JPS6231295B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は核磁気共鳴（NMR）技術による試料
調査乃至分析方法に関する。

このような技術を用いる従来方法では、得られ
る結果は、調査乃至分析しようとする試料の平均
的特性に関するものである。

しかし乍ら、最近、試料の異なる部分の特性を
別々に識別し得、不均質試料内における核スピン
密度及び核スピンの緩和時間等の物理量の分布に
関する情報を得ることができる方法に対する関心
が高まつている。

このために適する方法の一つは、例えば米国特
許No.4015196号明細書に開示されている。更にこ
の種のある方法の詳細は、本発明者の論文である
雑誌ジヤーナル・オブ・アプライド・フイジクス
（Journal of Applied Physics）第47巻、3709〜
3721ページに開示されている。

この種の方法においては、ラジオ周波数（ｒ
）エネルギを調べようとする試料に照射すると
共に規則的に変動する不均質成分を有する磁場を
核試料にかけることによつて試料中に核磁気共鳴
を生ぜしめる。尚、この場合用いられた磁場は、
試料の局所領域において時間的に実質的に不変で
あり、試料の他の全ての部分において時間的に変
動するものである。局所領域の核磁気共鳴に関す
る情報は、磁気共鳴の結果として試料から受信さ
れる信号から導出される。

前記のこのタイプの方法では、局所領域は、ほ
ぼ点、線（通常は直線である）又は面（通常は平
面）であり、即ち、三次元、二次元又は一次元に
おいて各々局所化され得る。この三つのうちの最
後の場合、磁場の前記変動成分は、適切な面でゼ
ロになるように構成される。一方他の二つの場
合、前記変動成分は、異なる時間依存を有し、適
当な線又は点で相交わるような異なる面（通常直
交平面）においてゼロになるように構成された二
つ又は三つの副次成分からなる。前述の文献にお
いて、最も詳細に記述されているケースは、局所
領域がほぼ点である場合であるが、この場合一度
に試料から得られる情報は唯一つの点に関するも
のである故、試料中の目的とする物理量の空間分
布の調査のためには比較的長い時間がかかるとい
う欠点がある。

一方前記論文には、一次元以上の局所領域の情
報を実質的に同時に得るべく、夫々が異なる周波
数に同調された数個の位相検波器を用いることが
示唆されているけれども、試料中の異なる領域の
夫々に対応する複数の位相検波器を用いるように
した場合、位相検波器を有する複数の検出チヤネ
ルの増幅等に関する特性を合わせる必要があり、
正確な調査乃至測定が容易には行なわれ難い。

本発明は前記した点に鑑みなされたものであ
り、その目的とするところは、夫々が異なる周波
数に同調された数個の位相検波器を用いて複数の
周波数成分を含む定常状態自由歳差運動（SFP）
信号の検出を行なう方法と比較して、試料中の核
スピン密度の空間分布等の正確な調査乃至測定が
容易に行なわれ得るのみならず、従来のFID信号
を検出する方法と比較して、試料中の核スピン密
度の空間分布等を短時間で調査し得る試料調査方
法を提供することにある。

本発明によれば、この目的は、 試料に磁場をかけたまま該試料にラジオ周波数
のエネルギを照射するとによつて、試料中の所与
の核種に核磁気共鳴を生ぜしめることからなる試
料の調査方法であつて、 前記磁場は、 試料のうち、所与の方向に平行に伸延している
線又は面の近傍に位置するある局所領域において
時間的に実質的に不変であり、試料の他のすべて
の部分において時間的に変動するような規則的に
変動する不均質磁場成分と、 前記局所領域の少なくとも一部において、磁場
が、従つてまた前記所与の核種の共鳴周波数が前
記所与の方向の距離と共に単調に（好ましくは直
線色に）変化するような静的な不均質磁場成分と
を有しており、 前記ラジオ周波数のエネルギは、同一周波数の
振動の強いバーストによつて形成されており、且
つパルス間隔と比較してパルス幅の短いパルス
を、規則的に繰り返してなるパルス列の形態であ
り、 このパルス列は、 前記ラジオ周波数エネルギの周波数スペクトル
の少なくとも一部が、前記局所領域の前記少なく
とも一部にある前記所与の核種の共鳴周波数の範
囲に少なくとも一部に一致し、 共鳴核種から定常状態自由歳差運動信号（SFP
信号）を生ぜしめるように、パルス間隔が、試料
中に存在する前記所与の核種の原子核のうち少な
くともいくつかのもののスピン・スピン緩和時間
と比較して短く、且つ 試料の前記他の部分において、一パルス間隔の
間の磁場の平均値が、一つのパルス間隔と次のパ
ルス間隔とで実質的に変化する ような特性を有しており、 前記方法は、更に、 各周波数成分が前記所与の方向に沿つて分布し
ている前記局所領域の異なる部分に存在する共鳴
核種の核スピン密度に依存する振幅を有するSFP
信号を試料から受信すること、（ここで、局所領
域がほぼ線である場合、前記の異なる部分は夫々
該線上の異なる点に対応しており、局所領域がほ
ぼ面である場合、前記異なる部分は、夫々、該面
内に位置し且つ前記所与の方向に対して直角な方
向に伸延している線に対応する）、 少なくとも一つの検出信号を生成するために、
前記受信信号のコヒーレント検出を行なうこと、
及び 継続的な一連のパルス間隔の間、該パルス間隔
において継続的な一連の等しい小間隔のうちの各
小間隔毎に前記検出信号のサンプリングを行な
い、夫々のパルス間隔中の対応する小間隔の組毎
に、磁場の前記変動成分の前記規則的変動周期の
整数倍の期間について、サンプル値の平均値を
別々に求めることを含んでおり、サンプリングの
周波数は、該サンプリングによつて得られたデー
タにフーリエ変換を含む適当な処理を行なうこと
によつて、前記受信信号の各周波数成分の振幅に
関する情報が得られるように十分に高い 試料調査方法によつて達成される。尚、この明
細書においてパルス間隔とは二つのバースト振動
（パルス）間の非バースト部分の時間をいう。

本発明による方法において、照射エネルギの周
波数スペクトルは、前記バーストの振動の周波数
が中心周波数となつており、かつパルスの前記繰
り返し周波数に対応する間隔だけ離れた一連の周
波数成分からなり、スペクトルの有効巾は、もち
ろん個々のパルスの持続時間の逆数に依存してい
る。前記受信信号の成分は、照射スペクトルの隣
接する周波数成分の間の周波数領域を夫々が占め
る一連のサイドバンドを構成しており、受信信号
の成分全体の周波数の広がりは、少なくとも共鳴
周波数の範囲の前記少なくとも一部に相当してい
る。前記バーストの振動の周波数及びサンプリン
グ周波数の選択は、受信信号のコヒーレント検出
に用いられるシステムの特性に依存する。この検
出は、単一の位相敏感検波器を用いて行なわれて
もよいが、通常、直角位相検波システムを用いる
ことが好ましい。単一の位相敏感検波器が用いら
れる場合、前記バーストの振動の周波数は共鳴周
波数範囲部の前記少なくとも一部の外側に位置し
ていなければならず、かつ使用され得るサンプリ
ング周波数の最小可能値は、受信信号の前記成分
の全体の周波数の広がりの二倍の巾である。これ
に対して直角位相検波システムが使用される場
合、前記バースト振動の周波数は、共鳴周波数範
囲の前記少なくとも一部の中に設定され得、そし
てこの場合、使用され得るサンプリング周波数の
最小可能値は、受信信号の前記成分の全体の周波
数の広がりの巾に等しい。

本発明による方法を使用する場合、ある種の試
料では、受信信号のうちの実質的乃至有意な成分
のみが、局所領域での共鳴に起因する信号である
ことがわかる。これは、この場合、試料中に存在
する該当の核種のごく一部のみがパルス間隔すな
わちパルス間の間隔よりも短かいスピン―格子緩
和時間を有することによつて、局所領域以外の試
料の（他の）部分で飽和効果が生じ、試料の前記
他の部分における定常状態効果の生起が一つのパ
ルス間隔とその次のパルス間隔との間での磁場変
化により妨げられるためであることに基づいて説
明され得る。

一方、他の場合、受信信号は、局所領域以外の
試料の前記他の部分での共鳴に起因する実質的乃
至有意な成分も含んでいる。この場合、検出信号
のサンプリングによつて得られるデータの処理に
よつて導出される情報が前記他の部分に起因する
受信信号成分の存在のために実質的に乱されない
ように付加的処置を採ることが必要である。特
に、これらデータは、（どんな場合でも信号雑音
比の改良のために適切であるような）時間平均化
に基づいて得られねばならない。

従つて、好ましくは、継続的な一連のパルス間
隔の間（各）検出信号のサンプリングが行なわ
れ、かつ夫々のパルス間隔中の対応する小間隔の
組毎にサンプル値の平均値が別々に求められる。
局所領域以外の試料の他の部分に起因する信号の
受信信号に対する影響を最小限にするためには、
この平均化の際、磁場の前記変動成分の前記規則
的変動の整数倍又は多数倍の期間の平均を求める
ことが好ましい。

受信信号の連続波成分の振巾に関する所望の情
報は、ある場合には、極めて短かいスピン―格子
緩和時間を有する核種が試料中に存在することに
起因して、パルス間隔（パルス間の間隔）よりも
短かい時定数を有する過渡成分が受信信号中にあ
ることよつて乱され得る。このような過渡成分の
影響は平均化技術によつては完全には除去され得
ないけれども、必要ならば、検出信号から得られ
るデータの処理において適当な技術を採用するこ
とにより大巾に低減され得る。これは、共鳴をお
こす核種の緩和時間が広範囲にばらついている試
料の場合に特に適切である。尚、受信信号が問題
になる過渡成分を実質的に含まないようにパルス
間隔を十分に短かくすることは実用的でない。

パルス列のバースト振動は、全て同一位相を有
していてもよい、この場合、照射スペクトル成分
は、式Ｆ±Ｋによつて与えられる周波数を有す
る。ここではバースト振動の周波数であり、
はパルスの繰り返し周波数であり、Ｋは値０，
１，２等を有する。

ところで、平均化技術が使用される場合、180
゜だけ位相がずれたバースト振動を順に与えるこ
とが好ましく、これにより、基準線のドリフト及
び雑音に関するいくつかの問題を軽減し得る。こ
の場合、照射スペクトル成分は、式±（Ｋ＋1/
２）で与えらる周波数を有する。この場合、受
信信号の符号（Sign）は各パルス後反転する。
これは、平均化処理において考慮されねばならな
い。

本発明による方法では、多くの点に関する情報
を同時に試料から得ることができる。任意の所与
の局所領域に対し、パルス列の持続時間のうちの
ほとんどの時間の間受信信号が分析のために利用
され得る故、データ収集効率が極めて高くなり得
る。この観点において、本発明による方法は、各
パルス後の自由誘導減衰の記録を伴なう従来のパ
ルスフーリエ変換NMR技術に比較して優れてい
る。この特長は、信号検出システムが極端に複雑
でなくても達成される。

前記論文に示唆されている方法と比較した場
合、本発明の方法では、特に、少なくとも一つの
パルス間隔の間、該パルス間隔を構成する継続的
な一連の等しい小間隔のうちの各小間隔毎に検出
信号のサンプリングを行なうようにしている故
に、異なる中心周波数に同調された複数の検出器
のアレイを用いる必要がなく、正確な調査を容易
に行ない得る。

各回毎に条件を適当に変えて、本発明による方
法を同一試料に対して繰り返して適用することに
より、試料の全体又は試料の選択部分の全体にお
ける考察陸調査対象原子核の分布に関する情報を
得ることができる。

例えば、局所領域がほぼ直線である場合、試料
のある断面内での分布に関する情報を得るために
は、本発明の方法を繰り返して適用する際前記直
線の長さ方向に対して直角な方向に前記局所領域
直線を（例えば各回毎に）シフトさせればよい。
尚、前記分布情報は、二次元象として表示するた
めに適切な形にされ得る。

一方、局所領域が平面として近似され得る場
合、本発明の方法を繰り返して用いる際一つの可
能な利用の仕方は、前記平面に対して垂直方向に
（例えば各回毎に）前記局所領域平面をシフトす
ることである。

これは、二次元の陰影像、即ち所与方向に対し
て垂直な方向に投影された試料中の分布像から求
められる情報を与える。本発明の方法を繰り返し
て用いる際、他の可能な利用の仕方は、試料中で
の平面の位置を変化させることなしに各回毎に試
料に対する平面の向きを変化させることであり、
この場合、面に全て平行な異なる方向に投影され
た一次元の一連の陰影像を得ることができ、この
面に対応する試料のある断面での分布の二次元像
は、公知技術によつて前記陰影像から再構成され
得る。

次に本発明の一実施例を図面に基づいて説明す
る。

第１図に示されているシステムにおいて、調査
試料１はコイルアセンブリ２内に配設され、この
コイルアセンブリ２は従来の電磁石（第１図に図
示しない）から発生された強い磁場中に配設され
る。このアセンブリ２は、試料１にｒ（ラジオ
周波数）エネルギを照射し得る送信コイル３と、
試料から例えば定常状態自由歳差運動（SFP）の
NMR信号を検出する従来の受信コイル４とを有
する。アセンブリ２は、磁石によつて発生せしめ
られた主磁場に重ね合される不均質磁場を試料１
にかける勾配（グラデイエント）コイルセツト
５，６，７を有する。コイル３，４及びコイルセ
ツト５，６，７の一般的構成乃至配置は、第２図
に示されており、コイルセツト５，６，７の個々
の配置は、第３ａ図、第３ｂ図、及び第３ｃ図に
各々示されている。第２図において、主磁場は電
磁石の磁極片３１，３１間の空隙に形成されてお
り、試料１（第２図においては見えない）は、非
磁性絶縁材料製筒状容器３２内で実質的に空隙の
ほぼ中心に配設されている。コイル３，４は容器
３２の外側に巻回されており、コイル３，４の中
心軸線は主磁場の方向に対して垂直方向に伸びて
いる。コイルセツト５，６，７の各々は、主磁場
の方向に対してほぼ垂直な複数の平面内に位置す
る複数の部分からなり、各部分は夫々磁極片３
１，３１の面に近接して配置されている。

コイルセツト５，６，７の配置は、第３ａ図、
第３ｂ図、及び第３ｃ図を参照することにより容
易に理解される。この配置の説明において、空隙
の中心に原点を有し、かつ磁場の方向に一致する
Ｚ軸を有するデカルト座標系を利用すると有利で
ある。コイルセツト５，６，７は、各コイルセツ
ト５，６，７によつて発生せしめられる磁場が原
点近傍においてＺ軸に平行なベクトル成分を有す
るように構成されており、この成分の大きさ乃至
強さは、三つの軸（コイルセツト５，６，７に対
して各々Ｘ，Ｙ，Ｚ）のうちの一つの軸に平行な
位置変化に応じて単調に変化するけれども他の二
つの軸に平行な位置変化に対しては変化しない。
即ち、コイルセツト５，６，７により発生せしめ
られる不均質磁場は、各々Ｘ，Ｙ，Ｚ軸に平行な
三つの互いに垂直方向に勾配を有している。

ここでコイルセツト５は四つの同様な矩形コイ
ル５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄからなる。四つのコイ
ル５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは、全て長手辺がＺ軸
に垂直に伸長し、且つ長辺がＹ軸に平行になるよ
うに構成されている。この配置では、コイル５
ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄのいずれもが平面Ｘ＝Ｏと
は交差せず、コイル５ａが平面Ｚ＝Ｏに関してコ
イル５ｂの鏡像になつていると共に平面Ｘ＝Ｏに
関してコイル５ｃの鏡像になつており、またコイ
ル５ｄが平面Ｘ＝Ｏに関してコイル５ｂの鏡像に
なつていると共に平面Ｚ＝Ｏに関してコイル５ｃ
の鏡像になつている。コイル５ａ，５ｂはコイル
セツト５の半分を形成すべく直列に接続されてお
り、コイル５ｃ，５ｄはコイルセツト５の他の半
分を形成すべく直列に接続されている。これらの
コイル５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは、該四つのコイ
ル５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの平面Ｘ＝Ｏに近接し
て配置されている各長辺部に同一方向に電流が流
れるように電源に接続される。

コイルセツト６は、座標軸Ｘ，Ｙが異なる点を
除いて、コイルセツト５と同様に構成されてい
る。

コイルセツト７は対向して巻回されたヘルムホ
ルルツ対７ａ，７ｂの形であり、このコイル７
ａ，７ｂは、Ｚ軸に対して実質的に垂直であり平
面Ｚ＝Ｏから等距離にある二つの平面内に配設さ
れており、且つ中心軸線がＺ軸上に位置してい
る。

コイルセツト５，６は、コイルセツト５，６に
より生ぜしめられる二つの変動磁場の時間依存性
が異なるように、異なる交流により励磁される。
このために、有利な構成は、二つのコイルセツト
５，６に対する電流に90゜の位相差を与えること
を除いて、コイルセツト５，６の両方に対して同
一周波数の正弦波電流を使用することであり、以
下の説明では、この構成を使用しているものと仮
定する。コイルセツト５の構成では、コイルセツ
ト５により発生せしめられる磁場の強さが、Ｘ軸
に垂直な一つの平面内では零である。この磁場零
の平面のＸ軸方向の位置は、コイルセツト５の二
つの半分の組の各組のコイルを流れる電流の適当
な大きさを調整することにより調整され得る。Ｘ
軸とＹ軸とを置き換えることによりコイルセツト
６の場合にも同様なことがいえる。従つてコイル
セツト５，６で発生せしめられた磁場は、Ｚ軸に
平行な一つの線（以下では感知線という）に沿つ
て零になる。

コイルセツト７は直流によつて励磁され、時間
的に不変な磁場を発生する。コイルセツト７は、
この磁場が試料の全体でＺ軸方向に一様な勾配
（その大きさは以下ではＧで表わされる）になる
ように構成されている。

以上の如きコイルセツト５，６，７の構成によ
り、全磁場の強さは、試料１内の感知線部分近傍
の試料１の局所領域において時間的に実質的に不
変であるが、局所領域の外側の試料１の全ての点
では時間的に大きく変動する。Ｚ軸に垂直な方向
の局所領域の大きさは、コイルセツト５，６によ
つて生ぜしめられる磁場勾配の大きさに逆比例す
る。この勾配の大きさはイメージング処理に対す
る所望の解像度に応じて選択され、典型的な応用
例においては、これは１ガウス／センチメートル
程度の値を有し得る。局所領域中での全磁場の強
さはもちろんＺ軸に平行な距離と共にリニアに変
化する。コイルセツト５，６によつて発生せしめ
られる磁場がない場合、磁場の強さは、もちろん
Ｚ軸に対して垂直ないずれの平面内でも一定であ
り、特に、平面Ｚ＝Ｏでは、磁石によつて発生せ
しめられる主磁場の強さに等しい。主磁場の強さ
がＨで表わされる場合、局所領域中のいずれの点
に対しても、全磁場の強さが、式Ｈ＋GLで与え
られることがわかる。ここでＬ（正又は負であり
得る）は、平面Ｚ＝Ｏからのその点の距離を表わ
す。

前記システムにおいて、感知線は主磁場の方向
に対して平行に伸長している。代替的システムに
おいて、前記配置が比較的簡単であるため好まし
いものであることはさておき、感知線が主磁場に
対して任意の所望の向きを有するように構成し得
る。また、明瞭化のために、容器３２がＸ軸に沿
う中心軸線を有しているように第２図に示されて
いるが、この代りに（システムの動作原理を代え
ることなしに）、中心軸線が主磁場の方向に垂直
な任意の他の方向に向くようにしてもよい。

再び第１図において、コイルセツト７に対する
電流は、DC電源８から供給されており、一方コ
イルセツト５，６に対する電流は所要の90゜位相
ずれのある二つの出力を与えるAC電源９から供
給されている。コイルセツト５の二つの半分に対
する電流は、各々個々に可変な一対の減衰器１
０，１１を介してAC電源９の出力の一つから供
給されている。減衰器１０，１１の減衰量の設定
により感知線のＸ座標を決定する。いずれの一つ
のイメージング処理に対してもイメージングがＸ
軸に垂直な方向に伸延する試料１の一つの薄い断
面に関連するようにこの設定状態は一定に維持さ
れる。しかし乍ら、所望ならば減衰器１０，１１
の設定を変えることによつて、一連のイメージン
グ処理を試料１の異なる断面に対して行ない得
る。コイルセツト６の二つの半分に対する電流は
各々個々に可変な一対の減衰器１２，１３を介し
てAC電源９の他の出力から供給されており、こ
の設定は以下で更に説明するように、感知線のＹ
座標を決定し、各イメージング処理中、試料１の
適当な断面の走査を線毎に達成するように、この
設定は、段階的に変化せしめられる。

試料１を照射するｒエネルギは、強さＨの磁
場に対応する核磁気共鳴周波数（観測されるべき
核種に対する）に等しい周波数を有する主発振器
１４から与えられる。プロトンの共鳴を用いる
際、この周波数は一般に約30MHzの値を有し得、
これは７キロガウス程度の磁場Ｈに対応する。発
振器１４からの出力はタイミング回路１５に与え
られ、このタイミング回路１５は発振回数を計数
してシステムにおいて使用される種々のタイミン
グ信号を発生する。

等しい振巾を有し反対位相である発振器１４か
らの他の二つの出力は、タイミング回路１５から
の信号により制御されているゲート増幅器１６の
二つの入力に供給されている。この増幅器１６
は、期間127Tのパルス間隔で分離された短期間
Ｔの間交互に入力が切り換えられるように動作す
る。増幅器１６の出力は、交互に180゜位相がず
れた振動のバーストによつて構成されたパルスの
規則的に繰り返しからなるパルス列の形態であ
り、このパルスの繰り返し周期は128Tの期間
（以下Ｒとする）を有する。

増幅器１６からの出力は、送信コイル３に与え
られており、増幅器１６とコイル３との特徴は、
試料１中で核磁気の90゜程度の回転を生ぜしめる
ように構成されていることである。所与の試料に
対して、Ｔの値は、もちろんパルスの間の間隔
（パルス間隔：この例では127T）の値が少なくと
も試料１中に存在する適当なある核種（共鳴が生
じる核種）のスピン―スピン緩和時間と比較して
短いように選択されている。多くの場合、例えば
生物学的物質においてプロトンの共鳴を使用する
際、Ｔは例えば10マイクロ秒程度の値を有してい
てもよい。この場合、Ｒは１ミリ秒よりいくらか
大きい値を有し、パルス繰り返し周波数は１キロ
ヘルツより若干小さい値を有する。更に所与の値
Ｔに対して、AC電源９によつて発生せしめられ
る交流電流の周波数は、局所領域以外の試料１の
部分において、一つのパルス間隔と次のパルス間
隔とで磁場の平均値が実質的に乃至有意に変化す
るように選択されなければならない。

なお、ここで、パルスの繰り返し周波数とAC
電源９によつて発生せしめられる交流電流の周波
数との間に同期乃至低次の調波関係がないこと、
即ちＲとＰの間で一方が他方の小整数倍であるよ
うには関係づけられてないことが好ましい。尚こ
こでＰはAC電源９によつて発生せしめられる交
流電流の周波数の逆数すなわち交流電流の周期を
示す。この電流は、Ｔが10マイクロ秒である場
合、適切には例えば約70ヘルツの周波数を有し得
る。

照射ｒエネルギの周波数スペクトルの中心
は、発振器１４の発振周波数に設定され、かつこ
のスペクトルは、パルスの繰り返し周波数に等し
い間隔だけ離れて位置する一連の周波数成分を有
する。

Ｇの値は、試料１を通る感知線の走査中、局所
領域の長さに沿つての磁場の強さの範囲に対応す
る共鳴周波数の範囲の前記発振周波数成分が128
以下になる範囲内で、十分に大きく設定されてい
る。例えば、Ｌの可能な値が−５cmから＋５cmで
あるような形の試料１におけるプロトンの共鳴の
場合について考えると、Ｔが10マイクロ秒である
ならば、Ｇは２ガウス／センチメートルよりいく
らか大きくなければならない。ここでＴが10マイ
クロ秒の場合、照射スペクトルの包絡線は、この
スペクトルの中心の128個の周波数成分に対応す
る周波数範囲全体で比較的平坦である。

コイル４で検出されたNMR信号（前述したよ
うに、感知線に沿つて且つ相互に離間して位置す
る点で近似される局所領域の異なる部分に存在す
る該当の（共鳴）原子核の量に依存する振幅の一
連のサイドバンド乃至波成分を含む）は、タイミ
ング回路１５から与えられる信号によつて望まし
くないコイル３からのｒ信号の通過を阻止すべ
く、コイル３からの各ｒパルスの発振中閉塞さ
れるゲート増幅器１７に供給される。増幅器１７
の出力は、相互に90゜の位相差を有する基準信号
が発振器１４から与えられている二つの同一の位
相敏感検波器１８，１９（コヒーレント検出のた
めに二つあるのであつて、実質的に二つで一組と
みなされる）に供給される。

検出器１８，１９の出力は、同一のローパスフ
イルタ２０，２１を介して二つの同一のリセツト
可能積分器２２，２３に夫々供給されている。こ
こで、フイルタ２０，２１は、コイル４によつて
検出された信号のサイドバンドに相当する範囲よ
りも高い周波数の雑音を除くように構成されてい
る。この範囲は、Ｔが10マイクロ秒である場合、
最大値50KHzを有する。各積分器２２，２３は、
積分器に供給される入力信号によつて充電され、
積分器をリセツトする際急速に放電されるコンデ
ンサを有している。この積分器２２，２３はタイ
ミング回路１５から与えられる信号により各パル
ス繰り返し周期の間に128回リセツトされる。こ
れによりこの各パルス繰り返し周期は、各期間Ｔ
毎に128の継続的積分期間に分割される。動作の
タイミングは、これらの積分期間の一つがｒパ
ルスと正確に同期するように構成されている。

積分器２２，２３の出力は、一対の同一の信号
平均化器２４，２５に夫々供給されている。信号
平均化器の動作はタイミング回路１５から供給さ
れる信号によつて制御される。各平均化器２４，
２５は、サンプル・ホールド回路とアナログ―テ
ジタル変換器とを有しており、このサンプル・ホ
ールド回路は、対応する積分器２２，２３のコン
デンサの電圧を検出するように積分器２２，２３
の各リセツト直前に動作せしめられ、このアナロ
グ―デジタル変換器は検出電圧値を示すデジタル
語を発生する。各平均化器２４，２５は、また各
パルス繰り返し周期を分割してなる128個の一連
の積分期間の各々に対応して分割された記憶場所
を含む記憶装置を有しており、各記憶場所の内容
は、デジタル語が対応する積分期間の一つに対し
て発生された際、同時に各パルス繰り返し周期で
一度更新される。各記憶場所に対するこの更新
は、ｒパルスの位相交代に起因するコイル４で
検出される信号の符号（sign）の交代を考慮し
て、新しく発生したデジタル語の加算及び減算を
交互に行なうことからなる。

イメージング処理の間、感知線の各異なる位置
に対して、平均化器２４，２５によつて行なわれ
る平均化処理は、観測されるべき原子核のスピン
―格子緩和時間より実質的に短かくない持続時間
を有するデータ収集期間の間続行される。この時
間は、一般に約１秒であり、この時間はタイミン
グ回路１５によつて発生せしめられる信号で決定
され、かつパルス繰り返し周期の整数倍に対応す
る。前記の如く、局所領域以外の試料１の部分か
ら生じコイル４により検出される信号の影響を最
小化すべくデータ収集期間の持続時間をAC電源
９から発生せしめられる交流電流の周期の整数倍
にすることが望ましい。この場合、Ｄが一つのデ
ータ収集期間の持続時間を表わすとすると、Ｄ＝
NPとなる。ここでＮは整数である。この関係の
観点において、AC電源９が周波数に関して発振
器１４に対してロツクされることが好ましい。従
つて、データ収集期間の持続時間とパルス繰り返
し周期との観点において丁度設定された関係か
ら、Ｄ＝MRとなる。ここでＭは整数である。前
述のように、Ｒ及びＰは、好ましくは、一方が他
方の小さい整数倍であるように関係づけられるべ
きではない。従つて、この場合同様の条件がＮ及
びＭの間の関係に適用され、Ｄ＝NPとなる。各
ｒパルスの期間（かつ各ｒパルス後の短時間
に対して）試料からは何らの情報も得られないと
しても、各データ収集期間を通じて信号の有効な
連続的記録がある。

各データ収集期間の終りに、平均化器２４，２
５の記憶装置の内容は、デジタルコンピユータ２
６に転送される。このコンピユータ２６は、任意
の従来タイプのものでよいが、一つのデータ収集
期間中に蓄積された情報を次のデータ収集期間中
に処理するようにプログラムされている。平均化
器２４，２５の記憶装置はもちろん、遂行される
べき次の平均化処理のために零にリセツトされ
る。平均化器２４，２５はもちろんコンピユータ
２６への情報転送中及び記憶装置のリセツト中、
いかなる入力信号をも失わないように構成されて
いる。

コンピユータ２６に転送された各データの組
は、128のデジタル語の二つのブロツクの形であ
り、各ブロツクは、パルス繰り返し周期を通じて
時間領域で一様に分布されたデータ点に対する検
出器１８，１９の一方の出力の一連の平均値を示
し、これら点に対する時間ｔの値はｔ＝０，Ｔ，
2T，……127Tで与えられる。ここでｔ＝０は照
射乃至励起パルスの持続時間の中心に対応する。
各データの組に対し、コンピユータでの処理は、
パルス間の各間隔の初めでの情報損失を考慮し、
かつパルスの繰り返し周期と同程度又はこれより
短かいスピン―格子緩和時間を有する共鳴核種が
試料１中に存在することにより他の理由で生じる
結果に対するいかなる実質的乃至有意な影響をも
確実に除去するアルゴリズムを有している。この
アルゴリズムは好ましくは対応するｔの値に対し
て関数（１―cosπｔ／Ｒ）の値を各デジタル語
に掛算することからなる。このデータ処理は、信
号の位相の観点においていかなる必要な調整をも
行なうべく、NMR分光学において従来使用され
ているタイプの他のアルゴリズムをも含んでい
る。このように補正され調整されたデータは標準
的高速フーリエ変換アルゴリズムで処理され、前
記二つの入力データブロツクは、複素フーリエ変
換の実数部及び虚数部として処理される。これに
よつて、二組の出力データが得られる。二組のう
ちの一方は、パルスの繰り返し周波数に等しい間
隔で離れて位置する離散的周波数に関する信号の
サイドバンドの吸収モードスペクトルに相当する
128個のデジタル語のブロツクからなる。ｒパ
ルス間の情報損失のため、フーリエ変換は、この
スペクトルの基線の位置を与えないが、これは、
感知線のいずれかの場所に対して、適当なデジタ
ル語の値が零であるべきことが知られている信号
のサイドバンドスペクトルの少なくとも一つの周
波数が確実に存在するように局所領域内の共鳴周
波数範囲が常に十分に制限されるべく構成するこ
とにより簡単に達成し得る。この知識に合致させ
るためのデジタル語の値のいかなる必要な調整も
もちろん単純な加算と減算とにより、行なわれ得
る。達成すべき基線補正を可能にすべく、前に示
した最小値よりも大きいＧの値を選択することが
必要かもしれない。

感知線の各位置乃至場所に対して、コンピユー
タ２６は、感知線に沿つて等間隔に離れて位置す
る一連の点に近似される局所領域の部分におい
て、パルス繰り返し周期及びデータ収集期間の持
続時間の選択により決定される範囲にある緩和時
間を有する共鳴核種に対する夫々の核スピン密度
を表わす128個のデジタル語のブロツクを生成す
る。このブロツクにおいて、各語の位置は、もち
ろん共鳴点のＺ座標に対応する。

コンピユータ２６は、好ましくは、蓄積形陰極
線管を有するオシロスコープの形態の表示装置２
７に関連づけられている。感知線の各位置に対し
て、コンピユータ２６によつて生成された128個
のデジタル語のブロツクは輝度がデジタル語の値
に夫々比例する128個の点の直線状アレイを表示
装置２７上に発生させるように使用される。

各イメージング処理中、このアレイの位置は、
カウンタ２８から取り出される出力の制御下で、
各データ収集期間の終りに、アレイの長さ方向に
対して垂直な方向に少しだけシフトされる。尚、
このカウンタ２８は平均化器２４，２５からコン
ピユータ２６へのデータ転送と同時に発生せしめ
られるクロツクパルスを計数すべく構成されてい
る。カウンタ２８からの他の出力は、感知線のＹ
座標の段階的変化を生じさせるように可変減衰器
１２，１３に供給されている。

このようにして試料１の選択された断面におけ
る核スピン密度の分布像が表示装置２７上に線毎
に形成される。各イメージング処理は、コンピユ
ータ２６及びカウンタ２８を動作可能にし、かつ
表示装置２７からの以前に形成されたいかなる像
をも消去するような手動制御手段（図示しない）
により開始される。この処理は、カウンタ２８に
よつて適当な数のクロツクパルスが受信されると
自動的に終了せしめられる。終了に際しては、カ
ウンタ２８が零にリセツトされ、コンピユータ２
６及びカウンタ２８が非動作状態に復帰せしめら
れる。像形成の際には、各線中の点の数に等しい
数の線を使用することが通常望まれる。この場
合、データ収集期間が約１秒間であるとすると、
像形成のための全時間は、約２分である。

図示のシステムＸ軸に平行な方向に投影された
試料１中の核スピン密度の分布像を生成するよう
に単にコイルセツト５の接続を絶つことにより簡
単に変更され得る。

直角位相（位相が90゜ずれた）検出システムを
使用する場合、過度のコストをかけることなく二
つのデータチヤネルを正確に整合することが難か
しい故に、実際にはある種の望ましくない影響が
出るかもしれない。このような影響に対抗すべ
く、振動の継続的バースト間で、180゜のかわり
に、90゜の位相変化があるように（ある意味では
常に）前記システムを変更することが可能であ
る。この場合、信号平均化の構成は、前記システ
ムにおける平均化器２４，２５の構成から若干変
更される必要があろう。例えば、複数対のサンプ
ル―ホールド回路、アナログ―デジタル変換器及
び記憶装置を使用することになろうが、この場合
には記憶装置は、二つのデータチヤネルの各々に
永久的に割り当てられず、その代りに、記憶装置
とチヤネルとの間の接続が連続するパルスの繰り
返し周期毎に逆転されるように二つのチヤネル間
で反復スイツチされる。

加算と減算交互に行なうことは、各記憶装置に
対するパルス繰り返し周期の二倍の期間毎に生じ
る符号（Sign）の変化と、これらの変化が二つ
の記憶装置間で一パルス繰り返し周期によりブレ
ること以外にも正確な平均化のためになお必要で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用される好ましい一実施例
のNMRイメージングシステムのブロツク図、第
２図は第１図に示すシステムの一部の説明図、第
３ａ図、第３ｂ図及び第３ｃ図はイメージングシ
ステムに使用される三つのコイルセツトの配置説
明図である。 １……試料、２……コイルアセンブリ、３……
送信コイル、４……受信コイル、５ａ，５ｂ，５
ｃ，５ｄ，６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，７ａ，７ｂ
……コイル、８……直流電源、９……交流電源、
１０，１１，１２，１３……可変減衰器、１４…
…主発振器、１５……タイミング回路、１８，１
９……位相敏感検波器、２０，２１……ローパス
フイルタ、２２，２３……積分器、２４，２５…
…信号平均化器、２６……コンピユータ、２７…
…表示装置、２８……カウンタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 試料に磁場をかけたまま該試料にラジオ周波
   数のエネルギを照射することによつて、試料中の
   所与の核種に核磁気共鳴を生ぜしめることからな
   る試料の調査方法であつて、 前記磁場は、 試料のうち、所与の方向に平行に伸延している
   線又は面の近傍に位置するある局所領域において
   時間的に実質的に不変であり、試料の他のすべて
   の部分において時間的に変動するような規則的に
   変動する不均質磁場成分と、 前記局所領域の少なくとも一部において、磁場
   が、従つてまた前記所与の核種の共鳴周波数が前
   記所与の方向の距離と共に単調に変化するような
   静的な不均質磁場成分とを 有しており、 前記ラジオ周波数のエネルギは、同一周波数の
   振動の強いバーストによつて形成されており、且
   つパルス間隔と比較してパルス幅の短いパルス
   を、規則的に繰り返してなるパルス列の形態であ
   り、 このパルス列は、 前記ラジオ周波数エネルギの周波数スペクトル
   の少なくとも一部が、前記局所領域の前記少なく
   とも一部にある前記所与の核種の共鳴周波数の範
   囲の少なくとも一部に一致し、 共鳴核種から定常状態自由歳差運動信号（SFP
   信号）を生ぜしめるように、パルス間隔が、試料
   中に存在する前記所与の核種の原子核のうち少な
   くともいくつかのもののスピン・スピン緩和時間
   と比較して短く、且つ 試料の前記他の部分において、一パルス間隔の
   間の磁場の平均値が、一つのパルス間隔と次のパ
   ルス間隔とで実質的に変化する ような特性を有しており、 前記方法は、更に、 各周波数成分が前記所与の方向に沿つて分布し
   ている前記局所領域の異なる部分に存在する共鳴
   核種の核スピン密度に依存する振幅を有するSFP
   信号を試料から受信すること、 少なくとも一つの検出信号を生成するために、 前記受信信号のコヒーレント検出を行なうこ
   と、及び 継続的な一連のパルス間隔の間、該パルス間隔
   において継続的な一連の等しい小間隔のうちの各
   小間隔毎に前記検出信号のサンプリングを行な
   い、夫々のパルス間隔中の対応する小間隔の組毎
   に、磁場の前記変動成分の前記規則的変動周期の
   整数倍の期間について、サンプル値の平均値を
   別々に求めることを含んでおり、 前記サンプリングの周波数は、該サンプリング
   によつて得られたデータにフーリエ変換を含む適
   当な処理を行なうことによつて、前記受信信号の
   各周波数成分の振幅に関する情報が得られるよう
   に十分に高い 試料調査方法。 ２ 前記検出信号の前記サンプリングが前記各小
   間隔の間における該検出信号の積分値を得ること
   からなる特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ３ 前記平均化が、磁場の前記変動成分の前記規
   則的変動の周期の多数倍の期間の平均を求めるも
   のである特許請求の範囲第１項又は第２項に記載
   の方法。