JP3557273B2 - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、磁気共鳴イメージング装置に係り、とくに「Reverse MTC (Magnetization Transfer Contrast)効果」を利用した医療用に好適な磁気共鳴イメージング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、磁気共鳴イメージングの一手法としてＭＴＣ（Magnetization Transfer Contrast)効果を利用して生体のＭＴＣ効果の有無による異なるコントラスト像を得るものが知られている。このイメージング法の具体的な一例は米国特許公報第５、０５０、６０９号（"Magnetization Transfer Contrast and Proton Re-laxation and Use Thereof In Magnetic Resonance Imaging", by Robert S.Balaban et al.)により開示されている。
【０００３】
ＭＴＣ効果は"Forsen ＆Hoffman"によるＳＴ（Saturation Transfer)法に端を発しており（Forsen et al., Journal of Chemical Physics, vol.39(11), pp.2892-2901(1963)」参照）、複数種の原子核プールとしての例えば自由水と高分子間のプロトン同士の化学的交換（chemical exchange)及び／又は交差緩和（cross relaxation)に基づいている。
【０００４】
自由水と高分子のプロトンのＭＲ（Magnetic Resonance）関係は、Ｔ２緩和（横緩和）時間の長い自由水（Ｔ２＝約１００msec）とＴ２緩和時間の短い高分子（Ｔ２＝約０．１〜０．２msec）が同じ周波数に共鳴している。図９（ａ）の左側コラムに自由水と高分子の周波数スペクトラム上の関係を、同図（ａ）の右側コラムに磁化の交換・緩和関係を各々示す（同図（ｂ）（ｃ）についても同様）。自由水の信号値の場合、そのＴ２緩和時間が長いことに因って、フーリエ変換後の信号値は図示のように半値幅の狭い鋭いピークを示す。これに対し、プロテイン等の高分子間で動きの制限された（restricted）プロトンの信号値の場合、Ｔ２緩和時間が短いため、フーリエ変換後の信号値は半値幅が広く、スペクトラム上でピークとしては現れない。
【０００５】
従来のＭＴＣ効果を利用したイメージング法では、自由水のピ−クを中心周波数と考えたとき、同図（ｂ）に示すように周波数選択的プリパルス（ＭＴＣパルス）で自由水の共鳴周波数から例えば５００Ｈｚずれた周波数を励起する（off-resonance 励起）。これにより、自由水の磁化Ｈｆが高分子の磁化Ｈｒに移動し、同図（ｃ）に示すように高分子のプロトンからのＭＲ信号値は低下するが、自由水のプロトンからのＭＲ信号値はそれ以上の割合で低下する。したがって、自由水と高分子間の化学的交換及び／又は交差緩和が反映される部位とそうでない部位とで信号値に差が生じるので、異なるコントラスト像が得られ、生体などの病巣部と正常組織との識別などに使用できる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＭＴＣ効果は、off-resonance 励起によって自由水プロトンの磁化Ｈｆを高分子プロトンの磁化Ｈｒに移動させ、自由水のＭＲ信号値を下げる、いわば"negative"な磁化移動に基礎を置いていた。この結果、Ｓ／Ｎ比が低く、また画像コントラストの分解能の低さを受容せざるを得なかった。
【０００７】
さらに、ＭＴＣパルスを画像収集シーケンス前に印加したり、加算平均法で画像を作成したりすることも必要になるので、どうしても全体の撮像時間が長くなる傾向にあった。
【０００８】
本発明は上述した状況に鑑みてなされたもので、とくに、自由水などの原子核プールのＭＲ信号値を上げることができる、"positive"なＭＴＣ効果を利用した高Ｓ／Ｎ比のＭＲ信号収集方法、磁気共鳴イメージング方法及び磁気共鳴イメージング装置を提供することを、その目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の磁気共鳴イメージング装置は、その一態様として、化学的変換現象及び交差緩和現象の内の少なくとも一方に基づく結合関係にある被検体の所望のスライス面内の少なくとも２種類の原子核プールの内、観測対象として指定された一種類の原子核プールの磁気共鳴現象によるＭＲ信号を収集する磁気共鳴イメージング装置であって、前記指定原子核プールを、この指定原子核プールの周波数スペクトラム上の帯域幅に実質的に合致した周波数帯域幅を有する高周波パルスで周波数選択的に励起する励起手段と、この励起後に、前記化学的変換現象及び交差緩和現象の内の少なくとも一方の現象を反映させた前記指定原子核プールのＭＲ信号を収集する収集手段と、を有することを特徴とする。
【００１０】
好適には、前記指定原子核プールは、横緩和（Ｔ２）時間がその他の前記原子核プールに比べて長い原子核の集まりである。例えば、前記指定原子核プールは前記被検体内の自由水のプロトンの集まりである。また例えば、前記高周波パルスは原子核スピンのフリップ角を９０゜以上に倒す高周波パルスである。
【００１１】
さらに好適には、前記高周波パルスは９０゜パルスである。例えば前記９０゜パルスは、グラディエントフィールドエコー（ＦＥ）法、高速グラディエントフィールドエコー（Ｆａｓｔ ＦＥ）法、スピンエコー（ＳＥ）法、高速スピンエコー（Ｆａｓｔ ＳＥ）法、及びこれらのエコー法を応用したエコープラナーイメージング（ＥＰＩ）法の内のいずれかに基づくパスシーケンスに組み込まれた励起パルスである。また、例えば前記励起手段及び前記収集手段は、グラディエントフィールドエコー（ＦＥ）法、高速グラディエントフィールドエコー（Ｆａｓｔ ＦＥ）法、スピンエコー（ＳＥ）法、高速スピンエコー（Ｆａｓｔ ＳＥ）法、及びこれらのエコー法を応用したエコープラナーイメージング（ＥＰＩ）法の内のいずれかに基づくパルスシーケンスを実行して前記励起及び収集を行うように構成される。
【００１２】
さらに好適には、前記高周波パルスは１８０゜パルスである。例えば、前記１８０゜パルスは、反転回復（ＩＲ）法及び高速反転回復（Ｆａｓｔ ＩＲ：ＦＬＡＩＲ）法の内のいずれかに基づくパルスシーケンスに組み込まれた反転パルスである。例えば、前記励起手段及び前記収集手段は、反転回復（ＩＲ）法及び高速反転回復（ＦａｓｔＩＲ：ＦＬＡＩＲ）法の内のいずれかに基づくパルスシーケンスを実行して前記励起及び収集を行うように構成される。
【００１３】
さらに例えば、前記高周波パルスの帯域幅は８００Ｈｚ以下であることが望ましい。
【００１４】
さらに例えば、前記励起手段及び前記収集手段は、ＮＭＲスペクトロスコピーにおける飽和移転（ＳＴ）法に基づくパルスシ−ケンスを実行して前記励起及び収集を行うように構成される。
【００１５】
また、本発明の別の態様に係る磁気共鳴イメージング装置は、化学的変換現象及び交差緩和現象の内の少なくとも一方に基づく結合関係にある被検体の所望のスライス面内の少なくとも２種類の原子核プールの内の観測対象として指定された一種類の原子核プールを、この指定原子核プールの周波数スペクトラム上の帯域幅に実質的に合致した周波数帯域幅を有する第１の高周波パルスで周波数選択的に励起する手段と、この第１の高周波パルスによる周波数選択的な励起の後に、前記少なくとも２種類の原子核プールの内の一方の現象を反映させた前記指定原子核プールのＭＲ信号を収集する手段と、前記少なくとも２種類の原子核プールを、前記指定原子核プールの周波数スペクトラム上の帯域幅よりも広い周波数帯域幅を有する第２の高周波パルスで周波数選択的に励起する手段と、この第２の高周波パルスによる周波数選択的な励起の後に、前記少なくとも２種類の原子核プールの内の一方の現象を反映させた前記指定原子核プールのＭＲ信号を収集する手段と、前記第１の高周波パルス及び前記第２の高周波パルスのそれぞれに基づく周波数選択的な励起に応じて収集されたＭＲ信号に基づいて当該励起毎のコントラスト像を形成する手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
【作用】
本発明の磁気共鳴イメージング装置によれば、被検体の所望のスライス面内の、観測対象として指定された原子核プール（例えば自由水のプロトン）は、狭帯域、すなわち指定原子核プールの周波数帯域とほぼ同じ帯域幅に設定された高周波パルスを使って周波数選択的に励起される。この励起に際し、この原子核プールと化学的結合関係（化学的交換及び／又は交差緩和）にある他の原子核プール（例えば高分子のプロトン）の磁化スピンは殆ど（極力）飽和されないが、指定原子核プールの磁化スピンは充分に飽和される。このため、この狭帯域選択励起パルス（帯域幅は例えば８００Ｈｚ）による励起後、上記他の原子核プールの磁化が化学的交換及び／又は交差緩和に拠って指定原子核プールの磁化に移動し、例えば、横緩和（Ｔ２）時間の長い自由水などの原子核プールのＭＲ信号値が上がる。したがって、指定された原子核プールのＭＲ信号のＳ／Ｎ比が上がる。
【００１７】
このように本発明のＭＴＣ効果は、自由水のプロトンなど、指定原子核プールのＭＲ信号値を上げるように作用するので、従来のＭＲ信号値を下げる、"negative"なＭＴＣ効果に対して、"positive"なＭＴＣ効果と位置付けることができ、この"positive"なＭＴＣ効果を本発明者は"Reverse MTC効果"と呼ぶことにする。
【００１８】
この"Reverse MTC効果"を使って磁気共鳴イメージングやＳＴ法によるスペクトロスコピーを行うと、上記ＭＲ信号値の増大によって、コントラスト像の分解能を上げることができ、またスペクトロスコピーの分析能を向上させることができる。
【００１９】
【実施例】
以下、この発明の第１実施例を、図１〜図７を参照して説明する。
【００２０】
この実施例にかかる磁気共鳴イメージング装置の概略構成を図１に示す。この磁気共鳴イメージング装置は、静磁場発生用の磁石部と、静磁場に位置情報を付加するための傾斜磁場部と、ＭＲ信号受信用の送受信部と、システムコントロール及び画像再構成を担う制御・演算部とを備えている。
【００２１】
磁石部は、例えば超電導方式の磁石１と、この磁石１に電流を供給する静磁場電源２とを備え、被検体Ｐが遊挿される円筒状の開口部のＺ軸方向に静磁場Ｈ０を発生させる。なお、この磁石部には、一次のシミング用のシムコイル１４が設けられ、このシムコイル１４に供給する電流を調整することで、シミングを行えるようになっている。
【００２２】
傾斜磁場部は、磁石１に組み込まれたＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の３組の傾斜磁場コイル３ｘ〜３ｚと、この傾斜磁場コイル３ｘ〜３ｚに電流を供給する傾斜磁場電源４と、この電源４を制御するためのシーケンサ５内の傾斜磁場シーケンサ５ａとを備える。この傾斜磁場シーケンサ５ａはコンピュータを備え、装置全体のコントローラ６（コンピュータを搭載）からＦＥ法、ＳＥ法、高速ＦＥ法、高速ＳＥ法などに係る収集パルスシーケンスを指令する信号を受ける。これにより、傾斜磁場シ−ケンサ５ａは、指令されたパルスシーケンスにしたがってＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の各傾斜磁場の印加及びその強度を制御し、それらの傾斜磁場が静磁場Ｈ0に重畳可能になっている。この実施例では、互いに直交する３軸の内のＺ軸方向の傾斜磁場をスライス用傾斜磁場ＧＳとし、Ｘ軸方向のそれを読出し用傾斜磁場ＧＲとし、さらにＹ軸方向のそれを位相エンコ−ド用傾斜磁場ＧＥとする。
【００２３】
送受信部は、磁石１内の撮影空間にて被検体Ｐの近傍に配設される高周波コイル７と、このコイル７に接続された送信機８Ｔ及び受信機８Ｒと、この送信機８Ｔ及び受信機８Ｒの動作を制御するためのシ−ケンサ５内のＲＦシーケンサ５ｂ（コンピュータを搭載）とを備える。この送信機８Ｔ及び受信機８Ｒは、ＲＦシーケンサ５ｂの制御のもとで、核磁気共鳴（ＮＭＲ）を励起させるためのプリパルスやラーモア周波数のＲＦ電流パルスを高周波コイル７に供給する一方、高周波コイル７が受信したＭＲ信号（高周波信号）を受信し、各種の信号処理を施して、この信号に対応するデジタル信号を形成するようになっている。
【００２４】
さらに、制御・演算部は、上述したコントローラ６のほか、受信機８Ｒで形成されたＭＲ信号のデジタルデータを入力し、画像データを演算する演算ユニット１０と、演算した画像データを保管する記憶ユニット１１と、画像を表示する表示器１２と、入力器１３とを備えている。演算ユニット１０は、具体的には、メモリ空間である２次元フーリエ空間への実測データの配置、画像再構成のためのフーリエ変換などの処理を行う。コントローラ６は傾斜磁場シーケンサ５ａ及びＲＦシーケンサ５ｂの同期をとりながら、両者の動作内容及び動作タイミングを制御する。
【００２５】
次に、この実施例の動作を説明する。
【００２６】
この磁気共鳴イメージング装置が起動すると、コントローラ６は所定メインプログラムを実行し、傾斜磁場シーケンサ５ａ及びＲＦシーケンサ５ｂに例えば図２に示す高速ＳＥ法のパルスシーケンスの開始を指令する。傾斜磁場シーケンサ５ａは、図２に示すシーケンスに基づいてスライス用傾斜磁場ＧＳ、読出し用傾斜磁場ＧＲ、及び位相エンコード用傾斜磁場ＧＥを制御する。これと並行して、ＲＦシーケンサ５ｂは、図２に示すシーケンスで、被検体Ｐに９０゜ＲＦパルス及び１８０゜ＲＦパルスを印加させる。
【００２７】
本実施例で印加する９０゜ＲＦパルスは図３に示すように、シンク（sinc)関数のサイドロブを長くとって、そのπ（パイ）数を増加させ、全体としてパルス長を長く設定してある。この９０゜ＲＦパルスのパルス長は、その励起範囲が、被検体の対象とする原子核プール（pool of nuclei)が有する周波数スペクトラム上の帯域幅に殆ど一致するように設定される。
【００２８】
いま、被検体内の、化学的交換及び／又は交差緩和の結合関係にある２種類の原子核の一方が自由水のプロトンであり、もう一方が高分子のプロトンであり、いま自由水のプロトンを観測対象の原子核プールとする。この場合、９０゜ＲＦパルスのπ（パイ）数は例えば好適には、（−４、＋１）πで、パルス長２２msecに設定される。この結果、９０゜ＲＦパルスの励起帯域幅は２２７Ｈｚとなり、図４に示すように自由水のスペクトル曲線の帯域幅とほぼ合致する「狭帯域」となる。また、例えばπ数＝±２π且つパルス長＝１５ｍsecの場合、励起帯域幅＝２６７Ｈｚの「狭帯域」となる。通常のシーケンスにおける従来の励起用のＲＦパルスのパルスは短く、±１π（２ｍsec）の場合、帯域幅＝１０００Ｈｚ、また±２πの場合、帯域幅＝２０００Ｈｚの「広帯域」に設定される。
【００２９】
本実施例の高速ＳＥ法に係るパルスシーケンスは上述の如く「狭帯域」に設定された９０゜ＲＦパルスを使用することを特徴とする。
【００３０】
そこで、図２に戻って、このシーケンスを説明する。最初に、スライス用傾斜磁場ＧＳが傾斜磁場電源４から傾斜磁場コイル３ｚ、３ｚを介して印加され、この傾斜磁場ＧＳが一定値まで立ち上がった時点で、送信機８Ｔ及び高周波コイル７を介して狭帯域９０゜ＲＦパルスが１回だけ印加される。これにより、被検体の所定スライス幅の領域が選択されるとともに、その面内の自由水のプロトンスピンが周波数選択的に励起され、ｙ´軸（回転座標）までフリップする。このとき、９０゜ＲＦパルスは自由水のみを周波数選択的に充分に励起するのみであり、その帯域幅は図４に示すように狭いことから、高分子のプロトンスピンを励起させるのは極めて狭い帯域に限られる。つまり、高分子のプロトンスピンは上述の狭帯域９０゜ＲＦパルスによっては殆ど励起（飽和）されない。
【００３１】
従って、自由水のプロトンスピンによる磁化Ｈｆと高分子のプロトンスピンによる磁化Ｈｒとは励起前には図５（ａ）に示す如く互いの化学的な結合関係を維持しながら平衡状態にあったものが、励起後には、同図（ｂ）に示すごとく、励起されていない（飽和していない）高分子の磁化Ｈｒから充分に励起（飽和）された自由水の磁化Ｈｆに磁化の移動が起こる。
【００３２】
シーケンス上では次いで、スライス用傾斜磁場ＧＳの反転と共に、読出し用傾斜磁場ＧＲが傾斜磁場コイル３ｘ、３ｘを介して印加される。これは、スライス面内のＧＲ方向に並んだスピンの位相が各エコーの中心時刻に揃うようにするための印加である。
【００３３】
次いで、スライス用傾斜磁場ＧＳとともに最初の１８０゜ＲＦパルスが印加される。ここでの１８０゜ＲＦパルスは通常の広帯域パルスに設定してある。これにより、自由水のプロトンスピンが１８０度、ｙ´軸の回りに回転する。さらに、最初の位相エンコード用傾斜磁場ＧＥ＝Ａが傾斜磁場電源４から傾斜磁場コイル３ｙ、３ｙを介して被検体Ｐに印加された後、傾斜磁場コイル３ｘ、３ｘを介して印加される読出し用傾斜磁場ＧＲとともに、最初のスピンエコー信号Ｒ１が高周波コイル７を介して収集される。
【００３４】
この後、反転させた位相エンコード用傾斜磁場ＧＥ＝−Ａを印加させる。これは疑似エコー（stimulated echo)による画質劣化を避けるため、１８０゜ＲＦパルスの印加時にｋ空間上の位相エンコード方向の中心位置（ｋｅ＝０）にエンコード位置を引き戻すためである。
【００３５】
次いで、スライス用傾斜磁場ＧＳとともに２番目の１８０゜ＲＦパルスを印加した後、２番目の位相エンコード用傾斜磁場ＧＥ＝Ｂを印加する。そして、２番目のスピンエコー信号Ｒ２が、読出し用傾斜磁場ＧＲの印加とともに、高周波コイル７を介して収集される。
【００３６】
同様に、３番目及び４番目のスピンエコー信号Ｒ３、Ｒ４が収集される。
【００３７】
この４エコーＲ１〜Ｒ４の収集は、所定数の狭帯域９０゜ＲＦパルスによる高周波励起毎に繰り返される。
【００３８】
このように収集されたエコー信号は順次、受信機８Ｒに送られ、そこで増幅、中間周波変換、位相検波、低周波増幅などの各種の処理を受けた後、Ａ／Ｄ変換されてエコーデータに生成される。このエコーデータは演算ユニット１０で、フーリエ変換可能な、ｋ空間に対応したメモリ領域にデータが配置される。そして、２次元フーリエ変換により実空間の画像に再構成される。この画像は記憶ユニット１３に記憶されるとともに、表示器１４に表示される。
【００３９】
このように狭帯域９０゜ＲＦパルスを使用することで、励起時に極力、飽和させないように温存した高分子のスピンによる磁化Ｈｒを励起後に、化学的交換及び／又は交差緩和を介して自由水に移動させることができる。これによって、イメージングに反映される自由水のＭＲ信号（エコー信号）の値を従来の“negative”なＭＴＣ効果を使って収集した場合に比べて、高い信号値を得ることができ、Ｓ／Ｎ比を改善させ、また画像コントラストの分解能を向上させることができる。さらに、Ｓ／Ｎ比が改善されるので、従来行われていた加算平均の手法を採用しなくても済むとともに、ＭＴＣパルスも不要であるので、撮像時間も短くすることができる。
【００４０】
なお、ＭＴＣパルス（図９参照）を掛けない通常のＭＲ信号収集であっても、従来は９０゜選択励起パルスはその帯域幅が約１０００Ｈｚと広いため、実際にはＭＴＣ効果が発生しており、自由水の低い信号値を観測していた。しかし、本発明を実施することで、そのような事態を回避でき、イメージングに寄与する自由水の高いＭＲ信号値が得られる。
【００４１】
人体においてＭＴＣ効果が高いと報告されている部位は、脳白質／灰白質、肝臓、軟骨、腎臓等である。従って、これらの部位の信号値は、従来の"negative"なＭＴＣ効果の場合、低下させていたことになる。本発明を用いることで、これらの部位の信号は高くなる。
【００４２】
これらのＭＴＣ効果を発揮する部位、組織を含む同一部分に対して、上述の如く"Reverse MTC効果"を発生させるイメージングシーケンスと、ＭＴＣ効果を発生させない通常のイメージングシーケンスとを各々個別に起動させ、これによって得られた２枚の画像から病巣部とノーマル組織の識別などを行うことができる。
【００４３】
本出願人は実際に９０゜励起パルスの帯域幅を変えＦＥ法で、ＭＴＣ効果が観測されているpolyvinyl alcohol(PVA)ファントムを使ってＰＶＡの自由水の信号値を測定した。この測定結果を図６に示す。同図に示すグラフは、縦軸にＰＶＡ信号値を参照（reference）用水信号で正規化（normalize）した数値、横軸に９０゜励起パルスの周波数帯域を表している。周波数帯域を１０００Ｈｚから２３０Ｈｚにすることで信号値は約２倍近く向上することが分かった。また、このグラフから帯域幅が約８００Ｈｚ以下になると"Reverse MTC効果"が実質的に現れることも確認できた。
【００４４】
さらに、狭帯域ＲＦパルスのフリップ角が"Reverse MTC効果"に及ぼす影響について、本出願人は図７に示す関係を得ている。同図は縦軸に、ＰＶＡの信号値（任意）を示し、横軸にフリップアングルを示すもので、スライス選択励起パルスの周波数帯域は狭帯域の場合（同図中の黒角印参照）、高分子からの“Reverse MTC効果”があるため、信号値は上がる。同図に示すグラフから、狭帯域９０°パルスの場合、周波数帯域幅（ＢＷ）＝２２７Ｈｚであることから、フリップ角は９０゜以上であることが望ましいことも同様に判明した。
【００４５】
上記実施例では、この"Reverse MTC効果"を高速ＳＥ法によるイメージングに適用したが、この他にもＳＥ法、ＦＥ法、高速ＦＥ法など、ＦＥ法またはＳＥ法系のＥＰＩ（エコープラナーイメージング）法にも適用でき、それらのシーケンスにおける励起パルスを前述した狭帯域ＲＦパルスに置換して実施できる。
【００４６】
また本発明の"Reverse MTC効果"に係る狭帯域ＲＦパルスはＦＥ系、ＳＥ系のＥＰＩのみならず、ＩＲ法及び高速ＦＩ法（Ｆａｓｔ ＩＲ法：ＦＬＡＩＲ法）のＩＲ（反転回復）パルスとして用いることもできる。ＩＲ法の場合、特にＭＴＣ効果をもつ物質のＴ１時間は"Reverse MTC効果"により変化する。ＩＲパルスを狭帯域に設定すると、図１０（ａ）から（ｂ）にその変化を示すように"Reverse MTC効果"が発生し、観測される信号（自由水）は"Positive"なＭＴＣ効果の性質の寄与を受けて高信号になる。
【００４７】
さらに本発明の"Reverse MTC効果"に係る狭帯域ＲＦパルスは、前述のように磁気共鳴イメージングに適用する場合に限定されず、Ｆｏｒｓｅｎ＆Ｈｏｆｆｍａｎが報告しているＮＭＲ現象としてのＳＴ（Saturation Transfer）法においても好適に実施できる。図８に示すように化学的交換及び／又は交差緩和の関係にある２種類の原子核プールＡ、Ｂに対して、その一方の原子核プールＡを狭帯域ＲＦパルスで励起させることで、励起後にもう一方の原子核プールＢから磁化の移動を受け、一方の原子核プールＡのＭＲ信号値を向上させることができる。これにより、Ｓ／Ｎ比を向上させて、ＮＭＲ現象を利用した高精度なスペクトロスコピーが可能になる。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の磁気共鳴イメージング装置は、ＳＴ効果及びＭＴＣ効果を極力低減させ、被検体の所望のスライス面内の、観測対象とする１つの原子核プールのスピンのみを狭帯域ＲＦパルスで周波数選択励起することで、化学的交換及び／又は交差緩和の関係にあるもう１つの原子核プールから励起後に磁化を移動させ、その観測対象原子核プールからのＭＲ信号値を向上させるという新しい知見による"Reverse MTC効果"を用いたものである。このため、従来のＳＴ法、ＭＴＣ法のように周波数選択的にpre-irradiationにて励起することで、それと化学的交換及び／又は交差緩和の関係にあるもう１つの原子核プールの信号値の低下を観測するものとは大きく異なり、ＭＲ信号値の向上によってＳ／Ｎ比を改善し、高画質のＭＲイメージング及び高精度なＮＭＲスペクトロスコピー分析が行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る磁気共鳴イメージング装置の概略ブロック図。
【図２】同実施例において実行される高速ＳＥ法のパルスシーケンス。
【図３】狭帯域９０゜ＲＦパルスの波形図。
【図４】狭帯域９０゜ＲＦパルスの励起幅を説明する図。
【図５】同図（ａ）（ｂ）は"Reverse MTC効果"に係る励起前後の磁化状態を説明する図。
【図６】狭帯域ＲＦパルスの周波数帯域幅とＭＲ信号値の関係例を示す実験グラフ。
【図７】フリップ角と信号値の関係の一例を示す実験グラフ。
【図８】ＳＴ法における"Reverse MTC効果"を説明する図。
【図９】（ａ）〜（ｃ）は従来のＭＴＣ効果を磁化状態と伴に説明する図。
【図１０】（ａ），（ｂ）はＩＲ法における“Reverse ＭＴＣ効果”を説明する図。
【符号の説明】
１ 磁石
２ 静磁場電源
３ｘ〜３ｙ 傾斜磁場コイル
４ 傾斜磁場電源
５ シーケンサ
６ コントローラ
７ 高周波コイル
８Ｔ 送信機
８Ｒ 受信機
１０ 演算ユニット
１１ 記憶ユニット
１３ 入力器
【産業上の利用分野】
本発明は、磁気共鳴イメージング装置に係り、とくに「Reverse MTC (Magnetization Transfer Contrast)効果」を利用した医療用に好適な磁気共鳴イメージング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、磁気共鳴イメージングの一手法としてＭＴＣ（Magnetization Transfer Contrast)効果を利用して生体のＭＴＣ効果の有無による異なるコントラスト像を得るものが知られている。このイメージング法の具体的な一例は米国特許公報第５、０５０、６０９号（"Magnetization Transfer Contrast and Proton Re-laxation and Use Thereof In Magnetic Resonance Imaging", by Robert S.Balaban et al.)により開示されている。
【０００３】
ＭＴＣ効果は"Forsen ＆Hoffman"によるＳＴ（Saturation Transfer)法に端を発しており（Forsen et al., Journal of Chemical Physics, vol.39(11), pp.2892-2901(1963)」参照）、複数種の原子核プールとしての例えば自由水と高分子間のプロトン同士の化学的交換（chemical exchange)及び／又は交差緩和（cross relaxation)に基づいている。
【０００４】
自由水と高分子のプロトンのＭＲ（Magnetic Resonance）関係は、Ｔ２緩和（横緩和）時間の長い自由水（Ｔ２＝約１００msec）とＴ２緩和時間の短い高分子（Ｔ２＝約０．１〜０．２msec）が同じ周波数に共鳴している。図９（ａ）の左側コラムに自由水と高分子の周波数スペクトラム上の関係を、同図（ａ）の右側コラムに磁化の交換・緩和関係を各々示す（同図（ｂ）（ｃ）についても同様）。自由水の信号値の場合、そのＴ２緩和時間が長いことに因って、フーリエ変換後の信号値は図示のように半値幅の狭い鋭いピークを示す。これに対し、プロテイン等の高分子間で動きの制限された（restricted）プロトンの信号値の場合、Ｔ２緩和時間が短いため、フーリエ変換後の信号値は半値幅が広く、スペクトラム上でピークとしては現れない。
【０００５】
従来のＭＴＣ効果を利用したイメージング法では、自由水のピ−クを中心周波数と考えたとき、同図（ｂ）に示すように周波数選択的プリパルス（ＭＴＣパルス）で自由水の共鳴周波数から例えば５００Ｈｚずれた周波数を励起する（off-resonance 励起）。これにより、自由水の磁化Ｈｆが高分子の磁化Ｈｒに移動し、同図（ｃ）に示すように高分子のプロトンからのＭＲ信号値は低下するが、自由水のプロトンからのＭＲ信号値はそれ以上の割合で低下する。したがって、自由水と高分子間の化学的交換及び／又は交差緩和が反映される部位とそうでない部位とで信号値に差が生じるので、異なるコントラスト像が得られ、生体などの病巣部と正常組織との識別などに使用できる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＭＴＣ効果は、off-resonance 励起によって自由水プロトンの磁化Ｈｆを高分子プロトンの磁化Ｈｒに移動させ、自由水のＭＲ信号値を下げる、いわば"negative"な磁化移動に基礎を置いていた。この結果、Ｓ／Ｎ比が低く、また画像コントラストの分解能の低さを受容せざるを得なかった。
【０００７】
さらに、ＭＴＣパルスを画像収集シーケンス前に印加したり、加算平均法で画像を作成したりすることも必要になるので、どうしても全体の撮像時間が長くなる傾向にあった。
【０００８】
本発明は上述した状況に鑑みてなされたもので、とくに、自由水などの原子核プールのＭＲ信号値を上げることができる、"positive"なＭＴＣ効果を利用した高Ｓ／Ｎ比のＭＲ信号収集方法、磁気共鳴イメージング方法及び磁気共鳴イメージング装置を提供することを、その目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の磁気共鳴イメージング装置は、その一態様として、化学的変換現象及び交差緩和現象の内の少なくとも一方に基づく結合関係にある被検体の所望のスライス面内の少なくとも２種類の原子核プールの内、観測対象として指定された一種類の原子核プールの磁気共鳴現象によるＭＲ信号を収集する磁気共鳴イメージング装置であって、前記指定原子核プールを、この指定原子核プールの周波数スペクトラム上の帯域幅に実質的に合致した周波数帯域幅を有する高周波パルスで周波数選択的に励起する励起手段と、この励起後に、前記化学的変換現象及び交差緩和現象の内の少なくとも一方の現象を反映させた前記指定原子核プールのＭＲ信号を収集する収集手段と、を有することを特徴とする。
【００１０】
好適には、前記指定原子核プールは、横緩和（Ｔ２）時間がその他の前記原子核プールに比べて長い原子核の集まりである。例えば、前記指定原子核プールは前記被検体内の自由水のプロトンの集まりである。また例えば、前記高周波パルスは原子核スピンのフリップ角を９０゜以上に倒す高周波パルスである。
【００１１】
さらに好適には、前記高周波パルスは９０゜パルスである。例えば前記９０゜パルスは、グラディエントフィールドエコー（ＦＥ）法、高速グラディエントフィールドエコー（Ｆａｓｔ ＦＥ）法、スピンエコー（ＳＥ）法、高速スピンエコー（Ｆａｓｔ ＳＥ）法、及びこれらのエコー法を応用したエコープラナーイメージング（ＥＰＩ）法の内のいずれかに基づくパスシーケンスに組み込まれた励起パルスである。また、例えば前記励起手段及び前記収集手段は、グラディエントフィールドエコー（ＦＥ）法、高速グラディエントフィールドエコー（Ｆａｓｔ ＦＥ）法、スピンエコー（ＳＥ）法、高速スピンエコー（Ｆａｓｔ ＳＥ）法、及びこれらのエコー法を応用したエコープラナーイメージング（ＥＰＩ）法の内のいずれかに基づくパルスシーケンスを実行して前記励起及び収集を行うように構成される。
【００１２】
さらに好適には、前記高周波パルスは１８０゜パルスである。例えば、前記１８０゜パルスは、反転回復（ＩＲ）法及び高速反転回復（Ｆａｓｔ ＩＲ：ＦＬＡＩＲ）法の内のいずれかに基づくパルスシーケンスに組み込まれた反転パルスである。例えば、前記励起手段及び前記収集手段は、反転回復（ＩＲ）法及び高速反転回復（ＦａｓｔＩＲ：ＦＬＡＩＲ）法の内のいずれかに基づくパルスシーケンスを実行して前記励起及び収集を行うように構成される。
【００１３】
さらに例えば、前記高周波パルスの帯域幅は８００Ｈｚ以下であることが望ましい。
【００１４】
さらに例えば、前記励起手段及び前記収集手段は、ＮＭＲスペクトロスコピーにおける飽和移転（ＳＴ）法に基づくパルスシ−ケンスを実行して前記励起及び収集を行うように構成される。
【００１５】
また、本発明の別の態様に係る磁気共鳴イメージング装置は、化学的変換現象及び交差緩和現象の内の少なくとも一方に基づく結合関係にある被検体の所望のスライス面内の少なくとも２種類の原子核プールの内の観測対象として指定された一種類の原子核プールを、この指定原子核プールの周波数スペクトラム上の帯域幅に実質的に合致した周波数帯域幅を有する第１の高周波パルスで周波数選択的に励起する手段と、この第１の高周波パルスによる周波数選択的な励起の後に、前記少なくとも２種類の原子核プールの内の一方の現象を反映させた前記指定原子核プールのＭＲ信号を収集する手段と、前記少なくとも２種類の原子核プールを、前記指定原子核プールの周波数スペクトラム上の帯域幅よりも広い周波数帯域幅を有する第２の高周波パルスで周波数選択的に励起する手段と、この第２の高周波パルスによる周波数選択的な励起の後に、前記少なくとも２種類の原子核プールの内の一方の現象を反映させた前記指定原子核プールのＭＲ信号を収集する手段と、前記第１の高周波パルス及び前記第２の高周波パルスのそれぞれに基づく周波数選択的な励起に応じて収集されたＭＲ信号に基づいて当該励起毎のコントラスト像を形成する手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
【作用】
本発明の磁気共鳴イメージング装置によれば、被検体の所望のスライス面内の、観測対象として指定された原子核プール（例えば自由水のプロトン）は、狭帯域、すなわち指定原子核プールの周波数帯域とほぼ同じ帯域幅に設定された高周波パルスを使って周波数選択的に励起される。この励起に際し、この原子核プールと化学的結合関係（化学的交換及び／又は交差緩和）にある他の原子核プール（例えば高分子のプロトン）の磁化スピンは殆ど（極力）飽和されないが、指定原子核プールの磁化スピンは充分に飽和される。このため、この狭帯域選択励起パルス（帯域幅は例えば８００Ｈｚ）による励起後、上記他の原子核プールの磁化が化学的交換及び／又は交差緩和に拠って指定原子核プールの磁化に移動し、例えば、横緩和（Ｔ２）時間の長い自由水などの原子核プールのＭＲ信号値が上がる。したがって、指定された原子核プールのＭＲ信号のＳ／Ｎ比が上がる。
【００１７】
このように本発明のＭＴＣ効果は、自由水のプロトンなど、指定原子核プールのＭＲ信号値を上げるように作用するので、従来のＭＲ信号値を下げる、"negative"なＭＴＣ効果に対して、"positive"なＭＴＣ効果と位置付けることができ、この"positive"なＭＴＣ効果を本発明者は"Reverse MTC効果"と呼ぶことにする。
【００１８】
この"Reverse MTC効果"を使って磁気共鳴イメージングやＳＴ法によるスペクトロスコピーを行うと、上記ＭＲ信号値の増大によって、コントラスト像の分解能を上げることができ、またスペクトロスコピーの分析能を向上させることができる。
【００１９】
【実施例】
以下、この発明の第１実施例を、図１〜図７を参照して説明する。
【００２０】
この実施例にかかる磁気共鳴イメージング装置の概略構成を図１に示す。この磁気共鳴イメージング装置は、静磁場発生用の磁石部と、静磁場に位置情報を付加するための傾斜磁場部と、ＭＲ信号受信用の送受信部と、システムコントロール及び画像再構成を担う制御・演算部とを備えている。
【００２１】
磁石部は、例えば超電導方式の磁石１と、この磁石１に電流を供給する静磁場電源２とを備え、被検体Ｐが遊挿される円筒状の開口部のＺ軸方向に静磁場Ｈ０を発生させる。なお、この磁石部には、一次のシミング用のシムコイル１４が設けられ、このシムコイル１４に供給する電流を調整することで、シミングを行えるようになっている。
【００２２】
傾斜磁場部は、磁石１に組み込まれたＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の３組の傾斜磁場コイル３ｘ〜３ｚと、この傾斜磁場コイル３ｘ〜３ｚに電流を供給する傾斜磁場電源４と、この電源４を制御するためのシーケンサ５内の傾斜磁場シーケンサ５ａとを備える。この傾斜磁場シーケンサ５ａはコンピュータを備え、装置全体のコントローラ６（コンピュータを搭載）からＦＥ法、ＳＥ法、高速ＦＥ法、高速ＳＥ法などに係る収集パルスシーケンスを指令する信号を受ける。これにより、傾斜磁場シ−ケンサ５ａは、指令されたパルスシーケンスにしたがってＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の各傾斜磁場の印加及びその強度を制御し、それらの傾斜磁場が静磁場Ｈ0に重畳可能になっている。この実施例では、互いに直交する３軸の内のＺ軸方向の傾斜磁場をスライス用傾斜磁場ＧＳとし、Ｘ軸方向のそれを読出し用傾斜磁場ＧＲとし、さらにＹ軸方向のそれを位相エンコ−ド用傾斜磁場ＧＥとする。
【００２３】
送受信部は、磁石１内の撮影空間にて被検体Ｐの近傍に配設される高周波コイル７と、このコイル７に接続された送信機８Ｔ及び受信機８Ｒと、この送信機８Ｔ及び受信機８Ｒの動作を制御するためのシ−ケンサ５内のＲＦシーケンサ５ｂ（コンピュータを搭載）とを備える。この送信機８Ｔ及び受信機８Ｒは、ＲＦシーケンサ５ｂの制御のもとで、核磁気共鳴（ＮＭＲ）を励起させるためのプリパルスやラーモア周波数のＲＦ電流パルスを高周波コイル７に供給する一方、高周波コイル７が受信したＭＲ信号（高周波信号）を受信し、各種の信号処理を施して、この信号に対応するデジタル信号を形成するようになっている。
【００２４】
さらに、制御・演算部は、上述したコントローラ６のほか、受信機８Ｒで形成されたＭＲ信号のデジタルデータを入力し、画像データを演算する演算ユニット１０と、演算した画像データを保管する記憶ユニット１１と、画像を表示する表示器１２と、入力器１３とを備えている。演算ユニット１０は、具体的には、メモリ空間である２次元フーリエ空間への実測データの配置、画像再構成のためのフーリエ変換などの処理を行う。コントローラ６は傾斜磁場シーケンサ５ａ及びＲＦシーケンサ５ｂの同期をとりながら、両者の動作内容及び動作タイミングを制御する。
【００２５】
次に、この実施例の動作を説明する。
【００２６】
この磁気共鳴イメージング装置が起動すると、コントローラ６は所定メインプログラムを実行し、傾斜磁場シーケンサ５ａ及びＲＦシーケンサ５ｂに例えば図２に示す高速ＳＥ法のパルスシーケンスの開始を指令する。傾斜磁場シーケンサ５ａは、図２に示すシーケンスに基づいてスライス用傾斜磁場ＧＳ、読出し用傾斜磁場ＧＲ、及び位相エンコード用傾斜磁場ＧＥを制御する。これと並行して、ＲＦシーケンサ５ｂは、図２に示すシーケンスで、被検体Ｐに９０゜ＲＦパルス及び１８０゜ＲＦパルスを印加させる。
【００２７】
本実施例で印加する９０゜ＲＦパルスは図３に示すように、シンク（sinc)関数のサイドロブを長くとって、そのπ（パイ）数を増加させ、全体としてパルス長を長く設定してある。この９０゜ＲＦパルスのパルス長は、その励起範囲が、被検体の対象とする原子核プール（pool of nuclei)が有する周波数スペクトラム上の帯域幅に殆ど一致するように設定される。
【００２８】
いま、被検体内の、化学的交換及び／又は交差緩和の結合関係にある２種類の原子核の一方が自由水のプロトンであり、もう一方が高分子のプロトンであり、いま自由水のプロトンを観測対象の原子核プールとする。この場合、９０゜ＲＦパルスのπ（パイ）数は例えば好適には、（−４、＋１）πで、パルス長２２msecに設定される。この結果、９０゜ＲＦパルスの励起帯域幅は２２７Ｈｚとなり、図４に示すように自由水のスペクトル曲線の帯域幅とほぼ合致する「狭帯域」となる。また、例えばπ数＝±２π且つパルス長＝１５ｍsecの場合、励起帯域幅＝２６７Ｈｚの「狭帯域」となる。通常のシーケンスにおける従来の励起用のＲＦパルスのパルスは短く、±１π（２ｍsec）の場合、帯域幅＝１０００Ｈｚ、また±２πの場合、帯域幅＝２０００Ｈｚの「広帯域」に設定される。
【００２９】
本実施例の高速ＳＥ法に係るパルスシーケンスは上述の如く「狭帯域」に設定された９０゜ＲＦパルスを使用することを特徴とする。
【００３０】
そこで、図２に戻って、このシーケンスを説明する。最初に、スライス用傾斜磁場ＧＳが傾斜磁場電源４から傾斜磁場コイル３ｚ、３ｚを介して印加され、この傾斜磁場ＧＳが一定値まで立ち上がった時点で、送信機８Ｔ及び高周波コイル７を介して狭帯域９０゜ＲＦパルスが１回だけ印加される。これにより、被検体の所定スライス幅の領域が選択されるとともに、その面内の自由水のプロトンスピンが周波数選択的に励起され、ｙ´軸（回転座標）までフリップする。このとき、９０゜ＲＦパルスは自由水のみを周波数選択的に充分に励起するのみであり、その帯域幅は図４に示すように狭いことから、高分子のプロトンスピンを励起させるのは極めて狭い帯域に限られる。つまり、高分子のプロトンスピンは上述の狭帯域９０゜ＲＦパルスによっては殆ど励起（飽和）されない。
【００３１】
従って、自由水のプロトンスピンによる磁化Ｈｆと高分子のプロトンスピンによる磁化Ｈｒとは励起前には図５（ａ）に示す如く互いの化学的な結合関係を維持しながら平衡状態にあったものが、励起後には、同図（ｂ）に示すごとく、励起されていない（飽和していない）高分子の磁化Ｈｒから充分に励起（飽和）された自由水の磁化Ｈｆに磁化の移動が起こる。
【００３２】
シーケンス上では次いで、スライス用傾斜磁場ＧＳの反転と共に、読出し用傾斜磁場ＧＲが傾斜磁場コイル３ｘ、３ｘを介して印加される。これは、スライス面内のＧＲ方向に並んだスピンの位相が各エコーの中心時刻に揃うようにするための印加である。
【００３３】
次いで、スライス用傾斜磁場ＧＳとともに最初の１８０゜ＲＦパルスが印加される。ここでの１８０゜ＲＦパルスは通常の広帯域パルスに設定してある。これにより、自由水のプロトンスピンが１８０度、ｙ´軸の回りに回転する。さらに、最初の位相エンコード用傾斜磁場ＧＥ＝Ａが傾斜磁場電源４から傾斜磁場コイル３ｙ、３ｙを介して被検体Ｐに印加された後、傾斜磁場コイル３ｘ、３ｘを介して印加される読出し用傾斜磁場ＧＲとともに、最初のスピンエコー信号Ｒ１が高周波コイル７を介して収集される。
【００３４】
この後、反転させた位相エンコード用傾斜磁場ＧＥ＝−Ａを印加させる。これは疑似エコー（stimulated echo)による画質劣化を避けるため、１８０゜ＲＦパルスの印加時にｋ空間上の位相エンコード方向の中心位置（ｋｅ＝０）にエンコード位置を引き戻すためである。
【００３５】
次いで、スライス用傾斜磁場ＧＳとともに２番目の１８０゜ＲＦパルスを印加した後、２番目の位相エンコード用傾斜磁場ＧＥ＝Ｂを印加する。そして、２番目のスピンエコー信号Ｒ２が、読出し用傾斜磁場ＧＲの印加とともに、高周波コイル７を介して収集される。
【００３６】
同様に、３番目及び４番目のスピンエコー信号Ｒ３、Ｒ４が収集される。
【００３７】
この４エコーＲ１〜Ｒ４の収集は、所定数の狭帯域９０゜ＲＦパルスによる高周波励起毎に繰り返される。
【００３８】
このように収集されたエコー信号は順次、受信機８Ｒに送られ、そこで増幅、中間周波変換、位相検波、低周波増幅などの各種の処理を受けた後、Ａ／Ｄ変換されてエコーデータに生成される。このエコーデータは演算ユニット１０で、フーリエ変換可能な、ｋ空間に対応したメモリ領域にデータが配置される。そして、２次元フーリエ変換により実空間の画像に再構成される。この画像は記憶ユニット１３に記憶されるとともに、表示器１４に表示される。
【００３９】
このように狭帯域９０゜ＲＦパルスを使用することで、励起時に極力、飽和させないように温存した高分子のスピンによる磁化Ｈｒを励起後に、化学的交換及び／又は交差緩和を介して自由水に移動させることができる。これによって、イメージングに反映される自由水のＭＲ信号（エコー信号）の値を従来の“negative”なＭＴＣ効果を使って収集した場合に比べて、高い信号値を得ることができ、Ｓ／Ｎ比を改善させ、また画像コントラストの分解能を向上させることができる。さらに、Ｓ／Ｎ比が改善されるので、従来行われていた加算平均の手法を採用しなくても済むとともに、ＭＴＣパルスも不要であるので、撮像時間も短くすることができる。
【００４０】
なお、ＭＴＣパルス（図９参照）を掛けない通常のＭＲ信号収集であっても、従来は９０゜選択励起パルスはその帯域幅が約１０００Ｈｚと広いため、実際にはＭＴＣ効果が発生しており、自由水の低い信号値を観測していた。しかし、本発明を実施することで、そのような事態を回避でき、イメージングに寄与する自由水の高いＭＲ信号値が得られる。
【００４１】
人体においてＭＴＣ効果が高いと報告されている部位は、脳白質／灰白質、肝臓、軟骨、腎臓等である。従って、これらの部位の信号値は、従来の"negative"なＭＴＣ効果の場合、低下させていたことになる。本発明を用いることで、これらの部位の信号は高くなる。
【００４２】
これらのＭＴＣ効果を発揮する部位、組織を含む同一部分に対して、上述の如く"Reverse MTC効果"を発生させるイメージングシーケンスと、ＭＴＣ効果を発生させない通常のイメージングシーケンスとを各々個別に起動させ、これによって得られた２枚の画像から病巣部とノーマル組織の識別などを行うことができる。
【００４３】
本出願人は実際に９０゜励起パルスの帯域幅を変えＦＥ法で、ＭＴＣ効果が観測されているpolyvinyl alcohol(PVA)ファントムを使ってＰＶＡの自由水の信号値を測定した。この測定結果を図６に示す。同図に示すグラフは、縦軸にＰＶＡ信号値を参照（reference）用水信号で正規化（normalize）した数値、横軸に９０゜励起パルスの周波数帯域を表している。周波数帯域を１０００Ｈｚから２３０Ｈｚにすることで信号値は約２倍近く向上することが分かった。また、このグラフから帯域幅が約８００Ｈｚ以下になると"Reverse MTC効果"が実質的に現れることも確認できた。
【００４４】
さらに、狭帯域ＲＦパルスのフリップ角が"Reverse MTC効果"に及ぼす影響について、本出願人は図７に示す関係を得ている。同図は縦軸に、ＰＶＡの信号値（任意）を示し、横軸にフリップアングルを示すもので、スライス選択励起パルスの周波数帯域は狭帯域の場合（同図中の黒角印参照）、高分子からの“Reverse MTC効果”があるため、信号値は上がる。同図に示すグラフから、狭帯域９０°パルスの場合、周波数帯域幅（ＢＷ）＝２２７Ｈｚであることから、フリップ角は９０゜以上であることが望ましいことも同様に判明した。
【００４５】
上記実施例では、この"Reverse MTC効果"を高速ＳＥ法によるイメージングに適用したが、この他にもＳＥ法、ＦＥ法、高速ＦＥ法など、ＦＥ法またはＳＥ法系のＥＰＩ（エコープラナーイメージング）法にも適用でき、それらのシーケンスにおける励起パルスを前述した狭帯域ＲＦパルスに置換して実施できる。
【００４６】
また本発明の"Reverse MTC効果"に係る狭帯域ＲＦパルスはＦＥ系、ＳＥ系のＥＰＩのみならず、ＩＲ法及び高速ＦＩ法（Ｆａｓｔ ＩＲ法：ＦＬＡＩＲ法）のＩＲ（反転回復）パルスとして用いることもできる。ＩＲ法の場合、特にＭＴＣ効果をもつ物質のＴ１時間は"Reverse MTC効果"により変化する。ＩＲパルスを狭帯域に設定すると、図１０（ａ）から（ｂ）にその変化を示すように"Reverse MTC効果"が発生し、観測される信号（自由水）は"Positive"なＭＴＣ効果の性質の寄与を受けて高信号になる。
【００４７】
さらに本発明の"Reverse MTC効果"に係る狭帯域ＲＦパルスは、前述のように磁気共鳴イメージングに適用する場合に限定されず、Ｆｏｒｓｅｎ＆Ｈｏｆｆｍａｎが報告しているＮＭＲ現象としてのＳＴ（Saturation Transfer）法においても好適に実施できる。図８に示すように化学的交換及び／又は交差緩和の関係にある２種類の原子核プールＡ、Ｂに対して、その一方の原子核プールＡを狭帯域ＲＦパルスで励起させることで、励起後にもう一方の原子核プールＢから磁化の移動を受け、一方の原子核プールＡのＭＲ信号値を向上させることができる。これにより、Ｓ／Ｎ比を向上させて、ＮＭＲ現象を利用した高精度なスペクトロスコピーが可能になる。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の磁気共鳴イメージング装置は、ＳＴ効果及びＭＴＣ効果を極力低減させ、被検体の所望のスライス面内の、観測対象とする１つの原子核プールのスピンのみを狭帯域ＲＦパルスで周波数選択励起することで、化学的交換及び／又は交差緩和の関係にあるもう１つの原子核プールから励起後に磁化を移動させ、その観測対象原子核プールからのＭＲ信号値を向上させるという新しい知見による"Reverse MTC効果"を用いたものである。このため、従来のＳＴ法、ＭＴＣ法のように周波数選択的にpre-irradiationにて励起することで、それと化学的交換及び／又は交差緩和の関係にあるもう１つの原子核プールの信号値の低下を観測するものとは大きく異なり、ＭＲ信号値の向上によってＳ／Ｎ比を改善し、高画質のＭＲイメージング及び高精度なＮＭＲスペクトロスコピー分析が行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る磁気共鳴イメージング装置の概略ブロック図。
【図２】同実施例において実行される高速ＳＥ法のパルスシーケンス。
【図３】狭帯域９０゜ＲＦパルスの波形図。
【図４】狭帯域９０゜ＲＦパルスの励起幅を説明する図。
【図５】同図（ａ）（ｂ）は"Reverse MTC効果"に係る励起前後の磁化状態を説明する図。
【図６】狭帯域ＲＦパルスの周波数帯域幅とＭＲ信号値の関係例を示す実験グラフ。
【図７】フリップ角と信号値の関係の一例を示す実験グラフ。
【図８】ＳＴ法における"Reverse MTC効果"を説明する図。
【図９】（ａ）〜（ｃ）は従来のＭＴＣ効果を磁化状態と伴に説明する図。
【図１０】（ａ），（ｂ）はＩＲ法における“Reverse ＭＴＣ効果”を説明する図。
【符号の説明】
１ 磁石
２ 静磁場電源
３ｘ〜３ｙ 傾斜磁場コイル
４ 傾斜磁場電源
５ シーケンサ
６ コントローラ
７ 高周波コイル
８Ｔ 送信機
８Ｒ 受信機
１０ 演算ユニット
１１ 記憶ユニット
１３ 入力器
Claims (13)
- 化学的変換現象及び交差緩和現象の内の少なくとも一方に基づく結合関係にある被検体の所望のスライス面内の少なくとも２種類の原子核プールの内、観測対象として指定された一種類の原子核プールの磁気共鳴現象によるＭＲ信号を収集する磁気共鳴イメージング装置であって、
前記指定原子核プールを、この指定原子核プールの周波数スペクトラム上の帯域幅に実質的に合致した周波数帯域幅を有する高周波パルスで周波数選択的に励起する励起手段と、この励起後に、前記化学的変換現象及び交差緩和現象の内の少なくとも一方の現象を反映させた前記指定原子核プールのＭＲ信号を収集する収集手段と、を有することを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。 - 前記指定原子核プールは、横緩和（Ｔ２）時間がその他の前記原子核プールに比べて長い原子核の集まりであることを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 前記指定原子核プールは前記被検体内の自由水のプロトンの集まりであることを特徴とする請求項２記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 前記高周波パルスは原子核スピンのフリップ角を９０゜以上に倒す高周波パルスであることを特徴とする請求項２記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 前記高周波パルスは９０゜パルスであることを特徴とする請求項２記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 前記９０゜パルスは、グラディエントフィールドエコー（ＦＥ）法、高速グラディエントフィールドエコー（Ｆａｓｔ ＦＥ）法、スピンエコー（ＳＥ）法、高速スピンエコー（ＦａｓｔＳＥ）法、及びこれらのエコー法を応用したエコープラナーイメージング（ＥＰＩ）法の内のいずれかに基づくパルスシーケンスに組み込まれた励起パルスであることを特徴とする請求項５記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 前記励起手段及び前記収集手段を、グラディエントフィールドエコー（ＦＥ）法、高速グラディエントフィールドエコー（Ｆａｓｔ ＦＥ）法、スピンエコー（ＳＥ）法、高速スピンエコー（Ｆａｓｔ ＳＥ）法、及びこれらのエコー法を応用したエコープラナーイメージング（ＥＰＩ）法の内のいずれかに基づくパルスシーケンスを実行して前記励起及び前記収集を行うように構成したことを特徴とする請求項５記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 前記高周波パルスは１８０゜パルスであることを特徴とする請求項２記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 前記１８０゜パルスは、反転回復（ＩＲ）法及び高速反転回復（Ｆａｓｔ ＩＲ：ＦＬＡＩＲ）法の内のいずれかに基づくパルスシーケンスに組み込まれた反転パルスであることを特徴とする請求項８記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 前記励起手段及び前記収集手段を、反転回復（ＩＲ）法及び高速反転回復（Ｆａｓｔ ＩＲ：ＦＬＡＩＲ）法の内のいずれかに基づくパルスシーケンスを実行して前記励起及び前記収集を行うように構成したことを特徴とする請求項８記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 前記高周波パルスの帯域幅は８００Ｈｚ以下であることを特徴とする請求項１ないし１０の何れか一項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 前記励起手段及び前記収集手段を、ＮＭＲスペクトロスコピーにおける飽和移転（ＳＴ）法に基づくパルスシーケンスを実行して前記励起及び前記収集を行うように構成したことを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴イメージング装置。
- 化学的変換現象及び交差緩和現象の内の少なくとも一方に基づく結合関係にある被検体の所望のスライス面内の少なくとも２種類の原子核プールの内の観測対象として指定された一種類の原子核プールを、この指定原子核プールの周波数スペクトラム上の帯域幅に実質的に合致した周波数帯域幅を有する第１の高周波パルスで周波数選択的に励起する手段と、
この第１の高周波パルスによる周波数選択的な励起の後に、前記少なくとも２種類の原子核プールの内の一方の現象を反映させた前記指定原子核プールのＭＲ信号を収集する手段と、
前記少なくとも２種類の原子核プールを、前記指定原子核プールの周波数スペクトラム上の帯域幅よりも広い周波数帯域幅を有する第２の高周波パルスで周波数選択的に励起する手段と、
この第２の高周波パルスによる周波数選択的な励起の後に、前記少なくとも２種類の原子核プールの内の一方の現象を反映させた前記指定原子核プールのＭＲ信号を収集する手段と、
前記第１の高周波パルス及び前記第２の高周波パルスのそれぞれに基づく周波数選択的な励起に応じて収集されたＭＲ信号に基づいて当該励起毎のコントラスト像を形成する手段と、を備えたことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
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