(57)【要約】【課題】ＮＭＲシステムの性能を比較的広いチューニングレンジに渡って改善する。【解決手段】核磁気共鳴分布キャパシタンス無線周波数コイルの分割キャパシタンスチューニングバンドは、固定バンドと縦方向に移動可能なバンドとを含み、両者は中央コイル構造体と重なり合うように配置されている。固定バンドはＲＦコイルウインドウの境界に沿って配置される。移動可能なバンドは固定バンドと当接する近位位置とさまざまな遠位位置との間で移動することができる。固定バンドはＲＦコイルウインドウに近いＲＦ電流路を提供し、移動可能なバンドは移動バンドと中央コイル構造体とが重なり合う面積を変化させることで、コイルキャパシタンスおよび共鳴周波数を調節することを可能にする。縦方向の結合部材が、移動部材とプローブの下側絶縁体の下に配置されたアクチュエータピストンとに取り付けられている。【選択図】図２−Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
核磁気共鳴無線周波数コイルを含む核磁気共鳴装置であって、
前記コイルは、
分布キャパシタンス中央コイル構造体であって、
第１のリングおよび第２のリングを含む縦方向に離隔された１対の導電リングであって、前記第１のリングはバンド形状であり、前記第１のリングと前記第２のリングとの間の空間にコイルウインドウが形成されている導電リングと、
複数の縦方向の導電セグメントであって、各々が前記第１のリングを前記第２のリングに電気的に相互接続しているセグメントとを含む、分布キャパシタンス中央コイル構造体と、
前記第１のリングと重なり合い、第１の直径を有するリング状の第１のキャパシタンスバンドと、
第２のリング状のキャパシタンスバンドとを含み、
前記第２のキャパシタンスバンドは、前記第１の直径と実質的に等しい第２の直径を有し、前記コイルウインドウと反対の前記第１のキャパシタンスバンドの側に配置され、近位位置と遠位位置との間で縦方向に移動可能であり、前記遠位位置は前記コイルウインドウから前記近位位置よりも離れて位置し、前記第２のキャパシタンスバンドは、前記近位位置においては前記第１のリングと重なり合い、前記第２のキャパシタンスバンドを縦方向に移動することで前記コイルの共鳴周波数がチューニングされる、核磁気共鳴装置。
【請求項２】
前記第２のキャパシタンスバンドに強固に結合され、前記第１のキャパシタンスバンドから離れる方向に延びる縦方向の結合部材をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記縦方向の結合部材に前記第２のキャパシタンスバンドとは反対側で接続され、前記第２のキャパシタンスバンドの前記近位位置と前記遠位位置との間の縦方向の移動を駆動させるための縦方向運動アクチュエータをさらに含む、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記縦方向の結合部材に結合された、前記第２のキャパシタンスバンドを前記縦方向の結合部材の外部環境から電気的に絶縁するための、電気的に非伝導性の絶縁構造をさらに含む、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記縦方向の結合部材は、縦方向の感度補償された剛性のワイヤを含む、請求項２に記載の装置。
【請求項６】
前記無線周波数コイルの下方に配置された大略的に横方向の下側絶縁体をさらに含み、前記縦方向の結合部材は前記下側絶縁体を貫通して形成されている縦方向の開口を通る、請求項２に記載の装置。
【請求項７】
前記第２のキャパシタンスバンドに結合され、前記第２のキャパシタンスバンドの前記近位位置と前記遠位位置との間の縦方向の移動を駆動させるための縦方向運動アクチュエータをさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記第１のキャパシタンスバンドは前記コイルウインドウと隣接する、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記第２のキャパシタンスバンドは前記近位位置において前記第１のキャパシタンスバンドと当接する、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
第１の円筒状の誘電性のサポートをさらに含み、前記中央コイル構造体は、前記第１の誘電性のサポートの内側に沿って取り付けられており、前記第１のキャパシタンスバンドおよび前記第２のキャパシタンスバンドは前記第一の誘電性サポートの外側に取り付けられている、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
第２の円筒状の誘電性のサポートをさらに含み、前記中央コイル構造体は、前記第２の誘電性サポートの外側に沿って取り付けられている、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記第１のリングと重なり合い、前記第２の誘電性サポートの内側に沿って取り付けられた第１の円筒状の導電性シールドと、前記第２のリングと重なり合い、前記第２の誘電性サポートの内側に沿って取り付けられた第２の円筒状の導電性シールドとをさらに含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記第２のリングと重なり合う第３のキャパシタンスバンドをさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記第１のリングは、下側コイルリングである、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記コイルを包囲する核磁気共鳴磁石をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
核磁気共鳴無線周波数コイルをチューニングするためのキャパシタンスバンドアセンブリであって、
前記コイルのバンド形状の部分と重なり合うサイズに形成されたリング形状の第１のキャパシタンスバンドと、
前記コイルの前記バンド形状の部分と重なり合うサイズに形成されたリング形状の第２のキャパシタンスバンドであって、近位位置と遠位位置との間で縦方向に移動可能であり、前記遠位位置は前記第１のキャパシタンスバンドから前記近位位置よりも離れて位置し、当該第２のキャパシタンスバンドは前記近位位置においては前記コイルの前記バンド形状の部分と重なり合う、第２のキャパシタンスバンドと、
前記第２のキャパシタンスバンドに強固に結合され、前記第１のキャパシタンスバンドから離れる方向に延びる縦方向の結合部材と、
前記縦方向の結合部材に前記第２のキャパシタンスバンドとは反対側で接続され、前記第２のキャパシタンスバンドの前記近位位置と前記遠位位置との間の縦方向の移動を駆動させるための縦方向運動アクチュエータとを含む、キャパシタンスバンドアセンブリ。
【請求項１７】
核磁気共鳴方法であって、
リング形状の第２のキャパシタンスバンドを近位位置と遠位位置との間で移動させるステップであって、前記第２のキャパシタンスバンドは核磁気共鳴無線周波数コイルと前記近位位置において重なり合い、リング形状の第１のキャパシタンスバンドは前記コイルのバンド形状の部分と重なり合い、前記遠位位置は前記第１のキャパシタンスバンドから前記近位位置より離れた所に位置するものであるステップと、
前記コイルを用いて、サンプルに関して核磁気共鳴測定を実施するステップとを含む、核磁気共鳴方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的には核磁気共鳴（ＮＭＲ）分光計に関し、特に可変ＮＭＲ無線周波数（高周波；ＲＦ）コイルの性能を改善するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
関連する出願のデータ
本出願は、発明者Ａｌｅｘａｎｄｅｒ  Ｍ．Ｊ．ＨｕｄｓｏｎおよびＫｎｕｔ  Ｍｅｈｒによって、２００５年１月１８日に出願され、本出願の譲受人に譲渡された「改善された低周波数効率を有するＮＭＲ ＲＦコイル（ＮＭＲ  ＲＦ  Ｃｏｉｌｓ  ｗｉｔｈ  Ｉｍｐｒｏｖｅｄ  Ｌｏｗ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）」という名称の米国特許出願第１１／０３７、６２７号と関連する。
【０００３】
核磁気共鳴（ＮＭＲ）分光計は、典型的には、静的磁場Ｂ0を生成するための超電導磁石と、この磁場Ｂ0に対して垂直な時間的に変化する磁場Ｂ1を生成するため、および加えられた磁場に対するサンプルの反応を検出するための１つ以上の専用の無線周波数（ＲＦ）コイルを含むＮＭＲプローブとを含む。各ＲＦコイルおよび関連する回路は、そのサンプル内に存在する対象となる原子核のラーモア周波数において共鳴する。一般的なＮＭＲ用途において分析される対象となる原子核には1Ｈ（陽子）、13Ｃ（炭素）および15Ｎ（窒素）が含まれる。これらＲＦコイルは、典型的にはＮＭＲプローブの一部として提供され、サンプルチューブまたはフローセル内に置かれたサンプルを分析するために使用される。静的磁場Ｂ0の方向は通常はｚ−軸すなわち縦方向として表示され、他方、このｚ−軸に対して垂直な平面は通常はｘ−ｙすなわち横方向と呼ばれる。
【０００４】
幾つかのタイプのＲＦコイルがＮＭＲシステム内において用いられている。特に、多くのＮＭＲシステムは横方向磁場用のＲＦコイルを含み、これはｘ−ｙ平面に沿うように配向されたＲＦ磁場を生成する。この横方向磁場用のコイルは、サドル形コイルと、鳥かご形コイルとを含む。鳥かご形コイルは、典型的には２つの横方向のリングと、これらリングを接続する比較的多数の垂直方向のラング（桟）とを含む。鳥かご形コイルは多重共鳴構造であり、この構造では、これら複数の垂直方向のラングに沿って流れる電流に対して、指定される位相関係が確立される。サドル形コイルは、通常はコイルウインドウのまわりの導体パターンにより定められる電流路を有する。サドル形コイル設計の典型的なタイプはＡｌｄｅｒｍａｎ−Ｇｒａｎｔコイル設計である。２つの垂直方向のラングおよびチップコンデンサを有する最初のＡｌｄｅｒｍａｎ−Ｇｒａｎｔコイル設計がＡｌｄｅｒｍａｎおよびＧｒａｎｔによって下記非特許文献１において説明されている。他のＡｌｄｅｒｍａｎ−Ｇｒａｎｔコイル設計として、垂直方向のラング内に垂直方向のスロットを形成することもでき、さらに離散チップコンデンサではなく、分布キャパシタンス構造を採用することもできる。
【０００５】
対象となるＮＭＲ周波数は、対象となる原子核と、加えられる静的磁場Ｂ0の強度とによって決定される。ＮＭＲ測定の精度を最大化するためには、励振／検出回路の共鳴周波数は、対象となる周波数と等しくなるように設定される。この励振／検出回路の共鳴周波数は、
【０００６】
【数１】
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【０００７】
に従って変化するが、ここで、ＬおよびＣは、その励振／検出回路の、それぞれ、有効インダクタンスおよびキャパシタンスを表す。
高分解能ＮＭＲスペクトルの生成は、時間的および空間的に均一な静的な磁場を採用することで容易にすることができる。静的磁場の強度は時間とともに、とりわけ温度の変動または付近の金属性の物体の移動に起因して変化する。静的磁場の空間的変動は、サンプルチューブもしくはサンプル特性の変動、付近の材料の存在、またはその磁石の設計によって生じる。静的磁場の微小な空間的不均一性は、通常は、一式のシムコイルを用いて訂正され、シムコイルは、加えられた静的磁場における不均一性と反対の関係にあり、この不均一性を相殺する小さな磁場を生成する。静的磁場における時間的変動は通常はフィールドロックを用いて補正される。フィールドロック回路は、参照（例えば、重水素）信号の共鳴周波数を監視し、静的磁場の強度を、その参照信号の周波数が一定に保たれるように調節する。このフィールドロック参照信号を提供するためには、通常は重水素がサンプル溶剤に追加される。
【非特許文献１】J. Magnetic Resonance 36:447-451(1979) "An Efficient Decoupler Coil Design which Reduces Heating in Conductive Samples in Superconducting Spectrometers）”
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一般には、フィールドロック参照信号とＮＭＲ測定信号とは異なる共鳴周波数を有する。このために、もし同一のＲＦコイルがフィールドロック信号とサンプルＮＭＲ信号との両方を得るために用いられているときは、対象となるサンプル共鳴に対して最適化されている従来のＲＦコイルは、フィールドロック参照信号に対しては、理想的には適合しない場合がある。幾つかのＮＭＲシステムにおいては、また、単一のコイルが対象となる複数の原子核のＮＭＲ測定を実施するために用いられる場合がある。このようなシステムにおいては、この単一のコイルは、対象となる全ての共鳴周波数に対して理想的に適合できない場合がある。ＮＭＲシステムの性能を比較的広いチューニングレンジに渡って改善することは、フィールドロックの精度を向上させるため、および単一コイル多原子核ＮＭＲ測定を改善させるために有益である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
１つの局面によると、本発明は、分割された、一部が移動可能なキャパシタンスバンドを有する核磁気共鳴無線周波数コイルを含む核磁気共振装置を提供する。このコイルは分布キャパシタンス中央コイル構造体を含み、この構造体は第１のリングおよび第２のリングを含む縦方向に離隔された１対の導電性のリングと、複数の縦方向の導電セグメントであって、各々がこれら第１のリングを第２のリングに電気的に相互接続する、複数の縦方向の導電セグメントとを含む。この第１のリングはバンド（帯）形状であり、これら第１のリングと第２のリングとの間の空間にコイルウインドウが形成されている。このコイルは、さらに、この第１のリングと重なり合い、第１の直径を有するリング状の第１のキャパシタンスバンドと、第１のリングと重なり合うことができるリング状の第２のキャパシタンスバンドとを含む。この第２のキャパシタンスバンドは、第１の直径と実質的に等しい第２の直径を有し、コイルウインドウと反対の第１のキャパシタンスバンドの側に配置され、近位位置と遠位位置との間で縦方向に移動可能である。遠位位置はコイルウインドウから、近位位置よりも離れて位置する。近位位置においては、第２のキャパシタンスバンドは第１のリングと重なり合う。第２のキャパシタンスバンドを縦方向に移動することで、コイルの共鳴周波数がチューニングされる。
【００１０】
別の局面によると、本発明は、核磁気共鳴無線周波数コイルをチューニングするためのキャパシタンスバンドアセンブリを提供する。このアセンブリは、コイルのバンド形状の部分と重なり合うサイズに形成されたリング形状の第１のキャパシタンスバンドと、コイルのバンド形状の部分と重なり合うサイズに形成されたリング形状の第２のキャパシタンスバンドであって、近位位置と遠位位置との間で縦方向に移動可能な第２のキャパシタンスバンドと、この第２のキャパシタンスバンドに強固に結合され、第１のキャパシタンスバンドから離れる方向に延びる縦方向の結合部材と、この縦方向の結合部材に第２のキャパシタンスバンドとは反対側で接続され、この第２のキャパシタンスバンドの近位位置と遠位位置との間の縦方向の移動を駆動させるための縦方向運動アクチュエータとを含む。遠位位置は第１のキャパシタンスバンドから、近位位置よりも離れて位置する。この近位位置においては、第２のキャパシタンスバンドはコイルのバンド形状の部分と重なり合う。
【００１１】
別の局面によると、本発明は、核磁気共鳴方法を提供する。この方法は、第２のリング形状のキャパシタンスバンドを近位位置と遠位位置との間で移動させるステップと、このコイルを用いてサンプルに対して核磁気共鳴測定を実施するステップとを含む。第１のリング形状のキャパシタンスバンドは、核磁気共鳴無線周波数コイルのバンド形状の部分と重なり合う。近位位置においては、第２のキャパシタンスバンドはコイルのバンド形状の部分と重なり合う。遠位位置は第１のキャパシタンスバンドから、近位位置より離れた所に位置する。
【００１２】
本発明の上述の局面および長所は、以下の詳細な説明を読むことおよび図面を参照することでよりよく理解できよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下の説明においては、一式の要素は１つ以上の要素を含む。要素への言及は１つ以上の要素へのものを包含するものと理解される。各々の列挙される要素または構造はモノリシック構造によってもしくはこの一部として形成することも、または複数の別個の構造から形成することもできる。縦方向にモノリシックなホイルとは、縦方向に分離された複数の部分を接続することによって形成されるのではないホイルである。縦方向にモノリシックなホイルは、非縦方向に沿って積み重ねられた複数の層を含んでいてもよい。コイルがサンプルに対して核磁気測定を実施するために用いられるという記述は、そのコイルが送信機、受信機、またはその両方として用いられることを意味するものと理解される。特に明記しない限り、言及される電気的または機械的接続は、中間の回路要素もしくは構造を通じての直接的な接続または間接的な接続であり得る。導電リングとは、ＲＦ電流に対してリング状の電流路を提供する構造であり、このような構造は２つまたは３つの同心状の容量的に結合された物理リングを含み、これら物理リングの幾つかまたは全ては縦方向のスロットを含んでいてもよく、このような物理リングは、例えば、中央ホイル、および／または容量性シールドの一部によって形成することができる。導電リングは、また、ＤＣ電流に対してリング状の経路を提供する単一のモノリシック物理リングを含むこともできる。縦方向の導体が２つの導電リングを電気的に結合するという記述は、この縦方向の導体がこれら２つのリング間を流れるＲＦ電流に対する電流路を提供することを意味すると理解される。このような縦方向の導体は物理的（抵抗的）にこれらリングの一方もしくは両方に接続することも（ＤＣおよびＲＦ電流路の両方を提供）、または容量的にこれらリングの一方もしくは両方に接続することもできる。バンドが導電リングと重なり合うという記述は、そのバンドの少なくとも一部がそのリングの少なくとも一部と重なり合うことを意味するものと理解される。
【００１４】
以下の説明は本発明の実施形態を例示として説明するもので、必ずしも限定するものではない。
図１は本発明の幾つかの実施形態による一例としての核磁気共鳴（ＮＭＲ）分光計１２を示す模式図である。分光計１２は、磁石１６と、磁石１６の円筒状の穴の中に挿入されたＮＭＲプローブ２０と、磁石１６およびプローブ２０に電気的に接続されたコントロール／捕捉システム１８とを含む。プローブ２０は１つ以上の無線周波数（ＲＦ）コイル２４および関連する電気回路コンポーネントを含む。説明を簡単にするために、以下の説明では単一のコイル２４に焦点を置くが、しかしながらシステムは複数の入れ子になったＲＦコイルを含んでもよいと理解される。サンプル容器２２がプローブ２０内に、対象となるＮＭＲサンプルをコイル２４内に、そのサンプルに対する測定が実施される間保持するために置かれている。サンプル容器２２はサンプルチューブまたはフローセルであり得る。コイル２４が下側絶縁体２６の上方に配置され、これは複数の縦方向の開口を含み、様々な電気的接続がその中を通ることができるようにする。複数の電気回路コンポーネント、例えば、コンデンサ、インダクタ、および他のコンポーネントがこの下側絶縁体２６の下方に配置され、コイル２４と電気的に接続されている。コイル２４およびコイル２４に接続されたこれら様々なコンポーネントは、１つ以上のＮＭＲ測定回路、およびフィールドロック回路を形成する。プローブ２０は追加の従来のコンポーネント、例えば、静的磁場Ｂ0の空間的不均一性を補正するために用いられるシムコイルを含む。
【００１５】
測定を実施するために、サンプルがコイル２４内に定められる測定空間内に挿入される。磁石１６は静的磁場Ｂ0を、サンプル容器２２内に保持されたサンプルに加える。コントロール／取得システム１８は所望の無線周波数パルスをプローブ２０に加え、プローブ２０内のサンプルの核磁気共鳴特性を示すデータを取得するように構成された電子コンポーネントを含む。コイル２４は無線周波数磁場Ｂ1をサンプルに加えるため、および／または加えられた磁場に対するサンプルの反応を測定するために用いられる。ＲＦ磁場は静的磁場に対して垂直である。同一のコイルを、ＲＦ磁場を加えるためと、加えられた磁場に対するサンプルの反応を測定するためとの両方に用いてもよい。あるいは、１つのコイルを、ＲＦ磁場を加えるために、そして、別のコイルを、加えられた磁場に対するサンプルの反応を測定するために用いてもよい。
【００１６】
コイル２４は、複数の共鳴周波数の信号に対して用いることができる。これら複数の共振周波数には、フィールドロック信号周波数、および／または１つ以上のサンプル信号周波数が含まれる。幾つかの実施形態においては、このコイルを含むＮＭＲ測定回路の共鳴周波数のチューニングは、この回路内に含まれる様々な可変コンデンサの値を調節することで、または回路コンポーネント、例えば異なる値を有するコンデンサもしくはインダクタをこの回路内へとスイッチングすることで達成することができる。一例としての実施態様においては、コイル２４は陽子ＮＭＲ測定を実施するためと、重水素信号上のロックを維持するためとに用いられる。他の実施態様として、コイル２４はＮＭＲ測定を、対象とする他のまたは追加の周波数で実行するために用いることもできる。以下の説明においては、主として高周波陽子信号と、より低い周波数の重水素ロック信号とを使用するシステムに焦点が置かれる。一例としてのＮＭＲシステムにおいては、これら陽子信号および重水素ロック信号は、それぞれ、８００ＭＨｚおよび１２１．８ＭＨｚの共鳴周波数に対応する。
【００１７】
図２−Ａおよび図２−Ｂは、それぞれ本発明の幾つかの実施形態による無線周波数（ＲＦ）コイルアセンブリ２４’の等角図および縦方向の側面図である。図３はサポートアセンブリ２４”の等角図を示し、サポートアセンブリ２４”は、コイルアセンブリ２４’をその上に取り付けるための１対の支持チューブと、一式の外側キャパシタンスバンドとを含む。ＲＦコイル２４は、図４の横方向の断面図に示されているように、アセンブリ２４’および２４”によって形成される。
【００１８】
図２−Ａおよび図２−Ｂに示されるように、ＲＦコイルアセンブリ２４’は、中央コイル構造体３０と、この中央コイル構造体３０の縦方向において反対側に配置された１対の円筒状の浮動シールド３２ａ、３２ｂと、この中央コイル構造体３０の上方に取り付けられた絶縁性の補助インダクタサポート３４と、このサポート３４上に取り付けられた１対の補助インダクタ３６ａ、３６ｂと、以下に説明するように、この中央コイル構造体３０と補助インダクタ３６ａ、３６ｂとを接続する一式の導電リード３８とを含む。幾つかの実施形態においては、単一のワイヤにより、１対の導電リード３８と、対応する補助インダクタ３６ａ、３６ｂとが形成されている。中央コイル構造体３０と、シールド３２ａ、３２ｂと、導電リード３８と、補助インダクタ３６ａ、３６ｂと、一式のキャパシタンスバンド（帯）９０、９２ａ、９２ｂ（図３に示されている）とによって、ＲＦコイル２４の導電構造が形成される。
【００１９】
中央構造体３０の中央には、シールド３２ａとシールド３２ｂとの間に、測定容積３１および対応するコイルウインドウが形成される。各シールド３２ａ、３２ｂの中心軸は中央コイル構造体３０の縦方向の中心軸と整合される。この測定容積３１は、円筒状のサンプルチューブまたはフローセル内に保持される、対象となるＮＭＲサンプルを順次収容する。補助インダクタサポート３４の中央を貫通するように縦方向の開口３７が形成されていて、ＮＭＲサンプルチューブまたはフローセルが通過できるようにされている。シールド３２ａ、３２ｂは中央構造体３０に、シールド３２ａ、３２ｂの表面の、少なくとも測定容積３１と隣接する部分に沿って、容量的に結合される。シールド３２ａ、３２ｂは、ＮＭＲサンプルがコイルリードまたは他の導電性の構造から拾われるＲＦに起因して寄生的に励起されることを低減する働きと、ＮＭＲサンプルを望ましくない外部電場から遮蔽する働きとを有する。シールド３２ａ、３２ｂは、さらに、コイルアセンブリ２４’に対して追加の分布キャパシタンスを提供する。
【００２０】
中央コイル構造体３０は、おおむねサドル形の修正Ａｌｄｅｒｍａｎ−Ｇｒａｎｔコイルの形態を有する。中央コイル構造体３０は、おおむね横断的な、縦方向に離隔された１対の下側導電リング４０ａおよび上側導電リング４０ｂと、これらリング４０ａとリングと４０ｂとの間に延び、これらを相互接続する一式の４つの縦方向の導電セグメント（ラング（横桟）、ストリップ（細片））４６ａ、４６ｂと、上側リング４０ｂから上方に延びる一式の４つの縦方向のインダクタ相互接続リード４８と、下側リング４０ａから下方に延びる１対の先細の外部接続リード５０ａ、５０ｂとを含む。
【００２１】
外部接続リード５０ａ、５０ｂは、下方に、縦方向において測定容積３１から離れるように、シールド３２ａの遠位端に向かって延びている。リード５０ａ、５０ｂは、上部から下部に向かって細くなるように、先細に形成されている。リード５０ａ、５０ｂは、外部ドライブ／検出回路に対する電気的接続を提供する。リング４０ａとリング４０ｂとは、それぞれ測定容積３１の両側に配置され、そして、シールド３２ａ、３２ｂの近位端のまわりに配置されている。リング４０ａは、これを貫通して形成されている１対の縦方向のスロット（間隙）５４を有する。これらスロット５４は、リング４０ａの軸に関して両側に配置され、そしてリング４０ａの縦方向の全長に沿って延び、こうしてリング４０ａを別個の弓状のリングセクションに分割している。スロット５４は、電流がリング４０ａを通って、完全な円を描いて、直接流れることを阻止する。リング４０ｂは、これを貫通して形成される一式の４つの縦方向のスロット（間隙）５８を有する。これらスロット５８は、リング４０ｂに沿って９０°の方位角ずつ離された位置に配置され、そして２つの向かい合うスロット５８はスロット５４と整合され、そして、２つの向かい合うスロット５８は垂直の方位角方向に沿う。スロット５８はリング４０ｂの縦方向の全長に沿って延び、こうしてリング５８を別個の弓状のリングセクションに分割する。スロット５８は電流がリング４０ｂを通って、完全な円を描いて、直接に流れることを阻止する。
【００２２】
各縦方向のセグメント４６ａ、４６ｂは、測定容積３１に沿って、リング４０ａとリング４０ｂとの間に延びている。リング４０ａ、４０ｂおよびセグメント４６ａ、４６ｂによって、横（ｘまたはｙ）方向に沿って、この方向に沿ってＲＦ磁場を生成するための、互いに向き合う一式のループが形成される。一例としての磁場の一般的方向が図２−Ａにおいて６０として模式的に示されている。電流はこれらループを通って同一の方向（時計回りまたは半時計回り）に流れ、これら２つのループによって生成されるＲＦ磁場は互いに強め合う。この磁場方向６０に対応する電流の大略的方向が図２−Ｂにおいて６２として示されている。
【００２３】
各インダクタ相互接続リード４８は、上側リング４０ｂから縦方向に上方に、測定容積３１から離れるように延びている。幾つかの実施形態においては、相互接続リード４８は、リング４０ｂの横方向両側に沿って配置された２つの対として配置されている。各対のリードは、磁場の方向６０を定めるコイルウインドウと対向する、対応するスロット５８と隣接して、その両側に配置されている。他の実施形態として、相互接続リード４８は、他の方位角位置に配置することもできる。各リード４８は金属のストリップによって形成されているが、これは、好ましくは、機械的に可能な限り薄く形成される。相対的に低いキャパシタンスと高いインダクタンスとを有する薄いリードを使用することで、以下に詳細に説明されるように、高周波陽子電流によって実現されるインピーダンスが最大化される。
【００２４】
各インダクタ相互接続リード４８は、対応する導電リード３８の近位端に接続されている。幾つかの実施形態においては、導電リード３８は感度補償されたワイヤによって形成され、リード４８および３８は互いに半田付けされている。このリード４８、３８の結合は、好ましくは陽子電流に対する抵抗性損失が実質的に生じないようなやり方で行われる。４つのリード３８がシールド３２ｂの上側に沿って、方位角方向に約９０°をなす角度量だけ延び、次に、インダクタサポート３４を貫通するように形成された対応する縦方向の開口を通って垂直方向に延び、インダクタ３６ａ、３６ｂの対応する端子に接続されている。リード３８のこれら２つの対の各々は、それらの対応するインダクタ３６ａ、３６ｂとともに、単一の導電ワイヤからモノリシックに形成することができる。各インダクタ３６ａ、３６ｂは、半円または半トロイド状に形成され、そしてインダクタコイルのワイヤは横方向の平面内に存在する円周軸のまわりに巻き付けられている。インダクタ３６ａ、３６ｂは一体となっておおむね完全なトロイド形状を形成するが、これはインダクタ３６ａとインダクタ３６ｂとの間の誘導性結合が最適となることを助ける。
【００２５】
図３は、コイルサポートアセンブリ２４”の等角図を示すが、これは、本発明の幾つかの実施形態において、コイルアセンブリ２４’をサポートし、これに追加のキャパシタンスを提供するために用いられる。図４は、コイルアセンブリ２４’とコイルサポートアセンブリ２４”とを含むコイル２４の横方向の図を示す。図３に示されるように、コイルサポートアセンブリ２４”は、外側サポート８２と、内側サポート８６との２つを含む。サポート８２、８６は中空の円筒状の大略的に縦方向のシェルより形成され、そして非導電性の誘電材から形成される。内側サポート８６内に形成される内側の縦方向の穴は、対象となるサンプルチューブまたはフローセルを収容する。中央コイル構造体３０（図２−Ａ、図２−Ｂに示されている）は、内側サポート８２と外側サポート８６との間に形成される薄い円筒状の空間８８内に配置される。シールド３２ａ、３２ｂ（図２−Ａ、図２−Ｂ）は内側サポート８６の内側表面に沿って配置される。
【００２６】
一式のキャパシタンスバンド９０、９２ａ、９２ｂ（図３参照）が、外側サポートの外側表面に沿って配置される。上側キャパシタンスバンド９０は、２つの下側キャパシタンスバンド９２ａ、９２ｂとの関係において、測定容積３１の反対側に配置される。上側キャパシタンスバンド９０は、上側リング４０ｂおよび／または上側シールド３２ｂに沿って配置される。下側キャパシタンスバンド９２ａ、９２ｂは、下側リング４０ａおよび／または下側シールド３２ａに沿って配置される。上側キャパシタンスバンド９０および下側キャパシタンスバンド９２ｂは固定され、他方、下側キャパシタンスバンド９２ａは外側サポート８２に沿って縦方向にスライドすることができる。幾つかの実施形態においては、下側キャパシタンスバンド９２ａは剛性の、大略的に縦方向の結合部材９３に固定されているが、これは、感度補償されたロッド状のワイヤによって形成することができる。結合部材９３は、キャパシタンスバンド９２ａによって提供される追加のキャパシタンスの量を変化させるために、キャパシタンスバンド９２ａを縦方向にスライドするために用いられる。結合部材９３は下側絶縁体２６（図１）の下方に配置された機械的アクチュエータ（例えば、アクチュエータピストン）に固定されている。このアクチュエータは図３においてはアクチュエータノード９７により模式的に表されている。絶縁コンデンサ９５がアクチュエータノード９７と結合部材９３との間に、キャパシタンスバンド９２ａのＲＦ隔離を向上させるために接続されている。
【００２７】
図５−Ａは、キャパシタンスバンド９２ａ、９２ｂ、結合部材９３、絶縁コンデンサ９５、およびアクチュエータピストン９７を備えたキャパシタンスチューニングアセンブリ１１０の等角図である。アクチュエータピストン９７は、金属などの導電材から形成することができる。結合部材９３は、キャパシタンスバンド９２ａと絶縁コンデンサ９５とに、その縦方向の表面に沿ってその両端の所で半田付けされる。絶縁コンデンサは、結合部材９３とアクチュエータピストン９７との間において、２つの両側の縦方向の表面に沿って半田付けされる。
【００２８】
図５−Ｂ、図５−Ｃは、キャパシタンスチューニングアセンブリ１１０ならびに下側絶縁体２６および図４に示されているコイルアセンブリ層との関係の縦方向の側面図を示す。図５−Ｂは、キャパシタンスバンド９２ａを、キャパシタンスバンド９２ｂと隣接する、近位位置にて示す。幾つかの実施形態においては、キャパシタンスバンド９２ａはキャパシタンスバンド９２ｂと当接する（物理的に接触する）こともでき、キャパシタンスバンド９２ｂと一体となって、本質的に単一の延長されたキャパシタンスバンドを形成するようにすることもできる。図５−Ｃは、キャパシタンスバンド９２ａを、キャパシタンスバンド９２ｂおよびコイルウインドウからより離れた、一例としての遠位位置にて示す。キャパシタンスバンド９２ａは、さまざまな縦方向における場所に位置する複数の遠位位置内に置くことができ、これによってキャパシタンスバンド９２ａと中央コイル構造体３０との間で所望の重なり合う面積を提供し、こうしてコイルの共鳴周波数をチューニングする。図５−Ｂに示されている近位位置においては、キャパシタンスバンド９２ａの相対的に大きな面積が、リング４０ａおよび接続リード５０ａ、５０ｂ（図２−Ａ）に沿って、中央コイル構造体３０と重複する。図５−Ｃに示される一例としての遠位位置においては、キャパシタンスバンド９２ａのより小さな面積が、接続リード５０ａ、５０ｂ（図２−Ａ）に沿って、中央コイル構造体３０と重複する。
【００２９】
キャパシタンスバンド９２ａ、９２ｂの縦方向の大きさは、所望のチューニングレンジ、接続リード５０ａ、５０ｂ（図２−Ａ）内のテーパリング（先細り）によって決まる重複キャパシタンスにおける縦方向の変動、およびアクチュエータピストン９７の運動の縦方向のレンジに従って選択される。幾つかの実施形態、例えば、８００ＭＨｚ陽子プローブにおいては、約８ＭＨｚの陽子チューニングレンジであれば、損失／誘電性サンプルに起因する共鳴周波数の変化を補償することができる。他の実施形態、例えば、陽子周波数とフッ素周波数との間のチューニングが可能なプローブにおいては、より幅広く（縦方向により大きく）移動可能なキャパシタンスバンド９２ａを使用し、そして、接続リード５０ａ、５０ｂ内のテーパリングは低減するかまたは省く、こともできる。
【００３０】
図５−Ｂ、図５−Ｃに示されるように、結合部材９３は、下側絶縁体２６内に形成された縦方向の開口を貫通して延びている。キャパシタンスバンド９２ａ、９２ｂは下側絶縁材２６の上方に配置され、他方、絶縁コンデンサ９５およびアクチュエータピストン９７は下側絶縁体２６の下方に配置されている。アクチュエータピストン９７は、下方に向かって延びる、より長い縦方向のロッドを含むか、またはこれに強固に取り付けることができる。アクチュエータピストン９７は、回転運動から直線運動への変換器を有するリニアモーター、または、ステッパーモーターにて駆動され、縦方向に移動することができる。
【００３１】
幾つかの実施形態においては、図３および図５−Ａ〜図５−Ｃに示されているような分割キャパシタンスバンドをコイルの非駆動側に、すなわち図２−Ａに示されるコイルの上側に配置することができる。そして、類似の分割キャパシタンスバンドまたは単一の固定キャパシタンスバンドがコイルの駆動側（底側）で用いられる。上側の可動キャパシタンスバンドは、上側プローブ絶縁体内の開口を貫通して延びる結合部材を用いて移動することができる。サンプルチューブを用いるプローブにおいては、サンプルチューブを回転させるために用いられるスピナータービンによって、結合部材の位置および形状に空間的な制約が課されることがある。フローセルプローブの場合は、上部から結合部材を挿入するためのより多くの空間を確保できることもある。もし、その結合部材がＲＦプローブシールドの外側へと延びているようなときは、絶縁性の結合部材が望ましいであろう。ＲＦプローブシールドの外側へと延びる結合部材が導電性であると、望ましくないＲＦ妨害をコイルのサンプル領域内に伝導するおそれがある。
【００３２】
図６−Ａは、本発明の幾つかの実施形態による、コイルアセンブリ２４’および関連する外部プローブ回路２９０によって定義されるコイル回路２００の模式図である。図６−Ａの様々な回路要素に対して用いられている符号は、図２−Ａに示されている構造を示すために用いられている同様の符号に対応する。２つの補助インダクタ２３６ａ、２３６ｂが、インダクタ２４８ａ、２４８ｂによって表される一式の縦方向のリードを通じて、大略的には中央コイル構造体３０、シールド３２ａ、３２ｂおよびキャパシタンスバンド９０、９２ａ、９２ｂ（図２−Ａおよび図３に示されている）の少なくとも一部によって形成されるコア回路２３０に接続されている。コア回路２３０はノード２０２、２０４を横断して外部回路に接続される。１対の下側コンデンサ２４０ａ、２４０ａ’がノード２０２、２０４を横断して接続され、これらコンデンサ２４０ａ、２４０ａ’のキャパシタンスは、大略的には下側リング４０ａ、シールド３２ａ（図２−Ａ、図２−Ｂ）、およびキャパシタンスバンド９２ａ、９２ｂ（図３）の重複する部分によって提供される。縦方向に移動できるキャパシタンスバンド９２ａによって、コンデンサ２４０ａ、２４０ａ’のキャパシタンスが変えられる。
【００３３】
２つのインダクタ２４６ａ、２４６ｂおよび上側コンデンサ２４０ｂがノード２０２、２０４の間に直列に接続される。これらインダクタ２４６ａ、２４６ｂのインダクタンスは、大略的には図２−Ａ、図２−Ｂに示される縦方向のセグメント４６ａ、４６ｂによって提供され、他方、コンデンサ２４０ｂのキャパシタンスは、大略的には上側リング４０ｂ、シールド３２ｂ（図２−Ａ、図２−Ｂ）およびキャパシタンスバンド９０（図３）の重複する部分によって提供される。インダクタ２３６ａ、２４８ａ、２４８ｂによって形成される直列回路は、上側コンデンサ２４０ｂを横断して接続される。同様にして、２つのインダクタ２４６ａ’、２４６ｂ’および上側コンデンサ２４０ｂ’がノード２０２、２０４の間に直列に接続される。これらインダクタ２４６ａ’、２４６ｂ’のインダクタンスは、大略的には図２−Ａ、図２−Ｂに示される縦方向のセグメント４６ａ、４６ｂによって提供され、他方、コンデンサ２４０ｂ’のキャパシタンスは、大略的には上側リング４０ｂ、シールド３２ｂ（図２−Ａ、図２−Ｂ）およびキャパシタンスバンド９０（図３）の重複する部分によって提供される。インダクタ２３６ｂ、２４８ｃ、２４８ｄによって形成される直列回路は、上側コンデンサ２４０ｂ’を横断して接続される。２つのより低いロック（低周波数）インダクタ２９２ａ、２９２ｂが、それぞれ、ノード２０２、２０４と、外部回路との間に接続される。分路インダクタ２９３がノード２０２、２０４の間に接続される。より低いロックインダクタ２９２ａ、２９２ｂおよび分路インダクタ２９３は、物理的にコイルアセンブリ２４’から離して、下側絶縁体２６（図１）の下側のプローブ回路領域内に配置される。
【００３４】
図６−Ｂは、本発明の幾つかの実施形態によるコイルアセンブリによって規定されるコイル回路２５０模式図を示す。コイル回路２５０は補助インダクタ３６とコア回路２３０’とを含む。補助インダクタ３６は単一の物理的なインダクタを表すことも、またはインダクタ３６ａ、３６ｂ（図６−Ａ）などの複数のインダクタの等価インダクタンスを表すこともある。コア回路２３０’は外部リード２０２、２０４を横断して外部回路に接続される。インダクタ２４６ａ、２４６ｂおよび上側コンデンサ２４０ｂはリード２０２、２０４の間に直列に接続される。
【００３５】
インダクタ３６は、コイル回路２５０を通り、インダクタ２４６ａ、２４６ｂおよびインダクタ３６を通って走る、補助低周波電流路２５４を提供する。補助インダクタ３６がないコイル回路では、単に、インダクタ２４６ａ、２４６ｂおよびコンデンサ２４０ｂを通って走る、中央コイル電流路２５２が採用される場合もある。補助インダクタ３６を含むコイル回路２５０においては、補助電流路２５４はより低い周波数の電流、例えば、ロッキング信号に対応する電流によって優先的に使用され、他方、中央コイル電流路２５２はより高い周波数の電流によって優先的に使用される。
【００３６】
上で説明された好ましいシステムおよび方法は、高周波用途に対して最適化された分布キャパシタンスＡｌｄｅｒｍａｎ−Ｇｒａｎｔコイルの低周波効率を、高周波共鳴に対する性能の劣化を最小限に抑えながら改善することを可能にする。幾つかの実施形態においては、高周波は陽子信号に対応し、他方、低周波はロック（例えば重水素）または他のＮＭＲ（例えば、窒素もしくは炭素）信号に対応する。１つの用途においては、分布キャパシタンスコイルを陽子ロック周波数と重水素ロック周波数とに二重にチューニングすることで、改善されたロックＮＭＲ信号効率が達成される。別の用途においては、コイルの上側または下側周波数共鳴はブロードバンド・チューニングされる。
【００３７】
下側キャパシタンスバンドを固定された部分とスライド可能な部分と（それぞれ図３における部分９２ｂおよび９２ａ）に分割することで、ＲＦ電流路をコイルウインドウ／サンプル測定容積（図２に３１として示されている）の近傍に維持しながら、高周波コイルの共鳴をチューニングすることが可能になる。分割キャパシタンスバンドは、上で説明された上側補助インダクタおよび関連するコンポーネントと共に用いることも、またはこれなしに用いることもできるが、しかしながら、とりわけ補助インダクタを採用するシステムで用いることが、補助インダクタを追加したことに起因して失われる幾らかの高周波性能を回復することが可能となるために有益である。ＲＦ電流路をコイルウインドウの近傍に維持することで、コイルの高周波性能（例えば陽子感度）を、拡張されたチューニングレンジを通じて保持することが可能になる。分割キャパシタンスバンドは、とりわけコイルを横切って、またはコイルとアースとの間に接続された１つ以上の可変コンデンサのキャパシタンスを変化させることで、陽子共鳴周波数がチューニングされるようなシステム内で使用すると有効である。このようなシステムにおいては、回路の陽子のＱファクタおよび充填ファクタ（フィルファクタ）は、コイルが低周波数にチューニングされたとき落ちることがある。このようなシステム内で分割キャパシタンスバンドを用いると、要求されるＱファクタおよびＲＦ磁場シフトを、要求されるチューニングレンジに渡って維持することが可能になる。
【００３８】
幾つかの実施形態においては、上で説明されたような補助インダクタを用いるシステムおよび方法は、上側補助インダクタを用いない類似するコイルと比較して、ロック感度を３００％以上改善することを可能にした。このようにロック効率が改善されることで、より短いＮＭＲ信号パルス持続期間と、より高いパルス電力とを用いることが可能になる。ロック感度が増加することで、ロックチャネルの雑音が少なくなり、ＮＭＲシステムのシミング動作も改善される。すなわち、ＮＭＲ計器をこのロック信号を用いてシミングすると、シミング処理は、より高いロック信号対雑音比において、とりわけ低スピン密度のロッキング（例えば、重水素）原子核を有するようなサンプルに対して、より容易かつ迅速になる。自動化されたシミングアルゴリズムでは、所望の信号対雑音比を達成するために必要とされる遷移の数を、より少なくすることが必要となる場合がある。加えて、上で説明されたような分割キャパシタンスバンドを用いた場合、高周波（例えば、陽子）感度も改善されることが観察された。
【００３９】
幾つかの実施形態においては、中央コイル構造体３０は感度補償された薄い単一の導電ホイルから形成される。このホイルは１つ以上の材料の層を含むことができ、その主表面平面に沿ってモノリシックである。感度補償することで、磁場の不均一性および関連する線形性の歪みが低減される。感度補償されたホイルは、異なる磁気感度を有する複数の材料（例えば、層）を含むことができる。例えば、正の感度を有する層と負の感度を有する層とを積み重ねることで、空気に近い正味感度を有する２層ホイルを形成することもできる。コイル構造３０の正味感度は、コイル３０の環境の感度に近いことが好ましい。
【００４０】
幾つかの実施形態においては、中央コイル構造体３０およびシールド３２ａ、３２ｂは、感度補償されたパラジウムメッキの銅から作られる。一般には、他の材料、例えば、ロジウム、白金、銅、およびこれら材料の積層体も中央コイル構造体３０およびシールド３２ａ、３２ｂに適している。例えば、Ｒｈ−Ｃｕの感度補償されたサンドイッチ構造を用いることもできる。反対の符号の感度を有する他の材料を、空気または真空の磁気感度と等しい磁気感度を得るために用いることもできる。幾つかの実施形態においては、リング４０ａ、４０ｂおよびシールド３２ａ、３２ｂの全体としての横方向のサイズは約１ｃｍのオーダである。典型的なＮＭＲ用途に対しては、コイル３０に対する横方向のコイルサイズは数ミリメートルから数センチメートルの範囲とすることができる。縦方向の導体４６ａ、４６ｂおよびリング４０ａ、４０ｂの縦方向の大きさは数センチのオーダであり得る。幾つかの実施形態においては、コイルサポート８２、８６は、好ましくは、ＮＭＲ測定を妨害しない誘電材、例えば、ガラスから作製され、他方、インダクタサポート３４は、プラスチックまたはセラミック材料から作られる。
【００４１】
典型的な実施形態においては、リード４８は、約０．６１”の縦方向の大きさ（長さ）を有し、コイル構造３０の残りの部分は約１．６３”の長さを有する。リード４８は、好ましくは、そのインダクタンスを最大にし、そのキャパシタンスを最小にするために、機械的に可能な限り薄くされる。１つの典型的な実施形態においては、リード４８は、幅が０．０２”、厚さが０．００２”である。
【００４２】
リード４８は、好ましくは、まっすぐな、大略的に縦方向のストリップである。リード４８のこの薄くてまっすぐな形状は、高周波陽子電流に対するインピーダンスが最大となり、こうしてリード４８およびインダクタ３６ａ、３６ｂ（図２−Ａ）によって定められるこの回路の大きさが、コイルの陽子充填ファクタに与える影響が最小となるように選択される。リード４８の厚さおよび幅はホイルのカッティング技術や組み立てられたコイルに対する機械的安定性要件によって制限され、リード４８の幅の下限はこれらによって制限される。好ましくは、リード４８の幅は約１ｃｍ以下である。幾つかの実施形態においては、リード４８は、線形形状よりも高いインダクタンスを示す蛇行したまたは他の非直線形状を有することもできる。このような形状は、また、リード４８とシールド３２ｂ（図２−Ａ）との間のキャパシタンスを増加させ、陽子電流に与えられるインピーダンスを低減させる。例えば、リード４８に対して蛇行した形状が用いられた場合、陽子充填ファクタは、計算によると、サポート８６（図３−Ａ）が一定の選択された形状および誘電特性を有するものである場合、直線の形状と比較して低くなった。リード４８とリード３８とは、リード４８の上端で、コイルウインドウから可能な限り離して、互いに半田付けされる。コイルアセンブリ２４’は、陽子バックグラウンド信号に寄与する材料または誘電的に損失性の材料を含まないようにするのが好ましい。
【００４３】
補助インダクタ３６ａ、３６ｂは上側リング４０ｂからある感度隔離距離だけ離される。この感度隔離距離は、磁気感度の不均一性によってライン幅が実質的に影響されないように、十分に大きく選択される。ライン幅は、補助インダクタによって導入される磁気感度の変動に起因する、静的磁場に対する高次の摂動がシミングによって十分に補償できるようであれば、影響されないと言える。一般的には、隔離距離は補助インダクタ３６ａ、３６ｂによって導入される感度摂動の程度によって決まる。幾つかの実施形態においては、この感度隔離距離は約１ｃｍ（約０．５インチ）以上であれば、補助インダクタによって導入される感度変動からＲＦ測定空間を適切に分離するために十分大きいことが観察された。幾つかのシステムにおいては、このような隔離距離は概ねコイルの直径に等しくされる。幾つかの実施形態においては、この距離が０．５ｃｍまたは２ｃｍ以上であれば所望のレベルの隔離を得ることができる。円筒状の誘電サポート８２、８６（図３）のようなコイルサポートを使用する実施形態においては、リード４８（図２−Ａ）の最小の長さは、サポート８２、８６が上側リング４８の上方に延びる長さによって制限することができる。
【００４４】
１つの典型的な実施態様においては、各補助インダクタ３６ａ、３６ｂは約１５０ｎＨのインダクタンス値を有する。他の実施形態においては、典型的なインダクタンス値として９０ｎＨおよび２００ｎＨが含まれる。インダクタ３６ａ、３６ｂ（図２−Ａ）のインダクタンスは、好ましくは、陽子性能が過剰に減衰されないように、十分に高く選択される。インダクタ３６ａ、３６ｂは、好ましくは、陽子周波数より高いところで自己共鳴するようにされる。例えば、陽子共鳴周波数が約８００ＭＨｚの実施形態においては、インダクタ３６ａ、３６ｂはその自己共鳴周波数が８５０〜９００ＭＨｚ以上となるように選択される。同時に、インダクタ３６ａ、３６ｂのインダクタンスが高すぎるときは、ロック性能は劣化し始める。そして、このロック回路は（主としてインダクタ３６ａ、３６ｂとコイルの下方の駆動ポイントに位置する２つのインダクタとによって与えられる）、このロック回路の結合されたインダクタンスのために、ロック信号が所望のロック原子核周波数より低いところで共鳴することとなるために、チューニングすることがより困難となる。もしも比較的高いインダクタンスを有する補助インダクタ３６ａ、３６ｂが使用されるときは、ロック分路インダクタ（図５−Ａにおけるインダクタ２９３）をコイルアセンブリ２４’の底部に、陽子リードを横断するように追加し、これによってロック回路の自己共鳴周波数を、陽子感度を著しく劣化させることなく、増加させることができる。一例としての実施態様においては、各下側ロックインダクタ２９２ａ、２９２ｂは、約１００ｎＨのインダクタンス値を有する。一般的には、下側ロックインダクタ２９２ａ、２９２ｂは、好ましくは、陽子周波数において陽子ポートとロックポートとの間の所望のレベル（例えば、−２０ｄＢ）の隔離が可能となる最小限のインダクタンスを有するように選択される。
【００４５】
インダクタ３６ａ、３６ｂは、コイルの両側において同程度の電流が流れるようにすることで、コイルアセンブリ２４’のＲＦ場の均一性を保存するために、同一のインダクタンス値を有し、そして互いに誘導的に結合されることが好ましい。これら２つのインダクタが同一ではなく、互いに結合されていない場合は、分割モードの解法は、ＲＦ場の不均一性をもたらすこととなる。インダクタ３６ａ、３６ｂは、ロック電流と幾らかの陽子電流との両方を運び、そして、好ましくは、任意の損失性の材料またはサンプル測定容積の外側に存在するサンプルから遮蔽されるが、このサンプル測定容積は静的磁場の均一な領域である。さらに、インダクタ３６ａ、３６ｂは、好ましくは、陽子バックグラウンド信号を生成するどのような材料にも露出されないようにされる。また、感度補償された金属シールドを用いて、上側シールド３２ｂより上方に存在する任意のサンプルを包囲することもできる。幾つかの実施形態においては、高域回路、直列キャパシタンスまたは他の回路が、ロックインダクタ３６ａ、３６ｂの一方または両方の中央に、低周波電流、例えば、傾斜スイッチングに起因する電流を減衰するために挿入される。
【００４６】
図７は、本発明の幾つかの実施形態による、一式の縦方向の導体４４６とは物理的に別個の（抵抗結合されていない）縦方向に離隔された２つの円筒状のリング４４０ａ、４４０ｂを有するサドル形コイル構造体４３０の側面図を示す。リング４４０ａ、４４０ｂは導体４４６に、それぞれ、重複領域４４５ａ、４４５ｂに沿って容量的に結合されている。リング４４０ａ、４４０ｂは、例えばＲＦコイルシールドまたはキャパシタンスバンドの少なくとも一部によって形成することができる。図８は本発明の幾つかの実施形態によるＡｌｄｅｒｍａｎ−Ｇｒａｎｔコイル構造体５３０を示す。図８においては、コイルの厚さは表示を明快にするために実際より厚く示されている。コイル構造体５３０は上側リング５４０ａと下側リング５４０ｂとを含み、これらの各々は２つの向い合うように配置された縦方向のスロットを有する。リング５４０ａ、５４０ｂは２つの連続する（すき間のない）縦方向の導体５４６ａ、５４６ｂによって相互接続されている。
【００４７】
以下の例は本発明の幾つかの実施形態の局面を解説することを意図するものであり、本発明を限定するためのものであると解されるべきではない。
幾つかのテストを、図３および図５−Ａ〜図５−Ｃに示されるような分割可動キャパシタンスバンドを使用するＮＭＲシステムと、下側キャパシタンスバンド９２ａ、９２ｂ（図３）の結合された縦方向の大きさと同一の縦方向の大きさを有する、単一の固定された下側キャパシタンスバンドを有する、類似のＮＭＲシステムとに対して実施した。
【００４８】
固定バンドを用いるコイルが陽子周波数およびロック周波数に対してチューニングされ、プローブ内に配置された。Ｘ−コイルは用いられなかった。陽子の共鳴は、下側絶縁体の下方に配置された可変コンデンサを含む従来のチューニング回路を用いて、８００ＭＨｚにチューニングされた。陽子のパルス幅が、希薄にドーピングされた水のサンプルに関して評価された。類似の実験が図３および図５−Ａ〜図５−Ｃに示されるような分割キャパシタンスバンドを用いるコイルに対しても実施された。分割キャパシタンスバンドを用いるコイルは、陽子に対して、下側キャパシタンスバンドをスライドさせることでチューニングされた。同一の電力の設定下において、固定のキャパシタンスバンドを有するコイルに対しては、９０度パルス持続期間は６．４７μｓであることが、そして分割キャパシタンスバンドを用いるコイルに対しては、６．０５μｓであることが観測された。固定キャパシタンスバンドを用いるコイルと、分割可動キャパシタンスバンドを有するコイルとの間の９０度パルス幅の比較の結果として、分割キャパシタンスバンドを用いるコイルでは７％の改善が見られた。用いられた電力は両方のテストにおいて同一であったために、チューニングのために、スライド式のキャップバンドを用いた場合、可変コンデンサを用いる単一バンドのコイルより、７％の感度の向上を得ることが可能であると推測することができる。
【００４９】
一連の計測において、分割バンドを用いるコイルと、類似の、単一バンドを用いる（従来の）コイルとに対して、Ｑファクタ、および共鳴周波数のシフトが、あるチューニング周波数レンジを横断して記録された。ＮＭＲアンテナの性能は、導電性のシリンダをそのＲＦコイルの、サンプルがＢ１磁場を受ける位置に導入したときの、プローブのＱおよび共鳴周波数のシフトを測定することで評価することができる。類似の形状のコイルに対しては、ＮＭＲ感度は、周波数シフト×Ｑの平方根によって評価してもよい。したがって、コイルのＱファクタおよび周波数シフトに関する測定値間の比較を、コイルの性能を比較するためのベンチテストとして用いることができる。このような比較が分割バンドを用いるコイルと、類似の、単一バンドを用いるコイルとに対して、プローブのチューニングレンジを横断して実施された。
【００５０】
図９−Ａは分割バンドを用いるコイルと、類似の、単一のバンドを用いる（従来の）コイルに関して、測定されたコイルのＱファクタを示す。図示されるように、単一のバンドを用いるコイルの場合、共鳴周波数が低下すると、Ｑファクタは低下する。単一バンドを用いるコイルの共鳴周波数の低下は、チューニング回路内の可変コンデンサによって加えられるチューニングキャパシタンスの増加に対応する。分割バンドを用いるコイルの場合は、共鳴周波数が低下すると、Ｑファクタは高くなる。分割バンドを用いるコイルに対する最適のＱファクタは、スライディングバンドがＲＦウインドウに最も近いときに得られるが、これはチューニングレンジに沿っての最低の周波数および最高のキャパシタンスに対応する。スライディングバンドが引き抜かれるにつれて、ＲＦ電流の少しの割合がＲＦウインドウから離れる方向に流れ、コイルのＱファクタは若干低下する。分割キャパシタンスバンドの固定部分は、コイルウインドウ上にとどまるが、Ｑファクタの損失を低減させる。単一のキャパシタンスバンド全体がＲＦウインドウから離れる方向にスライドされたときには、Ｑファクタの低下はより大きくなった。
【００５１】
図９−Ｂは、分割バンドを用いるコイルと、類似の、単一バンドを用いる（従来の）コイルとに対する測定されたＢ1シフトの変動を示す。従来のコイルに対しては、Ｂ1シフトはプローブチューニング周波数と共に低下することが観測された。チューニングコンデンサに接続された従来のコイルについては、充填ファクタおよびＢ1シフトは、チューニングコンデンサを接続するコイルリード内の電流が増加すると低下する。これとは対照的に、分割バンドを用いるコイルの場合は、充填ファクタは、チューニングがコイルのＲＦウインドウと非常に接近した所で行われるために、概して一定にとどまる。
【００５２】
図９−Ｃは、図９−Ａ、図９−Ｂに示されるデータを用いて、効率＝（Ｑ×Ｂ1シフト）の平方根、との式に従って計算された、これら２つのコイルに対する効率値を示す。単一バンドを用いるコイルの場合は、チューニング周波数が低下すると、プローブの性能はいくらか劣化することが示される。分割バンドを用いるコイルの場合は、周波数による効率の変化はかなり小さく、全体としてより高い効率を示す。図９−Ｃのデータは、分割バンドを用いるコイルの性能の向上は、サンプルがＲＦコイルに負荷を与える量、したがって、対象となる周波数においてプローブを共鳴させるために必要とされる再チューニング訂正の量に依存することを示す。
【００５３】
上の実施形態は本発明の範囲から逸脱することなくさまざまに変更することができる。例えば、キャパシタンスバンドは、ＲＦコイルの外側にではなく、内側に設けることもできる。キャパシタンスバンドは、縦方向もしくは横方向のスロット、または他の形状的特徴もしくはパターンを含むこともできる。電気隔離構造は、上に説明された絶縁コンデンサに加えて、またはその代わりに、一片の絶縁体を含むこともできる。このような隔離構造は、結合部材とピストンアクチュエータとの間ではなく、結合部材内に配置することも、またはその一部を形成することもできる。従って、本発明の範囲は、特許請求の範囲およびそれらの法律的均等物によって決定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の幾つかの実施形態による例示としてのＮＭＲ分光計の模式図である。
【図２−Ａ】本発明の幾つかの実施形態による無線周波数（ＲＦ）ＮＭＲコイルアセンブリの部分の等角図である。
【図２−Ｂ】図２−Ａのコイルアセンブリ部分の縦方向の側面図を示す。
【図３】本発明の幾つかの実施形態による、図２−Ａのコイルアセンブリ部分に対するコイルサポートと、このサポート上に取り付けられた導電性キャパシタンスバンド（スリーブ）の等角図である。
【図４】本発明の幾つかの実施形態による、図２−Ａのコイルアセンブリ部分と、図３のコイルサポートおよびキャパシタンスチューニングバンドとを含む、コイルアセンブリの横方向の断面図である。
【図５−Ａ】本発明の幾つかの実施形態による、キャパシタンスバンドアセンブリの等角図である。
【図５−Ｂ】本発明の幾つかの実施形態による、図５−Ａのキャパシタンスバンドアセンブリの縦方向の側面図を近位位置にて示す。
【図５−Ｃ】本発明の幾つかの実施形態による、図５−Ａのキャパシタンスバンドアセンブリの縦方向の側面図を遠位位置にて示す。
【図６−Ａ】本発明の幾つかの実施形態によるＲＦコイル回路の模式図を示す。
【図６−Ｂ】本発明の幾つかの実施形態による図６−Ａの回路の簡略化された模式図である。
【図７】本発明の幾つかの実施形態による、物理的に別個であって、このコイル構造の縦方向の導体に容量的に結合されたリングを有する、コイル構造の側面図である。
【図８】本発明の幾つかの実施形態による、Ａｌｄｅｒｍａｎ−Ｇｒａｎｔコイルの形状を示す。
【図９−Ａ】本発明の幾つかの実施形態による、分割バンドコイルと、類似の非分割バンドコイルに対する、あるチューニングレンジに渡っての、コイルのＱファクタの記録された変動を示す。
【図９−Ｂ】本発明の幾つかの実施形態による、分割バンドコイルと、類似の非分割バンドコイルに対する、あるチューニングレンジに渡っての、Ｂ1周波数シフトの記録された変動を示す。
【図９−Ｃ】本発明の幾つかの実施形態による、図９−Ａおよび図９−Ｂのデータから計算される、分割バンドコイルと、類似する非分割バンドコイルに対する、あるチューニングレンジに渡っての、コイル効率の変動を示す。
【図１】
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【図２−Ａ】
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【図２−Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５−Ａ】
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【図５−Ｂ】
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【図５−Ｃ】
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【図６−Ａ】
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【図６−Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９−Ａ】
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【図９−Ｂ】
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【図９−Ｃ】
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【国際調査報告】
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