JP2003535632A - パルス列、核磁気共鳴断層撮影装置及びイメージング法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、パルス列、該パルス列の発生手段を有する核磁気共鳴断層撮影装置及び該パルスが使用されるイメージング法に関する。本発明によるパルス列は、αー高周波パルス、先行する１８０°パルス、又は先行する１８０°パルス及び１８０°パルスに先行する９０°パルス、 並びに断層選択、ｋ−スペースライン符合化及びこれらに伴って作用しかつデータ発生のために設けられる取得モジュールを有する。本発明は、データ発生のための取得モジュールが少なくとも２つの断層から得られることを特徴とする。パルスシーケンス及びイメージング法を使用することによって、１つの画像について２０の断層が 8分２８秒の測定時間中にマトリックスサイズ２５６×２５６に対して１６の相異なる時点で取得されることができる。その結果Ｔ₁ 緩和時間が医学的診断のための最初の時間として使用されることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は、請求項１の上位概念によるパルス列、核磁気共鳴断層撮影装置及び
イメージング法に関する。

【０００２】

【従来の技術】

既に磁気共鳴の方法ーイメージング法（ＭＲＩ）が発明されて以来、この方法
が単に簡単な定性的イメージングを可能にする以上に定量的イメージングにも好
適であることが予期された。ＭＲＩは、一方では簡単な定性的イメージング表示
のための臨床的イメージングに日常使用される成熟した方法である。他方では、
ＭＲＩは、品質制御、医薬工業における薬物の前臨床的評価及び石油化学工業の
岩石標本における細孔サイズの決定のような、種々の使用領域を有する工業及び
知識において非常に重要な器具である。岩石見本のために、定量的イメージング
が要求されかつ実施もされた。ＭＲＩ信号は、求めるパラメータの影響を示すた
めに、パルスシーケンスのような相応したパラメータの慎重かつ制御された操作
によって感度を高められ又は重要度をつけられている。一般に、相異なる重要度
の一連の画像の検出の際及び好適なモデルの使用の際に、選択されたパラメータ
の定量的表示を行うことが可能である。この方法で、拡散、陽子密度又はスピン
・格子緩和時間のような特定のパラメータの局部的な値を決定するために、試料
の定量的画像が形成されることができる。

【０００３】 概念「試料」は、本発明の場合その最も広い意味でありかつ生きている材料及
び生きていない材料を含む。

【０００４】 試料が励起パルス及び多くの応答（Reｐhasierｕｎｇ) パルスによって試験さ
れる種々の方法が公知である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】 技術分野の方法では、試料は励起に好適なエネルギーを有する電磁波照射によ
って励起される。

【０００６】 核磁気共鳴断層撮影装置において、試料のエコー信号の励起によって試料につ
いての情報を得ることが公知である。

【０００７】 核磁気共鳴断層撮影装置では、磁気モーメントを有する原子核は、印加される
外部磁場によって整列される。その際核は磁場の方向の周りで特徴的な角速度（
ラーモア回転）を有する歳差運動を行う。ラーモア回転は、磁場の強さ及び物質
の磁気特性、特に核のジャイロ磁気定数γに依存する。ジャイロ磁気定数γは、
各種の原子にとって特徴的な値である。原子核は、磁気モーメントμ＝γ×ｐを
有し、ここでｐは核の回転パルスを表す。

【０００８】 試験すべき物質、例えば、試験すべき人は、核磁気共鳴断層撮影装置で均一な
磁場を受ける。均一な磁場を分極磁場Ｂ₀ 、均一な磁場の軸をｚ軸と称する。人
体組織におけるスピンの個別の磁気モーメントは、均一な磁場の軸のまわりの特
徴的なラーモア回転によって歳差運動を生じさせる。

【０００９】 正味磁化Ｍ_z は、分極磁場の方向で行われ、その際偶発的に方向づけされた磁
気成分は、これに対して垂直な平面（ｘ−ｙ平面）内で互いに相殺される。均一
な磁場の印加によって、追加の励起磁場Ｂ₁ が発生する。励起磁場Ｂ₁ は、ｘ−
ｙ平面において分極されかつできる限りラーモア回転に近い周波数を有する。こ
うして正味磁気モーメントＭ_z は、x-y 平面内に傾けられることができ、その結
果交差磁化Ｍ_t が発生する。磁化の横成分はx-y 平面内でラーモア運動によって
回転する。

【００１０】 励起磁場の時間的なバリエーションによって、磁化Ｍ_t が種々の時間的経過を
経て行われることができる。印加された少なくとも１つの勾配磁場と関連して、
種々の断層状態が実現され得る。

【００１１】 ＮＭＲ−イメージング法によって、高周波パルスの好適な照射及び勾配磁場の
印加の下に、デジタル化されかつ測定コンピュータ内に一次元又は多次元磁場と
して記憶される測定信号を供給する断層又は体積が選択される。

【００１２】 測定によって得られるこの多次元磁場は、空間周波数スペース、ｋ−スペース
でも表されることができる。この空間周波数スペースの座標は、ｋ＝ーγ∫Ｇｄ
ｔから得られる。ｋ−スペースの外側の領域は再構成された画像の構造を特定し
、一方内側領域はコントラストを特定する。

【００１３】 撮影された生データから、 1次元又は多次元のフーリエ変換によって、所望の
イメージングが得られる（再構成される）。多次元データフィールドの測定デー
タが、相応した断層の各ｋ−スペースが得られるように、データメモリーに収納
されねばならないことが前提とされ得る。このために、組換えプロセスが行われ
る。

【００１４】 再構成された断層画像はピクセルから成り、体積データレコードは体積ピクセ
ルから成る。ピクセル（画素）は、二次元画素、 例えば、矩形である。画像はピ
クセルから構成される。ボクセル（体積ピクセル）は、三次元体積要素、例えば
、直方体である。ピクセルの大きさは、１ｍｍ² のオーダ、ボクセルは１ｍｍ ³ のオーダである。寸法及び広さは可変である。

【００１５】 断層画像では経験的理由から、厳密な二次元平面から出発することができない
ので、画像平面が厚さを有するボクセルの概念が使用される。

【００１６】 スピン・格子緩和時間Ｔ₁ の表示は、僅かな注意力で行われた、そのわけは、
大抵文章で表される方法は、この方法を型に嵌った臨床試験には使用できなくな
る長い経験時間を必要とするからである。

【００１７】 医薬における磁気共鳴第１６巻、２３８〜２４５頁（１９９０）のアール・ジ
ェー・オーディッジ（R. J. O ｒｄｉｄｇｅ）の「反転回復（反転ー緩和）ＥＰ
Ｉ（エコー平面イメージング）法」によって得られた迅速なデータ入手の利点は
、ＥＰＩがより普及した方法ではないことによって効果を発揮しない。この方法
と結びついた内在する人工物は、他方では巧みなこの方法の使用を妨げる。この
ことは、特に、人の脳の細分化のためのような最も高い品質のイメージングが必
要とされる場合に通じる。他の定量的イメージング法｛ダイヒマン（Ｄｅｉｃｈ
ｍａｎｎ）の方法ージャーナル オブ マグネチック レゾナンス 第９６巻の
６０８〜６１２頁（１９９２）；ブルムル（Ｂｌｕｅｍｌ）方法ーＭＲＭ３０の
２８９〜２９５頁（１９９３）；ダイヒマンの方法ー医薬における磁気共鳴第４
２巻の２０６〜２０９頁（１９９９）｝は、ＩＲ−ＥＰＩよりも緩やかでかつ実
際の意味で十分迅速にイメージングを得ることができない。両イメージング方法
は、主として分光式ルック−ロッカー法；ルックＤＣ及びロッカーＤＲ｛リビュ
ーオブサイエンテフィックインストルメンツ、４１巻、第２号の２５０〜２５１
頁（１９７０）｝に基礎を置いており、該両方法は、緩和中十分な多数の時点を
集めるために、縦緩和中相次ぐ励起パルスを利用する。そのようにして、人工的
動きを抑制する効果的な時間ー表示ーパターンが形成されることができる。

【００１８】 ダイヒマンのジャーナル オブ マグネチック レゾナンス 第９６巻の６０
８〜６１２頁（１９９２）の独創的な「スナップショット フラッシュ」法は、
長い検出時間を必要とする、 そのわけは、当初の磁化が完全に再現されなければ
ならないからである。高い立体的な分解能の場合に追加的に時間的な分解能が明
らかに制限される。これは、特に、高出力勾配システムなしの核スピン断層撮影
装置で使用される。

【００１９】 脳、 特に人の脳の核磁気共鳴測定の組替えに、全脳体積に亘って断層画像の可
能最高の分解能につながりかつ短い時間にできる限り多くの断層画像を生成する
測定点を得るという要請がある。必要性は、特に患者及び重症の人が迅速に診断
されるべき場合に存する。従来技術から公知の方法は、 1時間以上の長い検出時
間を必要としかつ臨床試験には使用できない。「スナップショット」法の基礎と
なる方法は速い。しかし、単一断層法が対象であるので、高い立体的分解能は得
られない。ＥＰＩに基礎づけられる方法は非常に速いが、方法の必然的な性質の
結果に基づく多くの欠点を有する。この人造物は、連続した位相誤差のゴースト
画像及び時折生じる強度の幾何学的な障害を含む。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】

従って本発明の課題は、できる限り短い測定時間で脳の断層画像又は一連の断
層画像を最高の分解能で生成するイメージング法、核磁気共鳴断層撮影装置及び
パルス列を創造することである。

【００２１】

【課題を解決するための手段】

請求項１の上位概念から出発して、この課題は本発明によれば、請求項１の特
徴部分に記載された特徴によって解決される。

【００２２】 本発明によるイメージング法は、 8分２８秒の時間内で２５６×２５６のマト
リックスサイズに対する１６の相異なる時点に対する２０の断層の取得を可能に
する。

【００２３】 本発明の有利な他の構成は、従属請求項に記載されている。

【００２４】

【実施例】

図は種々の試験結果及びパラメータを示す。

【００２５】 次に本発明を例を挙げて説明する。

【００２６】 縦緩和定数Ｔ₁ の決定のための本発明による方法の実施の際に、試料、例えば
、試験されるべき患者の頭蓋が使用され、試料には核磁気共鳴断層撮影装置のコ
イルが導入される。試料は、均一で、基本静磁場Ｂ₀ の中心に位置する。立体的
分解能は、時間的に可変の磁場（勾配）によって行われる。磁場はデカルト座標
系に構造的に制約されて配設されている。データ取得のために、高周波励起磁場
を投入することが必要である。励起周波数は、一方では基本静磁場に、 他方では
試験されるべき試料の核の種類（特性）に依存する。断層選択的ではない（又は
体積選択的な）１８０°ーパルス又は選択的に９０°ーパルスで行われる励起の
後に、１８０°ーパルスについて行われー両者は断層選択的でなく又は両者は体
積選択的であるーが行われ、データは、２つの互いに相違する経過で取得される
。１８０°ーパルスによって、横断磁化Ｍ_xyがゼロにされねばならない（例えば
、勾配をなくすることによる）。両場合に、データ取得のために、Ｈｆ−パルス
（α）が印加され、ｋ−スペースの符合化された少なくとも１つのエコーの発生
のための勾配列と組み合わされる。この測定パターン｛Ｈｆ−パルス（α）及び
勾配列｝については、次の取得モジュールで述べる。測定終了後にｋ−スペース
は完全に走査される。Ｈｆ−パルス（α）は、選択された断層若しくは断層厚さ
の励起に使用されかつこの目的のために当業者は通常の方法で公知のパルス形を
想定し得る。これらは、例えば、ガウスーパルス又はジンク（Ｓｉｎｃ．）パル
スである。両可能性に対するパルス列は、図２（ａ）及び（ｂ）から把握され得
る。図２（ａ）及び（ｂ）に表された［］（括弧）は、断層若しくは時間ー点上
の括弧内にある順序（取得モジュール）の使用を図式化している。その際図２（
ａ）は、各Ｈｆ−パルス（α）に従って３つのｋ−スペースラインが測定される
取得パターンに関する。図２（ａ）は、Ｈｆ−パルス（α）当たりのｋ−スペー
スラインに対する取得ケースについて記載する。これらのＨｆ−パルス（α）と
平行に、断層選択勾配Ｇｚ（ＧS ）に対する関連断層の決定が行われる。これに
続いて、断層選択勾配による反転された符号のボクセル磁化の応答が行われる。
応答の間、 勾配Ｇｘ（Ｇｒ）が投入され、勾配はボクセル磁気を低下（Dephasie
ren ）させ、かつそれによってｋ−スペースにおける符合化を実施する。同時に
、ボクセル磁化を低下させかつ再びｋ−スペースの符合化を実施するために、勾
配Ｇｙ（Ｇｐ）が投入される。ｘ方向における磁化の低下は、後に投入される反
転された符号のＧx −勾配によって補償される。この応答して作用する勾配Ｇx
に対して同時に、データ取得が行われる。勾配の下方の面は、勾配エコーが取得
窓の中央に現れる｛図２（ａ）｝ように、決定される。しかし、他の取得パター
ン、例えば、非対称の勾配エコーも可能である。それによってｋ−スペースのラ
インも測定される。上記のステップは、断層若しくは時点が測定される頻度で繰
り返される。こうして反転パルス（１８０°ーパルス）若しくは９０°ー及び反
転パルスの組み合わせが改めて適用される。工程は繰り返され、しかし、全ての
断層に対するその都度最も近いｋ−スペースラインが測定される。繰り返しの数
は、位相符合化の数から得られる。図１は、縦対角線磁化の緩和曲線及びこの際
本発明により取得されるデータベースを示す。データベースー時点ーの内方に、
ｎー断層に対するｋ−スペースラインが測定される。測定は、ｋースペースが全
ての断層若しくは時点に対して完全に走査された時に終了する。

【００２７】 このような方法で、本発明によれば、完全な縦緩和に対する時間間隔が、複数
の断層及び複数の時点に亘るデータ取得のために、 できる限り効果的に利用され
る。それによって所定の時間内に多くのデータが取得されることができる。デー
タは本発明の意味では、複数の断層及び複数の相異なる時点の情報取得であると
解される。

【００２８】 データ取得を効果的に行うために、順次ーＨｆ−パルス（α）による断層選択
的励起に従ってーそれぞれ１つの層に対して複数のｋースペースラインが測定さ
れることができる。この方法は、セグメント化の概念でも表される。ここで表さ
れる方法のバリエーションは、セグメント化の論理的限界を表す、そのわけは、
１つのセグメント当たり、１つのｋ−スペースラインのみが取得されるからであ
る。データ取得は、例えば、５又は７のような複数のセグメントを含むことがで
きる。ここに記載した方法では、３つのｋ−スペースラインーそれぞれセグメン
ト当たり 1つのラインーが順次取得される。このことは、先行するｋ−スペース
ラインのデータ取得後に勾配Ｇｘの符号が反転されて行われる。相応するｋ−ス
ペースラインが位相符合化勾配Ｇｙによって前もって符合化される（図３）。

【００２９】 総括して記載された４つのパルスシーケンスをフローパターンに基づいて記載
する。

【００３０】 （ａ）１８０°｛（１つのｋ−スペースラインのαー勾配エコー測定）ー×断
層×時点｝ （ｂ）１８０°ー｛（複数のｋ−スペースラインのαー勾配エコー測定）ー×
断層×時点｝ （ｃ）９０°／１８０°ー｛（１つのｋ−スペースラインのαー勾配エコー測定
）ー×断層×時点｝ （ｄ）９０°／１８０°ー｛（複数のｋ−スペースラインのαー勾配エコー測定
）ー×断層×時点｝

【００３１】 データ取得に従って、フーリエ変換を適用することができるために、前もって
取得されたデータが組替えられる。このことは、所属の断層の各完全なデータレ
コード（ｋ−スペース）が相異なる時点で総和されるという方法及び形式で行わ
れる。この組替えは、測定終了後に固有の再構成の前に行われる。Ｈｆ−パルス
（α）当たりの複数のｋ−スペースラインの測定パターンとは相違する。Ｈｆ−
パルス（α）当たりの１つだけのｋ−スペースラインを取得するシーケンスでは
、測定メモリーにおけるパルスシーケンスによって特定される時系列のデータ列
のみがｋ−スペースラインに相応した基準で組替えられる。Ｈｆ−パルス（α）
当たり複数のｋ−スペースラインを測定する型のシーケンスでは、追加的にデー
タは、ｋ−スペースラインの各ラインが同一の符号を有するように、組替えられ
ねばならない。

【００３２】 図４は、人体模型の再構成された緩和状況図を示す。人体模型の内方に９つの
個々の管状組織がある。これらの管状組織の８つはそれぞれ相異なる濃度でＧｄ
−ＤＴＰＡを充填され、このことは相異なるグレー値によって明らかに認識され
る。測定は、本発明による方法で行われ、その際１８０°ーパルスに従ってＨｆ
−パルス（α）当たりそれぞれ１つのｋ−スペースラインが撮影される。

【００３３】 本発明によるイメージング法、核磁気共鳴断層画像装置及びパルス列は、例え
ば、縦緩和時間の決定のために 8分２８秒の測定時間で２５６×２５６のマトリ
ックスサイズに対して１６の相異なる時点で２０の断層の取得を可能にする。断
層の数、マトリックスサイズ並びに測定される時点の数は、勿論可変であり得る
。ここで記載された方法の精度は、標準化された分光法に比して９５％よりも高
いが、多くの断層及び時点のデータを明らかに短い測定間隔で若しくは全般的に
測定すると言う本質的な利点を有する。

【００３４】 本発明による核スピン断層撮影装置は、本発明によるパルスシーケンスの生成
を可能にする手段を備える。本発明によるパルスシーケンスの発生手段として、
データ媒体が把握され、その際データ媒体は、本発明によるパルスシーケンスを
送るために必要な情報をメモリーし、かつＨｆ−パルス（α）の準備のための高
周波ユニットに供給する。本発明によるパルスシーケンスの発生のために、更に
、基本静磁場の発生のためのコイル、時間的に可変の磁場（勾配）の発生のため
のコイル並びに全システムに制約される構成部分の制御のためのコンピュ−タが
使用される。更に、本発明による核スピン断層撮影装置は、本発明により測定デ
ータを組替える電子評価装置を備える。

【００３５】 例 ９０°／１８０°の３つのｋ−スペースラインシーケンスを有する人体模型測
定 Ｔ_Ｒ （＝反復時間）＝１３ｍｓｅｃ；ＴＩ（＝反転時間）＝３０ｍｓｅｃ； ＴＤ（＝遅延時間）＝３ｓｅｃ；α（＝フリップ角）＝６°；４断層；断層厚＝
８ｍｍ；マトリックスサイズ＝２５６；ＦＯＶ（＝図示範囲）＝２５０ｍｍ；４
８時点。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、本発明によるパルスシーケンスの走査パターンを示す。

【図２】 図２は、本発明によるパルスシーケンスであり、（ａ）は、Ｈｆ−パルス（
α）当たりのｋ−スペースラインに対する取得のケースを表し、（ｂ）は、各Ｈ
ｆ−パルス（α）に従って３つのｋ−スペースラインが測定される取得パターン
を表す。

【図３】 図３は、得られたエコーをｋ−スペースラインで表す図である。

【図４】 図４は、人体模型の再構成された緩和状況図である。

【図５】 図５は人の脳の横断面のビボ（ｖｉｖｏ）Ｔ１図で表す定性的表示を示す。

【符号の説明】

α 高周波パルス ＦＯＶ 表示領域 ＴＤ 遅延時間 ＴＩ 反転時間 Ｔ_R 反復時間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ツァイツェフ・マクシム ドイツ連邦共和国、ユーリッヒ、シュテー ガーストラーセ、５アー Ｆターム(参考） 4C096 AA01 AA03 AB02 AB25 AD06 AD24 BA05

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１つのαー高周波パルス、１つの先行する１８０
   °ーパルス又は１つの先行する１８０°ーパルス及び１８０°ーパルスに先行す
   る９０°ーパルス並びに断層選択及び１つのｋースペースラインー符合化並びに
   これらに続く取得モジュールを有するパルスシーケンスにおいて、 少なくとも２つの時点及び少なくとも２つの断層のデータ生成のための取得モ
   ジュールが作用されることを特徴とする前記パルスシーケンス。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のパルスシーケンスに従って、読取装置にお
   いて、少なくとも２つの相次ぐ勾配Ｇ（ｒ）が交互に反転された符号で印加され
   ることを特徴とする請求項１に記載のパルスシーケンス。
3. 【請求項３】 追加の勾配磁場の印加の間、データが読み取られることを特
   徴とする請求項２に記載のパルスシーケンス。
4. 【請求項４】 高周波パルスの照射及び少なくとも１つの勾配磁場の印加に
   よって、核磁気共鳴が印加されかつ測定信号が検出される少なくとも１つの断層
   領域又は体積領域が選択されるイメージング法において、 請求項１から３までのうちのいずれか１つに記載のパルスシーケンスが使用さ
   れることを特徴とする前記イメージング法。
5. 【請求項５】 測定されたデータがフーリエ変換の使用のために組替えられ
   ることを特徴とする請求項４に記載のイメージング法。
6. 【請求項６】 パルスシーケンスの発生のための手段を備えた核磁気共鳴断
   層撮影装置において、 パルスシーケンスの発生のための手段が、請求項１から３までのうちのいずれ
   か１つのに記載のパルスシーケンスを発生することを特徴とする前記核磁気共鳴
   断層撮影装置。
7. 【請求項７】 共鳴断層撮影装置に測定データの組替えを可能にする電子評
   価装置が付設されていることを特徴とする請求項６に記載の核磁気共鳴断層撮影
   装置。