JP5006524B2 - Signal processing method of NMR apparatus for specifying relaxation time - Google Patents

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Description

本発明は核磁気共鳴(NMR)スペクトル計測に関するものであり、スペクトルの分子への帰属や計測環境のモニタリングに関する。   The present invention relates to nuclear magnetic resonance (NMR) spectrum measurement, and relates to assignment of a spectrum to a molecule and monitoring of a measurement environment.

高感度なプローブ装置を有するNMR装置またはNMRシステムを利用する上で、混合溶液のNMRスペクトル帰属を行う重要性は高まっている。混合溶液とは通常の化合物合成プロセスで得られる途中段階や最終段階の反応液、食品あるいは食品原料の溶液、植物、動物といった自然界に存在する生命体(人体を含む)から採取できるあらゆる溶液(組織をすりつぶしたもの、細胞を破砕して作成した溶液、体液、尿、血液など)、が挙げられる。   In using an NMR apparatus or NMR system having a highly sensitive probe apparatus, the importance of assigning an NMR spectrum of a mixed solution is increasing. A mixed solution is any solution (tissue) that can be collected from living organisms (including human bodies) that exist in nature, such as intermediate and final reaction solutions obtained by normal compound synthesis processes, solutions of food or food ingredients, plants, and animals. And a solution prepared by crushing cells, body fluid, urine, blood, etc.).

合成化学や食品分野において、混合溶液に対するNMRスペクトルの分子への帰属は、反応プロセスのモニタリングや不純物の発生の監視に対して適応される技術として注目されている。ライフサイエンスの分野では生体内で生じている生化学プロセスを測定および定量する方法として期待されており、創薬分野での薬剤開発、医療分野での疾患の診断、治療などにおいても重要であると考えられている。   In the field of synthetic chemistry and foods, the assignment of NMR spectra to molecules in a mixed solution has attracted attention as a technique adapted to monitoring of reaction processes and generation of impurities. Expected to be a method for measuring and quantifying biochemical processes occurring in the living body in the field of life science, and is also important for drug development in the field of drug discovery, diagnosis and treatment of diseases in the medical field, etc. It is considered.

生体系に目を向けると、ヒトもしくは動物身体の多くの疾患(癌、変性疾患、自己免疫疾患など)は、ある種の遺伝子の発現における変化を原因とすることが知られている。遺伝子発現産生物であるタンパク質が、異常細胞成長、細胞死または炎症などの効果を引き起こす。それらの効果の一部は、タンパク質−タンパク質相互作用によって直接引き起こされ、他のものは更なる遺伝子発現などの効果を誘発する小分子に対して作用するタンパク質によって引き起こされる。更にウィルスおよび細菌などが原因で生じる生体内の反応や薬剤投与によって生じる生体内の様々な生化学プロセスが行われている。これらの様々なプロセスを計測することで薬剤開発や疾患の診断、治療に関する知見を得ることができる。   Turning to biological systems, many diseases of the human or animal body (cancer, degenerative diseases, autoimmune diseases, etc.) are known to be caused by changes in the expression of certain genes. Proteins that are gene expression products cause effects such as abnormal cell growth, cell death or inflammation. Some of those effects are caused directly by protein-protein interactions, others are caused by proteins acting on small molecules that elicit effects such as further gene expression. Furthermore, various biochemical processes in vivo caused by in vivo reactions caused by viruses and bacteria and by drug administration are performed. By measuring these various processes, knowledge relating to drug development, disease diagnosis, and treatment can be obtained.

生体内で生じる生化学プロセスに応答した遺伝子発現を調べる方法は多くの場合「ゲノミクス法」と呼ばれ、通常はDNAおよびRNAなどの遺伝分子を検出および/または定量することにより実現される。この遺伝物質の検出は通常「遺伝子チップ」を利用することで行われている。この方法では多くの遺伝子をチップアレーに置くことができ、遺伝子発現のパターンまたはそれの変化を迅速にモニタリングすることができる。ただし、かなりのコストを要する。   Methods for examining gene expression in response to biochemical processes occurring in vivo are often referred to as “genomic methods” and are usually realized by detecting and / or quantifying genetic molecules such as DNA and RNA. This detection of genetic material is usually performed by using a “gene chip”. In this method, many genes can be placed in a chip array and the pattern of gene expression or changes in it can be monitored quickly. However, considerable cost is required.

遺伝子発現または変動後の遺伝子発現変化は極めて複雑である。そのために、「プロテオノーム」と総称される生物の細胞タンパク質産生の半定量的測定に関係する「プロテオミクス法」が開発された(例えば、非特許文献1)。   Gene expression or changes in gene expression after fluctuation are extremely complex. For this reason, a “proteomic method” related to semi-quantitative measurement of cellular protein production of organisms collectively called “proteonome” has been developed (for example, Non-Patent Document 1).

しかし、現在のところ、ゲノミクス法とプロテオミクス法を組み合せたとしても、遺伝子発現パターンとタンパク質発現パターン間の相関が低いことが明らかになったことから(例えば、非特許文献2)、生体の総合的な機能を理解するのに必要な情報のすべては提供されていない。例えば、ゲノミクス法とプロテオミクス法では発現レベルの変化を検出することで疾患もしくは生体異物応答に対応した特定の遺伝子またはタンパク質を示唆することができるが、遺伝子もしくはタンパク質レベルに擬陽性(陰性)な変化が生じる可能性がある。従って、発現レベル変化の検出のみでは細胞レベルおよび/または生化学レベルでの機能解析が十分でない場合がある。さらにゲノミクス試験およびプロテオミクス試験に用いる組織サンプリングを不適切な時間タイミングで行うと関連する遺伝子やタンパク質を見落とす可能性がある。   However, at present, it has been clarified that even if the genomics method and the proteomics method are combined, the correlation between the gene expression pattern and the protein expression pattern is low (for example, Non-Patent Document 2). Not all the information needed to understand the function is provided. For example, genomics and proteomics methods can suggest specific genes or proteins corresponding to disease or xenobiotic responses by detecting changes in expression levels, but there are false positive (negative) changes in gene or protein levels. It can happen. Therefore, the functional analysis at the cellular level and / or biochemical level may not be sufficient only by detecting the change in expression level. In addition, if the tissue sampling used for genomics and proteomics tests is performed at an inappropriate time, the associated genes and proteins may be overlooked.

そこで、ゲノミクスおよびプロテオミクスによって提供される情報を増強および補完することを目的とした新たな「メタボノミクス」手法が開発されている。(例えば、非特許文献3)。これは主に生体液、細胞および組織の代謝組成物を調べる為にHNMRスペクトル測定によって得られたNMRスペクトルを解釈および分類する方法である。現在では、スペクトルが複雑すぎるためにコンピュータ利用「パターン認識」法および専門システムと併用した一次元(1D)および二次元(2D)−NMRメタボノミクス手法を用いて、組織および生体液の1Dまたは2D−NMRスペクトルから生化学情報を取得している(例えば、特許文献1)。これらのパターン認識あるいは統計的手段は、ゲノミクスおよびプロテオミクスの分野で研究者に現在利用されているものと類似している。 Therefore, a new “metabonomics” approach has been developed that aims to augment and complement the information provided by genomics and proteomics. (For example, Non-Patent Document 3). This is a method for interpreting and classifying NMR spectra obtained by 1 HNMR spectrum measurement mainly for examining the metabolic composition of biological fluids, cells and tissues. Currently, 1D or 2D of tissues and biological fluids using one-dimensional (1D) and two-dimensional (2D) -NMR metabonomics techniques combined with computer-aided “pattern recognition” methods and specialized systems because the spectrum is too complex -Biochemical information is acquired from the NMR spectrum (for example, Patent Document 1). These pattern recognition or statistical tools are similar to those currently used by researchers in the field of genomics and proteomics.

このような統計的あるいはパターン認識的な手法を用いる場合とそうでない場合いずれにおいても、遺伝子の変化、ウィルスおよび細菌などの体外因子によって生じる疾患状態の変化、あるいは薬剤投与による状態変化を生体液から分析するのに最も良好な手法の1つは、NMRスペクトル測定の活用であり多くの研究によりその有効性が確認されている(例えば、非特許文献4)。   Whether using statistical or pattern-recognition techniques or not, genetic changes, changes in disease states caused by extracorporeal factors such as viruses and bacteria, or changes in state due to drug administration from biological fluids One of the best techniques for analysis is the use of NMR spectrum measurement, and its effectiveness has been confirmed by many studies (for example, Non-Patent Document 4).

しかしながら、この生体液スペクトルの情報は非常に複雑であるため、ほとんどの生体液に関してHNMRスペクトルのみで完全な帰属を行うことは困難を極める。通常、HNMRスペクトルの帰属を行うには、既にスペクトルが計測されて素性の知れた認定材料のスペクトルと、認定材料が混入されたサンプルのスペクトル間の比較によって行われる。またスペクトル間の比較は1種類のスペクトル間だけでなく、二次元(2D)NMR法、特にCOSY(相関スペクトル)、TOCSY(総相関スペクトル測定)、HMBC(ヘテロ核多結合相関)、HSQC(ヘテロ核単一量子コヒーレンス)およびHMQC(ヘテロ核多量子コヒーレンス)などの逆検出ヘテロ核相関法、2D−J分解(JRES)法、スピン−エコー法、緩和編集、拡散編集(例えば、拡散編集TOCSYなどの1D−NMRおよび2D−NMRの両方)および多量子フィルタリングのような他のNMR法によって得られたスペクトルを用いてそのスペクトルの分子への帰属あるいは割り当てを更に確認する。生体液で認められる広範囲の代謝物および生体分子についての詳細なデータが発表されている。(例えば、非特許文献5)。 However, since the information of the biological fluid spectrum is very complicated, it is extremely difficult to perform complete assignment only with the 1 HNMR spectrum for most biological fluids. In general, the assignment of 1 HNMR spectrum is performed by comparing the spectrum of a certified material whose spectrum has already been measured and known, and the spectrum of a sample mixed with the certified material. In addition, comparison between spectra is not limited to one type of spectrum, but two-dimensional (2D) NMR method, particularly COSY (correlation spectrum), TOCSY (total correlation spectrum measurement), HMBC (heteronuclear multiple bond correlation), HSQC (heterogeneity). Inverse detection heteronuclear correlation methods such as nuclear single quantum coherence (HMQC) and HMQC (heteronuclear multiquantum coherence), 2D-J decomposition (JRES) method, spin-echo method, relaxation editing, diffusion editing (for example, diffusion editing TOCSY, etc.) 1D-NMR and 2D-NMR) and other NMR methods such as multi-quantum filtering are used to further confirm the assignment or assignment of the spectrum to the molecule. Detailed data has been published on a wide range of metabolites and biomolecules found in biological fluids. (For example, Non-Patent Document 5).

スペクトルの分子への帰属は、スペクトルの化学シフト値、分裂の様子、J値、ピークの高さや積分値、線幅、といった様々な値を比較して行われる。しかし、生体液での帰属は生体液の種類間でかなり変動するものである。この変動の1つにNMR検出可能代謝物の濃度の変動がある。検出物の濃度が変動すると対応するスペクトルの高さが変化してしまうからである。このような検出物濃度が変動する生体液としては尿が挙げられる。さらに、生体液での相対的な水強度、サンプル粘度、タンパク質含有量、脂質含有量および低分子量ピークの重なりによって帰属の困難さは増す。   The assignment of a spectrum to a molecule is performed by comparing various values such as the chemical shift value of the spectrum, the state of splitting, the J value, the peak height or integral value, and the line width. However, attribution in biological fluids varies considerably between biological fluid types. One variation is the variation in the concentration of NMR detectable metabolites. This is because the height of the corresponding spectrum changes when the concentration of the detected object fluctuates. Urine is an example of the biological fluid in which the detected substance concentration varies. Furthermore, the difficulty of assignment is increased by the relative water strength in biological fluids, sample viscosity, protein content, lipid content and the overlap of low molecular weight peaks.

この困難なNMRスペクトルの帰属を行うためには、第一に、サンプルの状態、例えば、pHなどの媒質の特性、液量を安定的にすることが重要である。さらに、測定環境、例えば温度変化や磁場、の高度な安定性が求められている。目安としては温度変化や磁場の不均一性から発生するスペクトル線幅の増大を1Hz程度に抑えることが望ましい。第二にスペクトルの高さや積分値だけでなく、スペクトルの線幅すなわち緩和時間を定量的に評価し、各スペクトルピークの緩和時間も用いてNMRスペクトルの帰属を行うことである。   In order to assign this difficult NMR spectrum, first, it is important to stabilize the state of the sample, for example, the characteristics of the medium such as pH and the amount of liquid. Furthermore, there is a demand for a high degree of stability in the measurement environment, such as temperature changes and magnetic fields. As a guideline, it is desirable to suppress an increase in spectral line width caused by temperature change and magnetic field inhomogeneity to about 1 Hz. Second, not only the spectral height and integrated value, but also the spectral line width, that is, the relaxation time, is quantitatively evaluated, and the NMR spectrum is assigned using the relaxation time of each spectral peak.

サンプル内の磁場の不均一性を抑制する方法としてはシミングと呼ばれる方法が用いられている。これはサンプルの周囲に電流で磁場強度を制御するコイルを複数配置し、このコイルを流れる電流値を制御することでサンプル内での磁場の不均一性を抑制する方法である。   A method called shimming is used as a method for suppressing the non-uniformity of the magnetic field in the sample. In this method, a plurality of coils for controlling the magnetic field intensity with current are arranged around the sample, and the current value flowing through the coil is controlled to suppress the magnetic field non-uniformity in the sample.

NMR測定において、サンプルの核スピンに印加される主磁場強度の変動は測定精度に関わる大きな問題である。この主磁場の強度をモニターし自動的に補正する為にHなどの特定核の共鳴信号をモニターしながらその信号の共鳴周波数が一定になるように磁場調整する。この特定の核からの共鳴信号をロック信号とよぶ。このロック信号の実数部分はローレンツ型の吸収曲線の形を示し、吸収曲線の高さをロックレベルと呼ぶ。磁場の均一度が低いと核が受ける磁場環境にばらつきが生じる為に吸収曲線の高さは低くなる。反対に磁場均一度が高いと磁場環境のばらつきが抑制されるので、吸収曲線の高さ、すなわちロックレベルは高くなる。 In NMR measurement, fluctuation of the main magnetic field strength applied to the nuclear spin of the sample is a big problem related to measurement accuracy. In order to monitor and automatically correct the intensity of the main magnetic field, the magnetic field is adjusted so that the resonance frequency of the signal becomes constant while monitoring the resonance signal of a specific nucleus such as 2 H. This resonance signal from a specific nucleus is called a lock signal. The real part of this lock signal shows the shape of a Lorentz-type absorption curve, and the height of the absorption curve is called the lock level. If the uniformity of the magnetic field is low, the magnetic field environment received by the nuclei will vary, so the height of the absorption curve will be low. On the other hand, when the magnetic field uniformity is high, variations in the magnetic field environment are suppressed, so that the height of the absorption curve, that is, the lock level becomes high.

以前から、磁場の不均一度をロック信号や計測スペクトルの形によって判断し、シム電流値を調整する方法、或いはロック信号強度をモニターしてシム電流値を自動制御する方法が用いられている。最近では傾斜磁場パルスシステムを利用してサンプル領域での磁場プロファイルを測定し、それを補正する形でシム電流値を決定する方法が用いられている(例えば、非特許文献6)。   Conventionally, a method of determining the non-uniformity of the magnetic field based on the shape of the lock signal or the measurement spectrum and adjusting the shim current value, or a method of monitoring the lock signal intensity and automatically controlling the shim current value has been used. Recently, a method of measuring a magnetic field profile in a sample region using a gradient magnetic field pulse system and determining a shim current value by correcting the magnetic field profile is used (for example, Non-Patent Document 6).

いずれにせよ、線幅数Hzの高い均一度の維持をチェックするためには、ロック信号強度よりもスペクトルの線幅を用いる方がよい。   In any case, it is better to use the line width of the spectrum than the lock signal intensity in order to check the maintenance of high uniformity of a line width of several Hz.

しかしながら、スペクトル線幅による評価には幾つかの問題点がある。それは観測者が目視により試料の線幅を評価することが多い為サンプルのスペクトル線幅を見やすい計測を行う必要があること、更に環境維持を評価する為には定期的にスペクトル線幅の評価を行う必要があることである。   However, there are some problems in the evaluation based on the spectral line width. It is necessary for the observer to visually evaluate the line width of the sample, so it is necessary to measure the spectral line width of the sample in an easy-to-see manner, and to evaluate the environmental maintenance, the spectral line width should be evaluated periodically. That is what needs to be done.

これらの問題点の1つは観測者あるいは使用者に対してスペクトル線幅評価という作業が発生している点であり、このことがNMR計測を煩雑にし、計測のスループットを低下させる恐れがある。例えば、1つのサンプルに対して複数種類のNMR計測を行い、それぞれの計測は数分から数時間、数日の計測時間を要するとする。この場合、全体として数日間、同じ環境を維持する必要があり、場合によっては環境が変化していることを観測者は知る必要がある。そうでないと、異なった環境で得られたスペクトルから間違った結果を導き出す可能性があるからである。この状況でスペクトル線幅による磁場環境の評価を行うには、観測者が望む各実験の間に線幅評価用の計測を挿入し、その線幅からその都度判断する必要がある。または、評価用計測は通常計測と一緒に行うがすべての計測が終わった後で線幅から計測全体での環境安定性を判断する場合も考えられる。しかしこの場合、万一、計測途中で環境が変化していた場合には、環境が変化した範囲に関して再計測が必要となる恐れがある。   One of these problems is that an operation of spectral line width evaluation has occurred for an observer or a user, which may complicate NMR measurement and reduce the measurement throughput. For example, it is assumed that a plurality of types of NMR measurements are performed on one sample, and each measurement requires several minutes to several hours and several days of measurement time. In this case, it is necessary to maintain the same environment for several days as a whole, and the observer needs to know that the environment is changing in some cases. Otherwise, it is possible to derive wrong results from spectra obtained in different environments. In order to evaluate the magnetic field environment based on the spectral line width in this situation, it is necessary to insert a measurement for line width evaluation between each experiment desired by the observer and make a judgment from the line width each time. Alternatively, the measurement for evaluation is performed together with the normal measurement, but it may be possible to determine the environmental stability of the entire measurement from the line width after all the measurements are completed. However, in this case, if the environment has changed during the measurement, there is a risk that remeasurement will be necessary for the range in which the environment has changed.

NMR計測に影響を与えるサンプル環境の要素として磁場均一度だけでなく温度の安定性も重要である。一般には温度安定性を監視するために温度調整用ガスの温度をモニターするセンサーを設置するなどの方法が採用されているが、サンプル内の状態は直接モニターしていない。これでは電磁波パルス照射による局所的な温度上昇が発生した場合には対応できない恐れがある。   In addition to the magnetic field uniformity, temperature stability is important as an element of the sample environment that affects NMR measurement. In general, in order to monitor the temperature stability, a method such as installing a sensor for monitoring the temperature of the temperature adjusting gas is adopted, but the state in the sample is not directly monitored. This may not be able to cope with a local temperature rise caused by electromagnetic pulse irradiation.

計測中の温度変化を抑制する方法としてはダミースキャンが挙げられる。これはパルスシーケンスの中にパルス照射は行うがデータ取得は行わないスキャンを挿入することで計測の前にサンプル全体を熱的に平衡状態にする方法である。しかしながら、生体液に代表されるように水が主な媒質となるサンプルの計測では、水シグナルを消去するために用いる長時間の低出力パルスを照射するプレサチュレーション法、或いは瞬間的に磁場均一度を乱す傾斜磁場パルス印加法を含んだパルスシーケンスを用いるので、サンプル内の温度による環境変化をモニターすることは測定環境の高度な安定性実現にとって重要である。   As a method for suppressing a temperature change during measurement, a dummy scan can be cited. This is a method of thermally equilibrating the entire sample before measurement by inserting a scan that performs pulse irradiation but does not acquire data in the pulse sequence. However, in the measurement of samples in which water is the main medium, as represented by biological fluids, the presaturation method that irradiates long-time low-power pulses used to eliminate the water signal, or the magnetic field homogeneity instantaneously. Since a pulse sequence including a gradient magnetic field pulse application method that disturbs the temperature is used, monitoring environmental changes due to temperature in the sample is important for achieving high stability of the measurement environment.

以上のように、NMR計測で得られたスペクトルデータの分子への帰属は、合成化学、食品、ライフサイエンスといった多岐に渡る分野で求められている技術であり、その実現方法とその実現を支えるサンプル環境(磁場の不均一性や温度変化)のモニタリングは重要である。   As described above, the attribution of spectrum data obtained by NMR measurement to molecules is a technology that is required in a wide range of fields such as synthetic chemistry, food, and life science. Monitoring the environment (magnetic field inhomogeneities and temperature changes) is important.

特表2004−528559号公報Special table 2004-528559 gazette Geisow, M., 1998, “Proteomics: One small step for a digital computer, one giant leap for humankind” Nature Biotech., Vol. 16, pp. 206.Geisow, M., 1998, “Proteomics: One small step for a digital computer, one giant leap for humankind” Nature Biotech., Vol. 16, pp. 206. Gygi, S. P., et al., 1999, “Correlation between Protein and mRNA Abundance in Yeast”, Mol. Cell. Bio., Vol. 19, pp. 1720.Gygi, S. P., et al., 1999, “Correlation between Protein and mRNA Abundance in Yeast”, Mol. Cell. Bio., Vol. 19, pp. 1720. Nicholson, J.K., et al., 1999, “Metabonomics − understanding the metabolic responses of living systems to pathophysiological stimuli via multivariate statistical analysis of biological NMR spectroscopic data,” Xenobiotica, Vol. 29, pp. 1181.Nicholson, J.K., et al., 1999, “Metabonomics − understanding the metabolic responses of living systems to pathophysiological stimuli via multivariate statistical analysis of biological NMR spectroscopic data,” Xenobiotica, Vol. 29, pp. 1181. Moka, D., et al., 1998, “Biochemical classification of kidney carcinoma biopsy samples using magic angle spinning NMR spectroscopy,” J. Pharm. Biomed. Anal., Vol. 17, pp. 125.Moka, D., et al., 1998, “Biochemical classification of kidney carcinoma biopsy samples using magic angle spinning NMR spectroscopy,” J. Pharm. Biomed. Anal., Vol. 17, pp. 125. Lindon, J.C., et al., 1999, “NMR spectroscopy of biofluids,” in Annual Reports on NMR Spectroscopy (Webb, G.A., ed.), Academic Press (London), Vol. 38, pp. 1.Lindon, J.C., et al., 1999, “NMR spectroscopy of biofluids,” in Annual Reports on NMR Spectroscopy (Webb, G.A., ed.), Academic Press (London), Vol. 38, pp. 1. Cavanagh,J., 1996, “Protein NMR Spectroscopy Principles and Practice”,Academic Press (London),pp. 163.Cavanagh, J., 1996, “Protein NMR Spectroscopy Principles and Practice”, Academic Press (London), pp. 163.

したがって、本発明の目的はNMR計測のFID信号から各スペクトルピークの緩和時間を求める方法を提供することである。   Therefore, an object of the present invention is to provide a method for obtaining the relaxation time of each spectrum peak from the FID signal of NMR measurement.

本発明の他の目的は、混合溶液において緩和時間の違いからスペクトルの分子への帰属を決定する方法を提供することである。   Another object of the present invention is to provide a method for determining the assignment of a spectrum to a molecule from the difference in relaxation time in a mixed solution.

さらに本発明の他の目的は、求めた各スペクトルの緩和時間から測定環境をモニタリングする方法を提供することである。   Still another object of the present invention is to provide a method for monitoring the measurement environment from the obtained relaxation time of each spectrum.

(本発明における緩和時間判定方法)
磁気モーメントを有する原子核が静磁場中におかれると、核スピンの磁場方向成分のとりうる値に応じて磁気的エネルギ準位のゼーマン分裂が生じる。その隣り合う準位間のエネルギ差に等しいエネルギを持つ電磁波を外部から与えるとき生じる共鳴現象を核磁気共鳴と呼ぶ。この共鳴現象は核磁気誘導現象を利用して自由誘導減衰(FID)と呼ばれる信号として観測される。このFID信号はサンプル中の分子の原子核の受ける化学的な環境や分子運動状態の変化によって様々に変化する。
(Relaxation time determination method in the present invention)
When a nucleus having a magnetic moment is placed in a static magnetic field, the Zeeman splitting of the magnetic energy level occurs according to the possible value of the magnetic field direction component of the nuclear spin. A resonance phenomenon that occurs when an electromagnetic wave having an energy equal to the energy difference between adjacent levels is applied from the outside is called nuclear magnetic resonance. This resonance phenomenon is observed as a signal called free induction decay (FID) using a nuclear magnetic induction phenomenon. This FID signal varies in various ways depending on the chemical environment and molecular motion state of the molecular nuclei in the sample.

ここで判定方法の原理を説明する為に共鳴周波数Ωと緩和時間τの組み合わせで指定できる共鳴現象の信号を例にとり説明する。この時、FID信号の振動成分の振幅は1として規格化する。   Here, in order to explain the principle of the determination method, a resonance phenomenon signal that can be specified by a combination of the resonance frequency Ω and the relaxation time τ will be described as an example. At this time, the amplitude of the vibration component of the FID signal is normalized as 1.

共鳴信号のFID信号は式(1)のように表せる。   The FID signal of the resonance signal can be expressed as Equation (1).

Figure 0005006524

一般にこのFID信号に対してフーリエ変換を行うと実部は式(2)の形のスペクトルになる。
Figure 0005006524

In general, when Fourier transform is performed on this FID signal, the real part becomes a spectrum in the form of equation (2).

Figure 0005006524

但しR=1/τである。このスペクトルの概形を図3に示す。スペクトル曲線201は周波数Ωの位置で極大を持ちその値は緩和時間τに対応する。
Figure 0005006524

However, R = 1 / τ. The outline of this spectrum is shown in FIG. The spectrum curve 201 has a maximum at the position of the frequency Ω, and the value corresponds to the relaxation time τ.

FID信号に対して式(3)の関数を掛けることでFID信号の減衰を人為的に早めることができる。   By multiplying the FID signal by the function of Expression (3), the attenuation of the FID signal can be artificially accelerated.

Figure 0005006524
ここで、τ’を特徴時間と呼ぶ。また、tは時間を表す。
Figure 0005006524
Here, τ ′ is called feature time. T represents time.

式(1)で示すFID信号に対して式(3)で示す関数を掛けるとFID信号の減衰は1/τから(1/τ)+(1/τ’)に変化する。この値の変化からτ’が正の実数であるかぎりFID信号の減衰が早くなっていることが分かる。   When the FID signal represented by equation (1) is multiplied by the function represented by equation (3), the attenuation of the FID signal changes from 1 / τ to (1 / τ) + (1 / τ ′). From this change in value, it can be seen that the attenuation of the FID signal is accelerated as long as τ 'is a positive real number.

式(1)で与えたFID信号に式(3)で示す関数を掛ける処理を行った際のFID信号の減衰の様子を示したグラフを図4に示す。図中の太い実線の曲線301は式(1)に対応したデータであり、式(3)で示す関数を掛ける処理を行う前のFID信号である。曲線302から曲線307は式(3)で示す関数を掛ける処理を行ったFID信号であり、それぞれτ、τ、τ、τ、τ、τを式(3)の特徴時間τ’に用いた。これらの特徴時間の関係は式(4)に示すとおりである。 FIG. 4 shows a graph showing how the FID signal is attenuated when the process of multiplying the FID signal given by equation (1) by the function shown by equation (3) is performed. A thick solid curve 301 in the figure is data corresponding to the equation (1), and is a FID signal before the process of multiplying the function shown in the equation (3). Curves 302 to 307 are FID signals that have been subjected to the process of multiplying the function shown in equation (3), and τ 6 , τ 5 , τ 4 , τ 3 , τ 2 , and τ 1 are respectively expressed as characteristic times of equation (3). Used for τ ′. The relationship between these characteristic times is as shown in Equation (4).

Figure 0005006524

曲線302の特徴時間(τ)はこの特徴時間群の中で最も大きく、曲線302は最も曲線301に近い。これに対して曲線307の特徴時間(τ)はこの特徴時間群の中で最も小さく、曲線307は最も減衰の早いデータとなっている。
Figure 0005006524

The characteristic time (τ 6 ) of the curve 302 is the largest in this characteristic time group, and the curve 302 is closest to the curve 301. In contrast, the characteristic time (τ 1 ) of the curve 307 is the smallest in this characteristic time group, and the curve 307 is the data with the fastest attenuation.

このように、観測FID信号に対して特徴時間τ’を変化させながら式(3)で示す関数を掛ける処理を実施することにより、その減衰効果を制御して、減衰効果を連続的に変化させた一連のFIDデータ群を取得することが可能であることがわかる。   In this way, by performing the process of multiplying the observed FID signal by the function expressed by Equation (3) while changing the characteristic time τ ′, the attenuation effect is controlled, and the attenuation effect is continuously changed. It can be seen that a series of FID data groups can be acquired.

ここで、観測したFID信号に対して特徴時間τ’の式(3)を掛けてフーリエ変換などのスペクトル処理を行うことをスライスと呼ぶことにする。また得られたデータをSlice(τ’)という記号で示すことにする。   Here, spectral processing such as Fourier transform by multiplying the observed FID signal by the expression (3) of the characteristic time τ ′ is referred to as slice. The obtained data is indicated by the symbol Slice (τ ′).

1つの共鳴周波数Ωと緩和時間τで特徴付けられるFID信号に対して特徴時間τ’によるスライスを行うとSlice(τ’)は式(5)の形のスペクトルになる。   When slicing with the characteristic time τ 'is performed on the FID signal characterized by one resonance frequency Ω and relaxation time τ, Slice (τ') becomes a spectrum in the form of equation (5).

Figure 0005006524

但しR’=1/τ’である。
Figure 0005006524

However, R ′ = 1 / τ ′.

図4に示した、式(3)で示す関数を掛ける処理を行ったデータ群(曲線301から307)に対してフーリエ変換を行い、得られたスペクトル群を図5に示す。この曲線群はそれぞれ前出の記号Slice(τ’)で指定され、曲線402はSilice(τ)、曲線403はSilice(τ)、曲線404はSilice(τ)、曲線405はSilice(τ)、曲線406はSilice(τ)、曲線407はSilice(τ)、そして曲線401は式(3)で示す関数を掛ける処理を行わないデータを示している。 FIG. 5 shows a spectrum group obtained by performing Fourier transform on the data group (curves 301 to 307) subjected to the process of multiplying the function represented by Expression (3) shown in FIG. Each of these curve groups is designated by the symbol Slice (τ ′), the curve 402 is Slice (τ 6 ), the curve 403 is Slice (τ 5 ), the curve 404 is Slice (τ 4 ), and the curve 405 is Slice (τ). τ 3 ), a curve 406 is Silice (τ 2 ), a curve 407 is Silice (τ 1 ), and a curve 401 shows data that is not subjected to the process of multiplying the function shown in Expression (3).

今、信号が本来持つ緩和時間τと等しい特徴時間τ’(=τ)でスライスを行うことを考える。この場合、式(5)の変数R’の値がRと等しくなるので共鳴周波数Ωでのスペクトルの高さは式(6)となる。   Now, consider slicing with a characteristic time τ ′ (= τ) equal to the relaxation time τ inherent in the signal. In this case, since the value of the variable R ′ in Expression (5) is equal to R, the height of the spectrum at the resonance frequency Ω is Expression (6).

Figure 0005006524

これは0.5*τに対応する。すなわち、元のスペクトルの高さとスライス後のスペクトルの高さの比が0.5の時、特徴時間τ’は観測スペクトルの緩和時間τと等しい。図5では曲線403がこの条件を満たしており、その特徴時間τ’は取得FID信号の周波数Ωにピークを持つシグナルの緩和時間τに等しい。
Figure 0005006524

This corresponds to 0.5 * τ. That is, when the ratio between the height of the original spectrum and the height of the spectrum after slicing is 0.5, the characteristic time τ ′ is equal to the relaxation time τ of the observed spectrum. In FIG. 5, the curve 403 satisfies this condition, and the characteristic time τ ′ is equal to the relaxation time τ of a signal having a peak at the frequency Ω of the acquired FID signal.

したがって、式(7)で示す条件、すなわち、ある周波数Ω上で、取得FID信号(Original)と特徴時間τ’でのスライス処理データ(Slice(τ’))の比が0.5に等しいという判定を、全ての特徴時間τ’、取得FID信号に対して十分な周波数領域に亘って行うことで、取得FID信号が本来持っているすべての緩和時間τの決定を行うことができる。   Accordingly, the ratio of the acquired FID signal (Original) and the slice processing data (Slice (τ ′)) at the characteristic time τ ′ is equal to 0.5 on the condition shown in Expression (7), that is, on a certain frequency Ω. By performing the determination over a frequency range sufficient for all the characteristic times τ ′ and the acquired FID signal, it is possible to determine all the relaxation times τ inherent in the acquired FID signal.

Figure 0005006524

式(7)を用いた判定を取得FID信号に対して十分な周波数領域全体(変数ωで周波数を表す)に亘って実施すると、各周波数に対する緩和時間に相当する特徴時間τ’の組み合わせデータを得る。図6の曲線501が得られた周波数と緩和時間に相当する特徴時間τ’の組み合わせデータの集合である。組み合わせデータはスペクトルピークの位置で極大となり、取得FID信号のスペクトルの形を反映した形をしている。式(5)および式(7)から本来緩和時間τとしての意味を持つのは探索している周波数ωがスペクトルピークの周波数Ωと一致している時であり、その条件を満たすのは組み合わせデータが極大値を示すときである。
Figure 0005006524

When the determination using the equation (7) is performed over the entire frequency range sufficient for the acquired FID signal (the frequency is represented by the variable ω), the combination data of the characteristic time τ ′ corresponding to the relaxation time for each frequency is obtained. obtain. A curve 501 in FIG. 6 is a set of combination data of the obtained frequency and the characteristic time τ ′ corresponding to the relaxation time. The combination data has a maximum at the position of the spectrum peak, and has a shape reflecting the shape of the spectrum of the acquired FID signal. From the formulas (5) and (7), the meaning of the relaxation time τ originally has a meaning when the searched frequency ω matches the frequency Ω of the spectrum peak, and the combination data satisfies the condition. Is the maximum value.

従って、式(7)の判定を用いて得られた周波数と緩和時間の組み合わせデータ(曲線501)に対してピーク検出を実施することで、取得FID信号に含まれるすべてのピークに対応した緩和時間τを求めることが可能となる。   Accordingly, by performing peak detection on the combination data (curve 501) of the frequency and relaxation time obtained using the determination of Expression (7), relaxation times corresponding to all peaks included in the acquired FID signal. τ can be obtained.

上記、判定方法は複数の共鳴周波数、すなわち、複数のスペクトルピークを持ったFIDデータに対しても有効である。   The determination method is also effective for FID data having a plurality of resonance frequencies, that is, a plurality of spectrum peaks.

本発明は、従来技術に比べ以下の利点を提供する。   The present invention provides the following advantages over the prior art.

本発明を適用することで、観測スペクトルの各ピークに対応したT 緩和時間を簡便に解析することが可能になる。 By applying the present invention, it is possible to easily analyze the T 2 * relaxation time corresponding to each peak of the observed spectrum.

本発明を適用することで、観測スペクトルの各ピークに対応したT 緩和時間を解析し、観測対象分子の運動性を観測することが可能であり、特にタンパク質などの内部に運動の自由度を持った高分子に有効である。 By applying the present invention, it is possible to analyze the T 2 * relaxation time corresponding to each peak of the observed spectrum and observe the mobility of the molecule to be observed. It is effective for polymers with

タンパク質計測では、様々なパルスシーケンスを用いて得られた観測スペクトルの組み合わせによりタンパク質の主鎖の繋がりを読み取ることが出来る。この主鎖を構成する核スピンの緩和時間を求めることで、属する残基の運動性を調べることが出来る。本発明をこの解析に適用することで従来よりも効率良く分子の運動性を解析することが可能となる。   In protein measurement, the connection of protein main chains can be read by a combination of observed spectra obtained using various pulse sequences. By determining the relaxation time of the nuclear spin constituting this main chain, the mobility of the residue to which it belongs can be examined. By applying the present invention to this analysis, it becomes possible to analyze the mobility of molecules more efficiently than before.

本発明を適用することで、観測スペクトルの各ピークに対応したT 緩和時間を簡便に解析することが可能になり、得られた観測スペクトルの各ピークに対応したT 緩和時間から各ピークの属する分子の回転相関時間を推定し、各ピークの属する分子の分子量、或いは1分子当たりの体積を用いてグループ化を行い、混合溶液計測におけるNMRスペクトルの分子への帰属が可能となる。 By applying the present invention, it is possible to easily analyze the T 2 * relaxation time corresponding to each peak in the observed spectrum, each of T 2 * relaxation time corresponding to each peak of the resultant observed spectrum The rotational correlation time of the molecule to which the peak belongs is estimated, and the grouping is performed using the molecular weight of the molecule to which each peak belongs, or the volume per molecule, and the NMR spectrum can be assigned to the molecule in the mixed solution measurement.

本発明によるNMR計測環境モニタリングは、高磁場マグネットによる高分解能および、極低温に冷却したプローブを用いて高感度化したNMR装置の計測環境を維持するのに有効である。   The NMR measurement environment monitoring according to the present invention is effective for maintaining the measurement environment of the NMR apparatus with high resolution using a high magnetic field magnet and high sensitivity using a probe cooled to an extremely low temperature.

(実施例1)
図1に本発明の実施にふさわしい装置形態を示す。計算機100は各構成要素を繋ぐバスあるいはネットワーク10、データ処理を行うCPU11、記憶部12、キーボード13あるいはマウス14などのコマンドおよびデータ入力装置、表示装置15、印刷装置16、外部装置との入出力インターフェース(IF)17、データ処理に用いるワークエリア18から構成される。前記記憶部12は、ユーザーが入力する設定データ記憶部20、観測データ記憶部21、パラメータ記憶部22、複製FID信号データ記憶部23、観測FID信号スペクトルデータ記憶部24、複製FID信号スペクトルデータ記憶部25、(周波数−特徴時間τ)組データ記憶部26、処理プログラムを格納する記憶部28から構成される。前記処理プログラムを格納する記憶部28にはパラメータ読み込みルーチン31、FID信号読み込みルーチン32、FID信号複製ルーチン33、スペクトル処理ルーチン34、関数を掛ける処理ルーチン35、緩和時間判定ルーチン36、ピーク検出ルーチン37、表示ルーチン38が配置されている。外部装置との入出力インターフェース(IF)17にはNMR装置200が接続される。
Example 1
FIG. 1 shows an apparatus configuration suitable for carrying out the present invention. The computer 100 includes a bus or network 10 that connects the components, a CPU 11 that performs data processing, a storage unit 12, a command and data input device such as a keyboard 13 or a mouse 14, a display device 15, a printing device 16, and input / output with an external device. It comprises an interface (IF) 17 and a work area 18 used for data processing. The storage unit 12 includes a setting data storage unit 20, an observation data storage unit 21, a parameter storage unit 22, a duplicate FID signal data storage unit 23, an observation FID signal spectrum data storage unit 24, and a duplicate FID signal spectrum data storage input by a user. A unit 25, a (frequency-feature time τ) set data storage unit 26, and a storage unit 28 for storing a processing program. The storage unit 28 that stores the processing program has a parameter reading routine 31, an FID signal reading routine 32, an FID signal duplication routine 33, a spectrum processing routine 34, a processing routine 35 for multiplying a function, a relaxation time determination routine 36, and a peak detection routine 37. A display routine 38 is arranged. An NMR apparatus 200 is connected to an input / output interface (IF) 17 with an external apparatus.

図2A−図2Eでは、サンプルの観測FID信号から各スペクトルの緩和時間を解析するフローチャートを示し、図2Aはその1つの実施形態を示す。解析の開始(ステップ101)はユーザーがコマンド命令を計算機へ入力するタイミングであり、たとえば、ユーザーがNMR装置に対して計測開始の命令を入力したタイミングに同期させる場合、NMR計測のパルスシーケンスが照射されるタイミングに同期させる場合など、サンプルの観測FID信号が取得されるよりも前に開始する。解析の開始後、観測したFID信号の複製の数Nおよび、時間分解幅Δの設定(ステップ102)を実施し、NMR計測装置から本解析で用いる記憶領域へ観測FID信号の読み込み(ステップ103)を実施する。   2A-2E show a flowchart for analyzing the relaxation time of each spectrum from the observed FID signal of the sample, and FIG. 2A shows one embodiment thereof. The start of analysis (step 101) is the timing at which the user inputs a command command to the computer. For example, when synchronizing with the timing at which the user inputs the command to start measurement to the NMR apparatus, the NMR measurement pulse sequence is irradiated. For example, the timing is started before the observation FID signal of the sample is acquired. After the start of the analysis, the number N of replicas of the observed FID signal and the time-resolved width Δ are set (step 102), and the observed FID signal is read from the NMR measuring apparatus to the storage area used in the analysis (step 103). To implement.

磁場の不均一性から来るスペクトル線幅の広がりを示すパラメータRinが既知な場合には、その値を用いてFID信号の先鋭化を行う処理(ステップ104)を行うことが出来る。FID信号の先鋭化を行う処理(ステップ104)では以下の処理を行う。式(1)で示すようにFID信号は緩和時間τで減少していく。この緩和時間の逆数τ−1は式(8)で表される。 If the parameter R in indicating the broadening of the spectral line width resulting from the magnetic field inhomogeneity is known, the value can be used to perform processing for sharpening the FID signal (step 104). In the processing for sharpening the FID signal (step 104), the following processing is performed. As shown in equation (1), the FID signal decreases with the relaxation time τ. The reciprocal τ −1 of this relaxation time is expressed by equation (8).

Figure 0005006524

ここで、Rは核スピンからの信号が持つ本来の緩和を表し、Rinは磁場の不均一性が由来の緩和を表す。このRinに相当する値を入力して、観測FID信号に対して式(9)の関数を乗ずる処理を行うことで、磁場の不均一性が原因の緩和時間の低下を改善できる。
Figure 0005006524

Here, R represents the original relaxation of the signal from the nuclear spin, and R in represents the relaxation derived from the inhomogeneity of the magnetic field. By inputting a value corresponding to R in and multiplying the observed FID signal by the function of Expression (9), it is possible to improve the reduction in relaxation time caused by magnetic field inhomogeneity.

Figure 0005006524

ここで、tは観測FID信号の測定データ点を指定する時間である。
Figure 0005006524

Here, t is the time for specifying the measurement data point of the observed FID signal.

その後、読み込んだ観測FID信号の複製数を制御する変数iの初期値設定(ステップ105)を実施し、変数iで指定される記憶領域に観測FID信号の複製を記憶部23へ格納する処理(ステップ106)を行う。この複製の処理はFID複製の上限値Nだけ行う必要があるので、変数iを1だけ増加(ステップ107)させる。変数iとステップ102で設定したFID複製の上限値Nとの比較判定(ステップ108)を行い、変数iが上限値Nより大きくなるまでステップ106およびステップ107の作業を繰り返す。このステップ105からステップ108までの一連の処理が1つのルーチン150となっている場合もある。   Thereafter, an initial value setting of the variable i for controlling the number of copies of the read observation FID signal is performed (step 105), and a copy of the observation FID signal is stored in the storage unit 23 in the storage area specified by the variable i ( Step 106) is performed. Since this duplication processing needs to be performed only for the upper limit N of FID duplication, the variable i is increased by 1 (step 107). A comparison determination (step 108) between the variable i and the upper limit value N of FID replication set in step 102 is performed, and the operations in steps 106 and 107 are repeated until the variable i becomes larger than the upper limit value N. A series of processing from step 105 to step 108 may be a routine 150.

その後、観測FID信号のフーリエ変換(ステップ109)を行い記憶部24へ格納する。この処理により解析の参照値を作成する。   Thereafter, Fourier transform (step 109) of the observed FID signal is performed and stored in the storage unit 24. This process creates a reference value for analysis.

そして、ふたたび変数iの初期値設定(ステップ110)を実施し、記憶部23にある複製FID信号に対して式(3)で表される関数を乗ずる処理(ステップ111)を行い記憶部23へ格納する、変数iを1だけ増加(ステップ112)させる。
ここで、観測FIDの測定データへの関数処理を特徴づける特徴時間τ’は式(10)で指定される。
Then, the initial value of the variable i is set again (step 110), and the process (step 111) for multiplying the duplicate FID signal in the storage unit 23 by the function expressed by the equation (3) is performed to the storage unit 23. The variable i to be stored is increased by 1 (step 112).
Here, the characteristic time τ ′ that characterizes the function processing of the observation FID to the measurement data is specified by Expression (10).

Figure 0005006524

ここで、τは初期時間、ステップ102で指定されるΔは分割時間幅である。
Figure 0005006524

Here, τ 0 is the initial time, and Δ specified in step 102 is the divided time width.

通常、τはゼロに指定して解析を実施するが、解析対象のサンプルの中に含まれる分子の緩和時間が十分に長い場合、あるいは緩和時間が長いものだけを選び出して解析する場合にはτに正の実数を指定して解析を行っても良い。 Usually, τ 0 is set to zero and the analysis is performed. However, when the relaxation time of the molecules contained in the sample to be analyzed is sufficiently long, or when selecting only those with a long relaxation time, Analysis may be performed by specifying a positive real number for τ 0 .

上記関数を掛ける処理は変数iで指定されるすべての複製FID信号に亘って実施する必要があるので、変数iを1だけ増加させる処理(ステップ112)を行う。変数iとステップ102で設定したFID信号の複製の上限値Nとの比較判定(ステップ113)を行い、変数iが上限値Nより大きくなるまでステップ111およびステップ112の作業を繰り返す。このステップ110からステップ113までの一連の処理が1つのルーチン152となっている場合もある。   Since the process of multiplying the function needs to be performed over all duplicate FID signals specified by the variable i, a process of increasing the variable i by 1 (step 112) is performed. The variable i is compared with the upper limit value N of the FID signal replication set in step 102 (step 113), and the steps 111 and 112 are repeated until the variable i becomes larger than the upper limit value N. A series of processing from step 110 to step 113 may be a routine 152.

そして、再び、変数iの初期値設定(ステップ114)を実施し、次に、関数を掛ける処理を施した複製FID信号のフーリエ変換処理(ステップ115)を行い記憶部25へ格納し、変数iを1だけ増加させる処理(ステップ116)を行う。変数iとステップ102で設定したFID信号複製の上限値Nとの比較判定(ステップ117)を行い、変数iが上限値Nより大きくなるまでステップ115およびステップ116の作業を繰り返し、変数iで指定されるすべての関数を掛ける処理を施した複製FID信号に亘ってフーリエ変換を実施する。このステップ114からステップ117までの一連の処理が1つのルーチン154となっている場合もある。   Then, the initial value of the variable i is set again (step 114), and then the Fourier transform process (step 115) of the duplicate FID signal subjected to the process of multiplying the function is performed and stored in the storage unit 25. A process of increasing 1 by 1 (step 116) is performed. The variable i is compared with the upper limit value N of the FID signal replication set in step 102 (step 117), and the operations in steps 115 and 116 are repeated until the variable i becomes larger than the upper limit value N. A Fourier transform is performed over the replicated FID signal that has undergone a process that multiplies all of the functions to be performed. A series of processing from step 114 to step 117 may be a routine 154.

その後、観測したFID信号の周波数成分毎の緩和時間の判定を実施する。この判定は記憶部25に格納されている変数iで指定されるすべての関数処理された複製FID信号のスペクトルに対して実施されなくてはならない。そこで変数iの初期値設定(ステップ118)を行う。変数iで指定されるフーリエ変換された複製FID信号のスペクトル高さが、記憶部24に格納されている参照値スペクトル高さの半分であるかの判定(ステップ119)を行う。この判定は周波数成分毎に行われ、判定が正である場合には該当する周波数と特徴時間τ’(変数iの値と式(10)から得られる。)の組を組みデータ記憶部26に記憶させる処理(ステップ120)を行う。判定が否の場合には何も処理を行わない。変数iを1だけ増加させる処理(ステップ121)を行い、変数iとステップ102で設定したFID信号複製の上限値Nとの比較判定(ステップ122)を行い、変数iが上限値Nより大きくなるまでステップ119、ステップ120およびステップ121の作業を繰り返す。   Thereafter, the relaxation time for each frequency component of the observed FID signal is determined. This determination must be performed on the spectrum of all function-processed duplicate FID signals specified by the variable i stored in the storage unit 25. Therefore, the initial value of variable i is set (step 118). It is determined whether or not the spectral height of the Fourier-transformed duplicate FID signal designated by the variable i is half the reference value spectral height stored in the storage unit 24 (step 119). This determination is performed for each frequency component. If the determination is positive, a combination of the corresponding frequency and feature time τ ′ (obtained from the value of variable i and equation (10)) is set in the data storage unit 26. A process of storing (step 120) is performed. If the determination is negative, no processing is performed. Processing to increase the variable i by 1 (step 121) is performed, and the comparison determination (step 122) between the variable i and the upper limit value N of the FID signal replication set in step 102 is performed, and the variable i becomes larger than the upper limit value N. Steps 119, 120, and 121 are repeated.

以上の手続きが実行されると、ステップ120によって書き出された周波数と特徴時間τ’の組が複数個得られる。得られた周波数と特徴時間τ’の組を記憶部26とは別の記憶領域あるいはファイルなどに出力(ステップ123)を行う場合がある。   When the above procedure is executed, a plurality of sets of frequency and feature time τ 'written in step 120 are obtained. In some cases, the set of the obtained frequency and feature time τ 'is output to a storage area or file other than the storage unit 26 (step 123).

得られた周波数と特徴時間τ’の組の集合に対して、周波数を軸にピーク解析(ステップ124)を実施する。このステップ124によって得られたピークの集合はNMRで観測したスペクトルの周波数とスペクトルの緩和時間の組み合わせとなっており、この結果からNMRの観測スペクトル毎の緩和時間を特定することができる。   A peak analysis (step 124) is performed on the set of the obtained frequency and feature time τ 'sets with the frequency as the axis. The set of peaks obtained in this step 124 is a combination of the spectrum frequency observed by NMR and the spectrum relaxation time. From this result, the relaxation time for each NMR observed spectrum can be specified.

処理の終了(ステップ125)において、手続きを終わらせる形態だけでなく、続けて解析の開始(ステップ101)に移り、次の解析を自動的に待機する実施形態もある。   At the end of the process (step 125), there is an embodiment in which not only the procedure is ended, but also the process proceeds to the start of analysis (step 101) and automatically waits for the next analysis.

磁場の不均一性から来るスペクトル線幅の広がりを示すパラメータRinが不明な場合には、FID信号の先鋭化を行う処理(ステップ104)を行わずにその先の処理を進める。この場合磁場の不均一性が原因の緩和時間の低下を改善することはできないが、処理全体の流れに支障をきたすことはない。 When the parameter R in indicating the spread of the spectral line width resulting from the magnetic field inhomogeneity is unknown, the processing ahead is performed without performing the processing for sharpening the FID signal (step 104). In this case, although the reduction in relaxation time due to magnetic field inhomogeneity cannot be improved, it does not hinder the flow of the entire process.

図2Bは複数FID信号の作成と式(3)の関数を掛ける処理を同一ループにて行う実施形態のフローチャートを示す。解析の開始(ステップ101)から観測FID信号の補正(ステップ104)までは図2Aと同じである。変数iの初期値設定(ステップ105)、次いで、観測FID信号の複製を作成する処理(ステップ106)、複製FID信号に対して式(3)で表される関数を乗ずる処理(ステップ111)を行い記憶部23へ格納し、変数iを1だけ増加(ステップ107)させる。さらに、変数iとステップ102で設定したFID信号複製の上限値Nとの比較判定(ステップ108)を行い、変数iが上限値Nより大きくなるまでステップ106、ステップ111、ステップ107の作業を繰り返す。このステップ106、ステップ111を含んだステップ105からステップ108までの一連の処理が1つのルーチン156となっている場合もある。   FIG. 2B shows a flowchart of an embodiment in which the process of creating a plurality of FID signals and multiplying the function of Expression (3) is performed in the same loop. The process from the start of analysis (step 101) to the correction of the observed FID signal (step 104) is the same as FIG. 2A. Setting the initial value of the variable i (step 105), then processing for creating a duplicate of the observed FID signal (step 106), and processing for multiplying the duplicate FID signal by the function represented by equation (3) (step 111) Then, the variable i is incremented by 1 (step 107). Further, the variable i is compared with the upper limit value N of the FID signal replication set in step 102 (step 108), and the operations of step 106, step 111, and step 107 are repeated until the variable i becomes larger than the upper limit value N. . A series of processing from Step 105 to Step 108 including Step 106 and Step 111 may be one routine 156.

その後、観測FID信号のフーリエ変換(ステップ109)を行い、記憶部24へ格納する。この処理により解析の参照値を作成する。以後、再び、変数iの初期値設定(ステップ114)を実施した以降の処理は図2Aと同じである。   Thereafter, the observed FID signal is subjected to Fourier transform (step 109) and stored in the storage unit 24. This process creates a reference value for analysis. Thereafter, the processing after the initial value setting of the variable i (step 114) is performed again is the same as FIG. 2A.

図2Bに示すフローによる処理は、図2Aに示すフローによる処理と比較して、ステップ112、ステップ113による処理が省略できる。   The processing by the flow shown in FIG. 2B can omit the processing by step 112 and step 113 as compared with the processing by the flow shown in FIG. 2A.

図2Cは複数FID信号の作成、式(3)の関数を掛ける処理、そして複製FID信号のフーリエ変換を同一ループにて行う実施形態のフローチャートを示す。解析の開始(ステップ101)から観測FID信号の複製の作成(ステップ106)および複製FID信号に対して式(3)で表される関数を乗ずる処理(ステップ111)を行うまでの処理は図2Bと同じである。   FIG. 2C shows a flowchart of an embodiment in which a plurality of FID signals are generated, the process of multiplying the function of Expression (3), and the Fourier transform of the duplicate FID signal are performed in the same loop. The processing from the start of analysis (step 101) to the creation of a duplicate of the observed FID signal (step 106) and the process of multiplying the duplicate FID signal by the function represented by equation (3) (step 111) is shown in FIG. 2B. Is the same.

次いで、関数を掛ける処理を施した複製FID信号のフーリエ変換処理(ステップ115)を行い記憶部25に格納し、変数iを1だけ増加させる処理(ステップ107)を行う。変数iとステップ102で設定したFID信号複製の上限値Nとの比較判定(ステップ108)を行い、変数iが上限値Nより大きくなるまでステップ106、ステップ111、ステップ115、ステップ107の作業を繰り返し、変数iで指定されるすべての関数を掛ける処理を施した複製FID信号に亘ってフーリエ変換を実施する。このステップ106、ステップ111、ステップ115を含んだステップ105からステップ108までの一連の処理が1つのルーチン158となっている場合もある。   Next, a Fourier transform process (step 115) of the duplicate FID signal subjected to the process of multiplying the function is performed and stored in the storage unit 25, and a process of increasing the variable i by 1 (step 107) is performed. The variable i is compared with the upper limit value N of the FID signal replication set in step 102 (step 108), and the operations of step 106, step 111, step 115, and step 107 are performed until the variable i becomes larger than the upper limit value N. Repeatedly, Fourier transformation is performed over the duplicate FID signal that has been subjected to the process of multiplying all functions specified by the variable i. A series of processing from Step 105 to Step 108 including Step 106, Step 111, and Step 115 may be a single routine 158.

その後、観測FID信号のフーリエ変換(ステップ109)を行い、記憶部24へ格納する。この処理により解析の参照値を作成する。以後、再び、変数iの初期値設定(ステップ118)を実施し、続いて、記憶部25に格納され変数iで指定されるフーリエ変換された複製FID信号のスペクトル高さが、記憶部24へ格納されている参照値スペクトル高さの半分であるかの判定(ステップ119)を行う。この判定の処理以降は図2Bと同じである。   Thereafter, the observed FID signal is subjected to Fourier transform (step 109) and stored in the storage unit 24. This process creates a reference value for analysis. Thereafter, the initial value of the variable i is set again (step 118). Subsequently, the spectral height of the replicated FID signal which is stored in the storage unit 25 and designated by the variable i is transferred to the storage unit 24. A determination is made as to whether the height of the stored reference value spectrum is half (step 119). The processing after this determination is the same as in FIG. 2B.

図2Cに示すフローによる処理は、図2Bに示すフローによる処理と比較して、ステップ116、ステップ117による処理が省略できる。   The processing by the flow shown in FIG. 2C can omit the processing by step 116 and step 117 as compared with the processing by the flow shown in FIG. 2B.

図2Dは複数FID信号の作成、式(3)の関数を掛ける処理、そして複製FID信号のフーリエ変換を同一ループにて行い、判定ループにおいてスペクトル成分のループ処理を明示的に示した実施形態のフローチャートを示す。解析の開始(ステップ101)に続くステップ102の設定では、複製FID信号の数N、分割時間幅Δの設定に加えてスペクトル周波数成分の数Fの設定を明示的に行う場合がある。観測FID信号の読み込み(ステップ103)から観測FID信号のフーリエ変換(ステップ109)まで、処理は図2Cと同じである。   FIG. 2D shows an embodiment in which a plurality of FID signals are generated, the process of multiplying the function of Expression (3), and the Fourier transform of the duplicate FID signal are performed in the same loop, and the spectral component loop process is explicitly shown in the determination loop. A flowchart is shown. In the setting of step 102 following the start of analysis (step 101), the number F of spectral frequency components may be explicitly set in addition to setting the number N of duplicate FID signals and the division time width Δ. The process from reading the observed FID signal (step 103) to the Fourier transform of the observed FID signal (step 109) is the same as in FIG. 2C.

その後、観測したFID信号の周波数成分毎の緩和時間の判定を実施する。この判定は記憶部25に格納され変数iで指定されるすべての関数を掛ける処理をされた複製FID信号のスペクトルに対して実施されなくてはならない。そこで変数iの初期値設定(ステップ114)を行い、変数iのループを実行する。変数iのループの中ではデータの周波数成分を指定する変数jの初期値設定(ステップ126)を行い、変数jのループを実行する。変数iで指定されたフーリエ変換された複製FID信号の変数jで指定される周波数成分のスペクトル高さが記憶部24へ格納された参照値スペクトルデータの同変数jで指定される周波数成分でのスペクトル高さの半分と等しいかの判定(ステップ130)を行う。この判定で正である場合には該当する周波数と特徴時間τ’(変数iの値と式(10)から得られる)の組を組みデータ記憶部26に記憶させる処理(ステップ120)を行う。判定が否の場合には何も処理を行わない。変数jを1だけ増加させる処理(ステップ127)を行い、変数jとステップ102で設定したスペクトル周波数成分の数Fとの比較判定(ステップ128)を行い、変数jが設定値Fよりも大きくなるまで、ステップ130、ステップ120、ステップ127の処理を繰り返す。その後、変数jが設定値Fよりも大きくなった時点で、変数iを1だけ増加させる処理(ステップ121)を行い、変数iとステップ102で設定したFID信号複製の上限値Nとの比較判定(ステップ122)を行い、変数iが上限値Nより大きくなるまで上記jのループ、すなわち、ステップ130、ステップ120、ステップ127、ステップ128、ステップ122の作業を繰り返す。   Thereafter, the relaxation time for each frequency component of the observed FID signal is determined. This determination must be performed on the spectrum of the replicated FID signal that has been processed by multiplying all the functions specified by the variable i stored in the storage unit 25. Therefore, the initial value of variable i is set (step 114), and the loop of variable i is executed. In the variable i loop, the initial value of variable j for designating the frequency component of data is set (step 126), and the variable j loop is executed. The spectral height of the frequency component specified by the variable j of the Fourier-transformed FID signal specified by the variable i is the frequency component specified by the variable j of the reference value spectral data stored in the storage unit 24. A determination is made as to whether it is equal to half the spectral height (step 130). If this determination is positive, a process (step 120) of storing a set of the corresponding frequency and feature time τ '(obtained from the value of variable i and equation (10)) in the data storage unit 26 is performed. If the determination is negative, no processing is performed. A process of increasing the variable j by 1 (step 127) is performed, and the variable j is compared with the number F of spectral frequency components set in step 102 (step 128), so that the variable j becomes larger than the set value F. Steps 130, 120, and 127 are repeated. Thereafter, when the variable j becomes larger than the set value F, a process of increasing the variable i by 1 (step 121) is performed, and the comparison determination between the variable i and the upper limit value N of the FID signal replication set in step 102 is performed. (Step 122) is performed, and the loop of j, that is, the operations of Step 130, Step 120, Step 127, Step 128, and Step 122 are repeated until the variable i becomes larger than the upper limit value N.

以上の手続きを行うと、ステップ120によって書き出された周波数と特徴時間τ’の組が複数個得られる。得られた周波数と特徴時間τ’の組を記憶部26とは別の記憶領域あるいはファイルなどに出力(ステップ123)を行う場合がある。   When the above procedure is performed, a plurality of sets of frequencies and feature times τ ′ written in step 120 are obtained. In some cases, the set of the obtained frequency and feature time τ 'is output to a storage area or file other than the storage unit 26 (step 123).

得られた周波数と特徴時間τ’の組の集合に対して、周波数を軸にピーク解析(ステップ124)を実施する。このステップ124によって得られたピークの集合はNMRで観測したスペクトルの周波数とスペクトルの緩和時間の組み合わせとなっており、この結果からNMRの観測スペクトル毎の緩和時間を特定することができる。   A peak analysis (step 124) is performed on the set of the obtained frequency and feature time τ 'sets with the frequency as the axis. The set of peaks obtained in this step 124 is a combination of the spectrum frequency observed by NMR and the spectrum relaxation time. From this result, the relaxation time for each NMR observed spectrum can be specified.

処理の終了(ステップ125)において、手続きを終わらせる形態だけでなく、続けて解析の開始(ステップ101)に移り、次の解析を自動的に待機する実施形態もある。   At the end of the process (step 125), there is an embodiment in which not only the procedure is ended, but also the process proceeds to the start of analysis (step 101) and automatically waits for the next analysis.

図2Dに示すフローによる処理は、図2A−図2Cに示すフローによる処理と比較して観測したFID信号の周波数成分毎の緩和時間の判定方法をより詳細なステップで示した実施形態である。   The process according to the flow illustrated in FIG. 2D is an embodiment in which the relaxation time determination method for each frequency component of the FID signal observed in comparison with the process according to the flow illustrated in FIGS. 2A to 2C is illustrated in more detailed steps.

図2Eは複数FID信号の作成、式(3)の関数を掛ける処理、そして複製FID信号のフーリエ変換を同一ループにて行い、判定ループにおいてスペクトル成分のループ処理を外側で実行する実施形態のフローチャートを示す。解析の開始(ステップ101)から観測FID信号のフーリエ変換(ステップ109)までの処理は図2Dと同じである。   FIG. 2E is a flowchart of an embodiment in which a plurality of FID signals are generated, the process of multiplying the function of Expression (3), and the Fourier transform of the duplicate FID signal are performed in the same loop, and the spectral component loop process is executed outside in the determination loop. Indicates. The processing from the start of analysis (step 101) to the Fourier transform of the observed FID signal (step 109) is the same as in FIG. 2D.

その後、観測したFID信号の周波数成分毎の緩和時間の判定を実施する。この判定は記憶部25に格納され変数iで指定されるすべての関数を掛ける処理をされた複製FID信号のスペクトルに対して実施されなくてはならない。まず、データの周波数成分を指定する変数jの初期値設定(ステップ126)を行い、変数jのループを実行する。このループの中で変数iの初期値設定(ステップ114)を行い、変数iのループを実行する。変数iのループの中ではフーリエ変換された複製FID信号の変数jで指定される周波数成分のスペクトル高さが記憶部24へ格納された参照値スペクトルデータの同変数jで指定される周波数成分でのスペクトル高さの半分と一致するかの判定(ステップ130)を行う。この判定が正である場合には該当する周波数と特徴時間τ’(変数iの値と式(10)から得られる。)の組を組みデータ記憶部26に記憶させる処理(ステップ120)を行う。判定が否の場合には何も処理を行わない。変数iを1だけ増加させる処理(ステップ121)を行い、変数iと(ステップ102)で設定したFID複製の上限値Nとの比較判定(ステップ122)を行い、変数iが上限値Nより大きくなるまでステップ130、ステップ120、ステップ121の処理を繰り返す。その後、変数iが上限値Nよりも大きくなった時点で変数jを1だけ増加させる処理(ステップ127)を行い、変数jと(ステップ102)で設定したスペクトル周波数成分の数Fとの比較判定(ステップ128)を行い、変数jが設定値Fよりも大きくなるまで、上記の処理すなわち、ステップ114、ステップ130、ステップ120、ステップ121、ステップ122の処理およびステップ127の作業を繰り返す。   Thereafter, the relaxation time for each frequency component of the observed FID signal is determined. This determination must be performed on the spectrum of the replicated FID signal that has been processed by multiplying all the functions specified by the variable i stored in the storage unit 25. First, an initial value of a variable j that designates a frequency component of data is set (step 126), and a loop of the variable j is executed. In this loop, the initial value of variable i is set (step 114), and the loop of variable i is executed. In the loop of the variable i, the spectral height of the frequency component specified by the variable j of the replicated FID signal subjected to Fourier transform is the frequency component specified by the variable j of the reference value spectral data stored in the storage unit 24. It is determined whether or not it matches half of the spectrum height (step 130). If this determination is positive, a process (step 120) of storing a set of the corresponding frequency and feature time τ ′ (obtained from the value of the variable i and the expression (10)) in the data storage unit 26 is performed. . If the determination is negative, no processing is performed. A process of increasing the variable i by 1 (step 121) is performed, and the variable i is compared with the upper limit value N of the FID replication set in (step 102) (step 122). The variable i is larger than the upper limit value N. Steps 130, 120, and 121 are repeated until it becomes. Thereafter, when the variable i becomes larger than the upper limit value N, the variable j is incremented by 1 (step 127), and the variable j is compared with the number F of spectral frequency components set in (step 102). (Step 128) is performed, and the above processing, that is, the processing of Step 114, Step 130, Step 120, Step 121, Step 122, and the operation of Step 127 are repeated until the variable j becomes larger than the set value F.

以上の手続きを行うと、処理111によって書き出された周波数と特徴時間τ’の組が複数個得られる。得られた周波数と特徴時間τ’の組を記憶部26とは別の記憶領域あるいはファイルなどに出力(ステップ123)を行う場合がある。   By performing the above procedure, a plurality of sets of frequencies and feature times τ ′ written by the processing 111 are obtained. In some cases, the set of the obtained frequency and feature time τ 'is output to a storage area or file other than the storage unit 26 (step 123).

得られた周波数と特徴時間τ’の組の集合に対して、周波数を軸にピーク解析(ステップ124)を実施する。このステップ124によって得られたピークの集合はNMRで観測したスペクトルの周波数とスペクトルの緩和時間の組み合わせとなっており、この結果からNMRの観測スペクトル毎の緩和時間を特定することができる。   A peak analysis (step 124) is performed on the set of the obtained frequency and feature time τ 'sets with the frequency as the axis. The set of peaks obtained in this step 124 is a combination of the spectrum frequency observed by NMR and the spectrum relaxation time. From this result, the relaxation time for each NMR observed spectrum can be specified.

処理の終了(ステップ125)において、手続きを終わらせる形態だけでなく、続けて解析の開始(ステップ101)に移り、次の解析を自動的に待機する実施形態もある。   At the end of the process (step 125), there is an embodiment in which not only the procedure is ended, but also the process proceeds to the start of analysis (step 101) and automatically waits for the next analysis.

複製FID信号スペクトルデータ記憶部25へのデータ記録方式の違いによって図2Dおよび図2Eに示すフローを使い分けることで緩和時間判定の処理を高速化できる場合がある。複製FID信号に対して式(3)で示す関数を掛け、フーリエ変換処理を行った結果は2次元配列もしくは行列といった形態で記憶部25へ格納される。2次元配列あるいは行列では、行を示す添え字と列を示す添え字を指定することでデータ要素の読み出し、書き込みが行われる。このデータ要素の指定方法を実際の記憶部上に実装する場合2通りの方法がある。複製FID信号に対して式(3)で示す関数を掛ける処理を行った結果では、周波数ωあるいは添え字jで要素を指定する1次元配列を用意しスライス時間に対応する添え字iで上記1次元配列を指定する方法(A方式)と、スライス時間に対応する添え字iで要素を指定する1次元配列を用意し周波数ωあるいは添え字jで上記1次元配列を指定する方法(B方式)がある。A方式では周波数指定のループが内側にある図2Dのフローが望ましく、B方式ではスライス時間に対応する添え字iのループが内側にある図2Eのフローが望ましい。   Depending on the data recording method in the duplicate FID signal spectrum data storage unit 25, the processing shown in FIGS. 2D and 2E may be used differently to speed up the relaxation time determination process. A result obtained by multiplying the duplicate FID signal by the function represented by Expression (3) and performing Fourier transform processing is stored in the storage unit 25 in the form of a two-dimensional array or matrix. In a two-dimensional array or matrix, data elements are read and written by specifying a subscript indicating a row and a subscript indicating a column. There are two ways to implement this data element designation method on an actual storage unit. As a result of performing the process of multiplying the duplicated FID signal by the function shown in Expression (3), a one-dimensional array designating an element with the frequency ω or the subscript j is prepared, and the subscript i corresponding to the slice time is 1 A method of specifying a three-dimensional array (A method) and a method of preparing a one-dimensional array for specifying an element with a subscript i corresponding to a slice time and specifying the one-dimensional array with a frequency ω or a subscript j (B method) There is. In the A method, the flow of FIG. 2D in which the loop for specifying the frequency is inside is desirable, and in the B method, the flow of FIG. 2E in which the loop of the subscript i corresponding to the slice time is inside is desirable.

この記憶部25はバスあるいはネットワーク10に跨った記憶部になっていても構わない。   The storage unit 25 may be a storage unit across the bus or the network 10.

本発明を用いることで、観測スペクトルの各ピークに対応したT 緩和時間を簡便に解析することが可能になる。 By using the present invention, it is possible to easily analyze the T 2 * relaxation time corresponding to each peak of the observed spectrum.

本発明を用いることで、観測スペクトルの各ピークに対応したT 緩和時間を解析し、観測対象の分子の運動性を観測することが可能であり、特にタンパク質などの内部に運動の自由度を持った高分子に有効である。 By using the present invention, it is possible to analyze the T 2 * relaxation time corresponding to each peak of the observed spectrum and observe the mobility of the molecule to be observed, and in particular, the degree of freedom of movement inside the protein or the like. It is effective for polymers with

タンパク質では、パルスシーケンスの組み合わせによりタンパク質の主鎖の繋がりを読み取ることが出来る。この主鎖を構成する核スピンの緩和時間を求めることで、属する残基の運動性を調べることが出来る。本発明をこの解析に用いることで従来よりも効率良く分子の運動性を解析することが可能となる。   For proteins, the linkage of protein main chains can be read by a combination of pulse sequences. By determining the relaxation time of the nuclear spin constituting this main chain, the mobility of the residue to which it belongs can be examined. By using the present invention for this analysis, it becomes possible to analyze the mobility of molecules more efficiently than in the past.

(実施例2)
(本発明におけるスペクトル帰属方法)
生体液を含めた混合溶液のNMR計測で取得したFID信号にはそれぞれの分子を構成する原子のうち、磁気共鳴を生じている複数の原子核からの信号が含まれている。一般的にNMR計測においては、これら信号がFID信号に含まれる原子核のことを観測可能な原子核と呼んでいる。
(Example 2)
(Spectral attribution method in the present invention)
An FID signal acquired by NMR measurement of a mixed solution including a biological fluid includes signals from a plurality of atomic nuclei causing magnetic resonance among atoms constituting each molecule. In general, in NMR measurement, these signals are called nuclei that can observe nuclei contained in FID signals.

各観測可能な原子核は、周りの原子核スピンからの磁気双極子相互作用、電子の反磁性的軌道運動によって核スピンの所に作られる磁場(化学シフト)、超微細相互作用による核スピン同士の間接相互作用などを受けて、同じ核種であっても共鳴周波数が異なる。この共鳴周波数の違いは、各原子核が属する分子の構造や電子状態を反映している。   Each observable nucleus consists of a magnetic dipole interaction from the surrounding nuclear spins, a magnetic field created at the nuclear spin by the diamagnetic orbital motion of electrons (chemical shift), and indirect nuclear spins by hyperfine interactions. Due to the interaction, the resonance frequency is different even for the same nuclide. This difference in resonance frequency reflects the structure and electronic state of the molecule to which each nucleus belongs.

また、1つの共鳴周波数のスペクトルに注目した時、観測スペクトルは一般に有限の線幅を持つ。これは観測された原子核集団の核スピンの共鳴状態が緩和していることを表しており、この緩和過程にはスピン−格子緩和過程とスピン−スピン緩和過程の2つがある。一般にはスピン−スピン緩和過程の方が短く、観測FID信号はこのスピン−スピン緩和時間(T)より短い緩和時間(T )を持つ。 When attention is paid to the spectrum of one resonance frequency, the observed spectrum generally has a finite line width. This indicates that the observed nuclear spin resonance state of the nuclear population is relaxed, and there are two relaxation processes, a spin-lattice relaxation process and a spin-spin relaxation process. In general, the spin-spin relaxation process is shorter, and the observed FID signal has a relaxation time (T 2 * ) shorter than the spin-spin relaxation time (T 2 ).

溶液中でランダムな回転運動をしている分子のT緩和時間は、核同士の相互作用の違いによって異なった傾向を示す。分子の回転運動が十分に遅い場合を考える。このとき原子核の共鳴周波数ωと分子の回転相関時間τの間にωτ>>1の関係が成立する。この状況はペプチド、タンパク質といった分子量サイズの分子に対して有効な近似である。この状況ではH原子核が回りの原子核との双極子相互作用を介して緩和しているとした場合のT緩和時間は式(11)で表される。 The T 2 relaxation time of molecules that are rotating randomly in the solution shows different tendencies depending on the interaction between the nuclei. Consider the case where the rotational movement of molecules is sufficiently slow. At this time, a relationship of ω k τ C >> 1 is established between the resonance frequency ω k of the nucleus and the rotational correlation time τ C of the molecule. This situation is an effective approximation for molecules of molecular weight size such as peptides and proteins. In this situation, the T 2 relaxation time when the 1 H nucleus is relaxed through dipole interaction with surrounding nuclei is expressed by the equation (11).

Figure 0005006524

ISはスピンI,S間の双極子相互作用による緩和を表す係数であり式(12)で表される。
Figure 0005006524

d IS is a coefficient representing relaxation due to the dipole interaction between the spins I and S, and is represented by Expression (12).

Figure 0005006524

ここで、IはH原子核、Sは核スピンIに相互作用するスピンを表す。添字kはIまたはSを表す。γは磁気回転比であり、原子核kの共鳴周波数をωと表すと、主磁場Hとの間にω=γ・Hの関係がある。式(11)に現れるτは分子の回転相関時間である。
Figure 0005006524

Here, I represents a 1 H nucleus, and S represents a spin that interacts with the nuclear spin I. The subscript k represents I or S. γ k is a gyromagnetic ratio, and when the resonance frequency of the nucleus k is expressed as ω k , there is a relationship of ω k = γ k · H 0 with the main magnetic field H 0 . Τ C appearing in equation (11) is the rotational correlation time of the molecule.

また、H原子核と結合した(カップル)状態の13Cあるいは15N原子核では化学シフト異方性(CSA)効果が加わるのでT緩和時間は式(13)で表される。 Further, since the chemical shift anisotropy (CSA) effect is added in the (coupled) 13 C or 15 N nucleus bonded to the 1 H nucleus, the T 2 relaxation time is expressed by the equation (13).

Figure 0005006524

さらに、H原子核と結合しない(デカップル)状態の13Cあるいは15N原子核では式(14)で表される。
Figure 0005006524

Furthermore, 13 C or 15 N nuclei that are not bonded to 1 H nuclei (decoupled) are represented by formula (14).

Figure 0005006524

ここで係数dCSA、dIS、dIkの間には次の関係がある。13C原子核とH原子核の結合状態ではdCSA/dIS=0.022、dIS/ΣdIk=1.4、15N原子核とH原子核の結合状態ではdCSA/dIS=0.055、dIS/ΣdIk=0.3。
Figure 0005006524

Here, the following relationships exist among the coefficients d CSA , d IS , and d Ik . In the combined state of 13 C nucleus and 1 H nucleus, d CSA / d IS = 0.022, d IS / Σd Ik = 1.4, and in the combined state of 15 N nucleus and 1 H nucleus, d CSA / d IS = 0. 055, d IS / Σd Ik = 0.3.

これらの式(11)から式(14)までの関係により回転相関時間τに対する緩和時間Tをプロットすることが可能である。 It is possible to plot the relaxation time T 2 against the rotational correlation time τ C according to the relationship from these equations (11) to (14).

H,13C,15Nそれぞれの原子核スピンが属する分子の回転相関時間τに対するT *緩和時間をプロットしたものを図7に示す。601は13Cや15N原子核と結合していないH原子核からの信号の緩和時間、602は13C原子核と結合したH原子核からの信号の緩和時間、603は15N原子核と結合したH原子核からの信号の緩和時間、604はH原子核と結合した(カップル)状態の13C原子核からの信号の緩和時間、605はH原子核と結合していない(デカップル)状態の13C原子核からの信号の緩和時間、606はH原子核と結合した(カップル)状態の15N原子核からの信号の緩和時間、607はH原子核と結合していない(デカップル)状態の15N原子核からの信号の緩和時間である。 FIG. 7 shows a plot of the T 2 * relaxation time against the rotational correlation time τ C of the molecules to which the nuclear spins of 1 H, 13 C, and 15 N belong. 601 is the relaxation time of a signal from a 1 H nucleus that is not bonded to 13 C or 15 N nuclei, 602 is the relaxation time of a signal from a 1 H nucleus that is bonded to a 13 C nucleus, and 603 is 1 that is bonded to a 15 N nucleus. The relaxation time of the signal from the H nucleus, 604 is the relaxation time of the signal from the 13 C nucleus coupled to the 1 H nucleus (coupled), and 605 is the 13 C nucleus not coupled to the 1 H nucleus (decoupled). relaxation time of the signal from, 606 1 H nucleus coupled with a (couple) 15 relaxation time of the signal from the N nuclei states, 607 1 not bound to H nuclei (decoupled) from the state of 15 N nuclei This is the relaxation time of the signal.

このように、観測している原子核の種類や原子核同士の結合状態の違いによってT緩和時間と回転相関時間τの関係は異なる。 Thus, the relationship between the T 2 relaxation time and the rotational correlation time τ C differs depending on the type of the nucleus being observed and the difference in the bonding state between the nuclei.

どのような原子核を観測するかは観測者が判断し、パルスシーケンスを設定あるいは作成することで実験を設定することが可能である。   It is possible for an observer to determine what kind of nuclei to observe and to set an experiment by setting or creating a pulse sequence.

この図7に示した各曲線に対して式(15)でフィッティングする。   Each curve shown in FIG. 7 is fitted by equation (15).

Figure 0005006524

それぞれの曲線に対するフィッティングパラメータA,bを表1に示す。
Figure 0005006524

Table 1 shows the fitting parameters A and b for the respective curves.

Figure 0005006524
それぞれ、Hは曲線601、H(13C結合)は曲線602、H(15N結合)は曲線603、13C(Hカップル)は曲線604、13C(Hデカップル)は曲線605、15N(Hカップル)は曲線606、15N(Hデカップル)は曲線607に対するフィッティングパラメータを表す。このフィッティングパラメータと式(15)を用いることで、本発明の緩和時間解析方法を適用して得られた各スペクトルピークの緩和時間に対応する回転相関時間τを求めることができる。
Figure 0005006524
1 H is curve 601, 1 H ( 13 C bond) is curve 602, 1 H ( 15 N bond) is curve 603, 13 C ( 1 H couple) is curve 604, and 13 C ( 1 H decouple) is curve Reference numerals 605 and 15 N ( 1 H couple) denote curves 606, and 15 N ( 1 H decouple) denotes a fitting parameter for the curve 607. By using this fitting parameter and Expression (15), the rotational correlation time τ C corresponding to the relaxation time of each spectral peak obtained by applying the relaxation time analysis method of the present invention can be obtained.

このフィッティング曲線による当てはめは、式(15)や表1のパラメータのみによらない。解析対象となるスペクトルの緩和時間Tのモデルや表式が異なった場合でも得られた曲線をフィッティングし、その曲線からτを求めることは本発明の方法である。 The fitting by the fitting curve does not depend only on the equation (15) or the parameters in Table 1. Fitting a curve obtained even if the model and expression for the relaxation time spectrum to be analyzed T 2 are different, it is the method of the present invention to determine the tau C from the curve.

また、分子軌道法、分子動力学といった分子の状態や運動性を解析する方法によって得られた結果から求められたパラメータ、フィッティング曲線を用いて緩和時間からτを求めることは本発明の方法である。 Further, it is the method of the present invention to obtain τ C from the relaxation time using parameters and fitting curves obtained from the results obtained by the molecular orbital method and molecular dynamics analysis methods such as molecular dynamics. is there.

それぞれの分子が溶液中でランダムなブラウン運動をしている場合には、回転相関時間τと分子の分子量Mの間には式(16)、式(17)の関係が成立していることが知られている。この関係を用いて回転相関時間τから分子量を推定する。 When each molecule has a random Brownian motion in the solution, the relationship of the equations (16) and (17) is established between the rotational correlation time τ C and the molecular weight M of the molecule. It has been known. Using this relationship, the molecular weight is estimated from the rotational correlation time τ C.

Figure 0005006524
Figure 0005006524

Figure 0005006524

ここでηは分子の粘性、ρは分子の密度、Nはアボガドロ数を表す。rは分子の周りに結合する水分子層の半径である。タンパク質の場合にはρは0.73cm/g、rは1.6〜3.2Åを用いる。
Figure 0005006524

Here eta W molecular viscosity, [rho is the density of molecules, N A represents Avogadro's number. r w is the radius of the water molecule layer bonded around the molecule. In the case of protein, ρ is 0.73 cm 3 / g and r w is 1.6 to 3.2 cm.

式(16)、式(17)から分子量Mに対する式(18)を得る。   Expression (18) for molecular weight M is obtained from Expression (16) and Expression (17).

Figure 0005006524

この式(18)から各スペクトルピークの回転相関時間τから分子量Mを推定する。
また、1分子当たりの体積を表す式(19)から体積Vを推定してスペクトルを分子へ帰属する場合もある。
Figure 0005006524

From this equation (18), the molecular weight M is estimated from the rotational correlation time τ C of each spectral peak.
In some cases, the spectrum is assigned to a molecule by estimating the volume V from the equation (19) representing the volume per molecule.

Figure 0005006524

また、分子軌道法、分子動力学といった分子の状態や運動性を解析する方法によって得られた結果から回転相関時間τと分子の分子量Mの関係を導き出し、図2A〜図2Eの方法で求めた緩和時間から推定した回転相関時間τから分子量Mあるいは1分子当たりの体積を推定することは本発明の方法である。
Figure 0005006524

In addition, the relationship between the rotational correlation time τ C and the molecular weight M of the molecule is derived from the results obtained by the molecular orbital method and molecular dynamics analysis methods such as molecular dynamics, and is obtained by the method shown in FIGS. 2A to 2E. It is the method of the present invention to estimate the molecular weight M or the volume per molecule from the rotational correlation time τ C estimated from the relaxation time.

上記の混合溶液におけるスペクトル帰属方法を適用する際の全体の流れを図8に示す。まず、サンプルをNMR装置にセット(ステップ701)し、その後、温度調整機能を作動させ試料温度を安定化させる。そして、NMR装置のプローブコイルのチューニング・マッチングを実施し、サンプル溶媒に合わせたロック動作させる。ロックレベルや取得したFID信号の状態を見ながらシミングを実施(ステップ702)する。この時、磁場の不均一性から来るスペクトル幅の広がりをスペクトル高さの半分の位置で1Hz程度に抑えることが望ましい。その後、NMR計測を実施(ステップ703)する。計測後には通常のNMRスペクトル処理、すなわちフーリエ変換処理(ステップ704)、スペクトデータ取得(ステップ709)および表示用データ作成(ステップ710)を実施する。ステップ704、ステップ709、ステップ710で示す一連の処理と同時、或いはその処理後に図2A〜図2Eに示したスペクトルピークに対する緩和時間の解析とピーク検出(ステップ705)を実施する。得られたT 緩和時間データをプロット表示する場合もある。その後、モデル式のフィッティング曲線を用いて、T 緩和時間から回転相関時間τを推定(ステップ706)し、得られたτから分子量Mあるいは1分子当たりの体積Vを求めその後スペクトルをグループ化(ステップ707)する。得られた、緩和時間あるいは分子量、1分子当たりの体積、スペクトルのグループ情報のすべて或いはその一部分を、従来のスペクトル処理によって得られたスペクトルと合わせて表示(ステップ708)する。 FIG. 8 shows the overall flow when applying the spectral assignment method in the above mixed solution. First, the sample is set in the NMR apparatus (step 701), and then the temperature adjustment function is activated to stabilize the sample temperature. Then, tuning / matching of the probe coil of the NMR apparatus is performed, and a locking operation is performed according to the sample solvent. Shimming is performed while checking the lock level and the state of the acquired FID signal (step 702). At this time, it is desirable to suppress the spread of the spectrum width resulting from the magnetic field inhomogeneity to about 1 Hz at a position half the spectrum height. Thereafter, NMR measurement is performed (step 703). After the measurement, normal NMR spectrum processing, that is, Fourier transform processing (step 704), spectro data acquisition (step 709), and display data creation (step 710) are performed. The relaxation time analysis and peak detection (step 705) for the spectral peaks shown in FIGS. 2A to 2E are performed simultaneously with or after the series of processes shown in step 704, step 709, and step 710. The obtained T 2 * relaxation time data may be plotted. Thereafter, using the fitting curve of the model formula, the rotational correlation time τ C is estimated from the T 2 * relaxation time (step 706), the molecular weight M or the volume V per molecule is obtained from the obtained τ C, and then the spectrum is obtained. Group (step 707). The obtained relaxation time or molecular weight, volume per molecule, and all or a part of the spectrum group information are displayed together with the spectrum obtained by the conventional spectrum processing (step 708).

シミング処理(ステップ702)後に磁場の不均一性を由来とするスペクトル幅の広がり或いは緩和時間の減少量が既に分かっている時には、磁場の不均一性から来る緩和の減少を改善する処理(図2A〜図2E中のステップ104)を含んだ図8の(ステップ705)を実施してもよい。   When the spread of the spectrum width due to the magnetic field inhomogeneity or the amount of decrease in relaxation time is already known after the shimming process (step 702), the process for improving the reduction in relaxation due to the magnetic field inhomogeneity (FIG. 2A). 8 (Step 705) including Step 104) in FIG. 2E may be performed.

磁場の不均一性に由来する緩和時間の減少量が不明な場合は図2A〜図2E中のステップ104を含まない図8のステップ705を実施する。   If the amount of decrease in relaxation time due to magnetic field inhomogeneity is unknown, step 705 in FIG. 8 that does not include step 104 in FIGS. 2A to 2E is performed.

図9にT 緩和時間データのプロット表示の1つの好ましい例を示す。横軸にスペクトル周波数、縦軸に緩和時間を設定してプロットしたものである。点801は本発明の解析によって得られたデータ点である。図中ではスペクトル周波数をppm表示してあるが、観測者が望む場合にはHz単位で表示しても良い。 FIG. 9 shows one preferred example of a plot display of T 2 * relaxation time data. The plot is plotted with the spectral frequency on the horizontal axis and the relaxation time on the vertical axis. Point 801 is a data point obtained by the analysis of the present invention. In the figure, the spectral frequency is displayed in ppm, but may be displayed in Hz if the observer desires.

図10に解析で得られたデータに対するグループ化情報を表示する1つの好ましい例を示す。横軸にスペクトル周波数、縦軸に緩和時間を設定してプロットしたものである。901はプロットのグループを示す記号であり、このように複数のプロットが同一のグループに収まるように表示する。902は各グループを示す記号名である。この記号902の所にグループ化作業707で用いた指標(分子量あるいは1分子当たりの体積)を表示する場合もある。   FIG. 10 shows one preferred example of displaying grouping information for data obtained by analysis. The plot is plotted with the spectral frequency on the horizontal axis and the relaxation time on the vertical axis. Reference numeral 901 denotes a symbol indicating a group of plots. In this way, a plurality of plots are displayed so as to fit in the same group. Reference numeral 902 denotes a symbol name indicating each group. In some cases, the index (molecular weight or volume per molecule) used in the grouping operation 707 is displayed at the symbol 902.

図11に参照値スペクトルと解析した緩和時間のプロットを並べて表示する場合の1つの好ましい例を示す。1001はNMRスペクトル1002を表示する領域である。1003はT 緩和時間のプロット表示領域である。それぞれの表示領域のスペクトル周波数を示す軸1004と1005は原点およびスケールを揃えて表示することが望ましい。また、本図はスペクトル周波数を横軸として示してあるが、スペクトル周波数を縦軸にとり表記する場合もある。 FIG. 11 shows a preferable example in the case where the reference value spectrum and the analyzed relaxation time plot are displayed side by side. Reference numeral 1001 denotes an area for displaying the NMR spectrum 1002. Reference numeral 1003 denotes a plot display area of T 2 * relaxation time. The axes 1004 and 1005 indicating the spectral frequencies of the respective display areas are preferably displayed with the origin and scale aligned. Further, in this figure, the spectral frequency is shown on the horizontal axis, but the spectral frequency may be shown on the vertical axis.

図12には参照値スペクトルと解析した緩和時間のグループ化情報を並べて表示する場合の1つの好ましい例を示す。1101はNMRスペクトル1002を表示する領域であり、各ピークの属するグループ記号1103をピークの近接位置に表示する。この記号とピークの対応関係を明確にさせる為に補助記号1104を表示する場合もある。1105は緩和時間のグループ化情報を表示する領域である。それぞれの表示領域のスペクトル周波数を示す軸1106と1107は原点およびスケールを揃えて表示することが望ましい。また、本図はスペクトル周波数を横軸として示してあるが、スペクトル周波数を縦軸にとり表記する場合もある。   FIG. 12 shows a preferable example in which the reference value spectrum and the analyzed relaxation time grouping information are displayed side by side. Reference numeral 1101 denotes an area for displaying the NMR spectrum 1002 and displays a group symbol 1103 to which each peak belongs at a position close to the peak. In order to clarify the correspondence between the symbol and the peak, an auxiliary symbol 1104 may be displayed. An area 1105 displays relaxation time grouping information. The axes 1106 and 1107 indicating the spectral frequencies of the respective display areas are preferably displayed with the origin and scale aligned. Further, in this figure, the spectral frequency is shown on the horizontal axis, but the spectral frequency may be shown on the vertical axis.

本発明を用いることで、観測スペクトルの各ピークに対応したT 緩和時間を簡便に解析することが可能になり、得られた観測スペクトルの各ピークに対応したT 緩和時間から各ピークの属する分子の回転相関時間を推定し、各ピークの属する分子の分子量、或いは1分子当たりの体積を用いてグループ化を行い、混合溶液計測におけるNMRスペクトルの分子への帰属が可能となる。 By using the present invention, it is possible to easily analyze the T 2 * relaxation time corresponding to each peak in the observed spectrum, each of T 2 * relaxation time corresponding to each peak of the resultant observed spectrum peaks The rotation correlation time of the molecule to which the molecule belongs is estimated, and the molecular weight of the molecule to which each peak belongs, or the volume per molecule is used for grouping, and the NMR spectrum can be assigned to the molecule in the mixed solution measurement.

(実施例3)
(NMR装置の計測環境をモニターする方法)
図2A〜図2Eに示したNMRスペクトルの緩和時間を特定する方法を用いて、NMR装置の計測環境をモニターする。
(Example 3)
(Method of monitoring the measurement environment of NMR equipment)
The measurement environment of the NMR apparatus is monitored using the method for specifying the relaxation time of the NMR spectrum shown in FIGS. 2A to 2E.

図13には磁場の不均一性のモニターの好ましい例を示す。NMR計測は一般的にパルス照射、FID信号取得といった動作の複数回の繰り返しによって行われている。このパルス照射、FID信号取得の一連の動作をスキャンと名づける。1302は1スキャンにおいて図2A〜図2Eに示したNMRスペクトル緩和時間の特定方法を用いて求めた緩和時間とスキャン終了時の時刻の組み合わせデータを表す。NMR計測全体ではスキャン回数と同じだけの緩和時間とスキャン終了時の時刻の組み合わせデータが発生する。この発生するデータを各スキャン終了時に1304で示す記録データとして保存する。   FIG. 13 shows a preferred example of a monitor of magnetic field inhomogeneity. The NMR measurement is generally performed by repeating a plurality of operations such as pulse irradiation and FID signal acquisition. This series of operations of pulse irradiation and FID signal acquisition is referred to as scanning. Reference numeral 1302 represents combined data of the relaxation time obtained using the NMR spectrum relaxation time specifying method shown in FIGS. 2A to 2E in one scan and the time at the end of the scan. In the whole NMR measurement, combination data of the relaxation time as much as the number of scans and the time at the end of the scan is generated. The generated data is stored as recording data indicated by 1304 at the end of each scan.

磁場の不均一な状態が生じるとサンプル内部に存在する核スピンの受ける磁場が変化する。サンプル空間全体が一様に変化する場合にはロック信号によるフィードバック機能によって直ちに修正され、磁場は一定に保たれている。しかし、サンプル空間に亘って不均一な磁場の乱れが生じると、サンプル位置ごとに核スピンの受ける磁場がわずかに異なる為、観測の緩和時間T が減少する。すなわち、磁場の不均一な状態が生じると、核スピンの状態や属している分子の運動状態の違いに関わらず、観測される核スピンに対してこの緩和時間T は連続して減少する。記録データ1304に記録されているピーク毎の緩和時間を前回スキャンの結果と比較し(1306)、連続するピークにおいて緩和時間の減少が見られる場合には比較条件1310に該当するので磁場の不均一性が発生したと判断し、不均一性の発生を観測者に知らせる手段を実行するか、或いは、観測者に表示して計測を中断する(1308)。 When an inhomogeneous state of the magnetic field occurs, the magnetic field received by the nuclear spin existing inside the sample changes. If the entire sample space changes uniformly, it is immediately corrected by a feedback function using a lock signal, and the magnetic field is kept constant. However, when non-uniform magnetic field disturbance occurs over the sample space, the observation relaxation time T 2 * decreases because the magnetic field received by the nuclear spin slightly differs at each sample position. That is, when an inhomogeneous state of the magnetic field occurs, the relaxation time T 2 * continuously decreases with respect to the observed nuclear spin regardless of the state of the nuclear spin and the motion state of the molecule to which it belongs. . The relaxation time for each peak recorded in the recorded data 1304 is compared with the result of the previous scan (1306). If the relaxation time is reduced at successive peaks, the comparison condition 1310 is satisfied, so the magnetic field is not uniform. It is determined that the occurrence of non-uniformity has occurred, and a means for notifying the observer of the occurrence of non-uniformity is executed, or the display is made to the observer and the measurement is interrupted (1308).

この磁場の不均一性を判断するための閾値および、判断に用いるピークの情報はユーザーが予め設定することができる。   The threshold value for judging the non-uniformity of the magnetic field and the peak information used for the judgment can be set in advance by the user.

また、観測者が望む場合には自動的に計測を中断しシミング等の磁場均一性を向上させる手段を実行した後に計測を再開することを自動的に行うことを行うことができ、これは計測の開始前に観測者が設定すればよい。   In addition, if the observer wants, the measurement can be automatically interrupted and the measurement can be automatically resumed after executing means for improving magnetic field uniformity such as shimming. The observer should set it before the start of.

サンプル内の温度変化のモニターに関する好ましい例を図13に示す。磁場均一度モニターと同様にスキャン毎のデータ1304を保存しておく。   A preferred example for monitoring temperature changes in the sample is shown in FIG. Similar to the magnetic field uniformity monitor, data 1304 for each scan is stored.

一方、サンプル内に温度変化が生じると分子の運動が変化する。式(16)に示してあるように温度Tが変動するとそれに応じて分子の回転相関時間が変化する。一般には温度Tが上昇すると分子の回転相関時間は短くなる。例えば、式(15)と表1のパラメータから分かるように、分子の回転相関時間が短くなると緩和時間T は長くなりスペクトルの線幅は細くなる。低分子系ではこの緩和時間の変化はほぼすべてのピークにおいて発生するが、タンパク質などの高分子では内部運動が温度によって変化するので一部のピークの緩和時間が変動する。いずれにせよ、緩和時間が変動したら温度変化が生じた可能性があると判断できる。記録データ1304に記録されているピーク毎の緩和時間を前回スキャンの結果と比較し(1306)、どこか1つのピークにでも緩和時間の変化が見られる場合には比較条件1310に該当するので温度変化が発生した可能性が高いと判断し、観測者に温度変化の発生を知らせる手段を実行するか、或いは、観測者に表示して計測を中断する(1308)。 On the other hand, when a temperature change occurs in the sample, the movement of molecules changes. As shown in the equation (16), when the temperature T varies, the molecular rotation correlation time changes accordingly. In general, when the temperature T increases, the molecular rotation correlation time becomes shorter. For example, as can be seen from the equation (15) and the parameters in Table 1, the relaxation time T 2 * becomes longer and the spectral line width becomes narrower as the molecular rotation correlation time becomes shorter. In low molecular weight systems, this relaxation time change occurs in almost all peaks, but in macromolecules such as proteins, the internal motion changes with temperature, so the relaxation time of some peaks varies. In any case, if the relaxation time fluctuates, it can be determined that a temperature change may have occurred. The relaxation time for each peak recorded in the recorded data 1304 is compared with the result of the previous scan (1306). If any one of the peaks shows a change in the relaxation time, the temperature corresponds to the comparison condition 1310. It is determined that there is a high possibility that the change has occurred, and a means for notifying the observer of the occurrence of the temperature change is executed, or the display is displayed to the observer and the measurement is interrupted (1308).

本発明によるNMR計測環境モニタリングは、高磁場マグネットによる高分解能および、極低温に冷却したプローブを用いて高感度化したNMR装置の計測環境を維持するのに有効である。   The NMR measurement environment monitoring according to the present invention is effective for maintaining the measurement environment of the NMR apparatus with high resolution using a high magnetic field magnet and high sensitivity using a probe cooled to an extremely low temperature.

上記実施例において、13Cまたは15Nの同位体標識を用いないサンプルでのH計測スペクトルに対して、分子量10000以上の分子へのスペクトルピークの帰属を行わない場合には、0.04secをスライスの下限値τとする。反対に、分子量が10000以下の分子に対する帰属を実施しない場合にはスライスの下限値τを0secとし0.04secを上限値となるようにNおよびΔを設定することは言うまでもない。 In the above embodiment, 0.01 sec is assigned to the 1 H measurement spectrum of a sample not using an isotope labeling of 13 C or 15 N when no spectral peak is assigned to a molecule having a molecular weight of 10,000 or more. The lower limit value τ 0 of the slice is set. On the other hand, when assignment to a molecule having a molecular weight of 10,000 or less is not performed, it goes without saying that N and Δ are set so that the lower limit value τ 0 of the slice is 0 sec and the upper limit value is 0.04 sec.

上記実施例において、13Cの同位体標識を用いたサンプルでのH計測スペクトルにおいて13C原子核に結合したHからのスペクトルに対しては、分子量10000以上の分子へのスペクトルピークの帰属を行わない場合には、0.02secをスライスの下限値τとする。反対に、分子量が10000以下の分子に対する帰属を実施しない場合にはスライスの下限値τを0secとし0.02secを上限値となるようにNおよびΔを設定することは言うまでもない。 In the above example, in the 1 H measurement spectrum in the sample using the 13 C isotope label, for the spectrum from 1 H bonded to the 13 C nucleus, the assignment of the spectrum peak to the molecule having a molecular weight of 10,000 or more is performed. If not, 0.02 sec is set as the slice lower limit value τ 0 . On the other hand, when assignment to a molecule having a molecular weight of 10,000 or less is not performed, it goes without saying that N and Δ are set so that the lower limit value τ 0 of the slice is 0 sec and the upper limit value is 0.02 sec.

上記実施例において、15Nの同位体標識を用いたサンプルでのH計測スペクトルにおいて15N原子核に結合したHからのスペクトルに対しては、分子量10000以上の分子へのスペクトルピークの帰属を行わない場合には、0.03secをスライスの下限値τとする。反対に、分子量が10000以下の分子に対する帰属を実施しない場合にはスライスの下限値τを0secとし0.03secを上限値となるようにNおよびΔを設定することは言うまでもない。 In the above embodiment, for the spectrum of the 1 H bonded to 15 N nuclei in the 1 H measured spectrum of the sample using the isotope labeling of 15 N, the assignment of spectral peaks to molecular weight of 10,000 or more molecules If not, 0.03 sec is set as the lower limit value τ 0 of the slice. On the other hand, when assignment to a molecule having a molecular weight of 10,000 or less is not performed, it goes without saying that N and Δ are set so that the lower limit value τ 0 of the slice is 0 sec and the upper limit value is 0.03 sec.

上記実施例において、Hとカップルした13C計測スペクトルに対して、分子量10000以上の分子へのスペクトルピークの帰属を行わない場合には、0.03secをスライスの下限値τとする。反対に、分子量が10000以下の分子に対する帰属を実施しない場合にはスライスの下限値τを0secとし0.03secを上限値となるようにNおよびΔを設定することは言うまでもない。 In the above-described embodiment, when no spectral peak is assigned to a molecule having a molecular weight of 10,000 or more with respect to a 13 C measurement spectrum coupled with 1 H, 0.03 sec is set as the lower limit value τ 0 of the slice. On the other hand, when assignment to a molecule having a molecular weight of 10,000 or less is not performed, it goes without saying that N and Δ are set so that the lower limit value τ 0 of the slice is 0 sec and the upper limit value is 0.03 sec.

上記実施例において、Hとデカップルした13C計測スペクトルに対して、分子量10000以上の分子へのスペクトルピークの帰属を行わない場合には、0.03secをスライスの下限値τとする。反対に、分子量が10000以下の分子に対する帰属を実施しない場合にはスライスの下限値τを0secとし0.03secを上限値となるようにNおよびΔを設定することは言うまでもない。 In the above-described embodiment, when no spectral peak is assigned to a molecule having a molecular weight of 10,000 or more with respect to a 13 C measurement spectrum decoupled with 1 H, 0.03 sec is set as the lower limit value τ 0 of the slice. On the other hand, when assignment to a molecule having a molecular weight of 10,000 or less is not performed, it goes without saying that N and Δ are set so that the lower limit value τ 0 of the slice is 0 sec and the upper limit value is 0.03 sec.

上記実施例において、Hとカップルした15N計測スペクトルに対して、分子量10000以上の分子へのスペクトルピークの帰属を行わない場合には、0.07secをスライスの下限値τとする。反対に、分子量が10000以下の分子に対する帰属を実施しない場合にはスライスの下限値τを0secとし0.03secを上限値となるようにNおよびΔを設定することは言うまでもない。 In the above embodiment, 0.015 sec is set as the lower limit value τ 0 of the slice when the spectrum peak is not assigned to a molecule having a molecular weight of 10,000 or more for the 15 N measurement spectrum coupled with 1 H. On the other hand, when assignment to a molecule having a molecular weight of 10,000 or less is not performed, it goes without saying that N and Δ are set so that the lower limit value τ 0 of the slice is 0 sec and the upper limit value is 0.03 sec.

上記実施例において、Hとデカップルした15N計測スペクトルに対して、分子量10000以上の分子へのスペクトルピークの帰属を行わない場合には、0.11secをスライスの下限値τとする。反対に、分子量が10000以下の分子に対する帰属を実施しない場合にはスライスの下限値τを0secとし0.03secを上限値となるようにNおよびΔを設定することは言うまでもない。 In the above embodiment, when the spectrum peak is not assigned to a molecule having a molecular weight of 10,000 or more with respect to the 15 N measurement spectrum decoupled with 1 H, 0.11 sec is set as the lower limit value τ 0 of the slice. On the other hand, when assignment to a molecule having a molecular weight of 10,000 or less is not performed, it goes without saying that N and Δ are set so that the lower limit value τ 0 of the slice is 0 sec and the upper limit value is 0.03 sec.

上記の実施例において、タンパク質も含む溶液に実施する場合には、スライス範囲τ〜τ+NΔを観測者が想定する範囲に一致するようにNを1000から10000に間に、Δを0.01から0.00001までの間に設定することが望ましい。 In the above embodiment, when the solution is also included in a protein, the slice range τ 0 to τ 0 + NΔ is set between 1000 and 10,000 so that the observer can match the range, and Δ is set to 0.1. It is desirable to set between 01 and 0.00001.

上記実施例において、磁場の不均一性による緩和の補正パラメータRinの1つの目安はπ[Rad/sec]である。 In the above embodiment, one guideline for the correction parameter R in for relaxation due to magnetic field inhomogeneity is π [Rad / sec].

生体から採取した生体液に対して本発明を適用することにより、混合溶液のNMRスペクトルの分子への帰属を行い、従来の方法での帰属による不確実性を低減することが可能となる。   By applying the present invention to a biological fluid collected from a living body, it is possible to assign the NMR spectrum of the mixed solution to the molecule and reduce the uncertainty due to the assignment in the conventional method.

化学反応を行う溶液に対して本発明を適用することにより、混合溶液でのNMRスペクトルの分子への帰属を行い、従来の方法での帰属による不確実性を低減することが可能となる。   By applying the present invention to a solution that undergoes a chemical reaction, it is possible to assign the NMR spectrum to the molecule in the mixed solution and reduce the uncertainty due to the assignment in the conventional method.

食品などから抽出される溶液に対して本発明を適用することにより、混合溶液でのNMRスペクトルの分子への帰属を行い、従来の方法での帰属による不確実性を低減することが可能となる。   By applying the present invention to a solution extracted from food or the like, it is possible to assign the NMR spectrum to the molecule in the mixed solution and reduce the uncertainty due to the assignment in the conventional method. .

帰属の不確実性を低減することは、ライフサイエンスの分野では生体内で生じている生化学プロセス解析の定量性を増すこと、化学合成の分野では反応プロセスのモニタリングや不純物の発生の監視の感度向上に繋がり、食品分野では食品成分の分析や安全性管理の向上に繋がる。   Reducing the uncertainty of assignment increases the quantitativeness of biochemical process analysis occurring in vivo in the field of life science, and sensitivity of monitoring reaction processes and impurity generation in the field of chemical synthesis. It leads to improvement, and in the food field, it leads to improvement of analysis of food ingredients and safety management.

本発明を実施するシステム構成例を示す図である。It is a figure which shows the system configuration example which implements this invention. 本発明のうちサンプルのFID信号から各スペクトルの緩和時間を解析するフローチャートである。(A)では1つの実施形態示す図である。It is a flowchart which analyzes the relaxation time of each spectrum from the sample FID signal among this invention. (A) is a figure showing one embodiment. 複数FID信号の作成と式(3)の関数を掛ける処理を同一ループにて行う実施形態を示す図である。It is a figure which shows embodiment which performs the process which produces | generates multiple FID signals and the function of Formula (3) in the same loop. 複数FID信号の作成、式(3)の関数を掛ける処理、そして複製FID信号のフーリエ変換を同一ループにて行う実施形態を示す図である。It is a figure which shows embodiment which performs the production | generation of multiple FID signals, the process which multiplies the function of Formula (3), and the Fourier transform of a replication FID signal in the same loop. 複数FID信号の作成、式(3)の関数を掛ける処理、そして複製FID信号のフーリエ変換を同一ループにて行い、判定ループにおいてスペクトル成分のループ処理を明示的に示した実施形態を示す図である。The figure which shows embodiment which performed the production | generation of multiple FID signals, the process which multiplies the function of Formula (3), and the Fourier transform of a duplicate FID signal in the same loop, and showed the loop process of the spectrum component explicitly in the determination loop. is there. 複数FID信号の作成、式(3)の関数を掛ける処理、そして複製FID信号のフーリエ変換を同一ループにて行い、判定ループにおいてスペクトル成分のループ処理を外側で実行する実施形態を示す図である。It is a figure which shows embodiment which performs the production | generation of multiple FID signals, the process which multiplies the function of Formula (3), and Fourier-transforms of a replication FID signal in the same loop, and performs the loop process of a spectrum component in a determination loop outside. . 単一成分のみを持つFID信号のフーリエ変換スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the Fourier-transform spectrum of the FID signal which has only a single component. 単一成分のみを持つFID信号に対してτ’時間を用いた式(3)で示す関数を掛ける処理後のFID信号の減衰の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of attenuation of the FID signal after the process which multiplies the function shown by Formula (3) using (tau) 'time with respect to the FID signal which has only a single component. 単一成分のみを持つFID信号に対してτ’時間を用いた式(3)で示す関数を掛ける処理後のFID信号のフーリエ変換スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the Fourier-transform spectrum of the FID signal after a process which multiplies the function shown by Formula (3) using (tau) 'time with respect to the FID signal which has only a single component. 得られた周波数と緩和時間τの組み合わせデータの集合の曲線を示す図である。It is a figure which shows the curve of the set of the combination data of the obtained frequency and relaxation time (tau). H、13C,15Nそれぞれの原子核スピンが属する分子の回転相関時間τに対するT緩和時間を示す曲線である。 1 H, 13 C, 15 N each nuclear spin is a curve showing the the T 2 relaxation time for the rotational correlation time tau C belongs molecule. 混合溶液におけるスペクトル帰属方法の全体の流れ図である。It is the whole flowchart of the spectrum assignment method in a mixed solution. 緩和時間データのプロット表示例を示す図である。It is a plot display example of T 2 * relaxation time data. 緩和時間データのグループ化情報の表示例を示す図である。T 2 * is a view showing a display example of grouping information relaxation time data. NMRスペクトルと緩和時間データを並べて表示する場合の例を示す図である。It is a figure which shows the example in the case of displaying an NMR spectrum and relaxation time data side by side. NMRスペクトルと緩和時間データとそのグループ化情報を並べて表示する場合の例を示す図である。It is a figure which shows the example in the case of displaying an NMR spectrum, relaxation time data, and its grouping information side by side. 計測中の各スキャンの緩和時間データから計測環境を判定する処理の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the process which determines a measurement environment from the relaxation time data of each scan during measurement.

符号の説明Explanation of symbols

10…各構成要素を繋ぐ高速バスあるいはネットワーク、11…演算処理ユニット、12…記憶部、13…キーボード、14…マウス、15…表示部、16…印刷部、17…入出力インターフェース(IF)、19…ワークエリア、20…設定データ記憶部、21…観測FID信号データ記憶部、22…パラメータ記憶部、23…複製FID信号データ記憶部、24…観測FID信号スペクトルデータ記憶部、25…複製FID信号スペクトルデータ記憶部、26…周波数とτ’の組データ記憶部、28…処理プログラム記憶部、31…パラメータ設定ルーチン、32…FID信号読み込みルーチン、33…FID信号複製ルーチン、34…スペクトル処理ルーチン、35…関数を掛ける処理ルーチン、36…緩和時間判定ルーチン、37…ピーク検出ルーチン、38…表示ルーチン、100…計算機、200…NMR装置。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... High-speed bus or network which connects each component, 11 ... Arithmetic processing unit, 12 ... Memory | storage part, 13 ... Keyboard, 14 ... Mouse | mouth, 15 ... Display part, 16 ... Printing part, 17 ... Input / output interface (IF), DESCRIPTION OF SYMBOLS 19 ... Work area, 20 ... Setting data storage part, 21 ... Observation FID signal data storage part, 22 ... Parameter storage part, 23 ... Duplication FID signal data storage part, 24 ... Observation FID signal spectrum data storage part, 25 ... Duplication FID Signal spectrum data storage unit, 26 ... Frequency and τ 'set data storage unit, 28 ... Processing program storage unit, 31 ... Parameter setting routine, 32 ... FID signal reading routine, 33 ... FID signal duplication routine, 34 ... Spectrum processing routine 35 ... Processing routine for multiplying a function, 36 ... Relaxation time determination routine, 37 ... Over click detection routine, 38 ... display routine, 100 ... machine, 200 ... NMR apparatus.

Claims (7)

計算機でNMR装置を制御するとともに、NMR装置の計測信号を処理して、試料の核磁気共鳴(NMR)スペクトルの緩和時間を特定して、スペクトルを分子へ帰属する、或いはNMR装置の計測環境をモニターするための信号処理方法であって
記計算機が行う信号処理は
測した試料の自由誘導減衰信号(観測FID信号)から生成する複製FID信号の数および分割時間幅を設定する処理、
前記観測FID信号をNMR装置から読み込み所定の記憶領域に記録する処理
記観測FID信号から複製FID信号を生成し、所定の記憶領域に記録する処理、
前記観測FID信号のスペクトル処理を行い所定の記憶領域に記録する処理、
前記複製の数および分割時間幅から決定される特徴時間τ’で指定する関数exp(−t/τ’)を乗じる処理をすべての複製FID信号に対して行い所定の記憶領域に記録する処理、
前記関数を乗じる処理を行った複製FID信号のスペクトル処理を行い所定の記憶領域に記録する処理、
前記関数を乗じる処理を行った複製FID信号スペクトルと前記観測FID信号スペクトルを比較し、周波数成分毎に、複製FID信号のスペクトルの高さが観測FID信号のスペクトルの高さの半分となる複製FID信号の特徴時間τ’を見つけ出す処理、
前記周波数成分毎に特定した前記特徴時間τ’と周波数の組み合わせを出力する処理、
前記出力された特徴時間τ’と周波数の組み合わせから、周波数に対する特徴時間τ’のピークを検出し、緩和時間τを特定する処理
からなることを特徴とするNMR装置の信号処理方法。
Control the NMR device with a computer, process the measurement signal of the NMR device, specify the relaxation time of the nuclear magnetic resonance (NMR) spectrum of the sample, assign the spectrum to the molecule, or configure the measurement environment of the NMR device A signal processing method for monitoring ,
Signal processing before Symbol computer do is,
Observation was the process of setting the number and division time width of replication FID signal generated from the free induction decreased 衰信 No. (observed FID signal) of the sample,
A process of reading the observed FID signal from the NMR apparatus and recording it in a predetermined storage area ;
Generating a replica FID signal from the previous SL observation FID signal processing for recording in the storage area of Jo Tokoro,
Processing to perform spectrum processing of the observed FID signal and record it in a predetermined storage area;
A process of performing a process of multiplying a function exp (−t / τ ′) specified by a characteristic time τ ′ determined from the number of replicas and the division time width for all replicated FID signals and recording them in a predetermined storage area;
A process of performing spectrum processing of the duplicate FID signal that has been processed by multiplying the function and recording it in a predetermined storage area;
Comparing the observed FID signal spectrum and replication FID signal spectrum processing was performed for multiplying said function, for each frequency component, replication FID height of the spectrum of the duplication FID signal is half of the spectrum of the height of the observation FID signal Processing to find the characteristic time τ ′ of the signal,
A process of outputting a combination of the characteristic time τ ′ and frequency specified for each frequency component;
Processing said 'a combination of the frequency, the characteristic time tau respect to frequency' outputted FEATURES time tau detected peaks, identifying the relaxation time tau,
A signal processing method for an NMR apparatus, comprising:
前記観測FID信号から複製FID信号を生成し、所定の記憶領域に記録する処理の前に、前記観測FID信号を補正する処理を含むことを特徴とする請求項1記載のNMR装置の信号処理方法。  2. The signal processing method of the NMR apparatus according to claim 1, further comprising a process of correcting the observed FID signal before the process of generating a duplicate FID signal from the observed FID signal and recording it in a predetermined storage area. . 前記NMRスペクトルの緩和時間を特定する方法を用いて観測FID信号の周波数成分毎の緩和時間を特定する処理、
前記緩和時間と分子の回転運動相関時間を関係付けるモデルから得られる関係曲線またはその関係曲線をフィッティングして得られた曲線を用いて得られた緩和時間から分子の回転運動相関時間を推定する処理、
前記分子の回転運動相関時間と分子量あるいは分子の体積との間を関係付けるモデルを用いて周波数成分毎の回転運動相関時間から分子の分子量あるいは1分子の体積を推定する処理、
前記推定された分子量に基づいて各スペクトルピークをグループ化する処理、
を含む前記スペクトルを分子へ帰属する請求項1記載のNMR装置の信号処理方法。
A process for specifying the relaxation time for each frequency component of the observed FID signal using the method for specifying the relaxation time of the NMR spectrum;
A process of estimating the rotational motion correlation time of a molecule from the relaxation time obtained by using a relation curve obtained from a model relating the relaxation time and the rotational motion correlation time of the molecule or a curve obtained by fitting the relation curve. ,
A process for estimating the molecular weight of one molecule or the volume of one molecule from the rotational motion correlation time for each frequency component using a model that relates the rotational motion correlation time of the molecule and the molecular weight or the volume of the molecule;
Processing to group each spectral peak based on the estimated molecular weight;
The signal processing method of the NMR apparatus according to claim 1, wherein the spectrum including is assigned to a molecule.
前記NMRスペクトルの緩和時間を特定する方法を用いて観測FID信号の周波数成分毎の緩和時間を特定する処理、
前記緩和時間を特定する方法で求めた周波数成分毎の緩和時間がサンプリング周波数全体にわたって減少した場合には計測環境要因のうち磁場均一度が変化していると判断し、周波数成分毎の緩和時間が特定の周波数成分あるいは領域のみで増大或いは減少した場合には計測環境要因のうち温度環境が変化していると判断する処理、
前記判定した環境変化の有無や特定した変動環境要因を時刻などと共に記憶領域に記録あるいは表示・印刷する処理、
を含む前記NMR装置の計測環境をモニターする請求項1記載のNMR装置の信号処理方法。
A process for specifying the relaxation time for each frequency component of the observed FID signal using the method for specifying the relaxation time of the NMR spectrum;
When the relaxation time for each frequency component obtained by the method for specifying the relaxation time decreases over the entire sampling frequency, it is determined that the magnetic field uniformity is changing among the measurement environment factors, and the relaxation time for each frequency component is determined. A process for determining that the temperature environment is changing among the measurement environment factors when it increases or decreases only in a specific frequency component or region,
A process for recording or displaying / printing the determined environmental change factors and the identified variable environmental factors together with the time in a storage area;
The NMR signal processing method according to claim 1, wherein the measurement environment of the NMR apparatus is monitored.
前記観測FID信号の複製を生成する処理と前記複製数および分割時間幅から決定される特徴時間τ’で指定する関数exp(−t/τ’)を乗じる処理を同一ループ内で行い、すべての複製FID信号を所定の記憶領域に記録する処理を含む前記NMRスペクトルの緩和時間を特定する請求項1記載のNMR装置の信号処理方法。   A process of generating a replica of the observed FID signal and a process of multiplying a function exp (−t / τ ′) specified by a characteristic time τ ′ determined from the number of replicas and the division time width are performed in the same loop, 2. The signal processing method of the NMR apparatus according to claim 1, wherein a relaxation time of the NMR spectrum including a process of recording a duplicate FID signal in a predetermined storage area is specified. 前記観測FID信号の複製を生成する処理、前記複製数および分割時間幅から決定される特徴時間τ’で指定する関数exp(−t/τ’)を乗じる処理および複製FID信号のスペクトル処理を同一ループ内で行い、すべての複製FID信号を所定の記憶領域に記録する処理を含む前記NMRスペクトルの緩和時間を特定する請求項1記載のNMR装置の信号処理方法。   The same process for generating a replica of the observed FID signal, a process for multiplying by the function exp (−t / τ ′) specified by the characteristic time τ ′ determined from the number of replicas and the division time width, and the spectrum processing of the replica FID signal The signal processing method of the NMR apparatus according to claim 1, wherein a relaxation time of the NMR spectrum is specified including a process performed in a loop and recording all duplicate FID signals in a predetermined storage area. 前記NMRスペクトルが HNMRスペクトル、13Cに結合したHNMRスペクトル、15Nに結合したHNMRスペクトル、Hデカップルした13C NMRスペクトル、Hとカップルした13C NMRスペクトル、Hデカップルした15N NMRスペクトル、Hとカップルした15N NMRスペクトルのいずれかである請求項1記載のNMR装置の信号処理方法。 The NMR spectrum, 1 HNMR spectrum, 1 HNMR spectrum bonded to 13 C, 1 HNMR spectrum bound to 15 N, 13 C NMR spectrum 1 H decoupled, 1 H and couples the 13 C NMR spectra were 1 H decoupled 15 N NMR spectra, 1 H and couples the 15 N NMR signal processing method of the NMR apparatus according to claim 1, wherein either of the spectrum.
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