JP2019012060A - 取り外し可能な高周波シールを備える核磁気共鳴プローブヘッド - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明の目的は、できる限り簡単な技術的方法により、核磁気共鳴プローブヘッドを改良する。
【解決手段】垂直対称軸(z)の周りに配置された1つ以上の高周波コイル2と、高周波ネットワーク3とを備え、高周波コイルと高周波ネットワークは、導電性遮蔽チューブ5を備える外部の高周波放射線を遮蔽する装置4に囲繞され、遮蔽チューブは、z軸に沿って配置され、高周波コイルと高周波ネットワークの周りでz方向に基部ディスク6に向かって押すことができる核磁気共鳴プローブヘッド1であって、遮蔽ディスク7が基部ディスクから軸方向に距離を置いたところに設けられる。
【選択図】図1b

Description

本発明は、核磁気共鳴プローブヘッドに関する。核磁気共鳴プローブヘッドは、好ましくは垂直なz軸の周りに配置された1つ以上の高周波コイルと、高周波ネットワークとを備える。高周波コイルと高周波ネットワークは、導電性遮蔽チューブを備える外部の高周波放射線を遮蔽する装置に囲繞される。この遮蔽チューブは、z軸に沿って配置され、高周波コイルと高周波ネットワークの周りでz方向に基部ディスクに向かって押すことができる。
このような組立体は、例えば、会社出版物「HF immunity modifications」(Bruker BioSpin AG,Industriestrasse 26,CH−8117 Fallanden,Switzerlandにより2007年に発行(=非特許文献[1]))から知られている。
核磁気共鳴分光法は、効率的な機器分析の方法である。この過程では、強い静磁場に置かれた分析サンプルに高周波パルスが照射され、分析サンプルの高周波反応が測定される。そして、アクティブボリュームと呼ばれる分析サンプルの特定の領域についての情報が一体的に得られる。分析サンプルは、通常、分析対象である固体状または液体状の測定物質を含む円柱形のサンプルチューブからなる。サンプルチューブは、典型的には、スピナー内に置かれる。サンプルチューブとスピナーは、移送システムにより磁石外から核磁気共鳴プローブヘッド内に移送される。サンプルチューブが測定位置にあるとき、スピナーはタービン内にある。タービンによりサンプルチューブを回転させることができる。測定位置では、サンプルチューブは1つ以上の核磁気共鳴コイルに囲繞される。最も内側の核磁気共鳴コイルは、分析サンプルの外径よりも大きいが可能な限り小さい内径を有する。核磁気共鳴コイルのかさばり係数すなわち感度は、内径に依存し、内径が大きくなるほど下がるためである。
高周波ネットワークを電気的に「封止する」ために、高周波シールが使用される。しかし、この高周波シールを核磁気共鳴プローブヘッドの比較的高い場所に設置すると、遮蔽チューブのほぼ全体がこのシール上を移動しなければならないことになる。このような過程により、特にシールを損傷する恐れがある。さらに、遮蔽チューブの取り付けや取り外しに比較的大きな力を要することになり、これもまたシールと高周波構造を損傷する恐れがある。高周波に対する密閉性に加え、良好な電気的接地がなされることが好ましい。
先行技術の欠点
先行技術の遮蔽チューブを取り付ける場合、チューブが高周波シールを擦ることになる。これにより、軸方向(取り付け方向)に比較的大きな力がかかってしまう。大きな摩擦に起因して、上記の力および部品の縁部が高周波シールを傷付けて、切断されてしまう恐れがある。
先行技術において現在使用されている「SmartProbe(スマートプローブ)」というコンセプト(非特許文献[1]を参照のこと)では、高周波シールがちょうど底部にある基部ディスクのところに位置している。「iProbe(アイプローブ)」という新しいコンセプトでは、このシールは構想上の理由から中間地点に位置している。高周波シールに関するコンセプトを変えないまま、iProbeのコンセプトに基づいて遮蔽チューブを取り付けると、遮蔽チューブが非常に長い距離においてシールを擦るため、高周波シールは確実ではないが、高い可能性で損傷することになる。さらに、取り付けの際に他の部品を破壊するような大きな力の発生を正確に制御することもできない。
会社出版物「HF immunity modifications」Bruker BioSpin AG,Industriestrasse 26,CH−8117 Fallanden,Switzerlandにより2007年に発行
これに対して、本発明の目的は、できる限り簡単な技術的方法により、冒頭で説明したようなタイプの核磁気共鳴プローブヘッドを改良し、上記に挙げた欠点をできる限り解消することである。このために、遮蔽チューブは、力をかけずに取り付けおよび取り外しができるが、クランプリングが締められた後は部品間に十分大きな接触力がある状態になり、よって部品間に十分良好な電気伝導を維持することができる。
この複合的な目的は、驚くほど簡単かつ効果的な方法で達成される。冒頭で説明した特徴を有する一般的な核磁気共鳴プローブヘッドにおいて、遮蔽ディスクが基部ディスクから軸方向に距離を置いたところに設けられ、取り付けが済んだ状態では、伸長可能な高周波シールが遮蔽ディスクと遮蔽チューブの間に配置される。このシールの形状は、第1取り付け状態では、遮蔽チューブが固定されず力のかからない方法により遮蔽ディスク上で押されることができるように、第2取り付け状態では、高周波シールが遮蔽ディスクと遮蔽チューブの間に機械的に固定され、遮蔽ディスクの縁部で遮蔽チューブと確実に導電接続できるように設計される。
よって、本発明の核磁気共鳴プローブヘッドは、従来の基部ディスクに加え、基部ディスクから軸方向に距離を置いたところに遮蔽ディスクを備える。さらに、伸長可能な高周波シールがそれらの間に設けられ、シールは第1取り付け状態では固定されておらず力のかからない方法により遮蔽ディスク上で押されることができるため、上記のような破損の危険性を大幅に減らすことができる。シールは、遮蔽チューブの取り付け後、核磁気共鳴プローブヘッドを動作状態にするために固定される。これにより、非常に良好な高周波封止と優れた電気的接地の両方が達成される。
ここで、本発明の明細書および特許請求の範囲では、簡潔に記載するために、「垂直なz軸」という言葉や、軸方向の位置として核磁気共鳴コイルシステムの「上」や「下」という言葉が常に使用されるが、本発明の利点は水平または斜め方向のz軸を有する核磁気共鳴システムにおいても達成されることに留意されたい。よって、特定される軸方向の位置は、必ずしも核磁気共鳴コイルシステムの「上」や「下」である必要はなく、任意で核磁気共鳴コイルシステムの「右」や「左」としてもよい。いずれにしろ、本発明の動作原理において、重力は重要な働きをしていない。
本発明の好ましい実施形態
本発明の核磁気共鳴プローブヘッドの実施形態では、遮蔽チューブが柱形、好ましくは円柱形であるため、特に製造および取扱いが簡単であり、特に実際に使用する際にこのことが確認される。
本発明の核磁気共鳴プローブヘッドの一実施形態では、遮蔽チューブがz方向に少なくとも2つの部分、特に複数の部分から形成されており有利である。このような態様では、今日において従来的な製造の観点からは比較的長いとみなされる遮蔽チューブを分割することができ、より短い部分になることで製造工学の観点からより簡単に製造することができる。さらに、それらの部分は、寸法の点で製造公差がより小さい部分と、「比較的低精度な」部分に分けることができ、全体的な製造コスト面で良い効果をもたらすことになる。
このような一実施形態の好ましい開発例では、遮蔽チューブは、核磁気共鳴プローブヘッドが動作状態のときに、遮蔽ディスクの下まで分析サンプルを囲繞する第1下位部分を備える。よって、遮蔽チューブの高精度な部分は、遮蔽すべき高周波領域の拡大により必要な場合のみ必要となる。
これらの開発例の変形例では、遮蔽チューブの第1下位部分が100mmから500mmの間、好ましくは約300mmの標準長さを有し、遮蔽チューブの第2下位部分は選択可能な任意のz方向の長さを有するように、好ましくは円柱形チューブとして設計されることが特に好ましいことを特徴とする。プローブヘッドの長さがどのように変わっても、遮蔽チューブの高精度な部分が常に同じであることは、非常に重要な利点である。これにより、特に高精度の部品を大量に製造することができ、製造コストに良い影響をもたらすことになる。遮蔽チューブの第1下位部分が円柱形である場合、シールを特に簡単に留めることができ、製造も簡単になる。
本発明の上記の一実施形態の他の開発例では、多数の部分からなる遮蔽チューブの下位部分は、核磁気共鳴プローブヘッドに取り付けられる前に、一体的に相互接続、特に接着または溶接されることを特徴とする。これにより、接続のためのスペースを大幅に節約することができる。接着後、多数の部分からなる遮蔽チューブは、試験済みの一体的な遮蔽チューブとしてさらに加工することができる。
さらに、上記の実施形態の有利な開発例では、遮蔽チューブ、そのうちの少なくとも第1下位部分の電気伝導率がσ≧30×10S/mである。この場合、第1下位部分のみが導電性の(より高価な)層を必要とする。第2下位部分には、非常に簡単に、コストをかけずに、例えば陽極酸化処理を施すことができる。
さらに、伸長可能な高周波シールが、第2取り付け状態で遮蔽ディスクの縁部に圧接するばね要素を含む一実施形態が、特に好まれる。これにより、接触圧力を最小限にすることができ、指部を塑性変形させることがない。同時に、遮蔽ディスク−高周波シール−遮蔽チューブシステムの製造公差を吸収することができる。
これらの実施形態の有利な開発例では、遮蔽ディスクの縁部は円錐形であり、長さに関わらず接触ばねを固定することができる。加わる力が多少強すぎても弱すぎても、ばねは常に正しい位置になる。
さらに、クランプリングが遮蔽チューブと遮蔽ディスクの間に放射線状に配置されることを特徴とする本発明の核磁気共鳴プローブヘッドの一実施形態も好まれる。このクランプリングは、高周波シール自体を回転させることなく高周波シールを留めるために回転させることができる。
この実施形態および/または実施形態の一開発例では、ばね要素が複数の接触指部を備える。複数の接触指部は、遮蔽ディスクと遮蔽チューブの間の円錐面上でクランプリングにより圧接されることにより、遮蔽チューブと遮蔽ディスクの間に電気接点が形成される。接点を複数の小さい接点に分割することにより、縁部の接点を常に清潔にすることができる。
これらの開発例および/または開発例のさらなる有利な変形例では、遮蔽ディスクの円錐形縁部は、高周波シールが取り外されたときに接触指部が自動的にロックしないように設計され、特に円錐角が15°以上である。角度が正しく設定されている場合は常に、高周波シールは、遮蔽チューブを力のかからない方法で取り付けられる非固定位置へと摺動して戻る。
本発明の核磁気共鳴プローブヘッドのさらに好ましい一実施形態では、伸長可能な高周波シールを留めたり取り外したりすることができるチャックキーが設けられることを特徴とする。特別なチャックキーを用いることにより、クランプリングが動作中に外れてしまうことを防ぐことができる。ちなみに、クランプリングを留める要素はどのような場合でも必要である。
これらの実施形態の有利な開発例では、高周波シールを留めたり取り外したりするためのチャックキーは、側面または下から一時的に装着されることを特徴とする。
上記のタイプの本発明の核磁気共鳴プローブヘッドを備える核磁気共鳴測定組立体は、核磁気共鳴磁石システムと、シムシステムと、タービンと、サンプルチューブを核磁気共鳴磁石システム外から核磁気共鳴プローブヘッド内のサンプルチューブ測定位置に移送する装置とをさらに備えてもよい。この核磁気共鳴測定組立体も、本発明の範囲に含まれる。本発明の取り外し可能な高周波シールは、特に核磁気共鳴プローブヘッドと核磁気共鳴磁石と移送装置からなるシステム全体において重要である。この組み合わせによりサンプルチューブを自動的に取り替えることができ、例えばハイスループット核磁気共鳴装置への応用において非常に重要であるためである。本発明の組立体は、高周波シールの挿入時に核磁気共鳴プローブヘッドの損傷を防ぐことができるため、ハイスループット核磁気共鳴装置等への応用に大きく貢献する。
本発明のさらなる利点は、明細書および図面から理解することができる。
同様に、本発明の上記および下記の特徴のそれぞれは、単独で、または任意に組み合わせて利用することができる。
図示および記載された実施形態は、網羅的なリストとしてではなく、発明を記載するための例示として理解されるべきである。
本発明は、図面により示され、実施形態を参照しながら詳細に記載される。
本発明の核磁気共鳴プローブヘッドの一実施形態の垂直方向概略断面図であり、高周波シールが取り付けられる前または取り外された後の固定されていない第1取り付け状態を示している。 図1aの実施形態の使用可能な状態であり、高周波シールが取り付けられた後の固定された第2取り付け状態を示している。 本発明の核磁気共鳴プローブヘッドの一実施形態について、伸長可能な高周波シールの部分を詳細に示す垂直方向における片側半分の概略断面図である。
本発明は、核磁気共鳴プローブヘッドにおける破損を防いだ高周波シールの取り付けに関する。
このような核磁気共鳴プローブヘッド1は、一般的に、核磁気共鳴磁石コイル組立体の垂直対称軸zの周りに配置された1つ以上の高周波コイル2と、高周波ネットワーク3とを備える。高周波コイル2と高周波ネットワーク3は、導電性遮蔽チューブ5を備える外部の高周波放射線を遮蔽する装置4に囲繞される。遮蔽チューブ5は、z軸に沿って配置され、高周波コイル2と高周波ネットワーク3の周りでz方向に基部ディスク6に向かって押すことができる。
本発明では、遮蔽ディスク7が基部ディスク6から軸方向に距離を置いたところに設けられ、取り付けが済んだ状態では、伸長可能な高周波シール8が遮蔽ディスク7と遮蔽チューブ5の間に配置され、このシールの形状は、第1取り付け状態では、遮蔽チューブ5が固定されず力のかからない方法により遮蔽ディスク7上で押されることができるように、第2取り付け状態では、高周波シール8が遮蔽ディスク7と遮蔽チューブ5の間に機械的に固定され、遮蔽ディスク7の縁部で遮蔽チューブ5と確実に導電接続できるように設計されることを特徴とする。
図面に示されている実施形態では、遮蔽チューブ5は、柱形、特に円柱形であり、z方向に少なくとも2つの部分から形成される。核磁気共鳴プローブヘッド1が動作状態のときに、第1下位部分5.1が遮蔽ディスク7の下まで分析サンプルを囲繞する。この第1下位部分5.1は100mmから500mmの間の標準長さであり、遮蔽チューブ5の第2下位部分5.2はz方向に選択可能な任意の長さを有するように、好ましくは円柱形チューブとして設計される。複数の部分からなる遮蔽チューブ5の下位部分5.1と5.2は、核磁気共鳴プローブヘッド1に取り付けられる前に、一体的に相互接続、特に接着または溶接される。
図1aと図1bは、本発明の核磁気共鳴プローブヘッド1の一実施形態を、高周波シール8を破損せずに取り付けて取り外すための装置とともに概略的に示しており、詳細については本明細書に記載される。図1aは、第1取り付け状態の伸長可能な高周波シール8を示している。第1取り付け状態では、高周波シール8は、まだ取り付けられていないか、取り付けの後で取り外された状態であり、固定されておらず力がかかっていない状態である。図1bは、高周波シール8が取り付けられ、使用可能な取り付け状態を示している。この状態では、高周波シール8は遮蔽ディスク7と遮蔽チューブ5の間に機械的に固定されている。
図2に分かりやすく示されているように、伸長可能な高周波シール8は、第2取り付け状態で遮蔽ディスク7の縁部7.1に圧接するばね要素を含んでいる。遮蔽ディスク7のこの縁部7.1は、円錐形である。
クランプリング9が、遮蔽チューブ5と遮蔽ディスク7の間に放射状に配置されている。ばね要素(図中では詳しくは示されていない)は、複数の接触指部を備えることができる。複数の接触指部は、遮蔽ディスク7と遮蔽チューブ5の間の円錐面上でクランプリング9により圧接されることにより、遮蔽チューブ5と遮蔽ディスク7の間に電気接点を形成する。遮蔽ディスク7の円錐形縁部7.1は、高周波シール8が取り外されたときに接触指部が自動的にロックしないように設計され、特に円錐角が15°以上である。
さらに、図1aと図1bに示されているように、伸長可能な高周波シール8を留めたり取り外したりできるチャックキー10が設けられている。この場合、高周波シール8を留めたり取り外したりするためのチャックキー10は、側面または下から一時的に装着される。
参考文献
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[7]J.Hinderer,R.Schauwecker:DE 10 2016 214 731 B4
1 核磁気共鳴プローブヘッド
2 高周波コイル
3 高周波ネットワーク
4 外部の高周波放射線を遮蔽する装置
5 遮蔽チューブ
5.1 遮蔽チューブの第1下位部分
5.2 遮蔽チューブの第2下位部分
6 基部ディスク
7 遮蔽ディスク
7.1 遮蔽ディスクの円錐形縁部
8 伸長可能な高周波シール
9 クランプリング
10 チャックキー
z 磁石コイル組立体の対称軸

Claims (15)

  1. 垂直対称軸(z)の周りに配置された1つ以上の高周波コイル(2)と高周波ネットワーク(3)とを備え、前記高周波コイル(2)と前記高周波ネットワーク(3)は、導電性遮蔽チューブ(5)を備える外部の高周波放射線を遮蔽する装置(4)に囲繞され、前記遮蔽チューブ(5)は、前記z軸に沿って配置され、前記高周波コイル(2)と前記高周波ネットワーク(3)の周りで前記z方向に基部ディスク(6)に向かって押すことができる核磁気共鳴プローブヘッド(1)であって、
    遮蔽ディスク(7)が前記基部ディスク(6)から軸方向に距離を置いたところに設けられ、取り付けが済んだ状態では、伸長可能な高周波シール(8)が前記遮蔽ディスク(7)と前記遮蔽チューブ(5)の間に配置され、前記シール(8)の形状は、第1取り付け状態では、前記遮蔽チューブ(5)が固定されず力のかからない方法で前記遮蔽ディスク(7)上で押されることができるように、第2取り付け状態では、前記高周波シール(8)が前記遮蔽ディスク(7)と前記遮蔽チューブ(5)の間に機械的に固定され、前記遮蔽ディスク(7)の縁部で前記遮蔽チューブ(5)と確実に導電接続できるように設計されることを特徴とする核磁気共鳴プローブヘッド(1)。
  2. 前記遮蔽チューブ(5)が柱形であることを特徴とする、請求項1に記載の核磁気共鳴プローブヘッド。
  3. 前記遮蔽チューブ(5)が、前記z方向に、少なくとも2つの部分、特に複数の部分から形成されることを特徴とする、請求項1または2に記載の核磁気共鳴プローブヘッド。
  4. 前記遮蔽チューブ(5)が、前記核磁気共鳴プローブヘッド(1)の動作状態のときに前記遮蔽ディスク(7)の下まで分析サンプルを囲繞する第1下位部分(5.1)を備えることを特徴とする、請求項3に記載の核磁気共鳴プローブヘッド。
  5. 前記遮蔽チューブ(5)の前記第1下位部分(5.1)が100mmから500mmの間の標準長さであり、前記遮蔽チューブ(5)の第2下位部分(5.2)が前記z方向に選択可能な任意の長さを有するように、好ましくは円柱形チューブとして設計されることを特徴とする、請求項4に記載の核磁気共鳴プローブヘッド。
  6. 前記複数の部分からなる遮蔽チューブ(5)の前記下位部分(5.1、5.2)が、前記核磁気共鳴プローブヘッド(1)に取り付けられる前に、一体的に相互接続、特に接着または溶接されることを特徴とする、請求項3〜5のいずれか一項に記載の核磁気共鳴プローブヘッド。
  7. 前記遮蔽チューブ(5)のうちの少なくとも前記第1下位部分(5.1)の電気伝導率がσ≧30×10S/mであることを特徴とする、請求項3〜6のいずれか一項に記載の核磁気共鳴プローブヘッド。
  8. 前記伸長可能な高周波シール(8)が、前記第2取り付け状態で前記遮蔽ディスク(7)の縁部(7.1)に圧接するばね要素を含んでいることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一項に記載の核磁気共鳴プローブヘッド。
  9. 前記遮蔽ディスク(7)の前記縁部(7.1)が円錐形であることを特徴とする、請求項8に記載の核磁気共鳴プローブヘッド。
  10. クランプリング(9)が、前記遮蔽チューブ(5)と前記遮蔽ディスク(7)の間に放射状に配置されることを特徴とする、請求項1〜9のいずれか一項に記載の核磁気共鳴プローブヘッド。
  11. 前記ばね要素が複数の接触指部を備えており、前記複数の接触指部が、前記遮蔽ディスク(7)と前記遮蔽チューブ(5)の間の円錐面上で前記クランプリング(9)により圧接されることにより、前記遮蔽チューブ(5)と前記遮蔽ディスク(7)の間に電気接点を形成することを特徴とする、請求項10、および請求項8または9に記載の核磁気共鳴プローブヘッド。
  12. 前記遮蔽ディスク(7)の前記円錐形縁部(7.1)が、前記高周波シール(8)が取り外されたときに前記接触指部が自動的にロックしないように設計され、特に円錐角が15°以上であることを特徴とする、請求項9および11に記載の核磁気共鳴プローブヘッド。
  13. 前記伸長可能な高周波シール(8)を留めたり取り外したりできるチャックキー(10)が設けられていることを特徴とする、請求項1〜12のいずれか一項に記載の核磁気共鳴プローブヘッド。
  14. 前記高周波シール(8)を留めたり取り外したりするための前記チャックキー(10)が側面または下から一時的に装着されることを特徴とする、請求項13に記載の核磁気共鳴プローブヘッド。
  15. 請求項1〜14のいずれか一項に記載の核磁気共鳴プローブヘッド(1)と、核磁気共鳴磁石システムと、シムシステムと、タービンと、サンプルチューブを前記核磁気共鳴磁石システム外から前記核磁気共鳴プローブヘッド(1)内のサンプルチューブ測定位置に移送する装置とを備える、核磁気共鳴測定組立体。
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