JPH0135652B2 - - Google Patents

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JPH0135652B2
JPH0135652B2 JP56500778A JP50077881A JPH0135652B2 JP H0135652 B2 JPH0135652 B2 JP H0135652B2 JP 56500778 A JP56500778 A JP 56500778A JP 50077881 A JP50077881 A JP 50077881A JP H0135652 B2 JPH0135652 B2 JP H0135652B2
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gradient
spin
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image
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Jeemusu Makudonarudo Sutoratsuchan Hatsuchison
Uiriamu Aren Eiderusutain
Gurin Jonson
Toomasu Uiriamu Tenanto Redopaasu
Jon Rorando Maraado
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NAT RES DEV
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Publication date
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Publication of JPH0135652B2 publication Critical patent/JPH0135652B2/ja
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Description

請求の範囲 １ 物体を一つの軸に沿う連続静磁界へかける手
段、 (1) 選択した平面に垂直な方向の静磁界の第１の
磁界勾配の存在下で上記の平面内で原子核スピ
ンを選択的に励起し、 (2) 第１の磁界勾配の方向を反転して上記の平面
内の原子核スピンをリフエースし、そして方向
が相互に直交しており、且つ第１の磁界勾配の
方向とも直交している静磁界の第２と第３の磁
界勾配を第１の磁界勾配と同時に加え（第３の
磁界勾配は、第３の磁界勾配の方向において上
記の平面内で原子核をフエースエンコードする
フエースエンコード磁界勾配として作用する）、 (3) フエースエンコード磁界勾配を取り除き、そ
して第２の磁界勾配の方向と平行な方向を有す
る読み出し磁界勾配の存在下で上記の物体から
自由誘導信号を読みだす 手段、及び フエースエンコーデイング勾配の振幅値を変え
て上記の１、２、３の動作を、毎回フエースエン
コード磁界勾配を同じ時間かけ、そして反復と反
復との間に復帰時間をとつて、反復する手段 を備えることを特徴とする核磁気共鳴信号を用い
て物体から像情報を取り出す装置。
２ 選択された原子核スピンの反転の先のステツ
プを実施し、その選択されたスピンのスピンラチ
スの緩和時間と比較できる時間がその後に続くよ
うにする手段を含む請求項１に記載の装置。
３ 先のステツプでは、選択された平面内で原子
核スピンを選択的に反転する請求項２に記載の装
置。
４ 原子核スピンを反転する先のステツプは、断
熱高速通過により実施される請求項２もしくは３
に記載の装置。
５ 選択された平面は、静磁界の方向に平行であ
る請求項１ないし４の何れかに記載の装置。
６ 自由誘導信号をエコー信号として読みだす手
段を含む請求項１ないし５の何れかに記載の装
置。
７ エコー信号を発生するため第２の磁界勾配の
方向と反対の方向に読み出し磁界勾配を加える手
段を含む請求項６に記載の装置。
８ 各反復回で得られた物体からの自由誘導信号
にフーリエ変換を適用して読み取り勾配の方向に
おける原子核スピーンのスピーン密度の値の分布
を求め、そしてフエースエンコード磁界勾配のそ
れぞれの振幅に対応する順序にその分布を配置
し、そしてその分布を更にフーリエ変換して原子
核スピンの密度値の２次元像をつくる手段を含む
請求項１ないし７の何れかに記載の装置。
明細書 本発明は物体からの像情報を形成する方法に係
る。本発明は、空間分布密度又は緩和時間が磁気
共鳴技術で検出されるような原子核又は他のスピ
ンを含むサンプルの像を形成することに関する。
特に、本発明では、静磁界及び切換式の磁界勾配
が存在するところにあるサンプルの自由誘導減衰
（FID）及びスピンエコーから像を形成する方法
について説明する。
米国特許第4070611号には、サンプルを個々に
励起した後の一連のFIDにより像を形成する方法
が開示されている。これらのFID中に、２つ（又
は３つ）の直交方向にある磁界が特定の時間中オ
ン及びオフにされて、２（又は３）次元像が作り
出される。
上記の方法に関連した１つの問題は、静磁界が
不均質であると、これが切換式磁界勾配の作用を
模擬することになつて、付与された切換式磁界勾
配の作用が妨害され、信号に含まれる或る情報に
歪が生じてしまうということである。
この妨害作用は次のようにして生じる。色々な
FIDは、色々な時間中オンにされる一定強さの磁
界勾配を有している。１つのFID中の勾配パルス
長さのいかなる特定の組合せに対しても、サンプ
ルの色々な領域内のスピンが互いに異なる移相を
受ける。
これらの移相により空間的に弁別を行なうこと
ができ、ひいては像を形成することができる。サ
ンプルの２つの領域間の移相量はこれら２つの領
域の局部的な磁界の差に比例する。静磁界の非均
質さが（付与された勾配に加えて）局部的な磁界
に影響を及ぼす場合には、空間分布情報が歪むこ
とになる。
例えば、像を形成するに要するFIDの１つにお
いて、Ｚ方向の勾配Gzが時間Ｔの間オンにされ
たと仮定する。Ｚ＝Zpにあるサンプルの小さな素
子について考えることにする。Ｚ＝０における静
磁界をBpとし、静磁界の非均一さによるZpの静
磁界からずれをΔB（Zp）とすれば、上記サンプル
は磁界Ｂ（Ｚ）＝Bp＋ZpGz＋ΔB（Zp）を受ける。
次いで時間Ｔの終りにＺ＝Zpにおけるスピンは、
Ｚ＝０におけるスピンに対して位相変化Δφを受
け、この位相変化Δφは次式で与えられる。
Δφ＝γ（ZpGz＋ΔB（Zp））Ｔ (1) 但し、γは磁気回転比である。従つて実際上は
勾配はGzではなく、Gz＋ΔB（Zp）／Zpであると
考えられる。Ｚ方向に沿つてフーリエ変換を行な
うと、この方向に歪んだ非直線的なスケールが生
じる。更に、移相が余計目であると、サンプルの
或る部分からの信号が像の不適当な部分に誤つて
現われることになる（非関連現象）。
数値例によりこの問題の重大さが示される。
充分に判断できるＮ×Ｎ像を作るためには、Ｎ
個の信号からＮ個のサンプルを取り出すことが必
要である。人体全体の像を形成するためには、少
なくとも直径40cmの領域が必要とされ、64×64画
素の像が作られる。
式(1)については、Δφに対して64個の色々な値
が必要とされる。これらは、勾配Gzを与える64
個の色々な値の時間を有することによつて得られ
る。この点について式(1)のΔB項を無視すれば、
例えば次のような一連の値が与えられる。
Δφ1＝０ Δφ2＝Δφ*＝（γZpGz）（Ｔ） Δφ3＝2Δφ*＝（γZpGz）（2T） Δφ4＝3Δφ*＝（γZpGz）（3T） ΔφN＝（Ｎ−１）Δφ*＝（γZpGz）〔（Ｎ−１）Ｔ〕 勾配の強さは各Δφkについて同じであるが、勾
配を与える時間は異なる。然し乍ら、サンプルを
横切つてΔφ*＜2πであるような条件がある。人体
全体の核磁気共鳴像形成基準に基づいて適当なパ
ラメータを用いると、サンプルの長さをＬ＝40cm
にセツトでき、そしてＴ＝0.5ｍｓ及びγ／2π＝
4260Hz／ガウスにセツトでき、Δφ*＜2πという条
件によつてGz＜0.012ガウス／cmが与えられる。
磁界の中心からの最大距離20cmにおいては、Gz
×Ｚ＝0.24ガウスである。然し４コイル８次抵抗
磁石（これは人体全体の像形成に用いられるもの
の典型である）の不均質さは20cmにおいて約10-4
となり、即ち１キロガウスの磁石の場合は0.1ガ
ウスとなり、これは勾配による作用のほゞ半分で
ある。この状態は受け容れられない。なぜなら
ば、これらの20cmを32個の部分に分析することが
試みられるので、このような不均質さによつて生
じる歪により像形成プロセスがだめにされてしま
うからである。
若干異なつたみかたをすると、上記の問題によ
り静磁界の均質性に対して厳しい条件が課せられ
る。
本発明の主たる目的は、一連の自由誘導減衰を
用いて磁気回転共鳴で像を形成する改良された方
法を提供することである。
本発明によれば、核磁気共鳴信号を用いて物体
からの像情報を導出する方法は、或る軸に沿つて
連続的な静磁界を物体に受けさせ、次いで、 (1) 第１の磁界勾配が存在するところの或る平面
内で原子核スピンを選択的に励起し、上記第１
磁界勾配は上記平面に垂直な勾配方向を有する
ものであり、 (2) 上記第１勾配の方向を反転し、第２の磁界勾
配及び第３の磁界勾配を与え、第２勾配の方向
は上記第１勾配の勾配方向に直交するものであ
り、そして第３勾配の勾配方向は上記第１及び
第２勾配の勾配方向に直交するものであり、 (3) 上記第２磁界勾配の方向を反転し、上記物体
から生じる自由誘導減衰信号を読み出す間上記
反転した勾配を保持し、 という１組の逐次段階を行ない、次いで、上記第
３勾配の勾配値を変えて上記組の段階を次々に繰
り返し、次々の上記組の段階を繰り返す間に復帰
時間をとるようにしたことより成る。
上記第３の磁界勾配を与える時間は上記段階の
各組ごとに同じであるのが好ましい。
本発明を実施する場合には、第１、第２及び第
３の磁界勾配を上記段階２）において同時に与え
るのが便利である。
添付図を参照して本発明の実施例を詳細に説明
する。第１図は本発明の実施例の装置のブロツク
図であり、第２図は本発明の実施例のパルスシー
ケンスを示す図である。
説明上、静磁界BpはＺ軸に沿つて存在しそし
て高周波（RF）磁界はＹ軸に沿つて存在するも
のとする。静磁界Bpに対してＸ、Ｙ及びＺ方向
に磁界勾配Gx，Gy及びGzを作るコイルがある。
Ｙ軸に垂直な薄い部片の２次元像を形成すること
について考える。本方法を人体全体の像形成に適
用する場合には、患者を水平に置き、Ｚ軸を垂直
に位置させそしてＹ軸を患者の身長に沿うように
配置するのが便利である。この場合Ｘ方向は患者
を横切つて延びる。
本発明の実施である装置を第１図に示す。この
装置は、実際にはソレノイドコイルを使用するこ
ととなろうが、普通の棒磁石のＮ極とＳ極とで示
す、静磁界B0をつくる手段と、Ｘ、Ｙ、Ｚの各
方向に勾配磁界を加える３個のコイルGx，Gy，
Gzを備えている。周波数選択トランスミツタ１
は、磁界内の物体３を励起するよう配置されたト
ランスミツタコイル２へ無線周波数信号を送る。
物体３内に発生した自由誘導信号はコイル２が受
けて、レシーバ４に送る。各勾配磁界コイルGx，
Gy，Gzと周波数選択トランスミツタ１の付勢は
以下に示すパルスシーケンスに従つてスイツチ５
により制御される。
個別の励起後の単１スピンエコーからの像を形
成するのに用いられるパルスシーケンスが第２図
に示されている。時間軸は６個の次々の繰り返し
インターバルに分割される。各々のインターバル
中に与えられる磁界は次の通りである。
インターバル１： 180゜のRFパルスを磁界勾配G+ yと同時に与える。
これは、平面Ｙ＝Yp内及びその付近にある原子
核スピンを選択的に反転する。Ypの値は180゜パル
スの周波数を変えることによつて変更できる。或
いは又、非選択的な180゜パルスを勾配なしに与え
ることもできる。更に又、或る周波数レンジにわ
たつてRF磁界をスイープするような断熱高速通
過によつて非選択的なスピン反転を得ることもで
きる。この場合は、インターバル３内の事象によ
つてｙ次元の選択が完全に行なわれる。
インターバル２： 選択された時間Ｔ中のスピン格子緩和によつて
原子核スピン系を緩和させることができる。この
インターバル中にはBp以外の磁界は与えられな
い。
インターバル３： 弱い90゜のRFパルスを磁界勾配G+ yと同時に与え
る。これは平面Ｙ＝Yp内及びその付近にある原
子核スピンを選択的に励起する。Ypの値は90゜パ
ルスの周波数を変えることにより変更できる。
インターバル４： 負の値を有する磁界勾配G- yを与え、Ｙ方向に
沿つて、選択された原子核スピンの位相を合わせ
直す。これと同時に、負の磁界勾配G- xを与え、
Ｘ方向に沿つて原子核スピンの位相をずらす。こ
れと同時に、磁界勾配Gzを与えて、Ｚ方向に沿
つてスピンの位相をずらす。
インターバル５： 小さな正の磁界勾配G+ xを与える。このインタ
ーバル中には、自由誘導信号が最大である時にス
ピンエコーを形成するように原子核スピンの位相
を合わせ直し、次いで位相をずらすようにする。
このインターバル中にはG+ xを一定に保つことが
所望され、この時に原子核自由誘導信号が収集さ
れる。
インターバル６： これは、次のシーケンスのインターバル１が生
じるまでの系の復帰時間である。これはスピン格
子緩和時間Ｔに比べて長くなければならず、人体
全体の像形成装置では約１秒である。
上記した種々の磁界勾配は方形波時間プロフア
イルを有する必要はなく、時間に対して正弦波の
振巾プロフアイルを有することもでき、これは勾
配コイルのスイツチング回路に対する要件をほと
んどなくすものである。
このパルスシーケンスを用い、インターバル１
又はインターバル３の変更された高周波のいずれ
かの値、並びにインターバル４の∫4dtGzのいずれ
かの値に対して、２種類の自由誘導信号SA及び
SBが得られる。∫4dtはインターバル４に対する積
分を示す。
SB：緩和インターバル２は測定されるスピン格子
緩和時間に匹敵する。即ち、ＴT1であり、
これは人体の柔軟な組織に対し1.7MHzにおい
て数百ミリ秒である。
SA：インターバル１及び２の事象が除去される
が、その他のシーケンスは同じである。
SAは主として陽子密度情報を含んでおり、そ
してSBはスピン格子緩和時間T1情報と陽子密度
情報との両方を含んでいる。
インターバル４内の事象を詳細に考えることが
所望される。このインターバルにおいては、３個
の直交磁界勾配全部が時間に与えられる。一見し
たところでは、この場合、スピンのふるまいを分
析することが困難であるかにみえるが、インター
バル４においては高周波磁界が存在しないので、
３つの勾配の作用を個々に考えることができる。
同時に与えられる３つの勾配の合成作用は、これ
らが順次に与えられた場合と同じであり、時間的
な一致は単に便宜的なものに過ぎず、励起とイン
ターバル５の信号収集との間の時間を節約するよ
うに働く。G- y勾配は選択された部片の巾にわた
りスピンの位相を合わせ直すように働き、従つて
最終的に得られる信号を最大にする。G- x勾配は、
インターバル５における読み出し段階の前にＸ方
向に沿つてスピンの位相をずらすように働き、イ
ンターバル５においてはG+ x勾配を与えてスピン
の位相を合わせ直し、信号収集時間の中間に或る
種の勾配誘起スピンエコーを生じさせる。それ
故、このスピンエコー信号のフーリエ変換は、Ｘ
軸に対する部片内のスピン密度の１次元投射であ
る。
勾配Gzの機能はＺ方向の弁別を与えることで
ある。この勾配はインターバル４中に与えられ
て、スピンの各垂直コラム（Ｚ軸は垂直）に既知
量のねじれ即ち“ゆがみ”を与え、従つてＸ軸に
対する投射の前に信号の位相をエンコードする。
これは実際には“ゆがみ”の空間周波数に等しい
コラムの特定垂直空間周波数に対する応答を最大
にする。
上記した１個の段階全体を順次に何回も繰り返
し、ゼロから最大までの垂直空間周波数レンジを
カバーするように各繰り返しごとに、振巾の異な
つた勾配Gzを用いる。さて、１つのコラムに対
して投射されたスピン密度値（スピンエコー信号
のフーリエ変換により得た）を、Gzパルスのサ
イズが次第に大きくなるような順序で配置し、そ
して別のフーリエ変換を受けるものとすれば、こ
れはコラムを上に向かうスピン密度の分布を表わ
す。各コラムごとにこれを行なうと、選択された
部片の完全な２次元像が得られる。従つて、同じ
軸に対してＮ個の投射を取り上げることによつて
Ｎ×Ｎ像を得ることができ、これをＸ線又はラジ
オアイソトープの像形成で行なうことは単に基本
信号に位相情報が含まれないという理由で明らか
に不可能である。
位相エンコード勾配Gzの作用の別の特徴は、
各像形成コラムごとに、Ｘ軸に対してＮ個の投射
が収集されることである。色々な値のGzが存在
することにより色々な高さにあるスピンには程度
の変化する位相ねじれが与えられるので（従つて
“スピンゆがみ”と称する）、これらの投射は互い
に異なる。
２つの位相感知検出器を直角位相状態で用いる
ことによつてNMR信号の位相情報が保持されて
２つの信号が発生され、これらは次いで１つの複
素数として処理される。２重のフーリエ変換の結
果は複素数マトリクスとなり、その振巾は所要の
スピン密度を表わしている。それらの位相は理想
的には完全な磁界において同じものとなるが、実
際には像平面に対する多数のサイクルによつて相
当に変化することがあり、これは、これらサイク
ルを行なう時の主磁界の非均質性の主たる作用を
表わしている。然し乍ら、この処理段階では位相
情報が捨てられるので、これによつて何の影響も
生じない。
Ｎ×Ｎ陽子密度像を導出するためには、NSA信
号の各々からＮ個のサンプルを収集しなければな
らない。Ｎ個の信号はＺ軸に沿つてＮ個の異なつ
た移相分布を有しており、従つてＮ個の異なつた
値∫4dtGzを有している。このため、Gzに対する一
連の波形、即ちGzp，Gz1………Gz(N-1)を例えば次
のように用いる。
Gzp＝０ ∫4dtGz2＝2∫4dtGz1＝2G* ∫4dtGz3＝3∫4dtGz1＝3G* ∫4dtGz(N-1)＝（Ｎ−１）∫4dtGz1＝（Ｎ−１）G* 但し、G*＝∫4dtGz1である。
換言すれば、Ｚ勾配は常に同じ時間中与えられ
るが、別々のパルスシーケンスごとにその強さが
変えられる。実際には各次々のシーケンスにおい
てGzの形状及び長さは同じであるが、その振巾
はゼロから最大値まで同じ段階で変化する。一連
のシーケンスには、最大条件、即ちＺ方向のサン
プルの全長をLzとすればγLzＧ＜2πであるような
条件が存在する。この限界を越えると、非関連現
象が生じ、サンプルの或る部分が像の２つ以上の
領域に作用することになる。
最終的には、各々Ｎ個のサンプルより或るＮ個
のエコー信号に２次元フーリエ変換を適用するこ
とにより像が得られる。信号をfn（τo）で示し、
τoをサンプル時間とし、ｍ及びｎを１からＮまで
とすれば、このような変換は例えば次式で与えら
れる。
Ｐ（Ｉ、Ｊ）＝１／ＮN 〓m=1 exp〔−jmγG*Lz（2I−Ｎ／2N）〕ｘN 〓n=1 exp〔−jnγGxLx（2J−Ｎ／2N）〕fn（τo） (3) 但し、LxはサンプルのＸ方向の長さであり、
LzはサンプルのＺ方向の長さであり、Ｐ（Ｉ、Ｊ）
は座標（Ｉ、Ｊ）の像画素であり、Ｉ及びＪは
各々１からＮまでである。
主としてT1情報を含む像は、NSB信号をNSA
信号と共に収集し、上記したようにSA像配列体
及びSB像配列体を導出し、そして各像形成画素に
相当するT1の値を（これら配列体から）計算す
ることによつて、得ることができる。T1情報及
び陽子密度情報の混合体を含む像は、NSB信号の
みを収集することによつて得ることができる。
以上述べた方法は、静磁界の非均質性の作用を
減少する。従つて、式(1)の場合と同様の非均質静
磁界による作用は次のようになる。
Δφ＝γZp∫4dtGz＋γΔB（Zp）T′ (4) 但し、ΔB（Zp）は、Zpにおける静磁界の値と、
静磁界の公称値との差であり、T′はインターバ
ル４の時間巾である。上記差は静磁界の非均質性
によるものである。式(4)によれば、非均質性によ
つて余計な移相は生じるが、全てのパルスシーケ
ンスに対してT′が同じであるからこの余計な移
相も全てのパルスシーケンスに対して同じである
ことが分かる。全ての信号に対するこの余計な一
定の移相は、直線性にもＺ方向のスケールにも影
響を及ぼさない。この結論から、米国特許第
4070611号の方法により静磁界の均質性に課せら
れる厳しい条件が緩和される。
JP56500778A 1980-03-14 1981-03-13 Expired JPH0135652B2 (ja)

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GB8008773 1980-03-14

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ID=10512116

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