(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024007500
(43)【公開日】2024-01-18
(54)【発明の名称】ＮＭＲプローブヘッド
(51)【国際特許分類】
G01N 24/00 20060101AFI20240110BHJP
H01F 5/00 20060101ALI20240110BHJP
H01Q 7/00 20060101ALI20240110BHJP
【ＦＩ】
G01N24/00 570A
H01F5/00 C
H01F5/00 F
H01Q7/00
【審査請求】未請求
【請求項の数】14
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2023108129
(22)【出願日】2023-06-30
(31)【優先権主張番号】10 2022 206 767.3
(32)【優先日】2022-07-01
(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE
(71)【出願人】
【識別番号】591148048
【氏名又は名称】ブルーカー スウィッツァーランド アー・ゲー
【氏名又は名称原語表記】Ｂｒｕｋｅｒ Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ ＡＧ
(74)【代理人】
【識別番号】100125254
【弁理士】
【氏名又は名称】別役 重尚
(74)【代理人】
【識別番号】100118278
【弁理士】
【氏名又は名称】村松 聡
(72)【発明者】
【氏名】ニコラス フレイタグ
(57)【要約】 （修正有）
【課題】放射され得る更なるＲＦ磁場に対する同時透過性を伴う最大品質係数を有するトランシーバコイルを有するＮＭＲプローブヘッドを提供する。
【解決手段】本発明は、第１のＲＦ磁場Ｂ１を生成するための第１のトランシーバコイル１を有するトランシーバコイル装置を有し、第１のトランシーバコイル１が、長手方向軸Ｚ’周りに複数の巻線３を有する導電体２を備え、第１のトランシーバコイル１の導電体２が、導体幅Ｗを有するストリップ形状導体として設計される、ＮＭＲプローブヘッドであって、各巻線３における導体幅Ｗは、少なくとも２回減少し、少なくとも２回増大することを特徴とするＮＭＲプローブヘッドで、放射され得る他のＲＦ磁場に対する同時透過性を伴う最大品質係数を有するトランシーバコイルを有するＮＭＲプローブヘッドを提供することができる。
【選択図】図１
【解決手段】本発明は、第１のＲＦ磁場Ｂ１を生成するための第１のトランシーバコイル１を有するトランシーバコイル装置を有し、第１のトランシーバコイル１が、長手方向軸Ｚ’周りに複数の巻線３を有する導電体２を備え、第１のトランシーバコイル１の導電体２が、導体幅Ｗを有するストリップ形状導体として設計される、ＮＭＲプローブヘッドであって、各巻線３における導体幅Ｗは、少なくとも２回減少し、少なくとも２回増大することを特徴とするＮＭＲプローブヘッドで、放射され得る他のＲＦ磁場に対する同時透過性を伴う最大品質係数を有するトランシーバコイルを有するＮＭＲプローブヘッドを提供することができる。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１のＲＦ磁場Ｂ１を生成するための第１のトランシーバコイル（１；１ａ；１ｂ；１ｃ；１ｄ；１ｅ；１ｇ）を有するトランシーバコイルアセンブリ（１００）を有して、前記第１のトランシーバコイル（１；１ａ；１ｂ；１ｃ；１ｄ；１ｅ；１ｇ）が、長手方向軸Ｚ’周りに複数の巻線（３）を有する導電体（２）を備え、
前記第１のトランシーバコイル（１；１ａ；１ｂ；１ｃ；１ｄ；１ｅ；１ｇ）の前記導電体（２）が、導体幅Ｗを有するストリップ形状導体として設計される、ＮＭＲプローブヘッドであって、
各巻線（３）における前記導体幅Ｗは、少なくとも２回減少し、少なくとも２回増大することを特徴とするＮＭＲプローブヘッド。
前記第１のトランシーバコイル（１；１ａ；１ｂ；１ｃ；１ｄ；１ｅ；１ｇ）の前記導電体（２）が、導体幅Ｗを有するストリップ形状導体として設計される、ＮＭＲプローブヘッドであって、
各巻線（３）における前記導体幅Ｗは、少なくとも２回減少し、少なくとも２回増大することを特徴とするＮＭＲプローブヘッド。
【請求項2】
前記導体幅Ｗが周期的に変化し、特に、前記導体幅Ｗに関して最小値を有する前記導電体（２）の領域が、前記長手方向軸を中心とした回転に関して１８０°ずれて配置されることを特徴とする、請求項１に記載のＮＭＲプローブヘッド。
【請求項3】
前記導体（２）の前記導体厚さｄは、最大で５００μｍであり、及び／又は前記導電体（２）への前記ＲＦ電流の侵入深さの少なくとも２倍であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のＮＭＲプローブヘッド。
【請求項4】
前記導体幅Ｗが０．５ｍｍ～２ｍｍの間で変化することを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のＮＭＲプローブヘッド。
【請求項5】
前記トランシーバコイル（１ｃ；１ｇ）の前記巻線（３）は、前記トランシーバコイル（１ｃ；１ｇ）の前記長手方向軸に対して傾けられることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のＮＭＲプローブヘッド。
【請求項6】
前記トランシーバコイル装置（１ａ）は、第２のＲＦ磁場Ｂ２を生成するための少なくとも１つの更なるトランシーバコイル（１１）を備え、
前記第１のトランシーバコイル（１ａ）及び前記更なるトランシーバコイル（１１）によって生成されるＲＦ磁場Ｂ１、Ｂ２が互いに垂直に整列されるように、前記第１のトランシーバコイル（１ａ）及び前記更なるトランシーバコイル（１１）が前記共通の長手方向軸Ｚ’の周りに配置され、
前記第１のトランシーバコイル（１ａ）の前記導体（２）の前記導体幅Ｗは、前記第１のトランシーバコイル（１ａ）の表面法線が前記第２のＲＦ磁場Ｂ２と平行である領域（６，７）において最小値を有する、
ことを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のＮＭＲプローブヘッド。
前記第１のトランシーバコイル（１ａ）及び前記更なるトランシーバコイル（１１）によって生成されるＲＦ磁場Ｂ１、Ｂ２が互いに垂直に整列されるように、前記第１のトランシーバコイル（１ａ）及び前記更なるトランシーバコイル（１１）が前記共通の長手方向軸Ｚ’の周りに配置され、
前記第１のトランシーバコイル（１ａ）の前記導体（２）の前記導体幅Ｗは、前記第１のトランシーバコイル（１ａ）の表面法線が前記第２のＲＦ磁場Ｂ２と平行である領域（６，７）において最小値を有する、
ことを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のＮＭＲプローブヘッド。
【請求項7】
前記更なるトランシーバコイル（１１）がサドルコイル又は共鳴器であることを特徴とする、請求項６に記載のＮＭＲプローブヘッド。
【請求項8】
前記第１のトランシーバコイル（１；１ａ；１ｂ；１ｃ；１ｄ；１ｅ；１ｇ）の前記導電体（２）が少なくとも１つのソレノイド形状部を有することを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載のＮＭＲプローブヘッド。
【請求項9】
前記第１のトランシーバコイル（１ｂ）の前記導電体（２）が順方向巻線セクションと戻り巻線セクションとを備え、前記順方向巻線セクションは、順方向巻線（１４ａ，１４ｂ）を備えるとともに、接続領域（１２）を起点として、所定の巻回方向で、前記トランシーバコイル（１ｂ）の軸方向端部（４ａ，４ｂ）に至り、前記戻り巻線セクションは、戻り巻線（１５ａ，１５ｂ）を備えるとともに、前記第１のトランシーバコイル（１ｂ）の前記軸方向端部（４ａ，４ｂ）を起点として、前記所定の巻回方向で前記接続領域（１２）に至り、前記戻り巻線セクションの前記巻線は、前記順方向巻線セクションの巻線とは反対の符号を伴うピッチＰを有し、
前記導電体（２）の前記順方向巻線及び前記戻り巻線（１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ）は、前記順方向巻線及び前記戻り巻線（１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ）が互いに交差する交差領域（１７）を除き、前記長手方向軸Ｚ’周りで共通の円筒ジャケット表面上に配置される、
ことを特徴とする請求項８に記載のＮＭＲプローブヘッド。
前記導電体（２）の前記順方向巻線及び前記戻り巻線（１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ）は、前記順方向巻線及び前記戻り巻線（１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ）が互いに交差する交差領域（１７）を除き、前記長手方向軸Ｚ’周りで共通の円筒ジャケット表面上に配置される、
ことを特徴とする請求項８に記載のＮＭＲプローブヘッド。
【請求項10】
前記順方向巻線及び前記戻り巻線（１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ）が交互に配置されることを特徴とする、請求項９に記載のＮＭＲプローブヘッド。
【請求項11】
前記第１のトランシーバコイル（１ｃ）の前記巻線（３）の勾配Ｓ、特にピッチＰは、前記導電体（２）の経路に沿って変化することを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載のＮＭＲプローブヘッド。
【請求項12】
前記第１のトランシーバコイル（１ｃ）の前記軸方向端部（４ａ，４ｂ）における前記ピッチＰは、軸方向中心（２０）におけるピッチよりも小さいことを特徴とする、請求項１１に記載のＮＭＲプローブヘッド。
【請求項13】
前記第１のトランシーバコイル（１ｄ）の前記長手方向軸Ｚ’に沿う前記第１のトランシーバコイル（１ｄ）の前記巻線（３）は、前記長手方向軸Ｚ’に対して可変の傾きＴを有することを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載のＮＭＲプローブヘッド。
【請求項14】
前記巻線（３）の少なくとも一部が前記長手方向軸Ｚ’に対して垂直に方向付けられることを特徴とする、請求項１３に記載のＮＭＲプローブヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、第１のＲＦ磁場Ｂ１を生成するための第１のトランシーバコイルを伴うトランシーバコイル装置を有するＮＭＲプローブヘッドに関し、第１のトランシーバコイルは、長手方向軸Ｚ’の周りに複数の巻線を伴う導電体を備え、第１のトランシーバコイルの導電体は、導体幅Ｗを伴うストリップ形状導体として設計される。
【背景技術】
【0002】
ストリップ形状導体を伴うＮＭＲプローブヘッド用のコイルは、［Ｐｒｉａｌｏｖ１９９６］から知られている。
【0003】
核磁気共鳴分光法（ＮＭＲ）用のプローブヘッドを使用して、異なる核を検査することができる。異なる核を励起するために、互いに垂直な磁場を生成する複数、特に２つのコイルを使用することが知られている（クロスコイルＮＭＲ測定ヘッド）。しかしながら、一方のコイルの磁場が他方のコイルの導体によって乱され或いは部分的に遮蔽されたりするという問題がある。
【0004】
［Ｇｏｒｋｏｖ２００７］は、１５Ｎ核に調整されたソレノイドコイルが１Ｈ核に調整された環状ギャップ共振器内に位置される、マジック角回転（ＭＡＳ）ＮＭＲ測定用のクロスコイル共振器装置を開示する。
【0005】
他のクロスコイル共振器装置が［Ｄｏｔｙ２００６］から知られている。ここで、１Ｈコアに調整されたクロスコイルの外側には、可変ピッチソレノイドコイルが取り付けられる。クロスコイルは、１Ｈコアに調整されたサドルコイルであり、その磁場は円筒形の測定サンプルを通じて横方向に放射する。外側ソレノイドコイルは、１３Ｃ及び１５Ｎの測定周波数に調整され、測定サンプルに対して軸方向に整列される更なるＲＦ磁場を生成する。１Ｈ周波数の交番磁場に関して十分な透過性を達成するためには、ソレノイドコイルの巻線間のクリアランスが十分に大きくなければならない。しかしながら、これは、通常、ソレノイドコイルの品質係数が所与のコイル形状に関して想定し得る最適値よりも低くなるという結果をもたらす。このことは、ソレノイドコイルが内側コイルである構成と、ソレノイドコイルが１Ｈコイル又は１Ｈ共振器の外側にある構成の両方に当てはまる。［Ｄｏｔｙ２００６］において、品質係数損失の一部は、ソレノイドコイル用の楕円形断面を有する導体を使用することによって補償されるべきであり、この場合、長軸はトランシーバコイルの長手方向軸Ｚ’と径方向で整列される。しかしながら、これは、楕円率が増大するにつれて同じ電流に関して生成されるＲＦ磁場が減少するように電流密度が設定される有効直径を増大させる。
【0006】
円形又は楕円形の断面を有する導体に基づくコイル形状に加えて、ＮＭＲプローブヘッドに関してストリップ形状導体を使用することも知られている。特に、そのようなコイル形状は、円筒形導体上に構造化することができ（例えば、円筒形の表面を有する基材上に金属層を構造的に適用することによって又は減法的製造プロセスを使用して均一に適用された導体を構造化することによって）、或いは円筒ジャケット形状導体から切り出すことができる。これらの製造方法は、コイル形状、特に可変ピッチの設計においてより大きな自由度を可能にする。
【0007】
［米国特許第６７５１８４７号明細書］は、一定のギャップ幅を有するストリップ形状導体から成るコイルを開示し、このコイルは、導電層で作られた円筒ジャケットの外側に構造化される。
【0008】
［Ｐｒｉａｌｏｖ１９９６］は、可変導体幅及び一定のギャップ幅を伴うストリップ形状導体を有するコイル形状を開示する。幅を変えることにより、軸方向の不均一性が最小限に抑えられる。巻線間の距離は、径方向の磁場の不均一性を最小限に抑えるために小さく保たれる。しかしながら、巻線間の距離が小さいため、このコイル形状は透過性が低く、したがってクロスコイル装置には適していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】米国特許第６７５１８４７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
本発明の目的は、放射され得る更なるＲＦ磁場に対する同時透過性を伴う最大品質係数を有するトランシーバコイルを有するＮＭＲプローブヘッドを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0011】
この目的は、本発明によれば、請求項１に係るＮＭＲプローブヘッドによって達成される。
【0012】
本発明に係るＮＭＲプローブヘッドのトランシーバコイルでは、導体幅Ｗが、各巻線内で、少なくとも２回減少及び増大し、少なくとも２回増大する。
【0013】
導体幅は、導体中心に垂直な導体の幅である。本発明によれば、各巻線内に最小の導体幅を伴う２つの領域及び最大の導体幅を伴う２つの領域が存在する。したがって、本発明によれば、導体幅は、導体の経路に沿った位置の関数である（Ｗ＝Ｗ（ｔ）、式中、ｔは、０と巻線の数Ｎとの間に及ぶパラメータであり、ｔ∈Ｒ’’であり、０≦ｔ≦Ｎであり、Ｎ∈Ｒ’’は、巻線の数である（Ｒ’’：実数全体からなる集合））。最小幅の領域は、磁場に関して高い透過性を達成する一方で、トランシーバコイルの品質係数は、最大幅の領域によって最適化される。このようにして、トランシーバコイルの品質係数にあまり強く悪影響を及ぼすことなく、磁場に関するより高い透過性が達成される。
【0014】
特定の実施形態では、最大導体幅を伴う領域が同じ導体幅を有する。
【0015】
好ましくは、導体幅Ｗは、特に導体幅の最小値を伴う導電体の領域が長手方向軸の周りの回転に関して１８０°だけオフセットして配置されるように、周期的に変化する。
【0016】
したがって、最小導体幅を伴う導体の領域は、それぞれの場合に巻線の半分だけ互いに離間されることが好ましい。したがって、最大導体幅を伴う導体の領域もそれぞれ、巻線の半分だけ互いに離間される。最小導体幅を伴う導電体の領域は、好ましくは、長手方向軸Ｚ’を中心とした回転に関して最大導体幅を伴う領域に対して９０°回転して配置され、すなわち、巻線の４分の１だけ互いに離間される。したがって、最小導体幅を伴う導電体の２番目の領域ごとに通る直線は、長手方向軸Ｚ’と平行に延びる。この実施形態では、最小導体幅を伴う領域が対向する円筒ジャケットセグメント上に位置され、その結果、最大導体幅を伴うクリアランスも対向する円筒ジャケットセグメント上に配置される。これにより、コイルの品質係数にあまり悪影響を与えることなく、トランシーバコイル装置の透過性を高めることができる。これは、クロスコイル装置に関して、すなわち、他のトランシーバコイル装置によって生成された第２のＲＦ磁場が第１のＲＦ磁場に重畳されるようになっている場合に、特に有利である（以下を参照）。次いで、プローブ体積は両方のＲＦ磁場に「視認可能」となる。同時に、トランシーバコイル装置は、他の領域でより大きい導体幅を有することができ、その結果、コイルの品質係数が増大する。一定の導体幅又は一定のギャップ幅を伴うコイルは、特に導体間隔に対する導体幅の比が＜５、より良好には＜２、特に＜１である場合に、更なるＲＦ磁場に対する同じ透過性を伴う本発明に係るトランシーバコイルよりも低い品質係数を有する。
【0017】
導体幅Ｗは、０．１ｍｍ～２ｍｍの間で変化することが好ましい。
【0018】
更に、デカルトＸ’、Ｙ’、Ｚ’座標系のＸ’Ｚ’平面において測定サンプル内に実質的に存在するＲＦ磁場を生成するＴ≠０の第１のトランシーバコイルと、測定サンプルにおいて実質的にＹ’Ｚ’平面に存在する第２のＲＦ磁場Ｂ２を生成する更なるトランシーバコイルとの組み合わせの場合、巻線当たり４つの最大値及び４つの最小値を有し、最小値がＸ’及びＹ’方向にあり、最大値がＸ’とＹ’との間の４５°にある、第１のトランシーバコイルの一実施形態が有利である。
【0019】
トランシーバコイルが誘電体基材上の金属層（コーティング）から形成される場合、特に有利である。これにより、導体の構造の実現における最大の柔軟性が可能になる。適切な基材は、特に、サファイア、酸化アルミニウムセラミック、テフロン（登録商標）、亜硝酸アルミニウム、石英、及びガラスなどの誘電損失が低い材料である。
【0020】
コーティングは、誘電体基材の内側及び／又は外側に塗布されてもよく、湿式化学及び／又は反応性／非反応性真空エッチングプロセス及び／又はレーザアブレーションプロセスによって構造化されてもよい。或いは、選択的メタライゼーションを使用することができ、その場合、真空蒸着及び電気めっきプロセスが特に有利である。層成長の高い精度と堆積材料の高純度を達成する可能性とに起因して、真空堆積法は、特にコイルが極低温で動作する場合に有利である。ガルバニック法は、特に５０μｍを超える厚いコーティングに関して、迅速且つ費用効果的に実施することができる。
【0021】
金属管からトランシーバコイルを製造することも同様に有利である。構造化は、例えばフライス加工、レーザ切断、又はウォータージェット切断によって、管状ブランクから必要とされない領域を切り出すことによって行なうことができる。これの利点は、低コストで達成することができ、コーティングプロセスよりも大幅に大きくすることができる大きな導体厚さｄである。これは、コイルの高い導電率を達成することを可能にするために、５ｍｍ以上、特に１０ｍｍ以上の直径及び低い測定周波数を有するサンプルに有利であり得る。更に、そのようなトランシーバコイルは、キャリアを伴うことなく、特に導体と測定サンプルとの間にキャリアを伴うことなく製造することができ、その結果、効率が向上する。これは、直径＜５ｍｍの小さな測定サンプルに特に有利である。導電性を更に改善するために、切断縁部を丸める方法（例えば、振動仕上げ）を使用することができ、又は切断縁部を、例えばフライス加工によって丸めることができる。
【0022】
好ましくは、導体（すなわち、トランシーバコイルの長手方向軸Ｚ’に対する径方向の導電体の延在部）の導体厚さｄは、最大１ｍｍ（好ましくは最大２００μｍ）であり、及び／又は導電体へのＲＦ電流の侵入深さの少なくとも２倍である。更に、導体厚さが少なくとも２０μｍ、好ましくは少なくとも１００μｍであると有利である。侵入深さは、電流密度が導体表面での値の１／ｅに低下した深さ（表皮効果）として理解されるべきである。これは、導電体の材料及びそれと共に生成するＲＦ磁場の周波数の関数である。
ここで、
ρ：比抵抗、
μ＝μ０μｒ：絶対透磁率、
ω＝２πｆ：円周波数である。
【数1】
ρ：比抵抗、
μ＝μ０μｒ：絶対透磁率、
ω＝２πｆ：円周波数である。
【0023】
しかしながら、トランシーバコイルが複数の周波数で使用される場合、導体厚さｄは最も低い動作周波数でｄ＜２δとすることもできる。
【0024】
導体の導体厚さｄが２５０μｍよりも大きい場合、特に５００μｍよりも大きい場合、丸みを帯びた部分の電流密度が長方形の導体断面の場合よりも広い面積にわたって分布され、それによって導体の使用表面積を増大させることができるため、丸みを帯びた導体材料で作られた送信／受信コイルは、積層材料で作られた送信／受信コイルよりも高い品質係数を有する。特に、例えば円形ワイヤをプレス加工することによって製造されるような楕円形の導体断面が有利である。
【0025】
導体幅Ｗは、０．５ｍｍ～２ｍｍの間で変化することが好ましい。導体幅が０．５ｍｍ未満の場合、製造が困難であり、構造化に起因するエッジ効果が導電率を支配し、原料中の不純物が問題となり得る。導体幅が２ｍｍよりも大きい場合、ＮＭＲで典型的な測定サンプル寸法に関しては、複数の層を径方向に構成しなければ十分なインダクタンスを有するソレノイドコイルは不可能である。しかしながら、複数の層を伴うトランシーバコイルは、第２のＲＦ磁場に対する透過性を大幅に低下させ、クロスコイル装置にとって不利になる。
【0026】
特定の実施形態は、トランシーバコイルの巻線がトランシーバコイルの長手方向軸Ｚ’に対して傾けられるようにする。傾きは、１つの巻線にわたる導体中心面のＺ’位置の正弦波変調の振幅として規定される。傾きＴ≠０のコイルは、原則として、可変勾配Ｓ’（ｔ）＝Ｓ（ｔ）＋Ｔ（ｔ）ｃｏｓ（２πｔ＋φ）（一般的な勾配）で表わすこともできる。Ｓ’（ｔ）がフーリエ級数として書かれる場合、Ｔは勾配の（ｔ＝１）－周期部分を表わす。それぞれの巻線ごとに、勾配は次のように書くことができる。
ここで、
Ｓ（ｔ）＝Ｓ’（ｔ）－（Ｓ１，ａｃｏｓ（２πｔ）＋Ｓ１，ｂｓｉｎ（２πｔ））である。
【数2】
Ｓ（ｔ）＝Ｓ’（ｔ）－（Ｓ１，ａｃｏｓ（２πｔ）＋Ｓ１，ｂｓｉｎ（２πｔ））である。
【0027】
（Ｓ１，ａｃｏｓ（２πｔ）＋Ｓ１，ｂｓｉｎ（２πｔ））は、Ｔ（ｔ）ｃｏｓ（２πｔ＋φ）と書くことができ、式中、Ｔは傾きであり、φは傾きの方向である（通常、φ＝０°又はφ＝９０°）。
【0028】
傾きＴは、導電体の長さの経過ｔにわたって変化し得る（Ｔ＝Ｔ（ｔ））。この場合、傾きは、特に少なくとも１つの半巻線に関して、断面で一定である。次いで、傾きは、半巻線から半巻線に変化する、すなわち、各半巻線は、長手方向軸Ｚ’に対して傾きＴで傾けられ、半巻線の少なくとも一部（半巻線）に関して、Ｔ≠０が適用される。巻線の傾きＴは、Ｂ１振幅及び径方向均一性に影響を及ぼす。これは、特にこのコイルがソレノイドコイルとして設計される又はソレノイド形状セクションを備える場合に、トランシーバコイルの効率を高めることができるため、特にＭＡＳ ＮＭＲ測定に有利である。ＭＡＳ ＮＭＲ測定では、測定サンプルが長手方向軸Ｚ’の周りで回転され、長手方向軸Ｚ’は、好ましくは、静磁場Ｂ０によって規定されて動作中にＮＭＲプローブヘッドの長尺な延在が延びる（すなわち、ＮＭＲプローブヘッドがＮＭＲ装置に取り付けられる場合）Ｚ軸に対してマジック角θ（θ＝５４．７４°）だけ傾けられる。トランシーバコイルの巻線の傾きに起因して、ＲＦ磁場Ｂ１の磁場成分を静磁場Ｂ０と平行に最小化することができ、又はＲＦ磁場Ｂ１の磁場成分を静磁場Ｂ０に直交して最大化することができる。しかしながら、巻線の傾きに起因して、従来の（傾斜していない）ソレノイドコイルとは異なり、ＲＦ磁場Ｂ１はもはやコイルの長手方向軸Ｚ’と平行ではなく、それにより、コイルの導体は「それが生成する磁場の邪魔になる」。これらの領域における傾斜ソレノイドコイルの導体幅の減少は、本発明に係る傾斜ソレノイドコイルの伝達効率及び可能な信号対雑音比を増大させる。
【0029】
本発明に係るＭＲプローブヘッドの特に好ましい実施形態は、トランシーバコイル装置が、第２のＲＦ磁場Ｂ２を生成するための少なくとも１つの更なるトランシーバコイルを備え、第１のトランシーバコイル及び更なるトランシーバコイルによって生成されるＲＦ磁場Ｂ１、Ｂ２が互いに垂直に整列されるように、第１のトランシーバコイル及び更なるトランシーバコイルが共通の長手方向軸Ｚ’の周りに配置され、第１のトランシーバコイルの表面法線が第２のＲＦ磁場Ｂ２と平行である領域において、第１のトランシーバコイルの導電体の導体幅Ｗが最小値（テーパ）を有するようにする。言い換えれば、視野内で測定サンプルを励起するためにＲＦ磁場Ｂ２が透過しなければならない第１のトランシーバコイルの表面の領域では、Ｂ２において透過領域を形成するために、第１のトランシーバコイルの導電体の導体幅Ｗは最小である。
【0030】
２つのトランシーバコイルは、好ましくは異なる周波数に調整される。互いに垂直な磁場Ｂ１、Ｂ２は、ベクトルＢ１（ｘ、ｙ、ｚ）とＢ２（ｘ、ｙ、ｚ）とのスカラー積の体積積分が、少なくとも測定サンプルが位置する２つのコイルの視野領域にわたってほぼ０であることを意味し、すなわち、測定サンプル内のＢ１、Ｂ２磁場のみが考慮される。特定の実施形態では、２つのＲＦ磁場Ｂ１及びＢ２の分離は整合ネットワークによって達成され、すなわち、２つの送信受信コイルによって直接生成されるＲＦ磁場Ｂ１及びＢ２が互いに正確に直交する必要はない。
【0031】
第１のトランシーバコイルの表面法線（第１のトランシーバコイルの円筒表面に垂直なベクトル）が第２のＲＦ磁場Ｂ２と平行である領域における第１のトランシーバコイルの導電体の導体幅Ｗの最小値により、第１のトランシーバコイル装置は、第２のＲＦ磁場Ｂ２に対して高い透過性を示す。
【0032】
キャリアが第１のトランシーバコイルと更なるトランシーバコイルとの間の空間を少なくとも部分的に満たす場合には更に有利である。高い絶縁耐力を有する材料が使用される場合、ＲＦパルスを送信する際、特に同時ＲＦパルスの送信中に、電気的破壊を回避することができる。
【0033】
特定の実施形態では、第３のＲＦ磁場Ｂ３を生成するための第３のトランシーバコイル装置が提供され、第３のＲＦ磁場Ｂ３は、好ましくは第１のＲＦ磁場Ｂ１及び第２の磁場Ｂ２に垂直であり、また、第１のトランシーバコイルの導体幅は、第１のトランシーバコイルの表面法線が第３のＲＦ磁場Ｂ３に平行である領域において最小値を有する。
【0034】
したがって、トランシーバコイル装置のストリップ導体の導体幅Ｗは、Ｂ２磁場及びＢ３磁場の領域でコイルの円筒の円周に沿って周期的に減少する。したがって、各巻線は、導体幅が最小値を有する４つの領域を有する。
【0035】
更なるトランシーバコイルは、好ましくは、サドルコイル又は共振器、例えば、Ａｌｄｅｒｍａｎ－Ｇｒａｎｔ、バードケージ、又はループギャップ共振器として形成される。
【0036】
好ましくは、第１のトランシーバコイルは、少なくとも１つのソレノイド形状（螺旋状）セクションを有する。特に、第１のトランシーバコイルはソレノイドコイルとすることができる。好ましくは、トランシーバコイルは、ソレノイド形状セクションのみを備え、したがって、特にトランシーバコイルの長手方向軸Ｚ’の周囲で延びる巻線のみを備える。
【0037】
好ましくは、トランシーバコイルは、少なくとも３つの巻線を備える。
【0038】
一般に、円筒形ソレノイドコイルの導電体の包絡線は、以下のように定義される（ここで、コイルの端部は、以下の式のパラメトリック表示によってカバーされない）。
デカルト座標
において、ｔ∈｛０．．．Ｎ｝
（開始巻線に関しても適宜定義される）
この場合、
は巻線のピッチ（すなわち、Ｚ’方向で巻線により覆われる経路）であり、Ｓは局所勾配であり、ここで、ｔｎはｎ番目の巻線の開始時のｔであり、すなわち、ｔｎ＝０，１，．．．であり、
Ｔは、傾き（ここでは、１巻線にわたる導体中心面のＺ’位置の正弦波変調の振幅として定義される）であり、
Ｒは半径であり、
Ｎはトランシーバコイルの巻回数であり、Ｎ∈Ｒ’’であり、３≦Ｎであり、
ｔは、トランシーバコイル装置の０巻回数と１巻回数との間にあるパラメータであり、ｔ∈Ｒ’’であり、０≦ｔ≦Ｎである。
好ましくは、巻回数Ｎは、整数又は半整数（Ｎ∈Ｎ’’又は２Ｎ∈Ｎ’’（Ｎ’’：自然数全体からなる集合））である。
デカルト座標
【数3】
（開始巻線に関しても適宜定義される）
この場合、
【数4】
Ｔは、傾き（ここでは、１巻線にわたる導体中心面のＺ’位置の正弦波変調の振幅として定義される）であり、
Ｒは半径であり、
Ｎはトランシーバコイルの巻回数であり、Ｎ∈Ｒ’’であり、３≦Ｎであり、
ｔは、トランシーバコイル装置の０巻回数と１巻回数との間にあるパラメータであり、ｔ∈Ｒ’’であり、０≦ｔ≦Ｎである。
好ましくは、巻回数Ｎは、整数又は半整数（Ｎ∈Ｎ’’又は２Ｎ∈Ｎ’’（Ｎ’’：自然数全体からなる集合））である。
【0039】
本発明に係るＭＲプローブヘッドの特定の実施形態は、第１のトランシーバコイルの導電体が順方向巻線セクションと戻り巻線セクションとを備え、順方向巻線セクションが、順方向巻線を備えるとともに、接続領域を起点として、所定の巻回方向で、トランシーバコイルの軸方向端部に至り、戻り巻線セクションが、戻り巻線を備えるとともに、第１のトランシーバコイルの軸方向端部を起点として、同じ所定の巻回方向で接続領域に至り、戻り巻線セクションの巻線が、順方向巻線セクションの巻線とは反対の符号を伴うピッチＰを有し、導電体の順方向巻線及び戻り巻線が、順方向巻線及び戻り巻線が交差する交差領域を除き、長手方向軸Ｚ’周りで共通の円筒ジャケット表面上に配置されるようにする（交差形状）。したがって、この実施形態において、トランシーバコイルは、２つのソレノイド形状導体セクション（順方向巻線セクション及び戻り巻線セクション）を有する。
【0040】
したがって、順方向巻線及び戻り巻線は、長手方向軸Ｚ’の周りで同じ径方向距離にあり、すなわち、共通の表面上で反対方向に延びる巻線がある。接続領域は、電気コイルセクションを整合ネットワークに接続するために使用され、複数の電気コイルセクションのための接続部を備えることができる。順方向巻線セクション及び戻り巻線セクションは、端子セクションの２つの端子間で延びるコイルセクションを形成し、それにより、印加電圧は、それぞれのコイルセクションの順方向巻線の開始と戻り巻線の終わりとの間に印加される。共通の円筒表面上に順方向巻線及び戻り巻線を配置するために、順方向巻線及び戻り巻線は互いに交差しなければならない。交差部は、可能な限り小さい延在部を有する円周のセクション（交差領域）で実行され、好ましくは、順方向巻線セクション又は戻り巻線セクションの導電体は円筒表面上に残るが、それぞれの他の導電体はブリッジ要素の形態で第１の導電体上にわたって交差する。
【0041】
この特定の実施形態によって、巻線及び接続領域の配置は、トランシーバコイルの動作中の電位が隣り合う巻線の同等の位置（例えば、巻線の最初又は中央又は最後）と大きさが等しいか又は類似するように選択され得る。Ｕ１／ＵＮ＝（Ｎ／２－１）／（Ｎ／２）であり、ここで、Ｕ１：第１の巻線にわたる電圧、ＵＮ：Ｎ個の巻線にわたる電圧である場合、電位は同様であると考えられる。したがって、コイルセクションが動作時に電位０の点を有する逆方向巻線（いわゆる平衡回路網によって設定される）を備える好ましい実施形態では、コイルセクションの順方向巻線及び戻り巻線は、逆方向巻線を除いて、交互に配置されることが好ましい。このようにして、導電性サンプルに見える電場を低減することができ、同時に他の性能損失を低減することができる。この実施形態は、導電性測定サンプル又は高い誘電損失を有する測定サンプルの検査に特に有利である。本発明に係る共通の円筒表面上の導体セクションの幾何学的配置は、測定サンプル中のＮＭＲプローブヘッドのコイルによって生成される電場を大幅に最小化できるようにする。電場は、送信中及び受信中の両方の性能損失、例えば測定サンプルの加熱、制限された送信電力でのパルス角の延長、信号対雑音比の低減などにつながる可能性がある。
【0042】
複数のコイルセクションを設けることもでき、各コイルセクションは、順方向巻線セクション及び戻り巻線セクションを備える。
【0043】
特定の実施形態では、第１のトランシーバコイルの巻線の勾配Ｓ、特にピッチＰが導体の経路に沿って変化するようにすることができる。したがって、勾配は、コイルセクションに沿った位置の関数である（Ｓ＝Ｓ（ｔ））。勾配Ｓ＝Ｓ（ｔ）の変化は、ピッチＰの変化によって実現できるが、一定のＰの巻線内での局所勾配Ｓの変化によっても実現できる。
【0044】
一定のピッチＰの場合、局所勾配Ｓ（ｔ）は、１つの巻線内で変化する可能性があり、符号が反転する可能性さえある。巻線のピッチＰは、ｔｎ＋１における中心線のＺ’座標がｔｎのＺ’座標よりも大きい場合に正と呼ばれる。これは、ｔｎとｔｎ＋１との間の間隔におけるＺ’座標が、ｔｎよりも小さい値をとる場合でも成り立つ。トランシーバコイルの長手方向軸Ｚ’に沿った（軸上）均一性は、可変ピッチＰ又は可変勾配Ｓによって改善することができる。
【0045】
複数の巻線は、誘導的又は容量的に結合された個々の共振器として実現することもできる。次いで、ピッチＰは、２つの隣り合う個々の共振器間の距離を表わす。
【0046】
有限コイルの場合、Ｂ１磁場の振幅は軸方向端部で低下する。軸方向端部におけるピッチＰを減少させることによって、巻線が互いにより近くに位置することを達成することができる。このようにして、コイルの有限性に起因して欠けている電流密度を補償することができる。したがって、短いコイルの長手方向軸Ｚ’に沿った均一性の改善は、特にトランシーバコイルの軸方向端部におけるピッチＰが軸方向中心よりも小さい場合に生じる。
【0047】
一方、交互に配置された順方向巻線セクション及び戻り巻線セクション（交差形状－上記参照）を伴う「ショート」コイルが自然共振で／その近傍で動作される場合、コイルセクションの長さに沿ったほぼ正弦波の電流分布が、コイルの一端又は中央のいずれかに静止する導体端部の領域における生成電場を低減するので、導体の中心におけるピッチＰを低減することが有利である。
【0048】
径方向（軸外）の均一性を改善するために、本発明に係るＭＲプローブヘッドの更なる実施形態は、導体に沿ったトランシーバコイルの巻線が第１のトランシーバコイルの長手方向軸Ｚ’に対して可変の傾きを有する、すなわち、Ｔ＝Ｔ（ｔ）となるようにする。
【0049】
更に、トランシーバコイル又はトランシーバコイルの一部を螺旋形状ではなくゼロピッチコイルとして形成する可能性もある。この場合、少なくとも１つの巻線は、その長さの大部分にわたって勾配Ｓ＝０を有する。そのような巻線は、閉じていないリングを形成し、すなわち、Ｓ（ｔ）＝０は、ｔ＝ｔ０．．．ｔ０＋１－ε又はｔ＝ｔ０＋．．ε／２．．．ｔ０＋１－ε／２に関して有効であり、この場合、ε＞０であり、ここで、ε＞０は短絡を防止し、ｔ＝ｔ０は、巻き始めである。しかしながら、巻線間のギャップ幅Ｄ＞０を確保するために、完全な巻線のピッチＰは０に等しくない大きさを有する。ここで、Ｐ（ｔ）は、一定であってもよく、巻線ごとに異なっていてもよい。傾斜していないトランシーバコイル装置の場合（すなわち、Ｔ＝０の場合）、巻線は、勾配Ｓ＝０を有する全範囲にわたって長手方向軸Ｚ’に対して垂直に方向付けられる。そのようなトランシーバコイル装置は、勾配のない閉じていない「リング」と勾配Ｓ≫０の短い巻線部との組み合わせとして設計することができる。特定の実施形態において、巻線の一部は、トランシーバコイルの長手方向軸Ｚ’に対して垂直に整列され得る。したがって、トランシーバコイルは、（局所）勾配のない閉じていない「リング」と、勾配Ｓ＞０を有する導電体の部分との組み合わせとして設計することができる。その結果、導体幅Ｗとギャップ幅Ｄとの比Ｗ／Ｄをトランシーバコイル装置にわたって一定に保つことができる。結果として、トランシーバコイル装置の品質係数を最大にすることができ、特に簡単な方法で電界を最小にすることができる。
【0050】
特に好ましい実施形態は、量傾きＴ、勾配Ｓ、導体幅Ｗのうちの少なくとも２つがトランシーバコイルの導電体の長さの経過ｔにわたって変化し、特に、勾配Ｓと、量傾きＴ及び導体幅Ｗのうちの一方とが変化するようにする。このようにして、信号対雑音比（ＳＮＲ）に関して最適化されたトランシーバコイルを実現することができる。
【0051】
本発明の更なる利点は、説明及び図面から明らかになる。同様に、上記で言及されて以下に記載される本発明に係る特徴はそれぞれ、それ自体単独で又は任意の所望の組み合わせで一緒に使用することができる。図示及び説明された実施形態は、網羅的なリストとして理解されるべきではなく、本発明を説明するための例示的な性質のものである。
【図面の簡単な説明】
【0052】
【図1】導体幅が各巻線内で周期的に変化するトランシーバコイルの一実施形態の斜視図を示す。
【図2a】第１のトランシーバコイルが他のトランシーバコイルの内側に配置された、本発明に係るプローブヘッドにおけるトランシーバコイル装置の一実施形態の斜め上から見た斜視図である（クロスコイル形状）。
【図3a】傾けられた巻線を伴うコイルにおけるコイルパラメータを説明するためのソレノイド形状コイル部の詳細を示す。
【図3b】傾けられていない巻線を伴うコイルにおけるコイルパラメータを説明するためのソレノイド形状コイル部の詳細を示す。
【図4】傾けられた巻線を伴うとともに導体幅Ｗが各巻線内で周期的に変化するトランシーバコイルの一実施形態の斜視図である。
【図5】各巻線内で導体幅Ｗが周期的に変化するゼロピッチトランシーバコイルの一実施形態の斜視図である。
【図6】各巻線内でピッチＰが変動するとともに導体幅Ｗが周期的に変動するトランシーバコイルの一実施形態の平面図を示す。
【図7】順方向巻線セクション及び戻り巻線セクションを有する第１のトランシーバコイルを有する、本発明に係るプローブヘッド用のトランシーバコイル装置の一実施形態の巻線図を示す。
【図8】両方の縁部領域から中心に向かって傾きが増大し、両方の縁部領域から中心に向かって勾配が増大し、及び巻線当たり４つの最大値及び４つの最小値を有する周期的に変化する導体幅を伴う、本発明に係るトランシーバコイルを示す。
【図9】本発明に係るＮＭＲプローブヘッドの概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【0053】
図１は、本発明に係るＮＭＲプローブヘッド用の第１のＲＦ磁場Ｂ１を生成するための第１のトランシーバコイル１の好ましい実施形態の斜視図を示す。第１のトランシーバコイル１は、長手方向軸Ｚ’の周りに配置されるＮ個（ここで、Ｎ＝１０）の巻線３を伴う導電体２を備える。第１のトランシーバコイル１はソレノイド形状であり、巻線３は、仮想円筒表面の周りに円筒状を成して巻回又は配置される。
【0054】
導電体２は、ストリップ形状導体（「導体トラック」）として設計されており、すなわち、導体は、導体の厚さよりも大きい（特に少なくとも１桁大きい）導体幅を有する。ストリップ導体は略矩形状の断面を有する。本発明によれば、導電体２は、可変導体幅Ｗ（図３ａ及び図３ｂ参照）、すなわち、Ｗ＝Ｗ（ｔ）を有し、式中、ｔは、０とトランシーバコイル１の巻回数との間に及ぶパラメータであり、ｔ∈Ｒ’’及び０≦ｔ≦Ｎであり、ここで、Ｎは、Ｎ∈Ｒ’’及び３≦Ｎである第１のトランシーバコイル１の巻回数である。更に、導体は、導体厚さｄを有する。ここに示される実施形態において、各巻線は、（それぞれの巻線内の）最小導体幅Ｗｍｉｎを伴う第１の領域６と、最小導体幅Ｗｍｉｎを伴う第２の領域７とを有し、これらの領域は、長手方向軸Ｚ’を中心とした回転に関して１８０°だけオフセットして配置される。更に、巻線はそれぞれ、長手方向軸Ｚ’を中心とした回転に関して第１の領域６に対して９０°だけオフセットして配置される最大導体幅Ｗｍａｘを伴う第３の領域８と、長手方向軸Ｚ’を中心とした回転に関して第３の領域８に対して１８０°だけオフセットして配置される最大導体幅Ｗｍａｘを伴う第４の領域９とを有する。したがって、各巻線３内で、導体幅Ｗｍａｘは２回増大し、２回減少し、最小導体幅を伴う領域６、７は互いに対向して位置する。最大導体幅を伴う領域８、９も互いに対向して位置している。ここに示される実施形態では、導体幅Ｗ＝Ｗ（ｔ）の増減が周期的である。また、Ｗ（ｋ）＝Ｗ（ｋ＋０．５）＝Ｗｍｉｎであり、Ｗ（ｋ＋０．２５）＝Ｗ（ｋ＋０．７５）＝Ｗｍａｘである。
【0055】
図示の実施形態では、導体幅Ｗを以下のように指定することができる。Ｗ（ｔ）＝Ｗ（０．５＋（ｎ－１））、又はＷ（０＋（ｎ－１））＜Ｗ（０．２５＋（ｎ－１）又はＷ（０．７５＋（ｎ－１））、ｎは自然数、すなわちｎ∈Ｎ’’である。巻線当たり２つの最大値及び２つの最小値を伴う導体の周期的な拡大及び先細りの場合、導体幅は、 Ｗ（ｔ）＝Ｗ０＋ΣＷｉ（ｓｉｎ（２πｔ＋φ））２ｉとして表わすことができ、式中、「位相」φは最小値／最大値の位置を決定する。一般に、Ｗ０及びＷｉも、ｔに依存し得るものであり、特に、巻線又は半巻線ごとに異なっていてもよい。
【0056】
ストリップ形状導体間には、可変ギャップ幅Ｄ（図３ａ及び図３ｂ参照）を伴うギャップ１０がある。中間空間１０のギャップ幅Ｄは、最小導体幅Ｗを伴う領域６、７において最大である。導体幅Ｗが大きい領域８、９は、第１のトランシーバコイル１の品質係数の改善につながるが、導体幅Ｗが小さいがギャップ幅Ｄが大きい領域６、７は、放射されるべき更なる磁場における透過性の向上をもたらす。導体の厚さｄに応じて、コイルの品質係数が最大になる最適な比Ｗ／Ｄがある。
【0057】
図２ａ、図２ｂは、第１のＲＦ磁場Ｂ１を生成するためのソレノイド形状の第１のトランシーバコイル１ａと、本発明に係るＮＭＲプローブヘッド用の第２のＲＦ磁場Ｂ２を生成するための更なるトランシーバコイル１１とを伴うトランシーバコイル装置１００の特に好ましい実施形態の斜視図の２つの角度を示す。ここで、第１のトランシーバコイル１ａは、更なるトランシーバコイル１１によって生成される第２の磁場Ｂ２が第１のトランシーバコイル１ａによって生成される第１の磁場Ｂ１に対して実質的に垂直になるように、更なるトランシーバコイル１１の径方向内側に同軸に配置される。更なるトランシーバコイル１１は、ここでは２つの半体５，５’から成るＡｌｄｅｒｍａｎ－Ｇｒａｎｔ共振器として形成され、第１のトランシーバコイル１ａを径方向で取り囲む。第１のトランシーバコイル１ａ及び更なるトランシーバコイル１１は、第１のトランシーバコイル１の導電体２の導体幅Ｗが最小値を有する第１のトランシーバコイル１ａの領域６、７が更なるトランシーバコイル１１の「窓」内にあるように互いに対して方向付けられ、それにより、更なるトランシーバコイル１１によって生成された第２の磁場は、第１のトランシーバコイル１ａの領域６、７（図２ａ及び図２ｂに破線で示されている）を通過する。結果として、第１のトランシーバコイル１ａは、第２のＲＦ磁場Ｂ２に関して高い透過性を有する。更に、トランシーバコイル１ａは、端部領域においてより低いピッチＰを有する。本実施形態では、平均ギャップ幅に対する平均導体幅の比Ｗ／Ｄが一定であるため、平均導体幅Ｗは、中央巻線３’から末端巻線３’’に向かって減少する。図２の実施形態の代替として、更なるトランシーバコイル１１を第１のトランシーバコイル１ａ内に配置することもできる。同様に、更なるトランシーバコイルは、共鳴器（図示せず）としてではなく、サドルコイル、特に多巻サドルコイルとして設計することもできる。
【0058】
第１のトランシーバコイル１の導電体２は２つの接続領域１２ａ、１２ｂを備え、該接続領域のそれぞれは、ここに示される実施形態では第１のトランシーバコイル１ａの軸方向端部４ａ、４ｂに位置される。そこで、トランシーバコイル１ｂは、ＲＦパルスを送信するときにトランシーバコイル１ｂにエネルギーを供給するために、又は測定サンプルの励起後にコイルに誘導された信号を検出するために、末端巻線３’’を介して整合ネットワーク（より詳細に図示せず）に接続され得る。
【0059】
本発明に係るＮＭＲプローブヘッドの更なる最適化は、トランシーバコイルのコイルパラメータを変化させることによって行なうことができる。
【0060】
図３ａ及び図３ｂは、ストリップ形状導体２を有するソレノイド形状コイルの断面をそれぞれ示しており、それに基づいてコイルパラメータが最初に示される。図３ａ及び図３ｂのソレノイド形状コイルは、長手方向軸Ｚ’（コイル軸）に沿って配置され、長手方向軸Ｚ’はＸ’Ｙ’平面に垂直である。ソレノイド形状のコイルは、導体２の導体幅Ｗ、ギャップ１０のギャップ幅Ｄ、巻線のピッチＰ、巻線の傾きＴ、巻線の半径Ｒによってパラメータ化される。ここに示される実施形態では、合計３つの巻線が示される。
【0061】
導体幅Ｗは、導体２の幅を示す。導体幅Ｗは、導体２の最外点によって決定される。ここに示される実施形態において、導体幅Ｗは、長手方向軸Ｚ’に沿って一定に保たれる（すなわち、Ｗ＝一定）。
【0062】
ギャップ幅Ｄは、導体２の巻線間の中間空間１０の幅を示す。ギャップ幅Ｄは、導体２の隣り合う巻線間の領域の最も外側の点によって決定される。
【0063】
巻線のピッチＰは、隣り合う２つの巻線間のＺ’方向の距離、すなわち、１回の完全な巻線後のコイルの進行を示し、導体２の中心線によって決定される。一定のピッチＰは、勾配Ｓが１つの巻線内で変化することを排除するものではない。
【0064】
巻線の傾きＴは、長手方向軸Ｚ’に対する巻線の傾きを示し、１つの巻線にわたる導体中心面のＺ’位置の正弦波変調の振幅に対応する。勾配Ｓ及び傾きが幾つかの巻線にわたって一定である場合、それはＭａｘ（Ｚ（ｔ）－Ｚ（ｔ＋１））－Ｓ）／２から容易に決定することができ、ここで、ｔは間隔ｔｎ．．．ｔｎ＋１で変化する。
【0065】
巻線の半径Ｒは、導体２が存在する半径を示す。
【0066】
図３ａ及び図３ｂに示されるソレノイドコイルはそれぞれ、一定の導体幅Ｗ、一定のギャップ幅Ｄ、及び一定のピッチＰを有し、図３ａに示されるコイルは傾斜コイル（Ｔ≠０）であり、図３ｂに示されるコイルは非傾斜コイル（Ｔ＝０）である。
【0067】
一般に、導体２の中心線は、デカルト座標で次のように定義される。
であり、ここで、
φは、巻線の傾きの向きである。
【数5】
φは、巻線の傾きの向きである。
【0068】
デカルト座標における導体２の包絡線は、以下のように定義される。
ここで、ｔ∈｛０．．．Ｎ｝である。
【数6】
【0069】
特に、導体幅はＷ（ｔ）＝Ｗ０＋ΣＷｉ（ｓｉｎ（２πｔ＋ｋ））２ｉであり、傾きＴは各半巻線にわたって一定であり、通常、傾き方向はφ＝０（Ｙ’軸周りの傾き）又はπ／２（Ｘ’軸周りの傾き）であり、半径Ｒ（ｔ）＝Ｒである。図１及び図２に示される本発明に係るトランシーバコイル１、１ａの実施形態はそれぞれ可変導体幅Ｗ＝Ｗ（ｔ）、一定の勾配Ｓ＝一定及び傾きＴ＝０を有する。
【0070】
以下では、コイルパラメータを変化させることによって本発明に係るＮＭＲコイルヘッドの性能を更に向上させることができる本発明に係るトランシーバコイル形状の特定の変形例について説明する。
【0071】
図４は、各巻線３ｃ内で導体幅Ｗが周期的に変化する本発明に係るトランシーバコイル１ｃの一実施形態を示し、巻線はトランシーバコイル１の長手方向軸Ｚ’に対して傾けられ（Ｔ≠０）、導体幅の最小値は、傾きによって規定される導体位置の正弦波変調の最大値の位置で生じる。傾斜巻線３ｃを有するトランシーバコイルは、トランシーバコイル１の長手方向軸Ｚ’がＮＭＲプローブヘッド２３のＺ軸に対して、好ましくはマジック角θ（θ＝５４．７４°）（図８参照）だけ傾斜しているＭＡＳ配置で特に有利に使用することができる。
【0072】
図５は、ゼロピッチコイルとして設計された、各巻線３ｅ内の導体幅Ｗが周期的に変化する本発明に係るトランシーバコイル１ｄを示す。巻線３ｅは、接続部２２を介して互いに接続された閉じていないリング状に形成されている。各巻線３ｄ内の勾配Ｓは０である。全体として、一定のピッチＰ＝一定は、接続部２２によって実現される。
【0073】
図６は、導体幅が周期的に変化するとともに各巻線内でピッチＰが変化する本発明に係るトランシーバコイル１ｅを示し、ピッチＰ及び導体幅Ｗの両方は、軸Ｚ’に沿って変化し、すなわち、ピッチＰ及び導体の最大幅は、巻線の軸方向位置に応じて変化する。図６に示される例では、ピッチＰ及び導体幅Ｗの両方が軸方向端部４ａ、４ｂに向かって減少する。
【0074】
図７は、本発明に係るＮＭＲプローブヘッド用の第１のトランシーバコイル１ｂの特定の実施形態の巻線図を示す。ここでも、導体幅Ｗは、本発明に係る各巻線内で２回変化する。これはゼロピッチコイルであるため、最大導体幅を伴う領域８、９は互いに対向して位置する。最小導体幅を伴う領域６、７も互いに対向して位置している。
【0075】
ここに示される実施形態において、第１のトランシーバコイル１ｂは、それぞれが接続領域１２からトランシーバコイル１ｂのそれぞれの軸方向端部４ａ、４ｂまで延びる順方向巻線１４ａ、１４ｂと、それぞれの軸方向端部４ａ、４ｂから元の接続領域１２まで延びる戻り巻線１５ａ、１５ｂとを伴う２つのコイルセクション１３ａ、１３ｂを有する。戻り巻線１５ａ、１５ｂは、順方向巻線１４ａ、１４ｂに対して反対のピッチＰを有する。リードバック導体（戻り巻線１５ａ、１５ｂ）は、順方向導体（順方向巻線１４ａ、１４ｂ）と同じ表面（ここでは、円筒表面、より詳細には図示せず）上で延びる。順方向巻線１４ａ、１４ｂ及び戻り巻線１５ａ、１５ｂは、長手方向軸Ｚ’の周りの共通の円筒表面上に配置される。戻り巻線１５ａ、１５ｂは、２つの順方向巻線１４ａ、１４ｂ間の空間に配置される。このために必要な交差部１６は、ここでは円周の可能な限り小さい部分（交差領域１７）で実現される。順方向巻線及び戻り巻線１４、１４ｂ、１５ａ、１５ｂの交差部１６は、例えば、接続要素（より詳細には図示せず）として共通の周面の中に出入りするブリッジ要素によって実装され得る。
【0076】
したがって、ここに示されるトランシーバコイル１ｂの幾何学的形状では、反対の電位を伴う巻線が、第１のトランシーバコイル１ｂの長手方向軸Ｚ’から同じ径方向距離を隔てて配置され、その場合、隣り合う巻線１４ａ～１５ａ；１４ｂ～１５ｂの電位は、互いに補償し合い、すなわち、大きさが可能な限り類似しているが符号が反対である。電界は、ギャップに集中し、トランシーバコイル１ｂからの距離が増大するにつれて非常に急速に減衰する。電界は、測定サンプルが位置される、視野が位置するトランシーバコイル１ｂの内部にわずかにしか延在しない。これにより、測定サンプルに導入される電界が最小になる。極低温冷却ＮＭＲ測定ヘッドの場合、損失の多い測定サンプルで動作する場合でも、良好な信号対雑音比を保証することができる。
【0077】
ここに示されるトランシーバコイル１ｂは、１つのコイルセクションのみを有する実施形態として実施することもできる。この場合、接続領域は、軸方向端部のうちの１つに位置される。次いで、導電体は、所定巻回方向で反対の軸方向端部に向かって案内され、反対のピッチＰ及び同じ巻回方向で接続領域に戻る。
【0078】
図８は、傾斜巻線を有する本発明に係るトランシーバコイル１ｇの特定の実施形態を示す。導体幅Ｗは、トランシーバコイル１ｇに関して周期的に変化し、１巻線当たり、４つの最大値と、４つの最小値、すなわち、クロスコイル形態の第２のＲＦ磁場Ｂ２における透過度をもたらすための傾斜軸（Ｘ’方向）に沿う２つの最小値、及び「それ自体の方法でより少なくなる」ための傾斜軸に垂直な（Ｙ’方向に沿った）２つの最小値とを有する。これらの最小値は、一般に、傾斜巻線を有するトランシーバコイルに関して第１のトランシーバコイル１ｇの性能を最適化するが、透過性を高める最小値は、第１のトランシーバコイル１ｇを犠牲にして更なるトランシーバコイル（図８には示されない）の性能を最適化する。
【0079】
図８は、本発明に係るＮＭＲプローブヘッド２３の概略図を示す。ＮＭＲ測定を実行するための静磁場は、ここに示される例では動作中にＺ軸に平行に整列される。ＮＭＲプローブヘッド２３は、本発明に係るトランシーバコイル１を備え、トランシーバコイル１は、整合ネットワーク２４に接続され、分光計接続部２１を更に備える。図８に示されるＮＭＲプローブヘッドは、ＮＭＲプローブヘッド２３の長尺延在部がそれに沿って延びるＺ軸に対して、トランシーバコイル１の長手方向軸Ｚ’が好ましくはマジック角θ（θ＝５４．７４°）だけ傾けられるＭＡＳ（マジック角回転）プローブヘッドである。
【符号の説明】
【0080】
１，１ａ－１ｅ，１ｇ 第１のトランシーバコイル
２ 第１のトランシーバコイルの導電体
３ 第１のトランシーバコイルの巻線
３’ 第１のトランシーバコイルの中央巻線
３’’ 第１のトランシーバコイルの末端巻線
４ａ，４ｂ 第１のトランシーバコイルの軸方向端部
５，５’ 更なるトランシーバコイル１１の半体
６ 最小導体幅を有する巻線の第１の領域
７ 最小導体幅を有する巻線の第２の領域
８ 最大導体幅を有する巻線の第３の領域
９ 最大導体幅を有する巻線の第４の領域
１０ 第１のトランシーバコイルの巻線間の中間空間
１１ 更なるトランシーバコイル
１２，１２ａ，１２ｂ 第１のトランシーバコイルの接続領域
１３ａ，１３ｂ 第１のトランシーバコイルのコイルセクション
１４ａ，１４ｂ コイルセクションの順方向巻線
１５ａ，１５ｂ コイルセクションの戻り巻線
１６ 導電体の交差部
１７ 交差領域
２１ 分光計接続部
２２ 接続セクション
２３ ＮＭＲプローブヘッド
２４ 整合ネットワーク
１００ ２つのトランシーバコイルを有するトランシーバコイル装置
ｄ ストリップ形状導体の導体厚さ
Ｄ 中間空間のギャップ幅
Ｒ 巻線の半径
Ｐ 巻線のピッチ
Ｓ 局所勾配
Ｔ 巻線の傾き
Ｗ 導体の導体幅
Ｚ’ 長手方向軸
Ｚ プローブヘッドの静磁場／長手方向延在の方向
２ 第１のトランシーバコイルの導電体
３ 第１のトランシーバコイルの巻線
３’ 第１のトランシーバコイルの中央巻線
３’’ 第１のトランシーバコイルの末端巻線
４ａ，４ｂ 第１のトランシーバコイルの軸方向端部
５，５’ 更なるトランシーバコイル１１の半体
６ 最小導体幅を有する巻線の第１の領域
７ 最小導体幅を有する巻線の第２の領域
８ 最大導体幅を有する巻線の第３の領域
９ 最大導体幅を有する巻線の第４の領域
１０ 第１のトランシーバコイルの巻線間の中間空間
１１ 更なるトランシーバコイル
１２，１２ａ，１２ｂ 第１のトランシーバコイルの接続領域
１３ａ，１３ｂ 第１のトランシーバコイルのコイルセクション
１４ａ，１４ｂ コイルセクションの順方向巻線
１５ａ，１５ｂ コイルセクションの戻り巻線
１６ 導電体の交差部
１７ 交差領域
２１ 分光計接続部
２２ 接続セクション
２３ ＮＭＲプローブヘッド
２４ 整合ネットワーク
１００ ２つのトランシーバコイルを有するトランシーバコイル装置
ｄ ストリップ形状導体の導体厚さ
Ｄ 中間空間のギャップ幅
Ｒ 巻線の半径
Ｐ 巻線のピッチ
Ｓ 局所勾配
Ｔ 巻線の傾き
Ｗ 導体の導体幅
Ｚ’ 長手方向軸
Ｚ プローブヘッドの静磁場／長手方向延在の方向
【0081】
参考文献
［Ｇｏｒｋｏｖ２００７］Ｇｏｒ’ｋｏｖら
最大９００ＭＨｚの静的固体ＮＭＲのための生体サンプルのＲＦ加熱を低減するための低Ｅ共振器の使用
磁気共鳴ジャーナル１８５（２００７）７７－９３
［ＵＳ６７５１８４７］ＵＳ６，７５１，８４７Ｂ１
［Ｐｒｉｖａｌｏｖ１９９６］Ｐｒｉｖａｌｏｖら
固体ＮＭＲ用途のための大体積高Ｂ１均一性のためのコイル設計
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ、シリーズＡ１２３（１９９６）、１５７～１６０
［Ｄｏｔｙ２００６］Ｄｏｔｙら。
クロスコイルを使用して、高磁場での三重共鳴多核ＭＡＳにおけるＲＦ加熱を１桁減少させる
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ １８２（２００６）２３９－２５３。
［Ｇｏｒｋｏｖ２００７］Ｇｏｒ’ｋｏｖら
最大９００ＭＨｚの静的固体ＮＭＲのための生体サンプルのＲＦ加熱を低減するための低Ｅ共振器の使用
磁気共鳴ジャーナル１８５（２００７）７７－９３
［ＵＳ６７５１８４７］ＵＳ６，７５１，８４７Ｂ１
［Ｐｒｉｖａｌｏｖ１９９６］Ｐｒｉｖａｌｏｖら
固体ＮＭＲ用途のための大体積高Ｂ１均一性のためのコイル設計
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ、シリーズＡ１２３（１９９６）、１５７～１６０
［Ｄｏｔｙ２００６］Ｄｏｔｙら。
クロスコイルを使用して、高磁場での三重共鳴多核ＭＡＳにおけるＲＦ加熱を１桁減少させる
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ １８２（２００６）２３９－２５３。
【図1】
【図2a】
【図2b】
【図3a】
【図3b】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【外国語明細書】