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
Ferner sind kleinbauende NMR-Spektrometer bekannt, beispielsweise aus
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
Unter einem NMR-Spektrometer ist ein Messgerät zu verstehen, das zumindest eine Magnet-Vorrichtung zur Erzeugung eines statischen Magnetfelds
Die Funktionsweise des NMR-Spektrometers basiert auf dem kernphysikalischen Effekt, bei dem Atomkerne einer Messprobe in dem Magnetfeld
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
Die magnetfeldsensitive Detektions-Vorrichtung dient dem Senden eines Anregungssignals
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
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
Ferner ist in einem weiteren Aspekt der Erfindung (dritter Aspekt, siehe unten) ein Einfluss einer zeitunabhängigen Magnetfeldinhomogenität des statischen Magnetfelds
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
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
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 (
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
- 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
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
Der allgemeine Fall von ortsabhängigen Magnetfeldänderungen
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
Für den Fall einer ortsunabhängigen Magnetfeldänderung und unter Annahme einer räumlich konstanten Spulensensitivität Sn = 1 gilt:
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:
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
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
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
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
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
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:
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
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
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:
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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.
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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
In
In
In
In
In
In
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]
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