JPH0644006B2 - 核スピンの流速の大きさを測定する方法および像を生じる方法ならびに装置 - Google Patents
核スピンの流速の大きさを測定する方法および像を生じる方法ならびに装置Info
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- JPH0644006B2 JPH0644006B2 JP59094771A JP9477184A JPH0644006B2 JP H0644006 B2 JPH0644006 B2 JP H0644006B2 JP 59094771 A JP59094771 A JP 59094771A JP 9477184 A JP9477184 A JP 9477184A JP H0644006 B2 JPH0644006 B2 JP H0644006B2
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- G—PHYSICS
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- G01F1/704—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow using marked regions or existing inhomogeneities within the fluid stream, e.g. statistically occurring variations in a fluid parameter
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- G01F1/716—Measuring the time taken to traverse a fixed distance using electron paramagnetic resonance [EPR] or nuclear magnetic resonance [NMR]
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Description
【発明の詳細な説明】 発明の背景 この発明は流れる流体を測定して作像する為に核磁気共
鳴(NMR)手法を利用する方法に関する。この発明は医
療診断用の血流の測定に特別の用途があるが、それに限
らない。
鳴(NMR)手法を利用する方法に関する。この発明は医
療診断用の血流の測定に特別の用途があるが、それに限
らない。
背景として説明すると、核磁気共鳴現象は奇数個の陽子
又は中性子を持つ原子核で起る。陽子及び中性子のスピ
ンの為、こういう原子核は磁気モーメントを持ち、こう
いう原子核で構成されたサンプルを均質な静磁界B0内
に配置した時、多数の核磁気モーメントが磁界と整合し
て、この磁界の方向の正味の巨視的あ磁化Mを発生す
る。磁界B0の影響で、磁気モーメントは磁界の軸線の
周りに歳差運動をするが、その周波数は印加された磁界
の強度並びに原子核の特性に関係する。歳差運動の角周
波数ωはラーマ周波数とも呼ばれるが、式ω=γBで表
わされる。ここでγは磁気回転比であり、これは各々の
NMR同位元素に対して一定であり、Bは核スピンに作
用する磁界である。従つて、共鳴周波数が、サンプルを
その中に配置した磁界の強度に関係することは明らかで
あろう。
又は中性子を持つ原子核で起る。陽子及び中性子のスピ
ンの為、こういう原子核は磁気モーメントを持ち、こう
いう原子核で構成されたサンプルを均質な静磁界B0内
に配置した時、多数の核磁気モーメントが磁界と整合し
て、この磁界の方向の正味の巨視的あ磁化Mを発生す
る。磁界B0の影響で、磁気モーメントは磁界の軸線の
周りに歳差運動をするが、その周波数は印加された磁界
の強度並びに原子核の特性に関係する。歳差運動の角周
波数ωはラーマ周波数とも呼ばれるが、式ω=γBで表
わされる。ここでγは磁気回転比であり、これは各々の
NMR同位元素に対して一定であり、Bは核スピンに作
用する磁界である。従つて、共鳴周波数が、サンプルを
その中に配置した磁界の強度に関係することは明らかで
あろう。
普通は磁界B0の方向を持つ磁化Mの向きは、ラーマ周
波数で振動する磁界を印加することにより、摂動させる
ことが出来る。典型的には、こういう磁界はB1で表わ
すが、無線周波発信装置に接続されたコイルに無線周波
(RF)パルスを通すことにより、静磁界の方向に対して
直交する様に印加される。磁界B1の効果は、磁界B1の方
向の周りに磁化Mを回転させることである。これは主磁
界B0の周りを磁化Mが歳差運動するのと同じ方向に共鳴
周波数ωに略等しい周波数で回転するデカルト座標系
で、RFパルスを印加したことによる磁化Mの運動を考
えれば一番判り易い。この場合、磁界B0はZ軸の正の方
向に選ぶ。回転するデカルト座標系では、このZ軸を固
定座標系から区別する為にZ′で表わす。同様に、X軸
及びY軸はX′及びY′と記す。このことを念頭におく
と、RFパルスの効果は、磁化Mを例えばZ′軸の正の
方向からX′軸及びY′軸によつて定められた横平面に
向つて回転させることである。磁化Mを横平面へ回転さ
せる(即ち磁界B0の方向から90゜回転させる)のに十分
な大きさ又は持続時間の何れかを持つRFパルスは、90
゜RFパルスと呼ぶのが便利である。同様に、矩形パル
スに対してRFパルスの大きさ又は持続時間が90゜パル
スの2倍に選ばれている場合、磁化MはZ′軸の正の方
向からZ′軸の負の方向に変わる。この種のRFパルス
は180゜RFパルス、又は反転パルスと呼ぶが、その理
由は明らかであろう。90゜又は180゜RFパルスは、磁
化Mの任意の最初の方向から、この数字で表わされた度
数だけ磁化Mを回転させる。更に、磁化Mが横平面内に
正味の横成分(B0に対して垂直)を持つ場合にだけ、N
MR信号が観測されることに注意されたい。90゜RFパ
ルスは、横平面内に全ての磁化Mがあるがら、横平面内
で最大の正味の横方向の磁化を発生するが、180゜RF
パルスは何等横方向の磁化を発生しない。
波数で振動する磁界を印加することにより、摂動させる
ことが出来る。典型的には、こういう磁界はB1で表わ
すが、無線周波発信装置に接続されたコイルに無線周波
(RF)パルスを通すことにより、静磁界の方向に対して
直交する様に印加される。磁界B1の効果は、磁界B1の方
向の周りに磁化Mを回転させることである。これは主磁
界B0の周りを磁化Mが歳差運動するのと同じ方向に共鳴
周波数ωに略等しい周波数で回転するデカルト座標系
で、RFパルスを印加したことによる磁化Mの運動を考
えれば一番判り易い。この場合、磁界B0はZ軸の正の方
向に選ぶ。回転するデカルト座標系では、このZ軸を固
定座標系から区別する為にZ′で表わす。同様に、X軸
及びY軸はX′及びY′と記す。このことを念頭におく
と、RFパルスの効果は、磁化Mを例えばZ′軸の正の
方向からX′軸及びY′軸によつて定められた横平面に
向つて回転させることである。磁化Mを横平面へ回転さ
せる(即ち磁界B0の方向から90゜回転させる)のに十分
な大きさ又は持続時間の何れかを持つRFパルスは、90
゜RFパルスと呼ぶのが便利である。同様に、矩形パル
スに対してRFパルスの大きさ又は持続時間が90゜パル
スの2倍に選ばれている場合、磁化MはZ′軸の正の方
向からZ′軸の負の方向に変わる。この種のRFパルス
は180゜RFパルス、又は反転パルスと呼ぶが、その理
由は明らかであろう。90゜又は180゜RFパルスは、磁
化Mの任意の最初の方向から、この数字で表わされた度
数だけ磁化Mを回転させる。更に、磁化Mが横平面内に
正味の横成分(B0に対して垂直)を持つ場合にだけ、N
MR信号が観測されることに注意されたい。90゜RFパ
ルスは、横平面内に全ての磁化Mがあるがら、横平面内
で最大の正味の横方向の磁化を発生するが、180゜RF
パルスは何等横方向の磁化を発生しない。
RFパルスは選択性又は非選択性であつてよい。選択性
パルスは、ラーマ方程式によつて予測される磁界強度を
持つサンプルの予め選ばれた領域内にある核スピンを励
起する様に、予定の周波数成分を持つ様に変調されるの
が典型的である。選択性パルスは局在化用磁界勾配の存
在の下に印加される。非選択性パルスは一般的にRFパ
ルス発信コイルの場の中にある全ての核スピンに影響を
与え、局在化用磁界勾配の不在の下に印加されるのが典
型的である。
パルスは、ラーマ方程式によつて予測される磁界強度を
持つサンプルの予め選ばれた領域内にある核スピンを励
起する様に、予定の周波数成分を持つ様に変調されるの
が典型的である。選択性パルスは局在化用磁界勾配の存
在の下に印加される。非選択性パルスは一般的にRFパ
ルス発信コイルの場の中にある全ての核スピンに影響を
与え、局在化用磁界勾配の不在の下に印加されるのが典
型的である。
縦方向及び横方向の磁化に関連する2つの指数関数形の
時定数がある。これらの時定数が、摂動RFパルスを印
加した後の、これらの磁化成分が平衡状態に復帰する速
度を特徴づける。第1の時定数はスピン−格子緩和時間
(T1)と呼ばれ、縦方向の磁化が平衡値に復帰する時の
定数である。スピン−スピン緩和時間(T2)は完全に均
質な磁界B0内で横方向の磁化が平衡値に復帰する時の定
数である。非均質性を持つ磁界では、横方向の磁化に対
する時定数は▲T* 2▼と記す定数によつて決まる。▲T
* 2▼はT2より小さい。或る場合には、磁界勾配を印加
することによつて横方向の磁化成分を急速に散逸させる
ことが望ましいが、これは後で更に詳しく説明する。
時定数がある。これらの時定数が、摂動RFパルスを印
加した後の、これらの磁化成分が平衡状態に復帰する速
度を特徴づける。第1の時定数はスピン−格子緩和時間
(T1)と呼ばれ、縦方向の磁化が平衡値に復帰する時の
定数である。スピン−スピン緩和時間(T2)は完全に均
質な磁界B0内で横方向の磁化が平衡値に復帰する時の定
数である。非均質性を持つ磁界では、横方向の磁化に対
する時定数は▲T* 2▼と記す定数によつて決まる。▲T
* 2▼はT2より小さい。或る場合には、磁界勾配を印加
することによつて横方向の磁化成分を急速に散逸させる
ことが望ましいが、これは後で更に詳しく説明する。
次に空間情報(例えば像を再生する為に使う)をNMR
信号に符号化する為に磁界勾配を使うことについて説明
する。典型的にはこういう3つの勾配が必要である。
信号に符号化する為に磁界勾配を使うことについて説明
する。典型的にはこういう3つの勾配が必要である。
Gx(t)=∂B0/∂X Gy(t)=∂B0/∂Y Gz(t)=∂B0/∂Z 勾配Gx,Gy,Gzは作像スライス全体にわたつて一定であ
るが、その大きさは時間依存性を持つのが典型的であ
る。勾配に関連する磁界を夫々bx,by,bzで表わす。即
ち容積内で bx=Gx(t)x by=Gy(t)y bz=Gz(t)z 従来、NMR現象は有機分子の分子構造を生体内で研究
する為に構造化学者によつて用いられて来た。更に最近
になつて、NMRは、例えば生きた人体の解剖学的な特
徴の軸横断像を得る為に用いられる作像様式が開発され
ている。核スピンの分布(典型的には組織内の水に関係
した陽子)、スピン−格子緩和定数(T1)及び/又はス
ピン−スピン緩和定数(T2)を表わすこういう像は、検
査する領域内にある組織の健康状態を判定する上で医療
診断にとつて価値がある。NMR手法は、例えば燐及び
炭素の様な元素の生体内の分光にも及んでおり、生きた
器官内の化学的なプロセスを研究する手段を初めて研究
者に提供した。同じく重要なのは、血流の方向及び速度
を研究する為の非侵入形の様式としてNMRを使うこと
である。血流の研究は、典型的には、血液流体内に含ま
れる水の分子に関連した陽子によつて発生されるNMR
信号に依存している。この発明で取上げるのは、流れの
測定にNMRを使うことである。
るが、その大きさは時間依存性を持つのが典型的であ
る。勾配に関連する磁界を夫々bx,by,bzで表わす。即
ち容積内で bx=Gx(t)x by=Gy(t)y bz=Gz(t)z 従来、NMR現象は有機分子の分子構造を生体内で研究
する為に構造化学者によつて用いられて来た。更に最近
になつて、NMRは、例えば生きた人体の解剖学的な特
徴の軸横断像を得る為に用いられる作像様式が開発され
ている。核スピンの分布(典型的には組織内の水に関係
した陽子)、スピン−格子緩和定数(T1)及び/又はス
ピン−スピン緩和定数(T2)を表わすこういう像は、検
査する領域内にある組織の健康状態を判定する上で医療
診断にとつて価値がある。NMR手法は、例えば燐及び
炭素の様な元素の生体内の分光にも及んでおり、生きた
器官内の化学的なプロセスを研究する手段を初めて研究
者に提供した。同じく重要なのは、血流の方向及び速度
を研究する為の非侵入形の様式としてNMRを使うこと
である。血流の研究は、典型的には、血液流体内に含ま
れる水の分子に関連した陽子によつて発生されるNMR
信号に依存している。この発明で取上げるのは、流れの
測定にNMRを使うことである。
従つて、本願発明の目的は、流体中の核スピンの流れを
検出する為にNMRを利用する方法および装置を提供す
ることである。
検出する為にNMRを利用する方法および装置を提供す
ることである。
請求項1および33に記載の発明の目的は、液体中の核
スピンの流れの速度を測定する方法および装置を提供す
ることである。
スピンの流れの速度を測定する方法および装置を提供す
ることである。
請求項1および33に記載の発明の目的は、NMR像内
の流体中の核スピンの流れの方向及び速度を測定する方
法および装置を提供することである。
の流体中の核スピンの流れの方向及び速度を測定する方
法および装置を提供することである。
請求項14および46に記載の発明の目的は、不動の原
子核からの信号を持たない軸横断NMR像に於ける流体
中の核スピンの流れの位置を表示する方法および装置を
提供することである。
子核からの信号を持たない軸横断NMR像に於ける流体
中の核スピンの流れの位置を表示する方法および装置を
提供することである。
請求項1および33に記載の発明の別の目的は、局在化
した流体の流れの縦方向の緩和時間(T1)を測定する方
法および装置を提供することである。
した流体の流れの縦方向の緩和時間(T1)を測定する方
法および装置を提供することである。
発明の概要 流速の方向及び大きさを測定する為にNMRを用いるこ
の発明の非侵入形の方法では、最初にサンプルを略均質
な磁界内に配置する。好ましくは流体の流れの方向に対
して略垂直な第1のスライス内にある複数個の核スピン
にタグをつけ(飽和させ又は反転し)、その後励起して
第1のNMR信号を発生する。この信号は、スライス内
のタグつき核スピンと、スライスに流れ込んで、スライ
スから流れ出した少なくとも若干のタグつきスピンに代
るタグなしスピンとによるものである。次に、サンプル
のうちこのスライスを含むと共に、スライスから流体の
流れの方向に対して反対方向に伸びる領域内にある第2
の複数個の核スピンにタグをつける。スライス内の核ス
ピンを再び励起して、スライス内にあるタグつきスピン
と、この領域からスライスに流れ込んだタグつきスピン
とから発する第2のNMR信号を発生する。次に第1及
び第2のNMR信号の大きさの差または比を利用して、
スライスを通る核スピンの流速の大きさを決定する。ま
た、空間情報を符号化する少なくとも1つの磁界の存在
下で、第1および第2のNMR信号を標本化して、流体
中の核スピンの流れの像を構成する。平面像の構成は2
次元フーリエ変換法により得ることができる。
の発明の非侵入形の方法では、最初にサンプルを略均質
な磁界内に配置する。好ましくは流体の流れの方向に対
して略垂直な第1のスライス内にある複数個の核スピン
にタグをつけ(飽和させ又は反転し)、その後励起して
第1のNMR信号を発生する。この信号は、スライス内
のタグつき核スピンと、スライスに流れ込んで、スライ
スから流れ出した少なくとも若干のタグつきスピンに代
るタグなしスピンとによるものである。次に、サンプル
のうちこのスライスを含むと共に、スライスから流体の
流れの方向に対して反対方向に伸びる領域内にある第2
の複数個の核スピンにタグをつける。スライス内の核ス
ピンを再び励起して、スライス内にあるタグつきスピン
と、この領域からスライスに流れ込んだタグつきスピン
とから発する第2のNMR信号を発生する。次に第1及
び第2のNMR信号の大きさの差または比を利用して、
スライスを通る核スピンの流速の大きさを決定する。ま
た、空間情報を符号化する少なくとも1つの磁界の存在
下で、第1および第2のNMR信号を標本化して、流体
中の核スピンの流れの像を構成する。平面像の構成は2
次元フーリエ変換法により得ることができる。
本願発明の新規と考えられる特徴は特許請求の範囲に具
体的に記載してあるが、本願発明の構成、作用及びその
他の目的並びに利点は、以下図面について説明する所か
ら、最もよく理解されよう。
体的に記載してあるが、本願発明の構成、作用及びその
他の目的並びに利点は、以下図面について説明する所か
ら、最もよく理解されよう。
発明の詳細な記載 最初に第1A図、第1B図、第2図及び第3図につい
て、本願発明の方法を一般的に説明する。検査を受ける
サンプルの作像スライスに血流を局在化する特定の方法
の場合の具体的な細部は、後で第4図乃至第6図につい
て説明する。
て、本願発明の方法を一般的に説明する。検査を受ける
サンプルの作像スライスに血流を局在化する特定の方法
の場合の具体的な細部は、後で第4図乃至第6図につい
て説明する。
第1A図はデカルト座標系のZ軸の正の方向を向く略均
質な磁界B0内に配置されたサンプル100を示す。この方
向は、サンプル内の血管102内の血流の方向でもある。
第1A図、第2図及び第3図について説明すると、幅Δ
Z2を持つ第1の横方向スライス104内の核スピンが選
択性90゜RFパルス(第2図の横軸の期間1に示す)と
位相外し磁界勾配(図に示してない)を印加することに
よつて摂動を受ける。その詳細は後で第4図乃至第6図
について説明する。磁化Mを摂動させるのに90゜パルス
の代りに選択性180゜パルス(第6図に示す)を用いて
もよい。90゜RFパルスによる摂動の効果として、90゜
パルスによつて横平面に回転した正味の磁化Mを構成す
る核スピンを位相外しすることによつて、全ての横方向
の磁化を壊すことにより、作像スライス104内に含まれ
ている核スピンを飽和させることである。180゜RFパ
ルスの効果は、Z軸の正の方向からZ軸の負の方向に磁
化Mを反転することであり、この場合も、横平面内に正
味の磁化が存在しない。横方向の磁化を壊す為に用いる
ことの出来る別の方法が、ジャーナル・オブ・ケミカル
・フィジィックス誌、第55巻第3,604頁(1971年)所載
のマークリー他の論文に記載されている。この方法で
は、不規則な間隔の短い選択性90゜RFパルスの列(例
えばパルス5乃至10個)を用いて、核スピンを飽和させ
る。本願発明の方法に使うには、90゜RFパルスに位相
外し磁界勾配が続く順序の方が好ましい。以下の説明で
は、上に述べた様にして摂動した原子核を「タグつき原
子核」と呼ぶ。
質な磁界B0内に配置されたサンプル100を示す。この方
向は、サンプル内の血管102内の血流の方向でもある。
第1A図、第2図及び第3図について説明すると、幅Δ
Z2を持つ第1の横方向スライス104内の核スピンが選
択性90゜RFパルス(第2図の横軸の期間1に示す)と
位相外し磁界勾配(図に示してない)を印加することに
よつて摂動を受ける。その詳細は後で第4図乃至第6図
について説明する。磁化Mを摂動させるのに90゜パルス
の代りに選択性180゜パルス(第6図に示す)を用いて
もよい。90゜RFパルスによる摂動の効果として、90゜
パルスによつて横平面に回転した正味の磁化Mを構成す
る核スピンを位相外しすることによつて、全ての横方向
の磁化を壊すことにより、作像スライス104内に含まれ
ている核スピンを飽和させることである。180゜RFパ
ルスの効果は、Z軸の正の方向からZ軸の負の方向に磁
化Mを反転することであり、この場合も、横平面内に正
味の磁化が存在しない。横方向の磁化を壊す為に用いる
ことの出来る別の方法が、ジャーナル・オブ・ケミカル
・フィジィックス誌、第55巻第3,604頁(1971年)所載
のマークリー他の論文に記載されている。この方法で
は、不規則な間隔の短い選択性90゜RFパルスの列(例
えばパルス5乃至10個)を用いて、核スピンを飽和させ
る。本願発明の方法に使うには、90゜RFパルスに位相
外し磁界勾配が続く順序の方が好ましい。以下の説明で
は、上に述べた様にして摂動した原子核を「タグつき原
子核」と呼ぶ。
摂動の後、タグつき原子核は期間2の間に回復すること
を許し、それが磁界B0と再び整合し始めて、Z軸の正の
方向の縦方向の磁化成分を発生する。その大きさは、期
間2の長さに関係する。回復期間の間、初めは作像スラ
イス104内にあつた、斜線を施したブロック108a,108
b(第3図)で示すタグつき原子核は、一部分又は全部
が、ブロック110で示した飽和していない(タグなし)
原子核に置き換わる。この為、第2図の期間3に選択性
90゜検出パルスを印加すると、検出パルスによつて回転
する全体の正味の磁化は、スライス104内に残つている
タグつき原子核の部分的に回復した縦方向の磁化(斜線
を施したブロック108bで示す)と、タグなし原子核に
帰因する正味の縦方向の磁化(ブロック110)との和で
ある。この結果としてのNMR信号SIがデータ収集期間
4に観測されるが、これは作像スライス104内にあるタ
グつきスピン(不動及び流れるものゝ両方)とタグなし
スピン110とに帰因する信号を表わす。この場合、期間
2の間に流れる原子核の緩和が完了していないと仮定す
る限り、タグなしスピンの横方向の磁化に対する寄与の
為、信号SIは流れがない場合より一層強くなる。
を許し、それが磁界B0と再び整合し始めて、Z軸の正の
方向の縦方向の磁化成分を発生する。その大きさは、期
間2の長さに関係する。回復期間の間、初めは作像スラ
イス104内にあつた、斜線を施したブロック108a,108
b(第3図)で示すタグつき原子核は、一部分又は全部
が、ブロック110で示した飽和していない(タグなし)
原子核に置き換わる。この為、第2図の期間3に選択性
90゜検出パルスを印加すると、検出パルスによつて回転
する全体の正味の磁化は、スライス104内に残つている
タグつき原子核の部分的に回復した縦方向の磁化(斜線
を施したブロック108bで示す)と、タグなし原子核に
帰因する正味の縦方向の磁化(ブロック110)との和で
ある。この結果としてのNMR信号SIがデータ収集期間
4に観測されるが、これは作像スライス104内にあるタ
グつきスピン(不動及び流れるものゝ両方)とタグなし
スピン110とに帰因する信号を表わす。この場合、期間
2の間に流れる原子核の緩和が完了していないと仮定す
る限り、タグなしスピンの横方向の磁化に対する寄与の
為、信号SIは流れがない場合より一層強くなる。
本願発明の次の工程は、期間5にサンプル100を、期間
1に印加された90゜RFパルスの周波数帯域幅より一層
大きな周波数帯域幅を持つ選択性90゜パルスで照射する
ことにより、幅ΔZ1(これはスライス104の幅ΔZ2より
大きい)を持つスライス106(第1A図)内にある核ス
ピンに選択的にタグをつけることである。この場合、タ
グつき原子核が再び検出スライス104から流れ出る。然
し、それに置き換わつて、前に期間5の90゜飽和パルス
の印加によつてタグがつけられているタグつき原子核が
スライスΔZ1から来る。持続時間が期間2と等しい第2
の回復期間6の後、期間1に印加された検出パルスと同
様な第2の検出パルスが期間7に印加され、新しくタグ
を付した原子核の回復に帰因する縦方向の磁化成分を横
平面へ回転させる。従つて、回復期間6の間に検出スラ
イス104にタグなし原子核が流れ込まない限り、即ち、
vを平均流量、tを回復期間6の長さとして、ΔZ1−Δ
Z2>vt(第3図)であれば、この結果期間8に観測され
る信号は、流れがない場合と同じ強度を持つ。この信号
をSIIで表わし、その大きさは一般的に信号SIの大きさ
より小さい。2つの信号の振幅の差は、信号SIIがタグ
つき核スピン(作像スライス104内にある不動の核スピ
ンと血管102を流れるタグつき原子核)のみによる為で
ある。この為、信号SIから信号SIIを差引くと、タグつ
き原子核によつて生ずる信号が正確に相殺される。然
し、前に述べた様に、流れる原子核に対するSI及びSII
の大きさは異なる。即ちSIがSIIより大きい。従つて、
流れの方向が第1図に示す(Z軸の正の方向)様であれ
ば、それらは相殺されない。
1に印加された90゜RFパルスの周波数帯域幅より一層
大きな周波数帯域幅を持つ選択性90゜パルスで照射する
ことにより、幅ΔZ1(これはスライス104の幅ΔZ2より
大きい)を持つスライス106(第1A図)内にある核ス
ピンに選択的にタグをつけることである。この場合、タ
グつき原子核が再び検出スライス104から流れ出る。然
し、それに置き換わつて、前に期間5の90゜飽和パルス
の印加によつてタグがつけられているタグつき原子核が
スライスΔZ1から来る。持続時間が期間2と等しい第2
の回復期間6の後、期間1に印加された検出パルスと同
様な第2の検出パルスが期間7に印加され、新しくタグ
を付した原子核の回復に帰因する縦方向の磁化成分を横
平面へ回転させる。従つて、回復期間6の間に検出スラ
イス104にタグなし原子核が流れ込まない限り、即ち、
vを平均流量、tを回復期間6の長さとして、ΔZ1−Δ
Z2>vt(第3図)であれば、この結果期間8に観測され
る信号は、流れがない場合と同じ強度を持つ。この信号
をSIIで表わし、その大きさは一般的に信号SIの大きさ
より小さい。2つの信号の振幅の差は、信号SIIがタグ
つき核スピン(作像スライス104内にある不動の核スピ
ンと血管102を流れるタグつき原子核)のみによる為で
ある。この為、信号SIから信号SIIを差引くと、タグつ
き原子核によつて生ずる信号が正確に相殺される。然
し、前に述べた様に、流れる原子核に対するSI及びSII
の大きさは異なる。即ちSIがSIIより大きい。従つて、
流れの方向が第1図に示す(Z軸の正の方向)様であれ
ば、それらは相殺されない。
期間3又は期間7の何れかで使われる90゜検出パルスの
一方の位相を反転する(これは後で第6図について説明
する)ことにより、信号SII及びSIの間の差を有利に求
めることが出来ることが理解されよう。検出パルスの位
相を反転する効果として、それに対応するNMR信号の
位相も反転され、その為差を求めるのにSI及びSIIを加
算しさえすればよい。位相を変えた検出パルスを使うこ
とに伴う利点は、交互の信号SI又はSIIの符号が反転
し、更に位相の反転がパルスの不完全さを補正すること
である。これは、この不完全さに帰因する擬似的な信号
も相殺されるからである。パルスの不完全さの影響を補
正する為に位相を反転したRFパルスを使うことが、係
属中の米国特許出願通し番号第394,071号に記載されて
いる。
一方の位相を反転する(これは後で第6図について説明
する)ことにより、信号SII及びSIの間の差を有利に求
めることが出来ることが理解されよう。検出パルスの位
相を反転する効果として、それに対応するNMR信号の
位相も反転され、その為差を求めるのにSI及びSIIを加
算しさえすればよい。位相を変えた検出パルスを使うこ
とに伴う利点は、交互の信号SI又はSIIの符号が反転
し、更に位相の反転がパルスの不完全さを補正すること
である。これは、この不完全さに帰因する擬似的な信号
も相殺されるからである。パルスの不完全さの影響を補
正する為に位相を反転したRFパルスを使うことが、係
属中の米国特許出願通し番号第394,071号に記載されて
いる。
第1A図及び第2図について説明したNMRパルス順序
は、Z軸の正の方向にスライス104を流れるか、或いは
Z軸の正の方向に対して90゜未満の角度で流れるスピン
を検出するのに適している。反対方向の流れは検出され
ない。反対方向、即ち、Z軸の負の方向、又はZ軸の負
の方向に対して90゜未満の角度を持つ方向に於ける流れ
の測定値を得る為には、第1B図に示す様に、作像スラ
イス104に対してタグつき核スピンのスライス106を対称
的に配置して、第2図に示す順序を実施しなければなら
ない。この為には、期間5に印加する90゜飽和パルス
(又は180゜反転パルス)を、第1B図の作像スライス1
04の右側にある原子核にタグがつけられる様な周波数成
分を持つ様に選ぶことを別として、その他は大体第2図
に示すパルス順序を用いる。第1A図及び第1B図のス
ライス106は有限の幅ΔZ1を持つ必要はないことに注意
されたい。必要なことは、スライス106の幅が血管102内
の流れに対して反対方向に伸び、第1A図及び第3図に
述べた様に、回復期間6及び励起期間7の間、タグつき
原子核だけが検出スライス104に流れ込む様にすること
である。こうすることの欠点は、パルス順序(期間1乃
至8)を繰返す前に、全てのタグつき原子核が平衡状態
に復帰することが出来る様にする為に、過度に長い待ち
期間(第2図の期間9)が必要になるかも知れないこと
である。この待ち期間の最大値は流れる原子核のT1程度
であることがある。
は、Z軸の正の方向にスライス104を流れるか、或いは
Z軸の正の方向に対して90゜未満の角度で流れるスピン
を検出するのに適している。反対方向の流れは検出され
ない。反対方向、即ち、Z軸の負の方向、又はZ軸の負
の方向に対して90゜未満の角度を持つ方向に於ける流れ
の測定値を得る為には、第1B図に示す様に、作像スラ
イス104に対してタグつき核スピンのスライス106を対称
的に配置して、第2図に示す順序を実施しなければなら
ない。この為には、期間5に印加する90゜飽和パルス
(又は180゜反転パルス)を、第1B図の作像スライス1
04の右側にある原子核にタグがつけられる様な周波数成
分を持つ様に選ぶことを別として、その他は大体第2図
に示すパルス順序を用いる。第1A図及び第1B図のス
ライス106は有限の幅ΔZ1を持つ必要はないことに注意
されたい。必要なことは、スライス106の幅が血管102内
の流れに対して反対方向に伸び、第1A図及び第3図に
述べた様に、回復期間6及び励起期間7の間、タグつき
原子核だけが検出スライス104に流れ込む様にすること
である。こうすることの欠点は、パルス順序(期間1乃
至8)を繰返す前に、全てのタグつき原子核が平衡状態
に復帰することが出来る様にする為に、過度に長い待ち
期間(第2図の期間9)が必要になるかも知れないこと
である。この待ち期間の最大値は流れる原子核のT1程度
であることがある。
次に流速を決定する方法を第3図について説明する。こ
の方法を第2図に示した様な種類のパルス順序に関連し
て説明する。この場合、全てのRFパルスが90゜形であ
ると仮定する。更にこの例では、血管102内の流速の分
布が矩形であると仮定する。流速の分布が矩形であるこ
とは、血管の壁に沿つた血流の速度が血管の中心と略同
じであることを意味する。第3図に示した記号を用いる
と、2つの信号SI及びSIIの相対的な強度は次の様に表
わすことが出来る。
の方法を第2図に示した様な種類のパルス順序に関連し
て説明する。この場合、全てのRFパルスが90゜形であ
ると仮定する。更にこの例では、血管102内の流速の分
布が矩形であると仮定する。流速の分布が矩形であるこ
とは、血管の壁に沿つた血流の速度が血管の中心と略同
じであることを意味する。第3図に示した記号を用いる
と、2つの信号SI及びSIIの相対的な強度は次の様に表
わすことが出来る。
こゝでρは核スピンの密度(流体の1立方センチあたり
の原子核の数)、lは作像スライス104の幅、vは血管1
02内の流れの速度、dは血管102の直径、T1は血管102を
流れる流体のスピン−格子緩和時間、tはタグをつける
為のパルス及び検出パルスの間の平均印加時の間の期間
である。
の原子核の数)、lは作像スライス104の幅、vは血管1
02内の流れの速度、dは血管102の直径、T1は血管102を
流れる流体のスピン−格子緩和時間、tはタグをつける
為のパルス及び検出パルスの間の平均印加時の間の期間
である。
ブロック110(第3図)の流れるタグなし原子核に帰因
する信号Sの大きさは、式(2)の信号SIIを式(1)の信号S
Iから減算することによつて、次の様に求められる。
する信号Sの大きさは、式(2)の信号SIIを式(1)の信号S
Iから減算することによつて、次の様に求められる。
信号SIとSIIの比は次の様に表わされる。
従つて、流れる原子核のT1が判つていれば、式(3)又は
(4)の何れかから流速を計算することが出来る。式(4)を
使う方が、その為には量ρ、即ち核スピンの密度が判ら
なくてもよいので、好ましい。T1の値は実験的に決定し
てもよいし、或いは参考データに頼つてもよい。T1の値
は、飽和回復及び反転回復法の様な任意の公知の方法に
よつて実験的に決定することが出来る。T1を測定する方
法について詳しいことは、1976年にニューヨーク州のエ
ルスビャー・サイエンティフィック・パブリッシング・
カンパニから出版されたT.ショーの著書「フーリエ変
換NMR分光法」を参照されたい。動脈の血液中の酸素
(常磁性薬剤)が緩和速度に影響する為に、スピン−格
子緩和時間は静脈と動脈の血液で異なることに注意され
たい。従つて、静脈又は動脈のどちらの血液を測定する
かに応じて、適当な値を使わなければならない。
(4)の何れかから流速を計算することが出来る。式(4)を
使う方が、その為には量ρ、即ち核スピンの密度が判ら
なくてもよいので、好ましい。T1の値は実験的に決定し
てもよいし、或いは参考データに頼つてもよい。T1の値
は、飽和回復及び反転回復法の様な任意の公知の方法に
よつて実験的に決定することが出来る。T1を測定する方
法について詳しいことは、1976年にニューヨーク州のエ
ルスビャー・サイエンティフィック・パブリッシング・
カンパニから出版されたT.ショーの著書「フーリエ変
換NMR分光法」を参照されたい。動脈の血液中の酸素
(常磁性薬剤)が緩和速度に影響する為に、スピン−格
子緩和時間は静脈と動脈の血液で異なることに注意され
たい。従つて、静脈又は動脈のどちらの血液を測定する
かに応じて、適当な値を使わなければならない。
流れる血液(静脈又は動脈)に対するT1を計算するこの
発明の1つの方法は、毎回の繰返しの回復期間2及び6
に長さの異なる期間t又はt′を選んで、第2図のパル
ス順序(期間1乃至8)を繰返すことである。この為、
毎回の繰返しで、夫々期間t及びt′に対して異なる信
号S及びS′が得られる。この時、T1は次の式から計算
することが出来る。
発明の1つの方法は、毎回の繰返しの回復期間2及び6
に長さの異なる期間t又はt′を選んで、第2図のパル
ス順序(期間1乃至8)を繰返すことである。この為、
毎回の繰返しで、夫々期間t及びt′に対して異なる信
号S及びS′が得られる。この時、T1は次の式から計算
することが出来る。
こゝで比S/S′は回復遅延t及びt′とT1の関数であ
る。実際には、長さの異なる期間t及びt′に対して何
回かの測定(例えば4乃至10個)を行なうのが有利であ
る。T1を測定する時、各々の順序に於ける期間2及び6
は持続時間(t又はt′)を等しくして、各々の期間で
スピンの緩和が等しくなる様にすべきである。
る。実際には、長さの異なる期間t及びt′に対して何
回かの測定(例えば4乃至10個)を行なうのが有利であ
る。T1を測定する時、各々の順序に於ける期間2及び6
は持続時間(t又はt′)を等しくして、各々の期間で
スピンの緩和が等しくなる様にすべきである。
次に第1A図及び第4図について、血流を表わす物体の
像を求める多重角度投影再生方式にこの発明の方法を利
用する場合を詳しく説明する。第4図乃至第6図の何れ
の図面でも、第1A図のサンプル100が均質な磁界B0の
中に配置されていると仮定していることに注意された
い。この為磁界B0はこういう図面には別に示してない。
像を求める多重角度投影再生方式にこの発明の方法を利
用する場合を詳しく説明する。第4図乃至第6図の何れ
の図面でも、第1A図のサンプル100が均質な磁界B0の
中に配置されていると仮定していることに注意された
い。この為磁界B0はこういう図面には別に示してない。
第4図の横軸に示す期間1にサンプル100(第1A図)
に磁界勾配Gzを掛けると同時に、選択性90゜RFパルス
で照射する。RFパルスは第4図に概略的に示す様に、
略矩形の断面を持つ作像スライス104内の横平面に巨視
的な磁化Mを回転させる為の、ラーマ方程式によつて予
測される様に選ばれた限られた周波数帯を含むsine関数
(Sin x/x)によつて変調することが好ましい。RF
パルスはガウス関数で変調してもよい。この場合、励起
されたスライスはガウス形の断面を持つ。期間1に横平
面に回転した核スピンの位相外しが、第2の磁界勾配Gz
を印加することによつて期間2に行なわれ、期間2の終
りには、横平面内の正味の横方向の磁化が急速に失われ
る様にする。この為、この点ではNMR信号が観測され
ない。期間3に、スピン−格子緩和時間に従つて、磁化
Mの縦方向成分が回復する(スピンが再び磁界B0と整合
する)様にする。期間4に、検出パルスと呼ぶ第2の90
゜RFパルスをパルス状磁界勾配Gzの存在の下に印加し
て、検出スライス104内の回復した縦方向の磁化成分を
横平面に回転させる。期間5に、磁界勾配Gzの方向を逆
転すると共にその大きさを半分にして、期間4に印加さ
れたRFパルスによつて回転した核スピンの位相戻しを
する。前にはSIで表わした第1のNMR信号が、直線的
な磁界勾配Gx及びGyの存在の下に期間6に観測される。
期間6のNMR信号は、血管102の内、スライス104内に
入る部分にある不動の並びに流れる(タグつきタグな
し)原子核の両方によるものである。
に磁界勾配Gzを掛けると同時に、選択性90゜RFパルス
で照射する。RFパルスは第4図に概略的に示す様に、
略矩形の断面を持つ作像スライス104内の横平面に巨視
的な磁化Mを回転させる為の、ラーマ方程式によつて予
測される様に選ばれた限られた周波数帯を含むsine関数
(Sin x/x)によつて変調することが好ましい。RF
パルスはガウス関数で変調してもよい。この場合、励起
されたスライスはガウス形の断面を持つ。期間1に横平
面に回転した核スピンの位相外しが、第2の磁界勾配Gz
を印加することによつて期間2に行なわれ、期間2の終
りには、横平面内の正味の横方向の磁化が急速に失われ
る様にする。この為、この点ではNMR信号が観測され
ない。期間3に、スピン−格子緩和時間に従つて、磁化
Mの縦方向成分が回復する(スピンが再び磁界B0と整合
する)様にする。期間4に、検出パルスと呼ぶ第2の90
゜RFパルスをパルス状磁界勾配Gzの存在の下に印加し
て、検出スライス104内の回復した縦方向の磁化成分を
横平面に回転させる。期間5に、磁界勾配Gzの方向を逆
転すると共にその大きさを半分にして、期間4に印加さ
れたRFパルスによつて回転した核スピンの位相戻しを
する。前にはSIで表わした第1のNMR信号が、直線的
な磁界勾配Gx及びGyの存在の下に期間6に観測される。
期間6のNMR信号は、血管102の内、スライス104内に
入る部分にある不動の並びに流れる(タグつきタグな
し)原子核の両方によるものである。
勾配Gx及びGyは夫々X軸及びY軸の方向を向いていて、
その大きさは、第4図に示すパルス順序を相次いで印加
する時、正弦状に変化する。勾配Gx及びGyの大きさはGx
=gcosθ及びGy=gsinθで表わされ、こゝでθは期間6
の間の1回の投影の角度であり、gは定数である。勾配
Gx及びGyのベクトル加算により、作像スライス104には
角度θの合成半径方向勾配が発生される。この為、期間
6に観測されるNMR信号は平面全体からの空間情報
(投影)を半径方向勾配の方向に符号化して含んでい
る。第4図に示すNMRパルス順序を相次いで加える
時、スライス104全体を作像するのに十分な情報を得る
為に必要なことであるが、量Δθ、例えば典型的には1
゜程度だけ投影角度θを変えて、多重投影を求め、180
゜の円弧にわたる180個の投影から空間的なデータを収
集する。各々の新しい投影で、勾配Gx及びGyの大きさは
新しく選ばれた投影角度θに従つて調節される。
その大きさは、第4図に示すパルス順序を相次いで印加
する時、正弦状に変化する。勾配Gx及びGyの大きさはGx
=gcosθ及びGy=gsinθで表わされ、こゝでθは期間6
の間の1回の投影の角度であり、gは定数である。勾配
Gx及びGyのベクトル加算により、作像スライス104には
角度θの合成半径方向勾配が発生される。この為、期間
6に観測されるNMR信号は平面全体からの空間情報
(投影)を半径方向勾配の方向に符号化して含んでい
る。第4図に示すNMRパルス順序を相次いで加える
時、スライス104全体を作像するのに十分な情報を得る
為に必要なことであるが、量Δθ、例えば典型的には1
゜程度だけ投影角度θを変えて、多重投影を求め、180
゜の円弧にわたる180個の投影から空間的なデータを収
集する。各々の新しい投影で、勾配Gx及びGyの大きさは
新しく選ばれた投影角度θに従つて調節される。
Gx及びGy勾配コイルの電流が落着くのを待つ為の期間7
の短い待ち時間の後、期間1の飽和パルスと同様な第2
の90゜飽和パルスを勾配Gzの存在の下に印加する。この
場合、RFパルスの周波数成分は、第1A図に示すスラ
イス106の様な一層幅の広い飽和スライス内にある核ス
ピンによる磁化Mを十分に回転させる位に広くする。前
と同じく、飽和RFパルス及び勾配の後に、期間9に印
加される第2の勾配Gzが続き、横平面内の核スピンを位
相外しして、正味の横方向の磁化をなくす。縦方向の磁
化成分が磁界B0の方向に再び戻る為の期間10の第2の
回復期間の後、期間4と同様な第2の選択性90゜RF検
出パルスを再び勾配Gzの存在の下に印加する。勾配Gzの
方向を期間12で再び逆転して、スライス104内にある
核スピンの位相のコヒーレンスを設定する。主にタグつ
き原子核による第2の信号SIIが、期間6に印加された
勾配と略同一である勾配Gx及びGyの存在の下に、期間1
3に観測される。
の短い待ち時間の後、期間1の飽和パルスと同様な第2
の90゜飽和パルスを勾配Gzの存在の下に印加する。この
場合、RFパルスの周波数成分は、第1A図に示すスラ
イス106の様な一層幅の広い飽和スライス内にある核ス
ピンによる磁化Mを十分に回転させる位に広くする。前
と同じく、飽和RFパルス及び勾配の後に、期間9に印
加される第2の勾配Gzが続き、横平面内の核スピンを位
相外しして、正味の横方向の磁化をなくす。縦方向の磁
化成分が磁界B0の方向に再び戻る為の期間10の第2の
回復期間の後、期間4と同様な第2の選択性90゜RF検
出パルスを再び勾配Gzの存在の下に印加する。勾配Gzの
方向を期間12で再び逆転して、スライス104内にある
核スピンの位相のコヒーレンスを設定する。主にタグつ
き原子核による第2の信号SIIが、期間6に印加された
勾配と略同一である勾配Gx及びGyの存在の下に、期間1
3に観測される。
第4図に示した期間1乃至13で構成されるパルス順序
を繰返して、角度Δθだけ夫々隔たる相隔たる複数個の
投影を求めて、作像スライス104の少なくとも180゜の円
弧をカバーする様にする。各々の投影で信号SI及びSII
を標本化し、フーリエ変換して、後で使う為に、普通の
NMR装置(図に示してない)の電子式記憶装置に貯蔵
する。各々の投影に対応する信号のフーリエ変換によ
り、作像スライス104全体にわたる原子核によるNMR
信号の空間的な分布が判る。フィルタ・バック投影の様
な周知の計算機を用いた再生方法を利用して、SI及びS
IIのデータを使つた別々の像が、全ての空間分布データ
から再生される。スライス104内にある血管102を流れる
原子核だけを表わす像を得る為には、不動の原子核(即
ちスライス104内にあつて血管102の外側にある原子核)
の空間分布データを表示しない。信号対雑音比を改善す
る為に、信号の平均化作用を用いるのが有利であること
もあることが理解されよう。
を繰返して、角度Δθだけ夫々隔たる相隔たる複数個の
投影を求めて、作像スライス104の少なくとも180゜の円
弧をカバーする様にする。各々の投影で信号SI及びSII
を標本化し、フーリエ変換して、後で使う為に、普通の
NMR装置(図に示してない)の電子式記憶装置に貯蔵
する。各々の投影に対応する信号のフーリエ変換によ
り、作像スライス104全体にわたる原子核によるNMR
信号の空間的な分布が判る。フィルタ・バック投影の様
な周知の計算機を用いた再生方法を利用して、SI及びS
IIのデータを使つた別々の像が、全ての空間分布データ
から再生される。スライス104内にある血管102を流れる
原子核だけを表わす像を得る為には、不動の原子核(即
ちスライス104内にあつて血管102の外側にある原子核)
の空間分布データを表示しない。信号対雑音比を改善す
る為に、信号の平均化作用を用いるのが有利であること
もあることが理解されよう。
第4図に示した多重角度投影再生方法に伴う欠点は、核
スピンの空間的な分布に関する有用な情報を得る為に、
NMR信号を勾配の存在の下に観測しなければならない
ことである。その為、第4図の期間5及び12に印加さ
れる位相戻し勾配パルスGzの終りの直後に情報を収集し
なければならない。然し、読出し用の磁界勾配Gx及びGy
を期間6及び13に)印加することが問題になることが
認められよう。読出し用勾配を急に印加したとしても、
その結果出来るそのまゝの勾配が過渡的である有限の時
間がある。この為、こういう期間中、空間情報は歪みが
ひどく、NMR信号を使うことが出来ないのが普通であ
る。この欠点を克服する方法を第5図及び第6図につい
て説明するが、これは選択性180゜RFパルス又は位相
外し及び位相戻し磁界勾配の何れかを印加することによ
り、スピン・エコー信号を発生するものである。第5図
及び第6図はスピン捩れ形作像順序の種々の実施例を示
しているが、スピン・エコーを発生する為に用いられる
方法は、第4図について説明した多重角度投影再生方法
にも同じ様に用いることが出来る。
スピンの空間的な分布に関する有用な情報を得る為に、
NMR信号を勾配の存在の下に観測しなければならない
ことである。その為、第4図の期間5及び12に印加さ
れる位相戻し勾配パルスGzの終りの直後に情報を収集し
なければならない。然し、読出し用の磁界勾配Gx及びGy
を期間6及び13に)印加することが問題になることが
認められよう。読出し用勾配を急に印加したとしても、
その結果出来るそのまゝの勾配が過渡的である有限の時
間がある。この為、こういう期間中、空間情報は歪みが
ひどく、NMR信号を使うことが出来ないのが普通であ
る。この欠点を克服する方法を第5図及び第6図につい
て説明するが、これは選択性180゜RFパルス又は位相
外し及び位相戻し磁界勾配の何れかを印加することによ
り、スピン・エコー信号を発生するものである。第5図
及び第6図はスピン捩れ形作像順序の種々の実施例を示
しているが、スピン・エコーを発生する為に用いられる
方法は、第4図について説明した多重角度投影再生方法
にも同じ様に用いることが出来る。
好ましい実施例では、スピン捩れ形作像と云う名前で知
られる、第5図に示したパルス順序を用いて、第2図に
ついて一般的に説明したこの発明を実施する。スピン捩
れ形作像は2次元フーリエ変換(2DFT)位相符号化NM
R作像方法の特殊な場合である。このパルス順序は、N
MR信号に空間情報を符号化するやり方と、NMR信号
を観測する時間の点で、第4図について説明したパルス
順序と異なる。この違いは、第5図の期間5に、パルス
状勾配Gxを印加するのと同時に、位相符号化用勾配Gyを
印加することに注意すれば確認されよう。勾配Gyは、第
5図の期間1乃至13で構成されたパルス順序全体を印
加する度に、1個の尖頭振幅を持つている。然し、相次
ぐ毎回の印加で、位相符号化用勾配Gyには異なる振幅
(期間5及び12に破線で示す様に)を選択する。勾配
Gyが、Y軸方向のサンプル100の全長にわたつて2πの
倍数だけ、横方向の磁化の向きに捩れを導入することに
より、空間情報をY軸方向に符号化する。第1の位相符
号化用勾配を印加した後、横方向の磁化が1ターンの螺
旋に捩れる。勾配Gyの相違なる各々の振幅により、異な
る程度の捩れ(位相符号化)が持込まれる。勾配Gyの振
幅の数は、再生像がY軸方向に持つ画素の数(典型的に
は128又は256)に等しく選ぶ。実際には、信号対
雑音比を改善する為に、勾配Gyを次の値に進める前に、
信号を何回か平均化する。
られる、第5図に示したパルス順序を用いて、第2図に
ついて一般的に説明したこの発明を実施する。スピン捩
れ形作像は2次元フーリエ変換(2DFT)位相符号化NM
R作像方法の特殊な場合である。このパルス順序は、N
MR信号に空間情報を符号化するやり方と、NMR信号
を観測する時間の点で、第4図について説明したパルス
順序と異なる。この違いは、第5図の期間5に、パルス
状勾配Gxを印加するのと同時に、位相符号化用勾配Gyを
印加することに注意すれば確認されよう。勾配Gyは、第
5図の期間1乃至13で構成されたパルス順序全体を印
加する度に、1個の尖頭振幅を持つている。然し、相次
ぐ毎回の印加で、位相符号化用勾配Gyには異なる振幅
(期間5及び12に破線で示す様に)を選択する。勾配
Gyが、Y軸方向のサンプル100の全長にわたつて2πの
倍数だけ、横方向の磁化の向きに捩れを導入することに
より、空間情報をY軸方向に符号化する。第1の位相符
号化用勾配を印加した後、横方向の磁化が1ターンの螺
旋に捩れる。勾配Gyの相違なる各々の振幅により、異な
る程度の捩れ(位相符号化)が持込まれる。勾配Gyの振
幅の数は、再生像がY軸方向に持つ画素の数(典型的に
は128又は256)に等しく選ぶ。実際には、信号対
雑音比を改善する為に、勾配Gyを次の値に進める前に、
信号を何回か平均化する。
期間5の勾配Gxの効果は、核スピンを予定量だけ位相外
しして、期間6に180゜RFパルスを印加した時、期間
7にスピン・エコー信号SIが得られる様にすることであ
る。スピン・エコー信号は、180゜RFパルスの平均印
加時から時間τ後に発生する。これは、期間5にわたる
勾配Gxの波形の時間積分が期間7にわたる勾配Gxの波形
の時間積分に等しくなる様に選ばれていれば、期間4の
90゜RFパルスの平均印加時との間の時間に等しい。期
間7に直線的な勾配Gxを印加することにより、空間情報
がX軸方向に符号化され、核スピンをX軸に対するそれ
らの位置に特有な周波数で共鳴させる。再生像がX軸方
向に持つ画素の数(典型的には128又は256)に等しい回
数だけ、期間7に信号SIを標本化する。例えばジャーナ
ル・オブ・マグネティック・レゾナンス誌、第18巻第69
頁(1975年)所載のクマール他の論文に記載されている
様な2次元フーリエ変換を用いて、標本化された信号か
ら像の画素の値を求める。
しして、期間6に180゜RFパルスを印加した時、期間
7にスピン・エコー信号SIが得られる様にすることであ
る。スピン・エコー信号は、180゜RFパルスの平均印
加時から時間τ後に発生する。これは、期間5にわたる
勾配Gxの波形の時間積分が期間7にわたる勾配Gxの波形
の時間積分に等しくなる様に選ばれていれば、期間4の
90゜RFパルスの平均印加時との間の時間に等しい。期
間7に直線的な勾配Gxを印加することにより、空間情報
がX軸方向に符号化され、核スピンをX軸に対するそれ
らの位置に特有な周波数で共鳴させる。再生像がX軸方
向に持つ画素の数(典型的には128又は256)に等しい回
数だけ、期間7に信号SIを標本化する。例えばジャーナ
ル・オブ・マグネティック・レゾナンス誌、第18巻第69
頁(1975年)所載のクマール他の論文に記載されている
様な2次元フーリエ変換を用いて、標本化された信号か
ら像の画素の値を求める。
同様に、期間12にプログラム可能な振幅の位相符号化
用勾配Gyを印加することにより、第5図の期間14で空
間情報がスピン・エコー信号SIIに符号化される。パル
ス状勾配Gxも期間12及び14に印加するが、これも勾
配Gxの波形の期間12及び14にわたる時間積分が等し
くなる様に選ぶ。
用勾配Gyを印加することにより、第5図の期間14で空
間情報がスピン・エコー信号SIIに符号化される。パル
ス状勾配Gxも期間12及び14に印加するが、これも勾
配Gxの波形の期間12及び14にわたる時間積分が等し
くなる様に選ぶ。
スピン・エコーを発生する為に使われる180゜RFパル
スは、第4図について説明したパルス順序にも有利に用
いることが出来ることに注意されたい。この場合、180
゜RFパルスは、第4図の期間5及び期間12に位相戻
し勾配Gzを印加した直後に印加する。実際には、完全な
180゜RFパルスを実現するのは困難であり、この為望
ましくないが横方向の磁化成分が誘起され、擬似的なN
MR信号を発生することがある。この理由で、180゜R
Fパルスの前後に、大きさの等しい大きな勾配を用い
て、横方向の磁化を急速に消し、擬似的なNMR信号を
短くすることが望ましい。こういう勾配はサンプルの大
部分が配置されている方向の向きにすべきである。不完
全なRFパルスの影響を減らす為に勾配を使うことは、
係属中の米国特許出願第394,355号に記載されている。
スは、第4図について説明したパルス順序にも有利に用
いることが出来ることに注意されたい。この場合、180
゜RFパルスは、第4図の期間5及び期間12に位相戻
し勾配Gzを印加した直後に印加する。実際には、完全な
180゜RFパルスを実現するのは困難であり、この為望
ましくないが横方向の磁化成分が誘起され、擬似的なN
MR信号を発生することがある。この理由で、180゜R
Fパルスの前後に、大きさの等しい大きな勾配を用い
て、横方向の磁化を急速に消し、擬似的なNMR信号を
短くすることが望ましい。こういう勾配はサンプルの大
部分が配置されている方向の向きにすべきである。不完
全なRFパルスの影響を減らす為に勾配を使うことは、
係属中の米国特許出願第394,355号に記載されている。
第6図は第5図について既に説明したスピン捩れ形作像
順序であるが、第4図及び第5図の両方に示したパルス
順序にも役立つ幾つかの変更を含む別の実施例を示して
いる。例えば、第6図の期間1では、選択性180゜RF
パルスと同時に勾配パルスGzを印加して、第1A図のス
ライス104の縦方向の磁化を反転する。同様に、別の選
択性180゜RFパルスと同時に第6図の期間6に勾配Gz
を印加して、第1A図のスライス106の磁化を反転す
る。選択性180゜RFパルスの効果は、磁化をZ軸の正
の方向からZ軸の負の方向に反転して、横方向の磁化成
分が出来ない様にすることである。この点、180゜RF
パルスを使うことは、第2図、第4図及び第5図につい
て説明した様に、核スピンを飽和させる為の選択性90゜
パルスと共に勾配Gzを使うのと同じ効果がある。
順序であるが、第4図及び第5図の両方に示したパルス
順序にも役立つ幾つかの変更を含む別の実施例を示して
いる。例えば、第6図の期間1では、選択性180゜RF
パルスと同時に勾配パルスGzを印加して、第1A図のス
ライス104の縦方向の磁化を反転する。同様に、別の選
択性180゜RFパルスと同時に第6図の期間6に勾配Gz
を印加して、第1A図のスライス106の磁化を反転す
る。選択性180゜RFパルスの効果は、磁化をZ軸の正
の方向からZ軸の負の方向に反転して、横方向の磁化成
分が出来ない様にすることである。この点、180゜RF
パルスを使うことは、第2図、第4図及び第5図につい
て説明した様に、核スピンを飽和させる為の選択性90゜
パルスと共に勾配Gzを使うのと同じ効果がある。
第4図及び第5図の両方のパルス順序に用いることの出
来る、第6図に示した別の変更は、第6図の期間3及び
8に印加される90゜検出RFパルスの位相の反転であ
る。位相反転した90゜RFパルスを期間8に用いている
為に、第6図の期間10のスピン・エコー信号が期間5
のスピン・エコー信号に対して位相が反転していること
が認められよう。前に述べた様に、この方法の利点は、
単にスピン・エコー信号を加算することにより、信号SI
及びSIIの間の差を求めることが出来ることである。
来る、第6図に示した別の変更は、第6図の期間3及び
8に印加される90゜検出RFパルスの位相の反転であ
る。位相反転した90゜RFパルスを期間8に用いている
為に、第6図の期間10のスピン・エコー信号が期間5
のスピン・エコー信号に対して位相が反転していること
が認められよう。前に述べた様に、この方法の利点は、
単にスピン・エコー信号を加算することにより、信号SI
及びSIIの間の差を求めることが出来ることである。
第4図及び第5図のパルス順序に用いることの出来る別
の変更は、第6図では、スピン・エコー信号を発生する
為に勾配を用いていることである。即ち、期間4及び9
の勾配Gxは負のローブを持ち、これが、スピン・エコー
信号を観測する期間5及び10に、極性を直線的な正の
勾配に反転する。期間5及び10内でスピン・エコー信
号が正しいタイミングになる様にする為、期間4及び9
の勾配Gxの波形の時間積分は夫々期間5及び10の勾配
Gxの波形の時間積分と等しくなければならない。積分が
等しいことは、期間4及び9の間に位相外れしたスピン
が期間5及び10に同じ量だけ位相戻しされてスピン・
エコー信号を発生する為の必要条件である。
の変更は、第6図では、スピン・エコー信号を発生する
為に勾配を用いていることである。即ち、期間4及び9
の勾配Gxは負のローブを持ち、これが、スピン・エコー
信号を観測する期間5及び10に、極性を直線的な正の
勾配に反転する。期間5及び10内でスピン・エコー信
号が正しいタイミングになる様にする為、期間4及び9
の勾配Gxの波形の時間積分は夫々期間5及び10の勾配
Gxの波形の時間積分と等しくなければならない。積分が
等しいことは、期間4及び9の間に位相外れしたスピン
が期間5及び10に同じ量だけ位相戻しされてスピン・
エコー信号を発生する為の必要条件である。
第6図の期間1及び6に選択性180゜反転パルスを使う
ことにより、パルス順序を相次いで用いる時、検出スラ
イス内の磁化が完全に回復する様に保証する為に、期間
10の後に一層長い待ち期間があることに注意された
い。従つて、この様な選択性反転パルスを使うことは、
前に第2図、第4図及び第5図について説明した飽和回
復方法(90゜RF励起パルス−位相戻し勾配Gz−回復期
間−90゜RF検出パルス)より能率がよくないことがあ
る。更に、180゜選択性パルスは選択性90゜RFパルス
よりも実現するのが一層困難である。
ことにより、パルス順序を相次いで用いる時、検出スラ
イス内の磁化が完全に回復する様に保証する為に、期間
10の後に一層長い待ち期間があることに注意された
い。従つて、この様な選択性反転パルスを使うことは、
前に第2図、第4図及び第5図について説明した飽和回
復方法(90゜RF励起パルス−位相戻し勾配Gz−回復期
間−90゜RF検出パルス)より能率がよくないことがあ
る。更に、180゜選択性パルスは選択性90゜RFパルス
よりも実現するのが一層困難である。
以上述べた所から、本願発明では、タグつき核スピンを
タグなし核スピンから区別することができるので、信頼
性の高い像および核スピンの速さを測定することができ
る。この方法は、種々のNMR作像方法によつてその為
のデータを収集し得る様な軸横断NMR像で流れる血液
を測定するのに役立つ。本願の請求項1および33に記
載の発明は流れる原子核の緩和時間T1を測定する為にも
使うことが出来る。
タグなし核スピンから区別することができるので、信頼
性の高い像および核スピンの速さを測定することができ
る。この方法は、種々のNMR作像方法によつてその為
のデータを収集し得る様な軸横断NMR像で流れる血液
を測定するのに役立つ。本願の請求項1および33に記
載の発明は流れる原子核の緩和時間T1を測定する為にも
使うことが出来る。
本願発明を特定の実施例及び例について説明したが、以
上述べた所から、当業者にはこの他の変更が考えられよ
う。従つて、特許請求の範囲によつて表わすこの発明の
範囲は、こゝに具体的に記載した以外の形で実施し得る
ことを承知されたい。
上述べた所から、当業者にはこの他の変更が考えられよ
う。従つて、特許請求の範囲によつて表わすこの発明の
範囲は、こゝに具体的に記載した以外の形で実施し得る
ことを承知されたい。
第1A図及び第1B図は均質な磁界内に配置されたNM
Rサンプルを示しており、このサンプルは本願発明に従
つて流れを調べる為のスライスが選択性RFパルスによ
つて限定されている。第2図は第1図に示したサンプル
のスライスを選択する際に本願発明に従つて用いられる
一般的なNMRパルス順序を示すグラフ、第3図は本願
発明に従つて血流の方向と速度を測定するのに利用され
るサンプルの選ばれたスライスを示す略図、第4図は多
重角度投影及び再生方法を用いて、本願発明に従つて血
流の方向と速度を測定する為の像を得るのに使われるN
MRパルス順序の詳細を示すグラフ、第5図はスピン捩
れ形作像方法を用いて、血流の方向と速度を測定する為
の像を得るのに、本願発明で使われる別のNMRパルス
順序の詳細を示すグラフ、第6図は第5図と同様なグラ
フであるが、スピン捩れ形作像方法を用いた本願発明の
NMRパルス順序の別の実施例を示すグラフである。 主な符号の説明 100:サンプル 102:血管 104:スライス 106:スライス(領域)
Rサンプルを示しており、このサンプルは本願発明に従
つて流れを調べる為のスライスが選択性RFパルスによ
つて限定されている。第2図は第1図に示したサンプル
のスライスを選択する際に本願発明に従つて用いられる
一般的なNMRパルス順序を示すグラフ、第3図は本願
発明に従つて血流の方向と速度を測定するのに利用され
るサンプルの選ばれたスライスを示す略図、第4図は多
重角度投影及び再生方法を用いて、本願発明に従つて血
流の方向と速度を測定する為の像を得るのに使われるN
MRパルス順序の詳細を示すグラフ、第5図はスピン捩
れ形作像方法を用いて、血流の方向と速度を測定する為
の像を得るのに、本願発明で使われる別のNMRパルス
順序の詳細を示すグラフ、第6図は第5図と同様なグラ
フであるが、スピン捩れ形作像方法を用いた本願発明の
NMRパルス順序の別の実施例を示すグラフである。 主な符号の説明 100:サンプル 102:血管 104:スライス 106:スライス(領域)
Claims (64)
- 【請求項1】略均質な磁界内に配置されたNMRサンプ
ル内の管の中での流体内の核スピンの流速の大きさをN
MRを用いて測定する方法に於て、(a)前記サンプル
のスライス内にある前記管の一部分の中にある核スピン
を含めて、該スライス内にある複数個の核スピンにタグ
をつけ、(b)第1の期間後、前記スライス内の複数個
の核スピンを励起して、前記スライス内にあるタグつき
核スピン並びに前記第1の期間中に前記管内を前記スラ
イスへ流れて、前記スライスから流れ出したタグつき核
スピンの少なくとも一部分に代るタグなし核スピンから
実質的に発する第1のNMR信号を発生し、(c)次い
で、前記サンプルのうちの、前記管の少なくとも一部分
を含み、かつ、前記スライスを含み、該スライスから流
れの方向と反対向きに伸びている領域内にある複数個の
核スピンにタグをつけ、(d)次いで、第2の期間後、
前記スライス内の核スピンを励起して、前記スライス内
にあるタグつき核スピン並びに前記第2の期間中に前記
領域から前記スライスへ前記管内を流れるタグつき核ス
ピンから実質的に発する第2のNMR信号を発生し、
(e)前記第1及び第2のNMR信号の大きさの差また
は比を利用して前記スライス内で前記管に於ける核スピ
ンの流速の大きさを決定する工程を含む方法。 - 【請求項2】特許請求の範囲(1)に記載した方法に於
て、前記スライス内の複数個の核スピンにタグをつける
工程(a)及び前記領域内の複数個の核スピンにタグを
つける工程(c)が、何れも、前記スライス内及び前記
領域内の核スピンを飽和させる工程を含む方法。 - 【請求項3】特許請求の範囲(2)に記載した方法に於
て、前記飽和させる工程が、磁界勾配を印加し、該磁界
勾配の存在の下にラーマ周波数で振動する磁界で前記サ
ンプルを照射して、前記スライス及び前記領域の各々に
正味の横方向の磁化を発生し、前記磁界勾配を再び印加
して前記正味の横方向の磁化を壊す工程から成る方法。 - 【請求項4】特許請求の範囲(1)に記載した方法に於
て、前記スライス内の複数個の核スピンを励起して第1
のNMR信号を発生する工程(b)及び前記スライス内
の核スピンを励起して第2のNMR信号を発生する工程
(d)が、何れも、ラーマ周波数で振動する磁界を用い
て、磁界勾配の存在を下に前記NMRサンプルを照射し
て、前記スライス内にある核スピンを選択的に励起する
工程を含む方法。 - 【請求項5】特許請求の範囲(4)に記載した方法に於
て、前記ラーマ周波数で振動する磁界が選択性90゜R
Fパルスによって構成される方法。 - 【請求項6】特許請求の範囲(5)に記載した方法に於
て、前記スライス内の複数個の核スピンを励起して第1
のNMR信号を発生する工程(b)及び前記スライス内
の核スピンを励起して第2のNMR信号を発生する工程
(d)が、夫々、互いに180゜位相がずれている選択
性90゜RFパルスで前記NMRサンプルを照射して、
前記第1及び第2のNMR信号が互いに180゜位相が
ずれる様にすることを含む方法。 - 【請求項7】特許請求の範囲(1)に記載した方法に於
て、前記スライス内の複数個の核スピンにタグをつける
工程(a)及び前記領域内の複数個の核スピンにタグを
つける工程(c)が、何れも、磁界勾配の存在の下に、
ラーマ周波数の選択性180゜RFパルスで前記サンプ
ルを照射して、前記スライス及び前記領域の各々の正味
の縦方向の磁化を選択的に反転する工程を含む方法。 - 【請求項8】特許請求の範囲(1)に記載した方法に於
て、前記スライスが前記管内の核スピンの流れの方向に
対して略垂直になる様に運ばれている方法。 - 【請求項9】特許請求の範囲(1)に記載した方法に於
て、前記第1及び第2のNMR信号を利用する工程が、
ρを核スピンの密度、dを管の直径、vを核スピンの流
速、tを前記スライス内の複数個の核スピンにタグをつ
ける工程(a)及び前記スライス内の複数個の核スピン
を励起する工程(b)の間の期間とし、これが前記領域
内の複数個の核スピンにタグをつける工程(c)及び前
記スイラス内の核スピンを励起して第2のNMR信号を
発生する工程(d)の間の期間にも等しいものとし、T
1を前記管内を流れる核スピンのスピン−格子緩和時間
として、前記第1及び第2のNMR信号の間の差Sを次
の式 を用いて求め、核スピンの速度を決定する工程で構成さ
れる方法。 - 【請求項10】特許請求の範囲(1)に記載した方法に
於て、前記利用する工程がSIを前記第1のNMR信
号、SIIを前記第2のNMR信号、lを前記スライスの
幅、vを核スピンの流速、T1を前記管を流れる核スピ
ンのスピン−格子緩和時間、tを前記スライス内の複数
個の核スピンにタグをつける工程(a)及び前記スライ
ス内の複数個の核スピンを励起する工程(b)の間の期
間とし、これは前記領域内の複数個の核スピンにタグを
つける工程(c)及び前記スライス内の核スピンを励起
して第2のNMR信号を発生する工程(d)の間の期間
にも等しいものとして、次の式 を用いて、前記第1及び第2のNMR信号の比を決定し
て核スピンの速度を決定することを含む方法。 - 【請求項11】特許請求の範囲(1)に記載した方法に
於て、前記スライス内の複数個の核スピンにタグをつけ
る工程(a)から前記第1及び第2のNMR信号を利用
する工程(e)までの順序を少なくとも1回繰返す工程
を含む方法。 - 【請求項12】特許請求の範囲(11)に記載した方法
に於て、前記スライス内の複数個のスピンにタグをつけ
る工程(a)及び前記スライス内の複数個の核スピンを
励起する工程(b)の間の期間、即ち、前記領域内の複
数個の核スピンにタグをつける工程(c)及び前記スラ
イス内の核スピンを励起して第2のNMR信号を発生す
る工程(d)の間の期間にも等しい期間を変えて、前記
スライス内の複数個の核スピンにタグをつける工程
(a)から前記第1及び第2のNMR信号を利用する工
程(e)までの順序を少なくとも1回繰返す工程を含む
方法。 - 【請求項13】特許請求の範囲(12)に記載した方法
に於て、tを、前記スライス内の複数個の核スピンにタ
グをつける工程(a)から前記第1及び第2のNMR信
号を利用する工程(e)までの1つの順序で、前記スラ
イス内の複数個の核スピンにタグをつける工程(a)及
び前記スライス内の複数個の核スピンを励起する工程
(b)の間の期間とし、この期間tは、前記領域内の複
数個の核スピンにタグをつける工程(c)と前記スライ
ス内の核スピンを励起して第2のNMR信号を発生する
工程(d)の間の期間にも等しく、更にt′を、前記ス
ライス内の複数個の核スピンにタグをつける工程(a)
から前記第1及び第2のNMR信号を利用する工程
(e)までの別の順序に於ける前記スライス内の複数個
の核スピンにタグをつける工程及び前記スライス内の複
数個の核スピンを励起して第1のNMR信号を発生する
工程の間の期間とし、該期間t′は前記別の順序に於け
る前記領域内の複数個の核スピンにタグをつける工程
(c)及び前記スライス内の核スピンを励起して第2の
NMR信号を発生する工程(d)の間の期間にも等し
く、更にSを期間tを用いる順序に於ける第1及び第2
のNMR信号の間の差、S′を期間t′を用いる順序に
於ける第1及び第2のNMR信号の間の差、T1を前記
管を流れる核スピンのスピン−格子緩和時間として、次
の式 を用いて前記管を流れる核スピンのスピン−格子緩和時
間を決定する工程を含む方法。 - 【請求項14】NMR方法を用いて、NMRサンプルの
管内を流れる核スピンの流れの像を生じる方法に於て、
(a)前記NMRサンプルを略均質な磁界の中に配置
し、(b)前記サンプルのスライス内にある前記管の一
部分にある核スピンを含めて、該スライス内の複数個の
核スピンにタグをつけ、(c)前記スライス内の複数個
の核スピンを励起して、前記スライス内にある前記タグ
つき核スピン並びに前記管内を前記スライスへ流れて該
スライスから流れ出る少なくとも若干のタグつき核スピ
ンに代るタグなし核スピンから実質的に発する第1のN
MR信号を発生し、(d)前記サンプルのうちの、前記
管の少なくとも一部分を含み、かつ前記スライスを含ん
でいて該スライスから流れの方向と反対方向に伸びる領
域内にある複数個の核スピンにタグをつけ、(e)前記
スライス内の核スピンを励起して、該スライス内にある
タグつき核スピン及び前記領域から前記スライス内へ前
記管を流れるタグつき核スピンから実質的に発する第2
のNMR信号を発生し、(f)前記スライス内に含まれ
る前記管の部分を流れる核スピンの分布を含めて、前記
スライス内の不動スピンの核スピン分布の空間情報を符
号化する為の少なくとも1つの磁界勾配の存在の下に、
前記第1及び第2のNMR信号の各々を標本化し、
(g)前記管内を流れるスピンの核スピン分布を表わす
像を構成し、該像は前記スライス内での前記管の相対位
置をも表わす様にする核スピンの流れの像を生じる方
法。 - 【請求項15】特許請求の範囲(14)に記載した方法
に於て、前記スライス内の複数個の核スピンにタグをつ
ける工程(b)並びに前記領域内の複数個の核スピンに
タグをつける工程(d)が、何れも、磁界勾配の存在の
下にラーマ周波数の選択性180゜RFパルスで前記サ
ンプルを照射して、前記スライス及び前記領域の各々に
於ける正味の縦方向の磁化を選択的に反転する工程を含
む方法。 - 【請求項16】特許請求の範囲(14)に記載した方法
に於て、前記スライス内の複数個の核スピンにタグをつ
ける工程(b)及び前記領域内の複数個の核スピンにタ
グをつける工程(d)が、何れも、前記作像スライス及
び前記領域内の核スピンを飽和させる工程を含む方法。 - 【請求項17】特許請求の範囲(16)に記載した方法
に於て、前記飽和させる工程が、磁界勾配を印加し、最
後に記載した磁界勾配の存在の下に、ラーマ周波数で振
動する磁界で前記サンプルを照射して、前記スライス及
び前記領域の各々に正味の横方向の磁化を発生し、最後
に記載した磁界勾配を再び印加して前記正味の横方向の
磁化を壊す工程から成る方法。 - 【請求項18】特許請求の範囲(14)に記載した方法
に於て、前記スライス内の複数個の核スピンを励起して
第1のNMR信号を発生する工程(c)及び前記スライ
ス内の核スピンを励起して第2のNMR信号を発生する
工程(e)に於ける励起が、何れも、磁界勾配の存在の
下にラーマ周波数で振動する磁界で前記NMRサンプル
を照射して前記スライス内の核スピンを選択的に励起す
る工程から成る方法。 - 【請求項19】特許請求の範囲(18)に記載した方法
に於て、前記ラーマ周波数で振動する磁界が選択性90
゜RFパルスによって構成される方法。 - 【請求項20】特許請求の範囲(19)に記載した方法
に於て、前記スライス内の複数個の核スピンを励起して
第1のNMR信号を発生する工程(c)及び前記スライ
ス内の核スピンを励起して第2のNMR信号を発生する
工程(e)に於ける励起が、互いに180゜位相がずれ
た選択性90゜RFパルスで前記NMRサンプルを照射
して、前記第1及び第2のNMR信号も互いに180゜
位相がずれる様にすることから成る方法。 - 【請求項21】特許請求の範囲(14)に記載した方法
に於て、前記スライス内の複数個の核スピンにタグをつ
ける工程(b)及び前記領域内の複数個の核スピンにタ
グをつける工程(d)が何れも、磁界勾配の存在の下
に、ラーマ周波数の選択性180゜RFパルスで前記サ
ンプルを照射して、前記スライス及び前記領域の各々の
正味の縦方向の磁化を反転する工程から成る方法。 - 【請求項22】特許請求の範囲(14)に記載した方法
に於て、前記サンプルのスライス内の複数個の核スピン
にタグをつける工程(b)から前記第1及び第2のNM
R信号の各々を標本化する工程(f)までの順序を少な
くとも1回繰返す工程を含む方法。 - 【請求項23】特許請求の範囲(22)に記載した方法
に於て、前記サンプルのスライス内の複数個の核スピン
にタグをつける工程(b)から前記第1及び第2のNM
R信号の各々を標本化する工程(f)までの各々の繰返
しに対し、前記磁界勾配が前記スライス内で複数個の方
向の内の1つを持つ様に選ばれ、該複数個の方向の各々
1つに対し、前記サンプルのスライス内の複数個の核ス
ピンにタグをつける工程(b)から前記第1及び第2の
NMR信号の各々を標本化する工程(f)までの順序を
少なくとも1回繰返す方法。 - 【請求項24】特許請求の範囲(23)に記載した方法
に於て、前記磁界勾配が、前記スライス内で互いに垂直
である少なくとも2つの磁界成分のベクトル加算から成
る合成磁界勾配で構成される方法。 - 【請求項25】特許請求の範囲(14)、(22)又は
(23)いずれか一項に記載した方法に於て、前記第1
及び第2のNMR信号の各々のスピン・エコー信号を形
成する工程を含み、前記標本化する工程が前記スピン・
エコー信号を標本化することを含む方法。 - 【請求項26】特許請求の範囲(25)に記載した方法
に於て、前記スピン・エコー信号を形成する工程が、各
々の励起する工程の後、180゜RFパルスで前記スラ
イスを照射することから成る方法。 - 【請求項27】特許請求の範囲(25)に記載した方法
に於て、前記スピン・エコー信号を形成する工程が、各
々の励起する工程の後、一方の極性の少なくとも1つの
位相外し磁界勾配を印加して、励起された核スピンを予
定量だけ位相外しし、その後位相外し磁界勾配の極性を
逆転して、前記核スピンの位相戻しをして、前記第1及
び第2のNMR信号の各々に対応するスピン・エコー信
号を発生することから成る方法。 - 【請求項28】特許請求の範囲(22)に記載した方法
に於て、各々の励起する工程の後、プログラム可能な複
数個の振幅の内の1つの振幅を持つ可変振幅の磁界勾配
を印加して、前記第1及び第2のNMR信号に空間情報
を符号化し、前記プログラム可能な複数個の振幅の各々
1つに対し、前記サンプルのスライス内の複数個の核ス
ピンにタグをつける工程(b)から前記第1及び第2の
NMR信号の各々を標本化する工程(f)までの順序を
少なくとも1回繰返す方法。 - 【請求項29】特許請求の範囲(28)に記載した方法
に於て、前記第1及び第2のNMR信号が、前記スライ
ス内での可変振幅勾配の方向に対して略垂直な方向を持
つ略直線的な磁界勾配の存在の下に標本化される方法。 - 【請求項30】特許請求の範囲(28)又は(29)に
記載した方法に於て、前記第1及び第2のNMR信号の
各々のスピン・エコー信号を形成する工程を含み、前記
標本化する工程は前記スピン・エコー信号を標本化する
ことを含む方法。 - 【請求項31】特許請求の範囲(30)に記載した方法
に於て、前記スピン・エコー信号を形成する工程は、前
記可変振幅の磁界勾配を印加した後、180゜RFパル
スで前記スライスを照射することを含む方法。 - 【請求項32】特許請求の範囲(30)に記載した方法
に於て、前記スピン・エコー信号を形成する工程が、前
記可変振幅の勾配を印加するのと同時に、但しそれに対
して垂直な方法に、一方の極性の少なくとも1つの位相
外し磁界勾配を印加して、前記励起された核スピンを予
定量だけ位相外しし、その後位相外し勾配の極性を逆転
して前記スピンを位相戻しして、前記第1及び第2のN
MR信号の各々に対応するスピン・エコー信号を発生す
ることから成る方法。 - 【請求項33】略均質な磁界内に配置されたNMRサン
プル内の管の中での流体内の核スピンの流速の大きさを
NMRを用いて測定する装置に於て、 (a)前記サンプルのスライス内にある前記管の一部分
の中にある核スピンを含めて、該スライス内にある複数
個の核スピンにタグをつける手段、(b)前記スライス
内の複数個の核スピンを励起して、前記スライス内にあ
るタグつき核スピン並びに前記管内を前記スライスへ流
れて、前記スライスから流れ出したタグつき核スピンの
少なくとも一部分に代るタグなし核スピンから実質的に
発する第1のNMR信号を発生する手段、(c)前記サ
ンプルのうちの、前記管の少なくとも一部分を含み、か
つ前記スライスを含んでいて、該スライスから流れの方
向と反対向きに伸びている領域内にある複数個の核スピ
ンにタグをつける手段、(d)前記スライス内の核スピ
ンを励起して、前記スライス内にあるタグつき核スピン
並びに前記領域から前記スライスへ前記管内を流れるタ
グつき核スピンから実質的に発する第2のNMR信号を
発生する手段、(e)前記第1及び第2のNMR信号の
大きさの差または比を利用して前記スライス内で前記管
に於ける核スピンの流速の大きさを決定する手段を含む
装置。 - 【請求項34】特許請求の範囲(33)に記載した装置
に於て、前記スライス内の複数個の核スピンにタグをつ
ける手段(a)及び前記領域内の複数個の核スピンにタ
グをつける手段(c)が、何れも、前記スライス内及び
前記領域内の核スピンを飽和させる手段を含む装置。 - 【請求項35】特許請求の範囲(34)に記載した装置
に於て、前記飽和させる手段が、磁界勾配を印加する手
段、該磁界勾配の存在の下にラーマ周波数で振動する磁
界で前記サンプルを照射して、前記スライス及び前記領
域の各々に正味の横方向の磁化を発生する手段、前記磁
界勾配を再び印加して前記正味の横方向の磁化を壊す手
段から成る装置。 - 【請求項36】特許請求の範囲(33)に記載した装置
に於て、前記スライス内の複数個の核スピンを励起して
第1のNMR信号を発生する手段(b)及び前記スライ
ス内の核スピンを励起して第2のNMR信号を発生する
手段(d)が、何れも、ラーマ周波数で振動する磁界を
用いて、磁界勾配の存在の下に前記NMRサンプルを照
射して、前記スライス内にある核スピンを選択的に励起
する手段を含む装置。 - 【請求項37】特許請求の範囲(36)に記載した装置
に於て、前記ラーマ周波数で振動する磁界を選択性90
゜RFパルスによって構成する手段を含む装置。 - 【請求項38】特許請求の範囲(37)に記載した装置
に於て、前記スライス内の複数個の核スピンを励起して
第1のNMR信号を発生する手段(b)及び前記スライ
ス内の核スピンを励起して第2のNMR信号を発生する
手段(d)が、夫々、互いに180゜位相がずれている
選択性90゜RFパルスで前記NMRサンプルを照射し
て、前記第1及び第2のNMR信号が互いに180゜位
相がずれる様にする手段を含む装置。 - 【請求項39】特許請求の範囲(33)に記載した装置
に於て、前記スライス内の複数個の核スピンにタグをつ
ける手段(a)及び前記領域内の複数個の核スピンにタ
グをつける手段(c)が、何れも、磁界勾配の存在の下
に、ラーマ周波数の選択性180゜RFパルスで前記サ
ンプルを照射して、前記スライス及び前記領域の各々の
正味の縦方向の磁化を選択的に反転する手段を含む装
置。 - 【請求項40】特許請求の範囲(33)に記載した装置
に於て、前記スライスが前記管内の核スピンの流れの方
向に対して略垂直になる様に選ぶ手段を含む装置。 - 【請求項41】特許請求の範囲(33)に記載した装置
に於て、前記第1及び第2のNMR信号を利用する手段
が、ρを核スピンの密度、dを管の直径、vを核スピン
の流速、tを前記スライス内の複数個の核スピンにタグ
をつける工程及び前記スライス内の複数個の核スピンを
励起する工程の間の期間とし、これが前記領域内の複数
個の核スピンにタグをつける工程及び前記スイラス内の
核スピンを励起して第2のNMR信号を発生する工程の
間の期間にも等しいものとし、T1を前記管内を流れる
核スピンのスピン−格子緩和時間として、前記第1及び
第2のNMR信号の間の差Sを次の式 を用いて求め、核スピンの速度を決定する手段で構成さ
れる装置。 - 【請求項42】特許請求の範囲(33)に記載した装置
に於て、前記NMR信号を利用する手段がSIを前記第
1のNMR信号、SIIを前記第2のNMR信号、lを前
記スライスの幅、vを核スピンの流速、T1を前記管を
流れる核スピンのスピン−格子緩和時間、tを前記スラ
イス内の複数個の核スピンにタグをつける工程及び前記
スライス内の複数個の核スピンを励起する工程の間の期
間とし、これは前記領域内の複数個の核スピンにタグを
つける工程及び前記スライス内の核スピンを励起して第
2のNMR信号を発生する工程の間の期間にも等しいも
のとして、次の式 を用いて、前記第1及び第2のNMR信号の比を決定し
て核スピンの速度を決定する手段を含む装置。 - 【請求項43】特許請求の範囲(33)に記載した装置
に於て、前記スライス内の複数個の核スピンにタグをつ
ける工程から前記第1及び第2のNMR信号を利用する
工程までの順序を少なくとも1回繰返す手段を含む装
置。 - 【請求項44】特許請求の範囲(43)に記載した装置
に於て、前記スライス内の複数個のスピンにタグをつけ
る工程及び前記スライス内の複数個の核スピンを励起す
る工程の間の期間、即ち、前記領域内の複数個の核スピ
ンにタグをつける工程及び前記スライス内の核スピンを
励起して第2のNMR信号を発生する工程の間の期間に
も等しい期間を変えて、前記スライス内の複数個の核ス
ピンにタグをつける工程から前記第1及び第2のNMR
信号を利用する工程までの順序を少なくとも1回繰返す
手段を含む装置。 - 【請求項45】特許請求の範囲(44)に記載した装置
に於て、tを、前記スライス内の複数個の核スピンにタ
グをつける工程から前記第1及び第2のNMR信号を利
用する工程までの1つの順序で、前記スライス内の複数
個の核スピンにタグをつける工程及び前記スライス内の
複数個の核スピンを励起する工程の間の期間とし、この
期間tは、前記領域内の複数個の核スピンにタグをつけ
る工程と前記スライス内の核スピンを励起して第2のN
MR信号を発生する工程の間の期間にも等しく、更に
t′を、前記スライス内の複数個の核スピンにタグをつ
ける工程から前記第1及び第2のNMR信号を利用する
工程までの別の順序に於ける前記スライス内の複数個の
核スピンにタグをつける工程及び前記スライス内の複数
個の核スピンを励起して第1のNMR信号を発生する工
程の間の期間とし、該期間t′は前記別の順序に於ける
前記領域内の複数個の該スピンにタグをつける工程及び
前記スライス内の核スピンを励起して第2のNMR信号
を発生する工程の間の期間にも等しく、更にSを期間t
を用いる順序に於ける第1及び第2のNMR信号の間の
差、S′を期間t′を用いる順序に於ける第1及び第2
のNMR信号の間の差、T1を前記管を流れる核スピン
のスピン−格子緩和時間として、次の式 を用いて前記管を流れる核スピンのスピン−格子緩和時
間を決定する手段を含む装置。 - 【請求項46】NMRサンプルの管内を流れる核スピン
の流れの像を生じるNMR装置に於て、(a)前記NM
Rサンプルを略均質な磁界の中に配置する手段、(b)
前記サンプルのスライス内にある前記管の一部分にある
核スピンを含めて、該スライス内の複数個の核スピンに
タグをつける手段、(c)前記スライス内の複数個の核
スピンを励起して、前記スライス内にある前記タグつき
核スピン並びに前記管内を前記スライス流れて該スライ
スから流れ出る少なくとも若干のタグつき核スピンに代
るタグなし核スピンから実質的に発する第1のNMR信
号を発生する手段、(d)前記サンプルの内の、前記管
の少なくとも一部分を含み、かつ前記スライスを含んで
いて該スライスから流れの方向と反対方向に伸びる領域
内にある複数個の核スピンにタグをつける手段、(e)
前記スライス内の核スピンを励起して、該スライス内に
あるタグつき核スピン及び前記領域から前記スライス内
へ前記管を流れるタグつき核スピンから実質的に発する
第2のNMR信号を発生する手段、(f)前記スライス
内に含まれる前記管の部分を流れる核スピンの分布を含
めて、前記スライス内の不動スピンの核スピン分布の空
間情報を符号化する為の少なくとも1つの磁界勾配の存
在の下に、前記第1及び第2のNMR信号の各々を標本
化する手段、(g)前記管内を流れるスピンの核スピン
分布を表わす像を構成する手段、該像は前記スライス内
での前記管の相対位置をも表わす様にした手段を含むN
MR装置。 - 【請求項47】特許請求の範囲(46)に記載したNM
R装置に於て、前記スライス内の複数個の核スピンにタ
グをつける手段(b)並びに前記領域内の複数個の核ス
ピンにタグをつける手段(d)が、何れも、磁界勾配の
存在の下にラーマ周波数の選択性180゜RFパルスで
前記サンプルを照射して、前記スライス及び前記領域の
各々に於ける正味の縦方向の磁化を選択的に反転する手
段を含む装置。 - 【請求項48】特許請求の範囲(46)に記載したNM
R装置に於て、前記スライス内の複数個の核スピンにタ
グをつける手段(b)及び前記領域内の複数個の核スピ
ンにタグをつける手段(d)が、何れも、前記作像スラ
イス及び前記領域内の核スピンを飽和させる手段を含む
NMR装置。 - 【請求項49】特許請求の範囲(48)に記載したNM
R装置に於て、前記飽和させる手段が、磁界勾配を印加
する手段、最後に記載した磁界勾配の存在の下に、ラー
マ周波数で振動する磁界で前記サンプルを照射して、前
記スライス及び前記領域の各々に正味の縦方向の磁化を
発生する手段、最後に記載した磁界勾配を再び印加して
前記正味の横方向の磁化を壊す手段から成るNMR装
置。 - 【請求項50】特許請求の範囲(46)に記載したNM
R装置に於て、前記スライス内の複数個の核スピンを励
起して第1のNMR信号を発生する手段(c)及び前記
スライス内の核スピンを励起して第2のNMR信号を発
生する手段(e)に於ける励起が、何れも、磁界勾配の
存在の下にラーマ周波数で振動する磁界で前記NMRサ
ンプルを照射して前記スライス内の核スピンを選択的に
励起する手段から成るNMR装置。 - 【請求項51】特許請求の範囲(50)に記載したNM
R装置に於て、前記ラーマ周波数で振動する磁界が選択
性90゜RFパルスによって構成する手段を含む装置。 - 【請求項52】特許請求の範囲(51)に記載した装置
に於て、前記スライス内の複数個の核スピンを励起して
第1のNMR信号を発生する手段(c)及び前記スライ
ス内の核スピンを励起して第2のNMR信号を発生する
手段(e)に於ける励起が、互いに180゜位相がずれ
た選択性90゜RFパルスで前記NMRサンプルを照射
して、前記第1及び第2のNMR信号も互いに180゜
位相がずれる様にする手段から成る装置。 - 【請求項53】特許請求の範囲(46)に記載したNM
R装置に於て、前記スライス内の複数個の核スピンにタ
グをつける手段(b)及び前記領域内の複数個の核スピ
ンにタグをつける手段(d)が何れも、磁界勾配の存在
の下に、ラーマ周波数の選択性180゜RFパルスで前
記サンプルを照射して、前記スライス及び前記領域の各
々の正味の縦方向の磁化を反転する手段から成るNMR
装置。 - 【請求項54】特許請求の範囲(46)に記載したNM
R装置に於て、前記サンプルのスライス内の複数個の核
スピンにタグをつける工程から前記第1及び第2のNM
R信号の各々を標本化する工程までの順序を少なくとも
1回繰返す手段を含むNMR装置。 - 【請求項55】特許請求の範囲(54)に記載したNM
R装置に於て、前記サンプルのスライス内の複数個の核
スピンにタグをつける工程から前記第1及び第2のNM
R信号の各々を標本化する工程までの各々の繰返しに対
し、前記磁界勾配が前記スライス内で複数個の方向の内
の1つを持つ様に選ばれ、該複数個の方向の各々1つに
対し、前記サンプルのスライス内の複数個の核スピンに
タグをつける工程から前記第1及び第2のNMR信号の
各々を標本化する工程までの順序を少なくとも1回繰返
す手段を含むNMR装置。 - 【請求項56】特許請求の範囲(55)に記載したNM
R装置に於て、前記磁界勾配を、前記スライス内で互い
に垂直である少なくとも2つの磁界成分のベクトル加算
から成る合成磁界勾配で構成する手段を含むNMR装
置。 - 【請求項57】特許請求の範囲(46)、(54)又は
(55)いずれか一項に記載したNMR装置に於て、前
記第1及び第2のNMR信号の各々のスピン・エコー信
号を形成する手段を含み、前記標本化する手段が前記ス
ピン・エコー信号を標本化する手段を含むNMR装置。 - 【請求項58】特許請求の範囲(57)に記載したNM
R装置に於て、前記スピン・エコー信号を形成する手段
が、各々の励起をした後、180゜RFパルスで前記ス
ライスを照射する手段から成るNMR装置。 - 【請求項59】特許請求の範囲(57)に記載したNM
R装置に於て、前記スピン・エコー信号を形成する手段
が、各々の励起した後、一方の極性の少なくとも1つの
位相外し磁界勾配を印加して、励起された核スピンを予
定量だけ位相外しし、その後位相外し磁界勾配の極性を
逆転して、前記核スピンの位相戻しをして、前記第1及
び第2のNMR信号の各々に対応するスピン・エコー信
号を発生する手段から成るNMR装置。 - 【請求項60】特許請求の範囲(54)に記載したNM
R装置に於て、各々の励起をした後、プログラム可能な
複数個の振幅の内の1つの振幅を持つ可変振幅の磁界勾
配を印加して、前記第1及び第2のNMR信号に空間情
報を符号化し、前記プログラム可能な複数個の振幅の各
々1つに対し、前記サンプルのスライス内の複数個の核
スピンにタグをつける工程から前記第1及び第2のNM
R信号の各々を標本化する工程までの順序を少なくとも
1回繰返す手段を含むNMR装置。 - 【請求項61】特許請求の範囲(60)に記載したNM
R装置に於て、前記第1及び第2のNMR信号を、前記
スライス内での可変振幅勾配の方向に対して略垂直な方
向を持つ略直線的な磁界勾配の存在の下に標本化する手
段を含むNMR装置。 - 【請求項62】特許請求の範囲(60)又は(61)に
記載したNMR装置に於て、前記第1及び第2のNMR
信号の各々のスピン・エコー信号を形成する手段を含
み、前記標本化する手段は前記スピン・エコー信号を標
本化する手段を含むNMR装置。 - 【請求項63】特許請求の範囲(62)に記載したNM
R装置に於て、前記スピン・エコー信号を形成する手段
は、前記可変振幅の磁界勾配を印加した後、180゜R
Fパルスで前記スライスを照射する手段を含むNMR装
置。 - 【請求項64】特許請求の範囲(62)に記載したNM
R装置に於て、前記スピン・エコー信号を形成する手段
が、前記可変振幅の勾配を印加するのと同時に、但しそ
れに対して垂直な方向に、一方の極性の少なくとも1つ
の位相外し磁界勾配を印加して、前記励起された核スピ
ンを予定量だけ位相外しし、その後位相外し勾配の極性
を逆転して前記スピンを位相戻しして、前記第1及び第
2のNMR信号の各々に対応するスピン・エコー信号を
発生する手段から成るNMR装置。
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| US495556 | 1983-05-18 | ||
| US06/495,556 US4532473A (en) | 1983-05-18 | 1983-05-18 | NMR method for measuring and imaging fluid flow |
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