JPS62194845A - 不所望の応答信号を抑圧する方法と装置 - 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】 発明の背景 この発明は核磁気共鳴（ＮＭＲ）作像及び分光法、更に
具体的に云えば、検査するサンプル中に存在する不所望
の少なくとも１種類の原子核種目の共鳴による応答信号
の発生を抑圧する為に、１次以外の量子コヒーレンスを
発生する新規なパルス順序に関する。

天然に比較的多皿にある為、並びに磁気回転比が高い為
（約４２．　５８Ｍｌ１ｚ　／Ｔ）　、原子核の内で最
も観測し易い種目が１Ｈであることはよく知られている
。生物学的な材料が多量の１Ｈ原子核を含んでいて、そ
の大部分が水（Ｈ２Ｏ）分子中に入っていることもよく
知られている。従って、１Ｈを含むこの他のどの原子核
種目の量並びに／又は定数Ｔ　Ｉ　、Ｔ　２を測定する
よりも、水分子中の１Ｈ原子核の量並びにそれに関連す
る定数Ｔ１、Ｔ２を測定する方がずっと容易である。他
の種目は、関心が持たれる区域／器官にある多くの代謝
物質の存在並びに天然に発生するその相対濃度に関する
情報が得られるのが典型的であり、こういう種目を観測
することが望ましい場合も多いが、実際には、こういう
他の原子核種目を観測することは困難であるのが普通で
ある。今日のＮＭＲ作像装置及び並びに／又は分光計は
、他の種目から放射されるＮＭＲ応答信号に同調させる
ことが出来るが、同じ生物学的なサンプル中にあるＨ２
０分子によって放射されるＮＭＲ応答信号の強度の為に
、他の種目のＮ　Ｍ　Ｒ応答信号は観測出来なくなる。

この為、水分子からの’ＨＮＭＲ応答信号の様な、不所
望の原子核種目からのＮＭＲ応答信号を選択的に除去し
て、他の種目のＮＭＲ応答信号、特に同じ種類の原子核
の他の種目のＮＭＲ応答信号を更に容易に観測出来る様
にする様な手順を提供することが非常に望ましい。

従来技術 ＮＭＲスペクトル中の水応答信号を抑圧することは、過
去数年間活発な活動がなされた１つの分野であった。こ
れまでの所、この為に利用し得る水抑圧方法の大多数は
、大別して２種類になる。

１番目の種類では、選択的な励振又は交差相関方法の内
の１つにより、程度によって差はあるが、水分子の共鳴
を励振することを避けることである。

２番目の種類では、共鳴を励振すると共に、所望の種目
からのＮＭＲ応答信号の収集が行なわれると想定される
時刻に、水分子の応答信号を除去しようとすることであ
る。この除去する試みは、普通は、（１）Ｈｚ　Ｏ共鳴
の選択的な飽和、又は（２）Ｈ２０共鳴を反転し、その
後不所望の共鳴のＮＭＲ応答信号が発生するのに十分な
時間（例えば０．６９３ＸＴ＋）が経過する様にして、
データ収集の際に略振幅Ｏになる様にすることによって
行なわれている。高分解能の分光法に対する現存の水抑
圧方法の概観が、ジャーナル・オブ・マグネティック・
レゾナンス誌第５５巻第２８３頁（１９８３年）所載の
Ｐ、　　Ｊ、ホアーの論文「フーリエ変換核磁気共鳴に
於ける溶媒の抑圧」に記載されている。実際には、こう
いう方法は完全に抑圧するのではなく、進行中の実験を
阻害して、水の共鳴の領域に於けるＮＭＲ応答信号のス
ペクトルを歪める場合が多い。更に、（Ｔ　＋ゼロ方式
を除いて）こういう全ての方法は、水の共鳴の化学シフ
トに対して弁別するものであるから、こういう方法はＮ
ＭＲ像中のＨｚ０のＮＭＲ応答信号を抑圧するのに特に
役立つものではない。

発明の要約 この発明では、互いに結合された同様な原子核を含むサ
ンプルから所望のＮＭＲ信号を求めながら、不所望のＮ
ＭＲ応答信号を抑圧する方法が、各々のＮＭＲ応答信号
を引出す励振信号順序の前に、無線周波（ＲＦ）パルス
を持つパルス副順序を加え、その各々のパルスの位相は
、ＮＭＲスピン系内のスピン・ポピュレーションのゼロ
量子及び多重量子コヒーレンスの内の少なくとも選ばれ
た一方を発生する様に予定の形で選ばれる工程を含む。

水の１Ｈ共鳴の様に、別のスピン共鳴と結合されていな
いスピン共鳴は、ゼロ／多重量子挙動を示さず、従って
ゼロ／多重量子側順序により、異なる強度及び位相にな
る。多重／ゼロ量子コヒーレンスは、直接的に観測する
ことは出来ないが、ゼロ／多重量子コヒーレンス側順序
の後にサンプルに印加される検出パルスに応答して、観
測することが出来る。検出パルス信号及び受信信号の位
相は、単一量子コヒーレンス信号が相殺され、且つゼロ
量子コヒーレンス又は多重量子コヒーレンスの内の選ば
れた一方を持つ信号が積極的に加算される様に操作され
る。この為、単一量子以外の挙動を持つＮＭＲ応答信号
が選択的に検出されると共に、Ｈ２０から出て来る様な
単一量子信号が抑圧される。この所望の抑圧を強化する
為に、ゼロ量子／多重量子励振副順序は、（１）不所望
の、例えば水の共鳴に使われる化学選択性飽和パルス信
号と共に、又は（２）不所望の原子核種目のＴ１応答を
ゼロにする様に予定の形で選ばれたその後の遅延期間（
即ち、遅延時間が不所望の水の中の水素原子核に対する
０、６９３ＸＴ、に等しい）を伴なう反転パルス信号と
共に用いることが出来る。同様に、この他の予備飽和及
び／又は選択性励振方式をこの発明の新規な単一量子以
外のコヒーレンス発生側順序と組合せて、像及びスペク
トルの両方を収集する際のその効果を更に高めることが
出来る。

従って、この発明の目的は、単一量子コヒーレンスを持
つ原子核種目からの不所望のＮＭＲ応答信号を抑圧する
と共に、ゼロ量子又は多重童子コヒーレンスの内の一方
を持つ原子核種目からのＮＭＲ応答信号を強化する方法
を提供することである。

この発明の上記並びにその他の目的は、以下図面につい
てこの発明の詳細な説明する所から、当業者に明らかに
なろう。

不所望のＮＭＲ共鳴応答信号を抑圧するこの発明の方法
が十分に理解される様に、最初に、ＮＭＲ応答信号のス
ペクトル特性を左右する幾つかの要因について幾分簡単
に説明しておく。

最初に第１ａ図及び第１ｂ図について説明すると、一番
簡単な場合、分子が１個の水素原子を持ち、その原子核
の１個の陽子が１／２のスピンを持っている。このスピ
ン１／２の原子核は、他の全ての原子核から孤立してい
る。即ち、結合されていない。磁界の中に置いた時に、
この原子核が取得るエネルギ状態は２つしかない。即ち
、例えば、スピンが下向き又は（−）の状態（状態１）
であって、状態図１０で第１のエネルギ・レベル１０−
１として示すものになるか、或いはスピンが上向き又は
（＋）の状態（状態２）で、第２のエネルギ・レベル１
０−２に示すものになるかである。レベル１０−１及び
１０−２の間の量子遷移１１の１つしか起り得ない。原
子核をエネルギの低いレベル１０−２からエネルギの高
いレベル１０−１に高める為に必要な刺激エネルギＥは
、この原子核がエネルギの高いレベル１０−１からエネ
ルギの低いレベル１０−２へ下降する時に放出されるエ
ネルギＥと同じ大きさであり、一定量Ｅ−ｈ・νである
。こ＼でｈはブランクの定数、νは１個のエネルギｍ子
の周波数π１である。この遷移の正味の磁化は±１であ
るから、単一量子遷移と呼ぶ。単一量子遷移は、ＮＭＲ
像で現在直接的に観測し得る唯一の遷移である。Ｈ２Ｏ
にある２つの陽子は同一であり、その為、その２対のエ
ネルギ・レベルが整合して、許される唯一の遷移１１に
より、遷移に関係する電磁エネルギの周波数スペクトル
１２では、１本のスペクトル線１２ａになる。これらの
原子核の出カスベクトル１２に周波数偏移を招く効果が
あれば、スペクトル１２に他の線が存在しないので、そ
れは他のスペクトル線によってぼけることがないことが
理解されよう。

次に第２ａ図及び第２ｂ図について説明すると、更に複
雑な系では、（脂質又は同様な材料の様な）分子は、１
対の同様な原子を持ち、その原子核が互いに結合されて
いる。この為、各々の原子核が他の全ての原子核から孤
立していない。説明を簡単にする為、各々の原子核が１
／２のスピンを持つと考える。（Ｎ−２）原子核の各々
が取得るエネルギ状態（Ｅ）は２つしかなく、この為、
１対の結合された原子核の組合せは、どんな時でも、取
得るＮＸＥ−２Ｘ２−４個の状態の内の１つにしかなり
得ない。両方の原子核が、状態図１０′の第１のエネル
ギ・レベル１０’−１で示すスピン下向き状態（状態１
）にあるか、第２のエネルギ・レベル１０’−２で示す
様に、第１の原子核がスピン上向き（＋）状態にあり、
第２の原子核がスピン下向き（−）状態にあるか（状態
２）、第３のエネルギ・レベル１０’−３で示す様に、
第２の原子核がスピン上向き（＋）状態にあり、　゛第
１の原子核がスピン下向き（−）状態にある（状態３）
か、又は第４のエネルギ・レベル１０′−４で示す様に
、両方の原子核がスピン上向き（＋）状態にある（状態
４）かである。この時、合計６個の遷移が起り得る。最
初に、考えられる４個の単一遷移を考える一第１の単一
遷移１１′−１（例えばレベル１０’−１と１０’−３
の間）は、第２の原子核だけが関係し、第１の原子核は
スピン下向き（−）状態にあり、エネルギ差Ａを持つこ
とを特徴とし、これに対して第１のスペクトル線１４ａ
が共鳴スペクトル１４内で対応している。今度は第１の
原子核がスピン上向き（＋）状態にある時の同じ第２の
原子核の単一の遷移１１’　−２（例えばレベル１０’
−２と１０’−４の間）は、エネルギ差Ａを特徴として
おり、これに対して第２のスペクトル線１４ｂが対応す
る。

第１の原子核が状態を変える唯一の原子核である場合、
異なる１対の遷移が起る。即ち、第２の原子核がスピン
下向き（−）状態にある様な、第１の原子核だけの単一
の遷移１１’−３（例えばレベル１０’−１及び１０’
−２の間）は、エネルギ差Ｂを特徴としており、周波数
スペクトル１４で第３のスペクトル線１４ｃがこれに対
応している。今度は第２の原子核がスピン上向き（＋）
状態にある時の同じ第１の原子核の単一の遷移１１’　
−４（例えばレベル１０’−３及び１０′−４の間）は
、エネルギ差Ｃを特徴としており、これに対して第４ス
ペクトル線１４ｄが対応する。

この為、遷移１１’−１及び１１’−２の二重子が同じ
（第２）のスピンから生じ、これは結合された（第１の
）スピンの分割作用の為に、中心周波数π２　（スピン
結合による分割作用がない時の、第２の原子核から得ら
れる単一の遷移による１種類の共鳴周波数）を中心とし
て変位していて、スピン−スピン結合定数Ｊの大きさに
よって決定される周波数の隔たりΔＦＡを持ち、周波数
π２に対して略対称的な１対の周波数スペクトル応答線
１４ａ、１４ｂを発生する。同様に、遷移１１′−３及
び１１’−４の二重子が同じ（第１の）スピンから生じ
、これは結合された（第２の）スピンの分割作用の為、
中心周波数π１　（スピン結合の分割作用がない状態で
第１の原子核の単一の遷移によって得られる１種類の共
鳴周波数）を中心として変位していて、やはり結合定数
Ｊの大きさによって決定される周波数の隔たりΔＦＢを
持ち、周波数π１に対して略対称的な１対の周波数スペ
クトル応答線１４ｃ、１４ｄを発生する。これが、ＮＭ
Ｒ像で現在直接的に観測し得る唯一の遷移である。

この他に２つの遷移が起り得る。これらの遷移は、両方
の原子核のスピンが同時に反転することを必要とする。

スピンの磁化の２つの異なる状態の間の相関性がコヒー
レンスとして知られている。

１個の原子核の１回の反転によって発生される単ｉ子コ
ヒーレンスと異なり、複数個の原子核のスピンが同時に
変化することにより、単一量子以外のコヒーレンス、即
ち、Ｏの正味の磁化変化（これをゼロ量子コヒーレンス
と呼ぶ）又は±Ｍ単位の正味の磁化変化（こ＼でＭは１
より大きい整数であり、これを多重量子コヒーレンスと
呼ぶ）を生ずる。１対の原子核の各々が、二重反転事象
より前に他方の原子核のスピンの方向と反対のスピンの
方向を持つ場合（例えば、状態１０’−３で示す様に、
第１の原子核がスピン下向き（−）状態、第２の原子核
がスピン上向き（＋）状態にある場合）、そして夫々が
二重反転事象の後も、他方の原子核と依然として反対の
異なるスピンの方向を持つ場合（例えば、状態１０’−
２に示す様に、第１の原子核が今度はスピン上向き（＋
）状態にあり、第２の原子核がスピン下向き（−）状態
にある場合）、考えられる５番目の遷移１１′−５によ
り、０次量子コヒーレンスが発生される。ゼロ量子遷移
エネルギは、関係する原子核のラーモア周波数の差に対
応するのではなく、化学シフトの差に対応する（即ち、
励振信号の周波数に対する応答信号のピーク・オフセッ
ト周波数）。ゼロ量子遷移は、線拡がり効果（磁界の非
均質性等による）が相殺される為に、特に有用である。

このため、ゼロ量子遷移の線幅は、Ｔ２ｆではなく、１
２時定数によって決定される。１対の原子核の各々が、
二重反転事象の前の、他方の原子核のスピン方向と同一
のスピン方向を持つ場合（例えば、状態１０’−１に示
すように、第１及び第２の原子核が共にスピン下向き状
態にある場合）、そして各々が二重反転事象の後にも他
方の原子核と依然として同じ別のスピン方向を持つ場合
（例えば状態１０’−４に示すように、第１及び第２の
原子核が共にスピン上向き状態にある場合）、考えられ
る６番目の遷移１１’−６により、２次量子コヒーレン
スが発生される。二重量子遷移エネルギは、関係する１
対の原子核のラーモア周波数の和ではなく、正確な励振
送信周波数に対する関連する化学シフトの和に対応する
。この為、こういう０次及び多重次量子コヒーレンスは
比較的低い周波数の応答信号を発生し、これは（スピン
系の横平面内の磁化を発生する単一量子遷移とは異なり
）、現在では直接的に観／ｌ１ｌｌすることが出来ない
。Ｎ個の原子核を持つ系は最大Ｎ次のコヒーレンスを持
ち得る。原子核２個の系では、２次より高次のコヒーレ
ンスは存在し得ない。

次に第３ａ図及び第３ｂ図について説明すると、（単純
な有機物質、例えば乳酸の様な）更に複雑な分子は、各
々の分子内にかなり多数の原子を持つことがある。例と
して云うに過ぎないが、結合された４個の原子を持ち、
ＡＢ３形、即ち１個の原子Ａと３つの同質原子核原子Ｂ
を持つ分子に対する単純化したスピン密度マトリクスを
考える。

磁化状態　　：Ｓ：Ｔ：Ｕ：Ｖ：Ｗ　　：Ｘ　　：Ｙ：
Ｚ：Ｓ：Ｍｌ＝＋３７２．Ｍ２−＋ｌ／２：−−：ｌｅ
：　２：　３：　　ｌａ　：　２　　：　３：　４：Ｔ
二重１−＋１７２．Ｍ２−＋ｌ／２：　　　　：−−：
ｌｅ：　　　２：　　　０　　　：　　　ｌｂ　　：　
　　２：　　　３：Ｕ：Ｍｌ−−１７２，Ｍ２−＋ｌ／
２：　　：　　：−−：ｌｅ：　　ｌ”　：　Ｏ：１ｃ
：　２：Ｖ：Ｍｌ−３／２．Ｍ２−＋１／２：　　　　
：　　　　：　　　　ニー：　　　２　　　　：　　　
１”　　　：　　　旧　１ｄ：Ｗ：Ｍｌ−＋３７２．Ｍ
２−１／２：　　：　　：　　：　　ニー：　　ｉｆ　
：　２：　３：Ｘ：Ｍｌ−＋１／２．Ｍ２−１／２：　
　：　　：　　：　　：　　　ニー：ｌ（’：　　２：
Ｙ：Ｍｌ−１／２．Ｍ２−１／２：　　：　　：　　：
　　：　　　：　　　ニー：１ｔ：Ｚ：Ｍｌ−３／２．
Ｍ２−１／２：　　：　　：　　：　　、　　　、　　
　、　　、　　。

こ＼でスピン密度状態Ｏがゼロ量子コヒーレンスを表わ
し、状態１ａ乃至１ｆは、相異なる６つの単純な単一量
子コヒーレンスを表わし、状態１ゞは組合せ単一量子コ
ヒーレンスを表わし、状態２゜３及び４は夫々二重、三
重及び四重量子コヒーレンス表わす。第３ａ図に別の形
で示されている様に、４つの原子核が、エネルギ・レベ
ル線図１Ｏ″に合計ＮＸＥ＝４Ｘ２＝８個のエネルギ・
レベル１０’−１乃至１０’−８を発生するが、合計２
８個の遷移を持ち得る。こういう遷移全体の中には、原
子・核Ａに対する単純な単一量子遷移の四重子（即ち、
遷移１１’−１乃至１１’−４）、各々の原子核Ｂに対
する単−皿子遷移１１’−５乃至１１’−７の３個１組
（原子核Ａの第１のスピン状態に対し）、原子核Ａの他
方のスピン状態に対する、各々の原子核Ｂに対する単一
量子遷移１１’−８乃至１１’−１０の３個１組、原子
核Ａと３つの原子核Ｂの内の相異なる１つとの同時の反
対向きの反転に関係するゼロ量子コヒーレンスを発生す
る遷移１１’−１１乃至１１’−１３の３個１組、何れ
も正味の単一量子遷移になる様な複数個のスピン反転を
持つ１対の単一量子の組合せ１５−１．１５−２）（原
子核Ａの第１のスピン状態に対して起る）第１の対１６
−１ａ、１６−１ｂ及び（原子核Ａの他方のスピン状態
に対して起る）第２の対１６−１ｃ、１６−１ｄを含む
２対の二重量子コヒーレンスを発生する遷移、４つの組
合せ二重量子遷移１６−１乃至１６−１ａｓ４つの三重
量子コヒーレンスを発生する遷移１６−２ａ乃至１６−
２ｂ、及び（関係する原子核の数Ｎ−４に等しい最高次
である）四重量子コヒーレンスを発生する遷移１６−３
が含まれる。

通常の単一量子コヒーレンスを発生する遷移だけが、直
接的に求めることが出来、且っＮＭＲ作像及び／又は分
光法に利用することの出来る応答スペクトル信号部分を
発生する。この為、４つの単一遷移１１’−１乃至１１
’−４が、原子核Ａの非結合時の共鳴周波数π３を中心
とし、結合定数Ｊの倍数の周波数の隔たり（典型的には
陽子では１．０００Ｈｚ未満）を持つ共鳴スペクトル線
１８ａ乃至１８ｄの４個１組を発生する。原子核Ｂの夫
々３個１組の遷移１１’−５乃至１１’−７又は１１’
−８乃至１１’−１０は、原子核Ｂの共鳴周波数π４を
中心とし、異なる原子核の間のスピン−スピン結合定数
Ｊに関係する周波数の隔たりを持つ二重共鳴スペクトル
線１９ａ、１９ｂ（これらは実際には三重縮退共鳴であ
る）の１つを設定する。種々の原子核の間の空間的な結
合関係が、単一量子以外のコヒーレンスを設定するエネ
ルギ差の大きさを決定するから、残りのコヒーレンスの
内の少なくとも１つから応答データを求め、検査される
生物学的なサンプル中に大量の水等の物質があることに
よる例外的に強い単一量子コヒーレンスによる前に述べ
た問題を避けることが望ましい。

第４図には、（公知の様に、デカルト座標系を持つＮＭ
Ｒ作像／分光装置の夫々ｘＳｙ、ｚ軸に沿って）３個１
組の互いに直交する磁界勾配Ｇ、Ｘ。

Ｇｙ、Ｇ：！を発生する様な核磁気共鳴装置に対する、
単一量子以外のコヒーレンス応答を求める為の現在好ま
しいと考えられる１組の信号波形が示されている。更に
、限定されたサンプル・スライス内にある物質の原子核
を励振する為の無線周波（ＲＦ）信号の振幅特性が磁界
勾配と共に示されている。これらの信号は、単一量子以
外のコヒーレンスを刺激して応答信号を発生するだけで
なく、その応答信号をＮＭＲ装置のＲＦ分光計受信機で
受信する為の準単−量子形式に変換する（真の単一量子
信号自体が相殺される形に変換されるので）。この発明
の方法は、従来公知の大きなグループを成す応答信号を
引出すＮＭＲ順序２２（例えば図示の様な標準形のスピ
ン捩れ形励振順序）のどれより前に、ゼロ量子／多重量
子信号副順序２０を用いる。

この発明の１つの考えでは、副順序２０は、単一量子以
外の遷移周波数によって決定される速度で、スピンの磁
化の位相を正弦状に変化させるのに必要な状態を作る。

その後、所望の単一量子以外のコヒーレンスの瞬時位相
が検出パルスによって変換される。図示の実施例の副順
序は、時刻ｔｏに第１のＲＦ信号２５の前縁２５ａから
始まる。この信号はπ／２又は９０″の信号パルスであ
る。サンプルがパルス状ＲＦ信号２５によって照射され
、３つの磁界勾配は全て振幅が略ゼロである。ＲＦパル
ス信号は略四角の包絡線を持つと共に、基準位相に対し
て、複数個の位相の内の１つに選択的に設定された位相
φａを持っている。

ＲＦ倍信号位相を選択することが出来る様な１つの装置
が、１９８５年９月２３日に出願された係属中の米国特
許出願通し番号第７７９，３３８号に記載されている。

パルス信号２５は時刻ｔ１に後縁２５ｂで略ゼロの振幅
に戻る。２番目のＲＦ信号パルス２７がそれより後の時
刻ｔ４に前縁２７ａを持ち、この信号パルス２７はπ又
は１８０°信号パルスである。このスピン反転ＲＦパル
ス信号も略四角の包路線を持ち、位相φ５を持ってε）
る。位相φｂは、利用し得る複数個の位相の内の独立に
選択された１つである。２番目のＲＦ信号パルスは時刻
ｔ５に後縁２７ｂで終る。２番目のＲＦパルス信号２７
のタイミングは、その時間的な中点２７ｃが、１番目の
ＲＦ信号パルスの時間的な中点２５ｃから大体始まって
持続時間Ｔを持つ第１の期間の終りに来る様になってい
る。

この副順序の期間の持続時間Ｔはスペクトル線の周波数
の差Ｊの逆数に比例する様に、即ちＴ−Ｎ／（４Ｊ）、
（Ｎ−１，３，５・・・）に設定される。

Ｎ−１では、例として結合定数Ｊの範囲が約１゜乃至１
．０００Ｈｚとすると、期間Ｔは約０．２５乃至２５ミ
リ秒の範囲になる。期間Ｔの実際の長さは特に重要では
ない。これは、前に述べた様に、（同等スピン緩和がな
い場合）多重量子コヒーレンスの大きさが、Ｔの関数と
して正弦状に変化するからである。（例えば、単一量子
以外のコヒーレンスの大きさＭＱＣ（ｔ）がＭＱＣ（ｔ
）−ＡＣＯＳ　（ωｔ）で表わされる場合（ｔが単一量
子以外のコヒーレンスが設定されてからの経過時間、ω
が共鳴オフセット周波数（ラーモア周波数以外の）、多
重量子遷移では和、又はゼロ量子遷移では差である）Ｌ
を正の整数（０を含む）として、Ｔ−（２Ｌ＋１）／４
　Ｊである時に最大になる。）３Ｍ目のＲＦ信号２９の
前縁２９ａが時刻ｔ８に発生する。この信号はＲＦ信号
パルスであって、パルス２５の位相に対しである余分の
移相θを持つことが出来るが、そうする様にする必要は
なく、その持続時間はπ／４の倍数Ｋに選び、Ｋ・４５
６の原子核回転効果を持たせる。このＲＦ信号パルスは
、略矩形の包路線を持っていて、それより後の時刻ｔ９
に後縁２９ｂを有する。図示の実施例の副順序では、Ｋ
−２であり、パルス信号２９は９０’ＲＦパルスである
。この３番目のＲＦ信号パルスの時間的な中点２９ｃは
、２番目のパルスの中心２７ｃから、パルスの時間的な
中心２５ｃ及び２７ｃの間の期間Ｔと同じ期間Ｔの大体
終りに発生する様に選ばれる。単一量子以外のコヒーレ
ンスは、共鳴オフセットの程度に対する依存性がある為
に、効率は低下するが、Ｔ−１／４Ｊだけ離れた９０″
パルス２５及び２９だけで構成された副順序によっても
励振することが出来る。

π信号パルス２７を追加することにより、この依存性が
なくなる。この為、パルス２５．２７．２９は単一量子
以外のコヒーレンスを励振するのに役立つが、この後の
スピン捩れ形順序２２は単一量子コヒーレンス形の信号
にだけ作用し得る。単一量子以外のコヒーレンス形の信
号を単一量子コヒーレンス形の信号に変換する方法がな
ければならない。

このπ／２−Ｔ−π−Ｔ−π／２パルス順序にスピン・
ベクトル・モデルを適用すると、スピンエコ一応答信号
が発生され、全てのスピンの磁化は２番目のπ／２ＲＦ
パルス信号によって反転状態になることが予測される。

この結果は、Ｈ２Ｏ中・１Ｈ原子核等の様に、結合され
ていないスピンについてだけ成立する。結合されたスピ
ンでは、挙動が異なる。例えば、この列順序のみに応答
して、エコーが形成されない。更に、普通のスピン舎ベ
クトル・モデルは、スピンが結合された原子核の挙動を
適切に予測するものではない。もとのスピン密度マトリ
クスを適当な回転演算子及びスカラー乗算の作用にかけ
、第２ａ図及び第２ｂ図について説明したのと同様な、
比較的単純なＡＢスピン１／２系に対して第４ａ図乃至
第４ｆ図に示す様な種々のスピン密度マトリクスσ［ｔ
ｌを求めることにより、時間的な解析を行なわなければ
ならない。スピン密度マトリクスσ［１］は方形マトリ
クスであり、１辺に（ｍ＋１）Ｘ　（’ｎ＋１）個の要
素を持っている。ニーでｍ及びｎはＡｍＢｏ系の次数の
添字であり、各々のマトリクス要素は系の初期エネルギ
状態及び最終的なエネルギ状態に考えられる１対の間の
相関性を持っている。時刻ｔ。の列順序２０の始めに、
第１のスピン密度マトリクスσ［ｔｏｌに示す様に、核
スピンは平衡状態にあり、コヒーレンスは存在しない。

スピン密度マトリクスの対角線から外れた全ての要素は
ゼロであり、ゼロでない対角線上の要素は、位置［１，
１１及び［４，４］にあるものだけであり、反対向きの
スピン、例えば水平方向のスピンを持っている。例とし
て位相Ｏｏの第１のπ／２パルス２５に応答して、マト
リクスσ［ｔｏ　］に適当な回転演算子を適用すると、
マトリクスσ［ｔ１］になり、これは単一量子マトリク
ス要素の全部、即ち、要素［１，２］、［１゜３］　、
　［２，１１、［２，４コ　、　［３，１１、［３，４
］、［４，２］及び［４，３］にコヒーレンスが発生さ
れたことを示す。考えられる二重量子要素［１，４］及
び［４，１１は依然として作動されないでいる。パルス
に応答して、全てのコヒーレンスはＹ軸、即ち垂直方向
に沿った磁化に対応していなければならない。この為、
マトリクスの対角線より右側のスピンは上向きであり、
対角線より左側にある像となるスピンは全部下向きであ
る。応答信号は第４ｇ図に示す１対の二重子で構成され
る（信号３４ａ、３４ｂの第１の二重子Ａは単一量子コ
ヒーレンスａ、ｂに夫々対応し、信号３４ｃ及び３４ｄ
の第２の二重子Ｂは夫々単一量子コヒーレンスｃ、ｄに
対応する）。期間Ｔ−１／４Ｊが経過した後、時刻ｔ４
のスピン密度マトリクスσ［ｔ４］が得られる。種々の
コヒーレンスの夫々の位相が変化しており、その絶対的
な位相はその周波数オフセットの関数である。

共鳴の間の間隔Ｊの為、各々の二重子Ａ及びＢ（第４ｇ
図）の成分の間の相対的な位相差は９００のま＼である
。ｉｇｏ’パルス信号２７がスピンの位相を第４ｄ図の
スピン・マトリクスσ［ｔ５］に示す位相に回転させ、
この後の期間Ｔに於けるその発展により、コヒーレンス
が第４ｅ図のマトリクスσ［ｔ８］のＸ軸スピン磁化に
なる。然し、二重子の１つのピークに対応する各々のコ
ヒーレンスは、他方の二重子のコヒーレンスの極性（こ
れはスピン中ベクトル・モデルの反位相磁化と同様なも
のと考えることが出来る）に対して反対の極性を持って
いる。２番目の９０°パルス信号３１が回転演算子とな
り、その結果第４ｆ図のスピン密度マトリクスσ［ｔ９
］になる。

この時、各々の単一量子コヒーレンスの二重子の１対の
成分（例えば、スピン要素３６ａと３６Ｃ１又はスピン
要素３６ｂと３６ｄ）は、反対向きの位相の回転の為、
互いに実質的に相殺する様に操作することが出来る。然
し、今度は二重量子コヒーレンス３８が発生され、π信
号パルス２９が存在する為、その振幅は共鳴オフセット
の量に略無関係である。

この発明の別の考えとして、３番目のこの列順序のパル
ス２９が中断した後に存在する単一量子以外のコヒーレ
ンス信号が、検査されるサンプルに検出ＲＦ信号パルス
を印加することによって、単一量子コヒーレンス状の検
出可能な信号に変換される。このパルスは、単−量子コ
ヒーレンスによって発生された信号の位相を互いに反対
に設定しながら、単一量子以外の信号を受信平面（例え
ばＸ−Ｙ横平面）内に整合させると共に、互いに同相に
整合させる様に作用する。サンプルの一連のこの副順序
／順序の照会により、この副順序のパルス信号の位相が
予定の形（ｐをゼロより大きい整数として、典型的には
２ｐ個の繰返しを持つ）で操作することにより、特定次
数の単一量子以外の信号を積極的に相加わる様にすると
共に、単一量子信号が互いに相殺する様にすることが出
来る。

一般的に、単−量子コヒーレンスによって発生される信
号の相殺の程度は、位相の組合せの数が増加した位相プ
ログラムで増加するが、繰返しプログラムを増加するに
は、完了までの時間を長くすることが必要である。この
様な多重工程位相プログラムに役立つ１つの検出パルス
３１が図示のパルスであり、これは略矩形の包絡線を持
つことが出来、前縁３１ａから始まり、その後、パルス
３Ｉヲ１８０’又はπパルスにするのに十分な時間後に
後縁３１ｂを持つことが出来る。検出パルスの時間的な
中心点３１ｃは、この副順序の３番目のパルスの時間的
な中心２９ｃから選ばれた検出期間Ｔｄ後に発生する。

検出パルス３１は標準的なスピン捩れ形作像順序の始め
イこ使われるスライス選択性ＲＦパルス信号であってよ
いが、更に一般的な実験には、検出パルス３１が終了し
た後の開始時刻ｔ６に始まるスピン捩れ形作像順序２２
を使うことが出来る。

多数の振幅の内の所要の１つを持つＹ軸磁界勾配Ｇｙ信
号４０と所要の振幅を持つＸ軸磁界勾配Ｇ１信号４２が
、作像しようとするサンプルの位相符号化された「縞」
を限定する。この後の１８０°ＲＦパルス信号４４がＺ
軸磁界勾配Ｇ２信号部分のパルス４６ａと共に現れ、作
像しようとするサンプルの横方向スライスを選択する。

５ｉｎＣで変調されたＲＦπパルス、スライスの上下の
縁を比較的明確に限定す゛るのに役立つ。公知の形で、
スピン捩れ形順序には０２位相戻し部分のパルス４６ｂ
を使うことが出来る。この信号は、検出パルス３１によ
って単一量子状の信号に変換された単一量子以外のコヒ
ーレンス信号が、位相外しを含めた同じ効果を全て持つ
様にすることが出来る点で、非常に役に立つことがある
。パルス３１とこの後のスライス選択パルス４４の間の
タイミングは、（ｎ−１）Ｔであるこの期間が、整数個
のサイクル、即ちｑを整数として、ｎＴ＝ｑ＋（１／２
Ｊ）サイクルより大きな（１／２　Ｊ）サイクルの全磁
化回転を持つのに十分になる様にし、応答信号を収集す
る前に、各々の周波数スペクトルの多重子に適正な位相
が復元するようにする。

この為、交番位相であって、その為に反対向きを向いて
いた多重子のスピンが、同じ位相を達成するのに十分な
遅延１／２Ｊを経由する。従って、この結果前られるス
ピンエコ一応答信号５０は、選択パルスの中心時刻ｔ１
より同じ期間ｎＴ後に発生する時刻ｔｙを中心とする。

ＮＭＲ分光計の受信機は、応答期間の中心時刻ｔｙを中
心とする時間的な窓５２の間だけ、サンプル応答信号５
０を受入れる様にゲートするのが有利である。受信した
応答信号の位相を、前に引用した係属中の米国特許出願
に記載されている様な装置を用いて、単一量子応答信号
を相殺して、単−量子以外の応答信号を受信する為にそ
の特使われている多重工程位相サイクル・プログラムの
内の１つによって決定された量だけ、受信機内で移相す
る。単一量子以外の副順序２０及び作像順序２２の２ｐ
個の位相サイクルの繰返しの内の現在の１つの初めと、
こういう繰返しの次のものとの間の繰返し期間Ｔ「があ
る。

２ｐ工程の位相サイクル・プログラムの一番簡単な場合
が、ｐ−１とした２工程プログラムであり、１例は次の
通りである。

工程の番号：φ２５：φ２７：φ２９：φ３１：：φｒ
：１　　　：　　　０：＋９０：　　　Ｑ：　　−：：
　　Ｑ：２　　　　　　　：＋９０：／ど１８０：　　
　＋９０：　　　　−：　・　１８０　：こ＼で全ての
角度φは度数であり、φ、は受信した応答信号に対して
受信機で導入した位相変化である。検出パルスの位相（
φ３、）はこの順序で移相する必要がないことに注意さ
れたい。更に高度に単一量子コヒーレンス信号を相殺す
る数多くのプログラムが考えられる。役に立つＩ）−２
の１つの４工程位相サイクル・プログラム（全ての角度
φはやはり度数）は次の通りである。

工程の番号：φ２５：φ２７：φ２９：φ３１：：φ「
：１　　　：　　　ｏ：＋ｑｏ：　　　Ｏ：　　−：：
　　Ｑ：２　　　　　　：　　＋９０：／１８０：　　
　＋９０：　　　　−：：　　１８０：３　　　：　　
１８０：　　−９ｏ：　　１８０：　　−：：　　Ｑ：
４　　　：　　−９０：　　　Ｑ：　　−９ｏ：　　−
：：　１８０：この他にも多くの位相サイクル・プログ
ラムがある。次数のパラメータｐが増加するにつれて、
その数が増加する。この様なプログラムは多数あるが、
少なくとも１つの位相に１組の初期並びに／又は最終条
件を課すことにより、ｐ−ｔとした、２ｐ“４−１６エ
程の１例の位相サイクル・プログラムが得られる。この
様な１つのプログラムは、全ての角度φを度数を表わし
て、次の通りである。

工程の番号：φ２５：φ２７：φ２９：φ３１：：φｒ
：１　　　：　　　Ｏ：＋９０：　　　Ｏ：　　　０：
：　　Ｏ：２　　　：　　　０：　　＋９０：　　　０
：　　＋９０：：　−９ｏ：３　　　　　　：　　　　
０：　　　＋９０：　　　　　０：　　　１８０：：　
　１８０：４　　　：　　　０；　　＋９０：　　　０
：　　−９０：：　＋９０：５二＋９０：１８０：＋９
０：０：：Ｑ：６　　　：　　＋９ｏ：　　１８０：　
　＋９０：　　＋９０：：　−９０ニア　　　：　　＋
９０：　　１８０：　　＋９０：　　１８０：：　１８
０：８　　　：　　＋９０：　　１８０：　　＋９０：
　　−９０：：　＋９０：９　　　：　　１８０：　　
−９ｏ：　　１８０：　　　０：：　　０：１０　　　
：　　１８０：　　−９０：　　１８０：　　＋９０：
：　−９０：１１：１８０ニー９０：１８０：１８０：
二１８０：１２　　　：　　１８０：　　−９０：　　
１８０：　　−９０：：　＋９０：１３　　　：　　−
９ｏ：　　　Ｑ：　　−９ｏ：　　　Ｏ：：　　Ｑ：１
　４　　　　　　：　　−９ｏ：　　　　Ｑ：　　−９
ｏ：　　＋９０：：　　＋９０：１５　　　：　　−９
ｏ：　　　０：　　−９０：　　１８０：：　１８０：
１６　　　：　　−９０：　　　Ｑ：　　−９０：　　
−９０：：　＋９０：こういう各々の位相サイクル・プ
ログラムで、後の励振によって得られた応答信号を（受
信して処理した後）前の励振から得られた応答信号（既
に受信して処理しである）から減算する。ｐ−１の２工
程プログラムでは、２番目の応答を収集し、最初に収集
された応答から減算する。単一量子コヒーレンスには移
相は何の影響もないから、それらの同様な応答が減算に
よって実質的に相殺される。偶数次の多重量子コヒーレ
ンスが励振順序の９０″の移相によって反転されるから
、多重量子コヒーレンスを経由したスピンからの応答信
号は、前の応答信号及び後の応答信号を減算する時に、
組合さる。位相が異なる２つより多くの副順序を持つ位
相サイクル・プログラムを使うことが、パルスの不完全
さの影響を最小限に抑える為に通常要求される。この発
明では、ｐ−６まで（即ち６４工程まで）の上に述べた
位相サイクル・プログラムを及び同様な位相サイクル・
プログラムを使って、多重量子信号フィルタを求めた。

ｐ−５（即ち３２工程）フィルタを用いて、隣接した水
をベースとする１Ｈ応答信号の典型的な排除率が約２，
５００倍、時＋、：ハ１３．　０００倍と云つ様に高く
することが出来た。ｐ−９又はそれ以上にした更に長い
プログラムも、必要に応じて、計算して使うことが出来
ることを承知されたい。

ＮＭＲ装置の中心軸線（今の場合はＺ軸）に沿った磁界
勾配（今の場合は勾配Ｇ：りに、信号パルス５６．５８
で表わされる様な１対のパルス信号を追加して、引出そ
うとするコヒーレンスの次数Ｎを選択することが出来る
。１番目の磁界勾配パルス５６は、時間的には、引出し
期間の終りに、但し検出パルス３１の前に発生する様に
定める。

この為、パルス５６は時間的にはＲＦ信号パルス２９及
び３１の間にある。パルス５６の前縁は、順序の１番目
のＲＦ信号パルスの後縁２９ｂが発生する時刻ｔ９より
後の時刻ｔ。に発生する。１番目のＧ：！パルスの後縁
５６ｂは後の時刻ｔｄに終了する。時刻１ｄは、検出パ
ルスの前縁３１ａが発生する時刻ｔｅより前である。２
番目の磁界勾配パルス５８は、時間的には、検出パルス
３１より後、但し作像順序２２の初めより前に発生する
様に定める。パルス５８は前縁５８ａがら始まるが、こ
れは、検出パルスの後縁３１ｂが発生ずる時刻ｔｆより
後の時刻ｔ９に発生する。２番目の０２パルスの後縁５
８ｂはそれより後の時刻ｔｈに終了するが、これは主作
像順序２２が開始する時刻ｔｓより前である。２番目の
パルス５８の振幅と持続時間の積は、１番目のパルス５
６の振幅と持続時間の積のＮ倍である。Ｎ次量子コヒー
レンスを持つスピンだけが検出される。これは他の次数
の全てのスピンが位相外れになるがらである。

理論的には不必要であるが、現実のＮＭＲ作像装置では
、中心軸の磁界勾配（例えばＺ軸に沿った勾配Ｇ：りに
、ＲＦ信号πパルス２７に対して対称的に配置して、信
号パルス６０．６２によって表わされる様な釣合った１
対のパルス信号を追加するのが役立つことが判った。こ
ういうパルスを用いて、横方向（例えばＸ−Ｙ）平面内
の擬似的な磁化等の影響を除くことが出来る。こういう
影響は、再集束パルス２７が完全に矩形でないこと等に
よって起ることがある。即ち、１番目の０７Ｌパルス６
０は、１番目のπ／２パルス２５が終る時刻ｔ１より後
の時刻ｔ２に前縁６０ａを持ち、πパルス２７が開始す
る前の時刻ｔ３に後縁６０ｂを持っている。この為、パ
ルス６０の持続時間は（ｔ３　　　ｔｚ）である。これ
は２番目のパルス６２と略同じ持続時間である。２番目
のパルスの前縁は、πパルス２７が終了する時刻ｔ５よ
り後の時刻ｔ６であり、後縁６２ｂは、Ｋ・π／４パル
ス２９が始まる前の時刻ｔ７である。両方ノハルス６０
．６２は略同じ振幅を持っている。

単一量子以外のコヒーレンスの変調により、そのコヒー
レンスからの信号が減衰したり、或いは失われることが
ある。減衰の程度は、前に述べた様に、パルス２５，２
７．２９の時間関係の関数として変化する。この順序の
単一量子以外のコヒーレンスを発生する部分の終り（例
えばＫ・π／４パルスの終り）とその後の作像順序の間
の期間内に、単一量子以外のエコー信号を形成する為の
再集束効果を用いることが出来る。検出パルスより前に
再集束パルスを置くことによって、多重量子エコー中の
時刻に検出パルスを印加することが出来る様にし、こう
して最大限のコヒーレンスを検出することが出来る様に
するのがを利である。

この発明では、理論的には必要ではないが、或いは上に
述べた方法を実際に利用するのに不可欠ではないが、引
出し期間Ｔｄ中の再集束用のπＲＦ信号パルス６４が単
一量子以外の遷移を位相戻しして、時刻ｔｅに於けるそ
の位相が時刻ｔ９に於ける位相と略同じである様にし、
こうして励振共鳴周波数のオフセットに依存する位相誤
差を除くことが出来ることが判った。即ち、パルス６４
の前縁６４ａはこの副順序の２番目のπ／２パルス２９
が終る時刻ｔ９より後の時刻ｔａにあり、後Ｒ６４ｂは
検出パルスの前縁３１ａより前の時刻ｔ、にある。再集
束パルスの時間的な中点６４ｃと２番目のパルスの時間
的な中点２９ｃの間の期間Ｔｃは、期間Ｔｄの半分にす
るのが理想的である。今説明している実施例では、信号
パルス６４は最初の位相戻しパルス２７の位相と略同じ
位相を持っているが、考えられるある位相サイクル・プ
ログラムでは、パルス信号６４の位相を段階的に変える
ことが出来る。

次に第５ａ図及び第５ｂ図について説明すると、Ｐ＋　
　（π／２＋α）−Ｔ−π−Ｔ−Ｐ２　　（π／２＋β
）の副順序によって発生された二重量子コヒーレンス（
第５ａ図）及び単一量子コヒーレンス（第５ｂ図）の正
規化された量が、パルスＰ１（縦軸７０に示す）のはじ
き角度誤差（α）及びパルスＰ２　　（横軸７１に示す
）のはじき角度誤差（β）の回転効果の関数として、グ
ラフに示されている。こ＼でＴ−１／４Ｊである。即ち
、二重量子コヒーレンスの二は、Ｐ＋　−９０’及びＰ
２−９０°　（即ち、α−β−θ″の点７２）で最大で
あり（即ち１．０の正規化された振幅を持つ）が、振幅
は中位のはじき角度誤差にあまり影響されない。−谷内
側の輪郭線７３ａ上又はその中でのはじき角度Ｐ１及び
Ｐ２のあらゆる組合せに対し、依然として５／６　（０
，８３３・・・）未満の二重量子コヒーレンスの振幅が
得られる。他の輪郭線７３ｄ乃至７３ｅに関連した二重
量子コヒーレンスの振幅を記入しである。振幅が０．　
５に減少するまでには、比較的大きなはじき角度誤差が
必要であることが判る。第５ｂ図では、単一量子コヒー
レンス応答信号の振幅が、縦軸７４に示したはじき角度
誤差α及び横軸７５に示したはじき角度誤差βの組合せ
に対してグラフとして示されているが、単一量子コヒー
レンス信号の最小（略ゼロの）振幅が、中心点７６ａ　
（Ｐ＋　−π／２−９０″、Ｐ２−π／２−９０”）で
得られ、この時α−β−０＠であり、二重量子コヒーレ
ンス信号が最大であることが判る。最小の単一量子コヒ
ーレンス応答は他の点７６ｂ乃至７６ｅでも得られるが
、これらの４つの点は何れも、はじき角度の両方ではな
いとしても、少なくとも一方がＯ″又は１８０’である
ことを必要とし、こういう角度では、二重量子コヒーレ
ンス応答信号の関連する振幅が実質的にゼロである。単
一量子コヒーレンス応答信号の振幅輪郭線７８ａ乃至７
８ｄは、こういう応答が、一方のはじき角度が９０’で
あり、他方のはじき角度が００又は１８０°である点７
９ａ乃至７９ｄでだけ、０．５の正規化された最大値に
達することを示している。この副順序によっては、目に
つく様な二のゼロ量子コヒーレンス応答信号が発生され
ない。

第６ａ図及び第６ｂ図には、Ｐ２をパルスＰ１の位相に
対して９０°移相したＰ＋　　（π／２＋α）−丁−π
−ＴＰ２（π／２＋β）の副順序によって発生されるゼ
ロ量子及び二重量子コヒーレンス（第６ａ図）及び単一
量子コヒーレンス（第６ｂ図）の正規化した量が、パル
スＰ１のはじき角度誤差（α）（縦軸８０に示す）及び
パルスＰ２のはじき角度誤差（β）（横軸８１に示す）
の回転効果の関数としてグラフに示しである。点８２ａ
−１（又は８２ａ−２）に於けるＰｉ−ｙｒ／２−９０
０１及びに−１として、Ｐ２−π／４−４５°　（又は
に−３として、Ｐ２−３π／４−１３５＠）の所望のは
じき角度により、ゼロ及び二重量子コヒーレンス応答信
号の正規化された最大値が０．５になる。第５ａ図及び
第５ｂ図のπ／２−Ｔ−π−Ｔ−π／２副順序（この場
合、２番目のπ／２信号の位相は２番目のπ／２信号パ
ルスの位相と同じであった）と異なり、このπ／２−Ｔ
−π−Ｔ−π／４副順序により、略同量のゼロ量子及び
二重量子コヒーレンスが発生される。この為、ゼロ量子
コヒーレンス応答の信号対雑音比は、対応する二重量子
コヒーレンス応答の信号対雑音比の半分である。他のあ
らゆる種類のコヒーレンスは拡がるが、ゼロ量子遷移は
均質でない磁界によって拡がることがないから、ホモス
ポイル・パルス５６（第４図参照）を（例えばに−１と
して、π／４パルス２９の後に）使って、ゼロ量子コヒ
ーレンス応答信号の大きさに実質的に影響せずに、望ま
しくない単−量子及び多重量子コヒーレンス応答信号を
破壊することが出来る。線８２ｂに沿って発生される単
一量子以外のコヒーレンス応答信号の大きさが実質的に
ゼロになり、Ｐ１パルスのはじき角が略π／２−９０”
に等しいことに注意されたい。輪郭線８４ａ乃至８４ｅ
の大きな卵形パターンは、ＰＩのはじき角度の比較的大
きな誤差α及びはじき角度Ｐ２のそれより幾分小さい誤
差βがあっても、単一量子以外の所望のコヒーレンス応
答信号の振幅に目立った減少がないことを示している。

第６ｂ図では、はじき角度誤差αを縦軸８５、はじき角
度誤差βを横軸°８６に示しであるが、この図に示す様
に、この副順序によって発生される単一量子コヒーレン
ス応答信号は予想点８７ａ−１及び８７ａ−２で（Ｐ＋
−π／２及びＰ２−π／４又は３π／４で、単一量子以
外のコヒーレンス応答信号の振幅が最大になる点で）、
並びにゼロ振幅線８７ａの全体に沿って、及び点８７ａ
−２及び８７ａ−３で、振幅が略ゼロである。単一量子
コヒーレンス応答信号は点８８ａで振幅０．７０７・・
・の正規化された絶対最大値を持ち、１対の点８８ｂ、
８８ｃで振幅０．　５を持つ相対的な極大値を持ってい
る。

第７ａ図及び第７ｂ図を見れば、主たる静磁界が１．５
テスラである研究用ＮＭＲ装置で、前に引用した係属中
の米国特許出願の位相操作装置を用いて収集された像に
対する、これまで説明した方法の実用的な利点が理解さ
れよう。この順序の２ｐ個の相異なる位相の組合せの内
の１つで励振する為に、同相又は反対位相である多重量
子コヒーレンスが発生される。各々の同相応答で収集さ
れたデータを第１のデータ・バッファに加算し、これに
対して各々の反対位相応答で収集されたデータを第２の
バッファに加算する。２つのバッファの内容を加算すれ
ば、単一量子コヒーレンス信号が残るが、多重量子コヒ
ーレンスの位相特性を持つ信号が相殺される。２つのバ
ッファの内容の減算によって、単一量子応答信号が抑圧
され、多重量子成分が残る。

１対のファントムを作った。第１のファントムは着色し
た（ＣｕＳＯ４をドープした）水を入れたバイアルであ
り、第２のファントムは、脂質擬似体（機械用軽油）を
大体半分溝たしたポリエチレンびんである。１対のＭＱ
Ｃパルス２５．２９、再集束パルス２７及び検出パルス
３１を持つ多重量子フィルタ副順序を先行させたスピン
捩れ形パルス順序を用いて、これらのファントムの作像
をした。１０Ｈｚの結合定数Ｊを仮定したが、この結果
パルス間遅延Ｔは約２５ミリ秒になる。両方のスピン捩
れ形作像順序で約３５ミリ秒の遅延期間Ｔｄを用いた。

順序を繰返し間隔Ｔ２）は６００ミリ°秒にした。一番
簡単な２工程（ｐ−１）の位相サイクルを用いた。

第７ａ図の写真に示す加算像は、単一量子コヒーレンス
を示すスピンから得られた情報を示している。像９１は
、水のファントム中の結合されていないスピンによるも
のと思われる。油は結合されたスピン及び結合されてい
ないスピンの両方を持つ原子核で構成されているから、
この写真には油像９２が現れている。油サンプル中にあ
る結合されていないスピンの数は比較的少ないから、氷
像がずっと強いことが判る。第７ｂ図の差像は、結合さ
れているスピンだけを表示の為にフィルタにかけた時、
氷像９３が実質的に消え（この場合は１／１００以下に
抑圧され）、これに対して油像９４は、それ以上ではな
いとしても同じ位に明白である。

第７ｃ図には、健康な成人のボランチアの前脚の横断面
の多重量子フィルタ像の写真が示されている。実験の条
件は第７ａ図及び第７ｂに使った条件と同様であるが、
Ｔｒは１．ＯＯＯミリ秒に長くした。和像９５は、筋肉
部分と脂肪成分にある両方の結合されていない水からの
相加的な応答をはっきりと示している。差像９６では、
単一量子の水応答信号が排除され、実質的に多重量子の
脂質及び骨髄の応答信号だけが目に見える情報に寄与す
る。

例として、量子コヒーレンスを発生することによって、
ＮＭＲ作像及び／又は分光法で望ましくない共鳴を抑圧
する為のこの発明の方法並びにパルス順序の幾つかの実
施例を説明したが、当業者には、これまでの説明から種
々の変更が考えられよう。従って、この発明の範囲が、
こ＼に具体的に説明した細部及び道具によって制限され
ず特許請求の範囲のみによって限定されることを承知さ
れだい。

【図面の簡単な説明】

’１５１８図及び第１ｂ図は、結合されていないスピン
１／２の原子核のスピン状態線図とこのスピンのＮＭＲ
応答特性を周波数領域で示す振幅のグラフ、 第２ａ図及び第２ｂ図は１対の結合されたスピン１／２
の原子核のスピン状態線図と、この１対のスピンのＮＭ
Ｒ応答特性を周波数領域で示す振幅のグラフ、 第３ａ図及び第３ｂはＡＢ３スピン系内の４個のスピン
１／２の原子核のスピン状態線図とこのＡＢ３スピン系
のＮＭＲ応答特性を周波数領域で示す振幅のグラフ、 第４図はこの発明の現在好ましいと考えられる実施例の
単一量子以外のコヒーレンスを発生する副順序及びそれ
と共に使われるスピン捩れ影信号作像順序中の磁界勾配
、無線周波励振信号、データ収集信号及びゲート信号の
時間軸を合せた１組の信号波形図、 第４ａ図乃至第４ｆ図は１組のスピン密度マトリクスを
示す図で、第４図の順序の選ばれた時刻に於けるＡＢス
ピン系の状態を示す。 第４ｇ図は第４ｂ図のスピン密度マトリクスから予想さ
れる応答の周波数領域と振幅のグラフ、第５ａ図及び第
５ｂはＡＢスピン系に対し、第１及び第２の９０ＲＦパ
ルス信号のはじき角度に誤差の種々の大きさを用いた時
の、第４図の励振側順序から得られる二重量子及び単一
量子コヒーレンス信号の夫々の量を示す線図、 第６ａ図及び第６ｂ図は同じ励振側順序であるが、第２
のＲＦパルス信号の位相を９０”変更した場合のゼロ量
子／二重量子及び単一量子コヒーレンス信号の夫々の量
を示す線図、 第７ａ図及び第７ｂ図は同じ原子核の異なる種目の百分
率が高いファントム物体から発生されたＮＭＲ像の写真
（Ｘ線写真に相当するものであり、図面代用写真を提出
する。）で、多重量子フィルタ作用を行なうこの発明の
方法によって得られる可視効果が相対的に異なる特性を
例示している。 第７Ｃ図はボランチアである被検体の前脚の１対の横方
向の図を示す写真で、多重量子コヒーレンスを持つ所望
の原子核種目の応答を強調する為に、単一量子コヒーレ
ンスを持つ望ましくない核物質種目の含有回が高い組織
からの応答を除くこの発明の効果を例示している。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）互いにスピン結合された原子核を含むサンプルから
   受取ることが出来る所望のＮＭＲ信号を求めながら、核
   磁気共鳴（ＮＭＲ）作像で不所望の応答信号を抑圧する
   方法に於て、 （ａ）励振信号順序に応答してサンプルからＮＭＲ応答
   信号を引出し、 （ｂ）各々のＮＭＲ励振信号順序の前に、サンプル内の
   選ばれたスピン結合系のスピン・ポピュレーションのゼ
   ロ量子及び多重量子コヒーレンスの内の少なくとも選ば
   れた一方を発生する様に予定の形で選ばれた信号副順序
   を加え、 （ｃ）該信号副順序中に少なくとも１つの検出信号を用
   いて、前記少なくとも一方の選ばれたコヒーレンスをサ
   ンプルから受信することが出来る所望のＮＭＲ応答信号
   に変換すると同時に、サンプルからの全応答信号中に存
   在する少なくとも１つの単一量子コヒーレンス信号の最
   終的な応答振幅を実質的に減少させ、 （ｄ）前記少なくとも一方の選ばれたコヒーレンスに応
   答してサンプルの像を発生する工程を含む方法。 ２）特許請求の範囲１）に記載した方法に於て、各々の
   ＮＭＲ励振信号順序の前に信号副順序を加える工程（ｂ
   ）が、略９０°の持続時間を持つ第１のＲＦ磁界パルス
   信号を発生し、Ｋを０より大きい正の整数として、Ｋ・
   ４５°の持続時間を持つ第２のＲＦ磁界パルス信号を発
   生し、前記９０°パルス信号及び前記Ｋ・４５°パルス
   信号の時間的な中点の間に、ＴをＮ／（４Ｊ）に略等し
   くし、Ｎを正の奇数、Ｊを所望のスピン系のスピン−ス
   ピン結合定数として、２Ｔに略等しい期間を設けること
   を含み、前記信号副順序中に少なくとも１つの検出信号
   を用いる工程が、前記Ｋ・４５°パルス信号の時間的な
   中点から１／（２Ｊ）に略等しい検出期間Ｔ＿ｄ後に発
   生する時間的な中点を持つ、持続時間が略９０°のＲＦ
   磁界パルス信号として前記検出信号を発生することを含
   む方法。 ３）特許請求の範囲２）に記載した方法に於て、工程（
   ａ）の前記ＮＭＲ応答信号を引出す励振信号順序が、ス
   ライス選択性ＲＦ磁界パルス信号を用い、更に、Ｎ及び
   ｑを夫々正の整数として、前記検出信号の時間的な中点
   からｎＴ＝ｑ＋（１／２Ｊ）後の期間に、前記スライス
   選択性ＲＦパルス信号の時間的な中点を位置ぎめする工
   程を含む方法。 ４）特許請求の範囲３）に記載した方法に於て、スライ
   ス選択性ＲＦ信号をｓｉｎｃ変調形ＲＦ搬送波信号とし
   て発生する工程を含む方法。 ５）特許請求の範囲２）に記載した方法に於て、更に、
   前記第１及び第２のＲＦパルス信号の時間的な中点の間
   の略中点にある時間的な中点を持ち、持続時間が略１８
   ０°の再集束ＲＦパルス信号を発生する工程を含む方法
   。 ６）特許請求の範囲５）に記載した方法に於て、ゼロ量
   子コヒーレンスによる応答を求め、更に、整数Ｋ＝１に
   設定して、第２のＲＦパルス信号が略４５°の持続時間
   を持つ様にする工程を含む方法。 ７）特許請求の範囲６）に記載した方法に於て、更に、
   ＮＭＲ装置の静磁界中に磁界勾配が実質的に存在しない
   状態で、前記第１、第２、再集束及び検出ＲＦパルス信
   号の全てを発生する工程を含む方法。 ８）特許請求の範囲５）に記載した方法に於て、多重量
   子コヒーレンスによる応答を求め、更に、整数Ｋ＝２に
   設定して第２のＲＦパルス信号が略９０°の持続時間を
   持つ様にする工程を含む方法。 ９）特許請求の範囲８）に記載した方法に於て、更に、
   ＮＭＲ装置の静磁界中に磁界勾配が実質的に存在しない
   状態で、前記第１、第２、再集束及び検出ＲＦパルス信
   号の全てを発生する工程を含む方法。 １０）特許請求の範囲８）に記載した方法に於て、更に
   、ＮＭＲ装置の静磁界と平行な方向に、前記勾配磁界中
   に第１及び第２のパルス信号を用い、第１の磁界勾配パ
   ルス信号は、振幅及び持続時間の第１の積を持つと共に
   、発生する時間的な位置が前記第２のＲＦパルス信号よ
   り後で、前記検出ＲＦパルス信号より前になる様にし、
   Ｎを１より大きい多重量子次数を表わす整数として、第
   ２の磁界勾配パルス信号は、前記第１の磁界勾配パルス
   信号の振幅と持続時間の積のＮ倍の振幅と持続時間の積
   を持つと共に、発生する時間的な位置が検出ＲＦ信号パ
   ルスより後でＮＭＲ順序の開始より前である方法。 １１）特許請求の範囲１０）に記載した方法に於て、更
   に、ＮＭＲ装置の静磁界と平行な方向に第１及び第２の
   追加の磁界勾配パルス信号を用い、各々の追加の勾配パ
   ルス信号は略同じ振幅Ｍを持ち、第１の追加のパルス信
   号は第１のＲＦパルス信号より後且つ再集束ＲＦパルス
   信号より前に発生させると共に、再集束パルスの時間的
   な中点より時間Ｔ＿ｇだけ前の時間的な中点を持つ様に
   し、第２の追加のパルス信号が再集束ＲＦパルス信号よ
   り後且つ第２のＲＦパルス信号より前に発生すると共に
   、時間的な中点が、再集束パルスの時間的な中点から同
   じ時間Ｔ＿９後になる様にする工程を含む方法。 １２）特許請求の範囲１１）に記載した方法に於て、更
   に、略１８０°の持続時間を持つと共に、時間的な中点
   が、第２のＲＦパルス信号及び検出ＲＦパルス信号の時
   間的な中点の間の大体中点の時刻Ｔ＿ｃになる第２の再
   集束パルスＲＦ信号を用いる工程を含む方法。 １３）特許請求の範囲１０）に記載した方法に於て、更
   に、略１８０°の持続時間を持つと共に、時間的な中点
   が第２及び検出ＲＦパルス信号の時間的な中点の間の大
   体中点の時刻Ｔ＿ｃに発生する第２の再集束１８０°パ
   ルス信号を用いる工程を含む方法。 １４）特許請求の範囲８）に記載した方法に於て、更に
   、ＮＭＲ装置の静磁界と平行な方向に第１及び第２の追
   加の磁界勾配パルス信号を用い、各々の追加の勾配パル
   ス信号は略同じ振幅Ｍを持つ様にし、第１の追加のパル
   ス信号は第１のＲＦパルス信号より後且つ再集束ＲＦパ
   ルス信号より前に発生して時間的な中点が再集束パルス
   の時間的な中点より時間Ｔ＿ｇだけ前になる様にし、第
   ２の追加のパルス信号は再集束ＲＦパルス信号より後且
   つ第２のＲＦパルス信号より前に発生して、時間的な中
   点が再集束パルスの時間的な中点より同じ時間Ｔ＿ｇ後
   になる様にする工程を含む方法。 １５）特許請求の範囲１４）に記載した方法に於て、更
   に、略１８０°の持続時間を持ち、時間的な中点が第２
   及び検出ＲＦパルス信号の時間的な中点の間の大体中点
   である時刻Ｔ＿ｃに発生する第２の再集束パルスＲＦ信
   号を用いる工程を含む方法。 １６）特許請求の範囲８）に記載した方法に於て、略１
   ８０°の持続時間を持つと共に、時間的な中点が第２及
   び検出ＲＦパルス信号の時間的な中点の間の大体中点の
   時刻Ｔ＿ｃに発生する第２の再集束ＲＦパルス信号を用
   いる工程を含む方法。 １７）特許請求の範囲２）に記載した方法に於て、基準
   位相に対する第１及び第２のＲＦパルス信号の位相、及
   びサンプルから引出されたものであるが、検出する前の
   応答信号の位相の複数個（ｐを０より大きい正の整数と
   して、２＾ｐ）の異なる組合せに対し、前記信号副順序
   と励振信号順序を用いる工程を繰返し、各々の位相は、
   検出されたサンプルの応答中の少なくとも１つの単一量
   子応答信号を実質的に相殺する様に選ばれた予定のパタ
   ーンで、夫々量φ＿ａ、φ＿ｂ、φ＿ｒだけ移相する工
   程を含む方法。 １８）特許請求の範囲１７）に記載した方法に於て、ｐ
   が１０より小さい方法。 １９）特許請求の範囲２）に記載した方法に於て、更に
   、検出信号及び受信した応答信号を含めて、励振信号順
   序の少なくとも１つの信号の位相を変え、変えた位相を
   操作して、単一量子コヒーレンス信号が実質的に相殺さ
   れる様にすると同時に、ゼロ量子コヒーレンス及び多重
   量子コヒーレンスの選ばれた一方に関連する受信した応
   答信号の成分が積極的に加算される様にする工程を含む
   方法。 ２０）特許請求の範囲１）に記載した方法に於て、更に
   検出信号及び受信した応答信号を含めて、励振信号順序
   の少なくとも１つの信号の位相を変え、変えた位相を操
   作して、単一量子コヒーレンス信号が実質的に相殺され
   る様にすると同時に、ゼロ量子コヒーレンス及び多重量
   子コヒーレンスの選ばれた一方に関連する受信した応答
   信号の成分が積極的に加算される様にする工程を含む方
   法。