JPH0196574A - 磁場測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、磁気共鳴現象を利用して静磁場強度を測定す
る装置に関し、特に高精度測定を可能にした磁場測定装
置に関する。

（従来の技術） 磁気共鳴現象は、静磁場中に置かれた零でないスピン及
び磁気モーメントを持つ原子核が特定の周波数の電磁波
のみを共鳴的に吸収・放出する現象であり、この原子核
は下記式に示す角周波数ωＳ　（ωＳ■２πシＳ、シＳ
　；ラーモア周波数）で共鳴する（以下ωＳを磁気共鳴
周波数と称する。）。

ωＳ閤γ５０Ｈｓ ここで、γＳは原子核の種類に固有の磁気回転比であり
、また、Ｈｓは静磁場強度である。

以上の磁気共鳴の原理を利用したものとしては、化学分
析装置や生体画像診断装置や磁場測定装置がある。ここ
で、磁場測定装置の測定原理について説明する。すなわ
ち、上記式によれば、静磁場強度Ｈｓと磁気共鳴周波数
ωＳとは対応関係を有し、静磁場強度Ｈｓの大きさによ
って磁気共鳴周波数ωＳも変化する。例えば、水素ＩＨ
においては、０．５ｔで２１．　３ＭＨｚ、　１　ｔで
４２．６ＭＨｚ、１．５　ｔで６３．９ＭＨｚである。

従って、磁気共鳴が生じたときの周波数が分れば、その
ときの磁場強度が分る。

第３図は従来のこの種の磁場測定装置の構成を示す模式
図であり、被測定静磁場強度ＨＯと平行に時間軸上周期
的に強度が変化する重畳磁場Ｈａ　　（ｔ）を発生する
重畳用コイル１（図示では部分的に切裂いた状態を示し
ている。）を設け、この重畳用コイル１内に、サンプル
固有の磁気共鳴周波数ωＳを有する高周波磁場を発生す
る励起コイル２を配置し、さらにこの励起コイル２内に
サンプル容器３を配置しており、これら要素１゜２．３
は被測定静磁場強度ＨＯの環境下に設置している。ここ
で、サンプル容器３内には例えばＩＨを対象原子核とす
るべくサンプルとして水を収容している。

そして、重畳用コイル１は電源装置４により励磁され、
また励起コイル２には演算装置５が接続されて、水（Ｉ
Ｈ）の磁気共鳴周波数を有する高周波磁場を発生するた
めの励磁制御及び磁気共鳴信号の検出（信号強度が最大
のときの時間であり、以下これを検出時間ｔと称°する
。）を行い、この検出値により被測定静磁場強度ＨＯを
演算により求めるようになっている。すなわち、第４図
に示すように、Ｈａ　　（ｔ）は周期Ｔにて三角波状に
磁場強度が変化するものである。そして、Ｈａ　　（ｔ
）の最大値をＨｆｉｌａｘとする。第４図に示すように
、時刻ｔ　１０．　　ｔ　１１．　　ｔ　１２にてＨａ
　　（ｔ）とＨＤとにより重畳磁場はＨｓとなるので、
この時刻ｔ１０゜ｔｌｌ、ｔ１２にて磁気共鳴周波数ω
Ｓに関する磁気共鳴信号が誘起し、励起コイル２により
検出され、演算装置５に導入される。

ここで、演算装置５には既知であるＨｓと、Ｈａ　　（
ｔ）の最大値Ｈｗａｘと、時刻ｔ　１０．　　ｔ　１１
゜ｔ１２とが入力されたことになる。そして、演算装置
５内では次のような演算が行なわれる。

ｌ　ｔ　１０−　ｔ　１１１−Ｔｌｌ。

ｌ　ｔ　１１−　ｔ　１２１−Ｔ１２とすると、ＴＨ＋
Ｔ１２−Ｔ：周期となる。

また、図示斜線部の三角形について考察する。

すなわち、ｌ　Ｈｍａｘ　−Ｈｓ　　ｌ−ｘとし、図示
ａ−Ｔ１２／２．　ｂ−（Ｔ１１＋Ｔ１２）　／２を設
定すると、下記（１）（２）式が成立つ。

ｘ　：　Ｈｍａｘ　＝　ａ　：　ｂ　　　　　　　　　
−（１）Ｈｓ　−ＨＯ−−（Ｈａ＋ａｘ　−ｘ）　　　
　・・・（２）（１）（２）式下記（３）式が成立つ。

ＨＯ−Ｈｓ　＋（（ａ　−ｂ）／ｂ）　φＨｍａｘ・・
・（３） ここで、ａ−Ｔ１２／２゜ ｂ−（ＴＨ＋７１２）／２であるので、上記（３）式は
下記（４）（５）となる。

ＨＯ−Ｈｓ　＋Ｈｍａｘ　φ（Ｔｌｌ−Ｔ１２）／　（
Ｔ　１１＋　Ｔ　１２）　　　　　・・・（４）ＨＯ−
Ｈｓ　＋Ｈｗ＋ａｘ　・（ｔｌＧ−２ｔｌｌ＋ｔ１２）
／（ｔＬｏ−ｔ１２）　　　　　・・・（５）以上のよ
うに、被測定静磁場強度ＨＯを、検出時間ｔ　ｔｏ、　
　ｔ　１１．　　ｔ　１２と、Ｉｓと、重畳磁場Ｈａ　
　（ｔ）の最大値Ｈｌ１ｌａｘとにより求めることがで
きるようになる。この場合、Ｈ８は定数であるので演算
上の誤差とはならないが、重畳磁場Ｈａ　　（ｔ）の最
大値Ｈａ＋ａｘは演算上の誤差となる。

これは、重畳用コイル１の発生する磁場ＨＨ（ｔ）と被
測定静磁場強度ＨＯとが必ずしも平行にならない場合が
あり、また、重畳用コイル１への励磁電流が過少になっ
たり過大になったりして、Ｈｗａｘが変動してしまうこ
とによる。

（発明が解決しようとする問題点） このように従来の技術においては、第１の磁場である被
測定静磁場強度を算出するのに用いる重畳磁場の最大値
は変動するので、この最大値を用いて被測定静磁場強度
を算出しても自ずと誤差を含んだものとなり、高精度の
測定が行なわれない、という問題点があった。

そこで本発明の目的は、第２の磁場である変動を伴う重
畳磁場の最大値を用いることなく、第１の磁場である静
磁場強度を算出するようにして、高精度の測定を行うこ
とができるようにした磁場測定装置を提供することにあ
る。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明は上記問題点を解決し且つ目的を達成するために
次のような手段を講じたことを特徴としている。すなわ
ち、本発明は、所定原子核を第１の磁場が存在する内で
第２の高周波磁場を印加することによって磁気共鳴を生
じせしめ、得られる磁気共鳴信号に基づき前記第１の磁
場強度を求めるための磁場測定装置において、前記所定
原子核を複数核種とし、これら原子核にそれぞれ磁気共
鳴信号を経時的に発生させるよう前記第２の磁場を制御
する制御部を有し、得られるそれぞれの磁気共鳴信号及
び前記第２の磁場強度の値を用いて前記第１の磁場強度
を求めるための演算部を備えたことを特徴とする。

（作用） このような構成によれば、複数核種それぞれは磁気共鳴
を生じ、このとき第２の磁場の値を用いて演算すること
により、変動を伴う第２の磁場の最大値を用いることな
く、第１の磁場の強度を算出するようにして、高精度の
測定を行うことができる。

（実施例） 以下本発明にかかる磁場測定装置の一実施例を第３図と
同一部分には同一符号を付した第１図を参照して説明す
る。

すなわち、被測定静磁場強度ＨＯと平行に時間軸上周期
的に強度が変化する重畳磁場Ｈａ　　（ｔ）を発生する
重畳用コイル１（図示では部分的に切裂いた状態を示し
ている。）を設け、この重畳用コイル１内に、サンプル
固有の磁気共鳴周波数ωＳを有する高周波磁場を発生す
る励起コイル２を配置している。そして、本実施例では
、この励起コイル２内にサンプル容器束６を配置してお
り、これら要素１，２．６は被測定静磁場強度ＨＯの環
境下に設置している。ここで、サンプル容器束６は例え
ばＩＨを対象原子核とするべくサンプル容器６ａと３１
ｐを対象原子核とするべくサンプル容器６ｂとを交互に
並べた構成とし、このサンプル容器６ａ内に水（ＩＨ）
を収容し、サンプル容器６ｂ内に油脂（ＩＨ）を収容す
る。

ここで、水（ＩＨ）及び油脂（ＩＨ）では化学シフトに
よって、それらのラーモア周波数γがずれることを利用
する。水（ＩＨ）における磁気共鳴周波数をωｓ１とし
、油脂（ＩＨ）における磁気共鳴周波数をωｓ２とする
。ただし、 （ＩＪＳＩ−γ５ｌ−Ｈ１、ωｓ２ｍ　γｓ２＊　Ｈ２
である。

そして、重畳用コイル１は電源装置４により励磁され、
また励起コイル２には演算装置５が接続されて、磁気共
鳴周波数ωｓｌ、　ωｓ２を有する高周波磁場を発生す
るための励磁制御及び磁気共鳴信号の検出（信号強度が
最大のときの時間であり、以下これを検出時間ｔと称す
る。）を行い、この検出値により被測定静磁場強度ＨＯ
を演算により求めるようになっている。

すなわち、第２図に示すように、Ｈａ　　（ｔ）は周期
Ｔにて三角波状に磁場強度が変化するものである。そし
て、第２図に示すように、時刻ｔ２０゜ｔ　２１．　　
ｔ　２２．　　ｔ　２３にてＨａ　　（ｔ）とＨＯとに
より重畳磁場はＨｌ、Ｈ２となるので、この時刻ｔ２０
゜ｔ　２１．　　ｔ　２２．　　ｔ　２３．　　ｔ　２
４にて磁気共鳴周波数ωｓｌ。

ωｓ２に関する磁気共鳴信号が誘起し、励起コイル２に
より検出され、演算装置５に導入される。

ここで、演算装置５には既知であるＨｌ、Ｈ２と、時刻
ｔ　２０．　　ｔ　２１．　　ｔ　２２．　　ｔ　２３
．　　ｔ　２４とが入力されたことになる。そして、演
算装置５内では次のような演算が行なわれる。

＋　ｔ　２３−　ｔ　２０＋　−７２１゜Ｉ　ｔ　２４
−　ｔ　２３＋　−Ｔ２２、ｌ　ｔ　２２−　ｔ　２１
１−Ｔ２３とすると、Ｔ２１＋Ｔ２２−Ｔ：周期となる
。

また、図示斜線部の三角形について考察する。

すなわち、ｌ　ＨＯ−Ｈｌ　　ｌ　−Ｘとし、図示Ａ　
−（Ｔ２１−　Ｔ２２）　／　４−　Ｔ２２／　２　。

Ｂ−（Ｔ２１−Ｔ２２）　／２を設定すると、下記（６
）式が成立つ。

Ｘ：　　（Ｈｌ−Ｈ２）−Ａ：Ｂ　　　　　・・・（６
）この（６）式をＡ　−（Ｔ　２１−　Ｔ　２２）／４
−　Ｔ　２２／　２　。

Ｂ−（Ｔ２１−Ｔ２２）　／２を用いて変形すると、（
７）式のようになる。

Ｘ−（Ｔ２１−Ｔ２２）／　　（Ｔ２１−Ｔ２３）・　
（Ｈｌ　　−Ｈ２）　　　　　　　　　　　　　・・・
（７）従って、ＨＯ＝Ｈ１−ｘであるので、（８）式に
よりＨＯが求まる。

ＨＯ−Ｈｌ　−（Ｔ２１−Ｔ２２） ／　（Ｔ　２１−　Ｔ　２３）　　・　（Ｈｌ　−Ｈ２
＞　　　・・・（８）以上のように、被測定静磁場強度
ＨＯを、検出時間ｔ　２０．　　ｔ　２１．　　ｔ　２
２．　　ｔ　２３．　　ｔ　２４と、Ｈｌ。

Ｈ２により求めることができるようになる。この場合、
演算上の誤差となる重畳磁場Ｈａ　　（ｔ）の最大値Ｈ
ＩＩｌａｘを用いないで、演算上の誤差とはならない定
数Ｈ１，Ｈ２を用いてＨＯを算出しているので、高精度
の測定を行うことができる。

なお、上記実施例で１よ、２つのサンプルを用いるよう
にしたが、少し異なる磁気共鳴周波数のサンプルを３つ
以上を用いるようにしてもよい。また、重畳磁場の波形
は三角波に特定されず、周期関数であればよい。この池
水発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施でき
るものである。

［発明の効果コ 以上のように本発明では、所定原子核を複数核種ヒし、
これら原子核にそれぞれ磁気共鳴信号を経時的に発生さ
せるよう第２の磁場を制御する制御部を有し、得られる
それぞれの磁気共鳴信号及び第２の磁場強度の値を用い
て第１の磁場強度を求めるための演算部を備えたので、
複数核種それぞわは磁気共鳴を生じ、このとき第２の磁
場の値を用いて演算することにより、変動を伴う第２の
磁場の最大値を用いることなく、第１の磁場の強度会算
出するようにして高精度の測定が行える、という効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる磁場測定装置の一実施例の構成
を示す図、第２図は同実施例における磁場算出法を説明
する図、第３図は従来例例の構成を示す図、第４図は従
来例における磁場算出法を説明する図である。 １・・・重畳用コイル、２・・・励起コイル、４・・・
電源装置、６・・・サンプル容器束、７・・・演算装置
。 第　１　図 第　３ｖＡ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 所定原子核を第１の磁場が存在する内で第２の高周波磁
   場を印加することによって磁気共鳴を生じせしめ、得ら
   れる磁気共鳴信号に基づき前記第１の磁場強度を求める
   ための磁場測定装置において、前記所定原子核を複数核
   種とし、これら原子核にそれぞれ磁気共鳴信号を経時的
   に発生させるよう前記第２の磁場を制御する制御部を有
   し、得られるそれぞれの磁気共鳴信号及び前記第２の磁
   場強度の値を用いて前記第１の磁場強度を求めるための
   演算部を備えたことを特徴とする磁場測定装置。