JPH02261425A - 核磁気共鳴を用いた画像形成装置 - 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】 ［産業上の利用分野〕 この発明は、核磁気共鳴による磁束補償されＴ２　　（
緩和時間）重み付けされた像の形成方法に関する。

［従来の技術］ 専門誌「マグネティック　レゾナンス　インメデイシン
（Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｒｅ５ｏｎａｎｃｅ　ｉｎ　Ｍｅ
ｄｉｃｉｎｅ）」、第７巻、第３５−４２号（１９８８
年）、第３５〜４２ページから、下記のパルスシーケン
スが知られている。すなわち ａ）　　Ｔ２　よす小さい時Ｍ間隔ＴＲで、高周波パル
スが同時に２方向傾斜Ｇｚを加えながら入射される。そ
れにより５ＳＦＰ　（定常自由歳差運動）と呼ばれる磁
化状態が生じる。

ｂ）　各高周波パルスの前後には各−つの逆向きの２方
向傾斜パルスＧｚが加えられる。

Ｃ）　各高周波パルスの前後にそれぞれｙ方向傾斜ＧＶ
及びＸ方向傾斜ＧＸ′□が加えられる。

ｄ）　二つの高周波パルス間に対称に二つのＸ方向傾斜
が加えられ、これらの傾斜のもとでそれぞれ一つの信号
が読み出される。

ε）　前記シーケンスがｎ回繰り返され、その際傾斜Ｇ
、の時間積分が等間隔のステップで変更される。

ｆ）　読み出された信号が走査され、走査された測定値
から異なるＴ２コントラストを備えた二つの像が再構成
される。

そのｆｑＦＩｓＰシーケンスとこのＦＩＳＰシーケンス
に鏡面対称なシーケンスＣ以下ＰＳＩＦシーケンスと呼
ぶ）とが一つのパルスシーケンスに集成され、そしてこ
の一つのシーケンスによりＴ２コントラストの著しく異
なる二つの像が得られる。

ＰＳＩＦシーケンスは１２重み付けされた像の測定に対
して特に有効である。このことは特に頭及び背骨の中の
Ｃ３Ｆ（脳を髄液）の撮影に対し重要である。しかしな
がらＣ５Ｆは脈動するので、ＰＳＩＦシーケンスの場合
に脈動ひずみが出る。

［発明が解決しようとする課題］ この発明の課題は、この種のひずみがほぼ避けられるよ
うに、定常自由歳差運動（ＳＳＦＰ）の原理に基づくパ
ルスシーケンスを改良することにある。

［課題を解決するための手段］ この課題はこの発明に基づき、検査対象物が下記のパル
スシーケンスすなわち、 ａ）　緩和時間より小さいパルス反復時間で高周波パル
スを入射され、 ｂ）　各高周波パルスの前後に、しかしながら信号読み
出し期間でないときに、各−つのＸ方向傾斜が加えられ
、その際両傾斜の面の和がゼロであり、 Ｃ）　二つの高周波パルス間に対称に一つのＸ方向傾斜
が加えられ、この傾斜が反転された二つのＸ方向傾斜に
より囲まれ、かつこの傾斜のもとに信号が読み出され、 ｄ）　　ｘ及び２方向の傾斜についての各シーケンス内
での時間積分がゼロに等しくなるように、これらの傾斜
が選ばれ、 ｅ）　前記シーケンスがｎ回繰り返され、その際高周波
パルスがそれぞれ同一の位相角を有し、ｙ方向傾斜の時
間積分が等間隔のステップで変更され、 ｆ）　前記シーケンスが二度目にｎ回繰り返され、その
際同様にｙ方向傾斜の時間積分が等間隔なステップで変
更され、しかしながら高周波パルスの位相角がそれぞれ
１８０°ずつ交番変更され、 ｇ）　読み出された信号が走査され、その際各シーケン
スの段階ｅ）及びｆ）に含まれる信号がシーケンス毎に
加算及び／又は減算され。

ｈ）　そのようにして得られた信号から像が再構成され
る。

を加えられることにより解決される。この発明の有利な
構成は請求項２以下に記載されている。

［実施例］ この発明を説明するためにまず第５図により核磁気共鳴
断層撮影装置の基本構成部分を説明する。コイル１〜４
は基本磁界Ｂｏを発生させ、医学的診断のために用いる
場合にはこの基本磁界の中に患者の検査しようとする体
５が入れられる。

この装ごには更に傾斜コイルが付設され、これらの傾斜
コイルは直交座標系６に基づく方向Ｘ、ｙ、ｚの相互に
直交する無関係な磁界成分を発生させるために用いられ
る。第５図では分かりやすくするために傾斜コイル７．
８だけが示され、これらの傾斜コイルは一対の相互に向
かい合う同様な傾斜コイルと共にＸ傾斜を発生させるた
めに用いられる。同様なしかし図示されていないｙ傾斜
コイルが体５に平行に体の上下に置かれ、２傾斜磁界の
ためのコイルは体の長手軸線に直角に頭側端部及び脚側
端部に置かれている。

更にこの装置は核共鳴信号の発生と受信とのために用い
られるもう一つの高周波コイル９を備える。−点鎖線１
０により囲まれたコイル１．２．３．４．７，８．９が
本来の検査装置である。

この装置は電気装置により駆動され、この電気装置はコ
イル１〜４の駆動のためのパワーパック１１及び傾斜電
流源１２を備え、傾斜電流源１２には傾斜コイル７．８
及びその他の傾斜コイルが接続されている。高岡波フィ
ルタは信号増幅器１４又は高周波送信器１５を介してプ
ロセスコンピュータ１７に結合され、このプロセスコン
ピュータ１７には像を出力するためにビデオ端末１８が
接続されている。＠号増幅器１４、高周波送信器１５は
信号発生及び受信のための高周波装置１６を形成する。

切り換えスイッチ１９により送信運転から受信運転への
切り換えが可能である。

次に第１図に示すパルスシーケンスを備えた一実施例に
より、この発明の詳細な説明する。その際まずハツチン
グされたパルス部分ＧＭＲ無しでパルスシーケンスを考
える。検査対象物の核スピンはフリップ角αを有する一
連の高周波パルスＲＦにより励起される。その際この高
周波パルスＲＦの反復時間ＴＲは緩和時間Ｔ２より小さ
いので定常磁化が生じる。この実施例では各高周波パル
スＲＦと同時に２方向傾斜Ｇｚ゛が加えられるので、検
査対象物の一つの断層のスピンだけが選択的に励起され
る。

スピンが動かされた場合にも定常状態を得られるための
重要な条件は、それぞれの方向における傾斜についての
積分が一つのパルスシーケンスにわたりゼロであるとい
うことである。その際各傾斜Ｇ２・の前後に更に相応の
パルス面を備えた負の傾、ＮＧＺＩ−又はＧｚ２−が加
えられる。各員の傾斜Ｇｚ２−の前後にかつ各高周波パ
ルスＲＦの前に傾ＭＧｙが加えられるが、信号Ｓの期間
中には傾斜ＧＶは加えられず、この傾斜Ｇ、は位相符号
化傾斜として働き、パルスシーケンスごとに等間隔のス
テップで負の値と正の値との間を変更される。

その際連続する二つの位相符号化傾斜Ｇ、の変更が逆向
きに行われるので、これらの両傾斜の面の和はゼロとな
る。二つの高周波パルスＲＦの間の中央ではＷ４ＭＧ　
Ｘ　”が加えられ、この傾斜のもとで各共鳴信号Ｓが読
み出される。Ｘ方向でも傾斜についての時間積分がゼロ
となることを達成するために、傾斜ＧＸ・の前にも後に
もそれぞれ負の傾斜Ｇ　ｘ　′□が付加される。

前記のパルスシーケンスがｎ回繰り返され、その際各回
ごとに位相符号化傾斜として働く傾斜Ｇｙが等間隔のス
テップで変更される。信号Ｓは各回ごとに走査され、デ
ィジタル化され、そして各シーケンスのｍ個の走査値が
ｎＸｍマトリックスの一つの行に書き込まれる。二次元
フーリエ変換によりこのマトリックスに基づき、検査対
象物の選択された断層におけるスピン密度分布の像を形
成することができる。

各シーケンスの第２の半部だけを考えると、この半部は
原則的にはＰＳＩＦシーケンス（ＦｒＳＰシーケンスの
鏡像）である、これについては前記文献「マグネティッ
ク　レゾナンス　インメディシン（Ｍａｇｎｅｔｉｃ　
Ｒｅ５ｏｎａｎｃｅ　ｉｎ　Ｍｅｄｉｃｉｎｅ）」、第
７巻、！３５−４２号（１９８８年）、第３５〜４２ペ
ージに詳細に説明されている。同様に既に述べたように
、このＰＳＩＦシーケンスは強いＴ２依存性に基づきＣ
５Ｆの撮影に対し特に有効である。

ＰＳＩＦシーケンスは、短間隔で連続する高周波パルス
により生じるような、縦方向磁化並びに横方向磁化の平
衡状態の発生に基づいている。しかしあいに＜Ｃ３Ｆは
脈動現象を示す。像形成のために必要な磁界傾斜が存在
する場合に、スピンの脈動する運動に基づき磁化の構成
分がスピンの速度に関係して変更される。それゆえに時
間的に一定でない運動に対しては平衡状態のｔＩｇ節が
妨げられる。従ってまさにＣ５Ｆの撮影の場合には、ス
ピンの運動により信号喪失の形の像ひずみ及び／又はゴ
ースト像が生じる。

この種の磁束ひずみを避けるために、第１図に示すパル
スシーケンスは既に述べたように、ＴＲにわたる傾斜の
面積力がゼロとなるように構成された。このためにＰＳ
ＩＦシーケンス（シーケンスの右半部）がＦＩＳＰシー
ケンス（シーケンスの左半部）により補完された。ＦＩ
　ＳｒシーケンスとＰＳＩＦシーケンスとの組み合わせ
は、既に前記文献「マグネティック　レゾナンス　イン
メディシン（Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｒｅ５ｏｎａｎｃｅ　
ｉｎ　Ｍｅｄｉｃｉｎｅ）」に提案されている。しかし
ながらそこでは分離された二つの信号すなわちＦＩＳＰ
信号とＰＳＩＦ信号とが発生し、その際Ｘ傾斜について
の面積力がゼロとならない。

これに反して第１図に示すパルスシーケンスでは、ＦＩ
ＳＰシーケンス及びＰＳＩＦシーケンスの傾斜Ｇ　ｘ　
’が共通となるまで両シーケンスが寄せ合わせられる。

それにより積分Ｇｄｔをゼロとすることができる。しか
し時間的に重畳する二つの信号部分（ＦＩＳＰ及びＰＳ
ＩＦ）が必然的に生じる。Ｂｏ不均−性及び／又は体の
磁化率差により生じる局部的な磁界不均一性に対する両
エコーの異なる感度に基づき、両エコーを同一にするこ
とは原理的に成功しない、従って干渉線の形で再構成さ
れた像の中に常にひずみが生じる。確かに簡単な手段で
磁束ひずみは補償できるが、ＦＩ　Ｓｒ信号とＰＳＩＦ
信号との間の干渉の形で新しいひずみが発生する。

この問題を解決するために、部分信号５ＦＩＳＰと５Ｐ
ＳＩＦとが位相交番形又は位相非交番形高周波パルスの
使用に対して異なって反応するという事実が利用される
。第２図には第１図に示すパルスシーケンスがもう一度
略示され、その際高周波パルスはそれぞれ同一のフリッ
プ角をもたらし同一の位相角を有する（符号α、により
暗示されている）、実際上重畳されている信号部分Ｓ　
ＦＩＳＰ及びＳ　ＰＳＩＦは第２図では説明のために分
離して示され、信号全体に符号Ｓ１が付けられている。

第３図は第１図に示すパルスシーケンスを同様・に略示
し、しかしながらこの場合には高周波パルスＲＦの位相
角がシーケンスごとに１８０°回転され、従って高周波
パルスＲＦの位相交番が存在する。フリップ角αを備え
１８０°回転された高周波パルスＲＦは第３図で符号α
−を付けられている。！３図に示すパルスシーケンスの
場合の合成信号は符号Ｓ２を付けられている。その際各
α−パルスの後に受信される信号の評価回路で行われる
反転が既に考慮されている。

第２図と第３図とを比較すると、高周波パルスＲＦの位
相交番の際にＰＳＩＦ信号部分５ｐｓｒｒの位相角が、
位相に交番の無い高周波パルスを備えたシーケンスに比
べて１８０°回転させられていることが分かる。従って
次式が成立する。

Ｓ　Ｉ＝　Ｓ　ｒａｓｐ　−Ｓ　ＰＳＩＦＳ　２　＝　
Ｓ　ＦＩＳＰ＋　Ｓ　ｐｓ＋ｒこれらの式に基づき真の
ＦＩ　Ｓｒ信号又はＰＳＩＦ信号を再測定から、すなわ
ちデータレコードの加算又は減算によって次の式に基づ
き決定することができる。

Ｓｒ＋ｓｐ＝　（Ｓｌ　　＋３２　）　／２Ｓｐｓ＋ｒ
＝　（Ｓｌ　　−Ｓ２　）　／２こうしてＦＩ　Ｓｒ像
又はＰＳＩＦ像を相互干渉無しに得ることができ、その
際−つのシーケンスの傾斜波形についての面積分がゼロ
となり、従ってスピンの運動が平衡状態の調節を妨げな
いということが同時に保証される。

既に説明したような、従って第１図にハツチングで示さ
れた傾斜部分の無いシーケンスの場合にそれにより磁束
位相φνｅｌはゼロとならない。

ここでＶは磁束速度である。

文献「ジャーナル　オブ　コンピュータ　アシステツド
　トモグラフ　イ（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｕ
ｔｅｒＡＳｓｉｓｔｅｄ　Ｔｏｍｏｇｒａｐｂｙ　）　
Ｊ第１２巻、第３号第３７７〜３８２ページから、ＧＭ
Ｒ（傾斜運動再集束）と呼ばれ磁束位相すなわちＧ−ｔ
ｄｔについての積分をゼロとする方法が知られている。

このことを達成するために、第１図に示すパル左シーケ
ンスの中にハツチングされ符号ＧＭＲを付けられた傾斜
部分が導入される。その際負の２方向各傾斜ｃＺ＋−、
Ｇｚ２−が、同一方向及び同一極性を有するＧＭＲ傾斜
Ｇ　Ｍ　Ｒ７−により補われる。更に傾斜Ｇｚについて
の面積分がゼロでなければならない条件を満たすために
、負の傾斜Ｇ　Ｍ　Ｒｚ−に面の等しい傾斜パルスＧ　
Ｍ　Ｒｚ　’が続く。

同様の方法で負のＸ方向傾斜Ｇｘ−も、同一方向と同一
極性とを有するＧＭＲ傾斜ＧＭＲＸ−により補われる。

この負の傾斜パルスＧＭＲＸ−にも面の等しい正の傾斜
パルスＧ　Ｍ　Ｒｘ　”が続く。

この種のＧＭＲパルスをｙ方向にも使用することができ
る。しかし一般に位相符号化における磁束位相は小さい
ので、この実施例ではこれは行われていない、このパル
スシーケンスにより下記のそれにより達成されることは
、動かされるスピンにより平衡状態の調節が乱されない
ばかりでなく、磁束位相も引き起こされないということ
である。従って得られた画像はほぼ運動ひずみを有しな
い。異なる信号成分による干渉も既に述べた方法に基づ
き避けられる。

第１図に示されあらかじめ選択された断層内部の二次元
像形成のためのパルスシーケンスは、三次元像形成のた
めのパルスシーケンスへ拡張することもできる。

この種のパルスシーケンスが第４図に示されている。補
助的に二つの位相符号化傾斜Ｇ　ｚ　ｐ　ＩＧ７Ｐ２が
信号Ｓの読み出し期間の前後に更に挿入されることによ
り、このシーケンスは第１図に示すパルスシーケンスと
異なっている。その際高周波パルスＲＦと傾斜Ｇ　ｚ　
’とにより一層厚い断層が選択され、そのときこの断層
の内部で位置解明が傾斜Ｇｚｐ＋　、　Ｇ７Ｐ２　に基
づく位相符号化により行われる。そして第１図に関連し
て説明した全パルスシーケンスがｎ″回実施され、その
際毎回傾斜Ｇｚｐ＋　、　ＧＺＰ２が等間隔のステップ
で変更される。その際逆方向へのこれらの傾斜の変更も
行われるので面の和がゼロとなる。それにより２方向ば
かりでなくｙ方向にも位相符号化された信号が得られる
。各シーケンスに対しｍ個の測定値を走査したとき、ｎ
・ｎ”＊ｍマトリックス従って三次元のマトリックスの
形のデータレコードが得られる。そして三次元のフーリ
エ変換により三次元の像が得られる。

【図面の簡単な説明】

Ｅｍ１図はこの発明に基づくパルスシーケンスの一実施
例をグラフで示した図、第２図及び第３図はそれぞれ第
１図に示すパルスシーケンスで高周波パルスの位相交番
の無い場合及び有る場合についての信号を拡大してグラ
フで示した図、第４図は三次元像形成のためのパルスシ
ーケンスの一実施例をグラフで示した図、第５図は核磁
気共鳴断層撮影装置の構成を示すブロック線図である。 ５・・・検査対象物 ６つ・・・Ｘ方向傾斜 Ｇ、・・・ｙ方向傾斜 Ｇ７・・・２方向傾斜 ＧＭＲ・・・別の傾斜 ＲＦ・・・高周波パルス Ｓ、Ｓｌ　、Ｓ２・・・信号 ＴＲ・・・パルス反復時間 ＩＧ　４ ＩＧ　１ ＩＧ５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）検査対象物が下記のパルスシーケンスすなわち、 ａ）緩和時間（Ｔ＿２）より小さいパルス反復時間（Ｔ
   Ｒ）で高周波パルス（ＲＦ）を入射され、 ｂ）各高周波パルス（ＲＦ）の前後に、し かしながら信号読み出し期間でないときに、各一つのｙ
   方向傾斜（Ｇ＿ｙ）が加えられ、その際両傾斜の面の和
   がゼロであり、 ｃ）二つの高周波パルス間に対称に一つの ｘ方向傾斜（Ｇ＿ｘ）が加えられ、この傾斜が反転され
   た二つのｘ方向傾斜（Ｇ＿ｘ＾−）により囲まれ、かつ
   この傾斜（Ｇ＿ｘ）のもとに信号（Ｓ）が読み出され、 ｄ）ｘ及びｚ方向の傾斜（Ｇ）についての 各シーケンス内での時間積分がゼロに等しくなるように
   、これらの傾斜が選ばれ、 ｅ）前記シーケンスがｎ回繰り返され、そ の際高周波パルス（ＲＦ）がそれぞれ同一の位相角を有
   し、ｙ方向傾斜（Ｇ＿ｙ）の時間積分が等間隔のステッ
   プで変更され、 ｆ）前記シーケンスが二度目にｎ回繰り返 され、その際同様にｙ方向傾斜（Ｇ＿ｙ）の時間積分が
   等間隔なステップで変更され、しかしながら高周波パル
   ス（ＲＦ）の位相角がそれぞれ１８０°ずつ交番変更さ
   れ、 ｇ）読み出された信号が走査され、その際 各シーケンスの段階ｅ）及びｆ）に含まれる信号（Ｓ＿
   １、Ｓ＿２）がシーケンス毎に加算及び／又は減算され
   、 ｈ）そのようにして得られた信号から像が 再構成される を加えられることを特徴とする核磁気共鳴による像形成
   方法。 ２）各高周波パルス（ＲＦ）の期間中に断層の選択励起
   のためにｚ方向傾斜（Ｇ＿ｚ）が加えられ、その際この
   傾斜（Ｇ＿ｚ）が反転された二つのｚ方向傾斜（Ｇ＿ｚ
   ＾−）により囲まれ、その際これらのｚ方向傾斜（Ｇ＿
   ｚ）についての時間積分がシーケンスごとにゼロである
   ことを特徴とする請求項１記載の方法。 ３）ｘ、ｚ方向の各傾斜（Ｇ＿ｘ、Ｇ＿ｚ）の前後に、
   正の成分及び負の成分から成る別の傾斜（ＧＭＲ）が加
   えられ、その際これら別の傾斜（ＧＭＲ）についての時
   間積分がゼロであることを特徴とする請求項１又は２記
   載の方法。 ４）各高周波パルス（ＲＦ）の前後に各一つのｘ方向傾
   斜（Ｇ＿ｘ＿ｐ＿１、Ｇ＿ｘ＿ｐ＿２）が加えられ、そ
   の際請求項１に記載の方法がｎ＾＊回繰り返され、その
   際それぞれこれらの傾斜 （Ｇ＿ｚ＿ｐ＿１、Ｇ＿ｚ＿ｐ＿２）の時間積分が等間
   隔なステップで相互に逆方向に変更されることを特徴と
   する請求項１ないし３の一つに記載の方法。