JPH0318449B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は核磁気共鳴映像装置、とくに高速で
映像できる装置に関するものである。

〔従来の技術〕

核磁気共鳴（NMR）は、ある原子核を一様な
静磁場中においた時、これが磁場の強さに比例し
た周波数で磁場のまわりを歳差運動するという事
実によるものである。

この周波数はラーモア周波数として知られてお
り、wo＝γH₀により与えられる。但しγは原子
核の磁気回転比、H₀は磁場の強さである。ある
特定の方向に沿つて強さが変化するごとき静磁場
を印加すると、その方向の各位置にある原子核は
異つた周波数で歳差運動をする。物体に傾斜磁場
を印加すると同時に十分な強さのラジオ周波数磁
場パルスを印加すると、上記ラジオ周波数磁場パ
ルスの周波数で歳差運動を行なうスピンを有する
原子核のみを90゜または180゜回転させ、他の原子
核とアイソレートさせることができる。

最近、英国特許第2079946号明細書において、
“スピンワープ（spin warp）”として知られてい
る方法により物体の二次元像を得ることが提案さ
れている。略していえばスピンワープ法は、物体
中にスピンの薄いスラブを定め、物体をこのスラ
ブと平行な第１の傾斜磁場及び上記スラブと平行
であつて第１の傾斜磁場と垂直な第２の傾斜磁場
にさらし、次いで第１の傾斜磁場を反転させ、自
由な核磁気誘導の信号（free induction signal；
FIS）を検出する方法である。

このFISは、初めに第１の傾斜磁場によりデイ
フエーズされ、次いでスピンエコーを形成するた
めにリフエーズされるごときスピンにより生じ
る。Nx回サンプルした場合、スピンエコーのフ
ーリエ変換は第１の傾斜磁場に平行な線上にスピ
ン密度の投影を与える。第２の傾斜磁場は各スピ
ンの位相を第２の傾斜磁場の方向に変化させる。
この一連の操作をNz個の値の第２傾斜磁場に対
して繰返し、その結果得られる出力をフーリエ変
換すると、Nx×Nz配列の密度値が形成される。

この方法は物体中のある面の二次元像の形成を
可能にすることが理解される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のような従来のスピンワープ法などの核磁
気共鳴映像法では、一つの断層面の二次元像を形
成するのに必要な時間は典型的にはNz秒のオー
ダーとなるので、人体を映像する場合必ずしも十
分短かい測定時間ではなく、特に心臓などの拍動
のある臓器の画像化は容易でないという問題点が
あつた。

この発明は、かかる問題点を解決するためにな
されたもので、上記測定時間の短縮できるシーケ
ンスを備えた核磁気共鳴映像装置を提供すること
を目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明による核磁気共鳴映像装置は、第１の
傾斜磁場の下で静磁場中の物体のある体積中の核
スピンを励起する第１区間、第１の傾斜磁場と直
交する第２の傾斜磁場を印加する第２区間、上記
核スピンのスピンエコー信号を発生するために
180゜パルスを印加する第３区間、第２の傾斜磁場
の下で上記スピンエコー信号を観測する第４区
間、上記スピンエコー信号を読み出す前又は後に
第１及び第２の傾斜磁場に直交する第３の傾斜磁
場を印加し、上記核スピンを第３の傾斜磁場の方
向に位相変調する５区間を有し、これらの区間に
続き、第３区間、第４区間、及び第５区間よりな
る一連の区間を逐次的に実行すると共に、上記第
５区間における第３の傾斜磁場は時間積分の絶対
値が特しく、かつ符号が各５区間ごとに交互に正
負となるように印加するパルスシーケンスを備え
たものである。

〔問題点を解決するための手段の作用〕

この発明の核磁気共鳴装置では、複数の180゜パ
ルスを用いて複数のスピンエコー信号を得ると共
に第５区間で、第３の傾斜磁場の方向に、第３の
傾斜磁場の時間積分値の絶対値が等しく、かつ時
間積分値の符号が交互に正負となるよう位相変調
しているので、画像形成のために必要な複数のス
ピンエコー信号を逐次的に測定でき回復時間が要
らず測定時間が短縮される。

〔実施例〕

以下、この発明の第１の実施例を第１図に示し
たパルスシーケンスを用いて説明する。なお、こ
のようなシーケンスを実施するための装置の構成
は従来型の核磁気共鳴映像装置と同じであり、例
えば、任意の断層面に対し垂直な方向、即ちｚ軸
に沿つて静磁場H₀を与えると共に、上記ｚ軸に
垂直なｘ軸またはｙ軸に沿つて高周波の送受信を
行なう。受信方法は、90゜位相の異なるcos成分と
sin成分の両者を測定するQD（Quadrature
Detection）法を用いて信号処理を行う。

さらに、静磁場H₀に対して、互いに直交する
ｘ，ｙ，ｚ方向にそれぞれ傾斜磁場Gx，Gy，Gz
を形成するためのコイルが設けられる。この種の
装置は、例えばJournal of Physics Ｅ：
Scienhific Instruments、13、947−955に記載さ
れている。パルスの発生は以下に示す様に第１区
間、第２区間、第区間……第12区間……と続く
が、順次第１図に従つて説明する。

第１区間 90゜高周波パルスRF(1)を第１の傾斜磁場Gz⁽¹⁾と
共に加える。第２及び第３の傾斜磁場Gx，Gyは
零である。これにより、静磁場中の物体のある厚
さの断層面中の核スピンが、高周波パルスの周波
数に依存して、選択的に励起される。断層面の厚
さは高周波パルスの帯域幅またはGz⁽¹⁾の振幅を
変化させることにより、変えることができる。

第２区間 第４区間で第２の傾斜磁場Gx⁽⁴⁾の存在下にス
ピンエコー信号Ｓ(4)を観測するために、第２の傾
斜磁場Gx⁽²⁾印加する。

第３区間 スピンエコー信号Ｓ(4)を発生させるために、
180゜高周波パルスRT(3)を第１の傾斜磁場Gz⁽³⁾と
共に印加する。この時、傾斜磁場Gzの時間積分
値Ａ，Ｐ，Ｃ（斜線部）についてＡ＋Ｂ＝Ｃとし、
Gzによるスピンの乱れを補正することは公知の
通りである。

（例えば、P.R.Locher“ProtonNMR
tomography”Philips Technical Rev.41、73〜
88に記載） また、180゜パルスの位相は90゜パルスの位相と
90゜変化させ、180゜パルスの不完全さによる信号
の減衰をさけるという公知の方法を用いる。

（例えば、S.Meidoom etal.Rev.Sci.Instr.29、
688、1958に記載） 第４区間 第２の傾斜磁場Cx⁽⁴⁾の存在の下に、スピンエ
コー信号S⁽⁴⁾を観測する。前記信号Ｓ(4)観測中は
傾斜磁場は一定値を有するGx⁽⁴⁾のみ印加される。
上記スピンエコー信号の吸収成分の最大値は180゜
パルスの最大値を与える時刻からτ時間後に観測
される。第２の傾斜磁場Gxに対して、図の斜線
部分の面積αとβは等しい。

第５区間 第７区間で位相変調されたスピンエコー信号Ｓ
(7)を観測するために、位相変調用の第３の傾斜磁
場Gy⁽⁵⁾を印加する。ここで、Gy⁽⁵⁾の大きさは
γLy∫Cy⁽⁵⁾dt≦2πとする。ただし、Lyは測定対象
のｙ軸方向の長さである。

第６区間 スピンエコー信号Ｓ(7)を発生させるため、180゜
高周波パルスRF(6)を第１の傾斜磁場Gz⁽⁶⁾と共に
加える。

図示された斜線部の面積Ｄ、Ｅに対してＤ＝Ｅ
とする。

90゜パルスRF(1)と180゜パルスRF(3)のパルス間隔
τに対して各180゜のパルス間隔は2τである。

第７区間 第４区間と同じである。

Gx⁽⁴⁾とGx⁽⁷⁾の振幅は同一である。

実際、Gx⁽⁴⁾、Gx⁽⁷⁾、Gx⁽¹⁰⁾、……の振幅は同一
で、さらに∫2Gx⁽²⁾dt＝∫Gx⁽⁴⁾dt＝∫Gx⁽⁷⁾＝∫Gx⁽¹⁰⁾
dt＝……である。

第８区間 位相変調用の第３の傾斜磁場Gy⁽⁸⁾を印加する。
この時Gy⁽⁸⁾とCy⁽⁵⁾は時間積分の絶対値が等しく、
かつ符号が反対となる。即ち、 ∫Gy⁽⁸⁾dt＝∫y⁽⁵⁾dtである。

なお、本文中の積分は各傾斜磁場が印加されて
いる時間に対してそれぞれ行なうこととする。

第９区間 第６区間と同じである。

図中の斜線部の面積ＦとＧに対して、Ｆ＝Ｇで
ある。

第10区間 第７円区間と同じである。

第11区間 第５区間と同じである。即ち∫y⁽¹¹⁾dt＝∫Gy⁽⁵⁾dt
で、時間積分値の符は同じとなる。

第12区間以降 第６区間以降から第11区間までを逐次的に繰り
返す。

以上のパルスシーケンスにより、ｎ＝０、…
…、Ｎ／２に対して（ｎ＋１）番目のスピンエコー 信号が有する位相変調量は、（−１）ⁿnγ∫Gy⁽⁵⁾
dt・ｙで表わされる。

さて受信信号の処理法の一実施例を示す。な
お、この実施例と数学的に等価な処理によつても
同一の結果が得られることは言うまでもない。

まず時刻ｔにおいて（ｎ＋１）番目のスピンエ
コー信号が有する位相は γGxtx＋（−１）ⁿnγ∫Gy⁽⁵⁾ｄ・ｙ である。ここに、時間の原点は上記（ｎ＋１）番
目のスピンエコー信号（吸収成分）の最大値を与
える時刻とする（ｎ＝０、……、Ｎ／２）。

ここで、γLy∫Gy⁽⁵⁾dt＝2π とし、時刻ｔにおける上記スピンエコー信号をＳ
（t.n）とすると比例定数を無視すれば となる。

ここに、ρ（ｘ、ｙ）はスピン密度を示し、測
定時間内の横緩和の効果を無視した。

次に、Ｓ（ｔ、ｎ）の時間サンプリングの総数
をＭとして γLxGxt≦2πm（ｍ＝−Ｍ／２、……、Ｍ／２−１） となるように、サンプリングする。例えば等号成
立の場合は、 ここで、Lxは測定対象のｘ軸方向の長さであ
る。⁽¹⁾式において、ｋ＝（−１）ⁿｎとおくと ｍ＝Ｍ／２、…、Ｍ／２−１、Ｋ＝０、−１、２、− ３、…、（−１）^N/2Ｎ／２ 即ち、(2)式において受信信号Ｓ（ｍ、ｋ）を２
次元フーリエ変換することにより、測定対象のス
ピン密度ρ（ｘ、ｙ）が求まることになる。

なお、ｋについては、＊を複素供役演算子とす
ると、 Ｓ（ｍ、−ｋ）＝Ｓ（−ｍ、ｋ）＊ である。つまり任意のｍに対してｋ＝０、−１、
２、−３、…、（−１）^N/2Ｎ／２の測定値からｋ＝− Ｎ／２、…、Ｎ／２−１までの測定値が計算できる。

なお、実際、QD法で得られるcos成分ａ（ｔ）、
sin成分ｂ（ｔ）に対してｕ（ｍ、ｋ）＝ａ（ｔ）＋jb
（ｔ）を考えると、一般にｕ（ｍ、ｋ）＝e^j〓Ｓ（ｍ、
ｋ）であるが計算後のスピン密度の絶対値のみが
意味をもつので ｕ（ｍ、ｎ）についてｕ（ｍ、−ｋ）＝ｕ（−ｍ、
ｋ）＊と考えて計算しても同じである。

なぜなら、 故に、ｕ（ｍ、ｋ）からe^j〓ρ（ｘ、ｙ）が求ま
り、絶対値をとればρ（ｘ、ｙ）が得られる。

以上からわかるように、（Ｎ／２＋１）個のスピン エコー信号を得て、各スピンエコー信号をＭ点で
サンプリングした測定値より、計算によりＭ×Ｎ
コの測定値を得てこれを２次元フーリエ変換する
ことにより、測定対象の２次元スピン密度が求め
られる。

なお、上記実施例では選択励起されたあとのス
ピンのｚ方向の位相の乱れを第１の傾斜磁場
Gz⁽¹⁾を反転せず補正したが、前記傾斜磁場Gz⁽¹⁾
を反転する公知の方法を用いてもよい。この場合
はGz⁽³⁾の面積Ｂ、Ｃは同一にすればよい。

また、高周波パルスとしてガウス関数状のもの
を示したが、sinc関数、方形波およびこれらの合
成波または組み合わせなどでもよい。

180゜高周波パルスを全て方形波にする場合は同
時に印加される第１の傾斜磁場Gzはなくてもよ
い。この場合の実施例を第２図に示す。第２図の
Gzにおける斜線部の面積Ａ、ＢにおいてＡ＝Ｂ
とし、Ｚ方向の位相の乱れを補正する公知の方法
を用いる。他は第１の実施例と同じなので説明を
省略する。

さらに、印加する傾斜磁場の波形を台形波およ
び三角波あるいはこれらに近似したものとして説
明したが、方形波などでもよい。特に、位相変調
用の第３の傾斜磁場Gyについては、∫Gy⁽⁵⁾dt＝−
∫Gy⁽⁸⁾dt＝∫Gy⁽¹¹⁾dt＝……であれば任意の形状が
利用できる。

また、∫2Gx⁽²⁾dt＝∫Gx⁽⁴⁾dt＝∫Gx⁽⁷⁾dt＝∫Gx⁽¹⁰⁾
dt＝……であればGx⁽²⁾の形状は任意のものでよ
い。

さらに、傾斜磁場Gzの形状については、高周
波パルス印加に一定値であれば、立ち上がり、立
ち下がりの波形は本文で説明した件を満足すれば
任意でよい。傾斜磁場Gxの形状については、信
号観測中に一定値であれば上記の条件下で任意で
よい。

また90゜高周波パルスと各180゜高周波パルスの
位相は90゜変えずに同位相でもよい。

また上記実施例ではスピンエコー信号を読み出
したあとの第５区間、第８区間……で位相変調用
の第３の傾斜磁場Gyを印加したが、スピンエコ
ー信号を読み出す前に位相変調用の第３の傾斜磁
場Gyを印加してもよい。この場合は第７区間、
第10区間……にGyを印加すればよい。

さらに位相変調用の第３の傾斜磁場Gyをパル
ス列としてもよいし、又スピンエコー信号を読み
出す前後に複数回に分けて印加してもよく、複数
回に分けて印加された傾斜磁場の時間積分の総和
を本文中で説明した∫Gy⁽⁵⁾と考えれば同様の効果
があるのは言うまでもない。

なお縦緩和時間（T₁）に関する情報を得たい
時には、第１のステツプ（第１区間）の最初に核
スピンの平均縦緩和時間とほぼ等しい時間だけ先
行して核スピンを反転させる過程を付加すればよ
い。このスピンを反転させる過程としては180゜パ
ルスまたは断熱高速通法が公知である。

（フアラーベツカー「パルスおよびフーリエ変
換NMR」吉岡書店に記載。） なお、この場合、180゜パルスと共に第１の傾斜
磁場を印加してもよい。

さらに、横緩和時間（T₂）に関する情報を得
たい時には、第１区間のあとに、試料の平均横緩
和時間とほぼ等しい時間だけ待つてから次の過程
を実行すればよい。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明による核磁気共鳴映像
装置は第１の傾斜磁場の下で静磁場中の物体のあ
る体積中の核スピンを励起する第１区間、第１の
傾斜磁場と直交する第２の傾斜磁場を印加する第
２区間、上記核スピンのスピンエコー信号を発生
するために180゜パルスを印加する第３区間、第２
の傾斜磁場の下で上記スピンエコー信号を観測す
る第４区間、上記スピンエコー信号を読み出す前
又は後に第１及び第２の傾斜磁場に直交する第３
の傾斜磁場を印加し、上記核スピンを第３の傾斜
磁場の方向に位相変調する第５区間を有し、これ
らの区間に続き、第３区間、第４区間、及び第５
区間よりなる一連の区間を逐次的に実行すると共
に、上記第５区間における第３の傾斜磁場は、時
間積分の絶対値が等しく、かつ符号が各５区間ご
とに交互に正負となるように印加するパルスシー
ケンスを備えているので測定時間の短縮が可能
で、胸部特に心臓や腹部などに対して拍動、ぜん
動、呼吸などの体動によるアーチフアクトなどの
影響が軽減でき、空間・時間分解能の良い画像が
得られる効果がある。また、血流・リンパ流など
の画像化も容易になる。さらに、位相変調用電源
は小容量のもので良いので、電源が安価になる。
またマルチスライス画像を得る時の全測定時間も
短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例による核磁気
共鳴映像法を示すパルスシーケンス図、第２図は
この発明の第２の実施例による核磁気共鳴映像法
を示すパルスシーケンス図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１の傾斜磁場の下で静磁場中の物体のある
   体積中の核スピンを励起する第１区間、第１の傾
   斜磁場と直交する第２の傾斜磁場を印加する第２
   区間、上記核スピンエピンエコー信号を発生する
   ために180゜パルスを印加する第３区間、第２の傾
   斜磁場の下で上記スピンエコー信号を観測する第
   ４区間、上記スピンエコー信号を読み出す前又は
   後に第１及び第２の傾斜磁場に直交する第３の傾
   斜磁場を印加し、上記核スピンを第３の傾斜磁場
   の方向に位相変調する第５区間を有し、これらの
   区間に続き、第３区間、第４区間、及び第５区間
   よりなる一連の区間を逐次的に実行するととも
   に、上記第５区間における第３の傾斜磁場は時間
   積分の絶対値が等しく、かつ符号が各５区間ごと
   に交互に正負となるように印加するパルスシーケ
   ンスを備えた核磁気共鳴映像装置。 ２ 第５区間において、第３の傾斜磁場はパルス
   列よりなることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の核磁気共鳴映像装置。 ３ 受信信号として、90゜位相の異なるcos成分と
   sin成分の両者を測定するQD法を用いて、信号処
   理を行なうことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項又は第２項記載の核磁気共鳴映像装置。 ４ 第１区間に先行して、核スピンを反転する過
   程を実行することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項なろし第３項のいずれかに記載の核磁気共鳴
   映像装置。 ５ 第１区間に先行して、核スピンを反転する方
   法として、180゜パルスを用いることを特徴とする
   特許請求の範囲第４項記載の核磁気共鳴映像装
   置。 ６ 第１区間に先行して、核スピンを反転する方
   法として、断熱高速通過法を用いることを特徴と
   する特許請求の範囲第４項記載の核磁気共鳴映像
   装置。