KR100442123B1 - system for analyzing of nuclear magnetic resonance spectrometer - Google Patents

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KR100442123B1
KR100442123B1 KR10-2001-0069991A KR20010069991A KR100442123B1 KR 100442123 B1 KR100442123 B1 KR 100442123B1 KR 20010069991 A KR20010069991 A KR 20010069991A KR 100442123 B1 KR100442123 B1 KR 100442123B1
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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술 분야1. TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

본 발명은 핵 자기 공명(NMR) 분광 장치의 분석 시스템에 관한 것임.The present invention relates to an analysis system of nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy apparatus.

2. 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제2. Technical problem to be solved by the invention

본 발명은, 200MHz급의 NMR 분광 장치를 통해 더욱 정밀한 물질의 상태를 획득할 수 있게 되었으며, 그에 따른 물질의 비 파괴 진단 산업분야의 활성화에 기여하기 위한 NMR 분광 장치의 분석 시스템을 제공함에 그 목적이 있음,The present invention, it is possible to obtain a more precise state of the material through a 200MHz class NMR spectroscopy device, and to provide an analysis system of the NMR spectroscopy device to contribute to the activation of the non-destructive diagnostic industry of the material In this,

3. 발명이 해결 방법의 요지3. Summary of the Invention Solution

본 발명은, 핵 자기 공명(NMR) 분광 장치의 분석 시스템에 있어서, 펄스 시퀀스를 정확한 타이밍으로 실행 할 수 있는 펄스 프로그램을 포함하여 저 잡음의 파형을 발생시키고, 자기 공명의 검출 데이터를 수집 및 전처리 제어를 수행하기 위한 자기 공명 분석 제어 수단; 상기 자기 공명 분석 제어 수단으로부터의 펄스 시퀀스에 동기하여 RF(Radio Frequency)펄스를 변조하고, 상기 변조된 RF 펄스를 증폭하여 핵 자기 분광 장치의 고자장내 RF 프로브로 전달하기 위한 RF 신호 전송 수단; 상기 RF 프로브에 의해 검출된 상기 고자장내 시료에서 발생하는 핵 자기 공명 신호를 전치 증폭 및 복조하기 위한 RF 신호 수신 수단; 상기 자기 공명 분석 제어 수단으로부터 전달받은 자기 공명 데이터를 내장된 펄스 시퀀스 편집기를 통해 펄스 시퀀스의 편집 동작을 수행하기 위한 자기 공명 분석 처리 수단을 포함함.In the analysis system of a nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy apparatus, a low noise waveform is generated, including a pulse program capable of executing a pulse sequence at an accurate timing, and collecting and preprocessing detection data of magnetic resonance. Magnetic resonance analysis control means for performing control; RF signal transmission means for modulating an RF (Radio Frequency) pulse in synchronization with the pulse sequence from the magnetic resonance analysis control means, amplifying the modulated RF pulse and delivering the RF pulse to a high magnetic field RF probe of a nuclear magnetic spectrometer; RF signal receiving means for preamplifying and demodulating a nuclear magnetic resonance signal generated in said high magnetic field sample detected by said RF probe; And magnetic resonance analysis processing means for performing the editing operation of the pulse sequence through the built-in pulse sequence editor on the magnetic resonance data received from the magnetic resonance analysis control means.

4. 발명의 중요한 용도4. Important uses of the invention

본 발명은 비파괴에 의한 물질 분석에 응용됨The present invention is applied to the analysis of materials by nondestructive

Description

핵 자기 공명 분광 장치의 분석 시스템{system for analyzing of nuclear magnetic resonance spectrometer}System for analyzing of nuclear magnetic resonance spectrometer

본 발명은 핵 자기 공명(NMR) 분광 장치의 분석 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 물질 조직의 화학적인 성분을 비파괴적으로 분석하여 물질의 구성 성분을 파악하기 위한 핵 자기공명(NMR) 분광 장치의 분석 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an analysis system of a nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy apparatus, and more particularly, to a nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy apparatus for determining the constituents of a substance by nondestructively analyzing chemical components of a substance tissue. Of the analysis system.

일반적으로 물질 성분 분석용 핵 자기 공명(NMR : Nuclear Magnetic Resonance) 분광 장치는 초전도 자석을 기반으로 하여 고자장내에서 RF coil을 이용하여 물질의 핵자 신호를 검출하는 방식으로 X-선과는 달리 방사선 피폭을 염려할 필요가 없으며, 물리, 화학, 생물, 의학, 약학, 재료공학 등에서 광범위하게 사용되고 있으며, 그 적용 범위 또한 급속히 확대되고 있는 추세이다. 비파괴 검사나 미세 조직의 상태 분석도 가능하며 조직의 화학적, 물리적인 성질을 이용하기 때문에 비파괴 검사, 화학 성분의 분석 등에 폭 넓게 도입되고 있다.In general, nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy for material composition analysis is based on superconducting magnets and detects nuclear material signals using RF coils in high magnetic fields. There is no need to worry, and it is widely used in physics, chemistry, biology, medicine, pharmacy, and materials engineering, and its application range is rapidly expanding. Nondestructive testing and analysis of microstructures are also possible, and because they use chemical and physical properties of tissues, they are widely used for nondestructive testing and analysis of chemical components.

먼저, NMR의 원리를 간략하게 살펴보면 다음과 같다.First, the principle of NMR is briefly described as follows.

NMR은 물질에 RF 펄스 신호를 가한 후 물질의 핵들이 그 에너지를 받아서 어떻게 반응하는가 하는 것을 측정하는 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 스핀이 영이 아닌 핵자들은 외부자기장 내에서는 자기 모멘트 μ를 갖는데, 외부 자기장에서의 자기 모멘트의 운동은 (수학식 1)과 같다.NMR measures how a nucleus of a material receives its energy and reacts after applying an RF pulse signal to the material. As shown in FIG. 1, the nuclei in which the spin is not zero have a magnetic moment μ in the external magnetic field, and the motion of the magnetic moment in the external magnetic field is represented by Equation (1).

여기서, 상기는 외부 자기장, μ는 자기 모멘트,Where Is the external magnetic field, μ is the magnetic moment,

따라서, 상기 (수학식 1)의 자기 모멘트(μ)가축을 중심으로의 각속도로 회전함을 나타낸다. 이때의 자기 모멘트를 하나의 신호로 측정을 하는데, 이때 측정되는 신호는 자기 모멘트(μ)의 벡터 합으로 이것을 자기화(magnetization : M)라고 한다.Therefore, the magnetic moment (μ) of Equation 1 Around the axis Rotates at an angular velocity of. In this case, the magnetic moment is measured as one signal, and the measured signal is a vector sum of the magnetic moments (μ), which is called magnetization (M).

상기 자기화(M)의 크기는 외부자기장()와 핵의 밀도에 비례하며, 방향은 외부자기장의 방향과 같은 방향이다. 이 자기화(M)는 RF 에너지를 받으면축에 수직인 면을 향해 움직인다. 그 다음 RF 에너지를 끊어주면 자기화(M)는 에너지를 방출하며 원래의 상태(평형 상태)로 되돌아간다. 이때 되돌아가는 과정이 각 핵에 따라, 그리고 각 핵들의 주변환경의 영향을 받아 모두 다르게 나타난다. 그러므로 NMR에서 물질의 성분을 분석하는 데에 이용할 수 있는 것이다.The size of the magnetization (M) is the external magnetic field ( ) Is proportional to the density of the nucleus and the direction is the same as the direction of the external magnetic field. This magnetization (M) receives RF energy Move toward the plane perpendicular to the axis. Then turn off the RF energy and magnetization (M) releases the energy and returns to its original state (equilibrium). The return process is different for each nucleus and under the influence of its surroundings. Therefore, it can be used to analyze the components of substances in NMR.

그러나, 종래의 NMR 분광 장치의 분석 시스템은 수십 MHz 대역의 RF 주파수를 사용하여 신호 검출을 함으로서 그 신호 검출에 따른 정밀도가 떨어져 정밀한 물질의 상태를 검출할 수 없는 문제점이 있었다.However, the analysis system of the conventional NMR spectroscopy has a problem that the signal detection using the RF frequency of several tens of MHz band is not accurate to detect the state of the precise material due to the signal detection.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서,200MHz급의 NMR 분광 장치를 통해 더욱 정밀한 물질의 상태를 획득할 수 있게 되었으며, 그에 따른 물질의 비 파괴 진단 산업분야의 활성화에 기여하기 위한 NMR 분광 장치의 분석 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.Therefore, the present invention has been made to solve the above problems, it is possible to obtain a more precise state of the material through the 200 MHz class NMR spectroscopy, thereby contributing to the activation of the non-destructive diagnostic industry of the material It is an object of the present invention to provide an analysis system of the NMR spectroscopy apparatus.

도 1은 일반적인 핵자기 공명 신호의 측정 원리를 보여주는 도면.1 is a view showing a measuring principle of a general nuclear magnetic resonance signal.

도 2는 본 발명에 따른 핵 자기 공명(NMR) 분광 장치의 분석 시스템에 대한 일실시예 구성도.Figure 2 is an embodiment configuration of the analysis system of the nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy apparatus according to the present invention.

도 3은 도 2에 도시된 시스템 제어기에 대한 일실시예 세부 구성도.3 is a detailed configuration diagram of an embodiment of the system controller shown in FIG. 2;

도 4는 도 2에 도시된 RF 변조부에 대한 일실시예 세부 구성도.4 is a detailed block diagram of an embodiment of an RF modulator shown in FIG. 2;

도 5는 도 2에 도시된 RF 복조부에 대한 일실시예 세부 구성도.FIG. 5 is a detailed block diagram showing an embodiment of the RF demodulator shown in FIG. 2; FIG.

도 6은 3에 도시된 신호 획득 및 처리부에 대한 일실시예 세부 구성도.6 is a detailed block diagram of an embodiment of a signal acquisition and processing unit shown in FIG.

도 7은 도 2에 도시된 분석용 컴퓨터의 펄스 시퀀스 편집기의 기능을 보여주는 도면.7 shows the function of the pulse sequence editor of the analysis computer shown in FIG.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of code for main part of drawing

201 : 분석용 컴퓨터 202 : 시스템 제어기201: analysis computer 202: system controller

203 : RF 변조부 204 : RF 전력 증폭부203: RF modulator 204: RF power amplifier

205 : 전치 증폭부 206 : RF 복조부205: preamplifier 206: RF demodulator

212 : RF 프로브 220 : 핵 자기 공명(NMR) 분광 장치212: RF probe 220: nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy apparatus

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 핵 자기 공명(NMR) 분광 장치의 분석 시스템에 있어서, 펄스 시퀀스를 정확한 타이밍으로 실행 할 수 있는 펄스 프로그램을 포함하여 저 잡음의 파형을 발생시키고, 자기 공명의 검출 데이터를 수집 및 전처리 제어를 수행하기 위한 자기 공명 분석 제어 수단; 상기 자기 공명 분석 제어 수단으로부터의 펄스 시퀀스에 동기하여 RF(Radio Frequency)펄스를 변조하고, 상기 변조된 RF 펄스를 증폭하여 핵 자기 분광 장치의 고자장내 RF 프로브로 전달하기 위한 RF 신호 전송 수단; 상기 RF 프로브에 의해 검출된 상기 고자장내 시료에서 발생하는 핵 자기 공명 신호를 전치 증폭 및 복조하기 위한 RF 신호 수신 수단; 상기 자기 공명 분석 제어 수단으로부터 전달받은 자기 공명 데이터를 내장된 펄스 시퀀스 편집기를 통해 펄스 시퀀스의 편집 동작을 수행하기 위한 자기 공명 분석 처리 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.The apparatus of the present invention for achieving the above object, in the analysis system of the nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy apparatus, including a pulse program capable of executing the pulse sequence at an accurate timing and generates a low noise waveform Magnetic resonance analysis control means for collecting magnetic resonance detection data and performing preprocessing control; RF signal transmission means for modulating an RF (Radio Frequency) pulse in synchronization with the pulse sequence from the magnetic resonance analysis control means, amplifying the modulated RF pulse and delivering the RF pulse to a high magnetic field RF probe of a nuclear magnetic spectrometer; RF signal receiving means for preamplifying and demodulating a nuclear magnetic resonance signal generated in said high magnetic field sample detected by said RF probe; And magnetic resonance analysis processing means for performing the editing operation of the pulse sequence through the built-in pulse sequence editor on the magnetic resonance data transmitted from the magnetic resonance analysis control means.

이하, 본 발명에 따른 핵 자기 공명(NMR) 분광 장치의 분석 시스템에 대한 바람직한 실시예에 대해, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a preferred embodiment of the analysis system of the nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy apparatus according to the present invention will be described in detail.

도 2는 본 발명에 따른 핵 자기 공명(NMR) 분광 장치의 분석 시스템에 대한 일실시예 구성도이다.Figure 2 is an embodiment configuration of the analysis system of the nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy apparatus according to the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 분석 시스템은, 분석용 컴퓨터(201), 시스템 제어기(202), RF 변조부(203), RF 전력 증폭부(204), RF 프로브(212). 전치 증폭부(205) 및 RF 복조부(206)를 포함한다.As shown in FIG. 2, the analysis system includes an analysis computer 201, a system controller 202, an RF modulator 203, an RF power amplifier 204, and an RF probe 212. A preamplifier 205 and an RF demodulator 206.

상기 시스템 제어기(202)는 펄스 시퀀스를 정확한 타이밍으로 실행 할 수 있는 펄스 프로그램을 포함하여 저 잡음의 파형을 발생시켜 펄스 시퀀스를 RF 변조부(203)로 전달하고, 상기 RF 복조부(206)로부터 전달받은 자기공명의 검출 데이터를 수집 및 전처리 제어를 수행하여 분석용 컴퓨터(201)로 전달한다.The system controller 202 generates a low noise waveform including a pulse program capable of executing the pulse sequence at an accurate timing, and transmits the pulse sequence to the RF modulator 203, from the RF demodulator 206. The detection data of the received magnetic resonance are collected and transferred to the analysis computer 201 by performing preprocessing control.

상기 RF 변조부(203)는 시스템 제어기(202)에서 전달된 펄스 시퀀스에 동기하여 RF 펄스를 변조하고, 상기 변조된 RF 펄스를 RF 전력 증폭부(204)로 전달한다.The RF modulator 203 modulates an RF pulse in synchronization with a pulse sequence transmitted from the system controller 202, and transmits the modulated RF pulse to the RF power amplifier 204.

상기 RF 전력 증폭부(204)는 RF 변조부(102)로부터 전달받은 RF 펄스를 증폭하여 고자장(220)내의 RF 프로브(212)로 전달한다.The RF power amplifier 204 amplifies the RF pulse received from the RF modulator 102 and delivers the RF pulse to the RF probe 212 in the high magnetic field 220.

상기 RF 프로브(212)는 증폭된 RF 펄스를 전달하고, 상기 고자장(220)내 시료에서 발생하는 핵 자기 공명 신호를 검출하여 전치 증폭부(205)로 전달한다. 상기 전치 증폭부(205)는 RF 프로브(104)에서 검출된 핵자기 공명 신호를 증폭하여 RF 복조부(206)로 전달한다. 상기 RF 복조부(206)는 전치 증폭부(205)에서 증폭된 핵자기 공명 신호를 복조하여 시스템 제어기(202)로 전달한다.The RF probe 212 transmits the amplified RF pulse, detects the nuclear magnetic resonance signal generated from the sample in the high magnetic field 220 and delivers the nuclear magnetic resonance signal to the preamplifier 205. The preamplifier 205 amplifies the nuclear magnetic resonance signal detected by the RF probe 104 and transmits the amplified nuclear magnetic resonance signal to the RF demodulator 206. The RF demodulator 206 demodulates the nuclear magnetic resonance signal amplified by the preamplifier 205 and transmits the demodulated nuclear magnetic resonance signal to the system controller 202.

상기 시스템 제어기(202)는 상기 RF 복조부(206)로부터 전달받은 자기 공명의 검출 데이터를 수집 및 전처리 제어를 수행하여 분석용 컴퓨터(201)로 전달한다. 상기 분석용 컴퓨터(201)는 시스템 제어기(202)로부터 전달받은 자기 공명 데이터를 내장된 펄스 시퀀스 편집기를 통해 펄스 시퀀스의 편집 동작을 수행한다. 여기서, 편집 동작은, 시간, 형상, 레벨, 게이트, 위상 등의 제어를 통해 편집을 수행하는데 후술될 도 7을 통해 자세히 설명한다.The system controller 202 collects and detects the magnetic resonance detection data received from the RF demodulator 206 and transmits the detected data to the analysis computer 201. The analysis computer 201 performs the editing operation of the pulse sequence through the built-in pulse sequence editor on the magnetic resonance data received from the system controller 202. Here, the editing operation will be described in detail with reference to FIG. 7 which will be described later to perform editing through control of time, shape, level, gate, phase, and the like.

도 3은 도 2에 도시된 시스템 제어기에 대한 일실시예 세부 구성도이다.3 is a detailed block diagram of an embodiment of the system controller shown in FIG. 2.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 시스템 제어기(202)는 고자장의 자석 내부에서 RF 펄스에 의하여 여기 되어진 핵자에서 방출하는 에너지를 RF 프로브(212)를 통하여 검출하고, 이를 RF 복조부에서 AF(Audio Frequency)대역으로 복조하여 A/D 컨버터에서 디지털 데이터로 변환하는 일련의 과정과 주변 시스템을 총괄적으로 제어하는 역할을 수행한다. 또한, 시스템 제어기(202)는 고 정밀의 시간 제어와 저 잡음의 파형 발생, 고 분해능의 데이터 수집 및 전처리 기능을 가지고 있어야 하며, 점프(JUMP), 루프(LOOP), 로드(LOAD)등의 적절히 설계되어진 마이크로 컴퓨터 언어를 순차적으로 수행할 수 있어야 한다.As shown in FIG. 3, the system controller 202 detects the energy emitted from the nucleus excited by the RF pulse inside the magnet of the high magnetic field through the RF probe 212, and the AF (Audio) in the RF demodulator. It demodulates the frequency band and controls the entire process of converting A / D converter into digital data and peripheral system. In addition, the system controller 202 should have high-precision time control, low noise waveform generation, high resolution data acquisition and preprocessing functions, and suitable for jump, loop, load, etc. It should be possible to execute the designed microcomputer language sequentially.

즉, 상기와 같은 기능을 수행하기 위해 시스템 제어기(202)는 호스트 인터페이스(301), 시간 제어부(304), 메모리(302) 및 신호 획득 및 처리부(303)를 포함한다.That is, the system controller 202 includes a host interface 301, a time controller 304, a memory 302, and a signal acquisition and processing unit 303 to perform the above functions.

상기 호스트 인터페이스(301)는 시스템 제어기(202)와 분석용 컴퓨터(201)간의 고속 데이터 통신을 위하여 내셔널 인스투루먼트사(National Instrument)의 AT-DIO32F(32비트 고속 디지털 입출력 보드)를 사용하여 하드웨어적 인터페이스를 구현하였다.The host interface 301 uses a National Instruments AT-DIO32F (32-bit high-speed digital input / output board) for high speed data communication between the system controller 202 and the analysis computer 201. Implemented the interface.

여기서, 상기 고속 디지털 입출력 보드(AT-DIO32F)는 4개의 8비트(BIT)포트(ports)(DIOA, DIOB, DIOC 그리고 DIOD)를 사용할 수 있으며, 포트 A와 포트 B는 핸드세이킹(Handshaking) 그룹 1로 할당되어있으며, 포트 C 와 포트 D는 그룹 2로 할당되어있다. 각 그룹은 각각 입력 또는 출력 포트로 사용할 수 있다.Here, the high speed digital input / output board (AT-DIO32F) can use four 8-bit (BIT) ports (DIOA, DIOB, DIOC and DIOD), and port A and port B are handshaking. It is assigned to group 1, and port C and port D are assigned to group 2. Each group can be used as an input or output port, respectively.

상기 시간 제어부(304)는 32비트 시간제어 회로로, 호스트 컴퓨터상에서 편집한 항목을 시퀀스 컴파일러(Sequence Compiler)를 사용하여 전자적 언어로 변환하였을 때, 게이트(Gate), ±X, ±Y, RF 등의 제어 신호를 편집한 시간 동안 정밀하게 유지하기 위해서는 고 정밀의 시간제어 회로와 레지스터 래치 회로가 필요하게 된다.The time controller 304 is a 32-bit time control circuit. When the edited item on the host computer is converted into an electronic language using a sequence compiler, a gate, ± X, ± Y, RF, etc. In order to precisely maintain the control signal for the edited time, a high precision time control circuit and a register latch circuit are required.

즉, 시간 제어부(304)는 핵자기 공명신호 계측 시스템에서 주로 사용되는 최소 펄스인가 시간을 기준으로 하여 500ns 정도의 시간을 최소 펄스 시간으로 정의하고, 최대시간을 100ns x 2^32 이 가능한 디지털 타이머를 설계하였다.That is, the time controller 304 defines a time of about 500 ns as the minimum pulse time and a maximum time of 100 ns x 2 ^ 32 based on the minimum pulse application time mainly used in the nuclear magnetic resonance signal measuring system. Was designed.

여기서, 신호를 측정하기 위해서 호스트 컴퓨터상에서 제작된 마이크로 시퀀스 프로그램은 호스트 인터페이스 부분의 AT-DIO32F 인터페이스 회로를 통하여 시스템 제어기(202)로 전송된다. 이때, 사용자에 의해 펄스 시퀀스 프로그램의 시작 명령이 수행되면 시간 제어부(304)는 주어진 비트 패턴(Bit Pattern)의 유지시간 동안 시간을 카운팅한 후 오버 플로우 신호를 발생하게 되고, 이 오버 플로우 신호는 다음의 새로운 명령어를 패치(Fetch)하게 된다.Here, the microsequence program produced on the host computer for measuring the signal is transmitted to the system controller 202 via the AT-DIO32F interface circuit of the host interface portion. At this time, when the start command of the pulse sequence program is performed by the user, the time controller 304 generates an overflow signal after counting the time for the holding time of the given bit pattern. Fetch a new command for.

여기서, 상기 시간 제어부(304)에서는 74F193의 케스케이드 접속을 이용한 32 비트 시간제어 회로의 예를 나타내었으며, PD[0..31] 데이터 버스는 다음에 수행되어야 할 명령어 지속시간을 전송하는 버스이며, H2는 시스템의 클럭, XOVF는카운트의 최종 오버플로우 신호로 다음 명령어의 패치를 트리거시키는 신호로 사용된다.Here, the time controller 304 shows an example of a 32-bit time control circuit using a cascade connection of 74F193, PD [0..31] data bus is a bus for transmitting the instruction duration to be performed next, H2 is the clock of the system and XOVF is the last overflow signal of the count. It is used as a signal to trigger the patch of the next instruction.

상기 메모리(302)는 크게 3가지의 메모리 인터페이스를 구현해야 한다. 먼저 시스템 제어부(101)와 호스트 컴퓨터사이의 통신을 위한 공유 메모리가 구성되어야 하며, 메인 프로세서로 사용하는 TMS320C31(Texas Instruments Co. Digital Signal Processor)의 시스템 메모리, 그리고 마지막으로 시퀀스 프로그램의 저장을 위한 시퀀스 프로그램 메모리의 인터페이스 설계가 요구된다.The memory 302 should implement three memory interfaces. First, a shared memory for communication between the system controller 101 and the host computer should be configured, the system memory of the Texas Instruments Co. Digital Signal Processor (TMS320C31) used as the main processor, and finally the sequence for storing the sequence program. The interface design of the program memory is required.

먼저, 시스템 제어기(202)와 분석용 컴퓨터(201)사이의 통신을 위한 공유 메모리 인터페이스에서는 IDT7025(Integrated Device Technology Co. 8K x 16 듀얼 포트 메모리)를 사용하여 한번에 최대 8K 워드까지의 데이터를 송수신 할 수 있도록 하였다. 그리고, 시스템 제어기(202)의 시스템 메모리는 KM6161002(SAMSUNG Co. 32K x 16 Bit Fast Static RAM)를 사용하여 설계하였으며, 상기 시퀀스 프로그램 메모리는 역시 IDT7025를 사용하여 우측 포트는 메인 프로세서로 연결하여 시스템에서 직접 읽기/쓰기를 할 수 있도록 함으로써 프로그램의 변경을 가능하게 하고, 나머지 좌측 포트는 출력 포트로 사용하였다.First, the shared memory interface for communication between the system controller 202 and the analysis computer 201 can transmit and receive data of up to 8K words at a time using the Integrated Device Technology Co. 8K x 16 dual port memory (IDT7025). To make it possible. The system memory of the system controller 202 is designed using KM6161002 (SAMSUNG Co. 32K x 16 Bit Fast Static RAM), and the sequence program memory is also IDT7025, and the right port is connected to the main processor in the system. The program can be changed by allowing direct read / write, and the remaining left port is used as output port.

여기서, 상기 메모리의 제어 및 인터페이스 회로는 모두 Xilinx의 CPLD에 집적화 하여 외부 PCB 회로를 간략화 하였다.Here, the memory control and interface circuits are all integrated in the CPLD of Xilinx to simplify the external PCB circuit.

상기 신호 획득 및 처리부(303)는 시료에서 발생되어진 핵자기 공명 신호의 측정을 위한 펄스 신호를 획득 및 처리를 위한 것이다.The signal acquisition and processing unit 303 is for acquiring and processing a pulse signal for measuring a nuclear magnetic resonance signal generated from a sample.

즉, 자장내의 시료의 핵자를 여기시키기 위하여 RF 에너지를 가하고 이로부터 발생되어지는 핵자기 공명 신호는 RF 프로브(212)의 RF 코일을 통하여 검출되고, 상기 검출된 핵자기 공명 신호는 전치 증폭부(205)에서 1차 증폭된다. 그리고, 1차 증폭된 핵자기 공명 신호는 RF 복조부(206)에서 실수부와 허수부의 복조되어 오디오 주파수(Audio-Frequency) 영역의 인벨로프(Envelope) 신호로 변화되며, 이 신호는 최종적으로 신호 획득 및 처리부(303)의 A/D 컨버터를 통과하여 디지털 신호로 변환된다.That is, the nuclear magnetic resonance signal generated by applying RF energy to excite the nucleus of the sample in the magnetic field is detected through the RF coil of the RF probe 212, and the detected nuclear magnetic resonance signal is a preamplifier ( In 205). In addition, the first amplified nuclear magnetic resonance signal is demodulated in the real part and the imaginary part in the RF demodulator 206 to be transformed into an envelope signal in the audio-frequency region, and the signal is finally The A / D converter of the signal acquisition and processing unit 303 is converted into a digital signal.

주파수 합성기(Frequency Synthesizer)에서는 자장의 세기에 의해 Lamor Equation에 따라 결정되는 핵자기 공명 신호에서 크기를 검출하기 위해 복조회로에서 사용되어질 캐리어 주파수를 발생시키며, 중간 주파수 발생기에서는 송신시 사용되어졌던 위상 정보가 담겨진 동일한 신호의 2 채널의 직교하는 정현파를 발생하여 복조기에서는 이 세가지 시스템의 신호를 사용하여 최종적으로 핵자기 공명 신호의 크기를 검출한다.The frequency synthesizer generates a carrier frequency to be used in the demodulation circuit to detect the magnitude in the nuclear magnetic resonance signal determined according to the Lamor Equation by the strength of the magnetic field, and the phase used during transmission in the intermediate frequency generator. Two orthogonal sine waves of the same signal containing the information are generated, and the demodulator uses the signals of these three systems to finally detect the magnitude of the nuclear magnetic resonance signal.

이 후, 2 채널의 A/D 컨버터를 통과하게 되는데, 펄스 시퀀스에서 정의한 대역폭(Bandwidth)의 신호를 주어진 시간 동안 획득, 저장하기 위하여 프로세서(Processor Independent)로 구성되어진 8K 선입선출 메모리(FIFO : First-In First-Out 구조의 Buffer Memory)와 저 왜곡(Low distortion) 입력 필터와 증폭기를 가지며, 최대 2.5MHz의 샘플링 비율(Sampling Rate)을 가지는 A/D 컨버터를 사용하였다.After that, it passes through two channels of A / D converters. The 8K first-in first-out memory (FIFO: First) is composed of processor independent to acquire and store the signal of bandwidth defined in the pulse sequence for a given time. A / D converter with up to 2.5MHz sampling rate with Buffer Memory, Low distortion input filter and amplifier is used.

그리고, A/D 컨버터를 통과하여 디지털 값으로 변환된 핵자기 공명신호를 시그널 에버리징(Signal Averaging), 베이스 라인 보정(Base Line Correction), 위상보정(Phase Correction) 등의 전치-프로세싱(pre-processing)을 수행한다.In addition, pre-processing such as signal averaging, base line correction, and phase correction is performed on the nuclear magnetic resonance signal converted through the A / D converter to a digital value. processing).

또한, 신호의 고속 획득 및 실시간 신호처리를 위하여 TMS320C44(Texas Instruments Co. Digital Signal Processor)를 장착한 디지털 신호 처리 시스템을 사용하였다.In addition, a digital signal processing system equipped with Texas Instruments Co. Digital Signal Processor (TMS320C44) was used for high-speed acquisition and real-time signal processing.

TMS320C44 디지털 신호 프로세서는 부동소수점 연산이 가능한 신호 처리 시스템의 구현을 위하여 기존의 마이크로프로세서에 비해 반복연산을 위한 루핑(Looping) 및 점프(Jump) 명령과 동시 연산 수행을 위한 인터-록 동작(Inter-Locked Operation) 등의 확장 및 최적 명령어 구조를 가짐으로써 고속 푸리에 전송(Fast Fourier Transform), 콘볼루션(Convolution) 및 디지털 필터링 등의 신호 처리를 위한 알고리듬 구현시 최적의 연산구조를 보장할 수 있다.The TMS320C44 digital signal processor uses the looping and jump instructions for iterative operation and the inter-lock operation for simultaneous operation to implement a floating point arithmetic signal processing system. By having an extended and optimal instruction structure such as Locked Operation, it is possible to guarantee the optimal operation structure when implementing algorithms for signal processing such as fast Fourier transform, convolution and digital filtering.

특히, TMS320C44의 경우 병렬 분포된 프로세싱(Parallel Distributed Processing)을 구현하기 위하여 2가지 방법을 제공하고 있다. 먼저, 버스 아키텍처(Bus Architecture) 에서는 글로벌 버스(Global Bus)와 로컬 버스(Local Bus)를 구현함으로써 공유 메모리인터페이스(Shared Memory Interface)를 쉽게 할 수 있으며 또한, 8 비트 병렬 통신 포트를 TMS320C40의 경우에는 6개를, TMS320C44의 경우에는 4개를 내장하고 있어 병렬 프로세싱 시스템 설계시 매우 유용하다. 그리고, 32 비트 타이머, DMA 컨트롤러, 32 비트 베럴 쉬프트(barrel shifter), floating point/ integer Multiplier 그리고 누산기(Accumulator)를 가지고 있다.In particular, the TMS320C44 provides two methods to implement parallel distributed processing. First, in the Bus Architecture, a shared bus can be easily implemented by implementing a Global Bus and a Local Bus, and an 8-bit parallel communication port is provided in the case of the TMS320C40. Six are built into the TMS320C44, which is very useful when designing parallel processing systems. It has a 32-bit timer, DMA controller, 32-bit barrel shifter, floating point / integer multiplier, and accumulator.

도 4는 도 2에 도시된 RF 변조부에 대한 일실시예 세부 구성도이다.4 is a detailed block diagram of an embodiment of the RF modulator shown in FIG. 2.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 RF 변조부(A)는 중간 주파 증폭부(410), 위상 변조부(420) 및 RF 신호 처리부(430)를 포함한다.As shown in FIG. 4, the RF modulator A includes an intermediate frequency amplifier 410, a phase modulator 420, and an RF signal processor 430.

상기 중간주파 증폭부(410)는 중간주파 처리기(402) 및 저 잡음 증폭기(404)를 포함한다. 상기 위상 변조부(420)는 위상 분리기(412), 제 1 믹서(414), 제 2 믹서(416) 및 위상 결합기(418)를 포함하고, 상기 RF 신호 처리부(430)는 제 3 믹서(432) 및 제 4 믹서(434)를 포함한다.The intermediate frequency amplifier 410 includes an intermediate frequency processor 402 and a low noise amplifier 404. The phase modulator 420 includes a phase separator 412, a first mixer 414, a second mixer 416, and a phase combiner 418, and the RF signal processor 430 includes a third mixer 432. ) And a fourth mixer 434.

상기 중간주파 처리기(402)는 시스템 제어기(202)로부터 제공되는 펄스 신호에 의해 IF 주파수인 10.7Mhz를 처리하여 저 잡음 증폭기(404)로 전달한다. 상기 저 잡음 증폭기(404)는 전달된 중간 주파 신호를 저 잡음 증폭하여 위상 분리기(412)로 전달한다.The intermediate frequency processor 402 processes the IF frequency of 10.7Mhz by the pulse signal provided from the system controller 202 and transmits it to the low noise amplifier 404. The low noise amplifier 404 low noise amplifies the transmitted intermediate frequency signal and delivers it to the phase separator 412.

상기 위상 분리기(412)는 저 잡음 증폭된 중간 주파를 0° 및 90°위상으로 분리하고, 상기 0 °의 위상은 제 1 믹서(414)로 전달하고, 상기 90°위상은 제 2 믹서(416)로 전달한다. 여기서, 상기 위상 분리기(412)의 출력은 입력에 비해 3 dB가 떨어짐으로 출력단에 증폭기를 연결함이 바람직하다.The phase separator 412 separates the low noise amplified intermediate frequency into 0 ° and 90 ° phases, the phase of 0 ° is transmitted to the first mixer 414, and the 90 ° phase is the second mixer 416. To pass). Here, the output of the phase separator 412 is 3 dB away from the input, it is preferable to connect the amplifier to the output terminal.

상기 제 1 믹서(414)는 0°의 중간 주파수를 X 펄스의 제어 신호에 의해 위상 변조하여 위상 결합기(418)로 제공한다. 또한, 상기 제 2 믹서(405)는 90°의 중간 주파수를 Y 펄스 제어 신호에 의해 위상 변조하여 위상 결합기(418)로 제공한다..The first mixer 414 phase modulates an intermediate frequency of 0 ° with a control signal of X pulses and provides it to the phase combiner 418. The second mixer 405 also phase modulates an intermediate frequency of 90 [deg.] By the Y pulse control signal to the phase combiner 418.

상기 위상 결합기(418)는 위상 분리되어 변조된 중간 주파수를 위상 결합하여 제 3 믹서(432)로 전달한다. 상기 제 3 믹서(432)는 위상 결합된 중간 주파수에 전송 펄스 게이트를 이용하여 결합하고, 상기 결합된 중간 주파수를 제 4믹서(434)로 전달한다.The phase combiner 418 phase-couples the modulated intermediate frequency to the third mixer 432. The third mixer 432 combines the phase-coupled intermediate frequency by using a transmission pulse gate and transfers the combined intermediate frequency to the fourth mixer 434.

여기서, 상기 전송 펄스 게이트는 펄스 프로그램에 의한 펄스 시퀀스에서 설정된 시간에 의한 출력 신호의 제어를 수행한다.Here, the transmission pulse gate controls the output signal by the time set in the pulse sequence by the pulse program.

상기 제 4 믹서(434)는 제 3 믹서(432)에서 결합된 중간 주파수와 주파수 동기에 의해 출력된 주파수(210.5MHz)의 신호를 곱하여, 200MHz와 221MHz의 두 성분의 신호가 저역통과 필터(436)로 출력한다.The fourth mixer 434 multiplies the intermediate frequency coupled from the third mixer 432 by the signal of the frequency (210.5 MHz) output by the frequency synchronization, so that a signal of two components, 200 MHz and 221 MHz, is passed through the low pass filter 436. )

상기 저역통과 필터(409)는 필터링 동작에 의해 221MHz 주파수는 필터링하고, 200MHz 주파수만 최종적으로 출력하여 RF 전력 증폭기(204)로 전달한다.The low pass filter 409 filters the 221 MHz frequency by a filtering operation, and finally outputs only the 200 MHz frequency to the RF power amplifier 204.

따라서, 상기 RF 전력 증폭기(204)에서 증폭된 신호는 안테나를 통해 RF 프로브(212)로 인가된다.Accordingly, the signal amplified by the RF power amplifier 204 is applied to the RF probe 212 through the antenna.

도 5는 도 2에 도시된 RF 복조부에 대한 일실시예 세부 구성도이다.FIG. 5 is a detailed configuration diagram of an embodiment of the RF demodulator shown in FIG. 2.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 RF 복조부(206)는 필터부(510) 및 위상 복조부(520)를 포함한다.As shown in FIG. 5, the RF demodulator 206 includes a filter unit 510 and a phase demodulator 520.

상기 필터부(510)는 제1 믹서(502), 제1 저역통과 필터(504) 및 증폭기(503)를 포함하고, 상기 위상 복조부(520)는 위상 분리기(512), 제 2 믹서(513), 제 3 믹서(514), 제2 저역통과 필터(515) 및 제3 저역통과 필터(516)를 포함한다.The filter unit 510 includes a first mixer 502, a first low pass filter 504, and an amplifier 503, and the phase demodulator 520 includes a phase separator 512 and a second mixer 513. ), A third mixer 514, a second low pass filter 515, and a third low pass filter 516.

제1 믹서(502)는 상기 RF 프로브(212)로부터 통해 검출된 200MHz+ΔF의 신호를 전치 증폭부(205)를 통해 전달받고, 상기 전달받은 200MHz+ΔF 주파수와 200MHz-IF를 결합하여 소정의 중간 주파수를 출력하고, 상기 출력된 중간 주파수를 제1 저역통과 필터(504)에 인가한다. 상기 제1 저역통과 필터(504)는 인가된 중간주파수에서 불필요한 주파수를 제거하고, 원하는 주파수만을 통과시켜 증폭기(506)로 전달한다.The first mixer 502 receives the 200 MHz + ΔF signal detected by the RF probe 212 through the preamplifier 205, and combines the received 200 MHz + ΔF frequency with 200 MHz-IF to provide a predetermined signal. The intermediate frequency is output, and the output intermediate frequency is applied to the first low pass filter 504. The first low pass filter 504 removes unnecessary frequencies from the applied intermediate frequency and passes only the desired frequency to the amplifier 506.

상기 증폭기(506)는 제1 저역통과 필터(504)로부터 전달받은 중간 주파수를 일정 레벨로 증폭하고, 상기 증폭된 주파수(IF+ΔF)를 위상 분리기(512)로 전달한다.The amplifier 506 amplifies the intermediate frequency received from the first low pass filter 504 to a predetermined level and transfers the amplified frequency IF + ΔF to the phase separator 512.

상기 위상 분리기(504)는 전달받은 중간 주파수(IF+ΔF)를 0° 및 90°위상으로 분리하고, 상기 0 °의 위상은 제2 믹서(513)로 전달하고, 상기 90°위상은 제3 믹서(514)로 전달한다. 이때, 0°위상인 중간 주파수를 I라하고, 90°위상의 중간 주파수는 Q라고 하면. 상기 I 및 Q 신호는 주파수 합성기의 출력 200MHz와 제 2 믹서(513) 및 제3 믹서(514)에 의해 각각 곱해진다.The phase separator 504 separates the received intermediate frequency IF + ΔF into 0 ° and 90 ° phases, transfers the phase of 0 ° to the second mixer 513, and the 90 ° phase is a third phase. Transfer to mixer 514. In this case, if the intermediate frequency of 0 ° phase is called I and the intermediate frequency of 90 ° phase is Q. The I and Q signals are multiplied by the output 200 MHz of the frequency synthesizer by the second mixer 513 and the third mixer 514, respectively.

따라서, 제2 믹서(513)에서 출력된 중간 주파수는 제2 저역통과 필터(515)로, 제3 믹서(514)에서 출력된 중간 주파수는 제3 저역통과 필터(516)로 전달된다.Therefore, the intermediate frequency output from the second mixer 513 is transferred to the second low pass filter 515, and the intermediate frequency output from the third mixer 514 is transferred to the third low pass filter 516.

여기서, 상기 제2 저역통과 필터(515) 및 제3 저역통과 필터(516)로 각각 입력되는 신호는 각각 400MHz+ΔF와 ΔF의 신호가 출력이 되나 우리가 필요한 신호는 ΔF의 신호면 되므로 필터링에 의해 I(ΔF), Q(ΔF)의 신호만이 최종 출력된다. 따라서, 최종 출력된 I, Q 신호는 각각 시스템 제어기(202)의 A/D 컨버터를 거쳐서 디지털 신호로 변환이 되어서 신호처리 과정을 수행한다.In this case, the signals input to the second low pass filter 515 and the third low pass filter 516 are output at 400 MHz + ΔF and ΔF, respectively, but the signal we need is a signal of ΔF. As a result, only the signals of I (ΔF) and Q (ΔF) are finally output. Accordingly, the final output I and Q signals are converted into digital signals through the A / D converter of the system controller 202 to perform signal processing.

도 6은 도 3에 도시된 신호 획득 및 처리부에 대한 일 실시예 세부 구성도이다.FIG. 6 is a detailed block diagram of an embodiment of the signal acquisition and processing unit illustrated in FIG. 3.

도 6에 도시된 바와 같이, 상기 신호 획득 및 처리부는 데이터 획득기(601),베이스라인 보정기(603), 위상 보정기(605) 및 고속 푸리에 변환기(607)을 포함한다.As shown in FIG. 6, the signal acquisition and processing unit includes a data acquirer 601, a baseline corrector 603, a phase corrector 605, and a fast Fourier transformer 607.

즉, 분석용 컴퓨터(201)의 펄스 시퀀스 편집기(도 7에서 자세히 기술됨)에 의해 만들어진 파형이 시스템 제어기(202), RF 변조부(203) 및 RF 전력 증폭기(204)를 통해 마그네트에 가해지게 되면, 발생된 공진 신호는 RF 프로브(212)를 통해 검출되고, 상기 검출된 공진 신호는 신호 처리되어 신호 획득 및 처리부(303)로 입력된다. 이때, 상기 신호 획득 및 처리부(303)는 공진 신호를 얻을 수 있을 뿐 아니라, 그 신호를 처리하는 기능을 수행한다.That is, the waveform generated by the pulse sequence editor (described in detail in FIG. 7) of the analysis computer 201 is applied to the magnet through the system controller 202, the RF modulator 203, and the RF power amplifier 204. When the generated resonance signal is detected through the RF probe 212, the detected resonance signal is signal processed and input to the signal acquisition and processing unit 303. In this case, the signal acquisition and processing unit 303 not only obtains a resonance signal but also performs a function of processing the signal.

상기 베이스라인 보정기(603)는 상기 데이터 획득기(601)에서 획득된 신호의 DC 값이 오프셋이 있을 때 이를 제거하여 신호의 AC 성분만을 고속 푸리에 변환기(607)로 전달한다.The baseline corrector 603 removes the DC value of the signal acquired by the data acquirer 601 when there is an offset, and transfers only the AC component of the signal to the fast Fourier transformer 607.

상기 위상 보정기(605)는 상기 데이터 획득기(601)에서 획득된 신호의 위상을 변경하고, 변경된 데이터를 고속 푸리에 변환기(607)로 전달한다.The phase corrector 605 changes the phase of the signal acquired by the data acquirer 601 and transfers the changed data to the fast Fourier transformer 607.

상기 고속 푸리에 변환기(607)는 FFT(Fast Fourier Transform) 알고리즘에 의해 입력된 데이터를 시간 영역에서 주파수 영역으로 변환하여 분석용 컴퓨터(201)로 전달한다.The fast Fourier transformer 607 converts the data input by the Fast Fourier Transform (FFT) algorithm from the time domain to the frequency domain and transfers the data to the analysis computer 201.

여기서, 상기 데이터 획득부(601)는 분석용 컴퓨터(201)로부터 제공되는 제어 신호에 의해 획득된 데이터를 베이스라인 보정기(603)를 통해 출력하거나, 위상 보정기(605)를 통해 출력하거나, 베이스라인 보정기(603) 및 위상 보정기(605)를 통해 출력할 수 있으며, 또한, 획득된 데이터를 바로 고속 푸리에 변환기(607)로전달할 수 있다.Here, the data acquisition unit 601 outputs the data obtained by the control signal provided from the analysis computer 201 through the baseline corrector 603, or through the phase corrector 605, or the baseline. The data may be output through the compensator 603 and the phase compensator 605, and the acquired data may be directly transferred to the fast Fourier transformer 607.

도 7은 도 2에 도시된 수치용 컴퓨터에 내장된 펄스 시퀀스 편집기의 세부 편집 기능을 보여주는 도면이다.FIG. 7 is a diagram illustrating a detailed editing function of the pulse sequence editor embedded in the numerical computer shown in FIG. 2.

타이머 제어(Timer Control)를 이용할 때, 시스템 제어기(202)가 제어하게 되는 이벤트(Event)의 개시 타이밍은 이벤트 아이템이 놓인 시점부터가 되며, 해당 이벤트의 지속시간을 타임(time)에 지정하게 된다. 고정된 값을 사용하게 되는 경우가 있을 수 있으며 초기치만을 지정한 후 가변적인 시간을 실행 중에 입력할 수 있는 입력 제어 셋(input control set)을 설정 할 수도 있다. 만약, 사용자가 이 아이템에 0 의 값을 지정하게 되면 동일한 열의 모든 이벤트는 무시된다.(컴파일 과정에서 사용되는 Read-back, Marker Lable 등은 유효하다)When using timer control, the timing of the start of an event controlled by the system controller 202 is from the time the event item is placed, and the duration of the event is specified in time. . In some cases, a fixed value may be used, and an input control set may be set in which only an initial value may be specified and a variable time may be input during execution. If you specify a value of 0 for this item, all events in the same column are ignored (Read-back, Marker Lable, etc. used during compilation) are valid.

형태 제어(Shape Control)는 파형을 설정할 수 있는 부분이다. 일반적으로 파형의 정의를 위해 미리 정의되어 있는 샘플링 테이블을 사용한다. RF 형태의 경우 slice selective exitation 을 위한 사인(sin) 파형을 사용하게 되며, 경사도(Gradient)의 경우에는 경사도 증폭기(gradient amplifier)의 상승시간을 고려한 경사 테이블을 정의하게 된다.Shape Control is where you can set the waveform. Generally, a predefined sampling table is used to define the waveform. In the case of RF type, a sin waveform for slice selective exitation is used, and in the case of gradient, a slope table considering the rise time of a gradient amplifier is defined.

레벨(진폭) 제어(Level(Amplitude) Control)는 파형의 진폭을 실질적으로 제어하는데 사용된다. 즉, 분석용 컴퓨터(201)를 통해 입력된 레벨 제어 신호는 시스템 제어기(202)에 내장되어 있는 파형 발생기의 D/A 컨버터를 통해 RF 변조부(203)로 전달된다.Level (Amplitude) Control is used to substantially control the amplitude of the waveform. That is, the level control signal input through the analysis computer 201 is transmitted to the RF modulator 203 through the D / A converter of the waveform generator built in the system controller 202.

여기서, 상기 디지털 입력은 파형에 관계된 16 비트 신호와 마찬가지로 16비트 해상도의 진폭이 서로 곱해져서 출력되는 형태이다. 결국 MDAC(Multiflying DAC)에서 출력되는 값은 32비트 값을 가지게 되며 이러한 출력값을 시간의 흐름에 맞추어서 기입하게 된다.Here, the digital input is a form in which the amplitude of the 16-bit resolution is multiplied and output like the 16-bit signal related to the waveform. As a result, the value output from the MDAC (Multiflying DAC) has a 32-bit value, and the output value is written over time.

파형 발생기는 RF 채널, 공간 선택적 여기를 위한 3개의 경사도(gradient) X, Y, Z를 가지고 있으며, 제작된 소프트웨어에서는 파형과 관련한 8개의 제어요소가 있다.The waveform generator has three RF channels, three gradients X, Y, and Z for spatially selective excitation, and there are eight control elements associated with the waveform in the software produced.

게이트 제어는 ON 혹은 OFF의 설정을 갖는 컨트롤이다. 대표적으로 RF 출력의 게이트를 들 수 있으며, 이 경우 스팩트로 메터(Spectrometer)의 최종단에서 RF 파형의 출력 여부를 결정하게 된다.Gate control is a control that has a setting of ON or OFF. A typical example is the gate of the RF output. In this case, the final stage of the spectrometer determines whether to output the RF waveform.

상기 위상 제어(Phase Control)는 MRI 펄스 시퀀스에서는 정확한 플립 앵글(filp angle)이 구현되지 않았을 경우에도 리 포커싱(refocussing)과정에서 오차가 누적이 되지 않도록 위상 변조 방식을 사용한다. 펄스 변조(Phase Modulation)를 구현하기 위하여 +x, +y, -x, -y 의 기본적인 위상과 기타 위상의 설정을 가능하게 하고 있다. RF의 게이트가 온(ON)되기 이전에 미리 설정되어야 하며, 한번 변경된 위상은 다음 변경 때까지 래치(Latch)되어 유효하게 된다.The phase control uses a phase modulation method so that an error does not accumulate during refocusing even when an accurate flip angle is not implemented in the MRI pulse sequence. In order to implement pulse modulation, it is possible to set the basic phase of + x, + y, -x, -y and other phases. It must be set in advance before the gate of the RF is ON, and once changed phase is latched and valid until the next change.

상기 획득 제어(Acquisition Control)는 글로벌 파라메터(Global Parameter)에 설정된 주파수와 셈플링 포인트에 따라 신호를 획득한다. 획득 제어 요소는 수신 데이터와 수신 위상을 동시에 설정하게 된다.The acquisition control acquires a signal according to a frequency and a sampling point set in a global parameter. The acquisition control element sets the receive data and the receive phase simultaneously.

상기 프로세서 리드-백(Process Read-back)은 펄스 시퀀스가 동작 중에 시퀀스의 진행 상황을 체크하기 위한 목적으로 사용되며, 출력 파형의 갱신과 관련된중요한 역할을 하는 제어 요소이다.The processor read-back is used for the purpose of checking the progress of the sequence while the pulse sequence is in operation, and is a control element that plays an important role in updating the output waveform.

루프 제어(Loop Control)는 앵커 포인트(Anchor point)와 점프(Jump Point)가 설정 가능하다. 루프는 펄스 시퀀스의 반복적인 수행이 필요한 경우 설정되어 가독성을 높이고 반복적인 편집 작업을 줄일 수 있도록 한다. 앵커 포인트(Anchor Point)는 사용자가 임의의 이름을 줄 수 있으며, 점프 포인트(Jump Point)에서 대상 앵커(Anchor)의 이름과 구간 반복 회수 등과 같은 파라미터를 줄 수 있다.Loop control can set anchor point and jump point. Loops are set up when repetitive execution of the pulse sequence is required to improve readability and reduce repetitive editing. The anchor point may give a user an arbitrary name and may give parameters such as the name of the target anchor and the number of interval repetitions at the jump point.

한편, 상기의 분석 시스템은 화학적 시료 분석, MRI 영상화 장치 개발에 응용, 과일 당도 측정에 응용, 의료 진단용 기초 시스템 응용, 비파괴 진단 시스템 응용, 이미징 시스템 응용, 화학물 및 위험물 탐지등에 사용이 가능하다.The analysis system may be used for chemical sample analysis, MRI imaging device development, fruit sugar measurement, medical diagnostic basic system application, non-destructive diagnostic system application, imaging system application, chemical and dangerous goods detection, and the like.

이상, 전술한 본 발명의 바람직한 실시예는, 예시의 목적을 위해 개시된 것으로, 당업자라면 이하 첨부된 특허청구범위에 개시된 본 발명의 기술적 사상과 그 기술적 범위 내에서, 다양한 다른 실시예들을 개량, 변경, 대체 또는 부가 등이 가능할 것이다.As mentioned above, preferred embodiments of the present invention are disclosed for the purpose of illustration, and those skilled in the art can improve and change various other embodiments within the spirit and technical scope of the present invention disclosed in the appended claims below. , Replacement or addition would be possible.

상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 핵 자기 공명(NMR) 분광 장치의 분석 시스템은 200MHz급의 NMR 분광 장치를 통해 더욱 정밀한 물질의 상태를 획득할 수 있게 되었으며, 그에 따른 물질의 비 파괴 진단 산업분야의 활성화에 기여할 수 있는 매우 유용한 발명인 것이다.The analysis system of the nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy apparatus according to the present invention as described above is able to obtain a more accurate state of the material through the 200 MHz class NMR spectroscopy, thereby It is a very useful invention that can contribute to activation.

Claims (7)

핵 자기 공명(NMR) 분광 장치의 분석 시스템에 있어서,In the analysis system of nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy apparatus, 펄스 시퀀스를 정확한 타이밍으로 실행 할 수 있는 펄스 프로그램을 포함하여 저 잡음의 파형을 발생시키고, 자기 공명의 검출 데이터를 수집 및 전처리 제어를 수행하기 위한 시스템 제어 수단;System control means for generating a low noise waveform including a pulse program capable of executing the pulse sequence at an accurate timing, and collecting and preprocessing control data of detection of magnetic resonance; 상기 시스템 제어 수단으로부터의 펄스 시퀀스에 동기하여 RF(Radio Frequency)펄스를 변조하고, 상기 변조된 RF 펄스를 증폭하여 핵 자기 분광 장치의 고자장내 RF 프로브로 전달하기 위한 RF 신호 전송 수단;RF signal transmission means for modulating an RF (Radio Frequency) pulse in synchronization with the pulse sequence from the system control means, amplifying the modulated RF pulse and delivering the RF pulse to a high magnetic field RF probe of a nuclear magnetic spectrometer; 상기 RF 프로브에 의해 검출된 상기 고자장내 시료에서 발생하는 핵 자기 공명 신호를 전치 증폭 및 복조하기 위한 RF 신호 수신 수단;RF signal receiving means for preamplifying and demodulating a nuclear magnetic resonance signal generated in said high magnetic field sample detected by said RF probe; 상기 시스템 제어 수단으로부터 전달받은 자기 공명 데이터를 내장된 펄스 시퀀스 편집기를 통해 펄스 시퀀스의 편집 동작을 수행하기 위한 자기 공명 분석 처리 수단Magnetic resonance analysis means for performing the editing operation of the pulse sequence through the built-in pulse sequence editor of the magnetic resonance data received from the system control means 을 포함하는 핵 자기 공명(NMR) 분광 장치의 분석 시스템.Analysis system of nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy apparatus comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 시스템 제어 수단은,System control means, 자기 공명 분석 처리 수단과의 고속 데이터 통신을 위해 접속을 수행하기 위한 인터페이스 수단;Interface means for performing a connection for high speed data communication with the magnetic resonance analysis processing means; 핵 자기 공명신호의 분석을 위한 펄스인가 시간을 제어하기 위한 시간 제어 수단;Time control means for controlling a pulse application time for analysis of the nuclear magnetic resonance signal; 해당 시스템 제어 수단과 자기 공명 분석 처리 수단간의 통신 공유, 시스템 제어 수단의 처리 및 시퀀스 프로그램의 저장을 저장하기 위한 분석 저장 수단; 및Analysis storage means for storing communication between the system control means and the magnetic resonance analysis processing means, processing of the system control means, and storing of the sequence program; And 상기 RF 신호 수신 수단에서 수신 복조된 핵자기 공명 신호의 측정을 위한 펄스 신호를 획득 및 처리를 위한 신호 획득 및 처리 수단Signal acquiring and processing means for acquiring and processing a pulse signal for measuring the demodulated nuclear magnetic resonance signal received by the RF signal receiving means 을 포함하는 핵 자기 공명(NMR) 분광 장치의 분석 시스템.Analysis system of nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy apparatus comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 RF 신호 전송 수단은,The RF signal transmission means, 자기 공명 분석 처리수단에서 전달된 펄스 시퀀스에 동기하여 RF 펄스를 변조하기 위한 RF 변주 수단; 및RF variation means for modulating an RF pulse in synchronization with a pulse sequence transmitted from the magnetic resonance analysis processing means; And 상기 RF 변조 수단에서 변조된 RF 펄스를 증폭하여 자기공명 분장기의 고자장(220)내 RF 프로브로 전달하기 위한 RF 전력 증폭 수단RF power amplification means for amplifying the RF pulse modulated by the RF modulation means for delivering to the RF probe in the high magnetic field 220 of the magnetic resonance analyzer 을 포함하는 핵 자기 공명(NMR) 분광 장치의 분석 시스템.Analysis system of nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy apparatus comprising a. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,The method according to claim 1 or 3, 상기 RF 변조 수단은,The RF modulation means, 시스템 제어 수단으로부터 제공되는 펄스 신호에 의해 중간 주파수로 처리하여 저 잡음 증폭하기 위한 중간주파 증폭 수단;Intermediate frequency amplifying means for low noise amplification by processing at an intermediate frequency by a pulse signal provided from the system control means; 상기 중간주파 증폭 수단에서 저 잡음 증폭된 중간 주파를 0° 및 90°위상으로 분리하고, 상기 분리된 0° 및 90°의 중간 주파수를 각각 변조하여 위상 결합하기 위한 위상 변조 수단;Phase modulation means for separating the low noise amplified intermediate frequencies into 0 ° and 90 ° phases in the intermediate frequency amplifying means, and modulating and combining the separated intermediate frequencies of 0 ° and 90 °, respectively; 상기 위상 변조 수단에서 위상 변조 및 결합된 중간 주파수에 전송 펄스 게이트를 이용하여 생성된 고주파를 필터링을 통해 신호처리 하기 위한 RF 신호 처리 수단RF signal processing means for signal-processing the high frequency generated by using the transmission pulse gate to the intermediate frequency coupled and phase-modulated by the phase modulation means through filtering 을 포함하는 핵 자기 공명(NMR) 분광 장치의 분석 시스템.Analysis system of nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy apparatus comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 RF 신호 수신 수단은,The RF signal receiving means, 시료내에의 RF 프로브에 의해 검출된 자기 공명 신호를 수신하여 전치 증폭하기 위한 전치 증폭 수단; 및Preamplification means for receiving and preamplifying the magnetic resonance signal detected by the RF probe in the sample; And 상기 전치 증폭된 자기 공영 신호를 필터링 및 위상 분리를 통해 복조하기 위한 RF 복조 수단RF demodulation means for demodulating the preamplified magnetic resonance signal through filtering and phase separation 을 포함하는 핵 자기 공명(NMR) 분광 장치의 분석 시스템.Analysis system of nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy apparatus comprising a. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,The method according to claim 1 or 5, 상기 RF 복조 수단은,The RF demodulation means, 상기 전치 증폭 수단에서 전치 증폭된 자기 공명 신호를 중간 주파 처리하고 불요 주파를 제거하기 위한 중간 주파 처리 및 필터링 수단; 및Intermediate frequency processing and filtering means for intermediate frequency processing the pre-amplified magnetic resonance signal in the preamplification means and removing unwanted frequencies; And 상기 중간 주파 처리 및 필터링 수단에 의해 불요 주파가 제거된 중간 주파수를 상이한 위상으로 분리하고, 상기 상이한 위상으로 분리된 중간 주파를 각각의 주파수 합성기의 출력과 각각 믹서 및 필터링에 의해 오디오 주파수를 검출하여 시스템 제어 수단으로 전달하기 위한 위상 복조 수단The intermediate frequencies from which the unnecessary frequencies have been removed by the intermediate frequency processing and filtering means are separated into different phases, and the intermediate frequencies separated by the different phases are detected by the output of each frequency synthesizer and the mixer and filtering, respectively. Phase demodulation means for delivery to system control means 을 포함하는 핵 자기 공명(NMR) 분광 장치의 분석 시스템.Analysis system of nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy apparatus comprising a. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 신호 획득 및 처리 수단은,The signal acquisition and processing means, 상기 RF 신호 수신 수단으로부터 입력되는 자기 공명 신호를 디지털 형태로 변환하여 획득하기 위한 데이터 획득 수단;Data acquiring means for converting and acquiring a magnetic resonance signal input from the RF signal receiving means into a digital form; 상기 데이터 획득 수단에 의해 획득된 자기 공명 신호에서 DC 값이 오프셋이 있을 때 이를 제거하여 AC 성분만을 추출하기 위한 베이스라인 보정 수단;Baseline correction means for extracting only an AC component by removing a DC value when there is an offset in the magnetic resonance signal obtained by the data acquisition means; 데이터 획득 수단에 의해 획득된 자기 공명 신호 및 상기 베이스라인 보정 수단에 의해 보정된 자기 공명 신호의 위상을 변경하기 위한 위상 보정 수단; 및Phase correction means for changing the phase of the magnetic resonance signal obtained by the data acquiring means and the magnetic resonance signal corrected by the baseline correction means; And 상기 데이터 획득 수단으로부터 획득된 자기 공명 신호, 상기 베이스라인 보정 수단에 의해 보정된 자기 공명 신호 및 위상 보정 수단에 의해 위상 보정된 자기 공명 신호 중 하나의 신호를 시간 영역에서 주파수 영역으로 변환하여 자기 공명 분석 처리 수단으로 전달하기 위한 고속 푸리에 변환 수단Magnetic resonance is obtained by converting one of a magnetic resonance signal obtained from the data acquiring means, a magnetic resonance signal corrected by the baseline correction means and a magnetic resonance signal phase corrected by the phase correction means from a time domain to a frequency domain. Fast Fourier Transform Means for Transfer to Analytical Processing Means 을 포함하는 핵 자기 공명(NMR) 분광 장치의 분석 시스템.Analysis system of nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy apparatus comprising a.
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