JPH03103236A - 核磁気共鳴マルチエコー撮影方法 - 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〕 本発明は、ＮＭＲを用いた検査装置におけるマルチエコ
ー撮影法に関する． 〔従来の技術〕 従来，マルチエコー撮影法においては、マグネテイツク
・レゾナンス・イン・メデイスン３（１９８６年）第３
９７頁から第４１７頁（Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｒｅｓｏｎ
ａｎｃｅ　ｉｎ　ｍｅｄｉｃｉｎｅ　３　，　３　９　
７−４１７　（１９８６））において論じられている。

マルチエコー撮影法では、第３図に示すように励起パル
スにひきつづいて複数個の反転パルスを印加して、一回
のＮＭＲ信号の励起で多数のエコー信号を次々に生じさ
せ、これらを取得する．このとき，高周波パルスの不均
一などのために，擬像や誤差成分が生ずることが、問題
となる。従来は，第３図に示すように、奇数番目の反転
パルスの両側に、スライス選択用傾斜磁場と同一方向（
以下スライス選択方向と呼ぶ）の等強度の傾斜磁場パル
スを印加していた．これにより，擬像成分はデフエーズ
して消失し正常な形状の画像が得られる． 〔発明が解決しようとする課題〕 上記従来技術では、擬像成分以外の誤差成分について考
慮がなされておらず、第３エコー以降で誤差成分が重畳
されるため，正確な測定ができないことが問題となって
いた。本発明は、擬像成分だけでなく，それ以外の誤差
成分も除去してマルチエコー撮影を行う手段を提供する
ことを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、各反転パルスの両側に、ス
ライス選択方向の傾斜磁場だけでなく、これと直角な読
出し用傾斜磁場の方向（以下リードアウト方向）、及び
位相エンコード用傾斜磁場の方向（以下エンコード方向
）のいずれかあるいは両方についても反転パルスの前後
に傾斜磁場パルスを付加する．このとき、各反転パルス
に対応する傾斜磁場の強度の組み合わせは、擬像成分，
誤差成分ができるだけデフエーズされて除去されるよう
に選択する． さらに、測定の待ち時間を利用して他のスライス面の撮
影を行うマルチスライス法を併用する際には，反転パル
スとして帯域制限高周波パルス（選択性パルス）を用い
る必要がある．この場合には，選択性パルスのスライス
形状に依存する誤差信号を軽減するために，スライス面
の厚さよりもスライス間隔が広くなるようにする。この
とき，反転パルスのスライス厚は、励起パルスのスライ
ス厚より大きくかつスライス間隔と同じかあるいは小さ
くなるように設定する．このようにすれば、反転パルス
の波形を最適化することによって、誤差成分を最小に抑
えることができる． さらに、上記のスライス方向，リードアウト方向，エン
コード方向の３方向の傾斜磁場強度に、適当な回転行列
を乗じた結果を新たな傾斜磁場強度とすることによって
、任意方向に傾いたスライス面に対応する画像を得るこ
とができる。

〔作用〕

本発明の原理を第１図および第２図を用いて，詳細に説
明する。第２図に示すようにｎ番目の反転パルスの両側
の、スライス選択方向，リードアウト方向，エンコード
方向の各傾斜磁場の印加量（傾斜磁場パルスの強度時間
積）をＳ。，Ｒ０，Ｅ１とする。励起パルスによって生
じた核スピンの位相は、各反転パルスによって反転され
るが、反転パルスの不完全性のために、反転しない成分
および縦磁化方向の成分も同時に生じ、これらの成分が
誤差信号としてあらわれる。このとき反転した成分は，
それ以後の傾斜磁場を負の量として感受する．また反転
しない成分は正の量として感受し、縦磁化方向の成分は
影響を受けない．したがって第Ｎ番目のエコー中心にお
けるスライス選択，リードアウト，エンコード方向の各
傾斜磁場の総印加量Ｓ，Ｒ，Ｅは次のように書ける。

ここで、Ｗ工，・・・，ＷＮはそれぞれ、−１．０．１
の値をとる量であり、各反転パルスにおいて受けた作用
に対応して定まる．特に．Ｗｎ＝（−１）”に対応する
項が、正規のエコー信号を与える。この時，式（１）よ
り、明らかに．Ｓ＝Ｏ，Ｒ＝Ｏ，Ｅ＝Ｏとなる。このこ
とは，正規のエコー信号は，傾斜磁場によってデフエー
ズされないことを意味している。ＷＩＩ＝（−１）’以
外のＷｎの組み合わせに対応する項は、すべて誤差信号
を与える．したがって，これらの各項に対する傾斜磁場
の総印加量（Ｓ，Ｒ，Ｅ）が十分大きくなるようにＳｌ
・・・ＳＮ，Ｒ１・・・ＲＮ，Ｅ１・・・ＥＮを選ぶこ
とによって、誤差成分をデフエーズさせて除去すること
できる．ここで，最適なＳ・・・ＳＮ，Ｒｌ・・・ＲＮ
　，　Ｅ・・・ＥＮの組み合わせは、たとえばコンピュ
ータを用いて検索することによって得られる。

一例として、第８エコーまで測定を行う場合について得
られた結果について述べる。すべての誤差項が消失する
ような組み合わせは多数存在するが、たとえば、十分大
きなＳｏ　，Ｒｏ　，Ｅｏを選んで、 ・・・（２） とすれば、すべての誤差信号について、式（１）のＳ，
Ｒ，Ｅに関して、ＩｓＩ≧ＩＳｏｌまたは，Ｒ１≧ｌＲ
ｏｌまたはＩＥＩ≧ｌＥｏｌが成立する．したがってこ
の場合には，第８エコーまでのすべての誤差信号がデフ
エーズされて消失する．〔実施例〕 以下、本発明の実施例を図面により説明する。

第４図は本発明の実施に用いる検査装置の構成を示すも
のである。制御装置５は各装置へ種々の命令を一定のタ
イミングで出力する。高周波パルス発生器６の出力は増
幅器７で増幅され、ＲＦコイル８を励振する。ＲＦコイ
ル８で受信された信号成分は増幅器９を通り、検波器１
０で検波後、信号処理装［１１で画像に変換される。互
いに直角な２方向，Ｘ方向、及びｙ方向の傾斜磁場の発
生はそれぞれ傾斜磁場コイル１２，１３．１４で行ない
、これらのコイルはそれぞれ増幅器１５，１６．１７に
より駆動される。静磁場の発生はコイル１８で行ない、
コイル１８は電源ｌ９により駆動される．コイル１４は
コイル１３と同じ構成であり、コイルｌ４はコイルｌ３
に対してＺ軸のまわりに９０＠回転させたものである。

イプｉ 検査対象である人，［２０はベッド２１上に置かれ、ベ
ッド２工は支持台２２上に移動する．第１図，第２図は
、後に個々に詳述する各実施例の計測シーケンスの一般
形を示したものである。

各実施例は、位相エンコードを利用した２次元フーリエ
変換法（ＺＤＦＴ法）を基本としている。

第１図（ａ）はコイル８から発する高周波パルス、（ｂ
）は傾斜磁場コイル１２，１３，１４のいずれかから発
するスライス選択用傾斜磁場及びこれに続く付加パルス
、つまりはスライス選択方向の傾斜磁場の波形Ｓ（ｔ）
を、（ｃ）は傾斜磁場コイル１２，１３．１４の残りの
いずれかから発する読出し用傾斜磁場及びこれに続くリ
ードアウト方向の傾斜磁場の波形Ｒ（ｔ）を、（ｄ）は
さらに残りのコイルから発する位相エンコード用傾斜磁
場（エンコード方向の傾斜磁場）の波形Ｅ（ｔ）を示す
。どの方向のスライスを撮像するかにより、（ｂ），（
ｃ），（ｄ）の各傾斜磁場をそれぞれどの傾斜磁場コイ
ルで発生するかが選択される。

まずスライス選択用傾斜磁場の印加とともにスピン励起
用の帯域制限された９０”高周波パルス（励起パルス）
Ｐａが印加され、もってスライス内の核スピンが励起さ
れる。つぎに位相エンコード用傾斜磁場、及び予めスピ
ンをデイフェーズするための読出し用傾斜磁場が印加さ
れる。次に再びスライス選択用傾斜磁場が印加されると
ともにエコー形成用の１８０゜高周波パルス（反転パル
ス）Ｐ１が印加され、続いて読出し用傾斜磁場が印加さ
れる。これによりスピンがリフエーズされ、第１図（ｆ
）に示すエコー信号が現れる．以上が期間ＴＥＬの第１
エコーを得るためのシーケンスである。第４図の信号処
理装置１１への信号サンプリングは，第ｌ図（ｅ）に示
すように読出し用傾斜磁場が一定強度である期間内に行
なわれる。

続いて第ｌ図の期間ＴＥ２では，この期間の終りに第２
エコーのピークが現れるよう反転パルスＰ２がこの期間
の中間時点で印加される。さらに反転パルスはＰ３，・
・・，Ｐｋのようにくり返し印加され、各期間ＴＥ３，
・・・ＴＥｋの終りにはそれぞれエコーのピークが現れ
る。本実施例では反転パルスとして帯域制限された高周
波パルス（選択性パルス）が用いられ、それぞれスライ
ス選択用傾斜磁場の印加とともに印加される。

以上の一連のシーケンスは、準備された位相エンコード
傾斜磁場の振幅ごとにくり返えされる。

第１図においてはこの複数の位相エンコード傾斜磁場の
振幅を破線にて示している。このシーケンスのくり返し
により得られるデータについて、くり返しの方向、及び
各エコー計測の時間経過の２方向を変数とする２次元フ
ーリエ変換を行なうことによりスピン分布が得られ、ま
た第１〜第ｋエコーの各々による像の比較により横緩和
に関する情報が得られる。

第２図は，第ｌ図のシーケンスのうち第ｎエコーの前後
、つまり第ｎ番目の期間ＴＥ．から第（ｎ＋１）番目の
期間Ｔ　Ｅ　ｎ＋１　にかけての部分を拡大して示す。

すなわち第２図（ａ）は高周波パルス，（ｂ）はスライ
ス選択用傾斜磁場の波形、（Ｑ）は読出し用傾斜磁場の
波形，（ｄ）は位相エンコード用傾斜磁場の波形、（ｅ
）は信号サンプリングの期間、（ｆ）はＮＭＲ信号を示
す。各期間内にて、スライス選択用傾斜磁場、読出し用
傾斜磁場のそれぞれの強度時間積（強度の時間積分値）
は反転パルスの前後で互いに等しい。図中に示すように
第ｎ番目の期間内での反転バルスＰｎの前後スライス選
択用の傾斜磁場の強度時間積をそれぞれＳｎ、読出し用
傾斜磁場の強度時間積をそれぞれＲｎとする。また、実
施例によっては位相エンコード用傾斜磁場と同一方向の
傾斜磁場パルスを各期間内で，やはり反転パルスの前後
に印加しなければならない。このパルスの強度時間積を
Ｅｎとする。

本発明の特徴は、Ｓｎ　ｔ　Ｒｎ　ｔ　Ｅｎ　　（ｎ＝
１・・・・・・ｋ）の大きさの組合せにより高周波磁場
パルスの周波数制限の不完全性，つまりはスライス選択
の不完全性による誤差信号の発生を除去する点にある。

以下いくつかの具体的実施例を説明する．実施例１ 本実施例は、第４エコーまで取得する場合であり、第２
図で説明したＳｎ，Ｒｎ，Ｅｎの各傾斜磁場パルスの強
度時間積の値を次の通りとする。

このとき、傾斜磁場パルスによる誤差信号の減衰の度合
はＳｏ，ＲＯによるディフェージングの大きさに対応し
て定まる。したがってＳｏ，Ｒｏを十分大きく選ぶこと
によって各エコー信号における誤差成分をすべて除去す
ることができる。

第５図は（３）式で示される実施例のシーケンスの波形
例を示すもので、（ａ）は高周波磁場パルスを、（ｂ）
はスライス選択用の傾斜磁場の波形Ｓ（ｔ）を、（ｃ）
は読出し用の傾斜磁場の波形Ｒ（ｔ）を、（ｄ）は位相
エンコード用傾斜磁場の波形Ｅ（ｔ）を、（ｅ）はＮＭ
Ｒ信号を示す。この例では、期間ＴＳ２，ＴＳ４におけ
るスライス選択用傾斜磁場パルス、及び期間ＴＳ２及び
ＴＳ３における読出し用傾斜磁場パルスは、本来スライ
ス選択，及び信号用出しに必要な期間の前後に延長して
印加されている．４回の反転パルスＰＬ，Ｐ２，Ｐ３，
Ｐ４の印加による４つのスピンエコーの計測が終了した
後、ＴＲに示す待ち時間が経過し、スピンがほぼ熱平衡
状態にもどってから，位相工返１＝き４ピミ≧ 実施例２ 本実施例は、第６エコーまで取得するものであるｍ　Ｓ
ｎ　ｙ　Ｅｎ　ｔ　Ｒｎ　　（　ｎ　”　１　〜６）を
次の通りとする． Ｓｌ，　　Ｓ２’＝Ｓｏ，　　　　Ｓｓ，　　Ｓｓ＝２
Ｓｏ，　　　　ＳＲ，　　Ｓ４＝２ＳＯＲｉ，　Ｒａ，
　Ｒａ＝Ｒｏ，　　Ｒｚ，　Ｒ４ｙ　Ｒｓ＝２ＲｏＥｘ
〜Ｅｅ＝０ ・・・（４） この（４）式で示されるシーケンスの波形例は第６図（
．）〜（ｅ）に示される。この例では、計測時間の増大
を極力少なくしてＮＭＲ信号の誤差信号成分を除去する
のに十分な大きさの傾斜磁場パルスとするため，スライ
ス選択用傾斜磁場パルスの波形を工夫している。すなわ
ち２Ｓｏ．及び３Ｓｏの強度時間積が必要な期間ＴＳ２
〜ＴＳ５の各々のスライス選択用傾斜磁場パルスは、単
に本来スライス選択に必要な期間、つまり反転パルス、
Ｐ２〜Ｐ５のそれぞれと重なる期間の前後にパルスを伸
ばしただけでなく，付加される期間の強度がＰ２〜Ｐ５
と重なる期間の強度より高くなるような波形となってい
る．反転パルスと重なる期間のスライス選択用傾斜磁場
パルスの強度は期ｌｆｌｊＴｓ１〜ＴＳ６で全て等しい
ので，反転パルスＰ１〜Ｐ６は全て同一の周波数帯域で
良い．実施例３ 本実施例は第８エコーまで取得する例である。

本例ではＳｎ　ｐ　Ｒｎ　ｔ　Ｅｌｆ　　（ｎ＝１〜８
）を次の値とする． Ｓ　１ｔ　Ｓ　ＩＩＩ　Ｓ　５ｔ　Ｓ　ｔ＝Ｓ　ｏｓＳ
ｚｔ　　Ｓ４，　　Ｓｅｔ　　Ｓａ＝２Ｓｏ，Ｒｔｔ　
　Ｒａｓ　　Ｒａｙ　　Ｒａ＝ＲｏｐＲｚ，　Ｒｓ，　
Ｒａｔ　Ｒｔ＝　２　ＲｏＥｔ，Ｅ３ｙ　Ｅｓｔ　Ｅδ
＝Ｏ Ｅｉ　　Ｅ４，Ｅ＋，Ｅ７＝Ｅｏ ・・・（５） 第７図（ａ）〜（ｅ）は第（５）式で示されるシーケン
スの例を示す。本例では第４図で述べたスライス選択用
傾斜磁場パルスの波形の工夫に加えて第５図（ｃ）に示
すように読出し用傾斜磁場パルスの波形にも同様な工夫
を行なっている．すなわち、期間ＴＳ２，ＴＳ３，ＴＳ
６，ＴＳ７においては、本来読出しに必要な期間、つま
り第７図（ｅ）の下に示す信号サンプリング期間のと重
なる期間の前後に読出し傾斜磁場パルスを延長するだけ
でなく、付加された期間ではサンプリング時の傾斜磁場
強度より高い傾斜磁場強度としている。

第７図（ｄ）に示す位相エンコード用傾斜磁場と同一方
向の雑音成分除去用の傾斜磁場パルスは反転パルスＰ２
Ｐ４Ｐ５及びＰ７の前後に，これらの反転パルスと重な
らない期間に印加される。

第５図〜第７図に示した例では、励起バルスＰｅのみで
なく反転パルスも帯域制限がされた選択性パルスを用い
ている。したがって全計測時間を通じて選択されたスラ
イスから離れた位置のスピンは影響を受けないので、マ
ルチスライスと呼ばれる計測法が適用できる。すなわち
位相エンコード傾斜磁場の順次変更によるシーケンスの
くり返しの間には第５図〜第７図にＴＲで示す待ち時間
が必要であり，この待ち時間中に第１のスライスと平行
な別のスライスの選択励起，及び反転による計測を行な
うことができる．つまり互いに平行な複数スライスのマ
ルチエコー像を、全計測時間の増大をほとんどなくして
計測できる。ただし、周波数制限高周波パルスによるス
ライス選択は完全に矩形状の選択とならないため，複数
のスライス間の干渉が問題となる。とくに本発明のよう
なマルチエコー計測では，反転パルスのくり返し印加に
よりその不完全性が累積されていくため、特別の効果が
必要となる。

第８図はマルチスライスを適用した場合のこの対策を示
す図面である。第８図（ａ）の実線で示すのは第３図〜
第５図の励起パルスＰｅの周波数帯域制限によるスライ
ス選択特性を示す。また（ｂ）の実線は反転パルスＰ１
〜Ｐ４，（又はＰ　ｉ〜Ｐ６、又はＰ１〜Ｐ８）の周波
数帯域制限によるスライス選択特性を示す。一方（ａ）
の破線、（ｂ）の破線は、第５図〜第７図の待ち時間Ｔ
ＲＯ間に実施される第２のスライスのマルチエコー計測
における励起パルス、及び反転パルスのスライス特性を
示す。この図に示すように、励起パルスのスライス厚よ
りも反転パルスのスライス厚、及びマルチスライスのス
ライス間隔（中心間隔）を大きくとる。とくに励起パル
スのスライス厚の範囲内では反転パルスのスライス選択
特性がほぼ平坦となるよう反転パルスの周波数帯域特性
を最適化することにより反転パルスのスライス形状に伴
う誤差信号の混入を軽減できる。

以上のようにこれまで述べた実施例は反転パルスとして
帯域制限高周波パルスを用い、傾斜磁場と併用すること
によりスライス内のスピンのみ反転した。しかしながら
反転パルスとして広帯域１８０゜高周波パルス（非選択
性反転パルス）を用いる場合も本発明の適用により誤差
成分の少ないマルチエコー計測が可能となる。第９図は
先に第５図で述べた第４エコーまで取得するマルチエコ
ー法の反転パルスを非選択性反転パルスにおきかえた実
施例を示す．エコー信号に混入する誤差成分を減衰する
ためのスライス選択用傾斜磁場、読出し用傾斜磁場、位
相エンコード傾斜磁場の各パルスの強度時間積Ｓｎ　，
　Ｒｎ　ｐ　Ｅｎ　　（ｎ　＝　１　ｔ２，３．４）は
それぞれ先の（３）式に示した通りである。第４図のシ
ーケンスと異なるのは、帯域制限高周波パルスによる反
転パルスＰＬ，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４にかえて広帯域周波数
を含む非選択性反転パルスＰＬ’　，Ｐ２’　，Ｐ３’
　，Ｐ４’　を印加する点と、これらの反転パルスの印
加期間に重なりが出ないように，その前後の期間にわけ
て強度時間積がＳｏ、及び２Ｓｏのスライス選択傾斜磁
場と同一方向の傾斜磁場パルスを印加する点である。第
５図，第６図に示した実施例についても、同様に非選択
性反転パルスにおき代えることができる。このように非
選択性反転パルスを用いた場合には先に述べた計測待ち
時間を利用したマルチスライス計測は適用できない代り
に、より理想的なスピン反転が実現できる。

これまで述べてきた説明では、第４図の傾斜コイル１２
，１３及び１４をそれぞれスライス選択用傾斜磁場の発
生、読出し用傾斜磁場の発生、位相エンコード用傾斜磁
場の発生にひとつずつ割り当てていた。一方、これらの
傾斜磁場コイルの発生する傾斜磁場の向きに対して斜め
方向のスライスを撮像する場合には、良く知られている
ように複数の傾斜磁場コイルの合成磁場により互いに直
交する３種類の傾斜磁場をそれぞれ発生すれば良い。す
なわち、第５図〜第７図もしくは第９図にそれぞれ示し
たスライス選択用傾斜磁場、読出し用傾斜磁場、位相エ
ンコード用傾斜磁場の波形をそれぞれｓ（ｔ），Ｒ（ｔ
），Ｅ（ｔ）で表わすなら、回転行列Ｒによって次式で
表わせるＳ’　（ｔ），Ｒ’　（ｔ）ｔ　Ｅ’　（ｔ）
をそれぞれの傾斜磁場コイルの波形とすれば良い。

第１図及び第２図は本発明の各実施例の計測シーケンス
を一般的に示す波形図、第３図は従来のマルチエコー撮
影法を示す波形図、第４図は本発明の実施に用いるイメ
ージング装置のブロック図、第５図，第６図，第７図及
び第９図はそれぞれ本発明の具体的実施例を示す波形図
、第８図は一実施例におけるスライス選択特性を示す概
念図である。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によると、マルチエコー法における
誤差成分を除去できるので、正確な計測が実現できる。

【図面の簡単な説明】

勺 拓 口 む ２ 回 め ３ 図 第 挙 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、静磁場中におかれた対象の特定のスライス内の核ス
   ピンを該スライスと垂直方向の第１の方向のスライス選
   択用傾斜磁場パルス及び高周波励起パルスの印加により
   励起し、第２の方向の位相エンコード用傾斜磁場を印加
   して上記スピンの位相に位置情報を付与し、複数回にわ
   たり反転パルスを印加して複数回ＮＭＲエコー信号を発
   生させ、第３の方向の読出し用傾斜磁場の印加のもとに
   各ＮＭＲエコー信号をサンプリングするとの一連の計測
   シーケンスを有し、上記位相エンコード用傾斜磁場の強
   度時間積を変更しながら上記計測シーケンスをくり返し
   実行し、各エコー信号のデータについて２次元フーリエ
   変換を行なつて各エコーの示すスピン分布を得るマルチ
   エコー撮影法において、上記複数回の反転パルスの各々
   の前後に上記第１、第２、第３のうちの少なくとも２方
   向の付加的な傾斜磁場パルスを印加して擬像成分及び誤
   差成分の除去を行なうことを特徴とする核磁気共鳴マル
   チエコー撮影方法。 ２、上記反転パルスは、帯域制限された選択性パルスで
   あり、上記の一連の計測シーケンスのくり返しの間の待
   ち時間中に上記特定のスライスと平行な別のスライス内
   のスピンについてマルチエコーを計測する別の一連の計
   測シーケンスを実行し、もつて互いに平行な複数のスラ
   イスについて計測を行なうことを特徴とする請求項１に
   記載の核磁気共鳴マルチエコー撮影方法。 ３、請求項２に記載した核磁気共鳴マルチエコー撮影方
   法において、各計測シーケンスの高周波励起パルスの周
   波数特性によるスライス厚は反転パルスの周波数特性に
   よるスライス厚、及び隣接スライス間の中心間隔より小
   さいことを特徴とする核磁気共鳴マルチエコー撮影方法
   。 ４、請求項３に記載した核磁気共鳴マルチエコー撮影方
   法において、上記反転パルスの周波数特性によるスライ
   ス選択特性は上記高周波励起パルスのスライス厚の範囲
   内ではほぼ平坦であることを特徴とする核磁気共鳴マル
   チエコー撮影方法。 ５、上記反転パルスは広帯域高周波パルスであり上記付
   加的な傾斜磁場パルスは核反転パルスの前後に、該反転
   パルスと重ならない時期に印加されることを特徴とする
   請求項１に記載の核磁気共鳴マルチエコー撮影方法。