(57)【要約】【課題】何らかの原因で静磁場のドリフトが大きくなっても、シムトラッキングによって装置分解能を追尾することができるようなＮＭＲ装置の制御方法を提供する。【解決手段】シム値を変化させ、変化後、もし、ロック信号の高さが高くなっていたら、同じ方向にシム値を変化させて同じ操作を繰り返し、もし、ロック信号の高さが低くなっていたら、今回のロック信号の高さと、前回のロック信号の高さと、前々回のロック信号の高さの３点を高次関数で近似して、ロック信号の高さが最大となるシム値を求め、求めたシム値をセットする。その際に、高次関数で近似する前に、前回のロック信号の高さと前々回のロック信号の高さを、それらのロック信号が取得されてから現在までの時間経過によって生じたであろう静磁場のドリフト値で補正するようにした。【選択図】  図７
2006208215.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料からのロック信号の高さに基づいて、静磁場均一度補正用のシムコイルにシム電流を決定することにより、ＮＭＲ装置の分解能を一定に保つＮＭＲ装置の制御方法であって、
（１）シム電流を所定量だけ変化させ、ロック信号をモニタする工程、
（２）シム電流変化前後のロック信号の高さと比較する工程、
（３）シム電流変化後、もし、ロック信号の高さが高くなっていたら、同じ方向にシム電流を変化させて同じ操作を繰り返し、もし、ロック信号の高さが低くなっていたら、今回のロック信号の高さと、前回のロック信号の高さと、前々回のロック信号の高さの３点を高次関数で近似して、ロック信号の高さが最大となるシム電流を求め、求めたシム電流をセットする工程、
の３つの工程の繰り返しから成り、
（３）の工程を行なうに際しては、高次関数で近似する前に、前回のロック信号の高さと前々回のロック信号の高さを、それらのロック信号が取得されてから現在までの時間経過によって生じたであろう静磁場のドリフト値で補正するようにしたことを特徴とするＮＭＲ装置の制御方法。
【請求項２】
前記高次関数は、２次関数であることを特徴とする請求項１記載のＮＭＲ装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＭＲ装置に用いられる制御方法に関し、特に、ＮＭＲ装置の主磁場の均一度を長時間一定に保つための制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＮＭＲ装置は、試料に強力な静磁場（主磁場）を印加して、試料中の核スピンを持った原子核の磁気モーメントに静磁場方向を軸とする歳差運動を惹起させた上で、静磁場方向に直交する向きの高周波磁場を印加して、原子核の磁気モーメントの歳差運動を励起し、その後、原子核の磁気モーメントの歳差運動が励起状態から基底状態に戻る際に放出されるＮＭＲ信号を、試料に固有な周波数を持った高周波磁界として観測する装置である。
【０００３】
長時間に渡って高分解能を維持しつつ安定してＮＭＲ信号を測定するためには、静磁場の均一度と強度を常に一定に保つ必要がある。そのため、従来のＮＭＲ装置では、静磁場の歪みとドリフトを補正するための補助コイルとして、試料の近傍にシムコイルを設け、シムコイルに適正なシム電流を流すことにより補正磁場を発生させ、静磁場と補正磁場の和が試料に印加されるようなシステムが採用されている。
【０００４】
図１は、従来のＮＭＲ装置の制御装置を示すものである。図中１は、超伝導磁石（ＳＣＭ）である。ＳＣＭ１の中心軸に沿って開けられた穴には、静磁場の歪みとドリフトを補正するシムコイル２が設けられている。シムコイル２の内側には、ＮＭＲ信号を観測するため、図示しない試料に高周波磁界を印加するプローブ３が置かれている。試料は、プローブ３の内側に置かれ、図示しない送受信コイルから、高周波磁界を照射されるとともに、試料から発せられるＮＭＲ信号は、図示しない送受信コイルにより受信されて、プローブ３の外部に取り出される。
【０００５】
ＮＭＲ装置の静磁場を長時間に渡って均一に保つ手段としては、シムコイルに流れるシム電流を、静磁場のドリフトに合わせて僅かずつ変化させ、観測されるＮＭＲ信号の分解能を追尾する方法が取られる。この方法をロックと呼んでいる。この目的のためのＮＭＲ信号には、試料中の重水素溶媒に由来する重水素核のＮＭＲ信号が用いられる。
【０００６】
重水素溶媒由来のＮＭＲ信号は、ロックトランシーバ４内の位相検波器により、互いに９０゜位相の異なる分散信号と吸収信号とに分けて検波され、分散信号（ロック分散信号）の方が、帰還回路５、シムドライバ７を介して、静磁場強度のドリフト補償手段として用いられる。
【０００７】
一方、吸収信号（ロック信号）の方は、静磁場の均一度をモニタするための信号として用いられる。すなわち、静磁場の均一度が高いと、装置分解能が高まることでロック信号の線幅が細くなり、その結果、信号の高さが高くなる。すなわち、ロック信号の高さと装置分解能には相関関係があり、ロック信号の高さが高いほど装置分解能も高いことになる。
【０００８】
そこで、シムトラッキング機構と呼ばれる方法により、ＮＭＲ測定中、ロック信号が常に最大となるように、シムコントローラ６でシム電流を微調整して、最適な装置分解能を自動追尾させる。そのとき調整するシム項の種類は、ホストコンピュータ９からシムコントローラ６に設定される。これにより、ＮＭＲ測定中に装置分解能の変動が生じそうになっても、装置分解能は最適に保たれる。
【０００９】
今、参考のため、シムトラッキングを行なわない状態でロック信号の高さを２時間モニタした結果と、Ｚ１とＺ２のシムを交互に微調整しながらシムトラッキングを行なったときの同じ結果を、図２と図３で対比して示す。図から明らかなように、シムトラッキングを行なわない場合は、ＮＭＲ装置の分解能がふらついて、ロック信号の強度が不定期的に増減を繰り返しているのに対して、シムトラッキングを行なった場合は、ＮＭＲ装置の分解能が安定し、ロック信号の強度は一定している。これにより、シムトラッキングの効果は、装置分解能の安定の上で、顕著に認められることが分かる。
【００１０】
【特許文献１】特開平２−２９５５４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、ＳＣＭでは、通常では、静磁場の均一度はあまり変動しないが、ＳＣＭの品質や外部環境の変動により静磁場強度が徐々に変化する、いわゆるドリフトを生じると、静磁場の均一度にも影響を与える場合がある。このような場合、シムトラッキングは、シムを微調整しながら分解能を追尾する方式のため、その変化ステップ以上のドリフトに対しては、十分に追尾することができないという問題があった。
【００１２】
本発明の目的は、上述した点に鑑み、何らかの原因で静磁場のドリフトが大きくなっても、シムトラッキングによって装置分解能を追尾することができるようなＮＭＲ装置の制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この目的を達成するため、本発明にかかるＮＭＲ装置の制御方法は、
試料からのロック信号の高さに基づいて、静磁場均一度補正用のシムコイルにシム電流を決定することにより、ＮＭＲ装置の分解能を一定に保つＮＭＲ装置の制御方法であって、
（１）シム電流を所定量だけ変化させ、ロック信号をモニタする工程、
（２）シム電流変化前後のロック信号の高さと比較する工程、
（３）シム電流変化後、もし、ロック信号の高さが高くなっていたら、同じ方向にシム電流を変化させて同じ操作を繰り返し、もし、ロック信号の高さが低くなっていたら、今回のロック信号の高さと、前回のロック信号の高さと、前々回のロック信号の高さの３点を高次関数で近似して、ロック信号の高さが最大となるシム電流を求め、求めたシム電流をセットする工程、
の３つの工程の繰り返しから成り、
（３）の工程を行なうに際しては、高次関数で近似する前に、前回のロック信号の高さと前々回のロック信号の高さを、それらのロック信号が取得されてから現在までの時間経過によって生じたであろう静磁場のドリフト値で補正するようにしたことを特徴としている。
【００１４】
また、前記高次関数は、２次関数であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のＮＭＲ装置の制御方法によれば、
試料からのロック信号の高さに基づいて、静磁場均一度補正用のシムコイルにシム電流を決定することにより、ＮＭＲ装置の分解能を一定に保つＮＭＲ装置の制御方法であって、
（１）シム電流を所定量だけ変化させ、ロック信号をモニタする工程、
（２）シム電流変化前後のロック信号の高さと比較する工程、
（３）シム電流変化後、もし、ロック信号の高さが高くなっていたら、同じ方向にシム電流を変化させて同じ操作を繰り返し、もし、ロック信号の高さが低くなっていたら、今回のロック信号の高さと、前回のロック信号の高さと、前々回のロック信号の高さの３点を高次関数で近似して、ロック信号の高さが最大となるシム電流を求め、求めたシム電流をセットする工程、
の３つの工程の繰り返しから成り、
（３）の工程を行なうに際しては、高次関数で近似する前に、前回のロック信号の高さと前々回のロック信号の高さを、それらのロック信号が取得されてから現在までの時間経過によって生じたであろう静磁場のドリフト値で補正するようにしたので、
何らかの原因で静磁場のドリフトが大きくなっても、シムトラッキングによって装置分解能を追尾することができるようなＮＭＲ装置の制御方法を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
まず、静磁場にドリフトが存在する系において、シムトラッキングを行なう場合に、装置分解能が上がっている付近では、ロック信号がシム値の高次関数、例えば一例として、２次関数で近似できるモデルを想定する。今、シム値をｘ、ロック信号の高さをｙ、経過時間をｔ（秒）と置き、２次関数モデルにドリフトのパラメータを組み込んで、ロック信号の高さを次のような関数で表現する。
【００１７】
ｙ ＝ −1250｛（ｘ＋0.003ｔ）＋105｝2＋2100
この式は、シムトラッキングのスタート時（ｔ＝0）に、シム値ｘが−105.00で、装置分解能が最高に上がっていて、ロック信号の高さｙが2100になっていることを意味している。静磁場のドリフト量は、毎秒＋0.003と仮定する。
【００１８】
このモデルを用いて、シム値ｘとロック信号の高さｙに対して、静磁場のドリフトがどのように影響するかを示したものが図４である。シム値ｘをロック信号がｔ＝0のときに最大となる−105.00に固定したままにしておくと、時間の経過とともに、静磁場のドリフトの影響が顕著に現れるようになり、ロック信号の高さｙ、すなわち、装置分解能の指標はしだいに低下していく。
【００１９】
次に、この系に、図５に示すようなアルゴリズムに基づいて、シムトラッキングを行なわせる。まず、最初に、シム値ｘを所定量だけ変化させ、ロック信号をモニタする。そして、シム値変化前のロック信号の高さと比較する。もし、ロック信号の高さが高くなっていたら、同じ方向にシム値を変化させ、同じ操作を繰り返す。また、もし、ロック信号の高さが低くなっていたら、今回のロック信号の高さと、前回のロック信号の高さと、前々回のロック信号の高さの３点を２次関数で近似して、ロック信号の高さが最大となるシム値ｘを計算で求め、そのシム値ｘをセットして、ロック信号の高さをモニタする。
【００２０】
図４で示した系に対して、ドリフトの補正は行なわずに、図５で示したアルゴリズムに基づくシムトラッキングを行なったときのシミュレーション結果を図６に示す。この計算では、最初にシム値ｘを毎秒＋0.020だけ増加させた場合からスタートさせた。図から明らかなように、ロック信号ｙの高さの低下、すなわち、装置分解能の低下は、図４の場合よりも緩やかになり、シムトラッキングを行なったことによる効果が顕著に現れていることが分かる。
【００２１】
次に、これを図７に示すようなアルゴリズムに基づいて、改めてシムトラッキングしてみる。まず、最初に、シム値を所定量だけ変化させ、ロック信号をモニタする。そして、シム値変化前のロック信号の高さと比較する。もし、ロック信号の高さが高くなっていたら、同じ方向にシム値を変化させ、同じ操作を繰り返す。また、もし、ロック信号の高さが低くなっていたら、今回のロック信号の高さと、前回のロック信号の高さと、前々回のロック信号の高さの３点を２次関数で近似する。
【００２２】
このとき、前回と前々回のロック信号の取得から今回のロック信号の取得までに要した時間により、前回と前々回のロック信号の高さには、静磁場のドリフトした影響が現れてきていると考えられるので、前回と前々回のロック信号の高さを、それらのロック信号が取得されてから現在までの時間経過によって生じたであろう静磁場のドリフト値で補正してやる必要がある。したがって、その補正を済ませた後に、それらの値を用いて、３点間を２次関数で近似させ、ロック信号の高さが最大となるようなシム値を計算で求め、そのシム値をセットして、ロック信号の高さをモニタするようにした。
【００２３】
図４で示した系に対して、ドリフトの補正を行ないながら、図７で示したアルゴリズムに基づくシムトラッキングを行なったときのシミュレーション結果を図８に示す。図から明らかなように、ロック信号の高さの低下はほとんど起きず、ドリフトの補正を行ないながらシムトラッキングを行なったことによる効果が非常に大きいことが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
ＮＭＲ装置に、広く利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】従来のＮＭＲ装置の制御装置の一例を示す図である。
【図２】シムトラッキングを行なわないときのロック信号変化の一例を示す図である。
【図３】シムトラッキングを行なったときのロック信号変化の一例を示す図である。
【図４】ロック信号への静磁場のドリフトの影響を示す図である。
【図５】従来のシムトラッキングのアルゴリズムを示す図である。
【図６】ドリフト補正なしでシムトラッキングを行なった結果を示す図である。
【図７】本発明にかかるシムトラッキングのアルゴリズムを示す図である。
【図８】ドリフト補正ありでシムトラッキングを行なった結果を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１：超伝導磁石（ＳＣＭ）、２：シムコイル、３：プローブ、４：ロックトランシーバ、５：帰還回路、６：シムコントローラ、７：シムドライバ、９：ホストコンピュータ
【図１】
2006208215.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2006208215.tif 000007
【図６】
2006208215.tif 000008
【図７】
2006208215.tif 000009
【図８】
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