FI78988B

FI78988B - Selektivt foerfarande och anordning foer utfoerande av lokaliserad nmr-spektroskopi.

Info

Publication number: FI78988B
Application number: FI833219A
Authority: FI
Inventors: Paul Arthur Bottomley
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 1982-10-15
Filing date: 1983-09-08
Publication date: 1989-06-30
Also published as: US4480228A; FI833219A; JPS59107246A; FI78988C; EP0106226A2; FI833219A0; IL69904A0; EP0106226B1; JPH0350535B2; EP0106226A3; IL69904A; DE3381380D1

Description

78988

SELEKTIIVINEN MENETELMÄ JA LAITTEISTO PAIKALLISTETUN NMR-SPEKTROSKOPIAN SUORITTAMISEKSI - SELEKTIVT FÖRFARANDE OCH ANDORDNING FÖR UTFÖRANDE AV LOKALISERAD NMR-SPEKTROSKOPI

Keksinnön tausta

Keksintö kohdistuu spektroskooppisiin menetelmiin, joissa käytetään ydinmagneettista.resonanssia (NMR). Yksityiskohtaisemmin keksintö kohdistuu menetelmiin suorittaa avaruus-tilassa paikallistettua NMR kemiallista muutosspektroskopiaa.

Atomiytimet, joilla on magneettimomentit staattisessa magneettikentässä B . värähtelevät tai kiertävät kentän B ak- o o selin ympäri NMR (Larmor) jaksoluvulla u), jonka antaa yhtälö «Λ- )f-Bc (1) jossa on gyromaattinen suhde! vakio kullekin NMR isotoopille. Jaksoluku, jolla ytimet kiertävät on ensi sijassa riippuvainen magneettikentän BQ voimakkuudesta, ja kasvaa kenttävoimakkuuden kasvaessa. Kemiallisia muutoksia esiintyy, missä samantyyppisen resonoivan ytimen NMR jaksoluku annetussa on erilainen erilaisten magneettisten ympäristöjen vuoksi, jotka aiheutuvat eroista niiden kemiallisessa ympäristössä. Esimerkiksi elektronit peittävät osaksi ytimen syötetyltä magneettikentältä ja täten vaikuttavat sen resonanssi jaksolukuun. Elektronien aikaansaaman suojauksen aste riippuu ytimen ympäristöstä, ja täten kemiallisen muutoksen spektri annetulla molekyylillä on ainut laatuaan ja sitä voidaan käyttää identifioinnissa. Koska resonanssijaksoluku, ja siten absoluuttinen kemiallinen muutos, on riippuvainen syötetyn kentän voimakkuudesta, kemiallinen muutosspekt-ri on ilmaistu resonanssijaksoluvun murtolukumuutoksena miljoonasosina (ppm) verrattuna mielivaltaiseen vertailuseokseen. Asian valaisemiseksi, kemiallisen muutoksen määrä on noin 10 2 78988 1 31 ppm protoneille ( H),30 ppm fosforille ( P), ja 200 ppm 13 hiilelle ( C). Tarkoituksella erottaa tällaiset pienet kemialliset muutokset, kentän BQ homogenisuuden täytyy ylittää erot spektrin huippujen kemiallisisssa muutoksissa ja se on tyypillisesti paljon parempi kuin 1 miljoonasosa (1 ppm),

Konventionaalisissa NMR spektroskopioissa, kemiallisesti muutetut signaalit on havaittu koko NMR näytteestä, joka sijaitsee alueella, jolle NMR kela on herkkä. Tämän οίτ-lessa riittävää tutkittaessa homogeenisen näytteen kemiallista struktuuria, normaalien ja epänormaalien olosuhteiden erottaminen biologisessa tai lääketieteellisessä diagnostiikan soveltamisissa, on tärkeää avaruudessa erottaa signaalikomponentit. Esimerkiksi fosfori on kehossa sir· toutuneena päämolekyyleihin aineenvaihdunnan sisällä. Fcst forin spektriviivojen amplitudien paikallinen mittaus voisi hankkia suoran ja ainutkertaisen mitan soluenergiasta ja kudoksen terveydentilasta tutkittavalla alueella.

Viime aikoina on käytetty pintakela-r, paikallinen ja herkv käpintamenetelmiä suorittamaan paikallisia kemiallisen muur ! toksen spektroskopioita. Kaikilla näillä tekniikoilla on rajoituksena, Pintake.laspektroskopiassa tasainen NMR vas-r taanotin/lähetin kela sijaitsee mielenkiinnon kohteena olevan näytteen alueella, Pintakelan avaruusherkkyys on kuitenkin rajoittunut kelan kehää vastassa olevaan tilaan ja säteen syvyyteen kelan keskipisteestä, Joku muutos syvyy-r dessä on mahdollista muuttamalla NMR pulssin pituuksia, mutta skannaus vaatii tyypillisesti kelan käsin siirtoa ja sen uudelleen viritystä. Lisäksi herkän alueen koko on rajoitettu kelan halkaisijalla ja kelalyijyjen odottamattomilla vaikutuksilla NMR signaaliin. Paikallisessa NMR:ssä mag^· neettikenttägradientit syötetään synnyttämään kentän, joka on homogeeninen vain pienellä määrätyllä alueella, joka kes- 3 78988 kittyy mielenkiintoalueeseen. Mikäli NMR signaali on havaittu gradienttimagneettikentän läsnäollessa esiintyy jonkin verran spektrin levenemistä ja siitä johtuvia spektrin hajautuman häviöitä. Muut mielenkiintoalueet voidaan skan-nata liikuttamalla näytettä läpi tilan, vähemmän kuin sopiva tai vaikuttava keino. Avaruuspaikallistaminen herkän pisteen menetelmässä saavutetaan syöttämällä kolme kohtisuoraa, ajasta riippuvaa lineaarista gradienttimagneettikent-tää tiiviisti lähekkäin sijoitettujen vaihemuutettujen radio-jaksoluku (RF) magnetointipulssien jatkuvan sarjan läsnäollessa, Ajasta riippuva NMR signaalikomponentti lähtien herkän pisteen ulkopuolelta on siirretty alipäästösuodattimel-la, jättäen vain ajasta riippuvan signaalin, joka lähtee vain herkästä pisteestä. Tämä signaali Fourier muunnettuna ottaen huomioon tiedon hankinta-ajan tuottaa kemiallisen muu-tosspektrin. Herkkä piste on skannattu poikki näytteen muuttamalla virtojen suhdetta sopivassa gradienttikelasarjassa.

' Kiistanalainen piirre tässä menetelmässä on ristiriitainen vaatimus ajasta riippuvista kentistä mielenkiintotilan ulkopuolella, kun taas herkän tilan sisällä vaaditaan ajasta riippumaton kenttä. Näissä olosuhteissa herkän tilan spekt«r rit ovat keinotekoisesti levennetyt ja sisältävät sivukais-tatyyppisiä virheitä, jotka taas vahingollisesti pienentävät spektrijakautumaa.

Lisäksi keksinnön kohteena on aikaansaada parannetut menetelmät paikallisen spektroskopian suorittamiseksi, jossa herkkä tila on valittu elektronisesti ilman osien tai tukien siirtä^-mistä ja joka minimoi spektrin vääristymisen.

Keksinnön toinen kohde on aikaansaada parannetut spektrosko-r ; piaraenetelmät, joissa herkän tilan asemasarja on valittavis sa ilman rajoituksia.

Lisäksi on vielä keksinnön kohteena aikaansaada parannetut paikallisen NMR spektroskopian menetelmät, joissa NMR signaa- 4 78988 li tai vapaa induktiovaimennus (PID) on havaittu magneetti-kenttägradienttien poissaollessa, joita on käytetty avaruus-paikantamiseen, täten välttäen spektrilinjan levenemisen ja häiriöt spektrihajautumassa.

Yhteenveto keksinnöstä

Paikallinen NMR kemiallinen muutosspektroskopia on suoritettu käyttämällä selektiivistä säteilyttämistä ensiksi eristämään ydinspintason NMR näytteessä, joka sijaitsee homogeenisessä magneettikentässä. Sen jälkeen RP magnetointipulssit syötetään magneettikenttägradienttien läsnäollessa edelleen paikallistamaan NMR signaalin herkkään tilaan tason sisällä. NMR signaali herkästä tilasta havaitaan magneettikenttägradienttien poissaollessa ja tuottaa Fourier muuntamisella paikallisen kemiallisen muutosspektrin.

Lyhyt selostus piirustuksista

Keksinnön tunnusmerkit, joiden uskotaan olevan uusia on pantu esille yksityiskohtaisesti liitteenä olevissa patenttivaatimuksissa. Kuitenkin itse keksintö sekä organisoinniltaan että toimintamenetelmiltään, yhdessä sen lisäkohteiden ja niiden ! etujen kanssa, voidaan parhaiten ymmärtää viittaamalla seuraa- vaan selostukseen yhdessä liitteenä olevien piirustusten kanssa, joissa:

Kuva la esittää NMR näytteen, joka sijaitsee staattisessa magneettikentässä ja jossa on selektiivisen säteilyttämisen määrittämä : avaruustila;

Kuva Ib esittää tasotilaa, jossa on herkkä tila paikallistettu-: . na sen sisälle käyttämällä keksinnön mukaista pulssisarjaa kuvas- !i' sa 2; 5 78988

Kuva le on samanlainen kuin kuva Ib, mutta esittää herkkää tilaa, joka on valittu käyttämällä keksinnön mukaista pulssisar-jaa kuvassa 3;

Kuva 2 esittää keksinnön mukaista NMR pulssisarjaa, jossa se- /· lektiivistä kyllästyspulssia on käytetty määrittämään tasoillan;

Kuva 3 esittää toisen keksinnön mukaisen NMR pulssisarjän, jossa selektiivistä 90° RF pulssia on käytetty määrittämään ta-sotilan;

Kuva 4 esittää yksinkertaisettua blokkikaaviota NMR kuvauslaitteiden suuremmista komponenteista, jotka sopivat tuottamaan kuvissa 2 ja 2 esitetyt NMR pulssisarjät;

Kuva 5a esittää RF kelamuotoa käytettäväksi geometrioilla, joille näytetila on kohtisuorassa staattista magneettikenttää vastaan;

Kuvat 5b ja 5c esittävät RF kelamuotoja, jotka sopivat magneet-tigeometrioille, joille näytetilan akseli on samansuuntainen staattisen magneetikentän kanssa;

Kuva 6a esittää kelasarjaa, joka sopii tuottamaan Gx gradientin; ja

Kuva 6b esittää kelamuodon, joka sopii G gradientin tuottami-

CJ

seen.

Keksinnön yksityiskohtainen selostus

Keksinnön mukaiset NMR pulssisarjat, jotka on esitetty kuvissa ;:· 2 ja 3 ymmärretään parhaiten aluksi viitaten kuviin la, Ib ja "? le. Kuva la esittää NMR näytettä 100, joka sijaitsee staatti sessa homogeenisessa magneettikentässä Bq suunnattuna positii- 6 78988 visen Z-akselin suuntaan suorakulmaisessa koordinaattijärjestelmässä. Z-akseli on valittu olemaan samansuuntainen näytteen 100 pitkän tai sylinterimäisen akselin 104 kanssa. Koordinaatti järjestelmän origo on otettu olemaan näytteen keskipiste, joka on myös tasolaatan 102 keskipisteenä valittu selektiivisen sätielyttämisen periaatteella magneetitkenttägradien-tin läsnäollessa, kuten jäljempänä selostetaan. Kuvat Ib ja le kumpikin kuvaavat viipaletta 102, johon on rajoitettu herkkä tila 106 paikallistettuna käyttämällä keksinnön mukaista kuvien 2 ja 3 pulssisarjaa, vastaavasti, joita selostetaan jäljempänä. Haluttu NMR signaali, joka sisältää halutun spektrokoop-pisen informaation, saa alkunsa herkästä tilasta 106.

On edelleen edullista keksinnön ymmärtämiselle ottaa huomioon, että jokaisessa pulssisarjassa NMR näyte on sijoitettu staattiseen kenttään BQ, joka siksi on jätetty pois NMR pulssisarjoja esittävistä kuvista. ·

Lisäksi., jokaisessa oulssisarjassa magneettikenttägradientit ovat välttämättömiä aikaansaamaan NMR signaalin avaruuspaikan-tamisen kuvien Ib ja le tilan 106 keskukseen. Tyypillisesti tarvitaan kolme tällaista gradienttia: ex(t) = 9B0/3x (2)

Vt)= <3) * : Gradientit Gv, G„ ja G„ ovat vakioita läpi koko tilan 100, mut- χ y z ta niiden suuruudet ovat tyypillisesti ajasta riippuvia. Gra-dientteihin liittyvät magneettikentät on vastaavasti merkitty bx, by ja bz, missä bx=Gx^x (5) by=Gy(t)y (6) bz=Gz(t)z (7) 7 78988 tilan sisällä.

RP magneettikenttäpulssit on suunnattu kohtisuoraan BQ kenttää vastaan ja niitä käytetään pitkin magneettikenttägradi-entteja magnetoimaan ominaiset ydinspinit resonanssiin. Näiden RF pulssien jaksoluku, joka tarvitaan indusoimaan resonanssia, on sama kuin yhtälöllä (1) määritetty Larmour jakso-luku. Kaksi yleisesti käytettyä RP magneettikenttäpulssia ovat 90° ja l8o° pulssit. 90° RF pulssi aikaansaa ydinmag-neettiset momentit kiertämään 90° akselin ympäri, joka on määritelty tuotetulla RP magneettikenttäverktorilla mainitussa suorakulmaisessa koordinaatistossa, joka vektori kiertää resonanssi jaksoluvulla kentän BQ suunnan ympäri suhteessa lk-boratorioviitetaulukkoon. Kiertävä kohtisuora koordinaatisto on merkitty merkeillä X"*, Y', Z', ollen Z'-akseli saman-suutainen laboratorioviitetaulukon Z-akselin kanssa. Täten, jos kentän BQ suunta on otaksuttu olevan positiivinen Z-akselin suunta laboratorion suorakulmaisessa koordinaattijärjes-: telmässä, 90° RF pulssi aiheuttaa ydinmagnetoinnin pitkin BQ:aa kiertymään poikittaiseen tasoon, joka määritetään X"-ja Y'-akseleilla, esimerkiksi. Samalla tavoin l80° RF pulssi aikaansaa ydinmagnetoinnin pitkin BQ:aa kiertymään l80° kentän Bq akselin ympäri (esim. psotiivisesta Z-^-akselin suun-; nasta negatiiviseen Z^-akselin suuntaan).

Edelleen on huomattava, että RF pulssit voivat olla selektiivisiä tai epäselektiivisiä. Selektiiviset pulssit on tyypillisesti moduloitu omaamaan ennalta määrätty jaksolukusisäl-- tö magnetoimaan ydinspinit, jotka sijaitsevat ennalta valituil- la alueilla näytettä, jonka magneettikentän voimakkuudet ovat yhtälön (1) mukaisia. Selektiiviset pulssit on tuotettu pai-/ kallisen magneettikentän gradienttien läsnäollessa. Epäselek- tiiviset pulssit tavallisesti haittaavat kaikkia ydinspinejä, jotka sijaitsevat RF pulssin lähetinkelan kentässä, ja ovat 8 78988 tyypillisesti suunnatut paikallistavien magneettikenttägra-dienttien poissaollessa.

Nyt viitataan kuvaan 2, joka esittää NMR pulssisarjan toteutusta suorittamaan paikallisen NMR spektroskopian. Aikavälillä 1, esitetty pitkin vaakasuoraa akselia kuvassa 2, ta-sotila 102 (kuva la) on eristetty kohtisuoraan Z-akselia vastaan ydinspinien selektiivisellä kyllästämisellä tilan 102 ulkopuolella olevilla näytteen alueilla. Tämä on toteutettu selektiivisen kyllästyspulssin avulla, joka on pitkä, voimakas, pyöristetty RP pulssi kestoltaan suunnilleen yhtä suuri kuin näytteen spin kidehilan relaksaatioaika (T-^) ja jaksolukukomponenttien ollessa valittu säteilyttämään koko näyte 100 (kuva la), lukuunottamatta valittua tasoa 102. Selektiivinen kyllästyspulssi on syötetty pulssigradienttimag-neettikentän G_ läsnäollessa, esitettynä pitkin pystyakselia tj kuvassa 2, suunnattuna Z-akselin suuntaan. Tällöin selektii-' visen sätielyttämispulssin käyttämisen NMR kuvauksen yhteydessä on ilmoitaanut A.N. Garroway, et.ai. Solid State Physics: ssä, Voi. 7, L ^75 (197*0·· Vaihtoehto (ei esitetty) selektiiviselle kyllästämiselle, joka tuottaa saman vaikutuksen tässä pulssisarjassa, on käyttää aikavälillä 1 selektiivistä 90° RF pulssia, jonka jaksolukukomponentit on valittu säteilyttämään koko näytteen 100 (kuva la), lukuunottamatta valittua tilaa 102 pulssimagneettikenttägradientin G„ läsnäol- lessa. Tässä vaihtoehdossa G on jätetty useita millisekun- z teja 90° pulssin loppumisen jälkeen tarkoituksella nopeasti vaihesiirtää ja hävittää NMR signaali, jonka keskus on taso-tilan 102 alapuolella.

Aikavälillä 3, aikavälin 2 noin millisekunnin tai pidemmän odotuksen jälkeen gradienttipulssivirtojen vaimentumisen sällipä miseksi, 90° selektiivinen magnetointipulssi syötetään posi- tiivisen Gy gradientin läsnäollessa suunnattuna positiivisen 9 78988 Y-akselin suuntaan magnetoimaan kaistan 108 ydinspinejä kohtisuorassa Y-akseliin nähden, kuten kuvassa Ib on esitetty. Tätä seuraa välittömästi aikavälillä 4 negatiivisen G gradientti-

V

pulssin syöttö, jonka integraali ajan suhteen (yli aikavälin 4) on yhtä suuri kuin puolet positiivisen G gradientin integraa-

V

lista (yli aikavälin 3), joka gradientti uudelleen vaiheistaa ydinspinit, joiden vaihe siirrettiin G gradientilla aikavälil- sf lä 3· Uudelleen vaiheistusvaikutus voidaan havaita signaali-amplitudin suurenemisella vapaan induktiovaimennuksen (PID) NMR signaalissa, joka on esitetty aikavälillä ^. Tämä NMR signaali saadaan yhtenäisestä spinien linjasta, joka on magne-toitu 90° RF pulssilla ja jota normaalisti ei havaita.

Aikavälien 5a ja 5b kuluessa gradientti G , suunnattuna posi- λ tiivisen X-akselin suuntaan, syötetään ja valitaan sellaiseksi, että integraali ajan suhteen gradientin aallonmuodosta yli aikavälin 5a on yhtä suuri kuin integraali gradientin aallonmuodosta yli aikavälin 5b varmistamaan sopivan ajoituksen spin-kaikusignaaleille. Ajan T kuluttua 90° RP pulssin keskimääräisestä syöttämisestä aikavälillä 3, selektiivinen 180° RP pulssi syötetään selektiivisesti kääntämään ydinspinit ennalta valitussa tilassa 106 pitkin liuskaa 110. Tällä tavalla NMR signaali yksinomaan tilasta 106 voidaan havaita spinkai-kuna aikavälillä b ajan T kuluttua selektiivisen l80° RP pulssin keskimääräisen syöttämisen jälkeen. Gx gradientti on annettu jatkuvana aikaväleillä 5a ja 5b tarkoituksella nopeasti vaihesiirtää NMR signaali ydinapineistä, jotka sijaitsevat pitkin linjaa 108 tilan 106 ulkopuolella estämään niiden ristiriidan halutun spinkaikusignaalin kanssa. Lisäksi ΰχ gradientti aikaväleillä 5a ja 5b vaikuttaa vähentävästi kaikien häiritsevien FID NMR signaalien vaikutuksiin halutulle spinkaiulle epätäydellisten l80° RP pulssien tähden, kuten on ilmoitettu ja patenttivaatimukset esitetty U.S. hakemuksessa sarja No. 39^,355, kirjattu heinäkuun 1. 1982, ja annettu tehtäväksi samalle valtuutetulle kuin tämä keksintö.

10 78988

Aikavälillä 6 havaitun spinkaikusignaalin Fourier muutaminen gradienttien poissaollessa tuottaa kemiallisen muutospektrin kemiallisista lajeista, jotka sijaitsevat valitussa herkässä tilassa. On huomattava, että spinkaikusignaali täytyy havaita niiden magneettikenttägradienttien poissaollessa, joita on käytetty avaruuspaikantamiseen. Tämä sen tosiasian vuoksi, että magneettikenttägradienttien ja kemiallisten muutosten vaikutus NMR signaaliin on samanlainen eikä voida erottaa ilman aikaisempaa tietoa joko avaruusrakenteesta tai kemiallisesta muutoksesta, päinvastoin keksinnön (t.s. kemiallisen muutosspektrin hankkiminen) kohteeseen nähden valitusta tilasta.

Kuvassa 2 esitetty pulssisarja on toistettu toistoperiodil-la, joka on verrattavissa T-^ieen valitun ti^an 106 näytteessä 100, ja peräkkäisten, spinkaikusignaalien keskiarvot on laskettu kunnes haluttu signaali-melu suhde on saavutettu.

T-^ relaksaatioperiodi biologiselle kudokselle on jaksoluvusta riippuvainen ja on luokkaa 100 millisekuntia -3 sekuntia jaksoluvuilla (esim. 60 MHz), joita käytetään NMR spektroskopiassa mutta tyypillisesti se on pienempi kuin 1 sekunti. Aikaväli on valittu niin, että tiedon hankintajakso (aikaväli 6) sattuu kyllästyspulssin jälkeiselle aikavälille, joka on lyhyt verrattuna näytteen T-^:een tarkoituksella minimoida valitun tasotilan 102 ulkopuolelta olevan NMR signaalin mahdollisuus avustaa havaittua signaalia (t.s. 2T<T1).

Spektroskooppisen tiedonkeräysprosessin tehokkuutta voidaan parantaa havaitsemalla spektri toisista valituista tiloista yksinkertaisen kyllästyssarjän jälkeen, joka käsittää kuvassa 2 aikaväleillä 1-4 esitetyt vaiheet. Tämä on suoritettu ' ' spinkaiun havaitsemisen jälkeen aikavälillä 6, muutamalla l80° pulssin jaksolukusisältöä aikaväleillä 5a ja 5b valit-semaan erilaisen herkän tilan 106. Tämä prosessi voidan toistaa kunnes T·^ relaksaatio prosessi tulee niin edistetyk- 11 78988 si, että tasotila 102 (kuva la), joka on rajattu selektiivisellä kyllästämisellä menettää tarkkarajaisuutensa.

Myöhemmin herkän tilan 106 (kuva Ib) paikantamista voidaan edistää toiseen paikantamiseen vaihtamalla 90° ja l80° RP pulssien RF jaksolukua seuraavia pulssisarjoja syötettäessä. Vaihtoehtoisesti, skannaus voidaan saavuttaa muuttamalla virtojen suhdetta gradienttikelaparin kummassakin puoliskossa (selostetaan seuraavassa) tuottamalla gradientti, joka on kohtisuorassa halutun skannaussuunnan kanssa. Tämä menetelmä voidaan ymmärtää parhaiten, jos otetaan huomioon, että gradient-tikelapari tuottaa magneettikentän, joka kasvaa lineaarisesti (kuten aikaisemmin huomattiin ) jostakin negatiivisesta magneettikenttäarvosta lähellä yhtä kelapuolikasta, jotka muodostavat gradienttikelaparin, johonkin positiiviseen arvoon lähelle toista kelapuolikasta. Kun virrat kummassakin kela-puolikkaassa ovat yhtä suuret, piste jossa magneettikentällä 'on nolla-arvo, on kelojen keskipisteessä edellyttäen, luonnollisesti, että kumpikin kelapuolikas on käämitty samalla tavoin. Virran suurenemisen seurauksena yhdessä kelapuolikkaassa ja pienenminen toisessa muuttaa pistettä, jossa magneettikentäl-'· lä on arvo nolla lähemmäksi sitä kelapuolikasta, jolla on pie nempi virta, täten muuttaen herkän tilan asemaa, kun jaksolu-kusisältö RP pulsseissa pidetään muuttumattomana. On huomattava, että se magneettikenttägraddentin piste, jolla on arvo nolla vastaa RP pulssien resonanssijaksolukua, kuten on esitetty yhtälössä (1), niin että pulssit vaikuttavat ydinspinei-hin, jotka sijaitsevat niiden läheisyydessä. Kolmas, vähem-:·. män toivottava vaihtoehto on skannata siirtämällä NMR näytet tä 100 paikallistettuun herkkään tilaan nähden.

Havaittujen spektrien amplitudit ovat T2:sta (spin-spin relak-saatioaika) riippuvaisia. Eri T2 komponentit voidaan valita vaihtelemalla aikaväliä T 90° ja 180° RF pulssien keskimäärä!- 12 78988 sen syötön välillä, tuotteen 2T< kuten edellä havaittiin. Kun aikavälin T pituutta on suurennettu, spektrin jokaisen komponentin amplitudi vaimenee eksponentiaalisella riippuvuudella sen aikaan T2 nähden. Täten T2 on laskettu jokaiselle spektrin huipulle merkitsemällä muistiin useita spektrejä, joilla on eri arvot ja piirtäen jokaisen huipun korkeus logaritmiasteikolle.

Kuva 3 esittää toista NMR pulssisarjaa paikallisen NMR spektroskopian suorittamiseksi, jota voidaan parhaiten arvioida viittaamalla myös kuviin la ja le.

Kuvan 3 aikavälillä 1 valitaan kohtisuorassa Z-akselia vastaan tasotila 102 (kuva la) syöttämällä selektiivinen 90° RP pulssi positiivisen G„ gradientin läsnäollessa. 90° RP pulssin syöttämistä seuraa aikavälillä 2 käännetyn G_ gradi-enttipulssin syöttäminen uudelleen vaiheistamaan ydinspinit kuten edellä on selostettu viittaamalla käännettyyn G gra- v dienttiin aikavälillä 4 kuvassa 2. Seuraten lyhyttä odotusta n. millisekunti aikavälillä 3 virtojen vaimenemisen sallimiseksi Gz gradienttikeloissa, syötetään G^ gradientti aika-väleillä ^a ja nopeasti vaihesiirtämään ja siten hävittämään FID signaalin (aikavälit 2 ja 3), jonka synnyttää 90° .· RP pulssi. Tämän FID:n tuottavat spinit, jotka sijaitsevat vain valitussa tilassa 102. Suunnilleen aikavälin *4a loppu-pisteessä, gradientin G ollessa päällä, syötetään selektii-vinen l80 RP pulssi kääntämään ydinspinit, jotka ovat valitulla linjalla 112 (kuva le) valitun tason 102 sisällä, joka r. linja 112 on kohtisuorassa Y-akselia vastaan. Linjan 112 si jainti tason sisällä on määritetty 180^ pulssin RF jaksoluku-sisällöllä.

Ydinspinien kääntämisen tarkoitus pitkin linjaa 112 on tuottaa spinkaikusignaali aikavälillä 5 seuraten l80° pulssia ai- 13 78988 kavälillä 4a ja 4b aikavälin T verran. Aikaväli T on olennaisesti yhtä suuri kuin aikaväli 90° ja l80° pulssien keskimääräisen syötön välillä. Spinkaikusignaali johtuu koko linjasta 112 tason sisällä ja sen vaihe siirtyy nopeasti Gx gradientin läsnäollessa, joka syötetään aikaväleillä 6a ja 6b. Signaalin Fourier muuntaminen aikavälillä 6a, tilapäisesti, antaa ydinspinien tiheysjakautuman pitkin koko linjaa 112.

Aikavälillä 5 esiintyvän spinkaikuvaimenemisen jälkeen, G

Λ gradientin ollessa päällä, syötetään toinen selektiivinen l80° RF pulssi ajan 2T verran 90° pulssin keskimääräisen syöttämisen jälkeen kääntämään kaikki ydinspinit pitkin linjaa 114 (kuva le), joka on kohtisuorassa X-akselia vastaan. Tämä toinen invertoiminen tuottaa kaksi kertaa enemmän spin-kaikusignaaleja. Ensimmäinen näistä esiintyy ajan 4T jälkeen 90° pulssista ja sen ensimmäistä puoliskoa heikentää Gx gra-dientti kuten aikavälillä 6b kuvassa 3 on esitetty. Tässä spinkaiussa oleva NMR signaali johtuu kaikista spineistä, '"· jotka ovat herkässä tilassa 106 (kuva le) valittujen linjo jen 112 ja 114 sisäosan pisteessä valitussa tasossa 102. Tämän spinkaikusignaalin aikavälillä 7 heikentämättömän osan Fourier muuntaminen, gradienttien poissaollessa, tuottaa ke-; miallisen muutosspektrin valitussa pisteessä 106 kuten on ha luttu.

Toinen spinkaiku (ei esitetty) esiintyy aikavälillä, joka on suurempi tai yhtäsuuri kuin 3T, l80° pulssin jälkeen aikaväleillä 6a ja 6b, missä 3T on myös viive 90° pulssin (aikavä-: : li 1) ja tämän 180° pulssin välillä. Tämän spinkaikusignaa-

Iin todellinen esiintyminen riippuu akkumuloituneesta kiihdytetystä vaihesiirrosta, joka esiintyy 90° pulssin ja vii-meisen l80° pulssin (aikavälit 6a ja 6b) välisellä aikavälillä G ja G gradienttien vuoksi. Tämä spinkaikusignaali joh-* y x ·; tuu spineistä, jotka ovat pitkin linjaa 114 miinus ne, jotka leikkaavat linjaa 112 valitussa herkässä tilassa 106. Spin- 14 78988 kaiku ei ole normaalisti esitetty, mutta sitä voidaan käyttää hankkimaan kuvausinformaatiota.

Kuten kuvassa 2 esitetyssä menetelmässä, G gradientin pi- «/ demmäksi ajaksi päälle jättämisen tarkoitus aikaväleillä 4a ja 4b kuvassa 3 ja G gradientin pidemmäksi ajaksi aikaväleillä 6a ja 6b kuvassa 3 on varmistaa sopiva spinkaiun ajoitus, valitun tilan 106 ulkopuolella olevista ydinspineistä tulevan NMR signaalin nopeaa vaihesiitämistä varten, j otta vältettäisiin niiden ristiriita halutun spinkaikusignaalin kanssa, ja pienennettäisiin minkä tahansa havaitulla spinkaiku-signaalilla olevan häiritsevän PID komponentin vaikutuksia, jotka johtuvat epätäydellisistä l80° RP pulsseista. Gx ja G gradientit ovat symmetrisiä aikaan nähden 180° RF pulssi- «7 en suhteen, jotka on syötetty niiden vastaavissa keskipisteissä. Toisin sanoen integraalit aikaan nähden jokaisen gradientin G ja G aallonmuodoista yli aikavälien 4a ja r.7 y x 6a, vastaavasti, on valittu olemaan yhtä suuria integraalien kanssa aikaan nähden näiden kahden gradientin aallonmuodoista yli aikavälien 4b ja 6b, vastaavasti.

··

Ajoitusparametreja säädettäessä aikavälin 3T 90° pulssin aikavälillä 1 (kuva 3) ja 180° pulssin aikaväleillä 6a ja 6b välisenä aikana täytyy olla sellainen, että sekunnin spin-kaiku (selostettu edellä) esiintyy riittävän pitkään spinkaiun jälkeen aikavälillä 7, kantaen kemiallista muutostie-toa, joka ei peitä ajanjaksoa (tyypillisesti 50-100 millisekuntia), jonka gikana tieto kerätään. Käytännössä tätä au-- tetaan G gradientin poissaollessa viimeisen l80° RF pulssin : jälkeen aikaväleillä 6a ja 6b, mikä varmistaa, että vaihe- siirron määrä, joka esiintyy 3T aikavälillä ennen viimeistä RF pulssia, on suurempi kuin uudelleen vaiheistus, joka esiintyy 3T aikavälillä viimeisen pulssin jälkeen, täten siirtäen is 78988 jäljemmäksi toisen spinkaikusignaalin esiintymistä.

Kuten pulssisarjassa kuvassa 2 Fourier muuntamisella hankittu spektri spinkaikusignaalista aikavälillä 7 voi lisäksi tuottaa ^2 informaation tai olla tehty Tj-riippuvaksi vaih-televilla aikaväleillä T (kuva 3)· informaatio voidaan hankkia tunnetulla inverio/talteen-otto menetelmässä, jossa kuvan 3 pulssisarjaa edeltää epä-selektiivinen l8o° RF pulssi tai adiabaattinen kiinteä ohimeno.

Herkän tilan 106 sijaintia (kuva le) voidaan edistää menetelmillä, jotka ovat olennaisesti identtisiä niiden kanssa, joista puhuttiin edellä kuvaan ob viitaten.

Kuvissa 2 ja 3, selektiiviset 90° ja l80° RF pulssit on kaaviollisesta esitetty viivoitettuina nelikulmioina. Käytännössä ne voivat olla Gaussin tai sin(bt)/(bt), missä b on vakio ja t on aika, muotoisisa amplitudimoduloituja RF pulsseja, joilla on RF jaksoluku, joka vastaa ydinspinien Larmor jaksolukua NMR näytteen halutussa alueessa gradienttien läsnäollessa.

Selektiivisten magnetointipulssien spektrin nauhaleveys täytyy valita riittävän leveäksi magnetoimaan kemiallinen muu-tosspektri kaikkien kemiallisten aineiden mielnkiintoalueel-ta. Täten, esimerkiksi, jos käytetään selektiivisiä pulsseja, joiden jaksoluvun nauhaleveys on liian kapea, tutkimaan fosforin kemiallista muutosspektriä esittäen lihasaineenvaih-duntaa, vain yksi laatu (kuten fosforikreatiini) voidaan havaita, kun taas muut laadut, kuten adenosiini trifostaatti, adenosiini difosfaatti, epäorgaaninen fosfaatti ja sokeri-; fosfaatti, voivat myös olla mielenkiintoisia.

i6 78988

Tavallisesti NMR näytteen osat, jotka sijaitsevat herkän tilan nurkassa, sisältävät kemiallisia aineita joiden kemialliset muutokset ovat sellaisia, että ne ovat selektiivisten pulssien magnetoimien jaksolukujen alueen ulkopuolella. Tällaiset kemialliset aineet eivät avusta havaittua spektriä, kun taas muut aineet samassa tilassa aikaansaavat avustamisen, täten vääristäen tuloksessa olevan spektrin. Tämä ei-toivottu vaikutus voidaan minimoida vähentämällä nurkan spi-nien suhteellista vaikutusta NMR spektriin. Tämä voidaan aikaansaada terävöittämällä selektiivisten pulssien magne-tointiprofiilia niin, että herkällä tilalla 106 (kuvat Ib ja le) on terävästi määrätyt rajat. Lopuksi RP pulssit voivat olla mielummin moduloituja signaalilla, jonka aallonmuo-to on sin (bt)/(bt), ja jonka magnetointiprofiili on suorakaiteen muotoinen.

, Lisäksi spektrin vääristymää esiintyy, jos käytetään Gaussin muotoisia RF pulsseja, magnetointijaksoluvun pyöristetyn muo-: don vuoksi. Tässä tapauksessa, käytettäessä 180° pulsseja, - herkän tilan osat ja raja-alueet todellisuudessa saavat mag- netoinnin, jossa on 90° komponentti siten että syntyy häiritseviä NMR signaaleja. Helpotusta häiritsevästä FID:stä saadaan käyttämällä pidennettyjä Gx ja Gy pulsseja kuten on huomattu. Kuitenkin on pidettävä huoli varmistuksesta, että havaittavien spektrijaksolukujen alue on hyvin FNHM:n (täysi leveys puoli maksimi) sisällä magnetointiprofiilissa. Jonkinlaista korjausta nurkkavääristymään saadaan kertomalla magnetoint iprofiilin funktion käänteisfunktiolla.

/ Vaikka gradientit Gy aikaväleillä 3 ja 4 (kuva 2) ja Gz aika väleillä 1 ja 2 (kuva 3) on kuvattu positiivisessa ja negatiivisessa puolisiniaaltona, niillä voi olla muita muotoja, kuten Gaussin käyrän tai suorakaiteen muoto. Suosituissa toteutuksissa integraali ajan suhteen vastaavan positiivisen 17 78988 gradienttipulssin aallonmuodosta on valittu olemaan pääasiassa yhtä suuri kuin kaksi kertaa integraali ajan suhteen vastaavasta negatiivisen gradienttipulssin aallonmuodosta.

Kuva 4 on yksinkertaistettu blokkikaavio NMR järjestelmän suuremmista komponenteista, jotka sopivat käytettäviksi tässä selostetun keksinnön ΝΓ-iR pulssisarjojen kanssa. Järjestelmä, kokonaismerkintä 400, on muodostettu pääasiassa pie- ' noistietokoneesta 401, joka on toiminnallisesti kytketty kiekkomuistiyksikköön 403 ja kytkinyksikköön 405· RF lähetin 402, signaalikeskiarvolaskin 404, ja gradienttien voi-mansyöttöyksiköt 406, 408 ja 410 energian antajina, vastaavasti G . G , G gradienttikeloille 4l6, 4l8 ja 420, on kyt-X y z ketty tietokoneeseen 401 kytkinyksikön 405 kautta.

RP lähetin 402 käsittää RP eskillaatorin, joka värähtelee halutulla Larmor jaksoluvulla. Jos herkkää tilaa skanna-taan RP pulssin vaihtelevilla jaksoluvuilla, tämä voidaan tehdä automaattisesti tietokoneesta käyttäen kaupasta saatavia ohjelmoitavia jaksolukusyntesoijia. Lähetin on suljettu pulssiverhokäyrällä tietokoneesta 401 tuottamaan RF pulssit, joilla on halutut modulaatiot magnetoimaan resonanssiin tutkittavassa kohteessa. RF pulssit valmistetaan RF voimavahvistimissa 412 tasoille, jotka vaihtelevat 100 wa-tista useisiin kilowatteihin, riippuen NMR menetelmästä, ja syötetään vastaanotinkelaan 424. Korkeampia voimatasoja tarvitaan suurille näytetilavuuksille, ja missä lyhytkestoisia pulsseja halutaan magnetoimaan suuria NMR jaksolukunau-haleveyksiä.

NMR signaali ilmaistaan vastaanottokelalla 426, vahvistetaan matalahälyisellä esivahvistimella 422, ja syötetään edelleen vahvistamista, ilmaisua ja suodatusta varten vastaanottimeen ie 78988 414. Signaali digitaalikoodataan siten keskiarvon laskemista varten signaalin keskiarvolaskimella 404 ja käsittelyä varten tietokoneella 401. Esivahvistin 422 ja vastaanotin 4l4 on suojattu RF pulsseilta lähetyksen aikana aktiivisella sulkemisella tai passiivisella suodatuksella.

Tietokone 401 aikaansaa sulun ja kehittää modulaation NMR pulsseille, salpaamisen esivahvistimelle ja RF voimavahvis-timelle, jännitteen aallonmuodot gradienttien vomansyötöil-le ja syöttää gradientit ja RF pulssien jaksoluvun skannauk-sen aikana. Tietokone suorittaa myös tiedon käsittelyn kuten Fourier muuntamiset, tiedon suodatuksen, ja varastotoi-minnat (joista kaikki ovat· minitietokoneiden konventionaali1 sesti suorittamia operaatioita ja siksi selostetut vain toiminnallisesti, supra).

Lähetin ja vastaaotin RF kelat voivat, haluttaessa, käsittää " yksinkertaisen kelan. Vaihtoehtoisesti voidaan käyttää kahta erillistä kelaa, jotka ovat sähköisesti kohtisuorassa toisiinsa nähden. ' Jälkimmäisellä muodolla on etuna rajoitettu RF pulssin pääsy vastaanottimeen pulssin lähettämisen aikana. Molemmissa tapauksissa kelojen kentät ovat kohtisuorassa staattisen magneettikentän BQ suuntaan nähden, jonka tuottaa magneetti 428 (kuva 4). Kelat on eristetty muusta järjestelmästä sulkemalla RF suojattuun koteloon. Kolme tyypillistä RF kelamuotoa on esitetty kuvissa 5a, 5b ja 5c. Kaikki nämä kelat tuottavat RF magneettikentät X-akselin suunnassa. Kuvissa 5b ja 5c kuvatut kelamuodot ovat sopivia magneettigeomet-: rioille, joille näytetilan akseli on samansuuntainen pääken- tän Bq (kuva la) kanssa. Kuvassa 5a esitetty muoto on käyttökelpoinen geometrioille, joille näytetilan akseli on kohtisuorassa pääkentän Bq akseliin nähden (ei esitetty).

Magneettikenttägradienttikelat 4l6, 418 ja 420 (kuva 4) ovat 19 78988 tarpeellisia tuottamaan gradientit G . G„ ja G_, vastaavas- x y z ti. Tässä selostetuss pulssisarjassa gradienttien tulee olla monotoonisia ja lineaarisia yli näytetilan. Ei-monotoo-niset gradienttikentät aikaansaavat degradaation NMR signaa-litiedossa, mikä tunnetaan nimellä aliasing, joka johtaa erilaisiin virheisiin. Epälineaariset gradientit aikaansaavat tietojen geometrisiä vääristymiä.

Gradienttikelojen muoto, joka sopii magneettigeometrioille näytetilan akselin ollessa yhdensuuntainen pääkentän BQ kanssa on kuvattu kuvissa 6a ja 6b. Jokainen gradienteista 0χ ja G on tuotettu sellaisella kelasarjalla kuin sarjat 300 ja 302 kuvassa 6a. Kuvassa 6a esitetyt kelasarjat tuottavat gradientin G . Kelasarjat G gradientin tuottamiseksi rt ^ on kierretty 90° näytetilan sylinterimäisen akselin 104 (kuva la) ympäri siihen kelaan nähden, joka tuottaa gradientin G ‘G gradientti synnytetään sellaisella kelaparilla kuin kelat 400 ja 402 kuvassa 6b. Jos herkkä tila on skan-nattu muuttamalla virtojen suhdetta gradienttikeloissa, jokaista puolikasta, esimerkiksi, 300 ja 302 kuvassa 6a ja 400 ja 402 kuvassa 6b, voidaan syöttää eri voimansyötöistä niin, että syötöt 406, 408 ja 410 kuvassa 4 voivat jokainen todellisuudessa muodostua kahdesta voimansyötöstä.

Edelläolevasta lienee käynyt selväksi, että keksinnön mukaisesti, on aikaansaatu menetelmät paikallistetun NMR spektroskopian suorittamiseksi, jossa herkkä tila on valittu elektronisesti, ja jossa herkän tilan sarjan paikat on valittavissa rajoituksetta, samalla välttäen spektriviivan levenemisen ja häviät avaruushajaantumassa.

Kun tämä keksintö on selostettu viitaten yksityiskohtaisiin toteutuksiin ja esimerkkeihin, muut muotoilut ja muunnelmat voivat johtua niiden mieleen, jotka ovat taitavia edellämainittujen opetusten näkökohtien taidoissa. Sen vuoksi on ym- 20 78988 märrettävää, että liitteenä olevien patenttivaatimusten tarkoitus voidaan toteuttaa muullakin tavoin kuin yksityiskohtaisesti on selostettu.

Claims

1. Menetelmä paikallisen NMR kemiallisen muutosspektroskopian suorittamiseksi, tunnettu seuraavista vaiheista: (a) NMR-näytteen paikantaminen homogeenisessa magneettikentässä, joka on suunnattu pitkin sen akselia; (b) mainitun NMR-näytteen säteilyttäminen ensimmäisellä RF-pulssilla ensimmäisen magneettikenttägradientin läsnäollessa eristämään ydinspinien enemmistön mainitun NMR-näytteen taso-laatassa ; (c) toisen RF-pulssin syöttäminen, jolla pulssilla on ennalta määrätty jaksolukusisältö, toisen magneettikenttägradientin läsnäollessa magnetoimaan mainittujen ydinspinien fraktion, jotka spinit sijaitsevat ennalta määrätyllä mainitun tasolaa-tan nauhamaisella alueella, joka on suunnattu kohtisuoraan mainitun toisen magneettikenttägradientin suuntaan nähden; (d) kolmannen RF-pulssin syöttäminen, jolla on ennalta määrätty jaksolukusisältö, kolmannen magneettikenttägradientin läsnäollessa kääntämään ydinspinit ennalta määrätyssä tilassa mainitussa nauhamaisessa alueessa, tuottaen mainitut käännetyt ydinspinit spinkaikusignaalin; ja (e) mainitun spinkaikusignaalin ilmaiseminen magneettikenttä-gradienttien poissaollessa niin, että mainitun spinkaikusignaalin Fourier muuntaminen tuottaa paikallisen kemiallisen muutosspektrin mainitusta ennalta määrätystä tilasta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se käsittää vaiheen (c) jälkeen magneettikenttägradientin syöttämisvaiheen, ollen gradientin suunta vastakkainen mainitun toisen magneettikenttägradientin suunnalle ja sen suuruuden fraktiolle, uudelleen vaiheistamaan mainitut ydinspinit, jotka sijaitsevat mainitussa nauhamaisessa alueessa.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu ensimmäinen RF-pulssi käsittää jaksolu-kupyöristetyn pulssin, jonka jaksolukukomponentit on valittu säteilyttämään mainitun näytteen lukuunottamatta mainitun 22 78988 tasolaatan aluetta, ja että mainitun ensimmäisen magneetti-kenttägradientin suunta on valittu olemaan sama kuin mainitun näytteen akselin suunta.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu toinen RF-pulssi käsittää selektiivisen 90° RF-pulssin, ja että mainitun toisen magneettikenttägradi-entin suunta on valittu suunnaltaan kohtisuoraksi mainitun näytteen akseliin nähden.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu kolmas RF-pulssi käsittää 180° selektiivisen pulssin, ja että mainittu kolmas magneettikenttägradi-entti on valittu olemaan suunnaltaan kohtisuorassa mainitun toisen magneettikenttägradientin ja mainitun näytteen akseliin nähden. i":

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu vaiheista: vaiheiden (a)-(e) sarjan toisto; ja mainitun 90° pulssin ja mainitun 180° pulssin välisen aikavä-! Iin vaihteleminen vaiheita (a)-(e) peräkkäin toistettaessa tuottamaan riippuvuuden mainitussa kemiallisessa muutos-spektrissä.

7. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitut 90° ja 180° pulssit molemmat käsittävät, vastaavasti, RF-pulssin amplitudimoduloituna omaamaan Gaussin muotoisen verhokäyrän.

8. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitut 90° ja 180° pulssit molemmat sisältävät, : : vastaavasti, RF-pulssin amplitudimoduloituna aallonmuodon (sin bt)/bt signaalilla, missä b on vakio ja t on aika.

9. Patenttivaatimuksen 1, 7 tai 8 mukainen menetelmä, tunnettu vaiheista: 23 78988 jaksolukusisällön muuttaminen ainakin yhdellä mainituista ensimmäisestä ja toisesta RF-pulssista; ja mainittujen vaiheiden (a)-(e) toistaminen hankkimaan spinkai-kusignaalin, jonka eri ennalta määrätyssä tilassa sijaitsevat ydinspinit tuottavat.

10. Patenttivaatimuksen 1, 7 tai 8 mukainen menetelmä, tunnettu vaiheista: virtojen suhteen muuttaminen ainakin yhdessä kelaparin kelassa tuottaen ainakin yhden mainituista magneettikenttägradien-teista; ja mainittujen vaiheiden (a)-(e) toistaminen, muuttamatta mainittujen RF-pulssien jaksolukua, hankkimaan spinkaikusignaa-lin, jonka eri ennalta määrätyssä tilassa sijaitsevat ydinspinit tuottavat.

11. Patenttivaatimuksen 1, 7 tai 8 mukainen menetelmä, tunnettu vaiheista: mainitun NMR-näytteen aseman muuttaminen mainitussa staattisessa magneettikentässä sen edelliseen asemaan nähden; ja mainittujen vaiheiden (b)-(e) toistaminen, muuttamatta mainittuja gradientteja ja muuttamatta mainittujen RF-pulssien jaksolukua, hankkimaan spinkaikusignaalin, jonka eri ennalta määrätyssä tilassa sijaitsevat ydinspinit tuottavat.

12. Menetelmä paikallisen NMR kemiallisen muutosspektroskopi-an suorittamiseksi, tunnettu vaiheista: (a) NMR-näytteen sijoittaminen homogeeniseen magneettikenttään suunnattuna pitkin sen akselia; (b) mainitun NMR-näytteen säteilyttäminen ensimmäisellä RF-pulssilla ensimmäisen magneettikenttägradientin läsnäollessa magnetoimaan enemmistön ydinspinejä mainitun NMR-näytteen tasolaatassa; (c) magneettikenttägradientin syöttäminen, jolla on vastakkainen suunta mainitun ensimmäisen magneettikenttägradientin suunnalle ja sen fraktio, uudelleen vaiheistamaan mainittu ydinspinien enemmistö; 24 78988 (d) toisen RF-pulssin syöttäminen toisen magneettikenttägra-dientin läsnäollessa kääntämään mainittujen ydinspinien fraktion, jotka sijaitsevat mainitun tasolaatan ensimmäisessä alueessa suunnattuina kohtisuoraan mainitun toisen magneetti-kenttägradientin suuntaa vastaan; (e) kolmannen RF-pulssin syöttäminen kolmannen magneettikent-tägradientin läsnäollessa kääntämään niiden ydinspinien enemmistön, jotka sijaitsevat mainitun tasolaatan toisessa alueessa suunnattuina kohtisuoraan mainitun kolmannen magneetti-kenttägradientin suuntaa vastaan siten, että mainitut ensimmäinen ja toinen alue peittävät toisensa muodostaen herkän tilan; ja (f) mainitussa herkässä tilassa olevien ydinspinien tuottaman ydinkaikusignaalin ilmaiseminen magneettikenttägradienttien poissaollessa, jolloin mainitun spinkaikusignaalin Fourier muuntaminen tuottaa paikallisen kemiallisen muutosspektrin mainitusta herkästä tilasta.

·; 13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen menetelmä, tunnet- t u siitä, että mainittu ensimmäinen RF-pulssi käsittää selektiivisen 90° pulssin, ja että mainitun ensimmäisen mag-neettikenttägradientin suunta on valittu olemaan sama kuin mainitun näytteen akselin suunta.

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että mainittu toinen RF-pulssi käsittää ensimmäisen selektiivisen 180° pulssin, ja että mainitun toisen mag-neettikenttägradientin suunta on valittu olemaan kohtisuorassa mainitun ensimmäisen magneettikenttägradientin suuntaan nähden.

15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että mainittu ensimmäinen RF-pulssi käsittää toisen selektiivisen 180° RF-pulssin, ja että mainitun kolmannen magneettikenttägradientin suunta on valittu olemaan kohtisuorassa mainitun toisen magneettikenttägradientin ja mainitun näytteen akselin suunnan kanssa. 25 7 8 9 8 8

16. Patenttivaatimuksen 15 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että vaiheita (a)-(f) toistuvasti syötettäessä aikaväliä mainitun 90° pulssin ja mainitun ensimmäisen 180° pulssin välillä vaihdellaan tuottamaan riippuvuuden mainitussa kemiallisessa muutosspektrissä.

17. Patenttivaatimuksen 15 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että se käsittää vaiheiden (a)-(f) toistuvan syötön aikana epäselektiivisen 180° RF-pulssin syöttövaiheen vaihtelevin aikavälein ennen vaihetta (b) tuottamaan riippuvuuden mainitussa kemiallisessa muutosspektrissä.

18. Patenttivaatimuksen 17 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että mainittu epäselektiivinen 180° RF-pulssi on korvattu adiabaattisella kiinteällä käytävällä.

19. Patenttivaatimuksen 15 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että mainitut 90° ja 180° pulssit kumpikin käsittävät, vastaavasti, RF-pulssin amplitudimoduloituna omaamaan Gaussin muotoisen verhokäyrän.

20. Patenttivaatimuksen 15 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitut 90° ja 180° pulssit kumpikin sisältävät, vastaavasti, RF-pulssin amplitudimoduloituna aallon-muodon (sin bt)/bt signaalilla, jossa b on vakio ja t on aika.

21. Patenttivaatimuksen 12, 19 tai 20 mukainen menetelmä, tunnettu vaiheista: ainakin yhden mainitun ensimmäisen, toisen ja kolmannen RF-pulssin jaksolukusisällön muuttaminen; ja mainittujen vaiheiden (a)-(f) toistaminen hankkimaan spinkai-kusignaalin, jonka eri herkistetyssä tilassa sijaitsevat ydinspinit ovat tuottaneet.

21 78988

22. Patenttivaatimuksen 12, 19 tai 20 mukainen menetelmä, tunnettu vaiheista: 26 78988 mainitun NMR-näytteen aseman muuttaminen mainitussa staattisessa magneettikentässä sen edelliseen asemaan nähden; ja mainittujen vaiheiden (b)-(f) toistaminen muuttamatta mainittuja gradientteja ja muuttamatta mainittujen RF-pulssien jaksolukua hankkimaan spinkaikusignaalin, jonka eri herkistetyssä tilassa sijaitsevat ydinspinit ovat tuottaneet.

23. Patenttivaatimuksen 12, 19 tai 20 mukainen menetelmä, tunnettu vaiheista: virtojen suhteen muuttaminen ainakin yhdessä kelaparin kelassa tuottamaan ainakin yhden mainituista magneettikenttägradi-enteista; ja mainittujen vaiheiden (a)-(f) toistaminen, muuttamatta mainittujen RF-pulssien jaksolukua hankkimaan spinkaikusignaalin, jonka eri ennalta valitussa tilassa sijaitsevat ydinspinit tuottavat.

24. Laitteisto paikallisen NMR kemiallisen muutosspektrosko-pian suorittamiseksi, tunnettu siitä, että se käsittää: (a) elimet NMR-näytteen paikantamiseksi homogeenisessa magneettikentässä, joka on suunnattu pitkin sen akselia; (b) elimet mainitun NMR-näytteen säteilyttämiseksi ensimmäisellä RF-pulssilla ensimmäisen magneettikenttägradientin läsnäollessa eristämään ydinspinien enemmistön mainitun NMR-näytteen tasolaatassa; (c) elimet toisen RF-pulssin syöttämiseksi, jolla pulssilla on ennalta määrätty jaksolukusisältö, toisen magneettikenttägradientin läsnäollessa magnetoimaan mainittujen ydinspinien fraktion, jotka spinit sijaitsevat ennalta määrätyllä mainitun tasolaatan nauhamaisella alueella, joka on suunnattu kohtisuoraan mainitun toisen magneettikenttägradientin suuntaan nähden; (d) elimet kolmannen RF-pulssin syöttämiseksi, jolla on ennalta määrätty jaksolukusisältö, kolmannen magneettikenttägradientin läsnäollessa kääntämään ydinspinit ennalta määrätyssä tilassa mainitussa nauhamaisessa alueessa, tuottaen mainitut käännetyt ydinspinit spinkaikusignaalin; ja 27 7 8 9 8 8 (e) elimet mainitun spinkaikusignaalin ilmaisemiseksi mag-neettikenttägradienttien poissaollessa niin, että mainitun spinkaikusignaalin Fourier muuntaminen tuottaa paikallisen kemiallisen muutosspektrin mainitusta ennalta määrätystä tilasta.

25. Patenttivaatimuksen 24 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että se käsittää elimet vaiheen (c) jälkeen mag-neettikenttägradientin syöttämiseksi, ollen gradientin suunta vastakkainen mainitun toisen magneettikenttägradientin suunnalle ja sen suuruuden fraktiolle, uudelleen vaiheistamaan mainitut ydinspinit, jotka sijaitsevat mainitussa nauhamaisessa alueessa.

26. Patenttivaatimuksen 25 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että mainittu ensimmäinen RF-pulssi käsittää jak-solukupyöristetyn pulssin, jonka jaksolukukomponentit on valittu säteilyttämään mainitun näytteen lukuunottamatta mainitun tasolaatan aluetta, ja että mainitun ensimmäisen magneettikenttägradientin suunta on valittu olemaan sama kuin mainitun näytteen akselin suunta.

27. Patenttivaatimuksen 26 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että mainittu toinen RF-pulssi käsittää selektiivisen 90° RF-pulssin, ja että mainitun toisen magneettikenttägradientin suunta on valittu suunnaltaan kohtisuoraksi mainitun näytteen akseliin nähden.

28. Patenttivaatimuksen 27 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että mainittu kolmas RF-pulssi käsittää 180° selektiivisen pulssin, ja että mainittu kolmas magneettikent-tägradientti on valittu olemaan suunnaltaan kohtisuorassa mainitun toisen magneettikenttägradientin ja mainitun näytteen akseliin nähden.

29. Patenttivaatimuksen 28 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että se käsittää elimet: vaiheiden (a)-(e) sarjan toistamiseksi; ja 28 78988 mainitun 90° pulssin ja mainitun 180® pulssin välisen aikavälin vaihtelemiseksi vaiheita (a)-(e) peräkkäin toistettaessa tuottamaan riippuvuuden mainitussa kemiallisessa muutos-spektrissä.

30. Patenttivaatimuksen 24 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että se käsittää elimet: jaksolukusisällön muuttamiseksi ainakin yhdellä mainituista ensimmäisestä ja toisesta RF-pulssista; ja mainittujen vaiheiden (a)-(e) toistamiseksi hankkimaan spin-kaikusignaalin, jonka eri ennalta määrätyssä tilassa sijaitsevat ydinspinit tuottavat.

31. Patenttivaatimuksen 24 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että se käsittää elimet: virtojen suhteen muuttamiseksi ainakin yhdessä kelaparin kelassa tuottaen ainakin yhden mainituista magneettikenttä-gradienteista; ja mainittujen vaiheiden (a)-(e) toistamiseksi, muuttamatta mainittujen RF-pulssien jaksolukua, hankkimaan spinkaikusignaa-lin, jonka eri ennalta määrätyssä tilassa sijaitsevat ydinspinit tuottavat.

32. Patenttivaatimuksen 24 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että se käsittää elimet: mainitun NMR-näytteen aseman muuttamiseksi mainitussa staattisessa magneettikentässä sen edelliseen asemaan nähden; ja mainittujen vaiheiden (b)-(e) toistamiseksi, muuttamatta mainittuja gradientteja ja muuttamatta mainittujen RF-pulssien jaksolukua, hankkimaan spinkaikusignaalin, jonka eri ennalta määrätyssä tilassa sijaitsevat ydinspinit tuottavat.

33. Laitteisto paikallisen NMR kemiallisen muutosspektrosko-pian suorittamiseksi, tunnettu siitä, että se käsittää : (a) elimet NMR-näytteen sijoittamiseksi homogeeniseen mag neettikenttään suunnattuna pitkin sen akselia; 29 78988 (b) elimet mainitun NMR-näytteen säteilyttämiseksi ensimmäisellä RF-pulssilla ensimmäisen magneettikenttägradientin läsnäollessa magnetoimaan enemmistön ydinspinejä mainitun NMR-näytteen tasolaatassa; (c) elimet magneettikenttägradientin syöttämiseksi, jolla on vastakkainen suunta mainitun ensimmäisen magneettikenttägradientin suunnalle ja sen fraktio, uudelleen vaiheistamaan mainittu ydinspinien enemmistö; (d) elimet toisen RF-pulssin syöttämiseksi toisen magneettikenttägradientin läsnäollessa kääntämään mainittujen ydinspinien fraktion, jotka sijaitsevat mainitun tasolaatan ensimmäisessä alueessa suunnattuina kohtisuoraan mainitun toisen magneettikenttägradientin suuntaa vastaan; (e) elimet kolmannen RF-pulssin syöttämiseksi kolmannen magneettikenttägradientin läsnäollessa kääntämään niiden ydinspinien enemmistön, jotka sijaitsevat mainitun tasolaatan toisessa alueessa suunnattuina kohtisuoraan mainitun kolmannen magneettikenttägradientin suuntaa vastaan siten, että mainitut ensimmäinen ja toinen alue peittävät toisensa muodostaen herkän tilan; ja (f) elimet mainitussa herkässä tilassa olevien ydinspinien tuottaman ydinkaikusignaalin ilmaisemiseksi magneettikenttä-gradienttien poissaollessa, jolloin mainitun spinkaikusignaa-lin Fourier muuntaminen tuottaa paikallisen kemiallisen muu-tosspektrin mainitusta herkästä tilasta.

34. Patenttivaatimuksen 33 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että mainittu ensimmäinen RF-pulssi käsittää selektiivisen 90° pulssin, ja että mainitun ensimmäisen magneettikenttägradientin suunta on valittu olemaan sama kuin mainitun näytteen akselin suunta.

35. Patenttivaatimuksen 34 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että mainittu toinen RF-pulssi käsittää ensimmäisen selektiivisen 180° pulssin, ja että mainitun toisen magneettikenttägradientin suunta on valittu olemaan kohtisuorassa mainitun ensimmäisen magneettikenttägradientin suuntaan nähden. 30 7 8 9 8 8

36. Patenttivaatimuksen 35 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että mainittu ensimmäinen RF-pulssi käsittää toisen selektiivisen 180° RF-pulssin, ja että mainitun kolmannen magneettikenttägradientin suunta on valittu olemaan kohtisuorassa mainitun toisen magneettikenttägradientin ja mainitun näytteen akselin suunnan kanssa.

37. Patenttivaatimuksen 36 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että vaiheita (a)-(f) toistuvasti syötettäessä aikaväliä mainitun 90° pulssin ja mainitun ensimmäisen 180° pulssin välillä vaihdellaan tuottamaan T2 riippuvuuden mainitussa kemiallisessa muutosspektrissä.

38. Patenttivaatimuksen 36 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että se käsittää elimet vaiheiden (a)-(f) toistuvan syötön aikana epäselektiivisen 180° RF-pulssin syöttövaiheen vaihtelevin aikavälein ennen vaihetta (b) riippuvuu-den tuottamiseksi mainitussa kemiallisessa muutosspektrissä.

39. Patenttivaatimuksen 38 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että mainittu epäselektiivinen 180° RF-pulssi on korvattu adiabaattisella kiinteällä käytävällä.

40. Patenttivaatimuksen 33 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että se käsittää elimet: ainakin yhden mainitun ensimmäisen, toisen ja kolmannen RF-pulssin jaksolukusisällön muuttamiseksi; ja ; mainittujen vaiheiden (a)-(f) toistamiseksi hankkimaan spin-kaikusignaalin, jonka eri herkistetyssä tilassa sijaitsevat ydinspinit ovat tuottaneet.

41. Patenttivaatimuksen 33 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että se käsittää elimet: mainitun NMR-näytteen aseman muuttamiseksi mainitussa staattisessa magneettikentässä sen edelliseen asemaan nähden; ja mainittujen vaiheiden (b)-(f) toistamiseksi muuttamatta mainittuja gradientteja ja muuttamatta mainittujen RF-pulssien 31 78988 jaksolukua hankkimaan spinkaikusignaalin, jonka eri herkistetyssä tilassa sijaitsevat ydinspinit ovat tuottaneet.

42. Patenttivaatimuksen 33 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että se käsittää elimet: virtojen suhteen muuttamiseksi ainakin yhdessä kelaparin kelassa tuottamaan ainakin yhden mainituista magneettikenttä-gradienteista; ja mainittujen vaiheiden (a)-(f) toistamiseksi, muuttamatta mainittujen RF-pulssien jaksolukua hankkimaan spinkaikusignaalin, jonka eri ennalta valitussa tilassa sijaitsevat ydinspinit tuottavat. 32 78988