| 【発明の名称】 |
磁場勾配コイル |
| 【発明者】 |
【氏名】長谷川 憲一
【氏名】石川 彦成
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| 【要約】 |
【課題】ソレノイド型検出器を用いてマイクロＮＭＲイメージ測定を行う場合に好適な磁場勾配コイルを提供する。
【解決手段】試料４は加熱ガス用配管９の内部に収容されており、その加熱ガス用配管９の試料４が収容されている部分の外側を取り囲むように検出器１のソレノイドコイルが配置されている。そして、加熱用ガス配管９及び検出器１を挟むように、二つの平板状の磁場勾配コイル７、８が配置されている。磁場勾配コイル７、８はＸ−Ｚ平面に対して対称に配置されている。磁場勾配コイル７、８には、それぞれ、Ｘ軸方向の磁場勾配コイル、Ｙ軸方向の磁場勾配コイル、及びＺ軸方向の磁場勾配コイルが設けられる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 静磁場方向に平板状の磁場勾配コイルが対向して配置されてなることを特徴とする磁場勾配コイル。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＮＭＲの磁場勾配コイルに係り、特に、ソレノイド型検出器を用いてマイクロＮＭＲイメージ測定を行う場合に好適な磁場勾配コイルに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、生体についてマイクロＮＭＲイメージ測定を行う場合には、検出器としてサドル型検出器が広く用いられていたが、マイクロＮＭＲイメージ測定によって高分子材料等の材料の評価を行う場合にはソレノイド型検出器が用いられている。これは、ソレノイド型検出器の発生する高周波磁場の強度分布が均一であるために、広い範囲で検出感度を一定とすることができるからである。
【０００３】図１１にソレノイド型検出器（以下、単に検出器と称す）の周辺の構造を示す。図中、１は検出器、２は磁場勾配コイル、３はカバー、４は試料を示す。また、Ｘ，Ｙ，Ｚは３次元の直交座標系を示している。ただし、Ｚ軸はカバー３の中心軸と一致するようにとられ、Ｚ軸と直交する方向にＸ軸及びＹ軸がとられている。座標系に関しては以下同様である。
【０００４】試料４は検出器１のコイルの内部に配置されている。そして、検出器１を覆って円筒形の磁場勾配コイル２が配置され、磁場勾配コイル２の外側にはカバー３が配置されている。なお、磁場勾配コイル２の内部の空間には、超電導コイル等からなる主コイル（図示せず）によって強度Ｂ0 の静磁場がＺ方向に発生されている。
【０００５】図１２に他の構造例を示す。図１２に示す構造はキャラハン教授が提案したものであり（例えば、Paul T. Callaghan (1991) Principles of Nuclear Magnetic Resonance Microscopy ,OXFORD SCIENCE PUBLICATIONS 参照）、図１１では磁場勾配コイル２の軸はＺ方向になされているのに対して、図１２では円筒形の磁場勾配コイル２の軸はＸ方向になされていることが特徴である。そして、磁場勾配コイル２の内部に検出器１及び試料４が配置されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述したような従来の構造は次のような点で問題がある。第１には、ソレノイド型検出器を使用することが難しいことが挙げられる。つまり、ソレノイド型検出器を用いた場合、検出器の検出感度はソレノイドコイルが長い程均一になるが、そのためには磁場勾配コイル２の内径を大きくする必要がある。しかし、検出器の外径は静磁場Ｂ0 を発生させる主コイルの大きさによって制限されているので、検出器のソレノイドコイルを長くすることには限界がある。
【０００７】また、例え磁場勾配コイル２の内径を大きくすることができたとしても、磁場勾配コイル２の内径を大きくすると必要な空間分解能が得られない場合があるという問題が生じる。即ち、マイクロＮＭＲイメージ測定を行う場合、必要な空間分解能を得るためには磁場勾配の強度を大きくする必要があるが、磁場勾配コイル２の内径が大きくなると磁場勾配の強度は小さくなってしまうのである。
【０００８】このようなことから、従来の構造ではソレノイド型検出器を使用することが難しいのである。
【０００９】第２には、試料４の温度を可変させるために加熱ガスを流すための配管が難しいことが挙げられる。即ち、マイクロＮＭＲイメージ測定によって高分子材料等の材料の評価を行う場合には、試料の温度を可変することが要求される。そのためには窒素ガス等の不活性ガスを加熱し、その加熱ガスを配管で試料近傍に導いて試料に吹き付けるようになされるが、そのための配管が困難なのである。例えば、図１１に示す構造において試料４に加熱ガスを吹き付けるためには、図１３に示すように試料４の下側に加熱ガスを導く配管５を配置することになるが、このような構造では検出器１のソレノイドコイルも加熱ガスによって加熱され、その結果ソレノイドコイルに錆が生じたりして寿命が短くなってしまう。
【００１０】また、図１２に示す構造においては、試料４に加熱ガスを吹き付けようとすると、磁場勾配コイル２とカバー３との間隙は実際には非常に狭いので、加熱ガスを導くための配管を配置するのは難しいものである。
【００１１】第３には、検出器の配線が難しいことが挙げられる。即ち、ソレノイド型検出器を用いることは望ましいことなのではあるが、磁場勾配のリニアリティを得るためには、磁場勾配コイルの長さを内径に対して長くする必要がある。しかし、磁場勾配のリニアリティを得ようとして電気配線を長くすると、検出性能が低下するという問題が生じてしまうのである。また、特に、図１２に示す構造においては、磁場勾配コイル２とカバー３との間隙は実際は非常に狭いので、検出器１から電気配線を引き出すのは難しいものである。
【００１２】本発明は、上記の課題を解決するものであって、ソレノイド型検出器を使用し易くし、試料温度を可変するための加熱ガスの配管が容易であり、しかもソレノイド型検出器からの引出線の電気配線の実装も容易である磁場勾配コイルを提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するために、本発明の磁場勾配コイルは、静磁場方向に平板状の磁場勾配コイルが対向して配置されてなることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ実施の形態について説明する。図１は本発明に係る磁場勾配コイルの一実施形態を示す図であり、図中、７、８は磁場勾配コイル、９は加熱ガス用配管を示す。
【００１５】試料４は加熱ガス用配管９の内部に収容されており、その加熱ガス用配管９の試料４が収容されている部分の外側を取り囲むように検出器１のソレノイドコイルが配置されている。
【００１６】そして、加熱用ガス配管９及び検出器１を挟むように、二つの平板状の磁場勾配コイル７、８が配置されている。磁場勾配コイル７、８はＸ−Ｚ平面に対して対称に、静磁場Ｂ0 方向に並行に配置されている。なお、図１（ｂ）は磁場勾配コイル８を外した状態を磁場勾配コイル８側から見た図である。
【００１７】磁場勾配コイル７、８には、それぞれ、Ｘ軸方向の磁場勾配コイル、Ｙ軸方向の磁場勾配コイル、及びＺ軸方向の磁場勾配コイルが設けられるが、以下、その具体例について説明する。
【００１８】まず、Ｘ軸方向の磁場勾配コイルの例を図２（ａ）〜（ｃ）に示す。Ｘ軸方向の磁場勾配コイルは、８個の四角形のコイル１１〜１８で構成されている。コイル１１〜１４は磁場勾配コイル７に設けられ、コイル１５〜１８は磁場勾配コイル８に設けられる。そして、各コイル１１〜１８には図２（ａ）の矢印で示す方向に電流が流される。
【００１９】コイル１１とコイル１３、コイル１２とコイル１４、コイル１５とコイル１７、及びコイル１６とコイル１８は、それぞれＹ−Ｚ平面に関して対称に配置されている。また、コイル１１とコイル１２、コイル１３とコイル１４、コイル１５とコイル１６、及びコイル１７とコイル１８は、それぞれＸ−Ｙ平面に関して対称に設けられる。
【００２０】更に、コイル１１とコイル１５、コイル１２とコイル１６、コイル１３とコイル１７、及びコイル１４とコイル１８は、それぞれＸ−Ｚ平面に関して対称に設けられている。なお、図２（ｂ）、（ｃ）において、例えば「１３，１４」と二つの符号が記載されているのは、図の方向から見たとき、二つのコイル１３、１４が重なっていることを意味している。以下、同様である。
【００２１】このようなコイル１１〜１８は導線を用いて構成できることは当然であるが、プリント基板を使用して構成することも可能であることは当業者に明らかである。この点については以下同様である。
【００２２】このようなコイル１１〜１８を用い、各コイルに図２（ａ）の矢印方向に電流を流すと、コイル１１〜１８の中心近傍では図５（ａ）に示すような磁力線が発生し、Ｘ軸に沿って磁場強度がリニアに変化する磁場勾配が発生する。
【００２３】次に、Ｙ軸方向の磁場勾配コイルの例を図３（ａ）〜（ｃ）に示す。Ｙ軸方向の磁場勾配コイルは、８個の四角形のコイル２１〜２８で構成されている。コイル２１〜２４は磁場勾配コイル７に設けられ、コイル２５〜２８は磁場勾配コイル８に設けられる。そして、各コイル２１〜２８には図３（ａ）の矢印で示す方向に電流が流される。
【００２４】コイル２１とコイル２３、コイル２２とコイル２４、コイル２５とコイル２７、及びコイル２６とコイル２８は、それぞれＹ−Ｚ平面に関して対称に配置されている。また、コイル２１とコイル２２、コイル２３とコイル２４、コイル２５とコイル２６、及びコイル２７とコイル２８は、それぞれＸ−Ｙ平面に関して対称に設けられる。
【００２５】更に、コイル２１とコイル２５、コイル２２とコイル２６、コイル２３とコイル２７、及びコイル２４とコイル２８は、それぞれＸ−Ｚ平面に関して対称に設けられている。
【００２６】このようなコイル２１〜２８を用い、各コイルに図３（ａ）の矢印方向に電流を流すと、コイル２１〜２８の中心近傍では図５（ｂ）に示すような磁力線が発生し、Ｙ軸に沿って磁場強度がリニアに変化する磁場勾配が発生する。
【００２７】次に、Ｚ軸方向の磁場勾配コイルの例を図４（ａ）〜（ｃ）に示す。Ｚ軸方向の磁場勾配コイルは、４個の四角形のコイル３１〜３４で構成されている。コイル３１、３２は磁場勾配コイル７に設けられ、コイル３３、３４は磁場勾配コイル８に設けられる。そして、各コイル３１〜３４には図４（ａ）の矢印で示す方向に電流が流される。
【００２８】コイル３１とコイル３２、及びコイル３３とコイル３４は、それぞれＹ−Ｚ平面に関して対称に配置されている。また、コイル３１とコイル３３、及びコイル３２とコイル３４は、それぞれＸ−Ｚ平面に関して対称に設けられている。
【００２９】このようなコイル３１〜３４を用い、各コイルに図４（ａ）の矢印方向に電流を流すと、コイル３１〜３４の中心近傍では図５（ｃ）に示すような磁力線が発生し、Ｚ軸に沿って磁場強度がリニアに変化する磁場勾配が発生する。
【００３０】以上のように、磁場勾配コイル７、８を平板状とし、それを対向させた構造であるので、検出器としてソレノイド型検出器を使用するのが容易となる。即ち、磁場勾配コイル７、８はＸ軸に平行な方向に対向して配置されているだけであるので、検出器１のソレノイドコイルを長くすることに対して妨害とはならない。同様に、加熱ガス用配管９の配置を行うこと、及び検出器１の電気配線を行うことに対しても磁場勾配コイル７、８は妨害とはならない。従って、加熱ガスを導くための配管、及び検出器１の引出線の電気配線を容易に行うことが可能となるのである。また、検出器１のソレノイドコイルを長くしても、磁場勾配コイル７、８の間の距離はどこでも同じであるので、大きい強度の磁場勾配を発生させることが可能である。
【００３１】以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。
【００３２】例えば、上述した実施形態ではＸ軸方向の磁場勾配コイル及びＹ軸方向の磁場勾配コイルはそれぞれ８個の四角形のコイルで構成し、Ｚ軸方向の磁場勾配コイルは４個の四角形のコイルで構成するものとしたが、Ｘ軸方向の磁場勾配コイル及びＹ軸方向の磁場勾配コイルはそれぞれ４個の四角形のコイルで構成し、Ｚ軸方向の磁場勾配コイルは２個の四角形のコイルで構成することも可能である。その例を図６に示す。図６（ａ）はＹ軸方向の磁場勾配コイルの例であり、４個のコイル４１〜４４で構成される。コイル４１、４２は磁場勾配コイル７に設けられ、コイル４３、４４は磁場勾配コイル８に設けられる。そして、各コイル４１〜４４には図６（ａ）の矢印で示す方向に電流が流される。このようにすれば、コイル４１〜４４の中心近傍では図５（ｂ）に示すと同様な磁力線が発生するので、Ｙ軸方向の磁場勾配を発生することができる。
【００３３】Ｘ軸方向の磁場勾配コイルについても同様にすることができる。ただし、各コイルに流す電流は、図５（ａ）に示すと同様の磁力線が発生するようにしなければならないことは当然である。
【００３４】また、図６（ｂ）はＺ軸方向の磁場勾配コイルの例であり、２個のコイル５１、５２で構成される。コイル５１は磁場勾配コイル７に設けられ、コイル５２は磁場勾配コイル８に設けられる。そして、各コイル５１、５２には図６（ｂ）の矢印で示す方向に電流が流される。このようにすれば、コイル５１、５２の中心近傍では図５（ｃ）に示すと同様な磁力線が発生するので、Ｚ軸方向の磁場勾配を発生することができる。
【００３５】また、磁場勾配コイル７、８のそれぞれに設ける各軸方向の磁場勾配コイルの数は４個より多くすることも可能である。図７にその例を示す。図７では磁場勾配コイル７に設けられる、ある軸方向の磁場勾配コイルは８個のコイルで構成されている。磁場勾配コイル８についても同様である。更に、各コイルは図８に示すように、長方形状としてもよい。なお、図８は、磁場勾配コイル７に設けられる、ある軸方向の磁場勾配コイルは４個のコイルで構成される例を示している。磁場勾配コイル８についても同様である。
【００３６】また、磁場勾配コイル７、８が発生する磁場が外部に漏れて、カバー３や、主コイルに渦電流が発生することを防止するために、図９に示すように、磁場勾配コイル７、８の外側に、それぞれ磁気遮蔽コイル６１、６２を設けてもよい。
【００３７】また更に、Ｘ軸方向の磁場勾配のリニアリティを向上させるために、図１０に示すように、磁場勾配コイル７、８のＸ軸方向に沿った両端部を内側に折り曲げたり、湾曲させることも可能である。
【００３８】更に、静磁場Ｂ0 方向の間隙を利用して、光照射、加圧等、試料の状態を変化させる機構を組み込むことも可能である。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００４２７１
【氏名又は名称】日本電子株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）２月２７日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】菅井 英雄 （外７名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−２４４２５４ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）９月１４日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−４７１１０ |
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