JPH03503248A - 一連のスピンエコー信号を発生させる方法、この方法の核スピントモグラフィーへの適用、並びにこの方法を実行する及び／又は適用するための装置 - 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】 一連のスピンエコー信号を発生させる方法、この方法の核スピントモグラフィー への適用、並びにこの方法を実行する及び／又は適用するための装置本発明は、 核磁気共鳴スペクトロスコピーにおいて一連のスピンエコー信号を発生させる方 法であって、均質な磁場に置かれた試料が一連の無線周波数（ｒｆ）パルスで励 起され、その結果スピンエコー信号が発生する方法に関する。

スピンエコー信号を発生させる方法は既に幾つが公知である。

しか腰これらの方法に共通しているのは、磁場の非均質性のため励起されたスピ ンのディフェージング（ｄｅｐｈａｓｉｎｇｓ　）の結果生じる電磁誘導減衰を 逆にして、対応するリフエージング（ｒｅｐｈａｓｉｎｇ）により新しい信号を 達成することを意図した手段を含むということである。これに関連して述べられ るべき典型的な例は、カー−パーセル（Ｃａｒｒ　−Ｐｕｒｃｅｌ　ｌ　）パル スシーフェンスであり、これにおいては、９０″の励起パルスに、リフエージン グ（ｒｅｐｈａｓｉｎｇ）効果を有する多数の１８０°のパルスが続き、その結 果書１８０°のパルスの後にスピンエコー信号が生じる。そのスピンエコー信号 を合算することにより、今やＳＮ比のかなりの向上が達成可能となる。同様の効 果が、スピンエコー信号間の勾配を有する場を切り換えることによっても達成可 能である。また、そのような方法を核スピントモグラフィーにおいて一連のスピ ンエコー信号を発生させるために利用すること、及び、個々のスピンエコー信号 に異なるコーディングを与え、極端な場合、単一連のスピンエコー信号が２次元 の像を生み出すために必要な信号を得るのに充分であるようにすることが公知と なっている。

しかし、一連のスピンエコー信号を発生させる上記の公知の方法は、個々のスピ ンエコー信号の発生が勾配を有する場の押入に必要な切り換えプロセスにより分 割されるため、そしてこれらのプロセスがある一定の期間を必要とするため、依 然として非常に時間がかかるという欠点と関連している。技術的には、ＤＥ−Ａ 　３４　３４　１６１かも公知の方法により数ミリ秒で像を発生させることが可 能となるほどにす速く勾配を切り換えることは可能であろうが、そのような測定 シーフェンスは一連の非常に少数の像を発生させることにのみ適している。何故 ならば、そのようなシーフェンスが測定装置にとって極度の機械的ストレスとな り、そして（その結果として）患者にとって耐え難い極度の騒音レベルとなるで あろうことは、そのようなシーフェンスの固有な特徴だからである。

それに、そのような極度の速度で勾配を切り換えることは、患者の診察に許容さ れる限界値をはるかに超える状態をもたらすであろう。

従って、これらの技術によっては、例えば超音波法と同様の、連続した一連の断 面像を発生させることは不可能である。

さて、核磁気共鳴スペクトロスコピーにおいて一連のスピンエコー信号を発生さ せる方法であって、該スピンエコー信号は非常に短かい間隔で生じ、迅速なプロ セスの観察を可能にし、個々のスピンエコー信号が観察されるべきパラメータと ともに簡単な方法によりあらかじめコード化可能であるのでいっそうそうである 方法を提供することが本発明の目的である。

この目的は本発明によれば、試料がさらに磁気的に勾配を有する場にさらされ、 該試料を励起するために小さなフリップ角（ｆｌｉｐ　ａｎｇｌｅ）αを有する 異なる振幅の一連の等距離の無線周波数パルスを用い、該パルスは迅速なシーフ ェンスで前後して続きそのフリップ角α及び振幅は、無線周波数パルスの数と個 々のパルスによるフリップ角との積が９０６〜１８０°の全体のフリップ角とな るように選択され、前記一連の無線周波数に続いて、可能なかぎり一定の振幅の 一列の等距離のエコー信号が得られるという事実により達成される。

従って、本発明は互に前後して迅速に続く一連の無線周波数パルスは、また、互 に前後して迅速に続く一連のエコー信号を生じるという公知の現象を利用してお り、該現象は例えばカイザー等（Ｋａｉｓｅｒ　ｅｔ　ａｌ、）によりＪ、Ｃｈ ｅｍ、Ｐｈｙｓ、６０，２９６６　（１９７４）に説明されている。しかし、今 日まで、迅速に小さくなる振幅を有する少数のエコー信号のみが観察されており 、該信号は記録されたスペクトルにおいて干渉信号として現われるのでそのよう なエコー信号を回避する手段と方法を見出さねばならなかった。そのようなエコ ー信号を有用な信号として利用する手段も方法も今までのところ見出されていな かった。この可能性は本発明によってのみ開かれたのであり、本発明は、磁気的 に勾配を有する場を適用し、異なる振幅の無線周波数パルスを用いることにより 、可能なかぎり一定の振幅を有し有用な仕方で評価可能である多数のスピンエコ ー信号が確実に得られるようにする。なお注目すべきことには、エコー信号の振 幅がその初期の振幅の４分の１まで小さくなっても、本方法が像の発生用に用い られる場合は特に、非常に障害になるとは見なされず、依然としてエコー信号の 振幅が可能なかぎり一定であるべしという条件を満たすものと見なされるという ことである。

本発明による方法の特に有利な点は、前記磁気的に勾配を有する場は、関心のあ るパラメータ、特に勾配の方向における励起したスピンの密度の分布をあらかじ めコード化（ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ）することに用いることができるということで ある。該勾配は前記一連の無線周波数パルス及びそれに続く一連のエコー信号に よって形成されるパルスバーストの全期間中一定であってよい。

しかし、前記一連の無線周波数パルスとエコー信号の一連の始まりとの間の時間 間隔中に前記磁気的に勾配を有する場の強さを変化させる可能性もある。磁気的 勾配を増大させると、無線周波数パルス間の時間間隔に対してエコー信号間の時 間間隔が縮小し、従って、読み出し時間が縮小する。一方、磁気的勾配の楊を減 少させると、対応して、エコー信号間の時間間隔が増大し、従って、全体の測定 時間が延長するが記録されたデータの帯域がより小さくなるのでＳＮ比は向上す る結果となる。従って、本方法の一方又は他の変形例は、本発明による方法の応 用によって決定される実際上の関心事である。

前記一連の無線周波数パルスは、途切れないものである必要はない。むしろ、所 定の点で間隙により中断される一連の等間隔の無線周波数パルスを発生させ、一 連のエコー信号中に対応する間隙が必ずしも受容されないことが絶対的に可能で ある。

このことにより、一連の無線周波数パルスにより試料に衝突する総エネルギーを 減少させることが可能となり、これはある場合に利点となり得る。しかし、他方 、対応して、エコー信号の総エネルギーも減少させられるので、エコー信号の振 幅に対する要求が一連の無線周波数パルスの密度の減少に限界を設定する。更に 、間隙を含む一連の無線周波数パルスは、間隙のない一連の無線周波数パルスに 必要とされる振幅とは異なる振幅の変形を必要とする。

振幅に加えて、無線周波数パルスの搬送信号の位相もエコー信号の振幅にとって 重要である。従って、本発明のさらなる改良によれば、無線周波数パルスはさら に位相変調されるようになっている。無線周波数パルスの半分の位相が無線周波 数パルスの後半の位相に対して９０°移和されているシーフェンスは、例えば、 前記一連のエコー信号の延長に導く。

前述したように、本発明の方法により生じるエコー信号は、核磁気共鳴トモグラ フィーにおける像の発生にも使用してよい。

この場合、勾配の方向におけるコード化は磁気的に勾配を有する場により達成さ れ、後者は核磁気共鳴トモグラフィーにおいて通常用いられる読み出し勾配（ｒ ｅａｄ　ｇｒａｄｉｅｒ＋ｔ）に対応する。

従って、本発明は、上述の方法の像の発生のための使用にも関する。この方法に よれば、２次元の像の点の特性を有する信号は、前記一連の無線周波数パルスの 終了後かつ前記一連のエコー信号の持続の間、前記磁気的に勾配を有する場に垂 直に向けられた磁気的位相勾配に、前記試料をさらにさらし、そのように得られ たエコー信号を２次元のフーリエ変換に付し、該変換は次に像の点の特性を有す る信号を与えるステップにより、特に好ましい仕方で得ることができる。

本発明の方法を２次元の像の点の特性を有する信号を発生させる目的に適用する ことにより、非常に短かい期間内に核スピントモグラフィーにおいて像を発生さ せることが可能になる。

さらに、非常に小さいフリップ角（ｆｌｉｐ　ａｎｇｌｅ）を有する無線周波数 パルスの使用は、試料の磁化の非常に重要な部分が熱平衡の範囲にとどまり、該 熱平衡の範囲はまたシーフェンスを非常に迅速に繰り返すことを可能にする効果 を有する。従って本発明の方法は、非常に迅速に連続して像を発生させてフィル ム状の表現従って試料の動くプロセスの観察を可能にする可能性を提供する最初 のものである。さらに、読み出し勾配も位相勾配も前記一連のエコー信号の間中 切り換える必要がなく、そして、さらに、いかなる測定シーフェンスの間中に放 射される無線周波数エネルギーも非常に低いままであるので、人間の器官の機能 を観察する目的で人間の身体に関してそのような像を作るのを可能にする全ての 前提条件が満たされる。これは、現在まで超音波装置によってのみ可能であった 種類のリアルタイム監視への新しい機会を開くものである。

上述のように、一定の位相勾配はエコー信号の単調に増大するディフェージング （ｄｅｐｈａｓｉｎｇ）に導くので、前記一連のエコー信号の間中位相勾配は一 定であってよい。これは疑いもなくある像化上のエラーという結果をまねくが充 分に大きなデータマトリックスが用いられる時には、これらのエラーは無視し得 る範囲にとどまる。有利なことは、位相勾配を記録時間中切り換える必要がなく 、切り換えは、前記一連の無線周波数パルスの終りと前記一連のエコー信号の始 まりの間の間隔中に比較的ゆっくりと行うことができ、位相勾配の強度はその蓄 積効果ゆえに小さくてもよいという点である。従って、位相勾配の切り換えは、 核スピントモグラフィーにより診察される患者にとって緊張を意味しない。

しかし、一定の位相勾配の結果生じる像エラーを、個々のエコー信号の間の間隔 中にパルス様に位相勾配について切り換えを行うことにより回避する可能性も残 る。これにより直交行列（ａｎ　ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ　ｌｌ１ａｔｒｉｘ）に おける直接のデータロギングが可能になる。ここでまた、位相コード化勾配は非 常に小さくてもよいので、エコー信号間の位相勾配の迅速な切り換えはいかなる 困難も提起せず、患者にも大きな緊張を強いることがない。

さらに、本発明による方法を核スピントモグラフィーにおける像の発生用に用い る時には、核スピントモグラフィーにより一般に公知のディスク選択法を利用す ることも可能であり、さらに、２次元法を３次元法に発展させる可能性もある。

例えば。

試料を前記一連の無線周波数パルスの放射の前に、ディスク選択勾配及び選択励 起パルスにさらしてもよく、そうすればその後で前記一連の無線周波数パルスは 再集束パルスの効果を持つであろう。あるいはまた、試料を前記一連の無線周波 数パルスの放射の前に、ディスク選択勾配及び無線周波数パルスにさらしてもよ く、そうすれば選択されたディスクの外側に位置する試料の領域を飽和させ、妨 害されていないディスク内に残っているスピンのみが本発明の方法に応答するで あろう。さらにまた別の方法としては、前記一連の無線周波数パルスの終了後及 び前記一連のエコーパルスの開始前に、試料にディスク選択再集束パルスを放射 し、該集束パルスの持続の間磁気的に勾配を有する場を選択勾配に代えることも 可能であろう。

第３次元を記録するには、相似の仕方で３次元フーリエ変換の方法を用いるか、 あるいはまた、所望の数の近接した隣り合うディスク用に２次元の像の点の特性 を有する信号を発生させるのに役立つステップを繰り返すことが可能である。

最後に、本発明は本発明による方法を実行するための、及び／又は像の発生への その応用のための装置に関する。本発明により用いられる発信器は、パルスから パルス毎に変化する振幅、そしである状況下では、位相を有する非常に迅速な一 連の等距離の無線周波数パルスの発生用に適合されなければならないという点を 除いて、本発明による装置も、ちょうど公知の装置と同じように、無線周波数パ ルスの発生用に設計された発信器を具備する。

さて、本発明を第１図〜第７図で表わされた図を参照してより詳細に述べ説明す る。該図と関連して明細書から導き出される特徴は、あるいは個々に又はその所 望の組み合わせで、本発明の方法及びその応用の複数の可能な変形例のために用 いてもよい。

第１図は、本発明の方法の基本的シーフェンスを示す。第１図から分るように、 無線周波数パルスの振幅は、パルスバーストが進むにつれて増大するように変調 されている。このようにして、単にゆっくりと減少する振幅のより多数のエコー 信号が得られる。無線周波数パルスの振幅変化は、ディー・イー・ウォースナ− （Ｄ、Ｅ、　Ｗｏｅｓｓｎｅｒ　）によりＪ、Ｃｈｅｍ、Ｐｂｙｓ、３４．２０ ５７（１９６１）により出版された式（９ン及び（１０）により計算することが できる。

１　　　　　、１　　。

Ｆ　（ｔ＋　ＬＷ）　＝　Ｆ　（ｔ）ｃｏｓ２−ｚＯ＋　Ｆ　”（ｔ）ｓｘｎ２ ２　ｅ　−１Ｍｚ（ｔ）ｓｉｎ　ｅ　、及び１゜ Ｍｚ（ｔ＋ｔｗ）　＝Ｍｚ（ｔ）ｃｏｓ　Ｏ−−ｚ　１　［Ｆ　（ｔ）　−Ｆ” （ｔ）］　ｓｉｎ　（３、式中θ：ＣＩＪＬＷ　　；　　ω＝γｌ−１ｔ。

上記式において、γは核磁気回転比であり、ｉ（＋は無線周波数基の有効回転成 分の量であり、ｔｗは無線周波数基が適用される持続時間であり、Ｆは核磁化の 回転成分であり、ＭＺは縦方向の磁化である。

等しい振幅の一連のエコー信号は、Ｏｏに近づく励起フリップ角度の場合のみ発 生させることができ、これは適当でない小さな信号振幅に導くが、充分に大きい 振幅と振幅の充分な恒常性間の良好な妥協は、測定の目的にとって充分に高い信 号強度にとっても達成可能である。

励起シーフェンス１は、パルスバーストとしても述べられる一連の複数の無線周 波数パルスから成る。該シーフェンスは直角の励起プロフィールと１〜２０μｓ の典型的な長さを有する６４．１２８又は２５６の無線周波数パルスから成るこ とが好ましい。該パルスは異なる振幅と典型的なフリップ角０．１’〜２°を有 する。それらは一定の間隔で前後して続く。無線周波数パルスの間の典型的な間 隔は５０〜１０００μｓである。パルスバーストｌの終了後に、エコー信号の表 現されたシーフェンスが形成される。パルスバースト１及びエコー信号２のシー フェンスは、時間的に一定で読み出し勾配（ｒｅａｄ　ｇｒａｄｉｅｎｔ）　Ｇ ｇとしても述べられる磁気的に勾配を有する場３のもとで生じる。

ここで注意しなくてはならないのは、第１図に表わされたパルスバーストの無線 周波数パルスは間断なく連続して存在しなくてもよいということである。これと 関連して用いられる［等距離のパルスシーフェンス」という用語は、個々のパル スが等しい間隔で生じるが、パルスがパルスシーフェンスから省略されてもよい ということを意味する振幅ゼロを含む非常に異なる振幅を有してもよいパルスシ ーフェンスを意味する。前述の刊行物には、少数の無線周波数パルスは、既に、 非常に多数のエコーの発生という結果を生じると説明されている。従って、パル スバーストｌを形成する全体に等距離の無線周波数パルスのシーフェンスから多 少の無線周波数パルスを省略するのは全く可能なことである。無線周波数パルス の数は、数列１，３，５゜９．１７．・・・・・・、　ｎ　（ｎ＝２０−１＋１ ）に対応して無線周波数パルス間の間隔を変化させ、無線周波数パルスが等距離 のエコー信号間の間隔の積分倍数を決定する瞬間０，１，４，９，１８゜３５、 等にのみ発信されるようにすることにより最小化可能である。しかし、そのよう なシーフェンスは、等しい−又は略等しい一振幅レベルは言うまでもなく、エコ ー信号の振幅の単調な変化を達成することを可能にしない。他の可能性としては 、単に個々の無線周波数パルス又は無線周波数パルスの群を省略することがある 。パルスバーストの中間の３分の１の間に無線周波数信号が全く遭遇されない時 にさえもエコー信号の数は一定のままであるという観察から簡単な可能性が導き 出され得る。

そのような操作は、無線周波数パルスの残りのパッケージに連続的に適用可能で ある。この「空白化」操作を全パルスバーストの複数部分に数回適用することに より、非常の多数の可能なパルスバーストが得られるが、エコー信号の最適に等 しい振幅を得るためにシーフェンスの各々毎に新たに無線周波数パルスの振幅変 調を最適化する必要がある。なお、信号振幅の計算により、間断のない一連の無 線周波数パルスから成るパルスバーストは、エコー信号の振幅の恒常性について 、間隙により中断される一連の無線周波数パルスよりもずっと簡単に最適化され 得る。最後に、これと関連して注意されるべきは、いかなるパルスバーストも時 間において逆にしてよいが、この場合も振幅は新たに計算されねばならないとい うことである。

本発明による基本的なシーフェンスは多くの異った仕方で用いてもよい。特に有 利な応用は、それが非常に速く像を発生させることを可能にするので、結像の目 的への応用である。この場合、磁気的に勾配を有する場３は読み出し勾配ＧＲと して、空間内の第１の方向をあらかじめコーディングするために用いられる。空 間内の第２の方向をあらかじめコーディングすることは、全てのうちで最も簡単 な場合、読み出し勾配Ｇｋに垂直な幾何学的方向の第２の勾配を適用することに より行われる。

位相勾配ＧＰとしても述べられる第２の勾配の強度は、読み出し勾配ＧＲの強度 と読み出されたエコー信号の数の商から導き出される。第２図に示すように、位 相勾配４はパルスバース１へ１の終了後にのみ適用され、次にエコー信号のシー フェンス２の間一定に維持される。位相勾配４は、２次元フーリエ変換により像 がエコー信号から直接再構成できるように、発生したエコー信号の一定のディフ ェージング（ｄｅｐｈａｓｉｎｇ）を行う。

像信号を発生させるために用いられる２ＤＦＴ再構成アルゴリズムは、全ての線 の一定のディフェージングを行いながら、線毎にフーリエ空間（Ｋ−空間）を走 査するプロセスに基づく。

第２図に示される方法の場合、捕捉の間一定のままである位相勾配の存在のため に、単調に増大するようにしてデータドツトがディフェージングされ、このディ フェージングより、斜めの像の線として結像エラーが生じる。しかし、この事実 の結果生じるエラーは、もし充分に大きいデータマトリックスが用いられるなら ば、無視し得る。もしデータマトリックスが少くとも３２Ｘ３２イメージドツト を有する場合は、上述の結像エラーは無視し得るものと見なされ得る。再構成ア ルゴリズムをに一空間が走査される特定の方法に適当に適合させることにより、 欠陥のない像再構成を達成することも勿論可能であろう。これは、２次元のフー リエ変換に先だって、直交行列（ａｎ　ｏｒｔｈｏ−ｇｏｎａｌ　ｍａｔｒｉｘ ）に対して時間領域にデータを内挿することにより達成することが可能であろう 。しかし、この目的に要する計算時間は、本発明により可能とされる結像の迅速 性により得られる利点を帳消しにする。

しかし、実際、直交行列における直接のデータロギングも、第３図の図に示され るように、一定でない位相勾配が用いられるならば可能である。第３図に示され る方法の場合、第２図による一定の位相勾配４は、エコー信号２の各対の間でス イッチングされる一連の非常に短かい位相コード化パルス５により置き代えられ ている。位相コード化パルスのスイッチングは、これらの勾配を有するパルスは 非常に小さな振幅のみを有するので、全く問題を生じない。

第２図及び第３図に示されている２Ｄ法は、読み出し勾配ＧＲが位相勾配ＧＰの 方向に垂直な第３の方向に空間的なあらかじめのコード化を行い３次元フーリエ 変換を適用することにより３Ｄ法に拡張してもよい。その時、３Ｄ法から知られ る３次元のに一空間を通る異なる経路の全てが可能となる。

しかし、第２図及び第３図により説明された２Ｄ法を核スピントモグラフィーに おいて通常に用いられるディスク選択法と組み合わせる可能性もある。実際、本 発明の方法は、通常の方法で、一定の選択勾配Ｇｓのもと、小さなスペクトルバ ンド幅を有する振幅変調された又は位相変調された無線周波数パルスとして放射 されてよい追加のディクス選択パルスと組み合わせて用いてもよい。第４図に示 すように、読み出し勾配３がスイッチオフされた後で、ディスク選択無線周波数 パルスを、選択勾配７が存在している間に再集束パルスとして試料に放射しても よい。エコー信号の再集束されたシーフェンス２が、次に、さらにある時間の後 に、読み出し勾配３′が再びスイッチオンされている時に受は取られる。位相勾 配４は、その時、第３図に示すように、恒常的にか又は断続的にエコー信号２を 受は取る間存在していてよい。再集束パルス６の前に追加の勾配パルス８をスイ ッチオンすることにより、位相コーディングゼロ点を、次に、位相勾配４により エコー信号２のシーフェンスの真中にシフトさせてもよい。

第５図から分るように、ディスク選択無線周波数パルス９を、一様に続く選択勾 配７が存在する間に無線周波数パルスのシーフェンスｌを放射する前に試料に印 加してもよい。この場合、無線周波数パルスのシーフェンスｌは、その時、再集 束パルスのように作用し、エコーパルスのシーフェンス２は無線周波数パルスの シーフェンス１に対して、このシーフェンス１と選択パルス９の間の間隔に対応 する間隔で現われるであろう。

これに関連して注意すべきなのは、第３のディスク選択の可能性は観察下のディ スクに属しない試料の領域からの信号を抑制することに存する。これは、核磁気 共鳴トモグラフィーから公知の方法により、特にサンドイッチパルスを適用する ことにより達成可能である。該サンドイッチパルスは、このパルスに続いて１選 択されたディスクは純粋Ｚ磁化の状態になってしまい、一方、選択されたディス クの外側の領域は、横方向磁化の状態に移行してしまうという効果を有する。従 って、第２図及び第３図に示された方法の応用の結果、このサンドイッチパルス のすぐ後に続いて純粋な２磁化の状態を回復したディスクの体積のみの信号を発 生させる。同様にして、第２図及び第３図に示した方法の実行に先だって体積選 択飽和パルスを適用することによって、信号が選択されたディスクからのみ得ら れることも確実にすることができる。

ｄ１算によりパルスバーストを決定するために、新しい理論的アプローチから出 発することもできる。該アプローチによれば、スピン集団の全体の磁化はもはや 横方向磁化Ｍｘ及びＭｙと縦方向磁化Ｍｚという基本的成分に分解されず、その かわりに、磁化ベクトルの複合下位集団Ｆｎ及びＺｎに分解され、Ｆｎは横方向 磁化の下位集団を構成しＺｎは２磁化の下位集団を構成する。各下位集団Ｆｎは 横方向磁化のベクトルの複素敷料として以下のように述べることができる。

Ｆｎ＝Σ（Ｍｘ　＋ｉ　Ｍｙ　） ２つの無線周波数パルス間の時間に亘る展開は、そのような下位集団間の変換式 として述べることができる。同様に、各無線周波数パルスの効果は、そのような 下位集団間の変換式として述べることができる。一連の無線周波数パルスの完全 な記述に必要どされる一Ｆ位集団の数は、スピンシステムの展開の全ての０１能 性をカバーする第６図によって表現される位相図の結果として得られる。Ｘ励起 パルスである第１の無線周波数パルスの前の瞬間１０に、スピンシステムは純粋 な２磁化の状態にある。

該Ｘ励起パルスはスピン集団の部分ｓｉｎα１をｙ磁化に移行させるが、α１は 第１の励起パルスのフリップ角である。読み出し勾配３（第１図）の影響により スピンシステムのこの部分はディフェージングされ、第２の励起パルスの前に瞬 間２０で状態Ｆｌをとる。スピンシステムの上記のディフェージングにより、下 位集団Ｆ１の全てのスピンのベクトル和はＯに等しい。次の励起パルスは部分５ ｉｎ２（α／２）を逆にし状！′ＩＩＦ１”に移行させるが、ＦｌｏはＦｌに対 する共役複素状態であり、このことは全てのＸ部分がＦｌのままであるが全ての ｙ部分は逆にされることを意味する。読み出し勾配の作用の下で、これらの部分 は−ｙ方向の磁化にリフエージングしくｒｅｐｈａｓｅ）　、ｓｉ口α３に対応 する蓋然性とともに、次の励起パルスによりＺ磁化に移行させられる。励起パル スによって捉えられない磁化Ｆｎの部分は、読み出し勾配３の影響下に発達して より高い磁化の状態をとる。

同時に、状態Ｆｎに対する励起パルスの影響の結果、いわゆる可干渉性の（ｃｏ ｈｅｒｅ＋ｔ）　ｚ磁化が発達し、該可干渉性のＺ磁化は、続く励起パルスの間 、誘導エコーの形成に至る。ｎ−等距離励起パルス（無線周波数パルス）のシー フェンスの終了後、全ての状態Ｆｎ”及び−Ｆｎ、”はリフエージングしくｒｅ ｐｈａｓｅ）、−ｙ及びｙ磁化となり、従って観察され得るエコーになるが、第 ｎ番目のエコーの振幅は、ｙ及び−ｙ部分が互いに補償し合うので、スピンＦｎ ”−（−Ｆｎ、”）の量に等しい。このようにして、ｎ個の励起パルスの後の全 てのエコー信号の振幅をｎ回のマトリックス乗法演算により量的に決定可能であ るが、該演算は数百側の無線周波数パルスについてもいかなる困難もなしに可能 である。

この定量に加えて、第６図の図は、関連する定性的考察にも適している。前述の ように、ｙ及び−ｙ磁化の同時の形成は、既述のベクトル的付加のため、発生す るエコー信号の振幅の減少をもたらす。第６図から、そのような状態は早くても 瞬間５０において到達されるであろうということがわかるであろうが、実際、こ れは小さな円で示されている。状態ｙは瞬間１０で励起されたＺ磁化の２重再集 束により、ｚｙ　−ＦＩＦｌ“−３’　　：Ｙ　　　　Ｆｌ−Ｆｉ”　−ｙを介 して得られるが、状態−ｙは第３の無線周波数パルス（しかし他の磁化部分も） によって励磁された磁化の単一・の再集束によって得られる。このことは、２以 」二の再集束プロセスから成る経路に沿つ−Ｃ発達する全てのエコー信号の振幅 の減少が生じることを意味する。大きなフリップ角は、式５ｉｎ２（α／２）に よる再集束蓋然性を増大させる。この結果、大きなフリップ角が使用される時は 位相的に反対のそのような信号は、既に数個のエコーの後に得られるであろうし 、エコー信号の振幅は迅速に低下するであろう。これに対して、小さなフリップ 角の場合は、全信号はたった一度だけ再集束に付された磁化によって決定される 。従って、エコー信号の振幅はこの場合よりゆっくりと低下する。

小さなフリップ角の場合、ｓｉｎα杷α及び５ｉｎ２（α／２）夕α２／４であ る。次にエコー信号の強度は、エコーの発生のために再集束が生じる可能な経路 の数により決定される。パルスバーストの終了に続く第１のエコーは、ｎ−１番 目の無線周波数パルスのｎ番目の無線周波数パルスへの再集束プロセス及びｎ− ３番目の無線周波数パルスのｎ−１番目の無線周波数パルスへの再集束プロセス の合計として形成される。エコー・信号の振幅の減衰は、その時、可能な再集束 経路の数から導き出され得る。逆に、異なるαｎを有する無線周波数パルスの場 合、解かれた時に一組のフリップ角αｎを与える方程式システムを展開させるこ とができ、該−組のフリップ角αｎは結果としてエコー信号の振幅の低下の均一 性が最大となる。

これに関連して論じられるフォーマリズム（ｆｏｒｍａｌ　ｉｓ＋＋＋）は、そ の位相に対して変調された無線周波数パルスにも非常に容易に延長し得る。この 場合、位相図はその時状態ｉＦｎ、−１Ｆｎ。

ｉＦｎ“及び−１Ｆｎ”により延長されねばならず、これらの状態は位相におい て９０’　シフトされている。位相的に反対の磁化の部分は、エコー信号の振幅 の減少に至るが、その時フリップ角の位相変調により減少させることができ、そ の結果エコー信号の振幅はもっとゆっくり低下する。例えば、無線周波数パルス の前半が位相において後半に対して９０″　シフトされているパルスバーストの 変形は、エコ一連鎖の延長に至るであろう。

いくらか異った言い力をするならば、全磁化は、一般に受は入れられている理論 により、成分Ｍｘ、Ｍｙ及びＭｚへの磁化の分布を反映するベクトルＢにより記 述し得る。熱平衡の状態においては、このベクトルは、もし平衡磁化係数が１と して種間における発達を述べる目的では、上に説明したように、関連する状ｆｌ Ｆ＋、Ｆ＋”、Ｚ＋、Ｚ＋°の周波数を反映するより多数の係数にＢを分割する 必要があり、状＠Ｚｎは状＠Ｆｎに対応する可干渉性Ｚ磁化の集団を表わし、こ れにより、第６図に示すように、いわゆる誘導エコーの形成が導かれる。

対応してＢは集団の係数 Ｍｘ　　Ｍｙ　　ＭＺ　　Ｆｌ　　−Ｆｔ　　Ｆｔ”　　−Ｆｌ”・−−−−− を含む。

フリップ角αｎを有する各無線周波数パルスの効果は、マトリックス乗法により 次のように述べることができる。

Ｂ’ｎはパルスに続く磁化を定義し、Ｂｎは該無線周波数パルスの前の磁化を定 義する。

Ｔｏは位相Ｘの無線周波数パルス用の回転マトリックスである。

ＴＩはディフェージングされた状ｆｉＦｎの遷移を記述する変換７トリツクスで ある。係数は次のように定義される。

ｃｏｓ２（αｎ／２）：　Ｆｎ、Ｆｎ”、Ｆｎ及び−Ｆｎ”からのそれらの間に おける全ての遷移に対して。

５ｉｎ２（αｎ／２）：　Ｆｎから−Ｆｎ”への、−ＦｎからＦｎ”への、Ｆｎ ”から−Ｆｎへの、そして、−Ｆｎ“からＦｎへの遷移に対して。

５ｊｎｃｔｎ：縦方向の状態からの横方向の集団Ｆｎ、−Ｆｎ。

Ｆｎ”及び−Ｆｎ”の発生に対して。

１／２ｓｉｎαｎ：各Ｆｎからの縦方向の集団Ｚｎ及び−Ｚｎの発生に対して、 そして対応して全ての他の状態−Ｆｎ、Ｆｎ’″及び−Ｆｎ”に対して。

ｃｏｓαｎ：書状＠Ｚｎ、　−Ｚｎ、Ｚｎ”及び−Ｚｎ”の持続に対して。

パルス間の遷移は、第６図に示す図かられかる。このフォーマリズムを繰り返し 適用することにより、パルスパッケージの終了後の係数±Ｆｎ”が得られ、それ から一様に続く勾配すを通じた連続する再集束により、続いて生じるエコーＥｎ の振幅が得られる。このフォーマリズムは、関連する状態を含めることにより、 容易に位相変調されたパルスの場合も延長可能である。

上記の説明によって示されることは、本発明の方法は非常に多くの異った方法で 変形可能であり、特に、無線周波数パルスが異った方法で変化させ得る振幅と位 相の搬送信号を有していてよいパルスバーストでありかつ基本的な等距離の無線 周波数パルスのシーフェンスがパルス間隙を具備していてもよいパルスバースト の特殊な性質により変形させることができるということである。同様に、勾配を 有する場により刻印されたコーディングを有するエコー信号のシーフェンスの使 用が有用であることがわかる全ての場合において、本発明の方法にとって可能な 適用が開かれる。本発明の方法の特に好ましい適用例は、本発明の方法を核磁気 共鳴トモグラフィーから公知の全ての方法と組み合わせ可能な結像技術において 見られる。

本発明の方法は、全ての従来の核磁気共鳴分光計を用いてそしてまた核スピント モグラフに関連して実施することが可能であるが、ただし、これらの装置の発信 器が所定の振幅変化そして、ある状況下では、無線周波数搬送信号の位相の所定 の変化を有する無線周波数信号の迅速なシーフェンスを発生させることができる 場合である。この目的のために従来の装置になされねばならない変形は、当業者 によりいかなる困難もなく実行可能である。

以下本発明の方法により像を発生させる１例を述べる。この目的に使用されるパ ルスバーストは１２８の無線周波数パルスから成っていた。４．７テラスの磁界 強度に対応して、無線周波数パルスは、搬送周波数２００ＭＨｚ、長さ２μｓそ して間隔１２０μｓを有し、そのフリップ角は０．５°から２°ヘガウス曲線に 従って増大した。無線周波数パルスの前半の位相は後半に対して９０’　シフト された。読み出し勾配的８０／　１２８＋ｎＴ／ｍの作用下で、１２８のエコー 信号が得られ、全体で３２にのデータが帯域幅Ｉ　ＭＨｚで記録されたが、その データは次に２次元フーリエ変換に付され、それにより第７図に示す像が得られ たが、それは１２８Ｘ１２８のイメージドツトから成っている。記録時間は８０ ｍ５であった。

区 Ｈ 沫 区 へ 沫 区 の 綜 区 寸 区 り 銖 区 国際調査報告 □１□”’　９ＣＴ／Ｄｒ　ｌ’ＩＱ／１ＭＩ４１１１国際調査報告

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. １．均質な磁場に置かれた試料が一連の無線周波数パルスにより励起され、その 結果スピンエコー信号が発生する核磁気共鳴スペクトロスコピーにおいて一連の スピンエコー信号を発生させる方法であって、試料がさらに磁気的に勾配を有す る場にさらされ、該試料を励起するために小さなフリップ角（ｆＩｉｐａｎｇｌ ｅ）αを有する異なる振幅の一連の等距離の無線周波数パルスを用い、該パルス は迅速なシークエンスで前後して続きそのフリップ角α及び振幅は、無線周波数 パルスの数と個々のパルスによるフリップ角との積が９０°〜１８０°の全体の フリップ角となるように選択され、前記一連の無線周波数に続いて、可能なかぎ り一定の振幅の一列の等距離のエコー信号が得られる方法。
2. ２．前記一連の無線周波数パルスとエコー信号の一連の始まりとの間の時間間隔 中に前記磁気的に勾配を有する場の強さを変化させる請求の範囲第１項記載の方 法。
3. ３．所定の点で間隙により中断される一連の等距離の無線周波数パルスを発生さ せる請求の範囲第１項又は第２項記載の方法。
4. ４．前記無線周波数パルスはさらに位相変調される請求の範囲の先行するいずれ か１項に記載の方法。
5. ５．前記無線周波数パルスの半分の位相は、該無線周波数パルスの後半の位相に 対して９０°移相されている請求の範囲第４項記載の方法。
6. ６．核スピントモグラフィーにおいて、２次元の像の点の特徴を有する信号を発 生させるための請求の範囲の先行するいずれかの項に記載の方法の適用であって 、前記一連の無線周波数パルスの終了後かつ前記一連のエコー信号の持続の間、 前記磁気的に勾配を有する場に垂直に向けられた磁気的位相勾配に、前記試料を さらにさらし、そのように得られたエコー信号を２次元のフーリエ変換に付し、 該変換は次に像の点の特性を有する信号を与える適用。
7. ７．前記一連のエコー信号の間位相勾配が一定である請求の範囲第６項記載の適 用。
8. ８．前記位相勾配は、個々のエコー信号間の間隔中にパルス状にスイッチオンさ れる請求の範囲第６項記載の適用。
9. ９．前記２次元の像の点の特徴を有する信号の発生はディスク選択手段と組み合 わされる請求の範囲第６〜８項のいずれか１項に記載の適用。
10. １０．前記試料を、前記一連の無線周波数パルスの放射の前に、ディスク選択勾 配及び選択励起パルスに付してもよく、その後で前記一連の無線周波数パルスは 再集束パルスの効果を持つ請求の範囲第９項記載の適用。
11. １１．前記試料を前記一連の無線周波数パルスの放射の前に、ディスク選択勾配 及び無線同波数パルスに付し、選択されたディスクの外側に位置する試料の領域 を飽和させる請求の範囲第９項記載の適用。
12. １２．前記一連の無線周波数パルスの終了後及び前記一連のエコーパルスの開始 前に、前記試料にディスク選択再集束パルスを放射し、該集束パルスの持続の間 磁気的に勾配を有する場を選択勾配に代える請求の範囲第９項記載の適用。
13. １３．核スピントモグラフィーにおいて２次元の像の点の特徴を有する信号を発 生させるための請求の範囲第１〜５項のいずれか１項の適用であって、 請求の範囲第４〜１０項のいずれか１項による方法に、前記試料の第３の次元、 即ち、ディスク平面に垂直な次元を記録する手段を追加した適用。
14. １４．請求の範囲第１〜５項のいずれか１項に記載の方法及び、もし適用可能な らば、請求の範囲第６〜１３項のいずれか１項のその適用による方法をも実施す るための装置であって、無線周波数パルスを発生させることが可能な発信器を具 備し、該発信器は、パルスからパルス毎に変化する振幅及びある状況下では位相 をも有する等距離の無線周波数パルスの非常に迅速なシークエンスを発生させる ように適合せしめられている装置。