[发明专利]轴向受约束的NMR RF探针线圈

说明书

背景技术

本发明涉及核磁共振(NMR)装置并尤其涉及与研究中的样本的原子核的RF耦合。这是宽泛地称为NMR探针的控制灵敏区内RF场的分布的模块的功能。使灵敏区内的样本紧耦合到灵敏区内产生的RF辐射以致自旋激发并且后续随着样本原子核的退激而使其发射。此探针的核心是RF线圈并且这类线圈在典型使用中的显著性质是在由线圈界定的整个灵敏体积内部获得的RF场的同质程度。还希望将线圈的RF场分布约束至灵敏体积内一有限的区域，因为极化磁场的空间变化在灵敏体积外并未被消除。

限制NMR线圈的RF场的空间分布是多个现有技术著作的课题。为此目的令人尤其感兴趣的是与本发明共同受让的US专利6,008,650和5,192,911。大体上这些著作描述为保护谐振装置的灵敏体积不受到其外部的RF影响或减少该线圈在灵敏体积外的RF场而实现的屏蔽。例如，希望屏蔽样本延伸超出灵敏体积的部分不受源自线圈或线圈引线的辐射的影响。这样做不能保护样本的同一部分(位于可能略微不同的极化场中)不受到因主要分布在灵敏体积里但并非完全在其中的RF场而产生的辐射的影响。一般来说这些屏蔽配置包括传导部件，所述传导部件通常为圆柱形，与样本轴同轴并且轴向偏离RF线圈的中心区域。这种屏蔽主要衰减在屏蔽结构外的轴向区域中的RF场的径向分量。

另一种解决在灵敏体积外不希望有的样本激发的问题的方法是基于物理地限制样本体积以使其与探针线圈的轴向延伸范围一致。为了避免磁化率中有轴向不连续性，现有技术利用磁化率匹配于样本的插栓并将其插入样本容器中以将样本限定在与探针线圈一致的希望的区域。这种方法公开于与本发明共同受让的授予Zens的US4,549,136。

RF谐振腔在NMR装置领域内是公知的并且此类谐振器有效地包含内部RF场并因此屏蔽样本体积不受到腔外的RF影响。这种NMR谐振腔的一个代表例公开于与本发明共同受让的US4,607,224。尽管腔结构提供了对场分布的轴向约束和径向约束，但却丧失从这类谐振器外对样本施加独立RF场的能力。这是自旋解耦和多种复谐振技术的必要手段。

发明内容

一种新颖的RF谐振器结构以包括对在由线圈界定的灵敏体积中产生的RF偶极子场的轴向受约束的RF谐振器(或“线圈”)为其特征。这种约束起到屏蔽物理样本位于灵敏体积之外的那些部分的作用。这对于放置在长管中的液态样本而言是常见情形。这种轴向约束还起到线圈中形成该线圈的轴向电感部件之间的方位角互连的传导部件的作用。该新颖的线圈是一种“开放式”结构；即在该“开放式”线圈外可设置第二同轴线圈以独立地辐射位于这两个谐振器的公共轴上的样本管。

这种场限定/互连结构在机械上为线圈支承或线圈架的端部部件并且在提供实现集总电容的平台和支持非常靠近于线圈本身的可调(微调)电容方面另有裨益。这种场限定结构优选为传导面-电介质-传导面的复合结构以提供与线圈结构并联的选定电容值。线圈的一个端部部件优选地包括由另一导体构成的第三电容部件，它轴向地偏离于面朝外的传导面，轴向地处于线圈的灵敏体积之外并且是为允许精确的轴向平移而设以提供电容微调。在一优选配置中，RF激发源通过靠近线圈的轴向电感部件的环路电感耦合到该线圈。

遵循由端部部件结合电感部件构成的RF线圈的一般化结构，就可利用端部部件之一或其两者的互连功能来产生各种类型的RF谐振器。

附图说明

图1是这种新颖的探针线圈的背景的简单说明。

图2a示出这种新颖的线圈的基本方面。

图2b示出有进一步结构增强的该基础结构。

图2c示出形成固定电容的复杂端部部件。

图2d示出以同轴螺纹杆实现的可调电容。

图2e是使用磁耦合环路的优选配置。

图2f是图2a、b的线圈的有效电路。

图3比较常规线圈与本发明的轴向受约束线圈的信号强度的轴向分布。

图4是表现本发明的轴向约束特征的鸟笼式线圈。

图5a示出用于实现一对同轴线圈的端部部件。

图5b是通过图5a的端部部件的一个截面。

图6是图2a、b的鞍形线圈的2导体(电感)实施例。

具体实施方式