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Signal feedback applications in low-field NMR and MRI

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标签: NMR

NMR

核磁共振

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成像

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Tuned  pick-up  coils  with  high  quality  factors  Q  are  used  in  NMR  and  MRI  for  high-sensitivity  and  low-noise  detection.  However,  large  Q-factors  introduce  bandwidth  issues  at  low  frequency  and  the  associated  enhanced  currents  may  cause  significant  radiation  damping  effects,  especially  with  hyperpolarised  samples.  Signal  feedback  can  be  used  to  actively  control  these  currents  and  adjust  the  detection  bandwidth  without  resistive  losses.  Capacitive  and  inductive  coupling  methods  are  compared  using  detailed  models  and  the  operating  conditions  for  efficient  feedback  with  negligible  noise  penalty  are  discussed.  Several  high-impedance  commercial  preamplifiers  have  been  found  to  affect  the  resonance  characteristics  of  tuned  coils  in  a  gain-dependent  way,  or  could  not  be  used  in  low-frequency  NMR  because  of  oscillations  at  large  positive  gain.  This  is  attributed  to  an  undocumented  internal  feedback,  and  could  be  neutralised  using  external  feedback.  The  implementation  of  an  inductive  coupling  scheme  to  feed  a  suitably  amplified  phase-adjusted  signal  back  into  the  PU  coils  of  low-field  NMR  systems  is  described,  and  three  experimental  applications  are  reported.  One  system  is  used  for  NMR  studies  of  distant  dipolar  field  effects  in  highly  polarized  liquid  3He  without  or  with  radiation  damping.  The  moderate  intrinsic  Q-factor  (≈7)  could  be  reduced  (down  to  1)  or  increased  (up  to  100)  to  control  transient  maser  oscillations.  Another  system  was  used  for  MRI  of  water  samples  around  2  mT  with  Q  ≈190  Litz-wire  detection  coils.  The  detection  bandwidth  was  increased  by  actively  reducing  the  Q-factor  to  obtain  uniform  sensitivities  in  images  and  avoid  artifacts  introduced  by  intensity  corrections.  Finally,  parallel  acquisition  in  MRI  was  performed  using  two  separately  tuned  detection  coils  placed  above  and  below  the  sample.  They  were  actively  decoupled  using  two  feedback  systems.  For  an  imaging  field  of  view  smaller  than  the  sample,  artifact-free  unfolded  images  demonstrate  the  efficiency  of  this  active  coil  decoupling  scheme.

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