JP2009162587A - Measuring instrument and measurement method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide techniques for stably acquiring a local echo signal arising from a protic solvent in a sample using NMR method, and further, for measuring the amount of the protic solvent with high accuracy. <P>SOLUTION: This instrument for measuring a local echo signal, arising from the protic solvent at a specific point in the sample by using the nuclear magnetic resonance method, is equipped with a static magnetic field applying part for applying a static magnetic field to the sample, a static magnetic field intensity control part for controlling the intensity of the magnetic field applied to the sample, and an RF coil for applying a vibrating magnetic field for excitation, to a part of the sample, while acquiring an echo signal corresponding to the magnetic field for excitation. A static magnetic field intensity control means causes the applying part to thereto apply a static magnetic field of a prescribed gradient magnetic field strength variation ΔG, expressed by means of an expression: 400≥D [m]×ΔG [gauss/m]×γ [Hz/T]×10<SP>-4</SP>[T/gauss]×τ [sec]≥4, using the inside diameter D of the RF coil, the magnetic field strength variation ΔG, the nuclear magnetogyric ratio γ of the protic solvent, and an excitation interval τ. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、核磁気共鳴法を用いてプロトン性溶媒から発生するエコー信号を計測する計測装置および計測方法、ならびに計測されたエコー信号の強度を用いてプロトン性溶媒の量を算出する計測装置および計測方法に関する。   The present invention relates to a measuring device and a measuring method for measuring an echo signal generated from a protic solvent using a nuclear magnetic resonance method, a measuring device for calculating the amount of a protic solvent using the intensity of the measured echo signal, and It relates to the measurement method.

この種の技術に関し、試料中の特定箇所のプロトン性溶媒から発生する局所的なエコー信号を計測する技術、およびこれを用いてプロトン性溶媒の量を測定する技術に関しては、下記特許文献1に記載のものが知られている。同文献には、試料中の特定箇所に対して小型RFコイルにより局所的にRFパルスを印加してこれに対応するエコー信号を取得する計測装置に関する発明が記載されている。またこの装置では、取得されたエコー信号に基づいてT2緩和時定数を算出してプロトン性溶媒量を測定している。この技術によれば、NMRの測定結果を利用して物質中の特定箇所の局所的なプロトン性溶媒量を比較的短時間で測定することができるとされている。 With regard to this type of technology, the following Patent Document 1 discloses a technology for measuring a local echo signal generated from a protic solvent at a specific location in a sample, and a technology for measuring the amount of the protic solvent using this. The ones described are known. This document describes an invention relating to a measuring device that applies an RF pulse locally to a specific location in a sample by a small RF coil and obtains an echo signal corresponding thereto. In this apparatus, the amount of protic solvent is measured by calculating a T 2 relaxation time constant based on the acquired echo signal. According to this technique, it is said that the local protic solvent amount at a specific location in a substance can be measured in a relatively short time by using the NMR measurement result.

上記に例示される従来の核磁気共鳴法を用いたエコー信号の計測およびプロトン性溶媒量の測定にあたっては、小型RFコイルに対して磁場印加装置(永久磁石、電磁石、超電導磁石などのいずれの方法でも良い)により均一な静磁場を印加しつつ、当該コイルにより励起用振動磁場を印加して、試料から発生するエコー信号を取得していた。
また従来、RFコイルの巻径を包含する十分な領域に対して極力均一な静磁場を印加すべく、鉄片などのパッシブシムやシムコイルなどのアクティブシムを用いて、試料自身や建物等に起因する静磁場の乱れを相殺する技術が用いられている(例えば下記非特許文献1を参照)。なお、試料自身等に起因したかかる静磁場の乱れによるFID信号の減衰速度を表す時定数を、T2 *緩和時定数という。
シムコイルとは、RFコイルの周囲に配置して電流を流すことで所望の磁場分布を形成するコイルをいう。そして従来のNMR計測にあたっては、計測者がFID信号を見ながら、静磁場調整用のシムコイルに印加する電流を調整して、静磁場の均一性が最も高くなるように調整していた。
In the measurement of the echo signal and the measurement of the amount of the protic solvent using the conventional nuclear magnetic resonance method exemplified above, any method such as a magnetic field application device (permanent magnet, electromagnet, superconducting magnet) is used for the small RF coil. However, it is possible to obtain an echo signal generated from the sample by applying an excitation oscillating magnetic field by the coil while applying a uniform static magnetic field.
Conventionally, in order to apply a uniform static magnetic field as much as possible to a sufficient region including the winding diameter of the RF coil, a passive shim such as an iron piece or an active shim such as a shim coil is used, resulting from the sample itself or a building. A technique for canceling the disturbance of the static magnetic field is used (see, for example, Non-Patent Document 1 below). Note that the time constant representing the attenuation rate of the FID signal due to the disturbance of the static magnetic field caused by the sample itself is referred to as T 2 * relaxation time constant.
A shim coil refers to a coil that is arranged around an RF coil and forms a desired magnetic field distribution by passing a current. In the conventional NMR measurement, a measurer adjusts the current applied to the shim coil for adjusting the static magnetic field while watching the FID signal so that the uniformity of the static magnetic field is maximized.

またシムコイルを用いた関連技術としては、受信したエコー信号から空間的情報を解読して空間的位置を限定するために、永久磁石で印加する静磁場よりもはるかに小さな傾斜磁場を負荷する傾斜磁場コイルが知られている(下記非特許文献2を参照)。   In addition, as a related technology using shim coils, a gradient magnetic field that loads a gradient magnetic field much smaller than a static magnetic field applied by a permanent magnet to decipher spatial information from received echo signals and limit the spatial position. A coil is known (see Non-Patent Document 2 below).

特開2007−121037号公報JP 2007-121037 A 「MRIレクチャー 基礎から学ぶMRI」、日本磁気共鳴医学会 教育委員会編、pp112−113(2001年8月1日初版発行)"MRI Lecture MRI Learning from the Basics", Educational Committee, Japan Magnetic Resonance Medical Society, pp 112-113 (published first on August 1, 2001) 「MRIレクチャー パワーテキスト 基礎理論から高速撮像法まで」、メディカル・サイエンス・インターナショナル、pp28−29(1999年6月1日発行)“MRI Lecture Power Text From Basic Theory to High-Speed Imaging”, Medical Science International, pp 28-29 (issued June 1, 1999)

従来の核磁気共鳴法(NMR法)を用いたプロトン性溶媒の計測にあたっては、小型RFコイルを用いて計測領域を局所化することで、永久磁石により与えられる静磁場の相対的な均一性が向上して、計測値のばらつきが低減し、計測の安定性が向上すると考えられてきた。この理由は、計測領域に印加する静磁場の均一性を向上させれば、試料中の磁化ベクトルの位相がそろい、ノイズと比較してより強い自由誘導減衰(FID:free induction decay)信号やエコー信号が取得でき、その結果として、信号強度が安定し、計測量の安定性が向上すると考えられてきたためである。
しかしながら本発明者らの検討により、従来のNMR装置で行っていたように静磁場の均一性を常に最大に調整することが良好な計測結果をもたらすとは限らず、小型RFコイルを用いてプロトン性溶媒を計測する場合には、静磁場の均一性を向上させることによってはむしろ安定的な計測値を得ることができないことが明らかとなった。
In the measurement of protic solvents using the conventional nuclear magnetic resonance method (NMR method), the relative uniformity of the static magnetic field provided by the permanent magnet can be obtained by localizing the measurement region using a small RF coil. It has been considered that the variation in measurement value is improved and the stability of measurement is improved. The reason for this is that if the uniformity of the static magnetic field applied to the measurement area is improved, the phase of the magnetization vector in the sample will be aligned, and a stronger free induction decay (FID) signal or echo compared to noise. This is because it has been considered that the signal can be acquired, and as a result, the signal intensity is stabilized and the stability of the measurement amount is improved.
However, as a result of studies by the present inventors, it is not always possible to adjust the uniformity of the static magnetic field to the maximum as in a conventional NMR apparatus, and a good measurement result is obtained. When measuring the organic solvent, it became clear that stable measurement values could not be obtained by improving the uniformity of the static magnetic field.

具体的には、従来のエコー信号の計測にあたっては、RFコイルが取得するFID信号とエコー信号とが干渉し、取得されるエコー信号の強度が不安定となっていた。そしてエコー信号の強度に基づいて算出されるT2緩和時定数の値が大きくばらつくという問題が生じていた。 Specifically, in the conventional measurement of the echo signal, the FID signal acquired by the RF coil interferes with the echo signal, and the intensity of the acquired echo signal is unstable. There has been a problem that the value of the T 2 relaxation time constant calculated based on the intensity of the echo signal varies greatly.

本発明は上記課題にかんがみてなされたものであり、NMR法を用いて試料中のプロトン性溶媒から発生する局所的なエコー信号を安定的に取得し、また当該プロトン性溶媒の量を高精度に計測する技術を提供するものである。   The present invention has been made in view of the above problems, and can stably acquire a local echo signal generated from a protic solvent in a sample using an NMR method, and can accurately determine the amount of the protic solvent. The technology to measure is provided.

上記課題を解決するにあたり本発明者らの検討によれば、上記エコー信号の不安定の原因は、小型RFコイルで試料中のプロトンの磁化ベクトルを励起すると、励起強度分布が空間的に一様ではないために励起パルス照射後にはFID信号が強くかつ長く現れ、これが計測値として必要なエコー信号と干渉してしまうことにあると考えられる。   According to the study by the present inventors in solving the above problems, the cause of the instability of the echo signal is that when the magnetization vector of protons in the sample is excited with a small RF coil, the excitation intensity distribution is spatially uniform. Therefore, it is considered that the FID signal appears strong and long after irradiation with the excitation pulse, and this interferes with an echo signal necessary as a measurement value.

図56は、小型RFコイルの例として1回巻きの小型表面コイルを用いた場合の振動磁場強度のz方向の磁場強度Hz(xp,yp,zp)の分布図の一例である。図示のように小型表面コイルでは振動磁場強度が空間的に不均一となることが分かる。この不均一性の結果、180°励起パルスを照射しても、全領域で試料中の磁化ベクトルが180°に励起されることはなく、180°励起パルスの照射後にFID信号が強く、長く観測されると考えられる。この点が従来の大型のNMR装置に用いるRFコイルと小型表面コイルとの相違である。   FIG. 56 is an example of a distribution diagram of the magnetic field intensity Hz (xp, yp, zp) in the z direction of the oscillating magnetic field intensity when a single-turn small surface coil is used as an example of a small RF coil. As shown in the figure, it can be seen that the oscillating magnetic field strength is spatially nonuniform in the small surface coil. As a result of this non-uniformity, the magnetization vector in the sample is not excited to 180 ° in all regions even when irradiated with the 180 ° excitation pulse, and the FID signal is strong and long after irradiation with the 180 ° excitation pulse. It is thought that it is done. This is the difference between the RF coil used in the conventional large NMR apparatus and the small surface coil.

一方、図57は従来のCPMG法のパルスシーケンスを用いて小型RFコイルで試料を計測した際に観測されるFID信号、およびFID信号とエコー信号とが干渉している様子を示す概念図である。上述のように180°励起パルスの照射後に現れるFID信号の減衰時間が長くなると、これが十分に減衰される前に、対応するエコー信号が発生し、両者が干渉することとなる。   On the other hand, FIG. 57 is a conceptual diagram showing a FID signal observed when a sample is measured with a small RF coil using a pulse sequence of the conventional CPMG method, and a state in which an FID signal and an echo signal interfere with each other. . As described above, when the decay time of the FID signal that appears after irradiation of the 180 ° excitation pulse becomes long, a corresponding echo signal is generated before both are sufficiently attenuated, and both interfere with each other.

このようにRFコイルの計測領域が小さい場合は、人体などを対象とする従来の大型のNMR計測に比べて静磁場の均一性が格段に高くなる。すると、励起パルス照射後のFID信号の減衰時間が長くなり、これが十分に減衰するまでに次の励起パルスが照射されるためにエコー信号に干渉が生じているのである。   Thus, when the measurement region of the RF coil is small, the uniformity of the static magnetic field is remarkably increased as compared with the conventional large-scale NMR measurement for a human body or the like. As a result, the decay time of the FID signal after the excitation pulse irradiation becomes long, and the next excitation pulse is irradiated before the FID signal sufficiently attenuates, so that interference occurs in the echo signal.

そして本発明者らは、RFコイルに印加する静磁場に対して、FID信号がエコー信号と干渉しなくなる程度の適度な不均一性を与えるようこれを調整することにより、エコー信号の安定的な取得が可能になるという知見に想到した。   Then, the inventors of the present invention adjust the static magnetic field applied to the RF coil so as to give an appropriate non-uniformity so that the FID signal does not interfere with the echo signal. I came up with the knowledge that acquisition would be possible.

すなわち図1に本発明の概念図を示すように、FID信号とエコー信号との干渉を回避してエコー信号の取得を安定的に行うには、試料に印加する静磁場を故意的に不均一にしてFID信号を早く減衰させるようにすればよい。静磁場が不均一であるほどFID信号の減衰は早くなり、T2 *緩和時定数が短くなる。同図に示すように、90°励起パルス、および一定間隔ごとの180°励起パルスのそれぞれ照射後のFID信号を十分に早く減衰させることにより、FID信号とエコー信号との干渉が回避できる。すなわち本発明は故意的に不均一に形成した静磁場を試料に印加することにより、エコー信号およびプロトン量の計測の安定性を向上するという技術思想に基づいてなされたものである。 That is, as shown in the conceptual diagram of the present invention in FIG. 1, in order to stably acquire the echo signal while avoiding interference between the FID signal and the echo signal, the static magnetic field applied to the sample is intentionally nonuniform. Thus, the FID signal may be attenuated quickly. The more uniform the static magnetic field, the faster the FID signal decays and the shorter the T 2 * relaxation time constant. As shown in the figure, interference between the FID signal and the echo signal can be avoided by sufficiently attenuating the FID signal after irradiation of the 90 ° excitation pulse and the 180 ° excitation pulse at regular intervals. That is, the present invention has been made on the basis of the technical idea of improving the stability of echo signal and proton measurement by applying a static magnetic field formed intentionally inhomogeneously to a sample.

以上より本発明の計測装置は、
核磁気共鳴法を用いて試料中の特定箇所のプロトン性溶媒から発生する局所的なエコー信号を計測する装置であって、
前記試料に対して静磁場を印加する静磁場印加手段と、
前記試料に印加される静磁場の強度を制御する静磁場強度制御手段と、
前記試料の一部に対して励起用振動磁場を印加するとともに、前記励起用振動磁場に対応するエコー信号を取得するRFコイルと、
を備え、
前記静磁場強度制御手段が、前記RFコイルの内径(D[m])、勾配磁場強度変化量(ΔG[gauss/m])、前記プロトン性溶媒の核磁気回転比(γ[Hz/T])、励起間隔(τ[sec])を用いて下記式(3)で表される所定の前記勾配磁場強度変化量(ΔG)の前記静磁場を前記静磁場印加手段より印加させることを特徴とする。
400≧D[m]・ΔG[gauss/m]・γ[Hz/T]・10-4[T/gauss]・τ[sec]≧4 (3)
From the above, the measuring device of the present invention is
An apparatus for measuring a local echo signal generated from a protic solvent at a specific location in a sample using a nuclear magnetic resonance method,
A static magnetic field applying means for applying a static magnetic field to the sample;
Static magnetic field strength control means for controlling the strength of the static magnetic field applied to the sample;
An RF coil that applies an excitation oscillating magnetic field to a part of the sample and acquires an echo signal corresponding to the excitation oscillating magnetic field;
With
The static magnetic field strength control means includes an inner diameter (D [m]) of the RF coil, a gradient magnetic field strength variation (ΔG [gauss / m]), and a nuclear magnetorotation ratio (γ [Hz / T] of the protic solvent. ), And applying the static magnetic field of the predetermined gradient magnetic field intensity change amount (ΔG) represented by the following formula (3) from the static magnetic field applying means using the excitation interval (τ [sec]). To do.
400 ≧ D [m] · ΔG [gauss / m] · γ [Hz / T] · 10 −4 [T / gauss] · τ [sec] ≧ 4 (3)

また本発明の計測装置においては、前記取得されたエコー信号の強度から、前記試料の特定箇所における前記プロトン性溶媒の量を算出する溶媒量算出手段をさらに備えることとしてもよい。   The measuring device of the present invention may further include a solvent amount calculating means for calculating the amount of the protic solvent at a specific location of the sample from the intensity of the acquired echo signal.

また本発明の計測方法は、
核磁気共鳴法を用いて試料中の特定箇所のプロトン性溶媒から発生する局所的なエコー信号を計測する方法であって、
前記試料に対して、RFコイルの内径(D[m])、勾配磁場強度変化量(ΔG[gauss/m])、前記プロトン性溶媒の核磁気回転比(γ[Hz/T])、励起間隔(τ[sec])を用いて上記式(3)で表される所定の前記勾配磁場強度変化量(ΔG)の静磁場を印加しつつ、前記RFコイルを用いて前記試料の一部に対して励起用振動磁場を一回または複数回印加するとともに、前記励起用振動磁場に対応するエコー信号を計測する計測ステップ、
を含む。
Moreover, the measurement method of the present invention includes
A method of measuring a local echo signal generated from a protic solvent at a specific location in a sample using a nuclear magnetic resonance method,
RF coil inner diameter (D [m]), gradient magnetic field strength change (ΔG [gauss / m]), nuclear magnetic rotation ratio (γ [Hz / T]) of the protic solvent, excitation Applying a static magnetic field of the predetermined gradient magnetic field strength change amount (ΔG) expressed by the above formula (3) using the interval (τ [sec]), the RF coil is used to apply a part of the sample. A measurement step of applying an oscillating magnetic field for excitation once or a plurality of times and measuring an echo signal corresponding to the oscillating magnetic field for excitation;
including.

また本発明の計測方法においては、前記計測ステップにて計測された一つまたは複数のエコー信号の強度から、前記試料の特定箇所における前記プロトン性溶媒の量を算出する算出ステップ、
をさらに含むこととしてもよい。
Further, in the measurement method of the present invention, from the intensity of one or a plurality of echo signals measured in the measurement step, a calculation step of calculating the amount of the protic solvent at a specific location of the sample,
May be further included.

ここで本明細書において静磁場とは、核磁気共鳴信号の取得を安定的に行うことが可能な程度に時間的に安定な磁場であれば、完全に安定な磁場でなくてもよく、その範囲内で多少の変動があってもよい。
特に静磁場強度制御手段によって制御される勾配磁場に関してはRFコイルによる励起用振動磁場の印加中、およびエコー信号の取得中に亘る全計測時間において安定した強度で負荷される必要は必ずしもなく、その範囲内で変動してもよい。具体的には、180°励起パルスの印加中およびその前後の所定時間についてのみ上記所定の勾配磁場を印加してFID信号の減衰を促進することとしてもよい。
Here, in the present specification, the static magnetic field may not be a completely stable magnetic field as long as it is a temporally stable magnetic field capable of stably acquiring a nuclear magnetic resonance signal. There may be some variation within the range.
In particular, the gradient magnetic field controlled by the static magnetic field intensity control means does not necessarily have to be loaded with a stable intensity during the entire measurement time during the application of the oscillating magnetic field for excitation by the RF coil and the acquisition of the echo signal. It may vary within the range. Specifically, the FID signal may be attenuated by applying the predetermined gradient magnetic field only during the application of the 180 ° excitation pulse and for a predetermined time before and after that.

励起間隔τとは、90°励起パルスから次の180°励起パルスまでの時間をいう。180°励起パルスの印加から、これに対応するエコー信号がピークを迎えるまでの時間も励起間隔τと等しくなる。   The excitation interval τ is the time from the 90 ° excitation pulse to the next 180 ° excitation pulse. The time from the application of the 180 ° excitation pulse to the peak of the corresponding echo signal is also equal to the excitation interval τ.

また本明細書においてプロトン性溶媒とは、自分自身で解離してプロトンを生じる溶媒をいう。プロトン性溶媒としては、たとえば、水、メタノールやエタノールなどのアルコール類、酢酸などのカルボン酸、フェノール、液体アンモニアが挙げられる。このうち水やアルコール類は、本発明による溶媒量の計測をさらに安定的におこなうことができる。   In the present specification, the protic solvent refers to a solvent that dissociates itself and generates protons. Examples of the protic solvent include water, alcohols such as methanol and ethanol, carboxylic acids such as acetic acid, phenol, and liquid ammonia. Of these, water and alcohols can more stably measure the amount of solvent according to the present invention.

本発明の計測装置および計測方法によれば、プロトン性溶媒を含む試料に印加する静磁場に所定の勾配強度を与えることにより、励起パルス照射後のFID信号の減衰が促進される。このため、当該励起パルスに対応するエコー信号とFID信号とが干渉することがない。これによりエコー信号が安定的に取得され、またエコー信号の強度に基づいて算出されるプロトン性溶媒の量が精度よく求められる。   According to the measurement apparatus and the measurement method of the present invention, by applying a predetermined gradient strength to the static magnetic field applied to a sample containing a protic solvent, attenuation of the FID signal after excitation pulse irradiation is promoted. For this reason, the echo signal corresponding to the excitation pulse and the FID signal do not interfere with each other. As a result, the echo signal is stably acquired, and the amount of the protic solvent calculated based on the intensity of the echo signal is obtained with high accuracy.

はじめに、NMR法を用いて試料中の特定箇所のプロトン性溶媒から発生する局所的なエコー信号を計測し、計測されたエコー信号に基づいてプロトン性溶媒の量を計測する本発明の方法の概要を説明する。   First, an overview of the method of the present invention, in which a local echo signal generated from a protic solvent at a specific location in a sample is measured using an NMR method, and the amount of the protic solvent is measured based on the measured echo signal Will be explained.

本実施形態の計測方法においては、まず試料に対して、RFコイルの内径(D[m])、勾配磁場強度変化量(ΔG[gauss/m])、プロトン性溶媒の核磁気回転比(γ[Hz/T])、励起間隔(τ[sec])を用いて上記式(3)で表される所定の勾配磁場強度変化量(ΔG)の静磁場を印加しつつ、RFコイルを用いて試料の一部に対して励起用振動磁場を一回または複数回印加するとともに、励起用振動磁場に対応するエコー信号を計測する計測ステップを行う。   In the measurement method of the present embodiment, first, with respect to the sample, the inner diameter of the RF coil (D [m]), the gradient magnetic field strength change amount (ΔG [gauss / m]), the nuclear magnetic rotation ratio (γ of the protic solvent) [Hz / T]) and excitation interval (τ [sec]) using an RF coil while applying a static magnetic field of a predetermined gradient magnetic field strength change amount (ΔG) represented by the above formula (3). An excitation vibration magnetic field is applied to a part of the sample once or a plurality of times, and a measurement step is performed to measure an echo signal corresponding to the excitation vibration magnetic field.

そして本実施形態の計測方法ではつづけて、上記計測ステップにて計測された一つまたは複数のエコー信号の強度から、試料の特定箇所におけるプロトン性溶媒の量を算出する算出ステップを行う。   Then, in the measurement method of the present embodiment, a calculation step for calculating the amount of the protic solvent at a specific location of the sample is performed from the intensity of one or a plurality of echo signals measured in the measurement step.

次に、本実施形態の計測方法について詳細に説明する。
本実施形態の計測方法は、核磁気共鳴(NMR)法を用いて試料の特定箇所のプロトン性溶媒から発生する局所的なエコー信号を測定するものである。NMR法においては、静磁場中に置かれた原子核のスピン共鳴現象により核磁化の運動をNMR信号として検出することができる。
励起用振動磁場を印加するとともにエコー信号を取得するRFコイルとしては、平面内にて静磁場領域や試料よりも小さなスケールで導線を巻回した小型表面コイルを用いることにより、該コイルの周辺部に対して局所的なNMR計測が可能となる。したがって以下の実施形態において、RFコイルには小型表面コイルを用いるものとする。
Next, the measurement method of this embodiment will be described in detail.
The measurement method of the present embodiment measures a local echo signal generated from a protic solvent at a specific location of a sample using a nuclear magnetic resonance (NMR) method. In the NMR method, the motion of nuclear magnetization can be detected as an NMR signal by the spin resonance phenomenon of a nucleus placed in a static magnetic field.
As an RF coil that applies an oscillating magnetic field for excitation and acquires an echo signal, a small surface coil in which a conducting wire is wound in a plane smaller than a static magnetic field region or a sample in a plane is used. In contrast, local NMR measurement is possible. Therefore, in the following embodiments, a small surface coil is used as the RF coil.

ここではプロトン性溶媒として水を例示し、すなわち試料中の水分量を計測する方法を説明する。なお本実施形態による水分量の計測モードを、第一計測モードと呼ぶ場合がある。
図2は、水分量計測の概要を示すフローチャートである。
Here, water will be exemplified as the protic solvent, that is, a method for measuring the amount of water in the sample will be described. Note that the moisture amount measurement mode according to the present embodiment may be referred to as a first measurement mode.
FIG. 2 is a flowchart showing an outline of moisture content measurement.

<計測ステップ>
まず、水分を含有する試料を、永久磁石が配置された空間に置き、試料に静磁場を印加する(S102)。本実施形態で印加する静磁場は勾配磁場であり、かかる勾配によって静磁場を不均一に制御することでFID信号の減衰を促進する。好適な勾配磁場強度(D・ΔG[gauss])および勾配磁場強度変化量(ΔG[gauss/m])示す上記式(3)の意味については後述する。
<Measurement step>
First, a sample containing moisture is placed in a space where a permanent magnet is placed, and a static magnetic field is applied to the sample (S102). The static magnetic field applied in the present embodiment is a gradient magnetic field, and the attenuation of the FID signal is promoted by controlling the static magnetic field nonuniformly by such a gradient. The meaning of the above formula (3) indicating a suitable gradient magnetic field strength (D · ΔG [gauss]) and gradient magnetic field strength change amount (ΔG [gauss / m]) will be described later.

この状態で、試料に対してRFコイルを介して励起用振動磁場(高周波パルス)を複数回に亘り順次印加し、これに対応するNMR信号(エコー信号)をそれぞれ取得する(S104)。   In this state, the excitation oscillating magnetic field (high frequency pulse) is sequentially applied to the sample through the RF coil a plurality of times, and the corresponding NMR signals (echo signals) are acquired (S104).

<算出ステップ>
次いで、このエコー信号からT2緩和時定数を算定する(S106)。そして、得られたT2緩和時定数から、試料中の局所的水分量を計測する(S108)。具体的には、試料中の水分量とT2緩和時定数との相関関係を示す検定データを予め取得しておき、この検定データと、算定された上記T2緩和時定数とから、試料中の特定箇所における局所的な水分量を求めることができる。検定データの形式は様々であるが、例えばT2緩和時定数と水分量とをテーブル形式で対応付けた換算表や、最小二乗法などにより求めた近似曲線を表す関数であってもよい。
<Calculation step>
Next, a T 2 relaxation time constant is calculated from this echo signal (S106). Then, the local water content in the sample is measured from the obtained T 2 relaxation time constant (S108). Specifically, test data indicating the correlation between the amount of water in the sample and the T 2 relaxation time constant is acquired in advance, and from this test data and the calculated T 2 relaxation time constant, It is possible to determine the local water content at a specific location. The format of the test data is various. For example, a conversion table in which the T 2 relaxation time constant and the amount of water are associated in a table format, or a function representing an approximate curve obtained by the least square method or the like may be used.

以下、ステップ104〜ステップ108を具体的に説明する。
(i)ステップ104(励起用高周波パルスの印加およびNMR信号の取得)
ステップ104における励起用高周波パルスは、複数のパルスからなるパルスシーケンスとし、これに対応するエコー信号群を取得するようにすることが好ましい。こうすることにより、T2緩和時定数を正確に求めることができる。
Hereinafter, step 104 to step 108 will be specifically described.
(I) Step 104 (Application of excitation high-frequency pulse and acquisition of NMR signal)
The excitation high frequency pulse in step 104 is preferably a pulse sequence composed of a plurality of pulses, and an echo signal group corresponding to the pulse sequence is acquired. By doing so, the T 2 relaxation time constant can be accurately obtained.

パルスシーケンスは、以下の(a)、(b)および(c)を含むものとすることが好ましい(図1を参照)。
(a):90°パルス、および、
(b):(a)のパルスより励起間隔τだけ経過した後に印加される180°パルス、
(c):(b)のパルスより2τだけ経過した後からはじまり、さらに時間2τの間隔で連続的に印加されるn個の180°パルス(nは自然数である。)
The pulse sequence preferably includes the following (a), (b) and (c) (see FIG. 1).
(A): 90 ° pulse, and
(B): 180 ° pulse applied after the excitation interval τ has elapsed from the pulse of (a),
(C): n 180 ° pulses (n is a natural number) that starts after 2τ has elapsed from the pulse of (b) and is continuously applied at intervals of time 2τ.

上記(a)〜(c)のパルスシーケンスに従う励起用振動磁場を印加することにより、エコー信号の位相が収束し、試料や計測装置に起因する磁場の不均一による計測誤差が効果的に低減される。また、対応するエコー信号の位相のばらつきを抑制することができるため、水分量をより正確に求めることができる。   By applying the excitation oscillating magnetic field according to the pulse sequences (a) to (c) above, the phase of the echo signal converges, and the measurement error due to the non-uniform magnetic field caused by the sample or the measurement device is effectively reduced. The In addition, since the variation in the phase of the corresponding echo signal can be suppressed, the amount of moisture can be obtained more accurately.

静磁場中に置かれた水素原子核は、静磁場に沿った方向(便宜上、Z方向とする)に正味の磁化ベクトルを持ち、特定の周波数(これを共鳴周波数と呼ぶ)のRF波をZ軸に垂直なX軸方向で外部から照射することで磁化ベクトルはY軸の正方向に傾斜し、核磁気共鳴信号(NMR信号と呼ぶ)を観測することができる。この際、最大強度のNMR信号を取得するために照射されたX軸方向の励起パルスを90°パルスと呼ぶ。そして、磁化ベクトルを90°パルスによってY軸の正方向に傾斜させた後、τ時間後に「Y軸方向」に外部から180°励起パルスを照射して、磁化ベクトルを「Y軸を対称軸として」反転させる。この結果、2τ時間後には磁化ベクトルがY軸の「正の方向」上で収束し、大きな振幅を持つNMR信号が観測される。   A hydrogen nucleus placed in a static magnetic field has a net magnetization vector in a direction along the static magnetic field (for convenience, the Z direction), and an RF wave having a specific frequency (referred to as a resonance frequency) is transmitted along the Z axis. By irradiating from the outside in the X-axis direction perpendicular to the magnetic field, the magnetization vector is tilted in the positive direction of the Y-axis, and a nuclear magnetic resonance signal (referred to as NMR signal) can be observed. At this time, the excitation pulse in the X-axis direction irradiated to acquire the maximum intensity NMR signal is referred to as a 90 ° pulse. Then, after the magnetization vector is tilted in the positive direction of the Y axis by the 90 ° pulse, a 180 ° excitation pulse is irradiated from the outside in the “Y axis direction” after τ time, and the magnetization vector is set to “Y axis as the symmetry axis”. "Invert. As a result, after 2τ time, the magnetization vector converges on the “positive direction” of the Y axis, and an NMR signal having a large amplitude is observed.

さらに、上記(c)では、90°パルスの照射から3τ時間経過後に磁化ベクトルに「Y軸方向」に外部から180°励起パルスを照射して、再度、Y軸の「正の方向」上で収束させて、同4τ時間経過後に大きな振幅を持つエコー信号を観測する。さらに、同様の2τ間隔で、180°パルスを照射し続ける。   Further, in (c) above, after 3τ time has elapsed from the 90 ° pulse irradiation, the magnetization vector is irradiated with the 180 ° excitation pulse from the outside in the “Y-axis direction” and again on the “positive direction” of the Y-axis. After convergence, an echo signal having a large amplitude is observed after the elapse of 4τ. Further, irradiation with 180 ° pulses is continued at the same 2τ interval.

(ii)ステップ106(T2緩和時定数の算出)
T2緩和時定数は、例えば上記特許文献1に記載の方法によって計測することができる。具体的には、ステップ104で取得されたT2減衰曲線上にのる複数のエコー信号群(2τ,4τ,6τ,・・・)を指数関数でフィッティングすることで、上記式(A)よりT2緩和時定数を求めることができる。
(Ii) Step 106 (calculation of T 2 relaxation time constant)
The T 2 relaxation time constant can be measured by, for example, the method described in Patent Document 1. Specifically, by fitting a plurality of echo signal groups (2τ, 4τ, 6τ,...) On the T 2 attenuation curve acquired in step 104 with an exponential function, the above equation (A) is obtained. T 2 relaxation time constant can be determined.

上記(a)〜(c)のパルスシーケンスにおいて、90°パルスを第1位相に、そして180°パルスを第1位相と90°ずれた第2位相に設定すれば、T2緩和時定数と試料中の水分量との明確な相関関係を安定的に取得することができる。CPMG法は、このようなパルスシーケンスを与える方法の一例である。またT2緩和時定数の測定に用いるT2緩和時定数の与え方として、Hahnエコー法が知られている。本発明においてはいずれを用いてもよいが、CPMG法により上記2τ,4τ,6τ,・・・の偶数番目のエコー信号のピーク強度を抽出し、指数関数でフィッティングしてT2(横)緩和時定数を算出するとよい。これにより、静磁場の不均一性やRFコイルが照射する励起パルス強度の不均一性があった場合でもそれを補償することができて正確なT2緩和時定数を計測できるという利点がある。 In the pulse sequence of (a) to (c) above, if the 90 ° pulse is set to the first phase and the 180 ° pulse is set to the second phase shifted by 90 ° from the first phase, the T 2 relaxation time constant and the sample It is possible to stably acquire a clear correlation with the amount of moisture in the medium. The CPMG method is an example of a method for providing such a pulse sequence. As way of giving the T 2 relaxation time constant used to measure the T 2 relaxation time constant, Hahn echo method is known. Any of these may be used in the present invention, but the peak intensity of the even-numbered echo signals of 2τ, 4τ, 6τ,... Is extracted by the CPMG method, and fitted with an exponential function to reduce T 2 (lateral). It is good to calculate the time constant. Thereby, even when there is non-uniformity of the static magnetic field and non-uniformity of the excitation pulse intensity irradiated by the RF coil, there is an advantage that it can be compensated and an accurate T 2 relaxation time constant can be measured.

(iii)ステップ108(水分量の算出)
図2に戻り、ステップ108では、T2緩和時定数から水分量を算出する。試料中の水分量とT2緩和時定数とは、正の相関を持ち、水分量の増加につれてT2緩和時定数が増大する。この相関関係は、試料の種類や形態等により異なることから、水分濃度が既知であって計測対象試料と同種の試料について検定データを作成しておくとよい。すなわち、水分量が既知の複数の標準試料に対して水分量とT2緩和時定数との関係を計測し、この関係を表す検量線のデータをテーブルまたは関数としてあらかじめ求めて記憶装置に保存しておく。そして計測時には、保存された検定データを呼び出して取得し、これと上記算定されたT2緩和時定数の計測値とから、試料中の水分量を算出することができる。
(Iii) Step 108 (calculation of water content)
Returning to FIG. 2, in step 108, the water content is calculated from the T 2 relaxation time constant. The amount of water in the sample and the T 2 relaxation time constant have a positive correlation, and the T 2 relaxation time constant increases as the amount of water increases. Since this correlation varies depending on the type and form of the sample, it is preferable to prepare test data for a sample of the same type as the measurement target sample whose moisture concentration is known. That is, the water content of the relationship between water content and the T 2 relaxation time constant was measured for a plurality of known standard samples, and stored in the storage device in advance for data of a calibration curve representing this relationship as a table or a function Keep it. At the time of measurement, the stored test data is retrieved and acquired, and the moisture content in the sample can be calculated from this and the measured value of the calculated T 2 relaxation time constant.

なお算出ステップにおいて、エコー信号を安定して計測可能な本実施形態による計測方法では、T2緩和時定数を算定することなく、エコー信号の強度から水分量を直接求めてもよい。すなわち算出ステップにおいて上記ステップ106は任意である。
エコー信号強度から試料中の水分量を求めるに際しては、試料中の水分量とエコー信号強度との相関関係を示す検定データを予め計測してこれを記憶装置に保存しておくとよい。そして計測時には、保存された検定データを呼び出して取得し、これと上記算定されたエコー信号強度とから、試料中の特定箇所における局所的な水分量を求めることができる。
なお、T2緩和時定数を介さずエコー信号強度から試料中の水分量を直接換算して求める場合には、エコー信号のS/N比が良好な場合は一つのエコー信号のみから水分量を求めることも可能である。
Note that, in the calculation step, in the measurement method according to the present embodiment in which the echo signal can be stably measured, the moisture content may be directly obtained from the intensity of the echo signal without calculating the T 2 relaxation time constant. In other words, step 106 is optional in the calculation step.
When obtaining the moisture content in the sample from the echo signal intensity, it is preferable to measure in advance test data indicating the correlation between the moisture content in the sample and the echo signal intensity and store it in a storage device. At the time of measurement, the stored test data can be called up and acquired, and the local water content at a specific location in the sample can be obtained from this and the calculated echo signal intensity.
When the moisture content in the sample is directly converted from the echo signal intensity without using the T 2 relaxation time constant, if the S / N ratio of the echo signal is good, the moisture content is obtained from only one echo signal. It is also possible to ask for it.

その後、結果を出力する(S110)。以上の手順(ステップ104〜ステップ110)を、小型RFコイルを介して行なうことで、試料中の局所的な水分量を把握することができる。   Thereafter, the result is output (S110). By performing the above procedure (step 104 to step 110) via a small RF coil, the local water content in the sample can be grasped.

<勾配磁場強度変化量(ΔG[gauss/m])の設定について>
本発明の計測装置および計測法において試料に印加される静磁場(勾配磁場)の好適な範囲である上記式(3)を以下に再掲する。
400≧D[m]・ΔG[gauss/m]・γ[Hz/T]・10-4[T/gauss]・τ[sec]≧4
<Setting of gradient magnetic field strength change amount (ΔG [gauss / m])>
The above formula (3), which is a preferable range of the static magnetic field (gradient magnetic field) applied to the sample in the measurement apparatus and measurement method of the present invention, is listed below.
400 ≧ D [m] · ΔG [gauss / m] · γ [Hz / T] · 10 −4 [T / gauss] · τ [sec] ≧ 4

ここで、プロトン性溶媒の核磁気回転比(γ[Hz/T])は核種に固有な定数であり、計測対象であるプロトン性溶媒(1H)の場合、42.6・106[Hz/T]である。
また励起間隔(τ[sec])は計測者が任意で設定可能である。本実施形態のように溶液を計測対象とする場合、τは0.1msec以上、100msec以下とすることが好ましい。τが過大であると励起された磁化ベクトルが分散しすぎて収束が不十分となり、取得されるエコー信号の強度が低下する。一方、τが過小であると短時間に照射する励起パルス数が増加して装置負荷が増大すると共に、多数個のエコー信号の抽出処理や演算処理などの計測装置の負荷が過度となる。
以下本実施形態においては、断りなき場合τ=10-2[sec]=10[msec]とする。
Here, the nuclear gyromagnetic ratio (γ [Hz / T]) of the protic solvent is a constant unique to the nuclide, and in the case of the protic solvent ( 1 H) to be measured, 42.6 · 10 6 [Hz / T].
The excitation interval (τ [sec]) can be arbitrarily set by the measurer. When a solution is a measurement target as in the present embodiment, τ is preferably 0.1 msec or more and 100 msec or less. If τ is excessively large, the excited magnetization vector is dispersed too much, resulting in insufficient convergence, and the intensity of the acquired echo signal is reduced. On the other hand, if τ is too small, the number of excitation pulses to be irradiated in a short time increases and the load on the apparatus increases, and the load on the measuring apparatus such as extraction processing and arithmetic processing for a large number of echo signals becomes excessive.
Hereinafter, in this embodiment, τ = 10 −2 [sec] = 10 [msec] unless otherwise specified.

図1に戻り、上記式(3)の下限値(右辺)の意味について説明する。図1で、90°パルスの照射から180°パルスの照射までの励起間隔τは、180°パルスの照射からこれに対応するエコー信号の強度がもっとも高くなるまでの時間にも相当している。
ここで、180°励起パルス(1)に着目すると、その照射時(時刻τ)より現れるFID信号が、図示のように当該パルス照射からτ/2の時間が経過するまでに(すなわち時刻1.5τまでに)実質的に強度がゼロになるまで減衰した場合、これに対応するエコー信号との干渉が良好に回避されると考えられる。当該エコー信号は時刻1.5τ前後から発生し、その強度がピークとなるのは時刻2τの時点となるからである。
Returning to FIG. 1, the meaning of the lower limit (right side) of the above equation (3) will be described. In FIG. 1, the excitation interval τ from the 90 ° pulse irradiation to the 180 ° pulse irradiation also corresponds to the time from the 180 ° pulse irradiation until the intensity of the echo signal corresponding to this becomes the highest.
Here, paying attention to the 180 ° excitation pulse (1), the FID signal that appears at the time of irradiation (time τ) has a time of τ / 2 after the pulse irradiation as shown in FIG. When attenuated to substantially zero intensity (by 5τ), it is believed that interference with the corresponding echo signal is better avoided. The echo signal is generated at around time 1.5τ, and the intensity peaks at time 2τ.

図3は、核磁化ベクトルの位相差の概念図である。太線は、小型表面コイルとその内側に印加される静磁場Hの強度分布を示している。静磁場は勾配磁場として与えられる。勾配磁場を形成する手段は特に限定されるものではないが、ここでは永久磁石で印加された静磁場H0と、勾配磁場コイルで印加される一定勾配の磁場との和によって勾配磁場を形成するものとする。
小型表面コイルの巻径内部の計測領域内では、この磁場強度の差によって核磁化ベクトルに位相が生じ、これによりFID信号の減衰が促進される。具体的には、コイル中心を基準としてもっとも離れた内径D(半径D/2)の位置において少なくとも2π[rad]の位相を与えることにより、核磁化ベクトルが十分に分散されると考えられる。したがってコイル内での位相が最も大きな差となる直径両端同士では、FID信号が十分に減衰することを望むτ/2の時間の間に少なくとも±2π[rad]、すなわち4π[rad]だけ互いに位相がずれるよう静磁場に不均一性を与えることで、FID信号の良好な減衰を得ることができる。
FIG. 3 is a conceptual diagram of the phase difference of the nuclear magnetization vectors. The thick line shows the intensity distribution of the small surface coil and the static magnetic field H applied to the inside thereof. The static magnetic field is given as a gradient magnetic field. The means for forming the gradient magnetic field is not particularly limited, but here the gradient magnetic field is formed by the sum of the static magnetic field H 0 applied by the permanent magnet and the constant gradient magnetic field applied by the gradient coil. Shall.
In the measurement region inside the winding diameter of the small surface coil, a phase is generated in the nuclear magnetization vector due to the difference in the magnetic field strength, thereby promoting the attenuation of the FID signal. Specifically, it is considered that the nuclear magnetization vector is sufficiently dispersed by giving a phase of at least 2π [rad] at the position of the inner diameter D (radius D / 2) farthest from the coil center. Therefore, at both ends of the diameter where the phase within the coil has the largest difference, at least ± 2π [rad], that is, 4π [rad], is mutually phased during the time of τ / 2 when the FID signal is desired to be sufficiently attenuated. By giving non-uniformity to the static magnetic field so that they are shifted, good attenuation of the FID signal can be obtained.

一方、プロトン1Hの核磁気回転比はγ[Hz/T]=γ・10-4[(gauss・sec)-1]=42.6・102[(gauss・sec)-1]である。したがってこれに勾配磁場強度D・ΔG[gauss]を乗じて求まる回転角振動数Δωは、
Δω=D・ΔG・2π・γ・10-4[rad/sec] (4)
と表される。この回転角振動数Δωは、計測領域となるコイル内径Dの両端間に静磁場強度の差が印加された条件下での核磁化ベクトルの回転角振動数の差である。
On the other hand, the nuclear gyromagnetic ratio of proton 1 H is γ [Hz / T] = γ · 10 −4 [(gauss · sec) −1 ] = 42.6 · 10 2 [(gauss · sec) −1 ]. . Therefore, the rotational angular frequency Δω obtained by multiplying this by the gradient magnetic field strength D · ΔG [gauss] is
Δω = D · ΔG · 2π · γ · 10 −4 [rad / sec] (4)
It is expressed. This rotational angular frequency Δω is a difference in rotational angular frequency of the nuclear magnetization vector under a condition in which a difference in static magnetic field strength is applied between both ends of the coil inner diameter D serving as a measurement region.

そしてこの回転角振動数の核磁化ベクトルが、時間τ/2[sec]の間にコイルの両端に少なくとも4π[rad]の位相差を生じたときに、FID信号が上記のように十分に減衰されると考えられることから、
D・ΔG・2π・γ・10-4・τ/2≧4π (5)
と立式される。
When the nuclear magnetization vector having this rotational angular frequency generates a phase difference of at least 4π [rad] at both ends of the coil during time τ / 2 [sec], the FID signal is sufficiently attenuated as described above. Because it is thought that
D · ΔG · 2π · γ · 10 −4 · τ / 2 ≧ 4π (5)
It is established.

上記式(5)を変形すると、
D・ΔG[gauss]・γ[Hz/T]・10-4[T/gauss]・τ[sec]≧4 (6)
となり、これが、上記式(3)の右辺となる。
When the above equation (5) is transformed,
D · ΔG [gauss] · γ [Hz / T] · 10 −4 [T / gauss] · τ [sec] ≧ 4 (6)
This is the right side of the above equation (3).

上記式(6)と、プロトン1Hの核磁気回転比(γ)および計測者が設定した励起間隔(τ)とから、かかる計測における好ましい勾配磁場強度(D・ΔG)の下限値が決定される。 A preferable lower limit value of the gradient magnetic field strength (D · ΔG) in the measurement is determined from the above equation (6), the nuclear magnetic rotation ratio (γ) of proton 1 H and the excitation interval (τ) set by the operator. The

具体的には、τ=10-2[sec]とした場合、プロトン性溶媒のエコー信号計測およびこれに基づくプロトン性溶媒量の算出にあたっては、上記式(6)より
D・ΔG≧0.094≒0.1[gauss] (7)
となる。
したがって計測に用いる小型表面コイルの内径(D[m])に応じて、試料に印加すべき好適な勾配磁場強度変化量(ΔG[gauss/m])の範囲の下限値が求められる。
Specifically, when τ = 10 −2 [sec], in the measurement of the echo signal of the protic solvent and the calculation of the amount of the protic solvent based thereon, D · ΔG ≧ 0.094 from the above equation (6). ≒ 0.1 [gauss] (7)
It becomes.
Therefore, a lower limit value of a range of a suitable gradient magnetic field intensity change amount (ΔG [gauss / m]) to be applied to the sample is determined according to the inner diameter (D [m]) of the small surface coil used for measurement.

一方、小型表面コイルに印加する静磁場の勾配磁場強度が大きくなると、FID信号の減衰がさらに促進して計測されるエコー信号のばらつきは小さくなるが、磁化ベクトルの位相の分散が大きくなるため、計測されるエコー信号の絶対値も小さくなっていく。これは、計測対象としている水分子がブラウン運動によって試料中をランダムに移動し、異なる静磁場領域に移動してしまうことで、スピンエコーの位相収束機能が十分に効かないようになってしまうためである。したがって勾配磁場強度が過大となると、例えばプロトン性溶媒の量の時間変化を測定する場合などは、計測値の絶対値に対する誤差のウェイトが高くなってくるため、その変化量を精度よく追跡することが困難となる。   On the other hand, when the gradient magnetic field strength of the static magnetic field applied to the small surface coil is increased, the attenuation of the FID signal is further promoted to reduce the variation of the measured echo signal, but the dispersion of the magnetization vector phase is increased. The absolute value of the measured echo signal also becomes smaller. This is because the water molecules being measured move randomly in the sample due to Brownian motion and move to different static magnetic field regions, so that the phase convergence function of the spin echo does not work sufficiently. It is. Therefore, when the gradient magnetic field strength is excessive, for example, when measuring the time change of the amount of protic solvent, the error weight with respect to the absolute value of the measurement value becomes high, so the change amount must be accurately tracked. It becomes difficult.

具体的には、上記式(6)で求まる下限値に対して100倍程度までであれば、計測されるエコー信号の絶対値が過小となることがなく、プロトン性溶媒の時間変化を実用的なレベルで算出することができる。これにより、上記式(3)の左辺が決定される。   Specifically, if the value is up to about 100 times the lower limit obtained by the above formula (6), the absolute value of the measured echo signal is not excessively small, and the time change of the protic solvent is practical. Can be calculated at various levels. Thereby, the left side of the above equation (3) is determined.

なお、励起間隔τ=10-2[sec]とする本実施形態においては、
10[gauss]≧D・ΔG (8)
と設定される。
したがって上記式(7),(8)より、本実施形態で静磁場印加部150より試料に印加する静磁場の勾配磁場強度の好適な範囲は、
10≧D・ΔG[gauss]≧0.1 (9)
と設定される。
In the present embodiment where the excitation interval τ = 10 −2 [sec],
10 [gauss] ≧ D · ΔG (8)
Is set.
Therefore, from the above formulas (7) and (8), the preferred range of the gradient magnetic field strength of the static magnetic field applied to the sample from the static magnetic field application unit 150 in this embodiment is
10 ≧ D · ΔG [gauss] ≧ 0.1 (9)
Is set.

なお、上記式(3)において左辺の上限値を右辺の下限値の50倍とする、すなわち
200≧D[m]・ΔG[gauss/m]・γ[Hz/T]・10-4[T/gauss]・τ[sec] (10)
と設定することにより、特にプロトン性溶媒量の経時的な変化を測定する場合に、計測値の誤差を実用的なレベルに抑えることができる。
In the above formula (3), the upper limit value of the left side is set to 50 times the lower limit value of the right side, that is, 200 ≧ D [m] · ΔG [gauss / m] · γ [Hz / T] · 10 −4 [T / Gauss] · τ [sec] (10)
In particular, when measuring a change in the amount of the protic solvent with time, an error in the measurement value can be suppressed to a practical level.

<計測装置について>
図4は本実施形態の計測装置10の概略構成の一例を示すハードウェア構成図である。また図5は本実施形態の計測装置10の機能ブロック図である。
計測装置10の各構成要素は、CPU、メモリ、メモリにロードされた本図の構成要素を実現するプログラム等を中心に、ハードウェアとソフトウェアの任意の組合せによって実現される。そして、その実現方法、装置にはいろいろな変形例があることは、当業者には理解されるところである。
なお図4の一部は、ハードウェア単位の構成ではなく機能単位のブロックを示している。
<About measuring device>
FIG. 4 is a hardware configuration diagram illustrating an example of a schematic configuration of the measurement apparatus 10 of the present embodiment. FIG. 5 is a functional block diagram of the measuring apparatus 10 of the present embodiment.
Each component of the measuring device 10 is realized by an arbitrary combination of hardware and software, centering on a CPU, a memory, a program that implements the components shown in FIG. It will be understood by those skilled in the art that there are various modifications to the implementation method and apparatus.
Note that a part of FIG. 4 shows functional units instead of hardware units.

計測装置10は、核磁気共鳴法を用いて試料中の特定箇所のプロトン性溶媒から発生する局所的なエコー信号を計測する装置である。そして計測装置10は、試料115に対して静磁場H0を印加する静磁場印加部150と、試料115に印加される静磁場H0の強度を制御する静磁場強度制御部(制御部)307とを備えている。また計測装置10は、試料115の一部に対して励起用振動磁場(180°パルス)を印加するとともに、励起用振動磁場に対応するエコー信号を取得する小型RFコイル114を備えている。
そして計測装置10においては、制御部307が上記式(9)で表される所定の勾配磁場強度変化量(ΔG)の静磁場を、静磁場印加部150より試料115に印加させる。
The measuring device 10 is a device that measures a local echo signal generated from a protic solvent at a specific location in a sample using a nuclear magnetic resonance method. The measuring apparatus 10 includes a static magnetic field application unit 150 that applies a static magnetic field H 0 to the sample 115 and a static magnetic field intensity control unit (control unit) 307 that controls the strength of the static magnetic field H 0 applied to the sample 115. And. In addition, the measurement apparatus 10 includes a small RF coil 114 that applies an excitation oscillating magnetic field (180 ° pulse) to a part of the sample 115 and acquires an echo signal corresponding to the excitation oscillating magnetic field.
In the measurement apparatus 10, the control unit 307 causes the static magnetic field application unit 150 to apply a static magnetic field having a predetermined gradient magnetic field strength change amount (ΔG) expressed by the above formula (9) to the sample 115.

また本実施形態の計測装置10は、取得されたエコー信号の強度から、試料115の特定箇所におけるプロトン性溶媒の量を算出する溶媒量算出部(演算部)130をさらに備える。
演算部130では、取得されたエコー信号に基づいて試料中の局所的な水分量を算出する。具体的な算出ステップ(図2を参照)における処理方法は上述したとおり、大別して2通りを採ることができる。一つはエコー信号の強度からT2緩和時定数を算出し、この値を水分量に換算して求める方法であり、もう一つはエコー信号の強度を水分量に直接換算する方法である。
In addition, the measurement apparatus 10 of the present embodiment further includes a solvent amount calculation unit (calculation unit) 130 that calculates the amount of the protic solvent at a specific location of the sample 115 from the intensity of the acquired echo signal.
The computing unit 130 calculates a local water content in the sample based on the acquired echo signal. As described above, the processing method in the specific calculation step (see FIG. 2) can be roughly divided into two methods. One is a method in which the T 2 relaxation time constant is calculated from the intensity of the echo signal, and this value is converted into the amount of water, and the other is a method in which the intensity of the echo signal is directly converted into the amount of water.

本実施形態の計測装置10によれば、固体高分子電解質膜(PEM)中のプロトン性溶媒の透過特性を評価することができる。計測装置10は、さらに具体的には、燃料電池の固体高分子電解質膜のクロスオーバ特性を評価する装置として用いることができる。   According to the measuring apparatus 10 of the present embodiment, it is possible to evaluate the permeation characteristics of the protic solvent in the solid polymer electrolyte membrane (PEM). More specifically, the measuring device 10 can be used as a device for evaluating the crossover characteristics of a solid polymer electrolyte membrane of a fuel cell.

以下、計測装置10の構成について詳細に説明する。
計測装置10は、前述した小型RFコイル114、永久磁石113、静磁場調整用シムコイル151、制御部307、演算部130に加え、RF発振器102、変調器104、RF増幅器106、プリアンプ112、検波器301、A/D変換器118、スイッチ部161、計時部128、シーケンステーブル127、操作信号受付部129、データ受付部131、電流駆動用電源159、記憶部305、出力部135等を備える。
Hereinafter, the configuration of the measuring apparatus 10 will be described in detail.
The measuring apparatus 10 includes an RF oscillator 102, a modulator 104, an RF amplifier 106, a preamplifier 112, a detector, in addition to the small RF coil 114, the permanent magnet 113, the static magnetic field adjustment shim coil 151, the control unit 307, and the calculation unit 130 described above. 301, an A / D converter 118, a switch unit 161, a time measuring unit 128, a sequence table 127, an operation signal receiving unit 129, a data receiving unit 131, a current driving power source 159, a storage unit 305, an output unit 135, and the like.

試料115は、測定対象となる試料中にプロトン性溶媒(本実施形態では水)が保持された構成を有する。試料115を構成する試料は、膜、塊状物質等の固体、液体、寒天ゲル等のゼリー状物質等のゲル等、種々の形態のものとすることができる。膜状物質の場合、局所的なプロトン性溶媒量の測定結果が安定的に得られる。特に、固体電解質膜等のように、膜中に水分を保持する性質の膜を試料とした場合、測定結果がいっそう安定的に得られる。
試料載置台116は試料115を載置する台であり、所定の形状、材質のものを用いることができる。
The sample 115 has a configuration in which a protic solvent (water in this embodiment) is held in a sample to be measured. The sample constituting the sample 115 can be in various forms such as a film, a solid such as a massive substance, a liquid, a gel such as a jelly-like substance such as an agar gel. In the case of a membranous substance, the measurement result of the local protic solvent amount can be stably obtained. In particular, when a film having a property of retaining moisture in the film, such as a solid electrolyte film, is used as a sample, the measurement result can be obtained more stably.
The sample mounting table 116 is a table on which the sample 115 is mounted, and a sample having a predetermined shape and material can be used.

本実施形態の静磁場印加部150は、均一磁場印加部である永久磁石113と、勾配磁場印加部である静磁場調整用シムコイル151とを組み合わせてなる。永久磁石113は試料115の全体に及ぶ均一な静磁場を形成し、静磁場調整用シムコイル151は勾配磁場を形成する。したがって両者を組み合わせることにより、試料115には静的な勾配磁場が印加される。   The static magnetic field application unit 150 of the present embodiment is a combination of a permanent magnet 113 that is a uniform magnetic field application unit and a static magnetic field adjustment shim coil 151 that is a gradient magnetic field application unit. The permanent magnet 113 forms a uniform static magnetic field over the entire sample 115, and the static magnetic field adjusting shim coil 151 forms a gradient magnetic field. Therefore, a static gradient magnetic field is applied to the sample 115 by combining both.

静磁場調整用シムコイル151の配置態様は様々であり、例えば、小型RFコイル114から離間して配置してもよく、小型RFコイル114と同一平面内に設けられた平面コイルとしてもよい。または図4,5に示すように小型RFコイル114を挟んで配置された一対の勾配磁場印加コイルとしてもよい。あるいは、これらの構成を任意に組み合わせたものとしてもよい。   There are various arrangement modes of the static magnetic field adjustment shim coil 151. For example, the static magnetic field adjustment shim coil 151 may be arranged apart from the small RF coil 114 or may be a planar coil provided in the same plane as the small RF coil 114. Alternatively, as shown in FIGS. 4 and 5, a pair of gradient magnetic field application coils may be arranged with the small RF coil 114 interposed therebetween. Alternatively, these configurations may be arbitrarily combined.

また本実施形態においては、一対の勾配磁場印加コイルの平面形状が略半月状であって、半月の弦同士を小型RFコイル114側に向けて対向配置された構成としてもよい。こうすることにより、省スペース化を図りつつ、高精度の局所的測定が可能となる。なお、本明細書において、略半月状とは、一対の平面コイルが弦状の直線領域を有し、これらを対向配置することにより、直線領域に垂直な方向に傾斜する勾配磁場を試料に印加することが可能な構成であることをいい、このような勾配磁場の印加が可能であれば、コイルの月型の平面形状が半月より大きくても小さくてもよい。   In the present embodiment, the planar shape of the pair of gradient magnetic field application coils may be approximately a half-moon shape, and the half-moon strings may be arranged to face each other toward the small RF coil 114 side. By doing so, high-accuracy local measurement can be performed while saving space. In this specification, “substantially meniscus” means that a pair of planar coils has a string-like linear region, and a gradient magnetic field that is inclined in a direction perpendicular to the linear region is applied to the sample by arranging them in opposition to each other. If the gradient magnetic field can be applied, the planar shape of the moon shape of the coil may be larger or smaller than half a month.

本実施形態の計測装置10においては、後述のように均一磁場を印加した状態で他の計測モードにてプロトン性溶媒の計測を行う場合に備え、静磁場強度制御部(制御部307)では静磁場印加部150より印加させる静磁場の勾配の強度を実質的にゼロに切り換え可能としてもよい。
ただし本発明における静磁場印加部150は、上記のようにコイルを用いて構成することは必須ではなく、永久磁石のみによって構成してもよい。
In the measurement apparatus 10 according to the present embodiment, the static magnetic field intensity control unit (control unit 307) performs static measurement in preparation for performing measurement of the protic solvent in another measurement mode in a state where a uniform magnetic field is applied as described later. The gradient strength of the static magnetic field applied from the magnetic field application unit 150 may be switched to substantially zero.
However, the static magnetic field application unit 150 according to the present invention is not necessarily configured using a coil as described above, and may be configured only by a permanent magnet.

静磁場印加部150は、試料115に印加される静磁場に所定の不均一性を制御可能に与えることのできる手段であればよく、コイルに電流を流す方法、静磁場内に磁性体などを挿入する方法がある。したがって静磁場印加部150としては、例えば永久磁石113の磁極面に低透磁率材料を局所的かつ離散的に貼付するなどして、当該磁極面が発する静磁場の均一性を敢えて乱すこととしてもよい。
以下、本実施形態および下記の実施例においては、静磁場を不均一にする手法として静磁場調整用シムコイル151(勾配磁場コイル)を用いる場合を例に説明するものとする。勾配磁場コイルは、単純な構成でありながら、電流により静磁場不均一性を容易に調整できる。
The static magnetic field application unit 150 may be any means that can controllably give a predetermined non-uniformity to the static magnetic field applied to the sample 115, such as a method of passing a current through the coil, a magnetic material or the like in the static magnetic field. There is a way to insert. Therefore, the static magnetic field application unit 150 may intentionally disturb the uniformity of the static magnetic field generated by the magnetic pole surface, for example, by locally and discretely attaching a low magnetic permeability material to the magnetic pole surface of the permanent magnet 113. Good.
Hereinafter, in the present embodiment and the following examples, a case where a static magnetic field adjusting shim coil 151 (gradient magnetic field coil) is used as a method for making the static magnetic field non-uniform will be described as an example. Although the gradient coil has a simple configuration, the static magnetic field inhomogeneity can be easily adjusted by an electric current.

小型RFコイル114は試料115よりも小さい。具体的には試料全体の大きさの1/2以下とすることが好ましく、1/10以下とすることがより好ましい。このようなサイズとすることにより、試料115中の水分子の量を短時間で正確に測定することが可能となる。
なお、試料の大きさとは、たとえば、試料を載置したときの投影面積とすることができ、小型RFコイル114の専有面積を、上記投影面積の好ましくは1/2以下、より好ましくは、1/10以下とする。小型RFコイル114の大きさは、たとえば、直径0.01mm以上、100mm以下とすることが好ましい。
The small RF coil 114 is smaller than the sample 115. Specifically, it is preferably 1/2 or less, more preferably 1/10 or less of the size of the entire sample. With such a size, the amount of water molecules in the sample 115 can be accurately measured in a short time.
The size of the sample can be, for example, a projected area when the sample is placed, and the exclusive area of the small RF coil 114 is preferably ½ or less of the projected area, more preferably 1 / 10 or less. The size of the small RF coil 114 is preferably set to a diameter of 0.01 mm or more and 100 mm or less, for example.

小型RFコイル114としては、たとえば、図6に示すような、平面型の渦巻きコイルを用いることができる。このような平面型コイルを使用することで、計測領域を限定することができる。渦巻き型のコイル(小型RFコイル)の計測領域は幅がコイルの直径程度、深さがコイル直径の1/5〜1/2程度となる。
図7は、セルに設置した小型表面コイルをLC共振回路に接続した様子を示す図である。
また、小型表面コイルは、通常のソレノイド型コイルと異なり、平面状であるために、図8に示すように、平面状の試料の上に押し付けるだけでNMR信号を取得することができる。
As the small RF coil 114, for example, a planar spiral coil as shown in FIG. 6 can be used. By using such a planar coil, the measurement area can be limited. The measurement area of the spiral coil (small RF coil) has a width of about the coil diameter and a depth of about 1/5 to 1/2 of the coil diameter.
FIG. 7 is a diagram showing a state in which a small surface coil installed in a cell is connected to an LC resonance circuit.
In addition, unlike a normal solenoid type coil, the small surface coil has a planar shape, and therefore, as shown in FIG. 8, an NMR signal can be acquired simply by pressing on a planar sample.

小型RFコイル114により印加される振動磁場(励起用振動磁場)は、RFパルス生成部210によって生成される。
RFパルス生成部210は、RF発振器102、変調器104、RF増幅器106および制御部307の機能を含んで構成される。
The oscillating magnetic field (exciting oscillating magnetic field) applied by the small RF coil 114 is generated by the RF pulse generator 210.
The RF pulse generation unit 210 includes the functions of the RF oscillator 102, the modulator 104, the RF amplifier 106, and the control unit 307.

まず制御部307は、試料115の置かれた静磁場中におけるプロトン性溶媒のスピン共鳴周波数に同調するよう励起用振動磁場の周波数を決定する。
RF発振器102は上記決定された周波数の信号を発信する。
変調器104は、RF発振器102が発信した信号をパルス形状に変調してRFパルス(90°パルスおよび180°パルス)を生成する。
RF増幅器106は、RFパルスを増幅して小型RFコイル114へ送出する。
小型RFコイル114は、試料載置台116に載置された試料115の特定箇所に対して、かかるRFパルスを印加する。
First, the control unit 307 determines the frequency of the oscillating magnetic field for excitation so as to synchronize with the spin resonance frequency of the protic solvent in the static magnetic field in which the sample 115 is placed.
The RF oscillator 102 transmits a signal having the determined frequency.
The modulator 104 modulates the signal transmitted from the RF oscillator 102 into a pulse shape to generate RF pulses (90 ° pulse and 180 ° pulse).
The RF amplifier 106 amplifies the RF pulse and sends it to the small RF coil 114.
The small RF coil 114 applies such an RF pulse to a specific portion of the sample 115 placed on the sample placing table 116.

なお、制御部307にはシーケンステーブル127および計時部128が接続されている。シーケンステーブル127には、水分量を測定する際の高周波パルスのシーケンスデータが記憶されている。具体的には、試料115中の水分量を測定するための高周波パルスを発生させる時刻と、その間隔とが設定されたタイミングダイアグラムと、これに基づいて変調器104が生成する高周波パルスの強度とが記憶されている。制御部307は計時部128によりパルス発生時刻を計時しつつ、シーケンステーブル127にしたがって励起用パルスを生成する。   Note that a sequence table 127 and a timer unit 128 are connected to the control unit 307. The sequence table 127 stores high-frequency pulse sequence data when the moisture content is measured. Specifically, a timing diagram in which a time for generating a high-frequency pulse for measuring the amount of moisture in the sample 115 and an interval between the time and the intensity of the high-frequency pulse generated by the modulator 104 based on the timing diagram are shown. Is remembered. The control unit 307 generates a pulse for excitation according to the sequence table 127 while measuring the pulse generation time by the timer unit 128.

上記のような励起用振動磁場の印加およびNMR信号の取得は、小型RFコイル114を含むLC回路により実現することができる。このようなLC回路の一例を図8に示す。
核磁気共鳴(NMR)法においては、磁場中に置かれた原子核のスピン共鳴現象により核磁化の運動をNMR信号として検出することで原子数密度とスピン緩和時定数を計測することができる。1[Tesla]の磁場中でのスピン共鳴周波数は約43MHzであり、その周波数帯を高感度に選択的に検出するために、同図に示すようなLC共振回路が用いられる。
The application of the oscillating magnetic field for excitation and the acquisition of the NMR signal as described above can be realized by an LC circuit including the small RF coil 114. An example of such an LC circuit is shown in FIG.
In the nuclear magnetic resonance (NMR) method, the atomic number density and the spin relaxation time constant can be measured by detecting the movement of nuclear magnetization as an NMR signal by the spin resonance phenomenon of a nucleus placed in a magnetic field. The spin resonance frequency in a magnetic field of 1 [Tesla] is about 43 MHz, and an LC resonance circuit as shown in the figure is used to selectively detect the frequency band with high sensitivity.

小型RFコイル114によりRFパルスが印加された試料115からはこれに対応した核磁気共鳴信号(エコー信号)が発生する。小型RFコイル114はこれを取得してNMR信号検出部220に送出する。
NMR信号検出部220は、エコー信号を増幅するプリアンプ112、励起用振動磁場の周波数をもとに核磁気共鳴信号を検波する検波器301、およびA/D変換器118を含んで構成される。
検波器301においては、上記特許文献1と同様に、取得したエコー信号はRF発振器の基本波を元にして検波される。かかるエコー信号は、A/D変換器118でA/D変換されて演算部130へ送出される。
A corresponding nuclear magnetic resonance signal (echo signal) is generated from the sample 115 to which the RF pulse is applied by the small RF coil 114. The small RF coil 114 acquires this and sends it to the NMR signal detector 220.
The NMR signal detection unit 220 includes a preamplifier 112 that amplifies an echo signal, a detector 301 that detects a nuclear magnetic resonance signal based on the frequency of an excitation oscillating magnetic field, and an A / D converter 118.
In the detector 301, the acquired echo signal is detected based on the fundamental wave of the RF oscillator, as in Patent Document 1 described above. The echo signal is A / D converted by the A / D converter 118 and sent to the arithmetic unit 130.

また、小型RFコイル114、RFパルス生成部210およびNMR信号検出部220は、スイッチ部161(図4においては□の中に×印の記号で示されている)を介して接続されている。
スイッチ部161は、小型RFコイル114とRFパルス生成部210(RF増幅器106)とが接続された第1状態、および、小型RFコイル114とNMR信号検出部220(検波器301)とが接続された第2状態を切り替える送受信切り替えスイッチである。
小型表面コイルを用いてNMR信号を取得する計測装置10の場合には、受信するNMR信号が微弱であるため送受信の切り換えスイッチを用いるとよい。
Further, the small RF coil 114, the RF pulse generation unit 210, and the NMR signal detection unit 220 are connected via a switch unit 161 (indicated by a symbol x in □ in FIG. 4).
The switch unit 161 is connected to the first state in which the small RF coil 114 and the RF pulse generation unit 210 (RF amplifier 106) are connected, and to the small RF coil 114 and the NMR signal detection unit 220 (detector 301). The transmission / reception changeover switch for switching the second state.
In the case of the measuring apparatus 10 that acquires an NMR signal using a small surface coil, it is preferable to use a transmission / reception changeover switch because the received NMR signal is weak.

スイッチ部161は、RF増幅器106(図4におけるRF power-amp)で増幅された励起パルスを小型RFコイル114に伝送する際には、受信系のプリアンプ112(同Pre-amp)を切り離して大電圧から保護する。また励起後にNMR信号を受信する際には、スイッチ部161はRF増幅器106から漏れてくる増幅用大型トランジスタが発するノイズをプリアンプ112に伝送しないように遮断する。
また、1Teslaの磁場中でのスピン共鳴周波数は約43MHz(この周波数帯をRadio frequencyと呼ぶ)であり、その周波数帯を高感度に選択的に検出するために、図8に示すようなLC共振回路が用いられる。
When transmitting the excitation pulse amplified by the RF amplifier 106 (RF power-amp in FIG. 4) to the small RF coil 114, the switch unit 161 separates the reception preamplifier 112 (same pre-amp) and makes a large signal. Protect from voltage. Further, when receiving the NMR signal after excitation, the switch unit 161 blocks the noise generated by the large amplification transistor leaking from the RF amplifier 106 from being transmitted to the preamplifier 112.
Further, the spin resonance frequency in a magnetic field of 1 Tesla is about 43 MHz (this frequency band is referred to as Radio frequency), and in order to selectively detect the frequency band with high sensitivity, LC resonance as shown in FIG. A circuit is used.

<静磁場調整用シムコイルについて>
静磁場調整用シムコイル(Gradient Coil:勾配磁場コイル)151は、試料115に勾配磁場を印加できるように配置される。本実施形態において具体的には、図9に模式的に示すように、静磁場調整用シムコイル151は小型RFコイル114を挟んで、各軸ごとに対向して配置されている。より具体的には、静磁場調整用シムコイル151はZ方向の勾配磁場コイル(Gzコイル)154と、Y方向の勾配磁場コイル(Gyコイル)153と、X方向の勾配磁場コイル(Gxコイル:図示せず)とを組み合わせてなる。各軸の方向は図4に示す直交座標と対応している。小型RFコイル114は、コイル中心を座標原点とするZX平面内に置かれているものとする。また永久磁石113の静磁場H0はZ方向に印加されているものとする。
Gzコイル154はXY平面内に巻回面をもつループコイルであり、小型RFコイル114を±Z方向に挟んで配置されている。そして個々のGzコイル154への通電量を調整することで小型RFコイル114に対してZ方向に所望の勾配磁場を印加することができる。
Gyコイル153(153a〜153d)はそれぞれYZ平面の第一から第四象限に配置された半月状のコイルであり、その弦にあたる直線部はX方向に伸びて配置される。各象限に配置されたGyコイル153a〜153dへの通電量を調整することで、小型RFコイル114に対してY方向に所望の勾配磁場を印加することができる。
Gxコイルは、Gyコイルと同様の構成とし、これらをZ軸まわりに90度回転させた位置に配置することができる。
なお、個々の静磁場調整用シムコイル151(Gxコイル、Gyコイル、Gzコイル)の形状は、上記に限られず種々のものを採用し得る。
小型RFコイル114と静磁場調整用シムコイル151との間には、図示しない遮蔽シールドが設けられている。この遮蔽シールドにより、静磁場調整用シムコイル151からのノイズが、小型RFコイル114に影響するのを防止している。遮蔽シールドは、ノイズの通過を防止し、かつ、磁場が通過できるような厚さとなっている。
<About Shim Coil for Static Magnetic Field Adjustment>
A static magnetic field adjusting shim coil (Gradient Coil) 151 is arranged so that a gradient magnetic field can be applied to the sample 115. Specifically, in the present embodiment, as schematically shown in FIG. 9, the static magnetic field adjusting shim coil 151 is disposed so as to face each axis with the small RF coil 114 interposed therebetween. More specifically, the static magnetic field adjustment shim coil 151 includes a Z-direction gradient magnetic field coil (Gz coil) 154, a Y-direction gradient magnetic field coil (Gy coil) 153, and an X-direction gradient magnetic field coil (Gx coil: FIG. (Not shown). The direction of each axis corresponds to the orthogonal coordinates shown in FIG. It is assumed that the small RF coil 114 is placed in the ZX plane with the coil center as the coordinate origin. It is assumed that the static magnetic field H 0 of the permanent magnet 113 is applied in the Z direction.
The Gz coil 154 is a loop coil having a winding surface in the XY plane, and is arranged with the small RF coil 114 sandwiched in the ± Z direction. A desired gradient magnetic field can be applied to the small RF coil 114 in the Z direction by adjusting the energization amount to each Gz coil 154.
Each of the Gy coils 153 (153a to 153d) is a half-moon shaped coil arranged in the first to fourth quadrants of the YZ plane, and a linear portion corresponding to the string extends in the X direction. A desired gradient magnetic field can be applied to the small RF coil 114 in the Y direction by adjusting the energization amount to the Gy coils 153a to 153d arranged in each quadrant.
The Gx coil has the same configuration as the Gy coil, and can be arranged at a position obtained by rotating them by 90 degrees around the Z axis.
The shape of each static magnetic field adjusting shim coil 151 (Gx coil, Gy coil, Gz coil) is not limited to the above, and various shapes can be adopted.
A shielding shield (not shown) is provided between the small RF coil 114 and the static magnetic field adjustment shim coil 151. This shielding shield prevents noise from the static magnetic field adjustment shim coil 151 from affecting the small RF coil 114. The shielding shield has a thickness that prevents noise from passing and allows a magnetic field to pass.

本実施形態の計測装置10は、静磁場調整用シムコイル151を用いて上記式(9)で規定される勾配磁場強度変化量(ΔG)の勾配磁場を試料115に印加する。   The measuring apparatus 10 according to the present embodiment applies a gradient magnetic field of the gradient magnetic field intensity change amount (ΔG) defined by the above formula (9) to the sample 115 using the static magnetic field adjustment shim coil 151.

制御部307は、トランスやトランジスタなどにより構成される電流駆動用電源159を介して静磁場調整用シムコイル151への電流の供給を制御することにより、試料115に印加される静磁場の強度を制御する静磁場強度制御部として機能する。   The control unit 307 controls the strength of the static magnetic field applied to the sample 115 by controlling the supply of current to the static magnetic field adjustment shim coil 151 via the current drive power source 159 constituted by a transformer, a transistor, and the like. Functions as a static magnetic field intensity control unit.

小型RFコイル114により取得されてA/D変換器118でA/D変換されたエコー信号は、データ受付部131で取得されて演算部130に送られる。
演算部130では、エコー信号強度と、記憶部305に記憶された検定データとに基づいてプロトン性溶媒の量を算出する。すなわち演算部130は水分量算出部132として機能する。
また演算部130ではこのほか、後述のようにエコー信号に基づいてT2(CPMG)値を算出する。また水分量算出部132は、算出されたT2(CPMG)値と検定データとから、プロトン性溶媒の量を算出してもよい。
The echo signal acquired by the small RF coil 114 and A / D converted by the A / D converter 118 is acquired by the data reception unit 131 and sent to the calculation unit 130.
The calculation unit 130 calculates the amount of the protic solvent based on the echo signal intensity and the test data stored in the storage unit 305. That is, the calculation unit 130 functions as the moisture amount calculation unit 132.
In addition, the calculation unit 130 calculates a T 2 (CPMG) value based on the echo signal as described later. Further, the water content calculation unit 132 may calculate the amount of the protic solvent from the calculated T 2 (CPMG) value and the test data.

演算部130により算出された水分量のデータは出力部135より出力される。具体的な出力部135は限定されるものではなく、ディスプレイ装置であっても、半導体記憶装置であっても、他の出力装置であってもよい。   The water content data calculated by the calculation unit 130 is output from the output unit 135. The specific output unit 135 is not limited, and may be a display device, a semiconductor memory device, or another output device.

なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的が達成される限りにおける種々の変形、改良等の態様も含む。
ここで、NMR法を用いれば、プロトン性溶媒の量のみならず、プロトン性溶媒中の特定箇所の他の特性値をも計測することができる。本明細書では、かかる他の特性値の計測を第二計測モードと呼ぶ。計測される特性値としては、例えばプロトン性溶媒の易動性、溶媒中を流れる電流、固体高分子電解質膜中のプロトン性溶媒の透過特性などを挙げることができる。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications and improvements as long as the object of the present invention is achieved.
Here, if the NMR method is used, not only the amount of the protic solvent but also other characteristic values of a specific portion in the protic solvent can be measured. In this specification, the measurement of such other characteristic values is referred to as a second measurement mode. Examples of the characteristic value to be measured include mobility of the protic solvent, current flowing through the solvent, and permeation characteristics of the protic solvent in the solid polymer electrolyte membrane.

プロトン性溶媒の易動性とは、試料中におけるプロトン性溶媒の移動のしやすさを表す物性値をいう。このような物性値としては、自己拡散係数、および移動度(移動速度)等のパラメータが挙げられる。
すなわち本実施形態の計測装置10は、小型RFコイル114で取得されたエコー信号に基づいて試料115中のプロトン性溶媒の易動性を算出する易動性算出部をさらに備え、かかる易動性算出部が、計測されたエコー信号の情報に基づいて、試料115中の特定箇所の易動性を算出することとしてもよい。易動性算出部の機能は、演算部130によって実現することができる。
The mobility of the protic solvent refers to a physical property value indicating the ease of movement of the protic solvent in the sample. Such physical property values include parameters such as self-diffusion coefficient and mobility (movement speed).
That is, the measurement apparatus 10 of the present embodiment further includes a mobility calculation unit that calculates the mobility of the protic solvent in the sample 115 based on the echo signal acquired by the small RF coil 114, and the mobility is such. A calculation part is good also as calculating the mobility of the specific location in the sample 115 based on the information of the measured echo signal. The function of the mobility calculation unit can be realized by the calculation unit 130.

かかる易動性の計測にあたっては、プロトン性溶媒量の計測と同様に、試料115に印加する静磁場を勾配磁場とするなどしてその不均一性をある一定時間の間だけ増大して行うとよい。
したがって本実施形態の計測装置10にて、第一計測モード(プロトン性溶媒量計測)と切り換えて第二計測モードにて易動性を計測する場合は、静磁場調整用シムコイル151により勾配磁場を引き続き小型RFコイル114に印加した状態で行う。ただし易動度計測にあたっては、これに適した状態に勾配磁場強度変化量(ΔG)を調整し直したうえで、上記ある一定時間だけかかる勾配磁場を印加するようにすることができる。
In measuring the mobility, as in the measurement of the amount of protic solvent, if the static magnetic field applied to the sample 115 is a gradient magnetic field, the non-uniformity is increased for a certain period of time. Good.
Therefore, in the measurement apparatus 10 of this embodiment, when the mobility is measured in the second measurement mode by switching to the first measurement mode (protic solvent amount measurement), the gradient magnetic field is applied by the static magnetic field adjustment shim coil 151. Subsequently, it is performed in a state where the small RF coil 114 is applied. However, in the mobility measurement, the gradient magnetic field intensity change amount (ΔG) is adjusted again to a state suitable for this, and the gradient magnetic field that is applied for a certain period of time can be applied.

一方、例えば電流を計測する場合、エコー信号の周波数と180°励起パルスの周波数との差分(周波数シフト量)を算出し、かかる差分から電流値を算出することができる。
すなわち本実施形態の計測装置10は、励起用振動磁場の周波数と、エコー信号の周波数との差分を算出する周波数シフト量算出手段をさらに備えることとしてもよい。周波数シフト量算出手段の機能は、演算部130によって実現することができる。
On the other hand, for example, when measuring the current, the difference (frequency shift amount) between the frequency of the echo signal and the frequency of the 180 ° excitation pulse can be calculated, and the current value can be calculated from the difference.
That is, the measurement apparatus 10 of the present embodiment may further include a frequency shift amount calculation unit that calculates a difference between the frequency of the excitation oscillating magnetic field and the frequency of the echo signal. The function of the frequency shift amount calculation means can be realized by the calculation unit 130.

ここでプロトン性溶媒の電流計測にあたっては、試料に印加する静磁場の均一性が高いほど周波数シフト量のばらつきが抑えられ、計測値が安定化する。その理由は、静磁場の均一性が高いほど長い時間に渡ってFID信号およびスピンエコー信号が取得でき、周波数の変化量をより長い時間に渡って観測できるために、変化速度の算出精度が向上するためである。   Here, when measuring the current of the protic solvent, the higher the uniformity of the static magnetic field applied to the sample, the smaller the variation in the frequency shift amount, and the more stable the measured value. The reason is that as the uniformity of the static magnetic field is higher, the FID signal and the spin echo signal can be acquired over a longer period of time, and the frequency change amount can be observed over a longer period of time, thereby improving the calculation accuracy of the change rate. It is to do.

したがって本発明においてプロトン性溶媒の電流計測を行う場合は、静磁場調整用シムコイル151で印加する勾配磁場の強度を実質的にゼロとした状態で行うことが好ましい。つまり本実施形態の計測装置10にて、第一計測モード(プロトン性溶媒量計測)と切り換えて第二計測モードにて電流を計測する場合は、静磁場調整用シムコイル151の磁場出力を調整し、静磁場印加部150によって試料115に印加される勾配磁場強度を実質的にゼロとして行うとよい。かかる磁場出力の調整は制御部307によって実現される。また計測モードの切り換えは、操作信号受付部129を通じた操作者の切り換え命令に基づき、制御部307によって行うことができる。すなわち制御部307は第一計測モードと第二計測モードとを切り換える切り換え手段として機能する。   Therefore, in the present invention, when measuring the current of the protic solvent, it is preferable that the gradient magnetic field applied by the static magnetic field adjusting shim coil 151 is substantially zero in strength. That is, in the measurement apparatus 10 of the present embodiment, when the current is measured in the second measurement mode by switching to the first measurement mode (protic solvent amount measurement), the magnetic field output of the static magnetic field adjustment shim coil 151 is adjusted. The gradient magnetic field strength applied to the sample 115 by the static magnetic field application unit 150 may be set to substantially zero. Such adjustment of the magnetic field output is realized by the control unit 307. The measurement mode can be switched by the control unit 307 based on an operator switching command through the operation signal receiving unit 129. That is, the control unit 307 functions as a switching unit that switches between the first measurement mode and the second measurement mode.

なお、ここでいう勾配磁場強度が実質的にゼロであるとは、静磁場を印加している永久磁石113がもともと持っている静磁場の不均一性や、磁化率がゼロではない試料115や小型RFコイル114などを磁場中に挿入したことで新たに形成される磁場の不均一性に起因して生ずる磁場の勾配と同等程度またはそれ以下の磁場勾配であることをいう。   Note that the gradient magnetic field strength here is substantially zero means that the static magnetic field non-uniformity inherent in the permanent magnet 113 to which the static magnetic field is applied, the sample 115 whose magnetic susceptibility is not zero, This means that the magnetic field gradient is equal to or less than the magnetic field gradient generated due to the non-uniformity of the magnetic field newly formed by inserting the small RF coil 114 or the like into the magnetic field.

また、プロトン性溶媒の透過特性を計測する場合については、アルコール類と水など二種類以上のプロトン性溶媒を含む試料から、一のプロトン性溶媒のみを示す化学シフト値のスペクトルを取得して、膜中の特定箇所における上記一のプロトン性溶媒量の比率を算出して行うことができる。
すなわち本実施形態の計測装置10は、試料が二種類以上のプロトン性溶媒を含むとともに、上記取得されたエコー信号に基づいて、一のプロトン性溶媒のみを示す化学シフト値のスペクトルを取得するスペクトル取得手段と、当該スペクトルの強度に基づいて、膜中の特定箇所における上記一のプロトン性溶媒量の比率を算出する透過特性算出手段と、を備えることとしてもよい。スペクトル取得手段および透過特性算出手段の機能は、演算部130によって実現することができる。
In the case of measuring the permeation characteristics of a protic solvent, from a sample containing two or more kinds of protic solvents such as alcohols and water, obtain a spectrum of a chemical shift value indicating only one protic solvent, The ratio of the one protic solvent amount at a specific location in the membrane can be calculated.
That is, in the measurement apparatus 10 of the present embodiment, the sample includes two or more types of protic solvents, and a spectrum for acquiring a chemical shift value spectrum indicating only one protic solvent based on the acquired echo signal. An acquisition means and a permeation characteristic calculation means for calculating the ratio of the one protic solvent amount at a specific location in the membrane based on the intensity of the spectrum may be provided. The functions of the spectrum acquisition unit and the transmission characteristic calculation unit can be realized by the calculation unit 130.

また上記膜中のプロトン性溶媒の透過特性の計測にあたっても、静磁場が不均一であるほど、観測できるFID信号が短くなり、スペクトル解析での周波数分解能が低下することから、試料に印加する静磁場は均一であることが好ましい。例えばアルコール類のCHとOHスペクトルの分離を必要とする場合に、静磁場が不均一であるとスペクトルの分離が困難となるからである。   In the measurement of the permeation characteristics of the protic solvent in the membrane, the more uniform the static magnetic field, the shorter the FID signal that can be observed and the lower the frequency resolution in spectral analysis. The magnetic field is preferably uniform. This is because, for example, when separation of CH and OH spectra of alcohols is required, the separation of the spectra becomes difficult if the static magnetic field is not uniform.

したがって本発明においてプロトン性溶媒の透過特性の計測を行う場合は、静磁場調整用シムコイル151で印加する勾配磁場の強度を実質的にゼロとした状態で行うことが好ましい。つまり電流計測と同様に、本実施形態の計測装置10にて、第一計測モード(プロトン性溶媒量計測)と切り換えて第二計測モードにて透過特性を計測する場合は、静磁場印加部150によって試料115に印加される勾配磁場強度を実質的にゼロとして行うとよい。   Therefore, in the present invention, when measuring the permeation characteristics of the protic solvent, it is preferable that the gradient magnetic field strength applied by the static magnetic field adjusting shim coil 151 is substantially zero. That is, similarly to the current measurement, in the measurement apparatus 10 of the present embodiment, when the transmission characteristic is measured in the second measurement mode by switching to the first measurement mode (protic solvent amount measurement), the static magnetic field application unit 150 is used. The gradient magnetic field strength applied to the sample 115 may be substantially zero.

すなわち本実施形態の計測装置10は、静磁場印加部150が所定の勾配磁場強度変化量(ΔG)の勾配磁場を試料に印加した状態で取得されたエコー信号の強度からプロトン性溶媒の量を算出する第一計測モードと、静磁場の勾配の強度が実質的にゼロである状態で取得されたエコー信号の強度からプロトン性溶媒の他の特性値を計測する第二計測モードと、を切り換える切り換え手段をさらに備えることとしてもよい。   That is, the measurement apparatus 10 of the present embodiment determines the amount of the protic solvent from the intensity of the echo signal acquired in a state where the static magnetic field application unit 150 applies a gradient magnetic field having a predetermined gradient magnetic field strength change amount (ΔG) to the sample. Switching between the first measurement mode to be calculated and the second measurement mode to measure other characteristic values of the protic solvent from the intensity of the echo signal acquired when the gradient of the static magnetic field is substantially zero A switching means may be further provided.

上記のように本発明において、プロトン性溶媒量に加えて、プロトン性溶媒の易動性、電流、透過特性などをも計測可能とすることにより、試料の特定箇所で生じている現象を多角的に把握することが可能となる。特に、燃料電池の固体電解質膜の計測に本発明を適用した場合、発電状態における電流とプロトン性溶媒の存在状態を的確に把握することができる。   As described above, in the present invention, in addition to the amount of the protic solvent, it is possible to measure the mobility, current, permeation characteristics, etc. of the protic solvent in a multifaceted manner. It becomes possible to grasp. In particular, when the present invention is applied to measurement of a solid electrolyte membrane of a fuel cell, it is possible to accurately grasp the current in the power generation state and the presence state of the protic solvent.

以下、実施例および比較例を用いて本発明によるエコー信号の計測技術、およびプロトン性溶媒量の計測技術について更に詳しく説明する。   Hereinafter, the echo signal measurement technique and the protic solvent amount measurement technique according to the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples.

[実験1]
図4および図5に図示した計測装置10を用いてCPMG法によりNMR計測を行った。
小型RFコイル114は、図6に示すように線径50μmの導線を略同心円状に3回巻き、共振回路のコイル部(インダクタンス部)の内径D=0.91mm、外径=1.3mmの小型表面コイルとした。
[Experiment 1]
NMR measurement was performed by the CPMG method using the measurement apparatus 10 illustrated in FIGS. 4 and 5.
As shown in FIG. 6, the small RF coil 114 is formed by winding a conductive wire having a wire diameter of 50 μm in a substantially concentric manner three times, and the inner diameter D = 0.91 mm and the outer diameter = 1.3 mm of the coil portion (inductance portion) of the resonance circuit. A small surface coil was used.

試料115には、水を含む高分子電解質膜を用いた。具体的には、図10に示すように固体高分子電解質膜の周囲にガスと水を流すことができる流路付セルを製作して用いた。流路の幅は1.0mm、深さ1.0mmである。かかる固体高分子電解質膜の片側に水を供給し、もう片側を窒素ガスで乾燥させて、長時間保持し、高分子電解質膜への水の供給と蒸発が釣り合った定常状態とした。
図11は流路付セルの構成の一例を示す図である。
かかる二つのセルを向かい合わせにして、その間に高分子電解質膜を挟んだ。固体高分子電解質膜には、寸法15mm×15mm、厚さ500μmの高分子膜(旭硝子株式会社製、商品名フレミオン)を用いた。高分子電解質膜表面に触媒は用いていない。
As the sample 115, a polymer electrolyte membrane containing water was used. Specifically, as shown in FIG. 10, a cell with a flow channel capable of flowing gas and water around the solid polymer electrolyte membrane was manufactured and used. The width of the flow path is 1.0 mm and the depth is 1.0 mm. Water was supplied to one side of the solid polymer electrolyte membrane, and the other side was dried with nitrogen gas and held for a long time to obtain a steady state in which the supply of water to the polymer electrolyte membrane and evaporation were balanced.
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a configuration of a cell with a flow path.
The two cells were face to face, and a polymer electrolyte membrane was sandwiched between them. As the solid polymer electrolyte membrane, a polymer membrane having a size of 15 mm × 15 mm and a thickness of 500 μm (trade name Flemion, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.) was used. No catalyst is used on the surface of the polymer electrolyte membrane.

セルの上側の流路には窒素ガスを50[ml/min]で供給し、下側の流路には水を供給した。小型RFコイル114はガス側のセルに埋め込まれており、ガス供給側から高分子電解質膜の表面に押し付けられている。なお本実施例ではセル温度を20℃とした。   Nitrogen gas was supplied to the upper channel of the cell at 50 [ml / min], and water was supplied to the lower channel. The small RF coil 114 is embedded in the cell on the gas side, and is pressed against the surface of the polymer electrolyte membrane from the gas supply side. In this example, the cell temperature was 20 ° C.

比較例1(Case1)、実施例1(Case2)、および実施例2(Case3)として、静磁場調整用シムコイル151に流す電流値を三通りとし、それによって静磁場の均一度(不均一性)を変化させながらCPMG計測を行った。CPMG法では、90°励起パルスから次の180°励起パルスまでの時間(τ)を10msecとした。また同様に、180°励起パルスからエコー信号がピークを迎えるまでの時間は同じく10msecとした。   As Comparative Example 1 (Case 1), Example 1 (Case 2), and Example 2 (Case 3), there are three current values that flow through the shim coil 151 for static magnetic field adjustment, and thereby the uniformity (non-uniformity) of the static magnetic field. CPMG measurement was performed while changing. In the CPMG method, the time (τ) from the 90 ° excitation pulse to the next 180 ° excitation pulse was set to 10 msec. Similarly, the time from the 180 ° excitation pulse to the peak of the echo signal was also set to 10 msec.

下記表1に、シムコイルに流した電流値のダイヤルの読み値[a.u.]を示した。本実施例および比較例では、カーテシアン座標系の(X,Y,Z)に従って、直交する3つの空間軸のそれぞれに静磁場調整用のシムコイル(GX-coil,GY-coil,GZ-coil)を配置した。それぞれのシムコイルにそれぞれの電流IGを与えることで、シムコイルの幾何学的中心を原点に、勾配GがIGに比例する直線状の静磁場を印加することができる。 Table 1 below shows the dial reading of the current value passed through the shim coil [a. u. ]showed that. In this example and comparative example, according to (X, Y, Z) of the Cartesian coordinate system, shim coils (GX-coil, GY-coil, GZ-coil) for static magnetic field adjustment are provided on each of three orthogonal space axes. Arranged. By applying each current I G to each shim coil, a linear static magnetic field whose gradient G is proportional to I G can be applied with the geometric center of the shim coil as the origin.

試料115が受ける磁場は、この静磁場調整用シムコイル151による直線状静磁場HGと、永久磁石113による静磁場H0とを加えた値である。例えば、X方向のシムコイルGX-coilであれば、試料の位置がx[m]であるとして、試料が受ける静磁場H[gauss]は、
H=H0+HG
G=GX・(x-x0) (11)
となる。
The magnetic field received by the sample 115 is a value obtained by adding the linear static magnetic field H G by the static magnetic field adjusting shim coil 151 and the static magnetic field H 0 by the permanent magnet 113. For example, in the case of a shim coil GX-coil in the X direction, assuming that the position of the sample is x [m], the static magnetic field H [gauss] received by the sample is
H = H 0 + H G
H G = G X (x−x 0 ) (11)
It becomes.

0[m]はシムコイルの中心位置、GXはx方向のシムコイルGX-coilが印加する静磁場の勾配[gauss/m]である。本実施例・比較例に用いた計測装置10では、シムコイルに流す電流IGはダイヤルの読み値を用いて表される。電流IGとダイヤルの読み値とは正比例の関係にあり、さらに電流IGと静磁場の勾配は正比例の関係にある。 x 0 [m] is the center position of the shim coil, and G X is the gradient [gauss / m] of the static magnetic field applied by the shim coil GX-coil in the x direction. In the measurement apparatus 10 used in the present Examples and Comparative Examples, the current I G to be supplied to the shim coil is expressed by using the readings dial. The current I G and the dial reading are in a directly proportional relationship, and the current I G and the gradient of the static magnetic field are in a directly proportional relationship.

本実施例(比較例)の場合、比例係数は208と算出された。かかる比例係数を用いれば、GX-coilに流した電流のダイヤルの読み値から印加した静磁場の勾配GX[gauss/m]が分かる。その関係は以下のようになる。
X=208×(ダイヤルの読み値) (12)
なお、この関係は3つのシムコイル(GX-coil,GY-coil,GZ-coil)ですべて同一である。
In this example (comparative example), the proportionality coefficient was calculated as 208. By using such a proportionality coefficient, the gradient G X [gauss / m] of the applied static magnetic field can be found from the dial reading of the current passed through the GX-coil. The relationship is as follows.
G X = 208 × (Dial reading) (12)
This relationship is the same for all three shim coils (GX-coil, GY-coil, GZ-coil).

比較例1(Case1)は、観測したFID信号が最も長くなるように、シムコイルに流す電流を調整した場合である。かかる電流を、「T2 *を最長にするシム電流のダイヤル読み値」と記す。そしてCase1は、計測している試料の計測領域で「最も静磁場が均一な状態にある場合」であり、これを試料に印加された静磁場の基準とする。この場合のダイヤル読み値がゼロでない理由は、静磁場を印加している永久磁石がもともと持っている静磁場の不均一性や、磁化率がゼロではない試料やコイルなどを磁場中に挿入したことで新たに形成される磁場が静磁場の不均一性を引き起こし、その不均一性を補正するようにシムコイルに電流を流すことで静磁場を均一に調整しているためである。したがってCase1のダイヤルの読み値を「静磁場が均一な場合」の基準の値とする。そして基準値からの増減分(変化量)が、静磁場調整用シムコイル151によってさらに加えられた勾配磁場強度の変化量ΔGに相当する。 Comparative Example 1 (Case 1) is a case where the current flowing through the shim coil is adjusted so that the observed FID signal is the longest. Such a current is referred to as “sim current dial reading that maximizes T 2 * ”. Case 1 is “when the static magnetic field is in the most uniform state” in the measurement region of the sample being measured, and this is used as a reference for the static magnetic field applied to the sample. The reason why the dial reading is not zero in this case is that the permanent magnet to which the static magnetic field is applied originally has a non-uniform static magnetic field, or a sample or coil with a non-zero magnetic susceptibility is inserted into the magnetic field. This is because the newly formed magnetic field causes non-uniformity of the static magnetic field, and the static magnetic field is uniformly adjusted by flowing a current through the shim coil so as to correct the non-uniformity. Therefore, the reading value of the dial of Case 1 is set as a reference value for “when the static magnetic field is uniform”. The increase / decrease (change amount) from the reference value corresponds to the change amount ΔG of the gradient magnetic field strength further added by the static magnetic field adjustment shim coil 151.

実施例1(Case2)および実施例2(Case3)は、「静磁場が不均一な場合」である。実施例2では、実施例1よりも勾配磁場強度を高くすることで静磁場の不均一さを増している。表中の( )内の数値は、Case1の値からの増減量を示している。   Example 1 (Case 2) and Example 2 (Case 3) are “when the static magnetic field is not uniform”. In Example 2, non-uniformity of the static magnetic field is increased by increasing the gradient magnetic field strength as compared with Example 1. The numerical value in () in the table indicates the amount of increase / decrease from the value of Case1.

下記表2に、表1中の( )内の数値を基に上記式(12)から算出した、各シムコイル(GX-coil,GY-coil,GZ-coil)でそれぞれ与えたX、Y、Z方向の勾配磁場強度ΔG、ΔG、ΔGと、それらの合成ベクトルとしての勾配磁場強度の変化量ΔG[gauss/m]を示す。このΔGは、Case1を基準として、それからさらにどの程度の勾配磁場強度を印加したかの増減量を示している。シムコイルは3軸あるため、三つの勾配磁場強度を統合した勾配磁場強度の変化量ΔGの評価値を、各勾配磁場強度(ΔGX,ΔGY,ΔGZ)の二乗和の平方根として計算した。
そしてこれに小型RFコイル114の内径(D=0.91・10-3m)を乗じた勾配磁場強度D・ΔG[gauss]の値をあわせて同表に示す。実施例1,2については上記式(9)を満足している。
In Table 2 below, X, Y, Z given by each shim coil (GX-coil, GY-coil, GZ-coil) calculated from the above formula (12) based on the values in parentheses in Table 1 The gradient magnetic field strengths ΔG x , ΔG y , ΔG z in the direction and the change amount ΔG [gauss / m] of the gradient magnetic field strength as their combined vector are shown. This ΔG indicates the amount of increase / decrease of how much gradient magnetic field strength is applied from Case 1 as a reference. Since the shim coil has three axes, the evaluation value of the change amount ΔG of the gradient magnetic field strength obtained by integrating the three gradient magnetic field strengths was calculated as the square root of the square sum of the gradient magnetic field strengths (ΔG X , ΔG Y , ΔG Z ).
The value of the gradient magnetic field strength D · ΔG [gauss] obtained by multiplying this by the inner diameter (D = 0.91 · 10 −3 m) of the small RF coil 114 is shown in the same table. In Examples 1 and 2, the above formula (9) is satisfied.

なおNMR計測条件としては、90°励起パルスの繰り返し時間(TR)は10秒、90°励起パルスのダミー回数は4回、NMR信号の積算回数は1回、共鳴周波数は43.37MHzとした。   The NMR measurement conditions were a 90 ° excitation pulse repetition time (TR) of 10 seconds, a 90 ° excitation pulse dummy count of 4, an NMR signal integration count of 1, and a resonance frequency of 43.37 MHz.

以下、比較例1(Case1)、実施例1(Case2)、実施例2(Case3)の各計測結果、およびこれに基づく算出結果を順に説明する。   Hereinafter, each measurement result of Comparative Example 1 (Case 1), Example 1 (Case 2), and Example 2 (Case 3), and a calculation result based thereon will be described in order.

(比較例1について)
Case1の条件で取得したNMR信号の波形を図12(a),(b)に示す。同図(a)は計測したNMR信号の全体を示し、同図(b)は同図(a)の0〜100msecの部分を拡大して示している。
(About Comparative Example 1)
The waveform of the NMR signal acquired under the Case 1 conditions is shown in FIGS. FIG. 5A shows the whole measured NMR signal, and FIG. 4B shows an enlarged portion of 0 to 100 msec in FIG.

比較例1の場合、同図(b)で見られるように、90°励起パルス後のFID信号が長く引いており、次の180°励起パルス(1)が照射されるまでのτ=10msecの間にはほとんど減衰していなかった。このため、観測すべきエコー信号はFID信号と干渉し、明確な山形のエコー信号として認識することができなかった。この場合、単純にFID信号とエコー信号とが重なりあっているだけではなく、磁化ベクトルの運動そのものが干渉して、次の180°励起パルス(2)を照射する際に、干渉していない場合とは全く異なる磁化ベクトルの運動を引き起こしているといえる。これにより、取得されるエコー信号が不安定になったと考えられる。   In the case of Comparative Example 1, the FID signal after the 90 ° excitation pulse is long and the τ = 10 msec until the next 180 ° excitation pulse (1) is irradiated as seen in FIG. There was almost no decay in the meantime. For this reason, the echo signal to be observed interferes with the FID signal and cannot be recognized as a clear mountain-shaped echo signal. In this case, the FID signal and the echo signal are not simply overlapped, but the motion of the magnetization vector itself interferes and does not interfere when the next 180 ° excitation pulse (2) is irradiated. It can be said that it causes the motion of a completely different magnetization vector. As a result, the acquired echo signal is considered to be unstable.

取得したNMR信号から、「偶数番目のエコー信号強度」のみを抽出し、それを対数プロットした。このプロッタを基にして、最小二乗法によって直線近似し、その直線の勾配からT2(CPMG)緩和時定数(T2(CPMG)値)を算出した。T2(CPMG)値の算出には、上記特許文献1に記載の方法を用いることができる。 From the acquired NMR signal, only the “even-numbered echo signal intensity” was extracted and logarithmically plotted. Based on this plotter, linear approximation was performed by the least square method, and the T 2 (CPMG) relaxation time constant (T 2 (CPMG) value) was calculated from the gradient of the straight line. For the calculation of the T 2 (CPMG) value, the method described in Patent Document 1 can be used.

図13は、比較例1の条件による計測を16回繰り返してそれぞれ算出された、実験回数とT2(CPMG)値との関係の推移を示す図である。同図より、比較例1(Case1)において算出されるT2(CPMG)値にはばらつきが大きいことが分かる。これを定量的に評価する。 FIG. 13 is a diagram showing the transition of the relationship between the number of experiments and the T 2 (CPMG) value calculated by repeating measurement under the conditions of Comparative Example 1 16 times. From the figure, it can be seen that the T 2 (CPMG) value calculated in Comparative Example 1 (Case 1) varies greatly. This is evaluated quantitatively.

得られた16回分のT2(CPMG)値を統計解析して、T2(CPMG)値の標準偏差と、その変動係数(=標準偏差を平均値で割った値)を求めた。これを下記表3に示す。
また、CPMG法で取得された2番目、4番目、6番目の3つのエコー信号強度の平均値(エコー信号強度の各回平均値)を16回分に亘って算出した。かかる各回平均値のばらつきに関する標準偏差と変動係数を同表に示す。なお、エコー信号強度の各回平均値を、さらに実験回数分に亘って平均したものを、以下「平均エコー信号強度」という。なお本発明において断りなくエコー信号強度と表現した場合はこの平均エコー信号強度を意味するものである。
また、2番目、4番目、6番目にあたる180°励起パルス(2)、(4)、(6)(180°励起パルス(2)については図1を参照)の照射からτ/3≒3.5msecだけ経過したそれぞれの時点で観測される3つのFID信号強度の平均値(τ/3時のFID信号強度の各回平均値)についても同様に16回分に亘って算出した。かかるFID信号強度の各回平均値のばらつきに関する標準偏差と変動係数を同表に示す。なお、τ/3時のFID信号強度の各回平均値を、さらに実験回数分に亘って平均したものを、以下「τ/3時の平均FID信号強度」という。なお本発明において断りなくFID信号強度または自由誘導減衰信号強度と表現した場合はこのτ/3時の平均FID信号強度を意味するものである。
さらに同表には、上記のエコー信号強度の各回平均値と、上記のτ/3時のFID信号強度の各回平均値との比を、実験回数分に亘って平均したもの(以下、「エコー信号強度/FID信号強度の平均」という)についても表記している。
そして同表では、実施例1(Case2)と実施例2(Case3)についても同様に計測および算出を行った結果についてもまとめて表記している。
The obtained 16 T 2 (CPMG) values were statistically analyzed to determine the standard deviation of the T 2 (CPMG) value and its coefficient of variation (= the standard deviation divided by the average value). This is shown in Table 3 below.
In addition, the average value of the second, fourth, and sixth echo signal intensities obtained by the CPMG method (each time average value of the echo signal intensity) was calculated for 16 times. The table shows the standard deviation and the coefficient of variation regarding the variation of the average value for each time. In addition, what averaged each time the average value of echo signal intensity over the frequency | count of experiment further is hereafter called "average echo signal intensity." In the present invention, the expression “echo signal intensity” means the average echo signal intensity.
In addition, from the irradiation of the second, fourth, and sixth 180 ° excitation pulses (2), (4), and (6) (see FIG. 1 for the 180 ° excitation pulse (2)), τ / 3≈3. Similarly, the average value of the three FID signal intensities observed at the respective time points after 5 msec (average value of each FID signal intensity at τ / 3 o'clock) was calculated for 16 times. The standard deviation and the coefficient of variation regarding the variation of the average value of each FID signal intensity are shown in the same table. In addition, what averaged each time average value of the FID signal strength at τ / 3 time over the number of experiments is hereinafter referred to as “average FID signal strength at τ / 3 time”. In the present invention, when expressed as FID signal intensity or free induction decay signal intensity without any notice, it means the average FID signal intensity at τ / 3.
Further, the table shows an average of the ratio of the average value of each echo signal intensity and the average value of the FID signal intensity at τ / 3 time over the number of experiments (hereinafter referred to as “echo”). "Signal strength / average of FID signal strength").
In the same table, the results of measurement and calculation in the same manner for Example 1 (Case 2) and Example 2 (Case 3) are also shown together.

T2(CPMG)値が大きくばらつく原因を調べるための情報としては、エコー信号の強さ、励起パルス照射後のFID信号の強さ、および、エコー信号強度の明確さがある。 Information for investigating the cause of the large variation in the T 2 (CPMG) value includes the strength of the echo signal, the strength of the FID signal after irradiation of the excitation pulse, and the clarity of the echo signal strength.

図14は、エコー信号強度の各回平均値が実験回数ごとにどのように推移するかを示した図である。
同図より、比較例1においてはエコー信号強度の各回平均値自体がばらついていることが分かる。本来、定常状態の高分子電解質膜(試料115)のエコー信号は一定であるはずであり、このような激しい増減は見られない。
FIG. 14 is a diagram showing how the average value of the echo signal intensity changes every time the number of experiments.
From the figure, it can be seen that in the first comparative example, the average value itself of the echo signal intensity varies. Originally, the echo signal of the steady state polymer electrolyte membrane (sample 115) should be constant, and such a dramatic increase or decrease is not observed.

そこで、3つの180°励起パルス(2)、(4)、(6)の照射から3.5msec後にそれぞれ観測される3つのFID信号の信号強度の平均値(τ/3時のFID信号強度の各回平均値)をプロットした。ここで、3.5msecとは、上記のように180°励起パルスの照射からエコー信号がピークとなる10msec(=τ)の約3分の1としたものである。
かかる時間は、上記式(5)を導いた際に設定したτ/2[sec]よりも安全側、すなわちFID信号とエコー信号との干渉がより十分に避けられる時間である。
Therefore, the average value of the signal strengths of the three FID signals observed after 3.5 msec from the irradiation of the three 180 ° excitation pulses (2), (4), and (6) (the FID signal strength of τ / 3 o'clock). Each time average value) was plotted. Here, 3.5 msec is approximately one third of 10 msec (= τ) at which the echo signal peaks after irradiation of the 180 ° excitation pulse as described above.
This time is a safer side than τ / 2 [sec] set when the above equation (5) is derived, that is, a time in which interference between the FID signal and the echo signal can be sufficiently avoided.

すなわちτ/2程度の時間の間にFID信号が減衰していれば、エコー信号のピーク強度の測定に際してFID信号の影響が回避され、更にτ/3程度の時間内にFID信号が減衰していれば、その後に発生するエコー信号の全体に亘ってFID信号との干渉が生じないと考えられる。   That is, if the FID signal is attenuated during the time of about τ / 2, the influence of the FID signal is avoided when measuring the peak intensity of the echo signal, and further the FID signal is attenuated within the time of about τ / 3. Then, it is considered that interference with the FID signal does not occur over the entire echo signal generated thereafter.

そこで比較例1のCase1について、2、4、6番目の180°励起パルスを照射してからそれぞれ3.5msecだけ経過した時点でのFID信号の平均信号強度を算出した。
図15は、かかる平均信号強度が実験回数ごとに推移する様子を示す図である。
また、かかる算出を16回に亘って繰り返した場合のFID信号強度の標準偏差と変動係数を上記表3に記載している。
Therefore, for Case 1 of Comparative Example 1, the average signal strength of the FID signal was calculated when 3.5 msec had elapsed since each irradiation of the second, fourth, and sixth 180 ° excitation pulses.
FIG. 15 is a diagram illustrating how the average signal intensity changes for each number of experiments.
In addition, Table 3 shows the standard deviation and coefficient of variation of the FID signal intensity when this calculation is repeated 16 times.

図14と15とを比較すると、FID信号強度とエコー信号強度とがほぼ同程度であることが分かる。またエコー信号の増減と同期して、FID信号も激しく増減していることが分かる。エコー信号強度がFID信号に埋もれることなく明確に識別できるかどうかは、図14のエコー信号強度と、図15のFID信号強度との比によって表される。   Comparing FIGS. 14 and 15, it can be seen that the FID signal intensity and the echo signal intensity are approximately the same. It can also be seen that the FID signal also increases and decreases in synchronization with the increase and decrease of the echo signal. Whether or not the echo signal intensity can be clearly identified without being buried in the FID signal is represented by a ratio between the echo signal intensity in FIG. 14 and the FID signal intensity in FIG.

図16には、エコー信号強度の各回平均値と、τ/3時のFID信号強度の各回平均値との比が実験回数ごとにどのように推移しているかを示した。またこの比の平均値(エコー信号強度/FID信号強度の平均)を算出したところ、上記表3に記載のように1.27となった。   FIG. 16 shows how the ratio of each time average value of echo signal intensity and each time average value of FID signal intensity at τ / 3 changes for each number of experiments. The average value of the ratios (echo signal intensity / FID signal intensity average) was calculated to be 1.27 as described in Table 3 above.

(実施例1について)
勾配磁場強度変化量ΔGを270[gauss/m]に増加させて、試料115に印加する静磁場にある程度の不均一さを与えたCase2に関する計測結果および算出結果を以下に示す。計測方法や算出方法は上記比較例1と共通する。
(About Example 1)
The measurement results and calculation results for Case 2 in which the gradient magnetic field strength change amount ΔG is increased to 270 [gauss / m] and a certain degree of nonuniformity is given to the static magnetic field applied to the sample 115 are shown below. The measurement method and calculation method are the same as those in the first comparative example.

Case2の条件で取得したNMR信号の波形を図17(a),(b)に示す。同図(a)は計測したNMR信号の全体を示し、同図(b)は同図(a)の0〜100msecの部分を拡大して示している。   The waveforms of the NMR signals acquired under the Case 2 conditions are shown in FIGS. FIG. 5A shows the whole measured NMR signal, and FIG. 4B shows an enlarged portion of 0 to 100 msec in FIG.

Case1と同様に、Case2の条件での計測を16回繰り返した。
図18は、実験回数とT2(CPMG)値との関係を示す図である。さらに、得られた16回分のT2(CPMG)値を統計解析して、T2(CPMG)値の標準偏差と、その変動係数(=標準偏差を平均値で割った値)を求めた。これらを上記表3に示した。
Similar to Case 1, measurement under the Case 2 conditions was repeated 16 times.
FIG. 18 is a diagram showing the relationship between the number of experiments and the T 2 (CPMG) value. Further, the obtained T 2 (CPMG) values for 16 times were statistically analyzed to determine the standard deviation of the T 2 (CPMG) value and its coefficient of variation (= the value obtained by dividing the standard deviation by the average value). These are shown in Table 3 above.

同図および算出結果から、実施例1は比較例1と比較してT2(CPMG)値のばらつきが減少し、T2(CPMG)値の標準偏差とその変動係数が減量していることが分かる。そしてこれは静磁場調整用シムコイル151により試料115に所定の勾配磁場強度変化量の静磁場を印加したことに起因している。 From the figure and the calculation result, that the standard deviation and coefficient of variation of the first embodiment variation of T 2 (CPMG) values as compared with Comparative Example 1 is reduced, T 2 (CPMG) values are reduced I understand. This is because a static magnetic field having a predetermined gradient magnetic field strength change amount is applied to the sample 115 by the static magnetic field adjusting shim coil 151.

また、計測されたエコー信号の強さ、励起パルス照射の3.5msec後のFID信号の強さ、および、エコー信号とFID信号との比(エコー信号の明確さ)を、上記Case1と同様に16回に亘り算出した。
図19(a)、(b)、(c)はその算出結果である。同図(a)は、エコー信号強度の各回平均値の実験回数ごとの推移を表す。同図(b)は、τ/3時のFID信号強度の各回平均値の実験回数ごとの推移を表す。同図(c)は、エコー信号強度の各回平均値と、τ/3時のFID信号強度の各回平均値との比に関する実験回数ごとの推移を表す。
Further, the intensity of the measured echo signal, the intensity of the FID signal after 3.5 msec of the excitation pulse irradiation, and the ratio of the echo signal to the FID signal (clarity of the echo signal) are the same as in Case 1 above. It was calculated over 16 times.
19A, 19B, and 19C show the calculation results. FIG. 4A shows the transition of the average value of the echo signal intensity for each number of experiments. FIG. 5B shows the transition of the average value of the FID signal intensity at τ / 3 for each number of experiments. FIG. 4C shows the transition for each number of experiments regarding the ratio between the average value of the echo signal intensity and the average value of the FID signal intensity at τ / 3.

これらの結果より、実施例1(Case2)は、比較例1(Case1)に比べて、励起パルスを照射してτ/3(3.5msec)後のFID信号の強さが低下し、エコー信号とFID信号との比が増加し、T2(CPMG)値が安定してきたことが分かる。 From these results, in Example 1 (Case 2), compared with Comparative Example 1 (Case 1), the intensity of the FID signal after τ / 3 (3.5 msec) after irradiation with the excitation pulse is reduced, and the echo signal It can be seen that the ratio of the FID signal to the FID signal has increased and the T 2 (CPMG) value has become stable.

(実施例2について)
勾配磁場強度変化量ΔGを532[gauss/m]に増加させて、試料115に印加する静磁場に十分な不均一さを与えたCase3に関する計測結果および算出結果を以下に示す。計測方法や算出方法は上記比較例1および実施例1と共通する。
(About Example 2)
The measurement results and calculation results for Case 3 in which the gradient magnetic field strength change amount ΔG is increased to 532 [gauss / m] and the static magnetic field applied to the sample 115 is sufficiently nonuniform are shown below. The measurement method and the calculation method are the same as those in Comparative Example 1 and Example 1.

Case3の条件で取得したNMR信号の波形を図20(a),(b)に示す。同図(a)は計測したNMR信号の全体を示し、同図(b)は同図(a)の0〜100msecの部分を拡大して示している。この図から、Case3の条件で取得したNMR信号は、FID信号とエコー信号とが干渉せず、エコー信号は明確なピークを持つ山形の形状となることが分かる。   The waveforms of NMR signals acquired under the Case 3 conditions are shown in FIGS. 20 (a) and 20 (b). FIG. 5A shows the whole measured NMR signal, and FIG. 4B shows an enlarged portion of 0 to 100 msec in FIG. From this figure, it can be seen that the NMR signal acquired under the condition of Case 3 does not interfere with the FID signal and the echo signal, and the echo signal has a mountain shape with a clear peak.

Case1と同様に、Case3の条件での計測を16回繰り返した。
図21は、実験回数とT2(CPMG)値との関係を示す図である。さらに、得られた16回分のT2(CPMG)値を統計解析して、T2(CPMG)値の標準偏差と、その変動係数(=標準偏差を平均値で割った値)を求めた。これらを上記表3に示した。
Similar to Case 1, measurement under the Case 3 conditions was repeated 16 times.
FIG. 21 is a diagram showing the relationship between the number of experiments and the T 2 (CPMG) value. Further, the obtained T 2 (CPMG) values for 16 times were statistically analyzed to determine the standard deviation of the T 2 (CPMG) value and its coefficient of variation (= the value obtained by dividing the standard deviation by the average value). These are shown in Table 3 above.

同図および算出結果から、実施例2は比較例1と比較してT2(CPMG)値のばらつきが減少し、T2(CPMG)値の標準偏差とその変動係数が減量していることが分かる。そして実施例2は実施例1よりも上記式(9)の範囲内でより高い勾配磁場強度(D・ΔG)を小型RFコイル114に印加したことにより、T2(CPMG)値のばらつきがより抑えられたことが分かる。 From the figure and the calculation result, that the standard deviation and coefficient of variation of the second embodiment variation of T 2 (CPMG) values as compared with Comparative Example 1 is reduced, T 2 (CPMG) values are reduced I understand. In the second embodiment, a higher gradient magnetic field strength (D · ΔG) is applied to the small RF coil 114 within the range of the above formula (9) than in the first embodiment, thereby causing more variation in T 2 (CPMG) value. You can see that it was suppressed.

また、計測されたエコー信号の強さ、励起パルス照射の3.5msec後のFID信号の強さ、および、エコー信号とFID信号との比(エコー信号の明確さ)を、上記Case1,2と同様に16回に亘り算出した。算出結果を図22(a)、(b)、(c)に示す。同図(a)はエコー信号強度の各回平均値の実験回数ごとの推移を示す。同図(b)はτ/3時のFID信号強度の各回平均値の実験回数ごとの推移を示す。同図(c)はエコー信号強度の各回平均値と、τ/3時のFID信号強度の各回平均値との比に関する実験回数ごとの推移をそれぞれ表す。   Further, the intensity of the measured echo signal, the intensity of the FID signal after 3.5 msec of the excitation pulse irradiation, and the ratio of the echo signal to the FID signal (clarity of the echo signal) are expressed as Cases 1 and 2 above. Similarly, calculation was performed 16 times. The calculation results are shown in FIGS. 22 (a), (b), and (c). FIG. 4A shows the transition of the average value of the echo signal intensity for each number of experiments. FIG. 5B shows the transition of the average value of the FID signal intensity at τ / 3 for each number of experiments. FIG. 4C shows the transition for each number of experiments related to the ratio between the average value of the echo signal intensity and the average value of the FID signal intensity at τ / 3.

エコー信号強度については、2番目のエコーについてのみ計測してもよいが、上記のように2,4,6番目など偶数番目の複数のエコーの信号強度を平均して用いることによりS/N比を向上することができる。   The echo signal intensity may be measured only for the second echo, but the S / N ratio is obtained by averaging the signal intensities of the even-numbered echoes such as the second, fourth and sixth as described above. Can be improved.

これらの結果より、実施例2(Case3)は、比較例1(Case1)に比べて、180°励起パルスを照射してからτ/3(3.5msec)経過後のFID信号の強さがノイズレベルにまで低下し、エコー信号強度/FID信号強度の平均が約10にまで増加している。これにより、T2(CPMG)値が良好に安定したことが分かる。 From these results, in Example 2 (Case 3), compared to Comparative Example 1 (Case 1), the strength of the FID signal after lapse of τ / 3 (3.5 msec) after irradiation of the 180 ° excitation pulse is noise. The average of the echo signal strength / FID signal strength is increased to about 10. Thereby, it can be seen that the T 2 (CPMG) value was stably stabilized.

T2(CPMG)値が安定に計測できていることを示す指標のひとつとして、上記表3に示されているT2(CPMG)値の標準偏差がある。標準偏差が大きければ、T2(CPMG)値は大きくばらつき、小さければ安定的にT2(CPMG)値が計測できているといえる。 One of the indexes indicating that the T 2 (CPMG) value can be stably measured is the standard deviation of the T 2 (CPMG) value shown in Table 3 above. If the standard deviation is large, the T 2 (CPMG) value varies greatly, and if it is small, the T 2 (CPMG) value can be measured stably.

図23は、縦軸にT2(CPMG)値の標準偏差を、横軸に勾配磁場強度(D・ΔG[gauss])をとったものであり、左から順にCase1,2,3がプロットされている。同図より、D・ΔGが大きいほど、T2(CPMG)値を安定的に計測できることが分かる。 In FIG. 23, the vertical axis represents the standard deviation of the T 2 (CPMG) value and the horizontal axis represents the gradient magnetic field strength (D · ΔG [gauss]). Cases 1, 2, and 3 are plotted in order from the left. ing. From the figure, it can be seen that the greater the D · ΔG, the more stably the T 2 (CPMG) value can be measured.

試料115(高分子電解質)をCPMG法により計測して得られたT2(CPMG)値と、2、4、6番目のエコー信号強度の平均値を基に、高分子電解質膜中の含水量を算出するには、図24(a),(b)の関係を用いればよい。これは高分子電解質膜としてフレミオンを用い、22〜23℃の環境下で計測した際の関係である。同図(a)は含水量とT2(CPMG)値との関係を示す検量線の図(検定データ)であり、同図(b)は含水量とエコー信号強度との関係を示す図である。なお含水量は、乾燥させた高分子電解質膜に基づいて、含ませた水の質量を計算して求めた値である。 Based on the T 2 (CPMG) value obtained by measuring the sample 115 (polymer electrolyte) by the CPMG method and the average value of the second, fourth and sixth echo signal intensities, the water content in the polymer electrolyte membrane To calculate, the relationship of FIGS. 24A and 24B may be used. This is the relationship when Flemion is used as the polymer electrolyte membrane and measurement is performed in an environment of 22 to 23 ° C. The figure (a) is a figure of a calibration curve (test data) showing the relation between the water content and the T 2 (CPMG) value, and the figure (b) is a figure showing the relation between the water content and the echo signal intensity. is there. The water content is a value obtained by calculating the mass of the contained water based on the dried polymer electrolyte membrane.

図24各図に示すように、試料115中の含水量とT2(CPMG)値やエコー信号強度とは正の相関があり、かつほぼリニアの関係にある。
したがって、かかる検量線を検定曲線とすることで、算出されたT2(CPMG)値または計測されたエコー信号強度より試料115中の含水量を求めることができる。
24, the water content in the sample 115, the T 2 (CPMG) value, and the echo signal intensity are positively correlated and have a substantially linear relationship.
Therefore, by using such a calibration curve as a calibration curve, the water content in the sample 115 can be obtained from the calculated T 2 (CPMG) value or the measured echo signal intensity.

この際、エコー信号強度が安定的に、繰り返し同じ強度で計測された場合は含水量計測の安定性や再現性が良好となる。   At this time, when the echo signal intensity is stably measured repeatedly at the same intensity, the stability and reproducibility of the moisture content measurement is improved.

ここで、T2(CPMG)値の安定的な計測を可能にする静磁場の適度な不均一性を評価するためのもう一つの指標として、「エコー信号とFID信号との強度比」を用いることができる。
具体的には、上記表3に示す「エコー信号強度/FID信号強度の平均」が5以上、好ましくは10以上となるように静磁場の不均一性を強くしていけばよい。
このように、T2(CPMG)値の安定性ではなく、エコー信号とFID信号との強度比をモニタすることで、数回以上の計測データに基づく統計的な処理が不要となり、プロトン性溶媒量の迅速な計測が可能になる。かかる強度比をモニタしながら電流駆動用電源159より静磁場調整用シムコイル151に流す電流値を調整することで、静磁場印加部150で印加する静磁場の不均一性を上記式(3)の範囲内でリアルタイムに決定することができるからである。
Here, the “intensity ratio between the echo signal and the FID signal” is used as another index for evaluating the appropriate nonuniformity of the static magnetic field that enables stable measurement of the T 2 (CPMG) value. be able to.
Specifically, the non-uniformity of the static magnetic field may be increased so that the “average of echo signal intensity / FID signal intensity” shown in Table 3 is 5 or more, preferably 10 or more.
Thus, by monitoring the intensity ratio between the echo signal and the FID signal instead of the stability of the T 2 (CPMG) value, statistical processing based on several times of measurement data becomes unnecessary, and the protic solvent The quantity can be measured quickly. The non-uniformity of the static magnetic field applied by the static magnetic field application unit 150 is adjusted by adjusting the current value flowing from the current drive power source 159 to the static magnetic field adjustment shim coil 151 while monitoring the intensity ratio. This is because it can be determined in real time within the range.

[実験2]
プロトン性溶媒を、高分子電解質膜が含有する水から水試料に代えて上記実験1と同様にエコー信号を計測し、T2(CPMG)値およびプロトン性溶媒量を算出した。
水試料は、0.50mm厚のアクリル板を18mm×18mmの矩形状にくり抜いてフレームとし、厚さ0.12mmのカバーガラスをその両面に接着して密閉容器とし、その中に水を封入して構成した。
[Experiment 2]
The protic solvent was changed from water contained in the polymer electrolyte membrane to a water sample, and echo signals were measured in the same manner as in Experiment 1 above, and the T 2 (CPMG) value and the amount of protic solvent were calculated.
The water sample is made by punching out a 0.50 mm thick acrylic plate into a 18 mm x 18 mm rectangular shape to form a frame, adhering a 0.12 mm thick cover glass on both sides to form a sealed container, and enclosing the water in it. Configured.

なお本実験では、内径Dの異なる2種類の小型RFコイル114を用いて行うこととする。一つは内径0.60mm、5回巻きの小型表面コイル(以下、「内径0.60mm5巻きコイル」という場合がある)であり、もう一つは内径1.30mm、10回巻きの小型表面コイル(以下、「内径1.30mm10巻きコイル」という場合がある)である。巻線にはともに直径0.04mmのポリウレタン皮膜銅線を用いた。
図25(a)に前者、同図(b)に後者の写真をそれぞれ示す。
In this experiment, two kinds of small RF coils 114 having different inner diameters D are used. One is a small surface coil with an inner diameter of 0.60 mm and five turns (hereinafter sometimes referred to as “inner diameter 0.60 mm, five turns coil”), and the other is a small surface coil with an inner diameter of 1.30 mm and ten turns. (Hereinafter, it may be referred to as an “inner diameter 1.30 mm 10-turn coil”). A polyurethane coated copper wire having a diameter of 0.04 mm was used for both windings.
The former photograph is shown in FIG. 25 (a), and the latter photograph is shown in FIG. 25 (b).

同図(a),(b)の小型RFコイル114をそれぞれ図11のセルに設置し、水試料を挟んでNMR計測を行った。   The small RF coils 114 shown in FIGS. 11A and 11B were respectively installed in the cell shown in FIG. 11, and NMR measurement was performed with a water sample interposed therebetween.

<内径0.60mm5巻きコイルの場合について>
まず、小型RFコイル114として内径0.60mm5巻きコイルを用いた場合について説明する。実験は、下記表4に示すCase4〜8の5ケースにて行った。
下記表4にはシムコイルに流した電流のダイヤル読み値[a.u.]を示す。また下記表5には、上記式(12)を用いて計算した、各シムコイル(GX-coil,GY-coil,GZ-coil)で与えた勾配磁場強度の変化量ΔG[gauss/m]を示す。またこれに小型RFコイル114の内径(D=0.60・10-3m)を乗じた勾配磁場強度D・ΔG[gauss]の値を示す。
<In the case of an inner diameter 0.60 mm 5-coil>
First, the case where an inner diameter 0.60 mm 5-turn coil is used as the small RF coil 114 will be described. The experiment was performed in 5 cases of Case 4 to 8 shown in Table 4 below.
Table 4 below shows the dial reading of the current passed through the shim coil [a. u. ] Is shown. Table 5 below shows the amount of change ΔG [gauss / m] of the gradient magnetic field strength given by each shim coil (GX-coil, GY-coil, GZ-coil) calculated using the above equation (12). . The value of the gradient magnetic field strength D · ΔG [gauss] obtained by multiplying this by the inner diameter (D = 0.60 · 10 −3 m) of the small RF coil 114 is shown.

Case4では水試料に勾配磁場を印加せず、Case5〜8についてはこれを印加している。ただしCase5ではシムコイルに流す電流を抑制し、上記式(9)の下限値を下回る勾配磁場強度の静磁場を印加することとした。Case6〜8については上記式(9)を満足する値とした。   In Case 4, a gradient magnetic field is not applied to the water sample, and Cases 5 to 8 are applied. However, in Case 5, the current flowing through the shim coil is suppressed, and a static magnetic field having a gradient magnetic field strength lower than the lower limit of the above formula (9) is applied. Cases 6 to 8 were values satisfying the above formula (9).

なおNMR計測条件は、90°励起パルスの繰り返し時間(TR)は20秒、90°励起パルスのダミー回数は4回、NMR信号の積算回数は1回、共鳴周波数は43.24MHzとした。   The NMR measurement conditions were such that the 90 ° excitation pulse repetition time (TR) was 20 seconds, the 90 ° excitation pulse dummy count was 4, the NMR signal integration count was 1, and the resonance frequency was 43.24 MHz.

(比較例2について)
Case4の条件で取得したNMR信号の波形を図26(a),(b)に示す。同図(a)は計測したNMR信号の全体を示し、同図(b)は同図(a)の0〜100msecの部分を拡大して示している。
(Comparative Example 2)
FIGS. 26A and 26B show waveforms of NMR signals acquired under the Case 4 conditions. FIG. 5A shows the whole measured NMR signal, and FIG. 4B shows an enlarged portion of 0 to 100 msec in FIG.

比較例2の場合、同図(b)で見られるように、90°励起パルス後のFID信号が長く引いており、次の180°励起パルスが照射されるまでの10msecの間に僅かな減衰しかしていない。このため観測すべきエコー信号はFID信号と干渉し、明確な山形のエコー信号とはなっていない。   In the case of Comparative Example 2, the FID signal after the 90 ° excitation pulse is long, as seen in FIG. 5B, and is slightly attenuated during 10 msec until the next 180 ° excitation pulse is irradiated. But not. Therefore, the echo signal to be observed interferes with the FID signal and is not a clear mountain-shaped echo signal.

取得したNMR信号から、「偶数番目のエコー信号強度」のみを抽出し、それを対数プロットした。このプロットを基にして、最小二乗法によって直線近似し、その直線の勾配からT2(CPMG)値を算出した。図27は、同様の計測を15回繰り返し、実験回数とT2(CPMG)値との関係を示した図である。 From the acquired NMR signal, only the “even-numbered echo signal intensity” was extracted and logarithmically plotted. Based on this plot, a straight line approximation was performed by the least square method, and a T 2 (CPMG) value was calculated from the slope of the straight line. FIG. 27 is a diagram showing the relationship between the number of experiments and the T 2 (CPMG) value by repeating the same measurement 15 times.

下記表6は、このようにして得られた15回分のT2(CPMG)値を統計解析して、その標準偏差と変動係数(=標準偏差を平均値で割った値)を求めたものである。なお同表には、エコー信号強度の各回平均値について、15回分に亘ってさらに平均化したエコー信号強度(平均エコー信号強度)とその変動係数を示す。またτ/3時のFID信号強度の各回平均値についても、15回分に亘る平均強度(τ/3時の平均FID信号強度)とその変動係数を示す。さらにエコー信号強度の各回平均値と、τ/3時のFID信号強度の各回平均値との比に関する15回分の平均値(エコー信号強度/FID信号強度の平均)についても表記している。 Table 6 below shows a statistical analysis of the T 2 (CPMG) values obtained in this way, and the standard deviation and coefficient of variation (= value obtained by dividing the standard deviation by the average value). is there. The table shows the echo signal intensity (average echo signal intensity) further averaged over 15 times and the coefficient of variation of each average value of the echo signal intensity. In addition, for each time average value of the FID signal intensity at τ / 3 time, the average intensity over 15 times (average FID signal intensity at τ / 3 time) and its variation coefficient are shown. Further, an average value of 15 times (echo signal intensity / average of FID signal intensity) relating to a ratio between each time average value of the echo signal intensity and each time average value of the FID signal intensity at τ / 3 is shown.

図27と上記表6とから、比較例2(Case4)のT2(CPMG)値が非常に大きくばらついていることが分かる。同様に、T2(CPMG)値の標準偏差とその変動係数も非常に大きな値になっている。 From FIG. 27 and Table 6 above, it can be seen that the T 2 (CPMG) values of Comparative Example 2 (Case 4) vary greatly. Similarly, the standard deviation of T 2 (CPMG) value and its coefficient of variation are also very large values.

また比較例1と同様に、比較例2の条件で計測されたエコー信号強度の各回平均値に関する実験回数ごとの推移を図28(a)に示す。またτ/3時のFID信号強度の各回平均値に関する実験回数ごとの推移を同図(b)に示す。そしてエコー信号強度の各回平均値とτ/3時のFID信号強度の各回平均値との比(エコー信号の明確さ)に関する実験回数ごとの推移を同図(c)に示す。
同図および上記表6から、比較例2の場合、エコー信号強度の変動係数が大きく、エコー信号強度/FID信号強度の平均が2.33と非常に低い値であることが分かる。
Similarly to Comparative Example 1, FIG. 28A shows the transition of the number of experiments for each average value of the echo signal intensity measured under the conditions of Comparative Example 2 for each number of experiments. Also, the transition for each number of experiments regarding the average value of the FID signal intensity at τ / 3 is shown in FIG. FIG. 4C shows the transition of the echo signal intensity at each time with respect to the ratio (clarity of the echo signal) between the average value of the echo signal intensity and the average value of the FID signal intensity at τ / 3.
From FIG. 6 and Table 6 above, it can be seen that in the case of Comparative Example 2, the variation coefficient of the echo signal intensity is large, and the average of the echo signal intensity / FID signal intensity is a very low value of 2.33.

(実施例3について)
小型RFコイル114として内径0.60mm5巻きコイルを用いて水試料をCase4からの勾配磁場強度の変化量ΔGを297[gauss/m]に、コイル内径D[m]とΔG[gauss/m]との積D・ΔGを0.178[gauss]に増加して、静磁場の均一性を増大してエコー信号を計測した。
このとき、90°励起パルスの後に観測されるFID信号は180°励起パルスの照射前で完全に減衰しており、また、同様に180°励起パルス後のFID信号はエコー信号とは干渉していない条件となる。この条件で取得した信号を図29に示す。FID信号のT2 *緩和時定数は約3msecである。同図(a)は計測したNMR信号の全体を示しており、同図(b)は同図(a)の0〜100msecのみを拡大して示している。
(About Example 3)
A small RF coil 114 is a 0.60 mm inner diameter five-turn coil, and the amount of change ΔG in the gradient magnetic field intensity from Case 4 is 297 [gauss / m], the coil inner diameter D [m] and ΔG [gauss / m]. Product D · ΔG was increased to 0.178 [gauss], and the uniformity of the static magnetic field was increased to measure the echo signal.
At this time, the FID signal observed after the 90 ° excitation pulse is completely attenuated before the irradiation of the 180 ° excitation pulse. Similarly, the FID signal after the 180 ° excitation pulse interferes with the echo signal. There are no conditions. FIG. 29 shows a signal acquired under this condition. The T 2 * relaxation time constant of the FID signal is about 3 msec. The figure (a) has shown the whole measured NMR signal, and the figure (b) has expanded and shown only 0-100 msec of the figure (a).

同図(b)より、90°励起パルスの後のFID信号、および180°励起パルス後のFID信号が速やかに減衰し、エコー信号と干渉することがない条件で取得されていることが分かる。この場合には、エコー信号が明確に認識できる。   From FIG. 5B, it can be seen that the FID signal after the 90 ° excitation pulse and the FID signal after the 180 ° excitation pulse are acquired under the condition that they rapidly attenuate and do not interfere with the echo signal. In this case, the echo signal can be clearly recognized.

また、Case4と同様に、内径0.60mm5巻きコイルを用いて水試料をCase6の条件での計測を15回繰り返し、実験回数とT2(CPMG)値との関係の推移を図30に示した。これらの得られた15回分のT2(CPMG)値を統計解析して、T2(CPMG)値の標準偏差と、その変動係数(=標準偏差を平均値で割った値)も求めた。これを上記表6に示した。 Similarly to Case 4, measurement of the water sample under the condition of Case 6 was repeated 15 times using a 0.60 mm inner diameter coil, and the transition of the relationship between the number of experiments and T 2 (CPMG) value is shown in FIG. . These 15 T 2 (CPMG) values obtained were statistically analyzed, and the standard deviation of the T 2 (CPMG) value and its coefficient of variation (= the standard deviation divided by the average value) were also obtained. This is shown in Table 6 above.

図30と表6から、Case4と6とを比較すれば、Case6のT2(CPMG)値のばらつきが非常に減少し、T2(CPMG)値の変動係数は約3.3%にまで減少していることが分かる。これにより、T2(CPMG)値が非常に安定的に計測できていることが分かる。
Case4と同様に、内径0.60mm5巻きコイルを用いて水試料をCase6の条件で計測されたエコー信号強度の各回平均値の推移、τ/3時のFID信号強度の各回平均値の推移、および、エコー信号強度の各回平均値とτ/3時のFID信号強度の各回平均値との比(エコー信号の明確さ)の推移を、それぞれ図31(a),(b),(c)に示す。
From FIG. 30 and Table 6, if Case 4 and 6 are compared, the variation in the T 2 (CPMG) value of Case 6 is greatly reduced, and the coefficient of variation of the T 2 (CPMG) value is reduced to about 3.3%. You can see that This shows that the T 2 (CPMG) value can be measured very stably.
As in Case 4, the transition of the average value of the echo signal intensity measured for each case of the water sample using the 0.60 mm 5 inner diameter coil under the condition of Case 6, the transition of the average value of the FID signal intensity at τ / 3 time, and 31 (a), (b), and (c) show the transition of the ratio (clarity of echo signal) of each time average value of echo signal intensity to each time average value of FID signal intensity at τ / 3. Show.

またCase4と同様に、上記表6に、エコー信号強度の各回平均値とその変動係数、τ/3時のFID信号強度の各回平均値とその変動係数、および、エコー信号強度/FID信号強度の平均を示した。これらから、Case6は、τ/3時のFID信号強度の各回平均値がほぼノイズレベルにまで低下し、エコー信号強度/FID信号強度の平均が約7.13まで増加している。
これによりCase4に比べて、Case6の条件で計測したT2(CPMG)値がより安定していると言える。
Similarly to Case 4, the above-mentioned Table 6 shows the average value of each echo signal intensity and its variation coefficient, the average value of each FID signal intensity at τ / 3 and its coefficient of variation, and the echo signal intensity / FID signal intensity. Averaged. From these, in Case 6, each time average value of the FID signal intensity at τ / 3 decreases to almost the noise level, and the average of the echo signal intensity / FID signal intensity increases to about 7.13.
Thus, it can be said that the T 2 (CPMG) value measured under the condition of Case 6 is more stable than that of Case 4.

上記表4、5に示されているように、静磁場の不均一性を順次強くし、勾配磁場強度の変化量ΔGの評価値を、または、コイル内径D[m]とΔG[gauss/m]との積D・ΔGを順次増加させた場合(Case5,7,8)の計測も行った。これらの場合もCase4,6と同様に15回計測して統計値を算出した。その計測結果が表6にまとめられている。   As shown in Tables 4 and 5 above, the inhomogeneity of the static magnetic field is sequentially increased, and the evaluation value of the change amount ΔG of the gradient magnetic field strength, or the coil inner diameter D [m] and ΔG [gauss / m When the product D · ΔG with the above was sequentially increased (Case 5, 7, 8) was also measured. In these cases, the statistical values were calculated by measuring 15 times in the same manner as in Cases 4 and 6. The measurement results are summarized in Table 6.

上記表6に示した内径0.60mm5巻きコイルを小型RFコイル114に用いて水試料のT2(CPMG)計測を行った際の計測の安定性を表すT2(CPMG)値の標準偏差と変動係数を、D・ΔGの関数として(横軸にとって)プロットした図が図32(a),(b)である。 The standard deviation of the T 2 (CPMG) value representing the stability of the measurement when T 2 (CPMG) measurement of a water sample was performed using the 0.60 mm 5-coil coil shown in Table 6 as a small RF coil 114 FIGS. 32A and 32B are diagrams in which the coefficient of variation is plotted as a function of D · ΔG (for the horizontal axis).

上記表6と図32(a),(b)より、T2(CPMG)値のばらつきを数%程度にまで減少させて、安定的に計測をするためには、D・ΔGがおおよそ0.10[gauss]以上、好ましくは0.15[gauss]以上となるように、小型RFコイル114内の静磁場を不均一にすれば良いことが分かる。これは上記式(9)の妥当性を示すものであり、ひいては上記式(3)の妥当性を示すものである。 From Table 6 and FIGS. 32 (a) and 32 (b), in order to reduce the variation in T 2 (CPMG) value to about several percent and perform stable measurement, D · ΔG is approximately 0. It can be seen that the static magnetic field in the small RF coil 114 may be made non-uniform so as to be 10 [gauss] or more, preferably 0.15 [gauss] or more. This indicates the validity of the above formula (9), and by extension, the validity of the above formula (3).

そして上記のように本実施形態の計測装置および計測方法にあっては、励起間隔τ=10msec、プロトン1Hの核磁気回転比γ=42.6MHz/Tとした場合、
D・ΔG≧0.15 (13)
であることが好ましいといえる。
As described above, in the measurement apparatus and the measurement method of the present embodiment, when the excitation interval τ = 10 msec and the nuclear magnetic rotation ratio γ = 42.6 MHz / T of proton 1 H,
D · ΔG ≧ 0.15 (13)
It can be said that it is preferable.

そして上記式(13)に基づき、上記一般式(3)を書き換えてD・ΔG、γ、τの更に好ましい下限値を規定すると、
D[m]・ΔG[gauss/m]・γ[Hz/T]・10-4[T/gauss]・τ[sec]≧6 (14)
が導かれる。
And based on the above formula (13), the above general formula (3) is rewritten to define more preferable lower limit values of D · ΔG, γ, τ.
D [m] · ΔG [gauss / m] · γ [Hz / T] · 10 −4 [T / gauss] · τ [sec] ≧ 6 (14)
Is guided.

<内径1.30mm10巻きコイルの場合について>
次に、小型RFコイル114として内径1.30mm10巻きコイルを用いた場合について説明する。実験は、下記表7に示すCase9〜14の6ケースにて行った。
<In the case of an inner diameter 1.30 mm 10-winding coil>
Next, the case where a 10-turn coil with an inner diameter of 1.30 mm is used as the small RF coil 114 will be described. The experiment was performed in 6 cases of Cases 9 to 14 shown in Table 7 below.

下記表7にはシムコイルに流した電流のダイヤル読み値[a.u.]を示す。また下記表8には、上記式(12)を用いて計算した各シムコイル(GX-coil,GY-coil,GZ-coil)でそれぞれ与えたX、Y、Z方向の勾配磁場強度ΔG、ΔG、ΔGと、それらの合成ベクトルとしての勾配磁場強度の変化量ΔG[gauss/m]を示す。またこれに小型RFコイル114の内径(D)を乗じた勾配磁場強度D・ΔG[gauss]の値を示す。 Table 7 below shows the dial reading of the current passed through the shim coil [a. u. ] Is shown. Table 8 below shows gradient magnetic field strengths ΔG x and ΔG in the X, Y, and Z directions given by the respective shim coils (GX-coil, GY-coil, GZ-coil) calculated using the above equation (12). y, and .DELTA.G z, the variation of the gradient magnetic field strength as their composite vector ΔG [gauss / m] illustrated. Further, the value of the gradient magnetic field strength D · ΔG [gauss] obtained by multiplying this by the inner diameter (D) of the small RF coil 114 is shown.

Case9(比較例4)では水試料に勾配磁場を印加せず、Case10〜14についてはこれを印加している。ただしCase10(比較例5)ではシムコイルに流す電流を抑制して上記式(9)の下限値を下回る勾配磁場強度の静磁場を印加することとした。Case11〜14(実施例6〜9)については上記式(9)を満足する値とした。
またCase12〜14については特に、上記式(13)の下限値を超え、上記式(14)を満足する勾配磁場強度とした。
In Case 9 (Comparative Example 4), a gradient magnetic field is not applied to the water sample, and Cases 10 to 14 are applied. However, in Case 10 (Comparative Example 5), the current flowing through the shim coil is suppressed, and a static magnetic field having a gradient magnetic field strength lower than the lower limit of the above formula (9) is applied. Cases 11 to 14 (Examples 6 to 9) were set to satisfy the above formula (9).
For Cases 12 to 14, the gradient magnetic field intensity exceeded the lower limit of the above formula (13) and satisfied the above formula (14).

上記表7,8に示されているように、静磁場の不均一性を順次強くし、勾配磁場強度の変化量ΔGの評価値を、すなわち勾配磁場強度D・ΔGを順次増加させた場合(Case9〜14)の計測を行った。NMR計測条件は、90°励起パルスの繰り返し時間(TR)は20秒、90°励起パルスのダミー回数は4回、NMR信号の積算回数は1回、共鳴周波数は43.21MHzとした。
内径1.30mm10巻きコイルで水試料を計測して得られた15回分のT2(CPMG)値を統計解析して、T2(CPMG)値の標準偏差と、その変動係数(=標準偏差を平均値で割った値)を求めた。これを下記表9に示した。なお同表には、平均エコー信号強度、およびエコー信号強度の各回平均値の変動係数のほか、τ/3時のFID信号強度の各回平均値に関してその平均値(τ/3時の平均FID信号強度)と変動係数、ならびにエコー信号強度/FID信号強度の平均についても表記している。
As shown in Tables 7 and 8 above, the inhomogeneity of the static magnetic field is sequentially increased, and the evaluation value of the change amount ΔG of the gradient magnetic field strength, that is, the gradient magnetic field strength D · ΔG is sequentially increased Cases 9 to 14) were measured. The NMR measurement conditions were a 90 ° excitation pulse repetition time (TR) of 20 seconds, a 90 ° excitation pulse dummy count of 4, an NMR signal integration count of 1, and a resonance frequency of 43.21 MHz.
Statistical analysis of 15 T 2 (CPMG) values obtained by measuring a water sample with a 10-coil coil with an inner diameter of 1.30 mm, and the standard deviation of the T 2 (CPMG) value and its coefficient of variation (= standard deviation) (Value divided by average value). This is shown in Table 9 below. In the table, in addition to the average echo signal intensity and the coefficient of variation of the echo signal intensity each time, the average value (average FID signal at τ / 3 time) of the FID signal intensity at each time of τ / 3 time. (Intensity) and coefficient of variation, as well as the average of echo signal intensity / FID signal intensity.

上記表9に示した内径1.30mm10巻きコイルを用いて水試料のT2(CPMG)計測を行った際の計測の安定性を表すT2(CPMG)値の標準偏差と変動係数を、D・ΔGの関数として(横軸にとって)プロットした図が図33(a),(b)である。この図には内径0.60mmのコイルでの結果も合わせて示した。
上記表9と、同図(a),(b)より、T2(CPMG)値のばらつきを数%程度にまで減少させて、安定的に計測をするためには、D・ΔGがおおよそ0.10[gauss]以上、すなわち実施例6〜9が好ましく、0.15[gauss]以上、すなわち実施例7〜9となるように、小型RFコイル114に印加する静磁場を不均一にすれば良いことが分かる。
そしてこの0.15[gauss]という値は、内径Dが0.60mmの小型表面コイルでも、1.30mmの小型表面コイルでも同一の値となる。
The standard deviation and coefficient of variation of the T 2 (CPMG) value representing the stability of measurement when T 2 (CPMG) measurement of a water sample was performed using the 1.30 mm 10-turn coil shown in Table 9 above, FIGS. 33 (a) and 33 (b) are diagrams plotted as a function of ΔG (for the horizontal axis). This figure also shows the results for a coil with an inner diameter of 0.60 mm.
From Table 9 and FIGS. 9A and 9B, in order to reduce the variation in T 2 (CPMG) value to about several percent and perform stable measurement, D · ΔG is approximately 0. .10 [gauss] or more, that is, Examples 6 to 9 are preferable, and 0.15 [gauss] or more, that is, Examples 7 to 9, so that the static magnetic field applied to the small RF coil 114 is made non-uniform. I know it ’s good.
The value of 0.15 [gauss] is the same for both a small surface coil having an inner diameter D of 0.60 mm and a small surface coil of 1.30 mm.

前述した実験1,2では、小型表面コイルとして内径が0.60、0.90、1.30mmの3つのコイルを用い、試料もPEMと水を用いてCPMG計測を行い、T2(CPMG)値の計測安定性を示した。これらの共通の指標として、勾配磁場強度変化量ΔG[gauss/m]、またはこれにコイル内径D[m]を乗じた勾配磁場強度D・ΔG[gauss]が有効であることを、図34(a),(b)に示す。 In Experiments 1 and 2 described above, three coils with inner diameters of 0.60, 0.90, and 1.30 mm were used as small surface coils, and CPMG measurement was performed using PEM and water as the sample, and T 2 (CPMG) The measurement stability of the value was shown. As a common index, the gradient magnetic field strength change amount ΔG [gauss / m] or the gradient magnetic field strength D · ΔG [gauss] obtained by multiplying this by the coil inner diameter D [m] is effective as shown in FIG. Shown in a) and (b).

図34(a)では、上記3つのコイルでT2(CPMG)値の標準偏差はほぼ同じとなる。試料がPEMと水とで異なってもほぼ同じである。これから、勾配磁場強度変化量ΔGや勾配磁場強度D・ΔGが、プロトン性溶媒量を安定的に計測できる評価値を与えると考えてよい。
また図34(b)に示す勾配磁場強度D・ΔGとT2(CPMG)値の変動係数の関係においても、PEMと水とで同様の傾向を示している。なお、PEMのT2(CPMG)値の平均値が水のそれよりも2〜3分の1程度と小さいため標準偏差を平均値で割った変動係数はPEMの方が大きくなっているが、両者のT2(CPMG)値の平均が同じ程度であれば、この変動係数も更に一致すると推測される。
In FIG. 34 (a), the standard deviation of the T 2 (CPMG) value is substantially the same for the three coils. Even if the sample is different between PEM and water, it is almost the same. From this, it can be considered that the gradient magnetic field strength change amount ΔG and the gradient magnetic field strength D · ΔG give an evaluation value capable of stably measuring the amount of the protic solvent.
Further, in the relationship between the gradient magnetic field strength D · ΔG and the variation coefficient of the T 2 (CPMG) value shown in FIG. 34B, the same tendency is shown for PEM and water. In addition, since the average value of T 2 (CPMG) value of PEM is as small as about 2 to 3 times that of water, the coefficient of variation obtained by dividing the standard deviation by the average value is larger in PEM. If the averages of both T 2 (CPMG) values are approximately the same, it is assumed that the coefficient of variation further matches.

[実験3]
プロトン性溶媒の例としてアルコール水溶液を試料に用いて上記と同様の実験を行った。
具体的には、試料として60[vol%]のメタノール水溶液を用い、静磁場の不均一性と計測のばらつきとの関係を求めた。
[Experiment 3]
As an example of the protic solvent, an alcohol aqueous solution was used as a sample, and an experiment similar to the above was performed.
Specifically, a 60 [vol%] aqueous methanol solution was used as a sample, and the relationship between the static magnetic field inhomogeneity and measurement variation was determined.

60[vol%]のメタノール水溶液は、実験2と同様にアクリル板の両面にカバーガラスを接着した密閉容器の中に封入した。
また本実験では、実験2と同様に内径0.60mm、線径0.04mmのポリウレタン皮膜銅線、内径0.60mm5巻きコイルを小型RFコイル114として用いた(図25(a)を参照)。
図35は、かかる小型RFコイル114をセル中央に設置し、その上にメタノール水溶液試料を置いた様子を示す図である。計測時には、対向するセルによって試料を挟み込み、コイルと試料とを接触させた。
A 60 [vol%] aqueous methanol solution was sealed in an airtight container in which cover glasses were bonded to both surfaces of an acrylic plate in the same manner as in Experiment 2.
In this experiment, as in Experiment 2, a polyurethane-coated copper wire having an inner diameter of 0.60 mm and a wire diameter of 0.04 mm and an inner diameter of 0.60 mm and a 5-winding coil were used as the small RF coil 114 (see FIG. 25A).
FIG. 35 is a diagram showing a state in which such a small RF coil 114 is installed in the center of the cell and a methanol aqueous solution sample is placed thereon. At the time of measurement, the sample was sandwiched between the opposing cells, and the coil and the sample were brought into contact with each other.

本計測では下記表10に示すCase15〜21の7つの磁場条件での計測を行った。下記表10には、シムコイルに流した電流のダイヤル読み値[a.u.]を示す。また下記表11には上記式(12)を用いて計算した各シムコイル(GX-coil,GY-coil,GZ-coil)でそれぞれ与えたX、Y、Z方向の勾配磁場強度ΔG、ΔG、ΔGと、それらの合成ベクトルとしての勾配磁場強度の変化量ΔG[gauss/m]を示す。またこれに小型RFコイル114の内径(D=0.60・10-3m)を乗じた勾配磁場強度D・ΔG[gauss]の値を示す。 In this measurement, measurement was performed under seven magnetic field conditions of Cases 15 to 21 shown in Table 10 below. Table 10 below shows the dial reading [a. u. ] Is shown. Table 11 below shows gradient magnetic field strengths ΔG x and ΔG y in the X, Y, and Z directions given by the respective shim coils (GX-coil, GY-coil, GZ-coil) calculated using the above equation (12). , ΔG z and the gradient magnetic field strength variation ΔG [gauss / m] as a combined vector thereof. The value of the gradient magnetic field strength D · ΔG [gauss] obtained by multiplying this by the inner diameter (D = 0.60 · 10 −3 m) of the small RF coil 114 is shown.

Case15(比較例6)ではメタノール水溶液試料に勾配磁場を印加せず、Case16〜21についてはこれを印加している。ただしCase16(比較例7)ではシムコイルに流す電流を抑制して上記式(9)の下限値を下回る勾配磁場強度の静磁場を印加することとした。Case17〜21(実施例10〜14)については上記式(9)を満足する値とした。またCase18は上記式(13)の下限値とほぼ一致する勾配磁場強度の静磁場を印加したケースであり、Case19〜21についてはこれを超え、上記式(14)を十分に満足する勾配磁場強度としたケースである。   In Case 15 (Comparative Example 6), a gradient magnetic field is not applied to the methanol aqueous solution sample, and this is applied to Cases 16-21. However, in Case 16 (Comparative Example 7), the current flowing through the shim coil is suppressed, and a static magnetic field having a gradient magnetic field strength lower than the lower limit of the above formula (9) is applied. Cases 17 to 21 (Examples 10 to 14) were set to satisfy the above formula (9). Case 18 is a case in which a static magnetic field having a gradient magnetic field strength substantially coincident with the lower limit value of the above equation (13) is applied. Cases 19 to 21 exceed this, and the gradient magnetic field strength sufficiently satisfies the above equation (14). This is the case.

NMR計測条件は、90°励起パルスの繰り返し時間(TR)は20秒、90°励起パルスのダミー回数は4回、NMR信号の積算回数は1回、共鳴周波数は43.28MHzとした。試料温度は19.0℃であった。   The NMR measurement conditions were a 90 ° excitation pulse repetition time (TR) of 20 seconds, a 90 ° excitation pulse dummy count of 4, an NMR signal integration count of 1, and a resonance frequency of 43.28 MHz. The sample temperature was 19.0 ° C.

(比較例6について)
内径0.60mm5巻きコイルでメタノール水溶液試料をCase15の条件で取得したFID信号の波形を図36に示す。
(Comparative Example 6)
FIG. 36 shows the waveform of an FID signal obtained by obtaining a methanol aqueous solution sample under the condition of Case 15 with an inner diameter 0.60 mm 5-winding coil.

メタノール水溶液には、CHとOHが含まれ、両者の共鳴周波数の相違は数ppmである。
ここで、図36のFID信号を見ると、NMR信号はビート(うなり)を打っており、NMR信号は水で取得されるような単調に減衰する曲線とはならないことが分かる。同図から、NMR信号のビートの幅は約15msecであり、それを周波数に換算すると約67Hzとなる。本装置での1Hの共鳴周波数43.3MHzに対し67Hzは1.5ppmである。すなわち同図は、CHとOHを起源とする異なる共鳴周波数のFID信号が混在した状態の波形を示すものといえる。
The aqueous methanol solution contains CH and OH, and the difference in resonance frequency between them is several ppm.
Here, it can be seen from the FID signal in FIG. 36 that the NMR signal has a beat, and the NMR signal does not form a monotonically decaying curve as obtained with water. From the figure, the beat width of the NMR signal is about 15 msec, which is about 67 Hz when converted into a frequency. 67 Hz is 1.5 ppm with respect to the resonance frequency of 43.3 MHz of 1 H in this apparatus. That is, it can be said that the figure shows a waveform in a state where FID signals of different resonance frequencies originating from CH and OH are mixed.

このような場合に計測されるT2(CPMG)値とそのばらつきと勾配磁場強度D・ΔGとの関係を実験的に求めた。 The relationship between the T 2 (CPMG) value measured in such a case, its variation, and the gradient magnetic field strength D · ΔG was experimentally determined.

小型RFコイル114として内径0.60mm5巻きコイルを用いて、メタノール水溶液試料をCase15の磁場条件でCPMG法により取得した場合のNMR信号を図37に示す。同図(a)は計測したNMR信号の全体を示しており、同図(b)はその0〜100msecの部分のみを拡大して示したものである。   FIG. 37 shows an NMR signal when a methanol aqueous solution sample is obtained by the CPMG method under a magnetic field condition of Case 15 using a 0.60 mm 5-winding coil as the small RF coil 114. FIG. 2A shows the whole measured NMR signal, and FIG. 2B shows only the 0 to 100 msec portion in an enlarged manner.

Case15の条件で計測した場合には、図37(b)で見られるように、90度励起パルス後のFID信号がビートをうちながら長く継続して表れ、次の180°励起パルスが照射されるまでのτ=10msecの間に十分に減衰しきれてはいない。このため、同図の52.5msec付近に現れる観測すべき2番目のエコー信号が、FID信号と干渉してその影響を受けた状態にある。   When measured under the Case 15 condition, as shown in FIG. 37 (b), the FID signal after the 90-degree excitation pulse appears for a long time with a beat, and the next 180 ° excitation pulse is irradiated. It is not fully attenuated during τ = 10 msec. For this reason, the second echo signal to be observed that appears in the vicinity of 52.5 msec in the figure is in a state of being affected by interference with the FID signal.

次に、取得したNMR信号から偶数番目のエコー信号強度のみを抽出し、それを対数プロットした。このプロットを基にして、最小二乗法によって直線近似し、その直線の勾配からT2(CPMG)値を算出した。 Next, only the even-numbered echo signal intensity was extracted from the acquired NMR signal and logarithmically plotted. Based on this plot, a straight line approximation was performed by the least square method, and a T 2 (CPMG) value was calculated from the slope of the straight line.

同じ計測を16回繰り返し、実験回数とT2(CPMG)値との関係の推移を図38に示した。
得られた16回分のT2(CPMG)値を統計解析して、T2(CPMG)値の標準偏差と、その変動係数(=標準偏差を平均値で割った値)を求めた。これを下記表12に示した。なお同表には、平均エコー信号強度、およびエコー信号強度の各回平均値の変動係数、τ/3時のFID信号強度の各回平均値とその変動係数、およびエコー信号強度/FID信号強度の平均についても表記している。
The same measurement was repeated 16 times, and the transition of the relationship between the number of experiments and the T 2 (CPMG) value is shown in FIG.
The obtained 16 T 2 (CPMG) values were statistically analyzed to determine the standard deviation of the T 2 (CPMG) value and its coefficient of variation (= the standard deviation divided by the average value). This is shown in Table 12 below. The table shows the average echo signal intensity, the coefficient of variation of the average value of each echo signal intensity, the average value of each time of the FID signal intensity at τ / 3 and its coefficient of variation, and the average of the echo signal intensity / FID signal intensity. Is also described.

図38と上記表12から、Case15のT2(CPMG)値が非常に大きくばらついていることが分かる。同様に、T2(CPMG)値の標準偏差とその変動係数も大きな値になっている。
Case15の条件で計測されたエコー信号強度の各回平均値の推移、τ/3時のFID信号強度の各回平均値の推移、および、エコー信号強度の各回平均値とτ/3時のFID信号強度の各回平均値との比(エコー信号の明確さ)の推移を、比較例2(Case4)と同様に算出した。結果を図39(a)、(b)、(c)に示す。
From FIG. 38 and Table 12 above, it can be seen that the T 2 (CPMG) values of Case 15 vary greatly. Similarly, the standard deviation of T 2 (CPMG) value and its coefficient of variation are also large values.
Transition of each time average value of echo signal intensity measured under Case 15 conditions, transition of each time average value of FID signal intensity at τ / 3 time, and each time average value of echo signal intensity and FID signal strength at τ / 3 time The transition of the ratio (clarity of echo signal) with the average value of each time was calculated in the same manner as in Comparative Example 2 (Case 4). The results are shown in FIGS. 39 (a), (b) and (c).

またCase15においては、上記表12から、エコー信号強度の変動係数が大きく、エコー信号強度/FID信号強度の平均が3.52と低い値であることが分かる。   In Case 15, it can be seen from Table 12 that the coefficient of variation of the echo signal intensity is large and the average of the echo signal intensity / FID signal intensity is a low value of 3.52.

(実施例12について)
Case19は、Case15から勾配磁場強度変化量ΔGを299.0[gauss/m]に、勾配磁場強度D・ΔG=0.179[gauss]にし、静磁場の不均一性を増加してエコー信号を計測したものである。このとき、90°励起パルスの後に観測されるFID信号は180°励起パルスの照射前で完全に減衰しており、また、同様に180°励起パルス後のFID信号はエコー信号とは干渉していない条件となる。この条件で取得した信号を図40に示す。FID信号のT2 *緩和時定数は約3msecである。同図(a)は計測したNMR信号の全体を示しており、同図(b)はその0〜100msecの部分を拡大して示したものである。
(About Example 12)
In Case 19, the gradient magnetic field strength change amount ΔG is set to 299.0 [gauss / m] and the gradient magnetic field strength D · ΔG = 0.179 [gauss] from Case 15, and the echo signal is increased by increasing the non-uniformity of the static magnetic field. It is measured. At this time, the FID signal observed after the 90 ° excitation pulse is completely attenuated before the irradiation of the 180 ° excitation pulse. Similarly, the FID signal after the 180 ° excitation pulse interferes with the echo signal. There are no conditions. A signal acquired under this condition is shown in FIG. The T 2 * relaxation time constant of the FID signal is about 3 msec. The figure (a) has shown the whole of the measured NMR signal, and the figure (b) has expanded and shown the 0-100 msec part.

図40(b)より、90°励起パルスの後のFID信号、および180°励起パルス後のFID信号が速やかに減衰し、エコー信号と干渉することがない条件で取得されていることが分かる。この場合には、エコー信号が明確に認識できる。   From FIG. 40 (b), it can be seen that the FID signal after the 90 ° excitation pulse and the FID signal after the 180 ° excitation pulse are quickly attenuated and acquired under conditions that do not interfere with the echo signal. In this case, the echo signal can be clearly recognized.

Case15と同様に、内径0.60mm5巻きコイルを用いてメタノール水溶液試料をCase19の条件で16回繰り返し計測し、実験回数とT2(CPMG)値の関係を図41に示した。これらの得られた16回分のT2(CPMG)値を統計解析して、T2(CPMG)値の標準偏差と、その変動係数(=標準偏差を平均値で割った値)も求めた。これを上記表12に示してある。 Similarly to Case 15, a methanol aqueous solution sample was repeatedly measured 16 times under the condition of Case 19 using a 0.60 mm inner diameter 5-winding coil, and the relationship between the number of experiments and the T 2 (CPMG) value is shown in FIG. The obtained 16 T 2 (CPMG) values were statistically analyzed, and the standard deviation of the T 2 (CPMG) value and its coefficient of variation (= the standard deviation divided by the average value) were also obtained. This is shown in Table 12 above.

図41と上記表12から、Case15と19とを比較すれば、Case19のT2(CPMG)値のばらつきが非常に減少し、T2(CPMG)値の変動係数は約4.6%にまで減少していることが分かる。これにより、T2(CPMG)値が非常に安定的に計測できていることが分かる。 41 and Table 12 above, comparing Cases 15 and 19, the variation in the T 2 (CPMG) value of Case 19 is greatly reduced, and the variation coefficient of the T 2 (CPMG) value is about 4.6%. It turns out that it has decreased. This shows that the T 2 (CPMG) value can be measured very stably.

Case15と同様に、内径0.60mm5巻きコイルを用いてメタノール水溶液試料をCase19の条件で計測したエコー信号強度の各回平均値の推移、τ/3時のFID信号強度の各回平均値の推移、および、エコー信号強度の各回平均値とτ/3時のFID信号強度の各回平均値との比(エコー信号の明確さ)の推移を、それぞれ図42(a)、(b)、(c)に示す。   Similar to Case 15, the transition of the average value of each echo signal intensity measured for a methanol aqueous solution sample under the condition of Case 19 using a 0.60 mm inner diameter 5-coil, the transition of the average value of each time of the FID signal intensity at τ / 3, and 42 (a), (b) and (c) show the transition of the ratio (clarity of echo signal) between the average value of each echo signal intensity and the average value of each FID signal intensity at τ / 3. Show.

またCase15と同様に、エコー信号強度の各回平均値の16回分に亘る平均(平均エコー信号強度)およびその変動係数、τ/3時のFID信号強度の各回平均値の16回分に亘る平均およびその変動係数、ならびに、エコー信号強度/FID信号強度の平均、を算出した。その結果を上記表12に示す。これらから、Case19は、180°励起パルスを照射してτ/3経過後のFID信号の強さがほぼノイズレベルにまで低下し、エコー信号とFID信号との比が約6.5まで増加している。これによりCase15に比べて、Case19の条件で計測したT2(CPMG)値はより安定していると言える。 Also, as in Case 15, the average of the average value of each echo signal intensity for 16 times (average echo signal intensity) and its coefficient of variation, the average of the average value of each time of FID signal intensity at τ / 3 o'clock for 16 times and its The coefficient of variation and the average of echo signal intensity / FID signal intensity were calculated. The results are shown in Table 12 above. From these, Case 19 is irradiated with a 180 ° excitation pulse, the intensity of the FID signal after lapse of τ / 3 decreases to almost the noise level, and the ratio of the echo signal to the FID signal increases to about 6.5. ing. Accordingly, it can be said that the T 2 (CPMG) value measured under the condition of Case 19 is more stable than that of Case 15.

上記表10,11,12に示されているように、静磁場の不均一性を順次強くし、勾配磁場強度変化量ΔGの評価値や勾配磁場強度D・ΔGを順次増加させた場合(Case16〜18,20,21)の計測についても同様に行った。これらの場合もCase15,19と同様に16回計測を行って統計値を算出した。その計測結果についても上記表12にまとめられている。   As shown in Tables 10, 11, and 12, the static magnetic field inhomogeneity is gradually increased, and the evaluation value of the gradient magnetic field strength change amount ΔG and the gradient magnetic field strengths D · ΔG are sequentially increased (Case 16). The measurement of ˜18, 20, 21) was similarly performed. Also in these cases, the statistical value was calculated by measuring 16 times similarly to Cases 15 and 19. The measurement results are also summarized in Table 12 above.

上記表12の結果を用いて、T2(CPMG)値の標準偏差または変動係数を縦軸にとり、勾配磁場強度D・ΔGを横軸にとってプロットしたものが図43(a),(b)である。
これらの結果より、T2(CPMG)値のばらつきを数%程度にまで減少させて、安定的に計測をするためには、勾配磁場強度D・ΔGがおおよそ0.10[gauss]程度以上すなわち実施例10〜14が好ましく、0.15[gauss]程度以上すなわち実施例11〜14が更に好ましいといえる。
43 (a) and 43 (b) are plotted with the standard deviation or coefficient of variation of the T 2 (CPMG) value on the vertical axis and the gradient magnetic field strength D · ΔG on the horizontal axis using the results of Table 12 above. is there.
From these results, in order to reduce the variation of the T 2 (CPMG) value to about several percent and perform stable measurement, the gradient magnetic field strength D · ΔG is about 0.10 [gauss] or more. Examples 10 to 14 are preferable, and about 0.15 [gauss] or more, that is, Examples 11 to 14 are more preferable.

前述したように実験1〜3では、小型表面コイルの内径を0.60mm、0.91mm、1.30mmと3通りに変化させ、また試料もPEM、水、60[vol%]のメタノール水溶液とそれぞれ代えてCPMG計測を行い、T2(CPMG)値の計測安定性を示した。 As described above, in Experiments 1 to 3, the inner diameter of the small surface coil was changed in three ways: 0.60 mm, 0.91 mm, and 1.30 mm, and the sample was PEM, water, and a 60 [vol%] aqueous methanol solution. Instead, CPMG measurement was performed and the measurement stability of T 2 (CPMG) value was shown.

これらの結果を図44(a),(b)にあわせて示す。
図44(a)より、プロトン性溶媒の試料をPEM、水、メタノール水溶液と相違させたいずれの実験結果においても、T2(CPMG)値の標準偏差とD・ΔGとの関係はほぼ同様となる。これにより、勾配磁場強度変化量ΔGや勾配磁場強度D・ΔGこそが、エコー信号およびプロトン性溶媒量を安定的に計測できる評価値を与えると考えられる。すなわち上記一般式(3)によって、プロトン性溶媒に対するエコー信号計測や溶媒量の計測が安定的に行われる条件が規定されることがわかる。具体的には、γ=42.6MHz、τ=10msecとした上記各実験結果においては、D・ΔG[gauss]が0.1以上の場合にT2(CPMG)値のばらつきが実用的なレベルで有意に抑えられる。そしてD・ΔG≒0.15[gauss]に変曲点が存在し、これ以上の勾配を負荷した場合にはT2(CPMG)値の標準偏差がほぼノイズレベルとなって変動しなくなる。
These results are shown in FIGS. 44 (a) and 44 (b).
From FIG. 44 (a), the relationship between the standard deviation of the T 2 (CPMG) value and D · ΔG is almost the same in any experimental results in which the sample of the protic solvent is different from PEM, water, and aqueous methanol solution. Become. Thus, it is considered that the gradient magnetic field strength change amount ΔG and the gradient magnetic field strength D · ΔG provide an evaluation value that can stably measure the echo signal and the amount of the protic solvent. That is, it can be seen that the general formula (3) defines conditions under which the echo signal measurement and the solvent amount measurement for the protic solvent are stably performed. Specifically, in the above experimental results where γ = 42.6 MHz and τ = 10 msec, the variation in T 2 (CPMG) value is practical when D · ΔG [gauss] is 0.1 or more. Is significantly suppressed. An inflection point exists at D · ΔG≈0.15 [gauss], and when a gradient higher than this is applied, the standard deviation of the T 2 (CPMG) value becomes almost a noise level and does not vary.

また図44(b)に示す勾配磁場強度D・ΔGとT2(CPMG)値の変動係数の関係においても、プロトン性溶媒および小型RFコイルの内径Dを変化させた場合で同様の傾向を示している。特に、アルコール性溶媒を用いた実験3の結果と、水試料を用いた実験2の結果とが極めて良好に一致していることがわかる。 Also, in the relationship between the gradient magnetic field strength D · ΔG and the coefficient of variation of the T 2 (CPMG) value shown in FIG. 44 (b), the same tendency is shown when the inner diameter D of the protic solvent and the small RF coil is changed. ing. In particular, it can be seen that the results of Experiment 3 using an alcoholic solvent and the results of Experiment 2 using a water sample agree very well.

以上より、本発明によりプロトン性溶媒のエコー信号計測やプロトン性溶媒量計測を行う場合、上記一般式(3)を満たすことが好ましく、その下限値については特に上記式(14)を満たすことが好ましいといえる。   From the above, when performing echo signal measurement or protic solvent amount measurement of the protic solvent according to the present invention, it is preferable to satisfy the above general formula (3), and the lower limit value particularly satisfies the above formula (14). It can be said that it is preferable.

本発明により試料中のプロトン性溶媒量(例えば含水量)を計測するにあたっては、取得したエコー信号の強度を含水量に換算する方法と、エコー信号の強度から算出したT2緩和時定数に基づいて含水量を求める方法とがある。
前者の場合、エコー信号強度の絶対値を計測する必要がある。含水量に換算するためにはエコー信号強度を標準的な試料を用いて検定し、両者の関係を予め対応付けておくとよい。
これに対し後者の場合、エコー信号強度の絶対値は不要であり、エコー信号が相対的に計測されていればよく、すなわちエコー信号の減衰の仕方からT2(CPMG)値が求められるという相違がある。言い換えると、エコー信号強度から含水量を換算して求める場合には、ばらつきのない安定したエコー信号の取得が求められる。
In measuring the amount of protic solvent (for example, water content) in a sample according to the present invention, based on the method of converting the intensity of the acquired echo signal into the water content and the T 2 relaxation time constant calculated from the intensity of the echo signal. There is a method to obtain the water content.
In the former case, it is necessary to measure the absolute value of the echo signal intensity. In order to convert the moisture content, the echo signal intensity may be verified using a standard sample, and the relationship between the two may be associated in advance.
On the other hand, in the latter case, the absolute value of the echo signal intensity is unnecessary, and it is only necessary that the echo signal is relatively measured, that is, the T 2 (CPMG) value is obtained from the way the echo signal is attenuated. There is. In other words, when the water content is calculated from the echo signal intensity, stable acquisition of the echo signal without variation is required.

図45(a)は、上記本発明に関する実験1から3の結果より、勾配磁場強度D・ΔGを変えて計測されたエコー信号強度の標準偏差を示している。全てのケースにおいて、勾配磁場強度の増加とともにエコー信号強度の標準偏差(ばらつき)が減少していくことが分かる。   FIG. 45A shows the standard deviation of the echo signal intensity measured by changing the gradient magnetic field intensity D · ΔG based on the results of Experiments 1 to 3 relating to the present invention. It can be seen that in all cases, the standard deviation (variation) of the echo signal intensity decreases as the gradient magnetic field intensity increases.

そして同図(b)は、勾配磁場強度D・ΔGを変えて計測されたエコー信号強度の変動係数を示している。こちらも、全てのケースにおいて勾配磁場強度の増加とともにエコー信号強度の変動係数が減少していく。また特に、試料が水とアルコール水溶液(メタノール水溶液)の場合には、エコー信号強度の変動係数はほぼ同様の値をとる。そして特に勾配磁場強度D・ΔGが0.15[gauss]以上、すなわち上記式(14)が満たされると、変動係数が0.05以下の値となってエコー信号を安定的に計測されるといえる。
なお、PEMのエコー信号強度の平均値が水のそれと同程度であれば、変動係数についても更に一致すると推測される。
FIG. 4B shows the coefficient of variation of the echo signal intensity measured by changing the gradient magnetic field intensity D · ΔG. Again, in all cases, the variation coefficient of the echo signal intensity decreases as the gradient magnetic field intensity increases. In particular, when the sample is water and an alcohol aqueous solution (methanol aqueous solution), the coefficient of variation of the echo signal intensity takes almost the same value. When the gradient magnetic field strength D · ΔG is 0.15 [gauss] or more, that is, when the above equation (14) is satisfied, the variation coefficient is 0.05 or less and the echo signal is stably measured. I can say that.
Note that if the average value of the echo signal intensity of the PEM is about the same as that of water, it is estimated that the coefficient of variation further matches.

次に、静磁場印加部150により均一な静磁場を試料115に印加することで、銅板に隣接して置かれた水試料からのNMR信号の周波数シフト量から、銅板に流された電流地を安定的に計測した実験の結果について説明する。   Next, by applying a uniform static magnetic field to the sample 115 by the static magnetic field application unit 150, the current ground flowing in the copper plate is calculated from the frequency shift amount of the NMR signal from the water sample placed adjacent to the copper plate. The result of the experiment measured stably will be described.

[実験4]
NMR信号の周波数シフト量から銅板に流れる電流量を算出する際に、静磁場の均一性の高低が計測値のばらつきにどのような影響を与えるかを調べた。
静磁場の均一性が高いか、低いかによってエコー信号の形状が異なる。図46には、小型表面コイルを用いて観測されるエコー信号の形状が静磁場の均一性でどのように変化するかの概略図を示した。この図のエコー信号は、180°励起パルスの前後に勾配磁場を印加して、FID信号を速やかに減衰させるシーケンスを用いた際に観測される「干渉のないスピンエコー信号」である。
[Experiment 4]
When calculating the amount of current flowing through the copper plate from the frequency shift amount of the NMR signal, it was examined how the uniformity of the static magnetic field affects the variation in the measured value.
The shape of the echo signal varies depending on whether the uniformity of the static magnetic field is high or low. FIG. 46 is a schematic diagram showing how the shape of an echo signal observed using a small surface coil changes with the uniformity of a static magnetic field. The echo signal in this figure is a “spin echo signal without interference” observed when a sequence in which a gradient magnetic field is applied before and after the 180 ° excitation pulse to rapidly attenuate the FID signal is used.

静磁場の均一性が高い場合には、180°励起パルス後の勾配磁場印加が終了した直後から強いエコー信号が長い時間に渡って観測される。一方、静磁場の均一性が低い場合には、位相が収束する時間(同図では時間が15msecの位置)を中心にして富士山型にエコー信号が観測され、エコー信号が観測されている時間は短くなる。この理由は、静磁場が均一であれば、磁化ベクトルの位相が分散せず、180°励起パルスの照射によって位相が速やかに収束し、その状態が非常に長い時間保持されるが、静磁場が不均一であると、磁化ベクトルの位相の分散が激しく起こり、位相が収束する時間(同図では時間が15msecの位置)の前後でしか位相が収束しないためである。   When the uniformity of the static magnetic field is high, a strong echo signal is observed for a long time immediately after the application of the gradient magnetic field after the 180 ° excitation pulse is completed. On the other hand, when the uniformity of the static magnetic field is low, an echo signal is observed in the Mt. Fuji type around the time when the phase converges (the position where the time is 15 msec in the figure), and the time when the echo signal is observed is Shorter. The reason for this is that if the static magnetic field is uniform, the phase of the magnetization vector will not be dispersed, and the phase will converge quickly by irradiation of the 180 ° excitation pulse, and this state will be maintained for a very long time. If it is not uniform, the dispersion of the phase of the magnetization vector occurs violently, and the phase converges only before and after the phase convergence time (in the figure, the time is 15 msec).

電流計測では、観測されたエコー信号のReal成分、Imaginary成分を基に、ある時間の間に進行する位相の変化量を「勾配」(周波数シフト量)として算出している。このため、エコー信号が観測できる時間が長いほど、位相の変化量、すなわち、勾配(周波数シフト量)が大きくなり、位相の変化量に含まれるばらつきが低減して、計測の確からしさは向上する。この概念図を図47に示した。図中の白丸は計測されたデータを、直線はデータの直線近似を表す。   In current measurement, the amount of phase change that progresses during a certain period of time is calculated as a “gradient” (frequency shift amount) based on the Real component and Imaginary component of the observed echo signal. For this reason, the longer the time that the echo signal can be observed, the larger the phase change amount, that is, the gradient (frequency shift amount), and the variation included in the phase change amount is reduced, thereby improving the measurement accuracy. . This conceptual diagram is shown in FIG. White circles in the figure represent measured data, and straight lines represent linear approximation of the data.

この図が示すように、計測データがどちらも同じ程度にばらついている場合(ノイズレベルが同程度の場合)には、静磁場の均一性が高く、エコー信号を長く観測できる方が計測データのばらつきを抑えることができ、より計測のばらつきが小さい測定結果を得ることができる。   As shown in this figure, when both of the measurement data are scattered to the same extent (when the noise level is the same), the uniformity of the static magnetic field is higher and the longer the echo signal can be observed, Variation can be suppressed, and a measurement result with smaller measurement variation can be obtained.

これを数式で表せば、下記式(15)で表される。
(位相の変化量)=(計測された位相)/(計測時間)={(位相の真の値)+(ノイズによる位相のばらつき)}/(計測時間) (15)
If this is expressed by an equation, it is expressed by the following equation (15).
(Phase change amount) = (Measured phase) / (Measurement time) = {(True value of phase) + (Phase variation due to noise)} / (Measurement time) (15)

ここで、「ノイズによる位相のばらつき」が同じである場合には、「計測時間」が長くなるほど、「位相の変化量のばらつき」は低減できる。上記式(15)から、計測のばらつきが小さく、安定的な計測値を得るためには、長い時間観測した計測データを用いた方が良いことが分かる。   Here, when the “variation in phase due to noise” is the same, the “variation in phase variation” can be reduced as the “measurement time” becomes longer. From the above equation (15), it can be seen that it is better to use measurement data observed for a long time in order to obtain a stable measurement value with a small measurement variation.

本実験では、静磁場の均一性を変えることで有意なエコー信号が観測できる時間を変えた。この実験により、周波数シフト量の計測のばらつきがエコー信号の観測時間でどの程度変化するかを調べた。   In this experiment, the time during which a significant echo signal can be observed was changed by changing the uniformity of the static magnetic field. This experiment examined how much the variation in the measurement of the frequency shift changes with the observation time of the echo signal.

本計測では小型RFコイル114として上記の内径0.60mm5巻きコイルを用いた。
また水試料は、上記実験2にて用いたものを使用した。
In the present measurement, the above-described 0.60 mm 5-winding coil was used as the small RF coil 114.
The water sample used in Experiment 2 was used.

図48(a)に、銅板とその上に設置した小型表面コイルの写真を示す。電流を流す銅板は厚さ0.05mm、幅10mmとした。この銅板に電流を図中の方向に流した。銅板に1mmの穴を開けて、その穴に小型表面コイルの導線部を通して、コイルをポリイミドテープ(厚さ30μm)で覆って、固定した。この銅板とコイルをセルにポリイミドテープ(厚さ30μm)で貼り付けた。   FIG. 48 (a) shows a photograph of a copper plate and a small surface coil installed thereon. The copper plate through which current flows was 0.05 mm thick and 10 mm wide. A current was passed through the copper plate in the direction shown in the figure. A 1 mm hole was formed in the copper plate, and the coil was covered with polyimide tape (thickness 30 μm) through the hole and the small-surface coil conductor was fixed. The copper plate and the coil were attached to the cell with a polyimide tape (thickness 30 μm).

同図(b)に示すように、水試料は、銅板とコイルの上に置いた。この水試料の上に、もう一つのセルを置いて挟み、水試料を締め付けることで固定した。コイルは水試料に押し付けられている。   As shown in FIG. 2B, the water sample was placed on a copper plate and a coil. Another cell was placed on the water sample and pinched, and the water sample was fixed by tightening. The coil is pressed against the water sample.

この試料に対しては表13に示す2つのCaseで計測を行った。同表にはシムコイルに流した電流のダイヤル読み値を、表14には上記式(12)を用いて計算した各シムコイル(GX-coil,GY-coil,GZ-coil)でそれぞれ与えたX、Y、Z方向の勾配磁場強度ΔG、ΔG、ΔGと、それらの合成ベクトルとしての勾配磁場強度の変化量ΔG[gauss/m]を、さらに、コイル内径D[m]とΔG[gauss/m]との積D・ΔGを示す。 This sample was measured with two cases shown in Table 13. In the same table, the dial reading of the current passed through the shim coil is given, and in Table 14, X given by each shim coil (GX-coil, GY-coil, GZ-coil) calculated using the above equation (12), The gradient magnetic field strengths ΔG x , ΔG y , ΔG z in the Y and Z directions, and the change amount ΔG [gauss / m] of the gradient magnetic field strength as a combined vector thereof, and the coil inner diameters D [m] and ΔG [gauss] / M] is a product D · ΔG.

NMR信号は90°励起パルスと180°励起パルスの間隔を5msecに設定し、エコー時間が10msecとしてエコー信号を計測した。このシーケンスでは、180°励起パルスの前後には1msecの時間だけ勾配磁場を印加して、90°および180°励起パルス直後のFID信号が、エコー信号と干渉しないようにした。また、180°励起パルスを照射した10msecに再度勾配磁場を印加して、次の計測のために磁化ベクトルを分散させた。   The NMR signal was measured by setting the interval between the 90 ° excitation pulse and the 180 ° excitation pulse to 5 msec and setting the echo time to 10 msec. In this sequence, a gradient magnetic field was applied for 1 msec before and after the 180 ° excitation pulse so that the FID signals immediately after the 90 ° and 180 ° excitation pulses did not interfere with the echo signal. Further, a gradient magnetic field was applied again at 10 msec irradiated with a 180 ° excitation pulse, and the magnetization vector was dispersed for the next measurement.

NMR計測条件は、90°励起パルスの繰り返し時間(TR)は20秒、90°励起パルスのダミー回数は2回、NMR信号の積算回数は1回、共鳴周波数は43.39MHzとした。   The NMR measurement conditions were a 90 ° excitation pulse repetition time (TR) of 20 seconds, a 90 ° excitation pulse dummy count of 2, an NMR signal integration count of 1, and a resonance frequency of 43.39 MHz.

<Case22での電流計測>
静磁場が均一な場合での計測結果を示す。銅板に流す電流Iがゼロの時のエコー信号を図49(a)に示す。NMR信号は位相敏感検波方式で検波され、実部、虚部の二つの信号を取得している。同図(a)では、それぞれRealとImagと表記している。90°励起パルスはtime=5msecで照射している。図中のPowerは実部と虚部から信号強度を算出したものであり、この形がエコー信号の形を表す。静磁場が均一な場合には、エコー信号の形は非常に平坦で、time=約12msecから約20msecまで有意なエコー信号が観測されていることが分かる。
<Current measurement at Case 22>
The measurement result when the static magnetic field is uniform is shown. An echo signal when the current I flowing through the copper plate is zero is shown in FIG. The NMR signal is detected by a phase sensitive detection method, and two signals of a real part and an imaginary part are acquired. In FIG. 2A, they are expressed as Real and Imag, respectively. The 90 ° excitation pulse is applied at time = 5 msec. “Power” in the figure is the signal intensity calculated from the real part and the imaginary part, and this form represents the form of the echo signal. It can be seen that when the static magnetic field is uniform, the shape of the echo signal is very flat, and a significant echo signal is observed from time = about 12 msec to about 20 msec.

実部Reと虚部Imgを基にtan-1(Re/Img)をとって、NMR信号の位相差ΔΦ[rad]を算出する。位相の基準はNMR装置が持つ発振器からの基準波であり、この周波数はNMR信号の共鳴周波数に予め合わせてある。時間的に変化しない基準波(位相Φ0)と、計測したNMR信号との位相の差をΔΦとしている。この実部と虚部と位相差ΔΦの関係を同図(b)に示した。(数学での実軸、虚軸と位相の一般的な概念の図である。) The phase difference ΔΦ [rad] of the NMR signal is calculated by taking tan −1 (Re / Img) based on the real part Re and the imaginary part Img. The phase reference is a reference wave from an oscillator included in the NMR apparatus, and this frequency is adjusted in advance to the resonance frequency of the NMR signal. The phase difference between the reference wave (phase Φ 0 ) that does not change with time and the measured NMR signal is ΔΦ. The relationship between the real part, the imaginary part, and the phase difference ΔΦ is shown in FIG. (It is a general conceptual diagram of real axis, imaginary axis and phase in mathematics.)

同図(c)には、同図(a)のtan-1(Re/Img)をとって算出した位相差ΔΦを図示した。ただし、この図では、エコー信号が観測される時間の12.5msecから19.5msecの間だけが示されている。 FIG. 4C shows the phase difference ΔΦ calculated by taking tan −1 (Re / Img) of FIG. However, in this figure, only the period from 12.5 msec to 19.5 msec during which the echo signal is observed is shown.

同図(c)から、位相差ΔΦが時間的にほぼ一定(真横の線)であり、電流Iがゼロの場合には、基準波と一定の位相差でNMR信号が回転していることが分かる。   From FIG. 6C, when the phase difference ΔΦ is substantially constant in time (straight line) and the current I is zero, the NMR signal is rotated with a constant phase difference from the reference wave. I understand.

次に、電流Iが0.40[A]の時に計測されたエコー信号を図50(a)に、これを基に計算した位相差ΔΦを同図(b)に示す。パルスシーケンスは電流Iがゼロの時と同じである。
同図(a)のエコー信号では、図49(a)とは異なり、NMR信号の実部と虚部が振動し、周波数が基準波からずれている様子が分かる。エコー信号の領域では、実部(Real)が先で、その後に虚部(Imag)が振動している。
Next, an echo signal measured when the current I is 0.40 [A] is shown in FIG. 50A, and a phase difference ΔΦ calculated based on the echo signal is shown in FIG. The pulse sequence is the same as when the current I is zero.
In the echo signal in FIG. 49A, unlike in FIG. 49A, it can be seen that the real part and imaginary part of the NMR signal vibrate and the frequency is shifted from the reference wave. In the area of the echo signal, the real part (Real) comes first, and the imaginary part (Imag) vibrates thereafter.

図50(b)には、同図(a)のtan-1(Re/Img)をとって算出した位相差ΔΦを図示した。この図では、時間が経過すると共に、位相差ΔΦが減少(右下がりの直線)し、基準波からNMR信号の位相が時間の経過と共に遅れていく様子を見ることができる。本来、位相差ΔΦは時間と共に単調に減少するような右下がりの一本の直線になると思われるが、位相は−πから+πまでの2πの範囲で表現されるため、その範囲を超えてしまうと、2πだけずれた不連続な線として見える。これがtime=13msec、14.2msec、15.9msec、17.3msec、18.8msecのところで−πから+πへと不連続に移行する理由である。 FIG. 50B shows the phase difference ΔΦ calculated by taking tan −1 (Re / Img) of FIG. In this figure, it can be seen that as time elapses, the phase difference ΔΦ decreases (straight-down straight line), and the phase of the NMR signal delays with time from the reference wave. Originally, the phase difference ΔΦ seems to be a straight line with a downward slope that monotonously decreases with time, but the phase is expressed in the range of 2π from −π to + π, and thus exceeds that range. And appear as discontinuous lines shifted by 2π. This is the reason for discontinuous transition from −π to + π at time = 13 msec, 14.2 msec, 15.9 msec, 17.3 msec, and 18.8 msec.

1msecの間に変化するNMR信号の位相差ΔΦを「NMR信号の周波数シフト量Δω[rad/msec]」として定義する。
この周波数シフト量Δω[rad/msec]は、図49(c)、図50(b)の「位相差ΔΦの傾き」に相当する。それぞれの位相差ΔΦのグラフを基にして、最小自乗法で直線近似し、その勾配から周波数シフト量Δωを算出した。Case22の場合では、13msecから19msecまで6msecの間がノイズに比較して、有意にエコー信号が観測されている時間であり、その間での位相差ΔΦのばらつきが小さい。この6msecの間の112点の位相差データを用いて、直線近似の計算を行った。
この方法で得られる周波数シフト量のばらつきを統計的に解析するために、同一条件で7回計測し、同じ算出方法で周波数シフト量を算出した。また、銅板に流す電流値を0.0[A]、0.1[A]、0.2[A]と変えて、同様に7回計測した。この7回計測した結果を図51に示す。
The phase difference ΔΦ of the NMR signal that changes during 1 msec is defined as “a frequency shift amount Δω [rad / msec] of the NMR signal”.
This frequency shift amount Δω [rad / msec] corresponds to “inclination of phase difference ΔΦ” in FIGS. 49C and 50B. Based on the graph of each phase difference ΔΦ, linear approximation was performed by the least square method, and the frequency shift amount Δω was calculated from the gradient. In the case of Case 22, 6 msec from 13 msec to 19 msec is a time during which an echo signal is significantly observed compared to noise, and the variation in the phase difference ΔΦ between them is small. Using the phase difference data at 112 points during this 6 msec, calculation of linear approximation was performed.
In order to statistically analyze the variation in the frequency shift amount obtained by this method, measurement was performed seven times under the same conditions, and the frequency shift amount was calculated by the same calculation method. Moreover, the electric current value which flows through a copper plate was changed into 0.0 [A], 0.1 [A], and 0.2 [A], and it measured 7 times similarly. The results of these seven measurements are shown in FIG.

表15には、Case22の条件で得られた周波数シフト量の統計値を示す。この表には、周波数シフト量を直線近似する際のデータ区間と、用いたデータ点数も示した。   Table 15 shows the statistical value of the frequency shift amount obtained under the Case 22 conditions. This table also shows the data interval when the frequency shift amount is linearly approximated, and the number of data points used.

同表から、Case22での変動係数は、周波数シフト量が小さい0.10[A]通電時で3.3%、周波数シフト量が大きい0.40[A]通電時で0.8%であった。この結果から、計測量のばらつきは小さく、計測値が安定していると言える。   From the table, the variation coefficient in Case 22 is 3.3% when 0.10 [A] is energized with a small frequency shift, and 0.8% when 0.40 [A] is energized with a large frequency shift. It was. From this result, it can be said that the variation in the measurement amount is small and the measurement value is stable.

<Case23での電流計測>
T2 *緩和時定数をある程度短くして、故意に静磁場を不均一にした場合に周波数シフト量のばらつきがどのように変化するかを実験した。表13,14中のCase23の条件で、上記のCase22と同様の計測を行った。その計測結果を示す。
<Current measurement in Case 23>
Experiments were conducted on how the variation in frequency shift changes when the T 2 * relaxation time constant is shortened to some extent and the static magnetic field is intentionally made nonuniform. Under the conditions of Case 23 in Tables 13 and 14, the same measurement as in Case 22 was performed. The measurement results are shown.

銅板に流す電流Iがゼロの時のエコー信号を図52(a)に示す。この図から、静磁場が不均一な場合には、エコー信号は富士山型となり、短くなる。ノイズに対して有意なエコー信号が観測されている時間はtime=約13.5msecから約16.5msecまでである。   FIG. 52 (a) shows an echo signal when the current I flowing through the copper plate is zero. From this figure, when the static magnetic field is not uniform, the echo signal becomes Mt. Fuji and becomes shorter. The time during which a significant echo signal for noise is observed is from time = about 13.5 msec to about 16.5 msec.

同図(b)には、同図(a)のtan-1(Re/Img)をとって算出した位相差ΔΦを図示した。ただし、この図では、エコー信号が観測される時間の12.5msecから19.5msecの間だけが示されている。この図から、ノイズによるばらつきが小さく、位相差ΔΦが安定して得られている区間は約14msecから約16msecであることが分かる。Case23では、この区間を用いて、直線近似を行った。 FIG. 4B shows the phase difference ΔΦ calculated by taking tan −1 (Re / Img) of FIG. However, in this figure, only the period from 12.5 msec to 19.5 msec during which the echo signal is observed is shown. From this figure, it can be seen that the interval in which the variation due to noise is small and the phase difference ΔΦ is stably obtained is from about 14 msec to about 16 msec. In Case 23, linear approximation was performed using this section.

次に、電流Iが0.40[A]の時に計測されたエコー信号を図53(a)に、これを基に計算した位相差ΔΦを同図(b)に示す。パルスシーケンスは電流Iがゼロの時と同じである。   Next, FIG. 53A shows an echo signal measured when the current I is 0.40 [A], and FIG. 5B shows a phase difference ΔΦ calculated based on the echo signal. The pulse sequence is the same as when the current I is zero.

図49(a)と図50(a)の関係と同様に、図53(a)のエコー信号では、図52(a)よりもNMR信号の実部と虚部が振動し、周波数が基準波からずれている様子が分かる。   Similarly to the relationship between FIG. 49A and FIG. 50A, in the echo signal of FIG. 53A, the real part and the imaginary part of the NMR signal oscillate and the frequency is the reference wave as compared with FIG. You can see how it is off.

図53(b)には、同図(a)のtan-1(Re/Img)をとって算出した位相差ΔΦを図示した。この図では、時間が経過すると共に、位相差ΔΦが減少(右下がりの直線)し、基準波からNMR信号の位相が時間の経過と共に遅れていく様子を見ることができる。この場合での−πから+πへと不連続に移行する時間はtime=14.2msec、15.9msecで見られる。 FIG. 53B shows the phase difference ΔΦ calculated by taking tan −1 (Re / Img) of FIG. In this figure, it can be seen that as time elapses, the phase difference ΔΦ decreases (straight-down straight line), and the phase of the NMR signal delays with time from the reference wave. In this case, the time for discontinuously shifting from −π to + π is seen at time = 14.2 msec and 15.9 msec.

Case22と同様に、図52(b)、図53(b)のそれぞれの位相差ΔΦのグラフを基に最小自乗法で直線近似し、その勾配から周波数シフト量Δωを算出した。Case23の場合では、約14msecから約16msecまで2msecの間がノイズに比較して、有意にエコー信号が観測されている時間である。そこで、time=14.16msecから15.96msecの間の1.8msecの間の112点の位相差データを用いて、直線近似の計算を行った。   Similar to Case 22, linear approximation was performed by the method of least squares based on the respective phase difference ΔΦ graphs of FIGS. 52 (b) and 53 (b), and the frequency shift amount Δω was calculated from the gradient. In the case of Case 23, a period of about 2 msec from about 14 msec to about 16 msec is a time during which an echo signal is significantly observed as compared with noise. Therefore, linear approximation calculation was performed using 112 phase difference data for 1.8 msec between time = 14.16 msec and 15.96 msec.

表15と同様にして、周波数シフト量のばらつきを統計的に解析するために、同一条件で7回計測し、同じ算出方法で周波数シフト量を算出した。また、銅板に流す電流値を0.0[A]、0.1[A]、0.2[A]、0.4[A]と変えて、同様に7回計測した。この7回計測した結果を図54に示す。   In the same manner as in Table 15, in order to statistically analyze the variation in the frequency shift amount, measurement was performed seven times under the same conditions, and the frequency shift amount was calculated by the same calculation method. Further, the current value passed through the copper plate was changed to 0.0 [A], 0.1 [A], 0.2 [A], and 0.4 [A], and the measurement was performed seven times in the same manner. The results of the seven measurements are shown in FIG.

表16には、Case23の条件で得られた周波数シフト量の統計値を示す。この表には、周波数シフト量を直線近似する際のデータ区間と、用いたデータ点数も示した。表15とは、用いたデータ点数は同一である。   Table 16 shows the statistical value of the frequency shift amount obtained under the Case 23 conditions. This table also shows the data interval when the frequency shift amount is linearly approximated, and the number of data points used. The number of data points used is the same as in Table 15.

Case22と23の条件の相違が周波数シフト量のばらつきに及ぼす影響をグラフとして比較するために、表15と16に記載されている標準偏差と変動係数の値を図55(a)、(b)に示した。   In order to compare the influence of the difference between the conditions of Cases 22 and 23 on the variation in the frequency shift amount as a graph, the standard deviations and the values of the coefficient of variation described in Tables 15 and 16 are shown in FIGS. 55 (a) and 55 (b). It was shown to.

本実験の結果から次のことが分かる。静磁場の均一性が低いCase23の条件よりも、静磁場の均一性が高いCase22の条件で計測されたNMR信号から算出された周波数シフト量は、そのばらつきが小さい。この結果、静磁場の均一性が高い方が、周波数シフト量が安定して計測できると言える。
また、周波数シフト量と銅板に流れる電流量は正比例の関係にあり、周波数シフト量が安定して計測できることで、銅板に流れる電流量をより安定的に推算することができる。
The following can be seen from the results of this experiment. The frequency shift amount calculated from the NMR signal measured under the Case 22 condition with high static magnetic field uniformity is smaller in variation than the Case 23 condition with low static magnetic field uniformity. As a result, it can be said that the higher the uniformity of the static magnetic field, the more stable the frequency shift amount can be measured.
Further, the frequency shift amount and the amount of current flowing through the copper plate are in a directly proportional relationship, and the amount of current flowing through the copper plate can be more stably estimated because the frequency shift amount can be stably measured.

したがって上記実施形態のように、静磁場調整用シムコイル151の出力を変化させて試料115および小型RFコイル114に印加する静磁場を勾配磁場と均一磁場とに切り替えることにより、試料中のプロトン性溶媒量の計測と、電流量の計測とをそれぞれ安定して行うことが可能になる。なお、静磁場を均一磁場として計測を行う他の例としては、上記のようなアルコール類のスペクトル解析を挙げることができる。   Therefore, by changing the output of the static magnetic field adjusting shim coil 151 and switching the static magnetic field applied to the sample 115 and the small RF coil 114 between the gradient magnetic field and the uniform magnetic field as in the above embodiment, the protic solvent in the sample is changed. It is possible to stably measure the amount and the amount of current. In addition, as another example of measurement using a static magnetic field as a uniform magnetic field, the above spectrum analysis of alcohols can be exemplified.

本発明によるエコー信号の計測方法の概念図である。It is a conceptual diagram of the measuring method of the echo signal by this invention. 水分量計測の概要を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the outline | summary of a moisture content measurement. 核磁化ベクトルの位相差の概念図である。It is a conceptual diagram of the phase difference of a nuclear magnetization vector. 計測装置の概略構成の一例を示すハードウェア構成図である。It is a hardware block diagram which shows an example of schematic structure of a measuring device. 計測装置の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of a measuring device. 小型RFコイルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a small RF coil. セルに設置した小型表面コイルをLC共振回路に接続した様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the small surface coil installed in the cell was connected to LC resonance circuit. 小型表面回路をもつLC回路の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of LC circuit with a small surface circuit. 静磁場調整用シムコイルを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the shim coil for static magnetic field adjustment. 流路付セルに挟まれた高分子電解質と、小型表面コイル、供給した窒素ガスおよび水の配置図である。It is a layout diagram of a polymer electrolyte sandwiched between cells with a flow path, a small surface coil, supplied nitrogen gas and water. 流路付セルの構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of a cell with a flow path. 比較例1におけるNMR信号の波形を示す図である。6 is a diagram showing a waveform of an NMR signal in Comparative Example 1. FIG. 比較例1におけるT2(CPMG)値の推移を示す図である。It is a diagram showing a change in the T 2 (CPMG) value in Comparative Example 1. 比較例1における2,4,6番目のエコー信号強度の平均値の推移を示す図である。6 is a diagram illustrating a transition of an average value of second, fourth, and sixth echo signal intensities in Comparative Example 1. FIG. 比較例1における180°パルス照射からτ/3経過時の平均FID信号強度の推移を示す図である。It is a figure which shows transition of the average FID signal strength at the time of (tau) / 3 progress from 180 degree pulse irradiation in the comparative example 1. FIG. 比較例1における180°パルス照射からτ/3経過時のエコー信号強度の平均値とFID信号強度の平均値の比の推移を示す図である。It is a figure which shows transition of ratio of the average value of echo signal intensity | strength at the time of (tau) / 3 progress from 180 degree pulse irradiation in the comparative example 1, and the average value of FID signal intensity | strength. 実施例1におけるNMR信号の波形を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a waveform of an NMR signal in Example 1. 実施例1におけるT2(CPMG)値の推移を示す図である。It is a diagram showing a change in the T 2 (CPMG) values in Example 1. (a)は実施例1におけるエコー信号強度の各回平均値の推移を示す図である。(b)は実施例1におけるτ/3時のFID信号強度の各回平均値の推移を示す図である。(c)は実施例1におけるエコー信号強度の各回平均値とτ/3時のFID信号強度の各回平均値との比の推移を示す図である。(A) is a figure which shows transition of each time average value of the echo signal strength in Example 1. FIG. (B) is a figure which shows transition of each time average value of the FID signal strength at the time of (tau) / 3 in Example 1. FIG. (C) is a figure which shows transition of ratio of each time average value of echo signal strength in Example 1, and each time average value of FID signal strength at the time of τ / 3. 実施例2におけるNMR信号の波形を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a waveform of an NMR signal in Example 2. 実施例2におけるT2(CPMG)値の推移を示す図である。It is a diagram showing a change in the T 2 (CPMG) values in the second embodiment. (a)は実施例2におけるエコー信号強度の各回平均値の推移を示す図である。(b)は実施例2におけるτ/3時のFID信号強度の各回平均値の推移を示す図である。(c)は実施例2におけるエコー信号強度の各回平均値とτ/3時のFID信号強度の各回平均値との比の推移を示す図である。(A) is a figure which shows transition of each time average value of the echo signal strength in Example 2. FIG. (B) is a figure which shows transition of each time average value of FID signal strength at the time of (tau) / 3 in Example 2. FIG. (C) is a figure which shows transition of ratio of each time average value of echo signal strength in Example 2, and each time average value of FID signal strength at the time of τ / 3. 勾配磁場強度(D・ΔG)とT2(CPMG)値の標準偏差との関係を示す図である。Is a diagram showing the relationship between the standard deviation of the gradient field strength (D · ΔG) T 2 ( CPMG) values. (a)は含水量とT2(CPMG)値との関係を示す検量線の図であり、(b)は含水量とエコー信号強度との関係を示す図である。(A) is a calibration curve showing the relationship between the water content and the T 2 (CPMG) value, and (b) is a diagram showing the relationship between the water content and the echo signal intensity. (a)は内径0.60mm5巻きコイルを示す図であり、(b)は内径1.30mm10巻きコイルを示す図である。(A) is a figure which shows an inner diameter 0.60mm5 winding coil, (b) is a figure which shows an inner diameter 1.30mm10 winding coil. 比較例2におけるNMR信号の波形を示す図である。6 is a diagram showing a waveform of an NMR signal in Comparative Example 2. FIG. 比較例2におけるT2(CPMG)値の推移を示す図である。It is a diagram showing a change in the T 2 (CPMG) value in Comparative Example 2. (a)は比較例2におけるエコー信号強度の各回平均値の推移を示す図である。(b)は比較例2におけるτ/3時のFID信号強度の各回平均値の推移を示す図である。(c)は比較例2におけるエコー信号強度の各回平均値とτ/3時のFID信号強度の各回平均値との比の推移を示す図である。(A) is a figure which shows transition of each time average value of the echo signal strength in the comparative example 2. FIG. (B) is a figure which shows transition of each time average value of the FID signal strength at the time of (tau) / 3 in the comparative example 2. FIG. (C) is a figure which shows transition of ratio of each time average value of echo signal strength in Comparative Example 2, and each time average value of FID signal strength at τ / 3. 実施例3におけるNMR信号の波形を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a waveform of an NMR signal in Example 3. 実施例3におけるT2(CPMG)値の推移を示す図である。It is a diagram showing a change in the T 2 (CPMG) values in Example 3. (a)は実施例3におけるエコー信号強度の各回平均値の推移を示す図である。(b)は実施例3におけるτ/3時のFID信号強度の各回平均値の推移を示す図である。(c)は実施例3におけるエコー信号強度の各回平均値とτ/3時のFID信号強度の各回平均値との比の推移を示す図である。(A) is a figure which shows transition of each time average value of the echo signal intensity | strength in Example 3. FIG. (B) is a figure which shows transition of each time average value of FID signal strength at the time of (tau) / 3 in Example 3. FIG. (C) is a figure which shows transition of ratio of each time average value of echo signal strength in Example 3, and each time average value of FID signal strength at the time of τ / 3. (a)は勾配磁場強度(D・ΔG)とT2(CPMG)値の標準偏差との関係を示す図であり、(b)は勾配磁場強度(D・ΔG)とT2(CPMG)値の変動係数との関係を示す図である。(A) is a figure which shows the relationship between the gradient magnetic field strength (D * ΔG) and the standard deviation of the T 2 (CPMG) value, and (b) is the gradient magnetic field intensity (D · ΔG) and the T 2 (CPMG) value. It is a figure which shows the relationship with the coefficient of variation. 実験2における、小型RFコイルの内径Dを変化させた場合の勾配磁場強度(D・ΔG)とT2(CPMG)値の標準偏差または変動係数との関係を示す図である。In Experiment 2, it is a diagram showing the relationship between the standard deviation or coefficient of variation of the gradient magnetic field strength (D · .DELTA.G) and T 2 (CPMG) values in the case of changing the inner diameter D of the small-sized RF coils. 実験1および2における、小型RFコイルの内径Dを変化させた場合の勾配磁場強度(D・ΔG)とT2(CPMG)値の標準偏差または変動係数との関係を示す図である。In Experiment 1 and 2 is a diagram showing the relationship between the standard deviation or coefficient of variation of the gradient magnetic field strength (D · .DELTA.G) and T 2 (CPMG) values in the case of changing the inner diameter D of the small-sized RF coils. 小型RFコイルをセル中央に設置し、その上にメタノール水溶液試料を置いた様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the small aqueous solution coil was installed in the cell center, and the methanol aqueous solution sample was set | placed on it. 比較例6におけるFID信号の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of the FID signal in the comparative example 6. 比較例6におけるNMR信号の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of the NMR signal in the comparative example 6. 比較例6におけるT2(CPMG)値の推移を示す図である。It is a diagram showing a change in the T 2 (CPMG) values in Comparative Example 6. (a)は比較例6におけるエコー信号強度の各回平均値の推移を示す図である。(b)は比較例6におけるτ/3時のFID信号強度の各回平均値の推移を示す図である。(c)は比較例6におけるエコー信号強度の各回平均値とτ/3時のFID信号強度の各回平均値との比の推移を示す図である。(A) is a figure which shows transition of each time average value of the echo signal strength in the comparative example 6. FIG. (B) is a figure which shows transition of each time average value of the FID signal strength at the time of (tau) / 3 in the comparative example 6. FIG. (C) is a figure which shows transition of ratio of each time average value of the echo signal strength in Comparative Example 6, and each time average value of the FID signal strength at τ / 3. 実施例12におけるNMR信号の波形を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a waveform of an NMR signal in Example 12. 実施例12におけるT2(CPMG)値の推移を示す図である。It is a diagram showing a change in the T 2 (CPMG) values in Example 12. (a)は実施例12におけるエコー信号強度の各回平均値の推移を示す図である。(b)は実施例12におけるτ/3時のFID信号強度の各回平均値の推移を示す図である。(c)は実施例12におけるエコー信号強度の各回平均値とτ/3時のFID信号強度の各回平均値との比の推移を示す図である。(A) is a figure which shows transition of each time average value of the echo signal intensity | strength in Example 12. FIG. (B) is a figure which shows transition of each time average value of FID signal strength at the time of (tau) / 3 in Example 12. FIG. (C) is a figure which shows transition of ratio of each time average value of echo signal strength in Example 12, and each time average value of FID signal strength at τ / 3. (a)は勾配磁場強度(D・ΔG)とT2(CPMG)値の標準偏差との関係を示す図であり、(b)は勾配磁場強度(D・ΔG)とT2(CPMG)値の変動係数との関係を示す図である。(A) is a figure which shows the relationship between the gradient magnetic field strength (D * ΔG) and the standard deviation of the T 2 (CPMG) value, and (b) is the gradient magnetic field intensity (D · ΔG) and the T 2 (CPMG) value. It is a figure which shows the relationship with the coefficient of variation. 実験1から3における、小型RFコイルの内径Dおよびプロトン性溶媒試料を変化させた場合の勾配磁場強度(D・ΔG)とT2(CPMG)値の標準偏差または変動係数との関係を示す図である。The figure which shows the relationship between the standard deviation or variation coefficient of gradient magnetic field strength (D * ΔG) and T 2 (CPMG) value when changing the inner diameter D of the small RF coil and the protic solvent sample in Experiments 1 to 3 It is. 実験1から3における、小型RFコイルの内径Dおよびプロトン性溶媒試料を変化させた場合の勾配磁場強度(D・ΔG)とエコー信号強度の標準偏差または変動係数との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the standard deviation or variation coefficient of the gradient magnetic field intensity (D * ΔG) and the echo signal intensity when the inner diameter D of the small RF coil and the protic solvent sample are changed in Experiments 1 to 3. 静磁場均一性の高低と、小型表面コイルで観測されるエコー信号の形状の概略図であり、(a)は静磁場均一性が高い場合、(b)は静磁場均一性が低い場合を示す図である。It is the schematic of the level of static magnetic field uniformity, and the shape of the echo signal observed with a small surface coil, (a) shows the case where static magnetic field uniformity is high, (b) shows the case where static magnetic field uniformity is low. FIG. 静磁場均一性の高低と、計測データのばらつきを抑える方法の概念図であり、(a)は静磁場均一性が高い場合、(b)は静磁場均一性が低い場合を示す図である。It is a conceptual diagram of the level of static magnetic field uniformity and the method of suppressing the dispersion | variation in measurement data, (a) is a figure which shows a case where static magnetic field uniformity is high, (b) is a case where static magnetic field uniformity is low. (a)は銅板上に貼り付けられた小型表面コイルを示す図であり、(b)は銅板とコイルの上に置いた水試料を示す図である。(A) is a figure which shows the small surface coil affixed on the copper plate, (b) is a figure which shows the water sample put on the copper plate and the coil. (a)はCase22において銅板に流した電流Iがゼロの時に取得したエコー信号を示す図であり、(b)は実部と虚部と位相差ΔΦの関係を示す図であり、(c)は銅板に流した電流Iがゼロの時に取得したエコー信号の位相差ΔΦの時間経過を示す図である。(A) is a figure which shows the echo signal acquired when the electric current I sent through the copper plate in Case22 is zero, (b) is a figure which shows the relationship between real part and imaginary part, and phase difference (DELTA) (phi), (c) These are figures which show the time passage of the phase difference ΔΦ of the echo signal acquired when the current I passed through the copper plate is zero. (a)はCase22において銅板に流した電流Iが0.40[A]の時に取得したエコー信号を示す図であり、(b)は銅板に流した電流Iが0.40[A]の時に取得したエコー信号の位相差ΔΦの時間経過を示す図である。(A) is a figure which shows the echo signal acquired when the electric current I sent through the copper plate in Case22 was 0.40 [A], and (b) when the electric current I passed through the copper plate was 0.40 [A]. It is a figure which shows the time passage of phase difference (DELTA) (PHI) of the acquired echo signal. Case22の条件で得られた周波数シフト量の実験回数ごとの推移を示す図である。It is a figure which shows transition for every frequency | count of experiment of the frequency shift amount obtained on the conditions of Case22. (a)はCase23において銅板に流した電流Iがゼロの時に取得したエコー信号を示す図であり、(b)は銅板に流した電流Iがゼロの時に取得したエコー信号の位相差ΔΦの時間経過を示す図である。(A) is a figure which shows the echo signal acquired when the electric current I sent through the copper plate in Case23 is zero, (b) is the time of phase difference ΔΦ of the echo signal acquired when the electric current I passed through the copper plate is zero It is a figure which shows progress. (a)はCase23において銅板に流した電流Iが0.40[A]の時に取得したエコー信号を示す図であり、(b)は銅板に流した電流Iが0.40[A]の時に取得したエコー信号の位相差ΔΦの時間経過を示す図である。(A) is a figure which shows the echo signal acquired when the electric current I sent through the copper plate in Case23 is 0.40 [A], and (b) when the electric current I passed through the copper plate is 0.40 [A]. It is a figure which shows the time passage of phase difference (DELTA) (PHI) of the acquired echo signal. Case23の条件で得られた周波数シフト量の実験回数ごとの推移を示す図である。It is a figure which shows transition for every frequency | count of experiment of the frequency shift amount obtained on the conditions of Case23. (a)はCase22と23の条件で計測された周波数シフト量の標準偏差を示す図であり、(b)はCase22と23の条件で計測された周波数シフト量の変動係数を示す図である。(A) is a figure which shows the standard deviation of the frequency shift amount measured on the conditions of Case22 and 23, (b) is a figure which shows the variation coefficient of the frequency shift amount measured on the conditions of Case22 and 23. 1回巻きの小型表面コイルを用いた場合の振動磁場強度のz方向の磁場強度Hz(xp,yp,zp)の一例を示す分布図である。It is a distribution map which shows an example of the magnetic field intensity Hz (xp, yp, zp) of the z direction of the oscillating magnetic field intensity at the time of using the small surface coil of 1 turn. 従来のCPMG法で観測されるFID信号、およびFID信号とエコー信号とが干渉している様子を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows a mode that the FID signal observed by the conventional CPMG method, and the FID signal and the echo signal interfere.

符号の説明Explanation of symbols

10 計測装置
102 RF発振器
104 変調器
106 RF増幅器
112 プリアンプ
113 永久磁石
114 小型RFコイル
115 試料
116 試料載置台
118 A/D変換器
127 シーケンステーブル
128 計時部
129 操作信号受付部
130 溶媒量算出部(演算部)
131 データ受付部
132 水分量算出部
135 出力部
150 静磁場印加部
151 静磁場調整用シムコイル
159 電流駆動用電源
161 スイッチ部
210 RFパルス生成部
220 NMR信号検出部
301 検波器
305 記憶部
307 静磁場強度制御部(制御部)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Measuring apparatus 102 RF oscillator 104 Modulator 106 RF amplifier 112 Preamplifier 113 Permanent magnet 114 Small RF coil 115 Sample 116 Sample mounting stand 118 A / D converter 127 Sequence table 128 Time measuring unit 129 Operation signal receiving unit 130 Solvent amount calculation unit ( Calculation unit)
131 Data reception unit 132 Moisture amount calculation unit 135 Output unit 150 Static magnetic field application unit 151 Static magnetic field adjustment shim coil 159 Current drive power supply 161 Switch unit 210 RF pulse generation unit 220 NMR signal detection unit 301 Detector 305 Storage unit 307 Static magnetic field Strength control unit (control unit)

Claims (17)

核磁気共鳴法を用いて試料中の特定箇所のプロトン性溶媒から発生する局所的なエコー信号を計測する装置であって、
前記試料に対して静磁場を印加する静磁場印加手段と、
前記試料に印加される静磁場の強度を制御する静磁場強度制御手段と、
前記試料の一部に対して励起用振動磁場を印加するとともに、前記励起用振動磁場に対応するエコー信号を取得するRFコイルと、
を備え、
前記静磁場強度制御手段が、前記RFコイルの内径(D[m])、勾配磁場強度変化量(ΔG[gauss/m])、前記プロトン性溶媒の核磁気回転比(γ[Hz/T])、励起間隔(τ[sec])を用いて下記式(1)で表される所定の前記勾配磁場強度変化量(ΔG)の前記静磁場を、前記静磁場印加手段より印加させることを特徴とする計測装置。
400≧D[m]・ΔG[gauss/m]・γ[Hz/T]・10-4[T/gauss]・τ[sec]≧4 (1)
An apparatus for measuring a local echo signal generated from a protic solvent at a specific location in a sample using a nuclear magnetic resonance method,
A static magnetic field applying means for applying a static magnetic field to the sample;
Static magnetic field strength control means for controlling the strength of the static magnetic field applied to the sample;
An RF coil that applies an excitation oscillating magnetic field to a part of the sample and acquires an echo signal corresponding to the excitation oscillating magnetic field;
With
The static magnetic field strength control means includes an inner diameter (D [m]) of the RF coil, a gradient magnetic field strength variation (ΔG [gauss / m]), and a nuclear magnetorotation ratio (γ [Hz / T] of the protic solvent. ), And applying the static magnetic field of the predetermined gradient magnetic field strength change amount (ΔG) represented by the following formula (1) from the static magnetic field applying means using the excitation interval (τ [sec]). A measuring device.
400 ≧ D [m] · ΔG [gauss / m] · γ [Hz / T] · 10 −4 [T / gauss] · τ [sec] ≧ 4 (1)
前記励起用振動磁場の印加からτ/3経過した時点における自由誘導減衰信号の強度に対して、当該励起用振動磁場に対応するエコー信号の強度が5倍以上であることを特徴とする請求項1に記載の計測装置。   The intensity of an echo signal corresponding to the excitation oscillating magnetic field is at least five times the intensity of the free induction decay signal when τ / 3 has elapsed since the application of the excitation oscillating magnetic field. 1. The measuring device according to 1. 前記励起間隔(τ)が0.1msec以上、100msec以下である請求項1または2に記載の計測装置。   The measurement apparatus according to claim 1, wherein the excitation interval (τ) is 0.1 msec or more and 100 msec or less. 前記静磁場印加手段が、前記RFコイルの内部に均一な静磁場を印加する永久磁石と、前記永久磁石が印加する静磁場に勾配を与える静磁場調整用シムコイルと、をともに備えることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の計測装置。   The static magnetic field applying means includes both a permanent magnet that applies a uniform static magnetic field inside the RF coil and a static magnetic field adjustment shim coil that imparts a gradient to the static magnetic field applied by the permanent magnet. The measuring device according to any one of claims 1 to 3. 前記静磁場調整用シムコイルを少なくとも三式備え、直交三軸方向にそれぞれ前記勾配が与えられる請求項4に記載の計測装置。   The measuring apparatus according to claim 4, wherein at least three sets of the static magnetic field adjustment shim coils are provided, and the gradient is given to each of three orthogonal axes. 前記RFコイルの内径(D)が0.01・10-3乃至100・10-3[m]である請求項1から5のいずれかに記載の計測装置。 6. The measuring device according to claim 1, wherein an inner diameter (D) of the RF coil is 0.01 · 10 −3 to 100 · 10 −3 [m]. 前記取得されたエコー信号の強度から、前記試料の特定箇所における前記プロトン性溶媒の量を算出する溶媒量算出手段をさらに備えることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の計測装置。   The measuring apparatus according to claim 1, further comprising a solvent amount calculating unit that calculates an amount of the protic solvent at a specific portion of the sample from the intensity of the acquired echo signal. . 前記溶媒量算出手段が、前記取得されたエコー信号の強度から、T2緩和時定数を算出し、算出された前記T2緩和時定数から、前記試料の特定箇所における前記プロトン性溶媒の量を算出する請求項7に記載の計測装置。 The solvent amount calculating means calculates a T 2 relaxation time constant from the intensity of the acquired echo signal, and calculates the amount of the protic solvent at a specific location of the sample from the calculated T 2 relaxation time constant. The measuring device according to claim 7 to calculate. 前記プロトン性溶媒が水またはアルコール類である請求項7または8に記載の計測装置。   The measuring device according to claim 7 or 8, wherein the protic solvent is water or alcohols. 前記静磁場強度制御手段が、前記静磁場印加手段より印加させる静磁場の勾配の強度を、前記所定の勾配磁場強度変化量(ΔG)または実質的にゼロに切り換え可能である請求項7から9のいずれかに記載の計測装置。   10. The static magnetic field strength control means can switch the gradient strength of the static magnetic field applied by the static magnetic field application means to the predetermined gradient magnetic field strength change amount (ΔG) or substantially zero. The measuring apparatus in any one of. 前記静磁場印加手段が前記所定の勾配磁場強度変化量(ΔG)の静磁場を試料に印加した状態で取得された前記エコー信号の強度から前記プロトン性溶媒の量を算出する第一計測モードと、
前記静磁場の勾配の強度が実質的にゼロである状態で取得されたエコー信号の強度から前記プロトン性溶媒の他の特性値を計測する第二計測モードと
を切り換える切り換え手段をさらに備える請求項10に記載の計測装置。
A first measurement mode in which the static magnetic field applying means calculates the amount of the protic solvent from the intensity of the echo signal acquired in a state where the static magnetic field having the predetermined gradient magnetic field strength variation (ΔG) is applied to the sample; ,
The apparatus further comprises switching means for switching between a second measurement mode for measuring another characteristic value of the protic solvent from the intensity of an echo signal acquired in a state where the gradient intensity of the static magnetic field is substantially zero. 10. The measuring device according to 10.
核磁気共鳴法を用いて試料中の特定箇所のプロトン性溶媒から発生する局所的なエコー信号を計測する方法であって、
前記試料に対して、RFコイルの内径(D[m])、勾配磁場強度変化量(ΔG[gauss/m])、前記プロトン性溶媒の核磁気回転比(γ[Hz/T])、励起間隔(τ[sec])を用いて下記式(2)で表される所定の前記勾配磁場強度変化量(ΔG)の静磁場を印加しつつ、前記RFコイルを用いて前記試料の一部に対して励起用振動磁場を一回または複数回印加するとともに、前記励起用振動磁場に対応するエコー信号を計測する計測ステップ、
を含む計測方法。
400≧D[m]・ΔG[gauss/m]・γ[Hz/T]・10-4[T/gauss]・τ[sec]≧4 (2)
A method of measuring a local echo signal generated from a protic solvent at a specific location in a sample using a nuclear magnetic resonance method,
RF coil inner diameter (D [m]), gradient magnetic field strength change (ΔG [gauss / m]), nuclear magnetic rotation ratio (γ [Hz / T]) of the protic solvent, excitation While applying a static magnetic field having a predetermined gradient magnetic field strength change amount (ΔG) represented by the following formula (2) using an interval (τ [sec]), a part of the sample is applied using the RF coil. A measurement step of applying an oscillating magnetic field for excitation once or a plurality of times and measuring an echo signal corresponding to the oscillating magnetic field for excitation;
Measuring method including
400 ≧ D [m] · ΔG [gauss / m] · γ [Hz / T] · 10 −4 [T / gauss] · τ [sec] ≧ 4 (2)
前記励起用振動磁場の印加からτ/3経過した時点における自由誘導減衰信号の強度に対して、当該励起用振動磁場に対応するエコー信号の強度が5倍以上であることを特徴とする請求項12に記載の計測方法。   The intensity of an echo signal corresponding to the excitation oscillating magnetic field is at least five times the intensity of the free induction decay signal when τ / 3 has elapsed since the application of the excitation oscillating magnetic field. 12. The measuring method according to 12. 前記計測ステップにて計測された一つまたは複数の前記エコー信号の強度から、前記試料の特定箇所における前記プロトン性溶媒の量を算出する算出ステップ、
をさらに含む請求項12に記載の計測方法。
A calculation step for calculating the amount of the protic solvent at a specific location of the sample from the intensity of one or a plurality of the echo signals measured in the measurement step,
The measurement method according to claim 12, further comprising:
前記算出ステップが、
前記試料中のプロトン性溶媒の量とエコー信号の強度との相関関係を示す検定データを取得するステップと、
前記検定データと、前記取得したエコー信号の強度とから前記プロトン性溶媒の量を算出するステップと、
を含む、請求項14に記載の計測方法。
The calculating step comprises:
Obtaining calibration data indicating the correlation between the amount of protic solvent in the sample and the intensity of the echo signal;
Calculating the amount of the protic solvent from the test data and the intensity of the acquired echo signal;
The measurement method according to claim 14, comprising:
前記算出ステップが、
前記計測されたエコー信号の強度から、T2緩和時定数を算出するステップと、
前記試料中のプロトン性溶媒の量とT2緩和時定数との相関関係を示す検定データを取得し、該検定データと、算出された前記T2緩和時定数とから、前記試料の特定箇所におけるプロトン性溶媒の量を算出するステップと、
を含む、請求項14に記載の計測方法。
The calculating step comprises:
Calculating a T 2 relaxation time constant from the intensity of the measured echo signal;
Obtaining test data indicating the correlation between the amount of protic solvent in the sample and the T 2 relaxation time constant, and from the test data and the calculated T 2 relaxation time constant, at a specific location of the sample Calculating the amount of protic solvent;
The measurement method according to claim 14, comprising:
請求項14から16のいずれかに記載の計測方法において、
前記試料に印加する静磁場の勾配の強度を、前記所定の勾配磁場強度変化量(ΔG)から実質的にゼロに切り換える切換ステップと、
前記静磁場の勾配の強度が実質的にゼロである状態で、前記RFコイルを用いて前記試料の一部に対して前記励起用振動磁場を一回または複数回印加するとともに、前記励起用振動磁場に対応するエコー信号を計測する第二計測ステップと、
前記第二計測ステップで計測された一つまたは複数の前記エコー信号の強度から、前記試料の特定箇所におけるプロトン性溶媒の他の特性値を算出する第二算出ステップと、
をさらに含むことを特徴とする計測方法。
In the measuring method in any one of Claim 14 to 16,
A switching step of switching the gradient strength of the static magnetic field applied to the sample from the predetermined gradient magnetic field strength change amount (ΔG) to substantially zero;
While the intensity of the gradient of the static magnetic field is substantially zero, the excitation vibration magnetic field is applied to a part of the sample one or more times using the RF coil, and the excitation vibration A second measurement step for measuring an echo signal corresponding to the magnetic field;
From the intensity of one or a plurality of the echo signals measured in the second measurement step, a second calculation step of calculating other characteristic values of the protic solvent at a specific location of the sample;
The measurement method characterized by further including.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105784750A (en) * 2016-04-29 2016-07-20 大连工业大学 Method of utilizing low-field nuclear magnetism to detect oil content of Euphausia superba microcapsules
JP2017003431A (en) * 2015-06-10 2017-01-05 東洋ゴム工業株式会社 Measuring method of vulcanized rubber

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105842268A (en) * 2016-03-24 2016-08-10 重庆大学 Nuclear magnetic resonance sensor for measuring water content in wood
KR101909928B1 (en) 2016-07-07 2018-10-19 한국전자통신연구원 Method for analyzing efficiency of heavy metal removal using analysis of phase difference and apparatus using the same

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01227746A (en) * 1988-03-07 1989-09-11 Yokogawa Medical Syst Ltd Method for reducing artifact for high-speed nuclear magnetic image diagnostic device
JP2004170297A (en) * 2002-11-21 2004-06-17 Rikogaku Shinkokai Method for measuring moisture distribution between conductive member and cell and apparatus for measuring moisture distribution of polymer membrane
JP2006000265A (en) * 2004-06-16 2006-01-05 Hitachi Medical Corp Magnetic resonance imaging apparatus
WO2006109803A1 (en) * 2005-04-11 2006-10-19 Keio University Method for locally measuring mobility of protic solvent in sample, device for locally measuring mobility of protic solvent in sample, measuring device for locally measuring behavior of protic solvent in sample by using magnetic resonance method, measuring method, and program

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01227746A (en) * 1988-03-07 1989-09-11 Yokogawa Medical Syst Ltd Method for reducing artifact for high-speed nuclear magnetic image diagnostic device
JP2004170297A (en) * 2002-11-21 2004-06-17 Rikogaku Shinkokai Method for measuring moisture distribution between conductive member and cell and apparatus for measuring moisture distribution of polymer membrane
JP2006000265A (en) * 2004-06-16 2006-01-05 Hitachi Medical Corp Magnetic resonance imaging apparatus
WO2006109803A1 (en) * 2005-04-11 2006-10-19 Keio University Method for locally measuring mobility of protic solvent in sample, device for locally measuring mobility of protic solvent in sample, measuring device for locally measuring behavior of protic solvent in sample by using magnetic resonance method, measuring method, and program

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JPN6012031537; 小川邦康,外: 'MRIによる高分子電解質膜内の含水量分布計測とそれに基づいた水の濃度差拡散係数の算出' NMRマイクロイメージング研究会講演要旨集 , 200707, P.47-50 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017003431A (en) * 2015-06-10 2017-01-05 東洋ゴム工業株式会社 Measuring method of vulcanized rubber
CN105784750A (en) * 2016-04-29 2016-07-20 大连工业大学 Method of utilizing low-field nuclear magnetism to detect oil content of Euphausia superba microcapsules

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