JP3411936B2 - Nmr装置 - Google Patents

Nmr装置

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JP3411936B2
JP3411936B2 JP18179193A JP18179193A JP3411936B2 JP 3411936 B2 JP3411936 B2 JP 3411936B2 JP 18179193 A JP18179193 A JP 18179193A JP 18179193 A JP18179193 A JP 18179193A JP 3411936 B2 JP3411936 B2 JP 3411936B2
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/44Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance using nuclear magnetic resonance [NMR]
    • G01R33/48NMR imaging systems
    • G01R33/54Signal processing systems, e.g. using pulse sequences ; Generation or control of pulse sequences; Operator console
    • G01R33/56Image enhancement or correction, e.g. subtraction or averaging techniques, e.g. improvement of signal-to-noise ratio and resolution
    • G01R33/561Image enhancement or correction, e.g. subtraction or averaging techniques, e.g. improvement of signal-to-noise ratio and resolution by reduction of the scanning time, i.e. fast acquiring systems, e.g. using echo-planar pulse sequences

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の背景】この発明の分野は核磁気共鳴作像方法及
び装置である。更に具体的に云えば、この発明は収集さ
れたスピン・エコー信号の大きさを安定化するRF再集
束パルス(refocusing pulse)を発生することによっ
て、速いスピン・エコーパルス順序(fast spin echo p
ulse sequence )に於ける像の人為効果(アーチファク
ト)を減少することに関する。
【0002】磁気モーメントを持つあらゆる原子核は、
それがその中に配置された磁界の方向と揃おうとする。
然し、その時、原子核は、磁界の強さ及び特定の原子核
種目の性質(原子核の磁気回転定数γ)に関係する特性
的な角周波数(ラーモア周波数)で、この方向の周りに
歳差運動をする。この現象を示す原子核をこの明細書で
は「スピン」と呼ぶ。
【0003】人間の組織の様な物質が一様な磁界(分極
磁界B0 )の作用を受ける時、組織内のスピンの個々の
磁気モーメントが、この分極磁界と揃おうとするが、そ
の特性的なラーモア周波数でこの磁界の周りに不規則な
順序で歳差運動をする。正味の磁気モーメントMz が分
極磁界の方向に発生されるが、それと垂直な又は横方向
の平面(x−y平面)内の不規則な向きを持つ磁気成分
は相殺する。然し、物質又は組織が、x−y平面内にあ
ってラーモア周波数に近い磁界(励振磁界B1)の作用
を受けると、正味の整合したモーメントMz をx−y平
面へと回転させ(又は傾け)てx−y平面内でラーモア
周波数で回転する正味の横方向磁気モーメントMt を発
生することが出来る。この現象の実用的な価値は、励振
信号B1が終了した後に励振されたスピンから放出され
る信号にある。この核磁気共鳴(NMR)現象を利用す
る広い範囲の種々の測定順序がある。
【0004】NMRを利用して像を作る時、被検体内の
特定の場所からのNMR信号を求める方法が用いられ
る。典型的には、作像しようとする領域(関心のある領
域)を、使われる特定の局在化方法によって変化する一
続きのNMR測定サイクルによって走査する。この結果
得られた1組の受信NMR信号をディジタル化し、周知
のいろいろある再生方法の内の1つを用いて、像を再生
する様に処理する。この走査を行なう為には、勿論、被
検体内の特定の場所からのNMR信号を解明することが
必要である。これは、分極磁界B0 と同じ方向を持つ
が、夫々x、y及びz軸に沿って勾配を持つ磁界
(Gx ,Gy ,Gz )を用いることによって行なわれ
る。各々のNMRサイクルの間のこう云う勾配の強さを
制御することにより、スピンの励振の空間的な分布を制
御することが出来、その結果得られるNMR信号の場所
を突止めることが出来る。
【0005】この発明は、スライスの選択として知られ
るNMR信号の空間的な分解方法に特に関係する。スラ
イスの選択は、スピンの励振の容積を薄板又は「スライ
ス」に制限する為、磁界勾配の存在のもとに、所謂「選
択性」RF励振パルスを発生することを含む。選択性R
F励振パルスの周波数成分と大きさが、励振されるスラ
イスの厚さ及び輪郭を決定する。選択性RF励振パルス
とその結果起こるスピンの励振との間の関係が、IEE
Eトランザクションズ・オン・メディカル・イメージン
グ誌、第10巻第1号(1991年3月号)所載のジョ
ン・ポーリ他の論文「シナール・ル・ルーの選択性励振
パルスの設計アルゴリズムのパラメータの関係」に記載
されている。
【0006】医療用の像を作る為に現在使われている大
抵のNMR走査は、必要なデータを収集するのに何分も
かゝる。この走査時間を短縮することが重要である。そ
れは、走査時間が短縮されると、患者の処理量が増加
し、患者が楽になり、動きによる人為効果を減らすこと
によって像の品質が改善されるからである。短い期間内
にNMR像データを収集する考えは、ピータ・マンスフ
ィールドによってエコー平面形パルス順序が提案された
(J.Phys.C.10:L55−L58、197
7)1977年以降知られている。標準的なパルス順序
と対照的に、エコー平面形パルス順序は、各々のRF励
振パルスに対して1組のNMR信号を発生する。こう云
うNMR信号を別々に位相符号化して、持続時間が20
乃至100ミリ秒の1回のパルス順序内で、例えば64
個のビュー(view)からなる走査全体を収集することが
出来る。エコー平面形作像(EPI)の利点はよく知ら
れており、この様な多数の順序が米国特許第4,67
8,996号、同第4,733,188号、同第4,7
16,369号、同第4,355,282号、同第4,
588,948号及び同第4,752,735号に提案
され、説明されている。
【0007】エコー平面形作像方法の変形が、マグネテ
ィック・レゾナンス・イン・メディスン誌、3、823
−833(1986年)所載のJ.ヘニング他の論文
「RARE作像:臨床用MRの速い作像方法」に記載さ
れた緩和強化を伴う速い収集(RARE)順序である。
RARE順序とEPI順序の間の本質的な違いは、エコ
ー信号を発生する方法にある。RARE順序は、カー・
パーセル・メイブーム・ギル順序によって発生されるR
F再集束されたエコーを利用するが、EPI方法は勾配
呼戻しされたエコー(gradient recalled echo)を用い
る。
【0008】この両方の「速いスピン・エコー」作像方
法は、1個の励振パルスから多数のスピン・エコー信号
を収集し、収集される各々のエコー信号は別々に位相符
号化(phase encoding)されている。従って、各々のパ
ルス順序すなわち「ショット(shot)」により、複数個
のビューが収集され、完全な1組の像データを収集する
には、複数個のショットを用いるのが典型的である。例
えば、RAREパルス順序は1回のショット当たり、8
個又は16個の別々のエコー信号を収集することがあ
り、従って、256個のビューを必要とする1つの像で
は、夫々32回又は16回のショットが必要になる。
【0009】RARE順序は、特にそのスライス選択性
の方式は、各々のショットの間に収集される最初のNM
Rエコー信号に定常状態ではない挙動があることが難点
である。選択性RF再集束パルスが正確に180°では
ない時、特にそうである。この為、第10回SMRMプ
ロシーディングズ1991 WIPの第1242頁、並
びにRSNA 1991ブック・オブ・アブストラクツ
の第142頁所載のゲーリH.グローバ他の論文「RA
RE順序に於ける非平衡効果の減少」に提案されている
様に、データ収集を開始する前に、平衡状態に達するこ
とが出来る様にする為に、パルス順序の始めに余分のR
F再集束パルスを含める様になった。これによって、像
の人為効果を減らすことが出来るが、その為には合計走
査時間が長くなる。
【0010】
【発明の要約】この発明は、スピン・エコー信号を発生
したRF再集束パルスを整形することにより、収集され
たNMRスピン・エコー信号の大きさを安定化する様な
改良された速いスピン・エコー(FSE)パルス順序に
関する。更に具体的に云えば、速いスピン・エコー・パ
ルス順序で、NMRスピン・エコー信号の大きさが振動
しない様に、その変調包絡線を変えることによって、1
つ以上のRF再集束パルスを修正する。選択性RF再集
束パルスでは、これは、RF再集束パルスのスライス輪
郭を、何れも異なるフリップ角(flip)又は傾き角を持
つと共に何れも別々に補償しなければならない一連のサ
ブスライスとして取扱うことによって達成される。
【0011】この発明の全般的な目的は、NMRスピン
・エコー信号の大きさが安定化する様に、速いスピン・
エコー順序で、選択性RF再集束パルスを補償すること
である。NMRエコー信号の不安定度の大きさは、再集
束パルスのフリップ角の関数であることが判った。真の
180°のフリップ角の場合、不安定度がないが、フリ
ップ角が一層小さくなるにつれて、NMRエコー信号の
大きさの変動が増加する。所定のエコー信号の大きさに
対し、FSEパルス順序にあるRF再集束パルスの大き
さ及び位相は、その結果得られる全てのNMRスピン・
エコー信号を安定化することが出来る様に計算すること
が出来るということが、この発明で判った1つのことで
ある。更にこの発明で判ったもう1つのことは、選択性
RF再集束パルスが実際にスライスの厚さにわたってあ
る範囲のフリップ角を生ずるから、この様な選択性RF
再集束パルスによって発生されたNMRスピン・エコー
信号を正しく安定化する為には、スライスの輪郭は、異
なるフリップ角を持つ1組のサブスライスと見なすこと
が出来ると云うことである。従って、RF再集束パルス
は、各々のサブスライスが安定化し、従ってスライス全
体が安定化する様な励振の輪郭を達成する様に発生する
ことが出来る。
【0012】この発明の全般的な目的は、走査時間を長
くせずに、FSEパルス順序に於けるNMRスピン・エ
コー信号を安定化することである。FSEパルス順序に
余分のパルスを追加する必要はない。その代りに、所望
の程度の安定化を得るのに必要なだけの数の、この順序
内の最初の再集束パルスに対し、RF再集束パルスの包
絡線の形を変える。変えたパルスの形は走査の前に計算
して記憶しておくことが出来、走査を実施した時、変え
なかったRF再集束パルスと同様に、実時間で繰出すこ
とが出来る。
【0013】この発明の上記並びにその他の目的及び利
点は、以下の説明から明らかになろう。この説明は、図
面について行ない、図面にはこの発明の好ましい実施例
が例として示してある。然し、この実施例は必ずしもこ
の発明の範囲全体を表わすものではなく、この発明の範
囲を解釈するに当たっては、特許請求の範囲を参照され
たい。
【0014】
【発明の詳しい説明】最初に図1について説明すると、
この発明を用いた、ゼネラル・エレクトリック・カンパ
ニイから“SIGNA”の商品名で販売されている好ま
しいNMR装置の主な部品がブロック図で示されてい
る。この装置の全体的な動作は、100で示したホスト
・コンピュータ・システムによって制御されるが、これ
が本体コンピュータ101(例えばデータ・ゼネラルM
V7800)を含む。コンピュータにはインターフェー
ス102が付設されており、これを介して複数個のコン
ピュータ周辺装置及びNMR装置のその他の部品が結合
されている。コンピュータ周辺装置の内には磁気テープ
駆動装置104があり、これは患者データ及び像をテー
プに記録する為に本体コンピュータの指示のもとに利用
することが出来る。処理済の患者データは110で示し
た像ディスク記憶装置にも記憶することが出来る。像プ
ロセッサ108の作用は、拡大、像の比較、グレースケ
ールの調節及び実時間のデータ表示の様な対話形の像表
示の操作を行なうことである。コンピュータ・システム
は、112に示したディスク・データ記憶装置を利用し
て生データ(即ち、像に構成する前の)を記憶する手段
を備えている。オペレータ・コンソール116もインタ
ーフェース102を介してコンピュータに結合され、患
者の検査に関するデータ、並びに較正、走査の開始及び
終了の様なNMR装置を正しく動作させるのに必要なそ
の他のデータを入力する手段をオペレータに提供する。
オペレータ・コンソールは、ディスク又は磁気テープに
記憶された像を表示する為にも使われる。
【0015】コンピュータ・システム100がシステム
制御装置118及び勾配増幅器装置128によってNM
R装置に対して制御作用を及ぼす。コンピュータ100
が、当業者に周知の形で、リンク103を介してシステ
ム制御装置118と連絡する。システム制御装置118
は、パルス制御モジュール(PCM)120、配列プロ
セッサ106、無線周波トランシーバ122、状態及び
制御モジュール(SCM)124、及び部品を付勢する
のに必要な、全体を126で示した電源の様な幾つかの
装置を含む。PCM 120が本体コンピュータ101
から供給された制御信号を利用して、勾配コイルの励振
を制御するディジタル波形、並びにRF励振パルスを変
調する為にトランシーバ122で利用されるRF包絡線
波形の様なディジタル・タイミング及び制御信号を発生
する。勾配波形が、夫々Gx 、G y 及びGz 増幅器13
0,132,134で全体的に構成された勾配増幅器装
置128に印加される。各々の増幅器130,132,
134を利用して、全体を136で示した集成体の中に
ある対応する勾配コイルを励振する。付勢された時、勾
配コイルが主となる分極磁界と同じ方向に、磁界勾配G
x ,Gy ,Gz を発生する。これらの勾配は、デカルト
座標系の互いに直交するX−、Y−及びZ−軸の方向を
向いている。即ち、主磁石(図面に示してない)によっ
て発生された磁界がZ方向であって、それをB0 と呼ぶ
ことにし、Z方向の合計磁界をBz と呼ぶことにする
と、Gx =dBz /dx、Gy =dBz /dy 、Gz
dBz /dzであり、任意の点(x,y,z)に於ける
磁界はB(x,y,z)=B0 +Gx X+Gy Y+Gz
Zで表わされる。
【0016】勾配磁界がトランシーバ122、RF増幅
器123及びRFコイル138によって発生された無線
周波パルスと組合せて利用され、検査している患者の領
域から出て来るNMR信号に空間情報を符号化する。パ
ルス制御モジュール120によって発生される波形及び
制御信号をトランシーバ装置122で、RF搬送波の変
調及びモード制御の為に利用する。送信モードでは、送
信器が制御信号に従って変調された無線周波波形をRF
電力増幅器123に対して供給し、この増幅器が主磁石
集成体146の中にあるRFコイル138を付勢する。
患者内の励振された原子核によって放射されたNMR信
号が、送信に使われたのと同じ又は異なるRFコイルに
よって感知され、前置増幅器139によって増幅され
る。NMR信号が、トランシーバ122の受信器部分で
増幅され、復調され、フィルタにかけられてディジタル
化される。処理済みのNMR信号が、専用の一方向リン
ク105を介して、処理の為に配列プロセッサ106に
送られる。
【0017】PCM 120及びSCM 124は独立
の装置であって、その何れも直列通信リンク103を介
して、本体コンピュータ101、患者位置ぎめ装置15
2の様な周辺装置及びお互いに連絡する。PCM 12
0及びSCM 124は何れも本体コンピュータ101
からの指令を処理する為の16ビット・マイクロプロセ
ッサ(例えばインテル社の80286)で構成される。
SCM 124は、患者揺台の位置及び可動の患者整合
灯ファン・ビーム(図に示してない)の位置に関する情
報を収集する手段を含む。この情報を本体コンピュータ
101で用いて、像の表示及び再生のパラメータを修正
する。SCM 124は、患者輸送及び整合装置の作動
の様な機能をも開始する。
【0018】勾配コイル集成体136及びRF送受信コ
イル138が、分極磁界を発生するのに用いられる磁石
の中孔の内部に取付けられている。磁石は、患者整合装
置148を含む主磁石集成体の一部分を形成する。シム
電源140を利用して、主磁石に関連するシム・コイル
を付勢するが、これは分極磁界内の非均質性を補正する
為に使われる。超導電磁石の場合、主電源142は、磁
石によって発生される分極磁界を正しい動作時の強さに
持って来るのに利用されるが、その後は切離される。患
者整合装置148が患者揺台及び輸送装置150及び患
者位置ぎめ装置152と組合さって動作する。外部の源
からの干渉を最小限に抑える為、NMR装置のこう云う
部品は、全体を144で示したRF遮蔽室の中に封入さ
れている。
【0019】次に図1及び2について具体的に説明する
と、トランシーバ122が、電力増幅器123を介して
コイル138AにRF励振磁界B1 を発生する部品と、
コイル138Bに誘起されたその結果のNMR信号を受
取る部品とを含む。RF励振磁界の基本周波数又は搬送
波周波数が、周波数合成器200の制御のもとに発生さ
れる。この合成器は、本体コンピュータ101から通信
リンク103を介して1組のディジタル信号(CF)を
受取る。こう云うディジタル信号が、出力201に発生
されるRF搬送波信号の周波数及び位相を指示する。指
令されたRF搬送波が変調器202に印加され、そこ
で、PCM 120からリンク103を介して受取った
信号R(t)に応答して変調される。信号R(t)は、
発生しようとするRF励振パルスの包絡線、従って帯域
幅を定める。これは、所望の包絡線を表わすRF励振パ
ルスが発生される時、一連の記憶されているディジタル
値を逐次的に読出すことにより、PCM 120内で発
生される。この様に記憶されているディジタル値は、R
Fパルスの任意の所望の包絡線を発生することが出来る
様に、コンピュータ100によって変更することが出来
る。線205から出力されるRF励振パルスの大きさ
は、通信リンク103を介して本体コンピュータ101
からディジタル信号TAを受取る送信減衰器回路206
によって減衰させられる。減衰させられたRF励振パル
スが電力増幅器123に印加され、これがRF送信器コ
イル138Aを駆動する。トランシーバ122のこの部
分について更に詳しいことは、米国特許第4,952,
877号を参照されたい。
【0020】更に図1及び2の説明を続けると、被検体
によって発生されたNMR信号を受信コイル138Bで
拾い、受信器207の入力に印加する。受信器207が
NMR信号を増幅し、それが、リンク103を介して本
体コンピュータ101から受取ったディジタル減衰信号
(RA)によって決められた分だけ、減衰させられる。
受信器207のターンオン及びターンオフも、PCM
120から線211を介して送られる信号によって行な
われ、NMR信号が、行なっている特定の収集に必要な
期間の間だけ収集される様にする。
【0021】受信したNMR信号はラーモア周波数又は
大体その周波数であり、好ましい実施例では、これが約
63.86 MHz である。この高い周波数の信号が、復
調器208で2段階の過程によって復調される。復調器
は、最初にNMR信号を線201の搬送波信号と混合
し、次にその結果得られた差信号を線204の2.5MH
z の基準信号と混合する。この結果線212に得られる
復調されたNMR信号は125 kHz の帯域幅を持ち、
187.5 kHz の周波数を中心とする。復調されたN
MR信号がアナログ・ディジタル(A/D)変換器20
9の入力に印加され、この変換器が250 kHz の速度
で、アナログ信号を標本化してディジタル化する。A/
D変換器209の出力がディジタル直角位相検波器21
0に印加され、これが受信したディジタル信号に対応す
る16ビットの同相(I)値及び16ビットの直角位相
(Q)値を発生する。こうして受信したNMR信号から
得られたディジタル化されたI及びQ値のストリーム
が、母線105を介して配列プロセッサに出力され、そ
こで像を再生する為に用いられる。
【0022】受信したNMR信号に含まれている位相情
報を保存する為、送信器部分にある変調器202及び受
信器部分にある復調器208の両方は共通の信号で動作
させる。具体的に云うと、周波数合成器200の出力2
01の搬送波信号と基準周波数発生器203の出力20
4の2.5 MHz の基準信号が、変調過程でも復調過程
でも用いられる。こうして位相の一貫性が保たれ、受信
して復調されたNMR信号の位相変化が、励振されたス
ピンによって生じた位相変化を正確に表わす様にする。
2.5 MHz の基準信号並びに5、10及び60 MHz
の基準信号が、共通の10 MHz のクロック信号から基
準周波数発生器203によって発生され、後に述べた3
つの基準信号が、出力201に搬送波信号を発生する為
に周波数合成器200で用いられる。受信器について更
に詳しいことは、米国特許第4,992,736号を参
照されたい。
【0023】図3について具体的に説明すると、2DF
T RARE順序と呼ばれる普通の速いスピン・エコー
NMRパルス順序が示されている。判り易くする為、図
3には4つのエコー信号301−304しか示してない
が、更に多くのエコー信号を発生して収集することが出
来ることを承知されたい。これらのNMRエコー信号
が、Gz スライス選択勾配パルス306の存在のもと
に、90°RF励振パルス305が発生されて患者内の
スライスの横方向磁化を生ずることによって発生され
る。この横方向磁化が各々の選択性RF再集束パルス3
07によって再集束されて、NMRスピン・エコー信号
301−304を生じ、それらのエコー信号がGx 読出
し勾配パルス308の存在のもとに収集される。各々の
NMRスピン・エコー信号301−304が、夫々のG
y 位相符号化パルス309−313によって別々に位相
符号化されている。各々の位相符号化パルスの大きさが
異なり、それが256個の値を歩進して、完全な走査の
間に、256個の別々のビューを収集する。これによっ
て、y方向に256個の別々の画素を持つ像を再生する
ことが出来る様になる。各々のNMRスピン・エコー信
号が、各々の信号の256個のサンプルをディジタル化
することによって収集される。その結果、1つの像に対
する走査が完了した時、図3に示したパルス順序の16
回のショット(256/16=16)が実施され、25
6×256画素の複素数の配列が収集される。この像デ
ータ配列に対して2Dフーリエ変換を実施し、次にこう
して得られた各々の複素数の画素の絶対値を計算するこ
とにより、像が再生される。こうして、256×256
画素の像が発生され、各々の画素の輝度は、変換された
配列内の対応する要素の大きさによって決定される。
【0024】更に図3について説明すると、NMRスピ
ン・エコー信号301−304のT 2 減衰が破線315
で示されている。減衰速度は組織の種類が違うと異な
り、FSE NMR作像の普通の方式は、有効なエコー
時間を慎重に選ぶことにより、他の組織に較べてある組
織のコントラストを強めることである。この有効なエコ
ー時間が、主に像のコントラストを左右する中心の又は
低次のビューの実際のエコー時間(TE)によって決定
される。例えば、人間の膝の関節の像にある筋肉の組織
を強める為には、筋肉組織のT2 減衰速度が高く、可能
な最も短い有効なエコー時間(TE)が望まれるので、
各々のショットで最初のスピン・エコー信号を低次の位
相符号化値に符号化することが出来る。他方、膝の関節
内の流体を強めた像を作るには、エコー時間TEがずっ
と長い後のエコー信号から、低次の位相符号化のビュー
を収集することが出来る。関節の流体のT2 減衰速度は
筋肉組織の減衰速度よりもずっと小さく、その結果、こ
う云う流体は比例的により多くの信号を寄与し、そのコ
ントラストが筋肉組織に較べて強化される。
【0025】普通のFSEパルス順序では、NMRエコ
ー信号301−304は、破線315に沿って滑かに減
衰しない。その代りに、NMR信号301−305の大
きさは、特に早いNMRエコー信号の間、この最適のT
2 減衰曲線の下方にかなり振動することがある。これが
図4に例示されている。この図でT2 は非常に大きいと
仮定しており、縦軸はNMRエコー信号の強さ、横軸は
ショット内のNMRエコー信号の番号である。各々の線
が、記入した一定のフリップ角を持つRF再集束パルス
によって発生されたNMRエコー信号の大きさを表わ
す。この図はθ=10°からθ=170°までのフリッ
プ角を示しており、この図から、完全な180°RF再
集束パルスが発生された時には、信号レベルの変動の問
題が生じないことは明らかであろう。この代りに、フリ
ップ角が180°より下がると、早いNMRエコー信号
の大きさの振動は、180°よりも少し小さいフリップ
角でも、かなりになる。フリップ角が更に減少すると、
平衡状態に達するまでに、より多くのNMRエコー信号
が影響を受けるが、振動はそれ程目立たなくなる。
【0026】RF再集束パルスがスライス選択性である
為に、問題が生ずる。図5に示す様に、この様なスライ
ス選択性RFパルスのスライスの輪郭319が、選ばれ
たスライスの中心領域320に180°のフリップ角を
持たせることがあるが、その縁の近くにあるスピンに与
えられるフリップ角は次第に減少する。従って、中心領
域320にあるスピンが比較的一定の大きさを持つNM
Rエコー信号成分を生ずるが、残りのスピンが発生する
NMRエコー信号成分は、そのフリップ角並びに図4の
対応する曲線の関数として、相異なるパターンで振動す
る。この発明の目的は、励振されたスライス内にある全
てのスピンに対し、NMRエコー信号中のこの様な振動
を除く様な選択性RF再集束パルスを発生することであ
る。
【0027】最初に、非選択性RF再集束パルスを使
い、全てのスピンが同じRF励振及び再集束用フリップ
角の作用を受ける様な場合を考える。各々の再集束パル
スのフリップ角θi が判っていれば、各々の信号に対す
る出力信号の大きさは、ジャーナル・オブ・マグネティ
ック・レゾナンス誌、78、397−407(1988
年)所載のJ.ヘニングの論文「再集束用の小さいフリ
ップ角を持つ多重エコー作像順序」に記載されたブロッ
ホ方程式を用いて計算することが出来る。この問題に対
する解決策はその逆である。と云うのも、各々の定常状
態のNMRエコー信号Si がRF再集束パルスの必要な
フリップ角θi を決定するからである。その結果、安定
化したエコー信号出力Sを生ずる様な章動角すなわちフ
リップ角θ i の一意的な順序になる。
【0028】更に具体的に云うと、ブロッホ方程式は、
再集束パルスの章動角θi が判っている時、エコー信号
の大きさSi の帰納的な計算が出来る様にする。
【0029】
【数1】
【0030】Qi 、Pi はZ及びZ-1の多項式で実数係
数を持つ。
【0031】
【数2】
【0032】エコー信号Si は次の式
【0033】
【数3】 Si =jq0 i (3) によって、多項式Qi の零次係数から見出される。エコ
ー信号の一定の大きさSを維持する様な章動角θi の順
序を見つけると云う逆の問題は次の一意的な解を持つ。
【0034】
【数4】
【0035】この式は、式(1)に示す帰納式と組合せ
ると、一定の又は安定化した一連のエコー信号Sを維持
する様な章動角θi の順序を生ずる。付表Aは式(1)
及び(4)を用いてti の値を生ずるC言語プログラム
のリストである。この時、所望の章動角θi は次の様に
計算される。
【0036】
【数5】
【0037】式(1)及び(4)を帰納的に解く代り
に、所望のエコー信号の振幅Sに対する下記の式に従っ
て、最初の幾つかのエコー信号に対するti の値を直接
的に計算することが出来る。
【0038】
【数6】
【0039】ti に対するこの解析方程式は見つけるの
が次第に困難になるが、所望の入力信号si に対する値
は、所望の出力信号(S)の関数として表に作成して、
図6に示す様な1組の滑かな曲線を作ることが出来る。
図6について具体的に説明すると、横軸は所望の出力信
号の大きさ(S)であり、縦軸はRF再集束パルスの振
幅(s)である。一列の安定化信号を設計するには、所
望の出力信号(S)を拾い出し、その点から横軸上で垂
直線を引く。その垂直線が一番左の曲線325と交わる
所で、縦軸に対して水平に線を引くと、それが最初のR
F再集束パルスの必要な振幅(s)を示す。同様に、垂
直線が一番左から2番目の曲線326と交わる所では、
縦軸が安定化したNMRエコー信号を発生する為の2番
目のRF再集束パルスに必要な振幅を示す。列の中の後
続のエコー信号に対して、この過程を繰返す。各々のエ
コーに対する曲線が、一層大きい振幅(即ち、章動角)
及び一層大きいエコー番号の関数として、同じ曲線32
7上に全て収斂することは図6のグラフから明らかであ
る。安定化させるべきエコー信号の数は特定の状況に依
存するが、大きい章動角しか関係しない場合のエコー信
号1つから、小さい章動角を用いる場合の10個もの多
くのエコー信号までの範囲にわたることがある。
【0040】こう云う安定化用のグラフは、例えば、普
通の180°の再集束パルスの代りに小さい章動角(例
えば130°)を使う場合のRF再集束パルスを設計す
る為に用いることが出来る。この様なRF再集束パルス
は、例えば、全体的な走査時間を短縮する為に再集束パ
ルスの持続時間を短くし、従ってその振幅を増加しなけ
ればならず、患者のSAR限界を越えることがある様な
場合に使うことが出来る。この発明は、エコー信号の大
きさの変動に著しい犠牲を払わずに、この様な小さい章
動の再集束パルスを使うことが出来る様にする。
【0041】然し、上に述べた様に、この発明は、FS
E順序に選択性180°RF再集束パルスを用いる場合
にも用いることが出来る。図5について再び説明する
と、普通のスライス選択輪郭319では、サブスライス
320として示した領域にわたるスピンの薄板が所望の
180°の章動角で励振される。然し、この中心のサブ
スライス320の両側に縁を接する遷移領域330で
は、そうではない。こう云う遷移領域330は、別々の
フリップ角を持つ1組の別々のサブスライスと見なすこ
とが出来る。安定化しない限り、こういう遷移領域33
0にあるスピンが生ずるNMR信号成分は、各々のFS
Eショットの早期の間、振幅がかなり大幅に変化する。
こう云う遷移スピンが全体的なNMRエコー信号に持つ
寄与は、スライスの厚さ及びスライスの輪郭の関数とし
て変化するが、それはかなりの大きさであり、その結果
生ずるエコー信号の大きさが振動する。
【0042】選ばれたスライスを1組のサブスライスと
見なすべきであって、各々のサブスライスによって発生
されたエコー信号を上に述べた様にして安定化すべきで
あると云うのが、この発明の考えである。図5のスライ
ス輪郭内にある各々のサブスライスに対し、図6のグラ
フを用いて、安定化されたNMRエコー信号を発生する
のに必要なRF信号の強さ(s)を決定する。云い換え
れば、このショット内の各々のエコー信号に対し、図5
のスライス輪郭319上の点(S)を図6の適切な曲線
を通じて写像(mapping )し、図5の破線331で示す
様な、安定化スライス輪郭上の対応する点(s)を発生
する。例えば、最初のエコー信号に対しては、RF再集
束パルスの輪郭の点332を破線333で示す様に、図
6の曲線325を通じて写像する。その結果得られる入
力信号(s)が安定化スライス輪郭331上の点334
によって示されている。スライス輪郭319上の各々の
点に対してこの過程を繰返し、安定化スライス輪郭33
1を作る。その後、図6の対応する曲線を通じての写像
により、このショット内の2番目及び後続のエコー信号
に対し、この過程を繰返すことが出来る。
【0043】各々のRF再集束パルスに対する安定化ス
ライス輪郭、並びにIEEEトランザクションズ・オン
・メディカル・イメージング誌、第10巻第1号(19
91年3月号)所載のジョン・ポーリ他の論文「シナー
ル・ル・ルー選択性励振パルスの設計アルゴリズムに対
するパラメータの関係」に記載されたSLRアルゴリズ
ムを用いて、各々の安定化NMRエコー信号を発生する
のに必要なRF焦点パルスの波形を計算することが出来
る。こうして得られた波形がPCM 120(図1)に
記憶され、トランシーバ122からRF再集束パルス3
07を発生する際、RF波形を制御する前に述べた信号
R(t)として繰出される。
【0044】
【表1】
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明を用いたNMR装置のブロック図。
【図2】図1のNMR装置の一部分を形成するトランシ
ーバの電気的なブロック図。
【図3】速いスピン・エコー・パルス順序を示すグラ
フ。
【図4】エコー番号及びフリップ角の関数としてのNM
Rエコー信号の大きさの変動を示すグラフ。
【図5】典型的なスライス選択パルス順序に於ける励振
輪郭を示すグラフ。
【図6】この発明に従った安定化NMRエコー信号を作
る為に、図3のFSEパルス順序にある各々のRF再集
束パルスに必要なRF再集束パルスの大きさを示すグラ
フ。
【符号の説明】
101 本体コンピュータ 120 パルス制御モジュール 122 トランシーバ 128 勾配増幅器装置 136 勾配コイル集成体 138 RF送受信コイル 139 前置増幅器 146 主磁石集成体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−178635(JP,A) 特開 平4−364828(JP,A) 特開 平5−237066(JP,A) 特開 平3−103236(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) A61B 5/055

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 分極磁界を発生する手段と、 該分極磁界の作用を受けるスピンに横方向磁化を生じさ
    せるRF励振磁界を発生する励振手段と、 前記横方向磁化によって発生されたNMR信号を感知し
    て、該NMR信号のディジタル化サンプルを発生する受
    信手段と、 前記NMR信号を位相符号化する為の第1の磁界勾配を
    発生する第1の勾配手段と、 前記NMR信号を周波数符号化する為の第2の磁界勾配
    を発生する第2の勾配手段と、 前記励振手段、前記第1の勾配手段、前記第2の勾配手
    段及び前記受信手段に結合されていて、速いスピン・エ
    コー・パルス順序を実施することにより、前記励振手段
    によって発生された一連のRF再集束パルスに応答し
    て、対応する一連のNMRエコー信号を発生させると共
    に、前記一連のRF再集束パルスの中の最初の1つ以上
    のRF再集束パルスによって生ずるフリップ角を変える
    ことによって前記NMRエコー信号を安定化するパルス
    制御手段とを有するNMR装置。
  2. 【請求項2】 分極磁界を発生する手段と、 該分極磁界の作用を受けるスピンに横方向磁化を生じさ
    せるRF励振磁界を発生する励振手段と、 前記横方向磁化によって発生されたNMR信号を感知し
    て、該NMR信号のディジタル化サンプルを発生する受
    信手段と、 前記NMR信号を位相符号化する為の第1の磁界勾配を
    発生する第1の勾配手段と、 前記NMR信号を周波数符号化する為の第2の磁界勾配
    を発生する第2の勾配手段と、 前記励振手段によって横方向に磁化されたスピンのスラ
    イスを選択する為の第3の磁界勾配を発生する第3の勾
    配手段と、 前記励振手段、前記第1の勾配手段、前記第2の勾配手
    段、前記第3の勾配手段及び前記受信手段に結合されて
    いて、速いスピン・エコー・パルス順序を実施すること
    により、前記第3の勾配手段によって発生されたスライ
    ス選択パルスと同時に、前記励振手段によって発生され
    た対応する一連の選択性RF再集束パルスに応答して、
    対応する一連のNMRエコー信号を発生すると共に、1
    つ以上のサブスライス成分に対する前記選択性RF再集
    束パルスによって生ずるフリップ角を変えることによっ
    て、前記NMRエコー信号が安定化するパルス制御手段
    とを有するNMR装置。
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