DE3914302C2 - Process for recording spin resonance spectra - Google Patents

Process for recording spin resonance spectra

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DE3914302C2 DE19893914302 DE3914302A DE3914302C2 DE 3914302 C2 DE3914302 C2 DE 3914302C2 DE 19893914302 DE19893914302 DE 19893914302 DE 3914302 A DE3914302 A DE 3914302A DE 3914302 C2 DE3914302 C2 DE 3914302C2
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufnahme von Spin­ resonanzspektren von Proben mit mindestens zwei Gruppen von Kernen derselben Kernart, deren chemische Verschiebung im wesentlichen übereinstimmt, wobei zur alleinigen Darstellung des Signals der ersten Gruppe das Signal der zweiten Gruppe unterdrückt wird.The invention relates to a method for absorbing spin resonance spectra of samples with at least two groups of Cores of the same nucleus, whose chemical shift in the essentially coincides, for sole illustration  the signal of the first group the signal of the second group is suppressed.

In der Technik der Spinresonanz-Spektroskopie ist es bekannt, Spektren, bei denen Signale verschiedener Kerngruppen einander überlagern, zu "editieren". Hierunter versteht man verschiedene Aufnahmetechniken, mit denen es möglich ist, aus überlagerten Spektren Einzelsignale herauszufiltern. Üblicherweise geschieht dies, indem nacheinander mehrere Messungen mit unterschiedlichen Meßparametern ausgeführt und dann unerwünschte Signalanteile durch Differenzbildung eliminiert werden.In the technique of spin resonance spectroscopy it is known Spectra where signals from different core groups are at each other overlay to "edit". This means different Recording techniques with which it is possible to overlay Filter out spectra of individual signals. Usually happens This is done by taking several measurements with different ones Measurement parameters carried out and then unwanted signal components be eliminated by difference formation.

Beispiele derartiger Editiertechniken für Kernresonanz-Anwen­ dungen sind in dem Lehrbuch von Sanders, Jeremy K.M. und Brian K. Hunter "Modern NMR Spectroscopy", Oxford University Press, 1987, Seiten 237 bis 259 beschrieben. Weitere derartige Ver­ fahren sind in der EP-OS 2 44 752 und der EP-OS 1 66 559 be­ schrieben. Bei diesen weiteren bekannten Verfahren werden ungekoppelte Spins durch Differenzbildung zweier Messungen unterdrückt.Examples of such editing techniques for nuclear magnetic resonance applications are in the textbook by Sanders, Jeremy K.M. and Brian K. Hunter "Modern NMR Spectroscopy", Oxford University Press, 1987, pages 237 to 259. Other such ver Driving are in EP-OS 2 44 752 and EP-OS 1 66 559 be wrote. In these other known methods uncoupled spins by forming the difference between two measurements suppressed.

Die vorstehend beschriebenen Editiertechniken haben jedoch den gemeinsamen Nachteil, daß zur Aufnahme eines Spektrums mehrere, zeitlich versetzte Messungen mit unterschiedlichen Meßparametern durchgeführt werden müssen. Während dies bei langlebigen chemischen Proben in einem Labor kein wesentliches Problem darstellt, können sich erhebliche Probleme dann ergeben, wenn derartige Kernresonanzspektren an biologischen Proben, nämlich an lebendem Gewebe durchgeführt werden sollen. Dies gilt vor allem dann, wenn in-vivo-Messungen an Patienten durchgeführt werden und Bewegungsartefakte zu Meßwertverfäl­ schungen führen können. However, the editing techniques described above have the common disadvantage that to record a spectrum several, staggered measurements with different Measurement parameters must be carried out. While this is at long-lasting chemical samples in a laboratory are not essential Represents a problem, there may be significant problems if such nuclear magnetic resonance spectra on biological samples, namely to be performed on living tissue. This applies especially when in vivo measurements on patients be carried out and movement artifacts related to measured value falsification can lead.  

Differenzbildende Meßverfahren haben ferner den prinzipiellen Nachteil, daß infolge der Subtraktion von hohen Störsignal­ amplituden Meßfehler auftreten können, die in derselben Größen­ ordnung liegen wie das Nutzsignal.Differential measuring methods also have the basic one Disadvantage that due to the subtraction of high interference signal Amplitude measurement errors can occur in the same sizes order lie like the useful signal.

Es ist auch bekannt, Kernresonanzspektren volumenselektiv, d.h. nur für einen bestimmten, räumlich definierten Bereich einer Probe aufzunehmen. Diese Aufnahmetechnik hat besondere Bedeutung in der biologischen Forschung sowie der Medizin. Mit dieser Aufnahmetechnik ist es nämlich möglich, beispiels­ weise an einem Patienten ein Kernresonanzspektrum eines bestimmten definierten Punktes in einem inneren Organ des Patienten aufzunehmen.It is also known to selectively select nuclear magnetic resonance spectra, i.e. only for a certain, spatially defined area to take a sample. This recording technique has special Importance in biological research as well as medicine. With this recording technique it is possible, for example have a nuclear magnetic resonance spectrum of a patient certain defined point in an internal organ of the Admit patients.

Die Aufnahme von volumenselektiven Kernresonanzspektren ist eine an sich bekannte Technik, Beispiele finden sich im Lehrbuch von Wehrli, Felix W., Derek Shaw und J. Bruce Kneeland "Bio­ medical Magnetic Resonance Imaging", Verlag Chemie, 1988, Seiten 1 bis 45 und 521 bis 545.The acquisition of volume selective nuclear magnetic resonance spectra is a technique known per se, examples can be found in the textbook by Wehrli, Felix W., Derek Shaw and J. Bruce Kneeland "Bio medical Magnetic Resonance Imaging ", Verlag Chemie, 1988, Pages 1 to 45 and 521 to 545.

Aus der US-Z "Journal of Magnetic Resonance" 67 (1986), Seite 148, ist z.B. das sogenannte SPARS-Verfahren und aus der US-Z "Journal of Magnetic Resonance", 68 (1986), Seite 367, ist das sogenannte DIGGER-Verfahren bekannt. Bei diesen bekann­ ten Verfahren handelt es sich um volumenselektive Verfahren, bei denen die Schichten außerhalb des selektierten Volumen­ bereiches gesättigt werden, so daß nur noch der selektierte Volumenbereich übrig bleibt. Nachteilig bei diesen beiden bekannten Verfahren, insbesondere beim DIGGER-Verfahren, ist, daß eine hohe Hochfrequenzleistung benötigt wird, und bei beiden genannten Verfahren müssen die Vorsättigungs- Hochfrequenzpulse sehr genau eingestellt werden, weil sonst zusätzliche Signale erzeugt werden.From the US-Z "Journal of Magnetic Resonance" 67 (1986), Page 148, is e.g. the so-called SPARS process and from the US-Z "Journal of Magnetic Resonance", 68 (1986), page 367, the so-called DIGGER process is known. With these, The processes are volume-selective processes, where the layers are outside the selected volume area are saturated, so that only the selected Volume area remains. A disadvantage of these two known processes, in particular in the DIGGER process, that a high radio frequency power is needed, and at in both of these methods, the presaturation  High-frequency pulses can be set very precisely, because otherwise additional signals are generated.

Ein weiteres spezielles Verfahren zur volumenselektiven Aufnahme von Kernresonanzspektren unter Verwendung von drei zeitlich beabstandeten 90°-Hochfrequenz-Impulsen bei gleichzeitigem Anliegen verschiedener Gradienten-Magnetfeld-Impulse in unter­ schiedlichen Koordinatenrichtungen ist auch in der DE-OS 34 45 689 beschrieben. Bei diesem bekannten Verfahren werden herkömmliche stimulierte Spin-Echos erzeugt.Another special procedure for volume selective recording of nuclear magnetic resonance spectra using three in time spaced 90 ° high-frequency pulses with simultaneous Apply different gradient magnetic field pulses in below Different coordinate directions is also in DE-OS 34 45 689. In this known method generates conventional stimulated spin echoes.

Aus der US-Z "Magnetic Resonance in Medicine", 9 (1989), Seiten 254 bis 260, ist es schließlich bekannt, volumenselektive Spektren unter Verwendung eines homonuklearen Polarisations­ transfers zu editieren, wobei ein einmaliger Transfer verwendet wird.From US-Z "Magnetic Resonance in Medicine", 9 (1989), Pages 254 to 260, it is finally known to be volume selective Spectra using homonuclear polarization edit transfers using a one-time transfer becomes.

Wenn nun das Kernresonanzspektrum an einem homonuklear oder heteronuklear gekoppelten Spinsystem der allgemeinen Form AnXm aufgenommen werden soll, wie dies für die biomedizinische Forschung von großem Interesse ist, weil derartige Messungen Rückschlüsse auf den Metabolismus im organischen Gewebe er­ lauben, so stellt sich oft das Problem der Signalüberlappung. Bei einem homonuklear gekoppelten Spinsystem bestehen beide Kopplungspartner aus derselben Kernart, z.B. aus Protonen (1H), während bei heteronuklear gekoppelten Spinsystemen die Kopplungspartner zu verschiedenen Kernarten gehören, z.B. die A-Gruppe zu den Protonen (1H) und die X-Gruppe zu einem Koh­ lenstoff-Isotop (13C). Bei einem homonuklearen Beispielsfall von Lactat, einem A₃X-System, hat z.B. die Methylgruppe (CH₃) in etwa dieselbe chemische Verschiebung, d.h. Lage der Linie im Spektrum, wie die CH₂-Gruppe von Lipid, weil beide chemischen Verschiebungen ungefähr bei 1,35 ppm liegen. Da die Lipidkon­ zentration in lebendem Gewebe jedoch wesentlich größer sein kann, verdeckt das CH₃-Signal des Lipids das CH₃-Signal des Lactats. Entsprechendes gilt allgemein für die Editierung von heteronnuklearen AnXm-Systemen, z.B. für ein A₃X-System wie Methanol mit 13C-Anreicherung.If the nuclear magnetic resonance spectrum is to be recorded on a homonuclear or heteronuclear coupled spin system of the general form A n X m , as is of great interest for biomedical research, because such measurements allow conclusions to be drawn about the metabolism in organic tissue, it often arises the problem of signal overlap. In the case of a homonuclearly coupled spin system, both coupling partners consist of the same nucleus, e.g. of protons ( 1 H), while in the case of heteronuclearly coupled spin systems the coupling partners belong to different nucleus types, e.g. the A group to the protons ( 1 H) and the X group a carbon isotope ( 13 C). In a homonuclear example of lactate, an A₃X system, for example the methyl group (CH₃) has approximately the same chemical shift, ie the position of the line in the spectrum as the CH₂ group of lipid, because both chemical shifts are approximately at 1.35 ppm lie. However, since the lipid concentration in living tissue can be substantially larger, the CH₃ signal of the lipid covers the CH₃ signal of the lactate. The same applies in general to the editing of heteronuclear A n X m systems, for example for an A₃X system such as methanol with 13 C enrichment.

Würde man nun im erstgenannten Beispielsfall eine volumenselek­ tive Lactat-Messung in einer Lipid-Umgebung mit den bekannten Editierungstechniken vornehmen, bei denen, wie erwähnt, zwei Messungen in zeitlicher Folge mit unterschiedlichen Parametern vorgenommen werden müssen, so ergäben sich Probleme dann, wenn sich der Patient während dieser beiden Messungen bewegt. Es entstehen dann nämlich Artefakte, durch die beide Messungen unterschiedlich beeinflußt werden, so daß bei einer anschließen­ den Differenzbildung nicht nur die gewünschten isolierten CH₃-Signale des Lactats, sondern auch die unerwünschten Lipid- Artefakte durch Editieren herauspräpariert werden.Would you now be a volume selek in the former example tive lactate measurement in a lipid environment with the known Make editing techniques where, as mentioned, two Measurements in chronological order with different parameters problems would arise, if the patient is moving during these two measurements. This is because artefacts arise from the two measurements are influenced differently, so that connect to one the difference formation not only the desired isolated CH₃ signals of lactate, but also the unwanted lipid Artifacts can be prepared by editing.

Obwohl die Erfindung im Rahmen der vorliegenden Anmeldung anhand einer Anwendung auf dem Gebiet der Kernresonanz (NMR) erläutert wird, versteht sich, daß sie auch bei anderen Formen der Spinresonanz anwendbar ist, insbesondere bei der paramag­ netischen Elektronenresonanz (EPR) oder Kern/Elektron-Doppel­ resonanz-Techniken (ENDOR, ELDOR, NEDOR, Overhauser etc.).Although the invention is within the scope of the present application based on an application in the field of nuclear magnetic resonance (NMR) is explained, it goes without saying that it also applies to other forms the spin resonance can be used, especially with paramag netic electron resonance (EPR) or nuclear / electron double resonance techniques (ENDOR, ELDOR, NEDOR, Overhauser etc.).

Die Erfindung wird ferner am einfachen Beispiel der skalaren Kopplung (J) dargestellt, es versteht sich jedoch, daß Anwen­ dungen auch bei anderen Kopplungsarten, z.B. der Dipolkopplung, möglich sind. The invention is further illustrated by the simple example of the scalar Coupling (J) shown, but it is understood that Anwen with other types of coupling, e.g. the dipole coupling, possible are.  

Es ist ferner zum selektiven Editieren von Metaboliten-Signalen bekannt, Mehrquanten-Übergänge (MQ) oder Nullquanten-Übergänge (ZQ) auszunutzen. Beispiele hierzu finden sich in der US-Z "Journal of Magnetic Resonance", 64 (1985), Seite 38, in der US-Z "Journal of Magnetic Resonance" 78 (1988), Seite 355, in der US-Z "Journal of Magnetic Resonance", 77 (1988), Seite 382, und der US-Z "Magnetic Resonance in Medicine", 9 (1989), Seite 32.It is also for selective editing of metabolite signals known, multi-quantum transitions (MQ) or zero quantum transitions (ZQ). Examples of this can be found in US-Z "Journal of Magnetic Resonance", 64 (1985), page 38, in the US-Z "Journal of Magnetic Resonance" 78 (1988), page 355, in US-Z "Journal of Magnetic Resonance", 77 (1988), Page 382, and the US-Z "Magnetic Resonance in Medicine", 9 (1989), page 32.

Der wesentliche Nachteil differenzbildender Methoden liegt in ihrer Abhängigkeit von einer präzisen Subtraktion. Dies ist ein wesentlicher Gesichtspunkt bei in-vivo-Messungen, bei denen dominierende Resonanzen von Wasser und Lipid auftreten können. Ein weiterer Nachteil ist die Notwendigkeit zwei­ dimensionaler Messungen, um das Metaboliten-Signal zu extra­ hieren. Bei einem bekannten ein-dimensionalen Verfahren wurden eine selektive Anregung und gepulste Feldgradienten eingesetzt, um ausschließlich Nullquanten-Kohärenzen auszuwählen, so daß mit einer einzigen Messung eine gute spektrale Editierung und eine Unterdrückung von Lösungsmitteln möglich war. Allerdings haben diese Verfahren den wesentlichen Nachteil, daß ein Verlust an Signal-Rausch-Verhältnis eintritt, weil immer sowohl Null­ quanten- wie auch Mehrquanten-Kohärenzen angeregt werden, aber nur jeweils eine dieser Kohärenzen in ein beobachtbares Ein-Quanten-Signal (SQ) umgeformt wird, während das jeweils andere durch einen Feldgradienten dephasiert oder durch Um­ schalten der Phase eliminiert wird. Wenn Nullquanten-Kohärenzen ausgewählt werden, steht nur höchstens ein Viertel der Kohärenz für eine nachfolgende Anwendung von Feldgradienten zur Ver­ fügung, und die Effektivität einer gewünschten Ausbildung von Mehrquanten-Kohärenzen kann von der Vielzahl von Spin-Spin- Kopplungen abhängen, beispielsweise im Falle von Ethanol, bei dem Einquanten- und Dreiquanten-Anteile (SQ, TQ) verloren gehen. Es ist auch vorgeschlagen worden, selektive Polarisa­ tionstransfer-Verfahren einzusetzen, aber auch diese führen zu einem Signalverlust infolge der Richtung des Transfers oder infolge der Abhängigkeit des Polarisationstransfers vom Hochfrequenz-Pulswinkel und erfordern daher eine umfangreiche zyklische Umschaltung der Phase. Näheres zu den letztgenannten Effekten ist in der US-Z "Journal of Magnetic Resonance", 66 (1986), Seite 86, sowie in der US-Z "Progress in NMR Spectro­ scopy" 16 (1983), Seite 163, zu finden.The main disadvantage of difference-forming methods lies in their dependence on precise subtraction. This is an essential aspect in in vivo measurements, at where dominant resonances of water and lipid occur can. Another disadvantage is the need for two dimensional measurements to extra the metabolite signal here. In a known one-dimensional process selective excitation and pulsed field gradients are used, to select only zero quantum coherences so that good spectral editing with a single measurement suppression of solvents was possible. Indeed these methods have the major disadvantage of being a loss signal-to-noise ratio occurs because always both zero quantum and multi-quantum coherences are excited, but only one of these coherences into one observable A quantum signal (SQ) is reshaped while doing that others dephased by a field gradient or by Um switching the phase is eliminated. If zero quantum coherences only a quarter of the coherence is selected for a subsequent application of field gradients to ver addition, and the effectiveness of a desired training of Multi-quantum coherences can be derived from the large number of spin-spin  Couplings depend, for example in the case of ethanol the one-quantum and three-quantum fractions (SQ, TQ) are lost go. It has also been suggested selective polarisa tion transfer procedures, but also lead them loss of signal due to the direction of the transfer or due to the dependence of the polarization transfer on High frequency pulse angle and therefore require extensive cyclical changeover of the phase. More about the latter Effects is in US-Z "Journal of Magnetic Resonance", 66 (1986), page 86, and in the US-Z "Progress in NMR Spectro scopy "16 (1983), page 163.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß ein Editieren gewünschter Spektralanteile mit nur einer Messung möglich ist, ohne dabei Signalamplitude einzubüßen.In contrast, the invention is based on the object To further develop methods of the type mentioned at the beginning, that editing desired spectral components with only one Measurement is possible without losing signal amplitude.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,According to the invention, this object is achieved by

  • - daß eine Impulsfolge von vier Hochfrequenz-Impulsen, vorzugsweise 90°-Hochfrequenz-Impulsen, auf die Probe eingestrahlt wird,- that a pulse train of four high-frequency pulses, preferably 90 ° high-frequency pulses to which Sample is irradiated,
  • - daß der erste Hochfrequenz-Impuls ein für die Kerne der ersten Gruppe selektiver, weicher Impuls ist,- That the first high-frequency pulse one for the Cores of the first group of selective, soft impulse is
  • - daß der zweite Hochfrequenz-Impuls ein für die Kerne der zweiten Gruppe selektiver, weicher Impuls ist und derart eingestellt wird, daß die Magneti­ sierungen der Kerne der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe mindestens teilweise in einen Zustand der Mehrquanten-Kohärenz überführt werden, - That the second high-frequency pulse one for the Cores of the second group of selective, soft impulse is and is set such that the Magneti the cores of the first group and the second group at least partially in one state of multi-quantum coherence,  
  • - daß in unmittelbarer Folge nach dem zweiten Hoch­ frequenz-Impuls der dritte Hochfrequenz-Impuls als mindestens ein harter Impuls auf die Probe eingestrahlt und derart eingestellt wird, daß die Mehrquanten-Kohärenz in einen Zustand der korrelier­ ten z-Ordnung überführt wird,- that immediately after the second high frequency pulse the third high-frequency pulse as at least one hard impulse to the test irradiated and adjusted so that the Multi-quantum coherence in a state of correlier ten-order is transferred,
  • - daß im Zeitintervall zwischen dem dritten Hoch­ frequenz-Impuls und dem vierten Hochfrequenz-Impuls ein dephasierender Gradienten-Magnetfeld-Impuls auf die Probe ausgeübt wird, und- That in the time interval between the third high frequency pulse and the fourth high-frequency pulse a dephasing gradient magnetic field pulse is applied to the test, and
  • - daß der vierte Hochfrequenz-Impuls ein für die Kerne der ersten Gruppe selektiver, weicher Impuls ist und derart eingestellt wird, daß die Mehr­ quanten-Kohärenz wieder in einen Zustand der Ein- Quanten-Kohärenz der Kerne der ersten Gruppe über­ führt wird, und- That the fourth high-frequency pulse for the Cores of the first group of selective, soft impulse is and is set so that the More quantum coherence back into a state of input Quantum coherence of the nuclei of the first group over leads, and
  • - daß alsdann das Resonanzsignal der Kerne der ersten Gruppe detektiert wird.- that then the resonance signal of the cores of the first Group is detected.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner dadurch gelöst,The object underlying the invention is also thereby solved,

  • - daß eine Impulsfolge von vier Hochfrequenz-Impulsen, vorzugsweise 90°-Hochfrequenz-Impulsen, auf die Probe eingestrahlt wird,- that a pulse train of four high-frequency pulses, preferably 90 ° high-frequency pulses to which Sample is irradiated,
  • - daß der erste Hochfrequenz-Impuls ein für die Kerne der ersten Gruppe selektiver, weicher Impuls ist,- That the first high-frequency pulse one for the Cores of the first group of selective, soft impulse is
  • - daß der zweite Hochfrequenz-Impuls ein für die Kerne der zweiten Gruppe selektiver, weicher Impuls ist und derart eingestellt wird, daß die Magneti­ sierungen der Kerne der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe mindestens teilweise in einen Zustand der Mehrquanten-Kohärenz überführt werden,- That the second high-frequency pulse one for the Cores of the second group of selective, soft impulse  is and is set such that the Magneti the cores of the first group and the second group at least partially in one state of multi-quantum coherence,
  • - daß in unmittelbarer Folge nach dem zweiten Hoch­ frequenz-Impuls der dritte Hochfrequenz-Impuls als mindestens ein harter Impuls auf die Probe eingestrahlt und derart eingestellt wird, daß die Mehrquanten-Kohärenz in einen Zustand der korrelier­ ten z-Ordnung überführt wird,- that immediately after the second high frequency pulse the third high-frequency pulse as at least one hard impulse to the test irradiated and adjusted so that the Multi-quantum coherence in a state of correlier ten-order is transferred,
  • - daß im Zeitintervall zwischen dem dritten Hoch­ frequenz-Impuls und dem vierten Hochfrequenz-Impuls ein dephasierender Gradienten-Magnetfeld-Impuls auf die Probe ausgeübt wird, und- That in the time interval between the third high frequency pulse and the fourth high-frequency pulse a dephasing gradient magnetic field pulse is applied to the test, and
  • - daß der vierte Hochfrequenz-Impuls ein für die Kerne der zweiten Gruppe selektiver, weicher Impuls ist und derart eingestellt wird, daß der Zustand der korrelierten z-Ordnung mittels Polarisations­ transfer von den Kernen der ersten Gruppe in einen Zustand der Ein-Quanten-Kohärenz der Kerne der zweiten Gruppe überführt wird, und- That the fourth high-frequency pulse for the Cores of the second group of selective, soft impulse is and is set such that the state the correlated z-order using polarization transfer from the cores of the first group to one State of single-quantum coherence of the nuclei of the second group is transferred, and
  • - daß alsdann das Resonanzsignal der Kerne der ersten Gruppe detektiert wird.- that then the resonance signal of the cores of the first Group is detected.

Das erfindungsgemäße Verfahren setzt eine sogenannte ECZOTIC- Impulsfolge (Editing via Correlated Z-Order with Total Inherent Coherence) ein, bei der alle Metaboliten-Kohärenzen selektiv in eine korrelierte Z-Ordnung oder eine longitudinale Zwei- Spin-Ordnung umgewandelt werden, ähnlich bekannten Verfahren, wie sie unter dem Schlagwort INEPT bekannt geworden sind, vgl. z.B. US-Z "Progress in NMR Spectroscopy", 16 (1983), Seite 163.The method according to the invention uses a so-called ECZOTIC Pulse sequence (editing via Correlated Z-Order with Total Inherent Coherence), where all metabolite coherences are selective into a correlated Z-order or a longitudinal two- Spin order can be converted, similar to known methods, as they became known under the keyword INEPT,  see. e.g. US Progress in NMR Spectroscopy, 16 (1983), Page 163.

Hierbei bedeutet "z-Ordnung" daß vor dem Anlegen eines Magnet­ feldgradienten die Magnetisierungen korreliert in z-Richtung (Feldrichtung) gebracht werden, so daß sie in diesen Gradienten nicht dephasieren; im Gegensatz zu den restlichen störenden Kohärenzen.Here, "z-order" means that before applying a magnet field gradients the magnetizations correlate in the z-direction (Field direction) are brought so that they are in this gradient do not dephase; unlike the rest of the distracting Coherences.

An die genannte Umwandlung schließt sich also eine Dephasierung der anderen Signale mittels gepulster Feldgradienten an, so daß die genannten Ordnungen in beobachtbare Einquanten-Kohären­ zen mit maximaler Signalausbeute umgewandelt werden. Die Unempfindlichkeit von Nullquanten-Kohärenzen gegenüber einer Feld-Inhomogenität ist zwar bekannt und auch schon Grundlage von Editierverfahren gewesen, die korrelierte z-Ordnung ist jedoch, ebenso wie jedwede longitudinale Magnetisierung, ebenfalls invariant in Anwesenheit eines Feldgradienten und bietet daher einen alternativen Ansatz für ein Verfahren zum spektralen Editieren. Das erfindungsgemäße Verfahren kann grundsätzlich für jedwedes Spin-Multiplett angewendet werden, im Rahmen der vorliegenden Anmeldung soll jedoch das spektrale Editieren von Lactat und Ethanol im einzelnen beschrieben werden.Dephasing thus follows the conversion mentioned the other signals by means of pulsed field gradients, so that the mentioned orders into observable single-quantum coherents zen can be converted with maximum signal yield. The Insensitivity of zero quantum coherences to one Field inhomogeneity is known and already the basis of editing methods that is correlated z-order however, just like any longitudinal magnetization, also invariant in the presence of a field gradient and therefore offers an alternative approach to a process for spectral editing. The method according to the invention can basically applied to any spin multiplet, in the context of the present application, however, the spectral Editing of lactate and ethanol described in detail become.

Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens ist die Probe eine Lactat-Probe oder eine Ethanol-Probe.In a particularly preferred embodiment of the invention According to the method, the sample is a lactate sample or a Ethanol sample.

Dieser Anwendungsfall ist in der Biomedizin besonders bedeutsam. This application is particularly important in biomedicine.  

Besonders bevorzugt ist, wenn der erste und der dritte Hoch­ frequenz-Impuls eine x-Phase und der zweite sowie der dritte Hochfrequenz-Impuls eine y-Phase aufweisen.It is particularly preferred if the first and the third high frequency pulse one x phase and the second and third Radio frequency pulse have a y phase.

Nach einem weiteren besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in an sich bekannter Weise zur volumenselek­ tiven Darstellung die Probe einer Folge von Gradienten-Magnet­ feld-Impulsen unterschiedlicher Koordinatenrichtung ausgesetzt, und es wird mindestens ein Hochfrequenz-Impuls scheibenselektiv eingestellt.According to another particularly preferred embodiment the invention becomes volumenselek in a manner known per se tive representation of the sample of a sequence of gradient magnet field pulses exposed to different coordinate directions, and at least one radio frequency pulse becomes slice selective set.

Weiterhin ist bevorzugt, wenn in der zeitlichen Mitte zwischen dem ersten und dem zweiten Hochfrequenz-Impuls ein 180°-Impuls auf die Probe eingestrahlt wird.It is further preferred if in the middle of the time between the first and the second high-frequency pulse a 180 ° pulse is irradiated onto the sample.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die Evolution der Spins infolge einer Ablage der chemischen Verschiebung refokussiert wird.This measure has the advantage that the evolution of the spins refocused due to a shift in chemical shift becomes.

Vorteilhafterweise wird nach dem vierten Hochfrequenz-Impuls ein zweiter 180°-Hochfrequenz-Impuls auf die Probe eingestrahlt, und zwar bevorzugt nach einem Zeitintervall 1/4J.Advantageously, after the fourth high-frequency pulse a second 180 ° high-frequency pulse is radiated onto the sample, preferably after a time interval of 1/4 year.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß im Zeitintervall zwischen dem vierten Hochfrequenz-Impuls und der Signalaufnahme die Evolution der Spins ebenfalls refokussiert wird.This measure has the advantage that in the time interval between the fourth high-frequency pulse and the signal recording Evolution of the spins is also refocused.

Bei einer weiteren bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Zeitintervall zwischen dem ersten Hoch­ frequenz-Impuls und dem zweiten Hochfrequenz-Impuls gleich einem ungeradzahligen Vielfachen des Kehrwertes des Zweifachen der Kopplungskonstanten zwischen der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe bemessen.In a further preferred variant of the invention The time interval between the first high frequency pulse and the second high-frequency pulse equal an odd multiple of the reciprocal of double  the coupling constant between the first group and the second group.

Schließlich wird eine besonders gute Wirkung dann erzielt, wenn in an sich bekannter Weise für eine bildgebende Darstellung eine volumenselektive Messung einer Mehrzahl von Bereichen der Probe durchgeführt wird.Finally, a particularly good effect is achieved if in a manner known per se for imaging a volume-selective measurement of a plurality of areas the sample is carried out.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung. Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.Further advantages result from the description and the attached drawing. It is understood that the above mentioned and the features to be explained below not only in the specified combination, but can also be used in other combinations or alone without departing from the scope of the present invention.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are in the drawing are shown and are described in more detail in the following description explained. Show it:

Fig. 1 ein Diagramm zur Erläuterung einer Impulsfolge, wie sie im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird; Figure 1 is a diagram for explaining a pulse sequence, as used in the method according to the invention.

Fig. 2A ein 200 MHz Protonen-Spektrum von 100 mM Lithium- Lactat und Ethanol in 10% D2O/H2O bei einer Messung mit einem 90°-Impuls und FID-Aufnahme; Fig. 2A is a 200 MHz proton spectrum of 100 mM lithium lactate, and ethanol in 10% D 2 O / H 2 O when measured with a 90 ° pulse and FID recording;

Fig. 2B das Spektrum von Fig. 2A, jedoch mit Editierung des Lactat-CH₃ unter Verwendung einer Nullquanten- Kohärenz-Filterung; Fig. 2B shows the spectrum of Figure 2A, but with editing of the lactate CH₃ using zero quantum coherence filtering.

Fig. 2C das Spektrum der Fig. 2A, jedoch unter Verwendung einer ECZOTIC-Impulsfolge gemäß Fig. 1, wobei Frequenzen und Impulsdauern zur Editierung von Lactat eingestellt wurden; FIG. 2C shows the spectrum of FIG. 2A, but using an ECZOTIC pulse sequence according to FIG. 1, frequencies and pulse durations having been set for editing lactate;

Fig. 3A nochmals zu Vergleichszwecken ein Spektrum wie Fig. 2A; FIG. 3A again shows a spectrum like FIG. 2A for comparison purposes;

Fig. 3B das Spektrum von Fig. 2A, jedoch mit Editierung des Ethanol-CH₃ unter Verwendung einer Nullquanten- Kohärenz-Filterung; Fig. 3B shows the spectrum of Fig. 2A, but with editing of the ethanol CH₃ using zero quantum coherence filtering;

Fig. 3C das Spektrum der Fig. 2A, jedoch unter Verwendung einer ECZOTIC-Impulsfolge gemäß Fig. 1, wobei Frequenzen und Impulsdauern zur Editierung von Ethanol eingestellt wurden; ... Figure 3C, the spectrum of Fig 2A, but using a ECZOTIC pulse sequence according to Figure 1, with frequencies and pulse widths have been adjusted for editing ethanol;

Fig. 4A ein Spektrum, aufgenommen mit einer ECZOTIC-Im­ pulsfolge für Lactat, mit Phasenalternierung des 90°-Impulses zur Ausbildung einer Multiquanten- Kohärenz; 4A is a spectrum recorded with a ECZOTIC-in pulse sequence for lactate, with phase alternation of the 90 ° pulse for forming a Multiquanten- coherence.

Fig. 4B ein Spektrum, ähnlich wie Fig. 4A, jedoch für Ethanol mit Phasenalternierung des anfänglichen 90°-Impulses. FIG. 4B is a spectrum similar to Fig. 4A, but for ethanol with phase of the initial 90 ° pulse.

Allgemein gesprochen ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Spinsystem XnYm zu manipulieren, wobei X und Y Protonenspins mit skalarer Kopplung sind. Innerhalb einer Hochfeld-Annäherung können die anfänglichen Spinkohärenzen durch einen Produkt­ operatorGenerally speaking, it is an object of the present invention to manipulate a spin system X n Y m , where X and Y are proton spins with scalar coupling. Within a high field approach, the initial spin coherences can be determined by a product operator

Un Sz Vm-1 (für Ym) und
Un-1 Iz Vm (für Xn)
U n S z V m-1 (for Y m ) and
U n-1 I z V m (for X n )

beschrieben werden. U und V sind Einheiten-Operatoren, wie dies z.B. in der US-Z "Journal of Magnetic Resonance", 55 (1983), Seite 128, beschrieben ist. Unter der Annahme, daß m n ist, ergibt sich für die hier aus Gründen des Signal- Rausch-Verhältnisses interessierende Kohärenz:to be discribed. U and V are unit operators, like this e.g. in the US Journal of Magnetic Resonance, 55 (1983), page 128. Assuming that m is n, for the signal Coherence of interest to noise ratio:

Un Sz Vm-1 U n S z V m-1

Fig. 1 zeigt eine sogenannte ECZOTIC-Impulsfolge. Für die nachfolgende Betrachtung sei von einem Spinsystem mit n = 1 ausgegangen, wie dies z.B. in Lactat vorkommt. Ein erster 90°-Impuls 10 wird bei der Resonanzfrequenz ωs des CH₃ selektiv eingestrahlt, um die nachfolgend auftretende Unterdrückung des Wassers zu maximieren. Die sich daraus ergebenden Änderungen der Spinkohärenz nach dem Evolutionszeitraum 1/2J sind folgende: Fig. 1 shows a so-called ECZOTIC pulse sequence. For the following consideration, a spin system with n = 1 is assumed, as occurs, for example, in lactate. A first 90 ° pulse 10 is selectively irradiated at the resonance frequency ω s of the CH₃ in order to maximize the subsequent suppression of the water. The resulting changes in spin coherence after the 1 / 2Y evolutionary period are as follows:

Dabei ist π/2 (ωs, x) ein selektiver "weicher" Hochfrequenz- Impuls 10 mit +x Phase, dessen Mittenfrequenz auf der Resonanz­ frequenz ωs liegt. Es ist ausreichend, wenn schmalbandige Impulse mit Gauß′scher Form verwendet werden.Here, π / 2 (ω s , x) is a selective "soft" high-frequency pulse 10 with + x phase, the center frequency of which lies on the resonance frequency ω s . It is sufficient if narrow-band pulses with a Gaussian shape are used.

Nach Ablauf einer Zeit t von 1/4J wird nun ein 180°-Hochfre­ quenz-Impuls 11 eingestrahlt, der ein "harter" Hochfrequenz- Impuls ist und dazu dient, um die Evolution infolge einer Ablage der chemischen Verschiebung zu refokussieren. Der 180°- Hochfrequenz-Impuls 11 kann auch scheibenselektiv eingestellt werden, nicht jedoch selektiv hinsichtlich der chemischen Verschiebung.After a time t of 1 / 4J, a 180 ° high-frequency pulse 11 is now radiated in, which is a "hard" high-frequency pulse and is used to refocus the evolution due to a shift in the chemical shift. The 180 ° high-frequency pulse 11 can also be set disc-selectively, but not selectively with regard to the chemical shift.

Ein zweiter selektiver 90°-Hochfrequenz-Impuls 12 schließt sich nach einem weiteren Zeitintervall 1/4J an. Der zweite selektive 90°-Hochfrequenz-Impuls 12 liegt in +y Phase und wird selektiv auf die Resonanzfrequenz ωI des Lactat CH eingestrahlt. Der zweite 90°-Hochfrequenz-Impuls 12 erzeugt eine Mehrquanten-Kohärenz, die dann sofort in eine korrelierte z-Ordnung überführt wird, und zwar durch einen geeignet in der Phase eingestellten "harten" 90°-Hochfrequenz-Impuls 13, der sich unmittelbar an den zweiten "weichen" 90°-Hochfrequenz- Impuls 12 anschließt. Auch dieser "harte" 90°-Hochfrequenz- Impuls 13 kann scheibenselektiv eingestellt werden. Dabei ergibt sich:A second selective 90 ° high-frequency pulse 12 follows after a further time interval 1 / 4J. The second selective 90 ° high-frequency pulse 12 is in the + y phase and is selectively radiated onto the resonance frequency ω I of the lactate CH. The second 90 ° high-frequency pulse 12 generates a multi-quantum coherence, which is then immediately converted into a correlated z-order, namely by a suitably set "hard" 90 ° high-frequency pulse 13 , which is immediate connects to the second "soft" 90 ° high-frequency pulse 12 . This "hard" 90 ° high-frequency pulse 13 can also be set in a disk-selective manner. The result is:

Zu diesem Zeitpunkt haben alle anderen Spins, einschließlich des Wassers, nur den "harten" 90°-Hochfrequenz-Impuls 13 empfangen, der eine Einquanten-Kohärenz erzeugt. Wenn nun gepulste Magnetfeldgradienten 15 auf die Probe ausgeübt werden, dephasiert diese transversale Kohärenz, wobei die korrelierte z-Ordnung der CH₃-Gruppe des Lactats, IzSzVm-1, unbeeinflußt bleibt. Es ist dabei aus der US-Z "Journal of Magnetic Resonance", 80 (1988), Seite 168, bekannt, eine korrelierte z-Ordnung zu erzeugen, jedoch in unterschiedlicher Weise, weil dort ein Experiment mit einer Korrelation der Besetzungs­ übertragung unter Ausnutzung der Phasendrehcharakteristik von Halb-Gauß′schen-Impulsen außerhalb der Resonanz ausgenutzt wurde. At this point, all other spins, including water, have only received the "hard" 90 ° RF pulse 13 , which produces single quantum coherence. If pulsed magnetic field gradients 15 are now exerted on the sample, this transverse coherence dephases, the correlated z-order of the CH₃ group of the lactate, I z S z V m-1 , being unaffected. It is known from US-Z "Journal of Magnetic Resonance", 80 (1988), page 168 to generate a correlated z-order, but in different ways, because there is an experiment with a correlation of the occupation transfer using the phase rotation characteristic of half-Gaussian pulses outside of the resonance was used.

Die Impulsfolge der Fig. 1 kann nun unter unterschiedlichen Gesichtspunkten fortgesetzt werden, um die korrelierte z-Ordnung in ein beobachtbares Signal zu überführen.The pulse sequence of FIG. 1 can now be continued from different points of view in order to convert the correlated z-order into an observable signal.

Nach einer ersten Variante des Impulsprogramms wird ein selek­ tiver 90°-Hochfrequenz-Impuls 14 eingestrahlt, dessen Mitten­ frequenz auf der Resonanzfrequenz ωs liegt und eine Einquanten- Kohärenz für die CH₃-Spins in einem Zustand mit J-Ordnung erzeugt, der in einfacher Weise refokussiert wird, indem man eine weitere Zeitspanne 1/2J wartet, bevor ein Signal 16 aufgenommen wird, d.h.:According to a first variant of the pulse program, a selective 90 ° high-frequency pulse 14 is radiated, the center frequency of which is at the resonance frequency ω s and generates a single-quantum coherence for the CH₃ spins in a state with J-order, which is easier Is refocused by waiting a further period 1 / 2J before a signal 16 is recorded, ie:

Hierbei ist zu bemerken, daß das Endsignal der insgesamt verfügbaren Spinkohärenz der CH₃-Gruppe entspricht.It should be noted that the final signal of the total available spin coherence of the CH₃ group corresponds.

Nach einer anderen Variante der Impulsfolge gemäß Fig. 1 wird am Ende der Impuls 14 als ein selektiver Leseimpuls der Frequenz ωI eingestrahlt, der eine Einquanten-Kohärenz für die CH-Spins mittels Polarisationstransfer von der CH₃-Gruppe erzeugt, wobei jedoch Phasen- und Intensitäts-Verzerrungen auftreten:According to another variant of the pulse sequence according to FIG. 1, pulse 14 is irradiated at the end as a selective read pulse of frequency ω I , which generates a single-quantum coherence for the CH spins by means of polarization transfer from the CH₃ group, but with phase and Intensity distortions occur:

Weiterhin kann im zeitlichen Abstand 1/4J nach dem vierten Hochfrequenz-Impuls 14 noch ein weiterer 180°-Hochfrequenz- Impuls 17 eingestrahlt werden, der ebenfalls "hart" oder scheibenselektiv eingestellt wird. Dieser Impuls 17 refokussiert die Evolution der Spins infolge einer Ablage der chemischen Verschiebung.Furthermore, a further 180 ° high-frequency pulse 17 can also be radiated in 1/4 time after the fourth high-frequency pulse 14 , which is also set to “hard” or disk-selective. This pulse 17 refocuses the evolution of the spins due to a shift in the chemical shift.

Fig. 2 zeigt einen Vergleich zwischen den Auswirkungen der ECZOTIC-Impulsfolge gemäß Fig. 1 und einer Spektreneditierung mit Nullquanten-Transfer für den Fall von Lactat. Man kann voraussagen, daß das durch Nullquanten-Kohärenz-Selektion erzeugte Signal um einen Faktor 4 kleiner ist als dasjenige, das mit einer ECZOTIC-Impulsfolge gemäß Fig. 1 erzeugt wird, und zwar wegen der Auswirkung der gepulsten Magnetfeldgradienten auf eine Mehrquanten-Kohärenz, wie oben erwähnt, und die Ausbildung einer Mischung aus Nullquanten-Komponenten mit x- und y-Phase, von denen jeweils nur eine zu einer Zeit in eine Einquanten-Kohärenz umgewandelt werden kann. FIG. 2 shows a comparison between the effects of the ECZOTIC pulse sequence according to FIG. 1 and a spectrum editing with zero quantum transfer in the case of lactate. It can be predicted that the signal generated by zero quantum coherence selection is smaller by a factor of 4 than that generated by an ECZOTIC pulse train according to FIG. 1, because of the effect of the pulsed magnetic field gradients on multi-quantum coherence, as mentioned above, and the formation of a mixture of zero-quantum components with x and y phases, only one of which can be converted into one-quantum coherence at a time.

Die Messung der Fig. 2 wurde bei 200 MHz Protonen-Frequenz an einer Probe von 100 mM Lithium-Lactat und Ethanol in 10% D₂O/H₂O aufgenommen. Fig. 2A zeigt dabei ein übliches Spektrum mit einer einzigen Signalaufnahme unter Verwendung eines normalen 90°-Hochfrequenz-Impulses mit x-Phase. Fig. 2B zeigt demgegenüber ein Spektrum unter Editierung des Lactat-CH₃ mit Nullquanten-Kohärenz-Filterung, und Fig. 2C zeigt ein entspre­ chendes Spektrum, das unter Verwendung der Impulsfolge gemäß Fig. 1 aufgenommen wurde, wobei die Frequenzen und Impulsdauern zur Editierung des Lactats bemessen wurden.The measurement of Fig. 2 was recorded at 200 MHz proton frequency on a sample of 100 mM lithium lactate and ethanol in 10% D₂O / H₂O. Fig. 2A shows a conventional spectrum with a single signal recording using a normal 90 ° rf pulse of x-phase. Fig. 2B shows a spectrum by editing the lactate CH₃ with zero quantum coherence filtering, and Fig. 2C shows a corre sponding spectrum, which was recorded using the pulse train according to FIG. 1, the frequencies and pulse durations for editing the Lactats were measured.

Aus diesen Messungen erkennt man, daß das Signal/Rausch-Ver­ hältnis der erfindungsgemäßen Messung gemäß Fig. 2C ungefähr dreimal größer ist als dasjenige, das mit einer Nullquanten- Editierung erhalten werden kann. Die ausgezeichnete Unter­ drückung des Wassersignals um einen Faktor von mindestens 4000:1 gestattet es, den Signalempfänger mit hohem Verstärkungs­ faktor zu betreiben, um auf diese Weise ein optimales Signal/Rausch-Verhältnis zu erhalten.From these measurements it can be seen that the signal-to-noise ratio of the measurement according to the invention according to FIG. 2C is approximately three times greater than that which can be obtained with a zero quantum editing. The excellent suppression of the water signal by a factor of at least 4000: 1 allows the signal receiver to be operated with a high amplification factor in order to obtain an optimal signal-to-noise ratio.

Wendet man nun die ECZOTIC-Impulsfolge gemäß Fig. 1 auf ein Spinsystem mit n=2 an, beispielsweise auf Ethanol, so gilt die folgende Überlegung: Die 90°-Phasenverschiebung des zweiten 90°-Hochfrequenz-Impulses 12 zur Ausbildung einer Mehrquanten- Kohärenz bei ωI und des folgenden "harten" 90°-Hochfrequenz- Impulses 13 ist wegen der Evolution der mit den beiden I-Spins gekoppelten S-Spins der CH₃-Gruppe nicht erforderlich. Man findet:If the ECZOTIC pulse sequence according to FIG. 1 is now applied to a spin system with n = 2, for example to ethanol, the following consideration applies: The 90 ° phase shift of the second 90 ° high-frequency pulse 12 to form a multi-quantum coherence at ω I and the following "hard" 90 ° high-frequency pulse 13 is not necessary because of the evolution of the S-spins of the CH₃ group coupled with the two I-spins. One finds:

Auch in diesem Falle kann die korrelierte z-Ordnung wieder in eine beobachtbare Einquanten-Magnetisierung für die CH₃-Spins bei maximaler Signalausbeute umgewandelt werden, oder für die CH₂-Spins mittels Polarisationstransfer, abhängig von der Frequenz des letzten selektiven Impulses. Dabei kann eine größtmögliche Unterdrückung des Wassers im erstgenannten Fall durch die Selektivität des Gauß′schen Leseimpulses mit der Frequenz ωs gewährleistet werden.In this case, too, the correlated z-order can be converted back into an observable single-quantum magnetization for the CH₃ spins with maximum signal yield, or for the CH₂ spins by means of polarization transfer, depending on the frequency of the last selective pulse. The greatest possible suppression of water in the former case can be ensured by the selectivity of the Gaussian reading pulse with the frequency ω s .

Der Unterschied im Signal/Rausch-Verhältnis zwischen dem ECZOTIC-Verfahren und einer Nullquanten-Filterung kann mit einem Faktor von 8 vorhergesagt werden. Zusätzlich zu dem bereits oben genannten Faktor 4 für den Fall n=1, wird also ein weiterer Faktor von 2 bei dem Schritt der Ausbildung der Mehrquanten-Kohärenz verloren, wenn n=2 ist. Es werden nämlich sowohl Einquanten- wie auch Dreiquanten-Komponenten erzeugt und gehen anschließend während der Zeitdauer des Wirksamwerdens von Spoilgradienten verloren.The difference in signal to noise ratio between that ECZOTIC method and zero quantum filtering can be used can be predicted by a factor of 8. In addition to that factor 4 already mentioned above for the case n = 1, is therefore another factor of 2 in the step of training the Multi-quantum coherence lost when n = 2. Because it will both single-quantum and three-quantum components are generated and then leave during the period of effect lost from spoil gradients.

Ein Vergleich der beiden Verfahren bei der Editierung von Ethanol ist in Fig. 3 illustriert, wo Fig. 3A ein normales Spektrum mit einer Probe wie bei der Messung von Fig. 2A zeigt, Fig. 2B ein editiertes Ethanol-CH₃-Spektrum unter Verwendung von Nullquanten-Kohärenz-Filterung zeigt und Fig. 3C schließlich die Anwendung der ECZOTIC-Impulsfolge mit Anregung von Ethanol illustriert. Man erkennt, daß das Signal/Rausch-Verhältnis der CH₃-Resonanz um einen Faktor 6 besser ist.A comparison of the two methods when editing ethanol is illustrated in Fig. 3, where Fig. 3A shows a normal spectrum with a sample as in the measurement of Fig. 2A, Fig. 2B shows an edited ethanol CH₃ spectrum using Shows zero quantum coherence filtering and FIG. 3C finally illustrates the application of the ECZOTIC pulse sequence with excitation of ethanol. It can be seen that the signal-to-noise ratio of the CH₃ resonance is better by a factor of 6.

Die Abhängigkeit des mittels einer ECZOTIC-Impulsfolge editier­ ten Signals von der Relaxationszeit T₂ entsteht nur während der beiden 1/2J Evolutions-Zeitintervalle, während bei Verfahren mit Nullquanten-Filterung die interessierende Kohärenz einer T₂-Relaxation unterliegt, und zwar während der gesamten Puls­ sequenz, die aus mindestens drei 1/2J Zeitintervallen besteht. Die relativ lange homospoil-Zeit von 170 Millisekunden beruht auf der niedrigen Gradientenfeldstärke des bei den Messungen verwendeten Spektrometers. Alle verbleibenden Fehlersignale, die sich durch T1-Relaxation herausbilden, können dadurch entfernt werden, daß ein Additions-/Subtraktions-Phasenzyklus am ersten selektiven 90°-Hochfrequenz-Impuls 10 im Wechselspiel mit dem Verstärker eingestellt wird. Allgemein ist zu sagen, daß die kürzere Länge der ECZOTIC-Impulssequenz die Abhängigkeit von T1 und T2 im Vergleich zu einer Nullquanten-Kohärenztrans­ fer-Sequenz vermindert.The dependency of the signal edited by means of an ECZOTIC pulse sequence on the relaxation time T₂ only arises during the two 1 / 2J evolution time intervals, while in methods with zero quantum filtering the coherence of interest is subject to a T₂ relaxation, namely during the entire pulse sequence , which consists of at least three 1 / 2J time intervals. The relatively long homospoil time of 170 milliseconds is due to the low gradient field strength of the spectrometer used in the measurements. All remaining error signals which are formed by T 1 relaxation can be removed by setting an addition / subtraction phase cycle on the first selective 90 ° high-frequency pulse 10 in interaction with the amplifier. In general, it can be said that the shorter length of the ECZOTIC pulse sequence reduces the dependence on T 1 and T 2 in comparison to a zero-quantum coherence transfer sequence.

Ein wesentliches Merkmal der Spektroskopie mit korrelierter z-Ordnung ist die Wirkung der Phasendrehung des Impulses 12 zur Ausbildung einer Mehrquanten-Kohärenz und des harten Impulses 13 zur Ausbildung der z-Ordnung. Wenn n=1 ist, invertiert eine Phasendrehung des π/2 (y, ωI,)-Impulses das Vorzeichen der Mehrquanten-Kohärenz und liefert damit einen Mechanismus für einen Additions-/Subtraktions-Zyklus, um verbleibende Fehler­ signale zu eliminieren.An essential feature of spectroscopy with correlated z-order is the effect of the phase rotation of the pulse 12 to form a multi-quantum coherence and the hard pulse 13 to form the z-order. If n = 1, a phase rotation of the π / 2 (y, ω I ,) pulse inverts the sign of the multi-quantum coherence and thus provides a mechanism for an addition / subtraction cycle to eliminate remaining error signals.

Fig. 4A zeigt das Ergebnis eines solchen Doppelakquisitions- Phasen-Zyklus für Lactat. Wie man jedoch aus einer Betrachtung der oben erläuterten Analyse der Produktoperatoren ersieht, ändert eine Phasenumkehr des folgenden 90°-Hochfrequenz-Impulses 12 mit y-Phase nicht die Phase der korrelierten z-Ordnung, weil der Impuls 12 die Vorzeichen sowohl von Ix wie auch von Sx umkehrt. Das Gegenteil trifft zu, wenn n=2 ist, weil die Umkehr des selektiven Hochfrequenz-Impulses 12 zur Ausbildung der Mehr­ quanten-Kohärenz nicht das Vorzeichen der Mehrquanten-Kohärenz umkehrt, weil es auf eine Iy²-Komponente angewendet wird. Ein Phasenwechsel des harten 90°-Hochfrequenz-Impulses 15 mit x-Phase im Wechselspiel mit dem Empfänger ist nun machbar. Eine noch wirksamere Entfernung von verbleibendem Lactat-Signal könnte noch durch Phasenumkehr des ersten selektiven 90°-Hochfrequenz- Impulses 10 der Frequenz ωs und von x-Phase erhalten werden, wie dies im Spektrum der Fig. 4B illustriert wird. Fig. 4A shows the result of such Doppelakquisitions- phase cycle for lactate. However, as can be seen from a consideration of the analysis of the product operators explained above, a phase reversal of the following 90 ° high-frequency pulse 12 with y-phase does not change the phase of the correlated z-order because the pulse 12 has the signs of both I x and also reverses from S x . The opposite is true when n = 2 because the reversal of the selective radio frequency pulse 12 to form the multi-quantum coherence does not reverse the sign of the multi-quantum coherence because it is applied to an Iy² component. A phase change of the hard 90 ° high-frequency pulse 15 with x-phase in interaction with the receiver is now feasible. An even more effective removal of the remaining lactate signal could still be obtained by reversing the phase of the first selective 90 ° high-frequency pulse 10 of the frequency ω s and of the x-phase, as is illustrated in the spectrum of FIG. 4B.

Das verbesserte Signal/Rausch-Verhältnis, das mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung erzielbar ist, gibt nicht nur Anlaß zur Anwendung bei Editierstudien von hochaufgelösten Spektren wäßriger Lösungen, sondern auch bei der bildgebenden Darstel­ lung von Metaboliten und bei volumenselektiven in-vivo-Ex­ perimenten. Im wesentlichen würde man in diesem Falle zunächst die korrelierte z-Ordnung für den interessierenden Metaboliten herstellen, und der Homospoil-Feldgradient 15 gemäß Fig. 1 könnte ersetzt werden durch eine volumenselektive Sequenz, wobei dann das lokalisierte Metaboliten-Signal nach dem letzten selektiven Impuls 14 beobachtet würde.The improved signal-to-noise ratio which can be achieved with the method of the present invention gives rise not only to use in editing studies of high-resolution spectra of aqueous solutions, but also in the imaging of metabolites and in volume-selective experiments in vivo . In this case, one would essentially first establish the correlated z-order for the metabolite of interest, and the homospoil field gradient 15 according to FIG. 1 could be replaced by a volume-selective sequence, the localized metabolite signal then after the last selective pulse 14 would be observed.

Im Falle einer volumenselektiven Darstellung von Lactat entsteht jedoch eine Schwierigkeit dann, wenn eine Phasenumkehr pro Scheibe für einen Additions-/Subtraktions-Zyklus erforderlich ist. Im allgemeinen wird die nach dem erfindungsgemäßen Ver­ fahren erzeugte korrelierte z-Ordnung mit dem Ausdruck IznSz beschrieben. Wenn n=1 ist, wie im Falle von Lactat, kann das Vorzeichen der korrelierten z-Ordnung nicht durch einen harten 180°-Hochfrequenz-Impuls oder durch einen selektiven 180°- Hochfrequenz-Impuls in Anwesenheit eines Scheibengradienten umgekehrt werden, und zwar aus denselben Gründen, wie oben erläutert. Aus diesen Gründen ist entweder ein Verfahren zur alternativen Umkehr der Scheiben erforderlich oder die Volumen­ selektion muß vor der spektralen Editierung vorgenommen werden. In the case of volume-selective presentation of lactate, however, a problem arises when a phase reversal per slice is required for an addition / subtraction cycle. In general, the correlated z-order generated by the method according to the invention is described with the expression Iz n Sz. If n = 1, as in the case of lactate, the sign of the correlated z-order cannot be reversed by a hard 180 ° high-frequency pulse or by a selective 180 ° high-frequency pulse in the presence of a slice gradient the same reasons as explained above. For these reasons, either a procedure for alternative reversal of the slices is required or the volume selection must be carried out before the spectral editing.

Wenn n=2 ist, ist die korrelierte z-Ordnung stets ungerade und kann in der üblichen Weise umgekehrt werden.If n = 2, the correlated z-order is always odd and can be reversed in the usual way.

Die in den Fig. 2 bis 4 dargestellten Spektren wurden auf einem 200 MHz-Spektrometer mit einem Magnetsystem von 4,7T aufgenommen. Das Magnetsystem hatte einen nutzbaren Durchmesser von 13 Zentimetern und war mit einem Deuterium Feld-Frequenz- Lock versehen. Die selektive Anregung wurde mit einem 90°- Hochfrequenz-Impuls niedriger Leistung von 20 ms Dauer und Gauss′scher Impulsform (f(x) = exp(-ax²), a = 3,0, abgeschnitten bei 1%) erzielt. Die Dauer des harten Impulses betrug typi­ scherweise 20 µs. Die Spektren wurden an Proben in nicht­ rotierenden 10 mm-NMR-Röhrchen aufgenommen, die 10% D₂O enthielten. Bei denjenigen Spektren, bei denen zwei Messungen nacheinander durchgeführt wurden, betrug die Repetitionsrate 25 s. Der Homospoil-Gradient wurde durch Pulsen des Raumtempe­ ratur-Shim (z) erzeugt, was einen maximalen Gradienten von 2,7 mT/m ergab.The spectra shown in FIGS . 2 to 4 were recorded on a 200 MHz spectrometer with a magnet system of 4.7T. The magnet system had a usable diameter of 13 centimeters and was provided with a deuterium field frequency lock. The selective excitation was achieved with a 90 ° high-frequency pulse of low power of 20 ms duration and Gaussian pulse shape (f (x) = exp (-ax²), a = 3.0, cut off at 1%). The duration of the hard pulse was typically 20 µs. The spectra were recorded on samples in non-rotating 10 mm NMR tubes containing 10% D₂O. The repetition rate for those spectra in which two measurements were carried out in succession was 25 s. The homospoil gradient was generated by pulsing the room temperature shim (z), which gave a maximum gradient of 2.7 mT / m.

Weiterhin können im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch volumenselektive Messungen durchgeführt werden. Hierzu wird mindestens einer der Hochfrequenz-Impulse 11, 13 oder 17 scheibenselektiv eingestellt und zeitgleich ein Magnetfeld- Gradienten-Impuls angelegt. Auch bildgebende Verfahren können durchgeführt werden, wie dies an sich bekannt ist. So kann beispielsweise einer der Hochfrequenz-Impulse 11 oder 13 scheibenselektiv eingestellt und im Zeitintervall zwischen dem vierten Hochfrequenz-Impuls 14 und der Signalaufnahme ein Phasengradient geschaltet werden. Entweder wird dann das Signal 16 unter einen Lesegradienten aufgenommen oder es wird im Zeitintervall nach dem vierten Hochfrequenz-Impuls 14 ein zweiter Phasengradient geschaltet, um eine Bildgebung in Abhängigkeit von der chemischen Verschiebung (chemical shift imaging) zu erhalten.Furthermore, volume-selective measurements can also be carried out within the scope of the present invention. For this purpose, at least one of the high-frequency pulses 11 , 13 or 17 is set in a disk-selective manner and a magnetic field gradient pulse is applied at the same time. Imaging methods can also be carried out, as is known per se. For example, one of the high-frequency pulses 11 or 13 can be set in a disk-selective manner and a phase gradient can be switched in the time interval between the fourth high-frequency pulse 14 and the signal recording. Either the signal 16 is then recorded under a reading gradient or a second phase gradient is switched in the time interval after the fourth high-frequency pulse 14 in order to obtain imaging as a function of the chemical shift imaging.

Die geschilderten Ausführungsbeispiele beziehen sich auf den Fall von Lactat, bei dem die Kopplung zwischen den Protonen der beiden Gruppen CH3 bzw. CH vorliegt (homonukleare Kopplung). Es versteht sich jedoch, daß die Erfindung sich auch auf solche Fälle bezieht, in denen die Kopplung zwischen unterschiedlichen Kernarten besteht (heteronukleare Kopplung). In diesem Falle müssen jedoch die "harten" bzw. scheibenselektiven Hochfrequenz- Impulse 11, 13, 17 ersetzt werden durch jeweils ein Paar von zeitgleichen und phasenrichtigen Impulsen, von denen jeweils einer auf eine der Kernarten wirkt.The exemplary embodiments described relate to the case of lactate, in which the coupling between the protons of the two groups CH 3 and CH is present (homonuclear coupling). However, it goes without saying that the invention also relates to cases in which the coupling exists between different types of nucleus (heteronuclear coupling). In this case, however, the "hard" or disk-selective high-frequency pulses 11 , 13 , 17 must be replaced by a pair of simultaneous and in-phase pulses, one of which acts on one of the core types.

Claims (9)

1. Verfahren zur Aufnahme von Kernresonanzspektren von Proben mit mindestens zwei Gruppen (CH3, CH) von Kernen derselben Kernart, deren chemische Verschiebung im wesentlichen übereinstimmt, wobei zur alleinigen Dar­ stellung des Signals der ersten Gruppe (CH3) das Signal der zweiten Gruppe (CH) unterdrückt wird, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß eine Impulsfolge von vier Hochfrequenz-Impulsen, vorzugsweise 90°-Hochfrequenz-Impulsen (10, 12, 13, 14) auf die Probe eingestrahlt wird,
  • - daß der erste Hochfrequenz-Impuls (10) ein für die Kerne der ersten Gruppe (CH3) selektiver, weicher Impuls ist,
  • - daß der zweite Hochfrequenz-Impuls (12) ein für die Kerne der zweiten Gruppe (CH) selektiver, weicher Impuls ist und derart eingestellt wird, daß die Magnetisierungen der Kerne der ersten Gruppe (CH3) und der zweiten Gruppe (CH) mindestens teilweise in einen Zustand der Mehrquanten-Kohärenz überführt werden,
  • - daß in unmittelbarer Folge nach dem zweiten Hoch­ frequenz-Impuls (12) der dritte Hochfrequenz-Impuls (13) als mindestens ein harter Impuls auf die Probe eingestrahlt und derart eingestellt wird, daß die Mehrquanten-Kohärenz in einen Zustand der korrelierten z-Ordnung überführt wird,
  • - daß im Zeitintervall (τHS) zwischen dem dritten Hochfrequenz-Impuls (13) und dem vierten Hochfre­ quenz-Impuls (14) ein dephasierender Gradienten- Magnetfeld-Impuls (15) auf die Probe (30) ausgeübt wird,
  • - daß der vierte Hochfrequenz-Impuls (14) ein für die Kerne der ersten Gruppe (CH3) selektiver, weicher Impuls ist und derart eingestellt wird, daß der Zustand der korrelierten z-Ordnung wieder in einen Zustand der Einquanten-Kohärenz der Kerne der ersten Gruppe (CH3) überführt wird, und
  • - daß alsdann das Resonanzsignal der Kerne der ersten Gruppe (CH3) detektiert wird.
1. A method for recording nuclear magnetic resonance spectra of samples with at least two groups (CH 3 , CH) of nuclei of the same type of nucleus, whose chemical shift essentially coincides, the sole representation of the signal of the first group (CH 3 ), the signal of the second group (CH) is suppressed, characterized in that
  • that a pulse sequence of four high-frequency pulses, preferably 90 ° high-frequency pulses ( 10 , 12 , 13 , 14 ), is radiated onto the sample,
  • - that the first high-frequency pulse ( 10 ) is a soft pulse that is selective for the cores of the first group (CH 3 ),
  • - That the second radio frequency pulse ( 12 ) is a selective, soft pulse for the cores of the second group (CH) and is set such that the magnetizations of the cores of the first group (CH 3 ) and the second group (CH) at least partially converted to a state of multi-quantum coherence,
  • - That in immediate succession after the second high-frequency pulse ( 12 ), the third high-frequency pulse ( 13 ) is irradiated as at least one hard pulse on the sample and set such that the multi-quantum coherence in a state of the correlated z-order is transferred
  • - That in the time interval (τ HS ) between the third high-frequency pulse ( 13 ) and the fourth high-frequency pulse ( 14 ) a dephasing gradient magnetic field pulse ( 15 ) is exerted on the sample ( 30 ),
  • - That the fourth high-frequency pulse ( 14 ) for the nuclei of the first group (CH 3 ) is selective, soft pulse and is set such that the state of the correlated z-order again in a state of single-quantum coherence of the nuclei first group (CH 3 ) is transferred, and
  • - That the resonance signal of the nuclei of the first group (CH 3 ) is then detected.
2. Verfahren zur Aufnahme von Kernresonanzspektren von Proben mit mindestens zwei Gruppen (CH3, CH) von Kernen derselben Kernart, deren chemische Verschiebung im wesentlichen übereinstimmt, wobei zur alleinigen Dar­ stellung des Signals der ersten Gruppe (CH3) das Signal der zweiten Gruppe (CH) unterdrückt wird, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß eine Impulsfolge von vier Hochfrequenz-Impulsen, vorzugsweise 90°-Hochfrequenz-Impulsen (10, 12, 13, 14) auf die Probe eingestrahlt wird,
  • - daß der erste Hochfrequenz-Impuls (10) ein für die Kerne der ersten Gruppe (CH₃) selektiver, weicher Impuls ist,
  • - daß der zweite Hochfrequenz-Impuls (12) ein für die Kerne der zweiten Gruppe (CH) selektiver, weicher Impuls ist und derart eingestellt wird,
  • - daß die Magnetisierungen der Kerne der ersten Gruppe (CH₃) und der zweiten Gruppe (CH) mindestens teilweise in einen Zustand der Mehrquanten-Kohärenz überführt werden,
  • - daß in unmittelbarer Folge nach dem zweiten Hoch­ frequenz-Impuls (12) der dritte Hochfrequenz-Impuls (13) als mindestens ein harter Impuls auf die Probe eingestrahlt und derart eingestellt wird, daß die Mehrquanten-Kohärenz in einen Zustand der korrelierten z-Ordnung überführt wird,
  • - daß im Zeitintervall (τHS) zwischen dem dritten Hochfrequenz-Impuls (13) und dem vierten Hochfre­ quenz-Impuls (14) ein dephasierender Gradienten- Magnetfeld-Impuls (15) auf die Probe (30) ausgeübt wird,
  • - daß der vierte Hochfrequenz-Impuls (14) ein für die Kerne der zweiten Gruppe (CH) selektiver, weicher Impuls ist und derart eingestellt wird, daß der Zustand der korrelierten z-Ordnung über Polarisationstransfer von den Kernen der ersten Gruppe (CH3) in einen Zustand der Einquanten- Kohärenz der Kerne der zweiten Gruppe (CH) überführt wird, und
  • - daß alsdann das Resonanzsignal der Kerne der ersten Gruppe (CH₃) detektiert wird.
2. Method for recording nuclear magnetic resonance spectra of samples with at least two groups (CH 3 , CH) of nuclei of the same type of nucleus, the chemical shift of which essentially coincides, the sole representation of the signal of the first group (CH 3 ) the signal of the second group (CH) is suppressed, characterized in that
  • that a pulse sequence of four high-frequency pulses, preferably 90 ° high-frequency pulses ( 10 , 12 , 13 , 14 ), is radiated onto the sample,
  • - That the first high-frequency pulse ( 10 ) is a selective, soft pulse for the cores of the first group (CH₃),
  • - That the second high-frequency pulse ( 12 ) is a selective, soft pulse for the cores of the second group (CH) and is set in such a way
  • - That the magnetizations of the nuclei of the first group (CH₃) and the second group (CH) are at least partially converted into a state of multi-quantum coherence,
  • - That in immediate succession after the second high-frequency pulse ( 12 ), the third high-frequency pulse ( 13 ) is irradiated as at least one hard pulse on the sample and set such that the multi-quantum coherence in a state of the correlated z-order is transferred
  • - That in the time interval (τ HS ) between the third high-frequency pulse ( 13 ) and the fourth high-frequency pulse ( 14 ) a dephasing gradient magnetic field pulse ( 15 ) is exerted on the sample ( 30 ),
  • - That the fourth high-frequency pulse ( 14 ) is a selective, soft pulse for the cores of the second group (CH) and is set such that the state of the correlated z-order via polarization transfer from the cores of the first group (CH 3 ) is converted into a state of single quantum coherence of the nuclei of the second group (CH), and
  • - That then the resonance signal of the cores of the first group (CH₃) is detected.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Probe eine Lactat-Probe oder eine Ethanol-Probe ist. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the sample is a lactate sample or an ethanol sample is.   4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Hochfre­ quenz-Impuls (10) eine x-Phase, der zweite Hochfrequenz- Impuls (12) eine y-Phase, der dritte Hochfrequenz-Impuls (13) eine y-Phase und der vierte Hochfrequenz-Impuls (14) wiederum eine x-Phase aufweist.4. The method according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the first high-frequency pulse ( 10 ) an x-phase, the second high-frequency pulse ( 12 ) a y-phase, the third high-frequency pulse ( 13 ) has a y phase and the fourth high-frequency pulse ( 14 ) in turn has an x phase. 5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der zeitlichen Mitte zwischen dem ersten und dem zweiten Hochfrequenz- Impuls (10, 12) ein erster 180°-Hochfrequenz-Impuls (11) auf die Probe eingestrahlt wird.5. The method according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that in the middle of the time between the first and the second high-frequency pulse ( 10 , 12 ) a first 180 ° high-frequency pulse ( 11 ) is radiated onto the sample becomes. 6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem vierten Hochfrequenz-Impuls (14) ein zweiter 180°-Hochfrequenz- Impuls (17) auf die Probe eingestrahlt wird.6. The method according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that after the fourth high-frequency pulse ( 14 ), a second 180 ° high-frequency pulse ( 17 ) is radiated onto the sample. 7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise zur volumenselektiven Darstellung die Probe einer Folge von Gradienten-Magnetfeld-Impulsen unterschied­ licher Koordinatenrichtung (x, y, z) ausgesetzt wird und daß mindestens ein Hochfrequenz-Impuls (11, 13, 17) scheibenselektiv eingestellt wird.7. The method according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that the sample is exposed to a sequence of gradient magnetic field pulses of different coordinate direction (x, y, z) in a known manner for volume-selective display and that at least a high-frequency pulse ( 11 , 13 , 17 ) is set disc-selectively. 8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitintervall zwischen dem ersten Hochfrequenz-Impuls (10) und dem zweiten Hochfrequenz-Impuls (12) gleich einem ungerad­ zahligen Vielfachen des Kehrwertes des Zweifachen der Kopplungskonstanten (J) zwischen der ersten Gruppe (CH3) und der zweiten Gruppe (CH) bemessen wird. 8. The method according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that the time interval between the first high-frequency pulse ( 10 ) and the second high-frequency pulse ( 12 ) is equal to an odd multiple of the reciprocal of twice the coupling constant (J ) between the first group (CH 3 ) and the second group (CH). 9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise eine bildgebende Darstellung durchgeführt wird.9. The method according to one or more of claims 7 or 8, characterized in that in known per se Way an imaging is performed.
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