JPH01502323A - 核磁気共鳴の画像化のための方法及び装置 - 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】 °核磁気共鳴の画像化のための方法及び装置”発明の背景 本発明は、密度の空間的な分布又は緩和時間が磁気共鳴技術によって検出される 核スピン磁気モーメントを含む物体の画像情報の形成に関する。

核磁気共鳴画像化の技術は、一般に、物体に対する静的な磁場の印加、核スピン の無線周波数励起、及び直交軸に沿った磁場グラディエンドの印加を必要とする 。満足する画像を得ることにおいて主要な問題点の一つは、公知の測定方法を用 いた場合において、極めて均一であって静的な磁場を形成することにある。磁場 の不満足な均一性は、広い補償信号の帯域幅を必要とするために、画像における 信号対雑音比の低下をもたらす。さらに、不均一な磁場から生じる種々の現象が 、画像の品質をさらに低下させるかもしれない。

例えば、ニブルスタイン（Ｅ　ｄｅｌｓｔｅｉｎ）ほかＰｈｙｓ、　Ｍｅｄ、　 Ｂｉｏｌ。

ボリューム２５（１９８０年）７５１ページから７５６ページにょって、第１の 軸に垂直なスピンの薄いスラブに対する選択的な（９０度）励起と、第１の軸に 直交する第２の軸に対するスピン密度の投影と、第３の軸に沿った空間的な識別 を行うために第１と第２の軸に対して直交する第３の軸上でのスピンの位相符号 化とを備えたグラディエンドと無線周波数のパルスシーケンスを提供することは 公知であり、ここで、位相符号化は、各パルスシーケンスと同じ時間の間印加さ れるが、上記第３の方向における半正弦波のグラディエンド・パルスの変化する 強度に従って位相ねじれ量を変化させ異なった”高さ”のスピンを与えるために 変化された強度を有する半正弦波パルスを印加することによって達成される。対 応する時間で測定され上記第３の軸におけるグラディエンド・パルスの異なった 振幅と関連する自由誘導減衰信号の値を表す１組の信号は、２次元でフーリエ変 換されたときに選択された平面上において画像情報を与える２次元データの組を 提供する。この技術は本質的には、■方向で空間的な情報を符号化するための歳 差運動の周波数と、別の方向で符号化するための歳差運動しているスピンの位相 を用いる。この技術は、もし静的な磁場が均一であるならば、満足な結果を与え る。しかしながら、もし磁場が均一でないならば、すなわち印加されるグラディ エンドに比較して不均一性が大きければ、この不均一性によって、静的なグラデ ィエンドの方向に幾何学的な歪みを生じさせる。

静的なグラディエンドの強度を増加させることによって幾何学的な歪みを減少さ せることができる。しかしながら、このことは、信号対雑音比の減少をもたらす であろう拡大された信号帯域幅を必要とする。とって代わって、上記静的な磁場 強度を減少させてもよいが、このことは、静的な磁場強度が減少するにつれて信 号対雑音比が減少するので、やはり望ましいものではない。

さらに、例えば英国特許出願第２１２４３８８Ａ号及びヨーロッパ特許出願第０ １０９６３３Ａによれば、核磁気共鳴画像化において、同一の平面上で直角の２ つの方向における位相符号化の採用が、上記２つの方向でスピン密度の空間的な 識別を可能にするであろうことが知られている。２つの方向における位相符号化 を用いることは静的な場における画像の幾何学的依存性を除去し、これによって 、静的な磁場が十分に均一である場合において、核磁気共鳴の画像化を行うこと を可能にしている。しかしながら、この方法に対しては、受容できない時間の損 失が払わられる。ニブルスタインの方法では、ＮＸＮの画像を生成するためにＮ 時間単位を要するが、一方、２次元の位相符号化技術ではデータの収集のために Ｎ！時間単位を要する。受容できる空間的な解像度の画像を生成するためには、 数時間のオーダーの画像化の時間を要する。このことは、患者を測定対象とする 場合には、明らかに実行不可能である。

発明の要約 本発明の１つの態様は、同一の空間的な軸上での位相と周波数の符号化の組合せ に基礎をおいている。この組合せは、信号帯域幅を最小化しこれによって信号対 雑音比を最大化する低強度の周波数の符号化のグラディエンドの使用を可能にし ている。同一の軸での周波数符号化との組み合わせでの位相符号化の使用は、実 質的に、静的な磁場における画像の幾何学的依存性を減少させるとともに、デー タ収集時間を最小化する。従って、本発明は、静的な磁場が相当に不均一である 場合においても核磁気共鳴画像化の実行を大いに容易にする。

本発明の１つの態様に従えば、物体に対して磁石システムから連続的であって静 的な磁場を印加することと、無線周波数のふく射手段によって物体内に核スピン を励起しかつグラディエンド・エコー又はスピン・エコー信号を得るステップの 繰り返されるシーケンスを実行することとを含む物体から画像情報を得る方法が 提供され、上記シーケンスは、２つの直交する方向において相互に同時的なグラ ディエンド・パルスを印加することを含み、核スピンの位相符号化の手段によっ て上記方向で空間的な識別を可能にするよう、上記パルスの大きさは各シーケン スから次のものへと変化している。さらに、一定の振幅を有するグラディエンド ・パルスが、核スピンの周波数符号化の手段によって別の空間的な識別を行うた めに、複数の方向のうちの１つの方向に印加される。

本発明のもう１つの態様に従えば、ある物体に連続的な磁場を印加するための磁 石システムと、核磁気共鳴信号を得るために上記物体に対して無線周波数の励起 を印加するための手段と１次元の核スピンの位相符号化手段によって少なくとも ２つの方向の核磁気共鳴画像の空間的な識別と直交する方向で位相符号化と周波 数符号化の組み合わせを与えるために上記物体にグラディエンド磁場を印加する ための手段を含む画像化システムとを有する物体から画像情報を得るための装置 が提供される。

図面の説明 以下は、添付する図面を参照した本発明の詳細な記述であり、ここで、 第１図は、本発明のパルスシーケンスの特性例を図示し、第２図は、核磁気共鳴 装置の図式的な図面である。

詳細な説明 本発明を実行するための装置の実施例は、制限されるが良好に特徴づけられた領 域にわたって強力な磁場を生成することができる磁石を備える。説明されるよう に、この領域内の画像の形成は、新しい無線周波数パルスの印加と磁場グラディ エンド・パルスのシーケンスによって実行される。

上記装置の一般的な配置が第２図に示される。これは、公知の装置とほぼ同様で あり、従って、ただ単に簡単に記述される。

この装置は、位相シフタ２１を介して振幅変調器２２に出力されさらにゲート２ ３を介して電力増幅器２４に出力される無線周波数信号を供給する周波数シンセ サイザ２０を備える。磁場コイルシステム２５内に公知の方法で設けられる無線 周波数コイルに印加するための無線周波数パルスの選択は、パルス発生器２７を 介してコンピュータ２６によって制御される。静的な磁場は磁石２８によって生 成される。グラディエンド・パルスはコンピュータによって発生され、デジタル ・アナログ変換器２９によってアナログ信号に変換され、増幅器３０によって増 幅された後、３つの主軸のそれぞれに対して磁場コイルシステム内に備えられる 適当なコイルに印加される。無線周波数パルスとグラディエンド・パルスの印加 及びタイミるであろう。

コイルシステム内に設けられた信号検出コイルによって検出された自由誘導減衰 又はエコー信号は、前置増幅器３１を通過した後、受信機３２において処理され る。それによって得られる過渡的なデータは過渡レコーダ３３に記憶された後、 公知の画像再構成技術に従ってコンピュータによって処理され、画像データをデ ィスプレイ・コントローラ３５を介して画像ディスプレイ３６に出力する。

本発明のパルス・シーケンスの特性例が第１図に示される。連続的であって静的 な磁場がＺ軸に沿って方向づけられていると仮定される。次の記述において、グ ラディエンドｇｘｓ　ｇｙ及びｇ２は、第１図のように、Ｚ軸、Ｘ軸及びＹ軸に 対する平面選択グラディエンド、周波数符号化グラディエンド及び位相符号化グ ラディエンドという割当であると仮定しているが、それは完全に交換可能である 。

シーケンスで示された第１の１８０度の無線周波数パルスの印加は任意である。

このパルス及び次の時間間隔は、測定信号におけるスピン−格子緩和時間Ｔ、へ の依存性を導入している。同様に、最後の１８０度の無線周波数パルス及び間隔 τ°は、スピン−スピン特表千１−５０２３２３　（４） 緩和時間Ｔ、への信号依存性を導入している。第２の１８０度のパルスを印加す ることは、磁場の不均一性によるスピン磁化の非位相化を克服することができる 利点を有する。

画像平面の選択は、平面選択磁場グラディエンドｇｚの印加との組合せで、振幅 変調された無線周波数パルス１２（９０度パルス）を印加することによって行な われる。無線周波数パルス１２の振幅変調は典型的には、ガウス関数で重みづけ されたｓｉｎπＸ／πＸの形式で表される。これによって、上記パルスの周波数 成分を強制的に狭帯域化させている。上記平面選択のプロセスは、歳差運動して いる核スピンを再位相化する平面選択のグラディエンド・パルスの負側への振れ （無線周波数パルスの印加の直後続く。）によって完了される。

別のオプションは、第１図において示された１８０度のパルスのいずれか一方又 は両方の置き換えで、選択的な９０度のパルスと同様の方法で得られる空間的に 選択的な１８０度のパルスを用いることを含む。

２次元の位相符号化は、グラディエンド・パルスｇｘとｇｙの領域を段階的に増 加させることによって実行される。典型的には、しかし必然的ではないが、これ らのグラディエンド・パルスｇｘとｇｙとは各パルスシーケンスにおいてそれぞ れ同時にかつ同一の時間長さで印加されるが、それらの強度はＸ軸とＹ軸に沿っ た空間的な識別を可能にすべく（点線で示すように）変化される。

好ましくは、グラディエンド・パルスｇｘとｇｙの強度が次式のように変化され る。

γｆｆｘｓｇｘ（ｔ）ｄｔ＝：）ｒｎ　（１）並びに ７１２ｙ　Ｓ　ｇｙ（ｔ）ｄｔ＝　２　ｘ　ｍ　（２）ここで、１２Ｘ及び１２ ｙはそれぞれＸ及びｙ方向におけるサンプルの全体の長さであり、γは磁気回転 比であり、また、ｎとｍは整数である。

位相符号化グラディエンド・パルスの１つ（この例においてはｇｘパルス）には 、一定の振幅を有する１個又はそれ以上のグラディエンド・パルス１３．１３ａ が続いて出力されてもよい。これらのパルスは、前のグラディエンド・パルスと 同一の軸に対して歳差運動の核スピンの周波数符号化の効果を与える。

Ｘ−Ｙ平面においてＭＸＮ組の領域を識別するために、例えば、整数ステップで −Ｍ／２から（Ｍ／２）−１まで変化するｍを有するＭ個の信号と、これらの６ 値に対して、再び−ｐ／２から（ｐ／２）−１まで変化するｎを有するｐ個の信 号を備えることが必要である。このとき、周波数符号化は、Ｘ方向でｐ個の各位 置を中心とするＮ／ｐ点を与える。ｋスペースにおいてすなわち変換する前にお けるデータの適当な順序づけを用いて、完全な再構成プロセスは、２次元のフー リエ逆変換によって実行される。

上記周波数と位相の符号化の組み合わせは、データ収集のためにスピン−ワーブ 方法によって必要とされる時間のｐ倍を必要とし、ここで、ｐは与えられた画像 に対して通常４と８の間である。この時間的難点は、もし受容できないならば、 不均一性によって引き起こされる非位相化（ｄｅｐｈａｓｉｎｇ）効果を克服す るため、印加される１８０度の無線周波数パルスを用いて信号を繰り返し再び呼 び出しすることによって取り除くことができる。このとき、１８０度のベルス列 内の多重位相符号化周期が利用できる。この目的のために、位相符号化グラディ エンドと周波数符号化パルスと無線周波数励起（１８０度のパルスによって表さ れた）を含むサブシーケンスが９０度のパルスによって表される各初期励起に対 して多数回にね１こって繰り返される。

核磁気共鳴画像化のシステムのブロック図が第２図によって与えられる。被検物 体の領域が、磁石の局所化され１こ高磁場領域に位置される。グラディエンドコ イルと無線周波数コイルのある領域力（検査される領域に依存して利用される。

典型的には、患者は磁場グラディエンドコイルセットと無線周波数送信コイルの 中心に位置される。

スピン−格子緩和時間（Ｔ、）は、初期の１８０度の無線周波数？くルスを用い た画像化プロセスと該パルスを用いない画像化プロセスを繰り返すことによって 得られる。このとき、２個の画像における対応する画素に対するデータ値を比較 することによって、標準の１８０度−τ−９０度のシーケンスに対する方法と全 く同一の方法で時間Ｔ＋を評価することを可能にする。Ｔ１に関係する情報はま ｆこ、時間間隔＜Ｔ、で（初期の１８０度のパルスを用いることなしに）シーケ ンスを繰り返すことによって、抽出するようにしてもよい。このとき、繰り返し 時間＞Ｔ、から得られたデータを比較することによって、時間Ｔ、の評価を与え る。スピン−スピン緩和時間Ｔ、の測定は、画像化シーケンスを繰り返しかつ９ ０度のパルスとそれに続く１８０度のパルスとの間の時間を変化することによっ て得られる。

このシーケンスは、持続時間）Ｔ、で繰り返されるであろう。再び、対応する画 素からデータ値を比較することによって、実行されるべきＴ、の測定を行うこと ができる。３次元における位相符号化を、平面選択グラディエンド・パルスの代 わりに位相符号化グラディエンド・パルスを印加することによって実行するよう にしてもよい。

この技術の変形例は、９０度のパルスを減少されたパルス電力を有する、すなわ ち９０度よりも小さいチップ角度を有するパルスで置き換えたもの、任意の初期 の１８０度のパルスを１個又はそれ以上の任意のチップ角度を有するパルスで置 き換えたものが考えられる。ここで、続いて周波数符号化のグラディエンドの正 のノクルスカく印加される周波数符号化のグラディエンドの初期の負の振れの手 段によって、９０度のパルスに続くスピンエコー信号よりも進んで、グラディエ ンドエコー信号が発生される。この例１こお１１て、周波数符号化グラディエン ド・パルスは、位相符号化グラディエンド・ノくルスに続いて発生されるべきで ある。９０度の７（ルス（こ続く１８０度のパルスは、この例では必要とされな いであろう。

国際調査報告 ｍｍｌ“−”−”’　ＰＣＴ／ＧＢ　８１！１０００６６国際調査報告 ＧＢ　ｇｇｏｏ０５６ Ｓ＾　２Ｃ６Ｓ７

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．歳差運動する核スピンの位相符号化及び周波数符号化を同一の空間的な軸上 で実行する核磁気共嗚画像化の方法。
2. ２．ある物体から画像情報を得る方法であり、磁石システムから連続的であって 静的な磁場を上記物体に印加することと、無線周波数のふく射を印加する手段に よって上記物体における核スピンを励起すること及びグラディエントエコー又は スピンエコー信号を得ることを含むステップの繰り返されたシーケンスを実行す ることを含む方法であって、上記シーケンスが、少なくとも２つの直交方向でグ ラディエント・パルスの印加を含み、パルスの領域は、核スピンの位相符号化の 手段によって上記方向で空間的な識別を可能とするため、各シーケンスから次の ものへと変化され、一定の振幅を有するグラディエント・パルスが核スピンの周 波数符号化の手段によって別の空間的な識別を可能とするために上記方向の１つ の方向で印加される方法。
3. ３．ある物体から画像情報を得るための装置であって、ある物体に連続的な磁場 を印加するための磁石システムと、核磁気共こ鳴信号を得るために上記物体に無 線周波数の励起を印加するための手段と、１次元における核スピンの位相符号化 と直交方向における核スピンの位相符号化と周波数符号化の組み合わせの手段に よって少なくとも２つの方向で核磁気共鳴画像における空間的な識別を供給する ために上記物体にグラディエント磁場を印加するための手段とを備えた画像化シ ステムとを備えた装置。
4. ４．画像平面の選択が、振幅変調された９０度の無線周波数パルスを印加するこ とと、上記２つの方向に対して直交する軸上で磁場のグラディエントを印加する ことによって行なわれる請求項第３項記載の装置。
5. ５．グラディエント・パルスを印加するための手段が、上記直交する方向に関し て位相符号化グラディエント・パルスと実質的に一定の振幅を有するパルスを印 加するように設けられる請求項第３項又は第４項記載の装置。
6. ６．グラディエント・パルスを印加するための手段が、上記直交する方向に関し て、続いて正の振れが出力される初期の負の振れを備え続いて周波数符号化のグ ラディエント・パルスが出力される位相符号化グラディエント・パルスを印加す るように設けられる請求項第３項又は第４項記載の装置。