JPH039728A - Ｎｍｒ分光装置の静磁場調整方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、核磁気共鳴（ＮＭＲ）を用いて高分解能に
ＮＭＲスペクトルを測定するＮＭＲ分光装置における静
磁場調整方法に関し、特に短時間で自動的且つ高精度に
補正コイルの出力電流を決定できるＮＭＲ分光装置の静
磁場調整方法に関するものである。

［従来の技術］ 第３図は、例えば、永井輝夫編ｒＭＲＩ診断学」（朝食
書店、１９８８年１１月２５日発行）の第５９頁に記載
された一般的なＮＭＲ分光装置を簡略化して示すブロッ
ク図である。

図において、（１）は近似的に均一な強度分布を有する
Ｚ軸方向の静磁場Ｂｚを発生する超電導磁石、（２）は
静磁場Ｂｚの強度分布を更に均一に補正するための複数
の補正コイル、（３）は高周波エネルギ（例えば、高周
波磁場パルス）を送信すると共にＮＭＲ信号を受信する
高周波コイル、（４）は超電導磁石（１）及び高周波コ
イル（３）内に挿入されるファントムと呼ばれる試料、
（５）は補正コイル（２）を個別に駆動するための複数
の補正コイルミ源、（６）は高周波コイル（３）に接続
されて信号の送受信を行う高周波送受信器、（７）は補
正コイル電源（５）及び高周波送受信器（６）を制御す
る制御回路、（８）は制御回路（７）に接続された計算
機である。

次に、第３図に示したＮＭＲ分光装置の動作について説
明する。尚、ＮＭＲスペクトルを得るための制御シーケ
ンスは、計′！！、機（８）から制御回路（７）に予め
伝送されており、制御回路（７）は、制御シーケンスを
高速に実行するものとする。

まず、高周波コイル（３）内に試験管内の溶液等からな
る試料（４）を挿入し、超電導磁石（１）及び補正コイ
ル（２）により、高均一化された静磁場Ｂｚを印加する
。

制御回路（７）の制御下で、高周波送受信器（６）から
高周波コイル（３）に高周波パルスを送信すると、試験
管内の溶液等からなる試料（４〉に高周波磁場パルス（
ＲＦパルス）が印加される。

公知のように、試料（４）内の特定の核スピンに対して
共鳴条件を満足する周波数のＲＦパルスを印加すると、
直後に試１（４）からのＮＭＲ信号を観測することがで
きる。従って、ＮＭＲ信号を、高周波コイル（３）から
高周波送受信器（６）を介して受信し、計算機（８）に
おいてＮＭＲ信号をフーリエ変換することにより、対象
とする核スピンのＮＭＲスペクトルを求めることができ
る。

このとき、試料（４）のＮＭＲスペクトルを高分解能で
測定するためには、試料（４）内の静磁場Ｂ　７゜の分
布を高均一化することが必要である。

次に、従来のＮＭＲ分光装置の静磁場調整方法について
説明する。

オペレータは、試料（４）を挿入後、上述のシーケンス
で得られるＮＭＲスペクトルを観測しながら、補正コイ
ル（２）の磁場出力を調整する６即ち、ＮＭＲスペクト
ルが最もシャープになるように、補正コイル（２）の磁
場出力の＠調整を、手動で繰り返す。

このとき、上記文献の第４３頁に記載されているように
、補正コイル（２）は、１３種類程度の異なる静磁場分
布を生成するコイル集合体からなり、ＸＹ　、Ｚ、ＸＹ
　、ＹＺ、ＺＸ、Ｘ２−ＹＺ、ｙ２−ｚ２．ｚ２−Ｘ２
．ＸＹＺ、Ｚ２．Ｚ’　、Ｚ”に比例する静磁場を出力
するようになっている。

従って、オペレータは、１３種類の補正コイル（２）を
微調整しなければならず、経験の浅いオペレータにとっ
ては、全ての補正コイル（２）を完全に調整することは
困難である。

［発明が解決しようとする課題］ 従来のＮＭＲ分光装置の静磁場調整方法は以上のように
、オペレータの手動により、補正コイル（２）の磁場出
力を繰り返し調整し、静磁場Ｂｚを高均一化しているの
で、多くの労力を必要とし、ときには数時間以上に及ぶ
調整時間を要するという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、静磁場の均一度を、短時間で自動的且つ高精
度に調整可能なＮＭＲ分光装置の静磁場調整方法を得る
ことを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係るＮＭＲ分光装置の静磁場調整方法は、試
料内の化学シフトスペクトル映像を求める第１ステップ
と、化学シフｌ−スペクトル映像に基づいて空間静磁場
分布を求める第２ステップと、空間静磁場分布に基づい
て空間誤差分布を求める第３ステップと、空間誤差分布
を相殺するように補正コイルの通電電流を決定する第４
ステップとを含むものである。

［作用］ この発明においては、試料内部の空間静磁場分布に基づ
いて、複数の補正コイルの通電電流を自動的に最適化す
る。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。尚、
この発明が適用されるＮＭＲ分光装置は第３図に示した
通りであり、計算ｆｉ（８）内のプログラムが変更され
ていればよい。

第１図はこの発明の一実施例を示すフローチャート図、
第２図はこの発明に用いられる化学シフトスペクトル映
像を求めるためのパルスシーケンス図である。

次に、第１図〜第３図を参照しながら、この発明の一実
施例について説明する。

第１ステップＳ１ まず、試料（４）を挿入した状態で、第２図のパルスシ
ーケンスに従い、９０°、１８０°のＲＦパルス＾１、
＾２と共に、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の傾斜磁場パルスＧｘ、Ｇ
ｙ、ＧＺを印加して、試料（４）のＮＭＲ信号を受信し
、このＮＭＲ信号に基づいて、試料（４）内の化学シフ
トスペクトル映像を求める。このとき、２＝０としたＸ
Ｙ千面、ｘ＝０としりＹ　Ｚ　平面、Ｙ＝ＯとしたＺＸ
平面、及び斜めにスライスした平面の最低限４枚の映像
を用いることが好ましい。

尚、化学シフトＮＭＲ映像を求めるパルスシーケンスは
、例えばｒＮＭＲ医学」（第４巻、１号、１９８４年）
の第１８頁〜第２５頁のｒＮＭＲイメージにおける静磁
場不均一性の影響」（関原謙介他）に記載されているよ
うに公知である。

ここでは、傾斜磁場パルスＧ　ｘ　、Ｇ　ｙ　、　Ｇ　
ｚを発生する傾斜磁場コイルとして、補正コイル（２）
のうちのｘ　、ｙ　、ｚに比例する磁場を出力するＸ補
正コイル、Ｘ補正コイル、２補正コイルが用いられてい
るので、各傾斜磁場パルスＧｘ、Ｇｙ、Ｇｚと共に、時
間的に一定のバイアス磁場ｂｘ、　ｂｙ、ｂｚが重畳さ
れている。

傾斜磁場パルスＧｘ、Ｇｙ、Ｇｚの印加時において＋　
Ｘ、Ｙ、ｚ補正コイルには、立ち上がり時間が０．１ｍ
秒〜１０ｍ秒程度のパルス電流が通電されるので、これ
らの補正コイル（２）を励磁する各補正コイル電源（５
）の周波数帯域は、それぞれ１．　ｋ　ＩＩ　ｚ〜Ｉ　
ＯＯｋ　Ｉｔ　ｚ程度に選ばれなくてはならない。

又、超電導磁石（１）内の低温シールド！（図示せず）
に磁束が鎖交したときに、渦電流により好ましくない磁
場が発生するので、この磁場を相殺するために、補正コ
イル電源（５）には、Ｘ、Ｙ、ｚ補正コイルで発生する
傾斜磁場パルスの波形整形用の位相補償回路が内蔵され
ている。この位相補償回路は、渦電流補正回路として良
く知られている。

尚、ｘ、Ｙ、Ｚ補正コイルを公知のアクティブシールド
型で構成した場合は、渦電流補正回路は不要となる。

第２スーツブＳ２ 次に、第１ステップＳ１で得られた化学シフトスペクト
ル映像に基づき、ＮＭＲスペクトルのシフト量から空間
分布求め、各空間位置のＮＭＲスペクトルのピーク位置
から、試料（４）内の空間静磁場分布Ｂ　ｚ（ｘ、ｙ、
ｚ）をイメージング計算により求める。

即ち、試料（４）に豊富に含まれる水（）＋２０）のス
ペクトルのピーク位置の空間分布から、空間静磁場分布
Ｂ　ｚ（ｘ、ｙ、ｚ）を計算により求められる。

又、試料（４）に基準物買例えば１重水（Ｄ　２０　”
）を溶液として添加し、重水素りの化学シフト周波数（
スペクトルのピーク位置）の空間分布を測定すれば、同
様に試料（４）内の空間静磁場分布が計算により求めら
れる。この場合、重水素りの吸収スペクトルのピークが
測定対象のスペクトルのピークから離れているので、測
定しやすいという利点がある。

ＬＩＬｉ工１因 次に、空間静磁場分布Ｂｚ（ｘ、ｙ、ｚ）の中心座標か
らの空間誤差分布ΔＢ（に、ｙ　、ｚ）を、各座標につ
いて求める。即ち、中心座標（０，０，０＞の空間静磁
場分布の値をＢｚ（０，０，０＞とすれば、 ΔＢ　（ｘ、ｙ、ｚ）　＝　Ｂ　ｚ（ｘ、ｙ、ｚ）　−
Ｂ　ｚ（０，０，０＞から計算される。

剃Ａ）ｊヒ汀乙蓮 各補正コイル（２）に供給すべき補正用の通電電流１　
ｉ　（ｉ＝１〜１３）を、空間ｎｒｌｉ場分布Ｂｚ（ｘ
、ｙ、ｚ）の誤差、即ち空間誤差分布ΔＢ　（ｘ、ｙ、
ｚ）を相殺するように決定する。

ここでは、最小二乗法を用いて、 が最小となるように各通電電流Ｉｉを決定する。

この通電電流Ｉｉは、各補正コイル（２）の磁場出力に
相当する。尚、計算に用いられる空間位置は、例えば、
Ｘ、Ｙ、Ｚ方向についてそれぞれ１ｏ点とし、１０ｘ　
１０ｘ　１０（−１０００）点とする６又、上記計算中
で用いられるＢ　ｉ（ｘ、ｙ、ｚ）は、ｉ−１〜１３に
対応する各補正コイル（２）に、ＩＡの通電電流を供給
したときに発生する空間静磁場分布であり、実測しても
よいが、計算により予め求めることができる。

尚、第１ステップＳ１で得られた４枚の映像のうち、Ｘ
Ｙ平面の映像を用いることにより、７項のない補正コイ
ル（Ｘ、Ｙ、ＸＹ、Ｘ２−Ｙ２）の補正が可能となり、
ＹＺ平面の映像を用いることにより、Ｘ項のない補正コ
イル（Ｙ、Ｚ、ＹＺ、Ｙ２−Ｚ２．Ｚ２．Ｚ’、Ｚ’）
　（１）補正が可能となり、空間的に斜めにスライスし
た平面を用いることにより、ｘＹｚの補正コイルの補正
が可能となる。従って、４枚の映像に基づいて、各補正
コイル（２）の通電電流Ｉｉが最適化される。

このように、各補正コイル（２）のｆ＆適な磁場出力即
ち通電電流Ｉｉが決定されるので、磁場均一度の調整を
自動的に行うことができ、Ｉ？′Ｐ磁場Ｂｚの高均一化
を短時間に実現することができる。

尚、上記実施例では、補正コイル（２）が傾斜磁場コイ
ルを兼ねるようにしたが、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の傾斜磁場コ
イルを独立に設置してもよい、この場合、傾斜磁場コイ
ルによる第２図のバイアス磁場ｂｘ、ｂｙ、ｂｚは不要
となる。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、試料内の化学シフＩ〜
スペクトル映像を求める第１ステップと、化学シフトス
ペクトル映像に基づいて空間静磁場分布を求める第２ス
テップと、空間静磁場分布に基づいて空間誤差分布を求
める第３ステップと、空間誤差分布を相殺するように補
正コイルの通電電流を決定する第４ステップとを含み、
試料内部の空間静磁場分布に基づいて複数の補正コイル
の通電電流を最適化するようにしたので、静磁場の均一
度を短時間で自動的且つ高精度に調整可能なＮＭＲ分光
装置の静磁場調整方法が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すフローチャート図、
第２図はこの発明に用いられる化学シフト映像を求める
ためのパルスシーケンス図、第３図は一般的なＮＭＲ分
光装置を示すブロック図である。 （２）・・・補正コイル　　　（４）・・・試料Ｂｚ・
・・静磁場 Ｂｚ（ｘ、ｙ、ｚ）・・・空間静磁場分布ΔＢ　（ｘ、
ｙ、ｚ）・・空間誤差分布１１・・・通電電流 Ｓｌ・−・第１ステップ　　　Ｓｌ・・・第２ステップ
Ｓ３・・第３ステップ　　　Ｓ４・・・第４ステップ尚
、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 ２：ネ甫’ｆ〕イル ４゛Ｓ式こ半＋ Ｂｚ；肴中鴇場

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 複数の補正コイルの磁場出力を調整し、前記補正コイル
   内の試料に対して空間的に高均一化された静磁場を発生
   させるためのＮＭＲ分光装置の静磁場調整方法において
   、 前記試料内の化学シフトスペクトル映像を求める第１ス
   テップと、 前記化学シフトスペクトル映像に基づいて空間静磁場分
   布を求める第２ステップと、 前記空間静磁場分布に基づいて空間誤差分布を求める第
   ３ステップと、 前記空間誤差分布を相殺するように前記補正コイルの通
   電電流を決定する第４ステップと、を含むことを特徴と
   するＮＭＲ分光装置の静磁場調整方法。