JPH01299544A - Ｍｒｉ撮像方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はＭＲＩ撮像方法に係り、特に、完全無侵襲、安
全に冠動脈を撮像できる方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、冠動脈の撮像法は、特殊なケースとして小児の巨
大動脈瘤（川崎氏病）の撮像に用いられる超音波撮像法
を除いては、Ｘ線冠動脈造影装置による冠動脈造影がほ
とんど唯一の方法である。

しかし、この方法は、手術によるカテーテルの導入並び
に大量のヨード造影剤を直接冠動脈に注入する必要があ
り、患者にとって危険と苦痛を伴うものであった。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来法では、手術によるカテーテルの導入並びに大
量のヨード造影剤を直接冠動脈に注入する必要があり、
危険であるとともに、患者に苦痛を与える検査であった
。

この検査は、単にＸ線の被曝の問題だけでなく、カテー
テルが血管壁を損傷させたり梗塞を誘発する他、大量の
ヨード造影剤によるアレルギー、ショックなど多くの問
題点を有する。

即ち、従来技術では、非侵襲的な方法で冠動脈を十分に
描出することはできない。侵襲的であり、しかもかなり
の危険と苦痛を伴うので、一般の健康診断に用いること
はできず、発症してから検査するのが通例である。

一方、冠動脈を描画し、狭窄部を発見できれば既に技術
が確立され安全とされる冠動脈バイパス手術により心筋
梗塞を未然に防止することが可能となる。

冠動脈疾患を中心とした心臓病の死亡数は増加の傾向に
あり、欧米先進諸国では死亡数第１位の疾病であり、我
国でも、近年脳卒中の死亡数を除き、ガンに次ぐ第２位
の死亡数を示している。

本発明の目的は、ヨード注入により血管内の血液を造影
するのではなくして、血液中の核スピンを核磁気共鳴現
象により励起させ血管内の血液とそれ以外（各種組織、
心臓内部の血液など）を識別し、励起状態の核スピンを
造影剤のごとくに利用し、無侵襲でかつ安全な冠動脈撮
像が可能なＭＲＩ撮像方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題は、被検体中を移動する液体が所定の部位で滞
留するとき核磁気共鳴現象を用いて該部位を励起し、前
記液体が他の部位に移動するとき該液体に含まれる励起
スピンからの緩和時間内に放出される核磁気共鳴信号を
検出するＭＲＩ撮像方法によって達成される。

また、上記ＭＲＩ撮像方法のパルスシーケンスを、被検
体の所定の部位の動作より所定時間後に高周波の９０度
パルスを照射すると共にＺ方向の傾斜磁場パルスを印加
し、次にエコー時間をＴＥとして”／、ＴＥ時間後に高
周波の第一１８０度パルスを照射すると共にＸ方向の傾
斜磁場パルスを印加し、その後Ｘ方向の傾斜磁場パルス
を位相エンコードパルスとして印加し、前記第一１８０
度パルス印加よりＴＥ時間後に第二１８０度パルスを照
射すると共にＸ方向の傾斜磁場パルスを印加し、前記第
二１８０度パルス印加より１へＴＥ時間後にスピンエコ
ー信号を発生させると共に２方向に傾斜磁場パルスを印
加するようにしてもよい。

〔作用〕

上記構成において、所定の部位を心臓の大動脈洞とし、
他の部位を冠状動脈として作用を説明する０、冠動脈に
流れ込む血液が、−度、大動脈洞に溜り一瞬停滞したあ
と冠動脈に流入するという心臓・冠動脈循環系の独特な
性質を利用し、大動脈洞に停滞した血液中の核スピン（
通常は水素スピン）を核磁気共鳴により励起する。大動
脈洞から冠動脈へ流れ込んだ血液中の核スピンからは、
緩和時間の間、核磁気共鳴信号が放出されるので、この
信号を用いて血流路を描画する。

次に、上記血流路の描画に使用するパルスシーケンスを
第６図、第７図を用いて説明する。

心電図Ｒ波６１７より遅延時間ｄ６１８後に高周波（Ｒ
Ｆ）の９０°パルス６０７を照射する。

このとき９０°パルス６０７はジンク関数波形をしてお
り定められた周波数帯域を持つ。９０°パルス６０７と
同時にＺ方向の傾斜磁場パルス６１０を印加する。これ
によりＺ方向に垂直な一定厚のスライスのみが励起され
る。

次に１へＴＥ時間後に１８０’パルス６０８を照射する
。この１８０＠パルス６０８もジンク波形で、このとき
同時にＸ方向の傾斜磁場パルス６１２を印加する。これ
により、Ｘ方向に垂直な一定厚のスライスからのみ信号
が生じるようになる。

すでにＺ方向に垂直にスライシングされているので、そ
のスライスの内、さらにＸ方向に垂直なスライス（ブロ
ック）が規定されることになる。このあと、Ｘ方向の傾
斜磁場パルスを順次２５６プロジ工クシヨン分印加する
。これが位相エンコードパルス６１３と呼ばれるもので
ある。

次に１８０°パルス６０８からＴＥ時間後に、再度、１
８０°パルス６０８を照射する。このとき同時にＸ方向
の傾斜磁場パルスが印加されているので、さらにＸ方向
に垂直なスライスが選択される。

この結果として、ｘ、ｙ、ｚ方向が規定されたブロック
（第７図に示すもの）のみが信号を発することができる
ようになる。

２番目の１８０ａパ）Ｌｉ　Ｘ　６０８　ｈ”１　’　
／　２　Ｔ　Ｅ　時間後にスピンエコー信号６０９が発
生する。このとき２方向に傾斜磁場パルス６１５を印加
することにより、Ｚ方向の位置情報が取得できる。即ち
。

信号読み出し時の周波数を規定することによりＺ方向の
観測部分を規定できる。もし励起部の原子核が静止して
いるなら、励起部外で観測しても信号は得られない。し
かし、第７図に示すように血管にそって原子核が流れ、
励起部に流出する場合は、励起部外からも信号が得られ
る。本パルスシーケンスでは意識的に読み出し部分の周
波数が励起部位に隣接し、しかも血管の走行方向に位置
するブロックからのみ得られるようにしている。従って
、観測部位について、静止部からは信号を発せず血管部
からのみ信号を発するようにできる。

なお第６図中の補正用パルスは、エコー信号を精度良く
生じさせる為の補正用である。

〔実施例〕

以下１本発明の実施例を第１図〜第７図を用いて説明す
る。

第１図にＭＨＩ装置の概略を示す、磁石１０１は本シス
テムの主要部を成す、磁石１０１には、超伝導形、常伝
導形、永久磁石形の３種類があるが、ここでは超伝導形
を例に示す１本実施例では、磁場強度：　０．５Ｔ、ボ
ア径：１ｍ、磁場均一度＝５　ｐｐｍ／３０ｃ＋ｏｄｓ
ｖ　（球）である。

被験者は、患者用テーブル１０５に横たわり、磁石１０
１の中心部へ送り込まれる。静磁場には空間位置情報を
取得するための傾斜磁場が重畳される。核磁気共鳴現象
（ＮＭＲ）を発生させる高周波（ＲＦ）は、送信器１０
７から照射コイル１０３に送られる。被験者あるいは検
査対象物質から発生するＮＭＲ信号は、受信コイル１０
４によって検知され、受信器１０８へ送られる。ＮＭＲ
現象では、ＮＭＲ信号の位相情報も重要な為、受信器ゲ
ート信号１１２を介して送受信器に於ける位相関係が正
確に同期化されている。

傾斜磁場電源９は、ｘ、ｙ、ｚの３軸方向の傾斜磁場を
独立に発生させる為、３チヤンネルの電源から成る。傾
斜磁場はパルス状で印加されるので高速応答が要求され
る。パルスの発生は、傾斜磁場制御部１２０によって制
御される。

システムの操作は、操作卓１１０を用いて行なわれる。

操作卓１１０には各種のキーの他、２つのＣＲＴが装備
されている。一つは、対話方式により各種パラーータを
設定したり、システム全体の運転を行う為に用いられる
。もう一つは、得られた映像を表示する為のものである
。

全体システムの制御並びに像構成の為の高速演算はコン
ピュータ１２１が行う。コンピュータ１２１と各制御系
とのやりとりは、バス１１７を介してなされる。各種パ
ルスシーケンスの制御は、シーケンス制御部１１６が行
うが、中心となるシーケンスは高周波パルスと傾斜磁場
パルスの組合せにかかわるものである。

ＮＭＲ呪象を用いた映像法の基本を第２図及び第３図に
よって説明する・ 第２図に、ＮＭＲイメージング装置の測定部断面を示す
、第２図中の超伝導磁石は、液体の）（６温度の静磁場
コイル１０１から構成され、内側に傾斜磁場コイル１０
２、照射コイル１０３、受信コイル１０４、が設置され
る。静磁場の方向２０２は図中に示しであるが、通常、
静磁場の方向を２軸と定める。傾斜磁場はｘ、ｙ、ｚの
３方向に。

互いに完全に独立な傾斜を印加することが必要であり、
ｘ、ｙ、ｚ用の３種類のコイルが設置されている。

第３図に通常用いられるパルスのシーケンスの一例を示
す。上から、高周波３０１、即ち、照射コイル１０３か
ら被験者に照射される高周波電力のパルス波形を示す、
信号３０２は、受信コイル１０４に誘起する起電力を増
幅したものである。

傾斜磁場ｚ３０３は、静磁場の方向に印加される傾斜磁
場である。傾斜磁場Ｙ３０４は、Ｙ軸方向に位相をエン
コードする。傾斜磁場Ｘ３０５はＸ方向の座標と周波数
を一対一に対応させる為のものであり、一般的には、ス
ピンエコーの発生に使われるので、読み出し用傾斜磁場
と解釈されることもある。時間軸３０６は、その上のす
べてのパルスシーケンスについての時間の関係を明らか
にしている。

次に、これらの各種パルスの役割を詳細に説明し、二次
元フーリエ法と呼ばれる像構成法の原理を述べる。

第３図の例では、高周波パルスの波形にジンク関数を用
いている。ジンク関数をフーリエ変換すると矩形波形と
なる。即ち、時間空間に於けるジンク関数は、周波数空
間に於ける矩形波形となるので、ある限定された区間の
周波数のみを持つ。

第３図で、９０″パルス（核スピンを９０’倒すパルス
）と同時に、傾斜磁場Ｚ３０３について、傾斜磁場パル
ス３１０が印加されている。ＮＭＲ現象に於ける共鳴条
件は次式で表わされるので、Ｚ方向の特定の断層面のみ
が選択的に励起される。

ω。＝γ［Ｈｏ＋Ｈａ　（Ｚ）］・・・・（１）ここで
、ω。は共鳴点に於ける角速度、γは磁気回転比、Ｈｏ
は静磁場の磁束密度、Ｈａ（Ｚ）は、位置Ｚに於ける傾
斜磁場の磁束密度である。

通常のＮＭＲイメージングでは、断層面の厚さが、１〜
２０ｍ５＋の範囲で、選択照射の周波数が設定される。

本実施例では、９０″パルス３０７のあとに１８０６パ
ルス３０．８を印加して、スピンエコー信号３０９を得
ている。（オリジナルな２次元フーリエ法では、傾斜磁
場によりスピンエコーを発生させており１８０’パルス
を使用していない。） スピンエコーのテクニックは、不均一磁場により見かけ
上の横緩和時間Ｔ２で急速に分散する位相を一定時間後
に再びそろえるテクニックである。

傾斜磁場も一種の不均一磁場であり、位相のそろった信
号を得る為には、傾斜磁場を反転させるかあるいは、傾
斜磁場と同じに１８０°パルスを印加する必要がある。

実際に傾斜磁場を立ち上げる際に、立ち上がり及び立ち
下り時間は有限である。

実際には１ｍｓ程度が必要である。従って、この過渡的
な期間に位相が乱れる。これを補償する為に。

傾斜磁場パルス３１０のあとに、補償用パルス３１１を
印加することで、立ち上り、立ち下りが相殺され、見か
け上完全な矩形波形が印加された場合と等価にできる。

次に位相エンコードについて述べる。

ＮＭＲ現象に於ける核スピンの挙動の基本的性質として
、１．磁気モーメントの方向、２．磁気モーメントの大
きさ、３．磁気モーメントの数、４、磁気モーメントの
せつ助層波数、５．磁気モーメントのせつ動の位相があ
る。これら個々のパラメータの統計的結果として、巨視
的な磁化の振舞いが記述できる。特に周波数と位相は独
特のパラメータであり、位相をエンコードすることによ
り、空間座標を対応づけられる。

位相をエンコードする傾斜磁場は、第３図の傾斜磁場Ｙ
４である。位相エンコード量は、エンコード用傾斜磁場
パルスの積分値で決まるので、パルスの振幅を変えるか
、パルス幅を変えるかすれば良い。第３図では、振幅を
変えている。

傾斜磁場Ｘ３０５は、Ｘ方向に印加した傾斜磁場である
。９０″パルス３０７で励起され、コヒレントな歳差運
動をするスピンにＸ方向の傾斜磁場を印加すると、Ｘ方
向に対して、歳差運動の周波数が線型に変化する。１８
０°パルス３０８のあとで、同じ傾斜磁場を与えること
で、スピンエコー信号３０９を発生させることができる
。Ｘ座標と共鳴周波数が線型な関係にあるので、スピン
エコー信号９をフーリエ変換することによりＸ座標に関
する信号強度の関係を得ることができる。

これを位相エンコード方向（Ｙ軸）について再びフーリ
エ変換すると、こんどは、Ｙ座標に関する信号座標の関
係が得られる。こうして、ｘ−ｙ平面について、信号の
分布が得られるので、信号強度をＣＲＴ上に表示するこ
とにより、断層像が得られる。

本発明の一実施例のパルスシーケンスを第６図に示す。

そしてこのパルスシーケンスを用いて第４図に示す大動
脈側、冠動脈の空間位置の状況、及び第５図に示す心臓
から吐出される血液の時相を利用して、冠動脈基幹部を
描出するケースについて説明する。

第４図は大動脈基部並びに冠動脈基幹部を、心臓収縮末
期の時相に於いて示した図である。左心室内の血液は、
左心室の収縮によって、大動脈４０２へ吐出される。吐
出時には、大動脈弁４０１は開いているが、収縮末期に
は大動脈弁４０１が閉じ、大動脈４０２から左心室４０
９への逆流が阻止される。このとき大動脈４０２のっけ
根である大動脈側（バルザルバ氏洞）４０３は、大動脈
４０２から逆に圧力を受けることになる。この圧力によ
り左冠状脈主幹部４０４に血液が流れ込む。

第５図に、大動脈血流５０２と冠動脈血流５０３の時相
が示しである。心電図波形でＲ波５０５は左心室の収縮
に伴って発生するもので、収縮と同時に大動脈血流５０
２が増大しはじめる。また、上述したように、冠動脈血
流５０３は心臓拡張期５０８に増大する。即ち、大動脈
と冠動脈流は逆相である。

本実施例ではパルスシーケンスとして第６図に示したパ
ルスシーケンスを使用する。第３図に示したパルスシー
ケンスと異なる点は、 （ａ）１８０’パルス６０８を２度使用し第２エコーで
信号を取得していること （ｂ）２つの１８０″パルス６０８について、それぞれ
Ｙ方向の傾斜磁場パルス６１２及びＸ方向の傾斜磁場パ
ルス６１６を同時に印加していること、 （ｃ）Ｚ方向傾斜磁場パルス６１４．６１５によりＺ方
向に読み出していることである。

このパルスシーケンスを使用すると次のことが起こる。

まず、特定の周波数成分を含んだ選択照射９０’パルス
６０７の印加と同時にＺ方向の傾斜磁場パルス６１０を
印加する。これにより２方向に垂直なスライスが励起さ
れる。次に選択照射の１８０”パルス６０８と、Ｙ方向
の傾斜磁場パルス６１２を同時に印加する。このときに
Ｙ方向に垂直な断面が規定される。さらにＹ方向には位
相エンコードパルス６１３を印加する。Ｙ方向へ展開す
る為である。

次に、再度１８０＠パルス６０８を印加するが、このと
きは、Ｘ方向の傾斜磁場６１６を印加する。

これによりＸ決方向に垂直な断面も規定されるので、結
局、ｘ、ｙ、ｚの三方向が規定される。

次に、読み出し用として、２方向に傾斜磁場パルス６１
４，６１５を印加し、２次のスピンエコー信号６０９を
検出する。Ｚ軸方向について読み出すが、励起空間と描
画空間の関係は第７図に示しである。冠動脈内の血液速
度は、冠動脈基幹部で約５０ｃｍへである。従って、９
０’パルスがら　　イ信号発生までの時間が、例えばＬ
ｏｏｍｓとなるように１８０°パルスを設定すると、励
起部から５０Ｉ１１離れた冠動脈内を流れる血液の信号
強度が最も強くなる。この現象を利用することにより、
冠動脈の描画のみならず冠動脈内の血流の状態ならびに
速度を検査することも可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、心臓拡張期に動脈洞に存在する血液中
の核スピンを励起し、次に冠動脈に流れ込んだ標識され
た核スピンについて描画することにより、冠動脈内を流
れる血液と、その近傍に存在する心臓内部の血液とを明
瞭に識別できる。

また、冠動脈内の血流のみを描画し、冠動脈以外の組織
を描画しないので、冠動脈の形態をイメージとして取得
できる。これにより、冠動脈の狭窄あるいは梗塞を診断
でき、心筋梗塞、狭心症の治療に役立てることができる
。特に強調すべき本発明の特徴は、完全無侵襲にして、
しがも造影剤を使用せずに心臓冠動脈を描出できる点で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を実施する装置のブロック図
、第２図は第１図に示す装置の主要部の断面図、第３図
は２次元フーリエ法実施時のパルスシーケンス、第４図
は大動脈入口と冠動脈基幹部を示す図、第５図は心電図
波形と、大動脈血流、冠動脈血流の時相を示す図、第６
図は実施例のパルスシーケンス、第７図は本発明の手法
による冠動脈描画を説明する図である。 ６０７・・・９０°パルス、６０８・・・１８０’パル
ス、６０９・・・スピンエコー信号、６１０，６１５・
・・２方向傾斜磁場パルス、６１２・・・Ｙ方向傾斜磁
場パルス、６１３・・・位相エンコードパルス、６１６
・・・Ｘ方向傾斜磁場パルス、６１７・・・心電図Ｒ波
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被検体中を移動する液体が所定の部位で滞留すると
   き核磁気共鳴現象を用いて該部位を励起し、前記液体が
   他の部位に移動するとき該液体に含まれる励起スピンか
   らの緩和時間内に放出される核磁気共鳴信号を検出する
   ことを特徴とするＭＲＩ撮像方法。 ２、パルスシーケンスが、被検体の所定の部位の動作よ
   り所定時間後に高周波の９０度パルスを照射すると共に
   Ｚ方向の傾斜磁場パルスを印加し、次にエコー時間をＴ
   ＿Ｅとして１／２Ｔ＿Ｅ時間後に高周波の第一１８０度
   パルスを照射すると共にＹ方向の傾斜磁場パルスを印加
   し、その後Ｙ方向の傾斜磁場パルスを位相エンコードパ
   ルスとして印加し、前記第一１８０度パルス印加よりＴ
   ＿Ｅ時間後に第二１８０度パルスを照射すると共にＸ方
   向の傾斜磁場パルスを印加し、前記第二１８０度パルス
   印加より１／２Ｔ＿Ｅ時間後にスピンエコー信号を発生
   させると共にＺ方向に傾斜磁場パルスを印加することを
   特徴とする請求項１記載のＭＲＩ撮像方法。