DE60118993T2

DE60118993T2 - Über die NMR-Sonde verteilte kapazitive Einschübe

Info

Publication number: DE60118993T2
Application number: DE60118993T
Authority: DE
Inventors: Ronald L. San Francisco Haner
Original assignee: Varian Inc
Current assignee: Varian Inc
Priority date: 2000-01-25
Filing date: 2001-01-19
Publication date: 2007-05-10
Anticipated expiration: 2021-01-20
Also published as: US6674285B2; DE60118993D1; US20030048103A1; EP1120664A3; US6498487B1; EP1703295A2; EP1120664B1; JP2001249171A; EP1120664A2; EP1703295A3

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet einer magnetischen Kernresonanzvorrichtung und von magnetischen Kernresonanzsonden und betrifft insbesondere eine Struktur zur RF-Kopplung mit einer diskreten Probe.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bei einer Vorrichtung für NMR-Messungen und der Technik von NMR-Messungen unterliegt die Sonde speziellen Einschränkungen. Dieser Teil der Vorrichtung koppelt RF-Energie von einem Sender-Modulator mit einer Probe und von der Probe mit dem RF-Empfänger. Die allgemeine Sondenstruktur kann eine Anzahl von anderen Funktionen aufnehmen, wie z.B. Probenschleudern, eine Temperatursteuervorrichtung, eine RF-Abschirmung und dergleichen. Diese Struktur unterliegt Einschränkungen, die mit den magnetischen Eigenschaften der Komponenten darin in Zusammenhang stehen, aber räumliche Begrenzungen bleiben zusammen mit einer optimalen Kopplung am kritischsten.
Für diskrete Proben, ob für Abbildungs- oder Analysestudien, wird die RF-Kopplung mit der Probe mit einem die Probe umgebenden Resonator erzielt. Die Resonanzstruktur oder der Resonanzeinsatz hat die Form eines LC-Kreises angenommen, wobei die Induktivität durch eine spiralförmige Spule oder am üblichsten in Form einer Sattelspule oder eines Sprossenresonator vorgesehen wird, siehe US-A-4 398 149 oder US-A-4 833 412. Die Kapazität wird in Form von diskreten Chipkondensatoren und/oder der verteilten Eigenkapazität des induktiven Elements vorgesehen, siehe US-A-4 833 412. Sattelspulen werden am häufigsten bei hohen Frequenzen (Protonenresonanzen bei mehr als 4,6 Tesla) als Helmholtz-Paar von Schleifen mit einzelner Windung (oder mehreren Windungen) parallel oder in Reihe implementiert, wobei die Probe zwischen diesen angeordnet wird, siehe US-A-4 398 149 oder US-A-4 833 412. Die Schleifen mit einzelner Windung werden am häufigsten auf einem planaren Leiter festgelegt und dann in eine zylindrische Form gerollt, die durch einen geeigneten Rahmen abgestützt werden kann, oder freitragend sein kann, so dass sie den von der Probe zu belegenden Volumenteil umgibt und festlegt. Selbsttragende Spulenstrukturen können auch aus Draht ausgebildet werden, siehe US-A-4 398 149.
Zusätzlich zu den leitenden Pfaden, die die Sattelspule (oder einen anderen Resonator) bilden, ist häufig eine andere zugehörige leitende Struktur in unmittelbarer Nähe zur Spulenstruktur vorhanden. Potentialfreie oder nicht-potentialfreie RF-Abschirmungen werden beispielsweise häufig verwendet, um das Innenvolumen in Bezug auf die RF-Feldverteilung festzulegen und zu begrenzen. Diese nehmen gewöhnlich die Form von zylindrischen Teilen oder Verschlussscheiben an, die in Bezug auf die Spule koaxial angebracht werden. Von diesen potentialfreien Abschirmungen ist bekannt, dass sie Kapazität zum nahe liegenden Resonanzkreis beisteuern. Diese koaxialen Strukturen wurden auch außerhalb der RF-Spule axial beabstandet vom Fenster der RF-Sattelspule implementiert. Beispiele von solchen Strukturen sind in der Varian-NMR-Sonde zu finden, die als ¹H{¹³C/³¹P}Triple·nmr^tm bezeichnet und auch in US 5 192 911 und 5 262 727 beschrieben ist, die hiermit gemeinsam übertragen wurden.
Um ausreichend Kapazität zum LC-Kreis zu liefern, verwendete der Stand der Technik einen elektrisch potentialfreien leitenden Zylinder auf die durch das vorstehend angeführte Patent 5 192 911 beschriebene Weise, der häufig einen Teil der Sattelspule umgebend und von dieser beabstandet angeordnet ist. Dieser äußere Zylinder oder dieses äußere Band sieht eine verteilte Kapazität in Kombination mit diesem nahen Teil der Sattelspule vor. Bei der Verwendung ist dieser äußere Zylinder des Standes der Technik axial von der Kante des "Fensters" entfernt angeordnet, das durch die innere Grenze der Schleife der Sattelspulenwindung gebildet ist, um eine Feldverzerrung zu vermeiden, und zumindest teilweise aus diesem Grund ist der Stand der Technik auf einen relativ kleinen Ring um den Schenkel oder Anschlussbereich der Spule begrenzt.
US-A-4 929 881 offenbart eine Sonde für eine NMR-Vorrichtung mit einem oberen und einem unteren Elektrodenteil in einer Alderman-Grant-Anordnung. Der obere sowie der untere Elektrodenteil umfassen zwei halbe Zylindertrommeln, die durch zwei Spalte an ihren Enden beabstandet sind. Jeder Spalt ist mit einem Kondensator überbrückt, so dass die zwei Hälften und der Kondensator auf einer Kreislinie liegen. Jede Hälfte des oberen Elektrodenteils ist mit der entsprechenden Hälfte des unteren Elektrodenteils jeweils über eine Spule verbunden. Die Anordnung führt zu einer Verringerung der Resonanzfrequenz.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung ist im Anspruch 1 bzw. 16 definiert. Spezielle Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
Die vorliegende Erfindung verwendet ein Kondensatorband, das in einem ausgewählten Ausmaß jenem Teil der vorstehenden Oberflächenform des Induktors des Resonanzkreises der Sonde entspricht, der den Hauptbeitrag zur RF-Stromdichte enthält. Das Kondensatorband der Erfindung umfasst einen Schlitz, um vollständige Stromschleifen zu vermeiden, um Verluste durch eine induktive Kopplung zwischen der Spule und dem Kondensatorband zu verringern und um die Bildströme am Kondensatorband so zu verteilen, dass sie der realen RF-Stromverteilung am Induktor entsprechen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung des Zusammenhangs der Erfindung.
2a zeigt eine typische Sattelspule des Standes der Technik.
2b zeigt eine Sattelspule und eine interne RF-Abschirmung des Standes der Technik.
3a zeigt ein Kondensatorband der vorliegenden Erfindung, das auf eine Ebene abgebildet ist.
3b zeigt ein Kondensatorband der vorliegenden Erfindung in einer geraden zylindrischen Form.
3c zeigt die Anordnung der 3a und 3b.
3d ist ein Ersatzdiagramm des parallelen Sattelresonators und Kondensatorbandes.
4a zeigt eine serielle Spule sowohl in planarer als auch zylindrischer Form.
4b zeigt ein Kondensatorband sowohl in planarer als auch zylindrischer Form zur Verwendung bei der Spule von 4a.
4c stellt eine alternative Konstruktion zu 4b dar.
4d zeigt eine serielle Anordnung aus Spule/Kondensatorband.
5a gibt eine spiralförmige Spule zur Verwendung bei einer NMR-Sonde wieder.
5b zeigt ein Kondensatorband, das zur Verwendung bei der spiralförmigen Spule von 5a geeignet ist.
5c zeigt ein begrenztes Kondensatorband, das zur Verwendung bei einer spiralförmigen Spule geeignet ist.
5d zeigt ein geformtes Kondensatorband zur Verwendung bei der Spule von 5a.
5e zeigt eine Variation des Kondensatorbandes von 5d.
5f zeigt eine weitere Variation des Kondensatorbandes von 5d.
6 zeigt ein Kondensatorband, das zur Verwendung mit einer Sprossenspule mit 16 Elementen geeignet ist.
7 zeigt die gemessenen Gütewerte, die sich aus einer Anzahl von Kondensatorbandanordnungen für eine Sattelspulengeometrie ergeben.
8 zeigt gemessene Gütewerte ähnlich zu 6 für eine Probe von 0,25 M NaCl.
9a verdeutlicht ein allgemeines Kondensatorband.
9b zeigt eine weitere Kondensatorbandanordnung.
9c verdeutlicht eine alternative Topologie zu jener von 9b.
10a zeigt ein repräsentatives induktives Element in Form einer planaren Schleife.
10b zeigt ein planares Kondensatorband für das induktive Element von 10a.
10c ist eine Draufsicht auf ein Beispiel der Erfindung bei einer integrierten Schaltungsstruktur.
10d ist eine Seitenansicht eines Beispiels der Erfindung bei einer integrierten Schaltungsstruktur.
Obwohl die Erfindung für verschiedene Modifikationen und alternative Formen zugänglich ist, werden die obigen Figuren als Beispiel und/oder zur Unterstützung des Verständnisses der Struktur oder der Phänomene dargestellt.
Es sollte jedoch selbstverständlich sein, dass die Beschreibung der speziellen Ausführungsbeispiele hierin die Erfindung nicht auf die speziellen offenbarten Formen begrenzen soll, sondern vielmehr die Absicht darin besteht, alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen, die in den Gedanken und Schutzbereich der in den beigefügten Ansprüchen definierten Erfindung fallen, abzudecken.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Der physikalische Rahmen der Erfindung betrifft eine NMR-Vorrichtung. Eine idealisierte Darstellung ist in 1 gezeigt.
Ein Magnet 10 mit einer Bohrung 11 sieht ein Hauptmagnetfeld vor. Um das Magnetfeld mit Genauigkeit hinsichtlich Zeit und Richtung zu steuern, sind Magnetfeld-Gradientenspulen (nicht dargestellt) vorgesehen. Diese werden durch Gradientenleistungsversorgungen 16, 18 bzw. 20 angesteuert. Außerdem können andere Trimmspulen (nicht dargestellt) und Leistungsversorgungen (nicht dargestellt) zum Kompensieren von restlichen unerwünschten räumlichen Inhomogenitäten im Basismagnetfeld erforderlich sein. Ein Objekt zur Analyse (nachstehend "Probe") wird innerhalb des Magnetfeldes in der Bohrung 11 angeordnet und die Probe wird einer Bestrahlung mit RF-Leistung unterzogen, so dass das RF-Magnetfeld in einer gewünschten senkrechten Beziehung auf das Magnetfeld im Inneren der Bohrung 11 ausgerichtet wird. Dies wird durch eine Senderspule 12 im Inneren der Bohrung 11 bewerkstelligt. Resonanzsignale werden in einer Empfängerspule nahe der Probe innerhalb der Bohrung 11 induziert. Die Sender- und die Empfängerspule können die identische Struktur oder separate Strukturen sein.
Wie in 1 gezeigt, wird die RF-Leistung vom ersten Sender 24a geliefert und wird durch einen Verstärker 31 verstärkt und dann über einen Multiplexer 27 zur RF-Senderspule 12 geleitet, die sich innerhalb der Bohrung 11 befindet. Der Sender 24 kann hinsichtlich Amplitude oder Frequenz oder Phase oder Kombinationen von diesen entweder bei der Erzeugung oder durch einen Modulator 26 moduliert werden. Zusätzliche Komponenten eines Senders 24b/Modulators 26b werden häufig verwendet, um verschiedene gyromagnetische Resonatoren, z.B. Protonen und C¹³, unabhängig anzuregen. Diese unabhängigen Anregungen werden zweckmäßigerweise durch eine Vervielfachungsresonanzspule unterstützt, wie hierin beschrieben. Die Sende- und Empfangsfunktionen sind nicht gleichzeitig aktiv. Die identische Spule kann für beide Funktionen verwendet werden, wenn dies so erwünscht ist. Folglich ist ein Multiplexer 27 vorgesehen, um den Empfänger vom Sender zu isolieren. Im Fall von separaten Sender- und Empfängerspulen führt das Element 27, obwohl es nicht genau ein Multiplexer ist, eine ähnliche Isolationsfunktion durch, um den Empfängerbetrieb zu steuern.
Der Modulator 26 wird durch einen Impulsprogrammierer 29 gesteuert, um RF-Impulse mit gewünschter Amplitude, Dauer und Phase relativ zum RF-Träger in vorgewählten Zeitintervallen zu liefern. Der Impulsprogrammierer kann Hardware- und/oder Softwareattribute aufweisen. Der Impulsprogrammierer steuert auch die Gradientenleistungsversorgungen 16, 18 und 20, wenn solche Gradienten erforderlich sind. Diese Gradientenleistungsversorgungen können ausgewählte statische Gradienten in den jeweiligen Gradientenspulen aufrechterhalten, wenn dies so erwünscht ist.
Die Einschwing-Kernresonanzwellenform wird vom Empfänger 28 verarbeitet und in der Phasenquadratur durch den Phasendetektor 30 weiter aufgelöst. Die in der Phase aufgelösten Zeitbereichssignale vom Phasendetektor 30 werden an den Fourier-Transformator 32 zur Transformation in den Frequenzbereich gemäß speziellen Anforderungen der Verarbeitung übergeben. Die Umwandlung des analogen Resonanzsignals in eine digitale Form wird üblicherweise an den in der Phase aufgelösten Signalen durch Analog-Digital-Wandler-(ADC)Strukturen ausgeführt, die der Bequemlichkeit halber als Komponente des Phasendetektors 30 betrachtet werden können.
Es ist selbstverständlich, dass der Fourier-Transformator 32 in der Praxis auf eine gespeicherte (in der Speichereinheit 34) Darstellung der in der Phase aufgelösten Daten einwirken kann. Dies spiegelt die übliche Praxis der Mittelung einer Anzahl von in der Phase aufgelösten Zeitbereichswellenformen wider, um den Rauschabstand zu verbessern. Die Transformationsfunktion wird dann auf die resultierende gemittelte Wellenform angewendet. Die Anzeigevorrichtung 36 verarbeitet die erfassten Daten, um dieselben zur Untersuchung darzustellen. Die Steuereinheit 38, die sehr häufig einen oder mehrere Computer umfasst, steuert und korreliert den Betrieb der gesamten Vorrichtung.
Wenn man sich nun 2a zuwendet, ist ein typischer Sattelspulenresonator 40 des Standes der Technik gezeigt, der hier zwei parallele Stromschleifen umfasst. 2b zeigt dieselbe Spule des Standes der Technik mit einer RF-Abschirmung 42, wie im Stand der Technik praktiziert. Eine solche Sattelspule 40 enthält eine RF-Abschirmung 42 an einem (oder beiden) Ende(n) derselben. Ein solcher Stand der Technik ist beispielsweise in US 5 192 911 verkörpert. Die RF-Abschirmung 42 (durch den Stand der Technik hauptsächlich vorgesehen, um eine RF-Abschirmung für die Probe vor einer Strahlung vorzusehen, die von den Spulenanschlüssen ausgeht, und um die Schaltung vor den Effekten von leitende Proben abzuschirmen) lieferte eine zusätzliche verteilte parallele Kapazität zum Induktor, in diesem Fall zur Sattelspule 40. Schlitze 41a, b zusammen mit Fenstern 46a und 46b legen die Sattelspulengeometrie fest. Der Stand der Technik verkörperte die RF-Abschirmung als zylindrisches Segment, das koaxial mit der Spule angeordnet war und axial gut von der Grenze 44 des Fensters 46a der Sattelspule 40 getrennt in unmittelbarer Nähe zu den Spulenanschlüssen 49a und 49b angeordnet war. Diese axiale Anordnungsbegrenzung wurde herkömmlich als erforderlich beurteilt, um eine Verzerrung sowohl des B₀-(polarisierenden)Magnetfeldes als auch des RF-Magnetfeldes B₁ aufgrund der RF-Spule zu vermeiden. Die Abstimm- und Abgleichsfunktion wird durch das repräsentative Netzwerk 80 angedeutet, das mit den Anschlüssen 72a, b verbunden ist. Die vorliegende Erfindung erweitert die Kondensatorbandstruktur des Standes der Technik so, dass sie im Wesentlichen mit dem projizierten Umriss der Sattelspule oder einem äquivalenten Resonator zusammenfällt, oder so weit eine solche Projektion zu einer verbesserten Leistung des Resonators führen könnte.
Wenn man sich nun 3a zuwendet, so ist ein geformtes Kondensatorband 50 der vorliegenden Erfindung auf eine Ebene abgebildet gezeigt, und in 3b ist das erfindungsgemäße Kondensatorband 50 in seiner 3-dimensionalen Perspektive gezeigt. Es ist selbstverständlich, dass bei der Verwendung das Kondensatorband in eine Form gerollt ist, die zur darunter liegenden (oder darüber liegenden) Spule koaxial ist, die für die Bequemlichkeit der Beschreibung als Spule 40 angenommen werden kann. Obwohl die Spule und das Kondensatorband gewöhnlich eine gerade zylindrische Symmetrie aufweisen, kann eine elliptische Symmetrie für bestimmte Anwendungen geeignet sein. Das Kondensatorband 50 weist Fenster 51a und 51b auf, die den Fenstern 46a und 46b der Sattelspule entsprechen. Die Fenster des Kondensatorbandes und der Spule können eng kongruent sein oder die Kondensatorbandfensterabmessungen können so ausgewählt sein, dass sie etwas größere Abmessungen aufweisen, so dass die Begrenzungsöffnung durch die Spulenfenster festgelegt ist. Schlitze 64 und 65 dienen zum Unterbrechen von fließenden Strömen um die Fenster 51a und 51b an der Oberfläche des Kondensatorbandes 50. Solche fließenden Oberflächenströme würden die Sattelspule kurzschließen oder die Leistung stark verschlechtern. Die Schlitze 64 und 65 sind vorzugsweise am Mittelpunkt der Fenster 51a und 51b, gegenüber den Schlitzen 41c und 41d, die die Anschlüsse der Sattelspule 40 festlegen, angeordnet. Die Position oder Winkelorientierung der Schlitze 64 und 65 kann anderswo liegen bzw. anderswohin erfolgen, wie nachstehend erörtert. Der kritische Zweck, dem diese Schlitze in der potentialfreien Kondensatorbandstruktur dienen, besteht darin, induzierte fließende Ströme im Kondensatorband zu steuern, die im Wesentlichen die fließenden Ströme durch die darunter liegenden Spulenschleifen spiegeln. Die Steuerung kann in diesem Zusammenhang von einer im Wesentlichen vollständigen Unterbrechung des fließenden Stroms bis zu irgendeinem endlichen Strom, der für Konstruktionszwecke erwünscht sein kann, reichen. Das geformte Kondensatorband der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise elektrisch potentialfrei; in geeigneten Situationen kann es sich jedoch als erwünscht erweisen, das Kondensatorband mit einem ausgewählten Potential, wie z.B. einem Nullpunkt oder einem Anschluss, zu verbinden.
3c zeigt die zusammengefügte Anordnung aus Spule und Kondensatorband. Wenn erwünscht, ist die Kapazität durch Einschränken der axialen Ausdehnung des Kondensatorbandes weiter einstellbar (abgesenkt). Die Kapazität kann durch Hinzufügen eines dielektrischen Mediums zwischen dem Kondensatorband und der Spule (nicht dargestellt) erhöht werden. Das Dielektrikum kann hinsichtlich der Dielektrizitätskonstante und/oder Dicke ausgewählt werden, um gewünschte Resonanzeigenschaften zu erhalten. Luft (ε/ε₀ = 1,0), PTFE (ε/ε₀ = 2,1), Quarz (ε/ε₀ = 4,2), Pyrex (ε/ε₀ etwa 5) und Aluminiumoxid (ε/ε₀ etwa 8) sind beispielsweise eine übliche Wahl eines Dielektrikums zum Einfügen zwischen das Kondensatorband und die RF-Spule.
Eine Ersatzschaltung ist in 3d für einen typischen parallelen Sattelspulenresonator und ein Kondensatorband angegeben. Das Kondensatorband liefert eine verteilte parallele Kapazität zum Resonator, die leicht durch die Wahl der Abmessungen und/oder des Dielektrikums bestimmt werden kann. Eine weitere Kapazität zwischen den Anschlüssen 49a und 49b kann durch diskrete Chipkondensatoren oder durch eine bestimmte Kopplung zwischen den Anschlusselementen hergestellt werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist auf eine serielle Sattelspule ähnlich jener der parallelen Sattelspule gerichtet. Zur Spezifizierung betrachte man zwei einzelne Schleifen in Serie. 4a zeigt eine typische serielle Sattelspule 70, die in einer im Wesentlichen Planaren Form dargestellt ist. Die serielle Spule 70 ist nicht genau zu einer solchen Abbildung in topologischer Hinsicht in der Lage, da ein "Quer"-Teil 68 der Serienverbindung zwischen den seriell benachbarten Stromschleifen besteht. Dieser Querleiter erfordert eine elektrische Isolation vom darunter liegenden Teil der Schleife wie durch eine Isolationsschicht. Diese serielle Spule legt zwei jeweilige RF-Fenster 71a und 71b innerhalb der jeweiligen Stromschleifen 74a und 74b fest. Anschlüsse 72a und 72b sind über ein Netzwerk mit dem RF-System gekoppelt, wie vorstehend beschrieben. 4b zeigt ein Kondensatorband 76 der vorliegenden Erfindung, wobei der Spalt 69 so angeordnet ist, dass er nahe dem Querteil 68 der Spule 70 liegt. Fenster 81a, b (und wahlweise Hilfsfenster 77 und 78) sind durch Teile 77a, b und 78a, b des Kondensatorbandes festgelegt. Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kondensatorbandes ordnet den Spalt 69' nahe den Anschlüssen 72a, 72b der Spule 70 an, wie in 4c gezeigt. Eine Anordnung der Spule und des Kondensatorbandes der 4a und 4b ist in 4d gezeigt. Man beachte, dass die Schenkelteile 79a, 79b nicht durch eine direkte Verbindung mit irgendeiner Schaltung gekoppelt sind und dass die Kondensatorbänder 76 und 70' elektrisch potentialfrei sind.
5b stellt ein Kondensatorband 84 der vorliegenden Erfindung zur Verwendung bei einer spiralförmigen Spule mit vergleichbarer Form und Abmessung (in 5a gezeigt) mit Anschlüssen 87a, b, die nahe den Spulenanschlüssen 89a, b liegen und von der Spule durch ein geeignetes Dielektrikum isoliert sind, dar. Die Kondensatorbandanschlüsse 87a, b legen einen Spalt entsprechend der Stelle der Spulenanschlüsse 89a, b in einer Anordnung ähnlich der Stelle des Spalts des Kondensatorbandes 69' für die serielle Sattelspule, die in 4c dargestellt ist, fest. 5c zeigt eine spiralförmige Spule von 5a, die mit einem begrenzten potentialfreien Kondensatorband ausgestattet ist. Das Kondensatorband 84' von 5d ist ähnlich zur Anordnung von 4b, außer dass der Spalt 86 in einer Position zwischen den Spulenanschlüssen liegt und die Spulenanschlüsse 89a, b der Spulenstruktur 82 von einem Teil 85 des Kondensatorbandes 84' analog zu der in 4b, d gezeigten Struktur umgeben sind. 5e ist eine Variation des spiralförmigen Kondensatorbandes zum Testen der Wirksamkeit der Position des Spalts 86, 86' im Kondensatorband. 5f ist eine Variation von 5b mit einem geschlitzten unteren Bereich 85'.
6 ist ein Kondensatorband mit N Schenkeln zur Verwendung bei einer Spule mit Sprossengeometrie mit mindestens N Schenkeln, die durch Spalte zwischen diesen beabstandet sind. Die Schenkel der darunter liegenden Sprossenspule (nicht dargestellt) kann als eine Vielzahl von möglichen Maschenströmen liefernd betrachtet werden, von denen jeder in der Lage ist, einen Spiegelstrom in einer nahe liegenden leitenden Struktur zu induzieren. Das potentialfreie (und/oder nicht-potentialfreie) Kondensatorband der vorliegenden Erfindung erfordert die Einführung von Spalten in das Kondensatorband, die das Schließen von jedem entsprechenden induzierten Strom verhindern. Eine Variation dieser Methode ist in 9b ersichtlich, in der sowohl die proximalen als auch distalen Enden der (Sprossen-)Spule von durchgehenden leitenden Elementen mit nur einem einzelnen leitenden Pfad zwischen zylindrischen Elementen umgeben sind.
Das Kondensatorband der vorliegenden Erfindung kann entweder außerhalb der Spule oder von der Spule umgeben verwendet werden. Bei der letzteren Anordnung erwartet man, dass das Kondensatorband Teile des Innenvolumens der Spule vor den elektrischen RF-Feldern abschirmt. Bei dieser Verwendung dient das verbesserte Kondensatorband der Abschirmungsfunktion ohne einen stark verringerten Gütefaktor (Q), wie nachstehend beschrieben. Ein Kondensatorband, das außerhalb der Spule angeordnet ist, dient jedoch auch zur Bereitstellung eines Abschirmungsmechanismus für das Innenvolumen, wie durch die nachstehend beschriebene Arbeitsweise bewiesen.
Unter geeigneten Umständen können potentialfreie Kondensatorbänder der vorliegenden Erfindung sowohl innerhalb als auch außerhalb der Spule 40 abgestützt werden. In diesen Fällen kann es erwünscht sein, ein ausgewähltes Dielektrikum (Dielektrika) zwischen Spule und Kondensatorband einzufügen.
Dieses erweiterte Kondensatorband der vorliegenden Erfindung stellt deutlich eine zusätzliche (verteilte) Kapazität und/oder RF-Abschirmung bereit und der resultierende Resonator zeigt eine unerwartete minimale Verminderung der Güte für die Kondensatorband-Resonator-Anordnung der vorliegenden Erfindung, wie mit Hilfe von 7 beobachtet werden kann. Die unbelastete Güte für eine abgeschirmte Standard-Resonanzanordnung mit einer RF-Spule 13 mit einer Länge von 13 mm (parallele Sattelspule mit 1 Windung) und einem Durchmesser, der zur Verwendung bei zylindrischen Probenröhrchen mit einem ID von 3,4 mm ausreicht, wurde für eine Vielzahl von fortschreitend größeren Chipkondensatoren untersucht, die in symmetrischen Paaren über die Spulenanschlüsse 72a, b auf Standardweise (einschließlich Bezug ohne Chip) angeschlossen waren. Alle Daten wurden für Komponenten mit konstantem Durchmesser unter Verwendung von Dielektrikumsdicken von 0,01 Inch erhalten. Die RF-Spule ist an der Außenfläche einer dielektrischen Röhre mit Standard-RF-Abschirmungen abgestützt, die an der Innenseite der Röhre montiert sind. Außerdem wurde eine Kapazität zu den chiplosen Einsätzen unter Verwendung von Kondensatorbändern (siehe 3a) hinzugefügt, die an der Außenfläche einer dielektrischen Röhre montiert waren, die um 11% im Durchmesser größer war als die Röhre, an der die RF-Spule angebracht ist. Diese äußere Röhre weist eine Wanddicke (Dielektrikumsdicke) von 0,01 Inch auf und ist zur inneren Röhre koaxial. Der Gütewert wird für diese Anordnungen, einschließlich der Spule ohne hinzugefügte Kapazität, erhalten. Eine weitere Anordnung zum Vergleich umfasst zwei koaxial angeordnete potentialfreie Zylinder mit einem einzelnen leitenden Verbindungsglied nahe einem der axialen Elemente der darunter liegenden parallelen Sattelspule (siehe 9a). Dieses Ausführungsbeispiel, das mit Δ bezeichnet ist und so in den 7 und 8 symbolisiert ist, unterscheidet sich vom bevorzugten Ausführungsbeispiel darin, dass die Azimutsymmetrie verloren ist: nur eines der axialen Elemente der darunter liegenden Sattelspule wird durch dieses Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kondensatorbandes gespiegelt. Ein solcher Verlust der Azimutsymmetrie wird durch das Erreichen einer axialen Symmetrie kompensiert.
Die Messung der Güte für die Spulen/Kondensatorband-Anordnung erfolgt auf herkömmliche Weise mit einem Hewlett-Packard-Netzwerkanalysator. Bei einer solchen Anordnung wird die Güte als Verhältnis der Eigenresonanzfrequenz der Anordnung zu ihrer Bandbreite erhalten.
Wenn die Kapazität durch das Hinzufügen von Chipkondensatoren mit verschiedenen Werten über den Anschlüssen 49a, 49b der RF-Spule erhöht wird, wird die Resonanzfrequenz verringert und die Güte wird ebenso gesenkt. (Die höchste Frequenz entspricht der restlichen Kapazität zwischen diesen Anschlüssen.) Diese Daten sind durch leere Quadrate dargestellt und an eine gerade Linie angepasst. Das Ergebnis für das bevorzugte Kondensatorband der vorliegenden Erfindung (leerer Kreis) weist überraschenderweise eine höhere Güte auf, als vom Fortschritt der Messungen mit herkömmlichen Chipkapazitäten erwartet werden würde. Die Güte der erfindungsgemäßen Sonde ist etwa 58% höher als im Fall für dieselbe Spulenanordnung, wobei die Chipkondensatormessung sorgfältig ausgewählt wird, um dieselbe Gesamtkapazität zu liefern wie für das erfindungsgemäße Kondensatorband. Das Kondensatorband der vorliegenden Erfindung stellt eine signifikant größere Fläche dar als mit der begrenzten Ausdehnung der RF-Abschirmungsstrukturen, die im solchen Stand der Technik wie US 5 192 911 zu finden sind, und die beigesteuerte Kapazität ist in der Verringerung der Eigenresonanzfrequenz ersichtlich. Die gemessene Güte steht natürlich nicht linear mit der bloßen Zunahme der Kapazität in Zusammenhang, die mit der Folge der Chipkondensatormessungen in Zusammenhang steht. Größtenteils wird angenommen, dass dies an der Anwesenheit des erfindungsgemäßen Kondensatorbandes in unmittelbarer Nähe zur Ortskurve der beträchtlichen Stromdichte an der RF-Spule liegt.
Die Differenz der Güte kann teilweise den verschiedenen Dielektrika und verschiedenen RF-Feldverteilungen für diese Datenpunkte zugeschrieben werden; unabhängige Messungen wurden jedoch durch Beobachtung von NMR-Impulsbreiten zum Erreichen von Spin-Flips von 90° durchgeführt. Diese Daten sind mit den Daten der 7 und 8 konsistent.
8 ist ähnlich zu den Daten von 7 mit dem zusätzlichen Aspekt, dass die Spule nun mit einem Probenröhrchen mit einem ID von 3,4 mm beschickt ist, das eine 0,25 M wässerige Lösung von NaCl enthält. Salze verschlechtern typischerweise aufgrund des elektrischen RF-Feldes und der Polarisierbarkeit der Lösung die Güte eines NMR-Resonators. Obwohl der Effekt der Salzlösung die Güte der Sonde mit verbessertem Kondensatorband senkt, weist die vorliegende Erfindung wieder eine Güte auf, die verblüffend höher ist als im Fall für dieselbe Spule, die mit einer Kapazität des Standes der Technik ausgestattet ist, wobei die Spule mit der Salzlösung beschickt ist. Mit 0,25 M NaCl ist die Güte der erfindungsgemäßen Sonde etwa 36% höher als im Fall für dieselbe Spulenanordnung, wobei die Chipkondensatormessung sorgfältig ausgewählt wird, um dieselbe Gesamtkapazität wie für das erfindungsgemäße Kondensatorband zu liefern. Das Ergebnis impliziert einen verbesserten Rauschabstand von etwa 17%.
Abgesehen von den in 7 und 8 gezeigten Ergebnissen (für Einsatzanordnungen mit RF-Spulen mit einer Länge von 13 mm und mit einem Durchmesser, der zur Verwendung mit Probenröhrchen mit einem ID von 3,4 mm ausreicht), wurden zusätzliche weitere Empfindlichkeitsmessungen für Einsätze mit kleineren Durchmessern mit RF-Spulen mit einer Länge von 13 mm mit Durchmessern erhalten, die zur Verwendung mit Probenröhrchen mit einem ID von 2,4 mm ausreichend waren. Diese Einsätze wurden in identischen NMR-Sonden mit RF-Abstimm- und -Abgleichsnetzwerken ähnlich dem in den 2a, b gezeigten Netzwerk 80 des Standes der Technik installiert. Mit dieser Anordnung wurden sowohl Netzwerkanalysator- als auch NMR-Impulsbreitenmessungen (zum Erreichen von Spin-Flips von 90°) bei den niedrigeren, erwünschten Resonanzfrequenzen (in diesem Fall 400 MHz) durchgeführt. Repräsentative Daten sind in Tabelle 1 zusammengefasst.
TABELLE 1
Die Resonanzfrequenzen in Tabelle 1 wurden mit einem Netzwerkanalysator sowohl ohne irgendeine Probe (leer) als auch mit einer wässerigen Probe von 0,25 M NaCl gemessen. Die Frequenzen wurden ohne Neueinstellung des Abstimm- und Abgleichsnetzwerks der Sonde zwischen den Proben gemessen, wodurch die Frequenzverschiebung aufgrund der Probendielektrizitätskonstante aufgezeigt wurde. Die Sondengütewerte und Impulsbreiten, die in Tabelle 1 aufgelistet sind, wurden gemessen, wobei das Abstimm- und Abgleichsnetzwerk auf 50 Ohm für jede Probe auf die herkömmliche Weise eingestellt war.
Während die Netzwerkanalysatormessungen grobe elektrische Parameter ergeben, die einen Einsatz kennzeichnen, stehen die Messungen der NMR-Leistung mit einer Probe in Zusammenhang, die auf der Achse des Einsatzes angeordnet ist, und folglich gibt die Differenz der Leistung in Bezug auf den Stand der Technik die Feldverteilung nahe dieser Achse an. Während die Testchipkondensator-Anordnung eine Verschlechterung der Güte von 17,5% für verlustbehaftete Proben aufweist, ist die entsprechende Verringerung der Güte für das erfindungsgemäße Kondensatorband etwa 14,0%. Die NMR-Impulsbreitenveränderung entspricht grob der Quadratwurzel der Güte. Es wird angenommen, dass das günstigere Ergebnis (höhere erreichbare Güte) unter der Last für die vorliegende Erfindung in der selektiven Verringerung dieser Komponente des elektrischen Feldes, die durch Spannungsabfälle um die Spule infolge des an die Spulenanschlüsse angelegten RF-Signals entsteht, im Vergleich zum induzierten elektrischen RF-Feld zu finden ist. Man beachte, dass die obigen Messungen für Kondensatorbänder gelten, die außerhalb der Spule liegen. In funktionaler Hinsicht wird das innere Probenvolumen durch das externe Kondensatorband "abgeschirmt". Diese Beobachtung ist mit der erwarteten Verzerrung der elektrischen Feldverteilung durch das Kondensatorband aufgrund des Spannungsabfalls entlang der Spule konsistent.
Eine sehr praktische Konsequenz des verbesserten Verhaltens unter Last ist die verringerte Frequenzänderung zwischen beschickten und unbeschickten Resonatoren. Dies impliziert eine sehr kleine Frequenzänderung zwischen verschiedenen Proben und einen entsprechend verringerten Bedarf, von Probe zu Probe erneut eine Abzustimmung vornehmen zu müssen.
Messungen einer ähnlichen Art wurden für einen RF-Resonator mit einer spiralförmigen Spule ähnlich zu 5a' und geformten Kondensatorbändern ähnlich zu den 5a, b, c und einem begrenzten Kondensatorband ähnlich zu 5a'' durchgeführt. Der Durchmesser der Spule war 0,206 Inch und die Länge war 0,5 Inch. Der Leiter war ein Band mit einer Breite von 0,04 Inch, das mit PTFE vom Kondensatorband isoliert war. Die Leistung wurde zwischen einer bloßen Spule, einer Spule mit begrenztem Kondensatorband und einer Spule mit einem erweiterten Kondensatorband verglichen. Das begrenzte Kondensatorband ist analog zur Sattelspule des Standes der Technik mit einer Kapazität, die unter Verwendung der RF-Abschirmung 42 realisiert wurde, die den Anschlussbereich der spiralförmigen Spule umgab. Das erweiterte Kondensatorband gemäß der vorliegenden Erfindung wurde für drei verschiedene Ortskurven des Stromsteuerspalts untersucht. Beobachtungen wurden für eine Spulenkondensatoranordnung mit (a) einem begrenzten Kondensatorband und für ein erweitertes Kondensatorband mit einem Spalt im Kondensatorband, das (b) nahe den Spulenanschlüssen; (c) nahe dem Mittelpunkt der Spule; und (d) nahe einer Position, die um etwa eine Windung vom Mittelpunkt der Spule entfernt war, angeordnet war, durchgeführt. Die eingebrachte Probe umfasst eine wässerige Lösung von 0,25 M NaCl, die innerhalb eines Pyrex-Röhrchens mit einem ID von 3,4 mm enthalten war, welches kollinear zur Achse der Spirale angeordnet war.
Tabelle 2
Die obigen Daten (a) entsprechen der Anordnung des begrenzten Kondensatorbandes von 5a''. Die Daten (b) entsprechen dem geformten Kondensatorband von 5a. Die Daten (c) entsprechen dem geformten Kondensatorband von 5b. Die Daten (d) entsprechen dem geformten Kondensatorband von 5c.
Diese Daten demonstrieren die minimal verschlechterte Güte für das erweiterte Kondensatorband auf ähnliche Weise zum Fall für Sattelspulen. Ferner ist die Messung unter Last ebenso für die Ausführungsbeispiele, bei denen der Spalt nahe dem Mittelpunkt im Vergleich zur Nähe zu den Anschlussbereichen angeordnet ist, beachtlich. Dies steht wahrscheinlich mit der Tatsache in Beziehung, dass die Anschlussbereiche einer spiralförmigen Spule vom Probenbereich entfernt sind und das Kondensatorband in diesem Bereich einen geringen Effekt auf die Feldverteilung im Probenvolumen hat. Insbesondere führt der symmetrisch angeordnete Spalt zu einer minimalen Frequenzabweichung von der Beschickung.
Das Problem von elektrischen Feldern, die durch Spannungsabfälle an den Spulenanschlüssen und separat von den induzierten elektrischen Feldern entstehen, wurde für eine Anzahl von ziemlich unterschiedlichen Anwendungen (Plasmaschweißbrenner usw.) betrachtet, und das Thema wurde von Contaxes und Hatch, J. Appl. Phys., B. 40, S. 3548–3550 (1969) erörtert. Im vorliegenden Fall wird angenommen, dass das potentialfreie Kondensatorband der vorliegenden Erfindung (im Allgemeinen) das elektrische Feld verringert, das durch den Spannungsgradienten über der Spule entsteht, wenn das Kondensatorband außerhalb der Spule angeordnet ist, und einer Abschirmungsfunktion dient, wenn es innerhalb des Durchmessers der Spule angeordnet ist. Die Anwendung der vorliegenden Erfindung erstreckt sich folglich auf Fälle, bei denen die Feldverteilung eines Induktors abgesehen vom groben Induktivitätswert kritisch ist. Eine solche Anwendung ist jene des induktiv gekoppelten Plasmabrenners. Ein weiteres allgemeines Anwendungsgebiet ist die Herstellung eines Resonators mit hoher Güte, bei dem geometrische Einschränkungen von größter Wichtigkeit sind, wie es für die Schaltungsminiaturisierung der Fall ist.
Wie bei Sattelspulengeometrien festgestellt wurde, wird auch beobachtet, dass die Eigenresonanzfrequenz von der Salzprobenbeschickung für die vorliegende Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik fast unabhängiger ist.
Ein weiterer Vorteil des vorliegenden Kondensatorbandes ist im größeren Grad an geometrischer Symmetrie im Vergleich zum Stand der Technik zu finden. Bei der Verwendung bei NMR-Anwendungen mit hoher Auflösung führt die symmetrischere Struktur der vorliegenden Erfindung weniger und/oder geringere Verzerrungen des statischen Magnetfeldes ein. Somit wird weniger Anstrengung bei Trimmkorrekturen am statischen Magnetfeld wegen des durch das Kondensatorband eingeführten Materials aufgewendet.
Mit Hilfe der 9a–c betrachte man eine Abstraktion des Kondensatorbandes in Form von zwei zylindrischen Teilen 92a, b und 92a', b', die zu einer nicht dargestellten allgemeinen induktiven Komponente, beispielsweise einer RF-Spule mit ausgewählter Geometrie, koaxial sind. Obwohl die zylindrischen Teile entweder innerhalb oder außerhalb der Spule (oder einer innerhalb und einer außerhalb) angeordnet sein können, betrachte man der Einfachheit halber die Anordnung, bei der die zwei zylindrischen Teile jeweilige axiale Teile der induktiven Komponente umgeben. Es ist eine Voraussetzung, dass die induktive Komponente eine axiale Symmetrie mit einer Mittelebene quer zur Symmetrieachse aufweist und dass (vorzugsweise) die Anschlüsse sich beide in derselben Richtung von der Mittelebene erstrecken. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umgibt ein erster zylindrischer Teil 92a oder 92a' den Anschlussbereich des Induktors, wobei eine verteilte Kapazität über den Anschlüssen bereitgestellt wird. Dieser zylindrische Teil ist in elektrischer Hinsicht kontinuierlich (wohingegen der andere zylindrische Teil 92b oder 92b' dies nicht sein könnte). Der zweite zylindrische Teil ist vom ersten beabstandet und liegt über einem Teil der induktiven Komponente. Die beabstandeten zylindrischen Teile legen folglich einen offenen Bereich oder ein Fenster für die Beleuchtung eines Objekts oder einer Probe innerhalb des Innenvolumens der induktiven Komponente fest. Die zwei beabstandeten, koaxialen zylindrischen Teile sind durch mindestens einen Leiter 94 verbunden, was zu einem einzelnen Fenster mit einer Winkelabmessung gleich 2π minus der Winkelbreite des Verbindungsgliedes führt. (Diese exakte Anordnung entspricht den mit "Δ" in den 7 und 8 bezeichneten Punkten). Somit besteht kein vollständiger Stromkreis für einen RF-Strom zwischen den zwei zylindrischen Teilen (wobei eine kleine kapazitive Kopplung über einem schmalen Spalt vernachlässigt wird). Man betrachte das Hinzufügen eines zweiten Verbindungsgliedes 94' (wie in 9b) zwischen den zylindrischen Teilen (wobei keine Spalte 96 und 98 vorhanden sind), wobei die zwei Verbindungsglieder 94 und 94' zwei Fenster festlegen, die in der Fläche gewöhnlich gleich und symmetrisch angeordnet sind. Eine solche Anordnung verhindert die Funktion des Resonanzkreises, da der Induktor durch den induzierten fließenden Strom zwischen dem ersten und dem zweiten zylindrischen Teil effektiv kurzgeschlossen wird. Wenn der zweite Zylinder 92b' durch Einführung von zwei isolierenden Spalten 96 und 98 in dessen Umfangswand geändert wird, wobei sich jeder Spalt zwischen jeweiligen Verbindungsgliedern befindet, ist kein vollständiger Strompfad zwischen dem ersten und dem zweiten Zylinder vorhanden. In 9c ist ein weiterer Spalt 99 in den zylindrischen Teil 92a mit der Bevorzugung eingeführt, dass ein solcher Spalt 99 nicht auf einen Bereich mit einer relativ starken Stromdichte im zugehörigen allgemeinen induktiven Element ausgerichtet ist. Somit sind die nicht-leitenden Spalte ein erforderliches Element des geformten Kondensatorbandes der vorliegenden Erfindung. Der Fall eines einzelnen Verbindungsgliedes zwischen den zylindrischen Teilen ist einfach ein Beispiel eines nicht-leitenden Spalts in Bezug auf ein anderes Verbindungsglied. Tatsächlich kann ein zusätzliches Verbindungsglied (Verbindungsglieder), das eine gewünschte kapazitive Kopplung mit der Spule vorsieht, jeweils einen kleinen Spalt umfassen, um der Anforderung bezüglich der Vermeidung von fließenden Strömen zwischen dem ersten und dem zweiten zylindrischen Teil gerecht zu werden, solange ein Verbindungsglied zwischen dem ersten und dem zweiten zylindrischen Teil vorgesehen ist. Falls erwünscht, kann der Spalt so bemessen sein, dass eine gesteuerte RF-Kopplung über dem Spalt ermöglicht wird, um die Güte zu optimieren oder um einen zusätzlichen einstellbaren Parameter zum Abstimmen der gesamten Anordnung vorzusehen.
Der Ort des Spalts liegt vorzugsweise nahe den Ortskurven einer Spannung Null, wenn die darunter liegende Spule eine symmetrische Schaltungskomponente bildet. Die Positionierung des Spalts und die Breite des Spalts sind Variablen, die Feineinstellungen der Spulenleistung ermöglichen. Im Allgemeinen wird festgestellt, dass die exakte Position des Spalts nicht kritisch ist, obwohl Bevorzugungen hierin ausgedrückt sind. Bestimmte zusätzliche Spalte sind der Leistung nicht abträglich. Der Teil des Kondensatorbandes nahe den Anschlusselementen der Spule könnte beispielsweise einen Spalt enthalten, unter der Voraussetzung, dass ein solcher Spalt nicht so im Azimut auf einen Anschluss ausgerichtet ist, dass die kapazitive Kopplung dazwischen wesentlich vermindert wird.
Obwohl es bevorzugt ist, dass die Zuleitungen für einen Induktor zur Verwendung bei dem erfindungsgemäßen Kondensatorband nahe liegen, kann die vorliegende Erfindung Anschlüssen gerecht werden, die nicht nahe liegen, indem verteilte Kapazitäten nahe jedem Anschluss bereitgestellt werden. Diese verteilten Kapazitäten werden dann elektrisch miteinander verbunden, während das Kondensatorband potentialfrei ist, wie beschrieben.
Man betrachte wieder eine induktive Komponente, die ferner als mindestens zwei in Reihe geschaltete Stromschleifen umfassend identifiziert ist. Das jeweilige Kondensatorband der vorliegenden Erfindung nimmt die allgemeine Form von zwei Teilen, die eng die Form der Serienschleifen projizieren, mit einem direkten Verbindungssteg zwischen diesen an. Hier umfasst das Kondensatorband der vorliegenden Erfindung wieder einen Spalt zwischen den zwei Teilen in der Hinsicht, als kein Rückkehrstrompfad über den zweiten Steg besteht. Der Ort und die Größe des Spalts sind ferner auswählbar, um die topologische Komplexität der Serienanordnung zu vereinfachen, wenn der Spalt so angeordnet und bemessen ist, dass er der Breite des Querteils der Serienspule gerecht wird, die das Kondensatorband spiegelt.
Die 10a–d stellen eine schematische Verwirklichung der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit integrierten Schaltungsstrukturen dar. Ein repräsentatives induktives Element 101 ist als leitendes Muster in einer Schicht auf einem Substrat mit Anschlüssen 102a, b (die sich in derselben Richtung, d.h. im Wesentlichen parallel und nahe liegend erstrecken) ausgebildet. Das Kondensatorband ist durch mindestens eine elektrisch potentialfreie leitende Schicht(en) wie z.B. 103a, b realisiert, die vom induktiven Element 101 durch dielektrische Schichten 104a, b getrennt sind. Eine beispielhafte Anordnung für einen Spalt 105 ist gezeigt.
Obwohl diese Erfindung mit Bezug auf spezielle Ausführungsbeispiele und Beispiele beschrieben wurde, kommen weitere Modifikationen und Variationen Fachleuten angesichts der obigen Lehren in den Sinn. Es sollte selbstverständlich sein, dass innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche diese Erfindung anders als speziell beschrieben ausgeführt werden kann.

Claims

NMR-Sonde mit: (a) einer induktiven Komponente (82) in Kombination mit einer kapazitiven Komponente (50, 84) zum Bilden einer RF-Resonanzbedingung, wobei die induktive Komponente einen ersten und einen zweiten Anschluss (49a, 49b; 87a, 87b; 89a, 89b) und eine erste geometrische Form zwischen diesen aufweist, um einen RF-Strompfad vom ersten zum zweiten Anschluss festzulegen, wobei der RF-Strompfad einer RF-Stromverteilung im Wesentlichen über eine Oberfläche der ersten geometrischen Form gerecht wird, dadurch gekennzeichnet, dass (b) die kapazitive Komponente ein Kondensatorband aufweist, wobei das Kondensatorband eine leitende Fläche aufweist, die von der induktiven Komponente beabstandet ist, und eine zweite geometrische Form aufweist, die zur Ortskurve eines Hauptteils der RF-Stromverteilung im Wesentlichen kongruent ist, und die zweite geometrische Form mindestens einen nicht-leitenden Schlitz (64, 65; 86) in der leitenden Fläche aufweist, wobei der Schlitz in dem vorstehenden Bereich angeordnet ist, der dem Bereich zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss entspricht; wobei die zweite geometrische Form zur ersten geometrischen Form ungefähr kongruent ist; und wobei die kapazitive Komponente elektrisch potentialfrei ist.
NMR-Sonde nach Anspruch 1, wobei die zweite geometrische Form zur ersten geometrischen Form ungefähr kongruent ist.
NMR-Sonde nach Anspruch 1, wobei die erste geometrische Form eine Sattelspule (40) aufweist.
NMR-Sonde nach Anspruch 1, wobei die erste geometrische Form eine spiralförmige Spule (82; 84) aufweist.
NMR-Sonde nach Anspruch 2, wobei die induktive Komponente und die kapazitive Komponente koaxial sind.
NMR-Sonde nach Anspruch 1, wobei das induktive Element eine erste Achse, eine Mittelebene quer zur ersten Achse und die zwei Anschlüsse (49a, 49b), die sich von der Mittelebene in derselben Richtung erstrecken, aufweist, wobei das induktive Element ferner aufweist einen ersten leitenden zylindrischen Teil, der koaxial zur ersten Achse angeordnet ist und eine distale Kante aufweist, die an einem proximalen Teil der induktiven Komponente, einschließlich der Anschlüsse, vorsteht, einen zweiten leitenden zylindrischen Teil, der koaxial zur ersten Achse angeordnet ist und eine proximale Kante aufweist, die von der distalen Kante des ersten Zylinders beabstandet ist, wobei die proximale Kante an einem distalen Teil der induktiven Komponente vorsteht, wobei die proximale und die distale Kante ein Fenster festlegen, mindestens ein leitendes Verbindungsglied zwischen dem ersten und dem zweiten leitenden zylindrischen Teil (51a, 51b), wobei der erste und der zweite leitende zylindrische Teil dazu ausgelegt sind, einen fliegenden Strom zwischen dem ersten und dem zweiten zylindrischen Teil zu steuern.
NMR-Sonde nach Anspruch 6, wobei die Steuerung der fließenden Ströme die Verringerung des fließenden Stroms auf einen Strom von im Wesentlichen Null aufweist.
NMR-Sonde nach Anspruch 6, welche ferner einen dielektrischen Zylinderteil aufweist, der zwischen der induktiven Komponente und irgendeinem der zylindrischen Teile oder leitenden Verbindungsglied(er) dazwischen angeordnet ist.
NMR-Sonde nach Anspruch 6, wobei ein einzelnes leitendes Verbindungsglied den ersten und den zweiten zylindrischen Teil verbindet, wodurch ein vollständiger Stromkreis zwischen dem ersten und dem zweiten zylindrischen Teil verhindert wird.
NMR-Sonde nach Anspruch 6, wobei N leitende Verbindungsglieder die zylindrischen Teile verbinden und mindestens einer der zylindrischen Teile N isolierende Spalte in der Umfangswand desselben aufweist, wobei jeder isolierende Spalt bogenförmig zwischen einem Paar der N leitenden Verbindungsglieder liegt, wodurch ein vollständiger Stromkreis zwischen dem ersten und dem zweiten zylindrischen Teil vermieden wird.
NMR-Sonde nach Anspruch 1, wobei das induktive Element (82) einen spiralförmigen Leiter mit einer Achse und einem Durchmesser D, einer Steigung P, einer Magnetspulenlänge L und einer Leiterbreite W aufweist, und das Kondensatorband (84) einen weiteren Magnetspulenleiter mit einem Durchmesser D', einer Steigung P, einer Länge von im Wesentlichen L und einer Leiterbreite von im Wesentlichen W aufweist, wobei das Kondensatorband koaxial auf der Achse angeordnet ist und vom induktiven Element beabstandet ist und ferner eine nicht-leitende Unterbrechung (187) zwischen Positionen, die radial vom ersten und vom zweiten Anschluss vorstehen, aufweist.
NMR-Sonde nach Anspruch 11, wobei die Unterbrechung im Wesentlichen nahe L/2 auftritt.
NMR-Sonde nach Anspruch 11, wobei der Durchmesser D' > D ist.
NMR-Sonde nach Anspruch 11, wobei der erste und der zweite Anschluss nahe liegen und sich in derselben Richtung erstrecken.
NMR-Sonde nach Anspruch 11, wobei der erste und der zweite Anschluss nicht nahe liegen und sich in entgegengesetzte Richtungen erstrecken.
NMR-Vorrichtung zur Untersuchung der Zusammensetzung eines Objekts mit einem Magneten (10) zum Herstellen eines Polarisationsfeldes mit einer gewünschten Magnetfeldverteilung, einer RF-Energiequelle (24), einem RF-Resonanzdetektor (28) und einer RF-Sonde (12) nach Anspruch 1 zum selektiven Koppeln des Objekts mit der RF-Energiequelle oder dem RF-Resonanzdetektor.