JP2009020095A

JP2009020095A - Ｎｍｒシステムへの器機取付けシステムおよび方法

Info

Publication number: JP2009020095A
Application number: JP2008150845A
Authority: JP
Inventors: Alistair G Courtney; ジー．カートニーアリステアー
Original assignee: Magnex Scientific Ltd
Current assignee: Magnex Scientific Ltd
Priority date: 2007-07-13
Filing date: 2008-06-09
Publication date: 2009-01-29
Also published as: EP2015092B1; DE602007004592D1; US20090015259A1; EP2015092A1

Abstract

【課題】環境圧の変化に反応するエンドカバー中央の屈曲によって、ＮＭＲ磁石の中心に対するシムコイルおよび／またはＲＦコイルの変位が生じることがない核磁気共鳴分光計を提供する。
【解決手段】シムコイルおよび／またはＮＭＲプローブを含む核磁気共鳴（ＮＭＲ）器機組立体をＮＭＲ磁石クライオスタットに取り付けるために、懸架された取付けブリッジが使用される。取付けブリッジは、クライオスタットのエンドカバー（例えば底板）の中央領域を横断して懸架されている。取付けブリッジは、エンドカバーの周辺領域に（例えばエンドカバーの外周に沿って）、および／またはクライオスタット側壁に取り付けてもよい。取付けブリッジは、ほぼ長方形ストリップとして成形してもよく、または複数のスポークを含んでもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は一般的には、核磁気共鳴（ＮＭＲ）分光法に関し、具体的には、ＮＭＲ磁石および関連システム、ならびにシムコイルのようなＮＭＲ構成部品をＮＭＲ磁石に取り付けるための方法に関する。

核磁気共鳴（ＮＭＲ）分光計は通常、静磁場Ｂ_０を生成するための超伝導磁石と、磁場Ｂ_０に対して垂直な時間依存性磁場Ｂ_１を生成して印加磁場に対する試料の反応を探知するための、１つ以上の特殊目的無線周波数（ＲＦ）コイルを含むＮＭＲプローブとを含んでいる。各ＲＦコイルおよび関連回路は、試料内に存在する対象とする核のラーモア周波数で共鳴することができる。ＲＦコイルは通常、ＮＭＲプローブの一部として設けられ、試料管またはフローセル内に位置する試料を分析するために用いられる。静磁場Ｂ_０の方向が通例、Ｚ軸つまり縦軸方向として表されるのに対して、Ｚ軸に対して垂直な平面は通例、Ｘ−Ｙつまり横軸方向と呼ばれる。

高解像度ＮＭＲスペクトルの生成は、時間的および空間的に均一な静磁場を利用することにより容易になる。静磁場の強さは、特に温度変化または隣接金属物の移動により、経時的に変化することができる。静磁場の空間変化は、試料管もしくは試料特性の変化、隣接材料の存在、または磁石の設計により生じることができる。静磁場の軽微な不均一は通常、小磁場を生成する一式のシムコイルを用いて補正され、当該小磁場が印加静磁場の不均一に対向してこれを相殺する。

本発明はそれぞれ、請求項１および１２において定義される。
具体的な実施形態は、従属請求項において規定される。
一つの局面によれば、核磁気共鳴分光計は、エンドカバーと前記エンドカバーから長手方向に延びている側壁とを有する核磁気共鳴磁石容器であって、前記エンドカバーを貫通して延びている長手方向の中心孔を含む核磁気共鳴磁石容器と、前記エンドカバーの中央領域を横断して懸架されている核磁気共鳴器機取付けブリッジと、前記取付けブリッジの中央領域に取り付けられ、前記容器の前記中心孔内に位置している核磁気共鳴器機組立体であって、核磁気共鳴コイルを含む器機組立体とを含んでいる。

別の局面によれば、方法は、核磁気共鳴磁石容器のエンドカバーの中心領域を横断して核磁気共鳴器機取付けブリッジを懸架するステップであって、前記容器が、前記エンドカバーを貫通して延びている長手方向中央孔を含んでいるステップと、前記取付けブリッジの中央領域に核磁気共鳴器機組立体を取り付けて、前記核磁気共鳴器機組立体を前記中央孔内に配置するステップであって、前記器機組立体が核磁気共鳴コイルを含んでいるステップとを含む。

ある実施形態によれば、下記の例示的なＮＭＲ器機取付けシステムおよび方法は、環境圧変化に反応して生じるクライオスタット・エンドカバー（例えば底板）の中央領域の撓みからコイルを切り離すことにより、前記システムがシムコイルおよび／またはＲＦコイルが前記磁石の中心に対して定位置になるよう保つことを可能にする。
本発明の上記の局面および利点は、下記の詳細な説明を読み、かつ、次のような図面を参照することにより、よりよく理解されるはずである。

以下の説明において一式の要素は、１つ以上の要素を含む。ある要素に対する言及は、１つ以上の要素を包含することとなっている。列挙される要素または構造は、各々、モノリシック構造により形成されるか、モノリシック構造の一部であるか、または多数の別個の構造から形成されることができる。例えば、エンドカバーと長手方向側壁とを含む磁石容器は、側壁に固定されているエンドカバー、または側壁と一体成形されているエンドカバーを含むモノリシック片を含んでもよい。取付けブリッジがエンドカバー上に懸架されるという記述は、重力方向に対する向きに限定されず、重力方向に対するエンドカバーの上または下に位置している取付けブリッジを包含する。別段の規定のない限り、準長方形という用語は、完全な長方形の形状と、湾曲辺または非直線的な辺を有する準長方形の形状との両方を包含する。別段の規定のない限り、磁石容器エンドカバーは、磁石容器の上部に位置する構造に限定されず、底板、側板、ドームまたはその他のカバー構造を含んでもよい。別段の規定のない限り、長手方向中央孔は、必ずしも磁石容器エンドカバーと同心の中央孔とは限らず、長手方向中央孔は、エンドカバーの中心領域を貫通して延びている長手方向偏心孔であってもよい。

以下の説明は、必ずしも限定としてではなく、例示として本発明の実施形態を示すものである。
図１は、本発明のある実施形態による例示的な核磁気共鳴（ＮＭＲ）分光計１２を示す模式図である。分光計１２は、真空容器（クライオスタット）１８内に保持されている磁石１６と、容器１８に取り付けられている硬質の取付けブリッジ２０と、取付けブリッジ２０に取り付けられているシムコイル組立体２４およびＮＭＲプローブ２６を含んでいる器機組立体２２と、器機組立体２２に電気的に接続されている制御／取得システム（コンソール）３０とを含む。器機組立体２２は、容器１８を通じて画定された円筒形の中心孔３２内に位置している。

プローブ２６は、１つ以上の無線周波数（ＲＦ）コイル３４と、関連する電気回路構成部品とを含んでいる。試料容器３６は、プローブ２６内に位置しており、対象とするＮＭＲ試料に対して測定が行われている間、試料をコイル３４内に保持するためのものである。試料容器３６は、試料管またはフローセルであってもよい。一式のシムコイル３８は、ＲＦコイル３４を横向きに囲んでいる。

容器１８は、磁石１６の導体を超伝導状態に保つための金属性クライオスタットであって、外壁と、液体窒素および／または液体ヘリウムのような低温液体を収容している１つ以上の層状真空絶縁内壁とを有する、クライオスタットであってもよい。磁石１６は、容器１８の内部チャンバー内の定位置に懸架されている。容器１８は、エンドカバー４０と円筒形の側壁４４とを含んでいる。エンドカバー４０は、平坦な（実質的に平面の）ディスク状プレート、例えばクライオスタット底板であってもよい。側壁４４は、エンドカバー４０から長手方向に離間して延びており、エンドカバー４０の外周に沿ってエンドカバー４０に接続されている。エンドカバー４０は圧力差を受ける。すなわち、エンドカバー４０の外側の圧力がほぼ大気圧であるのに対して、エンドカバー４０の内側の圧力は大幅に低い真空圧である。取付けブリッジ２０は、エンドカバー４０の外周に沿って位置する一式の固定具４６により、エンドカバー４０に堅く取り付けられており、中心孔３２からは離間している。取付けブリッジ２０は、エンドカバー４０の対向側部間に懸架されて中心孔３２上に延びているブリッジを形成している。シムコイル組立体２４およびＮＭＲプローブ２６は、取付けブリッジ２０の中央領域に沿って位置する一式の固定具４８により、取付けブリッジ２０に堅く取り付けられている。固定具４６，４８は、ボルトまたはその他の固定具であってもよい。取付けブリッジ２０は、中央孔３２と位置合わせされた円形の中央開口部５０を含んでいる。シムコイル組立体２４およびＮＭＲプローブ２６が磁石１６内に固定されるとき、シムコイル組立体２４およびＮＭＲプローブ２６は開口部５０を通過する。

測定を行うために、コイル３４内に画定された測定スペースに、試料が挿入される。磁石１６は、試料容器３６内に保持されている試料に、静磁場Ｂ_０を印加する。シムコイル３８は、静磁場Ｂ_０の空間的不均一を補正するために用いられる。制御／取得システム３０は、所望の無線周波数パルスをプローブ２６に印加してプローブ２６内における試料の核磁気共鳴特性を示すデータを取得するように構成されている電子構成部品を含む。コイル３４は、無線周波数磁場Ｂ_１を試料に印加するため、および／または印加磁場に対する試料の反応を測定するために用いられる。ＲＦ磁場は、静磁場に対して垂直である。

図２は、本発明のある実施形態による容器１８および取付けブリッジ２０の等角図である。取付けブリッジ２０は、対向端部においてエンドカバー４０の対向側部間に懸架されているほぼ長方形の中央ストリップ（条片）により形成されている。取付けブリッジ２０は、取付けブリッジ２０の対向端部に位置する固定具４６により、エンドカバー４０の外周部に沿ってエンドカバー４０に取り付けられている。取付けブリッジ２０は、中央領域に沿ってはエンドカバー４０に取り付けられていない。中央開口部５０は、容器１８の中央孔を通じて挿入されたＮＭＲ器機を収容している。

図３は、本発明のある実施形態によるＮＭＲ磁石容器１８’および関連するプローブ／シムコイル取付けブリッジ２０’の等角図である。取付けブリッジ２０’は、中央環状領域５４’と容器１８’のエンドカバー４０’の外周との間に延びている３本の放射状アーム５２’を含んでいる。取付けブリッジ２０’は、アーム５２’の先端に位置する固定具４６’によりエンドカバー４０’に固定されており、環状領域５４’に沿ってはエンドカバー４０’に固定されていない。環状領域５４’内に画定された中央開口部５０’は、容器１８’の中央孔を通じて挿入されたＮＭＲ器機を収容している。容器１８’は３つの開口部６０’を含んでおり、当該開口部は、運搬用固定具および／または圧力除去用安全弁に用いてもよい。運搬用固定具は、運搬中に容器１８’を固定するために使用してもよい。図３の取付けブリッジの設計は、図２の長方形カバーの設計よりも、組み立て費用がかさむ可能性がある。同時に、図３の取付けブリッジの設計により、開口部６０’への接近を改善できる可能性がある。取付けブリッジが開口部６０’間の間隔に対して十分に広い場合、図２に示したような長方形のカバーの設計は、開口部６０’への接近を妨げる可能性がある。

図４は、本発明のある実施形態による数種類のシステム寸法およびその他のパラメータを示している。エンドカバー・サイズＲがエンドカバー４０の半径（より一般的にはエンドカバー４０の横断範囲の半分）を表すのに対して、接続距離ｄは、エンドカバー４０の外縁部と、エンドカバー４０に対する取付けブリッジ２０の最内部取付け点との間の距離を表している。エンドカバー４０の内側に形成されている内部チャンバー８０が内部真空圧ｐ_ｖａｃを有するのに対して、エンドカバー４０の外側は大気圧ｐ_ａｔｍである。取付けブリッジ２０の両側面（上部および下部）は大気圧である。接続距離ｄは好ましくは、エンドカバー４０全体の圧力差の変化から生じるエンドカバー４０の中央部の長手方向の屈曲から、取付けブリッジ２０の中央部８２が切り離されるように選択される。中央部８２は、ＮＭＲ器機を取付けブリッジ２０に取り付けるための取付け領域の役割を果たす。エンドカバー４０の長手方向の屈曲は、図４では、矢印８８により模式的に示される。エンドカバー４０と取付けブリッジ２０との間の長手方向の離隔ｚは、エンドカバー４０が環境圧変化に呼応して長手方向に屈曲している時にエンドカバー４０が取付けブリッジ２０に接触しないように、十分なものであるように選択される。

エンドカバー４０および取付けブリッジ２０の周辺領域が、エンドカバー４０の外周から半径範囲Ｐ＝Ｒ／３により画定されてもよいのに対して、エンドカバー４０および取付けブリッジの中央領域は、エンドカバー４０および取付けブリッジ２０の中央から半径範囲Ｃ＝Ｒ／３により画定されてもよい。好ましくは、取付けブリッジ２０とエンドカバー４０との最内部取付け点は周辺領域内にあり、取付けブリッジ２０は、エンドカバー４０の中央領域上に懸架されて、エンドカバー４０の中央領域の長軸方向の動きから実質的に切り離される。

ある実施形態において、接続距離ｄは機械的に実現可能な限り短くなるように選択され、固定具４６は、実質的にエンドカバー４０の外周に沿って位置している。ある実施形態において、接続距離はＲよりも大幅に短くなるように、例えばＲ／３未満、または好ましくはＲ／１０未満になるように選択してもよい。例示的な実施形態において、エンドカバー半径Ｒは１０ｃｍ〜１ｍの大きさであってもよい一方、接続距離ｄは数ｍｍまたは数ｃｍの大きさであってもよい。長手方向の離隔ｚは、１ｍｍ以下の大きさであってもよい。

図５Ａは、ＮＭＲ磁石容器１１８の側壁１４４に取り付けられている取付けブリッジ１２０を示している。取付けブリッジ１２０は、平面エンドカバー１４０の外周に沿って側壁１４４に取り付けられている。半径方向および長手方向の延長部１９０，１９２が、取付けブリッジ１２０を側壁１４４に接続している。延長部１９０，１９２は、それぞれ一式のアームにより、または連続的なディスク状もしくは円筒形のプレート／シェルにより形成してもよい。

図５Ｂは、ＮＭＲ磁石容器２１８の側壁２４４に取り付けられている取付けブリッジ２２０を示している。容器２１８は、ドーム形エンドカバー２４０を有している。取付けブリッジ２２０は、エンドカバー２４０の外周に沿って容器２１８の側壁２４４に取り付けられている。半径方向および長手方向の延長部２９０，２９２が、取付けブリッジ２２０を側壁２４４に接続している。長手方向中央孔２３０は、エンドカバー２４０の中央（ドームの頂点）を貫通して延びている。

あるＮＭＲシステムが、シミングの難しさの影響を受ける場合があることが観察された。最適シミングは、一般的に磁石の中心に対するシムコイルの正確かつ安定した位置合わせに依存する。あるＮＭＲクライオスタットでは、エンドカバーが、大気圧のような環境パラメータの変化に反応して隔壁として働き、磁石の中心に対するシムコイルおよび／またはＮＭＲＲＦコイルの位置の軽微な長手方向の撓みを生じる場合があることが観察された。かかる撓みは一般に小さいものであることが多く、通常は実質的に約１ｍｍ未満であると考えられるが、当該撓みは、磁石の中心に対するシムおよび／またはＲＦコイルの正確な位置合わせに依存するＮＭＲ器機の動作に干渉するおそれがある。エンドカバー撓みは、平坦なエンドプレートを有するシステムにおいて特に顕著であることが多い。

上記の通りの取付けブリッジおよび／または取付け機構を用いることにより、大気圧変化とそれに伴うエンドカバー全体の圧力差変化から生じるクライオスタット・エンドカバーの屈曲から、シムコイルおよび／またはＲＦコイルの位置を実質的に切り離すことができる。取付けブリッジをエンドカバー隔壁の中央から離間してクライオスタットに取り付けることにより、エンドカバーの動きに対する取付けブリッジとの連動を最小限に抑えることができる。上記の例示的な取付けシステムおよび方法は、磁石の中心に対してシムおよび／またはＲＦコイルの位置を安定化させるためのその他の技術とともに、またはそれらの技術に代わって用いてもよい。かかる技術は、ドーム状または成形エンドカバーの使用、硬さおよび／または厚さの点で優るエンドカバー材料の使用、ならびにエンドカバーへの機械的補強の追加を含んでもよい。

上記実施形態の一つの局面により、懸架された取付けブリッジは、シムコイルおよび／またはＮＭＲプローブを含む核磁気共鳴（ＮＭＲ）器機組立体を、ＮＭＲ磁気クライオスタットに取り付けるために使用される。取付けブリッジは、クライオスタットのエンドカバー（例えば底板）の中央領域を横断して懸架されている。その結果として、環境圧の変化に反応するエンドカバー中央の屈曲によって、ＮＭＲ磁石の中心に対するシムコイルおよび／またはＲＦコイルの変位が生じることはない。取付けブリッジは、エンドカバーの周辺領域に（例えばエンドカバーの外周に沿って）、および／またはクライオスタット側壁に取り付けてもよい。取付けブリッジは、ほぼ長方形のストリップ（条片）として成形してもよく、または複数のスポークを含んでもよい。

上記実施形態は、本発明の範囲から逸脱することなく様々に改変されてもよい。例えば上記エンドカバーは、上部、下部または側部カバーであってもよい。図２および図３に示したもの以外の取付けブリッジ形状を用いてもよい。かかる形状は、クライオスタット上部／下部カバーに、またはクライオスタット上部／下部カバーに対して平行な通気円形カバー（疑似エンドカバー）に、１点以上で取り付けられ両側面に対して大気圧を受ける１つの片持ちアームまたは複数のアームを含んでいてもよい。ＮＭＲ器機組立体は、共通して取付けブリッジに取り付けられているかまたは別個に取付けブリッジに取り付けられているシムおよびＲＦコイルを含んでもよい。例えばシムコイルは、ＮＭＲプローブの外部または内部に設けてもよい。ある実施形態において、取付けブリッジはエンドカバーに直接取り付ける必要はなく、エンドカバーに取り付けられている他の剛性構造（例えば剛性リング）に取り付けてもよい。同様に、ある実施形態において、ＮＭＲ器機組立体は、取付けブリッジに直接取り付ける必要はなく、大略的に、取付けブリッジに取り付けられているフランジまたはその他の剛性構造に取り付けてもよい。したがって、本発明の範囲は、特許請求の範囲およびそれらの法的均等物によって限定されるべきである。

本発明のある実施形態による例示的なＮＭＲ分光計の模式図である。本発明のある実施形態によるＮＭＲ磁石クライオスタットおよび関連するプローブ／シムコイル取付けブリッジの等角図である。本発明のある実施形態によるＮＭＲ磁石クライオスタットおよび関連するプローブ／シムコイル取付けブリッジの等角図である。本発明のある実施形態によるあるシステム寸法およびその他のパラメータを示す。本発明のある実施形態に従ってＮＭＲ磁石クライオスタットの側壁に取り付けられている取付けブリッジを示す。本発明のある実施形態に従ってドーム形エンドカバーを有するＮＭＲ磁石クライオスタットを示す。

Claims

核磁気共鳴分光計であって、
エンドカバーと前記エンドカバーから長手方向に延びている側壁とを有する核磁気共鳴磁石容器であって、前記エンドカバーを貫通して延びている長手方向の中央孔を含む核磁気共鳴磁石容器と、
前記磁石容器の周辺領域に取り付けられ、前記エンドカバーの中央領域を横断して懸架された核磁気共鳴器機取付けブリッジであって、これにより、前記エンドカバーの前記中央領域の撓みが当該取付けブリッジの中央領域の撓みを生じないようにされている核磁気共鳴器機取付けブリッジと、
前記取付けブリッジの前記中央領域に取り付けられ、前記容器の前記中央孔内に位置している核磁気共鳴器機組立体であって、核磁気共鳴コイルを含む器機組立体とを含む分光計。
前記核磁気共鳴コイルがシムコイルである、請求項１に記載の分光計。
前記核磁気共鳴コイルが無線周波数コイルである、請求項１に記載の分光計。
前記取付けブリッジが、前記エンドカバーの周辺領域に沿って前記容器に取り付けられている、請求項１に記載の分光計。
取付けブリッジの容器最内取付け点と前記エンドカバーの外周との間の距離が、前記エンドカバーの半径の１０％未満である、請求項４に記載の分光計。
前記取付けブリッジが前記エンドカバーに直接固定されている、請求項４に記載の分光計。
前記取付けブリッジが、前記側壁に沿って前記容器に取り付けられている、請求項１に記載の分光計。
前記取付けブリッジが、前記エンドカバーの外周に沿って前記容器に取り付けられている、請求項１に記載の分光計。
前記取付けブリッジが、前記容器の前記中央孔と同心の中央開口部を含む、請求項１に記載の分光計。
前記取付けブリッジが、実質的に前記エンドカバーの直径に沿って延びているほぼ長方形のプレートを含む、請求項１に記載の分光計。
前記取付けブリッジが、前記エンドカバーの前記中央領域と前記エンドカバーの外周との間にそれぞれ延びている少なくとも３本の径方向スポークを含む、請求項１に記載の分光計。
前記エンドカバーが平板により形成されている、請求項１に記載の分光計。
前記容器が、前記エンドカバーの内側に真空圧内部チャンバーを有するクライオスタットである、請求項１に記載の分光計。
核磁気共鳴器機取付けブリッジを、核磁気共鳴磁石容器の周辺領域に前記取付けブリッジを取り付けることにより、前記磁石容器のエンドカバーの中央領域を横断して懸架させ、前記エンドカバーの前記中央領域の撓みが前記取付けブリッジの中央領域の撓みを生じないようにするステップであって、前記容器が、前記エンドカバーを貫通して延びている長手方向の中央孔を含んでいるステップと、
前記取付けブリッジの中央領域に核磁気共鳴器機組立体を取り付けて、前記核磁気器機組立体を前記中央孔内に配置するステップであって、前記器機組立体が核磁気共鳴コイルを含んでいるステップとを含む方法。
前記核磁気共鳴コイルがシムコイルである、請求項１４に記載の方法。
前記核磁気共鳴コイルが無線周波数コイルである、請求項１４に記載の方法。
前記取付けブリッジを、前記エンドカバーの周辺領域に沿って前記容器に取り付けるステップを含む、請求項１４に記載の方法。
前記取付けブリッジを、前記容器の側壁に沿って前記容器に取り付けるステップを含む、請求項１４に記載の方法。
前記取付けブリッジを、前記エンドカバーの外周に沿って前記容器に取り付けるステップを含む、請求項１４に記載の方法。
前記取付けブリッジの中央開口部を、前記容器の前記中央孔と同心にするステップを含む、請求項１４に記載の方法。
前記エンドカバーが平板により形成されている、請求項１４に記載の方法。
前記容器が、前記エンドカバーの内側に真空圧内部チャンバーを有するクライオスタットである、請求項１４に記載の方法。