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JPH0350218B2 - - Google Patents
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JPH0350218B2 - - Google Patents

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JPH0350218B2
JPH0350218B2 JP1018882A JP1888289A JPH0350218B2 JP H0350218 B2 JPH0350218 B2 JP H0350218B2 JP 1018882 A JP1018882 A JP 1018882A JP 1888289 A JP1888289 A JP 1888289A JP H0350218 B2 JPH0350218 B2 JP H0350218B2
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free induction
linear combinations
pulses
frequency
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Muneshiro Oochi
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Jeol Ltd
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Nihon Denshi KK
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  • Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野] 本発明は核磁気共鳴(NMR)測定方法に関
し、特に多重量子遷移の選択的検出を行うための
NMR測定方法に関するものである。 [従来技術] 近時、新しいNMR測定方法として二次元
NMR法が注目されている。これは、NMR信号
が二次元スペクトルとして展開されるため、従来
の方法に比べ高い分解能(多重線の分離)が得ら
れ、スペクトルの解析が容易になるという特徴が
あり、適用範囲が今後大きく広がるものと期待さ
れている。 更に最近、この二次元NMR測定方法を利用
し、従来の方法では不可能であつた多重量子遷移
に関する情報を抽出する測定方法(Multiple
Quantum NMR:以下MQNMRと略称する)
が、例えば特開昭54−83890号に提案されている。
この提案方法は、例えば第1図に示すように3つ
の90゜パルスP1(非選択パルス)、P2(非選択
パルス)、P3(混合パルス)から成るパルス列
を使用するもので、期間τは固定で、パルスP1
とパルスP3に含まれる高周波信号にはφの位相
差があり、自由誘導減衰信号FIDはt2の期間に検
出し記憶される。前記パルスP1とP2の照射に
より、試料に含まれる磁気回転共鳴子の集合の非
平衡の統計的状態が予め作られ、その後該共鳴子
の該予め作られた状態を特徴づける振動の位相に
対して位相角φだけ位相変移した混合パルスP3
が印加される。そして、t1を段階的に変えながら
測定を繰返し、更にその測定がφの値を変化させ
て繰返し行われる。このようにして得られるt1の
値と前記位相変移の種々の値に対応して記憶され
た自由誘導減衰信号の線形結合を作り、それを周
波数領域へ二重フーリエ変換することにより二次
元スペクトルが得られる。 ところが、従来提案されているMQNMR法は
自由誘導減衰信号の検出を1つのチヤンネルで行
うものであり、このような1チヤンネルによる検
出では照射した高周波パルスの周波数を基準とし
て高周波数側又は低周波数側のどちらか一方のみ
を測定するため、SN比の低下は避けられないし、
容量の大きなメモリが必要であるという問題があ
る。又、照射周波数の位置にあるスペクトルピー
クについては90゜パルスとなるパルスであつても、
照射周波数から離れたスペクトルピークについて
は90゜パルスにならず、従つて、照射周波数から
離れるにつれて位相が変わつてしまうことは避け
られないという問題もある。 そこで、これらの問題を解決する方法として、
二次元NMR測定方法でない従来のNMR測定方
法で採用されている直角位相検波方式
(Quadrature Detection:QD)を採用すること
が考えられる。これは自由誘導減衰信号の検出を
90゜位相の異なつた2つのチヤンネルで行うもの
であり、このQD方式を用いれば、測定領域の中
心に照射周波数を設定し照射周波数の高周波数側
及び低周波数側を区別して測定できるため、同じ
メモリ容量であれば分解能の向上が図れ、同じ分
解能であればメモリ容量が少なくてすむという優
れた効果が得られる。しかも、1チヤンネルの場
合と同じ測定領域幅で考えれば、測定領域の端部
における照射周波数からのずれは1チヤンネルの
場合の半分となり、従つて照射周波数からのずれ
に伴う位相のずれも減少することになる。 ところが、このようなQD方式を用いて
MQNMRを行つても、照射周波数からのずれに
伴う位相のずれは減少はするものの零になるわけ
ではないこと、及び2チヤンネルの検出系の位相
差が正確に90゜でなかつたり、2つのチヤンネル
のゲインが正確に等しくなかつたりというハード
面でのアンバランスに起因して、得られる二次元
スペクトル中の本来信号のない位置に、折返しに
よるスペクトルピークや、ゴースト(Ghost)信
号が出現してしまい、分析の障害になる。 [発明の目的] 本発明はこの点に鑑みてなされたものであり、
QD法を用いながら上記不都合を除くことのでき
るMQNMR測定方法を提供することを目的とし
ている。 [発明の特徴] 本発明は、磁気回転共鳴子系を包含する試料に
ついて、選ばれた次数の多重量子遷移の選択的検
出を行うためのNMR測定方法であつて、 (a) 前記共鳴子に、複数の高周波パルスから成
り、最後のパルスに対しそれより前のパルスの
内の少なくとも1つのパルスの位相がφ変移さ
れている高周波パルス列を印加する段階、 (b) 該高周波パルス列印加後t2という時間にわた
つて前記共鳴子の自由誘導減衰信号を位相が互
いに90゜異なる2チヤンネルの検出系で検出し
記憶する段階、 (c) 前記高周波パルス列中の特定のパルス間隔と
して与えられる展開時間t1をその1増分だけ変
化して前記段階(a)及び(b)を繰返す段階、 (d) 予め定めた一連のφの値に前記位相変移の量
を順次設定し前記段階(a)乃至(c)を繰返す段階、 (e) 前記t1の値と前記位相変移の種々の値に対応
して記憶された自由誘導減衰信号の線形結合の
組を作る段階、 (f) 前記一連のφの値の夫々に90゜,180゜,270゜を
夫々加えたφについて前記(a)乃至(e)を夫々繰返
すことにより3つの自由誘導減衰信号の線形結
合の組を作る段階、 (g) 前記4つの自由誘導減衰信号の線形結合の組
を加算又は減算して自由誘導減衰信号の線形結
合の組を作る段階、及び、 (h) 前記段階(g)で作られた自由誘導減衰信号の線
形結合の組をt1とt2について周波数領域へ二重
フーリエ変換する段階 とから成ることを特徴としている。以下、図面を
用いて本発明を詳述する。 [実施例] 第2図は本発明を実施するためのNMR装置の
一例を示すブロツク図である。図において磁石1
が発生する静磁場内には試料コイル2が配置さ
れ、その試料コイル2内部の空間に測定試料が挿
入される。高周波発振器3から発生する観測核の
共鳴周波数を持つ高周波信号は、0゜から360゜まで
任意の位相を選択できる可変移相回路4によつて
所定の位相が与えられた後、増幅器5及びゲート
6を介して高周波パルスとして前記コイル2へ供
給され、試料に照射される。その高周波パルス照
射後コイル2に誘起された共鳴信号は、ゲート7
及び受信回路8を介して復調回路9,10へ送ら
れる。この復調回路9,10には前記高周波発振
器からの高周波信号が参照信号として送られる
が、その内の一方は90゜移相回路11を介して送
られるため、2つの復調回路は90゜位相の異なる
2チヤンネルの検出系を構成している。この2チ
ヤンネルの検出系から得られた自由誘導減衰信号
は、A−D変換器12,13によつてデジタル信
号に変換されたコンピユータ14へ送られ、付属
するメモリ15へ格納される。16は、移相回路
4、ゲート6,7及びA−D変換器12,13を
制御するパルスプログラマで、試料に照射するパ
ルス列の順序、パルス幅、各パルスに含まれる高
周波の位相、A−D変換器12,13によるサン
プリングのタイミングが予めプログラムされてお
り、そのプログラムに従つて一連の測定が行われ
る。 上述の如き構成を持つ装置を用いてMQNMR
の一つである三量子フイルタ(Triple Quantum
Filter)実験を行う場合を例にとり本発明を説明
する。第3図はPiantini等によつて報告された三
量子フイルタ実験(Journal of American
Chemical Society Vol.104、p.6800−)に用い
られたパルス列を示し、第1図のパルス列と同じ
く3つの90゜パルスP1,P2,P3から成るが、
t1とτが逆になつている点が第1図のパルス列と
異なる。期間τは固定で、パルスP3に含まれる
高周波の位相を0゜とすればパルスP1に含まれる
高周波の位相はφ、パルスP2に含まれる高周波
の位相はφ+90゜になつている。自由誘導減衰信
号FIDはt2の期間に検出し記憶される。 表Aは、第3図のパルス列を用いた測定におい
て、P1,P2,P3に与えられる位相の組合わ
せを示す。
【表】 表Aにおいて、測定1はφ=0゜に設定された測
定であり、P1,P2,P3の位相を0゜,90゜,0゜
に夫々設定した状態で、t1を例えば0secから
2msecの等しいステツプで512段階に順次変えな
がら測定を繰返すことにより、512個のFID信号
FIDa0〜FIDa511を取得し、記憶する。 次の測定2はφ=60゜に設定された測定であり、
P1,P2,P3の位相を60゜,150゜,0゜に夫々設
定した状態で、測定1と全く同様にt1を0secから
2msecステツプで512段階に順次変えながら測定
を繰返すことにより、512個のFID信号FIDa0〜
FIDa511を取得し、このFID信号は先に測定
1で得られ記憶されているFIDa0〜FIDa511
に符号を反転して夫々加算(減算)されて線形結
合される。 以下全く同様に測定3〜測定6が行われ、各測
定で得られたFID信号FIDa0〜FIDa511は第
1に記載されている±の符号に従つて加算又は減
算され、線形結合されたFID信号の集合Saが得ら
れる。その線形結合されたFID信号の集合Saをt1
及びt2について二重フーリエ変換することによ
り、例えば第4図に示すように二次元スペクトル
が得られる。第4図は二重フーリエ変換により得
られた4つのフーリエ成分の全てを模式的に等高
線表示したものである。 上述の如き手順に従つた測定は前記Piantini等
の報告において紹介されているが、それを実施す
る装置としては、第2図における復調回路10
(及び90゜移相回路11)の存在しない1チヤンネ
ルの検出系しか持たないものが使用されており、
従つて、先に述べたようにいくつかの欠点が存在
している。 そこで、本発明は第2図に示すように90゜位相
の異なる2チヤンネルの検出系を設けたQD方式
を採用している。第2図の構成を用いて表Aの測
定を行うと、先に述べたSa(FIDa0〜FIDa51
1)に加え、もう1チヤンネルからは90゜位相の
違うFID信号の集合Sa′(FIDa0′〜FIDa51
1′)が得られる。そして、このSa(FIDa0〜
FIDa511)とSa′(FIDa0′〜FIDa511′)
を用いて二重フーリエ変換(その内t2に関するフ
ーリエ変換は複素フーリエ変換)を行うと、例え
ば第5図に示すような二次元スペクトルが得られ
る。第5図のスペクトルは、測定領域の中心位置
に高周波パルスが照射された場合に得られるもの
であり、QD方式のため1/4のメモリ領域の中に
測定領域が収まつており、従つてメモリ容量が節
約されていることが分る。同じメモリ容量を使用
すれば分解能を向上させることができる。 ところが、このように単に検出系を2チヤンネ
ルにして表Aの測定を行うと、検出しているのは
あくまで期間t2におけるFID信号であるから、t2
について複素フーリエ変換して得られるF2の軸
に関しては照射周波数の高周波側と低周波側を区
別できるので折返しは発生していないが、複素フ
ーリエ変換されていない方の軸F1に関しては第
5図から分るように折返しが発生してしまい、複
雑なピークが入乱れて存在する実際のスペクトル
では、この軸F1に関する折返しが分析の障害に
なる。 そこで、この折返しをなくす方法として、表A
に示した測定に加え、以下に示すような表Bの測
定を行うことにより、F1軸についても疑似的に
QD方式を適用することが考えられる。
【表】 この付け加えられた表Bの測定は、表Aの測定
におけるP2とP3の位相を90゜変移させたもの
であり、表Aの測定で得られたSa(FIDa0〜
FIDa511)とSa′(FIDa0′〜FIDa511′)
がt1に関する1つの検出系から得られたFID信号
とすれば、表Bにおける測定7〜測定12によつて
得られるSb(FIDb0〜FIDb511)とSb′(FIDb
0′〜FIDb511′)は、実際には存在しないが
t1に関し90゜位相の異なるもう1チヤンネルの検
出系から得られたFID信号に該当するべきもので
ある。従つて、この表Aの測定で得られたSa
(FIDa0〜FIDa511)、Sa′(FIDa0′〜FIDa5
11′)と表Bの測定で得られたSb(FIDb0〜
FIDb511)とSb′(FIDb0′〜FIDb511′)
を線形結合(例えば加算又は減算)し、t1、t2の
両方について複素フーリエ変換を行えば、得られ
る二次元スペクトルは第6図aに示すようにF
1,F2の両軸について折返しが除かれた正しい
ものとなる筈である。 ところが実際には、先に述べた2チヤンネルの
検出系のアンバランスや、QD法によつて減少は
するものの零にはならない位相のずれにより折返
しが完全には消えず、得られる二次元スペクトル
中に、第6図bにおいて○で囲んで示すように、
ゴースト信号が現れてしまうことは避けられな
い。 そこで、本発明においては、以下に示す表C及
び表Dの測定を更に付加することによりゴースト
を除去している。
【表】
【表】 表Cにおける測定は、先に説明した表Bの測定
におけるP2とP3の位相を更に90゜変移させた
ものであり、表Dの測定はその表Cの測定におけ
るP2とP3の位相を更に90゜変移させたもので
あり、共に表A,表Bの測定と全く同様に測定が
行われ、表Cの測定ではSc(FIDc0〜FIDc51
1)とSc′(FIDc0′〜FIDc511′)が、表Dの
測定ではSd(FIDd0〜FIDd511)とSd′(FIDd
0′〜FIDd511′)が得られる。 表Aと表Cを比較するとP2とP3の位相が
夫々180゜異なつており、従つて表Aの測定により
得られるSa,Sa′と表Cの測定により得られる
Sc,Sc′を夫々加算し、Sa+ScとSa′+Sc′を求め
れば、表Aの測定と表Cの測定で符号が反転する
ゴースト成分は零となる。 同様に、表Bと表Dを比較するとP2とP3の
位相がやはり夫々180゜異なつており、従つて、表
Bの測定により得られるSb,Sb′と表Dの測定に
より得られるSd,Sd′を夫々加算し、Sb+Sdと
Sb′+Sd′を求めれば、表Bの測定と表Dの測定で
符号が反転するゴースト成分は零となる。 そこで、Sa+Sc、Sa′+Sc′とSb+Sd、Sb′+
Sd′を線形結合(例えば加算又は減算)し、t1、
t2の両方について複素フーリエ変換を行えば、第
6図aに示すようにゴーストも除かれた二次元ス
ペクトルが得られ、正しい分析を行うことが可能
となる。 尚、上記手順による測定及び処理を行つても、
2チヤンネルの検出系のアンバランスに起因する
ゴースト信号が出現する可能性がある。その場合
には、上記表A〜表Dの測定についてすべての位
相に90゜を加えた測定と、180゜を加えた測定と、
270゜を加えた測定とを更に行い、夫々の位相の測
定で得られたデータを線形結合すれば、ゴースト
を除去することができる。 第7図及び第8図は本発明による効果を説明す
るための二次元スペクトルを示し、第7図a及び
第8図aは第5図に対応する折返しもゴーストも
出現しているスペクトル、第7図b及び第8図b
は第6図aに対応するもので、本発明により折返
しもゴーストも除去されたスペクトルである。 上記説明は三量子フイルタについて行つたが、
二量子フイルタや四量子フイルタについても全く
同様に応用できる。 尚、上記説明では第2、第3パルスP2,P3
の位相を表Aの測定に対して90゜ずつ変えて表B
〜Dは測定を行つたが、1つのパルス列において
中に含まれるパルスの間の位相の関係は相対的な
ものであつて、固定して考える必要が無いことは
常識である。例えば、表Bの各パルスの位相に
270゜を加えると表B′が得られ、同様に表Cの各パ
ルスの位相に180゜、表Dの各パルスの位相に90゜
を夫々加えると、表C′,D′が夫々得られ、夫々元
の表B〜Cの測定と実質的に等価である。
【表】
【表】
【表】 従つて、表A,表B′,表C′,表D′の4つの測
定を行なつても、前述と同様の効果が得られる。
表B′,C′,D′の測定は、パルスP2,P3の位
相を表Aの測定と同じに設定すると共に、パルス
P1の位相を表Aの場合のφ+270゜、φ+180゜、
φ+90゜に夫々設定したものである。 上述した説明では、1つの位相φのもとでt1を
例えば512段階に変えた測定を行い、この測定を
φを変えて繰返すという手順を採用したが、逆に
1つのt1の値のもとでφを何段階かに変えた測定
を行い、この測定をt1を512段階に変えて繰返す
という手順で行つても、得られるデータの数は全
く同じであり、等価である。その場合には、測定
手順は以下のようになる。 (a) 試料中の磁気回転共鳴子に、複数の高周波パ
ルスから成り、最後のパルスに対しそれより前
のパルスの内の少なくとも1つのパルスの位相
がφ変移されている高周波パルス列を印加する
段階、 (b) 該高周波パルス列印加後t2という時間にわた
つて前記共鳴子の自由誘導減衰信号を位相が互
いに90゜異なる2チヤンネルの検出系で検出す
る段階、 (c) 予め定めた一連のφの値に前記位相変移の量
を順次設定し前記段階(a)及び(b)を繰返す段階、 (d) 前記位相変移の種々の値に対応して検出され
た自由誘導減衰信号の線形結合の組を作る段
階、 (e) 前記一連のφの値の夫々に90゜、180゜、270゜を
夫々加えたφについて前記(a)乃至(d)を夫々繰返
すことにより更に3つの自由誘導減衰信号の線
形結合の組を作る段階、 (f) 前記4つの自由誘導減衰信号の線形結合の組
を加算又は減算して自由誘導減衰信号の線形結
合の組を作る段階、及び、 (g) 前記周波パルス列中の特定のパルス間隔とし
て与えられる展開時間t1をその1増分だけ変化
して前記段階(a)及び(f)を繰返す段階、 (h) 前記段階(g)で得られた自由誘導減衰信号の線
形結合の組をt1とt2について周波数領域へ二重
フーリエ変換する段階。 更に本発明は、多量子コヒーレンスについても
応用できる。第9図は、多量子コヒーレンスの一
つである三量子コヒーレンス実験に用いられるパ
ルス列の一例を示す。このパルス列は90゜パルス、
180゜パルス、90゜パルス、90°パルスの4つのパル
ス列から成り、表Eに示すシーケンスで各パルス
の位相が設定される。
【表】 ただしこの測定の場合には、表EにおけるP3
の位相のみを+30゜した表Fの測定を併せて行う
必要がある。
【表】 そして、表Eの測定で得られたデータと表Fの
測定で得られたデータを加算又は減算し、更に表
E,FにおけるP4の位相を90゜、180゜、270゜に変
えた下記表E−2〜E−4、F−2〜F−4に従
つた測定を夫々行い、得られたデータを先の説明
と同じように線形結合して二重フーリエ変換すれ
ば良い。
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】 尚、上記表E−2〜E−4及び表F−2〜F−
4の位相も表の値が絶対的なものではなく、例え
ば、表E−2及び表F−2の各パルスの位相から
90゜を差し引くことにより表E−2′及び表F−2′が
得られ、表E−3及び表F−3の各パルスの位相
から180゜を差し引くことにより表E−3′及び表F
−3′が得られ、表E−4及び表F−4の各パルス
の位相から180゜を差し引くことにより表E−4′及
び表F−4′が得られ、いずれも元の表の測定と実
質的に等価である。
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】 従つて、表E、F、E−2′、F−2′、E−3′、
F−3′、E−4′、F−4′に基づく測定を行つても
上述と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は提案方法に使用されるパルス列を示す
図、第2図は本発明を実施するためのNMR装置
の例を示すブロツク図、第3図は三量子フイルタ
実験に用いられるパルス列を示す図、第4図は従
来報告されている手順に従つて得られた二次元ス
ペクトルを模式的に等高線表示で表わした図、第
5図はQD方式を採用して得られる二次元スペク
トルを示す図、第6図aは本発明によりゴースト
が除かれた二次元スペクトルを示す図、第6図b
はゴーストが出現している二次元スペクトルを示
す図、第7図及び第8図は本発明による効果を説
明するための図、第9図は三量子コヒーレンス実
験に用いられるパルス列を示す図である。 1:磁石、2:試料コイル、3:高周波発振
器、4:可変移相回路、6,7:ゲート、9,1
0:復調回路、11:90゜移相回路、12,1
3:A−D変換器、14:コンピユータ、15:
メモリ、16:パルスプログラマ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 磁気回転共鳴子を包含する試料について、選
    ばれた次数の多重量子遷移の選択的検出を行うた
    めの核磁気共鳴測定方法であつて、 (a) 前記共鳴子に、複数の高周波パルスから成
    り、最後のパルスに対しそれより前のパルスの
    内の少なくとも1つのパルスの位相がφ変移さ
    れている高周波パルス列を印加する段階、 (b) 該高周波パルス列印加後t2という時間にわた
    つて前記共鳴子の自由誘導減衰信号を位相が互
    いに90゜異なる2チヤンネルの検出系で検出し
    記憶する段階、 (c) 前記高周波パルス列中の特定のパルス間隔と
    して与えられる展開時間t1をその1増分だけ変
    化して前記段階(a)及び(b)を繰返す段階、 (d) 予め定めた一連のφの値に前記位相変移の量
    を順次設定し前記段階(a)乃至(c)を繰返す段階、 (e) 前記t1の値と前記位相変移の種々の値に対応
    して記憶された自由誘導減衰信号の線形結合の
    組を作る段階、 (f) 前記一連のφの値の夫々に90゜,180゜,270゜を
    夫々加えたφについて前記(a)乃至(e)を夫々繰返
    すことにより3つの自由誘導減衰信号の線形結
    合の組を作る段階、 (g) 前記4つの自由誘導減衰信号の線形結合の組
    を加算又は減算して自由誘導減衰信号の線形結
    合の組を作る段階、及び、 (h) 前記段階(g)で作られた自由誘導減衰信号の線
    形結合の組をt1とt2について周波数領域へ二重
    フーリエ変換する段階 とから成る核磁気共鳴測定方法。 2 前記高周波パルス列は、3つの90゜パルスか
    ら成り、その内の特定の2つの90゜パルスの間隔
    がt1に選ばれる特許請求の範囲第1項記載の核磁
    気共鳴測定方法。 3 磁気回転共鳴子を包含する試料について、選
    ばれた次数の多重量子遷移の選択的検出を行うた
    めの核磁気共鳴測定方法であつて、 (a) 前記共鳴子に、複数の高周波パルスから成
    り、最後のパルスに対しそれより前のパルスの
    内の少なくとも1つのパルスの位相がφ変移さ
    れている高周波パルス列を印加する段階、 (b) 該高周波パルス列印加後t2という時間にわた
    つて前記共鳴子の自由誘導減衰信号を位相が互
    いに90゜異なる2チヤンネルの検出系で検出す
    る段階、 (c) 予め定めた一連のφの値に前記位相変移の量
    を順次設定し前記段階(a)及び(b)を繰返す段階、 (d) 前記位相変移の種々の値に対応して検出され
    た自由誘導減衰信号の線形結合の組を作る段
    階、 (e) 前記一連のφの値の夫々に90゜,180゜,270゜を
    夫々加えたφについて前記(a)乃至(d)を夫々繰返
    すことにより更に3つの自由誘導減衰信号の線
    形結合の組を作る段階、 (f) 前記4つの自由誘導減衰信号の線形結合の組
    を加算又は減算して自由誘導減衰信号の線形結
    合の組を作る段階、及び、 (g) 前記高周波パルス列中の特定のパルス間隔と
    して与えられる展開時間t1をその1増分だけ変
    化して前記段階(a)乃至(f)を繰返す段階、 (h) 前記段階(g)で得られた自由誘導減衰信号の線
    形結合の組をt1とt2について周波数領域へ二重
    フーリエ変換する段階 とから成る核磁気共鳴測定方法。 4 前記高周波パルス列は、3つの90゜パルスか
    ら成り、その内の特定の2つの90゜パルスの間隔
    がt1に選ばれる特許請求の範囲第3項記載の核磁
    気共鳴測定方法。
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