JPH0619425B2 - Ｎｍｒ測定において音響リンギングを抑制するための方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の背景〕 本発明はフーリエ変換核磁気共鳴分光計に関し、特に、
パルス励起された共鳴データから共鳴リンギング現象を
除去し或いは補償することに関するものである。

現在実施されているＮＭＲ分光計は、共鳴システムのパ
ルス化励起を使用し、その後に時間領域応答すなわち波
形を取込む。波形に含まれる情報は、適切なフーリエ変
換をした後に周波数スペクトルをもたらす。多数の寄生
効果がＦＴ−ＮＭＲの実施に伴い、結果としてスペクト
ルのアーティファクト（artifact）は原因に沿った適切
な処理によって最小にでき、或いは多くの例でアーティ
ファクトは核磁気共鳴信号とアーティファクトとの間の
コヒーレンス性能の違いを利用することによって消去で
きる。

静磁場に設置された導電体中の高周波電流が反転機構を
通して共鳴状信号を生成する定在超音波を生じさせるこ
とが知られている。寄生効果は、しばしば観測されてフ
クシマ党によって磁気共鳴ジャーナル（Journal of−Ma
gnetic Resonance）、Ｖｏｌ．３３、１９９〜２０３
ページ（１９７９）において詳細に論じられている。ま
たフクシマ等は、材料の選択及び装備のデザイン形状に
よる効果を最小にするための測定を論じている。

音響リンギングというのは、静磁場内にある結晶格子と
高周波電流との強い結合を示す、即ち結晶内における超
音波による電磁場の発生を示す広域共鳴状現象である。
従って、結果たる定在波は、かなり短い減衰時間によっ
て特徴づけられる。それにもかかわらず、振幅は大き
く、短期ＮＭＲ信号はこの過度現象と比較して完全に失
われるであろう。

従来技術において、短寿命共鳴が励起と共鳴の検出との
間に遅延を介在させる簡単な手段によってスペクトルか
ら除去され得ることが認められてきた。比較的長いＮＭ
Ｒ信号であれば、音響リンギングを減衰させるための適
切な期間だけ取込みを遅延させることによって、短い音
響リンギングがあっても困難なくＮＭＲ信号を観測でき
る。あいにくこの方法は、最終的に補償が必要とされる
ところの周波数存在位相シフトを導入し、又それとは別
に信号対雑音因子が遅延期間の信号強度の減衰によって
減少されるであろう。

コンカー・バイ・遅延法（conquer-by-delay)(不都合な
リンギングがそれほど長くは続かない場合、そのリンギ
ングが収まるまでデータの取込みを遅らせる手法）のさ
らに高度な精密さにおいて、スピンエコー測定が器具の
リンギングの遅延の間の共鳴信号を実質的に持続させる
ために使用されてきた。簡単な遅延及び取込み法によっ
て導入される位相シフトは、スピンエコー測定によって
除去されるが、信号減衰因子e^{-2 τ}/T₂が維持されなけれ
ばならない。さらに、スピンエコー測定は観測パルスと
同様に反転パルスに伴う音響リンギングをもたらして、
また、集束時間は反転パルスリンギングを減衰させるの
に十分なほど長く取ることが必要である。

〔発明の概要〕

本発明の一目的は、パルス励起ＮＭＲ信号に重畳される
音響リンギングの存在を補償することである。

第１実施例の一特色において、４つの90゜パルスの各々
（既定のｚ−ｘ平面内に位置づけられる後者）に関して
対応する反転パルスの相対位相が共通分極軸ｚを含む
ｘ、−ｘ、ｙ及び−ｙの半平面の間でサイクル化される
ところに、一組のスピンエコー測定が得られる。そして
信号蓄積はそれぞれ増加し、また減少してリンギング成
分が消去される。

本発明の他の実施例の一特徴において、磁化ベクトルは
選択された角度θだけ分極用磁場に関して傾けられる。
磁化ベクトルの初期の傾きとデータの取込みとの間の間
隔は、順に、１単位の位相分離用遅延（ここで、単位と
は歳差運動するスピンが位相の整合性を失い始めるまで
の時間である。）、180゜パルス、２単位の遅延によっ
て連続的に位相整合−位相分離を進行させるための２単
位の遅延、他の180゜パルス、及び引続く位相回復のた
めの遅延の他の１単位から成る。それによって信号は初
期の傾きと観測との間の全間隔に亘って二重スピンエコ
ー（２つのスピンエコーを用いる方法。即ち、第一のス
ピンエコーが磁化を反転させ、第二のスピンエコーが磁
化を再反転させる。）として保存される。一方、音響リ
ンギング成分は同一の間隔に亘って減衰し、座標系はそ
れの最初の配向に戻る。

リンギング補償のための二重スピンエコー測定の他の特
徴において、連続した二重スピンエコー測定は、各信号
の累積的貯蔵を伴って０゜及び180゜による一定位相の
励起パルス及びそれから生じる対応信号の補足の蓄積を
伴って90゜及び270゜による一定位相の励起パルスに関
して、位相的にサイクル化される反転パルスに対応して
使用される。

本発明の更に他の実施例の一特徴において、磁化ベクト
ルは分極磁場に関して選択した角度θだけ傾けられて、
共鳴信号の取込みが第１の位相で開始され、その後一定
の遅延周期が続く。次に、180゜パルスによる共鳴の反
転及び選択した遅延は、第１の軸に沿って磁化を再び傾
け且つ前記第１の位相と反対の位相において信号を取込
むことによって終結される。それによって前記傾きパル
スからの共鳴信号が効果的に蓄積する間、２つの傾きパ
ルスの各々からのリンギングは消去する。

さらに他の実施例のもう１つの特徴において、共鳴体が
ｚ軸に関して傾けられるところの平面は、前記ｚ軸のま
わりに連続的に回転して磁化ベクトルをｘ軸及び−ｘ
（又はｙ及び−ｙ）を含む平面に射影される。それによ
って対応する平面の180゜パルスによる音響リンギング
もまた、４つの励起のパルス列に亘って消去する。

〔好適な実施例の説明〕

第１図のパルス列は、従来技術のスピンエコー測定を示
す。90゜パルス１０が、ｘ−ｙ平面内へと磁化のｚ成分
を回転させる。在来の方法に従い、ｚ軸を分極用磁場に
平行にとる。磁化ベクトルの歳差周波数は、試料の化学
シフトによって決定される周波数間隔内の周波数スペク
トルに分配される。長さτの期間１２の後、歳差周波数
分配が化学シフトによって決定される周波集間隔にわた
って分散する間180゜パルス１４がｚ軸の磁化を反転さ
せるために印加される。このことは、すべての歳差ベク
トルの位相分散の反転と動作的に等価である。再集束期
間１６、すなわち再度の長さτの後に、信号１８が観測
される。この過程の間の信号は時定数２τ／Ｔ₂をもっ
て指数的に減衰する。但し、Ｔ₂は横磁化緩和時間であ
る。音響リンギング（acourstic -ringing）が時定数
Ｔ_ｒ≪Ｔ₂をもって減衰する場合、単にリンギングが消
滅するのを待てばよく、一方、Ｔ_ｒ〜Ｔ₂であるなら
ば、別の改善或は補償のための手段が使用されねばなら
ない。リンギングはパルス１０及び１４の両方によって
導入され、再集束間隔はそれらによって調節される。緩
和時間Ｔ₂、すなわち観測される共鳴の特性に体する束
縛を除くために、この方法は、90゜パルスがｘ−ｙ平面
内へと全磁化を回転させることを要求する。ｚ軸に沿っ
た残留磁化が、初期設定の終わりに反転されたまま残
る。

上述の単一スピンエコー測定は、90゜フリップパルス及
び180゜リフォーカッシングパルスに一致した相対的位
相に再度分類され得る。標準記法を用いて、90゜_x パル
スが磁化をｚ軸に関して90゜回転させ、その回転はｘ軸
のまわりになされる。−ｘ軸のまわりの回転が逆向きで
あり、たとえば反対の半平面に生じる。メイブーム-ギ
ル（Meiboom-Gill）のパルス列は、パルス90゜_x -τ-18
0゜_y -τ-取込みによって表わされ、一方カール-パーセ
ル（Carr-Purcell）のパルス列はパルスプログラム90゜
_x -τ-180゜_X -τ-取込みで表わされる。単一スピンエ
コー測定の90゜パルス及び180゜パルスは、音響リンギ
ングの原因である。第２図は、単一スピンエコー型測定
のリンギングを補償する好適な方法の一例を示す。第２
Ａ図のパルス列は、代表的カール-パーセル測定を示
す。次に続くパルス列はカール-パーセル型の第２のパ
ルス列（第２Ｂ図）であり、第２Ａ図の対応する180゜
パルス１４_ｘに関して180゜パルス１４_-xが逆の位相関
係にあることによって区別される。これら２つのパルス
列のための蓄積時間領域信号は、180゜パルス１４_ｘ及
び１４_-xによるリンギングを消去する一方、90゜パルス
１０_ｘによるリンギングを加えるであろう。メイブーム
-ギルのパルス列に対応する第２Ｃ及び２Ｄ図のパルス
列は、各90゜パルス１０_ｘからのリンギングは再び加わ
る間に各180゜パルス１４_ｙと１４_−ｙとの間と同様の
消去を行なう。取込みは蓄積信号から第２Ｃ及び第２Ｄ
図のパルス列のために効果的に取り去られるので、第２
Ａ及び第２Ｂ図のの合計90゜のリンギング成分は第２Ｃ
及び２Ｄ図のパルス列の合計90゜のリンギング成分をと
もに消去するであろう。効果的取り去りは、図示される
レシーバー位相を変えることによって、即ち簡単なデジ
タル手段により累積貯蔵された信号から直ちに得られる
ディジタル化信号の取去りによって実行できる。その信
号は、第２Ｃ及び２Ｄ図の２つのパルスの列のために反
転される位相であり、増強してすべてのリンギングが消
去されるであろう。第２Ａ乃至２Ｄ図の左にあるベクト
ル図は、＋ｘ軸に沿った方向のパルス１０の印加によっ
て磁化をｚ軸からｘ−ｙ平面に90゜_ｘ回転させられるの
を図示する。すなわち、４つのパルス列の各々におい
て、磁化Ｍ_Tは歳差運動を続け、そして図示される対応
する軸のまわりに回転を生ずる＋ｘ、−ｘ、＋ｙ、−ｙ
に沿って方向づけられた180゜パルスを受ける。上述の
スピンエコー技術は、90゜パルスを使用するが、実験感
度がより高い反復速度でより小さいフリップ角を用いて
最適化され得ることがよく知られている。この最適化
は、第３図の方法の後に実行される得る。第３図の方法
は、θ_Xパルス６０を利用する本発明の他の実施例であ
り、所望の信号対雑音基準を達成するのに十分な磁化ベ
クトルのｘ−ｙ平面内の射影を生じる。ｘ−ｙ平面内の
歳差成分は時間間隔６２の間に分散して、ｚ軸方向の成
分の反転が180゜パルス６４によって行なわれる。ｘ−
ｙ平面の歳差運動ベクトル成分は、間隔６６Ａの間に集
束する。仮に取込みがこの点（単一スピンエコー）で始
まるようなことがあれば、その実験は磁化の大きな（反
転）−ｚ成分に直面するでろう。従って、歳差運動ベク
トルは間隔66Bの間に再び分散することができ、それか
ら、再反転パルス６８がｘ−ｙ平面の歳差運動成分の位
相を再び反転させなながら、磁化のｚ成分をその最初の
方向に戻す。再集束が再び間隔７０の間に起こり、次に
信号７２の取込みが開始される。第４Ａ及びＢ図を参照
すると、従来技術の遅延及び取込みスペクトルが二重ス
ピンエコースペクトルと比較されている。ピークは、ス
ペクトル幅が１０ｋHzであり、２０．３ＭHzで動作する
バリアンＸＬ−２００を用いてCH−ONH₂の９０％溶液か
ら得られる¹⁵Ｎによる。第４Ａ図で示されるスペクトル
はパルスとデータ取込みとの間に２０マイクロ秒の遅延
を介在させるが、第４Ｂ図の二重スピンエコースペクト
ルは，励起と取込みとの間の総時間である２ミリ秒に対
して、固有時間τ＝500マイクロ秒とした。両スペクト
ルは、５１２回の励起に亘って平均化した後同縮尺にプ
ロットしたものである。観測用パルスは８゜であって、
２０Hzライン広幅がラインロールを強調するために使用
される。この比較において研究中の試料についてのＴ₂
が、音響リンギング信号の継続時間を大いに越える。上
述の二重スピンエコーは、180゜パルスに付随するリン
ギングが時間Ｔ_r≪Ｔ（反転／再集束間隔）内に減衰す
るという束縛に依然としてさらされている。この束縛
は、二重スピンエコー実施例の強化で緩和できる。各実
施例において第３図のパルス列は、第５Ａ乃至Ｄ図で示
される４つの二重スピンエコー測定の全パルス列をサイ
クル化した位相で反復される。添字の記法は、第２図の
説明の明らかな延長である。第２図の実施例のように、
第３図でもまたパルス列の180゜パルスに対応するいく
つかのパルスは、＋ｘ、−ｘ、＋ｙ、−ｙ（又はそれの
反転）としての位相でサイクル化されるであろう。再反
転パルス６８を、各パルスに個々に適用される位相サイ
クリングを強調するために＝±ｐ、±ｑと添字する。こ
れらの位相の関係のための唯一の要件は、｜ｐ−ｑ｜＝
π／2である。反転／集束間隔は、観測された共鳴の音
響リンギング減衰時間及び特性的横磁化緩和時間の相対
的長さから生じる束縛なしに、非常に短く行なうことが
できる。

第６図を参照すると、好適実施例のパルス列は、θ_xパ
ルス８０及び直接信号取込み８２を使用する。その信号
はメモリーに漸増的に蓄積され、記号「＋」によって表
される。固定遅延期間８４が信号を容認できるレベルま
で回復させ、その後180゜パルス８６の印加によってｚ
軸の磁化を反転させ、長さτの他の間隔８８が180゜パ
ルス８６によってリンギングを減衰させる。パルス８０
と同一のθ_xパルス９０が印加されて、他の信号の取込
み９２が開始されて、たとえば第１の一対の取込みの記
号の反対側に、「−」と記号を符され、メモリーの蓄積
信号から減少される。180゜反転と反対の蓄積位相とを
組合わせた結果は取込まれた信号が加算されるというこ
とであるが、θ_x信号に付随するリンギング部分はコヒ
ーレンスであるけれども空間的反転によって不変であ
り、従って音響リンギング寄与は数対のθ_x励起の間に
消去する。

上述の実施例の他の実行において、第７Ａ及び７Ｂ図
は、反転パルス８６のリングング寄与を補償するために
第６図のパルス列に印加された位相サイクリングを図示
する。第６図のパルス列に続いて、180゜パルスが＋ｘ
と−ｘ（又は＋ｙと−ｙ）との間で交互にサイクル化さ
れるところの第２の同様のパルス列が印加される。結果
として、τと（先行する180゜パルスからの）Ｔ_rとを関
連づける束縛は、緩和される。たとえば、τはかなり短
くなり得て、且つ／又はＴ_rは効果を下げることなくか
なり長くなり得る。

上述のように、その形において、ｚ軸上の残存磁化方向
が２つの励起パルスの後に反転されるという観測に明ら
かな注意がいる。遅延８４がＴ₂に関して十分な長さで
あるならば、初期のパルス列の２つの励起は残留反転ｚ
磁化が次のパルス励起の前にそれぞれの平衡値に戻ると
いうことと実質的に独立である。この束縛は、反転磁化
を戻すための如何なるパルス列にも付加的180゜パルス
があるならば緩和することができる。このことは取込み
９２の結果に付加的反転パルス９４を挿入させる形態を
とることができる。再反転パルス９４の位相サイクリン
グが、好適である。従って、位相サイクル反転パルス９
４の挿入は、パルス９４からの残留磁化効果及び音響リ
ンギングが消去されるということを保証する。変形再反
転パルスの相対位相がπ/2であるならば、再反転パルス
９４によって導入されるリンギングは信号に影響を及ぼ
さずに補償され得る。これらのパルスの相対位相は、Ｔ
₁又はＴ₂のいずれかが相対的に短いとき任意であり、そ
してもちろんＴ₁及びＴ₂の両方が相対的に短い場合、再
反転パルスは不必要である。

第８図は、従来技術の遅延方法及び第３及び６図のパル
ス列により得られたスペクトルの例を示す。２５％のＤ
_２Ｏ、７５％のアセトンの溶液が、２７．１ＭH₂の周波
数のバリアンＸＬ−２００分光器で検査された。スペク
トル幅は３０．０３０ｋH₂であって、結果たるスペクト
ルは、２０ミリ秒の反復速度で１０２４回の励起に亘っ
て平均された値である。２つのピークは、重水の₁₇Ｏ成
分及びアセトンによるものである。第８Ｃ図は、第６図
の実施例を介して得られたスペクトルの一例を示す。第
８Ａ図は、従来技術の3遅延取込み法の例を観測パルス
と取込みとの間に介在された多数の遅延時間に関して示
す。実質的スペクトルアーティファクトが、最長遅延時
間を除いて広く行き渡っている。同縮尺上の６つのスペ
クトルは遅延時間又は再集束時間のために連続する値に
よってパラメーターを決められている。τのそれぞれの
値のためのスペクトルの間の違いは微小であるが、第８
Ａ及び８Ｂ図のスペクトルとの相違はτのより短い値又
は遅延時間のためのスペクトルアーティファクトが欠如
するとき明らかである。Ｔ₂≫Ｔｒである第４Ｂ図の例
と対照的に第８Ｂ図の二重スピンエコー測定は、Ｔ₂が
Ｔｒに比較してもはやあまり大きくない例である。第８
Ｂ及び８Ｃ図において、観測パルス及びレシーバー位相
は、この研究の主題である位相サイクリングに加えて90
゜サイクル化された。周知技術に従って、180゜パルス
は、測定誤差及び不共鳴結合からの影響を最小にする構
成要素である。

特別な寄生効果が関連しているけれども、手段的に一に
帰する同様の過渡状態が前記説明の方法によって補償さ
れ得ることが当業者によって観測されるであろう。

他の変形的方法が本発明の特許請求の範囲によってのみ
制限されて使用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来技術の簡単なスピンエコーパルス列であ
る。 第２Ａ乃至Ｄ図は、位相サイクルスピンエコーパルス列
を図示する。 第３図は、本発明の二重スピンエコーパルス列である。 第４図は、第３図のパルス列を用いて得られたスペクト
ルと従来技術スペクトルとの比較を示す。 第５図は、本発明の位相サイクル二重スピンエコーパル
ス列である。 第６図は、本発明の他の実施例を図示する。 第７図は、180゜パルスの音響リンギングを抑制するた
めの第６図実施例の変形例である。 第８図は、第７図の方法を用いて得られたスペクトルと
従来技術の方法及び二重スピンエコー法との比較を示
す。 〔主要符号の説明〕 10……90゜パルス、60、80、90……θ_xパルス 12……期間、62、70、88……時間間隔 14、64、86……180゜パルス 66Ａ、66Ｂ……間隔、16……再集束周期 68、94……再反転パルス 18、72……信号、84……固定遅延期間 92……取込み

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の軸に沿って方向づけられた分極用磁
   場にさらされた磁気回転共鳴体の集合体上に作用する磁
   気回転共鳴分光方法であって、前記磁気回転共鳴体の磁
   化ベクトルが前記分極用磁場のまわりを歳差運動すると
   ころの方法であって、 (a) 選択した角だけ前記磁化ベクトルを前記第１の軸
   に関して回転させる工程であって、 前記回転が前記第１の軸に直角な第２の軸のまわりで選
   択した方向に実行される工程と、 (b) 時間Ｔのインターバルの間前記磁気回転共鳴体間
   の位相の整合性の漸進的減少を可能にする工程と、 (c) 座標系を前記第１の軸に関して180゜回転させるこ
   とによって前記第１の軸の方向を反転させる工程であっ
   て、 前記回転が達成されてリンギングを伴うところの工程
   と、 (d) 前記時間Ｔのインターバルの第１副インターバル
   (66A)の間、前記磁気回転共鳴体間の位相コヒーレンス
   の増加を可能にし、次に、時間の第２副インターバル(6
   6B)の間、前記磁気回転共鳴体間の位相の整合性の減少
   を可能にする工程と、 (e) 段階(c)と反転方向が逆の工程と、 (f) 時間の第３インターバルにわたって位相の整合性
   の第２の増加を許容し、その後に前記共鳴体の二重スピ
   ンエコー共鳴を検知し、それによって工程(a)の後で工
   程(e)によって反転された前記第１軸方向に残った磁化
   成分が、その初期の方向に戻される工程と、 (g) 工程(c)の前記回転は、第一のレシーバ位相につい
   ての１８０゜分離の第一位相間で位相サイクルされ、該
   第一レシーバ位相と反対の第二レシーバ位相に関する１
   ８０゜分離の第二位相間で位相サイクルされる工程と、 から成る方法。
2. 【請求項２】磁気回転共鳴体の磁気共鳴分光方法であっ
   て、 (a) 前記共鳴体の磁化ベクトルを分極軸のまわりに分
   極させ、以て前記共鳴体を表すベクトルは前記分極軸の
   まわりに歳差運動する工程と、 (b) 第１軸に関する回転によって、前記磁化ベクトル
   を前記分極磁化に対して必要なだけ傾ける工程と、 (c) 結果たる第１の共鳴信号を検出して貯蔵する工程
   と、 (d) 一定間隔の時間だけ遅延する工程と、 (e) 第１軸に関する回転によって、前記磁化ベクトル
   を分極方向に対して180゜反転させる工程と、 (f) 第１軸に関する回転によって、前記磁化ベクトル
   を前記分極磁化に対して再び必要なだけ傾けて、第２の
   共鳴信号を得る工程と、 (g) 前記第２の信号を前記第１の信号から除去して蓄
   積信号を形成し且つ前記蓄積信号を貯蔵し、以てコヒー
   レンスの傾き及び再度のコヒーレンスの傾きの前記段階
   に伴う前記信号の非共鳴部分が消去し、一方前記信号の
   共鳴部分が加わる工程と、 から成る方法。
3. 【請求項３】特許請求の範囲第２項に記載された方法で
   あって、 前記の(a)工程から(g)工程までが繰り返され、180゜の
   位相分離を伴った反転の工程が交互に行われるところの
   方法。
4. 【請求項４】特許請求の範囲第３項に記載された方法で
   あって、 除去し且つ貯蔵する前記工程が更に前記歳差運動磁化ベ
   クトルを再反転させることから成る方法。
5. 【請求項５】特許請求の範囲第４項に記載された方法で
   あって、 再反転させるための交互の段階が90゜の位相差をもって
   関連づけられているところの方法。