JP3967565B2 - Nmrプローブ及びnmrプローブの調整方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、NMR装置に用いられるNMRプローブと、その同調周波数の調整方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
NMR装置では、送受信コイル及び送受信回路等を備えたNMRプローブを強磁場中に配置し、プローブ内の試料に高周波磁界を照射している。この送受信回路内には、測定核の共鳴周波数に同調する同調回路やトラップ用の共振回路等が存在するが、これらの回路の同調周波数あるいは共振周波数は微調整する必要があり、そのために周波数可変素子が使用される。
【0003】
一般に、周波数可変素子としては、可変コンデンサ及び可変インダクタが知られているが、従来の可変インダクタは、コイル中にフェライトコアを挿脱してインダクタンスを可変しており、強磁場内に配置され、高い磁場均一度を乱さないことが要求されるNMRプローブには使用できない。そこで、従来は、周波数可変素子として可変コンデンサが使用されてきたが、超電導磁石を使用し、共鳴周波数が数百MHzにも上昇してきた近年では、リード線部分がインダクタンスを持ち、LC共振モードを作ってしまうため、同調をとる目的に可変コンデンサだけを使用したのでは、適用範囲が狭められてしまうという問題があった。また、共振回路のキャパシタンスとしての役割を外付けの可変コンデンサに頼ると、共振回路全体のQ値が低下してしまうという問題があった。
【0004】
そこで、最近では、可変コンデンサは、NMRプローブの共振周波数の微調整用に用い、NMRプローブの共振周波数の大まかな設定には、可変コンデンサではなく、リード線とシールド部材が作るキャパシタンスを利用することが一般的に行なわれている。図1は、このような最近のNMRプローブの構造を模式的に表わしたものである。図中、1は送受信コイルである。送受信コイル1は、試料に高周波磁界を照射するとともに、試料から放出されるNMR信号を検出する役割を担っている。また、送受信コイル1は、ガラスなどの絶縁体で作られた円筒状の巻き枠(コイルボビン)4の外側に巻き付けられていると共に、更にその外側から、絶縁体で作られた円筒状のコイルカバー5で覆われている。
【0005】
送受信コイル1の下端からは、同調回路7に向けて、2本のリード部2が引き出されている。この2本のリード部2は、共振する高周波の電圧振幅が互いに逆位相で最大となる箇所であり、絶縁体の巻き枠4を間に介して、導電体でできた円筒状のシールド部材3と対向している。これにより、リード部2と巻き枠4とシールド部材3は、リード部2とシールド部材3をそれぞれ電極とし、巻き枠4自体を誘電体部分とするQ値の高いコンデンサを形成する。このような構成のコンデンサは、外部コンデンサを半田でじか付けした場合よりも損失が少ないので、Q値の高い共振回路を得ることができる。
【0006】
このような共振回路を等価回路として図示したのが図2である。図2のうち、(a)は、不平衡回路でLC共振回路を構成した例、(b)は、平衡共振回路でLC共振回路を構成した例を示している。リード部2とシールド部材3をそれぞれ電極とし、巻き枠4自体を誘電体部分とするQ値の高いコンデンサC1は、同調バリコンC2〜C4と並列に配置され、送受信コイルL1と共に、LC並列共振回路を構成している。そして、LC並列共振回路の主なキャパシタンスの役割は、コンデンサC1に負わせ、同調バリコンC2〜C4は、共振周波数の微調節用に設けられているに過ぎない。尚、図の中で、C5は、外部の高周波源とLC共振回路との整合を取るための整合バリコンである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
このような構成において、LC共振回路全体の共振周波数を所定の周波数に同調させるために、同調バリコンが用意されていることは、すでに述べたが、この同調バリコンの可変範囲を超えて、LC共振回路全体の共振周波数が所定の周波数からずれている場合は、所定の周波数に同調させることができないという問題があった。
【0008】
このような場合、周波数を上げる方向に調整が必要な場合は、送受信コイル1の一部、あるいは送受信コイル1から引き出され、シールド部材3とコンデンサを形成しているリード部2の一部を切り取って面積を減らし、LC共振回路のインダクタンス成分、またはキャパシタンス成分を小さくすることにより、周波数の微調整を行なっていた。
【0009】
ところが、このような微調整の際に、送受信コイル1の一部、あるいはリード部2の一部を切り取り過ぎると、共振回路のインダクタンス成分、またはキャパシタンス成分が小さくなり過ぎて、共振周波数が上がり過ぎ、今度は目標の水準まで下げることが困難になり、新たに送受信コイル1を作り直さなければならなかった。あるいは、逆に、周波数を下げる方向に調整が必要な場合などは、送受信コイル1やリード部2の面積を増やすことができないため、効率の悪い固定コンデンサをLC共振回路に追加する処置が必要になり、LC共振回路全体のQ値の低下を招くという問題があった。
【0010】
本発明は、上述した点に鑑み、共振回路の共振周波数がもともと高すぎる場合や、送受信コイル、またはリード部を切り取り過ぎて、共振周波数が高くなった場合などに、高いQ値を維持したままで共振周波数を低減させたNMRプローブ、及び、高いQ値を維持したままで共振周波数を低減させるNMRプローブの調整方法を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明にかかるNMRプローブ及びNMRプローブの調整方法は、
試料に高周波磁界を照射するとともに、試料から放出されるNMR信号を検出する送受信コイルと、
絶縁体で作られ、送受信コイルを巻き付けるコイルの巻き枠と、
前記送受信コイルから引き出された2本のリード部と、
前記巻き枠の内側に設けられ、巻き枠を介して、前記リード部との間にコンデンサを形成するシールド部材と、
絶縁体で作られ、送受信コイルとリード部を外側から覆うコイルカバーと、
コイルカバーの外側に設けられ、コイルカバーを介し、2本のリード部間を跨いでコンデンサを形成する電極部材と
を備えたことを特徴としている。
【0012】
また、前記電極部材は、コイルカバーの外側に巻回された導線、またはコイルカバーの上から2本のリード部間を跨いで配置された導体箔であることを特徴としている。
【0013】
また、試料に高周波磁界を照射するとともに、試料から放出されるNMR信号を検出する送受信コイルと、
絶縁体で作られ、送受信コイルを巻き付けるコイルの巻き枠と、
前記送受信コイルから引き出された2本のリード部と、
前記巻き枠の内側に設けられ、巻き枠を介して、前記リード部との間にコンデンサを形成するシールド部材と、
絶縁体で作られ、送受信コイルとリード部を外側から覆うコイルカバーと
を備えたNMRプローブの調整方法であって、
コイルカバーの外側に、コイルカバーを介し、2本のリード部間を跨いでコンデンサを形成するような電極部材を設けることにより、NMRプローブの同調周波数の調整を行なわせることを特徴としている。
【0014】
また、前記電極部材は、コイルカバーの外側に巻回された導線、またはコイルカバーの上から2本のリード部間を跨いで配置された導体箔であることを特徴としている。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図3は、本発明にかかるNMRプローブの一実施例を示している。図3において、図1と同一部分には、同一符号を付している。
【0016】
図中、1は送受信コイルである。送受信コイル1は、試料に高周波磁界を照射するとともに、試料から放出されるNMR信号を検出する役割を担っている。また、送受信コイル1は、ガラスなどの絶縁体で作られた円筒状の巻き枠(コイルボビン)4の外側に巻き付けられていると共に、更にその外側から、絶縁体で作られた円筒状のコイルカバー5で覆われている。
【0017】
送受信コイル1の下端からは、同調回路7に向けて、2本のリード部2が引き出されている。この2本のリード部2は、共振する高周波の電圧振幅が互いに逆位相で最大となる箇所であり、絶縁体の巻き枠4を間に介して、導電体でできた円筒状のシールド部材3と対向している。これにより、リード部2と巻き枠4とシールド部材3は、リード部2とシールド部材3をそれぞれ電極とし、巻き枠4自体を誘電体部分とするQ値の高いコンデンサを形成する。このような構成のコンデンサは、外部コンデンサを半田でじか付けした場合よりも損失が少ないので、Q値の高い共振回路を得ることができる。
【0018】
このような構成において、共振回路全体の共振周波数を、図示しない外付けの同調バリコンによって、観測核の共鳴周波数に同調できるようにするためには、共振回路全体の共振周波数が、予め所定の規格内に入っていなければならない。もし、所定の規格範囲を超え、共振回路全体の共振周波数が低すぎて、外付けの同調バリコンによっては、共振回路全体の共振周波数を、観測核の共鳴周波数に同調させることができないような場合、すなわち、共振回路全体の共振周波数を上げる方向に調整が必要な場合は、送受信コイル1の一部、あるいは送受信コイル1から引き出され、シールド部材3とコンデンサを形成しているリード部2の一部を切り取って面積を減らし、LC共振回路のインダクタンス成分、またはキャパシタンス成分を小さくすることにより、周波数を上げる方向へ、周波数の微調整を行なう。
【0019】
ところが、このような微調整の際に、送受信コイル1の一部、あるいはリード部2の一部を切り取り過ぎると、共振回路のインダクタンス成分、またはキャパシタンス成分が小さくなり過ぎて、共振周波数が上がり過ぎ、今度は目標の水準まで下げることが困難になり、新たに送受信コイル1を作り直さなければならなかった。あるいは、逆に、所定の規格範囲を超え、共振回路全体の共振周波数が高すぎて、外付けの同調バリコンによっては、共振回路全体の共振周波数を、観測核の共鳴周波数に同調させることができないような場合、すなわち、共振回路全体の共振周波数を下げる方向に調整が必要な場合などは、送受信コイル1やリード部2の面積を増やすことができないため、効率の悪い固定コンデンサをLC共振回路に追加する処置が必要になり、LC共振回路全体のQ値の低下を招くという問題があった。
【0020】
このような問題を解決するために、本発明では、絶縁体で作られ、送受信コイル1とリード部2を外側から覆うコイルカバー5の外側に、0.5mmφ以下の導線6、より好ましくは、0.2〜0.3mmφの導線6を、1ターンないし3ターンほど巻回するようにした。これにより、コイルカバー5を介し、2本のリード部2を跨いで、外付けの固定コンデンサと同等の働きをするコンデンサが形成されるため、効率の悪い外付けの固定コンデンサの増設が不要になる。
【0021】
この新たに形成されたコンデンサは、導線6と2本のリード部2を電極とし、コイルカバー5自体を誘電体部分とするQ値の高いコンデンサであり、2本のリード部2の間を、コイルカバー5を挟んで導線6で橋かけする構造になっている。これは、1本のリード部2と導線6とで、第1のコンデンサを形成するとともに、もう1本のリード部2と導線6とで、第2のコンデンサを形成し、これら2つのコンデンサ間を、導線6が直列に接続していることを意味する。
【0022】
このような本発明の共振回路を等価回路として図示したのが図4である。図4のうち、(a)は、不平衡回路でLC共振回路を構成した例、(b)は、平衡共振回路でLC共振回路を構成した例を示している。リード部2とシールド部材3をそれぞれ電極とし、巻き枠4自体を誘電体部分とするQ値の高いコンデンサC1は、同調バリコンC2〜C4と並列に配置され、送受信コイルL1と共に、LC並列共振回路を構成している。そして、LC並列共振回路の主なキャパシタンスの役割は、コンデンサC1に負わせ、同調バリコンC2〜C4は、共振周波数の微調節用に設けられているに過ぎない。尚、図の中で、C5は、外部の高周波源とLC共振回路との整合を取るための整合バリコンである。
【0023】
今回、1つのリード部2と導線6とで形成された第1のコンデンサは、C6に相当し、もう1つのリード部2と導線6とで形成された第2のコンデンサは、C7に相当する。そして、これら2つのコンデンサC6、C7間は、コイルカバー5を巻回された導線6で、直列に接続されている。これらのコンデンサのキャパシタンス成分は比較的小さいが、損失も少ないので、Q値を落とすことなく、共振回路全体の共振周波数を下げる微調整が必要な場合に、その微調整を行なわせることができる。
【0024】
尚、上記実施例では、導線6をコイルカバー5の外側に巻回させたが、導線6の代わりに、図5のように、幅0.5mm程度の導体箔8を、コイルカバー5の上から、2本のリード部2の間を跨いで配置するようにしても良い。この場合は、リード部2と導体箔8とが重なっている領域(斜線部分)がコンデンサとなり、それ以外の部分の導体箔8は、リード部2と導体箔8とが重なっている領域同士を直列に接続する導線の役割を果たす。尚、この場合の導体箔8は、コイルカバー5の全周に巻回させる必要はない。
【0025】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のNMRプローブ及びNMRプローブの調整方法は、試料に高周波磁界を照射するとともに、試料から放出されるNMR信号を検出する送受信コイルと、絶縁体で作られ、送受信コイルを巻き付けるコイルの巻き枠と、前記送受信コイルから引き出された2本のリード部と、前記巻き枠の内側に設けられ、巻き枠を介して、前記リード部との間にコンデンサを形成するシールド部材と、絶縁体で作られ、送受信コイルとリード部を外側から覆うコイルカバーと、コイルカバーの外側に設けられ、コイルカバーを介し、2本のリード部間を跨いでコンデンサを形成する電極部材とを備えたので、共振回路の共振周波数がもともと高すぎる場合や、送受信コイル、またはリード部を切り取り過ぎて、共振周波数が高くなった場合などに、高いQ値を維持したままで共振周波数を低減させたNMRプローブ、及び、高いQ値を維持したままで共振周波数を低減させるNMRプローブの調整方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のNMRプローブを示す図である。
【図2】従来のNMRプローブの等価回路を示す図である。
【図3】本発明にかかるNMRプローブの一実施例を示す図である。
【図4】本発明にかかるNMRプローブの等価回路の一実施例を示す図である。
【図5】本発明にかかるNMRプローブの別の実施例を示す図である。
【符号の説明】
1・・・送受信コイル、2・・・リード部、3・・・シールド部材、4・・・巻き枠、5・・・コイルカバー、6・・・導線、7・・・同調回路、8・・・導体箔、L1・・・送受信コイル、C1・・・コンデンサ、C2〜C4・・・同調バリコン、C5・・・整合バリコン、C6・・・第1のコンデンサ、C7・・・第2のコンデンサ。
Claims (4)
- 試料に高周波磁界を照射するとともに、試料から放出されるNMR信号を検出する送受信コイルと、
絶縁体で作られ、送受信コイルを巻き付けるコイルの巻き枠と、
前記送受信コイルから引き出された2本のリード部と、
前記巻き枠の内側に設けられ、巻き枠を介して、前記リード部との間にコンデンサを形成するシールド部材と、
絶縁体で作られ、送受信コイルとリード部を外側から覆うコイルカバーと、
コイルカバーの外側に設けられ、コイルカバーを介し、2本のリード部間を跨いでコンデンサを形成する電極部材と
を備えたことを特徴とするNMRプローブ。 - 前記電極部材は、コイルカバーの外側に巻回された導線、またはコイルカバーの上から2本のリード部間を跨いで配置された導体箔であることを特徴とする請求項1記載のNMRプローブ。
- 試料に高周波磁界を照射するとともに、試料から放出されるNMR信号を検出する送受信コイルと、
絶縁体で作られ、送受信コイルを巻き付けるコイルの巻き枠と、
前記送受信コイルから引き出された2本のリード部と、
前記巻き枠の内側に設けられ、巻き枠を介して、前記リード部との間にコンデンサを形成するシールド部材と、
絶縁体で作られ、送受信コイルとリード部を外側から覆うコイルカバーと
を備えたNMRプローブの調整方法であって、
コイルカバーの外側に、コイルカバーを介し、2本のリード部間を跨いでコンデンサを形成するような電極部材を設けることにより、NMRプローブの同調周波数の調整を行なわせることを特徴とするNMRプローブの調整方法。 - 前記電極部材は、コイルカバーの外側に巻回された導線、またはコイルカバーの上から2本のリード部間を跨いで配置された導体箔であることを特徴とする請求項3記載のNMRプローブの調整方法。
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