JP6943666B2 - NMR measuring device - Google Patents
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Description
本発明はNMR測定装置に関し、特に受信データの処理に関する。 The present invention relates to an NMR measuring device, particularly to processing received data.
NMR(核磁気共鳴)は、静磁場中におかれた原子核がその原子核固有の周波数をもった電磁波と相互作用する現象である。その現象を観測して原子レベルで試料を解析するための装置がNMR測定装置である。NMR測定装置は、有機化合物(例えば薬品、農薬)、高分子材料(例えばビニール、ポリエチレン)、生体物質(例えば、核酸、タンパク質)等の分析において活用されている。NMR測定装置を利用すれば、例えば、分子構造を解明することが可能である。 NMR (nuclear magnetic resonance) is a phenomenon in which an atomic nucleus placed in a static magnetic field interacts with an electromagnetic wave having a frequency peculiar to the atomic nucleus. An NMR measuring device is a device for observing the phenomenon and analyzing a sample at the atomic level. The NMR measuring device is utilized in the analysis of organic compounds (for example, chemicals, pesticides), polymer materials (for example, vinyl, polyethylene), biological substances (for example, nucleic acids, proteins) and the like. By using an NMR measuring device, for example, it is possible to elucidate the molecular structure.
特許文献1にはNMR測定装置が開示されている。その装置では、RF受信信号がIF(中間周波数)受信信号に変換され、IF受信信号がサンプリングされている。そのサンプリングにより生成された受信データが直交検波により複素形式の受信データに変換されている。複素形式の受信データに対してフィルタ処理及びFFT演算が段階的に適用されている。
時分割測定(Time Share測定)は送信と受信を交互に実行するものである。それは時分割送受信とも言われている。例えば、1つのポート(送受信チャンネル)だけを備えるNMR測定プローブを利用して、1Hに対するデカップリング照射(1H-1H間における特定の相互作用を消失させる照射)を行いながら1HからのFID信号を検出する場合に時分割測定が利用される。複数のポートを備えたNMR測定プローブを利用する場合においても、必要に応じて、時分割測定が利用される。 Time division measurement (Time Share measurement) alternately executes transmission and reception. It is also called time-division transmission and reception. For example, an NMR measurement probe having only one port (transmission / reception channel) is used to detect a FID signal from 1H while performing decoupling irradiation for 1H (irradiation that eliminates a specific interaction between 1H and 1H). Time division measurement is used when doing so. Even when an NMR measurement probe having a plurality of ports is used, time division measurement is used as necessary.
時分割測定では、個々の送信期間において受信信号を得られず、時間軸上において、受信信号が間欠的に生じることになる。通常、個々の送信期間においては、受信信号のサンプリング動作が停止され、あるいは、サンプリングされた受信データの取り込みが停止される。この結果、サンプリング回路の後段に設けられたデータ処理回路において、実効的なサンプリングレートが低下した状態となる。これに伴って、スペクトル観測上問題となる折返しノイズ等の不要信号が増大してしまう。 In the time-division measurement, the received signal cannot be obtained in each transmission period, and the received signal is generated intermittently on the time axis. Usually, in each transmission period, the sampling operation of the received signal is stopped, or the acquisition of the sampled received data is stopped. As a result, the effective sampling rate is lowered in the data processing circuit provided after the sampling circuit. Along with this, unnecessary signals such as turnaround noise, which is a problem in spectrum observation, increase.
本発明の目的は、NMR測定装置で間欠的に受信を行う場合において、不要信号の増大を防止し又は不要信号を低減することにある。あるいは、本発明の目的は、NMR測定装置で間欠的に受信を行う場合において、サンプリング回路の後段に設けられたデータ処理回路を適正に動作させることにある。 An object of the present invention is to prevent an increase in unnecessary signals or reduce unnecessary signals when the NMR measuring device intermittently receives signals. Alternatively, an object of the present invention is to properly operate a data processing circuit provided after the sampling circuit when the NMR measuring device intermittently receives data.
実施形態に係るNMR測定装置は、時分割で送信及び受信を行うパルスシーケンスの実行により間欠的に得られた複数の分割受信信号を複数の分割受信データに変換するサンプリング回路と、前記複数の分割受信データに対して複数のダミーデータを補填することにより、補填済み受信データを構成する補填回路と、前記補填済み受信データを処理する処理回路とを含む。 The NMR measuring apparatus according to the embodiment includes a sampling circuit that converts a plurality of divided reception signals intermittently obtained by executing a pulse sequence that transmits and receives in a time division into a plurality of divided reception data, and the plurality of divisions. It includes a compensation circuit that constitutes the supplemented reception data by supplementing the received data with a plurality of dummy data, and a processing circuit that processes the supplemented reception data.
上記構成によれば、時分割で送信及び受信を行って得られた複数の分割受信データに対して複数のダミーデータを加えることにより、つまり、複数の送信期間に相当する複数のブランク期間にダミーデータを挿入することにより、補填済み受信データが構成される。その補填済み受信データが処理回路で処理される。補填済み受信データは、連続的な受信を行った場合に得られる受信データと同じ構成を有し、あるいは、それに近い構成を有するので、実効的なサンプリングレートの低下を回避又は軽減することが可能となる。換言すれば、補填済み受信データを処理する処理回路の動作を適正化させることが可能となる。各ブランク期間の全体にわたってダミーデータが隙間無く補填するのが望ましいが、各ブランク期間の一部に対してダミーデータを補填する変形例も考えられる。なお、本願明細書においては、間欠的に生じる個々のアナログ受信信号を分割受信信号と称し、分割受信信号のサンプリングにより生じるデジタルデータを分割受信データと称する。 According to the above configuration, by adding a plurality of dummy data to a plurality of divided reception data obtained by performing transmission and reception in a time division manner, that is, a dummy is provided in a plurality of blank periods corresponding to a plurality of transmission periods. By inserting the data, the supplemented received data is constructed. The supplemented received data is processed by the processing circuit. Since the supplemented received data has the same configuration as or close to the received data obtained when continuous reception is performed, it is possible to avoid or mitigate a decrease in the effective sampling rate. It becomes. In other words, it is possible to optimize the operation of the processing circuit that processes the supplemented received data. It is desirable that the dummy data is filled without gaps over the entire blank period, but a modified example in which the dummy data is filled for a part of each blank period is also conceivable. In the specification of the present application, the individual analog reception signals generated intermittently are referred to as divided reception signals, and the digital data generated by sampling the divided reception signals is referred to as divided reception data.
実施形態において、前記各ダミーデータを構成する個々の要素は前記各分割受信信号におけるゼロレベルに相当するデータである。そのようなデータであれば補填に起因して副次的な問題が生じてしまうことを防止できる。また補填回路を簡便に構成できる。もっとも、最終的な信号観測に影響を与えない限りにおいて、上記以外のデータをダミーデータとして利用することも可能である。実施形態において、前記処理回路はデジタルフィルタを含み、前記ダミーデータは、前記デジタルフィルタの動作周波数に一致する周期を有するデータである。 In the embodiment, the individual elements constituting each of the dummy data are the data corresponding to the zero level in each of the divided reception signals. With such data, it is possible to prevent secondary problems from occurring due to compensation. Moreover, the compensation circuit can be easily configured. However, data other than the above can be used as dummy data as long as it does not affect the final signal observation. In the embodiment, the processing circuit includes a digital filter, and the dummy data is data having a period corresponding to the operating frequency of the digital filter.
実施形態において、前記サンプリング回路と前記補填回路との間に、前記複数の分割受信データを複数の複素形式分割受信データに変換する複素変換回路が設けられ、前記補填回路が処理する前記複数の分割受信データは前記複数の複素形式分割受信データである。あるいは、実施形態において、前記補填回路と前記処理回路との間に、前記補填済み受信データを複素形式補填済み受信データに変換する複素変換回路が設けられ、前記処理回路に入力される前記補填済み受信データは前記複素形式補填済み受信データである。 In the embodiment, a complex conversion circuit for converting the plurality of division reception data into a plurality of complex format division reception data is provided between the sampling circuit and the compensation circuit, and the plurality of divisions processed by the compensation circuit are provided. The received data is the plurality of complex format divided reception data. Alternatively, in the embodiment, a complex conversion circuit for converting the supplemented received data into the complex-format supplemented received data is provided between the supplemented circuit and the processing circuit, and the supplemented received data input to the processing circuit is provided. The received data is the complex-format supplemented received data.
実施形態において、前記処理回路は、帯域制限機能を有するデジタルフィルタ回路である。ダミーデータ補填により、デジタルフィルタ回路の帯域制限機能を維持できる。換言すれば、間欠的な受信に伴って帯域制限機能が変化して、折り返しが増大してしまう問題を回避できる。実施形態において、前記パルスシーケンスにおける分割送信期間の変更に伴ってダミーデータ補填期間が可変される。 In the embodiment, the processing circuit is a digital filter circuit having a band limiting function. By supplementing the dummy data, the band limiting function of the digital filter circuit can be maintained. In other words, it is possible to avoid the problem that the band limiting function changes due to intermittent reception and the number of wraps increases. In the embodiment, the dummy data compensation period is changed according to the change of the divided transmission period in the pulse sequence.
本発明によれば、NMR測定装置で間欠的に受信を行う場合において、不要信号の増大を防止し又は不要信号を低減できる。あるいは、本発明によれば、NMR測定装置で間欠的に受信を行う場合において、サンプリング回路の後段に設けられたデータ処理回路を適正に動作させることが可能となる。 According to the present invention, when the NMR measuring device intermittently receives signals, it is possible to prevent an increase in unnecessary signals or reduce unnecessary signals. Alternatively, according to the present invention, when the NMR measuring device intermittently receives data, it is possible to properly operate the data processing circuit provided after the sampling circuit.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1には、実施形態に係るNMR測定装置の全体構成がブロック図として示されている。このNMR測定装置は、試料の解析等を行う場合において用いられる装置である。 FIG. 1 shows the overall configuration of the NMR measuring apparatus according to the embodiment as a block diagram. This NMR measuring device is a device used when analyzing a sample or the like.
演算制御部10は、設定又は選択されたパルスシーケンスに従って、送信部14及び受信部26を制御する。演算制御部10は、プログラム動作するプロセッサを有し、本実施形態において、送信シーケンサ及び受信シーケンサとして機能する。パルスシーケンスは、図示されていない主制御部(コンピュータ)において生成され、あるいは、演算制御部10において生成される。本実施形態に係る演算制御部10は、時分割送受信を行うパルスシーケンスに従って、送信部14及び受信部26を制御する機能を有する。例えば、1Hに対するデカップリング照射(1H-1H間における特定の相互作用を消失させる照射)を行いながら1HからのFID信号を検出する場合に、時分割送受信が利用される。また、19F及び1Hの内の一方に対するデカップリング照射(1H-19F間における特定の相互作用を消失させる照射)を行いながら、1H及び19Fの内の他方からのFID信号を観測する場合に、時分割送受信が利用される。パルスシーケンスについては後に図5及び図6を用いて説明する。
The
送信部14は、送信パルス列つまり送信信号を生成する回路である。図1においては、送信部14の後段にパワーアンプ16が設けられている。もちろん、送信部14の内部にパワーアンプ16が設けられてもよい。パワーアンプ16において送信信号が増幅され、増幅後の送信信号が、送受切替スイッチ18を経由して、NMR測定プローブ20へ送出される。
The
NMR測定プローブ20は、挿入部20Aと基部20Bとにより構成される。挿入部20Aは、静磁場発生装置22のボア22A内に挿入される。基部20Bは、ボア22Aの外側に配置される部分である。図示されたNMR測定プローブ20は、1つの送受信チャンネル(1つのポート)を有している(符号30を参照)。もちろん、複数のポートを有するNMR測定プローブが利用されてもよい(符号30,32を参照)。なお、送信部14として、複数の送信信号を並列的に生成する機能を有する送信部を利用してもよい。
The
NMR測定プローブ20において、試料に対して電磁波が照射される。これにより試料中の対象原子核において核磁気共鳴(NMR)が生じ、それを反映したFID信号が検出される。その信号は、RF受信信号として、送受切替スイッチ18及び受信アンプ24を経由して、受信部26へ送られる。送受切替スイッチ18内には、RF受信信号を増幅するプリアンプが設けられている。受信アンプ24が受信部26の中に設けられてもよい。
In the
受信部26は、サンプリング機能、フィルタ機能等を有する電子回路である。受信部26は、アナログ回路部分とデジタル回路部分とからなる。受信部26の具体的な構成例については、後に図2を用いて説明する。
The receiving
演算制御部10は、周波数解析機能を有する。それが図1において周波数解析部12として示されている。周波数解析部12は、受信データに対する周波数解析(複素FFT演算)を実行することにより、FID信号成分を表すスペクトルを生成する。受信部26から出力された受信データをメモリに記憶した上で、メモリから読み出された受信データを周波数解析部12へ送るようにしてもよい。複数の受信データを加算平均処理した上で、その処理後の受信データを周波数解析部12へ送るようにしてもよい。周波数解析部12は、ソフトウエアの機能として実現され、あるいは、ハードウエアの機能として実現される。
The
図2には、受信部26の第1構成例が示されている。周波数変換回路33は、RF受信信号をIF(中間周波数)受信信号に変換するアナログ回路である。周波数変換回路33は、乗算器としてのミキサ34とBPF(バンドパスフィルタ)36とにより構成されている。ミキサ34において、RF受信信号に対して、所定周波数を有する信号35が乗算される。その乗算により、和の周波数を有する信号及び差の周波数を有する信号が生じる。それらの内で、BPF36は、差の周波数を有する信号、つまりIF受信信号を抽出する。BPF36は、以下に説明するように、また、後に図3に示すように、アンチエイリアシングフィルタ(折返し防止フィルタ)として働く。
FIG. 2 shows a first configuration example of the receiving
ADC38はサンプリング手段としてのサンプリング回路であり、ADC38においてIF受信信号がサンプリングされる。すなわち、デジタル信号に変換される。本実施形態においては、特許文献1等に開示されたアンダーサンプリング方式が採用されている。例えば、IF受信信号は、サンプリング後において第3ナイキストゾーンに属する信号である。その場合、BPF36は、第3ナイキストゾーン以外に存在する信号成分を抑圧する作用を発揮する。より詳しくは、第3ナイキストゾーン内における所定帯域以外に存在する信号成分を抑圧する作用を発揮する。所定帯域の帯域幅は例えば5MHzである。所定帯域の帯域幅及び中心周波数は観測対象となる核種等の諸条件に応じて可変され得る。後述する複素変換後(ベースバンド又はオーディオ周波数帯域への変換後)において、第1ナイキストゾーンに現れた目的信号(ベースバンド信号あるいはオーディオ周波数信号)が観測される。その目的信号は、2回の折返しにより生じたイメージ信号(ミラー信号)である。
The
なお、ナイキストゾーンは、サンプリング定理から定まる周波数帯域であり、具体的には、サンプリング周波数の1/2に相当する周波数帯域である。例えば、中間周波数が125MHzで、サンプリング周波数が100MHzの場合、第3ナイキストゾーンは100−150MHzの周波数帯域となり、第1ナイキストゾーンは0−50MHzの周波数帯域となる(特許文献1を参照)。なお、RF受信信号の周波数が低い場合、周波数変換回路33をバイパスしたRF受信信号を以下に説明するADC38に送るようにしてもよい。
The Nyquist zone is a frequency band determined by the sampling theorem, and specifically, is a frequency band corresponding to 1/2 of the sampling frequency. For example, when the intermediate frequency is 125 MHz and the sampling frequency is 100 MHz, the third Nyquist zone has a frequency band of 100-150 MHz, and the first Nyquist zone has a frequency band of 0-50 MHz (see Patent Document 1). When the frequency of the RF reception signal is low, the RF reception signal bypassing the
ADC(アナログデジタルコンバータ)38において、上記のようにRF受信信号がサンプリングされる。符号40はサンプリングクロックを示しており、その周波数は例えば100MHzである。このサンプリングにより、アナログ信号としての受信信号がデジタル信号としての受信データに変換される。受信データは、通常の送受信時(連続受信時)において、時間軸上に並ぶ要素列により構成され、各要素は瞬時振幅値を示す振幅データである。
In the ADC (analog-digital converter) 38, the RF received signal is sampled as described above.
ADC38の後段には直交検波器42が設けられている。直交検波器42は、複素変換回路及び周波数変換回路として機能する。直交検波器42において、非複素データとしての受信データが複素データとしての受信データに変換される。その際、周波数変換も行われ、すなわち、中間周波数がベースバンド周波数(オーディオ周波数)に変換される。複素形式の受信データは実数部データと虚数部データとからなるものである。
An
より詳しくは、直交検波器42は、複数のミキサ42A,42Bを有する。ミキサ42Aにおいて、実数部データに対して実数部用の参照信号46Aが乗算される。ミキサ42Bにおいて、虚数部データに対して虚数部用の参照信号46Bが乗算される。参照信号生成回路44は、直交関係にある一対の参照信号46A,46Bを生成する回路である。それらの参照信号46A,46Bの周波数は例えば125MHzである。
More specifically, the
直交検波器42の後段には、補填手段として機能する補填回路48が設けられている。この補填回路48は、時分割送受信あるいは間欠的受信において機能する電子回路である。通常の送受信つまり連続的な受信を行う場合、補填回路48は機能しない。より詳しく説明すると、受信データが時間軸上で互いに離間した複数の分割受信データにより構成されている場合、換言すれば、受信データ中に複数の分割送信期間に対応した複数のブランク期間が含まれている場合、個々のブランク期間にダミーデータが挿入され、これにより、見かけ上ブランク期間を有しない受信データが構成される。これに関しては後に図7を用いて詳述する。ブランク期間に補填されるダミーデータは、実施形態において、RF受信信号におけるゼロレベル(ベースライン)に相当するゼロデータ列である。但し、目的信号の観測に影響を与えない限りにおいて、他のデータをダミーデータとして利用することも可能である。
A compensation circuit 48 that functions as a compensation means is provided in the subsequent stage of the
実施形態においては、受信データにおける実数部及び虚数部に対応して2つの補填器48A,48Bが設けられている。個々の補填器48A,48Bは、個々の送信期間(分割送信期間)において、受信データ(実数部データ、虚数部データ)に対して、ゼロデータ列を挿入する回路である。これにより、以下に説明するように、デジタルフィルタ回路52に対して、通常の連続的な受信を行った場合と同様のデータ構成を有する入力データを与えることが可能となる。
In the embodiment, two
デジタルフィルタ回路52は、データ処理手段として機能するものであり、本実施形態において、デジタルフィルタ回路52は、実数部及び虚数部に対応した2つのデジタルフィルタ52A,52Bにより構成されている。個々のデジタルフィルタ52A,52Bは互いに同一の構成を有し、それぞれCIC(Cascaded Integrator Comb)フィルタにより構成されている。デジタルフィルタ回路52は帯域制限機能等を有する。その具体的な構成及び作用については後に図4等を用いて説明する。デジタルフィルタ回路52から出力された受信データが周波数解析部に送られる。
The
図3には、図2に示したBPFの作用が示されている。横軸は周波数fを示し、縦軸は信号強度を示している。ここではIF受信信号がスペクトル200として示されている。例えばピーク208が観測対象である。図示の例では、観測対象は第3ナイキストゾーン202に属している。第3ナイキストゾーン202の左側(低周波数側)が第2ナイキストゾーン204であり、第3ナイキストゾーン202の右側(高周波数側)が第4ナイキストゾーン206である。符号210はBPFの周波数特性を示している。その周波数特性210は例示に過ぎないものである。目的や条件に適合する周波数特性を有するBPFが利用される。BPFは、アンチエイリアシング作用を有し、つまり、第3ナイキストゾーン202以外に属する信号成分ノイズを抑圧する作用を発揮する。より詳しくは、第3ナイキストゾーン内における所定帯域以外に存在する信号成分を抑圧する作用を発揮する。BPFにより、第3ナイキストゾーン以外のナイキストゾーンから第3ナイキストゾーン202へ入り込む折り返しノイズを効果的に抑圧できる(符号212,214参照)。
FIG. 3 shows the action of BPF shown in FIG. The horizontal axis represents the frequency f, and the vertical axis represents the signal strength. Here, the IF received signal is shown as
図4には、図2に示したデジタルフィルタ52Aの具体的な構成例が示されている。図2に示したデジタルフィルタ52Bも同様の構成を有する。デジタルフィルタ52Aは、積分セクション54、間引き回路56及び微分セクション58からなる。積分セクション54は、直列接続された複数の積分器60により構成される。個々の積分器60はメモリ62と加算器64とを有する。加算器64において、入力信号と、メモリ62からの出力信号(1つ前の入力信号)と、が加算される。間引き回路56は、指定された間引き率でデータを間引く回路である。微分セクション58は、直接接続された複数の微分器66により構成される。個々の微分器66はメモリ68と差分器70とにより構成される。個々の差分器70において、入力信号から、メモリ68からの出力信号(1つ前の入力信号)が減算される。デジタルフィルタ52Aはハードウエアとして構成されており、それはサンプリング周波数と同じ周波数で動作する。間引き回路56における間引き率の可変により、後述する取り込み帯域及びフィルタ帯域が可変設定される。
FIG. 4 shows a specific configuration example of the
図4に示した回路構成を採用する場合において、間欠的な受信により、入力される受信データを構成する要素が少なくなると、デジタルフィルタの動作又は周波数特性が不適正となり、具体的には、適切な取り込み帯域が設定されなくなる。そこで、本実施形態では、ADCとデジタルフィルタ回路との間に補填回路を設け、不足している受信データ要素を補うようにしている。以下、これに関して詳述するが、それに先立ってパルスシーケンスを説明しておく。 In the case of adopting the circuit configuration shown in FIG. 4, if the number of elements constituting the input received data is reduced due to intermittent reception, the operation or frequency characteristics of the digital filter become inappropriate, and specifically, it is appropriate. The capture band is not set. Therefore, in the present embodiment, a supplementary circuit is provided between the ADC and the digital filter circuit to supplement the missing received data element. This will be described in detail below, but prior to that, the pulse sequence will be described.
図5には、非時分割型のパルスシーケンスが示されている。例えば、1H及び19F用の2つのポートを有するNMR測定プローブを用いる場合、このパルスシーケンスが実行される。(A)は、第1ポートつまり第1チャンネルを示している。(B)は、第2ポートつまり第2チャンネルを示している。第1チャンネルを利用して例えば1H用の送信及び受信が実行される。具体的には、符号72は1H用の送信を示しており、符号76は1H用の受信を示している。受信期間74において、デカップリング照射のために19F用の送信78が実行される。
FIG. 5 shows a non-time division type pulse sequence. For example, when using an NMR measurement probe with two ports for 1H and 19F, this pulse sequence is performed. (A) indicates the first port, that is, the first channel. (B) indicates the second port, that is, the second channel. For example, transmission and reception for 1H are executed using the first channel. Specifically,
図6には、時分割型のパルスシーケンスが示されている。このパルスシーケンスは、1H及び19用の1つのポートしか有していないNMR測定プローブを用いる場合等において利用される。1H用の送信72の後、送受信期間79において、時分割で、19F用の送信(分割送信)80と1H用の受信(分割受信)82とが交互に実施される。換言すれば、間欠的な受信82が実施される。図示の例において、個々の分割送信期間がT1であり、個々の分割受信期間がT2である。個々の期間T1,T2は、測定の目的や状況等に応じて適宜定められる。
FIG. 6 shows a time-division pulse sequence. This pulse sequence is used when using an NMR measurement probe having only one port for 1H and 19. After the
図7における(A)には、比較例に係る受信データ88が示されている。それは各デジタルフィルタの入力データ(実数部データ又は虚数部データ)に相当する。符号84は分割送信期間を示しており、符号86は分割受信期間を示している。受信データ88は、複数の分割受信データ90A,90B,90Cを含む。個々の分割受信データ90A,90B,90Cは、図示されるように複数の振幅データにより構成され、あるいは、1つの振幅データにより構成される。時間軸上において、隣接する分割受信データ90A,90B,90C間には、分割送信期間84に対応するブランク期間が生じている。ブランク期間は、サンプリング停止期間又はサンプリングデータ取込停止期間であり、ブランク期間の存在により、各デジタルフィルタにおいては、本来必要な個数のデータ要素を得られなくなる。あるいは、本来必要な個数のデータ要素を得るために停止期間を含んだ長い期間を要することになり、結果としてサンプリングレートが実効的に低下した状態になってしまう。なお、個々のデータ要素は振幅データである。
In FIG. 7A, received
図7における(B)には、実施形態に係る受信データ100が示されている。この受信データ100は、補填回路による補填後のデータ(補填済み受信データ)であり、各デジタルフィルタの入力データ(実数部データ又は虚数部データ)に相当する。具体的には、個々の分割送信期間つまり個々のブランク期間においてダミーデータ92A,92B,92Cが挿入されている。換言すれば、時間軸上において、隣接する分割受信データ90A,90B,90Cの間にダミーデータ92A,92B,92Cが挿入されており、要素欠落のない受信データ100が構成されている。個々のダミーデータ92A,92B,92Cは複数の要素により構成され、各要素は図示の例においてゼロデータである。ゼロデータは、ADC入力側の中点あるいはベースラインに相当するデータである。もっとも、ダミーデータとして、最終的な信号観測に影響を与えないあるいは最終的に除去可能な他のデータ(例えば、デジタルフィルタの動作周波数と一致する周期を有するデータ、又は、直流データ)を補填するようにしてもよい。このように、各デジタルフィルタの前段において、データ補填を行うことにより、間欠的な受信に起因する実効サンプリングレートの低下が防止され、あるいは、各デジタルフィルタに対してそれに適合したレートでデータを送り込むことが可能となる。つまり、各デジタルフィルタを非分割送受信の場合と同様に動作させることが可能となる。なお、個々のブランク期間に対して隙間無くゼロデータ列を挿入するのが望ましいが、個々のブランク期間の一部に対して(例えば1つおきに)複数のゼロデータを挿入する変形例も考え得る。以下、ダミーデータ補填による効果を更に説明する。
In FIG. 7B, the received
図8は、デジタルフィルタ回路(CICフィルタ)の作用を示すものである。そこには、ベースバンドへ変換された受信データがスペクトル101として示されている。
FIG. 8 shows the operation of the digital filter circuit (CIC filter). The received data converted to the baseband is shown there as
観測帯域102は、最終的にスペクトラムを表示する周波数範囲である。観測帯域102外に折り返しノイズが生じても実際上問題とならない。取り込み帯域104は、信号の取り込みが行われる周波数範囲であり、デジタルフィルタ回路の通過帯域とも言い得る。取り込み帯域104内の信号成分が周波数解析の対象となる。フィルタ制限帯域106は、デジタルフィルタ回路が発揮するフィルタ特性108の両端間に相当する周波数範囲である。フィルタ特性108の両端では信号がゼロに抑圧される。
The
取り込み帯域104とフィルタ制限帯域106とを一致させた場合、取り込み帯域104の両端近傍において、観測目的とする信号が過度に抑圧されてしまう。一方、取り込み帯域104を包含するように、且つ、例えばその2倍の大きさを有するように、フィルタ制限帯域106を設定すれば、取り込み帯域104の全体にわたって比較的均一のフィルタ作用を生じさせることが可能となる。符号110で示すように、取り込み帯域104の端を境界として信号の折返しが生じるが、フィルタ特性108によって、観測帯域102内に入り込む折り返しノイズや不要信号はかなり抑圧されているので、それらが問題となることはない。つまり、通常の動作状態では、観測帯域102内において、折り返しノイズや不要信号を十分に低減できる。
When the
一方、間欠的な受信(時分割受信)の場合、実効的なサンプリングレートが低下するので、図9に示すように、取り込み帯域が狭帯域化されてしまう。例えば、図示された取り込み帯域104Aとなる。図示の例では、取り込み帯域104Aは観測帯域102Aと一致している。もっとも、両者の関係は諸条件によって変わり得る。
On the other hand, in the case of intermittent reception (time division reception), the effective sampling rate is lowered, so that the capture band is narrowed as shown in FIG. For example, the capture band shown is 104A. In the illustrated example, the
ここで、フィルタ特性108Aによってあまり抑圧されない信号114に着目すると、符号110Aで示すように、取り込み帯域104Aの端での折り返しにより、観測帯域102A内に、信号114に起因する折り返しノイズ114A等の不要信号が入り込む。すなわち、取り込み帯域104Aの狭帯域化に伴って、多数の不要信号が観測帯域102A内に生じることになる。なお、符号112は観測対象となる信号を示している。
Here, focusing on the
これに対し、本実施形態においては、間欠的な受信により得られた受信データに対して、ブランク期間を消失させるダミーデータ補填を行えるので、取り込み帯域の狭帯化を防げる。つまり、間欠的な受信を行っても、観測帯域内において折り返しノイズ等の不要信号の増大を防止できる。換言すれば、間欠的な受信を行ってもデジタルフィルタ回路を通常通りに適正に動作させて、その取り込み帯域等を維持することが可能となる(間欠的な受信を行う場合でも図8に示した帯域関係を形成できる)。 On the other hand, in the present embodiment, dummy data that eliminates the blank period can be supplemented to the received data obtained by intermittent reception, so that the narrowing of the capture band can be prevented. That is, even if intermittent reception is performed, it is possible to prevent an increase in unnecessary signals such as aliasing noise within the observation band. In other words, it is possible to properly operate the digital filter circuit as usual even if intermittent reception is performed, and to maintain the capture band and the like (even when intermittent reception is performed, FIG. 8 shows. Band relations can be formed).
本実施形態においては、CICフィルタの動作について詳述したが、上記で説明した問題は、他のデジタルフィルタ回路においても生じ得るものであり、また、デジタルフィルタ回路以外のデジタルデータ処理回路においても生じ得るものである。 In the present embodiment, the operation of the CIC filter has been described in detail, but the problem described above can occur in other digital filter circuits, and also occurs in digital data processing circuits other than the digital filter circuit. What you get.
図10には、受信部の第2構成例が示されている。図10において、図2に示した構成と同様の構成には同一符号を付しその説明を省略する。図10に示す受信部26Aにおいては、ADC38の直後に補填回路としての補填器115が設けられている。符号116は補填器115に与えられる制御信号(同期信号)を示している。補填器115の直後に直交検波器42が設けられている。そこでは、複数の分割受信データに対して複数のダミーデータが差し込まれ、これにより補填済み受信データが構成されている。その後、補填済み受信データが複素形式の補填済みデータに変換されている。
FIG. 10 shows a second configuration example of the receiving unit. In FIG. 10, the same reference numerals are given to the configurations similar to those shown in FIG. 2, and the description thereof will be omitted. In the receiving
このような構成でも結果として第1構成例と同様の作用効果を得られる。第2構成例においても、通常の連続受信を行う場合、補填器115は機能せず、そこを受信データがそのまま通過する。複素変換前に補填を行えば回路規模を削減できるという利点を得られる。なお、受信部においてデジタル回路部分は例えばFPGAにより構成される。
Even with such a configuration, as a result, the same effect as that of the first configuration example can be obtained. Also in the second configuration example, when normal continuous reception is performed, the
上記の実施形態によれば、NMR測定装置で間欠的に受信を行う場合において、不要信号の増大を防止し又は不要信号を低減できる。あるいは、サンプリング回路の後段に設けられたデータ処理回路を適正に動作させることが可能となる。 According to the above embodiment, when the NMR measuring device intermittently receives the signal, it is possible to prevent the unnecessary signal from increasing or reduce the unnecessary signal. Alternatively, the data processing circuit provided after the sampling circuit can be properly operated.
10 演算制御部、14 送信部、18 送受切替スイッチ、20 NMR測定プローブ、22 静磁場発生装置、26 受信部、33 周波数変換回路、36 BPF、38 ADC、42 直交検波器、48 補填回路、52 デジタルフィルタ回路。 10 Computational control unit, 14 Transmitter unit, 18 Transmission / reception selector switch, 20 NMR measurement probe, 22 Static magnetic field generator, 26 Receiver unit, 33 Frequency conversion circuit, 36 BPF, 38 ADC, 42 Orthogonal detector, 48 Compensation circuit, 52 Digital filter circuit.
Claims (7)
前記複数の分割受信データに対して複数のダミーデータを補填することにより、補填済み受信データを構成する補填回路と、
前記補填済み受信データを処理する処理回路と、
を含み、
時間軸上において前記複数の分割受信データと複数の送信期間に相当する複数のブランク期間とが交互に並び、前記複数のブランク期間に対して前記複数のダミーデータが補填される、
ことを特徴とするNMR測定装置。 A sampling circuit that converts a plurality of divided reception signals intermittently obtained by executing a pulse sequence that transmits and receives in a time division into a plurality of divided reception data.
A compensation circuit that constitutes the supplemented reception data by supplementing a plurality of dummy data to the plurality of divided reception data, and a compensation circuit.
A processing circuit that processes the supplemented received data, and
Only including,
The plurality of divided reception data and the plurality of blank periods corresponding to the plurality of transmission periods are alternately arranged on the time axis, and the plurality of dummy data are supplemented to the plurality of blank periods.
An NMR measuring device characterized by the above.
前記各ダミーデータを構成する個々の要素は前記各分割受信信号におけるゼロレベルに相当するデータである、
ことを特徴とするNMR測定装置。 In the apparatus according to claim 1,
The individual elements constituting each of the dummy data are data corresponding to the zero level in each of the divided reception signals.
An NMR measuring device characterized by the above.
前記処理回路はデジタルフィルタを含み、
前記ダミーデータは、前記デジタルフィルタの動作周波数に一致する周期を有するデータである、
ことを特徴とするNMR測定装置。 In the apparatus according to claim 1,
The processing circuit includes a digital filter.
The dummy data is data having a period corresponding to the operating frequency of the digital filter.
An NMR measuring device characterized by the above.
前記サンプリング回路と前記補填回路との間に、前記複数の分割受信データを複数の複素形式分割受信データに変換する複素変換回路が設けられ、
前記補填回路が処理する前記複数の分割受信データは前記複数の複素形式分割受信データである、
ことを特徴とするNMR測定装置。 In the apparatus according to claim 1,
A complex conversion circuit for converting the plurality of divided reception data into a plurality of complex format divided reception data is provided between the sampling circuit and the supplement circuit.
The plurality of divided reception data processed by the compensation circuit is the plurality of complex format divided reception data.
An NMR measuring device characterized by the above.
前記補填回路と前記処理回路との間に、前記補填済み受信データを複素形式補填済み受信データに変換する複素変換回路が設けられ、
前記処理回路に入力される前記補填済み受信データは前記複素形式補填済み受信データである、
ことを特徴とするNMR測定装置。 In the apparatus according to claim 1,
A complex conversion circuit for converting the supplemented received data into a complex-format supplemented received data is provided between the supplemented circuit and the processing circuit.
The supplemented received data input to the processing circuit is the complex-format supplemented received data.
An NMR measuring device characterized by the above.
前記処理回路は、帯域制限機能を有するデジタルフィルタ回路である、
ことを特徴とするNMR測定装置。 In the apparatus according to claim 1,
The processing circuit is a digital filter circuit having a band limiting function.
An NMR measuring device characterized by the above.
前記複数の分割受信データに対して複数のダミーデータを補填することにより、補填済み受信データを構成する補填回路と、
前記補填済み受信データを処理する処理回路と、
を含み、
前記パルスシーケンスにおける分割送信期間の変更に伴ってダミーデータ補填期間が可変される、
ことを特徴とするNMR測定装置。 A sampling circuit that converts a plurality of divided reception signals intermittently obtained by executing a pulse sequence that transmits and receives in a time division into a plurality of divided reception data.
A compensation circuit that constitutes the supplemented reception data by supplementing a plurality of dummy data to the plurality of divided reception data, and a compensation circuit.
A processing circuit that processes the supplemented received data, and
Including
The dummy data compensation period is changed according to the change of the divided transmission period in the pulse sequence.
An NMR measuring device characterized by the above.
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