(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
観測ＲＦパルスのパルス長を固定して、観測ＲＦパルスのＲＦ強度を指定するアッテネータ値を変化させながらＮＭＲ信号測定を繰り返し行ない、各測定における観測核のフリップ角を求め、該フリップ角が所定の角度となるアッテネータ値またはＲＦ出力強度を求める場合のＮＭＲ測定条件の最適化方法であって、
設定したアッテネータ値と、そのアッテネータ値のときに観測されるＮＭＲ信号強度との関係を、次式
【数１】
0004811804.tif 000011
によりカーブフィッティングさせて諸定数を決定し、決定された諸定数に基づいて、フリップ角を所定の角度とするのに最適なアッテネータ値を決定するようにしたことを特徴とするＮＭＲ測定条件の最適化方法。ただし、ω、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは定数、Ｉxはアッテネータ値によって決まる変数ｘの関数として表わされるＮＭＲ信号強度である。
【請求項２】
前記式中の変数ｘは、次式
【数２】
0004811804.tif 000012
により定義されていることを特徴とする請求項１記載のＮＭＲ測定条件の最適化方法。ただし、ＡＴＮはアッテネータ値である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タンパク質溶液のＮＭＲ測定によって代表されるような、非常に多くのパルスから成る多核多次元ＮＭＲ測定におけるＮＭＲ測定条件の最適化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＮＭＲ装置は、静磁場中に置かれた被測定試料に高周波パルスを照射し、その後、被測定試料から出る微小な高周波信号（ＮＭＲ信号）を検出し、その中に含まれている分子構造情報を抽出することによって分子構造を解析する装置である。
【０００３】
近年、タンパク質溶液のＮＭＲ測定のような、非常に多くの高周波パルスから成る多核多次元ＮＭＲ測定におけるＮＭＲ測定条件の最適化方法が重要になっている。適切に調整されていないＮＭＲ測定条件、たとえば不適切な測定パラメータのもとでＮＭＲスペクトルを測定すると、最終的に得られるスペクトルの信号強度に重大な誤差を生じる。そのため、多くの場合、個々の測定パラメータの最適化には熟練した測定者による注意深い設定が必要とされてきた（非特許文献１）。
【０００４】
自動測定においては、測定パラメータの最適化も自動で行なうことが必要である。しかし、これまでは測定の簡便さとデータの質とを両立して求めることがむつかしく、両者の間で、どちらか一方を犠牲にせざるを得なかった。
【０００５】
最近、我々は、非線形最小自乗フィッティングを応用した、効率良くかつ精度の良いパラメータの自動最適化方法を提案した。それは、パラメータの中でも殊に重要な９０°パルス長を最適化する際に、パルス長を変化させながらＮＭＲ信号強度の測定を行ない、得られた結果を縦軸に取り、横軸をパルス長としたときに、データに正弦関数をフィッティングさせることにより、最適な９０°パルス長を決定するものである（非特許文献２〜３、特許文献１）。
【０００６】
【非特許文献１】P.A.Keifer,“Concepts in Magnetic Resonance”, Vol.11, No.3, pp.165-180 (1999).
【非特許文献２】T.Kurimoto et al.,“Chemistry Letters”, Vol.34, No.4, pp.540-541 (2005).
【非特許文献３】K.Asakura et al.,“Chemistry Letters”, Vol.34, No.5, pp.670-671 (2005).
【特許文献１】特開２００４−３２５４０７号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、９０°パルス長を最適化する方法としては、ＲＦ出力強度を固定してフリップ角が９０°となるパルスの長さを求める前述のような方法と、パルス長を固定してフリップ角が９０°となるＲＦ出力強度を求める前述以外の方法の２通りがある。
【０００８】
パルス長とフリップ角とは１次の関係を持つため、パルス長に対してＮＭＲ信号強度は正弦曲線を描く。したがって、正弦関数へのフィッティングによる９０°パルス長の算出は容易であった。
【０００９】
しかし、ＲＦ出力強度の方は、通常、アッテネータによって制御されており、アッテネータ値はｄＢで定義される比の値であるため、アッテネータ値に対してＮＭＲ信号強度は正弦曲線を描かず、正弦関数によるフィッティングの方法は適用することができない。
【００１０】
本発明の目的は、上述した点に鑑み、パルス長を固定して、アッテネータ値を変化させながらフリップ角が所定の角度となるＲＦ出力強度を求める場合であっても、任意のパルス長を与えるアッテネータ値を容易に算出することができるようなＮＭＲ測定条件の最適化方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的を達成するため、本発明にかかるＮＭＲ測定条件の最適化方法は、
観測ＲＦパルスのパルス長を固定して、観測ＲＦパルスのＲＦ強度を指定するアッテネータ値を変化させながらＮＭＲ信号測定を繰り返し行ない、各測定における観測核のフリップ角を求め、該フリップ角が所定の角度となるアッテネータ値またはＲＦ出力強度を求める場合のＮＭＲ測定条件の最適化方法であって、
設定したアッテネータ値と、そのアッテネータ値のときに観測されるＮＭＲ信号強度との関係を、次式
【００１２】
【数１】
0004811804.tif 000002
によりカーブフィッティングさせて諸定数を決定し、決定された諸定数に基づいて、フリップ角を所定の角度とするのに最適なアッテネータ値を決定するようにしたことを特徴としている。ただし、ω、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは定数、Ｉxはアッテネータ値によって決まる変数ｘの関数として表わされるＮＭＲ信号強度である。
【００１３】
また、前記式中の変数ｘは、次式
【００１４】
【数２】
0004811804.tif 000003
により定義されていることを特徴としている。ただし、ＡＴＮはアッテネータ値である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のＮＭＲ測定条件の最適化方法によれば、
観測ＲＦパルスのパルス長を固定して、観測ＲＦパルスのＲＦ強度を指定するアッテネータ値を変化させながらＮＭＲ信号測定を繰り返し行ない、各測定における観測核のフリップ角を求め、該フリップ角が所定の角度となるアッテネータ値またはＲＦ出力強度を求める場合のＮＭＲ測定条件の最適化方法であって、
設定したアッテネータ値と、そのアッテネータ値のときに観測されるＮＭＲ信号強度との関係を、次式
【００１６】
【数３】
0004811804.tif 000004
によりカーブフィッティングさせて諸定数を決定し、決定された諸定数に基づいて、フリップ角を所定の角度とするのに最適なアッテネータ値を決定するようにしたので、
パルス長を固定して、アッテネータ値を変化させながらフリップ角が所定の角度となるＲＦ出力強度を求める場合であっても、任意のパルス長を与えるアッテネータ値を容易に算出することが可能になった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。図１は、観測ＲＦパルスのパルス長を固定して、観測ＲＦパルスのＲＦ強度を指定するアッテネータ値を変化させながらＮＭＲ信号測定を繰り返し行ない、各測定における観測核のフリップ角を求め、該フリップ角が所定の角度となるアッテネータ値またはＲＦ出力強度を求める場合に採用される、ＮＭＲ装置の一構成例である。
【００１８】
高周波発振器１から発振された高周波信号は、位相制御器２及び振幅制御器３によって位相と振幅を制御され、電力増幅器４に送られる。
【００１９】
電力増幅器４で、ＮＭＲ信号を励起するために必要な電力にまで増幅された高周波信号は、ＲＦ電力の減衰量を調整する可変式減衰器（アッテネータ）５とデュプレクサ６とを介してＮＭＲ信号検出器７に送られて、検出器７内に置かれた被測定試料に照射される。高周波照射後、被測定試料から出る微小なＮＭＲ信号は、再びデュプレクサ６を介して前置増幅器８に送られ、受信可能な信号強度にまで増幅される。
【００２０】
受信器９は、前置増幅器８で増幅された高周波のＮＭＲ信号を、デジタル信号に変換可能なオーディオ周波数に周波数変換し、同時に振幅の制御を行なう。受信器９でオーディオ周波数に周波数変換されたＮＭＲ信号は、アナログ−デジタルデータ変換器１０によってデジタル信号に変換され、制御コンピュータ１１に送られる。
【００２１】
制御コンピュータ１１は、位相制御器２、振幅制御器３、可変式減衰器（アッテネータ）５を制御すると共に、時間領域で取り込んだＮＭＲ信号をフーリェ変換処理し、フーリェ変換後のＮＭＲ信号の位相を自動的に補正した後、ＮＭＲスペクトルとして表示する。
【００２２】
減衰器（アッテネータ）５のアッテネータ値を変化させると、図２に示すように、パルス長ｔやパルス間隔τはそのままの状態で、ＲＦ出力強度のみが変化する。
【００２３】
このような構成において、減衰器（アッテネータ）５のアッテネータ値ＡＴＮは、通常、次式（１）で定義される。
【００２４】
【数４】
0004811804.tif 000005
ここでＰinは入力電圧（固定値）、Ｐoutは出力電圧である。これに対して、特定のフリップ角に対応するパルス長は、電力の平方根に反比例する。したがって、パルス長を固定した場合のフリップ角と出力電圧の間には、１次の関係がある。
【００２５】
これにより、ＲＦ出力固定でパルス長に対してＮＭＲ信号強度が描く正弦関数（２）式
【００２６】
【数５】
0004811804.tif 000006
（ω、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは定数）におけるパルス長ｔは、フリップ角と計算上等価なため、パルス長ｔを出力電圧Ｐoutに置き換えても（２）式は成立する。したがって、実測時にアッテネータ値で与えられる出力を（１）式から仮の出力電圧値に変換し、これに対して変化するＮＭＲ信号強度の値を（２）式にフィッティングさせることにより、ωから９０°パルス（ないしは３６０°パルス）を算出することができる。ただし、フィッティング計算を適用するにあたっては、Nyquistの定理を満たす必要があるため、測定時のパラメータの与え方に注意が必要となる。
【００２７】
アッテネータ値ＡＴＮとパルス長やフリップ角φとの間には次式（３）（４）
【００２８】
【数６】
0004811804.tif 000007
【００２９】
【数７】
0004811804.tif 000008
（ＰＷはパルス長）で示される関係があるため、ＮＭＲ信号強度はアッテネータ値を変化させると図３のような応答を示す。図３からも明らかなように、アッテネータ値を等間隔に変化させることは、Nyquistの定理を満たす必要上望ましくない。
【００３０】
Nyquistの定理を満たしたアレイ測定データを取得するためには、フリップ角φが概ね０°から４５０°の間で等間隔になるように、アッテネータ値を設定すれば良い。
【００３１】
そこで、おおよそ９０°となるアッテネータ値（ＡＴＮ90）を、予め明らかなパルス長から式（３）に基づいて算出する。そして、その値（ＡＴＮ90）をもとにして、式（４）のφ値を等間隔で変化させながら、実験に使用するアッテネータ値ＡＴＮφを求める。そのＡＴＮφに基づいてＮＭＲ信号強度を測定し、横軸をＡＴＮφによる等間隔プロット（対数プロット）、縦軸をＮＭＲ信号強度のリニアプロットにすると、図４で示されるような正弦曲線にフィットするＮＭＲ信号の強度変化が得られ、正弦関数へのフィッティングによる最適化計算に適したアレイ測定データを取得することができる。
【００３２】
ここで、次式（５）
【００３３】
【数８】
0004811804.tif 000009
によって表わされるようなＲＦパワーパラメータｘを導入すると、アッテネータ値ＡＴＮによって決まる変数ｘの関数として表わされるＮＭＲ信号強度Ｉxは、次式（６）で表わされる。
【００３４】
【数９】
0004811804.tif 000010
ここで、ω、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは定数である。式（６）をフィッティング関数に用いて、図５に示した実測値にベストフィットさせると、図６のようになる。図６の結果から、式（６）の各最適パラメータ値は、
ω＝１９．６５３６３ｒａｄ
Ａ＝７４５．８５０１６
Ｂ＝−０．１０６３７ｒａｄ
Ｃ＝１１．９５５５３
Ｄ＝−７０．４９２４
（標準偏差σ＝０．０２８３９）
と解析され、この系においてフリップ角が正確に９０°となるようなアッテネータ値は、２１．３７７３２ｄＢと算出される。したがって、この系では、アッテネータ値を２１．３７７３２ｄＢに自動設定すれば、固定のＲＦ出力を９０°パルスとして使用することが可能になる。
【００３５】
この方法では、予めアッテネータ値をＲＦパワーパラメータｘに変換し、その変化量に対応するＮＭＲ信号の強度変化を表わすことのできる適切なモデル式（６）でフィッティングさせることにより、その係数（ω、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）を算出している。
【００３６】
得られた結果を基に計算される２π/ωが３６０°であり、その１/４が９０°のＲＦパワーパラメータとなるので、式（５）で表わされるＲＦパワーパラメータｘの定義から逆算することにより、目的とするアッテネータ値ＡＴＮを導くことができる。
【００３７】
従来、アッテネータ値ＡＴＮは対数で与えられるため、等間隔にアレイ測定しても正確な９０°（ないしは１８０°）パルス出力を求めることは容易ではなかった。しかし、今回、新たに開発された本方法を用いることにより、簡便かつ正確に必要なパルス出力を求めることが可能となった。
【００３８】
本方法は、特定の励起帯域を確保するためにパルス長を一定としなければならない、成形パルスにおける９０°パルス出力強度の決定などにおいて極めて有効である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
ＮＭＲ装置に、広く利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明にかかるＮＭＲ装置の一実施例を示す図である。
【図２】アッテネータ値を変化させたときのパルスシーケンスの変化を示す図である。
【図３】アッテネータ値を変化させて得られるＮＭＲ信号強度の変化の一例である。
【図４】アッテネータ値を変化させて得られるＮＭＲ信号強度の変化の一例である。
【図５】アッテネータ値を変化させて得られるＮＭＲ信号強度の変化の一例である。
【図６】本発明にかかるＮＭＲ測定条件の最適化方法によりカーブフィッティングした一例を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１：高周波発振器、２：位相制御器、３：振幅制御器、４：電力増幅器、５：減衰器（アッテネータ）、６：デュプレクサ、７：ＮＭＲ信号検出器、８：前置増幅器、９：受信器、１０：アナログ−デジタルデータ変換器、１１：制御コンピュータ
【図１】
0004811804.tif 000013
【図２】
0004811804.tif 000014
【図３】
0004811804.tif 000015
【図４】
0004811804.tif 000016
【図５】
0004811804.tif 000017
【図６】
0004811804.tif 000018