JPH01113032A - ケミカルシフトイメージ作成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、核磁気共鳴断層倣形装置のケミカルシフ１〜
を分離して表示するケミカルシフトイメージ作成方法に
間する。

（従来の技術） 核磁気共鳴（以下ＮＭＲという）■見象を用いて特定原
子核に注目した被検体の断層像を得るＮＭｆｌ−ＣＴは
従来から知られている。このＮＭＲ−ＣＴの原理の概要
を簡単に説明する。

原子核は磁気を帯びた回転している独楽と見ることがで
きるが、それを例えばＺ軸方向の静ｕ＆場１−１０の中
におくと、前記の原子核は次式で示す角速度ω０で歳差
運動をする。これをラーモアの歳差運動という。

ω０＝γｌ」ｏ　　　但し、γ：核磁気回転比今、静磁
場のあるＺ軸に垂直な軸、例えばＸ軸に高周波コイルを
配置し、×ｙ面内で回転づる前記の角周波数ω０の高周
波回転磁場を印加すると磁気共鳴が起り、静磁１ｊＪ　
Ｉ」ｏのもとてゼーマン分裂をしていた原子核の集団は
共鳴条件を満足する高周波磁場によって単位間の遷移を
生じ、エネルギー準位の高い方の準位に遷移する。ここ
で、核磁気回転比γは原子核のｆ’ｌ類によって異なる
ので共鳴周波数によって当該原子核を特定することがで
きる。更にその共鳴の強さを測定すれば、その原子核の
存在量を知ることができる。共鳴侵緩和時間と呼ばれる
時定数で定まる時間の間に高い単位へ励起された原子核
は低い単位へ戻ってエネルギーの放射を行う。

このＮＭＲの現象の観測方法の中パルス法について第６
図を参照しながら説明する。

前述のように共鳴条件を満足する高周波パルス（Ｈｌ）
を静磁場（ｚ軸）に垂直なくＸ軸）方向に印加すると、
第６図（イ）に示すように磁化ベクトルＭは回転座標系
でω′−γＨ１の角周波数でｚｙ面内で回転を始める。

今パルス幅を１ＤとプるとＨａからの回転角θは次式で
表わされる。

θ−γＨ１ｊｏ　　　　　　　　　　　　・・・（１）
（１）式においてθ−９０°となるようなｔｏをもつパ
ルスを９０°パルスと呼ぶ。この９０”パルス直後では
磁化ベクトルＭは第６図（ロ）のようにｘｙ面をω０で
回転していることになり、例えばＸ＠においたコイルに
誘導起電力を生じる。しかし、この信号は時間と共に減
衰していくので、この信号を自由誘導減衰信号（以下Ｆ
ＩＤ信号という）と呼ぶ。ＦＩＤ信号をフーリエ変換す
れば周波数領域での信号が得られる。次に第６図（ハ）
に示すように９０゛パルスからτ時間後θ−１８ｏ０に
なるようなパルス幅の第２のパルス（１８０’″パルス
）を加えるとばらばらになっていた磁気モーメントがτ
時間後−ｙ方向で再び焦点を合せて信号が観測される。

この信号をスピンエコー（以下ＳＥ倍信号いう）とげん
でいる。このＳ口信号の強度を測定して所望の像を得る
ことができる。ＮＭＲの共鳴条件は シーγＨＯ／２π　　　　　　　　　　・・・（２）で
与えられる。ここで、νは共鳴周波数、ｔｌｏは静磁場
の強さである。従って共鳴周波数は磁場の強さに比例す
ることが分る。このため静！ｉ場に線形の磁場勾配を重
畳させて、位置によって異なる強さの磁場を与え、共鳴
周波数を変化させて位置情報を得るＮＭＲイメージング
の方法がある。この内フーリエ変換法について説明する
。この手法に用いる高周波磁場及び勾配！ｉ場印加のパ
ルスジルケンスを第７図に示す、、（イ）図において、
Ｘ。

ｙ、ｚ軸にそれぞれＱｘ　、ＧＶ　、ＧＺの勾配ｌｉ！
！場を与え、高周波ｔａ１ｉをＸ輪に印加する状態を示
している。（ロ）図はそれぞれの磁場を印加するタイミ
ングを示す図である。図においてＲＦは高周波の回転磁
場で９０″パルスと１８０”パルスをＸ軸に印加する。

Ｇｘはリード軸と呼ばれるＸ軸に印加する固定の勾配磁
場、Ｇｙはワーブ軸と呼ばれるｙ軸に印加する時間によ
って振幅を変化させる勾配磁場、Ｇｚはスライス軸と呼
ばれるｚ軸に印加する固定の勾配磁場である。信号は１
８０°パルス後のＳＥ倍信号示している。期間は各軸に
与える勾配磁場の信号の時期を示すために設けである。

期間１において９０’パルスと勾配ｆｆｉ場Ｇｚ＋によ
ってｚ−Ｑを中心とする２軸に垂直な断層庵影における
スライス面内のスピンが選択的に励起される。期間２の
Ｑｘ◆はスピンの位相を乱れさせて１８０”パルスで反
転させるためのもので、デイフェーズ勾配と呼ばれる。

Ｇｚ−はＧＺ＋によって乱れたスピンの位相を元に戻す
ためのものである。期間２では位相エンコード勾配ＧＶ
ｎも印加する。これはｙ方向の位置に比例してスピンの
位相をずらしてやるためのもので、その強度は毎周期異
なるように制御される。

期間３において１８０”パルスを与えて再び磁気モーメ
ントを揃え、その後に現われるＳＥ倍信号観察する。期
間４のＧ×＋は乱れた位相を揃え、ＳＥ倍信号生じさせ
るための勾配磁場でリフェーズ勾配といい、リフェーズ
勾配とデイフェーズ勾配の面積が等しくなったところに
ＳＥ倍信号現われる。

このようなＮＭＲイメージングにおいて、現在のイメー
ジングの主な対象核種である水素原子核のプロ１−ンＮ
ＭＲについて考察する。

一般に物質中ではＮＭＲの共鳴周波数νは外から加えた
静磁Ｗ　Ｈｏによる共鳴条件式である（２）式からずれ
る場合が多い。このずれは金属物質中の原子核では極め
て大きくなるが、プロトンの場合でも、その共鳴周波数
は敏感に化学構造に依存して変化する。この原因の一つ
は電子の軌道運動によって、Ｈｏと逆向きに生じる磁場
（反磁場）によるもので、電子による核の遮蔽効果と呼
ばれている。従って、共鳴周波数は、この遮蔽効果によ
る定数σを用いて、次式により与えられる。

ν＝（γ／２π）Ｉ（ｏ（１−σ） このような共鳴周波数のずれをケミカルシフトと呼び、
低磁場側に共鳴が観測される。そして、このケミカルシ
フ１〜は、化学結合によって電子密度の分布や電子の軌
道運動が変化し、σが異なってくる。そのため同じプロ
トンでも化合物によって共鳴条件が異なっている。即ち
、Ｈ２Ｏ中のプロトンと脂肪中のプロトンとではラーモ
ア周波数が約３．５ｐｐｍずれる。この程度のずれでは
、通常のイメージングによって両者を区別することはで
きない。

この両者の成分をイメージングする手法にデイクソン法
がある。デイクソン法を第４図を参照して説明する。図
は第７図と同様なタイムシーケンスのチャートである。

図において、第７図と同等な部分には同一の符号を付し
である。

（イ）図は９０゛パルス１と１８０°パルス２との時間
間隔をＴＢとした時にＴａ−ＴＥ／２に選んだスキャン
１の図である。ここで、ＴＥは９０°パルスとＳＥ倍信
号間の時間間隔である。

この時、水と脂肪のそれぞれのプロトン成分の磁化ベク
トルは同位相になる。（ロ）図は９０″パルスと１８０
°パルスの時間間隔Ｔａをｒａ−ＴＥ／２−εにした時
のスキャン２の図である。

この時の水と脂肪の磁化ベクトルの位相は逆位相となる
。励起平面での磁化ベクトルの位相関係は第５図に示す
通りである。図において、（イ）図はＴ１１＝ＴＥ／２
にした時の第４図の場合の水と脂肪の位相関係で、水と
脂肪の磁化ベクトルは同位相となっている。（ロ）図は
ＴＢ＝ＴＥ／２−εにした第４図（ロ）の時の水と脂肪
の位相関係で、逆位相になっている。ここで、εは水と
脂肪の位相が逆位相になる値で、磁場の強さが決まれば
きまる値である。例えば磁場の強さが０．３丁の時ε−
５．５ｍｓ、磁場の強さが０．６王の時ε＝２．８ｍｓ
となる。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、このデイクソン法では、Ｔａ＝ＴＥ／２のス
キャン１とＴａ＝（ＴＥ／２）−εのスキャン２とを交
互に行って、この２回のスキャンから水成分と脂肪成分
を求める。このようにデイクソン法では２回スキャンす
る必要があるため、通常シーケンスの２倍の時間が必要
である。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、その目的は
、デイクソン法と同様なケミカルシフト分離像を通常の
イメージングと同様に１回のスキャンで得ることのでき
るケミカルシフトイメージ作成方法を実現プることにあ
る。

（問題点を解決するための手段） 前記の問題点を解決する本発明は、核磁気共鳴断層撮影
装置のケミカルシフトを分離して表示するケミカルシフ
トイメージ作成方法において、水と脂肪のプロトンの磁
化ベクトルが略同位相どなる９０°パルスと１８０゛パ
ルスの時間間隔の条件で位相エンコードｍの負又は正領
域のスキャンを行う方法と、前記磁化ベクトルが略逆位
相となる前記パルスの時間間隔の条件で位相エンコード
伍の正又は負領域のスキャンを行う方法と、前記負領域
スキャンの条件により１りたデータを用いて正領域を補
間する演算を行う方法と、前記正領域スキャンの条件に
より１ｑたデータを用いて負領域を補間する演口を行う
方法と、前記２種類のパルスの時間間隔によってＩＪら
れたデータのフーリエ変換後のデータから水と脂肪とを
分離する演算を行う方法とから成ることを特徴とするも
のである。

（作用） 位相エンコードの負の領域においで、水と脂肪のプロト
ン成分の磁化ベクトルが同位相になる９０″パルスと１
８０’パルスの時間間隔でスキャンし、次に位相エンコ
ードの正の領域において、前記の磁化ベクトルが逆位相
になる条件でスキャンし、それぞれのデータの他の領域
を補間する演算実施後、それぞれ補間により得たスキャ
ンデータからケミカルシフトイメージを作成する。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

本発明のＮＭＲ−ＣＴのハードウェアは通常の装置のも
のと変わりはない。ＮＭＲ−ＣＴに与える条件を次のよ
うに設定する。磁場の強さが０．３Ｔ、ε−５，５ｍｓ
、位相エンコード方向を２５６サンプルとする。第１図
は本発明の一実施例のケミカルシフトイメージデータ採
取のデータ面を示す図である。

図において、１０はに空間での１スキャン分のデータ面
、１１は第４図（イ）のスキャン１の条件であるＴｓ−
ＴＥ／２のＲＦパルスを印加したデータ面で、１２は第
４図（ロ）のスキャン２の条件であるＴＢ＝　（ＴＥ／
２）−εのＲＦパルスを印加したデータ面である。１３
は位相エンコード勾配１個による１ピユ一分のデータを
示している。

第２図は第１図のようなデータ面１０を１りるためのス
キャンのタイムチャートである。図において、第４図と
同等の部分には同一の符号を付しである。図中、４はｙ
軸に供給した−１２７〜０の負の位相エンコードによる
勾配磁場、５はｙ＠に供給したＯ〜１２８の正のエンコ
ードによる勾配磁場である。尚、（イ）において５の位
相エンコードを用い、（ロ）において４の位相エンコー
ドを用いるようにしてもよい。第２図（イ）のスキャン
により第１図のスキャン１のデータ面１１を得、第２図
（ロ）のスキャンにより第１図のスキ１！ン２のデータ
面１２を得る。

上記のデータ面１０は１／２スキヤン毎にＴａの条件を
スキャン１とスキャン２の条件に変えてスキャンし、ス
キャン後例えばスキャン１のデータ面１１のデータは下
部半面しか取っていないので、上部半面分のデータを補
間するため次の演粋を行う。スキャン１のデータ面１１
のデータを上半分のデータ面にＫＸ軸とＫｙ軸の原点０
を中心とする点対称の位置に次式のデータを補間する。

スキャン１で得られるＮＭＲ信号はに一空間ｉａ域であ
って、そのデータをＦ　（ＫＸ　、　ＫＶ　）とすると
、 Ｆ　（ＫＸ　、　Ｋｙ　） ＝　、Ｍρ（ｘ、　ｙ、　ｅ、’１ｃｖ−）　ｉＶ″”
ｄｘｄｙここで、ρ（Ｘ　、　Ｖ　）　ニスビン密度分
布（実数）Ｋｘ、Ｋｙ：に−空間座標 ×、ｙ　　　ニスピンの実空間座標 従って、 メ Ｆ　（−Ｋｘ　、　−Ｋｙ　）　−Ｆ　　（Ｋｘ　、　
Ｋｙ　）＊・・・共役複素数 以上からスキャン１によってＫｙのｆｉｆｒ４域のデー
タが得られ、次いで、Ｋｙの正領域のデータは次式によ
って求められる。

Ｆｌ　（±ＫＸ　、　Ｋｙ　） ＝Ｆｔ’　　（壬ＫＸ　、−Ｋｙ） 式中、右辺はスキャン１で得られたデータ群の共役複素
数である。同様にしてスキャン２のＫｙ′の正領域デー
タからＫＶ’の負領域のデータが次式で求められる。

Ｆ２　　（±Ｋｘ’　、−Ｋｙ’　） −Ｆ２本（＋−Ｋｘ’　、　Ｋｙ’　）水と脂肪を構成
するプロトンのデータを次のようにして分離する。Ｔａ
＝ＴＥ／２におけるデータを２次元フーリエ変換したも
のの実数部をＲ１＋Ｔ８＝（ＴＥ／２）−εにおけるデ
ータを２次元フーリエ変換したものの実数部をＲ２とす
る。

Ｒ＋は第５図（イ）に示すように水と脂肪の成分の和で
あり、Ｒｚは第５図（ロ）に示すように水と脂肪の差に
なっているため、水と脂肪の成分は次式で求まる。

水　　＝　（Ｒｔ＋Ｒｚ）／２　　　　　　　　　　　
　・・・　（３）脂肪−（Ｒｍ−Ｒｚ）／２　　　　　
　　・・・（４）次に第３図のフローチャートを参照し
てケミカルシフトイメージ作成方法を説明する。

ステップａ Ｔａ＝ＴＥ／２にして位相エンコード負領域でスキャン
し、スキャン１のデータ面１１のデータを採取する。

ステップｂ Ｔｏ−（ＴＥ／２）−εになるように１８０６パルスの
位１６を変更して、スキャン２のデータ面１２のデータ
を採取する。

以上でスキャンは終り、データの演算処理を′行う。

ステップＣ スキャン１のデータからＴａ　−ＴＥ／２に該当する位
相エンコード正領域のデータを作成し、スキャン１のデ
ータからＴａ＝（ＴＥ／２）−εに該当する位相エンコ
ード負領域のデータを作成する。このステップで位相エ
ンコードの１スキャン分でＴＢの異なる２枚のデータ面
を１りる。

ステップｄ Ｔｅ＝ＴＥ／２の全画面に相当するデータを２次元フー
リエ変換する。

ステップｅ Ｔａ＝（ＴＥ／２）−εの全画面に相当するデータを２
次元フーリエ変換する。

ステップｆ （３）式から水成分の絶対値像を計算し、（４）式から
脂肪成分の絶対値像を計算して画像データを求める。

ステップ９ 水のプロトンによる画像、又は脂肪のプロトンによる画
像をそれぞれ分離して表示する。

以上説明したように、本実施例の方法によって通常と同
一の１回分のスキャン時間でＴｅ−ＴＥ／２のデータと
、Ｔｅ　＝　（Ｔ口／２）−εのデータが取れるため、
通常と同一スキャン時間でケミカルシフトの分離された
イメージを１ｑることができる。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明によれば、デイクソ
ン法と同様なケミカルシフ１−分離像を通常のイメージ
と同様に１回のスキャンで得ることができるようになり
、実用上の効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の方法によるデータ採取の説
明図、第２図は第１図の方法を実施するための位相エン
コード勾配と、高周波パルスとの関係図、第３図は第１
図の方法を実施するフローチャート、第４図はデイクソ
ン法のタイムシーケンスの図、第５図はデイクソン法に
よる水と脂肪の成分の磁化ベクトルの位相関係を示す図
、第６図はＮＭＲ−ＣＴのパルス法の原ｙｒ！説明図、
第７図はＮＭＲ−ＣＴのパルスシーケンスを示す図であ
る。 １・・・９０″パルス　　　２・・・１８０”パルス３
・・・位相エンコード ４・・・負の位相エンコード ５・・・正の位相エンコード １０・・・ｋ空間でのデータ面 １１・・・スキャン１のデータ面 １２・・・スキャン２のデータ面 １３・・・１ビユーのデータ 特許出願人　横河メディカルシステム株式会社第１　図 １３１ビニ−のデータ 筒２図 （イ） （ロ） ＳＥ侶号 角勾３　図 繭４　図 ＳＥ信号 筒５図 （イ） （ロ） スキャン２

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 核磁気共鳴断層撮影装置のケミカルシフトを分離して表
   示するケミカルシフトイメージ作成方法において、水と
   脂肪のプロトンの磁化ベクトルが略同位相となる９０°
   パルスと１８０°パルスの時間間隔の条件で位相エンコ
   ード量の負又は正領域のスキャンを行う方法と、前記磁
   化ベクトルが略逆位相となる前記パルスの時間間隔の条
   件で位相エンコード量の正又は負領域のスキャンを行う
   方法と、前記負領域スキャンの条件により得たデータを
   用いて正領域を補間する演算を行う方法と、前記正領域
   スキャンの条件により得たデータを用いて負領域を補間
   する演算を行う方法と、前記２種類のパルスの時間間隔
   によって得られたデータのフーリエ変換後のデータから
   水と脂肪とを分離する演算を行う方法とから成ることを
   特徴とするケミカルシフトイメージ作成方法。