JP2002341001A - Ｒｆ受信コイル装置 - Google Patents
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- G01R33/381—Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field using electromagnets
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来の技術を改良して、新しいクラスの超伝
導ＮＭＲ共振器に用いられるＲＦ受信コイル装置を提供
する。 【解決手段】 ＮＭＲ分光器の測定容積内の測定サンプ
ルからの測定信号を受信するためのＲＦ受信コイル配置
であって、該測定サンプルのまわりにおいて平面基板エ
レメント上に配設された共振回路を形成して誘導的及び
容量的に作用する超伝導性導電構造を有するＲＦ共振器
を含むＲＦ受信コイル装置は、該平面基板エレメント上
の電流が流れる個々の共振回路が該測定容積の中心にそ
の単一共振回路が配置される平面基板エレメントの面と
平行な磁場を発生し、平行からのずれは４０°を超えな
いことを特徴とする。これにより、従来技術によるもの
よりも技術的な要求に良く合致する新しいクラスの超伝
導ＮＭＲ共振器を導入する。
導ＮＭＲ共振器に用いられるＲＦ受信コイル装置を提供
する。 【解決手段】 ＮＭＲ分光器の測定容積内の測定サンプ
ルからの測定信号を受信するためのＲＦ受信コイル配置
であって、該測定サンプルのまわりにおいて平面基板エ
レメント上に配設された共振回路を形成して誘導的及び
容量的に作用する超伝導性導電構造を有するＲＦ共振器
を含むＲＦ受信コイル装置は、該平面基板エレメント上
の電流が流れる個々の共振回路が該測定容積の中心にそ
の単一共振回路が配置される平面基板エレメントの面と
平行な磁場を発生し、平行からのずれは４０°を超えな
いことを特徴とする。これにより、従来技術によるもの
よりも技術的な要求に良く合致する新しいクラスの超伝
導ＮＭＲ共振器を導入する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＮＭＲ（核磁気共
鳴）分光器の測定容積内の測定サンプルから測定信号を
受信するＲＦ（ラジオ周波数）受信コイル装置であっ
て、平面基板エレメントに配置され、測定サンプルのま
わりに外部的に配設される共振回路を形成して誘導的及
び容量的に作用する超伝導導電構造を有するＲＦ共振器
を含むＲＦ受信コイル装置に関する。
鳴）分光器の測定容積内の測定サンプルから測定信号を
受信するＲＦ（ラジオ周波数）受信コイル装置であっ
て、平面基板エレメントに配置され、測定サンプルのま
わりに外部的に配設される共振回路を形成して誘導的及
び容量的に作用する超伝導導電構造を有するＲＦ共振器
を含むＲＦ受信コイル装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の装置は、米国特許第５，５８
５，７２３号から知られる。
５，７２３号から知られる。
【０００３】ＮＭＲは、化合物の構造を分析するための
非常に強力で正確な方法である。しかし、残念ながらこ
れはあまり感度が高くない。このため、ＮＭＲでは、検
出感度ができるだけ高い、すなわち、信号対雑音（Ｓ／
Ｎ）比ができるだけ高い共振器を提供することが中心的
な関心事となる。冷却された、特に超伝導性のラジオ周
波数共振器を用いると共振器における損失を非常に小さ
く抑えることができ、それによって感度をかなり高める
ことができる。
非常に強力で正確な方法である。しかし、残念ながらこ
れはあまり感度が高くない。このため、ＮＭＲでは、検
出感度ができるだけ高い、すなわち、信号対雑音（Ｓ／
Ｎ）比ができるだけ高い共振器を提供することが中心的
な関心事となる。冷却された、特に超伝導性のラジオ周
波数共振器を用いると共振器における損失を非常に小さ
く抑えることができ、それによって感度をかなり高める
ことができる。
【０００４】ＨＴＳ物質は、現在最も適当な超伝導体で
ある。この物質は高い転移温度を有し、他の超伝導体に
比べて、静磁場にきわめて鈍感である。これらの有利な
性質は、この超伝導体が一定の方位の単結晶基板に形成
される非常に薄いエピタキシャル層から作られた場合に
得られる。このような基板は、通常平坦プレートとして
しか得られないので、共振器の幾何形状は平坦プレート
の形態に限定され、これが可能な幾何的配置を大きく制
約する。
ある。この物質は高い転移温度を有し、他の超伝導体に
比べて、静磁場にきわめて鈍感である。これらの有利な
性質は、この超伝導体が一定の方位の単結晶基板に形成
される非常に薄いエピタキシャル層から作られた場合に
得られる。このような基板は、通常平坦プレートとして
しか得られないので、共振器の幾何形状は平坦プレート
の形態に限定され、これが可能な幾何的配置を大きく制
約する。
【０００５】測定される物質は、通常、測定チューブに
封入された液体であり、普通は室温にあり、中間チュー
ブと真空チャンバによって低温のＮＭＲ共振器（ほぼ２
０Ｋという温度）から隔離されている。
封入された液体であり、普通は室温にあり、中間チュー
ブと真空チャンバによって低温のＮＭＲ共振器（ほぼ２
０Ｋという温度）から隔離されている。
【０００６】このような装置は、例えば米国特許第５，
５８５，７２３号から知られる。超伝導受信共振器には
主に次のような問題がある。超伝導体によって生ずる静
磁化が磁場の不均一性を生じ、それが高分解能ＮＭＲに
おける狭い線の発生を妨げる可能性がある。さらに、超
伝導体の有限な臨界電流は送信パルスのための最大コイ
ル電流を制限して、所定のＮＭＲフリップ角（flip ang
le）に対する短いパルス幅を困難に又は不可能にする。
５８５，７２３号から知られる。超伝導受信共振器には
主に次のような問題がある。超伝導体によって生ずる静
磁化が磁場の不均一性を生じ、それが高分解能ＮＭＲに
おける狭い線の発生を妨げる可能性がある。さらに、超
伝導体の有限な臨界電流は送信パルスのための最大コイ
ル電流を制限して、所定のＮＭＲフリップ角（flip ang
le）に対する短いパルス幅を困難に又は不可能にする。
【０００７】上述のように、共振器の感度、すなわち、
そのＳ／Ｎ比がＮＭＲにおいて主要な役割を演ずる。こ
れは、Ｂ1（ｘ，ｙ，ｚ）／ｓｑｒｔ（Ｐ）という項の
体積積分に依存する、ここで、Ｂ1は、パワーＰが与え
られたときに場所ｘ，ｙ，ｚに共振器によって生成され
る高周波磁場を表す。また、ｓｑｒｔ（Ｐ）は、
Ｐ1/ 2、すなわちＰの平方根を表す（以下同様）。導体
中の電流の寄与が全て同一の値を有するならば、パワー
Ｐには通常の式Ｐ＝Ｒ・Ｉ2を代入することができ、体
積積分の中の項はＢ1（ｘ，ｙ，ｚ）／Ｉ・ｓｑｒｔ
（Ｒ）となる。これは、単位電流Ｉ当たり共振器が生ず
るＢ1磁場が大きく、全ての導電路の全体の損失抵抗Ｒ
が小さいほど、感度が高くなるということを意味する。
そのＳ／Ｎ比がＮＭＲにおいて主要な役割を演ずる。こ
れは、Ｂ1（ｘ，ｙ，ｚ）／ｓｑｒｔ（Ｐ）という項の
体積積分に依存する、ここで、Ｂ1は、パワーＰが与え
られたときに場所ｘ，ｙ，ｚに共振器によって生成され
る高周波磁場を表す。また、ｓｑｒｔ（Ｐ）は、
Ｐ1/ 2、すなわちＰの平方根を表す（以下同様）。導体
中の電流の寄与が全て同一の値を有するならば、パワー
Ｐには通常の式Ｐ＝Ｒ・Ｉ2を代入することができ、体
積積分の中の項はＢ1（ｘ，ｙ，ｚ）／Ｉ・ｓｑｒｔ
（Ｒ）となる。これは、単位電流Ｉ当たり共振器が生ず
るＢ1磁場が大きく、全ての導電路の全体の損失抵抗Ｒ
が小さいほど、感度が高くなるということを意味する。
【０００８】ＮＭＲ共振器は、感度が高くなければなら
ないが、それだけではなくその導体は送信段階でできる
だけ高いＢ1磁場を生成できるように大きな電流を流さ
なければならない。高いＢ1磁場は、ある所望のＮＭＲ
フリップ角を得るための短い送信パルスを可能にする。
ＮＭＲではこのような短い送信パルスがここでは述べな
いいろいろな理由によりきわめて望ましい。共振器の感
度は電流からＢ1磁場への変換を最適にできるが、それ
だけでは十分ではない。電流もできるだけ大きくなけれ
ばならない。これはさらに、超伝導体の臨界電流及び導
体の幅に依存する。したがって、共振器の幾何形状は、
Ｂ1磁場の生成に主に関与する導体ができるだけ広く、
臨界電流いっぱいまで流すことができるようなものでな
ければならない。
ないが、それだけではなくその導体は送信段階でできる
だけ高いＢ1磁場を生成できるように大きな電流を流さ
なければならない。高いＢ1磁場は、ある所望のＮＭＲ
フリップ角を得るための短い送信パルスを可能にする。
ＮＭＲではこのような短い送信パルスがここでは述べな
いいろいろな理由によりきわめて望ましい。共振器の感
度は電流からＢ1磁場への変換を最適にできるが、それ
だけでは十分ではない。電流もできるだけ大きくなけれ
ばならない。これはさらに、超伝導体の臨界電流及び導
体の幅に依存する。したがって、共振器の幾何形状は、
Ｂ1磁場の生成に主に関与する導体ができるだけ広く、
臨界電流いっぱいまで流すことができるようなものでな
ければならない。
【０００９】ＮＭＲスペクトルにとって非常に重要なも
う一つのパラメータは分解能である。分解能は、実質的
にＮＭＲ信号で得られる相対的な線幅に依存し、それは
さらに測定サンプルの活性領域における定常磁場Ｈ0の
均一性に依存する。共振器の中の超伝導物質の静磁気
が、超伝導体と測定サンプルの間隔が小さいためにＨ0
磁場の均一性に強いマイナスの影響を及ぼす可能性があ
るので、個々の超伝導導電要素の表面を特別に設計しな
ければならない。従来技術の一つの解決方法は、全ての
導体を狭い帯に細分して磁気の影響をできるだけ抑える
ということである。
う一つのパラメータは分解能である。分解能は、実質的
にＮＭＲ信号で得られる相対的な線幅に依存し、それは
さらに測定サンプルの活性領域における定常磁場Ｈ0の
均一性に依存する。共振器の中の超伝導物質の静磁気
が、超伝導体と測定サンプルの間隔が小さいためにＨ0
磁場の均一性に強いマイナスの影響を及ぼす可能性があ
るので、個々の超伝導導電要素の表面を特別に設計しな
ければならない。従来技術の一つの解決方法は、全ての
導体を狭い帯に細分して磁気の影響をできるだけ抑える
ということである。
【００１０】共振器のＱもＮＭＲスペクトルに影響する
可能性がある重要な値である。主として送信パルスによ
って引き起こされる過渡現象と減衰プロセスを短時間に
抑えて、ＮＭＲスペクトルにおける望ましくないアーチ
ファクトを最小にするためには、この値は大きすぎては
ならない。Ｑ値は比ωＬ／Ｒ、すなわち、共振器の全イ
ンダクタンスのインピーダンスを全ての導電路の全体抵
抗で割った値に等しいから、共振器のインダクタンスＬ
は与えられた抵抗Ｒに対してできるだけ小さくなければ
ならない。これは、測定サンプルにＢ1磁場を発生する
ことに関与しているインダクタンスだけを残して他の全
てを可能な限り小さくしたり又は補償したりすることに
よって達成される。
可能性がある重要な値である。主として送信パルスによ
って引き起こされる過渡現象と減衰プロセスを短時間に
抑えて、ＮＭＲスペクトルにおける望ましくないアーチ
ファクトを最小にするためには、この値は大きすぎては
ならない。Ｑ値は比ωＬ／Ｒ、すなわち、共振器の全イ
ンダクタンスのインピーダンスを全ての導電路の全体抵
抗で割った値に等しいから、共振器のインダクタンスＬ
は与えられた抵抗Ｒに対してできるだけ小さくなければ
ならない。これは、測定サンプルにＢ1磁場を発生する
ことに関与しているインダクタンスだけを残して他の全
てを可能な限り小さくしたり又は補償したりすることに
よって達成される。
【００１１】さらに、二つの共振器は、それらの間の磁
気結合を最小にするために、磁場が一の共振器の磁場に
直角になるように別の共振器を測定サンプルのできるだ
け近くに取り付けることが可能でなければならない。二
つの共振器の共鳴周波数は同じであっても異なっていて
もよい。この二つのオプションのうち、通常は後者が選
ばれ、別の共振器は別のタイプの核からの信号を励起及
び／又は受信するように働く。このタイプの直交共振器
配置は、ＮＭＲで特別な実験のためによく用いられる。
気結合を最小にするために、磁場が一の共振器の磁場に
直角になるように別の共振器を測定サンプルのできるだ
け近くに取り付けることが可能でなければならない。二
つの共振器の共鳴周波数は同じであっても異なっていて
もよい。この二つのオプションのうち、通常は後者が選
ばれ、別の共振器は別のタイプの核からの信号を励起及
び／又は受信するように働く。このタイプの直交共振器
配置は、ＮＭＲで特別な実験のためによく用いられる。
【００１２】特に、二つのタイプの共振器が公知であ
る。すなわち、共平面ヘルムホルツ共振器（米国特許第
５，５８５，７２３号）及びハイブリッド共振器（ＤＥ
１９７ ３３ ５７４ Ａ１）である。
る。すなわち、共平面ヘルムホルツ共振器（米国特許第
５，５８５，７２３号）及びハイブリッド共振器（ＤＥ
１９７ ３３ ５７４ Ａ１）である。
【００１３】共平面ヘルムホルツ共振器 この共振器は、ヘルムホルツ配置の二つの平面共振回路
から成り（図７及び図８）、それらが同じ共鳴周波数ｆ
0にチューニングされ、その強い誘導結合によって二つ
の共振モードを、一つはｆ0より下に、もう一つはｆ0よ
り上に、生ずる。低い方の共鳴周波数のモードは測定容
積において均一の磁場を生ずる唯一のものである。他の
モードはきわめて不均一な磁場を生ずるので、ＮＭＲ検
出器として使用できない。
から成り（図７及び図８）、それらが同じ共鳴周波数ｆ
0にチューニングされ、その強い誘導結合によって二つ
の共振モードを、一つはｆ0より下に、もう一つはｆ0よ
り上に、生ずる。低い方の共鳴周波数のモードは測定容
積において均一の磁場を生ずる唯一のものである。他の
モードはきわめて不均一な磁場を生ずるので、ＮＭＲ検
出器として使用できない。
【００１４】共振回路配置の開き（opening）角αは、
普通、Ｂ1磁場の均一性を最良にするために１２０°
（度）に選ばれる（図７）。
普通、Ｂ1磁場の均一性を最良にするために１２０°
（度）に選ばれる（図７）。
【００１５】コイルは全部が超伝導物質から成っている
ので損失は非常に小さく、もしも他に低下させる因子が
なければ、感度は非常に高くなる。しかし、特に平面的
な幾何形状は導電路を測定サンプルのすぐ近くに配置す
ることを妨げ、それに対応して測定サンプルの場所に生
ずるＢ1磁場が小さくなる。その結果、感度は低下す
る。
ので損失は非常に小さく、もしも他に低下させる因子が
なければ、感度は非常に高くなる。しかし、特に平面的
な幾何形状は導電路を測定サンプルのすぐ近くに配置す
ることを妨げ、それに対応して測定サンプルの場所に生
ずるＢ1磁場が小さくなる。その結果、感度は低下す
る。
【００１６】二つの共振回路の各々の構造を図９に示
す。全ての導体は二つの機能を果たす、すなわち、共振
回路の共振インダクタンスと共振キャパシタンスを生成
するという機能である。個々の導体が同じ幅を有する場
合、これらの導体に流すことができる最大平均電流は、
その超伝導体の臨界電流の半分にすぎないということが
示される。したがって、得られる最大Ｂ1磁場も、理論
的に可能な最大磁場の大きさの半分にすぎない。しか
し、臨界電流いっぱいに運転したい気持ちがある。
す。全ての導体は二つの機能を果たす、すなわち、共振
回路の共振インダクタンスと共振キャパシタンスを生成
するという機能である。個々の導体が同じ幅を有する場
合、これらの導体に流すことができる最大平均電流は、
その超伝導体の臨界電流の半分にすぎないということが
示される。したがって、得られる最大Ｂ1磁場も、理論
的に可能な最大磁場の大きさの半分にすぎない。しか
し、臨界電流いっぱいに運転したい気持ちがある。
【００１７】もしも、普通に行われているように、同じ
共振器がまた励起パルスを送信するのにも用いられる場
合、導体に流す電流をできるだけ大きくし、したがって
最大のＢ1磁場を実現することが、所望のＮＭＲフリッ
プ角を得るために必要なパルス幅がそれによって決定さ
れるので非常に重要になる。さらに、このパルス幅はで
きるだけ小さくなければならない。前段で述べた効果に
よってＢ1磁場は半分になり、導体と測定サンプルの間
の距離が比較的大きいためにさらに減少する。
共振器がまた励起パルスを送信するのにも用いられる場
合、導体に流す電流をできるだけ大きくし、したがって
最大のＢ1磁場を実現することが、所望のＮＭＲフリッ
プ角を得るために必要なパルス幅がそれによって決定さ
れるので非常に重要になる。さらに、このパルス幅はで
きるだけ小さくなければならない。前段で述べた効果に
よってＢ1磁場は半分になり、導体と測定サンプルの間
の距離が比較的大きいためにさらに減少する。
【００１８】平面的な幾何形状のために共振回路の寸法
が大きくなることで、この共振器のインダクタンスが可
能な最小のインダクタンスに比べて何倍も大きくなる。
このような共振器のＱ値は３０，０００以上になる。こ
れは、主に送信パルスによって引き起こされる過渡現象
及び減衰プロセスの持続時間を過大なものにし、したが
って、ベースラインの歪みを生じ、ＮＭＲスペクトルに
望ましくないアーチファクトを発生させる。
が大きくなることで、この共振器のインダクタンスが可
能な最小のインダクタンスに比べて何倍も大きくなる。
このような共振器のＱ値は３０，０００以上になる。こ
れは、主に送信パルスによって引き起こされる過渡現象
及び減衰プロセスの持続時間を過大なものにし、したが
って、ベースラインの歪みを生じ、ＮＭＲスペクトルに
望ましくないアーチファクトを発生させる。
【００１９】さらに、共振器のサイズが大きいことは、
測定サンプルの近くに新たな共振器を設置できる自由な
スペースがほとんどないという結果になる。さらに、共
振器の導体が遮蔽デバイスの近くに位置し、それと磁気
的及び電気的に結合するので余分な損失が生ずる。
測定サンプルの近くに新たな共振器を設置できる自由な
スペースがほとんどないという結果になる。さらに、共
振器の導体が遮蔽デバイスの近くに位置し、それと磁気
的及び電気的に結合するので余分な損失が生ずる。
【００２０】ハイブリッド共振器 この共振器は鳥篭（birdcage）共振器として設計するこ
とが好ましい。これは、測定サンプルのまわりに、その
軸と平行に、最適な仕方で配設された大きな（massiv
e）超伝導導電路から構成される。これらの導電路は、
導電路の両端で常伝導の管状エレメントによって容量的
に互いに結合されている。
とが好ましい。これは、測定サンプルのまわりに、その
軸と平行に、最適な仕方で配設された大きな（massiv
e）超伝導導電路から構成される。これらの導電路は、
導電路の両端で常伝導の管状エレメントによって容量的
に互いに結合されている。
【００２１】導電路は測定サンプルのすぐ近くに配置さ
れ、ほぼ純粋に誘導的に働き、容量的に機能する必要が
ないので臨界電流いっぱいまで流すことができる。これ
らの二つの因子は、サンプル容積で発生させることがで
きる最大Ｂ1磁場が最適な値をとることを可能にする。
このタイプの共振器はまた、所望のＮＭＲフリップ角の
ために対応する最適の短いパルス幅を可能にする。
れ、ほぼ純粋に誘導的に働き、容量的に機能する必要が
ないので臨界電流いっぱいまで流すことができる。これ
らの二つの因子は、サンプル容積で発生させることがで
きる最大Ｂ1磁場が最適な値をとることを可能にする。
このタイプの共振器はまた、所望のＮＭＲフリップ角の
ために対応する最適の短いパルス幅を可能にする。
【００２２】純粋に超伝導的な共振回路を有するヘルム
ホルツ共振器と比べると、ハイブリッド共振器の全体損
失抵抗Ｒは少し高く、その全体インダクタンスＬは、導
電路が測定サンプルをぴったりと囲んでいるのでずっと
小さい。これによってクオリティー因子Ｑ＝ωＬ／Ｒは
かなり小さくなり、したがって、ヘルムホルツ共振器の
それよりも良くなる。
ホルツ共振器と比べると、ハイブリッド共振器の全体損
失抵抗Ｒは少し高く、その全体インダクタンスＬは、導
電路が測定サンプルをぴったりと囲んでいるのでずっと
小さい。これによってクオリティー因子Ｑ＝ωＬ／Ｒは
かなり小さくなり、したがって、ヘルムホルツ共振器の
それよりも良くなる。
【００２３】ハイブリッド共振器の全体損失は高くなっ
てＳ／Ｎ比を低下させると予期されるが、この効果は、
導電路が測定サンプルにずっと近く位置し、したがって
ずっと大きなＢ1磁場を生ずるという事実によって補償
され、あるいはオーバーに補償される。場合によって
は、ヘルムホルツ共振器よりも高いＳ／Ｎ比が得られる
こともある。
てＳ／Ｎ比を低下させると予期されるが、この効果は、
導電路が測定サンプルにずっと近く位置し、したがって
ずっと大きなＢ1磁場を生ずるという事実によって補償
され、あるいはオーバーに補償される。場合によって
は、ヘルムホルツ共振器よりも高いＳ／Ｎ比が得られる
こともある。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】非常にコンパクトな構
成は最適な設置の可能性を与える。特に、残される自由
スペースの量が限られる直径の大きなサンプルの場合に
も最適な設置が可能になる。しかし、測定サンプルの直
径が小さい場合、少し複雑な構成なので構造的な限界が
ある。
成は最適な設置の可能性を与える。特に、残される自由
スペースの量が限られる直径の大きなサンプルの場合に
も最適な設置が可能になる。しかし、測定サンプルの直
径が小さい場合、少し複雑な構成なので構造的な限界が
ある。
【００２５】要約すると、ＮＭＲ共振器は次の５つの重
要な特徴を有するものでなければならない。
要な特徴を有するものでなければならない。
【００２６】１）感度が最適でなければならない。
【００２７】２）送信段階で、できるだけ短いパルス時
間によって所望のＮＭＲフリップ角を発生させなければ
ならない。
間によって所望のＮＭＲフリップ角を発生させなければ
ならない。
【００２８】３）測定サンプルの領域における定常Ｈ0
磁場の均一性へのその影響はできるだけ小さくなければ
ならない。
磁場の均一性へのその影響はできるだけ小さくなければ
ならない。
【００２９】４）主として送信パルスによって引き起こ
される過渡現象及び減衰プロセスを短く抑えて、ＮＭＲ
スペクトルに過大なアーチファクトが発生するのを防ぐ
ことができるように、Ｑ値は高すぎてはならない。
される過渡現象及び減衰プロセスを短く抑えて、ＮＭＲ
スペクトルに過大なアーチファクトが発生するのを防ぐ
ことができるように、Ｑ値は高すぎてはならない。
【００３０】５）その幾何形状のデザインは、一つ以上
の直交共振器の最適な設置に必要なスペースを提供でき
るようなものでなければならない。
の直交共振器の最適な設置に必要なスペースを提供でき
るようなものでなければならない。
【００３１】上記に鑑みて、本発明の根底にある目的
は、従来の技術を改良して、上記の条件を満たす新しい
クラスの超伝導ＮＭＲ共振器に用いられるＲＦ受信コイ
ル装置を提供することである。
は、従来の技術を改良して、上記の条件を満たす新しい
クラスの超伝導ＮＭＲ共振器に用いられるＲＦ受信コイ
ル装置を提供することである。
【００３２】
【課題を解決するための手段】この目的は、本発明に従
って、平面基板エレメント上の電流が流れる各共振回路
が測定容積の中心にその一つの共振回路が位置している
平面的な基板エレメントの平面と平行な磁場を発生し、
平行からのずれが４０°（度）を超えないようにすると
いう形で、驚くほど単純で効果的な仕方で達成される。
って、平面基板エレメント上の電流が流れる各共振回路
が測定容積の中心にその一つの共振回路が位置している
平面的な基板エレメントの平面と平行な磁場を発生し、
平行からのずれが４０°（度）を超えないようにすると
いう形で、驚くほど単純で効果的な仕方で達成される。
【００３３】本発明は、感度が向上し、与えられた所望
のＮＭＲフリップ角に対してパルス幅を最小にし、共振
器のＱを最小にし、したがってスペクトル・アーチファ
クトを小さくし、かつ、一の共振器に対して直角方向に
新たな別の共振器を設置するためのスペースが最適とな
るＮＭＲ共振器の構成の仕方を提供する。これらの特徴
は、ほとんど全部が従来技術に対するかなりの改良にな
る。
のＮＭＲフリップ角に対してパルス幅を最小にし、共振
器のＱを最小にし、したがってスペクトル・アーチファ
クトを小さくし、かつ、一の共振器に対して直角方向に
新たな別の共振器を設置するためのスペースが最適とな
るＮＭＲ共振器の構成の仕方を提供する。これらの特徴
は、ほとんど全部が従来技術に対するかなりの改良にな
る。
【００３４】これらの共振器は、ＮＭＲで優れた特性を
有し、また構成が単純であって狭い場所にも容易に組み
立てることができる。
有し、また構成が単純であって狭い場所にも容易に組み
立てることができる。
【００３５】その他の利点は、図面と以下の説明から明
らかになる。上記の及び以下で述べる特徴は、本発明に
従って、単独にも又は任意の組み合わせによっても利用
できる。図示され説明される実施の形態は全てを列挙し
たものではなく、本発明を説明するための例示的な性格
のものであると理解すべきである。
らかになる。上記の及び以下で述べる特徴は、本発明に
従って、単独にも又は任意の組み合わせによっても利用
できる。図示され説明される実施の形態は全てを列挙し
たものではなく、本発明を説明するための例示的な性格
のものであると理解すべきである。
【００３６】
【発明の実施の形態】本発明をさらに詳しく図面で示
し、その実施の形態について説明する。
し、その実施の形態について説明する。
【００３７】本発明の共振器の全ては、いくつかの同一
の基本構造パーツ（構造エレメント）から構成され、そ
れらは、原理的には、図２に示されているように配置さ
れているという共通の特徴を有する。構造エレメント
は、基板プレート１ｄに超伝導共振回路２ｄ，３ｄが、
例えば図１０（ａ）に示されているように配設されて成
る。共振回路を流れるある与えられた電流で、構造エレ
メントは測定容積の中心に最適に大きいＢ1磁場を生ず
ることができる。さらに、Ｂ１磁場の方向はプレート１
ｄの面とほぼ並行に伸び、平行からのずれは４０°
（度）を超えない。これらの性質を得るためには、プレ
ート上の導体の相当な部分が境界を定める円柱６にでき
るだけ近く位置していなければならない。さらに、構造
エレメントは境界を定める円柱６にほぼ接するように配
置されなければならない。
の基本構造パーツ（構造エレメント）から構成され、そ
れらは、原理的には、図２に示されているように配置さ
れているという共通の特徴を有する。構造エレメント
は、基板プレート１ｄに超伝導共振回路２ｄ，３ｄが、
例えば図１０（ａ）に示されているように配設されて成
る。共振回路を流れるある与えられた電流で、構造エレ
メントは測定容積の中心に最適に大きいＢ1磁場を生ず
ることができる。さらに、Ｂ１磁場の方向はプレート１
ｄの面とほぼ並行に伸び、平行からのずれは４０°
（度）を超えない。これらの性質を得るためには、プレ
ート上の導体の相当な部分が境界を定める円柱６にでき
るだけ近く位置していなければならない。さらに、構造
エレメントは境界を定める円柱６にほぼ接するように配
置されなければならない。
【００３８】図２に示されているプレート１ｄは、接線
方向で右に移動している。このプレートを図２の破線で
示されているように左に移動させることも可能である。
プレートは境界を定める円柱６の周のまわりでどの位置
に配置することもできる。また、このプレートを狭い限
界内で接線方向に測定容積の方へ又はそれと逆に移動さ
せることも可能である。特に、図２に見られるように、
プレート１ｄを測定容積の方へ、例えば図３（ａ）及び
図３（ｂ）の好ましい共振器におけるように、導体２ｄ
が測定容積の中心の直角方向真上に来るような仕方で移
動させることもできる。
方向で右に移動している。このプレートを図２の破線で
示されているように左に移動させることも可能である。
プレートは境界を定める円柱６の周のまわりでどの位置
に配置することもできる。また、このプレートを狭い限
界内で接線方向に測定容積の方へ又はそれと逆に移動さ
せることも可能である。特に、図２に見られるように、
プレート１ｄを測定容積の方へ、例えば図３（ａ）及び
図３（ｂ）の好ましい共振器におけるように、導体２ｄ
が測定容積の中心の直角方向真上に来るような仕方で移
動させることもできる。
【００３９】図３（ａ）及び図３（ｂ）は、四つの図２
による構造エレメント１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄから構成
される本発明のある好ましい共振器を示す。関連する導
電路は２ａ，３ａ，２ｂ，３ｂ，２ｃ，３ｃ，２ｄ，３
ｄで表され、四つのプレートは、対になって、二つのＶ
字型の構造を形成し、それが測定サンプル５を中心に直
径上に対称に配置される（図２７）。この共振器によっ
て生成されるＢ1磁場は図３（ａ）に示されている。
による構造エレメント１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄから構成
される本発明のある好ましい共振器を示す。関連する導
電路は２ａ，３ａ，２ｂ，３ｂ，２ｃ，３ｃ，２ｄ，３
ｄで表され、四つのプレートは、対になって、二つのＶ
字型の構造を形成し、それが測定サンプル５を中心に直
径上に対称に配置される（図２７）。この共振器によっ
て生成されるＢ1磁場は図３（ａ）に示されている。
【００４０】この共振器と米国特許第５，５８５，７２
３号の従来技術による共振器（図７）の単純かつ直接的
な比較は図７の装置の変換によって行うことができる。
この変換プロセスは図４に示されている。
３号の従来技術による共振器（図７）の単純かつ直接的
な比較は図７の装置の変換によって行うことができる。
この変換プロセスは図４に示されている。
【００４１】超伝導導電路１０ａ，１１ａと１０ｂ，１
１ｂを有するプレート９ａと９ｂからスタートして、こ
れらのプレートを中央で、すなわち位置７ａと８ａで、
測定サンプル５の軸と平行に切り、仮想の蝶番でつなぎ
合わせる。この切断はまた、導電路１０ａ，１１ａと１
０ｂ，１１ｂを結合し測定サンプルの軸に直角に配置さ
れている導体も分離する。
１ｂを有するプレート９ａと９ｂからスタートして、こ
れらのプレートを中央で、すなわち位置７ａと８ａで、
測定サンプル５の軸と平行に切り、仮想の蝶番でつなぎ
合わせる。この切断はまた、導電路１０ａ，１１ａと１
０ｂ，１１ｂを結合し測定サンプルの軸に直角に配置さ
れている導体も分離する。
【００４２】次に、導電路１０ａ，１１ａと１０ｂ，１
１ｂを測定サンプルの方へ傾け、交点７ａと８ａを半径
方向外側へ移動させる。このプロセスを、導電路が低温
容積の内側境界を表す円柱６に接触するまで続ける。こ
の対は約１２０°の開き角αを成す（図４）。次に、切
断された、結合する導体を７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂの箇
所で電気的に結合して図５に示されるような配置を作成
する。
１ｂを測定サンプルの方へ傾け、交点７ａと８ａを半径
方向外側へ移動させる。このプロセスを、導電路が低温
容積の内側境界を表す円柱６に接触するまで続ける。こ
の対は約１２０°の開き角αを成す（図４）。次に、切
断された、結合する導体を７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂの箇
所で電気的に結合して図５に示されるような配置を作成
する。
【００４３】１２０°の開き角αはヘルムホルツ装置の
開き角に対応し、測定サンプルの領域にできるだけ均一
なＢ1磁場を生ずる。
開き角に対応し、測定サンプルの領域にできるだけ均一
なＢ1磁場を生ずる。
【００４４】図８の元の配置と図５の新しい変換された
配置の比較から次の所見に導かれる。
配置の比較から次の所見に導かれる。
【００４５】変換によって、導体２ａ，２ｂ，２ｃ，２
ｄと測定サンプル５との間の距離は半分になっている
（図４）。したがって、共振器の幾何形状は軸方向の延
伸が半径方向の拡がりよりもずっと大きく、測定サンプ
ルの軸に対し横方向の結合導体からの磁場への寄与は無
視できるほどであると仮定すると、Ｂ1磁場は二倍にな
っている。
ｄと測定サンプル５との間の距離は半分になっている
（図４）。したがって、共振器の幾何形状は軸方向の延
伸が半径方向の拡がりよりもずっと大きく、測定サンプ
ルの軸に対し横方向の結合導体からの磁場への寄与は無
視できるほどであると仮定すると、Ｂ1磁場は二倍にな
っている。
【００４６】導電路の全長は変わらないので、Ｂ1磁場
が二倍になったにもかかわらず変換された共振器の損失
抵抗は同じままである。
が二倍になったにもかかわらず変換された共振器の損失
抵抗は同じままである。
【００４７】したがって、因子Ｂ1（ｘ，ｙ，ｚ）／Ｉ
・ｓｑｒｔ（Ｒ）、したがってＳ／Ｎ比も因子２だけ増
大する。ここに、ｓｐｒｔ（Ｐ）は、Ｒ1/2、すなわち
Ｒの平方根を表す（以下同様）。
・ｓｑｒｔ（Ｒ）、したがってＳ／Ｎ比も因子２だけ増
大する。ここに、ｓｐｒｔ（Ｐ）は、Ｒ1/2、すなわち
Ｒの平方根を表す（以下同様）。
【００４８】１２０°という開き角は維持されるので、
Ｂ1磁場の均一性は最適化されたままである（図４）。
Ｂ1磁場の均一性は最適化されたままである（図４）。
【００４９】共振器のインダクタンスＬは、コイルの実
効面積が減少しているので、かなり減少する。したがっ
て、クオリティー因子Ｑ＝ωＬ／Ｒも、Ｒが一定にとど
まるので、インダクタンスＬと同じ因子だけ減少する。
効面積が減少しているので、かなり減少する。したがっ
て、クオリティー因子Ｑ＝ωＬ／Ｒも、Ｒが一定にとど
まるので、インダクタンスＬと同じ因子だけ減少する。
【００５０】さらに、サイズも小さくなっているので、
追加の直交コイルを容易に取り付けて測定サンプルの比
較的近くに配置することができる（図２６）。
追加の直交コイルを容易に取り付けて測定サンプルの比
較的近くに配置することができる（図２６）。
【００５１】導体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを結合するこ
とを意図していた切断された横方向の導体は四つの箇所
７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂで超伝導体又は常伝導体によっ
て再び電気的に結合することができる（図５）。特に、
結合自体は非常に短いものでその抵抗は無視できるの
で、常伝導体による結合が可能で安上がりの方法であ
る。このアプローチはＤＥ １９７ ３３ ５７４ Ａ１で
提案されており、本発明の共振子の方向での中間的な変
型として用いることができる。
とを意図していた切断された横方向の導体は四つの箇所
７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂで超伝導体又は常伝導体によっ
て再び電気的に結合することができる（図５）。特に、
結合自体は非常に短いものでその抵抗は無視できるの
で、常伝導体による結合が可能で安上がりの方法であ
る。このアプローチはＤＥ １９７ ３３ ５７４ Ａ１で
提案されており、本発明の共振子の方向での中間的な変
型として用いることができる。
【００５２】この主の電気的な結合がプレート１ａ，１
ｂ，１ｃ，１ｄ上の回路を閉じるために絶対に必要とい
う訳ではない。電流をＶ字型に配置されたプレートの一
方から他方へ導く代わりに電流を同じプレートで境界の
エッジに平行に帰還させることもできる。それによって
図３（ａ）、図３（ｂ）、図６の好ましい実施の形態が
作り出され、これは図４及び図５の実施の形態よりも単
純かつ再現性がある仕方で作り出される。エッジ７ａ−
７ｂとエッジ８ａ−８ｂに沿った二つの電流は向きが逆
なのでそれらが生ずる磁場はほぼ完全に打ち消し合う。
したがって、発生する磁場は図５の磁場と実際上同一で
あり、したがって、二つの配置の全インダクタンスも実
際上同じである。図６の装置は、長手方向の四つの導
体、すなわち、３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄだけ図５よりも
多く、したがって損失抵抗が大きくなっている。
ｂ，１ｃ，１ｄ上の回路を閉じるために絶対に必要とい
う訳ではない。電流をＶ字型に配置されたプレートの一
方から他方へ導く代わりに電流を同じプレートで境界の
エッジに平行に帰還させることもできる。それによって
図３（ａ）、図３（ｂ）、図６の好ましい実施の形態が
作り出され、これは図４及び図５の実施の形態よりも単
純かつ再現性がある仕方で作り出される。エッジ７ａ−
７ｂとエッジ８ａ−８ｂに沿った二つの電流は向きが逆
なのでそれらが生ずる磁場はほぼ完全に打ち消し合う。
したがって、発生する磁場は図５の磁場と実際上同一で
あり、したがって、二つの配置の全インダクタンスも実
際上同じである。図６の装置は、長手方向の四つの導
体、すなわち、３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄだけ図５よりも
多く、したがって損失抵抗が大きくなっている。
【００５３】個々のプレート上の共振回路は長さが幅の
二倍であると仮定すると、抵抗は因子２４／１６＝１．
５０だけ増加し、Ｑ値は因子１／１．５０＝０．６７だ
け減少する。Ｓ／Ｎ比も因子ｓｑｒｔ（０．６７）＝
０．８２だけ減少する。上記の因子２というＳ／Ｎ比の
利得を考えると、この１８％の減少はもはやそれほど重
要ではない。さらにこの１８％の減少は以下で述べる追
加の方策によって大体補償される。
二倍であると仮定すると、抵抗は因子２４／１６＝１．
５０だけ増加し、Ｑ値は因子１／１．５０＝０．６７だ
け減少する。Ｓ／Ｎ比も因子ｓｑｒｔ（０．６７）＝
０．８２だけ減少する。上記の因子２というＳ／Ｎ比の
利得を考えると、この１８％の減少はもはやそれほど重
要ではない。さらにこの１８％の減少は以下で述べる追
加の方策によって大体補償される。
【００５４】追加の導体３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを用い
て共振回路の全体キャパシタンスを作り出すことができ
る。これらの導体は、測定サンプルから比較的大きな間
隔に配置することができる。このため、このキャパシタ
ンスを実現するためのスペースはたっぷりあり、電圧の
安定性が改善され、設計の多くのバリエーションが可能
になる。
て共振回路の全体キャパシタンスを作り出すことができ
る。これらの導体は、測定サンプルから比較的大きな間
隔に配置することができる。このため、このキャパシタ
ンスを実現するためのスペースはたっぷりあり、電圧の
安定性が改善され、設計の多くのバリエーションが可能
になる。
【００５５】他方、残りの導体、すなわち特に導体２
ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは専らＢ1磁場を生ずるのに用い
ることができ、可能な最大の電流、すなわち臨界電流、
を流すように、そしてそれによって可能な最大のＢ1磁
場を生ずるように設計することができる。共振回路のキ
ャパシタンスを生成することにも関与している導体の電
流は最大値からゼロまで直線的に減少するので、これら
の導体には平均して半分の電流、すなわち、臨界値の半
分以下、しか流れない。この電流減少は他の導体では起
こらず、そこでは臨界電流いっぱいに流れることができ
る、すなわち、因子は２以上である。
ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは専らＢ1磁場を生ずるのに用い
ることができ、可能な最大の電流、すなわち臨界電流、
を流すように、そしてそれによって可能な最大のＢ1磁
場を生ずるように設計することができる。共振回路のキ
ャパシタンスを生成することにも関与している導体の電
流は最大値からゼロまで直線的に減少するので、これら
の導体には平均して半分の電流、すなわち、臨界値の半
分以下、しか流れない。この電流減少は他の導体では起
こらず、そこでは臨界電流いっぱいに流れることができ
る、すなわち、因子は２以上である。
【００５６】全体的な幅ｂを有する導体装置で、誘導的
な効果の他に共振器キャパシタンスとしても作用する配
置の損失抵抗は、やはり全体的な幅ｂを有するが誘導的
にしか作用しない配置よりも、因子４／３＝１．３３だ
け大きいということも示される。これはまた、余分な容
量的効果を有する導体では電流は直線的に減少及び増加
するということからも出てくることであり、導体の長さ
にわたる積分によって所定の電流での全損失性能を決定
するとＲ・（４／３）という上記のような実効抵抗が得
られる。
な効果の他に共振器キャパシタンスとしても作用する配
置の損失抵抗は、やはり全体的な幅ｂを有するが誘導的
にしか作用しない配置よりも、因子４／３＝１．３３だ
け大きいということも示される。これはまた、余分な容
量的効果を有する導体では電流は直線的に減少及び増加
するということからも出てくることであり、導体の長さ
にわたる積分によって所定の電流での全損失性能を決定
するとＲ・（４／３）という上記のような実効抵抗が得
られる。
【００５７】少し前の段落で述べたような導体束におけ
る電流当たりのＢ1導体の磁場の倍増、導体の一部を測
定容積に因子２だけ近く配置することで達成されるこの
倍増を、２つ前の段落で述べた因子２と合わせると、最
大可能なＢ1磁場は全体で因子４の増加となる。これ
は、所望のＮＭＲフリップ角を得るために必要なパルス
幅の四倍の減少を考慮している。
る電流当たりのＢ1導体の磁場の倍増、導体の一部を測
定容積に因子２だけ近く配置することで達成されるこの
倍増を、２つ前の段落で述べた因子２と合わせると、最
大可能なＢ1磁場は全体で因子４の増加となる。これ
は、所望のＮＭＲフリップ角を得るために必要なパルス
幅の四倍の減少を考慮している。
【００５８】図９は、従来の技術による共振回路（図
８）を示し、全ての導体が誘導的にも容量的にも作用し
ている。導体配置のコーナーは簡単のために四角に表さ
れているが、コーナーにおいて電流密度が増加して導体
の臨界電流が減少するのを防ぐためにコーナーを丸める
こともできる。
８）を示し、全ての導体が誘導的にも容量的にも作用し
ている。導体配置のコーナーは簡単のために四角に表さ
れているが、コーナーにおいて電流密度が増加して導体
の臨界電流が減少するのを防ぐためにコーナーを丸める
こともできる。
【００５９】図１０（ａ）は、本発明の共振回路を示
す。導体の大きな部分は誘導的に作用し（２ｄ）、共振
容量は結合導体３ｄによって実現される。誘導的でもあ
り容量的でもあるこの結合導体は、測定サンプルから遠
く離れて配置され、全体の幅は導体２ｄの幅の二倍の大
きさになっている。この場合も、導体配置の全てのコー
ナーを丸めることができる。
す。導体の大きな部分は誘導的に作用し（２ｄ）、共振
容量は結合導体３ｄによって実現される。誘導的でもあ
り容量的でもあるこの結合導体は、測定サンプルから遠
く離れて配置され、全体の幅は導体２ｄの幅の二倍の大
きさになっている。この場合も、導体配置の全てのコー
ナーを丸めることができる。
【００６０】二つの共振回路の損失抵抗Ｒは、図９（従
来技術）と図１０（ａ）（本発明の配置）によって計算
して直接比較することができる。その際、図１０（ａ）
の共振回路の幅は図９の共振回路のそれの半分のサイズ
であり、その長さはそれと同じサイズであると仮定しな
ければならない。公知の共振器（図９）は二つの個別共
振回路を有するが、本発明の共振器（図６）は四つの共
振回路を有するので、図１０（ａ）の二つの共振回路の
損失を図９の共振回路と比較しなければならない。図９
の共振回路に関しては、次式Ｒ＝（ｓ・Ｒ'／ｎ）
（１．３３３）が得られ、図１０（ａ）の共振回路に関
しては次式が得られるが、これは二倍しなければならな
い。
来技術）と図１０（ａ）（本発明の配置）によって計算
して直接比較することができる。その際、図１０（ａ）
の共振回路の幅は図９の共振回路のそれの半分のサイズ
であり、その長さはそれと同じサイズであると仮定しな
ければならない。公知の共振器（図９）は二つの個別共
振回路を有するが、本発明の共振器（図６）は四つの共
振回路を有するので、図１０（ａ）の二つの共振回路の
損失を図９の共振回路と比較しなければならない。図９
の共振回路に関しては、次式Ｒ＝（ｓ・Ｒ'／ｎ）
（１．３３３）が得られ、図１０（ａ）の共振回路に関
しては次式が得られるが、これは二倍しなければならな
い。
【００６１】Ｒ＝２・（Ｒ'／ｎ）（ｓ／８＋ｓ／４＋
ｓ／８）＋２・（Ｒ'／２ｎ）（ｓ／４）・（１．３３
３）＝（ｓ・Ｒ'／ｎ）（１．３３３） ここで ｓは、図９の導体配置の平均外周、Ｒ'は、一
つの個別導体の単位長さあたりの抵抗、ｎは、図１０
（ｂ）の導体配置の又は２ｄの導体の数である。
ｓ／８）＋２・（Ｒ'／２ｎ）（ｓ／４）・（１．３３
３）＝（ｓ・Ｒ'／ｎ）（１．３３３） ここで ｓは、図９の導体配置の平均外周、Ｒ'は、一
つの個別導体の単位長さあたりの抵抗、ｎは、図１０
（ｂ）の導体配置の又は２ｄの導体の数である。
【００６２】結果は、両方の配置が同じ損失抵抗Ｒを有
するということを示している。
するということを示している。
【００６３】前に示したように、図６の本発明の共振器
の四つの追加結合導体３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは、共振
回路を従来技術に従って用いた場合（図９）、従来技術
（図８）に比べて損失抵抗を１８％増加させる。上の計
算は、この損失抵抗の増加は、図１０（ａ）の新しい本
発明の共振回路ではほぼ完全に補償できるということを
示している。
の四つの追加結合導体３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは、共振
回路を従来技術に従って用いた場合（図９）、従来技術
（図８）に比べて損失抵抗を１８％増加させる。上の計
算は、この損失抵抗の増加は、図１０（ａ）の新しい本
発明の共振回路ではほぼ完全に補償できるということを
示している。
【００６４】損失抵抗をさらに減らすために、測定サン
プルのすぐ近くにない導体部分を拡げる（図１０
（ｂ））及び／又はいくつかの線に分岐させる（図１１
及び図１２）ことができる。この場合も、導体の全ての
コーナを丸めることができる。図１１と図１２は導体３
ｄの配置に関して異なっている。図１１では、全体のキ
ャパシタンスが図１０（ａ）のそれと同様になるように
キャパシタンスのフィンガが対で互いに係合する。しか
し、図１２では、フィンガは個々に互いに隣接して配置
され、実質的にキャパシタンスを二倍にする。導体３ｄ
の一部を図１１のように設計し、他の導体３ｄを図１２
の用に設計して共振器のキャパシタンスが大きく変化で
きるようにすることも可能である。さらに、図１０
（ａ）、図１０（ｂ）、図１１、及び図１２で上方及び
下方の横方向の導体に達している個々の導体３ｄの長さ
を短くして、共振回路の全体キャパシタンスを実質的に
減少させることもできる。
プルのすぐ近くにない導体部分を拡げる（図１０
（ｂ））及び／又はいくつかの線に分岐させる（図１１
及び図１２）ことができる。この場合も、導体の全ての
コーナを丸めることができる。図１１と図１２は導体３
ｄの配置に関して異なっている。図１１では、全体のキ
ャパシタンスが図１０（ａ）のそれと同様になるように
キャパシタンスのフィンガが対で互いに係合する。しか
し、図１２では、フィンガは個々に互いに隣接して配置
され、実質的にキャパシタンスを二倍にする。導体３ｄ
の一部を図１１のように設計し、他の導体３ｄを図１２
の用に設計して共振器のキャパシタンスが大きく変化で
きるようにすることも可能である。さらに、図１０
（ａ）、図１０（ｂ）、図１１、及び図１２で上方及び
下方の横方向の導体に達している個々の導体３ｄの長さ
を短くして、共振回路の全体キャパシタンスを実質的に
減少させることもできる。
【００６５】共振器の周波数チューニングは、ループ１
２とトリマ１４ａによって誘導的に（図１９）、又は二
つのキャパシタ・プレート１３ａ，１３ｂとトリマ１４
によって容量的に（図２０）容易に行うことができる。
チューニングの要素は測定サンプルから大きな距離のと
ころに配置されるので、測定サンプルの場所における電
気的及び磁気的状態への影響はきわめて小さく、また別
の直交共振器の設置を実質的に妨げない。
２とトリマ１４ａによって誘導的に（図１９）、又は二
つのキャパシタ・プレート１３ａ，１３ｂとトリマ１４
によって容量的に（図２０）容易に行うことができる。
チューニングの要素は測定サンプルから大きな距離のと
ころに配置されるので、測定サンプルの場所における電
気的及び磁気的状態への影響はきわめて小さく、また別
の直交共振器の設置を実質的に妨げない。
【００６６】送信パルスの入力結合及びＮＭＲ信号の出
力結合は、ループ１５と、例えば二つのトリマ１７ａ，
１７ｂによって誘導的に（図２１）、又は二つのキャパ
シタ・プレート１６ａ，１６ｂと、例えば三つのトリマ
１７ｃ，１７ｄ，１７ｅによって容量的に（図２２）行
うことができる。キャパシタンス１７ａ，１７ｂと１７
ｃ，１７ｄ，１７ｅはプラグ１８に結合された同軸ケー
ブルと共振器の間のインピーダンスを調整する役目をす
る。送信パルスの周波数は共振器に励起される共振モー
ドを決定する。プラグ１８に結合された同軸ケーブルは
低雑音のプリアンプと共振器の電気的結合に関与する。
結合要素も、測定サンプルへの磁気的及び電気的影響を
できるだけ小さく抑えるために、測定サンプルから遠く
離れて導体３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの領域に配置され
る。
力結合は、ループ１５と、例えば二つのトリマ１７ａ，
１７ｂによって誘導的に（図２１）、又は二つのキャパ
シタ・プレート１６ａ，１６ｂと、例えば三つのトリマ
１７ｃ，１７ｄ，１７ｅによって容量的に（図２２）行
うことができる。キャパシタンス１７ａ，１７ｂと１７
ｃ，１７ｄ，１７ｅはプラグ１８に結合された同軸ケー
ブルと共振器の間のインピーダンスを調整する役目をす
る。送信パルスの周波数は共振器に励起される共振モー
ドを決定する。プラグ１８に結合された同軸ケーブルは
低雑音のプリアンプと共振器の電気的結合に関与する。
結合要素も、測定サンプルへの磁気的及び電気的影響を
できるだけ小さく抑えるために、測定サンプルから遠く
離れて導体３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの領域に配置され
る。
【００６７】上述したチューニングと結合の仕方のバリ
エーションは、文献から知られる他の多くのバリエーシ
ョンで置き換えることができるであろう。
エーションは、文献から知られる他の多くのバリエーシ
ョンで置き換えることができるであろう。
【００６８】いくつかの共振回路で構成される共振器
は、一般に、共振モードと呼ばれる複数の共鳴周波数を
有する。共振回路が全てほぼ同じ固有共鳴周波数ｆ0を
有し、互いに空間的に近くに位置している場合、それら
は強く結合して共振器はいくつかの異なる共鳴周波数を
持つようになる。それらは、ｆ0の上と下に分布し、周
波数ｆ0自体はもはや共振器の共鳴周波数としては現れ
ない。異なる共鳴周波数には、異なる個々の共振回路に
おける電流分布が結びついている。ｎ個の共振回路があ
ると、ｎ個の異なる電流分布が、したがってｎ個の共振
モードが可能である。これらのモードのうち唯一つだけ
が利用される、すなわち、所望の均一な磁場を生ずる、
最良のＮＭＲ性質を持つモードである。
は、一般に、共振モードと呼ばれる複数の共鳴周波数を
有する。共振回路が全てほぼ同じ固有共鳴周波数ｆ0を
有し、互いに空間的に近くに位置している場合、それら
は強く結合して共振器はいくつかの異なる共鳴周波数を
持つようになる。それらは、ｆ0の上と下に分布し、周
波数ｆ0自体はもはや共振器の共鳴周波数としては現れ
ない。異なる共鳴周波数には、異なる個々の共振回路に
おける電流分布が結びついている。ｎ個の共振回路があ
ると、ｎ個の異なる電流分布が、したがってｎ個の共振
モードが可能である。これらのモードのうち唯一つだけ
が利用される、すなわち、所望の均一な磁場を生ずる、
最良のＮＭＲ性質を持つモードである。
【００６９】図８のヘルムホルツ配置は二つの可能な電
流分布を有し、したがって二つのモードを有する。これ
らは図１３と図１４に示されている。対称性という理由
により電流の大きさは等しくなければならないというこ
とに注意すべきである。好ましいモードは、共振回路の
特性共鳴周波数ｆ0より下にある、図１３に示されてい
る共鳴周波数を有する。これは、測定容積にプレート９
ａと９ｂに直角な方向の均一磁場を生ずる。このモード
が従来技術によるＮＭＲ共振器に用いられる。第二のモ
ード（図１４）は、共鳴周波数がもっと高く、しかし測
定容積にきわめて不均一な磁場を生ずるのでＮＭＲ共振
器としては適当でない。
流分布を有し、したがって二つのモードを有する。これ
らは図１３と図１４に示されている。対称性という理由
により電流の大きさは等しくなければならないというこ
とに注意すべきである。好ましいモードは、共振回路の
特性共鳴周波数ｆ0より下にある、図１３に示されてい
る共鳴周波数を有する。これは、測定容積にプレート９
ａと９ｂに直角な方向の均一磁場を生ずる。このモード
が従来技術によるＮＭＲ共振器に用いられる。第二のモ
ード（図１４）は、共鳴周波数がもっと高く、しかし測
定容積にきわめて不均一な磁場を生ずるのでＮＭＲ共振
器としては適当でない。
【００７０】図６の共振器は本発明による好ましい実施
の形態である。これは四つの共振回路で四つの可能な電
流分布を、したがって四つのモードを有する（図１５、
図１６、図１７、図１８に示される）。電流の大きさ
は、やはり対称性の理由により等しくなければならな
い。好ましいモードは図１５に示されている。これは共
振回路の特性共鳴周波数ｆ0よりも上にある共鳴周波数
を有し、測定容積内にプレート１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ
とほぼ平行に延びる磁場を生ずる。図１７もまた、利用
できるが、それほど最適ではないモードを示しており、
測定容積内の磁場はプレートにほぼ直角に延び、共鳴周
波数はｆ0よりも下にある。図１６と図１８の他の二つ
のモードは、測定容積内に非常に不均一な磁場を生ずる
のでＮＭＲ共振器には適当でない。
の形態である。これは四つの共振回路で四つの可能な電
流分布を、したがって四つのモードを有する（図１５、
図１６、図１７、図１８に示される）。電流の大きさ
は、やはり対称性の理由により等しくなければならな
い。好ましいモードは図１５に示されている。これは共
振回路の特性共鳴周波数ｆ0よりも上にある共鳴周波数
を有し、測定容積内にプレート１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ
とほぼ平行に延びる磁場を生ずる。図１７もまた、利用
できるが、それほど最適ではないモードを示しており、
測定容積内の磁場はプレートにほぼ直角に延び、共鳴周
波数はｆ0よりも下にある。図１６と図１８の他の二つ
のモードは、測定容積内に非常に不均一な磁場を生ずる
のでＮＭＲ共振器には適当でない。
【００７１】図３（ａ）、図３（ｂ）、及び図６による
本発明の共振器で、角βが６０°ではなく２６°であ
り、共振回路の特性固有共鳴周波数ｆ0が３６０ＭＨｚ
である場合、四つのモードについて次のような共鳴周波
数が測定された。
本発明の共振器で、角βが６０°ではなく２６°であ
り、共振回路の特性固有共鳴周波数ｆ0が３６０ＭＨｚ
である場合、四つのモードについて次のような共鳴周波
数が測定された。
【００７２】 モード ｆ１ ｆ２ ｆ３ ｆ４ 関連する図 図１７ 図１８ 図１５ 図１６ 共鳴周波数（MHz） 298.631 322.434 415.832 476.988 これまでは共振器の理論的な構成だけを述べてきた。具
体的な実施の形態では、全ての重要なパラメータ、例え
ば導体の幅、導体の位置、共振回路の窓のサイズ、及び
開き角βを数値的に最適化し、特定のタスクに対して調
整しなければならない。精密な計算によると、Ｓ／Ｎ比
における所望の因子２の達成は、実際には全ての重要な
パラメータの注意深い設計に依存するということが示さ
れる。
体的な実施の形態では、全ての重要なパラメータ、例え
ば導体の幅、導体の位置、共振回路の窓のサイズ、及び
開き角βを数値的に最適化し、特定のタスクに対して調
整しなければならない。精密な計算によると、Ｓ／Ｎ比
における所望の因子２の達成は、実際には全ての重要な
パラメータの注意深い設計に依存するということが示さ
れる。
【００７３】具体的な、最適化された形態は、サンプル
容積の長さ対直径比に最も強く依存する。特に、精密な
計算は、図１に示されているような６０°という開き角
βを少し小さくすることが有利であることを示してい
る。プレート１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは、それによって
拡がり、サンプルから遠い導体は広くして抵抗を小さく
することができる。開き角βが小さくなると、導体が角
度的に近づき、望みどおり磁場が良く打ち消し合うよう
になる。測定サンプルのすぐ近くの磁場を生成する導電
路の正確な幅も精密に決定してＢ1磁場の強さ及び均一
性の最適な値が得られるようにしなければならない。こ
れによって本発明の共振器の最も好ましい形態が生み出
される（図１）。
容積の長さ対直径比に最も強く依存する。特に、精密な
計算は、図１に示されているような６０°という開き角
βを少し小さくすることが有利であることを示してい
る。プレート１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは、それによって
拡がり、サンプルから遠い導体は広くして抵抗を小さく
することができる。開き角βが小さくなると、導体が角
度的に近づき、望みどおり磁場が良く打ち消し合うよう
になる。測定サンプルのすぐ近くの磁場を生成する導電
路の正確な幅も精密に決定してＢ1磁場の強さ及び均一
性の最適な値が得られるようにしなければならない。こ
れによって本発明の共振器の最も好ましい形態が生み出
される（図１）。
【００７４】図１、及び図３（ａ）、図３（ｂ）、図６
の二つの好ましい共振器の他に、図２の本発明の構造エ
レメントを用いる別の形態の共振器が可能である。
の二つの好ましい共振器の他に、図２の本発明の構造エ
レメントを用いる別の形態の共振器が可能である。
【００７５】１．開き角βが０°に設定される。これは
二つの構造エレメントが接合して一つの単一構造エレメ
ントになるという退化したケースである（図２３）。こ
れは、磁場の均一性、Ｓ／Ｎ比、最大可能なＢ1磁場、
及び最小インダクタンス、の点で小さな損失を生ずる。
それにもかかわらず、この配置は図７及び図８のヘルム
ホルツ・コイル対よりも優れている。この配置の利点
は、その単純さと、二つの平坦プレートの間で利用でき
るスペースにある。この配置はまた、外側にさらに共振
器を追加するのに十分な自由スペースを提供する。
二つの構造エレメントが接合して一つの単一構造エレメ
ントになるという退化したケースである（図２３）。こ
れは、磁場の均一性、Ｓ／Ｎ比、最大可能なＢ1磁場、
及び最小インダクタンス、の点で小さな損失を生ずる。
それにもかかわらず、この配置は図７及び図８のヘルム
ホルツ・コイル対よりも優れている。この配置の利点
は、その単純さと、二つの平坦プレートの間で利用でき
るスペースにある。この配置はまた、外側にさらに共振
器を追加するのに十分な自由スペースを提供する。
【００７６】２．図３（ｂ）及び図２３の各々で、四つ
の構造エレメントから二つの構造エレメントを取り除い
て図２４の点対称な配置を生み出すことができる。これ
は、Ｓ／Ｎ比に１／２の平方根よりも少し小さな損失を
生ずるが、最大可能なＢ1磁場は実際上何も減少しな
い。測定サンプルの最も近くに位置する二つの導体の電
流の向きが反対になっている共振モードが用いられる。
やはり対称性の理由により、電流の大きさは等しい。
の構造エレメントから二つの構造エレメントを取り除い
て図２４の点対称な配置を生み出すことができる。これ
は、Ｓ／Ｎ比に１／２の平方根よりも少し小さな損失を
生ずるが、最大可能なＢ1磁場は実際上何も減少しな
い。測定サンプルの最も近くに位置する二つの導体の電
流の向きが反対になっている共振モードが用いられる。
やはり対称性の理由により、電流の大きさは等しい。
【００７７】これらの本発明の共振器の全ては、さらに
共振器を追加するのに十分なスペースを提供し、追加さ
れる別の共振器は測定サンプルの近くに一の共振器と直
交するように配置できる。このようにして次の二重共振
器配置が生み出される。
共振器を追加するのに十分なスペースを提供し、追加さ
れる別の共振器は測定サンプルの近くに一の共振器と直
交するように配置できる。このようにして次の二重共振
器配置が生み出される。
【００７８】１．図７及び図８による第二の共振器が図
３（ａ）、図３（ｂ）、図６の共振器の外側に配置され
る。これは図２６に示されている二重共振器配置にな
る。一の共振器及び別の共振器によって測定容積の中心
に生成される二つの磁場Ｂ1とＢ2は互いに直交する。別
の共振器９ａ，９ｂ（図２６）も境界円柱６に非常に近
く、したがってほぼ最適に配置されているということに
注意すべきである。
３（ａ）、図３（ｂ）、図６の共振器の外側に配置され
る。これは図２６に示されている二重共振器配置にな
る。一の共振器及び別の共振器によって測定容積の中心
に生成される二つの磁場Ｂ1とＢ2は互いに直交する。別
の共振器９ａ，９ｂ（図２６）も境界円柱６に非常に近
く、したがってほぼ最適に配置されているということに
注意すべきである。
【００７９】２．図２３の共振器でも、上の１．と同様
に別の共振器９ａ、９ｂを境界円柱６に非常に近く配置
することができる。この場合、別の共振器を二つのプレ
ート１９ａ、１９ｂの外側又は内側に取り付けることも
できる（図２３）。一の共振器又は別の共振器によって
測定容積の中心に生成される二つの磁場Ｂ1とＢ2も互い
に直角に配置される。
に別の共振器９ａ、９ｂを境界円柱６に非常に近く配置
することができる。この場合、別の共振器を二つのプレ
ート１９ａ、１９ｂの外側又は内側に取り付けることも
できる（図２３）。一の共振器又は別の共振器によって
測定容積の中心に生成される二つの磁場Ｂ1とＢ2も互い
に直角に配置される。
【００８０】３．図２４の共振器に別の同一な共振器
を、二つの共振器の間の結合が生じないように一の共振
器に対して９０°回して追加することができる。一の共
振器又は別の共振器によって測定容積の中心に生成され
る二つの磁場Ｂ1とＢ2も互いに直角になる。この配置は
図２５に示されている。これは二つの異なるタイプの核
（例えば、１Ｈと１３Ｃ、又は１Ｈと１９Ｆ）で異なる
ＮＭＲ周波数を有し、可能な最高の感度で調べる必要が
あり、高い感度に関して両方のタイプの核が同じ優先度
を有する場合の研究に特に適している。
を、二つの共振器の間の結合が生じないように一の共振
器に対して９０°回して追加することができる。一の共
振器又は別の共振器によって測定容積の中心に生成され
る二つの磁場Ｂ1とＢ2も互いに直角になる。この配置は
図２５に示されている。これは二つの異なるタイプの核
（例えば、１Ｈと１３Ｃ、又は１Ｈと１９Ｆ）で異なる
ＮＭＲ周波数を有し、可能な最高の感度で調べる必要が
あり、高い感度に関して両方のタイプの核が同じ優先度
を有する場合の研究に特に適している。
【００８１】一の共振器の外側に取り付けられる別の共
振器は必ずしも超伝導物質である必要はなく、常伝導体
であってもよい。また、一の共振器の外側にいくつかの
別の共振器を取り付けることも可能である。
振器は必ずしも超伝導物質である必要はなく、常伝導体
であってもよい。また、一の共振器の外側にいくつかの
別の共振器を取り付けることも可能である。
【００８２】いくつかの共振器を用いる装置は空間的に
回転する磁場を生ずるために利用できる。例えば、図２
５の二つの共振器を同じ周波数にチューニングして、直
交位相で（in quadrature）動作させることができる、
すなわち、送信パルスの高周波位相を一の共振器の送信
パルスに対して、別の共振器は９０°ずらして励起され
る。通常の空間的に一定な磁場よりもずっと効果的にス
ピン・システムを励起する空間的に回転する磁場が生成
されることが示される。この直交位相法はまた、共振器
が一つだけの従来の方法に比べて、二つの共振器の雑音
には相関がないのでＳ／Ｎ比に２の平方根という因子の
増加に導く。最大励起Ｂ１磁場も２の平方根という因子
だけ増加する。この方法は高い損失のサンプル、例えば
塩溶液、の高Ｓ／Ｎ比測定に特に適している。
回転する磁場を生ずるために利用できる。例えば、図２
５の二つの共振器を同じ周波数にチューニングして、直
交位相で（in quadrature）動作させることができる、
すなわち、送信パルスの高周波位相を一の共振器の送信
パルスに対して、別の共振器は９０°ずらして励起され
る。通常の空間的に一定な磁場よりもずっと効果的にス
ピン・システムを励起する空間的に回転する磁場が生成
されることが示される。この直交位相法はまた、共振器
が一つだけの従来の方法に比べて、二つの共振器の雑音
には相関がないのでＳ／Ｎ比に２の平方根という因子の
増加に導く。最大励起Ｂ１磁場も２の平方根という因子
だけ増加する。この方法は高い損失のサンプル、例えば
塩溶液、の高Ｓ／Ｎ比測定に特に適している。
【００８３】図２に従って構成された測定容積のまわり
に対称に配置されたｎ個の構造エレメントを用いる場
合、回転磁場生成の効率は図２５の二重共振器に比べて
高めることができる。用いられた構造エレメントのプレ
ート１ｄは、導体２ｄが測定容積の中心の垂直上方にあ
るように配置される。一の構造エレメントからスタート
して、ｎ−１個の別の同一の構造エレメントが追加さ
れ、それらは測定容積の長手軸を中心にして第一のエレ
メントに対して３６０°／ｎ、２・３６０°／ｎ、３・
３６０°／ｎ，．．．（ｎ−１）・３６０°／ｎ回転さ
れる。こうして回転磁場を励起するためのロゼット状の
対称構造ができあがる。
に対称に配置されたｎ個の構造エレメントを用いる場
合、回転磁場生成の効率は図２５の二重共振器に比べて
高めることができる。用いられた構造エレメントのプレ
ート１ｄは、導体２ｄが測定容積の中心の垂直上方にあ
るように配置される。一の構造エレメントからスタート
して、ｎ−１個の別の同一の構造エレメントが追加さ
れ、それらは測定容積の長手軸を中心にして第一のエレ
メントに対して３６０°／ｎ、２・３６０°／ｎ、３・
３６０°／ｎ，．．．（ｎ−１）・３６０°／ｎ回転さ
れる。こうして回転磁場を励起するためのロゼット状の
対称構造ができあがる。
【００８４】回転磁場の励起は、例えば、互いに空間的
に９０°回転しており、やはり互いに９０°位相がずれ
たＲＦパルスで励起される二つの誘導的ループ（図２
１）によって達成できる。それによって二つの誘導的ル
ープは回転磁場を生じ、それがロゼット状の共振器の回
転磁場の励起を助ける。
に９０°回転しており、やはり互いに９０°位相がずれ
たＲＦパルスで励起される二つの誘導的ループ（図２
１）によって達成できる。それによって二つの誘導的ル
ープは回転磁場を生じ、それがロゼット状の共振器の回
転磁場の励起を助ける。
【００８５】ｎの値はスペースの必要条件があるので大
きすぎてはならない。ｎ＝８乃至１０という値が高分解
能ＮＭＲにおける上限値であろう。ｎ＝８という選択は
図２５の配置（ｎ＝４）に比べて回転磁場の発生に寄与
する導体の量を二倍にし、それにより達成できる最大磁
場をほぼ二倍にしてさらに感度を高める。
きすぎてはならない。ｎ＝８乃至１０という値が高分解
能ＮＭＲにおける上限値であろう。ｎ＝８という選択は
図２５の配置（ｎ＝４）に比べて回転磁場の発生に寄与
する導体の量を二倍にし、それにより達成できる最大磁
場をほぼ二倍にしてさらに感度を高める。
【００８６】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、従来の技術を改良して、新しいクラスの超伝導Ｎ
ＭＲ共振器に用いられるＲＦ受信コイル装置を提供する
ことができる。
れば、従来の技術を改良して、新しいクラスの超伝導Ｎ
ＭＲ共振器に用いられるＲＦ受信コイル装置を提供する
ことができる。
【図１】本発明の共振器の好ましい形態を示す図であ
り、図３（ｂ）の第一の好ましい実施の形態と比べて、
開き角βが６０°より小さい場合を示す。
り、図３（ｂ）の第一の好ましい実施の形態と比べて、
開き角βが６０°より小さい場合を示す。
【図２】共振回路２ｄ，３ｄが取り付けられるプレート
１ｄから成り、プレート１ｄが測定容積に対して測定容
積の中心に発生するＢ1磁場がプレートの面とほぼ平行
になるように配置されている中央構造エレメントを示す
図である。
１ｄから成り、プレート１ｄが測定容積に対して測定容
積の中心に発生するＢ1磁場がプレートの面とほぼ平行
になるように配置されている中央構造エレメントを示す
図である。
【図３】（ａ）は、本発明の好ましい共振器を示す（Ｂ
１磁場の表現）図であり、（ｂ）は、本発明の好ましい
共振器を示す（個々の部分の呼称）図である。
１磁場の表現）図であり、（ｂ）は、本発明の好ましい
共振器を示す（個々の部分の呼称）図である。
【図４】図３（ａ）、図３（ｂ）、図６の本発明の第一
の好ましい共振器が図７及び図８の従来のヘルムホルツ
共振器からどのように導出されるかを示す図である。
の好ましい共振器が図７及び図８の従来のヘルムホルツ
共振器からどのように導出されるかを示す図である。
【図５】変換（図４）の後の本発明の共振器の空間依存
性を示す図であり、共振器は場所７ａ，７ｂ，８ａ及び
８ｂで低いオーミック結合を有する。
性を示す図であり、共振器は場所７ａ，７ｂ，８ａ及び
８ｂで低いオーミック結合を有する。
【図６】図３（ａ）及び図３（ｂ）の本発明の好ましい
共振器の幾何形状を示す図である。
共振器の幾何形状を示す図である。
【図７】従来技術のヘルムホルツ共振器を示す図であ
る。
る。
【図８】図７のヘルムホルツ共振器の幾何形状を示す図
である。
である。
【図９】図７のヘルムホルツ共振器の二つの共振回路の
一方を示す図であり、共振器キャパシタンスは周全体に
一様に分布している。
一方を示す図であり、共振器キャパシタンスは周全体に
一様に分布している。
【図１０】（ａ）は、図３（ａ）、図３（ｂ）、図６の
本発明の共振器の四つの共振回路の一つを示す図であ
り、共振器キャパシタンスは磁場を発生する導体から離
されて、測定容積から遠い位置に置かれる。（ｂ）は、
（ａ）の共振回路の図であり、共振回路の横方向結合の
導体が広くなっている。
本発明の共振器の四つの共振回路の一つを示す図であ
り、共振器キャパシタンスは磁場を発生する導体から離
されて、測定容積から遠い位置に置かれる。（ｂ）は、
（ａ）の共振回路の図であり、共振回路の横方向結合の
導体が広くなっている。
【図１１】図１０（ａ）の本発明の共振回路の別の変形
例を示す図であり、測定容積から十分な距離に位置して
いる全ての導体は二本の導体に分岐させて損失抵抗を減
少させ、共振キャパシティのフィンガ（finger）は互い
に対で係合する。
例を示す図であり、測定容積から十分な距離に位置して
いる全ての導体は二本の導体に分岐させて損失抵抗を減
少させ、共振キャパシティのフィンガ（finger）は互い
に対で係合する。
【図１２】共振器キャパシタンスのフィンガが互いに個
々に係合するという点で異なるが、図１１と同様の図で
ある。
々に係合するという点で異なるが、図１１と同様の図で
ある。
【図１３】測定容積に均一なＢ1磁場を生ずる図７及び
図８のヘルムホルツ共振器の利用可能な共振モードにお
ける電流方向の分布を示す図である。
図８のヘルムホルツ共振器の利用可能な共振モードにお
ける電流方向の分布を示す図である。
【図１４】測定容積に均一なＢ1磁場を生じず、したが
って共振器として適当でない図７及び図８のヘルムホル
ツ共振器の別の共振モードにおける電流方向の分布を示
す図である。
って共振器として適当でない図７及び図８のヘルムホル
ツ共振器の別の共振モードにおける電流方向の分布を示
す図である。
【図１５】測定容積に均一なＢ1磁場を生ずる図３
（ａ）、図３（ｂ）、図６の本発明の共振器の好ましい
共振モードにおける電流方向の分布を示す図であり、Ｂ
1磁場の方向は共振回路が取り付けられた平坦プレート
とほぼ平行である。
（ａ）、図３（ｂ）、図６の本発明の共振器の好ましい
共振モードにおける電流方向の分布を示す図であり、Ｂ
1磁場の方向は共振回路が取り付けられた平坦プレート
とほぼ平行である。
【図１６】図３（ａ）、図３（ｂ）、図６の本発明の共
振器の別の共振モードにおける電流方向の分布を示す図
であり、測定容積に均一な磁場を生じず、共振器として
適当でないことを示す。
振器の別の共振モードにおける電流方向の分布を示す図
であり、測定容積に均一な磁場を生じず、共振器として
適当でないことを示す。
【図１７】図３（ａ）、図３（ｂ）、図６の本発明の共
振器の第三の共振モードにおける電流方向の分布を示す
図であり、図１５の形態よりも均一性が低い弱い磁場を
測定容積に生じ、Ｂ1磁場の方向は共振回路が取り付け
られた平坦プレートに対してほぼ直角である。
振器の第三の共振モードにおける電流方向の分布を示す
図であり、図１５の形態よりも均一性が低い弱い磁場を
測定容積に生じ、Ｂ1磁場の方向は共振回路が取り付け
られた平坦プレートに対してほぼ直角である。
【図１８】図３（ａ）、図３（ｂ）、図６の本発明の共
振器の第四の共振モードにおける電流方向の分布を示す
図であり、測定容積に均一な磁場を生じず、共振器とし
て適当でないことを示す。
振器の第四の共振モードにおける電流方向の分布を示す
図であり、測定容積に均一な磁場を生じず、共振器とし
て適当でないことを示す。
【図１９】誘導的ループ１２とトリマ１４ａによる共振
器の周波数チューニングを示す図である。
器の周波数チューニングを示す図である。
【図２０】二つの容量プレート１３ａ，１３ｂとトリマ
１４ｂによる共振器の周波数チューニングを示す図であ
る。
１４ｂによる共振器の周波数チューニングを示す図であ
る。
【図２１】誘導的ループ１５及び二つのトリマ１７ａ，
１７ｂによる送信パルスの入力結合とＮＭＲ信号の出力
結合を示す図である。
１７ｂによる送信パルスの入力結合とＮＭＲ信号の出力
結合を示す図である。
【図２２】二つの容量プレート１６ａ，１６ｂと三つの
トリマ１７ｃ，１７ｄ，１７ｅによる送信パルスの入力
結合とＮＭＲ信号の出力結合を示す図である。
トリマ１７ｃ，１７ｄ，１７ｅによる送信パルスの入力
結合とＮＭＲ信号の出力結合を示す図である。
【図２３】図３（ａ）、図３（ｂ）、図６の好ましい共
振器から導かれた本発明の共振器を示す図であり、プレ
ート１９ａ，１９ｂは二つのみであり、開き角βは０°
である。
振器から導かれた本発明の共振器を示す図であり、プレ
ート１９ａ，１９ｂは二つのみであり、開き角βは０°
である。
【図２４】点対称配置の二つのプレート２０ｂ，２０ｄ
だけから成る本発明の共振器を示す図である。
だけから成る本発明の共振器を示す図である。
【図２５】互いに９０°回転し、互いに直角になった二
つの図２４の共振器を示す図である。
つの図２４の共振器を示す図である。
【図２６】一つはプレート１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを用
いた図３（ａ）、図３（ｂ）、図６の本発明の好ましい
配置による共振器、もう一つはプレート９ａ，９ｂを用
いた図７及び図８の従来技術による共振器の二つを示す
図であり、二つの共振器は互いに直角に位置している。
いた図３（ａ）、図３（ｂ）、図６の本発明の好ましい
配置による共振器、もう一つはプレート９ａ，９ｂを用
いた図７及び図８の従来技術による共振器の二つを示す
図であり、二つの共振器は互いに直角に位置している。
【図２７】図３（ｂ）の共振器の四つのプレート１ａ，
１ｂ，１ｃ，１ｄの空間的分布を示す図である。
１ｂ，１ｃ，１ｄの空間的分布を示す図である。
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ 本発明の好ましい共振器（図
３（ａ）、図３（ｂ）、図６）に属し、ＨＴＳ物質のエ
ピタキシャル導電層を受容する平坦プレートの形の単結
晶基板 ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ 図１０、図１１、又は図１２
の本発明の共振回路に属し、測定サンプルと平行に配置
されて、主にＢ1磁場を発生する役目をするＨＴＳ導体 ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ 図１０、図１１、又は図１２
の本発明の共振回路に属し、測定サンプルと平行に配置
されて、共振キャパシタンスを生成する役目をするＨＴ
Ｓ導体 ４ 図３（ａ）、図３（ｂ）、図６の好ましい共振器の
Ｖ字型に配置された二枚のプレートの開き角β ５ 測定サンプル ６ 共振器の低温の体積と測定サンプルの温かい体積の
間の間隔を与える境界円柱 ７ａ，７ｂ プレート１ａと１ｂの間の低オーミック結
合導体 ８ａ，８ｂ プレート１ｃと１ｄの間の低オーミック結
合導体 ９ａ，９ｂ 従来技術（図７及び図８）のヘルムホルツ
共振器に属し、ＨＴＳ物質のエピタキシャル導電層を収
容する平坦プレートの形の単結晶基板 １０ａ，１０ｂ 図９の共振回路に属し、測定サンプル
と平行に配置されたプレート９ａと９ｂ上の超伝導導体 １１ａ，１１ｂ 図９の共振回路で用いられ、測定サン
プルと平行に配置されたプレート９ａと９ｂ上の超伝導
導体 １２ 共振器の誘導的周波数チューニングのための結合
ループ １３ａ，１３ｂ 共振器の容量的周波数チューニングの
ためのキャパシタ・プレート １４ａ，１４ｂ 共振器の精密な周波数チューニングの
ためのトリマ １５ 送信パルス及びＮＭＲ信号の誘導的入力結合及び
出力結合のための結合ループ １６ａ，１６ｂ 送信パルス及びＮＭＲ信号の容量的入
力結合及び出力結合のためのキャパシター・プレート １７ａ，１７ｂ 共振器が誘導的に結合している場合の
同軸ケーブルと共振器の間のインピーダンス調整ための
トリマ １７ｃ，１７ｄ，１７ｅ 共振器が容量的に結合してい
る場合の同軸ケーブルと共振器の間のインピーダンス調
整ためのトリマ １８ 送信パルスを供給するか又はＮＭＲ信号を取り出
す同軸ケーブルの接続プラグ １９ａ，１９ｂ 図２３の共振器に属する平坦プレート
の形の単結晶基板 ２０ｂ，２０ｄ 図２４の共振器又は図２５の二つの共
振器の一方に属する平坦プレートの形の単結晶基板 ２０ａ，２０ｃ 互いに直角に配置されている図２５の
二つの共振器の他方に属する平坦プレートの形の単結晶
基板
３（ａ）、図３（ｂ）、図６）に属し、ＨＴＳ物質のエ
ピタキシャル導電層を受容する平坦プレートの形の単結
晶基板 ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ 図１０、図１１、又は図１２
の本発明の共振回路に属し、測定サンプルと平行に配置
されて、主にＢ1磁場を発生する役目をするＨＴＳ導体 ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ 図１０、図１１、又は図１２
の本発明の共振回路に属し、測定サンプルと平行に配置
されて、共振キャパシタンスを生成する役目をするＨＴ
Ｓ導体 ４ 図３（ａ）、図３（ｂ）、図６の好ましい共振器の
Ｖ字型に配置された二枚のプレートの開き角β ５ 測定サンプル ６ 共振器の低温の体積と測定サンプルの温かい体積の
間の間隔を与える境界円柱 ７ａ，７ｂ プレート１ａと１ｂの間の低オーミック結
合導体 ８ａ，８ｂ プレート１ｃと１ｄの間の低オーミック結
合導体 ９ａ，９ｂ 従来技術（図７及び図８）のヘルムホルツ
共振器に属し、ＨＴＳ物質のエピタキシャル導電層を収
容する平坦プレートの形の単結晶基板 １０ａ，１０ｂ 図９の共振回路に属し、測定サンプル
と平行に配置されたプレート９ａと９ｂ上の超伝導導体 １１ａ，１１ｂ 図９の共振回路で用いられ、測定サン
プルと平行に配置されたプレート９ａと９ｂ上の超伝導
導体 １２ 共振器の誘導的周波数チューニングのための結合
ループ １３ａ，１３ｂ 共振器の容量的周波数チューニングの
ためのキャパシタ・プレート １４ａ，１４ｂ 共振器の精密な周波数チューニングの
ためのトリマ １５ 送信パルス及びＮＭＲ信号の誘導的入力結合及び
出力結合のための結合ループ １６ａ，１６ｂ 送信パルス及びＮＭＲ信号の容量的入
力結合及び出力結合のためのキャパシター・プレート １７ａ，１７ｂ 共振器が誘導的に結合している場合の
同軸ケーブルと共振器の間のインピーダンス調整ための
トリマ １７ｃ，１７ｄ，１７ｅ 共振器が容量的に結合してい
る場合の同軸ケーブルと共振器の間のインピーダンス調
整ためのトリマ １８ 送信パルスを供給するか又はＮＭＲ信号を取り出
す同軸ケーブルの接続プラグ １９ａ，１９ｂ 図２３の共振器に属する平坦プレート
の形の単結晶基板 ２０ｂ，２０ｄ 図２４の共振器又は図２５の二つの共
振器の一方に属する平坦プレートの形の単結晶基板 ２０ａ，２０ｃ 互いに直角に配置されている図２５の
二つの共振器の他方に属する平坦プレートの形の単結晶
基板
Claims (24)
- 【請求項１】 ＮＭＲ（核磁気共鳴）分光器の測定容積
内の測定サンプルから測定信号を受信するためのＲＦ
（ラジオ周波数）受信コイル装置であって、該測定サン
プルのまわりにおいて平面基板エレメント上に配設さ
れ、共振回路を形成して誘導的及び容量的に作用する超
伝導導電構造を有するＲＦ共振器を含むＲＦ受信コイル
装置において、 該平面基板エレメント上の電流が流れる個々の共振回路
が該測定容積の中心にその単一共振回路が位置する平面
基板エレメントの面と平行な磁場を発生し、平行からの
ずれは４０°を超えないことを特徴とするＲＦ受信コイ
ル装置。 - 【請求項２】 該測定容積は、一つの空間次元で他の二
つの次元より大きな拡がりを有し、一つ以上の磁場発生
導体構造が該平面基板エレメント上に該測定容積の長手
軸に平行に配設されていることを特徴とする請求項１記
載のＲＦ受信コイル装置。 - 【請求項３】 該平面基板エレメント上の全ての超伝導
共振回路がほぼ同じ共鳴周波数にチューニングされてい
ることを特徴とする請求項１又は２項記載のＲＦ受信コ
イル装置。 - 【請求項４】 該平面基板エレメント上の超伝導共振回
路が誘導的及び容量的に作用する導体構造だけから形成
されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか
１項に記載のＲＦ受信コイル装置。 - 【請求項５】 該平面基板エレメント上の超伝導導体構
造の少なくとも一部が該測定サンプルから可能な最小間
隔に配設されていることを特徴とする請求項４に記載の
ＲＦ受信コイル装置。 - 【請求項６】 該平面基板エレメント上の超伝導共振回
路が実質的に純粋に誘導的に作用する導体構造と誘導的
及び容量的に作用する導体構造によって形成されている
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載
のＲＦ受信コイル装置。 - 【請求項７】 該純粋に誘導的に作用する導体構造の少
なくとも一部が該測定サンプルから可能な最小間隔に配
設されていることを特徴とする請求項６記載のＲＦ受信
コイル装置。 - 【請求項８】 誘導的及び容量的に作用する導体構造
は、該平面基板エレメントのうち該測定容積の対向側の
領域に配設されていることを特徴とする請求項６記載の
ＲＦ受信コイル装置。 - 【請求項９】 該共振回路のうち測定容積と反対側の部
分にある超伝導導電路が二つ以上の導電路に分岐してい
ることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記
載のＲＦ受信コイル装置。 - 【請求項１０】 該共振回路のうち誘導的及び容量的に
作用する部分がフィンガのように互いに係合する分岐し
た導電路のグループを含むことを特徴とする請求項９記
載のＲＦ受信コイル装置。 - 【請求項１１】 該共振回路のうち誘導的及び容量的に
作用する部分において該分岐した導電路が個別にフィン
ガのように互いに係合することを特徴とする請求項９記
載のＲＦ受信コイル装置。 - 【請求項１２】 該共振回路のうち誘導的及び容量的に
作用する部分において、該分岐した導電路の一部がグル
ープでフィンガのように互いに係合し、残りの部分が個
別にフィンガのように互いに係合することを特徴とする
請求項９記載のＲＦ受信コイル装置。 - 【請求項１３】 該超伝導導電構造が該平面基板エレメ
ントのうち該測定容積側に配設されていることを特徴と
する請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のＲＦ受信
コイル装置。 - 【請求項１４】 一つの平面基板エレメントが該測定容
積から接線方向外側へ延伸するように配設され、導電構
造が少なくとも部分的に測定サンプルの軸と平行に延伸
し、それにできるだけ近く配設された超伝導共振回路が
該基板エレメントに設けられていることを特徴とする請
求項１乃至１３のいずれか１項に記載のＲＦ受信コイル
装置。 - 【請求項１５】 該一つの平面基板エレメントに対して
該測定容積の長手軸のまわりに１８０°回転した別の同
一の平面基板エレメントが設けられていることを特徴と
する請求項１４記載のＲＦ受信コイル装置。 - 【請求項１６】 該一つの平面基板エレメントに対して
該測定容積の長手軸のまわりに９０，１８０及び２７０
°回転した三つの同一の平面基板エレメントがさらに設
けられていることを特徴とする請求項１４記載のＲＦ受
信コイル装置。 - 【請求項１７】 該一つの平面基板エレメントに対して
該測定容積の長手軸のまわりに３６０／ｎ，２・３６０
／ｎ，３・３６０／ｎ，．．．（ｎ−１）・３６０／ｎ
°回転したロゼット状構造をなすｎ−１個の同一の平面
基板エレメントがさらに設けられていることを特徴とす
る請求項１４に記載のＲＦ受信コイル装置。 - 【請求項１８】 二つの平行な平面基板エレメントが該
測定容積の対向側において該測定容積に対して対称的に
配設され、二つの超伝導共振回路が、該測定容積に対し
て対称的に配設され、導電構造が少なくとも部分的に測
定サンプルの軸に平行であり、かつそれにできるだけそ
れに近く配設された二つの平面基板エレメントの各々に
設けられていることを特徴とする請求項１乃至１４のい
ずれか１項に記載のＲＦ受信コイル装置。 - 【請求項１９】 Ｖ字型に配置された二対の平面基板エ
レメントがＶ字型の開いた側を該測定容積に近く直径上
に対称に位置決めされ、導電構造が少なくとも部分的に
測定サンプルの軸と平行に、かつそれにできるだけ近い
個々の基板エレメントの各々に一つの超伝導共振回路が
設けられていることを特徴とする請求項１乃至１４のい
ずれか１項に記載のＲＦ受信コイル装置。 - 【請求項２０】 ヘルムホルツ・コイル装置が、該ＲＦ
受信コイル装置の外側において該ＲＦ受信コイル装置の
Ｂ1磁場と直角の向きのＢ2磁場を該測定容積の中心に生
ずるように配設されていることを特徴とする請求項１８
又は１９記載のＲＦ受信コイル装置。 - 【請求項２１】 該平面基板エレメントが線状の導電路
を有することを特徴とする請求項１乃至２０のいずれか
１項に記載のＲＦ受信コイル装置。 - 【請求項２２】 対応する平面基板エレメントの超伝導
共振回路に属し、該測定容積のすぐ近くに装置されてい
ない導電構造の少なくとも一部が、拡がった導電路を有
することを特徴とする請求項１乃至２１のいずれか１項
に記載のＲＦ受信コイル装置。 - 【請求項２３】 一つ以上の別の超伝導又は常伝導ＲＦ
コイルとの結合が設けられていることを特徴とする請求
項１乃至２２のいずれか１項に記載のＲＦ受信コイル装
置。 - 【請求項２４】 該別のコイルの少なくとも一つが請求
項１乃至２２のいずれか１項に記載のＲＦ受信コイル装
置であることを特徴とする請求項２３記載のＲＦ受信コ
イル装置。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10118835A DE10118835C2 (de) | 2001-04-17 | 2001-04-17 | Supraleitende Resonatoren für Anwendungen in der NMR |
| DE10118835.8 | 2001-04-17 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002341001A true JP2002341001A (ja) | 2002-11-27 |
| JP2002341001A5 JP2002341001A5 (ja) | 2005-09-02 |
| JP4170658B2 JP4170658B2 (ja) | 2008-10-22 |
Family
ID=7681741
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002114932A Expired - Fee Related JP4170658B2 (ja) | 2001-04-17 | 2002-04-17 | Ｒｆ受信コイル装置 |
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| EP (1) | EP1251361B1 (ja) |
| JP (1) | JP4170658B2 (ja) |
| DE (1) | DE10118835C2 (ja) |
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