FI78989C - Foerfarande foer att uppnao en tvao- eller tredimensionell bild av kemiska oevergaongar. - Google Patents

Description

78989

MENETELMÄ KAKSI- TAI KOLMIDIMENSIONAALISEN KUVAN HANKKIMISEKSI KEMIALLISISTA SIIRTYMISTÄ - FÖRFARANDE FÖR ATT UPPNÄ EN TVÄ- ELLER TREDIMENSIONELL BILD AV KEMISKA ÖVER-GÄNGAR

Keksinnön tausta

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

Atomiytimet, joilla on magneettimomontit sijaiten staattisessa magneettikentässä, BQ, värähtelevät tai kiertävät kentän Bq akselin ympäri NMR (Larmor) jaksoluvulla (i> , jonka antaa yhtälö ω=γΒο di jossa on gyromagneettinen 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 molekyylissä on erilainen erilaisten mag-neettisten ympäristöjen vuoksi, jotka aiheutuvat eroista niiden kemiallisessa ympäristössä. Esimerkiksi elektronit peittävät osaksi ytimen ulkoapäin syötetyltä magneetikentäl-tä ja täten vaikuttavat sen resonanssijaksolukuun. Elek-ronien aikaansaaman suojauksen aste riippuu ytimen ympäris-; töstä, ja täten kemiallisen muutoksen spektri annetulla mo- lekyylillä on ainut laatuaan ja sitä voidaan käyttää identifioinnissa, Koska resonanssijaksoluku, ja siten absoluuttinen kemiallinen muutos, on riippuvainen syötetyn kentän voimakkuudesta, kemiallinen muutos on ilmaistu resonanssi jaksoluvun murtolukumuutoksena miljoonasosina (ppm) 2 78989 verrattuna mielivaltaiseen vertailuseokseen. Asian valaisemiseksi, kemiallisen muutoksen määrä on noin 10 ppm protoneille (½) , 30 ppm fosforille (^P) , ja 200 ppm hiilel-13 le ( C). Tarkoituksella erottaa tällaiset pienet kemialliset muutokset, kentän Bq homogeenisuuden täytyy ylittää erot spektrin huippujen kemiallisissa muutoksissa ja se on tyypillisesti paljon parempi kuin 1 miljoonasosa (1 ppm).

Konventionaalisessa NMR spektroskopiassa, kemiallisesti muutetut signaalit on havaittu koko NMR näytteestä, joka sijaitsee alueella, jolle NMR kela on herkkä. Tämän ollessa riittävää tytkittaessa homogeenisen näytteen kemiallista struktuuria, normaalien ja epänormaalien olosuhteiden eorttaminen biologisessa tai lääketieteellisessä diagnostiikan soveltamisessa, missä näytteet ovat yleensä heterogeenisiä, on toivottavaa hankkia avaruustieto, joka koskee kemiallisesti muutettuja signaali komponentteja. Esimerkiksi fosfori on ke-'* hossa sitoutuneena päämolekyyleihin aineenvaihdunnan sisällä, Fosforin spektriviivojen amplitudien paikallinen mittaus voisi hankkia suoran ja ainutkertaisen mitan soluener-giasta ja kudoksen terveydentilasta tutkittavalla alueella.

Viime aikoina on käytetty pintakela*-, paikallinen ja herkkä-piste NMR menetelmiä suorittamaan paikallisia kemiallisen muutoksen spektroskopioita. Näitä menetelmiä on selostettu, vastaavasti julkaisuissa J.J.H, Ackerman et,ai,, Nature , Volume 283, sivu 167 (1980); R.E, Gordon et.ai.,

Nature, Volume 287, sivu 736 (1980); ja P,A, Bottomley, Journal of Physics E :Scientiflc Instruments, volume 14, sivu 1081 (1981). Kaikissa näissä menetelmissä tieto on kerätty yhdeltä paikalliselta alueelta kerrallaan niin/että useat paikalliset alueet täytyy havaita yksitellen tar-i koituksella saada riittävä avaruustieto koko kuvan muodos- ·. tamiseksi.

3 78989

Tehokkaampia tiedonkeräysmenetelmiä on ehdotettu, joissa NMR kuvaustieto on kerätty samanaikaisesti monesta pisteestä. Yksi esimerkki on selektiivisesti magnetoitu zengma-tografia menetelmä, jota P.C. Lauterbur on selostanut julkaisussa The Journal of the American Chemical Society, Vo- — ~ — — jj lume 97, sivu 6866 (1975). Toinen esimerkki on P spektroskooppinen zengmatografia menetelmä, jota P.Bendel et, ai. on selostanut julkaisussa The Journal of Magnetic Resonance, Volume 38, sivu 343 (1980) .

Menetelmä jonka Lauterbur et.ai, on ilmoittanut, perustuu NMR spintiheyskuvauksen projektion rekonstruktiomenetelmään. Tässä menetelmässä jokainen yksiulotteinen projektio hankitaan piste pisteeltä selektiivisesti magnetoimalla spintaso, joka on kohtisuorassa magneettikenttägradienttia vastaan, jonka asema on määrätty projektiokulmalla, NMR signaalin Fourier muuntaminen gradientin poissaollessa tuottaa kemiallisen muutosspektrin valitusta spintasosta ja vastaa yhtä pistettä projektiossa. Myöhemmät pisteet projektiossa on hankittu muuttamalla· päämagneettikentän voimakkuutta.

... Projektion täydentämiseksi gradientti on uudelleensuunnat·^· tu halutussa kuvaustasossa ja prosessi toistettu spektrin hankkimiseksi jokaiselle pisteelle kaikissa projektioissa. Lukuunottamatta luontaista RF kentän epähomogeenisuutta, jonka aiheuttaa vastaanotinkelan geometria, ei mitään valmistavia toimenpiteitä paikallistamista varten kolmannessa ulottuvuudessa ole tehty. Käytetyt selektiiviset magnetoin-tipulssit ovat amplitudimoduloituja (räätälintyönä) pitkään kestäviä pulsseja, jotka antavat kapeat magnetointinauhan-leveydet,

Bendelin et.ai. ilmoittama menetelmä pohjautuu myös projektioiden rekonstruoimiseen. Tarkoituksella saada kemiallisen muutosspektrin avaruusjakautuma' magneettikenttägradi-entit, ennalta määrätyssä projektiokulmassa, on syötetty, sillä aikaa kun NMR signaali on merkitty leventämään spektrin 4 78989 yksilöllisiä spektriviivoja, Monikertaprojektiot hankitaan muuttamalla projektiokulman suuntausta. Tämän menetelmän haitta on rajoitettu hajautuma, joka saadaan yksilöllisistä jokaisen yhdisteen projektioista suhteellisen heikon mag-neettigradienttikentän vuoksi, jota täytyy käyttää, jos käytetään voimakkaampia gradienttikenttiä, spektriviivat ovat niin levinneet, että ne ulottuvat sellaiselle alueelle, että kemiallinen muutosinformaatio on täysin menetetty. Yleensä tämä on myös syy miksi konventionaaliset NMR spintiheyden kuvausmenetelmät eivät pysty tuottamaan, kemiallisen muutoksen tietoa. Tällaisissa menetelmissä, NMR signaali havaitaan tyypillisesti vahvan gradienttikentän läsnäollessa, joka hankkii avaruusjakautumatiedon ydinspinien tiheydestä, mutta joka hävittää kemiallisen muutosspektrin. Gradienttien vaikutukset ja kemialliset muutokset NMR signaalille ovat samanlaisia eikä niitä voida erottaa ilman aikaisempaa tuntemusta joko avaruusstruktuurista tai kemiallisesta muutoksesi ta,

On siksi helposti arvioitavissa, että, vaikka tässä selostetuissa ja patenttivaatimuksissa esitetyissä menetelmissä on samanlaisuuksia erilaisiin NMR protoni kuvaustekniikkoihin nähden, on olemassa tärkeitä eroja, jotka ovat välttä-r mättömiä sen tosiasian perusteella, että NMR signaali (kun avaruussijaintitieto on hankittu) täytyy olla hankitty mag-neettikenttägradienttien poissaollessa. Lisäksi, kemiallis nen muutoskuvaus on viisi-ulotteinen probleema (kolme ava-ruusmuuttujaa, tiheys, ja kemiallinen muutos), joka on merkitsevästi tärkeämpi kuin NMR kuvaus, joka käsittää vain neljä muuttujaa (kolme avaruusmuuttujaa, plus tiheys)., Tästä johtuen keksinnön kohteena on aikaansaada menetelmät paikalliselle NMR kemialliselle muutoskuvaukselle,

Keksinnön toinen kohde on aikaansaada kemialliset muutosku- 5 78989 vausmenetelmät, joissa NMR signaali havaitaan magneettisten kenttägradienttien poissaollessa.

Lisäksi on keksinnön toinen kohden aikaansaada tehokas NMR kemiallinen muutoskuvaus, jossa tieto kerätään useasta näytealueesta samanaikaisesti pienentämään tiedon hankkimisaikaa.

Yhteenveto keksinnöstä

Kaksi- ja kolmiulotteinen NMR kemiallinen muutoskuvaus suoritetaan magnetoimalla resonanssiin ydinspinit, jotka sijaitsevat ennalta määrätyllä alueella NMR näytettä, joka sijaitsee staattisessa magneettikentässä. Tieto kemiallisen muutosspektrin avaruusjakautumasta on vaihekoodattu NMR signaaliin, jonka tuottavat magnetoidut ydinspinit syöttämällä vaihtelevan amplitudin magneettikenttägradienteil-le. NMR signaali havaitaan magneettikenttägradienttien poissaollessa. Havaitun NMR signaalin Fourier muuntaminen tuottaa information, kemiallisen muutosspektrin avaruus jakautumasta ennalta määrätyssä alueessa. Lisäksi tieto on hankittu toistamalla koe eri gradienttiamplitudeil-la.

Toisessa menetelmässä NMR kemiallisen muutoskuvauksen suorittamiseksi käyttäen monikulmaprojektion rekonstruointia, ydinspinit on ensin magnetoitu resonanssiin ennalta määrätyssä alueessa NMR näytettä, joka sijaitsee staattisessa magneettikentässä, NMR näyte on sitten säteilytetty selektiivisellä RF pulssilla magneettikenttägradientin läsnäollessa kääntämään ne magnetoidut ydinspinit, jotka sijaitsevat liuskamaisessa alueessa suunnattuna kohtisuoraan magneettikenttägradientin suuntaa vastaan. Käännetyt ydinspinit tuottavat NMR spinkaikusignaalin joka, Fourier muuntamisella, tuottaa kemiallisenmuutostiedon yhdessä pisteessä projektiossa, joka on suunnattu pitkin mangneettikenttä- 6 78989 gradientin suuntaa, Lisäpisteet on hankittu vaihtelemalla selektiivisen RF pulssin jaksolukusisältöä, kun taas lisäprojektiot on hankittu vaihtelemalla gradientin suuntaa.

Lyhyt selostus piirustuksista

Keksinnön luonteenomaiset piirteet, joiden uskotaan olevan uusia, on esitetty yksityiskohtaisesti liitteenä olevissa patenttivaatimuksissa. Itse keksintö on kuitenkin sekä toimintansa järjestelyyn ja menetelmään nähden, yhdessä lisäkohteiden ja niiden etujen kanssa, parhaiten ymmärrettävissä seuraavan selostuksen avulla yhdessä liitteenä olevien piirustusten kanssa, jotka esittävät:

Kuva 1 esittää NMR näytteen, joka sijaitsee staattisessa magneettikentässä ja jolla on tasotila, joka on rajoitettu siinä selektiivisellä säteilyttämisellä;

Kuvat 2a-2c kuvaavat keksinnön NMR pulssisarjoja, jotka sopivat hankkimaan vaihekoodatun kemiallisen muutoskuvauksen tiedot tasotilastaj

Kuvat 3a ja 3b kuvaavat keksinnön NMR pulssisarjoja, joissa kemiallisen muutoskuvauksen tiedot hankitaan tasotilasta monikulmaprojektion rekonstruoinnillaJ

Kuvat 4a ja 4b ovat samanlaisia kuin kuvat 2a-2c, mutta joissa lisä vaihekoodaus on hankittu kolmannessa suunnassa kemiallisen muutoskuvaustiedon hankkimiseksi samanaikaises-ti paksusta tasolaatasta\ •j· Kuva 5 esittää yksinkertaistettua blokkikaaviota NMR kuvaus laitteiden suuremmista komponenteista, jotka ovat sopivia tuottamaan kuvissa 2,’ 3 ja 4 esitetyt NMR pulssisarjät;

Kuva 6a esittää RF kelamuodon, joka sopii käytettäväksi 7 78989 geometrioiden yhteydessä, joille näytekammio on kohtisuorassa staattiseen magneettikenttään nähden;

Kuvat 6b ja 6c .esittävät RF kelamuotoja, jotka sopivat mag-neettigeometrioille, joille näytetilan akseli on samansuun-ainen staattisen magneettikentän kanssa;

Kuva 7a esittää kelasarjaa, joka on sopiva tuottamaan gra- dientit G ja G ; ja x y

Kuva 7 esittää kelamuodon, joka on sopiva tuottamaan G

z gradientin.

v. n v - v v ν'· '· · v \

Keksinnön yksityiskohtainen^ selostus

Kuvissa 2a-2c, 3a-3b ja 4a-4b esitetyt keksinnön NMR puis-sisar jät ymmärretään parhaiten, jos aluksi viitataan kuvaan 1, joka esittää NMR näytettä, joka sijaitsee staattisessa homogeenisessa magneettikentässä Bq' joka on suunnattu positiiviseen Z-akselin suuntaan suorakulmaisessa koordinaatistossa, Z^-akseli on valittu olemaan yhdenmukainen näytteen 100 pit-kän tai sylinterimäisen akselin 104 kanssa. Koordinaatti-järjestelmän origo on otettu olemaan näytteen keskipiste, joka on myös tasolaatan tai tilan 102 keskipiste, joka on valittu selektiivisen säteilyttämisen periaatteella mag-neettikenttägradienttien läsnäollessa,' kuten seuraavassa selostetaan.

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

Lisäksi jokaisessa pulssisarjassa magneettikenttägradien- 3 78989 tit ovat välttämättömiä aikaansaamaan NMR signaalin ava-ruuspaikantamisen kuvan 1 tasolaatan 102 ennalta määrättyjen alueiden keskukseen. Tyypillisesti tarvitaan kolme tällaista gradienttia:

Gx(t)= ä (2)

Gy (t)= Υ (3)

Gz(t)=0V^Z (4)

Gradientit G , G ja G ovat vakioita läpi koko tasotilan x y z 102, mutta niiden suuruudet ovat tyypillisesti ajasta riippuvia, Gradientteihin liittyvät magneettikentät on vastaavasti merkitty b , b ja b . missä x y z bx=Gx(t)x (5) by=Gy(t)y (6) b =G (t) z (7) z z tilan sisällä, RF magneettikenttäpulssit on suunattu kohtisuoraan Bq kenttää vastaan ja niitä käytetään pitkin magneettikenttägra-dientteja magnetoimaan ominaiset ydinspinit resonanssiin. Näiden RF pulssien jaksoluku, joka tarvitaan indusoimaan resonanssin, on sama kuin yhtälöllä (1) määritetty Larmor-jaksoluku, Kaksi yleisesti käytettyä RF magneettikenttä-pulssia ovat 90° ja 180° pulssit, 90° RF pulssi aikaansaa ydinmagneettiset momentit kiertämään 90° akselin ympäri, joka on määritelty tuotetulla RF magneettikenttävektoril-la mainitussa suorakulmaisessa koordinaatistossa, joka vektori kiertää resonanssijaksoluvulla kentän Bq suunnan ympäri, suhteessa laboratorioviitetaulukkoon. Kiertävä kohtisuo- 9 78989 ra koordinaattikehys on merkitty merkeillä X', Y", z', ollen Z'-akseli samansuuntainen Z-akselin kanssa suhteessa laboratorioviitetaulukkoon, Täten, jos kentän B suunta on otaksuttu olevan postitiivinen Z-akselin suunta laboratorion suorakulmaisessa koordinaattijärjestelmässä, 90° RF pulssi aiheuttaa ydinmagnetoinnin pitkin BQ:aa kiertymään poikittaiseen tasoon, joka määritetään X'- ja Y^-akseleilla, o esimerkiksi. Samalla tavoin 180 RF pulssi aikaansaa ydinmagnetoinnin pitkin BQ:aa kiertymään 180° positiivisesta Z'-akselin suunnasta negatiiviseen Zr-akselin suuntaan.

Edelleen on huomattava, että RF pulssit voivat olla selek-tiivisiä tai epäselektiivisiä, Selektiiviset pulssit on tyypillisesti moduloitu omaamaan ennalta määrättty jakso-lukusisältö magnetoimaan ydinspinit, jotka sijaitsevat ennalta valituilla alueilla näytettä, jonka magneettikentän voimakkuudet ovat yhtälön (1) mukaisia. Selektiiviset pulssit on tuotettu paikallisen magneettikentän gradienttien läsnäollessa, Epäselektiiviset pulssit tavallisesti haittaa-vat kaikkia ydinspinejä, jotka sijaitsevat RF pulssin lähe-tinkelan kentässä, ja ovat tyypillisesti suunnatut paikal-listavien magneettikenttägradienttien poissaollessa.

Nyt viitataan kuvaan 2a, joka esittää yhtä NMR pulssisar-*·'; jän toteutusta, joka sopisi aikaansaamaan muutoskuvauksen tasolaatasta 102 (kuva 1), Aikavälillä 1\ esitettynä pitkin kuvan 2a vaakasuoraa akselia, tasotilassa 102 olevat ydinspinit on selektiivisesti magnetoitu käyttämällä se-letitvistä 90° RF pulssia positiivisen magneettikenttägra-dientin G_ läsnäollessa, identifioituna pitkin pystysuo-raa akselia. Selektiivisen magnetoinnin jälkeen spinit *]' tilassa 102 pyörivät samalla jaksoluvulla, muuta oyat pois sa yaiheesta toistensa kanssa koska magnetointi esiintyy gradientin läsnäollessa, yaihedispersion vähentämiseksi syötetään negatiivinen G gradientti aikavälillä 2, Negatiivinen • ' z k G gradientti on valittu niin,' että sen integraali ajan

Z

10 78989 suhteen yli aikavälin 2 on yhtä suuri kuin suunnilleen puolet integraalista ajan suhteen positiivisesta G gradien-

Z

tista yli aikavälin .

Avaruustieto on vaihekoodattu vapaaseen induktiovaimennuk-seen (FID) NMR signaalin esiintyessä aikavälillä 3 syöttämällä aikavälillä 2 magneettikenttägradientit Gx ja G^, joilla on ηχ ja n^ amplitudi, vastaavasti, kuten kaaviol-lisesti on merkitty katkoviivoilla. Amplitudien ηχ ja n^ lukumäärä on valittu suhteessa avaruusmatriisin kokooon, johon tila 102 on jaettava. Esimerkiksi ηχ ja n^ voidaan molemmat valita yhtäsuureksi kuin 10, jossa tapauksessa matriisi käsittää 100 pistettä (n ’n ) , Yksi tie, jolla ava- x y ruustieto voidaan vaihekoodittaa F1D signaaliksi on valita yksi gradientti G :n n amplitudeista ja, syöttämällä peräk-käin pulssisarjoja, panna gradientti G läpi jokaisen n amplitudin, Tämän jälkeen valitaan toinen ηχ amplitudeista ja Gy pannaan jälleen sarjana läpi n amplitudin. FID signaali hankitaan Gx ja G^ gradienttiamplitudien jokaiselle kombinaatiolle. Avaruustieto on täten hankittu jokaiselle pisteelle 10x10 matriisissa.

· G gradientin syöttämisen tarkoitus on koodata avaruustie- to Y-akselin suunnassa panemalla sisään kierre ydinspinien orientoitumiseen integraalikertoluvulla 2^ yli näytteen 100 koko pituuden Y-akselin suunnassa. Ensimmäisen vaihekoo-dausgradientin syöttämisen jälkeen ydinspinit on kierretty yhden kierroksen kierteeksi. Jokainen gradientin G^ eri amplitudi tuottaa eri asteisen kierteen (vaihekoodaus). Käytännössä signaalien keskiaryot lasketaan useita kertoja ennen Gy gradientin syöttämistä tarkoituksella parantaa signaali-melu suhdetta, G gradientin amplitudin vaihtelu

* X

: tuottaa vaihekoodauksen X-akselin suunnassa.

Yksityiset FID signaalit on koottu (neliöimällä) aikavälillä 3 gradientin poissaollessa hankkimaan kemiallisen ker- 11 78989 rostiedon. Jokainen FID voi olla koottu 256 kertaa aikavälillä tg, esimerkiksi. Kuitenkin korkeampaa tai alempaa näytemäärää voidaan käyttää hankkimaan, vastaavasti, korkeamman tai alemman spektraalierittelyn. Täten tiedon-keräysprosessin täydentämisellä on havaittu 100 FID signaalia ja missä jokainen signaali on kerätty 256 kertaa tuottamaan 256 spektraalitietopistettä jokaiselle avaruus-matriisin 100 pisteelle.

Kemiallisten muutosten avaruusjakautumaa koskeva kuvaus-informaatio on hankittu tunnetulla kolmiulotteisella Fou-rier-muuntomenetelmällä. Lyhyesti, ensimmäinen jokaisen FID signaalin Fourier^muunto ajan t suhteen tuottaa kemiallisen muutostiedon avaruusmatriisin kaikista pisteistä, Spektraali-tieto ei kuitenkaan ole suoraan käytettävissä koska se sisältää myös avaruustiedon, joka on koodattu sinne Gx ja Gy gradienttien muuttumilla amplitudeilla. Lisä Fourier muuntaminen jokaisen 6χ;η ja G^jn suhteen tuottaa kemiallisen muutosspektrin halutun avaruusjakautumatiedon.

Suosittu NMR pulssisarja tasokemiallisen muutoskuvauksen suorittamiseksi on kuvattu kuvassa 2b. Tämä sarja on samanlainen kuin kuvassa 2a esitetty, sillä huomattavalla poikkeuksella, että G ja G gradienttien syöttämisen jäl-r keen aikavälillä 2 (kuva 2b), epäselektiivinen 180° RF pulssi on syötetty aikavälillä 3 kääntämään ydinspinit niin, että ne tuottavat viivästyneen spinkaikusignaalin aikavälil-r lä 4, Tämän tekniikan etu on, että täydellinen spinkaiku-r signaali voidaan huomata aikavälillä 4 ajanjaksolle t air kana, jolloin G ja G gradienttikelavirrat ovat laskeneet λ y ja täten eivät interferoi FID signaalin kanssa. Kuvan 2a pulssisarjassa FID signaali alkaa aikavälin 2 lopussa kun taas gradientit G ja G ovat väistyviä. Sikäli kuin gra- * y dienttien aikutusta FID:lie ei voidan erottaa suojavaikutuksesta f jonka aikaansaa paikallisen magneettikentän muutok- 12 78989 set, tietoja jotka havaitaan aikavälin 2 loppuun mennessä ei normaalisti voida käyttää. Myös, kuvan 2a aikavälin 2 kuluessa, lisänä avaruuskoodausgradienttien 0χ ja aiheuttamaan vaihesiirtoon, on olemassa vaihekoherenssin li-sähäviöt ydinspinien välillä pääkentässä Bq olevien luontaisten epähomogeenisuuksien vuoksi. Tämä vaihesiirto on käännetty (180° pulssilla) kuvan 2b sarjassa, mutta ei kuvan 2 a sarjassa.

Kuva 2c esittää toista pulssisarjaa, joka on samanlainen kuin kuvassa 2a esitetty, mutta jossa pitkä, voimakas, selektiivinen kyllästyspulssi on syötetty aikavälillä 1 puls-si-G gradientin läsnäollessa. Kyllästyspulssin jaksoluku

Z

on valittu kyllästämään spinit tasolaatan 102 (kuva 1) ulkopuolella, mutta jättämään tasolaatan sisäpuolella olevat spinit vaikutuksen ulkopuolelle. Tällaisen selektiivisen säteilytyspulssin käyttäminen NMR protonitiheyskuvauksen yhteydessä on julkaistu julkaisussa A,N. Garroway, et.ai. in Solid State Physics, Voi. 7, L 457 (1974). Lyhyen odotuksen jälkeen, noin millisekunti tai pitempi, pulssivirran lakkaamista varten, syötetään epäselektiivinen 90° RF puls-si aikavälillä 2 magnetoimaan resonanssiin ydinspinit taso-r laatassa 102, Magnetoidut spinit tuottavat FID signaalin vähän ennen 90° RF pulssin loppua ja se jatkuu läpi aikavälin 3, jonka aikana syötetään G ja G gradientit, ja x y aikavälille 4, missä se kerätään halutussa määrin. Vaihto-*· ehto (ei esitetty) selektiiviselle kyllästykselle, joka tuottaa saman vaikutuksen tässä pulssisarjassa, on käyttää aikavälillä 1 selektiivistä 90° RF pulssia jaksolukukompo-nenttien ollessa valittu säteilyttämään koko näytteen 100 (kuva 1), lukuunottamatta valittua tilaa 102 pulssimagneet-: tikenttägradientin Gläsnäollessa. Tässä vaihtoehdossa

Gz on jätetty useita millisekunteja 90° pulssin päättymisen jälkeen tarkoituksella nopeasti vaihesiirtää ja hävittää HMR signaalit, jotka ovat tasotilan 102 ulkopuolella. Ava- 13 78989 ruuskemiallinen muutostieto havaitaan, kuten ennen, kolmiulotteisella Fourier muuntamisella, 180° epäselektiivinen RF pulssi voidaan syöttää seuraavalla aikavälillä 3 (kuva 2c) tuottamaan viivästyneen spinkaiku-signaalin, kuten on selostettu kuvaan 2b viitaten, parantamaan NMR signaalin havaitsemista.

Kuva 3a esittää NMR pulssisarjän, joka on sopiva kemiallisen muutoskuvauksen tietojen hankkimiseen monikulmaprojek-tion rekonstruointimenetelmällä. On tärkeää korostaaΐ että tämän menetelmän, jota on käytetty kemialliessa muutos-kuvauksessa ja, esimerkiksi, sen käyttämisessä protoniti-heyskuvaukseen välillä on, että kemiallisessa muutoskuvauk-sessa magneettikenttägradienttien käyttöä FID:n ollessa hankkimassa monikertaprojektioita ei voida sallia. Kemiallisessa muutoskuvauksessa siksi jokainen yksiulotteinen projektio hankitaan, yksi avaruuspiste kerrallaan,' jossa jokainen avaruuspiste sisältää kemiallisen muutosspektrin (vastaten tätä pistettä) merkittynä muistiin ilman syötettyjen gradienttien läsnäoloa.

Viitaten nyt kuvaan 3a, selektiivinen 90° RF pulssi syötetään aikavälillä 1 positiivisen Gz gradientin läsnäollessa magnetoimaan ydinspinit tasolaatan 102 (kuva 1) alueella. Aikavälillä 2 G gradientin napaisuus käännetään ja suu-ruus puolitetaan magnetoitujen ydinspinien uudellen vaiheistamiseksi, kuten edellä on kuvaan 2a viitaten selostettu.

Lisäksi syötetään aikavälillä 2 gradientit 6χ ja G^, Näi-r den gradienttien amplitudit on valittu siten, että niiden vektoriyhteenlasku tuottaa resultanttigradientin, Gr,i jonka suunta on yhdenmukainen ensimmäisen projektion suunnan kanssa. Aikavälin 2 keskipisteessä syötetään selektiivi-nen 180° RF pulssi, jonka jaksoluku on valittu kääntämään 14 78989 ydinspinit kohtisuoraan linjaan Gr gradientin suuntaan nähden. Täten, vaikka FID signaali aikavälillä 2 tuotetaan koko tasotilasta 102, aikavälillä 3 hankittu spinkaikusig-naali on tuotettu vain spineillä, jotka on käännetty 180° RF pulsseilla. Spinkaikusignaali on koottu aikavälillä 3 halutussa määrin, kuten edellä on selostettu. Spinkaikusignaali edustaa yhtä pistettä yksiulotteisessa projektiossa, mutta käsittää myös kemiallisen kerroksen tiedon. Lisäpisteet projektiossa on hankittu toistamalla pulssi-sarjaa ja muuttamalla 180° RF pulssin jaksolukua (pitämällä Οχ ja Gy gradientit vakioina) kääntämään ydinspinit toiseen Gr gradienttia vastaan kohtisuoraan linjaan. Tämä prosessi voidaan toistaa, esimerkiksi, 10 kertaa hankkimaan 10 pistettä yksinkertaisessa projektiossa. Vaihtoehto 180° RF pulssin jaksoluvun vaihtelemiseksi hankkimaan projektion jokaisen pisteen on muuttaa virtojen suhdetta jokaisessa puolikkaassa jokaisessa kelassa, joka synnyttää magneettikenttägradientin G komponentit G ja O ^ ^

Gy pitämällä 180 RF pulssin jaksoluvun muuttumattomana,

Gr gradientin suunta on täten jätetty muuttamatta. Tämä menetelmä ymmärrettäneen parhaiten, jos on otettu huomi-oon, että gradienttikelapari tuottaa magneettikentän,, jo-^ ka kasvaa lineaarisesti joistäcin magneettikentän negatii-: visesta arvosta lähellä yhtä kelapuolikasta muodostaen gra^ dienttikelapari jonkin positiivisen arvon lähellä toista kelapuolikasta. Kun virrat jokaisessa kelapuolikkaassa ovat samat, piste jossa magneettikentän arvo on nolla, on kelojen välisessä keskipisteessä edellyttäen luonnollisesT ti, että jokainen kelanpuolikas on käämitty samalla tavoin, Virran kasvamisen vaikutus yhdessä kelapuolikkaassa ja sen pienenemisen toisessa on sen pisteen muuttuminen, jossa magneettikentällä on arvo nolla, lähemmäksi kelapuolikasta, :· jolla on alempi virta, samalla muuttaen projektion pisteen asemaa, kun RF pulssin jaksoluku on pidetty muuttumattomana. On huomattava, että magneettikenttägradientin piste, jolla 15 78989 on arvo nolla, edustaa RF pulssin resonanssijaksolukua LO, kuten yhtälössä (1) on esitetty, niin että RF pulssi häiritsee ydinspinejä, jotka sijaitsevat sen lähellä.

Tarkoituksella hankkia lisää projektioita, Gx gradient-tien amplitudeja muutetaan (kuten on esitetty katkoviivoin kuvassa 3a) resultantti Gr gradientin saamiseksi, jolla on eri suunta. Seuraava projektio hankitaan sitten sarjoit-tamalla selektiivisen 180° pulssin jaksolukusisältö ydin-spinien kääntämiseksi viivasarjoissa, jotka ovat kohtisuorassa äsken valittuun Gr gradienttiin nähden tai gradient-tikelavirtojen suhteen sarjoittamiseksi kuten edellä todettiin. Kymmenen projektiota voidaan hankkia, esimerkiksi, 18^ välein peittämään 180° kaaren tasolaatalla 102.

180° pulssi syötetään aikavälin 2 keskipisteessä, ja G^ ja Gy gradienttien amplitudit on valittu niin, että integraali ajan suhteen jokaisesta gradientista yli ensimmäisen puoliskon on yhtä suuri kuin integraali ajan suhteen gradientista yli aikavälin 2 toisen puliskon. Tällä tavoin häiritsevät NMR signaalit, jotka aiheutuvat epätäydellisistä 180° pulsseista, tulevat estetyiksi kun taas spinkaikusignaali py-syy tehottomana kunnes gradienttien vaiheensirtovaikutus aikavälin 2 ensimmäisellä puoliskolla on balansoitu uudel-leenvaiheistusgradientilla toisen puoliskon aikana. Menetelmä epätäydellisten 180° pulssien aiheuttamien häiritsevien FID signaalien vaikutusten eliminoimiseksi on julkaistu ja patenttivaatimukset esitetty julkaisussa Serial N-394,355, rekisteröity 1 heinäkuuta 1982, ja annettu tehtäväksi samalla valtuutetulle kuin tämä keksintö,

Avaruuskemiallinen muutoskuvaustieto on hankittu jokaisen spinkaikusignaalin Fourier muuntamisella. Tämä tuottaa pisteen kemiallisen muutosspektrin projektiolla. Käytännössä, Fourier muuntaminen tg:n suhteen on suoritettu jokaiselle FID;lie välittömästi sen havaitsemisen jälkeen ja resultoi- 16 78989 va kemiallinen muutostieto on varastoitu tietokonemuistiin myöhempää käyttöä varten. Sen jälkeen kun täydellinen spektrisarja kaikkien projektioiden kaikkia pisteitä varten on hankittu, jokaisen spektrihuipun kemiallinen muu-toskuva voidaan rekonstruoida käyttämällä, esimerkiksi, tunnettua takaisinsuodatus projektiotekniikkaa, joka on samanlainen kuin se, joka on kehitetty X-säde lasketulle tomografialle .

Toinen kaava kemiallisen muutoskuvauksen suorittamiselle käyttämällä monikulmaprojektion rekonstruointia on esitetty kuvassa 3b. Tässä tapauksessa selektiivinen kyllästys-pulssi syötetään G gradientin läsnäollessa, kuten edellä on selostettu, eristämään ydinspinit tasotilassa 102. Aikaväli 2 on varattu sallimaan gradienttipulssivirran lakkaamisen. Tällä menetelmällä, kuten kuvan 3a menetelmälläkin, projektiot on rakennettu piste pisteeltä gradi-enttien poissaollessa. Täten, aikavälillä 3, kuva 3 b, gradientit Gx ja Gy syötetään ennalta määrätyillä amplitudeilla tuottamaan resultantti Gr gradientin, jota pitkin projektio halutaan rakentaa. Selektiivinen 90° RF pulssi syötetään samanaiakaisesti gradienttien G ja G kanssa.

x y

Pulssin jaksolukusisältö on valittu magnetoimaan ydinspi-·. nit tasolaatan 102 liuskamaisella alueella, joka on koh tisuorassa Gr gradienttia vastaan. Gx ja G gradienteilla - on, aikavälillä 4, uudelleen v aiheistuslohkot tarkoituksella pienentää ydinspinien vaihedispersio samalla tavalla kuin edellä on selostettu Gz gradientille (esim, aikaväli 2, kuva 2a).

FID signaali on tuotettu ydinspineillä, jotka ovat vain magnetoidulla liuskamaisella alueella ja esiintyy aikavä-Iillä 5, Kuten edellä, FID kerätään sopivassa määrin.

- Projektion seuraavan pisteen hankkimiseksi gradienttien βχ ja Gy amplitudit pidetään vakioina, kun taas 90° RF

* / 17 78989 pulssin jaksolukusisältö asetellaan magnetoimaan toinen liuskamainen alue kohtisuorassa Gr gradienttiin nähden. Vaihtoehtoisesti, virtojen suhdetta Gx ja gradientti-kelojen kummassakin puolikkaassa voidaan vaihdella, kuten edellä on todettu. Tämä prosessi toistetaan kunnes haluttu määrä projektion pisteitä on hankittu. Lisää projektioita hankitaan vaihtelemalla Gx ja G^ gradientti-en amplitudeja määrittämään uuden suunnan Gr gradientille. Kemiallisen muutoskuvan rekon struktio kuten edellä kuvaa 3a varten on selostettu.

On huomattava, että pulssisarja kuvassa 3 b voidaan muotoilla käsittämään epäselektiivisen 180° RF pulssin (ei esitetty), G ja G gradienttien syötön jälkeen aikaväleil- ^ y lä 3 ja 4, kääntämään spinit tuottamaan FID signaalin spin-kaikusignaalin hankkimiseksi, Tällä tavalla spinkaikusig-naali on kerätty ilman gradienttivirtojen häirintää tavalla, joka on samanlainen kuin edellä kuvaan 2b viitaten on selostettu, NMR pulssisarjät, joita käytetään taso (kaksiulotteinen) kemiallisessa muutoskuvauksessa, voidaan laajentaa samanaikaisesti hankkimaan spektritietoja koko näytetilasta, joka sijaitsee RF lähettimen ja/tai vastaanotinkelojen herkässä kentässä, tai valitusta näytteen paksusta taso-laatasta (t.s, monikertaliuskat).

NMR pulssisarjät, jotka sopivat kolmiulotteiseen kemialliseen muutoskuvaukseen,jossa tiedonkeruu alue on rajoitettu paksuun tasolaattaan, on esitetty kuvassa 4a. Tämä NMR pulssisarja on monessa suhteessa samanalainen kuin ku-: vassa 2b kuvattu. Kuitenkin 90° RF selektiivinen pulssi, joka on syötetty aikavälillä 1 kuvassa 4a, on valittu jaksoluvun nauhaleveydeltään leveämmäksi kuin 90° selektiivinen pulssi, jota käytetään pulssisarjassa kuvassa 2b, niin 18 78989 ! että tasolaatalla 102 (kuva 1), tässä tapauksessa on pak-suusprofilli yhtä suuri kuin kaksi (tai enemmän) kertaa se, joka hankitaan kuvien 2a-2c selektiivisellä säteilyttämis-menetelmällä. Laatan 102 paksuus on valittu yhdenmukaisesti haluttujen osakuvien määrän kanssa. Lisäksi, vaihdettava amplitudi, vaihekoodauskomponentti on lisätty negatiiviseen, G gradientin uudelleenvaiheistuskomponenttiin aikavälillä 2 kuvassa 4a vaihekoodaamaan avaruustieto Z-akselin suunnassa tilan 102 sisällä. Tällä tavalla kuva-usinformaatio osakuvien sarjojen rakentamiseki läpi näytteen 100 on hankittu samanaikaisesti laajennetusta tilasta 102, Uudelleenvaiheistus- ja vaihekoodauskomponentti-en vaikutukset ydinspineihin ovat lineaarisia jatsiksi ne voidaan syöttää samanaikaisesti kuin ne on indikoitu.

Vaihekoodausgradienttien G , G ja G syötön jälkeen ai- x y z kavälillä 2, syötetään epäselektiivinen 180° RF pulssi aikavälillä 3 tuottamaan viivästetyn spinkaikusignaalin, joka on koottu yli aikavälin t halutussa määrin. Spin-kaikusignaali havaitaan jokaiselle erikoiselle Gx, G^ ja G gradientin amplitudien kombinaatiolle,

Gradienttien G , G ja G amplitudien määrä n , n ja n x y z x y z on, yastaayasti, valittu avaruusmatriisipisteiden, jotka halutaan paksummassa tasotilassa 102, lukumäärän perusteella. Täten ηχ, n^ ja nz voidaan kukin valita yhtäsuureksi kuin 10, esimerkiksi. Tässä tapauksessa hankitaan n *n ’n ' *· x y z kaikusignaalia. SpinkaiUn keräysmäärä on valittu haluttujen spektripisteiden lukumäärän perusteella matriisin jokaisessa avaruuspisteessä. Täten, jos spinkaikusignaali on kerätty 256 kertaa aikavälillä t , Fourier muuntamisella, jokainen avaruusmatriisipiste sisältää 256 spektritie-don pistettä.

Käytännössä G , G ja G gradientit voidaan sarjoittaa oh-a y z jelmoitavilla amplitudeilla millä tahansa sopivalla tavalla, Yksi esimerkkikaava on valita amplitudi jokaiselle 19 78989

Gz ja Gy gradienteille ja peräkkäisissä pulssisarjoissa syöttää läpi G gradientin n amplitudin. Tämän jälkeen, Λ Λ pitäen Gz vakiona, Gy gradientin amplitudi on lisätty uuteen arvoon, ja G gradientti jälleen askellettu läpi n amplitudin. Sen jälkeen kun Gy gradientti on lisätty n^ kertaa, G_ gradientti on syötetty yhden askeleen ja pro-sessi toistettu Gy ja ΰχ gradienttien n^ ja ηχ amplitudille, vastaavasti. Prosessi toistetaan kunnes Gz gradientti on jaksotettu läpi n amplitudin.

Kemiallinen muutoskuvausinformatio hankitaan kuten edellä on selostetcu Fourier muuntotekniikalla. Tässä tapauksessa käytetään neliulotteista Fourier muuntamista. Kolmiulotteinen muuntaminen gradienttien Gz, Gy ja Gx suhteen tuottaa kolmiulotteisen avaruusinformation koko valitusta paksusta tasotilasta,. ja lopullinen Fourier muuntamienn ajan t suhteen, jonka yli spinkaiku on kerätty, tuottaa spektroskooppisen information.

Vaihtoehtoinen NMR pulssisarja kolmiulotteisen kemiallisen muutoskuvauksen suorittamiseksi on kuvattu kuvassa 4b, Tämä pulssisarja on samanlainen kuin kuvassa 4a, sillä poikkeuksella että tiedonkeräys prosessia ei ole rajoitettu paksuun tasolaattaan selektiivisellä magnetoinnilla, Täten aikavälillä 1 (kuva 4b) epäselektiivinen 90° RF pulssi syötetään kaikkien gradienttien poissaollessa. Ilmaistu spinkaikusignaali aikaansaadaan kaikista ydinspineistä, jotka ovat RF lähettimen ja vastaanotinkelojen herkillä alueilla, Avaruusinformatio on koodattu syöttämällä Gx,

Gy ja Gz gradienttien vaihtelevat amplitudit. Kun on havaittu ηχ’η "nz spinkaikusignaalia, hankitaan avaruus-ja kemiallinen muutoskuvaustieto neliulotteisella muuntamisella kuten edellä on selostettu.

Kuvissa 2a-2c, 3a-3c ja 4a selektiiviset 9¾° ja 180° RF

20 78989 pulssit on kaaviollisesti esitetty katkoviivanelikulmi-oilla. Käytännössä ne voivat olla esimerkiksi Gaussin tai sin(bt)/(bt) muotoisia, missä b on vakio ja t on aika, ollen amplitudimoduloiduilla RF pulsseilla RF jaksoluku vastaten Larmor jaksolukua ydinspineillä NMR näytteen halutulla alueella gradienttien läsnäollessa.

Selektiivisten 90° ja 180° RF magnetointipulssien spektrin nauhaleveys täytyy valita olemaan tarpeeksi leveä raag-netoimaan kemiallisen muutosspektrin kaikilta mielenkiintoisilta kemian alueilta. Täten, esimerkiksi, jos käytetään selektiivisiä pulsseja liian lähellä jaksolukunauha-leveyttä fosforikemiallisen muutosspektrin tutkimisessa lihasten aineenvaihdunnassa, vain erilliset laadut (kuten fosforikreatiini) havaitaan, kun taas muut lajit, kuten adenosiini trifosfaatti, adenosiini difosfaatti, epäorgaaninen fosfaatti ja sokerifosfaatit, olisivat myös mielenkiintoisia.

Myös jos RF pulssit magnetoivat suhteellisen leveän nauha-leveyden, osat NMR näytteestä, jotka sijaitsevat herkän ti-lan nurkissa sisältävät kemiallisia aineita, joiden kemi-alliset kerrokset ovat sellaisia, että ne voivat olla sen ‘ : jaksolukualueen ulkopuolella, joka on magnetoitu selektii- visillä pulsseilla. Tällaiset kemialliset aineet eivät avusta havaittua spektriä, kun taas muut lajit samalla sir-jainilla saavat apua, täten vääristäen resultoivan spektrin, Tämä haitallinen vaikutus voidan minimoida vähentämällä suhteellista apua NMR spektrille nurkkaspineiltä.

Tämä voidaan toteuttaa jyrkentämällä magnetointiprofii-lia selektiivisissä pulsseissa niin, että herkällä tilalla 102 (kuva 1) on selvästi määritetyt rajat. Tähän pää-:* hän voivat selektiiviset RF pulssit olla mielummin modu loituja aallonmuodon sin(bt)/(bt) signaalilla^ jolla on suunnilleen suorakulmaisesti muotoiltu magnetointiprofii- \ U.

21 78989

Spektrin lisävääristymää voi aiheutua, jos käytetään Gaussin käyrän muotoisia RF pulsseja magnetointijaksolukupro-fiilin pyöristämiseksi. Tässä tapauksessa, kun käytetään 180° pulsseja, herkän tilan ja viereisten alueiden osat voivat itseasiassa saada magnetoinnin, jossa on häiritsevän NMR signaalin tuottama 90° komponentti. Häiritsevien FID signaalien lieventymistä voidaan aikaansaada käyttämällä pidennettyjä ja gradientteja ja syöttämällä 180° RF pulssi niiden keskipisteessä, kuten on huomattu. Kuitenkin on pidettävä huoli varmistuksesta, että havaittava spektrijaksolukujen sarja on hyvin magnetointiprofii-lia FWHM:n (täysi leveys puoli maksimi) sisällä. Hieman korjausta nurkkavääristymässä on saatu magnetointifunkti-on kääntöfunktion moninkertaistamisella.

Vaikka gradientit G , G ja G vaihtelevissa muodoissaan x . y J z on kuvattu positiivisina ja negatiivisina suorakaiteen muotoisina pulsseina, niillä voi olla muita muotoja, kuten Gaussin- ja sinikäyrän muotoisia, Suositussa toteutuksessa, missä gradientti syötetään osana selektiivistä magnetointisarjaa käyttäen selektiivistä 90° pulssia, integraali ajan suhteen vastaavasta positiivisesta gradi-enttipulssin aallonmuodosta on valittu olemaan olennaises-: ti yhtä suuri kuin kaksi kertaa integraali ajan suhteen ] ' vastaavasta negatiivisesta gradienttipulssin aallonmuo dosta, Missä gradientti on syötetty osana selektiivistä magnetointisarjaa käyttäen selektiivistä 180° pulssia, integraali ajan suhteen vastaavasta gradientin aallonmuodosta ennen 180° pulssin keskipistettä on olennaisesti yhtä suuri kuin integraali ajan suhteen gradientin aallonmuodosta 180° pulssin jälkeen.

Kuva 5 on yksinkertaistettu kaavio NMR järjestelmän suu- · remmistä komponenteista, jotka sopivat käytettäviksi tässä selostetun keksinnön NMR pulssisarjojen kanssa, Jär- 78989 ί jestelmä, kokonaismerkintä 400, on muodostettu pääasiassa pienoistietokoneesta 401, joka on toiminnallisesti kytketty kiekkomuistiyksikköön 403 ja kytkinyksikköön 405.

RF lähetin 402, signaalikeskiarvolaskin 404 ja gradient-tien voimansyöttöyksiköt 406, 408 ja 410 energian antajina, vastaavasti Gx, G^, Gz gradienttikeloille 416. 418 ja 420, on kytketty tietokoneeseen 401 kytkinyksikön 405 kautta.

RF lähetin 402 on sulettu pulssinverhokäyrällä tietokoneesta 401 tuottamaan RF pulssit, joilla on halutut modulaatiot magnetoimaan resonanssin tutkittavassa kohteessa.

RF pulssit vahvistetaan RF voimavahvistimissa 412 tasoille, jotka vaihtelevat 100 watista useisiin kilowatteihin, riippuen NMR menetelmästä, ja syötetään vastaanotinkelaan 424. Korkeampia voimatasoja tarvitaan suurille näytetila-vuuksille, ja missä lyhytkestoisia pulsseja halutaan magnetoimaan suuria NMR jaksolukunauhaleveyksiä, NMR signaali ilmaistaan vastaanottokelalla 426, vahvistetaan matalahälyisellä esivahvistimella 422, ja syötetään ; edelleen vahvistamista, ilmaisua ja suodatusta varten vas taanottimeen 414. Signaali digitaalikoodataan sitten keskiarvon laskemista varten signaalin keskiarvolaskimella 404 ja käsittelyä varten tietokoneella 401. Esivahvistin 422 ja vastaanotin 414 on suojattu RF pulsseilta lähetyksen aikana aktiivisella sulkemisella tai passiivisella suodatuksella,

Tietokone 401 aikaansaa sulun ja kehittää modulaation NMR pulsseille, salpaamisen esiyahvistimelle ja RF voimavah-yistimelle, jännitteen aallonmuodot gradienttien voiman-? * * i syötöille ja syöttää gradienttiamplitudit, ja RF pulssien jaksoluvun (kun käytetään jaksoluvun skannausta) . Tieto·? kone suorittaa myös tietokäsittelyn kuten Fourier muunta- i 23 7 8 9 8 9 misen, kuvan rekonstruoinnin, tietojen suodatuksen, kuvien näyttämisen ja varastotoiminnat (joista kaikki ovat konventionaalisesti pienoistietokoneen suorittamia ja siksi selostettu vain toiminnallisesti, supra).

Lähetin ja vastaanotin RF kelat voivat haluttaessa käsittää yksinkertaisen kelan. Vaihtoehtoisesti, voidaan käyttää kahta erillistä kelaa, jotka ovat sähköisesti kohtisuorassa. Jälkimmäisellä muotoilulla on pienennetyn RF pulssin läpimenoetu vastaanottimeen pulssin lähetyksen aikana. Molemmissa tapauksissa, kelojen kentät ovat kohtisuorassa staattisen magneettikentän Bq, jonka aikaansaa magneetti 428 (kuva 5), suuntaan nähden. Kelat on eristetty järjestelmän jäänteistä sulkemalla RF-suojattuun häkkiin. Kolme tyypillistä RF kelamuotoa on esitetty kuvissa 6a, 6b ja 6c. Kaikki nämä kelat tuottavat magneettikentät X-ak-selin suunnassa. Kuvissa 6b ja 6c esitetyt kelamuodot ovat sopivia magneettigeometrioille, joita varten näyte- ^ tilan akseli on samansuuntainen pääkentän Bq (kuva 1) kanssa. Kuvassa 5a kuvattu muoto on käyttökelpoinen geo-metrioille, joita varten näytekammion akseli on kohtisuo-rassa pääkenttää Bq (ei esitetty) vastaan.

Magneettikenttägradienttikelat 416, 418 ja 420 (kuva 5) ovat välttämättömiä tuottamaan gradientit 6χ, G^ ja Gz, vastaavasti. Tässä kuvatuissa NMR pulssisarjoissa gra-dienttien tulee olla monotoomisia ja lienaarisia yli näy-tetilan, Ei-monotooniset gradienttikentät aiheuttavat avaruusinforraation vääristymistä NMR signaaleissa, jotka johtavat ankariin häiriöihin. Epälineaariset gradientit ; aiheuttavat geometrisia vääristymiä tiedoissa.

:· Gradienttikelan muoto, joka sopii magneettigeometrioil le, joissa näytetilan akseli on samansuuntainen pääkentän Bq kanssa, on esitetty kuvissa 7a ja 7b. Jokainen gradi-enteista ja on tuotettu kelasarjalla kuten kuvassa 24 78989 7a esitetty 300 ja 302. Kuvassa 7a esitetyt kelasarjat tuottavat gradientin G . Gradientin G tuottavat kela-

X Y

sarjat on kierretty 90 näytetilan sylinterimäisen akselia 104 (kuva 1) ympäri verrattuna kelan joka tuottaa gradientin G . Gradientti G tuotetaan kelaparilla ku-ten kelat 400 ja 402 kuvassa 7b. Jos skanning on suoritettu muuttamalla virtojen suhdetta jokaisessa gradientti-kelayksikössä, kelapuolikkaat 300 ja 302 (ja vastaavat Gy gradienttikelojen puolikkaat) kuvassa 7a, 400 ja 402 kuvassa 7b saavat energian eri voimansyötöistä, niin että syötöt 406, 408 ja 410 kuvassa 5 voivat jokainen todellisuudessa muodostaa kahdesta erillisestä voimansyötöstä,

Edelläolevasta voitaneen arvioida, että keksinnön mukaisesti on aikaansaatu menetelmät paikallisen NMR kemiallisen muutoskuvauksen suorittamiselle, jossa NMR signaali on havaittu magneettikenttägradientin poissaollessa. Ku-vaustiedon keräysprosessin tehokkuutta on parannettu aikaansaamalla kuvausmenetelmät, joissa tieto on kerätty monesta näyteaineesta samanaikaisesti, " Vaikka tätä keksintöä on selostettu viittaamalla yksityis- ·: kohtaisiin toteutuksiin ja esimerkkeihin, toiset muotoilut ja muunnokset voivat tulla mieleen niille, jotka ovat tai-: tavia edelläolevien opetusten taidoissa ja näkökohdissa.

Sen mukaisesti on ymmärrettävää^ että keksinnön liitteenä olevien patenttivaatimusten puitteissa keksintö voidaan toteuttaa toisin kuin yksityiskohtaisesti on selostettu, 4

Claims (61)

1. Menetelmä NMR kemiallisen muutoskuvauksen suorittamiseksi, jossa kuvaustieto on kerätty ennalta määrätyltä NMR näytteen alueelta, käsittäen mainittu menetelmä vaiheet: (a) staattisen magneettikentän syöttäminen pitkin mainitun NMR näytteen akselia; (b) mainitussa edeltä määrätyssä alueessa olevien ydinspinien enemmistön magnetoiminen resonanssiin siten, että mainitut magnetoidut ydinspinit tuottavat NMR signaalin; tunnettu seuraavista vaiheista: (c) ensimmäisen ja toisen keskenään kohtisuoran magneetti-kenttägradientin syöttäminen samanaikaisesti, lyhyemmäksi ajaksi kuin mainittu NMR signaali kestää, ollen kummallakin ennalta määrätty määrä valittavia kokoja vaihekoodaamaan mainittujen magnetoitujen ydinspinien avaruusjakautuman mainittu NMR signaalitieto mainitun ennalta määrätyn alueen sisällä; (d) mainitun NMR näytteen säteilyttäminen 180° RF pulssilla niin, että käännetään mainitut magnetoidut ydinspinit aikaansaamaan NMR spinkaikusignaali; ja (e) mainitun NMR spinkaikusignaalin havaitseminen magneetti- :··; kenttägradientin poissaollessa siten, että mainitun NMR sig-·. : naalin Fourier muuntaminen tuottaa informaation kemiallisen muutosspektrin avaruus jakautumasta mainitussa ennalta määrä-- tyssä alueessa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu seuraavista vaiheista: (f) vaiheiden (b)-(e) toistaminen mainitun toisen magneetti-kenttägradientin jokaiselle mainitulle ennalta määrätylle koolle pitäen mainitun ensimmäisen magneettikenttägradientin koko vakiona; ja (g) mainitun ensimmäisen magneettikenttägradientin seuraavan ennalta määrätyn koon valitseminen ja vaiheen (f) toistami-nen.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaihe (b) käsittää: mainitun NMR näytteen sätei- 26 78989 lyttämisen selektiivisellä 90° RF pulssilla magneettikenttä-gradientin läsnäollessa, jonka suunta on valittu olemaan yhdensuuntainen mainitun näytteen akselin suunnan kanssa, ja viimemainittu magneettikenttägradientin napaisuuden kääntämisen ja sen koon suurin piirtein puolittamisen vähentämään mainittujen magnetoitujen ydinspinien vaihedispersiota.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu 90° RF pulssi käsittää RF pulssin ampli-tudimoduloituna aallonmuodon (sin bt)/bt signaalilla, jossa b on vakio ja t on aika.

5. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu 90° RF pulssi käsittää RF pulssin ampli-tudimoduloituna omaamaan Gaussin muotoisen verhokäyrän.

6. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu vaihe (b) sisältää: mainitun NMR näytteen säteilyttämisen selektiivisellä RF kyl-lästyspulssilla magneettikenttägradientin läsnäollessa, jonka suunta on valittu yhdensuuntaiseksi mainitun akselin kanssa, kyllästämään ydinspinit, jotka sijaitsevat mainitussa NMR näytteessä lukuunottamatta niitä ydinspinejä, jotka sijaitsevat mainitulla ennalta määrätyllä alueella, ja mainitun NMR 1 näytteen säteilyttämisen 90° RF pulssilla magnetoimaan reso nanssiin ydinspinit mainitussa ennalta määrätyssä alueessa.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu vaihe (c) edelleen sisältää kolmannen magneettikenttägradientin syötön, jolla on ennalta määrätty määrä valittavia kokoja, ollen mainittu kolmas magneettikent-tägradientti kohtisuorassa mainittua ensimmäistä ja toista J.’ magneettikenttägradienttia vastaan, ollen yhden mainitun gradientin suunta valittavissa olemaan samansuuntainen maini-;* tun näytteen akselin suunnan kanssa.

·: 8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu seuraavista vaiheista: 27 78989 (h) vaiheiden (b)-(e) toistaminen mainitun kolmannen magneet-tikenttägradientin kullekin mainitulle ennalta määrätylle koolle, pitäen mainittujen ensimmäisen ja toisen magneetti-kenttägradientin vastaavat koot vakioina; (i) mainitun toisen magneettikenttägradientin seuraavan ennalta määrätyn koon valitseminen ja mainitun vaiheen (h) toistaminen; ja (j) mainitun ensimmäisen magneettikenttägradientin seuraavan ennalta määrätyn koon valitseminen ja mainitun vaiheen (h) toistaminen.

9. Patenttivaatimuksen Θ mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu vaihe (b) sisältää: mainitun NMR näytteen säteilyttämisen selektiivisellä 90° RF pulssilla magneettikenttägradientin läsnäollessa, joka suunta on valittu olemaan yhdensuuntainen mainitun näytteen akselin suunnan kanssa, ja viimemainitun magneettikenttägradientin napaisuuden kääntämisen ja sen koon suunnilleen puolittamisen kääntämään mainittujen magnetoitujen ydinspinien vaihedispersio.

' ‘ 10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnet tu /; siitä, että mainittu 90° RF pulssi käsittää RF pulssin ampli- tudimoduloituna aallonmuodon (sin bt)/bt signaalilla, jossa b on vakio ja t on aika.

11. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu 90° RF pulssi käsittää RF pulssin ampli-tudimoduloituna omaamaan Gaussin muotoisen verhokäyrän.

; ; 12. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnet tu siitä, että mainittu vaihe (b) käsittää: mainitun NMR näytteen säteilyttämisen selektiivisellä RF kyl-lästyspulssilla magneettikenttägradientin läsnäollessa, ollen suunta valittu olemaan yhdensuuntainen mainitun akselin kanssa, kyllästämään ydinspinit, jotka sijaitsevat mainitussa NMR näytteessä lukuunottamatta niitä ydinspinejä, jotka sijaitsevat mainitulla ennalta määrätyllä alueella; ja 2 fi 78989 mainitun NMR näytteen säteilyttämisen 90° RF pulssilla magne-toimaan resonanssiin ydinspinit mainitulla ennalta määrätyllä alueella.

13. Menetelmä NMR kemiallisen muutoskuvauksen suorittamiseksi käyttäen monikulmaprojektion rekonstruointia, jossa kuvaus-informaatio kerätään NMR näytteen ennalta määrätyltä alueelta, käsittäen mainittu menetelmä vaiheet: (a) staattisen magneettikentän syöttäminen pitkin mainitun NMR näytteen akselia; (b) niiden ydinspinien enemmistön magnetoiminen resonanssiin, jotka sijaitsevat mainitulla alueella siten, että mainitut magnetoidut ydinspinit tuottavat NMR signaalin; tunnettu seuraavista vaiheista: (c) magneettikenttägradientin syöttäminen, jolla on ennalta määrätty lukumäärä valittavia suuntia mainitun alueen sisällä; (d) mainitun NMR näytteen säteilyttäminen selektiivisellä RF pulssilla mainitun gradientin läsnäollessa, ollen mainitulla RF pulssilla ennalta määrätty jaksolukusisältö valittavissa kääntämään mainittujen magnetoitujen ydinspinien fraktion, jotka sijaitsevat yhdessä ennalta määrätystä määrästä liuska-maisia alueita suunnattuna kohtisuoraan mainitun gradientin ' : suuntaa vastaan, tuottaen mainitut käännetyt ydinspinit NMR spinkaikusignaalin; ja (e) mainitun NMR spinkaikusignaalin havaitseminen mainitun gradientin poissaollessa, siten että mainitun havaitun NMR signaalin Fourier muuntaminen tuottaa kuvausinformaation yhden pisteen projektiossa, jonka suunta on määrätyn gradientin suuntainen.

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että se käsittää: (f) mainittujen vaiheiden (a)-(e) toistamisen vaihtamalla mainitun RF pulssin jaksolukusisältöä jokaisella toistolla *·’ kääntämään ydinspinit, jotka sijaitsevat mainittujen ennalta »»· ‘ määrättyjen liuskamaisten alueiden eri alueessa, ollen tois- 29 78989 tojen lukumäärä yhtä suuri kuin haluttu avaruuspisteiden määrä mainitussa projektiossa; ja (g) mainitun vaiheen (f) toistamisen jokaisella mainitun gradientin mainitun ennalta määrätyn suuntamäärän suunnalle hankkimaan vastaavan määrän projektioita.

15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että mainittu magneettikenttägradientti käsittää resultanttigradientin ensimmäisen ja toisen magneettikenttä-gradienttikomponentin vektoriyhteenlaskusta, molemmat syötettynä kohtisuoraan mainittua akselia vastaan.

16. Patenttivaatimuksen 15 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että mainittu RF pulssi mainitussa vaiheessa (d) käsittää selektiivisen 180° pulssin, ja missä mainitut ensimmäinen ja toinen gradienttikomponentti ovat valittavissa siten, että vastaavat integraalit niiden aallonmuodosta ajan suhteen yli ensimmäisen aikavälin säteilyttämistä varten mainitulla 180° RF pulssilla ovat yhtä suuria kuin vastaavat integraalit sen aallonmuodosta ajan suhteen yli aikavälin, ...·* joka seuraa säteilyttämistä mainitulla 180° RF pulssilla. '«»M

17. Patenttivaatimuksen 16 mukainen menetelmä, tunnet -t u siitä, että mainittu vaihe (b) sisältää: mainitun NMR näytteen säteilyttämisen selektiivisellä 90° RF ·.·. pulssilla magneettikenttägradientin läsnäollessa, jonka suun ta on valittu olemaan sama kuin mainitun näytteen akselin suunta, ja viimemainitun magneettikenttägradientin napaisuuden kääntämisen ja sen amplitudin suunnilleen puolittamisen kääntämään ··' mainittujen magnetoitujen ydinspinien vaihedispersio.

18. Patenttivaatimuksen 17 mukainen menetelmä, tunnet-.*·*. t u siitä, että mainittu 90° RF pulssi ja mainittu 180° RF pulssi käsittävät, vastaavasti, RF pulssin amplitudimoduloi- • · * tuna aallonmuodon (sin bt)/bt signaalilla, missä b on vakio ja t on aika. 30 78989

19. Patenttivaatimuksen 17 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että mainittu 90° RF pulssi ja mainittu 180° RF pulssi käsittävät, vastaavasti, RF pulssin amplitudimoduloi-tuna omaamaan Gaussin muotoisen verhokäyrän.

20. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä, tunnet-t u seuraavista vaiheista: (h) vaiheiden (a)-(e) toistaminen muuttamalla virtojen suhdetta ainakin kelaparin yhdessä kelassa, joka kelapari tuottaa mainitun magneettikenttägradientin ja pitää mainitun selektiivisen RF pulssin jaksolukusisällön muuttumattomana kääntämään ydinspinit, jotka sijaitsevat mainittujen liuska-maisten alueiden eri alueilla, ollen toistojen lukumäärä yhtä suuri kuin haluttu määrä avaruuspisteitä mainitussa projektiossa; ja (i) mainitun vaiheen (h) toistaminen mainitun gradientin suuntausten ennalta määrätyn määrän jokaiselle suunnalle hankkimaan vastaavan määrän projektioita.

21. Patenttivaatimuksen 20 mukainen menetelmä, tunnet-*” t u siitä, että mainittu magneettikenttägradientti käsittää resultanttigradientin ensimmäisen ja toisen magneettikenttä-·: gradienttikomponentin vektorisummasta ollen kumpikin syötetty .· kohtisuoraan mainittua akselia vastaan.

22. Patenttivaatimuksen 21 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että mainittu RF pulssi mainitussa vaiheessa (d) sisältää selektiivisen 180° pulssin, ja että mainitut ensimmäinen ja toinen gradienttikomponentti ovat valittavissa siten, että vastaavat integraalit sen aallonmuodosta ajan suhteen yli aikavälin ennen säteilyttämistä mainitulla 180° RF pulssilla ovat yhtä suuria vastaavien integraalien kanssa - sen aallonmuodosta ajan suhteen yli aikavälin, joka seuraa : säteilyttämistä mainitulla 180° RF pulssilla.

23. Patenttivaatimuksen 22 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että mainittu vaihe (b) sisältää: 31 78989 mainitun NMR näytteen säteilyttämisen selektiivisellä 90° RF pulssilla magneettikenttägradientin läsnäollessa ollen sen suunta valittu samaksi kuin mainitun näytteen akselin suunta, ja viimemainitun magneettikenttägradientin napaisuuden kääntämisen ja sen amplitudin suunnilleen puolittamisen pienentämään mainittujen magnetoitujen ydinspinien vaihedispersiota.

24. Patenttivaatimuksen 23 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että mainittu 90° RF pulssi ja mainittu 180° RF pulssi käsittävät, vastaavasti, RF pulssin amplitudimoduloi-tuna aallonmuodosta (sin bt)/bt signaalilla, missä b on vakio ja t on aika.

25. Patenttivaatimuksen 23 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että mainittu 90° RF pulssi ja mainittu 180° RF pulssi käsittävät, vastaavasti, RF pulssin amplitudimoduloi-tuna omaamaan Gaussin muotoisen verhokäyrän.

25 7 8 9 8 9

26. Menetelmä NMR kemiallisen muutoskuvauksen suorittamiseksi i : käyttämällä monikertakulmaprojektion rekonstruointia, jossa *:*·: kuvausinformaatio on kerätty NMR näytteen ennalta määrätystä alueesta, käsittäen mainittu menetelmä seuraavan vaiheen: (a) staattisen magneettikentän syöttäminen pitkin mainitun • » NMR näytteen akselia; *. I tunnettu seuraavista vaiheista: « · · • * · (b) mainitun NMR näytteen säteilyttäminen ensimmäisellä selektiivisellä RF kyllästyspulssilla ensimmäisen magneettikenttägradientin läsnäollessa, ollen suunta valittavissa olemaan sama mainitun akselin kanssa, kyllästämään ydinspinit mainitussa NMR näytteessä lukuunottamatta niitä ydinspinejä, jotka sijaitsevat mainitulla ennalta määrätyllä alueella; (c) toisen magneettikenttägradientin syöttäminen, jolla on • · · ennalta määrätty määrä valittavia suuntia mainitussa aluees-sa; (d) mainitun NMR näytteen säteilyttäminen toisella selektii- *:**: visellä RF pulssilla mainitun toisen magneettikenttägradien tin läsnäollessa, ollen mainitulla selektiivisellä RF puis- 32 7 8 9 8 9 silla ennalta määrätty jaksolukusisältö valittavissa magne-toimaan ydinspinit, jotka sijaitsevat yhdessä liuskamaisten osien ennaltamäärätystä määrästä suunnattuna kohtisuoraan mainitun toisen gradientin suuntaan nähden, tuottaen mainitut magnetoidut ydinspinit NMR signaalin; ja (e) mainitun NMR signaalin havaitseminen mainittujen gradi-enttien poissaollessa, siten että mainitun havaitun NMR signaalin Fourier muuntaminen tuottaa spektrikuvausinformaation yhden pisteen projektiossa, jonka suunta on sama kuin mainitun toisen gradientin suunta.

27. Patenttivaatimuksen 26 mukainen menetelmä, tunnet-t u seuraavista vaiheista: (f) mainittujen vaiheiden (a)-(e) toistaminen vaihtamalla mainitun toisen selektiivisen RF pulssin jaksolukusisältöä jokaisella toistolla magnetoimaan mainitun alueen mainittujen ennalta määrättyjen liuskamaisten osien eri osan hankkimaan halutun määrän pisteitä mainitussa projektiossa; ja (g) mainitun vaiheen (f) toistaminen mainitun toisen gradientin jokaiselle mainitun ennalta määrätyn suuntamäärän suun-nalle hankkimaan vastaavan määrän projektioita.

28. Patenttivaatimuksen 27 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että mainittu toinen selektiivinen pulssi käsittää selektiivisen 90° RF pulssin, ja että mainittu toinen gradi-entti on resultanttigradientti ensimmäisen ja toisen gradi-enttikomponentin vektoriyhteenlaskusta, kumpikin mainituista ensimmäisestä ja toisesta gradienttikomponenteista sisältäen edelleen vastaavat gradienttikomponentit mainittujen magne-toitujen ydinspinien vaihedispersion kääntämiseksi.

29. Patenttivaatimuksen 28 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu 90° RF pulssi käsittää RF pulssin amplitudimoduloituna aallonmuodon (sin bt)/bt signaalilla, missä b on vakio ja t on aika. 33 7 8 9 8 9

30. Patenttivaatimuksen 28 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että mainittu 90° RF pulssi sisältää RF pulssin amplitudimoduloituna omaamaan Gaussin muotoisen verhokäyrän.

31. Patenttivaatimuksen 28 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että se käsittää: mainitun NMR näytteen säteilyttämisen epäselektiivisellä 180° RF pulssilla kääntämään mainitut magnetoidut ydinspinit hankkimaan NMR spinkaikusignaalin, joka on havaittu vaiheessa (e).

32. Patenttivaatimuksen 26 mukainen menetelmä, tunnet-t u seuraavista vaiheista: (h) mainittujen vaiheiden (a)-(e) toistaminen muuttamalla virtojen suhdetta ainakin yhdessä kelaparin kelassa, joka tuottaa mainitun toisen magneettikenttägradientin ja pitäen mainitun toisen selektiivisen RF pulssin jaksolukusisällön muuttumattomana kääntämään ydinspinit, jotka sijaitsevat mainittujen ennalta määrättyjen liuskamaisten alueiden eri alueessa, hankkimaan halutun määrän avaruuspisteitä mainitussa projektiossa; ja (i) mainitun vaiheen (h) toistaminen mainitun gradientin : mainitun ennalta määrätyn suuntamäärän jokaiselle suunnalle *.*. hankkimaan vastaavan määrän projektioita. .1

33. Patenttivaatimuksen 32 mukainen menetelmä, tunnet tu siitä, että mainittu toinen selektiivinen RF pulssi sisältää selektiivisen 90° RF pulssin, ja että mainittu toinen gradientti on resultanttigradientti ensimmäisen ja toisen gradienttikomponentin vektoriyhteenlaskusta, sisältäen kumpi-Λ- kin mainituista ensimmäisestä ja toisesta gradienttikomponen-:: tista edelleen vastaavat gradienttikomponentit mainittujen magnetoitujen ydinspinien vaihedispersion pienentämiseksi.

34. Patenttivaatimuksen 33 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että mainittu 90° RF pulssi käsittää RF pulssin amplitudimoduloituna aallonmuodon (sin bt)/bt signaalilla, missä b on vakio ja t on aika. 34 7 8 9 8 9

35. Patenttivaatimuksen 33 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että mainittu 90° RF pulssi sisältää RF pulssin amplitudimoduloituna omaamaan Gaussin muotoisen verhokäyrän.

36. Patenttivaatimuksen 33 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että se käsittää: mainitun NMR näytteen säteilyttämisen epäselektiivisellä 180° RF pulssilla kääntämään mainitut ydinspinit hankkimaan NMR spinkaikusignaalin, joka on havaittu vaiheessa (e).

37. Laitteisto NMR kemiallisen muutoskuvauksen suorittamiseksi, jossa kuvaustieto on kerätty ennalta määrätyltä NMR näytteen alueelta, käsittäen mainittu laitteisto vaiheet: (a) elimet staattisen magneettikentän syöttämiseksi pitkin mainitun NMR näytteen akselia; (b) elimet mainitussa edeltä määrätyssä alueessa olevien ydinspinien enemmistön magnetoimiseksi resonanssiin siten, että mainitut magnetoidut ydinspinit tuottavat NMR signaalin; tunnettu siitä, että se käsittää: (c) elimet ensimmäisen ja toisen keskenään kohtisuoran mag-neettikenttägradientin syöttämiseksi samanaikaisesti, lyhyem- ·: mäksi ajaksi kuin mainittu NMR signaali kestää, ollen kummal- lakin ennalta määrätty määrä valittavia kokoja vaihekoodaa-maan mainittujen magnetoitujen ydinspinien avaruusjakautuman mainittu NMR signaalitieto mainitun ennalta määrätyn alueen sisällä; (d) elimet mainitun NMR näytteen säteilyttämiseksi 180° RF pulssilla niin, että käännetään mainitut magnetoidut ydinspinit aikaansaamaan NMR spinkaikusignaali; ja (e) elimet mainitun NMR spinkaikusignaalin havaitsemiseksi magneettikenttägradientin poissaollessa siten, että mainitun NMR signaalin Fourier muuntaminen tuottaa informaation kemi- :·. allisen muutosspektrin avaruusjakautumasta mainitussa ennalta määrätyssä alueessa.

38. Patenttivaatimuksen 37 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että se käsittää: 35 7 8 9 8 9 (f) elimet vaiheiden (b)-(e) toistamiseksi mainitun toisen magneettikenttägradientin jokaiselle mainitulle ennalta määrätylle koolle pitäen mainitun ensimmäisen magneettikenttägradientin koko vakiona; ja (g) elimet mainitun ensimmäisen magneettikenttägradientin seuraavan ennalta määrätyn koon valitsemiseksi ja vaiheen (f) toistamiseki.

39. Patenttivaatimuksen 38 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että mainitut elimet (b) käsittävät: mainitun NMR näytteen säteilyttämisen selektiivisellä 90° RF pulssilla magneettikenttägradientin läsnäollessa, jonka suunta on valittu olemaan yhdensuuntainen mainitun näytteen akselin suunnan kanssa, ja viimemainittu magneettikenttägradientin napaisuuden kääntämisen ja sen koon suurin piirtein puolittamisen vähentämään mainittujen magnetoitujen ydinspinien vai-hedispersiota.

40. Patenttivaatimuksen 38 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että mainitut elimet (b) käsittävät: mainitun NMR näytteen säteilyttämisen selektiivisellä RF kyllästyspulssilla magneettikenttägradientin läsnäollessa, jonka suunta on valittu yhdensuuntaiseksi mainitun akselin : '· kanssa, kyllästämään ydinspinit, jotka sijaitsevat mainitussa NMR näytteessä lukuunottamatta niitä ydinspinejä, jotka j·-': sijaitsevat mainitulla ennalta määrätyllä alueella, ja maini tun NMR näytteen säteilyttämisen 90° RF pulssilla magnetoi-maan resonanssiin ydinspinit mainitussa ennalta määrätyssä alueessa.

41. Patenttivaatimuksen 37 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että mainitut elimet (c) sisältävät kolmannen magneettikenttägradientin syötön, jolla on ennalta määrätty määrä valittavia kokoja, ollen mainittu kolmas magneettikent-tägradientti kohtisuorassa mainittua ensimmäistä ja toista magneettikenttägradienttia vastaan, ollen yhden mainitun gradientin suunta valittavissa olemaan samansuuntainen mainitun näytteen akselin suunnan kanssa. 36 7 8 9 8 9

42. Patenttivaatimuksen 41 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että se käsittää: (h) elimet vaiheiden (b)-(e) toistamiseksi mainitun kolmannen magneettikenttägradientin kullekin mainitulle ennalta määrätylle koolle, pitäen mainittujen ensimmäisen ja toisen magneettikenttägradientin vastaavat koot vakioina; (i) elimet mainitun toisen magneettikenttägradientin seuraa-van ennalta määrätyn koon valitsemiseksi ja mainitun vaiheen (h) toistamiseksi; ja (j) elimet mainitun ensimmäisen magneettikenttägradientin seuraavan ennalta määrätyn koon valitsemiseksi ja mainitun vaiheen (h) toistamiseksi.

43. Patenttivaatimuksen 42 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että elimet (b) sisältävät: mainitun NMR näytteen säteilyttämisen selektiivisellä 90° RF pulssilla magneettikenttägradientin läsnäollessa, joka suunta on valittu olemaan yhdensuuntainen mainitun näytteen akselin suunnan kanssa, ja viimemainitun magneettikenttägradientin napaisuuden kääntämisen ja sen koon suunnilleen puolittamisen kääntämään mainittujen magnetoitujen ydinspinien vaihedispersio.

44. Patenttivaatimuksen 43 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että mainittu 90° RF pulssi käsittää RF pulssin amplitudimoduloituna aallonmuodon (sin bt)/bt signaalilla, jossa b on vakio ja t on aika.

45. Patenttivaatimuksen 43 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että mainittu 90° RF pulssi käsittää RF pulssin amplitudimoduloituna omaamaan Gaussin muotoisen verhokäyrän.

46. Patenttivaatimuksen 42 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että elimet (b) sisältävät: mainitun NMR näytteen säteilyttämisen selektiivisellä RF kyllästyspulssilla magneettikenttägradientin läsnäollessa, ollen suunta valittu olemaan yhdensuuntainen mainitun akselin kanssa, kyllästämään ydinspinit, jotka sijaitsevat mainitussa 37 78989 NMR näytteessä lukuunottamatta niitä ydinspinejä, jotka sijaitsevat mainitulla ennalta määrätyllä alueella; ja mainitun NMR näytteen säteilyttämisen 90° RF pulssilla magne-toimaan resonanssiin ydinspinit mainitulla ennalta määrätyllä alueella.

47. Laitteisto NMR kemiallisen muutoskuvauksen suorittamiseksi käyttäen monikulmaprojektion rekonstruointia, jossa kuva-usinformaatio kerätään NMR näytteen ennalta määrätyltä alueelta, käsittäen mainittu laitteisto: (a) elimet staattisen magneettikentän syöttämiseksi pitkin mainitun NMR näytteen akselia; (b) elimet niiden ydinspinien enemmistön magnetoimiseksi resonanssiin, jotka sijaitsevat mainitulla alueella siten, että mainitut magnetoidut ydinspinit tuottavat NMR signaalin; tunnettu siitä, että se käsittää: (c) elimet magneettikenttägradientin syöttämiseksi, jolla on ennalta määrätty lukumäärä valittavia suuntia mainitun alueen sisällä; (d) elimet mainitun NMR näytteen säteilyttämiseksi selektiivisellä RF pulssilla mainitun gradientin läsnäollessa, ollen ... mainitulla RF pulssilla ennalta määrätty jaksolukusisältö valittavissa kääntämään mainittujen magnetoitujen ydinspinien fraktion, jotka sijaitsevat yhdessä ennalta määrätystä mää-: rästä liuskamaisia alueita suunnattuna kohtisuoraan mainitun : gradientin suuntaa vastaan, tuottaen mainitut käännetyt ydin- spinit NMR spinkaikusignaalin; ja (e) elimet mainitun NMR spinkaikusignaalin havaitsemiseksi mainitun gradientin poissaollessa, siten että mainitun havaitun NMR signaalin Fourier muuntaminen tuottaa kuvausinformaa-tion yhden pisteen projektiossa, jonka suunta on määrätyn gradientin suuntainen.

48. Patenttivaatimuksen 47 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että se käsittää: (f) elimet mainittujen vaiheiden (a)-(e) toistamiseksi vaihtamalla mainitun RF pulssin jaksolukusisältöä jokaisella toistolla kääntämään ydinspinit, jotka sijaitsevat mainittu- 38 78989 jen ennalta määrättyjen liuskamaisten alueiden eri alueessa, ollen toistojen lukumäärä yhtä suuri kuin haluttu avaruuspis-teiden määrä mainitussa projektiossa; ja (g) elimet mainitun vaiheen (f) toistamiseksi jokaisella mainitun gradientin mainitun ennalta määrätyn suuntamäärän suunnalle hankkimaan vastaavan määrän projektioita.

49. Patenttivaatimuksen 48 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että mainittu magneettikenttägradientti käsittää resultanttigradientin ensimmäisen ja toisen magneettikenttä-gradienttikomponentin vektoriyhteenlaskusta, molemmat syötettynä kohtisuoraan mainittua akselia vastaan.

50. Patenttivaatimuksen 49 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että mainittu RF pulssi mainitussa vaiheessa (d) käsittää selektiivisen 180° pulssin, ja missä mainitut ensimmäinen ja toinen gradienttikomponentti ovat valittavissa siten, että vastaavat integraalit niiden aallonmuodosta ajan suhteen yli ensimmäisen aikavälin säteilyttämistä varten mainitulla 180° RF pulssilla ovat yhtä suuria kuin vastaavat integraalit sen aallonmuodosta ajan suhteen yli aikavälin, joka seuraa säteilyttämistä mainitulla 180° RF pulssilla. -j

51. Patenttivaatimuksen 50 mukainen laitteisto, tunnet- '- t u siitä, että elimet (b) sisältävät; mainitun NMR näytteen säteilyttämisen selektiivisellä 90° RF pulssilla magneettikenttägradientin läsnäollessa, jonka suunta on valittu olemaan sama kuin mainitun näytteen akselin suunta, ja viimemainitun magneettikenttägradientin napaisuuden kääntämisen ja sen amplitudin suunnilleen puolittamisen kääntämään mainittujen magnetoitujen ydinspinien vaihedispersio.

52. Patenttivaatimuksen 47 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että se käsittää: (h) elimet vaiheiden (a)-(e) toistamiseksi muuttamalla virtojen suhdetta ainakin kelaparin yhdessä kelassa, joka kelapari tuottaa mainitun magneettikenttägradientin ja pitää mainitun 39 7 8 9 8 9 selektiivisen RF pulssin jaksolukusisällön muuttumattomana kääntämään ydinspinit, jotka sijaitsevat mainittujen liuska-maisten alueiden eri alueilla, ollen toistojen lukumäärä yhtä suuri kuin haluttu määrä avaruuspisteitä mainitussa projektiossa; ja (i) elimet mainitun vaiheen (h) toistamiseksi mainitun gradientin suuntausten ennalta määrätyn määrän jokaiselle suunnalle hankkimaan vastaavan määrän projektioita.

53. Patenttivaatimuksen 52 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että mainittu magneettikenttägradientti käsittää resultanttigradientin ensimmäisen ja toisen magneettikenttä-gradienttikomponentin vektorisummasta ollen kumpikin syötetty kohtisuoraan mainittua akselia vastaan.

54. Patenttivaatimuksen 53 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että mainittu RF pulssi mainitussa vaiheessa (d) sisältää selektiivisen 180° pulssin, ja että mainitut ensimmäinen ja toinen gradienttikomponentti ovat valittavissa siten, että vastaavat integraalit sen aallonmuodosta ajan suhteen yli aikavälin ennen säteilyttämistä mainitulla 180° RF pulssilla ovat yhtä suuria vastaavien integraalien kanssa sen aallonmuodosta ajan suhteen yli aikavälin, joka seuraa säteilyttämistä mainitulla 180° RF pulssilla.

"'· 55. Patenttivaatimuksen 54 mukainen laitteisto, tunnet- t u siitä, että elimet (b) sisältävät: mainitun NMR näytteen säteilyttämisen selektiivisellä 90° RF pulssilla magneettikenttägradientin läsnäollessa ollen sen suunta valittu samaksi kuin mainitun näytteen akselin suunta, ja viimemainitun magneettikenttägradientin napaisuuden kääntämisen ja sen amplitudin suunnilleen puolittamisen pienentämään mainittujen magnetoitujen ydinspinien vaihedispersiota.

56. Laitteisto NMR kemiallisen muutoskuvauksen suorittamiseksi käyttämällä monikertakulmaprojektion rekonstruointia, 40 78989 jossa kuvausinformaatio on kerätty NMR näytteen ennalta määrätystä alueesta, käsittäen mainittu laitteisto: (a) elimet staattisen magneettikentän syöttämiseksi pitkin mainitun NMR näytteen akselia; tunnettu siitä, että laitteisto käsittää: (b) elimet mainitun NMR näytteen säteilyttämiseksi ensimmäisellä selektiivisellä RF kyllästyspulssilla ensimmäisen mag-neettikenttägradientin läsnäollessa, ollen suunta valittavissa olemaan sama mainitun akselin kanssa, kyllästämään ydin-spinit mainitussa NMR näytteessä lukuunottamatta niitä ydin-spinejä, jotka sijaitsevat mainitulla ennalta määrätyllä alueella; (c) elimet toisen magneettikenttägradientin syöttämiseksi, jolla on ennalta määrätty määrä valittavia suuntia mainitussa alueessa; (d) elimet mainitun NMR näytteen säteilyttämiseksi toisella selektiivisellä RF pulssilla mainitun toisen magneettikenttägradientin läsnäollessa, ollen mainitulla selektiivisellä RF pulssilla ennalta määrätty jaksolukusisältö valittavissa magnetoimaan ydinspinit, jotka sijaitsevat yhdessä liuska-maisten osien ennaltamäärätystä määrästä suunnattuna kohtisuoraan mainitun toisen gradientin suuntaan nähden, tuottaen mainitut magnetoidut ydinspinit NMR signaalin; ja (e) elimet mainitun NMR signaalin havaitsemiseksi mainittujen gradienttien poissaollessa, siten että mainitun havaitun NMR signaalin Fourier muuntaminen tuottaa spektrikuvausinformaa-tion yhden pisteen projektiossa, jonka suunta on sama kuin mainitun toisen gradientin suunta.

57. Patenttivaatimuksen 56 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että se käsittää: (f) elimet mainittujen vaiheiden (a)-(e) toistamiseksi vaihtamalla mainitun toisen selektiivisen RF pulssin jaksolukusi-sältöä jokaisella toistolla magnetoimaan mainitun alueen mainittujen ennalta määrättyjen liuskamaisten osien eri osan hankkimaan halutun määrän pisteitä mainitussa projektiossa; ja 78989 (g) elimet mainitun vaiheen (f) toistamiseksi mainitun toisen gradientin jokaiselle mainitun ennalta määrätyn suuntamäärän suunnalle hankkimaan vastaavan määrän projektioita.

58. Patenttivaatimuksen 57 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että mainittu toinen selektiivinen pulssi käsittää selektiivisen 90° RF pulssin, ja että mainittu toinen gradi-entti on resultanttigradientti ensimmäisen ja toisen gradi-enttikomponentin vektoriyhteenlaskusta, kumpikin mainituista ensimmäisestä ja toisesta gradienttikomponenteista sisältäen edelleen vastaavat gradienttikomponentit mainittujen magne-toitujen ydinspinien vaihedispersion kääntämiseksi.

59. Patenttivaatimuksen 58 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että se käsittää: elimet mainitun NMR näytteen säteilyttämiseksi epäselektiivi-sellä 180° RF pulssilla kääntämään mainitut magnetoidut ydin-spinit hankkimaan NMR spinkaikusignaalin, joka on havaittu vaiheessa (e).

60. Patenttivaatimuksen 56 mukainen laitteisto, tunne t -t u siitä, että se käsittää: (h) elimet mainittujen vaiheiden (a)-(e) toistamiseksi muuttamalla virtojen suhdetta ainakin yhdessä kelaparin kelassa, joka tuottaa mainitun toisen magneettikenttägradientin ja pitäen mainitun toisen selektiivisen RF pulssin jaksolukusi-sällön muuttumattomana kääntämään ydinspinit, jotka sijaitsevat mainittujen ennalta määrättyjen liuskamaisten alueiden eri alueessa, hankkimaan halutun määrän avaruuspisteitä mainitussa projektiossa; ja (i) elimet mainitun vaiheen (h) toistamiseksi mainitun gradientin mainitun ennalta määrätyn suuntamäärän jokaiselle suunnalle hankkimaan vastaavan määrän projektioita.

61. Patenttivaatimuksen 60 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että mainittu toinen selektiivinen RF pulssi sisältää selektiivisen 90° RF pulssin, ja että mainittu toinen gradientti on resultanttigradientti ensimmäisen ja toisen 42 78989 gradienttikomponentin vektoriyhteenlaskusta, sisältäen kumpikin mainituista ensimmäisestä ja toisesta gradienttikomponen-tista edelleen vastaavat gradienttikomponentit mainittujen magnetoitujen ydinspinien vaihedispersion pienentämiseksi. 78989 43