JP2001281315A - 磁気共鳴装置の運転方法 - Google Patents

磁気共鳴装置の運転方法

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JP2001281315A JP2001070553A JP2001070553A JP2001281315A JP 2001281315 A JP2001281315 A JP 2001281315A JP 2001070553 A JP2001070553 A JP 2001070553A JP 2001070553 A JP2001070553 A JP 2001070553A JP 2001281315 A JP2001281315 A JP 2001281315A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ある期間に対して磁気共鳴信号を取得し、その
時間範囲にある磁気共鳴信号をフーリエ変換して磁気共
鳴スペクトルを発生させる磁気共鳴装置の運転方法にお
いて、従来の技術による欠点を除去する。 【解決手段】ある期間（ＴS）に対して磁気共鳴信号ｓ
（ｔ）を取得し、磁気共鳴スペクトル（Ｓ２，Ｓ２*，
Ｓ４）を得るためにその時間範囲にある磁気共鳴信号
（ｓ（ｔ））をフーリエ変換する。その場合、この磁気
共鳴信号（ｓ（ｔ））がフーリエ変換の前に釣鐘状ウイ
ンドウ関数（ｆ（ｔ））で重み付けされる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、ある期間に対し
て磁気共鳴信号を取得し、その時間範囲にある磁気共鳴
信号をフーリエ変換して磁気共鳴スペクトルを発生させ
る磁気共鳴装置の運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】磁気共鳴スペクトロスコピーは、４０年
以上前から、物理、化学及び生化学の基礎研究におい
て、例えば分析技術として或いは複雑な分子の構造解析
のために使用されている。その場合、磁気共鳴断層撮影
のような磁気共鳴スペクトロスコピーは核磁気スピン共
鳴の原理に基づいている。スペクトロスコピーの第一の
目標は、しかしながら、画像形成ではなく、物質の分析
である。その場合、磁気モーメントを持つ同位体、例え
ば1Ｈ，13Ｃ，31Ｐの共鳴周波数は、これらの同位体が
拘束されている分子の化学構造に関係している。共鳴周
波数の決定は、それ故に、異なる物質の間を区別するこ
とを可能にする。異なる共鳴周波数における信号強度は
対応する分子の濃度に関する情報を提供する。
【０００３】磁気共鳴装置の基本磁場の中に、スペクト
ロスコピーにおいて行われるように、１つの分子が挿入
されると、この分子の電子は分子の原子核に対して基本
磁場を遮蔽する。この作用により原子核の位置における
局部的磁場は外部基本磁場の数百万分の１だけ変化す
る。これに伴う、この原子核の共鳴周波数の変化は化学
シフトと呼ばれる。分子はそれ故その化学シフトにより
識別することができる。周波数の差は、測定技術により
絶対周波数よりも容易にかつ正確に検出できるので、こ
の化学シフトを参照信号、例えば磁気共鳴装置の運転周
波数に対してｐｐｍで表す。
【０００４】ある原子核の共鳴線は、磁気モーメントを
持つその他の原子核がその原子核の周囲にあるときには
複数の線に分解される。その原因は、原子核の間のいわ
ゆるスピン・スピン結合にある。１つの原子核が受ける
基本磁場の磁束密度はこの原子核の回りの電子さやに関
係するだけでなく、同時にまた隣接原子の磁場の方向に
も関係する。その場合、しばしば、磁気共鳴装置の分解
能が余りに小さいので、スピン・スピン結合はスペクト
ルにおいては見えない。
【０００５】臨床医学用磁気共鳴スペクトロスコピーと
は臨床医学用磁気共鳴断層撮影装置を使用した磁気共鳴
スペクトロスコピーと解釈される。局所磁気共鳴スペク
トロスコピーの処理方法は、磁気共鳴イメージングのそ
れとは、主として、このスペクトロスコピーにおいては
断層的な位置解像に付加して化学シフトが解析されるこ
とによって異なる。
【０００６】現在、臨床医学的な適用においては磁気共
鳴スペクトロスコピーの２つの位置決め方法が優性であ
る。その１つは、エコー法に基づく単一ボリューム法、
即ち予め陽子生成体によって選択された標的ボリューム
のスペクトルを取るものであり、他の１つは、スペクト
ロスコピック・イメージング（化学シフトイメージン
グ、ＣＳＩ）で、同時に空間的に関連する多くの標的ボ
リュームのスペクトルを取ることを可能にするものであ
る。
【０００７】今日、通常に使用されている単一ボリュー
ム法は励起されたエコー或いは二次スピンエコーを検出
することを基本にしている。両者の場合、位置解析は３
つの直交断層を順次選択的に励起することによって行わ
れる。標的ボリュームはこの３つの断層の切断ボリュー
ムによって定義されている。標的ボリュームの磁化のみ
は全て３つの選択的高周波パルスを受け、従って、励起
されたもしくは二次スピンエコーに貢献する。標的ボリ
ュームのスペクトルは励起されたエコーもしくは二次ス
ピンエコーに対応する時間信号の一次元フーリエ変換に
よって得られる。
【０００８】スペクトロスコピック・イメージングは臨
床医学用燐スペクトロスコピーにおいても、また陽子ス
ペクトロスコピーにおいても適用される。３次元ＣＳＩ
パルスシーケンスは、その場合、例えば以下のステップ
を含んでいる。非断層選択の９０°高周波パルスに従っ
て所定時間にわたって３空間方向の位相エンコード磁気
勾配を組み合わせて投入し、しかる後各勾配の不在の下
で磁気共鳴信号を読み出す。上記は、所望の位置解析が
得られるまで、位相エンコード磁気勾配の他の組み合わ
せで繰り返される。磁気共鳴信号の４次元フーリエ変換
は共鳴線の所望の空間分布を供給する。上述の、非選択
的な高周波パルスを、周波数選択的な高周波パルスとそ
れに応じた磁気勾配からなる層選択的励起に置き換える
と、１つの位相エンコード方向をなくすことができ、測
定時間はこのような２次元ＣＳＩパルスシーケンスにお
いては３次元ＣＳＩパルスシーケンスに比べて減少す
る。
【０００９】臨床医学用陽子スペクトロスコピーの場合
はしばしば集約的な水信号が抑制される。いわゆる水抑
制のための１つの方法は、例えば、水分子の核スピンを
先ず狭い幅の９０°高周波パルスによって選択的に励起
し、次いでその横方向の磁化を磁場勾配の挿入によって
ディフェージングする、いわゆる化学シフト選択撮像法
（ＣＨＥＳＳ）である。直ぐその後に続くスペクトロス
コピック・イメージングに対しては、それ故、理想的な
場合は、水分子の磁化は最早実証可能には認められな
い。水抑制を行うこの方法においては、勿論、代謝も少
なくとも部分的に共に飽和するので、この代謝は不利な
ことに僅かにしか或いは全く磁気共鳴信号に貢献せず、
それに対応するスペクトルにおいて非常に弱くしか或い
は全く出現しない。
【００１０】上述の単一ボリューム法及びスペクトロス
コピック・イメージングにおいては一定の時間長の磁気
共鳴信号、例えば自由誘導減衰或いはスピンエコーの第
２半分が、磁気共鳴物理的に非常に多くを包含する現象
の一部として、スペクトルを発生させるためにフーリエ
変換される。これにより、特に、スペクトルの共鳴線、
特に水共鳴線が望ましくない広がりを示すので、水共鳴
線に隣接する代謝共鳴線がこの広がりによって覆われ、
さらに特に代謝共鳴線の正確な周波数の決定、従ってそ
の特定分子としての確認が困難になる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、従
って、磁気共鳴装置を運転するための冒頭に挙げた方法
において、上記従来の技術の欠点を減少させることにあ
る。
【００１２】
【課題を解決するための手段】この課題はこの発明によ
れば請求項１の特徴事項によって解決される。有利な実
施態様は従属請求項に記載されている。
【００１３】磁気共鳴信号がフーリエ変換の前に釣鐘状
ウインドウ関数で重み付けされることにより、共鳴線の
広がりが阻止される。これにより、周波数、特に非優性
な共鳴線の周波数が正確に定められる。これによりそれ
に属する物質の一義的な識別が可能になる。この場合、
釣鐘状ウインドウ関数は、ウインドウ幅を除いた全ての
時点においてその値が零であり、ウインドウの幅内では
零とは異なる値を持つ釣鐘状の経過を備えていることに
特徴がある。
【００１４】１つの有利な構成例において、釣鐘状ウイ
ンドウ関数は対称的なウインドウ関数、例えばハンニン
グ・ウインドウ関数である。この場合、対称ウインドウ
関数の釣鐘状の経過はウインドウ幅の中心点を通る軸に
対して鏡面対称である。さらに別の有利な構成例におい
ては、例えば、Proceedings of the IEEE, Vol.66,No1,
1978年1月, P. 51~83に記載されたF. J. Harrisの論文
「離散的フーリエ変換によるハーモニック分析のための
ウインドウの利用について」に記載されているような、
他の釣鐘状ウインドウ関数も使用可能である。なお、そ
の場合、矩形ウインドウ関数は釣鐘状関数ではないこと
を指摘する。
【００１５】１つの有利な構成例において、磁気共鳴信
号は優性な共鳴線の抑制なしに取得される。この発明に
よる方法においては優性共鳴線の広がりが発生しないこ
とによって、この優性共鳴線に隣接する非優性共鳴線が
広げられた優性共鳴線によって覆われることがないの
で、優性共鳴線の他に隣接する非優性共鳴線も少なくと
も部分的に抑制される、という公知の欠点を持つ前記の
抑制を断念することができる。
【００１６】この発明の１つの実施態様において、ある
期間にわたって取得される磁気共鳴信号は離散的なデー
タレコードの形で存在し、例えば磁気共鳴装置のコンピ
ュータシステムに記憶される。１つの有利な構成例にお
いては、その場合、スペクトルを発生させるために、フ
ーリエ変換は離散的フーリエ変換、例えば高速フーリエ
変換（ＦＦＴ）として、離散的なデータレコードに適用
される。その場合、この離散的データレコードはフーリ
エ変換の前に離散的な釣鐘状ウインドウ関数で重み付け
をする。なお、その場合、離散的なウインドウ関数は時
間的に連続のウインドウ関数を波高弁別することにより
生ずる。
【００１７】１つの有利な構成において、磁気共鳴信号
を生成するシーケンスの期間において磁気共鳴信号の取
得はできるだけ早く開始される。これにより、特にスピ
ンエコーにおいては技術的に可能な程度に、最大信号レ
ベルに時間的に先行する信号成分も取得され、これによ
り特に信号対雑音比が改善される。このためにさらに別
の有利な構成例においてはスピンエコーの磁気共鳴信号
がスピンエコー時点を中心として対称的に取得される。
【００１８】また１つの有利な構成において、期間は時
間区分に分割され、この時間区分の少なくとも１つの磁
気共鳴信号はまた別の釣鐘状ウインドウ関数によって重
み付けされ、この別のウインドウ関数はこの時間区分に
ほぼ同じである別のウインドウ幅を持ち、このウインド
ウ幅はこの時間区分の１つの範囲にあり、この別のウイ
ンドウ関数で重み付けされた磁気共鳴信号は別のフーリ
エ変換を受け、少なくとも１つの非優性共鳴線が明確に
規定される。このために、１つの有利な構成においては
この時間区分は期間の初期範囲から選ばれる。これによ
り、非優性共鳴線は、その短い減衰時間の故に期間の始
めにおいてのみ取得され、ウインドウ関数によって強く
抑制を受け、振幅及び周波数において明確に規定され
る。
【００１９】
【発明の実施の形態】この発明のその他の利点、特徴及
び詳細は図面を参照した以下の詳細な説明により明らか
にする。
【００２０】図１は、例えば自由誘導減衰を含む磁気共
鳴信号ｓ（ｔ）を示す。高周波励起期間ＴHF中は装置的
に磁気共鳴信号ｓ（ｔ）を同時に取得することは不可能
であるので、その後の処理のために、単位ステップ関数
δ-1（ｔ）を掛けた磁気共鳴信号ｓ（ｔ）、即ち、本来
の自由誘導減衰が利用される。なお、磁気共鳴信号ｓ
（ｔ）は高周波励起期間ＴHF中は破線で、その他の時間
経過においては実線で示されている。前記の磁気共鳴信
号ｓ（ｔ）は、例えば水抑制なしの単一ボリューム法を
用いた1Ｈスペクトロスコピー法に起因する。自由誘導
減衰或いは換言すれば磁気共鳴信号ｓ（ｔ）と単位ステ
ップ関数δ-1（ｔ）との掛け算の結果はスペクトルを形
成するためにフーリエ変換される。このフーリエ変換に
より、その場合、前記の掛け算は磁気共鳴信号ｓ（ｔ）
をフーリエ変換したＳ（ｊω）と単位ステップ関数δ-1
（ｔ）をフーリエ変換した（１／（ｊω）に等しい）と
の間の畳み込みに移行する。フーリエ変換したＳ（ｊ
ω）を１／（ｊω）で畳み込むことによりスペクトルの
重なりが行われる。これにより特に優性水共鳴線の広が
りが生じ、この広がりは水共鳴線に接するもしくは隣接
する非優性な代謝共鳴線を覆う。さらにそれに続いて畳
み込みを１／（ｊω）で取り除くようにしてスペクトル
をコンピュータで修正しても、装置的な理由（例えば渦
流の影響）により常に不正確さが残る。
【００２１】図２は、例えば図１に対して記載されたフ
ーリエ変換から生ずる磁気共鳴スペクトルＳ２を示す。
図２の拡大してない部分ＢＯ２においてスペクトルＳ２
は明らかに水共鳴線Ｈ2Ｏが優性である。図２の拡大部
分ＢＺ２は、水共鳴線Ｈ2Ｏのスペクトル張出しの計算
距離に従って、例えば時間範囲において信号を合わせる
ことによって、スペクトルＳ２に対して振幅を４００倍
の倍率で増大したスペクトルＳ２*を示している。この
図において、水共鳴線Ｈ2Ｏに隣接する代謝共鳴線ｔＣ
ｒ１は水の残余信号が付加されることにより際立った頂
点を持たず、不定幅の基底を持っているので、一義的な
周波数帰属関係、従って代謝共鳴線としての確認が困難
或いは全く阻害される。
【００２２】図３は、この発明の１つの実施例として、
ある期間ＴSに対して取得される磁気共鳴信号ｓ（ｔ）
を示す。磁気共鳴スペクトルを発生させるためのフーリ
エ変換の前に、この磁気共鳴信号ｓ（ｔ）はウインドウ
幅ＴFを持つ釣鐘状ウインドウ関数ｆ（ｔ）で重み付け
される、即ち、この磁気共鳴信号ｓ（ｔ）はウインドウ
関数ｆ（ｔ）と掛け算される。その場合、ウインドウ関
数ｆ（ｔ）は例えばハンニング・ウインドウ関数であ
る。他の実施例として、他のウインドウ関数、例えばカ
イザー・ベッセル・ウインドウ関数も使用できる。な
お、その場合、ウインドウ関数ｆ（ｔ）で重み付けされ
た、ウインドウ幅ＴFの磁気共鳴信号ｓ（ｔ）はウイン
ドウ幅ＴFの終わりにおいて常に互いに打ち消し合うか
及び／又は零値を示す。
【００２３】図４は、この発明の１つの実施例として、
例えばウインドウ関数ｆ（ｔ）で重み付けされた磁気共
鳴信号ｓ（ｔ）のフーリエ変換によって得られるスペク
トルＳ４を示す。図４の拡大されていない範囲ＢＯ４に
おいてスペクトルＳ４は明らかに水共鳴線Ｈ2Ｏが優性
である。図２と較べて水共鳴線Ｈ2Ｏは共鳴線の広がり
を持っていない。図４の拡大された範囲ＢＺ４ではスペ
クトルＳ４は振幅を４００倍の倍率で増大して示され、
この場合、図２の振幅の増大されたスペクトルＳ２*に
較べて、水共鳴線Ｈ2Ｏのスペクトルの張出しを除くよ
うにはされていない。図２に較べて代謝共鳴線ｔＣｒ１
は比較的僅かな線幅と僅少な重なりを特徴としているの
で、一義的な周波数帰属関係により代謝が確認可能であ
り、はっきりした線振幅により標的ボリューム部位にお
ける代謝濃度を一義的に決定できる。
【００２４】図５は、さらにこの発明の１つの実施例と
して、期間ＴSに対して取得されている磁気共鳴信号ｓ
（ｔ）を示す。周波数及び振幅に関して代謝共鳴線を明
確に規定するために、磁気共鳴信号ｓ（ｔ）はウインド
ウ幅ＴF1を有する別の釣鐘状ウインドウ関数ｆ1（ｔ）
で掛け算される。この場合、ウインドウ幅ＴF1は前記の
ウインドウ幅ＴFの時間区分であり、その時間経過の始
めの範囲におかれている。ウインドウ関数ｆ1（ｔ）で
重み付けされた磁気共鳴信号ｓ（ｔ）のフーリエ変換さ
れたものにより特に、その短い減衰時間により期間ＴS
の始めにおいてのみ取得され、ウインドウ関数ｆ（ｔ）
により著しく抑制される代謝共鳴線が明確に規定され
る。ウインドウ関数ｆ1（ｔ）に対応する他のウインド
ウ関数により他の時間区分に対して前記の重み付けを繰
り返すことにより、さらに、個々のフーリエ変換された
ものの線振幅を比較することにより個々の共鳴線の減衰
率に関する情報を的確に捉えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の技術による磁気共鳴信号並びにその処理
のための関数を示す線図。
【図２】従来の技術による磁気共鳴スペクトル線図。
【図３】この発明の実施の形態例として磁気共鳴信号並
びにこれを処理するための釣鐘状ウインドウ関数を示す
線図。
【図４】釣鐘状のウインドウ関数で重み付けした磁気共
鳴信号の磁気共鳴スペクトル線図。
【図５】この発明の実施の形態例として磁気共鳴信号及
び共鳴線をさらに明確に表示するための釣鐘状ウインド
ウ関数を示す線図。
【符号の説明】
ＢＯ２，ＢＯ４ 拡大されていない図の範
囲 ＢＺ２，ＢＺ４ 拡大された図の範囲 ｆ（ｔ），ｆ1（ｔ） 釣鐘状ウインドウ関数 Ｈ2Ｏ 優性共鳴線 ｔＣｒ１，Ｃｈｏ 非優性共鳴線 ｔＣｒ２，ＮＡＡ 非優性共鳴線 ｓ（ｔ） 磁気共鳴信号 Ｓ２，Ｓ２*，Ｓ４ スペクトル ｔ 時間 ＴS 期間 ＴF，ＴF1 ウインドウ幅 ＴHF 高周波励起期間 δ-1（ｔ） 単位ステップ関数

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ある期間（ＴS）に対して磁気共鳴信号
    （ｓ（ｔ））を取得し、その時間範囲にある磁気共鳴信
    号（ｓ（ｔ））をフーリエ変換して磁気共鳴スペクトル
    （Ｓ２，Ｓ２*，Ｓ４）を発生させる磁気共鳴装置の運
    転方法において、磁気共鳴信号（ｓ（ｔ））がフーリエ
    変換の前に釣鐘状のウインドウ関数（ｆ（ｔ））で重み
    付けされることを特徴とする磁気共鳴装置の運転方法。
  2. 【請求項２】磁気共鳴信号（ｓ（ｔ））が優性共鳴線
    （Ｈ2Ｏ）の抑制なしに取得される請求項１に記載の方
    法。
  3. 【請求項３】磁気共鳴信号（ｓ（ｔ））が自由誘導減衰
    中に取得される請求項１又は２の１つに記載の方法。
  4. 【請求項４】磁気共鳴信号（ｓ（ｔ））がスピンエコー
    中に取得される請求項１乃至３の１つに記載の方法。
  5. 【請求項５】磁気共鳴信号（ｓ（ｔ））がスピンエコー
    時点を中心として対称に取得される請求項４に記載の方
    法。
  6. 【請求項６】磁気共鳴信号（ｓ（ｔ））を発生するシー
    ケンスのタイミングにおいて磁気共鳴信号（ｓ（ｔ））
    の取得ができるだけ早期に開始される請求項１乃至５の
    １つに記載の方法。
  7. 【請求項７】ウインドウ関数（ｆ（ｔ））が期間
    （ＴS）より小さいか又は等しいウインドウ幅（ＴF）を
    持っている請求項１乃至６の１つに記載の方法。
  8. 【請求項８】ウインドウ幅（ＴF）が期間（ＴS）の時間
    的範囲にある請求項７に記載の方法。
  9. 【請求項９】ウインドウ幅（ＴF）の始めが期間（ＴS）
    の始めにある請求項７又は８の１つに記載の方法。
  10. 【請求項１０】・期間（ＴS）が時間区分に分割され、 ・この時間区分における少なくとも１つの時間区分の磁
    気共鳴信号（ｓ（ｔ））が別の釣鐘状のウインドウ関数
    （ｆ1（ｔ））で重み付けされ、 ・この別のウインドウ関数（ｆ1（ｔ））がこの時間区
    分にほぼ同じの別のウインドウ幅（ＴF1）を持ち、 ・この別のウインドウ幅（ＴF1）がこの時間区分の範囲
    におかれ、 ・別のウインドウ関数（ｆ1（ｔ））で重み付けされた
    磁気共鳴信号（ｓ（ｔ））がさらにフーリエ変換され、 ・少なくとも１つの非優性共鳴線（ｔＣｒｌ，Ｃｈｏ，
    ｔＣｒ２，ＮＡＡ）が明確に規定される請求項１乃至９
    の１つに記載の方法。
  11. 【請求項１１】時間区分が期間（ＴS）の初期範囲から
    選択される請求項１乃至１０の１つに記載の方法。
  12. 【請求項１２】ウインドウ関数（ｆ（ｔ），ｆ
    1（ｔ））の１つが、重み付けされた磁気共鳴信号（ｓ
    （ｔ））がウインドウ幅（ＴF，ＴF1）の１つの終わり
    において零であるように選ばれている請求項１乃至１１
    の１つに記載の方法。
  13. 【請求項１３】ウインドウ関数（ｆ（ｔ），ｆ
    1（ｔ））の１つが、ウインドウ幅（ＴF，ＴF1）の重み
    付けされた磁気共鳴信号（ｓ（ｔ））の周期的継続がこ
    のウインドウ幅（ＴF，ＴF1）の終わりにおいて常に互
    いに打ち消し合うように選ばれている請求項１乃至１２
    の１つに記載の方法。
  14. 【請求項１４】ウインドウ関数（ｆ（ｔ），ｆ
    1（ｔ））の１つが対称的なウインドウ関数である請求
    項１乃至１３の１つに記載の方法。
  15. 【請求項１５】フーリエ変換の１つが高速フーリエ変換
    （ＦＦＴ）により実施される請求項１乃至１４の１つに
    記載の方法。
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