JPH0250728B2 - - Google Patents

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（nuclear magnetic
reso−nance）（以下これを「NMR」と略称す
る。）現象を利用して、被検体内における特定原
子核分布等を被検体外部より知るようにした核磁
気共鳴による検査装置に関するものである。特
に、医療用装置に適するNMR画像装置の改良に
関する。

〔原理の説明〕

本発明の説明に先だつて、はじめにNMRの原
理について概略を説明する。

原子核は、陽子と中性子とからなつており、こ
れらは全体として、核スピン核運動量Ｉ→で回転し
ているとみなされる。

第１図は、水素の原子核（¹H）を示したもの
で、イに示すように１個の陽子Ｐからなり、スピ
ン量子数1/2で表される回転をしている。ここで、
陽子Ｐは、ロに示すように正の電荷e⁺を持つてい
るので、原子核の回転に従い、磁気モーメントμ→
が生ずる。すなわち、一つ一つの水素の原子核
は、それぞれ一つ一つの小さな磁石とみなせる。

第２図は、この点を模式的に示した説明図で、
鉄のような強磁性体では、この微小磁石の方向が
イに示すように揃つており、全体として磁化が観
測される。これに対して、水素等の場合は、微小
磁石の方向（磁気モーメントの向き）はロに示す
ようにランダムであつて、全体として磁化は見ら
れない。

ここで、このような物質に、Ｚ方向の静磁場
H₀を印加すると、各原子核がH₀の方向に揃う。
すなわち核のエネルギー準位がＺ方向に量子化さ
れる。

第３図イは水素原子核についてこの様子を示し
てものである。水素原子核のスピン量子数は1/2
であるから、第３図ロに示すように、−1/2と＋1/
２の２つのエネルギー準位に分かれる。２つのエ
ネルギー準位間のエネルギー差ΔEは、(1)式で表
される。

ΔE＝γ〓H₀ ……(1) ただし、γ：磁気回転比 〓＝ｈ／2π ｈ：プランク定数 H₀：磁気強度 ここで各原子核には、静磁場H₀によつて、 μ→×Ｈ_０→ なる力が加わるので、原子核はＺ軸のまわりを、
(2)式で示すような角速度ωで歳差運動する。

ω＝γH₀（ラーモア角速度） ……(2) この状態の系に角速度ωに対応する周波数の電
磁波（通常ラジオ波）を印加すると、共鳴がおこ
り、原子核は(1)式で示されるエネルギー差ΔEに
相当するエネルギーを吸収して、高い方のエネル
ギー準位に遷移する。核スピン角運動量を持つ原
子核が数種類混在していても、各原子核によつて
磁気回転比γが異なるため、共鳴する周波数が異
なり、したがつて特定の原子核の共鳴のみを取り
出すことができる。また、その共鳴の強さを測定
すれば、原子核の存在量も知ることができる。ま
た、共鳴後、緩和時間と呼ばれる時定数で定まる
時間の後に、高い準位へ励起された原子核は、低
い準位へもどる。

この緩和時間は、スピン−格子緩和時間（縦緩
和時間）T₁と、スピン−スピン緩和時間（横緩
和時間）T₂とに分類され、この緩和時間を観測
することにより物質分布のデータを得ることがで
きる。一般に固体では、スピンは結晶格子の上に
決まつた位置にほぼ固定されているので、スピン
同士の相互作用が起こりやすい。したがつて緩和
時間T₂は短く、核磁気共鳴で得たエネルギーは、
まずスピン系にゆきたわつてから格子系に移つて
ゆく。したがつて時間T₁はT₂に比べて著しく大
きい。これに対して、液体では分子が自由に運動
しているので、スピン同士スピンと分子系（格
子）のエネルギー交換の起こりやすさは同程度で
ある。したがつて時間T₁とT₂はほぼ等しい値に
なる。特に時間T₁は、各化合物の結合の仕方に
依存している時定数であり、正常組織と悪性腫瘍
とでは、値が大きく異なることが知られている。

ここでは、水素原子核（¹H）について説明し
たが、この他にも核スピン角運動量をもつ原子核
で同様の測定を行うことが可能であり、水素原子
核以外に、リン原子核（³¹P）、炭素原子核
（¹³C）、ナトリウム原子核（²³Na）、フツ素原子
核（¹⁹F）、酸素原子核（¹⁷O）等に適用可能であ
る。

このように、NMRによつて、特定原子核の存
在量およびその緩和時間を測定することができる
ので、物質内の特定原子核について種々の化学的
情報を得ることにより、被検体内に種々の検査を
行うことができる。

〔従来の技術〕

従来より、このようなNMRを利用した検査装
置として、Ｘ線CTと同様の原理で、被検体の仮
想輪切り部分のプロトンを励起し、各プロジエク
シヨンに対応するNMR共鳴信号を、被検体の数
多くの方向について求め、被検体の各位置におけ
るNMR共鳴信号強度を再構成法によつて求める
ものがある。

第４図は、このような従来装置における検査手
法の一例を説明するための動作波形図である。

被検体に、はじめに第４図ロに示すようにＺ勾
配磁場Gzと、イに示すように細い周波数スペク
トルのRFパルス（90゜パルス）を印加する。こ
の場合、ラーモア角速度 ω＝γ（H₀＋ΔGz） となる面だけのプロトンが励起され、磁化Ｍを第
５図イに示すような角速度ωで回転する回転座標
系上に示せば、y′軸方向90゜向きを変えたものと
なる。続いて、第４図ハ，ニに示すようにｘ勾配
磁場Gxとｙ勾配磁場Gyを加え、これによつて２
次元勾配磁場を作り、ホに示すようなNMR共鳴
信号を検出する。ここで、磁化Ｍは第５図ロに示
すように、磁場の不均一性によつて、x′，y′面内
で矢印方向に次第に分散して行くので、やがて
NMR共鳴信号は減少し、第４図ホに示すように
τ時間を経過して無くなる。このようにして得ら
れたNMR共鳴信号をフーリエ変換すれば、ｘ勾
配磁場Gx、ｙ勾配磁場Gyにより合成された勾配
磁場と直角方向のプロジエクシヨンとなる。

以下、同じようにして、所定の時間τ′だけ待つ
て、次のシーケンスを繰り返す。各シーケンスに
おいては、Gx，Gyを少しずつ変える。これによ
つて、各プロジエクシヨンに対応するNMR共鳴
信号を被検体の数多くの方向について求めること
ができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような動作をなす従来装置においては、第
４図において、NMR共鳴信号が無くなるまでの
時間τは、10〜20msであるが、次のシーケンス
に移るまでの所定時間τ′は、緩和時間T₁のため
1sec程度は必要となる。それゆえに、一つの被検
体断面を、例えば128プロジエクシヨンで再構成
するものとすれば、その測定には少なくとも２分
以上の長い時間を必要とする。

本発明は、これを改良するもので、磁化Ｍが緩
和時間T₁により熱平衡状態（ＭがZ′軸を向く）
になるまで待たず、パルス系列を用て、磁化Ｍを
Z′方向へ強制的に向けるようにした点に特徴があ
る。

さらに、本発明者らは、緩和時間T₁，T₂を求
めるために、複雑な測定を行わなくとも、NMR
信号強度を観測して、これから簡単な演算を行う
ことにより、緩和時間T₁，T₂を求めることがで
きることに気付いた。

すなわち本発明は、磁化Ｍが緩和時間T₁によ
り熱平衡状態になるまで待たずに、パルス系列を
用いて、磁化ＭをZ′方向に強制的に向けるように
制御する方法で、緩和時間T₁およびT₂を簡単に
算出することができるNMR装置を提供すること
を目的とする。

〔発明の要旨〕

本発明は、上述のシーケンスの時間の90゜パル
スを印加してから180゜パルスを印加する時間Ts₁、
180゜パルスを印加してから90゜パルスを印加する
時間Ts₂、90゜パルスを印加してから次のシーケン
スの90゜パルスを印加するまでの時間Tdのいずれ
か少なくとも一つを変化させて核磁気共鳴信号お
よびエコー信号を測定することにより、緩和時間
T₁，T₂、原子核密度を高速に求めることができ
るようにしたものである。

〔実施例〕

以下図面を参照して本発明実施例を説明する。

第６図は本発明の一実施例の構成を示すブロツ
ク図である。図において、１は一様静磁場H₀（こ
の場合の方向をＺ方向とする。）を発生させるた
めの静磁場用コイル、２はこの静磁場用コイル１
の制御回路で、例えば直流安定化電源を含んでい
る。静磁場用コイル１によつて発生する磁束の密
度H₀は、0.1T程度であり、また均一度は10^-4以
上であることが望ましい。

３は勾配磁場用コイルを総括的に示したもの、
４はこの勾配磁場用コイル３の制御回路である。

第７図イは勾配磁場用コイル３の一例を示す構
成図で、Ｚ勾配磁場用コイル３１、ｙ勾配磁場用
コイル３２，３３、図示してないがｙ勾配磁場用
コイル３２，３３と同じ形であつて、90゜回転し
て設置されるｘ勾配磁場用コイルを含んでいる。
この勾配磁場用コイルは、一様静磁場H₀と同一
方向磁で、ｘ，ｙ，ｚ軸方向にそれぞれ直線勾配
をもつ磁場を発生する。６０は制御回路４のコン
トローラである。

５は被検体に細い周波数スペクトルのRFパ
ルスを電磁波として与える励磁コイルで、その構
成を第７図ロに示す。

６は測定しようとする原子核のNMR共鳴条件
に対応する周波数（例えばプロトンでは、42.6M
Hz／Ｔ）の信号を発生する発振器で、その出力
は、コントローラ６０からの信号によつて開閉が
制御されるゲート回路６１、パワーアンプ６２を
介して励磁コイル５に印加されている。７は被検
体におけるNMR共鳴信号を検出するための検出
コイルで、その構成は第７図ロに示す励磁コイル
と同じで、励磁コイル５に対して90゜回転して設
置されている。なお、この検出コイルは、被検体
にできるだけ近接して設置されることが望ましい
が、必要に応じて、励磁コイルと兼用させてもよ
い。

７１は検出コイル７から得られるNMR共鳴信
号（FID：free induction decay）を増幅する増
幅器、７２は位相検波回路、７３は位相検波され
た増幅器７１からの波形信号を記憶するウエーブ
メモリ回路で、Ａ／Ｄ変換器を含んでいる。８は
ウエーブメモリ回路７３からの信号を例えば光フ
アイバで構成される伝送路７４を介して入力し、
所定の信号処理を施して断層像を得るコンピユー
タ、９は得られた断層像を表示するテレビジヨン
モニタのような表示器である。また、コントロー
ラ６０からコンピユータ８へは、信号線７６によ
り、必要な情報が伝送される。

このように構成した装置の動作を、第８図およ
び第９図を参照しながら説明する。

まず、はじめに制御回路２は静磁場用コイル１
に電流を流し、被検体（被検体は各コイルの円筒
内に設置される。）に静磁場H₀を与えた状態とす
る。この状態において、コントローラ６０は、は
じめに制御回路４を介してＺ勾配磁場用コイル３
１に電流を流し、第８図ロに示すようにＺ勾配磁
場Gz⁺を与える。またGz⁺が与えられている下
で、ゲート回路６１を開とし、発振器６からの信
号を増幅器６２を介して励磁コイル５に印加し、
第８図イに示すように細いスペクトルを持つた
90゜パルスで、被検体の一面を励起する。なお、
第８図ロにおいて、Gz⁺に続くGz^-は、被検体の
異なる部分からのNMR共鳴信号の位相を一致さ
せるための波形信号であつて、この技術は公知の
技術である。

この時点t₀においては、磁化Ｍは第９図イの回
転座標系に示すようにy′軸方向に90゜向きを変え
る。続いてＸ勾配磁場用コイルおよびｙ勾配磁場
用コイル３２，３３に電流を流し、第８図ハ，ニ
に示すように所定の大きさの磁場Gx，Gyを印加
し、検出コイル７から得られる第８図ホに示すよ
うなNMR共鳴信号を検出する。NMR共鳴信号
が検出されている時点（例えばt₁の時点）では、
磁化Ｍは第９図ロに示すように、x′，y′面内で破
線矢印方向に次第に分散していく途中にある。検
出コイル７で検出されるNMR共鳴信号は、時間
とともに次第に減衰するもので、この信号は増幅
器７１で増幅され、位相検波回路７２で位相検波
され、ウエーブメモリ回路７３を介してコンピユ
ータ８に印加される。ここで、NMR共鳴信号は
フーリエ変換され、１プロジエクシヨンの信号と
なる。これまでの動作は従来装置と同様である。

NMR共鳴信号が無くなるまでのTs₁時間経過
後にコントローラ６０は、再びＺ勾配磁場用コイ
ル３１に電流を流し、第８図ロに示すようにＺ勾
配磁場Gz⁺を与えるとともに、ゲート回路６１を
開とし、励磁コイル５に電流を流し、今度は第８
図イに示すように同一面に180゜−ｘパルス（180゜
−ｘは発振器６からの信号の位相を反転したも
の）を印加する。続いて、第８図ハ，ニに示すよ
うにＸ勾配磁場用コイルおよびｙ勾配磁場用コイ
ルに電流を流し、前回と同様の所定の大きさの磁
場Gx，Gyを同時に印加させる。

つぎに、180゜−ｘパルスを印加すると、分散し
た磁化Ｍは第９図ハに示すように再び集合し始
め、検出コイル７からは、第９図ホに示すように
次第に増大するNMR共鳴信号（この信号をエコ
ー信号と呼ぶ。）が検出される。

180゜−ｘパルスを印加してから、Ts₂時間経過
後にエコー信号は第８図ホに示すように最大とな
る。このエコー信号はシーケンス中Gx，Gy，Gz
が一定であれば時間Ts₁とTs₂とは等しく、さら
にこの間は被検体の状態が変わらないものとすれ
ば、はじめに出力されたNMR共鳴信号と時間軸
に対して対象な信号波形となる。この時点t₃で、
ゲート回路６１を開として、Gz⁺の下で励磁コイ
ル５に電流を流し、今度は第８図イに示すように
90゜パルスを印加し、磁化ＭをZ′軸方向に強制的
に向ける。この時点t₃では、磁化Ｍは、第９図ニ
に示すように、緩和時間T₂のためにZ′軸に一致
せず、少し分解した状態にある。

この状態から少しの時間Tdを経過後、緩和に
よつて磁化ＭはZ′軸に一致する。ここで、t₃の時
点から、磁化ＭがZ′軸に一致するまでの時間幅
Tdは、t₃の時点では磁化ＭがZ′軸から僅かに分
散しているだけであることから、緩和時間T₁に
比較して十分短く、例えば4Ts程度でよい。時間
Tsが経過した時点で、第11回目のシーケンスが
終了し、以後同様のシーケンスを繰り返す。各シ
ーケンスでは、被検体に与えるGx，Gyを少しず
つ変え、それぞれのシーケンスについて、すなわ
ち、それぞれのプロジエクシヨンについて、検出
コイル７からNMR共鳴信号およびエコー信号を
得る。

コンピユータ８は、各シーケンスにおいて、例
えば、はじめに出力されるNMR共鳴信号または
時間反転波であるエコー信号もしくは両者の和を
フーリエ変換し、Ｘ線CTと同様な公知の手法
（例えばfiltered back projection）によつて再構
成演算を行い、断層像を得て、これを表示器９に
表示する。

このようにシーケンスを定義する時間Td，
Ts₁およびTs₂について、 Ts₁＝Ts₂＝Ts とし、90゜パルスおよび180゜パルスの時間幅は十
分短いと仮定すると、NMR信号の強度Ｖ（横方
向磁化My₊に比例する量）は、 Ｖ＝１−exp（−Td／T₁）／１−exp（−Td／T₁−２Ts
／T₂）・Ｍ……(3) で与えられる。ここでＭはプロトン密度であり、
熱平衡状態の磁化M₀に比例する量である。

また、エコー信号の強度V′は(3)式の信号の強
度Ｖに対して、 V′＝Ｖ・exp（−2Ts／T₂） となるが、これはNMR信号の強度Ｖに比べて信
号の強度がやや小さいだけでその他の条件は全く
同様であるので、同様に適用することができる。
以降の説明はNMR信号を例にとつて説明する。

いまかりにＭ＝１として、緩和時間T₁，T₂の
違いにより、NMR信号の強度Ｖがどのように変
化するかを図示すると、第１０図のようになる。
すなわち、強度Ｖは緩和時間T₁，T₂により変化
し、得られる画像データに緩和時間T₁およびT₂
により差異をつけることが可能であることがわか
る。第１０図はTd＝100ms，Ts＝10msの場合で
あるが、強度Ｖはシーケンスを定義する時間Td
またはTsによつても変化する。そのため、Tdま
たはTsを変えた数枚の画像から、T₁またはT₂に
関する情報を得ることが可能である。第１１図
は、Td／T₁，Ts／T₂をパラメータとしたもの
で Td／T₁＜１，Ts／T₂＜0.1 程度とすると、緩和時間T₁，T₂による差異を強
調できることがわかる。すなわち、時間Ts₁およ
びTs₂は緩和時間T₂より短く設定し、時間Tdは
緩和時間T₁より短く設定することがよい。

この性質を利用して、すなわち上記(3)式を利用
して、時間TdおよびTsをパラメータとして変化
させ、NMR信号の強度Ｖを測定すると、緩和時
間T₁およびT₂を未知数とする方程式ができる。
この方程式は時間TdおよびTsを変化させた数だ
けできるので、連立方程式として解を求めると、
緩和時間T₁およびT₂を求めることができる。

すなわち、本発明の装置では、第６図に示すコ
ンピユータ８に、コントローラ６０から時間Td，
Ts₁およびTs₂の情報を与えて、コンピユータ８
で連立方程式を作り、これを解くことにより緩和
時間T₁，T₂およびプロトン密度Ｍを算出するこ
とを特徴とする。

実際に観測されるNMR共鳴信号はノイズを含
んでいるので、強度Ｖを必ずしも正確に測定でき
るとは限らない。このような場合には、未知数
T₁，T₂，Ｍより多くの測定データから、最小自
乗法などによつて未知数T₁，T₂，Ｍの値を求め
ることにすれば、ノイズ等による測定の誤差の影
響を小さくすることが可能であり、未知数T₁，
T₂，Ｍについての正確な値を得ることができる。
算出された緩和時間T₁またはT₂もしくはＭの値
は、被検体の断面像について緩和時間の分布画像
構成のためのデータとして使用する。特に、緩和
時間T₁およびT₂の画像はNMRの標準画像とし
ても重要である。

次に連立方程式をとき緩和時間T₁およびT₂を
算出する実施例について説明する。

上記(3)式で、Ｖ／Ｍ＝ＶすなわちＭ＝１とお
き、 −Td／T₁＝α、−2Ts／T₂＝β とすると、(3)式は、 Ｖ＝１−exp（α）／１−exp（α＋β） ……(4) となる。この(4)式から exp（α）＝Ｖ−１／Vexp（β）−１ ……(5) または exp（β）＝Ｖ−１＋exp（α）／Vexp（α） ……(6) が得られる。したがつて、(5)式から exp（−Td／T₁）＝Ｖ−１／Vexp（β）−１ ……(7) (7)式からT₁を求めて、 T₁＝−Td／loge〔（Ｖ−１）／｛Vexp（−２
Ts／T₂）−１｝〕……(8) となる。ここで、時間Tsを新しい時間 Ts′＝2Ts に変更すると、NMR強度ＶがV′に変化して、上
記(8)式と同様に T₁＝−Td／loge〔（V′−１）／｛V′exp（
−２Ts′／T₂）−１｝〕……(9) が式立する。緩和時間T₁は変化しないから、(8)
式と(9)式の右辺は互いに等しく、 Ｖ−１／Vexp（−２Ts／T₂）−１＝V′−１
／V′exp（−２Ts′／T₂）−１……(10) となる。ここで、 exp（β）＝Ｂ とおくと、 exp（2β）＝Ｂ であるから、(10)式は V′（Ｖ−１）B²−Ｖ（V′−１）Ｂ＋（V′−Ｖ）＝
０ ……(11) なる２次方程式になり、この根は Ｂ＝１／2V′（Ｖ−１）〔Ｖ（V′−１）−
√²（′−１）²−4′（−１）（′−）〕
……(12) となる。右辺＝Ｆ（Ｖ，V′）とおくと、(12)式は exp（−２Ts／T₂）＝Ｆ（Ｖ，V′） すなわち T₂＝−2Ts／loge〔Ｆ（Ｖ，V′）〕……（13） これを(7)式に代入して exp（−Td／T₁）＝Ｖ−１／Ｖ・Ｆ（Ｖ，V′）−１ ……（14） からT₁を求めて T₁＝−Td／loge〔Ｖ−１／Ｖ・Ｆ（Ｖ，V′）−１〕
……（15） が得られる。

以上のように、２つのパルス系列によるNMR
信号（Td，Ts，Ｖ）および（Td，2Ts，V′）か
ら、T₁，T₂を求めることができた。

この例は時間Tsを２倍に変更したが、一般に
ｎ倍に変更してもあるいはｎ分の１に変更して
も、同様に実施することができる。このときｎは
必ずしも整数でなくてもよい。

つぎに、時間Tdの方を変更する例について説
明する。

上記(6)式においてT₂を求めると、 T₂＝−2Ts／loge〔Ｖ−１＋exp（−T₁／Td）／Vexp（
−Td／T₁）〕……（16） となる。ここで、2Td＝Td′として、この時間
Td′に対するNMR信号強度V′を測定すると、 Ｖ−１＋exp（−Td／T₁）／Vexp（−Td／T₁
）＝V′−１＋exp（−Td′／T₁）／V′exp（−Td′／T₁
）……（17） が得られる。ここで exp（−Td／T₁）＝Ａ とおくと exp（−Td′／T₁）＝A² となり、（17）式は （V′−Ｖ）A²＋V′（Ｖ−１）Ａ−Ｖ（V′−１）＝
０ ……（18） なる二次方程式に書き表わせる。この（18）式か
ら根を求めると Ａ＝１／２（V′−Ｖ）〔−V′（Ｖ−１）−
√′²（−１）²＋4（′−１）（′−）〕
……（19） となる。ここで右辺をＧ（Ｖ，V′）とおくと、 exp（−Td／T₁）＝Ｇ（Ｖ，V′） ……（20） これを解いて、 T₁＝−Td／loge〔Ｇ（Ｖ，V′）〕 ……（21） が求められる。これを(6)式に代入して exp（−２Td／T₁）＝Ｖ−１＋Ｇ（Ｖ，V′）／Ｖ・Ｇ（
Ｖ，V′） ……（22） から T₂＝−2Ts／loge〔Ｖ−１＋Ｇ（Ｖ，V′）／Ｖ・Ｇ（Ｖ
，V′）〕……（23） が得られる。すなわち、時間Tsを固定し、時間
Tdを変化させても緩和時間T₁，T₂を求めること
ができる。上記例は時間Tdを２倍に変化させた
が、これはｎ倍に変化させても、ｎ分の１に変化
させても、同様に求めることができる。

以上の例はプロトンの密度Ｍを１としたが、密
度Ｍが１でない場合には、ＶをＶ／Ｍと表現すれ
ば、 Ｆ（Ｖ，V′）はＦ（Ｖ／Ｍ，V′／Ｍ） Ｇ（Ｖ，V′）はＧ（Ｖ／Ｍ，V′／Ｍ） として書き表わすことができる。したがつて、Ｍ
が１でない場合についても、全く同様に、緩和時
間T₁およびT₂を方程式から算出することができ
る。

上述の緩和時間T₁およびT₂を求めるための演
算は、プログラムされた情報処理装置を用いて、
リアルタイムに実行することができる。

第８図に示したパルス系列以外でも、同様に緩
和時間T₁，T₂およびプロトン密度Ｍを求めるこ
とができる。次にそれらの例を示す。

第１２図は３次元PR法と呼ばれる手法に適用
した場合である。被検体に印加する電磁波とし
て、第１２図イに示すように矩形波状のパルス信
号を使用するとともに、被検体のプロジエクシヨ
ンの方向を特定するための磁場Gz，Gx，Gyを第
１２図ロ，ハ，ニにそれぞれ示すように、同時に
被検体に与えるように構成する。NMR信号強度
については、上述の(3)式が成立するので、緩和時
間T₁，T₂および密度Ｍの演算方法は同様である。

第１３図は、フーリエ変換法と呼ばれる手法に
適用したものである。この手法は、はじめに、第
１３図イに示すように、Gz⁺（第１３図ロ参照）
の下で、90゜パルスの電磁波を被検体に印加して
被検体の一面を励起する。次に第１３図ハに示す
ように、Gxを時間txの間被検体に与え、磁化の
位相をｘ方向に目盛付けする。

γLx∫_tHdt・Gx＝2πn ……（24） ただし、Lx：ｘ方向の被検体の長さ ｎ：整数（ｎ＝−N′／２，−Ｎ／２＋１，…， −１，０，＋１，Ｎ／２−１） Ｎ：ｘ方向の分割数 つづいて、第１３図ニおよびホに示すように、
Gyの下で、NMR信号を検出する（ｙ方向はラー
モア角速度で目盛付けを行う）。つづいて、第１
３図イに示すように、90゜パルスを印加してから
τ時間後に180゜−ｘパルスを印加する。つづい
て、第１３図ニ，ハ，ロに示すように磁場Gy，
Gx，Gzを順次与え、その下で第１３図ホに示す
ようにエコー信号を作る。このエコー信号が最大
となつた時点（180゜−ｘパルスを印加してからτ
時間経過後）であつて、Gz⁺の下で第１３図イに
示すように90゜パルスを印加して、磁化をZ′軸に
向ける。τ′時間経過後に、前記のシーケンスを繰
り返す。各シーケンスでは、Gxのパルス幅txを
順次変え、Ｎ個のNMR信号データを得る。この
ようにして得られたＮ個のNMR信号を２次元フ
ーリエ変換し、断層像を得る。

なお、この手法において、各シーケンスでは
Gxのパルス幅を順次変える代わりに、txを一定
とし、Gxの大きさを順次変えるようにしてもよ
い。この場合のNMR信号強度V′は上記(3)式を用
いて、 V′＝Ｖ×exp（−Tx／T₂） ……（25） となり、同様の手法でT₁，T₂およびＭの像が得
られる。

第１４図は、３次元フーリエ変換法に適用した
場合である。ここでは、被検体に印加する電磁波
として、第１４図イに示すように矩形波状のパル
ス信号を使用するとともに、被検体をｘ，ｙ，ｚ
軸の３次元で目盛付けするための磁場Gz，Gx，
Gyを第１４図ロ，ハ，ニにそれぞれ示すように
時間制御し、順次被検体に与えるようにしたもの
である。T₁，T₂，Ｍの演算はフーリエ変換法と
同じである。

第１５図は、本発明にかかわる手法をスピンワ
ープ法と呼ばれる手法に適用した場合の動作波形
図である。ここでは、第１５図ハに示すように、
ｘ軸方向勾配磁場Gxを印加する時間txは一定と
し、各シーケンス毎に異なる大きさの磁場Gx₁，
Gx₂，……を与えるようにしたものである。ま
た、磁場Gxを印加している間第１５図ニに示す
ように、ｙ軸方向勾配磁場Gy^-を印加するように
している。磁場Gxを印加しているときに磁場
Gy^-を印加すると、磁化は拡散して第１６図ホの
破線に示すようにNMR共鳴信号は減少してすぐ
に消滅する。つづいて第１５図ニに示すようにｙ
軸方向勾配磁場Gy⁺を印加すると、磁化が再び集
合し、第１５図ホに示すように変化するエコー信
号が表れ、磁場Gy⁺を印加している下でこれをデ
ータE₁，E₁′として検出する。この場合の信号強
度V′は(3)式を用いて、 V′＝Ｖ×exp（−2Tx／T₂） となり、同様にT₁，T₂およびＭの像を得ること
ができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、磁化を
与えた後、緩和時間T₁により熱平衡状態になる
まで待たずに、パルス系列を用いて強制的に磁化
を戻す場合には、このときのNMR信号強度を観
測すれば、これから緩和時間T₁，T₂およびプロ
トン密度Ｍが簡単に演算により求められる。

これにより、リアルタイムの観測と演算が高速
化されるとともに、装置が簡単化されるので、医
療機器その他に実施してその効果は極めて大き
い。また、NMR信号およびエコー信号を観測す
るので主として緩和時間T₂を精度良く求めるこ
とができ、信号対雑音比が良好で分解能のよい画
像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は水素原子のスピンを説明する図。第２
図は水素原子の磁気モーメントを模式化した図。
第３図は水素原子の原子核が磁場の方向に揃う状
態を説明する図。第４図はNMRによる検査パル
ス波形の一例を示す図。第５図は磁化Ｍを回転座
標系に表示する図。第６図は本発明実施例装置の
構成図。第７図は磁場用コイルの一例を示す構造
図。第８図は本発明実施例装置のパルス系列波形
図。第９図は磁化Ｍを回転座標系に表示する図。
第１０図は緩和時間T₁およびT₂に対するNMR
信号の強度Ｖを示す図。第１１図はTd／T₁，
Ts／T₂をパラメタとしてNMR信号の強度Ｖを
示す図。第１２図は３次元PR法に本発明を適用
した場合の本発明実施例装置のパルス系列波形
図。第１３図はフーリエ変換法に本発明を適用し
た場合の本発明実施例装置のパルス系列波形図。
第１４図は３次元フーリエ変換法に本発明を適用
した場合の本発明実施例装置のパルス系列波形
図。第１５図はスピンワープ法に本発明を適用し
た場合の本発明実施例装置のパルス系列波形図。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被検体に一様静磁場H₀を与える手段と、 被検体にｘ，ｙ，ｚ軸方向の勾配磁場Gx，
   Gy，Gzを与える手段と、 上記被検体の組織を構成する原子の原子核に核
   磁気共鳴を与えるための高周波パルスを印加する
   手段と、 一様静磁場下で上記高周波パルスが印加され勾
   配磁場が与えられた状態で原子核に生ずる核磁気
   共鳴信号を測定する手段と を備え、 こ原子核が共鳴している高いエネルギーレベル
   から熱平衡状態の低いエネルギーレベルに戻るま
   での緩和時間を測定する手段を含み、 上記高周波パルスを印加する手段は、 上記原子核に90゜の第一の高周波パルスを印加
   する手段と、 この第一の高周波パルスを印加してから第一の
   時間Ts₁の経過後に上記原子核に180゜の第二の高
   周波パルスを印加する手段と、 この第二の高周波パルスを印加し上記第一の時
   間Ts₁に等しいまたは異なる第二の時間が経過し
   てから上記原子核に90゜の第三の高周波パルスを
   印加する手段と を含み、 上記第一の高周波パルスを印加する手段ないし
   第三の高周波パルスを印加する手段によつて１回
   のシーケンスを構成し、そ後第三の時間Tdを経
   過してから、上記シーケンスを繰り返すように構
   成された 核磁気共鳴による検査装置において、 上記高周波パルスを印加する手段は、上記第一
   の時間Ts₁、上記第二の時間Ts₂および上記第三
   の時間Tdの少なくとも一つを変化させて異なる
   複数のシーケンスを構成するように設定され、 上記核磁気共鳴信号を測定する手段は、各シー
   ケンスで核磁気共鳴信号の強度Ｖおよびエコー信
   号の強度V′を被検体の各部分についてそれぞれ
   複数個測定するように構成され、 さらに、上記核磁気共鳴信号を測定する手段に
   より測定された強度Ｖ，V′の複数個の値につい
   て画像間演算により、スピン−格子緩和時間T₁、
   スピン−スピン緩和時間T₂および原子核密度の
   うちの少なくとも一つの２次元および３次元の画
   像を求める演算手段を備えた ことを特徴とする核磁気共鳴による検査装置。