JP5332016B2 - スピン磁気共鳴装置および方法 - Google Patents
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試料を含む共振器に振動電圧パルスを入力し、該共振器が発生する振動磁場パルスを試料に印加して磁気共鳴測定を行なうスピン磁気共鳴装置において、
入力振動電圧パルスの包絡線波形が前記共振器の過渡応答によって歪まされて、所望する波形からずれた包絡線波形の振動磁場パルスが生成され試料に印加されてしまう現象を補償するために、
時間依存性がexp(−t/τ)で表わされる(ここでτは共振器の時定数である)前記共振器の1次遅れの応答関数に基づいて予に基づいて予め求めた、共振器が目的とする包絡線波形を有する振動磁場パルスを発生するために前記共振器に入力すべき振動電圧パルスの逆歪み包絡線波形データを記憶する手段を設け、記憶した逆歪み包絡線波形データに基づき、逆歪み包絡線波形を有する振動電圧パルスを発生して前記共振器に入力するようにしたことを特徴としている。
試料に印加すべき振動磁場パルスの包絡線波形信号を発生する手段と、
該包絡線波形信号を1次微分する包絡線微分手段と、
包絡線微分回路からの微分包絡線信号を元の包絡線信号に所定の割合τで加算する加算手段と、
包絡線が前記加算手段で得られた合成包絡線となる高周波電圧パルスを作成する変調手段と、
を設け、変調手段から得られた振動電圧パルスを前記共振器に入力するようにしたことを特徴としている。
τ=Q/πν
なる関係式に基づいて計算によって求めることを特徴としている。
入力振動電圧パルスの包絡線波形が前記共振器の過渡応答によって歪まされて、所望する波形からずれた包絡線波形の振動磁場パルスが生成され試料に印加されてしまう現象を補償するために、
時間依存性がexp(−t/τ)で表わされる(ここでτは共振器の時定数である)前記共振器の1次遅れの応答関数を求める第1のステップ、
求められた1次遅れの応答関数に基づいて、共振器が目的とする包絡線波形を有する振動磁場パルスを発生するために前記共振器に入力すべき振動電圧パルスの逆歪み包絡線波形を求める第2のステップ、
前記第2のステップで求められた逆歪み包絡線波形に基づき、逆歪み包絡線波形を有する振動電圧パルスを発生して前記共振器に入力する第3のステップ
を備えたことを特徴としている。
まず、本発明の背景となる理論を説明する。本発明では振動磁場パルスの波形の歪み、すなわち包絡線波形の歪みが問題となる。まず振動磁場パルスを歪ませる原因となっているスピン磁気共鳴装置の共振器のインパルス応答関数がh(t)であるとする。このとき、共振器に入力する振動電圧の包絡線をa(t)とすると、結果として出力される振動磁場の包絡線b(t)は、
A(s)=B(s)/H(s)………(2)
と式(1)を変換する。ラプラス変換の導入は、式(1)を積分とは関係なく割り算ができるようにするための数学的なテクニックである。これにより、共振器から出力される包絡線波形に関する関数B(s)をインパルス応答関数H(s)で割り算して、印加する振動電圧の包絡線に関する関数A(s)を求めることが可能になる。
h(t)=C・exp(−t/τ)…………(4)
で表わされる場合には、式(2)の逆ラプラス変換は解析的に実行できる。ここでτは共振器の時定数である。
a(t)∝b(t)+τ(d/dt)b(t)…………(5)
が得られる。この式(5)から、共振器に印加されるべき振動電圧の包絡線波形a(t)は、目的とする振動磁場の包絡線波形b(t)に過渡現象の補償項τ(d/dt)b(t)が加わった形として表わされることが分かる。
ω0=2πν…………(10)
なる関係式で表わされるため、結果的に共振器の時定数τは、試料がセットされた共振器のQ値と振動電圧の周波数νの値さえ分かっていれば、
τ=Q/πν…………(11)
なる関係式を用いて計算によって簡単に求めることができる。
Claims (7)
- 試料を含む共振器に振動電圧パルスを入力し、該共振器が発生する振動磁場パルスを試料に印加して磁気共鳴測定を行なうスピン磁気共鳴装置において、
入力振動電圧パルスの包絡線波形が前記共振器の過渡応答によって歪まされて、所望する波形からずれた包絡線波形の振動磁場パルスが生成され試料に印加されてしまう現象を補償するために、
時間依存性がexp(−t/τ)で表わされる(ここでτは共振器の時定数である)前記共振器の1次遅れの応答関数に基づいて予め求めた、共振器が目的とする包絡線波形を有する振動磁場パルスを発生するために前記共振器に入力すべき振動電圧パルスの逆歪み包絡線波形データを記憶する手段を設け、記憶した逆歪み包絡線波形データに基づき、逆歪み包絡線波形を有する振動電圧パルスを発生して前記共振器に入力するようにしたことを特徴とするスピン磁気共鳴装置。 - 前記1次遅れの応答関数は、前記共振器にステップ信号を入力し、その際に前記共振器から出力される磁場の立ち上がり部分の鈍り方に基づいて決定されることを特徴とする請求項1記載のスピン磁気共鳴装置。
- 試料を含む共振器に振動電圧パルスを入力し、該共振器が発生する振動磁場パルスを試料に印加して磁気共鳴測定を行なうスピン磁気共鳴装置において、
試料に印加すべき振動磁場パルスの包絡線波形信号を発生する手段と、
該包絡線波形信号を1次微分する包絡線微分手段と、
包絡線微分回路からの微分包絡線信号を元の包絡線信号に所定の割合τで加算する加算手段と、
包絡線が前記加算手段で得られた合成包絡線となる高周波電圧パルスを作成する変調手段と、
を設け、変調手段から得られた振動電圧パルスを前記共振器に入力するようにしたことを特徴とする請求項1記載のスピン磁気共鳴装置。 - 前記加算手段においてτは可変に設けられていることを特徴とする請求項3記載のスピン磁気共鳴装置。
- 前記τの最適な値は、共振器のQ値と振動電圧の周波数νの値から、
τ=Q/πν
なる関係式に基づいて計算によって求めることを特徴とする請求項3記載のスピン磁気共鳴装置。 - 試料を含む共振器に振動電圧パルスを入力し、該共振器が発生する振動磁場パルスを試料に印加して磁気共鳴測定を行なうスピン磁気共鳴方法において、
入力振動電圧パルスの包絡線波形が前記共振器の過渡応答によって歪まされて、所望する波形からずれた包絡線波形の振動磁場パルスが生成され試料に印加されてしまう現象を補償するために、
時間依存性がexp(−t/τ)で表わされる(ここでτは共振器の時定数である)前記共振器の1次遅れの応答関数を求める第1のステップ、
求められた1次遅れの応答関数に基づいて、共振器が目的とする包絡線波形を有する振動磁場パルスを発生するために前記共振器に入力すべき振動電圧パルスの逆歪み包絡線波形を求める第2のステップ、
前記第2のステップで求められた逆歪み包絡線波形に基づき、逆歪み包絡線波形を有する振動電圧パルスを発生して前記共振器に入力する第3のステップ
を備えたことを特徴とするスピン磁気共鳴測定方法。 - 前記第1のステップは、前記共振器の近傍に設置されたピックアップコイルにより共振器が発生する振動磁場を検出し、その検出出力と共振器への入力信号とに基づいて共振器の応答関数を求めることを特徴とする請求項6記載のスピン磁気共鳴測定方法。
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