JP2008298612A - Nuclear magnetic resonance photographing system and photographing method - Google Patents

Nuclear magnetic resonance photographing system and photographing method Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nuclear magnetic resonance photographing system and a photographing method capable of obtaining an image of a measurement target with high resolution. <P>SOLUTION: The photographing system is constituted by a nuclear magnetic resonance photographing element 1A including an electrode group having an electrode for a uniform magnetic field, an electrode for X-axis directional gradient magnetic field, and an electrode for Y-axis directional gradient magnetic field, and an RF antenna; current sources 50-52 for supplying current to the respective electrodes of the electrode group; an RF pulse supply part for supplying an RF pulse to the RF antenna; a detector 54 for detecting a nuclear magnetic resonance signal; and a control device 56 for controlling photographing by nuclear magnetic resonance. With respect to measurement positions (Xm, Ym), the control device 56 operates nucleus spins of the measurement target in the measurement positions by a measurement process including plural stages of operation processes, and then, the nuclear magnetic resonance signal is detected, and information of partial nucleus spins in the measurement positions is acquired. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、核磁気共鳴現象を用いて測定対象物の画像を取得する核磁気共鳴撮像素子を用いた撮像システム、及び撮像方法に関するものである。   The present invention relates to an imaging system and an imaging method using a nuclear magnetic resonance imaging device that acquires an image of a measurement object using a nuclear magnetic resonance phenomenon.

核磁気共鳴撮像（ＭＲＩ：Magnetic Resonance Imaging）法は、磁場中に置かれた測定対象物に高周波（ＲＦ波）を照射し、測定対象物中の原子核に生じる核磁気共鳴現象を用いて、その内部の画像情報を非破壊で取得する方法である。このＭＲＩ法では、測定対象物に傾斜磁場を印加することによって対象物中での測定位置を特定して、その画像情報を取得する方法が用いられている。   The nuclear magnetic resonance imaging (MRI) method irradiates a measurement object placed in a magnetic field with a high frequency (RF wave) and uses a nuclear magnetic resonance phenomenon generated in a nucleus in the measurement object. This is a non-destructive method for acquiring internal image information. In this MRI method, a method is used in which a gradient magnetic field is applied to an object to be measured, a measurement position in the object is specified, and image information thereof is acquired.

核磁気共鳴撮像装置（ＭＲＩ装置）は、一般には、核磁気共鳴測定用のＲＦパルスを測定対象物に照射するためのＲＦ照射コイル、測定対象物に静磁場、傾斜磁場を印加するための磁石またはコイル、及び測定対象物からの核磁気共鳴（ＮＭＲ：Nuclear Magnetic Resonance）信号を検出するための検出コイルなどによって構成される（例えば、特許文献１参照）。このようなＭＲＩ法は、例えば、医療分野における被検体の画像取得などに広く利用されている。
特開２００６−１５８７６７号公報 A nuclear magnetic resonance imaging apparatus (MRI apparatus) generally includes an RF irradiation coil for irradiating a measurement object with an RF pulse for nuclear magnetic resonance measurement, and a magnet for applying a static magnetic field and a gradient magnetic field to the measurement object. Or it is comprised by the detection coil etc. for detecting the nuclear magnetic resonance (NMR: Nuclear Magnetic Resonance) signal from a coil and a measuring object (for example, refer to patent documents 1). Such an MRI method is widely used, for example, for obtaining an image of a subject in the medical field.
JP 2006-158767 A

上記した従来の核磁気共鳴撮像装置では、その核磁気共鳴測定の位置分解能は、通常、数ｍｍ程度である。一方、例えばナノメートル（ｎｍ）スケールなどの微細構造についても、微細構造を測定対象物としたＭＲＩ法による画像取得の可能性が考えられる。しかしながら、従来の核磁気共鳴撮像装置の構成では、そのような微細構造を測定可能な、高い位置分解能を実現することは困難である。   In the above-described conventional nuclear magnetic resonance imaging apparatus, the position resolution of the nuclear magnetic resonance measurement is usually about several millimeters. On the other hand, for a fine structure such as a nanometer (nm) scale, for example, there is a possibility of acquiring an image by the MRI method using the fine structure as a measurement object. However, with the configuration of a conventional nuclear magnetic resonance imaging apparatus, it is difficult to realize a high position resolution capable of measuring such a fine structure.

本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、核磁気共鳴撮像法による測定対象物の画像取得を高い分解能で行うことが可能な核磁気共鳴撮像素子を用いた撮像システム、及び撮像方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an imaging system using a nuclear magnetic resonance imaging device capable of acquiring an image of a measurement object by a nuclear magnetic resonance imaging method with high resolution. And an imaging method.

このような目的を達成するために、本発明による核磁気共鳴撮像システムは、（１）核磁気共鳴の測定領域に磁場を印加して、測定領域内で局所的な測定位置を設定するための磁場印加用電極群、及び測定領域に対してＲＦパルスを照射するためのＲＦ照射手段を含む核磁気共鳴撮像素子と、（２）磁場印加用電極群を構成する電極のそれぞれに対して磁場発生用の電流を供給する電流供給手段と、（３）ＲＦ照射手段に対してＲＦパルスを供給するＲＦパルス供給手段と、（４）核磁気共鳴撮像素子の測定領域内での測定対象物からの核磁気共鳴信号を検出する検出手段と、（５）測定対象物に対する核磁気共鳴による撮像を制御する撮像制御手段とを備え、（６）磁場印加用電極群は、測定領域について測定面を想定するとともに、測定領域に対して、設定すべき測定位置に応じた均一磁場を印加する均一磁場用電極と、測定面に平行なｘ軸方向について傾斜磁場を印加する第１傾斜磁場用電極と、測定面に平行でｘ軸と直交するｙ軸方向について傾斜磁場を印加する第２傾斜磁場用電極とを有して構成され、（７）撮像制御手段は、ｘ軸方向の位置Ｘｍ及びｙ軸方向の位置Ｙｍが選択された測定位置（Ｘｍ，Ｙｍ）に対し、それぞれ所定条件で磁場印加用電極群による磁場の印加、及びＲＦ照射手段によるＲＦパルスの照射を行う複数段階の操作過程を含む測定過程によって、測定位置における測定対象物の原子核の核スピンを操作した後、検出手段によって核磁気共鳴信号の検出を行って、測定位置における局所的な核スピンの情報を取得することを特徴とする。   In order to achieve such an object, a nuclear magnetic resonance imaging system according to the present invention (1) applies a magnetic field to a measurement region of nuclear magnetic resonance and sets a local measurement position in the measurement region. Magnetic field generation for each of the magnetic field application electrode group and the nuclear magnetic resonance imaging device including the RF irradiation means for irradiating the measurement region with an RF pulse, and (2) the electrodes constituting the magnetic field application electrode group Current supply means for supplying a current for use, (3) RF pulse supply means for supplying an RF pulse to the RF irradiation means, and (4) from a measurement object in the measurement region of the nuclear magnetic resonance imaging device A detection means for detecting a nuclear magnetic resonance signal; and (5) an imaging control means for controlling imaging of the measurement object by nuclear magnetic resonance. (6) the magnetic field application electrode group assumes a measurement surface for the measurement region. And measure A uniform magnetic field electrode for applying a uniform magnetic field in accordance with the measurement position to be set, a first gradient magnetic field electrode for applying a gradient magnetic field in the x-axis direction parallel to the measurement surface, and a measurement surface And (7) the imaging control means includes a position Xm in the x-axis direction and a position Ym in the y-axis direction. The measurement position (Xm, Ym) is selected by a measurement process including a multi-step operation process in which a magnetic field is applied by a magnetic field application electrode group and an RF pulse is irradiated by an RF irradiation unit under a predetermined condition. After manipulating the nuclear spin of the nucleus of the measurement object at the measurement position, a nuclear magnetic resonance signal is detected by the detection means to acquire information on the local nuclear spin at the measurement position.

また、本発明による核磁気共鳴撮像方法は、（ａ）核磁気共鳴の測定領域に磁場を印加して、測定領域内で局所的な測定位置を設定するための磁場印加用電極群、及び測定領域に対してＲＦパルスを照射するためのＲＦ照射手段を含み、磁場印加用電極群が、測定領域について測定面を想定するとともに、測定領域に対して、設定すべき測定位置に応じた均一磁場を印加する均一磁場用電極と、測定面に平行なｘ軸方向について傾斜磁場を印加する第１傾斜磁場用電極と、測定面に平行でｘ軸と直交するｙ軸方向について傾斜磁場を印加する第２傾斜磁場用電極とを有して構成された核磁気共鳴撮像素子を用い、（ｂ）磁場印加用電極群を構成する電極のそれぞれに対して磁場発生用の電流を供給する電流供給ステップと、（ｃ）ＲＦ照射手段に対してＲＦパルスを供給するＲＦパルス供給ステップと、（ｄ）核磁気共鳴撮像素子の測定領域内での測定対象物からの核磁気共鳴信号を検出する検出ステップと、（ｅ）測定対象物に対する核磁気共鳴による撮像を制御する撮像制御ステップとを備え、（ｆ）撮像制御ステップは、ｘ軸方向の位置Ｘｍ及びｙ軸方向の位置Ｙｍが選択された測定位置（Ｘｍ，Ｙｍ）に対し、それぞれ所定条件で磁場印加用電極群による磁場の印加、及びＲＦ照射手段によるＲＦパルスの照射を行う複数段階の操作過程を含む測定過程によって、測定位置における測定対象物の原子核の核スピンを操作した後、検出ステップによって核磁気共鳴信号の検出を行って、測定位置における局所的な核スピンの情報を取得することを特徴とする。   The nuclear magnetic resonance imaging method according to the present invention also includes: (a) a magnetic field application electrode group for applying a magnetic field to a nuclear magnetic resonance measurement region and setting a local measurement position in the measurement region; An RF irradiation means for irradiating the region with an RF pulse, and the magnetic field application electrode group assumes a measurement surface for the measurement region, and a uniform magnetic field corresponding to the measurement position to be set for the measurement region , A first gradient magnetic field electrode that applies a gradient magnetic field in the x-axis direction parallel to the measurement surface, and a gradient magnetic field in the y-axis direction that is parallel to the measurement surface and orthogonal to the x-axis (B) a current supply step of supplying a magnetic field generating current to each of the electrodes constituting the magnetic field application electrode group using a nuclear magnetic resonance imaging device configured to include the second gradient magnetic field electrode And (c) RF irradiation hand An RF pulse supply step for supplying an RF pulse to (a), a detection step for detecting a nuclear magnetic resonance signal from a measurement object within a measurement region of the nuclear magnetic resonance imaging device, and (e) a measurement object And (f) an imaging control step for the measurement position (Xm, Ym) in which the position Xm in the x-axis direction and the position Ym in the y-axis direction are selected. Manipulates the nuclear spin of the measurement object at the measurement position by a measurement process that includes a multi-stage operation process in which a magnetic field is applied by a magnetic field application electrode group under a predetermined condition and an RF pulse is emitted by an RF irradiation means. Then, a nuclear magnetic resonance signal is detected by a detection step, and local nuclear spin information at the measurement position is acquired.

上記した撮像システム及び撮像方法において用いられる核磁気共鳴撮像素子では、測定対象物を含む測定領域を設定し、この測定領域について２次元の測定面（ｘｙ面）を設定するとともに、均一磁場用電極、第１傾斜磁場用電極、及び第２傾斜磁場用電極の３種類の電極からなる磁場印加用電極群を用いて撮像素子を構成している。このような電極構成を用いることにより、測定領域内での局所的な測定位置の設定、及びそれによる測定対象物の画像情報の取得を好適に実現して、測定対象物についての画像情報を高い分解能で取得することが可能となる。   In the nuclear magnetic resonance imaging device used in the imaging system and the imaging method described above, a measurement region including a measurement object is set, a two-dimensional measurement surface (xy plane) is set for the measurement region, and a uniform magnetic field electrode is set. The imaging device is configured using a magnetic field application electrode group including three types of electrodes, a first gradient magnetic field electrode and a second gradient magnetic field electrode. By using such an electrode configuration, it is preferable to set a local measurement position in the measurement region and thereby obtain image information of the measurement object, thereby increasing the image information about the measurement object. It is possible to obtain with resolution.

また、このような構成の撮像素子を用いた核磁気共鳴撮像システム、及び撮像方法において、電極群を構成する３種類の電極に対して、それぞれ電流供給手段から磁場発生用の電流を供給して測定を行っている。さらに、測定対象物の画像取得において、設定された測定位置（Ｘｍ，Ｙｍ）に対し、複数段階の操作過程を含む測定過程によって測定対象物の原子核の核スピンを操作した後に核磁気共鳴信号の検出を行って、測定位置における局所的な核スピンの情報を取得している。このように、測定過程において所定の手順で核スピンを操作した後に、核磁気共鳴信号の検出を１回のみ行って測定位置での核スピンの情報を取得する構成により、上記した測定対象物についての画像取得を効率的に、精度良く実行することが可能となる。   Further, in the nuclear magnetic resonance imaging system and imaging method using the imaging device having such a configuration, a current for generating a magnetic field is supplied to each of the three types of electrodes constituting the electrode group from current supply means. Measuring. Furthermore, in the image acquisition of the measurement object, the nuclear magnetic resonance signal of the nuclear magnetic resonance signal is measured after manipulating the nuclear spin of the nucleus of the measurement object for the set measurement position (Xm, Ym) by a measurement process including a plurality of stages of operation processes. Detection is performed to acquire local nuclear spin information at the measurement position. As described above, after the nuclear spin is manipulated in a predetermined procedure in the measurement process, the nuclear magnetic resonance signal is detected only once to acquire information on the nuclear spin at the measurement position. It is possible to execute the image acquisition efficiently and accurately.

ここで、核磁気共鳴撮像素子の具体的な構成については、撮像素子は、一方の面が測定面となっている基板を有し、磁場印加用電極群は、基板の測定面上に集積化されて設けられ、基板に対して所定領域に設定された測定領域に磁場を印加して、測定領域内で局所的な測定位置を設定し、ＲＦ照射手段は、基板に対して所定位置に設けられ、基板での測定領域に対してＲＦパルスを照射することが好ましい。   Here, regarding the specific configuration of the nuclear magnetic resonance imaging device, the imaging device has a substrate whose one surface is a measurement surface, and the magnetic field application electrode group is integrated on the measurement surface of the substrate. A magnetic field is applied to a measurement region set in a predetermined region with respect to the substrate, a local measurement position is set in the measurement region, and the RF irradiation means is provided in a predetermined position with respect to the substrate. It is preferable to irradiate the measurement region on the substrate with the RF pulse.

上記構成の撮像素子では、基板に対して所定領域において、測定対象物を含む測定領域を設定するとともに、その基板上に磁場印加用電極群を集積することによって、撮像素子を構成している。このように、核磁気共鳴測定に必要な磁場印加用の電極等が集積化された構成の素子を用いることにより、測定対象物についての画像情報を充分に高い分解能で取得することができる。   In the imaging device having the above-described configuration, an imaging device is configured by setting a measurement region including a measurement object in a predetermined region with respect to the substrate and integrating a magnetic field application electrode group on the substrate. As described above, by using an element having a configuration in which electrodes and the like for applying a magnetic field necessary for nuclear magnetic resonance measurement are integrated, image information about the measurement object can be acquired with sufficiently high resolution.

また、撮像素子における磁場印加用電極群の具体的な構成については、均一磁場用電極は、測定領域を囲むように形成されたループ電極を含み、第１傾斜磁場用電極は、ｘ軸方向について測定領域を挟むように形成された一対の第１スプリット電極を含み、第２傾斜磁場用電極は、ｙ軸方向について測定領域を挟むように形成された一対の第２スプリット電極を含むことが好ましい。これにより、３種類の電極を用いた測定領域への均一磁場、ｘ軸（第１軸）方向の傾斜磁場、及びｙ軸（第２軸）方向の傾斜磁場の印加を、基板上への集積化等が可能な簡単な電極構成で実現することができる。また、電極群の具体的な電極構成については、これ以外にも様々な構成を用いて良い。   In addition, regarding a specific configuration of the magnetic field application electrode group in the imaging device, the uniform magnetic field electrode includes a loop electrode formed so as to surround the measurement region, and the first gradient magnetic field electrode is in the x-axis direction. Preferably, the second gradient magnetic field electrode includes a pair of second split electrodes formed so as to sandwich the measurement region in the y-axis direction, including a pair of first split electrodes formed so as to sandwich the measurement region. . As a result, application of a uniform magnetic field, a gradient magnetic field in the x-axis (first axis) direction, and a gradient magnetic field in the y-axis (second axis) direction to the measurement region using three types of electrodes is integrated on the substrate. This can be realized with a simple electrode configuration that can be realized. In addition to the above, various configurations may be used as the specific electrode configuration of the electrode group.

また、測定領域へのＲＦパルスの照射に用いられるＲＦ照射手段については、基板の測定面上に、磁場印加用電極群に対して絶縁層によって絶縁されて形成されたＲＦアンテナを含む構成を用いることができる。あるいは、基板の測定面とは反対側の面上に形成されたＲＦアンテナを含む構成を用いることができる。これらの構成では、ＲＦアンテナは、磁場印加用電極群とともに基板に集積化される。   As the RF irradiation means used for the irradiation of the RF pulse to the measurement region, a configuration including an RF antenna formed on the measurement surface of the substrate and insulated from the magnetic field application electrode group by an insulating layer is used. be able to. Alternatively, a configuration including an RF antenna formed on a surface opposite to the measurement surface of the substrate can be used. In these configurations, the RF antenna is integrated on the substrate together with the magnetic field application electrode group.

また、撮像素子による画像取得の対象となる測定対象物については、基板において、測定領域内での測定対象物は、測定面上、または測定面から所定深さの基板内に配置されることが好ましい。   Further, with respect to the measurement object that is an object of image acquisition by the image sensor, the measurement object in the measurement region may be arranged on the measurement surface or in the substrate at a predetermined depth from the measurement surface. preferable.

複数段階の操作過程を含む測定過程による核スピンの操作方法については、撮像システムは、撮像制御手段が、複数段階の操作過程を含む測定過程を経た段階において、測定位置で核スピンが中間状態となり、測定位置を除く測定領域内の全ての位置で核スピンが初期状態となるように、測定対象物の原子核の核スピンを操作することが好ましい。   Regarding the nuclear spin manipulation method by the measurement process including multiple stages of operation process, the imaging system is in an intermediate state at the measurement position when the imaging control means has gone through the measurement process including multiple stages of operation process. It is preferable to manipulate the nuclear spin of the nucleus of the measurement object so that the nuclear spin is in the initial state at all positions in the measurement region except the measurement position.

同様に、撮像方法は、撮像制御ステップが、複数段階の操作過程を含む測定過程を経た段階において、測定位置で核スピンが中間状態となり、測定位置を除く測定領域内の全ての位置で核スピンが初期状態となるように、測定対象物の原子核の核スピンを操作することが好ましい。   Similarly, in the imaging method, when the imaging control step has undergone a measurement process including a plurality of operation processes, the nuclear spin is in an intermediate state at the measurement position, and the nuclear spins are measured at all positions in the measurement region except the measurement position. It is preferable to manipulate the nuclear spin of the nucleus of the measurement object so that is in the initial state.

このように、複数段階の操作過程を含む測定過程において、測定領域内で測定位置での核スピンのみが中間状態となるように核スピンの操作を行うことにより、測定過程を経た後に核磁気共鳴信号の検出を行うことで、測定位置のみについての局所的な核スピンの情報を確実に取得することが可能となる。   In this way, in a measurement process including a multi-step operation process, nuclear magnetic resonance is performed after the measurement process by operating the nuclear spin so that only the nuclear spin at the measurement position is in an intermediate state within the measurement region. By detecting the signal, it is possible to reliably acquire information on the local nuclear spins for only the measurement position.

具体的には、撮像システムは、測定面において、測定位置を通りｙ軸に平行なｘ＝Ｘｍの直線をＸｍ線、測定位置を通りｘ軸に平行なｙ＝Ｙｍの直線をＹｍ線とし、撮像制御手段は、３段階以上の操作過程を有し、測定位置の核スピンを所定状態とし、Ｘｍ線上及びＹｍ線上で測定位置を除く位置の核スピンを中間状態とする前過程と、３段階以上の操作過程を有し、測定位置の核スピンを中間状態とし、Ｘｍ線上及びＹｍ線上で測定位置を除く位置の核スピンを初期状態とする後過程とを含む測定過程によって、測定対象物の原子核の核スピンを操作することが好ましい。   Specifically, on the measurement surface, the imaging system defines a straight line of x = Xm passing through the measurement position and parallel to the y axis as an Xm line, and a straight line of y = Ym passing through the measurement position and parallel to the x axis as a Ym line, The imaging control means has an operation process having three or more steps, a nuclear spin at a measurement position is set in a predetermined state, and a nuclear spin at a position excluding the measurement position on the Xm line and the Ym line is in an intermediate state, and three stages The measurement process includes the above-described operation process, including a post process in which the nuclear spin at the measurement position is in an intermediate state and the nuclear spin at a position other than the measurement position on the Xm line and the Ym line is in an initial state. It is preferred to manipulate the nuclear spin of the nucleus.

同様に、撮像方法は、測定面において、測定位置を通りｙ軸に平行なｘ＝Ｘｍの直線をＸｍ線、測定位置を通りｘ軸に平行なｙ＝Ｙｍの直線をＹｍ線とし、撮像制御ステップにおいて、３段階以上の操作過程を有し、測定位置の核スピンを所定状態とし、Ｘｍ線上及びＹｍ線上で測定位置を除く位置の核スピンを中間状態とする前過程と、３段階以上の操作過程を有し、測定位置の核スピンを中間状態とし、Ｘｍ線上及びＹｍ線上で測定位置を除く位置の核スピンを初期状態とする後過程とを含む測定過程によって、測定対象物の原子核の核スピンを操作することが好ましい。   Similarly, on the measurement surface, an x = Xm straight line passing through the measurement position and parallel to the y-axis is defined as an Xm line, and an y = Ym straight line passing through the measurement position and parallel to the x-axis is defined as an Ym line on the measurement surface. In the step, there are three or more stages of operation process, the nuclear spin at the measurement position is set to a predetermined state, and the nuclear spin at the position excluding the measurement position on the Xm line and the Ym line is set to the intermediate state, and A measurement process including a post process in which a nuclear spin at a measurement position is an intermediate state and a nuclear spin at a position excluding the measurement position on the Xm line and the Ym line is an initial state. It is preferred to manipulate the nuclear spin.

測定対象物の原子核の核スピンの操作方法において、このように、前過程と後過程とによって構成された測定過程を用いることにより、測定領域内で測定位置での核スピンのみを中間状態とする核スピンの操作を、少ない段階数の操作過程で確実に実現することが可能となる。   In the method of manipulating the nuclear spins of the nuclei of the object to be measured, only the nuclear spin at the measurement position in the measurement region is set to the intermediate state by using the measurement process constituted by the pre-process and the post-process as described above. It is possible to reliably realize the operation of nuclear spins with a small number of steps.

また、このように前過程と後過程とを有して構成される測定過程において、前過程及び後過程のそれぞれは、ｙ軸方向に延びるＸｍ線上で中間状態になっている核スピンに対する２段階の操作過程によるｙ軸勾配エコー操作、またはｘ軸方向に延びるＹｍ線上で中間状態になっている核スピンに対する２段階の操作過程によるｘ軸勾配エコー操作の少なくとも一方を含むことが好ましい。   Further, in the measurement process constituted by the pre-process and the post-process as described above, each of the pre-process and the post-process has two stages for the nuclear spin that is in an intermediate state on the Xm line extending in the y-axis direction. It is preferable to include at least one of the y-axis gradient echo operation by the above-described operation process or the x-axis gradient echo operation by the two-stage operation process for the nuclear spin that is in the intermediate state on the Ym line extending in the x-axis direction.

また、上記した測定過程において、後過程は、３段階以上の操作過程において、ＲＦ照射手段によるＲＦパルスの照射を行わない操作過程を含み、前過程を経た段階において、測定位置で核スピンが反転状態または初期状態となることが好ましい。あるいは、前過程は、３段階以上の操作過程において、ＲＦ照射手段によるＲＦパルスの照射を行わない操作過程を含み、前過程を経た段階において、測定位置で核スピンが中間状態となるとともに、後過程の最初の操作過程を経た段階において、測定位置で核スピンが反転状態または初期状態となることが好ましい。   In the measurement process described above, the post-process includes an operation process in which the RF pulse is not irradiated by the RF irradiation means in the operation process of three or more stages, and the nuclear spin is reversed at the measurement position in the stage after the previous process. The state or the initial state is preferred. Alternatively, the pre-process includes an operation process in which the RF irradiation means is not irradiated with the RF irradiation means in the operation process of three or more stages. In the stage after the pre-process, the nuclear spin is in an intermediate state at the measurement position, and It is preferable that the nuclear spin is in an inversion state or an initial state at the measurement position in the stage after the first operation process of the process.

測定領域に対するＲＦパルスの照射については、測定過程において、前過程は、ＲＦパルスとして位相０°の９０°パルスを照射する操作過程と、位相９０°の９０°パルスを照射する操作過程とを含み、後過程は、ＲＦパルスとして位相１８０°の９０°パルスを照射する操作過程と、位相２７０°の９０°パルスを照射する操作過程とを含むことが好ましい。   Regarding the irradiation of the RF pulse to the measurement region, in the measurement process, the previous process includes an operation process of irradiating a 90 ° pulse with a phase of 0 ° as an RF pulse and an operation process of irradiating a 90 ° pulse with a phase of 90 °. The post-process preferably includes an operation process of irradiating a 90 ° pulse with a phase of 180 ° as an RF pulse and an operation process of irradiating a 90 ° pulse with a phase of 270 °.

あるいは、測定過程において、前過程は、ＲＦパルスとして位相０°の９０°パルスを照射する操作過程と、位相２７０°の９０°パルスを照射する操作過程とを含み、後過程は、ＲＦパルスとして位相１８０°の９０°パルスを照射する操作過程と、位相９０°の９０°パルスを照射する操作過程とを含むことが好ましい。   Alternatively, in the measurement process, the pre-process includes an operation process of irradiating a 90 ° pulse with a phase of 0 ° as an RF pulse and an operation process of irradiating a 90 ° pulse with a phase of 270 °, and the post-process is an RF pulse. It is preferable to include an operation process of irradiating a 90 ° pulse with a phase of 180 ° and an operation process of irradiating a 90 ° pulse with a phase of 90 °.

本発明の核磁気共鳴撮像システム、及び撮像方法によれば、測定領域について想定されたｘｙ測定面に対し、均一磁場用電極、第１傾斜磁場用電極、及び第２傾斜磁場用電極からなる磁場印加用電極群を用いて撮像素子を構成し、これらの３種類の電極に対してそれぞれ磁場発生用の電流を供給して測定を行うとともに、測定対象物の画像取得において、設定された測定位置に対し、複数段階の操作過程を含む測定過程によって測定対象物の原子核の核スピンを操作した後に核磁気共鳴信号の検出を行って、測定位置における局所的な核スピンの情報を取得することにより、測定対象物の画像取得を高い分解能で効率的に行うことが可能となる。   According to the nuclear magnetic resonance imaging system and imaging method of the present invention, a magnetic field comprising a uniform magnetic field electrode, a first gradient magnetic field electrode, and a second gradient magnetic field electrode with respect to the xy measurement surface assumed for the measurement region. An imaging device is configured using the application electrode group, and a current for generating a magnetic field is supplied to each of these three types of electrodes to perform measurement, and the measurement position set in acquiring an image of the measurement object On the other hand, by detecting the nuclear magnetic resonance signal after manipulating the nuclear spin of the nucleus of the measurement object through a measurement process including a multi-step operation process, the local nuclear spin information at the measurement position is obtained. Thus, it is possible to efficiently acquire an image of the measurement object with high resolution.

以下、図面とともに本発明による核磁気共鳴撮像システム、及び核磁気共鳴撮像方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。   Hereinafter, preferred embodiments of a nuclear magnetic resonance imaging system and a nuclear magnetic resonance imaging method according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Further, the dimensional ratios in the drawings do not necessarily match those described.

まず、本発明による核磁気共鳴撮像システム、及び撮像方法において用いられる核磁気共鳴撮像素子の構成について説明する。図１は、核磁気共鳴撮像素子の一実施形態の平面構成を概略的に示す図である。また、図２は、図１に示した撮像素子の断面構造を示す断面図である。   First, the configuration of the nuclear magnetic resonance imaging device used in the nuclear magnetic resonance imaging system and imaging method according to the present invention will be described. FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a planar configuration of an embodiment of a nuclear magnetic resonance imaging device. 2 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure of the image sensor shown in FIG.

ここで、図１においては、核磁気共鳴撮像素子１Ａの構成のうちで、後述する磁場印加用電極群２０の構成、及びＲＦアンテナ１５の設置位置（設置範囲）等を具体的に示すとともに、その他の素子構造については模式的に図示している。また、以下の説明においては、図１の平面構成において、基板の測定面に平行で互いに直交する２つの軸をそれぞれｘ軸（第１軸）、及びｙ軸（第２軸）とし、測定面に垂直な軸をｚ軸とする。また、図２は、撮像素子１Ａにおける電極群２０の中心位置を通りｘ軸及びｚ軸に平行な面での断面構造を示している。   Here, in FIG. 1, among the configurations of the nuclear magnetic resonance imaging element 1A, the configuration of the magnetic field application electrode group 20 described later, the installation position (installation range) of the RF antenna 15 and the like are specifically shown, Other element structures are schematically shown. In the following description, in the planar configuration of FIG. 1, two axes parallel to the measurement surface of the substrate and orthogonal to each other are defined as an x axis (first axis) and a y axis (second axis), respectively. The axis perpendicular to is the z-axis. FIG. 2 shows a cross-sectional structure on a plane that passes through the center position of the electrode group 20 in the image sensor 1A and is parallel to the x-axis and the z-axis.

本実施形態による核磁気共鳴撮像素子１Ａは、基板１０と、磁場印加用電極群２０と、ＲＦアンテナ１５とを備えて構成されている。本撮像素子１Ａでは、基板１０に対して所定領域に核磁気共鳴の測定領域１２が設定される。図２に示す構成では、測定領域１２の設定の具体的な一例として、基板１０の一方の面である測定面（図２中の上面）１１から所定深さの基板１０内の領域が測定領域１２として設定されており、その測定領域１２内に測定対象物１３が配置されている。   The nuclear magnetic resonance imaging device 1 </ b> A according to the present embodiment includes a substrate 10, a magnetic field application electrode group 20, and an RF antenna 15. In the imaging device 1 </ b> A, a nuclear magnetic resonance measurement region 12 is set in a predetermined region with respect to the substrate 10. In the configuration shown in FIG. 2, as a specific example of setting the measurement region 12, a region in the substrate 10 having a predetermined depth from the measurement surface (upper surface in FIG. 2) 11 that is one surface of the substrate 10 is a measurement region. The measurement object 13 is arranged in the measurement region 12.

撮像素子１Ａは、図２に示すように、基板１０に対して磁場印加用電極群２０とＲＦアンテナ１５とが集積化された素子構造となっている。磁場印加用電極群２０は、基板１０の測定面１１上に集積化されて設けられた複数の電極から構成され、測定領域１２に対して核磁気共鳴測定に必要な磁場を印加して、測定領域１２内で局所的な測定位置を設定するために用いられる。また、この電極群２０は、測定面１１上において測定領域１２を囲むように、領域１２からみてｘ軸方向、及びｙ軸方向に略対称となる電極パターンで形成されている。   As shown in FIG. 2, the imaging element 1 </ b> A has an element structure in which a magnetic field application electrode group 20 and an RF antenna 15 are integrated on a substrate 10. The magnetic field application electrode group 20 is composed of a plurality of electrodes integrated on the measurement surface 11 of the substrate 10, and applies a magnetic field necessary for nuclear magnetic resonance measurement to the measurement region 12 for measurement. This is used to set a local measurement position within the region 12. The electrode group 20 is formed in an electrode pattern that is substantially symmetrical in the x-axis direction and the y-axis direction when viewed from the region 12 so as to surround the measurement region 12 on the measurement surface 11.

具体的には、磁場印加用電極群２０は、均一磁場用電極２５と、第１傾斜磁場用電極３０、３５と、第２傾斜磁場用電極４０、４５との３種類の電極によって構成されている。均一磁場用電極２５は、測定領域１２に対して、設定すべき測定位置に応じた均一磁場を印加するための電極であり、測定領域１２を囲むように形成された矩形のループ電極によって構成されている。このループ電極２５は、図１中の左下を起点とした一巻きコイルを構成しており、その両端部にそれぞれ電流供給用の配線２６、２７が設けられている。   Specifically, the magnetic field application electrode group 20 includes three types of electrodes: a uniform magnetic field electrode 25, first gradient magnetic field electrodes 30 and 35, and second gradient magnetic field electrodes 40 and 45. Yes. The uniform magnetic field electrode 25 is an electrode for applying a uniform magnetic field corresponding to the measurement position to be set to the measurement region 12, and is configured by a rectangular loop electrode formed so as to surround the measurement region 12. ing. The loop electrode 25 forms a one-turn coil starting from the lower left in FIG. 1, and wirings 26 and 27 for supplying current are provided at both ends thereof.

本撮像素子１Ａでは、この電極２５によって測定領域１２に印加される均一磁場の大きさを制御することにより、領域１２内での測定位置を所望の位置に設定することが可能な構成となっている。例えば、電極２５による均一磁場の大きさを変えていくことにより、領域１２内においてｘ軸方向またはｙ軸方向に測定位置を走査することができる。なお、測定領域１２に対する均一磁場の印加については、この基板１０上に集積化されて測定位置の制御に用いられる均一磁場用電極２５に加えて、磁石、コイル等による通常の静磁場印加手段（図示していない）が合わせて用いられる。   In the imaging device 1A, the measurement position in the region 12 can be set to a desired position by controlling the magnitude of the uniform magnetic field applied to the measurement region 12 by the electrode 25. Yes. For example, the measurement position can be scanned in the x-axis direction or the y-axis direction within the region 12 by changing the magnitude of the uniform magnetic field generated by the electrode 25. As for the application of the uniform magnetic field to the measurement region 12, in addition to the uniform magnetic field electrode 25 integrated on the substrate 10 and used for controlling the measurement position, a normal static magnetic field applying means (magnet, coil, etc.) (Not shown) are used together.

第１傾斜磁場用電極３０、３５は、測定領域１２に対して、基板１０の測定面１１に平行な第１軸であるｘ軸方向について傾斜磁場を印加するための電極であり、ｘ軸方向について測定領域１２を挟むように形成された一対の第１スプリット電極によって構成されている。スプリット電極３０は、図１中で領域１２からみて左側（ｘ軸の負の側）で、電極２５の左辺の外側にｙ軸に沿って延びる直線状の電極パターンで形成されており、その両端部にそれぞれ電流供給用の配線３１、３２が設けられている。また、スプリット電極３５は、領域１２からみて右側（ｘ軸の正の側）で、電極２５の右辺の外側に同じくｙ軸に沿って延びる直線状の電極パターンで形成されており、その両端部にそれぞれ電流供給用の配線３６、３７が設けられている。   The first gradient magnetic field electrodes 30 and 35 are electrodes for applying a gradient magnetic field to the measurement region 12 in the x-axis direction that is the first axis parallel to the measurement surface 11 of the substrate 10. Is constituted by a pair of first split electrodes formed so as to sandwich the measurement region 12 therebetween. The split electrode 30 is formed with a linear electrode pattern extending along the y-axis on the left side of the region 12 in FIG. 1 (on the negative side of the x-axis) and outside the left side of the electrode 25. Current supply wirings 31 and 32 are provided in the respective sections. The split electrode 35 is formed on the right side (positive side of the x-axis) as viewed from the region 12 and on the outside of the right side of the electrode 25 with a linear electrode pattern that also extends along the y-axis. Are provided with current supply wirings 36 and 37, respectively.

第２傾斜磁場用電極４０、４５は、測定領域１２に対して、基板１０の測定面１１に平行な第２軸であるｙ軸方向について傾斜磁場を印加するための電極であり、ｙ軸方向について測定領域１２を挟むように形成された一対の第２スプリット電極によって構成されている。スプリット電極４０は、図１中で領域１２からみて下側（ｙ軸の負の側）で、電極２５の下辺の外側にｘ軸に沿って延びる直線状の電極パターンで形成されており、その両端部にそれぞれ電流供給用の配線４１、４２が設けられている。また、スプリット電極４５は、領域１２からみて上側（ｙ軸の正の側）で、電極２５の上辺の外側に同じくｘ軸に沿って延びる直線状の電極パターンで形成されており、その両端部にそれぞれ電流供給用の配線４６、４７が設けられている。   The second gradient magnetic field electrodes 40 and 45 are electrodes for applying a gradient magnetic field to the measurement region 12 in the y-axis direction that is the second axis parallel to the measurement surface 11 of the substrate 10. Is constituted by a pair of second split electrodes formed so as to sandwich the measurement region 12 therebetween. The split electrode 40 is formed in a linear electrode pattern extending along the x axis on the lower side of the region 12 in FIG. 1 (on the negative side of the y axis) and outside the lower side of the electrode 25. Current supply wirings 41 and 42 are provided at both ends, respectively. The split electrode 45 is formed in a linear electrode pattern extending along the x axis on the upper side of the region 12 (on the positive side of the y axis) and on the outside of the upper side of the electrode 25. Are provided with current supply wirings 46 and 47, respectively.

これらの各電極からなる電極群２０に対し、基板１０に対して所定位置にＲＦアンテナ１５が設けられている。ＲＦアンテナ１５は、基板１０での測定領域１２に対して、測定対象物１３中の原子核に生じる核磁気共鳴を測定するためのＲＦパルスを照射するＲＦ照射手段である。本実施形態においては、図２に示すように、基板１０の測定面１１上には電極群２０を覆う絶縁層１６が設けられており、この絶縁層１６上にＲＦアンテナ１５が形成されている。これにより、ＲＦアンテナ１５は、基板１０の測定面１１上に、電極群２０に対して絶縁層１６によって絶縁された状態で集積化されている。   An RF antenna 15 is provided at a predetermined position with respect to the substrate 10 with respect to the electrode group 20 including these electrodes. The RF antenna 15 is an RF irradiation means for irradiating the measurement region 12 on the substrate 10 with an RF pulse for measuring nuclear magnetic resonance generated in the nucleus in the measurement target 13. In the present embodiment, as shown in FIG. 2, an insulating layer 16 that covers the electrode group 20 is provided on the measurement surface 11 of the substrate 10, and the RF antenna 15 is formed on the insulating layer 16. . Thereby, the RF antenna 15 is integrated on the measurement surface 11 of the substrate 10 in a state of being insulated from the electrode group 20 by the insulating layer 16.

次に、上記の撮像素子１Ａを用いた本発明による核磁気共鳴撮像システムについて説明する。図３は、核磁気共鳴撮像システムの一実施形態の構成を示すブロック図である。本実施形態による撮像システムは、核磁気共鳴撮像素子１Ａと、均一磁場用電流源５０と、傾斜磁場用電流源５１、５２と、ＲＦ波発生器６０と、検出器５４と、制御装置５６とを備えて構成されている。   Next, a nuclear magnetic resonance imaging system according to the present invention using the imaging device 1A will be described. FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of one embodiment of a nuclear magnetic resonance imaging system. The imaging system according to the present embodiment includes a nuclear magnetic resonance imaging device 1A, a uniform magnetic field current source 50, gradient magnetic field current sources 51 and 52, an RF wave generator 60, a detector 54, and a control device 56. It is configured with.

これらのうち、撮像素子１Ａの構成については、図１及び図２に関して上述した通りである。また、本構成において、電流源５０、５１、５２によって、磁場印加用電極群２０を構成する電極のそれぞれに対して磁場発生用の電流を供給する電流供給手段が構成されている。   Among these, the configuration of the image sensor 1A is as described above with reference to FIGS. In this configuration, the current sources 50, 51, 52 constitute current supply means for supplying a magnetic field generating current to each of the electrodes constituting the magnetic field application electrode group 20.

均一磁場用電流源５０は、撮像素子１Ａの電極２５に均一磁場発生用の電流Ｉｓｔを供給するための電流源であり、図１に示すように、配線２６、２７の間に接続されている。第１傾斜磁場用電流源５１は、電極３０、３５にｘ軸方向の傾斜磁場発生用の電流Ｉｘを供給するための電流源であり、配線３１、３２の間、及び配線３６、３７の間に接続されている。第２傾斜磁場用電流源５２は、電極４０、４５にｙ軸方向の傾斜磁場発生用の電流Ｉｙを供給するための電流源であり、配線４１、４２の間、及び配線４６、４７の間に接続されている。これらの電流源５０、５１、５２としては、例えば、立ち上がり時間がナノ秒程度の高速スイッチを有する直流電流源が好適に用いられる。   The uniform magnetic field current source 50 is a current source for supplying a uniform magnetic field generating current Ist to the electrode 25 of the imaging device 1A, and is connected between the wirings 26 and 27 as shown in FIG. . The first gradient magnetic field current source 51 is a current source for supplying a current Ix for generating a gradient magnetic field in the x-axis direction to the electrodes 30 and 35, and between the wirings 31 and 32 and between the wirings 36 and 37. It is connected to the. The second gradient magnetic field current source 52 is a current source for supplying a current Iy for generating a gradient magnetic field in the y-axis direction to the electrodes 40 and 45, and between the wires 41 and 42 and between the wires 46 and 47. It is connected to the. As these current sources 50, 51, 52, for example, a DC current source having a high-speed switch with a rise time of about nanoseconds is preferably used.

ＲＦ波発生器６０は、分配器６１、位相調整器６２、第１スイッチ６３、第２スイッチ６４、及び合成器６５とともに、撮像素子１ＡのＲＦアンテナ１５に対してＲＦパルスを供給するＲＦパルス供給手段を構成している。このＲＦパルス供給手段からＲＦアンテナ１５へのＲＦパルスは、具体的な測定内容に応じて単一のＲＦパルス、または複数のＲＦパルスからなるＲＦパルス列として供給される。   The RF wave generator 60, together with the distributor 61, the phase adjuster 62, the first switch 63, the second switch 64, and the synthesizer 65, supplies an RF pulse to the RF antenna 15 of the image sensor 1A. Means. The RF pulse from the RF pulse supply means to the RF antenna 15 is supplied as a single RF pulse or an RF pulse train composed of a plurality of RF pulses according to the specific measurement contents.

具体的には、ＲＦ波発生器６０から出力されたＲＦ波は、分配器６１によって等分配される。そして、分配された一方のＲＦ波は、スイッチ６３を介して合成器６５へと入力される。また、他方のＲＦ波は、位相調整器６２で位相が調整された後にスイッチ６４を介して合成器６５へと入力される。そして、合成器６５で合成されたＲＦ波が、核磁気共鳴測定用のＲＦパルスとして撮像素子１ＡのＲＦアンテナ１５へと供給される。   Specifically, the RF wave output from the RF wave generator 60 is equally distributed by the distributor 61. Then, one of the distributed RF waves is input to the synthesizer 65 via the switch 63. The other RF wave is input to the combiner 65 via the switch 64 after the phase is adjusted by the phase adjuster 62. The RF wave synthesized by the synthesizer 65 is supplied to the RF antenna 15 of the image sensor 1A as an RF pulse for nuclear magnetic resonance measurement.

このような構成において、発生器６０からのＲＦ波出力のＯＮ／ＯＦＦ、及び位相調整器６２、スイッチ６３、６４の動作を制御することにより、撮像素子１ＡのＲＦアンテナ１５へと供給されるＲＦパルスを制御することができる。なお、ＲＦパルス供給手段の具体的な構成については、図３はその一例を示すものであり、これ以外にも様々な構成を用いて良い。   In such a configuration, the RF wave output from the generator 60 is turned on and off, and the operations of the phase adjuster 62 and the switches 63 and 64 are controlled, whereby the RF supplied to the RF antenna 15 of the image sensor 1A. The pulse can be controlled. Note that FIG. 3 shows an example of the specific configuration of the RF pulse supply means, and various other configurations may be used.

検出器５４は、撮像素子１Ａにおける測定領域１２内での測定対象物１３からの核磁気共鳴信号を検出する検出手段である。この検出器５４は、静磁場印加手段による静磁場、及び磁場印加用電極群２０による磁場を含む所定の磁場が測定領域１２に印加された状態で、ＲＦアンテナ１５から測定領域１２へとＲＦパルスを照射することによって生じた核磁気共鳴信号を、光学的または電気的な方法等で検出して外部へと取り出す。このような核磁気共鳴信号の取得を、測定領域１２への磁場の印加条件、及びＲＦパルスの照射条件を変えながら実行することにより、測定領域１２内にある測定対象物１３の２次元の画像情報を取得することができる。   The detector 54 is detection means for detecting a nuclear magnetic resonance signal from the measurement object 13 in the measurement region 12 in the image sensor 1A. The detector 54 applies an RF pulse from the RF antenna 15 to the measurement region 12 in a state where a predetermined magnetic field including a static magnetic field by the static magnetic field applying unit and a magnetic field by the magnetic field application electrode group 20 is applied to the measurement region 12. The nuclear magnetic resonance signal generated by irradiating is detected by an optical or electrical method and taken out to the outside. By obtaining such a nuclear magnetic resonance signal while changing the application condition of the magnetic field to the measurement region 12 and the irradiation condition of the RF pulse, a two-dimensional image of the measurement object 13 in the measurement region 12 is obtained. Information can be acquired.

これらの電流源５０、５１、５２、ＲＦ波発生器６０を含むＲＦパルス供給手段、及び検出器５４に対して、制御装置５６が設置されている。制御装置５６は、撮像素子１Ａにおいて測定領域１２内に配置されている測定対象物１３に対する核磁気共鳴による撮像を制御する撮像制御手段である。本撮像システムにおける制御装置５６は、測定領域１２内でｘ軸方向の位置Ｘｍ及びｙ軸方向の位置Ｙｍが選択された測定位置（Ｘｍ，Ｙｍ）に対し、所定の操作方法で測定対象物１３の原子核の核スピンの操作を行うように、撮像システムの各部の動作を制御する。   A control device 56 is installed for the current source 50, 51, 52, the RF pulse supply means including the RF wave generator 60, and the detector 54. The control device 56 is imaging control means for controlling imaging by nuclear magnetic resonance with respect to the measurement target 13 arranged in the measurement region 12 in the imaging device 1A. The control device 56 in this imaging system uses a predetermined operation method to measure the measurement object 13 with respect to the measurement position (Xm, Ym) in which the position Xm in the x-axis direction and the position Ym in the y-axis direction are selected in the measurement region 12. The operation of each part of the imaging system is controlled so that the nuclear spins of the nuclei are operated.

すなわち、制御装置５６は、それぞれ所定条件で磁場印加用電極群２０による磁場の印加、及びＲＦアンテナ１５によるＲＦパルスの照射を行う複数段階の操作過程を含む測定過程によって、測定位置における測定対象物１３の原子核の核スピンを操作した後、検出器５４によって核磁気共鳴信号の検出を行って、測定位置（Ｘｍ，Ｙｍ）における局所的な核スピンの情報を取得する。また、このような核スピンの情報の取得を測定位置を変更しながら繰り返して実行することにより、測定対象物１３の２次元の画像が取得される。なお、制御装置５６による撮像の制御方法については、具体的にはさらに後述する。   That is, the control device 56 performs the measurement object at the measurement position by a measurement process including a plurality of operation processes in which a magnetic field is applied by the magnetic field application electrode group 20 and an RF pulse is irradiated by the RF antenna 15 under predetermined conditions. After manipulating the nuclear spins of thirteen nuclei, the nuclear magnetic resonance signal is detected by the detector 54 to acquire information on the local nuclear spin at the measurement position (Xm, Ym). Further, by repeatedly executing such acquisition of nuclear spin information while changing the measurement position, a two-dimensional image of the measurement object 13 is acquired. The imaging control method by the control device 56 will be specifically described later.

本実施形態による核磁気共鳴撮像素子、及びそれを用いた撮像システム、撮像方法の効果について説明する。   The effects of the nuclear magnetic resonance imaging device according to the present embodiment, an imaging system using the same, and an imaging method will be described.

図１及び図２に示した撮像素子１Ａでは、素子１Ａを構成する基板１０に対して所定領域において、測定対象物１３を含む測定領域１２を設定するとともに、その基板１０上に磁場印加用電極群２０等を集積することによって、撮像素子１Ａを構成している。このように、核磁気共鳴測定に必要な磁場印加用の電極等が集積化された構成の素子を用いることにより、測定対象物１３についての画像情報を高い分解能で取得することができる。   In the imaging device 1A shown in FIGS. 1 and 2, the measurement region 12 including the measurement object 13 is set in a predetermined region with respect to the substrate 10 constituting the device 1A, and the magnetic field application electrode is formed on the substrate 10. The image pickup device 1A is configured by integrating the group 20 and the like. Thus, by using an element having a configuration in which electrodes for applying a magnetic field necessary for nuclear magnetic resonance measurement are integrated, image information about the measurement target 13 can be acquired with high resolution.

さらに、測定領域１２への磁場の印加に用いられる電極群２０について、均一磁場用電極２５、第１傾斜磁場用電極３０、３５、及び第２傾斜磁場用電極４０、４５の３種類の電極を設けている。これらの電極を組み合わせて用いることにより、測定領域１２内での局所的な測定位置の設定、制御、測定位置の変更、走査、及びそれによる測定対象物１３の画像情報の取得を好適に実現することが可能となる。   Further, for the electrode group 20 used for applying the magnetic field to the measurement region 12, three types of electrodes, that is, the uniform magnetic field electrode 25, the first gradient magnetic field electrodes 30 and 35, and the second gradient magnetic field electrodes 40 and 45 are provided. Provided. By using these electrodes in combination, local measurement position setting, control, measurement position change, scanning, and acquisition of image information of the measurement object 13 in the measurement region 12 are preferably realized. It becomes possible.

また、図３に示した撮像システムでは、上記したように磁場印加用の電極等が基板１０上に集積化された構成の撮像素子１Ａを用い、電極群２０を構成する３種類の電極に対して、それぞれ対応する電流源から磁場発生用の電流を供給して測定を行っている。これにより、測定領域１２内での局所的な測定位置を確実に制御しつつ、測定対象物１３の画像情報の取得を高い分解能で好適に実現することが可能となる。   In the imaging system shown in FIG. 3, as described above, the imaging device 1 </ b> A having the configuration in which the magnetic field application electrodes and the like are integrated on the substrate 10, and the three types of electrodes constituting the electrode group 20 are used. Thus, measurement is performed by supplying a current for generating a magnetic field from a corresponding current source. As a result, it is possible to suitably obtain the image information of the measurement object 13 with high resolution while reliably controlling the local measurement position in the measurement region 12.

さらに、測定対象物１３の画像取得において、設定された測定位置（Ｘｍ，Ｙｍ）に対し、複数段階の操作過程を含む測定過程によって測定対象物１３の原子核の核スピンを操作した後に核磁気共鳴信号の検出を行って、測定位置における局所的な核スピンの情報を取得している。このように、測定過程において所定の手順で核スピンを操作した後に、検出器５４による核磁気共鳴信号の検出を１回のみ行って測定位置での核スピンの情報を取得する構成により、上記した測定対象物についての画像取得を効率的に実行することが可能となる。   Further, in the image acquisition of the measurement object 13, nuclear magnetic resonance is performed after manipulating the nuclear spin of the nucleus of the measurement object 13 with respect to the set measurement position (Xm, Ym) by a measurement process including a plurality of operation processes. Signal detection is performed to acquire local nuclear spin information at the measurement position. As described above, after the nuclear spin is operated in a predetermined procedure in the measurement process, the detection of the nuclear magnetic resonance signal by the detector 54 is performed only once to acquire the nuclear spin information at the measurement position. It is possible to efficiently execute image acquisition for the measurement object.

また、図１に示した構成例では、測定領域１２に磁場を印加するための電極群２０での各電極の具体的な構成として、ループ電極２５、一対の第１スプリット電極３０、３５、及び一対の第２スプリット電極４０、４５によって電極群２０を構成している。このような電極パターンとすることにより、測定位置設定用の均一磁場、ｘ軸方向の傾斜磁場、及びｙ軸方向の傾斜磁場の測定領域１２への印加を、基板１０上に好適に集積することが可能な簡単な電極構成で実現することができる。   In the configuration example shown in FIG. 1, as a specific configuration of each electrode in the electrode group 20 for applying a magnetic field to the measurement region 12, a loop electrode 25, a pair of first split electrodes 30, 35, and The pair of second split electrodes 40 and 45 constitute an electrode group 20. By using such an electrode pattern, the application of the uniform magnetic field for setting the measurement position, the gradient magnetic field in the x-axis direction, and the gradient magnetic field in the y-axis direction to the measurement region 12 is preferably integrated on the substrate 10. Can be realized with a simple electrode configuration.

図４は、図１に示した構成の電極群２０を有する撮像素子１Ａにおける電極パターンの作製例を示す電子顕微鏡写真である。ここでは、素子１Ａの基体となる基板１０として厚さ０．５ｍｍのＧａＡｓ半導体基板を用い、金によって電極群２０の各電極パターンを形成している。本作製例では、基板上に厚さ２０ｎｍのチタンを介して金の電極パターンを形成している。なお、チタン層は基板と金との密着性を高めるためのものであり、不要であれば設けなくても良い。また、電極パターンについては、均一磁場用電極２５のループ形状の内側の幅（電極間隔）を５０μｍとし、各電極のパターン幅を１μｍとしている。図４より、図１に示した構成の電極群２０の電極パターンが良好に得られていることがわかる。また、電極群２０の具体的な電極構成については、これ以外にも様々な構成を用いて良い。   FIG. 4 is an electron micrograph showing an example of producing an electrode pattern in the imaging device 1A having the electrode group 20 having the configuration shown in FIG. Here, a GaAs semiconductor substrate having a thickness of 0.5 mm is used as the substrate 10 serving as the base of the element 1A, and each electrode pattern of the electrode group 20 is formed of gold. In this manufacturing example, a gold electrode pattern is formed on a substrate through titanium having a thickness of 20 nm. Note that the titanium layer is for improving the adhesion between the substrate and the gold, and may be omitted if unnecessary. Regarding the electrode pattern, the inner width (electrode spacing) of the loop shape of the uniform magnetic field electrode 25 is 50 μm, and the pattern width of each electrode is 1 μm. 4 that the electrode pattern of the electrode group 20 having the configuration shown in FIG. 1 is obtained satisfactorily. Further, regarding the specific electrode configuration of the electrode group 20, various configurations other than this may be used.

一般には、撮像素子１Ａを構成する基板１０としては、上記したＧａＡｓ基板のように表面が充分に平坦な材質の基板を好適に用いることができる。また、電極群２０の各電極については、例えば金、アルミなどの材質による電極パターンを用いることができる。あるいは、測定が超伝導転移温度以下の低温で行われる場合には、超伝導材料からなる電極パターンを用いても良い。また、各電極の厚さについては、例えば２００ｎｍ〜１μｍ程度の厚さとすることが好ましい。   In general, as the substrate 10 constituting the imaging device 1A, a substrate having a sufficiently flat surface such as the above-described GaAs substrate can be suitably used. For each electrode of the electrode group 20, an electrode pattern made of a material such as gold or aluminum can be used. Alternatively, when the measurement is performed at a low temperature below the superconducting transition temperature, an electrode pattern made of a superconducting material may be used. The thickness of each electrode is preferably about 200 nm to 1 μm, for example.

また、撮像素子１Ａの断面構造についても、図２に示した構造以外にも様々な構成を用いることが可能である。図５は、図１及び図２に示した撮像素子の変形例（ａ）、（ｂ）の断面構造を示す断面図である。   In addition to the structure shown in FIG. 2, various configurations can be used for the cross-sectional structure of the image sensor 1A. FIG. 5 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure of modified examples (a) and (b) of the image sensor shown in FIGS. 1 and 2.

図５の変形例（ａ）は、測定領域１２にＲＦパルスを照射するＲＦアンテナ１７が基板１０の測定面１１とは反対側の面、すなわち、基板１０に対して電極群２０とは反対側の面上に形成されている点で図２に示した構成と異なっている。このように、ＲＦアンテナについては、基板の測定面１１上、または測定面１１とは反対側の面上に集積化される構成など、必要に応じてその設置位置を変更して良い。一般には、ＲＦアンテナなどのＲＦ照射手段は、電極群２０が測定面１１上に集積化される基板１０に対して、測定領域１２にＲＦパルスを照射することが可能な所定位置に設けられていれば良い。   In the modification (a) of FIG. 5, the RF antenna 17 that irradiates the measurement region 12 with an RF pulse is the surface of the substrate 10 opposite to the measurement surface 11, that is, the substrate 10 is opposite to the electrode group 20. 2 is different from the configuration shown in FIG. Thus, the installation position of the RF antenna may be changed as necessary, such as a configuration in which the RF antenna is integrated on the measurement surface 11 of the substrate or on the surface opposite to the measurement surface 11. In general, an RF irradiation means such as an RF antenna is provided at a predetermined position where the measurement region 12 can be irradiated with an RF pulse with respect to the substrate 10 on which the electrode group 20 is integrated on the measurement surface 11. Just do it.

図５の変形例（ｂ）は、基板１０に対する測定領域の設定が図２の構成例、及び図５の変形例（ａ）と異なっている。すなわち、変形例（ｂ）では、測定領域の設定の他の例として、基板１０の測定面１１上の領域が測定領域１８として設定されており、その測定領域１８内に測定対象物１９が配置されている。このように、測定領域及び測定対象物については、具体的な測定対象物の種類等に応じて、基板１０の測定面１１上、または測定面１１から所定深さの基板１０内の領域など、必要に応じて測定領域を設定して良い。   The modification (b) of FIG. 5 is different from the configuration example of FIG. 2 and the modification (a) of FIG. That is, in the modified example (b), as another example of setting the measurement region, a region on the measurement surface 11 of the substrate 10 is set as the measurement region 18, and the measurement object 19 is arranged in the measurement region 18. Has been. Thus, for the measurement region and the measurement object, depending on the specific type of measurement object, etc., on the measurement surface 11 of the substrate 10 or a region in the substrate 10 having a predetermined depth from the measurement surface 11, etc. The measurement area may be set as necessary.

例えば、図２の構成例、及び図５の変形例（ａ）のように、基板１０の測定面１１から所定深さの基板１０内に測定対象物１３が配置される構成では、測定対象物１３はあらかじめ基板１０内に埋め込まれて配置される。このような測定対象物１３の具体的な例としては、例えば量子ドット、量子ビットなどが挙げられる。すなわち、このような構成の撮像素子は、量子コンピュータ等に用いられる量子ビットの読み出しに利用することが可能である。この場合、基板１０中での量子ビットの深さは、例えば測定面１１から数１００ｎｍ〜数μｍ程度とすることが好ましい。   For example, in the configuration in which the measurement object 13 is arranged in the substrate 10 having a predetermined depth from the measurement surface 11 of the substrate 10 as in the configuration example in FIG. 2 and the modification example (a) in FIG. 13 is embedded in the substrate 10 in advance. Specific examples of such a measurement object 13 include quantum dots and qubits. That is, the imaging device having such a configuration can be used for reading out qubits used in quantum computers and the like. In this case, the depth of the qubit in the substrate 10 is preferably about several hundred nm to several μm from the measurement surface 11, for example.

また、図５の変形例（ｂ）のように、基板１０の測定面１１上に測定対象物１９が配置される構成では、測定対象物１９はあらかじめ基板１０上に配置されていても良く、あるいは必要に応じて基板１０上に配置、交換される構成であっても良い。   In the configuration in which the measurement object 19 is arranged on the measurement surface 11 of the substrate 10 as in the modification (b) of FIG. 5, the measurement object 19 may be arranged on the substrate 10 in advance. Or the structure arrange | positioned and replaced | exchanged on the board | substrate 10 as needed may be sufficient.

ここで、本発明における核磁気共鳴による「撮像」とは、例えば、医療分野においてＭＲＩ装置を用いて行われている画像取得のような例に限られるものではない。例えば、測定領域内において、ナノ領域の核スピンによる量子ビットが複数配列されている場合に、測定位置を制御しながら、個々の量子ビットについて局所検出を行っていくような場合も「撮像」、すなわち測定領域１２についての画像取得に含んでいる。一般には、設定された測定領域内において、測定位置を特定、制御しながら、局所的な情報を核磁気共鳴信号によって検出することが可能であれば良い。   Here, “imaging” by nuclear magnetic resonance in the present invention is not limited to an example of image acquisition performed using an MRI apparatus in the medical field, for example. For example, when multiple qubits are formed by nuclear spins in the nano region in the measurement region, “imaging” is also used when local detection is performed for each qubit while controlling the measurement position. That is, it is included in the image acquisition for the measurement region 12. In general, it is only necessary that local information can be detected by a nuclear magnetic resonance signal while specifying and controlling a measurement position within a set measurement region.

測定領域１２内での測定対象物１３からの核磁気共鳴信号を検出する検出器５４（図３参照）に用いられる核スピン検出方法については、上記したように、例えば光学的または電気的な方法で核磁気共鳴信号を検出する方法を用いることができる。あるいは、それら以外の方法で核磁気共鳴信号を検出する方法を用いても良い。   As described above, the nuclear spin detection method used in the detector 54 (see FIG. 3) for detecting the nuclear magnetic resonance signal from the measurement target 13 in the measurement region 12 is, for example, an optical or electrical method. A method for detecting nuclear magnetic resonance signals can be used. Alternatively, a method of detecting a nuclear magnetic resonance signal by other methods may be used.

核磁気共鳴信号を光学的に検出する方法は、例えば図５に示す変形例（ａ）、（ｂ）のような構造において好適に用いることができる。このような光学的な検出方法の一例について説明する（例えば非特許文献「D. Gammon et al., "Nuclear Spectroscopy in Single Quantum Dots:Nanoscopic Raman Scattering and Nuclear Magnetic Resonance", ScienceVol.277, pp.85-88 (1997)」を参照）。この方法では、まず、円偏光した光を測定対象物に照射することにより、対象物中の原子核での核スピンを偏極させる。そして、核スピンの偏極の度合いによって量子ドットの発光エネルギーがシフトすることを利用し、ＲＦパルスを照射して核スピンの状態を変化させた際のエネルギーシフト量を核磁気共鳴信号として検出する。   The method of optically detecting a nuclear magnetic resonance signal can be suitably used in a structure such as the modified examples (a) and (b) shown in FIG. An example of such an optical detection method will be described (for example, non-patent document “D. Gammon et al.,“ Nuclear Spectroscopy in Single Quantum Dots: Nanoscopic Raman Scattering and Nuclear Magnetic Resonance ”, Science Vol. 277, pp. 85). -88 (1997)). In this method, first, the nuclear spin in the atomic nucleus in the object is polarized by irradiating the object to be measured with circularly polarized light. Then, using the fact that the emission energy of the quantum dot shifts depending on the degree of polarization of the nuclear spin, the amount of energy shift when the nuclear spin state is changed by irradiation with an RF pulse is detected as a nuclear magnetic resonance signal. .

一方、核磁気共鳴信号を電気的に検出する方法は、例えば図２に示す構成例、及び図５に示す変形例（ａ）のような構造において好適に用いることができる。このような電気的な検出方法の一例について説明する（例えば非特許文献「G. Yusa et al., "Controlled Multiple Quantum Coherences ofNuclear Spins in a Nanometre-Scale Device", Nature Vol.434, pp.1001-1005(2005)」を参照）。この方法では、まず、スピン偏極した電流をナノ領域に流して、対象物中の原子核での核スピンを偏極させる。そして、核スピンを偏極させると対象物の電気抵抗が変化することを利用し、ＲＦパルスを照射して核スピンの重ね合わせ状態を生成した際の電気抵抗を核磁気共鳴信号として検出する。   On the other hand, the method of electrically detecting a nuclear magnetic resonance signal can be suitably used, for example, in a structure such as the configuration example shown in FIG. 2 and the modification (a) shown in FIG. An example of such an electrical detection method will be described (for example, non-patent document “G. Yusa et al.,“ Controlled Multiple Quantum Coherences of Nuclear Spins in a Nanometre-Scale Device ”, Nature Vol. 434, pp. 1001- 1005 (2005) ”). In this method, first, a spin-polarized current is passed through the nano-region to polarize nuclear spins at nuclei in the object. Then, utilizing the fact that the electrical resistance of the object changes when the nuclear spin is polarized, the electrical resistance when the superposition state of the nuclear spin is generated by irradiation with the RF pulse is detected as a nuclear magnetic resonance signal.

図１〜図３に示した核磁気共鳴撮像システムの構成について、本発明による核磁気共鳴撮像方法とともにさらに説明する。なお、以下において、図６に示すように、全体の測定領域１２内での測定位置（測定範囲）について、核磁気共鳴測定によって情報を得ようとする測定位置が、位置Ｐ（Ｘｍ，Ｙｍ）に設定されているものとする。   The configuration of the nuclear magnetic resonance imaging system shown in FIGS. 1 to 3 will be further described together with the nuclear magnetic resonance imaging method according to the present invention. In the following, as shown in FIG. 6, the measurement position (measurement range) in the entire measurement region 12 is a measurement position where information is to be obtained by nuclear magnetic resonance measurement, which is position P (Xm, Ym). It is assumed that it is set to.

上記実施形態の撮像素子１Ａ及び撮像システムでは、上記したように、検出器５４による核磁気共鳴信号の取得を、測定領域１２への磁場の印加条件、及びＲＦパルスの照射条件を適宜に設定して実行することにより、測定領域１２についての２次元の画像情報が取得される。また、このような測定領域１２への磁場の印加条件、及びＲＦパルスの照射条件は、例えばパーソナルコンピュータなどを用いて構成される撮像制御手段である制御装置５６によって制御される（図３参照）。   In the imaging device 1A and the imaging system of the above embodiment, as described above, the acquisition of the nuclear magnetic resonance signal by the detector 54 is performed by appropriately setting the application condition of the magnetic field to the measurement region 12 and the irradiation condition of the RF pulse. As a result, two-dimensional image information about the measurement region 12 is acquired. Further, the application condition of the magnetic field to the measurement region 12 and the irradiation condition of the RF pulse are controlled by the control device 56 which is an imaging control means configured using, for example, a personal computer (see FIG. 3). .

ここで、電極群２０の各電極に供給される電流パルス、及び測定領域１２に照射されるＲＦパルスは、制御装置５６によってパルス幅、強度、パルスの同期等が制御される。また、検出器５４で取得された核磁気共鳴信号は制御装置５６へと入力され、この制御装置５６において、測定対象物１３の画像化処理、あるいは量子ビットの読み出し処理などの必要な処理が行われる。   Here, the pulse width, intensity, pulse synchronization, and the like of the current pulse supplied to each electrode of the electrode group 20 and the RF pulse irradiated to the measurement region 12 are controlled by the control device 56. Further, the nuclear magnetic resonance signal acquired by the detector 54 is input to the control device 56, and the control device 56 performs necessary processing such as imaging processing of the measurement object 13 or reading processing of qubits. Is called.

このような構成では、制御装置５６が、第１傾斜磁場用電極３０、３５、または第２傾斜磁場用電極４０、４５への電流の供給、及びそれによって測定領域１２に印加される傾斜磁場を制御することで、測定位置を設定する軸方向を選択するとともに、均一磁場用電極２５への電流の供給、及びそれによって測定領域１２に印加される均一磁場を制御することで、領域１２内において、測定位置を走査することが好ましい。   In such a configuration, the control device 56 supplies the current to the first gradient magnetic field electrodes 30 and 35 or the second gradient magnetic field electrodes 40 and 45, and thereby the gradient magnetic field applied to the measurement region 12. By controlling, the axial direction in which the measurement position is set is selected, and the current is supplied to the uniform magnetic field electrode 25 and thereby the uniform magnetic field applied to the measurement region 12 is controlled. It is preferable to scan the measurement position.

このように、第１傾斜磁場用電極３０、３５または第２傾斜磁場用電極４０、４５によって傾斜磁場を印加して、測定位置を設定する軸方向（ｘ軸方向またはｙ軸方向）を選択するとともに、均一磁場用電極２５によって測定領域１２に印加される均一磁場の大きさの設定または変更を制御することにより、領域１２内における測定位置の設定、及びその変更、走査を好適に実現することができる。   Thus, the gradient magnetic field is applied by the first gradient magnetic field electrodes 30 and 35 or the second gradient magnetic field electrodes 40 and 45, and the axial direction (x-axis direction or y-axis direction) for setting the measurement position is selected. At the same time, by setting or changing the magnitude of the uniform magnetic field applied to the measurement region 12 by the uniform magnetic field electrode 25, setting of the measurement position in the region 12, changing the scan, and scanning are preferably realized. Can do.

具体的には、制御装置５６が、複数段階の操作過程を含む測定過程について、（１）第１傾斜磁場用電極３０、３５への電流供給をＯＮ、第２傾斜磁場用電極４０、４５への電流供給をＯＦＦとして、ｘ軸方向について傾斜磁場が印加されて測定位置Ｘｍが選択された状態で、測定領域１２にＲＦパルスを照射する操作過程と、（２）第２傾斜磁場用電極４０、４５への電流供給をＯＮ、第１傾斜磁場用電極３０、３５への電流供給をＯＦＦとして、ｙ軸方向について傾斜磁場が印加されて測定位置Ｙｍが選択された状態で、測定領域１２にＲＦパルスを照射する操作過程とを含む測定過程を用いて、測定対象物１３に対して核磁気共鳴による撮像を行うことが好ましい。   Specifically, for the measurement process including a plurality of operation steps, the control device 56 (1) turns on the current supply to the first gradient magnetic field electrodes 30 and 35 and supplies the current to the second gradient magnetic field electrodes 40 and 45. And (2) the second gradient magnetic field electrode 40 in the state in which the measurement region Xm is selected with the gradient magnetic field applied in the x-axis direction and the measurement position Xm selected. , 45 is turned on, the current supply to the first gradient magnetic field electrodes 30 and 35 is turned off, the gradient magnetic field is applied in the y-axis direction, and the measurement position Ym is selected. It is preferable to perform imaging by means of nuclear magnetic resonance on the measurement object 13 using a measurement process including an operation process of irradiating an RF pulse.

このような測定領域に対する磁場の印加、及びそれによる測定位置Ｐの選択について、図６〜図８を用いて説明する。ここで、図６に示すように、測定領域１２内で設定された測定位置Ｐ（Ｘｍ，Ｙｍ）に対し、２次元の測定面であるｘｙ面内において、測定位置Ｐを通りｙ軸に平行なｘ＝Ｘｍの直線をＸｍ線、測定位置Ｐを通りｘ軸に平行なｙ＝Ｙｍの直線をＹｍ線とする。   Application of a magnetic field to such a measurement region and selection of the measurement position P based thereon will be described with reference to FIGS. Here, as shown in FIG. 6, the measurement position P (Xm, Ym) set in the measurement region 12 passes through the measurement position P and is parallel to the y axis in the xy plane which is a two-dimensional measurement surface. A straight line of x = Xm is defined as an Xm line, and a straight line of y = Ym passing through the measurement position P and parallel to the x axis is defined as a Ym line.

また、測定領域１２に印加される磁場について、静磁場印加手段によって印加される磁場Ｂ０が測定対象物１３の原子核の核スピンに共鳴する周波数に対応する磁場に固定されていると仮定する。このとき、測定領域１２内の各位置（ｘ，ｙ）において、磁場Ｂ０に加えて電極群２０によって印加される測定位置設定用の磁場をΔＢ（ｘ，ｙ）とすると、測定領域１２内で測定位置設定用の磁場がΔＢ＝０となる位置（範囲）において、核磁気共鳴が発生する。   Further, regarding the magnetic field applied to the measurement region 12, it is assumed that the magnetic field B0 applied by the static magnetic field applying unit is fixed to a magnetic field corresponding to a frequency that resonates with the nuclear spin of the nucleus of the measurement target 13. At this time, if the measurement position setting magnetic field applied by the electrode group 20 in addition to the magnetic field B 0 at each position (x, y) in the measurement region 12 is ΔB (x, y), Nuclear magnetic resonance occurs at a position (range) where the magnetic field for measurement position setting is ΔB = 0.

このような条件において、第１傾斜磁場用電極３０、３５への電流供給をＯＮ、第２傾斜磁場用電極４０、４５への電流供給をＯＦＦとして、ｘ軸方向の測定位置Ｘｍを選択する場合を考える。具体的には、均一磁場用電極２５に対して電流源５０から均一磁場発生用の電流Ｉｓｔが供給されて、測定領域１２に均一磁場Ｂｓｔが印加されているものとする。また、第１傾斜磁場用電極３０、３５に電流源５１からｘ軸方向の傾斜磁場発生用の電流Ｉｘが供給されて、測定領域１２にｘ軸方向傾斜磁場Ｂ１（ｘ）が印加されているものとする。   Under such conditions, the current supply to the first gradient magnetic field electrodes 30 and 35 is turned on, the current supply to the second gradient magnetic field electrodes 40 and 45 is turned off, and the measurement position Xm in the x-axis direction is selected. think of. Specifically, it is assumed that a uniform magnetic field generating current Ist is supplied from the current source 50 to the uniform magnetic field electrode 25 and the uniform magnetic field Bst is applied to the measurement region 12. Further, the current Ix for generating the gradient magnetic field in the x-axis direction is supplied from the current source 51 to the first gradient magnetic field electrodes 30 and 35, and the x-axis gradient magnetic field B 1 (x) is applied to the measurement region 12. Shall.

このとき、図７に示すように、測定領域１２内の各位置（ｘ，ｙ）に対し、測定位置設定用の磁場として、ｘ座標に依存する磁場ΔＢ＝Ｂｓｔ＋Ｂ１（ｘ）が印加される。そして、ΔＢ＝Ｂｓｔ＋Ｂ１（Ｘｍ）＝０となるｘ＝Ｘｍの直線であるＸｍ線上の各位置において、核磁気共鳴が発生するための条件が満たされることとなる。均一磁場Ｂｓｔ、及び傾斜磁場Ｂ１（ｘ）を設定する際には、選択しようとするｘ軸方向の測定位置Ｘｍについてこのような条件ΔＢ＝０が満たされるように、各磁場の値、及び電極に供給される電流の値が設定される。   At this time, as shown in FIG. 7, a magnetic field ΔB = Bst + B1 (x) depending on the x coordinate is applied to each position (x, y) in the measurement region 12 as a magnetic field for setting the measurement position. The conditions for generating nuclear magnetic resonance are satisfied at each position on the Xm line, which is a straight line of x = Xm where ΔB = Bst + B1 (Xm) = 0. When setting the uniform magnetic field Bst and the gradient magnetic field B1 (x), the values of the magnetic fields and the electrodes are set so that such a condition ΔB = 0 is satisfied for the measurement position Xm in the x-axis direction to be selected. The value of the current supplied to is set.

また、ｙ軸方向の測定位置Ｙｍの選択についても、均一磁場Ｂｓｔ、及びｙ軸方向傾斜磁場Ｂ２（ｙ）によって同様に、測定位置Ｙｍを選択することができる。この場合、ΔＢ＝Ｂｓｔ＋Ｂ２（Ｙｍ）＝０となるｙ＝Ｙｍの直線であるＹｍ線上の各位置において、核磁気共鳴が発生するための条件が満たされることとなる。均一磁場Ｂｓｔ、及び傾斜磁場Ｂ２（ｙ）を設定する際には、選択しようとするｙ軸方向の測定位置Ｙｍについてこのような条件ΔＢ＝０が満たされるように、各磁場の値、及び電極に供給される電流の値が設定される。   In addition, regarding the selection of the measurement position Ym in the y-axis direction, the measurement position Ym can be similarly selected by the uniform magnetic field Bst and the y-axis direction gradient magnetic field B2 (y). In this case, the condition for generating nuclear magnetic resonance is satisfied at each position on the Ym line that is a straight line of y = Ym where ΔB = Bst + B2 (Ym) = 0. When setting the uniform magnetic field Bst and the gradient magnetic field B2 (y), the values of the magnetic fields and the electrodes are set so that the condition ΔB = 0 is satisfied for the measurement position Ym in the y-axis direction to be selected. The value of the current supplied to is set.

また、図８に示すように、ｘ軸方向の測定位置Ｘｍの選択については、上記したように測定位置Ｘｍに対応して設定された均一磁場Ｂｓｔ、及び傾斜磁場Ｂ１（ｘ）を測定領域１２に印加した場合（図８（ａ））に加えて、逆符号の均一磁場−Ｂｓｔ、及び反転した傾斜磁場−Ｂ１（ｘ）を測定領域１２に印加した場合（図８（ｂ））にも同様に、測定位置Ｘｍを選択することができる。これは、ｙ軸方向の測定位置Ｙｍの選択についても同様である。このような２種類の測定位置の設定方法は、後述するように勾配エコー操作において好適に用いることができる。   Further, as shown in FIG. 8, regarding the selection of the measurement position Xm in the x-axis direction, the uniform magnetic field Bst and the gradient magnetic field B1 (x) set corresponding to the measurement position Xm as described above are used as the measurement region 12. In addition to the case of applying to the measurement region 12 (FIG. 8 (a)), the case of applying the uniform magnetic field −Bst of the opposite sign and the inverted gradient magnetic field −B1 (x) to the measurement region 12 (FIG. 8 (b)). Similarly, the measurement position Xm can be selected. The same applies to the selection of the measurement position Ym in the y-axis direction. Such two types of measurement position setting methods can be suitably used in gradient echo operations as will be described later.

次に、複数段階の操作過程を含む測定過程による核スピンの操作方法について、その具体例とともにさらに説明する。以下の説明においては、ＲＦパルス照射前の磁場中での核スピンの状態を「初期状態」、核スピンが９０°パルスの照射によって９０°倒れた状態を「中間状態」、核スピンが１８０°倒れて反対方向を向いている状態を「反転状態」と定義する。   Next, a nuclear spin manipulation method using a measurement process including a plurality of stages of manipulation processes will be further described along with specific examples thereof. In the following description, the state of the nuclear spin in the magnetic field before the RF pulse irradiation is “initial state”, the state in which the nuclear spin is tilted 90 ° by the 90 ° pulse irradiation is “intermediate state”, and the nuclear spin is 180 °. The state of falling and facing in the opposite direction is defined as “inverted state”.

複数段階の操作過程を含む測定過程による原子核の核スピンの操作方法については、撮像システムの制御装置５６が、複数段階の操作過程を含む測定過程を経た段階において、測定位置Ｐで核スピンが中間状態となり、測定位置Ｐを除く測定領域１２内の全ての位置で核スピンが初期状態となるように、測定対象物１３の原子核の核スピンを操作することが好ましい。   Regarding the nuclear spin operation method of the nucleus by the measurement process including the multi-step operation process, the nuclear spin is intermediate at the measurement position P in the stage where the controller 56 of the imaging system has passed the measurement process including the multi-stage operation process. It is preferable to manipulate the nuclear spin of the nucleus of the measurement object 13 so that the nuclear spin is in the initial state at all positions in the measurement region 12 except the measurement position P.

このように、複数段階の操作過程を含む測定過程において、測定領域１２内で測定位置Ｐでの核スピンのみが中間状態となるように核スピンの操作を行うことにより、測定過程を経た後に検出器５４によって核磁気共鳴信号の検出を行うことで、測定位置Ｐ（Ｘｍ，Ｙｍ）のみについての局所的な核スピンの情報を確実に取得することが可能となる。   As described above, in the measurement process including a plurality of stages of operation processes, the nuclear spin is manipulated so that only the nuclear spin at the measurement position P is in the intermediate state in the measurement region 12, thereby detecting after the measurement process. By detecting the nuclear magnetic resonance signal by the device 54, it becomes possible to reliably acquire the information of the local nuclear spin only for the measurement position P (Xm, Ym).

具体的には、核スピンを操作する測定過程について、（１）３段階以上の操作過程を有し、測定位置の核スピンを所定状態とし、Ｘｍ線上及びＹｍ線上で測定位置を除く位置の核スピンを中間状態とする前過程と、（２）３段階以上の操作過程を有し、測定位置の核スピンを中間状態とし、Ｘｍ線上及びＹｍ線上で測定位置を除く位置の核スピンを初期状態とする後過程とを含む測定過程によって、測定対象物の原子核の核スピンを操作することが好ましい。   Specifically, the measurement process for manipulating the nuclear spins is as follows: (1) It has three or more stages of operational processes, the nuclear spin at the measurement position is set to a predetermined state, and the nucleus at the position excluding the measurement position on the Xm line and the Ym line There is a pre-process in which the spin is in an intermediate state, and (2) an operation process of three or more stages, with the nuclear spin at the measurement position as the intermediate state, and the nuclear spin at the position other than the measurement position on the Xm line and Ym line as the initial state It is preferable to manipulate the nuclear spin of the nucleus of the object to be measured by a measurement process including the following process.

測定対象物の原子核の核スピンの操作方法において、このように構成された測定過程を用いることにより、測定領域１２内で測定位置Ｐでの核スピンのみを中間状態とする核スピンの操作を、少ない操作過程で確実に実現することが可能となる。具体的には、前過程を３段階の操作過程とし、後過程を同じく３段階の操作過程とした場合に、最少で６段階の操作過程によって測定過程を構成することができる。   In the method of operating the nuclear spin of the nucleus of the measurement object, by using the measurement process configured as described above, the operation of the nuclear spin in which only the nuclear spin at the measurement position P is in the intermediate state in the measurement region 12 is performed. It can be reliably realized with a small number of operation steps. Specifically, when the pre-process is a three-stage operation process and the post-process is a three-stage operation process, the measurement process can be configured by a minimum of six-stage operation processes.

また、このように前過程と後過程とを有して構成される測定過程において、前過程及び後過程のそれぞれは、ｙ軸方向に延びるＸｍ線上で中間状態になっている核スピンに対する２段階の操作過程によるｙ軸勾配エコー操作、またはｘ軸方向に延びるＹｍ線上で中間状態になっている核スピンに対する２段階の操作過程によるｘ軸勾配エコー操作の少なくとも一方を含むことが好ましい。   Further, in the measurement process constituted by the pre-process and the post-process as described above, each of the pre-process and the post-process has two stages for the nuclear spin that is in an intermediate state on the Xm line extending in the y-axis direction. It is preferable to include at least one of the y-axis gradient echo operation by the above-described operation process or the x-axis gradient echo operation by the two-stage operation process for the nuclear spin that is in the intermediate state on the Ym line extending in the x-axis direction.

この場合、２段階の操作過程によるｘ軸勾配エコー操作は、図８に模式的に示したように、均一磁場用電極２５によって均一磁場Ｂｓｔ１が印加されるとともに、第１傾斜磁場用電極３０、３５によってｘ軸方向について傾斜磁場Ｂ１（ｘ）が印加されてｘ軸方向の位置Ｘｍが選択される第１操作過程と、均一磁場用電極２５によって第１操作過程とは逆符号で均一磁場−Ｂｓｔ１が印加されるとともに、第１傾斜磁場用電極３０、３５によってｘ軸方向について第１操作過程とは反転した傾斜磁場−Ｂ１（ｘ）が印加されてｘ軸方向の位置Ｘｍが選択され、第１操作過程とともにｘ軸方向の勾配エコー操作を構成する第２操作過程とによって構成することができる。   In this case, in the x-axis gradient echo operation by the two-step operation process, the uniform magnetic field Bst1 is applied by the uniform magnetic field electrode 25 and the first gradient magnetic field electrode 30, as schematically shown in FIG. The first operation process in which the gradient magnetic field B1 (x) is applied in the x-axis direction by 35 and the position Xm in the x-axis direction is selected, and the first operation process by the uniform magnetic field electrode 25 has the opposite sign to the uniform magnetic field − While Bst1 is applied, a gradient magnetic field −B1 (x) reversed from the first operation process in the x-axis direction is applied by the first gradient magnetic field electrodes 30 and 35, and a position Xm in the x-axis direction is selected. The first operation process and the second operation process constituting the gradient echo operation in the x-axis direction can be used.

同様に、２段階の操作過程によるｙ軸勾配エコー操作は、均一磁場用電極２５によって均一磁場Ｂｓｔ２が印加されるとともに、第２傾斜磁場用電極４０、４５によってｙ軸方向について傾斜磁場Ｂ２（ｙ）が印加されてｙ軸方向の位置Ｙｍが選択される第１操作過程と、均一磁場用電極２５によって第１操作過程とは逆符号で均一磁場−Ｂｓｔ２が印加されるとともに、第２傾斜磁場用電極４０、４５によってｙ軸方向について第１操作過程とは反転した傾斜磁場−Ｂ２（ｙ）が印加されてｙ軸方向の位置Ｙｍが選択され、第１操作過程とともにｙ軸方向の勾配エコー操作を構成する第２操作過程とによって構成することができる。   Similarly, in the y-axis gradient echo operation by the two-step operation process, the uniform magnetic field Bst2 is applied by the uniform magnetic field electrode 25, and the gradient magnetic field B2 (y ) Is applied to select the position Ym in the y-axis direction, and the uniform magnetic field −Bst2 is applied by the uniform magnetic field electrode 25 with the opposite sign to the first operational process, and the second gradient magnetic field is applied. The gradient electrodes -B2 (y) reversed from the first operation process in the y-axis direction are applied by the electrodes 40, 45 to select the position Ym in the y-axis direction, and the gradient echo in the y-axis direction is selected together with the first operation process. And a second operation process that constitutes the operation.

図９は、複数の操作過程を含む核磁気共鳴の測定過程の第１実施例を示すタイミングチャートである。また、図１０は、図９に示した実施例における核スピンの操作方法を示す模式図である。なお、以下の第１〜第５実施例においては、いずれも、測定過程を最少の６段階の操作過程Ｔ１〜Ｔ６によって構成した例を示している。ただし、このような測定過程に含まれる操作過程については、７段階以上の操作過程によって測定過程を構成しても良い。   FIG. 9 is a timing chart showing a first embodiment of a nuclear magnetic resonance measurement process including a plurality of operation processes. FIG. 10 is a schematic diagram showing a nuclear spin operation method in the embodiment shown in FIG. In each of the following first to fifth embodiments, an example is shown in which the measurement process is constituted by a minimum of six steps of operation processes T1 to T6. However, for the operation processes included in such a measurement process, the measurement process may be composed of seven or more operation processes.

図９は、第１実施例において、測定領域１２に照射されるＲＦパルス、及び磁場印加用電極群２０に供給される磁場発生用の電流パルスについて示している。これらのうち、磁場発生用の電流パルスは、測定領域１２に印加される磁場パルスに対応している。   FIG. 9 shows an RF pulse applied to the measurement region 12 and a magnetic field generating current pulse supplied to the magnetic field application electrode group 20 in the first embodiment. Among these, the current pulse for generating a magnetic field corresponds to the magnetic field pulse applied to the measurement region 12.

また、以下の各実施例において核スピンの操作に用いられるＲＦパルスは、全て９０°パルス（π／２パルス）である。この９０°パルスについては、例えば、静磁場印加手段から印加される磁場Ｂ０の条件下で、測定対象物１３を構成している原子核の核スピンに共鳴する周波数に固定することが好ましい。また、各ＲＦパルスのパルス時間幅τは、所定のＲＦ強度において、９０°パルスとなる時間幅として設定される。   In each of the following examples, all RF pulses used for nuclear spin manipulation are 90 ° pulses (π / 2 pulses). The 90 ° pulse is preferably fixed at a frequency that resonates with the nuclear spins of the nuclei constituting the measurement target 13 under the condition of the magnetic field B0 applied from the static magnetic field applying means, for example. In addition, the pulse time width τ of each RF pulse is set as a time width for a 90 ° pulse at a predetermined RF intensity.

なお、図９のタイミングチャートにおいては、連続する操作過程のＲＦパルス間の時間を０とした例を示しているが、操作過程ごとにＲＦパルス間に時間を空ける構成としても良い。ただし、この場合のパルス時間間隔については、測定対象物１３における核スピンのコヒーレント時間に比べて充分に短い時間間隔に設定することが好ましい。   In the timing chart of FIG. 9, an example is shown in which the time between RF pulses in consecutive operation processes is set to 0. However, a time interval may be provided between RF pulses for each operation process. However, the pulse time interval in this case is preferably set to a time interval sufficiently shorter than the coherent time of the nuclear spin in the measurement object 13.

また、本実施例においては、図９のチャート（ａ）〜（ｄ）に示すように、ＲＦ強度、及びパルス時間幅τが同じで位相が異なる４種類のＲＦパルスとして、（ａ）位相０°の９０°パルス、（ｂ）位相９０°の９０°パルス、（ｃ）位相１８０°の９０°パルス、及び（ｄ）位相２７０°の９０°パルスを用いて核スピンの操作を行っている。これらのＲＦパルスの位相については、図３に示した構成において、位相調整器６２の動作を制御することによって、ＲＦパルスの位相を制御することができる。   Further, in this embodiment, as shown in the charts (a) to (d) of FIG. 9, four types of RF pulses having the same RF intensity and the same pulse time width τ but different phases are used. The nuclear spin is manipulated using a 90 ° pulse of 90 °, (b) a 90 ° pulse of 90 ° phase, (c) a 90 ° pulse of 180 ° phase, and (d) a 90 ° pulse of 270 ° phase. . Regarding the phase of these RF pulses, the phase of the RF pulse can be controlled by controlling the operation of the phase adjuster 62 in the configuration shown in FIG.

また、図９において、チャート（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）は、それぞれ、電極群２０から測定領域１２に印加される磁場発生用に各電極へと供給される電流パルスを示すタイミングチャートである。具体的には、チャート（ｅ）はｘ軸方向の第１傾斜磁場用電極３０、３５へと供給される電流パルスＩｘを、チャート（ｆ）はｙ軸方向の第２傾斜磁場用電極４０、４５へと供給される電流パルスＩｙを、また、チャート（ｇ）は均一磁場用電極２５へと供給される電流パルスＩｓｔを示している。   9, charts (e), (f), and (g) are timing charts showing current pulses supplied from the electrode group 20 to each electrode for generating a magnetic field applied to the measurement region 12, respectively. It is. Specifically, the chart (e) shows the current pulse Ix supplied to the first gradient magnetic field electrodes 30 and 35 in the x-axis direction, and the chart (f) shows the second gradient magnetic field electrode 40 in the y-axis direction. The current pulse Iy supplied to 45 and the chart (g) show the current pulse Ist supplied to the uniform magnetic field electrode 25.

基板１０上に集積化された電極群２０によって測定領域１２に印加される磁場（局所磁場）を発生させるための磁場発生用電流パルスとしては、図３に関して上述したように、電流源５０から電極２５に供給される電流パルスＩｓｔ、電流源５１から電極３０、３５に供給される電流パルスＩｘ、及び電流源５２から電極４０、４５に供給される電流パルスＩｙの３種類の電流パルスがある。   The magnetic field generating current pulse for generating the magnetic field (local magnetic field) applied to the measurement region 12 by the electrode group 20 integrated on the substrate 10 is the electrode from the current source 50 as described above with reference to FIG. There are three types of current pulses: a current pulse Ist supplied to 25, a current pulse Ix supplied from the current source 51 to the electrodes 30 and 35, and a current pulse Iy supplied from the current source 52 to the electrodes 40 and 45.

電流パルスＩｓｔは、均一磁場Ｂｓｔを発生させるための電流パルスである。また、電流パルスＩｘは、ｘ軸方向についての傾斜磁場（磁場勾配）Ｂ１（ｘ）を発生させるための電流パルスである。また、電流パルスＩｙは、ｙ軸方向についての傾斜磁場Ｂ２（ｙ）を発生させるための電流パルスである。図９のタイミングチャートにおいては、これらの電流パルスＩｘ、Ｉｙ、Ｉｓｔは、上記したように、それぞれチャート（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）に示されている。   The current pulse Ist is a current pulse for generating a uniform magnetic field Bst. The current pulse Ix is a current pulse for generating a gradient magnetic field (magnetic field gradient) B1 (x) in the x-axis direction. The current pulse Iy is a current pulse for generating a gradient magnetic field B2 (y) in the y-axis direction. In the timing chart of FIG. 9, these current pulses Ix, Iy, and Ist are shown in charts (e), (f), and (g), respectively, as described above.

電流パルスＩｘ、Ｉｙ、Ｉｓｔの電流値は、設定すべき測定位置（Ｘｍ，Ｙｍ）に対応する磁場Ｂ１（ｘ）、Ｂ２（ｙ）、Ｂｓｔに応じた値に設定される。ここで、これらの磁場のうちで均一磁場Ｂｓｔについては、以下において、ｘ軸方向の位置Ｘｍを選択する際の均一磁場をＢｓｔ＝Ｂｓｔ１、ｙ軸方向の位置Ｙｍを選択する際の均一磁場をＢｓｔ＝Ｂｓｔ２とする。   The current values of the current pulses Ix, Iy, and Ist are set to values corresponding to the magnetic fields B1 (x), B2 (y), and Bst corresponding to the measurement positions (Xm, Ym) to be set. Here, among these magnetic fields, for the uniform magnetic field Bst, hereinafter, the uniform magnetic field for selecting the position Xm in the x-axis direction is Bst = Bst1, and the uniform magnetic field for selecting the position Ym in the y-axis direction is as follows. Let Bst = Bst2.

本実施例の核スピンの操作方法では、操作過程Ｔ１〜Ｔ６のうち、前半の３段階の操作過程Ｔ１〜Ｔ３が、測定位置Ｐの核スピンを反転状態とし、Ｘｍ線上及びＹｍ線上で測定位置Ｐを除く位置の核スピンを中間状態とする前過程を構成している。また、後半の３段階の操作過程Ｔ４〜Ｔ６が、測定位置Ｐの核スピンを中間状態とし、Ｘｍ線上及びＹｍ線上で測定位置Ｐを除く位置の核スピンを初期状態とする後過程を構成している。   In the nuclear spin manipulation method of the present embodiment, among the manipulation processes T1 to T6, the first three stages of manipulation processes T1 to T3 are such that the nuclear spin at the measurement position P is reversed and the measurement positions on the Xm line and the Ym line are measured. This constitutes a previous process in which the nuclear spins at positions other than P are in an intermediate state. The latter half of the three-stage operation process T4 to T6 constitutes a subsequent process in which the nuclear spin at the measurement position P is in the intermediate state and the nuclear spins at positions other than the measurement position P on the Xm line and the Ym line are in the initial state. ing.

具体的には、まず、第１操作過程Ｔ１において、均一電流パルスＩｓｔ１及びｘ軸傾斜電流パルスＩｘが電極群に供給され、測定領域１２に対して均一磁場Ｂｓｔ１及びｘ軸方向傾斜磁場Ｂ１（ｘ）が印加される。このとき、ｘ軸方向の位置Ｘｍが選択され、Ｘｍ線上において核磁気共鳴の発生条件が満たされた状態となる。また、ＲＦパルスとして、位相０°のＲＦパルスが測定領域１２に照射される。これにより、図１０（ａ）に示すように、測定位置Ｐを含むＸｍ線上の各位置の核スピンが、初期状態からｘ軸の正の方向を向く中間状態へと遷移する。   Specifically, first, in the first operation process T1, the uniform current pulse Ist1 and the x-axis gradient current pulse Ix are supplied to the electrode group, and the uniform magnetic field Bst1 and the x-axis direction gradient magnetic field B1 (x ) Is applied. At this time, the position Xm in the x-axis direction is selected, and the condition for generating nuclear magnetic resonance is satisfied on the Xm line. Further, an RF pulse having a phase of 0 ° is irradiated on the measurement region 12 as an RF pulse. As a result, as shown in FIG. 10A, the nuclear spin at each position on the Xm line including the measurement position P transitions from the initial state to the intermediate state facing the positive direction of the x-axis.

次に、第２操作過程Ｔ２において、均一電流パルスＩｓｔ２及びｙ軸傾斜電流パルスＩｙが電極群に供給され、測定領域１２に対して均一磁場Ｂｓｔ２及びｙ軸方向傾斜磁場Ｂ２（ｙ）が印加される。このとき、ｙ軸方向の位置Ｙｍが選択され、Ｙｍ線上において核磁気共鳴の発生条件が満たされた状態となる。また、位相９０°のＲＦパルスが測定領域１２に照射される。これにより、図１０（ｂ）に示すように、測定位置Ｐを除くＹｍ線上の各位置の核スピンが、初期状態からｙ軸の正の方向を向く中間状態へと遷移する。このとき、測定位置Ｐの核スピンは変化しない。また、測定位置Ｐを除くＸｍ線上の各位置の核スピンは、ｙ軸方向の傾斜磁場によって位相がずれる。   Next, in the second operation process T2, the uniform current pulse Ist2 and the y-axis gradient current pulse Iy are supplied to the electrode group, and the uniform magnetic field Bst2 and the y-axis direction gradient magnetic field B2 (y) are applied to the measurement region 12. The At this time, the position Ym in the y-axis direction is selected, and the condition for generating nuclear magnetic resonance is satisfied on the Ym line. In addition, the measurement region 12 is irradiated with an RF pulse having a phase of 90 °. As a result, as shown in FIG. 10B, the nuclear spin at each position on the Ym line excluding the measurement position P transitions from the initial state to the intermediate state facing the positive direction of the y-axis. At this time, the nuclear spin at the measurement position P does not change. Further, the nuclear spins at the respective positions on the Xm line except the measurement position P are out of phase by the gradient magnetic field in the y-axis direction.

次に、第３操作過程Ｔ３において、均一電流パルス−Ｉｓｔ２及びｙ軸傾斜電流パルス−Ｉｙが電極群に供給され、測定領域１２に対して逆符号の均一磁場−Ｂｓｔ２及び反転したｙ軸方向傾斜磁場−Ｂ２（ｙ）が印加される。このとき、ｙ軸方向の位置Ｙｍが選択され、Ｙｍ線上において核磁気共鳴の発生条件が満たされた状態となる。また、位相０°のＲＦパルスが測定領域１２に照射される。これにより、図１０（ｃ）に示すように、測定位置Ｐの核スピンが、中間状態から反転状態へと遷移する。このとき、測定位置Ｐを除くＹｍ線上の各位置の核スピンは変化しない。また、測定位置Ｐを除くＸｍ線上の各位置の核スピンは、第２操作過程Ｔ２とは反転したｙ軸方向の傾斜磁場によって位相が再収束する。   Next, in the third operation process T3, the uniform current pulse -Ist2 and the y-axis gradient current pulse -Iy are supplied to the electrode group, and the uniform magnetic field -Bst2 of the opposite sign and the reversed y-axis direction tilt with respect to the measurement region 12 are supplied. A magnetic field -B2 (y) is applied. At this time, the position Ym in the y-axis direction is selected, and the condition for generating nuclear magnetic resonance is satisfied on the Ym line. Further, the measurement region 12 is irradiated with an RF pulse having a phase of 0 °. Thereby, as shown in FIG.10 (c), the nuclear spin of the measurement position P changes from an intermediate state to an inversion state. At this time, the nuclear spin at each position on the Ym line except the measurement position P does not change. Further, the phase of the nuclear spins at each position on the Xm line excluding the measurement position P is refocused by the gradient magnetic field in the y-axis direction reversed from the second operation process T2.

以上により、本実施例での測定過程における、測定位置Ｐの核スピンを反転状態とし、Ｘｍ線上及びＹｍ線上で測定位置Ｐを除く位置の核スピンを中間状態とする前過程が終了する。また、この前過程を構成する操作過程Ｔ１〜Ｔ３のうち、２段階の操作過程Ｔ２、Ｔ３が、前過程におけるｙ軸勾配エコー操作の過程となっている。   Thus, the previous process of setting the nuclear spin at the measurement position P in the inversion state and setting the nuclear spins at positions other than the measurement position P on the Xm line and the Ym line in the measurement process in the present embodiment is completed. Of the operation processes T1 to T3 constituting the previous process, the two-stage operation processes T2 and T3 are the y-axis gradient echo operation process in the previous process.

続いて、第４操作過程Ｔ４において、均一電流パルスＩｓｔ１及びｘ軸傾斜電流パルスＩｘが電極群に供給され、測定領域１２に対して均一磁場Ｂｓｔ１及びｘ軸方向傾斜磁場Ｂ１（ｘ）が印加される。このとき、ｘ軸方向の位置Ｘｍが選択され、Ｘｍ線上において核磁気共鳴の発生条件が満たされた状態となる。また、位相１８０°のＲＦパルスが測定領域１２に照射される。これにより、図１０（ｄ）に示すように、測定位置Ｐを除くＸｍ線上の各位置の核スピンが、中間状態から初期状態へと遷移する。また、測定位置Ｐの核スピンが、反転状態からｘ軸の正の方向を向く中間状態へと遷移する。また、測定位置Ｐを除くＹｍ線上の各位置の核スピンは、ｘ軸方向の傾斜磁場によって位相がずれる。   Subsequently, in the fourth operation process T4, the uniform current pulse Ist1 and the x-axis gradient current pulse Ix are supplied to the electrode group, and the uniform magnetic field Bst1 and the x-axis direction gradient magnetic field B1 (x) are applied to the measurement region 12. The At this time, the position Xm in the x-axis direction is selected, and the condition for generating nuclear magnetic resonance is satisfied on the Xm line. Further, the measurement region 12 is irradiated with an RF pulse having a phase of 180 °. As a result, as shown in FIG. 10D, the nuclear spin at each position on the Xm line excluding the measurement position P transitions from the intermediate state to the initial state. Further, the nuclear spin at the measurement position P transitions from the inverted state to the intermediate state facing the positive direction of the x axis. Further, the nuclear spins at the respective positions on the Ym line excluding the measurement position P are out of phase by the gradient magnetic field in the x-axis direction.

次に、第５操作過程Ｔ５において、均一電流パルス−Ｉｓｔ１及びｘ軸傾斜電流パルス−Ｉｘが電極群に供給され、測定領域１２に対して逆符号の均一磁場−Ｂｓｔ１及び反転したｘ軸方向傾斜磁場−Ｂ１（ｘ）が印加される。このとき、ｘ軸方向の位置Ｘｍが選択され、Ｘｍ線上において核磁気共鳴の発生条件が満たされた状態となる。また、本操作過程では、測定領域１２へのＲＦパルスの照射は行われない。これにより、図１０（ｅ）に示すように、測定位置Ｐを除くＹｍ線上の各位置の核スピンは、第４操作過程Ｔ４とは反転したｘ軸方向の傾斜磁場によって位相が再収束する。   Next, in the fifth operation process T5, the uniform current pulse -Ist1 and the x-axis gradient current pulse -Ix are supplied to the electrode group, and the uniform magnetic field -Bst1 of the opposite sign and the reversed tilt in the x-axis direction are measured with respect to the measurement region 12. A magnetic field -B1 (x) is applied. At this time, the position Xm in the x-axis direction is selected, and the condition for generating nuclear magnetic resonance is satisfied on the Xm line. In this operation process, the measurement region 12 is not irradiated with the RF pulse. As a result, as shown in FIG. 10E, the phases of the nuclear spins at the positions on the Ym line excluding the measurement position P are refocused by the gradient magnetic field in the x-axis direction reversed from the fourth operation process T4.

最後に、第６操作過程Ｔ６において、均一電流パルス−Ｉｓｔ２及びｙ軸傾斜電流パルス−Ｉｙが電極群に供給され、測定領域１２に対して逆符号の均一磁場−Ｂｓｔ２及び反転したｙ軸方向傾斜磁場−Ｂ２（ｙ）が印加される。このとき、ｙ軸方向の位置Ｙｍが選択され、Ｙｍ線上において核磁気共鳴の発生条件が満たされた状態となる。また、位相２７０°のＲＦパルスが測定領域１２に照射される。これにより、図１０（ｆ）に示すように、測定位置Ｐを除くＹｍ線上の各位置の核スピンが、中間状態から初期状態へと遷移する。また、このとき、測定位置Ｐの核スピンは変化しない。   Finally, in the sixth operation process T6, the uniform current pulse -Ist2 and the y-axis gradient current pulse -Iy are supplied to the electrode group, and the uniform magnetic field -Bst2 of the opposite sign and the reversed y-axis direction tilt with respect to the measurement region 12 A magnetic field -B2 (y) is applied. At this time, the position Ym in the y-axis direction is selected, and the condition for generating nuclear magnetic resonance is satisfied on the Ym line. Further, the measurement region 12 is irradiated with an RF pulse having a phase of 270 °. As a result, as shown in FIG. 10 (f), the nuclear spins at each position on the Ym line excluding the measurement position P transition from the intermediate state to the initial state. At this time, the nuclear spin at the measurement position P does not change.

以上により、本実施例での測定過程における、測定位置Ｐの核スピンを中間状態とし、Ｘｍ線上及びＹｍ線上で測定位置Ｐを除く位置の核スピンを初期状態とする後過程が終了し、６段階の操作過程からなる測定過程が終了する。また、この後過程を構成する操作過程Ｔ４〜Ｔ６のうち、２段階の操作過程Ｔ４、Ｔ５が、後過程におけるｘ軸勾配エコー操作の過程となっている。   As described above, the post-process in the measurement process in the present embodiment is terminated after setting the nuclear spin at the measurement position P to the intermediate state and setting the nuclear spins at positions other than the measurement position P on the Xm line and the Ym line to the initial state. The measurement process, which consists of a step operation process, is completed. Of the operation processes T4 to T6 constituting the subsequent process, the two-stage operation processes T4 and T5 are the x-axis gradient echo operation process in the subsequent process.

このように、測定位置Ｐで核スピンが中間状態となり、測定位置Ｐを除く測定領域１２内の全ての位置で核スピンが初期状態となった図１０（ｆ）の状態で、検出器５４によって核磁気共鳴信号の検出を行う。これにより、測定位置Ｐ（Ｘｍ，Ｙｍ）における局所的な核スピンの情報を選択的に取得することができる。核磁気共鳴信号を取得したら、必要に応じて核スピンを緩和もしくは励起させて、初期状態へと戻す。   Thus, in the state of FIG. 10F in which the nuclear spin is in the intermediate state at the measurement position P and the nuclear spin is in the initial state at all positions in the measurement region 12 except the measurement position P, the detector 54 Detection of nuclear magnetic resonance signals. Thereby, the information of the local nuclear spin in measurement position P (Xm, Ym) can be acquired selectively. When the nuclear magnetic resonance signal is acquired, the nuclear spin is relaxed or excited as necessary to return to the initial state.

また、上記方法において、測定位置（Ｘｍ，Ｙｍ）は、測定領域１２に印加される均一磁場及び傾斜磁場の組合せ、すなわち電極群２０の各電極に供給される電流値の組合せによって設定される。したがって、これらの電流値を制御して測定位置を測定領域１２内で走査することによって、測定領域１２内にある測定対象物１３の２次元の画像情報を、高分解能で取得することが可能である。   In the above method, the measurement position (Xm, Ym) is set by a combination of a uniform magnetic field and a gradient magnetic field applied to the measurement region 12, that is, a combination of current values supplied to each electrode of the electrode group 20. Therefore, by controlling these current values and scanning the measurement position in the measurement region 12, it is possible to acquire two-dimensional image information of the measurement object 13 in the measurement region 12 with high resolution. is there.

また、例えばこのような核磁気共鳴撮像システムを、ナノ領域の核スピンを量子ビットとした量子コンピュータ等における量子ビットの局所検出装置に応用する場合、上記の電流値を制御することにより、読み出す量子ビットを選択することが可能となる。   In addition, for example, when such a nuclear magnetic resonance imaging system is applied to a local detection device of a qubit in a quantum computer or the like using a nuclear spin in the nano region as a qubit, the quantum value read out is controlled by controlling the above current value. Bits can be selected.

図１１は、複数の操作過程を含む核磁気共鳴の測定過程の第２実施例を示すタイミングチャートである。また、図１２は、図１１に示した実施例における核スピンの操作方法を示す模式図である。   FIG. 11 is a timing chart showing a second embodiment of the nuclear magnetic resonance measurement process including a plurality of operation processes. FIG. 12 is a schematic diagram showing a nuclear spin operation method in the embodiment shown in FIG.

本実施例の核スピンの操作方法では、操作過程Ｔ１〜Ｔ６のうち、前半の３段階の操作過程Ｔ１〜Ｔ３が、測定位置Ｐの核スピンを反転状態とし、Ｘｍ線上及びＹｍ線上で測定位置Ｐを除く位置の核スピンを中間状態とする前過程を構成している。また、後半の３段階の操作過程Ｔ４〜Ｔ６が、測定位置Ｐの核スピンを中間状態とし、Ｘｍ線上及びＹｍ線上で測定位置Ｐを除く位置の核スピンを初期状態とする後過程を構成している。また、本実施例の測定過程において、操作過程Ｔ１〜Ｔ３を含む前過程については第１実施例と同様である。   In the nuclear spin manipulation method of the present embodiment, among the manipulation processes T1 to T6, the first three stages of manipulation processes T1 to T3 are such that the nuclear spin at the measurement position P is reversed and the measurement positions on the Xm line and the Ym line are measured. This constitutes a previous process in which the nuclear spins at positions other than P are in an intermediate state. The latter half of the three-stage operation process T4 to T6 constitutes a subsequent process in which the nuclear spin at the measurement position P is in the intermediate state and the nuclear spins at positions other than the measurement position P on the Xm line and the Ym line are in the initial state. ing. In the measurement process of the present embodiment, the previous process including the operation processes T1 to T3 is the same as that of the first embodiment.

続いて、第４操作過程Ｔ４において、均一電流パルスＩｓｔ２及びｙ軸傾斜電流パルスＩｙが電極群に供給され、測定領域１２に対して均一磁場Ｂｓｔ２及びｙ軸方向傾斜磁場Ｂ２（ｙ）が印加される。このとき、ｙ軸方向の位置Ｙｍが選択され、Ｙｍ線上において核磁気共鳴の発生条件が満たされた状態となる。また、位相２７０°のＲＦパルスが測定領域１２に照射される。これにより、図１２（ｄ）に示すように、測定位置Ｐを除くＹｍ線上の各位置の核スピンが、中間状態から初期状態へと遷移する。また、測定位置Ｐの核スピンが、反転状態からｙ軸の正の方向を向く中間状態へと遷移する。また、測定位置Ｐを除くＸｍ線上の各位置の核スピンは、ｙ軸方向の傾斜磁場によって位相がずれる。   Subsequently, in the fourth operation process T4, the uniform current pulse Ist2 and the y-axis gradient current pulse Iy are supplied to the electrode group, and the uniform magnetic field Bst2 and the y-axis direction gradient magnetic field B2 (y) are applied to the measurement region 12. The At this time, the position Ym in the y-axis direction is selected, and the condition for generating nuclear magnetic resonance is satisfied on the Ym line. Further, the measurement region 12 is irradiated with an RF pulse having a phase of 270 °. As a result, as shown in FIG. 12D, the nuclear spins at each position on the Ym line excluding the measurement position P transition from the intermediate state to the initial state. Further, the nuclear spin at the measurement position P transitions from the inverted state to the intermediate state facing the positive direction of the y-axis. Further, the nuclear spins at the respective positions on the Xm line except the measurement position P are out of phase by the gradient magnetic field in the y-axis direction.

次に、第５操作過程Ｔ５において、均一電流パルス−Ｉｓｔ２及びｙ軸傾斜電流パルス−Ｉｙが電極群に供給され、測定領域１２に対して逆符号の均一磁場−Ｂｓｔ２及び反転したｙ軸方向傾斜磁場−Ｂ２（ｙ）が印加される。このとき、ｙ軸方向の位置Ｙｍが選択され、Ｙｍ線上において核磁気共鳴の発生条件が満たされた状態となる。また、本操作過程では、測定領域１２へのＲＦパルスの照射は行われない。これにより、図１２（ｅ）に示すように、測定位置Ｐを除くＸｍ線上の各位置の核スピンは、第４操作過程Ｔ４とは反転したｙ軸方向の傾斜磁場によって位相が再収束する。   Next, in the fifth operation step T5, the uniform current pulse -Ist2 and the y-axis gradient current pulse -Iy are supplied to the electrode group, and the uniform magnetic field -Bst2 of the opposite sign and the reversed y-axis direction tilt with respect to the measurement region 12 A magnetic field -B2 (y) is applied. At this time, the position Ym in the y-axis direction is selected, and the condition for generating nuclear magnetic resonance is satisfied on the Ym line. In this operation process, the measurement region 12 is not irradiated with the RF pulse. As a result, as shown in FIG. 12E, the phases of the nuclear spins at the positions on the Xm line excluding the measurement position P are reconverged by the gradient magnetic field in the y-axis direction reversed from the fourth operation process T4.

最後に、第６操作過程Ｔ６において、均一電流パルス−Ｉｓｔ１及びｘ軸傾斜電流パルス−Ｉｘが電極群に供給され、測定領域１２に対して逆符号の均一磁場−Ｂｓｔ１及び反転したｘ軸方向傾斜磁場−Ｂ１（ｘ）が印加される。このとき、ｘ軸方向の位置Ｘｍが選択され、Ｘｍ線上において核磁気共鳴の発生条件が満たされた状態となる。また、位相１８０°のＲＦパルスが測定領域１２に照射される。これにより、図１２（ｆ）に示すように、測定位置Ｐを除くＸｍ線上の各位置の核スピンが、中間状態から初期状態へと遷移する。また、このとき、測定位置Ｐの核スピンは変化しない。   Finally, in the sixth operation process T6, the uniform current pulse -Ist1 and the x-axis gradient current pulse -Ix are supplied to the electrode group, and the uniform magnetic field -Bst1 of the opposite sign and the reversed tilt in the x-axis direction are measured with respect to the measurement region 12. A magnetic field -B1 (x) is applied. At this time, the position Xm in the x-axis direction is selected, and the condition for generating nuclear magnetic resonance is satisfied on the Xm line. Further, the measurement region 12 is irradiated with an RF pulse having a phase of 180 °. As a result, as shown in FIG. 12F, the nuclear spins at each position on the Xm line excluding the measurement position P transition from the intermediate state to the initial state. At this time, the nuclear spin at the measurement position P does not change.

以上により、本実施例での測定過程における、測定位置Ｐの核スピンを中間状態とし、Ｘｍ線上及びＹｍ線上で測定位置Ｐを除く位置の核スピンを初期状態とする後過程が終了し、６段階の操作過程からなる測定過程が終了する。また、この後過程を構成する操作過程Ｔ４〜Ｔ６のうち、２段階の操作過程Ｔ４、Ｔ５が、後過程におけるｙ軸勾配エコー操作の過程となっている。   As described above, the post-process in the measurement process in the present embodiment is terminated after setting the nuclear spin at the measurement position P to the intermediate state and setting the nuclear spins at positions other than the measurement position P on the Xm line and the Ym line to the initial state. The measurement process, which consists of a step operation process, is completed. Of the operation processes T4 to T6 constituting the subsequent process, the two-stage operation processes T4 and T5 are the processes of the y-axis gradient echo operation in the subsequent process.

このように、測定位置Ｐで核スピンが中間状態となり、測定位置Ｐを除く測定領域１２内の全ての位置で核スピンが初期状態となった図１２（ｆ）の状態で、検出器５４によって核磁気共鳴信号の検出を行う。これにより、測定位置Ｐ（Ｘｍ，Ｙｍ）における局所的な核スピンの情報を選択的に取得することができる。   Thus, in the state of FIG. 12F in which the nuclear spin is in the intermediate state at the measurement position P and the nuclear spin is in the initial state at all positions in the measurement region 12 except the measurement position P, the detector 54 Detection of nuclear magnetic resonance signals. Thereby, the information of the local nuclear spin in measurement position P (Xm, Ym) can be acquired selectively.

また、本実施例は、測定過程の前過程、及び後過程での勾配エコー操作についての構成が第１実施例と異なっている。すなわち、図９、図１０に示した第１実施例では、前過程において、ｙ軸方向に延びるＸｍ線上の核スピンに対する２段階の操作過程Ｔ２、Ｔ３によるｙ軸勾配エコー操作を行うとともに、後過程において、ｘ軸方向に延びるＹｍ線上の核スピンに対する２段階の操作過程Ｔ４、Ｔ５によるｘ軸勾配エコー操作を行っている。   Further, the present embodiment is different from the first embodiment in the configuration for gradient echo operation in the pre-process and post-process of the measurement process. That is, in the first embodiment shown in FIGS. 9 and 10, in the previous process, the y-axis gradient echo operation is performed by the two-step operation processes T2 and T3 for the nuclear spin on the Xm line extending in the y-axis direction. In the process, an x-axis gradient echo operation is performed by a two-step operation process T4 and T5 for a nuclear spin on the Ym line extending in the x-axis direction.

これに対して、図１１、図１２に示した第２実施例では、前過程において、Ｘｍ線上の核スピンに対するｙ軸勾配エコー操作を行うとともに、後過程において、同じくＸｍ線上の核スピンに対するｙ軸勾配エコー操作を行っている。このように、測定過程での前過程及び後過程における勾配エコー操作については、両者で同じ軸方向の勾配エコー操作を行う構成としても良い。   On the other hand, in the second embodiment shown in FIGS. 11 and 12, the y-axis gradient echo operation is performed on the nuclear spin on the Xm line in the previous process, and y is applied on the nuclear spin on the Xm line in the subsequent process. An axial gradient echo operation is performed. As described above, the gradient echo operations in the pre-process and the post-process in the measurement process may be configured such that both perform gradient echo operations in the same axial direction.

一般には、上記したように、測定過程において、前過程及び後過程のそれぞれで、ｙ軸方向に延びるＸｍ線上で中間状態になっている核スピンに対する２段階の操作過程によるｙ軸勾配エコー操作、またはｘ軸方向に延びるＹｍ線上で中間状態になっている核スピンに対する２段階の操作過程によるｘ軸勾配エコー操作の少なくとも一方を実行することが好ましい。これにより、最終的に測定領域１２内で測定位置Ｐでの核スピンのみを中間状態とする核スピンの操作を好適に実現することができる。   In general, as described above, in the measurement process, the y-axis gradient echo operation by the two-step operation process for the nuclear spin in the intermediate state on the Xm line extending in the y-axis direction in each of the pre-process and post-process, Alternatively, it is preferable to execute at least one of x-axis gradient echo operations by a two-step operation process for nuclear spins in an intermediate state on the Ym line extending in the x-axis direction. Thereby, it is possible to suitably realize a nuclear spin operation in which only the nuclear spin at the measurement position P is finally in the intermediate state in the measurement region 12.

図１３は、複数の操作過程を含む核磁気共鳴の測定過程の第３実施例を示すタイミングチャートである。また、図１４は、図１３に示した実施例における核スピンの操作方法を示す模式図である。   FIG. 13 is a timing chart showing a third embodiment of the nuclear magnetic resonance measurement process including a plurality of operation processes. FIG. 14 is a schematic diagram showing a nuclear spin operation method in the embodiment shown in FIG.

本実施例の核スピンの操作方法では、操作過程Ｔ１〜Ｔ６のうち、前半の３段階の操作過程Ｔ１〜Ｔ３が、測定位置Ｐの核スピンを初期状態とし、Ｘｍ線上及びＹｍ線上で測定位置Ｐを除く位置の核スピンを中間状態とする前過程を構成している。また、後半の３段階の操作過程Ｔ４〜Ｔ６が、測定位置Ｐの核スピンを中間状態とし、Ｘｍ線上及びＹｍ線上で測定位置Ｐを除く位置の核スピンを初期状態とする後過程を構成している。   In the nuclear spin manipulation method of the present embodiment, among the manipulation processes T1 to T6, the first three stages of manipulation processes T1 to T3 have the nuclear spin at the measurement position P as the initial state, and the measurement positions on the Xm line and the Ym line. This constitutes a previous process in which the nuclear spins at positions other than P are in an intermediate state. The latter half of the three-stage operation process T4 to T6 constitutes a subsequent process in which the nuclear spin at the measurement position P is in the intermediate state and the nuclear spins at positions other than the measurement position P on the Xm line and the Ym line are in the initial state. ing.

具体的には、まず、第１操作過程Ｔ１において、均一電流パルスＩｓｔ１及びｘ軸傾斜電流パルスＩｘが電極群に供給され、測定領域１２に対して均一磁場Ｂｓｔ１及びｘ軸方向傾斜磁場Ｂ１（ｘ）が印加される。このとき、ｘ軸方向の位置Ｘｍが選択され、Ｘｍ線上において核磁気共鳴の発生条件が満たされた状態となる。また、ＲＦパルスとして、位相０°のＲＦパルスが測定領域１２に照射される。これにより、図１４（ａ）に示すように、測定位置Ｐを含むＸｍ線上の各位置の核スピンが、初期状態からｘ軸の正の方向を向く中間状態へと遷移する。   Specifically, first, in the first operation process T1, the uniform current pulse Ist1 and the x-axis gradient current pulse Ix are supplied to the electrode group, and the uniform magnetic field Bst1 and the x-axis direction gradient magnetic field B1 (x ) Is applied. At this time, the position Xm in the x-axis direction is selected, and the condition for generating nuclear magnetic resonance is satisfied on the Xm line. Further, an RF pulse having a phase of 0 ° is irradiated on the measurement region 12 as an RF pulse. As a result, as shown in FIG. 14A, the nuclear spin at each position on the Xm line including the measurement position P transitions from the initial state to an intermediate state facing the positive direction of the x-axis.

次に、第２操作過程Ｔ２において、均一電流パルスＩｓｔ２及びｙ軸傾斜電流パルスＩｙが電極群に供給され、測定領域１２に対して均一磁場Ｂｓｔ２及びｙ軸方向傾斜磁場Ｂ２（ｙ）が印加される。このとき、ｙ軸方向の位置Ｙｍが選択され、Ｙｍ線上において核磁気共鳴の発生条件が満たされた状態となる。また、位相９０°のＲＦパルスが測定領域１２に照射される。これにより、図１４（ｂ）に示すように、測定位置Ｐを除くＹｍ線上の各位置の核スピンが、初期状態からｙ軸の正の方向を向く中間状態へと遷移する。このとき、測定位置Ｐの核スピンは変化しない。また、測定位置Ｐを除くＸｍ線上の各位置の核スピンは、ｙ軸方向の傾斜磁場によって位相がずれる。   Next, in the second operation process T2, the uniform current pulse Ist2 and the y-axis gradient current pulse Iy are supplied to the electrode group, and the uniform magnetic field Bst2 and the y-axis direction gradient magnetic field B2 (y) are applied to the measurement region 12. The At this time, the position Ym in the y-axis direction is selected, and the condition for generating nuclear magnetic resonance is satisfied on the Ym line. In addition, the measurement region 12 is irradiated with an RF pulse having a phase of 90 °. As a result, as shown in FIG. 14B, the nuclear spin at each position on the Ym line excluding the measurement position P transitions from the initial state to an intermediate state facing the positive direction of the y-axis. At this time, the nuclear spin at the measurement position P does not change. Further, the nuclear spins at the respective positions on the Xm line except the measurement position P are out of phase by the gradient magnetic field in the y-axis direction.

次に、第３操作過程Ｔ３において、均一電流パルス−Ｉｓｔ２及びｙ軸傾斜電流パルス−Ｉｙが電極群に供給され、測定領域１２に対して逆符号の均一磁場−Ｂｓｔ２及び反転したｙ軸方向傾斜磁場−Ｂ２（ｙ）が印加される。このとき、ｙ軸方向の位置Ｙｍが選択され、Ｙｍ線上において核磁気共鳴の発生条件が満たされた状態となる。また、位相１８０°のＲＦパルスが測定領域１２に照射される。これにより、図１４（ｃ）に示すように、測定位置Ｐの核スピンが、中間状態から初期状態へと遷移する。このとき、測定位置Ｐを除くＹｍ線上の各位置の核スピンは変化しない。また、測定位置Ｐを除くＸｍ線上の各位置の核スピンは、第２操作過程Ｔ２とは反転したｙ軸方向の傾斜磁場によって位相が再収束する。   Next, in the third operation process T3, the uniform current pulse -Ist2 and the y-axis gradient current pulse -Iy are supplied to the electrode group, and the uniform magnetic field -Bst2 of the opposite sign and the reversed y-axis direction tilt with respect to the measurement region 12 are supplied. A magnetic field -B2 (y) is applied. At this time, the position Ym in the y-axis direction is selected, and the condition for generating nuclear magnetic resonance is satisfied on the Ym line. Further, the measurement region 12 is irradiated with an RF pulse having a phase of 180 °. Thereby, as shown in FIG.14 (c), the nuclear spin of the measurement position P changes from an intermediate state to an initial state. At this time, the nuclear spin at each position on the Ym line except the measurement position P does not change. Further, the phase of the nuclear spins at each position on the Xm line excluding the measurement position P is refocused by the gradient magnetic field in the y-axis direction reversed from the second operation process T2.

以上により、本実施例での測定過程における、測定位置Ｐの核スピンを初期状態とし、Ｘｍ線上及びＹｍ線上で測定位置Ｐを除く位置の核スピンを中間状態とする前過程が終了する。また、この前過程を構成する操作過程Ｔ１〜Ｔ３のうち、２段階の操作過程Ｔ２、Ｔ３が、前過程におけるｙ軸勾配エコー操作の過程となっている。   Thus, the previous process in which the nuclear spin at the measurement position P in the measurement process in the present embodiment is set to the initial state and the nuclear spin at the position excluding the measurement position P on the Xm line and the Ym line is completed. Of the operation processes T1 to T3 constituting the previous process, the two-stage operation processes T2 and T3 are the y-axis gradient echo operation process in the previous process.

続いて、第４操作過程Ｔ４において、均一電流パルスＩｓｔ１及びｘ軸傾斜電流パルスＩｘが電極群に供給され、測定領域１２に対して均一磁場Ｂｓｔ１及びｘ軸方向傾斜磁場Ｂ１（ｘ）が印加される。このとき、ｘ軸方向の位置Ｘｍが選択され、Ｘｍ線上において核磁気共鳴の発生条件が満たされた状態となる。また、位相１８０°のＲＦパルスが測定領域１２に照射される。これにより、図１４（ｄ）に示すように、測定位置Ｐを除くＸｍ線上の各位置の核スピンが、中間状態から初期状態へと遷移する。また、測定位置Ｐの核スピンが、初期状態からｘ軸の負の方向を向く中間状態へと遷移する。また、測定位置Ｐを除くＹｍ線上の各位置の核スピンは、ｘ軸方向の傾斜磁場によって位相がずれる。   Subsequently, in the fourth operation process T4, the uniform current pulse Ist1 and the x-axis gradient current pulse Ix are supplied to the electrode group, and the uniform magnetic field Bst1 and the x-axis direction gradient magnetic field B1 (x) are applied to the measurement region 12. The At this time, the position Xm in the x-axis direction is selected, and the condition for generating nuclear magnetic resonance is satisfied on the Xm line. Further, the measurement region 12 is irradiated with an RF pulse having a phase of 180 °. Thereby, as shown in FIG. 14D, the nuclear spins at each position on the Xm line excluding the measurement position P transition from the intermediate state to the initial state. Further, the nuclear spin at the measurement position P transitions from the initial state to an intermediate state that faces the negative direction of the x axis. Further, the nuclear spins at the respective positions on the Ym line excluding the measurement position P are out of phase by the gradient magnetic field in the x-axis direction.

次に、第５操作過程Ｔ５において、均一電流パルス−Ｉｓｔ１及びｘ軸傾斜電流パルス−Ｉｘが電極群に供給され、測定領域１２に対して逆符号の均一磁場−Ｂｓｔ１及び反転したｘ軸方向傾斜磁場−Ｂ１（ｘ）が印加される。このとき、ｘ軸方向の位置Ｘｍが選択され、Ｘｍ線上において核磁気共鳴の発生条件が満たされた状態となる。また、本操作過程では、測定領域１２へのＲＦパルスの照射は行われない。これにより、図１４（ｅ）に示すように、測定位置Ｐを除くＹｍ線上の各位置の核スピンは、第４操作過程Ｔ４とは反転したｘ軸方向の傾斜磁場によって位相が再収束する。   Next, in the fifth operation process T5, the uniform current pulse -Ist1 and the x-axis gradient current pulse -Ix are supplied to the electrode group, and the uniform magnetic field -Bst1 of the opposite sign and the reversed tilt in the x-axis direction are measured with respect to the measurement region 12. A magnetic field -B1 (x) is applied. At this time, the position Xm in the x-axis direction is selected, and the condition for generating nuclear magnetic resonance is satisfied on the Xm line. In this operation process, the measurement region 12 is not irradiated with the RF pulse. As a result, as shown in FIG. 14E, the phases of the nuclear spins at the positions on the Ym line excluding the measurement position P are refocused by the gradient magnetic field in the x-axis direction reversed from the fourth operation process T4.

最後に、第６操作過程Ｔ６において、均一電流パルス−Ｉｓｔ２及びｙ軸傾斜電流パルス−Ｉｙが電極群に供給され、測定領域１２に対して逆符号の均一磁場−Ｂｓｔ２及び反転したｙ軸方向傾斜磁場−Ｂ２（ｙ）が印加される。このとき、ｙ軸方向の位置Ｙｍが選択され、Ｙｍ線上において核磁気共鳴の発生条件が満たされた状態となる。また、位相２７０°のＲＦパルスが測定領域１２に照射される。これにより、図１４（ｆ）に示すように、測定位置Ｐを除くＹｍ線上の各位置の核スピンが、中間状態から初期状態へと遷移する。また、このとき、測定位置Ｐの核スピンは変化しない。   Finally, in the sixth operation process T6, the uniform current pulse -Ist2 and the y-axis gradient current pulse -Iy are supplied to the electrode group, and the uniform magnetic field -Bst2 of the opposite sign and the reversed y-axis direction tilt with respect to the measurement region 12 A magnetic field -B2 (y) is applied. At this time, the position Ym in the y-axis direction is selected, and the condition for generating nuclear magnetic resonance is satisfied on the Ym line. Further, the measurement region 12 is irradiated with an RF pulse having a phase of 270 °. As a result, as shown in FIG. 14 (f), the nuclear spins at each position on the Ym line excluding the measurement position P transition from the intermediate state to the initial state. At this time, the nuclear spin at the measurement position P does not change.

以上により、本実施例での測定過程における、測定位置Ｐの核スピンを中間状態とし、Ｘｍ線上及びＹｍ線上で測定位置Ｐを除く位置の核スピンを初期状態とする後過程が終了し、６段階の操作過程からなる測定過程が終了する。また、この後過程を構成する操作過程Ｔ４〜Ｔ６のうち、２段階の操作過程Ｔ４、Ｔ５が、後過程におけるｘ軸勾配エコー操作の過程となっている。   As described above, the post-process in the measurement process in the present embodiment is terminated after setting the nuclear spin at the measurement position P to the intermediate state and setting the nuclear spins at positions other than the measurement position P on the Xm line and the Ym line to the initial state. The measurement process, which consists of a step operation process, is completed. Of the operation processes T4 to T6 constituting the subsequent process, the two-stage operation processes T4 and T5 are the x-axis gradient echo operation process in the subsequent process.

このように、測定位置Ｐで核スピンが中間状態となり、測定位置Ｐを除く測定領域１２内の全ての位置で核スピンが初期状態となった図１４（ｆ）の状態で、検出器５４によって核磁気共鳴信号の検出を行う。これにより、測定位置Ｐ（Ｘｍ，Ｙｍ）における局所的な核スピンの情報を選択的に取得することができる。   Thus, in the state of FIG. 14F in which the nuclear spin is in the intermediate state at the measurement position P and the nuclear spin is in the initial state at all positions in the measurement region 12 except the measurement position P, the detector 54 Detection of nuclear magnetic resonance signals. Thereby, the information of the local nuclear spin in measurement position P (Xm, Ym) can be acquired selectively.

また、本実施例は、操作過程Ｔ１〜Ｔ３による前過程を経た段階において、測定位置Ｐで核スピンが初期状態となっている点で第１実施例と異なっている。すなわち、図９、図１０に示した第１実施例では、前過程を経た段階において、測定位置Ｐで核スピンが反転状態となっている。これに対して、図１３、図１４に示した第３実施例では、前過程を経た段階において、測定位置Ｐ以外の位置での核スピンは第１実施例と同じ状態であるが、測定位置Ｐの核スピンは反転状態ではなく初期状態となっている。   Further, the present embodiment is different from the first embodiment in that the nuclear spin is in the initial state at the measurement position P in the stage after the previous process by the operation processes T1 to T3. That is, in the first embodiment shown in FIGS. 9 and 10, the nuclear spin is in an inverted state at the measurement position P in the stage after the previous process. On the other hand, in the third embodiment shown in FIGS. 13 and 14, the nuclear spins at positions other than the measurement position P are in the same state as in the first embodiment in the stage after the previous process. The nuclear spin of P is not an inverted state but an initial state.

一般には、前過程を経た段階において、測定位置Ｐの核スピンを反転状態または初期状態とし、Ｘｍ線上及びＹｍ線上で測定位置Ｐを除く位置の核スピンを中間状態とすることが好ましい。これにより、最終的に測定領域１２内で測定位置Ｐでの核スピンのみを中間状態とする核スピンの操作を好適に実現することができる。   In general, it is preferable that the nuclear spin at the measurement position P is in an inverted state or an initial state and the nuclear spins at positions other than the measurement position P on the Xm line and the Ym line are in an intermediate state in the stage after the previous process. Thereby, it is possible to suitably realize a nuclear spin operation in which only the nuclear spin at the measurement position P is finally in the intermediate state in the measurement region 12.

図１５は、複数の操作過程を含む核磁気共鳴の測定過程の第４実施例を示すタイミングチャートである。また、図１６は、図１５に示した実施例における核スピンの操作方法を示す模式図である。   FIG. 15 is a timing chart showing a fourth embodiment of the nuclear magnetic resonance measurement process including a plurality of operation processes. FIG. 16 is a schematic diagram showing a nuclear spin operation method in the embodiment shown in FIG.

本実施例の核スピンの操作方法では、操作過程Ｔ１〜Ｔ６のうち、前半の３段階の操作過程Ｔ１〜Ｔ３が、測定位置Ｐの核スピンを中間状態とし、Ｘｍ線上及びＹｍ線上で測定位置Ｐを除く位置の核スピンを中間状態とする前過程を構成している。また、後半の３段階の操作過程Ｔ４〜Ｔ６が、測定位置Ｐの核スピンを中間状態とし、Ｘｍ線上及びＹｍ線上で測定位置Ｐを除く位置の核スピンを初期状態とする後過程を構成している。   In the nuclear spin manipulation method of the present embodiment, among the manipulation processes T1 to T6, the first three stages of manipulation processes T1 to T3 have the nuclear spin at the measurement position P in the intermediate state, and the measurement positions on the Xm line and the Ym line. This constitutes a previous process in which the nuclear spins at positions other than P are in an intermediate state. The latter half of the three-stage operation process T4 to T6 constitutes a subsequent process in which the nuclear spin at the measurement position P is in the intermediate state and the nuclear spins at positions other than the measurement position P on the Xm line and the Ym line are in the initial state. ing.

具体的には、まず、第１操作過程Ｔ１において、均一電流パルスＩｓｔ１及びｘ軸傾斜電流パルスＩｘが電極群に供給され、測定領域１２に対して均一磁場Ｂｓｔ１及びｘ軸方向傾斜磁場Ｂ１（ｘ）が印加される。このとき、ｘ軸方向の位置Ｘｍが選択され、Ｘｍ線上において核磁気共鳴の発生条件が満たされた状態となる。また、ＲＦパルスとして、位相０°のＲＦパルスが測定領域１２に照射される。これにより、図１６（ａ）に示すように、測定位置Ｐを含むＸｍ線上の各位置の核スピンが、初期状態からｘ軸の正の方向を向く中間状態へと遷移する。   Specifically, first, in the first operation process T1, the uniform current pulse Ist1 and the x-axis gradient current pulse Ix are supplied to the electrode group, and the uniform magnetic field Bst1 and the x-axis direction gradient magnetic field B1 (x ) Is applied. At this time, the position Xm in the x-axis direction is selected, and the condition for generating nuclear magnetic resonance is satisfied on the Xm line. Further, an RF pulse having a phase of 0 ° is irradiated on the measurement region 12 as an RF pulse. Thereby, as shown in FIG. 16A, the nuclear spin at each position on the Xm line including the measurement position P transitions from the initial state to the intermediate state facing the positive direction of the x-axis.

次に、第２操作過程Ｔ２において、均一電流パルスＩｓｔ２及びｙ軸傾斜電流パルスＩｙが電極群に供給され、測定領域１２に対して均一磁場Ｂｓｔ２及びｙ軸方向傾斜磁場Ｂ２（ｙ）が印加される。このとき、ｙ軸方向の位置Ｙｍが選択され、Ｙｍ線上において核磁気共鳴の発生条件が満たされた状態となる。また、位相９０°のＲＦパルスが測定領域１２に照射される。これにより、図１６（ｂ）に示すように、測定位置Ｐを除くＹｍ線上の各位置の核スピンが、初期状態からｙ軸の正の方向を向く中間状態へと遷移する。このとき、測定位置Ｐの核スピンは変化しない。また、測定位置Ｐを除くＸｍ線上の各位置の核スピンは、ｙ軸方向の傾斜磁場によって位相がずれる。   Next, in the second operation process T2, the uniform current pulse Ist2 and the y-axis gradient current pulse Iy are supplied to the electrode group, and the uniform magnetic field Bst2 and the y-axis direction gradient magnetic field B2 (y) are applied to the measurement region 12. The At this time, the position Ym in the y-axis direction is selected, and the condition for generating nuclear magnetic resonance is satisfied on the Ym line. In addition, the measurement region 12 is irradiated with an RF pulse having a phase of 90 °. As a result, as shown in FIG. 16B, the nuclear spin at each position on the Ym line excluding the measurement position P transitions from the initial state to the intermediate state facing the positive direction of the y-axis. At this time, the nuclear spin at the measurement position P does not change. Further, the nuclear spins at the respective positions on the Xm line except the measurement position P are out of phase by the gradient magnetic field in the y-axis direction.

次に、第３操作過程Ｔ３において、均一電流パルス−Ｉｓｔ２及びｙ軸傾斜電流パルス−Ｉｙが電極群に供給され、測定領域１２に対して逆符号の均一磁場−Ｂｓｔ２及び反転したｙ軸方向傾斜磁場−Ｂ２（ｙ）が印加される。このとき、ｙ軸方向の位置Ｙｍが選択され、Ｙｍ線上において核磁気共鳴の発生条件が満たされた状態となる。また、本操作過程では、測定領域１２へのＲＦパルスの照射は行われない。これにより、図１６（ｃ）に示すように、測定位置Ｐを除くＸｍ線上の各位置の核スピンは、第２操作過程Ｔ２とは反転したｙ軸方向の傾斜磁場によって位相が再収束する。   Next, in the third operation process T3, the uniform current pulse -Ist2 and the y-axis gradient current pulse -Iy are supplied to the electrode group, and the uniform magnetic field -Bst2 of the opposite sign and the reversed y-axis direction tilt with respect to the measurement region 12 are supplied. A magnetic field -B2 (y) is applied. At this time, the position Ym in the y-axis direction is selected, and the condition for generating nuclear magnetic resonance is satisfied on the Ym line. In this operation process, the measurement region 12 is not irradiated with the RF pulse. As a result, as shown in FIG. 16C, the phases of the nuclear spins at the positions on the Xm line excluding the measurement position P are reconverged by the gradient magnetic field in the y-axis direction reversed from the second operation process T2.

以上により、本実施例での測定過程における、測定位置Ｐの核スピンを中間状態とし、Ｘｍ線上及びＹｍ線上で測定位置Ｐを除く位置の核スピンを中間状態とする前過程が終了する。また、この前過程を構成する操作過程Ｔ１〜Ｔ３のうち、２段階の操作過程Ｔ２、Ｔ３が、前過程におけるｙ軸勾配エコー操作の過程となっている。   Thus, the previous process of setting the nuclear spin at the measurement position P to the intermediate state and setting the nuclear spins at positions other than the measurement position P on the Xm line and the Ym line in the measurement process in the present embodiment is completed. Of the operation processes T1 to T3 constituting the previous process, the two-stage operation processes T2 and T3 are the y-axis gradient echo operation process in the previous process.

続いて、第４操作過程Ｔ４において、均一電流パルスＩｓｔ２及びｙ軸傾斜電流パルスＩｙが電極群に供給され、測定領域１２に対して均一磁場Ｂｓｔ２及びｙ軸方向傾斜磁場Ｂ２（ｙ）が印加される。このとき、ｙ軸方向の位置Ｙｍが選択され、Ｙｍ線上において核磁気共鳴の発生条件が満たされた状態となる。また、位相０°のＲＦパルスが測定領域１２に照射される。これにより、図１６（ｄ）に示すように、測定位置Ｐの核スピンが、中間状態から反転状態へと遷移する。このとき、測定位置Ｐを除くＹｍ線上の各位置の核スピンは変化しない。また、測定位置Ｐを除くＸｍ線上の各位置の核スピンは、ｙ軸方向の傾斜磁場によって位相がずれる。   Subsequently, in the fourth operation process T4, the uniform current pulse Ist2 and the y-axis gradient current pulse Iy are supplied to the electrode group, and the uniform magnetic field Bst2 and the y-axis direction gradient magnetic field B2 (y) are applied to the measurement region 12. The At this time, the position Ym in the y-axis direction is selected, and the condition for generating nuclear magnetic resonance is satisfied on the Ym line. Further, the measurement region 12 is irradiated with an RF pulse having a phase of 0 °. Thereby, as shown in FIG. 16D, the nuclear spin at the measurement position P transitions from the intermediate state to the inverted state. At this time, the nuclear spin at each position on the Ym line except the measurement position P does not change. Further, the nuclear spins at the respective positions on the Xm line except the measurement position P are out of phase by the gradient magnetic field in the y-axis direction.

次に、第５操作過程Ｔ５において、均一電流パルス−Ｉｓｔ２及びｙ軸傾斜電流パルス−Ｉｙが電極群に供給され、測定領域１２に対して逆符号の均一磁場−Ｂｓｔ２及び反転したｙ軸方向傾斜磁場−Ｂ２（ｙ）が印加される。このとき、ｙ軸方向の位置Ｙｍが選択され、Ｙｍ線上において核磁気共鳴の発生条件が満たされた状態となる。また、位相２７０°のＲＦパルスが測定領域１２に照射される。これにより、図１６（ｅ）に示すように、測定位置Ｐを除くＹｍ線上の各位置の核スピンが、中間状態から初期状態へと遷移する。また、測定位置Ｐの核スピンが、反転状態からｙ軸の正の方向を向く中間状態へと遷移する。また、測定位置Ｐを除くＸｍ線上の各位置の核スピンは、第４操作過程Ｔ４とは反転したｙ軸方向の傾斜磁場によって位相が再収束する。   Next, in the fifth operation step T5, the uniform current pulse -Ist2 and the y-axis gradient current pulse -Iy are supplied to the electrode group, and the uniform magnetic field -Bst2 of the opposite sign and the reversed y-axis direction tilt with respect to the measurement region 12 A magnetic field -B2 (y) is applied. At this time, the position Ym in the y-axis direction is selected, and the condition for generating nuclear magnetic resonance is satisfied on the Ym line. Further, the measurement region 12 is irradiated with an RF pulse having a phase of 270 °. As a result, as shown in FIG. 16E, the nuclear spins at each position on the Ym line excluding the measurement position P transition from the intermediate state to the initial state. Further, the nuclear spin at the measurement position P transitions from the inverted state to the intermediate state facing the positive direction of the y-axis. Further, the phases of nuclear spins at positions on the Xm line excluding the measurement position P are refocused by a gradient magnetic field in the y-axis direction that is reversed from the fourth operation process T4.

最後に、第６操作過程Ｔ６において、均一電流パルス−Ｉｓｔ１及びｘ軸傾斜電流パルス−Ｉｘが電極群に供給され、測定領域１２に対して逆符号の均一磁場−Ｂｓｔ１及び反転したｘ軸方向傾斜磁場−Ｂ１（ｘ）が印加される。このとき、ｘ軸方向の位置Ｘｍが選択され、Ｘｍ線上において核磁気共鳴の発生条件が満たされた状態となる。また、位相１８０°のＲＦパルスが測定領域１２に照射される。これにより、図１６（ｆ）に示すように、測定位置Ｐを除くＸｍ線上の各位置の核スピンが、中間状態から初期状態へと遷移する。また、このとき、測定位置Ｐの核スピンは変化しない。   Finally, in the sixth operation process T6, the uniform current pulse -Ist1 and the x-axis gradient current pulse -Ix are supplied to the electrode group, and the uniform magnetic field -Bst1 of the opposite sign and the reversed tilt in the x-axis direction are measured with respect to the measurement region 12. A magnetic field -B1 (x) is applied. At this time, the position Xm in the x-axis direction is selected, and the condition for generating nuclear magnetic resonance is satisfied on the Xm line. Further, the measurement region 12 is irradiated with an RF pulse having a phase of 180 °. As a result, as shown in FIG. 16 (f), the nuclear spins at each position on the Xm line excluding the measurement position P transition from the intermediate state to the initial state. At this time, the nuclear spin at the measurement position P does not change.

以上により、本実施例での測定過程における、測定位置Ｐの核スピンを中間状態とし、Ｘｍ線上及びＹｍ線上で測定位置Ｐを除く位置の核スピンを初期状態とする後過程が終了し、６段階の操作過程からなる測定過程が終了する。また、この後過程を構成する操作過程Ｔ４〜Ｔ６のうち、２段階の操作過程Ｔ４、Ｔ５が、後過程におけるｙ軸勾配エコー操作の過程となっている。   As described above, the post-process in the measurement process in the present embodiment is terminated after setting the nuclear spin at the measurement position P to the intermediate state and setting the nuclear spins at positions other than the measurement position P on the Xm line and the Ym line to the initial state. The measurement process, which consists of a step operation process, is completed. Of the operation processes T4 to T6 constituting the subsequent process, the two-stage operation processes T4 and T5 are the processes of the y-axis gradient echo operation in the subsequent process.

このように、測定位置Ｐで核スピンが中間状態となり、測定位置Ｐを除く測定領域１２内の全ての位置で核スピンが初期状態となった図１６（ｆ）の状態で、検出器５４によって核磁気共鳴信号の検出を行う。これにより、測定位置Ｐ（Ｘｍ，Ｙｍ）における局所的な核スピンの情報を選択的に取得することができる。   Thus, in the state of FIG. 16F in which the nuclear spin is in the intermediate state at the measurement position P and the nuclear spin is in the initial state at all positions in the measurement region 12 except the measurement position P, the detector 54 Detection of nuclear magnetic resonance signals. Thereby, the information of the local nuclear spin in measurement position P (Xm, Ym) can be acquired selectively.

また、本実施例は、測定領域１２へのＲＦパルスの照射が行われない操作過程が前過程に含まれている点で第１実施例と異なっている。すなわち、図９、図１０に示した第１実施例では、後過程に含まれる操作過程Ｔ５が、測定領域１２へのＲＦパルスの照射が行われない操作過程となっている。これに対して、図１５、図１６に示した第４実施例では、前過程に含まれる操作過程Ｔ３が、測定領域１２へのＲＦパルスの照射が行われない操作過程となっている。   Further, the present embodiment is different from the first embodiment in that an operation process in which the measurement region 12 is not irradiated with an RF pulse is included in the previous process. That is, in the first embodiment shown in FIGS. 9 and 10, the operation process T5 included in the subsequent process is an operation process in which the measurement region 12 is not irradiated with the RF pulse. On the other hand, in the fourth embodiment shown in FIGS. 15 and 16, the operation process T3 included in the previous process is an operation process in which the measurement region 12 is not irradiated with the RF pulse.

前過程及び後過程において１回ずつ行われる勾配エコー操作に用いられる４段階の操作過程では、そのうちの１回をＲＦ照射なしとして勾配エコーのみを行う操作過程とすることが好ましい。また、このＲＦ照射なしの操作過程については、上記したように前過程及び後過程のいずれに含まれる構成としても良い。また、ＲＦ照射なしの操作過程が前過程に含まれる第４実施例では、図１６に示すように、前過程を経た段階における測定位置Ｐの核スピンが、反転状態または初期状態ではなく中間状態のままとなっており、後過程の最初の操作過程Ｔ４において核スピンが反転状態とされる。   In the four-step operation process used for the gradient echo operation performed once in the pre-process and the post-process, it is preferable that one of them is an operation process in which only the gradient echo is performed without RF irradiation. Further, as described above, the operation process without RF irradiation may be included in any of the pre-process and the post-process. Further, in the fourth embodiment in which an operation process without RF irradiation is included in the previous process, as shown in FIG. 16, the nuclear spin at the measurement position P in the stage after the previous process is not an inverted state or an initial state but an intermediate state. Thus, the nuclear spin is inverted in the first operation process T4 in the subsequent process.

一般には、ＲＦパルスの照射を行わない操作過程が後過程に含まれる場合（第１、２、３実施例）、前過程を経た段階において、測定位置Ｐで核スピンが反転状態または初期状態となることが好ましい。また、ＲＦパルスの照射を行わない操作過程が前過程に含まれる場合（第４実施例）、前過程を経た段階において、測定位置Ｐで核スピンが中間状態となるとともに、後過程の最初の操作過程を経た段階において、測定位置Ｐで核スピンが反転状態または初期状態となることが好ましい。   In general, when an operation process in which RF pulse irradiation is not performed is included in the subsequent process (first, second, and third embodiments), the nuclear spin is in an inverted state or an initial state at the measurement position P in the stage after the previous process. It is preferable to become. Further, when an operation process in which RF pulse irradiation is not performed is included in the previous process (fourth embodiment), the nuclear spin becomes an intermediate state at the measurement position P in the stage after the previous process, and the first process in the subsequent process is performed. It is preferable that the nuclear spin is in an inverted state or an initial state at the measurement position P after the operation process.

図１７は、複数の操作過程を含む核磁気共鳴の測定過程の第５実施例を示すタイミングチャートである。また、図１８は、図１７に示した実施例における核スピンの操作方法を示す模式図である。   FIG. 17 is a timing chart showing a fifth embodiment of the nuclear magnetic resonance measurement process including a plurality of operation processes. FIG. 18 is a schematic diagram showing a nuclear spin operation method in the embodiment shown in FIG.

本実施例の核スピンの操作方法では、操作過程Ｔ１〜Ｔ６のうち、前半の３段階の操作過程Ｔ１〜Ｔ３が、測定位置Ｐの核スピンを反転状態とし、Ｘｍ線上及びＹｍ線上で測定位置Ｐを除く位置の核スピンを中間状態とする前過程を構成している。また、後半の３段階の操作過程Ｔ４〜Ｔ６が、測定位置Ｐの核スピンを中間状態とし、Ｘｍ線上及びＹｍ線上で測定位置Ｐを除く位置の核スピンを初期状態とする後過程を構成している。また、本実施例の測定過程において、操作過程Ｔ１〜Ｔ３を含む前過程については第１実施例と同様である。   In the nuclear spin manipulation method of the present embodiment, among the manipulation processes T1 to T6, the first three stages of manipulation processes T1 to T3 are such that the nuclear spin at the measurement position P is reversed and the measurement positions on the Xm line and the Ym line are measured. This constitutes a previous process in which the nuclear spins at positions other than P are in an intermediate state. The latter half of the three-stage operation process T4 to T6 constitutes a subsequent process in which the nuclear spin at the measurement position P is in the intermediate state and the nuclear spins at positions other than the measurement position P on the Xm line and the Ym line are in the initial state. ing. In the measurement process of the present embodiment, the previous process including the operation processes T1 to T3 is the same as that of the first embodiment.

続いて、第４操作過程Ｔ４において、均一電流パルスＩｓｔ１及びｘ軸傾斜電流パルスＩｘが電極群に供給され、測定領域１２に対して均一磁場Ｂｓｔ１及びｘ軸方向傾斜磁場Ｂ１（ｘ）が印加される。このとき、ｘ軸方向の位置Ｘｍが選択され、Ｘｍ線上において核磁気共鳴の発生条件が満たされた状態となる。また、本操作過程では、測定領域１２へのＲＦパルスの照射は行われない。これにより、図１８（ｄ）に示すように、測定位置Ｐを除くＹｍ線上の各位置の核スピンは、ｘ軸方向の傾斜磁場によって位相がずれる。   Subsequently, in the fourth operation process T4, the uniform current pulse Ist1 and the x-axis gradient current pulse Ix are supplied to the electrode group, and the uniform magnetic field Bst1 and the x-axis direction gradient magnetic field B1 (x) are applied to the measurement region 12. The At this time, the position Xm in the x-axis direction is selected, and the condition for generating nuclear magnetic resonance is satisfied on the Xm line. In this operation process, the measurement region 12 is not irradiated with the RF pulse. As a result, as shown in FIG. 18D, the phases of the nuclear spins at each position on the Ym line excluding the measurement position P are shifted in phase by the gradient magnetic field in the x-axis direction.

次に、第５操作過程Ｔ５において、均一電流パルス−Ｉｓｔ１及びｘ軸傾斜電流パルス−Ｉｘが電極群に供給され、測定領域１２に対して逆符号の均一磁場−Ｂｓｔ１及び反転したｘ軸方向傾斜磁場−Ｂ１（ｘ）が印加される。このとき、ｘ軸方向の位置Ｘｍが選択され、Ｘｍ線上において核磁気共鳴の発生条件が満たされた状態となる。また、位相１８０°のＲＦパルスが測定領域１２に照射される。これにより、図１８（ｅ）に示すように、測定位置Ｐを除くＸｍ線上の各位置の核スピンが、中間状態から初期状態へと遷移する。また、測定位置Ｐの核スピンが、反転状態からｘ軸の正の方向を向く中間状態へと遷移する。また、測定位置Ｐを除くＹｍ線上の各位置の核スピンは、第４操作過程Ｔ４とは反転したｘ軸方向の傾斜磁場によって位相が再収束する。   Next, in the fifth operation process T5, the uniform current pulse -Ist1 and the x-axis gradient current pulse -Ix are supplied to the electrode group, and the uniform magnetic field -Bst1 of the opposite sign and the reversed tilt in the x-axis direction are measured with respect to the measurement region 12. A magnetic field -B1 (x) is applied. At this time, the position Xm in the x-axis direction is selected, and the condition for generating nuclear magnetic resonance is satisfied on the Xm line. Further, the measurement region 12 is irradiated with an RF pulse having a phase of 180 °. As a result, as shown in FIG. 18E, the nuclear spin at each position on the Xm line excluding the measurement position P transitions from the intermediate state to the initial state. Further, the nuclear spin at the measurement position P transitions from the inverted state to the intermediate state facing the positive direction of the x axis. Further, the phases of the nuclear spins at each position on the Ym line excluding the measurement position P are reconverged by the gradient magnetic field in the x-axis direction reversed from the fourth operation process T4.

最後に、第６操作過程Ｔ６において、均一電流パルス−Ｉｓｔ２及びｙ軸傾斜電流パルス−Ｉｙが電極群に供給され、測定領域１２に対して逆符号の均一磁場−Ｂｓｔ２及び反転したｙ軸方向傾斜磁場−Ｂ２（ｙ）が印加される。このとき、ｙ軸方向の位置Ｙｍが選択され、Ｙｍ線上において核磁気共鳴の発生条件が満たされた状態となる。また、位相２７０°のＲＦパルスが測定領域１２に照射される。これにより、図１８（ｆ）に示すように、測定位置Ｐを除くＹｍ線上の各位置の核スピンが、中間状態から初期状態へと遷移する。また、このとき、測定位置Ｐの核スピンは変化しない。   Finally, in the sixth operation process T6, the uniform current pulse -Ist2 and the y-axis gradient current pulse -Iy are supplied to the electrode group, and the uniform magnetic field -Bst2 of the opposite sign and the reversed y-axis direction tilt with respect to the measurement region 12 A magnetic field -B2 (y) is applied. At this time, the position Ym in the y-axis direction is selected, and the condition for generating nuclear magnetic resonance is satisfied on the Ym line. Further, the measurement region 12 is irradiated with an RF pulse having a phase of 270 °. As a result, as shown in FIG. 18 (f), the nuclear spin at each position on the Ym line excluding the measurement position P transitions from the intermediate state to the initial state. At this time, the nuclear spin at the measurement position P does not change.

以上により、本実施例での測定過程における、測定位置Ｐの核スピンを中間状態とし、Ｘｍ線上及びＹｍ線上で測定位置Ｐを除く位置の核スピンを初期状態とする後過程が終了し、６段階の操作過程からなる測定過程が終了する。また、この後過程を構成する操作過程Ｔ４〜Ｔ６のうち、２段階の操作過程Ｔ４、Ｔ５が、後過程におけるｘ軸勾配エコー操作の過程となっている。   As described above, the post-process in the measurement process in the present embodiment is terminated after setting the nuclear spin at the measurement position P to the intermediate state and setting the nuclear spins at positions other than the measurement position P on the Xm line and the Ym line to the initial state. The measurement process, which consists of a step operation process, is completed. Of the operation processes T4 to T6 constituting the subsequent process, the two-stage operation processes T4 and T5 are the x-axis gradient echo operation process in the subsequent process.

このように、測定位置Ｐで核スピンが中間状態となり、測定位置Ｐを除く測定領域１２内の全ての位置で核スピンが初期状態となった図１８（ｆ）の状態で、検出器５４によって核磁気共鳴信号の検出を行う。これにより、測定位置Ｐ（Ｘｍ，Ｙｍ）における局所的な核スピンの情報を選択的に取得することができる。   Thus, in the state of FIG. 18F in which the nuclear spin is in the intermediate state at the measurement position P and the nuclear spin is in the initial state at all positions in the measurement region 12 except the measurement position P, the detector 54 Detection of nuclear magnetic resonance signals. Thereby, the information of the local nuclear spin in measurement position P (Xm, Ym) can be acquired selectively.

また、本実施例では、後過程に含まれるｘ軸勾配エコー操作の操作過程Ｔ４、Ｔ５において、ＲＦ照射なしの操作過程が後段の操作過程Ｔ５ではなく、前段の操作過程Ｔ４となっている点で第１実施例と異なっている。このように、ＲＦ照射なしの操作過程については、勾配エコー操作の前段、後段の操作過程のいずれに設定しても良い。これは、前過程に含まれる勾配エコー操作においてＲＦ照射なしの操作過程を用いる構成においても同様である。   Further, in this embodiment, in the operation steps T4 and T5 of the x-axis gradient echo operation included in the subsequent process, the operation process without RF irradiation is not the subsequent operation process T5 but the previous operation process T4. This is different from the first embodiment. As described above, the operation process without RF irradiation may be set to either the pre-stage or post-stage operation process of the gradient echo operation. This is the same in the configuration using the operation process without RF irradiation in the gradient echo operation included in the previous process.

本発明による核磁気共鳴撮像システム、及び撮像方法は、上記した実施形態及び実施例に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、磁場印加用電極群を構成する各電極の具体的な電極パターンについては、図１に示した構成以外にも様々な構成を用いて良い。一般には、基板に集積化される磁場印加用電極群は、測定領域に対して、設定すべき測定位置に応じた均一磁場を印加する均一磁場用電極と、測定領域に対して、基板の測定面に平行なｘ軸方向について傾斜磁場を印加する第１傾斜磁場用電極と、測定領域に対して、測定面に平行でｘ軸と直交するｙ軸方向について傾斜磁場を印加する第２傾斜磁場用電極とを有して構成されていれば良い。   The nuclear magnetic resonance imaging system and imaging method according to the present invention are not limited to the embodiments and examples described above, and various modifications are possible. For example, regarding the specific electrode pattern of each electrode constituting the magnetic field application electrode group, various configurations other than the configuration shown in FIG. 1 may be used. In general, a magnetic field application electrode group integrated on a substrate includes a uniform magnetic field electrode that applies a uniform magnetic field corresponding to a measurement position to be set to a measurement region, and a measurement of the substrate with respect to the measurement region. A first gradient magnetic field electrode for applying a gradient magnetic field in the x-axis direction parallel to the plane; and a second gradient magnetic field for applying a gradient magnetic field in the y-axis direction parallel to the measurement plane and perpendicular to the x-axis to the measurement region. It is only necessary to have a construction electrode.

また、撮像素子における基板、電極群、ＲＦアンテナの積層構造等についても、上記した構成に限らず、様々な構成を用いて良い。また、上記構成の撮像素子を用いた具体的な撮像方法についても、上記した方法に限らず、具体的な測定対象物の種類、配置、電極群の構成等に応じて様々な方法を用いることが可能である。   Further, the substrate, the electrode group, the laminated structure of the RF antenna, and the like in the image sensor are not limited to the above-described configuration, and various configurations may be used. In addition, the specific imaging method using the imaging device having the above configuration is not limited to the above-described method, and various methods may be used according to the specific type of measurement object, the arrangement, the configuration of the electrode group, and the like. Is possible.

また、上記実施形態では、核磁気共鳴測定に用いられる核磁気共鳴撮像素子として、一方の面が測定面となっている基板を有し、磁場印加用電極群が基板の測定面上に集積化されて設けられた構成の撮像素子を用いている。一般には、核磁気共鳴撮像素子は、核磁気共鳴の測定領域に磁場を印加して、測定領域内で局所的な測定位置を設定するための磁場印加用電極群、及び測定領域に対してＲＦパルスを照射するためのＲＦ照射手段を含み、磁場印加用電極群が、均一磁場用電極と、ｘ軸方向についての第１傾斜磁場用電極と、ｙ軸方向についての第２傾斜磁場用電極とを有する構成であれば良い。   In the above embodiment, the nuclear magnetic resonance imaging device used for nuclear magnetic resonance measurement has a substrate whose one surface is a measurement surface, and the magnetic field application electrode group is integrated on the measurement surface of the substrate. Thus, an image sensor having a configuration provided is used. In general, a nuclear magnetic resonance imaging device applies a magnetic field to a measurement region of nuclear magnetic resonance and sets up a local measurement position in the measurement region, and a magnetic field application electrode group and an RF for the measurement region. RF irradiation means for irradiating a pulse, and the magnetic field application electrode group includes a uniform magnetic field electrode, a first gradient magnetic field electrode in the x-axis direction, and a second gradient magnetic field electrode in the y-axis direction. Any configuration that has

また、上記した第１〜第５実施例では、いずれも測定過程において、前過程が、ＲＦパルスとして位相０°の９０°パルスを照射する操作過程と、位相９０°の９０°パルスを照射する操作過程とを含み、後過程が、ＲＦパルスとして位相１８０°の９０°パルスを照射する操作過程と、位相２７０°の９０°パルスを照射する操作過程とを含む構成を用いている。   In each of the first to fifth embodiments described above, in the measurement process, the previous process irradiates a 90 ° pulse having a phase of 0 ° as an RF pulse and a 90 ° pulse having a phase of 90 °. The configuration includes an operation process, and the subsequent process includes an operation process of irradiating a 90 ° pulse with a phase of 180 ° as an RF pulse and an operation process of irradiating a 90 ° pulse with a phase of 270 °.

このような測定過程については、上記した構成に限らず、例えば、前過程が、ＲＦパルスとして位相０°の９０°パルスを照射する操作過程と、位相２７０°の９０°パルスを照射する操作過程とを含み、後過程が、ＲＦパルスとして位相１８０°の９０°パルスを照射する操作過程と、位相９０°の９０°パルスを照射する操作過程とを含む構成とすることも可能である。また、前過程及び後過程のそれぞれにおける勾配エコー操作については、その前段、後段の操作過程での傾斜磁場の向きを入れ換えても良い。   Such a measurement process is not limited to the above-described configuration. For example, the previous process includes an operation process of irradiating a 90 ° pulse with a phase of 0 ° as an RF pulse and an operation process of irradiating a 90 ° pulse with a phase of 270 °. The post-process may include an operation process of irradiating a 90 ° pulse with a phase of 180 ° as an RF pulse and an operation process of irradiating a 90 ° pulse with a phase of 90 °. Further, regarding the gradient echo operation in each of the pre-process and post-process, the direction of the gradient magnetic field in the pre-stage and post-stage operation processes may be interchanged.

本発明は、核磁気共鳴撮像法による測定対象物の画像取得を高い分解能で行うことが可能な核磁気共鳴撮像素子を用いた撮像システム、及び撮像方法として利用可能である。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used as an imaging system and an imaging method using a nuclear magnetic resonance imaging device capable of acquiring an image of a measurement object by nuclear magnetic resonance imaging with high resolution.

核磁気共鳴撮像素子の一実施形態の平面構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the plane structure of one Embodiment of a nuclear magnetic resonance imaging device. 図１に示した撮像素子の断面構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the cross-section of the image pick-up element shown in FIG. 核磁気共鳴撮像システムの一実施形態の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of one Embodiment of a nuclear magnetic resonance imaging system. 撮像素子における電極パターンの作製例を示す電子顕微鏡写真である。It is an electron micrograph which shows the preparation example of the electrode pattern in an image sensor. 撮像素子の変形例（ａ）、（ｂ）の断面構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the cross-section of the modification (a) of an image sensor, and (b). 測定領域における測定位置Ｐについて示す図である。It is a figure shown about the measurement position P in a measurement area | region. 測定領域におけるｘ軸方向の測定位置Ｘｍの選択について示す図である。It is a figure shown about selection of measurement position Xm of the x-axis direction in a measurement field. 測定領域におけるｘ軸方向の測定位置Ｘｍの選択について示す図である。It is a figure shown about selection of measurement position Xm of the x-axis direction in a measurement field. 核磁気共鳴の測定過程の第１実施例を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows 1st Example of the measurement process of a nuclear magnetic resonance. 第１実施例における核スピンの操作方法を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the operation method of the nuclear spin in 1st Example. 核磁気共鳴の測定過程の第２実施例を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows 2nd Example of the measurement process of nuclear magnetic resonance. 第２実施例における核スピンの操作方法を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the operation method of the nuclear spin in 2nd Example. 核磁気共鳴の測定過程の第３実施例を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the 3rd Example of the measurement process of a nuclear magnetic resonance. 第３実施例における核スピンの操作方法を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the operation method of the nuclear spin in 3rd Example. 核磁気共鳴の測定過程の第４実施例を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the 4th Example of the measurement process of a nuclear magnetic resonance. 第４実施例における核スピンの操作方法を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the operation method of the nuclear spin in 4th Example. 核磁気共鳴の測定過程の第５実施例を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the 5th Example of the measurement process of a nuclear magnetic resonance. 第５実施例における核スピンの操作方法を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the operation method of the nuclear spin in 5th Example.

符号の説明Explanation of symbols

１Ａ…核磁気共鳴撮像素子、１０…基板、１１…測定面、１２…測定領域、１３…測定対象物、１５…ＲＦアンテナ、１６…絶縁層、２０…磁場印加用電極群、２５…均一磁場用電極、２６、２７…配線、３０、３５…第１傾斜磁場用電極、３１、３２、３６、３７…配線、４０、４５…第２傾斜磁場用電極、４１、４２、４６、４７…配線、５０…均一磁場用電流源、５１…第１傾斜磁場用電流源、５２…第２傾斜磁場用電流源、５４…検出器、５６…制御装置、６０…ＲＦ波発生器、６１…分配器、６２…位相調整器、６３…第１スイッチ、６４…第２スイッチ、６５…合成器。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1A ... Nuclear magnetic resonance imaging device, 10 ... Board | substrate, 11 ... Measurement surface, 12 ... Measurement area | region, 13 ... Measurement object, 15 ... RF antenna, 16 ... Insulating layer, 20 ... Electrode group for magnetic field application, 25 ... Uniform magnetic field Electrodes, 26, 27 ... wiring, 30, 35 ... first gradient magnetic field electrodes, 31, 32, 36, 37 ... wiring, 40, 45 ... second gradient magnetic field electrodes, 41, 42, 46, 47 ... wiring 50 ... Current source for uniform magnetic field, 51 ... Current source for first gradient magnetic field, 52 ... Current source for second gradient magnetic field, 54 ... Detector, 56 ... Control device, 60 ... RF wave generator, 61 ... Distributor 62 ... Phase adjuster, 63 ... First switch, 64 ... Second switch, 65 ... Synthesizer.

Claims (20)

核磁気共鳴の測定領域に磁場を印加して、前記測定領域内で局所的な測定位置を設定するための磁場印加用電極群、及び前記測定領域に対してＲＦパルスを照射するためのＲＦ照射手段を含む核磁気共鳴撮像素子と、
前記磁場印加用電極群を構成する電極のそれぞれに対して磁場発生用の電流を供給する電流供給手段と、
前記ＲＦ照射手段に対して前記ＲＦパルスを供給するＲＦパルス供給手段と、
前記核磁気共鳴撮像素子の前記測定領域内での測定対象物からの核磁気共鳴信号を検出する検出手段と、
前記測定対象物に対する核磁気共鳴による撮像を制御する撮像制御手段と
を備え、
前記磁場印加用電極群は、
前記測定領域について測定面を想定するとともに、前記測定領域に対して、設定すべき前記測定位置に応じた均一磁場を印加する均一磁場用電極と、前記測定面に平行なｘ軸方向について傾斜磁場を印加する第１傾斜磁場用電極と、前記測定面に平行でｘ軸と直交するｙ軸方向について傾斜磁場を印加する第２傾斜磁場用電極とを有して構成され、
前記撮像制御手段は、
ｘ軸方向の位置Ｘｍ及びｙ軸方向の位置Ｙｍが選択された前記測定位置（Ｘｍ，Ｙｍ）に対し、それぞれ所定条件で前記磁場印加用電極群による磁場の印加、及び前記ＲＦ照射手段によるＲＦパルスの照射を行う複数段階の操作過程を含む測定過程によって、前記測定位置における前記測定対象物の原子核の核スピンを操作した後、前記検出手段によって核磁気共鳴信号の検出を行って、前記測定位置における局所的な核スピンの情報を取得することを特徴とする核磁気共鳴撮像システム。 A magnetic field application electrode group for setting a local measurement position in the measurement region by applying a magnetic field to the measurement region of nuclear magnetic resonance, and RF irradiation for irradiating the measurement region with an RF pulse A nuclear magnetic resonance imaging device comprising means;
Current supply means for supplying a magnetic field generating current to each of the electrodes constituting the magnetic field application electrode group;
RF pulse supply means for supplying the RF pulse to the RF irradiation means;
Detecting means for detecting a nuclear magnetic resonance signal from a measurement object in the measurement region of the nuclear magnetic resonance imaging device;
Imaging control means for controlling imaging by nuclear magnetic resonance with respect to the measurement object,
The magnetic field application electrode group includes:
Assuming a measurement surface for the measurement region, a uniform magnetic field electrode for applying a uniform magnetic field according to the measurement position to be set to the measurement region, and a gradient magnetic field in the x-axis direction parallel to the measurement surface And a second gradient magnetic field electrode that applies a gradient magnetic field in the y-axis direction parallel to the measurement surface and perpendicular to the x-axis,
The imaging control means includes
Application of a magnetic field by the magnetic field application electrode group and RF by the RF irradiating means to the measurement position (Xm, Ym) where the position Xm in the x-axis direction and the position Ym in the y-axis direction are selected, respectively. After operating the nuclear spin of the nucleus of the measurement object at the measurement position by a measurement process including a multi-step operation process of performing pulse irradiation, the detection means detects the nuclear magnetic resonance signal, and the measurement A nuclear magnetic resonance imaging system characterized by acquiring local nuclear spin information at a position. 前記撮像制御手段は、
前記複数段階の操作過程を含む前記測定過程を経た段階において、前記測定位置で核スピンが中間状態となり、前記測定位置を除く前記測定領域内の全ての位置で核スピンが初期状態となるように、前記測定対象物の原子核の核スピンを操作することを特徴とする請求項１記載の撮像システム。 The imaging control means includes
In a stage after the measurement process including the multi-step operation process, the nuclear spin is in an intermediate state at the measurement position, and the nuclear spin is in an initial state at all positions in the measurement region except the measurement position. The imaging system according to claim 1, wherein a nuclear spin of a nucleus of the measurement object is manipulated. 前記測定面において、前記測定位置を通りｙ軸に平行なｘ＝Ｘｍの直線をＸｍ線、前記測定位置を通りｘ軸に平行なｙ＝Ｙｍの直線をＹｍ線とし、
前記撮像制御手段は、
３段階以上の操作過程を有し、前記測定位置の核スピンを所定状態とし、Ｘｍ線上及びＹｍ線上で前記測定位置を除く位置の核スピンを中間状態とする前過程と、３段階以上の操作過程を有し、前記測定位置の核スピンを中間状態とし、Ｘｍ線上及びＹｍ線上で前記測定位置を除く位置の核スピンを初期状態とする後過程とを含む前記測定過程によって、前記測定対象物の原子核の核スピンを操作することを特徴とする請求項１または２記載の撮像システム。 On the measurement surface, an x = Xm straight line passing through the measurement position and parallel to the y axis is an Xm line, and a straight line of y = Ym passing through the measurement position and parallel to the x axis is a Ym line,
The imaging control means includes
A pre-process having three or more steps of operation, setting a nuclear spin at the measurement position to a predetermined state, and setting a nuclear spin at a position other than the measurement position on the Xm line and the Ym line to an intermediate state; And a post-process including a nuclear spin at the measurement position as an intermediate state and a nuclear spin at a position excluding the measurement position on the Xm line and the Ym line as an initial state. The imaging system according to claim 1, wherein the nuclear spin of the atomic nucleus is manipulated. 前記前過程及び前記後過程のそれぞれは、ｙ軸方向に延びるＸｍ線上で中間状態になっている核スピンに対する２段階の操作過程によるｙ軸勾配エコー操作、またはｘ軸方向に延びるＹｍ線上で中間状態になっている核スピンに対する２段階の操作過程によるｘ軸勾配エコー操作の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項３記載の撮像システム。   Each of the pre-process and the post-process is an y-axis gradient echo operation by a two-step operation process for a nuclear spin that is in an intermediate state on the Xm line extending in the y-axis direction, or an intermediate on the Ym line extending in the x-axis direction. The imaging system according to claim 3, comprising at least one of an x-axis gradient echo operation by a two-step operation process for a nuclear spin in a state. 前記後過程は、前記３段階以上の操作過程において、前記ＲＦ照射手段によるＲＦパルスの照射を行わない操作過程を含み、
前記前過程を経た段階において、前記測定位置で核スピンが反転状態または初期状態となることを特徴とする請求項３または４記載の撮像システム。 The post-process includes an operation process in which the RF irradiation means does not irradiate the RF pulse in the operation process of the three or more stages,
5. The imaging system according to claim 3, wherein the nuclear spin is in an inverted state or an initial state at the measurement position in the stage after the previous process. 前記前過程は、前記３段階以上の操作過程において、前記ＲＦ照射手段によるＲＦパルスの照射を行わない操作過程を含み、
前記前過程を経た段階において、前記測定位置で核スピンが中間状態となるとともに、前記後過程の最初の操作過程を経た段階において、前記測定位置で核スピンが反転状態または初期状態となることを特徴とする請求項３または４記載の撮像システム。 The pre-process includes an operation process in which an RF pulse is not irradiated by the RF irradiation means in the operation process of the three or more stages.
The nuclear spin is in an intermediate state at the measurement position in the stage after the previous process, and the nuclear spin is in an inverted state or an initial state in the measurement position in the stage after the first operation process in the post process. The imaging system according to claim 3 or 4, wherein the imaging system is characterized in that: 前記前過程は、ＲＦパルスとして位相０°の９０°パルスを照射する操作過程と、位相９０°の９０°パルスを照射する操作過程とを含み、
前記後過程は、ＲＦパルスとして位相１８０°の９０°パルスを照射する操作過程と、位相２７０°の９０°パルスを照射する操作過程とを含むことを特徴とする請求項３〜６のいずれか一項記載の撮像システム。 The pre-process includes an operation process of irradiating a 90 ° pulse with a phase of 0 ° as an RF pulse, and an operation process of irradiating a 90 ° pulse with a phase of 90 °,
7. The post-process includes an operation process of irradiating a 90 ° pulse having a phase of 180 ° as an RF pulse and an operation process of irradiating a 90 ° pulse having a phase of 270 °. The imaging system according to one item. 前記前過程は、ＲＦパルスとして位相０°の９０°パルスを照射する操作過程と、位相２７０°の９０°パルスを照射する操作過程とを含み、
前記後過程は、ＲＦパルスとして位相１８０°の９０°パルスを照射する操作過程と、位相９０°の９０°パルスを照射する操作過程とを含むことを特徴とする請求項３〜６のいずれか一項記載の撮像システム。 The pre-process includes an operation process of irradiating a 90 ° pulse with a phase of 0 ° as an RF pulse, and an operation process of irradiating a 90 ° pulse with a phase of 270 °,
7. The post-process includes an operation process of irradiating a 90 ° pulse having a phase of 180 ° as an RF pulse, and an operation process of irradiating a 90 ° pulse having a phase of 90 °. The imaging system according to one item. 前記核磁気共鳴撮像素子は、一方の面が前記測定面となっている基板を有し、
前記磁場印加用電極群は、前記基板の前記測定面上に集積化されて設けられ、前記基板に対して所定領域に設定された前記測定領域に磁場を印加して、前記測定領域内で局所的な前記測定位置を設定し、
前記ＲＦ照射手段は、前記基板に対して所定位置に設けられ、前記基板での前記測定領域に対してＲＦパルスを照射する
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項記載の撮像システム。 The nuclear magnetic resonance imaging device has a substrate whose one surface is the measurement surface,
The magnetic field application electrode group is provided integrated on the measurement surface of the substrate, applies a magnetic field to the measurement region set in a predetermined region with respect to the substrate, Set the measurement position
The imaging according to claim 1, wherein the RF irradiation unit is provided at a predetermined position with respect to the substrate and irradiates the measurement region on the substrate with an RF pulse. system. 前記磁場印加用電極群において、
前記均一磁場用電極は、前記測定領域を囲むように形成されたループ電極を含み、
前記第１傾斜磁場用電極は、ｘ軸方向について前記測定領域を挟むように形成された一対の第１スプリット電極を含み、
前記第２傾斜磁場用電極は、ｙ軸方向について前記測定領域を挟むように形成された一対の第２スプリット電極を含む
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項記載の撮像システム。 In the magnetic field application electrode group,
The uniform magnetic field electrode includes a loop electrode formed so as to surround the measurement region,
The first gradient magnetic field electrode includes a pair of first split electrodes formed so as to sandwich the measurement region in the x-axis direction,
The imaging system according to claim 1, wherein the second gradient magnetic field electrode includes a pair of second split electrodes formed so as to sandwich the measurement region in the y-axis direction. . 核磁気共鳴の測定領域に磁場を印加して、前記測定領域内で局所的な測定位置を設定するための磁場印加用電極群、及び前記測定領域に対してＲＦパルスを照射するためのＲＦ照射手段を含み、
前記磁場印加用電極群が、前記測定領域について測定面を想定するとともに、前記測定領域に対して、設定すべき前記測定位置に応じた均一磁場を印加する均一磁場用電極と、前記測定面に平行なｘ軸方向について傾斜磁場を印加する第１傾斜磁場用電極と、前記測定面に平行でｘ軸と直交するｙ軸方向について傾斜磁場を印加する第２傾斜磁場用電極とを有して構成された核磁気共鳴撮像素子を用い、
前記磁場印加用電極群を構成する電極のそれぞれに対して磁場発生用の電流を供給する電流供給ステップと、
前記ＲＦ照射手段に対して前記ＲＦパルスを供給するＲＦパルス供給ステップと、
前記核磁気共鳴撮像素子の前記測定領域内での測定対象物からの核磁気共鳴信号を検出する検出ステップと、
前記測定対象物に対する核磁気共鳴による撮像を制御する撮像制御ステップと
を備え、
前記撮像制御ステップは、
ｘ軸方向の位置Ｘｍ及びｙ軸方向の位置Ｙｍが選択された前記測定位置（Ｘｍ，Ｙｍ）に対し、それぞれ所定条件で前記磁場印加用電極群による磁場の印加、及び前記ＲＦ照射手段によるＲＦパルスの照射を行う複数段階の操作過程を含む測定過程によって、前記測定位置における前記測定対象物の原子核の核スピンを操作した後、前記検出ステップによって核磁気共鳴信号の検出を行って、前記測定位置における局所的な核スピンの情報を取得することを特徴とする核磁気共鳴撮像方法。 A magnetic field application electrode group for setting a local measurement position in the measurement region by applying a magnetic field to the measurement region of nuclear magnetic resonance, and RF irradiation for irradiating the measurement region with an RF pulse Including means,
The magnetic field application electrode group assumes a measurement surface for the measurement region, and applies a uniform magnetic field according to the measurement position to be set to the measurement region, and a uniform magnetic field electrode on the measurement surface A first gradient magnetic field electrode for applying a gradient magnetic field in a parallel x-axis direction; and a second gradient magnetic field electrode for applying a gradient magnetic field in a y-axis direction parallel to the measurement plane and perpendicular to the x-axis. Using the configured nuclear magnetic resonance imaging device,
A current supply step for supplying a magnetic field generating current to each of the electrodes constituting the magnetic field application electrode group;
An RF pulse supplying step for supplying the RF pulse to the RF irradiation means;
A detection step of detecting a nuclear magnetic resonance signal from a measurement object in the measurement region of the nuclear magnetic resonance imaging device;
An imaging control step for controlling imaging by nuclear magnetic resonance for the measurement object,
The imaging control step includes
Application of a magnetic field by the magnetic field application electrode group and RF by the RF irradiating means to the measurement position (Xm, Ym) where the position Xm in the x-axis direction and the position Ym in the y-axis direction are selected, respectively. The nuclear magnetic resonance signal is detected by the detection step after the nuclear spin of the nucleus of the measurement object at the measurement position is manipulated by a measurement process including a multi-step operation process for performing pulse irradiation, and the measurement is performed. A nuclear magnetic resonance imaging method characterized by acquiring local nuclear spin information at a position. 前記撮像制御ステップは、
前記複数段階の操作過程を含む前記測定過程を経た段階において、前記測定位置で核スピンが中間状態となり、前記測定位置を除く前記測定領域内の全ての位置で核スピンが初期状態となるように、前記測定対象物の原子核の核スピンを操作することを特徴とする請求項１１記載の撮像方法。 The imaging control step includes
In a stage after the measurement process including the multi-step operation process, the nuclear spin is in an intermediate state at the measurement position, and the nuclear spin is in an initial state at all positions in the measurement region except the measurement position. The imaging method according to claim 11, wherein a nuclear spin of an atomic nucleus of the measurement object is manipulated. 前記測定面において、前記測定位置を通りｙ軸に平行なｘ＝Ｘｍの直線をＸｍ線、前記測定位置を通りｘ軸に平行なｙ＝Ｙｍの直線をＹｍ線とし、
前記撮像制御ステップは、
３段階以上の操作過程を有し、前記測定位置の核スピンを所定状態とし、Ｘｍ線上及びＹｍ線上で前記測定位置を除く位置の核スピンを中間状態とする前過程と、３段階以上の操作過程を有し、前記測定位置の核スピンを中間状態とし、Ｘｍ線上及びＹｍ線上で前記測定位置を除く位置の核スピンを初期状態とする後過程とを含む前記測定過程によって、前記測定対象物の原子核の核スピンを操作することを特徴とする請求項１１または１２記載の撮像方法。 On the measurement surface, an x = Xm straight line passing through the measurement position and parallel to the y axis is an Xm line, and a straight line of y = Ym passing through the measurement position and parallel to the x axis is a Ym line,
The imaging control step includes
A pre-process having three or more steps of operation, setting a nuclear spin at the measurement position to a predetermined state, and setting a nuclear spin at a position other than the measurement position on the Xm line and the Ym line to an intermediate state; And a post-process including a nuclear spin at the measurement position as an intermediate state and a nuclear spin at a position excluding the measurement position on the Xm line and the Ym line as an initial state. The imaging method according to claim 11, wherein the nuclear spin of the atomic nucleus is manipulated. 前記前過程及び前記後過程のそれぞれは、ｙ軸方向に延びるＸｍ線上で中間状態になっている核スピンに対する２段階の操作過程によるｙ軸勾配エコー操作、またはｘ軸方向に延びるＹｍ線上で中間状態になっている核スピンに対する２段階の操作過程によるｘ軸勾配エコー操作の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１３記載の撮像方法。   Each of the pre-process and the post-process is an y-axis gradient echo operation by a two-step operation process for a nuclear spin that is in an intermediate state on the Xm line extending in the y-axis direction, or an intermediate on the Ym line extending in the x-axis direction. The imaging method according to claim 13, comprising at least one of an x-axis gradient echo operation by a two-step operation process for a nuclear spin in a state. 前記後過程は、前記３段階以上の操作過程において、前記ＲＦ照射手段によるＲＦパルスの照射を行わない操作過程を含み、
前記前過程を経た段階において、前記測定位置で核スピンが反転状態または初期状態となることを特徴とする請求項１３または１４記載の撮像方法。 The post-process includes an operation process in which the RF irradiation means does not irradiate the RF pulse in the operation process of the three or more stages,
The imaging method according to claim 13 or 14, wherein the nuclear spin is in an inverted state or an initial state at the measurement position in the stage after the previous process. 前記前過程は、前記３段階以上の操作過程において、前記ＲＦ照射手段によるＲＦパルスの照射を行わない操作過程を含み、
前記前過程を経た段階において、前記測定位置で核スピンが中間状態となるとともに、前記後過程の最初の操作過程を経た段階において、前記測定位置で核スピンが反転状態または初期状態となることを特徴とする請求項１３または１４記載の撮像方法。 The pre-process includes an operation process in which an RF pulse is not irradiated by the RF irradiation means in the operation process of the three or more stages.
The nuclear spin is in an intermediate state at the measurement position in the stage after the previous process, and the nuclear spin is in an inverted state or an initial state in the measurement position in the stage after the first operation process in the post process. The imaging method according to claim 13 or 14, wherein the imaging method is characterized in that: 前記前過程は、ＲＦパルスとして位相０°の９０°パルスを照射する操作過程と、位相９０°の９０°パルスを照射する操作過程とを含み、
前記後過程は、ＲＦパルスとして位相１８０°の９０°パルスを照射する操作過程と、位相２７０°の９０°パルスを照射する操作過程とを含むことを特徴とする請求項１３〜１６のいずれか一項記載の撮像方法。 The pre-process includes an operation process of irradiating a 90 ° pulse with a phase of 0 ° as an RF pulse, and an operation process of irradiating a 90 ° pulse with a phase of 90 °,
17. The post-process includes an operation process of irradiating a 90 ° pulse having a phase of 180 ° as an RF pulse and an operation process of irradiating a 90 ° pulse having a phase of 270 °. The imaging method according to one item. 前記前過程は、ＲＦパルスとして位相０°の９０°パルスを照射する操作過程と、位相２７０°の９０°パルスを照射する操作過程とを含み、
前記後過程は、ＲＦパルスとして位相１８０°の９０°パルスを照射する操作過程と、位相９０°の９０°パルスを照射する操作過程とを含むことを特徴とする請求項１３〜１６のいずれか一項記載の撮像方法。 The pre-process includes an operation process of irradiating a 90 ° pulse with a phase of 0 ° as an RF pulse, and an operation process of irradiating a 90 ° pulse with a phase of 270 °,
17. The post-process includes an operation process of irradiating a 90 ° pulse having a phase of 180 ° as an RF pulse and an operation process of irradiating a 90 ° pulse having a phase of 90 °. The imaging method according to one item. 前記核磁気共鳴撮像素子は、一方の面が前記測定面となっている基板を有し、
前記磁場印加用電極群は、前記基板の前記測定面上に集積化されて設けられ、前記基板に対して所定領域に設定された前記測定領域に磁場を印加して、前記測定領域内で局所的な前記測定位置を設定し、
前記ＲＦ照射手段は、前記基板に対して所定位置に設けられ、前記基板での前記測定領域に対してＲＦパルスを照射する
ことを特徴とする請求項１１〜１８のいずれか一項記載の撮像方法。 The nuclear magnetic resonance imaging device has a substrate whose one surface is the measurement surface,
The magnetic field application electrode group is provided integrated on the measurement surface of the substrate, applies a magnetic field to the measurement region set in a predetermined region with respect to the substrate, Set the measurement position
The imaging according to any one of claims 11 to 18, wherein the RF irradiation means is provided at a predetermined position with respect to the substrate, and irradiates the measurement region on the substrate with an RF pulse. Method. 前記磁場印加用電極群において、
前記均一磁場用電極は、前記測定領域を囲むように形成されたループ電極を含み、
前記第１傾斜磁場用電極は、ｘ軸方向について前記測定領域を挟むように形成された一対の第１スプリット電極を含み、
前記第２傾斜磁場用電極は、ｙ軸方向について前記測定領域を挟むように形成された一対の第２スプリット電極を含む
ことを特徴とする請求項１１〜１９のいずれか一項記載の撮像方法。 In the magnetic field application electrode group,
The uniform magnetic field electrode includes a loop electrode formed so as to surround the measurement region,
The first gradient magnetic field electrode includes a pair of first split electrodes formed so as to sandwich the measurement region in the x-axis direction,
The imaging method according to any one of claims 11 to 19, wherein the second gradient magnetic field electrode includes a pair of second split electrodes formed so as to sandwich the measurement region in the y-axis direction. .
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