JPH0287050A - 結合スピンを含む新陳代謝物質によるｎｍｒ信号の二次元スペクトルを作る方法と装置 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は核磁気共鳴（ＮＭＲ）分光法、更に具体的に云
えば、ＮＭＲ信号から望ましくないスピン共鳴応答信号
を除去する方法に関する。

核磁気共鳴（ＮＭＲ）インビボ（ｉｎ−ｖｉｖｏ）燐（
３１Ｐ）分光法が人間の新陳代謝を監視する役に立つ道
具であることは周知である。然し、インビボ燐分光法は
、妥当な信号対雑音比を持つスペクトルを収集するのに
、比較的長い期間を必要とするのが難点である。時間の
長さの問題は、燐分光性の代りに、水素（１Ｈ）分光法
を利用すれば避けることが出来る。これは、水素のＮＭ
Ｒ感度は、燐の感度の大まかに云って１５倍も大きいか
らである。その結果、水素分光法のデータ収集時間は、
同じ信号対雑音比を達成しようとすれば、燐の場合のデ
ータ収集時間より２桁又はそれ以」二も短くなる。

然し、１Ｈ分光法が、水の様な構成成分からの非結合ス
ピン共鳴が存在すること、並びに脂質から出る様な望ま
しくない結合スピン共鳴が存在すること＼云う別の問題
に悩むことも周知である。

望ましくないスピン共鳴は、関心のあるスペクトルのピ
ークよりも、典型的には３桁乃至４桁も大きい。更に、
この様な望ましくないスピン共鳴は、希望する新陳代謝
物質のピークと大体同じスペクトル位置にあり、従来の
ＮＭＲ方法では、所望の新陳代謝物質のピークを検出す
ることが事実上不可能になる。従って、水及び脂質の様
な他のインビボ人体組織の構成成分が存在している状態
で、新陳代謝物質内の結合水素スピンからのスピン共鳴
応答を収集する方法を提供することが非常に有利である
。

妨害するスペクトル・ピークの周波数を中心とする帯域
幅の狭いＲＦ励振パルスを利用し、収集された全体的な
Ｎ　Ｍ　Ｒ応答スペクトル中の望ましくない共鳴ピーク
を抑圧する幾つかのＮＭＲ方法が提供されている。最も
直接的な方式は、予備飽和用の長いＲＦ励振パルスを用
いるもので、これは所望のスペクトルを受信して処理す
る前に、妨害信号のピーク応答（普通は水の共鳴の応答
）を抑圧する為に用いられる。一般的には“１−３−３
−１”と呼ばれる別の方式は、中間に遅延をおいた一連
の９０’ＲＦ励振パルスを利用して、望ましくないスピ
ン磁化を縦方向に操作すると共に、所望の共鳴のスピン
磁化を横平面へ操作し、そこで検出可能なＮＭＲ信号を
発生する様にする。こう云う方式は、抑圧される成分の
周波数か又はその近くにある所望のスピン共鳴の成分を
も抑圧し、他の周波数の望ましくないスピン共鳴成分を
抑圧しないので、制約がある。

望ましくない水のスピンと他の化学物質のスピンとの間
の、スピン−格子緩和時間Ｔ１及びスピン−スピン緩和
時間Ｔ２の違いを活用して、水の共鳴ピークに対して弁
別する他の方式も知られている。即ち、長いエコー時間
を有効に利用して、ある組織に於ける水のピークを抑圧
し、ラクタート（乳酸塩）の様な他の共鳴は実質的に影
響がない様にする。望ましくない多くの脂質の共鳴がこ
の方式の影響を受け、収集されるＮＭＲ信号信号域衰す
る。

他の方法は、読出しの前に、望ましくないスピン成分（
水）のゼロ時定数（”　ｎｕｌ　１）に等しい遅延を持
つ反転パルスを利用する。この望ましくないスピン成分
は抑圧されるが、こう云う方法は所望の新陳代謝物質の
共鳴ピークをも部分的に抑圧し、一般的にその他の望ま
しくない（脂質）スピン共鳴を抑圧しない。

現存の幾つかの方法は、同じ分子の隣合った原子の間に
存在するスカラー結合を利用することにより、非結合ス
ピン共鳴によって発生される望ましくないＮＭＲ応答信
号を抑圧する。スピンを横平面に章動させ、−続きのＲ
Ｆ励振パルス及び遅延の作用を受けさせることにより、
所望の結合原子によって発生されるスピン磁化を、非結
合スピンによって発生されるスピン磁化が展開するのと
は異なる形で展開させる。同質原子核分極移転方式の様
なこの種の方式は、非選択性９０°ＲＦ励振パルス及び
遅延を用いて、特定の結合定数Ｊを持つ全ての結合スピ
ンの位相を反転する。然し、この方法は、互いに結合さ
れた脂質の共鳴を抑圧することが出来ない。この欠点は
、脂質アルキル共鳴の様な他のある共鳴を排除しながら
、ラクタート共鳴の様なある結合ピークを保存すること
が出来る様にする同質原子核二重共鳴差分光性と呼ばれ
る更に別の方法によって解決することが出来る。この方
法は、ラクタートのピーク周波数の１つに中心を持つ選
択性１８０°ＲＦ励振パルスを用いて、第１の共鳴ピー
クが結合している、ラクタート共鳴ピークの位相だけを
反転する。こう云うことが起るのは、選択性パルスの周
波数が大体ｉ　Ｉｌｚ以内に正確に設定されている場合
だけであり、周波数が不正確であれば、もとのラクター
トのピクの位相又は振幅が歪み、その結果所望の信号成
分が、最終的なＮＭＲ信号信号域いに相殺する結果にな
ることがある。

本願発明者による米国特許出願第１８１，９５６号（平
成１年特許願第８８２１５号）には、関心のある新陳代
謝物質の分子によって発生される信号成分がその２つの
ＲＦ励振磁界パルスの間の期間ｔ１の関数として振幅変
調されるようにしたパルス順序が説明されている。期間
の異なるこのような２つのパルス順序を実行し、結果と
して得られたＮＭＲ信号を減算することにより、所望の
信号成分が作られるとともに、水および脂質からの変調
されていない信号成分が抑圧される。

この従来方法の欠点は差を取る手法を用いていることで
ある。すなわち、２つのＮＭＲ信号の差は所望の信号成
分を生じさせると推定されているが、しかし実際には、
第１のパルス順序と第２のパルス順序の時間の間に被検
体またはＮＭＲ装置の中で生じる変化によっても差信号
は生じ得る。

したがって、正確な結果を得るためには種々の測定条件
について非常に厳格な制御を維持しなければならないが
、これは必らずしも可能ではない。

発明の要約 本発明は妨害信号を選択的に抑圧することにより、自然
に発生する濃度で新陳代謝物質のインビボ陽子スペクト
ルを示すＮＭＲ信号を発生する方法に関する。更に具体
的に云うと、本発明は、関心のある領域に分極磁界を印
加し、関心のある領域にＲＦ励振磁界パルスを印加して
、横方向磁化を発生し、新陳代謝物質の分子のスピン−
スピン結合定数（ｊ）の関数である第１の期間（ＴＥ／
２）後に、関心のある領域に第２のＲＦ励振磁界パルス
を印加し、新陳代謝物質の分子のゼロ量子変調周波数（
ＺＱＭＦ）の関数である第２の期間（ｔ１）後に、関心
のある領域に第３のＲＦ励振磁界パルスを印加し、その
結果得られるエコーＮＭＲ信号を収集し、第２の期間（
ｔ１）を一連の異なる値にした場合について、上記のパ
ルス順序を繰返すことにより、収集されたデータの二次
元配列を発生し、収集されたデータの配列の二次元変換
を行うことにより像を再構成する各段階を含む。

本発明の全般的な目的は、新陳代謝物質の分子によって
発生されたものではないＮＭＲ信号成分から所望の新陳
代謝物質の分子のＮＭＲ信号成分を分離することである
。期間ｔ１を増分的に増加して一連の測定を遂行するこ
とにより、結果として得られる一連のＮＭＲ信号が、該
信号に寄与する分子のゼロ量子変調周波数の関数として
振幅変調される。第１のフーリエ変換によってＮＭＲ信
号がそれぞれの化学シフト・スペクトル成分に分けられ
て、二次元スペクトルの１つの軸に沿ってデイスプレィ
される。第２のフーリエ変換によって各スペクトル成分
がゼロ量子変調周波数成分に分けられて、二次元スペク
トルの他方の軸に沿つてデイスプレィされる。この結果
得られる二次元像はそれらの化学シフト周波数により、
またそれらのゼロ量子変調信号振幅の周波数により、Ｎ
ＭＲ信号の構成部分に分離される。その際、二次元像は
ラクタート分子、脂質、水のような種々の構成要素によ
る信号成分を二次元スペクトルの中で分離する。

本発明の更に特定の目的は、ＮＭＲ信号を収集する領域
を局在化することである。３つのＲＦ励振パルスの各々
を印加する時に、位置符号化磁界勾配を印加することが
出来、ＲＦ励振パルスの周波数帯域幅は、各々の勾配磁
界の方向に沿ったスライスを選択する様に制限する。３
つの選ばれたスライスの交差する所にある関心のある領
域により、ＮＭＲ信号が発生される。

本発明の、ト記並びにその他の目的及び利点は、以下の
説明から明らかになろう。この説明では、本発明の好ま
しい実施例を例として示した図面を参照する。この実施
例は必ずしも本発明の範囲全体を表わすものではなく、
本発明の範囲は特許請求の範囲を基準として考えられた
い。

好ましい実施例の説明 最初に第１ａ図について説明すると、ＮＭＲ分光情報を
求めようとする分子１０が示されている。

分子１０は、ラクタート分子の様なＡＢ３形分子分子り
、Ｈａ　　（Ａ）半分にある中央の炭素原子との１本の
結合を持つ１個の水素原子１０ａと、何れもＨｂ（Ｂ３
）半分にある端の炭素原子と結合を夫々有する３つの水
素原子１０ｂとの間にスカラー結合が存在する。この分
子が分極磁界Ｂｏの作用を受け、横方向ＲＦ励振磁界Ｂ
１が印加されると、多数の共鳴ピークを持っＮＭＲ信号
がこの分子によって発生される。

Ｈａ　（Ａ）の水素原子１０ａの原子核のスピンは−ｔ
＝又は下向きになることが出来るから、Ｈｂ（Ｂ３）の
原子１０ｂの核スピンは２つの異なる局部的な環境の内
の一方と出会い、従って、その共鳴のピークが二重子の
スペクトル線に分裂し、その各々は振幅が略同様である
。同じく、３つのｂ水素原子１０ｂは、その３つのスピ
ン全部が上向きである場合、１つのスピンが下向きで、
他の２つが上向きである場合、２つのスピンが下向きで
、１つのスピンか上向きである場合、又は３つのスピン
全部が下向きである場合の内の任意の１つのスピン形式
をとることが出来る。従って、ａ水素原子１０ａから見
た環境は異なる４種類があり、その共鳴が四重子のスペ
クトル線に分裂し、相対的な強度は１：３：３：１にな
る。

インビボ・ラクタート分子によって発生される変換され
たＮＭＲ信号の例が第１ｂ図に示されている。ＮＭＲ信
号は周波数領域に変換されており、その信号成分が、周
波数を表わす横軸に沿った異なる周波数の所のピーク又
は「スペクトル成分」として示されている。水の中の水
素原子核によって発生される１つのスペクトル成分が周
波数ωＨに示されているが、当業者であれば、非結合共
鳴スピンによって発生されるこの他の多数の望ましくな
いスペクトル成分が典型的には存在していることが理解
されよう。こう云う他のスペクトル成分は、ラクタート
のスペクトル成分よりも前桁も大きい場合が多い。

図示のラクタート分子１０のａ水素スピン共鳴Ｈａ　　
（Ａ）によるＮＭＲ信号成分が、夫々周波数ωＲ１ωＳ
ωＴ及びωＵに、スペクトル成分Ｒ２Ｓ、Ｔ及びＵの四
重子を発生する。この各々のピクがスピン−スピン結合
定数Ｊだけ離れており、これは大体７．３１１ｚである
。ｂ水素共鳴Ｈ５（Ｂ３）が、夫々周波数ωＹ及びωＷ
に二重子のスペクトル成分Ｖ及びＷを発生する。その間
の隔たりは、同じスピン−スピン結合定数Ｊによって決
定される。四重子の中心と二重子の中心の間の間隔が化
学シフト差と呼ばれる。ゼロ量子変調周波数（ＺＱＭＦ
）は絶対周波数単位（Ｈｚ）で表わしたこの差に等しい
。この例では、ＺＱＭＦが２テスラでは２５０Ｈｚに等
しい。非結合スピン共鳴成分Ｐ並びに非結合脂質による
共鳴成分の振幅が比較的巨大である為に、所望の結合ス
ピンのスペクトル成分Ｒ乃至Ｗのずっと小さい振幅が小
さく見え、この為、結合スピンのスペクトル成分を直接
収集しようとする試みは、不可能ではないとしても、極
めて困難である。本発明は、成分Ｒ，Ｓ。

Ｔ、　ｔＪ、　Ｖ又はＷの使いものになるスペクトルを
発生しながら、望ましくないスペクトル成分を分離する
ための方法である。

本発明の方法を実施する時は、ゼネラル・エレクトリッ
ク・カンパニイから、自己遮蔽勾配を備えたＧＥ　　Ｃ
３Ｉ−１１作像分光計として市場で販売されている様な
２．０テスラの像分光計を用いる。

使われるパルス順序が第２図に示されている。

これは、３つの選択性９０°ＲＦ励振パルス２０゜２１
．２２を印加して、その結果生ずるＮＭＲエコー信号２
３を収集することを含む。ＲＦ励振パルスは、４ミリ秒
のローブ３個の５ｉｎｘ／ｘパルスであって、１５００
Ｈｚの周波数帯域幅を持っている。ＲＦ励振送信機の周
波数は４．７ｐｐｍで水共鳴上に置かれる。磁界勾配が
ｘ、ｙ及び２方向に印加されて、ＮＭＲ応答を、関心が
持たれる被検体の選ばれた位置に局在化する。更に具体
的に云うと、Ｘ勾配パルス２４が、第１のＲＦ励振パル
ス２０が印加される間に印加されて、Ｘ軸に沿ったスラ
イスを選択し、Ｘ勾配パルス２５が第２のＲＦ励振パル
ス２１の間に印加されて、ｙ軸に沿ったスライス内のス
ピンを選択し、２勾配パルス２６が第３のＲＦ励振パル
ス２２の間に印加されて、Ｚ軸に沿ったスライス内のス
ピンを選択する。その結果、収集期間ｔ２の間に、ＮＭ
Ｒエコー信号２３が、３つのスライス全部の交差する所
にある矩形容積によって発生される。夫々のＸ。

ｙ及び２勾配パルス２７．２８．２９を用いて、周知の
様にスピンの位相戻しくｒｅｐｈａｓｅ　）を行ない、
ｙ勾配ホモスポイル（ｈｏｍｏｓｐｏＨ）パルス３０が
、関心のある領域の外側のスピンの位相外しくｄｅｐＨ
ａｓｅ　）をして、それがＮＭＲ信号を発生しない様に
する。更に、パルス順序の前に水共鳴の化学シフト選択
性９０°ＲＦ励振パルス３１とそれに続くホモスポイル
２勾配パルス３２が先行する。これは水によって発生さ
れるＮＭＲ信号を小さくする水抑圧順序としての役目を
果す。第２図のパルス順序と組合わせて他の周知の水抑
圧方法を用いてもよい。

刺激エコー順序で発生されるＮＭＲエコー信号を局在化
する為に磁界勾配を使う多数のこの他の方法が公知であ
って、それを用いてこの発明を実施することが出来る。

ここに述べた方法は［ザ・ジャーナル・オブ・マグネテ
ィック・レゾナンス（Ｔｈｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｒＭ
ａｇｎｅｔｉｃ　Ｒｅ５ｏｎａｎｃｅ　）誌」７２巻、
５０２頁（１９８７年）所載のジェー・フラーム（Ｊ、
Ｆｒａｈｍ　）　、ケー・デー・メルボルト（Ｋ、Ｄ、
Ｍｅｒｂｏｌｄｔ）及びダブりニー・ハニッケ（Ｗ。

１１ａｎｉｃｋｅ　）の論文で提案された方法である。

この方法の他の具体例が同誌７０巻、４８８頁（１９８
６年）所載のジェー・グラノット（Ｊ　、Ｇｒａｎｏｔ
）の論文、さらに同誌７２巻、３７９号（１９８７年）
所載のアール・キミッヒ（Ｒ，Ｋ１ｍｍ１ｃｈ　）及び
デイ−・ヘープフエル（Ｄ、Ｈｏｃｐｆｃｌ　）の論文
に述べられている。

刺激エコー・パルス順序は、遅延時間（ＴＥ／２）たけ
離れた最初の１対の選択性９０°ＲＦパルスが局在化Ｎ
ＭＲスピン系内のスピンのポピレション（ｐｏｐｕｌａ
ｔｉｏｎ）の多重量子又はその代りにゼロ量子のコヒー
レンスを生ずる様な順序である。このスピンのポピシー
ションのコヒーレンスか、この後の期間（ｔ１）の間に
展開し、結合スピンでは、この結果、検出されるＮＭＲ
信号の振幅変調が生ずる。（水及び脂質の一部分の信号
の場合の様な）他のスピン共鳴に結合していないスピン
共鳴は、多重量子挙動を生ぜず、従って、期間（ｔ１）
の間、変調を受けない。更に、結合スピン共鳴は独特な
ゼロ量子変調周波数を示し、この差を本発明の示すとこ
ろに従って用いることにより、結合スピン共鳴相互を区
別することができる。

この現象が第３ａ図乃至第３ｈ図のグラフに示されてい
る。これらの図で、デカルト座標が励振磁界Ｂ１の周波
数で、Ｚ軸の周りに回転する。特に第２図及び第３図を
見れば、パルス順序の始めに、全てのスピン磁化が、第
３ａ図のベクトル４０で示す様に、分極磁界Ｂ。の方向
の２軸と整合している。時刻ｔａに、この場合は回転フ
レームのＸ軸に沿って印加された第１の選択性９０°Ｒ
Ｆ励振パルス２０が、磁化を横平面（即ち、Ｘｙ平面）
へ傾け、そこで時刻ｔｂに、種々の成分のスピン磁化が
同相になり、第３ｂ図の４１に示す様に、回転フレーム
のｙ軸と整合する。こう云う種々の成分は若干異なるラ
ーモア周波数を持つから、それらは直ちに互いに位相外
れを開始する。

このことが、送信機の周波数から特定の共鳴のオフセッ
トに対するラクタート分子中のｂ水索二重子のスピン磁
化■及びＷについて、第３ｃ図に示されている。一方が
他方よりも７．３５Ｈｚだけ一層速く回転するから、最
初の期間ＴＥ／２の後、それらは互いに位相がはずれて
いる。従って、期間ＴＥ／２を適当に選ぶことにより、
第２のＲＦ励振パルス２１が発生される時刻ｔ。には、
スピン磁化Ｖ及びＷ成分は１８０°位相がずれる。云い
換えれば、ＴＥ／２は、結合スピンの完全な「ｊ変調」
を生ずる様に、次の式に従って選ばれる。

ＴＥ／２＝ｎ／２ｊ こ＼でｎは奇数１．３．５等であり、ｊはスピンスピン
結合定数である。

こ＼で説明する好ましい実施例では、ｎは“１″に選ば
れており、スピン−スピン結合定数（ｊ）は前に述べた
様に７．３１１ｚである。従ってＴＥ／２は６８ミリ秒
になる。

第３ｄ図に示す様に、第２のＲＦ励振パルス２１が印加
される時刻ｔｃにスピン磁化の種々の位相外れ成分は、
±Ｘ方向の成分と±ｙ力方向成分に分解することができ
る。回転フレームのＸ軸に沿ってＲＦ励振パルス２１を
印加した後の時刻１ｄに、ｙ成分は、第３ｅ図の４２及
び４３に示す様に、±２軸に沿う様に傾く。この後の期
間ｔ１の間、±２軸に沿った成分は変調されるが、横平
面内にとゾまっでいて傾かなかったＸ成分は、勾配３０
の存在のもとに更に位相外れを生ずる。

この勾配は、全ての多重量子コヒーレンスを位相外れさ
せる（破壊する）様に作用し、磁界の非均質性に影響さ
れないゼロ量子コヒーレンスだけが残る。その結果、第
３のＲＦ励振パルス２２が時刻ｔｅに印加される期間ｔ
ｌ後には、±２軸に沿って成分４２′及び４３′がある
が、横平面内の成分は完全に位相外れして、正味の磁化
を発生しない。このことが第３ｆ図に示されている。第
３の励振パルス２２が±２軸の磁化を横平面へ戻す様に
傾け、そこで最初のＴＥ／２期間の間に収集された位相
情報が保存される。このことが第３ｇ図の４４及び４５
に示されている。従って、最後のＴＥ／２期間の間、前
は位相外れであった成分が位相戻しにより、エコーＮＭ
Ｒ信号２３を発生する。この時点に於けるスピン磁化が
第３ｈ図に示されており、この場合の横方向の磁化は、
時刻ｔ９に於けるＮＭＲエコー信号を発生する様に作用
する。

同じ化学シフトたけ離れていない結合スピンは、同じ周
波数の振幅変調を受けず、この事実を利用して、ゼロ量
子変調周波数が異なる、非結合スピン及びその他の種類
の結合スピン系によって発生されるスペクトル成分を分
離することが出来ると云うのが、本発明の考えである。

本発明を具体化するため、第２図のエコーパルス順序が
多数回実行され、各回毎に期間ｔ１の値を順次増分する
。最初のパスでは、ｔｌの値を初期値たとえば１０ミリ
秒に設定し、エコー信号２３を収集してディジタル化す
る。この同じｔｌの値テパルス順序を反復することによ
り測定の信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）を改善することができ
る。次にｔｌの値を増分的に増加させてパルス順序を反
復する。好ましい実施例ではパルス順序を１秒ごとに反
復し、ｔｌの値を５００マイクロ秒ずつ増加させる。こ
のように測定を反復することにより、合計６４個のＮＭ
Ｒ信号を収集し、ディジタル化し、二次元配列のデータ
として格納する。８ＮＭＲ信号は関心のある化学シフト
範囲のすべての周波数を正確に測定するのに充分な速度
でサンプリングされる。好ましい実施例では２０４８個
のブタ点が収集されるが、二次元データ配列の６４行の
各々で所望の化学シフト範囲をカバーする２５６個の点
だけが使用される。

測定と次の測定との間における、ドウエル期間ｔｌの増
分量は、所望のゼロ量子周波数範囲内のスペクトル幅に
応じて定められる。この増分量は所望のスペクトル幅の
２分の１に等しく、スペクトル幅はサンプルから出てく
る全てのゼロ量子周波数を正確に測定するように選定す
るべきである。

好ましい実施例では、１０００ヘルツのゼロ量子スペク
トル幅を得るために５００マイクロ秒のドウエル期間増
分値が選定された。

第４図はこの発明によるデータ配列の収集に適したＮＭ
Ｒ装置の主な部品の簡略ブロック図である。装置全体を
４００で示すが、これは汎用ミニコンピユータ４０１を
ディスク記憶装置４０３及びインターフェース装置４０
５に機能的に結合することによって構成される。ＲＦ送
信機４０２、信号平均化器４０４及び夫々ｃ、　１　Ｇ
’／　＊　Ｇ’Ｌ勾配コイル４１６，４１８，４２０を
付勢する勾配電源４０６，４０８．４１０が、インター
フェース装置４０５を介してコンピュータ４０１に結合
される。

ＲＦ送信機４０２が所望のラーモア周波数で発信するＲ
Ｆ発振器を持っている。ＲＦパルスの周波数を変えるこ
とによって、感応する容積を走査する場合、これは市場
で入手し得るプログラム可能な周波数合成器を使って、
自動的にコンピュータから行なうことが出来る。送信機
はコンピュータ４０１からのパルス包絡線でゲートして
、検査する物体内の共鳴を励振するのに必要な変調を持
つＲＦパルスを発生する。ＲＦパルスをＮＭＲ方法に応
じて、１００ワツトから数キロワットまで変化するレベ
ルまで、ＲＦ電力増幅器４１２で増幅し、送信機のコイ
ル４２４に印加する。サンプルの容積が大きければ、−
層高い電力レベルが必要であり、大きなＮＭＲ周波数帯
域幅を励振する為に、持続時間の短いパルスを必要とす
る場合もそうである。

ＮＭＲ信号を受信機のコイル４２６で感知し、低雑音前
置増幅器４２２で増幅し、更に増幅、検波及びろ波する
為に、受信機４１４に印加する。

その後信号をディジタル化して、信号平均化器４０４で
平均し、コンピュータ４０１で処理する。

前置増幅器４２２及び受信機４１４は、送信の間、能動
ゲート作用又は受動ろ波作用により、ＲＦパルスから保
護される。

コンピュータ４０１が、ＮＭＲパルスのゲート作用及び
包絡線変調、前置増幅器及びＲＦ電力増幅器の消去、及
び勾配電源に対する電圧波形を発生すると共に、走査の
間、勾配及びＲＦパルスの周波数を進める。コンピュー
タは、フーリエ変換、データのろ波作用及び記憶作用（
それら全ての動作は、ミニコンピユータによって普通の
様に行なわれ、従ってこ＼では上記のように機能しか説
明しない）の様なデータ処理をも行なう。

希望によっては、送信機及び受信機のＲＦコイルは、１
個のコイルで構成することが出来る。この代りに、電気
的に直交する２つの別々のコイルを使ってもよい。この
形式は、パルス送信の間、受信機に対するＲＦパルスの
漏れが減少すると云う利点がある。両方の場合に、コイ
ルの磁界は、磁石４２８（第４図）によって発生される
静磁界Ｂｏの方向と直交する。コイルは、ＲＦ遮蔽ケス
内に包込むことにより、装置の他の部分から隔離される
。典型的な３つのＲＦコイルの設計が、第５ａ図、第５
ｂ図及び第５ｃ図に示されている。

これら全てのコイルは、Ｘ軸方向のＲＦ磁界を発生する
。第５ｂ図及び第５ｃ図に示すコイルの設計は、サンプ
ル室の軸線が主磁界Ｂｏと平行である様な磁界の形状に
適しており、これに対して第５ａ図に示す設計は、サン
プル室の軸線が主磁界Ｂｏに対して垂直な形状に用いら
れる。

磁界勾配コイル４１６，４１８，４２０　（第４図）が
、夫々勾配Ｇ、、Ｇ〉、、Ｇ、を発生する為に必要であ
る。こ＼で説明したＮＭＲパルス順序では、勾配は、サ
ンプル容積にわたって単調で線形にすべきである。単調
でない勾配磁界により、エーリアシングと呼ばれるＮＭ
Ｒ信号データの劣化を招くが、これは重大なアーチファ
クト（偽像）を招く。非線形勾配は、データの幾何学的
な歪みの原因になる。

サンプル室の軸線が主磁界Ｂｏと平行である様な磁石の
形状に適した勾配コイルの設計が、第６ａ図及び第６ｂ
図に示されている。勾配Ｇ、Ｘ及びＧｙの各々カ、第６
ａ図に示す組３００，３０２の様な１組のコイルによっ
て発生される。第６ａ図に示す様なコイルの組が、勾配
Ｇ１を発生する。

勾配Ｇｙを発生するコイルの組は、９０’回転している
。勾配Ｇ工は、第６ｂ図に示すコイル４゜Ｏ及び４０２
の様なコイルの対によって発生される。勾配コイルの電
流の比を変えることにより、感応容積を走査する場合、
各々の半分、例えば第６ａ図（７）３００．３０２及び
第６ｂ（７）４００，４０２は、別個の電源で駆動して
、第４図の電源４０６．４（１Ｂ、４１０が夫々実際に
は２つの電源で構成される様にすることができる。

ディスク記憶装置４０３に格納された収集されたＮＭＲ
データの２５６Ｘ６４素子の配列を処理して二次元スペ
クトルを発生する。更に具体的に云うと、データをまず
化学シフト時間領域ｔ２に関して（すなわち配列の各行
に沿って）フーリエ変換し、同一サイズの第２のデータ
配列を作る。

「マスマティクス・コンピュータ（Ｍａｔｈ、Ｃｏｌｌ
１ｐｕｔ、）誌」１９巻、２９７頁（１９６５年）所載
のジ工・ダブりニー・クーリー（Ｊ、ν、Ｃｏｏｌｅｙ
）およびリュー・ダブリュー・チューキー（Ｊ、Ｗ、Ｔ
ｕｋｅｙ　）の論文に説明されているコンピュータ・プ
ログラムを使って、この第１のフーリエ変換を行なう。

これに続いて、アレーを転置しくすなわち、配列の行と
列を入れ替え）、ゼロ量子展開時間ｔ１に関して（すな
わち転置された配列の各行に沿って）転置データ配列に
ついて第２のフーリエ変換を行なう。これにより同一の
サイズの第３のデータ配列が得られ、その結果前られる
強度データは陰極線管デイスプレィのデイスプレィ・メ
モリに直接マツピングすることができる。そのかわりに
、この変換されたデータを使って第７ａ図および第７ｂ
図に示す形式の輪郭図を作ることができる。これらの図
」二の閉じた各輪郭線は信号強度がほぼ等しい点を表わ
す。外側の線から内側の閉じた輪郭線に移るにつれて輪
郭線相互の間で対数的に信号強度が増大する。

第７ａ図の二次元スペクトルは、乳酸で見られるものに
類似したＡＸ３型スピン系を持つ、ピナツ油と１００＋
ｎＭのＮ−アセチルアラニンとの２５ｍ１の混合物で構
成したファントムにより発生さされたものである。すべ
てのデータは８５．５６Ｍ）Ｉｚで動作する前記の２．
０テスラの作像分光計を使って収集した。ＮＭＲ信号は
３，５インチの作像コイルを使って混合物の２相の界面
でＩＣＩ：の容積から得られた。

二次元データ・マトリクスは、ゼロ量子展開期間ｔ１を
１０ミリ秒から４２ミリ秒まで０．５ミリ秒ずつ順次増
加することにより収集した。各増分は１６個の平均値の
和であった。反復時間は１秒であり、ＲＦ励振信号送信
機の周波数は水共鳴に位置していた。結合Ｎ−アセチル
アラニンψメチルの共鳴に対してＴＥ／２を６８ミリ秒
すなわち１／２Ｊに設定した状態で信号をスピン・エコ
として収集した。

二次元フーリエ変換されたデータ配列の輪郭図が第７ａ
図に示されている。伝統的な化学シフト周波数が横軸に
沿って示されており、ゼロ量子変調周波数が縦軸に沿っ
て示されている。化学シフトを表わす横軸に沿って示し
た一次元スベクトルは局在化容積から収集したものであ
り、（１）１゜０　ｐｐＩｌｌの脂質−ＣＨ３の陽子、
（２）　１．　４ｐｐＩ１１の脂質−ＣＨ＝　、　　（
３）２．０ｐｐＩＩ＋の（オレフィン陽子に隣接した）
脂質−ＣＨ・の陽子、ならびに（４）４．８ｐｐｍの水
陽子からの共鳴を示す。

ゼロ量子周波数を表わす縦軸に沿って示したスペクトル
は１．３ｐｐｍの二次元配列から抽出したものである。

（＋／　−）　２５０１１ｚのゼロ量子周波数はＮ−ア
セチルアラニンの結合ＡＸ３スピン系に関連する。この
スペクトルのゼロ周波数の近くのピークは脂質の−ＣＨ
２および−ＣＨ３の陽子から生じる。１．３ｐｐＩＩｌ
のＮ−アセチルアラニンの結合された一ＣＨ３は化学シ
フト領域の脂質ＣＨ２によって不明瞭になるが、これら
の共鳴は二次元輪郭図で分解される。Ｎ−アセチルアラ
ニンからの４．２の結合されたー〇Ｈ陽子も二次元輪郭
図で見ることができることに注意されたい。

第７ｂ図の二次元スペクトルはネズミの背中に皮下移植
されたＲＩＦ−１腫瘍の乳酸レベルを評価するためにイ
ンビボ実験で収集したデータ配列から作成したものであ
る。データは腫瘍のまわりに配置された２０ｍ＋ｓ、４
ターンのソレノイド・コイルを使って収集した。スペク
トルは上記の同じ実験条件を使って腫瘍の中のｌｃｃの
容積から求めた。腫瘍の乳酸を分析し、９．６マイクロ
モル／ｇの湿潤質量（９、６１１ＩＭ）を含んでいるこ
とがわかった。

横軸に沿って示す化学シフト・スペクトルは局在化容量
から収集し、縦軸に沿って示すゼロ量子変調スペクトル
は１．３ｐｐｍの二次元マトリクスから抽出した。化学
シフト・スペクトルでは、ワクタート−ＣＨ３共鳴は脂
質信号がオーバーラツプすることによって不明瞭になる
。しかし前と同様、これらの共鳴は明瞭にゼロ量子変調
スペクトルで分離されている。４．２ｐｐＩ１１のラク
タートＣＨ陽子も輪郭図には現われている。

本発明を特定の実施例及び例について説明したが、当業
者には、以上の説明からこの他の変更が考えられよう。

従って、特許請求の範囲内で、本発明はこ＼に具体的に
記載した以外の形で実施することが出来ることを承知さ
れたい。

たとえば、相次ぐ順序の間、ＲＦ励振パルスの位相を変
えることにより、関心のある領域の外側の事象が原因で
起るアーチファクトを抑圧する為に、位相サイクル方法
を本発明と共に用いることが出来る。最後に、スピン磁
化を１８０°章動させる又は傾けるＲＦ励振パルスを、
本発明の順序の第１及び第２のＲＦパルスの中間、又は
第２のＴＥ／２期間の中央に挿入して、共鳴外れ効果を
補償することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図は多数のスペクトル成分を持っＮＭＲ信号を発
生するラクタート分子の概略構成図、第１ｂ図は第１ａ
図のラクタート分子によって発生されるスペクトル成分
を示すグラフ、第２図は本発明の好ましい実施例として
、ＮＭＲ分光計に用いられるパルス順序を示す時間線図
、第３ａ図乃至第３ｈ図は、第２図のパルス順序の種々
の段階に於けるスピン磁化を示す説明図、第４図は本発
明を用いたＮＭＲ装置の簡略ブロック図、第５ａ図乃至
第５Ｃ図は第４図のＮＭＲ装置に使うことが出来るＲＦ
コイルの略図、第６ａ図及び第６ｂ図は第４図のＮＭＲ
装置に用いられる勾配コイルの略図、第７ａ図及び第７
ｂ図は本発明に従って発生される二次元像を表わすグラ
フである。 ［主な符号の説明］ ２０・・・第１のＲＦ励振パルス、 ２１・・・第２のＲＦ励振パルス、 ２２・・・第３のＲＦ励振パルス、 ２３・・・ＮＭＲエコー信号、 ２４・・・Ｘ勾配パルス、 ２５・・・ｙ勾配パルス、 ２６・・・２勾配パルス、 Ｂｏ・・・分極磁界。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、新陳代謝物質のインビボ陽子スペクトルを示す二次
   元スペクトルを作る方法であって、 （ａ）関心のある領域に分極磁界を印加し、 （ｂ）磁界勾配の存在のもとに第１のＲＦ励振磁界パル
   スを印加して、関心のある領域内に横方向の磁化を生じ
   させ、 （ｃ）前記第１のパルスの印加から、関心のある新陳代
   謝物質の分子のスピン−スピン結合定数（ｊ）の関数と
   して定めた第１の期間（ＴＥ／２）の後に、磁界勾配の
   存在のもとに第２のＲＦ励振磁界パルスを印加して、関
   心のある領域内に縦方向の磁化を生じさせ、（ｄ）前記
   第２のパルスの印加から第２の期間（ｔ＿１）の後に、
   磁界勾配の存在のもとに第３のＲＦ励振磁界パルスを印
   加して、関心のある領域内に横方向の磁化を復元させ、
   （ｅ）前記第３のパルスの印加から第３の期間（ＴＥ／
   ２）後に始まり、第４の期間（ｔ＿２）を通じて発生さ
   れるＮＭＲエコー信号を収集してディジタル化し、 （ｆ）前記第２の期間（ｔ＿１）をそれぞれ異なる値に
   設定して前記段階（ａ）乃至（ｅ）を複数回繰り返し、
   収集されディジタル化されたＮＭＲエコー信号を二次元
   配列のデータとして格納し、 （ｇ）二次元配列のデータに対して二次元フーリエ変換
   を実行し、 （ｈ）フーリエ変換されたデータの配列を 使って二次元スペクトルを作る各段階を含むことを特徴
   とする方法。 ２、前記の３つのＲＦ励振磁界パルスの各々が選択性で
   あって、前記の３つの磁界勾配パルスが、夫々３つのＲ
   Ｆ励振磁界パルスを印加する間、３つの方向の各々に沿
   って関心のある領域に印加されることにより、ＮＭＲエ
   コー信号を収集する関心のある領域が局在化される請求
   項１記載の方法。 ３、前記の第１の期間（ＴＥ／２）が、ｎを奇数、ｊを
   新陳代謝物質の分子のスピン−スピン結合定数として、 ＴＥ／２＝ｎ／２ｊ で定まる値を持つ請求項１記載の方法。 ４、新陳代謝物質の分子がラクタート分子である請求項
   １記載の方法。 ５、新陳代謝物質のインビボ陽子スペクトルを示す二次
   元スペクトルを作る装置であって、 （ａ）関心のある領域に分極磁界を印加する手段と、 （ｂ）磁界勾配の存在のもとに第１のＲＦ励振磁界パル
   スを印加して、関心のある領域内に横方向の磁化を生じ
   させる手段と、 （ｃ）前記第１のパルスの印加から、関心のある新陳代
   謝物質の分子のスピン−スピン結合定数（ｊ）の関数と
   して定めた第１の期間（ＴＥ／２）の後に、磁界勾配の
   存在のもとに第２のＲＦ励振磁界パルスを印加して、関
   心のある領域内に縦方向の磁化を生じさせる手段と、 （ｄ）前記第２のパルスの印加から第２の期間（ｔ＿１
   ）の後に、磁界勾配の存在のもとに第３のＲＦ励振磁界
   パルスを印加して、関心のある領域内に横方向の磁化を
   復元させる手段と、 （ｅ）前記第３のパルスの印加から第３の期間（ＴＥ／
   ２）後に始まり、第４の期間（ｔ＿２）を通じて発生さ
   れるＮＭＲエコー信号を収集してディジタル化する手段
   と、 （ｆ）前記第２の期間（ｔ＿１）をそれぞれ異なる値に
   設定して前記段階（ａ）乃至（ｅ）を複数回繰り返し、
   収集されディジタル化されたＮＭＲエコー信号を二次元
   配列のデータとして格納する手段と、 （ｇ）二次元配列のデータに対して二次元フーリエ変換
   を実行する手段と、 （ｈ）フーリエ変換されたデータの配列を使って二次元
   スペクトルを作る手段とを含むことを特徴とする装置。 ６、前記の３つのＲＦ励振磁界パルスの各々が選択性で
   あって、前記の３つの磁界勾配パルスが、夫々３つのＲ
   Ｆ励振磁界パルスを印加する間、３つの方向の各々に沿
   って関心のある領域に印加されることにより、ＮＭＲエ
   コー信号を収集する関心のある領域が局在化される請求
   項５記載の装置。 ７、前記の第１の期間（ＴＥ／２）が、ｎを奇数、ｊを
   新陳代謝物質の分子のスピン−スピン結合定数として、 ＴＥ／２＝ｎ／２ｊ で定まる値を持つ請求項５記載の装置。 ８、新陳代謝物質の分子がラクタート分子である請求項
   ５記載の装置。