JPH0634784B2

JPH0634784B2 - 一連のスピンエコー信号を発生させる方法、この方法の核スピントモグラフィーへの適用、並びにこの方法を実行する及び／又は適用するための装置

Info

Publication number: JPH0634784B2
Application number: JP1506959A
Authority: JP
Inventors: ユルゲンヘニッヒ
Original assignee: Spectrospin AG
Current assignee: Spectrospin AG
Priority date: 1988-07-09
Filing date: 1989-07-05
Publication date: 1994-05-11
Anticipated expiration: 2009-05-11
Also published as: DE3823398A1; EP0378628B1; DE3823398C2; DE58905692D1; JPH03503248A; EP0378628A1; WO1990000743A1; US5126673A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、核磁気共鳴スペクトロスコピーにおいて一連
のスピンエコー信号を発生させる方法であって、均質な
磁場に置かれた試料が一連の無線周波数（rf）パルスで
励起され、その結果スピンエコー信号が発生する方法に
関する。

スピンエコー信号を発生させる方法は既に幾つか公知で
ある。しかし、これらの方法に共通しているのは、磁場
の非均質性のため励起されたスピンのディフェージング
（dephasings）の結果生じる電磁誘導減衰を逆にして、
対応するリフェージング（rephasing）により新しい信
号を達成することを意図した手段を含むということであ
る。これに関連して延べられるべき典型的な例は、カー
−パーセル（Carr−Purcell）パルスシークエンスであ
り、これにおいは、９０゜の励起パルスに、リフェージ
ング（rephasing）効果を有する多数の１８０゜のパル
スが続き、その結果各１８０゜のパルスの後にスピンエ
コー信号が生じる。そのスピンエコー信号を合算するこ
とにより、今やＳＮ比のかなりの向上が達成可能とな
る。同様の効果が、スピンエコー信号間の勾配を有する
場を切り換えることによっても達成可能である。また、
そのような方法を各スピントモグラフィーにおいて一連
のスピンエコー信号を発生させるために利用すること、
及び、個々のスピンエコー信号に異なるコーディングを
与え、極端な場合、単一連のスピンエコー信号が２次元
の像を生み出すために必要な信号を得るのに充分である
ようにすることが公知となっている。

しかし、一連のスピンエコー信号を発生させる上記の公
知の方法は、個々のスピンエコー信号の発生が勾配を有
する場の挿入に必要な切り換えプロセスにより分割され
るため、そしてこれらのプロセスがある一定の期間を必
要とするため、依然として非常に時間がかかるという欠
点と関連している。技術的には、ＤＥ−Ａ３４３４
１６１から公知の方法により数ミリ秒で像を発生させ
ることが可能となるほどにす速く勾配を切り換えること
は可能であろうが、そのような測定シークエンスは一連
の非常に少数の像を発生させることにのみ適している。
何故ならば、そのようなシークエンスが測定装置にとっ
て極度の機械的ストレスとなり、そして（その結果とし
て）患者にとって耐え難い極度の騒音レベルとなるであ
ろうことは、そのようなシークエンスの固有な特徴だか
らである。

それに、そのような極度の速度で勾配を切り換えること
は、患者の診察に許容される限界値をはるかに超える状
態をもたらすであろう。

従って、これらの技術によって、例えば超音波法と同様
の、連続した一連の断面像を発生させることは不可能で
ある。

さて、各磁気共鳴スペクトロスコピーにおいて一連のス
ピンエコー信号を発生させる方法であって、該スピンエ
コー信号は非常に短かい間隔で生じ、迅速なプロセスの
観察を可能にし、個々のスピンエコー信号が観察される
べきパラメータとともに簡単な方法によりあらかじめコ
ード化可能であるのでいっそうそうである方法を提供す
ることが本発明の目的である。

この目的は本発明によれば、試料がさらに磁気的に勾配
を有する場にさらされ、該試料を励起するために小さな
フリップ角(flip angle)αを有する異なる振幅の一連の
等距離の無線周波数パルスを用い、該パルスは迅速なシ
ークエンスで前後して続きそのフリップ角α及び振幅
は、無線周波数パルスの数と個々のパルスによるフリッ
プ角との積が９０゜〜１８０゜の全体のフリップ角とな
るように選択され、前記一連の無線周波数に続いて、可
能なかぎり一定の振幅の一列の等距離のエコー信号が得
られるという事実により達成される。

従って、本発明は互に前後して迅速に続く一連の無線周
波数パルスは、また、互に前後して迅速に続く一連のエ
コー信号を生じるという公知の現象を利用しており、該
現象は例えばカイザー等（Kaiser et al.）によりJ.Che
m.Phys.60,2966（1974）に説明されている。しかし、今
日まで、迅速に小さくなる振幅を有する少数のエコー信
号のみが観察されており、該信号は記録されたスペクト
ルにおいて干渉信号として現われるのでそのようなエコ
ー信号を回避する手段と方法を見出さねばならなかっ
た。そのようなエコー信号を有用な信号として利用する
手段も方法も今までのところ見出されていなかった。こ
の可能性は本発明によってのみ開かれたのであり、本発
明は、磁気的に勾配を有する場を適用し、異なる振幅の
無線周波数パルスを用いることにより、可能なかぎり一
定の振幅を有し有用な仕方で評価可能である多数のスピ
ンエコー信号が確実に得られるようにする。なお注目す
べきことには、エコー信号の振幅がその初期の振幅の４
分の１まで小さくなっても、本方法が像の発生用に用い
られる場合は特に、非常に障害になるとは見なされず、
依然としてエコー信号の振幅が可能なかぎり一定である
べしという条件を満たすものと見なされるということで
ある。

本発明による方法の特に有利な点は、前記磁気的に勾配
を有する場は、関心のあるパラメータ、特に勾配の方向
における励起したスピンの密度の分布をあらかじめコー
ド化（precoding）することに用いることができるとい
うことである。該勾配は前記一連の無線周波数パルス及
びそれに続く一連のエコー信号によって形成されるパル
スバーストの全期間中一定であってよい。しかし、前記
一連の無線周波数パルスとエコー信号の一連の始まりと
の間の時間間隔中に前記磁気的に勾配を有する場の強さ
を変化させる可能性もある。磁気的勾配を増大させる
と、無線周波数パルス間の時間間隔に対してエコー信号
間の時間間隔が縮小し、従って、読み出し時間が縮小す
る。一方、磁気的勾配の場を減少させると、対応して、
エコー信号間の時間間隔が増大し、従って、全体の測定
時間が延長するが記録されたデータの帯域がより小さく
なるのでＳＮ比は向上する結果となる。従って、本方法
の一方又は他の変形例は、本発明による方法の応用によ
って決定される実際上の関心事である。

前記一連の無線周波数パルスは、途切れないものである
必要はない。むしろ、所定の点で間隙により中断される
一連の等間隔の無線周波数パルスを発生させ、一連のエ
コー信号中に対応する間隙が必ずしも受容されないこと
が絶対的に可能である。このことにより、一連の無線周
波数パルスにより試料に衝突する総エネルギーを減少さ
せることが可能となり、これはある場合に利点となり得
る。しかし、他方、対応して、エコー信号の総エネルギ
ーも減少させられるので、エコー信号の振幅に対する要
求が一連の無線周波数パルスの密度の減少に限界を設定
する。更に、間隙を含む一連の無線周波数パルスは、間
隙のない一連の無線周波数パルスに必要とされる振幅と
は異なる振幅の変形を必要とする。

振幅に加えて、無線周波数パルスの搬送信号の位相もエ
コー信号の振幅にとって重要である。従って、本発明の
さらなる改良によれば、無線周波数パルスはさらに位相
変調されるようになっている。無線周波数パルスの半分
の位相が無線周波数パルスの後半の位相に対して９０゜
移相されているシークエンスは、例えば、前記一連のエ
コー信号の延長に導く。

前述したように、本発明の方法により生じるエコー信号
は、核磁気共鳴トモグラフィーにおける像の発生にも使
用してよい。この場合、勾配の方向におけるコード化は
磁気的に勾配を有する場により達成され、後者は核磁気
共鳴トモグラフィーにおいて通常用いられる読み出し勾
配（read gradient）に対応する。従って、本発明は、
上述の方法の像の発明のための使用にも関する。この方
法によれば、２次元の像の点の特性を有する信号は、前
記一連の無線周波数パルスの終了後かつ前記一連のエコ
ー信号の持続の間、前記磁気的に勾配を有する場に垂直
に向けられた磁気的位相勾配に、前記試料をさらにさら
し、そのように得られたエコー信号を２次元のフーリエ
変換に付し、該変換は次に像の点の特性を有する信号を
与えるステップにより、特に好ましい仕方で得ることが
できる。

本発明の方法を２次元の像の点の特性を有する信号を発
生させる目的に適用することにより、非常に短かい期間
内に核スピントモグラフィーにおいて像を発生させるこ
とが可能になる。さらに、非常に小さいフリップ角（fl
ip angle）を有する無線周波数パルスの使用は、試料の
磁化の非常に重要な部分が熱平衡の範囲にとどまり、該
熱平衡の範囲はまたシークエンスを非常に迅速に繰り返
すことを可能にする効果を有する。従って本発明の方法
は、非常に迅速に連続して像を発生させてフィルム状の
表現従って試料の動くプロセスの観察を可能にする可能
性を提供する最初のものである。さらに、読み出し勾配
も位相勾配も前記一連のエコー信号の間中切り換える必
要がなく、そして、さらに、いかなる測定シークエンス
の間中に放射される無線周波数エネルギーも非常に低い
ままであるので、人間の器官の機能を観察する目的で人
間の身体に関してそのような像を作るのを可能にする全
ての前提条件が満たされる。これは、現在まで超音波装
置によってのみ可能であった種類のリアルタイム監視へ
の新しい機会を開くものである。

上述のように、一定の位相勾配はエコー信号の単調に増
大するディフェージング（dephasing）に導くので、前
記一連のエコー信号の間中位相勾配は一定であってよ
い。これは疑いもなくある像化上のエラーという結果を
まねくが充分に大きなデータマトリックスが用いられる
時には、これらのエラーは無視し得る範囲にとどまる。
有利なことは、位相勾配を記録時間中切り換える必要が
なく、切り換えは、前記一連の無線周波数パルスの終り
と前記一連のエコー信号の始まりの間の間隔中に比較的
ゆっくりと行うことができ、位相勾配の強度はその蓄積
効果ゆえに小さくてもよいという点である。従って、位
相勾配の切り換えは、核スピントモグラフィーにより診
察される患者にとって緊張を意味しない。

しかし、一定の位相勾配の結果生じる像エラーを、個々
のエコー信号の間の間隔中にパルス様に位相勾配につい
て切り換えを行うことにより回避する可能性も残る。こ
れにより直交行列(an orthogonal matrix)における直接
のデータロギングが可能になる。ここでまた、位相コー
ド化勾配は非常に小さくてもよいので、エコー信号間の
位相勾配の迅速な切り換えはいかなる困難も提起せず、
患者にも大きな緊張を強いることがない。

さらに、本発明による方法を核スピントモグラフィーに
おける像の発生用に用いる時には、核スピントモグラフ
ィーにより一般に公知のディスク選択法を利用すること
も可能であり、さらに、２次元法を３次元法に発展させ
る可能性もある。例えば、試料を前記一連の無線周波数
パルスの放射の前に、ディスク選択勾配及び選択励起パ
ルスにさらしてもよく、そうすればその後で前記一連の
無線周波数パルスは再集束パルスの効果を持つであろ
う。あるいはまた、試料を前記一連の無線周波数パルス
の放射の前に、ディスク選択勾配及び無線周波数パルス
にさらしてもよく、そうすれば選択されたディスクの外
側に位置する試料の領域を飽和させ、妨害されていない
ディスク内に残っているスピンのみが本発明の方法に応
答するであろう。さらにまた別の方法としては、前記一
連の無線周波数パルスの終了後及び前記一連のエコーパ
ウスの開始前に、試料にディスク選択再集束パルスを放
射し、該集束パルスの持続の間磁気的に勾配を有する場
を選択勾配に代えることも可能であろう。

第３次元を記録するには、相似の仕方で３次元フーリエ
変換の方法を用いるか、あるいはまた、所望の数の近接
した隣り合うディスク用に２次元の像の点の特性を有す
る信号を発生させるのに役立つステップを繰り返すこと
が可能である。

最後に、本発明は本発明による方法を実行するための、
及び／又は像の発生へのその応用のための装置に関す
る。本発明により用いられる発信器は、パルスからパル
ス毎に変化する振幅及び／又は位相を有する非常に迅速
な一連の等距離の無線周波数パルスを発生させて発信し
なければならないという点を除いて、本発明による装置
も、ちょうど公知の装置と同じように、無線周波数パル
スの発生用に設計された発信器を具備する。

さて、本発明を第１図〜第７図で表わされた図を参照し
てより詳細に述べ説明する。該図と関連して明細書から
導き出される特徴は、あるいは個々に又はその所望の組
み合わせで、本発明の方法及びその応用の複数の可能な
変形例のために用いてもよい。

第１図は、本発明の方法の基本的シークエンスを示す。
第１図から分るように、無線周波数パルスの振幅は、パ
ルスバーストが進むにつれて増大するように変調されて
いる。このようにして、単にゆっくりと減少する振幅の
より多数のエコー信号が得られる。無線周波数パルスの
振幅変化は、ディー・イー・ウォースナー（D.E.Woessn
er）によりJ.Chem.Phys.34,2057(1961)により出版され
た式（９）及び（１０）により計算することができる。

及び式中 θ＝ωt_w；ω＝γＨ₁．上記式において、γは核磁気回転比であり、Ｈ₁は無線
周波数場の有効回転成分の量であり、t_wは無線周波数場
が適用される持続時間であり、Ｆは核磁化の回転成分で
あり、Ｍ_Zは縦方向の磁化である。

等しい振幅の一連のエコー信号は、０゜に近づく励起フ
リップ角度の場合のみ発生させることができ、これは適
当でない小さな信号振幅に導くが、充分に大きい振幅と
振幅の充分な恒常性間の良好な妥協は、測定の目的にと
って充分に高い信号強度にとっても達成可能である。

励起シークエンス１は、パルスバーストとしても述べら
れる一連の複数の無線周波数パルスから成る。該シーク
エンスは直角の励起プロフィールと１〜２０μｓの典型
的な長さを有する６４，１２８又は２５６の無線周波数
パルスから成ることが好ましい。該パルスは異なる振幅
と典型的なフリップ角0.1゜〜２゜を有する。これらは
一定の間隔で前後して続く。無線周波数パルスの間の典
型的な間隔は５０〜1000μｓである。パルスバースト１
の終了後に、エコー信号の表現されたシークエンスが形
成される。パルスバースト１及びエコー信号２のシーク
エンスは、時間的に一定で読み出し勾配（read gradien
t）Ｇ_Rとしても述べられる磁気的に勾配を有する場３の
もとで生じる。

ここで注意しなくてはならないのは、第１図に表わされ
たパルスバーストの無線周波数パルスは間断なく連続し
て存在しなくてもよいということである。これと関連し
て用いられる「等距離のパルスシークエンス」という用
語は、個々のパルスが等しい間隔で生じるが、パルスが
パルスシークエンスから省略されてもよいということを
意味する振幅ゼロを含む非常に異なる振幅を有してもよ
いパルスシークエンスを意味する。前述の刊行物には、
少数の無線周波数パルスは、既に、非常に多数のエコー
の発生という結果を生じると説明されている。従って、
パルスバースト１を形成する全体に等距離の無線周波数
パルスのシークエンスから多少の無線周波数パルスを省
略するのは全く可能なことである。無線周波数パルスの
数は、数列１，３，５，９，１７，……，ｎ（ｎ＝２
^n-1＋１）に対応して無線周波数パルス間の間隔を変化
させ、無線周波数パルスが等距離のエコー信号間の間隔
の積分倍数を決定する瞬間０，１，４，９，１８，３
５，等にのみ発信されるようにすることにより最小化可
能である。しかし、そのようなシークンエンスは、等し
い−又は略等しい−振幅レベルは言うまでもなく、エコ
ー信号の振幅の単調な変化を達成することを可能にしな
い。他の可能性としては、単に個々の無線周波数パルス
又は無線周波数パルスの群を省略することがある。パル
スバーストの中間の３分の１の間に無線周波数信号が全
く遭遇されない時にさえもエコー信号の数は一定のまま
であるという観察から簡単な可能性が導き出され得る。
そのような操作は、無線周波数パルスの残りのパッケー
ジに連続的に適用可能である。この「空白化」操作を全
パルスバーストの複数部分に数回適用することにより、
非常の多数の可能なパルスバーストが得られるが、エコ
ー信号の最適に等しい振幅を得るためにシークエンスの
各々毎に新たに無線周波数パルスの振幅変調を最適化す
る必要がある。なお、信号振幅の計算により、間断のな
い一連の無線周波数パルスから成るパルスバーストは、
エコー信号の振幅の恒常性について、間隙により中断さ
れる一連の無線周波数パルスよりもずっと簡単に最適化
され得る。最後に、これと関連して注意されるべきは、
いかなるパルスバーストも時間において逆にしてよい
が、この場合も振幅は新たに計算されねばならないとい
うことである。

本発明による基本的なシークエンスは多くの異った仕方
で用いてもよい。特に有利な応用は、それが非常に速く
像を発生させることを可能にするので、結像の目的への
応用である。この場合、磁気的に勾配を有する場３は読
み出し勾配Ｇ_Rとして、空間内の第１の方向をあらかじ
めコーディングするために用いられる。空間内の第２の
方向をあらかじめコーディングすることは、全てのうち
で最も簡単な場合、読み出し勾配Ｇ_Rに垂直な幾何学的
方向の第２の勾配を適用することにより行われる。位相
勾配Ｇ_Pとしても述べられる第２の勾配の強度は、読み
出し勾配Ｇ_Rの強度と読み出されたエコー信号の数の商
から導き出される。第２図に示すように、位相勾配４は
パルスバースト１の終了後にのみ適用され、次にエコー
号のシークエンス２の間一定に維持される。位相勾配４
は、２次元フーリエ変換により像がエコー信号から直接
再構成できるように、発生したエコー信号の一定のディ
フェージング（dephasing）を行う。

像信号を発生させるために用いられる２ＤＦＴ再構成ア
ルゴリズムは、全ての線の一定のディフェージングを行
いながら、線毎にフーリエ空間（Ｋ−空間）を走査する
プロセスに基づく。第２図に示される方法の場合、捕捉
の間一定のままである位相勾配の存在のために、単調に
増大するようにしてデータドットがディフェージングさ
れ、このディフェージングより、斜めの像の線として結
像エラーが生じる。しかし、この事実の結果生じるエラ
ーは、もし充分に大きいデータマトリックスが用いられ
るならば、無視し得る。もしデータマトリックスが少く
とも３２×３２イメージドットを有する場合は、上述の
結像エラーは無視し得るものと見なされ得る。再構成ア
ルゴリズムをＫ−空間が走査される特定の方法に適当に
適合させることにより、欠陥のない像再構成を達成する
ことも勿論可能であろう。これは、２次元のフーリエ変
換に先だって、直交行列（an orthoganal matrix）に対
して時間領域にデータを内挿することにより達成するこ
とが可能であろう。しかし、この目的に要する計算時間
は、本発明により可能とされる結像の迅速性により得ら
れる利点を帳消しにする。

しかし、実際、直交行列における直接のデータロギング
も、第３図の図に示されるように、一定でない位相勾配
が用いられるならば可能である。第３図に示される方法
の場合、第２図による一定の位相勾配４は、エコー信号
２の各対の間でスイッチングされる一連の非常に短かい
位相コード化パルス５により置き代えられている。位相
コード化パルスのスイッチングは、これらの勾配を有す
るパルスは非常に小さな振幅のみを有するので、全く問
題を生じない。

第２図及び第３図に示されている２Ｄ法は、読み出し勾
配Ｇ_Rが位相勾配Ｇ_Pの方向に垂直な第３の方向に空間的
なあらかじめのコード化を行い３次元フーリエ変換を適
用することにより３Ｄ法に拡張してもよい。その時、３
Ｄ法から知られる３次元のＫ−空間を通る異なる経路の
全てが可能となる。

しかし、第２図及び第３図により説明された２Ｄ法を核
スピントモグラフィーにおいて通常に用いられるディス
ク選択法と組み合わせる可能性もある。実際、本発明の
方法は、通常の方法で、一定の選択勾配Ｇ_Sのもと、小
さなスペクトルバンド幅を有する振幅変調された又は位
相変調された無線周波数パルスとして放射されてよい追
加のディスク選択パルスと組み合わせて用いてもよい。
第４図に示すように、読み出し勾配３がスイッチオフさ
れた後で、ディスク選択無線周波数パルスを、選択勾配
７が存在している間に再集束パルスとして試料に放射し
てもよい。エコー信号の再集束されたシークエンス２
が、次に、さらにある時間の後に、読み出し勾配３′が
再びスイッチオンされている時に受け取られる。位相勾
配４は、その時、第３図に示すように、恒常的にか又は
断続的にエコー信号２を受け取る間存在していてよい。
再集束パルス６の前に追加の勾配パルス８をスイッチオ
ンすることにより、位相コーディングゼロ点を、次に、
位相勾配４によりエコー信号２のシークエンスの真中に
シフトさせてもよい。

第５図から分るように、ディスク選択無線周波数パルス
９を、一様に続く選択勾配７が存在する間に無線周波数
パルスのシークエンス１を放射する前に試料に印加して
もよい。この場合、無線周波数パルスのシークエンス１
は、その時、再集束パルスのように作用し、エコーパル
スのシークエンス２は無線周波数パルスのシークエンス
１に対して、このシークエンス１と選択パルス９の間の
間隔に対応する間隔で現われるであろう。

これに関連して注意すべきなのは、第３のディスク選択
の可能性は観察下のディスクに属しない試料の領域から
の信号を抑制することに存する。これは、核磁気共鳴ト
モグラフィーから公知の方法により、特にサンドイッチ
パルスを適用することにより達成可能である。該サンド
イッチパルスは、このパルスに続いて、選択されたディ
スクは純粋ｚ磁化の状態になってしまい、一方、選択さ
れたディスクの外側の領域は、横方向磁化の状態に移行
してしまうという効果を有する。従って、第２図及び第
３図に示された方法の応用の結果、このサンドイッチパ
ルスのすぐ後に続いて純粋なｚ磁化の状態を回復したデ
ィスクの体積のみの信号を発生させる。同様にして、第
２図及び第３図に示した方法の実行に先だって体積選択
飽和パルスを適用することによって、信号が選択された
ディスクからのみ得られることも確実にすることができ
る。

計算によりパルスバーストを決定するために、新しい理
論的アプローチから出発することもできる。該アプロー
チによれば、スピン集団の全体の磁化はもはや横方向磁
化Ｍｘ及びＭｙと縦方向磁化Ｍｚという基本的成分に分
解されず、そのかわりに、磁化ベクトルの複合下位集団
Ｆｎ及びＺｎに分解され、Ｆｎは横方向磁化の下位集団
を構成しＺｎはｚ磁化の下位集団を構成する。各下位集
団Ｆｎは横方向磁化のベクトルの複素数和として以下の
ように述べることができる。

Ｆｎ＝Σ（Ｍｘ＋ｉＭｙ）２つの無線周波数パルス間の時間に亘る展開は、そのよ
うな下位集団間の変換式として述べることができる。同
様に、各無線周波数パルスの効果は、そのような下位集
団間の変換式として述べることができる。一連の無線周
波数パルスの完全な記述に必要とされる下位集団の数
は、スピンシスムの展開の全ての可能性をカバーする第
６図によって表現される位相図の結果として得られる。
ｘ励起パルスである第１の無線周波数パルスの前の瞬間
１０に、スピンシステムは純粋なｚ磁化の状態にある。
該ｘ励起パルスはスピン集団の部分sinα₁をｙ磁化に移
行させるが、α₁は第１の励起パルスのフリップ角であ
る。読み出し勾配３（第１図）の影響によりスピンシス
テムのこの部分はディフェージングされ、第２の励起パ
ルスの前に瞬間２０で状態Ｆ₁をとる。スピンシステム
の上記のディフェージングにより、下位集団Ｆ₁の全て
のスピンのベクトル和は０に等しい。次の励起パルスは
部分sin²（α／２）を逆にし状態Ｆ₁ ^*に移行させるが、
Ｆ₁ ^*はＦ₁に対する共役複素状態であり、このことは全
てのｘ部分がＦ₁のままであるが全てのｙ部分は逆にさ
れることを意味する。読み出し勾配の作用の下で、これ
らの部分は−ｙ方向の磁化にリフェージングし（rephas
e）、sinα₃に対応する蓋然性とともに、次の励起パル
スによりｚ磁化に移行させられる。励起パルスによって
捉えられない磁化Ｆｎの部分は、読み出し勾配３の影響
下に発達してより高い磁化の状態をとる。同時に、状態
Ｆｎに対する励起パルスの影響の結果、いわゆる可干渉
性の（coheret）ｚ磁化が発達し、該可干渉性のｚ磁化
は、続く励起パルスの間、誘導エコーの形成に至る。ｎ
−等距離励起パルス（無線周波数パルス）のシークエン
スの終了後、全ての状態Ｆｎ^*及び−Ｆｎ^*はリフェージ
ングし（rephase）、−ｙ及びｙ磁化となり、従って観
察され得るエコーになるが、第ｎ番目のエコーの振幅
は、ｙ及び−ｙ部分が互いに補償し合うので、スピンＦ
ｎ^*−（−Ｆｎ^*）の量に等しい。このようにして、ｎ個
の励起パルスの後の全てのエコー信号の振幅をｎ回のマ
トリックス乗法演算により量的に決定可能であるが、該
演算は数百個の無線周波数パルスについてもいかなる困
難もなしに可能である。

この定量に加えて、第６図の図は、関連する定性的考察
にも適している。前述のように、ｙ及び−ｙ磁化の同時
の形成は、記述のベクトル的付加のため、発生するエコ
ー信号の振幅の減少をもたらす。第６図から、そのよう
な状態は早くても瞬間５０において到達されるであろう
ということがわかるであろうが、実際、これは小さな円
で示されている。状態ｙは瞬間１０で励起されたｚ磁化
の２重再集束により、ｚｙ−Ｆ₁Ｆ₁ ^*−ｙ−ｙ−−Ｆ₁−
Ｆ₁ ^*−ｙを介して得られるが、状態−ｙは第３の無線周
波数パルス（しかし他の磁化部分も）によって励磁され
た磁化の単一の再集束によって得られる。このことは、
２以上の再集束プロセスから成る経路に沿って発達する
全てのエコー信号の振幅の減少が生じることを意味す
る。大きなフリップ角は、式sin²(α／２)による再集束
蓋然性を増大させる。この結果、大きなフリップ角が使
用される時は位相的に反対のそのような信号は、既に数
個のエコーの後に得られるであろうし、エコー信号の振
幅は迅速に低下するであろう。これに対して、小さなフ
リップ角の場合は、全信号はたった一度だけ再集束に付
された磁化によって決定される。従って、エコー信号の
振幅はこの場合よりゆっくりと低下する。

小さなフリップ角の場合、sinαα及びsin²（α／
２）α²／４である。次にエコー信号の強度は、エコ
ーの発生のために再集束が生じる可能な経路の数により
決定される。パルスバーストの終了に続く第１のエコー
は、ｎ−１番目の無線周波数パルスのｎ番目の無線周波
数パルスへの再集束プロセス及びｎ−３番目の無線周波
数パルスのｎ−１番目の無線周波数パルスへの再集束プ
ロセスの合計として形成される。エコー信号の振幅の減
衰は、その時、可能な再集束経路の数から導き出され得
る。逆に、異なるαｎを有する無線周波数パルスの場
合、解かれた時に一組のフリップ角αｎを与える方程式
システムを展開させることができ、該一組のフリップ角
αｎは結果としてエコー信号の振幅の低下の均一性が最
大となる。

これに関連して論じられるフォーマリズム（formalis
m）は、その位相に対して変調された無線周波数パルス
にも非常に容易に延長し得る。この場合、位相図はその
時状態iＦｎ，−iＦｎ，iＦｎ^*及び−iＦｎ^*により延長
されねばならず、これらの状態は位相において９０゜シ
フトされている。位相的に反対の磁化の部分は、エコー
信号の振幅の減少に至るが、その時フリップ角の位相変
調により減少させることができ、その結果エコー信号の
振幅はもっとゆっくり低下する。例えば、無線周波数パ
ルスの前半が位相において後半に対して９０゜シフトさ
れているパルスバーストの変形は、エコー連鎖の延長に
至るであろう。

いくらか異った言い方をするならば、全磁化は、一般に
受け入られている理論により、成分Ｍｘ，Ｍｙ及びＭｚ
への磁化の分布を反映するベクトルＢにより記述し得
る。熱平衡の状態においては、このベクトルは、もし平
衡磁化係数が１として標準化されるならば、により決定される。パルスバーストの作用下における磁
化の時間における発達を述べる目的では、上に説明した
ように、関連する状態Ｆ₁，Ｆ₁ ^*，Ｚ₁，Ｚ₁ ^*の周波数を
反映するより多数の係数にＢを分割する必要があり、状
態Ｚｎは状態Ｆｎに対応する可干渉性ｚ磁化の集団を表
わし、これにより、第６図に示すように、いわゆる誘導
エコーの形成が導かれる。

対応してＢは集団の係数ＭｘＭｙＭｚＦ₁ −Ｆ₁ Ｆ₁ ^* −Ｆ₁ ^*…… を含む。

フリップ角αｎを有する角無線周波数パルスの効果は、
マトリックス乗法により次のように述べることができ
る。

Ｂ′ｎはパルスに続く磁化を定義し、Ｂｎは該無線周波
数パルスの前の磁化を定義する。

Ｔ₀は位相ｘの無線周波数パルスの回転マトリックスで
ある。

Ｔ₁はディフェージングされた状態Ｆｎの遷移を記述す
る変換マトリックスである。係数は次のように定義され
る。

cos²（αｎ／２）；Ｆｎ，Ｆｎ^*，Ｆｎ及び−Ｆｎ^*から
のそれらの間における全ての遷移に対して。

sin²（αｎ／２）：Ｆｎから−Ｆｎ^*への、−Ｆｎから
Ｆｎ^*への、Ｆｎ^*から−Ｆｎへの、そして、−Ｆｎ^*か
らＦｎへの遷移に対して。

sinαｎ：縦方向の状態からの横方向の集団Ｆｎ，−Ｆ
ｎ，Ｆｎ^*及び−Ｆｎ^*の発生に対して。

１／２sinαｎ：各Ｆｎからの縦方向の集団Ｚｎ及び−
Ｚｎの発生に対して、そして対応して全ての他の状態−
Ｆｎ，Ｆｎ^*及び−Ｆｎ^*に対して。

cosαｎ：各状態Ｚｎ，−Ｚｎ，Ｚｎ^*及び−Ｚｎ^*の持
続に対して。

パルス間の遷移は、第６図に示す図からわかる。このフ
ォーマリズムを繰り返し適用することにより、パルスパ
ッケージの終了後の±Ｆｎ^*が得られ、それから一様に
続く勾配ｂを通じた連続する再集束により、続いて生じ
るエコーＥｎの振幅が得られる。このフォーマリズム
は、関連する状態を含めることにより、容易に位相変調
されたパルスの場合も延長可能である。

上記の説明によって示されることは、本発明の方法は非
常に多く異なった方法で変形可能であり、特に、無線周
波数パルスが異なった方法で変化させ得る振幅と位相の
搬送信号を有していてよいパルスバーストでありかつ基
本的な等距離の無線周波数パルスのシークエンスがパル
ス間隙を具備していてもよいパルスバーストの特殊な性
質により変形させることができるということである。同
様に、勾配を有する場により刻印されたコーディングを
有するエコー信号のシークエンスの使用が有用であるこ
とがわかる全ての場合において、本発明の方法にとって
可能な適用が開かれる。本発明の方法の特に好ましい適
用例は、本発明の方法を核磁気共鳴トモグラフィーから
公知の全ての方法と組み合わせ可能な結像技術において
見られる。

本発明の方法は、全ての従来の核磁気共鳴分光計を用い
てそしてまた核スピントモグラフに関連して実施するこ
とが可能であるが、ただし、これらの装置の発信器が所
定の振幅変化そして、ある状況下では、無線周波数搬送
信号の位相の所定の変化を有する無線周波数信号の迅速
なシークエンスを発生させることができる場合である。
この目的のために従来の装置になされねばならない変形
は、当業者によりいかなる困難もなく実行可能である。

以下本発明の方法により像を発生させる１例を述べる。
この目的に使用されるパルスバーストは１２８の無線周
波数パルスから成っていた。4.7テラスの磁界強度に対
応して、無線周波数パルスは、搬送周波数２００MHz、
長さ２μｓそして間隔１２０μｓを有し、そのフリップ
角は0.5゜から２゜ヘガウス曲線に従って増大した。無
線周波数パルスの前半の位相は後半に対して９０゜シフ
トされた。読み出し勾配約８０／１２８mT／mの作用下
で、１２８のエコー信号が得られ、全体で３２Ｋのデー
タが帯域幅１MHzで記録されたが、そのデータは次に２
次元フーリエ変換に付され、それにより第７図に示す像
が得られたが、それは１２８×１２８のイメージドット
から成っている。記録時間は８０msであった。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】均質な磁場に置かれた試料が一連の無線周
波数パルスにより励起され、その結果スピンエコー信号
が発生する核磁気共鳴スペクトロスコピーにおいて一連
のスピンエコー信号を発生させる方法であって、試料が
さらに磁気的に勾配を有する場にさらされ、該試料を励
起するために小さなフリップ角（flip angle）αを有す
る異なる振幅の一連の等距離の無線周波数パルスを用
い、該パルスは迅速なシークエンスで前後して続きその
フリップ角α及び振幅は、無線周波数パルスの数と個々
のパルスによるフリップ角との積が９０゜〜１８０゜の
全体のフリップ角となるように選択され、前記一連の無
線周波数に続いて、可能なかぎり一定の振幅の一列の等
距離のエコー信号が得られる方法。
【請求項２】前記一連の無線周波数パルスとエコー信号
の一連の始まりとの間の時間間隔中に前記磁気的に勾配
を有する場の強さを変化させる請求の範囲第１項記載の
方法。
【請求項３】所定の点で間隙により中断される一連の等
距離の無線周波数パルスを発生させる請求の範囲第１項
又は第２項記載の方法。
【請求項４】前記無線周波数パルスはさらに位相変調さ
れる請求の範囲第１〜３項のいずれか１項に記載の方
法。
【請求項５】前記無線周波数パルスの半分の位相は、該
無線周波数パルスの後半の位相に対して９０゜移相され
ている請求の範囲第４項記載の方法。
【請求項６】核スピントモグラフィーにおいて、２次元
の像の点の特徴を有する信号を発生させるための方法で
あって、前記一連の無線周波数パルスの終了後かつ前記
一連のエコー信号の持続の間、前記磁気的に勾配を有す
る場に垂直に向けられた磁気的位相勾配に、前記試料を
さらにさらし、そのように得られたエコー信号を２次元
のフーリエ変換に付し、該変換は次に像の点の特性を有
する信号を与える請求の範囲第１〜５項のいずれか１項
に記載の方法。
【請求項７】前記一連のエコー信号の間位相勾配が一定
である請求の範囲第６項記載の方法。
【請求項８】前記位相勾配は、個々のエコー信号間の間
隔中にパルス状にスイッチオンされる請求の範囲第６項
記載の方法。
【請求項９】前記２次元の像の点の特徴を有する信号の
発生はディスク選択手段と組み合わされる請求の範囲第
６〜８項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】前記試料を、前記一連の無線周波数パル
スの放射の前に、ディスク選択勾配及び選択励起パルス
に付してもよく、その後で前記一連の無線周波数パルス
は再集束パルスの効果を持つ請求の範囲第９項記載の方
法。
【請求項１１】前記試料を前記一連の無線周波数パルス
の放射の前に、ディスク選択勾配及び無線周波数パルス
に付し、選択されたディスクの外側に位置する試料の領
域を飽和させる請求の範囲第９項記載の方法。
【請求項１２】前記一連の無線周波数パルスの終了後及
び前記一連のエコーパルスの開始前に、前記試料にディ
スク選択再集束パルスを放射し、該集束パルスの持続の
間磁気的に勾配を有する場を選択勾配に代える請求の範
囲第９項記載の方法。
【請求項１３】核スピントモグラフィーにおいて２次元
の像の点の特徴を有する信号を発生させるための請求の
範囲第１〜５項のいずれか１項の方法であって、請求の範囲第４〜１０項のいずれか１項による方法に、
前記試料の第３次元、即ち、ディスク平面に垂直な次元
を記録する手段を追加した方法。
【請求項１４】請求の範囲第１〜１３項のいずれか１項
に記載の方法を実施するための装置であって、無線周波
数パルスを発生させることが可能な発信器を具備し、該発信器は、パルスからパルス毎に変化する振幅及び／
又は位相を有する等距離の無線周波数パルスの非常に迅
速なシークエンスを発生させて発信する装置。