JPS61258154A - 局在化したｎｍｒスペクトルを得る方法及び装置 - 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】 本発明は、検体内に完全に含まれて位置するある領域か
らＮ　ＭＲスペクトルを得る方法に関し、たとえば、生
体内部からＮＭＲスペクトノドを得るのに用いることが
出来る。この種の情報を得る一方法の例が、英国特許出
願第８３０３５０１号に開示されている。また、英国特
許公報第２０５６０８８号において別の領域内に含まれ
て位置するある領域の画像を造出・作成する方法が開示
されている。しかしながら、この方法は、スペクトルデ
ータを得るには適していない。

本発明によれば、検体材料の第二領域内に完全に含まれ
て位置する第一領域からＮＭＲスペクトルを得る方法に
おいて、該検体材料の第二領域の実質的に全てから第一
のＮＭＲスペクトルを表す信号を得、該検体に磁界勾配
を印加し且つ同時に該検体に前記第一領域内において核
スピンを摂動するがその領域外では摂動しないような周
波数分布を有するＲｆ摂動パルスを印加し、次いで磁界
勾配を除去しｒ：　ｔ＊　、摂動されたスピンが前記第
一領域において弛張しない内に該検体から第二ＮＭＲス
ペクトルを表す信号を得、前記第一及び第二信号を比較
して前記領域に起因する差スペクトルを得ることから成
る方法が、提供される。

とのＲｆ摂動パルスは、前記第一領域においてのみ該当
する核について核スピンの摂動を惹起せしめるがその領
域外では摂動を惹起せしめないような比較的狭い周波数
分布を現実に有しているという点で選択的である。実際
上は、所定の等缶周波数分布を発生させるためには、適
当なＲｆパルスの振幅変調が利用されろ。パルス波形の
整形方法はいくつか公知であり、たとえばＲ，Ｊ、　５
ｕｔｈｅｒｌａｎｄａｎｄ　　Ｊ、　Ｍ、　、Ｓ、　Ｈ
ｕｔｃｈｉｓｏｎ　（Ｊ、　Ｐｈｙｓ、　Ｅ、　Ｓｃｔ
。

Ｉｎ５ｔｒｕ＋＋＋、、　Ｖｏｌ　１１．１９７８）及
びＪ、Ｍ、Ｓ、　Ｈｕｔｃｈｊ−ｓｏｎ、　　Ｒ＆　Ｊ
ｌｌ　５ｕｔｈｅｒｌａｎｄ　ａｎｄ　Ｊ、　Ｒ，Ｍａ
ｌｌａｒｄ　（、ＬＰｈｙｓ、　Ｅ、　Ｓｃｉ、　Ｉｎ
５ｔｒｕ＊、、　Ｖｏｌ　１１．１９７８）の論文に記
載されている。

かかる領域においてスピンを摂動させるために月いるＲ
ｆパルスは、好ましくは、かかる領域において１８０”
のスピンニューテーシ嘗ン（ｉｐｊｎ　ｎｕｔａ−ｔｉ
ｏｎ）を惹起せしめる（たとえば、この領域においてス
ピンポビュレーシ璽ン（ｇｐｌｎ　ｐｏｐｕｌａｔｆｏ
口）を反転させること）ような大きさのものである。し
かしながら、スピンの摂動を惹起してＺ軸方向の正味磁
化に影響を及ぼすＲｆパルスは何れも、二つのスペクト
ルの間に測定可能な差を生じさせるものである。もっと
も、この差は、１８０３Ｒｆパルスを用いた場合最大と
なるはずである。摂動Ｒｆパルスが９０°パルスである
場合、かかる摂動Ｒｆパルスは、当該のスライス（ｓｌ
ｉｃｅ）部における正味のＺ軸線化を消去するものと見
なしても好い。

前述の方法を利用した場合、比較的簡単な技法を用いる
と、材料の薄層スライス部に到達するＮＭＲ信号発生箇
所を局在化させることが可能になるのである。この場合
、かかる信号発生箇所については、その厚さは印加する
磁界勾配の大きさによって制御することが出来、又その
位置は、磁界勾配を印加する方向に沿って、磁界勾配の
零点交叉点を変えることによって又は用いたＲｆパルス
のＲｆ　搬送周波数を調節することによって、制御する
ことが出来るのである。かかるスライス部の配位方向は
、印加した磁界勾配の配位方向を変化させることによっ
て、たとえば通常のＮ　Ｍ　Ｒ分光計でこれまで用いら
れている通常のＸ１Ｙ及びＺ軸の磁界勾配コイルを組み
合せたものを使用することによって容易に制御すること
が出来る。

かかるスライス部内の信号領域を極在化させることは、
通常の所謂“表面“コイルをその平面を選択したスライ
ス部の平面に平行に保持して用いて、Ｒｆパルスを伝送
するか又は受信アンテナとして受信器に接続するかの何
れか又は双方の目的のｔこめに用いることによって、容
易に実現達成することが出来る。

表面コイルをその平面内で移動せしめることによって、
選択したスライス部内の異なる幾つかの領域についての
情報を得ることが出来るし、又Ｒｆパルスの搬送周波数
を変化させることによって、印加した磁界勾配の方向に
沿って選択された表面の位置を変えろことが出来ろ。即
ち、検体内の任意に選択された領域からの局在化した情
報を得る乙とが、可能となるわけである。

このＲｆパルスは、通常の手段方法によって、を二とえ
ばサドルコイル（ｓａｄｄｌｅ　ｃｏｉｌ）又は好まし
くは受信器としても使用される表面コイル等の表面コイ
ルを用いろことによって印加しても好い。第一領域にお
けろスピンの摂動を付与又は付与せずに測定したＮＭＲ
スペクトルは、何れの順序で測定しても好い。

核スピンのスライス部を摂動ないし“ｉｉ整”する為に
必要とされるＲｆパルスの周波数エンベロープ（ｅｎｖ
ｅｌｏｐｅ）は、一般に所Ｉｌｌ　ＩＩ頂冠（ｔｏｐ　
ｈａｔ）”関数波形をしている。即ち、狭い帯域の、強
度の大きい周波数から成るものである。かかる波形は、
所定の周波数分布を計算し、次いでフーリエ変換技法を
適用してそのＲｆパルスに対する適当な振幅変調を行わ
しめることによって生成させることが出来る。このよう
なパルス波整形方法は、一般に核磁気共鳴において用い
られ、たとえば上記したＲ、　Ｇ、　５ｕｔｈｅｒｌａ
ｎｄ　ａｎｄ　Ｊ、　Ｍ、　Ｓ、　Ｈｕｔｃｈｉｓｏｎ
　（Ｊ。

Ｐｈｙｓ、　Ｅ、　Ｓｃｉ、　Ｉｎ５ｔｒｕ＋＋、、　
Ｖｏｌ、　１１．１９７８）及びＪ、　Ｍ、Ｓ、　Ｈｕ
ｔｃｈｊｓｏｎ、　Ｒ，Ｇ、５ｕｔｈｅｒｌａｎｄ　ａ
ｎｄ　Ｊ、Ｒ。

Ｍａｌｌａｒｄ　（Ｊ、　Ｐｈｙｓ、　Ｅ、　Ｓｃｉ、
　Ｉｎｓｔｒｕｍ、、　Ｖｏｌ、　１１゜１９７８）の
論文に記載されている。磁界勾配及び訂パルスは、好ま
しくは、実質的に同一時間（即ち、一般に両者が同時に
開始し且つ終了する）印加する。なお、かかる時間は、
好ましくは所定のスライス部の摂動を達成実現するのに
必要な最小時間である。実際上は、Ｒｆパルスは、磁界
勾配が充分に安定化したら直ちに印加し、又Ｒｆパルス
が終了したら直ちに、磁界勾配はスイッチを切って消す
のである。

上記したように、磁界勾配の方向に沿ってスライス部の
位置を変えろ方法の一つは、印加した磁界勾配の零点交
叉点を変えることである。なお又別の好ましい実施態様
においては、異なる幾つかのスライス部を、印加した選
択性パルスのＲｆＷｌ送周波数周波数て、摂動パルスが
周波数を変えつつあるあろＲｆパルスと等価になるよう
にすることによって検査しても好い。妥当な、それ相応
の時間内ニ多くのスライス部を検査出来るようにするに
は、Ｒｆ　ＩＩＲ送周波周波数好ましくは、迅速に、た
とえば１０ＩＩｓ毎に、好ましくは５００μＳ毎に、更
に好ましくは５０μＳ以下毎に一回以上段階的に変化さ
せるのである。特に好ましい実施態様においては、幾つ
かのスライス部についての情報は、各々の信号発生毎に
相異なる“ｇｌｉｌｌ”　Ｒｆパルスシークエンス（ｓ
ｅｑｕｅｎｃｅ）を用いて、迅速に連続して信号発生シ
ーフェンスを実施することによって得ることが出来る。

即ち、たとえば、第一回目の信号発生は調！！Ｒｆパル
スを用いること無（行い、第二回目の信号発生は、材料
の第一スライス部（スライス“Ｂ”）のみを摂動するよ
う整形したパルスを用いて行い、第三回目の信号発生は
、材料の第ニスライス部（スライス“Ｃ″）のみを摂動
するよう整形したパルスを用いて行い、また第四回目の
信号発生は、第一及び第ニスライス部の双方を摂動する
ように整形したパルスを用いて行っても好い。スライス
Ｂ及びＣから得られた信号は、従って以下の式から得ら
れよう。

なお式中、（１）、（２）、（３）及び（４）は、それ
ぞれの信号発生操作にて発生した信号を表し、又Ｂ及び
Ｃは、単独のデータ発生操作を行ったと想定した場合に
スライスＢ及びＣそれぞれから得られたであろう信号を
表す。かくして、適当に差分計算することによって、如
何なる所定のスライス部からの信号も単離することが出
来よう。

この方法を用いる上で一つの特別な利点は、このように
四回の信号発生操作を利用した場合Ｓ／Ｎ比を改善する
ことが出来るのであるが、かかる改善は、単一のスライ
ス部について四回の同等の実験を単独に行った場合に得
られたと仮定されるのと全く違わない程に優れている、
ということである（即ち、Ｓ／Ｎ比の改善は、四回の信
号発生操作について２である）。適当に整形した調整パ
ルスシーフェンスによって材料の様々に異なるスライス
部を検討する原理は、Ｓ／Ｎ比を悪化させることなく更
に多くのスライス部を同時に観察することに拡大適用し
てもよい。スライス部が一つ増加するに従い、必要な差
情報を得るために要求される実験の最小回数は、その都
度倍化することが、明らかであろう。即ち、三つのスラ
イス部には、ハロの信号発生操作が、又四つのスライス
部には十人の信号発生操作が、必要とされるのである。

然しながら、この方法は、Ｒｆパルスシークエンスをコ
ンピュータでプログラムした訂発生装置で容易に発生さ
せることが出来、また同様にコンピュータが、得られた
データについて必要な差分計算を容易に行ってそれぞれ
のスライス部に関する情報を単離出来るという利点を有
している。

この方法を利用すると、スライス部の選択的な摂動を、
単一の選択的プリパルス（ｐｒｅｐｕｌｓｅ）を単一無
線高周波パルスにおいて所定の多重平面を摂動するよう
に整形することによって行ってもよい。

又別の方法として−好ましくは−、所定の平面を、選択
的なパルスのシーフェンス−各々のパルスは単一のスラ
イス部を摂動するように整形されている−によって形成
しても好い。ある特定のパルスシーフェンスの有効Ｒｆ
周波数の変位は、　Ｒｆ　ｖＲ送局周波数変化させるこ
とによってリアルタイムに行わせてもよい。

旧パルスシークエンスは、表面コイル、たとえば受信ア
ンテナとして使用するコイル又は検体を更に一様なＲｆ
分布で包囲する更に大きいコイルで印加しても好い。

又別の方法として、Ｒｆパルスを表面コイル及び更に大
きいコイルとによって交互に印加しても好いＯ 上記したように、個々のスライス部の各々の内部におい
てスペクトルが得られる領域を局在化させるのは、受信
機又は送信機として比較的小さい表面コイルを用い、そ
の表面コイルを検査対象の物品の表面の周囲に移動させ
ることによって行う。

別のそして好ましい実施態様においては、また、−回の
実験又は一連の実験を、上記したように−但し、第一の
方向（たとえば、Ｘ軸方向）において磁界勾配を印加し
て一実施しても好く、次いで第二の選択的Ｒｆパルスを
第一の方向に直交する第二の方向（たとえば、Ｙ軸方向
）に磁界勾配の存在下に印加するのである。差分計算法
を用いると、この方法によれば、選択された各平面内の
材料の狭い縦列コラムからスペクトルを得ることが出来
るのである。

との操作手順を二度目に、最初の二つの方向の双方に対
して直交する第三の方向（たとえば、Ｚ軸方向）に、印
加磁界勾配の存在下に第三番目の選択的Ｒｆパルスを印
加して反復実施すれば、更に差分計算をすることによっ
て、空間において三つの直交する方向に局在化したある
部位（実際的に言えば、検体内部にある小さい立方体）
から、受信機又は発信機コイルを検体上に物理的に移動
させることなく、スペクトルを得ることが可能となるの
である。

本発明は、検体材料の第二領域内に完全に含まれて位置
する第一領域からＮ　Ｍ　Ｒスペクトルを得る装置をそ
の範囲に含むが、該装置は、以下から構成される： 検体を実質的に一様な磁界に支持する手段；該検体に第
一の信号発生Ｒｆパルスを印加し、次いで該検体から該
検体の前記第二領域のＮＭＲスペクトルを示す第一信号
を発生せしめる手段；第一の方向の磁界勾配を該磁界に
重ね合わせる手段； 前記勾配の存在下該検体にある振幅及び前記第二領域内
に完全に含まれて位置する前記第一領域においてのみ核
スピンを摂動せしめるような周波数分布を有する第一の
Ｒｆｉｌ整パルスを印加せしめる手段； 該勾配を除去し且つその後直ちに該検体に第二の信号発
生パルスを作用せしめ、次いで該検体から前記Ｒｆ調整
パルスを印加せしめた後の検体の前記第二領域のＮ　Ｍ
　Ｒスペクトルを示す第二の信号を印加磁界勾配の不存
在下において発生せしめる手段；及び 前記第一及び第二信号を比較して前記第一領域にのみ起
因するＮＭＲスペクトルを得る手段。

この装置は、一般にＲｆパルス及び信号発生の操作手順
を迅速に反復実施する手段及びこれを反復実施して得ら
れた信号を平均する手段とを含むものである。

上記したように、この装置は、好ましくは、連続して印
加するＲｆパルスの間においてＲｆ　ｍ送８波数を迅速
に変化せしめる手段を含むものである。

このＲｆ搬送周波数を変化させる手段は、好ましくば、
搬送周波数を１０ミリ秒以下、好ましくは５００マイク
ロ秒以下、更に好ましくは５０マイクロ秒以下の時限内
で段階的に変化させることが可能である。

本発明の好ましい一つの実施態様を添付図面について述
べて、以下に説明する。これらの図面においては＝ 第１ｆｉ図、ｌｂ図及び第１Ｃ図は、発信機及び受信機
として使用するＲｆ表面コイルの空間レスポンスの概略
図であり、 第２図は、本発明による方法において使用されろＲｆ電
磁場及び勾配のグラフ図であり、第３図は、人間の頭部
について実施したＮＭＲ実験の概略図であり、 第４図は、多重スライス部実験の概略図であり、第５図
は、三次元において容積体を局在化するため拡張実施し
た実験の概略図であり、第６図は、Ｒｆパルスの連続を
表し、 第７図は、ある容積体が一連のより細分化された容積体
群から構成されている様子を表し、且つ第８図は、本発
明による装置を概略して表す。

まず第８図について述べると、ＮＭＲ分光藷は、それぞ
れ磁極片１０１及び１０２とを有する磁石からなる。こ
の磁石は、たとえば永久磁石のような、適当に一様な磁
界を生ずることが出来るものならば如何なる種類のもの
でもよいが、好ましくは、超伝導性磁石である。この磁
石は、通常の形状のものであってよく、実質的に通常の
形状の勾配コイ′ル（図示していない）を取付け、三つ
の直交する方向に磁界勾配を印加出来るようになってい
る。

電源１０３は、この磁石及び勾配コイルに適当な電流を
供給し、又勾配制＠器１０４は、制御した方向に勾配を
印加することを可能ならしめるものである。

この勾配制ｍｕは、コンピュータ１０５によって操作さ
れても好い。なおこのコンピュータも、以下に説明する
ような本装置の様々な他の機能を制御するようプログラ
ムされていても好い。

この装置は、検体を磁極片１０１及び１０２の間に支持
するための検体支持体１０８を含む。本装置を人間の患
者についての情報を得るために使用した場合、患者の支
持体１０８は、患者を身体の所定の位置で、たとえば頭
部にてｍ極片１０１及び１０２の間で支持するための椅
子又はそれに類似のものの形態をしていても好い。

本装置は、ここに示す実施′Ｂ様にあっては、Ｒｆ受信
コイル１１０及びＲｆ送信コイル１１１とを含む。これ
らは、単なる綿のループとして概略を表示しである。も
っとも、これらは何れも実際上は通常の形状の更に複雑
なアンテナ構造物であってよく又Ｒｆ送信及び受信コイ
ルを単一のアンテナに組込んでも好い。

Ｒｆ発信コイル１１１は、Ｒｆ変ｔＩ！盟１１６及びＲ
ｆ増幅器１７とを経由してＲｆ発振＠１１５に接続され
ている。又Ｒｆ変調器１１６には、以下に説明するよう
に所定のパルスシーフェンスを発振するためのパルス発
振器１１８が接続されている。

このＲｆ発振器１１５及びパルス発振器１１８は、制御
＄１１９　；及び１２０によりコンピュータ１０５に接
続されており、その結果このコンピュータが搬送周波数
及びパルス波形とを制御出来るのである。

Ｒｆ発振晋１１５は、印加したＲｆ磁界の位相を元通り
に保持しつつ、約３００マイクロ秒の時間内で搬送周波
数を変化させることが出来る。

Ｒｆ受信コイル１１０は、−ｅ的な通常の形状のＲｆ受
信詰１２４１ζ接続され、この受信器は、二つの信号貯
蔵器１２５及び１２６の一つに受信した信号に関する情
報を貯蔵することが出来る。この信号貯蔵器１２５及び
１２６は、順次コシピユータ１０５に接続され本発明に
よる差分計算技法を実施することが出来る。

第１図には、通常の表面コイルの空間レスポンスの概略
断面図を示し、又第１ｂ図及びＩＣ図には、矢印７で表
すＸ軸方向に一般に配位した磁界勾配において、如何に
してコイル１の磁界部分のスライス部５にのみ本質的に
起因するスペクトルを得ることが可能になるか、を図示
している。かかるコイルを発信器として用い且つ高強度
のパルスを乙のコイルに印加すると、磁界勾配の不存在
下では、その近辺で局所的に受けろＲｆ出力は、第１ａ
図に示すごとくコイルからの距離と共に連続的に減少す
る。斜線部分４　（スライス部Ｓをも含む）で概略示す
領域においては、出力は該領域において核スピンを実質
的に９０°ニユーテーシヲン（ｎｕｔａ−ｔｉｏｎ）さ
せるほどのものであろう。惹起せられたスピンニューテ
ーションの大きさは、コイルからの距離が減少するにつ
れて、増大し、又斜線部２及び３で概略表される領域に
おいては、約２７０４のニューテーションが認められる
。斜線部２．３と４かる表面コイルをＮＭＲ実験におい
てＲｆ受信アンテナとして使用すると、検出される信号
強度は、斜線部２．３及び４からのものは最大になり、
又斜線部２．３と４との間の１８０°領域からのものは
最小となる。

本方法になるスペクトル発生操作において最大信号を得
るには、当該のスライス部を９０°のスピンニューテー
ションを惹起するに充分な強度と持続時間とを有するＲ
ｆパルス（信号発生パルス）に暴露するが、この場合、
自由誘導減衰が認められる。信号発生パルスを印加する
前に、摂動パルスを本発明の方法に従って印加する。

第一図においては、Ｒｆ表面コイル１は、受信及び発信
アンテナの双方として用シ１、蘭明にするたメ、ｔｘ動
パルスも９０°パルスとする。摂動パルスを印加する過
程においては、磁界勾配Ｇｘは、Ｘ軸方向に印加する（
即ち、Ｇｘ　＝＝　ｄＢｚ／ｄｘ、式中Ｂｚは磁界の２
成分である）。Ｒｆパルスが充分に狭く範囲を限定した
帯域の周波数を有するものと仮定すると、共鳴・共振が
、狭いスライス部５においてのみ、コイルの面に平行に
生じることになろう。

このＲｆパルスの強度が９０＠のニューテーションを惹
起させるものであれば、狭いスライス部５におけるスピ
ン磁化は、有効に消滅せしめられるのである〈即ち、ス
ライス部５の磁化成分は、実質的に全てＸ−Ｙ面にあり
、零成分は２画にある）。摂動パルスの強度が正確に９
０°ニユーテーシヨンを惹起するものでなく、それ以下
又は以上の強度である場合、スライス部５におけるスピ
ンは、Ｚ成分が残留した状態で磁化されることになろう
。惹起せられたスピンニューテーションが９０”から２
７０’までである場合、磁化の残留Ｚ成分は、負となろ
う。Ｒｆパルスカ１８０”　ｔｌるスビンニューテージ
叢ンを惹起するようなものである場合、信号の大きさの
最大差は、二つの信号を差し引くと得られるであろう。

即ち、好ましいＲｆ”ｉｌ整”パルスは、第一［５にお
いて１８０ａなるスピンニューテーションを生じさせる
ようなパルスである。

スライス部５におけろスピンに起因するＮＭＲ信号を得
るためには、このスライス部でのスピンが摂動された後
（好ましくは、１８０°スピンにより）磁界勾配Ｇｘの
存在下Ｒｆ摂動パルスを印加することによって、スペク
トルの測定を行い、このスペクトルを、局所的なスピン
摂動を行うことなく測定した相当する信号と比較する。

このスピンスライス部５は、勾配Ｇｘの零点交叉点を変
えることによって、又は好ましくは選択的Ｒｆパルスの
搬送周波数を変化させることによって矢印６の方向に移
動させることが出来る。

第２図には、上記した方法において印加するＲｆパルス
と磁界勾配との概略を示す。９０°Ｒｆパルス１１をＸ
軸方向の磁界勾配置２と同時に印加する。

この方法を、９０°摂動パルス１１について述べて、簡
明にするため第１図に触れて、説明する。尚、一般には
、１８０＠摂動パルス１１が好ましいと了解さろべきで
ある。このパルスを表面コイル１に印加し、スライス部
５のスピン全てのＺ軸線化を有効に消滅させ、その結果
後刻引き続′、）て行う信号発生操作において得られろ
信号に及ぼすこのスピンの影響が、有効に零とされるの
である。第２図において示す実験の第二の部分には、通
常のＮＭＲ信号発生を表すが、ここにおいて９０°Ｒｆ
パルス１３を印加し、データは、時間１４において得ら
れたものである。この信号発生操作は、スピンエコ一方
法、画像作成実験又はその他の如何なる通常のＮＭＲ技
法に依っても好い。かくして得られたＮＭＲ信号は、パ
ルス１１及び勾装置２を印加せずに得られた信号とコン
ピュータを用いて比較すれば、差分計算技法によってス
ピンスライス部５にのみに起因するスペクトルが得られ
る。

又別の実施態様においては、調整パルス１１又は信号発
生パルス１３の何れかを、表面検出コイルの大きざと比
較して大きいコイルを用いて印加し、かくして材料の平
面が検体全体に旦って励起されることになる。表面コイ
ルは、受信器の空間レスポンスを選択された表面の狭い
部分に限定するのである。

第３図には、人間の頭部の断面ＮＭＲ走査の概略図を示
す。ＮＭＲ感受性のマーカー２１を用いるが、このもの
は、水を含み、得られたＮＭＲ画像において際立って目
立つ。このマーカー２１は、容易に認識出来る（十字）
形状をし、表面コイル２２に固定される水をいれた小さ
い（２ｃｍ）容器である。頭部は、磁界方向がＸ−Ｙ面
に対して垂直である超伝導性磁石（図示していない）の
孔の内部に配置される。表面コイル２２は、Ｒｆパルス
１１及び１３を印加する為並びにＲｆ検出コイルとして
使用する。Ｒｆパルス１１を印加する過程において、磁
界勾配をＸ軸方向に印加する。

選択されたスライス部の位置は、選択的９０°プリパル
スを使用し、次いで標準ＮＩ’ｌＲ画像作成実験を行っ
て得られた第二のＮＭＲ画像に基づき決定されろ。

プリパルスと表面コイルとを組合わせて用いて得られた
正確な空間レスポンスは、同様の減法技法によって画像
に作成され、正しく選択した円盤の画像を得ることが出
来る。

第４ａ図から第４Ｃ図においては、Ｘ軸に沿って間隔を
おいた二つのスライスＢ及びＣのスペクトルの決定を可
能ならしめるに必要な四つの連続実験（即ち、磁界勾配
の印加、調整パルスの印加、磁界勾配の解除及び信号発
生の組み合せ）において得られたスペクトルの概略を示
す。′へ″と称した領域は、検体の残部（即ち、スライ
スＢ及びＣに包含されない部分）に起因する信号を表す
。

実験１（第４ａ図）において、９０°Ｒｆパルス（第２
図のパルス１３に相当する）のみを用いて標準ＮＭＲ実
験を行い、検体領域Ａ、Ｂ及びＣの全てを励起せしめて
いる。即ち、かくして得られた信号は、Ｒｆコイルの範
囲内にある検体部分の全てから得られる信号に相当する
わけである。

実験２　（第４ｂ図）おいては、ｔＡ整Ｒｆパルスを磁
界勾配Ｇｘの存在下にて印加するが１．この調整Ｒｆパ
ルスは、スライスＢ内の核においてのみ１８０°ニユー
チーシアンを惹起するような強度と周波数分布とを有す
る。かくして、得られたＮＭＲスペクトルの位相は、ス
ライスＢに相当するスペクトルの領域にて反転されるの
である。尚、領域Ａ及びＣにおいては、実験１における
と同様である。

実験３（第４ｃ図）において、同様なパルスを印加する
が、今回は、このパルス（よ、スライスＣにおいてのみ
１８０°ニー−チージョンを惹起するような周波数を有
するものであり、かくしてスライスＣに相当する領域に
おいて得られたＮＭＲスペクトルを反転させるのである
。

実験４（第４ｄ図）においては、１８０°ニユーテーシ
νンを、実験２及び３において逐次用いたパルスを印加
するか又は実験２及び３のパルスの合計に等価であるよ
うな併合パルス又はパルスシーフェンスを印加すること
によってスライスＢ及びＣにおいて惹起せしめるのであ
る。

スライスＢからの信号は、次に以下の式を用いて再構成
してもよい。： ４Ｂ　＝　（１）−（２）◆（３）−（４）式中、（１
）、（２）、（３）及び（４）は、実験１．２．３及び
４においてそれぞれ得られた信号である。

同様に、 ４Ｃ＝　（１）◆（２）−（３）−（４）このようにし
て結果を組み合せることによって、残留する唯一の信号
が、所定のスライス“Ｂ　ｎ又は“Ｃ″の各々から得ら
れる。又、このスライス部からの信号は、各単一実験に
おけろ場合よりも四倍も大きく、かくして両者の全般的
なＳ／Ｎ比改善が、実現されるのである。

この原理は、Ｓ／Ｎ比を一切悪化させることなく更に多
くのスライス部を同時に観察する為に拡張適用すること
が出来る。情報源となるスライス部が一つずつ増加する
毎に、必要とされる信号発生操作の最小回数は、倍加す
る。かくして、三つのスライス部については、ハロの実
験が必要である。

第５図には、上記した方法を三次元に拡張適用するに必
要なパルスシーフェンスの種類を示す。

第５図に示すように、選択的Ｒｆ調整パルス５２を、Ｘ
軸方向の磁界勾配Ｇｘ　（５１）の存在下に印加しても
よい。その後、調整パルス５３を、Ｙ軸方向の磁界勾配
ＧＦ（５４）の存在下に印加し、且つ調整パルス５５を
Ｚ軸方向の磁界勾配５６の存在下に印加しても好い。

これ等のパルスが必ずしも全て、同一信号発生操作の過
程において必要とされるのではなく、一般には、効率的
に唯一っの小さい立方体から所定の信号を得るためには
、以下のごときハロの信号発生操作即ち“実験”が必要
とされろ。

（１）　　　　　　（ＩＩＦＦ　　　　ｏＦＦ　　　　
ｅｌＦＦ（２）　　　　　　（５Ｎ　　　　　ｅｌＦＦ
　　　　（５ＦＦ（３）　　　　　　ｅｌＦＦ　　　　
ＯＮ　　　　　ｅｌＦＦ（４）　　　　　　ｌ：ｌＮ　
　　　　ｅｌＮ　　　　　ロＦＦ（５）　　　　　　＋
５ＦＦ　　　　ＯＦＦ　　　　ＣＩＮ（６）　　　　　
　ＯＮ　　　　　ＯＦＦ　　　　１５Ｎ（？）　　　　
　　ｅｌＦＦ　　　　ｔ５Ｎ　　　　　０Ｎ（８）　　
　　　　（５Ｎ　　　　　（５Ｎ　　　　　１５ＮＲｆ
パルス出力がＯＮの場合、Ｒｆパルス磁界の準位及びそ
の持続時間は、はぼ１８０°のスビンニューテーシ富ン
を惹起するに充分である。不完全な１８０°パルスによ
って生じる誤差は、シーフェンスとデータセットの組み
合せを行った時点で解消されろ。しかしながら、所定の
容積体からの信号の大きさは、パルス５２．５３及び５
５によって惹起せられるスピン二二一テーションの角度
が１８０°である場合に、最大になる。信号の大きさは
、たとえ摂動パルスが１８０°から±３０°変化しｔこ
としても、なお最大値の６０！である。各個別の実験か
ら得られたデータは、以下の式に従って組合わされる：
立方体からの信号＝＝（１）−（２）−（３）喧４）−
（５）φ（６）◆前記したように、立方体から得られた
信号は、単独実験において得られたであろう信号の８倍
であや、かくして、Ｓ／Ｎ比が全般に増大改善されるこ
とになる。

この立方体の空間における位置は、相当するＲｆパルス
のＲｆ搬送周波数を適当にｔＡ監するか又はその代わり
に前記した磁界勾配の各々の零点交叉点を１ｕｌｌする
ことによって変化させても好い。

検討対象となっている検体が比較的大きいケミカルシフ
トの幅を有する核を含む場合、ケミカルシフトスペクト
ルの各成分は、空間にある若干、異なる立方体に起因す
ることになるはずで、従って、試料の一様さを勘案して
、これが許容され得る誤差であるか否かを決定すること
が、重要である。

二つの実験手順、即ら選択磁界勾配が全て正である場合
と乙の磁界勾配が全て負である場合での実験手順を用い
且つ二つの結果を減じろことによって、かかる空間誤差
がスペクトルに有意の変化を生じるか否かを決めること
が出来る。試料が一様であるとすれば、これら二つの信
号の差はゼロであり、スペクトルは影響を一切受けてい
ない旨推論してもよいのである。この差によって、デー
タを加成しｔこ場合に得られる完全スペクトルのある割
合より大きい、たとえば誤差が１０％以上であるような
スペクトル成分を含むスペクトルが生じた場合は、実験
を更に繰り返すべきである。その後引き続いて行う実験
は、従って、立方体をより小さくしてその輪郭を明確に
する必要があるか又は磁界勾配を大きくし且つＲｆ周波
数分布を広くすることによって、立方体の大きさは同じ
でもその輪郭をよし正確に決める必要がある。立方体の
位置をＲｆ搬送周波数を調節することによって移動させ
た場合、当該の周波数の変化は何れの実験においても、
負の磁界勾配を用いてキャンセルする必要があるが、上
記したごとき実験においては選択したＲｆのあらゆる方
向についてキャンセルせねばならない。

かくして、更に好まし−）本発明の実施態様においては
、この方法を磁界勾配５１．５４．５６を逆転して反１
Ｘｔａり返し、得られたスペクトルを第５図に触れて前
記にて説明した方法にお−）て得られたスペクトルと比
較する。

一つの共通軸に沿って位置する幾つかの立方体を同時に
、第４図に触れて前記にて説明した方法を用いることに
よって検討しても好い。この方法は、形状の不規則な幾
つかの容積体のスペクトルを得る為に容易に拡張適用す
る乙とが出来るが、その際これ等の立方体を適当に分布
させて得られるスペクトルを加算すれば好い。前記から
容易に判るように、かかる方法は、最も簡単には、当該
の容積体を適当な数の立方体に分割し、次いで第５図に
触れて上記にて概要説明した実験をこれら立方体の各々
について行うことによって実施すればよい。実際上は、
第５図に触れて前記にて説明したように、当該容積体か
ら分割した立方体の各々について六回の信号発生操作か
ら成る一連の実験を、別に行う必要は必ずしもない。

然しながら、好ましくは、ある共通軸に沿って位置する
幾つかの立方体からのスペクトルを、寧ろ、適当な磁界
勾配の存在下に当該軸上の立方体全てに所定の準位のス
ピンニューテーション（好ましくは１８０°）を生じせ
しめるに必要な摂動又は“調整”パルスを一回又は複数
回印加することによって同時に得てもよい。

この軸に沿って位置する各立方体は、好ましくは、一連
の同−Ｒｆパルスを用いて、主たるＲｆ発償晋の周波数
を調整することによって、別々に励起させても好い。即
ち、僅か二、三のＲｆパルスを付加して一つの立方体の
スペクトルを得るために必要とされる時間を延長するこ
とによって、立方体のある完全な縦列コラムのスベク；
〜ルを得、その結果、空間選択性の高いＮＭＲスペクト
ルを、Ｓ／Ｎ比のロスを最小限にして生じさせてもよい
。

つまり、形状の不規則な容積体からスペクトルを得るた
めに、まずこの容積体を一連の立方体に分割し、次にこ
れ等を上記した方法で一度に直線状に走査すれば好いの
である。

第６図及び第７図には、実際にこの方法を如何に実施す
ればよいかを示す。第７図は、Ｒ８１によって輪郭を付
与され、スペクトルの発生対象となっている不規則な容
積体を表す。第７図には、二次元についてのみ、即ちｘ
−Ｙ面における一つのスライス部についての方法を図示
しであるが、この方法は、容易に三次元に拡張適用出来
ることが、明らかであろう。＄９１８１によって輪郭を
与えられた容積体は、架空上人つの立方体８３ないし９
１に分割されている。これ等は、立方体８３ないし８６
から成るライン１、立方体８７及び８８から成るライン
２、立方体８９及び９０から成るライン３及び立方体９
１のみから成るライン４の分けられている。第６図には
、単一の信号発生操作でライン１に含まれる立方体８３
ないし８６に起因するスペクトルを得るに必要なパルス
シーフェンスを図示する。第６図において、Ｒｆパルス
５２及び５５並びに磁界勾配５１．５４及び５６ば、第
５図に触れて前記して説明した通りである。但し、第５
図にて示しｔこ単−Ｒｆパルス５３の代わりに、四つの
Ｒｆパルス７３．７４．７５及び７６を、Ｘ軸方向での
磁界勾配の存在下に用いるのである。パルス７３ないし
７６は、　Ｒｆ発信器搬送周波数においてのみ異なり、
それぞれ、第７図のライン１の立方体８３．８４．８５
及び８６を含む材料の縦列カラムにおいて１８０°ニニ
ーテーシヨンを生じさせるようなパルスである。

かくして、第６図において示す信号発生操作において、
信号発生操作にて得られたスペクトルが、ラインｌの立
方体８３ないし８６を含有する検体の領域については、
逆転されるのである。Ｒｆコイルの走査領域における検
体全体のスペクトルに相当する信号を用い差分計算技法
を適用することによって、ライン１の立方体８３ないし
８６がこのスペクトルに寄与・関与していることが、確
認出来る。

同様の方法をライン２ないし４の各々について行う。但
し、当然のことながらライン２及び３に限ってＧｘなる
磁界勾配５４の存在下に二つの調整パルスを必要とし、
またライン４のみ単一パルスを必要とする。

三次元への拡張適用は、単に長方形の断面を有する容積
体を付加するだけで行うことが出来る。

四つの別々のパルス７３．７４．７５及び７６を用いて
立方体８３ないし８６を励起する代わりに単一の、適当
な波形に整形したパルスを用いて四つの立方体全てを一
緒に励起することも可能である。単則波帯変調の原理を
応用して単−Ｒｆパルスをかかる複雑な励起パターンに
用いて、あらゆる空間軸に沿った立方体の分布を明確に
することが出来る。

本発明の範囲には、静的磁界を印加する手段、及び必要
なＲｆパルスと磁界勾配を印加する手段とを含んで成り
、かくして上記方法を実施することが出来ろ、上記方法
を実施するための装置をも包含する。

具体的には、本発明の一つの局面においては、検体材料
の第二領域内に完全に含まれて位置ずろ第一領域からＮ
　Ｍ　Ｒスペクトルを得る装置において、以下から構成
される装置 実質的に一様な磁界に検体を保持する手段；該検体に第
一の信号発生Ｒｆパルスを印加し、次いで該検体から該
検体の前記第二領域のＮＭＲスペクトルを示す第一信号
を発生せしめる手段；第一の方向の磁界勾配を該磁界に
重ね合わせる手段； 前記磁界勾配の存在王政検体に、前記第二領域内に完全
に含まれて位置する前記第一領域においてにみ核スピン
を摂動せしめるような振幅と周波数分布を有するＲｆパ
ルスを印加する手段；前記Ｒｆ摂動パルスを印加した後
で但し印加磁界勾配の不存在王政検体の前記第二領域の
Ｎ　Ｍ　Ｒスペクトルを示す第二の信号を該検体から発
生せしめる手段；及び 前記第一及び第二の信号を比較して、前記第一領域にの
み起因するＮ　Ｍ　Ｒスペクトルを得る手段。

上記したように、この方法は、特に生体への応用に適し
ており、従って検体支持体は、好ましくは、人体を、そ
の人体の少なくとも一部が磁界の一様な領域内にあるよ
うに支持するのに適合しているものである。本発明は、
又、更にもう一つの局面において、人間又は動物の身体
の病気を診断するに際して、該身体から上記した方法に
よってＮＭＲスペクトルを得ることから成る方法を提供
するものである。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図、ｌｂ図及び１０図は、発信機及び受信機とし
て使用するＲｆ表面コイルの空間レスポンスの概略図で
あり、 第２図は、本発明による方法において使用さ，れるＲｆ
電磁場及び勾配のグラフ図であり、第３図は、人間の頭
部について実施しｔコＮＭＲ実験の概略図であり、 第４図は、多重スライス部実験の概略図であや、第５図
は、三次元において容積体を局在化するため拡張実施し
た実験の概略図であり、第６図は、Ｒｆパルスの連続を
表し、 第７図は、ある容積体が一連のより細分化された容積体
群から構成されている様子を表し、且つ第８図は、本発
明による装置を概略して表す。 特許出願人　オックスフォード・リサーチ・システムズ
ーリミテッド 系り９０”のスビシ＝）− テーシ１ンの領域 ○　　　■ ＦＩＧ、３゜ Ａ、８、ＣとＩ動されていない

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、検体材料の第二領域内に完全に含まれて位置する第
   一領域からＮＭＲスペクトルを得るに方法において、該
   検体材料の第二領域の実質的に全てから第一のＮＭＲス
   ペクトルを示す信号を得、該検体に磁界勾配を印加し且
   つ同時に該検体に前記第一領域内において核スピンを摂
   動するがその領域外では摂動しないような一定の振幅と
   一定の周波数とを有するＲｆ摂動パルスを印加し、次い
   で磁界勾配を除去した後、摂動されたスピンが前記第一
   領域において弛張しない内に該検体から第二ＮＭＲスペ
   クトルを表す信号を得、前記第一及び第二の信号を比較
   して前記領域に起因する差スペクトルを得ることからな
   る方法。 ２、Ｒｆパルスが前記第一領域において約１８０°のス
   ピンニューテーションを発生するようなＲｆパルスであ
   る特許請求の範囲第一項に記載された方法。 ３、表面コイルをＲｆ摂動パルス用若しくはＮＭＲスペ
   クトルを得る信号を獲得するための何れか又はその双方
   のためのアンテナとして使用して成る特許請求の範囲第
   一項又は第二項に記載された方法。 ４、前記した方法を異なるＲｆパルス分布度を用いて複
   数回反復実施し且つ得られた信号に対して差分計算法を
   適用することによって複数の前記第一領域についてその
   各々のＮＭＲスペクトルを得る特許請求の範囲第一項に
   記載された方法。 ５、Ｒｆ搬送周波数を、１０ミリ秒以下の時限内におい
   て、後刻引き続いて反復実施する方法の間で変化させる
   特許請求の範囲第四項に記載された方法。 ６、第一Ｒｆ摂動パルスを第一の方向の磁界勾配の存在
   下にて印加し、引き統いて第二Ｒｆ摂動パルスを第一の
   方向に対して直交する第二の方向の磁界勾配の存在下に
   て印加し、次いで双方の勾配をＮＭＲ信号発生前に除去
   する特許請求の範囲前記各項に記載された方法。 ７、第三Ｒｆ摂動パルスを第二Ｒｆ摂動パルスに引き続
   いて、前記第一及び第二方向に対して直交する第三の方
   向の磁界勾配の存在下にて作用させ、次いで前記第三の
   勾配をＮＭＲスペクトル発生前に除去する特許請求の範
   囲第六項に記載された方法。 ８、以下から構成されて成る検体材料の第二領域内に完
   全に含まれて位置する第一領域からＮＭＲスペクトルを
   得る装置： 検体を実質的に一様な磁界に保持する手段；該検体に第
   一の信号発生Ｒｆパルスを印加し、次いで該検体から該
   検体の前記第二領域のＮＭＲスペクトルを示す第一信号
   を発生せしめる手段；第一の方向の印加勾配を該磁界に
   重ね合わせる手段； 前記勾配の存在下該検体に、前記第二領域内に完全に含
   まれて位置する前記第一領域においてのみ核スピンを摂
   動せしめるような一定の振幅と周波数数分布を有する第
   一のＲｆ調整パルスを印加する手段； 該勾配を除去し且つその後直ちに該検体に第二の信号発
   生パルスを印加し、次いで該検体から前記Ｒｆ調整パル
   スを印加した後の検体の前記第二領域のＮＭＲスペクト
   ルを示す第二の信号を印加磁界勾配の不存在下において
   発生せしめる手段；及び 前記第一及び第二信号を比較して前記第一領域にのみ起
   因するＮＭＲスペクトルを得る手段。 ９、Ｒｆパルス及び信号発生の操作順序を迅速に反復実
   施する手段及び反復実施して得られた信号を平均する手
   段とを含む特許請求の範囲第八項に記載された装置。 １０、連続して印加するＲｆパルスの間においてＲｆ搬
   送周波数を迅速に変化せしめる手段を含む特許請求の範
   囲第九項に記載された装置。 １１、前記搬送周波数を変化させる手段が、搬送周波数
   を変化せしめ且つ更に別のＲｆパルスを１０ミリ秒以下
   の時限内に印加せしめることが可能である特許請求の範
   囲第十項に記載された装置。 １２、前記時限が５０ミクロン秒以下である特許請求の
   範囲第十一項に記載された装置。 １３、以下を含んで成る特許請求の範囲第八項ないし第
   十二項の各項に記載された装置：即ち、前記第一の方向
   の磁界勾配を重ね合わせたのに引き続いて、第一の方向
   に対して直交する第二の方向の磁界勾配を磁界に重ね合
   わせる手段、第二の方向の磁界勾配の存在下検体に、前
   記検体の第三領域においてのみ核スピンを摂動せしめる
   一定の振幅と一定の周波数分布を有する第二のＲｆ調整
   パルスを印加する手段； 第一及び第二のＲｆ調整パルスを別々に印加した後並び
   に第一及び第二のＲｆ調整パルスを同時に印加した後、
   印加磁界勾配の不存在下に検体からＲｆ調整パルスを一
   切印加せずに検体のＮＭＲスペクトルを表す信号を発生
   させる手段；及び 得られた信号から前記第一領域及び第二領域の内の重な
   り合う部分にのみ起因するＮＭＲスペクトルを導出する
   ためかかる信号を比較する手段。 １４、以下を含んで成る特許請求の範囲第十三項に記載
   された装置： 第二の方向の磁界を重ね合わせたのに引き続きその後に
   、第一及び第二方向の双方に対して直交する第三の方向
   の磁界を該磁界に重ね合わせる手段； 第三の方向の前記磁界勾配の存在下検体に、第四の領域
   においてのみ核スピンを摂動するような一定の振幅と一
   定の周波数分布とを有する第三のＲｆ調整パルスを印加
   する手段； 印加磁界勾配の不存在下に検体から、Ｒｆ調整パルスを
   一切印加することなく、第一、第二及び第三のＲｆ調整
   パルスからなる七つの組み合せの各々によって検体のＮ
   ＭＲスペクトルを表す信号を発生させる手段； 得られた信号から前記第一領域、第三領域及び第四領域
   の内の重なり合う部分にのみ起因するＮＭＲスペクトル
   を導出するためかかる信号を比較する手段。 １５、前記磁界勾配の内の何れか一つの存在下検体に、
   Ｒｆ搬送周波数の異なる複数のＲｆパルスを印加し、か
   くして得られた前記信号を比較して前記一つの磁界勾配
   の方向に配列された一つの縦列コラムに含まれる核にの
   み起因するＮＭＲ信号を得る手段を含んで成る特許請求
   の範囲第十四項に記載された装置。 １６、対象物の複数の領域又は縦列コラムからＮＭＲス
   ペクトルを表す信号を得る手段及び前記信号を合算して
   前記複数の領域又は縦列コラムから構成された対象物の
   ある一つの領域のＮＭＲスペクトルを得る手段とを含ん
   で成る特許請求の範囲第十四項又は第十五項に記載され
   た装置。 １７、検体を支持する手段が、人体を、少なくともその
   人体の一部を前記磁界の一様な領域部分において支持す
   る手段である特許請求の範囲第八項ないし第十六項の内
   の何れか一項に記載された装置。