JPH03501090A - Ｎｍｒ分光器の磁界均質化方法 - 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】 発明の名称 ＮＭＲ分光器の磁界均質化方法 発明の分野 この発明はＮＭＲ分光器に関しかつとくにＢ０磁界がそれにより均質にされるこ とができる方法に関する。

発明の背景 高解像度ＮＭＲ分光器は１０’の１部以下について観察されている容積を横切る Ｂ０磁界の変化を要求する。

サンプル自体が磁界に対する動揺を導くので、この均質の程度は通常各サンプル によるＢ０磁界の調整によって達成される。この方法は［シミング（ｓｈｉｍｍ ｉｎｇ）ｊとして知られておりかつその各々が極めて特殊な外形を有する１８個 の電磁石と同数の電流を調整することを伴う。容積選択ＮＭＲ分光器においては 簡単なパルスを使用して容積全体をシミングしかつ容積選択実験を実施しようと する前にシーケンスを捕捉するのが通常の慣例である。この方法は相互に作用す る方法であるので、それは非常に時間を消費する。伝統的な高解像度実験におい て均質調整は磁石の等中心のまわりに慎重に位置決めされるサンプル全体からの 応答を使用して行なわれる。比較により、生体内分光学に関して、サンプル全体 は大きいがこれに反して関心の容積は比較的小さくかつ一般に磁石の等中心に位 置決めされない。磁界均質の調整は現在困難であると言っても差し支えない。シ ム（ｓｈｉｍ）セットが強力に結合されないのは磁石等中心においてのみである 。これは明らかに高解像度スペクトルが等中心からはなれた場所から要求される とき重大な事柄である。磁気共鳴分光学（ＭＲＳ）の主たる目的は既知の位置か ら高解像度スペクトルを得ることである。この課題は画像指示分光器を使用して 最良に達成されるようになり、それにより傾斜符合化容積選択技術の種類の１つ が物体のプロトン密度画像から決定される励起周波数を使用して実行される。

ここで言及されるｖｏｓｙ方法の顕著な例外により、容積選択技術は１つ捕捉に おいて空間的な選択を達成せずかつ一般に、容積選択方法を完了するのに８個の 捕捉が要求される。この加算−減算サイクルはしばしば前置増幅器およびＡＤＣ に厳しい要求を置く。本発明の実験において、しかしながら、主たる実験上の困 難は関心のボクセル（ｖｏｘｅｌ）からの高解像度獲得用のシムセットの調整に 関連する。

小さな距離にわたって、不均質は直線に近づくので、３つの第１位のシム傾斜（ Ｘ、Ｙ、Ｚ）がＢ０磁界の均質を補正するのに使用される必要があるのみである 。加えて、関心のボクセルの外部のスピンからの特別な応答はシミング方法によ って厳格に広くされることができ、かくして前置増幅器およびＡＤＣの動的範囲 条件を減少する。

開発されるべきこの概念に関して、使用される容積選択技術が単一の捕捉の関心 の容積の外部から生起する信号の完全な抑制を行うことが必須である。かくして 、中間の孔および全体磁石において、ｘ、ｙおよびＺシムのみを使用して小さな 声について高解像度シミングを達成することができねばならない。

発明の目的 本発明の目的はかかる技術をＸ、ＹおよびＺシムの各々に要求される電流を決定 するのに使用して磁石の使用可能な容積内で各車さな容積要素に関して要求され たＢ０均質を達成することにある。この方法において要求されたシム電流は予め 定められかつ記録されることができる。それらはデカルト座標Ｘ、ＹおよびＺを 使用して描かれる空間的位置の関数として作図されることができる。留意される べきことは、このような作図は各磁石に関して異なりかつ予測することが難しい かも知れないということである。作図はまた使用される各無線周波数（ｒ。

ｆ、）プローブによって変更される。特別なプローブ形状に関して作図されると 、電流は種々のサンプルによって最小にのみ影響を及ぼされる。予め定められた シム電流の使用により、装置は試験主題を検討するための準備に容易に設定され ることができる。

他の目的、および利点は以下に明らかとなる。

発明の概要 本発明は、 測定が単位容積中のＢ０磁界をまず最適化した後その選択された単位容積中の標 本について行なわれるものであって、 磁石とプローブの特別な組み合わせに関して、作動容積中の複数の単位容積中の 標本の不存在においてＢ０磁界を最適化するそれらのＸ、ＹおよびＺシミング電 流が最初に決定され、 適所での標本による測定において関心の単位容積用の予め定めたＸ、ＹおよびＺ シミング電流がその単位容積における測定実施の前のさらに他のシミングにより 次いで最適化される検出可能な信号を供給するように印加されることを特徴とす る核磁気共鳴装置の運転方法を提供する。

上述されたように、その取り囲み磁石によってＮ　Ｍ　Ｒ装置作動容積に確立さ れる磁界が作動容積中均質であることを必要とする一方、無線周波数プローブお よびサンプルの導入はその均質性を妨害するようになる。プローブおよびサンプ ルを作動容積中に収納しかつその磁界中に均質性を再確立するために、予め定め られた管理様式にしたがって独立してかつ制御可能に付勢される１組の電磁石シ ムが設けられる。本発明において、試験主題を調査するとき信号出力を最大にす るように、以下の多段作動手順が採用される。第１段階として、作動容積は水の ごとき均質の試験体で充填される。適所での適宜なプローブにより共鳴信号は電 磁石の独立の調整によりプローブによってアドレスされることができる各単位容 積において最適にされそしてその単位容積中に所望の磁界を確立するのに要求さ れる必要な電流が記録される。かくして、作動容積を横切る磁界が特定の時間に おいて均一にされることができない間中、特定の単位容積において磁界は所望の 均一の強さに設定されることができる一方実験はその容積において行なわれる。

連続的な調整により、実験は磁石の作動容積を横切る各単位容積において段階的 に行なわれることができる。

試験主題の導入はさらに磁石の磁界を動揺させかつ方法の次の段階はその磁界を 最適な特性に戻すようになされる。

試験主題が他の方法で均一な磁界を動揺させると同時に、実験において使用され ているプローブにより他の方法で均一な磁界を発生するように以前に決められた 電磁石シムへの電流の印加により生物標本内の関心の容積のプロトン共鳴を検出 することができる。電流のさらに他の同調により、検出された信号は電流が実際 の実験に維持されることができることを示すように最適化されることができる。

最良の電流レベルを決定したとき、関心の容積中にＮＭＲスペクトルが発生され ることができる。

上記段階を繰り返すことにより、標本を走査しかつその中の利用できる単位容積 の各々の特性であるスペクトルを決定することができる。

図面の簡単な説明 以下に本発明を図面を参照して好適な実施例に関連して説明する。

第１図は容積選択に使用されるパルスシーケンスを示ず説明図、 第２図はシム電流の代表的なプロットを示す説明図、第３Ａないし３Ｆ図は本発 明を使用して得られた容積選択’Ｈスペクトルを示す説明図、 第４Ａないし３０図は人間の脚の骨髄の′Ｈスペクトルを示す説明図（第４Ａ図 は標準技術によって得られ、第４Ｂ図は本発明を使用するシミングに追随しかつ 第４Ｃ図は容積選択スペクトルである）である。

好適な実施例 本発明の基本的な実行は以下のとおりである。

（１）各ｒ、　ｆ、プローブ装置に関してＸ、ＹおよびＺシム電流は水の大きな 均質サンプルおよび信号捕捉において完全な容積選択を付与するパルスシーケン スを使用して決定される。これは磁石内の異なる位置において繰り返される。点 の数は所望の解像度および磁石の使用し得る容積の大きさに依存する。

（２）関心のサンプル、仮定または生物標本の磁気共鳴画像が得られ、そして関 心の容積の空間的座標が決定される。

（３）段階（１）において得られたマツプ（作図）が関心の座標において最適な シミングを付与するようにＸ、ＹおよびＺシム用の予測された電流を得るために 挿入される。

（４）これらの電流は関心の容積から信号を得るために十分なり０均質性を付与 すべきである。この信号は次にＸ、ＹおよびＺシム電流の精密な調整によって最 適化される一方段階（］）において使用されたと同一の技術を使用して信号を観 察する。

（５）最終高解像度スペクトルが多数の傾斜符号化容積選択技術の１つを使用し て得られることができる。この段階において水抑制方法を組み込むかまたは１１ ］以外の核を観察することができる。

以下の点は本発明の実行において重要であるかも知れない。

Ｂｏ磁界傾斜が磁気共鳴実験において使用されるとき、通常急激に変化する磁界 によって誘起されるエディ電流を補正することが必要である。これは傾斜コイル を通過する電流を予め調節すること、傾斜予備強調として言及される手順によっ て達成される。

傾斜予備強調は段階（１）？こおける作図実験および実行の段階（５）において 使用される最終容積選択実験を行うことの間で変更されることが出来ない。この ような変化は最終信号の捕捉の間中有効な均質性を変化する。作図実験および最 終実験のために傾斜上昇および下降の同様なタイミングを使用する必要がある。

以下において、本発明の完全を照明するのに使用されることができる特別な実行 が記載される。

（Ｂｌ）基本発明の段階ｌがちょうせき選択のｖｏｓｙ方法の変更を使用して実 施された（１９８７年、容積選択多重パルススピンエコー分光学、Ｊ、　Ｍａｇ ｎ、　Ｒｅ５ｏｎ、　７２の３７９〜３８４ページ、アール・キミッヒおよびデ ィー・フープフェル）。

第１図は使用されるパルスシーケンスを示す。

第２図は選択された容積が２方向において固定面に関してＸおよびｙ方向に移動 されるときのＸシム電流用シミングマツプを示す。同様なマツプはＹおよびＺシ ム電流に関しても作図された。

（Ｂ２）’）１画像は標準のスピンワープ画像技術を使用して得られた。

（Ｂ３）シミングマツプの挿入はラインプロットの目視観察によって行なわれた 。

（Ｂ４）シムの精密調整は段階（Ｂｌ）に記載されたような実験を使用して行な われた。

（Ｂ５）最終スペクトルは５ＰＡＣＥ容積選択技術を使用して行なわれた（１９ ８６年、空間および化学的移動符号化励起、５ＰＡＣＥ、容積選択ＮＭＲ分光学 に関する新規な技術、Ｊ、　Ｍａｇｎ、　Ｒｅ５ｏｎ、　６８．３６７〜３７２ ページ、ディー・エム・ドツドレル、ダブリュー・エム・ブルツクス、ジエイ・ エム・パルシング、ジェイ・フィールド、エム・ジー・アービングおよびエッチ ・バッドレリー）。

ｖｏｓｙの変化はそれが５ＰＡＣＥ実験に要求される傾斜に使用されるような同 様なタイミングを許容するため選択された。これは同−予備強調が両方の実験に 使用されることを可能にした。予備強調は最終５ＰＡＣＥ実験において最良の考 え得る結果を付与するために調整された。これがｖｏｓｙ実験に導入した妥協は 十分実験の許容限界内であった。

第２図を参照して、本発明は水で充填される９ｃｍのシリンダからなり、その中 にベンジン、メタノール、シクロヘキサンで充填された３本の２ｃｍの直径のビ ンが配置される仮定を使用して試験された。

第３図は３本のビンの各々から得られた容積選択′Ｈスペクトルを示す。各場合 において、１　ａｍ３が５ＰＡＣＥを使用して選択された。ボクセル（ｖｏｗｅ ｌ）の均質性が本発明を使用して最適化された。第３Ａ、３Ｂおよび３０図はシ ムマツプの挿入によって予測されるＸ、ＹおよびＺシム電流を使用して得られた スペクトルを示し、−力筒３Ｄ、３Ｅおよび３Ｆ図は関心の声に関してシムの精 密調整後得られたスペクトルを示す。

本発明はまた生体内で試験された。第４Ａ図は標準のシミング手順に従っている 人間の脚の′Ｈスペクトルである。第４Ｂ図は脛骨の骨髄内のボクセルに関して Ｂ０磁界均質性を最適化するために本発明の手順によるシミングに従っている脚 全体のスペクトルを示す。第４ｃ図は人間主題の脛骨中の骨髄のＩ　ｃｎ＋’に 関して得られた容積選択１Ｈスペクトルを示す。

この技術を適用して、以下の段階が実行された。サンプル、人間の脚は以前に作 図された磁石内に配置された。

スピン−エコー画像（横方向スライス）が次いで局部化された分光器の励起周波 数を供給するために記録された。

関心の空間的位置に関して、予測されたシム設定Ｘ、ＹおよびＺが次いで設定さ れかつｖｏｓｙパルスシーケンスが最終の均質性調整を行うのに使用された。最 適な均質性がいったん得られたならば、より感度の良いパルスシーケンス（Ｓ　 Ｐ　Ａ　ＣＥまたはｌ５ＩＳのごとき）かが最終の高解像度を得るのに使用され る。シムマツプからの最初のシム設定なしに、それは磁界の均質性を調整するよ うな時間消費の問題である３、数分間本手順を使用することが通常要求されるす べてである。示された生体内スペクトルに関して、要求される手順全体は４５分 以下である。

データは２．３５　Ｔ、　４０　ｃｍ水平孔磁石にインターフェイスされたブラ ツカ（ＢＲＵＫＥＲ）ＭＭＳＬ−１００分光計を使用して１００ＭＨｚで集めら れた。約６ｋＶの周波数パワーが短いパルス時間を供給するのに利用可能であっ た。

上記からのさらに他の展開として、シミングマツプはデジタルコンピュータに記 憶されることができた。表面は特別な座標に関して最適な開始値の予測を助ける ために数学的に発生されることができた。この手段により選ばれたプローブに特 有である表面が多数のＺ平面に関して記憶される。記憶されたＺ平面の１つに配 置されない点に関して、適宜な値に達するように元の作図手順において選ばれる 隣接の記憶Ｚ平面の表面間の挿入を許容することができる。

新たな主題が調査されるとき、」―配力法によって決定される新たなシム値が設 定されたデータに組み込まれることができそして上記の基本方法の第１段階にお いて提案された表面が速い設定時間を許容することにおいてそれらの有効性を増 大するように更新されることができるように特定のプローブおよび磁石の組み合 わせに関して種々の解剖場所（例えば、頭部、腹部、ふくらはぎ）の異なる組の マツプを記憶することができた。

予め定めたシムマツプを使用することにより、磁石の分光学的な均質容積内で均 質なボクセル（ｌ　ａｍ３と同様に小さい）を移動することは簡単である。より 高い順位のシムがゼロに設定されるならば、局部化されたシミングがｘ、Ｙおよ びＺシムのみを使用することにより実行されることができる磁石の容積は６Ｘ６ Ｘ１１ｃｍ３である。

磁石全体が本手順を実行する前にすべてのシムを使用する大きなサンプルについ てシミングされるならば、局部化されたシミングが行なわれることができる容積 は８×８Ｘ　Ｉ　３０１１１３に増大される。平均に関して、この容積内の１　 ａｍ”から達成し得る線幅はより高い順位のシムが使用されないときの線幅より 鮮明な２の因数である。また、画像についての信号対雑音はすべてのシムが利用 されるならば非常に改善される。

ここで展開された技術は可動の均質容積を有する分光技師を提供する。しかしな がら、Ｘ、ＹおよびＺシム電流設定が捕捉サイクルの間中各容積に関して変化さ れないならば多重容積捕捉を実行することはほとんど困難であった。自動コンピ ュータ制御シミング作動はその等中心、シムセットが直交する点のまわりで磁石 の全体の均質容積をシミングする。これは等中心からずれたボクセルについて最 適な均質性を保証しない。実際に、このようなボクセルからの信号は選択された 容積が標準のシミングに従っているとき観察されるのには余りにも広すぎるかも 知れない。

上記は好適な実施例に関連して説明されたが、前述されたような本発明の範囲お よび精神内にある多くの変更がそれになされることができることは明らかである 。

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Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．測定が単位容積中のＢｏ磁界をまず最適化した後その選択された単位容積中 の標本について行なわれる核磁気共鳴装置の運転方法において、 磁石とプローブの特別な組み合わせに関して、作動容積中の複数の単位容積中の 標本の不存在においてＢｏ磁界を最適化するそれらのＸ，ＹおよびＺシミング電 流が最初に決定され、 適所での標本による測定において関心の単位容積用の予め定めたＸ，ＹおよびＺ シミング電流がその単位容積における測定実施の前のさらに他のシミングにより 次いで最適化される検出可能な信号を供給するように最初に印加されることを特 徴とする核磁気共鳴装置の運転方法。
2. ２．作動容積は水で充填されかつ各単位容積においてＢｏ磁界を最適化するシム 電流が単一の捕捉において完全な容積選択を付与するパルスシーケンスを使用す る共鳴信号を最適化することによって決定されることを特徴とする請求の範囲第 １項に記載の核磁気共鳴装置の運転方法。
3. ３．標本の磁気共鳴画像が得られそして関心の単位容積の空間座標が最初に決定 されたシム電流が印加されかつ精密に同調されることを可能にするように決定さ れることを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載の核磁気共鳴装置の 運転方法。
4. ４．エディ電流が磁石コイルヘの電流を予め調節する傾斜予備強調により補正さ れかっ同一予備強弱が最終の高解像度スペクトルの発生までの手順の間中維持さ れることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の核磁気共鳴装置の運転方法。
5. ５．特別な型式の標本に閲して、標本中のＢｏ磁界を最適にするのに決定される 精密同調シム電流が記録されて同一型式の次の標本により使用されることを特徴 とする請求の範囲第１項ないし第４項のいずれか１項に記載の核磁気共鳴装置の 運転方法。
6. ６．複数の平面を横切るシミング電流が電流値がそれから決定されることができ る各平面に関して対応する表面を発生するために作図されることを特徴とする請 求の範囲第５項に記載の核磁気共鳴装置の運転方法。
7. ７．前記作図は挿入手順によって記憶された平面間の点の電流値を決定するのに 使用されることを特徴とする請求の範囲第６項に記載の核磁気共鳴装置の運転方 法。