JPS6354155A - 核磁気共鳴情報を得る方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は被検体の選択した断面、特にその断面内の一
部における核磁気共鳴情報を得る方法に関する。

「従来の技術」 核磁気共鳴を利用した診断装置、いわゆるＮＭＩ？−Ｃ
Ｔにおいては、被検体の選択した断面内における特定の
原子（亥の密度分布の二次元画像が得られる。例えば、
第９図に示すように人体の頭部の断面におけるプロトン
の密度分布像を得ることができる。この場合、従来にお
いては、その得られた画像は例えば２５６Ｘ２５６の画
素画面１１中に、被検体の選択した断面の全形状（断面
像）１２が現われるものであった。

被検体の断面中の一部、例えば第９図中の点線領域１３
内だけから核磁気共鳴情報を収集して、これを２５６Ｘ
２５６の画面内の像として拡大表示することができれば
、分解能が向上し、より詳細な診断が可能になる。

しかし従来、普及しているＮＭＲ−ＣＴにおいては部分
拡大を行うと、各画素の信号強度が比較的弱いため、例
えば１画素を４画素に拡大すると信号強度は同一である
ためＳ／Ｎが４分の１に劣化してしまう、このため既存
のＮＭＲ−ＣＴにおいては部分拡大は考えられなかった
。

しかし、最近高磁場を用いることにより高いＳ／Ｎの核
磁気共鳴信号を得ることが可能となった。この高磁場を
利用すれば被検体の断面内の部分拡大が可能となる。米
国特許第４２９７６３７号明細書に、被検体の線状部分
（角柱部分）だけから核磁気共鳴情報を得る方法が提案
されている。この方法によりある部分の拡大像を得るた
めには、線状部分の全体の分解能を高めて撮像するか、
視野径を小さくしなければならない。

全体の分解能を高めるには■自由Ｆｉｔ減衰信号の観測
時間長を長くする、■読取り磁場強度を強くし、信号を
サンプリングする速度を速くするの何れかが考えられる
。

しかし■の方法は観測時間が長くなると、核６■気共鳴
スピンの緩和の影響を受け、■の方法は収集信号をデジ
タル信号に変換して処理するが、そのためのＡＤ変ｔｔ
ｌｌ器の性能の点から高速のサンプリングには限度があ
る。

また視野径を小さくする方法では折り返しにより虚像（
アーチファクト）が生ずる。

更に前記米国特許明細書に示す方法では高周波パルスの
不完全性による影響が生じてしまう。

「問題点を解決するための手段」 この発明によれば被検体に静磁場を印加し、その被検体
の選択した第１の断面中の特定の核磁気スピンを励起し
、その後、同一平面にない互に交差した第１．第２．第
３の軸にそってそれぞれ磁場強度が漸次変化し、磁場の
方向が上記静磁場と平行した第１．第２．第３の傾斜磁
場を被検体に印加して、前記励起した核磁気スピンの運
動の位相をばらばらとし、いわゆるスポイリングを施し
、その後、前記選択した第１の断面と交差する選択した
第２の断面における上記特定の核磁気スピンを１８０”
回転させる高周波１８０６パルスを被検体に印加し、更
にその後、前記第１．第２．第３の傾斜磁場を印加する
。上記第１の断面又は第２の断面に幅（厚み）をもたせ
、その幅をもたせない方の断面内において第４の軸にそ
って磁場強度が漸次変化し、６１ｉ場方向が静磁場と平
行した読取り傾斜磁場を与えて核磁気共鳴信号（自由誘
導信号）を受信するが、この読取り傾斜磁場と上記１８
０’パルスとの間において上記幅をもたせない方の断面
内において上記第４の軸と交差した第５の軸にそって磁
場強度が漸次変化し磁場方向が静磁場と平行した第４の
傾斜磁場を短時間印加し、この第４の傾斜磁場の磁場強
度の傾斜勾配を変化して上記核磁気スピンの励起から上
記核磁気共鳴信号の受信までの過程を繰返し、各受信さ
れた核磁気共鳴信号を検波し、その検波出力から設定さ
れた周波数帯域を取出し、その取出されたｊｌＮ気共鳴
信号をデジタル信号に変換して処理する。

「実施例」 この発明の典型的な実施例を第１図に示す。被検体に、
ｚ軸と磁場方向が平行した静磁場を与えた状態で、磁場
強度が２軸に沿って漸次変化し、磁場方向が２軸と平行
した傾斜磁場（２方向傾斜磁場と記す）Ｇ８を第１図に
於いて、期間１で印加しつつ９０°ＲＦパルスを被検体
に印加する。

この結果、２軸上の選択した位置での断面、つまりｘ−
ｙスライス面（第２図）２１の部分の特定の核磁気スピ
ンが励起される。期間２で逆向きの２方向傾斜磁場（リ
フェーズ用磁場と記す）Ｇ、。

を印加してｘ−ｙスライス面２１内で励起された核磁気
スピンの２軸方向における位相ずれを揃える。この発明
では次の期間３では大きなＧ、、Ｇ、。

Ｇ８を印加する。Ｇ８は磁場強度がＸ軸に沿って漸次変
化し、磁場方向が２軸と平行した１頃斜磁場（Ｘ方向傾
斜磁場と記す）であり、Ｇ、は磁場強度がｙ軸に沿って
漸次変化し、磁場方向が２軸と平行した傾斜磁場（Ｘ方
向傾斜磁場と記す）である。この大きなＧ、、Ｇ、、Ｇ
、をＧ　ｘｓ＋　　Ｇｙｓ＋Ｇ　ＫＭと記す、このＧ、
、、Ｇ□、Ｇ、、の印加により励起された核磁気スピン
の位相φは、夫々の位置（ｘ、ｙ、２）に従って、下記
のようになる。

ここで、ｇｘｌｇｙ、ｇｔは（ｌ　６＋　［場Ｇ　Ｘ　
％　＋　Ｇ　Ｖ　％　１Ｇｏの各強度である。従って、
期間３において励起された核磁気スピンの位相は、ばら
ばらになる。

このことはスポイリングと言われている。

期間５で、ｙ方向傾斜磁場Ｇ、を印加しつつ１８０’Ｒ
Ｆパルスを被検体に印加する。この結果、ｙ軸上の選択
した位置での断面、つまりｘ　−２スライス面中のｘ−
ｙスジ４１面２１と交差してない部分２２．２３の特定
の核磁気スピンは、静磁場方向と逆向きとなり、ｘ−ｚ
スライス面中のｘ−ｙスジ４１面２１と交差している部
分２４の特定の核磁気スピンは、静磁場方向に垂直な平
面（ｘ−ｙ面）内でスピンの回転座標系に於ける１８０
°ＲＦパルスの向きについて、反転させられる。

期間６及び期間１０は、所謂、スピンワープパルスシー
ケンスである。すなわち期間６に２軸方向に位相符号化
するために、２方向傾斜磁場Ｇ２いを印加すると共に必
要に応じてディフユーズ用にＸ方向傾斜１場Ｇ□を印加
する。また期間１０にＸ方向傾斜磁場を読取り傾斜磁場
Ｇ−として印加し、この磁場Ｇイ、を印加中に核磁気共
鳴信号（自由誘導信号）を受信する。各シーケンスごと
に期間６の２方向傾斜磁場Ｇｚｗの傾斜を変化させる。

この発明では期間５と期間１０との間において、期間８
に、期間３と同様な傾斜磁場Ｇ、、、Ｇア、。

Ｇ□を印加する。この磁場印加によりｘ−ｙスライス面
２１中のｘ−ｚスライス面と交差していない部分２１ａ
、２１ｂの核磁気スピンの位相は、ｆｌｉ式で与えられ
る位＋目φと同じ大きさだけ更に大きくなり、スボイリ
ングの割合は、期間３よりも大きくなる。しかしｘ−ｙ
スジ４１面２１とＸ−２スライス面と交差している部分
２４の核磁気スピンの位相は、期間５で核磁気スピンの
方向が反転させられているため、期間８では、＋１１式
で与えられる位相だけそれぞれ反対方向に変化する、こ
のため期間３で付与された位相が期間８で相殺される。

また、ＲＦパルスが空間的に不均一であるなど、非理想
的である場合は、例えば、１８０’ＲＦパルスが不完全
で、部分２２．２３の核磁気スピンが、主磁場方向と垂
直な成分を持ったとしても、期間８において部分２２．
２３内のその核磁気スピンの位相が（よらばらにされ、
つまりスポイルされる。即ち、期間３及び期間８による
スボイリングが相殺されるのは、交差部分２４だけであ
る。

このため、期間１０で観測される自由誘導減衰信号は、
交差部分２４からの信号のみである。この例ではワーブ
方向は２．軸方向であり、重なり部分２４の２軸方向の
長さ２．またはこれより小となるように期間６の２方向
傾斜磁場ａＺＷの掛は方が選定され、第３図Ａに示すよ
うに被検体２６の選択されたＸ−Ｚスライス面内におけ
るＺ軸方向の核磁気スピンの励起範囲ｚ、が決定される
。

０８ｗの最大値（最大傾斜）を大きくする程励起範囲２
゜は小さくなる。

各シーケンスにおいて受信された核磁気共鳴信号は検波
された後、取出したいＸ軸方向の範囲Ｘう（第３図Ｂ）
に応して帯域通過濾波器により分離される。

この帯域通過濾波器のが波特性は次のように決定する。

被検体のｘ−ｚスライス面内のＸ軸上の位置は核磁気共
鳴信号の角周波数ωと対応している。前記帯域通過ｒ波
器の通過中心角周波数ｗ０は、読取りたい範囲のＸ軸方
向の中心ｘ０と対応する核磁気共鳴角周波数に設定する
。通過帯域幅Δω（第３図Ｃ）は、下記のように設定す
る。

ΔＴ ここでＮは、１行の画素数（２５６Ｘ２５６の画面の場
合は２５６）、ΔＴは、１つの自由誘導信号の観測期間
の長さである。角周波数ω。−一〜ω。十□の信号から
得られる画像のＳ／Ｎをｑとすると、この角周波数ω。

−一〜Δω ω。十−以外の濾波器の伝達強度が、ω。の伝達強度の
１／ｑになるように帯域通過濾波器の特性を設定する。

このようにして核磁気共鳴信号の部分により住する折り
返しによるアーチファクト　（偽像）の強さが雑音強度
よりも小さくなる。

換器によるデジタル変換ができるような値とされるが、
不要な部分、つまりω。＋−より高い角周波数の成分は
デジタル信号に変換する必要がないから、この角周波数
成分がＡＤ変換器の変換能力以上となるように、読取り
傾斜磁場Ｇ０の傾斜を十分強くして十分な分解能が得ら
れるようにする。同様に期間６の傾斜磁場Ｇ工の磁場強
度（傾斜）を十分強くすることにより狭い範囲で十分な
分解能を得ることができる。

以上のようにして核磁気共鳴信号を受信検波し、帯域通
過Ｊ′ＩｊＬ器により所望の範囲ｘ、と対応する信号を
取出し、その信号をデジタル信号に変換し、更に例えば
２次元フーリエ変換することにより第３図りに示すよう
２こＸ−２スライス面２１内の所望の範囲２７の例えば
原子核密度分布像を得ることができる。

第１図において期間２〜期間４の長さと、期間６〜３Ｉ
ＩＩ間１０の半分までの長さとが、等しくなるように期
間４，７．９を設定することが望ましい。

このことは、所謂スピンエコー法と同様に静磁場が不均
一な場合に特に有効である。更に第１図中の期間２〜４
及び期間６〜９は、夫々、第４図中の期間２及び期間４
のようにひとまとめに実行しても良い。但し、夫々の傾
斜磁場の時間積分が、第１図中の期間２〜４と第４図中
の期間２とで、かつ第１図中の期間６〜９と第４図中の
期間４とでそれぞれ等しくなることが必要である。

第５図は、従来知られている３次元画像化法を期間６及
び期間ｌＯに適用した例を示す。この場合は第６図に示
すようにｘ−ｙスライス面２１のみならず、Ｘ−２スラ
イス面２５も厚み（幅）をもたせ、これら両面２１．２
５の交差部分２４中の選択された部分のスピン音度の３
次元空間情報を得る。この第５図のシーケンスで第１図
のシーケンスと異なる点は期間６で傾斜何１場Ｇ　ｙｗ
の強度（傾斜）を順次変化させる点にある。即ち、期間
６における傾斜磁場Ｇ、、Ｇ、の強度の組み合せ毎に、
期間１０で自由誘導信号を観測する。そうすることによ
りＸ方向にも分割してスピン密度ｔｎ報を得ることが出
来る。

次に第１図に示したシーケンスを適用して化学シフト画
像を得るためのシーケンスの例を第７図に示す。第１図
と異なる点は期間６で２方向傾斜磁場Ｇ、を短時間与え
るのみならず、Ｘ方向傾斜磁場（ディフェーズ用傾斜磁
場）Ｇｏを短時間与える９期間６のディフェーズ用傾斜
磁場Ｇｘｄは化学シフト分解数に応じてその傾斜磁場強
度（（頃斜）が、２方向傾斜磁場Ｇ　ｔｗの各傾斜磁場
強度について、例えば１６回ずつ異なった値としてそれ
ぞれ核磁気共鳴信号が期間ｌＯに共鳴される。つまり例
えば第８図に示すように２方向傾斜磁場Ｇ８．＝０を与
えると共にＸ方向傾斜磁場Ｇ。を与えることにより、Ｘ
軸上において初期位相差Δφ１　＝（ｎ−１）ΔωΔＬ
、Δφ！　＝２（ｎ　　１）ΔωΔＬ。

・・・を核６ｆｔ気スピンの運動に順次与えて位相符号
化する。従って得られた（３号を時間についてフーリ工
変換して、第３図における角周波数成分ω。

ω＋Δω、ω＋２Δω、・・・に分離し、更にこれらを
２方向傾斜磁場Ｇ　ｓ、の強度変化の系列についてフー
リエ変換することにより、Ｚ軸上の各信号として分離し
、更にその分離された信号をディフェーズ用傾斜磁場Ｇ
。４の強度変化の系列についてフーリエ変換することに
より化学シフトに応じた信号を分離することができる。

すなわち、今、与えた期間６のディフェーズ用傾斜磁場
Ｃ＋＋１の勾配と、２方向傾斜磁場Ｇ、５の勾配とをそ
れぞれ、／、ｍ（夫々整数）で表わすと、核磁気スピン
を励起する時に用いた高周波パルスの周波数で検波後に
得られる信号Ｓｏ　　（７！、　ｍ。

ｔ）は、 ３０（ｊ！、ｍ、Ｌ）　＝ Σｌ）　（Ｘ＋Ｚ＋σ）ｆ（Ｌ）ｅｘｐ　（ｊ（ｇ（６
）ｘ＋ｇ（ｍ）ｚｌｌＸ、Ｚ、　　σ ＋σΔ１＋（び＋ω（ｘ））ｔ　ｌ　　　　　　　・・
・（２）で表わされる。ここで、ｔは読取り傾斜磁場Ｇ
−を与えてからの時間、σは、化学シフトに関する量、
ρ　（Ｘ＋２＋σ）は位置ｘ、ｚ、化学ソフトσの信号
強度に関する量であり、ｆ（ｔ）は、観測対象原子核の
縦緩和および、横緩和などによる信号の減衰を表わすも
のであるが、これは ｅｘｐ［ｊ（σ＋ω（に））Ｌ）に比べ、十分なめらか
な（変化が小さい）関数であるので、以下ではｆ　（ｔ
）＝１として説明する。ｇ＜１）、ｇ（ｍ）は、それぞ
れ与えられた傾斜磁場Ｇ□ｌｃｘｗの大きさに関する量
であり、Δｔは、その磁場勾配の持続時間である。さら
に、ω（ｘ）は、読取り磁場Ｇオ、を印加したときの、
位置Ｘにおける化学シフトが無い時の核磁気共鳴周波数
と、励起用高周波パルスの周波数との差の周波数である
。

まず、この信号を種々のｌ、ｍの絵につき時間ｔでフー
リエ変換すると、σ＋ω（Ｘ）＝Ｃについて、（但し、
Ｃはある定数） Ｚ＋グ　　　Δω Δω ・・・（３） が得られ、つまり第８図における各角周波数の群に分離
される。ここで、期間１０の読取り磁場Ｇ〜の勾配が線
型であり、つまりω（Ｘ）＝Δω・Ｘであって、角周波
数ωはＸ軸上の位ｌｘと直線的に対応しているとしてい
る。

次に、２方向傾斜磁場Ｇ３ｗの強度ｇ　（ｍ）の変化の
系列についてフーリエ変換すると、 σ　　　　　　　Δω ・・・（４） が得られ、ｚ軸上の各位置と対応した信号が得られる。

この信号を、さらにＸ方向傾斜磁場Ｇヶ、の強度ｇ（１
）の変化系列についてフーリエ変換することで、各画素
（ｘ、　　ｚ）の各化学シフトにおけるが得られる。こ
の得られた各データを並べ換えを行なうと、結局ρ　（
ｘ、ｚ、　　σ）を求め、これを画像として表示するこ
とにより化学シフト・イメージを得ることが出来る。

期間８で、期間３と同様な傾斜磁場を印加することで、
第２図中の部分２２．２３のスピンの位相は、（１）弐
の中と同じ大きさだけさらに、大きくなり、スボイリン
グの割合は、期間３よりも大きくなる。しかし、交差部
分２４のスピンの位相は、期間５で反転させられている
ため、期間８では、（１）式と反対符号の位相が加わる
ため、期間３で付与された位相が相殺される。

また、ＲＦパルスが空間的に不均一であるなど、非理想
的である場合、例えば１８０’ＲＦパルスが不完全で、
部分２２．２３のスピンが、主磁場方向と垂直な成分を
持つ時にも、期間８により部分２２．２３は、スポイル
される。即ち、期間３及び期間８によるスポイリングが
相殺されるのは、交差部分２４だけである。従って、期
間１０で観測される自由誘導減衰信号は、交差部分２４
からの信号のみである。

さらに、得られた自由誘導信号を、先きに述べたような
所望の特性の帯域通過ｒ波器に通して、その後にデジタ
ル信号に変換し、そのデジタル信号を信号処理すること
により交差部分２４中の任意の一部分の化学シフト画像
が得られる。

第５図、第７図においても第４図と同様に期間４．７．
９は省略してもよい、また期間６と８とを同時に行って
もよく、期間６と８とを入れかえてもよい。

〔発明の効果〕

以上述べたようにこの発明によれば被検体の任意の部位
を拡大して撮像することが出来る。所望のＳ／Ｎを得る
ために、加算平均は、よく行なわれるが、部分拡大にお
いては、３次元撮像法を併用することにより、より効果
的に核磁気共鳴情報を得ることが出来る。

例えば、ｎ回の加算平均を必要とする時、画像の厚さ方
向のピクセル数をｎとして、３次元撮像を行なうことで
、同しく最像時間に、ｎ倍の情報（厚さ方向にｎ枚の画
像）を得ることが出来る。

このことは、通常の３次元撮像法でも言われていること
であるが、部分選択を行なうことで全体からの信号に比
べて、信号強度の変化範囲が小さくなるため、いわゆる
Ａ／Ｄ変）１ｈ’Ｗのダイナミックレンジの問題を効果
的に低減できる。

また傾斜磁場の強度勾配を強くし、選択した部分と対応
した核磁気共鳴信号の周波数がＡＤ変換器で変換可能な
範囲となり、他の部分の周波数がこれより高くなっても
これを帯域通過濾波器で除去しているため折返しの問題
は生じない。

更に互に交差した面の選択と、２回のスボイリングと、
そのスボイリングの間の１８０°パルスの印加とにより
、選択した部分のみから核磁気共鳴信号を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の方法の一例のソーケンスを示す図、
第２図は二つの選択スライス面の例を示す図、第３図は
ワーブによる選択範囲と、濾波器による選択範囲と、Ｊ
波特性と、この発明による選択範囲との各側を示す図、
第４図は第１図のソーケンスにおいて期間を短縮した例
を示す図、第５図はこの発明を３次元画像を得る場合に
適用した例のシーケンスを示す図、第６図はその二つの
選択スライス面の例を示す図、第７図はこの発明を化学
シフト情報を得る場合に適用した例のシーケンスを示す
図、第８図はそのＧＸ４による初期位相符号化と、読取
り磁場による周波数とのＸ−化学シフト量面上の関係例
を示す図、第９図は従来法による損保結果を示す図であ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）被検体を静磁場中に配し、 その被検体の選択した第１の断面中の特定の核磁気スピ
   ンを励起し、 その後磁場の方向が上記静磁場と同一方向で、かつ、磁
   場強度が第１の軸に沿って漸次変化している第１の傾斜
   磁場と、磁場強度が上記第１の軸と異なる第２の軸に沿
   って漸次変化している第２の傾斜磁場と、磁場強度が上
   記第１及び第２の軸と異なる面にある第３の軸に沿って
   漸次変化している第３の傾斜磁場とを上記被検体に印加
   し、次に上記被検体の上記選択した第１の断面と交差す
   る選択した第２の断面に上記特定の核磁気スピンを１８
   ０°回転させる高周波１８０°パルスを印加し、 その後第４の傾斜磁場を印加した後第５の傾斜磁場を読
   取り磁場として印加しつつ、上記被検体から発生する自
   由誘導信号を受信し、 上記１８０°パルスの印加と上記読取り磁場との間で、
   上記第１の傾斜磁場、上記第２の傾斜磁場、上記第３の
   傾斜磁場を上記被検体に印加し、上記第４の傾斜磁場の
   強度を漸次変化しつつ、上記第１の断面中の核磁気スピ
   ンの励起から、上記自由誘導信号の受信までの過程を繰
   り返し、上記受信した自由誘導信号を検波した後、その
   自由誘導信号中の設定した周波数帯域を濾波器により取
   出し、その濾波出力をデジタル信号に変換して信号処理
   して所望の情報を導出する核磁気共鳴情報を得る方法。