(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波発振器と、
内部に測定試料をセットでき、高周波発振器から供給される高周波を共振させることのできる高周波共振器と、
高周波共振器に磁場を印加するための磁場発生手段と、
磁場発生手段の磁場強度を掃引する磁場掃引手段と
を備え、
前記高周波共振器内に測定試料をセットした状態で、該共振器に高周波を共振させ、同時に該共振器に掃引磁場を印加して高周波スペクトルを検出し、Ａ／Ｄ変換器を用いて１掃引あたり複数点のデジタルデータに変換して、該高周波スペクトルを取得するように構成された磁気共鳴装置において、
掃引磁場の実際の強度変化に連動して、前記Ａ／Ｄ変換器の１掃引あたり複数点の各サンプリング間隔を制御するようにしたことを特徴とする磁気共鳴装置。
【請求項２】
磁場掃引時における前記掃引磁場の実際の強度変化は、予めデータとして磁気共鳴装置の記憶手段に記憶されていることを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴装置。
【請求項３】
磁場掃引時における前記掃引磁場の実際の強度変化は、予め実験で求められた所定の関数に基づいて算出されることを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴装置。
【請求項４】
磁場掃引時における前記掃引磁場の実際の強度変化は、測定試料の近傍に設けられた磁場測定手段によって測定されることを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴装置。
【請求項５】
高周波発振器と、
内部に測定試料をセットでき、高周波発振器から供給される高周波を共振させることのできる高周波共振器と、
高周波共振器に磁場を印加するための磁場発生手段と、
磁場発生手段の磁場強度を掃引する磁場掃引手段と
を備え、
前記高周波共振器内に測定試料をセットした状態で、該共振器に高周波を共振させ、同時に該共振器に掃引磁場を印加して高周波スペクトルを検出し、Ａ／Ｄ変換器を用いて１掃引あたり複数点のデジタルデータに変換して、該高周波スペクトルを取得するように構成された磁気共鳴装置において、
予め磁気共鳴装置の記憶手段に記憶された前記磁場掃引手段の磁場遅れに対応したタイミングで出力される１掃引あたり複数点の各サンプリング・クロックに基づいて、前記Ａ／Ｄ変換器の変換速度を制御するようにしたことを特徴とする磁気共鳴装置。
【請求項６】
高周波発振器と、
内部に測定試料をセットでき、高周波発振器から供給される高周波を共振させることのできる高周波共振器と、
高周波共振器に磁場を印加するための磁場発生手段と、
磁場発生手段の磁場強度を掃引する磁場掃引手段と
を備え、
前記高周波共振器内に測定試料をセットした状態で、該共振器に高周波を共振させ、同時に該共振器に掃引磁場を印加して高周波スペクトルを検出し、Ａ／Ｄ変換器を用いて１掃引あたり複数点のデジタルデータに変換して、該高周波スペクトルを取得するように構成された磁気共鳴装置において、
掃引磁場の実際の強度が単位増しまたは単位減するごとに出力される１掃引あたり複数点の各サンプリング・クロックに基づいて、前記Ａ／Ｄ変換器の変換速度を制御するようにしたことを特徴とする磁気共鳴装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子スピン共鳴（ＥＳＲ）装置や核磁気共鳴（ＮＭＲ）装置などの磁気共鳴装置に関し、特に、掃引磁場の遅れを測定データ上に直接反映させることなく、磁気共鳴測定を行なうことのできる磁気共鳴装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、ＥＳＲ装置では、マイクロ波の周波数を一定に固定して試料に照射し、同時に、試料に印加される磁場の強さを掃引することで、横軸を磁場強度、縦軸をマイクロ波吸収量とするマイクロ波の吸収スペクトルを測定している。ＥＳＲ装置の全体構成を理解するために、図１に、ＥＳＲ装置の概念図を示す。
【０００３】
図中１は、ＥＳＲ装置全体を制御するホストコンピューターである。測定者がホストコンピューター１に測定の条件を設定すると、ホストコンピューター１は、分光計２を制御して、試料がセットされている空胴共振器３に対してマイクロ波を供給するマイクロ波発振器４と、その空胴共振器３に主磁場を印加する一対の電磁石５とに制御信号を送って、ＥＳＲ装置全体を所定の条件に制御する。
【０００４】
ＥＳＲスペクトルは、空胴共振器３に対してマイクロ波を供給しながら、電磁石５の磁場強度を掃引することにより、分光計２においてマイクロ波の吸収スペクトルとして検出される。磁場掃引中、このＥＳＲスペクトルデータは、一定の周期で発振するサンプリング・クロックの信号に基づいて、Ａ／Ｄ変換器６により、デジタル信号化され、ホストコンピューター１のメモリーまたはハードディスクなどの記憶手段に記録され、図示しないディスプレイ上に表示される。
【０００５】
尚、図１には示していないが、電磁石５の制御には、電磁石５が発生する磁場の強度を電圧値に変換するホール素子を磁場検出器として用いたフィードバック制御が行なわれている。すなわち、分光計２の磁場設定部から、設定したい磁場強度に相当する電圧値を、電磁石用電源に誤差増幅器を介して出力すると共に、電磁石５が発生する磁場の強度をホール素子で電圧値に変換し、変換された電圧値と分光計２の磁場設定部が出力している電圧値とが互いに等しくなるように、誤差増幅器を介して電磁石電源にフィードバックし、電磁石５を流れる電流量を制御している。
【０００６】
図２の（ａ）に、ＥＳＲスペクトル測定時における磁場制御信号、（ｂ）に、Ａ／Ｄ変換器用サンプリング・クロック、（ｃ）に、ＥＳＲスペクトルを示す。まず、予め設定された磁場掃引時間と磁場掃引幅の値に基づいて磁場掃引信号が設定され、電磁石の磁場強度を直線的に掃引制御する。次に、掃引開始と共に、サンプリングデータ数と磁場掃引時間とによって決まる所定の周期のサンプリング・クロックを、Ａ／Ｄ変換器に向けて一定の時間間隔で発生する。このサンプリング・クロックに基づいてＡ／Ｄ変換器でデジタル化された信号は、メモリー等の記憶装置に記憶されて、ＥＳＲスペクトルとなる。このようにして得られたＥＳＲスペクトルは、一般に、磁場強度（横軸）に対する信号強度（縦軸）の関係で表わされる。
【０００７】
尚、ＥＳＲスペクトル測定時、検出感度を高めるために、掃引磁場に変調を与え、所定の周波数の変調信号としてＥＳＲスペクトルを取り出しているため、得られるＥＳＲスペクトル（マイクロ波の吸収スペクトル）は、図２（ｃ）に示すような一次微分波形となるのが普通である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、一般に、電磁石５が発生する磁場を直線的に増加させるように、分光計２から電磁石電源に対して制御信号を送っても、電磁石５自身にはインダクタンス成分がある。また、電磁石５によって励磁される鉄芯の磁極には、磁気ヒステリシスがある。その結果、実際に電磁石５から発生される磁場の強度は、分光計２からの制御信号に対して、必ず遅れを伴なう。高速の磁場掃引を行なうと、実際の磁場強度の遅れは顕著になり、Ａ／Ｄ変換器６のサンプリング間隔は時間に対して一定であるため、得られるＥＳＲスペクトルの横軸は、大きな磁場遅れ成分を含んだ歪んだものとなる。
【０００９】
もし、この歪みの発生を避け、正確なＥＳＲスペクトルを得ようとすれば、磁場掃引の時間と速度とを設定する際に、電磁石５の制御信号に対して、磁場が実際に正確に追従できるような緩やかな条件に設定しなければならない。そのためには、磁場掃引の時間を長くし、掃引速度を遅くしなければならなくなり、測定条件は著しい制約を受けざるを得ない。
【００１０】
このような問題は、ＥＳＲ装置だけに限られるものではない。高周波と磁場掃引方式とを併用した核磁気共鳴（ＮＭＲ）装置に対しても、まったく同様に当てはまるものである。
【００１１】
本発明は、上述した点に鑑み、磁場掃引方式の磁気共鳴装置において、速い磁場掃引を行なっても電磁石の磁場遅れの影響が現れないような磁気共鳴装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明にかかる磁気共鳴装置は、
高周波発振器と、
内部に測定試料をセットでき、高周波発振器から供給される高周波を共振させることのできる高周波共振器と、
高周波共振器に磁場を印加するための磁場発生手段と、
磁場発生手段の磁場強度を掃引する磁場掃引手段と
を備え、
前記高周波共振器内に測定試料をセットした状態で、該共振器に高周波を共振させ、同時に該共振器に掃引磁場を印加して高周波スペクトルを検出し、Ａ／Ｄ変換器を用いて１掃引あたり複数点のデジタルデータに変換して、該高周波スペクトルを取得するように構成された磁気共鳴装置において、
掃引磁場の実際の強度変化に連動して、前記Ａ／Ｄ変換器の１掃引あたり複数点の各サンプリング間隔を制御するようにしたことを特徴としている。
【００１３】
また、磁場掃引時における前記掃引磁場の実際の強度変化は、予めデータとして磁気共鳴装置の記憶手段に記憶されていることを特徴としている。
【００１４】
また、磁場掃引時における前記掃引磁場の実際の強度変化は、予め実験で求められた所定の関数に基づいて算出されることを特徴としている。
【００１５】
また、磁場掃引時における前記掃引磁場の実際の強度変化は、測定試料の近傍に設けられた磁場測定手段によって測定されることを特徴としている。
【００１６】
また、高周波発振器と、
内部に測定試料をセットでき、高周波発振器から供給される高周波を共振させることのできる高周波共振器と、
高周波共振器に磁場を印加するための磁場発生手段と、
磁場発生手段の磁場強度を掃引する磁場掃引手段と
を備え、
前記高周波共振器内に測定試料をセットした状態で、該共振器に高周波を共振させ、同時に該共振器に掃引磁場を印加して高周波スペクトルを検出し、Ａ／Ｄ変換器を用いて１掃引あたり複数点のデジタルデータに変換して、該高周波スペクトルを取得するように構成された磁気共鳴装置において、
予め磁気共鳴装置の記憶手段に記憶された前記磁場掃引手段の磁場遅れに対応したタイミングで出力される１掃引あたり複数点の各サンプリング・クロックに基づいて、前記Ａ／Ｄ変換器の変換速度を制御するようにしたことを特徴としている。
【００１７】
また、高周波発振器と、
内部に測定試料をセットでき、高周波発振器から供給される高周波を共振させることのできる高周波共振器と、
高周波共振器に磁場を印加するための磁場発生手段と、
磁場発生手段の磁場強度を掃引する磁場掃引手段と
を備え、
前記高周波共振器内に測定試料をセットした状態で、該共振器に高周波を共振させ、同時に該共振器に掃引磁場を印加して高周波スペクトルを検出し、Ａ／Ｄ変換器を用いて１掃引あたり複数点のデジタルデータに変換して、該高周波スペクトルを取得するように構成された磁気共鳴装置において、
掃引磁場の実際の強度が単位増しまたは単位減するごとに出力される１掃引あたり複数点の各サンプリング・クロックに基づいて、前記Ａ／Ｄ変換器の変換速度を制御するようにしたことを特徴としている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図３は、本発明にかかるＥＳＲ装置の一実施例を示す。
【００１９】
図中１は、ＥＳＲ装置全体を制御するホストコンピューターである。測定者がホストコンピューター１に測定の条件を設定すると、ホストコンピューター１は、分光計２を制御して、試料がセットされている空胴共振器３に対してマイクロ波を供給するマイクロ波発振器４と、その空胴共振器３に主磁場を印加する一対の電磁石５とに制御信号を送って、ＥＳＲ装置全体を所定の条件に制御する。
【００２０】
ＥＳＲスペクトルは、空胴共振器３に対してマイクロ波を供給しながら、電磁石５の磁場強度を掃引することにより、分光計２においてマイクロ波の吸収スペクトルとして検出される。磁場掃引中、このＥＳＲスペクトルデータが、電磁石５の磁場強度の実際の変化に連動したタイミングでホストコンピューター１に取り込まれるようにするために、新たに設けられた発振制御回路７を介して出力されるサンプリング・クロックの信号に基づいて、Ａ／Ｄ変換器６が動作される。
【００２１】
サンプリング・クロックを、磁場強度の実際の変化量に見合ったタイミングで出力する発振制御回路７は、図４のような回路で構成されている。図中８は、ＭＰＵである。ＭＰＵ８には、演算処理機能を有するもの、もしくは、測定条件のデータに基づいて動作可能なものを用いる。ＭＰＵ８は、磁場掃引の条件が分光計２に設定されたら、メモリー９に予め記憶されている磁場遅れに関するデータ、すなわち電磁石５の実際の掃引磁場強度のデータ、もしくは、電磁石５の制御信号と実際の掃引磁場強度との差に関するデータを読み出して、発振器１０から発振されるサンプリング・クロックの出力のタイミングを、実際に生じる電磁石５の磁場遅れに合わせて制御する。これは、電磁石５の実際の磁場強度値が単位増しまたは単位減するごとに、Ａ／Ｄ変換器６の動作のタイミングを知らせるサンプリング・クロックを、Ａ／Ｄ変換器６に対して供給することを意味する。Ａ／Ｄ変換器６は、そのクロック速度に対応してＥＳＲデータをデジタル変換するので、ホストコンピューター１は、電磁石５の磁場遅れ成分を含まない正確なＥＳＲスペクトルを取得することができる。
【００２２】
尚、ＭＰＵ８とメモリー９の機能は、ホストコンピューター１や分光計２の内部に持たせても良い。また、発振器１０は、クロックを任意のタイミングで発生させることができるものであれば良い。また、ＭＰＵ８から直接クロックを発生させても良い。
【００２３】
また、上記の説明では、メモリー９には、磁場遅れに関するデータ、すなわち電磁石５の実際の掃引磁場強度のデータ、もしくは、電磁石５の制御信号と実際の掃引磁場強度との差に関するデータを予め記憶させておいたが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、Ａ／Ｄ変換器６に出力される、電磁石５の磁場遅れに対応したサンプリング・クロックの、出力のタイミングそのものを記憶させておいても良いし、あるいは、磁場遅れを表現する関数を予め実験によって求め、それをメモリー９に記憶させておき、その関数に基づいて、実際の掃引磁場強度の値を、計算で求めるように構成しても良い。
【００２４】
図５の（ａ）に、ＥＳＲスペクトル測定時に電磁石電源に対して出力される磁場制御信号と、その磁場制御信号から所定の磁場遅れを伴なって掃引される実際の電磁石の磁場強度、（ｂ）に、Ａ／Ｄ変換器用サンプリング・クロックを示す。まず、予め設定された磁場掃引時間と磁場掃引幅の値に基づいて、磁場掃引信号が設定され、電磁石の磁場強度を直線的に掃引制御する。次に、掃引開始と共に、磁場遅れを伴なった実際の磁場掃引速度と正確に連動したサンプリング・クロックを、Ａ／Ｄ変換器に向けて発生する。このサンプリング・クロックの周期は、データ・サンプリング数と実際の磁場掃引速度とから演算で求めることができる。
【００２５】
従来のサンプリング・クロックが、時間に対して一定間隔のクロックになっているのに対して、このサンプリング・クロックは、磁場の変化量に対して一定間隔のクロックになっている点に特徴がある。このサンプリング・クロックに基づいてＡ／Ｄ変換されたＥＳＲ信号は、メモリー等の記憶装置に記憶されて、ＥＳＲスペクトルとなる。このようにして得られたＥＳＲスペクトルは、正確に、磁場強度（横軸）に対する信号強度（縦軸）の関係で表わされる。磁場掃引が終了したら、ＭＰＵ８、もしくは発振器１０から測定終了のフラグを立て、データの取り込みを終了させる。
【００２６】
図６に、本実施例の制御の流れを示す。まず最初に、ホストコンピューター１に、ＥＳＲの測定条件を設定する。すると、分光計２には、ホストコンピューター１からの制御により、マイクロ波発振器４や電磁石５の制御条件が設定される。発振制御回路７は、メモリー９に予め記憶されている磁場遅れに関するデータ、すなわち電磁石５の実際の掃引磁場強度のデータ、もしくは、電磁石５の制御信号と実際の掃引磁場強度との差に関するデータを読み出して、発振器１０から発振されるサンプリング・クロックの出力のタイミングを、実際に生じる電磁石５の磁場遅れに合わせて制御するように条件設定する。
【００２７】
次に、磁場の掃引開始と共に、磁場遅れを伴なった実際の磁場掃引速度と正確に連動したサンプリング・クロックをＡ／Ｄ変換器に向けて発生させ、観測されるＥＳＲ信号を掃引磁場の強度変化と連動させてＡ／Ｄ変換させる。ホストコンピューター１は、デジタル化されたＥＳＲ信号を取り込んで、記憶装置内に格納する。磁場掃引が終了したら、ＭＰＵ８、もしくは発振器１０から測定終了のフラグを立て、データの取り込みを終了させる。
【００２８】
次に、図７は、本発明にかかるＥＳＲ装置の別の実施例を示す。図中１は、ＥＳＲ装置全体を制御するホストコンピューターである。測定者がホストコンピューター１に測定の条件を設定すると、ホストコンピューター１は、分光計２を制御して、試料がセットされている空胴共振器３に対してマイクロ波を供給するマイクロ波発振器４と、その空胴共振器３に主磁場を印加する一対の電磁石５とに制御信号を送って、ＥＳＲ装置全体を所定の条件に制御する。
【００２９】
ＥＳＲスペクトルは、空胴共振器３に対してマイクロ波を供給しながら、電磁石５の磁場強度を掃引することにより、分光計２においてマイクロ波の吸収スペクトルとして検出される。磁場掃引中、このＥＳＲスペクトルデータが、電磁石５の磁場強度の実際の変化に連動したタイミングでホストコンピューター１に取り込まれるようにするために、新たに設けられた発振制御回路７を介して出力されるサンプリング・クロックの信号に基づいて、Ａ／Ｄ変換器６が動作される。この発振制御回路７は、電磁石５の近傍に配置された磁場強度検出回路１１からの出力信号により制御されている。
【００３０】
サンプリング・クロックを、磁場強度の実際の変化量に見合ったタイミングで出力する発振制御回路７は、図８のような回路で構成されている。図中８は、ＭＰＵである。ＭＰＵ８には、演算処理機能を有するもの、もしくは、測定条件のデータに基づいて動作可能なものを用いる。ＭＰＵ８は、磁場掃引が開始されたら、電磁石５の近傍に配置されたホール素子などで構成される磁場検出器１２の出力信号を、Ａ／Ｄ変換器１３を介して常時（高速で周期的に）読みに行き、実際の掃引磁場強度がＥＳＲ信号をサンプリングする磁場強度に到達したら、瞬時に（先読みさせて、実際の磁場強度に合わせて）Ａ／Ｄ変換器へのサンプリング・クロックを発生させる。これは、電磁石５の実際の磁場強度値が単位増しまたは単位減するごとに、Ａ／Ｄ変換器６の動作のタイミングを知らせるサンプリング・クロックを、Ａ／Ｄ変換器６に対して供給することを意味する。Ａ／Ｄ変換器６は、そのクロック速度に対応してＥＳＲデータをデジタル変換するので、ホストコンピューター１は、電磁石５の磁場遅れ成分を含まない正確なＥＳＲスペクトルを取得することができる。
【００３１】
尚、ＭＰＵ８の機能は、ホストコンピューター１や分光計２の内部に持たせても良い。また、発振器１０は、クロックを任意のタイミングで発生させることができるものであれば良い。また、ＭＰＵ８から直接クロックを発生させても良い。
【００３２】
図９に、本実施例の制御の流れを示す。まず最初に、ホストコンピューター１に、ＥＳＲの測定条件を設定する。すると、分光計２には、ホストコンピューター１からの制御により、マイクロ波発振器４や電磁石５の制御条件が設定される。発振制御回路７のＭＰＵ８は、磁場掃引が開始されたら、電磁石５の近傍に配置されたホール素子などで構成される磁場検出器１２の信号を、Ａ／Ｄ変換器１３を介して常時（高速で周期的に）読みに行き、実際の掃引磁場強度がＥＳＲ信号をサンプリングする磁場強度に到達したら、瞬時に（先読みさせて、実際の磁場強度に合わせて）Ａ／Ｄ変換器へのサンプリング・クロックを発生させ、観測されるＥＳＲ信号を掃引磁場の強度変化と連動させてＡ／Ｄ変換させる。ホストコンピューター１は、デジタル化されたＥＳＲ信号を取り込んで、記憶装置内に格納する。磁場掃引が終了したら、ＭＰＵ８、もしくは発振器１０から測定終了のフラグを立て、データの取り込みを終了させる。
【００３３】
尚、上記実施例は、いずれもＥＳＲ装置に関するものであるが、本発明が、高周波と磁場掃引方式とを併用したＮＭＲ装置にも適用可能であることは、言うまでもない。
【００３４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の磁気共鳴装置によれば、掃引磁場の実際の強度変化に連動して、測定データをデジタル化するＡ／Ｄ変換器のサンプリング間隔を制御するようにしたので、速い磁場掃引を行なっても電磁石の磁場遅れの影響が現れないような磁気共鳴装置を提供することができる。その結果、従来は、電磁石の磁場強度が追従できる範囲内に磁場掃引時間を設定しておかなければ、正確な磁気共鳴スペクトルを得ることができなかったが、今後は、電磁石が必要な磁場強度に到達しさえすれば、正確な磁気共鳴スペクトルを得ることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のＥＳＲ装置の概念を示す図である。
【図２】従来のＥＳＲ装置の磁場制御信号、サンプリング・クロック、ＥＳＲスペクトルの関係を示す図である。
【図３】本発明にかかるＥＳＲ装置の一実施例を示す図である。
【図４】本発明にかかるＥＳＲ装置の発信制御回路の一実施例を示す図である。
【図５】本発明にかかるＥＳＲ装置の掃引磁場とサンプリング・クロックの関係を示す図である。
【図６】本発明にかかるＥＳＲ装置の制御の流れの一実施例を示す図である。
【図７】本発明にかかるＥＳＲ装置の別の実施例を示す図である。
【図８】本発明にかかるＥＳＲ装置の発信制御回路の別の実施例を示す図である。
【図９】本発明にかかるＥＳＲ装置の制御の流れの別の実施例を示す図である。
【符号の説明】
１・・・ホストコンピューター、２・・・分光計、３・・・空胴共振器、４・・・マイクロ波発振器、５・・・電磁石、６・・・Ａ／Ｄ変換器、７・・・発振制御回路、８・・・ＭＰＵ、９・・・メモリー、１０・・・発振器、１１・・・磁場強度検出回路、１２・・・磁場検出器、１３・・・Ａ／Ｄ変換器。
【図１】
0004002079.tif 000002
【図２】
0004002079.tif 000003
【図３】
0004002079.tif 000004
【図４】
0004002079.tif 000005
【図５】
0004002079.tif 000006
【図６】
0004002079.tif 000007
【図７】
0004002079.tif 000008
【図８】
0004002079.tif 000009
【図９】
0004002079.tif 000010