專利名稱：軸向受約束的nmr rf探針線圈的制作方法
軸向受約束的NMRRF探針線圈背景技術(shù)本發(fā)明涉及核磁共振(NMR)裝置并尤其涉及與研究中的樣本的原子核的RF 耦合。這是寬泛地稱為NMR探針的控制靈敏區(qū)內(nèi)RF場(chǎng)的分布的模塊的功能。使 靈敏區(qū)內(nèi)的樣本緊耦合到靈敏區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的RF輻射以致自旋激發(fā)并且后續(xù)隨著樣本 原子核的退激而使其發(fā)射。此探針的核心是RF線圈并且這類線圈在典型使用中的 顯著性質(zhì)是在由線圈界定的整個(gè)靈敏體積內(nèi)部獲得的RF場(chǎng)的同質(zhì)程度。還希望將 線圈的RF場(chǎng)分布約束至靈敏體積內(nèi)一有限的區(qū)域，因?yàn)闃O化磁場(chǎng)的空間變化在靈 敏體積外并未被消除。限制NMR線圈的RF場(chǎng)的空間分布是多個(gè)現(xiàn)有技術(shù)著作的課題。為此目的令人尤其感興趣的是與本發(fā)明共同受讓的US專利6,008,650和5,192,911。大體上這些著作描述為保護(hù)諧振裝置的靈敏體積不受到其外部的RF影響或減少該線圈在靈敏體積外的RF場(chǎng)而實(shí)現(xiàn)的屏蔽。例如，希望屏蔽樣本延伸超出靈敏體積的部分不受源自線圈或線圈引線的輻射的影響。這樣做不能保護(hù)樣本的同一部分(位于可能略微不同的極化場(chǎng)中)不受到因主要分布在靈敏體積里但并非完全在其中的RF場(chǎng)而產(chǎn)生的輻射的影響。 一般來說這些屏蔽配置包括傳導(dǎo)部件，所述傳導(dǎo)部件通常為圓柱形，與樣本軸同軸并且軸向偏離RF線圈的中心區(qū)域。這種屏蔽主要衰減在屏蔽結(jié)構(gòu)外的軸向區(qū)域中的RF場(chǎng)的徑向分量。另一種解決在靈敏體積外不希望有的樣本激發(fā)的問題的方法是基于物理地限 制樣本體積以使其與探針線圈的軸向延伸范圍一致。為了避免磁化率中有軸向不連續(xù)性，現(xiàn)有技術(shù)利用磁化率匹配于樣本的插栓并將其插入樣本容器中以將樣本限定 在與探針線圈一致的希望的區(qū)域。這種方法公開于與本發(fā)明共同受讓的授予Zens 的US4,549,136。RF諧振腔在NMR裝置領(lǐng)域內(nèi)是公知的并且此類諧振器有效地包含內(nèi)部RF 場(chǎng)并因此屏蔽樣本體積不受到腔外的RF影響。這種NMR諧振腔的一個(gè)代表例公 開于與本發(fā)明共同受讓的US4，607，224。盡管腔結(jié)構(gòu)提供了對(duì)場(chǎng)分布的軸向約束和 徑向約束，但卻喪失從這類諧振器外對(duì)樣本施加獨(dú)立RF場(chǎng)的能力。這是自旋解耦4和多種復(fù)諧振技術(shù)的必要手段。發(fā)明內(nèi)容一種新穎的RF諧振器結(jié)構(gòu)以包括對(duì)在由線圈界定的靈敏體積中產(chǎn)生的RF偶 極子場(chǎng)的軸向受約束的RF諧振器(或"線圈")為其特征。這種約束起到屏蔽物 理樣本位于靈敏體積之外的那些部分的作用。這對(duì)于放置在長(zhǎng)管中的液態(tài)樣本而言 是常見情形。這種軸向約束還起到線圈中形成該線圈的軸向電感部件之間的方位角 互連的傳導(dǎo)部件的作用。該新穎的線圈是一種"開放式"結(jié)構(gòu)；即在該"開放式" 線圈外可設(shè)置第二同軸線圈以獨(dú)立地輻射位于這兩個(gè)諧振器的公共軸上的樣本管。這種場(chǎng)限定/互連結(jié)構(gòu)在機(jī)械上為線圈支承或線圈架的端部部件并且在提供實(shí) 現(xiàn)集總電容的平臺(tái)和支持非?？拷诰€圈本身的可調(diào)(微調(diào))電容方面另有裨益。 這種場(chǎng)限定結(jié)構(gòu)優(yōu)選為傳導(dǎo)面-電介質(zhì)-傳導(dǎo)面的復(fù)合結(jié)構(gòu)以提供與線圈結(jié)構(gòu)并聯(lián) 的選定電容值。線圈的一個(gè)端部部件優(yōu)選地包括由另一導(dǎo)體構(gòu)成的第三電容部件， 它軸向地偏離于面朝外的傳導(dǎo)面，軸向地處于線圈的靈敏體積之外并且是為允許精 確的軸向平移而設(shè)以提供電容微調(diào)。在一優(yōu)選配置中，RF激發(fā)源通過靠近線圈的 軸向電感部件的環(huán)路電感耦合到該線圈。遵循由端部部件結(jié)合電感部件構(gòu)成的RF線圈的一般化結(jié)構(gòu)，就可利用端部部 件之一或其兩者的互連功能來產(chǎn)生各種類型的RF諧振器。


圖1是這種新穎的探針線圈的背景的簡(jiǎn)單說明。圖2a示出這種新穎的線圈的基本方面。圖2b示出有進(jìn)一步結(jié)構(gòu)增強(qiáng)的該基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。圖2c示出形成固定電容的復(fù)雜端部部件。圖2d示出以同軸螺紋桿實(shí)現(xiàn)的可調(diào)電容。圖2e是使用磁耦合環(huán)路的優(yōu)選配置。圖2f是圖2a、 b的線圈的有效電路。圖3比較常規(guī)線圈與本發(fā)明的軸向受約束線圈的信號(hào)強(qiáng)度的軸向分布。 圖4是表現(xiàn)本發(fā)明的軸向約束特征的鳥籠式線圈。 圖5a示出用于實(shí)現(xiàn)一對(duì)同軸線圈的端部部件。 圖5b是通過圖5a的端部部件的一個(gè)截面。圖6是圖2a、 b的鞍形線圈的2導(dǎo)體(電感)實(shí)施例。
具體實(shí)施方式
圖1從概念上詮釋出本發(fā)明的背景(相同的附圖標(biāo)記出現(xiàn)在幾張圖中以表示 相同的對(duì)象)。NMR探針9被設(shè)置在超導(dǎo)磁體10的孔11中。待分析的樣本呈現(xiàn) 在被插入到探針9中的樣本容器(未示出)內(nèi)。探針9電感耦合到樣本的核自旋以 便通過至少第一 RF激發(fā)通道12激發(fā)并另外單獨(dú)地通過接收通道14實(shí)現(xiàn)信號(hào)獲取。 激發(fā)和接收功能經(jīng)常通過相關(guān)器13共用同一探針線圈來進(jìn)行非并發(fā)操作，但也經(jīng) 常采用多個(gè)線圈來提供不同的功能，例如自旋解耦、場(chǎng)頻鎖定等。接收通道通常包 括前置放大器和RF解調(diào)器、相位檢測(cè)器、模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)和各種信號(hào)處理裝置， 連同數(shù)字處理器15來實(shí)現(xiàn)求平均、傅立葉變換、存儲(chǔ)等。類似地，處理器15控制 激發(fā)通道12和接收通道14。最近，這些功能中有一些被結(jié)合到直接數(shù)字接收器中， 但這些變化對(duì)于理解或操作本發(fā)明的探針而言不是關(guān)鍵的。探針9的必要組成部分是一個(gè)或多個(gè)例如線圈的諧振結(jié)構(gòu)，用來將樣本分子 的核自旋耦合到激發(fā)通道12和接收通道14。本發(fā)明的軸向受約束RF線圈8的基 本要素在圖2a中示出。彼此面對(duì)的傳導(dǎo)平面端部部件50和51各自由分塊50a和 50b、以及51a和51b構(gòu)成。這些分塊具有共同的邊界(在這里圖示為盤形端部部 件的直徑，但不局限于這種幾何形狀)。(每個(gè)端部部件的)每對(duì)分塊跨過此共同 的邊界位移以形成界定相應(yīng)分塊并在其間提供電絕緣的狹縫52和52'。孔53和53' 被形成在各端部部件中并且它們沿軸向?qū)R以接納NMR樣本容器。狹縫52和52' 被設(shè)置成有角度偏移。這里，該角度偏移作為一簡(jiǎn)單情形被示出為90° 。傍軸導(dǎo) 體54a、 54b、 54c和54d作為一簡(jiǎn)單實(shí)施例例被示出。這些傍軸導(dǎo)體54a、 54b、 54c和54d的長(zhǎng)度允許它們延伸得充分超過靈敏體積的界限。優(yōu)選地，在使線圈增 量居中的情況下，傍軸導(dǎo)體總長(zhǎng)度大約為線圈本身的軸向延伸范圍的3倍。這種配 置很大程度上消除了總磁化率的軸向相關(guān)的不連續(xù)性。參見共同受讓的授予Hill 和Zens的US 4'517'516。第一對(duì)相鄰的這樣的導(dǎo)體54a和54b被設(shè)置成使得在一端，導(dǎo)體54a和54b 的相鄰端共同連接于同一分塊50a，而在該對(duì)相鄰導(dǎo)體的另一端，這兩個(gè)導(dǎo)體連接 于不同的分塊51a和51b，從而形成該線圈的一個(gè)環(huán)路。第二對(duì)傍軸導(dǎo)體54c和54d 以類似方式連接于分塊51b以及50a和50b。這種配置的電拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可直接被認(rèn)為 是具有如下附加特征的鞍形線圈每個(gè)端部部件提供顯著的屏蔽以在RF場(chǎng)存在于那些端部部件50、 51之外時(shí)約束該RF場(chǎng)不合需的軸向延伸。為簡(jiǎn)明起見，單匝 鞍形線圈是便于說明的模型。 一匝以上的鞍形線圈是本討論簡(jiǎn)單直接的擴(kuò)展。此RF線圈的替換電拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是通過端部部件50、 51之一或其兩者的恰適設(shè) 計(jì)而獲得的。例如，如果用未開狹縫的平面導(dǎo)體代替圖2a的端部部件50，則傳導(dǎo) (電感)部件54a和54b被共同連接于線圈的該端部部件并且結(jié)果所得的結(jié)構(gòu)支持 在樣本軸的相對(duì)側(cè)上有兩個(gè)RF電流環(huán)路第一環(huán)路包括傳導(dǎo)部件54a和54b，并 聯(lián)于包含傳導(dǎo)部件54c和54d的第二環(huán)路。圖2b示出這種形式的優(yōu)選實(shí)施例的另一結(jié)構(gòu)。(為清楚表示，圖2a中己有 的所有附圖標(biāo)記在圖2b中不予以重復(fù))。在傍軸導(dǎo)體54a、 54b、 54c和54d徑向 的外側(cè)添加非傳導(dǎo)的傍軸桿60，傍軸導(dǎo)體在這里以陰影線示出以幫助眼睛識(shí)別。 桿60提供結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及對(duì)電容耦合于端部部件51的可調(diào)電容器極板62的支承 (在圖2d中更具體地示出)。尤佳的是端部部件51具有圖2c所示的復(fù)合結(jié)構(gòu)， 即附加的一個(gè)或多個(gè)平面?zhèn)鲗?dǎo)部件57、 57'由介電層(或空間)58隔開以構(gòu)成選定 的固定電容并形成端板51的傳導(dǎo)屏蔽面。這種結(jié)構(gòu)可由分立組件形成，例如標(biāo)準(zhǔn) 印刷電路板或銅片以及薄平面藍(lán)寶石電介質(zhì)或簡(jiǎn)單間隙形成。根據(jù)電路要求，可在 兩個(gè)端部部件中的任何一個(gè)或兩者處實(shí)現(xiàn)此電容。圖2c示出端部部件51結(jié)構(gòu)的用 于支持諧振探針線圈的集總電容的的進(jìn)一步擴(kuò)展。圖2c的電容是通過使面向外(面 向線圈8的靈敏體積外)的導(dǎo)體57具有由狹縫56界定的分塊構(gòu)造來實(shí)現(xiàn)的。在狹 縫56和52的取向正交的情況下，電容器端部部件61各分塊傳導(dǎo)面形成并聯(lián)的兩 對(duì)串聯(lián)電容器。圖2f的有效電路是通過由端板50提供的虛線連接完成的。為下面 討論的各個(gè)目的設(shè)置其它孔59，圖中對(duì)其中之一給出附圖標(biāo)記。顯然端板50和/ 或51起到RF場(chǎng)約束、線圈部件互連、和電容元件實(shí)現(xiàn)等多重作用。狹縫59之一 用來導(dǎo)納來自RF源的反饋圖2e所示的。優(yōu)選地，在一優(yōu)選配置中，在RF源與線 圈之間采用電感耦合環(huán)路來進(jìn)行激發(fā)以使來自引線的電感損耗最小化。這些電感環(huán) 路引線彼此非常接近并因此易于提供分布寄生電感效應(yīng)的對(duì)消。圖2d示出一種用于實(shí)現(xiàn)可調(diào)(微調(diào))電容器極板88的精確位移的機(jī)械調(diào)諧 連桿。這種連桿是通過圖2d中以簡(jiǎn)化形式示出的差動(dòng)螺紋同軸桿結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的。 不動(dòng)螺母80相對(duì)于構(gòu)成探針支承和外殼結(jié)構(gòu)一部分的軸架82固定。螺紋外桿84 由外力轉(zhuǎn)動(dòng)以作電容調(diào)整，并因而沿軸向在不動(dòng)螺母80的螺紋T1中平移。外桿 84具有與內(nèi)螺紋桿83匹配的螺紋孔T2，如果T1和T2具有相同的螺距指向，則 內(nèi)螺紋桿83進(jìn)而沿軸向朝著不動(dòng)螺母80平移。通過懸臂連桿86，可調(diào)電容器極板88以與外桿84的轉(zhuǎn)動(dòng)呈精確的驅(qū)力減降關(guān)系(取決于相對(duì)螺距Tl和T2)地行 進(jìn)。線圈8方便地參照?qǐng)D2a的形式，其上添加有止動(dòng)件90和91以及附加的一組 絕緣桿92和94。絕緣桿92和94與絕緣桿60的區(qū)別在于它們關(guān)于可調(diào)極板88固 定并且被可滑動(dòng)地支承以穿過端部部件50和51中適宜的孔55?？烧{(diào)極板88包括類似于端部部件分塊的分塊結(jié)構(gòu)。極板88諸分塊與附近的 端部部件的面對(duì)分塊的相對(duì)取向在為一致的相對(duì)取向時(shí)對(duì)應(yīng)于微調(diào)電容的簡(jiǎn)單串 聯(lián)連接，并且在為正交相對(duì)取向時(shí)對(duì)應(yīng)于并聯(lián)連接。通過差動(dòng)螺紋桿實(shí)現(xiàn)的驅(qū)力減降是已知的。差動(dòng)螺紋同軸桿無(wú)需多重的桿件 和常規(guī)的齒輪就能取得極好的驅(qū)力減降并同時(shí)取得合需的轉(zhuǎn)動(dòng)-平移轉(zhuǎn)換。這種結(jié) 構(gòu)對(duì)于NMR探針必要的緊湊結(jié)構(gòu)而言是理想的。以凡利安Chemagnetics雙諧振 HXMAS和三重諧振HXYMAS為品名銷售的一類已知的魔角自旋的NMR探針采 用類似的驅(qū)利減降連桿以精確地調(diào)整自旋軸傾斜度。應(yīng)當(dāng)理解圖2a - f中所示的例子代表由受設(shè)置在樣本的相對(duì)側(cè)上的電感部件 支承的RF電流偶極子構(gòu)成的線圈的簡(jiǎn)單例。通過分塊的數(shù)目和布置的適當(dāng)擴(kuò)展， 可獲得更多的線圈匝數(shù)。圖2a、 2b、 2c和2f中示出一種常見的并且在這里為優(yōu)選 形式的鞍形線圈，即面對(duì)的電流環(huán)路的并聯(lián)提供橫向的RF磁場(chǎng)并橫切樣本管和極 化場(chǎng)的軸。已構(gòu)造出在700MHz工作的以上述諧振線圈為特征的NMR探針。端部 部件的互連功能被輕易地改造以提供這些環(huán)路的串聯(lián)連接一一如果需要這樣的結(jié) 構(gòu)。此外，其它形式的諧振器(如下所述)能有利地使用本發(fā)明的多功能端部部件 結(jié)構(gòu)來支持合需的電拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)?；ミB的幾何形狀不局限于弧形分塊，而是能容易地 針對(duì)不同的RF場(chǎng)配置作適應(yīng)性改變。是否兩個(gè)端部部件均實(shí)現(xiàn)合需的電容是設(shè)計(jì) 選擇的問題。分塊結(jié)構(gòu)的理想結(jié)果是減少渦電流的影響。作為上述固定和可變電容的結(jié)構(gòu)的結(jié)果，這些電抗元件被設(shè)置在非常靠近線 圈的位置。由此減少寄生電抗元件(可歸因于引線)。圖2a和2b的結(jié)構(gòu)與諸如公 知的Alderman-Grant諧振器及其派生物的結(jié)構(gòu)形成對(duì)比。這些以及本發(fā)明的結(jié)構(gòu) 對(duì)LC諧振器件表現(xiàn)出最小電感。然而，Alderman-Grant型諧振器是從通過帶狹縫 的管的軸向延伸提供的分布電容得到其容抗。在例如魔角自旋的某些應(yīng)用中，延伸 的軸向結(jié)構(gòu)與超導(dǎo)磁體孔的空間限制沖突。此外，同時(shí)代的魔角自旋裝置采用沿自 旋軸偏移的一對(duì)氣體軸承。在這種配置中通常采用的常規(guī)形式的Alderman-Grant 諧振器要求(沿自旋軸)有相當(dāng)?shù)奈锢黹L(zhǎng)度才能提供需要的電容。這再次與磁體孔 的空間限制沖突，因?yàn)榭纵S與自旋軸大約成54°角。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)相比常Alderman-Grant諧振器表現(xiàn)出減少的空間延伸度。圖3是軸向場(chǎng)受約束的線圈(曲線75)與具有相同軸向和徑向尺寸的常規(guī)線 圈(曲線77)的信號(hào)強(qiáng)度的軸向分布的比較。該數(shù)據(jù)是使用包含大約1 mm軸向 延伸范圍的水滴的標(biāo)準(zhǔn)樣本管獲得的。該水滴沿刻度前進(jìn)選定的位移以獲得每個(gè)數(shù) 據(jù)。觀察到兩條曲線在相同的軸向坐標(biāo)上到達(dá)零信號(hào)，正如對(duì)相同總尺寸的線圈可 以預(yù)料到的那樣。在這兩個(gè)線圈的靈敏體積內(nèi)信號(hào)因變于軸向位移有相似的平坦響 應(yīng)，但是本發(fā)明的線圈結(jié)構(gòu)的平坦區(qū)域的軸向延伸范圍更大，并且在靈敏體積外的 信號(hào)衰減率上也可以發(fā)現(xiàn)區(qū)別，其中軸向受約束的線圈表現(xiàn)出更為陡峭的信號(hào)降 落。這種行為反映出本發(fā)明的線圈的開孔端部部件相比完全開放的(例如未屏蔽的) 常規(guī)線圈的對(duì)比。圖3中標(biāo)繪出的具體例的特征是孔為6mm且線圈外徑為12 mm， 從而相比表現(xiàn)出實(shí)質(zhì)上透明的軸向界限的常規(guī)線圈0°/。的屏蔽形成了標(biāo)稱75%的屏 蔽。盡管表面上相對(duì)線圈直徑較小的孔將得到RF場(chǎng)的軸向制約的更好量度，然而 這種狀況同樣意味著較小的填充系數(shù)，因而意味著較低的信號(hào)振幅?？刹捎帽景l(fā)明的多用途端部部件來實(shí)現(xiàn)圖4所示的鳥籠式諧振器。為清楚起 見，示出一種4輻鳥籠式諧振器，但應(yīng)當(dāng)理解輻數(shù)目不構(gòu)成限定。開狹縫的端部部 件270和271以使得各狹縫呈平行取向的方式設(shè)置。即，對(duì)比圖2a的鞍形線圈， 各端部部件的諸分塊取向一致。例如，電感部件54a在傳導(dǎo)(電感)部件54a的相 應(yīng)端與分塊260和262電接觸。如圖所示，相鄰電感部件54b和54d通過片形電容 器254、 255耦合到電感部件54a。每個(gè)電感部件在各端部部件處直接連接于唯一 性分塊。作為片形電容器的替換方案，可將端部部件設(shè)計(jì)成通過第一和第二分塊傳 導(dǎo)面包夾一電介質(zhì)的復(fù)合結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)耦合電容，其中通過界定狹縫的分塊的轉(zhuǎn)動(dòng)來 建立合需的電容。每個(gè)端部部件的面對(duì)內(nèi)部的分塊保持一對(duì)一的關(guān)聯(lián)，并與相應(yīng)傍 軸導(dǎo)體一起形成公知的鳥籠式網(wǎng)絡(luò)。在所討論的所有例子中，端部部件結(jié)構(gòu)的傳導(dǎo)面一般表現(xiàn)出由狹縫限定和界 定的分塊區(qū)域。如此，當(dāng)將有源探針埋入磁體10的極化場(chǎng)中時(shí)，渦電流效應(yīng)被最 小化。結(jié)合恰當(dāng)設(shè)計(jì)的端部部件，電感部件已被示出可用來實(shí)現(xiàn)鞍形線圈(圖2a、 b) 和鳥籠式(圖4)諧振器。端部部件的互連功能可以被配置成實(shí)現(xiàn)電串聯(lián)RF環(huán)路 應(yīng)當(dāng)是顯而易見的。單對(duì)傍軸導(dǎo)體(電感器)可被互連以形成Alderman-Grant式諧振器。盡管附圖和討論暗示線圈外徑與軸向屏蔽/端部部件的外部尺寸的一致性，但9這不是必要的。如上所述，在填充系數(shù)(相對(duì)于徑向線圈延伸范圍有大孔)與軸向 制約(相對(duì)于徑向線圈尺寸有小孔)的平衡上存在折衷。為了反映這種考慮，在另 一實(shí)施例中，傍軸導(dǎo)體(電感部件)被分布在接近樣本容器外部尺寸的半徑上，同 時(shí)軸向屏蔽物表現(xiàn)出比線圈的徑向尺寸大一些的徑向尺寸。作為實(shí)踐，NMR探針采用多個(gè)諧振裝置以耦合到分析樣本分子中出現(xiàn)的多個(gè) 不同的核自旋。出于這種目的的同軸設(shè)置的多個(gè)線圈可將所描述的結(jié)構(gòu)用作(徑向) 內(nèi)線圈、(徑向)外線圈，或者這兩個(gè)線圈可共享該新穎的結(jié)構(gòu)。圖5a是具有由 狹縫152和152'分開的內(nèi)線圈分塊對(duì)153和153'的端部部件51"的一個(gè)表面。外線 圈分塊151和151'類似地由狹縫154和154，分開并且環(huán)形狹縫155將內(nèi)、外線圈 端部部件隔絕?？?3容納樣本管。 一般要求這兩個(gè)線圈在分隔很遠(yuǎn)的頻率下諧振。 這兩個(gè)線圈的固定電容在第一實(shí)例中受它們各自的幾何面積限制。如有必要，通過 在一個(gè)或另一個(gè)線圈的一個(gè)或另一個(gè)端部部件上實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)碾娙菥涂色@得進(jìn)一步 總相對(duì)電容。可通過如圖5b所示地在各同軸線圈的端部部件的相對(duì)表面之間形成 不同的介電物質(zhì)來獲得額外的總變化。如圖所示(作為示例)，單獨(dú)的單片電介質(zhì) 部分160和162被設(shè)置成與內(nèi)分塊153、 153'對(duì)齊以給內(nèi)部線圈的電路提供合需的 電容，并且另一電介質(zhì)162被選擇來實(shí)現(xiàn)外部線圈的合需電容。為同軸線圈中的一 個(gè)實(shí)現(xiàn)合需的集總電容的另一種方法包括交替設(shè)置與分塊151、 151'對(duì)齊的電介質(zhì) 片162和(通常連通的)傳導(dǎo)面(未示出)以給外部線圈電路提供合需的電容。傳 導(dǎo)表面151和251是集總電容的外表面。內(nèi)部電容或外部電容的獨(dú)立可調(diào)電容可通 過圖2d所示地實(shí)現(xiàn)的一對(duì)獨(dú)立的同軸調(diào)節(jié)連桿獲得。用于支承傍軸導(dǎo)體的孔對(duì)外 部線圈而言附圖標(biāo)號(hào)為170，對(duì)內(nèi)部線圈而言附圖標(biāo)號(hào)為172。在一優(yōu)選實(shí)施例中，每個(gè)傍軸導(dǎo)體54a、 54b、 54c和54d通過將每個(gè)這樣的 導(dǎo)體設(shè)置成有微小方位角偏移的電并聯(lián)導(dǎo)體對(duì)而得以加倍。正如由"810o/90o"方 法(參見VaugnJ.B.Jr，光譜學(xué)，第10巻，36頁(yè)(1995))確定的那樣，發(fā)現(xiàn)RF 均一性提高并且電感略為降低，這某種程度上允許更高的頻率性能。在另一實(shí)施例中，本發(fā)明擴(kuò)展至圖6所示的2電感器式諧振器。每個(gè)傍軸導(dǎo) 體對(duì)(第一對(duì)54a與54d、以及第二對(duì)54c與54b)的分隔被簡(jiǎn)并以產(chǎn)生各個(gè)呈方 位角分布的、與端部部件50和51組合的傍軸導(dǎo)體(電感器)54'ad和54'cb。導(dǎo) 體54'ad和54'cb在一端開有狹縫(狹縫63)，其中狹縫63與端部部件狹縫52' 一致以限制渦電流傳播。此諧振結(jié)構(gòu)所需的電容以圖2c的方式由端部部件51支持， 其中一這樣的端部部件被配置成收容呈方位角分布的傍軸導(dǎo)體。這里提及的孔和線圈橫截面不應(yīng)當(dāng)被理解成限于特定的形狀。盡管NMR測(cè)量 廣泛采用圓形橫截面的樣本容器和圓形橫截面的線圈，然而橢圓形和矩形對(duì)于靜態(tài)樣本表現(xiàn)出某些優(yōu)勢(shì)。參見共同受讓的US專利6,917,201，也不應(yīng)將傍軸導(dǎo)體解釋 成限于任何特定的橫截面形狀。盡管己結(jié)合具體實(shí)施例和示例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說明，然而本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員 鑒于上面的教義可作出其它的修改和變形。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明能以與所具體描述的 方式不同的其他方式來實(shí)踐，這仍落在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種NMR探針線圈，包括第一和第二平面?zhèn)鲗?dǎo)端部部件，至少一個(gè)所述端部部件包括沿所述端部部件所處平面中的軌跡隔開的至少一對(duì)共面分塊；所述端部部件被設(shè)置成面對(duì)面地對(duì)齊并且彼此隔開以在其間界定出一軸向間隔；在所述第一和第二端部部件之間延伸的至少2n個(gè)傍軸導(dǎo)體，n是正整數(shù)，所述各導(dǎo)體呈規(guī)則方位角間隔地設(shè)置并具有第一和第二端；第一對(duì)相鄰的所述傍軸導(dǎo)體的相鄰第一端電連接于所述第一端部部件的同一分塊，并且各所述傍軸導(dǎo)體的相鄰的第二端連接于所述第二端部部件的選定部分；并且每個(gè)所述端部部件進(jìn)一步包括中心孔，所述各中心孔對(duì)齊，從而使樣本容器可被插入于其間。
2. 如權(quán)利要求1所述的NMR探針線圈，其特征在于，所述第二端部部件包 括由與所述第一端部部件的分塊結(jié)構(gòu)相似的分塊結(jié)構(gòu)構(gòu)成的平面導(dǎo)體，并且其中所 述第二端部部件分塊關(guān)于所述第一端部部件的分塊是轉(zhuǎn)動(dòng)了的，藉此相鄰的各對(duì)所述傍軸導(dǎo)體和與之相通的所述分塊能夠支持RF電流環(huán)路，由此所述端部部件和所 述傍軸導(dǎo)體構(gòu)成一鞍形線圈。
3. 如權(quán)利要求1所述的NMR探針線圈，其特征在于，所述第二端部部件包 括由與所述第一端部部件的分塊結(jié)構(gòu)相似的分塊結(jié)構(gòu)構(gòu)成的平面導(dǎo)體，并且其中所 述第二端部部件分塊關(guān)于與所述第一端部部件的分塊是對(duì)齊的，從而僅有一個(gè)傍軸 導(dǎo)體與任一所述分塊相通，相鄰的共面分塊電容耦合，由此所述傍軸導(dǎo)體和與之相 通的所述分塊構(gòu)成一鳥籠式線圈。
4. 如權(quán)利要求1所述的NMR探針線圈，其特征在于，還包括在所述線圈與 外部裝置之間互通RF信號(hào)的RF耦合裝置。
5. 如權(quán)利要求4所述的NMR探針線圈，其特征在于，至少一個(gè)所述端部部 件包括設(shè)置在一對(duì)平面?zhèn)鲗?dǎo)面之間的電介質(zhì)，每個(gè)所述傳導(dǎo)面與所述狹縫一致地分 塊，藉此所述端部部件提供一固定的電容。
6. 如權(quán)利要求5所述的NMR探針線圈，其特征在于，還包括靠近一個(gè)所述平面?zhèn)鲗?dǎo)面的第三傳導(dǎo)面以及差動(dòng)螺紋桿，所述差動(dòng)螺紋桿被配置成提供改變所述 第三傳導(dǎo)面與所述一個(gè)平面?zhèn)鲗?dǎo)面的分隔的調(diào)整裝置。
7. 如權(quán)利要求4所述的NMR探針線圈，其特征在于，所述耦合裝置包括設(shè) 置在至少一個(gè)所述傍軸導(dǎo)體附近的電感耦合環(huán)路。
8. 如權(quán)利要求1所述的NMR探針線圈，其特征在于，每個(gè)所述傍軸導(dǎo)體包 括至少一對(duì)間隔開的、軸向延伸的、以同一分塊構(gòu)成并聯(lián)電連接的平行導(dǎo)體，藉此 所述傍軸導(dǎo)體的電感降低。
9. 如權(quán)利要求1所述的NMR探針線圈，其特征在于，還包括多個(gè)平行于所 述傳導(dǎo)部件的非傳導(dǎo)桿，所述桿被支承在所述端部部件的孔中并且分布在所述端部 部件的周緣上。
10. —種用于研究樣本的NMR系統(tǒng)，包括 用于建立和維持有選定特性的磁場(chǎng)的磁體；至少一個(gè)RF能量源，用來激發(fā)所述樣本的選定核自旋諧振； 接收器，用來檢測(cè)和處理核自旋諧振信號(hào)；以及RF探針，所述RF探針將所述RF能量源和所述接收器耦合到所述樣本的核 自旋；所述RF探針包括軸向延伸的諧振器，所述諧振器具有用于耦合到所述樣本的 軸向電感部件、以及包含傳導(dǎo)面的平面端部部件，所述傳導(dǎo)面垂直于所述軸，至少 一個(gè)所述端部部件包括沿所述端部部件所處平面中的軌跡隔開的至少一對(duì)共面的 分塊，所述軌跡形成狹縫，其中所述電感部件和所述端部部件包括包圍所述樣本的 靈敏體積，所述端部部件被設(shè)置成制約由所述電感部件與所述RF能量源相通而形 成的RF場(chǎng)并支持選定的所述電感部件之間的互連并提供可與所述電感部件組合以 支持諧振電路的選定電容。
全文摘要
一種NMR諧振結(jié)構(gòu)由軸向?qū)w(54a、54b、54c和54d)和端部部件(50、51)構(gòu)成，所述端部部件(50、51)支承所述各導(dǎo)體以形成具有合需電拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的線圈結(jié)構(gòu)(8)，其中諸端部部件將選定軸向?qū)w(電感器)之間的RF互連與對(duì)遍布于諸端部部件的軸向界限之外的RF場(chǎng)的軸向約束功能相結(jié)合，并且如果有需要?jiǎng)t在該諧振結(jié)構(gòu)上構(gòu)成一選定電容61。
文檔編號(hào)G01R33/34GK101263397SQ200680033119
公開日2008年9月10日 申請(qǐng)日期2006年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月5日
發(fā)明者A·P·曾斯, P·納卡塔尼 申請(qǐng)人:凡利安股份有限公司