JPS618650A - 核磁気共鳴スペクトロメ−タを動作する方法 - 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】

産業上の利用分野 本発明は、２種の異種原子核に対応する２つの異なった
ラジオ周波数を有するラジオ周波数パルスおよび遅延周
期のシーケンスを、異゛核スカラ結合相互作用が２種の
核間に生ずるように印加する型の、２種類の異核を有す
る試料に関連して核磁気共鳴スペクトルメータ（分光装
置）を動作する方法に関する。 従来技術 ］ノヨうな方法は、ＥｉＰ−Ａ−０第０８９０３４号明
細書に開示されており、試料容器内に設けられている試
料に隣接して配置された比較的均質のｒｆ（ラジオ周波
数）コイルにＤＥＢＴシーケンスと称される特殊なパル
スシーケンスもしくは列を照射もしくは印加することか
らなる。この方法の結果としてＮＭＲ（核磁気共鳴）ス
ペクトルが得られ、このスペクトルから２つの核スピン
の化学的環境に関する情報したがってまた２つの核スピ
ンが検出される化合物の構造に関する情報が得られる。 さらに、「Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍａｇｎｅｔｉｃ　
Ｒｅ５ｏｎａｎｃｅ」５３，３６５（１９８２）および
５４，１４９（ｌＱ８３）、「Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｐ’
ｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ」９９，３１０（１９８
３）および「Ｅｕ１ｌ。 Ｍａｇｎ、Ｒｅ５ｏｎ、　ｊ　５．１９１（１９８３）
には、ｒｆ　　コイルを用いてｒｆ　　／”ルスを印加
することにより試料体積全体に亘り大きく且つ連続的に
変化するｒｆ磁場を発生する核磁気共鳴スペクトルメー
タを動作する方法が開示されている。 一般に核磁気共鳴もしくはＮＭＲ分光において知られて
いるように、特定の長さおよびエネルギのｒ’ｆ　　／
’ルスは、核種の磁化を角度θだけ回転する。その場合
、試料空間内の任意の点において、この角度は、当該空
間点におけるｒｆ場の強さに比例する。上記の文献によ
れば、零・ぞルス角が特定の予め定められた限界間にあ
る試料領域から核磁気共鳴もしくはＮＭＲ信号を得るの
に、「深さパルスシーケンス（ａｅｐｅｔｈ　ｐｕｌｓ
ｅｓｅｑｕｅｎｃｅｓ　）　Ｊまたは［深さ、ｏルス（
ａｅｐｅｔｈｐｕｌｓｅｓ　）　Ｊとして知られている
位相サイクル（循環）パルスシーケンスを用いることが
報告されている。なお、上記限界は、試料空間内の「感
応体積」を定める。この公知の方法は単一の核種に制限
される。 発明の目的 本発明の目的は、感応体積内に含まれる化合物の構造に
関する情報を与える大きい試料内の定められた領域もし
くは該感応体積からＮＭＲ信号を得る方法を提供するこ
とにある。 発明の構成 上記目的は、２つの異なｎたコイルにそれぞれ、不均質
なラジオ周波数場を発生する異なったラジオ周波数の、
ａルスを印加し、該２つのコイルによりそれぞれ異なっ
た核種に対し別個の但し重なり合う感応体積を発生して
、上記２つの感応体積が重なり合う試料領域からのみ有
意味な信号強度を得ることにより達成される。 本発明の範囲内において、異なった感応体積を定める２
つの別個の異種核子均質ｒｆ　　コイルで、異種核パル
スシーケンスを印加して大きな試料内の感応体積が重な
り合う１つの非常に良（面内された局部領域からのみ信
号強度を得るようにすることができる。好ましい異種核
・ぞルスシーケンスは、ＥＰ−Ａ−０第０８９０３４号
明細書に開示されているようなりＩＦＴパルスシーケン
スである。しかしながら、２つの重なり合う感応領域を
発生するのに、異種核スピン−エコーシーケンスならび
に選択的偏極伝達シーケンスを用いることもできる。 本発明の範囲内で任意形状の不均質ｒｆ　　コイルを用
いることができ、そして２つの重なり合う感応体積によ
って定められる最終的に局所化される領域の形状を調整
するためにコイルの形状および位置を変えることができ
るのは言うま↑もない。 本発明、その目的ならびに特徴は、本発明の基礎となる
理論ならびに添付図面を参照しての本発明の方法の実施
に関する特定の実施例についての以下の詳細な説明から
明確に理解できよう。なお、以下に述べる方法は１５Ｃ
Ｈ−系（ｎ＝１．２．３）と関連して例示する。なおこ
の系は、本発明により解決することができる生体分光に
おける最も重要な問題の１つである。なお、本明細書の
記述において用いられる述語はＮＭＲ文献で一般に使用
されている述語である。 実施例 既に述べたように、スピン−ハーフ（Ｓｐｉｎ−ｈａｌ
ｆ　）系間における偏極伝達のための良く定義すしたパ
ルスシーケンスは、　ＤｚｐＴシーケ／スである。　１
Ｈから１３０への偏極伝達は次式で表わすことができよ
う。 上式中Ｊは、直接結合された核に対する　ａ　−１Ｈ結
合定数である。π／４Ｃ±ｙ〕パルスは、メチル（ＯＨ
）、メチレン（ＯＨ，、）、およびメチン（ＯＨ）族に
対し同時に偏極伝達を行なうために妥協角をとり、偏極
伝達エンノ１ンスメント（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　
ｔｒａｎｓ、ｆｅｒ　ｅｎｈａｎｃｅ＋＋＋ｅｎｔ　）
はＯＨ３およびａＨ２族に対しては近最大であり、ＯＨ
族に対しては最大値の７１％である。このパルスの位相
の〔±ｙ〕交番は、一般に、固有１３０磁化を除去する
ために受信位相の交番と関連して用いられる。ＤＥＰＴ
シーケンスは、不均質ｒｆ場を発生するコイルに用いる
のに好ましいパルスシーケンスである。と言うのは、こ
のパルスシーケンスは、化学的シフト範囲を横切る偏極
伝達に対し可能最大数のＡｒルスしか含まないから↑あ
る。即ち、伝達を達成するための３つのパルスと、　１
Ｈおよび１３Ｃの化学シフトを再集束（ｒｅｆｏｃｕｓ
　）のための２つの再集束（π）ノクルスしか含んでい
ない。 不均質ｒｆ　　コイルの場合には、パルス核は試料全体
に亘り連続的に変化するので１５（：：　、１！ルスは
それぞれθおよび２θで表現する方がより適切↑あり、
そして　Ｈ）ｅルスはφ、２φおよびφ／２と書く方が
より適切である。パルス角が、理想π／４、π／２およ
びπ角から大きく偏差する試料領域においては、偏極伝
達は、非常に低い効率で生ずる。２φパルスがπから偏
差すればするほど、　Ｈスピンの化学シフトが再集束さ
れる効率はそれに伴なって低くなり、したがって偏極伝
達はまた、　Ｈシフトの大きさに依存する。他の問題も
生ずる。例えば、　Ｈシフトニ依存し、２φパルスがπ
／２に近い場合には、偏極伝達はまた、ＩＮＫＰＴ類似
のメカニズムで最初から３つのパルスを介して生じ得る
（　ＭｏｒｒｉａおよびＦｒｅｅｍａｎの［Ｊ−Ａｗ、
０ｈｅｒｎ、Ｓｏｃ、ｊ、１０１，７６０（１９７９）
を参照）。２θＡルスがπかも発散するに共ない、　Ｃ
スＶンの化学的シフトが再集束さ］れる効率は低くなり
、そして最終信号には位相誤差が生ずる。 ２θおよび２φがπから発散する時の可変化学シフトの
可変効果は、一連の過渡中、例えば２θ〔±Ｘ、±ｙ〕
で表わされるΦつの象限総てを介してこれらパルスの位
相を循環することにより完全に除去することができる。 不均質ゴコイルに対する基本ＤＩＦＴシーケンスはした
がって次のように表わされる。 １５０パルスの位相循環（ｐｈａｓｅ　ｃｙｃｌｉｎｇ
　、）は、上述のＢｅｎｄａｌ１式を用いて容易に説明
される。 Ｄｒ；ｐ’ｒのθ−（２１−２０−（２Ｊ）部分はＣシ
フトラ再集束するためのスピン−エコーシーケンスと見
做すことができる。したがって、２θパルスの位相を循
環することにより、＋３ｃ化学シフトに関係なく最終信
号の大きさが得られ。 る。２φパルスの位相循環も、　ＤＥＰＴシーケンスの
φ−（２Ｊ）−２φ−（２Ｊ）　部分も、スピン−エコ
ーシーケンスと見做されるならば、同じように説明する
ことができる。これら単純な類推は有用ではあるが、深
さ・々シスシーケンス法で用いられるこれらの位相循環
パルスおよび他のパルスは厳密な理論にしたがって設定
するのが好ましい。 ２θおよび２φ／ｅルスの位相循環では、１６の過渡か
らなるｌサイクルが必要である。深さ・ぐルスについて
先に述べた仕方で、受信位゛相は、２θまたは２φパル
スの位相のいずれかが±Ｘから±ｙに変わる場合には常
に反転する筈である。２φパルスの位相循環は固有の　
Ｃ磁化には何んら影響を与えず、そして２φパルスの位
相が±Ｘから±ｙに変わる時に受信位相を反転す′るこ
とによりこの固有磁化が除去される。 したがって、φ／２パルス位相（理想的す’ルスに対し
てはπ／４〔±ｙ〕で表わされる）の交番は、２φ〔±
Ｘ、±ｙ〕位相循環を用いる時には必要とされない。 以下の作業において、角モーメント作用素工に対するφ
〔±Ｘ〕加算性パルスサイクルを作用素Ｔ（Ｉエ　、φ
）で表わす。この作用素に対して、φ〔＋Ｘ〕およびφ
〔−Ｘ〕に対する結果を加算して過渡の数で除算するこ
とにより過渡毎の平均効果に対する関係を演練すること
ができる。即ち、 十 Ｔ（工　、φ）工　Ｔ　（工　、φ）　＝工　ｃｏｓ　
　φ　　〔１〕Ｘ　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　ＺＴ（王　、φ）ＩＴ”（工　、φ）　＝１　　
　　　　〔２〕ｘ　　　　　　　　　Ｘ　　　　　　　
　　　Ｘ　　　　　　　　　　　　　　ＸＴ（１、φ）
工　Ｔ＋（工　、φ）＝工　ｃｏｓφ　〔３〕ｘ　　　
　　　　　ｙ　　　　　　　　ｘ　　　　　　　　　　
　ｙＴ（工　、φ）に対する結果は、ｘ’、ｙ、ｚの循
環的順列により得られる。同様にして受信側で士Ｘに対
する加算および±ｙに対する減算を行なって、φ〔±Ｘ
１士ｙ〕の作用を記述する手相作用素Ｆ（工、φ）は、
過渡の数（４）で除算して標準化した場合、次のような
性質を有することが判る。。 ＋ Ｆ（工、φ）Ｉ　　Ｆ　　（工、φ）＝ｏ　　　’　　
　　　　（４）Ｆ（工、φ）工　Ｆ　（工、φ）＝工　
ｓ：１．ｎ２（φ／２）〔ｓ）Ｘ　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　１次のように表わされる形のＤ
ＥＰＴ、シーケンスを考察してみる。 に に］ □ｆｆ１ Ｈｅ土ｓｅｎｂｅｒｇの画像手法（ＰｅｇｇおよびＥｅ
ｎｄａｌｌ、　　「Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍａｇｎｅ
ｔｉｃ　Ｒｅ５ｏｎａｎｃｅ　Ｊ　５３．２２９（１９
８３））に従がい、次式で表、ゎされる（　工「ｔ））
の実数部および虚数部により与えられる信号を見付ける
。 工（ｔ）＝Ｕ−１１＋Ｕコ にず’Ｉ＋’＞＜−ＩＵ　　　　　　　　（８）　　　
　　＝上式中、スピン、　ハーフ核（５ｐｉｎ−ｈａｌ
ｆ　ｎｕｃｌｅｕＥ）に対する工　の射影作用素形態を
置換しである。Ｈに対する式は、引用文献に記述されて
いるが、ここではこのＵは上述の２相および４相の作用
素ＴおよびＦを含む点で引用文献のＵとは異なる。手相
パルスの作用は２つある。１つの作用は、完全なπ〔Ｘ
〕パルスと同じ仕方で再集束すること、そして第２の作
用は、式〔４〕、〔５〕および〔６〕に従かい横にクト
ル成分の大きさを係数Ｓｉｎ　　（φ／２）だけ減少す
ることである。構成分に作用する再集束性は、式〔５〕
および〔６〕を完全π（Ｘ）の作用と比較することによ
り理解することができよう。したがって、以下の作業に
おいては化学シフト効果は無視することができる。 ＤＥＰＴシーケンス（０）におけるθ３　〔±Ｘ。 ±ｙ　）　ｚｅ　ルスの効果を計算するためにＵの一部
を置換すると式〔７〕から、 ：＋（ｔ） ＝　−ｅｘｐ（ｉＩ’、ｓ、π）ｅｘｐ（ｉｓ、φ３）
Ｆ（工、θρｅｘｐ（ｉ工ｚｓｚπ）１＋ン＜＋１ｘｅ
ｘｐ（−１工ＺＳＺπ）？”（１，θ３　）ｅＸｐ　（
−１Ｓｘφ３）ｅＸｐ（−ｉＴｌ、、　ａ、π）・・・
＝＝・ｅｘｐ（ｉｓ　’７７今）ｅｘｐ（ｉＳφ）ｅｘ
ｐ（ｆＳπ）ｐ（ｒ、θ）ｘ　ｐ　Ｄ、θ）Ｘ　５　　
　　　　　　　　　　　　３　　　　　　　　３ｘ　ｅ
ｘｐ（ｉＳφ）ｅｘｐ（ｉＳπ／２）・・・ｘ５　　　
　　　　　　ｚ ＝ｓｉｎ（θ３／２）ｘ…ニーｅｘｐ（ｉＳ、ｒ／２）
ｅｘｐ（ｉＳＸφ３）ｅｘｐ（ｉＳ２π）ｅｘｐ（ｉＳ
φ） ｘ　ｅｘｐ（ｉｓ　ｒ／２）　−（９：１これは、この
段階で標準のＤＥＰＴ結果を乗じた８１ｎ（θ／２）に
外ならな℃・。 ａｎ−ｃ、ノｅルスθ〔±Ｘ〕；θ２〔Ｘ〕ヲ用いてＵ
に次の因子を挿入し、この場合、便宜上、係数Ｓｉｎ　
（θ３／２）を省略すると次式が得られる。 工々＋）”−Ｔ（工、θ）ｅｘｐ（ｉ工θ）Ｉ−ｅｘｐ
（−ｉ工θ）Ｔ　Ｃ工、θ）唱−［１０）ｘ　　ｊ　　
　　　　　　ｘ２　　　　　　　　　　ｘ２　　　　　
ｘ　　　１上式中ｐ　（ｓ）は式

〔９〕のＳを含め総て
の因子もしくは係数を含む。基本的ＤＥＰＴシーケンス
に関しては、式〔１０〕から得られる工、を含む項だけ
が、偏極伝達信号に対して非零の寄与を与える。この項
は、式〔１０〕から得られる次式で与えられる量に比例
する。 ｓｉｎθ２Ｔ（Ｉｘ、θ１）Ｉ２Ｔ＋（エエ、θ、）＝
山θ２゜。８θ、工　（＋Ｏこのようにして、θ１〔±
Ｘ〕およびθ２〔Ｘ〕は信号にそれぞれ余分の因子ｃｏ
ｓθおよびｓｉｎθ２を導入する。したがって、ここで
はこれらの因子を無視しパルスサイクルφ　〔±Ｘ、±
ｙ〕を含む次の因子をＵに挿入すると、信号は次式で表
わされる量に比例することが判る。 ＝・・Ｆ（Ｓｔφ）Ｐ（Ｓ）Ｆ　（Ｓ、φ）−＝一＝　
Ｆ（Ｓ、φ）ｅｘｐ（−ｉＳ　２φ）ｅｘｐ（ｉｓ　２
π）Ｆ（Ｓ、φ）・・・２　　　　　　　７．５　　　
　　　　　　　　　　　　２ここでは、図示のようにＰ
　（Ｓ）を簡略化するために、標準の変換式を用いた。 ここで、ＯＨの場合、　ｅｘｐ（ｉＳ　２π）の値は丁
度（−１）となり、Ｆ（Ｓ、φ）ｅｘｐ（−ｉｓ　２φ
）Ｆ＋（Ｓｌφ）を見付けねばな２　　　　　　　　ｙ
　　５　　　　　　２らない。Ｆは一元ではないので、
この評価には、注意が必要である。Ｆ作用素の結果は、
Ｔ（Ｓ　　φ）により発生された信号から、Ｔ　（ｓｙ
、φ２）ｘ’２ により発生された信号を引いた差に等価であるので、次
の計算、 −ｅｘｐ（−ｉｓ　２φ）＋Ｔ（Ｓ　　φ）ｅｘｐ（−
ｉｓ　２φ）Ｔ＋（Ｓｘ、φ２）〔１２〕ｙ　　５　　
　ｘ’　２　　　　　ｙ　　５を行ない、その結果を２
で割って過渡毎の平均効果を見付ける必要がある。第２
項は次式で表わされる量 ｅｘｐ（ｉｓφ）ｅｘｐ（−ｉｓ　２φ）ｅｘｐ（−１
Ｓφ）　＋ｘ２　　　　　　　　ｙ’３　　　　　　　
　ｘ２おける１番目のプロトンに対する作用素〒あり、
上式の第２番目の項は、第１番目の項においてφ２　を
−φ２　で置換することにより得られる。第１番目の項
は、次のようになる。 りも大きい次数の項は無視することができる。 と言うのは、このような項からの予測値には、高温度Ｉ
ルッマン分布における小さい定数にの１より大きい幕が
含まれ、したがって無視できるからｆある。項（φ２→
−φ２　）を考慮すると、２よる除算後、 ｃｏｓφ−２ｉ　ｃｏｓ　　φ８１ｎφＳ　　ｃｏｓφ
　　　〔１４〕５　　　　　　　　　３　　　　３ｙ　
　　　　２式〔１２〕の第１項は る。 −ＱＯＢ”φ−２ｉ　ｃｏｓｎ−１φｓｉｎφＳ　　　
　　　（１６）３　　　　　　　　　　　　　３　　　
　３　ｙしたがって式〔１４〕および〔１６〕を加えて
２で割ると、次式に比例する結果が得られる。 結果を乗じた和である。 信号の評価をさらに続行するに当って、これまでに見い
出された乗法因子を無視すると、＋　α 工（＋、）　・・−ｅｘｐ（ｉｓφ）ｅｘｐ（土工Ｓπ
）工Ｓ　ｅｘｐ（−１Ｉ　Ｓπ）ｅｘｐ（−ｉＳφ）・
・・ｙ　　　　　　ｚ　ｚ　　ｚｙ　　　　　　　　　
　　　　　　ｙ＝・・・工ｅｘｐ（ｉＳφ）Ｓ　ｓｉｎ
工πｅｘｐ（−ｉｓφ）・・・ｚ　　　　　　ｙｘｚ、
ｙ αＳ　ｃｏｓφ＋Ｓ　ｓｉｎφ 最後の段階でφ１〔士ｙ〕を含ませると、次式で表され
る信号が得られる。 ＋ 〈工（ｔ）　’１　＜Ｔ　（Ｓ、φ、）ＳｘＴ　（Ｓｙ
φ１）’）ｃｏｓφ＋＜Ｔ（Ｓ、φ）ＳＴ（Ｓ、φ）＞
Ｓｉｎφｙｉｚ　　　　　ｙｌ 式［：ｊ）、　Ｃ２）および〔りの循環的順列から、第
１番目の項は零である＜Ｓ＞に比例することが判る。 第２番目の項は、ｃｏｓφ１＋　　ｓ　ｉ　ｎφに比例
する信号を定義する。全ての定数を集約すると、信号は
・１次式で表わされることが判る。 ＣＱ８φ、８１ｎφＢｉｎ（φ２／２）ｃｏｓθｓｉｎ
θ２ｓｉｎ　（θ５／２）ｆ（φ５）〔１７〕 上式中、ｆ（φ５）は標準ＤＥＰＴ信号である。 循環ノぐルスは１度以上用いることができよう。例えば
、φ〔±ｙ〕の代りにφ〔±ｙ〕φ〔±ｙ〕を用いるこ
とができよう。このような繰返しの効果は、適当な時点
で上の偏差を変更することにより見つけることができる
。即ち、φ４〔±ｙ〕は、他の因子ｃｏｓφ４を導入し
、φ５〔±ｙ〕はｃｏｓφ５を導入し以下同様の導入が
行われることが容易に判る。θ〔±Ｘ〕の前に０４〔±
Ｘ〕を加えることにより因子ＣＯＢθが導入される。各
サイクル毎に余分の適当な乗法因子を導入して複数の再
集束サイクルを用いることができる。各再集束点に奇数
のサイクルが存在する場合には、再集束は維持さたる。 式〔１７〕からシーケンス■〕は次式で表される量に比
例する信号（シグナル）強度も発生する。 θｓｉｎθｓｉｎφｆ（φ／２）　　　　　　　（＋ａ
）族それぞれに対して、Ｂｉｎ（φ／　２　）　、　ｓ
ｉｎφおよび０．７５　（ｓｉｎ　（φ／　２　）　＋
　ｓｉｎ　（３φ／２）〕である。この式において、因
子θは、　Ｃ検出コイルの感度を考慮するものであり、
θおよびφパルスはｓｉｎθおよびｓｉｎφ因子を導入
し、２θ〔土Ｘ、±ｙ）および２φｌ：：Ｉ＝ｘ、ｆｙ
）パルスはＳｉｎ　　θおよびＳｉｎ　　φ因子を導入
し、そしてφ／２・ぐルスはｆ（φ／２）依存性を加味
するものである。５ｉｌｌ　　θおよびｓｉｎ　　φ依
存性により、信号強度はθまたはφパルス角に対して０
゜、１８０°、３６０’等々の近傍で抑圧される異なっ
た寸法および／または配向の別々のＣおよび　Ｈコイル
を用いる成る種の用途においては、これら５１１Ｉ３　
　θおよび５ｉｎ３　　φ因子は標本の感応体積の十分
な局所（在）化を可能にする。 しかしながら１、単純な表面コイルの場合には、既に行
われた研究から、この試料の局所（在）化は十分に良好
にはならないことを示している。再び、ＤＥＰＴを、部
分的に、′１（および０　スＬ！’　ンｘ−ｒ−系列か
らなるものと考えルト、深さ）ξルスを用いての類推に
より、付加的な試料局所化を、別の位相循環θおよび２
φパルスを付加することにより発生することができる。 即ち、 〕 シーケンス〔Ｄ〕の場合には、余分の２θ〔±Ｘ〕およ
び２φ〔±ｙ〕パルスで式〔１８〕に対して−ｃｏｓ２
θおよび−ＣＯ３２φ因子が加えられる。余分の２０〔
±Ｘ、±ｙ〕パルスはさらに５ｉｌｌ　　θ因子を導入
し、その結果次式で表される値に比例する総合信号（シ
グナル）強度が得られる。 θＣＯ５２θｓｉｎ　”　　θＣＯ３２φｓｉｎ　５　
　φｆ（φ／２）　　（１９）位相組合せの総数したが
って各サイクルにおける過渡（トランジェント）の総数
は２５６である。 式〔１９〕を、各因子に対して包括的な実験で検証した
。シーケンスＣＤ）におけるΦつのｆ３ｃ・ぐルスを用
いて、θ・ξルヌ長の増分の関数として小さい試料に対
して予測される信号強度の−ｃｏｓ　２θｓｉｎ　５θ
依存性を第１図に示す。同様にして、第２図は、シーケ
ンス〔Ｄ〕における　１Ｈパルスの長さを増分した場合
のＯＨ族に対し予測される一ＣＯ５２φ５１１１　　φ
ｆ（φ／２）′の依存性を示す。後者の場合には、小さ
い　Ｈコイルの寸法に比較して、試料の寸法が、比較的
大きいために、試料を横切るφパルス角には相当な変動
があり、理論値と実験値との間における対応関係は　Ｈ
−ξルス角の増加で減少する。それにも拘らず、データ
は式〔１９〕の妥当性を明確に支持している。表１に纒
められているこれら実験および測定結果は、１．９Ｔで
３０ｃｍ孔径の磁石を用いて実施した。第１図および第
２図ならびに第４図の実験点は７０ｍｍ直径の　Ｃ表面
コイルおよび同心関係にある共面の３５朋直径の１Ｈ表
面コイルと同心関係ｆ上記コイルの中心近傍に配置した
９　ｍｍ直径で１．５罷厚さの　ＯＨＯＨ試料を用いて
測定した。直径が半分の１５０表面コイルおよび同心で
共面関係にある　Ｈコイルを用いて達成できる試料局所
（在）化の程度は第３図に示されている。θ因子はφ因
子を乗ぜられるので、信号強度は、「θ感応体積」が「
φ感応体積」に重り合う領域に制限される。「θ感応体
積」は４５°〈θ〈１３５°　および２２５°〈θ〈３
１５°（第１図参照）で定義される。「φ感応体積」は
＋５°〈φ〈１３５゜で定義される（第２図参照）。 望ましくない領域は、φ−９００およびθ−２７０°で
ある。しかしながらθ−２７０°領域は、θを（２／３
　）θに変えてシーケンス〔Ｄ〕を用いて２５６の過渡
（トランジェント）およびθを（４／３）θに変えて２
５６の過渡からなる第２の集合を用い、これら２つの集
合を２＝１の比でそれぞれ加算することにより除去する
ことができる。この５１２の過渡を用いる方法の結果は
、表１に掲げられており、この結果は試料空間内のいろ
いろな場所に位置する１３０ＨＯＨエコーに対して得ら
れたものである。 これら結果から明らかなように、卓越した試料の局所（
在）化が達成される。完全サイクルにおける過渡（トラ
ンジェント）の総数５１２は太きいが、１３０の生体分
光分析における使用では一般に合理的な雑音対信号比を
得るためには少なくともこの数の過渡が必要とされる。 ＯＨ，ＯＨおよびＯＨ族に対しＦ（φ／２）因子が異な
るために、「φ感応体積」の空間的寸法も異なってくる
。しかしながら、ＣＯ５２φ５ｉｌｌφＦ（φ／２）は
その最初の最大値を、ＯＨ。 さい差は、最終的な感応体積の寸法の周縁部を変えるに
過ぎない。 感応体積の中心においては、初期設定手続でパルス長を
整合することにより、θ−６＝９０゜となる。したがっ
てこの時点で、最大の偏極伝達エンハンスメント（増加
）が達成される。即ち、固有＋５ａ磁化を上回ること４
倍の偏極伝達エンハンスメントが達成される。明らかな
ように、このエンハンスメント因子は、θおよびφが９
０　から偏差するに従がい減少するが、しかしながらこ
れが空間的選択度の原点である。 他のｎＥＰＴ関連シーケンスを、別個の不均質ｒｆコイ
ルを用いて同じ仕方で適用することができる。例えば１
５　ａから　Ｈに向う逆の方向に偏極伝達を発生する逆
ＤＥＰＴシーケンスをも、シーケンス（２）および（２
）の発生に非常に類似した仕方で基本シーケンスを変更
することにより用いることができる。この逆ＤＥＰＴシ
ーケンスは、　　Ｃで識別される物質代謝における　Ｃ
核に付いているプロトンの選択的検出を可能にするもめ
であり、　Ｃ分光を上回る非常に大きな感度利得と言う
潜在的利点を有する。 試料局所化は、ＤＥＰＴおよび関連の偏極伝達方法以外
の異種核技術を用いて達成することができる。これら他
の異種核方法は異なっタハＡ／ス系列メカニズムに依拠
するものであるが、別個の異種核ｒｆ　送信コイルから
の２つの異種核感応体積の重なり合いが利用される２つ
の異種核のうちの一方に対する感応体積の形状は、この
場合にも、深さノクルス法を用いて発生される。しかし
ながら、第２の異種核に対しては、感応体積の形状は、
・ぐルス系列における特定点でｒｆ　／ξルスな用いて
２の固有状態間における仮空のフリラビング確率（ｐｒ
ｏｂａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆＦｌｉｐｐｊ、ｎｇ　）によ
って決定される。パルス角がφで、フリラビング確率が
２分のｌ　（ｌ　−ｃｏｓφ）で、フリラビング確率（
ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆｎｅｔ　ｆｌｉｐｐｉｎ
ｇ　）が２分の１　（１＋　ｃｏｓφ）であるならば、
これら確率間の差はｃｏｓφである。 （Ｐｅｇｇ他の［Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍａｇｎｅｔ
ｉｃ、Ｒｅ５ｏｎａｎｃｅ」４４，２３８（１９８１）
参照）。第２の異種核に印加されるパルスが合成パルス
、即ち異なった位相のパルス系列（Ｆｒｅｅｍａｎ他の
［Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｉ’ｔｅ
ａｏｎ、ａｎｃｅ　ｊ、３８゜４５３（１９８０）参照
）である場合には、確率は、ωＳφに依存し、この場合
φは初期の２軸ベクトルが合成／ξミルドより回転され
る最終全角を表わす。単位大きさの初期２軸ベクトルの
場合には％ωＳφは、合成・ξシス後にも残る２軸成分
であり、この成分は単純な３次元幾何学から容易に算出
することができる。幾つかの中間結果を掲げると、単位
２軸ベクトルで出発してδ１〔Ｘ〕パルス後に。 ２成分＝　ｃｏｓδ１〔２０〕 ｙ成分＝　ｓｉｎδ１（２１） Ｘ成分二〇〔２２〕 が得られ、そしてδ図１６口合成・ξシス後には、２成
分＝　ｃｏｓδ　ｃｏｓδ　　　　〔２３〕ｙ成分＝　
ｓｉｎδ１（２４） δ、因；δ２Ｃｙ）　；δ５〔り合成・ξシス後には、
２成分＝　ｃｏｓδ　ｃｏｓδ　ｃｏｓδ　−５ｉｎδ
ｓｉｎδ　〔２５〕結果（２０）　、　Ｃ２５）および
〔２５〕は以下に述べるように、実施例で用いられる２
つの異なった異種核方法に対する第２の核に加えられる
パルスの信号強度の依存性を計算するのに用いられる。 実施例１ 炭素−フリップスビンーエ、コ一方法（ｃａｒｂｏｎ−
ｆｌｉｐ　５ｐｉｎ−ｅｃｈｏ　ｍｅｔｈｏｄ　）を用
いて１ＨＮＭＨにおける　ＯＲ族の検出。次のシーケン
スを考える。 上式中、加算／減算は、第１の実験から生じた過渡現象
の加算ならびにそれに交互する第２の実験から生じた過
渡現象の減算を表わし、これにより、１３　ＣＨ族から
生ずる　１Ｈ信号を除き総ての　Ｈ信号が消去される。 第１の実験の場合に、１３ＣＨ族から生ずる　１Ｈ信号
は、ｃｏｓφ　に比例する。即ちφ１　パルスが２の固
有状態間で１５Ｃ核をフリップしない確率からフリップ
する確率を引いた差に比例する。同様にして、第２の実
験では、ｃｏｓφ２　に比例する１３ＣＨｎ信号が得ら
れ、したがって総括的に、 信号強度ｎ−（ｃｏｄ　−ｃｏｙＡ　）　　　　’　　
（ｚｓ）φ　ミφであるならばφ　ノＩ？ルスは省略す
れる１３Ｃ感応体積が発生される。この体積は、１００
表面コイルに限定はされず、他のｒｆ　コイルの形状に
対しても充分妥当であり得る。φ　パルスの代りに合成
パルスを用いる場合、即ち、（φ／２）因；φ＆〕；（
φ／２）［ｘＩおよびφ２パルスの代りに合成パルスφ
ｌ１ｘｌ：φ６ａ　ヲ用いるならば、式〔２５〕および
〔２３〕それぞれから式〔２６〕は次のようになる。 信号強度＝　’−（ｃｏｓ　（φ／２′）Ｃｏｓφ−５
ｉｎ　（φ／２　）−ＣＯ３−）＝　ｓｉｎ　’　（φ
／２）　　　　　　　　（２８：１ｓｉｎ’（φ／２）
依存性は、１３０表面コイルに対して充分に制限された
感応体積を与える。第４（ａ）図および第４（ｂ）図に
示す実験データは、上述のシーケンス（３）ならびにφ
　およびφ　、ｏルスを用いた場合に、　Ｃパルスのφ
ノＲルス長を増分することによって得られる信号強度の
予測５１０２（φ／２）およびｓｉｎ’　　（φ／２）
依存性を示す。 本方法の使用例を説明するために再び第３図を参照して
、大きいコイルが　Ｈコイルテ、小さいコイルが　Ｃコ
イルであるとする。小さいコイルによって発生される１
３ｃ感応体積は、式〔２７〕または〔２８〕　によって
与えられる５ｉｎ２（φ／２）またはｓｉｎ’（φ／２
）に依存する。表面コイルのような不均質ｒｆ　　コイ
ルの場合には、シーケンス（９）内のπ／２およびπＩ
Ｈ，１！ルスはそれぞれθおよび２θ〔±Ｘ〕および２
θ〔±Ｘ、±ｙ〕によって置換される。　１Ｈ熱感応積
は、深さパルス法で、通例の仕方で、２θ〔±Ｘ〕、ま
たは２θ〔±Ｘ、±ｙ〕のような別の位相循環　１Ｈ，
６ルスを加算することにより任意に制限することができ
る。総括的に述べて、有意味な信号強度は、　′Ｈ感応
体積が１３ｃ感応体積と重なる領域からのみ得られる。 実施例２ 選択的偏極伝達による　ＨＮＭＲ（核磁気共鳴）での１
３ＣＨ族の検出。 説明を簡便にするために、例としてメチン族（ｍｅｔｈ
ｉｎｅ　ｇｒｏｕｐ　）、即ち１３０Ｈの場合だけにつ
いて論述する。幾つかの変更を加えれば、１３　ａＨお
よび　ａＨ族のより複雑に結合された多重環に対しても
妥当し、また逆方向における偏極伝達に適用して選択的
１３Ｃスペクトルを得ることができる。 １３ａ　ａ族の場合には、１３ａスペクトルの２つの線
のうちの一方の線Ｃに選択性φパルスを加え、次いでφ
／２プロトンパルスを加よることにより　Ｃ磁化の２分
の１を反転して偏極な炭素からプロトンに伝達すること
ができる（Ｊａｋｏｂｓｅｎ他の「Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏ
ｆ　Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｒｅ５ｏｎａｎｃｅ」５０，１
３４（１９８３）参照）。別法として　Ｃスペクトルの
２つの線のうちの他方の線Ｃに選択性πパルスを加え、
それに続いて（π／２）（６）・ぐルスを加えることが
できる。偏極伝達信号は、第１番目の実験から第２番目
の実験の結果を減算することによりこれら２つの実験か
ら累算することができ、このように交互に加算および減
算することによって総ての他の１Ｈ信号は除去される。 炭素核に加えられるパルスが、不均質ｒｆ　コイルの場
合に生ずるように成る可変角φを有する場合には、シー
ケンスは次のように表現することができる。 容易に理解されるように、信号強度はφパルスが炭素核
を２固有状態から一２固有状態にフリップする確率に比
例する。即ち、 シーケンス□□□は、ＣおよびＣに選択性ツクＡ　　　
　　　　　　　　Ｂ ルスな加えることにより次のように拡張することができ
る。 上式は、式〔２６〕と同じである。したがって、例えば
φ　およびφ　パルスは、式〔２７〕および式〔２８〕
が導き出される先に述べた実施例と同様に選択すること
ができ、したがって、　　Ｃ感応体積−フリップスピン
−エコ一方法と関連して述べたように発生することがで
きる。　′Ｈコイルがまた、不均一なｒｆ　　コイルで
ある場合には、φ／　２　（Ｈｌパルスはθとなり深さ
パルス方式を用いて、やはり先の実施例で述べたのと類
似の仕方で限定的な　Ｈ感応体積を発生することができ
る。この場合にも、有意味な信号強度はＩＨ感応体積が
１３０感応体積に重なる領域だけからしか得られない。 上の実施例１および２においては、（式〔２８〕が導き
出される）合成／ぞルスの１つの特定の例しか与えなか
ったが、有用な他の多くの合成ノクルスな用いることが
可能であろう。例えば、「Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍａ
ｇｎｅｔｉｃ　Ｒ５５ｏｎａｎｃｅ　Ｊ　５９　、ｌ　
６９（１９８４）ならびにＴＯｋ７０およびＰｉｎｅｓ
　。 ６０、ｌ　５６　（１９８４’）で、５ｈａｋａおよび
Ｆｒｅｅｍａｎは、３，９または２７の単独ノぞルスか
らなる合成パルスのファミリについて詳述している。実
施例１および２のいずれにおいても、φ　＝０としてこ
れら合成パルスのいずれをもφ　として使用することが
できる。 表　　１ ７０ｍｍ直径の　Ｃ表面コイルおよび同軸同面の３５闘
径の　１Ｈ表面コイル（ＩＩＬ）に対する種々な位置に
ある９關径で１．５　ｍｍ厚さの　ＯＨＯＨ試料から相
対信号（シグナル）強度（％）を求めた。 註Ｃａ）　：試料は場の、主軸であるＢ　に対し４５゜
の平面に配置した。試料の平面はコイルの平面に平行で
あった。θおよびφパルスは双方共５０μｓに設定した
。 （ｂ）：雑音レベルよりも小さい信号強度。即ち〈２％

【図面の簡単な説明】

第１図は、パルス系列（ψＸＨ，Ｘ）−（２，７）　　
−π〔Ｉ（）；２θ〔±Ｘ〕；θ；２θ〔士為士ｙ）−
（２Ｊ）　　−（π／４）〔Ｈ，ｙ）；２θ〔±Ｘ、土
ｙ）−（２−Ｔ）　　−捕捉　Ｃ信号を用いて　Ｃθパ
ルス長に対する信号強度の依存性を示す図、第２図は、
パルス系列２φ〔±Ｘ〕；φ〔Ｘ〕−（２Ｊ）　　−２
φ（±Ｘ、±ｙ〕；（π／２）〔０：］−（２，Ｔ）　
　−（φ／２）〔ｙ〕；π（０）−（２Ｊ）　　−捕捉
　Ｃ信号を用いてＨバイパルス長に対する信号強度の依
存性を示す図、第３図はコイルおよび試料の横断面を略
示する図、そして第４図は、　１Ｈスピン−エコーシー
ケンスならびに明細書で特定している特定単純および合
成　０　ノｅルスを用いて　０φパルスに対する信号強
度の依存性を示す図である。 ィ名号（シグナル）褒し刻

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、２種類の異核に対応する２つの異なつたラジオ周波
   数を有するラジオ周波数パルスおよび遅延周期のシーケ
   ンスを、前記２種の核間に異核スカラ結合相互作用が生
   ずるように印加し、前記２種の異核を含む試料に関連し
   て核磁気共鳴スペクトロメータを動作する方法において
   、前記異なつたラジオ周波数のパルスを、それぞれが不
   均質なラジオ周波数場を発生する２つの異なつたコイル
   に加え、該２つのコイルにより各異核種に対し別々の、
   重なり合う感応体積を発生して、有意の信号強度を上記
   ２つの感応体積が重なり合う試料領域だけから得ること
   を特徴とする核磁気共鳴スペクトロメータを動作する方
   法。 ２、用いられるラジオ周波数パルスのシーケンスが、Ｄ
   ＥＰＴシーケンスまたは逆ＤＥＰＴシーケンスであり、
   該パルスシーケンスは、２種類の核に対し、深さパルス
   法と同じ仕方で位相循環ラジオ周波数パルスを含めるこ
   とにより変調して、２つの重なり合う感応体積を発生す
   る特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３、ラジオ周波数パルスのシーケンスが、１つの種類の
   核に加えられるスピン−エコーシーケンスを含み、該ス
   ピン−エコーシーケンスは深さパルス法と類似の仕方で
   位相循環ラジオ周波数パルスを含めることにより変調し
   て第１の種類の核に対する感応体積を発生し、スピン−
   エコー遅延期間の中間点で、第２の種類の核にラジオ周
   波数パルスまたは合成ラジオ周波数パルスを加えて該第
   ２の種類の核に対する感応体積を発生し、前記ラジオ周
   波数パルスまたは合成ラジオ周波数パルスは交互に行わ
   れる実験で変更し、該交互に行われる実験から得られる
   信号が減算される特許請求の範囲第１項記載の方法。 ４、ラジオ周波数パルスシーケンスが選択的偏極伝達シ
   ーケンスであり、第１の種類の核に対する感応体積を第
   １の種類の核の異核スカラ結合多重体の２つの線に２つ
   の異なつた選択的ラジオ周波数パルスまたは選択的合成
   ラジオ周波数パルスを加えることにより発生し、そして
   第２の種類の核に対する感応体積を、該第２の種類の核
   に対する位相循環ラジオ周波数パルスを深さパルス法と
   類似の仕方で含めることにより発生する特許請求の範囲
   第１項記載の方法。