JPH0315454B2

JPH0315454B2 -

Info

Publication number: JPH0315454B2
Application number: JP59202452A
Authority: JP
Inventors: Hideto Iwaoka; Hiroyuki Matsura; Sunao Sugyama
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1984-09-27
Filing date: 1984-09-27
Publication date: 1991-03-01
Also published as: JPS6179146A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、核磁気共鳴（以下NMRという）現
象を利用して、被検体内における特定原子核分布
等を被検体外部より知るようにした核磁気共鳴に
よる画像装置に関し、詳しくはパルスシーケンス
が次のパルスシーケンスに移るまでの待ち時間を
短縮すると共に各シーケンス中の緩和時間も短縮
し、全体としての動作時間の短縮化を図るように
したパルスシーケンスの高速化に関する。

（従来の技術）従来より、NMRを利用した検査装置として、
Ｘ線CTと同様の原理で、被検体の仮想輪切り部
分のプロトンを励起し、各プロジエクシヨンに対
応するNMR共鳴信号を、被検体の数多くの方向
について求め、被検体の各位置におけるNMR共
鳴信号強度を再構成法によつて求めるものがあ
る。

第２図は、このような従来装置における検査手
法の一例を説明するための動作波形図である。

被検体に静磁場H₀をｚ軸方向に印加し、第２
図ロに示すようにＺ勾配磁場G_z ⁺と、イに示すよ
うに狭い周波数スペクトル(f)のRFパルス（90゜パ
ルス）を印加する。この場合、ラーモア角速度 ω＝γ（H₀＋ΔG_z）となる画だけのプロトンが励起され、磁化Ｍを第
３図イに示すような角速度ωで回転する回転座標
系上に示せば、y′軸方向に90゜向きを変えたもの
となる。続いで、第２図ハ，ニに示すようにｘ勾
配磁場G_xとｙ勾配磁場G_yを加え、これによつて
２次元勾配磁場を作り、ホに示すようなNMR共
鳴信号を検出する。ここで、磁化Ｍは第３図ロに
示すように、磁場の不均一性によつて、x′−y′面
内で矢印方向に次第に分散して行くので、やがて
NMR共鳴信号は減少し、第２図ホに示すように
T_s時間を経過して無くなる。このようにして得
られたNMR共鳴信号をフーリエ変換すれば、ｘ
勾配磁場G_x、ｙ勾配磁場G_yにより合成された勾
配磁場と直角方向のプロジエクシヨンとなる。

その後、所定の時間T_dだけ待つて、上述と同
様の動作にて次のシーケンスを繰り返す。各シー
ケンスにおいては、G_x，G_yを少しずつ変える。
これによつて、各プロジエクシヨンに対応する
NMR共鳴信号を被検体の数多くの方向について
求めることができる。

（発明が解決しようとする問題点）ところで、このような動作をなす従来装置にお
いては、第２図において、NMR共鳴信号が無く
なるまでの時間T_sは、10〜20ｍＳであるが、次
のシーケンスに移るまでの所定時間T_dは、緩和
時間T₁のため1sec程度は必要となる。それゆえ
に、一つの被検体断面を、例えば128プロジエク
シヨンで再構成するものとすれば、その測定には
少なくとも２分以上の長い時間を必要とし、高速
化を実現する際の大きな障害の一つとなつてい
る。

なお、NMR分析計においては、パルスシーケ
ンスを高速化するための手法として、E.D.
Becker他J.Americans Chemical Society p7784
〜7785 December1969またはフアラー、ベツカ
ー著「パルスおよびフーリエ変換NMR」（訳本）
吉岡書店1976年発行のP103、5.5多重パルス技術
の欄に記載されたDEFT（Driven Equilibrium
Fourier Transform）法がある。この手法は３
つのパルス系列（90゜、τ、180゜、τ、90゜）をT_d
秒の間隔で繰り返すものであり、２番目の90゜パ
ルスで磁化Ｍを熱平衡状態へ持つていくことによ
り高速化している。しかしながら、このパルスシ
ーケンスを用いてNMR2次元イメージングを試
みると次のような欠点がある。

(1) DEFT法（90゜_x、τ、180゜_y、τ、90゜_-x′、T_d）
ⁿで２次元イメージングを行う場合、90゜パルス
を勾配磁場も同時に印加する選択励起
（selective excitation）とし特定スライス面内
のみを励起することには特に問題はないが、
180゜パルスについては選択励起または非選択励
起の両方が考えられる。

第４図に、DEFT法のパルスシーケンスを連
続して行い、第１の90゜パルスの直前のｚ軸上
の磁化M_zのスライス厚方向の分布を示す。こ
こでは、選択励起のために90゜パルスはガウシ
アン変調したものであり、生体の平均的T₁，
T₂およびT_r＝100ｍＳ（繰り返し時間）を用い、
計算機によるシミユレーシヨンにより磁化M_z
の分布を求めた。M_zの大きさはNMR信号強度
に対応している。

さて、一般に、パルスシーケンスの待ち時間
T_dの間に他の複数のスライス面に対して同一
のパルスシーケンスを順次施し、元のパルスシ
ーケンスについて十分に長いT_dをかせぎ、M_z
がT₁緩和して大きくなつてから元のスライス
面における次のビユー（View）でパルスシー
ケンスを実施するいわゆるマルチスライス法が
行われている。この方法はNMR信号の減少が
なく同時に複数面のデータが得られるために、
凝似高速法として効果的であるが、これにはス
ライス面外のM_zが他のスライス面励起の影響
を受けずに大きい値であることが条件となる。

非選択の180゜パルスを用いたDEFT法では、
第４図の波形Ａのようにスライス面外のM_zが
小さくなつてしまうため、マルチスライス法が
併用できないという欠点がある。

(2) 実際のスライス形状は第４図のM_zにスライ
ス形状の関係（ここではガウシアン形）を乗じ
たものとなり、それを第５図に示す。

選択励起の180゜パルスを用いる場合は、第４
図ではＢのような分布波形であり、スライス面
外でのM_zは大きく特に問題はないが、スライ
ス形状は第５図の波形Ｂのように３つの山状と
なるという問題がある。これは、スライス境界
の磁化Ｍが選択励起の180゜パルスの際、複雑な
動作をするため各Ｍのベクトル方向がばらばら
になり、結果として信号が減少するためであ
る。

（問題点を解決するための手段）本発明は、このような欠点を除去し、スキヤン
タイムを短縮し高速化を図つたNMR画像装置を
提供することを目的とする。

このような目的を達成させるために本発明で
は、第１の90゜パルス、第１の180゜パルス、第２
の90゜パルス、第２の180゜パルスのパルスシーケ
ンスを採ると共に、第２の90゜パルスで磁化Ｍを
−ｚ軸方向に向けたのち、その直後に第２の180゜
パルスを印加してＭを＋ｚ軸方向に向けることに
より、Ｍを熱平衡状態またはその近傍へ戻してシ
ーケンス間隔の短縮を図り、更に第１の90゜パル
スから第１の180゜パルスまでの区間T_S1と１の
180゜パルスから第２の90゜パルスまでの区間T_S2と
において各勾配磁場ごとに磁場の強度の時間積分
値が等しくなる条件下でT_S1＞T_S2またはT_S1＜
T_S2として_S1またはT_S2が短くなるように制御する
ことができるように構成したことを特徴とする。

（実施例）以下図面を用いて本発明を詳細に説明する。第
６図は本発明の手法を実現するための装置の一実
施例の構成を示すブロツク図である。図におい
て、１は一様静磁場H₀（この場合の方向をＺ方向
とする。）を発生させるための静磁場用コイル、
２はこの静磁場用コイル１の制御回路で、例えば
直流安定化電源を含んでいる。静磁場用コイル１
によつて発生する磁束の密度H₀は、0.1T程度で
あり、また均一度は10^-4以上であることが望まし
い。

３は勾配磁場用コイルを総括的に示したもの、
４はこの勾配磁場用コイル３の制御回路である。

第７図イは勾配磁場用コイル３の一例を示す構
成図で、Ｚ勾配磁場用コイル３１、ｙ勾配磁場用
コイル３２，３３、図示してないがｙ勾磁場用コ
イル３２，３３と同じ形であつて、90゜回転して
設置されるｘ勾配磁場用コイルを含んでいる。こ
の勾配磁場用コイルは、一様静磁場H₀と同一方
向で、ｘ、ｙ、ｚ軸方向にそれぞれ直線勾配をも
つ磁場を発生する。制御回路４はコントローラ２
０（詳細は後述する）によつて制御される。

５は被検体に狭い周波数スペクトルｆのRFパ
ルスを電磁波として与える励磁コイルで、その構
成を第７図ロに示す。

６は測定しようとする原子核のNMR共鳴条件
に対応する周波数（例えばプロトンでは、42.6M
Hz／Ｔ）の信号を発生する発振器で、その出力
は、コントローラ２０からの信号によつて開閉が
制御されるゲート回路３０（詳細を後述する）、
パワーアンプ７を介して励磁コイル５に印加され
ている。８は被検体におけるNMR共鳴信号を検
出するための検出コイルで、その構成は第７図ロ
に示す励磁コイルと同じで、励磁コイル５に対し
て90゜回転して設置されている。なお、この検出
コイルは、被検体にできるだけ近接して設置され
ることが望ましいが、必要に応じて、励磁コイル
と兼用させてもよい。

９は検出コイル８から得られるNMR共鳴信号
（FID：free induction decay）を増幅する増幅
器、１０は位相検波回路、１１は位相検波された
増幅器９からの波形信号を記憶するウエーブメモ
リ回路で、Ａ／Ｄ変換器を含んでいる。１３はウ
エーブメモリ回路１１からの信号を例えば光フア
イバで構成される伝送路１２を介して入力し、所
定の信号処理を施した断層像を得るコンピユー
タ、１４は得られた断層像を表示するテレビジヨ
ンモニタのような表示器である。また、コントロ
ーラ２０からコンピユータ１３へは、信号線２１
により、必要な情報が伝送される。

コントローラ２０は、勾配磁場G_z，G_x，G_yを
制御するために必要な信号（アナログ信号）およ
びFRパルスの送信やFID信号の受信に必要な制
御信号（デイジタル信号）を出力することができ
るように構成されたものである。

ゲート回路３０は、発振器６からのRF信号を
受け、これに対して90゜ずつ位相の異なる４種の
信号すなわち0゜、90゜、180゜、270゜の位相差をもつ
RF信号を作り、コントローラ２０の指示に基づ
き４種の信号の中の１つを選択し、これを更に
RF変調信号で変調して励磁コイル５用の駆動信
号を得るものである。

このように構成された本発明の装置の動作を、
本発明のパルスシーケンスの基本部を示す第１図
の動作波形図を参照して次に説明する。

(1) 制御回路２から静磁場用コイル１に電流を流
し、被検体（被検体は各コイルの円筒内に設
置）に静磁場H₀を与えた状態において、コン
トローラ２０より制御回路４を介してＺ勾配磁
場用コイル３１に電流を流し、第１図ロに示す
ようにＺ勾配磁場G_z ⁺を与える。

このとき、スライス面中央（90゜パルス印加
により磁化Ｍが正しく90゜回転する部分）、スラ
イス面境界（90゜パルス印加時Ｍがθ゜回転し、
また180゜パルス印加時にはG_z＝０となつている
ため180゜回転する部分）、スライス面外（90゜パ
ルス印加では影響を受けず、180゜パルスによつ
て磁化Ｍの方向が反転する部分）での各磁化Ｍ
の方向は、第１図ヘ，ト，チに示すように総べ
てｚ軸正方向（上向き）となつている。

G_z ⁺が与えられている下で、ゲート回路３０
において選択し出力された位相差0゜の所定の形
に変調された（例えばガウス形）RF信号で被
検体の一面（スライス面）を励起する（第１１
図イのように第１の90゜_xパルスを与える）。

(2) 続いてｘ勾配磁場用コイルおよびｙ軸勾配磁
場用コイル３２，３３を付勢し、第１図のハ，
ニに示すように所定の大きさの磁場G_x，G_yを
印加する。

なお、第１図ロにおいて、G_z ⁺に続くG_z ^-は、
被検体の異なる部分からのNMR共鳴信号の位
相を一致させるための波形信号であつて、この
技術は公知の技術である。

この磁場G_x、G_yを印加する時点t₁では、各
部の磁化Ｍは第１図ヘ，ト，チに示すような向
きになる。

(3) 次に第１図ハに示すようにｘ軸方向の線形勾
配磁場g_x1を短時間（t_x1）加える。これにより、
ｘ方向においてスピンの位相のずれ（位相コー
ド化）が生ずる。これと同時に、同図ニのよう
に極性の異なるｙ軸方向線形勾配磁場g_y1，g_y2
を順次印加する。g_y1によつて分散したスピン
はg_y2によつて集合し、エコー信号となる。こ
のエコー信号は第１図ホのように現われ、検出
コイル８により検出される。

(4) 前記第１の90゜パルス（90゜_xパルス）印加後
T_S1時間後に第１の180゜パルス（180°_-xパルス）
を与える。このとき勾配磁場はすべて０であ
る。

(5) 第１の180゜パルス印加後勾配磁場G_z，G_xを印
加すると共に第１の180゜パルス印加からT_S2時
間後に第２の90゜パルス（90゜_-xパルス）を、時
間軸を反転して前記と同様に印加する。このと
き勾配磁場G_yも印加するこの場合、各勾配磁場に関し次の関係が満足
されるようにする。

∫_TS1Gdt＝∫_TS2G′dt (1) ただし、Ｇ：T_S1区間における磁場の強さ G′：T_S2区間における磁場の強さなお、T_S2区間ではデータを測定するわけで
はないのでG_x，G_yの大きさ及び印加時間幅は
特に限定されず、この区間に生じるNMR信号
は読みとばされる。

(6) 第２の90゜パルスに続いて第２の180゜パルス
（180゜_xパルス）を印加する。これにより第１図
ヘ〜チに示すようにスライス面の中央、境界お
よび面外の各領域の磁化Ｍはすべて＋ｚ軸方向
に向く。

(7) 第２の180゜パルス印加に続いて、シーケンス
間の相関を除去するためのスポイラーH_z，H_x，
H_yを印加する。

以上のようにして始めの時点（第１の90゜パル
ス印加直前）と同じ状態に復帰することになる。
ただし、この方式では物質のもつスピン−スピン
緩和T₂による緩和が残り、第２の180゜パルスを印
加した直後の時点では磁化Ｍの方向は完全には＋
ｚ軸方向に揃わない。そこで、図示のようにT_d
なる待ち時間をもうけ、磁化Ｍが完全に＋ｚ軸方
向になるのをまつて１回のシーケンスを終了し、
以後同様のシーケンスを繰り返す。

この場合の待ち時間T_dは第２図に示す従来の
シーケンスにおける待ち時間T_dよりも短くなつ
ている。更に、T_S2も前記(1)式を満足する範囲で
十分に短くすることができる。

なお、本発明のパルスシーケンスの基本部は上
記実施例に限定されるものではなく、例えば第８
図に示すようなシーケンスとしてもよい。第８図
のシーケンスでは、第１図のシーケンスがT_S2を
短縮して高速化を図つたのに対してT_S1の方を短
縮化したものである。従つて、同図ホに示すよう
にT_S2区間に生ずるNMR信号をデータとして用
いる。

第１の180゜パルス直後に印加するスポイラー
H_z2，H_x2，H_y2は、第１の180゜パルスの誤差によ
るノイズ信号を除去するためのものである。ま
た、この場合も前記(1)および(2)式が満足されるよ
うに勾配磁場が印加される。

第９図は本発明におけるパルスシーケンスを示
す図である。この場合は、第１図に示すパルスシ
ーケンス又は第８図に示すパルスシーケンス（図
では鎖線Ｌで囲んで示してある）の前に180゜パル
スを付加したものである。このシーケンスにおい
ては、付加した180゜パルスで予め磁化M₀を−ｚ
軸に反転させ、T′時間の間に自然緩和したM′を
90゜パルスで励起するようにしたもので、T′時間
の緩和により縦緩和時間T₁の違いがM′つまり信
号強度に反映することを巧みに利用し、T′を最
適値に選ぶことによりT₁を強調した画像を得る
ことができる。

このような本発明のパルスシーケンスによれ
ば、第１の90゜パルス直前のｚ軸上の磁化M_zのス
ライス厚方向の分布は第４図の実線Ｃのように、
また実際のスライス形状は第５図の実線Ｃのよう
な好ましい分布となる。

（発明の効果）以上述べたように本発明によれば、１ビユー分
のシーケンスが終了した時点で強制的かつ正確に
スライス面内外のすべての磁化Ｍを熱平衡状態
（またはその近傍）にすることができるため、各
パルスシーケンス間でT₁による自然緩和を待つ
必要がなく、パルスシーケンス間隔を短縮するこ
とができ、スキヤンタイムを短縮することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るシーケンスの基本部を説
明するための動作波形及び磁化ベクトルの図、第
２図はインバージヨン・リカバリ法を用いた従来
のNMR検査装置のパルスシーケンスを示す動作
波形図である。第３図は磁化Ｍの状態を説明する
ための図、第４図はスライス厚方向に対する磁化
M_zの分布を示す図、第５図はスライス厚方向に
対する信号強度の分布を示す図、第６図は本発明
を実施するための装置の構成図、第７図は磁場用
コイルの一例を示す構造図、第８図および第９図
は本発明に係るパルスシーケンスを説明するため
の動作波形図である。１……静磁場用コイル、２，４……制御回路、
３……勾配磁場用コイル、５……励磁コイル、６
……発振器、８……検出コイル、１０……位相検
波回路、１１……ウエーブメモリ回路、１３……
コンピユータ、２０……コントローラ、３０……
ゲート回路。

Claims

【特許請求の範囲】１被検体にｚ軸方向の静磁場（H₀）を与える
手段と、被検体に勾配磁場を与える手段と、被検
体の組織を構成する原子の原子核に核磁気共鳴を
与えるための高周波パルスを印加する手段と、被
検体の磁化により生じるエコー信号を検出する検
出コイルを備え、生じた核磁気共鳴信号を利用し
て被検体の組織に関する画像を得る装置におい
て、下記(イ)ないし(ホ)を満たすように各部を制御する
機能を有した制御手段を具備したことを特徴とす
るNMR画像装置。記 (イ) 前記高周波パルスを印加する手段を付勢し
て、縦緩和時間を強調するために最初に印加す
る180゜パルスと、第１の90゜パルスと、第１の
180゜パルスと、第２の90゜パルスと、第２の180゜
パルスをそれぞれこの順に印加する。 (ロ) 前記第１および第２の90゜パルス印加は、同
時に勾配磁場を与える手段を付勢して第１の勾
配磁場も印加し特定のスライス面のみを励起す
る選択励起とし、前記最初に印加する180゜パルス、第１および
第２の180゜パルス印加は勾配磁場を印加しない
非選択励起とする。 (ハ) 前記第２の180゜パルスは第２の90゜パルス印
加直後に印加する。 (ニ) 前記最初の180゜パルス印加の後に勾配磁場を
印加し、この180゜パルス印加から所定の時間の
後に前記第１の90゜パルスを印加する。 (ホ) 前記第１の90゜パルス印加から前記第１の
180゜パルス印加までの区間T_s1とこの第１の
180゜パルス印加から第２の90゜パルス印加まで
の区間T_s2のいずれか一方の区間では、勾配磁
場を反転することによつてエコー信号を発生さ
せこれを前記検出コイルでNMR信号として検
出し、他方の区間では前記一方の区間で印加す
る勾配磁場よりも大きい勾配磁場を印加してそ
の区間の時間を短くする。