JPH0421490B2

JPH0421490B2 -

Info

Publication number: JPH0421490B2
Application number: JP59228571A
Authority: JP
Inventors: Hideto Iwaoka; Hiroyuki Matsura; Sunao Sugyama
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1984-10-30
Filing date: 1984-10-30
Publication date: 1992-04-10
Also published as: JPS60166852A

Description

【発明の詳細な説明】

イ「発明の目的」〔産業上の利用分野〕本発明は、核磁気共鳴（nuclear magnetic
resonance）（以下これを「NMR」と略称する）
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NMR画像
装置に関するものである。特に、医療用装置に適
するNMR画像装置の改良に関する。〔従来の技術〕 NMR画像装置は、生体（通常は患者）をある
磁場中におく。そして、生体に所定のパルス状の
電磁波を印加し、生体を構成している各種の原子
の中で、対象とする特定の原子核のみを励起す
る。いつたん励起された原子核は、再びもとのエ
ネルギー状態に復帰するが、このとき、外部に、
吸収したエネルギーを電磁波として放出する。
NMR画像装置では、この放出される磁界をコイ
ルで検出する。この検出信号が核磁気共鳴信号
（NMR信号…エコー信号とFID信号：free
induction decayとがある）と言われ、対象とす
る原子核について種々の情報を含んでいる。
NMR画像装置は、これを解析し、生体の一部を
断層画像として映像化し、生体の診察、治療等に
役立てる装置である。初めにNMRの原理について概略を説明する。原子核は、陽子と中性子とからなつており、こ
れらは全体として、核スピン角運動量Ｉ→で回転
（自転）していると見なされる。第２図は、水素の原子核（ ¹H）を示したもの
で、イに示すように１個の陽子Ｐからなり、スピ
ン量子数1/2で表わされる回転をしている。陽子
Ｐは、ロに示すように正の電荷e⁺を持つているの
で、原子核の回転に従い、磁気モーメントμ→が生
じ、一つ一つの水素の原子核は、それぞれ小さな
磁石と見なせる。第３図は、この点を模式的に示した説明図で、
鉄のような強磁性体では、この微小磁石の方向が
イに示すように揃つており、全体として磁化が観
測される。これに対して、水素等の場合は、微小
磁石の方向（磁気モーメントの向き）はロに示す
ようにランダムであつて、全体として磁化は見ら
れない。ここで、このような物質にＺ方向の静磁場H₀
を印加すると、各原子核がH₀の方向に揃う。第４図イは水素原子核について、この様子を示
したものである。水素原子核のスピン量子数は1/
２であるから、第４図ロに示すように、−1/2と＋
１／２の２つのエネルギー順位に分かれる。２つの
エネルギー順位間のエネルギー差△Ｅは、(1)式で
表わされる。 △Ｅ＝γ〓H₀ (1) γ：磁気回転比（原子核種ごとに固有の定数）〓：ｈ／2π ｈ：プランク定数ここで、各原子核には、静磁場Ｈ→₀によつて、 μ→×Ｈ→₀ なる力が加わるので、原子核は、Ｚ軸の回りを(2)
式で示すような角速度ωで歳差運動（みそすり運
動）をする。 ω＝γH₀（ラーモア角速度） (2) 即ち、原子核の種類ごとに、それぞれ異なつた
ラーモア角速度ω_nで歳差運動をしている。このように静磁場H₀中におかれた生体に、例
えばラーモア角速度ω₁に対応した周波数（f₁＝
ω₁／2π）の電磁波（通常はラジオ波）を印加す
ると、この周波数f₁に相当した歳差運動をしてい
る原子核に共鳴が起り、原子核は(1)式で示される
エネルギー差△Ｅに相当するエネルギーを吸収し
て、高い方のエネルギー順位に遷移する。ここで、通常、生体は複数種類の原子核で構成
されているが、静磁場H₀の環境下で、印加され
た周波数f₁の電磁波と共鳴する原子核は、１種類
のみである。従つて、生体に印加する静磁場H₀
の強さと、印加する周波数ｆとを選択することに
より、特定の種類の原子核の共鳴のみを取出すこ
とができる。ここで共鳴の強さを測定すれば、原子核の存在
量を知ることができる。また、高い順位へ励起さ
れた原子核は、共鳴後、緩和時間と呼ばれる時定
数で定まる時間の後に、低い順位へ戻る。このと
き、吸収したエネルギーを外部へ放出するので、
共鳴の強さの時間的変化を測定すれば、以下に述
べる時間を知ることができる。緩和時間は、スピン−格子緩和時間（縦緩和時
間）T₁と、スピン−スピン緩和時間（横緩和時
間）T₂とに分類される。この緩和時間を観測す
ることにより物質分布のデータを得ることができ
る。一般に固体では、横緩和時間T₂は短く核磁
気共鳴で得たエネルギーは、まずスピン系に行渡
つてから、核子系に移つて行く。従つて、縦緩和
時間T₁は、T₂に比べて著しく大きい。これに対
して、液体では分子が自由に運動しているので、
スピン同志と、スピンと分子系（核子）とのエネ
ルギー交換の起りやすさは同程度である。従つ
て、時間T₁とT₂はほぼ等しい値になる。ここでは、水素原子核（ ¹H）について説明し
たが、この他にも核スピン角運動量をもつ原子核
で同様の測定を行なうことが可能であり、リン原
子核（ ³¹P）、炭素原子核（ ¹³C）、ナトリウム原
子核（ ²³Na）、等に適用可能である。このように、NMRによつて、特定原子核の存
在量及びその緩和時間を測定することができるの
で、物質内の特定原子核について種々の化学的情
報を得ることにより、被検体内に種々の検査を行
なうことができる。従来より、NMR信号の位相情報を利用して、
被検体の組織に関する画像を得るフーリエ変換
（fourier transformation）法によるNMR画像装
置がある。第５図は、このフーリエ変換法による従来装置
の検査手法の一例を説明するための動作波形図で
ある。初めに、ｚ軸方向に平行で一様な強さの静磁場
H₀中に配置した被検体へ、第５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_jの高周波パルス、即ち、RFパルス
（90°パルス）を印加する。生体のＺ軸方向には、勾配場界G_zが印加され
ており、プロトンは、磁場の強さに比例した周期
で歳差運動をしている。ここでＺ軸の或る位置
（H₀＋△G_z）における断面部だけは、印加された
RFパルスの周波数（ω_j＝2πf_j）と同一のラーモ
ア角速度 ω_j＝γ（H₀＋△G_z）で歳差運動をしている。従つて、この周波数を中
心周波数とする近傍の角速度で歳差運動をしてい
るプロトンだけが励起される。即ち、Ｚ軸方向の
勾配磁場G_zは、生体のスライス面位置決定のた
めに作用する。なお、ここで断層面として、ｚ軸に直交する面
をとるように説明するが、勾配磁場を変えること
により任意の面を映像化できる。そして励起されたプロトンの磁化Ｍを、第６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。言替えると、ｘ−ｙ平面に平行なスライス面
上のプロトンの磁化Ｍは、全てy′軸方向を向いて
いる。続いて、第５図ハに示すようにｘ軸方向の勾配
磁場G_xを所定の時間t_xだけ加える。この勾配磁場
G_xにより、上記の生体のスライス面は、第７図
イのように、ｘ方向に関しては、磁場の強度が傾
斜した状態となる。ここで、第７図イのスライス
面を横に分割したコラムで考える。各コラムと直
交する区域（ｙ軸に平行）のプロトンで見ると、
勾配磁場G_xのため各直交区域ごとに磁場の強さ
が異なる。従つて、(2)式に基づいて、勾配磁場
G_xの強い所の区域に含まれるプロトンのスピン
は早く回り、磁場の弱い所の区域におけるスピン
はゆつくりと回る。そして、第５図ハに示すように時間t_x後に、勾
配磁場G_xは零となるので、第７図イのｘ軸方向
の磁場の強さは均一に戻る。従つて、第７図イに
示したスライス面に在る全てのスピンの回転速度
は同じになる。しかし、時間t_xの間は、回転速度
が各区域ごとに異なつていたので、勾配磁場G_x
を取去つた後も、第７図イに示す如く、G_xによ
つて生じた位相の差を保持したまま同じ速度で回
転する。このようにして、この勾配磁場G_xによつて、
スライス面の磁化Ｍのスピンの位相は、ｘ軸方向
に関して目盛り付け（位相コード化）された状態
になる。G_xの大きさはプロジエクシヨンごとに
ｎを変えて(3)式に従つて変化させる。 γL_x∫_txG_xdt＝2πn (3) ただし、 γ：磁気回転比 L_x：ｘ方向の撮像領域の長さ G_x：被積分関数 t_x：積分範囲ｎ：整数（ｎ＝−Ｎ／２、Ｎ／２＋１、…、−１、０、
＋１、…、Ｎ／２−１）Ｎ：ｘ方向の分割数続いて、第５図ニに示すようにｙ軸方向の勾配
磁場G_yを印加し、この環境下で第５図ホに示す
ようにNMR信号を検出する。この勾配磁場G_yの
印加強度と印加時間は、各プロジエクシヨンごと
に同一であり、また、勾配磁場G_yは、G_xと異な
りNMR信号を検出している間中も印加されてい
る。今度は、第７図ロで示す方向にスライス面へ、
勾配磁場G_yが印加されているので、各コラムご
とに、スピンの回転速度は異なる。そして、この
１つのコラム内においては、同一の回転速度で、
スピンは回転しているが、コラム内のｘ軸方向の
原子核におけるスピンの回転位相は、上述した勾
配磁場G_xのためにズレたものとなつている。そ
こで、得られたNMR信号を１つのデータとす
る。そして、位相コード化の量を変えて繰り返
し、上述と同様なデータを集め、これを２次元フ
ーリエ変換すれば、２次元領域の各位置における
プロトンを判別することができ、各位置のプロト
ンの情報を得ることができる。言替えると、各コラムごとに、スピンの周波数
が異なり、更に１つのコラム内では、スピンの周
波数は同一であるが、位相コード化の量により、
回転の位相がコラムの奥行きの各部位ごとに異な
つている。従つて、検出した信号を２次元フーリ
エ変換すれば、スライス面の各ピクセル情報を識
別することができる。ここで、磁化Ｍは、第６図ロに示すように磁場
の不均一性によつて、x′、y′面内で矢印方向へ次
第に分散してゆくので、やがて、NMR信号は減
少し、第５図ホに示すようにτ時間を経過して無
くなる。以下、熱平衡状態に戻るまでτ′時間待つて、次
のシーケンスを繰り返す。この際、ｘ軸方向の勾
配磁場G_xを印加する所定時間t_xは、(3)式で決まる
値で位相コード化の量を変えながらＮ回繰り返さ
れる。そして、Ｎ回のシーケンスで得られた
NMR信号を２次元フーリエ変換することによつ
て、面内のプロトン密度画像を得ることができ
る。このような動作をなすフーリエ変換法による従
来装置においては、第５図において、NMR信号
が無くなるまでの時間τは、10〜20ｍｓである
が、次のシーケンスに移るまでの所定時間τ′は、
縦緩和時間T₁ため1sec程度は必要となる。それ
ゆえに、ｘ軸方向の分割数Ｎを例えば100程度と
すれば、その測定に少なくとも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。このような障害を解決すべく、NMR分析計用
に提案されている公知技術｛DEFT法；driven
equilibrium fourier transform｝を利用して、
高速のNMR画像装置を製作した場合を考察する
と、次のような欠点がある。結論としては、
NMR画像装置にDEFT法を用いることは、不適
切である。なお、NMR画像装置にDEFT法を使
用するとした公知技術例はない。このNMR分析計用に提案されているDEFT法
は、｛「パルス及びフーリエ変換NMR」フアラ
ー、ベツカー著：吉岡書店｝に記載されている。
このDEFT法は高速化のためパルスシーケンスで
あり、（90°_x…τ…180°_y…τ…90°_-x…T_d）ⁿで構成
されるものである。このDEFT法で２次元のイメ
ージングを行なう場合、90°パルスは、選択励起
法（勾配磁場を同時に印加）を用いて特定のスラ
イス面内だけを励起するが、これについては問題
はない。しかし、180°パルスは選択と非選択励起の両方
が考えらえる。第１０図は、第１の90°パルスの直前のｚ軸上
の磁化M_zのスライスの厚さ方向の分布をBloch
の方程式を用いて、計算機でシミユレーシヨンし
た結果を示したものである。第１０図では、
DEFT法における180°パルスの選択と非選択の場
合及び本発明の場合の３つのシミユレーシヨン結
果を示した。ここでは、選択励起するための90°
パルスはガウシアン変調してある。これは、生体
の平均的T₁、T₂及びT_r＝100ｍｓ（繰り返し時
間）を用いて計算したものである。M_zは、パル
スシーケンスを実行する前のM_zを１としていて、
M_zの大きさは、NMR信号強度に対応している。 (a) DEFT法の非選択の180°パルスの場合、第１
０図ａに示すように、スライス面外のM_zが非
常に小さくなつてしまう。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なパ
ルスシーケンスを順次ほどこし、その間の十分
に長いT_dのため、M_zがT₁縦緩和して大きくな
つてから、最初のスライス面の次のビユー
（view）を行なうというマルチスライス法が行
なわれている。これはNMR信号（M_zの大き
さ）の減少をなくして、同時に複数面のデータ
が得られるため、疑似高速法として効果的であ
る。しかし、マルチスライス法は、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、大きいことが条件となる。このような条件から見ると、非選択の180°パ
ルスを用いたDEFT法（第１０図ａ）は、スラ
イス面外のM_zが小さくなつてしまうためマル
チスライス法を併用できない欠点がある。実際
のスライス形状は、第１０図のM_zにスライス
形状の関数（ここではガウシアン形）を乗じた
ものとなり、それを第１１図に示す。 (b) DEFT法の選択励起の180°パルスの場合、第
１０図のｂに示すように、M_zはスライス面外
では大きいので問題ない。しかし、第１１図で
は、スライス形状が３つの山状となることが欠
点となる。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。以上のように公知の技術であるDEFT法をその
ままNMR画像装置に使用することは、不適切で
ある。〔解決しようとする問題点〕本発明は、以上のような従来の２次元フーリエ
変換法によるNMR画像装置が有していた、応答
性の悪さを改善し、得られる画像の質を落さずに
スキヤンタイムを短縮したNMR画像装置を提供
することを目的とする。ロ「発明の構成」〔問題点を解決するための手段〕本発明は、上記問題点を解決すめために、次の
カツコに示すようなシーケンス機能を有した制御
手段を備えるようにしたものである。この制御手段の働きにより、縦緩和時間T₁を
経過して磁化Ｍが熱平衡状態（ＭがＺ軸方向を向
く）になるまで待たず、磁化Ｍをz′軸方向へ強制
的に向けるようにすることができる。制御手段のシーケンス機能とは『まず、被検体の特定のスライス面に在る原子
核を、選択的に励起する第１の90°パルスを印加
し、次に前記特定スライス面以外に在る原子核をも
励起する第１の180°パルスを印加し、次に前記スライス面と同一の特定のスライス面
に在る原子核を、選択的に励起する第２の90°パ
ルスを印加し、次に前記特定スライス面以外に在る原子核をも
励起する第２の180°パルスを印加し、更に、第１の90°パルスと第１の180°パルスの
間の区間T_s1で、勾配磁場を与える手段を動作さ
せで、第１の勾配磁場と異なる方向の第２の勾配
磁場を印加して位相変化量を与え、更に勾配磁場
を与える手段を動作させて、第１、第２の勾配磁
場と異なる方向の第３の勾配磁場を極性の異なる
２値を切替てえ印加し、更に第１の180°パルスと第２の90°パルスとの
区間T_s2で、前記区間T_s1における前記第２、第
３の勾配磁場と同方向の勾配磁場印加し、シーケ
ンスごとに第２の勾配磁場の強度、及び印加時間
を撮像に必要な値とするように動作させること』〔実施例〕以下、図面を用いて本発明を説明する。第１図は、本発明に係る装置の一実施例の構成
を示すブロツク図である。同図において、１は一
様な静磁場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。本発明の装置においては、第１、第２、第３の
勾配磁場を発生させるが、単に第１、第２、第３
の勾配磁場と記載して説明すると抽象的であり、
発明が分りにくい。そこで、本明細書では、第１
の勾配磁場をｚ勾配磁場とし、第２の勾配磁場を
ｘ勾配磁場とし、第３の勾配磁場をｙ勾配磁場と
して説明を行なう。ただし、この組合せは、どん
なものでも良く、第１、２、３のそれぞれの勾配
磁場が異なつた方向の磁場であれば良い。また、
前記ｘ、ｙ、ｚ勾配磁場や、それ以外の他方向の
勾配磁場でも良く、また、それらの合成磁場でも
良い。また、本明細書では、第１、第２、第３の勾配
磁場を発生させる手段として、それぞれ専用のコ
イル手段（ｚ勾配磁場用コイル、ｘ勾配磁場用コ
イル、ｙ勾配磁場用コイル）が設けられている例
で説明するが、これに限定するわけではない。即
ち、第１、第２、第３の勾配磁場を発生させるの
に、例えば１つの手段で、それぞれ第１、第２、
第３の勾配磁場を発生させるようにしても良い。
具体例を上げれば、１つのコイル手段の位置を移
動させることにより、第１、２、３の勾配磁場を
発生させることもできる。第８図イは勾配磁場用コイル３の一例を示す構
成図である。同図イに示すコイルは、ｚ勾配磁場
用コイル３１と、ｙ勾配磁場用コイル３２，３３
とを含んでいる。更に、図示していないがｙ勾配
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勾配磁場用コイルも含んで
いる。この勾配磁場用コイル３は、一様な静磁場
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２０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の高周波
パルス、即ち、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８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と、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信号を検出するための検出コイ
ルで、その構成は第８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８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５と兼用させても
よい。９は検出コイル８から得られる核磁気共鳴信号
（NMR信号…FID信号・エコー信号）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て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、
RFパルスの振幅を制御するために必要な信号
（アナログ信号）及びRFパルスの送信やNMR信
号の受信に必要な制御信号（デジタル信号）を出
力することができるように構成されたものであ
る。このコントローラ２０は、本発明に係る装置
の特徴とするシーケンス機能、即ち、RFパルス
の動作タイミングや各勾配磁場の動作タイミング
を制御する機能を有している。ただし、このシー
ケンス機能を果す素子は、コントローラ２０に限
定するものでなく、他の素子、例えば、コンピユ
ータ１３にこの機能をもたせても本発明は成立す
る。このように構成された本発明の装置の動作を、
第９図及び第１表ないし第３表を参照し、段階を
追つて順次説明する。＜＞時点t₀ 時点t₀は、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９図
ロに示すように、ｚ勾配磁場Gzを与えた時点
である。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°パルス印加時に、磁化
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９図のヘ，ト，チに
示すように、全てｚ軸の正方向（上向き）とな
つている。続いて、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（例えばガウシアン形）に変調され
たRF信号により、被検体の特定の一面（スラ
イス面）の原子核を励起する。即ち、第９図の
イのように第１の90°_xパルスを与える。＜＞時点t₁ 続いて、ｘ勾配磁場用コイル３２を付勢し、
第９図のハに示すように所定の大きさの勾配磁
場g_xを時間t_xの間印加する。この勾配磁場g_xに
より、スライス面の原子核は、第７図の所で既
述したような動作を行い、スピンの位相コード
化がなされる。この位相コード化の動作につい
ては、第７図の所で詳しく説明したので、ここ
では説明を省略する。なお、ｘ方向の勾配磁場G_xについては、印
加時間t_xを変えても良いし、磁場の強さg_xを変
えてもよい。その理由は、位相ズレはt_xとg_xの
積で表わされるからであり、この積を大きく取
ればスピンの位相のズレは大きくなる。同時に、第９図のニに示すようにｙ勾配磁場
g_yを印加する。g_yは、例えばマイナス方向の勾
配磁場であり、この影響を受けてスライス面の
原子核のスピンは、第９図の時点t₁におけるヘ
で示した収束状態から分散させられる。次に時間t_x後に、勾配磁場g_yと反対の極性
（プラス方向）のｙ勾配磁場g_y′を印加する。
g_y′はg_yと極性が反対であるため、g_yのエネル
ギーを受けて移動（分散方向）していたスピン
は、逆の方向へ移動を開始する。即ち、収束の
方向に向かう。そして、第９図ニのg_yで与えた
位相変化量と、g_y′の位相変化量が等しくなつ
た時点において、再び、スピンはｙ軸上で位相
が一致し、第９図ホで示すように、第１のエコ
ー信号が最大となる。その後、更にスピンは、
移動を止めないので、ｙ軸上で一致した位相
は、再び分散の方向へ向かい、第１のエコー信
号は消失する。なお、上述では、g_yをマイナス方向の勾配磁
場とし、g_y′をプラス方向の勾配磁場として説
明したが、g_yとg_y′の極性が反対であれば、ど
ちらがプラスであつてもマイナスであつても良
い。その理由は、極性が反対であれば、一旦分
散したスピンを収束させることができるからで
ある。既述したが、磁場g_x、g_yを印加する時点をt₁
とすれば、この時点t₁では、各部の磁化Ｍは第
９図ヘ，ト，チに示すような向きとなる。上述した動作により生じた第１のエコー信号
は検出コイル８により検出され、その信号は増
幅器９を介し位相検波回路１０に導かれ、ここ
で位相検波された後ウエーブメモリ回路１１に
格納される。格納されたデータはコンピユータ
１により適宜のタイミングで読み取られる。＜＞時点t₂ 前記RFパルス（90°_x）を印加してからT_s1時
間経過後にｙ勾配磁場用コイルの付勢を止め、
ゲート回路３０において選択し出力される位相
差180°の矩形状に変調されたRF信号で被検体
を励起する。この場合、ｚ勾配磁場G_zは動作
させず、第８図のイに示すように被検体全体に
第１の180°_-xパルスを与える。従つて、前記特
定スライス面以外に在る原子核をも励起する。＜＞時点t₃ 前記180°_-xパルスを与えた後に、勾配磁場
g_y′を印加する。この時点をt₃とする。磁化Ｍ
は、ｘ軸を回転の中心として、反時計回りに
180°回転し、第９図ヘ，ト，チのようになる。ここで、勾配磁場G_x、G_yのそれぞれの積分
値が、時点t₂の前と時点t₃の後とで同一になる
ように勾配磁場G_x、G_yの制御を行なう。この
ように制御することで、正確に時間T_s2後に磁
化Ｍが集合するからである。この勾配磁場G_x、
G_yのそれぞれ積分値が、時間t₂の前と時点t₃の
後で同一になるようにするには、一例として、
区間T_s1とT_s2にて、時間軸を反転する如くG_x、
G_yを印加すれば良い。もちろん、このような
時間軸を反転する如く（対称となる如く）勾配
磁場G_x、G_yを制御しなくても、積分値が、時
点t₂とt₃の前後で同一ならば良い。時点t₃以降は、分散する方向に向かつていた
磁化Ｍが、180°パルスによつて向きが全て反転
し、集合する方向に向かう。従つて、検出コイ
ル８からは第９図ホに示すように次第に増大す
る第２のエコー信号が検出される。更に、第９図の例では、t₂とt₃の中央の時刻
について対称となるように、時点t₃からt_p時間
後に勾配磁場g_xとg_yを第９図ハ，ニのように印
加する。もつとも、必ず対称となるように勾配
磁場g_x、g_yを加えなければならないわけではな
い。上述のように、積分値が同じになるように
すれば良いわけである。＜＞時点t₄ 時点t₃からt_p時間後に勾配磁場G_x＝g_yとG_y＝
g_yを加え、その後、時間t_xを経過後にG_x＝０、
G_y＝０とした時点をt₄とする。これは、t₂とt₃
の中央の時刻について勾配磁場G_x、G_yの積分
値が同じであり、途中に180°_-xパルスのRF信
号が加えられているので、時点t₁の磁化Ｍの方
向と、丁度180°反転した向きとなつている。従
つて、第９図ヘ，ト，チとなる。時点t₄の後、G_z ^-、G_z ⁺を与え、その状態下
で、ゲート回路３０において位相差180°で第１
の90°パルスと同様に変調されたRF信号を用い
て被検体に第２の90°_-xパルスを与え、第１の
90°パルスで励起されたスライス面を再び励起
する。この励起の終りを時点t₅とする。この
時、スライス面内、外、境界、つまり被検体全
部の磁化Ｍの向きが−ｚ軸方向に揃う。＜＞時点t₆ G_z ⁺の印加終了後、ゲート回路３０より位相
差0°で矩形波状に変調されて出力されるRF信
号にて被検体を励起する（180°パルス励起）。
即ち、ｚ勾配磁場が無い状態だから、前記特定
のスライス面以外に在る原子核をも励起する。
この励起の終了時点をt₆とする。この第２の180°パルスの印加により磁化Ｍは
一斉に＋ｚ軸方向に向きが揃う。このように時点t₆で始めの時点t₀と同じ状態
に復帰することになる。ただし、この方式で
は、物質のもつ縦緩和又は横緩和による緩和が
残り、t₆の時点で磁化Ｍは完全には上向きにな
らない。そこで、時点t₆の後にT_dなる待ち時間
を設け、磁化Ｍが完全に上向きになるのを待つ
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。

【表】

【表】なお、上述では、ｚ勾配磁場G_xを印加するこ
とでスライス面の磁化Ｍの位相コード化を行い、
ｙ勾配磁場G_yとして極性の異なるg_yとg_y′を印加
することで各コラムごとに異なる周波数の信号を
得るとして説明したが、ｘ軸とｙ軸の関係を入替
えても発明の動作は成立することは、明白であ
り、このようにしても本発明の権利範囲に含まれ
る。即ち、ｙ勾配磁場G_yによりスライス面の磁
化Ｍの位相のコード化を図り、ｘ勾配磁場G_xに
より各コラムごとに異なる周波数の信号を得るよ
うにしてもよい。第９図において、G_z ⁺、g_x、g_y、g_y′を印加する
時刻は一実施例であり、g_xを位相コード化の後、
g_y′印加の下で信号を得れば良い。つまり、G_z ^-
とg_xとg_yが同時に印加されても良いし、多少ずれ
ても良い。また、動的平衡状態が得られるまで、最初のシ
ーケンスから10回目位までは、得られたNMR信
号をデータとして使用しなくても良い。なお、上述では、第９図ホに示す第１と第２の
NMR信号を検出し、これをフーリエ変換して、
画像の再構成に役立てると説明したが、この記載
に限定するわけではなく、例えば、次のような各
種の場合ても本発明は成立する。＜＞第１と第２のNMR信号のうち、いずれ
か一方を検出し、この検出信号を利用して画像
の再構成を行なう。＜＞第１と第２のNMR信号の両方を検出
し、このうち、いずれか一方の検出信号を利用
して画像の再構成を行なう。＜＞第１と第２のNMR信号の両方を検出
し、この２つの検出信号のデータを加算、平均
して画像の再構成を行なう。＜＞第１と第２のNMR信号の両方を検出
し、この２つの検出信号をフーリエ変換した後
に、プロジエクシヨンの状態で加算、平均して
画像の再構成を行なう。又は、２つの画像の状
態で加算、平均する方法。このようなシーケンスにおいては、待ち時間
T_dは従来のものに加べて非常に短くなる。第１
３図はその様子を示すもので、被検体として卵白
（縦緩和時間T₁＝693ｍｓ、横緩和時間T₂＝262ｍ
ｓ）を使用し、T_s1＋T_s2＝30ｍｓとした場合を
図示してある。図において、横軸は待ち時間T_d、
縦軸は動的平衡状態に達した後の信号強度で、鎖
線の曲線Ａが従来の方式での実測値（理論値と一
致）、実線の曲線Ｂが本発明の方式による場合の
実測値（理論値と一致）を表わす。図から明らか
なように、同じ信号強度を得るためには本発明の
方式による場合の方がはるかに短い時間（T_d）
で済むことがわかる。なお、実施例では、１回のシーケンスにおい
て、印加するRFパルスを90°_x…180°_-x…90°_-x・
180°_xとしたが、本発明に係る装置の特徴は、第
２の90°パルスで磁化Ｍを全て下方に向けること
にある。従つて、例えば、90°_x…180°_y…90°_x・
180°_-x（180°_yのRFパルスは、位相差90°のRF信号
を用いて作られる）の位相関係で、所定の原子核
にパルスを加えるようにしても良い。ここで例えば、“90°_-x”のRFパルスの表わす
意味は、このパルスが印加されると、磁化Ｍが、
ｘ軸を回転軸として、反時計回りに90°回転した
位置へ移動することを意味する。また、“90°_y”は、磁化Ｍが、ｙ軸を回転軸と
して、時計回りに90°回転した位置へ移動するこ
とを意味する。なお、“90°_x”のRFパルスとするか“90°_y”と
するかは、RFパルスにおける高周波波形の位相
を調整することにより、選択することができる。
例えば、この２つのパルスの場合は、高周波の位
相を90°変えれば良い。通常、この選択は、第１
図のゲート回路３０で行なつている。次に本発明によれば、マルチスライスが併用で
きる旨の説明を第１０図と第１１図を用いて説明
する。第１０図は、第９図のパルスシーケンスをT_r
＝100ｍｓ（繰り返し時間）で連続的に実行し、動
的平衡状態に達した状態をコンピユータシミユレ
ーシヨンした結果で、第１の90°パルス直前のｚ
軸方向磁化M_zのスライス方向の分布を示してい
る。ここでは、T₁、T₂は生体の値を用いた。第
１０図に示したM_zは、スライス面内で得られる
NMR信号強度に対応している。また、面外のM_z
は、マルチスライスを行なつた時の信号強度に対
応している。第１１図は、第１０図のM_zの状態に第１の90°
パルスとｚ勾配磁場G_zを印加して選択励起した
後のNMR信号強度を表わしたものである。そし
て、同図では、公知技術であるSR（saturation
recovery）法におけるT_r≫T₁とT_r＝100ｍｓと
した場合のデータも表示した。従来例のところでも説明したが、DEFT法の欠
点であるマルチスライスができない（第１０図でスラ
イス面外のM_zが小さい）スライス形状が３つの山となる（第１１図）
の２と比較して、本出願のパルスシーケンスで
は第１０図からスライス面外でもM_zが大きい
のでマルチスライスが併用できる。更に第１１
図から、スライス形状が矩形に近い形で良いな
ど改善されている。一方、SR法による場合は、T_r＝100ｍｓの時
に、信号強度が本発明の半分以下であること、ま
た、T_r≫T₁の場合は、DEFT法の非選択の場合
と同じくスライス面外のM_zが中心値と比較して
小さすぎるなどの欠点がある。なお、第９図のパルスシーケンスにおいて、最
後の２つの90°と180°パルスの組合せを () １つの選択励起の270°パルス () １つの非選択励起の270°パルスのどちらかで置換えることは不可能である。その
理由は次の通りである。（）では、第９図のト，チのt₄時点のＭの動
作を考えると、（）の印加により、トはスライ
ス境界であるため、実際にRF磁界強度＜270°と
なり、＋ｚ軸上には戻らない。また、スライス面
外チは、選択励起のため−ｚ軸方向を向いたまま
である。（）では、スライス境界トにも正確に270°パ
ルスの効果があるためＭは回転しすぎて、＋ｚ軸
に戻らない。またスライス面外チでも同様Ｍが回
転しすぎる。これらは、DEFT法と同様、NMR
信号強度の低下、スライス形状の悪化となり、イ
メージング技術としては、不適である。第１２図は本発明に係る装置の別のパルスシー
ケンスを示す図である。第９図で示したパルスシ
ーケンスで得られるNMR信号は、エコー信号の
みであるが、第１２図のパルスシーケンスから
は、FID信号も得られる。第１２図のパルスシー
ケンスでは、勾配磁場G_yにおいて、g_yの勾配磁
場を印加しない点が第９図と異なる点である。即
ち、第９図では、勾配磁場G_x＝g_xを印加してい
る期間t_xにおいて、勾配磁場G_y＝g_yを加えてい
る。これにより、収束している磁化Ｍを一旦分散
させ、その後、G_y＝g_y′を印加することで再び磁
化Ｍを収束させ、第１のエコー信号を得ている。一方、第１２図のシーケンスでは、G_y＝g_yの
勾配磁場を印加していないので、第９図の第１の
エコーの代りに、直ちにFID信号が得られる。そ
して、このFID信号を検出し、画像の再構成に役
立てても本発明は成立する。第１２図のその他の
動作は、第９図のシーケンスと同様なので説明を
省略する。なお、第９図及び第１２図では、第２の90°パ
ルスの直後に第２の180°パルスを印加しているよ
うに描いたが、これに限定するわけではない。例
えば、第２の90°パルスの直後でなく、時間T_s1以
内に第２の180°パルスを加えるようにしても本発
明の効果は得られる。ハ「発明の効果」以上述べたように、本発明によれば、第９図及
び第１２図に示したパルスシーケンスにより、１
ビユー分のシーケンスが終了した時点で強制的
に、かつ正確にスライス面内外すべての磁化Ｍを
熱平衡状態（又はその近傍）にすることができ
る。そのため、従来法（例えば、SR法）のよう
にT₁による自然緩和を待つ必要がなく、パルス
シーケンスの間隔を短縮でき、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図は本発明の実施例装置の構成図、第２図
は水素原子のスピンを説明する図、第３図は水素
原子の磁気モーメントを模式化した図、第４図は
水素原子の原子核が磁場の方向に揃う状態を説明
する図、第５図はフーリエ変換法による従来装置
の検査パルス波形の一例を示す図、第６図は磁化
Ｍを回転座標系に表示した図、第７図はフーリエ
変換法における磁化Ｍの位相コード化を説明する
ための図、第８図は磁場用コイルの一例を示す構
造図、第９図は本発明に係る装置のシーケンスを
説明するための動作波形及び磁化ベクトルの図、
第１０図は第９図のシーケンスを連続的に実行し
動的平衡状態に達した状態をコンピユータシミユ
レーシヨンした結果を示した図、第１１図は第１
０図のM_zの状態に第１の90°パルスとｚ勾配磁場
G_zを印加して選択励起した後のNMR信号強度を
表わした図、第１２図は本発明に係る装置におい
て別のシーケンス例を説明するための動作波形図
及び磁化ベクトルの図、第１３図は待ち時間と信
号強度との関係を示す図である。１……静磁場用コイル、２……静磁場用コイル
の制御回路、３……勾配磁場用コイル、４……勾
配磁場用コイルの制御回路、５……励磁コイル、
６……RF発振器、７……パワーアンプ、８……
検出コイル、９……増幅器、１０……位相検波回
路、１１……ウエーブメモリ回路、１３……コン
ピユータ、１４……表示器、２０……コントロー
ラ、３０……ゲート回路、３１……ｚ勾配磁場用
コイル、３２，３３……ｙ勾配磁場用コイル。

Claims

【特許請求の範囲】１被検体に静磁場（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、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、以下のカツコに記載するシーケンス機能を有し
た制御手段を具備し、このシーケンスを繰り返す
とともに、各シーケンスごとに生じる核磁気共鳴
信号のうち必要な信号を、画像再構成のために利
用することを特徴とするNMR画像装置。『前記勾配磁場を与える手段を動作させ、第１
の勾配磁場を印加するとともに、前記高周波パル
スを印加する手段から第１の90°パルスを印加し
て被検体の特定のスライス面に在る原子核を励起
し、次に前記勾配磁場を与える手段を動作させず
に、前記高周波パルスを印加する手段から第１の
180°パルスを印加して、前記特定スライス面以外
に在る原子核をも励起し、次に前記勾配磁場を与える手段を動作させ、前
記第１の勾配磁場を印加するとともに、前記高周
波パルスを印加する手段から第２の90°パルスを
印加して、前記と同一の特定のスライス面に在る
原子核を励起し、次に前記勾配磁場を与える手段を動作させず
に、前記高周波パルス印加する手段から第２の
180°パルスを印加して、特定スライス面以外に在
る原子核をも励起し、前記第１の90°パルスと前記第１の180°パルス
との区間のT_s1で、勾配磁場を与える手段を動作
させ、前記第１の勾配磁場と異なる方向の第２の
勾配磁場を印加して位相変化量を与え、更に前記
勾配磁場を与える手段を動作させて、第１、第２
の勾配磁場と異なる方向の第３の勾配磁場を極性
の異なる２値を切替えて印加し、更に前記第１の180°パルスと前記第２の90°パ
ルスとの区間T_s2で、前記区間T_s1における前記
第２、第３の勾配磁場と同方向の勾配磁場をそれ
ぞれ印加し、シーケンスごとに第２の勾配磁場強
度、及び印加時間を撮像に必要な値とするシーケ
ンス機能。』２前記第１の90°パルスと前記第１の180°パル
スとの区間T_s1で、勾配磁場を与える手段を動作
させ、前記第１の勾配磁場と異なる方向の第２の
勾配磁場を印加して位相変化量を与え、続いて前
記勾配磁場を与える手段を動作させて、第１、第
２の勾配磁場と異なる方向の第３の勾配磁場を印
加し、更に前記第１の180°パルスと前記第２の90°パ
ルスとの区間T_s2で、前記区間T_s1における前記
第２、第３の勾配磁場と同方向の勾配磁場をそれ
ぞれ印加し、シーケンスごとに第２の勾配磁場強
度、及び印加時間を撮像に必要な値とするシーケ
ンス機能をもつ制御手段を備えた特許請求の範囲
第１項記載のNMR画像装置。３前記４つの高周波パルスの位相関係を90°_x…
180°_-x…90°_-x…180°_xとした特許請求の範囲第１項
又は第２項記載のNMR画像装置。４前記４つの高周波パルスの位相関係を90°_x…
180°_y…90°_x…180°_-xとした特許請求の範囲第１項
又は第２項記載のNMR画像装置。