058】

図６のフィルタモジュール２０はローパスπネットワークである。フィルタモジュール２０は、図８に示されているようなハイパスπネットワーク、ローパスＴネットワーク、ハイパスＴネットワーク等といった他の回路を用いて構築することもできる。

【0059】

図９は同時二重核磁気共鳴直交送受信を行う装置１００の一例を図示している。上記で説明したように、装置１００は１つ以上の受動フィルタ回路１０を備える。

【0060】

装置１００は、第１原子核のラーモア周波数において第１極性の直交位相差を有する第１出力１１２_１，１１２_２を供給し、同時に、第２原子核のラーモア周波数において第１極性と反対の第２極性の直交位相差を与えるように構成される。

【0061】

図示されている例において、第１原子核は^１Ｈ、第２原子核は^１２９Ｘｅである。第１出力１１２_１，１１２_２は、同相と比較して、第１原子核のラーモア周波数での第１極性の直交位相差を有する第１出力信号１３_１と、第２原子核のラーモア周波数での第１極性と反対の第２極性の直交位相差を有する第２出力信号１３_２とを供給する。ただし、装置１００は、磁気回転比の極性が反対である原子核の様々な組み合わせで動作可能である。

【0062】

装置１００は第１出力１１２_１，１１２_２を供給するように構成され、ここで、第１出力１１２_１，１１２_２の間には、^１Ｈのラーモア周波数では＋９０°（－２７０°）で、^１２９Ｘｅのラーモア周波数では－９０°（反対の極性）である直交位相差がある。

【0063】

装置１００は、出力１１２_１，１１２_２において、ＲＦ電力を同相（０°）ＲＦ電力と４位相（＋／－９０°）ＲＦ電力に分割する直角位相ハイブリッドカプラとして動作する。

【0064】

装置１００は、出力１１２_１，１１２_２を介して直交偏波または円偏波したＲＦコイル構成２０４に連結して、円偏波が互いに反対の横磁場を生成することができる。

【0065】

図１０Ａは、標準的／代表的な広帯域または多帯域ハイブリッドカプラと併せて使用される装置１０の実施例を図示している。

【0066】

本例において、広帯域または多帯域ハイブリッドカプラ１０２への入力は、ポート３において同相出力に、ポート２において直交位相出力に変換される。これは標準的な広帯域または多帯域ハイブリッドカプラであり、第１原子核のラーモア周波数（例えば^１Ｈ）と第２原子核のラーモア周波数（例えば^１２９Ｘｅ）とにおいて、同じ直交位相差を生成する。

【0067】

ポート３からの同相出力は、従来の広帯域位相シフタ１０４を通って第２出力１１２_２へと進む。第１原子核のラーモア周波数（例えば^１Ｈ）と第２原子核のラーモア周波数（例えば^１２９Ｘｅ）とでは、同じ直交位相差が加えられる。

【0068】

ポート２からの直交位相出力は、受動フィルタ回路１０を通って第１出力１１２_１へと進む。第１原子核のラーモア周波数（例えば^１Ｈ）と第２原子核のラーモア周波数（例えば^１２９Ｘｅ）とでは、異なる直交位相差が加えられる。異なる直交位相シフトは、第１原子核のラーモア周波数での第１極性の直交位相シフトと、第２原子核のラーモア周波数での第１極性と反対の第２極性の直交位相シフトである。

【0069】

受動フィルタ回路１０及び従来の広帯域位相シフタ１０４のそれぞれの出力ポート１１２_１及び１１２_２は、第１原子核のラーモア周波数での第１極性の直交位相シフトを有する差分第１出力信号１３_１と、第２原子核のラーモア周波数での第１極性と反対の第２極性の直交位相差を有する差分第２出力信号１３_２とを生成する。

【0070】

図１０Ｂは装置１００の実施例を図示している。受動フィルタ回路１０のネットワークは、二重モード直角位相ハイブリッド回路１１０を設けるように構成される。

【0071】

本例において、ポート１における二重モード直角位相ハイブリッド回路１１０への入力は、ポート３において同相出力（第２出力１１２_２）に、ポート２において直交位相出力（第１出力１１２_１）に変換される。二重モード直角位相ハイブリッド回路１１０のポート２とポート３との間の出力は、第１原子核のラーモア周波数での第１極性の直交位相シフトを有する第１出力信号１３_１と、第２原子核のラーモア周波数での第１極性と反対の第２極性の直交位相差を有する第２出力信号１３_２とを供給する。

【0072】

二重モード直角位相ハイブリッド回路１１０は、上述したように第１出力１１２_１と第２出力１１２_２との間に接続される少なくとも１つの受動フィルタ回路１０等の複数の受動フィルタ回路１０を備える。

【0073】

図１０Ｂに示されている二重モード直角位相ハイブリッド回路１１０の例は、ポート１とポート２との間に接続される受動フィルタ回路１０、ポート２とポート３との間に接続される受動フィルタ回路１０、ポート３とポート４との間に接続される受動フィルタ回路１０、及びポート４とポート１との間に接続される受動フィルタ回路１０を有している。しかし、これらの受動フィルタ１０の特性インピーダンスは、代表的なハイブリッドカプラの設計に応じて変化する。

【0074】

各受動フィルタ回路１０は、第１原子核のラーモア周波数（例えば^１Ｈ）と第２原子核のラーモア周波数（例えば^１２９Ｘｅ）とにおいて、異なる直交位相差を加える。異なる直交位相シフトとは、第１原子核のラーモア周波数での第１極性の直交位相シフトと、第２原子核のラーモア周波数での第１極性と反対の第２極性の直交位相差である。

【0075】

図１１は核磁気共鳴（ＮＭＲ）システム２００の一例を図示している。磁石２０２は、方向ｚの縦磁場Ｂｏを与える。無線周波コイル２０４は、ｚに直交するｘ－ｙ面内に横磁場Ｂ_１を与える。

【0076】

同時二重核磁気共鳴直交送受信を行う装置１００を用いて、無線周波コイル２０４を介する無線周波電力の送信を行い、また、無線周波コイル２０４を介する無線周波電力の受信も行う。図１２は、無線周波コイル構成２０４に連結される装置１００の一例を図示している。必ずしも全ての例ではないが、本例において、装置１００は、１つ以上のバランを介して無線周波コイル２０４に接続する。バラン１３０は、装置１００からの入力信号１３_１，１３_２に相当する差分出力信号を生成する。

【0077】

装置１００は、第１原子核のラーモア周波数において第１極性の直交位相差を有する第１出力信号１３_１を供給し、第２原子核のラーモア周波数において第１極性と反対の第２極性の直交位相差を有する第２出力信号１３_２を供給するように構成される。

【0078】

送信中、第１出力信号１３_１は、ＲＦコイル２０４を介して、第１原子核のスピン磁化ベクトルと結合する第１円偏波磁場を生成し、第２出力信号１３_２は、同じまたは異なるＲＦコイル２０４を介して、第２原子核のスピン磁化ベクトルと結合する第２円偏波磁場を生成する。第１及び第２磁場の円偏波は座標系の左右（角度方向）が反対である。つまり片方は左回り円偏波、もう片方は右回り円偏波である。

【0079】

受信中、第１出力信号１３_１は、ＲＦコイル２０４を介して、第１原子核のスピン磁化ベクトルと結合する第１円偏波磁場を検波し、第２出力信号１３_２は、同じまたは異なるＲＦコイル２０４を介して、第２原子核のスピン磁化ベクトルと結合する第２円偏波磁場を検波する。第１及び第２磁場の円偏波は座標系の左右（角度方向）が反対である。つまり片方は左回り円偏波、もう片方は右回り円偏波である。

【0080】

システム２００は、同時二重核磁気共鳴のための送信器として、及び／または同時二重核磁気共鳴直交送受信のための受信器として構成される。

【0081】

必ずしも全ての例ではないが、本例において、第１及び第２磁場の両方を生成するのに同じ無線周波コイル２０４を使用する。他の例では、第１及び第２磁場の両方を生成するために異なる無線周波コイル２０４を使用可能である。

【0082】

システム２００は、第１磁場の生成を行う第１原子核のラーモア周波数での第１極性の直交位相差を有し、第２磁場の生成を行う第２原子核のラーモア周波数での第１極性とは反対の第２極性の直交位相差を有する、出力１１２_１，１１２_２に連結される第１コイル構成２０４を備える。ここで、第１磁場と第２磁場のうちの一方は右回り円偏波であり、第１磁場と第２磁場のうちのもう一方は左回り円偏波である。

【0083】

システム２００は、第１原子核と第２原子核とに対して同時二重核磁気共鳴を行うが、ここで第１原子核と第２原子核は極性が反対の磁気回転比を有する。システム２００は受動フィルタ回路１０及び／または装置１００を備え得る。システム２００は、第１原子核と第２原子核とに対して、時分割スイッチングを用いずに同時二重核磁気共鳴を行うように構成される。

【0084】

図１３は、図１２に図示されているものと類似したシステム２００である。図１２において、ＲＦコイル構成２０４は円偏波構成であり、ここでは第１原子核と第２原子核の両方に対して単独のバードケージコイルが用いられる。しかし、図１３では、ＲＦコイル構成２０４は直交コイル構成であり、ここでは横磁場の直交成分を発生させるのに別々のＲＦコイルが用いられる。したがって、カプラ２０６からの出力は異なるコイル２０４_ｉに結合する。

【0085】

カプラ２０６は、広帯域または多帯域１８０度電力分割器（ラットレースカプラまたはウィルキンソン分配器として知られていることもある）であってもよい。

【0086】

コイル対２０４_１，２０４_３は適用対象の互いに反対側に配置される。コイル対２０４_２，２０４_４は適用対象の互いに反対側に配置される。コイル対２０４_１－２０４_２，２０４_２－２０４_３，２０４_３－２０４_４，及び２０４_４－２０４_１は横磁場の直交成分を生成する。

【0087】

コイル２０４_１，２０４_２，２０４_３，２０４_４は第１原子核（例えば^１Ｈ）のラーモア周波数において、直交している横磁場成分を生成し、第１円偏波を有する第１磁場を生成する。コイル２０４_１，２０４_２，２０４_３，２０４_４の間の位相差は、第１原子核のラーモア周波数（例えば^１Ｈ）では－９０°ずつ変化する。

【0088】

コイル２０４_１，２０４_２，２０４_３，２０４_４は第２原子核（例えば^１２９Ｘｅ）のラーモア周波数において、直交している横磁場成分を生成し、第２円偏波を有する第２磁場を生成する。コイル２０４_１，２０４_２，２０４_３，２０４_４の間の位相差は、第２原子核のラーモア周波数（例えば^１２９Ｘｅ）では＋９０°ずつ変化する。第１偏波と第２偏波は、適用対象において座標系の左右（角度方向）が反対である。

【0089】

出力信号１３_１，１３_２は出力１１２_１，１１２_２を用いて規定可能である。第１出力信号１３_１は、第１原子核のラーモア周波数（例えば^１Ｈ）では＋９０°の位相差を与える。第２出力信号１３_２は、第１原子核のラーモア周波数（例えば^１Ｈ）では－９０°の位相差を与える。

【0090】

出力１１２_１からの信号は、電力分割器／ラットレースカプラ２０６によって分配されて、コイル２０４_１につながる同相信号とコイル２０４_３につながる逆位相信号になる。

【0091】

出力１１２_２からの信号は、電力分割器／ラットレースカプラ２０６によって分配されて、コイル２０４_２につながる同相信号とコイル２０４_４につながる逆位相信号になる。

【0092】

図１３に示されているシステム２００は、適用対象に装着され、ジャケットデザインとして適用対象に人間工学的にフィットする、装着型システム二重同調直交送受信器アレイコイルとして構築可能である。^１Ｈ信号と^１２９Ｘｅ信号の両方の送受信を行う逆回転直交位相を用いる二重同調混成体であるという請求項記載の設計的な特徴と併せて使用する場合、同じ装着型コイルを、機械的または電気的スイッチングを必要としない１つの受動回路設計によって、ＭＲＩシステムに連携接続できる。

【0093】

いくつかの例において、ジャケット５００は少なくとも部分的に適用対象を覆う。例えば、ジャケット５００は人間の胴体上部に装着可能である。いくつかの例において、ジャケット５００は肩に掛けるように設計可能である。したがって、コイル構成２０４は、適用対象、例えば人間の適用対象が装着するジャケット５００として構成可能である。いくつかの例において、ジャケット５００は、何らかの装着部材によって適用対象にフィットする。

【0094】

ジャケット５００は受動構造も可能である。いくつかの例において、ジャケット５００は、コイル２０４と、装置１００のうちの全部または一部とを備える。本例において、ジャケット５００は１つ以上の受動フィルタ回路１０を備えることができる。例えば、必ずしも全てではないが、いくつかの例では、ジャケット５００は二重モード直角位相ハイブリッド回路１１０を備えることができる。他の例では、受動構造ジャケット５００はコイル２０４を備えるが装置１００を備えず、装置１００はジャケット５００に接続される。

【0095】

ジャケットは例えば、第１原子核及び／または第２原子核を探査可能である。例えば、ジャケットを１つ以上の受動フィルタ１０とともに使用して、磁気回転比の極性が反対である第１及び第２原子核の組み合わせを同時探査することができる。

【0096】

しかし、ジャケット５００を例えば他の回路、例えば能動スイッチング回路とともに使用しても、磁気回転比の極性が反対である（反対極性の磁気回転比を有する）第１及び第２原子核の組み合わせを同時探査できることに留意すべきである。

【0097】

よって、適用対象に対して二重核磁気共鳴直交送受信を行う受動構造ジャケット５００は、第１原子核のラーモア周波数において第１円偏波を有する第１磁場を生成・検波するとともに、第１原子核のラーモア周波数において第２円偏波を有する第２磁場を生成・検波するように構成される回路構成を備え、適用対象において、第１円偏波は第２偏波とは反対である。

【0098】

少なくともいくつかの例において、受動構造ジャケット５００は、横磁場の第１成分を生成する少なくとも第１コイル対２０４及び横磁場の第２成分を生成する少なくとも第２コイル対２０４と、第１コイル対の位置合わせ及び／または第２コイル対の位置合わせを較正する手段とを備える。

【0099】

少なくともいくつかの例において、受動構造ジャケット５００は、第１原子核のラーモア周波数での第１極性の直交位相シフトと、第２原子核のラーモア周波数での第１極性と反対の第２極性の直交位相差とを入力に印加して、第１円偏波を第２円偏波とは反対になるように制御するように構成される受動フィルタ回路１０を備える。

【0100】

システム２００は例えば、コイル２０４_１，２０４_３もコイル２０４_２，２０４_４も適切に位置合わせされるような装着型システムの調整を可能にする較正回路構成を備えてもよい。

【0101】

したがって、システム２００は、バラン１３０を介して第１出力１１２_１に連結され、第１磁場を生成する第１コイル２０４_２，２０４_４を備えるとともに、バラン１３０を介して第２出力１１２_１に連結され、第２磁場を生成する第２コイル２０４_１，２０４_３を備える、コイル構成２０３を備え、使用時には、第１磁場は第１方向にほぼ向いており、第２磁場は第１方向に直交する第２方向にほぼ向いている。

【0102】

適用対象への誘導結合は、ＲＦコイルの性能の鍵となる指標であり、周波数が高いほど、またはＲＦコイルの寸法が大きいほど高くなる。第１原子核と第２原子核の磁気回転比の差が大きい場合、ラーモア周波数にも大きな差が存在し、この差は印加される静磁場Ｂ_０が大きくなるにつれて広がっていく。したがって、特定の寸法のＲＦコイルに対する感度は、第１原子核と第２原子核とで異なる可能性がある。例えば、特定の寸法のＲＦコイルに対する感度は、^１Ｈよりも^１２９Ｘｅの方が低い。

【0103】

いくつかの例において、第１原子核のＮＭＲと第２原子核のＮＭＲとでは、異なるＲＦコイル２０４を使用することが望ましいこともある。

【0104】

ＮＭＲにおいて原子核の磁気回転比が小さいほど、より大きな、あるいはより高感度のＲＦコイル２０４を使用することができる。

【0105】

図１４では、大きい方のコイル２０４_Ｘｅが^１２９ＸｅのＮＭＲに使用され、小さい方のコイル２０４_Ｈが^１ＨのＮＭＲに使用される。この回路の実装は受信器のＲＦコイル用である。

【0106】

増幅器Ａ１，Ａ２は、１チャネル出力を行う大きい方のコイル２０４_Ｘｅには差分モードで使用され、２チャネル出力を行う小さい方のコイル２０４_Ｈには同相モードで使用される。

【0107】

増幅器Ａ１への入力は、コイル対２０４_Ｈのうちの第１コイルに接続される。増幅器Ａ２への入力は、コイル対２０４_Ｈのうちの第２コイルに接続される。コイル対２０４_Ｈの第１コイルとコイル対２０４_Ｈの第２コイルは、共通電圧（例えば接地）に接続される。したがって、増幅器Ａ１はコイル対２０４_Ｈの第１コイル両端の電圧を測定し、よって増幅器Ａ２はコイル対２０４_Ｈの第２コイル両端の電圧を測定する。増幅器Ａ１が測定したコイル対２０４_Ｈの第１コイル両端の電圧Ｖ１は、バラン１３０_１を介して出力１３２_１として供給される。増幅器Ａ２が測定したコイル対２０４_Ｈの第２コイル両端の電圧Ｖ２は、バラン１３０_２を介して出力１３２_２として供給される。

【0108】

コイル対２０４_Ｈは、コイル２０４_Ｘｅを構成する共通ではない部分を有する。増幅器Ａ１への入力のうちの一方はコイル２０４_Ｘｅに、もう一方の入力は共通電圧（例えば接地）に接続される。増幅器Ａ２への入力のうちの一方はコイル２０４_Ｘｅに、もう一方の入力は共通電圧（例えば接地）に接続される。したがって、増幅器Ａ１はコイル２０４_Ｘｅの一部分の両端の電圧を測定し、よって増幅器Ａ２はコイル２０４_Ｘｅの他の部分の両端の電圧を測定する。これらの部分電圧が加算されて、コイル２０４_Ｘｅの両端の差分電圧が得られる。差分電圧は、バラン１３０_３を介して出力１３２_３として供給される。

【0109】

増幅器Ａ１，Ａ２は、１つの周波数（低い方のラーモア周波数、例えば^１２９Ｘｅのラーモア周波数）に対しては差分モードで、他の周波数（高い方のラーモア周波数、例えば^１Ｈのラーモア周波数）に対しては同相モードで動作可能であるような広帯域増幅器である。

【0110】

受動フィルタ回路１０は、低出力（１０Ｗ未満）分光計にも適用可能である。低出力分光計は例えば超偏極を監視するのに使用可能である。

【0111】

スピン交換光ポンピング（Ｓｐｉｎ ｅｘｃｈａｎｇｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｐｕｍｐｉｎｇ：ＳＥＯＰ）を用いて^１２９Ｘｅの超偏極を行うことができ、低出力（低磁場）分光計を用いて分極レベルを監視することができる。例えば、十分な超偏極が達成された時が分かることが望ましいこともある。システムの動作性能を測定して調整や保守が必要な時期を評価することが望ましいこともある。

【0112】

ＳＥＯＰを行うように構成されるとともに、超偏極を監視する低磁場ＮＭＲシステム２００も有する、超偏極装置を有することが望ましいと考えられる。

【0113】

ＳＥＯＰを行うように構成されるとともに、超偏極を監視する低磁場ＮＭＲシステム２００も有する、携帯型超偏極装置を有することが望ましいと考えられる。

【0114】

図１５において、システム３００は、静磁場Ｂ_０を生成するように構成される電磁システム２０２を備える。

【0115】

本システムはスピン交換光ポンピング（ＳＥＯＰ）のためのセル３０２を備える。セルは第１原子核（例えば^１２９Ｘｅ）をガスとして受け入れ、少なくとも第１原子核の集団を偏極した後、偏極されたガスを出力ガスとして供給する。第２原子核（例えば^１Ｈ）のＮＭＲは、例えばＨ_２０からなる別個の幾何学的に整合するサンプルを用いてこのプロセスの収量（偏極）を較正するために使用される。

【0116】

セル３０２自体は^１Ｈを受け入れない。ＮＭＲシステム２００内部には既知の量の１Ｈ（例えば水や油）があるが、その位置はセル３０２の外側である。ＲＦコイルシステム２０４は直交した状態で使用され、サンプル（偏極された^１２９Ｘｅガスまたは^１Ｈ）が次々と測定される。これは、ＲＦコイル構成２０４の同じ物理的な位置において、一方のサンプル（^１２９Ｘｅガス）を他方のサンプル（^１Ｈ）で置き換えることによって実行される。

【0117】

上述したように、システム２００を使用して、第１原子核（例えば^１２９Ｘｅ）の偏極を決定することができる。

【0118】

代表的な動作磁場Ｂ_０は３ｍＴまでであるが、かなりの範囲で調整可能である。この結果、^１２９Ｘｅではラーモア周波数が３５．３ｋＨｚ（γ＝１１．７７７ＭＨｚ／Ｔ）、^１Ｈではラーモア周波数が１２７．６０ｋＨｚ（γ＝４２．５７ＭＨｚ／Ｔ）となる。

【0119】

ＮＭＲ信号がコイル２０４に誘導する電圧は磁化（Ｍ_０）に比例するが、超偏極原子核の磁化（Ｍ_０）は以下のように与えられる。

【0120】

【数2】

【0121】

ここでＰは磁化のパーセント値、Ｎは原子密度である。

【0122】

セル内の偏極分布が測定できるように、同一の複数のコイル２０４をセルの長さ方向に配置することができる。

【0123】

^１Ｈ温度信号（ある温度での^１Ｈの予想偏極）を用いて、発生した超偏極^１２９Ｘｅ信号を較正する。

【0124】

上述したシステムは、核磁気共鳴分光術、核磁気共鳴撮像術、または核磁気共鳴顕微鏡検査術のためものであり得る。本明細書において、適用対象への言及はサンプルへの言及に置き換えることができる。

【0125】

核磁気共鳴分光術、核磁気共鳴撮像術、または核磁気共鳴顕微鏡検査術は、受動フィルタ回路１０、または装置１００、またはシステム２００を使用して行ってもよい。受動フィルタ回路１０は、極性が反対の円偏波核スピンの同時生成及び／または検波を可能にする。

【0126】

核磁気共鳴分光術、核磁気共鳴撮像術、または核磁気共鳴顕微鏡検査術は、第１原子核及び第２原子核において極性が反対の円偏波核スピンの同時生成を用いて、かつ／または、第１原子核及び第２原子核において極性が反対の円偏波核スピンの同時検波を用いて、行ってもよい。

【0127】

二重ＮＭＲシステム２００の動作は、^１２９ＸｅＲＦコイル２０４_Ｘｅに対してＲＦ遮蔽を設けることによってさらに向上できる。ＲＦ遮蔽により、コイル２０４_ＸｅのＱ値が改善するので、誘導負荷も改善し、したがってＲＦコイル２０４_Ｘｅの全体の性能が向上する。

【0128】

しかし、ＲＦ遮蔽が存在すると、送信に用いられるＭＲＩシステムの^１Ｈ送信用主コイルはＲＦ遮蔽を透過することができないために、^１ＨのＮＭＲに悪影響を及ぼす可能性がある。

【0129】

特定の第１原子核が^１Ｈで第２原子核が^１２９Ｘｅである実施例を詳細に説明したが、次は、これら様々な装置１００、フィルタ１０、回路、及びシステムを、磁気回転比の極性が反対である第１及び第２原子核の様々な組み合わせとともに使用する場合に、どのようにして適合することができるかを説明する。

【0130】

位相回転ブロック２４は、第１位相シフトΔφ_１を第１の向きに、第１原子核のラーモア周波数で印加するように、同時に、第２位相シフトΔφ_２を第１の向きに、第２原子核のラーモア周波数で印加するように構成される回路構成を備える。ある一定の時間遅延等に対して、第１位相シフトは第１原子核のラーモア周波数に比例し、第２位相シフトΔφ_２は第２原子核のラーモア周波数に比例して、第１位相シフトと同じ極性を有する。

【0131】

したがって、Δφ_１／Δφ_２＝｜γ_１／γ_２｜＝Ｒである。ここでγ_１は第１原子核の磁気回転比であり、γ_２は第２原子核の磁気回転比である。したがって、Δφ_２＝Δφ_１／｜Ｒ｜である。ここで｜Ｒ｜は第１原子核の磁気回転比γ_１と第２原子核の磁気回転比γ_２の比率の絶対値である。

【0132】

位相オフセットブロック２６は、第１原子核のラーモア周波数での第１位相シフトΔφ１と第２原子核のラーモア周波数での第２位相シフトΔφ２との間の相対位相オフセットθを印加することによって、オフセット後に第１位相シフトと第２位相シフトとの間の位相差βを生成するように構成される回路構成を備える。オフセット後の第２位相差がΔφ_２ ^＊ｂである場合、β＝Δφ_１－Δφ_２ ^＊ｂ＝Δφ_１（１－ｂ／｜Ｒ｜）である。

【0133】

位相差βをＮ個のカスケードフィルタモジュール全体にわたって合計することによって、第１原子核のラーモア周波数で第１極性の直交位相変化を有し、第２原子核のラーモア周波数で第１極性とは反対の第２極性の直交位相変化を有する出力１４を供給する。

【0134】

よって、Ｎ個の相対位相差βの合計が１８０°の相対位相差になる。

【0135】

このことは図１６Ａに図示されており、これは第１原子核が^１Ｈ、第２原子核が^１２９Ｘｅで、Ｎ＝３の場合である。

【0136】

図１６Ｂには一般的な例が図示されており、ここでは第１原子核γ_１も第２原子核γ_２も特定されていない。しかし、第１原子核の磁気回転比の大きさは第２原子核の磁気回転比の大きさよりも大きく、第１原子核の磁気回転比と第２原子核の磁気回転比は極性が反対であるという制約条件は存在する。

【0137】

これは、Ｎ段後の総位相差（Ｎ＊β）はＮ＊Δφ_１（１－ｂ／｜Ｒ｜）であり、１８０°に等しいことを意味する。

【0138】

図を簡潔にするために、第１位相シフトΔφ_１は＋９０°であると設定されている。よって、Ｎ段後、第１位相シフトΔφ_１は－９０°に等しく、第２位相シフトΔφ_２は＋９０°に等しい。第２位相シフトはΔφ_１ ^＊ｂ／｜Ｒ｜であり、Ｎ段後には＋９０°に等しく、よってｂ＝｜Ｒ｜／Ｎである。第２位相シフトはΔφ_１／｜Ｒ｜＋θであり、Ｎ段後には＋π／２であり、よってθ＝π／２（１／Ｎ－１／（｜Ｒ｜））である。図６では、シャントキャパシタＣ１，Ｃ２の値を適したものにすることにより、第２原子核のラーモア周波数ではほぼ１８０°／２Ｎである１段当たりの位相遅れが、第１原子核のラーモア周波数ではほぼ９０°である１段当たりの位相遅れが導入される。

【0139】

^１Ｈと^１２９Ｘｅの組み合わせに対して、｜Ｒ｜＝３．６、Δφ_１＝９０°≧Δφ_２＝９０°／｜Ｒ｜＝２５°であり、Ｎ＝３の場合、θ＝π／２（１／Ｎ－１／（｜Ｒ｜））＝５°（０．０８７３ｒａｄ）、ｂ＝｜Ｒ｜／Ｎ＝１．２、よって^１２９Ｘｅに対して、３段後の位相シフトは３＊（２５°＋５°）＝９０°である。

【0140】

^１Ｈと^１５Ｎの組み合わせに対して、｜Ｒ｜＝９．８６６、Δφ_１＝９０°≧Δφ_２＝９０°／｜Ｒ｜＝９．１２°であり、Ｎ＝７の場合、θ＝π／２（１／Ｎ－１／（｜Ｒ｜））＝３．７３°（０．６５１ｒａｄ）、ｂ＝｜Ｒ｜／Ｎ＝１．４１、よって^１５Ｎに対して、７段後の位相シフトは７＊（９．１２°＋３．７３°）＝９０°である。

【0141】

^１Ｈと^１７Ｏの組み合わせに対して、｜Ｒ｜＝７．３７７、Δφ_１＝９０°≧Δφ_２＝９０°／｜Ｒ｜＝１２．２°であり、Ｎ＝７の場合、θ＝π／２（１／Ｎ－１／（｜Ｒ｜））＝０．６６°（０．０１１５ｒａｄ）、ｂ＝１．０５４、よって^１７Ｏに対して、７段後の位相シフトは７＊（１２．２°＋０．６６°）＝９０°である。

【0142】

θを小さい値に抑えることが好ましい。

【0143】

Ｎ段後の総位相差（Ｎ＊β）が１８０°に等しいことが好ましいが、ほぼ１８０°程度であればよく、必ずしも正確に１８０°である必要はない。

【0144】

Ｎ段後に第１位相シフトΔφ_１の累積が－９０°であることが好ましいこともあるが、ほぼ－９０°程度であればよく、必ずしも正確に９０°である必要はない。

【0145】

Ｎ段後に第２位相シフトΔφ_２の累積が＋９０°であることが好ましいこともあるが、ほぼ＋９０°程度であればよく、必ずしも正確に＋９０°である必要はない。

【0146】

構造的な特徴が記載されている場合に、構造的な特徴の機能のうちの１つ以上を実行する手段によって置き換えられてもよい。ここで、その機能またはそれらの機能の記述が明示的であっても暗示的であってもかまわない。

【0147】

本明細書において、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」という語は、排他的な意味ではなく包含的な意味を持って使用されている。つまり、「Ｙを備えるＸ」へのあらゆる言及は、ＸはＹを１つだけ備え得ることも、Ｙを２つ以上備え得ることも意味している。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」を排他的な意味で使用することを意図する場合には、「１つだけ備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ ｏｎｌｙ ｏｎｅ．．）」と言及することによって、または「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ）」を使用することによって、文脈の中で明確にされる。

【0148】

本記載では、種々の実施例について言及してきた。ある例に関連した特徴または機能の記載は、それらの特徴または機能がその例に存在することを示している。文中で「例（ｅｘａｍｐｌｅ）」、「例えば（ｆｏｒ ｅｘａｍｐｌｅ）」、「あり得る（ｃａｎ）」、または「ある場合もある（ｍａｙ）」という語を使用することは、明示的に記述しているかどうかにかかわらず、このような特徴または機能が、例として記載されているか否かにかかわらず、少なくとも記載例に存在すること、及び、他の例のうちのいくつかまたは全てに存在し得るが、必ず存在するわけではないことを意味している。よって、「例（ｅｘａｍｐｌｅ）」、「例えば（ｆｏｒ ｅｘａｍｐｌｅ）」、「あり得る（ｃａｎ）」、または「ある場合もある（ｍａｙ）」は、あるクラスの例のうちの特定の例を指す。その例のある特性は、その例だけの特性であっても、そのクラスの特性であっても、または、そのクラスのうちの、クラス内の例の全てではないがいくつかを含むサブクラスの特性であってもよい。したがって、一例を参照しているが別の例は参照せずに説明されている特徴は、可能であれば、作用する組み合わせのうちの一部としてその別の例で使用可能であるが、必ずしもその別の例で使用する必要はないことが暗示的に開示されている。

【0149】

前段落では種々の例を参照して実施例を説明してきたが、請求項の範囲から逸脱することなく、与えられた例の修正が可能であることを了解されよう。

【0150】

前述の説明に記された特徴は、上記で明示した組み合わせ以外の組み合わせで使用されてもよい。

【0151】

特定の特徴を参照して機能を説明してきたが、それらの機能は、説明されているか否かにかかわらず、他の特徴によって実行可能であってもよい。

【0152】

特定の実施例を参照して特徴を説明してきたが、それらの特徴は、説明されているか否かにかかわらず、他の実施例にも存在していてもよい。

【0153】

本明細書において、「ある１つの（ａ）」または「その（ｔｈｅ）」という語は、排他的な意味ではなく包含的な意味を持って使用されている。つまり、「ある１つの／そのＹを備えるＸ」へのあらゆる言及は、文脈が明らかにそうでないことを示す場合を除き、ＸはＹを１つだけ備え得ることも、Ｙを２つ以上備え得ることも意味している。「ある１つの（ａ）」または「その（ｔｈｅ）」を排他的な意味で使用することを意図する場合には、文脈の中で明確にされる。いくつかの状況では、「少なくとも１つの（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ）」または「１つ以上の（ｏｎｅ ｏｒ ｍｏｒｅ）」の使用は、包含的な意味を強調するために使われることもあるが、これらの語がないことを、あらゆる排他的な意味を暗示すると受け取るべきではない。

【0154】

ある請求項に特徴（または特徴の組み合わせ）が存在することは、その特徴（または特徴の組み合わせ）自体への言及であり、また、実質的に同じ技術的効果を達成する特徴（等価の特徴）への言及でもある。この等価の特徴は、例えば、変形であって、実質的に同じ結果を実質的に同じやり方で達成する特徴を含む。この等価の特徴は、例えば、実質的に同じ機能を、実質的に同じ結果を達成するための実質的に同じやり方で実行する特徴を含む。

【0155】

本記載では、各実施例の特徴を説明する形容詞または形容詞句を用いて、種々の実施例について言及してきた。このように特徴を一例と関連して説明することは、その特徴が、正確に記載されているとおりにいくつかの例に存在し、かつ、ほぼ記載されているとおりに他の例に存在することを意味する。

【0156】

上述の明細書において、重要であると考える特徴に注目するように試みたが、出願人は、そこが強調されているか否かにかかわらず、本明細書で言及した、及び／または各図面に示した、あらゆる特許可能な特徴または特徴の組み合わせに関して、請求項による保護を求め得ることを理解されたい。

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9】

【図10A】

【図10B】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16A】

【図16B】

【国際調査報告】