JPH0575355B2

JPH0575355B2 -

Info

Publication number: JPH0575355B2
Application number: JP62183825A
Authority: JP
Inventors: Jadoson Haadei Kurisutofuaa; Rushian Deyumorin Chaaruzu
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1986-08-01
Filing date: 1987-07-24
Publication date: 1993-10-20
Also published as: JPS6382351A; US4701708A; EP0254983B1; EP0254983A2; DE3751357D1; EP0254983A3

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）分光法、更に
具体的に云えば、スピン結合された他の少なくと
も１種類の選ばれた共鳴からの応答信号を保存し
ながら、スピン結合されていない少なくとも１種
類の選ばれた共鳴からの応答信号を抑圧する為
に、選択的な同種原子核方式（POTSHOT）に
よつて分極を移転する新規な方法に関する。典型
的に使われる場合、スピン結合されていない全て
の応答信号が抑圧されると共に、予め選ばれたス
ピン系からのものを除き、スピン結合された全て
の応答信号も抑圧される。

核磁気共鳴（NMR）生前内燐（ ³¹P）分光法
が、人間の代謝を監視するのに役立つ道具である
ことが現在ではよく知られている。然し、生体内
燐分光法は、妥当な信号対雑音比を持つスペクト
ルを収集する為に、比較的長い期間（典形的には
少なくとも10分間）を必要とするのが難点であ
る。燐分光法の代りに、水素（ ¹H）分光法を利
用することが出来れば、水素のNMR感度は大ま
かに云えば燐の感度の15倍も大きいから、時間の
長さの問題を避けることが出来よう。水素分光法
のデータ収集時間は、同じ信号対雑音比を達成し
ようとする場合、燐のデータ収集時間よりも２桁
又はそれ以上短くすることが出来る。然し、＝
¹H分光法は、検査するサンプルの水等の様なあ
る成分のスピン結合されていない共鳴が存在する
こと、並びに脂質等の様なスピン結合された共鳴
が存在すること、並びにこれらが関心が持たれる
スペクトルのピーク（例えば乳酸塩成分等）より
も典型的に４桁及び３桁大きいのが難点である。
更に、この様な不所望のスピン結合されていない
共鳴は、所望の代謝物質のピークと大体同じスペ
クトル位置にあり、所望の代謝物質のピークを検
出することが従来の方法では事実上不可能であ
る。従つて、結合されていない水素スピン共鳴を
持つ、水、脂質及び同様な物質を含む生体内の人
間の組織の成分が存在する状態で、生体内の人間
のサンプル中の代謝物質中の結合された水素スピ
ンからのスピン共鳴応答を収集する方法を提供す
ることが極めて有利である。

従来技術収集された全体的なNMR応答スペクトルの
内、不所望の共鳴ピークを抑圧する為に、じやま
なスペクトル・ピークの周波数を中心とする帯域
幅の狭いRF信号パルスを利用する幾つかの方法
が提案されている。おそらく最も直接的な方式
は、所望のスペクトルを受取つて処理する前に、
じやまな信号ピーク応答（普通は水の共鳴の応
答）を抑圧する為に利用される時間的に長い予備
飽和パルスを印加するものである。一般的に“１
−３−３−１”と呼ばれる別の方式は、一連の
π／２又は90゜RF信号パルス及び中間の遅延を利
用して、所望の共鳴のスピンを横平面へ操作しな
がら、不所望の成分（例えば水）の水素スピン・
ベクトルを縦方向に操作する。こういう方式は、
共に他の不所望（例えば脂質）の共鳴には多少と
も影響がない様にしたまゝ、不所望（水）の共鳴
の化学シフトに近い化学シフトを持つ全ての代謝
物質の共鳴を抑圧することも必要であるのが煩わ
しい。

不所望の種目（水）と他の化学的な種目の間の
スピン−格子緩和時間T₁及びスピン−スピン緩
和時間T₂の違いを利用することにより、水の共
鳴ピークに対して弁別するこの他の方式も知られ
ている。即ち、β乳酸塩の様な他の共鳴は実質的
に影響がない様にしながら、ある組織の水のピー
クを抑圧する為に、長いエコー時間を非常に有効
に利用することが出来る。然し、多くの脂質の共
鳴も都合の悪いことに影響を受けない。同様に、
この他の方法は、読出しの前に、不所望の種目
（水）のゼロ時定数（T_oull）に等しい遅延を持つ
反転パルスを利用する。然し、こういう方法は、
水の共鳴を抑圧するが、所望の代謝物質の共鳴ピ
ークを部分的に抑圧するだけでなく、一般的には
他の不所望の（脂質の）共鳴等に対して弁別しな
い。

現存の幾つかの方法は、同じ分子の隣合つた原
子格の間のスカラー結合を利用することにより、
スピン結合されていない共鳴からの応答信号を抑
圧する。横平面に章動した結合スピンが、一連の
RF信号パルス及び遅延の作用を受け、これによ
つて結合スピンの磁化が、非結合スピンの磁化が
展開するのとは異なる形で展開するようにする。
水素の結合定数Ｊに近い結合定数を持つ全ての結
合スピンの位相を反転する為に、広帯域の90゜又
はπ／2RF信号パルスを用いる同種原子核分極移
転のある方式は、互いに結合された、最終的なス
ペクトルの脂質共鳴を弁別することが出来ない。
この欠点は、乳酸塩のピーク周波数の１つに中心
を持つ狭帯域の180゜RF信号パルスを広帯域の
180゜RF信号パルスに重畳することにより、ある
結合されたピーク、例えば乳酸塩の共鳴を保存し
ながら、他のある共鳴、例えば脂質アルキルの共
鳴を排除することが出来る、同種原子核二重共鳴
差分光法と呼ばれる別の方法を用いて解決するこ
とが出来る。狭帯域パルスは最初の共鳴ピークが
結合されている残りの乳酸塩の共鳴ピークの位相
だけを反転するが、それも狭帯域パルスの周波数
が約１Hz以内に正しく設定されている場合だけで
ある。周波数の設定が不正確であると、もとの乳
酸塩のピークは位相及び／又は振幅が歪み、所望
の信号が最終的なスペクトル中で互いに相殺する
結果になることがある。

発明の要約この発明では、NMR分光法でスピン結合され
た共鳴からの少なくとも１つの所望のNMR応答
信号を受信し易くしながら、少なくとも１つの不
所望の共鳴応答信号を抑圧する新規な方法が、
RF信号パルスからなる１対の交番順序を加える
工程を用いる。各々の順序は、(a)スピン結合され
た及びスピン結合されていない共鳴を、検査する
サンプルに用いるデカルト座標系の第１の軸線の
周りに章動させる為の初期90゜又はπ／2RF信号
パルスと、(b)ｎを奇の整数１、３、５…、Ｊを水
素（ ¹H）原子核のスピン結合定数として、初期
パルスの時間的な中点から、ｎ／4Jに略等しい期
間Ｔ後に発生する時間的な中点を持つていて、ス
ピンを前記第１の軸線の周りに回転させる180゜又
はπRF信号パルスと、(c)その順序中の１番目の
180゜RF信号パルスの時間的な中点から期間Ｔの
２倍後の所に時間的な中点を持ち、ガウス形、
sinc又はその他の予定の略対称的な形を持つ略対
称的な包絡線を有する最後の振幅変調された180゜
又はπRF信号パルスとを持つている。この発明の
方法は、１対の順序の内の一方にだけ、その順序
の１番目の180゜RF信号パルスから略期間Ｔ後の
所にある時間的な中点に対して対称的に配置され
ていて、少なくとも１つの不所望のスピン結合さ
れていない共鳴の共鳴周波数から実質的に離れた
周波数を持つ分極移転狭帯域180゜又はπRF信号パ
ルスを用いる。受信する応答信号は、最後の
180゜RF信号パルスの時間的な中点から期間Ｔに
略等しい時間後に時間的な中点を持つ応答ゲート
期間内に収集する。最後のRF信号パルスがスピ
ン・ベクトルを第１の方向の軸線の周りに回転さ
せる。前記１対の逐次的な順序の内の一方から回
収された１組のデータを他方の組から減算して、
スピン結合されていない共鳴データが実質的に相
殺されていて所望のスピン結合された共鳴データ
が存在する様な処理済みデータの組を求める。ａ
及びｂを夫々奇数、添字の和（ａ＋ｂ）が偶数に
なる様なA_aB_bの形を持つ分子成分の結合スピン
に対し、座標系の第１の軸線に対して略直交する
第２の軸線の周りにスピン・ベクトルを回転させ
る。添字の和が奇数で、ａが奇数、ｂが偶数であ
る様な分子成分に対しては、第１の軸線の周りの
回転を利用する。第１及び第２の軸線は全般的
に、装置の静磁界B₀の方向に対して直交してい
る。スピン結合されていない共鳴の抑圧を強める
為に、１対の順序の対の内の交互の逐次的な順序
で、狭帯域RF信号パルスの位相を180゜交番にす
る。

従つて、この発明の目的は、NMR分光法で少
なくとも１つの所望の応答信号を受信し易くしな
がら、少なくとも１つの不所望の共鳴応答信号を
抑圧する為の新規な選択的な同種原子核分極移転
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
面について詳しく説明する所から、当業者に明ら
かになろう。

発明の詳しい説明最初に第１ａ図について説明すると、NMR分
光法の情報を求めようとするサンプル内に存在す
る分子１０は、その原子核の間に同種原子核スカ
ラー結合を持つものである。例として、分子１０
がAB₃形分子、例えば乳酸塩分子であり、１個の
水素原子１０ａ（H〓(A)側の半分内で、中央の炭素
原子と一直線上にある円で示した１個の結合を持
つ）と３つの水素原子１０ｂ（H〓（B₃）側の半分
にあつて、端の炭素原子に対して一直線上にある
円で示す結合を夫々持つ）との間にスカラー結合
が存在する。基本方向（例えば3D座標系のＺ軸）
に外部から印加された静磁界B₀と、磁界B₀の方
向に対して略直交する平面内の外部のRF磁界B₁
の両方に応答して、RF共鳴応答信号を受信して
解析することが出来る。H〓(A)水素原子１０ａは
その原子核のスピンが上向き又は下向きになり得
るから、H〓（B₃）原子１０ｂの核スピンは相異な
る２つの局部的な環境の内の一方を受け、この
為、その共鳴のピークは、何れも振幅が大体似て
いるスペクトル線の二重項１１に分裂する。同様
に、３つのβ水素原子１０ｂは、１種類の形式１
２ａの上向きの３つのスピン全部、３つの形式１
２ｂを取り得る、下向きの１つのスピン及び上向
きの他の２つのスピン、３つの形式１２ｃを取り
得る下向きの２つのスピン及び上向きの１つの１
つのスピン、又は１種類の形式１２ｄの３つのス
ピン全部の何れかのスピン形式１２を取り得る。
従つて、α水素原子１０ａから見ると、４種類の
異なる環境（スピン形式１２ａ乃至１２ｄの環
境）があり、その共鳴は相対的な強度１：３：
３：１を持つスペクトル線の四重項に分裂する。

次に第１ｂ図には、実尺ではないが周波数ωに
対し、１例としてのサンプルの相対的な共鳴の強
度が示されている。サンプル中の溶媒（水等の様
な）からの少なくとも１つの結合されていないス
ピンが、結合されていない水素原子核の周波数
ω_Hの所に強度の強い共鳴スペクトル成分Ｐを発
生することがある。こゝに示したAB₃形分子のα
側の水素の結合スピンH〓(A)が、夫々周波数ω_R，
ω_S，ω_T及びω_Uの所にスペクトル成分Ｒ，Ｓ，Ｔ
及びＵの四重項を発生する。各々のピークはスピ
ン−スピン結合定数Ｊ（ ₁H）では約7.35Hz）だ
け離れている。β側の水素の共鳴H〓（B₃）が、
夫々周波数ω_Y及びω_W所に二重項の共鳴ピークＶ
及びＷを発生し、その間は結合定数Ｊだけ周波数
が離れている。スピン結合されていない共鳴成分
Ｐの比較的巨大な振幅が、所望のスピン結合され
たスペクトル成分Ｒ乃至Ｗのずつと小さい振幅を
小さく見せ、この為スピン結合されていないスペ
クトル成分Ｐが存在する状態で、スピン結合され
たスペクトル成分を求めようとしても、不可能で
はないとしても、極めて困難である。成分Ｒ，
Ｓ，Ｔ，Ｕ，Ｖ及び／又はＷの使いものになるス
ペクトルを求めようとすれば、スペクトル成分Ｐ
を完全にではないにしても、少なくとも部分的に
抑圧する何等かの手段を設けなければならない。
図面を見易くする為に図面に示してないが、実際
のサンプルは不所望のスペクトル線Ｐが１個であ
るとは限らない。人間の生体内のサンプルは、所
望のスピン結合された共鳴を回収しようとすれ
ば、何れも抑圧しなければならない複数個の不所
望の線成分（水、脂質等）を持つことがある。

次に第２図について説明すると、この発明で
は、何れもサンプルを逐次的な１対の励振順序の
内の一方にかけることによつて夫々発生された１
対のデータの組を減算することにより、少なくと
も１つのスピン結合された共鳴スペクトル成分を
保存しながら、不所望のスピンのスペクトル成分
を抑圧した最終的な応答データを発生する。この
１対の順序で、１つの順序はスピン結合系の位相
ピーク反転パルス１４を持ち、この１対の順序の
他方はこのパルス１４がない。

各々の対で、両方の順序は時刻t₀に始まる。こ
の時刻より前に、部分１５ａに示す様に、無線周
波（RF）励振磁界B₁の振幅は略０である。90゜又
はπ／２のRF信号パルス１６が時刻t₀に開始し
て時刻t₂に終り、サンプルが配置されている３次
元座標系の第１の軸線、例えばNMR装置の静磁
界の中に配置されたデカルト座標系のＸ軸に沿つ
て、B₁磁界を発生する。典型的には、装置の静
磁界B₀はＺ軸上にある。パルス信号１６が核ス
ピンを第１の軸線(X)の周りに横平面、即ちデカル
ト座標系のXY平面へ章動させる。その後、RF
磁界B₁の振幅は、部分１５ｂに示す様に、振幅
が略０であつて、時刻t₃に第１の軸線(X)に沿つ
て、磁界B₁を持つ180゜又はπの位相戻しRF信号
パルス１８が開始する。信号パルス１８が時刻t₅
に終了する。実質的に章動パルス１６の中央にあ
る時刻t₁と実質的に位相戻しパルスの中央にある
時刻t₄の間の遅延時間Ｔは、ｎ＝１、３、５…と
して、（ｎ／4J）に略等しい。RF磁界の振幅が略
０である別の部分１５ｃの後に、結合スピン反転
信号パルス１４が発生されるが、これは各対の逐
次的な励振順序の内、１番目にだけ発生される。
パルス１４は、位相戻しパルス１８の時間的な中
点t₄から期間Ｔ後に起る時刻t₇に対して略対称的
な180゜又はπのRF信号パルス（ガウス形包絡線
の形を持つことが好ましい）である。結合スピン
選択性パルス１４が時刻t₈に終了した後、そして
空間選択性π又は180゜RF磁界信号パルス２０が
開始する時刻t_aより前に、RF磁界の振幅が略０
の別の部分１５ｄがある。パルス２０は第１の軸
線(X)の周りにRF磁界B₁を発生し、時間的には中
心時刻t_bに対して略対称的である。時刻t_bは、１
対の順序の内、その順序に狭帯域結合スピン選択
パルス１４がある場合は、このパルスの中心時刻
t₇からもう１つの期間Ｔの終りにあり、その順序
にこの結合スピン選択パルスがない場合は、180゜
パルス１８の中心時刻t₄から期間２Ｔ後の所にあ
る。時刻t_cに終了する空間選択性RFパルス２０
は全体的に対称的な信号であつて、応答の空間的
な指定作用を最も良くする為の変調された包絡線
を持つている。この変調は（図示の様に）截頭
sin（ｘ）／Ｘパルス２０等の様な任意の所望の形
式であつてよい。典型的には、空間選択性パルス
２０は、勾配磁界パルス２２の略一定の部分と時
間的に一致する。パルス２２が、結合スピン保持
パルス１４の終了時刻t₈より後、そしてπパルス
信号２０の開始時刻t_aより前の時刻t₉に始まる。
パルス２２が、空間選択性RFパルス信号２０の
終了時刻t_cより後の時刻t_dに終了する。１個の０
でない勾配パルス信号２２を使うことは、1984年
７月２日に願された係属中の米国特許出願通し番
号第626941号に記載されているDRESS分光法の
空間指定方法を利用した、現在好ましいと考えら
れる１実施例に過ぎない。少なくとも１つの磁界
勾配を利用するこの他の空間指定方式をこの発明
のPOTSHOT方法と共に利用することが出来る
ことを承知されたい。

１対の励振順序の内の各々の励振順序が、サン
プルから応答信号を発生する。各々の応答信号
を、RF受信ゲート・パルス信号２４に応答する
NMR装置のRF分光系で受信する。このパルス
信号２４は、その期間中のゲート時刻t_fが、空間
選択性パルス２０の中心時刻t_bから期間Ｔ後にな
る様に定められていて、時刻t_e及びt_gの間に受信
が出来る様にする。ゲート開始時刻t_eは時刻t_cと
云う様に早くしてもよいし、ゲート終了時刻t_gは
任意の所望の時刻にすることが出来る（例えば、
受信信号を一定期間遅延させた後と云う様に）。
この為、他の時には振幅が略０であるゲート信号
部分２４ａ，２４ｂが、ゲート・パルス２４が存
在する期間の外側では、どんな応答信号２６を発
生されない様にする。絶対的に必要なものではな
いが、各々の励振順序の前に、少なくとも１つの
溶媒を抑圧する等のRF信号パルス２８を先行さ
せることが非常に望ましいことを承知されたい。
このRF信号パルスは、脂質、水等のスピン結合
されていない共鳴成分Ｐを飽和させ又はその他の
形で抑圧する。

結合スピン共鳴選択パルス１４は、添字の合計
が偶数になる結合スピン系、即ち、添字の和（ａ
＋ｂ）が偶数であり、添字ａが奇数である様な選
ばれたA_aB_bスピン系でだけ、第１の軸線(X)に対
して略直交する（且つ一般的に磁界B₀に対して
も直交する）第２の軸線即ちＹ軸の周りのπ_YRF
信号パルスである。この為、ABスピン系で、添
字の合計が２であるか、又はAB₃スピン系で合計
が４等になる時、πパルス１４が使われる。添字
ａが奇数で、添字の合計が奇数になるAB₂スピン
系の様な系では、この順序を修正して、RFパル
ス１４が180゜_X又はπ_Xパルス（第１の軸線又はＸ
軸の周りの）になる様にし、これによつて系内の
全てのピークは２つの二重項の間にπの位相の捩
れを保持することが出来る様にする。何れの場合
も、RF周波数は実質的に回収しようとするスペ
クトル成分の周波数である。パルス１４は、その
周波数成分が一層狭い帯域幅に分布しているの
で、「柔らかい」輪郭を持ち、この為周波数が広
い「硬い」（又は隅が四角の）パルス１６，１８
よりも周波数選択性が一層強い。

各々の順序からの応答データ２６を受信し、デ
イジタル化して貯蔵する。１対の順序の２番目の
順序からの貯蔵データを、この後、１番目の順序
からの貯蔵データから（又は逆に）減算し、こう
してあるスペクトル成分のピークが積極的に相加
わるが、他のものが相殺される様にする。具体的
に云うと、スピン結合されていない成分からの応
答データが相殺し、これに対してパルス１４を使
うことによつて選択されたスピン結合されたスピ
ンは、他方の応答中のデータに比べて、一方の応
答中のデータの位相が反転し、この為、一方の組
のデータを他方の組のデータから減算すると、実
際には最終的なデータの組で、スピン結合された
２つの応答成分が加算される。

次に第２ａ図について（例としてAB₃スピン系
の）β乳酸塩の二重項成分Ｖ及びＷについて、ス
ピン結合成分のこの選択的な補強作用を説明す
る。初期パルスが両方のスピン・ベクトルＶ及び
Ｗを図１に示す様にXY平面に章動させる。励振
信号の周波数ω_Xで回転する基準系に対し、スピ
ンが夫々矢印V′及びW′の方向に回転する（これ
は、励振周波数ω_Xが例として二重項の外側にあ
るから、同じ方向である）。１番目の１／4J遅延
は、１対のスピンが、図２に見られる様に、互い
に90゜位相がずれる様にする位に長い。図３に見
られる様に、１番目の広帯域π_Xパルス１８によ
り、Ｂ二重項がＸ軸の周りに反転するだけでな
く、Ａスピンも反転する。これは、Ｂ二重項の
「レツテル」を切換える効果を持つ。２番目の
１／4J遅延が、図４に示す様に、スピンをＸ軸に
沿つて反平行の向きを持つ様にする。例えば、ス
ピンＶが正の方向を向く。第２ｃ図に見られる様
に、やはり反転して「レツテル」をつけかえたス
ピン・ベクトルのＡ四重項も、Ｘ軸に沿つて反平
行であり、RSTU四重項では、Ｒ及びＴスピン
がＳ及びＵスピンに対して反対向きである。まだ
選択性パルスを印加していないから、添字が偶数
の全ての四重項が存在し、同様な反平行状態にあ
るのは選ばれたスピン系のものだけではない。後
で第２ｂ図から明らかになるが、これに対して結
合されていないスピンは、反転しているが、分極
移転に関係していないので、この時Ｙ軸に沿つた
向きのまゝである。

励振順序がπ_Yパルス１４を含む場合、図５ａへ
の上向きのπ_Yの矢印を辿り、これはＡ四重項に加
えられた狭帯域の180゜パルスがこの四重項をＹ軸
の周りに直接的に反転するが、Ｂ二重項をスピン
のレツテルの張替えを通じて反転することを示し
ている。この他のスピン結合された共鳴は、この
パルスが化学シフト選択性である為、一般的にこ
のパルスの影響を受けない。スピン結合されてい
ない共鳴も影響を受けない。これは、化学シフト
選択性の為、並びに第２ｂ図から判る様に、結合
されていないスピンは、このパルスが印加される
時にＹ軸に沿つた向きであるからである。１対の
順序の内、２番目の順序が起つている時、即ちパ
ルス１４がない時、“Noπ_Y”矢印の方向に下向き
に図５ｂに進む。この時、Ｖ及びＷ成分は、図４
と全く同じ回転ベクトルV′及びW′とＸ軸に沿つ
て全く同じ方向に整合している。この時データを
収集して減算すれば、選ばれたAB₃スピン系の共
鳴だけが積極的に相加わることに注意されたい。
然し、異なる四重項成分が正及び負の位相の間で
交互に変り、十分に分解されていない四重項に対
して特に望ましくない状況を作る。その為、ｎ／
2Jの遅延に相当する最後の１対の遅延を利用し、
この遅延期間の中心にある広帯域180゜_Xパルス２
０が、化学シフトの影響を否定する為の時間的な
反転を行なう。従つて、Ａ四重項及びＢ四重項の
両方のスピンが、図８ａ及び８ｂに示す様に、両
半分の終りに反対の位相を持ち、この為、２つの
相異なる信号からのデータを減算した時、ピーク
が実効的に加算される。

水又はその他の溶媒からの抑圧すべきスピン結
合されていない成分Ｐは、第２ｂ図に示す様な作
用を受ける。図１で、スピン・ベクトルＰが
（π／２）_X信号パルス１６によつてXY平面に章
動する。図２に示す様に、初期の遅延時間の後、
時間反転パルス１８がスピンＰをＸ軸の周りに回
転する（図３）。２番目の遅延期間により、スピ
ンＰが、図４示す様に、負のＹ方向に来る。化学
シフト選択性信号パルス１４による結合されてい
ないスピンに対する影響がないから、Ｐスピン・
ベクトルは、夫々図５ａ及び５ｂに示す様に、π_Y
パルスが存在するかどうかに関係なく、−Ｙ方向
に引続いてある。その後、同じ作用が行なわれ、
３番目のＴ遅延期間の後、スピン・ベクトルＰ
は、図６ａ及び６ｂに見られる様に、XY平面内
の同じ方向にある。空間選択性パルス２０の後、
スピン・ベクトルＰは、図７ａ及び７ｂに見られ
る様に、単にＸ軸の周りに回転する。最後に、４
番目の最後のＴ遅延時間の後、Ｐベクトルが、図
８ａ及び８ｂに示す様に、同じ＋Ｙ方向にある。
従つて、１番目の励振順序の＋Ｙ信号データを２
番目の励振順序に応答して収集された＋Ｙ信号デ
ータから減算すれば、振幅は実質的０になる。即
ち、スピン結合されていないベクトルは、１対の
順序の内の両方の励振順序で同じ向きを持ち、最
終的な差のスペクトルでは、減算によつてなくな
る。化学選択性パルス１４がＢ二重項又はＡ二重
項に印加される様に、励振順序が修正された場合
でも、同じ作用が行なわれる。

次に第２ｃ図について説明すると、前に説明し
た様に、四重項RSTUが、90゜_X信号パルス１６に
より、図１に示す様に、XY平面の＋Ｙ軸へ最初
に章動する。初期の遅延の後、反平行スピンＲ及
び及びＴが、図２に見られる様に、反平行スピン
Ｓ及びＵに対して実質的に直交する。前に説明し
た様に、π_X信号パルス１８は、ベクトルの四重項
をＸ軸の周りに回転させるだけでなく、図３に示
す様に、各々の反平行の対のレツテルを変える。
図４に示す様に、２番目の遅延期間の後、この時
平行なスピンＲ及びＴが、＋Ｘ軸の方を向いた平
行なＳ及びＵスピン・ベクトルに対して反平行で
ある。化学シフト選択性π_Yパルスを印加すると、
ベクトルがＹ軸の周りに回転し、図５ａに示す様
に、この時Ｒ及びＴスピンは＋Ｘ方向になる。励
振順序にパルス１４が存在しない場合、図５ｂに
示す様に、回転は起らない。３番目の遅延期間Ｔ
の後、図６ａ及び６ｂのスピン・ベクトルにな
る。空間選択性信号パルス２０が成分をＸ軸の周
りに回転させ、レツテルを変えることにより、
「パルス１４が存在する」順序では図７ａの様に
なり、「パルス１４が存在しない」順序では図７
ｂの様になる。４番目の最後の遅延の後、四重項
スピンＲ乃至Ｕは何れも、選択性パルス１４がそ
の順序に存在していれば、図８ａに示す様に＋Ｙ
方向にあり、これに対して、信号パルス１４が存
在しなければ、図８ｂに示す様に、四重項Ｒ乃至
Ｕは何れも−Ｙ方向にある。これらの２組のデー
タを求めて減算した後、やはり積極的な加算が行
なわれることが理解されよう。

次に第２ｄ図及び第２ｅ図について説明する
と、AB₂形の分子は図示のスペクトルを持つこと
がある。周波数ω_Hの少なくとも１つの溶媒のピ
ークＰが、Ａバンドの分裂によるＶ及びＷ二重項
成分又はＢバンドの分裂によるＫ−Ｌ−Ｍ三重項
成分の何れの振幅をもはるかに越える振幅を持つ
ている。逐次的な（π／２）_X信号パルス（図１）、
１番目の遅延（図２）、π_XRF信号パルス（図３）
及び２番目の遅延（図４）の効果により、三重項
のスピンはＹ軸と整合し、１番目及び３番目のス
ピンは一方のＹ方向であり、三重項の２番目のス
ピンはＹ方向の他方である。π_XRF信号パルスが
存在すれば、これはこのパルスがない順序（図５
ｂ）に対し、三重項のスピンをはじく様に作用す
る（図５ａ）。３番目の遅延（図６ａ及び６ｂ）、
選択性π_Xパルス（図７ａ及び７ｂ）及び最後の４
番目の遅延（図８ａ及び８ｂ）の効果は、相次ぐ
１対の順序で収集された最後の信号が、互いに位
相がずれており、この為、一方の回収データを他
方のデータの組から減算すると、最終的なデータ
の組では、三重項の応答が加わり、スピン結合さ
れていない共鳴の効果は実質的に相殺される。

実際には、装置の欠陥やRF信号パルスの脱落
により、（第１ｂ図のＰ成分の様な）不所望の共
鳴成分の抑圧が最適に至らない場合がよくある。
従つて、添字が偶数の系では、選択性πパルス１
４を交互に＋Ｙ及び−Ｙ位相に変えることによ
り、又は添字が奇数の系では選択性π_Xパルス１４
を交互に＋Ｘ及び−Ｘの位相に変えること等によ
り、この発明の励振順序に単純な位相サイクルを
取入れて、小さな誤差を少なくすることが出来る
が、これは基本的なサイクルの長さを２回の収集
から４回の収集へ長くする傾向がある。勿論、当
業者であれば、更に複雑な位相サイクル方式を利
用することが出来るが、それに伴なつて合計のサ
イクル時間が一層長くなることが理解されよう。

この他の溶媒抑圧方式を用いることが出来るこ
とが理解されよう。現在では、１対の内の各々の
順序の先頭に、約２秒の間約2mGの振幅を持つ
RF磁界B₁を利用して、低レベルの予備飽和パル
ス２８を使うことが好ましい。この他の公知の化
学シフト選択性、T₁又はT₂方式も同じ様に使う
ことが出来る。RF分光系の受信器が出会う全体
的な応答信号のダイナミツク・レンジが減少する
から、予備的な溶媒抑圧方式を使うことが非常に
有利である。予備飽和パルス２８は比較的長さが
長い（例えば２秒）であるが、サンプルに入込む
RFエネルギは予想よりずつと少ない。何れにせ
よ、この発明では、予備飽和パルスの平均エネル
ギは、順序の「硬い」（「四角」）パルス１６及
び／又は１８の平均エネルギと同等の大きさであ
ることが判つた。乳酸塩のピークは、多くの組織
に於ける水のピークのT₂時間に比べて、結合時
間T₂がずつて長いから、長いエコー時間を利用
して、水の信号を弁別することが出来る。現在で
は、他の場合に利用するＴ＝１／4Jの遅延（約
136ミリ秒）ではなく、ｎ＝３を利用することに
よつて得られる長いエコー時間（合計のＴ＝３／
4Jの遅延が約408ミリ秒）を用いることが好まし
い。

第３ａ図には、（随意選択によるエネルギの小
さい、持続時間が比較的長い予備飽和パルス２８
を含む）完全な励振順序に対する実際の励振信号
を発生する１実施例の装置が示されている。装置
３４が、第１の周波数合成手段３６を持つてい
る。この合成手段は、所望の結合された共鳴成分
の近辺の第１の周波数ω_X、例えば周波数ω_R乃至
ω_Wの内の１つの近くの周波数をその第１の出力
３６ａに発生する。第１の周波数合成手段の主発
振信号が第２の出力３６ｂから、第２の周波数合
成手段３８の主発振入力３８ａに供給される。こ
の周波数F₀が、第２の周波数合成手段の出力３
８ｂの信号を同期させる。これは、抑圧しようと
する不所望のスペクトル成分のＰの周波数ω_Hに
設定される。この成分は、第１の周波数合成手段
の周波数ω_Xに接近していてよいが、必ずそれと
は異なる。相異なる３種類の使われる信号パルス
（「硬い」、「柔らかい」及び「長いパルスの予備飽
和」）の各々に対し、可変減衰手段又は変調手段
４０を設ける。即ち、電子的に可変の第１の減衰
器４０−１が第１の周波数合成手段の出力信号を
その入力４０−１ａに受取り、装置の第１の入力
端子３４ａからの制御信号E₁の「硬い」パルス
波形４０−１Ｍをその制御入力４０−１ｂに受取
る。RF信号と変調波形４０−１Ｍに応答して、
第１の周波数ω_Xの矩形波で変調されたRF信号パ
ルス４０−１Ｒが可変減衰手段の出力４０−１ｃ
に現れ、第１の電力増幅PA手段４２−１によつ
て増幅され、RF信号パルス１６及び１８となる。
同様に、第２の可変減衰手段４０−２が第１の周
波数合成手段の出力信号をそのRF入力４０−２
ａに受取ると共に、装置の第２の入力３４ｂから
の「柔らかい」変調E₂信号波形４０−２Ｍをそ
の制御入力４０−２ｂに受取る。「柔らかい」変
調されたRF信号４０−２Ｒが第２の可変減衰手
段の出力４０−２ｃに発生され、第２の電力増幅
（PA）手段４２−２で増幅されて、やはり第１の
周波数ω_Xを持つ「柔らかい」包絡線の励振信号
パルス１４及び／又は２０になる。第１の可変減
衰手段４０−１は（周波数合成手段の信号を関連
した電力増幅器へ伝達する為に「オン」である
か、或いはこの信号が伝達されない様にする為に
「オフ」であるかの何れかで）実質的に２進的な
応答を持ちさえすればよいが、第２の可変減衰手
段は、その制御入力の制御信号の瞬時振幅に較べ
て、その出力の変調されたRF信号の大きさは一
般的に直線的な関係を持つている。全体的に直線
的な第２の可変減衰手段４０−３が、不所望のス
ペクトル成分の周波数ω_Hの信号をそのRF入力４
０−３ａに受取ると共に、装置の第３の入力３４
ｃから、波形４０−３Ｍを持つ抑圧変調信号A₃
をその制御入力４０−３ｂに受取る。出力４０−
３ｃの変調されたRF信号４０−３Ｒを別の減衰
手段４４によつて更に減衰させて、抑圧パルス２
８を設定する為に用いられる別の電力増幅（PA）
手段４２−３に対する駆動信号にすることが出来
る。全ての電力増幅手段４２の出力を組合せ手段
４６で組合せて、装置の出力３４ｄに対する合計
の励振電力を発生し、NMR分光系に用いられる
RFコイルに接続して、サンプルを励振すること
が出来る。

次に第３ｂ図について説明すると、現在好まし
いと考えられる装置３４′を利用して、（コストを
下げる為に、１個のキロワツト級電力増幅手段し
か用いないことが望ましいので）１個の電力増幅
手段４２に対する１個の励振信号を発生する。現
在好ましいと考えられるこの実施例では、第１の
合成手段の主発振周波数F₀信号を第１のゲート
手段４８−１の入力４８−１ａに供給する。この
ゲート手段は、装置のゲート入力３４′ｅからの
２進オン／オフ信号を制御入力４８−１ｂに受取
る。ゲート出力４８−１ｃのゲートされた主発振
信号が第２の合成手段の主発振入力３８ａに供給
される。同様に、第２の合成手段の出力３８ｂに
出る不所望のスペクトル成分の周波数ω_Hの信号
を第２のゲート手段４８−２の入力４８−２ａに
供給する。ゲート手段の第２の制御入力４８−２
ｂに送込んだゲート信号に応答して、第２のゲー
ト手段の出力４８−２ｃの同期したRF信号は、
装置の入力３４′ｅの信号が「オン」状態にある
時にだけ存在する。夫々柔らかい変調器No.２及び
No.３の出力４０′−２ｃ及び４０′−３ｃに出る変
調されたRF信号が、第１の組合せ手段５０−１
の第１及び第２の入力５０−１ａ及び５０−１ｂ
に夫々結合される。組合せ手段の出力５０−１ｃ
に得られる組合された柔らかいパルス信号の組が
第２の組合せ手段５０−２の第１の入力５０−２
ａに供給され、第２の組合せ手段は第１の変調器
の出力４０′−１ｃからの硬いパルス信号をその
第２の入力５０−２ｂに受取る。組合されたRF
励振信号が第２の組合せ手段の出力５０−２ｃか
ら装置の出力３４′ｄに供給され、外部電力増幅
手段４２の入力に送込まれる。

例として、以下説明するスペクトルは、RF送
信の為の身体コイルと、受信用の直径約６cmの電
子的に減結合された表面コイルを用いた1.5テス
ラ（Ｔ）の全身研究用装置で収集した。表面コイ
ルの減結合回路は、受信コイルが送信されるRF
励振磁界を歪めない様にする。送信コイルには減
結合機構を利用しなかつた。これは、こういう機
構は非直線部分を持つており、それが「柔らか
い」RF信号パルス１４，２０及び／又は２８を
幾分歪めるからである。表面コイルの受信アンテ
ナは身体コイルの励振アンテナよりも相対的にず
つと小さく、その間の結合は殆んどないから、受
信の際、減結合機構が存在しなくても問題ではな
い。

次に第４ａ図及び第４ｂ図には、この発明の
POTSHOT励振順序を利用した１つの実験結果
が示されている。第４ａ図のスペクトルは、1.5
％のアガロースの溶質中に100ミリモル（mM）
の乳酸塩溶液を含む直径３cmの10ミリリツトルの
球から得られた水素 ¹Hのスペクトルである。応
答信号は、励振の直後の自由誘導減衰（FID）信
号としてフアントムから読出した。不所望の水の
共鳴ピークＰが、この図ではスペクトルの「静
か」に見える区域Q₁及びQ₂にある乳酸塩の共鳴
を全くぼかしていることが判る。

第４ｂ図は、水のピークを抑圧する為に、（持
続時間が約２秒で磁界強度B₁が約2mGの）予備
飽和パルス２８と共にこの発明の１対の
POTSHOT励振順序を利用して、同じサンプル
から得られたスペクトル応答を示す。抑圧された
水のピークP′の振幅は、（第４ａ図のスペクトル
の水のピークＰの振幅に較べて）約1/500に減少
した。水の緩和時間T₂を約100ミリ秒の整理的な
範囲に下げる為にアガロースを利用すると共に、
繰返し時間を2.2秒として、位相サイクルの減算
を含めて合計８個の平均値を利用することによ
り、α乳酸塩の四重項R′−U′及びβ乳酸塩の二
重項V′及びW′が、夫々4.1ppm及び1.3ppmのずれ
の所にはつきりと見える。このスペクトルで、α
ピークは予想通りに、βピークと同じ位相を持つ
ており、大まかに云えばその面積の1/3である。
選択性パルスの周波数をβピークの反対側に同じ
周波数だけずらす（例えば、約−1.5ppmにする）
と、水のピークの抑圧は幾分か更に完全になる
（例えば抑圧係数は約1/1500倍になる）が、選択
性パルスによる分極の移転がない為、乳酸塩のピ
ークが減算によつて互いに消え、差スペクトルに
現れない。

乳酸塩は10mM程度又はそれ以下の濃度で生体
中に存在し、脂肪、脂等によつて起る大きな脂質
（CH₂及びCH₃）のピークの為にぼける場合が多
いので、アガロース中に10mMの乳酸塩のフアン
トムを持ち、その近くに機械用のバイヤルを置い
て、第５ａ図及び第５ｂ図のスペクトルを求め
た。第５ａ図のFIDスペクトルはｎ＝１で得られ
た。約4.7ppmの所にある水のピークＰ、及び
夫々約1.1ppm及び1.5ppmにある脂質のピークL₁
及びL₂が、領域Q₀にある乳酸塩のスペクトルを
完全にぼかしてしまつた。然し、水のピークの予
備飽和及び長いエコー時間と共にPOTSHOT方
法を用いると、脂の共鳴L₁′及びL₂′はもはや見え
なくなり、スペクトル中で約1/10000に抑圧され、
水のピークP′は約1/1500に抑圧され、β乳酸塩の
ピークQ₀′が約1.3ppmの所にはつきりと見える。
このスペクトルは、16秒で求められたが、４個の
平均を用いている。水のピークの予備飽和パルス
が、スペクトルのベースラインを変調し、雑音と
共にα乳酸塩のピークをぼかすことに繋がつてい
た。

POTSHOTによる第４ｂ図及び第５ｂ図の両
方のスペクトルで、選択性励振パルス１４は30乃
至40ミリ秒のFWHMのガウス形パルスである
が、双曲線形セカント、パルス等の様な更に選択
性の強いパルスにすれば、特定の実験で抑圧作用
を更によくすることが出来よう。

選択同種原子核方式による新規な分極移転の現
在好ましいと考えられる幾つかの実施例をNMR
分光法に於ける不所望の結合されていないスピン
を抑圧する場合について説明したが、当業者には
種々の変更が考えられよう。従つて、この発明は
こゝで例として説明した具体的な実施例によつて
制限されるものではなく、特許請求の範囲の記載
のみによつて限定されることを承知されたい。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図は所望のNMR応答信号を発生させよ
うとする乳酸塩の分子の略図、第１ｂ図はAB₃形
の分子（乳酸塩）の水溶液の結合されていない共
鳴及び結合された共鳴から発生される種々の応答
信号をグラフとして示す振幅−周波数線図、第２
図はスピンが結合されていない不所望の水素原子
核からのNMR分光法による応答信号を抑圧する
為にこの発明に従つてサンプルに印加される無線
周波及び勾配磁界励振と、それに応答して受信さ
れ、ゲートされたデータ信号を時間に対して示す
一連のグラフ、第２ａ図、第２ｂ図及び第２ｃ図
は、乳酸塩のスピン結合された二重項、水のスピ
ン結合されていない一重項、及び乳酸塩のスピン
結合された四重項に対するこの発明の方法の効果
を示す一連のスピン−ベクトル線図、第２ｄ図は
AB₂形の分子の水溶液の結合されていない共鳴及
び結合された共鳴から発生される種々の応答信号
をグラフとして示す振幅−周波数線図、第２ｅ図
はAB₂形分子のスピン結合された三重項に対する
この発明の方法の効果を示す一連のスピン−ベク
トル線図、第３ａ図はこの発明の方法に必要な
RF刺激信号を発生する１つの送信器の簡略ブロ
ツク図、第３ｂ図はNMR分光装置でこの発明の
方法を実施するのに必要な刺激を発生する為の現
在好ましいと考えられるRF励振装置の簡略ブロ
ツク図、第４ａ図及び第４ｂ図はこの発明の
POTSHOT方法を用いない場合及び用いた場合
に、第１のフアントムから得られた周波数偏差で
表わしたスペクトル線図、第５ａ図及び第５ｂ図
はこの発明のPOTSHOT方法を用いない場合及
び用いた場合に、第２のフアントムから得られた
周波数偏差を表わしたスペクトル線図である。

Claims

【特許請求の範囲】１サンプルからの少なくとも１つの所望のスピ
ン結合された共鳴応答信号を含んでいて、その中
でスピン結合されていない共鳴応答信号及びスピ
ン結合された共鳴応答信号の内の少なくとも１つ
の不所望のものが実質的に抑圧されている様な処
理済みスペクトルをサンプルから求めるNMR分
光方法に於て、 (1) 前記サンプルを静磁界B₀の中に浸漬し、 (2) 前記サンプルに無線周波（RF）磁界B₁のパ
ルスからなる少なくとも１対の交番順序を加
え、各々の順序は (a) 前記所望のスピン結合された共鳴及び前記
少なくとも１つの不所望の共鳴を前記サンプ
ルのデカルト座標系の第１の軸線の周りに章
動させる略90゜の初期RF信号パルス、 (b) ｎを正の奇の整数、Ｊを所望の種類の原子
核のスピン結合定数として、前記初期パルス
の時間的な中点から略期間Ｔ＝ｎ／4J後に発
生する様な時間的な中点を持つていて、前記
スピン共鳴を第１の軸線の周りに回転させる
略180゜のRF信号パルス、及び (c) 前記順序の１番目の180゜RF信号パルスの
時間的な中点から期間2T後に発生する時間
的な中点を持つていて、スピン共鳴を第１の
軸線の周りに回転させる略180゜の最後のRF
信号パルスで構成されており、 (3) 前記順序の対の内の一方にだけ、該順序の１
番目の180゜RF信号パルスの時間的な中点から
期間Ｔ後に発生する時間的に中点を持つと共
に、各々の前記少なくとも１つの不所望のスピ
ン結合されていない共鳴の周波数とは異なる周
波数を持つ分極移転180゜RF信号狭帯域パルス
を用い、 (4) 各々の順序に対し、該順序の最後のRF信号
パルスから期間Ｔ後に発生する時点を含む応答
ゲート期間の間、１組の応答データを収集し、 (5) 逐次的に収集された１対の応答データの組の
内の一方を他方から減算して差データの組を作
り、 (6) 前記差データの組を前記サンプルの処理済み
スペクトルとして表示する工程を含むNMR分
光方法。２特許請求の範囲１に記載したNMR分光方法
に於て、前記最後のRF信号パルスが、前記サン
プルの内、後続の応答信号をそこから受取る部分
を空間的に指定し、更に、前記静磁界に磁界勾配
を加え、各々の順序の最後のRF信号パルスを予
定の特性を持つ略対称的な包絡線を持つ様に振幅
変調し、勾配磁界の振幅を同時に設定して、応答
信号を前記サンプルの予定の部分に指定する工程
を含むNMR分光方法。３特許請求の範囲１に記載したNMR分光方法
に於て、ａを奇の整数及びｂを偶の整数として、
前記少なくとも１つの所望の共鳴がA_aB_b形の分
子からの共鳴であり、更に、分極転移パルスを用
いて、スピン共鳴を前記第１の軸線に対して略垂
直な第２の軸線の周りに回転させる工程を含む
NMR分光方法。４特許請求の範囲３に記載したNMR分光方法
に於て、更に、前記分極移転パルスにガウス形包
絡線を持たせる工程を含むNMR分光方法。５特許請求の範囲１に記載したNMR分光方法
に於て、ａを奇の整数、ｂを偶の整数として、前
記少なくとも１つの所望の共鳴がA_aB_b形の分子
からのものであり、更に、分極移転パルスを用い
てスピン共鳴を第１の軸線の周りに回転させる工
程を含むNMR分光方法。６特許請求の範囲５に記載したNMR分光方法
に於て、分極移転パルスにガウス形包絡線を持た
せる工程を含むNMR分光方法。７特許請求の範囲１に記載したNMR分光方法
に於て、各々の順序の初期パルスの前に、不所望
のスピン共鳴の内の少なくとも１つを予め飽和さ
せる励振信号を先行させる工程を含むNMR分光
方法。８特許請求の範囲７に記載したNMR分光方法
に於て、前記予め飽和させる信号が関連する不所
望のスピン共鳴の共鳴周波数を略中心とする制限
された帯域幅を持つRF信号パルスであるNMR
分光方法。９特許請求の範囲７に記載したNMR分光方法
に於て、予め飽和させる信号が大体不所望の水の
共鳴の周波数を持つNMR分光方法。１０特許請求の範囲７に記載したNMR分光方
法に於て、予め飽和させる信号が大体不所望の脂
質の共鳴の周波数であるNMR分光方法。１１特許請求の範囲１に記載したNMR分光方
法に於て、各々の相異なる１対の順序の間、一連
の位相の内の予め選ばれた相異なる１つを持つ分
極移転パルスを用いて前記工程(2)乃至(5)を繰返
し、前記差の組を平均して、最終的なデータの組
を求め、該最終的な差データの組から処理済みス
ペクトルを表示する工程を含むNMR分光方法。１２特許請求の範囲１に記載したNMR分光方
法に於て、ｎ＝１であるNMR分光方法。１３特許請求の範囲１に記載したNMR分光方
法に於て、ｎ＝３であるNMR分光方法。１４特許請求の範囲１に記載したNMR分光方
法に於て、水素（ ¹H）原子核からのスペクトル
を求めるNMR分光方法。１５特許請求の範囲１４に記載したNMR分光
方法に於て、水中の水素（ ¹H）原子核からのス
ペクトルの寄与を実質的に抑圧したNMR分光方
法。１６特許請求の範囲１５に記載したNMR分光
方法に於て、水の少なくとも１本のスペクトル線
の振幅を、工程(3)を用いない場合、工程(2)による
励振に応答した振幅に較べて、少なくとも２桁減
少したNMR分光方法。１７特許請求の範囲１４に記載したNMR分光
方法に於て、脂質中の水素（ ¹H）原子核からの
スペクトルの寄与を実質的に抑圧したNMR分光
方法。１８特許請求の範囲１７に記載したNMR分光
方法に於て、脂質の少なくとも１本のスペクトル
線の振幅を、工程(3)を用いない場合、工程(2)によ
る励振に応答する振幅に比べて、少なくとも２桁
減少したNMR分光方法。