JPS63204143A - 固体のnmrイメ−ジング方法 - Google Patents

固体のnmrイメ−ジング方法

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JPS63204143A
JPS63204143A JP62035512A JP3551287A JPS63204143A JP S63204143 A JPS63204143 A JP S63204143A JP 62035512 A JP62035512 A JP 62035512A JP 3551287 A JP3551287 A JP 3551287A JP S63204143 A JPS63204143 A JP S63204143A
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magnetic
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茂 松井
Kensuke Sekihara
謙介 関原
Takashi Onodera
小野寺 尚
Hideki Kono
秀樹 河野
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    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/44Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance using nuclear magnetic resonance [NMR]
    • G01R33/48NMR imaging systems
    • G01R33/4816NMR imaging of samples with ultrashort relaxation times such as solid samples, e.g. MRI using ultrashort TE [UTE], single point imaging, constant time imaging

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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、該磁気共鳴(NMR)を用いたイメージング
法に係9、特に、固体中の希薄核スピン(例えば13C
,211Si)の高分解能イメージングを行うに好適な
測定手法に関する。
〔従来の技術〕
固体試料が単結晶あるいは分子性結晶の場合には、ジャ
ーナル・オブ・マグネチック・レゾナンス(Journ
al of Magnetic )l、esonanc
e ) 。
60 、460−466 、第60巻第460〜466
頁(1984)に記載されているように異種スピン間の
双極子デカップリングを行ないながら、液体と同じ原理
で磁場勾配を用いることにより、固体中希薄核スピン(
例えば13C)のイメージングは容易に行うことができ
る。しかしながら、試料が例えば生体膜あるいは、アモ
ルファス系である場合には、化学シフトの異方性によ、
?NM几スペクトルの線巾が非常に広くなる(〜2KH
z)。このため液体のイメージングと同じ原理により磁
場勾配を用いて上記のような固体の高分解能イメージン
グを行うのは非常に困難である。
化学シフトの異方性による線巾を狭くするにはマジック
角度回転が有効である。米国特許第4.301,410
号明細書には、マジック角度回転下で固体のイメージン
グを行う方法が述べられている。
この方法は、磁場勾配の方向も試料の回転に同期して回
転するものである。これは、試料のマジック角度回転に
より化学シフト異方性を平均化してゼロにしながら、通
常の液体のイメージングの原理を適用してイメージング
も同時に行うことを意図しているためである。試料の回
転に同期して磁場勾配の方向も回転すれは、試料から見
れば磁場勾配の方向は静止していることになる。したが
つて、試料に対する磁場勾配に垂直な方向への試料の投
影像が得られることになる。試料の回転と磁場勾配の回
転の位相差全変化させて測定全くp返せば1位相差に対
応して種々の方向への投影像が得られイメージング力j
T能になる。
しかしながら、磁場勾配の方向を数KHzという速度で
高速回転するのは技術的に固唾であり、実用的な方法と
はなっていない。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明の目的は、化学シフト異方性を消失させるために
試料のマジック角度回転全行いながら、イメージングの
だめの磁場勾配の方向は空間的に固定して(試料から祭
れば回転する)固体の高分解能イメージングを行う方法
を提供することにある。これによp、磁場勾配の方向全
高速で回転させるという技術上の困離?避けることがで
きる。
〔問題点を解決するだめの手段及び作用」上記目的は1
発明者らがすでに考案した回転する磁場勾配を用いたイ
メージング法の原理を適用することにより達成される。
第1図にマジック角度回転を用いて固体中の希薄スピン
S(例えば13c)の高分解能スペクトルを測定するパ
ルスシーケンスを示す。Sスピンの横磁化はi−Sスピ
ン間(通常I−IH)の交叉緩和により生じさせられ、
この横磁化を■スピンに強いラジオ波磁場を照射し、更
に試料のマジック角度回転を行いながら測定する。前者
はf−8間双極子相互作用によるスペクトル線巾を、後
者は化学シフト異方性によるスペクトル線巾を消失させ
るためである。このようにして得られたSスピンの信号
をフーリエ変換することによりSスピンの高分解能スペ
クトル(等方的化学シフト情報)が得られる。
第2図は、回転している液体試料の2次元イメージング
を行うためのパルスシーケンスヲ示シたものである。全
ての測定は試料回転に同期して行われる。90°パルス
による励起後、回転の1周期の間に(一般には周期の整
数倍でも良い)X。
y方向の磁場勾配全容々G、=G、G、=Gωtのよう
に印加する。ここでωは試料回転の角速度でおる。これ
により試料に固定した座標系(X′。
y’)から見た磁場勾配G工′、Gア′によジky′=
γJ’ Gア′(t′り旧′ のように定義されるに空間において作号の位相は第3図
に示すようにらせんの軌跡を描く(破線ンことが容易に
示される。この後G、=Gア=Gとすれば実線で示すよ
うに円の軌跡を描くことになる。実線で示されるような
円信号を測定すれば試料のイメージング情報を得ること
ができる。この円の半径はGに比例する。したがって更
にGiO〜G3.!まで等間隔に変化させて測定をくり
返せば一連の同心円状の信号を得ることができる。この
ような信号を円の半径方向にフーリエ変換すれば半径と
垂直な方向への試料の投影像が得られる。
したがって得られた投影像を逆投影処理すれば試料中の
核スピン分布が得られる。
第1図に示した測定と第2,3図で示した測定を結合す
ることによシ固体試料の高分解能イメージングが可能と
なる。また本方法ではスペクトル情報も同時に得られる
のでスペクトロスコピックイメージングも容易に笑現で
きる。
第4図に本発明に用いる基本的パルスシーケンスを示す
。まず、第1図と同様にI−8間の交叉緩和によシSス
ピンの横磁化を準備する。その後。
この横磁化にイメージング情報を位相変化の形でエンコ
ードするために、第2図と類似の磁場勾配印加を行う。
本測定の場合には磁場勾配印加中に直接信号を測定せず
、t2区間において磁場勾配のない状態で信号を測定す
る。この信号の位相に対して2つのt1区間でイメージ
ング情報全エンコードする。t1区間内に存在する化学
シフト情報は一般にイメージング情報に混入する。しか
しながら、第4図に示すように常に交叉緩和終了時点と
信号のサンプリング開始時点の中間点でSスピンに対し
て180°パルスを印加すれば、化学シフトによる信号
への位相変調の効果はキャンセルすることができる。こ
の時、磁場勾配の印加面積が180°パルスに対して対
称であればイメージング情報も信号に対して位相エンコ
ードされない。しかし、非対称であればその差分だけ信
号に位相変調を与える。このように1800パルスを適
切な時点で印加することにより化学シフトの効果全キャ
ンセルしながら磁場勾配の効果のみを残すことができる
。磁場勾配の印加タイミングあるいは180°パルスの
印加タイミングを等間隔でシフトさせれば非対称分を変
化させることができ、その結果位相変調量を変化させる
ことができる。
これによシ第3図と同様にに空間において円信号の軌跡
をたどることができる。更に、G’frO〜G□8′!
で等間隔で変化させることで円の半径を変える。このよ
うに結局、180°パルスに関する磁場勾配印加の非対
称量(GΔ11)磁場勾配の強度(G)の2つをパラメ
ータとした3次元の測定を行うことにより3次元の信号
8(GΔtl、G。
tz)を測定することになる。tzに関するフーリエ変
換はスペクトル情報を与えるから分離された各スペクト
ル成分に関して、Gによって決まる半径の円信号がGΔ
を軸上に得られる。したがって、これをGに関してフー
リエ変換すればGΔt1によって指定される方向への投
影像を得ることができる。これらを逆投影すれば最終的
に各スペクトル成分についての2次元スピン分布が得ら
れる。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例の構成及び動作の説明を行う。第
5図に本装置のブロックダイアグラムを示す。本装置は
CPUIIの管理のもとに動作するシーケンサ−12,
送信系13.受信系14゜磁場勾配発生系16.及び信
号処理系17と静磁場発生磁石15から成る。シーケン
サ−は本発明の方式に必要な種々の命令を各装置に送る
。送信系は2系統から成p高周波発振器131,135
゜変調器132,136.高周波増幅器133゜137
を含み、命令に従って振幅変調等を行った高周波パルス
が高周波コイル134に供給されることにより高周波磁
場(Hi)が対象物体2oに印加される。磁場勾配発生
系は、x、y、zの3方向に巻かれた磁場勾配コイル1
60と、それぞれのコイルのドライバー161とがら成
り、シーケンサ−の命令に従って上記3方向の磁場勾配
G、、G、、Q、を対象物体2oに印加する。これらの
磁場印加による応答は前述のコイル134を通じて受信
系14にて受信される。受信系は増幅器1412位相検
波器142.A/D変換器143を有し、シーケンサ−
12の館令によるタイミングでサンプリングされたデー
タが信号処理系に送られる。信号処理系17では7−リ
エ変換及び像再構成、デジタルフィルタリング等の処理
全行い。
信号強度分布、あるいは複数の信号に適当な演算を行っ
て得られた分布を画像化し例えばCRTディスプレイ1
71に衣示する。
対象物体は第6図に示されるように静磁場方向からマジ
ック角度θ、=54.7°たけ傾いた軸のまわシに高速
回転(〜3KHz)を行う。(例えばジャナル オブ・
ジ・アメリカン・ケミヵルソサイアティt (J 、 
Am 、 Chem 、 Soc 、ン第98巻第10
31頁、1976) 第7図は本実施例に用いたパルスシーケンスを示してい
る。本例では第4図に比べ磁場勾配のスイッチング時間
がl m s程度でも実行可能なように工夫が施されて
いる。すなわち、Sスピンの磁化が静磁場方向を向いて
いれば磁場勾配を印加しても磁化の位相変化はおこらな
いことを利用し、磁化を900パルスによ多靜磁場に垂
直な平面内から静磁場方向にむけ、その方向に保持する
区間(ST)’t 2ケ所に設けである。これらの区間
では、実際に磁場勾配が印加されていてもその効果はな
く印加されないのと等価である。したがって、第7図中
斜線部の磁場勾配は実質的に無視でき、STの区間金除
けば第4図と同等の測定を行うことができる。このパル
スシーケンスによp前述のように、まず、磁場勾配強度
を固定して、Sスピンに対する3番目の90°パルスの
印加タイミングをシフトさせ実質的な磁場勾配の印加量
を変えた一連の測定を行い第8図に示すような一連の信
号を得る。tz軸に関してフーリエ変換すれば高分解能
スペクトルが得られる。もう一方の軸(磁場勾配の実質
的印加量GoΔtliΔt l<2π/ω;ωはサンプ
ルの回転角速度)に関する信号は第3図に実線で示す円
信号に対応する。更に、磁場勾配強度G’kO〜Gmh
工まで変化させて上記一連の測定を行うことにより半径
の異なる円信号を得ることができる。(第9図)一連の
同心円信号を半径方向(G軸)に7−リエ変換し得られ
る投影像を逆投影する。このようにして最終的に各スペ
クトル成分についての2次元スピン分布を得ることがで
きる。
〔発明の効果〕
以上のように1本発明によれば、従来技術的に困難でお
った磁場勾配の高速回転を行うことなく固体のイメージ
ングを実現できる。本発明は固体材料の不均一性評価、
あるいは生体膜の局所スペクトルを得るための新しい手
段を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図はマジック角度回転を用いた固体高分解能スペク
トル成分のパルスシーケンス、第2図は回転している液
体試料の2次元イメージングを行うだめのパルスシーケ
ンス、第3図は第2図の測定を行った場合の試料に固定
したに空間における信号位相の時間変化、第4図は本発
明に用いる基本的パルスシーケンス、第5図は本発明に
用いる装置のブロックダイヤグラム、第6図は試料のマ
ジック角度回転、第7図は本発明の実施例で用いたパル
スジルケンス、第8図は磁場勾配強度(G)を固定して
磁場勾配印加量(GΔ11)を変えた一連の測定で得ら
れる2次元信号、第9図は磁場勾配強度(G)を更に変
化させて得られる3次元信号をそれぞれ示す図でるる。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、所定の静磁場、磁場勾配、高周波磁場を回転してい
    る試料に印加して該試料のスピン分布を計測する装置に
    おいて、前記磁場勾配の方向を空間的に固定して印加し
    、試料の回転に同期した測定によりNMR信号を計測す
    ることを特徴とする固体のNMRイメージング方法。 2、前記の磁場勾配強度をゼロから所定の強度まで増大
    させることによりフーリエ空間においてNMR信号の軌
    跡をらせんとし、その後磁場勾配強度を固定し上記空間
    において信号の軌跡を円とすることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項に記載の固体のNMRイメージング方法
    。 3、前記磁場勾配強度を等間隔で変化させて測定をくり
    返すことを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の固
    体のNMRイメージング方法。 4、前記の磁場勾配印加中に、計測するスピン系に対し
    て180°パルスを適切なタイミングで印加することに
    より、信号位相に対する2つの効果である化学シフト、
    磁場勾配のうち化学シフト効果を消失させることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項に記載の固体のNMRイメ
    ージング方法。
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