DE102019216759A1 - Method for operating an NMR spectrometer and an NMR spectrometer - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betrieb eines mobilen NMR-Spektrometers vorgeschlagen, wobei während einer NMR-Spektroskopiemessung mittels einer Magnet-Vorrichtung des mobilen NMR-Spektrometers ein statisches Magnetfeld B0 erzeugt wird sowie mittels einer magnetfeldsensitiven Detektions-Vorrichtung des mobilen NMR-Spektrometers ein Anregungssignal B1 gesendet und zumindest ein Kernspinresonanzsignal erfasst wird.Erfindungsgemäß wird ein Einfluss von während der NMR-Spektroskopiemessung, insbesondere von während der Erfassung des zumindest einen Kernspinresonanzsignals, wirkenden ortsabhängigen Magnetfeldänderungen und/oder ortsunabhängigen Magnetfeldänderungen auf das zumindest eine erfasste Kernspinresonanzsignal nach Durchführung der NMR-Spektroskopiemessung, insbesondere nach Erfassung des zumindest einen Kernspinresonanzsignals, bei einer Auswertung des zumindest einen Kernspinresonanzsignals kompensiert.Ferner wird ein mobiles NMR-Spektrometer vorgeschlagen.A method for operating a mobile NMR spectrometer is proposed, a static magnetic field B0 being generated during an NMR spectroscopy measurement using a magnetic device of the mobile NMR spectrometer and an excitation signal B1 being generated using a magnetic field-sensitive detection device of the mobile NMR spectrometer According to the invention, an influence of location-dependent magnetic field changes and / or location-independent magnetic field changes acting during the NMR spectroscopy measurement, in particular from during the acquisition of the at least one nuclear magnetic resonance signal, on the at least one acquired nuclear magnetic resonance signal after the NMR spectroscopy measurement has been carried out, in particular after detection of the at least one nuclear magnetic resonance signal, compensated during an evaluation of the at least one nuclear magnetic resonance signal. Furthermore, a mobile NMR spectrometer is proposed.

Description

Stand der TechnikState of the art

Aus dem Stand der Technik sind transportable, d.h. auf Grund ihrr Größe und ihres Gewichtes prinzipiell bewegliche, NMR-Messgeräte mit spektroskopischer Auflösung bekannt, vgl. beispielsweise aus „Benchtop NMR spectrometers in academic teaching‟, Susanne D. Riegel, Garett M. Leskowitz, Application Chemistry, Nanalysis Corp., Canada (DOI:10.1016/j.trac.2016.01.001). Derartige NMR-Spektrometer funktionieren auf Basis einer initialen Kalibrierung, bei der ein möglichst homogenes Magnetfeld B0, beispielsweise durch sogenanntes „aktives Shimmen“ unter Verwendung elektromagnetischer Spulen, justiert wird. Vor und während auf die Kalibrierung folgenden NMR-Spektroskopiemessungen muss sichergestellt werden, dass das NMR-Spektrometer unbewegt, d.h. ortsfest, bleibt und sich somit das Magnetfeld B0 am Ort der Messprobe nicht auf Grund einer Lageänderung des NMR-Spektrometers ändert. Die Anforderungen an zeitlich und räumlich unveränderliche Magnetfelder, insbesondere an eine Feldhomogenität, sind bei NMR-Spektrometern extrem hoch, um Unterschiede in Resonanzfrequenzen von nur wenigen ppm („parts per million“, entsprechend nur wenigen µT), auflösen zu können (vgl. „Spin Dynamics‟ Malcolm H. Levitt, Wiley 2008 ). Eine Bewegung des NMR-Spektrometers würde eine vorab durchgeführte Kalibrierung zunichte machen.From the prior art, transportable, that is, in principle movable due to their size and weight, NMR measuring devices with spectroscopic resolution are known, see for example from “Benchtop NMR spectrometers in academic teaching”, Susanne D. Riegel, Garett M. Leskowitz, Application Chemistry, Nanalysis Corp., Canada (DOI: 10.1016 / j.trac.2016.01.001). Such NMR spectrometers work on the basis of an initial calibration in which a magnetic field that is as homogeneous as possible B0 is adjusted, for example by so-called "active shimming" using electromagnetic coils. Before and during the NMR spectroscopy measurements following the calibration, it must be ensured that the NMR spectrometer remains stationary, ie stationary, and thus the magnetic field B0 does not change at the location of the measurement sample due to a change in position of the NMR spectrometer. The requirements for temporally and spatially unchangeable magnetic fields, in particular for field homogeneity, are extremely high in NMR spectrometers in order to be able to resolve differences in resonance frequencies of only a few ppm ("parts per million", corresponding to only a few µT) (cf. "Spin Dynamics" Malcolm H. Levitt, Wiley 2008 ). Moving the NMR spectrometer would destroy a calibration that was carried out beforehand.

Ferner sind kleinbauende NMR-Spektrometer bekannt, beispielsweise aus „Scalable NMR spectroscopy with semiconductor chips‟, Dongwan Ha, Jeffrey Paulsen, Nan Sun, Yi-Qiao Song, Donhee Ham, Proceedings of the National Academy of Sciences August 2014 (DOI: 10.1073/pnas.1402015111). Auch bei derartigen kleinbauenden NMR-Spektrometern ist eine mobile Anwendung - unter Beibehaltung eines (nahezu) perfekt homogenen, unveränderlichen Magnetfelds während der Dauer einer NMR-Spektroskopiemessung - nach heutigem Stand der Technik nicht realisierbar. Dieser Umstand verhindert einen tatsächlich mobilen Einsatz, d.h. eine NMR-Spektroskopiemessung während einer Bewegung des NMR-Spektrometers, von kleinbauenden NMR-Spektrometern, beispielsweise als „Wearables“ (z.B. Smart Watch), Implantate, Sensoren in Fahrzeugen, Flugzeugen, Schiffen oder dergleichen, aber auch den Einsatz in gestörten Umgebungen wie in der Industrie und Fertigung, wo andere Maschinen und Anlagen Magnetfeldinhomogenitäten und/oder Magnetfeldänderungen des BO-Feldes induzieren können.Furthermore, compact NMR spectrometers are known, for example from "Scalable NMR spectroscopy with semiconductor chips", Dongwan Ha, Jeffrey Paulsen, Nan Sun, Yi-Qiao Song, Donhee Ham, Proceedings of the National Academy of Sciences August 2014 (DOI: 10.1073 / pnas.1402015111). Even with such compact NMR spectrometers, a mobile application - while maintaining a (almost) perfectly homogeneous, unchangeable magnetic field for the duration of an NMR spectroscopy measurement - is not feasible according to the current state of the art. This circumstance prevents an actually mobile use, ie an NMR spectroscopy measurement while the NMR spectrometer is moving, of compact NMR spectrometers, for example as "wearables" (e.g. smart watch), implants, sensors in vehicles, airplanes, ships or the like, but also use in disturbed environments such as in industry and manufacturing, where other machines and systems can induce magnetic field inhomogeneities and / or magnetic field changes in the BO field.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung geht diese aus von einem Verfahren zum Betrieb eines mobilen NMR-Spektrometers, wobei während einer NMR-Spektroskopiemessung an einer Messprobe mittels einer Magnet-Vorrichtung des mobilen NMR-Spektrometers ein statisches Magnetfeld B0 erzeugt wird sowie mittels einer magnetfeldsensitiven Detektions-Vorrichtung des mobilen NMR-Spektrometers ein Anregungssignal B1 gesendet und zumindest ein Kernspinresonanzsignal erfasst wird. Es wird vorgeschlagen, dass ein Einfluss von während der NMR-Spektroskopiemessung, insbesondere von während der Erfassung des zumindest einen Kernspinresonanzsignals, wirkenden ortsabhängigen Magnetfeldänderungen und/oder ortsunabhängigen Magnetfeldänderungen auf das zumindest eine erfasste Kernspinresonanzsignal unter Verwendung von Sensordaten zumindest eines Sensors ermittelt und verhindert und/oder kompensiert wird.According to a first aspect of the invention, this is based on a method for operating a mobile NMR spectrometer, with a static magnetic field during an NMR spectroscopy measurement on a measurement sample by means of a magnetic device of the mobile NMR spectrometer B0 is generated and an excitation signal is generated by means of a magnetic field-sensitive detection device of the mobile NMR spectrometer B1 sent and at least one nuclear magnetic resonance signal is detected. It is proposed that an influence of location-dependent magnetic field changes and / or location-independent magnetic field changes acting during the NMR spectroscopy measurement, in particular during the acquisition of the at least one nuclear magnetic resonance signal, be determined and prevented on the at least one acquired nuclear magnetic resonance signal using sensor data from at least one sensor and / or is compensated.

Unter einem NMR-Spektrometer ist ein Messgerät zu verstehen, das zumindest eine Magnet-Vorrichtung zur Erzeugung eines statischen Magnetfelds B0 sowie eine magnetfeldsensitive Detektions-Vorrichtung zur Aussendung eines Anregungssignals B1 und zur Erfassung eines Kernspinresonanzsignals umfasst. Ferner können weitere, insbesondere externe, Komponenten umfasst sein, die zur Messung von NMR-Spektren mittels des NMR-Spektrometers notwendig und/oder sinnvoll sind. Derartige Komponenten können beispielsweise eine Eingabe- und/oder eine Ausgabevorrichtung, eine Steuervorrichtung (unter der auch eine Auswertevorrichtung verstanden werden soll), eine Energieversorgungsvorrichtung oder dergleichen darstellen.An NMR spectrometer is to be understood as a measuring device which has at least one magnetic device for generating a static magnetic field B0 and a magnetic field-sensitive detection device for emitting an excitation signal B1 and for detecting a nuclear magnetic resonance signal. Furthermore, further, in particular external, components can be included which are necessary and / or useful for measuring NMR spectra by means of the NMR spectrometer. Such components can represent, for example, an input and / or an output device, a control device (which is also to be understood as an evaluation device), an energy supply device or the like.

Die Funktionsweise des NMR-Spektrometers basiert auf dem kernphysikalischen Effekt, bei dem Atomkerne einer Messprobe in dem Magnetfeld B0 elektromagnetische Wechselfelder in Form des Anregungssignals B1 absorbieren und anschließend in Form des Kernspinresonanzsignals emittieren. Dabei beruht die Kernspinresonanz auf der Präzession (Larmorpräzession) von Kernspins der Atomkerne in der untersuchten Messprobe um die Magnetfeldlinien des konstanten, insbesondere statischen, ersten Magnetfelds B0. Insbesondere werden die Kernspins der Atomkerne in der Messprobe durch das erste Magnetfeld B0 ausgerichtet. Wird Energie in Form eines elektromagnetischen Anregungssignals B1, insbesondere eines elektromagnetischen Wechselfeldes, beispielsweise eines gepulsten Magnetfeldes, auf die Atomkerne eingestrahlt, die mit der Larmorpräzession deren Kernspins in Resonanz ist (Energiequanten), so können die Atomkerne die Orientierung ihrer Spins relativ zum statischen Magnetfeld B0 durch Absorption dieser Energie ändern. Das eingestrahlte Anregungssignal B1 dient daher der Anregung der Kernspins, die unter Energieaufnahme ihre Kernspinzustände ändern. Äquivalent führt die Emission von Energiequanten in Folge einer Rückkehr der angeregten Kernspins in ein anderes, niedrigeres Energieniveau, zur Emission eines elektromagnetischen Wechselfeldes, welches sich mittels einer Vorrichtung zur Detektion einer Magnetfeldänderung, insbesondere mittels der magnetfeldsensitiven Detektions-Vorrichtung, als Kernspinresonanzsignal erfassen lässt. Unter Anregung von Atomkernen soll insbesondere verstanden werden, dass die Energie und Einstrahldauer der eingestrahlten elektromagnetischen Felder, insbesondere Wechselfelder, eine Änderung der Magnetisierungsrichtung der Kernspins der Atomkerne bewirkt, insbesondere eine Magnetisierungskomponente othogonal zur Richtung des Magnetfelds B0 Feldes (Transversalmagnetisierung). Ferner wird im Folgenden davon ausgegangen, dass insbesondere veränderliche Magnetfelder mit elektrischen Feldern gekoppelt sind (vgl. Maxwell-Gleichungen), sodass keine Unterscheidung zwischen elektrischem Feld und Magnetfeld vorgenommen wird. Zur Anregung von Kernspinresonanz-Effekten kommt es insbesondere auf die durch eine eingestrahlte elektromagnetische Strahlung übertragene Energie an. The mode of operation of the NMR spectrometer is based on the nuclear physical effect, in which the atomic nucleus of a measurement sample is placed in the magnetic field B0 electromagnetic alternating fields in the form of the excitation signal B1 absorb and then emit in the form of the nuclear magnetic resonance signal. The nuclear magnetic resonance is based on the precession (Larmor precession) of nuclear spins of the atomic nuclei in the examined sample around the magnetic field lines of the constant, especially static, first magnetic field B0 . In particular, the nuclear spins of the atomic nuclei in the measurement sample are generated by the first magnetic field B0 aligned. Becomes energy in the form of an electromagnetic excitation signal B1 , in particular an electromagnetic alternating field, for example a pulsed magnetic field, irradiated onto the atomic nuclei, which is in resonance with the Larmor precession whose nuclear spins are in resonance (energy quanta), the atomic nuclei can orient their spins relative to the static magnetic field B0 change by absorbing this energy. The irradiated excitation signal B1 therefore serves to excite the nuclear spins, which change their nuclear spin states while absorbing energy. Equivalently, the emission of energy quanta leads to a return of the excited nuclear spins to another, Lower energy level, for the emission of an electromagnetic alternating field, which can be detected as a nuclear magnetic resonance signal by means of a device for detecting a change in the magnetic field, in particular by means of the magnetic field-sensitive detection device. Excitation of atomic nuclei should in particular mean that the energy and irradiation duration of the irradiated electromagnetic fields, in particular alternating fields, cause a change in the direction of magnetization of the nuclear spins of the atomic nuclei, in particular a magnetization component orthogonal to the direction of the magnetic field B0 Field (transverse magnetization). Furthermore, it is assumed in the following that in particular variable magnetic fields are coupled with electric fields (cf. Maxwell's equations), so that no distinction is made between electric field and magnetic field. For the excitation of nuclear magnetic resonance effects, the energy transmitted by incident electromagnetic radiation is particularly important.

Vorteilhaft lässt sich diese Energie mittels gepulster elektromagnetischer Felder übertragen.This energy can advantageously be transmitted by means of pulsed electromagnetic fields.

Die Magnet-Vorrichtung des NMR-Spektrometers dient der Erzeugung des statischen Magnetfelds B0 in der zu untersuchenden Messprobe. Die Magnet-Vorrichtung ist dazu eingerichtet, ein Magnetfeld B0 einer Magnetfeldstärke von mehr als 0.1 Tesla, insbesondere von mehr als 1.5 Tesla und ganz insbesondere von mehr als 5 Tesla bereitzustellen oder zu erzeugen. Das Magnetfeld B0 erstreckt sich in einem Volumen in und/oder um die Magnet-Vorrichtung herum. Das durch die Magnet-Vorrichtung erzeugte statische Magnetfeld B0 dient der Ausrichtung der Kernspins der in der Messprobe (in besagtem Volumen) vorhandenen Atomkerne in dem Sinne, dass sich die Kernspins auf Grund ihres magnetischen Kernspinmoments an den Magnetfeldlinien des statischen Magnetfelds B0 ausrichten, insbesondere um die Magnetfeldlinien des Magnetfelds präzedieren. In einer Ausführungsform des NMR-Spektrometers weist die Magnet-Vorrichtung zumindest einen Elektromagnet (insbesondere resistiv oder supraleitend) und/oder zumindest einen Permanentmagnet auf, mittels dem/der das statische Magnetfeld B0 erzeugbar ist. Unter Verwendung eines Permanentmagneten kann eine kostengünstige und dauerhaft funkionale Magnet-Vorrichtung realisiert werden, die - im Gegensatz zur Verwendung eines Elektromagneten - ohne eine weitere Energiequelle zu deren Betrieb auskommt. Insbesondere eignen sich zur Realisierung eines statischen Magnetfelds B0 besonders starke Permanentmagnete, hergestellt aus Ferriten oder aus Eisen-Cobalt-Nickel-Legierung oder aus Neodym-Eisen-Bor- oder Samarium-Cobalt-Legierung. Eine Anregung der Kernspins erfolgt in Folge einer Einstrahlung von Energie in Form eines mittels der magnetfeldsensitiven Detektions-Vorrichtung erzeugten Anregungssignals B1, d.h. in Form eines elektromagnetischen Feldes, insbesondere eines elektromagnetischen Wechselfeldes, beispielsweise eines gepulsten Magnetfeldes in zumindest einen Teilbereich der Messprobe, der ebenfalls von dem statischen Magnetfeld B0 durchsetzt ist. Dabei charakterisieren die elektromagnetischen Felder B0 und B1 in ihrem Überlagerungsfeld einen sensitiven Bereich des NMR-Spektrometers an derjenigen Stelle, an der die Felder senkrecht aufeinander stehen.The magnetic device of the NMR spectrometer is used to generate the static magnetic field B0 in the test sample to be examined. The magnet device is set up to generate a magnetic field B0 to provide or generate a magnetic field strength of more than 0.1 Tesla, in particular of more than 1.5 Tesla and very particularly of more than 5 Tesla. The magnetic field B0 extends in a volume in and / or around the magnet device. The static magnetic field generated by the magnet device B0 serves to align the nuclear spins of the atomic nuclei present in the measurement sample (in the said volume) in the sense that the nuclear spins are located on the magnetic field lines of the static magnetic field due to their magnetic nuclear spin moment B0 align, especially precessing around the magnetic field lines of the magnetic field. In one embodiment of the NMR spectrometer, the magnet device has at least one electromagnet (in particular resistive or superconducting) and / or at least one permanent magnet, by means of which the static magnetic field B0 can be generated. Using a permanent magnet, a cost-effective and permanently functional magnet device can be realized which - in contrast to the use of an electromagnet - does not require a further energy source for its operation. They are particularly suitable for realizing a static magnetic field B0 Particularly strong permanent magnets, made from ferrites or from iron-cobalt-nickel alloy or from neodymium-iron-boron or samarium-cobalt alloy. The nuclear spins are excited as a result of the irradiation of energy in the form of an excitation signal generated by means of the magnetic field-sensitive detection device B1 , ie in the form of an electromagnetic field, in particular an electromagnetic alternating field, for example a pulsed magnetic field in at least a portion of the measurement sample that is also affected by the static magnetic field B0 is interspersed. Characterize the electromagnetic fields B0 and B1 a sensitive area of the NMR spectrometer in its overlapping field at the point where the fields are perpendicular to one another.

Die magnetfeldsensitive Detektions-Vorrichtung dient dem Senden eines Anregungssignals B1 und der Erfassung des zumindest einen Kernspinresonanzsignals. In einer Ausführungsform des NMR-Spektrometers umfasst die magnetfeldsensitive Detektions-Vorrichtung zumindest eine RF-Spule zum Senden des Anregungssignals B1 und zumindest eine RF-Spule zum Empfangen des Kernspinresonanzsignals (d.h. des „Echosignals“). Auf diese Weise sind zumindest zwei RF-Spulen in dem NMR-Spektrometer vorgesehen. Eine RF-Spule (Hochfrequenzspule) kann dabei insbesondere mit einer Frequenz im Mega-Hertz-Bereich betrieben werden. Beispielsweise liegt die Frequenz unter 900 Mega-Hertz, insbesondere unter 200 Mega-Hertz und ganz insbesondere unter 50 Mega-Hertz. Alternativ oder zusätzlich umfasst die magnetfeldsensitive Detektions-Vorrichtung eine einzelne RF-Spule zum Senden des Anregungssignals B1 und zum Empfangen des Kernspinresonanzsignals. Auf diese Weise kann ein besonders kleinbauendes NMR-Spektrometer realisiert werden. Ferner ist denkbar, eine oder mehrere RF-Spulen derart auszuführen, dass sie auf mehreren Frequenzen Kernspins anregen und Kernspinresonanzsignale empfangen können (Breitband NMR). Derart lassen sich Kernspinresonanzsignale von unterschiedlichen Atomkernen (beispielsweise 13C, 1H oder dergleichen) anregen und empfangen. Unter „magnetfeldsensitiv“ ist dabei zu verstehen, dass die magnetfeldsensitive Detektions-Vorrichtung mittelbar magnetfeldsensitiv - beispielsweise unter Verwendung von MEMS-Sensorik, Sensorik basierend auf Stickstoff-Fehlstellen oder dergleichen - und/oder unmittelbar magnetfeldsensitiv - beispielsweise mittels einer Magnetfeldspule, einem Hall-Sensor oder dergleichen - misst.The magnetic field sensitive detection device is used to send an excitation signal B1 and the acquisition of the at least one nuclear magnetic resonance signal. In one embodiment of the NMR spectrometer, the magnetic field-sensitive detection device comprises at least one RF coil for sending the excitation signal B1 and at least one RF coil for receiving the nuclear magnetic resonance signal (ie, the “echo signal”). In this way, at least two RF coils are provided in the NMR spectrometer. An RF coil (high frequency coil) can in particular be operated at a frequency in the mega-Hertz range. For example, the frequency is below 900 mega-hertz, in particular below 200 mega-hertz and very particularly below 50 mega-hertz. Alternatively or additionally, the magnetic field-sensitive detection device comprises a single RF coil for sending the excitation signal B1 and for receiving the nuclear magnetic resonance signal. In this way, a particularly compact NMR spectrometer can be realized. It is also conceivable to design one or more RF coils in such a way that they can excite nuclear spins at several frequencies and receive nuclear magnetic resonance signals (broadband NMR). In this way, nuclear magnetic resonance signals from different atomic nuclei (for example 13C, 1H or the like) can be excited and received. “Magnetic field sensitive” is understood to mean that the magnetic field sensitive detection device is indirectly magnetic field sensitive - for example using MEMS sensors, sensors based on nitrogen defects or the like - and / or directly magnetic field sensitive - for example by means of a magnetic field coil, a Hall sensor or the like - measures.

Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell „programmiert“, „ausgelegt“ und/oder „eingerichtet“ verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion „vorgesehen“ ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt oder dazu ausgelegt ist, die Funktion zu erfüllen.“Provided” is to be understood in particular as specifically “programmed”, “designed” and / or “set up”. The fact that an object is “intended” for a specific function is to be understood in particular to mean that the object fulfills and / or executes this specific function in at least one application and / or operating state or is designed to fulfill the function.

Unter „NMR-Spektroskopie“ ist in dieser Schrift zu verstehen, dass die ermittelten Kernspinresonanzsignale derart hochqualitativ ermittelbar sind, dass ein ermitteltes Zeitsignal fouriertransformiert und die enthaltenen Frequenzanteile nach Frequenz und Amplitude ausgewertet werden können. Eine derartige Auswertung im Rahmen der NMR-Spektroskopie setzt voraus, dass ein Einfluss einer ortsabhängigen und/oder ortsunabhängigen und/oder auch einer statischen Inhomogenität des Magnetfelds B0 auf die Resonanzfrequenz besonders klein ist, um einen tatsächlichen Effekt von Bindungszuständen und damit eine Molekülstruktur der Messprobe messbar zu machen. Hier unterscheidet sich in der Fachsprache die NMR-Spektroskopie (Unterscheidung der Larmorfrequenzen von Kernen in unterschiedlichen Bindungszuständen/Molekülen) von der sogenannten NMR-Relaxometrie oder Time-Domain NMR. Unterschiede in gemessenen Resonanzfrequenzen belaufen sich dabei auf wenige ppm („parts per million“, d.h. wenige µT), insbesondere auf deutlich weniger als 0.1 ppm (bei einer Messung eines Spektralbereichs von beispielsweise 10 ppm). Um diese Frequenzunterschiede auflösen zu können, muss das statische Magnetfeld B0 eine extrem hohe Feldhomogenität aufweisen. Insbesondere ortsabhängige Magnetfeldabweichungen (Inhomogenitäten des Magnetfelds) im Messvolumen müssen (je nach gewünschter spektraler Auflösung) in der Regel auf deutlich unter 0.1 ppm beschränkt sein, um chemische Verschiebungen auflösen und somit sinnvolle NMR-Spektroskopiemessungen durchführen zu können.In this document, “NMR spectroscopy” means that the determined nuclear magnetic resonance signals can be determined in such high quality that a determined time signal can be Fourier transformed and the frequency components contained can be evaluated according to frequency and amplitude. Such an evaluation in the context of NMR spectroscopy assumes that there is an influence of a location-dependent and / or location-independent and / or also a static inhomogeneity of the magnetic field B0 on the resonance frequency is particularly small in order to make an actual effect of binding states and thus a molecular structure of the measurement sample measurable. Here, in technical terminology, NMR spectroscopy (differentiation between the Larmor frequencies of nuclei in different bond states / molecules) differs from so-called NMR relaxometry or time-domain NMR. Differences in measured resonance frequencies amount to a few ppm (“parts per million”, ie a few µT), in particular to significantly less than 0.1 ppm (when measuring a spectral range of, for example, 10 ppm). In order to be able to resolve these frequency differences, the static magnetic field must B0 have an extremely high field homogeneity. In particular, location-dependent magnetic field deviations (inhomogeneities of the magnetic field) in the measurement volume must be limited to well below 0.1 ppm (depending on the desired spectral resolution) in order to resolve chemical shifts and thus to be able to carry out meaningful NMR spectroscopy measurements.

Unter „mobil“ ist zu verstehen, dass das NMR-Spektrometer speziell dazu eingerichtet ist, während dessen Bewegung NMR-Spektroskopiemessungen durchzuführen. Die Bewegung kann dabei in Form von Translationsbewegungen und/oder Rotationsbewegungen erfolgen. Insbesondere kann eine Bewegung relativ zu einem externern Magnetfeld, beispielsweise zum Erdmagnetfeld, erfolgen. Insbesondere ist eine Geschwindigkeit der Bewegung - bis zu der das „mobile“ NMR-Spektrometer sinnvolle NMR-Spektroskopiemessungen durchführen kann - dabei größer als 1 mm/s (beispielsweise in einem Schiff verbaut), insbesondere größer als 1 m/s (beispielsweise in einem PKW verbaut), ganz insbesondere größer als 100 m/s (beispielsweise in einem Flugzeug verbaut). Alternativ oder zusätzlich können insbesondere auch sich wiederholende Bewegungen wie beispielsweise Vibrationen oder periodisch ausgeführte Bewegungen, beispielsweise eine Translations- und/oder Rotationsbewegung einer am Handgelenk getragenen Armbanduhr, als mobile Anwendung verstanden werden. Das mobile NMR-Spektrometer ist folglich eingerichtet, auch in Gegenwart von Magnetfeldänderungen - d.h. unter Einfluss von auftretenden Magnetfeldinhomogenitäten - einen korrekten Betrieb zu ermöglichen und weiterhin Kernspinresonanzsignale derart hochqualitativ zu erfassen, dass ein ermitteltes Zeitsignal fouriertransformiert und die enthaltenen Frequenzanteile nach Frequenz und Amplitude ausgewertet werden können.“Mobile” means that the NMR spectrometer is specially set up to carry out NMR spectroscopy measurements while it is in motion. The movement can take place in the form of translational movements and / or rotational movements. In particular, a movement can take place relative to an external magnetic field, for example to the earth's magnetic field. In particular, a speed of movement - up to which the “mobile” NMR spectrometer can carry out meaningful NMR spectroscopy measurements - is greater than 1 mm / s (for example installed in a ship), in particular greater than 1 m / s (for example in a Cars built in), especially greater than 100 m / s (for example built in an airplane). Alternatively or in addition, in particular, repetitive movements such as vibrations or periodically executed movements, for example a translational and / or rotational movement of a wristwatch worn on the wrist, can also be understood as a mobile application. The mobile NMR spectrometer is therefore set up to enable correct operation even in the presence of changes in the magnetic field - i.e. under the influence of magnetic field inhomogeneities - and to continue to record nuclear magnetic resonance signals in such high quality that a determined time signal is Fourier transformed and the frequency components contained are evaluated according to frequency and amplitude can.

Magnetfeldänderungen sind zeitabhängig und können prinzipiell unterschieden werden in ortsunabhängige Magnetfeldänderungen und ortsabhängige Magnetfeldänderungen. Der Ausdruck „Magnetfeldänderung“ bezeichnet eine Änderung des elektromagnetischen Feldes (vgl. Bemerkung zu Maxwell-Gleichungen oben), insbesondere eine Änderung der magnetische Komponente des des elektromagnetischen Feldes. Unter „ortsunabhängigen Magnetfeldänderungen“ sind insbesondere globale (d.h. nicht-lokale oder nicht-ortsabhängige) Magnetfeldänderungen ΔB0(t) zu verstehen, bei denen sich die Stärke des Magnetfelds B0 im Messvolumen - und somit in der Messprobe - über die Zeit ortsunabhängig ändert. Entsprechend ändert sich die Stärke des Magnetfelds B0 in jedem Punkt innerhalb des Messvolumens um den gleichen Betrag. Die räumliche Homogenität des Magnetfeldes B0 ändert sich nicht, lediglich dessen Stärke. Mögliche Ursachen für eine ortsunabhängige Magnetfeldänderung sind beispielsweise ein langsames, gleichmäßiges Erwärmen oder Abkühlen der Magnet-Vorrichtung oder eine Drehung der Magnet-Vorrichtung gegenüber der Ausrichtung des Erdmagnetfeldes. Eine Verhinderung und/oder Kompensation des Einflusses derartiger ortsunabhängiger Magnetfeldänderungen ermöglicht es folglich, NMR-Spektroskopiemessungen während einer Bewegung des NMR-Spektrometers relativ zum Erdmagnetfeld sowie unter Einfluss von Temperaturänderungen, insbesondere von auf die Magnet-Vorrichtung wirkenden Temperaturänderungen, durchzuführen. Unter „ortsabhängigen Magnetfeldänderungen“ sind im Unterschied dazu insbesondere lokal begrenzte oder lokal unterschiedliche - d.h. nicht globale - Magnetfeldänderungen ΔB0(t,r) zu verstehen, bei denen das Magnetfeld B0 je nach Position r

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(ortsabhängig) innerhalb des Messvolumens unterschiedliche Änderungen aufweist. Hierbei ändert sich sowohl die Homogenität als auch die Verteilung der Feldstärke des Magnetfelds innerhalb des Messvolumens - und somit in der Messprobe. Diese ortsabhängigen Magnetfeldänderungen stellen den allgemeineren Fall dar. Ortsabhängige Magnetfeldänderungen können, neben oben genannten Effekten, insbesondere auch durch Einfluss inhomogener externer Magnetfelder oder durch starke Temperaturgradienten innerhalb der Magnetvorrichtung entstehen.Changes in the magnetic field are time-dependent and, in principle, can be differentiated into location-independent changes in the magnetic field and location-dependent changes in the magnetic field. The expression “change in magnetic field” denotes a change in the electromagnetic field (see comment on Maxwell's equations above), in particular a change in the magnetic component of the electromagnetic field. “Location-independent magnetic field changes” are to be understood in particular as global (ie non-local or non-location-dependent) magnetic field changes ΔB 0 (t), in which the strength of the magnetic field changes B0 in the measurement volume - and thus in the measurement sample - changes over time, regardless of location. The strength of the magnetic field changes accordingly B0 at every point within the measurement volume by the same amount. The spatial homogeneity of the magnetic field B0 does not change, only its strength. Possible causes for a location-independent change in the magnetic field are, for example, slow, uniform heating or cooling of the magnetic device or a rotation of the magnetic device with respect to the orientation of the earth's magnetic field. A prevention and / or compensation of the influence of such location-independent magnetic field changes consequently makes it possible to carry out NMR spectroscopy measurements while the NMR spectrometer is moving relative to the earth's magnetic field and under the influence of temperature changes, in particular temperature changes acting on the magnetic device. In contrast to this, “location-dependent magnetic field changes” are to be understood as meaning in particular locally limited or locally different - ie non-global - magnetic field changes ΔB 0 (t, r) in which the magnetic field is present B0 depending on the position r
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(depending on location) has different changes within the measurement volume. This changes both the homogeneity and the distribution of the field strength of the magnetic field within the measurement volume - and thus in the measurement sample. These location-dependent magnetic field changes represent the more general case. Location-dependent magnetic field changes can arise, in addition to the effects mentioned above, in particular also through the influence of inhomogeneous external magnetic fields or through strong temperature gradients within the magnetic device.

Ferner ist in einem weiteren Aspekt der Erfindung (dritter Aspekt, siehe unten) ein Einfluss einer zeitunabhängigen Magnetfeldinhomogenität des statischen Magnetfelds B0 auf das zumindest eine erfasste Kernspinresonanzsignal denkbar und kann bei einer Auswertung des zumindest einen Kernspinresonanzsignals kompensiert werden. Weitere Ausführungen zu diesem Aspekt der Erfindung finden sich unten.Furthermore, in a further aspect of the invention (third aspect, see below) there is an influence of a time-independent magnetic field inhomogeneity of the static magnetic field B0 on the at least one detected nuclear magnetic resonance signal is conceivable and can be used when evaluating the at least one Nuclear magnetic resonance signal are compensated. Further explanations on this aspect of the invention can be found below.

Ferner kann auch ein kombinatorischer bzw. überlagerter Einfluss ortsabhängiger Magnetfeldänderungen und/oder ortsunabhängiger Magnetfeldänderungen und/oder statischer Magnetfeldinhomogenitäten gemäß den vorgeschlagenen erfindungsgemäßen Verfahren kompensiert werden. Dies umfasst den allgemeinsten Fall von zeitlich und räumlich beliebigen Magnetfeldänderungen ΔB0(r,t), also dynamischen Magnetfeldinhomogenitäten, bei denen sich das Magnetfeld B0 sowohl über die Zeit als auch ortsabhängig (lokal) ändert, wobei das Magnetfeld B0 ansich bereits Magnetfeldinhomogenitäten aufweist.Furthermore, a combinatorial or superimposed influence of location-dependent magnetic field changes and / or location-independent magnetic field changes and / or static magnetic field inhomogeneities can also be compensated according to the proposed method according to the invention. This includes the most general case of temporally and spatially arbitrary magnetic field changes ΔB 0 (r, t), i.e. dynamic magnetic field inhomogeneities in which the magnetic field changes B0 both over time and location-dependent (locally) changes, with the magnetic field B0 itself already has magnetic field inhomogeneities.

Der Einfluss von während der NMR-Spektroskopiemessung, insbesondere von während der Erfassung des Kernspinresonanzsignals, wirkenden ortsunabhängigen Magnetfeldänderungen, kann in einem Beispiel in der Größenordnung von ca. ±50 ppm unter Annahme eines Magnetfeld B0 von 1 Tesla liegen (beispielsweise kann ein Einfluss dieser Größenordnung in Folge einer Drehung des NMR-Spektrometers relativ zum Erdmagnetfeld auftreten). Dagegen können in einem weiteren Beispiel ortsunabhängige Magnetfeldänderungen, beispielsweise in Folge einer Erwärmung der Magnet-Vorrichtung, auch einen weitaus höheren Einfluss von beispielsweise 1200 ppm/K bei NdFeB-Magneten oder von beispielsweise 350 ppm/K bei SmC-Magneten bewirken.The influence of location-independent magnetic field changes that act during the NMR spectroscopy measurement, in particular during the acquisition of the nuclear magnetic resonance signal, can, in one example, be in the order of magnitude of approx. ± 50 ppm assuming a magnetic field B0 of 1 Tesla (for example, an influence of this magnitude can occur as a result of a rotation of the NMR spectrometer relative to the earth's magnetic field). In contrast, in a further example, location-independent changes in the magnetic field, for example as a result of heating of the magnet device, can also have a much higher influence of, for example, 1200 ppm / K for NdFeB magnets or, for example, 350 ppm / K for SmC magnets.

Unter „während der NMR-Spektroskopiemessung“ ist zu verstehen, dass ein zumindest während eines Zeitraums, in dem die Erfassung des zumindest einen Kernspinresonanzsignals (sogenannte „acquisition time“) erfolgt, wirkender Einfluss verhindert und/oder kompensiert und/oder gemessen und später bei einer Auswertung kompensiert wird. Insbesondere kann auch ein Zeitraum verstanden werden, in dem Anregungspulse (B1, sogenannte „pulse duration“) ausgesandt und Kernspinresonanzsignale erfasst werden (sogenannte „acquisition time“). Ferner ist denkbar, eine Verhinderung und/oder Kompensation während einer gesamten Pulssequenz und/oder bei einer Auswertung für den Zeitrau einer gesamten Pulssequenz, umfassend eine Mehrzahl von ausgesandten Anregungspulsen und erfassten Kernspinresonanzsignalen sowie dazwischenliegende Relaxationszeiten (sogenannte „relaxation recovery“), durchzuführen. Das Kernspinresonanzsignal bezeichnet dabei das Signal, aus dem der sogenannte freie Induktionszerfall („Free Induction Decay“, FID) ermittelbar ist. Aus dem freien Induktionszerfall ist wiederum durch Fourtiertransformation ein NMR-Spektrum ermittelbar.“During the NMR spectroscopy measurement” is to be understood as preventing and / or compensating and / or measuring an influence that acts at least during a period in which the acquisition of the at least one nuclear magnetic resonance signal (so-called “acquisition time”) occurs, and then at an evaluation is compensated. In particular, a period of time can also be understood in which excitation pulses ( B1 , so-called “pulse duration”) and magnetic resonance signals are recorded (so-called “acquisition time”). It is also conceivable to prevent and / or compensate during an entire pulse sequence and / or during an evaluation for the time frame of an entire pulse sequence, comprising a plurality of emitted excitation pulses and recorded nuclear magnetic resonance signals as well as relaxation times in between (so-called “relaxation recovery”). The nuclear magnetic resonance signal describes the signal from which the so-called free induction decay (FID) can be determined. An NMR spectrum can in turn be determined from the free induction decay by Fourier transformation.

Das erfindungsgemäße Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ermöglicht es gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten NMR-Spektrometern, NMR-Spektroskopiemessungen auch unter Einfluss von während der NMR-Spektroskopiemessung, insbesondere von während der Erfassung des Kernspinresonanzsignals, wirkenden ortsabhängigen und/oder ortsunabhängigen Magnetfeldänderungen sinnvoll durchzuführen, indem auftretende Einflüsse verhindert und/oder kompensiert und/oder bei einer Auswertung kompensiert werden. Dies bedeutet, dass die ermittelten Kernspinresonanzsignale weiterhin derart hochqualitativ ermittelbar sind, dass ein ermitteltes Zeitsignal fouriertransformiert und die enthaltenen Frequenzanteile nach Frequenz und Amplitude ausgewertet werden können. Folglich ermöglicht es das Verfahren, Einflüsse oben genannter Stärke auf die zu erfassende oder auf die bereits erfasste Resonanzfrequenz zu reduzieren, insbesondere zu minimieren, und somit zu kompensieren oder gänzlich zu vermeiden. Ein tatsächlicher Einfluss von Bindungszuständen und damit eine Molekülstruktur der Messprobe wird vorteilhaft auch während eines mobilen - bewegten bzw. sich bewegenden - Einsatzes des NMR-Spektrometers messbar und sinnvoll auswertbar. Insbesondere werden auf diese Weise uneingeschränkte, d.h. qualitativ hochwertige, NMR-Spektroskopiemessungen mit einem sich bewegenden - mobilen - NMR-Spektrometer ermöglicht.The method according to the invention according to the first aspect of the invention enables, compared to the prior art known NMR spectrometers, NMR spectroscopy measurements also under the influence of location-dependent and / or location-independent magnetic field changes that act during the NMR spectroscopy measurement, in particular during the acquisition of the nuclear magnetic resonance signal to be carried out sensibly by preventing and / or compensating and / or compensating for influences occurring during an evaluation. This means that the determined nuclear magnetic resonance signals can still be determined in such high quality that a determined time signal can be Fourier transformed and the frequency components contained can be evaluated according to frequency and amplitude. Consequently, the method makes it possible to reduce, in particular to minimize, and thus to compensate or completely avoid influences of the abovementioned strengths on the resonance frequency to be detected or on the already detected resonance frequency. An actual influence of binding states and thus a molecular structure of the measurement sample can advantageously also be measured and sensibly evaluated during a mobile - moving or moving - use of the NMR spectrometer. In particular, this enables unrestricted, i.e. high-quality, NMR spectroscopy measurements with a moving - mobile - NMR spectrometer.

Eine das Verfahren durchführende Steuervorrichtung ist dazu eingerichtet, einen Einfluss von während der NMR-Spektroskopiemessung, insbesondere von während der Erfassung des Kernspinresonanzsignals, wirkenden ortsabhängigen und/oder ortsunabhängigen Magnetfeldänderungen auf mittels der magnetfeldsensitiven Detektions-Vorrichtung erfasste Kernspinresonanzsignale zu kompensieren. Das Verfahren kann, zumindest teilweise, in Form von Software oder in einer Mischung aus Software und Hardware realisiert sein. Im Folgenden werden Ausführungsformen des Verfahrens, die in Hardware und/oder in Software implementiert sind, vorgestellt. Insbesondere kann das Verfahren, zumindest teilweise, ein computerimplementiertes Verfahren darstellen, das mittels einer Prozessorvorrichtung, insbesondere einer Prozessorvorrichtung der Steuervorrichtung, durchgeführt wird. Zur Durchführung des Verfahrens kann die Prozessorvorrichtung ferner zumindest auf eine Speichervorrichtung zurückgreifen, in der das Verfahren, zumindest teilweise, als maschinenlesbares Computerprogramm hinterlegt ist. Das Computerprogramm enthält Anweisungen, die bei Ausführung durch die Prozessorvorrichtung die Prozessorvorrichtung veranlassen, das Verfahren zum Betrieb des mobilen NMR-Spektrometers, zumindest teilweise, auszuführen.A control device carrying out the method is set up to compensate for an influence of location-dependent and / or location-independent magnetic field changes that are active during the NMR spectroscopy measurement, in particular of location-dependent and / or location-independent magnetic field changes on nuclear magnetic resonance signals detected by means of the magnetic field-sensitive detection device. The method can be implemented, at least partially, in the form of software or in a mixture of software and hardware. In the following, embodiments of the method that are implemented in hardware and / or in software are presented. In particular, the method can, at least in part, represent a computer-implemented method that is carried out by means of a processor device, in particular a processor device of the control device. To carry out the method, the processor device can also use at least one memory device in which the method is stored, at least in part, as a machine-readable computer program. The computer program contains instructions which, when executed by the processor device, cause the processor device to at least partially execute the method for operating the mobile NMR spectrometer.

In einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Einfluss einer Magnetfeldänderung ermittelt unter Verwendung von Sensordaten, die von zumindest einem Sensor erfasst, insbesondere gemessen werden, wobei der Sensor aus einer Liste von Sensoren gewählt ist, die umfasst:

  • - magnetfeldsensitive Sensoren wie beispielsweise Kompass, Magnetfeldsensor, Fluxgate-Magnetometer und Hall-Sensor;
  • - kapazitive Sensoren;
  • - positionssensitive und/oder lagesensitive Sensoren wie beispielsweise GPS, Positionssensor, Odometriesensor und Einschlagwinkelsensor für ein Lenkrad oder Steuerrad;
  • - geschwindigkeitssensitive und/oder beschleunigungssensitive Sensoren wie beispielsweise Gyroskop, Inertialsensorik und Beschleunigungssensoren;
  • - temperatursensitive Sensoren wie beispielsweise IR-Sensor, Bolometer und Thermoelement;
  • - abstandssensitive Sensoren wie beispielsweise Laserentfernungsmesser, Ultraschallsensoren und Radar, ...
  • - drucksensitive Sensoren,
  • - optische Sensoren,
  • - spannungssensitive und/oder stromsensitive Sensoren
oder eine Kombination derer.In one embodiment of the method, the influence of a change in the magnetic field is determined using sensor data that is recorded, in particular measured, by at least one sensor, the sensor being selected from a list of sensors which includes:
  • Magnetic field-sensitive sensors such as compass, magnetic field sensor, fluxgate magnetometer and Hall sensor;
  • - capacitive sensors;
  • position-sensitive and / or position-sensitive sensors such as GPS, position sensors, odometry sensors and steering angle sensors for a steering wheel or steering wheel;
  • - speed-sensitive and / or acceleration-sensitive sensors such as gyroscope, inertial sensors and acceleration sensors;
  • - temperature-sensitive sensors such as IR sensors, bolometers and thermocouples;
  • - Distance-sensitive sensors such as laser range finders, ultrasonic sensors and radar, ...
  • - pressure sensitive sensors,
  • - optical sensors,
  • - voltage-sensitive and / or current-sensitive sensors
or a combination of these.

In einer Ausführungsform erfolgt die Erfassung der Sensordaten zeitaufgelöst während der oder im Wesentlichen parallel zur Dauer der Erfassung des Kernspinresonanzsignal. Weitere Sensoren, die die Erfassung einer Bewegung des NMR-Spektrometers zulassen, sind denkbar und dem Fachmann zugänglich. Derart ist ein Einfluss einer ortsabhängigen und/oder ortsunabhängigen Magnetfeldänderung auf besonders einfache Weise messtechnisch bestimmbar, wobei die Sensordaten insbesondere zu jeder Zeit verarbeitbar sind, um einen störenden Einfluss auf ein Messergebnis der NMR-Spektroskopiemessung zu verhindern und/oder zu kompensieren. In einem Ausführungsbeispiel kann ein magnetfeldsensitiver Sensor, beispielsweise eine Magnetfeldsonde in Form einer RF-Spule (sogenannte „NMR field probes“), in oder am Messvolumen angeordnet sein und Sensordaten zu einem Einfluss einer Magnetfeldänderung bereitstellen. Die Bereitstellung kann insbesondere kontinuierlich oder zumindest quasi-kontinuierlich erfolgen. Beispielsweise kann der magnetfeldsensitive Sensor einen zeitlichen Verlauf einer Magnetfeldstärke messen und bereitstellen, wobei aus diesem Verlauf ein Einfluss einer ortsunabhängigen Magnetfeldänderung ermittelt wird. Es ist auch denkbar, eine Erfassung von Sensordaten auf einem separaten Empfangskanal der Detektions-Vorrichtung mittels einer Referenzprobe oder an der Messprobe selbst durchzuführen, in welcher die Larmor-Frequenz der Referenzprobe durch Auswertung der Messdaten kontinuierlich gemessen wird. Der separate Empfangskanal der Detektions-Vorrichtung kann die Messung des Kernspinresonanzsignals einer anderen Atomsorte als für die NMR-Spektroskopiemessung bedeuten. Alternativ kann die Messung der anderen Atomsorte zeitlgleich mit der eigentlichen NMR-Spektroskopiemessung auf demselben Kanal erfolgen mittels eines Breitband-Empfängers. Ist die Larmor Frequenz zu jeder Zeit bekannt so können die Einflüsse auf das Kernspinresonanzsignal zu jeder Zeit kompensiert werden.In one embodiment, the acquisition of the sensor data takes place in a time-resolved manner during or essentially parallel to the duration of the acquisition of the nuclear magnetic resonance signal. Further sensors that allow a movement of the NMR spectrometer to be detected are conceivable and accessible to the person skilled in the art. In this way, an influence of a location-dependent and / or location-independent change in the magnetic field can be determined by measurement technology in a particularly simple manner, with the sensor data in particular being processable at any time in order to prevent and / or compensate for a disruptive influence on a measurement result of the NMR spectroscopy measurement. In one embodiment, a magnetic field sensitive sensor, for example a magnetic field probe in the form of an RF coil (so-called “NMR field probes”), can be arranged in or on the measurement volume and provide sensor data on the influence of a magnetic field change. The provision can in particular take place continuously or at least quasi-continuously. For example, the magnetic field-sensitive sensor can measure and provide a time profile of a magnetic field strength, an influence of a location-independent change in the magnetic field being determined from this profile. It is also conceivable to record sensor data on a separate receiving channel of the detection device by means of a reference sample or on the measurement sample itself, in which the Larmor frequency of the reference sample is continuously measured by evaluating the measurement data. The separate receiving channel of the detection device can mean the measurement of the nuclear magnetic resonance signal of a different type of atom than for the NMR spectroscopy measurement. Alternatively, the other atomic species can be measured at the same time as the actual NMR spectroscopy measurement on the same channel by means of a broadband receiver. If the Larmor frequency is known at any time, the influences on the nuclear magnetic resonance signal can be compensated for at any time.

In einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Einfluss unter Verwendung von ortsaufgelöst erfassten Sensordaten ermittelt, insbesondere erfasst oder gemessen, wobei die Sensordaten mittels einer Mehrzahl von verteilt angeordneten Sensoren ortsaufgelöst erfasst werden. In einem Ausführungsbeispiel können mehrere magnetfeldsensitive Sensoren, beispielsweise Magnetfeldsonden in Form von RF-Spulen („field probes“), in oder um das Messvolumen herum angeordnet sein und Sensordaten zu einem ortsabhängigen Einfluss einer Magnetfeldänderung bereitstellen. Beispielsweise ist denkbar, dass eine Mehrzahl von magnetfeldsensitiven Sensoren jeweils einen zeitlichen Verlauf der Magnetfeldstärke während der NMR-Spektroskopiemessung an ihrem jeweiligen Messort erfassen. Mit diesen Sensordaten kann der Einfluss einer ortsabhängigen Magnetfeldänderung modelliert und zur späteren Kompensation eines FIDs genutzt werden. Grundsätzlich ist dabei eine eindimensionale (längenauflösende), zweidimensionale (flächenauflösende) oder dreidimensionale (volumenauflösende) Anordnung von Sensoren in Form eines 1D-, 2D- oder 3D-Arrays denkbar. Durch die Wahl der Anzahl und räumlichen Anordnung der Sensoren ist es folglich möglich, dass eine lineare, quadratische, oder kubische Auflösung des Einflusses einer ortsabhängigen Magnetfeldänderung bestimmt und eine Kompensation in verschiedene räumliche Dimensionen modelliert werden kann.In one embodiment of the method, the influence is ascertained, in particular acquired or measured, using spatially resolved sensor data, the sensor data being acquired spatially resolved by means of a plurality of sensors arranged in a distributed manner. In one embodiment, several magnetic field-sensitive sensors, for example magnetic field probes in the form of RF coils (“field probes”), can be arranged in or around the measurement volume and provide sensor data on a location-dependent influence of a magnetic field change. For example, it is conceivable that a plurality of magnetic field-sensitive sensors each record a time profile of the magnetic field strength during the NMR spectroscopy measurement at their respective measurement location. With this sensor data, the influence of a location-dependent change in the magnetic field can be modeled and used for later compensation of an FID. In principle, a one-dimensional (length-resolving), two-dimensional (surface-resolving) or three-dimensional (volume-resolving) arrangement of sensors in the form of a 1D, 2D or 3D array is conceivable. By choosing the number and spatial arrangement of the sensors, it is consequently possible to determine a linear, quadratic or cubic resolution of the influence of a location-dependent change in the magnetic field and to model a compensation in different spatial dimensions.

Es sei angemerkt, dass der zumindest eine Sensor der ausgeführten Ausführungsformen dem NMR-Spektrometer (intern oder extern) zugeordnet sein kann oder auch als ein zum NMR-Spektrometer externer Sensor realisiert sein kann. So ist beispielsweise denkbar, das Verfahren unter Verwendung von Sensordaten eines GPS-Sensors eines Schiffes auszuführen, wobei der GPS-Sensor mit einer das Verfahren durchführenden Steuervorrichtung signaltechnisch verbunden ist.It should be noted that the at least one sensor of the embodiments described can be assigned to the NMR spectrometer (internal or external) or can also be implemented as a sensor external to the NMR spectrometer. For example, it is conceivable to carry out the method using sensor data from a GPS sensor of a ship, the GPS sensor being connected for signaling purposes to a control device carrying out the method.

In einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Einfluss für einen zukünftigen Zeitpunkt durch Extrapolation, insbesondere von bereits erfassten Sensordaten, auf diesen zukünftigen Zeitpunkt ermittelt, insbesondere vorausberechnet („antizipiert“). Derart kann basierend auf einem bereits ermittelten Einfluss, insbesondere basierend auf bereits vorliegenden Sensordaten (beispielsweise Sensordaten, die in vorhergehenden Minuten, Sekunden bis hinzu vorhergehdenen Millisekunden erfasst wurden), eine Abschätzung eines Einflusses einer Magnetfeldänderung für die Zukunft durchgeführt werden. So kann ein Einfluss einer ortsabhängigen und/oder ortsunabhängigen Magnetfeldänderung in Folge einer Bewegung und/oder Rotation des mobilen NMR-Spektrometers gegenüber dem Erdmagnetfeld von Sensoren oben genannter Liste für die Vergangenheit gemessen worden sein und daraus - basierend auf einer mathematischen Extrapolation der Sensordaten oder basierend auf einer mathematischen Extrapolation des daraus ermittelten zeitabhängigen Einflusses - eine Aussage für die Zukunft abgeleitet werden. Beispielsweise können lineare Magnetfeldänderungen über die Zeit, quadratische Magnetfeldänderungen über die Zeit und/oder periodische Magnetfeldänderungen erfasst und antizipiert werden. Insbesondere kann unter Verwendung von Sensoren, die eine Aussage über eine Position, eine Geschwindigkeit, eine Beschleunigung oder eine Temperatur des NMR-Spektrometers ableiten lassen, ein Einfluss einer Magnetfeldänderung antizipiert bzw. vorausberechnet werden. Beispielsweise kann unter Verwendung einer ortsaufgelösten Erdmagnetfeldkarte („Missweisungskarte“) in Verbindung mit einer Positionsänderung des NMR-Spektrometers - gemessen über Sensordaten eines GPS-Sensors - eine Änderung des Erdmagnetfelds abgeschätzt und unter Annahme einer Trägheit in der Fortbewegung auch vorausberechnet (extrapoliert) werden.In one embodiment of the method, the influence for a future point in time is determined, in particular calculated in advance (“anticipated”), by extrapolation, in particular from already acquired sensor data, to this future point in time. In this way, an estimate of the influence of a magnetic field change for the future can be carried out based on an influence that has already been determined, in particular based on already existing sensor data (for example sensor data that were recorded in previous minutes, seconds up to previous milliseconds). For example, an influence of a location-dependent and / or location-independent magnetic field change as a result of a movement and / or rotation of the mobile NMR spectrometer in relation to the earth's magnetic field can be measured by sensors of the above list for the past and from this - based on or based on a mathematical extrapolation of the sensor data a mathematical extrapolation of the time-dependent influence determined from it - a statement for the future can be derived. For example, linear magnetic field changes over time, quadratic magnetic field changes over time and / or periodic magnetic field changes can be detected and anticipated. In particular, an influence of a change in the magnetic field can be anticipated or calculated in advance using sensors which can be used to derive a statement about a position, a speed, an acceleration or a temperature of the NMR spectrometer. For example, using a spatially resolved geomagnetic field map ("declination map") in conjunction with a change in position of the NMR spectrometer - measured using sensor data from a GPS sensor - a change in the geomagnetic field can be estimated and also calculated (extrapolated) in advance, assuming inertia in locomotion.

In einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Einfluss unter Verwendung einer im Wesentlichen zeitlich parallel zur NMR-Spektroskopiemessung, insbesondere im Wesentlichen zeitlich parallel zur Erfassung des zumindest einen Kernspinresonanzsignals, durchgeführten Referenz-NMR-Spektroskopiemessung ermittelt, insbesondere erfasst oder gemessen. Dabei ist insbesondere ein ungestörtes Referenz-Kernspinresonanzsignal bekannt. Derart kann ein bekanntes Referenzspektrum, beispielsweise das einer bekannten Substanz, genutzt werden, um den Einfluss einer Magnetfeldänderung und/oder prinzipiell auch eines inhomogenen Magnetfelds (siehe unten im dritten Aspekt der Erfindung) während der NMR-Spektroskopiemessung zu detektieren. Das mittels der Referenz-NMR-Spektroskopiemessung gemessene gestörte Referenz-Kernspinresonanzsignal, insbesondere ein Referenz-FID, kann genutzt werden, um den Einfluss zu berechnen oder zu modellieren. Insbesondere können beliebige mathematische Optimierungsmodelle genutzt werden, um den Einfluss als mathematischen Parameter δn oder als Korrekturfunktion zu bestimmen (ein mathematischer Parameter δn wird hier einer Korrekturfunktion in der Wirkung gleichgesetzt). Der vorgeschlagenen Ausführungsform liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass ein mittels einer Referenz-NMR-Spektroskopiemessung ermittelter Parameter δn bzw. eine ermittelte Korrekturfunktion zur Durchführung der Kompensation auf eine weitere, im Wesentlichen parallel gemessene, NMR-Spektroskopiemessung der Messprobe übertragen und angewandt werden kann. Dabei wird mit anderen Worten der auf das Referenz-Kernspinresonanzsignal wirkende Einfluss als identisch angenommen zu dem auf das Kernspinresonanzsignal der Messprobe wirkende Einfluss.In one embodiment of the method, the influence is determined, in particular recorded or measured, using a reference NMR spectroscopy measurement carried out essentially in parallel with the NMR spectroscopy measurement, in particular essentially in parallel with the acquisition of the at least one nuclear magnetic resonance signal. In particular, an undisturbed reference nuclear magnetic resonance signal is known. In this way, a known reference spectrum, for example that of a known substance, can be used to detect the influence of a change in the magnetic field and / or in principle also an inhomogeneous magnetic field (see below in the third aspect of the invention) during the NMR spectroscopy measurement. The disturbed reference nuclear magnetic resonance signal measured by means of the reference NMR spectroscopy measurement, in particular a reference FID, can be used to calculate or model the influence. In particular, any mathematical optimization models can be used to determine the influence as a mathematical parameter δ n or as a correction function (a mathematical parameter δ n is equated here in the effect to a correction function). The proposed embodiment is based on the knowledge that a parameter δ n determined by means of a reference NMR spectroscopic measurement or a determined correction function for performing the compensation can be transferred and applied to a further, essentially parallel measured, NMR spectroscopic measurement of the measurement sample . In other words, the influence acting on the reference nuclear magnetic resonance signal is assumed to be identical to the influence acting on the nuclear magnetic resonance signal of the measurement sample.

In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Referenz-NMR-Spektroskopiemessung an einer zur Messprobe separaten Referenzprobe durchgeführt. Ist das Material der Messprobe bekannt, ist denkbar, die Referenzprobe danach auszulegen bzw. auszuwählen. Es ist prinzipiell denkbar, verschiedene Referenzproben vorzuhalten, um in einem Anwendungsfall eine jeweils geeignete Referenzprobe für die Kompensation auswählen zu können. In einer alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform wird die Referenz-NMR-Spektroskopiemessung an der (tatsächlich interessierenden) Messprobe durchgeführt, nachdem der Messprobe ein Markermaterial zugefügt wurde. Wiederum alternativ oder zusätzlich wird die Messprobe einer Referenz-NMR-Spektroskopiemessung an einem vorgegebenen, insbesondere vorgebbaren, NMR-aktiven Kern unterzogen. In einem Ausführungsbeispiel kann somit das Referenzspektrum von der Messprobe selbst (beispielsweise gemessen an einem 1H, 13C, 14N, 15N, 19F oder einem anderen NMR-aktiven Kern der Messprobe) genommen werden oder von einer separaten Referenzprobe, oder von einer der Messprobe hinzugegebenen Referenzprobe (Markermaterial), wobei letztere prinzipiell bekannt ist, d.h. deren ungestörtes NMR-Spektrum bekannt ist. Ferner ist denkbar, mehrere Referenzspektren auf mehreren Kernen, beispielsweise unter Verwendung mehrerer RF-Spulen, zur Messung des Einflusses ortsabhängiger Magnetfeldänderungen zu nutzen. Hierdurch kann eine Anzahl mathematischer Gleichungen für das Finden der gesuchten Korrekturfunkton vorteilhaft erhöht werden. Ein derart ermitteltes Referenzspektrum stellt insbesondere den FID einer bekannten Substanz dar.In one embodiment of the method, the reference NMR spectroscopy measurement is carried out on a reference sample that is separate from the measurement sample. If the material of the measurement sample is known, it is conceivable to design or select the reference sample accordingly. In principle, it is conceivable to keep various reference samples available in order to be able to select a suitable reference sample for the compensation in an application. In an alternative or additional embodiment, the reference NMR spectroscopy measurement is carried out on the measurement sample (which is actually of interest) after a marker material has been added to the measurement sample. Again, as an alternative or in addition, the measurement sample is subjected to a reference NMR spectroscopy measurement on a predefined, in particular predefinable, NMR-active core. In one embodiment, the reference spectrum can thus be taken from the measurement sample itself (for example measured on a 1H, 13C, 14N, 15N, 19F or another NMR-active nucleus of the measurement sample) or from a separate reference sample or from a reference sample added to the measurement sample (Marker material), the latter being known in principle, ie its undisturbed NMR spectrum is known. It is also conceivable to use several reference spectra on several cores, for example using several RF coils, to measure the influence of location-dependent changes in the magnetic field. As a result, a number of mathematical equations for finding the correction function sought can advantageously be increased. A reference spectrum determined in this way represents, in particular, the FID of a known substance.

In einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Einfluss, insbesondere nach Durchführung der NMR-Spektroskopiemessung, insbesondere nach der Erfassung des zumindest einen Kernspinresonanzsignals, bei einer Auswertung des zumindest einen Kernspinresonanzsignals kompensiert. Auf diese Weise kann eine besonders effektive und konstruktiv einfache „a posteriori“-Kompensation mittels softwarebasierter Korrektur des zumindest einen Kernspinresonanzsignals durch Herausrechnen des Einflusses der ortsabhängigen und/oder ortsunbhängigen Magnetfeldänderung erfolgen. Insbesondere sind keine speziellen Vorkehrungen zur aktiven Kompensation am NMR-Spektrometer notwendig. Ferner kann das Verfahren auf diese Weise bevorzugt computerimplementiert gestaltet werden.In one embodiment of the method, the influence, in particular after the NMR spectroscopy measurement has been carried out, in particular after the acquisition of the at least one nuclear magnetic resonance signal, is compensated for during an evaluation of the at least one nuclear magnetic resonance signal. In this way, a particularly effective and structurally simple “a posteriori” compensation can take place by means of software-based correction of the at least one nuclear magnetic resonance signal by calculating the influence of the location-dependent and / or location-independent magnetic field change. In particular, no special precautions are necessary for active compensation on the NMR spectrometer. Furthermore, the method can be designed in this way preferably in a computer-implemented manner.

In einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Einfluss durch Verrechnen des zumindest einen erfassten Kernspinresonanzsignals mit einer Korrekturfunktion kompensiert, wobei die Korrekturfunktion eine ortsabhängige Magnetfeldänderung in Form einer ortsabhängigen Phasenverschiebung der Kernspins und/oder eine ortsunabhängige Magnetfeldänderung in Form einer ortsunabhängigen Phasenverschiebung der Kernspins berücksichtigt. „Verrechnen“ bezeichnet dabei eine rechnerische Operation zur Korrektur des erfassten Kernspinresonanzsignals mittels der Korrekturfunktion, wobei die Verrechnung beispielsweise durch Multiplikation oder auch Faltung mit der Korrekturfunktion erfolgen kann. Auf diese Weise kann ein besonders effizientes, computerimplementiertes Verfahren angegeben werden. Insbesondere erlaubt das vorgeschlagene Verfahren, den Einfluss in Form einer Korrekturfunktion als bekannte Größe in eine das Kernspinresonanzsignal beschreibende mathematische Gleichung einzubeziehen und somit zu berücksichtigen, sodass aus dem gemessenen Kernspinresonanzsignal das ungestörte, unbeeinflusste Kernspinresonanzsignal rekonstruiert werden kann.In one embodiment of the method, the influence is compensated by calculating the at least one acquired nuclear magnetic resonance signal with a correction function, the correction function taking into account a location-dependent change in the magnetic field in the form of a location-dependent phase shift of the nuclear spins and / or a location-independent magnetic field change in the form of a location-independent phase shift of the nuclear spins. In this context, “offsetting” denotes a computational operation for correcting the acquired nuclear magnetic resonance signal by means of the correction function, wherein the offsetting can take place, for example, by multiplication or also convolution with the correction function. In this way, a particularly efficient, computer-implemented method can be specified. In particular, the proposed method allows the influence in the form of a correction function to be included as a known variable in a mathematical equation describing the nuclear magnetic resonance signal and thus taken into account so that the undisturbed, unaffected nuclear magnetic resonance signal can be reconstructed from the measured nuclear magnetic resonance signal.

Im Folgenden wird eine mögliche Implementierung des Verfahrens erläutert, bei der erfasste Kernspinresonanzsignale in Form von FIDs bei der Auswertung der Kernspinresonanzsignale um den Einfluss einer Magnetfeldänderung korrigiert bzw. kompensiert werden. Die vorgeschlagene Implementierung gilt gleichermaßen für die vorgeschlagenen Verfahren gemäß erstem Aspekt der Erfindung, zweitem Aspekt der Erfindung und drittem Aspekt der Erfindung. Es wird davon ausgegangen, dass der Einfluss einer ortsunabhängigen und/oder einer ortsabhängigen Magnetfeldänderung bekannt ist - beispielsweise wie oben beschrieben unter Verwendung von Sensoren gemessen wurde. Der Einfluss der Magnetfeldänderungen kann allgemein als Δ Β 0 ( r ,t )

Figure DE102019216759A1_0002
(ortsabhängige Magnetfeldänderung), als ΔB0(t) (ortsunabhängige Magnetfeldänderung) oder auch als Δ Β 0 ( r ,t )
Figure DE102019216759A1_0003
(statische Inhomogenität) bezeichnet werden. Die Magnetfeldänderungen Δ Β 0 ( r ,t )
Figure DE102019216759A1_0004
können auch als resultierende Frequenzänderungen δ ( r ,t )
Figure DE102019216759A1_0005
des Kernspinresonanzspektrums verstanden werden. Die Begriffe werden daher synonym verwendet. Eine Änderung des Magnetfelds B0 während der Erfassung des Kernspinresonanzsignals (während der „acquisition time“, siehe oben) ändert die Präzessionsfrequenz aller Kernspins.A possible implementation of the method is explained below, in which the detected nuclear magnetic resonance signals in the form of FIDs are corrected or compensated for by the influence of a magnetic field change when the nuclear magnetic resonance signals are evaluated. The proposed implementation applies equally to the proposed methods according to the first aspect of the invention, the second aspect of the invention and the third aspect of the invention. It is assumed that the influence of a location-independent and / or a location-dependent change in the magnetic field is known - for example, it was measured using sensors as described above. The influence of the changes in the magnetic field can generally be called Δ Β 0 ( r , t )
Figure DE102019216759A1_0002
(location-dependent magnetic field change), as ΔB 0 (t) (location-independent magnetic field change) or as Δ Β 0 ( r , t )
Figure DE102019216759A1_0003
(static inhomogeneity). The magnetic field changes Δ Β 0 ( r , t )
Figure DE102019216759A1_0004
can also be called resulting frequency changes δ ( r , t )
Figure DE102019216759A1_0005
of the nuclear magnetic resonance spectrum can be understood. The terms are therefore used synonymously. A change in the magnetic field B0 During the acquisition of the nuclear magnetic resonance signal (during the "acquisition time", see above) the precession frequency of all nuclear spins changes.

Der allgemeine Fall von ortsabhängigen Magnetfeldänderungen Δ Β 0 ( r ,t )

Figure DE102019216759A1_0006
kann vereinfacht wie folgt beschrieben werden: Aus einem jeden Volumenelement Vn der Messprobe kann ein Signalanteil FIDn(t) empfangen werden. Diese Einzelsignale sind mit einer lokalen Empfindlichkeit Sn(r̅) der magnetfeldsensitiven Detektions-Vorrichtung, beispielsweise einer Empfangsspule, gewichtet und erfahren je nach lokaler Magnetfeldänderung eine Frequenzverschiebung δ ( r ,t )
Figure DE102019216759A1_0007
(hier diskretisiert als δn(t)) gemäß: FID ( t ) = n = 1 N FID n ( t ) = n = 1 N S n FID hom ( t ) exp ( i δ n ( t ) t )                = FID hom ( t ) n = 1 N S n exp ( i δ n ( t ) t ) ,
Figure DE102019216759A1_0008
wobei ein FID einer bestimmten Substanz in einem homogenen Magnetfeld B0 vereinfacht beschrieben werden kann durch: FID hom ( t ) = k a k exp { i ϖ k t } exp { t / T 2 } .
Figure DE102019216759A1_0009
The general case of location-dependent changes in the magnetic field Δ Β 0 ( r , t )
Figure DE102019216759A1_0006
can be described in simplified form as follows: A signal component FID n (t) can be received from each volume element V n of the measurement sample. These individual signals are weighted with a local sensitivity S n (r̅) of the magnetic field-sensitive detection device, for example a receiving coil, and experience a frequency shift depending on the local change in the magnetic field δ ( r , t )
Figure DE102019216759A1_0007
(here discretized as δ n (t)) according to: FID ( t ) = n = 1 N FID n ( t ) = n = 1 N S. n FID hom ( t ) exp ( i δ n ( t ) t ) = FID hom ( t ) n = 1 N S. n exp ( i δ n ( t ) t ) ,
Figure DE102019216759A1_0008
being an FID of a given substance in a homogeneous magnetic field B0 can be simplified by: FID hom ( t ) = k a k exp { i ϖ k t } exp { - t / T 2 } .
Figure DE102019216759A1_0009

Das Signal setzt sich aus den charakteristischen Frequenzen ωk der unterschiedlich gebundenen Kerne in der Messprobe und deren Gewichtungen ak sowie einer Dämpfung durch den sogenannten T2-Zerfall zusammen. Die Fourier-Transformation von FIDhom(t) entspricht dem ungestörten NMR-Spektrum der Messprobe.The signal is made up of the characteristic frequencies ω k of the differently bound nuclei in the test sample and their weightings a k as well as an attenuation caused by the so-called T2 decay. The Fourier transformation of FID hom (t) corresponds to the undisturbed NMR spectrum of the measurement sample.

Das gesuchte NMR-Spektrum, wie es ohne Einfluss der Magnetfeldänderung und/oder ohne Einfluss der statischen Magnetfeldinhomogenität erfassbar wäre - d.h. FIDhom(t) -, kann aus dem tatsächlich erfassten Kernspinresonanzsignal FID(t) mit Kenntnis der Spulensensitivitäten Sn und des Einflusses der Magnetfeldänderung Δ Β 0 ( r ,t )

Figure DE102019216759A1_0010
bzw. δn(t) rekonstruiert werden.The desired NMR spectrum, as it would be detectable without the influence of the magnetic field change and / or without the influence of the static magnetic field inhomogeneity - i.e. FID hom (t) - can be obtained from the actually recorded nuclear magnetic resonance signal FID (t) with knowledge of the coil sensitivities S n and the influence the change in the magnetic field Δ Β 0 ( r , t )
Figure DE102019216759A1_0010
or δ n (t) can be reconstructed.

Für den Fall einer ortsunabhängigen Magnetfeldänderung und unter Annahme einer räumlich konstanten Spulensensitivität Sn = 1 gilt: FID drift ( t ) = k a k exp { i [ ϖ k + δ ( t ) t ] } exp { t/T 2 }                = FID hom ( t ) exp { i δ ( t ) t } .

Figure DE102019216759A1_0011
In the case of a location-independent change in the magnetic field and assuming a spatially constant coil sensitivity S n = 1, the following applies: FID drift ( t ) = k a k exp { i [ ϖ k + δ ( t ) t ] } exp { - t / t 2 } = FID hom ( t ) exp { i δ ( t ) t } .
Figure DE102019216759A1_0011

Die zeitabhängige Frequenz δ(t) beschreibt eine zeitabhängige Änderung der Larmor-Frequenz während des FID durch die zeitabhängige Magnetfeldänderung. Mit Kenntnis der zeitabhängigen Phasenverschiebung im FID - beispielsweise durch Messung wie oben ausgeführt - lässt sich das ungestörte Kernspinresonanzsignal FIDhom(t) rechnerisch nach obiger Formel rekonstruieren.The time-dependent frequency δ (t) describes a time-dependent change in the Larmor frequency during the FID due to the time-dependent one Change in magnetic field. With knowledge of the time-dependent phase shift in the FID - for example by measuring as explained above - the undisturbed nuclear magnetic resonance signal FID hom (t) can be reconstructed arithmetically using the above formula.

Für den Fall einer zeitlich konstanten (statischen) Magnetfeldinhomogenität (vgl. dritter Aspekt der Erfindung) und ebenfalls unter Annahme einer räumlich konstanten Spulensensitivität Sn = 1 gilt: FID inhom ( t ) = n = 1 N k a k exp { i [ ϖ k + δ n ] t } exp { t/T 2 }                = FID hom ( t ) n = 1 N exp { i δ n t }

Figure DE102019216759A1_0012
For the case of a temporally constant (static) magnetic field inhomogeneity (see third aspect of the invention) and also assuming a spatially constant coil sensitivity S n = 1, the following applies: FID inhom ( t ) = n = 1 N k a k exp { i [ ϖ k + δ n ] t } exp { - t / t 2 } = FID hom ( t ) n = 1 N exp { i δ n t }
Figure DE102019216759A1_0012

Analog kann mit Kenntnis der aufsummierten, ortsabhängigen Phasenverschiebung - beispielsweise durch Messung der ortsabhängigen Magnetfeldinhomogenität wie oben ausgeführt - das ungestörte Kernspinresonanzsignal FIDhom(t) rechnerisch nach obiger Formel rekonstruiert werden.Similarly, with knowledge of the cumulative, location-dependent phase shift - for example by measuring the location-dependent magnetic field inhomogeneity as explained above - the undisturbed nuclear magnetic resonance signal FID hom (t) can be reconstructed mathematically according to the above formula.

In einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Einfluss während der NMR-Spektroskopiemessung, insbesondere während der Erfassung des zumindest einen Kernspinresonanzsignals, in Abhängigkeit des ermittelten Einflusses aktiv kompensiert, insbesondere verhindert. Derart kann der Einfluss durch aktives Gegensteuern abgeschwächt (d.h. um zumindest eine Größenordnung verringert) und bevorzugt vollständig kompensiert werden. Insbesondere kann der Einfluss besonders gut kompensiert werden, wenn dieser auf Grund der vorgeschlagenen Auswertung bekannt (d.h. Dimension, Richtung) ist. In einer Ausführungsform wird der Einfluss durch Steuern und/oder Regeln und/oder Anpassen eines elektromagnetischen Überlagerungsfelds B2 aktiv kompensiert. In einem Ausführungsbeispiel wird der Einfluss durch Bestromenen einer Kompensationsspule aktiv kompensiert. Alternativ oder zusätzlich dazu kann der Einfluss durch mechanische Veränderung der Magnet-Vorrichtung aktiv kompensiert werden. Eine mechanische Veränderung der Magnet-Vorrichtung umfasst dabei beispielsweise die Änderung eines Abstands von Magneten, eine mechanische Verzerrung (Stauchung, Scherung, Torsion oder dergleichen) von Magneten oder dergleichen. Alternativ oder zusätzlich ist denkbar, das mobile NMR-Spektrometer durch eine geeignete Lagerung derart zu bewegen, dass dem Einfluss der Magnetfeldänderung aktiv entgegengewirkt wird. Beispielsweise kann durch gegenläufige Drehung des NMR-Spektrometers mittels einer motorisierten Bühne einer während einer Fahrt in einer Kurve wirkenden Magnetfeldänderung entgegengewirkt werden. Somit ist es möglich, das mittels der Magnet-Vorrichtung erzeugte statische Magnetfeld B0 weiterhin konstant und insbesondere homogen zu halten. Insbesondere eignen sich diese Ausführungsbeispiele besonders im Falle einer ortsunabhängigen Magnetfeldänderung. Alternativ oder zusätzlich kann auch der Einfluss einer ortsabhängigen Magnetfeldänderung mittels einer Mehrzahl von Elektromagneten, beispielsweise kleinen Spulen („Shim-Spulen“), durch sogenanntes „aktives Shimming“ realisiert werden. An die einzelnen Elektromagneten wird jeweils ein geeigneter elektrischer Strom angelegt, um Korrekturfelder zu erzeugen, welche in Überlagerung mit dem Magnetfeld B0 der Magnet-Vorrichtung das Magnetfeld B0 im Messvolumen homogen machen und einen Einfluss einer Magnetfeldänderung kompensieren. Während Verfahren aus dem Stand der Technik eine Vorab-Kalibrierung zur Durchführung eines aktiven Shimings benötigen, erlaubt es das erfindungsgemäße Verfahren, die Kompensation kontinuierlich oder zumindest quasi-kontinuierlich, insbesondere in Echtzeit, durchzuführen. Mit einer Kompensation in Echtzeit ist insbesondere gemeint, dass die Verarbeitungsdauer bis zur Ausführung der Kompensation weniger als 60 Sekunde, insbesondere weniger als 20 Sekunden, ganz insbesondere weniger als 1 Sekunde beträgt. Insbesondere basierend auf einer Antizipation einer Magnetfeldänderung (siehe oben) kann ein besonders genaue Kompensation in Echtzeit erreicht werden.In one embodiment of the method, the influence during the NMR spectroscopy measurement, in particular during the acquisition of the at least one nuclear magnetic resonance signal, is actively compensated, in particular prevented, as a function of the determined influence. In this way, the influence can be weakened (ie reduced by at least one order of magnitude) by active countermeasures and preferably completely compensated for. In particular, the influence can be compensated particularly well if it is known (ie dimension, direction) on the basis of the proposed evaluation. In one embodiment, the influence is achieved by controlling and / or regulating and / or adapting an electromagnetic superimposition field B2 actively compensated. In one embodiment, the influence is actively compensated by energizing a compensation coil. As an alternative or in addition to this, the influence can be actively compensated for by changing the magnetic device mechanically. A mechanical change in the magnet device includes, for example, a change in a distance between magnets, mechanical distortion (compression, shear, torsion or the like) of magnets or the like. As an alternative or in addition, it is conceivable to move the mobile NMR spectrometer by means of suitable mounting in such a way that the influence of the change in the magnetic field is actively counteracted. For example, by rotating the NMR spectrometer in opposite directions by means of a motorized stage, a change in the magnetic field that acts while driving in a curve can be counteracted. It is thus possible to use the static magnetic field generated by means of the magnet device B0 continue to be kept constant and, in particular, homogeneous. In particular, these exemplary embodiments are particularly suitable in the case of a location-independent change in the magnetic field. Alternatively or additionally, the influence of a location-dependent change in the magnetic field can also be implemented by means of a plurality of electromagnets, for example small coils (“shim coils”), by what is known as “active shimming”. A suitable electric current is applied to the individual electromagnets in order to generate correction fields which are superimposed on the magnetic field B0 the magnetic device the magnetic field B0 make homogeneous in the measurement volume and compensate for the influence of a change in the magnetic field. While methods from the prior art require a preliminary calibration in order to carry out active shiming, the method according to the invention allows the compensation to be carried out continuously or at least quasi-continuously, in particular in real time. Compensation in real time means, in particular, that the processing time until the compensation is carried out is less than 60 seconds, in particular less than 20 seconds, in particular less than 1 second. In particular, based on an anticipation of a change in the magnetic field (see above), a particularly precise compensation can be achieved in real time.

In einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Einfluss vermieden und/oder kompensiert, indem unter Verwendung der Sensordaten ein Zeitpunkt ermittelt wird, zu dem der Einfluss einer ortsabhängigen Magnetfeldänderungen und/oder einer ortsunabhängigen Magnetfeldänderungen verhältnismäßig gering, insbesondere vernachlässigbar, ist, wobei die NMR-Spektroskopiemessung, insbesondere die Erfassung des zumindest einen Kernspinresonanzsignals, zu diesem Zeitpunkt durchgeführt wird. Unter „verhältnismäßig gering“ ist dabei zu verstehen, dass der Zeitpunkt derart gewählt, insbesondere antizipiert wird, zu dem der Einfluss am geringsten wirkt. Alternativ oder zusätzlich ist denkbar, „verhältnismäßig gering“ mittels eines Schwellwerts zu definieren, beispielsweise derart, dass der Einfluss während der Dauer der Erfassung des Kernspinresonanzsignals so stark verringert wirkt, dass er nicht mehr als 50 ppm, insbesondere nicht mehr als 15 ppm, ganz insbesondere nicht mehr als 1 ppm beträgt. Erfindungsgemäß kann mittels der Sensordaten ein Bewegungsmuster erkannt werden und aus dem Bewegungsmuster Zeitpunkte identifiziert und vorausberechnet werden, zu denen ein besonders geringer oder vernachlässigbarer Einfluss absehbar, d.h. extrapolierbar, ist. Die Berechnung der Zeitpunkte könnte in einem Ausführungsbeispiel mit geeigneten Algorithmen, insbesondere mit Methoden selbstlernender Verfahren, ganz insbesondere mit Methoden künstlicher Intelligenz, realisiert werden. Beispielsweise ist denkbar, die Stampfbewegung eines Hochseetankers mittels Beschleunigungssensoren zu erfassen und aus den Sensordaten diejenigen Zeitpunkte zu extrapolieren, zu denen das Schiff sich in den Umkehrpunkten der Stampfbewegung befindet. Wird anschließend eine NMR-Spektroskopiemessung zu diesen Zeitpunkten der Umkehrpunkte durchgeführt, so kann der Einfluss einer Mangetfeldänderung vorteilhaft gering gehalten werden.In one embodiment of the method, the influence is avoided and / or compensated by using the sensor data to determine a point in time at which the influence of a location-dependent magnetic field change and / or a location-independent magnetic field change is relatively small, in particular negligible, with the NMR spectroscopy measurement , in particular the acquisition of the at least one nuclear magnetic resonance signal, is carried out at this point in time. In this context, “relatively low” is to be understood as the fact that the point in time is selected, in particular anticipated, at which the influence is least effective. Alternatively or additionally, it is conceivable to define “relatively low” by means of a threshold value, for example in such a way that the influence during the duration of the acquisition of the nuclear magnetic resonance signal is so much reduced that it does not exceed 50 ppm, in particular not more than 15 ppm, entirely in particular is not more than 1 ppm. According to the invention, a movement pattern can be recognized by means of the sensor data and points in time can be identified from the movement pattern and calculated in advance at which a particularly small or negligible influence can be foreseen, ie extrapolated. In one exemplary embodiment, the times could be calculated using suitable algorithms, in particular using methods of self-learning methods, in particular using methods of artificial intelligence. For example, it is conceivable that the pitching movement of a deep-sea tanker is by Detect acceleration sensors and extrapolate those points in time from the sensor data at which the ship is at the reversal points of the pitching movement. If an NMR spectroscopy measurement is then carried out at these points in time of the reversal points, the influence of a magnetic field change can advantageously be kept low.

In einem zweiten Aspekt der Erfindung geht diese aus von einem Verfahren zum Betrieb eines mobilen NMR-Spektrometers, wobei während einer NMR-Spektroskopiemessung mittels einer Magnet-Vorrichtung des mobilen NMR-Spektrometers ein statisches Magnetfeld B0 erzeugt wird sowie mittels einer magnetfeldsensitiven Detektions-Vorrichtung des mobilen NMR-Spektrometers ein Anregungssignal B1 gesendet und zumindest ein Kernspinresonanzsignal erfasst wird. Erfindungsgemäß wird ein Einfluss von während der NMR-Spektroskopiemessung, insbesondere von während der Erfassung des zumindest einen Kernspinresonanzsignals, wirkenden ortsabhängigen Magnetfeldänderungen und/oder ortsunabhängigen Magnetfeldänderungen auf das zumindest eine erfasste Kernspinresonanzsignal nach Durchführung der NMR-Spektroskopiemessung, insbesondere nach Erfassung des zumindest einen Kernspinresonanzsignals, bei einer Auswertung des zumindest einen Kernspinresonanzsignals kompensiert.In a second aspect of the invention, this is based on a method for operating a mobile NMR spectrometer, with a static magnetic field during an NMR spectroscopy measurement by means of a magnetic device of the mobile NMR spectrometer B0 is generated and an excitation signal is generated by means of a magnetic field-sensitive detection device of the mobile NMR spectrometer B1 sent and at least one nuclear magnetic resonance signal is detected. According to the invention, an influence of location-dependent magnetic field changes and / or location-independent magnetic field changes acting during the NMR spectroscopy measurement, in particular during the acquisition of the at least one nuclear magnetic resonance signal, on the at least one acquired nuclear magnetic resonance signal after performing the NMR spectroscopy measurement, in particular after acquiring the at least one nuclear magnetic resonance signal, compensated in an evaluation of the at least one nuclear magnetic resonance signal.

Die oben diskutierten Aspekte und Definitionen, insbesondere zum NMR-Spektrometer und dessen Funktionsweise, zur Magnet-Vorrichtung, zur magnetfeldsensitiven Detektions-Vorrichtung, zur NMR-Spektroskopie, zum Begriff „mobil“, zum Ausdruck „während der NMR-Spektroskopiemessung“, zur Steuervorrichtung, zu Magnetfeldänderungen, insbesondere ortsunabhängigen und ortsabhängigen Magnetfeldänderungen, sowie zum Einfluss dieser Magnetfeldänderungen und dessen Größenordnung, können analog für den zweiten Aspekt der Erfindung gelten. Gemäß vorgeschlagenem Verfahren nach zweitem Aspekt der Erfindung ist nun jedoch denkbar, dass der Einfluss von während der NMR-Spektroskopiemessung, insbesondere von während der Erfassung des zumindest einen Kernspinresonanzsignals, wirkenden ortsabhängigen Magnetfeldänderungen und/oder ortsunabhängigen Magnetfeldänderungen auf das zumindest eine erfasste Kernspinresonanzsignal ohne Verwendung von Sensordaten eines Sensors kompensiert wird.The aspects and definitions discussed above, in particular for the NMR spectrometer and its mode of operation, for the magnetic device, for the magnetic field-sensitive detection device, for NMR spectroscopy, for the term “mobile”, for the expression “during the NMR spectroscopy measurement”, for the control device , to magnetic field changes, in particular location-independent and location-dependent magnetic field changes, as well as to the influence of these magnetic field changes and their order of magnitude, can apply analogously to the second aspect of the invention. According to the proposed method according to the second aspect of the invention, however, it is now conceivable that the influence of location-dependent magnetic field changes and / or location-independent magnetic field changes acting during the NMR spectroscopy measurement, in particular during the acquisition of the at least one nuclear magnetic resonance signal, on the at least one acquired nuclear magnetic resonance signal without the use of Sensor data of a sensor is compensated.

Dabei kann auch ein kombinatorischer bzw. überlagerter Einfluss ortsabhängiger Magnetfeldänderungen und/oder ortsunabhängiger Magnetfeldänderungen und/oder statischer Magnetfeldinhomogenitäten gemäß den vorgeschlagenen erfindungsgemäßen Verfahren nach zweitem Aspekt kompensiert werden.A combinatorial or superimposed influence of location-dependent magnetic field changes and / or location-independent magnetic field changes and / or static magnetic field inhomogeneities can also be compensated according to the proposed method according to the invention according to the second aspect.

Unter „bei einer Auswertung“ ist zu verstehen, dass die Kompensation a-posteriori im Rahmen der Auswertung, Aufbereitung oder Analyse des zumindest einen erfassten Kernspinresonanzsignals erfolgt. Folglich muss das Kernspinresonanzsignal unter diesem Aspekt der Erfindung zuvor gemessen worden sein, um anschließend den Einfluss der Magnetfeldänderung bei der Auswertung zu kompensieren.“During an evaluation” is to be understood as meaning that the a-posteriori compensation takes place within the framework of the evaluation, processing or analysis of the at least one recorded nuclear magnetic resonance signal. Consequently, under this aspect of the invention, the nuclear magnetic resonance signal must have been measured beforehand in order to subsequently compensate for the influence of the change in the magnetic field during the evaluation.

Das erfindungsgemäße Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ermöglicht es gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten NMR-Spektrometern, NMR-Spektroskopiemessungen auch unter Einfluss von während der NMR-Spektroskopiemessung, insbesondere von während der Erfassung des Kernspinresonanzsignals, wirkenden ortsabhängigen und/oder ortsunabhängigen Magnetfeldänderungen sinnvoll durchzuführen, indem auftretende Einflüsse „aposteriori“ bei einer Auswertung der Kernspinresonanzsignale kompensiert werden. Dies bedeutet, dass die bei der Auswertung nach Durchführung der Kompensation ermittelten Kernspinresonanzsignale weiterhin derart hochqualitativ ermittelbar sind, dass ein ermitteltes Zeitsignal fouriertransformiert und die enthaltenen Frequenzanteile nach Frequenz und Amplitude ausgewertet werden können. Ein tatsächlicher Einfluss von Bindungszuständen und damit eine Molekülstruktur der Messprobe wird vorteilhaft auch während eines mobilen - bewegten bzw. sich bewegenden - Einsatzes des NMR-Spektrometers messbar und sinnvoll auswertbar. Insbesondere werden auf diese Weise uneingeschränkte, d.h. qualitativ hochwertige, NMR-Spektroskopiemessungen mit einem sich bewegenden - mobilen - NMR-Spektrometer ermöglicht. Ferner kann auf diese Weise eine besonders effektive und konstruktiv einfache „a posteriori“-Kompensation mittels softwarebasierter Korrektur des zumindest einen Kernspinresonanzsignals durch Herausrechnen des Einflusses der ortsabhängigen und/oder ortsunbhängigen Magnetfeldänderung erfolgen. Insbesondere sind keine speziellen Vorkehrungen zur aktiven Kompensation am NMR-Spektrometer notwendig. Ferner kann das Verfahren auf diese Weise bevorzugt computerimplementiert gestaltet werden.The method according to the invention according to the second aspect of the invention enables, compared to the prior art known NMR spectrometers, NMR spectroscopy measurements also under the influence of location-dependent and / or location-independent magnetic field changes during the NMR spectroscopy measurement, in particular during the acquisition of the nuclear magnetic resonance signal to be carried out sensibly by compensating for any influences occurring "a posteriori" when evaluating the nuclear magnetic resonance signals. This means that the nuclear magnetic resonance signals determined during the evaluation after the compensation has been carried out can still be determined in such high quality that a determined time signal can be Fourier transformed and the frequency components contained can be evaluated according to frequency and amplitude. An actual influence of binding states and thus a molecular structure of the measurement sample can advantageously also be measured and sensibly evaluated during a mobile - moving or moving - use of the NMR spectrometer. In particular, this enables unrestricted, i.e. high-quality, NMR spectroscopy measurements with a moving - mobile - NMR spectrometer. Furthermore, in this way a particularly effective and structurally simple “a posteriori” compensation can take place by means of software-based correction of the at least one nuclear magnetic resonance signal by calculating the influence of the location-dependent and / or location-independent magnetic field change. In particular, no special precautions are necessary for active compensation on the NMR spectrometer. Furthermore, the method can be designed in this way preferably in a computer-implemented manner.

In einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Einfluss unter Verwendung des zumindest einen erfassten Kernspinresonanzsignals ermittelt, insbesondere berechnet oder ausgewertet. Auf diese Weise kann der Einfluss auch ohne weitere Erfassung des Einfluss einer Magnetfeldänderung mittels Sensoren durch geeignete Datenauswertemethoden aus dem Kernspinresonanzsignal ermittelt werden.In one embodiment of the method, the influence is determined, in particular calculated or evaluated, using the at least one detected nuclear magnetic resonance signal. In this way, the influence can also be determined from the nuclear magnetic resonance signal without further recording the influence of a change in the magnetic field by means of sensors using suitable data evaluation methods.

In einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Einfluss durch Verrechnen des zumindest einen erfassten Kernspinresonanzsignals mit einer Korrekturfunktion kompensiert. Zu den Vorteilen hinsichtlich der Korrekturfunktion wird auf obige Textstellen im Zusammenhang mit der Korrekturfunktion gemäß erstem Aspekt der Erfindung verwiesen, die hier analog gelten. Insbesondere die vorgeschlagenen Ausführungsbeispiele und Funktionen gelten hier ebenfalls. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass die durch Auswertung ermittelte Korrekturfunktion anschließend zur Kompensation des Einflusses auf das zumindest eine erfasste Kernspinresonanzsignal angewandt werden kann.In one embodiment of the method, the influence is compensated for by offsetting the at least one acquired nuclear magnetic resonance signal with a correction function. To the advantages with regard to the correction function, reference is made to the above text passages in connection with the correction function according to the first aspect of the invention, which apply analogously here. In particular, the proposed exemplary embodiments and functions also apply here. The invention is based on the knowledge that the correction function determined by evaluation can then be used to compensate for the influence on the at least one detected nuclear magnetic resonance signal.

In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Korrekturfunktion aus dem zumindest einen Kernspinresonanzsignal ermittelt, insbesondere berechnet oder ausgewertet, indem aus einem Vergleich einer charakteristischen Eigenschaft des zumindest einen Kernspinresonanzsignals, insbesondere einer Position und/oder einer Linienform eines Peaks im Kernspinresonanzsignal, mit einem, insbesondere vorgegebenen oder vorgebbaren, Erwartungswert bezüglich der charakteristischen Eigenschaft, insbesondere einer Sollposition und/oder einer Soll-Linienform des Peaks, eine Abweichung ermittelt wird, wobei die Korrekturfunktion derart gewählt wird, dass bei Verrechnen des zumindest einen Kernspinresonanzsignals mit der Korrekturfunktion die Abweichung minimiert wird, insbesondere Null wird. Auf diese Weise kann ein besonders effizientes Verfahren angegeben werden, bei dem durch numerische Anpassung die Korrekturfunktion berechnet wird. Insbesondere können zur Anpassung der Korrekturfunktion beliebige mathematische Optimierungs-Modelle (beispielsweise Parametervariation, „least-square“-Methode oder dergleichen) genutzt werden.In one embodiment of the method, the correction function is determined from the at least one nuclear magnetic resonance signal, in particular calculated or evaluated by comparing a characteristic property of the at least one nuclear magnetic resonance signal, in particular a position and / or a line shape of a peak in the nuclear magnetic resonance signal, with a, in particular predetermined or predeterminable expected value with respect to the characteristic property, in particular a target position and / or a target line shape of the peak, a deviation is determined, the correction function being selected such that when the at least one nuclear magnetic resonance signal is offset against the correction function, the deviation is minimized, in particular Becomes zero. In this way, a particularly efficient method can be specified in which the correction function is calculated by numerical adaptation. In particular, any mathematical optimization models (for example parameter variation, “least square” method or the like) can be used to adapt the correction function.

In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Korrekturfunktion aus dem zumindest einen Kernspinresonanzsignal ermittelt, insbesondere berechnet oder ausgewertet, indem eine niederfrequente Störung und/oder eine lineare Änderung und/oder eine nicht-lineare Änderungen eines zeitlichen Verlaufs der Phase des zumindest einen Kernspinresonanzsignals ermittelt wird, wobei die Korrekturfunktion derart gewählt wird, dass bei Verrechnen des zumindest einen Kernspinresonanzsignals mit der Korrekturfunktion die niederfrequente Störung und/oder die lineare und/oder nicht-lineare Änderungen der Phase minimiert wird, insbesondere Null wird. Niederfrequent bezeichnet hier einen Frequenzbereich von 0 Hz (Magnetfeldänderung als Drift) bis 1 kHz (Vibrationen). Auf diese Weise können ungewöhnliche Phasenverläufe - beispielsweise dem Phasenverlauf zu Grunde liegende periodische Schwankungen oder lineare Anstiege oder dergleichen - als Grundlage für die Ermittlung einer niederfrequenten Störung und/oder einer linearen und/oder nicht-linearen Änderung dienen. Insbesondere ist denkbar, aus einem FID-Verlauf eines erfassten Kernspinresonanzsignals eine ortsunabhängige Magnetfeldänderung als lineare, quadratische, kubische oder periodische Änderung der Phase zu ermitteln. Ferner können bei der Ermittlung der Korrekturfunktion die typische Bewegung des NMR-Spektrometers betreffende Annahmen einfließen, beispielsweise eine Periodizität bezüglich der Bewegung eines am Arm bewegten NMR-Spektrometers, eine Periodizität bezüglich der Bewegung eines im Schiff bewegten NMR-Spektrometers, Frequenzen einer Vibration auf Grund einer Bewegung des NMR-Spektrometers in einem Auto oder dergleichen. Mit diesen Annahmen kann eine Störung besonders genau und effizient kompensiert werden.In one embodiment of the method, the correction function is determined from the at least one nuclear magnetic resonance signal, in particular calculated or evaluated, in that a low-frequency interference and / or a linear change and / or a non-linear change in a time profile of the phase of the at least one nuclear magnetic resonance signal is determined, wherein the correction function is chosen such that when the at least one nuclear magnetic resonance signal is offset against the correction function, the low-frequency interference and / or the linear and / or non-linear changes in the phase are minimized, in particular zero. Here, low-frequency refers to a frequency range from 0 Hz (magnetic field change as drift) to 1 kHz (vibrations). In this way, unusual phase profiles - for example periodic fluctuations or linear increases or the like on which the phase profile is based - can serve as the basis for determining a low-frequency interference and / or a linear and / or non-linear change. In particular, it is conceivable to determine a location-independent change in the magnetic field as a linear, quadratic, cubic or periodic change in phase from an FID curve of a detected nuclear magnetic resonance signal. In addition, assumptions relating to the typical movement of the NMR spectrometer can be incorporated into the determination of the correction function, for example a periodicity with regard to the movement of an NMR spectrometer moved on the arm, a periodicity with regard to the movement of an NMR spectrometer moved in the ship, frequencies of a vibration due to it movement of the NMR spectrometer in a car or the like. With these assumptions, a disturbance can be compensated for particularly precisely and efficiently.

In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Korrekturfunktion unter Verwendung einer Mehrzahl von, insbesondere sequentiell oder parallel, erfassten Kernspinresonanzsignalen ermittelt, indem zumindest ein, insbesondere zeitabhängiger, Unterschied zwischen den erfassten Kernspinresonanzsignalen ermittelt wird, wobei die Korrekturfunktion derart gewählt wird, dass bei Verrechnen der Kernspinresonanzsignale mit der Korrekturfunktion der zumindest eine, insbesondere zeitabhängige, Unterschied minimiert wird, insbesondere Null wird. Insbesondere kann die Ermittlung der Korrekturfunktion auch auf eine Mehrzahl von Unterschieden gestützt werden, um die Güte der Korrekturfunktion vorteilhaft zu erhöhen. Derart lässt sich aus dem Vergleich von Kernspinresonanzsignalen, insbesondere mit ungestörten Kernspinresonanzsignalen als Erwartungswert, eine Korrekturfunktion ermitteln, die im Falle nur leicht gestörter Kernspinresonanzsignale (z.B. stark verbreiterte Peaks) auf diese angewendet und diese folglich korrigiert werden können. Insbesondere können die derart korrigierten Kernspinresonanzsignale der Mehrzahl als Teil einer Gesamtmessung verwendet und gemittelt werden. In einer Ausführungsform des Verfahrens wird zur Ermittlung von, insbesondere zeitabhängigen, Unterschieden ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis, eine Linienbreite zumindest eines Peaks, eine Position zumindest eines Peaks, eine Höhe (Intensität) zumindest eines Peaks, eine Fläche zumindest eines Peaks oder eine Lagebeziehung (wie beispielsweise bei durch Kopplung hervorgerufene Multipletts) zumindest eines Peaks, ein Verhältnis einer maximalen Amplitude zu einer Amplitude am Ende eines FID-Verlaufs und/oder ein teilweiser oder gesamter FID-Verlauf der Kernspinresonanzsignale ausgewertet.In one embodiment of the method, the correction function is determined using a plurality of, in particular sequentially or parallel, acquired nuclear magnetic resonance signals by determining at least one, in particular time-dependent, difference between the acquired nuclear magnetic resonance signals, the correction function being selected in such a way that when the nuclear magnetic resonance signals are offset with the correction function, the at least one, in particular time-dependent, difference is minimized, in particular becomes zero. In particular, the determination of the correction function can also be based on a plurality of differences in order to advantageously increase the quality of the correction function. In this way, from the comparison of nuclear magnetic resonance signals, in particular with undisturbed nuclear magnetic resonance signals as the expected value, a correction function can be determined which, in the case of only slightly disturbed nuclear magnetic resonance signals (e.g. strongly broadened peaks), can be applied to these and these can consequently be corrected. In particular, the nuclear magnetic resonance signals of the plurality corrected in this way can be used and averaged as part of an overall measurement. In one embodiment of the method, to determine, in particular time-dependent, differences, a signal-to-noise ratio, a line width of at least one peak, a position of at least one peak, a height (intensity) of at least one peak, an area of at least one peak or a positional relationship (such as in the case of multiplets caused by coupling) of at least one peak, a ratio of a maximum amplitude to an amplitude at the end of an FID curve and / or a partial or entire FID curve of the nuclear magnetic resonance signals is evaluated.

In einer Ausführungsform des Verfahrens wird zumindest ein erfasstes Kernspinresonanzsignal aus der Mehrzahl von erfassten Kernspinresonanzsignalen bei der Ermittlung der Korrekturfunktion ausgeschlossen. Auf diese Weise können bei einer Berechnung einer Fourier-Transform eines aufsummierten Signals - in dem prinzipiell FIDs einer Mehrzahl von erfassten Kernspinresonanzsignalen aufsummiert werden - einzelne Kernspinresonanzsignale zur Erzielung eines verbesserten Signal-Rausch-Verhältnisses gezielt aus der Summation ausgeschlossen werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn ein temporärer Einfluss einer Magnetfeldänderung mit einer Dauer im Zeitbereich eines oder weniger einzelner erfasster Kernspinresonanzsignale wirkt, wobei der Einfluss zu einer starken Veränderung des Informationsgehaltes im entsprechenden Kernspinresonanzsignal führt.In one embodiment of the method, at least one recorded nuclear magnetic resonance signal is excluded from the plurality of recorded nuclear magnetic resonance signals when determining the correction function. In this way, when calculating a Fourier transform of a summed up signal - in which, in principle, FIDs of a plurality of acquired nuclear magnetic resonance signals are summed up - individual ones Nuclear magnetic resonance signals are specifically excluded from the summation to achieve an improved signal-to-noise ratio. This is particularly advantageous when a temporary influence of a magnetic field change with a duration in the time domain of one or a few individual detected nuclear magnetic resonance signals acts, the influence leading to a strong change in the information content in the corresponding nuclear magnetic resonance signal.

In einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein Kernspinresonanzsignal ausgeschlossen, wenn eine unerwartete Abweichung des Kernspinresonanzsignals von den weiteren Kernspinresonanzsignalen der Mehrzahl von erfassten Kernspinresonanzsignalen vorliegt. Dabei kann eine unerwartete Abweichung erkannt werden, indem die FIDs der Kenspinresonanzsignale oder die fourier-transformierten NMR-Spektren miteinander veglichen werden. Beispielsweise kann ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis mindestens eines Peaks in einem jeweiligen NMR-Spektrum, eine Linienbreite zumindest eines Peaks, eine Position zumindest eines Peaks, eine Höhe (Intensität) oder Fläche (integrierte Intensität) zumindest eines Peaks oder eine Lagebeziehung für jedes erfasste Kernspinresonanzsignal der Mehrzahl verglichen werden und bei einer unerwarteten Abweichung von der Auswertung ausgeschlossen werden. Insbesondere ist denkbar, eine Schwellwertbetrachtung zu nutzen, um basierend auf einer prozentualen Abweichung gezielt Kernspinresonanzsignale aus der Auswertung auszuschließen. Die Schwellwertbetrachtung kann sich beispielsweise auf einen vorgegebenen, insbesondere vorgebbaren, Erwartungswert beziehen und/oder auf die jeweils weiteren Kernspinresonanzsignale der Mehrzahl (wechselseitige Abweichung). Insbesondere eine Bewertung eines Kernspinresonanzsignals bezüglich mehrerer, insbesondere vorangegangener, weiterer Kernspinresonanzsignale erlaubt eine vorteilhafte Bewertung von einzelnen Kernspinresonanzsignalen auch im Falle dynamischer Magnetfeldänderungen. Beispielsweise kann ein Schwellwert bezüglich einer Positionsänderung eines Peaks ca. 1 % betragen (entsprechend 0,1 ppm bei 10 ppm spektraler Breite) oder ein Schwellwert bezüglich einer integrierten Intenstität (Flächenintegral) eines Peaks ca. 10 %. Weicht ein einzelnes Kernspinresonanzsignal um mehr als diesen Schwellwert von den übrigen Kernspinresonanzsignalen ab, so wird in einem Ausführungsbeispiel das Kernspinresonanzsignal von der Auswertung ausgeschlossen.In one embodiment of the method, a nuclear magnetic resonance signal is excluded if there is an unexpected deviation of the nuclear magnetic resonance signal from the further nuclear magnetic resonance signals of the plurality of detected nuclear magnetic resonance signals. An unexpected deviation can be recognized by comparing the FIDs of the K spin resonance signals or the Fourier-transformed NMR spectra. For example, a signal-to-noise ratio of at least one peak in a respective NMR spectrum, a line width of at least one peak, a position of at least one peak, a height (intensity) or area (integrated intensity) of at least one peak or a positional relationship for each detected nuclear magnetic resonance signal of the plurality can be compared and excluded from the evaluation in the event of an unexpected deviation. In particular, it is conceivable to use a threshold value observation in order to specifically exclude nuclear magnetic resonance signals from the evaluation based on a percentage deviation. The threshold value observation can relate, for example, to a predefined, in particular predeterminable, expected value and / or to the respective further nuclear magnetic resonance signals of the plurality (mutual deviation). In particular, an evaluation of a nuclear magnetic resonance signal with respect to a plurality of, in particular previous, further nuclear magnetic resonance signals allows an advantageous evaluation of individual nuclear magnetic resonance signals even in the case of dynamic magnetic field changes. For example, a threshold value with regard to a change in the position of a peak can be approx. 1% (corresponding to 0.1 ppm at 10 ppm spectral width) or a threshold value with regard to an integrated intensity (area integral) of a peak can be approx. 10%. If an individual nuclear magnetic resonance signal deviates by more than this threshold value from the other nuclear magnetic resonance signals, then in one embodiment the nuclear magnetic resonance signal is excluded from the evaluation.

In einem dritten Aspekt der Erfindung geht diese aus von einem Verfahren zum Betrieb eines NMR-Spektrometers, wobei während einer NMR-Spektroskopiemessung an einer Messprobe mittels einer Magnet-Vorrichtung des mobilen NMR-Spektrometers ein statisches Magnetfeld B0 erzeugt wird sowie mittels einer magnetfeldsensitiven Detektions-Vorrichtung des NMR-Spektrometers ein Anregungssignal B1 gesendet und zumindest ein Kernspinresonanzsignal erfasst wird. Erfindungsgemäß wird ein Einfluss einer Magnetfeldinhomogenität des statischen Magnetfelds B0 auf das zumindest eine erfasste Kernspinresonanzsignal bei einer Auswertung des zumindest einen Kernspinresonanzsignals kompensiert.In a third aspect of the invention, this is based on a method for operating an NMR spectrometer, with a static magnetic field during an NMR spectroscopy measurement on a measurement sample by means of a magnetic device of the mobile NMR spectrometer B0 is generated and an excitation signal is generated by means of a magnetic field-sensitive detection device of the NMR spectrometer B1 sent and at least one nuclear magnetic resonance signal is detected. According to the invention, there is an influence of a magnetic field inhomogeneity of the static magnetic field B0 compensated for the at least one detected nuclear magnetic resonance signal during an evaluation of the at least one nuclear magnetic resonance signal.

Die oben diskutierten Aspekte und Definitionen, insbesondere zum NMR-Spektrometer und dessen Funktionsweise, zur Magnet-Vorrichtung, zur magnetfeldsensitiven Detektions-Vorrichtung, zur NMR-Spektroskopie, zum Ausdruck „während der NMR-Spektroskopiemessung“, zur Steuervorrichtung, zu Magnetfeldinhomogenitäten, sowie zum Einfluss dieser Magnetfeldinhomogenitäten und dessen Größenordnung, können analog für den dritten Aspekt der Erfindung gelten. Gemäß vorgeschlagenem Verfahren nach drittem Aspekt der Erfindung ist nun jedoch denkbar, dass der Einfluss von statischen, d.h. zeitunabhängigen, Magnetfeldinhomogenitäten auf eine NMR-Spektroskopiemessung kompensiert werden kann. Gemäß drittem Aspekt der Erfindung wird ein Einfluss einer zeitunabhängigen Magnetfeldinhomogenität des statischen Magnetfelds B0 auf das zumindest eine erfasste Kernspinresonanzsignal bei einer Auswertung des zumindest einen Kernspinresonanzsignals kompensiert. Unter einer Magnetfledinhomogenität ist insbesondere eine statische Magnetfeldinhomogenität Δ Β 0 ( r ,t )

Figure DE102019216759A1_0013
zu verstehen, bei der das Magnetfeld B0 je nach Position r
Figure DE102019216759A1_0014
innerhalb des Messvolumens unterschiedliche Beträge aufweist. Die Magnetfeldinhomogenität bleibt dabei während der NMR-Spektroskopiemessung statisch, d.h. zeitlich unveränderlich. Statische Magnetfeldinhomogenitäten können beispielsweise bei Verwendung einer an sich inhomogenen Magnet-Vorrichtung vorliegen. Ferner kann ein ursprünglich homogenes Magnetfeld inhomogen werden, beispielsweise durch das Einbringen einer Probe in das Messvolumen, durch Überlagerung mit inhomogenen, insbesondere externen, Magnetfeldern (z.B. auf Grund magnetischer Objekte in der Nähe des NMR-Spektrometers), oder durch Alterung oder starke Temperaturgradienten innerhalb der Magnet-Vorrichtung. Eine Kompensation des Einflusses derartiger statischer Magnetfeldinhomogenitäten ermöglicht es, NMR-Spektroskopiemessungen mit einer prinzipiell inhomogenen Magnet-Vorrichtung und/oder unter Einfluss von während einer NMR-Spektroskopiemessung wirkenden ortsabhängigen Magnetfeldänderungen durchzuführen.The aspects and definitions discussed above, in particular for the NMR spectrometer and its mode of operation, for the magnetic device, for the magnetic field-sensitive detection device, for NMR spectroscopy, for the expression “during the NMR spectroscopy measurement”, for the control device, for magnetic field inhomogeneities, as well as for The influence of these magnetic field inhomogeneities and its magnitude can apply analogously to the third aspect of the invention. According to the proposed method according to the third aspect of the invention, however, it is now conceivable that the influence of static, ie time-independent, magnetic field inhomogeneities on an NMR spectroscopy measurement can be compensated. According to a third aspect of the invention, there is an influence of a time-independent magnetic field inhomogeneity of the static magnetic field B0 compensated for the at least one detected nuclear magnetic resonance signal during an evaluation of the at least one nuclear magnetic resonance signal. A magnetic field inhomogeneity is in particular a static magnetic field inhomogeneity Δ Β 0 ( r , t )
Figure DE102019216759A1_0013
to understand when the magnetic field B0 depending on the position r
Figure DE102019216759A1_0014
has different amounts within the measurement volume. The magnetic field inhomogeneity remains static during the NMR spectroscopy measurement, ie it does not change over time. Static magnetic field inhomogeneities can be present, for example, when using an inherently inhomogeneous magnet device. Furthermore, an originally homogeneous magnetic field can become inhomogeneous, for example due to the introduction of a sample into the measurement volume, due to superimposition with inhomogeneous, in particular external, magnetic fields (e.g. due to magnetic objects in the vicinity of the NMR spectrometer), or due to aging or strong temperature gradients within the magnet device. Compensation for the influence of such static magnetic field inhomogeneities makes it possible to carry out NMR spectroscopy measurements with a principally inhomogeneous magnetic device and / or under the influence of location-dependent magnetic field changes acting during an NMR spectroscopy measurement.

Unter „bei einer Auswertung“ ist auch hier zu verstehen, dass die Kompensation a-posteriori im Rahmen der Auswertung, Aufbereitung oder Analyse des zumindest einen erfassten Kernspinresonanzsignals erfolgt. Folglich muss das Kernspinresonanzsignal unter diesem Aspekt der Erfindung zuvor gemessen worden sein, um anschließend den Einfluss der Magnetfeldänderung bei der Auswertung zu kompensieren.Here, too, “during an evaluation” is to be understood as meaning that the a-posteriori compensation takes place within the framework of the evaluation, processing or analysis of the at least one recorded nuclear magnetic resonance signal. So it must Nuclear magnetic resonance signal under this aspect of the invention have been measured beforehand in order to subsequently compensate for the influence of the change in the magnetic field during the evaluation.

In einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Einfluss unter Verwendung einer BO-Feldverteilungskarte (auch als Inhomogenitätskarte oder Frequenzverschiebungskarte bezeichenbar) kompensiert. Derart kann eine besonders einfache und effiziente Kompensation durchgeführt werden. Die BO-Feldverteilungskarte wird dabei einer das Verfahren durchführenden Steuervorrichtung bereitgestellt. Insbesondere ist denkbar, dass die BO-Feldverteilungskarte durch die Konstruktion der Magnet-Vorrichtung bekannt ist. Beispielsweise kann eine sogenannte „single-sided“ Magnet-Vorrichtung derart konstruiert sein, dass das Magnetfeld B0 in zwei Raumdimensionen homogen ist und in eine dritte Dimension einen linearen Feldgradienten aufweist. Die BO-Feldverteilungskarte kann in diesem Fall bereits bei der Herstellung des Magneten mittels Simulation oder durch Vermessen bestimmt worden und zur Bereitstellung in diesem Verfahren gespeichert worden sein. In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die BO-Feldverteilungskarte unter Verwendung von ortsaufgelöst erfassten Sensordaten ermittelt, insbesondere erfasst oder gemessen, wobei die Sensordaten mittels einer Mehrzahl von verteilt angeordneten magnetfeldsensitiven Sensoren ortsaufgelöst erfasst werden. Magnetfeldsensitive Sensoren wurden oben bereits diskutiert - die Ausführungen gelten ebenfalls hier. Grundsätzlich ist eine eindimensionale (längenauflösende), zweidimensionale (flächenauflösende) oder dreidimensionale (volumenauflösende) Anordnung der Sensoren in Form eines 1D-, 2D- oder 3D-Arrays denkbar. Durch die Wahl der Anzahl und räumlichen Anordnung der, insbesondere magnetfeldsensitiven, Sensoren ist es möglich, dass eine lineare, quadratische, oder kubische Auflösung des Einflusses einer statischen Magnetfeldinhomogenität bestimmt werden kann. Es sei angemerkt, dass die B0-Feldverteilungskarte durch Interpolieren von Sensordaten verfeinert werden kann. In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die BO-Feldverteilungskarte mittels eines bildgebenden Gradienten-Systems ermittelt. Derartige Gradienten-Systeme sind für bildgebende MRT-Messsysteme prinzipiell bekannt. Denkbar ist, mittels einer, insbesondere zweier, ganz insbesondere mittels dreier, Spulen jeweils in eine definierte Raumrichtung einen Magnetfeldgradienten zu erzeugen. Dabei werden mindestens zwei (beispielsweise dreidimensionale) Bilder einer Probe, insbesondere der Messprobe, erfasst, wobei sich die Messungen durch ihre Echo-Zeit TE, d.h. die Zeit zwischen Anregungspuls und Signalaufzeichnung, unterscheiden. Ausgewertet wird die Phasendifferenz der beiden Bilder, d.h. wie stark sich die Phase der Kernspins an jedem Ort der Probe innerhalb der Echozeitendifferenz geändert hat. Diese Phasendifferenz ist ein Maß für die lokale Larmor-Frequenz und somit für die lokale Frequenzverschiebung. Aus der Differenz der zumindest zwei Bildern kann somit eine lokale Feldstärkenverteilung ermittelt werden. In einem Ausführungsbeispiel wird die BO-Feldverteilungskarte unmittelbar vor und/oder nach Erfassung des Kernspinresonanzsignals ermittelt. „Unmittelbar“ bezeichnet dabei, dass ein zeitlicher Abstand von NMR-Spektroskopiemessung und Erfassung der BO-Feldverteilungskarte weniger als 60 Sekunden beträgt, insbesondere weniger als 20 Sekunden beträgt, ganz insbesondere weniger als 1 Sekunde beträgt. Insbesondere ist denkbar, mittels des Gradienten-Systems die BO-Feldverteilungskarte unmittelbar in Gegenwart Messprobe, d.h. an der Messprobe, zu erfassen.In one embodiment of the method, the influence is compensated for using a BO field distribution map (which can also be referred to as an inhomogeneity map or a frequency shift map). A particularly simple and efficient compensation can be carried out in this way. The BO field distribution map is provided to a control device performing the method. In particular, it is conceivable that the BO field distribution map is known from the construction of the magnetic device. For example, a so-called “single-sided” magnet device can be constructed in such a way that the magnetic field B0 is homogeneous in two spatial dimensions and has a linear field gradient in a third dimension. In this case, the BO field distribution map can already have been determined during the manufacture of the magnet by means of simulation or by measurement and stored for provision in this method. In one embodiment of the method, the BO field distribution map is determined, in particular recorded or measured, using spatially resolved sensor data, the sensor data being recorded spatially resolved by means of a plurality of distributed magnetic field-sensitive sensors. Magnetic field-sensitive sensors have already been discussed above - the statements also apply here. In principle, a one-dimensional (length-resolving), two-dimensional (surface-resolving) or three-dimensional (volume-resolving) arrangement of the sensors in the form of a 1D, 2D or 3D array is conceivable. By choosing the number and spatial arrangement of the sensors, in particular those sensitive to magnetic fields, it is possible to determine a linear, quadratic or cubic resolution of the influence of a static magnetic field inhomogeneity. It should be noted that the B0 field distribution map can be refined by interpolating sensor data. In one embodiment of the method, the BO field distribution map is determined by means of an imaging gradient system. Such gradient systems are known in principle for imaging MRT measuring systems. It is conceivable to generate a magnetic field gradient in a defined spatial direction by means of one, in particular two, very particularly by means of three coils. At least two (for example three-dimensional) images of a sample, in particular the measurement sample, are recorded, the measurements differing in their echo time TE, ie the time between the excitation pulse and signal recording. The phase difference between the two images is evaluated, ie how much the phase of the nuclear spins has changed at each location of the sample within the echo time difference. This phase difference is a measure for the local Larmor frequency and thus for the local frequency shift. A local field strength distribution can thus be determined from the difference between the at least two images. In one embodiment, the BO field distribution map is determined immediately before and / or after the magnetic resonance signal is detected. “Immediately” here means that a time interval between the NMR spectroscopy measurement and the acquisition of the BO field distribution map is less than 60 seconds, in particular less than 20 seconds, and in particular less than 1 second. In particular, it is conceivable to use the gradient system to record the BO field distribution map directly in the presence of the measurement sample, ie on the measurement sample.

In einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Einfluss unter Verwendung einer durchgeführten Referenz-NMR-Spektroskopiemessung ermittelt, insbesondere erfasst oder gemessen. Dabei ist insbesondere ein ungestörtes Referenz-Kernspinresonanzsignal bekannt. Derart kann ein bekanntes Referenzspektrum, beispielsweise einer bekannten Substanz, genutzt werden, um den Einfluss eines inhomogenen Magnetfelds zu detektieren. Das mittels der Referenz-NMR-Spektroskopiemessung gemessene gestörte Referenz-Kernspinresonanzsignal, insbesondere ein Referenz-FID, kann - wie oben bereits ausgeführt - genutzt werden, um den Einfluss zu berechnen oder zu modellieren. Für den Fall einer statischen Magnetfeldinhomogenität und unter Annahme einer räumlich konstanten Spulensensitivität Sn = 1 gilt: FID inhom ( t ) = n = 1 N k a k exp { i [ ϖ k + δ n ] t } exp { t/T 2 }                = FID hom ( t ) n = 1 N exp { i δ n t }

Figure DE102019216759A1_0015
In one embodiment of the method, the influence is determined, in particular recorded or measured, using a reference NMR spectroscopy measurement that has been carried out. In particular, an undisturbed reference nuclear magnetic resonance signal is known. In this way, a known reference spectrum, for example a known substance, can be used to detect the influence of an inhomogeneous magnetic field. The disturbed reference nuclear magnetic resonance signal measured by means of the reference NMR spectroscopy measurement, in particular a reference FID, can - as already explained above - be used to calculate or model the influence. In the case of a static magnetic field inhomogeneity and assuming a spatially constant coil sensitivity S n = 1, the following applies: FID inhom ( t ) = n = 1 N k a k exp { i [ ϖ k + δ n ] t } exp { - t / t 2 } = FID hom ( t ) n = 1 N exp { i δ n t }
Figure DE102019216759A1_0015

Mit Kenntnis der aufsummierten, ortsabhängigen Phasenverschiebung - beispielsweise durch Messung der ortsabhängigen Magnetfeldinhomogenität wie oben ausgeführt - kann das ungestörte Kernspinresonanzsignal FIDhom(t) rechnerisch nach dieser Formel rekonstruiert werden. Alternativ können beliebige mathematische Optimierungsmodelle genutzt werden, um den Einfluss als mathematischen Parameter δn oder als Korrekturfunktion zu bestimmen. Der vorgeschlagenen Ausführungsform liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass ein mittels einer Referenz-NMR-Spektroskopiemessung ermittelter Parameter δn bzw. eine ermittelte Korrekturfunktion zur Durchführung der Kompensation auf eine weitere, im Wesentlichen parallel gemessene NMR-Spektroskopiemessung übertragen und angewandt werden kann. In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Referenz-NMR-Spektroskopiemessung an einer zur Messprobe separaten Referenzprobe durchgeführt. Insbesondere ist denkbar, die Referenzprobe an derselben Stelle zu vermessen, an der auch die Messprobe vermessen wird. Dies kann beispielsweise mittels eines Klappmechnismus im Messvolumen erreicht werden, wobei die Referenzprobe bei Einführen der Messprobe selbsttätig weggeklappt wird. In einer alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform wird die Referenz-NMR-Spektroskopiemessung an der (eigentlich zu vermessenden) Messprobe durchgeführt, nachdem der Messprobe ein Markermaterial zugefügt wurde. Wiederum alternativ oder zusätzlich wird die Messprobe einer Referenz-NMR-Spektroskopiemessung an einem vorgegebenen, insbesondere vorgebbaren, NMR-aktiven Kern unterzogen. In einem Ausführungsbeispiel kann somit das Referenzspektrum von der Messprobe selbst (beispielsweise gemessen an einem 1H, 13C, 14N, 15N, 19F oder einem anderen NMR-aktiven Kern der Messprobe) genommen werden oder von einer separaten Referenzprobe, oder von einer der Messprobe hinzugegebenen Referenzprobe (Markermaterial). Ferner ist denkbar, mehrere Referenzspektren auf mehreren Kernen, insbesondere mit mehreren RF-Spulen, zur Messung des Einflusses ortsabhängiger Magnetfeldänderungen zu nutzen. Hierdurch kann eine Anzahl mathematischer Gleichungen für das Finden der gesuchten Korrekturfunkton vorteilhaft erhöht werden.With knowledge of the accumulated, location-dependent phase shift - for example by measuring the location-dependent magnetic field inhomogeneity as explained above - the undisturbed nuclear magnetic resonance signal FID hom (t) can be reconstructed mathematically according to this formula. Alternatively, any mathematical optimization models can be used to determine the influence as a mathematical parameter δ n or as a correction function. The proposed embodiment is based on the knowledge that a parameter δ n determined by means of a reference NMR spectroscopic measurement or a determined correction function for performing the compensation can be transferred and applied to a further, essentially parallel measured NMR spectroscopic measurement. In one embodiment of the method, the reference NMR spectroscopy measurement is carried out on a separate sample from the measurement sample Reference sample carried out. In particular, it is conceivable to measure the reference sample at the same point at which the measurement sample is also measured. This can be achieved, for example, by means of a folding mechanism in the measurement volume, the reference sample being automatically folded away when the measurement sample is inserted. In an alternative or additional embodiment, the reference NMR spectroscopy measurement is carried out on the measurement sample (actually to be measured) after a marker material has been added to the measurement sample. Again, as an alternative or in addition, the measurement sample is subjected to a reference NMR spectroscopy measurement on a predefined, in particular predefinable, NMR-active core. In one embodiment, the reference spectrum can thus be taken from the measurement sample itself (for example measured on a 1H, 13C, 14N, 15N, 19F or another NMR-active nucleus of the measurement sample) or from a separate reference sample or from a reference sample added to the measurement sample (Marker material). It is also conceivable to use several reference spectra on several cores, in particular with several RF coils, to measure the influence of location-dependent changes in the magnetic field. As a result, a number of mathematical equations for finding the correction function sought can advantageously be increased.

In einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Einfluss durch Verrechnen des zumindest einen erfassten Kernspinresonanzsignals mit einer Korrekturfunktion kompensiert. Zu den Vorteilen hinsichtlich der Korrekturfunktion wird auf obige Textstellen im Zusammenhang mit der Korrekturfunktion gemäß erstem Aspekt der Erfindung verwiesen, die hier analog gelten. Insbesondere die vorgeschlagenen Ausführungsbeispiele und Funktionen gelten hier ebenfalls. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass die durch Auswertung ermittelte Korrekturfunktion anschließend zur Kompensation des Einflusses auf das zumindest eine erfasste Kernspinresonanzsignal angewandt werden kann.In one embodiment of the method, the influence is compensated for by offsetting the at least one acquired nuclear magnetic resonance signal with a correction function. Regarding the advantages with regard to the correction function, reference is made to the above text passages in connection with the correction function according to the first aspect of the invention, which apply analogously here. In particular, the proposed exemplary embodiments and functions also apply here. The invention is based on the knowledge that the correction function determined by evaluation can then be used to compensate for the influence on the at least one detected nuclear magnetic resonance signal.

In einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Einfluss während der NMR-Spektroskopiemessung, insbesondere während der Erfassung des zumindest einen Kernspinresonanzsignals, in Abhängigkeit des ermittelten Einflusses aktiv kompensiert. Insbesondere ist denkbar, dass der Einfluss durch Steuern und/oder Regeln und/oder Anpassen eines elektromagnetischen Überlagerungsfelds B2 aktiv kompensiert wird. Diese Ausführungsformen wurden bei den Ausführungsformen gemäß dem erstem Aspekt der Erfindung bereits diskutiert.In one embodiment of the method, the influence during the NMR spectroscopy measurement, in particular during the acquisition of the at least one nuclear magnetic resonance signal, is actively compensated as a function of the determined influence. In particular, it is conceivable that the influence by controlling and / or regulating and / or adapting an electromagnetic superimposition field B2 is actively compensated. These embodiments have already been discussed in connection with the embodiments according to the first aspect of the invention.

Es sei darauf hingewiesen, dass die Ausführungsformen gemäß erstem Aspekt der Erfindung, zweitem Aspekt der Erfindung sowie drittem Aspekt der Erfindung für sich genommen oder auch in Kombination miteinander realisiert werden können. Die Erfindung ermöglicht es folglich gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten NMR-Spektrometern, NMR-Spektroskopiemessungen auch unter Einfluss von während der NMR-Spektroskopiemessung, insbesondere von während der Erfassung des Kernspinresonanzsignals, wirkenden ortsabhängigen und/oder ortsunabhängigen Magnetfeldänderungen durchzuführen. Dies kann unter Verwendung von Sensoren (erster Aspekt der Erfindung) und/oder allein unter Verwendung des zumindest einen erfassten Kernspinresonanzsignals (zweiter Aspekt der Erfindung) erfolgen. Ferner erlaubt die Erfindung, NMR-Spektroskopiemessungen in inhomogenen Magnetfeldern durchzuführen (dritter Aspekt der Erfindung). Insbesondere werden auf diese Weise uneingeschränkte, d.h. qualitativ hochwertige, NMR-Spektroskopiemessungen mit einem sich bewegenden - mobilen - NMR-Spektrometer ermöglicht. Ein derartiges NMR-Spektrometer kann vorteilhaft bewegten Objekten zugeordnet betrieben werden, beispielsweise an Personen (Implantate, Wearables) in Fahrzeugen, Flugzeugen, Schiffen oder dergleichen, sowie auch in Umgebungen mit Magnetfeldschwankungen und/oder Temperaturschwankungen. Ferner sei angemerkt, dass eine „aposteriori“-Kompensation prinzipiell auch mit einer aktiven Kompensation kombinierbar ist. Darüber hinaus sei angemerkt, dass eine Kompensation nach einer der vorgeschlagenen Ausführungsformen (erster, zweiter oder dritter Aspekt der Erfindung) auch mit einer passiven Abschirmung des NMR-Spektrometers kombinierbar ist (passive Kompensation), beispielsweise mit einer das NMR-Spektrometer umgebenden Schicht aus µ-Metall oder einem das NMR-Spektrometer umgebenden RF-Käfig oder dergleichen. Insbesondere kann eine gute Abschirmung dem Einfluss einer Magnetfeldänderung vorbeugen und das beschriebene Verfahren vereinfachen. Insbesondere kann eine Verringerung von Magnetfeldänderungen durch aktive und/oder passive Kompensation eine „a-posteriori‟-Kompensation erheblich erleichtern. Aktive und passive Kompensationsmethoden können beispielsweise derart eingesetzt werden, dass eine kontrollierte, lineare, „langsame“ BO-Feldänderung auftritt, die eine vereinfachte „a-posteriori“-Kompensation im Rahmen einer vorgeschlagenen Auswertung ermöglicht.It should be pointed out that the embodiments according to the first aspect of the invention, the second aspect of the invention and the third aspect of the invention can be implemented individually or in combination with one another. The invention consequently makes it possible, in contrast to NMR spectrometers known from the prior art, to carry out NMR spectroscopy measurements also under the influence of location-dependent and / or location-independent magnetic field changes that act during the NMR spectroscopy measurement, in particular during the acquisition of the nuclear magnetic resonance signal. This can be done using sensors (first aspect of the invention) and / or solely using the at least one detected nuclear magnetic resonance signal (second aspect of the invention). The invention also allows NMR spectroscopy measurements to be carried out in inhomogeneous magnetic fields (third aspect of the invention). In particular, this enables unrestricted, i.e. high-quality, NMR spectroscopy measurements with a moving - mobile - NMR spectrometer. Such an NMR spectrometer can advantageously be operated in association with moving objects, for example on people (implants, wearables) in vehicles, aircraft, ships or the like, as well as in environments with magnetic field fluctuations and / or temperature fluctuations. It should also be noted that “a posteriori” compensation can in principle also be combined with active compensation. In addition, it should be noted that compensation according to one of the proposed embodiments (first, second or third aspect of the invention) can also be combined with passive shielding of the NMR spectrometer (passive compensation), for example with a layer of μ surrounding the NMR spectrometer -Metal or an RF cage surrounding the NMR spectrometer or the like. In particular, good shielding can prevent the influence of a change in the magnetic field and simplify the method described. In particular, reducing magnetic field changes through active and / or passive compensation can considerably facilitate an “a posteriori” compensation. Active and passive compensation methods can be used, for example, in such a way that a controlled, linear, “slow” BO field change occurs, which enables a simplified “a posteriori” compensation within the framework of a proposed evaluation.

In einem weiteren Aspekt der Erfindug wird ein, insbesondere mobiles, NMR-Spektrometer mit einer Magnet-Vorrichtung zur Erzeugung eines statischen Magnetfelds B0 sowie mit einer magnetfeldsensitiven Detektions-Vorrichtung zur Aussendung eines Anregungssignals B1 und zur Erfassung eines Kernspinresonanzsignals vorgeschlagen. Das NMR-Spektrometer weist erfindungsgemäß eine Steuervorrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, eines der erfindungsgemäßen Verfahren gemäß erstem Aspekt der Erfindung und/oder gemäß zweitem Aspekt der Erfindung und/oder gemäß drittem Aspekt der Erfindung auszuführen. Die hinsichtlich des erfindungsgemäßen Verfahrens gemachten Ausführungen sind analog auf das NMR-Spektrometer, insbesondere auf die Steuervorrichtung, übertragbar.In a further aspect of the invention there is an, in particular mobile, NMR spectrometer with a magnetic device for generating a static magnetic field B0 as well as with a magnetic field-sensitive detection device for emitting an excitation signal B1 and proposed for the acquisition of a nuclear magnetic resonance signal. According to the invention, the NMR spectrometer has a control device which is set up to perform one of the methods according to the invention according to the first aspect of the invention and / or according to the second aspect of the invention and / or according to the third aspect of Invention to carry out. The statements made with regard to the method according to the invention can be transferred analogously to the NMR spectrometer, in particular to the control device.

Ein derartiges NMR-Spektrometer kann vorteilhaft bewegten Objekten zugeordnet betrieben werden, beispielsweise an Personen (Implantate, Wearables), in Fahrzeugen, Flugzeugen, Schiffen oder dergleichen, sowie auch in Umgebungen mit Magnetfeldschwankungen und/oder Temperaturschwankungen.Such an NMR spectrometer can advantageously be operated in association with moving objects, for example on people (implants, wearables), in vehicles, aircraft, ships or the like, and also in environments with magnetic field fluctuations and / or temperature fluctuations.

Insbesondere wird ein Fahrzeug umfassend das vorgeschlagene NMR-Spektrometer vorgeschlagen. Das Fahrzeug kann beispielsweise ein PKW, ein LKW, eine Baumaschine, eine landwirtschaftliche Maschine, ein Schiff, ein U-Boot, eine Drohne, ein Flugzeugen, ein Raumschiff, ein Fahrrad oder dergleichen sein. Ferner wird ein mobiles Datenverarbeitungsgerät wie ein Smartphone oder ein mobiles, persönliches Gerät („personal device“) umfassend das vorgeschlagene NMR-Spektrometer vorgeschlagen. Ferner wird ein Implantat umfassend das vorgeschlagene NMR-Spektrometer vorgeschlagen.In particular, a vehicle comprising the proposed NMR spectrometer is proposed. The vehicle can be, for example, a car, a truck, a construction machine, an agricultural machine, a ship, a submarine, a drone, an aircraft, a spaceship, a bicycle or the like. Furthermore, a mobile data processing device such as a smartphone or a mobile, personal device (“personal device”) comprising the proposed NMR spectrometer is proposed. Furthermore, an implant comprising the proposed NMR spectrometer is proposed.

In einem weiteren Aspekt wird ein Computerprogramm vorgeschlagen. Das Computerprogramm ist eingerichtet, eines der vorherig genannten Verfahren auszuführen. Das Computerprogramm umfasst Anweisungen, die eine Prozessorvorrichtung veranlassen, ein entsprechendes Verfahren auszuführen.In a further aspect, a computer program is proposed. The computer program is set up to carry out one of the aforementioned methods. The computer program comprises instructions which cause a processor device to carry out a corresponding method.

Ferner wird ein computerlesbares Speichermedium vorgeschlagen, auf welchem das Computerprogramm hinterlegt, insbesondere gespeichert, ist. Speichermedien an sich sind einem Fachmann bekannt.Furthermore, a computer-readable storage medium is proposed on which the computer program is deposited, in particular stored. Storage media per se are known to a person skilled in the art.

FigurenlisteFigure list

Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Gleiche oder ähnliche Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche oder ähnliche Elemente.The invention is explained in more detail in the following description on the basis of exemplary embodiments shown in the drawings. The drawing, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into meaningful further combinations. The same or similar reference symbols in the figures designate the same or similar elements.

Es zeigen:

  • 1 ein perspektivische Darstellung einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen mobilen NMR-Spektrometers,
  • 2 ein Verfahrensdiagramm eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens gemäß erstem Aspekt der Erfindung,
  • 3 ein Verfahrensdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels des Verfahrens gemäß erstem Aspekt der Erfindung,
  • 4 ein Verfahrensdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels des Verfahrens gemäß erstem Aspekt der Erfindung,
  • 5 ein Verfahrensdiagramm eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens gemäß zweitem Aspekt der Erfindung,
  • 6 ein Verfahrensdiagramm eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens gemäß drittem Aspekt der Erfindung,
  • 7 ein Verfahrensdiagramm eines alternativen Ausführungsbeispiels des Verfahrens gemäß drittem Aspekt der Erfindung,
  • 8 schematische Darstellung der Kompensation von Kernspinresonanzsignalen gemäß einem der erfindungsgemäßen Verfahren.
Show it:
  • 1 a perspective view of an embodiment of the mobile NMR spectrometer according to the invention,
  • 2 a method diagram of an embodiment of the method according to the first aspect of the invention,
  • 3 a method diagram of a further embodiment of the method according to the first aspect of the invention,
  • 4th a method diagram of a further embodiment of the method according to the first aspect of the invention,
  • 5 a method diagram of an embodiment of the method according to the second aspect of the invention,
  • 6th a method diagram of an embodiment of the method according to the third aspect of the invention,
  • 7th a method diagram of an alternative embodiment of the method according to the third aspect of the invention,
  • 8th schematic representation of the compensation of nuclear magnetic resonance signals according to one of the methods according to the invention.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the exemplary embodiments

1 zeigt eine Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen mobilen, hier handgehaltenen, NMR-Spektrometers 10 in perspektivischer Darstellung. Das beispielhaft ausgeführte NMR-Spektrometer 10 weist ein Gehäuse 12 auf. In dem Gehäuse 12 ist eine Eingabevorrichtung 14 in Form von Betätigungselementen 14', geeignet zum Ein- und Ausschalten des NMR-Spektrometers 10, zum Starten und Konfigurieren eines Messvorgangs und zum Eingeben von Arbeitsparametern, untergebracht. Ferner ist in dem Gehäuse 12 eine Ausgabevorrichtung 16 zur Ausgabe von ermittelten Informationen sowie zur Ausgabe von Arbeitsparametern in Form eines Bildschirm 16' vorgesehen. Das NMR-Spektrometer 10 verfügt zum Transport und zu dessen Führung über einen Handgriff 18. Zur Energieversorgung des NMR-Spektrometer 10 weist das NMR-Spektrometer 10 einen stromnetzunabhängigen Energiespeicher (hier nicht näher dargestellt) in Form von wiederaufladbaren Akkus auf. Das NMR-Spektrometer 10 weist insbesondere eine Magnet-Vorrichtung 20 zur Erzeugung eines Magnetfelds B0 auf, eine magnetfeldsensitive Detektionsvorrichtung 22 zur Aussendung eines Anregungssignals B1 und zur Erfassung eines Kernspinresonanzsignals sowie eine Steuervorrichtung 24 zur Steuerung des NMR-Spektrometers 10 und zur Auswertung von mittels der magnetfeldsensitiven Detektikonsvorrichtung 22 erfassten Messsignalen, insbesondere Kernspinresonanzsignalen, auf. Die Magnet-Vorrichtung 20 ist als ein Permanentmagnet realisiert. Die magnetfeldsensitive Detektionsvorrichtung 22 ist als eine RF-Spule realisiert. Das NMR-Spektrometer 10 ist derart konzipiert, dass es ein Kernsprinresonanzspektrum einer Messprobe 30 aufnehmen kann. Das NMR-Spektrometer 10 weist ferner vier magnetfeldsensitive Sensoren 26 auf, die in einer quadratischen Array-Anordnung positioniert sind und derart einen Einfluss einer ortsabhängigen Magnetfeldänderung durch unmittelbare Messung des Magnetfelds registrieren. Die Steuervorrichtung 24 weist eine Steuerelektronik umfassend Mittel zur Kommunikation mit den anderen Komponenten des NMR-Spektrometers 10 auf, beispielsweise Mittel zur Steuerung und Regelung der magnetfeldsensitiven Detektionsvorrichtung 22 und zur Ansteuerung von magnetfeldsensitiven Sensoren 26. Die Steuervorrichtung 24 umfasst insbesondere eine (hier nicht näher dargestellte) Prozessorvorrichtung, eine Speichereinheit und ein in der Speichereinheit gespeichertes Computerprogramm. Das Computerprogramm ist eingerichtet, ein Verfahren, wie es in den 2-6 dargestellt ist, auszuführen und umfasst Anweisungen, die die Prozessorvorrichtung veranlassen, das entsprechende Verfahren auszuführen. Die Steuervorrichtung 24 ist hier somit zur Durchführung eines Verfahrens gemäß erstem, zweitem und dritten Aspekt der Erfindung eingerichtet. Die Steuervorrichtung 24 ist dazu eingerichtet, den Einfluss von während einer NMR-Spektroskopiemessung wirkenden ortsabhängigen Magnetfeldänderungen sowie von ortsunabhängigen Magnetfeldänderungen sowie von statischen Magnetfeldinhomogenitäten des mittels der Magnet-Vorrichtung 20 erzeugten Magnetfelds B0 auf mittels der magnetfeldsensitiven Detektions-Vorrichtung 22 erfasste Kernspinresonanzsignale zu kompensieren. 1 shows a view of an exemplary embodiment of a mobile, here hand-held, NMR spectrometer according to the invention 10 in perspective view. The exemplary NMR spectrometer 10 has a housing 12th on. In the case 12th is an input device 14th in the form of actuators 14 ' , suitable for switching the NMR spectrometer on and off 10 , for starting and configuring a measurement process and for entering work parameters. It is also in the housing 12th an output device 16 for the output of determined information as well as for the output of working parameters in the form of a screen 16 ' intended. The NMR spectrometer 10 has a handle for transport and guidance 18th . For the energy supply of the NMR spectrometer 10 instructs the NMR spectrometer 10 an energy storage device (not shown in more detail here) in the form of rechargeable batteries. The NMR spectrometer 10 in particular has a magnet device 20th to generate a magnetic field B0 on, a magnetic field sensitive detection device 22nd for sending out an excitation signal B1 and for detecting a nuclear magnetic resonance signal and a control device 24 to control the NMR spectrometer 10 and for evaluating by means of the magnetic field-sensitive detection device 22nd detected measurement signals, in particular nuclear magnetic resonance signals. The magnet device 20th is realized as a permanent magnet. The magnetic field sensitive detection device 22nd is implemented as an RF coil. The NMR spectrometer 10 is designed in such a way that there is a nuclear magnetic resonance spectrum of a measurement sample 30th can accommodate. The NMR spectrometer 10 also has four magnetic field sensitive sensors 26th in a square array- Arrangement are positioned and thus register an influence of a location-dependent change in the magnetic field by direct measurement of the magnetic field. The control device 24 has control electronics comprising means for communication with the other components of the NMR spectrometer 10 on, for example means for controlling and regulating the magnetic field-sensitive detection device 22nd and to control magnetic field sensitive sensors 26th . The control device 24 comprises in particular a processor device (not shown here), a memory unit and a computer program stored in the memory unit. The computer program is set up, a method as described in 2-6 is illustrated, to execute and comprises instructions that cause the processor device to execute the corresponding method. The control device 24 is thus set up here to carry out a method according to the first, second and third aspects of the invention. The control device 24 is set up to measure the influence of location-dependent magnetic field changes acting during an NMR spectroscopy measurement as well as location-independent magnetic field changes and static magnetic field inhomogeneities by means of the magnetic device 20th generated magnetic field B0 on by means of the magnetic field-sensitive detection device 22nd to compensate detected nuclear magnetic resonance signals.

2-6 zeigen jeweils ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Betrieb eines mobilen NMR-Spektrometers 10 gemäß des ersten, zweiten bzw. dritten Aspekts der Erfindung. 2-6 each show an exemplary embodiment of a method for operating a mobile NMR spectrometer 10 according to the first, second and third aspects of the invention, respectively.

In 2 ist ein Verfahrensdiagramm 100 gezeigt, das ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens gemäß erstem Aspekt der Erfindung zum Betrieb eines mobilen NMR-Spektrometers 10 wiedergibt. Das Verfahren dient dem Betrieb des mobilen NMR-Spektrometers 10 wie in 1 gezeigt, wobei während einer NMR-Spektroskopiemessung an einer Messprobe 30 mittels der Magnet-Vorrichtung 20 des mobilen NMR-Spektrometers 10 ein statisches Magnetfeld B0 erzeugt wird sowie mittels einer magnetfeldsensitiven Detektions-Vorrichtung 22 ein Anregungssignal B1 gesendet und zumindest ein Kernspinresonanzsignal erfasst wird. In einem ersten Verfahrensschritt 102 wird mittels der Magnet-Vorrichtung 20 das statische Magnetfeld B0 erzeugt, das über einen Zeitraum aufrechterhalten wird, in dem zumindest die Verfahrensschritte 104 und 106 ausgeführt werden. In Verfahrensschritt 104 werden die Sensorendaten der vier magnetfeldsensitiven Sensoren 26 kontinuierlich ausgelesen, um einen Einfluss von ortsabhängigen (Sensoren geben jeweils unterschiedliche Sensordaten aus) und ortsunabhängigen Magnetfeldänderung (Sensoren geben jeweils gleiche Sensordaten aus) ortsaufgelöst zu ermitteln. Das kontinuierliche Auslesen erfolgt wiederum über einen Zeitraum, in dem zumindest der Verfahrensschritt 106 ausgeführt wird. Alternativ oder zusätzlich zu dieser Ermittlung des Einflusses - beispielsweise zur Erhöhung der Genauigkeit durch Mittelung - ist denkbar, den Einfluss unter Verwendung einer zeitlich zumindest während des Zeitraums, in dem der Verfahrensschritt 106 ausgeführt wird, durchgeführten Referenz-NMR-Spektroskopiemessung zu ermitteln (hier nicht für sich dargestellt) und zur Kompensation heranzuziehen. Die Referenz-NMR-Spektroskopiemessung kann dabei beispielsweise an einer zur Messprobe separaten Referenzprobe durchgeführt werden (hier ebenfalls nicht näher dargestellt). Insbesondere kann basierend auf beiden Erfassungsmethoden (Sensordaten von Sensoren und Sensordaten von Referenz-NMR-Spektroskopiemessung) ein Mittelwert des Einflusses gebildet werden und derart eine Genauigkeit bei der Ermittlung des Einflusses erhöht werden. In Verfahrensschritt 106 wird mittels der magnetfeldsensitiven Detektions-Vorrichtung 22 des mobilen NMR-Spektrometers 10 ein Anregungssignal B1 gesendet und ein Kernspinresonanzsignal von der Messprobe erfasst. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Magnetfeldänderung nach Durchführung der NMR-Spektroskopiemessung (d.h. nach Verfahrensschritten 106) bei der Auswertung der Kernspinresonanzsignale kompensiert. Dazu wird in Verfahrensschritt 108 zunächst aus den in Verfahrensschritt 104 erfassten Sensordaten der (überlagerte) Einfluss von während der NMR-Spektroskopiemessung wirkenden ortsabhängigen und ortsunabhängigen Magnetfeldänderungen und Magnetfeldinhomogenitäten des Magnetfelds B0 auf das zumindest eine erfasste Kernspinresonanzsignal ermittelt und eine Korrekturfunktion berechnet, wobei die Korrekturfunktion die Magnetfeldänderungen und die Magnetfeldinhomogenität in Form einer ortsabhängigen Phasenverschiebung der Kernspins bzw. in Form einer ortsunabhängigen Phasenverschiebungen der Kernspins berücksichtigt. In Unterverfahrensschritte 110 wird anschließend der Einfluss durch Verrechnen mit der berechneten Korrekturfunktion kompensiert. Das Verfahren kann prinzipiell wiederholt ausgeführt werden.In 2 is a process diagram 100 shown, the one embodiment of the method according to the first aspect of the invention for operating a mobile NMR spectrometer 10 reproduces. The procedure is used to operate the mobile NMR spectrometer 10 as in 1 shown, wherein during an NMR spectroscopy measurement on a measurement sample 30th by means of the magnet device 20th of the mobile NMR spectrometer 10 a static magnetic field B0 is generated as well as by means of a magnetic field-sensitive detection device 22nd an excitation signal B1 sent and at least one nuclear magnetic resonance signal is detected. In a first process step 102 is by means of the magnet device 20th the static magnetic field B0 generated, which is maintained over a period of time in which at least the process steps 104 and 106 are executed. In process step 104 the sensor data of the four magnetic field sensitive sensors 26th continuously read out in order to determine the influence of location-dependent (sensors each output different sensor data) and location-independent magnetic field changes (sensors each output the same sensor data) in a spatially resolved manner. The continuous reading takes place over a period of time in which at least the process step 106 is performed. As an alternative or in addition to this determination of the influence - for example to increase the accuracy by averaging - it is conceivable to use a temporally at least during the period in which the method step 106 is carried out, to determine the reference NMR spectroscopy measurement carried out (not shown here by itself) and to use it for compensation. The reference NMR spectroscopy measurement can be carried out, for example, on a reference sample separate from the measurement sample (also not shown here). In particular, based on both detection methods (sensor data from sensors and sensor data from reference NMR spectroscopy measurement), an average value of the influence can be formed and the accuracy in determining the influence can be increased in this way. In process step 106 is by means of the magnetic field-sensitive detection device 22nd of the mobile NMR spectrometer 10 an excitation signal B1 and a nuclear magnetic resonance signal is recorded from the measurement sample. In the exemplary embodiment shown here, the change in the magnetic field is determined after the NMR spectroscopy measurement has been carried out (ie after process steps 106 ) compensated for the evaluation of the nuclear magnetic resonance signals. This is done in process step 108 initially from the in process step 104 recorded sensor data the (superimposed) influence of location-dependent and location-independent magnetic field changes and magnetic field inhomogeneities of the magnetic field acting during the NMR spectroscopy measurement B0 determined on the at least one detected nuclear magnetic resonance signal and calculates a correction function, the correction function taking into account the magnetic field changes and the magnetic field inhomogeneity in the form of a location-dependent phase shift of the nuclear spins or in the form of a location-independent phase shift of the nuclear spins. In sub-steps 110 the influence is then compensated by offsetting with the calculated correction function. In principle, the method can be carried out repeatedly.

In 3 ist ein Verfahrensdiagramm 200 gezeigt, das ein weiteres Ausführungsbeispiel des Verfahrens gemäß erstem Aspekt der Erfindung zum Betrieb eines mobilen NMR-Spektrometers 10 wiedergibt. In einem ersten Verfahrensschritt 202 wird mittels der Magnet-Vorrichtung 20 das statische Magnetfeld B0 erzeugt, das über einen Zeitraum aufrechterhalten wird, in dem zumindest die Verfahrensschritte 204 und 206 ausgeführt werden. In Verfahrensschritt 204 werden die Sensorendaten der vier magnetfeldsensitiven Sensoren 26 kontinuierlich ausgelesen, um einen Einfluss einer ortsunabhängigen Magnetfeldänderung durch Mittelung der Sensordaten zu ermitteln. Während des kontinuierlichen Auslesens werden zeitabhängig Sensordaten und daraus ein zeitabhängiger Einfluss der Magnetfeldänderung ermittelt. Gleichzeitig wird - basierend auf dem zeitabhängigen Verlauf des bereits erfassten Einflusses - ein für den Zeitpunkt der Durchführung des Verfahrensschritts 206 wirkender Einfluss „in die Zukunft“ extrapoliert, sodass der Einfluss dann für diesen Zeitpunkt bekannt ist und als Grundlage der aktiven Kompensation zumindest während der Ausführung von Verfahrensschritt 206 verwendet werden kann. In Verfahrensschritt 206 wird mittels der magnetfeldsensitiven Detektions-Vorrichtung 22 des mobilen NMR-Spektrometers 10 ein Anregungssignal B1 gesendet und ein Kernspinresonanzsignal von der Messprobe erfasst. Gleichzeitig erfolgt in Verfahrensschritt 208 durch, insbesondere kontinuierliches, Anpassen der Bestromung einer Kompensationsspule eine Kompensation des extrapolierten Einflusses der Magnetfeldänderung. Es sei darauf hingewiesen, dass das Verfahren hier in einer kontinuierlichen Schleife ablaufen kann, dargstellt durch den gestrichelten Pfeil.In 3 is a process diagram 200 shown, the another embodiment of the method according to the first aspect of the invention for operating a mobile NMR spectrometer 10 reproduces. In a first process step 202 is by means of the magnet device 20th the static magnetic field B0 generated, which is maintained over a period of time in which at least the process steps 204 and 206 are executed. In process step 204 the sensor data of the four magnetic field sensitive sensors 26th read out continuously in order to determine the influence of a location-independent change in the magnetic field by averaging the sensor data. Sensor data are time-dependent during the continuous readout and from this a time-dependent influence of the change in the magnetic field is determined. At the same time - based on the time-dependent course of the influence that has already been recorded - a for the time at which the method step is carried out 206 effective influence "into the future" is extrapolated, so that the influence is then known for this point in time and as the basis of the active compensation at least during the execution of the process step 206 can be used. In process step 206 is by means of the magnetic field-sensitive detection device 22nd of the mobile NMR spectrometer 10 an excitation signal B1 and a nuclear magnetic resonance signal is recorded from the measurement sample. At the same time takes place in process step 208 by, in particular continuously, adapting the energization of a compensation coil, a compensation of the extrapolated influence of the magnetic field change. It should be pointed out that the method here can run in a continuous loop, shown by the dashed arrow.

In 4 ist ein Verfahrensdiagramm 300 gezeigt, das ein weiteres Ausführungsbeispiel des Verfahrens gemäß erstem Aspekt der Erfindung zum Betrieb eines mobilen NMR-Spektrometers 10 wiedergibt. In einem ersten Verfahrensschritt 302 wird mittels der Magnet-Vorrichtung 20 das statische Magnetfeld B0 erzeugt, das über einen Zeitraum aufrechterhalten wird, in dem zumindest die Verfahrensschritte 304 bis 308 ausgeführt werden. In Verfahrensschritt 304 werden die Sensorendaten eines magnetfeldsensitiven Sensors 26 kontinuierlich ausgelesen, um einen Einfluss einer ortsunabhängigen Magnetfeldänderung aus den Sensordaten zu ermitteln. Während des kontinuierliche Auslesens werden zeitabhängige Sensordaten und daraus ein zeitabhängiger Einfluss der Magnetfeldänderung ermittelt. In Verfahrensschritt 306 wird unter Verwendung der Sensordaten ein Zeitpunkt ermittelt, zu dem der Einfluss der ortsunabhängigen Magnetfeldänderung (voraussichtlich) verhältnismäßig gering, insbesondere vernachlässigbar, ist. Ist dieser Zeitpunkt erreicht, wird in Verfahrensschritt 308 mittels der magnetfeldsensitiven Detektions-Vorrichtung 22 des mobilen NMR-Spektrometers 10 ein Anregungssignal B1 gesendet und ein Kernspinresonanzsignal von der Messprobe erfasst. Durch Abpassen des Zeitpunktes, zu dem der Einfluss der Magnetfeldänderung gering ist, kann der Einfluss auf das erfasste Kernspinresonanzsignal vermieden (und somit kompensiert) werden. Dieses Verfahren kann ebenfalls wiederholt durchgeführt werden.In 4th is a process diagram 300 shown, the another embodiment of the method according to the first aspect of the invention for operating a mobile NMR spectrometer 10 reproduces. In a first process step 302 is by means of the magnet device 20th the static magnetic field B0 generated, which is maintained over a period of time in which at least the process steps 304 to 308 are executed. In process step 304 the sensor data of a magnetic field sensitive sensor 26th read out continuously in order to determine the influence of a location-independent change in the magnetic field from the sensor data. During the continuous readout, time-dependent sensor data and, from this, a time-dependent influence of the magnetic field change are determined. In process step 306 using the sensor data, a point in time is determined at which the influence of the location-independent change in the magnetic field is (presumably) relatively small, in particular negligible. If this point in time is reached, process step 308 by means of the magnetic field sensitive detection device 22nd of the mobile NMR spectrometer 10 an excitation signal B1 and a nuclear magnetic resonance signal is recorded from the measurement sample. By adjusting the point in time at which the influence of the change in the magnetic field is small, the influence on the acquired nuclear magnetic resonance signal can be avoided (and thus compensated). This Procedure can also be carried out repeatedly.

In 5 ist ein Verfahrensdiagramm 400 gezeigt, dass ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens gemäß zweitem Aspekt der Erfindung zum Betrieb eines mobilen NMR-Spektrometers 10 wiedergibt. Das Verfahren dient dem Betrieb eines mobilen NMR-Spektrometers 10 wie in 1 gezeigt, wobei während einer NMR-Spektroskopiemessung an einer Messprobe 30 mittels der Magnet-Vorrichtung 20 des mobilen NMR-Spektrometers 10 ein statisches Magnetfeld B0 erzeugt wird sowie mittels einer magnetfeldsensitiven Detektions-Vorrichtung 22 ein Anregungssignal B1 gesendet und zumindest ein Kernspinresonanzsignal erfasst wird. In einem ersten Verfahrensschritt 402 wird mittels der Magnet-Vorrichtung 20 das statische Magnetfeld B0 erzeugt, das über einen Zeitraum aufrechterhalten wird, in dem zumindest die Verfahrensschritte 404 und 406 ausgeführt werden. In Verfahrensschritt 404 wird mittels der magnetfeldsensitiven Detektions-Vorrichtung 22 des mobilen NMR-Spektrometers 10 ein Anregungssignal B1 gesendet und ein Kernspinresonanzsignal von der Messprobe erfasst. In Verfahrensschritt 406 wird ein Einfluss von während der NMR-Spektroskopiemessung, insbesondere von während der Erfassung des zumindest einen Kernspinresonanzsignals, wirkenden ortsabhängigen und/oder ortsunabhängigen Magnetfeldänderungen auf das zumindest eine erfasste Kernspinresonanzsignal bei der Auswertung des zumindest einen Kernspinresonanzsignals und unter Verwendung des zumindest einen erfassten Kernspinresonanzsignals kompensiert. Dabei wird der Einfluss durch Verrechnen des zumindest einen erfassten Kernspinresonanzsignals mit einer Korrekturfunktion kompensiert. Dazu wird in Unterverfahrensschritt 410 die Korrekturfunktion aus dem zumindest einen Kernspinresonanzsignal ermittelt, indem aus einem Vergleich einer Position eines Peaks im Kernspinresonanzsignal mit einem Erwartungswert, insbesondere einer Sollposition, eine Abweichung ermittelt wird, wobei die Korrekturfunktion derart gewählt wird, dass bei Verrechnen des zumindest einen Kernspinresonanzsignals mit der Korrekturfunktion die Abweichung minimiert wird, insbesondere Null wird. Alternativ oder zusätzlich zu Verfahrensschritt 410 wird in Verfahrensschritt 412 die Korrekturfunktion aus dem zumindest einen Kernspinresonanzsignal ermittelt, indem eine niederfrequente Störung eines zeitlichen Verlaufs der Phase des zumindest einen Kernspinresonanzsignals ermittelt wird, wobei die Korrekturfunktion derart gewählt wird, dass bei Verrechnen des zumindest einen Kernspinresonanzsignals mit der Korrekturfunktion die niederfrequente Störung minimiert wird, insbesondere Null wird. Alternativ oder zusätzlich zu Verfahrensschritten 410 und 412 wird in Verfahrensschritt 414 die Korrekturfunktion unter Verwendung einer Mehrzahl von, insbesondere sequentiell erfassten Kernspinresonanzsignalen ermittelt, indem zumindest ein Unterschied zwischen den erfassten Kernspinresonanzsignalen ermittelt wird, wobei die Korrekturfunktion derart gewählt wird, dass bei Verrechnen der Kernspinresonanzsignale mit der Korrekturfunktion der zumindest eine Unterschied minimiert wird, insbesondere Null wird. Dabei wird zur Ermittlung des zumindest einen Unterschieds eine Position zumindest eines Peaks im NMR-Spektrum ausgewertet. Dieses Verfahren kann ebenfalls wiederholt durchgeführt werden.In 5 is a process diagram 400 shown that an embodiment of a method according to the second aspect of the invention for operating a mobile NMR spectrometer 10 reproduces. The method is used to operate a mobile NMR spectrometer 10 as in 1 shown, wherein during an NMR spectroscopy measurement on a measurement sample 30th by means of the magnet device 20th of the mobile NMR spectrometer 10 a static magnetic field B0 is generated as well as by means of a magnetic field-sensitive detection device 22nd an excitation signal B1 sent and at least one nuclear magnetic resonance signal is detected. In a first process step 402 is by means of the magnet device 20th the static magnetic field B0 generated, which is maintained over a period of time in which at least the process steps 404 and 406 are executed. In process step 404 is by means of the magnetic field-sensitive detection device 22nd of the mobile NMR spectrometer 10 an excitation signal B1 and a nuclear magnetic resonance signal is recorded from the measurement sample. In process step 406 an influence of location-dependent and / or location-independent magnetic field changes acting during the measurement of the at least one nuclear magnetic resonance signal during the NMR spectroscopy measurement on the at least one acquired nuclear magnetic resonance signal is compensated for when evaluating the at least one nuclear magnetic resonance signal and using the at least one acquired nuclear magnetic resonance signal. The influence is compensated for by offsetting the at least one recorded nuclear magnetic resonance signal with a correction function. This is done in sub-process step 410 the correction function is determined from the at least one nuclear magnetic resonance signal by a deviation being determined from a comparison of a position of a peak in the nuclear magnetic resonance signal with an expected value, in particular a target position, the correction function being selected such that when the at least one nuclear magnetic resonance signal is offset against the correction function, the Deviation is minimized, in particular becomes zero. Alternatively or in addition to process step 410 is in process step 412 the correction function is determined from the at least one nuclear magnetic resonance signal by determining a low-frequency disturbance of a temporal course of the phase of the at least one nuclear magnetic resonance signal, the correction function being selected such that when the at least one nuclear magnetic resonance signal is offset against the correction function, the low-frequency disturbance is minimized, in particular zero becomes. Alternatively or in addition to procedural steps 410 and 412 is in process step 414 the correction function is determined using a plurality of, in particular sequentially acquired, nuclear magnetic resonance signals by determining at least one difference between the acquired nuclear magnetic resonance signals, the correction function being selected in such a way that when the magnetic resonance signals are offset against the correction function, the at least one difference is minimized, in particular becomes zero . To determine the at least one difference, a position of at least one peak in the NMR spectrum is evaluated. This procedure can also be carried out repeatedly.

In 6 ist ein Verfahrensdiagramm 500 gezeigt, dass ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens gemäß drittem Aspekt der Erfindung zum Betrieb eines (hier mobilen) NMR-Spektrometers 10 wiedergibt. Das Verfahren dient dem Betrieb eines - nicht notwendigerweise mobilen - NMR-Spektrometers 10 wie in 1 gezeigt, wobei während einer NMR-Spektroskopiemessung an einer Messprobe 30 mittels der Magnet-Vorrichtung 20 des mobilen NMR-Spektrometers 10 ein statisches Magnetfeld B0 erzeugt wird sowie mittels einer magnetfeldsensitiven Detektions-Vorrichtung 22 ein Anregungssignal B1 gesendet und zumindest ein Kernspinresonanzsignal erfasst wird. In einem ersten Verfahrensschritt 502 wird mittels der Magnet-Vorrichtung 20 das statische Magnetfeld B0 erzeugt, das über einen Zeitraum aufrechterhalten wird, in dem zumindest die Verfahrensschritte 504 und 506 ausgeführt werden. In Verfahrensschritt 504 werden die Sensorendaten der vier magnetfeldsensitiven Sensoren 26 ausgelesen und daraus eine BO-Feldverteilungskarte erstellt. Die BO-Feldverteilungskarte gibt den Einfluss einer statischen Magnetfeldinhomogenität des Magnetfelds B0 ortsabhängig wieder. Alternativ kann in einem weiteren Ausführungsbeispiel in Verfahrensschritt 504 die B0-Feldverteilungskarte auch mittels eines bildgebenden Gradienten-System ermittelt werden. In Verfahrensschritt 506 wird mittels der magnetfeldsensitiven Detektions-Vorrichtung 22 des mobilen NMR-Spektrometers 10 ein Anregungssignal B1 gesendet und ein Kernspinresonanzsignal von der Messprobe erfasst. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Einfluss der Magnetfeldinhomogenität des statischen Magnetfelds B0 auf das zumindest eine erfasste Kernspinresonanzsignal bei einer Auswertung des zumindest einen Kernspinresonanzsignals kompensiert. Dazu wird in Verfahrensschritt 508 ausgehend von der BO-Feldverteilungskarte eine Korrekturfunktion aufgestellt, mittels der das zumindest eine Kernspinresonanzsignal um den Einfluss der Magnetfeldinhomogenität kompensiert wird. Dieses Verfahren kann ebenfalls wiederholt durchgeführt werden.In 6th is a process diagram 500 shown that an embodiment of a method according to the third aspect of the invention for operating a (here mobile) NMR spectrometer 10 reproduces. The method is used to operate a - not necessarily mobile - NMR spectrometer 10 as in 1 shown, wherein during an NMR spectroscopy measurement on a measurement sample 30th by means of the magnet device 20th of the mobile NMR spectrometer 10 a static magnetic field B0 is generated as well as by means of a magnetic field-sensitive detection device 22nd an excitation signal B1 sent and at least one nuclear magnetic resonance signal is detected. In a first process step 502 is by means of the magnet device 20th the static magnetic field B0 generated, which is maintained over a period of time in which at least the process steps 504 and 506 are executed. In process step 504 the sensor data of the four magnetic field sensitive sensors 26th read out and created a BO field distribution map from it. The BO field distribution map shows the influence of a static magnetic field inhomogeneity of the magnetic field B0 depending on location again. Alternatively, in a further exemplary embodiment, in method step 504 the B0 field distribution map can also be determined by means of an imaging gradient system. In process step 506 is by means of the magnetic field-sensitive detection device 22nd of the mobile NMR spectrometer 10 an excitation signal B1 and a nuclear magnetic resonance signal is recorded from the measurement sample. In the embodiment shown here, the influence of the magnetic field inhomogeneity of the static magnetic field is B0 compensated for the at least one detected nuclear magnetic resonance signal during an evaluation of the at least one nuclear magnetic resonance signal. This is done in process step 508 Based on the BO field distribution map, a correction function is set up by means of which the at least one nuclear magnetic resonance signal is compensated for the influence of the magnetic field inhomogeneity. This procedure can also be carried out repeatedly.

In 7 ist ein Verfahrensdiagramm 600 gezeigt, dass ein zum Verfahren 500 alternatives Ausführungsbeispiel eines Verfahrens gemäß drittem Aspekt der Erfindung wiedergibt. In einem ersten Verfahrensschritt 602 wird mittels der Magnet-Vorrichtung 20 das statische Magnetfeld B0 erzeugt, das über einen Zeitraum aufrechterhalten wird, in dem zumindest die Verfahrensschritte 604 und 606 ausgeführt werden. In Verfahrensschritt 604 wird ein Einfluss der Magnetfeldinhomogenität unter Verwendung einer durchgeführten Referenz-NMR-Spektroskopiemessung ermittelt. Die Referenz-NMR-Spektroskopiemessung wird in diesem Ausführungsbeispiel an einer zur Messprobe separaten Referenzprobe durchgeführt. In Verfahrensschritt 606 wird mittels der magnetfeldsensitiven Detektions-Vorrichtung 22 des mobilen NMR-Spektrometers 10 ein Anregungssignal B1 gesendet und ein Kernspinresonanzsignal von der Messprobe erfasst. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Magnetfeldänderung nach Durchführung der NMR-Spektroskopiemessung bei der Auswertung der Kernspinresonanzsignale kompensiert. Dazu wird in Verfahrensschritt 608 zunächst aus den in Verfahrensschritt 604 erfassten Sensordaten der Einfluss von während der NMR-Spektroskopiemessung wirkenden Magnetfeldinhomogenität auf das zumindest eine erfasste Kernspinresonanzsignal ermittelt und eine Korrekturfunktion berechnet, wobei die Korrekturfunktion die Magnetfeldinhomogenität in Form einer ortsabhängigen Phasenverschiebung der Kernspins bzw. in Form einer ortsunabhängigen Phasenverschiebungen der Kernspins berücksichtigt. In Unterverfahrensschritte 610 wird anschließend der Einfluss durch Verrechnen mit der berechneten Korrekturfunktion kompensiert. Dieses Verfahren kann ebenfalls wiederholt durchgeführt werden.In 7th is a process diagram 600 shown that a procedure 500 reproduces alternative embodiment of a method according to the third aspect of the invention. In a first process step 602 is by means of the magnet device 20th the static magnetic field B0 generated, which is maintained over a period of time in which at least the process steps 604 and 606 are executed. In process step 604 an influence of the magnetic field inhomogeneity is determined using a reference NMR spectroscopy measurement that has been carried out. In this exemplary embodiment, the reference NMR spectroscopy measurement is carried out on a reference sample that is separate from the measurement sample. In process step 606 is by means of the magnetic field-sensitive detection device 22nd of the mobile NMR spectrometer 10 an excitation signal B1 and a nuclear magnetic resonance signal is recorded from the measurement sample. In the exemplary embodiment shown here, the change in the magnetic field after the NMR spectroscopy measurement has been carried out is compensated for in the evaluation of the nuclear magnetic resonance signals. This is done in process step 608 initially from the in process step 604 detected sensor data determines the influence of the magnetic field inhomogeneity acting during the NMR spectroscopy measurement on the at least one detected nuclear magnetic resonance signal and calculates a correction function, the correction function taking into account the magnetic field inhomogeneity in the form of a location-dependent phase shift of the nuclear spins or in the form of a location-independent phase shift of the nuclear spins. In sub-steps 610 the influence is then compensated by offsetting with the calculated correction function. This procedure can also be carried out repeatedly.

8 zeigt eine schematische Darstellung der Kompensation von Kernspinresonanzsignalen gemäß einem der erfindungsgemäßen Verfahren. In 8a ist ein unkompensiertes NMR-Spektrum dargestellt, welches beispielsweise mittels einer „a-posteriori“-Kompensation betreffend den Einfluss einer ortsabhängigen oder ortsunabhängigen Magnetfeldänderung oder betreffend den Einfluss einer statischen Magnetfeldinhomogenität des Magnetfelds B0 zu dem in 8b dargestellten ungestörten NMR-Spektrum kompensiert werden kann. In diesem Ausführungsbeispiel wurde der durch den Einfluss gestörte FID des Kernspinresonanzsignals mit einem Phasenfaktor exp{-iδ(t)t} multipliziert, um den ungestörten (kompensierten) FID und damit das ungestörte NMR-Spektrum zu erhalten: FID drift ( t ) = k a k exp { i [ ϖ k + δ ( t ) t ] } exp { t/T 2 }                = FID hom ( t ) exp { i δ ( t ) t } .

Figure DE102019216759A1_0016
8th shows a schematic representation of the compensation of nuclear magnetic resonance signals according to one of the methods according to the invention. In 8a an uncompensated NMR spectrum is shown, which, for example, by means of an “a posteriori” compensation regarding the influence of a location-dependent or location-independent magnetic field change or regarding the influence of a static magnetic field inhomogeneity of the magnetic field B0 to the in 8b shown undisturbed NMR spectrum can be compensated. In this exemplary embodiment, the FID of the nuclear magnetic resonance signal disturbed by the influence was multiplied by a phase factor exp {-iδ (t) t} in order to obtain the undisturbed (compensated) FID and thus the undisturbed NMR spectrum: FID drift ( t ) = k a k exp { i [ ϖ k + δ ( t ) t ] } exp { - t / t 2 } = FID hom ( t ) exp { i δ ( t ) t } .
Figure DE102019216759A1_0016

Diese Kompensation mittels der Korrekturfunktion „exp{-iδ(t)t}“ setzt voraus, dass die ortsunabhängige Magnetfeldänderung (hier als Frequenzänderung δ(t) ausgedrückt) gemessen oder ausgewertet wurde mittels eines der zuvor ausgeführten Ausführungsbeipiele.This compensation by means of the correction function “exp {-iδ (t) t}” presupposes that the location-independent change in the magnetic field (expressed here as a frequency change δ (t)) has been measured or evaluated using one of the previous examples.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited

  • „Benchtop NMR spectrometers in academic teaching‟, Susanne D. Riegel, Garett M. Leskowitz, Application Chemistry, Nanalysis Corp., Canada [0001]"Benchtop NMR spectrometers in academic teaching", Susanne D. Riegel, Garett M. Leskowitz, Application Chemistry, Nanalysis Corp., Canada [0001]
  • „Spin Dynamics‟ Malcolm H. Levitt, Wiley 2008 [0001]"Spin Dynamics" Malcolm H. Levitt, Wiley 2008 [0001]
  • „Scalable NMR spectroscopy with semiconductor chips‟, Dongwan Ha, Jeffrey Paulsen, Nan Sun, Yi-Qiao Song, Donhee Ham, Proceedings of the National Academy of Sciences August 2014 [0002]"Scalable NMR spectroscopy with semiconductor chips", Dongwan Ha, Jeffrey Paulsen, Nan Sun, Yi-Qiao Song, Donhee Ham, Proceedings of the National Academy of Sciences August 2014 [0002]

Claims (10)

Verfahren zum Betrieb eines mobilen NMR-Spektrometers, wobei während einer NMR-Spektroskopiemessung mittels einer Magnet-Vorrichtung des mobilen NMR-Spektrometers ein statisches Magnetfeld B0 erzeugt wird sowie mittels einer magnetfeldsensitiven Detektions-Vorrichtung des mobilen NMR-Spektrometers ein Anregungssignal B1 gesendet und zumindest ein Kernspinresonanzsignal erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einfluss von während der NMR-Spektroskopiemessung, insbesondere von während der Erfassung des zumindest einen Kernspinresonanzsignals, wirkenden ortsabhängigen Magnetfeldänderungen und/oder ortsunabhängigen Magnetfeldänderungen auf das zumindest eine erfasste Kernspinresonanzsignal nach Durchführung der NMR-Spektroskopiemessung, insbesondere nach Erfassung des zumindest einen Kernspinresonanzsignals, bei einer Auswertung des zumindest einen Kernspinresonanzsignals kompensiert wird.Method for operating a mobile NMR spectrometer, wherein a static magnetic field B0 is generated during an NMR spectroscopy measurement by means of a magnetic device of the mobile NMR spectrometer and an excitation signal B1 is sent and at least one by means of a magnetic field-sensitive detection device of the mobile NMR spectrometer Nuclear magnetic resonance signal is detected, characterized in that an influence of location-dependent magnetic field changes and / or location-independent magnetic field changes acting during the NMR spectroscopy measurement, in particular from during the detection of the at least one nuclear magnetic resonance signal, on the at least one detected nuclear magnetic resonance signal after performing the NMR spectroscopy measurement, in particular after Detection of the at least one nuclear magnetic resonance signal, is compensated for during an evaluation of the at least one nuclear magnetic resonance signal. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfluss unter Verwendung des zumindest einen erfassten Kernspinresonanzsignals ermittelt wird.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the influence is determined using the at least one detected nuclear magnetic resonance signal. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-2, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfluss durch Verrechnen des zumindest einen erfassten Kernspinresonanzsignals mit einer Korrekturfunktion kompensiert wird.Method according to one of the Claims 1 - 2 , characterized in that the influence is compensated for by offsetting the at least one detected nuclear magnetic resonance signal with a correction function. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturfunktion aus dem zumindest einen Kernspinresonanzsignal ermittelt wird, • indem aus einem Vergleich einer charakteristischen Eigenschaft des zumindest einen Kernspinresonanzsignals, insbesondere einer Position und/oder einer Linienform eines Peaks im Kernspinresonanzsignal, mit einem Erwartungswert bezüglich der charakteristischen Eigenschaft, insbesondere einer Sollposition und/oder einer Soll-Linienform des Peaks, eine Abweichung ermittelt wird, • wobei die Korrekturfunktion derart gewählt wird, dass bei Verrechnen des zumindest einen Kernspinresonanzsignals mit der Korrekturfunktion die Abweichung minimiert wird, insbesondere Null wird.Procedure according to Claim 3 , characterized in that the correction function is determined from the at least one nuclear magnetic resonance signal, • by comparing a characteristic property of the at least one nuclear magnetic resonance signal, in particular a position and / or a line shape of a peak in the nuclear magnetic resonance signal, with an expected value with respect to the characteristic property, in particular a target position and / or a target line shape of the peak, a deviation is determined, the correction function being selected such that the deviation is minimized, in particular becomes zero, when the at least one nuclear magnetic resonance signal is offset against the correction function. Verfahren nach einem der Ansprüche 3-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturfunktion aus dem zumindest einen Kernspinresonanzsignal ermittelt wird, • indem eine niederfrequente Störung und/oder eine lineare Änderungen und/oder eine nicht-lineare Änderungen eines zeitlichen Verlaufs der Phase des zumindest einen Kernspinresonanzsignals ermittelt wird, • wobei die Korrekturfunktion derart gewählt wird, dass bei Verrechnen des zumindest einen Kernspinresonanzsignals mit der Korrekturfunktion die niederfrequente Störung und/oder die lineare Änderung und/oder die nicht-lineare Änderungen der Phase minimiert wird, insbesondere Null wird.Method according to one of the Claims 3 - 4th , characterized in that the correction function is determined from the at least one nuclear magnetic resonance signal, • by determining a low-frequency interference and / or a linear change and / or a non-linear change in a time curve of the phase of the at least one nuclear magnetic resonance signal, • the correction function it is selected such that when the at least one nuclear magnetic resonance signal is offset against the correction function, the low-frequency interference and / or the linear change and / or the non-linear change in the phase is minimized, in particular becomes zero. Verfahren nach einem der Ansprüche 3-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturfunktion unter Verwendung einer Mehrzahl von, insbesondere sequentiell oder parallel, erfassten Kernspinresonanzsignalen ermittelt wird, • indem zumindest ein Unterschied zwischen den erfassten Kernspinresonanzsignalen ermittelt wird, • wobei die Korrekturfunktion derart gewählt wird, dass bei Verrechnen der Kernspinresonanzsignale mit der Korrekturfunktion der zumindest eine Unterschied minimiert wird, insbesondere Null wird.Method according to one of the Claims 3 - 5 , characterized in that the correction function is determined using a plurality of, in particular sequentially or parallel, acquired nuclear magnetic resonance signals, • by determining at least one difference between the acquired nuclear magnetic resonance signals, • wherein the correction function is selected such that when offsetting the nuclear magnetic resonance signals with the Correction function that minimizes at least one difference, in particular becomes zero. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung von Unterschieden ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis, eine Höhe zumindest eines Peaks, eine Fläche zumindest eines Peaks, eine Linienbreite zumindest eines Peaks, eine Position zumindest eines Peaks, eine Lagebeziehung zumindest eines Peaks, ein Verhältnis einer maximalen Amplitude zu einer Amplitude am Ende eines FID-Verlaufs und/oder ein teilweiser oder gesamter FID-Verlauf der Kernspinresonanzsignale ausgewertet wird.Procedure according to Claim 6 , characterized in that, to determine differences, a signal-to-noise ratio, a height of at least one peak, an area of at least one peak, a line width of at least one peak, a position of at least one peak, a positional relationship of at least one peak, a ratio from a maximum amplitude to an amplitude at the end of an FID curve and / or a partial or entire FID curve of the nuclear magnetic resonance signals is evaluated. Verfahren nach Anspruch 6-7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein erfasstes Kernspinresonanzsignal aus der Mehrzahl von erfassten Kernspinresonanzsignalen bei der Ermittlung der Korrekturfunktion ausgeschlossen wird.Procedure according to Claim 6 - 7th , characterized in that at least one recorded nuclear magnetic resonance signal is excluded from the plurality of recorded nuclear magnetic resonance signals when determining the correction function. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kernspinresonanzsignal ausgeschlossen wird, wenn eine unerwartete Abweichung des Kernspinresonanzsignals von den weiteren Kernspinresonanzsignalen der Mehrzahl von erfassten Kernspinresonanzsignalen vorliegt.Procedure according to Claim 8 , characterized in that a nuclear magnetic resonance signal is excluded if there is an unexpected deviation of the nuclear magnetic resonance signal from the further nuclear magnetic resonance signals of the plurality of detected nuclear magnetic resonance signals. Mobiles NMR-Spektrometer mit einer Magnet-Vorrichtung zur Erzeugung eines statischen Magnetfelds B0 sowie mit einer magnetfeldsensitiven Detektions-Vorrichtung zur Aussendung eines Anregungssignals B1 und zur Erfassung zumindest eines Kernspinresonanzsignals, dadurch gekennzeichnet, dass das NMR-Spektrometer eine Steuervorrichtung aufweist, die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1-9 auszuführen.Mobile NMR spectrometer with a magnetic device for generating a static magnetic field B0 and with a magnetic field-sensitive detection device for emitting an excitation signal B1 and for detecting at least one nuclear magnetic resonance signal, characterized in that the NMR spectrometer has a control device which is set up for this purpose , a method according to one of the Claims 1 - 9 to execute.
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Citations (3)

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