JPH08304520A - 核磁気共鳴装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】核磁気共鳴信号を積算するメモリにおいて、Ｆ
ＩＤのチェック機構４１に従って積算に適しているか否
かを積算する前に判別する手段を有する。また、自動的
に積算を停止する手段を有し、かつ積算中の悪いデータ
の存在や積算停止したことをオペレータに知らせる手段
を有する。 【効果】積算している間中、オペレータが常時監視する
必要がなくなり作業負担が軽減される。また、ノイズの
連続挿入等による装置への負担を少なくでき、かつ測定
をやり直す際に時間の短縮が図れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、パルス照射によって生
じる特定周波数のラジオ波を共鳴吸収した時のエネルギ
の自由誘導減衰（ＦＩＤ）信号をフーリエ変換してスペ
クトルを得る核磁気共鳴装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】核磁気共鳴（Nuclear Magnetic Resonan
ce；以下ＮＭＲと略す）装置は、基本的には磁場を形成
する磁石と、ＮＭＲ現象を起こすためのラジオ波の発信
及びＮＭＲ信号受信のための分光器と制御システムと、
測定データであるＮＭＲ信号をフーリエ変換し処理する
コンピュータとからなる。測定の概要は、磁場中に設置
した測定試料にラジオ波を照射して、ＮＭＲ現象により
生じる磁化を測定する。ここで、ＮＭＲ現象とは磁場中
におかれた測定試料中の磁気モーメントを持つ核が、特
定周波数のラジオ波を共鳴吸収する現象である。試料内
の化学的に環境の異なる核はそれぞれ異なる共鳴周波数
を持つため、これを利用すると試料の分子構造や物理的
・化学的物性等の情報が得られ、ＮＭＲによる構造解析
が可能となる。

【０００３】ＮＭＲ測定をするには、種々の条件設定が
必要となる。必要な設定は大まかにいうと、照射する
ラジオ波のレベル調整，チューニング，位相合わせ
であり、これらを行って分解能を十分にあげてから測定
を開始する。ところで、試料中の核の全てを共鳴させる
には、ある範囲の周波数のラジオ波を試料に照射する必
要がある。その方法は、ラジオ波の磁場あるいは周波数
を微小変化（掃引）させて必要範囲をカバーする方法
と、一定周波数のラジオ波をｔ秒の周期でオン・オフさ
せてパルスを得、測定核の化学シフトの全範囲に対応す
る周波数のラジオ波をつくる方法とがある。前者の場合
には横軸が周波数，縦軸がエネルギのスペクトルが得ら
れるが、後者の場合は横軸が時間，縦軸がエネルギの自
由誘導減衰（Free Induction Decay；以下ＦＩＤとい
う）が得られる。ＦＩＤをフーリエ変換すると、横軸が
周波数の普通のスペクトルに変換される。このＦＩＤの
はじめの部分に、ほとんどのスペクトル情報が含まれて
おり、感度の高い核種の測定の場合はＦＩＤのはじめの
部分の振幅が大きくなり、シグナル強度の大きいピーク
が得られる。感度の低い核種であれば振幅が小さく強度
の小さいピークになる。一方、ＦＩＤの全域にわたって
ベースラインのノイズが含まれている。このノイズ部分
の振幅は、チューニングが合っていない等、前述した条
件設定が十分でないときに大きくなることもある。ま
た、感度の低い核種を測定した場合には、ＦＩＤのはじ
めの部分の振幅も小さくなるのでベースラインのノイズ
の振幅によって相対的に信号が小さくなってしまい、シ
グナル対ノイズ比（以下Ｓ／Ｎ比という）の悪いスペク
トルを与える。ただし、１回の測定で得られるスペクト
ルがシグナル強度の弱いものでも、積算することでシグ
ナル強度を向上できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】積算回数を増やすこと
でＳ／Ｎ比の向上が可能となるが、一方で照射パワーの
変動やチューニングのずれ等が発生する可能性が大きく
なる。現在の積算方法では、ノイズ挿入やチューニング
不足等の悪いＦＩＤとノイズ挿入などのない良いＦＩＤ
を判定・区別するチェック機構を持たないため、積算途
中に悪いＦＩＤが混在していたり、チューニングがずれ
てしまってＮＭＲ信号が検出されていなくても測定した
ＦＩＤは全て足し合わされていく。このため、悪いＦＩ
Ｄが何回目に挿入したものであるか後になっては不明で
あるし、すべて積算済みのデータになってしまうので測
定途中や終了後に悪いＦＩＤだけを除去するということ
はできない。すなわち、積算終了した測定データは無駄
になってしまい、データを廃棄して測定し直さなくては
いけない。

【０００５】また一方で、悪いＦＩＤの中にはラジオ波
照射時に瞬間的・突発的に電気的ノイズ（以下スパーク
ノイズという）が挿入してしまうものがある。スパーク
ノイズ挿入により、フーリエ変換後のＮＭＲスペクトル
はピークの判別ができないほどベースラインがうねった
り波打ったりするので、スペクトルの解析が不可能にな
る。またスパークノイズは、ＮＭＲ測定用の検出コイル
に瞬間的にでも大きな負荷を与えるため、検出コイルが
具備されている測定プローブの寿命や装置の性能，測定
の分解能等に悪影響を及ぼす。そのため、スパークノイ
ズが入らないように細心の注意を払って条件設定しなく
てはならない。しかし、測定開始当初は問題がなくて
も、スパークノイズの発生原因が不明で、かつ突発的に
発生するノイズなので現状ではスパークノイズ挿入を阻
止する手段がない。また、スパークノイズが頻繁に入る
場合には装置への悪影響を最小限におさえるために、直
ちに測定を中断した方が良い。現状では、いつ起こるか
分からない突発的なノイズ挿入をすばやく発見するため
に積算している間中オペレータが監視し、スパークノイ
ズの挿入があったら即座に積算を中止させるしか方法は
ない。

【０００６】このように現在の積算方法では、積算に適
さないＦＩＤ、例えば、スパークノイズの入ったＦＩＤ
を積算前には排除することができないため、一回の悪い
測定回のデータのためにそれまでの積算されているデー
タがすべて無駄になるという問題が生じている。また積
算に適さないＦＩＤの存在は、測定後のＦＩＤを見ない
とオペレータにも判断できないため、オペレータはＦＩ
Ｄの変化を常に監視していなくてはならない。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、以下の手段を用いた。

【０００８】ＮＭＲ測定を行い、設定した積算回数まで
ＦＩＤを積算し記憶しておくためのメモリにおいて、測
定回のＦＩＤを積算する前に積算に適しているか否かを
判定する手段を設け、積算に適したＦＩＤはそのまま積
算するエリアに移動し数をカウントし、設定した積算回
数に達するまで測定を継続する。また、積算に適さない
ＦＩＤの場合には、積算するエリアとは別のエリアへ移
動し数をカウントするのみとしデータは廃棄するか、あ
るいは数をカウントした後に一時的にデータを蓄積する
か、選択できるようにする。ここで、設定した積算回数
とは、積算できたデータ数をもって積算回数とする。

【０００９】積算に適していない測定回が連続した場
合、もしくは、積算不適切数が積算した数より多くなっ
た場合は自動的に測定を停止して、測定停止したことを
警告音を発して知らせる。

【００１０】測定中に積算に適さないデータが検出され
た場合には、警告音を発する。

【００１１】積算に適しているか否かを判定するのに必
要な条件は、オペレータが任意に設定でき、感度の異な
る核種に合わせて変更などができるようにする。

【００１２】

【作用】積算したＦＩＤにノイズが挿入しているような
悪いデータが含まれず、良いデータだけで設定した積算
回数分の積算が可能となる。ノイズが挿入した測定回で
は警告音が発せられるため、オペレータが常時監視して
いなくても状況認識できる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。

【００１４】図１にＮＭＲ装置の概要を示す。ＮＭＲ装
置は基本的には磁場を形成する磁石１１，分光器１２，
データシステム１３からなり、測定試料は磁石内の磁場
の中心位置に設置される。

【００１５】図２に積算前にＦＩＤをチェックする機構
を持たないＮＭＲ装置で１００回積算したＦＩＤの一例
を示す。ＦＩＤは、ラジオ波照射によって生じる磁化の
エネルギの自由減衰であり、この信号のはじめの部分に
シグナル情報のほとんどが含まれている。はじめの部分
の振幅が大きいほどシグナル強度の大きなピークが得ら
れる。また、ＦＩＤが減衰している後半部分はベースラ
インのノイズになる。図２中のＦＩＤ２１は、はじめの
振幅が大きくシグナル強度の大きなピークが得られるは
ずである。しかしＦＩＤ２１には、ラジオ波照射時の放
電タイプのスパークノイズ２２，２３が挿入している。
このうちノイズ２２は、小さいながらもＦＩＤ信号のは
じめの部分に挿入しているため、フーリエ変換後のＮＭ
Ｒスペクトルに影響があると予想される。また、ノイズ
２２，２３は突発的に挿入するので、測定後のＦＩＤ、
すなわち積算済みの状態を見てはじめて確認できるもの
であり、積算前のチェック機構を持たない装置ではあら
かじめ除去することができない。ノイズ２２，２３は、
実は積算回数７８回目に挿入したものだが、このことは
オペレータが測定開始から終了まで監視し続けていたか
ら分かることで、オペレータが監視していなければいつ
の間にか挿入していたという状態になってしまう。ま
た、オペレータが監視し続けて７８回目だと分かったと
しても、従来の装置では気付いたときには積算が済んだ
状態にあるため、７８回目のデータだけを取り除くとい
うことは不可能である。ここで、ＦＩＤ２１をフーリエ
変換して得たＮＭＲスペクトルを図３に示す。スペクト
ル３１はベースラインが大きくうねっており、またベー
スライン・ピークともに小刻みに波打っている。スペク
トル３１のようなデータでは、分解能も悪く定量的な議
論をするのは困難であるため構造解析に用いることはで
きない。すなわち、たった一度のスパークノイズ挿入に
よって積算が終了した測定データを廃棄することにな
り、測定に要した時間が無駄になってしまう。

【００１６】以上のように、これまでは積算中のスパー
クノイズ挿入は測定後のＦＩＤを見て判断するしかない
ため、オペレータは積算している間中監視していなくて
はならない。しかも、スパークノイズ挿入を確認して積
算を中断するのでは、その測定回のデータが積算済みと
なっているので、データは廃棄するしかなく測定に要し
た時間が無駄になる。

【００１７】そこで、これらを改善するために用いた手
段が、図４に示した測定手順のフロー内の自動ＦＩＤチ
ェック機構４１である。図４に示したように、測定開始
する前に、照射するラジオ波のレベルチェックを行う。
この照射パワーが大きすぎる、または小さすぎると核の
吸収するエネルギと合致しないためＮＭＲスペクトルの
シグナル強度は弱くなる。また、標準試料でチューニン
グ・位相合わせ・基準値の設定等をして、十分に分解能
を上げて良いスペクトルが得られるようにする。その
後、測定試料を用いてチューニングを行いシグナルが検
出されることの確認等ができたら、Ｓ／Ｎ比を向上させ
るため積算を開始する。

【００１８】本発明の特徴であるＦＩＤチェック機構４
１は、１回のラジオ波の照射ごとに得られたＦＩＤが積
算に適しているか否かをまず判定して、積算に適したも
のはそのまま積算するエリアａへ送り、積算に適さない
ものは別のエリアｂへ送ってそれぞれのエリアに入って
きたデータの数をカウントするものである。この時、積
算に適していないものを保存する必要がなければ、デー
タ数のカウントだけ行いエリアｂにはデータを保存しな
いで逐次削除するように設定するか、あるいは一時的に
保存するかを選択できるようにする。積算側のエリアａ
に送られたデータは、カウントされた数が設定した積算
回数になるまでパルス照射は繰り返され、そのまま足し
合わされていく。こうすることで、これまでパルスの照
射回数をもって積算回数としていたのが、実際に足し合
わせた数で積算回数とすることができる。

【００１９】また、積算に適さないデータを保存してお
く必要がまったくなければ、データ処理装置のメモリ上
に作成するエリアは、測定回のＦＩＤにノイズが挿入し
ているかどうかを判定するエリアと、設定した積算回数
になるまでデータを足し合わせていくエリアとの、最低
でも二つのエリアを設ければよいことになる。

【００２０】ここで図２に示したようなスパークノイズ
は、ＦＩＤのはじめのほうに入る確率が高いため、ラジ
オ波の照射時に起きる瞬間的な放電等という電気的ノイ
ズであると考えられる。このようなノイズが繰り返し挿
入すると、スペクトルが劣悪になるというだけでなく、
ＮＭＲ信号を受信する回路を含む測定プローブの寿命や
装置の性能，測定の分解能の悪化等悪影響を及ぼす。現
状は、スパークノイズ挿入を防ぐ有効な手段がないた
め、頻繁なスパークノイズの挿入が起きる時には、装置
の保守のためにも積算を途中で停止するほうが良い。そ
こで、ＦＩＤのチェック機構４１で、積算するメモリａ
には移動されないデータ、すなわち積算に適していない
データが連続して２回以上あった場合、または積算され
た回数よりも積算されない回数が多くなった場合には、
自動的に積算を停止するような機構を設ける。こうすれ
ば、スパークノイズによる大きな負荷を装置に与え続け
ることがないため装置の保守に役立つし、不必要なデー
タの測定にかかる時間も省くことができる。

【００２１】また、ノイズ挿入等の積算に適さないデー
タが測定された時には、警告音を発する等してオペレー
タに知らせる。また、積算停止の時にも前述の警告音と
は異なる警告音を発するか、または発する警告音の回数
を変える等して、積算が停止したことをオペレータに知
らせるようにする。このようにすることで、これまでノ
イズが挿入しているか、測定を中止するか否かは、測定
後のＦＩＤを確認してからというオペレータの判断に依
存するところが大きかったが、積算に適さないデータを
検出した時のみオペレータがチェックしたり、または自
動的に積算停止するのでオペレータの負担は小さくな
る。

【００２２】ここで、ノイズ認識させるのに必要な条件
は、オペレータが任意に決定できる。例えば、ＦＩＤ信
号の減衰の振幅はなめらかに連続しているのが正常なの
だが、スパークノイズが挿入するとこの振幅が異常に大
きくなったり、正常な振幅の減衰よりも短い周期で激し
い振幅があったりする。この不自然な個所や不連続な点
を判定条件として設定すれば、直ちにノイズ挿入を認識
できる。また、警告音を発することで、オペレータが常
にＦＩＤの積算状態を監視する必要が無くなる。

【００２３】図５にＦＩＤ２１を得た試料と同じものを
測定試料として用い、ＦＩＤチェック機構４１を持つ核
磁気共鳴装置で百回積算した例を示す。積算前に積算に
適さないデータを除去することによって、ＦＩＤ５１の
ようにノイズを含まないものが得られる。ＦＩＤ５１を
フーリエ変換して得たスペクトルが図６である。このス
ペクトル６１は、ベースラインのノイズが小さくシグナ
ル強度が大きいＳ／Ｎ比の良いスペクトルで構造解析に
用いることができる。

【００２４】

【発明の効果】自動的にノイズ挿入を判定し警告音で知
らせるため、オペレータが積算中のＦＩＤを常時監視す
る必要がなくなり、作業負担が軽減される。また、積算
続行を不適切と判断した場合、自動的に測定を中断する
ため装置に負担をかけることなく、装置の保守に役立
つ。また測定のやり直しをする時にも、ノイズの挿入を
直ちに知ることがでるので、時間の無駄が無くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】核磁気共鳴装置の側面図。

【図２】従来の核磁気共鳴装置で百回積算したＦＩＤの
説明図。

【図３】従来の核磁気共鳴装置で百回積算したＮＭＲス
ペクトルの説明図。

【図４】本発明を実施した核磁気共鳴装置を用いた時の
測定のフローチャート。

【図５】本発明を実施した核磁気共鳴装置で百回積算し
たＦＩＤの説明図。

【図６】本発明を実施した核磁気共鳴装置で百回積算し
たＮＭＲスペクトルの説明図。

【符号の説明】

１１…磁石、１２…分光器、１３…データシステム、２
１…ノイズ挿入のあるＦＩＤ、２２，２３…スパークノ
イズ、３１…ノイズが挿入したＮＭＲスペクトル、４１
…ＦＩＤのチェック機構。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】パルス照射用の分光器及び制御システム
   と、核磁気共鳴信号を検出し処理するコンピュータ及び
   データシステムとを具備する核磁気共鳴装置において、
   核磁気共鳴信号を積算するメモリ上で、積算する前に各
   測定回毎にノイズ挿入の有無等をチェックして積算に適
   している信号か否かを判定する手段と、積算に適してい
   る信号を前記メモリ内の一つのエリアへ移動して数をカ
   ウントし設定した積算回数になるまで積算する手段と、
   積算に適していない信号を前記メモリ内の別のエリアに
   移動して数をカウントしたのち、そのまま積算しないで
   廃棄するか、あるいは、一時的に蓄積する手段とを有す
   ることを特徴とする核磁気共鳴装置。
2. 【請求項２】請求項１において、積算に適さない核磁気
   共鳴信号が連続して検出された場合、もしくは、積算に
   適さない信号の数が積算に適した信号数より多くなった
   場合には、自動的に積算を停止し、警告音を発して積算
   が停止したことを知らせる手段を有する核磁気共鳴装
   置。
3. 【請求項３】請求項１において、積算に適さない核磁気
   共鳴信号を検出した時には警告音を発する核磁気共鳴装
   置。
4. 【請求項４】請求項１，２または３において、積算に適
   しているか否かを判定する基準となる条件を任意に設定
   できる核磁気共鳴装置。