JPH01113033A - 核磁気分布決定方法 - 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】 本発明は誘導放出エコーを種々の傾斜磁場と相俟って４
つのｒｆ　（ラジオ波）パルス列によって発生させ、か
つ該エコーをサンプリングして被検体の或る部位におけ
る核磁気分布を決定する方法に関するものである。

斯種の方法は分光測定に用いることができ、またフラー
ム（Ｆｒａｈｍ）外１名著による文献「ジャーナル　オ
ブ　マグネチック　リゾナンスＪ　　（Ｊｏｕｒ−ｎａ
ｌ　ｏｆ　Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｒｅ５ｏｎａｎｃｅ＋　
６Ｃ第８１〜９３頁、１９８５年）に記載されているよ
うに、選択励起パルスを使用する際にズーム技法を適用
することもできる映像測定にも用いることができる。斯
種のパルス列を用いることにより、分光測定又は欧州特
許側第０．１８４，８４０号に記載されているような映
像測定用に被検体の小さなサブ体積を選択することがで
き、斯る欧州特許願の場合には、各々９０°のパルスか
ら或る３つのパルス列に対して異なる傾斜磁場を常に作
用させている。上述した方法を用いることにより、小さ
なサブ体積の高分解能の像を形成することができる。し
かし、分光分析を行なう必要がある場合に、上述した方
法は体積の小さいものを選択する場合には極めて好適で
あるが、斯かる３つのパルス列は水抑圧法に使用するの
には適さないと云う問題がある。水抑圧法は、例えば代
謝物質をプロトン　スペクトルで測定するのに必要であ
る。水のプロトンは莫大な数の励起核スピンを呈するた
めに水のピークは抑圧する必要がある。

これがため、欧州特許側第０．１８４，８４０号には３
つの空間的選択９０″パルスの後に１８０６の再集束パ
ルスを与えることが提案されている。順次の第１と第２
の９０°パルス間、第２と第３の９０°パルス聞及び第
３の９０°パルスと１８０°の再集束パルスとの間の間
隔を適当に選定することにより、上記欧州特許願の第３
６図につき説明されているように水のピークを抑圧する
ことができる。

しかし、上記従来のパルス列では不所望な成分が平凡に
抑圧されるだけである。その理由は斯かる抑圧は緩和時
定数（ＴｌとＴ２の緩和時定数）の差に基づいているか
らである。非選択１８０”　パルスは決して理想的なも
のではな（、これは妨害信号を起生じ、この妨害信号が
エコー共鳴信号の品質に実質上悪影響を及ぼすと云うこ
とにも留意すべきである。

前記欧州特許願第０．１８４．８４０号に記載されてい
るパルス列による他の失点は、これらのパルス列は緩和
時定数が比較的短いＴ２の物質を試験するのには用いる
ことができないと云うことにある。

本発明の目的は、「フィジカル　レビュー」（Ｐｈｙｓ
ｉｃａｌ　Ｒｅｖｉｅｗ＋　Ｖｏｌ、８０＋　Ｎａ４＋
　１９５０年１１月１５日）にイー・エル・バーン（ｔ
！、　Ｌ、Ｈａｈｎ）により提案されたパルス列を変形
したものを利用して、試験範囲の拡大を図るようにした
核磁気分布決定方法を提供することにある。

本発明の主目的はサブ体積を種々のｒｆパルス列によっ
て選択することができ、しかも関連する種々の傾斜磁場
を用いて水抑圧法を極めて良好に使用し得る方法を提供
することにある。

本発明の他の目的は比較的短いＴ２の緩和時定数を有す
る物質を試験するのに極めて好適な前述した種類の核磁
気分布決定方法を提供することにある。

本発明は、前記パルス列が少なくとも４つのｒｆパルス
を含み、これらのパルス列の内の最初のパルスを周波数
選択９０°励起パルスとし、かつ第１パルスに続くｒｆ
パルスか、第３パルスに続くｒｆパルスのいずれかを再
集束パルス（１８０°パルス）トすることを特徴とする
。パルス列の最初のパルスとして周波数選択励起パルス
を用いることにより、不所望な共鳴ラインを完全に抑圧
できる状態が得られる。

本発明の好適例では、３つのｒｆパルスの内の周波数選
択パルスが後続する少なくとも１個のｒｆパルスの期間
中に傾斜磁場を作用させる。このようにすれば、ｒｆパ
ルスの帯域幅と傾斜磁場の強度及び方向とによって限定
される被検体の一部分からの信号だけが取出されると云
う利点が得られる。

本発明のさらに他の好適例では、パルス列が３つの９０
＠ｒｆパルスと、１個の１８０°ｒｆパルスとのパルス
列を含み、傾斜磁場を少な（とも１８０°ｒｆパルスの
期間中に作用させるようにする。このようにすれば、再
集束誘導放出エコー信号が被検体の或る限定された所望
部位だけから発生するようになるため、エコー信号中の
妨害及び雑音信号が良好に低減されると云う利点が得ら
れる。

さらに本発明の好適例では、パルス列の内の第２パルス
を再集束パルスとし、かつ第２．第３及び第４励起パル
スの各期間中にその都度異なる傾斜磁場を作用させるよ
うにする。このようにして被検体における３次元に限定
されるサブ体積を選択することにより、スペクトルにお
ける不所望な共鳴線を抑圧することができる。この方法
によれば、空間的並びにスペクトルにて高分解能測定を
行なうことができる。三次元にて空間的に限定される被
検体の部位の高分解能像を形成するに当たっては、直交
磁化を与えるｒｆパルスに続く或る期間中傾斜磁場をか
けるようにする。このようにすることにより、例えば磁
化分布の空間的分布を決定することができるが、各体積
元素に対するスペクトルを決定することもでき、この場
合にスペクトルの不所望なピーク（例えば、スペクトル
における他のもっと有益なピークをマスクする程に優勢
なピーク）は抑圧される。

上述したような方法によれば、読取パルス、即ち９０６
パルス又はα°パルス（α＜９０’　）はデータ収集を
開始する直前に現われるため、形成される誘導放出エコ
ーには殆ど妨害が生じないと云う利点がある。これは励
起パルスがこのパルスによって核スピンの長手方向の磁
化に対して回転される核スピンから生ずる信号しか形成
しないと云うことにも起因している。このような状況で
は読取パルスの前の期間中に傾斜磁場によって全ての直
交磁化核スピンの位相をばらばらにする（離相）ことが
できる。本発明によるこの方法によれば、所謂多重スラ
イス法を実施することもでき、被検体の種々の部分を測
定シーケンス中に独立してサンプリングすることができ
る。従って、上述した本発明による方法によれば、短い
追加の測定期間を犠牲にするだけで個々の部分を測定す
ることができる。その理由は、常に中心周波数が異なる
種々の読取パルスを発生させる必要があるだけであるた
めである。

読取パルスにα°パルスを用いる場合には、第１パルス
を用いてエコー信号を形成することができ、このエコー
信号を傾斜磁場なしでサンプリングして位置スペクトル
を決定することができ、その後第２のα°パルスを用い
て第２エコー信号を発生させ、この第２エコー信号を傾
斜磁場の存在の下で測定して、極めて高分解能を呈する
密度分布（ズーム映像化）を決定する。

本発明の他の好適例では、少なくとも１個の他の再集束
パルスを読取パルスの後に発生させる。

このようにすれば、多重エコー信号も得られると云う利
点がある。

本発明による上述した方法によれば、標準の誘導放出エ
コーシーケンス法と同じことを実現することができるだ
けでなζ、さらに有利な測定を行なうこともできるが、
上述した方法にとってｒｆパルス（９０”又は１８０’
　）は臨界的なものではない。

測定信号の品’ｆｔ　（Ｓ／Ｎ）に過度な影響を及ぼさ
なければ９０°及び１８０°からずれている非理想的な
フリップ角度を許容することができる。

以下図面につき本発明を説明する。

第１図は磁気共鳴測定装置を示し、この装置は静磁場Ｈ
Ｏを発生するための磁石系２と、傾斜磁場を発生するた
めの磁石系４と、これらの各磁石系２及び４に対する電
力供給源６及び８とを具えている。ｒｆ　（ラジオ波）
磁石コイル１０はｒｆ交番磁場を発生すべ（作用し、こ
のためにコイル１０はｒｆ源１２に接続する。ｒｆ送信
磁場によって診断すべき物体（被検体）中に発生する共
鳴信号を検出するために、ｒｆコイル１３を用い、この
コイルを斯かる目的のために信号増幅器１４に接続する
。この信号増幅器１４は検出器１６に接続し、またこの
検出器１６は中央処理ユニット１８に接続する。中央処
理ユニット１８はｒｆ源１２用の変調器２０、傾斜磁場
コイル用の電力供給源８及び表示用モニタ２２も制御す
る。ｒｆ発振器２４は変調器２０並びに検出器１６を附
勢する。

磁石系２及び４内に配置するｒｆ送信コイル１０は測定
空所２８を包囲し、この空所内には診断すべき被検体を
配置することができる。斯（して、静磁場ＨＯ１被検体
スライスを選択するための傾斜磁場及び空間的に均一な
交番磁場を測定空所２８内に発生させることができる。

測定空所２８、ｒｆ送信コイル１０及びｒｆ受信コイル
１３をｒｆ遮蔽箱２９によって包囲し、これにより測定
空所２８に発生するｒｆ倍信号周囲のものと遮蔽する。

中央処理ユニット１８は信号処理ユニット１８ａと制御
ユニッ）　１８ｂとを具えている。信号処理ユニット１
８ａは、例えばモニタ２２に表示される二次元像（２Ｄ
密度分布、スペクトル）を形成するために受信コイル１
３によって受信される信号を処理する。制御ユニット１
８ｂはプログラマブル制御手段を具えており、この制御
手段は変調器２０並びに磁石系用電力供給源８を制御し
て、第１図に示す装置が、傾斜磁場と協力して、又は協
力せずに供給されるｒｆパルス列のサイクルから或る測
定シーケンスを実行し得るようにする。斯くして、被検
体又は被検体の一部にて核スピンを励起させることがで
き、この励起された核スピンの位置は供給ｒｆパルス、
特にその周波数と、静磁場と合成される傾斜磁場とに依
存する。

第２図は誘導放出エコーを発生するためのパルス列の時
間線図を示す。このパルス列は３つの９０゜ｒｆパルス
ＰＩ、　Ｐ２及びＰ３を含んでおり、これらのパルス間
の周期はτ、及びτ２である。最初の９０゜パルスＰ１
では第１傾斜磁場Ｇｘを与え、第２及び第３の９０″パ
ルスＰ２及びＰ３では選択傾斜磁場Ｇｙ及びＧｚをそれ
ぞれ与える。フラーム（Ｆｒａｈｍ）外１名著による文
献「ジャーナル　オブ　マグネチックリゾナンス、　６
４Ｊ　（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｒ
ｅ５ｏｎａｎｃｅ。

６４、第８１〜９３頁、１９８５年）から、上記パルス
列が、３つの異なる傾斜磁場Ｇｘ、　Ｇｙ及びＧｚによ
って規定される被検体の細分割（サブ）体積から誘導放
出エコーＳＴＥを発生すると云うことを推論することが
できる。しかし、この方法ではプロトンの励起時に水の
゛ビークが、極めて小さな番号で発生する化学的に結合
されるプロトンに較べて極めて強くなると云う欠点があ
る。これがため、発生される誘導放出エコー信号は非結
合プロトンの反応によって抑えられる。従って、化学的
に結合されたプロトンの所望の信号が或る意味では「マ
スク」（遮蔽）されることになり、このことは不所望な
ことである。これがため、欧州特許願第０．１８４．８
４０号には、３つの９０°パルスＰｉ、　Ｐ２及びＰ３
の後に第４パルスＰ４　（非選択１８０’パルス）を発
生させて、τ１．τ２及びτ３を適当に選定した場合に
、「水のピーク」又は他の不所望なピークが抑圧された
再集束（ｒｅｆｏｃｕｓｅｄ）誘導放出エコーＲＳＴＥ
が発生されるようにすることが提案されている。既に述
べたように、第２図に示したパルス列によって得られる
結果は満足のゆくものではない。

第３図は上述したような欠点を生じない誘導放出エコー
信号を発生するためのパルス列を示す。

このパルス列は３つの連続する９０″パルスを含んでお
り、第１パルスＰは空間的に選択するものではなく、周
波数選択パルスであり、第２パルスＰＳ１は傾斜磁場Ｇ
１の存在下にて与え、また第３の９０゜励起パルスＰＳ
２は傾斜磁場Ｇ２の存在の下で与える。

このパルス列を用いて誘導放出エコーＳＴＥを発生させ
る。選択傾斜磁場Ｇ３の存在下にて１８０°パルスＰＳ
３を用いることにより再集束誘導放出エコーＲＳＴＥを
発生させる。このＲＳＴＥは傾斜方向が相対的に垂直に
延在する傾斜磁場Ｇｌ、　Ｇ２及びＧ３によって決定さ
れる被検体の或る体積部分から生ずる。

第４図は本発明による方法に適用する他の好適なパルス
列を示す時間線図である。測定シーケンスは９０″の励
起パルスであるパルスＰ１で開始させる。このパルスＰ
１には待機期間τ、後に少なくとも１つの１８０’時間
反転パルスＰ７を後続させる。

この１８０６バルスＰｎには待機期間τ、１１後に１個
の他のｒｆパルス、又は数個のｒｆパルスＰ１を後続さ
せることができる。なお、種々の１８０’　ｒｆバルス
間の待機期間τ１は必ずしも等しくする必要はない。他
のｒｆパルスＰｎｉは、例えば後に作用させることのあ
る傾斜磁場で不所望な励起を離相（ｄｅｐｈａｓｅ）さ
せる周波数選択パルスとすることができる。

１８０°のパルス列ＰｎＬは同一の（例えば周波数選択
）パルスとすることができ、これにより信号を改善する
（例えば水のピークを抑圧する）ことができる。最後の
１８０°時間反転パルスＰｎｉ又はＰ７には待機期間τ
２後に第２の９０＠励起パルスＰ２＋Ｐ、１又はＰｎｉ
又はｌ’ｆｉｔの期間中及び／又はこれらのパルス間で
は傾斜磁場を与えたり、又は与えなくしたりする。測定
すべき被検体の所定の体積を選択的に励起するには、パ
ルスＰｎ＋Ｐｎｉ又はＰ２の期間中に傾斜磁場を与える
必要がある。この場合におけるこれらのパルスは空間的
選択作用をする。

期間τ１．τ１五、τ２中には傾斜磁場を与えて、励起
核スピンに空間−依存位相コードを授与するか、又は核
スピン間を離相させて或るｒｆ読読取パル後後は信号を
分配させなくすることができる。

第２図につき述べた測定サイクルでも第３図につき述べ
たように傾斜磁場を用いたり、又は用いなかったりする
ことができ、位置−依存分布（スペクトル）を呈する被
検体を測定する場合には１８０゜パルスを空間的選択パ
ルスとするのが好適である。

多重スライス法は第４図に示したような測定サイクルに
対しては本発明による方法によって極めて良好に実施す
るこ、とができる。例えば３つのｒｆパルス、即ち第１
の９０″′パルスＰ、及び第２の９０゜励起パルスｐｇ
と、１８０°パルスＰ７は、被検体の所定の部位を選択
的に励起するのに用いることができ、その後上記部位内
の細分割（サブ）部位を選択αパルスによって励起し、
かつそれから取出される共鳴信号を斯かるαパルス後の
（データ）取得期間τ、中にサンプリングする。この取
得期間τ１後には他のαパルスを供給し、このパルスを
伝送周波数が異なる選択αパルスとする。傾斜磁場と相
俟って異なる伝送周波数のαパルスを用いることにより
、被検体の励起部位における他のサブ部位がアドレスさ
れて、そのサブ部位から共鳴信号が取出される。上述し
たようなことは取得期間τ、後に常に繰返すことができ
、中心周波数が異なるαパルスは常に同じ傾斜磁場の存
在のもとで与える。その構成は、サンプリングされるサ
ブ部位が最終的に常に被検体の総体的な励起部位を形成
するようにすることができる。異なる傾斜磁場を用いる
場合には、その都度厚さが異なるスライスを選択するこ
ともできることは明らかである。　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　１上述した方法によれ
ば、第２図に示した測定シーケンスの終了後に再集束パ
ルスを用いて多重エコー信号が得られるようにすること
ができる。

第４図に示した方法は小さなＴ２の緩和時定数を有して
いる物質を測定するのに極めて好適である。

その理由は、この方法によれば（空間的選択）１８０°
パルスを用いるために有効測定時間（即ち核スピンに及
ぼす時間の影響）が低減されると云う利点があるからで
ある。

第３及び第４図につき述べた方法は分光試験、特に被検
体の（小さな）サブ体積における空間的分解（位相コー
ド化）スペクトルを得るのに極めて好適であり、このこ
とはプロトンスペクトルで代謝物質を測定するのに極め
て有利である。上述したようなことを、ラクテート試験
を伴なう例に基づいて説明する。ラクテート分子は炭素
原子を有しており（酸素原子及びＯＨ結合は無視する）
、この炭素原子には励起後に磁気共鳴水素試験中に信号
を供給する水素プロトンと、αプロトンと、ＣＨ３基と
が結合されている。αプロトンはＨ２０結合水素原子の
直ぐそばに位置する共鳴信号（αピーク）を供給する。

Ｃ１ｈ基はαプロトンの化学シフトよりも僅かに大きい
化学シフトを呈し、従ってスペクトルに小さなピークを
呈する共鳴信号を供給し、αピークはこれらのピークと
、１１ｔＯ結合プロトンの極めて明白な共鳴ピークとの
間に位置する。ラクテート分子のＣＨ，基は２つのピー
ク（共鳴周波数差７Ｈｚを発生する。その理由は、０１
１３基が正の磁気双極子（ダイポール）としてか、又は
負の磁気双極子のいずれかとしてのαプロトンの影響を
受けるからである。

第３又は第４図に示したような測定サイクルを用いると
、強い水のピークが抑圧されて、局部的な測定スペクト
ルがαピークと、Ｃ）Ｉｓ　ａの２つの小さなピークと
を明らかに呈する。後者の２つのピークは極めて重要な
ものである。測定サイクルを２度、即ち１８０＠パルス
の周波数スペクトルがαピークを含む測定サイクルと、
その周波数スペクトルがαピークを含まない測定サイク
ルとの２度の測定サイクルを行なうことによって、測定
値から計算したスペクトルを加算した場合にαピークが
相殺されて、Ｃｔ［、を基の２つのピークが強められる
。最初に測定共鳴信号を加算して、この加算した共鳴信
号から計算したスペクトルがαピークを呈さずに、ＣＨ
３ピークを強めるようにすることもできることは明らか
である。

第３及び第４図につき述べた水抑圧法は、図示の測定サ
イクルの前に水の共鳴線に適合させた１つ以上の狭帯域
（２０Ｈｚ９０°励起パルスを供給して、これらの励起
パルスの後に離相傾斜磁場をかけて、水素プロトンの核
スピンが化学選択励起パルスの前に既に完全に離相され
ているようにすることにより最適なものとすることがで
きる。或いは又、第３及び第４図の測定サイクルの第２
の９０°パルスの後に水素プロトンの共鳴線に適合させ
た他の狭帯域（２０Ｈｚ）９０’パルスを供給し、この
狭帯域９０°パルスの後にも直交的に磁化した水素プロ
トンを離相させる傾斜磁場をかけるようにすることもで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による方法を実施するための装置の一例
を示すブロック線図； 第２図は被検体の細分割体積から誘導放出エコーを発生
させるための従来のパルス列を示す時間線図； 第３図は本発明による方法に適用するパルス列の時間線
図； 第４図は本発明による方法に適用する他の形態のパルス
列を示す時間線図である。 ２・・・静磁場発生用磁石系 ４・・・傾斜磁場発生用磁石系 ６．８・・・磁石光用電力供給源 １０・・・ｒｆ送信コイル　　　１２・・・ｒｆ源１３
・・・ｒｆ受信コイル　　　１４・・・信号増幅器１６
・・・検出器　　　　　　１８・・・中央処理ユニット
１８ａ・・・信号処理ユニット １８ｂ・・・制御ユニット２０・・・変調器２２・・・
表示用モニタ　　　２４・・・ｒｆ発振器２８・・・測
定空所　　　　　２９・・・ｒｆ遮蔽箱Ｐ、　ＰＩ、　
Ｐ２．　Ｐｓｉ、　ＰＳ２．・・・９０″励起パルスＰ
Ｓ３・・・１８０’パルス 八、Ｐ□・・・１８０°時間反転パルスＳＴＥ・・・誘
導放出エコー ＲＳＴＥ・・・再集束誘導放出エコー Ｇｌ、　Ｇ２．　Ｇ３・・・傾斜磁場 図面の浄（ＩＦ（内容に変更なし） ＦＩＧ、１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被検体の少なくとも一部を種々の傾斜磁場と相俟っ
   て、又はこれらの傾斜磁場なしでｒｆパルスのパルス列
   をかけている期間中励起し、誘導放出エコーを発生させ
   て、このエコーをサンプリングして被検体の少なくとも
   一部における核磁気分布を決定する方法において、前記
   パルス列が少なくとも４つのｒｆパルスを含み、これら
   のパルス列の内の最初のパルスを周波数選択９０°励起
   パルスとし、かつ第１パルスに続くｒｆパルスか、第３
   パルスに続くｒｆパルスのいずれかを再集束パルス（１
   ８０゜パルス）とすることを特徴とする核磁気分布決定
   方法。 ２、３つのｒｆパルスの内の周波数選択パルスが後続す
   る少なくとも１個のｒｆパルスの期間中に傾斜磁場をか
   けることを特徴とする請求項１に記載の方法。 ３、前記パルス列が３つの９０゜ｒｆパルスと、１個の
   １８０°ｒｆパルスとのパルス列を含み、傾斜磁場を少
   なくとも１８０°ｒｆパルスの期間中に作用させること
   を特徴とする請求項１又は２に記載の方法。 ４、前記パルス列の内の第２のパルスを再集束パルスと
   し、かつ第２、第３及び第４励起パルスの各期間中にそ
   の都度異なる傾斜磁場を作用させることを特徴とする請
   求項１又は２に記載の方法。 ５、周波数選択パルスにｎ個の１８０°パルスの１サイ
   クルを後続させ、ここにｎ≧２とし、かつこれらのパル
   スを傾斜磁場と相俟って周波数選択又は空間的選択パル
   スとすることができ、１８０°パルス間の期間を調整可
   能とすることを特徴とする請求項１に記載の方法。 ６、ｎ個の１８０°パルスの１サイクルが同一パルスだ
   けを含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。 ７、１個又は複数の１８０°パルスに続く２つのｒｆパ
   ルスをそれぞれ９０°パルス及び読取パルスとし、読取
   パルスをα°パルスとし、ここにα≦９０°とすること
   を特徴とする請求項１、２又は４項のいずれかに記載の
   方法。 ８、直交磁界をかけるｒｆパルスに続く或る期間中に傾
   斜磁場をかけることを特徴とする請求項１〜７項のいず
   れか一項に記載の方法。