JPS6078338A - 互いに整数倍数により関係づけられる反復時間を利用してｔ１ｎｍｒ測定能力を高める方法及びその装置 - 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】 本発明は、被験体の内部の選択された分子構造の点ごと
の内部分布を表わすデータが核磁気共鳴現象を利用して
得られるＮＴ侃（核磁気共鳴）画像形成方法及びその装
置に関する。さらに詳細には、本発明は被験体の内部の
選択されたボリュームの中のＮＭＲＪＩ７子核のＴ１ス
ピン格子弛緩時間の画像を発生する方式に関する。

本願は同時係属出願 及び米国特許第４．３１８，０４３号、第４，２９７，
６３７号及び第　号と関連している。

ＮＭＲ画像形成は、磁界が存在するときに選択された原
子核の磁気モーメントの共鳴を誘起し、監視することが
できるという機能に基づいてい石。位置変動磁界の利用
によシ、少量の体積中の共鳴原子核の位置と濃度と共に
測定することができ、それによって生体組織（たとえば
人体）又は被験体の他の内部構造におけるこの分布を反
映する可視表示画像を形成することができる。

水素は安定原子核の中でｍ現象に対する感度が最も高く
、また人体に最も多く存在する原子核であるので、弧面
像形成には非常に適している。ＮＭＲ画像形成はコンピ
ユータ化断層撮影走査方式（たとえばＸ線放射を利用す
る）にやや類似する非侵入診断技術であるが、それとは
全く異なる物理現象に基づいている。

基本的々ＮＭＲ現象は、全ての原子核が小さな磁石とし
て作用する奇数個の陽子及び／又は中性子を有するとい
う特性である。磁界が印加されないとき、それらの原子
核の磁軸は任意の方向を指している。しかしながら、強
い静磁界の中に置かれると、磁軸は磁界とアライメント
しようとする。適正な共鳴周波数を有し、無線周波磁界
成分が静磁界に対して垂直であるよう一々無線周波エネ
ルギーを被験体を介して送信すると、共鳴する原子核は
印加される静軸界に対してその磁軸（たとえば「フリッ
プ」）を傾斜（たとえば回転）する。次に、そのような
電波が停止される（たとえば適切なＲＦ　ｔｅルスの終
了などにより）と、先に「フリツノ」されていた原子核
の磁軸は弛緩し、印加される静磁界とアライメントする
元の状態へ戻ろうとする。この場合、電波（原子核の位
置における磁界が不変であれば先にフリップしている無
線周波パルスで印加されるのと同じ周波数を有する）が
発せられ、適切な無線周波受信装置にょシその電波を検
出することができる。

第１の、最も長い■無線周波応答はＦＩＤ（自由銹導崩
壊）として現われる。しかしながら、ＦＩＤＯ間に回転
する原子核の相対位相ずれ現象のために原子核崩壊が起
こり、位相ずれが反転されると、いわゆるスピンエコー
信号カ発生される。たとえば、まず最初に９００傾斜無
線周波パルスが印加されると、フリップした原子核はそ
の相対回転速度で「位相ずれ」を生じ始める。ｔ秒後に
１８０”１唄斜無線周波パルスが印加されると、フリッ
プした各原子核の位相ずれの方向は反転され、その結果
、さらにｔ秒後に「同相」状態が得られる。この「同相
」状態によシ、スピンエコーとして知られる検出可能な
無線周波エネルギーパルスが発生される。

印加される磁界の強さとその結果として発生するＮｋＴ
Ｒ応答の周波数との関係は既にわかっているので、被験
体の内部の特定の原子核の位置と分布に関する基本情報
を得るためにこのｍ励起／検出シーケンスを利用するこ
とができる。

たとえば、任意の磁界におりて、ＮＭＲを発生するため
に必要々送信ＲＦエネルギーの周波数は特定される（約
３．５　ｋＧの磁界の中の水素は約１５　ＭＩ（ｚで共
鳴する）。あらゆる種類の原子核について、いわゆるラ
ーマ−共鳴周波数は原子核の場所を包囲する磁界の強さ
の変化に比例して変化する。たとえば、約７　ｋＧの磁
界の中の水素は約３０　ＭＨｚでＮＭＲを示す。開局波
数と、原子核の場所における磁界の瞬間的な強さとの比
例定数は磁気回転比と呼ばれ、奇数個の陽子及び／又は
中性子を有する特定の各原子核はそれぞれ対応する独自
の磁気回転比定数を有する＠実際には、任意の瞬間的な
時点において観察しつるＮ′ＭＲＷ、象を発生するのは
、与えられる測定体積中の関連する原子核のごくわずか
な部分（たとえば２〜３　ｐｐｍ　）であるにすぎない
。これは明らかに統計的プロセスであシ、観察される実
際の原子核は時間につれて変化するが、任意の時点で観
察される原子核の数は重要なＮＭＲ測定を実行するには
十分である。

原子核の磁軸と印加される静磁界との最大アライメント
を得るために必要な経過時間は、組織内の水素の場合で
通常は１秒である。この指数ｍアシイメント時間はその
指数時定数［Ｔ月（すなわち、漸近線又は最終予想値の
１−１７ｅを得るために必要々時間）により示されるの
が普通であシ、縦磁気弛緩時間又はスピン格子磁気弛緩
時間として知られている。これは、分子構造、元紫組成
、温度及び粘度を含む多くの局部物理係数及び局部化学
係数の関数である。一般に、■画像形成走査装置におい
て水素原子核のみが観察され石としても、また、全ての
組織が等しい水素密度を有するとしても、測定されるＴ
　Ｉ　ＮＭＲ／＃ラメータは異なる人体組織について大
きく相違するも６のと予想される。

Ｍ訊信号の発生が減衰する速度はもう１つの特性指数時
間係数であシ、通常はＴｌ値よシ小さい。この第２の隔
時間係数は一般にその指数時定数「Ｔ２」によシ表わさ
れ、横磁気弛緩時間又はスピン−スピン磁気弛緩時間と
して知られている。これは、分子構造、元素組成、温度
及び粘度を含む局部物理係数及び局部化学係数のみによ
り決定されるのではない（しかしながら、Ｔ１パシメー
タと全く同じ方法による必要はない）別のｍ時間ノｆラ
メータを構成する。

従って、Ｔ２パラメータも一般にそれぞれの人体組織に
ついて異なる。たとえば、非常に純粋な液体の原子核は
、一般に、たん白質を含む液体の原子核に比べて印加さ
れる靜磁界とアライメントされるのが遅く、開信号の発
生時間は長い。

旧現象と関連する時定数は電子回路（すなわち無線周波
コイル及び傾斜磁界コイル）の容易に達成される応答時
間と比べて非常に長いので、検出可能でｓｂ、被験体の
特定の基本内部体積と関連づけることができるｍ信号応
答を選択的に発生するために、連続する様々な傾斜磁界
及びＲＦｔ４）Ｌ−スを使用することができる。

一般に、ｍ及び／又はその結果として得られる開信号を
励起するために必要々ＲＦエネルギーの周波数は測定さ
れる体積における瞬間的外磁界の強さに比例するので、
磁界の強さ力ｆ既知の空間分布を有するならば、罵励起
／検出信号の周波数スペクトルもＮＭＲ原子核の空１５
分布をコード化する。

測定される体積の連続する励起の間の経過時間間隔を変
化させると、測定される体積の原子核と関連するＴｌ　
ノ４ラメータに従って様々な振幅の順応各信号が発生さ
れる。すなわち、連続する蘭励起の間の間隔が比較的短
い場合、長いＴ１パラメータ値を有する組織は短いＴ１
パラメータ値を有する組織と比べて、新しい測定サイク
ルが開始される前に靜磁界と再びアライメントされる機
会が少ないので、提供するＮＭＲ応答信号は少ない。さ
らに、測定サイクルの開始（すなわち、最終的に所望の
ｍ応答信号となるために必要々第１のｍ励起Ｒ’　Ｆパ
ルス）と、それに続く所望の膿スピンエコ一応答信号の
発生との間の経過時間間隔を発生させると、測定される
体積中の組織のＴ２パラメータに従って対応する様々な
振幅の薦スピンエコ一応答が発生される。すなわち、測
定される体積中の長いＴ２パラメータ値を有する組織は
短いＴ２ノ’？ラメータ値を有する組織よシ大きいｍ応
答信号を提供する。

運動係数も生体の毘信号強度を変化させることができる
。たとえば、１つの測定サイクル（たとえば約３５ミリ
秒）の中で水素原子核が測定体積を通って移動すると、
それらの原子核の潜在罵応答信号は全く失なわれる。こ
れに対し、測定サイクル時間内にそれらの原子核のごく
一部が測定体積の内部にとどまれば、ＮＭＲ応答信号の
強度は対応して低減される。運動係数に起因する旧応答
信号の実際の強度低減は、関連する原子核のうち運動し
ているものの割合とその粘度とによシ決まる。

従って、測定される毘応答の強度から構成される被験体
横断面の画像は、紅組の物理的特性及び選択的に操作す
ることができる選択可能な機械ノやラメータの複素関数
を表わす。

装置像形成システムの機器は、核磁気共鳴が達成される
シーケンスを反映する。通常、システムは包囲磁界を発
生する大型の磁石と、位置依存磁界を発生する傾斜磁界
発生コイルと、共鳴周波数無線周波信号を印加し、受信
するＲＦコイルと、電磁放射線を発生し、送信し、記録
する電子回路と、７″ジタルデータ収集、処理及び表示
システムとを含む。

測定体積を限定するための様々な遣方法が開発されてい
る。しかしながら、全ての方法はＲＦＰ波数と磁界との
関係に基づいている。空間内のあらゆる点で同時に異な
る強さの磁界を発生することは不可能であるので、全て
の方法は体積を限定するために変化する磁界を使用する
。

送信中及び／又は受信中に傾斜磁界を利用することがで
きる。

前記出願及び特許に記載されるＭ（ト）画像形成装置の
例では、被駒体の所望の部分体積を電子的に選択する。

サンプルを磁界変化及び無線周波磁界にさらし、所望の
スライスのみが無線周波磁界の周波数に対応するように
することＫより、サンプル中の１スライスを励起するこ
とができる。２つの交差するそのような平面（実際には
平面体積）を励起することができ、平面を別個に励起す
る２つの無線周波磁界は、２つの先に励起された平面の
交差箇所に位置する原子核のみによりスピンエコーとし
て知られる信号が発生（後に）されるように選択するこ
とができる（交差箇所自体が平面体積であシ、２つの選
択される平面体積は同一の平面にある）。このよつｌ：
　状況の下で、スピンエコーはこの共通の交差体積の内
部に位置する原子核のみに関する情報を含む。たとえば
読出し中にそのような交差体積の内部だ磁界変化を印加
することによシ、発生される無線周波信号の空間コード
化周波数スペクトルが発生される。スピンエコーの各周
波数成分の強度Ｉは、選択された部分体積の水素密度Ｈ
とＴ１及びＴ２パラメータの関数である。従って、Ｔ１
及びＴ２により変更される水素密度のマツプをスピンエ
コー信号の周波数スペクトルから得ることができる。弛
緩時間は、関連するＴ１及びＴ２の機械Ａラメータが変
化されるときの信号の強さを観察することによシ測定す
ることができる。

前述のように、境俄においては、各組織は３つのパラメ
ータ、すなわち水素密度（Ｈ）と、２つの時間ＴＪ及び
Ｔ２によシ与えられる、水素原子核の分極が変化する速
度とによシ特徴づけられる。使用される画像形成手順に
より、複雑な方式で３つのパラメータ全てに依存するデ
ータが得られる。

４つの物理、？ラメータ（Ｈ，ＴＺ、Ｔ２及び運動係数
）に対する、観察されるＮＭＲ強度（Ｉ）の関係はほぼ
次の式により与えられる。

Ｉ−Ｈｆ（ｖ）　ｅｘｐ　（−ＴＥ／Ｔ２）［１−ｅｘ
ｐ　（−ＴＲ／ＴＩ　）　（式１）（注：実際には、式
１は約３Ｔ２より大きいＴＲについてほぼ１に等しいと
仮定できる分母１　＋　ｅｘｐ　（ＴＲ／Ｔ２）　ｅｘ
ｐ　（ＴＲ／　Ｔｌ　）を含む）式中、Ｉ（ｄ特定の画
像領域のｍ強度、■は局部水素密度、ＴＥはたとえばミ
リ秒単位で測定され、コンピータの制御の下で広い範囲
（通常は２０〜６０　ｍｓ　）にわた如変化する機器の
Ｔ２パラメータ（たとえば、９０°フリツｆパルスの後
に検出されるスピンエコーの時間遅延で、Ｔ２コントラ
ストに影響を及ぼす）、ＴＲはたとえば秒単位で測定さ
れ、同様にコンピュータ制御される（通常は０．２５〜
２．０秒）機器のＴＩパラメータ（だとえば、完全な測
定シーケンスの反復時間で、ＴＩコントラストに影響を
及はす）　、ｆ　（ｖ）は画像形成されるべき領域を通
って水素原子核が運動する速度と、原子核の総数に対す
る運動中の原子核の割合の双方の関数である。

ＴＲ＝無限大及びＴＥ＝０のときに■を測定できれば、
その結果がＨｆ　（ｖ）となることは明白である。

実際には、それらの値に達するのはいずれも不可能でお
る。すなわち、直接観察することができる唯一の画像は
空間内のＩの分布である。しかしながら、３枚の画像（
ＴＪ機械パパラ−タ及びＴ２機械パラメータを一定に保
持したときの異なる値を有する２枚の画像と、Ｔ１機械
パラメータの１つの値に対してＴ２機械）４ラメータを
変化させたときの第３の画像）を得れば、算術操作によ
シＨｆ（ｖ３、ＴＪ及びＴ２の画像を形成することがで
きる。しかしながら、従来はそのために反復曲線自ては
め技術が必要であった。

組織の４つの２臂ラメータ（Ｈ、、Ｔ　Ｉ　、、　Ｔ　
２及び運動係数）を考慮すると、様々な組織から得られ
るＮＭＲ強度を理解することができる。水素密度と運動
係数は下記のものから発生される信号の強度に大きな影
響を及ぼす。

（ａ）　空気は本質的に水素を含まず、骨はソリッドマ
トリクスの形で水素を含むので、全く信号を示さない（
部分体積効果が生じる場合を除く）； （ｂｌ　血液が流れる血管は低密度信号を提供し、血液
の速い流れを含む器官は生きている動物の場合忙死んだ
動物において得られると考えられる信号と比べて低く、
ｒ’ｂｌｏｃｈｉｅｒＪ　ＮＭＲ強度を示す：及び （ｃｌ　肺は約７０％の空気含有率を有し、血液の流れ
が速いので、同様に他の軟組織より低い強度を示す。

ＴＩ及びＴ２のＮＭＲ／４’ラメータは軟組織間の識別
に重要な役割を果たす。多くの軟組織の水素含有率は約
２０％の範囲で変化する。これに対し、ＴＩ及びＴ２は
５００％まで変化する。

短いＴ１及びＴ２値を有する組織は最大の踊強度を提供
する傾向を示踵Ｈの変調の指数特性によシ、この／４２
メータＨの比較的小さな変化よ１）Ｔｘ及びＴ２の変化
の方が重大である。

７１画像は従来は上述のように発生されるが、Ｔ１時間
の先行技術による算出は、一般に、かなシ複雑で時間を
要する反彷曲線当てはめ技術によってのみ達成される。

す々わち、既知の形状の曲線の上の異なる位置で２つ以
上の点が測定され、次に、その形状の曲線は（様々な既
知の方法によシ）その曲線上の２つ以上の経験に基づい
て算出された点に当てはめられる。従来は、所望のＴ１
時間を他の既知の又は測定された信号値又は時間値で表
わす解析的解法又は閉じた解法が知られていなかったた
め、このかなシ煩雑な方法が指示されていた。

しかしながら、発明者は、２つの異なる測定サイクルの
間に反復間隔時間ＴＲＩ及びＴＲ２を互いに整数倍数に
よシ関係づけられるように慎重に調整することによシ、
所望のＴ１時間を測定された又は既知の信号強度値又は
時間で表わす解析的解法又は閉じた解法を導き出すこと
ができることを発見した。

Ｔ１時間値姉ついてのそのような閉じた解法又は解析的
解決によシこの値をはるかに迅速且つ正確に決定するこ
とができ、従って、試験中又は診断中の物体（たとえば
人体）の横断面又は他の所望の部分体積についてのＴ１
時間ｚｆラメータの所望の画像の発生は著しく容易にな
る。

本発明の方法及び装置は、連続する９　００と１８０°
の傾斜無線周波パルスにょシ上記特許及び／又は特許出
願に記載される方法で発生されるＮＭＲスピンエコー信
号の処理に特に有用であると考えられる。また、そこに
記載される二次元フーリエ変換方式と共に使用するのに
特に有用であると考えられる。しかしながら、本発明に
含まれる一般原理は他の技術にょシ抽出される及び／又
は処理されるＮＭＲ応答信号の処理にも適用できるもの
と考えられる。

以下、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施例を
詳細に説明する。

本発明の好ましい実施例において採用されるハードワイ
ヤード装置は、前記同時係属出願に採用され、記載され
る装置とほぼ同じである。

この装置及びその動作において、ここに記載され且つ特
許請求される発明の実施を可能にする機能上の相違は、
ＴＲ機械パラメータが１つの測定サイクルから次の測定
サイクルへ（たとえば整数倍数により）関係づけられる
方法を、デジタルデータ信号処理コンピュータが被験体
の与えられた関心領域全体の傾斜原子核Ｔ１密度の空間
分布の可視画像を発生する際に使用されるべきＴ１画素
値信号の所望のアレイを再構成するためにゾログラムさ
れる方式で再プログラムすることによシ達成される。

第１図に関して説明する。本発明のこの実施例は、軸に
沿う向きを有する一様な静磁界Ｈｏを発生する静界磁コ
イル１θを含む。この実施例においては、静界磁コイル
１ｏはその中空部に人体を十分に受入れることができる
大きさであるのが好ましく、また、静界磁コイル１ｏを
超導電状態とするように液体ヘリウム等を充満した低温
ハウジング１２をコイルの周囲に配置するのが好ましい
。この場合、静磁界は約３．５ｋＧの強さであるので、
水素原子核は約１５　Ｗ（ｚの周波数でＮＭＲを示す。

第１図に分解斜視図で示されるＸ傾斜コイル、Ｙ傾斜コ
イル及び２傾斜コイルは実際には静界磁コイル１０の内
部に互いに同心に重ね合わせて配置され、その内部に少
なくとも人体の一部を受入れるように構成されるのが好
ましい。ＲＦ送／受信コイル編（第１図に示される他の
コイルと同様に）従来通シの構成のものであり、当業者
には理解されるようにＲＦ磁界が静磁界ＨＯに対して垂
直と外るように構成される。

それぞれの界磁コイルと、ＲＦ送送受受信コイル順次駆
動するための電子装置の一実施例を第２図に簡略化した
形で示す。第２図に示されるように、コンピユータ化制
御システム２０は直列回線リンクを介してデータ収集表
示用コンピュータ３ノと通信している。この制御システ
ムは、送信される必要なＲＦ　ｔ４ルスの振幅、タイミ
ング及び／又は整相と、傾斜磁界コイルへの駆動電流と
、凧に必要であるＲＦＦ出プロセスとを制御するＭ（ト
）システム制御装置を構成する。

制御システムは、特定の設置条件姉適する従来構成のデ
ータ記憶コン４−ネント、データ出θ、カコンポーネン
ト及びデータエントリコンポーネントを含む。前記同時
係属出願かられかるように、コンピユータ化制御システ
ム２０は、通常、上位演算処理装置であるデータ収集表
示用コンピュータ３１の制御の下に並行動作する複数の
データプロセッサをさらに具備する。特定の新規な毘測
定及び再構成のシーケンス及び／又は機能を（たとえば
コンピュータプログラムのフローチャートに記載される
ように）実行すべきであるということを除き、制御シス
テム２０は従来通シの構成又は前記同時係属出願及び特
許に記載されるような構成を有する。必要な再構成デジ
タルデータ信号処理のスビードアッゾを図るため、希望
に応じてデジタル信号処理回路内にアレイプロセッサ（
たとえばＣ３ＰＩＣＯｓモデルＭＡＰ　２００　）を設
けても良い。

ＲＦ送送受受信コイル２２従来通シの構成であり、被験
体に無線周波エネルギーを送信し且つ被験体から無線周
波エネルギーを受信するために使用される。このコイル
は、無線周波スイッチ２８を介して無線周波送信器２４
又は無線周波受信器及びん０変換器２６と選択的に接続
される。装置のこの部分は、無線周波エネルギーの傾斜
ノｆルスな被験体に選択的に送信するため（所望の原子
核傾斜を生じさせるように、それらの／４′ルスの振幅
、周波数、位相及び７ｆルス幅をプログラムすることが
できる）及びプログラム可能な聴取時間の中で被験体か
らのＮＭＲ無線周波スピンエコ一応答を選択的に検出す
るために使用される。無線周波発生器、無線周波送信器
２４、無線周波受信器及びφ変換器２６並びに無線周波
スイッチ２８は前述の既に発行された特許及び／又は同
時係属出願にさらに詳細に記載される種類のもので良い
。

傾斜磁界コイル駆動装置３０は、プログラム可能々大き
さ、持続時間、極性などを有する電流によシＸ傾剃コイ
ル、Ｙ傾斜コイル及び２傾斜コイルを選択的に駆動する
ようにコンピユータ化制御システム２０によシ制御され
冬。

複数の異なる測定サイクルから得られたスピンエコー信
号は、この実施例においてハ、フーリエ変換又は他の多
次元再構成プロセスの前に組合わされるので、ＲＦＦ起
信号（及び受信回路における周波数変換及び同期復調に
使用される基準ＲＦ傷信号の相対位相が各無線周波Ａ？
ルス及び／又は無線周波検出ウィンドウの開始に対して
正確に制御され、整相される万らば、ある条件（タトえ
ば、スピンエコーの中に誤った残留ＦＩＤ成分が存在す
る場合）の下でシステム性能の改善を達成することがで
きる。

第２図において、ＴＲパラメータ及び／又はＴＲノやラ
メータについて所望の機械ノや２メータ値を選択できる
ようにするために、従来のデータエントリ装置が計算機
化制御システム２０と関連している。ＴＲ及びＴＥは、
ａノ４ラメータ及びｂノ臂うメータと呼ばれていたノぐ
ラメータに対するアメリカン・カレッジ・オプ・レジオ
ロジ−（Ａｍｅｒｉｃａｎ　ＣｏＣｏ１１ｅ　ｏｆ　Ｒ
ａｄｉｏｌｏｇｙ）規格の記号である。ＴＲは測定シー
ケンスの反復時間であシ、ＴＩコントラストに影響を及
はす。ＴＥは９ｅ０章動パルスの後のスピンエコーの遅
延時間であシ、Ｔ２コントラストに影響を及ぼす。

たとえば、図示されるように、機械ノソラメータ選択入
力手段３２が設けられる。好ましい実施例においては、
ＴＲ及びＴＥの各機械パラメータを設定するための機械
パラメータ選択入力手段３２はコンピユータ化制御シス
テム２０との他のオペレータインターフェースに使用さ
れるのと同じキーボードである。たとえば、キービード
は、通常、第２図に示されるようにデータ収集表示用コ
ンビーータ３１及び関連する直列回線リンクを介してコ
ンピータ化制御システムのデータブμセッサの１つに接
続される従来のビデオ表示／キーざ一ド入／出力端末装
置の一部として設けられる。この機械パラメータ選択機
能について必要があれば別個の専用スイッチを設けても
良いことは自明であろう。この実施例において、：ｐ　
Ｒｉ４′ラメータ及びＴ　Ｅ　／ｆラメータはオペレー
タにょシ選択され、■無線周波傾斜パルス及び傾斜磁界
のプログラムされたシーケンスに含まれる遅延時間を変
化させることによシ得られる。

本発明の実施例において、データ収集表示用コンビーー
タ３１は、単位原子核群がらスピンエコー強度１１を発
生するために利用される１つの測定サイクルについて所
望のＴＲ１機械パラメータを選択し、その原子核群から
スピンエコー強度■２を発生するために利用される別の
測定サイクルについて２ＴＲ１（又は他の１よシ大きい
整数倍）を自動的に使用するようにプログラムすれば良
い。データ収集表示用コンピュータ３ノは、次姉その原
子核群に関してＩｆ　ｒ１２及びＴＲ１の各パラメータ
値に基づいて’ｒｉ時間を直接、繰返しせずに演算する
ようにプログラムされるのが好ましい。

第３図に概略的に示されるように、「強度」画像３００
及び３０２は従来の方式にょシ得られる。たとえば、時
間変動スピンエコー信号はステップ３０４において（た
とえば連続する９　００傾斜パルスと１８００傾斜パル
スとを使用して）ある所望の値Ｎを有する測定サイクル
反復時間ＴＲ１ごとに得られる。次に、測定されたｉま
のスピンエコーデータは、ステップ３０６において（た
とえば−次元又は複数次元の高速フーリエ変換にょシ）
、スライスの各「ボクセル」（体積要素）又は被験体の
他の所定の部分体積について強度信号値工ｌを得るよう
に処理される。その結果得られる強度■！のデジタル信
号は次に従来のようにステップ３０Ｂにおいて磁気ディ
スクなどに記憶され、強度画像ＳＯＯに示されるように
関心領域の横断面の点ごとの強度分布を表わす可視画像
を形成するよう【従来のようにラスクパターンに従って
表示される。

同様に、ステップ３１０及び３１２に示されるように、
従来の方式を利用して別の反復時間ＴＲ２によシ第２の
強度画像３０２を取出せば良い。Ｃ当業者には明白であ
るように、第２の画像を得るときには１２画像の取出を
阻止するために別のＴ　Ｅ　Ｈ４械パラメータも使用さ
れるのが普通であろう。）後述するような理由によシ、
第３図の好ましい実施例においては反復時間ＴＲ２を値
ＴＲ，の２倍となるように設定した。

上述のように、時間弛緩パラメータＴＩ及びＴＥは疾病
の診断に有用であると考えられ、組織間の識別に確実に
利用することができる。パラメータＴ１及びＴＥは、従
来は与えられるビクセルから発生する１つの罵応答信号
の測定強度値■の間に次のような関係が仮定されるもの
として算出されていた。

■＝Ｈ，，）、−ＴＥ／Ｔ２〔１，−４Ｒ／ＴＩ　〕Ｃ
式２）式中、Ｈｉｌ：ｄ’クセル中の水素密度、Ｆ　（
ｖｌはデクセル内部の流れ（たとえば血液の流れ）の複
素関数、ＴＥはスピンエコー収集測定サイクルのスピン
エコー遅延時間、ＴＥははクセル内部で傾斜する原子核
の平均スピンエコー弛緩時間、ＴＲは信号収集測定サイ
クル間の反復時間間隔、ＴＩははクセル内部で傾斜する
原子核の平均スピン−格子弛緩ノ母２メータである。

各ビクセルについて（ＴＩ又はＴ２「画像」を形成する
ために）ＴＪ又はＴ２信号値（たとえばプログラムされ
たデジタルデータプロセッサ又はコンピュータによシ発
生又は記憶される電気デジタルデータ信号又は磁気デジ
タルデータ信号）を発生するために、様々に異なる値の
ＴＲ（Ｔ７画像を得る場合）又はＴＥ（’ｒ２Ｔ２画像
合）によって２つ（又は３つ以上）の強度画像■１及び
Ｔ２が獲得される。（ノイズ効果を低減するために付近
のビクセルについて局部平均化又は「平滑化」が実行さ
れるときもあるが、これによシ記載されるプロセスに影
＠を及ぼす必要はない。）複数枚の１画像に基づき、反
復曲線当てはめ方式を利用して所望のＴｌ又はＴ２弛緩
・やラメータを見つけ出すことができる。

しかしながら、画像を２枚しか使用しなくても、２枚の
画像の強度式の比をとることによシ所望の弛緩／リメー
タが得られる。水素密度Ｈと流れの複素関数Ｆ（ｖｌは
２枚の強度画像に関して変わらガいものと仮定する。従
って、比の式は以下のように変形される。

Ｔ１の場合、 （双方の画像についてＴＥは一定に保たれるので〕Ｔ２
の場合、 （双方の画像についてＴＲは一定に保たれるので）Ｔ２
に関して第２の式を解くこと、すなわち式の一方の側に
Ｔ２のみを残し、他方の（ｉｌｌＩは直接、繰返しなし
に評価できる読値の値のみにより表わすことは容易であ
る。

Ｔｚ−（ＴＥｚ　ＴＥｘ）／（Ｉｎ（１１／Ｉｔ）　（
式５）これは７２画像を形成するために採用される代表
的な方法である。

しかし力から、Ｔ１に関する第１の式を解く方法は一般
にはない。すなわち、一般に、Ｔ１を式の一方の側に残
し、他方の側を全て既知の値で表わすことはできない。

従って、従来、Ｔ１画像を形成するための唯一の方法は
、たとえばＴＩについて「推定」値をとり、続いて仮定
によシ示唆される結果の誤シに基づいてその値を修正す
ることであった。ＴＲｔｔＭ械／リメータが他の理由に
よシ（又は任意に）既に互いに関して整数倍の値となる
ように制限されている場合でも、従来はとの方法が採用
された。この反復的方法においては、１つのＴｌ値（単
一のビクセルについて）値を得るためのいくつかのステ
ップのそれぞれで複雑な演算を実行しなければなら々い
。そのため、Ｔ１の計算はＴ２の計算よシはるかに遅く
なシ、爽涼の臨床に適用する手段としては有用性を欠く
。

しかしながら、発明者は、２つの画像Ｉ、１工２を形成
するために使用されるＴＲ，及びＴＲ１パラメータを１
よシ大きい整数倍数によシ関係づければ（すなわち、Ｔ
Ｒｔ＝２ＴＲ１ａ　Ｔ　Ｒ２＝３ＴＲｔ；など）ＴＪの
解析解が得られることを発見した。たとえば、’　Ｔ　
Ｒ２＝２７ＲＩである場合１ となる。右側の項の分母は次のように因数分解すること
ができる。

そして最終的には Ｔｌ　＝−ＴＲ１／ｉｎ　（Ｉ２／　Ｉｔ　４　）　（
式９）この結果は先行技術の反復的方法に比べてかなシ
大き々利点を有する。ある直接デジタル信号乗算プロセ
スにおいては、既知の又は測定されたパラメータ値を使
用して１ボクセルのＴ。

値を得ることができる。この方法は、Ｔ２信号値の発生
に使用されるプロセスと同じＳ類の演算を採用する同じ
速度のプロセスである。Ｔｊ？の計算をスピードアップ
するどのようなデジタル演算「トリック」もＴＩの計算
を同じようにスピードアップするであろう。いずれにせ
よこの場合、実際の臨床に十分に適用できる１１画像を
高速度で計算することができるのである。

ＴＲ２＝ｎＴＲ１（ｎは１よシ大きい整数である）の場
合と、Ｔ　Ｒ２−Ｔ　Ｒ１／　ｎの場合とが実際には全
く区別されないことは画然のこと外から認識されるであ
ろう。実際、第１の測定シーケンスと第２の測定シーケ
ンスとを入れ換えただけにすぎないのである。従りて、
第１と第２のＴＲ時間ＴＲ１及びＴＲ，が互いに１より
大きい整数倍数によシ関係づけられるというときには、
常にこの２つの場合が含まれるものと考えるべきである
。

３以上の整数倍数をＴＲにつ込て採用しても十分な結果
が得られることは、そのような場合（たとえばＴＲ２＝
３７Ｒ，及びＴ　Ｒｇ　＝　４　Ｔ　Ｒ１）を想定すれ
ばわかるであろう。ＴＲ，＝３ＴＲ，であるとき、強度
の比は でちる。右側の項の分母は次のように因数分解すること
ができる。

ｅ−２ＴＲ１／ｌｒ、　−１１−ＴＲ，７ｒ　１＋１＝
Ｉ　ｚ　／　Ｉ　ｓ　（式１２）％式％ （従ってＴ□＝　Ｔ　Ｒｔ　／　Ｉｎ（ｘ））を代入し
、Ｉ　２／　Ｉ、を左側へ移項すると、 Ｘ２＋Ｘ十（Ｉ　Ｉｆ／　Ｉｔ　）＝０　（式１３）こ
こで二次公式を適用することができる。

＝１／２（−１＋４Ｉ、？／ＩＪ−３）　（式１５）（
負の答えは無視することができる。）そこで、 Ｔｌ　＝−ＴＲ１／１ｎ（１／２（−１＋４■２／１ｌ
−３））（式１６）これもやはシ反復的方法に比べて大
きな改善である。Ｔ　Ｒ２”’　４　Ｔ　Ｒｔの場合は
、因数分解（式１７） を利用し、これを三次公式を使用して解く。

解は、 ＴＩ＝−ＴＲ１／１ｎ（（Ａ−Ｂ−１）／３）（式１８
）となる。式中、 Ａ＝３Ｄ＋１３．５　Ｉ、？／Ｉ　７−１０　（式１９
）三次方程式の他の２つの解は虚数であるので無視する
ことができる。

従って、２つの強度画像３００及び３０２が従来の方法
によシ得られれば、（第３図に示されるように）第３図
のステラ７″３１４に示されるように任意の？クセル（
それ自体は表示される画像の特定の「画素」（画像素子
）Ｋ対応する）についての対応するＴ１の値を直接、反
復なしに発生させることができる。このように発生され
るＴ１デジタルデータ信号をステップ３１６に示される
ように後に使用（たとえば、ＣＲ７表示を取出すために
）できるように磁気ディスクなどに従来通り記憶すれば
良い。

与えられる傾斜原子核の＋１ククセルに関するＴ１スピ
ン−格子傾斜時間の新規な発生方式（第３図の点線３１
８により囲まれる部分）を含む第３図のデジタルデータ
処理は、第２図に示されるデシタルデータ収集表示用コ
ンピュータ３１を適正にプログラムすることにより達成
される。このシステムによシ利用されるべきプログラム
制御の大半は従来通シの（及び／又は既に前記特許及び
／又は特許出願に記載されている）ものであるので、コ
ンピュータプログラムの一実施例のフローチャートを短
縮した形で第４図に示すにとどめた。このプログラムセ
グメントへのエントリはステップ４００ｆおいて従来の
ように実行され、ステップ４０２及び４０４に示される
ように強度層画像１ノ及びＩ２はそれぞれ従来方式によ
シ収集される。ステップ４０６に示されるように、１２
画像も従来方式によシ各〆クセルについて利用しうるＩ
Ｉ、Ｉ２．ＴＥＪ及びＴＥ２のデータを使用して発生さ
せれば良い。第４図に示されるように、本発明の好まし
い実施例においては、ステップ４０４で使用される機械
パラメータＴＲ２はステップ４０２で使用される機械ｚ
４ラメータＴＲＪの２倍に等しい。

従って、各？クセルについて利用可能な、１１゜Ｉ２及
びＴＲＩを表わすデジタルデータ信号は、ステップ４０
８において、各？クセルについてのＴ１デジタルデータ
信号値を算出するための上述の公式に従って処理される
。関心領域の内部の各はクセル（及び画像内に表示され
るべき各画素）に関してステップ４０８のプロセスが実
施された外らば、その結果は完全なＴ１画像を限定する
デジタルデータ信号値と表る。そのＴＩ信号値は第４図
のステップ４１０に示されるように従来通り記憶及び／
又は表示されて、ＴＪＮＭＲ画像を形成する。当然のこ
とながら、ステップ４１０はＩ２，１１及び／又は１２
画像データの記憶及び／又は表示をも含んでいて良い。

ステップ４１２はプログラムセグメント７５≧らの従来
形式の終了を示す。

以上、本発明のいくつかの実施例を詳細に説明したが、
それらの実施例において本発明の新規な利点の多くを維
持しつつ数多くの変更及び変形を行ないうることは当業
者には明白であろう。従って、そのような全ての変更及
び変形は添付の特許請求の範囲の範囲内に含まれるもの
とする。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例に使用するのに適する静磁界
コイル及び傾斜磁界コイルの分解斜視図、 第２図は、傾斜磁界コイルと、本発明の一実施例に使用
される無線周波送／受信コイルを含む無線周波回路とを
駆動するため利用されるコンピユータ化電子装置のブロ
ック線図、第３図は、本発明によるＴＩＮＭＢ画像を計
算するためのプロセスの一実施例を示す機能流れ図、及
び 第４図は、第２図のコンピユータ化データ処理装置を本
発明に従って動作するように調整するために利用される
適切なコンピュータプログラムの一実施例を示す流れ図
である。 １０・・・静界磁コイル、２０・・・コンピユータ化制
御システム、２２・・・ＲＦ送送受受信コイル３１・・
・データ収集表示用コンピュータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　第１のＴＲＮＭＲＲ間を利用してＮＭＲ励起原子核
   のｍ信号強度値工１を測定する測定過程゛と；第２のＴ
   ＲＮＭＲＲ間を利用して前記ＮＭＲ励起原子核のＮＭＲ
   信号強度値Ｉ２を測定する測定過程であって、前記第１
   及び第２のＴＲ，ＮＭＲ時間は互いに１より大きい整数
   倍数により関係づけられるものと； 前記Ｎ’ＭＲ強度信号値１１及びＩ２と前記ＴＲ罷待時
   間を利用して前記ＮＭＲ励起原子核のスピン格子弛緩時
   間Ｔ１を直接発生する発生過程と；から成る、ＮＭＲ励
   起原子核のスピン格子弛緩時間値Ｔ１を発生する方法。 ２、　前記第２のＴＲＮＭＲＲ間は前記第１のＴＲＮＭ
   ＲＲ間の２倍であり、前記スピン格子弛緩時間Ｔ１は関
   数Ｔｚ＝ＴＲ／〔ｉｎ（Ｉ２／■１−１））に従−ｙで
   発生される特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３、　前記第２のＴ　ＲＮＭＲ時間は前記第１のＴＲ調
   時間の３倍であシ、前記スピン格子弛緩時間ＴＩは関数
   Ｔ　Ｉ＝Ｔ　ＲＪ／１ｎ［１／２（−１＋４Ｉ２／ＩＪ
   −３）、１に従りて発生される特許請求の範囲第１項記
   載の方法。 ４、　前記第２のＴ　ＲＮＭＲ時間は前記第１のＴＲ調
   時間の４倍であシ、Ａ＝３　Ｄ＋１３．５　Ｉ　２／ｒ
   　１−１０：Ｂ＝３Ｄ−１３，５’ｒ２　／Ｉ７＋１０
   ：及びＤ＝Ｃ（１８２，２５Ｉ　、２２）／Ｉ　ｆ２〕
   −２７０Ｉ２／ＩＺ＋１０８とするとき、前記スピン格
   子弛緩時間Ｔ１は関数ＴＺ　＝−ＴＲｆ／Ｉｎ（（Ａ−
   Ｂ−１／３）Ｋ従って発生される特許請求の範囲第１項
   記載の方法。 ５　前記測定過程は、それぞれ、 （ａ３　前記蘭励起原子核を９０ＯＮＭＲ傾斜パルスで
   励起する過程と； （ｂ３　続いて前記踊励起原子核を１８０ｏＮＭＲ傾斜
   ／セルスで励起する過程と； （ｃｌ　続いて前記踊励起原子核から発生する少なくと
   も１つの順スピンエコー信号ヲ検出する過程と； （出　前記測定通程のそれぞれについてのＴＲｍ時間と
   関連する特性反復間隔で過程（ａ）〜（ｃ）を繰返す過
   程と； を含む特許請求の範囲第１項記載の方法。 ６、　前記第２のＴＲＮＭＲ時間は前記第１のＴＲ１弗
   電時間の２倍であシ、前記スピン格子弛緩時間Ｔ１は関
   数ＴＩ＝ＴＲ／［１ｎ（Ｉ、？／Ｔ７−１））Ｋ従って
   発生される特許請求の範囲第５項記載の方法間ＴＩは関
   数Ｔ　Ｉ＝Ｔ　Ｒ１／Ｉｎ（１／２（−１＋４１２／工
   １−３））に従って発生される特許請求の範囲第５項記
   載の方法。 ８、Ａ＝３Ｄ＋１３．５ｈ４Ｉ２／１１−１０；　Ｂ＝
   ３Ｄ−１３，５丼Ｉ２／ＩＪ＋１０；及びＤ＝〔（１８
   ２，２５Ｉ２２）／１１２〕−２７０Ｉ２／ＩＺ＋１０
   ８とするとき、前記第２のＴＲＮＭＲ時間は関数ＴＪ＝
   −ＴＲＪ／Ｉｎ（（Ａ−Ｂ−１／３））に従って発生さ
   れる特許請求の範囲第５項記載の方法。 ９、　前記発生過程はデジタルコンピータニおいて前記
   １１．Ｉ２及びＩＲの値を表わすデジタル電気信号を処
   理することによシ実行される特許請求の範囲第１．２，
   ３，４，５，６．．７又は８項に記載の方法。 １０、第１のＴＲ’ＮＭＲ時間を利用して湛励起原子核
   の肩信号強度値工１を測定する測定手段と； 第２のＴＲＮＭＲ時間を利用して前記ＮＭＲ励起原子核
   の開信号強度値■２を測定する測定手段であって、前記
   第１及び第２のＴＲＮ１１１Ｒ時間は互いに１より大き
   い整数倍数によ力関係づけられるものと； 前記薦信号強度値■Ｉ及びＩ２と前記ＴＲ■時間とを利
   用して前記■励起原子核のスピン格子弛緩時間Ｔ１を直
   接発生する発生手段と；を具備する、閂励起原子核のス
   ピン格子弛緩時間値Ｔノを発生する装置。 １１、前記第２のＴＲＮＭＲ時間を前記第１のＴＲＮＭ
   Ｒ時間の２倍にする手段を含み、前記発生手段は、関数
   Ｔ１＝ＴＲ／［１ｎ（Ｉ２／１ｌ−１））に従って前記
   スピン格子弛緩時間Ｔ１を発生する手段を含む特許請求
   の範囲第１０項記載の装置。 １２、前記測定手段は、それぞれ、 （、）　前記ＮＭＲ励起原子核を９０°ＮＭＲ傾斜パル
   スで励起する手段と； （ｂ）　続いて前記■励起原子核を１８０°ＮＭＲ傾斜
   パルスで励起する手段と； （ｃ）続いて前記ＮＭＲ励起原子核から発生する少なく
   とも１つの毘スピンエコー信号を検出する手段と； （ｄ）　各測定についてのＴ　ＲＮＭＲ時間と関連する
   特性反復間隔で前記手段（、）〜（Ｃ）を繰返す動作さ
   せる手段と； を含む特許請求の範囲第１０項記載の装置。 １３、前記第２のＴＲＮＭＲ時間を前記第１のＴＲＮＭ
   Ｒ時間の２倍にする手段を含み、前記発生手段は、関数
   ＴＺ＝ＴＲ／Ｉ：１ｎ（Ｉ、？／Ｉｚ−Ｄ）に従って前
   記スピン格子弛緩時間ＴＩを発生する手段を含む特許請
   求の範囲＠１２項記載の装置。 １４　前記発生手段は前記ＴＩ、■２及びＴＲの値を表
   わすデジタル電気信号を処理するデジタルコンピュータ
   を具備する特許請求の範囲第１０．１．１．１２又は１
   ３項に記載の装置。