JPH04189342A - 核磁気共鳴情報収集方法 - 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】 １゛産業上の利用分野」 この発明は横緩和を強調した信号や縦緩和を強調した信
号または化学シフトを強調した信号などを得るためにプ
リパレーションパルスを被検体に与えた後、複数回読取
りパルスを被検体に与えて、その各読取りパルスごとに
、被検体から放射される核磁気共鳴信号を収集して画像
情報又はスペクトル情報などの核磁気共鳴情報を得る核
磁気共鳴情報収集方法に関する。。

「従来の技術」 核磁気共鳴（以下ＮＭＲと記す）法による画像形成装置
は例えば特開昭５７−６３４７号公報、昭和５７年１り
秀潤社発行雑誌「画像診断」１２巻１号２０〜４２頁な
どに示されている。

ＮＭＲ法による画像形成装置は例えば第３図に示すよう
に静磁場発生手段１１によりＺ軸と平行した静磁場が発
生され、傾斜磁場発生手段１２によりＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸
方向においてそれぞれ磁界強度が傾斜し、それぞれ向き
がＺ軸方向の傾斜磁場ＧＲ、Ｇｓ　、ＣＰが発生され、
これら静磁場及び傾斜磁場が発生される空間に被検体１
３が配される。なお三つの傾斜磁場はその磁界強度の傾
斜方向が同一平面以外で互いに交差すればよく、必ずし
も直交する必要はない。このようにして被検体１３から
の空間情報を弁別できるようにされている。

送受信用コイル１４に高周波のパルス電流を与えてＺ軸
と垂直の方向の高周波磁場を被検体１３に与える。その
時発生する被検体１３からのＮＭＲ信号はコイル１４で
受信され、その受信出力は高周波信号送受信部１５で増
幅検波され、その検波出力はサンプリングされてＡＤ変
換器１６でデジタル信号に変換され、電子計算機よりな
る信号処理装置１７に入力される。

所で、ＮＭＲはある原子核を磁場中に置いた時これらが
磁場の強さに比例した周波数で、磁場の印加方向を軸と
してそのまわりを歳差運動するという事実に依るもので
ある。この周波数は、ラーモアの周波数として知られて
おり、ω。−γＨ０により与えられる。但し、Ｔは原子
核の磁気回転比、Ｈｏは磁場の強さである。ある特定の
方向に沿って強さが変化する磁場、いわゆる傾斜磁場を
印加すると、その方向の各位置にある原子核（以下、核
スピン）は異なった周波数で歳差運動をする。

この性質を用いて共鳴した核スピンの位置情報、つまり
被検体１３中の何れの位置からのＮＭＲ信号であるかを
示す情報を得るには、大別して２つの方法が存在する。

その１つは、ある軸に傾斜磁場を加えた状態でその強度
を時間的に一定に保持し、その間にＮＭＲ信号のデータ
を収集して、周波数エンコーディングにより、直接この
軸に沿った核スピンの位置情報を得る方法である。もう
１つは、ある軸に傾斜磁場を加え、その強度の時間積分
値を逐次的に変化させた後に、つまり歳差運動の初期位
相を変化させた後、ＮＭＲ信号のデータを収集して、位
相エンコーディングにより、この軸に沿った核スピンの
位置情報を得る方法である。どちらの場合も、信号のデ
ータから位置情報を得る計算処理にいくつかの方法が考
えられるが、今日、最も一般的にはフーリエ変換法が用
いられているので、これを例艇して以下の説明を行なう
。

フーリエ変換法の場合、基本的には時間軸から周波数軸
へのデータ変換であるから、計算処理前のデータは、時
間的に順序正しい信号系列でなくては意味がない。この
為、周波数エンコーディングの場合には、ある軸に加え
る傾斜磁場強度を信号データ収集の間一定に保持する事
が行なわれ、位相エンコーディングの場合には、ある軸
に加える傾斜磁場強度の時間積分値を逐次的に変化させ
る事が行なわれている。すなわち周波数エンコーディン
グ及び位相エンコーディングの何れでもサンプリング時
点までの傾斜磁場の強さと、その磁場印加時間との積分
値はサンプリングごとに逐次的に変化する様になされて
いる。この様なデータ処理を行なうならば得られた信号
データ系列を直接フーリエ変換する事により、ある軸に
沿った核スピンの位置情報が、従ってＮＭＲ信号より得
られた情報、例えば核スピンの密度、緩和時間などの空
間分布が得られる事は容易に理解できる。信号処理装置
］７内の演算処理部１７ａでこのような空間分布、つま
り画像情報を得る演算処理を行い、得られた画像情報を
表示器１８に画像として表示する。

核スピンの位置情報を求めることができるＮＭＲ信号を
得る手法としてスピンワーブ法がある（例えば前記雑誌
参照）。スピンワープ法により例えばＸ−Ｚ平面内の２
次元画像を得るには、第４図に示すように期間５でＹ軸
に沿って傾斜したスライス（切断面）選択用傾斜磁場Ｇ
、を掛けておいて読取り用高周波磁場パルスを与え、そ
の読取りパルスの搬送周波数に応じて決る、Ｙ軸上の位
置で被検体１３を断面した被検体１３の断面１３ａ（第
５図）内の特定の原子核を選択的に励起しくスライス選
択用傾斜磁場ＧＳは断面１３ａの位置を選択する）、こ
の励起に続いて期間６でスライス選択用傾斜磁場Ｇ３と
逆方向のリフェーズ用磁場Ｇ　ｓ　ｒを与え、かつ読取
り用傾斜磁場ＧＲと逆方向のデフニーズ用磁場ＧＲｄを
与え、期間７にＸ軸に沿って傾斜した読取り用傾斜磁場
Ｇ、ｌを加え、この時のＮＭＲ信号を受信し、これを例
えば２５６回〜定周期でサンプリングし、そのサンプリ
ング時系列を周波数デコーディングすることにより、つ
まり２５６点フーリエ変換することにより、断面１３ａ
内のＺ軸に沿った核スピン位置情報（周波数がＸ軸上の
位置を、その位置での振幅が核スピンのＺ方向における
ヘクトル総相を表わす）を得る。

前記選択的励起と読取りとの間、すなわち期間６にＺ軸
に沿って傾斜した位相用傾斜磁場Ｇ、をパルス的に与え
、かつ１回のサンプリング時系列を得るごとにその振幅
をその都度順次等間隔で（段階的に）変化させる。例え
ばこの振幅変化を２５６段階とすると、つまり、２５６
回のサンプリングによる受信を２５６回繰返し、かつ、
画像視野が−ａ＜＝ｘ＜ａ、　−ａ＜＝ｚ＜ａの場合に
、Ｚ＝ａの核スピンの位相が、ｚ＝０の核スピンの位相
に対してｎ回目の読取りパルスの送受信時に、（ｎ−１
２９）π進むような強度の磁界Ｇ、を与える。このよう
にして２５６個のＧＰパルスはそれぞれ２５６の各空間
周波数（Ｘ軸上の位置と対応したもの）についてＺ軸方
向における各位置でレスポンスを最大にする。

以上のようにして得られた信号を２次元フーリエ変換し
て２５６Ｘ２５６画素の画像を得ることができる。この
ようにＺ軸方向における各位置と位相との対応ずけのた
めにはＧ、パルスの振幅を逐次的（段階的）に変化させ
ることなく、Ｇ、パルスの幅を逐次的に変化させてもよ
いし、さらに、ＣＰパルスの振幅と幅の両方をその積が
逐次的に変化するようにしてもよい、つまりＧ、パルス
の振幅の時間積分を逐次的に変化させればよい。

核スピンの横緩和時間Ｔ２を強調した情報を得るには、
つまり原子核の周囲の状態により核スピンの横緩和時間
Ｔ２が異なり、これを検出して被検体１３の組織の性質
などを知るための情報を得るには、第４図においてまず
期間１に高周波の９０°パルスを被検体１３に与えて静
磁場の方向（Ｚ軸方向）に向いていた核スピンの合成ベ
クトル（以下磁化と記す）の方向をＺ軸に対し９０゜倒
しく第６図Ａ）、この倒れた核スピンは磁場の不均一性
によりその各核スピンの方向がＺ軸と垂直な面内でばら
ばらになろうとし、つまり、デフニーズする（第６図Ｂ
）。期間２に高周波の１８０°パルスを被検体１３に与
えて、磁化方向を１８０’反転させる（第６図Ｃ）、こ
の時、Ｚ軸と垂直面内でばらばらになろうとしていた各
核スピンの方向が一方向に集まるように作用し、つまり
リフェーズし、各核スピンの方向がそろった状態（第６
図Ｄ）で期間３に高周波の９０°パルスを被検体１３に
与えて核スピンの方向をＺ軸方向に戻す（第６図Ｅ）。

この戻された磁化の大きさは、期間１の直前にＺ軸方向
に向いていた磁化（第６図Ａ）の大きさより小さくなり
、この差は、第１の９０°パルス直後から第２の９０°
パルス直前までの間における核スピンの横緩和現象（横
緩和時間Ｔ２）と対応している。期間４でスポイラ磁界
を印加して不均一磁界などによる影響を除去した後に、
前述した期間５以降のシーケンスに入り、横緩和を強調
した情報を得る。

期間５以後の空間情報を含むＮＭＲ信号を読取るシーケ
ンスの前処理、つまり期間１〜３に被検体１３に与える
高周波パルスはプリパレーションパルスと呼ばれている
。位相エンコード用の位相用傾斜磁場Ｇ、の大きさを変
化するごとにプリパレーションパルスを与えてＮＭＲ信
号を収集する場合、つまり第４図のシーケンスを繰返す
場合は、１画面分の情報を得るには長い時間がか−る。

この点から、第７図に示すように１回のプリパレーショ
ンパルスの印加の後に、ｎ回読取りパルスを印加し、各
読取りパルスごとに位相用傾斜磁場ＧＰを変化させてＮ
ＭＲ信号を収集して１画面分のＮＭＲ信号を得ることが
提案されている。これはスナップショットフラッシュ法
（Ｍａｇ　Ｒｅｓ　Ｍｅｄ誌　１３巻Ｐ、７７〜（１９
９０）　）又はターボフラッシュ法（ＳＭＲＭ　ニュー
ヨーク大会Ａｂｓｔｒａｃｔｐ　８５　　（１９９０）
　）と呼ばれている。

信号処理装置１７内のスキャン条件決定部１７ｂで第４
図に示したパルスシーケンスの発生制御などを行う信号
を、傾斜磁場発生手段１２、高周波信号送受信部１５へ
送出する。信号処理装置１７は一般に電子計算機を含み
、これにより処理制御を行う。第３図では信号処理装置
１７の機能の一部を機能的に示している。

「発明が解決しようとする課題」 ターボフラッシュ法はＮＭＲ信号の収集時間が短かくて
済むが次のような問題があった。読取りパルスにより核
スピンの方向をＺ軸に対し、７度傾向け、その時の傾斜
した核スピンのＺ軸方向成分の大きさと対応した強度の
ＮＭＲ信号が得られるが、プリパレーションパルスの印
加過程において、横緩和により非平衡状態のスピンが生
じる。

このスピンは縦緩和により時間の経過と共にＺ軸方向の
磁化となる。また読取りパルス印加後の横緩和成分も同
様にＺ軸方向の磁化となる。これらの磁化（以下誤差成
分の磁化と呼ぶ）はプリバレージョンによって生じた磁
化と異なるため、画像コントラストや分解能に悪影響を
及ぼず。

上述では横緩和強調のＮＭＲ信号の収集をフラッシュ法
で行う場合の問題を述べたが、縦緩和強調のＮＭＲ信号
を得るため、プリパレーションパルスとして高周波の１
８０°パルスを１回与えた後フラッシュ法でＮＭＲ信号
を収集する場合にも同様の問題が生じる。

［課題を解決するための手段Ｊ この発明によれば、プリパレーションパルスを与えた後
、フラッシュ法でＮＭＲ信号を収集する方法において、
プリパレーションパルスを与えてフラッシュ法でＮＭＲ
信号を収集することを２回行い、その１回目と、２回目
とでは読取りパルスの直前における磁化の方向を互いに
逆とし、これら１回目と２回目とで収集した信号を、縦
緩和にもとずく誤差成分が打消されるように演算する。

「実施例」 第１図にこの発明の実施例を示す。この例はこの発明を
横緩和強調に適用した場合で、まず第７図と同様に９０
°パルス−１８０°パルス−９０６パルスのプリパレー
ションパルスを被検体に印加した後、ｎ回の読取りを行
って第１回目の１画面分のＮＭＲ信号の収集を行う。次
に同様に第２回目の１画面分のＮＭＲ信号の収集を行う
が、この例ではプリパレーションパルスとして、期間１
に９０°パルスを与え、期間２に１８０°パルスを与え
、期間３に２７０°パルスを与えて、最初の読取りパル
スの直前における核スピンの全体のベクトル合成の方向
が−ＺＺ軸方向され、つまり第１回目の収集時における
最初の読取りパルスの直前における核スピンの全体のベ
クトル合成の方向（Ｚ軸方向）と逆方向とされる。その
他は第１回目と全く同一の条件とし、同様にｎ回の読取
りを行う。この期間３の２７０°パルスは一９０°パル
ス（９０°パルスの搬送波の位相を反転したもの）でも
よい。

ｋ番目の読取りパルスの際における誤差成分の磁化をΔ
Ｍｋと表わし、プリパレーションパルスによる磁化をＭ
ｋのように表わすと第１図における第１回目のに番目の
読取りパルスによる信号Ａｋは Ａｋ＝Ｃ（Ｍｋ±ΔＭｋ）ｓｉｎα となる（Ｃは定数）。同様に第２回目の信号Ｂｋはプリ
パレーションパルスによる磁化の縦緩和を無視すると、 Ｂｋ＝Ｃ（−Ｍｋ＋ΔＭｋ）ｓｉｎα となる。これを図示すると第２図のようになる。

よって両信号Ａｋ、’Ｂｋの差Ｓｋは Ｓｋ＝Ａｋ−Ｂｋ＝２ＣＭｋ　ｓｉｎαとなり、誤差成
分ΔＭｋは打ち消され、かつプリパレーションパルス由
来の信号強度は２倍となる。

第２回目のプリパレーションパルスによる磁化−Ｍｋは
時間と共に縦緩和が生じるが、これは画像に与える影響
は少ない。

第１回目と第２回目とで読取りパルスによる核スピン方
向の傾きを互いに逆とする時は、つまり例えばα°と−
α°とする時は第１回目と第２回目との対応する記号を
単に加算すれば信号成分は加算され、誤差成分は引算さ
れることになる。上述において第１回目、第２回目の何
れにおいても、読取りパルスにより核スピンをα°傾む
けるためにＺ軸方向の磁化は読取りパルス印加前のｃｏ
ｓα倍となり、読取りパルスごとに得られるＮＭＲ信号
が徐々に小さくなる。このため読取りパルスごとに徐々
に読取りパルスにより傾むける角度αを徐々に大きくし
てもよい。更に上述ではこの発明を横緩和強調ＮＭＲ信
号の収集に適用したが、縦緩和強調のＮＭＲ信号の収集
にも適用できる。この場合は第１回目でプリパレーショ
ンパルスとして１８０°パルスを与え、ｎ回の読取りを
行い、第２回目でプリパレーションパルスとして０°パ
ルスを与え、ｎ回の読取りを行い、第１回目と第２回目
との対応する信号を、誤差成分が打消されるように加算
すればよい。また上述ではプリパレーションパルスごと
に１画面分のＮＭＲ信号を収集したが、１画面を複数に
分割し、プリパレーションパルスごとに分割された１つ
の領域と対応する部分のＮＭＲ信号を収集する場合にも
この発明を適用できる。更に緩和回復の待時間を利用し
て、他のスライス面におけるＮＭＲ信号の収集を行う、
いわゆるマルチスライス法にもこの発明を適用できる。

位相エンコーディングのための傾斜磁場Ｇ、の強度の変
化は、交互に正と負とをとるようにするなど、必ずしも
徐々に変化させる必要はない。３次元画像データの収集
にも適用でき、画像データのみならずスペクトル情報の
収集にもこの発明を適用できる。

「発明の効果」 以上述べたようにこの発明によればプリパレーションパ
ルスの後のフラッシュ法によるＮＭＲ信号の収集を２回
行い、その１回目と２回目とで読取りパルスの直前の磁
化の方向が互いに逆となるようにし、収集した信号の対
応するものを誤差信号成分が打消すように加算している
ため、フラッシュ法における縦緩和にもとずく誤差を除
去することができる。２回の信号収集を行うため、従来
のフラッシュ法で必要とする時間の２倍の時間を必要と
するが、得られる信号強度が従来の約２倍になるため、
単位時間当りの信号強度は従来法と同一である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を横緩和強調のＮＭＲ信号の収集に適
用したシーケンス例を示す図、第２図は第１回目、第２
回目との各読取りパルスの直前の磁化を示す図、第３図
は核磁気共鳴画像情報収集装置を示すブロック図、第４
図は従来の横緩和強調のＮＭＲ信号の収集シーケンスを
示す図、第５図は被検体のスライス面と周波数エン：ｌ
−ｌ・、位相エンコー１′を説明するだめの図、第６図
は横緩和強調のプリパレーションパルスによる核スピン
合成ベクトルの挙動を示す図、第７図は従来のプリパレ
ーションパルスに対するフラッシュ法のシーケンスを示
す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）プリパレーションパルスを被検体に与えた後、複
   数回読取りパルスを上記被検体に与えて、その各読取り
   パルスごとに上記被検体から放射される核磁気共鳴信号
   を収集して核磁気共鳴情報を得る核磁気共鳴情報収集方
   法において、 上記プリパレーションパルスを与えて複数回読出しを行
   うことを２回行い、 その１回目と、２回目とでは、読取りパルスの直前にお
   いて上記被検体の磁化の方向を互いに逆とし、 これら１回目と２回目とで収集した信号を、縦緩和にも
   とずく誤差成分が打消されるように演算して上記核磁気
   共鳴情報を得ることを特徴とする核磁気共鳴情報収集方
   法。