JP2010256220A - Apparatus and method for spin magnetic resonance - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus and method for spin magnetic resonance, capable of generating an arbitrary intended oscillating magnetic field while compensating a transient phenomenon without lowering its Q value, by theoretically calculating an oscillating voltage, which enables the transient phenomenon to be compensated, from a response function of a resonator. <P>SOLUTION: A means is disposed for storing reverse-distortion envelope waveform data of an oscillation voltage pulse which should be input to the resonator in order to generate an oscillation magnetic field pulse having an envelope waveform targeted by the resonator, and is previously obtained on the basis of the response function of the resonator in order to compensate such the phenomenon that an oscillation magnetic field pulse having an envelope waveform shifted from a desired waveform is applied to a prepared sample since an envelope waveform of an input oscillation voltage pulse is distorted by a transient response of the resonator. The oscillation voltage pulse having the reverse-distortion envelope waveform is generated on the basis of the stored reverse-distortion envelope waveform data and is input to the resonator. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、スピン磁気共鳴装置、例えば核磁気共鳴装置(NMR)、電子スピン共鳴装置(ESR)、核四極子共鳴装置(NQR)、核磁気共鳴イメージング装置(MRI)、電子スピン共鳴イメージング装置(ESRI)において用いられる高周波パルスの技術分野に属するものである。   The present invention relates to a spin magnetic resonance apparatus such as a nuclear magnetic resonance apparatus (NMR), an electron spin resonance apparatus (ESR), a nuclear quadrupole resonance apparatus (NQR), a nuclear magnetic resonance imaging apparatus (MRI), an electron spin resonance imaging apparatus ( It belongs to the technical field of high frequency pulses used in ESRI).

核磁気共鳴装置(NMR)、電子スピン共鳴装置(ESR)、核四極子共鳴装置(NQR)、核磁気共鳴イメージング装置(MRI)、電子スピン共鳴イメージング装置(ESRI)などのスピン磁気共鳴装置においては、高周波磁場を効率良く試料に照射したり、また試料の発生する高周波磁場信号(磁気共鳴信号)を効率良く観測したりするために、高周波電圧を増幅させる共振器が試料をセットする場所として用いられている。   In spin magnetic resonance apparatus such as nuclear magnetic resonance apparatus (NMR), electron spin resonance apparatus (ESR), nuclear quadrupole resonance apparatus (NQR), nuclear magnetic resonance imaging apparatus (MRI), electron spin resonance imaging apparatus (ESRI) In order to efficiently irradiate a sample with a high-frequency magnetic field and to efficiently observe a high-frequency magnetic field signal (magnetic resonance signal) generated by the sample, a resonator that amplifies a high-frequency voltage is used as a place to set the sample. It has been.

ところが、高周波磁場の照射/観測の効率を高める目的で用いられるこれらの共振器は、定常状態になるまでに過渡現象が発生し、必ず遅延が発生することが知られている。この過渡現象は、共振器がエネルギーを蓄え、あるいは共振器がエネルギーを放出するために発生する。そのため、共振器に蓄えられるエネルギーの指標となるQ値が大きいほど過渡現象は大きくなり、逆にQ値が小さいほど過渡現象は小さくなる。従って、Q値が大きい共振器ほど信号の励起および観測の効率は高くなるが、同時に大きな過渡現象を引き起こすことになる。   However, these resonators used for the purpose of improving the efficiency of irradiation / observation of a high-frequency magnetic field are known to cause a transient phenomenon until a steady state occurs, and to always generate a delay. This transient occurs because the resonator stores energy or the resonator releases energy. Therefore, the larger the Q value serving as an index of energy stored in the resonator, the larger the transient phenomenon. Conversely, the smaller the Q value, the smaller the transient phenomenon. Therefore, a resonator having a larger Q value has higher signal excitation and observation efficiency, but at the same time causes a large transient phenomenon.

この過渡現象は、磁気共鳴現象の励起および観測に対して問題を引き起こす。振動磁場を生成するために振動電圧を共振器に印加する場合を考える。例として、包絡線が矩形波となる振動電圧を印加したときのことを考える。このような振動電圧は、多くの磁気共鳴現象で利用され、パルス(励起パルス)と称されることが多い。図1の左側に印加する振動電圧のパルス形状(矩形)を示す。   This transient causes problems for excitation and observation of magnetic resonance phenomena. Consider the case where an oscillating voltage is applied to a resonator to generate an oscillating magnetic field. As an example, let us consider a case where an oscillating voltage in which the envelope is a rectangular wave is applied. Such an oscillating voltage is used in many magnetic resonance phenomena and is often referred to as a pulse (excitation pulse). The pulse shape (rectangular shape) of the oscillating voltage applied to the left side of FIG. 1 is shown.

このとき、印加された振動電圧と同じ形状の振動磁場が発生することを期待するが、実際には図1の右側に示すように、振動磁場は過渡現象によって形が変化する。振動磁場の立ち上がりは印加した電圧と比べると鈍ってしまい、また立ち下がりは尾を引いた振動磁場が発生することとなる。   At this time, it is expected that an oscillating magnetic field having the same shape as the applied oscillating voltage is generated, but actually, as shown on the right side of FIG. 1, the oscillating magnetic field changes its shape due to a transient phenomenon. The rise of the oscillating magnetic field becomes dull compared to the applied voltage, and the fall of the oscillating magnetic field generates an oscillating magnetic field with a tail.

鈍った立ち上がりは、励起領域などが望んだものと異なってしまうといった問題を引き起こす。また、長く尾を引いた立ち下がりは、尾が完全になくなるまで観測ができないことを意味し、パルス印加後、観測を行なうまでの間に長い待ち時間を必要とする。この尾が信号に漏れ込んでしまうと、観測スペクトルのベースラインを歪ませるなどの問題を引き起こす。   The dull rise causes a problem that the excitation region is different from what is desired. In addition, a long trailing edge means that observation cannot be performed until the tail is completely removed, and a long waiting time is required after the pulse is applied until observation is performed. If this tail leaks into the signal, it causes problems such as distorting the baseline of the observed spectrum.

このように、通常のスピン磁気共鳴装置で使用されるQ値の大きい共振器は、遅延、鈍り、テーリングなどの過渡現象を引き起こし、意図した振動磁場を得ることができなくなる原因となり、信号の観測にも影響を与える。   As described above, a resonator having a large Q value used in a normal spin magnetic resonance apparatus causes a transient phenomenon such as delay, dullness, and tailing, and it becomes impossible to obtain an intended oscillating magnetic field, thereby observing a signal. Also affects.

このような過渡現象は、矩形波の振動電圧を加えたときに限らず、あらゆる形状の振動電圧に対して発生し、振動磁場の形を歪ませる。しかしながら通常の測定においては、この過渡現象のことは無視するのが一般的である。   Such a transient phenomenon occurs not only when a rectangular wave oscillating voltage is applied, but occurs for oscillating voltages of any shape and distorts the shape of the oscillating magnetic field. However, in a normal measurement, this transient phenomenon is generally ignored.

すなわち、望んでいる振動磁場の形と同じ形の振動電流を印加し、過渡現象による歪みはないものと近似して無視する。また、長く尾を引く振動電圧に対しては、観測を始めるまで暫く時間を置くことにより、影響を少なくしている。   That is, an oscillating current having the same shape as the desired oscillating magnetic field is applied, and it is neglected by approximating that there is no distortion due to a transient phenomenon. In addition, the influence of the oscillating voltage with a long tail is reduced by putting some time until the observation starts.

この過渡現象の問題を回避するために、従来いくつかの手法が提案されてきた。長く尾を引く振動磁場は、観測にこの磁場が漏れ込むことでスペクトルのベースラインをゆがませるといった問題を与える。これを避けるために、振動電圧を印加したときには、観測を開始するまでに暫く時間を空けることが一般的に行なわれている。これにより、長い尾の影響を少なくすることができる。   In order to avoid the problem of this transient phenomenon, several methods have heretofore been proposed. An oscillating magnetic field with a long tail gives rise to a problem that the baseline of the spectrum is distorted due to this magnetic field leaking into the observation. In order to avoid this, it is a common practice to wait for a while before starting observation when an oscillating voltage is applied. Thereby, the influence of a long tail can be reduced.

しかしながら、完全に影響を取り除くことはできず、歪みが問題になるときには、観測データにベースライン補正などの数値的な処理を加えることでごまかしているのが現状である。また、こういった処理で解決できるのは、あくまで長い尾を引く現象のみであり、立ち上がりの鈍りなど、その他の一切の現象は解決できない。   However, the influence cannot be completely removed, and when distortion becomes a problem, the current situation is that the observation data is cheated by applying numerical processing such as baseline correction. Further, such a process can solve only a phenomenon in which a long tail is drawn, and cannot solve any other phenomenon such as a dull rise.

より積極的に過渡現象の問題に取り組んだ手法が2つ提案されている。1つはQダンプと呼ばれる方法である(非特許文献1〜6)。振動電圧の印加の際に共振器のQ値を低くすることにより過渡現象の問題を小さくし、信号の観測の際には共振器のQ値を高くし、効率良く信号を観測する手法である。   Two approaches have been proposed that more aggressively address the problem of transients. One is a method called Q dump (Non-Patent Documents 1 to 6). This is a technique to reduce the problem of transients by lowering the Q value of the resonator when applying an oscillating voltage, and to increase the Q value of the resonator when observing the signal, thereby efficiently observing the signal. .

これにより、印加する振動電圧の過渡現象の影響を小さくすることができるが、完全に遅延をなくすことはできない。また、振動電圧を印加するときにQ値が低いので、生成する振動磁場が小さくなり、効率の良い信号励起ができなくなる。さらに、Q値を電圧印加時と信号観測時で切り替えるために、特殊な装置が必要になり、また装置も複雑化してしまう。   Thereby, the influence of the transient phenomenon of the applied oscillating voltage can be reduced, but the delay cannot be completely eliminated. In addition, since the Q value is low when the oscillating voltage is applied, the generated oscillating magnetic field becomes small and efficient signal excitation cannot be performed. Furthermore, a special device is required to switch the Q value between voltage application and signal observation, and the device becomes complicated.

もう1つの解決策は、逆位相の振動磁場を照射することにより、尾を引いた振動磁場を能動的に打ち消す手法である(非特許文献7〜9)。しかしながら、明確な理論的な裏づけがないため、試行錯誤が必要となる。また、印加する電圧が複雑な波形の場合、どのような振動磁場を照射すれば良いのか不明なので、実行不可能である。   Another solution is a method of actively canceling the oscillating magnetic field with a tail by irradiating the oscillating magnetic field having an antiphase (Non-Patent Documents 7 to 9). However, since there is no clear theoretical support, trial and error is necessary. In addition, when the voltage to be applied has a complicated waveform, it is not possible to execute this because it is unclear what kind of oscillating magnetic field should be applied.

E. R. Andrew, K. Jurga, J. Magn. Reson., 73 (1987) 268.E. R. Andrew, K. Jurga, J. Magn. Reson., 73 (1987) 268. G.-Y. Li, X.-J. Xia, H.-B. Xie, Y. Liu, Rev. Sci. Instrum., 67 (1996) 704.G.-Y. Li, X.-J.Xia, H.-B.Xie, Y. Liu, Rev. Sci. Instrum., 67 (1996) 704. T. N. Rudakov, V. V. Fedotov, A. V. Belyakov, V. T. Mikhal'tsevich, Instrum. Exp. Tech., 43 (2000) 78.T. N. Rudakov, V. V. Fedotov, A. V. Belyakov, V. T. Mikhal'tsevich, Instrum. Exp. Tech., 43 (2000) 78. J. B. Miller, B. H. Suits, A. N. Garroway, M. A. Hepp, Concept Magn. Reson., 12 (2000) 125.J. B. Miller, B. H. Suits, A. N. Garroway, M. A. Hepp, Concept Magn. Reson., 12 (2000) 125. A. S. Peshkovsky, J. Forguez, L. Cerioni, D. J. Pusiol, J. Magn. Reson., 177 (2005) 67.A. S. Peshkovsky, J. Forguez, L. Cerioni, D. J. Pusiol, J. Magn. Reson., 177 (2005) 67. V. A. Zabrodin, V. P. Tarasov, B. A. Shumm, L. N. Erofeev, Instrum. Exp. Tech., 50 (2007) 86.V. A. Zabrodin, V. P. Tarasov, B. A. Shumm, L. N. Erofeev, Instrum. Exp. Tech., 50 (2007) 86. C. P. Keijzers, E. J. Reijerse, J. Schmidt, Pulsed EPR: A New Field of Applications, North Holland, Amsterdam/Oxford/Tokyo, 1989.C. P. Keijzers, E. J. Reijerse, J. Schmidt, Pulsed EPR: A New Field of Applications, North Holland, Amsterdam / Oxford / Tokyo, 1989. J. L. Davis, W. B. Mims, Rev. Sci. Instrum., 52 (1981) 131.J. L. Davis, W. B. Mims, Rev. Sci. Instrum., 52 (1981) 131. P. A. Narayama, R. J. Massoth, L. Kevan, Rev. Sci. Instrum., 53 (1982) 624.P. A. Narayama, R. J. Massoth, L. Kevan, Rev. Sci. Instrum., 53 (1982) 624. P. Styles, N. F. Soffe, C. A. Scott, D. A. Cragg, F. Row, D. J. White, P. C. J. White, J. Magn. Reson., 60 (1984) 397.P. Styles, N. F. Soffe, C. A. Scott, D. A. Cragg, F. Row, D. J. White, P. C. J. White, J. Magn. Reson., 60 (1984) 397. P. Styles, N. F. Soffe, C. A. Scott, J. Magn. Reson., 84 (1989) 376.P. Styles, N. F. Soffe, C. A. Scott, J. Magn. Reson., 84 (1989) 376. G. C. Liang, R. S. Withers, B. F. Cole, S. M. Garrison, M. E. Johansson, W. S. Ruby, W. G. Lyons, IEEE Trans. Appl. Supercond. 3 (1993) 3037.G. C. Liang, R. S. Withers, B. F. Cole, S. M. Garrison, M. E. Johansson, W. S. Ruby, W. G. Lyons, IEEE Trans. Appl. Supercond. 3 (1993) 3037. H. D. W. Hill, IEEE Trans. Appl. Supercond. 7 (1997) 3750.H. D. W. Hill, IEEE Trans. Appl. Supercond. 7 (1997) 3750. W. W. Brey, A. S. Edison, R. E. Nast, J. R. Rocca, S Saha, R. S. Withers, J. Magn. Reson., 179 (2006) 290.W. W. Brey, A. S. Edison, R. E. Nast, J. R. Rocca, S Saha, R. S. Withers, J. Magn. Reson., 179 (2006) 290. T. Mizuno, K. Hioka, K. Fujioka, K. Takegoshi, Rev. Sci. Instrum., 79 (2008) 044706.T. Mizuno, K. Hioka, K. Fujioka, K. Takegoshi, Rev. Sci. Instrum., 79 (2008) 044706.

観測を開始するまでに時間を空けることにより、過渡現象が観測信号に漏れ込むことを防ぐ手法は広く一般的に用いられている。観測の間に振動磁場が照射されず、連続的に観測が行なえるときには比較的問題が少ない。しかしながら、断続的に振動磁場を照射し、振動磁場と振動磁場の間に観測を行なうような手法においては、十分な待ち時間を取ることができず、非常に問題は大きい。   A technique for preventing a transient phenomenon from leaking into an observation signal by allowing time to start observation is widely used. There is relatively little problem when continuous observations can be made without irradiating an oscillating magnetic field during observation. However, in a method of intermittently irradiating an oscillating magnetic field and observing between the oscillating magnetic field, a sufficient waiting time cannot be taken, which is a serious problem.

このような観測手法は、近年の核スピン磁気共鳴法において頻繁に見られる。また、従来型のプローブよりも飛躍的に高いQ値を持つコールドプローブ(非特許文献10〜15)の場合には、過渡現象が非常に長く、問題は深刻である。   Such an observation technique is frequently seen in recent nuclear spin magnetic resonance methods. Further, in the case of a cold probe (Non-Patent Documents 10 to 15) having a Q value dramatically higher than that of a conventional probe, the transient phenomenon is very long, and the problem is serious.

従来技術のQダンプ方式においては、特殊なプローブが必要になる。それに加えて、振動電圧を印加するときのQ値が低いので、共振器による増幅が小さくなり、結果として得られる振動磁場強度が小さくなってしまうという問題が起きる。   In the conventional Q dump method, a special probe is required. In addition, since the Q value when the oscillating voltage is applied is low, amplification by the resonator is reduced, resulting in a problem that the resultant oscillating magnetic field strength is reduced.

これはQダンプ方式では不可避の現象であり、Q値が高い通常の装置と同等の振動磁場強度を得るためには、非常に高出力の振動電流を加える必要がある。また、Qダンプ方式では過渡現象を小さくすることはできるが、共振器を使っている以上は、必ず過渡現象は発生しており、過渡現象を完全に消去することは原理的に不可能である。   This is an unavoidable phenomenon in the Q dump method, and in order to obtain an oscillating magnetic field strength equivalent to that of a normal device having a high Q value, it is necessary to apply a very high output oscillating current. In addition, although the transient phenomenon can be reduced by the Q dump method, the transient phenomenon always occurs as long as the resonator is used, and it is impossible in principle to completely eliminate the transient phenomenon. .

一方、逆位相の振動磁場を照射することにより、過渡現象を補償する手法を用いるためには、共振器により引き起こされる過渡現象の性質を予め知っておく必要がある。しかしながら、従来は試行錯誤により過渡現象の性質を突き止めるという手法に頼っており、大変時間のかかる測定法となってしまっていた。単なる矩形波の振動電流であれば、このアプローチによりある程度は過渡現象の補償が可能であるが、複雑な波形の振動電流になると、全く手が出なくなってしまう。   On the other hand, in order to use a technique for compensating for a transient phenomenon by irradiating an oscillating magnetic field having an antiphase, it is necessary to know in advance the nature of the transient phenomenon caused by the resonator. However, in the past, it relied on the technique of determining the nature of the transient phenomenon by trial and error, and it was a very time-consuming measurement method. If it is a simple oscillating current of a rectangular wave, it is possible to compensate for a transient phenomenon to some extent by this approach. However, if the oscillating current has a complicated waveform, it will be completely out of hand.

本発明は、上述した点に鑑み、「共振器の応答関数」から「過渡現象を補償し、目的とする振動磁場を発生させるために印加すべき振動電圧」を理論的に計算することにより、Q値を下げることなく過渡現象を補償し、意図する通りに任意の振動磁場を発生させることのできるスピン磁気共鳴装置および方法を提供することにある。   In view of the above points, the present invention theoretically calculates “oscillation voltage to be applied in order to compensate for a transient phenomenon and generate a target oscillating magnetic field” from “resonator response function”. An object of the present invention is to provide a spin magnetic resonance apparatus and method capable of compensating for a transient phenomenon without reducing the Q value and generating an arbitrary oscillating magnetic field as intended.

この目的を達成するため、本発明にかかるスピン磁気共鳴装置は、
試料を含む共振器に振動電圧パルスを入力し、該共振器が発生する振動磁場パルスを試料に印加して磁気共鳴測定を行なうスピン磁気共鳴装置において、
入力振動電圧パルスの包絡線波形が前記共振器の過渡応答によって歪まされて、所望する波形からずれた包絡線波形の振動磁場パルスが生成され試料に印加されてしまう現象を補償するために、
前記共振器の応答関数に基づいて予め求めた、共振器が目的とする包絡線波形を有する振動磁場パルスを発生するために前記共振器に入力すべき振動電圧パルスの逆歪み包絡線波形データを記憶する手段を設け、記憶した逆歪み包絡線波形データに基づき、逆歪み包絡線波形を有する振動電圧パルスを発生して前記共振器に入力するようにしたことを特徴としている。
In order to achieve this object, a spin magnetic resonance apparatus according to the present invention includes:
In a spin magnetic resonance apparatus for inputting an oscillating voltage pulse to a resonator including a sample and applying a oscillating magnetic field pulse generated by the resonator to the sample to perform magnetic resonance measurement,
In order to compensate for the phenomenon that the envelope waveform of the input oscillating voltage pulse is distorted by the transient response of the resonator and an oscillating magnetic field pulse having an envelope waveform deviated from the desired waveform is generated and applied to the sample.
Inversely distorted envelope waveform data of an oscillating voltage pulse to be input to the resonator in order to generate an oscillating magnetic field pulse having an envelope waveform intended by the resonator, which is obtained in advance based on the response function of the resonator. A means for storing is provided, and based on the stored inverse distortion envelope waveform data, an oscillating voltage pulse having an inverse distortion envelope waveform is generated and input to the resonator.

また、前記応答関数は、1次遅れの指数関数であることを特徴としている。   The response function is an exponential function with a first-order lag.

また、前記応答関数は、前記共振器にステップ信号を入力し、その際に前記共振器から出力される磁場の立ち上がり部分の鈍り方に基づいて決定されることを特徴としている。   In addition, the response function is determined based on how the rising portion of the magnetic field output from the resonator is blunted when a step signal is input to the resonator.

また、共振器を含む共振器に振動電圧パルスを入力し、該共振器が発生する振動磁場パルスを試料に印加して磁気共鳴測定を行なうスピン磁気共鳴装置において、
試料に印加すべき振動磁場パルスの包絡線波形信号を発生する手段と、
該包絡線波形信号を微分する包絡線微分手段と、
包絡線微分回路からの微分包絡線信号を元の包絡線信号に所定の割合τで加算する加算手段と、
包絡線が前記加算回路で得られた合成包絡線となる高周波電圧パルスを作成する変調手段と、
を設け、変調手段から得られた振動電圧パルスを前記共振器に入力するようにしたことを特徴としている。
Further, in a spin magnetic resonance apparatus for inputting an oscillating voltage pulse to a resonator including a resonator and applying a oscillating magnetic field pulse generated by the resonator to a sample to perform magnetic resonance measurement,
Means for generating an envelope waveform signal of an oscillating magnetic field pulse to be applied to the sample;
Envelope differentiation means for differentiating the envelope waveform signal;
Adding means for adding the differential envelope signal from the envelope differential circuit to the original envelope signal at a predetermined ratio τ;
Modulation means for creating a high-frequency voltage pulse in which an envelope becomes a composite envelope obtained by the adding circuit;
And an oscillating voltage pulse obtained from the modulating means is input to the resonator.

また、前記加算手段においてτは可変に設けられていることを特徴としている。   In the adding means, τ is variably provided.

また、前記τの最適な値は、共振器のQ値と振動電圧の周波数νの値から、
τ=Q/πν
なる関係式に基づいて計算によって求めることを特徴としている。
Further, the optimum value of τ is obtained from the Q value of the resonator and the value of the frequency ν of the oscillating voltage,
τ = Q / πν
It is characterized in that it is obtained by calculation based on the following relational expression.

また、試料を含む共振器に振動電圧パルスを入力し、該共振器が発生する振動磁場パルスを試料に印加して磁気共鳴測定を行なうスピン磁気共鳴方法において、
入力振動電圧パルスの包絡線波形が前記共振器の過渡応答によって歪まされて、所望する波形からずれた包絡線波形の振動磁場パルスが生成され試料に印加されてしまう現象を補償するために、
共振器の応答関数を求める第1のステップ、
求められた応答関数に基づいて、共振器が目的とする包絡線波形を有する振動磁場パルスを発生するために前記共振器に入力すべき振動電圧パルスの逆歪み包絡線波形を求める第2のステップ、
前記第2のステップで求められた逆歪み包絡線波形に基づき、逆歪み包絡線波形を有する振動電圧パルスを発生して前記共振器に入力する第3のステップ
を備えたことを特徴としている。
Further, in a spin magnetic resonance method in which an oscillating voltage pulse is input to a resonator including a sample, and an oscillating magnetic field pulse generated by the resonator is applied to the sample to perform magnetic resonance measurement.
In order to compensate for the phenomenon that the envelope waveform of the input oscillating voltage pulse is distorted by the transient response of the resonator and an oscillating magnetic field pulse having an envelope waveform deviated from the desired waveform is generated and applied to the sample.
A first step of determining a response function of the resonator;
A second step of obtaining an inverse distortion envelope waveform of an oscillating voltage pulse to be input to the resonator in order to generate an oscillating magnetic field pulse having the desired envelope waveform based on the obtained response function; ,
A third step of generating an oscillating voltage pulse having an inverse distortion envelope waveform based on the inverse distortion envelope waveform obtained in the second step and inputting the oscillation voltage pulse to the resonator is provided.

また、前記第1のステップは、前記共振器の近傍に設置されたピックアップコイルにより共振器が発生する発生する振動磁場を検出し、その検出出力と共振器への入力信号とに基づいて共振器の応答関数を求めることを特徴としている。   The first step detects an oscillating magnetic field generated by the resonator by a pickup coil installed in the vicinity of the resonator, and based on the detected output and an input signal to the resonator, the resonator It is characterized by obtaining the response function of.

また、前記応答関数は、1次遅れの指数関数であることを特徴としている。   The response function is an exponential function with a first-order lag.

本発明のスピン磁気共鳴装置および方法によれば、Q値を下げることなく、任意の振動磁場を生成することができる。共振器により発生する過渡現象は逆算した振動電圧により能動的に補償される。これは以下の効果をもたらすものである。   According to the spin magnetic resonance apparatus and method of the present invention, an arbitrary oscillating magnetic field can be generated without lowering the Q value. Transient phenomena generated by the resonator are actively compensated by the back-calculated oscillating voltage. This brings about the following effects.

(1)Q値を能動的に変化させる必要がないので、通常の磁気共鳴装置をそのまま、もしくは少しの改変により利用することができる。   (1) Since there is no need to actively change the Q value, a normal magnetic resonance apparatus can be used as it is or with a slight modification.

(2)振動磁場を加えると、通常は信号を観測するまでの間にある程度の空白期間を設ける。この空白期間は、共振器により生じる過渡現象が収まるのを待つために設けられるが、本発明により過渡現象を能動的に抑えると、この空白期間を設ける必要がなくなる。これにより、スピン磁気共鳴スペクトルのベースラインの歪みが取り除かれ、質の高いスペクトルの観測が可能となる。特にスペクトル幅が広い場合には有効である。また、複数の振動磁場の間に信号を観測するような実験(多重パルス実験と呼ばれる)の場合には、振動磁場の過渡現象による影響を最小限に抑えることができるので、本発明が有効に機能する。   (2) When an oscillating magnetic field is applied, a certain blank period is usually provided before the signal is observed. This blank period is provided to wait for the transient phenomenon caused by the resonator to settle, but if the transient phenomenon is actively suppressed according to the present invention, it is not necessary to provide this blank period. Thereby, the distortion of the baseline of the spin magnetic resonance spectrum is removed, and a high-quality spectrum can be observed. This is particularly effective when the spectrum width is wide. Also, in the case of an experiment in which a signal is observed between a plurality of oscillating magnetic fields (referred to as a multi-pulse experiment), the effect of the oscillating magnetic field due to the transient phenomenon can be minimized. Function.

(3)信号測定感度を向上させるために開発された非常に高いQ値を持つ冷却コイルプローブ(クライオプローブ、コールドプローブなどの名称で市販されている)は、非常に過渡現象の影響が大きくなるため、そのようなプローブに対しては特に有効である。   (3) Cooling coil probes (commercially available under the names of cryoprobes, cold probes, etc.) with a very high Q value developed to improve signal measurement sensitivity are greatly affected by transient phenomena. Therefore, it is particularly effective for such a probe.

(4)意図したとおりの振動磁場を発生させることができるので、複雑な形状を持つ振動磁場を加えるような観測法に対して有効に機能する。これは近年核スピン磁気共鳴において開発されている複雑な振動磁場を加える手法において大変有効となる。   (4) Since an oscillating magnetic field as intended can be generated, it effectively functions for an observation method in which an oscillating magnetic field having a complicated shape is applied. This is very effective in a method of applying a complex oscillating magnetic field that has been developed in recent years in nuclear spin magnetic resonance.

(5)非常に短い時間幅の振動磁場を照射する場合には、過渡現象が大きく、振動磁場の形状を大きく変えてしまうが、そのような磁場照射においても、過渡現象を補償して、意図したとおりの振動磁場の印加が可能になる。この特徴は、近年核スピン磁気共鳴装置において使用され始めている、非常に短い振動磁場を照射するマイクロコイル装置において有効に機能する。   (5) When an oscillating magnetic field with a very short time width is irradiated, the transient phenomenon is large, and the shape of the oscillating magnetic field is greatly changed. Application of an oscillating magnetic field as described above becomes possible. This feature functions effectively in a microcoil apparatus that irradiates a very short oscillating magnetic field that has recently begun to be used in a nuclear spin magnetic resonance apparatus.

(6)応答関数を知ることにより、あらゆる波形の入力電圧歪みに対して適切に補償ができ、特に1次遅れの場合には、たった1つのパラメータτ(共振器の時定数)のみであらゆる波形の歪みを補償できる。言い換えれば、パラメータの調整は、1つの波形に対して行なえば良い。その結果、同じパラメータを用いてあらゆる波形が補償できる。   (6) By knowing the response function, it is possible to appropriately compensate for the input voltage distortion of any waveform. Especially in the case of a first-order delay, any waveform can be obtained with only one parameter τ (resonator time constant). Can be compensated for. In other words, the parameters may be adjusted for one waveform. As a result, any waveform can be compensated using the same parameters.

従来の磁気共鳴パルスの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the conventional magnetic resonance pulse. 本発明にかかる磁気共鳴パルスの発生方法の概念を示す図である。It is a figure which shows the concept of the generation method of the magnetic resonance pulse concerning this invention. 本発明にかかる磁気共鳴パルスの発生方法の概念を示す別の図である。It is another figure which shows the concept of the generation method of the magnetic resonance pulse concerning this invention. 本発明にかかる磁気共鳴パルスからインパルス応答関数を得る方法の概念を示す図である。It is a figure which shows the concept of the method of obtaining an impulse response function from the magnetic resonance pulse concerning this invention.

[背景となる理論]
まず、本発明の背景となる理論を説明する。本発明では振動磁場パルスの波形の歪み、すなわち包絡線波形の歪みが問題となる。まず振動磁場パルスを歪ませる原因となっているスピン磁気共鳴装置の共振器のインパルス応答関数がh(t)であるとする。このとき、共振器に入力する振動電圧の包絡線をa(t)とすると、結果として出力される振動磁場の包絡線b(t)は、
[Background theory]
First, the theory behind the present invention will be described. In the present invention, distortion of the waveform of the oscillating magnetic field pulse, that is, distortion of the envelope waveform becomes a problem. First, it is assumed that the impulse response function of the resonator of the spin magnetic resonance apparatus that causes distortion of the oscillating magnetic field pulse is h (t). At this time, if the envelope of the oscillating voltage input to the resonator is a (t), the envelope b (t) of the oscillating magnetic field output as a result is

Figure 2010256220
Figure 2010256220

により求められる。ここでa(t)は所望の包絡線波形、b(t)は共振器から出力されてしまう、望ましくない包絡線波形である。 It is calculated by. Here, a (t) is a desired envelope waveform, and b (t) is an undesirable envelope waveform that is output from the resonator.

この関係式から、共振器から出力される包絡線波形b(t)は、インパルス応答関数h(t)と共振器に入力される振動電圧パルスの包絡線波形a(t)とを畳み込み積分した値であることが分かる。そして、インパルス応答関数h(t)が予め分かっているときには、印加する振動電圧の形から、結果的に生じる振動磁場の形が求められることが分かる。   From this relational expression, the envelope waveform b (t) output from the resonator is obtained by convolving and integrating the impulse response function h (t) and the envelope waveform a (t) of the oscillating voltage pulse input to the resonator. It turns out that it is a value. When the impulse response function h (t) is known in advance, it can be seen that the shape of the resulting oscillating magnetic field is obtained from the shape of the oscillating voltage to be applied.

式(1)は、過渡現象h(t)により、入力した振動電圧の包絡線a(t)が振動磁場の包絡線b(t)という形に変形されることを示している。本発明では、この過渡現象を補償することのできる入力振動電圧の包絡線波形をインパルス応答関数からの逆算によって求める。ただし式(1)は積分過程を含んでいるので、過渡現象を補償することのできる入力振動電圧の包絡線波形a(t)を単純な割り算によって求めることはできない。   Equation (1) shows that the envelope a (t) of the input oscillating voltage is transformed into an envelope b (t) of the oscillating magnetic field due to the transient phenomenon h (t). In the present invention, the envelope waveform of the input oscillating voltage that can compensate for this transient phenomenon is obtained by back calculation from the impulse response function. However, since equation (1) includes an integration process, the envelope waveform a (t) of the input oscillating voltage that can compensate for the transient phenomenon cannot be obtained by simple division.

そこで、式(1)の両辺をラプラス変換して、時間のパラメータtの関数から、時間tとは別の、ある種のパラメータsの関数に置き換えることにより、
A(s)=B(s)/H(s)………(2)
と式(1)を変換する。ラプラス変換の導入は、式(1)を積分とは関係なく割り算ができるようにするための数学的なテクニックである。これにより、共振器から出力される包絡線波形に関する関数B(s)をインパルス応答関数H(s)で割り算して、印加する振動電圧の包絡線に関する関数A(s)を求めることが可能になる。
Therefore, by performing Laplace transform on both sides of the equation (1) and replacing the function of the time parameter t with a function of a certain parameter s different from the time t,
A (s) = B (s) / H (s) (2)
And Equation (1) are converted. The introduction of the Laplace transform is a mathematical technique that enables the division of equation (1) independently of integration. As a result, the function B (s) related to the envelope waveform output from the resonator can be divided by the impulse response function H (s) to obtain the function A (s) related to the envelope of the applied vibration voltage. Become.

ここで、   here,

Figure 2010256220
Figure 2010256220

である。 It is.

B(s)を所望する包絡線波形から求め、式(2)により求めた振動電圧パルスの包絡線波形に関するパラメータsの関数A(s)、すなわち式(2)で表わされるパラメータsの関数を逆ラプラス変換すれば、パラメータsの関数を再び時間tの関数に戻すことができ、過渡現象を補償することのできる入力振動電圧の包絡線波形a(t)、すなわち、入力されるべき振動電圧の包絡線波形を求めることができる。   B (s) is obtained from the desired envelope waveform, and the function A (s) of the parameter s regarding the envelope waveform of the oscillating voltage pulse obtained by the equation (2), that is, the function of the parameter s represented by the equation (2) is obtained. If inverse Laplace transform is performed, the function of the parameter s can be returned to the function of time t again, and the envelope waveform a (t) of the input oscillating voltage that can compensate for the transient phenomenon, that is, the oscillating voltage to be input. Can be obtained.

この関係式を利用すれば、目的とする振動磁場の包絡線波形b(t)を生成するために加えるべき振動電圧の包絡線波形a(t)をインパルス応答関数からの逆算によって求めることができる。ここで重要なことは、加えるべき振動電圧の包絡線波形a(t)は、インパルス応答関数だけで逆算が可能なことであり、任意のあらゆる振動磁場に対して計算が可能なことである。   If this relational expression is used, the envelope waveform a (t) of the oscillating voltage to be applied to generate the envelope waveform b (t) of the target oscillating magnetic field can be obtained by back calculation from the impulse response function. . What is important here is that the envelope waveform a (t) of the oscillating voltage to be applied can be calculated backward only by the impulse response function, and can be calculated for any oscillating magnetic field.

近年の核スピン磁気共鳴装置においては、矩形波のみならず、任意の形状の振動電圧を生成できるものが多い。そのような装置の場合は、共振器の応答関数から事前に加えるべき振動電圧を求めておき、予め装置に入力しておくことにより、過渡現象を補償することができる。   Many recent nuclear spin magnetic resonance apparatuses can generate an oscillating voltage of an arbitrary shape as well as a rectangular wave. In the case of such a device, it is possible to compensate for a transient phenomenon by obtaining an oscillation voltage to be applied in advance from the response function of the resonator and inputting it beforehand into the device.

例えば、応答関数として1次遅れを仮定し、加えるべき振動電圧を計算により求めることができる。目的とする振動電圧包絡線の形状は、ガウス型形状とした。振動電圧は任意波形発生装置を用いて加えた。図2(a)に過渡現象の補償を考えないときの振動電圧を示す。この加える振動電圧の包絡線波形がそのまま振動磁場の包絡線波形になることが通常は期待されている。   For example, assuming a first-order lag as a response function, the vibration voltage to be applied can be obtained by calculation. The shape of the target oscillating voltage envelope was a Gaussian shape. The oscillating voltage was applied using an arbitrary waveform generator. FIG. 2 (a) shows the oscillating voltage when transient compensation is not considered. It is normally expected that the envelope waveform of the applied oscillating voltage becomes the envelope waveform of the oscillating magnetic field as it is.

しかしながら、共振器の振動磁場発生部にピックアップコイルを設置して、実際に発生する振動磁場をモニターすると、実際には過渡現象のため、図2(b)のように立ち上がりが鈍り、また長く尾を引くような振動磁場が観測される。このように振動磁場が意図した形から歪むことにより、信号の励起帯域が意図した範囲からずれるなどの悪影響がある。また、長く尾を引く振動磁場の影響が収まるまで、信号の観測が実行できない。   However, when a pick-up coil is installed in the oscillating magnetic field generator of the resonator and the actually generated oscillating magnetic field is monitored, the rise is dull as shown in FIG. An oscillating magnetic field is observed. In this way, when the oscillating magnetic field is distorted from the intended shape, there is an adverse effect such as the excitation band of the signal deviating from the intended range. In addition, the signal cannot be observed until the influence of the oscillating magnetic field with a long tail is settled.

そこで本発明の方法に基づいて、過渡現象が能動的に補償されるよう予め歪ませた振動電圧を計算した。計算された振動電圧を図2(c)に示す。この振動電圧を印加することにより、図2(d)のような振動磁場が発生することを、ピックアップコイルを用いて実験的に確認した。観測された波形は、本来意図した図2(a)の波形と完全に一致する。このように本発明に従って過渡現象を能動的に補償する形の振動電圧を予め加えれば、過渡現象が補償され、意図した通りの振動磁場を実現することができる。   Therefore, based on the method of the present invention, an oscillating voltage pre-distorted so as to actively compensate for the transient phenomenon was calculated. The calculated oscillating voltage is shown in FIG. It was experimentally confirmed using a pickup coil that an oscillating magnetic field as shown in FIG. The observed waveform completely coincides with the originally intended waveform of FIG. In this way, if an oscillating voltage that actively compensates for a transient phenomenon according to the present invention is applied in advance, the transient phenomenon is compensated and an oscillating magnetic field as intended can be realized.

インパルス応答関数が次のような単純な1次遅れの指数関数式、
h(t)=C・exp(−t/τ)…………(4)
で表わされる場合には、式(2)の逆ラプラス変換は解析的に実行できる。ここでτは共振器の時定数である。
An exponential equation with a simple first-order lag whose impulse response function is
h (t) = C · exp (−t / τ) (4)
, The inverse Laplace transform of equation (2) can be performed analytically. Here, τ is a time constant of the resonator.

式(4)を構成要素に含んだ式(2)をラプラス変換および逆ラプラス変換により解くと、次のような式、
a(t)∝b(t)+τ(d/dt)b(t)…………(5)
が得られる。この式(5)から、共振器に印加されるべき振動電圧の包絡線波形a(t)は、目的とする振動磁場の包絡線波形b(t)に過渡現象の補償項τ(d/dt)b(t)が加わった形として表わされることが分かる。
Solving equation (2) including equation (4) as a component by Laplace transform and inverse Laplace transform, the following equation:
a (t) ∝b (t) + τ (d / dt) b (t) (5)
Is obtained. From this equation (5), the envelope waveform a (t) of the oscillating voltage to be applied to the resonator is changed from the envelope waveform b (t) of the target oscillating magnetic field to the transient compensation term τ (d / dt ) B (t) is added as a form.

ここでは、逆算によってa(t)を作る方法ではなく、共振器に振動電圧を加えると同時に過渡現象を補償する方法について説明する。まず式(5)の補償項である微分成分(d/dt)b(t)は、オペアンプなどを用いて電気的にb(t)を微分して発生させることが可能である。   Here, a method of compensating for a transient phenomenon at the same time as applying an oscillating voltage to a resonator will be described, not a method of making a (t) by back calculation. First, the differential component (d / dt) b (t), which is the compensation term of Equation (5), can be generated by electrically differentiating b (t) using an operational amplifier or the like.

すなわち本実施例では、図3に示すように、まず第1のステップにおいて、印加したい振動磁場パルスの包絡線波形b(t)を取り出す。これには、振動磁場パルスから包絡線波形を抽出しても良いし、振動磁場パルスからの抽出ではなく、包絡線波形を電気的に直接合成しても良い。次に第2のステップにおいて、この包絡線波形b(t)を微分回路により電気的に微分する。次に第3のステップにおいて、電気的に微分されて得られた包絡線の微分波形(d/dt)b(t)の重み係数τを変えながら、加算器で元の包絡線波形b(t)に足し合わせる。   That is, in this embodiment, as shown in FIG. 3, first, in the first step, the envelope waveform b (t) of the oscillating magnetic field pulse to be applied is extracted. For this purpose, the envelope waveform may be extracted from the oscillating magnetic field pulse, or the envelope waveform may be directly electrically synthesized instead of being extracted from the oscillating magnetic field pulse. Next, in the second step, the envelope waveform b (t) is electrically differentiated by a differentiation circuit. Next, in the third step, while changing the weighting factor τ of the differential waveform (d / dt) b (t) of the envelope obtained by electrical differentiation, the original envelope waveform b (t ).

この操作は、式(5)に入っている微分波形(d/dt)b(t)の重み係数としてのτの大きさを、実際の共振器の時定数τに合わせる作業であり、合わせ方は、例えば共振器の近傍にピックアップコイルを設置して、実際に過渡現象を受けて発生する振動磁場の包絡線波形が歪みのない所望の形状になるようにモニターしながら、原波形b(t)と微分波形(d/dt)b(t)の重み比率τの値を最適なところに持っていく。   This operation is an operation for adjusting the magnitude of τ as the weighting factor of the differential waveform (d / dt) b (t) included in the equation (5) to the time constant τ of the actual resonator. For example, an original waveform b (t is obtained by installing a pickup coil in the vicinity of a resonator and monitoring an envelope waveform of an oscillating magnetic field actually generated by receiving a transient phenomenon so as to have a desired shape without distortion. ) And the differential waveform (d / dt) b (t) weight ratio τ is brought to an optimum place.

あるいはピックアップコイルを使用してモニターする代わりに、包絡線の形を知りたい振動磁場パルスを共鳴周波数から所定のオフセット周波数だけ外れたオフレゾナンス位置に照射し、得られる磁気共鳴スペクトルの特定ピークの強度を測定し、この測定をオフセット周波数を少しずつ変えて繰り返し行なって、得られたオフセット周波数―ピーク強度データを逆フーリェ変換するようにしても良い。この方法では、逆フーリェ変換後に得られる波形が、知りたかった照射された振動磁場パルスの包絡線の形になる。したがって、この方法によれば、例えば逆フーリェ変換後の波形がガウス波形となれば、照射された振動磁場パルスはガウス波形パルスだったことを検証することができる。そのときのτを使用することにすれば良い。   Alternatively, instead of using a pickup coil to monitor, the intensity of a specific peak of the magnetic resonance spectrum obtained by irradiating an oscillating magnetic field pulse that wants to know the shape of the envelope to an off-resonance position deviated from the resonance frequency by a predetermined offset frequency. This measurement may be repeated by changing the offset frequency little by little, and the obtained offset frequency-peak intensity data may be subjected to inverse Fourier transform. In this method, the waveform obtained after the inverse Fourier transform takes the form of an envelope of the irradiated oscillating magnetic field pulse that one wanted to know. Therefore, according to this method, for example, if the waveform after the inverse Fourier transform becomes a Gaussian waveform, it can be verified that the irradiated oscillating magnetic field pulse is a Gaussian waveform pulse. What is necessary is just to use (tau) at that time.

これらの作業では、τの値を容易に可変できるため、調整は容易である。より一般的には、減衰のある振動を表す方程式を用いて共振器のQ値と過渡現象の減衰の関係を導くことができる。角速度ω0をもつステップ関数を入力すると、解くべき方程式および初期条件は以下のようになる。 In these operations, since the value of τ can be easily changed, adjustment is easy. More generally, an equation representing a damped vibration can be used to derive the relationship between the Q value of the resonator and the transient attenuation. When a step function having an angular velocity ω 0 is input, an equation to be solved and initial conditions are as follows.

Figure 2010256220
Figure 2010256220

および、 and,

Figure 2010256220
Figure 2010256220

この方程式の解は以下のように与えられる。 The solution to this equation is given by

Figure 2010256220
Figure 2010256220

第2項以降の減衰成分が過渡現象による成分であるが、共振器のQ値と振動電圧の角速度ω0を用いて、共振器の時定数τが The attenuation component after the second term is a component due to a transient phenomenon. The time constant τ of the resonator is determined by using the Q value of the resonator and the angular velocity ω 0 of the oscillating voltage.

Figure 2010256220
Figure 2010256220

なる関係式で表わされる。角速度ω0と振動電圧の周波数νは、
ω0=2πν…………(10)
なる関係式で表わされるため、結果的に共振器の時定数τは、試料がセットされた共振器のQ値と振動電圧の周波数νの値さえ分かっていれば、
τ=Q/πν…………(11)
なる関係式を用いて計算によって簡単に求めることができる。
It is expressed by the following relational expression. The angular velocity ω 0 and the frequency ν of the oscillating voltage are
ω 0 = 2πν ………… (10)
As a result, the time constant τ of the resonator can be obtained as long as the Q value of the resonator in which the sample is set and the value of the frequency ν of the vibration voltage are known.
τ = Q / πν ………… (11)
It can be easily obtained by calculation using the following relational expression.

最後に第4のステップにおいて、こうして足し合わせの完了した式(5)で表わされる包絡線波形a(t)を所望の周波数の高周波と乗算器で掛け合わせれば、共振器に印加されるべき包絡線波形a(t)を持つ高周波振動電圧パルスを得ることができる。   Finally, in the fourth step, if the envelope waveform a (t) represented by the expression (5) thus completed is multiplied by a high frequency of a desired frequency by a multiplier, the envelope to be applied to the resonator A high-frequency oscillating voltage pulse having a line waveform a (t) can be obtained.

このアプローチにおいては、包絡線a(t)を微分できる電気的な包絡線微分回路だけを実装しておけば良い。そうすれば、装置の使用者は、図3のように所望する振動磁場の包絡線波形と同じ波形の振動電圧b(t)を加えれば、ハードウェア的に包絡線が微分された振動電圧(d/dt)b(t)と所望する振動磁場の波形と同じ形の振動電圧b(t)との和から成る高周波振動電圧パルスa(t)が得られ、共振器には所望する振動磁場b(t)が発生する。   In this approach, only an electric envelope differentiating circuit capable of differentiating the envelope a (t) needs to be mounted. Then, if the user of the apparatus applies an oscillating voltage b (t) having the same waveform as the desired oscillating magnetic field as shown in FIG. 3, the oscillating voltage (in which the envelope is differentiated in hardware) d / dt) b (t) and a high-frequency oscillating voltage pulse a (t) consisting of the sum of the oscillating voltage b (t) having the same shape as the waveform of the desired oscillating magnetic field are obtained, and the desired oscillating magnetic field is supplied to the resonator. b (t) is generated.

本発明においては、インパルス応答関数を適切に設定することが非常に重要になる。多くの共振器の場合には、インパルス応答関数は1次遅れの指数関数の形を取る。このときには、実施例2に示したように、取り扱いは非常に簡単になる。ただし、1次遅れのインパルス応答関数であっても共振器の時定数が不明な場合には、時定数を調べる必要がある。   In the present invention, it is very important to set the impulse response function appropriately. In the case of many resonators, the impulse response function takes the form of an exponential function with a first order lag. At this time, as shown in the second embodiment, handling becomes very simple. However, if the time constant of the resonator is unknown even if it is a first-order lag impulse response function, it is necessary to investigate the time constant.

そこで、本実施例では、共振器に振動電圧を加えたときに発生する振動磁場を観測することにより、インパルス応答関数を決定する方法について説明する。図4に本実施例の基本原理を示す。入力として、0から1に突然変化するステップ入力を振動電流として採用する。すると、共振器で発生する振動磁場は、立ち上がりに指数関数的な遅れを発生する。その結果生じる0から1への立ち上がりの際の鈍り具合を数学的に解析することにより、インパルス応答関数(インパルス応答関数が1次遅れの指数関数の場合には時定数τの値)を決定することができる。   In this embodiment, a method for determining an impulse response function by observing an oscillating magnetic field generated when an oscillating voltage is applied to the resonator will be described. FIG. 4 shows the basic principle of this embodiment. As an input, a step input that suddenly changes from 0 to 1 is adopted as an oscillating current. Then, the oscillating magnetic field generated in the resonator generates an exponential delay in rising. The impulse response function (the value of the time constant τ when the impulse response function is an exponential function with a first-order lag) is determined by mathematically analyzing the resulting bluntness at the rise from 0 to 1. be able to.

スピン磁気共鳴装置に広く利用できる。   Can be widely used in spin magnetic resonance apparatus.

Claims (9)

試料を含む共振器に振動電圧パルスを入力し、該共振器が発生する振動磁場パルスを試料に印加して磁気共鳴測定を行なうスピン磁気共鳴装置において、
入力振動電圧パルスの包絡線波形が前記共振器の過渡応答によって歪まされて、所望する波形からずれた包絡線波形の振動磁場パルスが生成され試料に印加されてしまう現象を補償するために、
前記共振器の応答関数に基づいて予め求めた、共振器が目的とする包絡線波形を有する振動磁場パルスを発生するために前記共振器に入力すべき振動電圧パルスの逆歪み包絡線波形データを記憶する手段を設け、記憶した逆歪み包絡線波形データに基づき、逆歪み包絡線波形を有する振動電圧パルスを発生して前記共振器に入力するようにしたことを特徴とするスピン磁気共鳴装置。
In a spin magnetic resonance apparatus for inputting an oscillating voltage pulse to a resonator including a sample and applying a oscillating magnetic field pulse generated by the resonator to the sample to perform magnetic resonance measurement,
In order to compensate for the phenomenon that the envelope waveform of the input oscillating voltage pulse is distorted by the transient response of the resonator and an oscillating magnetic field pulse having an envelope waveform deviated from the desired waveform is generated and applied to the sample.
Inversely distorted envelope waveform data of an oscillating voltage pulse to be input to the resonator in order to generate an oscillating magnetic field pulse having an envelope waveform intended by the resonator, which is obtained in advance based on the response function of the resonator. A spin magnetic resonance apparatus characterized in that a means for storing is provided and an oscillating voltage pulse having an inverse distortion envelope waveform is generated based on the stored inverse distortion envelope waveform data and input to the resonator.
前記応答関数は、1次遅れの指数関数であることを特徴とする請求項1記載のスピン磁気共鳴装置。 2. The spin magnetic resonance apparatus according to claim 1, wherein the response function is an exponential function having a first-order lag. 前記応答関数は、前記共振器にステップ信号を入力し、その際に前記共振器から出力される磁場の立ち上がり部分の鈍り方に基づいて決定されることを特徴とする請求項1または2記載のスピン磁気共鳴装置。 3. The response function according to claim 1, wherein a step signal is input to the resonator, and the response function is determined based on how the rising portion of the magnetic field output from the resonator is blunted. Spin magnetic resonance apparatus. 共振器を含む共振器に振動電圧パルスを入力し、該共振器が発生する振動磁場パルスを試料に印加して磁気共鳴測定を行なうスピン磁気共鳴装置において、
試料に印加すべき振動磁場パルスの包絡線波形信号を発生する手段と、
該包絡線波形信号を微分する包絡線微分手段と、
包絡線微分回路からの微分包絡線信号を元の包絡線信号に所定の割合τで加算する加算手段と、
包絡線が前記加算回路で得られた合成包絡線となる高周波電圧パルスを作成する変調手段と、
を設け、変調手段から得られた振動電圧パルスを前記共振器に入力するようにしたことを特徴とするスピン磁気共鳴装置。
In a spin magnetic resonance apparatus for performing magnetic resonance measurement by inputting an oscillating voltage pulse to a resonator including a resonator and applying an oscillating magnetic field pulse generated by the resonator to a sample.
Means for generating an envelope waveform signal of an oscillating magnetic field pulse to be applied to the sample;
Envelope differentiation means for differentiating the envelope waveform signal;
Adding means for adding the differential envelope signal from the envelope differential circuit to the original envelope signal at a predetermined ratio τ;
Modulation means for creating a high-frequency voltage pulse in which an envelope becomes a composite envelope obtained by the adding circuit;
And a oscillating voltage pulse obtained from the modulating means is input to the resonator.
前記加算手段においてτは可変に設けられていることを特徴とする請求項4記載のスピン磁気共鳴装置。 5. The spin magnetic resonance apparatus according to claim 4, wherein τ is variably provided in the adding means. 前記τの最適な値は、共振器のQ値と振動電圧の周波数νの値から、
τ=Q/πν
なる関係式に基づいて計算によって求めることを特徴とする請求項4記載のスピン磁気共鳴装置。
The optimal value of τ is determined from the Q value of the resonator and the frequency ν of the oscillating voltage.
τ = Q / πν
5. The spin magnetic resonance apparatus according to claim 4, wherein the spin magnetic resonance apparatus is obtained by calculation based on the following relational expression.
試料を含む共振器に振動電圧パルスを入力し、該共振器が発生する振動磁場パルスを試料に印加して磁気共鳴測定を行なうスピン磁気共鳴方法において、
入力振動電圧パルスの包絡線波形が前記共振器の過渡応答によって歪まされて、所望する波形からずれた包絡線波形の振動磁場パルスが生成され試料に印加されてしまう現象を補償するために、
共振器の応答関数を求める第1のステップ、
求められた応答関数に基づいて、共振器が目的とする包絡線波形を有する振動磁場パルスを発生するために前記共振器に入力すべき振動電圧パルスの逆歪み包絡線波形を求める第2のステップ、
前記第2のステップで求められた逆歪み包絡線波形に基づき、逆歪み包絡線波形を有する振動電圧パルスを発生して前記共振器に入力する第3のステップ
を備えたことを特徴とするスピン磁気共鳴測定方法。
In a spin magnetic resonance method in which an oscillating voltage pulse is input to a resonator including a sample, and an oscillating magnetic field pulse generated by the resonator is applied to the sample to perform magnetic resonance measurement.
In order to compensate for the phenomenon that the envelope waveform of the input oscillating voltage pulse is distorted by the transient response of the resonator and an oscillating magnetic field pulse having an envelope waveform deviated from the desired waveform is generated and applied to the sample.
A first step of determining a response function of the resonator;
A second step of obtaining an inverse distortion envelope waveform of an oscillating voltage pulse to be input to the resonator in order to generate an oscillating magnetic field pulse having the desired envelope waveform based on the obtained response function; ,
A spin comprising: a third step of generating an oscillating voltage pulse having an inverse distortion envelope waveform based on the inverse distortion envelope waveform obtained in the second step and inputting the oscillation voltage pulse to the resonator. Magnetic resonance measurement method.
前記第1のステップは、前記共振器の近傍に設置されたピックアップコイルにより共振器が発生する発生する振動磁場を検出し、その検出出力と共振器への入力信号とに基づいて共振器の応答関数を求めることを特徴とする請求項7記載のスピン磁気共鳴測定方法。 In the first step, an oscillating magnetic field generated by the resonator is detected by a pickup coil installed in the vicinity of the resonator, and the response of the resonator is based on the detected output and an input signal to the resonator. 8. The spin magnetic resonance measuring method according to claim 7, wherein a function is obtained. 前記応答関数は、1次遅れの指数関数であることを特徴とする請求項7または8記載のスピン磁気共鳴測定方法。 9. The spin magnetic resonance measuring method according to claim 7, wherein the response function is an exponential function with a first-order lag.
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