(57)【要約】【課題】  試料の温度、試料の回転速度、試料内の静磁場強度のような電圧信号V(t)に影響を与える諸測定条件が変化した場合、NMRスペクトルに与える悪影響を軽減すること。【解決手段】  電圧信号V(t)をディジタル信号に変換するためのアナログ−ディジタル変換器と、ディジタル信号である参照波を発生させるための参照信号発生装置と、２相検波操作を行うための２相検波装置とを有するNMR装置において、参照波の周波数ωr若しくはディジタル化されたNMR信号のデータポイント間の時間間隔である同時に参照波のデータポイント間の時間間隔であるΔを検波中に変えるための検波制御装置を設け、更に、ディジタル量に変換された電圧信号V(t)を、少なくとも２相検波装置若しくは参照信号発生装置が上記ωr若しくは上記Δを変えるまで、保存するための記憶装置をアナログ−ディジタル変換器と２相検波装置の間に設ける。【選択図】  図１
2005147687.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出プローブによって受信されたアナログＮＭＲ信号を増幅する増幅器と、前記増幅器によって増幅されたアナログＮＭＲ信号をデジタル信号へ変換するアナログ−デジタル変換装置と、前記デジタル信号を保存する第１記憶部と、NMR測定中の測定条件を保存する第２記憶部と、前記第２記憶部からＮＭＲ測定条件を読み込み、検波操作の制御を行う検波制御部と、前記検波制御部の指令に従って検波用の参照波を出力する参照信号発生部と、前記第１記憶部に保存されたデジタルＮＭＲ信号を読み込み、前記検波制御部の指令に従って前記参照信号発生部から出力された参照信号を用いて2相検波を行う2相検波部とを備える制御可能な検波部を有する核磁気共鳴装置。
【請求項２】
請求項１において、受信されたアナログNMR信号の周波数を変える周波数変換装置が、前記検出プローブと前記アナログ−ディジタル変換装置との間に備えられた制御可能な検波部を有する核磁気共鳴装置。
【請求項３】
請求項１、または、２において、データ伝送効率を改善するためのバファメモリが、前記アナログ−デジタル変換装置と前記第１記憶部との間に備えられた制御可能な検波部を有する核磁気共鳴装置。
【請求項４】
請求項３において、信号のS/Nおよび伝送効率を向上するために、少なくともデジタルフィルタリング・ダウンサンプリング・デッシメーションを行うデジタルシグナルプロセッサが、前記アナログ−ディジタル変換器と前記バファメモリの間に備えられた制御可能な検波部を有する核磁気共鳴装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかにおいて、前記検波制御部が、前記第２記憶部から測定条件を読み込み、適切な検波条件を算出する検波条件演算部と、算出された検波条件を用いて、前記２相検波部と前記参照信号発生部とに指令を送る検波制御部とから構成される制御可能な検波部を有する核磁気共鳴装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかにおいて、前記２相検波部が汎用計算機(コンピュータ)上で作動するソフトウェアである制御可能な検波部を有する核磁気共鳴装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかにおいて、前記２相検波部は、前記憶装置１から読み込んだディジタルNMR信号のデータポイント間の時間間隔を、前記検波制御装置の指令によって、変えられる制御可能な検波部を有する核磁気共鳴装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかにおいて、前記参照信号発生装置は、前記検波制御装置の指令によって、出力する参照波の周波数およびデータポイント間の時間間隔を変えられる制御可能な検波部を有する核磁気共鳴装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかにおいて、前記２相検波部は、前記検波制御装置の指令によって、中心周波数を変えられるディジタルバンドストップフィルタを内蔵する制御可能な検波部を有する核磁気共鳴装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は制御可能な検波部を有する核磁気共鳴装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
核磁気共鳴装置（Nuclear  Magnetic  Resonance  Apparatus、以下ＮＭＲと略称する）における検波とは、電圧信号V(t)から必要な信号を取り出す操作である。電圧信号V(t)は、試料内で回転する磁化ベクトルによってプローブコイルに誘導される。前述の検波操作は、電圧信号V(t)と異なる信号である参照波を用いて行われる。
【０００３】
検波方法として広く使われている2相検波法(Quadrature Detection)は、ベクトル信号である電圧信号V(t)を2つの成分に分離し、それぞれに参照波Vr(t)=cos(ωrt)とV'r(t)=sin(ωrt)を掛け、その後フィルタリングを行うことによって、必要な信号を得る。
【０００４】
2相検波法は、例えば、非特許文献１（Journal of Magnetic Resonance 14, 160〜169(1974)に記載されている。この2相検波法にさらにディジタル技術を適用し、その短所を改善したディジタル2相検波法(Digital Quadrature Detection)は、例えば、非特許文献２（Review of Scientific Instruments 70, 1511〜1513(1999)に記載されている。
【０００５】
上記の2相検波法を具現する従来のNMR装置において、参照波の周波数ωrは、少なくとも検波操作が行われている時間中は、一定値を保つように制御されなければならない。一方、ディジタル２相検波法においては、ディジタル化されたNMR信号のデータポイント間の時間間隔であると同時に参照波のデータポイント間の時間間隔でもある時間間隔Δは、少なくとも検波操作が行われる時間中は、一定値を保つように制御されている。
【０００６】
参照波を一定値を保つように制御する装置において、NMR測定結果であるスペクトルの質を低下させないために、電圧信号V(t)に影響を与える諸測定条件も一定値を維持するよう制御される。上記の測定条件は、例えば、試料の温度、試料の回転速度、マグネットによって試料に与えられる静磁場強度(通常B0磁場と呼ばれる)である。
【０００７】
これらの技術は、例えば、特許文献１（米国特許５１９２９１０号），特許文献２（米国特許８５７５４０４８号），特許文献３（米国特許４８０６８６８号），特許文献４（ヨーロッパ特許６９２７２１号）に記載されている。特許文献１（米国特許５１９２９１０は、温度条件を一定に制御、特許文献２（米国特許８５７５４０４８号），特許文献３（米国特許４８０６８６８号）は、試料の回転速度を一定に制御、特許文献４（ヨーロッパ特許６９２７２１号）は、Ｂ0磁場を一定制御することを開示している。
【０００８】
【特許文献１】米国特許５１９２９１０号
【０００９】
【特許文献２】米国特許８５７５４０４８号
【特許文献３】米国特許４８０６８６８号
【特許文献４】ヨーロッパ特許６９２７２１号
【非特許文献１】Journal of Magnetic Resonance 14, 160〜169(1974)
【非特許文献２】Review of Scientific Instruments 70, 1511〜1513(1999)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、試料の温度、試料の回転速度、試料内の静磁場強度のような電圧信号V(t)に影響を与える諸測定条件が測定中に変化したとき、測定結果であるNMRスペクトルに与えるS/N比、分解能低下および線型の劣化などの悪影響を軽減することが可能なNMR装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のひとつの課題解決手段は、電圧信号V(t)をディジタル信号に変換するためのアナログ−ディジタル変換器と、ディジタル信号である参照波を発生させるための参照信号発生装置と、２相検波操作を行うための２相検波部とを有するNMR装置において、参照波の周波数ωr若しくはディジタル化されたNMR信号のデータポイント間の時間間隔である同時に参照波のデータポイント間の時間間隔である時間間隔Δを検波中に変えるための検波制御装置を設け、更に、ディジタル量に変換された電圧信号V(t)を、少なくとも２相検波部若しくは参照信号発生装置が上記参照波の周波数ωr若しくは上記時間間隔Δを変えるまで、保存するための記憶装置をアナログ−ディジタル変換器と２相検波部の間に設けることである。
【発明の効果】
【００１２】
上記構成によれば、参照波の周波数ωr若しくは上記ディジタルデータ間の時間間隔Δを変えながら検波を行うことができ、ディジタルNMR信号および参照波を適切に変化させることにより、測定条件の変動がNMRスペクトルに与える悪い影響を軽減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の一実施形態を図面により説明する。
【００１４】
図１は本発明の一実施形態である核磁気共鳴装置の受信器を示すブロック図である。プローブ1は、図示されていない磁石の中に置かれ、その中に挿入された被測定試料から放射される核磁気共鳴信号を検出する。
【００１５】
プローブ１からの核磁気共鳴信号は、高周波増幅器2によって増幅された後、周波数混合器４へ送られ、高周波局部発振器３から出力された高周波正弦波と混合される。バンドパスフィルタ5は、周波数混合器４から出力される信号の中で所望の第1中間周波数を中心周波数とする周波数帯域のみを通過させる。
【００１６】
例えば、プローブ１により検出された600MHz近傍の周波数を持つ核磁気共鳴信号は、周波数混合器４において高周波局部発振器３から出力される621MHzの正弦波と混合される。その後、バンドパスフィルタ5を通って、第1中間周波数21MHzを中心とし幅1MHzの周波数帯域を持つ信号に変換される。
【００１７】
バンドパスフィルタ５から出力された信号は、周波数混合器７において中間周波数局部発振器６から出力される高周波正弦波と混合される。さらにその信号は、バンドパスフィルタ８を通過して、所望の第２中間周波数を中心周波数とし所望の周波数帯域を持つ信号に変換される。例えば、第２中間周波数２MHzを中心とする幅１MHzの信号がバンドパスフィルタ８から出力される。
【００１８】
バンドパスフィルタ８から出力された信号は、低周波増幅器９で所望の電圧まで増幅され、アナログ/ディジタル変換器10によってディジタル信号に変換される。ディジタル量に変換された信号は、ディジタル信号プロセッサ(Digital Signal Processor)１１で、ダウンサンプリングおよびディジタルフィルタリングされる。ディジタル信号プロセッサ１１の出力信号は、バファメモリ１２に貯められた後、一定の大きさのデータブロックで第一記憶装置１３に伝送され保存される。
【００１９】
式(１)は第一記憶装置１３に保存される信号を表す式で、最大振幅と周波数、位相および横緩和時間が夫々Vi、ωi、φi、T2,iであるN個のスペクトルピークが重なった信号が、Δ秒の間隔でサンプリングされたことを表現している。信号V(n)もディジタル／アナログ変換器の分解能に応じて量子化されるが、本発明の内容と関係がないため、ここではV(n)の量子化は無視する。
【００２０】
【数１】
2005147687.tif 000003
【００２１】
制御可能な被制御型ディジタル２相検波器１４(Controlled Digital Quadrature Detector)は、検波制御プロセッサ１８が出す指令による制御の下で、第一記憶装置13から読み込んだ信号と、参照信号発生器１５から出力される周波数ωrの参照信号を用いて、ディジタル2相検波を行う。ディジタルバンドストップフィルタ１４は、検波制御プロセッサ１８からの指令により設定が変えられる。式（２）と(３)は各々参照波とディジタル２相検波の結果得られた最終信号を表している。
【００２２】
【数２】
2005147687.tif 000004
【００２３】
ここで最終信号の周波数Ωiはωr-ωiである。
【００２４】
検波制御プロセッサ１８から出る指令の内容は、第２記憶装置１６に保存されているB0磁場強度データと試料温度データおよび試料回転速度データを基に、検波条件演算部１７が計算した検波条件によって決まる。上記指令の内容は、全ての信号周波数の平行移動、全ての信号周波数の1次変換、時間変動する周波数を持つ不要信号の除去である。
【００２５】
全ての信号周波数｛Ω１，Ω２、Λ、Ωｎ｝を｛Ω１＋ａ，Ω２＋ａ、Λ、Ωｎ＋ａ｝に平行移動させるため、検波制御プロセッサ１８は、、参照波周波数をωrからωr＋ａに変換するように参照信号発生器１５へ指令する。
【００２６】
全ての信号周波数｛Ω１，Ω２、Λ、Ωｎ｝を｛bΩ１，bΩ２、Λ、bΩｎ｝へ1次変換するため、検波制御部１８は、被制御型ディジタル2相検波器１４と参照信号発生器１５へ、ΔをbΔに変換するように指令する。この操作の結果は、式(４)で示すように周波数が1次変換された信号である。
【００２７】
【数３】
2005147687.tif 000005
【００２８】
一方、変換の副作用として、横緩和時間T2,iもT2,i/bになっている。この横緩和時間の変化はbが１より小さい場合、フーリエ変換後のスペクトル線幅を広げ、分解能を劣化させることになる。b=1+δとすると、1次変換を行うと線幅がb=1+δ倍になるのに対し、1次変換を行わない場合は、測定条件変動により信号周波数がδ×ｄだけ移動することになる。従って、1次変換を行うかどうかは上記の副作用を評価した上で決める必要がある。
【００２９】
B0磁場或は試料温度が変動すると、核磁気共鳴信号周波数は1次変動を示すことはよく知られていることであり、この1次変動を補正するために上記の1次変換および平行移動を使える。時間変動する周波数を持つ不要信号を除去するため、検波制御プロセッサ１８は、被制御型ディジタル2相検波器１４に、内蔵されたディジタルバンドストップフィルタの中心周波数を変えるように指令を出す。
【００３０】
例えば、不均一なB0磁場の中で試料を回転させながら核磁気共鳴信号を測定する際に、試料回転が磁場変調として作用する。そして、核磁気共鳴信号周波数と共に現れるスピニングサイドバンドと呼ばれる不要信号の周波数は、試料の回転速度に依存するため、試料回転速度の変動によって変動する。回転速度の変動に従い、ディジタルバンドストップフィルタの中心周波数を変化させることにより、スピニングサイドバンドの周波数変動に起因する核磁気共鳴信号スペクトルの劣化を防げる。
【００３１】
検波制御部１８は、第２記憶装置１６に保存された測定条件データが予め設定した許容限界値を越え変動する場合、第１記憶装置に保存された測定信号データの処理を取消しても良い。制御型ディジタル２相検波器１４で検波された信号は、積算プロセッサ１９で積算され、第３記憶装置２０に保存される。
【００３２】
図２は、静磁場強度、試料温度、試料回転データを検出するための構成を示すブロックダイアグラムである。試料管２３内に保持される試料は、マグネット２２が作る静磁場内で図示しない装置によって回転される。そのとき試料の回転は、検出コイル２４によって検出され、高周波増幅器２５を介して周波数混合器２７に入力される。
【００３３】
周波数混合器２７は、高周波局部発信器２６からの高周波正弦波と混合される。バンドパスフィルタ５は、周波数混合器からの出力の内、所望の周波数を中心周波数とする周波数のみを通過させる。
【００３４】
バンドパスフィルタ２８から出力された信号は、アナログ/ディジタル変換器２９によってディジタル信号に変換された後、マグネットサンプル制御装置３６へ供給される。試料の温度は、温度検出器３０、増幅器３１，アナログ/ディジタル変換器１２，を介してマグネットサンプル制御装置３６へ供給される。
【００３５】
さらに静磁場強度は、静磁場強度検出器３３，増幅器３４，アナログ/ディジタル変換器３５を介してマグネットサンプル制御装置３６へ供給される。このようにして検出された磁場強度データ、試料温度データ、試料回転データは、第２記憶装置１６へ記憶される。これらのデータは、図１で説明したように検波条件演算部１７，検波制御部１８へ送られる。
【００３６】
本発明のNMR受信装置によれば、測定中にB0磁場強度が変動したり、試料の温度が変動したりすることに起因する核磁気共鳴信号周波数の平行移動および化学シフトの1次変動を補正することができる。また、試料回転速度の変動によるスピニングサイドバンドの周波数変動に起因する核磁気共鳴信号スペクトルの劣化を防げる。
【００３７】
上記、B0磁場と試料温度および試料回転速度の変動は、意図されなくても良いし、分解能向上や測定スループット向上などの目的で意図的に変更しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施例を示すNMR受信装置のブロック図である。
【図２】静磁場強度、試料温度、試料回転データを検出するための構成を示すブロックダイアグラムである。
【符号の説明】
【００３９】
１…NMRプローブ、２…増幅器、９…増幅器、３、６…高周波局部発振器、４、７…周波数混合器、５、８…バンドパスフィルタ、１０…アナログ−ディジタル変換器、１１…ディジタルシグナルプロセッサ、１４…被制御型ディジタル２相検波装置。
【図１】
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【図２】
2005147687.tif 000007