DE102019216761A1 - Verfahren zum Betrieb eines NMR-Spektrometers sowie NMR-Spektrometer - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betrieb eines NMR-Spektrometers vorgeschlagen, wobei während einer NMR-Spektroskopiemessung an einer Messprobe mittels einer Magnet-Vorrichtung des mobilen NMR-Spektrometers ein statisches Magnetfeld B0 erzeugt wird sowie mittels einer magnetfeldsensitiven Detektions-Vorrichtung des NMR-Spektrometers ein Anregungssignal B1 gesendet und zumindest ein Kernspinresonanzsignal erfasst wird.Erfindungsgemäß wird ein Einfluss einer Magnetfeldinhomogenität des statischen Magnetfelds B0 auf das zumindest eine erfasste Kernspinresonanzsignal bei einer Auswertung des zumindest einen Kernspinresonanzsignals kompensiert.Ferner wird ein mobiles NMR-Spektrometer vorgeschlagen.

Description

• Stand der Technik
• Aus dem Stand der Technik sind transportable, d.h. auf Grund ihrr Größe und ihres Gewichtes prinzipiell bewegliche, NMR-Messgeräte mit spektroskopischer Auflösung bekannt, vgl. beispielsweise aus „Benchtop NMR spectrometers in academic teaching‟, Susanne D. Riegel, Garett M. Leskowitz, Application Chemistry, Nanalysis Corp., Canada (DOI:10.1016/j.trac.2016.01.001). Derartige NMR-Spektrometer funktionieren auf Basis einer initialen Kalibrierung, bei der ein möglichst homogenes Magnetfeld B0, beispielsweise durch sogenanntes „aktives Shimmen“ unter Verwendung elektromagnetischer Spulen, justiert wird. Vor und während auf die Kalibrierung folgenden NMR-Spektroskopiemessungen muss sichergestellt werden, dass das NMR-Spektrometer unbewegt, d.h. ortsfest, bleibt und sich somit das Magnetfeld B0 am Ort der Messprobe nicht auf Grund einer Lageänderung des NMR-Spektrometers ändert. Die Anforderungen an zeitlich und räumlich unveränderliche Magnetfelder, insbesondere an eine Feldhomogenität, sind bei NMR-Spektrometern extrem hoch, um Unterschiede in Resonanzfrequenzen von nur wenigen ppm („parts per million“, entsprechend nur wenigen µT), auflösen zu können (vgl. „Spin Dynamics‟ Malcolm H. Levitt, Wiley 2008). Eine Bewegung des NMR-Spektrometers würde eine vorab durchgeführte Kalibrierung zunichte machen.
• Ferner sind kleinbauende NMR-Spektrometer bekannt, beispielsweise aus „Scalable NMR spectroscopy with semiconductor chips‟, Dongwan Ha, Jeffrey Paulsen, Nan Sun, Yi-Qiao Song, Donhee Ham, Proceedings of the National Academy of Sciences August 2014 (DOI: 10.1073/pnas.1402015111). Auch bei derartigen kleinbauenden NMR-Spektrometern ist eine mobile Anwendung - unter Beibehaltung eines (nahezu) perfekt homogenen, unveränderlichen Magnetfelds während der Dauer einer NMR-Spektroskopiemessung - nach heutigem Stand der Technik nicht realisierbar. Dieser Umstand verhindert einen tatsächlich mobilen Einsatz, d.h. eine NMR-Spektroskopiemessung während einer Bewegung des NMR-Spektrometers, von kleinbauenden NMR-Spektrometern, beispielsweise als „Wearables“ (z.B. Smart Watch), Implantate, Sensoren in Fahrzeugen, Flugzeugen, Schiffen oder dergleichen, aber auch den Einsatz in gestörten Umgebungen wie in der Industrie und Fertigung, wo andere Maschinen und Anlagen Magnetfeldinhomogenitäten und/oder Magnetfeldänderungen des B0-Feldes induzieren können.
• Offenbarung der Erfindung
• Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung geht diese aus von einem Verfahren zum Betrieb eines mobilen NMR-Spektrometers, wobei während einer NMR-Spektroskopiemessung an einer Messprobe mittels einer Magnet-Vorrichtung des mobilen NMR-Spektrometers ein statisches Magnetfeld B0 erzeugt wird sowie mittels einer magnetfeldsensitiven Detektions-Vorrichtung des mobilen NMR-Spektrometers ein Anregungssignal B1 gesendet und zumindest ein Kernspinresonanzsignal erfasst wird. Es wird vorgeschlagen, dass ein Einfluss von während der NMR-Spektroskopiemessung, insbesondere von während der Erfassung des zumindest einen Kernspinresonanzsignals, wirkenden ortsabhängigen Magnetfeldänderungen und/oder ortsunabhängigen Magnetfeldänderungen auf das zumindest eine erfasste Kernspinresonanzsignal unter Verwendung von Sensordaten zumindest eines Sensors ermittelt und verhindert und/oder kompensiert wird.
• Unter einem NMR-Spektrometer ist ein Messgerät zu verstehen, das zumindest eine Magnet-Vorrichtung zur Erzeugung eines statischen Magnetfelds B0 sowie eine magnetfeldsensitive Detektions-Vorrichtung zur Aussendung eines Anregungssignals B1 und zur Erfassung eines Kernspinresonanzsignals umfasst. Ferner können weitere, insbesondere externe, Komponenten umfasst sein, die zur Messung von NMR-Spektren mittels des NMR-Spektrometers notwendig und/oder sinnvoll sind. Derartige Komponenten können beispielsweise eine Eingabe- und/oder eine Ausgabevorrichtung, eine Steuervorrichtung (unter der auch eine Auswertevorrichtung verstanden werden soll), eine Energieversorgungsvorrichtung oder dergleichen darstellen.
• Die Funktionsweise des NMR-Spektrometers basiert auf dem kernphysikalischen Effekt, bei dem Atomkerne einer Messprobe in dem Magnetfeld B0 elektromagnetische Wechselfelder in Form des Anregungssignals B1 absorbieren und anschließend in Form des Kernspinresonanzsignals emittieren. Dabei beruht die Kernspinresonanz auf der Präzession (Larmorpräzession) von Kernspins der Atomkerne in der untersuchten Messprobe um die Magnetfeldlinien des konstanten, insbesondere statischen, ersten Magnetfelds B0. Insbesondere werden die Kernspins der Atomkerne in der Messprobe durch das erste Magnetfeld B0 ausgerichtet. Wird Energie in Form eines elektromagnetischen Anregungssignals B1, insbesondere eines elektromagnetischen Wechselfeldes, beispielsweise eines gepulsten Magnetfeldes, auf die Atomkerne eingestrahlt, die mit der Larmorpräzession deren Kernspins in Resonanz ist (Energiequanten), so können die Atomkerne die Orientierung ihrer Spins relativ zum statischen Magnetfeld B0 durch Absorption dieser Energie ändern. Das eingestrahlte Anregungssignal B1 dient daher der Anregung der Kernspins, die unter Energieaufnahme ihre Kernspinzustände ändern. Äquivalent führt die Emission von Energiequanten in Folge einer Rückkehr der angeregten Kernspins in ein anderes, niedrigeres Energieniveau, zur Emission eines elektromagnetischen Wechselfeldes, welches sich mittels einer Vorrichtung zur Detektion einer Magnetfeldänderung, insbesondere mittels der magnetfeldsensitiven Detektions-Vorrichtung, als Kernspinresonanzsignal erfassen lässt. Unter Anregung von Atomkernen soll insbesondere verstanden werden, dass die Energie und Einstrahldauer der eingestrahlten elektromagnetischen Felder, insbesondere Wechselfelder, eine Änderung der Magnetisierungsrichtung der Kernspins der Atomkerne bewirkt, insbesondere eine Magnetisierungskomponente othogonal zur Richtung des Magnetfelds B0 Feldes (Transversalmagnetisierung). Ferner wird im Folgenden davon ausgegangen, dass insbesondere veränderliche Magnetfelder mit elektrischen Feldern gekoppelt sind (vgl. Maxwell-Gleichungen), sodass keine Unterscheidung zwischen elektrischem Feld und Magnetfeld vorgenommen wird. Zur Anregung von Kernspinresonanz-Effekten kommt es insbesondere auf die durch eine eingestrahlte elektromagnetische Strahlung übertragene Energie an.
• Vorteilhaft lässt sich diese Energie mittels gepulster elektromagnetischer Felder übertragen.
• Die Magnet-Vorrichtung des NMR-Spektrometers dient der Erzeugung des statischen Magnetfelds B0 in der zu untersuchenden Messprobe. Die Magnet-Vorrichtung ist dazu eingerichtet, ein Magnetfeld B0 einer Magnetfeldstärke von mehr als 0.1 Tesla, insbesondere von mehr als 1.5 Tesla und ganz insbesondere von mehr als 5 Tesla bereitzustellen oder zu erzeugen. Das Magnetfeld B0 erstreckt sich in einem Volumen in und/oder um die Magnet-Vorrichtung herum. Das durch die Magnet-Vorrichtung erzeugte statische Magnetfeld B0 dient der Ausrichtung der Kernspins der in der Messprobe (in besagtem Volumen) vorhandenen Atomkerne in dem Sinne, dass sich die Kernspins auf Grund ihres magnetischen Kernspinmoments an den Magnetfeldlinien des statischen Magnetfelds B0 ausrichten, insbesondere um die Magnetfeldlinien des Magnetfelds präzedieren. In einer Ausführungsform des NMR-Spektrometers weist die Magnet-Vorrichtung zumindest einen Elektromagnet (insbesondere resistiv oder supraleitend) und/oder zumindest einen Permanentmagnet auf, mittels dem/der das statische Magnetfeld B0 erzeugbar ist. Unter Verwendung eines Permanentmagneten kann eine kostengünstige und dauerhaft funkionale Magnet-Vorrichtung realisiert werden, die - im Gegensatz zur Verwendung eines Elektromagneten - ohne eine weitere Energiequelle zu deren Betrieb auskommt. Insbesondere eignen sich zur Realisierung eines statischen Magnetfelds B0 besonders starke Permanentmagnete, hergestellt aus Ferriten oder aus Eisen-Cobalt-Nickel-Legierung oder aus Neodym-Eisen-Bor- oder Samarium-Cobalt-Legierung. Eine Anregung der Kernspins erfolgt in Folge einer Einstrahlung von Energie in Form eines mittels der magnetfeldsensitiven Detektions-Vorrichtung erzeugten Anregungssignals B1, d.h. in Form eines elektromagnetischen Feldes, insbesondere eines elektromagnetischen Wechselfeldes, beispielsweise eines gepulsten Magnetfeldes in zumindest einen Teilbereich der Messprobe, der ebenfalls von dem statischen Magnetfeld B0 durchsetzt ist. Dabei charakterisieren die elektromagnetischen Felder B0 und B1 in ihrem Überlagerungsfeld einen sensitiven Bereich des NMR-Spektrometers an derjenigen Stelle, an der die Felder senkrecht aufeinander stehen.
• Die magnetfeldsensitive Detektions-Vorrichtung dient dem Senden eines Anregungssignals B1 und der Erfassung des zumindest einen Kernspinresonanzsignals. In einer Ausführungsform des NMR-Spektrometers umfasst die magnetfeldsensitive Detektions-Vorrichtung zumindest eine RF-Spule zum Senden des Anregungssignals B1 und zumindest eine RF-Spule zum Empfangen des Kernspinresonanzsignals (d.h. des „Echosignals“). Auf diese Weise sind zumindest zwei RF-Spulen in dem NMR-Spektrometer vorgesehen. Eine RF-Spule (Hochfrequenzspule) kann dabei insbesondere mit einer Frequenz im Mega-Hertz-Bereich betrieben werden. Beispielsweise liegt die Frequenz unter 900 Mega-Hertz, insbesondere unter 200 Mega-Hertz und ganz insbesondere unter 50 Mega-Hertz. Alternativ oder zusätzlich umfasst die magnetfeldsensitive Detektions-Vorrichtung eine einzelne RF-Spule zum Senden des Anregungssignals B1 und zum Empfangen des Kernspinresonanzsignals. Auf diese Weise kann ein besonders kleinbauendes NMR-Spektrometer realisiert werden. Ferner ist denkbar, eine oder mehrere RF-Spulen derart auszuführen, dass sie auf mehreren Frequenzen Kernspins anregen und Kernspinresonanzsignale empfangen können (Breitband NMR). Derart lassen sich Kernspinresonanzsignale von unterschiedlichen Atomkernen (beispielsweise 13C, 1H oder dergleichen) anregen und empfangen. Unter „magnetfeldsensitiv“ ist dabei zu verstehen, dass die magnetfeldsensitive Detektions-Vorrichtung mittelbar magnetfeldsensitiv - beispielsweise unter Verwendung von MEMS-Sensorik, Sensorik basierend auf Stickstoff-Fehlstellen oder dergleichen - und/oder unmittelbar magnetfeldsensitiv - beispielsweise mittels einer Magnetfeldspule, einem Hall-Sensor oder dergleichen - misst.
• 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.
• Unter „NMR-Spektroskopie“ ist in dieser Schrift zu verstehen, dass die ermittelten Kernspinresonanzsignale derart hochqualitativ ermittelbar sind, dass ein ermitteltes Zeitsignal fouriertransformiert und die enthaltenen Frequenzanteile nach Frequenz und Amplitude ausgewertet werden können. Eine derartige Auswertung im Rahmen der NMR-Spektroskopie setzt voraus, dass ein Einfluss einer ortsabhängigen und/oder ortsunabhängigen und/oder auch einer statischen Inhomogenität des Magnetfelds B0 auf die Resonanzfrequenz besonders klein ist, um einen tatsächlichen Effekt von Bindungszuständen und damit eine Molekülstruktur der Messprobe messbar zu machen. Hier unterscheidet sich in der Fachsprache die NMR-Spektroskopie (Unterscheidung der Larmorfrequenzen von Kernen in unterschiedlichen Bindungszuständen/Molekülen) von der sogenannten NMR-Relaxometrie oder Time-Domain NMR. Unterschiede in gemessenen Resonanzfrequenzen belaufen sich dabei auf wenige ppm („parts per million“, d.h. wenige µT), insbesondere auf deutlich weniger als 0.1 ppm (bei einer Messung eines Spektralbereichs von beispielsweise 10 ppm). Um diese Frequenzunterschiede auflösen zu können, muss das statische Magnetfeld B0 eine extrem hohe Feldhomogenität aufweisen. Insbesondere ortsabhängige Magnetfeldabweichungen (Inhomogenitäten des Magnetfelds) im Messvolumen müssen (je nach gewünschter spektraler Auflösung) in der Regel auf deutlich unter 0.1 ppm beschränkt sein, um chemische Verschiebungen auflösen und somit sinnvolle NMR-Spektroskopiemessungen durchführen zu können.
• 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.
• Magnetfeldänderungen sind zeitabhängig und können prinzipiell unterschieden werden in ortsunabhängige Magnetfeldänderungen und ortsabhängige Magnetfeldänderungen. Der Ausdruck „Magnetfeldänderung“ bezeichnet eine Änderung des elektromagnetischen Feldes (vgl. Bemerkung zu Maxwell-Gleichungen oben), insbesondere eine Änderung der magnetische Komponente des des elektromagnetischen Feldes. Unter „ortsunabhängigen Magnetfeldänderungen“ sind insbesondere globale (d.h. nicht-lokale oder nicht-ortsabhängige) Magnetfeldänderungen ΔB₀(t) zu verstehen, bei denen sich die Stärke des Magnetfelds B0 im Messvolumen - und somit in der Messprobe - über die Zeit ortsunabhängig ändert. Entsprechend ändert sich die Stärke des Magnetfelds B0 in jedem Punkt innerhalb des Messvolumens um den gleichen Betrag. Die räumliche Homogenität des Magnetfeldes B0 ändert sich nicht, lediglich dessen Stärke. Mögliche Ursachen für eine ortsunabhängige Magnetfeldänderung sind beispielsweise ein langsames, gleichmäßiges Erwärmen oder Abkühlen der Magnet-Vorrichtung oder eine Drehung der Magnet-Vorrichtung gegenüber der Ausrichtung des Erdmagnetfeldes. Eine Verhinderung und/oder Kompensation des Einflusses derartiger ortsunabhängiger Magnetfeldänderungen ermöglicht es folglich, NMR-Spektroskopiemessungen während einer Bewegung des NMR-Spektrometers relativ zum Erdmagnetfeld sowie unter Einfluss von Temperaturänderungen, insbesondere von auf die Magnet-Vorrichtung wirkenden Temperaturänderungen, durchzuführen. Unter „ortsabhängigen Magnetfeldänderungen“ sind im Unterschied dazu insbesondere lokal begrenzte oder lokal unterschiedliche - d.h. nicht globale - Magnetfeldänderungen AB₀(t,r) zu verstehen, bei denen das Magnetfeld B0 je nach Position $\overrightarrow{\text{r}}$

  

  (ortsabhängig) innerhalb des Messvolumens unterschiedliche Änderungen aufweist. Hierbei ändert sich sowohl die Homogenität als auch die Verteilung der Feldstärke des Magnetfelds innerhalb des Messvolumens - und somit in der Messprobe. Diese ortsabhängigen Magnetfeldänderungen stellen den allgemeineren Fall dar. Ortsabhängige Magnetfeldänderungen können, neben oben genannten Effekten, insbesondere auch durch Einfluss inhomogener externer Magnetfelder oder durch starke Temperaturgradienten innerhalb der Magnetvorrichtung entstehen.
• Ferner ist in einem weiteren Aspekt der Erfindung (dritter Aspekt, siehe unten) ein Einfluss einer zeitunabhängigen Magnetfeldinhomogenität des statischen Magnetfelds B0 auf das zumindest eine erfasste Kernspinresonanzsignal denkbar und kann bei einer Auswertung des zumindest einen Kernspinresonanzsignals kompensiert werden. Weitere Ausführungen zu diesem Aspekt der Erfindung finden sich unten.
• Ferner kann auch ein kombinatorischer bzw. überlagerter Einfluss ortsabhängiger Magnetfeldänderungen und/oder ortsunabhängiger Magnetfeldänderungen und/oder statischer Magnetfeldinhomogenitäten gemäß den vorgeschlagenen erfindungsgemäßen Verfahren kompensiert werden. Dies umfasst den allgemeinsten Fall von zeitlich und räumlich beliebigen Magnetfeldänderungen ΔB₀(r,t), also dynamischen Magnetfeldinhomogenitäten, bei denen sich das Magnetfeld B0 sowohl über die Zeit als auch ortsabhängig (lokal) ändert, wobei das Magnetfeld B0 ansich bereits Magnetfeldinhomogenitäten aufweist.
• Der Einfluss von während der NMR-Spektroskopiemessung, insbesondere von während der Erfassung des Kernspinresonanzsignals, wirkenden ortsunabhängigen Magnetfeldänderungen, kann in einem Beispiel in der Größenordnung von ca. ±50 ppm unter Annahme eines Magnetfeld B0 von 1 Tesla liegen (beispielsweise kann ein Einfluss dieser Größenordnung in Folge einer Drehung des NMR-Spektrometers relativ zum Erdmagnetfeld auftreten). Dagegen können in einem weiteren Beispiel ortsunabhängige Magnetfeldänderungen, beispielsweise in Folge einer Erwärmung der Magnet-Vorrichtung, auch einen weitaus höheren Einfluss von beispielsweise 1200 ppm/K bei NdFeB-Magneten oder von beispielsweise 350 ppm/K bei SmC-Magneten bewirken.
• Unter „während der NMR-Spektroskopiemessung“ ist zu verstehen, dass ein zumindest während eines Zeitraums, in dem die Erfassung des zumindest einen Kernspinresonanzsignals (sogenannte „acquisition time“) erfolgt, wirkender Einfluss verhindert und/oder kompensiert und/oder gemessen und später bei einer Auswertung kompensiert wird. Insbesondere kann auch ein Zeitraum verstanden werden, in dem Anregungspulse (B1, sogenannte „pulse duration“) ausgesandt und Kernspinresonanzsignale erfasst werden (sogenannte „acquisition time“). Ferner ist denkbar, eine Verhinderung und/oder Kompensation während einer gesamten Pulssequenz und/oder bei einer Auswertung für den Zeitrau einer gesamten Pulssequenz, umfassend eine Mehrzahl von ausgesandten Anregungspulsen und erfassten Kernspinresonanzsignalen sowie dazwischenliegende Relaxationszeiten (sogenannte „relaxation recovery“), durchzuführen. Das Kernspinresonanzsignal bezeichnet dabei das Signal, aus dem der sogenannte freie Induktionszerfall („Free Induction Decay“, FID) ermittelbar ist. Aus dem freien Induktionszerfall ist wiederum durch Fourtiertransformation ein NMR-Spektrum ermittelbar.
• 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.
• 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.
• In einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Einfluss einer Magnetfeldänderung ermittelt unter Verwendung von Sensordaten, die von zumindest einem Sensor erfasst, insbesondere gemessen werden, wobei der Sensor aus einer Liste von Sensoren gewählt ist, die umfasst:
• - magnetfeldsensitive Sensoren wie beispielsweise Kompass, Magnetfeldsensor, Fluxgate-Magnetometer und Hall-Sensor;
• - kapazitive Sensoren;
• - positionssensitive und/oder lagesensitive Sensoren wie beispielsweise GPS, Positionssensor, Odometriesensor und Einschlagwinkelsensor für ein Lenkrad oder Steuerrad;
• - geschwindigkeitssensitive und/oder beschleunigungssensitive Sensoren wie beispielsweise Gyroskop, Inertialsensorik und Beschleunigungssensoren;
• - temperatursensitive Sensoren wie beispielsweise IR-Sensor, Bolometer und Thermoelement;
• - abstandssensitive Sensoren wie beispielsweise Laserentfernungsmesser, Ultraschallsensoren und Radar, ...
• - drucksensitive Sensoren,
• - optische Sensoren,
• - spannungssensitive und/oder stromsensitive Sensoren
oder eine Kombination derer.
• In 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 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.
• 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.
• 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 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 δ_n oder als Korrekturfunktion zu bestimmen (ein mathematischer Parameter δ_n 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 δ_n 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 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 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 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.
• 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 $\mathrm{\Delta }{\mathrm{{\rm B}}}_0\left(\overrightarrow{\text{r}}\text{,t}\right)$

  

  (ortsabhängige Magnetfeldänderung), als ΔB₀(t) (ortsunabhängige Magnetfeldänderung) oder auch als $\mathrm{\Delta }{\mathrm{{\rm B}}}_0\left(\overrightarrow{\text{r}}\right)$

  

  (statische Inhomogenität) bezeichnet werden. Die Magnetfeldänderungen $\mathrm{\Delta }{\mathrm{{\rm B}}}_0\left(\overrightarrow{\text{r}}\text{,t}\right)$

  

  können auch als resultierende Frequenzänderungen $\mathrm{\delta }\left(\overrightarrow{\text{r}}\text{,t}\right)$

  

  des Kernspinresonanzspektrums verstanden werden. Die Begriffe werden daher synonym verwendet. Eine Änderung des Magnetfelds B0 während der Erfassung des Kernspinresonanzsignals (während der „acquisition time“, siehe oben) ändert die Präzessionsfrequenz aller Kernspins.
• Der allgemeine Fall von ortsabhängigen Magnetfeldänderungen $\mathrm{\Delta }{\mathrm{{\rm B}}}_0\left(\overrightarrow{\text{r}}\text{,t}\right)$

  

  kann vereinfacht wie folgt beschrieben werden: Aus einem jeden Volumenelement V_n der Messprobe kann ein Signalanteil FID_n(t) empfangen werden. Diese Einzelsignale sind mit einer lokalen Empfindlichkeit S_n(r) der magnetfeldsensitiven Detektions-Vorrichtung, beispielsweise einer Empfangsspule, gewichtet und erfahren je nach lokaler Magnetfeldänderung eine Frequenzverschiebung $\mathrm{\delta }\left(\overrightarrow{\text{r}}\text{,t}\right)$

  

  (hier diskretisiert als δ_n(t)) gemäß: $$\begin{array}{l}\text{FID}\left(\text{t}\right)={\displaystyle \sum _{\text{n}=1}^{\text{N}}{\text{FID}}_{\text{n}}\left(\text{t}\right)}={\displaystyle \sum _{\text{n}=1}^{\text{N}}{\text{S}}_{\text{n}}\cdot {\text{FID}}_{\text{hom}}\left(\text{t}\right)\cdot \text{exp}\left(\text{i}{\mathrm{\delta }}_{\text{n}}\left(\text{t}\right)\text{t}\right)}\\ ={\text{FID}}_{\text{hom}}\left(\text{t}\right)\cdot {\displaystyle \sum _{\text{n}=1}^{\text{N}}{\text{S}}_{\text{n}}\cdot \text{exp}\left(\text{i}{\mathrm{\delta }}_{\text{n}}\left(\text{t}\right)\text{t}\right)}\text{,}\end{array}$$

  

  wobei ein FID einer bestimmten Substanz in einem homogenen Magnetfeld B0 vereinfacht beschrieben werden kann durch: $${\text{FID}}_{\text{hom}}\left(\text{t}\right)={\displaystyle \sum _{\text{k}}{\text{a}}_{\text{k}}\cdot \text{exp}\left\{\text{i}{\mathrm{\varpi }}_{\text{k}}\text{t}\right\}}\cdot \text{exp}\left\{-\text{t}/{\text{T}}_2\right\}\text{.}$$

  

  Das Signal setzt sich aus den charakteristischen Frequenzen ω_k der unterschiedlich gebundenen Kerne in der Messprobe und deren Gewichtungen a_k sowie einer Dämpfung durch den sogenannten T2-Zerfall zusammen. Die Fourier-Transformation von FID_hom(t) entspricht dem ungestörten NMR-Spektrum der Messprobe.
• Das gesuchte NMR-Spektrum, wie es ohne Einfluss der Magnetfeldänderung und/oder ohne Einfluss der statischen Magnetfeldinhomogenität erfassbar wäre - d.h. FID_hom(t) -, kann aus dem tatsächlich erfassten Kernspinresonanzsignal FID(t) mit Kenntnis der Spulensensitivitäten S_n und des Einflusses der Magnetfeldänderung $\mathrm{\Delta }{\mathrm{{\rm B}}}_0\left(\overrightarrow{\text{r}}\text{,t}\right)$

  

  bzw. δ_n(t) rekonstruiert werden.
• Für den Fall einer ortsunabhängigen Magnetfeldänderung und unter Annahme einer räumlich konstanten Spulensensitivität S_n = 1 gilt: $$\begin{array}{l}{\text{FID}}_{\text{drift}}\left(\text{t}\right)={\displaystyle \sum _{\text{k}}{\text{a}}_{\text{k}}\cdot \text{exp}}\left\{\text{i}\left[{\mathrm{\varpi }}_{\text{k}}+\mathrm{\delta }\left(\text{t}\right)\text{t}\right]\right\}\cdot \text{exp}\left\{-{\text{t/T}}_2\right\}\\ ={\text{FID}}_{\text{hom}}\left(\text{t}\right)\cdot \text{exp}\left\{\text{i}\mathrm{\delta }\left(\text{t}\right)\text{t}\right\}\text{.}\end{array}$$

  

  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 FID_hom(t) rechnerisch nach obiger Formel rekonstruieren.
• Für den Fall einer zeitlich konstanten (statischen) Magnetfeldinhomogenität (vgl. dritter Aspekt der Erfindung) und ebenfalls unter Annahme einer räumlich konstanten Spulensensitivität S_n = 1 gilt: $$\begin{array}{l}{\text{FID}}_{\text{inhom}}\left(\text{t}\right)={\displaystyle \sum _{\text{n}=1}^{\text{N}}{\displaystyle \sum _{\text{k}}{\text{a}}_{\text{k}}\cdot \text{exp}\left\{\text{i}\left[{\mathrm{\varpi }}_{\text{k}}+\mathrm{\delta }\right]\text{t}\right\}\cdot \text{exp}\left\{-{\text{t/T}}_2\right\}}}\\ ={\text{FID}}_{\text{hom}}\left(\text{t}\right)\cdot {\displaystyle \sum _{\text{n}=1}^{\text{N}}\text{exp}\left\{\text{i}{\mathrm{\delta }}_{\text{n}}\text{t}\right\}}\end{array}$$

  

  Analog kann mit Kenntnis der aufsummierten, ortsabhängigen Phasenverschiebung - beispielsweise durch Messung der ortsabhängigen Magnetfeldinhomogenität wie oben ausgeführt - das ungestörte Kernspinresonanzsignal FID_hom(t) rechnerisch nach obiger Formel rekonstruiert werden.
• In einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Einfluss während der NMR-Spektroskopiemessung, insbesondere während der Erfassung des zumindest einen Kernspinresonanzsignals, in Abhängigkeit des ermittelten Einflusses aktiv kompensiert, insbesondere verhindert. Derart kann der Einfluss durch aktives Gegensteuern abgeschwächt (d.h. um zumindest eine Größenordnung verringert) und bevorzugt vollständig kompensiert werden. Insbesondere kann der Einfluss besonders gut kompensiert werden, wenn dieser auf Grund der vorgeschlagenen Auswertung bekannt (d.h. Dimension, Richtung) ist. In einer Ausführungsform wird der Einfluss durch Steuern und/oder Regeln und/oder Anpassen eines elektromagnetischen Überlagerungsfelds B2 aktiv kompensiert. In einem Ausführungsbeispiel wird der Einfluss durch Bestromenen einer Kompensationsspule aktiv kompensiert. Alternativ oder zusätzlich dazu kann der Einfluss durch mechanische Veränderung der Magnet-Vorrichtung aktiv kompensiert werden. Eine mechanische Veränderung der Magnet-Vorrichtung umfasst dabei beispielsweise die Änderung eines Abstands von Magneten, eine mechanische Verzerrung (Stauchung, Scherung, Torsion oder dergleichen) von Magneten oder dergleichen. Alternativ oder zusätzlich ist denkbar, das mobile NMR-Spektrometer durch eine geeignete Lagerung derart zu bewegen, dass dem Einfluss der Magnetfeldänderung aktiv entgegengewirkt wird. Beispielsweise kann durch gegenläufige Drehung des NMR-Spektrometers mittels einer motorisierten Bühne einer während einer Fahrt in einer Kurve wirkenden Magnetfeldänderung entgegengewirkt werden. Somit ist es möglich, das mittels der Magnet-Vorrichtung erzeugte statische Magnetfeld B0 weiterhin konstant und insbesondere homogen zu halten. Insbesondere eignen sich diese Ausführungsbeispiele besonders im Falle einer ortsunabhängigen Magnetfeldänderung. Alternativ oder zusätzlich kann auch der Einfluss einer ortsabhängigen Magnetfeldänderung mittels einer Mehrzahl von Elektromagneten, beispielsweise kleinen Spulen („Shim-Spulen“), durch sogenanntes „aktives Shimming“ realisiert werden. An die einzelnen Elektromagneten wird jeweils ein geeigneter elektrischer Strom angelegt, um Korrekturfelder zu erzeugen, welche in Überlagerung mit dem Magnetfeld B0 der Magnet-Vorrichtung das Magnetfeld B0 im Messvolumen homogen machen und einen Einfluss einer Magnetfeldänderung kompensieren. Während Verfahren aus dem Stand der Technik eine Vorab-Kalibrierung zur Durchführung eines aktiven Shimings benötigen, erlaubt es das erfindungsgemäße Verfahren, die Kompensation kontinuierlich oder zumindest quasi-kontinuierlich, insbesondere in Echtzeit, durchzuführen. Mit einer Kompensation in Echtzeit ist insbesondere gemeint, dass die Verarbeitungsdauer bis zur Ausführung der Kompensation weniger als 60 Sekunde, insbesondere weniger als 20 Sekunden, ganz insbesondere weniger als 1 Sekunde beträgt. Insbesondere basierend auf einer Antizipation einer Magnetfeldänderung (siehe oben) kann ein besonders genaue Kompensation in Echtzeit erreicht werden.
• In 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 einem zweiten Aspekt der Erfindung geht diese aus von einem Verfahren zum Betrieb eines mobilen NMR-Spektrometers, wobei während einer NMR-Spektroskopiemessung mittels einer Magnet-Vorrichtung des mobilen NMR-Spektrometers ein statisches Magnetfeld B0 erzeugt wird sowie mittels einer magnetfeldsensitiven Detektions-Vorrichtung des mobilen NMR-Spektrometers ein Anregungssignal B1 gesendet und zumindest ein Kernspinresonanzsignal erfasst wird. Erfindungsgemäß wird ein Einfluss von während der NMR-Spektroskopiemessung, insbesondere von während der Erfassung des zumindest einen Kernspinresonanzsignals, wirkenden ortsabhängigen Magnetfeldänderungen und/oder ortsunabhängigen Magnetfeldänderungen auf das zumindest eine erfasste Kernspinresonanzsignal nach Durchführung der NMR-Spektroskopiemessung, insbesondere nach Erfassung des zumindest einen Kernspinresonanzsignals, bei einer Auswertung des zumindest einen Kernspinresonanzsignals kompensiert.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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 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 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 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 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 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 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 einem dritten Aspekt der Erfindung geht diese aus von einem Verfahren zum Betrieb eines NMR-Spektrometers, wobei während einer NMR-Spektroskopiemessung an einer Messprobe mittels einer Magnet-Vorrichtung des mobilen NMR-Spektrometers ein statisches Magnetfeld B0 erzeugt wird sowie mittels einer magnetfeldsensitiven Detektions-Vorrichtung des NMR-Spektrometers ein Anregungssignal B1 gesendet und zumindest ein Kernspinresonanzsignal erfasst wird. Erfindungsgemäß wird ein Einfluss einer Magnetfeldinhomogenität des statischen Magnetfelds B0 auf das zumindest eine erfasste Kernspinresonanzsignal bei einer Auswertung des zumindest einen Kernspinresonanzsignals kompensiert.
• Die oben diskutierten Aspekte und Definitionen, insbesondere zum NMR-Spektrometer und dessen Funktionsweise, zur Magnet-Vorrichtung, zur magnetfeldsensitiven Detektions-Vorrichtung, zur NMR-Spektroskopie, zum Ausdruck „während der NMR-Spektroskopiemessung“, zur Steuervorrichtung, zu Magnetfeldinhomogenitäten, sowie zum Einfluss dieser Magnetfeldinhomogenitäten und dessen Größenordnung, können analog für den dritten Aspekt der Erfindung gelten. Gemäß vorgeschlagenem Verfahren nach drittem Aspekt der Erfindung ist nun jedoch denkbar, dass der Einfluss von statischen, d.h. zeitunabhängigen, Magnetfeldinhomogenitäten auf eine NMR-Spektroskopiemessung kompensiert werden kann. Gemäß drittem Aspekt der Erfindung wird ein Einfluss einer zeitunabhängigen Magnetfeldinhomogenität des statischen Magnetfelds B0 auf das zumindest eine erfasste Kernspinresonanzsignal bei einer Auswertung des zumindest einen Kernspinresonanzsignals kompensiert. Unter einer Magnetfledinhomogenität ist insbesondere eine statische Magnetfeldinhomogenität $\mathrm{\Delta }{\mathrm{{\rm B}}}_0\left(\overrightarrow{\text{r}}\text{,t}\right)$

  

  zu verstehen, bei der das Magnetfeld B0 je nach Position $\overrightarrow{\text{r}}$

  

  innerhalb des Messvolumens unterschiedliche Beträge aufweist. Die Magnetfeldinhomogenität bleibt dabei während der NMR-Spektroskopiemessung statisch, d.h. zeitlich unveränderlich. Statische Magnetfeldinhomogenitäten können beispielsweise bei Verwendung einer an sich inhomogenen Magnet-Vorrichtung vorliegen. Ferner kann ein ursprünglich homogenes Magnetfeld inhomogen werden, beispielsweise durch das Einbringen einer Probe in das Messvolumen, durch Überlagerung mit inhomogenen, insbesondere externen, Magnetfeldern (z.B. auf Grund magnetischer Objekte in der Nähe des NMR-Spektrometers), oder durch Alterung oder starke Temperaturgradienten innerhalb der Magnet-Vorrichtung. Eine Kompensation des Einflusses derartiger statischer Magnetfeldinhomogenitäten ermöglicht es, NMR-Spektroskopiemessungen mit einer prinzipiell inhomogenen Magnet-Vorrichtung und/oder unter Einfluss von während einer NMR-Spektroskopiemessung wirkenden ortsabhängigen Magnetfeldänderungen durchzuführen.
• 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.
• In einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Einfluss unter Verwendung einer B0-Feldverteilungskarte (auch als Inhomogenitätskarte oder Frequenzverschiebungskarte bezeichenbar) kompensiert. Derart kann eine besonders einfache und effiziente Kompensation durchgeführt werden. Die B0-Feldverteilungskarte wird dabei einer das Verfahren durchführenden Steuervorrichtung bereitgestellt. Insbesondere ist denkbar, dass die B0-Feldverteilungskarte durch die Konstruktion der Magnet-Vorrichtung bekannt ist. Beispielsweise kann eine sogenannte „single-sided“ Magnet-Vorrichtung derart konstruiert sein, dass das Magnetfeld B0 in zwei Raumdimensionen homogen ist und in eine dritte Dimension einen linearen Feldgradienten aufweist. Die B0-Feldverteilungskarte kann in diesem Fall bereits bei der Herstellung des Magneten mittels Simulation oder durch Vermessen bestimmt worden und zur Bereitstellung in diesem Verfahren gespeichert worden sein. In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die B0-Feldverteilungskarte unter Verwendung von ortsaufgelöst erfassten Sensordaten ermittelt, insbesondere erfasst oder gemessen, wobei die Sensordaten mittels einer Mehrzahl von verteilt angeordneten magnetfeldsensitiven Sensoren ortsaufgelöst erfasst werden. Magnetfeldsensitive Sensoren wurden oben bereits diskutiert - die Ausführungen gelten ebenfalls hier. Grundsätzlich ist eine eindimensionale (längenauflösende), zweidimensionale (flächenauflösende) oder dreidimensionale (volumenauflösende) Anordnung der Sensoren in Form eines 1D-, 2D- oder 3D-Arrays denkbar. Durch die Wahl der Anzahl und räumlichen Anordnung der, insbesondere magnetfeldsensitiven, Sensoren ist es möglich, dass eine lineare, quadratische, oder kubische Auflösung des Einflusses einer statischen Magnetfeldinhomogenität bestimmt werden kann. Es sei angemerkt, dass die B0-Feldverteilungskarte durch Interpolieren von Sensordaten verfeinert werden kann. In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die B0-Feldverteilungskarte mittels eines bildgebenden Gradienten-Systems ermittelt. Derartige Gradienten-Systeme sind für bildgebende MRT-Messsysteme prinzipiell bekannt. Denkbar ist, mittels einer, insbesondere zweier, ganz insbesondere mittels dreier, Spulen jeweils in eine definierte Raumrichtung einen Magnetfeldgradienten zu erzeugen. Dabei werden mindestens zwei (beispielsweise dreidimensionale) Bilder einer Probe, insbesondere der Messprobe, erfasst, wobei sich die Messungen durch ihre Echo-Zeit TE, d.h. die Zeit zwischen Anregungspuls und Signalaufzeichnung, unterscheiden. Ausgewertet wird die Phasendifferenz der beiden Bilder, d.h. wie stark sich die Phase der Kernspins an jedem Ort der Probe innerhalb der Echozeitendifferenz geändert hat. Diese Phasendifferenz ist ein Maß für die lokale Larmor-Frequenz und somit für die lokale Frequenzverschiebung. Aus der Differenz der zumindest zwei Bildern kann somit eine lokale Feldstärkenverteilung ermittelt werden. In einem Ausführungsbeispiel wird die B0-Feldverteilungskarte unmittelbar vor und/oder nach Erfassung des Kernspinresonanzsignals ermittelt. „Unmittelbar“ bezeichnet dabei, dass ein zeitlicher Abstand von NMR-Spektroskopiemessung und Erfassung der B0-Feldverteilungskarte weniger als 60 Sekunden beträgt, insbesondere weniger als 20 Sekunden beträgt, ganz insbesondere weniger als 1 Sekunde beträgt. Insbesondere ist denkbar, mittels des Gradienten-Systems die B0-Feldverteilungskarte unmittelbar in Gegenwart Messprobe, d.h. an der Messprobe, zu erfassen.
• 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 S_n = 1 gilt: $$\begin{array}{l}{\text{FID}}_{\text{inhom}}\left(\text{t}\right)={\displaystyle \sum _{\text{n}=1}^{\text{N}}{\displaystyle \sum _{\text{k}}{\text{a}}_{\text{k}}\cdot \text{exp}\left\{\text{i}\left[{\mathrm{\varpi }}_{\text{k}}+\mathrm{\delta }\right]\text{t}\right\}\cdot \text{exp}\left\{-{\text{t/T}}_2\right\}}}\\ ={\text{FID}}_{\text{hom}}\left(\text{t}\right)\cdot {\displaystyle \sum _{\text{n}=1}^{\text{N}}\text{exp}\left\{\text{i}{\mathrm{\delta }}_{\text{n}}\text{t}\right\}}\end{array}$$

  

  Mit Kenntnis der aufsummierten, ortsabhängigen Phasenverschiebung - beispielsweise durch Messung der ortsabhängigen Magnetfeldinhomogenität wie oben ausgeführt - kann das ungestörte Kernspinresonanzsignal FID_hom(t) rechnerisch nach dieser Formel rekonstruiert werden. Alternativ können beliebige mathematische Optimierungsmodelle genutzt werden, um den Einfluss als mathematischen Parameter δ_n oder als Korrekturfunktion zu bestimmen. Der vorgeschlagenen Ausführungsform liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass ein mittels einer Referenz-NMR-Spektroskopiemessung ermittelter Parameter δ_n 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.
• 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 einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Einfluss während der NMR-Spektroskopiemessung, insbesondere während der Erfassung des zumindest einen Kernspinresonanzsignals, in Abhängigkeit des ermittelten Einflusses aktiv kompensiert. Insbesondere ist denkbar, dass der Einfluss durch Steuern und/oder Regeln und/oder Anpassen eines elektromagnetischen Überlagerungsfelds B2 aktiv kompensiert wird. Diese Ausführungsformen wurden bei den Ausführungsformen gemäß dem erstem Aspekt der Erfindung bereits diskutiert.
• 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“ B0-Feldänderung auftritt, die eine vereinfachte „a-posteriori“-Kompensation im Rahmen einer vorgeschlagenen Auswertung ermöglicht.
• In einem weiteren Aspekt der Erfindug wird ein, insbesondere mobiles, NMR-Spektrometer mit einer Magnet-Vorrichtung zur Erzeugung eines statischen Magnetfelds B0 sowie mit einer magnetfeldsensitiven Detektions-Vorrichtung zur Aussendung eines Anregungssignals B1 und zur Erfassung eines Kernspinresonanzsignals vorgeschlagen. Das NMR-Spektrometer weist erfindungsgemäß eine Steuervorrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, eines der erfindungsgemäßen Verfahren gemäß erstem Aspekt der Erfindung und/oder gemäß zweitem Aspekt der Erfindung und/oder gemäß drittem Aspekt der Erfindung auszuführen. Die hinsichtlich des erfindungsgemäßen Verfahrens gemachten Ausführungen sind analog auf das NMR-Spektrometer, insbesondere auf die Steuervorrichtung, übertragbar.
• 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.
• 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 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.
• Ferner wird ein computerlesbares Speichermedium vorgeschlagen, auf welchem das Computerprogramm hinterlegt, insbesondere gespeichert, ist. Speichermedien an sich sind einem Fachmann bekannt.
• Figurenliste
• 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.
• Es zeigen:
• 1 ein perspektivische Darstellung einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen mobilen NMR-Spektrometers,
• 2 ein Verfahrensdiagramm eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens gemäß erstem Aspekt der Erfindung,
• 3 ein Verfahrensdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels des Verfahrens gemäß erstem Aspekt der Erfindung,
• 4 ein Verfahrensdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels des Verfahrens gemäß erstem Aspekt der Erfindung,
• 5 ein Verfahrensdiagramm eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens gemäß zweitem Aspekt der Erfindung,
• 6 ein Verfahrensdiagramm eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens gemäß drittem Aspekt der Erfindung,
• 7 ein Verfahrensdiagramm eines alternativen Ausführungsbeispiels des Verfahrens gemäß drittem Aspekt der Erfindung,
• 8 schematische Darstellung der Kompensation von Kernspinresonanzsignalen gemäß einem der erfindungsgemäßen Verfahren.
• Beschreibung der Ausführungsbeispiele
• 1 zeigt eine Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen mobilen, hier handgehaltenen, NMR-Spektrometers 10 in perspektivischer Darstellung. Das beispielhaft ausgeführte NMR-Spektrometer 10 weist ein Gehäuse 12 auf. In dem Gehäuse 12 ist eine Eingabevorrichtung 14 in Form von Betätigungselementen 14', geeignet zum Ein- und Ausschalten des NMR-Spektrometers 10, zum Starten und Konfigurieren eines Messvorgangs und zum Eingeben von Arbeitsparametern, untergebracht. Ferner ist in dem Gehäuse 12 eine Ausgabevorrichtung 16 zur Ausgabe von ermittelten Informationen sowie zur Ausgabe von Arbeitsparametern in Form eines Bildschirm 16' vorgesehen. Das NMR-Spektrometer 10 verfügt zum Transport und zu dessen Führung über einen Handgriff 18. Zur Energieversorgung des NMR-Spektrometer 10 weist das NMR-Spektrometer 10 einen stromnetzunabhängigen Energiespeicher (hier nicht näher dargestellt) in Form von wiederaufladbaren Akkus auf. Das NMR-Spektrometer 10 weist insbesondere eine Magnet-Vorrichtung 20 zur Erzeugung eines Magnetfelds B0 auf, eine magnetfeldsensitive Detektionsvorrichtung 22 zur Aussendung eines Anregungssignals B1 und zur Erfassung eines Kernspinresonanzsignals sowie eine Steuervorrichtung 24 zur Steuerung des NMR-Spektrometers 10 und zur Auswertung von mittels der magnetfeldsensitiven Detektikonsvorrichtung 22 erfassten Messsignalen, insbesondere Kernspinresonanzsignalen, auf. Die Magnet-Vorrichtung 20 ist als ein Permanentmagnet realisiert. Die magnetfeldsensitive Detektionsvorrichtung 22 ist als eine RF-Spule realisiert. Das NMR-Spektrometer 10 ist derart konzipiert, dass es ein Kernsprinresonanzspektrum einer Messprobe 30 aufnehmen kann. Das NMR-Spektrometer 10 weist ferner vier magnetfeldsensitive Sensoren 26 auf, die in einer quadratischen Array-Anordnung positioniert sind und derart einen Einfluss einer ortsabhängigen Magnetfeldänderung durch unmittelbare Messung des Magnetfelds registrieren. Die Steuervorrichtung 24 weist eine Steuerelektronik umfassend Mittel zur Kommunikation mit den anderen Komponenten des NMR-Spektrometers 10 auf, beispielsweise Mittel zur Steuerung und Regelung der magnetfeldsensitiven Detektionsvorrichtung 22 und zur Ansteuerung von magnetfeldsensitiven Sensoren 26. Die Steuervorrichtung 24 umfasst insbesondere eine (hier nicht näher dargestellte) Prozessorvorrichtung, eine Speichereinheit und ein in der Speichereinheit gespeichertes Computerprogramm. Das Computerprogramm ist eingerichtet, ein Verfahren, wie es in den 2-6 dargestellt ist, auszuführen und umfasst Anweisungen, die die Prozessorvorrichtung veranlassen, das entsprechende Verfahren auszuführen. Die Steuervorrichtung 24 ist hier somit zur Durchführung eines Verfahrens gemäß erstem, zweitem und dritten Aspekt der Erfindung eingerichtet. Die Steuervorrichtung 24 ist dazu eingerichtet, den Einfluss von während einer NMR-Spektroskopiemessung wirkenden ortsabhängigen Magnetfeldänderungen sowie von ortsunabhängigen Magnetfeldänderungen sowie von statischen Magnetfeldinhomogenitäten des mittels der Magnet-Vorrichtung 20 erzeugten Magnetfelds B0 auf mittels der magnetfeldsensitiven Detektions-Vorrichtung 22 erfasste Kernspinresonanzsignale zu kompensieren.
• 2-6 zeigen jeweils ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Betrieb eines mobilen NMR-Spektrometers 10 gemäß des ersten, zweiten bzw. dritten Aspekts der Erfindung.
• In 2 ist ein Verfahrensdiagramm 100 gezeigt, das ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens gemäß erstem Aspekt der Erfindung zum Betrieb eines mobilen NMR-Spektrometers 10 wiedergibt. Das Verfahren dient dem Betrieb des mobilen NMR-Spektrometers 10 wie in 1 gezeigt, wobei während einer NMR-Spektroskopiemessung an einer Messprobe 30 mittels der Magnet-Vorrichtung 20 des mobilen NMR-Spektrometers 10 ein statisches Magnetfeld B0 erzeugt wird sowie mittels einer magnetfeldsensitiven Detektions-Vorrichtung 22 ein Anregungssignal B1 gesendet und zumindest ein Kernspinresonanzsignal erfasst wird. In einem ersten Verfahrensschritt 102 wird mittels der Magnet-Vorrichtung 20 das statische Magnetfeld B0 erzeugt, das über einen Zeitraum aufrechterhalten wird, in dem zumindest die Verfahrensschritte 104 und 106 ausgeführt werden. In Verfahrensschritt 104 werden die Sensorendaten der vier magnetfeldsensitiven Sensoren 26 kontinuierlich ausgelesen, um einen Einfluss von ortsabhängigen (Sensoren geben jeweils unterschiedliche Sensordaten aus) und ortsunabhängigen Magnetfeldänderung (Sensoren geben jeweils gleiche Sensordaten aus) ortsaufgelöst zu ermitteln. Das kontinuierliche Auslesen erfolgt wiederum über einen Zeitraum, in dem zumindest der Verfahrensschritt 106 ausgeführt wird. Alternativ oder zusätzlich zu dieser Ermittlung des Einflusses - beispielsweise zur Erhöhung der Genauigkeit durch Mittelung - ist denkbar, den Einfluss unter Verwendung einer zeitlich zumindest während des Zeitraums, in dem der Verfahrensschritt 106 ausgeführt wird, durchgeführten Referenz-NMR-Spektroskopiemessung zu ermitteln (hier nicht für sich dargestellt) und zur Kompensation heranzuziehen. Die Referenz-NMR-Spektroskopiemessung kann dabei beispielsweise an einer zur Messprobe separaten Referenzprobe durchgeführt werden (hier ebenfalls nicht näher dargestellt). Insbesondere kann basierend auf beiden Erfassungsmethoden (Sensordaten von Sensoren und Sensordaten von Referenz-NMR-Spektroskopiemessung) ein Mittelwert des Einflusses gebildet werden und derart eine Genauigkeit bei der Ermittlung des Einflusses erhöht werden. In Verfahrensschritt 106 wird mittels der magnetfeldsensitiven Detektions-Vorrichtung 22 des mobilen NMR-Spektrometers 10 ein Anregungssignal B1 gesendet und ein Kernspinresonanzsignal von der Messprobe erfasst. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Magnetfeldänderung nach Durchführung der NMR-Spektroskopiemessung (d.h. nach Verfahrensschritten 106) bei der Auswertung der Kernspinresonanzsignale kompensiert. Dazu wird in Verfahrensschritt 108 zunächst aus den in Verfahrensschritt 104 erfassten Sensordaten der (überlagerte) Einfluss von während der NMR-Spektroskopiemessung wirkenden ortsabhängigen und ortsunabhängigen Magnetfeldänderungen und Magnetfeldinhomogenitäten des Magnetfelds B0 auf das zumindest eine erfasste Kernspinresonanzsignal ermittelt und eine Korrekturfunktion berechnet, wobei die Korrekturfunktion die Magnetfeldänderungen und die Magnetfeldinhomogenität in Form einer ortsabhängigen Phasenverschiebung der Kernspins bzw. in Form einer ortsunabhängigen Phasenverschiebungen der Kernspins berücksichtigt. In Unterverfahrensschritte 110 wird anschließend der Einfluss durch Verrechnen mit der berechneten Korrekturfunktion kompensiert. Das Verfahren kann prinzipiell wiederholt ausgeführt werden.
• In 3 ist ein Verfahrensdiagramm 200 gezeigt, das ein weiteres Ausführungsbeispiel des Verfahrens gemäß erstem Aspekt der Erfindung zum Betrieb eines mobilen NMR-Spektrometers 10 wiedergibt. In einem ersten Verfahrensschritt 202 wird mittels der Magnet-Vorrichtung 20 das statische Magnetfeld B0 erzeugt, das über einen Zeitraum aufrechterhalten wird, in dem zumindest die Verfahrensschritte 204 und 206 ausgeführt werden. In Verfahrensschritt 204 werden die Sensorendaten der vier magnetfeldsensitiven Sensoren 26 kontinuierlich ausgelesen, um einen Einfluss einer ortsunabhängigen Magnetfeldänderung durch Mittelung der Sensordaten zu ermitteln. Während des kontinuierlichen Auslesens werden zeitabhängig Sensordaten und daraus ein zeitabhängiger Einfluss der Magnetfeldänderung ermittelt. Gleichzeitig wird - basierend auf dem zeitabhängigen Verlauf des bereits erfassten Einflusses - ein für den Zeitpunkt der Durchführung des Verfahrensschritts 206 wirkender Einfluss „in die Zukunft“ extrapoliert, sodass der Einfluss dann für diesen Zeitpunkt bekannt ist und als Grundlage der aktiven Kompensation zumindest während der Ausführung von Verfahrensschritt 206 verwendet werden kann. In Verfahrensschritt 206 wird mittels der magnetfeldsensitiven Detektions-Vorrichtung 22 des mobilen NMR-Spektrometers 10 ein Anregungssignal B1 gesendet und ein Kernspinresonanzsignal von der Messprobe erfasst. Gleichzeitig erfolgt in Verfahrensschritt 208 durch, insbesondere kontinuierliches, Anpassen der Bestromung einer Kompensationsspule eine Kompensation des extrapolierten Einflusses der Magnetfeldänderung. Es sei darauf hingewiesen, dass das Verfahren hier in einer kontinuierlichen Schleife ablaufen kann, dargstellt durch den gestrichelten Pfeil.
• In 4 ist ein Verfahrensdiagramm 300 gezeigt, das ein weiteres Ausführungsbeispiel des Verfahrens gemäß erstem Aspekt der Erfindung zum Betrieb eines mobilen NMR-Spektrometers 10 wiedergibt. In einem ersten Verfahrensschritt 302 wird mittels der Magnet-Vorrichtung 20 das statische Magnetfeld B0 erzeugt, das über einen Zeitraum aufrechterhalten wird, in dem zumindest die Verfahrensschritte 304 bis 308 ausgeführt werden. In Verfahrensschritt 304 werden die Sensorendaten eines magnetfeldsensitiven Sensors 26 kontinuierlich ausgelesen, um einen Einfluss einer ortsunabhängigen Magnetfeldänderung aus den Sensordaten zu ermitteln. Während des kontinuierliche Auslesens werden zeitabhängige Sensordaten und daraus ein zeitabhängiger Einfluss der Magnetfeldänderung ermittelt. In Verfahrensschritt 306 wird unter Verwendung der Sensordaten ein Zeitpunkt ermittelt, zu dem der Einfluss der ortsunabhängigen Magnetfeldänderung (voraussichtlich) verhältnismäßig gering, insbesondere vernachlässigbar, ist. Ist dieser Zeitpunkt erreicht, wird in Verfahrensschritt 308 mittels der magnetfeldsensitiven Detektions-Vorrichtung 22 des mobilen NMR-Spektrometers 10 ein Anregungssignal B1 gesendet und ein Kernspinresonanzsignal von der Messprobe erfasst. Durch Abpassen des Zeitpunktes, zu dem der Einfluss der Magnetfeldänderung gering ist, kann der Einfluss auf das erfasste Kernspinresonanzsignal vermieden (und somit kompensiert) werden. Dieses Verfahren kann ebenfalls wiederholt durchgeführt werden.
• In 5 ist ein Verfahrensdiagramm 400 gezeigt, dass ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens gemäß zweitem Aspekt der Erfindung zum Betrieb eines mobilen NMR-Spektrometers 10 wiedergibt. Das Verfahren dient dem Betrieb eines mobilen NMR-Spektrometers 10 wie in 1 gezeigt, wobei während einer NMR-Spektroskopiemessung an einer Messprobe 30 mittels der Magnet-Vorrichtung 20 des mobilen NMR-Spektrometers 10 ein statisches Magnetfeld B0 erzeugt wird sowie mittels einer magnetfeldsensitiven Detektions-Vorrichtung 22 ein Anregungssignal B1 gesendet und zumindest ein Kernspinresonanzsignal erfasst wird. In einem ersten Verfahrensschritt 402 wird mittels der Magnet-Vorrichtung 20 das statische Magnetfeld B0 erzeugt, das über einen Zeitraum aufrechterhalten wird, in dem zumindest die Verfahrensschritte 404 und 406 ausgeführt werden. In Verfahrensschritt 404 wird mittels der magnetfeldsensitiven Detektions-Vorrichtung 22 des mobilen NMR-Spektrometers 10 ein Anregungssignal B1 gesendet und ein Kernspinresonanzsignal von der Messprobe erfasst. In Verfahrensschritt 406 wird ein Einfluss von während der NMR-Spektroskopiemessung, insbesondere von während der Erfassung des zumindest einen Kernspinresonanzsignals, wirkenden ortsabhängigen und/oder ortsunabhängigen Magnetfeldänderungen auf das zumindest eine erfasste Kernspinresonanzsignal bei der Auswertung des zumindest einen Kernspinresonanzsignals und unter Verwendung des zumindest einen erfassten Kernspinresonanzsignals kompensiert. Dabei wird der Einfluss durch Verrechnen des zumindest einen erfassten Kernspinresonanzsignals mit einer Korrekturfunktion kompensiert. Dazu wird in Unterverfahrensschritt 410 die Korrekturfunktion aus dem zumindest einen Kernspinresonanzsignal ermittelt, indem aus einem Vergleich einer Position eines Peaks im Kernspinresonanzsignal mit einem Erwartungswert, insbesondere einer Sollposition, eine Abweichung ermittelt wird, wobei die Korrekturfunktion derart gewählt wird, dass bei Verrechnen des zumindest einen Kernspinresonanzsignals mit der Korrekturfunktion die Abweichung minimiert wird, insbesondere Null wird. Alternativ oder zusätzlich zu Verfahrensschritt 410 wird in Verfahrensschritt 412 die Korrekturfunktion aus dem zumindest einen Kernspinresonanzsignal ermittelt, indem eine niederfrequente Störung eines zeitlichen Verlaufs der Phase des zumindest einen Kernspinresonanzsignals ermittelt wird, wobei die Korrekturfunktion derart gewählt wird, dass bei Verrechnen des zumindest einen Kernspinresonanzsignals mit der Korrekturfunktion die niederfrequente Störung minimiert wird, insbesondere Null wird. Alternativ oder zusätzlich zu Verfahrensschritten 410 und 412 wird in Verfahrensschritt 414 die Korrekturfunktion unter Verwendung einer Mehrzahl von, insbesondere sequentiell erfassten Kernspinresonanzsignalen ermittelt, indem zumindest ein Unterschied zwischen den erfassten Kernspinresonanzsignalen ermittelt wird, wobei die Korrekturfunktion derart gewählt wird, dass bei Verrechnen der Kernspinresonanzsignale mit der Korrekturfunktion der zumindest eine Unterschied minimiert wird, insbesondere Null wird. Dabei wird zur Ermittlung des zumindest einen Unterschieds eine Position zumindest eines Peaks im NMR-Spektrum ausgewertet. Dieses Verfahren kann ebenfalls wiederholt durchgeführt werden.
• In 6 ist ein Verfahrensdiagramm 500 gezeigt, dass ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens gemäß drittem Aspekt der Erfindung zum Betrieb eines (hier mobilen) NMR-Spektrometers 10 wiedergibt. Das Verfahren dient dem Betrieb eines - nicht notwendigerweise mobilen - NMR-Spektrometers 10 wie in 1 gezeigt, wobei während einer NMR-Spektroskopiemessung an einer Messprobe 30 mittels der Magnet-Vorrichtung 20 des mobilen NMR-Spektrometers 10 ein statisches Magnetfeld B0 erzeugt wird sowie mittels einer magnetfeldsensitiven Detektions-Vorrichtung 22 ein Anregungssignal B1 gesendet und zumindest ein Kernspinresonanzsignal erfasst wird. In einem ersten Verfahrensschritt 502 wird mittels der Magnet-Vorrichtung 20 das statische Magnetfeld B0 erzeugt, das über einen Zeitraum aufrechterhalten wird, in dem zumindest die Verfahrensschritte 504 und 506 ausgeführt werden. In Verfahrensschritt 504 werden die Sensorendaten der vier magnetfeldsensitiven Sensoren 26 ausgelesen und daraus eine B0-Feldverteilungskarte erstellt. Die B0-Feldverteilungskarte gibt den Einfluss einer statischen Magnetfeldinhomogenität des Magnetfelds B0 ortsabhängig wieder. Alternativ kann in einem weiteren Ausführungsbeispiel in Verfahrensschritt 504 die B0-Feldverteilungskarte auch mittels eines bildgebenden Gradienten-System ermittelt werden. In Verfahrensschritt 506 wird mittels der magnetfeldsensitiven DetektionsVorrichtung 22 des mobilen NMR-Spektrometers 10 ein Anregungssignal B1 gesendet und ein Kernspinresonanzsignal von der Messprobe erfasst. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Einfluss der Magnetfeldinhomogenität des statischen Magnetfelds B0 auf das zumindest eine erfasste Kernspinresonanzsignal bei einer Auswertung des zumindest einen Kernspinresonanzsignals kompensiert. Dazu wird in Verfahrensschritt 508 ausgehend von der B0-Feldverteilungskarte eine Korrekturfunktion aufgestellt, mittels der das zumindest eine Kernspinresonanzsignal um den Einfluss der Magnetfeldinhomogenität kompensiert wird. Dieses Verfahren kann ebenfalls wiederholt durchgeführt werden.
• In 7 ist ein Verfahrensdiagramm 600 gezeigt, dass ein zum Verfahren 500 alternatives Ausführungsbeispiel eines Verfahrens gemäß drittem Aspekt der Erfindung wiedergibt. In einem ersten Verfahrensschritt 602 wird mittels der MagnetVorrichtung 20 das statische Magnetfeld B0 erzeugt, das über einen Zeitraum aufrechterhalten wird, in dem zumindest die Verfahrensschritte 604 und 606 ausgeführt werden. In Verfahrensschritt 604 wird ein Einfluss der Magnetfeldinhomogenität unter Verwendung einer durchgeführten Referenz-NMR-Spektroskopiemessung ermittelt. Die Referenz-NMR-Spektroskopiemessung wird in diesem Ausführungsbeispiel an einer zur Messprobe separaten Referenzprobe durchgeführt. In Verfahrensschritt 606 wird mittels der magnetfeldsensitiven Detektions-Vorrichtung 22 des mobilen NMR-Spektrometers 10 ein Anregungssignal B1 gesendet und ein Kernspinresonanzsignal von der Messprobe erfasst. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Magnetfeldänderung nach Durchführung der NMR-Spektroskopiemessung bei der Auswertung der Kernspinresonanzsignale kompensiert. Dazu wird in Verfahrensschritt 608 zunächst aus den in Verfahrensschritt 604 erfassten Sensordaten der Einfluss von während der NMR-Spektroskopiemessung wirkenden Magnetfeldinhomogenität auf das zumindest eine erfasste Kernspinresonanzsignal ermittelt und eine Korrekturfunktion berechnet, wobei die Korrekturfunktion die Magnetfeldinhomogenität in Form einer ortsabhängigen Phasenverschiebung der Kernspins bzw. in Form einer ortsunabhängigen Phasenverschiebungen der Kernspins berücksichtigt. In Unterverfahrensschritte 610 wird anschließend der Einfluss durch Verrechnen mit der berechneten Korrekturfunktion kompensiert. Dieses Verfahren kann ebenfalls wiederholt durchgeführt werden.
• 8 zeigt eine schematische Darstellung der Kompensation von Kernspinresonanzsignalen gemäß einem der erfindungsgemäßen Verfahren. In 8a ist ein unkompensiertes NMR-Spektrum dargestellt, welches beispielsweise mittels einer „a-posteriori“-Kompensation betreffend den Einfluss einer ortsabhängigen oder ortsunabhängigen Magnetfeldänderung oder betreffend den Einfluss einer statischen Magnetfeldinhomogenität des Magnetfelds B0 zu dem in 8b dargestellten ungestörten NMR-Spektrum kompensiert werden kann. In diesem Ausführungsbeispiel wurde der durch den Einfluss gestörte FID des Kernspinresonanzsignals mit einem Phasenfaktor exp{-iδ(t)t} multipliziert, um den ungestörten (kompensierten) FID und damit das ungestörte NMR-Spektrum zu erhalten: $$\begin{array}{l}{\text{FID}}_{\text{drift}}\left(\text{t}\right)={\displaystyle \sum _{\text{k}}{\text{a}}_{\text{k}}\cdot \text{exp}}\left\{\text{i}\left[{\mathrm{\varpi }}_{\text{k}}+\mathrm{\delta }\left(\text{t}\right)\text{t}\right]\right\}\cdot \text{exp}\left\{-{\text{t/T}}_2\right\}\\ ={\text{FID}}_{\text{hom}}\left(\text{t}\right)\cdot \text{exp}\left\{\text{i}\mathrm{\delta }\left(\text{t}\right)\text{t}\right\}\text{.}\end{array}$$

  

  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.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Nicht-Patentliteratur
• „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]
• „Scalable NMR spectroscopy with semiconductor chips‟, Dongwan Ha, Jeffrey Paulsen, Nan Sun, Yi-Qiao Song, Donhee Ham, Proceedings of the National Academy of Sciences August 2014 [0002]

Claims (11)

1. Verfahren zum Betrieb eines NMR-Spektrometers, wobei während einer NMR-Spektroskopiemessung an einer Messprobe mittels einer Magnet-Vorrichtung des mobilen NMR-Spektrometers ein statisches Magnetfeld B0 erzeugt wird sowie mittels einer magnetfeldsensitiven Detektions-Vorrichtung des NMR-Spektrometers ein Anregungssignal B1 gesendet und zumindest ein Kernspinresonanzsignal erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einfluss einer Magnetfeldinhomogenität des statischen Magnetfelds B0 auf das zumindest eine erfasste Kernspinresonanzsignal bei einer Auswertung des zumindest einen Kernspinresonanzsignals kompensiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfluss unter Verwendung einer B0-Feldverteilungskarte kompensiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die B0-Feldverteilungskarte unter Verwendung von ortsaufgelöst erfassten Sensordaten ermittelt wird wobei die Sensordaten mittels einer Mehrzahl von verteilt angeordneten magnetfeldsensitiven Sensoren ortsaufgelöst erfasst werden.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die B0-Feldverteilungskarte mittels eines bildgebenden Gradienten-Systems ermittelt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfluss unter Verwendung einer Referenz-NMR-Spektroskopiemessung ermittelt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenz-NMR-Spektroskopiemessung an einer zur Messprobe separaten Referenzprobe durchgeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenz-NMR-Spektroskopiemessung an der Messprobe durchgeführt wird, nachdem der Messprobe ein Markermaterial zugefügt wurde und/oder dass die Messprobe einer Referenz-NMR-Spektroskopiemessung an einem vorgegebenen NMR-aktiven Kern unterzogen wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfluss durch Verrechnen des zumindest einen erfassten Kernspinresonanzsignals mit einer Korrekturfunktion kompensiert wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfluss während der NMR-Spektroskopiemessung, insbesondere während der Erfassung des zumindest einen Kernspinresonanzsignals, in Abhängigkeit des ermittelten Einflusses aktiv kompensiert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfluss durch Steuern und/oder Regeln und/oder Anpassen eines elektromagnetischen Überlagerungsfelds B2 aktiv kompensiert wird.
11. NMR-Spektrometer mit einer Magnet-Vorrichtung zur Erzeugung eines statischen Magnetfelds B0 sowie mit einer magnetfeldsensitiven Detektions-Vorrichtung zur Aussendung eines Anregungssignals B1 und zur Erfassung zumindest eines Kernspinresonanzsignals, dadurch gekennzeichnet, dass das NMR-Spektrometer eine Steuervorrichtung aufweist, die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1-10 auszuführen.

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