JPH0316552A - 局部核共鳴分光用の方法及び装置 - 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】 本発明は、静止均一磁界の存在で、多くのシーケンスは
検査領域に作用し、その夫々は横方向磁化を発生する少
なくとも１つの高周波パルスが先行し、同じ時間間隔で
互いに続く３つの１８０゜高周波パルスからなる局部核
共鳴分光計用の方法に係る。

これに関しては、「局部核共鳴分光計」は、例えば患者
の頭の一部から、小領域を含む検査領域の小領域からの
核共鳴信号のスペクトルの決定を意味すると理解される
。かかる分光検査の場合に、それはしばしばｊ結合が存
在するその分子基間の物質を検出する問題である。例え
ばｊ結合は乳酸のＣＨ３基及びＣ口基間に存在する。こ
の一結合の効果は、個別分子基が核共鳴スペクトル内の
行として現われないが、ダブレットとして現われ、その
周波数空間が結合の強度Ｊに対応することである。

欧州特許出願第３２２００６号では、例えば乳酸の局部
分光に適した方法の記述が既にある。この方法では、核
磁化を励起する各シーケンスは９０°パルスからなり、
それは同じ時間間隔で１８０゜パルス、そして更に９０
”を伴う。この点で、２つの９０゜パルス周波数選択的
である。シーケンスの中でこれらの３つの高周波パルス
は、局部化をさせる３つのスライス選択１８０°高周波
パルスを伴う。この方式の過程では、第１の高周波パル
ス及び処理されるべき核共鳴信号の発生の間の期間であ
るエコー時闇は、Ｉ１１／Ｊ又はその倍に対応しなけれ
ばならず；さもなければ、ダブレットに関連した信＠威
分は完全又は部分的に相殺される。

上記の多くの物質の場合において、一は７口ｌの大きさ
のオーダであり、これはエコー時間が約１４Ｏ　ｎ’ｓ
でなければならないことを意味する。

一方では、その様な時閤は短かい横方向緩和時間Ｔ２を
有する物質に対し非常に長い。しかし、他方では、局部
化に必要な勾配磁界のスイッチオンとオフにより発生し
た、核共鳴信号の検出まで減少する渦電流の為さらに長
いエコー時間を選ぶ必要もありうる。

従って、本発明の目的は、エコー時問がｊ結合の強度に
依存しないので選ばれるような方法で初めに示した方式
の方法を用いることである。この目的は、本発明による
３つの１８０゜高周波パルスのうちの第１及び第３及び
先行する高周波パルスは、３つのスライスを励起するス
ライス選択パルスであり、第２の１８０′″高周波パル
スは、物質の２つの互いに結合された成分のうちの１つ
だけを励起するよう整形された周波選択パルスであり、
３つのスライスの部分的領域からの核共鳴信号はそのス
ペクトルを決める為処理されることで達成される。

本発明の場合では、少なくとも第１の高周波パルスは、
スライス選択であるよう発生され、スライス内に横方向
磁化、望ましくは９０”高周波パルスを生成する。これ
は、第１及び第３のパルスがスライス選択である３つの
１８０°高周波パルスが続き、一方第２のパルスは周波
数選択的であり、検出さるぺき物質の２つの成分のただ
１つを励起する。

３つのスライスの部分的領域の１つの成分に対し、周波
数選択１８０゜高周波パルスは再収束効果を有し、これ
により、この成分に関連した核磁化のＪ結合の効果は、
周波数選択パルスからその時間間隔が先行するスライス
選択高周波パルスからのその間隔に相当する時点で中和
される。その結果、核共鳴信号はこの時点かこの時点近
辺で要求されなければならない。ここから生じるエコー
時間は、先行パルスと３つの１８０°高周波パルスとの
間の時間間隔の適切な選択により要件に沿いそれはＪ結
合に依存しない。

周波数選択１８０゜高周波パルスは物質の他の成分に彰
腎はしない。従って、この成分は、３つのスライスの部
分的領域に発生した核共鳴信号に影響しない。

実施例 第１図に概略的に示された核スピン検査装置は十分の数
テスラから数テスラの大きさのオーダである均一静止磁
界を発生する為の４個のコイル１からなる装置を含む。

この磁界は直交座標系のＺ方向に延在する。Ｚ軸に同心
円的に配置ざれたコイル１は球面２に配置されつる。検
査されるべき患者２０はこれらのコイルの内部に配置さ
れる。

４個のコイル３は望ましくは２方向に延在し、この方向
に線形に変化する磁界Ｇ２を発生する為に同じ球面に配
置される。さらに、Ｚ方向に同様に延在する勾配磁界Ｇ
ｘを発生する４個のコイル７が設けられ、（それはその
強度が一方向に線形変化する磁界であり、しかしその勾
配はＸ方向に延在する。Ｙ方向の勾配でＺ方向に延在す
る勾配磁界Ｇ，はコイル７に等しいが、後者に対し空間
的に９０’変位されて配置された４個のコイル５により
発生される。これらの４個のコイルのうちの２個だけが
第１図に示される。

勾配磁界Ｇ，Ｇ．Ｇｘを発生する３個のコｌｖ イル装置３．５及び７の夫々は球面２に対称的に配置ざ
れるので、上記直交Ｘ−Ｙ−Ｚ！！標系の座標の原点を
同時に形成する球の中心の磁界強度はコイル装置１の静
止均一磁界によってのみ決定される。

さらに、高周波コイル１１は座標系の面Ｚ−Ｏに対称的
に配置され、これは、この方法でＸ方向、すなわち静止
均一磁界の方向に垂直な方向に延在する本質的に均一な
高周波数磁界が発生されるように構成される。各高周波
パルス中、一般的に振幅変調された高周波電流は各周波
発生招により高周波コイルに供給される。各成分シーケ
ンスの３つの高周波数パルスに続き、高周波コイル１１
は検査領域内に発生した核共鳴信号を受信するのに役立
つ。しかし、これの代わりに、別な高周波受信コイルを
用いることも可能である。

第２図はこの核スピン検査装置の簡略ブロック系統図を
示す。高周波コイル１１は切換え装四１２を介して、一
方では高周波発生器４に、他方では高周波受信器６に接
続される。

高周波発生器４は、ＩＩＩ　ｆｆｌｌ装置１５によりそ
の周波数がディジタル的に制御され、コイル１により発
生された轍界強度の場合には、励起さるべき原子核のラ
ーモア周波数の領域の周波数を有する振動を示す高周波
発振器４０を含む。ラーモア周波＠ｆは、公知の如く、
式ｆ＝ＣＢにより計算される。ここで８は静止均一磁界
中の磁気誘導を示し、Ｃは磁気回転比を示し、陽子に対
して、例えば４２．５６　ＭＨｚ　／Ｔに達する。発振
器４０の出力は混合段４３の入力に接続される。第２の
八力信弓は、その出力がディジタル記ｔ！！装置４５に
接続されるデイジタルアナログ変換器４４により混合段
４３に供給される。制ｔＩｌ装置１５によりｉｔｉｌ　
ｔｌｌされ、エンベローブ信ｇを示す一連のディジタル
データワードは記憶装置から読出される。

混合段４３はエンベ０−プ信号で変調ざれた搬送波がそ
の出力に出るような方法でそれに供給された入力信号を
処理する。混合段４３の出力信号は制Ｗ装置１５により
制御されたスイッチ４６を介して、その出かは切換え装
置１２に接続される高周波電力増幅器４７に供給される
。後者は同様に制ｔ［Ｉ装置１５により制御される。

受信器６は切換え装置に接続された高周波増幅器６０を
含み、これに高周波コイル１１内に各場合に誘起された
蓄積エコー信ｇが供給され、適切な切換え状態を有する
ことは切換え装置にとって必要である。増幅器６０は制
ｉ１Ｉ装置１５により制御されるミュートスイッチ入力
を有し、それを介して増幅が実際に零になるようディス
エーブルされうる。増幅器の出力は２つの増倍的混合段
６１の第１の入力に接続され、それぞれは入力信号の積
に該当する出力信号を送る。信号は発ＴＸ器４ｏの周波
数を有する混合段６１及び６２の２つの入力に供給され
、９０゛の位相シフトは２つの入カ信号の間に存在する
。この位相シフトは９０’位相シフト素子４８の助けで
発生し、その出力は混合段６２の入力に接続され、その
入力は混合段６１の入力と発振器４０の出力に接続され
る。

混合段６１および６２の出力信号は、発ｔ！器４０によ
り印加された周波数やその上にある全周波数及び低周波
成分を抑圧する低域フィルタ６３および６４を介してア
ナログーディジタル変換器６５及び６６に供給される。

該変換器６５及び６６は直角復調を形成する回！！８６
１・・・６４のアナログ信号を記憶装置１４に供給され
るディジタルデータワードに変換する。アナログーデイ
ジタル変換器６５．６６及び記憶装置１４は、制御装置
１５により制御ラインを介してディスイネーブルされる
クＯツクパルス発生器１６からそれらのクロツクパルス
を受信し、これにより、それは僅かにＩＩＩ　ｍ　’！
Ａ　Ｈにより決められた測定間隔内のみであり、高周波
コイル１１により供給され、そして低周波領域に点検さ
れた信号は一連のディジタルデータワードに変換され、
記憶装謂１４に記憶される。記憶装＠１４に記憶された
データワード又はサンプル値はコンピュータ１７に供給
され、このコンピュータはｍ散的フーリエ変換によりそ
れから核磁化の分光分布を決め、コンピュータ１７に供
給され、決められた分布を適当な表示装置、例えばモニ
ター１８に出力する。

勾配コイル３，５及び７の装置は、その時間的変化が制
ｍ装置１５により制御される電流で各場合に電流発生器
２３．２５及び１７により供給される。

第３図は（ｐＩ）ｍで）ＴＭＳ　（テトラメチルシラン
）のラーモア周波数からの偏移を特定する周波数スケー
ル上での乳酸の臨床検出に重要な成分の位置を示す。従
って、ＴＭＳのラーモア周波数は定義により零にあり、
一方水のラーモア周波数Ｗは４．　７ｐｐｔｎにある。

乳Ｍ（乳酸塩）のＣＨ３基のダプレットＭ２は１．３ｐ
ｐａｉにあり、一方それにより一結合を介して相互作用
する乳酸に含まれるＣＨＩのダプレットは、４。２ｐｐ
ｍにある。

第４図の第１行は高周波パルスの時間的位置、第２から
第４行は、勾配磁界Ｇ．Ｇ，及びＧ２Ｘ の時間的位置、第５行はスペクトルを決めるのに用いら
れる核共鳴信号を示″１． シーケンスは、その勾配がＸ方向に延在する勾配磁界Ｇ
ｘａを伴う９０゜高周波パルスＨＦ，で始まる。従って
高周波数パルス口Ｆ，はスライス選択高周波パルスであ
り、それを通って、横方向磁化がスライスに発生し、そ
のスライスの位置は高周波パルス口Ｆ　の中心周波数に
より決められ、ａ スライスの厚さは帯域幅及び勾配磁界の勾配の大きざに
より決められる。

高周波パルスＨＦａにはＹ方向に延在する勾配を有する
勾配磁界ＧＶを伴う１８０゜高周波パルス口Ｆｂが続く
。従って、この高周波パルスはＹ軸及び第１の高周波パ
ルスにより励起されたスライスに垂直であるスライスに
彰響する。それはこのスライス内の核磁化を反転する。

さらに、それに伴う勾配磁界Ｇ，，は、第１のスライス
の核磁化が、第２のスライスに同時にない限りにおいて
、デイフエーズされるような効果を有する。

次に、周波数選択パルスとして整形され、乳酸の２つ戒
分Ｍ１．Ｍ２の内の１つ、望ましくはＣＨ３基にまり生
威された乳酸成分Ｍ２を励起し、一方これは他の成分を
影響しない１８０°高周波パルスＨＦ，が続く。かかる
高周波パルスは、いわゆる二項高周波パルス、たとえば
２６６２高周波パルスとして達成されつる。二項高周波
パルスは、そのＯＱ連したフリップ角度が（それは核磁
化がその様なパルスにより停止の位四から偏位した角度
である）二項係数として互いに同じ関係を持つ一連の成
分パルスからなり、核成分パルスは上記の成分パルスと
同じ又は逆の回転方向に核磁化を回転させることは知ら
れている。成分パルスの中心周波数は、互いに続く成分
パルスが同じ又は逆の位相角度を有するかどうかに依存
する乳酸成分Ｍ２又はＭ１のラーモア周波数に一致しな
ければならない。２つの成分パルス間の峙間間隔は励起
されない成分（Ｍ１〉の位相角が成分パルスから正確に
１８０’　（又はその奇数倍）だけ成分パルスに変化す
るよう選ばなければならない。この目的の為、２つの成
分パルス間の時間間隔は各場合において２つの成分Ｍ１
及びＭ２間の周波数逆差分の半分に相当しなければなら
ない。

この周波数差はそれ自体僅かに約１８０口ｌ　（コイル
１により発生された誘導磁束密度が１，５テスラになる
場合）になるが、Ｍ２と水に結合された陽子のラーモア
周波数〈約２１７１−１２　）　Ｉｌｌの周波数差を設
定することが得策である。その理由は、それにより信号
に含まれた水成分の良い抑圧及び成分Ｍ１のさらに充分
な抑圧が達成されるからである。これは約２．３１ｌｌ
ｓの成分パルスの時間間隔に相当する。

周波数選択項周波数バルスＨｆｄの後、高周波パルス口
Ｆ，からのその間隔が口「ｂ及び口「。間の間隔と正確
に同程度に大きいく各場合にこれらのパルスの中央から
計算された〉スライス選択１８０゜高周波口Ｆｂが続く
。電流発生器２３はこの高周波数パルス中にスイッチオ
ンされ、これによりコイル３は２方向に延在する勾配で
勾配ｍｈ”ｚｄを発生する。この方法では、Ｚ軸に垂直
に、そして高周波パルスＨＦ，及びＨＦ，により影響さ
れるスライスに垂直に延在するスライス内の核磁化に影
響がある。次に、横方向の核磁化はスライスと呼ばれた
３つの部分的領域でのみ存在する。

部分的領域の各磁化の残りの高周波数パルスと関連して
、周波数選択高周波パルスＨＦｃの効果は特別な成分の
ラーモア周波数に依存する。

その基が部分的領域に含まれる乳酸のＣ口３基Ｍ２の核
磁化は高周波パルスＨＦ，により再収束される。その勾
配がＸ方向に延在し、２つの間隔の勾配に亘る時間積分
が等しくなり、高周波パルスロＦ　が正確に中央にある
様な方法で、口ＦｂＣ と口Ｆ（Ｇｘ１）の間、及び口「。と口Ｆ，の間Ｃ でスイッチオンされる勾配磁界は、これらの成分に影響
しない。従って、３つの高周波バルスＩＩＦＣ，Ｈ　Ｆ
ｄＧｊｌｌｌ−１８０’高周波パルスのような３つのス
ライスの部分的領域の成分Ｍ２に作用し、第１の高周波
パルス口Ｆ，にＩ３Ｉ！連して発生したエコー信号は、
パルス口ＦＣからのその時間間隔がパルス口Ｅ，からの
時間間隔と一致する時点でその最大値を有する。従って
、エコ−時間ＴＥはＨＦ，及び口Ｆ，間の間隔の２倍大
きく、従って一結合の強度に依存しない。従って、それ
は診断要件に適合されうる。

部分的領域に含まれた乳酸の成分Ｍ１及び水成分は周波
数選択高周波口ＦＣを「児つけ」ない。

従って、これらの成分の核磁化はリフエーズされず、こ
れによりこれらの成分は核共鳴信＠（第４図の第５行）
に貢献しない。第２の高周波パルス口Ｆ　は（周期的）
フィルターの様に作用し、そＣ の特性Ｆは第３図の破線により示される。

高周波パルス口「ｂの後及び全勾配磁界がスイツチオフ
された後、分光計は、例えば切換えスイッチ１２を図に
示す位置にすることにより受信するよう切換えられる。

同時に、制御装置１５はクロック発生器１６をイネーブ
ルし、これにより受信され定周波範囲に転換された核共
鳴信号は一連のディジタルデータワードに変換され、こ
れが記憶記憶装＠１４に記憶される。単一シーケンスで
作られた核共＠信号の信号対雑音比が充分でないので、
適当に選ばれた繰り返し時間の後、各場合においで、シ
ーケンスは周期的に繰り返され、ディジタル化した核共
鳴信号は、適当な信号対雑音比が得られるまで合計され
る。続いて、周波数スベクトルは装置１７内でフーリエ
変換による核共鳴信号の合計から決定される。

上記では３つの１８０゜高周波パルスＨＦｂ・・・｝−
Ｉ　Ｆ　ｄより単一高周波パルス（口Ｆａ）だけが先行
するとした。しかし、シーケンス内で、最後がスライス
選択でなければならず、周波数選択でないよう、複数の
高周波数パルスが、先行するのも可能であり；この最後
のパルスはそれにより影胃されたスライスで、核磁化を
９０”傾けるべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による処理が実行されうる装愉を示す図
、第２図はその装置のブロック系統図、第３図は水と乳
酸の分光成分の位霞を示す図、第４図はシーケンスの時
間的過程を示す図である。 １．３．５．７・・・コイル、２・・・球面、４・・・
高周波発生器、６・・・高周波受信器、１１・・・高周
波コイル、１２・・・切換え装置、１４・・・記憶装置
、１５・・・υｆＩＩｌ装置、１６・・・クロツクパル
ス発生器、１７・・・コンピュータ、１８・・・モニタ
ー、２３．２５．２７・・・電流発生器、４０・・・発
振器、４３．６１．６２・・・混合段、４４・・・変換
器、４５・・・デイジタル記憶装置、４６・・・スイッ
チ、４７・・・高周波電力増幅器、４８・・・シフト素
子、６０・・・高周波増幅器、６３．６４・・・低域フ
ィルタ、６５．６６・・・アナログディジタル変換器、
Ｘ．Ｙ，Ｚ・・・座標。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、静止均一磁界の存在下で、多くのシーケンスが検査
   領域に作用し、その各々は横方向磁化を発生する少なく
   とも１つの高周波パルスが先行し、同じ時間間隔で互い
   に続く３つの１８０゜高周波パルスからなり、３つの１
   ８０゜高周波パルスのうちの第１及び第３（ＨＦ＿ｂ、
   ＨＦ＿ｄ）及び先行する高周波パルス（ＨＦ＿ａ）は、
   ３つのスライスを励起するスライス選択パルスであり、
   第２の１８０°高周波パルス（ＨＦ＿ｃ）は、物質の２
   つの互いに結合された成分のうちの１つだけを励起する
   よう整形された周波数選択パルスであり、３つのスライ
   スの部分的領域から核共鳴信号はそのスペクトルを決め
   る為処理されることを特徴とする局部核共鳴分光計用の
   方法。 ２、乳酸を検出する為、第２の１８０゜高周波パルス（
   ＨＦ＿ｃ）は、乳酸のＣＨ＿３基を励起し、水に結合さ
   れた陽子を励起しないよう整形されることを特徴とする
   請求項１記載の方法。 ３、第１及び第２の間の間隔と第２及び第３の１８０゜
   高周波パルス間の間隔では、勾配磁界はスイッチオン及
   びオフされ、その磁界はこの磁界の勾配に関する時間積
   分が両方の間隔で同じであるよう整形されることを特徴
   とする請求項１又は２記載方法。 ４、均一静止磁界を発生する手段（１）と、高周波パル
   スを発生し、検査領域中のそれへの反作用として発生さ
   れた核共鳴信号を受信する高周波コイル装置（１１）と
   、異なる方向に延びる勾配を有する勾配磁界を発生する
   勾配コイルと、受信した核共鳴信号からスペクトルを駆
   動する処理装置（１７）と、制御装置（１５）とからな
   り、制御装置は、第１のスライス選択高周波パルス（Ｈ
   Ｆ＿ａ）が第１と第３がスライス選択であり、第２が周
   波数選択である３つの１８０゜パルス（ＨＦ＿ｂ・・・
   ＨＦ＿ｄ）に続く少なくとも１つのシーケンスを発生す
   ることを特徴とする請求項１記載の方法を実行する装置
   。