JPH0599866A - 多重コヒーレンス移動径路検出用に切り換え取得時間勾配を使用する多次元ｎｍｒ分光法 - Google Patents
多重コヒーレンス移動径路検出用に切り換え取得時間勾配を使用する多次元ｎｍｒ分光法Info
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- JPH0599866A JPH0599866A JP4064315A JP6431592A JPH0599866A JP H0599866 A JPH0599866 A JP H0599866A JP 4064315 A JP4064315 A JP 4064315A JP 6431592 A JP6431592 A JP 6431592A JP H0599866 A JPH0599866 A JP H0599866A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
- G01R33/44—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance using nuclear magnetic resonance [NMR]
- G01R33/48—NMR imaging systems
- G01R33/483—NMR imaging systems with selection of signals or spectra from particular regions of the volume, e.g. in vivo spectroscopy
- G01R33/4833—NMR imaging systems with selection of signals or spectra from particular regions of the volume, e.g. in vivo spectroscopy using spatially selective excitation of the volume of interest, e.g. selecting non-orthogonal or inclined slices
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】容易に分離できるやり方で、単一の取得シーケ
ンスで多重コヒーレンス移動径路からの信号の符号化と
検出を行うための多次元分光方法およびＮＭＲ装置を提
供する。 【構成】コヒーレントな不平衡状態で分子系を用意し、
ある径路のサンプリング点での信号検出の後で新しい径
路の勾配再集束を使って複数のコヒーレンス移動径路か
らｔ2 の個別サンプリング点で交互に、かつ順次信号を
検出することにより、単一の取得で複数のコヒーレンス
移動径路から信号関数Ｓ（ｔ1 ，ｔ2 ）が得られる。コ
ヒーレンス径路の勾配符号化および再集束は不均一な無
線周波パルス（Ｂ 1 勾配）またはＢ0 磁界勾配を使用す
ることができる。コヒーレンス移動径路は任意の順序で
順次選択することができる。
ンスで多重コヒーレンス移動径路からの信号の符号化と
検出を行うための多次元分光方法およびＮＭＲ装置を提
供する。 【構成】コヒーレントな不平衡状態で分子系を用意し、
ある径路のサンプリング点での信号検出の後で新しい径
路の勾配再集束を使って複数のコヒーレンス移動径路か
らｔ2 の個別サンプリング点で交互に、かつ順次信号を
検出することにより、単一の取得で複数のコヒーレンス
移動径路から信号関数Ｓ（ｔ1 ，ｔ2 ）が得られる。コ
ヒーレンス径路の勾配符号化および再集束は不均一な無
線周波パルス（Ｂ 1 勾配）またはＢ0 磁界勾配を使用す
ることができる。コヒーレンス移動径路は任意の順序で
順次選択することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般に磁気共鳴分光法に
関するものであり、更に詳しく述べると本発明は単一の
磁気励起シーケンスに続く多重コヒーレンス移動径路
（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｒａｎｓ
ｆｅｒ ｐａｔｈｗａｙｓ）を検出するためのスイッチ
式取得時間（ＳＷＡＴ）勾配を使用する多次元ＮＭＲ分
光法に関するものである。
関するものであり、更に詳しく述べると本発明は単一の
磁気励起シーケンスに続く多重コヒーレンス移動径路
（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｒａｎｓ
ｆｅｒ ｐａｔｈｗａｙｓ）を検出するためのスイッチ
式取得時間（ＳＷＡＴ）勾配を使用する多次元ＮＭＲ分
光法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】核磁気共鳴（ＮＭＲ）分光法は分子の構
造および動力学を検討するために使用される方法であ
る。これは完全に非侵襲的であり、電離性放射線を含ん
でいない。非常に一般的な用語で表現すると、局部磁界
に比例する特定のスピン歳差運動周波数で核磁気モーメ
ントが励起される。これらのスピンの歳差運動によって
生じる無線周波信号がピックアツプコイルを使って受信
される。
造および動力学を検討するために使用される方法であ
る。これは完全に非侵襲的であり、電離性放射線を含ん
でいない。非常に一般的な用語で表現すると、局部磁界
に比例する特定のスピン歳差運動周波数で核磁気モーメ
ントが励起される。これらのスピンの歳差運動によって
生じる無線周波信号がピックアツプコイルを使って受信
される。
【０００３】ＮＭＲの原理についてはオックスフォード
のクラレンドン・プレス発行、エルンスト他著、「一次
元および二次元の核磁気共鳴の原理」（Ｅｒｎｓｔ ｅ
ｔａｌ．，”Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｎｕｃｌｅ
ａｒ ＭａｇｎｅｔｉｃＲｅｓｏｎａｎｃｅ ｉｎ Ｏ
ｎｅ ａｎｄ Ｔｗｏ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ”， Ｃ
ｌａｒｅｎｄｏｎ Ｐｒｅｓｓ， Ｏｘｆｏｒｄ １９
８７）に一般的に説明されている。
のクラレンドン・プレス発行、エルンスト他著、「一次
元および二次元の核磁気共鳴の原理」（Ｅｒｎｓｔ ｅ
ｔａｌ．，”Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｎｕｃｌｅ
ａｒ ＭａｇｎｅｔｉｃＲｅｓｏｎａｎｃｅ ｉｎ Ｏ
ｎｅ ａｎｄ Ｔｗｏ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ”， Ｃ
ｌａｒｅｎｄｏｎ Ｐｒｅｓｓ， Ｏｘｆｏｒｄ １９
８７）に一般的に説明されている。
【０００４】簡単に述べると、強い静磁界を用いること
により、原子核が奇数個の陽子および／または中性子を
有する原子、すなわち原子核がスピン角運動量および磁
気双極子モーメントを有する原子を整列させ、次に静磁
界（Ｂ0 ）に対して横向きのパルスとして印加される第
二の無線周波磁界を使って、これらの核にエネルギーを
供給し、これにより核を静磁界（Ｂ0 ）に対して一定の
傾斜角、たとえば９０°または１８０°になるまで歳差
運動させる。励起後、核は次第に静磁界に対して整列し
た状態に戻り、弱いが検出可能な自由誘導減衰（ＦＩ
Ｄ）の形でエネルギーを放出する。これらのＦＩＤ信号
を使って、コンピュータがスペクトルを作成する。
により、原子核が奇数個の陽子および／または中性子を
有する原子、すなわち原子核がスピン角運動量および磁
気双極子モーメントを有する原子を整列させ、次に静磁
界（Ｂ0 ）に対して横向きのパルスとして印加される第
二の無線周波磁界を使って、これらの核にエネルギーを
供給し、これにより核を静磁界（Ｂ0 ）に対して一定の
傾斜角、たとえば９０°または１８０°になるまで歳差
運動させる。励起後、核は次第に静磁界に対して整列し
た状態に戻り、弱いが検出可能な自由誘導減衰（ＦＩ
Ｄ）の形でエネルギーを放出する。これらのＦＩＤ信号
を使って、コンピュータがスペクトルを作成する。
【０００５】励起周波数はラーモア（Ｌａｒｍｏｒ）の
関係で定められる。ラーモアの関係は核の歳差運動の角
周波数ω0 が次式のように磁界Ｂ0 と各核種に固有の物
理的定数であるいわゆる磁気回転比γとの積であるとい
うことを表している。 ω0 ＝Ｂ0 ・γ 無線周波パルス励起に応動する核スピンの傾斜の角度は
パルスの時間についての積分に比例する。
関係で定められる。ラーモアの関係は核の歳差運動の角
周波数ω0 が次式のように磁界Ｂ0 と各核種に固有の物
理的定数であるいわゆる磁気回転比γとの積であるとい
うことを表している。 ω0 ＝Ｂ0 ・γ 無線周波パルス励起に応動する核スピンの傾斜の角度は
パルスの時間についての積分に比例する。
【０００６】多次元ＮＭＲ分光法は分子の構造、動力学
および反応を検討するための方法を提供する。原子核の
磁気モーメントと磁界との間の相互作用は詳細な化学情
報を含む信号関数Ｓ（ω1 ，ω2 ，ω3 ・・・）で表さ
れる二つ以上の周波数変数の関数である。多次元ＮＭＲ
手順のパルスシーケンスには、核磁気モーメントと印加
磁界の相互作用による核スピンの準備、ある時間
（ｔ1 ）にわたる磁気モーメントの進展、核相互間の
（たとえば水素から炭素への）磁化移動、およびある時
間（ｔ2 ）にわたる検出が含まれる。種々のコヒーレン
ス移動径路からの信号は選択のための一連の無線周波パ
ルスおよび勾配パルスを使って検出することができる。
従来、励起と進展に続いて単一の径路からの信号が時間
軸上の複数の点でサンプリングされてきた。複数のコヒ
ーレンス移動径路のサンプリングには径路ごとに独自の
磁気勾配シーケンスを持つ逐次的な無線周波励起が必要
であったので、多重取得が必要であった。フーリエ変換
を使用して検出器信号が分析される。
および反応を検討するための方法を提供する。原子核の
磁気モーメントと磁界との間の相互作用は詳細な化学情
報を含む信号関数Ｓ（ω1 ，ω2 ，ω3 ・・・）で表さ
れる二つ以上の周波数変数の関数である。多次元ＮＭＲ
手順のパルスシーケンスには、核磁気モーメントと印加
磁界の相互作用による核スピンの準備、ある時間
（ｔ1 ）にわたる磁気モーメントの進展、核相互間の
（たとえば水素から炭素への）磁化移動、およびある時
間（ｔ2 ）にわたる検出が含まれる。種々のコヒーレン
ス移動径路からの信号は選択のための一連の無線周波パ
ルスおよび勾配パルスを使って検出することができる。
従来、励起と進展に続いて単一の径路からの信号が時間
軸上の複数の点でサンプリングされてきた。複数のコヒ
ーレンス移動径路のサンプリングには径路ごとに独自の
磁気勾配シーケンスを持つ逐次的な無線周波励起が必要
であったので、多重取得が必要であった。フーリエ変換
を使用して検出器信号が分析される。
【０００７】一般に、スピン系の状態を密度演算子で記
述することにより、核スピンに対するパルス磁界勾配の
影響を理解することができる。任意の時点ｔに於けるス
ピン系の密度演算子ρ（ｔ）は次式のように種々のコヒ
ーレンス次数に従って分類することができる。
述することにより、核スピンに対するパルス磁界勾配の
影響を理解することができる。任意の時点ｔに於けるス
ピン系の密度演算子ρ（ｔ）は次式のように種々のコヒ
ーレンス次数に従って分類することができる。
【０００８】
【数１】 但し、ｐはコヒーレンス次数を表す。勾配パルスの間の
系のハミルトニアンは主としてゼーマン項の寄与によっ
て生じる。密度演算子をそれの種々の成分に分類するの
は便利である。継続時間τの磁界勾配パルスの影響は次
式のように書くことができる。
系のハミルトニアンは主としてゼーマン項の寄与によっ
て生じる。密度演算子をそれの種々の成分に分類するの
は便利である。継続時間τの磁界勾配パルスの影響は次
式のように書くことができる。
【０００９】
【数２】
【００１０】但し、ρ（ｔ−）およびρ（ｔ＋）は勾配
パルスの前および後の密度演算子を示すために使用さ
れ、Ｆｚは全角運動量のｚ成分である。試料内の種々の
スピンが出会うゼーマン磁界はそれらの空間座標に応じ
て変わる。勾配パルスにより密度演算子成分に複素位相
要素が導入されることが式［２］からわかる。この位相
要素は成分のコヒーレンス次数および勾配パルスの面積
によって左右される。本質的に、勾配パルスの効果は制
御された量だけコヒーレンスをぼかすことである。各コ
ヒーレンス径路は勾配により「表されるコヒーレンス次
数」であると考えることができる。次に、
パルスの前および後の密度演算子を示すために使用さ
れ、Ｆｚは全角運動量のｚ成分である。試料内の種々の
スピンが出会うゼーマン磁界はそれらの空間座標に応じ
て変わる。勾配パルスにより密度演算子成分に複素位相
要素が導入されることが式［２］からわかる。この位相
要素は成分のコヒーレンス次数および勾配パルスの面積
によって左右される。本質的に、勾配パルスの効果は制
御された量だけコヒーレンスをぼかすことである。各コ
ヒーレンス径路は勾配により「表されるコヒーレンス次
数」であると考えることができる。次に、
【００１１】
【数３】 により記述される密度演算子を変換する、ωz R （ｒ）
τR の位相戻し勾配パルス積分を適用することにより、
特定の径路の選択が行われる。上式で、ｋは特定のコヒ
ーレンス径路を表し、φk は位相分散であり、ｃk は時
間依存分のすべてを表し、ρ(-1)はｐ＝−１に対応する
観測可能な成分を表す。再集束勾配は次式のように密度
演算子を変換する。
τR の位相戻し勾配パルス積分を適用することにより、
特定の径路の選択が行われる。上式で、ｋは特定のコヒ
ーレンス径路を表し、φk は位相分散であり、ｃk は時
間依存分のすべてを表し、ρ(-1)はｐ＝−１に対応する
観測可能な成分を表す。再集束勾配は次式のように密度
演算子を変換する。
【００１２】
【数４】
【００１３】但し、Ｌは所望の径路である。式［３］の
右辺の第一項は丁度再集束された径路に対応するので、
観測することができる。これは次式が成立するからであ
る。
右辺の第一項は丁度再集束された径路に対応するので、
観測することができる。これは次式が成立するからであ
る。
【００１４】
【数５】 φL ＝−ωz R （ｒ）τR ［４］ 第二項はまだ集束されていないので観測できない他のす
べての径路を表す。式［２］はすべてのコヒーレンス移
動選択方式の中心的性質を表している。従来のＮＭＲで
は、各コヒーレンス成分は位相サイクル方式の種々のサ
イクルの間、位相要素を累積する。次に、所望の径路だ
けが信号を生じるように受信器位相サイクルが決定され
る。パルス状勾配が使用される実験では、各勾配パルス
は種々のコヒーレンス成分の累積する位相要素に寄与す
る。次に、データ取得に先立って勾配の領域を選択する
ことによって所望の径路を選択することができる。した
がって、所望の信号成分だけが再集束される。コヒーレ
ンス径路の勾配選択の主要な特徴は多重取得が必要とさ
れる無線周波位相サイクリングと異なり、単一取得で選
択が行われるということである。従来の勾配選択の主要
な制約は、単一の径路以外のすべてが失われるので、通
常、信号対雑音比が２の平方根だけ低下し、純粋吸収の
二次元線形状に対する能力が低下するということであ
る。
べての径路を表す。式［２］はすべてのコヒーレンス移
動選択方式の中心的性質を表している。従来のＮＭＲで
は、各コヒーレンス成分は位相サイクル方式の種々のサ
イクルの間、位相要素を累積する。次に、所望の径路だ
けが信号を生じるように受信器位相サイクルが決定され
る。パルス状勾配が使用される実験では、各勾配パルス
は種々のコヒーレンス成分の累積する位相要素に寄与す
る。次に、データ取得に先立って勾配の領域を選択する
ことによって所望の径路を選択することができる。した
がって、所望の信号成分だけが再集束される。コヒーレ
ンス径路の勾配選択の主要な特徴は多重取得が必要とさ
れる無線周波位相サイクリングと異なり、単一取得で選
択が行われるということである。従来の勾配選択の主要
な制約は、単一の径路以外のすべてが失われるので、通
常、信号対雑音比が２の平方根だけ低下し、純粋吸収の
二次元線形状に対する能力が低下するということであ
る。
【００１５】
【発明の目的】本発明の目的は、容易に分離できるやり
方で、単一の取得シーケンスで多重コヒーレンス移動径
路からの信号の符号化と検出を行うための多次元分光方
法およびＮＭＲ装置を提供することである。簡単に述べ
ると、単一のパルスシーケンスを使用する通常の多次元
ＮＭＲ分光法と同様にコヒーレントな不平衡状態で試料
のスピン系が準備される。その後、単一のＮＭＲ取得で
取得時間勾配を切り換えることによって複数のコヒーレ
ンス移動径路が交互に、かつ繰り返し選択され、サンプ
リングされる。次に、複数のコヒーレンス移動径路から
取得される信号のフーリエ解析を使って、スピン系の多
次元スペクトルマップを作ることができる。
方で、単一の取得シーケンスで多重コヒーレンス移動径
路からの信号の符号化と検出を行うための多次元分光方
法およびＮＭＲ装置を提供することである。簡単に述べ
ると、単一のパルスシーケンスを使用する通常の多次元
ＮＭＲ分光法と同様にコヒーレントな不平衡状態で試料
のスピン系が準備される。その後、単一のＮＭＲ取得で
取得時間勾配を切り換えることによって複数のコヒーレ
ンス移動径路が交互に、かつ繰り返し選択され、サンプ
リングされる。次に、複数のコヒーレンス移動径路から
取得される信号のフーリエ解析を使って、スピン系の多
次元スペクトルマップを作ることができる。
【００１６】更に詳しく述べると、取得時間勾配をＢ0
磁界勾配または無線周波勾配に切り換えることにより、
各径路をサンプリング点相互の間に個々に再集束し、検
出信号の取得の間にディジタル化することができる。し
たがって、通常のサンプリング期間に等しい時間中に、
すべての所望のコヒーレンス径路から生じる信号が個別
に符号化され、検出される。多重径路の検出のため、通
常の取得の場合より早い速度で信号ディジタイザを動作
させなければならない。ｎ個の異なるコヒーレンス径路
の選択を行うため、ディジタイザはドエル（ｄｗｅｌ
ｌ）時間ｄｗ／ｎで動作させなければならない。ここで
ｄｗは通常の取得に対するドエル時間を表す。このと
き、取得すべきデータ点の数は通常の取得に対するデー
タ点に比べてｎ倍多くなければならない。本発明および
その目的および特徴は付図を参照した以下の詳細な説明
および特許請求の範囲から更に容易に理解し得る。
磁界勾配または無線周波勾配に切り換えることにより、
各径路をサンプリング点相互の間に個々に再集束し、検
出信号の取得の間にディジタル化することができる。し
たがって、通常のサンプリング期間に等しい時間中に、
すべての所望のコヒーレンス径路から生じる信号が個別
に符号化され、検出される。多重径路の検出のため、通
常の取得の場合より早い速度で信号ディジタイザを動作
させなければならない。ｎ個の異なるコヒーレンス径路
の選択を行うため、ディジタイザはドエル（ｄｗｅｌ
ｌ）時間ｄｗ／ｎで動作させなければならない。ここで
ｄｗは通常の取得に対するドエル時間を表す。このと
き、取得すべきデータ点の数は通常の取得に対するデー
タ点に比べてｎ倍多くなければならない。本発明および
その目的および特徴は付図を参照した以下の詳細な説明
および特許請求の範囲から更に容易に理解し得る。
【００１７】
【実施例の記載】図面を参照して説明すると、図１Ａは
ＮＭＲシステムのコイル装置を示す斜視図であり、一部
は断面で示してある。図１Ｂ−２Ｄは図１Ａの装置で作
成することができる磁界勾配を示す。この装置について
は、プロシーディングズ・オブ・ザ・アイイーイーイー
所載の、ヒンショーおよびレント執筆の「ＮＭＲイメー
ジング入門、ブロッホ式からイメージング式まで」（Ｈ
ｉｎｓｈａｗ ａｎｄ Ｌｅｎｔ，”Ａｎ Ｉｎｔｒｏ
ｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ ＮＭＲ Ｉｍａｇｉｎｇ：Ｆｒ
ｏｍ ｔｈｅ Ｂｌｏｃｈ Ｅｑｕａｔｉｏｎ ｔｏ
ｔｈｅ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｅｑｕａｔｉｏｎ”，Ｐｒｏ
ｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＩＥＥＥ，第７１
巻，第３号，１９８３年３月，ｐｐ．３３８−３５０）
に説明されている。簡単に述べると、コイル対１０を含
む磁石によって一様な静磁界Ｂ0 が作成される。複合勾
配コイルセツトによって勾配磁界Ｇ（ｘ）が作成され
る。この複合勾配コイルセツトは円筒１２に巻くことが
できる。無線周波（ＲＦ）コイル１４により無線周波磁
界Ｂ1 が作成される。検査する試料は無線周波コイル１
４の中にＺ軸に沿って配置される。
ＮＭＲシステムのコイル装置を示す斜視図であり、一部
は断面で示してある。図１Ｂ−２Ｄは図１Ａの装置で作
成することができる磁界勾配を示す。この装置について
は、プロシーディングズ・オブ・ザ・アイイーイーイー
所載の、ヒンショーおよびレント執筆の「ＮＭＲイメー
ジング入門、ブロッホ式からイメージング式まで」（Ｈ
ｉｎｓｈａｗ ａｎｄ Ｌｅｎｔ，”Ａｎ Ｉｎｔｒｏ
ｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ ＮＭＲ Ｉｍａｇｉｎｇ：Ｆｒ
ｏｍ ｔｈｅ Ｂｌｏｃｈ Ｅｑｕａｔｉｏｎ ｔｏ
ｔｈｅ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｅｑｕａｔｉｏｎ”，Ｐｒｏ
ｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＩＥＥＥ，第７１
巻，第３号，１９８３年３月，ｐｐ．３３８−３５０）
に説明されている。簡単に述べると、コイル対１０を含
む磁石によって一様な静磁界Ｂ0 が作成される。複合勾
配コイルセツトによって勾配磁界Ｇ（ｘ）が作成され
る。この複合勾配コイルセツトは円筒１２に巻くことが
できる。無線周波（ＲＦ）コイル１４により無線周波磁
界Ｂ1 が作成される。検査する試料は無線周波コイル１
４の中にＺ軸に沿って配置される。
【００１８】図１ＢにはＸ勾配磁界が示されている。Ｘ
勾配磁界は静磁界Ｂ0 に垂直であり、Ｘ軸に沿って距離
とともに線形に変化するが、Ｙ軸またはＺ軸に沿った距
離では変わらない。図１Ｃおよび図１ＤはそれぞれＹ勾
配磁界およびＺ勾配磁界を同様に表したものである。図
２はゼネラルエレクトリック社発行のＮＭＲ−パースペ
クティブ・オン・イメージング（ＮＭＲ−Ａ Ｐｅｒｓ
ｐｅｃｔｉｖｅ ｏｎ Ｉｍａｇｉｎｇ，Ｇｅｎｅｒａ
ｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙ，１９８２）に
開示されているＮＭＲ装置の機能ブロック図である。Ｎ
ＭＲ装置の動作を制御し、それから検出されたＦＩＤ信
号を処理するように、コンピュータ２０がプログラミン
グされる。勾配コイルが勾配増幅器２２によって付勢さ
れ、またラーモア周波数でＢ1 磁界を発生するための無
線周波コイル２６が送信器２４によって制御される。選
択された核が励起された後、無線周波コイル２６を用い
てＦＩＤ信号が検出される。このＦＩＤ信号が受信器２
８に送られた後、ディジタイザ３０を介してコンピュー
タ２０で処理される。
勾配磁界は静磁界Ｂ0 に垂直であり、Ｘ軸に沿って距離
とともに線形に変化するが、Ｙ軸またはＺ軸に沿った距
離では変わらない。図１Ｃおよび図１ＤはそれぞれＹ勾
配磁界およびＺ勾配磁界を同様に表したものである。図
２はゼネラルエレクトリック社発行のＮＭＲ−パースペ
クティブ・オン・イメージング（ＮＭＲ−Ａ Ｐｅｒｓ
ｐｅｃｔｉｖｅ ｏｎ Ｉｍａｇｉｎｇ，Ｇｅｎｅｒａ
ｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙ，１９８２）に
開示されているＮＭＲ装置の機能ブロック図である。Ｎ
ＭＲ装置の動作を制御し、それから検出されたＦＩＤ信
号を処理するように、コンピュータ２０がプログラミン
グされる。勾配コイルが勾配増幅器２２によって付勢さ
れ、またラーモア周波数でＢ1 磁界を発生するための無
線周波コイル２６が送信器２４によって制御される。選
択された核が励起された後、無線周波コイル２６を用い
てＦＩＤ信号が検出される。このＦＩＤ信号が受信器２
８に送られた後、ディジタイザ３０を介してコンピュー
タ２０で処理される。
【００１９】上記のように多次元フーリエ分光法では、
分子系の性質が信号の取得と分析により明らかにされ
る。たとえば二次元ＮＭＲでは、信号は二つの独立変数
の関数Ｓ（ω1 ，ω2 ）である。時間領域信号Ｓ
（ｔ1 ，ｔ2 ）が二つの独立の時間変数の関数として測
定され、二次元フーリエ変換により二次元周波数領域ス
ペクトルＳ（ω1 ，ω2 ）に変換される。時間間隔ｔ1
を増分し、ＮＭＲ信号をｔ2 の関数として記録すること
によって、信号Ｓ（ｔ1 ，ｔ2 ）を得ることができる。
分子系の性質が信号の取得と分析により明らかにされ
る。たとえば二次元ＮＭＲでは、信号は二つの独立変数
の関数Ｓ（ω1 ，ω2 ）である。時間領域信号Ｓ
（ｔ1 ，ｔ2 ）が二つの独立の時間変数の関数として測
定され、二次元フーリエ変換により二次元周波数領域ス
ペクトルＳ（ω1 ，ω2 ）に変換される。時間間隔ｔ1
を増分し、ＮＭＲ信号をｔ2 の関数として記録すること
によって、信号Ｓ（ｔ1 ，ｔ2 ）を得ることができる。
【００２０】まず、一つ以上の無線周波パルスを使うこ
とにより、コヒーレントな不平衡状態でスピン系が準備
される。次に、スピン系が進展し、これによりω1 領域
で周波数が決定される。検出される信号は多重コヒーレ
ンス移動径路から生じ得る。多重コヒーレンス移動径路
は通常、選択された径路に対する位相戻し勾配パルスを
印加することによって個別に選択される。
とにより、コヒーレントな不平衡状態でスピン系が準備
される。次に、スピン系が進展し、これによりω1 領域
で周波数が決定される。検出される信号は多重コヒーレ
ンス移動径路から生じ得る。多重コヒーレンス移動径路
は通常、選択された径路に対する位相戻し勾配パルスを
印加することによって個別に選択される。
【００２１】図３Ａおよび図３Ｂはそれぞれ単一量子コ
ヒーレンスおよび二重量子コヒーレンスに対するコヒー
レンス移動径路を示す。上記エルンストの文献の２９４
頁の同種核二次元相関分光法に述べられているように、
準備期間（たとえば単一のπ／２パルス）が次数ｐ＝±
１の単一量子コヒーレンスを励起する。この単一量子コ
ヒーレンスは混合伝搬器または単一の無線周波パルスに
よって観測可能なコヒーレンス（ｐ＝−１）に移され
る。二重量子分光では、準備伝搬器は次数ｐ＝±２のコ
ヒーレンスを励起する一連のパルスとすることができ
る。これらの一連のパルスは適当な混合伝搬器により観
測可能なｐ＝−１のコヒーレンスに変換される。
ヒーレンスおよび二重量子コヒーレンスに対するコヒー
レンス移動径路を示す。上記エルンストの文献の２９４
頁の同種核二次元相関分光法に述べられているように、
準備期間（たとえば単一のπ／２パルス）が次数ｐ＝±
１の単一量子コヒーレンスを励起する。この単一量子コ
ヒーレンスは混合伝搬器または単一の無線周波パルスに
よって観測可能なコヒーレンス（ｐ＝−１）に移され
る。二重量子分光では、準備伝搬器は次数ｐ＝±２のコ
ヒーレンスを励起する一連のパルスとすることができ
る。これらの一連のパルスは適当な混合伝搬器により観
測可能なｐ＝−１のコヒーレンスに変換される。
【００２２】図４Ａおよび図４Ｂは図３Ａに示されるｐ
＝±１に対応する二つの移動径路を得るために勾配を使
用するデータの通常の取得を示している。二つの別個の
データ取得シーケンスが用いられる。第一のデータ取得
シーケンスでは、励起およびｐ＝＋１のコヒーレンス移
動径路を選択するための勾配の印加に続いて、図４Ａの
（白丸で示された）データ点でデータを求める。次に、
別の取得で、励起およびｐ＝−１のコヒーレンス移動径
路を選択するための勾配の印加に続いて、図４Ｂの（黒
丸で示された）データ点でデータを求める。説明のた
め、＋１と−１の相対勾配値が使用される。
＝±１に対応する二つの移動径路を得るために勾配を使
用するデータの通常の取得を示している。二つの別個の
データ取得シーケンスが用いられる。第一のデータ取得
シーケンスでは、励起およびｐ＝＋１のコヒーレンス移
動径路を選択するための勾配の印加に続いて、図４Ａの
（白丸で示された）データ点でデータを求める。次に、
別の取得で、励起およびｐ＝−１のコヒーレンス移動径
路を選択するための勾配の印加に続いて、図４Ｂの（黒
丸で示された）データ点でデータを求める。説明のた
め、＋１と−１の相対勾配値が使用される。
【００２３】本発明によれば、図４Ａ、図４Ｂのすべて
の径路からのすべてのデータ点に対するデータが図５に
示すように単一の取得で得られる。二つのコヒーレンス
移動径路に対するこの実施例では、単一のＮＭＲ取得の
間に両方の径路を符号化して検出するために径路選択勾
配または取得時間勾配が切り換えられる。一つの径路に
対するデータ点でのデータ取得に続いて、取得勾配が事
実上変更されることにより、他方のコヒーレンス移動径
路からのデータ点が選択される。
の径路からのすべてのデータ点に対するデータが図５に
示すように単一の取得で得られる。二つのコヒーレンス
移動径路に対するこの実施例では、単一のＮＭＲ取得の
間に両方の径路を符号化して検出するために径路選択勾
配または取得時間勾配が切り換えられる。一つの径路に
対するデータ点でのデータ取得に続いて、取得勾配が事
実上変更されることにより、他方のコヒーレンス移動径
路からのデータ点が選択される。
【００２４】したがって、ディジタイザのサンプリング
点相互間の各径路の勾配再集束により、図３Ａ、３Ｂの
従来技術のような単一の径路に対する時間に等しい時間
の間に、両方のコヒーレンス径路からの信号が個々に符
号化されて検出される。図６は本発明による三つのコヒ
ーレンス移動径路の組でのデータの取得を示す。各実施
例で多重径路の選択のために、単一の径路での従来の取
得に比べて短いドエル時間でディジタイザを動作させな
ければならない。
点相互間の各径路の勾配再集束により、図３Ａ、３Ｂの
従来技術のような単一の径路に対する時間に等しい時間
の間に、両方のコヒーレンス径路からの信号が個々に符
号化されて検出される。図６は本発明による三つのコヒ
ーレンス移動径路の組でのデータの取得を示す。各実施
例で多重径路の選択のために、単一の径路での従来の取
得に比べて短いドエル時間でディジタイザを動作させな
ければならない。
【００２５】本発明の切り換え取得時間（ＳＷＡＴ）勾
配パルス列技術では、ディジタイザのサンプリング点相
互間の各径路の勾配再集束および対応する信号の取得に
より単一の取得で多重径路からの信号の検出が可能とな
る。このようにして、通常のサンプリング期間に等しい
時間の間に、所望のコヒーレンス径路のすべてから生じ
る信号が個々に符号化されて検出される。ＳＷＡＴ勾配
パルス列の相対面積は再集束されるべきコヒーレンス径
路によって決定される。多重径路の検出のために、ディ
ジタイザは通常の取得の場合より早い速度で動作させな
ければならない。上記のように、ｎ個の異なるコヒーレ
ンス径路の選択のためには、ディジタイザをドエル時間
ｄｗ／ｎで動作させなければならない。但し、ｄｗは通
常の取得の場合のドエル時間を表す。このとき、取得す
べきデータ点の数は通常の取得で適切であるデータ点の
数に比べてｎ倍大きい。
配パルス列技術では、ディジタイザのサンプリング点相
互間の各径路の勾配再集束および対応する信号の取得に
より単一の取得で多重径路からの信号の検出が可能とな
る。このようにして、通常のサンプリング期間に等しい
時間の間に、所望のコヒーレンス径路のすべてから生じ
る信号が個々に符号化されて検出される。ＳＷＡＴ勾配
パルス列の相対面積は再集束されるべきコヒーレンス径
路によって決定される。多重径路の検出のために、ディ
ジタイザは通常の取得の場合より早い速度で動作させな
ければならない。上記のように、ｎ個の異なるコヒーレ
ンス径路の選択のためには、ディジタイザをドエル時間
ｄｗ／ｎで動作させなければならない。但し、ｄｗは通
常の取得の場合のドエル時間を表す。このとき、取得す
べきデータ点の数は通常の取得で適切であるデータ点の
数に比べてｎ倍大きい。
【００２６】この方法は単一の取得を使って多重コヒー
レンス径路からの信号成分を取得するための手段を提供
するので、一般的に有用である。各径路に対応するデー
タ点は簡単なデータ分類技術を使って容易に分離するこ
とができる。コヒーレンス径路の選択のために単一の取
得しか必要でなく、多重コヒーレンス径路が容易に分離
できる（分類できる）やり方で得られる。本発明はコヒ
ーレンス径路の任意の組からデータを選択することがで
きる。
レンス径路からの信号成分を取得するための手段を提供
するので、一般的に有用である。各径路に対応するデー
タ点は簡単なデータ分類技術を使って容易に分離するこ
とができる。コヒーレンス径路の選択のために単一の取
得しか必要でなく、多重コヒーレンス径路が容易に分離
できる（分類できる）やり方で得られる。本発明はコヒ
ーレンス径路の任意の組からデータを選択することがで
きる。
【００２７】特定の実施例により本発明の説明を行って
きたが、これは本発明の説明のためのものであり、本発
明を限定するためのものではない。たとえば、本発明は
位相感応多次元分光法の基礎を提供するものである。コ
ヒーレンス移動径路の符号化および検出は任意の順序で
行うことができる。特許請求の範囲で定められた本発明
の趣旨と範囲を逸脱することなく、熟練した当業者は種
々の変形および応用を考えつき得る。
きたが、これは本発明の説明のためのものであり、本発
明を限定するためのものではない。たとえば、本発明は
位相感応多次元分光法の基礎を提供するものである。コ
ヒーレンス移動径路の符号化および検出は任意の順序で
行うことができる。特許請求の範囲で定められた本発明
の趣旨と範囲を逸脱することなく、熟練した当業者は種
々の変形および応用を考えつき得る。
【図１】通常のＮＭＲ装置の構成およびその中で作成さ
れる磁界を示す概略図である。
れる磁界を示す概略図である。
【図２】ＮＭＲ分光装置の機能ブロック図である。
【図３】単一量子コヒーレンスおよび二重量子コヒーレ
ンスに対するコヒーレンス移動径路を示すグラフであ
る。
ンスに対するコヒーレンス移動径路を示すグラフであ
る。
【図４】従来技術による二つのコヒーレンス移動径路で
のデータの取得を示すグラフである。
のデータの取得を示すグラフである。
【図５】本発明による二つのコヒーレンス移動径路での
データの取得を示すグラフである。
データの取得を示すグラフである。
【図６】本発明による三つのコヒーレンス移動径路を選
択した場合のデータ取得を示すグラフである。
択した場合のデータ取得を示すグラフである。
１０ コイル対 １４ 無線周波コイル ２０ コンピュータ ２２ 勾配増幅器 ２６ 無線周波コイル ２８ 受信器 ３０ ディジタイザ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハリス・ダニエル・プラント，セカンド アメリカ合衆国、カリフオルニア州、サリ ダ、ウオラシー・ロード、4705番
Claims (12)
- 【請求項１】 分子系の多次元分光法で、単一取得で複
数のコヒーレンス移動径路のＮＭＲデータを検出する方
法に於いて、 ａ） 上記分子系を静磁界の中に配置するステップ、 ｂ） 上記分子系に無線周波パルスおよび勾配パルスの
時間シーケンスを印加することにより、コヒーレンス次
数で表わされるコヒーレントな不平衡状態にスピンを準
備するステップ、 ｃ） 上記分子系に集束勾配を印加することによりデー
タ検出のための第一のコヒーレンス移動径路を選択する
ステップ、 ｄ） 上記第一のコヒーレンス移動径路から第一のデー
タサンプリング点でデータを検出するステップ、 ｅ） 上記分子系に第一の再集束勾配を印加することに
より第二のコヒーレンス移動径路を選択するステップ、 ｆ） 上記第二のコヒーレンス移動径路から第一のデー
タサンプリング点でデータを検出するステップ、 ｇ） 上記分子系に第二の再集束勾配を印加することに
より上記第一のコヒーレンス移動径路を選択するステッ
プ、 ｈ） 上記第一のコヒーレンス移動径路の第二のデータ
点でデータを検出するステップ、および ｉ） 上記ステップｅ）からｈ）を反復することにより
上記第一のコヒーレンス移動径路および上記第二のコヒ
ーレンス移動径路の他のデータサンプリング点でデータ
を検出するステップを含むことを特徴とするＮＭＲデー
タ検出方法。 - 【請求項２】 上記ステップｆ）の後に、少なくとも一
つの付加的な再集束勾配を印加することにより少なくと
も第三のコヒーレンス移動径路を選択するステップ、お
よび上記第三のコヒーレンス移動径路の第一のデータサ
ンプリング点でデータを検出するステップも含まれる請
求項１記載のＮＭＲデータ検出方法。 - 【請求項３】 上記ステップｃ）およびステップｅ）で
上記第二のコヒーレンス移動径路に対する集束勾配が累
積的に定められ、上記ステップｃ）、ステップｅ）、お
よびステップｇ）で上記第一のコヒーレンス移動径路に
対する集束勾配が累積的に定められる請求項１記載のＮ
ＭＲデータ検出方法。 - 【請求項４】 上記ステップｃ）、ｅ）、およびｇ）
が、Ｂ0 磁界勾配を印加することを含む請求項１記載の
ＮＭＲデータ検出方法。 - 【請求項５】 上記ステップｃ）、ｅ）、およびｇ）
が、不均一な（Ｂ1 ）無線周波パルスを印加することを
含む請求項１記載のＮＭＲデータ検出方法。 - 【請求項６】 分子系の多次元分光法で複数のコヒー
レンス移動径路からＮＭＲ信号を取得する方法に於い
て、コヒーレントな不平衡状態に上記分子系を準備する
ステップ、および一径路での信号検出の後にもう一つの
径路に対する勾配再集束を使用して上記複数のコヒーレ
ンス移動径路のサンプリング点でＮＭＲ信号を交互に、
かつ逐次的に検出するステップを含むＮＭＲ信号取得方
法。 - 【請求項７】 ＮＭＲ信号を交互に、かつ逐次的に検
出する上記ステップが、任意の次数でコヒーレンス移動
径路を符号化して検出することを含む請求項６記載のＮ
ＭＲ信号取得方法。 - 【請求項８】 上記勾配再集束に無線周波（Ｂ1 ）勾
配パルスが用いられる請求項６記載のＮＭＲ信号取得方
法。 - 【請求項９】 上記勾配再集束にＢ0 磁界勾配が用い
られる請求項６記載のＮＭＲ信号取得方法。 - 【請求項１０】 多次元分光法に使用するための装置
に於いて、 ａ） 分子系に静磁界（Ｂ0 ）を印加することにより軸
（Ｚ）に沿って核スピンを揃える手段、 ｂ） 上記分子系に無線周波（Ｂ1 ）パルスを印加する
ことにより上記分子系をコヒーレントな不平衡状態にす
る手段、 ｃ） 上記分子系に勾配を印加することにより複数のコ
ヒーレンス移動径路の中の任意の一つを選択できるよう
にする手段、および ｄ） 上記複数のコヒーレンス移動径路からサンプリン
グ点でＮＭＲ信号を交互に、かつ逐次的に検出する手段 を含む装置。 - 【請求項１１】 勾配を印加する上記手段は一つのコ
ヒーレンス移動径路でのデータサンプリングの後、もう
一つのコヒーレンス移動径路を再集束するための無線周
波（Ｂ1 ）勾配を印加する請求項１０記載の装置。 - 【請求項１２】 勾配を印加する上記手段は一つのコ
ヒーレンス移動径路でのデータサンプリングの後、もう
一つのコヒーレンス移動径路を再集束するための磁界
（Ｂ0 ）勾配を印加する請求項１０記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/678,831 US5168229A (en) | 1991-04-02 | 1991-04-02 | Multidimensional nmr spectroscopy using switched acquisition time gradients for multiple coherence transfer pathway detection |
| US678831 | 1991-04-02 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0599866A true JPH0599866A (ja) | 1993-04-23 |
| JPH0750048B2 JPH0750048B2 (ja) | 1995-05-31 |
Family
ID=24724460
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4064315A Expired - Lifetime JPH0750048B2 (ja) | 1991-04-02 | 1992-03-23 | 多重コヒーレンス移動径路検出用に切り換え取得時間勾配を使用する多次元ｎｍｒ分光法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5168229A (ja) |
| EP (1) | EP0507551A1 (ja) |
| JP (1) | JPH0750048B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE69006517T2 (de) * | 1990-07-11 | 1994-06-01 | Spectrospin Ag | Mehrfachquanten nmr mit frequenzmodulierten chirp + pulsen. |
| GB9217718D0 (en) * | 1992-08-20 | 1992-09-30 | British Tech Group | Method of and apparatus for nmr testing |
| US5532594A (en) * | 1994-04-06 | 1996-07-02 | Bruker Instruments, Inc. | Method for suppressing solvent resonance signals in NMR experiments |
| US7042214B2 (en) * | 2004-04-13 | 2006-05-09 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Non-linear symmetric sweep spectral-spatial RF pulses for MR spectroscopy |
| US20070025918A1 (en) * | 2005-07-28 | 2007-02-01 | General Electric Company | Magnetic resonance imaging (MRI) agents: water soluble carbon-13 enriched fullerene and carbon nanotubes for use with dynamic nuclear polarization |
| US7466127B2 (en) * | 2006-07-04 | 2008-12-16 | Bruker Biospin Ag | Method of 2D-NMR correlation spectroscopy with double quantum filtration followed by evolution of single quantum transitions |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4134058A (en) * | 1977-11-28 | 1979-01-09 | Varian Associates, Inc. | Selective detection of multiple quantum transitions in nuclear magnetic resonance |
| US4238735A (en) * | 1979-02-21 | 1980-12-09 | Varian Associates, Inc. | Indirect detection of nuclear spins of low gyromagentic ratio coupled to spins of high gyromagnetic ratio |
| DE3143625C2 (de) * | 1981-11-04 | 1985-11-28 | Spectrospin AG, Fällanden, Zürich | Verfahren zur Aufnahme von Kernresonanzspektren von Molekülen in einem zweidimensionalen Frequenzbereich und Kernresonanzspektrometer zur Durchführung des Verfahrens |
| US4680546A (en) * | 1986-01-27 | 1987-07-14 | General Electric Company | Methods of, and pulse sequences for, the supression of undesired resonances by generation of quantum coherence in NMR imaging and spectroscopy |
| JPS63108254A (ja) * | 1986-10-24 | 1988-05-13 | Jeol Ltd | ２次元核磁気共鳴における位相補正方法 |
| US4789832A (en) * | 1987-01-14 | 1988-12-06 | Jeol Ltd. | Three-dimensional NMR spectroscopy |
| GB8718723D0 (en) * | 1987-08-07 | 1987-09-16 | Hall L D | Investigating sample using nmr |
| NL8701889A (nl) * | 1987-08-12 | 1989-03-01 | Philips Nv | Volume selektieve spektroscopie door middel van gerefokusseerde echo's. |
| EP0413686B1 (en) * | 1988-04-20 | 1995-03-08 | Laurance David Hall | Investigating a sample using nmr |
| US5077524A (en) * | 1988-11-25 | 1991-12-31 | General Elecric | Gradient enhanced NMR correlation spectroscopy |
| NL8900506A (nl) * | 1989-03-02 | 1990-10-01 | Philips Nv | Magnetische resonantiewerkwijze voor het verkrijgen van geselekteerde spektra. |
-
1991
- 1991-04-02 US US07/678,831 patent/US5168229A/en not_active Expired - Fee Related
-
1992
- 1992-03-23 JP JP4064315A patent/JPH0750048B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1992-03-31 EP EP92302831A patent/EP0507551A1/en not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5168229A (en) | 1992-12-01 |
| JPH0750048B2 (ja) | 1995-05-31 |
| EP0507551A1 (en) | 1992-10-07 |
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| Marohn et al. | Advances in Multiple-Pulse Radio-Frequency-Gradient Imaging of Solids |
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