JP2003518428A

JP2003518428A - イメージング磁気共鳴の方法

Info

Publication number: JP2003518428A
Application number: JP2001549097A
Authority: JP
Inventors: シャー・ナディム・ヨニ; ツィレス・カール
Original assignee: フォルシュングスツェントルム・ユーリッヒ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング
Priority date: 1999-12-24
Filing date: 2000-12-20
Publication date: 2003-06-10
Anticipated expiration: 2020-12-20
Also published as: US6707299B2; WO2001048501A9; JP4917231B2; DE19962846A1; DE19962846B4; US20030193332A1; WO2001048501A1

Abstract

(57)【要約】本発明は、間接的な核スピン核スピン相互作用を伴う原子を有する物質を検査するイメージング法に関する。この場合、外部磁場内に既に存在する歳差運動に対して付加された位相角Δφ = -γ_IΔＢ_Zτを有する少なくとも１つの核スピンの歳差運動が、少なくとも１つの励起パルスによって発生する。その結果、縦方向の磁化が、外部磁場に対して垂直に扇状に広がる。その結果、縦方向の磁化の緩和が、緩和時間Ｔ₂で発生する。本発明によれば、この方法は、励起パルスの後に、及び少なくとも高い分解能のイメージを記録した後に、横方向の磁化を再位相する少なくとも１つの再位相パルスが、励起される点、及び、引続き新たなイメージが、より低い分解能で記録される点に特徴がある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、物質を検査するイメージング方法に関する。これらの物質中では、
間接的な核スピン・核スピン・相互作用によって、少なくとも若干の核スピンの
歳差運動が、外部磁場内に既に存在する歳差運動に対して付加的な位相角Δφ＝
−γ_IΔＢ_Zτで発生する。その結果、横方向の磁化が、その外部磁場に対して
垂直に扇状に広がる。その結果、横方向の磁化の緩和が、緩和時間Ｔ₂で発生す
る。本発明は、特にスピンスピン緩和時間Ｔ₂を算出する方法に関する。核スピンが、核磁気共鳴断層撮影法によって励起される。この励起された核ス
ピンは平衡状態で緩和する。これに対して、エネルギー伝達が必要である。電気
的に核４チャネル方式の極モーメント(elektrisches Kernquadropolmoment)をも
たない球対称的な磁気核(kugelsymmetrischen magnetrischen Kernen) の場合、
時間的に変化する磁場ΔＢ（ｔ）との相互作用だけがそのために問題になる。こ
の磁場ΔＢ（ｔ）は、複数の直交する成分を有する。

【０００２】ラーモア角周波数ω_L= - γ_IＢ₀で振動する直交成分，ΔＢ_x(t) とΔＢ_y (t) が、隔てられている核レベル間の遷移を誘導し、最終的に縦方向の磁化Ｍ_z の断熱的で非可逆的な緩和を引き起こす。これらの干渉磁場の主な原因として：１．遮蔽材の異方性：ΔＢ _shift(t) ，２．核双極子と核双極子の直接の相互作用による変動：ΔＢ _dipolar(t) ，３．スピンの回転の相互作用：ΔＢ _spin-rot(t) ，４．常磁性の原子又は分子との相互作用，が公知である。

【０００３】この緩和過程は、微視的なスカラー量の次元で起こり（１−10Ａ）、縦方向
の緩和時間Ｔ_Iによって説明されるか、又はスピン格子緩和時間Ｔ_Iによっても
説明される。このスピン格子緩和時間Ｔ_Iは、分子運動が熱的な“フォノンバス
(Phononenbad)"，いわゆる格子を実現するという概念を示唆する。核の共振周波
数ω_L/( 2π) が−生体組織に対しては〜１MHz −のフォノン周波数の近くにあ
るほど、格子がより高い頻度で適切な配置にあって、核スピンエネルギーを共振
的に放出する。医療で使用される共振周波数は１MHz よりも遙かに上にある。そ
の結果、より弱いメイン磁場Ｂ₀が、核スピンとフォノンバスとの間でより激し
いエネルギー交換を引き起こす。そのために、Ｔ₁がより短くなる。Ｔ₁= Ｔ₁(
Ｂ₀)。Ｔ₁の典型的な値は、液体中では10^-4と 10 秒との間にある。結晶格子内
の原子の運動はより遅いために、固体におけるＴ₁は、約 100倍（10^-2〜 10³）
程度長い。

【０００４】核双極子と核双極子の間接的な相互作用が、核の場所の局所磁場を短い“作用
時間(Einwirkzeit)"τに対してΔＢ_Zだけ長くすることによって、この核双極子
と核双極子の間接的な相互作用は、微視的な平面上の緩和に特に今度は断熱的に
主に寄与する。それに応じて、核スピンが、外部磁場Ｂ ₀内の歳差運動に対して
位相角度Δφ = -γ_IΔＢ_zτを付加して歳差運動する。複数の核スピンの位相
関係が、この効果によってなくなる。そして、横方向の磁化が、ｘｙ平面内で扇
状に広がる。横方向の磁化のこの緩和は、横方向の緩和時間Ｔ₂によって特徴付
けられる。この横方向の緩和時間Ｔ₂は、スピンスピン緩和時間とも呼ばれる。
常磁性の別の原子の存在が、同様に核の場所に対するスピン密度の移動を結果と
して伴う。その結果、Ｔ₂が短くなる。中間視的次元（１− 100μm ）では、局
所的な磁化率勾配(lokalen Suszeptibilitaetsgradienten) における核スピンの
拡散 (Diffusion)と灌流(Perfusion) がＴ₂時間を短くする。

【０００５】その理由により、Ｔ₂は、メイン磁場Ｂ₀の強さに左右されない。しかしなが
ら、横方向の磁化の緩和が、Ｔ₁緩和に常に関連している。すなわち、Ｔ₂は、
Ｔ₁よりも決して大きくなり得ない。液体中では、Ｔ₂は、だいたいＴ₁よりも
下の大きさにある。それに対して固体中では、“作用時間(Einwirkzeit)"τが明
らかにより大きい。その結果、ここでは一般にＴ₂≪Ｔ₁である。核磁気共鳴断層撮影法は、特に物質に関する分光学的な情報又は画像情報を得
るために使用される。この核磁気共鳴断層撮影法を磁気共鳴像技術と組合わせる
と、物質の化学構造の立体画像が得られる。

【０００６】一方で磁気共鳴像は、一方では病院で世界的に使用されている申し分のないイ
メージング法である。他方で磁気共鳴イメージングは、医療分野外でも非常に重
要な工業用及び研究用検査器具である。用途には、例えば食品や品質管理の検査
，薬品産業における医薬品の臨床試験又は原油調査用の岩石標本中の細孔の大き
さのような地質構造の調査がある。磁気共鳴像の特別な利点は、非常に多くのパラメータが核磁気共鳴信号に作用
するという事実に起因する。これらのパラメータを精確にかつ制御して変更する
ことによって、選択されたパラメータの影響を示すのに適した実験が実施され得
る。

【０００７】重要なパラメータの例には、拡散過程，陽子の確率密度分布やスピン格子緩和
時間がある。核磁気共鳴断層撮影法では、磁気モーメントを有する原子核が、形成された外
部磁場によって指向される。この場合、これらの原子核が、磁場の方向を軸にし
て固有の角周波数（ラーモア周波数）で歳差運動する。このラーモア周波数は、
磁場の強さ及び物質の磁気特性、特に原子核の磁気回転定数γに依存する。この
磁気回転定数γは、各々の原子の種類に固有の値である。原子核は、磁気モーメ
ントμ＝γｘｐを有する。この場合、ｐは、原子核の角運動量を示す。

【０００８】核磁気共鳴断層撮影法では、検査される物質又は検査される人が均一磁場に曝
される。この均一磁場は、分極磁場Ｂ₀とも呼ばれる。この均一磁場の軸は、ｚ
軸と呼ばれる。組織内のスピンの個々の磁気モーメントが、それらの磁気モーメ
ントに固有のラーモア周波数で均一磁場の軸周りで歳差運動する。正味磁気磁化Ｍ_zは、極性磁場の方向に沿って形成される。この場合、この極
性磁場の方向に対して垂直な平面（ｘ−ｙ平面）に沿ってランダムに指向した磁
気成分が、互いに相殺される。励起磁場Ｂ₁が、この均一磁場の形成後に発生す
る。この励起磁場Ｂ₁は、ｘ−ｙ平面に沿って分極し、かつラーモア周波数に極
めて近い周波数を有する。これによって、横方向の磁化成分Ｍ_tが発生するよう
に、正味磁気モーメントＭ_zがｘ−ｙ平面方向に傾く。横方向の磁化成分が、ラ
ーモア周波数でｘ−ｙ平面に沿って回転する。

【０００９】横方向の磁化Ｍ_tが、励起磁場の経時変化によって時間的に様々に変化する。
少なくとも１つの形成された勾配磁場に関連して、複数の異なる層（断層）の輪
郭が形成され得る。特に医療の研究においては、動物と人のの器官内の解剖学的構造，物質の立体
配置，脳の活性，出血又はデオキシヘモグロビンの濃度変化に関する情報を得る
必要がある。磁気共鳴分光学（ＭＲＳ）は、物質内の、特に生物組織内の特定の化学成分の
立体密度配置の測定を可能にする。

【００１０】分光学的なエコープラナーイメージング（Echo-Planar-Spectroscopic-Imagin
g - EPSI）の基本的な説明は、P. Mansfieldによる論文： Magn. Reson. Med.,
1,第370 頁，1984年中に記されている。磁気共鳴像（Magnetic Resonance spectroscopy - MRS ）に関連した高速な磁
気共鳴像（Magnetic Resonance Imaging - MRI）は、物質代謝プロセスに起因し
た局部的な配置を検査することを可能にする。例えば、局部的な血液の動特性が
、血液量及び血液状況の変化によって、並びに物質代謝の変化によって脳の活性
に依存して生体内で確認される、S. Posse等著：Functional Magnetic Resonanc
e Studies of Brain Activation; Seminars in Clinical Neuropsychiatry,第１
巻，第１号，1996年；第 76-88頁参照。

【００１１】複数の層（断層）又は体積が、ＮＭＲイメージング法によって選択される。こ
れらの層又は体積は、高周波パルスの適切な照射と勾配磁場の印加の下で測定信
号を出力する。この測定信号は、デジタル化されて測定コンピュータの一次元領
域又は多次元領域内に記憶される。所望の画像情報が、１次元のフーリエ変換又は多次元のフーリエ変換によって
記録された生データから得られる（再生）。再生された１つの（断）層画像は、複数のピクセルから成る。体積データセッ
トは、複数のボクセルから成る。ピクセル（画素）は、２次元の画像要素、例え
ば正方形である。画像は、複数のピクセルから構成されている。ボクセル（体積
ピクセル）は、３次元体積要素、例えば直方体である。１つのピクセルの寸法は
、１mm²の範囲内にある。１つのボクセルの寸法は、１mm³の範囲内にある。形
と大きさは変更できる。

【００１２】断層撮影(Bildgebung)時の実験に基づく理由から、厳密な２次元平面から必ず
しも出発できないので、画像平面が厚みを有することを意味する概念ボクセルが
ここでも頻繁に使用される。個々の化学物質の信号強度が非常に異なるために、かつ測定対象物の運動に起
因して、部位の人為結果が、イメージング及び分光時に形成される。特に脳の検査では、脳の外側ではあるが、検査すべき層の内側に限定されてい
る物質の信号を減衰させることが必要である。陽子（¹Ｈ）による磁気共鳴では
、これは、¹Ｈを含む物質、例えば脂質である。脂質は、大部分の代謝物質の周波数範囲と一致する非常に広い周波数範囲をカ
バーする。脳の分光学的な検査では、脂質減衰 (Lipidunterdrueckung)とも呼ば
れる脳の外側ではあるが、検査すべき層の内側に限定されている物質の信号の減
衰が必要である。何故なら、これによって生成された信号が、検査すべき脳領域
内の信号よりも非常に大きくなりうるからである。

【００１３】人の頭の脂質は、主に頭蓋骨の周囲に沿って存在するので、脂質減衰を可能に
するには、その周囲の核スピンを完全に励起させないことが必要である。空間的
に限定されたスペクトルが、信号減衰によって検査すべき空間の外側の領域内で
得られる。このような技術は、単一ボクセル技術(Single-Voxel-Techniken)と呼
ばれる。ＳＴＥＡＭと言う公知の単一ボクセル技術が、次の論文中に記されている：

【００１４】・ Garnot J. (1986): Selected volume excitation using stimulated echoes (VEST) Application to spatially localized spectroscopy and imaging; J. Magn. Resin., 70: p. 488-492;・ Commit R, Hoepfel D. (1987): Volume selective multipulse spin echo s pectroscopy. J. Magn. Reson., 72: p. 379-384; ・ Frahm J, Merboldt KD, Haenicke W. (1987): Localized proton spectrosc opy using stimulated echoes. J. Magn. Reson., 72 p. 502-508.

【００１５】ＰＲＥＳＳと言う単一ボクセル技術によるその他の容積局在化法が、Bottomly
P.A. (1984)による米国特許発明第 4 480 228号明細書：“Selective volume m
ethod for performing localized NMR spectroscopy"中に開示されている。単一ボクセル技術による別の容積局在化法が、Ordidge RJ, Bendall MR, Cone
lly A.によって記されている: 刊行物Magnetic Resonance in Biology and Medi
cine, Herausgeber: Govil, Khetrapal and Saran, New Delhi, India, Tata Mc
Graw-Hill Publishing Co. Ltd., p. 387 (1985)中に記載のVolume selection f
or in vivo biological spectroscopy。公知の単一ボクセル技術には、分光学的なイメージングに比べて、化学物質の
立体配置の検査だけが限定的に可能であるという欠点がある。これらの方法のも
う１つの欠点は、層の選択が不完全なために、目的の空間の外側の信号の減衰が
抑制されることである。この場合、脂質が僅かしか減衰されない。この場合、選
択が、直方体の目的の空間によってだけで可能である。

【００１６】特に短いエコー時間の場合には、短い緩和時間Ｔ₂を呈する周囲の脂質の信号
による雑音を阻止することは困難である。脂質の不純物の影響を長いエコー時間を選択することによって低減することが
公知である。実施例が、以下の論文中に記されている：・ Frahm J, Bruhn H, Gyngell ML, Merboldt KD, Haenicke W, Sauter R. (19 89): Localized high resolution proton NMR spectroscopy using stimula ted echoes. Initial application to human brain in vivo. Magn. Reson. Med: p. 79-93. ・ Frahm J, Bruhn H, Haenicke W, Merboldt KD, Mursch K, Markakais E. (1 991): Localized proton NMR spectroscopy of brain tumors using shot-e cho time STEAM sequences. J. Comp. Assist. Tomogr., 15 (6), p. 915-9 22.・ Moonen CTW, Sobering G, van Zijl PCM, Gillen J, von Kienlin M, Bizzi A. (1992): Proton spectroscopic imaging of human brain. J. Mange. Re
son., 98 (3): p. 556-575.

【００１７】個々の化学物質間の縦方向の緩和の違いを利用しつつ信号を全体的に反転する
ことによって脂質減衰した分光学的な３次元画像を出力することは、Adalsteins
on, E., Irarrazabal, P., Spielman, DM., Macovski, A. (1995) の論文：Thre
e-Dimensional Spectroscopic Imaging with Time-Varying Gradients; Magn. R
eson. Med., 33: p. 461-466中に記されている。スペクトル的に選択可能な移相パルス(Dephasierungspulse)による改良された
水減衰と脂質減衰が、ＢＡＳＩＮＧ技術として公知である。このＢＡＳＩＮＧ技
術は、Star-Lack J, Nelson SJ, Kurhanewicz J, Huang R, Vigneron D. (1997)
: Improved water and lipid suppression for 3D PRESS CSI using RF band se
lective invention with gradient dephasing (BASING). Magn. Reson. Med. 38
: p. 311-321中に記されている。

【００１８】このＢＡＳＩＢＧ法では、符号が反対の直前と直後に切替えられた複数の勾配
パルスに関連した周波数を選択可能な１つの再位相パルス(Rephasierungspuls)
が使用される。これは、移相(Dephasierung)を引き起こす。動的な変化を検出すること、及び、これによってプロセスの経時変化を監視す
ることが、関数的な核磁気共鳴によって可能である。関数的な核磁気共鳴像(functional Magnetic Resonance Imaging - fMRI)では
、局所的な変化を明確にする画像が生成される。

【００１９】さらに、関数的な核磁気共鳴によって又は関数的な核磁気共鳴像によってニュ
ーロンの活動を研究することが公知である。ニューロンの活動は、活動している
脳領域内の血流量の増加の形で示される。この場合、デオキシヘモグロビンの濃
度が低くなる。デオキシヘモグロビン（ＤＯＨ）は、常磁性物質である。このデ
オキシヘモグロビンは、磁場の均一性を低下させ、これによって信号の緩和を加
速する。オキシヘモグロビンは、脳内の組織構造にほぼ一致する磁化率を有する
。その結果、オキシヘモグロビンを含む血液と組織との間の境界上の磁場勾配が
非常に小さい。ＤＯＨ濃度が血流量を増加させる脳の活性に起因して低下すると
、脳の活性領域内の信号緩和が減速する。まず第１に、水分中の水素の陽子が励
起する。関数的なＮＭＲ法による検査が使用されることによって、脳の活性の局
在化この関数的なＮＭＲ法が可能になる。この関数的なＮＭＲ法は、遅延（エコ
ー信号）を伴うＮＭＲ信号を測定する。これは、磁化率感知測定(suszeptibilit
aetsempfindliche Messung) とも呼ばれる。文献では、生物学的な作用メカニズ
ムが、ＢＯＬＤ効果(Blood Oxygen Level Dependent − Effekt)の名称で公知で
あり、例えば 1.5テスラの強さの静磁場の強度で磁化率を感知する磁場共鳴測定
のときに、脳の活性領域内のイメージの輝度を約５％まで変動させる。内因性の
コントラスト媒体ＤＯＨの代わりに、磁化率に変化を引き起こすその他のコント
ラスト媒体も利用できる。ここでも、脂質信号を減衰することが好ましい。この
場合、特に周波数の選択可能な脂質の予備飽和が利用される。

【００２０】本発明の課題は、記録された画像の分解能を改善すること、及び、雑音信号の
影響を低減することにある。この課題は、本発明により、横方向の磁化を再位相(rephasiert)させる少なく
とも１つの再位相パルス (Rephasierungspuls)が、励起パルス後、そして少なく
とも１つの高分解能イメージの記録後に印加されること、及び、引続き新たなイ
メージがより低い分解能で記録されることによって解決される。高分解能のイメージが励起パルスの前に生成されるように、方法が実施される
ことが好ましい。さらに、高分解能のイメージが励起パルスの後に生成されることが好ましい。少なくとも１つの別の高分解能のイメージが記録されるように、方法を実施す
ることが好ましい。

【００２１】さらに、その他のイメージの分解能が時間的に変更されることが好ましい。再位相パルスの前の新たなイメージが、その再位相パルスの後と違う分解能を
呈するように、方法を実施することが好ましい。さらに、励起パルスが 90 °パルスであることが好ましい。再位相パルスが 180°パルスであることが好ましい。より高い分解能を得るため、高分解能のイメージが基準イメージ(REF<hi-res>
) として記録されること、新たなイメージがより低い分解能(REF<low-res>)で記
録されること、及び、この新たなイメージの分解能が、この基準イメージ(REF<h
i-res>) との結合によって改善されることが好ましい。分解能のさらなる向上は、新たなイメージと基準イメージ(REF<hi-res>) との
結合が改善されるように主に式

【００２２】 (REF<hi-res>)=(REF<hi-k>)+(REF<low-k>) に相当することによって実現され得る。この場合、(REF<hi-k>) は、ｋ空間の外
側領域を再生する。この場合、(REF<low-k>)は、ｋ空間の内側領域を再生する。ｋ空間の高い分解能のイメージが、新たな低い分解能のイメージよりも大きい
マトリックス値に相当することが好ましい。低い分解能のイメージから高い分解能のイメージを再生するためには、位相補
正が低い分解能のイメージのうちの少なくとも幾つかのイメージにおいてなされ
ることが好ましい。この場合、周縁領域内の不連続性が測定時間間隔によって補正されるように、
位相補正がなされることが特に好ましい。さらに、低い分解能のイメージが位相補正後に再生イメージに変換されること
が好ましい。

【００２３】緩和時間Ｔ₂ ^*の少なくとも１つのグラフ表示が作成されるように、再生され
たイメージが互いに結合されることが特に好ましい。さらに、信号対雑音比が改善されるように、再生されたイメージが互いに結合
されることが好ましい。イメージを得るのに適した方法はフーリエ変換である。速度を上げるためには
、高速フーリエ変換（Fast Fourier-Transformation - FFT ）が適している。イメージング法には、特に分光学的なエコー・プラナー・イメージング法，特
に繰返し３次元（ｘ，ｙ，ｚ）エコー・プラナー・イメージング法がある。この
繰り返し３次元エコー・プラナー・イメージング法は、２次元のエコー・プラナ
ー・イメージのコード化を繰返し実行する。空間的なコード化が、可能な限り短
期間内に実行される。この期間は、信号の減少の間に何回も繰返され、特に 20m
s 〜 100msである。信号が減少する間にエコー・プラナーのコード化を何回も繰
返すことによって、信号の減少の過程が、再生された個々のイメージ順に表示さ
れる。

【００２４】本発明のエコー・プラナー・イメージングは非常に速い。それ故に、このエコ
ー・プラナー・イメージングは、脳全体の関数的なイメージを得るのに適してい
る。このエコー・プラナー・イメージングでは、遙かに長い取込み時間がさらに
必要である。磁場の強さが例えば 1.5Ｔの場合、１つの層を記録するために必要
である時間は約 100msである。例えば 32 個の層で脳全体を問題なくカバーしよ
うとする場合は、このことは、合計で約４秒の記録時間を必要とする。これに対
して、血流力学的な応答関数(Haemodynamic Response Curve) は、ラスター時間
内に把握されなければならない。これは、データを良好に合わせるのに十分であ
る。ステップごとに時間をずらした測定を何回も繰返すことによって、より短いラ
スター時間による測定に対応する結果を得ることが可能である。

【００２５】この方法は基本的に実施可能であるものの、この方法には、合計の測定時間が
測定を何回も繰返すことによって長くなるという欠点があり、また、核磁気共鳴
の検査に使用されるスキャナの不安定性が測定に影響を及ぼすという欠点がある
。検査される患者が動くことによって、空間的な不精確さがさらに発生する。キーホール（“Schlusselloch")・イメージング法は、相反するｋ空間内の１つ
の信号を２つの異なる領域；第一に低い空間周波数の中央領域と、第二にｋ空間
の外側領域とに分割することを提唱する。この中央領域は、生成されるイメージ
のコントラスト付けを請け負う。これらの外側領域は、高い空間周波数を有し、
かつ空間的な分解能に関する重要な情報を有する。コントラストの変化が検査さ
れる際に、時間的に連続して何回も測定する場合には、ｋ空間の中央領域だけを
基礎にして検査することが好ましい。

【００２６】本発明のその他の利点，特徴及び好適なその他の構成は、従属請求項及び以下
で説明する図面に基づく好適な実施の形態に記載されている。この方法の具体的な説明は、図１の４つの部分イメージ − ａ，ｂ，ｃ，ｄ
に示されている。ｋ空間が、図１の部分イメージａ中に示されている。このｋ空間は、フーリエ
変換によって実空間に変換され得る。この実空間は、部分イメージｂに示されて
いる。部分イメージｃには、ｋ空間の16本の線だけか検出されている。部分イメージ
ｄに示された低い分解能のイメージが、フーリエ変換によって発生する。

【００２７】所望のより高い場所分解能を得るようにするため、高い分解能の基準イメージ
(REF<hi-res>) が、キーホール法のためにまず最初に記録される。このイメージ
は、ｋ空間全体のデータを評価することによって得られる。次いで、キーホール
イメージ(KEY<low-res>)が記録される。高い分解能のイメージが、以下のような
式で示される： (REF<hi-res>)=(REF<hi-k>)+(REF<low-k>)，この場合、(REF<hi-k>) は、ｋ空間の外側領域を再生する。この場合、(REF<l
ow-k>)は、ｋ空間の内側領域を再生する。高い分解能を呈する動的なイメージは、以下に示された式にしたがって得られ
る： (DYN<hi-res>)=(REF<hi-k>)+(KEY<low-res>) ．

【００２８】これによって、動的なイメージが、個々に記録されたイメージの中央領域によ
って生成される。この場合、基準イメージの周縁領域が、場所分解能になる。しかしながらこの方法には、例えば信号対雑音比（Signal to Noise-Ratio −
SNR），振幅及び／又は位相における変動が、相違するイメージ間で発生すると
いう欠点がある。これらの不連続性は、補正しなくてはならないイメージの人為
結果を招く。これらの人為結果の特に好適な方法を以下に示す。図２中には、シーケンス・ダイアグラムが示されている。この場合、エコー・プラナー・イメージングが、励起パルスの後に、特に 90
°パルスの後に実施される。しかしながら、エコー・プラナー・イメージングを
励起パルスの前に実施することが同様に可能である。緩和時間Ｔ₂ ^*が、励起パルスの後に、特に 90 °パルスの後に記録される。最初の記録は、高い分解能のイメージによって実行される。この記録は、より
長い時間を必要とする。

【００２９】この図示された経時変化では、複数の適切な時間的な検出窓が別々にマーキン
グされている。高い分解能のイメージ HI-RES EPI が、励起パルスの直後に記録される。それぞれのスピン・エコー・再位相パルス（180 °）によって、局所的なメイ
ン磁場の均一性の横方向の磁場の移相への影響がなくなる。その結果、理論上の
スピン・スピン・緩和時間Ｔ₂が、Ｔ₂ ^*の時点に対して再生したイメージ内の
信号の減少を実際に決定する。この直後に、個々の測定が、ｋ空間（キーホール測定）の中央の領域だけを記
録することによって実行される。完全に形成されたイメージを生成するためのキ
ーホール・イメージは、位相補正によって再構築（再生）される。これに対しては、いろいろな位相補正方法が適する。以下に、後に続く空間スペクトル式のコード化(EPSI = Echo Planar Spectros
copic Imaging)を伴う容積の選択可能な信号励起(PRESS = Point RESolved Spec
troscopy) から成る核磁気共鳴断層撮影法によって物質代謝を高速に分光イメー
ジングする本発明の方法の好適な実施形を説明する。

【００３０】磁気共鳴分光学（ＭＲＳ）では、Ｎ_Y本のラインとＮ_X本のスリットから成る
所定のラスターを有する複数の部分イメージが生成される（ＣＳＩ＝ Chemical
Shift Imaging ）。好適な方法ステップを以下に示す：１．まず初めに、興味のある試料の空間内にあり、外部磁場Ｂ₀= Ｂ₀ｅ_Zの存在下で分極する共鳴核スピンが、適切なＲＦ放射（ＲＦ＝無線周波数）によって
励起されて信号を出力する。その後、これらに核スピン全体によって形成された
磁化Ｍが、Ｂ₀に対して垂直な測定可能な成分Ｍ_XYを有する。この成分Ｍ _XY
は、角速度ω＝−γＢ₀で歳差運動する。２．引続き、信号が、磁場勾配Ｇ＝ΔＢ₀／Δｒを短期間使用することによって
空間的にコード化される。これら磁場勾配の働きは、外部磁場を場所ｒによって
線形に変更することである。これによって、これらの共鳴核スピンは、追加の各
周波数Δω(r) = - γＧｒで一時的に歳差運動し、勾配Ｇの遮断後に位相変調さ
れたＭＲ信号を送信する。３．この変調されたＭＲ信号は、十分長い時間、すなわち例えばＭ_XYが完全に移
相されるまで、かつ十分短い時間間隔で走査される。４．ステップ２，３は、部分イメージが複数のラスター点を有するように頻繁に
繰返される、すなわち（Ｎ_Y＊Ｎ_X）回繰返される。各繰返しでは、正確な空間
符号に対して必要であるように、勾配の強さＧ又は使用期間が変更される。５．次いで、こうして得られたデータポイントが、デジタル計算機によって再処
理され、最終的に部分イメージを算定する。

【００３１】しかしながら実行するためには、これらの説明したステップのうちの個々のス
テップでも十分である。例えば、場所を分解するコード化を行わない場合には２
番目と４番目のステップは省略できる。その都度場所的に分解された周波数スペ
クトルが、結果として生成される。個々の化学成分の相対濃度が、これらの周波
数スペクトルから算定され得る。それ故に、これらの化学成分が識別できる。何
故なら、核の場所に対する有効磁場とこの核の歳差運動の周波数とが、これらの
化学成分のマザー分子に依存しないからである。このマザー分子は、外部磁場を
もはや又はほとんど強く遮蔽する。最も好ましくは、生物組織を検査するため、陽子が共鳴核として選択される。
この場合、興味のある物質交換成分（物質代謝）をミリモルの範囲内で検出する
ため、濃度が２価のモル範囲にある水と脂質の強い信号を減衰しなければならな
い。水の陽子の信号は、比較的減衰しやすい。何故なら、この信号は、周波数ス
ペクトル内でほとんど孤立していて、それ故に適切なＲＦ放射によって除去する
ことができるからである。ＣＨＥＳＳパルス(CHESS = CHEmical Shift Selectiv
e)が結合される。これによって、3000までの減衰係数を得ることができる。

【００３２】場所的に分解された分光のときよりも大きい程度に測定時間を低減するため、
位相コード化の一部をＭＲ信号の読取り後に実行することができる。この利点は
、係数Ｎ_Xだけ短縮した測定時間にある。測定データのこの読取りが完了した後に、これらのデータが、適切な方法で特
に異なる時点ｔに対する（ｋ_X，ｋ_Y）の層として解釈される。通常、このこと
は、これらの測定データの配置を並べ替えることによって実行される。その後、
これらのデータは、従来の分光学的イメージングの通常の方法で再処理され得る
。座標（ｋ_X，ｋ_Y）は、事例にすぎない。当業者は、各検査に対して適切な（
ｋ_X，ｋ_Y）を選択できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】４つの部分イメージ − ａ，ｂ，ｃ，ｄで表示されたｋ空間、及びそれに付
随する場所空間を示す。

【図２】励起シーケンス及び緩和時間Ｔ₂ ^*の経時変化を検出する測定窓を伴うこの緩
和時間Ｔ₂ ^*の経時変化を示す。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１４年３月２２日（２００２．３．２２）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項６】再位相パルスは、180 °パルスであることを特徴とする請求
項１〜５のいずれか１項に記載の方法。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１４年３月２３日（２００２．３．２３）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００１

【補正方法】変更

【補正の内容】

【０００１】本発明は、物質を検査するイメージング方法に関する。これらの物質中では、
間接的な核スピン・核スピン・相互作用によって、少なくとも若干の核スピンの
歳差運動が、外部磁場内に既に存在する歳差運動に対して付加的な位相角Δφ＝
−γ_IΔＢ_Zτで発生する。その結果、横方向の磁化が、その外部磁場に対して
垂直に扇状に広がる。その結果、横方向の磁化の緩和が、緩和時間Ｔ₂で発生す
る。このような方法は、ヨーロッパ特許出願第 0 803 740号明細書から公知である
。この方法では、高い分解能のイメージが記録され、引続き補正結果が、１つ又
は多数の再位相パルス後に記録される。磁気共鳴イメージング法が、国際特許出願第 99/14616 号明細書から公知であ
る。この方法では、キーホール技術が使用される。この場合、最初に高い分解能
のイメージが記録され、次いでより低い分解能の多数のイメージが、高速のＥＰ
Ｉシーケンスによって記録される。エコー・プラナー・イメージング法（ＥＰＩ）が、論文“Functional Imaging
by I₀- and T₂ ^*Parameter Mapping Using Multi-Image EPI”から公知である
。この方法では、関数的なイメージングにおいてとりわけ高い時間分解能を得る
ため、ＥＰＩ分解能の結果が、個々の励起後に使用される。個々の緩和の間に１つの高い分解能のイメージと多数のイメージを記録するこ
とは、ここに挙げた明細書からは公知でない。本発明は、特にスピンスピン緩和時間Ｔ₂を算出する方法に関する。核スピンが、核磁気共鳴断層撮影法によって励起される。この励起された核ス
ピンは平衡状態で緩和する。これに対して、エネルギー伝達が必要である。電気
的に核４チャネル方式の極モーメント(elektrisches Kernquadropolmoment)をも
たない球対称的な磁気核(kugelsymmetrischen magnetrischen Kernen) の場合、
時間的に変化する磁場ΔＢ（ｔ）との相互作用だけがそのために問題になる。こ
の磁場ΔＢ（ｔ）は、複数の直交する成分を有する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4C096 AA01 AA07 AA14 AA20 AB02 AB07 AC01 AD02 AD06 AD24 BA01 BA05 BA18 BA41 BA42 BB03 DA03 DA06 DA12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外部磁場内に既に存在する歳差運動に対して付加された位相
角Δφ = -γ_IΔＢ_Zτを有する少なくとも１つの核スピンの歳差運動が、間接
的な核スピン核スピン相互作用によって発生し、その結果、縦方向の磁化が、外
部磁場に対して垂直に扇状に広がり、その結果、縦方向の磁化の緩和が、緩和時
間Ｔ₂で発生する、物質を検査するイメージング法において、励起パルスの後に
、及び少なくとも高い分解能のイメージを記録した後に、横方向の磁化を再位相
する少なくとも１つの再位相パルスが、励起されること、及び、引続き新たなイ
メージが、より低い分解能で記録されることを特徴とするイメージング法。
【請求項２】高いイメージは、励起パルスの前に生成されることを特徴と
する請求項１に記載の方法。
【請求項３】高い分解能のイメージは、励起パルスの後に生成されること
を特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】少なくとも１つの追加の高い分解能のイメージが、再位相パ
ルスの後に記録されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方
法。
【請求項５】新たなイメージの分解能は、時間的に変化することを特徴と
する請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】再位相パルスの前の新たなイメージは、この再位相の後と異
なる分解能を有することを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】励起パルスは、90°パルスであることを特徴とする請求項１
〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】再位相パルスは、180 °パルスであることを特徴とする請求
項１〜７のいずれか１項に記載の方法。