(57)【要約】【課題】静磁界に関して選択された角度、具体的にはマジック角に向けることのできるスピンプローブ用の、より効果的なＲＦコイルを提供する。    【解決手段】偏向磁界Ｂ0に対して角度θの向きに向けられたサンプルに対して使用されるマルチモードＲＦプローブは、サンプルへの結合が強められた合成ＲＦ磁界を生じる。直角コイルまたはソレノイドコイルを、サドルコイルまたは直角コイルと組み合わせて使用することにより、マルチモードが実現される。
2006503287.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏向磁界Ｂ0とともに使用されるＮＭＲプローブであって、
円筒形状の軸Ｒを有する共鳴装置であって、前記軸ＲがＢ0に対して角度θだけ傾斜しており、それぞれ異なる位相および方向を有する複数のＲＦ磁界を維持する共鳴装置と、
前記円筒形状の軸に沿って長細いサンプルを保持するサンプル保持器とを含むＮＭＲプローブ。
【請求項２】
前記円筒形状の軸Ｒの回りに前記サンプルを回転させるための回転器を更に含む、請求項１記載のＮＭＲプローブ。
【請求項３】
前記共鳴装置が、バードケージコイルを含み、このバードケージコイルがこのバードケージコイルの２つの直角モードを動作状態に維持するための２個の互いに分離されたポートを有し、前記モードが各々ω1で共鳴する、請求項１記載のＮＭＲプローブ。
【請求項４】
ＲＦ磁界Ｂ1を励起するためのＲＦ源を含み、前記磁界Ｂ1は前記円筒形状の軸Ｒと直交する平面内で楕円偏向しており、Ｂ0と直交する平面上に前記楕円偏向した磁界を投影したものが円偏向となる、請求項３記載のＮＭＲプローブ。
【請求項５】
前記バードケージコイルが近軸インダクタを含み、前記プローブが更に前記バードケージコイルと同軸状かつ同一の広がりを有するように配設されたソレノイドコイルを含み、また前記ソレノイドコイルがω1で共鳴する、請求項３記載のＮＭＲプローブ。
【請求項６】
Ｂ0と直交する平面上への前記磁界Ｂ1の投影が円偏向した磁界を含むように、前記ソレノイドコイルを励起して前記直角モードと組み合わせて合成ＲＦ磁界Ｂ1を発生するための別の分離したＲＦポートを、前記ソレノイドコイルが含む、請求項５記載のＮＭＲプローブ。
【請求項７】
前記バードケージコイルが斜めのインダクタを含む、請求項３記載のＮＭＲプローブ。
【請求項８】
前記共鳴装置が、周波数ω1で共鳴して前記円筒形状の軸ＲおよびＢ0に直交する磁気的な軸を有するサドルコイルと、周波数ω1で共鳴するソレノイドコイルとを有し、前記ソレノイドコイルが前記サドルコイルと同軸状かつ同一の広がりを有するように配設されている、請求項１記載のＮＭＲプローブ。
【請求項９】
前記サドルコイルが第一のＲＦチャンネルを有し、前記ソレノイドコイルが第二のＲＦチャンネルを有し、Ｂ0と直交する平面上への前記ＲＦ磁界の投影が円偏向した磁界を含むように、合成ＲＦ磁界を発生する、請求項８記載のＮＭＲプローブ。
【請求項１０】
偏向磁界Ｂ0を発生する磁石と、
ＲＦエネルギー源と、
選択された周波数および位相でのＲＦエネルギーを検出および分解するためのＲＦ受信器と、
円筒形状の軸Ｒを有する共鳴装置を有するＲＦプローブであって、前記軸ＲがＢ0に対して角度θだけ傾斜しており、前記共鳴装置がそれぞれ異なる位相および方向を有する複数のＲＦ磁界を維持するＲＦプローブとを含むＮＭＲシステム。
【請求項１１】
前記ＲＦプローブが、前記円筒形状の軸Ｒに沿って長細いサンプルを保持して前記軸Ｒの回りに前記サンプルを回転させるための保持器を更に含む、請求項１０記載のＮＭＲシステム。
【請求項１２】
対称軸を有する円筒対称形のＮＭＲプローブ内にＲＦ磁界を形成する方法であって、前記ＲＦ磁界が前記対称軸に対して傾斜した別の軸Ｂ0に関して望みの方向を示し、
（ａ）共鳴周波数がω0かつ位相がρ1のときに、前記対称軸に沿った向きの第一のＲＦ磁界の振幅Ａ1を発生するエネルギーを供給する工程と、
（ｂ）前記工程（ａ）とほぼ同時に、共鳴周波数がω0かつ位相がρ2で前記対称軸に垂直な平面内で第二のＲＦ磁界の振幅Ａ2を発生するエネルギーを供給する工程とを含む方法。
【請求項１３】
円偏向した波がＢ0と直交する平面上に投影されるように、位相差ρ2−ρ1、Ａ1およびＡ2を選ぶ工程を含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記第二のＲＦ磁界が、Ｂ0と直交する前記平面内で直線偏向している、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
対称軸を有する円筒対称形のＮＭＲプローブ内に平面偏向したＲＦ磁界を形成する方法であって、前記対称軸が前記対称軸に対して傾斜した別の軸Ｂ0に関して望みの方向を示し、
（ａ）前記対称軸と直交する平面内でベクトル振幅Ａ1を有する第一のＲＦ磁界を発生するエネルギーを供給する工程であって、前記第一のＲＦ磁界が共鳴周波数ω0、振幅Ａ1および位相ρ1を有する工程と、
（ｂ）前記工程（ａ）とほぼ同時に、前記対称軸と直交する平面内で前記ベクトル振幅Ａ1と直交する前記ベクトル振幅Ａ2を有する第二のＲＦ磁界を発生するエネルギーを供給する工程であって、前記第二のＲＦ磁界が共鳴周波数ω0および位相ρ1＋π／２を有する工程とを含む方法。
【請求項１６】
前記対称軸に沿ったベクトル振幅Ａ3を有する第三のＲＦ磁界を発生するエネルギーを供給する工程を更に含み、前記第三のＲＦ磁界は共鳴周波数ω0および位相ρ3を有し、前記工程（ａ）および前記工程（ｂ）とほぼ同時である工程を更に含む、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記対称軸を、Ｂ0に関してマジック角の方向に向ける工程を含む、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記共鳴装置が、ω1で共鳴する第一のバードケージコイルと、ω2で共鳴する第二のバードケージコイルとを含み、前記第一および第二のバードケージコイルが同軸状かつ同一の広がりを有するように配設されている、請求項２記載のＮＭＲプローブ。
【請求項１９】
少なくとも１つの前記バードケージコイルが、斜めのインダクタを含む、請求項１８記載のＮＭＲ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（ＮＭＲ）の技術分野に属し、さらに詳しくは、偏向磁界の向きに対して所定の角度に向けられた軸のまわりに回転するサンプルを調べるための、偏向磁界と直交する最適化されたＲＦ磁界を発生することのできるＮＭＲプローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴による分析においては、偏向磁界（Ｂ0）の方向に対して選択された角度θの方向に向けられたサンプルの回転軸の周囲における一様な偏向磁界の中で、サンプルをωsで高速に回転させ、それによりサンプル中の双極子結合を均し、またサンプルの空間的な不均一性を均すことが知られている。選択される角度は、いわゆるマジック角であることが多く、これは関数３ｃｏｓ2θ−１をゼロにする値と規定され、つまり約５４°４４’である。
【０００３】
サンプルの体積全体にわたってＲＦ磁界（Ｂ1）の望ましい分布を実現するには、サンプル（またはサンプル保持容器）の回転軸の方向に向けられたコイル支持構造を有するソレノイドコイルを備えていることが知られている。図１を参照のこと。そのようなソレノイドコイル（ここでは共鳴装置８で表わされている）によって発生されるＲＦ磁界Ｂ1sは、回転軸９の方向に向いているが、ＮＭＲの応用において重要なのは、偏向磁界Ｂ0に垂直なこの磁界の成分、すなわちＢ1sのｘ−ｙ平面への投影成分である。単純にするために、回転軸がｚ−ｙ平面内にあり、偏向磁界Ｂ0の方向と回転軸（ソレノイドの軸）との間の角度がθであり、またソレノイドのＲＦ位相がρsであると仮定する。すると以下の式が成り立つ。
【０００４】
【数１】
2006503287.tif 000003
【０００５】
ソレノイドによる有効磁界成分はｘ−ｙ平面上への投影に限られ、従って下記のように整理される。
【０００６】
【数２】
2006503287.tif 000004
【０００７】
もしもθがマジック角であれば、そのような従来技術の場合の有効磁界は約０．８１６Ｂ1となる。
軸方向に対称形のプローブコイルがＢ0に対して傾いて置かれた場合に、原子核のスピンを操作するために利用できるＢ1磁界を大きくして、共鳴を検出する際の信号雑音比を高くすることが望ましい。近似的な平面（電流ループの面）をソレノイドの軸に対して傾けることにより、ソレノイドＲＦコイルのソレノイド軸に対して小さな角度をなすＲＦ磁界を発生することが知られている。
【特許文献１】米国特許第６４２０８７１号明細書
【非特許文献１】Ｃ．Ｅ．Ｈａｙｅｓ他、「１．５Ｔでの全身ＮＭＲ撮像のための、効率が良く、非常に一様な高周波コイル」（Ｊ．Ｍａｇｎ．Ｒｅｓｏｎ．，６３，６２２−６２８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
2006503287.tif 000005
【０００９】
そこで本発明の目的は、静磁界に関して選択された角度、具体的にはマジック角に向けることのできるスピンプローブ用の、より効果的なＲＦコイルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
サドルコイルおよびバードケージコイルの形状はそれぞれ、ソレノイド／サンプルの回転軸と同一と見なすことのできるそれらの形状的な対称軸に垂直な平面内でＲＦ磁界を発生する。
各々同一の共鳴周波数に同調された、角度について変位させられた一対のＲＦポートを有するバードケージコイルは、（励起されると）平面偏向されたＲＦ磁界を発生する。２つの振幅が等しく、角度変位が９０°であり、また位相差がπ／２である場合は、偏向はバードケージコイルの正中面内において円偏向となる。（本発明は直角モード／円偏向に制限されず、場合よっては、ｘ−ｙ平面上に投影された円偏向を生じるためには、楕円偏向が望ましいことがある。）単純にするために、円偏向という場合は楕円偏向を含むこととし、直角モードはマルチモードコイルを一般的に表わすものとする。Ｚ方向の偏向磁界Ｂ0に対してその軸が角度θの方向に向いて配置された直角バードケージコイルは、やはり図１の共鳴装置８と同一視できる。回転軸がｚ−ｙ平面内にあると考えられ、２つの（直角）モードが等しい振幅を有し、また位相ρBとρB＋π／２とで特徴づけられる場合、分析が単純化される。
【００１１】
【数３】
2006503287.tif 000006
【００１２】
ＮＭＲ励起現象にはｘとｙとだけが寄与することに注意すると下記のようになる。
【００１３】
【数４】
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【００１４】
これら２項は、ＲＦ磁界成分（平面Ｐ内で振動している）を表すものと考えられる。バードケージコイルの偏向面はその円筒形の軸と直交する平面であり、それが適切である場合はＰ平面と呼ばれる。２つのモードに対して振幅が等しいという条件を緩めると、平面Ｐ内で楕円偏向した波が得られる。これらの振幅の適切な選択により、以下で説明するように、平面Ｐ上での楕円偏向が円偏向した波としてｘ−ｙ面上に投影される。
【００１５】
サドルコイルは、その対称軸をＢ0に対して角度をつけて配置することができる。１つのサドルコイルは、コイルの誘導性部材を横断する、すなわちコイルの対称軸を横断する平面内で、直線偏向を生じる。サドルコイルを、その形状の軸の回りに回転させてその偏向の軸をＢ0と垂直な平面内に向けて、それによりサンプル回転軸の所望の向きに対してＲＦ磁界を最適化することができる。
【００１６】
平面偏向または直線偏向したＲＦ磁界をソレノイド磁界にベクトル的に加算することにより、合成されたＲＦ磁界のベクトルを一様な磁界Ｂ0と直交する平面上に投影したものが、ソレノイドの磁界成分のみの場合よりも大きくなるようにすることができる。ＲＦ磁界をＢ0と直交するｘ−ｙ平面上に投影したものが大きくなることは、ＮＭＲ励起にとってより有効であり、また励起する上でサンプルとの結合を強めることを可能にする、この同じ特徴が、サンプルの共鳴脱励起に対するより密接な結合をも促進するのである。
【００１７】
本発明によるスピンＮＭＲプローブは、サンプルを収納する容器と、ゼロではない所定の角度（例えばマジック角）をなす回転軸の回りに容器を回転する手段とだけではなく、サンプルの周囲に配設されてサンプル容器の回転軸に沿って配置されたサドルコイル共鳴装置またはマルチモード共鳴装置と、サドルコイルまたはマルチモード共鳴装置を励起する手段とをも備え、それにより回転軸に垂直な主要成分を有する合成磁界Ｂ1を発生することを特徴とする。最も一般的なＮＭＲの用途では、直角コイルがマルチモード共鳴装置を構成するので、本願において直角コイルという場合、該当するならばもっと一般的なマルチモードコイルを含むものと理解すべきである。直角コイルは、その中心軸と平行に延設された棒を有する近軸バードケージコイルであってもよい。従来技術によるソレノイドコイルの代わりに、直角検出／励起でそのようなコイルを使用すると、それによって発生されるＢ1（Ｐ）磁界はその対称軸と（また同時にサンプル容器の回転軸とも）垂直となる。本発明によるＢ1（Ｐ）磁界は、直角コイルのインダクタを横切る平面Ｐ内で回転する回転ベクトル（円偏向または楕円偏向した磁界）によって特徴づけられる。
【００１８】
本発明のある実施形態においては、平面Ｐ内で回転し、または平面Ｐ内の軸に沿って振動するベクトルＢ1（Ｐ）は、他のベクトルＢ1（Ｓ）、例えばＢ1（Ｐ）に対して選択された位相差を有する同一の共鳴周波数に同調された軸方向磁界と結合し、合成磁界Ｂ1を発生する。Ｂ1（Ｐ）とＢ1（Ｓ）とが互いに直交すると仮定する。最も一般的な場合では、この合成ベクトルの先端はかなり複雑な３次元リサージュ曲線を描く。本発明のように２つの成分の周波数が同一であれば、複雑さは大幅に軽減される。サドルコイルが平面Ｐ内でＲＦ磁界を発生する場合、Ｂ1（Ｐ）はＰ内の選択された軸に沿って直線偏向し、また軸方向の磁界Ｂ1（Ｓ）と組み合わされて、合成ベクトルの先端は、ソレノイドの軸とサドルコイルの磁気の軸とを含む平面内で２次元リサージュ曲線を描く。全体として本発明によれば、Ｂ1（Ｐ）と結合されたベクトルＢ1（Ｓ）を有する実効ＲＦ磁界の総和は、マジック角の方向に向けられた単純なソレノイドを使用する従来技術における０．８１６Ｂ1よりも大きくなる。磁気共鳴の実効性を示す量は、偏向磁界Ｂ0が直交する平面内にあるＢ1のＲＦ磁界成分の相対強度である。そのようなＢ1磁界が傾いて、Ｂ0と平行な成分を与えるのは、Ｂ0に対してある角度に傾いたＲＦ磁界Ｂ1が共鳴装置によって実現したときであり、この平行な成分は共鳴の励起に対して無効である。共鳴励起を最大にするには、Ｂ0と直交するｘ−ｙ平面上へのＢ1の投影を最大にすることが望ましい。
【００１９】
周波数ω0で互いに直交するＲＦ磁界成分を発生する２つのコイルを組み合わせて、選択された向きの成分を有するＲＦ磁界を発生するＮＭＲプローブを構成することができる。上で説明したバードケージコイルを同軸に配設されたソレノイドと組み合わせ、一方のコイルを他方のコイルの中に配設することにより、そのような選択された方向のＲＦ磁界が形成される。ｚ方向からθだけ傾いた軸に沿った向きに配設されたソレノイドによるＲＦ磁界を加えた場合に（およびｙ−ｚ平面内での表記の便宜のため）式２の単純な一般化が、ｙ上に投影されたソレノイド磁界の成分Ｂ1Sを付け加えることで、以下のように得られる。
【００２０】
【数５】
2006503287.tif 000008
【００２１】
この場合、バードケージコイルは直交する２つのＲＦモードを与え、ソレノイドは第三のＲＦモードを与える。３つのチャンネルを形成するそのようなプローブから３つの別々のＲＦポートを引き出すことができ、それらは例えば３つの並列ＲＦ源、または同時に（並列に）励起または検出するための受信器に接続することができる。
サドルコイルとソレノイドコイルとを同軸状に組み合わせることが、本発明の別の例である。
【００２２】
本発明の別の例である単一コイルの実施形態によれば、直角コイルはその中心軸の回りで螺旋状に配設された棒を有する斜めの、または螺旋形のバードケージコイルであり、斜めの各一巻きが、回転軸と磁界Ｂ0の方向との間の角度と等しいゼロでない角度を回転軸に対してなす法線ベクトルを規定する。すると２つの直角モードが両方とも磁界Ｂ0と直交し、それにより最大の形状（幾何学的）効果が得られる。斜めの形状により軸方向の成分が得られ、それにより単一のバードケージコイルが偏向磁界に対して選択された向きに、特徴的に大きな体積で一様なＲＦ磁界を発生し、サンプルとの共鳴結合の強化を実現する。
【００２３】
マルチ同調構成を有するプローブが、マルチ同調コイル、例えば磁界Ｂ0の方向に関して傾斜角度を持って配設された近軸バードケージコイルを、上で述べたように斜めの棒の変形を持つ別のバードケージコイルの内部に配設することにより構成できる。
より一般的には、本発明のプローブは、サドルコイルおよびソレノイドコイルのような任意の２つの直交Ｂ1コイルであってもよく、これらのコイルは、両方とも共通の共鳴特性と選択された位相差とを有するコイルである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図面が複雑になるのを避けるために、添付図の全てにおいてサンプル容器およびそれを回転させる手段は図示してない。コイルに接続された回路は、以下の図面では「チャンネル」として模式的に示してある。
本発明を実施するためのＮＭＲシステムは、一様な静磁界を発生する磁石、ＮＭＲ現象を励起するためのＲＦ源、および核磁気共鳴信号を検出するためのＲＦ受信器を含む。励起と検出とが同時には行われない機能である限り、必要であれば両方の機能に同じ共鳴装置が利用できる。送信／受信スイッチにより、励起源の検出器からの分離を維持しながらコマンドプロセッサの状態に従って共鳴装置が励起源および検出器のいずれかと通信を行うことが保証される。そのようなシステムは当該技術において既知のものである。
【００２５】
本発明の多くの実施形態を以下に説明する。これらは、ファイリングファクター、同調範囲、ＲＦ磁界の一様性、電力効率などのある種の特性に関しての兼ね合いや妥協を表すものである。
図２は、大きな磁石５によって発生された一様な偏向磁界Ｂ0と円筒形の直角バードケージコイル１０との間の空間的な関係を模式的に示すもので、このコイルは例えば非特許文献１で開示されたような既知のものであり、円筒形の中心軸に関して軸方向に互いに離れて配設された一対の導電性のループ素子１２と、前記各ループ素子の間に延設されてそれらを電気的に接続して静電容量（図示せず）を与える複数の導電性部材（棒（ラング））１５とを有する。バードケージコイル１０の中には、分析対象のサンプルを収納する容器２０が配設される。説明の便宜のために、直交座標系を使用する。ｚ軸は一様な偏向磁界Ｂ0の方向に延びるものと規定され、回転するかまたは他の方法で向きを付けられたサンプルの回転軸は、円筒形のバードケージコイル１０の中心軸がｙ−ｚ平面内にあり、ｚ軸と所定の角度θをなすように規定される。サンプル容器２０は、典型的なマジック角の実験ではこの中心軸の回りに回転するようになされる。サンプル容器２０を回転させる手段は図２では模式的に「ＭＯＴＯＲ」とだけ示してある。その他の図では、図面が複雑になるのを避けるために、サンプル容器２０とそれを回転させる手段とは図示してない。
【００２６】
直角コイルとして機能する円筒形のバードケージコイル１０は既知の方法で駆動され、それにより発生されるＢ1磁界が、ｚ軸と角度θをなす（平面偏向した）中心軸に垂直であり、かつその中心軸の周囲で方位角方向にその向きを変化させるようにする。しかし上で説明したように、ＮＭＲの応用において重要なのは、偏向磁界Ｂ0に垂直な平面偏向したＢ1磁界の成分である。ＲＦの１周期の間に２回、Ｂ1磁界が（瞬間的に）ｘ軸と平行になり、その結果、全Ｂ1ベクトルが偏向磁界Ｂ0と直交する。Ｂ1磁界が（瞬間的に）ｙ−ｚ平面内に入り、ｚ方向に対してθだけ傾斜すると、偏向磁界Ｂ0と直交するその成分は、Ｂ1ｃｏｓθ、またはθがマジック角であれば（１／３1/2）Ｂ1となる。理想的なコイルという制限内で、ＲＦ源から供給された電力が同じであれば、本発明は従来技術と比べて３／２倍のＲＦ電力をマジック角での共鳴スピンシステムに結合する。従来技術のコイルと本発明の実施形態とに同一の電力が供給されれば、共鳴スピンシステムに結合される電力は下記のようになることが一般的に示される。
【００２７】
【数６】
2006503287.tif 000009
【００２８】
そのように使用されるバードケージコイルはまた、高いフィリングファクターおよび優れたＲＦの一様性という利点をも有する。
図３および４は、本発明の第二の実施形態による別のスピンプローブを示すが、これは図２に示すように一様な偏向磁界Ｂ0に関して配設された円筒形の直角バードケージコイル１０だけでなく、同軸状のソレノイドコイル３０も有することで特徴づけられる。同軸配置のコイル１０および３０は、視覚的にわかりやすいように軸方向に変位されたように描かれている。これらのコイルはそれらの共通の軸の上で（定性的に）同一の広がりを有することが好ましい。図３に示した例では、ソレノイドコイル３０は円筒形のバードケージコイル１０よりも小さな半径を有し、それと同軸の関係でバードケージコイル１０の中に挿入される。図４に示した例では、ソレノイドコイル３０は円筒形のバードケージコイル１０よりも大きな半径を有し、バードケージコイル１０は同軸の関係でソレノイドコイル３０の中に挿入される。
【００２９】
本発明のこの実施形態によるプローブは、互いに直交する２つのコイル、すなわち直角（またはもっと一般的にはマルチモード）バードケージコイルおよびソレノイドコイルを有していると言うことで本質的に特徴づけることができ、この組み合わせはそれぞれ３つのＲＦチャンネルと通信を行う３つのポートを備え、直角バードケージコイルのそれぞれのポートおよびソレノイドの第三のポートから引き出された互いに直交する２つのモードをサポートする。この構成は典型的な設定条件において３つの調整可能なパラメータを持っている。１つの直角モードの振幅および位相に参考値を割り当てることで、任意に選んだ向きθに対するｘ−ｙ面上の円偏向を実現するための第二の直角モードの位相および振幅、ソレノイドの位相および振幅を選ぶことができる。いくつかのチャンネルにおける要素に対するＲＦ電力仕様を緩和した３つのチャンネルにわたって、この実施形態で励起に利用できる、より大きなＲＦ電力が分散されることも認識される。
2006503287.tif 000010
【００３０】
図６は本発明の更に別の実施形態によるプローブであり、図２に示した平行棒（ラング）を有するバードケージコイルの代わりに、斜めの直角バードケージ５０を有することを特徴とするものを示す。バードケージコイルは近軸の棒または斜めの棒を有する形状とすることができる。図２〜図４に示すように、近軸の棒バードケージコイルは、その軸方向に平行に延設された棒を有する。螺旋形、すなわち斜めバードケージコイルは、バードケージの円筒形表面の円周に沿ってねじれた斜めの棒５５を有し、バードケージコイルの端部／リング部材上の各点で円周に沿って配置された対応する各点の間に真っ直ぐな棒を（円筒面上で）構成し、または棒が円筒面上で曲線を描く。斜めバードケージコイルは一様性を向上するために使用されてきており、共通の譲受人に譲渡された特許に係る上記特許文献１に開示されている。
【００３１】
本発明のこの実施形態によれば、斜めの棒はコイルの中心軸に対して、コイルの中心軸とｚ軸、例えば一様な磁界の方向Ｂ0との間の角度と同じ角度だけ傾斜している。本発明において棒の傾斜角をそのように選択すると、斜めバードケージ共鳴装置の２つの直角モードは両方ともＢ0に垂直となるが、これは従来技術の単一モード軸方向磁界または従来技術の傾斜巻き線ソレノイドで得られるほぼ軸方向の磁界とは対照的である。本実施形態において得られるＲＦ磁界は更に、磁界が各横方向の正中面（対称軸と直交）内で一様であり、斜めの誘導性棒の対称軸との相対的角度に従って回転するという、螺旋対称構造によって特徴づけられる。
【００３２】
対応するポートを駆動する電力源からのＲＦエネルギーの結合の最大化などの利点を得るために、ある種のパラメータの選択が望まれる。共鳴装置（複数の場合もある）に供給されるＲＦ電力のうち、Ｂ0の回りで歳差運動を行う核スピンを伴う共鳴を励起する唯一の部分は、Ｂ0と直交するＲＦ磁界の部分によって表わされるものである。更に、歳差運動を行う核スピンは、歳差運動スピンと同一の回転方向を有する磁界の（Ｂ0と直交する）部分からのエネルギーだけを吸収する。ｘ−ｙ平面内で平面偏向したＢ1磁界は、これらの共鳴スピンへの最大の結合を得るために円偏向させられる。ｘ−ｙ平面内での円偏向は、ｘ−ｙと交差する平面内での楕円偏向を意味する。共鳴装置の正中面Ｐ内での平面偏向で特徴づけられる図２の実施形態では、２モードのバードケージコイルがω1＝ω2という関係で特徴づけられ、位相はρ2＝ρ1＋π／２となる。図１ａに示すように、ｘ軸上で振動するモードの振幅Ｌは前記平面上の楕円偏向の短軸に取られ、長軸の振幅Ｍはｘ−ｙ平面上に投影されたときに投影された振幅が等しくなるように選ばれる。従って次の式が成り立つ。
【００３３】
【数７】
2006503287.tif 000011
【００３４】
これによって、それぞれのポートに与えられる相対的な振幅が求められる。サドルコイルがｘ軸に向けられた振幅Ｌの単一モードを与え、ソレノイドの磁界のｙ方向への投影がＭｃｏｓθとなる図５の実施形態に対して同じ関係が得られ、従って共鳴スピンに最適なＲＦエネルギーを結合するための振幅関係の選択が得られることが明らかであろう。
2006503287.tif 000012
【００３５】
【数８】
2006503287.tif 000013
【００３６】
円偏向状態においてｘ−ｙ平面上に投影されたＲＦ電力を最大にするためのパラメータの好ましい選択は、ソレノイド位相ρsが（等しい振幅、Ｂ1B）バードケージモードのうちの１つの位相と等しく、次式が成り立つようなものであることが明らかである。
【００３７】
【数９】
2006503287.tif 000014
【００３８】
この式はｘ−ｙ平面への投影モード（円偏向）の等しい振幅に対する条件であり、それにより次式が成り立つ。
【００３９】
【数１０】
2006503287.tif 000015
【００４０】
このバードケージ／ソレノイドの実施形態によれば、バードケージ共鳴装置に対して指定された全ＲＦ電力をｘ−ｙ平面上の円偏向状態で消費することが可能になり、この条件はθの任意の値に対して満足することができる。
図７は本発明の更に別の実施形態によるマルチ同調された構成であり、上で説明して図６に図示したように、別の斜め直角バードケージコイル５０の内部に同軸状に挿入された図２に示された近軸直角バードケージコイル１０を有するものを示す。（コイル１０および５０は、視覚的にわかりやすいように軸方向に変位されたように描かれている。これらのコイルは、それらの共通の軸の上で定性的に同一の広がりを有することが好ましい。）同軸に配設された２つの直角バードケージコイルは、近軸および／または斜め形状のバードケージの任意の組み合わせであってもよい。そのようなコイルは各々対応する共鳴核スピンの種類に応じて別々に同調される。この実施形態は、マジック角で行われる二重共鳴実験を目指した図２および図６の実施形態を拡張したものである。
【００４１】
わずかな数の実施形態および実施例を例示して本発明を説明してきたが、これらは本発明の範囲を制限するものではない。本発明の範囲内で多くの変形や変更が可能である。例えば図７の直角バードケージコイル１０および５０は、近軸直角バードケージコイル１０の内部に挿入された斜めの直角バードケージコイル５０に置き換えることができる。更に、本発明はそのいくつかの実施形態において、上で述べた選択以外の調整可能なパラメータを提供するが、これらは与えられた平面上での円偏向またはスピン共鳴として消費される最大電力の実現ということ以外の基準を満足するように選択することができる。ここに述べる本発明の具体的な応用はマジック角の傾斜を有するＮＭＲ実験であるが、固定した方向に関して傾斜したＲＦ磁界の向きを操作することが、本発明の中心的な局面である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】ここで重要となるＲＦ磁界を特徴づける形状を示す。
【図１ａ】ＲＦ磁界を示す図である。
【図２】本発明を実施するマジック角スピンプローブの模式的な側面図であり、その各成分の方向の関係を示す。
【図３】本発明の第二の実施形態によるマジック角スピンプローブで、ソレノイドコイルを含むものの模式的な側面図である。
【図４】図３の変形例であり、外側のソレノイドコイルと内側の直角コイルとを有するものを示す。
【図５】本発明の第二の実施形態の変形例によるサドルコイルを備えているマジック角スピンプローブの模式的な側面図である。
【図６】本発明の第三の実施形態によるマジック角スピンプローブで、斜めバードケージコイルを有するものの模式的な外面図である。
【図７】２つの直角バードケージコイルを有するマルチ同調のマジック角スピンプローブの模式的な外面図である。
【図１】
2006503287.tif 000016
【図１ａ】
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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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【手続補正書】
【提出日】平成17年10月4日(2005.10.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏向磁界Ｂ0とともに使用されるＮＭＲプローブであって、
円筒形状の軸Ｒを有する共鳴装置であって、前記軸ＲがＢ0に対して角度θだけ傾斜しており、それぞれ異なる位相および方向を有する複数のＲＦ磁界を維持する共鳴装置であって、この共鳴装置は、ＲＦコイルを含み、このＲＦコイルは、このコイルの２つの直角モードを動作状態に維持するための、２個の互いに分離されたポートを有し、前記モードが各々ω1で共鳴する共鳴装置と、
ＲＦ磁界Ｂ1を励起するためのＲＦ源であって、前記磁界Ｂ1が前記円筒形状の軸Ｒと直交する平面内で楕円偏向しており、Ｂ0と直交する平面上に前記楕円偏向した磁界を投影したものが円偏向となるＲＦ源と、
前記円筒形状の軸に沿って長細いサンプルを保持するサンプル保持器とを含むＮＭＲプローブ。
【請求項２】
前記円筒形状の軸Ｒの回りに前記サンプルを回転させるための回転器を更に含む、請求項１記載のＮＭＲプローブ。
【請求項３】
前記共鳴装置が、ω1で共鳴する第一のバードケージコイルと、ω2で共鳴する第二のバードケージコイルとを含み、前記第一および第二の共鳴装置が、同軸状かつ同一の広がりを有する、請求項２記載のＮＭＲプローブ。
【請求項４】
少なくとも１つの前記バードケージコイルが、斜めのインダクタをを含む、請求項３記載のＮＭＲプローブ。
【請求項５】
前記共鳴装置が、バードケージコイルを含む、請求項１記載のＮＭＲプローブ。
【請求項６】
前記バードケージコイルが近軸インダクタを含み、前記プローブが更に前記バードケージコイルと同軸状かつ同一の広がりを有するように配設されたソレノイドコイルを含み、また前記ソレノイドコイルがω1で共鳴する、請求項５記載のＮＭＲプローブ。
【請求項７】
Ｂ0と直交する平面上への前記磁界Ｂ1の投影が円偏向した磁界を含むように、前記ソレノイドコイルを励起して前記直角モードと組み合わせて合成ＲＦ磁界Ｂ1を発生するための別の分離したＲＦポートを、前記ソレノイドコイルが含む、請求項６記載のＮＭＲプローブ。
【請求項８】
前記バードケージコイルが斜めのインダクタを含む、請求項５記載のＮＭＲプローブ。
【請求項９】
前記共鳴装置が、周波数ω1で共鳴して前記円筒形状の軸ＲおよびＢ0に直交する磁気的な軸を有するサドルコイルと、周波数ω1で共鳴するソレノイドコイルとを有し、前記ソレノイドコイルが前記サドルコイルと同軸状かつ同一の広がりを有するように配設されている、請求項１記載のＮＭＲプローブ。
【請求項１０】
前記サドルコイルが第一のＲＦチャンネルを有し、前記ソレノイドコイルが第二のＲＦチャンネルを有し、Ｂ0と直交する平面上への前記ＲＦ磁界の投影が円偏向した磁界を含むように、合成ＲＦ磁界を発生する、請求項９記載のＮＭＲプローブ。
【請求項１１】
偏向磁界Ｂ0を発生する磁石と、
ＲＦエネルギー源と、
選択された周波数および位相でのＲＦエネルギーを検出および分解するためのＲＦ受信器と、  円筒形状の軸Ｒを有する共鳴装置を有するＲＦプローブであって、前記軸ＲがＢ0に対して角度θだけ傾斜しており、前記共鳴装置がそれぞれ異なる位相および方向を有する複数のＲＦ磁界を維持し、前記ＲＦ磁界が前記円筒形状の軸Ｒと直交する平面内で楕円偏向しており、Ｂ0と直交する平面上に前記楕円偏向した磁界を投影したものが円偏向となるＲＦプローブとを含むＮＭＲシステム。
【請求項１２】
前記ＲＦプローブが、前記円筒形状の軸Ｒに沿って長細いサンプルを保持して前記軸Ｒの回りに前記サンプルを回転させるための保持器を更に含む、請求項１１記載のＮＭＲシステム。
【請求項１３】
対称軸を有する円筒対称形のＮＭＲプローブ内にＲＦ磁界を形成する方法であって、前記ＲＦ磁界が前記対称軸に対して傾斜した別の軸Ｂ0に関して望みの方向を示し、
（ａ）共鳴周波数がω0かつ位相がρ1のときに、前記対称軸に沿った向きの第一のＲＦ磁界の振幅Ａ1を発生するエネルギーを供給する工程と、
（ｂ）前記工程（ａ）とほぼ同時に、共鳴周波数がω0かつ位相がρ2で前記対称軸に垂直な平面内で第二のＲＦ磁界の振幅Ａ2を発生するエネルギーを供給する工程と、
（ｃ）円偏向した波がＢ0と直交する平面上に投影されるように、位相差ρ2−ρ1、振幅Ａ1およびＡ2を選ぶ工程とを含む方法。
【請求項１４】
前記第二のＲＦ磁界が、Ｂ0と直交する前記平面内で直線偏向している、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
対称軸を有する円筒対称形のＮＭＲプローブ内に平面偏向したＲＦ磁界を形成する方法であって、前記対称軸が前記対称軸に対して傾斜した別の軸Ｂ0に関して望みの方向を示し、
（ａ）前記対称軸と直交する平面内でベクトル振幅Ａ1を有する第一のＲＦ磁界を発生するエネルギーを供給する工程であって、前記第一のＲＦ磁界が共鳴周波数ω0、振幅Ａ1および位相ρ1を有する工程と、
（ｂ）前記工程（ａ）とほぼ同時に、前記対称軸と直交する平面内で前記ベクトル振幅Ａ1と直交する前記ベクトル振幅Ａ2を有する第二のＲＦ磁界を発生するエネルギーを供給する工程であって、前記第二のＲＦ磁界が共鳴周波数ω0および位相ρ1＋π／２を有する工程と、
（ｃ）前記対称軸に沿ったベクトル振幅Ａ3を有する第三のＲＦ磁界を発生するエネルギーを供給する工程であって、前記第三のＲＦ磁界は共鳴周波数ω0および位相ρ3を有し、前記工程（ａ）および前記工程（ｂ）とほぼ同時であり、前記振幅および前記位相は、Ｂ0と直交する平面内に投影された円偏向波を生成するように選択される工程とを含む方法。
【請求項１６】
前記対称軸を、Ｂ0に関してマジック角の方向に向ける工程を含む、請求項１５記載の方法。
【国際調査報告】
2006503287.tif 000024
2006503287.tif 000025