JP6048868B2 - 核磁気共鳴現象測定用ｒｆコイル - Google Patents
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Description
本発明は、核磁気共鳴現象を励起または検出するためのＲＦコイルに関する。
核磁気共鳴現象（ＮＭＲ: Nuclear Magnetic Resonance）を利用した装置として、ＮＭＲ装置やＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）装置が実用化されている。磁場中におかれた原子核はゼーマン分裂を起こして、複数のエネルギー準位に分かれる。これらの準位のエネルギー差に相当するエネルギー（周波数によって決定される）を電磁波によって与えることで、エネルギーの吸収と放出が発生する。この現象が核磁気共鳴現象である。ＮＭＲ装置やＭＲＩ装置は、物理学、化学の分野に限られず、生物学、医学、薬学、農学、食品科学、材料科学、化学工業などの様々な分野で幅広く利用されている。例えば、有機化学などにおける構造決定や同定、タンパク質などの立体構造解析や分子間相互作用解析、医療用ＭＲＩなどである。
これらの装置は、同一同位体種の原子核でも試料中での各原子周囲の磁気的環境によって生じるわずかな周波数変化や核磁気共鳴の緩和現象を測定することができる。これにより、化学シフト、信号強度（定量）、緩和時間、スピン結合、ＮＯＥ（Nuclear Overhauser Effect: 核オーバーハウザー効果）などの情報を得ることができる。これらの情報か
ら分子構造、分子間相互作用、運動性などを求めることが可能である。このように、非侵襲的に原子レベルの測定が可能であるという利点がある。一方、測定信号が弱い（感度が悪い）という問題がある。これは、ゼーマン分裂によるエネルギー差は非常に小さく、それぞれのエネルギー準位の占有数はボルツマン分布に依存するためである。
ら分子構造、分子間相互作用、運動性などを求めることが可能である。このように、非侵襲的に原子レベルの測定が可能であるという利点がある。一方、測定信号が弱い（感度が悪い）という問題がある。これは、ゼーマン分裂によるエネルギー差は非常に小さく、それぞれのエネルギー準位の占有数はボルツマン分布に依存するためである。
信号強度は、磁場強度の３／２乗に比例するため、ＮＭＲ装置やＭＲＩ装置において磁場強度を向上させる開発が行われてきた。現在は、残余磁気双極子間相互作用の観測や、ＴＲＯＳＹ効果、四極子核の観測などでは２３．５Ｔ（1Ｈの共鳴周波数で１ＧＨｚ）以
上の強磁場が必要とされている。そのため、今後も超電導磁石の開発による磁場強度の向上が続けられていくと予想できる。
上の強磁場が必要とされている。そのため、今後も超電導磁石の開発による磁場強度の向上が続けられていくと予想できる。
核磁気共鳴現象を発生させるには、超電導磁石などによる静磁場と直交する向きに核磁気共鳴周波数の信号を送受信するアンテナ（ＲＦコイル）が必要となる。パワーアンプから高周波信号をこのＲＦコイルに送信し測定試料に高周波磁場（Ｂ1磁場）を照射するこ
とで励起状態を作り出し、測定試料から発生するＮＭＲ信号をＲＦコイルによって受信する。
とで励起状態を作り出し、測定試料から発生するＮＭＲ信号をＲＦコイルによって受信する。
ＮＭＲ装置やＭＲＩ装置に用いられる従来のＲＦコイルとして、図１９に示すような形状のＲＦコイルが知られている。図１９（Ａ）は非特許文献１などで紹介されており、Ａｌｄｅｒｍａｎ−Ｇｒａｎｔ型と称される。図１９（Ｂ）は、非特許文献２などで紹介されており、鞍型と称される。これらのＲＦコイルは巻き数１ターンのコイルである。ＲＦコイルの巻き数を増やすと自己共振周波数が低くなってしまい、高い周波数ではＲＦコイルとして利用できないためである。
自己共振周波数（Self Resonance Frequency）とは、コイルがコイルとして振る舞える最大の周波数である。コイルには望まなくても浮遊キャパシタンスが存在し、これとの間で並列共振を起きるため自己共振が生じる。自己共振周波数よりも高い周波数では、コイルはコイルとして機能せずコンデンサとして機能してしまう。
Alderman DW, Grant DM. "Efficient Decoupler Coil Design which Reduces Heating in Conductive Samples in Superconducting Spectrometers", Journal of Magnetic Resonance, 1979;36:447-451.
Gerald J. Kost, et. al., "A Cylindrical-Window NMR Probe with Extended Tuning Range for Studies of the Developing Heart", Journal of Magnetic Resonance, 1989;82:238-252.
９００ＭＨｚ程度のＮＭＲ装置では、図１９に示した形状のＲＦコイルが用いられているが、このＲＦコイルの自己共振周波数は９００ＭＨｚから１ＧＨｚ程度である。核磁気共鳴周波数が１ＧＨｚ（静磁場強度で２３．５Ｔ）を超える場合には、９００ＭＨｚ用のＲＦコイルをそのまま利用することができない。したがって、ＲＦコイルの自己共振周波数を従来よりも高くする必要がある。
なお、ＲＦコイルの自己共振周波数の高周波化は、１ＧＨｚ超のＮＭＲ装置のみに要請されるわけではない。ＲＦコイルの自己共振周波数は、ＲＦコイルの大きさやその他の要因によっても規定される。したがって、１ＧＨｚよりも低い共鳴周波数を用いるＮＭＲ装置やＭＲＩ装置においても、磁場強度の向上により核磁気共鳴周波数が高くなれば、いずれ自己共振周波数の限界に到達してしまう。
自己共振周波数の向上させるための最も簡単な方法は、ＲＦコイルや測定試料の直径を小さくすることである。しかしこの方法では、測定感度の低下につながるため好ましくない。また、他の方法として垂直バンド部とガードリングの距離を離すという手法もあるが、キャパシタンス成分の低下により自己共振周波数は向上するものの、測定試料空間の直径は変化せずコイルの直径が大きくなり、これによりコイルと測定試料の距離が離れてしまう。また、高周波磁場が照射されてしまう測定試料が存在しない空間も大きくなりＲＦコイルの効率が低下し、コイルの性能が低下してしまう。
このような課題を考慮し、本発明の目的は、測定感度の低下を招くことなく、従来よりも高い自己共振周波数を有する核磁気共鳴現象測定用のＲＦコイルを提供することにある。
本発明にかかるＲＦコイルは、核磁気共鳴現象を励起または検出するためのＲＦコイルであって、
外形がほぼ円筒形または楕円筒形または多角筒形をしており、前記円筒または楕円筒または多角筒の軸方向に離間して設けられた２つのガードリングと、
前記軸方向に延びるほぼ直線形状の第１および第２の垂直バンド部であって、互いに対向して設けられた第１および第２の垂直バンド部と、
を備え、
各ガードリング位置において、
（１）前記第１および第２の垂直バンド部の両方が、ほぼ直線形状またはテーパ形状（順テーパと逆テーパを含む）のストレート型、または、
（２）前記第１および第２の垂直バンド部の両方が、ほぼ直線形状またはテーパ形状のストレート型であり、かつ、ガードリングの周面に対向する位置であり前記第１および第２の垂直バンドの間に、これらの垂直バンド部と分離して分離ウィング部が設けられた分離ウィング型、または、
（３）前記第１および第２の垂直バンド部の一方は、ほぼ直線形状またはテーパ形状であり、他方の垂直バンド部は、ガードリングに沿って前記一方の垂直バンド部に突出するウィング部を有する非対称ウィング型、または、
（４）前記第１および第２の垂直バンド部が、ガードリングの周面に対向して設けられた接続部によって接続されている接続型、
のいずれかの構造をとる。
外形がほぼ円筒形または楕円筒形または多角筒形をしており、前記円筒または楕円筒または多角筒の軸方向に離間して設けられた２つのガードリングと、
前記軸方向に延びるほぼ直線形状の第１および第２の垂直バンド部であって、互いに対向して設けられた第１および第２の垂直バンド部と、
を備え、
各ガードリング位置において、
（１）前記第１および第２の垂直バンド部の両方が、ほぼ直線形状またはテーパ形状（順テーパと逆テーパを含む）のストレート型、または、
（２）前記第１および第２の垂直バンド部の両方が、ほぼ直線形状またはテーパ形状のストレート型であり、かつ、ガードリングの周面に対向する位置であり前記第１および第２の垂直バンドの間に、これらの垂直バンド部と分離して分離ウィング部が設けられた分離ウィング型、または、
（３）前記第１および第２の垂直バンド部の一方は、ほぼ直線形状またはテーパ形状であり、他方の垂直バンド部は、ガードリングに沿って前記一方の垂直バンド部に突出するウィング部を有する非対称ウィング型、または、
（４）前記第１および第２の垂直バンド部が、ガードリングの周面に対向して設けられた接続部によって接続されている接続型、
のいずれかの構造をとる。
本発明の一態様にかかるＲＦコイルは、上記のストレート型同士の組合せであり、
外形がほぼ円筒形または楕円筒形または多角筒形をしており、前記円筒または楕円筒または多角筒の軸方向に離間して設けられた２つのガードリングと、
前記軸方向に延びるほぼ直線形状またはテーパ形状の第１および第２の垂直バンド部であって、互いに対向して設けられた第１および第２の垂直バンド部と、
を備える。
外形がほぼ円筒形または楕円筒形または多角筒形をしており、前記円筒または楕円筒または多角筒の軸方向に離間して設けられた２つのガードリングと、
前記軸方向に延びるほぼ直線形状またはテーパ形状の第１および第２の垂直バンド部であって、互いに対向して設けられた第１および第２の垂直バンド部と、
を備える。
本発明の別の一態様にかかるＲＦコイルは、上記の分離ウィング型同士の組合せであり、
外形がほぼ円筒形または楕円筒形または多角筒形をしており、前記円筒または楕円筒または多角筒の外形がほぼ円筒形であり、軸方向に離間して設けられた２つのガードリングと、
前記軸方向に延びるほぼ直線形状またはテーパ形状の第１および第２の垂直バンド部であって、互いに対向して設けられた第１および第２の垂直バンド部と、
を備え、
前記ガードリングの周面と対向する位置であり、前記第１および第２の垂直バンド部の間に、これらの垂直バンド部と分離して設けられた分離ウィング部をさらに備える。
外形がほぼ円筒形または楕円筒形または多角筒形をしており、前記円筒または楕円筒または多角筒の外形がほぼ円筒形であり、軸方向に離間して設けられた２つのガードリングと、
前記軸方向に延びるほぼ直線形状またはテーパ形状の第１および第２の垂直バンド部であって、互いに対向して設けられた第１および第２の垂直バンド部と、
を備え、
前記ガードリングの周面と対向する位置であり、前記第１および第２の垂直バンド部の間に、これらの垂直バンド部と分離して設けられた分離ウィング部をさらに備える。
上記のＲＦコイルにおいて、前記２つのガードリングは、前記分離ウィング部と対向する位置において、分割されている、ことも好ましい。
また、前記分離ウィング部は、前記第１および第２の垂直バンド部と比較して、前記ガードリングからより離れた位置に設けられる、ことも好ましい。
また、前記第１および第２の垂直バンド部の軸方向の長さは、前記２つのガードリングの上端と下端の間の長さよりも短く、ガードリングの上端または下端において前記第１および第２の垂直バンドと対向しない部分を有する、ことも好ましい。
また、前記第１および第２の垂直バンドと対向しないガードリングの上端または下端において、前記分離ウィング部を接続する接続部が前記ガードリングの周面と対向する位置に設けられる、ことも好ましい。
また、本発明の別の一態様にかかるＲＦコイルは、上記の非対称ウィング型同士の組合せであり、
外形がほぼ円筒形または楕円筒形または多角筒形をしており、前記円筒または楕円筒または多角筒の軸方向に離間して設けられた２つのガードリングと、
前記軸方向に延びるほぼ直線形状またはテーパ形状の第１および第２の垂直バンド部であって、互いに対向して設けられた第１および第２の垂直バンド部と、
を備え、
前記第１の垂直バンド部は、一方のガードリング付近において、当該ガードリングに沿って前記第２の垂直バンド部に向かって突出する第１のウィング部を有し、前記一方のガードリングとは異なる他方のガードリング付近においてほぼ直線形状またはテーパ形状であり、
前記第２の垂直バンド部は、前記他方のガードリング付近において、当該ガードリングに沿って前記第１の垂直バンド部に向かって突出する第２のウィング部を有し、前記一方のガードリング付近においてほぼ直線形状またはテーパ形状である。
外形がほぼ円筒形または楕円筒形または多角筒形をしており、前記円筒または楕円筒または多角筒の軸方向に離間して設けられた２つのガードリングと、
前記軸方向に延びるほぼ直線形状またはテーパ形状の第１および第２の垂直バンド部であって、互いに対向して設けられた第１および第２の垂直バンド部と、
を備え、
前記第１の垂直バンド部は、一方のガードリング付近において、当該ガードリングに沿って前記第２の垂直バンド部に向かって突出する第１のウィング部を有し、前記一方のガードリングとは異なる他方のガードリング付近においてほぼ直線形状またはテーパ形状であり、
前記第２の垂直バンド部は、前記他方のガードリング付近において、当該ガードリングに沿って前記第１の垂直バンド部に向かって突出する第２のウィング部を有し、前記一方のガードリング付近においてほぼ直線形状またはテーパ形状である。
また、本発明の別の一態様にかかるＲＦコイルは、上記の非対称ウィング型同士の組合せの変形であり、
核磁気共鳴現象を励起または検出するためのＲＦコイルであって、
外形がほぼ円筒形または楕円筒形または多角形筒形をしており、前記円筒または楕円筒または多角筒の軸方向に離間して設けられた２つのガードリングと、
前記軸方向に延びるほぼ直線形状またはテーパ形状の第１および第２の垂直バンド部であって、互いに対向して設けられた第１および第２の垂直バンド部と、
を備え、
前記第１の垂直バンド部は、前記２つのガードリング付近において、ほぼ直線形状またはテーパ形状であり、
前記第２の垂直バンド部は、前記２つのガードリング付近において、各ガードリングに沿って前記第１の垂直バンド部に向かって突出するウィング部をそれぞれ有する。
核磁気共鳴現象を励起または検出するためのＲＦコイルであって、
外形がほぼ円筒形または楕円筒形または多角形筒形をしており、前記円筒または楕円筒または多角筒の軸方向に離間して設けられた２つのガードリングと、
前記軸方向に延びるほぼ直線形状またはテーパ形状の第１および第２の垂直バンド部であって、互いに対向して設けられた第１および第２の垂直バンド部と、
を備え、
前記第１の垂直バンド部は、前記２つのガードリング付近において、ほぼ直線形状またはテーパ形状であり、
前記第２の垂直バンド部は、前記２つのガードリング付近において、各ガードリングに沿って前記第１の垂直バンド部に向かって突出するウィング部をそれぞれ有する。
このような構成を採用することで、ＲＦコイルのインダクタンスを下げたり、試料とＲＦコイルの距離を遠くしたりすることなく、キャパシタンスを低下させることができる。したがって、信号強度の低下を招くことなく、ＲＦコイルの自己共振周波数を高くすることができる。
また、上記の非対称ウィング型の組合せまたはその変形にかかるＲＦコイルにおいて、前記第１および第２の垂直バンド部がほぼ直線形状またはテーパ形状をとる端部の軸方向の長さは対向する垂直バンド部の軸方向の長さよりも短く、前記ガードリングの端部はほぼ直線形状またはテーパ形状をとる垂直バンド部と対向しない部分を有する、ことも好ましい。
また、前記垂直バンドと対向しないガードリングの端部において、前記ウィング部を接続する接続部が前記ガードリングの周面と対向する位置に設けられる、ことも好ましい。
また、本発明の別の一態様にかかるＲＦコイルは、上記の非対称ウィング型同士の組合せのさらなる変形であり、
外形がほぼ円筒形または楕円筒形または多角筒形をしており、前記円筒または楕円筒または多角筒の軸方向に離間して設けられた２つのガードリングと、
前記軸方向に延びるほぼ直線形状またはテーパ形状の第１および第２の垂直バンド部であって、互いに対向して設けられた第１および第２の垂直バンド部と、
を備え、
前記第１および第２の垂直バンド部は、前記２つのガードリング付近において、各ガードリングに沿って他方の垂直バンド部に向かって突出するウィング部をそれぞれ有し、
前記ガードリングの周方向において互いに対向する前記第１の垂直バンド部のウィング部と前記第２の垂直バンド部のウィングの周方向の長さが、互いに異なる。
外形がほぼ円筒形または楕円筒形または多角筒形をしており、前記円筒または楕円筒または多角筒の軸方向に離間して設けられた２つのガードリングと、
前記軸方向に延びるほぼ直線形状またはテーパ形状の第１および第２の垂直バンド部であって、互いに対向して設けられた第１および第２の垂直バンド部と、
を備え、
前記第１および第２の垂直バンド部は、前記２つのガードリング付近において、各ガードリングに沿って他方の垂直バンド部に向かって突出するウィング部をそれぞれ有し、
前記ガードリングの周方向において互いに対向する前記第１の垂直バンド部のウィング部と前記第２の垂直バンド部のウィングの周方向の長さが、互いに異なる。
本発明において、前記第１および第２の垂直バンド部と前記ガードリングとの間の距離は、端部においてより大きくすることも好ましい。
本発明において、第１および第２の垂直バンド部の軸と垂直な断面形状は、円弧形状（真円弧と楕円弧を含む）であっても良いし、一つの平板としても良く、また、複数の平板を組み合わせた形状としても良い。
また、本発明において、第１および第２の垂直バンド部は、ガードリングの外側に設けられても良いし、内側に設けられても良い。
また、本発明において、第１および第２の垂直バンド部は、ガードリングの周面と対向しない部分に、スリット部を有しても良い。
本発明によれば、従来よりも高い自己共振周波数を有する核磁気共鳴現象測定用のＲＦコイルを実現することができる。
図１８Ａは、本実施形態にかかるＮＭＲ装置１００の概要を示す図である。超電導磁石１０１の内部には、超伝導線により主コイル１０２が巻回されている。主コイル１０２は、通常、液体ヘリウム等を蓄えることができる断熱容器（不図示）中に置かれ、転移温度以下に冷却されている。ＮＭＲプローブ１０３は、このような磁石の外側に配置されるベース部と、磁石の内部に挿入される筒状部とから構成される。筒状部は、通常、超電導磁石１０１の中心軸に沿って貫通された筒状の穴１０４に向けて下側の開口部から上方向に向けて挿入される。
図１８Ｂは、ＮＭＲプローブ１０３の内部構造を示す図である。ＮＭＲプローブ１０３には測定対象の溶液試料を入れたサンプル管が上方から挿入される。ＮＭＲプローブ１０３には、超電導磁石１０１が作る静磁場Ｂ0と垂直方向の磁場Ｂ1を印加するために、ＲＦコイル１０６が組み込まれている。ＲＦコイル１０６から高周波磁場Ｂ1を試料に送信し
て核磁気共鳴現象を励起し、緩和現象に伴って生じる電磁波（ＮＭＲ信号）をＲＦコイル
１０６によって検出（受信）する。なお、標準的に使われるサンプル管の直径は５ｍｍであり、したがってＲＦコイル１０６の直径は５ｍｍより大きく通常ＲＦコイルの最小内径が５．４ｍｍから１０ｍｍの間である。である。ＲＦコイル１０６が作る横向き磁場の周波数は、静磁場強度に比例する。例えば、静磁場強度が２４．２Ｔであれば、１．０３ＧＨｚの磁場が必要となる。
て核磁気共鳴現象を励起し、緩和現象に伴って生じる電磁波（ＮＭＲ信号）をＲＦコイル
１０６によって検出（受信）する。なお、標準的に使われるサンプル管の直径は５ｍｍであり、したがってＲＦコイル１０６の直径は５ｍｍより大きく通常ＲＦコイルの最小内径が５．４ｍｍから１０ｍｍの間である。である。ＲＦコイル１０６が作る横向き磁場の周波数は、静磁場強度に比例する。例えば、静磁場強度が２４．２Ｔであれば、１．０３ＧＨｚの磁場が必要となる。
高周波磁場を作成するためには、ＲＦコイル１０６の自己共振周波数はその周波数以上でなければならない。自己共振周波数は、コイルがコイルとして振る舞える最大の周波数である。コイルには浮遊キャパシタンスが存在し、これとの間で並列共振が起きるため自己共振が生じる。ＲＦコイル１０６の自己共振周波数は、以下の式で表される。
ここで、Ｌはコイルのインダクタンス、Ｃはコイルのキャパシタンスである。
自己共振周波数を大きくするための解決策として、ＲＦコイルを小さくしたり、ターン数を減らしたりすることによって、Ｌを小さくすることが考えられる。ＲＦコイルを小型化すると、従来使用されている５ｍｍのサンプル管が利用できなくなるという問題がある。また、ターン数はすでに１ターンでありこれ以上減らすことはできない。また、ＲＦコイルを小型化して自己共振周波数を上昇させても、サンプル量が減ってしまうため測定感度が悪化してしまう。
したがって、自己共振周波数を大きくする解決策としては、ＲＦコイルの大きさを変えることなく、キャパシタンスを減少させる必要がある。図１９に示すような、Ａｌｄｅｒｍａｎ−Ｇｒａｎｔ型コイルのキャパシタンス成分は、垂直バンド部のウィング部が向かい合っている部分に発生するキャパシタンス、垂直バンド部とガードリングの間に発生するキャパシタンス、ＲＦコイルと周囲の金属間に発生する浮遊キャパシタンスからなる。Ａｌｄｅｒｍａｎ−Ｇｒａｎｔ型コイルの等価回路を図２０に示す。このように、２つのインダクタンスＬR，ＬLの間には、垂直バンド部のウィング部が向かい合っている部分のキャパシタンスＣLRと、垂直バンド部とガードリングの間のキャパシタンスが並列に接続されることになる。なお、垂直バンド部とガードリングの間のキャパシタンスは、一方の垂直バンド部とガードリングの間のキャパシタンスＣLGおよび他方の垂直バンド部とガードリングの間のキャパシタンスＣRGが直列に接続された構成になっている。ＲＦコイルの自己共振周波数を向上させるためには、これらのキャパシタンスＣLR，ＣRG，ＣLGのうち少なくともいずれかを小さくすることが必要である。
なお、垂直バンド部とガードリングの間に発生するキャパシタンスを減少させるために、垂直バンド部とガードリングの距離を離すという手法もある。しかし、そうするとコイルと測定試料の距離が離れてしまい、高周波磁場が照射される測定試料が存在しない空間も大きくなってＲＦコイルの効率が低下してしまう。したがって、本発明においては、この方法以外によって、ＲＦコイルのキャパシタンス成分を低下させる。
以下、性能を下げることなく自己共振周波数を向上させたＲＦコイルのいくつかの具体的な実施形態について説明する。
＜第１の実施形態：ストレート型＞
図１Ａに、第１の実施形態にかかるＲＦコイルの外観を示す。本実施形態では、Ａｌｄｅｒｍａｎ−Ｇｒａｎｔ型コイルのウィング部を除去し、垂直バンド部とガードリングの
間の極板面積を減少させることで、キャパシタンスを減少させる。なお、本実施形態にかかるＲＦコイルを、本明細書中では「ストレート型」と称する。
図１Ａに、第１の実施形態にかかるＲＦコイルの外観を示す。本実施形態では、Ａｌｄｅｒｍａｎ−Ｇｒａｎｔ型コイルのウィング部を除去し、垂直バンド部とガードリングの
間の極板面積を減少させることで、キャパシタンスを減少させる。なお、本実施形態にかかるＲＦコイルを、本明細書中では「ストレート型」と称する。
本実施形態にかかるＲＦコイル１０は、大略、上部ガードリング１１、下部ガードリング１２、および２つの垂直バンド部１３，１４から構成される。なお、本明細書中において、上下方向とは、超電導磁石１０１が作る静磁場の方向を意味し、図１８に示すようなＮＭＲ装置では鉛直方向を意味する。また、左右方向とは、静磁場の方向と垂直な方向を意味する。ただし、ＮＭＲ装置（あるいはＭＲＩ装置）の構成によっては、静磁場の向きが鉛直方向以外（例えば、水平方向）になる場合もあるので、その場合は本明細書における向きについての用語を適宜読み替えればよい。
ガードリング１１，１２は、それぞれ円筒形（楕円筒形を含む）をしており、円筒の軸方向に離間して同軸に配置されている。また、垂直バンド部１３，１４は、ガードリング１１，１２の外側に配置され、それぞれが上下方向に延びる。垂直バンド部１３，１４は、ガードリング１１，１２の外側に配置され、互いの垂直バンド部は対向している。また、本実施形態では、垂直バンド１３，１４は、ガードリング１１，１２の外周に沿うように、垂直断面形状は円弧状（楕円弧上を含む）である。また本実施形態においては、垂直バンド部１３，１４の上端位置と上部ガードリング１１の上端位置は一致し、垂直バンド部１３，１４の下端位置と下部ガードリング１２の下端位置は一致する。ただし、垂直バンド部の端部位置とガードリングの端部位置を一致させることは必要ではなく、これらの位置を異なるようにしても構わない。
垂直バンド部１３，１４とガードリング１１，１２の間には、石英管などの筒状の誘電体（不図示）が設けられる。ただし、これはＲＦコイルの形状の維持を目的とするためのものであり、電磁気的には必須ではない。したがって、ＲＦコイルが自立するだけの強度があれば筒状誘電体を省略しても構わない。
コイルに対する給電は任意の方法で行えば良い。例えば、垂直バンド部とガードリングから給電しても良いし、２つの垂直バンド部から給電を行っても良いし、２つのガードリングから給電を行っても良い。
本実施形態における垂直バンド部１３，１４は、円周方向端部の形状が直線状となっている点で、ガードリング付近でウィング部が設けられるＡｌｄｅｒｍａｎ−Ｇｒａｎｔ型コイルと異なる。なお、本実施形態における垂直バンド部の軸方向の先端部はテーパ形状であっても良いが、ガードリングが存在しない部分（以下、本明細書では「窓」と称する）では、直線形状にすることが好ましい。
このような構成を採用することで、垂直バンド部とガードリングの間の極板面積が減少し、キャパシタンスが小さくなるため、自己共振周波数を向上させることができる。この際、コイルサイズやインダクタンスは減少しないので、測定感度の減少も伴わない。また、窓の部分において、電流が流れる縁部分で角が無いので、損失が生じないという利点もある。また、ＲＦコイルの形状が単純であり、静磁場（Ｂ0）磁場均一度を乱しにくいと
いう利点もある。さらに、形状が単純であるため、製造が容易であるという利点もある。
いう利点もある。さらに、形状が単純であるため、製造が容易であるという利点もある。
本実施形態にかかるＲＦコイルの特性をシミュレーションによって解析した結果を図２に示す。図２は、ＲＦコイルに給電ポートを取り付けたときの周波数ごとの複素インピーダンスを表示しており、通常スミスチャートと呼ばれている。
まず、実施したシミュレーション方法について説明する。シミュレーションにはＣＳＴ社の３次元高周波電磁界シミュレーションソフトＭＩＣＲＯＷＡＶＥ ＳＴＵＤＩＯを用
いて過渡応答解析を行った。ＲＦコイルの二つの垂直バンドの下部それぞれに短いワイヤを取り付け、何も接続されていない二つのワイヤ端同士をつなぐように５０Ωにマッチングされた平衡型の給電用ポートを取り付けた。この解析では、給電ポートから高周波パルスを入力しそれに対するＲＦコイルの応答を、時間領域の電磁界解析手法であるＦＤＴＤ法を用いて計算を行う。時間領域のパルス入力と結果をフーリエ変換すれば周波数領域の結果を得ることができる。得ることができる結果は、解析対象内の周波数ごとの磁場分布、電場分布、電流分布、それらによるエネルギーの蓄積や損失の発生、給電ポートに対応する応答として周波数ごとの複素インピーダンス（スミスチャート）などである。得られたスミスチャートを解析することでＲＦコイルの自己共振周波数を求めることができる。また、上記の結果を組み合わせることでＲＦコイルの性能を評価することも可能である。
いて過渡応答解析を行った。ＲＦコイルの二つの垂直バンドの下部それぞれに短いワイヤを取り付け、何も接続されていない二つのワイヤ端同士をつなぐように５０Ωにマッチングされた平衡型の給電用ポートを取り付けた。この解析では、給電ポートから高周波パルスを入力しそれに対するＲＦコイルの応答を、時間領域の電磁界解析手法であるＦＤＴＤ法を用いて計算を行う。時間領域のパルス入力と結果をフーリエ変換すれば周波数領域の結果を得ることができる。得ることができる結果は、解析対象内の周波数ごとの磁場分布、電場分布、電流分布、それらによるエネルギーの蓄積や損失の発生、給電ポートに対応する応答として周波数ごとの複素インピーダンス（スミスチャート）などである。得られたスミスチャートを解析することでＲＦコイルの自己共振周波数を求めることができる。また、上記の結果を組み合わせることでＲＦコイルの性能を評価することも可能である。
シミュレーションと実際に製作したＲＦコイルの測定値を比較する際には、垂直バンド部と石英管などの筒状の誘電体の間、石英管などの筒状の誘電体とガードリングの間に発生する隙間の大きさ（通常０．１ｍｍ未満）まで考慮してシミュレーションを行うとより精度よく解析を行うことができるが、計算メッシュ数が膨大になり計算時間が長くなるため、このような計算は通常行わない。また、隙間等の大きさを考慮したシミュレーションでも、考慮しないシミュレーションでも、RFコイルの形状に依存する自己共振周波数の変化等のような相対値におおよそ乖離は無い。従って、隙間等の大きさを考慮しないシミュレーションによっても精度良く計算することができ、結果は信頼のおけるものである。一方、ＲＦコイルをＮＭＲ装置やＭＲＩ装置で使用する場合、測定試料によってＲＦコイルの共振周波数が変わってしまう。これに対応するために調整用のトリマコンデンサをＲＦコイルに接続することが一般的に行われている。この調整用トリマコンデンサを取り付けるとキャパシタンスが増えるため共振周波数が低下する。したがって、実際のＲＦコイルの設計、解析、製作ではこれらを考慮してＲＦコイルの共振周波数を決定する必要がある。
スミスチャートでは、周波数ごとの複素インピーダンスがひとつの点で表示される。周波数が上昇するにつれて、その点は通常時計回りに移動していく。ある素子のある周波数の複素インピーダンスを示す点がスミスチャートの上半分に存在する場合、その素子はその周波数ではインダクタンス的に振舞うことを示しており、下半分に存在する場合キャパシタンス的に振舞うことを示している。
実際の素子やそれを解析するシミュレーションの場合、複素インピーダンスが複雑に変化し周波数を上昇させるとスミスチャート上で時計回りに何周もすることがある。これはその素子が周波数領域ごとにさまざまな磁場、電場、電流分布（モード）を持っていることを示している。ＲＦコイルの場合も同様のことが起こるが、ＲＦコイルとして静磁場に垂直な向きに高周波磁場を効率よく作ることができるのは最初のモード、つまりスミスチャートの上半分に存在する周波数領域のうち一番低い周波数領域である。したがって、ＲＦコイルとして使用できる限界を示す自己共振周波数は、周波数の上昇に連れてスミスチャート上を時計周りに回る複素インピーダンスのうち一番最初に右端中央を上から下へ通過する点に対応する周波数となる。
また、別の見方をすると、本実施形態にかかるＲＦコイルはインダクタンス（Ｌ）とキャパシタンス（Ｃ）の並列共振回路とみなすことができる。ＬＣ並列共振回路の場合共振周波数では複素インピーダンスが無限大となるため、スミスチャート上では右端中央に位置することになる。
本実施形態にかかるＲＦコイルのうち、５ｍｍのＮＭＲ試料管用に設計したＲＦコイルについて上記の方法により自己共振周波数を求めた。その結果は、１０６６ＭＨｚであった。一方、従来型の垂直バンドが二つに分割されたＡｌｄｅｒｍａｎ−Ｇｒａｎｔ型で同
様の直径で設計したＲＦコイルの場合、自己共振周波数は８４２ＭＨｚという結果が得られた。したがって、自己共振周波数が２２４ＭＨｚと大幅に上昇しより高い周波数で使用することができることが確認できた。
様の直径で設計したＲＦコイルの場合、自己共振周波数は８４２ＭＨｚという結果が得られた。したがって、自己共振周波数が２２４ＭＨｚと大幅に上昇しより高い周波数で使用することができることが確認できた。
＜第１の実施形態の変形例＞
第１の実施形態では、垂直バンド部の形状を直線形状として説明したが、図１Ｂに示すように、軸方向の先端部１３ｕ，１３ｂ，１４ｕ，１４ｂにおいて先端ほど幅が狭い先細り形状（順テーパ形状）としても良い。図１Ｂに示すように、ガードリングが存在しない窓部分では直線形状にし、ガードリングが存在する部分において先細り形状としても良いし、窓部分から先細り形状にしても良い。また、先端部に角を設けず、丸みを持たせることも好ましい。このように、角を設けないことで損失を抑制することができる。また、先細り形状とすることで、垂直バンド部とガードリングの間の極板面積をさらに小さくできるので、キャパシタンスを低下させることができる。
第１の実施形態では、垂直バンド部の形状を直線形状として説明したが、図１Ｂに示すように、軸方向の先端部１３ｕ，１３ｂ，１４ｕ，１４ｂにおいて先端ほど幅が狭い先細り形状（順テーパ形状）としても良い。図１Ｂに示すように、ガードリングが存在しない窓部分では直線形状にし、ガードリングが存在する部分において先細り形状としても良いし、窓部分から先細り形状にしても良い。また、先端部に角を設けず、丸みを持たせることも好ましい。このように、角を設けないことで損失を抑制することができる。また、先細り形状とすることで、垂直バンド部とガードリングの間の極板面積をさらに小さくできるので、キャパシタンスを低下させることができる。
＜第２の実施形態：分離ウィング型＞
図３Ａに、第２の実施形態にかかるＲＦコイル２０の外観を示す。本実施形態では、第１の実施形態のＲＦコイルの構造に加えて、２つの垂直バンド部２３，２４の間であってガードリング２１，２２の周面と対向する位置に、垂直バンドから分離した分離ウィング部２５−２８が設けられている。その他の構造については、第１の実施形態と同様である。なお、本実施形態にかかるＲＦコイルを、本明細書中では「分離ウィング型」と称する。
図３Ａに、第２の実施形態にかかるＲＦコイル２０の外観を示す。本実施形態では、第１の実施形態のＲＦコイルの構造に加えて、２つの垂直バンド部２３，２４の間であってガードリング２１，２２の周面と対向する位置に、垂直バンドから分離した分離ウィング部２５−２８が設けられている。その他の構造については、第１の実施形態と同様である。なお、本実施形態にかかるＲＦコイルを、本明細書中では「分離ウィング型」と称する。
２つの垂直バンド部間の合成キャパシタンスのうち、ガードリングを経由しないキャパシタンスに着目すると、Ａｌｄｅｒｍａｎ−Ｇｒａｎｔ型コイルではウィング部間の１つのコンデンサ（図２０におけるＣLR）によるものであるのに対して、本実施形態では垂直バンド部と分離ウィング部の間の直列な２つのコンデンサによるものになる。本実施形態における垂直バンド部と分離ウィングの間のそれぞれの距離が、Ａｌｄｅｒｍａｎ−Ｇｒａｎｔ型コイルにおけるウィング部間の距離と等しいとすれば、本実施形態におけるキャパシタンス成分はＡｌｄｅｒｍａｎ−Ｇｒａｎｔ型コイルの半分とすることができる。なお、本実施形態において垂直バンド部と分離ウィング部の間の距離を、Ａｌｄｅｒｍａｎ−Ｇｒａｎｔ型コイルの場合の半分よりも大きくすれば、全体的なキャパシタンス成分を小さくすることができる。また、第１の実施形態と同様に垂直バンド部とガードリングの間の極板面積が減少し、キャパシタンスが小さくなるため、自己共振周波数を向上させることができる。
本実施形態にかかるＲＦコイルの特性をシミュレーションによって解析した結果を図４に示す。図４は、ＲＦコイルに給電ポートを取り付けたときの周波数ごとの複素インピーダンスをスミスチャートで示している。本実施形態にかかるＲＦコイルのうち、５ｍｍのＮＭＲ試料管用に設計したＲＦコイルについて上記の方法により自己共振周波数を求めた。その結果は、１０７０ＭＨｚであった。一方、従来型の垂直バンドが二つに分割されたＡｌｄｅｒｍａｎ−Ｇｒａｎｔ型で同様の直径で設計したＲＦコイルの場合、自己共振周波数は８４２ＭＨｚという結果が得られた。したがって、自己共振周波数が２２８ＭＨｚと大幅に上昇しより高い周波数で使用することができることが確認できた。
＜第２の実施形態の変形例＞
第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、図３Ｂに示すように、垂直バンド部２３，２４の軸方向の先端部を先細り形状（順テーパ形状）としても良い。この場合、さらに、図３Ｃに示すように分離ウィング部２５−２８の形状を、軸方向の先端ほど幅が広い形状（逆テーパ形状）としても良い。図３Ｃでは、垂直バンド部２３，２４と分離ウィング部２５−２８の間の距離が一定となるように、それぞれが同一のテーパ度合いと
しているが、テーパ度合いは必ずしも同一でなくても構わない。テーパ度合いを異ならせる場合は、先端ほど垂直バンド部と分離ウィングの間の距離が広くなるようにしても良いし、狭くなるようにしても良い。
第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、図３Ｂに示すように、垂直バンド部２３，２４の軸方向の先端部を先細り形状（順テーパ形状）としても良い。この場合、さらに、図３Ｃに示すように分離ウィング部２５−２８の形状を、軸方向の先端ほど幅が広い形状（逆テーパ形状）としても良い。図３Ｃでは、垂直バンド部２３，２４と分離ウィング部２５−２８の間の距離が一定となるように、それぞれが同一のテーパ度合いと
しているが、テーパ度合いは必ずしも同一でなくても構わない。テーパ度合いを異ならせる場合は、先端ほど垂直バンド部と分離ウィングの間の距離が広くなるようにしても良いし、狭くなるようにしても良い。
また、第２の実施形態において、図５Ａに示すように、ガードリング２１，２２を分割しても良い。この際、ガードリング２１，２２の分割位置は、分離ウィング部と対向する位置とする。このようにすると、例えばガードリング２１を経由する垂直バンド部２３，２４の間のキャパシタンスに着目すると、４つのコンデンサ（図中のＣ１−Ｃ４）によって直列接続されていることになる。したがって、キャパシタンス成分をより小さくして、自己共振周波数をより高くすることができる。なお、ガードリングを２分割ではなくより多くに分割しても良い。
また、第２の実施形態において、図５Ｂに示すように、分離ウィング部２５−２８とガードリング２１，２２との間の距離ｄ２を、垂直バンド部２３，２４とガードリング２１，２２との間の距離ｄ１よりも大きくすることも好ましい。このようにすれば、コイル直径の増大に伴う効率低下の影響を抑制しつつ、分離ウィング部２５−２８とガードリング２１，２２との間のキャパシタンスを小さくすることができる。
また、第２の実施形態において、垂直バンド部間に設けられる分離ウィング部の数は１つではなく２つ以上であっても良い。図１６Ａに垂直バンド部間に２つの分離ウィング部を設けた場合のＲＦコイルを示す。この例は、図５Ａにおける分離ウィング部２５−２８をそれぞれ分離ウィング部２５ａ−２８ａと分離ウィング部２５ｂ−２８ｂの２つに分割した変形例と捉えることができる。このようにすることで、ＲＦコイルの合成キャパシタンスを低下させることができる。図１６では、垂直バンド部間に２つの分離ウィング部を設ける例を示しているが、垂直バンド部間に３つ以上の分離ウィング部を設けるようにしても構わない。
また、第２の実施形態において、垂直バンド部にウィング部が設けられていても構わない。図１６Ｂに垂直バンド部にウィング部を設け、これらウィング部の間に垂直バンド部と分離した分離ウィング部を設けたＲＦコイルを示す。図に示すように、例えば、垂直バンド部２３は、上部ガードリング２１付近で、垂直バンド部２４（より正確には、分離ウィング部２５、２６）に向かって突出するウィング部２３ａ，２３ｂを備える。ウィング部２３ａ，２３ｂは垂直バンド部２３と接続している。同様に、垂直バンド部２４は、上部ガードリング２１付近で、垂直バンド部２３（より正確には、分離ウィング部２５，２６）に向かって突出するウィング部２４ａ，２４ｂを備える。垂直バンド部の下端も同様である。このようにしても、垂直バンド部間のガードリングを介さないキャパシタンスが、例えば、垂直バンド部２３（ウィング部２３ａ）と分離ウィング部２５、分離ウィング部２５と垂直バンド部２４（ウィング部２４ａ）の２つのコンデンサが直接接続された場合と等価であるため、合成キャパシタンスが低下する。
＜第３の実施形態：非対称ウィング型＞
図６Ａに、第３の実施形態にかかるＲＦコイル３０の外観を示す。本実施形態では、第１の実施形態のＲＦコイルにおいて、垂直バンド部３３にウィング部３３ａ，３３ｂを設け、垂直バンド部３４にウィング部３４ａ，３４ｂを設けている。より具体的には、垂直バンド部３３は、下部ガードリング３２付近ではストレート形状であるのに対し、上部ガードリング３１付近では、上部ガードリングの周面に沿って垂直バンド部３４に向かって突出するウィング部３３ａおよび３３ｂを有する。同様に、垂直バンド部３４は、上部ガードリング３１付近ではストレート形状であるのに対して、下部ガードリング３２付近では、下部ガードリングの周面に沿って垂直バンド部３３に向かって突出するウィング部３４ａおよび３４ｂを有する。
図６Ａに、第３の実施形態にかかるＲＦコイル３０の外観を示す。本実施形態では、第１の実施形態のＲＦコイルにおいて、垂直バンド部３３にウィング部３３ａ，３３ｂを設け、垂直バンド部３４にウィング部３４ａ，３４ｂを設けている。より具体的には、垂直バンド部３３は、下部ガードリング３２付近ではストレート形状であるのに対し、上部ガードリング３１付近では、上部ガードリングの周面に沿って垂直バンド部３４に向かって突出するウィング部３３ａおよび３３ｂを有する。同様に、垂直バンド部３４は、上部ガードリング３１付近ではストレート形状であるのに対して、下部ガードリング３２付近では、下部ガードリングの周面に沿って垂直バンド部３３に向かって突出するウィング部３４ａおよび３４ｂを有する。
Ａｌｄｅｒｍａｎ−Ｇｒａｎｔ型コイルでは２つの垂直バンド部から互いにウィング部が突出して向かい合うのに対し、本実施形態では、一方の垂直バンド部はストレート形状であり、他方の垂直バンドにのみウィング部が設けられている。
本実施形態にかかるＲＦコイルにおいては（Ａｌｄｅｒｍａｎ−Ｇｒａｎｔ型コイルと同様に）、例えば、ガードリング３１を経由する合成キャパシタンスは、垂直バンド部３３とガードリング３１の間のコンデンサと、ガードリング３１と垂直バンド部３４の間のコンデンサの直列接続（図２０におけるＣLGとＣRG）になる。ガードリング３１と垂直バンド部３４の間の極板面積（キャパシタンス）が他方に比べて十分に小さければ、ガードリング３１を経由する合成キャパシタンスは、ガードリング３１と垂直バンド部３４の間のコンデンサに近い値となる。本実施形態では、垂直バンド部３３の上端部にはウィング部を設けるが、垂直バンド部３４の上端部にはウィング部を設けていない。したがって、ガードリング３１と垂直バンド部３４の間のキャパシタンスは小さくなり、ガードリング３１を経由する合成キャパシタンスも小さくなる。
本実施形態にかかるＲＦコイルの特性をシミュレーションによって解析した結果を図７に示す。図７は、ＲＦコイルに給電ポートを取り付けたときの周波数ごとの複素インピーダンスをスミスチャートで示している。本実施形態にかかるＲＦコイルのうち、５ｍｍのＮＭＲ試料管用に設計したＲＦコイルについて上記の方法により自己共振周波数を求めた。その結果は、８７６ＭＨｚであった。一方、従来型の垂直バンドが二つに分割されたＡｌｄｅｒｍａｎ−Ｇｒａｎｔ型で同様の直径で設計したＲＦコイルの場合、自己共振周波数は８４２ＭＨｚという結果が得られた。したがって、自己共振周波数が小幅ではあるが３４ＭＨｚ上昇しより高い周波数で使用することができることが確認できた。そこで図１０（Ｂ）のように垂直バンド部のストレート部分を短くしたＲＦコイルに変更して再度シミュレーションを行った。その結果自己共振周波数は１１４８ＭＨｚまで上昇した。この結果より、本発明ではストレート部分の形状を変更することで容易に自己共振周波数を向上させることができることがわかった。
＜第３の実施形態の変形例＞
第３の実施形態にかかるＲＦコイルの形状は種々の変更が可能である。
第３の実施形態にかかるＲＦコイルの形状は種々の変更が可能である。
第３の実施形態においても、第１および第２の実施形態と同様に、図６Ｂに示すように、垂直バンド部の先端部を先細り形状（順テーパ形状）としても良い。なお、本実施形態の場合は、垂直バンド部のストレート形状を取る端部（ウィング部が設けられていない端部）において、先細り形状とする。また、垂直バンド部のストレート側を先細り形状とする場合には、図６Ｃに示すように、ウィング部を先端部ほど幅が広い形状（逆テーパ形状）としても良い。図６Ｃでは、垂直バンド部とウィング部の間の距離が一定となるように、それぞれが同一のテーパ度合いとしているが、テーパ度合いは必ずしも同一でなくても構わない。テーパ度合いを異ならせる場合は、先端ほど垂直バンド部とウィング部の間の距離が広くなるようにしても良いし、狭くなるようにしても良い。
また、ストレート形状を取る側の垂直バンドの形状を、先端に行くほど徐々に幅が細くなるようにする代わりに、先端に行くほど幅が広くなる形状（逆テーパ形状）にしても構わない。この場合は、ウィングをストレート形状にしても良いし、ウィング部の形状を先端に行くほど幅が細くなる形状（順テーパ形状）にしても良い。
また、垂直バンド部とウィング部との間のなす角度は、垂直以外の角度としても構わない。
また、図６−２Ｄに示すように、２つの垂直バンド部３３，３４の両方にウィング部を設けても良い。ただし、上端部においては、垂直バンド部３３のウィング部３３ａ，３３ｂとそれぞれ周方向に対向する、垂直バンド部３４のウィング部３４ｃ，３４ｄの周方向の長さは、ウィング部３３ａ，３３ｂの周方向長さよりも短く設定される。同様に、下端部においては、垂直バンド部３４のウィング部３４ａ，３４ｂとそれぞれ周方向に対向する、垂直バンド部３３のウィング部３３ｃ、３３ｄは、ウィング部３４ａ，３４ｂの周方向長さよりも短く設定される。この変形例は、図６Ａに示すＲＦコイルにおいて、ストレート形状をとる垂直バンド部の端部に、対向する垂直バンド部のウィング部の周方向長さよりも短いウィング部を設けたＲＦコイルということができる。あるいは、Ａｌｄｅｒｍａｎ−Ｇｒａｎｔ型コイルにおいて、対向する２つのウィング部について周方向長さを異ならせたということもできる。なお、図６−２Ｄでは、上端において垂直バンド部３３が有するウィング部の周方向長さを大きくし、垂直バンド部３４が有するウィング部の周方向長さを小さくしているが、これは必須ではない。例えば、ウィング部３３ａの周方向長さをウィング部３４ｃの周方向長さよりも大きくし、ウィング部３４ｄの周方向長さをウィング部３３ｂの周方向長さより大きくしても良い。すなわち、互いに対向するウィング部の周方向長さを異ならせればよい。このようなＲＦコイルにおいても、垂直バンドとガードリングの間のキャパシタンスに差が生じるので、ガードリングを介した垂直バンド部間の合成キャパシタンスは、Ａｌｄｅｒｍａｎ−Ｇｒａｎｔ型コイルのように２つの等しいキャパシタを直列接続した場合よりも小さくなる。なお、ウィング部や垂直バンド部の一部を切り取ってもかまわない。
図６の説明では、それぞれの垂直バンド部が一方の端部においてウィング部を有し、他方の端部においてストレート形状を有するものとして説明した。しかしながら、図１７Ａに示すように、一方の垂直バンド部は両端においてストレート形状であり、他方の垂直バンド部が両端においてウィングを有しても構わない。より具体的には、一方の垂直バンド部３３は、上端および下端の両方においてストレート形状を取るのに対し、他方の垂直バンド部３４は、上端において垂直バンド部３３に向かって突出するウィング部３４ａ，３４ｂを有し、下端において垂直バンド部３３に向かって突出するウィング部３４ｃ，３４ｄを有する。なお、ストレート形状の垂直バンド部３３の先端をテーパ形状（順テーパおよび逆テーパのいずれも可）としたり、さらにウィング部をテーパ形状（順テーパおよび逆テーパのいずれも可）したりしても構わない。
＜その他の変形例＞
上記の説明は本発明の実施形態の例示にすぎず、本発明にかかるＲＦコイルは種々の形態を取ることができる。
上記の説明は本発明の実施形態の例示にすぎず、本発明にかかるＲＦコイルは種々の形態を取ることができる。
（１．各構造の組合せ）
上記の説明では、２つのガードリング付近での垂直バンド部の形状を同様のものとしたが、それぞれ異なるようにしても良い。例えば、上記第１から第３の実施形態（およびその変形例）を、任意に組み合わせた形状とすることができる。すなわち、一端においてストレート型であり他端において分離ウィング型、一端において分離ウィング型であり他端において非対称ウィング型、一端において非対称ウィング型であり他端においてストレート型を採用しても構わない。
上記の説明では、２つのガードリング付近での垂直バンド部の形状を同様のものとしたが、それぞれ異なるようにしても良い。例えば、上記第１から第３の実施形態（およびその変形例）を、任意に組み合わせた形状とすることができる。すなわち、一端においてストレート型であり他端において分離ウィング型、一端において分離ウィング型であり他端において非対称ウィング型、一端において非対称ウィング型であり他端においてストレート型を採用しても構わない。
（２．一端における構造の変形）
さらに、一方のガードリングにおける形状は、上記の説明と異なる形状として構わない。例えば、２つの垂直バンド部の間にガードリングの周面に対向して接続部が設けられており、この接続部によって２つの接続部が接続されて、ガードリングの全周を覆うようにしても構わない。このような形状を接続型と称すると、本発明にかかるＲＦコイルは、一端においてストレート型であり他端において接続型（図８Ａ）、一端において分離ウィン
グ型であり他端において接続型（図８Ｂ）、一端において非対称ウィング型であり他端において接続型（図８Ｃ）を採用しても構わない。なお、図８ではストレート型、分離ウィング型および非対称ウィング型の基本形（図１Ａ，３Ａ，６Ａ）と、接続型とを組み合わせた例を示したが、各タイプの変形例（図１Ｂ，３Ｂ，３Ｃ，５Ａ，５Ｂ，６Ｂ、６Ｃおよび以下で説明する図９，１０，１１等）と接続型を組み合わせても良い。
さらに、一方のガードリングにおける形状は、上記の説明と異なる形状として構わない。例えば、２つの垂直バンド部の間にガードリングの周面に対向して接続部が設けられており、この接続部によって２つの接続部が接続されて、ガードリングの全周を覆うようにしても構わない。このような形状を接続型と称すると、本発明にかかるＲＦコイルは、一端においてストレート型であり他端において接続型（図８Ａ）、一端において分離ウィン
グ型であり他端において接続型（図８Ｂ）、一端において非対称ウィング型であり他端において接続型（図８Ｃ）を採用しても構わない。なお、図８ではストレート型、分離ウィング型および非対称ウィング型の基本形（図１Ａ，３Ａ，６Ａ）と、接続型とを組み合わせた例を示したが、各タイプの変形例（図１Ｂ，３Ｂ，３Ｃ，５Ａ，５Ｂ，６Ｂ、６Ｃおよび以下で説明する図９，１０，１１等）と接続型を組み合わせても良い。
（３．垂直バンド部の短縮化）
また、上記の説明では、垂直バンド部の上端位置が上部ガードリングの上端位置と等しく、垂直バンド部の下端位置が下部ガードリングの下端位置と等しいものとして説明したが、垂直バンド部の長さはこれよりも短くしても構わない。特に、垂直バンド部の先端形状がストレート型（テーパ形状を含む）の場合には、垂直バンド部の端部位置をガードリングの端部位置と異なるようにしてキャパシタンスをより小さくすることも好ましい。ストレート型、分離ウィング型、非対称ウィング型のそれぞれにおける変形例を、図９に示す。
また、上記の説明では、垂直バンド部の上端位置が上部ガードリングの上端位置と等しく、垂直バンド部の下端位置が下部ガードリングの下端位置と等しいものとして説明したが、垂直バンド部の長さはこれよりも短くしても構わない。特に、垂直バンド部の先端形状がストレート型（テーパ形状を含む）の場合には、垂直バンド部の端部位置をガードリングの端部位置と異なるようにしてキャパシタンスをより小さくすることも好ましい。ストレート型、分離ウィング型、非対称ウィング型のそれぞれにおける変形例を、図９に示す。
図９Ａは、ストレート型において垂直バンド部を短くした構成である。すなわち、垂直バンド部１３，１４の上端位置１３ｕ，１４ｕを、上部ガードリング１１の上端位置１１ｕより低い位置としている。同様に、垂直バンド部１３，１４の下端位置１３ｂ、１４ｂを、下部ガードリング１２の下端位置１２ｂより高い位置としている。なお、図９Ａでは、垂直バンド部１３，１４の上端位置１３ｕ，１４ｕを、ガードリング１１の下端位置１１ｂよりも高い位置としているが、これは必ずしも必須ではなく、上部ガードリング１１の下端位置１１ｂよりも低い位置であっても構わない。同様に、垂直バンド部１３，１４の下端位置１３ｂ，１４ｂも、下部ガードリング１２の上端位置１２ｕよりも高い位置であっても構わない。このような構成により、垂直バンド部とガードリングの間の極板面積を小さくできるので、キャパシタンス成分をより小さくできる。
図９Ｂは、分離ウィング型において垂直バンド部を短くした構成である。図９Ａの構成と基本的に同様であるので詳細な説明は省略する。図９Ｃは、非対称ウィング型において、ストレート形状を取る垂直バンド部の端部（ウィング部が設けられていない端部）の上下方向の長さを短くしている。ウィング部が設けられる端部の位置は、ガードリングの端部位置と一致するようにしているが、ウィング部の端部位置についても必ずしもガードリングと一致させなくても構わない。
第３の実施形態のシミュレーション結果の説明の欄で説明したように、垂直バンド部の長さを調整することで、ＲＦコイルの自己共振周波数を容易に調整することができる。Ａｌｄｅｒｍａｎ−Ｇｒａｎｔ型コイルでは、静磁場の均一度に与える影響等を考慮すると、コイル形状を調整できる余裕が少ないのに対して、本発明にかかるＲＦコイルではこのような調整の余地が大きい点で有利である。
（４．ウィング部の接続）
また、分離ウィング型において、垂直バンド部の長さを短くした場合には、図１０Ａに示すように、空き領域（垂直バンド部が存在しないガードリングの周面）を用いて、ウィング部を接続させても構わない。図１０Ａでは、分離ウィング部２５、２６を接続する接続リング２５ａが、ガードリング２１の上端部分を取り囲むように設けられている。同様に、下部ガードリング２２の下端部分を取り囲むように設けられた接続リング２７ａによって、分離ウィング部２７，２８を接続する。このように接続リング部を設けることで、分離ウィング部の固定が容易となる。
また、分離ウィング型において、垂直バンド部の長さを短くした場合には、図１０Ａに示すように、空き領域（垂直バンド部が存在しないガードリングの周面）を用いて、ウィング部を接続させても構わない。図１０Ａでは、分離ウィング部２５、２６を接続する接続リング２５ａが、ガードリング２１の上端部分を取り囲むように設けられている。同様に、下部ガードリング２２の下端部分を取り囲むように設けられた接続リング２７ａによって、分離ウィング部２７，２８を接続する。このように接続リング部を設けることで、分離ウィング部の固定が容易となる。
非対称ウィング型において、垂直バンド部の長さを短くした場合も、上記と同様に図１０Ｂに示すように、空き領域を用いてウィング部を接続させても構わない。図１０Ｂでは
、垂直バンド部３３は、上部ガードリング３１付近でウィング部３３ａおよび３３ｂを有するが、これらのウィング部３３ａおよび３３ｂを接続する接続部３３ｃが空き領域に設けられる。同様に、垂直バンド部３４は、下部ガードリング３２付近において、ウィング部３４ａおよび３４ｂを接続する接続部３４ｃを、下部ガードリング３２の周囲に有する。このように接続部３３ｃ、３４ｃを有することで、ウィング部の固定が容易となる。
、垂直バンド部３３は、上部ガードリング３１付近でウィング部３３ａおよび３３ｂを有するが、これらのウィング部３３ａおよび３３ｂを接続する接続部３３ｃが空き領域に設けられる。同様に、垂直バンド部３４は、下部ガードリング３２付近において、ウィング部３４ａおよび３４ｂを接続する接続部３４ｃを、下部ガードリング３２の周囲に有する。このように接続部３３ｃ、３４ｃを有することで、ウィング部の固定が容易となる。
また、図１７Ａに示すような非対称ウィング型の変形例においても、同様に図１７Ｂに示すようにウィング部を接続できる。この例では、垂直バンド部３３は長さが短いストレート型であり、垂直バンド部３３の上下端は、ガードリングの上下端よりも内側である。また、垂直バンド部３４が上端においてウィング部３４ａ，３４ｂを有しており、下端においてウィング部３４ｃ，３４ｄを有している。そして、空き領域を用いてウィング部３４ａ，３４ｂを接続する接続部３４ｅがガードリング３１の周囲に設けられ、ウィング部３４ｃ，３４ｄを接続する接続部３４ｆがガードリング３２の周囲に設けられる。
（５．垂直バンド部端部の変形）
また、垂直バンド部のストレート形状を取る端部について、ガードリングとの間の距離をより大きくすることも好ましい。図１１Ａは、ストレート型のＲＦコイルにおいて、垂直バンド１３，１４の下部ガードリング１２側の端部１３ｅ，１４ｅは、ガードリング１２からの距離が垂直バンド部の本体部１３ｇ，１４ｇよりも離れた構造となっている。なお、端部１３ｅ，１４ｅは、本体部１３ｇ，１４ｇと平行である。また、本体部１３ｇ、１４ｇと端部１３ｅ，１４ｅを接続するための、接続部１３ｆ、１４ｆも設けられる。図１１Ａでは、接続部１３ｆ，１４ｆは、本体部１３ｇ、１４ｇや端部１３ｅ，１４ｅと直交するように描いているが、必ずしも直交させる必要は無い。また、角を丸めるようにしても良い。このように端部を設けることで、給電ポートの取り付け部分を下端にすることができ、かつ、垂直バンド部とガードリングとの間のキャパシタンスを小さくすることができる。
また、垂直バンド部のストレート形状を取る端部について、ガードリングとの間の距離をより大きくすることも好ましい。図１１Ａは、ストレート型のＲＦコイルにおいて、垂直バンド１３，１４の下部ガードリング１２側の端部１３ｅ，１４ｅは、ガードリング１２からの距離が垂直バンド部の本体部１３ｇ，１４ｇよりも離れた構造となっている。なお、端部１３ｅ，１４ｅは、本体部１３ｇ，１４ｇと平行である。また、本体部１３ｇ、１４ｇと端部１３ｅ，１４ｅを接続するための、接続部１３ｆ、１４ｆも設けられる。図１１Ａでは、接続部１３ｆ，１４ｆは、本体部１３ｇ、１４ｇや端部１３ｅ，１４ｅと直交するように描いているが、必ずしも直交させる必要は無い。また、角を丸めるようにしても良い。このように端部を設けることで、給電ポートの取り付け部分を下端にすることができ、かつ、垂直バンド部とガードリングとの間のキャパシタンスを小さくすることができる。
図１１Ｂおよび図１１Ｃは、それぞれ分離ウィング型および非対称ウィング型に同様の変形を施した例である。図１１Ｂの分離ウィング型では、垂直バンド部２３，２４のそれぞれが、下部ガードリング２２付近において、端部２３ｅ，２４ｅはガードリング２２との距離が大きくなった構造を有する。また、図１１Ｃの非対称ウィング型では、下部ガードリング付近においてストレート形状を取る垂直バンド部３３の端部３３ｅが、下部ガードリング３２との距離が大きくなった構造を有する。
なお、図１１Ａ−図１１Ｃに示すように、垂直バンド部の端部においてガードリングからの距離を離した場合には、この部分に、図１０Ａ，図１０Ｂに示したようにウィング部を接続する接続部を設けることもできる。
（６．ガードリング形状および垂直バンド部形状の変形）
また、ガードリングは円筒形状であるとして説明したが、楕円筒形状であっても構わないし、多角形筒形状であっても構わない。また、垂直バンド部の形状も、円弧筒形状（楕円弧筒形状を含む）に限られず、平板形状であっても構わないし、複数の平板を組み合わせた形状であっても構わない。図１２Ａにストレート型のＲＦコイルにおいて、垂直バンド部の形状を平板形状とする例を示した。また、図１２Ｂに、ストレート型のＲＦコイルにおいて、垂直バンド部の形状を、２つの平板を組み合わせた形状とする例を示した。ここで説明した、ガードリングの形状および垂直バンド部の形状は、任意に組み合わせて構わない。図１２では、ストレート型のＲＦコイルに対する変形例を示したが、その他のタイプに対しても同様の変形は可能である。
また、ガードリングは円筒形状であるとして説明したが、楕円筒形状であっても構わないし、多角形筒形状であっても構わない。また、垂直バンド部の形状も、円弧筒形状（楕円弧筒形状を含む）に限られず、平板形状であっても構わないし、複数の平板を組み合わせた形状であっても構わない。図１２Ａにストレート型のＲＦコイルにおいて、垂直バンド部の形状を平板形状とする例を示した。また、図１２Ｂに、ストレート型のＲＦコイルにおいて、垂直バンド部の形状を、２つの平板を組み合わせた形状とする例を示した。ここで説明した、ガードリングの形状および垂直バンド部の形状は、任意に組み合わせて構わない。図１２では、ストレート型のＲＦコイルに対する変形例を示したが、その他のタイプに対しても同様の変形は可能である。
（７．ガードリングと垂直バンド部の位置の変形）
また、上記の説明では、ガードリングの外側に垂直バンド部が設けられるものとして説明したが、垂直バンド部はガードリングの内側に設けられても構わない。図１３Ａ−図１３Ｃに、それぞれストレート型、分離ウィング型、非対称ウィング型において、垂直バンド部をガードリングの内側に設けたＲＦコイルの例を示す。また、給電ポートを、垂直バンド部の上端と下端に設ける場合や、ガードリングの上端と下端に設ける場合には、このような構成にすることが好ましい。
また、上記の説明では、ガードリングの外側に垂直バンド部が設けられるものとして説明したが、垂直バンド部はガードリングの内側に設けられても構わない。図１３Ａ−図１３Ｃに、それぞれストレート型、分離ウィング型、非対称ウィング型において、垂直バンド部をガードリングの内側に設けたＲＦコイルの例を示す。また、給電ポートを、垂直バンド部の上端と下端に設ける場合や、ガードリングの上端と下端に設ける場合には、このような構成にすることが好ましい。
また、図１７Ａ，図１７Ｂに示すＲＦコイルにおいて、垂直バンド部をガードリングの内側に設けた変形例を図１７Ｃ、図１７Ｄにそれぞれ示す。
（８．スリット部の付加）
また、窓部分（ガードリングがない部分）において垂直バンド部にスリット部を設けても構わない。こうすることで、他のＲＦコイルを用いて異なる周波数の磁場を印加することができる。複数の周波数を用いる場合には、１つのＲＦコイルでは対応できなくなるので、スリット部を設けたＲＦコイルの外側に、向きが９０度異なるＲＦコイルを取り付ける。外側ＲＦコイルの高周波磁場はスリットのすき間を通して測定試料に照射される。窓部分においてスリットが設けられればスリット部の形状はどのようなものであって構わない。一例を図１４Ａ−図１４Ｃに示す。図１４Ａ―図１４Ｃは、それぞれストレート型、分離ウィング型、非対称ウィング型において、垂直バンド部にスリット部を設けたＲＦコイルの例を示す図である。ここでは、垂直バンド部の上端から窓部分に至るスリット部を設けている。なお、スリット部の形状は種々変形が可能である。一例として図１５Ａに示すように、スリット部の下端位置１３ｓｂを下部ガードリング１２の上端位置１２ｕよりも低くしても良い。また、図１５Ｂに示すように、スリット部をより長くして、垂直バンド部を２つに分割してしまっても良い。また、図１５Ｃに示すように、スリット部の幅をガードリング付近と窓付近とで異なるようにして、窓付近でのスリット幅をより広くするようにしても良い。図１５の各例はストレート型に対する変形のみを示しているが、分離ウィング型や非対称ウィング型にも同様の変形が適用可能である。
また、窓部分（ガードリングがない部分）において垂直バンド部にスリット部を設けても構わない。こうすることで、他のＲＦコイルを用いて異なる周波数の磁場を印加することができる。複数の周波数を用いる場合には、１つのＲＦコイルでは対応できなくなるので、スリット部を設けたＲＦコイルの外側に、向きが９０度異なるＲＦコイルを取り付ける。外側ＲＦコイルの高周波磁場はスリットのすき間を通して測定試料に照射される。窓部分においてスリットが設けられればスリット部の形状はどのようなものであって構わない。一例を図１４Ａ−図１４Ｃに示す。図１４Ａ―図１４Ｃは、それぞれストレート型、分離ウィング型、非対称ウィング型において、垂直バンド部にスリット部を設けたＲＦコイルの例を示す図である。ここでは、垂直バンド部の上端から窓部分に至るスリット部を設けている。なお、スリット部の形状は種々変形が可能である。一例として図１５Ａに示すように、スリット部の下端位置１３ｓｂを下部ガードリング１２の上端位置１２ｕよりも低くしても良い。また、図１５Ｂに示すように、スリット部をより長くして、垂直バンド部を２つに分割してしまっても良い。また、図１５Ｃに示すように、スリット部の幅をガードリング付近と窓付近とで異なるようにして、窓付近でのスリット幅をより広くするようにしても良い。図１５の各例はストレート型に対する変形のみを示しているが、分離ウィング型や非対称ウィング型にも同様の変形が適用可能である。
（９．その他）
また、上記の説明では、１．０３ＧＨｚ超の高周波磁場を印加するための、直径５ｍｍ試料管用のＲＦコイル（ＲＦコイルの最小内径が５．４ｍｍ程度から１０ｍｍ）を例として説明したが、本発明にかかるＲＦコイルが印加する磁場の周波数は１．０３ＧＨｚよりも高くても低くても構わないし、ＲＦコイルの直径は上記範囲よりも大きくても小さくても構わない。他の条件を一定として本発明にＲＦコイルの形状を用いることで、コイルの直径や磁場生成効率などを低下させることなく、ＲＦコイルの自己共振周波数を向上させることができる。したがって、静磁場強度を向上させた場合に受信感度を悪化させることなく、より高い周波数の高周波磁場を送信もしくは受信することができる。
また、上記の説明では、１．０３ＧＨｚ超の高周波磁場を印加するための、直径５ｍｍ試料管用のＲＦコイル（ＲＦコイルの最小内径が５．４ｍｍ程度から１０ｍｍ）を例として説明したが、本発明にかかるＲＦコイルが印加する磁場の周波数は１．０３ＧＨｚよりも高くても低くても構わないし、ＲＦコイルの直径は上記範囲よりも大きくても小さくても構わない。他の条件を一定として本発明にＲＦコイルの形状を用いることで、コイルの直径や磁場生成効率などを低下させることなく、ＲＦコイルの自己共振周波数を向上させることができる。したがって、静磁場強度を向上させた場合に受信感度を悪化させることなく、より高い周波数の高周波磁場を送信もしくは受信することができる。
また、上記の説明では、１つのＲＦコイルを用いて核磁気共鳴現象の励起（高周波磁場の送信）と、核磁気共鳴現象の検出（ＮＭＲ信号の受信）を行っているが、それぞれを異なるＲＦコイルで行っても構わない。本発明にかかるＲＦコイルは、励起と検出のために共用されるコイル以外にも、励起用のコイルおよび検出用のコイルのいずれにも用いることができる。
また、上記の説明では、溶液ＮＭＲ装置を例に説明したが、本発明にかかるＲＦコイルは固体ＮＭＲ装置にも適用することもできる。また、核磁気共鳴現象を用いて生体の内部情報を画像化するＭＲＩ（核磁気共鳴画像法）装置も、装置の大きさや印加する磁場の大きさ等では異なるものの、測定原理はＮＭＲ装置と同一である。したがって、本発明にかかるＲＦコイルはＭＲＩ装置にも適用することができる。ＭＲＩ装置で用いられる静磁場強度は数Ｔ程度であるが、ＲＦコイルの直径も大きいためＲＦコイルの自己共振周波数も
小さくなる。静磁場強度を増加させた場合に、コイルの大きさを小さくしたりすることなく自己共振周波数を向上させるために、本発明にかかるＲＦコイルは有用である。
小さくなる。静磁場強度を増加させた場合に、コイルの大きさを小さくしたりすることなく自己共振周波数を向上させるために、本発明にかかるＲＦコイルは有用である。
また、上記の説明では、垂直バンド部間にチップコンデンサを設けていないが、非特許文献１等に記載されるように、垂直バンド部同士をチップコンデンサによって接続しても構わない。チップコンデンサを用いることでＲＦコイルの形状の保持に役立つし、コイルのみではキャパシタンスが不十分になる場合に補うことができる。
上記で説明した変形例は、技術的に矛盾の生じない限り、第１から第３の実施形態の任意の形態と組み合わせたり、また変形例同士を組み合わせたりしても構わない。また、上部および下部のガードリング付近における垂直バンド部や分離ウィング部などの形状は、上記で説明した各種の実施形態および変形例の構造を、任意に組み合わせることができる。すなわち、垂直バンド部に着目すると、２つの垂直バンド部の上端および下端の４つの端部に関して、各種の構造を任意に採用することができる。
１０，２０，３０ ＲＦコイル
１１，１２，２１，２２，３１，３２ ガードリング
１３，１４，２３，２４，３３，３４ 垂直バンド部
２５，２６，２７，２８ 分離ウィング部
３３ａ，３３ｂ，３４ａ，３４ｂ ウィング部
１１，１２，２１，２２，３１，３２ ガードリング
１３，１４，２３，２４，３３，３４ 垂直バンド部
２５，２６，２７，２８ 分離ウィング部
３３ａ，３３ｂ，３４ａ，３４ｂ ウィング部
Claims (8)
- 核磁気共鳴現象を励起または検出するためのＲＦコイルであって、
外形がほぼ円筒形または楕円筒形または多角筒形をしており、前記円筒または楕円筒または多角筒の軸方向に離間して設けられた２つのガードリングと、
前記軸方向に延びるほぼ直線形状またはテーパ形状の第１および第２の垂直バンド部であって、前記２つのガードリングを挟んで互いに対向して設けられた第１および第２の垂直バンド部と、
を備え、
前記２つのガードリングの少なくとも一方のガードリングの周面と対向する位置の、周方向に沿った前記第１および第２の垂直バンド部の間に、これらの垂直バンド部と分離して設けられた分離ウィング部をさらに備える、
ＲＦコイル。 - 前記垂直バンド部と前記分離ウィング部との間にキャパシタが形成される、
請求項１に記載のＲＦコイル。 - 前記２つのガードリングは、前記分離ウィング部と対向する位置において、分割されている、
請求項１または２に記載のＲＦコイル。 - 前記分離ウィング部は、前記第１および第２の垂直バンド部と比較して、前記ガードリングからより離れた位置に設けられる、
請求項１から３のいずれかに記載にＲＦコイル。 - 前記第１および第２の垂直バンド部の軸方向の長さは、前記２つのガードリングの上端と下端の間の長さよりも短く、ガードリングの上端または下端において前記第１および第２の垂直バンドと対向しない部分を有する、
請求項１〜４のいずれかに記載のＲＦコイル。 - 前記第１および第２の垂直バンドと対向しないガードリングの上端または下端において、前記分離ウィング部を接続する接続部が前記ガードリングの周面と対向する位置に設け
られる、
請求項５に記載のＲＦコイル。 - 前記ガードリングの周面と対向する位置であり、前記第１および第２の垂直バンド部の間に、これらの垂直バンド部と分離し、かつ、互いに分離している複数の分離ウィング部を備える、
請求項１〜６のいずれかに記載のＲＦコイル。 - 前記第１および第２の垂直バンド部は、前記ガードリングの周面と対向しない部分にスリット部を有する、請求項１〜７のいずれかに記載のＲＦコイル。
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