(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＮＭＲ分光分析用の調節可能な４分の１波長アセンブリであって、
ＮＭＲ信号を検知するプローブコイルおよびプローブキャパシタを有するプローブと、
導電材料からなるスライディングカラーを支持する中心導電ロッドを含む着脱可能なワンドと、
前記着脱可能なワンドを内部で受け止めるために前記プローブに固定されたチューブと、
前記着脱可能なワンドが前記チューブ内に挿入されたとき、前記チューブと電気的接触する前記スライディングカラーの周囲に配置されたコンタクトとを含み、
前記ワンドと前記チューブとが４分の１波長短絡スタッブを形成する、４分の１波長アセンブリ。
【請求項２】
前記スライディングカラーの位置を前記中心導電ロッド上に固定する固定装置をさらに含む、請求項１に記載の調節可能な４分の１波長アセンブリ。
【請求項３】
前記プローブが、前記プローブコイルおよび前記プローブキャパシタと連結されている、電気ソケットをさらに含み、前記ワンドが、２個またはそれ以上の電気コンタクトで前記電気ソケットと組み合わされる電気プラグと、前記プローブと前記ワンドとを接続する電気配線とをさらに含む、請求項２に記載の調節可能な４分の１波長アセンブリ。
【請求項４】
前記ワンドがワンドキャパシタをさらに含む、請求項３に記載の調節可能な４分の１波長アセンブリ。
【請求項５】
前記電気配線が前記ワンドキャパシタを装着するためのスプリングクリップを含み、前記スプリングクリップの数が、前記プローブの単一周波数作動または二重周波数作動をそれぞれ行う前記ワンドキャパシタの数よりも多いかまたはその数に等しい、請求項４に記載の調節可能な４分の１波長アセンブリ。
【請求項６】
前記ワンドが電気ジャンパをさらに含む、請求項３に記載の調節可能な４分の１波長アセンブリ。
【請求項７】
前記電気配線が前記電気ジャンパを装着する複数のスプリングクリップを含み、前記スプリングクリップの数が、前記プローブの単一周波数作動または二重周波数作動をそれぞれ行う前記電気ジャンパの数よりも多いかまたはその数に等しい、請求項６に記載の調節可能な４分の１波長アセンブリ。
【請求項８】
前記ワンドキャパシタのうちの１個が、前記プローブの共鳴周波数を低下させる前記プローブコイルと並列に接続されている、請求項５に記載の調節可能な４分の１波長アセンブリ。
【請求項９】
前記プローブの作動周波数を切り替え、前記４分の１波長短絡スタッブを横切って電気短絡回路を形成する１個またはそれ以上のワンドキャパシタに、前記電気配線が接続されている、請求項８に記載の調節可能な４分の１波長アセンブリ。
【請求項１０】
ＮＭＲ信号を検知するプローブコイルおよびプローブキャパシタを有するプローブと、
着脱可能なワンドとを含み、
前記着脱可能なワンドは、
導電材料からなるスライディングカラーと、
前記スライディングカラーを支持する中心導電ロッドと、
前記中心導電ロッド上の前記スライディングカラーの位置を固定するための手段と、
前記ロッドと前記導電カラーとを包囲するチューブと、
前記チューブと電気的に接触する前記導電カラーの周囲に配置された、フィンガーコンタクトとを有しており、
前記導電ロッドとスライディングカラーと前記チューブとが４分の１波長短絡スタッブを形成する、ＮＭＲ分光分析用の調節可能な４分の１波長アセンブリ。
【請求項１１】
前記プローブが電気ソケットをさらに含み、前記ワンドが２個またはそれ以上の電気コンタクトを有する接続用の電気プラグをさらに含み、前記電気コンタクトは、前記ワンドが前記プローブに取り付けられたときに前記プローブと前記ワンドとを接続する、請求項１０に記載の調節可能な４分の１波長アセンブリ。
【請求項１２】
前記電気ソケットが、前記電気プラグが電気配線に連結された状態で前記プローブコイルと１個またはそれ以上のプローブキャパシタとに連結されている、請求項１１に記載の調節可能な４分の１波長アセンブリ。
【請求項１３】
前記ワンドが３個までのワンドキャパシタをさらに含む、請求項１２に記載の調節可能な４分の１波長アセンブリ。
【請求項１４】
前記電気配線が、前記ワンドキャパシタを選択的に装着するスプリングクリップを含む、請求項１３に記載の調節可能な４分の１波長アセンブリ。
【請求項１５】
前記ワンドが電気ジャンパをさらに含む、請求項１４に記載の調節可能な４分の１波長アセンブリ。
【請求項１６】
前記電気配線が、１個またはそれ以上の電気ジャンパを選択的に挿入するスプリングクリップを含む、請求項１５に記載の調節可能な４分の１波長アセンブリ。
【請求項１７】
前記ワンドの１個のキャパシタが、前記プローブコイルと並列に接続されており、かつ、前記プローブの共鳴周波数を低下させる、請求項１６に記載の調節可能な４分の１波長アセンブリ。
【請求項１８】
前記プローブの周波数を切り替えて、異なる核の対を検知出来るようにする際、前記電気配線が１個またはそれ以上のワンドキャパシタに接続される、請求項１７に記載の調節可能な４分の１波長アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、核磁気共鳴装置（ＮＭＲ）の分野に属しており、核の選択を当該挿入ワンドにより決定する、プローブの単一周波数作動または多核作動を容易にするための、調節可能な挿入ワンドに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＮＭＲスペクトロメータは、一般に、分析すべきサンプルを収容するプローブと、静磁場Ｂ0を形成する超伝導マグネットと、スペクトロメータシステムの作動に必要な電子装置を収容するコンソールとを含む。プローブは、静磁場Ｂ0に垂直な時間依存性磁場Ｂ1を形成するために、サンプルの周囲に１個またはそれ以上のラジオ周波数（ＲＦ）コイルを有する。多核プローブ用には、数個の異なるＲＦ磁場を同時にまたは連続して印加して、サンプル中に存在し得る２個またはそれ以上の核の共鳴を刺激することが可能である。
【０００３】
プローブの多同調は、１個またはそれ以上の追加ＲＦコイルと、ＮＭＲサンプルを収容するＲＦコイルから物理的に除去されたキャパシタとを用いて達成される。一般に、スペクトロメータシステムは、プロトンとデューテリウムとを検知するように設計されており、プロトンとデューテリウムとは設定およびスペクトロメータ制御に使用される。これらの２個の周波数は、複同調により１個のＲＦコイルから得ることが可能である。この第１コイルに対し直角に配置された他のコイルを複同調することにより、リン３１と炭素１３とを検知することができる。たとえばナトリウム２３と塩素３５のような異なる第二の組の核を検知するために同一プローブを使用できることは、しばしば望ましい。従来のプローブは、一般的に、あらかじめ選択された１個または２個の周波数（プロトンおよびデューテリウムに加えて）に対し作動するように構成されており、したがって、最大４個の追加周波数を必要とする用途には、２個またはそれ以上のプローブが必要である。
【０００４】
本発明の譲受人へ譲渡された下記特許文献１「ＮＭＲ回路スイッチ」には、内部にスイッチ部品を配置するための階段状空洞を有するＮＭＲプローブが記載されている。単一周波数作動のためには、キャパシタスティックを挿入すると、キャパシタスイッチが起動される。二重周波数作動のための４分の１波長スティックはネジ付き接続スイッチを閉じる金属ネジを含んでおり、それによってキャパシタを内部でプローブとスイッチの４分の１波長センターコネクタとに接続して協働させ、その結果二重周波数作動が可能となる。異なる一対の周波数で作動させるためには、４分の１波長スティックの代わりに延長スティックを用い、波長チューブの外側部を延長スティックに装着するが、その場合、波長チューブの一部はプローブ内に配置されまた一部はスティック上に配置される。各対の追加周波数のために、異なるスティックと延長チューブとが必要である。
【０００５】
したがって、あらかじめ選択されたいかなる組み合わせの核をも容易に単同調および複同調させ、１個または２個のあらかじめ選択された組み合わせの周波数で作動できる、単一プローブ設計が必要である。
【特許文献１】米国特許第５，９８２，１７９号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の特徴は、各ワンドが単一周波数作動または二重周波数作動に同調できる１組のワンドを有している、プローブを提供することである。二重周波数作動のためのワンドは、１個またはそれ以上のキャパシタと、スプリングフィンガーコンタクトを有する調節可能な導電カラーを備えた中心導電ロッドとを有しており、前記スプリングフィンガーコンタクトは導電チューブと協働して調節可能な４分の１波長スタッブを形成し、複同調作動を行う。前記導電チューブは、ワンドまたはプローブのどちらに固定されていてもよい。異なる組み合わせの二重周波数作動のためのワンドは、異なる値を有しかつ異なる位置にセットされた導電カラーを有するキャパシタを含む。
【０００７】
本発明の一実施形態において、異なる単一周波数または異なる組み合わせの二重周波数のためのワンドは、同じ構造を有することができ、その結果、製造し易くなる。ワンド内のキャパシタ用に選択される値と、それらの接続方法と調節可能なカラーの位置とが、異なる周波数を決定する。ワンド内の異なる電気的接続により、単一周波数作動が得られる。好ましい実施形態において、クリップがキャパシタを保持しており、キャパシタを変更できる。キャパシタの代わりに電気ジャンパを用いてもよく、またはそれによってクリップを空の状態にし、回路構成を変更できる。
【０００８】
ワンドをプローブに挿入するのに、同調や回転は必要でない。ワンドは直接プローブに挿入される。ワンドの端部は、プローブ内のキーを付けた電気ソケットに挿入される。電気プラグとソケットとで、ワンドを回転する必要なしに、プローブ構造と作動周波数とを変更できる。すべてのワンドは同一のサイズおよび長さであってよく、４分の１波長短絡スタッブの異なる共鳴周波数に対応する手段を有することも可能である。
【０００９】
本発明の他の特徴は、プローブとワンドとの機械部分が同一であるため、プローブとワンドとの製造コストを低くできることである。プローブ内の電気ソケットとそれに組み合わされるワンド上の電気プラグとによって、ワンドとプローブとを電気的に接続する低コストの方法が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１Ａは、プローブの作動の周波数域を選択し、それによってプローブが検知する特定の核を選択するのに使用する、調節可能なワンド１０を示す図である。これはＲＦプローブコイルを単一周波数に同調させるかまたは２個の周波数に同調させるかを決定する。二重周波数作動は４分の１波長アセンブリを用いて達成される。４分の１波長アセンブリは、導電ロッド１１と、短絡スタッブ１２と、図１Ｃの導電チューブ３７とを含む。短絡スタッブ１２は、カラー１３と、スプリングコンタクト１５と止めネジ１７とを含む。導電ロッド１１とカラー１３とは、銅またはアルミニュームのような高導電性を有する金属からなっている。スプリングコンタクト１５は、リン青銅または非磁性ステンレススチールのような弾性を有する非磁性スプリング金属からなるらせん形コイルスプリングからなっている。
【００１１】
図１Ｂは、カラー１３とスプリングコンタクト１５との平面図である。ワンドが導電チューブ３７に挿入されると、スプリングループは押圧されてカラー１３と導電チューブ３７との間に良好な電気的接続が生じる。または、カラー１３と図１Ｃの導電チューブ３７との間に電気的接続を生じさせるために、一連のスプリングコンタクトフィンガー（図示せず）を用いてもよい。ワンドをプローブ内に挿入しやすくするために、導電ロッド１１の下端にハンドル２７が配置されている。
【００１２】
導電ロッド１１の上端は、プラットフォーム１９と電気プラグ２０とを支持している。電気プラグ２０は、ピン２１、２２、２３（それぞれ番号１、２、３が付されている）と絶縁プラグ本体２５とを含む。ピンは、プローブ上のソケットに一方向においてのみ適合するように、幾何学的配置が決められている。プラットフォーム１９は、誘電性物質からなり、導電ロッド１１の端部に固定されている。プラットフォーム１９は、最大３個のキャパシタ３１、３２、３３を支持している。いくつかのワンド構造では、１個またはそれ以上のキャパシタの代わりに電気ジャンパを設けるか、または以下に説明するように、１個またはそれ以上のキャパシタを接続せずにおく。キャパシタ３１は、ピン２１と導電ロッド１１との間に接続されており、キャパシタ３２は、ピン２１と２２との間に接続されており、キャパシタ３３は、ピン２３と導電ロッド１１との間に接続されている。単一周波数作動の一実施形態において、導電ロッド１１の代わりに誘電ロッドが用いられており、この場合、キャパシタ３１および３３の一方の側部は依然として互いに接続されている。
【００１３】
図１Ｃは、導電チューブ３７がワンド１０に固定されている、好ましい実施形態の斜視図である。この実施形態において、導電カラー１３の位置がまず所望の位置に調節され、次に導電チューブ３７がワンド１０上を滑動して、電気プラグ２０の絶縁プラグ本体２５にねじ込まれた小ネジ３６によって固定される。
図２Ａは、プラットフォーム１９上にプリントされた電気プリント回路６４を含む、好ましい実施形態である。小さいスプリングクリップ６０がキャパシタ３１、３２および３３を定位置に保持しており、それらと電気的に接触している。図２Ｂは、２個のスプリングクリップ６０により支持された、キャパシタ３２の側面図である。スプリングクリップ６０は、プリント回路６４に半田付けされているかまたは別の方法で固定されている。プラグピン２１、２２および２３がそれぞれ穴６１、６２および６３を通って下方に伸びることにより電気的に接続され、そこでプリント回路６４に半田結合されている。いくつかの構造においては、１個またはそれ以上のクリップが空のままにされており、いくつかのクリップは、１個またはそれ以上のキャパシタの代わりに挿入されるべき電気ジャンパ（図示せず）が必要である。ジャンパは、キャパシタと同じ寸法を有する金属体であって、同一スペースに嵌め込まれてクリップ６０により保持されることができ、その結果２個のクリップは互いに低抵抗で接続される。図６Ａないし図９Ｂにおいて、ワンドの特定の回路構造が示されている。スプリングクリップを装着することにより、ワンド構造を容易に変更できる。または、表面装着キャパシタを用いてプリント回路に直接半田付けしてもよく、それによってスプリングクリップ６０を使わないこともできる。同様に、電気ジャンパをプリント回路に直接半田付けしてもよく、また接続を開放したままでもよい。
【００１４】
図３は、導電チューブ３７が電気ソケット３８に固定されていて、電気ソケット３８がプローブ内に装着されている、好ましい実施形態を示す。電気ソケット３８は、電気プラグ２０のそれぞれのピン２１、２２および２３を受け止めるように構成されたコネクタレセプタクル４１、４２および４３（番号１、２、３が付されている）を含む。コネクタレセプタクル４１、４２および４３は、電気ソケット３８の絶縁材料３９により定位置に保持されている。導電チューブ３７は、絶縁材料３９のネジ穴にねじ込まれた小ネジ３６により電気ソケット３８に固定されている。導電チューブ３７は、銅または他の何らかの高導電性金属からなる金属チューブである。導電チューブ３７とコネクタレセプタクル４３とは電気的に接続されている（図５を参照）。図４に示すように、調節可能なワンド１０が導電チューブ３７に挿入されると、スプリング１５は、チューブ３７とカラー１３とを低導電性電気接続し、導電ロッド１１と共に４分の１波長短絡スタッブを形成する。
【００１５】
図４は、ワンド１０内の電気回路の概略図であって、キャパシタ３１、３２、３３とそれらのピン２１、２２、２３（プラグ上に番号１、２、３を付す）およびロッド１１との接続を示す。好ましい実施形態において、スプリングクリップコネクタ６０は、キャパシタを保持しそれらの交換を容易にするため、および電気ジャンパをキャパシタの代わりに挿入し電気的開回路を形成するために使用される。
【００１６】
図５は、導電チューブ３７を、ワンドプラグとプローブの残りの電気回路とを受け入れる電気ソケット３８と一体化する、プローブの概略図である。ＮＭＲサンプルは、もっとも均一な磁場Ｂ0を含む領域のマグネット内に配置された、ＮＭＲプローブコイル４５内に収容される。導電チューブ３７の外部シェルとコネクタレセプタクル４３とは、プローブアース５０に接続されている（導電チューブ３７がワンドに装着されると、その電気アースは、コネクタレセプタクル４３に嵌め込まれ、それによってプローブアース５０につながるピン２３を介して達成される。）。回路を変更できるキャパシタＣｓ４７の一端子と、波長を変更できるキャパシタＣｔ４６の一端子とは、プローブアース５０に接続されている。コンソール（図示せず）からのおよびコンソールへの入力および出力は、プローブケーブルコネクタ４９に接続された同軸ケーブルを介して行われる。プローブケーブルコネクタ４９のシールドコネクション５１はプローブアース５０に至り、電気的にアクティブなセンターワイヤ５２が、マッチングを変更できるキャパシタＣｍ４８の一方の側部に接続する。マッチングを変更できるキャパシタＣｍ４８の他方の端子は、回路調節キャパシタＣｓ４７の未接地の端子と、コネクタレセプタクル４２とプローブコイル４５とに接続する。プローブコイル４５の他方の側部は、波長を変更できるキャパシタＣｔ４６の未接地の端子とコネクタレセプタクル４１とに接続されている。
【００１７】
ワンド内に含まれる接続構成は、単一周波数作動を選択するかまたは二重周波数作動を選択するかを決定し、ワンド内に含まれるキャパシタの値は、プローブによりどの核が検知されるか（検知された核の種類）を決定する。以下の図は、単一および二重周波数作動がどのように決定されるかと、作動周波数を決定するキャパシタとを説明する。図６Ａ、図６Ｂ、図７Ａおよび図７Ｂは、単一周波数作動のための接続構成を示し、図８Ａ，図８Ｂ、図９Ａおよび図９Ｂは二重周波数作動のための接続構成を示す。
【００１８】
図６Ａの単一周波数作動は、図４のキャパシタ３１および３３の代わりに電気ジャンパ１３１および１３３を配置することにより達成される。プローブへはピン２１、２２、２３（それぞれ番号１、２、３が付されている）によって接続されている。回路は図４のキャパシタ３２の位置で開かれたままである。プローブに挿入されたときのワンド内部における接続のこの組み合わせが、単一周波数作動のための回路構成を提供する。
図６Ｂは、図６Ａで選択された接続により得られる電気回路である。この選択において、４分の１波長短絡スタッブは回路内に存在せず、図６Ａのジャンパ１３３により実際に短絡されている。所望ならば、非導電ロッド１１１は回路内に入らないため、導電ロッド１１の代わりに用いてもよい。スプリングコンタクト１５を有するカラー１３もまた、省略してもよい。導電チューブ３７がワンド１０のプラグ絶縁体２５に正常に取り付けられている実施形態においては、導電チューブ３７もまた、省略してもよい。ＮＭＲプローブコイル４５はキャパシタＣｓ４７によって同調され、キャパシタＣｍ４８によってマッチングされる。コンソール（図示せず）へは同軸ケーブルコネクタ４９により接続されている。コネクタ４９のシールド接続は、プローブアース５０につながっている。
【００１９】
図７Ａは、単一周波数作動のための別のワンド構造を示す。これは、キャパシタ３２が内部に固定されている点を除いて、図６Ａと同じである。図６Ａの空のクリップの代わりにキャパシタ３７が導入されている。これは、プローブの共鳴周波数を低下させる特性を有する。たとえば、磁場強度９．４Ｔ（４００ＭＨｚのプロトン磁場）において、図６Ｂの回路は、１６２ＭＨｚのリン３１に同調されてよい。キャパシタ３２を適切に選択することにより、図７Ａのワンドを用いた同一プローブで、１００．６ＭＨｚの炭素１３が観察され得る。この構成では、４分の１波長短絡スタッブは、電気ジャンパ１３３により、短絡されている回路内にはない。ジャンパ１３３に直列に接続された電気ジャンパ１３１が、図５のキャパシタＣｔ４６を短絡している。プラグピン２１、２２、２３（それぞれ番号１、２および３が付されている）により、プローブに電気的に接続する手段を提供している。図７Ｂの等価回路は、キャパシタ３２が回路を変更可能なキャパシタＣｓ４７と並列であることを示している。図７Ｂの他の構成要素は、図６Ｂの構成要素と同じものに加えて、ＮＭＲプローブコイル４５、接続キャパシタＣｍ４８、コネクタ４９およびアース５０である。
【００２０】
図８Ａは、複同調回路のためのワンド構造を示す。ここにおいて、図７Ａのジャンパ１３３は除去され、その結果、４分の１波長構造は短絡されない。キャパシタ３１および３３により、４分の１波長構造プローブ回路への結合が最適化されている。ピン２１、２２、２３（それぞれ番号１、２、３が付されている）により、ワンドとプローブ回路とが接続されている。図８Ｂは、図８Ａのワンド構造とプローブ回路（図４）との組み合わせのための等価回路である。この構造において、４分の１波長短絡スタッブの構造長さは、短絡スタッブ１２（図１Ａ）を移動することにより調節される。これは、止めネジ１７を緩めてカラーをロッド１１上で所望の位置まで上下させた後、止めネジ１７を締めることにより実行される（図１Ａ、図４）。さらに別の調節は、波長可変キャパシタＣｔ４６により達成される。４分の１波長構造は、導電ロッド１１、短絡スタッブ１２および導電チューブ３７により構成されている。キャパシタ３１および３３により、４分の１波長構造のプローブ回路への結合が最適化されている。プローブ回路は更に、ＮＭＲプローブコイル４５、波長可変キャパシタＣｔ４６、回路を変更可能なキャパシタＣｓ４７およびマッチングを変更できるキャパシタＣｍ４８を備えている。コンソール（図示せず）へは同軸ケーブルコネクタ４９により接続されている。プローブアース接続５０は、コネクタ４９と、導電チューブ３７と、キャパシタ３３、Ｃｔ４６およびＣｓ４７とを含む。
【００２１】
図９Ａは、複同調回路のための他のワンド構造である。図８Ａの空のクリップの代わりに、キャパシタ３２が導入されている。図９Ａの他の構成要素およびその符号は図８Ａと同じである。追加のキャパシタ３２は、プローブの共鳴周波数を低下させる特性を有する。図９Ｂの等価回路はキャパシタ３２がＮＭＲプローブコイル４５と並列であることを示している。図９Ｂの他の構成要素およびその符号は図８Ｂと同じである。
上記に本発明を、好ましい実施形態を介して説明してきたが、当業者は、特許請求の範囲に記載の本発明の精神および範囲から逸脱することなく、それらの多数の変更および拡大が可能であることを理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１Ａ】ワンドに含まれる４分の１波長アセンブリ構成部品を概略的に示す。
【図１Ｂ】ワンドの導電カラー部の詳細図である。
【図１Ｃ】４分の１ワンドアセンブリを取り囲む導電チューブを概略的に示す。
【図２Ａ】ワンド内のキャパシタおよび／または導電ジャンパと電気的に接触しかつそれらを保持するためのクリップを概略的に示す。
【図２Ｂ】キャパシタに連結されかつそれを機械的に支持する一対のクリップの側面図である。
【図３】ワンドを受け止めるプローブ内に位置する電気ソケットに取り付けられた導電チューブを概略的に示す。
【図４】ワンド内に含まれる電気回路を概略的に示す。
【図５】プローブ内に含まれる電気回路を概略的に示す。
【図６Ａ】単一周波数作動用のワンド内の第一の回路構造の概略図である。
【図６Ｂ】図６Ａのワンド構造を有する、プローブおよびワンド用の等価回路の回路図である。
【図７Ａ】低周波数での単一周波数作動用のワンド内の第二の回路構造の概略図である。
【図７Ｂ】図７Ａのワンド構造を有する、プローブおよびワンド用の等価回路の回路図である。
【図８Ａ】二重周波数作動用のワンド内の第一の回路構造の概略図である。
【図８Ｂ】図８Ａのワンド構造を有する、プローブおよびワンド用の等価回路の回路図である。
【図９Ａ】二重周波数作動用のワンド内の第二の回路構造の概略図である。
【図９Ｂ】図９Ａのワンド構造を有する、プローブおよびワンド用の等価回路の回路図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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