JPH02224640A - 磁気共鳴診断装置 - Google Patents

磁気共鳴診断装置

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JPH02224640A
JPH02224640A JP63246456A JP24645688A JPH02224640A JP H02224640 A JPH02224640 A JP H02224640A JP 63246456 A JP63246456 A JP 63246456A JP 24645688 A JP24645688 A JP 24645688A JP H02224640 A JPH02224640 A JP H02224640A
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magnetic resonance
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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】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は磁気共鳴診断装置に係り、特に被検体内の所定
の原子核の化学シフト情報を得る磁気共鳴診断装置に関
する。
(従来の技術) 磁気共鳴法によって被検体内の特定の原子核の化学シフ
ト情報を得る方法としては、従来、BME vol、1
.No、3.pp189〜1B0.1987等に記載さ
れた局所スペクトロスコピー(1ポイントスペクトロス
コピーともいう)と、文献“T、P、Budlnger
Mcdlcal  Magnetic  Re5ona
nce  Imaging  andSpectros
copy、pp81 −95,5ociety  Ma
gneticResonance in Medicl
ne、Berkeley、Ca、198B’等に記載さ
れた化学シフトイメージング法(多点スペクトロスコピ
ーまたは位相エンコード法ともいう)が知られている。
局所スペクトロスコピーは、1回の計a11で1点の化
学シフト情報を得る方法であるため、多数の点の化学シ
フト情報を得るには長い時間を必要とする。従って、正
常部と病変部の多数の点のデータを収集して比較する臨
床の分野には適さない。
一方、化学シフトイメージング法、では、比較的短い時
間で広い領域にわたる化学シフト情報を映像化できる反
面、磁気共鳴信号の収集及び映像化の過程において、被
検体内の位置情報を磁気共鳴信号の位相情報に変換する
ための位相エンコードという操作が必要であることから
、T2(横緩和時間)の短い核種では、磁気共鳴信号が
減衰してしまい、得られる化学シフト情報のS/Nが低
下するという問題がある。
(発明が解決しようとする課題) 上述したように、従来の化学シフト情報の取得法である
局所スペクトロスコピーは、多数の点の化学シフト、情
報を得るのに長時間を必要とするため臨床に適さず、ま
た化学シフトイメージング法は磁気共鳴信号の収集及び
映像化の過程において、位相エンコードのための時間が
必要であるため、T2の短い核種の化学シフト情報をS
/N良く取出せないという問題があった。
本発明は、同時に多点の化学シフト情報を取得でき、し
かも位相エンコードのような操作を必要とせず、T2の
短い核種でも良好なS/Nで化学シフト情報を得ること
ができる磁気共鳴診断装置を提供することを目的とする
[発明の構成] (課題を解決するため手段) 本発明の一つの実施態様によれば、磁気共鳴信号列収集
手段において被検体に勾配磁場を印加しつつ、高周波磁
場として周波数の異なる選択反転パルスを複数回印加し
た後、勾配磁場の印加を伴わずに高周波磁場として非選
択励起パルスを印加し、次いで該非選択励起パルス印加
後に発生される磁気共鳴信号を収集する一連のシーケン
スを、各選択反転パルスによってアダマール行列におけ
る「−1」または「1」に対応する領域の原子核スピン
が反転されるように選択反転パルスの周波数を順次変え
て複数回繰返す。そして、この磁気共鳴信号列を該信号
列の並び方向に逆アダマール変換した後、時間軸方向に
逆フーリエ変換することによって化学シフト情報を得る
本発明の他の実施態様によれば、上記と同様のシーケン
スを各選択反転パルスによってアダマール行列における
「−1」に対応する領域の原子核スピンが反転されるよ
うに選択反転パルスの周波数を順次変えて複数回繰返す
第1の磁気共鳴信号列収集手段と、同様のシーケンスを
各選択反転パルスによってアダマール行列における「1
」に対応する領域が反転されるように選択反転パルスの
周波数を順次変えて複数回繰返す第2の磁気共鳴信号列
収集手段とが備えられる。そして、これら第1及び第2
の磁気共鳴信号列収集手段によりそれぞれ得られた磁気
共鳴信号列の差をとり、さらにその差信号列を該信号列
の並び方向にそれぞれ逆アダマール変換した後、時間軸
方向に逆フーリエ変換することによって化学シフト情報
を得る。
上記のシーケンスで用いる選択反転パルスは、単一パル
スでもよいが、より好ましくはそれぞれ所望の中心周波
数より所定量高い周波数の第1の選択励起パルスと、中
心周波数より所定量低い周波数の第2の選択励起パルス
との対が用いられ、また勾配磁場は第1の選択励起パル
スが印加されるときと第2の選択励起パルスが印加され
るときとで、互いに逆極性の勾配磁場パルスの対が用い
られる。
また、本発明では上記のシーケンスを実行する前に、高
周波磁場として被検体内の磁気共鳴信号を収集すべき関
心領域以外の領域の磁化を飽和させる選択励起パルスの
印加を行ない、関心領域の3次元的位置決めを行なうこ
とが望ましい。
(作 用) 本発明では、磁気共鳴信号収集手段において、アダマー
ル行列に対応する棒状の関心領域からの磁気共鳴信号列
がアダマール変換された形で得られる。これを信号列の
並び方向に逆アダマール変換すると、アダマール行列の
要素に対応する大きさの部分領域からの信号が分離して
得られる。これを時間軸方向に逆フーリエ変換すると、
各部分領域毎の化学シフト情報が得られることになる。
また、第1及び第2の磁気共鳴信号列収集手段により得
られた各磁気共鳴信号列間の差信号列をアダマール変換
すると、各部分領域からの信号に他の領域からの信号が
混入しなくなり、領域選択性が向上する。
さらに、選択反転パルスとして所望の中心周波数より所
定量高い周波数の第1の選択励起パルスと、中心周波数
より所定量低い周波数の第2の選択励起パルスとの対を
用いるとともに、勾配磁場と!、て第1及び第2の選択
励起パルスの印加時で逆極性の勾配磁場パルスを用いる
と、勾配磁場によるスピンの乱れが相殺されることによ
り、選択反転パルスによる領域選択性が向上し、磁気共
鳴信号の検出感度も高くなる。
このように棒状の関心領域における複数の部分領域から
の磁気共鳴信号が分離して検出され、多点の化学シフト
情報が同時に得られる。しかも、位相エンコードが不要
であるために短時間で各部分領域からの磁気共鳴信号が
分離して検出されることにより、T2の短い核種につい
てもS/Hの良い化学シフト情報が得られる。
(実施例) 第1図は本発明の一実施例に係る磁気共鳴診断装置の構
成を示す図である。
同図において、静磁場磁石1および勾配磁場生成コイル
3はシステムコントローラ10により制御される励磁用
電源2および駆動回路4によ−)てそれぞれ駆動され、
寝台6上の被検体5(例えば人体)に対して・一様な静
磁場と、所定方向に磁場強度が変化する勾配磁場を印加
する。
被検体5にはさらにシステムコントローラ10の制御の
下で、送信部8からの高周波信号によりプローブ7から
発生される高周波磁場が印加される。本実施例において
は、プローブ7を高周波磁場の発生のための送信コイル
と、被検体5内からの磁気共鳴信号を受信する受信コイ
ルとに共用しているが、送信および受信コイルを別々に
設けてもよい。
プローブ7により受信された磁気共鳴信号は、受信部9
で増幅および検波された後、システムコントローラ10
の制御の下でデータ収集部11に送られる。データ収集
部11では受信部9を介して取出された磁気共鳴信号を
システムコントローラ10の制御の下で収集し、それを
A/D変換器によりサンプリングしディジタル化した後
、電子計算機12に送る。
電子計算機12はコンソール13により制御され、デー
タ収集部11から入力された磁気共鳴信号のサンプリン
グデータについて、後述のように逆アダマール変換及び
逆フーリエ変換を含む処理を施すことによって、関心領
域の化学シフト情報を求める。また、電子計算機12は
システムコントローラ10の制御をも行なう。電子計算
機12によりiりられた化学シフト情報のデータは画像
デイスプレィ14に供給され、画像表示される。
次に、第2図及び第3図を参照して、本実施例における
磁気共鳴信号収集のためのシーケンスを説明する。
静磁場中では原子核スピン(以下、単にスピンという)
Mは、第2図(a)に示すように2軸まわりに回転する
回転座標系(x’+  ’*z’)のz’  (z)方
向を向いている。このようなスピンMに対し、高周波磁
場として反転パルス(180゜パルス)を印加すると、
同図(b)に示すようにスピンMは回転して一2方向を
向く。
次に、静止座標系(x+  y+  z)のX方向に向
(90x ’パルスを印加すると、スピンMはX′軸ま
わりに回転し、同図(C)における −1″方向を向く
。一方、反転パルスが印加されなかったスピンはX′軸
まわりに90″回転し、同図(C)における“1°方向
を向く。従って、このとき観測される磁気共鳴信号は、
反転パルスが印加されたスピンからの信号と、印加され
なかったスピンからの信号とで符号が異なることになる
一般に、磁気共鳴信号S(【)は次式で与えられる。
s(L>−111jp(x、y、I、u)cxp[1u
ll・sxp[−+/↑2(x、 L ’+ ω)l+
1xdydsdIll・・・(1) ρ(x、y)  ニスピン密度 ω:磁気共鳴角周波数 x、y、z :位置 t :時間(離散二) 一方、高周波磁場に選択励起パルスを用いると、特定の
部分領域のスピンのみを反転させることができる。この
ときの磁気共鳴信号5(t)は、5(t)−ΣBn(i
)///j p(x、7.s、1)exp[i&Itl
I            AI txp[−1/T2(x、 y+ fl m)ldxd
Ydtdm・・・(2) A1:部分領域 sgn(i) :符号関数(部分領域AIのスピンが反
転された時−16反転されなかった時は1)さらに、部
分領域^1からの磁気共鳴信号をflとsl−5rrr
  p(x+ 7+ !Iω)Cxp[jω(lI −exp(−i/T2(x、!+  1.iy)]dx
d7d!dmここで、被検体内の関心領域のうちアダマ
ール行列の−1に対応する部分領域のスピンのみを反転
するとすれば、 5j(L)−Σh Ij −f1 ・・・(4) hlj:アダマール行列の要素 H:アダマール行列 jを1からnまで変えて磁気共鳴信号を観測すると、次
式が得られる。
すると、 5−H−F ・・・(5) S:信号行列 F:領域信号行列 ここで、信号行列Sを逆アダマール変換すると、D−E
(−1・5 −H−1や H−F +I−IF となり、領域毎の信号が分離して得られる。
このように関心領域内のスピンが反転された部分領域及
び反転されない部分領域の配列パターンがアダマール行
列Hのパターンと対応するように、選択反転パルスを関
心領域に加え、それにより得られた式(5)に示す磁気
共鳴信号列を式(6)に示すように逆アダマール変換す
れば、各部分領域からの磁気共鳴信号が分離して得られ
る。そして、この部分領域毎の磁気共鳴信号について更
に時間軸方向に逆フーリエ変換を行なえば、各部分領域
毎のスペクトル(化学シフト情報)が得られることにな
る。
第3図は関心領域ROI内の部分領域がAO〜A3に示
す4つの場合について、高周波磁場RF及び勾配磁場G
の印加による磁気共鳴信号(FID信号) Sag、の
収集のシーケンスと、部分領域AO〜A3のスピンの反
転・非反転状態を示したものである。なお、 −1“は
反転状態、“1″は非反転状態をそれぞれ表わす。この
例では磁気共鳴信号の収集のための一連のシーケンスは
、第3図(a)〜(d)の4つのシーケンスからなって
いる。この場合、部分領域AO〜A3のスピンの反転・
非反転配列パターンを対応させるアダマール行列Hは4
次(4X4)となる。
まず、このアダマール行列の第1行の要素は全て「1」
であるため、第3図(a)に示す最初のシーケンスでは
高周波磁場RFとして選択反転パルスを加えず、勾配磁
場Gも加えない。このとき、部分領域AO〜A1のスピ
ンはどれも反転されないため、高周波磁場として非選択
励起パルスである90X ’パルスの印加直後に得られ
るFID信号S1g、 −s I(L)は、次式のよう
に各部分領域AO〜A3からの信号が加算されたものと
なる。
s L(t)” f 0(t)+ f 1(t)+ f
 2(t)十f 3(t)次に、第3図(b)のシーケ
ンスではアダマール行列Hの第2行の「−1」に対応し
た部分領域AO及びA3のスピンをそれぞれ反転させる
ように周波数を設定した選択反転パルスI p(1’O
) 。
11)([3)を印加するとともに、勾配磁場パルスを
印加し、その後90″パルスを印加する。このとき得ら
れる信号S1g、 −s 2(t)は、s 2(t)=
 f 0(t)−f 1(t)十f 2(t)−f 3
(t)となる。
以下同様に、第3図(C)のシーケンスではアダマール
行列Hの第3行の「−1」に対応する部分領域A2及び
A3のスピンをそれぞれ反転させるように周波数を設定
した選択反転パルスIp(f2)。
I p(f’3)を印加するとともに、勾配磁場パルス
を印加した後、90X  パルスを印加し、また同図(
d)のシーケンスではアダマール行列Hの第4行の「−
1」に対応する部分領域AI及びA3のスピンをそれぞ
れ反転させるように周波数を設定した選択反転パルスI
 p(N) 、  1 p(r3)を印加するとともに
、勾配磁場パルスを印加した後、90xパルスを印加す
ることにより、それぞれ信号S1g。
= s 2(t)、 S1g、 −s 2(t)として
s 3(t) −f 0(t)+ f 1(t) −f
 2(t) −f 3(t)s 4(t) −f 0(
t) −f 1(t) −f 2(t)+ f 3(t
)が得られる。
このような第3図(a)〜(d)l示した各シーケンス
において、磁気共鳴信号は90x @パルスの印加直後
にデッドタイムなく検出され、T2の短い核種の信号も
ほとんど減衰なく得られる。このような一連のシーケン
スによって磁気共鳴信号列Sは、次式(7)で表わされ
る。
・・・(7) ここで、この磁気共鳴信号列に逆アダマール変換を施す
と次式(8)のようになり、各部分領域AO−A3毎の
信号が得られる。
D−H−1拳S ・・・(8) 上記の実施例で説明した磁気共鳴信号収集のシーケンス
を用い、8個の各部分領域のうちの3個の領域A 1.
A 2.A 3から検出された磁気共鳴信号の検出感度
のシミュレーション結果を第4図に示す。この例では選
択反転パルスを通常用いられる5ine波形とし、また
選択反転パルス印加後のスボイリング用勾配磁場パルス
(第3図参照)の印加によって横磁化は零になるものと
した。また、各スピンの動きは旧och方程式により計
算した。
第4図(a)は式(8)の逆アダマール変換信号列りの
第1列に含まれる信号成分を表示したものである。この
信号成分は理想的には領域Atからの成分のみの筈であ
るが、選択反転パルスとして用いられる51nc波形が
第5図の実線のように破線で示す理想的な矩形状でない
ことにより、選択特性が十分でないために、このように
他の領域A2.・・・からの信号成分も含まれている。
第4図(b)は磁気共鳴信号列りの第2列に含まれる信
号成分を示したもので、領域A2以外の成分が若干含ま
れている。これは領域A2以外の反転されたスピンの影
響によるものである。
次に、本発明の他の実施例を説明する。本実施例では第
3図で説明したようにアダマール行列Hの「−1」に対
応する部分領域のスピンを選択反転パルスにより反転さ
せて得られた磁気共鳴信号列(Spとする)から、第6
図に示すようにアダマール行列の「1」に対応する部分
領域のスピンを選択反転パルスにより反転させて得られ
た磁気共鳴信号列(SNとする)を差引く。そして、得
られた差信号列5P−SNについて次式(9)のように
逆アダマール変換を行なう。
D−H−1孕5 =H−1(Sp  SN) DP−DN 但し、DPswH−1a 5P DN−H−レSN      ・・・(9)ここで、D
PとDNとでは対応する領域AO〜A3からのそれぞれ
信号の符号は逆であるが、領域以外からの信号の符号は
同一であるため、DP−DNをとると領域AO−A3か
らの信号はそれぞれ加算され、領域外からの信号は減算
されて0になる。従って、この実施例によれば第7図に
示すように領域AO〜A3についての選択特性が改善さ
れる。アダマール変換の結果は、先と同様に逆フーリエ
変換される。
第7図は第4図と同様に領域A 1.A 2.A 3か
ら検出された磁気共鳴信号の検出感度のシミュレーショ
ン結果を示したものであり、特に同図(b)(c)に示
されるように他の領域からの信号成分はほとんど含まれ
なくなっている。
第8図は本発明のさらに別の実施例における高周波磁場
及び勾配磁場の印加方法を示したもので、選択反転パル
スとして所望の中心周波数より所定量高い周波数の第1
の選択励起パルスと、中心周波数より所定瓜低い周波数
の第2の選択励起パルスとの対を用いたものであり、例
えば選択反転パルスI p(N)は周波数fl+Δfの
選択励起パルスと周波数fl−Δfの選択励起パルスの
対からなっている。そして、勾配磁場Gは第1の選択励
起パルスが印加されるとき例えば正極性の勾配磁場パル
スG+、第2の選択励起パルスが印加されるとき負極性
の勾配磁場パルスG−が印加される。
この場合、各部分領域内のスピンは90”回転を2回繰
返し、最終的に 180°回転する(反転する)。この
ようにすると、勾配磁場によるスピンの乱れが相殺され
るので、選択反転パルスによる部分領域の選択性がより
向上する。第9図は本実施例による3個の領域At、A
2.A3からの磁気共鳴信号の検出感度のシミュレーシ
ョン結果を示したもので、各部分領域内での検出感度分
布が平坦化され、選択性がより一層向上している。なお
、第8図に示す選択反転方法は先の2つの実施例のいず
れとも組合わせることが可能である。
上記した各実施例では、棒状の関心領域からの磁気共鳴
信号の収集について述べた。しかし、臨床的にはこの棒
状の関心領域を3次元的に位置決めし、3次元の関心領
域からの磁気共in信号を収集する必要がある。そこで
、本発明では例えば選択飽和パルスの印加によって第1
0図(a)〜(d)の斜線で示す領域内のスピンを飽和
させることにより、同図(e)に斜線で示す棒状の領域
(関心領域)以外の領域の縦磁化をほぼOにした後、上
記各実施例で説明したシーケンスを行なう。そして、こ
のような操作を複数の棒状関心領域について行なうこと
により、3次元の関心領域からの磁気共鳴信号を収集す
ればよい。
[発明の効果] 本発明によれば、位相エンコード等に要するデッドタイ
ムを生じることなく、同時に多点からの化学シフト情報
を取得できる。従って、横緩和時間T2の短い核種、例
えばATP (アデノシン三リン酸) 、P l(無機
リン)等の成分の化学シフト情報を高いS/Nで得るこ
とが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に係る磁気共鳴観測装置の構
成を示すブロック図、第2図は同実施例の基本原理を説
明するための図、第3図は同実施例における磁気共鳴信
号収集のための一連のシーケンスを説明するための図、
第4図は第3図のシーケンスによる各部分領域からの磁
気J(明信号検出感度のシミュレーション結果を示す図
、第5図は選択反転パルスとして用いる5ine波形の
理想波形及び実際の波形を示す図、第6図は本発明の他
の実施例における磁気共鳴信号収集のための一連のシー
ケンスを説明するための図、第7図は第6図のシーケン
スによる各部分領域からの磁気共鳴信号検出感度のシミ
ュレーション結果を示す図、第8図は本発明のさらに別
の実施例における磁気共鳴信号収集のための高周波磁場
及び勾配磁場のシーケンスを説明するための図、第9図
は第8図のシーケンスによる各部分領域からの磁気共鳴
信号検出感度のシミュレーション結果を示す図、第10
図は本発明における棒状の関心領域の3次元的位置決め
のための選択飽和過程を示す図である。 1・・・静磁場磁石、3・・・勾配磁場生成コイル、7
・・・プローブ、11・・・データ収集部、12・・i
lS子計算機、14・・・画像デイスプレィ。ROI・
・・関心領域、AO−A3・・・部分領域。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第1図 z’(z ) z’(z ) z′(z) 第 図 第 図 (a) (b) (C) (a) (b) (C) 位置 位置 (a) (d) 第 図 (b) (e) 第 1゜ 図 (c)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)一様な静磁場中に置かれた被検体に高周波磁場お
    よび勾配磁場を印加して被検体内から所定の原子核の磁
    気共鳴信号を収集し、該原子核に関する化学シフト情報
    を得る磁気共鳴診断装置において、 被検体に勾配磁場を印加しつつ、高周波磁場として周波
    数の異なる選択反転パルスを複数回印加した後、勾配磁
    場の印加を伴わずに高周波磁場として非選択励起パルス
    を印加し、次いで該非選択励起パルス印加後に発生され
    る磁気共鳴信号を収集する一連のシーケンスを、各選択
    反転パルスによってアダマール行列における「−1」ま
    たは「1」に対応する領域の原子核スピンが反転される
    ように選択反転パルスの周波数を順次変えて複数回繰返
    す磁気共鳴信号列収集手段と、 この手段により得られた磁気共鳴信号列を該信号列の並
    び方向に逆アダマール変換した後、時間軸方向に逆フー
    リエ変換することによって化学シフト情報を得る手段と
    を特徴とする磁気共鳴診断装置。
  2. (2)一様な静磁場中に置かれた被検体に高周波磁場お
    よび勾配磁場を印加して被検体内から所定の原子核の磁
    気共鳴信号を収集し、該原子核に関する化学シフト情報
    を得る磁気共鳴診断装置において、 被検体に勾配磁場を印加しつつ、高周波磁場として周波
    数の異なる選択反転パルスを複数回印加した後、勾配磁
    場の印加を伴わずに高周波磁場として非選択励起パルス
    を印加し、次いで該非選択励起パルス印加後に発生され
    る磁気共鳴信号を収集する一連のシーケンスを、各選択
    反転パルスによってアダマール行列における「−1」に
    対応する領域の原子核スピンが反転されるように選択反
    転パルスの周波数を順次変えて複数回繰返す第1の磁気
    共鳴信号列収集手段と、 前記シーケンスと同様のシーケンスを、各選択反転パル
    スによってアダマール行列における「1」に対応する領
    域が反転されるように選択反転パルスの周波数を順次変
    えて複数回繰返す第2の磁気共鳴信号列収集手段と、 これら第1及び第2の磁気共鳴信号列収集手段によりそ
    れぞれ得られた磁気共鳴信号列の差をとり、さらにその
    差信号列を該信号列の並び方向にそれぞれ逆アダマール
    変換した後、時間軸方向に逆フーリエ変換することによ
    って化学シフト情報を得る手段とを備えたことを特徴と
    する磁気共鳴診断装置。
  3. (3)前記選択反転パルスは、それぞれ所望の中心周波
    数より所定量高い周波数の第1の選択励起パルスと、中
    心周波数より所定量低い周波数の第2の選択励起パルス
    との対からなり、前記勾配磁場は第1の選択励起パルス
    と同時に印加される所定極性の第1の勾配磁場パルスと
    、該第1の勾配磁場パルスと逆極性の第2の勾配磁場パ
    ルスとの対からなることを特徴とする請求項1または2
    記載の磁気共鳴診断装置。
  4. (4)前記シーケンスを実行する前に、高周波磁場とし
    て、被検体内の磁気共鳴信号を収集すべき関心領域以外
    の領域の磁化を飽和させる選択飽和パルスを印加する手
    段を備えたことを特徴とする請求項1または2記載の磁
    気共鳴診断装置。
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