(57)【要約】【課題】ソレノイドコイル端から外側の静磁場均一度を高め、コイル端から外側の空間からの信号も受信できるようにして感度領域を広くしたソレノイドコイルを提供する。【解決手段】主ソレノイドコイルを軸方向に延長する形で静磁場補整用部材を配置し、その静磁場補整用部材は主ソレノイドコイルが発生する高周波磁場を打ち消す向きの高周波磁場を発生しないようにする。具体的には、主ソレノイドコイルの磁化率と同じ符号を持つ絶縁体からなるリング状物体を、主ソレノイドコイル軸方向外側に主ソレノイドコイルと接触するように配置する。また、主ソレノイドコイル軸方向外側にＣ文字状部材或いは円周方向に複数個に切断されたリング状部材を、主ソレノイドコイルと接触しないように配置する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
核磁気共鳴信号測定における高周波送信、受信または送受信に用いるソレノイドコイルであって、主ソレノイドコイルを軸方向に延長する形で静磁場補整用部材を配置し、その静磁場補整用部材は前記主ソレノイドコイルが発生する高周波磁場を打ち消す向きの高周波磁場を発生しないようにしたことを特徴とする核磁気共鳴信号用ソレノイドコイル。
【請求項２】
核磁気共鳴信号測定における高周波送信、受信または送受信に用いるソレノイドコイルであって、主ソレノイドコイルの軸方向外側に、前記主ソレノイドコイルの材料と同じ符号の磁化率を持つ絶縁体からなる静磁場補整用部材を、前記主ソレノイドコイルと接触するように配置したことを特徴とする核磁気共鳴信号用ソレノイドコイル。
【請求項３】
前記静磁場補整用部材がリング状部材であることを特徴とする請求項２記載の核磁気共鳴信号用ソレノイドコイル。
【請求項４】
核磁気共鳴信号測定における高周波送信、受信または送受信に用いるソレノイドコイルであって、主ソレノイドコイルの軸方向外側に前記ソレノイドコイルと切り離して静磁場補整用部材を配置したことを特徴とする核磁気共鳴信号用ソレノイドコイル。
【請求項５】
前記静磁場補整用部材がＣ文字状リングであることを特徴とする請求項４記載の核磁気共鳴信号用ソレノイドコイル。
【請求項６】
前記Ｃ文字状リングの材料が前記ソレノイドコイルの材料と同じ材料よりなることを特徴とする請求項５記載の核磁気共鳴信号用ソレノイドコイル。
【請求項７】
前記静磁場補整用部材が円周方向に複数個に分割されたリング状部材よりなることを特徴とする請求項４記載の核磁気共鳴信号用ソレノイドコイル。
【請求項８】
前記リング状部材の材料が前記主ソレノイドコイルの材料と同じ材料よりなることを特徴とする請求項７記載の核磁気共鳴信号用ソレノイドコイル。
【請求項９】
ソレノイドコイルを搭載した核磁気共鳴用プローブにおいて、前記ソレノイドコイルが主ソレノイドコイルを軸方向に延長する形で静磁場補整用部材を配置したものからなり、前記静磁場補整用部材は前記主ソレノイドコイルが発生する高周波磁場を打ち消す向きの高周波磁場を発生しないように構成されていることを特徴とする核磁気共鳴用プローブ。
【請求項１０】
前記静磁場補整用部材が前記主ソレノイドコイルの材料と同じ符号の磁化率を持つ絶縁体からなるリング状部材であり、前記主ソレノイドコイルと接触していることを特徴とする請求項９記載の核磁気共鳴用プローブ。
【請求項１１】
前記静磁場補整用部材がＣ文字状リングであり、前記主ソレノイドコイルと切り離して配置されていることを特徴とする請求項９記載の核磁気共鳴用プローブ。
【請求項１２】
前記静磁場補整用部材が円周方向に複数個に分割されたリング状部材よりなり、前記主ソレノイドコイルと切り離して配置されていることを特徴とする請求項９記載の核磁気共鳴用プローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は核磁気共鳴信号用ソレノイドコイル及びソレノイドコイルを搭載した核磁気共鳴用プローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
ソレノイドコイルは、コイル端から外側で静磁場の均一性が低下する。ソレノイドコイルの静磁場均一性を高めるために、主ソレノイドコイルの軸方向外側にキャンセルコイルを配置して、主ソレノイドコイルと逆相の電流が流すこと、或いは、主ソレノイドコイルと逆向きの磁界を発生させることが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２３９２３号公報（要約）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、キャンセルコイルを配置して、主ソレノイドコイルと逆相の電流を流すこと、或いは、主ソレノイドコイルと逆向きの磁界を発生させることにより、感度領域を狭めて、静磁場均一度が低い空間からの信号の混入を防いでいる。しかし、この方法では、ソレノイドコイルの感度領域が狭くなってしまう。
【０００５】
本発明の目的は、ソレノイドコイル端から外側の静磁場均一度を高め、コイル端から外側の空間からの信号も受信できるようにして、感度領域を広くしたソレノイドコイル及びソレノイドコイルを搭載した核磁気共鳴用プローブを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、核磁気共鳴信号測定における高周波送信、受信または送受信に用いるソレノイドコイルであって、主ソレノイドコイルを軸方向に延長する形で静磁場補整用部材を配置し、その静磁場補整用部材は前記主ソレノイドコイルが発生する高周波磁場を打ち消す向きの高周波磁場を発生しないようにしたことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明は、ソレノイドコイルを搭載した核磁気共鳴用プローブにおいて、前記ソレノイドコイルが主ソレノイドコイルを軸方向に延長する形で静磁場補整用部材を配置したものからなり、前記静磁場補整用部材は前記主ソレノイドコイルが発生する高周波磁場を打ち消す向きの高周波磁場を発生しないように構成されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明において、静磁場補整用部材は、例えば主ソレノイドコイルの材料と同じ符号の磁化率を持つ絶縁体で形成されたリング状の部材からなり、主ソレノイドコイルと接触するように配置される。
【０００９】
また、本発明において、静磁場補整用部材は、例えばＣ文字状のリングからなり、主ソレノイドコイルと接触しないように切り離して配置される。
【００１０】
また、本発明において、静磁場補整用部材は、例えば円周方向に複数個に分割されたリング状部材よりなり、主ソレノイドコイルと接触しないように切り離して配置される。
【発明の効果】
【００１１】
試料空間の静磁場均一度を高めることで、試料全体の核磁気共鳴周波数が一定値となり、核磁気共鳴信号のフーリエ変換で得られるスペクトルの裾野が細くなり、スペクトルピークが高くなる。本発明により、核磁気共鳴信号の測定対象領域を拡大することになるため、核磁気共鳴信号の感度を上げることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
ソレノイドコイルは、或る磁化率を持つ線または箔で構成され、試料空間にできるだけ近接して配置され、その形状は通常、円筒型になっている。試料空間の静磁場強度が急激に変化する現象は、この円筒が軸方向に途切れる箇所で磁化率の差が生じることに起因している。
【００１３】
磁化率の差を小さくする手段としては、ソレノイドコイルを構成する線または箔の磁化率を限りなく小さくすることが挙げられる。実際、磁化率符号の異なる二種類以上の材料を複合させたクラッド線または箔（アルミニウム−銅クラッド線など）が市販されている。しかし、材料の体積比を正確に制御しても磁化率の最小化には限界がある。
【００１４】
本発明は、磁化率がゼロではない線または箔で構成されたソレノイドコイルに対しても有効である、試料空間の静磁場を調整する手法を提案する。
【００１５】
第一手段は、ソレノイドコイルの磁化率と同じ符号を持つ絶縁体からなるリング状部材を、ソレノイドコイル軸方向外側に、ソレノイドコイルと接触させて配置することである。
【００１６】
第二手段は、Ｃ文字状の部材を、ソレノイドコイルの軸方向外側に、ソレノイドコイルと接触しないように切り離して配置することである。
【００１７】
第三手段は、円周方向に複数個に切断されたリング状部材を、ソレノイドコイル軸方向外側に、ソレノイドコイルと接触しないように切り離して配置することである。
【００１８】
上記のリング状部材およびＣ文字状部材を合わせて、以下では静磁場補整用リングと称する。上記第一手段から第三手段のいずれかの静磁場補整用リングが静磁場により磁化されることで、ソレノイドコイル感度領域の静磁場を補整する。この静磁場とは、核磁気共鳴信号の取得にとって必要不可欠な磁場のことである。よって、静磁場補整用リングに、改めて第二の静磁場を印加する必要はなく、静磁場補整用リングはその場に配置され、必然的に静磁場を印加されることにより効果を発揮する。
【００１９】
上記第一手段では、ソレノイドコイルの軸方向外側に配置する静磁場補整用リングは絶縁体で構成されるため、ソレノイドコイルの感度領域を狭めるように働く電流は流れない。
【００２０】
また、第二手段では、静磁場補整用リングは導電体または絶縁体で形成されるが、Ｃ文字の開いている部分に共振用のコンデンサを設置しないため、導電体で形成してもソレノイドコイルの感度領域を狭めるように働く電流は流れない。導電体で形成した場合には、静磁場補整用リングは一定の距離をあけて設置されるため、Ｃ文字の開いている部分には少量の容量成分（浮遊容量）が存在する。よって、わずかながらソレノイドコイルの感度領域を狭めるように働く電流が流れ得る。しかし、積極的にコンデンサを配置することはない。この点は、特許文献１とは明らかに異なる。
【００２１】
上記第三手段は、第二手段において流れ得る電流を低減するために、リング状部材を円周方向で複数個に切断したものである。
【００２２】
以下に実施例を示すが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００２３】
図１の（ａ）、（ｂ）は、核磁気共鳴信号取得装置におけるプローブとソレノイドコイルの位置関係の例を示した説明図である。（ａ）と（ｂ）では静磁場方向の向きが異なる。超電導磁石等の静磁場発生装置により静磁場方向３の静磁場が作られる。本発明が対象としているソレノイドコイル１００は、ここでは図示しないが主ソレノイドコイルと静磁場補整用部材から構成されており、プローブ１１に搭載され、静磁場の中心付近にコイル軸が静磁場方向３に対して直行するように配置される。プローブ内に配置された共振回路１２により、主ソレノイドコイルは所定の周波数で共振するように調整される。ソレノイドコイルとプローブ外の装置とは、共振回路を経由し、同軸ケーブルなどを介して高周波信号をやり取りする。図１に示すように、静磁場方向３の向きにより、プローブ長手方向は水平方向や鉛直方向になり得る。
【００２４】
図２は、核磁気共鳴信号取得装置における試料管４とソレノイドコイルの位置関係例を示した説明図である。ここでは、主ソレノイドコイル１のみを示し、静磁場補整用部材は省略している。ＮＭＲシステムにおいては、静磁場の方向をｚ、試料管の軸方向をｙと表すことが多いため、図２の座標軸もこれに準じている。主ソレノイドコイル１の感度領域２は図２のように主ソレノイドコイルの両端よりもコイル軸方向にはみ出て広がっている。
【００２５】
図３と図４は本発明の効果を比較した図である。図３は静磁場補整用部材を配置しない場合である。静磁場補整用部材を配置しない、主ソレノイドコイルのみからなる場合には、図３に示すように静磁場強度は主ソレノイドコイル１の中心付近では一定値であるが、両端に近づくにつれて一定では無くなる。これは静磁場中に置かれた無限円筒内の磁場強度は一定であるが、有限長の円筒内では端部に近づくほど磁場強度が一定ではなくなるという電磁気学の知見に基づいている。
【００２６】
図４は、主ソレノイドコイル１の軸方向外側に静磁場補整用リング２１を設けた場合である。主ソレノイドコイルと静磁場補整用部材を合わせたものがソレノイドコイル１００である。主ソレノイドコイル１の軸方向外側に静磁場補整用リング２１を配置することは、有限長であった円筒の長さをコイル軸方向へ伸ばすことに値するため、磁場強度が変化し始める点がコイル軸方向外側に移動する。その結果、主ソレノイドコイル１の感度領域における静磁場均一度が向上する。静磁場補整用リング２１が磁化されることで発生する磁場分布は、静磁場補整用リング２１を構成する材料の磁化率と体積の積に比例する。よって、静磁場補整用リング２１を構成する材料の磁化率とソレノイドコイルの磁化率は必ずしも同一である必要はなく、同じ符号であれば良い。
【００２７】
図５は、第一手段の一例であり、ステップ状に２ターン巻いた主ソレノイドコイル１の両端に静磁場補整用リング２１を１ターンずつ置いた場合の簡略図（Ａ）と立体図（ｂ）を示している。立体図（ｂ）では斜線部が静磁場補整用リング２１である。以下にこの作製例を示す。前述の銅アルミニウム複合材料を用いて主ソレノイドコイル１を作製するにあたり、その材料が小さいながらも負の磁化率を持っている場合は、同じく負の磁化率を持つ材料、例えばポリイミドワニスなどをボビン３１に塗布することで静磁場補整用リング２１を作製すればよい。逆に、主ソレノイドコイルを構成する材料が正の磁化率を持っている場合は、ポリイミドワニスに正の磁化率を持つ材料、例えば窒化アルミニウムなどの粉末をまぜて塗布することで静磁場補整用リング２１を作製できる。塗布量は主ソレノイドコイル１を構成する材料の磁化率と塗布物の磁化率から算出できる。不明な場合は少量ずつ塗布し、実際に核磁気共鳴信号を取得して得られる静磁場補整の効果を見ながら塗布量を調整すればよい。
【実施例２】
【００２８】
図６は第二手段の一例であり、らせん状に２ターン巻いた主ソレノイドコイル１の両端に、その延長線上に同じ材料で静磁場補整用リング２１を１ターンずつ置いた場合の簡略図（ａ）と立体図（ｂ）を示している。立体図（ｂ）では斜線部が静磁場補整用リング２１である。第二手段の場合、静磁場補整用リング２１を導電体または絶縁体で形成することができるが、主ソレノイドコイルと同じ材料にすると、磁化率の調整が必要無いため、作製が容易になるというメリットがある。
【実施例３】
【００２９】
図７は第三手段の一例であり、ステップ状に２ターン巻いた主ソレノイドコイル１の両端に、同じ材料であるが円周方向に分割した静磁場補整用リング２１を１ターンずつ、主ソレノイドコイルの端部から主ソレノイドコイル１の巻き線間隔と同じ距離を隔てて配置した場合の簡略図を示している。
【実施例４】
【００３０】
図８は本発明の効果を表した計算結果の一例である。横軸にコイル軸方向長さを、縦軸にコイル中心の静磁場強度からのずれを表している。左半分が静磁場補整用部材を有しない場合であり、線幅１．４ｍｍのテープ状線材をφ６．４ｍｍでピッチ１．４ｍｍのらせん状に５ターン巻いたソレノイドコイルにおけるφ４．２ｍｍ上の静磁場分布を示している。右半分が本発明を適用した場合であり、同じ主ソレノイドコイルの両端に同じ材料で静磁場補整用リングを１ターン追加した場合における同静磁場分布を示している。ｙが±４ｍｍの位置が大体、主ソレノイドコイルの両端であるが、静磁場補整用リングにより主ソレノイドコイル両端付近の静磁場強度分布が半分程度に抑制されているのが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】ソレノイドコイルを備えた核磁気共鳴信号用プローブの概略構成図。
【図２】試料管とソレノイドコイルの位置関係例を示した図。
【図３】静磁場補整用部材を有しない場合の静磁場強度分布を示した図。
【図４】本発明を適用した場合の静磁場強度分布を示す図。
【図５】実施例１におけるソレノイドコイルの簡略図と立体図。
【図６】実施例２におけるソレノイドコイルの簡略図と立体図。
【図７】実施例３におけるソレノイドコイルの簡略図。
【図８】計算で求めた本発明の効果を表す図。
【符号の説明】
【００３２】
１…主ソレノイドコイル、２…ソレノイドコイルの感度領域、３…静磁場方向、４…試料管、１１…プローブ、１２…共振回路、２１…静磁場補整用リング、３１…ボビン、１００…ソレノイドコイル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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