JP2960937B2 - 対象物の所望部分のｎｍｒスペクトラムを発生させる方法 - Google Patents
対象物の所望部分のｎｍｒスペクトラムを発生させる方法Info
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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- G01R33/44—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance using nuclear magnetic resonance [NMR]
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Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、NMR（核磁気共鳴）画像分光システム、そ
してさらに限定的に言うと、人体の特定の小さな体積の
選択及びかかる小さな体積に関するNMRスペクトラムの
生成に関する。
してさらに限定的に言うと、人体の特定の小さな体積の
選択及びかかる小さな体積に関するNMRスペクトラムの
生成に関する。
＜従来の技術＞ その位置を主体（被検者）のNMR画像に関連づけるこ
とのできる選定された立方体から高解像度の生体内NMR
スペクトラムを生成するためには、複数の技法がこれま
で用いられてきた〔R.J.Ordidge,A.Connelly及びJ.A.B.
Lohman著;J.Magn.Reson.（磁気共鳴ジャーナル）,66,28
3（1986年,ISIS技術）及びD.M.Doddrell,W.M.Brooks,J.
M.Bulsing,J.Field,M.G.Irving及びH.Baddeley共著;J.M
agn.Reson,68,376（1986年）〕。これらの方法は全て何
らかの欠点をもっているものの、ISIS技術は、特にリン
NMR分光法によるエネルギー代謝を調査する場合におい
て、最も容易に使用できるものであることが証明されて
きた。ISISI方法のもつ主な欠点は、立方体の選択が、
対象となっている領域の外の組織体積を源とする大量の
信号の抹消によってのみ達成できるという点にある。調
査すべき信号は時として、比較上小さいものであり、分
光計の不安定さによってひき起こされうる抹消プロセス
上の誤りが時として、結果として得られるスペクトラム
の中に見られることもある。この問題は、現在、ISIS実
験に先立って望まれていないスピン磁化をランダム化す
る選択的ノイズプレパルス（R.J.Ordidge;Magn.Reson.M
ed.5,93,1987）を使用することによって、解決されてき
た。ノイズパルスは、縦方向スピン磁化をランダム化し
従ってISIS技術の主要な利点の１つすなわち適用された
高周波パワーレベルに対する不感度を保持することか
ら、特に有効である。
とのできる選定された立方体から高解像度の生体内NMR
スペクトラムを生成するためには、複数の技法がこれま
で用いられてきた〔R.J.Ordidge,A.Connelly及びJ.A.B.
Lohman著;J.Magn.Reson.（磁気共鳴ジャーナル）,66,28
3（1986年,ISIS技術）及びD.M.Doddrell,W.M.Brooks,J.
M.Bulsing,J.Field,M.G.Irving及びH.Baddeley共著;J.M
agn.Reson,68,376（1986年）〕。これらの方法は全て何
らかの欠点をもっているものの、ISIS技術は、特にリン
NMR分光法によるエネルギー代謝を調査する場合におい
て、最も容易に使用できるものであることが証明されて
きた。ISISI方法のもつ主な欠点は、立方体の選択が、
対象となっている領域の外の組織体積を源とする大量の
信号の抹消によってのみ達成できるという点にある。調
査すべき信号は時として、比較上小さいものであり、分
光計の不安定さによってひき起こされうる抹消プロセス
上の誤りが時として、結果として得られるスペクトラム
の中に見られることもある。この問題は、現在、ISIS実
験に先立って望まれていないスピン磁化をランダム化す
る選択的ノイズプレパルス（R.J.Ordidge;Magn.Reson.M
ed.5,93,1987）を使用することによって、解決されてき
た。ノイズパルスは、縦方向スピン磁化をランダム化し
従ってISIS技術の主要な利点の１つすなわち適用された
高周波パワーレベルに対する不感度を保持することか
ら、特に有効である。
空間的選択に対する異なるアプローチにおいては、化
学シフトの画像化技術が用いられている〔A.A.Maudsle
y,S.K.Hilal,W.H.Perman及びH.E.Simon;J.Magn.Reson.5
1,147（1983年）〕。テクノロジー上の最近の進歩によ
りこの方法を生体内でリン代謝物質の空間的分布を決定
するために応用することが可能となった。能動的に遮へ
いされた勾配コイルの使用による勾配パルスに続く渦電
流の除去〔P.Mansfield及びB.Chapman;J.Phys.E（電子
物理ジャーナル）;Sci.Instrum（計装科学）.19,540（1
986年）〕の結果、高周波（RF）パルスに続く遅延を最
小限におさえた状態でNMRスペクトラムを得ることがで
きた〔I.J.Cox,D.J.Bryant,B.D.Ross,I.R.Young,D.G.Ga
diam,G.M.Bydder,S.R.Williams,A.L.Busza及びT.E.Bate
s共著;Magn.Reson.Med（磁気共鳴医学）.5,186（1987
年）〕。この方法のもつこれまでの欠点は、獲得できる
スペクトルがスピン−スピン緩和時間に依存していたと
いう点にあった。これは今では著しく減少されている
が、この依存性を完全に除去することは不可能であり、
データ収集に先立つ短かい遅延（約２ミリセカンド）
は、得られたスペクトラムにおける広い共鳴線（約500H
z以上の線幅）の欠如そして信号対ノイズ比のわずかな
減少といった結果をもたらす。興味の対象となる共鳴の
大部分は狭い線幅を生成するため、これまでの欠点は通
常、結果として得られたスペクトラムにおける相及びベ
ースラインの人為結果をひきおこすにすぎない。この技
術のもつさらにもう１つの欠点は、化学シフトの画像化
実験を完了するのに必要な実験時間が比較的長いという
ことにある。標準的に言ってこの時間は、32×32の２次
元空間解像度について15分であり、従ってより短かい時
間的規模での時間的経過研究にこの方法を使用すること
を不可能にしている。
学シフトの画像化技術が用いられている〔A.A.Maudsle
y,S.K.Hilal,W.H.Perman及びH.E.Simon;J.Magn.Reson.5
1,147（1983年）〕。テクノロジー上の最近の進歩によ
りこの方法を生体内でリン代謝物質の空間的分布を決定
するために応用することが可能となった。能動的に遮へ
いされた勾配コイルの使用による勾配パルスに続く渦電
流の除去〔P.Mansfield及びB.Chapman;J.Phys.E（電子
物理ジャーナル）;Sci.Instrum（計装科学）.19,540（1
986年）〕の結果、高周波（RF）パルスに続く遅延を最
小限におさえた状態でNMRスペクトラムを得ることがで
きた〔I.J.Cox,D.J.Bryant,B.D.Ross,I.R.Young,D.G.Ga
diam,G.M.Bydder,S.R.Williams,A.L.Busza及びT.E.Bate
s共著;Magn.Reson.Med（磁気共鳴医学）.5,186（1987
年）〕。この方法のもつこれまでの欠点は、獲得できる
スペクトルがスピン−スピン緩和時間に依存していたと
いう点にあった。これは今では著しく減少されている
が、この依存性を完全に除去することは不可能であり、
データ収集に先立つ短かい遅延（約２ミリセカンド）
は、得られたスペクトラムにおける広い共鳴線（約500H
z以上の線幅）の欠如そして信号対ノイズ比のわずかな
減少といった結果をもたらす。興味の対象となる共鳴の
大部分は狭い線幅を生成するため、これまでの欠点は通
常、結果として得られたスペクトラムにおける相及びベ
ースラインの人為結果をひきおこすにすぎない。この技
術のもつさらにもう１つの欠点は、化学シフトの画像化
実験を完了するのに必要な実験時間が比較的長いという
ことにある。標準的に言ってこの時間は、32×32の２次
元空間解像度について15分であり、従ってより短かい時
間的規模での時間的経過研究にこの方法を使用すること
を不可能にしている。
化学シフトの画像化のもつ利点は、実験がひとたび完
了するとそのデータには２次元又は３次元の空間アレイ
内の要素の各々からのNMRスペクトラムが含まれてい
る、という点にある。このデータの大部分は必要とされ
ない。しかし、これは画像化プロセスの一部として獲得
されなくてはならないものである。
了するとそのデータには２次元又は３次元の空間アレイ
内の要素の各々からのNMRスペクトラムが含まれてい
る、という点にある。このデータの大部分は必要とされ
ない。しかし、これは画像化プロセスの一部として獲得
されなくてはならないものである。
＜課題を解決するための手段＞ 本発明の目的は、多数の材料体積の選択を可能にし、
実験時間を選択された立方体の数、サイズ及び位置の間
で妥協がなされうるようなISIS技術の拡張を提供するこ
とにある。
実験時間を選択された立方体の数、サイズ及び位置の間
で妥協がなされうるようなISIS技術の拡張を提供するこ
とにある。
本発明に従うと、対象のＭ個のNMR応答を得る作業を
含めて１つの対象の望ましい一部分のNMRスペクトラム
を生成し（なお各々の応答にはかかる対象内の複数のさ
らに小さい体積からの情報が含まれている）、加算又は
減算によりＭ個のNMR応答を結合させて選択されたさら
に小さい体積からの応答を得る方法が提供される。かか
る対象は、さらに大きい人体の一部分であってもよい。
含めて１つの対象の望ましい一部分のNMRスペクトラム
を生成し（なお各々の応答にはかかる対象内の複数のさ
らに小さい体積からの情報が含まれている）、加算又は
減算によりＭ個のNMR応答を結合させて選択されたさら
に小さい体積からの応答を得る方法が提供される。かか
る対象は、さらに大きい人体の一部分であってもよい。
好ましい実施例においては、Ｍ個のNMR応答の全シー
ケンス内で各々の小さい体積は、スピンシステムの偶数
の反転又は二重反転を経験する。
ケンス内で各々の小さい体積は、スピンシステムの偶数
の反転又は二重反転を経験する。
本発明の実施態様は、以下において、添付の図面を参
照にして一例として説明されている。
照にして一例として説明されている。
＜実 施 例＞ ここで図面を参照すると、問題を単純化するため第１
図に示されているような単一のイメージを表わす２×２
のマトリクスを考るのが良いと思われる。その目的は、
一連の実験からの結果の線形（一次）結合により、４つ
の正方形のいずれかから信号を得ることにある。次にこ
の方法は、アレイ要素の細分及びこの技術の原則の反復
のプロセスによって、さらに大きいアレイへと拡大する
ことができる。ここに、以下に与えられている２×２の
マトリクスで表わされうる１つのイメージがあると仮定
しよう。
図に示されているような単一のイメージを表わす２×２
のマトリクスを考るのが良いと思われる。その目的は、
一連の実験からの結果の線形（一次）結合により、４つ
の正方形のいずれかから信号を得ることにある。次にこ
の方法は、アレイ要素の細分及びこの技術の原則の反復
のプロセスによって、さらに大きいアレイへと拡大する
ことができる。ここに、以下に与えられている２×２の
マトリクスで表わされうる１つのイメージがあると仮定
しよう。
マトリクスＩi,jの各々の要素は、実空間の一領域内
に生成された信号の強度に相当する。ｉ＝0,1及びｊ＝
0,1となるように、２進法を採用すると有効である。
に生成された信号の強度に相当する。ｉ＝0,1及びｊ＝
0,1となるように、２進法を採用すると有効である。
上記マトリクスは要素が−１である場合のみの実空間
の上記領域におけるNMRスピンの反転オペレーションに
相当する。選択的な180゜のパルスがこの目的を達成す
るのに用いられる。又1,1には、２つの選択的パルス
を適用する必要があることに留意されたい。要素が＋１
である場合、スピンは反転されないか又はすでに２回反
転されてしまったのである。この反転の効果は、第１図
に図式的に示されている。この図において、斜線の引か
れた要素は、単一の反転パルスを経験しており交差斜線
の要素は２つのパルスを受けたものである。従って各々
のマトリクスは、個別の１つのNMR実験に相応する。我
々はこれらのマトリクスとα，βと表記した。ここに
おいて、α，βはそのマトリクスに対するラベルであ
り、指数ではない。同様に我々は、マトリクスα，β
のｉ番目,j番目のマトリクス要素として▲α，β i,j
▼と表記した。ここでi,j＝0,1である。
の上記領域におけるNMRスピンの反転オペレーションに
相当する。選択的な180゜のパルスがこの目的を達成す
るのに用いられる。又1,1には、２つの選択的パルス
を適用する必要があることに留意されたい。要素が＋１
である場合、スピンは反転されないか又はすでに２回反
転されてしまったのである。この反転の効果は、第１図
に図式的に示されている。この図において、斜線の引か
れた要素は、単一の反転パルスを経験しており交差斜線
の要素は２つのパルスを受けたものである。従って各々
のマトリクスは、個別の１つのNMR実験に相応する。我
々はこれらのマトリクスとα，βと表記した。ここに
おいて、α，βはそのマトリクスに対するラベルであ
り、指数ではない。同様に我々は、マトリクスα，β
のｉ番目,j番目のマトリクス要素として▲α，β i,j
▼と表記した。ここでi,j＝0,1である。
マトリクスα，βはβ＝１の場合そのスピンが反転
されβ＝０の場合スパンが反転されていない状態の列ｊ
＝１を有する。同様に行ｉ＝１は、α１の場合反転され
ており、α＝０の場合反転されていない。従ってマトリ
クス1,1は、共に反転させられた行ｉ＝１及び列ｊ＝
１を有し、スピンはフィールドと整列した状態に終わる
べく２度反転させられているため である。
されβ＝０の場合スパンが反転されていない状態の列ｊ
＝１を有する。同様に行ｉ＝１は、α１の場合反転され
ており、α＝０の場合反転されていない。従ってマトリ
クス1,1は、共に反転させられた行ｉ＝１及び列ｊ＝
１を有し、スピンはフィールドと整列した状態に終わる
べく２度反転させられているため である。
信号Ｓα，βは、次の式により与えられ、各実験にお
いて得られる： これらは、マトリクスα，βにより定義づけられる
ような行及び列内でスピンをフリップさせ次にNMR信号
を計測した結果である。等式（１）のイメージマトリク
ス（像行列）については、直ちにＳ0,0＝28,S0,1＝8,S
1,0＝−20及びＳ1,1＝−４の信号を見い出すことができ
る。
いて得られる： これらは、マトリクスα，βにより定義づけられる
ような行及び列内でスピンをフリップさせ次にNMR信号
を計測した結果である。等式（１）のイメージマトリク
ス（像行列）については、直ちにＳ0,0＝28,S0,1＝8,S
1,0＝−20及びＳ1,1＝−４の信号を見い出すことができ
る。
これらの投影された信号から、我々は次のような手順
によりもとのマトリクスを回復させることができる。も
う１つのマトリクスセットを作り出す。すなわち これらは、次の公式により、（各々の例を解くことに
よりわかるように）マトリクスα，βに関連づけされ
る。
によりもとのマトリクスを回復させることができる。も
う１つのマトリクスセットを作り出す。すなわち これらは、次の公式により、（各々の例を解くことに
よりわかるように）マトリクスα，βに関連づけされ
る。
これらのマトリクスは単純に望ましい象限から信号を
選択している。この手順の目的は、各々の象限からの信
号であるＩj,iを決定することにある。各々の例を評価
することにより、次の式を立てることができる。
選択している。この手順の目的は、各々の象限からの信
号であるＩj,iを決定することにある。各々の例を評価
することにより、次の式を立てることができる。
従って、ijをあてはめて、ｊ番目及びｉ番目の立方
体からの信号が選ばれる。
体からの信号が選ばれる。
等式（５）と（６）に置換すると以下のようになる： 我々の基本例について 0,0＝1/4（Ｓ0,0＋Ｓ0,1＋Ｓ1,0＋Ｓ1,1 ＝３ 0,1＝1/4（Ｓ0,0＋Ｓ0,1−Ｓ1,0−Ｓ1,1 ＝15 1,0＝1/4（Ｓ0,0−Ｓ0,1＋Ｓ1,0−Ｓ1,1 ＝１ 1,1＝1/4（Ｓ0,0−Ｓ0,1−Ｓ1,0＋Ｓ1,1 ＝９ 従って、４つの信号測定値と線形（一次）結合の形で
結合させ、２×２のマトリクスで４つの信号の成分の各
々を決定することができる。３次元イメージへの拡大は
難無き作業である。
結合させ、２×２のマトリクスで４つの信号の成分の各
々を決定することができる。３次元イメージへの拡大は
難無き作業である。
この技術を４×４のマトリクスに、さらには８×８の
マトリクス等々にいかにして拡大するかは、比較的困難
である。我々はこれを、マトリクスα，βの直積とし
て４×４のマトリクスをとらえることにより行なう〔A.
W.Joshi著；「物理におけるマトリクスとテンソル」p.1
38,Wiley Eastern Ltd,ニューデリー（1975年）〕。
マトリクス等々にいかにして拡大するかは、比較的困難
である。我々はこれを、マトリクスα，βの直積とし
て４×４のマトリクスをとらえることにより行なう〔A.
W.Joshi著；「物理におけるマトリクスとテンソル」p.1
38,Wiley Eastern Ltd,ニューデリー（1975年）〕。
例えば16のこのような４×４マトリクスのうち一つ
は、以下のようなものである。
は、以下のようなものである。
イメージ信号のこの正負信号依存性を得るためには、
NMRスピンの第２及び第３の行ならびに第２及び第４の
列を反転させなくてはならない。
NMRスピンの第２及び第３の行ならびに第２及び第４の
列を反転させなくてはならない。
行k,列ｌにより上記マトリクスの要素をラベリング
し、この要素が▲Ｎ1,0;1,1 k,l▼となるようにする。こ
れら16の４×４のマトリクスから次のような信号が得ら
れる。
し、この要素が▲Ｎ1,0;1,1 k,l▼となるようにする。こ
れら16の４×４のマトリクスから次のような信号が得ら
れる。
Ｓα，β：γ，δ＝Σk,lＮk,l α，β；γ，δ l,k なお式中l,K＝0,1,2,3である。
ここでも又、これらの信号からイメージを再構築した
いと思う。我々はこれを同じ手順を用いて行ない、次の
ような新しいマトリクスを構築する。
いと思う。我々はこれを同じ手順を用いて行ない、次の
ような新しいマトリクスを構築する。
このマトリクスはｌ＝2i＋ｉ′及びｋ＝2j＋ｊ′とし
て要素l,kについてのみ、ゼロでない。同様の方法で、
以下の式が得られる。
て要素l,kについてのみ、ゼロでない。同様の方法で、
以下の式が得られる。
ここで８×８の拡張は明白である：すなわちα，β
α′β′ α″β″から１つのマトリクスを構築
し、次にこれらからの信号を投影するのである。
α′β′ α″β″から１つのマトリクスを構築
し、次にこれらからの信号を投影するのである。
この技法は、フーリエ変換を用いることなく１つの対
象の離散的イメージを再構築する手段を提供する。直交
方向に沿っての対象の帯を反転させるため一連の選択的
反転パルスが用いられる。データ収集は、結果として得
られる信号の強度の計測から成る。NMR計測実験がフィ
ールド勾配の無い状態で90度のパルスから成る場合、各
々の体積要素の化学的スペクトラムは、ISIS方法と同じ
方法で決定することができる〔R.J.Ordidge.A.Connelly
及びJ.A.B.Lohman;J.Magn.Reson.66,283（1986年）〕。
象の離散的イメージを再構築する手段を提供する。直交
方向に沿っての対象の帯を反転させるため一連の選択的
反転パルスが用いられる。データ収集は、結果として得
られる信号の強度の計測から成る。NMR計測実験がフィ
ールド勾配の無い状態で90度のパルスから成る場合、各
々の体積要素の化学的スペクトラムは、ISIS方法と同じ
方法で決定することができる〔R.J.Ordidge.A.Connelly
及びJ.A.B.Lohman;J.Magn.Reson.66,283（1986年）〕。
好ましい実施態様では、ｎ＝2pでｐが１つの整数であ
る立方体体積要素のＭ×Ｎマトリクスから化学的スペク
トラムを決定するのにN2の実験の適用が必要とされる。
各々の実験は最高Ｎ個の選択的反転パルスの適用を必要
とし、このことは場合によってアレイのサイズに制限を
課す。第２図は、４×４マトリクスの選択のための反転
の空間的分布を示している。ISIS原則を用いたスライス
選択には、もう１つの追加の反転パルスと実験数を2N2
に倍増させることが必要である。
る立方体体積要素のＭ×Ｎマトリクスから化学的スペク
トラムを決定するのにN2の実験の適用が必要とされる。
各々の実験は最高Ｎ個の選択的反転パルスの適用を必要
とし、このことは場合によってアレイのサイズに制限を
課す。第２図は、４×４マトリクスの選択のための反転
の空間的分布を示している。ISIS原則を用いたスライス
選択には、もう１つの追加の反転パルスと実験数を2N2
に倍増させることが必要である。
この方法のもつ欠点は、イメージマトリクスが対象の
全次元にまたがっている場合、この対象の端部は理想的
には、実験的順序にて関連した回数にて完全180゜のス
ピン挙動を経験しなければならないという点にある。明
らかに、不均等な高周波発信コイル及び拡張された試験
体を伴う実際の状況の下では、これは不可能である。従
ってより良い方法は、標準的なISIS技術を用いて主体
（被検者）の大部分からの信号を除去し、選択された大
きい立方体をより小さい立方体のＮ×Ｎマトリクスに細
分するため前述の原則を適用することである。２次元に
おいては、中央の体積を選択するのに４回の実験シーケ
ンスが必要であり、これはさらに中央立方体を２×２又
は４×４などといったマトリクスに細分するのに必要と
される実験数で乗じられなくてはならない。４つの実験
の外ループは、全標本に対し通常の手順が適用された場
合に、データ内の全ての測定値の正確さが実験上の誤ち
によって危うくされた可能性がある該当する中央体積を
とり囲む望まれない信号の大きな領域を、確実に抹消す
る。
全次元にまたがっている場合、この対象の端部は理想的
には、実験的順序にて関連した回数にて完全180゜のス
ピン挙動を経験しなければならないという点にある。明
らかに、不均等な高周波発信コイル及び拡張された試験
体を伴う実際の状況の下では、これは不可能である。従
ってより良い方法は、標準的なISIS技術を用いて主体
（被検者）の大部分からの信号を除去し、選択された大
きい立方体をより小さい立方体のＮ×Ｎマトリクスに細
分するため前述の原則を適用することである。２次元に
おいては、中央の体積を選択するのに４回の実験シーケ
ンスが必要であり、これはさらに中央立方体を２×２又
は４×４などといったマトリクスに細分するのに必要と
される実験数で乗じられなくてはならない。４つの実験
の外ループは、全標本に対し通常の手順が適用された場
合に、データ内の全ての測定値の正確さが実験上の誤ち
によって危うくされた可能性がある該当する中央体積を
とり囲む望まれない信号の大きな領域を、確実に抹消す
る。
第３図は、この原則に基づいた選択的反転の修正済シ
ーケンスを示している。この例において、実験シーケン
ス全体はここで16の実験から成り、その目的は、周辺体
積要素を全て除去しながら対象の中心内の２×２マトリ
クスから個々のスペクトラムを決定することにある。第
３の軸に沿って、ISIS原則を用いてスライス選択が適用
された場合、実験シーケンス全体は32の実験を必要とす
ることになる。このシーケンスのもつ利点は、中央の４
つの体積要素の各々からのスペクトルの決定にあたり、
その他の立方体全てからの信号が完全に抹消するという
ことにある。この点をさらに研究すると、同じ材料体積
はこのシーケンス中に偶数の反転及び二重反転を経験す
る。実験上の誤りが起こる可能性はあるため、二重反転
は、NMRスピンを未摂動の状態に残すことと同等でない
と仮定することができる。従ってこれらの信号の完全な
抹消のための線形結合は、同じ様な信号の抹消という結
果につながらなければならない。この結合手順のもう１
つの特性は、各立方体からの信号がつねに抹消無く加算
されなければならず、一方その他の信号は全て完全に破
壊されなくてはならないということにある。従ってこの
結果得られる信号対ノイズ比は、その他の何らかの形で
（例えば外科的に）体積要素を隔離し、同数の直接的な
90゜パルス−獲得NMR実験を行なうことにより得ること
のできるものと同等である。
ーケンスを示している。この例において、実験シーケン
ス全体はここで16の実験から成り、その目的は、周辺体
積要素を全て除去しながら対象の中心内の２×２マトリ
クスから個々のスペクトラムを決定することにある。第
３の軸に沿って、ISIS原則を用いてスライス選択が適用
された場合、実験シーケンス全体は32の実験を必要とす
ることになる。このシーケンスのもつ利点は、中央の４
つの体積要素の各々からのスペクトルの決定にあたり、
その他の立方体全てからの信号が完全に抹消するという
ことにある。この点をさらに研究すると、同じ材料体積
はこのシーケンス中に偶数の反転及び二重反転を経験す
る。実験上の誤りが起こる可能性はあるため、二重反転
は、NMRスピンを未摂動の状態に残すことと同等でない
と仮定することができる。従ってこれらの信号の完全な
抹消のための線形結合は、同じ様な信号の抹消という結
果につながらなければならない。この結合手順のもう１
つの特性は、各立方体からの信号がつねに抹消無く加算
されなければならず、一方その他の信号は全て完全に破
壊されなくてはならないということにある。従ってこの
結果得られる信号対ノイズ比は、その他の何らかの形で
（例えば外科的に）体積要素を隔離し、同数の直接的な
90゜パルス−獲得NMR実験を行なうことにより得ること
のできるものと同等である。
この原則を、スライス選択を含めＮ×Ｎの立方体から
の個々のスペクトラムを決定するために拡張するには、
１つの実験につき最高2N＋１の選択的反転を伴う8N2の
実験のシーケンスが必要である。例えば、８×８の立方
体については、512の実験と最高17の選択的反転パルス
が必要である。選択的反転のために（M.S.Silver,R.I.J
oseph及びD.I.Hoult共著,J.Magn.Reson.59,349（198
4））により提案されているRFパルスを用いる場合、実
際のパルス長は標準的に20ミリセカンドである。従って
17の選択的パルスはおそらくスピン格子緩和の効果を通
して獲得したスペクトラムの受託不可能な加重という結
果をもたらすことだろう。
の個々のスペクトラムを決定するために拡張するには、
１つの実験につき最高2N＋１の選択的反転を伴う8N2の
実験のシーケンスが必要である。例えば、８×８の立方
体については、512の実験と最高17の選択的反転パルス
が必要である。選択的反転のために（M.S.Silver,R.I.J
oseph及びD.I.Hoult共著,J.Magn.Reson.59,349（198
4））により提案されているRFパルスを用いる場合、実
際のパルス長は標準的に20ミリセカンドである。従って
17の選択的パルスはおそらくスピン格子緩和の効果を通
して獲得したスペクトラムの受託不可能な加重という結
果をもたらすことだろう。
しかしながらこの総合的アプローチには２つの主な利
点がある。まず第一に、各体積は立方体である必要がな
く、この技法な単一のシーケンス内で異なるサイズの要
素を許容する。隣接する立方体からの信号が加算された
場合、これは、不均等なグリッド内にフィットすること
を条件として異なるサイズの矩形体積のモザイクにより
不規則な選択的体積がより容易にカバーされうるように
する。このことは第４図に例示されている。第４（Ａ）
図は、立方体の７×５マトリクスにより適切に表現でき
る不規則な形の体積を示している。第４（Ｂ）図は、異
なるサイズの矩形体積の４×４マトリクスを用いた全く
同じ効率でカバーされた同じ形の体積を示している。IS
IS体積要素の数における相応する減少は、この標本体積
を調査するのに必要なISIS実験の最小限の数の減少とい
う結果につながるであろう。第二に、要素は空間的に隣
接している必要がなく、単一の実験内で異なる体内器官
を調査するために分離されうる。
点がある。まず第一に、各体積は立方体である必要がな
く、この技法な単一のシーケンス内で異なるサイズの要
素を許容する。隣接する立方体からの信号が加算された
場合、これは、不均等なグリッド内にフィットすること
を条件として異なるサイズの矩形体積のモザイクにより
不規則な選択的体積がより容易にカバーされうるように
する。このことは第４図に例示されている。第４（Ａ）
図は、立方体の７×５マトリクスにより適切に表現でき
る不規則な形の体積を示している。第４（Ｂ）図は、異
なるサイズの矩形体積の４×４マトリクスを用いた全く
同じ効率でカバーされた同じ形の体積を示している。IS
IS体積要素の数における相応する減少は、この標本体積
を調査するのに必要なISIS実験の最小限の数の減少とい
う結果につながるであろう。第二に、要素は空間的に隣
接している必要がなく、単一の実験内で異なる体内器官
を調査するために分離されうる。
マトリクスサイズを拡大するよりはむしろ異なるサイ
ズの矩形体積の減法により或る一定の形の体積を作り出
す方がより効率が良いかもしれない。異なる反転及び二
重反転を伴う信号の加減法を用いてスペクトラムを再構
築する一般的原則は、ｐ及びｑを整数として最高2p×2q
の次元のイメージマトリクスまで拡大することができ
る。
ズの矩形体積の減法により或る一定の形の体積を作り出
す方がより効率が良いかもしれない。異なる反転及び二
重反転を伴う信号の加減法を用いてスペクトラムを再構
築する一般的原則は、ｐ及びｑを整数として最高2p×2q
の次元のイメージマトリクスまで拡大することができ
る。
本発明は、規定の体積を乗じるISIS技法の拡張のため
の理論的ペースを提供するものである。一連の体積要素
からの信号はひきつづき共加算されうるため、これらは
不規則な組織体積の調査に役立つ。代替的には、主体
（被検者）の異なる領域内に位置づけされた複数の体積
要素を、NMR分光計の効率及び有益性をそれ相応に増大
させて、同時に調査することも可能である。実際的な制
約条件は、急速連続で適用されうる選択的反転パルスの
数である。全持続時間は、プレパルス期間中のスピン格
子緩和を通しての計測された生体内スペクトラムのひず
みを最小限におさえるよう、スピン格子緩和時間の10分
の１未満でなくてはならない。従って、実際的なアプロ
ーチは、最高９つの選択的反転パルスを伴う128の実験
を必要とする４×４の体積要素のアレイを用いることで
あるかもしれない。こうして恐らく、化学シフトの画像
化により得ることのできるはるかに大きなアレイの同等
の空間的定義をもつ試験体の領域がカバーされることだ
ろう。さらに、選択的な90゜のパルスが、化学シフト画
像化実験と同じ方法で、スライス定義と組合わされた信
号獲得のためにISISにおいて用いられる場合、実験の数
は直ちに２分の１に減少する。最後に、システムの不安
定さ及びダイナミックレンジの制限がISISの場合と同じ
く多くの問題を化学シフト画像化においてもひきおこし
うる、という点を指摘しておきたい。しかしながら、ノ
イズパルスを用いて望ましくない信号を選択的にランダ
ム化するオプション（R.J.Ordidge;Magn.Reson.Med.5,9
3（1987））が両方の実験において利用可能である。
の理論的ペースを提供するものである。一連の体積要素
からの信号はひきつづき共加算されうるため、これらは
不規則な組織体積の調査に役立つ。代替的には、主体
（被検者）の異なる領域内に位置づけされた複数の体積
要素を、NMR分光計の効率及び有益性をそれ相応に増大
させて、同時に調査することも可能である。実際的な制
約条件は、急速連続で適用されうる選択的反転パルスの
数である。全持続時間は、プレパルス期間中のスピン格
子緩和を通しての計測された生体内スペクトラムのひず
みを最小限におさえるよう、スピン格子緩和時間の10分
の１未満でなくてはならない。従って、実際的なアプロ
ーチは、最高９つの選択的反転パルスを伴う128の実験
を必要とする４×４の体積要素のアレイを用いることで
あるかもしれない。こうして恐らく、化学シフトの画像
化により得ることのできるはるかに大きなアレイの同等
の空間的定義をもつ試験体の領域がカバーされることだ
ろう。さらに、選択的な90゜のパルスが、化学シフト画
像化実験と同じ方法で、スライス定義と組合わされた信
号獲得のためにISISにおいて用いられる場合、実験の数
は直ちに２分の１に減少する。最後に、システムの不安
定さ及びダイナミックレンジの制限がISISの場合と同じ
く多くの問題を化学シフト画像化においてもひきおこし
うる、という点を指摘しておきたい。しかしながら、ノ
イズパルスを用いて望ましくない信号を選択的にランダ
ム化するオプション（R.J.Ordidge;Magn.Reson.Med.5,9
3（1987））が両方の実験において利用可能である。
第１図は、２×２のイメージマトリクスの体積要素を決
定するのに必要な４つのISIS実験のシーケンスの効果を
示している。Iijは、関連する体積要素の強度を表わ
す。斜線付きの要素は、NMRスピンの単一反転を経験し
ているが、一方交差斜線要素は２回の反転を経験してい
る。例えば実験B2において、１つの反転パルスが標本の
各軸に沿って適用され、その結果、下部右側の要素はス
ピンシステムの二重反転を経験する。 第２図は、４×４のイメージマトリクスの個々の要素を
決定するのに必要なスピン反転の空間的分布を示してい
る。斜線のついた要素は単一の反転を経験し、交差斜線
の要素は二重反転を経験する。例えば実験D4において、
２つの中央列及び２つの中央行は反転させられ、４つの
中央立方体の二重反転を与えている。 第３図は、標本の縁部のまわりの全ての体積要素から信
号を削除し４つの中央要素の各々からの信号が個別に決
定されうるようにする修正済シーケンスに関するスピン
反転の空間的分布を示している。 第４（Ａ）図は、立方体の７×５のマトリクスに細分さ
れた不規則な体積（実線）を示している。該当する領域
の外の体積からの信号の検出を防ぐため、空間的に局所
化されたNMR実験においては陰のついた立方体からの信
号のみが有効である。 第４（Ｂ）図は、さまざまなサイズの４×４の矩形要素
から成るISIS実験において、有効な信号の全く同じ空間
的分布が測定されることを示している。こうして実験時
間の節約を達成することができる。
定するのに必要な４つのISIS実験のシーケンスの効果を
示している。Iijは、関連する体積要素の強度を表わ
す。斜線付きの要素は、NMRスピンの単一反転を経験し
ているが、一方交差斜線要素は２回の反転を経験してい
る。例えば実験B2において、１つの反転パルスが標本の
各軸に沿って適用され、その結果、下部右側の要素はス
ピンシステムの二重反転を経験する。 第２図は、４×４のイメージマトリクスの個々の要素を
決定するのに必要なスピン反転の空間的分布を示してい
る。斜線のついた要素は単一の反転を経験し、交差斜線
の要素は二重反転を経験する。例えば実験D4において、
２つの中央列及び２つの中央行は反転させられ、４つの
中央立方体の二重反転を与えている。 第３図は、標本の縁部のまわりの全ての体積要素から信
号を削除し４つの中央要素の各々からの信号が個別に決
定されうるようにする修正済シーケンスに関するスピン
反転の空間的分布を示している。 第４（Ａ）図は、立方体の７×５のマトリクスに細分さ
れた不規則な体積（実線）を示している。該当する領域
の外の体積からの信号の検出を防ぐため、空間的に局所
化されたNMR実験においては陰のついた立方体からの信
号のみが有効である。 第４（Ｂ）図は、さまざまなサイズの４×４の矩形要素
から成るISIS実験において、有効な信号の全く同じ空間
的分布が測定されることを示している。こうして実験時
間の節約を達成することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) A61B 5/055
Claims (4)
- 【請求項１】各々のレスポンスが対象物内の複数のより
小さい体積からの情報を含む対象物のＭ個のNMRレスポ
ンスを得ること、 選択されたより小さい体積からのレスポンスを得る為に
前記Ｍ個のNMRレスポンスを加算又は減算により一緒に
組み合わせること、 を含む対象物（人間を除く）の所望部分のNMRスペクト
ラムを発生させる方法において、 Ｍ個のNMRレスポンスの全シーケンスにおいて、該複数
のより小さい体積が偶数のスピンシステムの反転を経験
することを特徴とする対象物の所望部分のNMRスペクト
ラムを発生させる方法。 - 【請求項２】前記反転の各々がスピンシステムの二重反
転である請求項１に記載の対象物の所望部分のNMRスペ
クトラムを発生させる方法。 - 【請求項３】各々のレスポンスが対象物内の複数のより
小さい体積からの情報を含む対象物のＭ個のNMRレスポ
ンスを得る手段と、 選択されたより小さい体積からのレスポンスを得る為に
前記Ｍ個のNMRレスポンスを加算又は減算により一緒に
組み合わせる加算又は減算手段と、 を含む対象物の所望部分のエンハンスドNMRスペクトラ
ムを発生させる装置において、 該複数の小さい体積をＭ個のNMRレスポンスの全シーケ
ンスにおいて偶数のスピンシステムの反転に従属させる
手段を備えることを特徴とする対象物の所望部分のエン
ハンスドNMRスペクトラムを発生させる装置。 - 【請求項４】前記複数のより小さい体積にＭ個のNMRレ
スポンスの全シーケンスにおいて偶数のスピンシステム
の反転をさせる手段が、各々のより小さい体積に、偶数
のスピンシステムの二重反転をさせる手段を備えること
を特徴とする請求項３に記載の対象物の所望部分のエン
ハンスドNMRスペクトラムを発生させる装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB8809956A GB2217847B (en) | 1988-04-27 | 1988-04-27 | Improvements in or relating to nmr imaging systems |
| GB8809956.9 | 1988-04-27 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0217035A JPH0217035A (ja) | 1990-01-22 |
| JP2960937B2 true JP2960937B2 (ja) | 1999-10-12 |
Family
ID=10635946
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1109020A Expired - Fee Related JP2960937B2 (ja) | 1988-04-27 | 1989-04-27 | 対象物の所望部分のｎｍｒスペクトラムを発生させる方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5051698A (ja) |
| EP (1) | EP0339979B1 (ja) |
| JP (1) | JP2960937B2 (ja) |
| DE (1) | DE68927418T2 (ja) |
| GB (1) | GB2217847B (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB8819753D0 (en) * | 1988-08-19 | 1988-09-21 | Nycomed As | Apparatus |
| DE4313631C1 (de) * | 1993-04-26 | 1994-09-22 | Hennig Juergen | Verfahren der Kernspin-Tomographie zur Lokalisierung diskreter Einzelheiten innerhalb eines Meßobjekts |
| DE19609839A1 (de) * | 1996-03-13 | 1997-09-18 | Philips Patentverwaltung | MR-Spektroskopieverfahren |
| US7620440B2 (en) * | 2002-05-17 | 2009-11-17 | Case Western Reserve University | Direct temporal encoding of spatial information |
| US7715900B2 (en) * | 2002-12-19 | 2010-05-11 | University Of Washington | Quadruple inversion recovery for quantitative contrast-enhanced black blood imaging |
| US7627359B2 (en) * | 2002-12-19 | 2009-12-01 | University Of Washington | Quantitative contrast enhanced black-blood imaging using quadruple-inversion recovery |
| US7253627B1 (en) | 2006-07-19 | 2007-08-07 | Univ King Fahd Pet & Minerals | Method for removing noise from nuclear magnetic resonance signals and images |
| US8369599B2 (en) * | 2007-05-17 | 2013-02-05 | University Of Washington | Fast two-point mapping of the bound pool fraction and cross-relaxation rate constant for MRI |
| US9448296B2 (en) * | 2008-03-18 | 2016-09-20 | University Of Washington | Motion-sensitized driven equilibrium blood-suppression sequence for vessel wall imaging |
| TWI395966B (zh) * | 2009-01-17 | 2013-05-11 | Univ Nat Taiwan | 時域核磁共振造影的方法及其裝置 |
| DE102011080793B4 (de) * | 2011-08-11 | 2013-05-29 | Siemens Aktiengesellschaft | MR-Verfahren mit flexibler Anpassung von Aufnahme- und Auswertungsparametern für Teilbereiche eines Zielvolumens |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4297637A (en) * | 1978-07-20 | 1981-10-27 | The Regents Of The University Of California | Method and apparatus for mapping lines of nuclear density within an object using nuclear magnetic resonance |
| US4599565A (en) * | 1981-12-15 | 1986-07-08 | The Regents Of The University Of Calif. | Method and apparatus for rapid NMR imaging using multi-dimensional reconstruction techniques |
| DE3209264A1 (de) * | 1982-03-13 | 1983-09-22 | Bruker Medizintechnik Gmbh, 7512 Rheinstetten | Verfahren zum messen der magnetischen kernresonanz fuer die nmr-tomographie |
| US4689567A (en) * | 1984-06-01 | 1987-08-25 | Advanced Nmr Systems, Inc. | NMR Fourier imaging from multiple echoes |
| WO1985005693A1 (en) * | 1984-06-01 | 1985-12-19 | Advanced Nmr Systems, Inc. | Nmr fourier imaging from multiple echoes |
| US4728893A (en) * | 1985-07-31 | 1988-03-01 | The Regents Of The University Of California | Increased signal-to-noise ratio in magnetic resonance images using synthesized conjugate symmetric data |
| NL8502205A (nl) * | 1985-08-08 | 1987-03-02 | Philips Nv | Werkwijze voor het bepalen van een n.m.r. spectrum. |
| GB8523673D0 (en) * | 1985-09-25 | 1985-10-30 | Picker Int Ltd | Nuclear magnetic resonance methods |
| IL82029A (en) * | 1987-03-27 | 1990-07-26 | Elscint Ltd | Method for performing magnetic resonance studies of restricted volumes |
| US4733185A (en) * | 1987-06-01 | 1988-03-22 | General Electric Company | Methods for localization in NMR spectroscopy |
| JPH01170446A (ja) * | 1987-12-25 | 1989-07-05 | Yokogawa Medical Syst Ltd | 核磁気共鳴画像診断装置の領域制限方法 |
-
1988
- 1988-04-27 GB GB8809956A patent/GB2217847B/en not_active Expired - Lifetime
-
1989
- 1989-04-26 US US07/343,205 patent/US5051698A/en not_active Expired - Lifetime
- 1989-04-26 EP EP89304170A patent/EP0339979B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1989-04-26 DE DE68927418T patent/DE68927418T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1989-04-27 JP JP1109020A patent/JP2960937B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB8809956D0 (en) | 1988-06-02 |
| US5051698A (en) | 1991-09-24 |
| EP0339979A2 (en) | 1989-11-02 |
| DE68927418T2 (de) | 1997-03-06 |
| EP0339979B1 (en) | 1996-11-06 |
| GB2217847A (en) | 1989-11-01 |
| GB2217847B (en) | 1993-02-03 |
| EP0339979A3 (en) | 1990-12-19 |
| JPH0217035A (ja) | 1990-01-22 |
| DE68927418D1 (de) | 1996-12-12 |
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