(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気共鳴測定用の電気回路と、
前記電気回路の動作条件の調整段階において、前記電気回路で生じる熱雑音信号を解析することにより、前記電気回路の特性を示す特性情報を生成する特性情報生成手段と、
を含み、
前記特性情報生成手段は、前記熱雑音信号に対して自己相関法を適用することにより、前記熱雑音信号の波形に含まれる周期成分を抽出し、前記周期成分に対して波形フィッティングを実行することにより、前記電気回路の共振周波数及びＱ値のうちの少なくとも一方を演算する、
ことを特徴とする磁気共鳴測定装置。
【請求項２】
磁気共鳴測定用の電気回路と、
前記電気回路の動作条件の調整段階において、前記電気回路で生じる熱雑音信号を解析することにより、前記電気回路の特性を示す特性情報を生成する特性情報生成手段と、
を含み、
前記特性情報生成手段は、前記熱雑音信号に対して自己相関法を適用することにより、前記熱雑音信号の波形に含まれる周期成分を抽出し、前記周期成分に対して自己回帰法を適用することにより、前記電気回路の共振周波数及びＱ値のうちの少なくとも一方を演算する、
ことを特徴とする磁気共鳴測定装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の磁気共鳴測定装置において、
前記調整段階は、観測対象の核種に適合した周波数に前記電気回路の共振周波数を同調させるための段階、及び、電気的インピーダンスの整合を図る段階であり、
前記特性情報は、前記電気回路の共振周波数及びＱ値のうちの少なくとも一方を示す情報である、
ことを特徴とする磁気共鳴測定装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の磁気共鳴測定装置において、
前記電気回路の共振周波数及びＱ値のうちの少なくとも一方に基づいて、前記電気回路の同調状態及び整合状態を調整する調整手段を更に含む、
ことを特徴とする磁気共鳴測定装置。
【請求項５】
請求項４に記載の磁気共鳴測定装置において、
磁気共鳴の測定段階において、磁気共鳴測定用の送信信号を前記電気回路に供給する送信期間と、観測対象の核種で生じた磁気共鳴信号を前記電気回路で検出する受信期間とで、前記電気回路の同調状態及び整合状態を動的に切り替える制御手段を更に含み、
前記制御手段は、前記送信期間では、前記電気回路の同調状態及び整合状態を、前記電気回路に信号が与えられて調整された同調状態及び整合状態に設定し、前記受信期間では、前記電気回路の同調状態及び整合状態を、前記調整手段によって調整された同調状態及び整合状態に設定する、
ことを特徴とする磁気共鳴測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気共鳴測定装置に関し、特に、磁気共鳴測定用の電気回路の特性を検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴測定装置として、核磁気共鳴（NMR：Nuclear Magnetic Resonance）測定装置、及び、電子スピン共鳴（ESR：Electron Spin Resonance）測定装置が知られている。ＮＭＲ測定装置に類する装置として、磁気共鳴画像（MRI：Magnetic Resonance Imaging）装置も知られている。以下、ＮＭＲ測定装置について説明する。
【０００３】
ＮＭＲは、静磁場中におかれた原子核が固有の周波数をもった電磁波と相互作用する現象である。その現象を利用して原子レベルで試料の測定を行う装置がＮＭＲ測定装置である。ＮＭＲ測定装置は、有機化合物（例えば薬品、農薬）、高分子材料（例えばビニール、ポリエチレン）、生体物質（例えば、核酸、タンパク質）、等の分析において活用されている。ＮＭＲ測定装置を利用すれば例えば試料の分子構造を解明することが可能である。
【０００４】
ＮＭＲ装置においては、静磁場を生じさせる超伝導磁石内に試料とともにＮＭＲプローブ（ＮＭＲ信号検出用プローブ）が配置される。ＮＭＲプローブは、送信用及び受信用のコイルを備えている。コイルは、照射時間帯（送信期間）には試料に対して変動磁場を与え、観測時間帯（受信期間）には試料のＮＭＲ信号を検出する機能を有する。観測対象となる核種によって共振周波数が異なるので、試料測定の際には、観測対象となった核種に適合する特定周波数をもった高周波信号がコイルに与えられる。一般に、ＮＭＲプローブ内の検出回路は、コイルの他に、同調用の可変コンデンサ及び整合用の可変コンデンサ等を含む。つまり、検出回路は、同調回路及び整合回路を備えている。
【０００５】
試料測定に先立って、検出回路に対するチューニング（動作条件の調整）が実施される。すなわち、同調と整合が実施される。一般的な同調整合方法として、transmission法とreflection法が知られている。transmission法では、目的の周波数をもった送信信号を検出回路に供給し、検出回路を通過した信号のレベルを観測する。同調の崩れ度合い及び不整合の度合いに応じて、そのレベルが変化する。従って、信号のレベルを参照しながら、同調用可変コンデンサ及び整合用可変コンデンサの各設定値（容量）を変えることにより、検出回路の共振周波数が観測対象の核種に対応する共振周波数に適合され、検出回路のインピーダンスが送信側におけるインピーダンスに整合される。reflection法では、送信側から検出回路までの信号経路上に方向性結合器が設けられ、検出回路から送信側へ戻る反射波が観測される。同調の崩れ度合い及び不整合の度合いに応じて、反射波のレベルが変化する。従って、反射波のレベルを参照しながら、同調用可変コンデンサ及び整合用可変コンデンサの各設定値を変えることにより、検出回路の同調及び整合が図られる。
【０００６】
また、ＮＭＲ信号を検出する方法として、ファラデーの電磁誘導の法則を用いた方法が知られている。この方法では、ジョンソンノイズが支配的なノイズとなる。ジョンソンノイズは、コイルの温度の平方根や、コイルの電気抵抗の平方根に比例することが知られている。
【０００７】
非特許文献１には、超伝導材料を検出コイルの材料として用いることが記載されている。超伝導材料は冷却下で電気抵抗がほぼゼロになるので、上記のノイズを低減して、ＮＭＲ信号の検出感度を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第５，５６５，７７８号明細書
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】“High Temperature Superconducting Radio Frequency Coils for NMR Spectroscopy and Magnetic Resonance Imaging”, Steven M. Anlage,“Microwave Superconductivity,” ed. by H. Weinstock and M. Nisenoff, (Kluwer, Amsterdam, 2001), pp.337-352.
【非特許文献２】D.E.Oates, Nonlinear behavior of superconducting devices,“Microwave Superconductivity,” ed. by H. Weinstock and M. Nisenoff, (Kluwer, Amsterdam, 2001), pp.337-352.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記のように、ＮＭＲ法では、送信信号を検出回路に供給する照射時間帯（送信期間）と、ＮＭＲ信号を検出する観測時間帯（受信期間）とがある。上記のtransmission法やreflection法は、送信信号を検出回路に供給することにより検出回路の同調及び整合を図る方法である。それ故、それらの方法は、照射時間帯における検出回路の同調及び整合を図る方法として適した方法であるといえる。しかし、観測時間帯は送信信号が検出回路に供給されない時間帯であるため、transmission法やreflection法を用いて調整された検出回路の同調状態及び整合状態は、観測時間帯における検出回路の動作条件として適しているとは限らず、理想の動作条件からずれてしまうという問題が生じ得る。
【００１１】
また、超伝導材料からなる検出コイルを用いた場合、高周波の伝導特性が非線形となり、送信信号に応じて、共振特性のＱ値や共振周波数が変動することが知られている（例えば特許文献１、非特許文献２参照）。それ故、transmission法やreflection法を用いて検出回路の同調状態及び整合状態を調整したとしても、観測時間帯に適した動作条件が設定されるとは限らない。なお、金属製の検出コイルについても、観測条件によっては超伝導材料からなる検出コイルと同様の問題が生じ得る。
【００１２】
本発明の目的は、磁気共鳴装置において、磁気共鳴測定用の電気回路に信号を与えなくても、その電気回路の特性を示す情報が得られるようにすることである。あるいは、電気回路の同調及び整合を図るための情報が得られるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る磁気共鳴測定装置は、磁気共鳴測定用の電気回路と、前記電気回路の動作条件の調整段階において、前記電気回路で生じる熱雑音信号を解析することにより、前記電気回路の特性を示す特性情報を生成する特性情報生成手段と、を含むことを特徴とする。
【００１４】
電気回路で生じた熱雑音信号は、その電気回路の特性を指標として評価できる。それ故、その熱雑音信号を解析することにより、電気回路の特性を示す特性情報を生成することができる。上記の構成によると、電気回路に対して何らかの信号やパワーを与えなくても、その特性情報が得られる。例えば、信号を電気回路に与えたときと与えていないときとで特性が変化する電気回路について、信号を与えていないときの特性情報が得られる。電気回路は、例えば観測対象核種で生じた磁気共鳴信号を検出する回路である。上記の構成によると、磁気共鳴信号を電気回路で検出する期間（受信期間）における特性情報が得られる。その特性情報を利用することにより、受信期間における電気回路の動作条件を適切に調整することが可能となる。
【００１５】
望ましくは、前記調整段階は、観測対象の核種に適合した周波数に前記電気回路の共振周波数を同調させるための段階、及び、電気的インピーダンスの整合を図る段階であり、前記特性情報は、前記電気回路の共振周波数及びＱ値のうちの少なくとも一方を示す情報である。
【００１６】
上記の構成によると、受信期間において観測対象核種に適合した共振周波数とＱ値が得られる。これらの情報を利用することにより、受信期間における電気回路の同調及び整合が図られる。電気回路は、例えば、磁気共鳴信号を検出するための検出コイル、同調用可変コンデンサ及び整合用可変コンデンサを含む。得られた共振周波数とＱ値を参照して、同調用可変コンデンサ及び整合用可変コンデンサの各設定値を変更することにより、電気回路の同調及び整合が図られる。各設定値は、作業者によるマニュアル作業によって変更されてもよいし、自動的に変更されてもよい。例えば、得られた共振周波数が観測対象核種の共振周波数に適合するように、各設定値が変更される。
【００１７】
望ましくは、前記特性情報生成手段は、前記熱雑音信号のスペクトルデータを生成する。例えば、熱雑音信号に対してフーリエ変換が適用されることにより、スペクトルデータが生成される。このスペクトルデータを解析することにより、電気回路の特性が解析される。
【００１８】
望ましくは、前記スペクトルデータを表示するスペクトル表示手段を更に含む。これにより、電気回路の同調状態及び整合状態を調整するための情報が、作業者等に提供される。例えば、作業者がスペクトルデータを参照することにより、電気回路の共振周波数やＱ値を評価し、その評価結果に基づいて電気回路の同調状態及び整合状態を調整することができる。
【００１９】
望ましくは、前記特性情報生成手段は、前記スペクトルデータを解析することにより、前記電気回路の共振周波数及びＱ値のうちの少なくとも一方を演算する。例えば、熱雑音信号を示す理論式と電気回路の装置関数とから得られる理論式を利用することにより、スペクトルデータから共振周波数とＱ値が得られる。
【００２０】
望ましくは、前記特性情報生成手段は、前記熱雑音信号の波形に含まれる周期成分を解析することにより、前記電気回路の共振周波数及びＱ値のうちの少なくとも一方を演算する。
【００２１】
望ましくは、前記特性情報生成手段は、前記熱雑音信号に対して自己相関法を適用することにより前記周期成分を抽出し、前記周期成分に対して波形フィッティングを実行することにより、前記電気回路の共振周波数及びＱ値のうちの少なくとも一方を演算する。
【００２２】
望ましくは、前記情報生成手段は、前記熱雑音信号に対して自己相関法を適用することにより前記周期成分を抽出し、前記周期成分に対して自己回帰法を適用することにより、前記電気回路の共振周波数及びＱ値のうちの少なくとも一方を演算する。
【００２３】
望ましくは、前記電気回路の共振周波数及びＱ値のうちの少なくとも一方に基づいて、前記電気回路の同調状態及び整合状態を調整する調整手段を更に含む。同調状態及び整合状態は、作業者によるマニュアル作業によって調整されてもよいし、自動的に調整されてもよい。
【００２４】
望ましくは、磁気共鳴の測定段階において、磁気共鳴測定用の送信信号を前記電気回路に供給する送信期間と、観測対象の核種で生じた磁気共鳴信号を前記電気回路で検出する受信期間とで、前記電気回路の同調状態及び整合状態を動的に切り替える制御手段を更に含み、前記制御手段は、前記送信期間では、前記電気回路の同調状態及び整合状態を、前記電気回路に信号が与えられて調整された同調状態及び整合状態に設定し、前記受信期間では、前記電気回路の同調状態及び整合状態を、前記調整手段によって調整された同調状態及び整合状態に設定する。
【００２５】
例えば、送信期間と受信期間とで、電気回路に含まれる同調用可変コンデンサ及び整合用可変コンデンサの各設定値が動的に切り替えられる。具体的には、送信期間において観測対象核種の共振周波数に適合する共振周波数とＱ値が求められ、それらの値が得られる同調用可変コンデンサ及び整合用可変コンデンサの各設定値（送信時設定値）が決定される。また、受信期間において観測対象核種の共振周波数に適合する共振周波数とＱ値が求められ、それらの値が得られる同調用可変コンデンサ及び整合用可変コンデンサの各設定値（受信時設定値）が決定される。そして、磁気共鳴信号の測定段階において、送信期間では、送信時設定値が同調用可変コンデンサ及び整合用可変コンデンサに設定され、受信期間では、受信時設定値が同調用可変コンデンサ及び整合用可変コンデンサに設定される。上記の構成によると、送信期間及び受信期間のそれぞれにおいて、電気回路の同調状態及び整合状態が理想的な状態に設定される。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によると、磁気共鳴測定用の電気回路に信号を与えなくても、その電気回路の特性を示す情報が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態に係るＮＭＲ装置を示すブロック図である。
【図２】試料室と検出コイルを模式的に示す拡大斜視図である。
【図３】検出回路を示す回路図である。
【図４】ＮＭＲ信号測定時におけるシーケンスの一例を示す図である。
【図５】実施例１に係る回路特性情報生成処理を説明するためのフローチャートである。
【図６】実施例１に係る回路特性情報表示処理を説明するためのフローチャートである。
【図７】実施例２に係る回路特性情報生成処理を説明するためのフローチャートである。
【図８】実施例２に係る回路特性情報表示処理を説明するためのフローチャートである。
【図９】実施例３に係る回路特性情報生成処理を説明するためのフローチャートである。
【図１０】実施例３に係る回路特性情報表示処理を説明するためのフローチャートである。
【図１１】熱雑音パワースペクトルの測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１には、本実施形態に係るＮＭＲ装置１０が示されている。このＮＭＲ装置１０は、試料中の観測核により生じたＮＭＲ信号を測定する装置である。
【００２９】
静磁場発生装置１２は静磁場を発生する装置であり、その中央部には、垂直方向に伸びる空洞部としてボア１２Ａが形成されている。ＮＭＲプローブ１４は、大別して、挿入部１６と基部１８とによって構成されている。挿入部１６は、それ全体として垂直方向に伸長した円筒形状を有し、静磁場発生装置１２のボア１２Ａ内に挿入される。
【００３０】
挿入部１６におけるプローブヘッド内には検出回路２８が設けられている。検出回路２８は同調整合回路であり、ＮＭＲ信号を検出するための検出コイル３０、送受信用の結合コイル３４、同調用可変コンデンサ、及び、整合用可変コンデンサ等の電子部品を備えている。結合コイル３４は、ピックアップコイルや送受信コイルとも称され、照射時間帯（送信期間）において高周波磁場を発生させ、観測時間帯（受信期間）において、検出コイル３０によって検出されたＮＭＲ信号を受信する。後に図３において具体例を示すように、同調用可変コンデンサ及び整合用可変コンデンサの各設定値（容量）を変えることにより、検出回路２８の特性が最適化される。つまり、同調及び整合が図られる。
【００３１】
送信部４２は、信号発生器及びパワーアンプ等を備えており、送信信号を生成して出力する。ＮＭＲ測定モードにおいては、観測対象核種の固有周波数が送信信号の周波数として設定される。送信部４２から出力された送信信号は、方向性結合器４４とデュプレクサ４６を介して、ＮＭＲプローブ１４内の検出回路２８に送られる。なお、方向性結合器４４は、以下に説明するように反射波を検出する回路であり、デュプレクサ４６は送受切替器である。それらは、ＮＭＲプローブ１４内に配置されてもよい。
【００３２】
検出コイル３０で検出されたＮＭＲ信号（受信信号）は、デュプレクサ４６を介して受信部５０に送られる。受信部５０は、直交検波回路やＡ／Ｄ変換器等を含む公知の回路構成を有し、受信信号に対して所定の処理を行う。受信部５０で処理された受信信号は、スペクトル処理部５２に送られる。スペクトル処理部５２は、受信信号に対してＦＦＴ処理を実行することにより分光スペクトルを生成し、またそれに対して必要な解析等を実行する。表示部６０には、スペクトル処理部５２の処理結果が表示される。
【００３３】
方向性結合器４４は、送信信号を検出回路２８に供給してチューニングを実行するモード（送信チューニングモード）において機能する回路であり、検出回路２８で反射して送信側へ戻る反射波を観測（抽出）する回路である。反射波のレベルは、検出回路２８の同調状態及び整合状態を指標する情報である。反射波レベル検出器４８は、方向性結合器４４で観測された反射波に対して検波等の処理を施した上でそのレベルを判定し、そのレベルを示す情報を生成する。検出回路２８の特性の調整すなわちチューニングにあたって、マニュアルチューニング又はオートチューニングのいずれかを選択することが可能である。オートチューニングにおいてはチューニング制御部５６が利用され、反射波のレベルを示す情報は、チューニング制御部５６に送られる。マニュアルチューニングにおいては、反射波のレベルは表示部６０に表示される。作業者が、そのレベルを参照しながら、同調用可変コンデンサ及び整合用可変コンデンサの設定値（容量）を変えることにより、検出回路２８の同調及び整合が図られる。
【００３４】
後述するように、ＮＭＲ装置１０は、受信チューニングモードを実行する機能を備えている。受信チューニングモードにおいては、方向性結合器４４と反射波レベル検出器４８は利用されず、送信信号を検出回路２８に供給せずに検出回路２８の動作条件が調整される。また、受信チューニングモードにおいても、マニュアルチューニング又はオートチューニングのいずれかを選択することが可能である。つまり、本実施形態では、送信チューニングモード又は受信チューニングモードのいずれかを選択することが可能であり、それぞれのチューニングモードにおいて、マニュアルチューニング又はオートチューニングのいずれかを選択することが可能である。
【００３５】
ノイズ解析部５４は、検出回路２８の動作条件の調整段階で、検出回路２８で生じた熱雑音信号（熱ノイズ信号）を解析することにより、受信期間における検出回路２８の特性を示す回路特性情報を生成する。例えば、検出回路２８の共振周波数ｆ０及びＱ値のうちの少なくとも一方が、回路特性情報として求められる。ノイズ解析部５４の処理内容については後で詳しく説明する。
【００３６】
チューニング制御部５６は、オートチューニングを制御するユニットであり、検出回路２８の共振周波数ｆ０が観測対象核種の共振周波数に適合するように、検出回路２８に含まれる同調用可変コンデンサ及び整合用可変コンデンサの各設定値を機械的に又は電気的に変更する。例えば、送信オートチューニングモード（送信チューニングモードにおいてオートチューニングが実行されるモード）においては、チューニング制御部５６は、複数の設定値のセットを同調用可変コンデンサ及び整合用可変コンデンサに試行的に順次設定し、複数の反射波レベルを順次観測する。そして、チューニング制御部５６は、その観測結果に基づいて、共振周波数ｆ０が観測対象核種の共振周波数に適合する設定値を設定する。また、受信オートチューニングモード（受信チューニングモードにおいてオートチューニングが実行されるモード）においては、チューニング制御部５６は、複数の設定値のセットを同調用可変コンデンサ及び整合用可変コンデンサに試行的に順次設定し、ノイズ解析部５４によって得られた複数の共振周波数ｆ０を順次観測する。そして、チューニング制御部５６は、その観測結果に基づいて、共振周波数ｆ０が観測対象核種の共振周波数に適合する設定値を設定する。
【００３７】
表示部６０には、ＮＭＲ測定結果、検出回路２８の特性を示す回路特性情報、等が表示される。入力部６２は、測定対象核種の指定、オートチューニング実行指令の入力、等を行うために利用される。
【００３８】
なお、スペクトル処理部５２とノイズ解析部５４はコンピュータによって構成されていてもよい。
【００３９】
冷却システム７０は、例えば、冷凍機を備え、その冷凍機により冷却したヘリウムガスをＮＭＲプローブ１４に供給し、これにより、ＮＭＲプローブ１４内の被冷却部品を冷却するためのシステムである。例えば、被冷却部品が２０Ｋ以下に冷却される。
【００４０】
図２には、試料室と検出コイルが模式的に示されている。挿入部１６において、試料温調用配管２６を挟んで内側に試料室が設けられている。気密室２２内は真空状態に減圧されている。試料温調用配管２６は例えばガラス管であり、ステージ１９及びプローブキャップ２０を貫通して設けられている。試料温調用配管２６内には、試料が収容される試料管２４が配置されている。試料及び試料管２４の中心が磁場中心に一致するように、挿入部１６が静磁場発生装置１２のボア１２Ａ内に設置される。試料温調用配管２６内は大気空間であり、試料温調用配管２６内の温度は、例えば室温に維持されている。これにより、試料は大気空間内に設置され、その温度は室温に維持される。
【００４１】
試料温調用配管２６と挿入部１６の外壁との間に気密室２２が形成されている。気密室２２内は真空状態に減圧されている。真空減圧下の気密室２２内には、検出回路２８（検出コイル３０Ａ，３０Ｂ、結合コイル３４、同調用可変コンデンサ、整合用可変コンデンサ）が設置されている。検出コイル３０Ａ，３０Ｂは、試料及び試料管２４を間にして、互いに平行となるように対向して配置されている。検出コイル３０Ａは、基板３２Ａ上に形成されており、検出コイル３０Ｂは、図示されていないが、同様に、基板３２Ｂ上に形成されている。一例として、検出コイル３０Ａ，３０Ｂは、超伝導材料によって構成されている。もちろん、金属製の検出コイルが用いられてもよい。検出コイル３０Ａは、基板３２Ａ上においてコイルパターンとして形成され、インダクタンスＬの要素とキャパシタンスＣの要素とを内包している。図示されていないが、検出コイル３０Ｂも同様に、リアクタンスＬとキャパシタンスＣとを内容する。この構成を採用することにより、ＬＣ共振回路が形成される。
【００４２】
上記構成において、検出回路２８は被冷却部品に相当し、極低温に冷却される。信号のＳ／Ｎを向上させるために、可変コンデンサも検出コイル３０Ａ，３０Ｂ及び結合コイル３４とともに冷却される。冷却機構として、例えば、特開２０１４−４１１０３号公報に記載されている冷却システム（クライオスタット冷却システム）を利用することができる。具体的には、ステージ１９に接続された熱交換器３６に、冷却システム７０から冷却されたヘリウムガスが導入され、熱交換器３６は極低温（例えば２０Ｋ以下）に冷却される。これにより、被冷却部品が冷却される。検出コイル３０Ａ，３０Ｂが冷却されることにより、検出コイル３０Ａ，３０Ｂの電気抵抗が低下してＱ値が上昇する。また、電気的な熱ノイズが低減される。その結果、ＮＭＲ測定時における検出感度を向上させることができる。なお、ＮＭＲプローブ１４には、図示しない温度センサが取り付けられており、その温度センサによって被冷却部品等の温度が検知される。
【００４３】
図３には、検出回路２８の等価回路が示されている。コンデンサＣ１とコイルＬ１は検出コイル３０Ａによって形成されており、これらによってＬＣ共振回路が形成されている。同様に、コンデンサＣ２とコイルＬ２は検出コイル３０Ｂによって形成されており、これらによってＬＣ共振回路が形成されている。コイルＬ１と結合コイル３４（コイルＬ３）は誘導結合され、同様に、コイルＬ２とコイルＬ３は誘導結合される。コイルＬ３には、整合用可変コンデンサＣ４が接続されている。コンデンサＣ１の容量又はコンデンサＣ２の容量は、例えば検出コイル近傍に、高い誘電率を持った誘電体を近づけることにより、機械的に変更される。機械的に変更可能なコンデンサＣ１又はＣ２は、同調用可変コンデンサと呼ばれる。これにより、検出回路２８の整合及び同調が図られる。整合用可変コンデンサＣ４にはプリアンプ４７が接続されている。プリアンプ４７は被冷却部品として挿入部１６内に設置されており、極低温に冷却される。検出コイル３０Ａ，３０Ｂで検出されたＮＭＲ信号（受信信号）は、誘導結合によって結合コイル３４に伝達され、プリアンプ４７によって増幅される。増幅後のＮＭＲ信号は、デュプレクサ４６を介して受信部５０に送られる。
【００４４】
検出回路２８で生じた熱ノイズは、検出回路２８の特性を指標しているといえる。それ故、検出回路２８で生じた熱ノイズを解析することにより、検出回路２８の特性を示す情報が得られる。本実施形態では、プリアンプ４７で生じるノイズも受信部５０に送られる。プリアンプ４７で生じるノイズは、一般的に白色であり、周波数特性が小さいため、フロアノイズとみなすことができ、検出回路２８で生じた熱ノイズとは区別することができる。それ故、受信部５０によって受信されたノイズを周波数解析又は時間相関解析することにより、検出回路２８で生じた熱ノイズを解析することが可能となる。なお、検出回路２８で生じた熱ノイズも、プリアンプ４７によって増幅され、解析対象のノイズの信号強度を高めることが可能となる。
【００４５】
次に、検出回路２８の回路特性情報（共振周波数ｆ０とＱ値）の具体的な生成処理について説明する。
【００４６】
一般的に、整合された共振回路には、以下の式（１）で表されるJohnson-Nyquist雑音密度Ｐｎが発生していることが知られている。
【数１】
0006503195.tif 000002
【００４７】
上記の式（１）において、ｋＢはボルツマン定数であり、Ｔは検出系の温度である。
【００４８】
また、ＬＣ共振回路は、以下の式（２）で表される装置関数Ｇ（ｆ）をもつモジュールであるとみなすことができる。一例として、以下の装置関数Ｇ（ｆ）は、直列共振回路における装置関数である。
【数２】
0006503195.tif 000003
【００４９】
上記の式（２）において、ｆ０は共振周波数であり、Ｑは共振Ｑ値である。
【００５０】
図３に示されているように、ＬＣ共振回路を経た信号はプリアンプ４７を介して受信部５０に送られる。極めて高いＱ値をもつＬＣ共振回路とフロアノイズの小さい受信系を用いることにより、熱ノイズ信号（熱雑音信号）を直接観測することができる。熱ノイズの周波数依存性は、上記の式（２）で表される装置関数Ｇ（ｆ）を反映している。それ故、熱ノイズを直接観測することができれば、ノイズスペクトルの解析によって、装置関数Ｇ（ｆ）に含まれる共振周波数ｆ０と共振Ｑ値とを求めることが可能となる。つまり、検出回路２８の特性を示す回路特性情報を得ることが可能となる。
【００５１】
熱ノイズを用いる本実施形態に係る方法によると、励起源を用いずに検出回路２８の回路特性情報が得られる。一般的なtransmission法やreflection法では、励起源によって何らかの高周波パワーを共振回路に供給する必要がある。これに対して、本実施形態では、検出回路２８にて発生する熱ノイズを利用することにより回路特性情報が得られる。それ故、何らかのパワーを検出回路２８に供給する必要がなく、励起源を用いずに回路特性情報が得られる。これにより、検出コイル３０の材料として超伝導材料を用いた場合であっても、検出回路２８の同調及び整合を適切に行うことが可能となる。超伝導材料は、通電した状態では非線形の応答性を有しているため、超伝導材料が用いられた検出回路２８の共振特性は通電状態に応じて変化してしまう。それ故、一般的に、検出回路２８の同調及び整合を適切に行うことは困難である。これに対して、本実施形態によると、検出回路２８に対してパワーを供給せずに回路特性情報が得られるため、検出回路２８に超伝導材料が用いられた場合であっても、検出回路２８の同調及び整合を適切に行うことが可能となる。
【００５２】
また、熱ノイズを用いる方法によると、送信源との応答を観測する必要がなく、熱ノイズを測定するだけで所望の周波数範囲のスペクトルを得ることが可能となる。送信源との応答を観測する従来の方法では、各周波数に対する応答を観測するにあたって、共振回路の時定数をＱ／ｆ０として、その１０倍程度の時間間隔を設ける必要がある。これに対して、熱ノイズを用いる方法では、後述する実施例１（フーリエ変換を用いる方法）で説明するように、時定数の１０倍程度の観測時間で所望帯域の全域のスペクトル情報が得られる。また、後述する実施例２，３（時間相関を観察する方法）では、時定数の数倍程度の観測時間で共振周波数ｆ０やＱ値を評価することができる。例えば、図４に示すように、送信パルス照射（ＲＦパルス照射）後の観測時間帯（受信期間）といった局所的な時間帯でも、共振周波数ｆ０やＱ値を短時間で測定することができる。
【００５３】
以下、共振周波数ｆ０及びＱ値の具体的な演算方法（実施例１〜３）について説明する。以下の実施例１〜３に係る処理は、検出回路２８の同調状態及び整合状態を調整する段階で実行される。このとき、送信部４２から検出回路２８に対して送信信号は送信されない。つまり、観測時間帯（受信期間）と同様の条件下で、実施例１〜３に係る処理が実行される。
【００５４】
（実施例１）
図５を参照して、実施例１に係る回路特性情報生成処理について説明する。実施例１では、周波数空間上のデータが利用される。具体的には、フーリエ変換を適用することによりスペクトルデータが生成され、そのスペクトルデータに基づいて共振周波数ｆ０とＱ値が求められる。
【００５５】
測定時間帯ΔＴ（ＦＦＴ処理の時間窓）と積算回数ｎを予め決めておく。測定時間帯ΔＴは、一例として５×Ｑ／ｆ０程度である。また、プリアンプ４７の増幅率をＡとし、受信時のフロアノイズのパワーをＰｆｌｏｏｒとし、受信時の熱ノイズをｋＢＴＱＡとすると、積算回数は、一例としてｋＢＴＱＡ／Ｐｆｌｏｏｒ×（ｎ）１／２＞５である。
【００５６】
まず、ノイズ解析部５４は、実行された回路特性情報生成処理の回数をｋとし、その処理回数ｋを０に設定する（Ｓ０１）。次に、ノイズ解析部５４は、処理回数ｋに１を加算する（Ｓ０２）。そして、観測時間帯（受信期間）において、つまり、送信信号が検出回路２８に送られていない状態で、受信部５０がノイズデータ（ｙｋ）を受信信号として受信する（Ｓ０３）。スペクトル処理部５２は、ノイズデータ（ｙｋ）に対してＦＦＴ処理を実行する（Ｓ０４）。これにより、パワースペクトルデータ｜Ｙｋ（ｆ）｜が得られる。パワースペクトルデータ｜Ｙｋ（ｆ）｜は、ｋ番目のデータとして分光計４０に格納される（Ｓ０５）。ｋ＜ｎの場合（Ｓ０６，Ｎｏ）、処理はステップＳ０２に戻り、ステップＳ０２以降の処理が実行される。ｋ≧ｎの場合（Ｓ０６，Ｙｅｓ）、ノイズ解析部５４は、１番目からｎ番目までのｎ個のパワースペクトルデータ｜Ｙｋ（ｆ）｜の列を積算する（Ｓ０７）。つまり、ｎ個のパワースペクトルデータ｜Ｙｋ（ｆ）｜の総和が演算される。次に、ノイズ解析部５４は、上記の式（１）と式（２）とを乗算することにより得られた式（Ｐｎ×Ｇ（ｆ））を理論式とし、ステップＳ０７で得られた積算結果に対して最小二乗法を適用する（Ｓ０８）。つまり、波形フィッティングが実行される。具体的には、ノイズ解析部５４は、理論式（Ｐｎ×Ｇ（ｆ））に含まれる共振周波数ｆ０とＱ値を変えて理論式を積算結果にマッチングさせることにより、理論式の値と積算結果との差が最小となる共振周波数ｆ０とＱ値（最適な共振周波数ｆ０とＱ値）を求める。
【００５７】
上記の処理によって得られた最適な共振周波数ｆ０とＱ値は、例えば表示部６０に表示される。受信マニュアルチューニングモードにおいては、作業者が、得られた共振周波数ｆ０が観測対象核種の共振周波数に適合するように、同調用可変コンデンサ及び整合用可変コンデンサの各設定値を変更する。つまり、同調用可変コンデンサ及び整合用可変コンデンサの各設定値が変更される度に、上記のステップＳ０１〜Ｓ０８の処理が実行され、これにより、設定値毎の共振周波数ｆ０とＱ値が得られる。そして、作業者は、得られた共振周波数ｆ０が観測対象核種の共振周波数に適合するように、各設定値を設定する。受信オートチューニングモードにおいては、チューニング制御部５６が、各設定値を順次変更して複数の共振周波数ｆ０を得て、得られた共振周波数ｆ０が観測対象核種の共振周波数に適合するように、各設定値を設定する。
【００５８】
以上の処理により、観測時間帯（受信期間）において観測対象核種の共振周波数に適合する共振周波数ｆ０とＱ値が求められる。また、受信マニュアルチューニングモードにおいて、得られた共振周波数ｆ０とＱ値を表示することにより、作業者に対して、同調及び整合のために有用な情報を提供することが可能となる。また、受信オートチューニングモードにおいて、自動的に検出回路２８の同調及び整合が図られる。
【００５９】
次に、図６を参照して、受信マニュアルチューニングモードにおける処理の一例について説明する。まず、ノイズ解析部５４は、実行された回路特性情報生成処理の回数をｋとし、その処理回数ｋを０に設定し、ｆｌａｇを０に設定する（Ｓ１０）。次に、ノイズ解析部５４は、処理回数ｋに１を加算する（Ｓ１１）。そして、観測時間帯（受信期間）において、受信部５０がノイズデータ（ｙｋ）を受信信号として受信する（Ｓ１２）。スペクトル処理部５２は、ノイズデータ（ｙｋ）に対してＦＦＴ処理を実行する（Ｓ１３）。これにより、パワースペクトルデータ｜Ｙｋ（ｆ）｜が得られる。パワースペクトルデータ｜Ｙｋ（ｆ）｜は、ｋ番目のデータとして分光計４０に格納される。次に、ｆｌａｇが１の場合（Ｓ１５，Ｙｅｓ）、ノイズ解析部５４は、１番目からｎ番目までのｎ個のパワースペクトルデータ｜Ｙｋ（ｆ）｜の平均を演算し、平均化されたパワースペクトルデータ｜Ｙｋ（ｆ）｜のグラフを表示部６０に表示させる（Ｓ１６）。そして、処理はステップＳ１１に戻る。一方、ステップＳ１５において、ｆｌａｇが１ではない場合（Ｓ１５，Ｎｏ）、ノイズ解析部５４は、１番目からｋ番目までのｋ個のパワースペクトルデータ｜Ｙｋ（ｆ）｜の平均を演算し、平均化されたパワースペクトルデータ｜Ｙｋ（ｆ）｜のグラフを表示部６０に表示させる（Ｓ１７）。ｋがｎの場合（Ｓ１８，Ｙｅｓ）、ノイズ解析部５４は、ｆｌａｇを１に設定し、処理回数ｋを０に設定する（Ｓ１９）。そして、処理はステップＳ１１に戻る。一方、ｋがｎではない場合（Ｓ１８，Ｎｏ）、処理はステップＳ１１に戻る。以降についても同様に、処理が繰り返される。
【００６０】
作業者は、パワースペクトルデータ｜Ｙｋ（ｆ）｜のグラフを参照しながら、そのグラフのピーク位置を示す周波数が観測対象核種の共振周波数に適合するように、また、そのグラフのピーク強度が最大となるように、同調用可変コンデンサ及び整合用可変コンデンサの各設定値を変更する。つまり、同調用可変コンデンサ及び整合用可変コンデンサの各設定値が変更される度に、上記のステップＳ１０〜Ｓ１９の処理が実行され、これにより、設定値毎のパワースペクトルデータ｜Ｙｋ（ｆ）｜のグラフが得られて表示される。そして、作業者は、そのグラフを参照しながら各設定値を変更する。これにより、マニュアル作業によって、観測時間帯（受信期間）における検出回路２８の同調及び整合が図られる。
【００６１】
なお、パワースペクトルデータ｜Ｙｋ（ｆ）｜のグラフとともに共振周波数ｆ０やＱ値が表示部６０に表示され、作業者は、それらの情報を参照しながら、同調用可変コンデンサ及び整合用可変コンデンサの各設定値を変更してもよい。
【００６２】
（実施例２）
次に、図７を参照して、実施例２に係る回路特性情報生成処理について説明する。実施例２では、時間空間上のデータが利用される。具体的には、熱ノイズの波形に含まれる周期成分が自己相関法によって抽出され、その抽出結果に基づいて共振周波数ｆ０とＱ値が求められる。
【００６３】
検出回路２８にて発生する熱ノイズのデータをｘ（ｔ）とすると、検出回路２８の後段のプリアンプ４７から出力される信号ｙ（ｔ）は、以下の式（３）で表される。
【数３】
0006503195.tif 000004
【００６４】
上記の式（３）において、ｔは時間であり、ｇ（τ）は検出回路２８の装置関数、ｗｎ（ｔ）は、プリアンプ４７で加算されるノイズである。
【００６５】
整合された直列共振回路の装置関数ｇ（τ）は、以下の式（４）で表される。
【数４】
0006503195.tif 000005
【００６６】
測定時間帯ΔＴと積算回数ｎを予め決めておく。測定時間帯ΔＴは、一例としてＱ／ｆ０程度である。また、プリアンプ４７の増幅率をＡとし、受信時のフロアノイズのパワーをＰｆｌｏｏｒとし、受信時の熱ノイズをｋＢＴＱＡとすると、積算回数は、一例としてｋＢＴＱＡ／Ｐｆｌｏｏｒ×（ｎ）１／２＞５である。
【００６７】
まず、ノイズ解析部５４は、実行された回路特性情報生成処理の回数をｋとし、その処理回数ｋを０に設定する（Ｓ３０）。次に、ノイズ解析部５４は、処理回数ｋに１を加算する（Ｓ３１）。そして、観測時間帯（受信期間）において、つまり、送信信号が検出回路２８に送られていない状態で、受信部５０がノイズデータ（ｙｋ）を受信信号として受信する（Ｓ３２）。ノイズ解析部５４は、ノイズデータ（ｙｋ）に対して自己相関処理を実行する（Ｓ３３）。具体的には、ノイズ解析部５４は、以下の式（５）に表されている自己相関関数ｇｋ（τ）を演算する。これにより、装置関数によって支配された成分である周期成分が抽出される。
【数５】
0006503195.tif 000006
【００６８】
自己相関処理の演算結果ｇｋ（τ）は、ｋ番目のデータとして分光計４０に格納される（Ｓ３４）。ｋ＜ｎの場合（Ｓ３５，Ｎｏ）、処理はステップＳ３１に戻り、ステップＳ３１以降の処理が実行される。ｋ≧ｎの場合（Ｓ３５，Ｙｅｓ）、ノイズ解析部５４は、１番目からｎ番目までのｎ個のデータ｜ｇｋ（τ）｜の列を積算する（Ｓ３６）。つまり、ｎ個のデータ｜ｇｋ（τ）｜の総和が演算される。次に、ノイズ解析部５４は、式（Ａｇ（τ）＋Ｂ）を理論式とし、ステップＳ３６で得られた積算結果に対して最小二乗法を適用する（Ｓ３７）。つまり、波形フィッティングが実行される。ここで、係数Ａ，Ｂは未知数であり、係数Ａは振幅に相当し、係数Ｂはオフセットに相当する。ノイズ解析部５４は、理論式（Ａｇ（τ）＋Ｂ）に含まれる係数Ａ，Ｂ、共振周波数ｆ０及びＱ値を変えて理論式を積算結果にマッチングさせることにより、理論式の値と積算結果との差が最小となる共振周波数ｆ０とＱ値（最適な共振周波数ｆ０とＱ値）を求める。
【００６９】
実施例１と同様に、上記の処理によって得られた最適な共振周波数ｆ０とＱ値は、例えば表示部６０に表示される。そして、受信マニュアルチューニングモード又は受信オートチューニングモードが実行される。これにより、観測時間帯（受信期間）において観測対象核種の共振周波数に適合する共振周波数ｆ０とＱ値が求められ、検出回路２８の同調及び整合が図られる。
【００７０】
次に、図８を参照して、受信マニュアルチューニングモードにおける処理の一例について説明する。まず、ノイズ解析部５４は、実行された回路特性情報生成処理の回数をｋとし、その処理回数ｋを０に設定し、ｆｌａｇを０に設定する（Ｓ４０）。次に、ノイズ解析部５４は、処理回数ｋに１を加算する（Ｓ４１）。そして、観測時間帯（受信期間）において、受信部５０がノイズデータ（ｙｋ）を受信信号として受信する（Ｓ４２）。ノイズ解析部５４は、ノイズデータ（ｙｋ）に対して自己相関処理を実行する（Ｓ４３）。具体的には、ノイズ解析部５４は、上記の式（５）に表されている自己相関関数ｇｋ（τ）を演算する。自己相関処理の演算結果ｇｋ（τ）は、ｋ番目のデータとして分光計４０に格納される（Ｓ４４）。次に、ｆｌａｇが１の場合（Ｓ４５，Ｙｅｓ）、ノイズ解析部５４は、１番目からｎ番目までのｎ個のデータ｜ｇｋ（τ）｜の平均を演算し、平均化されたデータ｜ｇｋ（τ）｜のグラフを表示部６０に表示させる（Ｓ４６）。そして、処理はステップＳ４１に戻る。一方、ステップＳ４５において、ｆｌａｇが１でない場合（Ｓ４５，Ｎｏ）、ノイズ解析部５４は、１番目からｋ番目までのｋ個のデータ｜ｇｋ（τ）｜の平均を演算し、平均化されたデータ｜ｇｋ（τ）｜のグラフを表示部６０に表示させる（Ｓ４７）。また、ノイズ解析部５４は、図７に示されているステップＳ３６，Ｓ３７の処理（最小二乗法の適用）を実行することにより、最適な共振周波数ｆ０とＱ値を求め、それらの値を表示部６０に表示させる（Ｓ４８）。ｋがｎの場合（Ｓ４９、Ｙｅｓ）、ノイズ解析部５４は、ｆｌａｇを１に設定し、処理回数ｋを０に設定する（Ｓ５０）。そして、処理はステップＳ４１に戻る。一方、ｋがｎではない場合（Ｓ４９，Ｎｏ）、処理はステップＳ４１に戻る。以降についても同様に、処理が繰り返される。
【００７１】
作業者は、データ｜ｇｋ（τ）｜のグラフ及び共振周波数ｆ０を参照しながら、そのグラフのピーク値を示す周波数が観測対象核種の共振周波数に適合するように、また、そのグラフのピーク強度が最大となるように、同調用可変コンデンサ及び整合用可変コンデンサの各設定値を変更する。つまり、同調用可変コンデンサ及び整合用可変コンデンサの各設定値が変更される度に、上記のステップＳ４０〜Ｓ５０の処理が実行され、これにより、設定値毎のデータ｜ｇｋ（τ）｜のグラフが得られて表示される。そして、作業者は、そのグラフを参照しながら各設定値を変更する。これにより、マニュアル作業によって、観測時間帯（受信期間）における検出回路２８の同調及び整合が図られる。
【００７２】
（実施例３）
次に、図９を参照して、実施例３に係る回路特性情報生成処理について説明する。実際例３では、時間空間上のデータが利用される。具体的には、熱ノイズの波形に含まれる周期成分が自己相関法によって抽出され、その抽出結果に対して自己回帰法を適用することにより、共振周波数ｆ０とＱ値が求められる。
【００７３】
測定時間帯ΔＴと積算回数ｎを予め決めておく。測定時間帯ΔＴは、一例としてｆ０／２Ｑ程度である。また、プリアンプ４７の増幅率をＡとし、受信時のフロアノイズのパワーをＰｆｌｏｏｒとし、受信時の熱ノイズをｋＢＴＱＡとすると、積算回数は、一例としてｋＢＴＱＡ／Ｐｆｌｏｏｒ×（ｎ）１／２＞５である。
【００７４】
まず、ノイズ解析部５４は、実行された回路特性情報生成処理の回数をｋとし、その処理回数ｋを０に設定する（Ｓ６０）。次に、ノイズ解析部５４は、処理回数ｋに１を加算する（Ｓ６１）。そして、観測時間帯（受信期間）において、つまり、送信信号が検出回路２８に送られていない状態で、受信部５０がノイズデータ（ｙｋ）を受信信号として受信する。ノイズ解析部５４は、ノイズデータ（ｙｋ）に対して自己相関処理を実行する（Ｓ６２）。具体的には、ノイズ解析部５４は、上記の式（５）に表されている自己相関関数ｇｋ（τ）を演算する。これにより、装置関数によって支配された成分である周期成分が抽出される。
【００７５】
自己相関処理の演算結果ｇｋ（τ）は、ｋ番目のデータとして分光計４０に格納される（Ｓ６４）。ｋ＜ｎの場合（Ｓ６５、Ｎｏ）、処理はステップＳ６１に戻り、ステップＳ６１以降の処理が実行される。ｋ≧ｎの場合（Ｓ６５，Ｙｅｓ）、ノイズ解析部５４は、１番目からｎ番目までのｎ個のデータ｜ｇｋ（τ）｜の列を積算する（Ｓ６６）。つまり、ｎ個のデータ｜ｇｋ（τ）｜の総和が演算される。次に、ノイズ解析部５４は、ステップＳ６６で得られた積算結果に対して自己回帰法を適用する（Ｓ６７）。これにより、最適な共振周波数ｆ０とＱ値が求められる。
【００７６】
以下、自己回帰法について説明する。サンプリング時間をΔｔ、Ｎ＝ΔＴ／（２Δｔ）とすると、積算結果の離散データ列は、以下の式（６）のように表される。
｛ｇｊ｝＝｛ｇ１、ｇ２、・・・、ｇｊ、・・・、ｇｎ｝・・・（６）
【００７７】
ここで、以下の式（７）に表されるＺ１，Ｚ２を定義する。
【数６】
0006503195.tif 000007
【００７８】
｛ｇｊ｝は、式（４）で表される理論式に熱ノイズが加算されたものであるとみなすことができ、公知のＺ変換によって、以下の式（８）に表されている漸化式を満たしている。
（ｇｊ−ｗｊ）＝（Ｚ１＋Ｚ２）（ｇｊ−１−Ｗｊ−１）−Ｚ１Ｚ２（ｇｊ−２−Ｗｊ−２）・・（８）
【００７９】
漸化式（８）によると、ノイズを含む点（ｇｊ−２，ｇｊ−１，ｇｊ）は、原点（０，０，０）を通り法線ベクトル（Ｚ１，Ｚ２，−（Ｚ１＋Ｚ２），１）をもつ平面上に存在することが分かる。つまり、測定結果である時系列データ｛ｇｊ｝を点（ｇｊ−２，ｇｊ−１，ｇｊ）として三次元空間上にプロットしていき、データを最小二乗法によって平面でフィッティングすれば、Ｚ１，Ｚ２が一意的に決定される。具体的には、最小二乗法を適用するにあたって、時系列データを以下の式（９）で表し、以下の式（１０）によって解ｘが求められる。
【数７】
0006503195.tif 000008
【数８】
0006503195.tif 000009
【００８０】
ここで、ｙ、ｘ、Ｈは、以下の式（１１）、式（１２）及び式（１３）によって定義される。
【数９】
0006503195.tif 000010
【数１０】
0006503195.tif 000011
【数１１】
0006503195.tif 000012
【００８１】
そして、最終的に、上記の式（８）を変形し、Ｚ１，Ｚ２を用いることにより、以下の式（１４）及び式（１５）に表されているように、共振周波数ｆ０とＱ値が得られる。
【数１２】
0006503195.tif 000013
【数１３】
0006503195.tif 000014
【００８２】
すなわち、平面を表す式（８）を理論式として、時系列データ｛ｇｊ｝に対して最小二乗法を適用することにより、平面が時系列データ｛ｇｊ｝に最もフィッティングするＺ１，Ｚ２、つまり、理論式と時系列データ｛ｇｊ｝との差が最小となるＺ１，Ｚ２が求められる。そして、求められたＺ１，Ｚ２を上記の式（１４）及び式（１５）に代入することにより、共振周波数ｆ０とＱ値が求められる。
【００８３】
実施例１と同様に、上記の処理によって得られた最適な共振周波数ｆ０とＱ値は、例えば表示部６０に表示される。そして、受信マニュアルチューニングモード又は受信オートチューニングモードが実行される。これにより、観測時間帯（受信期間）において観測対象核種の共振周波数に適合する共振周波数ｆ０とＱ値が求められ、検出回路２８の同調及び整合が図られる。
【００８４】
次に、図１０を参照して、受信マニュアルチューニングモードにおける処理の一例について説明する。まず、ノイズ解析部５４は、実行された回路特性情報生成処理の回数をｋとし、その処理回数ｋを０に設定し、ｆｌａｇを０に設定する（Ｓ７０）。次に、ノイズ解析部５４は、処理回数ｋに１を加算する（Ｓ７１）。そして、観測時間帯（受信期間）において、受信部５０がノイズデータ（ｙｋ）を受信信号として受信する（Ｓ７２）。ノイズ解析部５４は、ノイズデータ（ｙｋ）に対して自己相関処理を実行する（Ｓ７３）。具体的には、ノイズ解析部５４は、上記の式（５）に表されている自己相関関数ｇｋ（τ）を演算する。自己相関処理の演算結果ｇｋ（τ）は、ｋ番目のデータとして分光計４０に格納される（Ｓ７４）。次に、ｆｌａｇが１の場合（Ｓ７５、Ｙｅｓ）、ノイズ解析部５４は、１番目からｎ番目までのｎ個のデータ｜ｇｋ（τ）｜の平均を演算し、平均化されたデータ｜ｇｋ（τ）｜のグラフを表示部６０に表示させる（Ｓ７６）。そして、処理はステップＳ７１に戻る。一方、ステップＳ７５において、ｆｌａｇが１でない場合（Ｓ７５，Ｎｏ）、ノイズ解析部５４は、１番目からｋ番目までのｋ個のデータ｜ｇｋ（τ）｜の平均を演算し、平均化されたデータ｜ｇｋ（τ）｜のグラフを表示部６０に表示させる（Ｓ７７）。また、ノイズ解析部５４は、図９に示されているステップＳ６６，Ｓ６７の処理（自己回帰法の適用）を実行することにより、最適な共振周波数ｆ０とＱ値を求め、それらの値を表示部６０に表示させる（Ｓ７８）。ｋがｎの場合（Ｓ７９，Ｙｅｓ）、ノイズ解析部５４は、ｆｌａｇを１に設定し、処理回数ｋを０に設定する（Ｓ８０）。そして、処理はステップＳ７１に戻る。一方、ｋがｎではない場合（Ｓ７９，Ｎｏ）、処理はステップＳ７１に戻る。以降についても同様に、処理が繰り返される。
【００８５】
作業者は、データ｜ｇｋ（τ）｜のグラフ及び共振周波数ｆ０を参照しながら、そのグラフのピーク値を示す周波数が観測対象核種の共振周波数に適合するように、また、そのグラフのピーク強度が最大となるように、同調用可変コンデンサ及び整合用可変コンデンサの各設定値を変更する。つまり、同調用可変コンデンサ及び整合用可変コンデンサの各設定値が変更される度に、上記のステップＳ７０〜Ｓ８０の処理が実行され、これにより、設定値毎のデータ｜ｇｋ（τ）｜のグラフが得られて表示される。そして、作業者は、そのグラフを参照しながら各設定値を変更する。これにより、マニュアル作業によって、観測時間帯（受信期間）における検出回路２８の同調及び整合が図られる。
【００８６】
次に、実施例１の実際の適用例について説明する。図１１には、実施例１に係る処理によって実際に得られたグラフが示されている。このグラフは、熱ノイズのパワースペクトルデータを示すグラフである。図１１において、横軸は周波数ｆ（ＭＨｚ）であり、縦軸は熱ノイズのパワースペクトルのパワー値（ｄＢｍ）である。この実験では、検出コイル３０Ａ，３０Ｂの材料として、高温超伝導材料ＹＢＣＯが用いられている。検出回路２８は１９Ｋに冷却され、インピーダンス整合が図られている。増幅率１８ｄＢのプリアンプ（別途経路による損失は１ｄＢ程度）と１０ｄＢのバッファアンプを経て、高精度デジタルオシロスコープによって熱ノイズのデータを直接観測した。このグラフにおいて、７０２．０ＭＨｚの付近に明瞭なピークが形成されている。グラフ中の実線は、上述した理論式（Ｐｎ×Ｇ（ｆ））を測定結果のグラフにフィッティングした結果を示している。このフィッティングから、共振周波数ｆ０は７０１．９７±０．０２であり、Ｑ値は１７４２０±２３０であった。このように、本実施形態に係る処理を実行することにより、共振周波数ｆ０とＱ値が得られる。これらの情報を利用することにより、検出回路２８の同調及び整合を図ることが可能となる。
【００８７】
（変形例）
次に、変形例に係る処理について説明する。変形例では、送信チューニングと受信チューニングが実行される。そして、ＮＭＲ信号の測定段階の送信期間においては、送信チューニングの結果が利用されて検出回路２８の動作条件が設定され、測定段階の受信期間においては、受信チューニングの結果が利用されて検出回路２８の動作条件が設定される。以下、具体的な処理について説明する。
【００８８】
送信マニュアルチューニング又は送信オートチューニングが実行され、これにより、送信期間において観測対象核種の共振周波数に適合する共振周波数ｆ１とＱ値（Ｑ１）が求められ、それらの値が得られる同調用可変コンデンサ及び整合用可変コンデンサの各設定値が決定される。各設定値は、送信期間における設定値として分光計４０に記憶される。
【００８９】
また、上述した実施例１〜３のいずれかの処理が実行され、これにより、受信期間において観測対象核種の共振周波数に適合する共振周波数ｆ２とＱ値（Ｑ２）が求められ、それらの値が得られる同調用可変コンデンサ及び整合用可変コンデンサの各設定値が決定される。各設定値は、受信期間における設定値として分光計４０に記憶される。
【００９０】
そして、ＮＭＲ信号の測定段階においては、送信期間と受信期間とで検出回路２８の動作条件が動的に切り替えられる。具体的には、チューニング制御部５６は、送信期間と受信期間とで、同調用可変コンデンサ及び整合用可変コンデンサの各設定値を動的に切り替える。より具体的には、チューニング制御部５６は、送信期間では、共振周波数ｆ１とＱ値（Ｑ１）とに対応する各設定値を同調用可変コンデンサ及び整合用可変コンデンサに設定し、受信期間では、共振周波数ｆ２とＱ値（Ｑ２）とに対応する各設定値を同調用可変コンデンサ及び整合用可変コンデンサに設定する。これにより、送信期間及び受信期間のそれぞれにおいて、観測対象核種の共振周波数に適合する理想的な共振周波数が得られる設定値が、同調用可変コンデンサ及び整合用可変コンデンサに設定される。すなわち、送信期間及び受信期間のそれぞれにおいて、検出回路２８の同調状態及び整合状態が理想的な状態に設定される。
【符号の説明】
【００９１】
１０  ＮＭＲ装置、１２  静磁場発生装置、１４  ＮＭＲプローブ、１６  挿入部、１８  基部、２８  検出回路、３０  検出コイル、３４  結合コイル、４０  分光計、４２  送信部、５０  受信部、５２  スペクトル処理部、５４  ノイズ解析部、５６  チューニング制御部。
【図１】
0006503195.tif 000015
【図２】
0006503195.tif 000016
【図３】
0006503195.tif 000017
【図４】
0006503195.tif 000018
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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