JPH0350535B2

JPH0350535B2 -

Info

Publication number: JPH0350535B2
Application number: JP58191058A
Authority: JP
Inventors: Aasaa Botomurei Hooru
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1982-10-15
Filing date: 1983-10-14
Publication date: 1991-08-02
Also published as: EP0106226A3; DE3381380D1; FI78988C; EP0106226A2; FI78988B; FI833219A0; IL69904A0; US4480228A; JPS59107246A; EP0106226B1; IL69904A; FI833219A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の背景］この発明は核磁気共鳴（NMR）を用いた分光
法に関する。更に具体的に云えば、この発明は空
間的に局在化したNMR化学シフト分光法を実施
する方法に関する。

正味の磁気モーメントを持つていて静磁界B₀
の中に配置された原子核は磁界B₀の軸線の周り
に振動又は歳差運動をし、そのNMR（ラーモア）
周波数ωは次の式で表わされる。

ω＝γB₀ こゝでγは磁気回転比（各々のNMR同位元素に
対して定数）である。従て、原子核が歳差運動を
する周波数は主に磁界B₀の強度に関係し、磁界
強度が強くなると共に増加する。所定の分子内に
ある同じ種類の共鳴する原子核のNMR周波数
が、その化学的な環境の違いによつて生ずる磁気
的な環境の違いの為に相異なる場合、化学シフト
が発生する。例えば、電子が原子核を部分的に磁
界から遮蔽し、こうしてその共鳴周波数に影響を
及ぼす。電子によつて生じる遮蔽の程度は原子核
の環境に関係し、従つて、所定の分子の化学シフ
ト・スペクトルは独特であつて、その同定の為に
使うことができる。共鳴周波数、従つて化学シフ
トの絶対値が印加した磁界強度に関係するから、
化学シフト・スペクトルは、任意の参照化合物に
対するNMR周波数のppmで表わした分数シフト
（fractional shift）で表わされる。例を挙げる
と、化学シフトの範囲は、陽子（¹H）では約
10ppm、燐（³¹P）では30ppm、炭素（¹³C）では
200ppmである。この様な小さな化学シフトを識
別する為、磁界B₀の均質性は、スペクトル内の
ピークの化学シフトの違いよりよくなければなら
ず、典型的には1/10⁶（1ppm）よりずつとよい。

普通のNMR分光法では、NMRコイルが感知
作用を持つ領域内に配置されたNMRサンプルの
全体から化学シフト信号が観測される。これは均
質なサンプルの化学的な構造を調べるには満足し
得るものであるが、生物学又は医療診断の用途で
正常及び異常な状態を識別することが出来る様に
する為には、信号の成分を空間的に弁別すること
が必要である。例えば、燐は身体内で、代謝に関
係する重要な分子に付着して存在する。燐のスペ
クトル線の振幅を局在化して測定すれば、検査し
た領域にある組織の細胞エネルギ並びに健康状態
の直接的で独特な目安が得られる。

従来、局在化化学シフト分光法を実施する為
に、表面コイル、トピカル（topical）及び感知
点NMR方法が使われていた。これらの全ての方
法は制約がある。表面コイル分光法では、サンプ
ル中の関心のある領域の上方に平坦なNMR受
信／発信コイルを配置する。然し、表面コイルの
空間的な選択性は、実質的にコイルの円周及びコ
イルの中心から半径１個分の深さにより限定され
る容積に制限されている。NMRパルスの長さを
変えることにより、深さは幾分変えることが出来
るが、典型的には走査にはコイルを手で動かし、
その同調を再びとることを必要とする。更に感知
領域の寸法は、コイルの直径とコイルの導線から
のNMR信号に対する望ましくない寄与とによつ
て制限される。トピカルNMR方法では、関心の
ある領域を中心とする小さな一定の容積に対して
だけ均質な磁界を発生する為に、磁界勾配が印加
される。NMR信号が磁界勾配の存在する状態で
観測されるから、スペクトルの或る程度の拡がり
並びにその結果としてスペクトル分解能の損失が
起る。関心のある他の領域は、サンプルをこの容
積の中で動かすことによつて走査することが出来
るが、便利さ又は能率の点で劣る方法である。感
知点NMR方法では、連続的に続く密な間隔の位
相交番無線周波（RF）励振パルスの存在する状
態で、直交する、時間依存性を持つ３つの線形勾
配磁界を印加することによつて、空間的な局在化
が達成される。感知点の外側から発した時間依存
性を持つNMR信号成分は、低域フイルタによつ
て除去され、感知点だけから発した時間に無関係
な信号を残す様にする。この信号がデータ収集時
間に対してフーリエ変換されて、化学シフト・ス
ペクトルとなる。適当な勾配コイルの組に流れる
電流の比を変えることにより、感知点をサンプル
にわたつて走査する。この方法の問題となる点
は、感知容積の中では均質な、時間に無関係な磁
界を必要とするのに対し、関心のある容積の外側
では時間依存性を持つ磁界を必要とすると云う相
反する条件があることである。こういう状態で
は、感知容積からのスペクトルは不自然に拡が
り、側波帯の様なアーチフアクト（artifact）を
含み、これがやはりスペクトル分解能を低下させ
るので不利である。

従つて、この発明の目的は、局在化分光法を実
施する方法として、部品又はガントリを動かさず
に感知容積が電子式に選択され、スペクトルの歪
みを最小限に抑える様な改良された方法を提供す
ることである。

この発明の別の目的は、感知容積の位置の範囲
が制限なしに選択し得る様な改良された局在化分
光法を提供することである。

この発明の別の目的は、空間的な局在化の為に
使われる磁界勾配がない状態で、NMR信号又は
自由誘導衰（FID）を観測し、こうしてスペクト
ル線の拡がり並びにスペクトル分解能の低下を避
ける改良された局在化NMR分光法を提供するこ
とである。

［発明の概要］局在化NMR化学シフト分光法が、均質な磁界
内に配置されたNMRサンプル中の一平面の核ス
ピンを最初に隔離する為に、選択的な照射を使う
ことによつて実施される。その後、磁界勾配の存
在する状態でRF励起パルスを印加して、NMR
信号をこの平面内の感知容積に更に局限する。感
知容積からのNMR信号が磁界勾配のない状態で
感知され、そしてフーリエ変換によつて、局在化
化学シフト・スペクトルを発生する。

この発明の新規な特徴は特許請求の範囲に記載
してあるが、この発明自体の構成並びに作用及び
その他の目的並びに利点は、以下図面について説
明する所から、最もよく理解されよう。

［発明の具体的説明］最初に第１ａ図、第１ｂ図及び第１ｃ図を参照
すれば、第２図及び第３図に示したこの発明の
NMRパルス順序が最もよく理解されよう。第１
ａ図は、デカルト座標系のＺ軸の正の方向を向く
均質な静磁界B₀の中に配置されたNMRサンプル
100を示す。Ｚ軸はサンプル100の長軸又は円柱軸
線１０４と一致する様に選ぶ。座標系の原点はサ
ンプルの中心にとるが、これは後で説明する様
に、磁界勾配の存在する状態で選択的な照射を行
うことによつて選択される平面状スライス１０２
の中心でもある。第１ｂ図及び第１ｃ図はスライ
ス１０２を示しており、その中には、後で説明す
る第２図及び第３図のこの発明のパルス順序を使
うことによつて局在化した感知容積１０６が限定
されている。求める分光情報を含む所望のNMR
信号が出て来るのはこの感知容積１０６からであ
る。

この発明を理解するには、各々のパルス順序
で、NMRサンプルが静磁界B₀の中に位置ぎめさ
れていることに注意されたい。この為、静磁界は
NMRパルス順序を示す図面から省略してある。

更に、各々のパルス順序で、NMR信号を第１
ｂ図および第１ｃ図の容積１０６から出た信号に
空間的に局在化する為に、磁界勾配が必要であ
る。典型的にはこういう磁界勾配が３つ必要であ
る。

Gx（ｔ）＝∂B₀／∂x (2) Gy（ｔ）＝∂B₀／∂y (3) Gz（ｔ）＝∂B₀／∂z (4) 勾配Gx、Gy、Gzは容積100の全体にわたつて一
定であるが、その大きさは典型的には時間依存性
を持つ。これらの勾配に関係する磁界は夫々bx、
by、bzで表わす。即ち容積内で bx＝Gx（ｔ）ｘ (5) by＝Gy（ｔ）ｙ (6) bz＝Gz（ｔ）ｚ (7) RF磁界パルスが磁界B₀と直交する向きに印加さ
れ、特定の核スピンを共鳴状態に励起する為に磁
界勾配と共に使われる。共鳴状態を誘起するのに
必要なRFパルスの周波数は、式(1)で表わすラー
モア周波数と同じである。普通使われる２種類の
RF磁界パルスは90゜パルス及び180゜パルスである。
90゜RFパルスは、実験室の基準フレームに対し
て、磁界B₀の方向の周りに共鳴周波数で回転す
るデカルト座標の基準フレーム内で、印加された
RF磁界スペクトルによつて定められる軸線の周
りに核磁気モーメントを90゜回転させる。回転す
るデカルト座標のフレームはX′、Y′、Z′で表わ
す。軸Z′は実験室の基準フレームのＺ軸と一致す
る。従つて、磁界B₀の方向が実験室のデカルト
座標系のＺ軸の正の方向であると仮定すれば、
90゜RFパルスは、磁界B₀に沿つて核磁化を例えば
X′及びY′軸によつて定められた横平面内へ回転
させる。同様に、180゜RFパルスは磁界B₀に沿つ
た核磁化を磁界B₀の軸線の周りに180゜（例えば、
Z′軸の正の方向からZ′軸の負の方向へ）回転させ
る。

RFパルスは選択性であつても非選択性であつ
てもよいことに注意されたい。選択性パルスは、
サンプルの内、式(1)で定められた磁界強度を持つ
予め選ばれた領域内にある核スピンを励起する様
な予定の周波数成分を持つ様に変調するのが典型
的である。選択性パルスは局在化用の磁界勾配の
存在する状態で印加される。非選択性パルスは一
般的にRFパルス発信コイルの磁界内にある全て
の核スピンに影響を与え、典型的には局在化用の
磁界勾配のない状態で印加される。

第２図に局在化NMR分光法を実施する為の
NMRパルス順序の１実施例を示す。第２図の横
軸に沿つて示す期間１に、平面状容積１０２（第
１ａ図）が、容積１０２の外側にあるサンプルの
領域内の核スピンを選択的に飽和させることによ
り、Ｚ軸に対して垂直に隔離される。これは、選
択性飽和パルスによつて行なわれる。このパルス
は、サンプルのスピン格子緩和時間（T₁）に大
体等しい持続時間を持つと共に、選ばれた平面１
０２以外のサンプル１００（第１ａ図）全体を照
射する様に選ばれた周波数成分を持つ強力な長い
調整RFパルスである。選択性飽和パルスは、第
２図の縦軸に沿つて示すパルス形勾配磁界Gzの
存在する状態で印加され、この磁界GzはＺ軸方
向を向いている。この様な選択性照射パルスを
NMRイメージングに使うことは、Solid State
Physics誌、第７巻、L457（1974年）にA.N.ガロ
ウエー等の論文に記載されている。このパルス順
序で同じ効果を生じる様な、選択性飽和に代る手
段（図に示していない）は、パルス形磁界勾配
Gzの存在する状態で選ばれた容積１０２以外の
サンプル１００（第１ａ図）全体を照射する様に
選ばれた周波数成分を持つ選択性90゜RFパルスを
期間１に使うことである。この代案では、平面状
容積１０２の外側から出たNMR信号を急速に位
相外し（dephase）して破壊する為に、磁界勾配
Gzは90゜パルスが終つた後、数ミリ秒の間オンに
しておく。

勾配パルス電流が静まるのを待つ為の大体１ミ
リ秒又はそれより長い期間２だけ待つた期間３
に、Ｙ軸の正の方向を向く正の勾配Gyの存在す
る状態で、90゜選択性励起パルスを印加して、第
１ｂ図に示す様に、Ｙ軸に対して垂直な条片１０
８中の核スピンを励起する。この後直ちに期間４
で、正の勾配Gyの（期間３にわたる）積分の半
分に等しい様な、時間に対する（期間４にわた
る）積分を持つ負の勾配パルスGyを印加して、
期間３の勾配Gyによつて位相外れした核スピン
の位相戻し（rephase）をする。位相戻し効果
は、期間４に示した自由誘導減衰（FID）NMR
信号の色幅の増加となつて観測し得る。この
NMR信号は90゜RFパルスによつて励起されたス
ピンの線全体から出たものであり、普通は観測し
ない。

期間５ａ及び５ｂの間、Ｘ軸の正の方向を向く
勾配Gxが印加され、これは期間５ａにわたる勾
配の波形の時間積分が期間５ｂにわたる勾配の波
形の積分と等しくなる様に選ばれ、スピン・エコ
ー信号の正しいタイミングを保証する。期間３に
於ける90゜RFパルスの平均印加時から時間τ後
に、選択性180゜RFパルスを印加して、条片１１
０に沿つて予め選ばれた容積１０６にある核スピ
ンを選択性に反転する。こうして容積１０６だけ
からのNMR信号を、選択性180゜RFパルスの平均
印加時から時間τ後の期間６に、スピン・エコー
として観測することが出来る。勾配Gxは期間５
ａ及び５ｂの間連続的にオンにして、線１０８に
沿つているが、容積１０６の外側にある核スピン
からのNMR信号を急速に位相外しし、所望のス
ピン・エコー信号とのその干渉を避ける。更に、
期間５ａ及び５ｂの勾配Gxは、1982年７月１日
に出願された米国特許出願通し番号第394355号に
記載されている様に、不完全な180゜RFパルスに
よるスプリアスFIDNMR信号が所望のスピン・
エコーに対して持つ影響を減少する様に作用す
る。

勾配の存在しない状態で期間６に観測されたス
ピン・エコー信号をフーリエ変換することによ
り、選ばれた感知容積内にある化学種の化学シフ
ト・スペクトルが得られる。スピン・エコー信号
は、空間的な局在化の為に使われる磁界勾配のな
い状態で観測しなければならないことに注意され
たい。これは、磁界勾配の影響と化学シフトとの
NMR信号に対する影響が同様であつて、空間的
な構造又は化学シフトの何れかが前以て判つてい
なければ、識別することが出来ないからであり、
これはこの発明の目的、即ち、選ばれた容積から
の化学シフト・スペクトルを求めるという目的に
反する。

第２図に示すパルス順序は、選ばれた容積１０
６内にあるサンプル１００のスピン格子緩和時間
T₁に相当する繰返し周期で繰返され、所望の信
号雑音比が達成されるまで、相次ぐスピン・エコ
ー信号を平均化する。生物学的な組織の緩和時間
T₁は周波数依存性を持ち、NMR分光法に使われ
る周波数（例えば60MHz）で約100ミリ秒乃至３
秒程度であるが、典型的には１秒未満である。こ
の間隔は、選ばれた平面状容積１０２の外側から
NMR信号が観測される信号に寄与する可能性を
最小限に抑える為、データ収集期間（期間６）
が、飽和パルスより後に、サンプルの緩和時間
T₁に較べて短い期間内に生じる（即ち、2τ＜T₁）
様に選ばれる。

第２図の期間１−４に示す工程で構成された１
個の飽和順序に続いて、他の選ばれた容積からの
スペクトルを観測することにより、分光データ収
集過程の効率を改善することが出来る。これは、
期間６でスピン・エコーを１回観測した後、期間
５ａ及び５ｂの180゜パルスの周波数成分を変えて
異なる感知容積１０６を選択することによつて行
なわれる。T₁緩和過程が進んで、選択的な飽和
によつて定められた平面状容積１０２（第１ａ
図）が定められなくなるまで、この過程を繰返す
ことが出来る。

後続のパルス順序を用いる時、90゜及び180゜RF
パルスのRF周波数を変えることにより、感知容
積１０６（第１ｂ図）の場所を別の場所に進める
ことが好ましい。この代りに、所望の走査方向に
対して直向する勾配を発生する１対の勾配コイル
（後で説明する）の各半分に流れる電流の比を変
えることによつて、走査を行なうことが出来る。
この方法は、１対の勾配コイルが発生する磁界
が、この１対の勾配コイルを形成するコイルの両
半分の内の一方の近くに於ける磁界の負の値か
ら、コイルの残り半分に近い所での正の値まで
（前に述べた様に）直線的に増加することを考え
れば、最もよく理解されよう。コイルの各半分に
流れる電流が等しい時、磁界の値がゼロになる点
は両コイルの間の中点である。勿論、これはコイ
ルの各半分が同じ様に巻かれているとしてのこと
である。コイルの片方に流れる電流を増加すると
共に他方の電流を減少したことによる効果は、磁
界がゼロになる点が、電流の小さい方のコイルの
半分に近づくように移ることであり、こうして
RFパルスの周波数成分を変えないまゝにした時、
感知容積の位置が移動する。磁界勾配がゼロの値
を持つ点は、式(1)で予測されるRFパルスの共鳴
周波数に対応し、この為、パルスがその近辺にあ
る核スピンに影響を与える。それ程望ましくはな
いが、３番目の代案は、局在化した感知容積に対
してNMRサンプル１００を動かすことによつて
走査することである。

観測されるスペクトルの振幅はスピン−スピン
緩和時間（T₂）に依存する。前に述べた様に、
2τ＜T₁であれば、90゜及び180゜RFパルスの平均印
加時の間の間隔τを変えることにより、相異なる
T₂成分を選択することが出来る。間隔τの長さ
が長くなると、スペクトルの各成分の振幅はその
緩和時間T₂に従つて指数関数で減衰する。従つ
て、異なる値を持つ幾つかのスペクトルを記録
し、対数グラフに各々のピークの高さを描くこと
により、スペクトル内の各ピークに対する緩和時
間T₂が計算される。

第３図は局在化NMR分光法を実施する別の
NMRパルス順序を示す。この順序も第１ａ図及
び第１ｃ図を参照すれば、最も判り易い。

第３図の期間１で、正の勾配Gzの存在する状
態で選択性90゜RFパルスを印加することにより、
Ｚ軸に対して垂直な平面状容積１０２（第１ａ
図）が選択される。90゜RFパルスを印加した後、
期間２に逆転勾配パルスGzを印加して、前に第
２図の期間４の逆転勾配Gyについて述べた様に、
核スピンの位相戻しをする。Gz勾配コイルの電
流が静まるのを待つ為の期間３に於ける約１ミリ
秒の待ち時間の後、期間４ａ及び４ｂに勾配Gy
を印加して、急速に位相外しをし、こうして
90゜RFパルスによつて発生されたFID信号（期間
２及び３）をつぶす。このFID信号は、選ばれた
平面１０２内だけにあるスピンによつて発生され
る。期間４ａの大体終点に、勾配Gyがオンであ
る間に、選択性180゜RFパルスを印加して、選ば
れた平面１０２内でＹ軸と垂直な選ばれた線１１
２（第１ｃ図）内にある核スピンを反転する。こ
の平面内での線１１２の位置は180゜パルスのRF
周波数成分によつて決定される。

線１１２に沿つた核スピンを反転する効果とし
て、期間４ａ及び４ｂの180゜パルスから期間τ後
の期間５に、スピン・エコー信号が発生される。
期間τは90゜及び180゜パルスの平均印加時の間の
間隔と大体等しい。このスピン・エコー信号は平
面内の線１１２の全体から得られるものであり、
期間６ａ及び６ｂに印加される勾配Gxの存在す
る状態で急速に位相外れする。尚、期間６ａの信
号のフーリエ変換により、線１１２の全体に沿つ
た核スピン密度の分布が得られる。

期間５に発生したスピン・エコーの減衰の後、
勾配Gxは依然オンのまゝで、90゜パルスの平均印
加時から時間3τ後に、第２の選択性180゜RFパル
スを印加して、Ｘ軸に垂直な線１１４（第１ｃ
図）に沿つた全ての核スピンを反転する。この第
２の反転により、更に２つのスピン・エコー信号
が得られる。その１番目は、90゜パルスから時間
4τ後に発生し、第３図の期間６ｂに示す様に、そ
の前半は勾配Gxによつて減衰する。このスピ
ン・エコーのNMR信号は、選ばれた平面１０２
内の選ばれた線１１２及び１１４の交点にある感
知容積１０６（第１ｃ図）内にある全てのスピン
から得られるものである。期間７に、勾配のない
状態で、発生するこのスピン・エコー信号の減衰
しない部分をフーリエ変換することにより、要求
通りの選ばれた点１０６に於ける化学シフト・ス
ペクトルが得られる。

２番目のスピン・エコー（図に示していない）
は、期間６ａ及び６ｂの180゜パルスから3τに等し
いか又はそれより長い期間に発生する。こゝで、
3τは90゜パルス（期間１）とこの180゜パルスとの
間の遅延時間である。このスピン・エコー信号が
実際に発生するかどうかは、勾配Gy及びGxの為
に、90゜パルスと最後の180゜パルス（期間６ａ及
び６ｂ）との間の中間の期間中に生じる、累積的
に加速された位相外れに関係する。このスピン・
エコー信号は線１１４に沿つて存在するスピンか
ら、選ばれた感知容積１０６の所で線１１２と交
差するスピンを差し引いたものから得られる。こ
のスピン・エコーは普通は記録しないが、イメー
ジング情報を得る為に使うことが出来る。

第２図に示す方法の場合と同じく、勾配Gyを
第３図の期間４ａ及び４ｂの延長した期間の間オ
ンにしておくと共に、勾配を第３図の期間６ａ及
び６ｂの延長した期間の間オンにしておく目的
は、スピン・エコーの正しいタイミングを保証す
ること、及び所望のスピン・エコー信号との干渉
を避ける為に、選ばれた容積１０６の外側にある
核スピンからのNMR信号を急速に位相外しする
こと、並びに不完全な180゜RFパルスの為にスプ
リアスFID成分があつた場合、それが観測される
スピン・エコー信号に対して持つ影響を少なくす
ることである。勾配Gx及びGyは夫々その中点で
印加された180゜パルスに対して時間的に対称的で
ある。即ち、各々の勾配Gy及びGxを夫々期間４
ａ及び６ａにわたつて時間積分したものは、２つ
の勾配の波形を夫々期間４ｂ及び６ｂにわたつて
時間積分したものと等しくなる様に選ばれてい
る。

タイミング・パラメータを調節する時、期間１
の90゜パルス（第３図）及び期間６ａ及び６ｂの
180゜パルスの間の期間3τは、（前に述べた）２番
目のスピン・エコーが、期間７のスピン・エコー
よりも十分後に発生して、データを収集する期間
（典型的には50乃至100ミリ秒）と重ならず、化学
シフト情報を持つ様になつていなければならな
い。実際には、この助けとして、期間６ａ及び６
ｂの最後の180゜RFパルスの後にGy勾配パルスが
存在しないようにし、こうして最後のRFパルス
より前の3τ期間内に起る位相外しの程度が、最後
のパルスより後の3τ期間内に起る位相戻しより大
きくなつて、こうして２番目のスピン・エコー信
号の発生を遅らせる様に保証する。

第２図のパルス順序と同じく、期間７のスピ
ン・エコー信号のフーリエ変換によつて得られる
スペクトルは、付加的にT₂情報を供給すること
が出来るし、或いは期間τ（第３図）を変えるこ
とによつて、T₂依存性を持つ様にすることが出
来る。

第３図のパルス順序の前に非選択性180゜RFパ
ルス又は断熱高速通過を用いる公知の反転／回復
方法により、T₁情報を求めることが出来る。

感知容積１０６（第１ｃ図）の場所は、前に第
１ｂ図について述べたのと略同様な方法によつ
て、進めることが出来る。

第２図及び第３図で、選択性90゜及び180゜RFパ
ルスが斜線を施した矩形で概略的に示されてい
る。実際にはこれらはガウス形又はsin（bt）／
（bt）であつてよい。こゝでｂは定数であり、ｔ
は時間であつて、NMRサンプルの所望の領域に
ある核スピンの、勾配を存在する状態に於けるラ
ーモア周波数に対応するRF周波数を持つ振幅変
調されたRFパルスである。

関心のある全ての化学種の化学シフト・スペク
トルを励起する為に、選択性励起パルスのスペク
トル帯域幅は十分広く選ばなければならない。例
えば、筋肉に於ける代謝を示す燐の化学シフト・
スペクトルを調べる為に、周波数帯域幅が狭すぎ
る選択性パルスを使うと、３燐酸アデノシン、２
燐酸アデノシン、無機燐酸塩及び燐酸糖の様な他
の化学種も関心があるのに、（燐酸クレアチンの
様な）１種しか観測することが出来ないことがあ
る。

NMRサンプルの内、感知容積の縁にある部分
は、その化学シフトが、選択性パルスによつて励
起される周波数範囲外にあるような、化学種を含
んでいる。この様な化学種は観測されるスペクト
ルに寄与しないが、同じ場所にある他の種が寄与
を持ち、この為に得られるスペクトルが歪む。こ
の様な望ましくない影響は、縁にあるスピンから
のNMRスペクトルに対する相対的な寄与を減ら
すことによつて、最小限に抑えることが出来る。
この為には、感知容積１０６〔第１ｂ図及び第１
ｃ図）が明確に限定された境界を持つ様に、選択
性パルスの励振の輪郭を明確にすればよい。この
目的の為、RFパルスは、矩形の励振の輪郭を持
つ波形のsin （bt）／（bt）の信号によつて変
調することが好ましい。

ガウス形RFパルスを使う場合、励振周波数の
輪郭が丸い形になつている為に、別のスペクトル
の歪みが起る。この場合、180゜パルスを使う時、
感知容積の一部分並びに燐接の領域が、90゜成分
を持つ励振作用を受け、スプリアスNMR信号が
発生される。前に述べた様に延長したGx及びGy
パルスを使うことにより、スプリアスFIDから解
放される。然し、観測するスペクトル周波数の範
囲が励振の輪郭のFWHM（全幅半最大値）内に
十分入る様に保証する様に注意しなければならな
い。励振の輪郭を表わす関数の逆関数を乗ずるこ
とにより、縁の歪みを或る程度補正することが出
来る。

期間３及び４の勾配Gy（第２図）及び期間１及
び２のGz（第３図）の正弦を正及び負の半分とし
て示したが、ガウス形又は矩形の様な他の形にし
てもよい。好ましい実施例では、夫々の勾配の正
のパルス波形の時間積分は夫々の勾配の負のパル
ス波形の時間積分の２倍に略等しくなる様に選ば
れている。

第４図は以上説明したこの発明のNMRパルス
順序に使うのに適したNMR装置の主な部品の簡
略ブロツク図である。装置全体を４００で示して
あるが、これは汎用ミニコンビユータ４０１をデ
イスク記憶装置４０３及びインターフエイス装置
４０５と機能的に結合することによつて構成され
る。RF発信器４０２、信号平均化装置４０４、
及びGx、Gy、Gz勾配コイル４１６、４１８、４
２０を夫々付勢する為の勾配電源４０６、４０
８、４１０が、インターフエイス装置４０５を介
してミニコンピユータ４０１に結合されている。

RF発振器４０２が所望のラーモア周波数で発
信するRF発信器を含んでいる。RFパルスの周波
数を変えることによつて感知容積を走査する場
合、市場で入手し得るプログラム可能な周波数合
成器を使つて、これをミニコンピユータで自動的
に行なうことが出来る。ミニコンピユータ４０１
からのパルス包絡線によつて発信器のゲート作用
をし、被検体の共鳴状態を励起する為に必要な変
調を持つRFパルスを発生する。RFパルスがRF
電力増幅器４１２で、NMR方法に応じて100ワ
ツトから数キロワツトまで変化するレベルまで増
幅され、発信コイル４２４に印加される。サンプ
ルの大きな容積に対しては、並びに大きなNMR
周波数帯域幅を励振する為に持続時間の短いパル
スが必要は場合、高い方の電力レベルが必要であ
る。

NMR信号が受信コイル４２６によつて感知さ
れ、低雑音前置増幅器４２２で増幅され、更に増
幅、検出及び波作用をする為に、受信器４１４
に印加される。この後信号をデイジタル化して、
信号平均化装置４０４によつて平均化すると共
に、ミニコンピユータ４０１によつて処理する。
前置増幅器４２２及び受信器４１４は発信の間、
能動形ゲート作用又は受動形波作用により、
RFパルスから保護される。

ミニコンピユータ４０１はNMRパルスに対す
るゲート作用及び包絡線変調を行ない、前置増幅
器及びRF電力増幅器の消去作用（blanking）を
し、勾配電源に対する電圧波形を供給すると共
に、走査の間、RFパルスの周波数及び勾配を進
める。ミニコンピユータは、フーリエ変換、デー
タの波作用、及び記憶作用（これら全てはミニ
コンピユータによつて普通に行なわれる動作であ
るから、こゝでは機能的にしか説明しない）の様
なデータ処理をも行なう。

発信器及び受信器のRFコイルは、希望によつ
ては、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
を用いてもよい。後者の形式にすると、パルス発
信の際、受信器に対するRFパルスの洩れが減少
するという利点がある。何れの場合も、コイルの
磁界は磁石４２８（第４図）によつて発生される
静磁界B₀の方向と直交する。コイルはRF遮蔽ケ
ージの中に封入することにより、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５ｂ図及び第５ｃ図に示されて
いる。これらの全てのコイルは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B₀（第１
ａ図）に対して平行である様な磁気的な構成に適
している。第５ａ図に示す設計は、サンプル室の
軸線が主磁界B₀と垂直である構成（図に示して
ない）に適応し得る。

夫々勾配Gx、Gy、Gzを発生する為に磁界勾配
コイル４１６、４１８、４２０（第４図）が必要
である。こゝで説明したNMRパルス順序では、
勾配はサンプルの容積にわたつて単調で直線的で
なければならない。単調でない勾配磁界はエイリ
アシング（aliasing）と呼ばれる様な劣化を
NMR信号のデータに招き、重大なアーチフアク
トを生ずる。非直線的な勾配はデータの幾何学的
な歪みを招く。

サンプル室の軸線が主磁界B₀と平行である様
な磁石の形状に適した勾配コイルのの設計が、第
６ａ図及び第６ｂ図に示されている。各々の勾配
Gx、Gyは、第６ａ図に示す組３００，３０２の
様な一組のコイルによつて発生される。第６ａ図
に示すコイルの組組が勾配Gxを発生する。勾配
Gyを発生するコイルの組は、勾配Gxを発生する
コイルに対して、サンプル室の円筒軸１０４（第
１ａ図）の周りに90゜回転している。勾配Gzは、
第６ｂ図に示すコイル４００、４０２の様な１対
のコイルによつて発生される。勾配コイルに流れ
る電流の比を変えることによつて、感知容積を走
査する場合、各半分、例えば、第６ａ図の３００
及び３０２と第６ｂ図の４００及び４０２とは、
別個の電源によつて駆動することが出来、この為
第４図の電源４０６、４０８、４１０の各々は何
れも実際には２つの電源で構成することが出来
る。

以上述べた所から、この発明が、感知容積を電
子式に選択し、感知容積の位置の範囲が制限なし
に選択可能であつて、スペクトル線の拡がり並び
に空間的な分解能の低下を避ける様な、局在化
NMR分光法を実施する方法を提供したことが理
解されよう。

この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、以上説明した所からこの他の
変更が考えられよう。従つて、この発明はこゝで
具体的に説明した以外のものも、特許請求の範囲
の記載の範囲内で実施し得ることを承知された
い。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図は静磁界の中に配置されていて、選択
的な照射によつて平面状容積が限定されたNMR
サンプルを示す図、第１ｂ図は第２図に示すこの
発明のパルス順序を用いて感知容積を局在化した
平面状容積を示す図、第１ｃ図は第１ｂ図と同様
であるが、第３図に示したこの発明のパルス順序
を用いて選択された感知容積を示す図である。第
２図は平面状容積を限定する為に選択性飽和パル
スを用いたこの発明のNMRパルス順序を示すグ
ラフ、第３図は平面状容積を限定する為に選択性
90゜RFパルスを用いるこの発明の別のNMRパル
ス順序を示すグラフ、第４図は第２図及び第３図
に示したNMRパルス順序を発生するのに適した
NMRイメージング装置の主な部品の簡略ブロツ
ク図、第５ａ図はサンプル室が静磁界に対して垂
直である様な構成に用いるRFコイルの設計を示
す図、第５ｂ図及び第５ｃ図はサンプル室の軸線
が静磁界と平行である様な磁気的な構成に適した
RFコイルの設計を示す図、第６ａ図は勾配Gxを
発生するのに適した一組のコイルを示す図、第６
ｂ図は勾配Gzを発生するのに適したコイルの形
状を示す図である。主な符号の説明、１００：サンプル、１０２：
平面状スライス、１０４：軸線、１０６：感知容
積。

Claims

【特許請求の範囲】１ (a)NMRサンプルをその軸線に沿つた均質な
磁界の中に位置ぎめし、(b)第１の磁界勾配の存在
する状態で前記NMRサンプルを第１のRFパル
スで照射して、前記NMRサンプル内の平面状ス
ライス内にある複数個の核スピンを隔離し、(c)第
２の磁界勾配の存在する状態で予定の周波数成分
を持つ第２のRFパルスを、前記第２の磁界勾配
の方向に対して垂直な向きの前記平面状スライス
の予定の条片形領域内にある前記核スピンの一部
分を励起する様に印加し、(d)第３の磁界勾配の存
在する状態で予定の周波数成分を持つ第３のRF
パルスを印加して、前記条片形領域の予定の容積
内にある核スピンを反転し、反転した該核スピン
がスピン・エコー信号を発生し、(e)前記スピン・
エコー信号のフーリエ変換によつて前記予定の容
積から局在化化学シフト・スペクトルが得られる
様に、磁界勾配の存在しない状態で前記スピン・
エコー信号を感知する工程から成る、局在化
NMR化学シフト分光法を実施する方法。２特許請求の範囲第１項に記載した方法に於
て、前記第２のRFパルスを印加する工程(c)の後、
前記第２の磁界勾配の方向と反対の方向並びにそ
の大きさの分数の大きさを持つ磁界勾配を印加し
て、前記条片形領域内にある前記核スピンの位相
戻しを行なう工程を含む方法。３特許請求の範囲第２項に記載した方法に於
て、前記第１のRFパルスが、前記平面状スライ
スの領域を除く前記サンプルを照射する様に選ば
れた周波数成分を持つ周波数を調整したパルスで
構成され、前記第１の磁界勾配の方向が前記サン
プルの軸線と一致する様に選ばれている方法。４特許請求の範囲第３項に記載した方法に於
て、前記第２のRFパルスが選択性90゜RFパルス
であり、前記第２の磁界勾配の方向が前記サンプ
ルの軸線に対して直交する方向を持つ様に選ばれ
ている方法。５特許請求の範囲第４項に記載した方法に於
て、前記第３のRFパルスが180゜選択性パルスで
構成され、前記第３の磁界勾配が前記第２の磁界
勾配の方向並びに前記サンプルの軸線に対して直
交する方向を持つ様に選ばれている方法。６特許請求の範囲第５項に記載した方法に於
て、前記NMRサンプルを位置ぎめする工程(a)か
ら前記スピン・エコー信号を感知する工程(e)まで
の順序を繰返し、該NMRサンプルを位置ぎめす
る工程(a)から前記スピン・エコー信号を感知する
工程(e)までを相次いで繰返す際に、前記90゜パル
ス及び前記180゜パルスを印加する間の期間を変え
て、前記化学シフト・スペクトルにT₂依存性を
生ずる様にする工程を含む方法。７特許請求の範囲第５項に記載した方法に於
て、前記90゜パルス並びに180゜パルスが何れもガ
ウス形包絡線を持つ様に振幅変調されたRFパル
スで構成されている方法。８特許請求の範囲第５項に記載した方法に於
て、前記90゜パルス及び180゜パルスが何れも、ｂ
を定数、ｔを時間として、波形（sin bt）／btを
持つ信号によつて振幅変調されたRFパルスで構
成されている方法。９特許請求の範囲第１、７又は８項に記載した
方法に於て、前記第１及び第２のRFパルスの内
の少なくとも一方の周波数成分を変え、前記
NMRサンプルを位置ぎめする工程(a)からスピ
ン・エコー信号を感知する工程(e)までを繰返し
て、異なる予定の容積内にある核スピンによつて
発生されたスピン・エコー信号を求める工程を含
む方法。１０特許請求の範囲第１、７又は８項に記載し
た方法に於て、少なくとも１つの前記磁界勾配を
発生する１対のコイルの内の少なくとも１つのコ
イルに流れる電流の比を変え、前記RFパルスの
周波数を変えずに、前記NMRサンプルを位置ぎ
めする工程(a)からスピン・エコー信号を感知する
工程(e)までを繰返して、異なる予定の容積内にあ
る核スピンによつて発生されたスピン・エコー信
号を求める工程を含む方法。１１特許請求の範囲第１、７又は８項に記載し
た方法に於て、前記静磁界内での前記NMRサン
プルの位置をその前の位置に対して変え、前記磁
界勾配を変えずに且つ前記RFパルスの周波数を
変えずに、前記NMRサンプルを第１のRFパル
スで照射する工程(b)からスピン・エコー信号を感
知する工程(e)までを繰返して、異なる予定の容積
内にある核スピンによつて発生されたスピン・エ
コー信号を求める工程を含む方法。１２ (a)NMRサンプルをその軸線に沿つた向き
の均質な磁界内に位置ぎめし、(b)第１の磁界勾配
の存在する状態で前記NMRサンプルを第１の
RFパルスで照射して、前記NMRサンプルの平
面状スライス内にある複数個の核スピンを励起
し、(c)前記第１の磁界勾配と反対の向き並びにそ
の大きさの分数の大きさを持つ磁界勾配を印加し
て前記複数個の核スピンの位相戻しをし、(d)第２
の磁界勾配の存在する状態で第２のRFパルスを
印加して、前記平面状スライスの内、前記第２の
磁界勾配の向きに対して垂直な向きの第１の領域
内にある核スピンの一部分を反転し、(e)第３の磁
界勾配の存在する状態で第３のRFパルスを印加
して、前記平面状スライスの内、前記第３の磁界
勾配の向きに対して垂直な向きの第２の領域内に
ある複数個の核スピンを反転して、前記第１及び
第２の領域が重なり合つて感知容積を形成するよ
うにし、(f)該感知容積内の核スピンによつて発生
されたスピン・エコー信号を磁界勾配の存在しな
い状態で感知する工程から成り、該スピン・エコ
ー信号のフーリエ変換によつて前記感知容積の局
在化化学シフト・スペクトルが得られる様にした
局在化NMR化学シフト分光法を実施する方法。１３特許請求の範囲第１２項に記載した方法に
於て、前記第１のRFパルスが選択性90゜パルスで
構成され、前記第１の磁界勾配の向きが前記サン
プルの軸線と一致する様に選ばれている方法。１４特許請求の範囲第１３項に記載した方法に
於て、前記第２のRFパルスが第１の選択性180゜
パルスで構成され、前記第２の磁界勾配の向きが
前記第１の磁界勾配の向きに対して直交する様に
選ばれている方法。１５特許請求の範囲第１４項に記載した方法に
於て、前記第３のRFパルスが第２の選択性
180゜RFパルスで構成され、前記第３の磁界勾配
の向きが前記第２の磁界勾配の向き並びに前記サ
ンプルの軸線に直交する様に選ばれている方法。１６特許請求の範囲第１５項に記載した方法に
於て、前記NMRサンプルを位置ぎめする工程(a)
からスピン・エコー信号を感知する工程(f)までを
繰返す際、前記90゜パルス及び第１の180゜パルス
を印加する間の期間を変えて、前記化学シフト・
スペクトルにT₂依存性を生ずる様にした方法。１７特許請求の範囲第１５項に記載した方法に
於て、前記NMRサンプルを位置ぎめする工程(a)
からスピン・エコー信号を感知する工程(f)までを
繰返す際、前記NMRサンプルを第１のRFパル
スで照射する工程(b)の前に、間隔を変えて非選択
性180゜RFパルスを印加して、前記化学シフト・
スペクトルにT₁依存性を生ずる様にする工程を
含む方法。１８特許請求の範囲第１７項に記載した方法に
於て、前記非選択性180゜RFパルスを断熱高速通
過に置き換える方法。１９特許請求の範囲第１５項に記載した方法に
於て、前記90゜パルス及び180゜パルスが何れもガ
ウス形包絡線を持つ様に振幅変調したRFパルス
で構成されている方法。２０特許請求の範囲第１５項に記載した方法に
於て、前記90゜パルス及び180゜パルスが何れも、
ｂを定数、ｔを時間として、波形（sinbt）／bt
を持つ信号によつて振幅変調されたRFパルスで
構成されている方法。２１特許請求の範囲第１２、１９又は２０項に
記載した方法に於て、前記第１、第２及び第３の
RFパルスの内の少なくとも１つの周波数成分を
変え、前記NMRサンプルを位置ぎめする工程(a)
からスピン・エコー信号を感知する工程(f)までを
繰返して、異なる感知容積内にある核スピンによ
つて発生されたスピン・エコー信号を求める工程
を含む方法。２２特許請求の範囲第１２、１９又は２０項に
記載した方法に於て、前記静磁界面内でのNMR
サンプルの位置をその前の位置に対して変え、前
記磁界勾配を変えずに且つ前記RFパルスの周波
数を変えずに、前記NMRサンプルを第１のRF
パルスで照射する工程(b)からスピン・エコー信号
を感知する工程(f)までを繰返して、異なる感知容
積内にある核スピンによつて発生されたスピン・
エコー信号を求める工程を含む方法。２３特許請求の範囲第１２、１９又は２０項に
記載した方法に於て、前記磁界勾配の内の少なく
とも１つを発生する１対のコイルの内の少なくと
も１つのコイルに流れる電流の比を変え、前記
RFパルスの周波数を変えずに、前記NMRサン
プルを位置ぎめする工程(a)からスピン・エコー信
号を感知する工程(f)までを繰返して、異なる予定
の容積内にある核スピンによつて発生されたスピ
ン・エコー信号を求める工程を含む方法。２４ (a)NMRサンプルをその軸線に沿つた均
質な磁界の中に位置ぎめする手段と、(b)第１の磁
界勾配の存在する状態で前記NMRサンプルを第
１のRFパルスで照射して、前記NMRサンプル
内の平面状スライス内にある複数個の核スピンを
隔離する手段と、(c)第２の磁界勾配の存在する状
態で予定の周波数成分を持つ第２のRFパルスを、
前記第２の磁界勾配の方向に対して垂直な向きの
前記平面状スライスの予定の条片形領域内にある
前記核スピンの一部分を励起する様に印加する手
段と、(d)第３の磁界勾配の存在する状態で予定の
周波数成分を持つ第３のRFパルスを印加して、
前記条片形領域の予定の容積内にある核スピンを
反転させて、反転した該核スピンによりスピン・
エコー信号を発生させる手段と、(e)前記スピン・
エコー信号のフーリエ変換によつて前記予定の容
積から局在化化学シフト・スペクトルが得られる
様に、磁界勾配の存在しない状態で前記スピン・
エコー信号を感知する手段とを有する、局在化
NMR化学シフト分光法を実施する装置。２５特許請求の範囲第２４項に記載した装置に
於て、前記第２のRFパルスの印加後に、前記第
２の磁界勾配の方向と反対の方向並びにその大き
さの分数の大きさを持つ磁界勾配を印加して、前
記条片領域内にある前記核スピンの位相戻しを行
なう手段を含む装置。２６特許請求の範囲第２５項に記載した装置に
於て、前記第１のRFパルスが、前記平面状スラ
イスの領域を除く前記サンプルを照射する様に選
ばれた周波数成分を持つ周波数を調整したパルス
で構成され、前記第１の磁界勾配の方向が前記サ
ンプルの軸線と一致する様に選ばれている装置。２７特許請求の範囲第２６項に記載した装置に
於て、前記第２のRFパルスが選択性90゜RFパル
スであり、前記第２の磁界勾配の方向が前記サン
プルの軸線に対して直交する方向を持つ様に選ば
れている装置。２８特許請求の範囲第２７項に記載した装置に
於て、前記第３のRFパルスが180゜選択性パルス
で構成され、前記第３の磁界勾配が前記第２の磁
界勾配の方向並びに前記サンプルの軸線に対して
直交する方向を持つ様に選ばれている装置。２９特許請求の範囲第２８項に記載した装置に
於て、前記(a)乃至(e)の各手段を順次繰返し作動す
る手段と、前記(a)乃至(e)の各手段を順次繰返し作
動する際に、前記90゜パルス及び前記180゜パルス
を印加する間の期間を変えて、前記化学シフト・
スペクトルにT₂依存性を生ずる様にする手段を
含む装置。３０特許請求の範囲第２８項に記載した装置に
於て、前記90゜パルス並びに180゜パルスが何れも
ガウス形包絡線を持つ様に振幅変調されたRFパ
ルスで構成されている装置。３１特許請求の範囲第２８項に記載した装置に
於て、前記90゜パルス及び180゜パルスが何れも、
ｂを定数、ｔを時間として、波形（sinbt）／bt
を持つ信号によつて振幅変調されたRFパルスで
構成されている装置。３２特許請求の範囲第２４、３０又は３１項に
記載した装置に於て、前記第１及び第２のRFパ
ルスの内の少なくとも一方の周波数成分を変える
手段と、前記(a)乃至(e)の各手段を順次繰返し作動
して、異なる予定の容積内にある核スピンによつ
て発生されたスピン・エコー信号を求めるように
する手段を含む装置。３３特許請求の範囲第２４、３０又は３１項に
記載した装置に於て、少なくとも１つの前記磁界
勾配を発生する１対のコイルの内の少なくとも１
つのコイルに流れる電流の比を変える手段と、前
記RFパルスの周波数を変えずに、前記(a)乃至(e)
の各手段を順次繰返し作動して、異なる予定の容
積内にある核スピンによつて発生されたスピン・
エコー信号を求めるようにする手段を含む装置。３４特許請求の範囲第２４、３０又は３１項に
記載した装置に於て、前記静磁界内での前記
NMRサンプルの位置をその前の位置に対して変
える手段と、前記磁界勾配を変えずに且つ前記
RFパルスの周波数を変えずに、前記(b)乃至(e)の
各手段を順次繰返し作動して、異なる予定の容積
内にある核スピンによつて発生されたスピン・エ
コー信号を求めるようにする手段を含む装置。