JPH0310181A - 磁気陽子共鳴スペクトルにおける水共鳴の抑圧方法及びこの方法を実行する装置 - 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】 本発明は、安定磁界に配置した対象に、パルスシーケン
スを用いて発生する共鳴信号より決定される磁気陽子共
鳴スペクトルにおける水共鳴の抑圧方法に関し、パルス
シーケンスはｒ〔電磁水抑圧パルスからなり、そのパル
スの後に縦の水硫化共鳴信号が少なくとも実質的に振幅
ゼロになる持ち期間後に、共鳴信号を発生させるｒｆ電
磁パルスが続く水共鳴抑圧方法に係る。

本発明は、対象を、共鳴信号を発生させるために安定磁
界と「［電磁水抑圧パルス及び「【電磁パルスのシーケ
ンスにさらす手段と、その共鳴信号を検出する手段とよ
りなる前記方法を実行する装置にも関する。

かかる磁気陽子共鳴スペクトルにおける水共鳴の抑圧方
法は、１９７２年３月１５日の物理化学ジャーナルの５
６巻６号においてＳ、　Ｌ、バットとＢ、　Ｄ、シケス
の発表した論文［水除去フーリエ変換ＮＭＲ分光学」に
説明されている。それによると、磁気共鳴スペクトルに
おける水抑圧は、水のスピン共鳴周波数の周りの周波数
選択的な反転パルスを用い、その場の平衡磁化に関して
１８０°に亘る安定均一磁界に位置する対象の核磁化を
回転させることによって、及び、このように得られ、安
定磁界と反対の縦の水磁化がゼロの値に到達するまで継
続して待つことによって達成され、る。水の平衡磁化に
関して縦の水磁化がゼロか又は少なくとも小さい時は、
必要な分子のスピン磁化を表す共鳴信号を得るために、
例えばスピンエコーシーケンスのような補足シーケンス
を発生する。上記方法は、励起パルスが他の分子のスピ
ン磁化を励起するように印加される時に、水磁化を最小
にすることを目的とする。説明された方法は、ｒ【電磁
パルスを伴う磁界の場の不均一性に影響され易く、この
場が非常に均一である場合にのみ効果がある。；しかじ
、例えば表面コイルを用いた時はこの限りではない。

本発明の一番の目的は、対象の副ボリュームの水抑圧ス
ペクトルが得られ、「ｆ電磁界の不均一性には影響され
ず、それより定量スペクトル情報が決定、されうるよう
な方法と装置を提供することにある。

これを達成するために、本発明による方法は、水の抑圧
パルスが、水の陽子共鳴周波数の周りの周波数選択的断
熱高速通過パルスであり、共鳴信号を発生するパルスの
少なくとも１つは、安定磁界に重畳された勾配磁界の印
加によって空間的に選択的とされる。「「電磁界の不均
一性に影響されないことに加えて、スプリアスエコー共
鳴信号の発生が実質的に防止されるようにもし、スプリ
アス信号は縦の水磁化がゼロになるような比較的長周期
による従来の方法により発生する。本発明による方法は
特に生体内の分光学に適している。

バットとシケスの前記論文で発表された方法とは違って
１、ｒｆ電磁界の場の不均一性には影響されず、例えば
水抑圧の双曲パルスの使用に基づく他の方法が説明され
てきたことに注意すべきである。かかる双曲パルスに基
づいた方法は、１９８３年のＪＭＲ５５号の２８３頁か
ら３００頁に掲載されているＰ、　Ｊ、ホアの論文「フ
ーリエ変換核磁気共鳴における溶剤抑圧」に述べられて
いる。しかし、双曲パルスは化学的シフトに依存するス
ペクトルに亘る振幅変調をもたらし；このことは、スペ
クトルの代謝の定性的寄与が決定されると望ましくない
。

本発明による方法はこの欠点を有さない。励起パルスが
代謝に印加された後に水硫化が安定磁界に重畳される勾
配磁界の手段、例えば、いわゆるチェス法によってデイ
フェイズされた後、水が周波数選択的に照射される方法
も知られている。かかる方法は高均一なｒｆ電磁界を必
要とし、必要なボリューム外で発生するスプリアスエコ
ー共鳴信号を容易に生じ、対象の動向の影響を受けやす
く、本発明による方法と比較して低い、要素が２の信号
対雑音比を有する。

ボリューム選択的分光学が、例えば、スライス状ボリュ
ームが表面コイル下で選択される欧州特許出願ＥＰ　０
１６７１２７から、それ自体公知であることも注意すべ
きである。長い水の選択的パルスは対象全体に印加され
る。続いて起こる選択的なパルスは勾配の存在で励起さ
れる。勾配は２つの機能を有しているニ一方は励起され
た水をデイフェイズし、そして、他方はスライス状ボリ
ュームを選択することである。かかる従来の方法は実際
は完全に異なる水抑圧方法であり、更に、断熱反転パル
スには言及しない。励起パルスは振幅が変調される。励
起パルスは共に断熱反転パルスの使用とは互換性がない
１８０°の整数倍でよい。

本発明による方法の一実施例は、共鳴信号を発生するパ
ルスが順次９０°パルス、第１の１８０°パルスと第２
の１８０　’パルスよりなるハーンエコーンーケンスを
構成し、その９０°パルスと第１及び第２の１８０°パ
ルスは、ボリューム選択を得るために、異なる勾配方向
を有する各々の勾配によって空間的に選択的とされる。

エコー共鳴信号はこの様に対象の副ボリュームで発生す
る。副ボリューム外の核スピンの励起は、ホーンエコー
シーケンスを用いることによってできるだけ回避される
。対象の副ボリュームの位置は勾配強度の多様性によっ
て選択される。

本発明による方法の他の実施例は、ホーンエコー信号に
おけるエコー時間の間隔が、９０°パルスと第１の１８
０°パルス間の比較的小さな時間間隔を得るために、非
対称であるように選択されていることを特徴とする。勾
配の切換えに因る、エコー共鳴信号についての渦電流効
果は、かくてできるだけ回避される。

本発明による方法の更なる実施例は、水抑圧パルスが脂
肪の陽子共鳴周波数の周りの周波数選択的断熱高速通過
パルスである脂肪抑圧パルスに先行又は後行されること
を特徴とする。スペクトルが、抑圧されるべき水頂点だ
けでなく、抑圧されるべき脂肪頂点をも含んでいれば、
脂肪頂点は同様の方法で抑圧される。水抑圧パルスは抑
圧されるべき脂肪に関して抑圧されるべき水の縦の弛緩
時間に依存して、脂肪抑圧パルスに先行又は後行される
。

本発明は、以後添付図面によって詳述される。

第１図は、「ｒ電磁パルスを発信／受信機コイルを介し
て対象５に伝達する発信手段２とｒ「電磁パルスによっ
て対象５内で作り出された磁気共鳴信号を受信する受信
機３からなり、かかる対象は安定均一磁界に置かれてい
る本発明による磁気共鳴装置１を概括的に示す。装置１
は、安定磁界を作る手段６よりなる。手段６は、磁気コ
イル７と、抵抗磁石や超伝導磁石の場合には、直流電源
８とよりなる。磁気コイル７内に配設された対象を有す
る装置１の動作中（磁気モーメントを有する核の）少し
過度の核スピンは、平衡状態の安定均一磁界と同じ方向
に向けられる。巨視的視点から、このことは、平衡磁化
となる磁化Ｍとして考えられる。装置１は更に、発信手
段２及び受信機３と接続された処理手段９と、処理手段
９及び発信手段２と接続された処理コンピュータ１０と
、復調後及び（共鳴信号の検出）の信号サンプリングの
後、受信機３によって受信された共鳴信号から、プログ
ラムされた手段１２を使って決定される核磁気分布を表
示する表示手段１１とよりなる。実際、発信手段２はキ
ャリア信号を発生する「１発振器１３と、キャリア信号
の振幅及び／又は位相又は周波数変調用の変調器１４と
、電力増幅器１５と、発信／受信機コイル４に接続され
た方向接続器１６からなる。

発信／受信機コイル４は、対象５全体を囲むコイルや対
象の一部を囲むコイル、又は表面コイルであってもよい
。ｒｆ発振器１３は処理手段９に接続され、変調器１４
は処理コンピュータｌＯと接続される。

例えば、陽子のラーマ−周波数付近に周波数内容を有す
る励起パルスがプログラムされた手段１２の制御下で発
信手段２を介して対象に印加される時、陽子スペクトル
が、例えばフーリエ変換のようなプログラムされた手段
１２によって決定されうる磁気共鳴信号が所から作り出
される。共鳴信号を受信する受信機手段３は方向接続器
１６と受信及び復調装置Ｉ７からなる。装置１７は、例
えば、出力信号が第１及び第２のＡ／Ｄコンバータ１８
及び１９によって夫々サンプルされる二重位相関知検出
器である。

第１（１８）と第２のＡ／Ｄコンバータは処理手段９に
接続されている。別々の発信と受信機コイルが使用され
る場合、方向接続器１６は存在しない。装置は、安定均
一磁界に重畳される勾配磁界を発生する手段２０からな
る。手段２０は、勾配磁界Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚを各々作り
出す勾配磁力コイル２１．２２．２３と、処理コンピュ
ータによって制御され、別々に作動される勾配磁気コイ
ル２１．２２．２３に動力を供給する電源２４とからな
る。図示の実施例中、勾配磁気コイルの空間の配置は、
勾配磁界の磁界方向か安定均一磁界の方向と一致し、勾
配磁界が相互に直角に延びるようにされている；第１図
中、このことは３つの相互に直角の軸ｘ、　　ｙ、　　
ｚによって示される。パルスと勾配シーケンスが対象５
に印加されると、共鳴信号はとりわけ分光学、位置依存
分光学、分光学画像のために使用される。

生体内の大脳分光学においてはいわゆるヘッドコイルが
使用でき、一方で他の部分に対し表面コイルが使用され
てもよい。

第２図は、本発明による水抑圧を伴ったボリューム選択
パルスと勾配シーケンスを示し、シーケンスは、ｔｌか
らｔ５か幾つかの場合を示す時間ｔの関数として表示さ
れる。プログラムされた手段１２の制御下で、ｔ＝ｔｌ
のとき発信手段２はｒｆ電磁水水抑パルスｐｌを発生す
る。パルスｐｌは、水の陽子共鳴周波数の周りの周波数
選択的断熱高速通過パルスで、つまり、水の陽子共鳴周
波数の周りの所定の帯域幅を有する振幅及び周波数又は
位相変調されたｒｆ電磁パルスである。帯域幅は例えば
６０Ｈｚだか所定の代謝物が測定されるべきスペクトル
中に抑圧される程大きくない。簡単化のため第２図では
断熱パルスの振幅だけを示す。断熱高速通過パルスはそ
れ自体公知で、例えば１９８８年のＪＭＲ８０号４４８
頁から１４６９頁に掲載されているユーブガービル他の
発表した論文「大きさＢ１の多様性に対する断熱パルス
の無感能を改善するための変調機能の最適化」に説明さ
れている。断熱パルスｐ１はユーブガービルの論文の４
４８頁に述べられているように例えばいわゆる５ｅｃｈ
／１ａｎｈパルスであってもよいが、他の変調機能をも
っていてもよい。より詳しくはユーブガービルの論文を
参照のこと。パルスｐｌは発信、／受信機コイル４によ
って対象５に印加され、水の共鳴周波数の周りの核スピ
ンは選択的に励起される１、断熱パルスｐ１は、水の共
鳴周波数の周りに回転する座標系における水の共鳴周波
数の周りの咳磁化の磁化ベクトルは平衡磁化から１８０
°回転されるような寸法とされ、このことは、縦の磁化
が水の周りに選択的に反転されるということを意味する
。続いて、前記磁化ベクトルが、ｔ＝ｔ２の時点で、縦
の弛緩によって振幅上口を得るまで持ち期間が生じる。

ｔ＝ｔ２の時点で、つまり勾配磁界例えば、Ｇ８の印加
と共にｒ「電磁パルスが空間的に選択できる９０°励起
パルスは励起されるので代謝の励起の核スピンがＺ軸に
縦のスライスで励起される。このように代謝の励起が水
が抑圧される時点で行なわれる。続いて１８０゜パルス
ｐ３とｐ４がｔ＝ｔ３及びｔ＝ｔ４のときに連続的に励
起され、各々の傾きＧｙ、Ｇｚが同時に印加される。ｔ
＝ｔ５のときエコー共鳴信号ｅが例えば、パルスｐ２の
励起後のＴＥ待時間開に生じる。エコー共鳴信号ｅ中で
、水の周りの共鳴周波数が抑圧される。エコー共鳴信号
ｅは受信手段３によって受信されて、検出される。Ａ／
Ｄコンバータ１８及び１９によって信号サンプルされた
後、プログラムされた手段１２は例えば、フーリエ変換
によってエコー共鳴信号ｅからのスペクトルを決定する
。これにより、そのスペクトルが表示手段１１によって
表示されうる。水の抑圧に対する断熱反転パルスの使用
は実質的にボリューム選択スペクトルのスペクトル質を
向上させるので、より多くの代謝情報が得られる。ヘッ
ドコイルを生体内の大脳スペクトルに使用したり、人体
の他の箇所に表面コイルを生体内の分光学に使用するこ
とによって良い結果が得られる。表面コイルが使用され
る時、表面コイルそれ自体の部分効果のために、空間選
択は表面コイルの軸に垂直なスライスに限定されうる。

スペクトルが、攪乱水頂点に加えて擾乱脂肪頂点を含ん
でいれば、かかる脂肪頂点は同様の方法で抑制される。

異なる縦の弛緩時間を有する水成分は別の水抑圧パルス
によって抑圧されうる。後に述べた状況は、ＣＦＳ（大
脳を制流体）の水が細胞に向かう水よりもはるかに長く
縦の弛緩時間を持つような、例えば生体内の大脳スペク
トルにおける間に生じる。

第３図は、本発明による装置と方法によって、生体内で
測定された第１のスペクトルｓ１を示す。

測定は、大脳測定のヘッドコイルによって行われた。パ
ルスｐ３及びｐ４のタイミングは、９０°パルスｐ２と
１８０°パルスｐ３（＜　１０ｍｓ）との間隔を最小化
するために非対称である。エコー時間ＴＥは１３６ｍ５
であった。７０ｃｍ３の容量が選択され、適切な信号対
雑音比を得るために２５６共鳴信号が平均化された。ｐ
ｐｍのスペクトルｓｌはとりわけＮ−アセチル−アスパ
ルテートＮＡＡ、クレアチンＣｒ、　　クロラインＣｈ
１イノシトールＩｎの共鳴である。水の無歪残留頂点Ｗ
ｒが認められるプログラムされた手段１２を用いると、
代謝の寄与は示される共鳴頂点下の表面決定によって決
定される。抑圧されない水に関して示される共鳴は巨大
な動的のために検出できない。

抑圧が低い水の場合はまた、Ｂ１に不均一性により影響
を与える方法を使うことによって、詳細において大変明
確に区別されうる。

第４図は、第２のスペクトルｓ２を示す。測定は表面コ
イルによって行なわれる。健康な人間のふくらはぎの筋
肉組織のスペクトルが示されている。

スペクトル４．５ｃｍ３のボリュームから生じる。エコ
ー時間は３０ｍ５である。水の残留信号Ｗ「と強い脂肪
信号Ｖに加えて、スペクトルｓ２は、カルノシンのヒス
チジン残留ＨＩＳのｃ２及びｃ４陽子、脂肪のメチル陽
子ＣＨ＝ＣＨ、クレアチンＣｒ、　　クロラインＣｈ、
イノシトールＩｎを示す。示されるスペクトルｓｌと８
２に加えて、とりわけ肝臓スペクトルも２１ｍ５に達す
るＴＥで測定された。エコー共鳴信号を発生するよう示
されたシーケンスは勾配を復号化する位相の追加によっ
て、分光学画像の共鳴信号を得るために従来の方法で適
合化されうる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による磁気共鳴装置を概括的に示す図、 第２図は本発明による水抑圧を伴ったボリューム選択パ
ルスと勾配シーケンスを示す図、第３図は本発明による
装置と方法による生体内の内で測定された第１のスペク
トルを示す図、第４図は本発明による装置と方法による
生体内の内で測定された第２のスペクトルを示す図であ
る・。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）安定磁界に配置した対象に、パルスシーケンスを
   用いて発生する共鳴信号より決定される磁気陽子共鳴ス
   ペクトルにおける水共鳴の抑圧方法であって、前記パル
   スシーケンスはｒｆ電磁水抑圧パルスからなり、垂直水
   磁化共鳴信号が少なくとも実質的に振幅ゼロに到達する
   持ち期間後に、共鳴信号を発するｒｆ電磁パルスが続き
   、水抑圧パルスは水の陽子共鳴周波数の周りの周波数選
   択的断熱高速通過パルスであり、共鳴信号を発生するパ
   ルスの少なくとも一つは、安定磁界に重畳される勾配磁
   界の印加によって空間的に選択的とされることを特徴と
   する磁気陽子共鳴スペクトルにおける水共鳴の抑圧方法
   。
2. （２）共鳴信号を発生するパルスは、順次９０゜パルス
   、第１の１８０゜パルスと第２の１８０゜のパルスより
   なるホーンエコーシーケンスを構成し、前記９０゜パル
   スと前記第１及び第２の１８０゜パルスはボリューム選
   択を得るために、異なる勾配方向を有する各々の勾配に
   よって空間的に選択的されることを特徴とする請求項１
   記載の方法。
3. （３）前記ホーンエコーシーケンスにおけるエコー時間
   の間隔は、前記９０゜パルスと前記第１の１８０゜パル
   ス間の比較的小さな時間間隔を得るために、非対称であ
   るように選択されていることを特徴とする請求項２記載
   の方法。
4. （４）前記９０゜パルスと前記第１の１８０゜パルスと
   の間の時間間隔は１０ｍｓより小さくなるように選択さ
   れていることを特徴とする請求項３記載の方法。
5. （５）前記水抑圧パルスが、抑圧された共鳴周りに周波
   数選択的な断熱高速通過パルスは抑圧されるべき共鳴の
   周りに１．５ｐｐｍより小さい帯域幅を有することを特
   徴とする請求項１、２、３又は４記載の方法。
6. （６）前記水抑圧パルスは脂肪の陽子共鳴周波数の周り
   の周波数選択的な断熱高速通過パルスである脂肪抑圧パ
   ルスに先行又は後行されることを特徴とする請求項１乃
   至５のいずれか１項記載の方法。
7. （７）水成分を抑圧する水抑圧パルスは先の水成分のそ
   れと異なる縦の弛緩時間を有する更なる水成分の陽子共
   鳴周波数周りの周波数選択的な断熱高速通過パルスであ
   る更なる水抑圧パルスに先行又は後行されることを特徴
   とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の方法。
8. （８）対象を共鳴信号を発生させるために安定磁界とｒ
   ｆ電磁水抑圧パルス及びｒｆ電磁パルスのシーケンスに
   さらす手段と、前記共鳴信号を検出する手段とよりなり
   、前記対象を前記シーケンスにさらす手段は、水抑圧パ
   ルスを、水の陽子共鳴周波数周りの周波数選択的な断熱
   高速通過パルスとして発生させるのに適しており、少な
   くとも１つの励起パルスの間に前記対象を空間的に選択
   的な勾配磁界にさらす手段を更に有することを特徴とす
   る請求項１乃至７のいずれか１項記載の方法を実行する
   装置。