JPH06507794A - Ｎｑｒ試験の方法および装置 - 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】 ＮＱＲ試験の方法および装置 （枝術分升） 本発明は、４重棒核を含む対象物をサンプル空間内にイメージ形成するためのｔ ｊ法および装置に関する１、この対象物は、例えば、人間または動物の休部もし くはその一部であり、イメージは筒中、なスピン密度イメージである力）、ある Ｌ１＋を温度、川内または電界の分布イメージである。便宜−１二、先に述べた イメージ形成番まＮＱＲイメージ形成とｎ−ｒぶ。本発明はまた、対象物をＮＱ Ｒ試験を行うためのノｊ法および装置に開−かつ所！ｊの４重極核試料を含む特 定物質の存在を検ｉ３するための方法および装置に関する。

（背景技術） 磁気モーメントを持つが電気４極子モーメントは持たなＬＸスピン−１／２核の 共鳴からイメージを生成するための方法は、広く開発されており、また色々な文 Ｍ　ｌ：　記ｆ＆　サｈ　ティ’、、）　（例工ば、Ｐ、Ｍａｎｓ　（ｉｃ　ｌ ｄおよびＰ、Ｇ、　Ｍｏ　ｒ　ｒＩＳ著［生物医学ＮＭＲイメージ形成法（ＮＭ ＲＩｍａｇｉｎｇ　ｉｎ　Ｂｉｏｍｃｄ　ｉ　ｃ　ｉ　ｎｃ）　Ｊ　（Δｃａｄ ｃｍｉｃ　ｒ’ｒｃｓｓ、１９８２イ［）　）　０　このようなｙＪ法は、強い 均一な磁界に付加された線形磁界勾配を用し）る。スピン＝１２核の共鳴周波数 は全磁界に直線的に依イし、これ（ま試料のｇ２渡し距離と」（に　次的に変化 させられ、関連する物τ′ｊの分布が／Ｌ成される信号１こお【する周波数から 得られる。

、１・丁・挿核（■≧１を持つ）の」Ｉ、鳴を用いるイメージ形成のための方ｎ ；：ま、幾つかのＪ１１＋、’、ｉを持つことが期待される１、第１に、４−・ 口枠」（鳴は、スピン−１／２核の磁気共１鳴を便利に検１旨ｒ能にするため心 安とされる強Ｌ−均−磁界を使／Ｔｌすることなく検出することができる。従っ て、ＮＭＲイメージ形成のために必要な比較ｒ白人きく、１“、：６価で試料→ Ｊ゛イズを制限する磁イＩ描造体は心安でなＬ）。このような１ｒｃＸ磁界の必 要がなければ、実際のＮＭＲ装置において生じる電界および磁界の干渉における 不均一性により惹起される実質的な複雑さと４１化得る歪みが回避される。

第２に、４主極共鳴は更に限定的であり、即ち特定の化学的環境と特徴的に関連 し、従って、試料ｒ１１１こ存在する他の物質による諸影響から特定物質による 結果を弁別することが更に容易となる。４主極共鳴がその相互作用ではなく直接 的に観察される方法は、患者を急激に変化する強い磁界に曝されることを必要と しない故に、医学的用途に非常に適するものとなる。

ＮＱＲイメージ形成法におけるあり得る短所あるいは制約は、核がそれほど豊富 でなく、ＮＭＲイメージ形成法において一般に使用される陽子の磁気共鳴周波数 より低い核４電極共鳴周波数を持ち、比較的小さな磁気回転比を持つことである 。このことは、２つの特質を持つ感度の問題を生起し得る。第１に、一般にＮＭ Ｒ装置において使用されるスピン−１／２核の励起と対比し得る４重極核の励起 度に達することが困難である。医学的用途において使用される無線周波電力は、 少なくとも生体組織に対する不当な加熱および破壊を避けるため制限されなけれ ばならない。第２に、共鳴信引ま弱く、信号対雑音比が低く、その検出のために は複雑なデータ処理を必要とする。

我々の知るところによれば、４主極共鳴を用いるイメージ形成のための方法はの 展開はまだほとんど見るべきものがない。Ｒｏｍｍｅｌ等（Ｊ、Ｍａｇｎｅｔｉ 　ｃ　Ｒｃ　ｓ　ｏ　ｎ　ａ　ｎ　ｃ　ｃ、９１．６３０−６３６ページ、１９ ９１年）は、特に■≧３／２である半整数スピン核を考察して、４重極核との磁 界勾配の相互作用から何らかのイメージを得る如き方法の試みにおいて大きな実 際上の問題が存在するという結論を以て理論的理由付けを報告した。これに代わ るものとして、彼らは、無線周波励起の強さがゼロの磁界において試料に跨って 変化した方法を報告している。

Ｍａｔｓｕｉ等（Ｊ、Ｍａｇｎｃｔｉｃ　Ｒｅ５ｏｎａｎｃｅ　８８．１８６〜 １９１ベーン、１９９０年）は、線形磁界における塩化ナトリウム中の１５０１ 核についての測定結果を報告しており、これにおいては共鳴のスペクｌ−／し形 状および幅に対する磁界の作用からイメージが得られた。これは、”ＣＩ核がＩ ＝３／２を有し、塩化ナトリウムにおけるその非対称的パラメータがゼロである という特殊なケースであるように思われる。Ｍａｔｓｕ＋等は、磁界が共鳴周波 数を偏移することは実際には不可能であるという。このことは、少な（とも塩化 ナトリウム以外の物質中の３５ＣＩ以外の核に関しては正しくない。

（発明の概要） 本発明の一特徴によれば、一般に、特定の物質の分布、あるいは物体または一部 は人間または動物の体内の局部的な温度を表わすイメージを生じるための方法お よび装置が提供され、これにおいては、物体または生体の一部が前記特定物質に おけるＩ≧１の原子核の４主極共鳴周波数あるいはその付近の無線周波エネルギ のパルスで放射され、磁界勾配の方向における距離の１次関数である前記共鳴周 波数の変動（おそら（は分裂を含む）を生じる特性を持つ少な（とも１つの磁界 勾配を受け、前記核からの応答信号が測定され、このような多くのテストの結果 をデータ処理することによりイメージが得られる。本発明によれば、磁界特性は 、物体または生体の限定された試料蛋白で距離Ｘの関数Ｂ、（ｘ）の２乗［Ｂ。

（ｘ）］２がＸの１次関数であるような関数であることが望ましく、あるいは本 発明は、１のスピン玉子数を持つことが望ましい整数のスピン玉子数（■＝１． ２．３１１、）を有する４重極核を用いるイメージ形成法に関する。

本発明の特徴によれば、４重極核を含む対象物を試料空間内でイメージ形成する ための装置が提供され、対象物を放射して核４市棒共鳴を励起する手段と、対象 物に対してＢ”（ｎは１より大）が距離と共に１次的に変化するような特性Ｂを 持つ＋ｉｌＬ勾配を印加する手段と、核から共鳴応答信号を検出する手段と、応 答信号からイメージを得る手段とからなっている。同様な方法が請求の範囲第１ 項に記載されている。

本発明は、驚くべきことに、４重極核を含む広範囲の物質において、距離の１次 関数である共鳴振動数における変化を生じるため、■より大きなｎを有する勾配 特性（直線勾配ではない）がＮＱＲイメージ形成において用いられるべきことの 発見によるものである。、以降において明らかになるように、多くの（おそらく は、その大゛１′、の）用途では、ｎが２でなければならない（即ち、２乗則の 勾配）こと、またこれによりｎが２かあるいは２に近くなければならないことを 意味することを発見した。

異なる方向における磁界勾配が逐次加えられて、２次元あるいは３次元のイメー ジの取得のために充分な結果を得、各勾配は共鳴周波数を勾配の方向における距 離の１次関数として変化させる特性を有する。２方向のみにおける勾配が用いら れる場合、試料即ち物体はこれらの方向の１つに回転させられて３次元イメージ 形成のため充分な情報を得る。

先に述べた感度および励起の問題は、一般に、イメージ化され得る核の種類を限 定し、本方法が用いられる物体または生体部分の大きさを制限する。本発明は、 １４Ｎ核を含む種々の特定物質の分布のイメージを生じることに特に関するもの である。このような核は、コラーゲン、尿素、ベプチッド、蛋白、アミノ酸、お よび正常あるいは異常な人体の構造および（または）物質代謝において重要であ る他の多くの物質中に存在し、身体の各部におけるそれらの分布を示すイメージ は疾病の診断または査定、および医学的処置の監視において有用である。また、 本発明の方法および装置を用いて２３Ｎ　ａ　ｓ　”Ｋ、３５Ｃ１、あるいは１ ２７Ｉを含む物質のイメージを生じることが可能と思われる。２Ｈ１７Ｌｉ、’ Ｂｅ、１１Ｂ、　Ｉ７□、”Ｍｇ、２７Ａｌ、’ｕｙ、”Ｍｎ、”ＣＯ％　７５ Ａ　Ｓ、７０Ｂ、、８１Ｂｒ、”’Ａｕ、および２０１＋１３　ｉの如き他の核 においては、感度および励起の問題は更に厳しいものとなり、現在可能な技術で は、これらの核のイメージ形成が比較的小さな、あるいは無生物試料に限定され ることもあり得る。

４主極共鳴周波数はまた温度の変化により偏移させられ、またテストを異なる磁 界特性と比較することにより、本方法は試料または身体部分における温度変化を 表わすイメージを生じるように拡張することもできる。このことは、試料または 身体部分内部の局部的温度を測定あるいは監視するための不侵入性方法を提供す ることができ、またこれは局部的な加熱を含む処置を監視しあるいは制御する際 に有用である。圧力あるいは電界の変化のイメージ形成は、同じ原理に従って行 われる。

化合物あるいは結晶の準分子的環境においては、隣接する電子および原子核の性 質および配置が４重極核のエネルギ準位および共鳴周波数を変調する電界勾配を 生じる。これら局部的な電界生じるの対称性または非対称性は核の４重接共鳴の 研究において重要な要因であり、これはゼロから１の値を持ち得る非対称性パラ メータによって測定される。例えば、爆発物ＲＤＸにおける環状窒素の場合は、 η−０．６２であるが、アミノ酸中のペプチド窒素およびポリペプチドの場合は 、η鵞０．４であり、コカインおよびベロイン中の窒素はη≦０．　１であると 考えられる。スピン玉子数゛Ｉは別の制御因子である。”Ｎおよび２Ｈの核は■ ＝＝１を持ち、＋１１３および７’ｌＡｓの／１１１き核はｒ＝３／２を持ち、 ＋７０および２７Ａ＋は■＝５／′２を持つ１、如くである。

整数のスピン量子数を持つ核の場合について最初に考察する。Ｉ＝１の核は典型 的な事例と見做されるが、以降の分析の根拠となる原理、および分析から引出さ れる結論は、全ての整数スピン量子数の核に対して妥当する。Ｉ＝１を持つ核の 場合は、３つの共鳴振動数０ノ１、ω、およびω、があり、これは常に下記の関 係１次および２次の摂動理論が外部から加えられた磁界におけるこれら共鳴周波 数の研究に適用される時、異なる数学的近似により表わすことができる実質的に ２つの場合があるように児える１゜ η〉０１を持つ物質における核の場合は、かなりの範囲の磁界強さにわたり、個 々の核のＪＩＧ鳴周波周波数Ｓ、ＰｉｓｓａｎｃＬｓｋｙの論文「多結晶試料に ょるｌ　（Ｎ　核の４Φ゛棒共鳴のゼーマン効果（Ｚｃｃｍａｎ　ｃｒｒｃｃＬ 　ｏｒ　１４Ｎ　ｎｕｃｌｃａｒ　ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ　ｒｅｓｏｎａｎｃｅ 　ｗｉｔｈｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ　ｓａｍｐｌｅｓ）Ｊ　（Ｊ、Ｃｈ ｃｍ、ＰｈｙＳ　、第５９巻、第８シラ、４１９７ベーン、１９７３年）から得 た下記の形態の方程式によって表わすことができる。即ち、ω、−（３＋η）Ｋ ＋　（Ｇ２Ｂ２／Ｋ）　・Ｆ、　（２）ω、＝（３−η）Ｋ＋　（Ｇ’Ｂ）／Ｋ ）　・Ｆ、　（３）ω、＝２ηに＋　（Ｇ”Ｂ２／Ｋ）−Ｆ、　（４）但シ、Ｇ ＝ｒ／２ｙｒ、γ＝磁気回転比、およびに＝ｌ　ｅ２ＱＱ／４ｈ　ｌ、ｅ２ｑＱ は４重棲結合定数である。Ｆｌ、Ｆ、およびＦ、は、印加された磁界Ｂの方向に 関する局部電界勾配の相対的配向を規定するηおよび２つの極角度（θ、φ）を 含む関数である。一般に、印加される磁界の方向に関してランダムに配向される 多数の分子が存在し、ある範１７）１の値Ｆ１、Ｆ、およびＦｔを持つ多くの核 があり、またその結果ゼロでないＢの値を持つ各場所からの」（波間波数範囲が 存在するため、共鳴は拡張される。しかし、Ｆｌ、Ｆ、およびＦ、に対する式に おける主要項の最大値はＩ／ηに比例し、従ってこの拡張は相対的に高い非対称 パラメータηを持つ物質に対しては比較的限定される。

ランダムに配向された核の母集団の共鳴がどのように組合わさり線の形状および それらの観察し得る共鳴効果の周波数偏位を決定するかを多くの計算により計算 することができる。

弊研究の結果は、一般に、観察し得る共鳴が臨界電界強さＢ２に達するまで、線 形状の徐々の拡張によりＢ２に比例する周波数偏位（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　５ｈ ｉｆｔ）を呈することであり、この周波数強さ以上では、線形状は歪められ、周 波数偏位は強いＢ２依存性から徐々に離反する。磁界Ｂの方向と無線周波励起電 ＷＢ、との間の角度αは、これらの変化の開始および性質に対し著しい影響を有 し、これが異なる線に個々に影響を及ぼす。

調整可能な強さの均一な磁界における純物質を用いて実験を行って、磁界強さが 線の形状および偏位をどのように変化させるかを研究した。（η＝０．６２であ る環状１４Ｎについて）ＲＤＸの如き”Ｎ核を含む種々の爆発物の試料を用いる このような実験から、実質的な範囲の磁界強さにわたり共鳴周波数ω、がＢに比 例して偏位することが判った。また、ある磁界強さ以上では、ＢがＢ、に対して と直角をなす時、研究した共鳴が２重構造を生じることも判った。Ｍａｔｕｉ等 が刊行した結果には、言及はしなかったが微細構造もまた表示される。ＲＤＸの 場合には、Ｂ２に比例して２型側位の両成分が異なる比を持ち、同じことが他の 物質に対しても真であることを予期する。

従って、η〉０．１を持つ物質においてＩ＝１を持つ核のＮＱＲイメージ形成の 場合には、下記の如き磁界特性Ｂ　（ｘ）を用いることが望ましい。即ち、［Ｂ 　（ｘ）］　２＝ｕ−ｖｘ　（５）但し、ＵおよびＶは定数である。この特性は 、距離Ｘの１次関数として共鳴周波数を明らかに変化させることになる。適当に 周波数が選択されることを前提として、同じ原理が１＝２．３１１、などを有す る核に対しても妥当する。

１つ以上の偏位コイルのアンペア／巻線数の余積が中心コイルのアンペア／巻線 数の積より実質的に大きい時、試料空間を囲む中心位置の中心コイルと、中心コ イルと同軸であるが試料空間の片側に偏位した１つ以上の偏位コイルとの合成作 用により、このような特性が生じる得、また偏位コイルと中心コイルの電界が同 じ方向に働くことを発見した。

また、大きい方のコイルのアンペア／巻線数の積が小さい方のコイルのアンペア ／巻線数の積より実質的に大きく、小さい方のコイルの電界が大きい方のコイル と対向する時、共に試料空間の片側に偏る異なる直径の２つのコイルを使用する 別の構成を発見した。

更に、整数のスピン電子数の核の場合を考察して、ηがゼロかゼロに近い（例え ば、η〈０１）物質について次に考察する。再びｒ＝１の事例において、個々の 核の共鳴周波数に対して、異なる近似法が下式を導＜　（Ｐｉｓｓａｎｅｔｚｋ ｙの論文参照）。即ち、 （ＩＪ、＝３に＋（η’に〕＋Ｇ’Ｂｌｃ（ｌＳ２θ）”’　（６）ω、＝３Ｋ 　−（ｙ＋”Ｋ２＋Ｇ２ｒ３２ｃ　ＯＳ　２θ）””　（７）ω＋＝２　（ηｚ Ｋ２＋Ｇ″Ｂ”ｃ　ＯＳ　２　θ）　”’　（８）核がラング１１に配向される ことを仮定して、この場合、ηが充分に小さいことを前提として、あるいは更に η−’に′＜　＜　Ｇ′Ｂ’ｃ　（ｌ　Ｓ　′θであることを前提として（即ち 、（（ｉＩ３ｃｎｓ／／／’　（ηＫ））”＞＞１であるとして）、観察しく； Ｉる共鳴のピークが電界の強さＢに比例して偏位することを推論した。

しかし、η〈０１である実際の関心がある多くの物質の場合は、（ＧＢｃ。

Ｓθ／′（ηＫ））２は実際には１よりかなり小さくなり得る。例えば、１０ガ ウスの′屯Ｗにおいて、η−００５であるとすれば、この比はヘロインの場合は ０゜００２に等しく、コカインの場合は０．０４に等しい。これらの場合におけ る如く、この比が１よりはるかに小さい時は、２項方程式の使用により、η〉０ ．１である場合の如く、共鳴周波数がＢ２に応じて偏位することを発見した。先 に引用した原理がまた、Ｉ＝２．３１１、などの核に対しても適合する。

従って、整数のスピン量子数を持つ核を有する実際の関心のある物質の大部分で は、式５に示される形態の磁界特性が適当である。

しかし、（ＧＢｃｏｓθ／（ηＫ））２が略々１であり、また従って上記の分析 が頁でない物質が存在し得る。時に、物質に応じて、正確なり２依存性からの僅 か逸脱が１次的な周波数偏位を生じる電界の勾配特性に適当な小さな調整を行う ことにより許容されるならば、略々式５で示される形態の特性も依然として適合 しよう。

他の状態においては、Ｂ２の依存性からの逸脱は非常に著しく完全に異なる勾配 特性を用いることを必要とする。ｎが実際に２より大きい場合があり得るが、こ のような特性は、通常は２乗則と線形との間のどこかにある（即ち、１くｎく２ 、但し、ｎは先に述べた特性の累乗である）。

半整数のスピン量子数を持つ核の場合について、次に考察する。Ｉ＝３／２の核 は典型的事例として見做されるが、下記の分析の基礎となる原理およびこの分析 から引出される結論は、全ての半整数スピン系に対して適合する。弱い磁界Ｂに おける単結晶構造中の１＝３／２を持つ核は、下記の形態の方程式により与えら れる４つの４正極核共鳴周波数を有する。即ち、ω９＝ω０±ＥＢ−Ｆ、（θ、 φ、η）　（９）但し、Ｅはγおよびηの関数であり、４つの共鳴が異なる関数 Ｆ、を有する。これは、単結晶の場合に、磁界の強さＢに１次的に依存する周波 数偏位を惹起する。

従って、線形の磁界特性は、（ＧＢｃｏｓθ／（ηに、））２＞＞１である時、 即ち、１ｈ結晶構造において核がＴ＝３／２．５／２１、などを持つ時、Ｉ＝１ ．２．３１１、などを持つ核のイメージ形成に適することになる。これは、反ヘ ル１、ホルツまたはマクスウェル形態におけるコイル、即ち半径ＲでＲだけ隔て られ対向する磁界を生じるように接続される２つのコイルによって提供すること ができる。３つの直角方向の直線勾配の磁界を提供する系は、試料空間の周囲に 対称的に配置された３対の同じコイルを有する。このような系では、補完的な磁 界特性が、電流の方向を単に反転させることにより提供することができる。この ような系は、例えば人間の腕または脚、およびおそらくは頭の各部のイメージ形 成のために適しており、これらの系は現在のＮＭＲイメージ形成機器よりも簡単 かつ廉価であるはずである。

１ｉＩ結晶構造以外の１＝３／２．５／２などを持つ物質の場合、磁界に対する 共鳴周波数の依存性は複雑となり、理論的分析を容易に相客れない。このような 状況において、共鳴周波数と磁界間の関係が問題となる特定物質に対して予め定 められ「索引」テーブルとして記憶されることを提起する。次いで、式５で与え られた形態の磁界特性（さもなければ、線形磁界勾配）を用いて空間的コーディ ングを生じる。イメージは、前記索引テーブルの適当な使用によって提供するこ とができる。あるいはまた、磁界勾配の方向における距離の略々線形関数である 共鳴周波数の変動を生じる如き磁界特性の利用力呵能である。この特性は、通常 は線形関数と２乗則との間のいずれかの形態を呈する（即ち、１〈η〈２）。

先に述べた磁界特性を用いることにより、公知のＮＭＲイメージ形成法がＮＱＲ イメー７形成に適合し得、才な簡素化はＮＭＲ実験のため必要な強い／くツクグ ラウンド磁界を取除くことである。

ＮＭＲイメージ形成においては、これは通常、核の磁化の９０°回転を生じるた め充分な出力の無線周波パルスを使用することである。パルスの持続時間ｔ。

は下式により一！ｊえられる。即ち、 【、−π・２７Ｂ、　（１０） （１１ル、Ｂ、は無線周波励起磁界のピーク強さである。パルスの持続時間に対 する他の制約が存在し、従って作用においてこの式がしばしば要求される出力を 設定する。ＮＱＲ実験においては、スピン−１の核を含む多結晶試料に対する対 応する条件は、 【−二２π′３７Ｂ、　（１１） 磁気回転比γは通常は陽子に対するよりも４重極核に対する方がはるかに小さく 、従ってＲＦ磁界強さ、および式（１１）を満たすため要求される出力は、陽子 のＮＭＲイメージ形成における対応条件の達成のため要求されるものよりもはる かに大きくなる。従って、かなり低い出力および回転角度のパルスを使用して、 より多（のパルスからの結果を集積し、またおそらくはパルスを更に頻繁に与え ることによりこれを補填して、パルス間の間隔（τ）がスピン格子緩和時間（Ｔ １）より小さくなるようにすることが実際に望ましいかあるいは必要である。こ のことは、医学的用途における組織の損傷を避けるために特に必要である。これ はまた、蓄積した信号強さを試料空間にわたる回転角度における変動に対してそ れほど敏感にさせなくなる。整形された、即ち位相／振幅変調されたパルスもま た、ｒ、ｒ出力を低減する上で助けとなる。

Ｌａｕｔｅｒｂｕｒの研究（Ｎａｔｕｒｅ　第２４２号、１９０〜１９１ページ 、１９７３年３月１６日）から発展したイメージ形成の投射／再構成法は、これ らの方法が磁界の勾配における小さな段階的変化のみを必要とするため、医学的 用途に選好される。

温度の変化は、磁界により生じる周波数偏位と対比し得る周波数偏位を生じ得る 。これは、不均一な温度分布を有するが補正することができる試料のイメージに おける歪みを生じることがある。この効果はまた、試料内の温度分布のイメージ 形成または監視のための不侵入的手段として有利に使用することができる。小さ な温度範囲にわたって、周波数における変動は温度に関してしばしば直線的であ る。

従って、充分に短いｒ、ｒパルスを用いてゼロの磁界で得られる１組の結果のフ ーリエ変換は、関連する物質の均質均一な温度試料の１つ以上のスペクトルと比 較する時、存在する温度範囲を表示するスペクトルを生じることになる。

上昇する温度は、一般に共鳴を低い周波数へ偏位し、その結果温度補正のない振 動数ω、の励起により生じるイメージにおいては、ホットスポットにおける核密 度の表示はより低い磁界の領域に向って偏移するように見える。磁界特性を逆に （即ち、補完的に）して実験を反復すると、ホツトスポツ）・信号を反対方向に 偏移するように見せ、前のイメージとの比較がホットスポットの位置とその温度 を表示する。

圧力または電界の変化もまた、イメージ形成目的のため使用される周波数偏位を 生じることになる。

磁界が共鳴を多重点に分ける場合、接近した２つ以上の共鳴周波数が存在する場 合、全ての共鳴または多重点の全ての部分を励起するに充分な広さの周波数分布 を有する励起信号を用いることが望ましい。従って、応答信号は異なる周波数に おける遅いビートのパターンを呈することになる。ある場合、例えば線が単一の ２重線である時、いずれかの共鳴の周波数ではなく、これらの遅いビートの周波 数を測定すべき特徴として用いることが望ましいが、これは通常磁界強さにおけ る変化に対してより敏感であり、更に容易に弁別し得る故である。

前項の開示は、次に論述する本発明の別の特質の根源である。

この特質は、先に述べたある種の４重極核を含む特定物質の存在を検出するため の方法および装置に関する。これは、爆発物（ＲＤＸ、）（ＭＸ、ＴＮＴまたは ＰＥＴＮの如き）あるいは麻酔薬（コカインまたはヘロインの如き）における１ ４Ｎ核の検出に特に関するものである。本発明は、例えば、空港に設置された試 験機器において具現される。しかし、適当な状況においては、イメージ形成の如 き他の領域における用途を見出すこともできる。

反復する無線周波パルス列を用いて核種の単一のノ（波層波数で核４重極共鳴を 励起して、この共鳴周波数における応答信号を検出することにより、所与の種類 の４重ＭＭＣ’　４Ｎ核の如き）を含む特定物質の存在を検出するためＮＱＲテ ストを行うことは公知である（Ｔ、ＨｉｒｓｃｈｒｃｌｄおよびＳ、Ｍ、ＫＩａ ｉｎｃｒ著「短いレンジの遠隔ＮＱＲ測定法（Ｓｈｏｒｔ　ｒａｎｇｅ　ｒｅｍ ｏｔｃ　ＮＱＲｍｃａｓｕｒｃｍｃｎＬｓ）Ｊ　（Ｊ、Ｍｏ１ｃｃｕｌａｒ　５ ＬｒＩＪ　Ｃｔ　ｕ　ｒ　ｃ、５８　（１９８０）、６３−７７ページ）参照） 。

しかし、このようなテスト法は不正確となり得、また多すぎる［偽の正（ｆａｌ ｓｃ　ｐｏｓｉＬｉｖｃｓ）Ｊの検出あるいは少なすぎる実際の正の検出を招来 し得る。

本発明の更なる特質によれば、反復中に複数の共鳴周波数における核４重極共鳴 を励起するため対象物を反復的に励起して、各共鳴周波数における応答信号を検 出することからなる対象物をテストする核４重極共鳴法が提供される。

複数の共鳴周波数におけるＮＱＲ共鳴を反復的に励起して検出することにより、 テスト時間における付随的比例的な増加を必然的に生じることなくテストの精度 を増すことができる。照射の反復時間（τ）は、一般に問題の物質のスピン格子 緩和時間（Ｔ１）によって割約を受け、τは典型的に反復間の完全な信号回復を 保証するため少なくとも３　Ｔ　＋である必要がある。多くの共鳴を励起するこ とができ、それらの応答信号はこの反復時間内に検出される。これらの反復信号 が加算されるならば、信号対雑音比は一般に励起される共鳴周波数の平方根に従 って増加することになる。このため、本発明は、テスト時間を著しく増すことな （これまで達成可能であったよりも高い精度をもたらし得る。

照射は適当に、単一の周波数を中心とし全ての関連する共鳴を励起するに充分に 広い周波数分布を有する無線周波パルスの形態（例えば、整形された、あるいは 位相変調および（または）振幅変調されたパルス）を取り、あるいは問題となる 各共鳴周波数あるいはこれに近い無線周波パルスの形態を取る。

迅速なテストを保ゴするため、反復は少なくとも５Ｔ、毎に１回（ここで、Ｔ１ は問題となるＮＱＲ核のスピン格子緩和時間）、また通常はこれより更に頻繁に （例えば、τ〜Ｔ＋）生じることが望ましい。このことは、反復が反復間の完全 な信号回復を達成するのに必要な以上に長くないことを保証し得る。Ｔ１が励起 される共鳴に従って変化する場合、用語「スピン格子緩和時間」とは、比較的長 いかあるいは最も長いＴ１の値を適当に表わす。

本発明の１つの可能な変更例は、テストが反復しないが複数の共鳴周波数におけ るテストが重なることである。

従って、１つの共鳴周波数における照射が別の共鳴周波数における検出が終る前 に開始することが望ましい。このように種々の共鳴の励起と検出を重ねることに より、精度を損なうことなくやや早いテストが可能となる。種々の共鳴の励起お よび検出は、適当に略々同時であり得る。

望ましくは、共鳴周波数が充分に分解されて、種々の共鳴間にエネルギ転移がほ とんどあるいは全（な（、最大信号対雑音比を得ることができるようにする。

しかし、このような条件が満たされなくとも、信３対雑音比の改善は、全ての重 なる共鳴の飽和が生じない程度に達成可能である。

共鳴周波数が多重線成分であることが望ましい。多重線は、通常、相互に近い（ Ｊ！！！常は、相互に数％以内）がそれでも充分に分解される２つ以上の共鳴周 波数を意味する。多重線は、例えば、（例えば、ＲＤＸ、ＴＮＴおよびＨＭＸの 場合のように）他の点ては構造的に同じＮＱＲ核の結晶的に等しくない故に生じ 得、これらはまた、Ｎ　Ｑ　Ｒｎが見出される略々軸方向に対称的な電界勾配の 故に生じ得る（例えば、ヘロインおよびコカイン）。

共鳴周波数が多重線の成分である物質に対して本発明を適用することの特に有利 な点は、通常は１つ以、４二の無線周波プローブ（コイル）および前置増幅器が 種々の共鳴を励起し検出するため要求されるほど離れていないか、またはエネル ギが１つの共鳴と他の共鳴間に転移されるほど近くないことである。異なる周波 数において照射するプローブの能力がそのＱ値に依存することは理解されよう。

典へ２的なプローブは、再同調しない５９ＫＨｚと再同調する５００ＫＨｚとの 範囲にわたり照射することができる。再同調は、１秒の数分の１で行うことがで き、従ってテストの持続時間に悪影−を及ぼさない３、しかし、例えｊ（波層波 数が多重線（ｍｕｌＬｉｐｌｃｃｔ）の成分でなくとも、本発明を用いることは 依然として可能である。部用にするため、共鳴周波数の最低周波数は、例えば最 高周波数の少なくとも５０％、望ましくは７５％である。

このような百分比の制限により、同じｒ、「のプローブおよび前置増幅器を用い ることが可能である（両者に対する適当な調整はおそらく必要となろうが）。− 例として、爆発物ＰＥＴＮ（多重線を呈さない）は、３６０および４６０ＫＨｚ に近い共鳴周波数を有し、低い周波数は高い周波数の略々８０％以内である。

本発明のこのような別の特質の異なる一面によれば、所与の種類の４重極核を含 む↑５Ｙ定物質の存在を検出する方法が提供され、所与の核種の複数の共鳴周波 数において核の４重棟共鳴を励起するため対象物を照射し、共鳴周波数の各々に おける応答信号を検出し、核４重極共鳴が複数の共鳴周波数の各々で検出される かどうかに従って警報信号を生じることからなる。

このような構成により、［偽の正（Ｊａｌｓｅ　ｐｏｓｉｔｉｖｅｓ）Ｊ　（警 報信号が誤って物質の存在を表示する）の数を著しく低減することができる。唯 １つの共鳴が励起され検出されるならば、「スパイク」を生じ得るある外部ノイ ズ即ち干渉、あるいは関連する共鳴周波数またはその近くにおける真のＮＱＲ応 答信号と思われる機器出力における他の特徴が不可避的に存在するため、偽の正 は容易に生じ得る。しかし、警報信号が適当な強さの共鳴が複数の共鳴周波数の 各々において検出されるかどうかに関わらず与えられるならば、特にテストが著 しく多くの（例えば、少なくとも３または４つの）共鳴周波数で生じるならば、 偽の正が生じる可能性は著しく低減され得る。

警報信号は更に、複数の共鳴周波数の各々における応答信号の相対的強さが特定 物質に対して予期されるものとマツチするかどうかに依存して与えられることが 望ましい。この方策は偽の止の数を更に低減し得る。個々のテストにおいて特定 物質の関連する特性を予め定めてこれらを実際の使用のため記憶することにより 、この方策が適当に実施され得ることが考えられる。

望ましい実施態様において、異なる共鳴からの応答信号が一つに加算され、もし この加算に基いて物質の存在が所与の（通常は、統計的に予め定めた）確率の程 度まで検出されるならば、更に別の照射が反復されて複数の共鳴周波数の各々に おいて（再び、所与のおそらくは異なる確率の程度まで）共鳴が検出されるかど うかに関わらずｇ４４Ｈ信号か与えられる、２回目のテストが行われる。物質の 存在が最初のテストにおいて所与の確率の程度まで検出されなければ、２回目の テストを省くことができる。このように、この２段階の手順は、特定物質の存在 を検出するための迅速でありながら正確な手法をもたらし得る。

共鳴周波数は温度、圧力あるいは磁界と共に変化するため、実際に遭遇し得る共 鳴周波数の全てのあり得る変動を網羅するに充分な範囲にわたり照射することに よって、このような変化を勘案することが必要となろう。

本発明の更に別の特質は、特許請求の範囲項３５乃至３９による装置に危延す本 発明の更に別の特質について、特定物質のＮＱＲテストに関して次に例示する。

ＲＤＸ　（シクロ−トリメチレントリニトラミン）の場合は、他の点では構造的 に同じ窒素核の結晶的に等しくないことにより生じる多重度を活用することがで きる。気相においては、分子がＣ３３対称性を持つと言われるが、これは固相で は失われ、環状窒素核からの３つのＩＮの４主極共鳴線の全てはよ（分解された ３重線である。分れ方は小さく　（５１００ＫＨｚ付近のν、に対して１５０Ｋ Ｈｚ以Ｆ）、個々の周波数は温度と共に変化するが、分れ方自体は−３０乃至＋ ３０℃間の温度にはほとんど無関係で、前者の温度における１４３．５２ＫＨｚ から後者の１４５．４９ＫＨｚまで変化する。

先に示唆したように、信号対雑音比は増加し得、また例えば、これら３つの周波 数において逐次パルス化して、自由誘導減衰（ｒ、ｉ、ｄ）および（または）エ コーを個々に集めてこれらをそれぞれ処理することにより、偽の正の数は著しく 低減し得る。従って、結果として得るフーリエ変換された応答またはそれらの面 積の加算すると、信号対雑音比を係数１ｎだけ増加させることになる。ここでｎ は多重線における線数である。（本発明のこのような特質においては、ｒｎＪが 第１の特質における意味とは異なる意味を有することが判るであろう。）ＲＤＸ の場合は、ｎ＝３である。以下に述べるように、個々の周波数におけるパルスを インターリーブすることにより、１つの信号応答に要すると同じ時間をこれら３ つの信号応答を許容するため便し得る。しかし、信号対雑音比は係数ｆ３だけ改 善されたため、検出の統計的確率は大きくなり、偽の正の数は低減され得る。

所Ｉｊの周波数の各パルスまたはパルス列の後、ＮＱＲ機器は、共鳴外で測定さ れたノイズの収集からのあり得る誤りを勘案して、その周波数、高さ、幅および 面積に対する吸収ピーク値を分析することになる。本例においては、統計的に等 価の応答が各励起周波数後に検出される場合にのみ、機器が警報信号を生じるこ とになる。

上記の手法はノイズのピーク値および干渉に対して高い弁別性を持ち得、ＲＤＸ のみが所与の温度において３つの選択された周波数における等しいかあるいは略 々等しい応答信号を生じる。

次に、ヘロインおよびコカインについて考察する。ヘロインが３９００ＫＨｚ付 近で密な２重線（ν１．ν、）を呈し、コカインは９６０ＫＨｚ付近で２重線を 呈することを発見した。これらの場合、分れは”Ｎが見出される略々軸方向に対 称的な電界勾配から生じ、分解された結晶的な不等性からは生じない。本発明は 依然として適合し、線は完全に独立的ではないが、信号対雑音比はこれら２つの 場合にｆ２だけ増加する。

単結晶および斜方晶の両形態におけるＴＮＴは、結晶的な不等性により８５０と ９００ＫＨｚ間に６つのν、線を生じ、従ってｎ＝６である。ＨＭＸは、５００ ０と５３００ＫＨｚ間に２つのシ、線を生じる。

ＰＥＴＮが４６０ＫＨｚ付近で唯１つのｌ’Ｎのν１１倍を生じるが、ν、は３ ６０ＫＨｚに近くであり、同じプローブにおいてともに有効に励起できることを 発見し、この場合ロー２である。

次に、本発明の実施態様について、例示としてのみ添付図面に関して記述する。

（図面の簡単な説明） 図１および図２は、［Ｂ　（Ｘ）］　２が距離Ｘの１次関数として変化するよう に磁界特性Ｂ　（ｘ）を生じるため使用される別の電磁コイル形態の概略図、図 ３および図４は、それぞれＮＱＲイメージ形成のための装置の正面図および端面 図、 図５および図６は、装置の動作において使用される信号を示すグラフ、図７は、 電気装置のブロック回路図、および図８は、本発明の一実施例のタイミング図で ある。

（実施例） 図１は、同じ平均半径Ｒを持ち、共通軸３上で距ｔｓＲだけ隔てられた２つのコ イル１．２を軸方向断面で示している。使用において、コイル１がコイル２の２ 倍のアンペア、７巻線数（ｎｌ）を持つように構成され、電流の方向はこれらの 電界が同じ方向になるように同じである。もしコイル１の面から軸に沿う距離が Ｘにより示されるならば、この構成は、０．６Ｒ＜ｘ＜１．３Ｒなる範囲内のＸ の値に対して））１およびａ、が一定である場合に［Ｂｏ＋　（Ｘ）］　”＝ｂ ＋　ａ＋Ｘとなるよ・）に、磁界特性Ｂ。、（Ｘ）を生じ、この所望の特性が破 線４により示される円筒状の試料空間内に提供される。この空間内に置かれるＩ ＝１を持つ核は、η＜０．１である場合、比（に＋３ｃＯ３θ／′（ηＫ））２ が１よりはるかに小さいことを前提として、座ＣＸの１次関数として変化する歳 差運動速度および共鳴周波数ω、を持つことになる。

図？は、（２ＲおよびＲの−１「均２１′径をそれぞれ有する２つの同心状コイ ル６．７を示している。使用において、外側のコイルのアンペア／巻線数（３ｎ ｉ）が内側コイルのアンペア／巻線数（ｎｌ）の３１１゛τとなり、かつ内側コ イルの磁界が外側コイルの磁界と逆になるように構成される。このような構成は 、範囲Ｒ＜ｘ＜１．９ＲにおけるＸの値に対してｂ２およびａ２が一定である場 合に［ＢＯ２（Ｘ）　］”−＋）　：！　−ｎ　２　Ｘとなるように磁界特性Ｂ 。２（Ｘ）を生じる。所望の特性は、破線８により示される円筒状空間内に生じ 、Ｉ＝１を持つこの体積内の核が再び、前項に述べた前提のドに、ＰＩ＋：標Ｘ の１次関数として変化する歳差運動速度と共鳴周波数ω、とを持つことになる。

図１の構成は、所′ｊの範囲の磁界強さを確立するために図２の構成よりも明ら かにはるかに少ない電力で済むが、その試料空間４は主としてコイルの中心にあ ってコイルからそれほど遠く延在しないという事実はある用途には不都合なこと がある３、図２の構成は、その有効な試料空間８がコイルから充分に分離されて 更に接近しりいというｉｌｌ、４’ｉを持つ。このことは、人間または動物の患 者についての検査のため更に便利にする。図２の形態が用いられる時、試料また は生体または使用される周波数における（冬の４市極」（鳴を持つ物質の一部が コイルと試料空間８との間のｘ＜Ｒである空間内に存在しないことを保証するこ とが重要であるが、こねはテスト中の物体または生体の試料量からの所望の信号 と同じ周波数範囲内で混乱する結果を生じるおそれがあるためである。

これらコイルの正確な空間サイズおよび出力の関係は厳密なものではなく、両者 の設計は、試料空間のサイズおよび位置を特定用途に適するようにし、あるいは 要求される出力を最小化するように変更することができ、同様な結果を達成する ため多くの同様な構成を用いることができる。

両方の構成において、特定の化合物において生じ得る正確なり２依存性からの僅 かな変更を許容するように、２つのコイルのアンペア／巻線数および（または） 相対的配置に対する僅かな調整を行うことができる。

図３および図４は、図１および図２の形態におけるコイルを用いて３つの直交す る方向における適当な磁界の勾配を生じるＮＱＲイメージ形成のための装置の正 面図および端面図を示している。明瞭にするため、図４の端面図は図３の正面図 よりも大きな尺度に描かれている。

試料物体１１が、レール１４に沿ってローラ１３上で走行する架台即ちプラテン １２上に遣かれている。レール１４は、台座１５」二に取付けられている。電気 的な絶縁材料の端部が開口したシリンダ１６がレールの中心部を囲み、架台１２ および試料物体１１がこの部分を通過できるようにする。これは、試料物体を、 電気装置における絶縁の故障または過熱から生じ得るアークまたは火炎の如き障 害から遮蔽するように働き、またこれは関連する同調構成要素（図示せず）と共 に乙　「コイル１７〜２０を支持する。これらの「、「コイルは鞍の形状を呈し 、シリンダ１６の外側に取付けられている。これらコイルは、核の応答信号を励 起して検出するため使用される。２対のコイルを持つことは不必要であり、１対 （１７〜１９または１８〜２０）で充分であり、あるいはまた同調ｒ、ｆコイル をシリンダ１６にソレノイドの如く巻付けてもよい。架台１２、レール１４、シ リンダ１６および他の構造部は、磁界即ちｒ、ｆ界の歪みを避け、かつ共鳴の混 乱を避けるため選択される材料から作られる。

２つの遮蔽された電磁コイル２１．２２がシリンダ１６の周囲に債かれて、実質 的に図１の原理に従ってレール１４の長手方向に磁界特性を生じる。これらコイ ルの非対称性にｔし意すべきであり、小さい方のコイル２２はシリンダ１６の中 心部およびｒ、「コイル１７〜２０に置かれ、大きい方のコイル２１はコイル平 均径に等しい量だけ片側に偏位されている。

２つの同心状電磁コイル２３．２４が、コイル２２の底部の真下を中心とする水 平面内に支持されている。内側コイル２４は、外側コイル２３に隠されている。

これらのコイルは、シリンダニ６内の空間の中心を通る垂直方向に磁界特性を提 供するため使用される。２つの同様な同心状コイル２５．２６は、コイル２２の 直後で垂直面内に支持構造２７に取付けられている。内側コイル２５は、図４で は外側コイル２６により、また図３では他の構成要素により隠されている。これ らの両方のコイル対は、実質的に図２の原理に従って配置され使用されるが、コ イル２３の後部がコイル２６の下部の内側に嵌合し得るように、コイル２３はや や小さく作られコイル２６はやや大きく作られている。コイル２５．２６は、横 断水平方向に磁界特性を生じる。試料空間内の位置は、軸０１．０．および。、 により示される方向に直交座標ｘ、ｙおよびＺにより表わされる。

図５は、典型的なテスト・サイクルの一部において磁石電流がどのように変化す るかを示している。軌跡は、コイル２５．２６を流れた電流１話、コイル２１． ２２を流れた電流ｉ、と、コイル２３．２４を流れた電流１話を示す。図示した サイクルの部分は、一方の電流が増える間他方の電流が減る過渡期間で分けられ た、電流が一定に保持される６つの走査期間がらなっている。各電流は、ゼロか ら最大値Ｉまで変化する。走査期間より下方の表示は、生じる磁界勾配の方向を 示し、表示ｘｙはｇｘ＝ｙ、ｚ＝ｄの方向に沿った勾配を示す。医療用途におけ る全サイクルの時間尺度は、悪い影響の危険を避けるように磁界の最大許容変化 率で決定される。全サイクルは、典型的には１乃至１０分を要し、数百の走査期 間を含む。

各走査期間中、１対のｒ、ｒコイルが、検出されるべき４電極共鳴周波数お緩和 時間により決定される反復速度およびパルス・サイクルの性質により定まる相対 位相のパルスで励起される。例えば、各走査期間における励起パルス（望ましく は、別のパルス）の半分が位相反転される。結果として生じる自由誘導減衰およ び（または）エコー信号は、各励起パルス後および次の励起パルスの前のある設 定時間に生じるサンプリング１０１間に採取され測定されることになる。−贋い ディジタル・サンプリングを用いて各サンプリング期間内に多くの測定を行うこ とが望ましい。対応する時間に行われた測定は累計され平均化されるが、位相反 転励起からの応答は非反転励起に対する応答から差引かれる。直角位相に感応す る検出が用いられる。係属中の連合王国特許出願第９１　０６７８９．２号に説 明される如く、このことは、励起パルスの余功から自由誘導減衰応答を実質的に 弁別する。次に、各走査期間からの結果がフーリエ変換されて、磁界勾配に対し て平行な線に沿う所望のイメージの投射を得る。次いで、従来のデータ処理を用 いて、走査期間の１サイクルから生じる多（の投射から所望のイメージ（複数ま たは単数）を得る。対象物の温度は、ｒ−ｒ励起周波数をイメージ形成に先立っ て適当に調整できるように知る必要がある。

励起パルスは、約２５乃至１５０μ秒の持続時間を持ち、連続する励起パルス間 の間隔τは０．ＩＴＩ乃至５Ｔ１の範囲内にあり、ここでＴ１は関連する４電極 共鳴周波数に対して一定のスピン格子緩和時間である。典型的な場合において、 この間隔は１乃至１００ｍ秒である。別の用途においては、パルス間の間隔τは 関連する４電極共鳴周波数に対するスピン−スピン緩和時間であるＴ２またはＴ ２、よりはるかに小さく設定され、強い共鳴外の位相変化パルスが使用され、パ ルス間のエコー信号は先に述べたように累計される。「、ｒコイルに対する適当 な設計によれば、１／２リツタの試料量を照射するため必要なビークｒ、「電力 は１ｋＷより小さい。自由誘導減衰信号が１ＭＨｚの速度で採取され、多くの試 料が各減衰信号から得られる。室温におけるコラーゲン中の１４Ｎについての測 定のためには、共鳴周波数は約２．１９６乃至２．９４５ＭＨｚである。この場 合、１４Ｎの核は約１．１６０ＭＨｚ乃至２．８５０ＭＨｚの共鳴周波数を有す る。対応する４重極結合定数および非対称パラメータは、３．４３ＭＨ２（０， ４４）および３．３４ＭＨ７（０，４１）である。

図３および図４の装置に対して神々の変更を行うことができる。要求される無線 周波出力を最小化するため、また試料の無線周波放射に対する露出を減少するた めに、ｒ、ｆコイルをできるだけ試料に近づけることが望ましく、従って、これ らのコイルは試料の表面に取付けることもできる。シリンダ１６は省くことがで き、試料空間を更に接近し易くする。試料はターンテーブル上に載置してコイル ２１．２２を省くこともでき、従って一部が図６に示される修正サイクルを用い ることもできる。このターンテーブルは、図６のＴＲで示した期間中増分運動で 回転されて、０７方向における磁界特性を用いることなく３次元情報を得る。

著しく不均一な温度分布を有する試料をイメージ形成するためには、補完的な磁 界特性を用いてテストを行うことが必要である。ある試料の場合は、これは物体 を倒置して回転させることによるか、あるいはコイル２３．２４．２５および２ ６、およびそれらの支持構造を試料空間の中心を通る水平軸の周囲に１８０゜に わたり回転させることにより行うことができるが、これが不便である場合は、補 完的な磁界特性を生じる別の磁気コイルを設けることが望ましい。図３および図 ４に示したコイルは、無油、図面における左方または底部に向って比較的高い磁 気強さを常に提供することになる。必要な別のコイルは、図３および図４に既に 示したコイルと対称的に試料空間の上方、前方および右方に設けられる。適当な 注意により、本発明のこのような形態は、人間の四肢または更に人間あるいは動 物の全身さえもイメージ形成するのに適している。

図７は、ＮＱＲイメージ形成のための電気装置を示すブロック回路図である。

ＩＩ４．−の無線周波を生じる無線周波供給源３０は、ゲート３１ａ、３１ｂを 経てｒ、ｆ電力増幅器３２に接続された正常および反転位相の出力を有する。無 線周波ゲート回路３４は、電力増幅器出力を「、「コイル１７．１９または１８ ．２０に接続し、またｒ、「コイルを「、［前置増幅器３５および増幅器３６を 介して位相感応検出器３７ａ、３７ｂに接続する。ゲート３１ａ、３１ｂの出力 は、基準信号として検出器３７ａに接続され、また９０°移相回路を介して検出 器３７ｂに接続されている。検出器３７ａ、３７ｂからの出力は、アナログ／デ ィジタル・コンバータ３９ａ、３９ｂにより採取されてディジタル化され、次に ディジタル信号プロセッサ４０へ送られる。プロセッサ４０により得られたイメ ージ情報は、図形レコーダまたはビデオ・ディスプレイ４１へ与えられる。タイ ミング回路４２は、ゲート３１ａ、３１ｂおよび３４を制御し、またタイミング 信号をコンバータ３９ａ、３９ｂおよびプロセッサ４０へ供給する。タイミング 回路４２はまた、濾波されて安定化された電源４３を制御し、これが磁気コイル ２１〜２２．２３〜２４および２５〜２６に電流を供給してこれを制御する。

線形磁界特性が要求される先に述べた特定の状況における核のイメージ形成のた めには、このような特性は逆のへルムホルツまたはマクスウェル形態のコイル− 半径がＲで、Ｒだけ離間されて反対の磁界を生じるように接続された２つのコイ ルにより提供することができる。３つの直交方向の線形勾配の磁界を提供するシ ステトは、試料空間の周囲に対称的に配置された３対の同じコイルを持つ。この ようなシステトでは、補完的な磁界特性が、電流の方向を単に反対にすることに より提供することができる。このようなシステムは、比較的安価でありかつ簡単 なイメージ形成方法を提供することができる。

ＮＱＲテストのための方法および装置、および所与の４重極核種を含む特定物質 の存在を検出するための方法および装置に関する本発明の更に別の特質について 、次に論述する。

本発明を実施するための適当なタイミング図が図８に示される。この図は、２つ の共鳴周波数における励起および励起の応答を示している。図８（ａ）に示され た第１の実施例によれば、幅ｔ、および異なる周波数ｆ１、ｆ、の２つの無線周 波パルスがパルス反復時間τ（τ＞＞１．）において反復され、この反復時間は スピン格子緩和時間Ｔ１よりはるかに長く、例えばτ＝５ＴＩでありパルス間の 完全な信号復元を保証し、別のパルスの移相あるいは幅ｔ、および２ｔ、のパル スの適当な組合わせをプローブのリンギングの除去のため使用することができる 。各反復中の適当な信号の位相感応検出および保持の後、残留する振動を打消す ようにすることができ、また２つの共鳴からの真のＮＱＲ自由誘導減衰（ｆ、ｉ 、ｄ）応饗信号にみが観察される。応答信号は、テストの反復回数にわたって加 算される。この２つの個々の共鳴周波数の和は保持することができ、さもなけれ ば、全ての応答信号の和を保持することができる。異なる周波数におけるパルス は、ｒ。

「プローブにおける非線形性による混信の諸問題を回避するため僅かにずらされ る。しかし、パルスは同時のものとすることができ、あるいは修正された周波数 または周波数掃引（断熱減　ａｄｉａｂａｔｉｃ）パルスを用いることもてきこ の第１の実施例の別の態様においては、パルス反復時間τは５Ｔ、より小さくな り、パルス幅および（または）「、「電力がα、（最大Ｌ　ｉ、ｄを生じるフリ ップ角）より小さなフリップ角（α）を生じるように調整される。信号はτ／Ｔ 、＃５である時よりも弱くなるが、所与の時間内に更に累積されてｒ、ｆ電力が 更に低くて済む。

図８（ｂ）に示される本発明の第２の実施例においては、２連の励起パルスが２ つのそれぞれ異なる周波数［ｌおよび「２、および適当な間隔（τ、）で与えら れて別のエコーを励起する。第１の実施例の２つの形態におけるように、パルス の反復時間は５Ｔ、に等しいかあるいはこれより短くすることができる。再び、 異なる周波数におけるパルスは同時にすることもできるが、ずれた状態で示され る。

本発明の更に別の特質が、図７に示した先に述べた装置を用いて適当に実施する ことができる。この装置は複数の周波数で無線周波の放射を生じることができる ことが理解されよう。これは、例えば、各周波数毎に１組の位相感応検出器、１ つノコイルおよび１つのゲート回路の提供を必要とし、あるいはまた異なる周波 数に対するこれら構成要素の再同調で充分である。

また、本発明が単にＮＱＲ物質のイメージ形成ではなくかかる物質の存在の検出 に用いられるならば、適当な状況におけるＮＨ倍信号生じるためディジタル信号 プロセッサ４０がＮＱＲ応答信号を処理し得ることを必要とすることも明らかで あろう。磁気コイル２１〜２２．２３〜２４および２５〜２６、および磁石電源 および制御装置４３は不要となるが、警報信号により付勢される視覚的あるいは 聴覚的警報を生じることが必要となろう。

本発明は単なる例示として記述され、細部の変更が本発明の範囲内で可能である ことが理解されよう。

ｎｉ 補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の８） 平成　５年１２月　７日

Claims (43)

【特許請求の範囲】
1. １．４重極核を含む対象物を試料空間内でイメージ形成する方法において、核の ４重極共鳴を励起するため対象物を照射し、対象物にＢｎ（ｎは１より大きい） が距離と共に１次的に変化するような特性Ｂを持つ磁界勾配を印加し、核からの 共鳴応答信号を検出し、該応答信号からイメージを得ることを含む方法。
2. ２．ｎが２である請求の範囲第１項記載の方法。
3. ３．磁界プロファイル（ｐｒｏｆｉｌｃ）が、試料空間に中心を持つ１つの中心 コイルと該中心コイルと同軸状であるが試料空間の片側に偏移した少なくとも１ つのオフセット・コイルの合成作用により生じ、オフセット・コイルの各々の全 アンペア／巻線数の積が前記中心コイルのアンペア／巻線数の横より実質的に大 きく、オフセット・コイルおよび中心コイルの磁界が同じ方向に作用する請求の 範囲第１項または第２項記載の方法。
4. ４．前記磁界プロファイルが、共に試料空間の片側に偏移する異なる直径の２つ のコイルの合成作用により生じ、比較的大きなコイルのアンペア／巻線数の積が 比較的小さいコイルのアンペア／巻線数の積より実質的に大きく、比較的小さな コイルの磁界が比較的大きいコイルの磁界と反対である請求の範囲第１項または 第２項に記載の方法。
5. ５．１つの方向に増加する磁界プロファイルによる第１の組のテストの結果と、 反対方向に増加する磁界プロファイルによる第２の組のテストの結果とを比較す ることにより、前記試料空間内部の温度変化が検出される請求の範囲第１項乃至 第４項のいずれかに記載の方法。
6. ６．異なる方向における一連の磁界勾配におけるテストが行われ、投射／再構成 法によりイメージが得られる請求の範囲第１項乃至第５項のいずれかに記載の方 法。
7. ７．前記磁界勾配が実質的少なくとも３つの直交する方向において逐次印加され る請求の範囲第６項記載の方法。
8. ８．前記磁界勾配が２つの直交する方向で逐次印加され、一連のテスト中に物体 がこれらの方向の１つに増分的に回転させられる請求の範囲第６項記載の方法。
9. ９．スピン量子数１≧１の４重極原子核を含む特定物質の分布、あるいは物体あ るいは人間または動物の身体の一部における試料内部の局部温度を表わすイメー ジを生じる方法において、前記物体または身体の試料量が、該物体または身体の 試料内部の磁界勾配の方向における距離の実質的に１次関数である前記共鳴周波 数の変化（即ち、分離）を生じるプロファイルを有する少なくとも１つの磁界勾 配の存在下の前記原子核の４重極共鳴周波数あるいはこれに近い周波数における 無線周波電磁エネルギのパルスで照射され、前記核からの応答信号が測定され、 かかる複数の測定結果のデータ処理によりイメージが得られ、前記物体または身 体の限定された試料量内部で、距離ｘの関数Ｂｏ（ｘ）の２乗［Ｂｏ（ｘ）］２ がｘの１次関数となるように、磁界プロファイルが距離ｘの関数Ｂｏ（ｘ）であ る方法。
10. １０．４重極核を含む対象物を試料空間内部でイメージ形成する装置において、 前記対象物を照射して核の４重極共鳴を励起する手段と、Ｂｎ（ｎは１より大） が距離に応じて１次的に変化するようなプロファイルＢを有する磁界勾配を前記 対象物に対して印加する手段と、前記核から共鳴応答信号を検出する手段と、該 応答信号からイメージを得る手段とを設けてなる装置。
11. １１．ｎが２である請求の範囲第１０項記載の装置。
12. １２．前記印加手段が、同じ方向に磁界を生じるように接続された、前記試料を 中心とする中心コイルと、該試料空間の片側に偏移された少なくとも１つのオフ セット・コイルとを含む請求の範囲第１０項または第１１項に記載の装置。
13. １３．前記各オフセット・コイルが前記中心コイルより実質的に多くの巻線数を 有する請求の範囲第１２項記載の装置。
14. １４．前記印加手段は、試料空間を中心とする中心コイルと、実質的に同じ半径 であるが前記中心コイルの２倍の巻線数を持ちコイルの平均半径と略々等しい距 離だけ片側に偏移されたオフセット・コイルとを含む請求の範囲第１０項または 第１１項に記載の装置。
15. １５．前記印加手段は、共に前記試料空間の片側に偏移され、小さい方のコイル の磁界が大きい方のコイルの磁界と反対になるように接続された、同じ軸上の異 なる半径の２つのコイルを含む請求の範囲第１０項または第１１項に記載の装置 ．。
16. １６．前記大きい半径のコイルが前記小さい半径のコイルより実質的に多くの巻 線数を有する請求の範囲第１５項記載の装置。
17. １７．前記印加手段が、２つまたは３つの直交方向に磁界勾配を生じるように配 置された２組または３組の電磁コイルを含む請求の範囲第１０項乃至第１６項の いずれかに記載の装置。
18. １８．前記電磁コイルが、請求の範囲第１２項、第１３項または第１４項に記載 された形態の１組のコイルを含み、かつ請求の範囲第１５項または第１６項に記 載された形態の２組のコイルを含む請求の範囲第１７項記載の装置。
19. １９．前記電磁コイルが、請求の範囲第１５項または第１６項に記載された形態 の２組のコイルを含み、前記印加手段が更に前記試料空間の下方に配置されたタ ーンテーブルを含む請求の範囲第１７項記載の装置。
20. ２０．前記印加手段が、前記試料空間を中心とする中心コイルと、該試料空間の 反対側に偏移された少なくとも２つのオフセット・コイルとを含み、前記中心コ イルに関していずれかの側の前記各オフセット・コイルを励起して前記試料空間 にＢ２の補完的な変化を生じる手段を含む訴求の範囲第１１項記載の装置。
21. ２１．前記印加手段は、前記試料空間の片側に偏移された異なる半径の２つのコ イルと、該試料空間の反対側に偏移された異なる半径の２つのコイルとを含み、 かつ片側あるいは他の側のコイルを励起して前記試料空間にＢ２の補完的な変化 を生じる手段を含む請求の範囲第１１項記載の装置。
22. ２２．スピン量子数Ｉ≧１の４重極原子核を含む特定物質の分布、あるいは物体 あるいは人間または動物の身体の一部における試料内部の局部温度を表わすイメ ージを生じる装置において、試料空間を前記原子核の４重極共鳴周波数またはそ れに近い周波数における無縁周波電磁波エネルギで照射する手段と、磁界勾配の 方向における前記試料空間に跨る距離の１次関数となる前記共鳴周波数の変化（ 即ち、分離）を生じるのに適当な特性の試料空間に跨る少なくとも１つの磁界勾 配を生じるように適当に配置された電磁コイルと、前記原子核からの応答信号を 測定する手段と、かかる多くの測定結果からイメージを侍るデータ処理手段とを 設け、前記電磁コイルは、距離ｘの間数Ｂｏ（ｘ）の２乗［Ｂｏ（ｘ）］２が前 記物体または身体の限定された試料量内のｘの１次関数となるように、前記関数 Ｂｏ（ｘ）である磁界を生じるように配置される装置。
23. ２３．距離に応じて１次的に変化する特性を有する磁界勾配を対象物に対して印 加する手段を更に設ける請求の範囲第１０項乃至第２２項のいずれかに記載の装 置。
24. ２４．添付図面の図１乃至図７に関して本文に実質的に記載した如き４重極核を 含む対象物を試料空間内部でイメージ形成する方法。
25. ２５．添付図面の図１乃至図７に関して本文に実質的に記載した如き４重極核を 含む対象物を試料空間内部でイメージ形成する装置。
26. ２６．対象物を核の４重極共鳴テストを行うための方法において、該対象物を反 復的に照射して、複数の共鳴周波数における核４重極共鳴を各反復中に励起して 、該共鳴周波数の各々における応答信号を検出することを含む方法。
27. ２７．各反復の期間がスピン格子緩和時岡の５倍以下であり、望ましくは３倍以 下である請求の範囲第２６項記載の方法。
28. ２８．前記共鳴周波数が充分に分解される請求の範囲第２６項または第２７項に 記載の方法。
29. ２９．前記共鳴周波数が多重線の成分である請求の範囲第２６項乃至第２８項の いずれかに記載の方法。
30. ３０．前記共鳴周波数の最も低い周波数が最も高い周波数の少なくとも５０％、 望ましくは７５％である請求の範囲第２６項乃至第２９項のいずれかに記載の方 法。
31. ３１．所与の４重極核種を含む特定物質の存在を検出するための請求の範囲第２ ６項乃至第３０項のいずれかに方法において、前記共鳴周波数が所与の核種の周 波数であり、更に核４重極共鳴が複数の共鳴周波数の各々において検出されるか どうかに従って警報信号を生じることを含む方法。
32. ３２．所与の４重極核種を含む特定物質の存在を検出する方法において、目的を 照射して所与の核種の複数の共鳴周波数において核４重極共鳴を励起し、該共鳴 周波数の各々における応答信号を検出し、核４重極共鳴が複数の共鳴周波数の各 々において検出されるかどうかに従って警報信号を生じることを含む方法。
33. ３３．前記警報信号が、前記複数の共鳴周波数の各々における応答信号の相対的 強さが更に、前記特定物質に対して予期される強さとマッチするかどうかに従っ て生じる請求の範囲第３１項または第３２項に記載の方法。
34. ３４．請求の範囲第３１項に従って、第１のテストにおいて、異なる共鳴からの 応答信号が一つに加算され、この加算に基いて、物質の存在が所与の確率度まで 検出されるならば、第２のテストが行われ、これにおいて重なる照射の反復が行 われて、共鳴が複数の共鳴周波数の各々において検出されるかどうかに従って警 報信号が生じる請求の範囲第３１項または第３３項に記載の方法。
35. ３５．対象物を核４重極共鳴テストするための装置において、該対象物を反復的 に照射して複数の共鳴周波数における核４重極共鳴を各反復中に励起する手段と 、前記共鳴周波数の各々において応答信号を検出する手段とを設けてなる装置。
36. ３６．前記照射および検出手段が、前記共鳴周波数の１つにおける照射が別の周 波数における検出が終了する前に開始するように構成される請求の範囲第３５項 記載の装置。
37. ３７．所与の４重極核種を含む特定物質の存在を検出するための請求の範囲第３ ５項または第３６項に記載の装置において、核４重極共鳴が複数の共鳴周波数の 各々において検出されるかどうかに従って警報信号を生じる手段を更に設ける装 置。
38. ３８．所与の４重極核種を含む特定物質の存在を検出するための装置において、 該対象物を照射して所与の核種の複数の共鳴周波数における核４重極共鳴を励起 する手段と、前記共鳴周波数の各々において応答信号を検出する手段と、核４重 極共鳴が複数の共鳴周波数の名々において検出されるかどうかに従って警報信号 を生じる手段とを設けてなる装置。
39. ３９．前記警報信号を生じる手段が更に、前記複数の共鳴周波数の各々における 応答信号の相対的強さが前記特定物質に対して予期される強さとマッチするかど うかに従って信号を生じるように構成される請求の範囲第３７項または第３８項 に記載の装置。
40. ４０．添付図面の図７および図８に関して本文に実質的に記載された如き対象物 を核４重極共鳴テストするための方法。
41. ４１．添付図面の図７および図８に関して本文に実質的に記載された如き対象物 を核４重極共鳴テストするための装置。
42. ４２．添付図面の図７および図８に関して本文に実質的に記載された如き所与の ４重極核種を含む特定物質の存在を検出するための方法。
43. ４３．添付図面の図７および図８に関して本文に実質的に記載された如き所与の ４重極核種を含む特定物質の存在を検出するための装置。