JP5390537B2 - 磁気共鳴コイルのクアドラチャモードの差動同調 - Google Patents

Description

本発明は、一般的には高周波信号の送受信に利用されるコイル、特に、クアドラチャ（直角位相）モードで動作するコイルに関し、より具体的には、そのようなコイルの周波数同調（チューニング）およびクアドラチャバランシングに関する。このようなコイルは、たとえば核磁気共鳴（ＮＭＲ：Ｎｕｃｌｅａｒ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）技術等に利用可能である。

優先権の主張
本願は、２００８年１月２５日付け仮特許出願第６１／０６６，１４０号に対する優先権を主張する。
核磁気共鳴（ＮＭＲ）分析法や磁気共鳴映像法（ＭＲＩ：Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ）等の様々な分野における無線信号、特に高周波（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号の送受信には、種々の設計のコイルが利用されている。ＮＭＲ分光計やＭＲＩ装置は通常、ＲＦ送受信用電子機器、サンプルプローブ、および超伝導磁石等の、サンプルプローブが置かれる強磁界の発生源を具備する。サンプルプローブには、液体もしくは固体サンプルまたは生体（人体または動物体）被験物、およびＲＦ機器とサンプルとの間の電磁結合を生成する１個または複数のＲＦコイルが収容される。そして、ＲＦ機器の動作により、サンプルにＲＦエネルギーを照射するとともに、ＲＦ入力に応答してサンプルから放出されるＲＦ信号を受信する。この応答信号を利用して、サンプルに関する分光情報または画像情報を抽出する。また、特にＲＦ入力（励振）および出力（信号検出）が異なる時間に発生する用途においては、ＲＦエネルギーの送受信に同じコイルを用いてもよい。コイルは通常、円筒状にサンプルを囲んでいる。

ＮＭＲ関連の用途でよく利用されるコイルの１つに、バードケージコイルとして一般に知られているものがある。バードケージコイルは通常、中心軸周りに均等分配された４個、８個、１６個、または３２個の軸方向に配向した平行導電性脚部（または、指部、桟等）が、円筒状に配置されて構成されている。このように脚部の数が４の倍数であれば、クアドラチャ動作が容易に得られる。また、脚部は通常、２つの導電性終端ループ（またはリング）間で延びている。この脚部の数（つまりは密度）を多くすれば、コイルによって印加される磁界Ｂ_１の均一性も向上する。磁界Ｂ_１が所望の共鳴ＲＦ周波数で振動すると、脚部を流れる電流は、円筒状コイル構造の中心軸に対して０°から３６０°までの極角位置に沿って動くとき、正弦加重分布に近づく。バードケージコイルの変形例としては、カリフォルニア州パロアルトのＶａｒｉａｎ社から市販されているＭｉｌｌｉｐｅｄｅ（商標）コイルがある。このＭｉｌｌｉｐｅｄｅ（商標）コイルは、はるかに多くの脚部（通常２００個以上）を具備しており、その脚部の密度の高さにより、コイルによるＲＦ磁気均一性も高くなっている。

バードケージコイルまたはＭｉｌｌｉｐｅｄｅ（商標）コイルは、１本の同軸ケーブルを介してＲＦ送受信用電子機器を１つのコイル脚部に接続することにより、線形駆動することができる。また、信号送信中のＲＦ出力効率を２倍にするとともに、信号受信中の信号対雑音比を√２（およそ１．４１）分の１にするためには、２本の同軸ケーブルを介して、ＲＦ送受信用電子機器を９０°離して配置された２つのコイル脚部に接続することにより、コイルをクアドラチャ駆動することができる。この場合、直交している２つのクアドラチャモードに対応する信号は、互いに位相が９０°ずれている。この２つの検出信号は、ＲＦ機器の合成回路で合成され、既知の方法で処理される。

核磁気共鳴現象を操作するため、コイルは、印加する静磁界Ｂ_０および分析する原子核によって決まる共鳴周波数に同調する必要がある。また、この同調は、コイルの電気的対称性、コイルが生成するＲＦ場の均一性、および許容水準の信号対雑音比を維持するように完遂する必要がある。さらに、コイルの所望周波数への同調を一旦完了した後、次に分析サンプルをコイルに囲まれたコアにロードする際には、コイルを上記所望の周波数に戻す必要がある。これは、入れられているサンプルによって、オペレータが確認し得るＲＦコイルの共鳴周波数のシフトである離調が引き起こされるためである。また、クアドラチャモードでの動作時は、両モードともに同じ共鳴周波数に同調する必要がある。コイル内の観測空間に挿入されたサンプルが非対称である場合に限らず、製造技術の限界によりコイル自体が非対称である場合は、クアドラチャバランスが崩れるとともに、その結果として、信号対雑音比の低下等の問題が発生する。

必要な同調を実施するため、バードケージ型コイルには、可変コンデンサおよび分離（ディスクリート）コンデンサの利用により容量の調整が可能な方法が組み込まれている。Ｍｉｌｌｉｐｅｄｅ（商標）コイルの場合、コイル構造の共鳴周波数を規定する容量は、コイル構成体として利用されている誘電体基板の両側に導電面を重ね合わせ、これにより、分布容量を有するＲＦ送信構造を生成することによって形成してもよい。ある設計では、誘電体基板上に支持された導体素子で構成された同調リングがバードケージコイルの一端に配置され、コイル脚部上での移動により、容量の変更ひいては周波数の調整が行われる。また、この設計の変形例では、コイルの他方の軸端に第２の可動同調リングが追加される。この１つまたは２つの同調リングによって、全脚部の容量の調整が可能になり、コイル全体の周波数調整が可能になる。サンプルのロードがコイルの同調に及ぼす影響は、特に４００ＭＨｚ以上の周波数では、数パーセント程度であることが多い。同調範囲は、サンプルのロードの水準に関わらず、コイルを上記所望の周波数に戻すのに十分な広さとする必要がある。ただし、全体同調機構を採用した設計では一般的に、同調範囲が比較的狭くなっている。同調範囲を広くするために容量の大幅な変更が必要な場合は、コイル構造の機械公差および微小な非対称性により、コイルの同調範囲にわたってクアドラチャバランスが崩れてしまう。したがって、コイル、特に全体同調機構を有するコイルは、クアドラチャバランスを再調整する機構を有するべきである。

以上から、ＲＦコイルの設計、特にクアドラチャモードで動作するコイルの設計を改良する必要性が継続的に認められる。特に、クアドラチャモードのバランスを維持しつつ広い周波数範囲にわたって同調可能なコイルを提供する必要がある。

上述の課題のすべてもしくは一部、および／または当業者であれば見出し得たその他の課題に対処するため、本開示は、以下の実施態様で例示するような比例弁に関連する装置、機器、システム、および／または方法を提供する。
一実施態様によれば、高周波信号の送信または受信を行うコイル装置が提供される。このコイル装置は、コイルと、容量性同調リングと、第１容量性遮蔽体と、前記第１容量性遮蔽体に対して相対移動可能な第２容量性遮蔽体とを備えている。コイルは、その長手軸周りに配設された第１終端領域および第２終端領域を具備していてもよい。これら第１および第２終端領域は、軸方向に互いに離間されている。また、コイルは、第１終端領域および第２終端領域の間で延びる複数の平行な軸方向導体をさらに具備していてもよい。これらの軸方向導体は、前記長手軸を中心とする円周方向に互いに離間されている。容量性同調リングは、第１終端領域で軸方向導体と重なるように長手軸周りに配設されている。また、この同調リングは、コイルに対して軸方向に移動可能であって、複数の軸方向導体と重なる量が調整可能である。第１容量性遮蔽体は、第２終端領域で軸方向導体の第１群と重なるように配設されている。また、この第１容量性遮蔽体は、当該第１群に対して軸方向に移動可能であって、当該第１群と重なる量が調整可能である。第２容量性遮蔽体は、第２終端領域で軸方向導体の第２群と重なるように配設されるとともに、長手軸に対して第１容量性遮蔽体から円周方向に９０°オフセットされている。また、この第２容量性遮蔽体は、当該第２群に対して軸方向に移動可能であって、当該第２群と重なる量が調整可能である。

別の実施態様によれば、コイル装置は、調整機構を備えている。この調整機構は、第１容量性遮蔽体および第２容量性遮蔽体に結合された連結体を具備する。この連結体は、その駆動入力に応じて第１容量性遮蔽体および第２容量性遮蔽体を同時に移動させるように構成されている。
別の実施態様によれば、コイル装置は、調整機構を備えている。この調整機構は、第１容量性遮蔽体および第２容量性遮蔽体に結合された連結体を具備する。この連結体は、その駆動入力に応じて第１容量性遮蔽体および第２容量性遮蔽体を軸上反対方向に移動させるように構成されている。

別の実施態様によれば、コイルが無線信号の送信または受信を行う周波数を同調する方法が提供される。このようなコイルは、第１終端領域と、長手軸に対して第１終端領域から軸方向に離間された第２終端領域と、前記長手軸を中心とする円周方向に配置され、第１終端領域および第２終端領域の間で延びている複数の軸方向導体とを備えていてもよい。ここで、長手軸に対して容量性同調リングを軸方向に移動させることにより、第１終端領域での軸方向導体と重なる量を調整する。また、第２終端領域において長手軸に対して第１容量性遮蔽体を第１の軸方向に移動させることにより、軸方向導体の第１群と第１容量性遮蔽体とが重なる量を調整する。さらに、第１容量性遮蔽体の移動と同時に、前記第１容量性遮蔽体に対して相対移動可能な第２容量性遮蔽体を第２終端領域において長手軸に対して第１の方向とは反対の第２の軸方向に移動させることにより、軸方向導体の第２群と第２容量性遮蔽体とが重なる量を調整する。この軸方向導体の第２群は、長手軸に対して軸方向導体の第１群から９０°離して配置されている。

コイルが無線信号の送信または受信を行う周波数を同調する方法の別の実施態様によれば、第１容量性遮蔽体および第２容量性遮蔽体の移動は同時に行われる。
コイルが無線信号の送信または受信を行う周波数を同調する方法の別の実施態様によれば、第１容量性遮蔽体は第１の軸方向に移動され、第２容量性遮蔽体は第１の方向とは反対の第２の軸方向に移動される。

コイルが無線信号の送信または受信を行う周波数を同調する方法の別の実施態様によれば、第１容量性遮蔽体および第２容量性遮蔽体の移動は、単一の調整機構の駆動により行われる。
本発明は、以下の図面を参照することによって、より理解することができる。図面中の構成要素は、必ずしも同一の割合で縮尺されておらず、本発明の原理を説明するために強調されている。また、異なる図面を通して対応する部分には、同一の参照符号を付している。

本開示にて教示する１個または複数の実施態様に係る、コイル装置の一例を示す斜視図である。 本開示にて教示する１個または複数の実施態様に係る、コイル装置の別の例を示す立面図である。 図２のコイル装置の上面図である。 図２のコイル装置の底面図である。 容量の調整に利用可能な導体素子および誘電体素子の配置の一例を示す断面図である。 本開示にて教示する１個または複数の実施態様に係る、コイル装置の別の例を示す斜視図である。 円筒軸周りに１８０°回転した、図６のコイル装置の別の斜視図である。 円筒軸周りに９０°回転した、図６のコイル装置の別の斜視図である。 本開示にて教示する一実施態様に係る、図６のコイル装置の一部を示す立面図であって、容量性遮蔽体の調整を説明している。 図９のコイル装置の一部を示す別の立面図である。 本開示にて教示する一実施態様に係る、ユーザ制御および調整機構を備えたコイル装置の一部の一例を示す斜視図である。 本開示にて教示する一実施態様に係る、同調リングを調整する機構の一例を示す斜視図である。 本開示にて教示する一実施態様に係る、容量性遮蔽体を調整する機構の一例を示す平面図である。

本明細書に開示の主題は、一般的には、たとえばＮＭＲ技術に係るサンプル分析に利用可能なＲＦ信号送受信用コイルに関連したシステム、装置、機器、器具、プロセス、および方法に関する。本発明に関連する実施態様の各例については、図１〜図１３を参照して以下により詳しく説明する。なお、これらの例は、ＮＭＲ技術との関連で説明しているが、本発明の広義の態様がＲＦ信号の送受信を伴う他の技術にも適用可能であることを意図している。

図１は、コイル装置１００の一例を示す斜視図である。コイル装置１００は、コイル構造１０４を支持する第１の部分１０２と、他の電気的および機械的構成要素を含む第２の部分１０６とを具備していてもよい。第１の部分１０２は一般的に、中心縦軸１０８周りに配置されるとともに、分析サンプルが導入される孔１１０を囲んでいる。この孔１１０は、第２の部分１０６まで延びていてもよい。

図２〜図４は、コイル装置２００および関連するコイル２０４の一例を示す簡単な模式図である。コイル２０４の構造は一般的に、中心縦軸２０８周りに配置されるとともに、分析サンプルが導入される内部空間を囲んでいる。また、コイル２０４は一般的に、軸方向に互いに離間された第１終端領域および第２終端領域と、この第１および第２終端領域間で延びる軸方向導体とを具備する。図示の例において、コイル２０４は、縦軸２０８周りに配設され、軸方向に互いに離間された第１環状導体２１２および第２環状導体２１４を具備する。縦軸からのある半径方向距離には、それと平行に複数の軸方向導体２１６が配設されている。軸方向導体２１６は、縦軸２０８に対して、円周方向に互いに離間されている。図示の例において、得られるコイル２０４の形状は、円筒状である。ただし、当然のことながら、コイル２０４の形状は、完全な円筒状から多少逸脱していてもよく、または楕円形状のような異なる中空形状であってもよい。軸方向導体２１６はそれぞれ、第１軸端部２１８および反対側の第２軸端部２２０で終端している。第１軸端部２１８は、縦軸２０８に対する第１環状導体２１２からのある半径方向距離で、第１環状導体２１２と重なるように配置されていてもよい。また、第２軸端部２２０は、縦軸２０８に対する第２環状導体２１４からのある半径方向距離で、第２環状導体２１４と重なるように配置されていてもよい。コイル２０４は、バードケージ型コイルとして特徴付けられていてもよい。一部の実施態様において、コイルは、上述のＭｉｌｌｉｐｅｄｅ（商標）コイルの場合のように、多数の軸方向導体２１６（たとえば、およそ２００個以上等）を具備する。

コイル２０４が設けられたコイル装置２００は、容量性同調リング２２２を具備していてもよい。この同調リング２２２は、軸方向導体の第１軸端部２１８および第１環状導体２１２と重なるように、縦軸２０８に対するこれら構成要素からのある半径方向距離で縦軸２０８周りに配設されている。図２においては、他の構成要素に対する同調リング２２２の位置を説明するため、２本の線で模式的に同調リング２２２を示している。実際のところ、同調リング２２２は、すべての軸方向導体２１６の第１軸端部２１８と重なるように、円周方向に完全な環状構造を有していてもよい（図３参照）。コイル装置２００は、定位置のコイル２０４、すなわち第１環状導体２１２および軸方向導体２１６の軸方向位置に対して、同調リング２２２の軸方向位置を調整可能な手段を具備していてもよい。同調リング２２２の軸方向の運動を矢印２２５で示す。同調リング２２２が軸方向に調整可能であることは、同調リング２２２と第１環状導体２１２および第１軸端部２１８との間の重なる量を調整可能にする。当業者には当然のことながら、同調リングが調整可能であることは、第１環状導体２１２と軸方向導体２１６との間の容量結合も調整可能にする。したがって、同調リング２２２は、広い周波数範囲にわたるコイル２０４の「粗」同調に利用してもよい。また、コイル装置２００は、コイル構造によってもたらされる視野（ＦＯＶ：Ｆｉｅｌｄ−ｏｆ−Ｖｉｅｗ）内まで同調リング２２２が延びないようにし、それにより、観測中のサンプルからのＲＦ信号により得られる画像の歪みが生じることがないように、同調リング２２２の調整を制限するように構成されていてもよい。ＦＯＶは一般的に、境界線２２６および２２８で示すように、第１環状導体２１２および第２環状導体２１４の間で軸方向に延びるコイル２０４が占める空間として規定される。

図４に最も良く示されているが、コイル装置２００は、２つの容量性遮蔽体（シールド）２３２および２３４を具備していてもよい。図２から明らかなように、各容量性遮蔽体２３２および２３４は、軸方向導体２１６の隣接する第２軸端部２２０群および第２環状導体２１４と重なるように、縦軸２０８に対するこれら構成要素からのある半径方向距離で縦軸２０８周りに配設されている。縦軸２０８に対して、これら２つの容量性遮蔽体２３２および２３４は、互いに９０°オフセットされているため（図４）、隣接する第２軸端部２２０の２つの異なる群と重なり合っている。コイル装置２００は、第２環状導体２１４および軸方向導体２１６の各群の軸方向位置に対して、容量性遮蔽体２３２および２３４の軸方向位置を調整可能な手段を具備する。容量性遮蔽体２３２および２３４の軸方向の運動を図２の矢印２３５で示す。容量性遮蔽体２３２および２３４が軸方向に調整可能であることは、容量性遮蔽体２３２および２３４と第２環状導体２１４および軸方向導体２１６の各群との間の重なり量も調整可能にする。また、このように調整可能であることは、第２環状導体２１４と軸方向導体２１６との間の容量結合を調整可能にする。９０°オフセットされたこれら２つの容量性遮蔽体２３２および２３４は、同調リング２２２に比べて、小さな円弧を形成している（図３と図４とを比較）。このため、一方の容量性遮蔽体２３２または２３４を軸方向に調整すれば、一方のクアドラチャモードの周波数同調にのみ影響を及ぼすことになる。このような構成から、容量性遮蔽体２３２および２３４は、コイル２０４、サンプル、および／または粗同調用同調リング２２２の非対称性に起因する２つのクアドラチャモード間のクアドラチャバランスを回復するクアドラチャバランス「微」同調機構として利用してもよい。また、同調リング２２２と同様に、コイル装置２００は、コイル構造によってもたらされる視野（ＦＯＶ）内まで容量性遮蔽体２３２および２３４が延びることがないように、容量性遮蔽体２３２および２３４の調整を制限するように構成されていてもよい。以下により詳しく説明するように、コイル装置２００は、容量性遮蔽体２３２および２３４を差動的に調整するように構成されていてもよい。

図３は、コイル装置２００を模式的に示した上面図である。図３の視点からは、コイルの第１環状導体２１２を視認することができる。同調リング２２２は、第１環状導体２１２と、コイルの軸方向導体（図示せず）の近端部を囲んでいる。これにより、両クアドラチャチャンネルの粗同調を同時に行うことができる。
図４は、コイル装置２００を模式的に示した底面図である。図４の視点からは、コイルの第２環状導体２１４を視認することができる。２つの容量性遮蔽体２３２および２３４は、コイル動作のクアドラチャモードに従って、互いに９０°離して配置されている。また、上述の通り、これら２つの容量性遮蔽体２３２および２３４は、第２環状導体２１４および軸方向導体（図示せず）の２つの異なる群と重なり合っている。図４は、２つのクアドラチャチャンネルに対応する２つのインピーダンス整合回路４３６および４３８の位置も示している。実際には、各整合回路４３６および４３８において、２本のＲＦ送信線（たとえば、５０Ω同軸ケーブル等）が接続されている。これら２つの整合回路４３６および４３８は、それぞれ２つの容量性遮蔽体４３２および４３４から１８０°の位置でコイルと連通している。当業者には当然のことながら、整合回路４３６および４３８は、インピーダンス整合に有用な可変コンデンサおよびその他の構成要素を具備していてもよい。一実施例において、整合回路４３６および４３８の可変コンデンサは、コンデンサまたはその構成要素を軸方向に移動させることによって調整可能であってもよい。

図５は、コイル装置で実現可能な容量性素子の配置の一例を示す断面図であって、具体的には、コイルの第１環状導体５１２、軸方向導体５１６、および同調リング５２２の半径方向位置を示している。一例として、環状導体５１２および軸方向導体５１６は、誘電材料で構成されたフレキシブル回路基板等のコイル構成体５４０上に、周知の製造技術で形成されたものであってもよい。同様に、軸方向に移動可能な同調リング５２２は、誘電体基板５４４に支持された導電性部５４２を具備していてもよい。また、環状導体５１２、軸方向導体５１６、および同調リング５２２の導電性部は、たとえば銅、金、銀、白金、またはその他の好適な導電性材料で構成されていてもよい。図５は、得られたコイルの視野（ＦＯＶ）の上側境界５２６を参考として図示している。また、図５は、コイルの反対側端部における第２環状導体、軸方向導体、および容量性遮蔽体の半径方向位置を類似的に表すものである。

図５の例において、軸方向導体５１６は、環状導体５１２の半径方向外側に配置されている。すなわち、軸方向導体５１６は、環状導体５１２よりも、コイル縦軸から大きな半径方向距離で配置されている。さらに、同調リング５２２は、軸方向導体５１６の半径方向外側に配置されている。なお、別の実施態様では、これら構成要素の相対的な半径方向位置を変更してもよい。

図６は、コイル装置６００の別の例を示す斜視図である。コイル装置６００は、コイル６０４に対する２つの容量性遮蔽体６３２および６３４の軸方向運動を案内する手段を具備していてもよい。図示の例において、コイル装置６００は、９０°離して配置され、２つの容量性遮蔽体６３２および６３４の軸方向運動をそれぞれ支持する２つの細長部材６４６および６４８を具備する。一例として、細長部材６４６および６４８は、それぞれの軸周りには自由に回転できるが、軸方向には図６に示す位置で固定されているネジが形成されたロッドであってもよい。また、容量性遮蔽体６３２および６３４は、容量性遮蔽体６３２および６３４の導電性部を支持するキャリッジ６５２および６５４を具備していてもよい。これらキャリッジ６５２および６５４は、ネジが形成されたロッド６４６および６４８と係合するネジ部を具備していてもよい。このような構成により、ロッド６４６および６４８を回転すれば、容量性遮蔽体６３２および６３４のコイル６０４に対する軸方向の上下運動が行われる。容量性遮蔽体６３２および６３４の適切な整列状態を維持するためには、運動軸方向と平行に延びる１個または複数の舌片６５６を、キャリッジ６５２および６５４が具備していてもよい。舌片６５６は、コイル装置６００の一部に形成された対応する溝部または凹部６５８に案内される。また、コイル装置６００は、停止機構等、容量性遮蔽体６３２および６３４の軸方向運動を制限する手段を具備していてもよい。図示の例において、コイル装置６００は、各容量性遮蔽体６３２および６３４に連結された停止部材６６６および６６８を具備する。これら停止部材６６６および６６８は、各開口（たとえば、スロット等）６６７および６６９内で軸方向に移動する。停止部材６６６および６６８と各スロット６６７および６６９の上下の縁部とが接触することによって、容量性遮蔽体６３２および６３４の軸方向上下への逸脱が制限される。

さらに、図６に示すように、コイル装置６００は、同調リング６２２の軸方向の調整を支持する１つまたは複数の他のネジが形成されたロッド６７２および６７４またはその他の細長部材を具備していてもよい。上記と同様に、同調リング６２２は、ネジが形成されたロッド６７２および６７４の回転によって軸方向の上下に駆動されるように、ネジが形成されたロッド６７２および６７４に接続されていてもよい。このようなネジ込みロッド６７２および６７４を２つ設ける場合は、図中に例示するように、１８０°離して配置してもよい。現在のところ、２つのロッド６７２および６７４を図示のように配置すれば、同調リング６２２を正確かつ容易に調整可能であり、コイル６０４および関連するコイル装置６００の他の構成要素に対する同調リング６２２の適切な整列状態を維持できることが分かっている。

図７は、縦軸周りに１８０°回転した、図６のコイル装置６００の別の斜視図である。２つの整合回路６３６および６３８は、互いに９０°離して配置され、各容量性遮蔽体６３２および６３４（図６）からは１８０°離して配置されている。また、整合回路７３６および７３８は、それぞれ可変コンデンサを具備する。これらのコンデンサ（またはその構成要素）は、軸方向に調整可能であってもよい。そして、各可変コンデンサの軸方向運動を制限するため、それぞれ、対応するスロット内で移動する停止部材７７６および７７８を設けてもよい。図７には、整合回路７３６および７３８にそれぞれ接続された２本の送信線７８２および７８４も示している。

図８は、一方の容量性遮蔽体６３２および一方の整合回路７３８を視認できるように縦軸周りに９０°回転した、図６のコイル装置６００の別の斜視図である。同調リング６２２の軸方向の調整を支持する一方のネジ込みロッド６７２も視認することができる。そして、同調リング６２２の軸方向運動を制限するため、スロット内で移動する停止部材８８６を設けてもよい。また、同調リング６２２の軸方向運動を他の側から制限するため、別の停止部材および対応するスロットを設けてもよい。

図９および図１０は、２つ容量性遮蔽体６３２および６３４を含む図６のコイル装置６００の一部を示す斜視図である。本開示の一実施態様によれば、容量性遮蔽体６３２および６３４は、差動的に駆動してもよい。こうすれば、ユーザによる単一の微調整によって、クアドラチャバランスの回復に効果的な態様で容量性遮蔽体６３２および６３４が相対移動することになる。この目的のため、コイル装置６００は、調整により容量性遮蔽体６３２および６３４の一方が上へ移動すると同時に、容量性遮蔽体６３２および６３４の他方が下へ移動するように構成されている。その結果、一方のクアドラチャモードの周波数が高くなる一方、その直交するモードの周波数は低くなる。上記ユーザによる単一の調整は、つまみ、ダイヤル、ホイール、またはレバー等の単一の入力装置を設けるとともに、当該単一の入力装置と各容量性遮蔽体６３２および６３４が移動するネジが形成されたロッド６４６および６４８との間に関連する機械的連結体を設けることによって実現してもよい。これにより、たとえば図９においては、入力装置を一方向に移動（たとえば、摺動、回動、回転等）させると、それぞれ矢印９３５および９３７で示すように、第１容量性遮蔽体６３２が下へ移動すると同時に、第２容量性遮蔽体６３４が上へ移動する。同様に、図１０においては、入力装置を反対方向に移動させると、それぞれ矢印１０３５および１０３７で示すように、第１容量性遮蔽体６３２が上へ移動すると同時に、第２容量性遮蔽体６３４が下へ移動する。

別の実施態様において、コイル装置６００は、各容量性遮蔽体６３２および６３４の調整を個別に独立して行えるように構成されていてもよい。ただし、このような構成では、コイル６０４を正しくバランスさせるために正確な連係が必要な２つの調整をユーザが行う必要がある。図９および図１０に示すとともに上述した適切な構成であれば、２つの容量性遮蔽体６３２および６３４に対して個別の調整を行う必要はない。

図１１は、上述の通り、同調リング、容量性遮蔽体、および整合回路の調整を効果的に行うためのユーザ制御および調整機構を提供するために具備可能なコイル装置の一部１１０６の一例を示す底面斜視図である。この調整機構は、これら調整可能な構成要素に対する好適な連結体（ギア等）を具備していてもよい。また、これら連結体は、ユーザ駆動入力（つまみ、ホイール、レバー等）または自動装置（ソレノイド等）のような好適な入力手段によって駆動してもよい。図示の例では、同調リングを調整する機構１１１４に調整つまみ１１１２が接続され、容量性遮蔽体を差動的に調整する機構１１１８に調整ホイール１１１６が接続され、第１のクアドラチャチャンネルに関連する第１整合回路を調整する機構１１２４に調整つまみ１１２２が接続され、第２の直角のクアドラチャチャンネルに関連する第２整合回路を調整する機構１１２８に調整つまみ１１２６が接続されている。調整機構１１１４、１１１８、１１２４、および１１２８は、画像化するべきサンプルが導入されるコイル装置の中心孔１１１０周りに同軸に配置されている。図１１には、ガス抜きに利用される付属品１１３０と、クアドラチャ動作のために同軸ケーブル１１８２および１１８４をコイル上の然るべき接続点まで配線するフィードスルー１１３２および１１３４も示している。

図１２は、同調リングを調整する機構１１１４の一例を示す図である。この調整機構１１１４は、図１１に示すように、コイル装置の一部分に収納されていてもよい。図示の例において、調整機構１１１４は一般的に、調整つまみ１１１２（たとえば図１１参照）と一対のネジ込みロッドとを接続する歯車列を具備する。この歯車列は、調整つまみ１１１２の回転によってネジが形成された両ロッド１２７２および１２７４が同じ方向に回転し、これにより、ネジが形成されたロッド１２７２および１２７４に接続された同調リングが上述の通り、コイルに対して軸方向に上へ移動または下へ移動するように構成されている。この具体例では、調整つまみ１１１２からコイル装置の上記一部分まで延びているシャフト１２３６が、かさ歯車１２３８に接続されている。そして、かさ歯車１２３８は、第１のシャフト１２３６と垂直なシャフト１２４２に取り付けられた別のかさ歯車１２４０に接続されている。調整つまみ１１１２のシャフト１２３６が回転すると、第２のシャフト１２４２も回転し、第２のシャフト１２４２に取り付けられた平歯車１２４４がさらに回転する。この平歯車１２４４は、リング１２４６の内側に形成された歯に結合されている。歯付きリング１２４６が回転すると、ネジが形成されたロッド１２７２および１２７４に取り付けられた各ピニオン歯車１２５２および１２５４が同時に回転し、これによって、ネジが形成されたロッド１２７２および１２７４が回転する。なお、固定ポストまたはシャフトに取り付けられ、歯付きリング１２４６とピニオン歯車１２５２および１２５４との間に結合された１または複数対の中間歯車１２５６および１２５８を設けてもよい。

図１３は、容量性遮蔽体を上述のように差動的に調整する機構１１１８の一例を示す図である。この調整機構１１１８は、図１１に示すように、コイル装置の一部分に収納されていてもよい。図示の例において、調整機構１１１８は一般的に、調整ホイール１１１６と一対のネジが形成されたロッドとを結合する歯車列を具備する。ネジが形成されたロッドは、任意の好適な態様で各容量性遮蔽体に結合されていてもよい。一例としては、図６に示すとともに上述したように、キャリッジを用いて結合されていてもよい。歯車列は、調整ホイール１１１６の回転によってネジが形成された両ロッドが反対方向に回転し、これにより上述の通り、一方の容量性遮蔽体が軸方向に上へ移動すると同時に、他方の容量性遮蔽体が軸方向に下へ移動するように構成されている。この具体例では、調整ホイール１１１６が平歯車１３３６に接続されている。そして、平歯車１３３６は、一方のネジが形成されたロッドに取り付けられたピニオン歯車１３５２と、他方のネジが形成されたロッドに取り付けられたピニオン歯車１３５４に結合された付加的な歯車１３６２とに結合されている。調整ホイール１１１６の平歯車１３３６と第１のピニオン歯車１３５２および付加的な歯車１３６２との結合は、必要により１つまたは複数の中間歯車１３６４を介して行ってもよい。第２のピニオン歯車１３５４に結合された付加的な歯車１３６２は、第１のピニオン歯車１３５２と反対の方向に第２のピニオン歯車１３５４を回転するように動作する。したがって、調整ホイール１１１６が所定の方向に回転すると、第１のネジが形成されたロッドが一方向に回転すると同時に、第２のネジが形成されたロッドが反対方向に回転する。

以上の説明から、本開示にて教示する実施態様により、クアドラチャモードのバランスを維持しつつ広い周波数範囲にわたってコイルを同調可能であることが分かる。このコイル装置の実施態様は、常に等しくではないものの、クアドラチャモードを同時に粗同調する容量性同調リングを提供している。また、このコイル装置の実施態様は、２つのクアドラチャモードに対応して互いに９０°オフセットされた２つの小さな容量性遮蔽体を提供している。これらの容量性遮蔽体は、クアドラチャバランスの調整によって両モードが同じ周波数に戻るように、両クアドラチャモードを微調整することができる。

本開示にて教示する実施態様は、ＲＦ信号の送受信を伴う様々な用途に適用可能であってもよい。このような用途の一分野としては、磁気共鳴技術ならびに分光データおよび／または画像データの取得が関連している。したがって、本明細書に教示するコイルおよび関連するコイル装置は、核磁気共鳴法（ＮＭＲ）および磁気共鳴映像法（ＭＲＩ）の用途に利用してもよい。

本明細書では一般に、「連通（通信、作用）」（たとえば、第１の構成要素が第２の構成要素と「連通（通信、作用）する」または「連通（通信、作用）している」）という用語は、２つ以上の構成要素または要素間の構造的、機能的、機械的、電気的、光学的、磁気的、イオン的、または流体的関係を示す際に使用している。そのため、１つの構成要素が第２の構成要素と連通（通信、作用）しているという事実は、別の構成要素が、第１および第２の構成要素間に存在する可能性、および／または両者と動作可能に関連付けもしくは係合される可能性を除外するものではない。

また、当然のことながら、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、種々の態様または詳細を変更してもよい。さらに、上記説明は、ほんの一例に過ぎず、これらに限定されるものではない。本発明は、特許請求の範囲によって規定される。

Claims (20)

1. 高周波信号の送信または受信を行うコイル装置であって、
   長手軸周りに配設され、軸方向に互いに離間された第１終端領域および第２終端領域と、前記第１終端領域および前記第２終端領域の間で延び、前記長手軸を中心とする円周方向に互いに離間された複数の平行な軸方向導体とを具備するコイルと、
   前記第１終端領域で前記複数の軸方向導体と重なるように前記長手軸周りに配設され、前記コイルに対して軸方向に移動可能であって、前記複数の軸方向導体と重なる量が調整可能な容量性同調リングと、
   前記第２終端領域で前記軸方向導体の第１群と重なるように配設され、前記第１群に対して軸方向に移動可能であって、前記第１群と重なる量が調整可能な第１容量性遮蔽体と、
   前記第１容量性遮蔽体に対して相対移動可能であり、前記第２終端領域で前記軸方向導体の第２群と重なるように配設されているとともに、前記長手軸に対して前記第１容量性遮蔽体から前記円周方向に９０°オフセットされ、前記第２群に対して軸方向に移動可能であって、前記第２群と重なる量が調整可能な第２容量性遮蔽体と、
   を備えたコイル装置。
2. 前記コイルが、前記第１終端領域で前記長手軸周りに配設された第１環状導体と、前記第２終端領域で前記長手軸周りに配設された第２環状導体とを具備し、
   前記複数の軸方向導体がそれぞれ、前記第１環状導体と重なるように、前記第１環状導体からある半径方向距離に配設された第１軸端部と、前記第２環状導体と重なるように、前記第２環状導体からある半径方向距離に配設された第２軸端部とを具備し、
   前記第１容量性遮蔽体が、前記第２環状導体および前記軸方向導体の前記第１群の前記第２軸端部と重なるように配設され、前記第２環状導体および前記第１群に対して軸方向に移動可能であって、前記第２環状導体および前記第１群と重なる量が調整可能であり、
   前記第２容量性遮蔽体が、前記第２環状導体および前記軸方向導体の前記第２群の前記第２軸端部と重なるように配設され、前記当該第２環状導体および前記第２群に対して軸方向に移動可能であって、前記第２環状導体および前記第２群と重なる量が調整可能であることを特徴とする、請求項１に記載のコイル装置。
3. 前記複数の軸方向導体が、前記第１環状導体および前記第２環状導体よりも大きな前記長手軸からの半径方向距離で配設されており、前記同調リングが、前記複数の軸方向導体よりも大きな前記長手軸からの半径方向距離で配設されており、前記第１容量性遮蔽体および前記第２容量性遮蔽体が、前記複数の軸方向導体よりも大きな前記長手軸からの半径方向距離で配設されていることを特徴とする、請求項２に記載のコイル装置。
4. 前記第１容量性遮蔽体および前記第２容量性遮蔽体に結合され、駆動入力に応じて前記第１容量性遮蔽体および前記第２容量性遮蔽体を同時に移動させるように構成された連結体を具備する調整機構をさらに備えた、請求項１に記載のコイル装置。
5. 前記第１容量性遮蔽体および前記第２容量性遮蔽体に結合され、駆動入力に応じて前記第１容量性遮蔽体および前記第２容量性遮蔽体を軸上で反対方向に移動させるように構成された連結体を具備する調整機構をさらに備えた、請求項１に記載のコイル装置。
6. 前記第１容量性遮蔽体および前記第２容量性遮蔽体に結合され、前記第１容量性遮蔽体および前記第２容量性遮蔽体を個別に移動させるように構成された調整機構をさらに備えた、請求項１に記載のコイル装置。
7. 前記長手軸と平行に配設され、前記第１容量性遮蔽体が移動可能に接続された第１細長部材と、前記長手軸と平行に配設され、前記第２容量性遮蔽体が移動可能に接続された第２細長部材とをさらに備えた、請求項１に記載のコイル装置。
8. 前記第１細長部材がネジ部を備え、前記第１容量性遮蔽体が前記第１細長部材の前記ネジ部と係合するネジ部を備え、前記第２細長部材がネジ部を備え、前記第２容量性遮蔽体が前記第２細長部材の前記ネジ部と係合するネジ部を備え、前記第１細長部材の回転によって前記第１容量性遮蔽体が移動されるとともに、前記第２細長部材の回転によって前記第２容量性遮蔽体が移動されることを特徴とする、請求項７に記載のコイル装置。
9. 前記第１容量性遮蔽体と当該コイル装置との間に結合された第１停止機構と、前記第２容量性遮蔽体と当該コイル装置との間に結合された第２停止機構とをさらに備えた、請求項１に記載のコイル装置。
10. 前記第１停止機構および前記第２停止機構がそれぞれ、当該コイル装置に形成された各開口内で軸方向に移動可能な第１停止部材および第２停止部材を具備し、各停止部材と各開口の縁部との接触によって、対応する前記容量性遮蔽体の軸方向の移動限界が規定されることを特徴とする、請求項９に記載のコイル装置。
11. 前記第１停止機構および前記第２停止機構がそれぞれ、前記第１終端領域および前記第２終端領域の間で前記コイルが占める空間として規定されるコイル視野内への前記第１容量性遮蔽体および前記第２容量性遮蔽体の移動を防止するように位置していることを特徴とする、請求項１０に記載のコイル装置。
12. 前記長手軸に対して前記第１容量性遮蔽体から１８０°オフセットされた点で前記コイルに作用する第１インピーダンス整合回路と、前記第２容量性遮蔽体から１８０°オフセットされた点で前記コイルに作用する第２インピーダンス整合回路とをさらに備えた、請求項１に記載のコイル装置。
13. コイルが無線信号の送信または受信を行う周波数を同調する方法であって、前記コイルが、第１終端領域と、前記コイルの長手軸に対して前記第１終端領域から軸方向に離間された第２終端領域と、前記長手軸を中心とする円周方向に配置され、前記第１終端領域および前記第２終端領域の間で延びる複数の軸方向導体とを備えており、当該方法は、
    前記長手軸に対して容量性同調リングを軸方向に移動させて、前記第１終端領域での前記複数の軸方向導体と重なる量を調整することと、
    前記第２終端領域において前記長手軸に対して第１容量性遮蔽体を軸方向に移動させて、前記軸方向導体の第１群と前記第１容量性遮蔽体とが重なる量を調整することと、
    前記第１容量性遮蔽体に対して相対移動可能な第２容量性遮蔽体を前記第２終端領域において前記長手軸に対して軸方向に移動させて、前記長手軸に対して前記軸方向導体の第１群から９０°離して配置された第２群と前記第２容量性遮蔽体とが重なる量を調整することと、
    を含む方法。
14. 前記コイルを動作させて、直角位相で、２つの信号の送信または受信を行うことをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記第１容量性遮蔽体および前記第２容量性遮蔽体の移動が同時に行われることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
16. 前記第１容量性遮蔽体が第１の軸方向に移動され、前記第２容量性遮蔽体が前記第１の方向とは反対の第２の軸方向に移動されることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
17. 前記第１容量性遮蔽体および前記第２容量性遮蔽体の移動が個別に行われることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
18. 前記第１容量性遮蔽体および前記第２容量性遮蔽体を移動させることが、単一の調整機構を駆動させて、前記第１容量性遮蔽体および前記第２容量性遮蔽体を同時に移動させることを含む、請求項１３に記載の方法。
19. 前記第１容量性遮蔽体および前記第２容量性遮蔽体を移動させることが、単一の調整機構を単一の方向に駆動させて、前記第１容量性遮蔽体を第１の軸方向に移動させるとともに、前記第２容量性遮蔽体を第２の軸方向に移動させることを含む、請求項１３に記載の方法。
20. 前記第１終端領域および前記第２終端領域の間で前記コイルが占める空間として規定されるコイル視野内への前記第１容量性遮蔽体および前記第２容量性遮蔽体の移動ができないように、前記第１容量性遮蔽体および前記第２容量性遮蔽体の移動を規制することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。

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