(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸から離れてそれと平行に配置された複数のレッグ導体であって、前記複数のレッグ導体は有効体積を規定し、それぞれサンプルとの容量性及び誘導性の結合を持つリアクタンス性インピーダンスを有するレッグ導体と、
サンプルを分析する間、前記有効体積のかかるリアクタンス性インピーダンスを前記他のリアクタンス性インピーダンスとの選択された一定の関係に制御するためのチューニング構造とを含み、
前記チューニング構造はさらに、前記複数のレッグ導体の上部及び下部の平面部分を空間的に取り囲むようにそれぞれ配置された上部及び下部の可動導電性エンドリングと、前記可動エンドリングの各々を前記軸に沿って互いに離れ又は接近するように同時に移動するためのチューナープラットフォームとを含む、広域チューニング可能な鳥かご型コイル。
【請求項２】
前記上部及び下部の可動エンドリングが前記複数のレッグ導体から距離を保って配置され、前記距離が前記複数のレッグ導体のいずれの１つの巾よりも小さい、請求項１に記載のコイル。
【請求項３】
前記上部及び下部のエンドリングが前記複数のレッグ導体から距離を保って配置され、前記リアクタンス性インピーダンスの静電容量が選択した範囲内になるように前記距離を選択可能である、請求項１に記載のコイル。
【請求項４】
前記上部及び下部のエンドリングが前記複数のレッグ導体から距離を置いて配置され、前記距離が前記複数のレッグ導体の任意の１つの巾の３％程度である、請求項１に記載のコイル。
【請求項５】
前記上部及び下部のエンドリングが前記複数のレッグ導体から距離を置いて配置され、前記有効体積内の磁場を変更するべく、前記リアクタンス性インピーダンスを選択した範囲内で調節できるように前記距離を選択可能である、請求項１に記載のコイル。
【請求項６】
前記チューニング構造が更に、
前記鳥かご型コイルの高さまで延びており２方向のネジを切った少なくとも２つの正反対に配置したポストであって、前記２方向のネジが前記ポストと有効体積との上部及び下部を規定し、前記導電性のエンドリングと結合するポストを更に含む、請求項１に記載のコイル。
【請求項７】
軸から離れてそれと平行に配置された複数のレッグ導体であって、前記複数のレッグ導体は有効体積を規定し、それぞれサンプルとの容量性及び誘導性の結合を持つリアクタンス性インピーダンスを有するレッグ導体と、
サンプルを分析する間、前記有効体積のかかるリアクタンス性インピーダンスを前記他のリアクタンス性インピーダンスとの選択された一定の関係に制御するためのチューニング構造とを含み、
前記チューニング構造はさらに、前記複数のレッグ導体の上部及び下部の平面部分を空間的に取り囲むようにそれぞれ配置された上部及び下部の可動導電性エンドリングと、前記鳥かご型コイルの高さまで延びており２方向のネジを切った少なくとも２つの正反対に配置したポストであって、前記２方向のネジが前記ポストと有効体積との上部及び下部を規定し、前記導電性のエンドリングと結合するポストとを含む、広域チューニング可能な鳥かご型コイル。
【請求項８】
前記チューニング構造が、前記導電性エンドリングを前記ネジに沿って移動して前記ポストを回転するために、前記ポストに取り付けられたプラットフォームを更に含む、請求項６または７に記載のコイル。
【請求項９】
軸から離れてそれと平行に配置された複数のレッグ導体であって、前記複数のレッグ導体は有効体積を規定し、それぞれサンプルとの容量性及び誘導性の結合を持つリアクタンス性インピーダンスを有するレッグ導体と、
サンプルを分析する間、前記有効体積のかかるリアクタンス性インピーダンスを前記他のリアクタンス性インピーダンスとの選択された一定の関係に制御するためのチューニング構造とを含み、
前記チューニング構造が、前記軸から離れてそれと平行に配置され、前記軸に沿って回転可能な複数のチューニングレッグを含む、広域チューニング可能な鳥かご型コイル。
【請求項１０】
軸から離れてそれと平行に配置された複数のレッグ導体であって、前記複数のレッグ導体は有効体積を規定し、それぞれサンプルとの容量性及び誘導性の結合を持つリアクタンス性インピーダンスを有するレッグ導体と、
サンプルを分析する間、前記有効体積のかかるリアクタンス性インピーダンスを前記他のリアクタンス性インピーダンスとの選択された一定の関係に制御するためのチューニング構造とを含み、
前記チューニング構造はさらに、前記複数のレッグ導体の上部及び下部の平面部分を空間的に取り囲むようにそれぞれ配置された上部及び下部の可動導電性エンドリングと、前記軸から離れてそれと平行に配置された複数のチューニングレッグとを含む、広域チューニング可能な鳥かご型コイル。
【請求項１１】
前記チューニング構造が、前記複数のレッグ導体に隣接する前記複数のチューニングレッグを取り付けて回転するためのターンテーブルプラットフォームを更に含む、請求項９または１０に記載のコイル。
【請求項１２】
前記チューニング構造が、前記導電性レッグの各々について等しいインダクタンスを同時に制御する、請求項９または１０に記載のコイル。
【請求項１３】
前記複数のチューニングレッグが、前記複数のレッグ導体と同軸的に隣接して配置される、請求項９または１０に記載のコイル。
【請求項１４】
前記チューニング構造が、前記複数のレッグ導体の各々に対する静電容量を同時に制御する、請求項１ないし１３のいずれかに記載のコイル。
【請求項１５】
前記有効体積が、前記チューニング構造の中央部分を空間的に取り囲む、請求項１ないし１４のいずれかに記載のコイル。
【請求項１６】
コイルを取り囲み、近傍の環境及び接続ケーブルに対するコイルの相互作用の満足すべき軽減を実現するのに十分なだけコイルを超えて軸方向に延びる導電性のシールドを更に含む、請求項１ないし１５のいずれかに記載のコイル。
【請求項１７】
様々なサンプル及び結合条件にわたって鳥かご型コイル内の磁場の一様性を制御する方法であって、前記鳥かご型コイルは軸から離れてそれと平行に配置された複数のレッグ導体を有し、前記鳥かご型コイルは、その内部体積を規定し、
前記レッグ導体に隣接して位置し、前記体積を一定に保った状態で前記軸の周囲に配置された複数のチューニングレッグを有するチューニング構造を移動して、前記レッグ導体の各々を同時にチューニングすることを含み、
前記移動するステップが、隣接するレッグ導体の間で前記チューニングレッグを前記軸に沿って回転させ、前記複数のレッグ導体と前記複数のチューニングレッグとの重なり合う量を変化させることにより、当該鳥かご型コイルの静電容量および／またはインダクタンスを変化させることを含む方法。
【請求項１８】
様々なサンプル及び結合条件にわたって鳥かご型コイル内の磁場の一様性を制御する方法であって、前記鳥かご型コイルは軸から離れてそれと平行に配置された複数のレッグ導体を有し、前記鳥かご型コイルは、その内部体積を規定し、
前記レッグ導体に隣接して位置し、前記複数のレッグ導体の上部及び下部の平面部分を空間的に取り囲むようにそれぞれ配置された上部及び下部の導電性エンドリングを有するチューニング構造を移動して、前記レッグ導体の各々を同時にチューニングすることを含み、
前記移動するステップが、前記導電性エンドリングの各々を前記軸に沿って互いに離れ又は接近するように同時に移動することを含む方法。
【請求項１９】
軸から離れてそれと平行に配置された複数のレッグ導体を有する鳥かご型コイルであって、前記導電性レッグの間に選択されたＲＦ位相関係を持ってサンプルを受け入れる有効体積を、前記複数のレッグ導体が規定する鳥かご型コイルと、
前記有効体積が前記サンプルを受けるときに前記選択された位相関係を維持するチューニング構造とを含み、
前記チューニング構造はさらに、前記コイルに隣接して配置された誘導性素子を含む少なくとも１つの可動インピーダンス素子であって、前記誘導性素子が前記軸に沿って回転可能であり、この回転により、前記レッグ導体と前記誘導性素子との重なり合う量が変化することにより、当該鳥かご型コイルの静電容量および／またはインダクタンスを変化させることが可能である可動インピーダンス素子を含む、広域チューニング可能な鳥かご型コイル。
【請求項２０】
軸から離れてそれと平行に配置された複数のレッグ導体を有する鳥かご型コイルであって、前記導電性レッグの間に選択されたＲＦ位相関係を持ってサンプルを受け入れる有効体積を、前記複数のレッグ導体が規定する鳥かご型コイルと、
前記有効体積が前記サンプルを受けるときに前記選択された位相関係を維持するチューニング構造とを含み、
前記チューニング構造はさらに、前記有効体積の上部及び下部の平面部分を空間的に取り囲むように配置された２つの容量性リングを含む少なくとも１つの可動インピーダンス素子であって、前記容量性リングの各々を前記軸に沿って互いに離れ又は接近するように同時に移動可能である可動インピーダンス素子を含む、広域チューニング可能な鳥かご型コイル。
【請求項２１】
軸方向の磁場を定義する分極磁石と、
前記分極磁石との特定の関係においてサンプルにＲＦ放射を加えるＲＦエネルギー源と、
前記サンプルから共鳴ＲＦ信号を収集するか、または前記サンプルにＲＦ放射を供給するための広域チューニング可能な鳥かご型コイルであって、
軸から離れてそれと平行に配置された複数のレッグ導体を有する鳥かご型コイルであって、前記導電性レッグの間に選択されたＲＦ位相関係を持ってサンプルを受け入れる有効体積を前記複数のレッグ導体が規定する鳥かご型コイルと、
前記有効体積が前記サンプルを受けるときに前記選択された位相関係を維持するチューニング構造であって、前記複数のレッグ導体の上部及び下部の平面部分を空間的に取り囲むようにそれぞれ配置された上部及び下部の可動導電性エンドリングと、前記可動エンドリングの各々を前記軸に沿って互いに離れ又は接近するように同時に移動するためのチューナープラットフォームとを有するチューニング構造とを含む、サンプルを検査するためのＮＭＲ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】
本発明は一般に核磁気共鳴（ＮＭＲ）用の鳥かご型ＲＦコイルに関し、より詳しくは可動構造により広域的にチューニングが可能なNMR用鳥かご型コイルに関する。
【０００２】
【発明の背景】
現代の技術では、医学的又は化学的あるいは両方に係わるサンプルは様々な方法で分析できる。しかしサンプル中の多種類の化学的成分やかかる成分の空間的な分布を分析したい場合に、最も広く使用される方法は磁気共鳴である。
磁気共鳴現象を起こすには、サンプルに対してそれを取り囲む構造によりＲＦ放射を加えて、それにより得られる共鳴信号を、上記と同じか又は異なる取り囲む構造により検出し分析する。この構造はらせん型コイル、サドル型コイル、共鳴空洞又は鳥かご型共鳴器などである。鳥かご型構造が本発明の対象であり、この場合は大小さまざまなサンプルを調べるために、鳥かご型構造の中で望みの共鳴周波数を得ることが必要である。
【０００３】
一般に鳥かご型コイルは、低域通過又は高域通過構造として動作するように作られる。図１Ａに示すように、通常の低域通過動作の鳥かご型コイルには、各導電性レッグ４に沿って電気的に結合された少なくとも１つの容量性素子を備える。それに対して通常の高域通過動作の鳥かご型コイルには図１Ｂに示すように、各導電性レッグ４の間に電気的に結合された１つの容量性素子２を備える。どちらの構造でも導電性レッグは通常、非導電性材料の上に支持又は取り付けられる。
【０００４】
機能的には、鳥かご型の構造はそれ自体で閉じた周期構造と考えることが出来る。この構造の周期的要素が位相シフトを生じるが、この位相シフトは閉じたループにわたって足し合わされたときに２πの整数倍でなければならい。
幾何学的には、共鳴器は円筒状の対称性を持つが、各レッグを流れるＲＦ電流は、円筒の軸の回りの方位角をθ、共鳴モードを定義する整数をｋとして、ｓｉｎｋθ／２π又はｃｏｓｋθ／２π、あるいはその両方に比例することが望ましい。ｋ＝１のモードは、コイル構造の中で一様なＲＦ磁場の分布を作り出す。相対的な位相がπ／２の２つのＲＦドライブが、コイルの外周に沿う位相分布に関してπ／２の位相差がある２点でコイルに接続されているときに、コイルの直角位相動作が実現する。
【０００５】
各容量性素子（図１の２）を等しく調整することにより、鳥かご型コイルは望みの周波数に可能な限り近くチューニングされる。現在の設計では、最終的なチューニング調整は、鳥かご型構造内の単独のコンデンサの不連続なチューニングによって達成される。しかし１つのコンデンサをチューニングするだけでは、ユーザーは構造の電気的な対称性を維持せずに望みの周波数を得ることしかできない。従って構造の中で最適なＲＦ分布を実現することは出来ない。
【０００６】
サンプルすなわち負荷無しに全ての容量性素子２を等しくするように鳥かご型コイルを調整できたとしても、サンプルすなわち負荷を挿入すれば、通常の負荷又はサンプルの固有の誘電特性によって生じる周波数の低下を補償するために、再度構造をチューニングすることが必要となる。図２Ａに示すように、負荷の導入による周波数の変化は位相誤差を生じるが、これは正しい全位相シフトπ／２を回復するために、１つのチューニングコンデンサで補償しなければならない。位相誤差の結果として、対応する図２Ｂ〜２Ｄに示すような一様でないＢ１場が生じる。例えば1Ｈや19Ｆのような異なる核種を観察するためには、鳥かご型構造をチューニングできることが有益な場合がある。かかる共鳴周波数の間のチューニング調整は１つの静電容量の変化では、ＲＦ磁場の一様性を完全に壊すこと無しには達成できなかった。
【０００７】
複数の異なる負荷に対応して、あるいは異なる核種を観察するためにチューニングを行う際に、構造の周囲における位相シフトの方位角方向の分布を対称形に維持するような鳥かご型構造が開発されれば有利であろう。望ましい構造は、全てのチューニング条件下で一様な磁場を与え、直角位相動作に必要な対称性を保存する。
【０００８】
【発明の概要】
本発明によれば、軸に平行にそれから空間的に離れて配置された複数のレッグ導体を有する広域的にチューニングが可能な鳥かご型コイルが提供される。複数のレッグ導体は負荷を受ける有効体積を規定する。チューニング構造は、有効体積内でのＲＦの直角分離を、負荷が分析される間維持する。
第一の実施例では、変化する負荷及び結合条件の範囲にわたって鳥かご型コイル内の磁場の一様性を制御するためのチューニング機構が提供される。鳥かご型コイルは、軸に平行にそれから空間的に離れて配置された複数のレッグ導体を含む。チューナー構造はリング導体の間の間隔を変化させることにより各レッグ導体を同時にチューニングするために、レッグ導体に隣接して軸の周囲に配置されており、各リング導体は中央に配置された鳥かご型コイルのそれぞれの端部リングから離してそれを取り囲んでいる。
別の実施例では、１対の同軸状の鳥かご型コイルがそのコイルを相対的に回転させる手段と共に配置される。
【０００９】
【詳細な説明】
本発明の他の態様及び特長は、以下の詳細な説明と添付図面を参照することにより、明らかになるであろう。
本発明の物理的な内容は一般に、核磁気共鳴（ＮＭＲ）検査又は磁気共鳴撮影（ＭＲＩ）のための鳥かご型コイル装置である。図３に示すシステムには、鳥かご型コイルにとって理想的なＲＦ共鳴構造が含まれる。この構造は、分析対象すなわちサンプルを包含する一様なＲＦ磁場を発生することが出来る。
【００１０】
発明の内容を図３に示す。穴１１を有する磁石１０が主磁場を形成する。時間及び方向に関して正確に磁場を制御するために、傾斜磁場コイル（図示せず）が備えられている。各傾斜コイルはそれぞれ傾斜電源１６、１８及び２０によって駆動される。基本磁場内に残留する望ましくない空間的な非均一性を補正するために、更にシミングコイルと他の電源（両方とも図示せず）が必要となる場合もある。分析の対象物又は流体（以下「サンプル」と呼ぶ）は穴１１内の磁場中に置かれる。サンプルにＲＦのエネルギーを照射し、ＲＦ磁場が穴１１の内部すなわち有効体積内の磁場と望ましい（直交する）関係に整列されるようにする。これは穴１１の内部の送信コイル１２を通じて行われ、その中のサンプルに共鳴信号が誘導される。穴１１内のサンプルに近接して（そして通常はそれを取り囲んで）受信コイルが配置される。送信コイルと受信コイルは同一の構造であってもまた別の構造であっても良い。
【００１１】
図３に示すように、ＲＦパワーは送信機２４から供給されて増幅器３１で増幅され、次ぎにマルチプレクサ２７を通って、穴１１内に設置されたＲＦ送信コイル１２に送られる。送信機２４に対して振幅変調、周波数変調又は位相変調、あるいはそれらを組み合わせたものを、発生段階で、又は変調器２６によって行うことが出来る。サンプルから信号を取り出すには同一のコイル１２を使用できる。マルチプレクサ２７は、受信器を送信機から分離するために備えられている。
【００１２】
変調器２６は、望みの振幅、パルス長、及びＲＦ搬送波に対する相対的位相を持つＲＦパルスを事前に選ばれた時間間隔で与えるように、パルスプログラマー２９によって制御される。パルスプログラマーはハードウェア又はソフトウェア、あるいはその両方の性格のものであって良い。パルスプログラマーはまた、傾斜が必要な場合は傾斜電源１６、１８及び２０をも制御する。これらの傾斜電源は、必要に応じてそれぞれの傾斜コイル中の選択された静磁場の傾斜を維持することができる。
【００１３】
過渡的な核磁気共鳴波形は受信器２８によって処理され、更に位相検出器３０を介して位相クァドラチャ（直角）に分解される。位相検出器３０からの位相分解された時間ドメインの信号はフーリエ変換器３２に送られて、必要とされる処理内容に従って周波数ドメインに変換される。アナログ共鳴信号のディジタル信号への変換は、便宜的に位相検出器３０の構成要素と見なすことの出来るアナログ・ディジタル変換器（ＡＤＣ）によって、位相分解された信号に対して共通に行われる。
【００１４】
フーリエ変換器３２は実際上、位相分解された形態の（記憶装置３４に）保存されたデータに対して作用することができると理解される。これは、多くの時間ドメインの位相分解された波形の平均を取り、信号・雑音比を向上するという、通常のやり方を反映するものである。次ぎに平均化の結果得られた波形に対して、変換機能を適用する。収集されたデータに対して、表示装置３６が検査のための表示を行う。コントローラー３８はほとんどの場合1台又はそれ以上のコンピュータで構成され、全装置の動作を制御し、調整する。
【００１５】
動作中の鳥かご型コイルは、それ自身で閉じており、その回路を回って流れる電流が鳥かご構造の軸方向に延びる各レッグの間で正弦波形の分布をする、はしご型回路又は送信線として記述できる。従って鳥かご型構造は、図２Ａに示すようにＲＦ位相シフト（これは足し合わせたときに２πｋでなければならない）が分布する周期構造と見なされることが多い。鳥かご型共鳴器は最も一般的には円筒形に作られ、また最も一般的にはｋ＝１モードで動作させられ、このモードではサンプルの体積中に最大限一様な横方向の磁場を発生するが、本発明はより高次のモードでの動作にも同様に適用できる。
ｋ＝１モードで動作する鳥かご型コイルは、ＲＦの位相がコイルの外周に沿って０から２πまでの範囲にわたって変化することを必要とする。最も一様なＲＦ磁場を実現するためには、レッグの数をＮとしてレッグ１本当たりの位相シフトを２π／Ｎにすべきである。もしも１本のレッグの静電容量を変化させるだけでチューニングが行われると、位相シフトの同一性が維持されず、ＲＦ磁場の一様性が悪くなるであろう。
【００１６】
様々な負荷、容量性及び誘導性の結合条件の下でＲＦ磁場の一様性を維持するような仕方で、ユーザーがＭＲＩ又はＮＭＲ用鳥かご型コイルをチューニングすることを可能にする、様々な実施例を以下に説明する。この目的は一般に、鳥かご型コイルの各レッグ及び各コンデンサを同一に、すなわち広域的な仕方でチューニングすることによって達成される。これにより、最適なＲＦ磁場の一様性を維持する上で決定的に重要なパラメータである各レッグごとのＲＦ位相シフトΔφを一定に維持出来る。すなわちレッグの数をＮとして、レッグ／メッシュごとのＲＦ位相を２π／Ｎに等しく保たなければならない。これにより、負荷を有する動作中の鳥かご型コイルの各レッグの全てのオフセットを除去し、負荷を中に含んだ状態で図２Ａに示すように０％ＲＦ位相誤差で最適に挙動させることが可能となる。レッグ／メッシュごとのＲＦ位相の式ΔφαＦ（Ｃ、Ｌ）は、レッグ／メッシュのインダクタンスＬと静電容量Ｃの複素関数である。
【００１７】
以下、本発明の実施形態を説明する。本明細書では分かりやすくするために、実際に実現する場合の全ての特徴を述べることはしない。かかる実施例全ての開発において、システムに関連する、あるいは業務に関連する制約条件への適合のような特定の目的を達成するために、実現する場合ごとに異なる多くの実施に固有の決定を行わなければならないことが、当然理解されるであろう。更に、かかる開発の努力は複雑であり長い時間を要することがあるが、これは本開示に関わる当業者にとっては日常茶飯事であろう。
【００１８】
図４及び図５Ａ−５Ｃは、本発明による広域チューニング可能な鳥かご型コイル４０の第一の実施形態の斜視図である。この実施形態は、高域通過又は低域通過用の鳥かご構造に利用できる。そのため鳥かご型コイル４２の各図面は、高域通過又は低域通過用の構造を特に図示するものではない。
図５Ｂに、周知の方法で上側バンド４６Ａと下側バンド４６Ｂとの間に結合された８本のレッグ４４を有する通常の鳥かご型コイル４２を示す。図３に概要を示す駆動構造が、鳥かご型コイル４２を駆動し、制御する。
【００１９】
レッグ４４は銅、アルミニウム、銀又は金のような導電性材料で作られ、バンド６６Ａ、６６ＢはＰＴＦＥ回路基板又はＫａｐｔｏｎのような非導電性材料で作られる。当業者であればわかるように、鳥かご型コイル４２の直径Ｄ２とレッグ４４の数は、所望の負荷と動作特性とに対応して選択できる。
鳥かご型コイル４２は図５Ｃに示すように、外部及び内部リングプラットフォーム５３、５５を持つターンテーブル構造５１に結合される。この実施例では、外部プラットフォーム５３は固定しており、内部プラットフォーム５５を回転させる手段（図示せず）を与える。外部プラットフォーム５３は電源（図示せず）に接続され、図３のコントローラー３８から制御信号を受け取った後に内部のリングプラットフォーム５５を回転させる。動作可能な鳥かご型コイル４２のチューニングを行うために、通常は、外部プラットフォーム５３を周囲距離５７の分だけ隣接するレッグ４４から離れ又はそれに向かって回転させるだけでよい。
【００２０】
同軸チューナー６２は、ターンテーブルプラットフォーム５１の内部プラットフォーム５５に結合される。鳥かご型コイル４２と同様に、チューナー６２は導電性レッグ６４の両端に取り付けられた非導電性バンド６６Ａ及び６６Ｂを提供し、有効体積を規定する。導電性レッグ６４は銅、アルミニウム、銀及び金を含むグループから選ばれる材料で作ることができる。一方非導電性バンド６６Ａ、６６ＢはＰＴＦＥ回路基板材料又はＫａｐｔｏｎのような材料で作ることができる。
【００２１】
特にチューナー６２は、上側及び下側チューナーバンド６６Ａ、６６Ｂの間に結合された８本のチューニングレッグ６４を含む。バンド６６Ａ、６６Ｂが直径Ｄ1を規定し、この直径が円筒形の体積を規定する。当業者であれば、チューナー６２の直径又は軸方向の長さは、鳥かご型コイル４２の体積の内部又は外部の構造を与えるように選定できることがわかるであろう。更に、チューナーレッグ６４の数は、所望の鳥かご構造の高さおよび直径を収容するように変更できる。ある好適な実施例においては、鳥かご型コイル４２は軸直径（Ｄ2）６.２５インチを与え、チューナー６２は直径（Ｄ1）６インチを与える。
【００２２】
チューナー６２が図４に示すようにターンテーブルプラットフォーム５１の上でコイル４２の中に搭載されると、チューナー６２の各レッグ６４は１対の鳥かごレッグ４４に隣接して位置する。各チューナーレッグ６４を各鳥かごレッグ４４の間に、又はそれに隣接して搭載することにより、チューナー６１を固定鳥かご型コイル４２に対して５７の方向にわずか軸回転させることで、動作状態の鳥かご型コイル４２のインダクタンスが広域的に調整される。この回転は、その中の一様なＲＦ磁場を維持する。すなわち、動作状態の鳥かご型コイル４２内に負荷が置かれると、図２Ａおよび２Ｂに示すように０％位相誤差と一様なＲＦ磁場を維持するのに必要な限りターンテーブル５１はチューナー６２を回転させる。
【００２３】
ターンテーブル５１の回転は、図３に模式的に示す構造によって間接的に制御される。特にコントローラー３８は通常のセンサー及びソフトウェアを使って、動作中の鳥かご型コイル４２のＲＦ共鳴周波数をモニターする。ＲＦ性能パラメータの実際の値と所望の値との間の差を、個別にか又は振幅、周波数、位相の組み合わせにおいて示すＲＦプローブから信号を導くために、様々なモニター技術が知られ、また行われている。周波数が変化すると、誤差を低減するためにターンテーブル５１が鳥かご型コイル４２内で回転すべき角度を定める補正信号をコントローラー３８が送出する。ターンテーブル５１を回転させることにより、チューナーレッグ６６は鳥かご型コイルのインダクタンス値を変化させて、その中のレッグごとのＲＦ位相シフトを一定に保つ。
【００２４】
当業者であれば、誘電性の負荷又は生物的サンプルを鳥かご型コイル４２内に挿入すると、鳥かご型コイルの共鳴周波数が低下することを理解するであろう。本発明の構造によれば、チューナー６２の各レッグ６４が鳥かご型コイル４２のそれぞれのレッグ４４と重なり合う部分が増えると、静電容量が増加してインダクタンスが減少する。このプロセスは、負荷を受けたアクティブな鳥かご型コイルに対してレッグ毎のＲＦ位相シフトを維持するために、（典型的には）１〜３％の周波数変動又は２〜６％の位相誤差の変化を生じる可能性がある。
【００２５】
適切な機械的手段を採用することは、実際にそれを行う人の技術的裁量に属することであるから、内部プラットフォーム５５がどの様に回転するかについてはここでは詳しく述べない。従って、ターンテーブルプラットフォーム５１に対して必要とされる特性に応じて様々な通常の構造を用いて、挿入されたサンプルの周囲でチューナー６２を回転させることができる。
内部リング５５を固定したい場合は外部リングプラットフォーム５３を移動できるようにし、あるいはリング５３と５５の両方を可動とすることもできることは、当業者であれば理解するであろう。更に本分野において通常の技術を持つ者であれば、プラットフォーム５１の内径及び外径はチューナーが鳥かご型コイル４２を取り囲むように、あるいはその中に収納されるように選択すれば良いことを理解するであろう。一方プラットフォーム５１は内径を持たず、中央のプラットフォームの表面（図示せず）の上にサンプルを置いて分析するようにしても良い。チューニング部材は内部構造か外部構造か、どちらか適切な方を使用できる。
【００２６】
図６及び図７Ａ〜７Ｃに本発明の別の実施例を示す。特に図６は別の広域チューニング可能な鳥かご構造７０を示し、図７Ａ〜７Ｃはその分解図である。図７Ａに示すように、鳥かご型コイル４２は図５Ｂに示したものと同様の通常の構造を有する。しかし本実施例では、鳥かご型コイルは好ましくは低域通過構造をなす。
図７Ｂは一般に、負荷が鳥かご型コイル４２内に導入されたときに可変コンデンサとして機能する可動エンドリング７４Ａ及び７４Ｂを有する容量性チューナー７２を示す。リング７４Ａ及び７４Ｂは銅、アルミニウム、銀又は金のような導電性材料で作られる。好適な実施例では、チューナー７２は鳥かご型コイル４２を取り囲み、リング７４Ａ及び７４Ｂは対向する非導電性ポスト７６Ａ及び７６Ｂに結合される。リング７４Ａ及び７４Ｂはブラケット７８によって、それぞれのポスト７６Ａ及び７６Ｂに結合される。
【００２７】
図７Ａ〜７Ｃに示すように、ポスト７６Ａ及び７６Ｂは回転マウント８３上でプラットフォーム８１に結合される。鳥かご構造７０を広域的にチューニングするために必要な場合は、モーター又はアクチュエーター１３がマウント８３を回転させる。特にマウント８３が回転すると、リング７４Ａ及び７４Ｂは互いに離れるか又は接近するように移動する。これは、ポスト７６Ａ及び７６Ｂが中央位置８６で方向を転換するネジ構造を持っており、ブラケット７８は対応するネジ構造を使用して、ポスト７６Ａ及び７６Ｂが回転するときにこれらに沿ってリング７４Ａ及び７４Ｂが上下に移動できるようにする。従って、分析のために負荷が鳥かご型コイル４２内に導入されたときに、ポスト７６Ａ及び７６Ｂを回転させてポスト７４Ａ及び７４Ｂを互いに離れるか又は接近するように、あるいは中央位置８６に移動させることにより、同一の静電容量で平衡状態を維持するように鳥かご型コイル４２の各レッグ４４がチューニングされる。
【００２８】
図４の実施例と同様に、図３の概略構造は動作状態の鳥かご型コイル４２をチューニングするために、ポスト７６Ａ及び７６Ｂの回転を間接的に制御する。特にこの概略構造は鳥かご型コイル４２の共鳴周波数を検出し、リング７４Ａ及び７４Ｂのチューニングのために必要な信号をプラットフォーム８１に送る。
上記の実施例では、チューナーリング７４Ａ及び７４Ｂと鳥かご型コイルのレッグ４４との間の距離ｄが、動作状態の鳥かご型コイルの磁場を調節する機能的手段を規定する。これは以下の式で数学的に示される。
【００２９】
ｄ＝ε0Ａ／Ｃ
ここでｄはチューナーリングと鳥かご型コイルレッグとの間の隙間であり、ε0は自由空間の誘電率であり、Ａは鳥かごコンデンサの表面積であり、Ｃは鳥かご型コイルの各レッグの好適な静電容量である。
機能性に関しては、隙間ｄが鳥かご型コイルレッグ４４の巾ｗの１パーセントよりも小さい場合は、チューナーリング７４Ａ及び７４Ｂが動作状態の鳥かご型コイルの容量特性を変更する。容量特性を変更することにより、動作状態の鳥かご型コイルの周波数およびＲＦ磁場の一様性が変化して、所望の性能を維持する。より具体的には、鳥かご型コイルの静電容量が増加すると周波数が減少する。
【００３０】
他方、距離ｄが鳥かご型コイルレッグ４４の巾ｗの０.０１倍（の程度）よりも大きい場合は、チューナーリング７４Ａ及び７４が動作状態の鳥かご型コイルの磁場特性を調節する。特にチューナーリング７４Ａ及び７４Ｂが鳥かご型コイルレッグ４４のコンデンサ側の端と重なり合うように移動すると、周波数が増加する。
好適な実施例では、距離ｄはそれぞれの鳥かご型コイルレッグ４４の巾ｗの約３％に等しい。従って静電容量Ｃが１０ｐｆで面積Ａが約０.５ｃｍ2であれば、距離ｄは約１０μｍとなる。本分野において通常の技術を持つ者であれば、広域的にチューニングが可能な鳥かご型コイルに使用される材料、鳥かご型コイルの構造的な寸法、負荷、供給される電力などを含む多くの変数に対応して、距離ｄを変更できることを理解するであろう。
【００３１】
【本発明の実施方法】
図８に、本発明の広域的にチューニングが可能な鳥かご型コイルの、上記の実施例を実現するための方法を図示したフローチャートを示す。先ず鳥かご型コイルの有効体積内にサンプル又は負荷が挿入される。この挿入プロセスは、チューニング構造を移動するためのプラットフォーム上にサンプルを載置するか、あるいは鳥かご型コイルの有効体積内の中央に配置されたチューブを介して鳥かご型コイルの有効体積を通して液体サンプルを流すだけの単純なものであってよい。サンプル即ち負荷は、流体またはヒトもしくは動物の身体の一部のような要素を含むことが出来る。
【００３２】
鳥かご型コイル４２の有効体積内にサンプルが配置されると、コントローラー３８（図３）が鳥かご型コイルの周波数を基準値と比較し、周知の方法で補正信号を発生する。コントローラー３８が発生した補正信号は、図４又は図６のプラットフォーム５１又は８１に送られる。この信号はプラットフォームのアクチュエーター１３又は駆動モーターに対して、誤差信号を低減又は最小にするように指示する。
【００３３】
当業者であれば、広域チューニング可能な鳥かご型コイル４０及び７０を取り囲むように、周知の導電性シールド（図示せず）を取り付けても良いことが理解されるであろう。このシールドは、駆動同軸ケーブルの外部導体に流れる寄生電流の発生および平衡コイルと同軸外部導体との間の固有の相互作用を、容量性及び放射性結合によって除去することにより、本発明の実施を補強する。米国特許出願第０８／９８９、２０７「平衡直角位相鳥かご型コイル用シールド付き駆動」は本申請と共通に譲渡され、鳥かご型コイルの典型的なシールド構造の一例を示す参照としてここに組み入れられる。
【００３４】
上に述べた広域チューニング可能な鳥かご型構造の実施例において、負荷された通常の鳥かご型コイルのＲＦ電流を維持することにより、オフセットを防止して一様なＲＦ磁場を提供することが出来る。一様なＲＦ磁場では、各導電性レッグごとのＲＦ位相シフトを維持することができ、負荷から可能な最良のデータを導くことができる。
本発明は様々な変形及び代用形態が可能であり、その特定の実施形態を添付図面に例として図示したが、それを参照して以下詳細に説明する。ただし、ここに説明する特定の実施例は、本発明を開示された特定の形態に限定するものではなく、付記した特許請求の範囲で定義される本発明の趣旨及び範囲に適合する全ての変形及び代用形態を含むものと理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１Ａ及び１Ｂは、高域通過及び低域通過用の鳥かご型コイルに対する従来の回路構造を示す。
【図２】  図２Ａは、レッグ毎のＲＦ電流および従来の鳥かご型コイル内への負荷の導入がどの様に位相誤差すなわちオフセットを生じるかを示すグラフである。図２Ｂ〜２Ｅは、図１に示したそれぞれの位相誤差に対応するＢ１場の強度を示す。
【図３】  本発明によるＮＭＲ装置の概略図である。
【図４】  本発明の１つの実施例による広域チューニング可能な鳥かご型コイルの等角投影図である。
【図５】  図５Ａ〜５Ｃは、図４の広域チューニング可能な鳥かご型コイルの分解図である。
【図６】  本発明の別の実施例による広域チューニング可能な鳥かご型コイルの等角投影図である。
【図７】  図７Ａ〜７Ｃは、図６の広域チューニング可能な鳥かご型コイルの分解図である。
【図８】  図４及び６に示した本発明による鳥かご型コイルの動作のフローチャートである。
【符号の説明】
１３：アクチュエーター
２４：送信機
２６：変調器
２７：マルチプレクサ
２８：受信器
２９：パルスプログラマー
３０：位相検出器
３１：増幅器
３２：フーリエ変換器
３４：記憶装置
３６：ディスプレー
３８：コントローラー
【図１】
0003741957.tif 000002
【図２】
0003741957.tif 000003
【図３】
0003741957.tif 000004
【図４】
0003741957.tif 000005
【図５】
0003741957.tif 000006
【図６】
0003741957.tif 000007
【図７】
0003741957.tif 000008
【図８】
0003741957.tif 000009