JP2001108640A - Ｎｍｒ装置 - Google Patents
Ｎｍｒ装置Info
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- JP2001108640A JP2001108640A JP28927599A JP28927599A JP2001108640A JP 2001108640 A JP2001108640 A JP 2001108640A JP 28927599 A JP28927599 A JP 28927599A JP 28927599 A JP28927599 A JP 28927599A JP 2001108640 A JP2001108640 A JP 2001108640A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 感度を向上させたＮＭＲ装置を得る。
【解決手段】 外部磁場作用手段２は、測定対象８中の
磁性核のスピンに外部磁場Ｂ0を作用させる。ホワイト
ノイズ作用手段４は、測定対象８中の磁性核のスピン
を、ホワイトノイズによって時系列的に微分するよう作
用させる。これにより、スピンが低エネルギーのレベル
に大きく偏る。理論的には、全てのスピンを下のレベル
に下げることができる。したがって、従来装置に較べる
と、約１０6倍の感度を得ることができる。
磁性核のスピンに外部磁場Ｂ0を作用させる。ホワイト
ノイズ作用手段４は、測定対象８中の磁性核のスピン
を、ホワイトノイズによって時系列的に微分するよう作
用させる。これにより、スピンが低エネルギーのレベル
に大きく偏る。理論的には、全てのスピンを下のレベル
に下げることができる。したがって、従来装置に較べる
と、約１０6倍の感度を得ることができる。
Description
【０００１】
【発明の技術分野】この発明は核磁気共鳴（ＮＭＲ）を
利用した解析、分析等の測定技術に関するものであり、
特にその感度向上に関するものである。
利用した解析、分析等の測定技術に関するものであり、
特にその感度向上に関するものである。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】物質
中の磁性核（プロトンなど）に外部磁場Ｂ0を与える
と、図３に示すような歳差運動をしているものとしてモ
デル化することができる。また、外部磁場Ｂ 0の存在す
る状況下においては、試料（測定対象）の中にあるプロ
トンなどの磁性核（スピンを持つ核）は、外部磁場Ｂ0
に平行な向きと、反平行な向きの２種類の配向を取る。
図４に示すように、平行の向きのものは低エネルギー状
態であり、反平行向きのものは高エネルギー状態にあ
る。この２つのエネルギー状態を占有する磁性核の数
は、低エネルギー状態のものの方がわずかに多い（１０
6個に１個程度）。したがって、巨視的に見ると、図５
Ａに示すように、外部磁場の方向に磁化Ｍが生じる。こ
の磁化Ｍは、個々のスピンの磁化の和である。
中の磁性核（プロトンなど）に外部磁場Ｂ0を与える
と、図３に示すような歳差運動をしているものとしてモ
デル化することができる。また、外部磁場Ｂ 0の存在す
る状況下においては、試料（測定対象）の中にあるプロ
トンなどの磁性核（スピンを持つ核）は、外部磁場Ｂ0
に平行な向きと、反平行な向きの２種類の配向を取る。
図４に示すように、平行の向きのものは低エネルギー状
態であり、反平行向きのものは高エネルギー状態にあ
る。この２つのエネルギー状態を占有する磁性核の数
は、低エネルギー状態のものの方がわずかに多い（１０
6個に１個程度）。したがって、巨視的に見ると、図５
Ａに示すように、外部磁場の方向に磁化Ｍが生じる。こ
の磁化Ｍは、個々のスピンの磁化の和である。
【０００３】この状態において、スピンの歳差運動の周
期に合致した周波数の磁場Ｂ1を、図５Ａのｘ軸方向に
与える。これにより、図６に示すように、スピンの向き
が揃えられ、ｘｙ平面における成分が表れることとな
る。すなわち、巨視的には、図５Ｂに示すように、磁化
Ｍの歳差運動としてモデル化することができる。
期に合致した周波数の磁場Ｂ1を、図５Ａのｘ軸方向に
与える。これにより、図６に示すように、スピンの向き
が揃えられ、ｘｙ平面における成分が表れることとな
る。すなわち、巨視的には、図５Ｂに示すように、磁化
Ｍの歳差運動としてモデル化することができる。
【０００４】スピンの歳差運動の周期は、磁場や物質に
よって異なる。したがって、何れの周波数の磁場Ｂ1を
吸収するかにより、測定対象である試料の化学的情報を
得ることができる。
よって異なる。したがって、何れの周波数の磁場Ｂ1を
吸収するかにより、測定対象である試料の化学的情報を
得ることができる。
【０００５】一般的には、所定の周波数帯域を持つパル
ス磁場Ｂ1をｘ軸方向に印加し、その応答信号をｙ軸方
向から採取するとともに、当該応答信号のスペクトルを
解析し、何れの周波数成分が吸収されたかを判定する、
という処理を行っている。
ス磁場Ｂ1をｘ軸方向に印加し、その応答信号をｙ軸方
向から採取するとともに、当該応答信号のスペクトルを
解析し、何れの周波数成分が吸収されたかを判定する、
という処理を行っている。
【０００６】しかしながら、上記のような従来のＮＭＲ
装置においては、外部磁場Ｂ0と平行なスピンと、反平
行なスピンの占拠数の比率が約１０-6と小さい。この状
態を、図７Ａに模式的に示す。図５に示す磁化Ｍの大き
さは、この占拠数の差に依存するので、著しく感度が低
い（Ｓ／Ｎ比が悪い）という問題があった。
装置においては、外部磁場Ｂ0と平行なスピンと、反平
行なスピンの占拠数の比率が約１０-6と小さい。この状
態を、図７Ａに模式的に示す。図５に示す磁化Ｍの大き
さは、この占拠数の差に依存するので、著しく感度が低
い（Ｓ／Ｎ比が悪い）という問題があった。
【０００７】このため、従来の装置においては、Ｓ／Ｎ
比を向上するため、パルス磁場を繰り返し与え、応答信
号もしくはそのフーリエ解析成分をコンピュータによっ
て積算することが行われている。したがって、測定結果
を得るために長時間を要するという問題があった。
比を向上するため、パルス磁場を繰り返し与え、応答信
号もしくはそのフーリエ解析成分をコンピュータによっ
て積算することが行われている。したがって、測定結果
を得るために長時間を要するという問題があった。
【０００８】測定感度を向上するため、パルス磁場の時
間幅を制御し、最も効率的にｙ軸方向成分が得られるよ
うにする手法が採用されている。つまり、図５Ｂにおい
て、磁化Ｍを９０度傾けるようなパルス磁場を与えるこ
とが行われている。このようなパルスはπ／２パルスと
呼ばれている。
間幅を制御し、最も効率的にｙ軸方向成分が得られるよ
うにする手法が採用されている。つまり、図５Ｂにおい
て、磁化Ｍを９０度傾けるようなパルス磁場を与えるこ
とが行われている。このようなパルスはπ／２パルスと
呼ばれている。
【０００９】たとえば、特公平７−１２２５８号公報に
は、π／２パルスを迅速に得るための技術が開示されて
いる。しかしながら、この公報には、磁化Ｍそのものを
大きくする技術は開示されていない。
は、π／２パルスを迅速に得るための技術が開示されて
いる。しかしながら、この公報には、磁化Ｍそのものを
大きくする技術は開示されていない。
【００１０】また、ＰＣＴ／ＵＳ９７／０５４５６に
は、ＮＭＲ検出セルの構造的改良により、感度を向上す
る技術が開示されている。同様に、特願平１０−１９５
３４０号公報、特願平６−２６６０５１号公報、特願平
１０−３２８９０号公報、特願平１０−３３２７４号公
報には、プローブやコイルの改良によって、感度を向上
する技術が開示されている。
は、ＮＭＲ検出セルの構造的改良により、感度を向上す
る技術が開示されている。同様に、特願平１０−１９５
３４０号公報、特願平６−２６６０５１号公報、特願平
１０−３２８９０号公報、特願平１０−３３２７４号公
報には、プローブやコイルの改良によって、感度を向上
する技術が開示されている。
【００１１】しかしながら、これらの何れの技術におい
ても、磁化Ｍそのものを大きくして感度を向上させる点
についての着目はなされていない。
ても、磁化Ｍそのものを大きくして感度を向上させる点
についての着目はなされていない。
【００１２】一方、図４に示す２つのエネルギー状態の
占有数の比は、次式によって与えられる。
占有数の比は、次式によって与えられる。
【００１３】Ｎβ／Ｎα＝exp（−ΔＥ／ｋＴ） ここで、Ｎβは低エネルギー状態の占有数、Ｎαは高エ
ネルギー状態の占有数、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対
温度である。また、ΔＥは下式で示される。
ネルギー状態の占有数、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対
温度である。また、ΔＥは下式で示される。
【００１４】ΔＥ＝ｈγＢ0／２π ここで、γは磁気回転比、Ｂ0は外部磁場の強さであ
る。
る。
【００１５】上式から明らかなように、占有比Ｎβ／Ｎ
αを変えて、磁化Ｍを大きくするためには、外部磁場Ｂ
0を大きくする、温度Ｔを低くする手法が採用されてい
る。
αを変えて、磁化Ｍを大きくするためには、外部磁場Ｂ
0を大きくする、温度Ｔを低くする手法が採用されてい
る。
【００１６】しかし、２．３５テスラという強力な磁場
においても、プロトンのエネルギーギャップは６．６×
１０-26と極めて小さい。また、温度Ｔを低くすること
は、測定対象によっては、困難な場合もある。たとえ
ば、ＮＭＲを応用したＭＲＩでは、人体を測定対象とす
るため、温度Ｔを極端に低くすることはできない。
においても、プロトンのエネルギーギャップは６．６×
１０-26と極めて小さい。また、温度Ｔを低くすること
は、測定対象によっては、困難な場合もある。たとえ
ば、ＮＭＲを応用したＭＲＩでは、人体を測定対象とす
るため、温度Ｔを極端に低くすることはできない。
【００１７】そこで、上記の問題点に鑑み、この発明
は、常温においても、エネルギーギャップを拡大して、
極めて高度に感度を向上することのできるＮＭＲ装置を
提供することを目的とする。
は、常温においても、エネルギーギャップを拡大して、
極めて高度に感度を向上することのできるＮＭＲ装置を
提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段および発明の効果】この発
明にかかるＮＭＲ装置は、測定対象中の磁性核のスピン
に外部磁場を作用させる外部磁場作用手段と、測定対象
中の磁性核のスピンをホワイトノイズによって時系列的
に微分するように作用または積分するように作用させる
ためのホワイトノイズ作用手段と、ホワイトノイズ作用
手段による作用を施した後、パルス状の電磁波を前記測
定対象のスピンに作用させ、スピンの回転傾向を偏らせ
る電磁波作用手段と、電磁波作用手段による作用を施し
た後、前記パルス状の電磁波に対する測定対象からの応
答信号を受け取る応答信号受信手段と、応答信号をスペ
クトル解析するスペクトル解析手段とを備えている。
明にかかるＮＭＲ装置は、測定対象中の磁性核のスピン
に外部磁場を作用させる外部磁場作用手段と、測定対象
中の磁性核のスピンをホワイトノイズによって時系列的
に微分するように作用または積分するように作用させる
ためのホワイトノイズ作用手段と、ホワイトノイズ作用
手段による作用を施した後、パルス状の電磁波を前記測
定対象のスピンに作用させ、スピンの回転傾向を偏らせ
る電磁波作用手段と、電磁波作用手段による作用を施し
た後、前記パルス状の電磁波に対する測定対象からの応
答信号を受け取る応答信号受信手段と、応答信号をスペ
クトル解析するスペクトル解析手段とを備えている。
【００１９】また、この発明にかかるＮＭＲ測定方法
は、測定対象中の磁性核に外部磁場を作用させ、低いエ
ネルギー状態にあるスピンを有する磁性核と、高いエネ
ルギー状態にあるスピンを有する磁性核との、エネルギ
ー状態の占有数の違いを生じさせ、当該エネルギー状態
の占有数の違いを直接または間接的に測定するＮＭＲ測
定方法において、前記磁性核のスピンをホワイトノイズ
によって時系列的に微分または積分することにより、前
記占有数の違いを大きくして、測定感度を向上したこと
を特徴としている。
は、測定対象中の磁性核に外部磁場を作用させ、低いエ
ネルギー状態にあるスピンを有する磁性核と、高いエネ
ルギー状態にあるスピンを有する磁性核との、エネルギ
ー状態の占有数の違いを生じさせ、当該エネルギー状態
の占有数の違いを直接または間接的に測定するＮＭＲ測
定方法において、前記磁性核のスピンをホワイトノイズ
によって時系列的に微分または積分することにより、前
記占有数の違いを大きくして、測定感度を向上したこと
を特徴としている。
【００２０】上記のホワイトのイズ作用手段により、ス
ピンを下のレベルに揃えまたは上のレベルに揃えること
ができる。これによって、スピンの集団としての巨視的
磁化が大きくなり、感度を著しく向上することができ
る。従来の装置においては、１０-6程度のスピンしか有
効に出力に寄与していなかったことに対し、本発明の装
置によれば、全スピンの磁化を出力として得ることがで
きる。したがって、従来に較べ、理論的には、最大１０
６倍の感度向上をもたらすことができる。
ピンを下のレベルに揃えまたは上のレベルに揃えること
ができる。これによって、スピンの集団としての巨視的
磁化が大きくなり、感度を著しく向上することができ
る。従来の装置においては、１０-6程度のスピンしか有
効に出力に寄与していなかったことに対し、本発明の装
置によれば、全スピンの磁化を出力として得ることがで
きる。したがって、従来に較べ、理論的には、最大１０
６倍の感度向上をもたらすことができる。
【００２１】これにより、従来の積算処理をなくして、
リアルタイムに結果を得ることが可能となる。たとえ
ば、ＭＲＩの結果をリアルタイムに見ながら手術を行
う、内蔵の動きを実時間で見る、血流を実時間で見る
等、臨床医学の分野においても、大きな応用的効果をも
たらすことができる。
リアルタイムに結果を得ることが可能となる。たとえ
ば、ＭＲＩの結果をリアルタイムに見ながら手術を行
う、内蔵の動きを実時間で見る、血流を実時間で見る
等、臨床医学の分野においても、大きな応用的効果をも
たらすことができる。
【００２２】この発明において、「ＮＭＲ装置」とは、
核磁気共鳴を利用した機器をいうものであり、いわゆる
ＮＭＲ装置だけでなくＭＲＩ装置等も含む概念である。
核磁気共鳴を利用した機器をいうものであり、いわゆる
ＮＭＲ装置だけでなくＭＲＩ装置等も含む概念である。
【００２３】「磁性核」とは、プロトン（1Ｈ）、炭素
（13Ｃ）、窒素（14Ｎ、15Ｎ）酸素（17Ｏ）、フッ素（
19Ｆ）、リン（31Ｐ）などの核磁気モーメントを有する
原子核をいう。
（13Ｃ）、窒素（14Ｎ、15Ｎ）酸素（17Ｏ）、フッ素（
19Ｆ）、リン（31Ｐ）などの核磁気モーメントを有する
原子核をいう。
【００２４】
【発明の実施の形態】１．理論的考察 ブラウン運動は、 と定義でき、その相関関数は、 により与えられる。上式で平方根の中の分母が時間の一
乗であるのに対して、分子が距離の二乗であることに注
意して欲しい。
乗であるのに対して、分子が距離の二乗であることに注
意して欲しい。
【００２５】ホワイトノイズはブラウン運動の時間微分
として形式的には以下のように与えられる。
として形式的には以下のように与えられる。
【００２６】 デルタ関数の平方根になっているのは上に注意したブラ
ウン運動の性質によっている。つまり、形式的に言えば
デルタ関数が であるのに対し、ホワイトノイズはブラウン運動の飛行
距離が有限であるので比例項として無視できて である。つまり、デルタ関数は無限大であるので、有限
な飛行距離をかけ算しても無限大は変わらない。
ウン運動の性質によっている。つまり、形式的に言えば
デルタ関数が であるのに対し、ホワイトノイズはブラウン運動の飛行
距離が有限であるので比例項として無視できて である。つまり、デルタ関数は無限大であるので、有限
な飛行距離をかけ算しても無限大は変わらない。
【００２７】したがって、ホワイトノイズはデルタ関数
を乱雑に寄せ集めたような極めてシンギュラーなもので
あり、一種の座標軸と見なすことができる。
を乱雑に寄せ集めたような極めてシンギュラーなもので
あり、一種の座標軸と見なすことができる。
【００２８】ここでB(t)が座標軸であるという立場に立
って、ホワイトノイズによる微分 を考えると、これはブラウン運動の汎関数に作用させた
ときに消滅演算子となり、その共役作用素 は積分作用素として生成演算子となる。
って、ホワイトノイズによる微分 を考えると、これはブラウン運動の汎関数に作用させた
ときに消滅演算子となり、その共役作用素 は積分作用素として生成演算子となる。
【００２９】ブラウン運動の汎関数を構成することは難
しい問題を含んでいるが、発明者は、調和振動子に対し
てブラウン運動の汎関数としてのエルミート多項式を発
見的に導いた（T.Fukumi,Phys. Rev. A, 40, 530(198
9)）。
しい問題を含んでいるが、発明者は、調和振動子に対し
てブラウン運動の汎関数としてのエルミート多項式を発
見的に導いた（T.Fukumi,Phys. Rev. A, 40, 530(198
9)）。
【００３０】一般にスピンをブラウン運動の汎関数とし
て定式化することは難しい。スピンは相対論的量子力学
により導かれるものであるが、プリンストン大学のエド
ワード・ネルソンによって指摘されたように相対論的ブ
ラウン運動は意味をなさない。このことはアインシュタ
インによって再三警告されたように、ブラウン運動をす
る粒子の速度は測定不可能であることに由来する。
て定式化することは難しい。スピンは相対論的量子力学
により導かれるものであるが、プリンストン大学のエド
ワード・ネルソンによって指摘されたように相対論的ブ
ラウン運動は意味をなさない。このことはアインシュタ
インによって再三警告されたように、ブラウン運動をす
る粒子の速度は測定不可能であることに由来する。
【００３１】そこで、ブラウン運動の汎関数としての個
数演算子を と定義すると により、ホワイトノイズによる微分を作用することがで
き、これによって全てのスピンを下の準位に下げること
が可能である。ここに、Ｎはほぼアボガドロ数の整数で
ある。ただし、ホワイトノイズはヒルベルト空間よりも
大きな空間で定義されるので初等的な微分・積分の演算
はできない。つまり
数演算子を と定義すると により、ホワイトノイズによる微分を作用することがで
き、これによって全てのスピンを下の準位に下げること
が可能である。ここに、Ｎはほぼアボガドロ数の整数で
ある。ただし、ホワイトノイズはヒルベルト空間よりも
大きな空間で定義されるので初等的な微分・積分の演算
はできない。つまり
【００３２】で、演算は双線形な空間ＬとＬ*のあいだ
を行ったり来たりして行わなければならない。このＨは
ヒルベルト空間である。しかし、ここではホワイトノイ
ズによる微分が消滅演算子になることで十分であろう。
ここで、どんな時間幅をとってもその中に加算無限個の
デルタ関数が存在することを用いている。もし、時間を
固定すると上式は と書かねばならない。
を行ったり来たりして行わなければならない。このＨは
ヒルベルト空間である。しかし、ここではホワイトノイ
ズによる微分が消滅演算子になることで十分であろう。
ここで、どんな時間幅をとってもその中に加算無限個の
デルタ関数が存在することを用いている。もし、時間を
固定すると上式は と書かねばならない。
【００３３】ここで以下のことを注意する必要がある。
δ関数のフーリエ変換はそれ自体でスペクトルは白色で
あるが、ここで用いられているホワイトノイズB(t)は時
系列として与えられることが重要である。つまり、上に
も記したようにここで言うホワイトノイズはδ関数を乱
雑に集めたようなものであることによっている。すなわ
ち、ある時間帯に定義されるホワイトノイズによる部分
は加算無限個の消滅演算子であることが重要なポイント
である。これによって全てのスピンを下の準位に下げる
ことを可能にしているのである。大切なことは、これが
常温で（縦緩和との競合にはなるが）可能であることで
ある。したがって、これは高分解能ＮＭＲの感度向上を
可能とするものである。
δ関数のフーリエ変換はそれ自体でスペクトルは白色で
あるが、ここで用いられているホワイトノイズB(t)は時
系列として与えられることが重要である。つまり、上に
も記したようにここで言うホワイトノイズはδ関数を乱
雑に集めたようなものであることによっている。すなわ
ち、ある時間帯に定義されるホワイトノイズによる部分
は加算無限個の消滅演算子であることが重要なポイント
である。これによって全てのスピンを下の準位に下げる
ことを可能にしているのである。大切なことは、これが
常温で（縦緩和との競合にはなるが）可能であることで
ある。したがって、これは高分解能ＮＭＲの感度向上を
可能とするものである。
【００３４】同様に、微分作用素の共役演算子であるホ
ワイトノイズによる積分は全てのスピンを上の準位にあ
げることを可能とする。
ワイトノイズによる積分は全てのスピンを上の準位にあ
げることを可能とする。
【００３５】以上の解析により、スピン（スピンのエネ
ルギー、スピンの運動、スピンのエネルギー占有数な
ど）をホワイトノイズで時系列的に微分して、全てのス
ピンを下のレベルに下げた後、π／２パルスに相当する
電磁波を照射することにより、ＮＭＲの感度を熱力学的
限界を超えて約１０6向上させることができる。当然の
ことながら、従来のパルス・フーリエ変換の手法はその
まま使用することができて、その感度は約１０6向上す
る。
ルギー、スピンの運動、スピンのエネルギー占有数な
ど）をホワイトノイズで時系列的に微分して、全てのス
ピンを下のレベルに下げた後、π／２パルスに相当する
電磁波を照射することにより、ＮＭＲの感度を熱力学的
限界を超えて約１０6向上させることができる。当然の
ことながら、従来のパルス・フーリエ変換の手法はその
まま使用することができて、その感度は約１０6向上す
る。
【００３６】２．装置の構成 図１に、この発明の一実施形態によるＮＭＲ装置の全体
構成を示す。外部磁場作用手段２は、測定対象８中の磁
性核のスピンに外部磁場Ｂ0を作用させるものである。
これにより、図４に示すように、スピンが歳差運動を行
い、エネルギー準位を生じる。ホワイトノイズ作用手段
４は、測定対象８中の磁性核のスピンを、ホワイトノイ
ズによって時系列的に微分するよう作用させるものであ
る。これにより、スピンが低エネルギーのレベルに大き
く偏る。理論的には、全てのスピンを下のレベルに下げ
ることができる。この状態を、図７Ｂに模式的に示す。
したがって、図５Ａにおいて、十分大きい磁化Ｍを得る
ことができる。
構成を示す。外部磁場作用手段２は、測定対象８中の磁
性核のスピンに外部磁場Ｂ0を作用させるものである。
これにより、図４に示すように、スピンが歳差運動を行
い、エネルギー準位を生じる。ホワイトノイズ作用手段
４は、測定対象８中の磁性核のスピンを、ホワイトノイ
ズによって時系列的に微分するよう作用させるものであ
る。これにより、スピンが低エネルギーのレベルに大き
く偏る。理論的には、全てのスピンを下のレベルに下げ
ることができる。この状態を、図７Ｂに模式的に示す。
したがって、図５Ａにおいて、十分大きい磁化Ｍを得る
ことができる。
【００３７】このような状態において、電磁波作用手段
６（ｘ軸方向に向けたＲＦアンテナ等）により、π／２
パルスの電磁波を測定対象８に作用させる。これによ
り、図６に示すように、スピンの回転傾向がｘｙ軸平面
において揃い（偏り）、図５Ｂに示すように、磁化Ｍが
歳差運動を行った状態となる。
６（ｘ軸方向に向けたＲＦアンテナ等）により、π／２
パルスの電磁波を測定対象８に作用させる。これによ
り、図６に示すように、スピンの回転傾向がｘｙ軸平面
において揃い（偏り）、図５Ｂに示すように、磁化Ｍが
歳差運動を行った状態となる。
【００３８】その応答信号を、応答信号受信手段１０
（上記ＲＦアンテナ等）から取得する。上記のように、
磁化Ｍが十分大きいため、繰り返し、応答信号を取得し
なくとも、Ｓ／Ｎ比のよい応答信号を得ることができ
る。スペクトル解析手段１２は、ＦＦＴ（高速フーリエ
変換）等により、この応答信号のスペクトルを解析す
る。
（上記ＲＦアンテナ等）から取得する。上記のように、
磁化Ｍが十分大きいため、繰り返し、応答信号を取得し
なくとも、Ｓ／Ｎ比のよい応答信号を得ることができ
る。スペクトル解析手段１２は、ＦＦＴ（高速フーリエ
変換）等により、この応答信号のスペクトルを解析す
る。
【００３９】図２に、図１の装置のハードウエア構成を
示す。この図においては、外部磁場作用手段２を示して
いない。外部磁場作用手段２は、超伝導マグネットや永
久磁石によって構成することができる。
示す。この図においては、外部磁場作用手段２を示して
いない。外部磁場作用手段２は、超伝導マグネットや永
久磁石によって構成することができる。
【００４０】この実施形態では、コンピュータ３８、Ｒ
Ｆ発信器２０、変調器２２、広帯域アンプ２４、スピン
微分器２６によって、ホワイトノイズ作用手段が構成さ
れている。ＲＦ発信器２０は、高周波を発振し出力す
る。コンピュータ３８は、変調器２２を制御し、高周波
に対し所望の変調を施す。広帯域アンプ２４は、これを
増幅してスピン微分器２６に与える。スピン微分器２６
は、与えられた信号に基づいて、測定対象のスピンを微
分する処理を行う。
Ｆ発信器２０、変調器２２、広帯域アンプ２４、スピン
微分器２６によって、ホワイトノイズ作用手段が構成さ
れている。ＲＦ発信器２０は、高周波を発振し出力す
る。コンピュータ３８は、変調器２２を制御し、高周波
に対し所望の変調を施す。広帯域アンプ２４は、これを
増幅してスピン微分器２６に与える。スピン微分器２６
は、与えられた信号に基づいて、測定対象のスピンを微
分する処理を行う。
【００４１】ここで、コンピュータ２８は、ブラウン運
動を測定するブラウン運動観測器３６からの出力を得
て、これを微分処理してホワイトノイズのデータを得
る。さらに、この微分処理して得たデータに基づいて変
調器２２を制御し、ホワイトノイズ信号を得る。この信
号は、広帯域アンプ２４を経て、スピン微分器２６に与
えられる。スピン微分器２６は、測定対象中のプロトン
のスピンをホワイトノイズによって微分する作用を有す
るホワイトノイズ作用信号を生成し、測定対象に与え
る。
動を測定するブラウン運動観測器３６からの出力を得
て、これを微分処理してホワイトノイズのデータを得
る。さらに、この微分処理して得たデータに基づいて変
調器２２を制御し、ホワイトノイズ信号を得る。この信
号は、広帯域アンプ２４を経て、スピン微分器２６に与
えられる。スピン微分器２６は、測定対象中のプロトン
のスピンをホワイトノイズによって微分する作用を有す
るホワイトノイズ作用信号を生成し、測定対象に与え
る。
【００４２】この状態において、コンピュータ３８は、
パルスプログラマー３６、変調器２８を制御し、π／２
パルス高周波を生成する。このπ／２パルス高周波は、
ＲＦアンプ３０、ＲＦアンテナ３２を介して、測定対象
に与えられる。
パルスプログラマー３６、変調器２８を制御し、π／２
パルス高周波を生成する。このπ／２パルス高周波は、
ＲＦアンプ３０、ＲＦアンテナ３２を介して、測定対象
に与えられる。
【００４３】その応答信号は、ＲＦアンテナ３２によっ
て受信され、復調器４２、Ａ／Ｄ変換器３０を介して、
デジタルデータとしてコンピュータ２８に取り込まれ
る。コンピュータ２８は、ＦＦＴ解析を行って、結果を
出力する。
て受信され、復調器４２、Ａ／Ｄ変換器３０を介して、
デジタルデータとしてコンピュータ２８に取り込まれ
る。コンピュータ２８は、ＦＦＴ解析を行って、結果を
出力する。
【００４４】なお、上記実施形態では、スピンをホワイ
トノイズによって微分するようにしているが、スピンを
ホワイトノイズによって積分するようにしてもよい。
トノイズによって微分するようにしているが、スピンを
ホワイトノイズによって積分するようにしてもよい。
【００４５】また、上記実施形態では、スピン微分器２
６によってホワイトノイズ作用信号を得ているが、コン
ピュータ３８が変調器２２を制御して高周波信号を変調
することにより、ホワイトノイズ作用信号を得ててもよ
い。また、電磁波を与えることによりホワイトノイズに
よる微分を行っているが、外部磁場Ｂ0を変調して微分
を行うようにしてもよい。
６によってホワイトノイズ作用信号を得ているが、コン
ピュータ３８が変調器２２を制御して高周波信号を変調
することにより、ホワイトノイズ作用信号を得ててもよ
い。また、電磁波を与えることによりホワイトノイズに
よる微分を行っているが、外部磁場Ｂ0を変調して微分
を行うようにしてもよい。
【００４６】また、上記実施形態では、ブラウン運動観
測器３６を用いているが、プラズマ中の電子プラズマ波
の乱流であるパルス（磁場を強めるとランダムとなる）
を用いてもよい。
測器３６を用いているが、プラズマ中の電子プラズマ波
の乱流であるパルス（磁場を強めるとランダムとなる）
を用いてもよい。
【００４７】さらに、磁場や電磁波以外の光、重力等の
作用により、ホワイトノイズ作用信号を作用させるよう
にしてもよい。
作用により、ホワイトノイズ作用信号を作用させるよう
にしてもよい。
【００４８】また、上記実施形態では、π／２パルス高
周波によって励起し、ＦＦＴを行って解析する場合につ
いて説明したが、与える高周波の周波数をスイープし、
吸収周波数を観測するようにしてもよい。
周波によって励起し、ＦＦＴを行って解析する場合につ
いて説明したが、与える高周波の周波数をスイープし、
吸収周波数を観測するようにしてもよい。
【００４９】なお、図２のブロック図においては示して
いないが、復調器は、受信信号を中間周波数に変換した
後、復調するようにしてもよい。
いないが、復調器は、受信信号を中間周波数に変換した
後、復調するようにしてもよい。
【００５０】さらに、上記実施形態から明らかなよう
に、この発明は、ＭＲＩ装置にも適用することができ
る。
に、この発明は、ＭＲＩ装置にも適用することができ
る。
【図１】この発明の一実施形態によるＮＭＲ装置の全体
構成を示す図である。
構成を示す図である。
【図２】図１のＮＭＲ装置のハードウエア構成を示す図
である。
である。
【図３】磁性核のスピンの歳差運動を模式的に示す図で
ある。
ある。
【図４】磁性核のスピンのエネルギー準位を模式的に示
す図である。
す図である。
【図５】巨視的に表した磁化Ｍの振る舞いを示す図であ
る。
る。
【図６】電磁波によってスピンがｘｙ平面方向に揃った
状態を示す図である。
状態を示す図である。
【図７】従来技術と本発明における、エネルギーの占有
数の違いを示す図である。
数の違いを示す図である。
２・・・外部磁場作用手段 ４・・・ホワイトノイズ作用手段 ６・・・電磁波作用手段 ８・・・測定対象 １０・・・応答信号受信手段 １２・・・スペクトル解析手段
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１１年１０月２０日（１９９９．１０．
２０）
２０）
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【図２】
【図４】
【図３】
【図６】
【図５】
【図７】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤原 鎭男 埼玉県浦和市根岸１丁目８番２号 Ｆターム(参考） 4C096 AB07 AD06 AD10 BA05 BA50 CC40
Claims (2)
- 【請求項１】測定対象中の磁性核のスピンに外部磁場を
作用させる外部磁場作用手段と、 測定対象中の磁性核のスピンをホワイトノイズによって
時系列的に微分するように作用または積分するように作
用させるためのホワイトノイズ作用手段と、 ホワイトノイズ作用手段による作用を施した後、パルス
状の電磁波を前記測定対象のスピンに作用させ、スピン
の回転傾向を偏らせる電磁波作用手段と、 電磁波作用手段による作用を施した後、前記パルス状の
電磁波に対する測定対象からの応答信号を受け取る応答
信号受信手段と、 応答信号をスペクトル解析するスペクトル解析手段と、 を備えたＮＭＲ装置。 - 【請求項２】測定対象中の磁性核に外部磁場を作用さ
せ、低いエネルギー状態にあるスピンを有する磁性核
と、高いエネルギー状態にあるスピンを有する磁性核と
の、エネルギー状態の占有数の違いを生じさせ、当該エ
ネルギー状態の占有数の違いを直接または間接的に測定
するＮＭＲ測定方法において、 前記磁性核のスピンをホワイトノイズによって時系列的
に微分または積分することにより、前記占有数の違いを
大きくして、測定感度を向上したことを特徴とするＮＭ
Ｒ測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28927599A JP2001108640A (ja) | 1999-10-12 | 1999-10-12 | Ｎｍｒ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28927599A JP2001108640A (ja) | 1999-10-12 | 1999-10-12 | Ｎｍｒ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001108640A true JP2001108640A (ja) | 2001-04-20 |
Family
ID=17741067
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28927599A Pending JP2001108640A (ja) | 1999-10-12 | 1999-10-12 | Ｎｍｒ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001108640A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007003458A (ja) * | 2005-06-27 | 2007-01-11 | Jeol Ltd | ディジタル直交ロックイン検出方法及び装置 |
| JP2021517032A (ja) * | 2018-03-12 | 2021-07-15 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ． | エミュレーションモード |
-
1999
- 1999-10-12 JP JP28927599A patent/JP2001108640A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007003458A (ja) * | 2005-06-27 | 2007-01-11 | Jeol Ltd | ディジタル直交ロックイン検出方法及び装置 |
| JP2021517032A (ja) * | 2018-03-12 | 2021-07-15 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ． | エミュレーションモード |
| JP7399097B2 (ja) | 2018-03-12 | 2023-12-15 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ | エミュレーションモード |
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