JPH0370543A - 均一安定磁界内に配置された対象の一部の核磁化分布を選択的に決定する方法 - 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】 本発明は共鳴信号は、ｒｆパルスにより発生された２量
子コヒーレンスを選択するため均一磁界上に重畳される
少なくとも３つのｒｆパルスと２つの勾配磁界とからな
る２量子選択シーケンスにより発生され、均一安定磁界
内に設置された対象の一部の核磁化分布を選択的に決定
する方法に係る。

この種の方法は、ニー・パックス他、ケミカルフィジッ
クス　レターズ６９巻、３号、１９８０年２月１日、５
６７−５７０頁の「パルス勾配磁界の使用によるＮＭＲ
多重量子遷移の異なるオーダの分離」論文で示される。

引用文献の第５６９頁の第２（ｄ）図は多重量子実験で
２量子コヒーレンスのみを可視しうる様にするパルス及
び勾配シーケンスを示している。シーケンスはＸＹＺ座
標系において９０°に亘って磁化ベクトルを回転させる
パルスである３つのｒｆｔ磁９０°パルスからなる。単
に２量子コヒーレンスのみを可視しつる様にする為、第
３の９０°パルスの両側で勾配磁界が安定磁界に重畳さ
れ、これにより第３の９０°パルスの後の勾配パルスの
表面領域が第３の９０°パルスに先行する勾配パルスの
表面領域の２倍大きい。論理的理解の為、該論文を参照
する。二次元スペクトルは、なかんずく多重量子検出期
間、すなわち第２及び第３の９０°パルス間の時間間隔
を変える間に得られた共鳴信号から決められる。所定の
代謝産物に関する情報を得ることが望ましいビボＭＲ測
定に対し、この種の方法は、全測定時間が時々長いので
非常に適しているとはいえない。−次元測定は実行され
うるが、その場合には重要な情報は、明らかに興味深い
代謝産物のオーバラップが時々生じるので損なわれる。

かかるオーバラップは、例えば水の結合しない陽子を有
する対象におけるアラニン及び乳酸塩のような結合陽子
の場合に明らかに生じる。例えば、局部的方法で測定さ
れたと否とによらず乳酸塩スペクトルは対象に関する重
要な情報を供給する。

例えば、乳酸塩は筋肉仕事により放出され、乳酸塩濃度
の差は健康組織及び疾病組織間に存在する。

癌腫も放射線及び／又は化学治療の後乳酸塩濃度での差
を示す。

本発明の目的は、全測定時間を減少させる間の対象での
代謝産物を選択的に識別する方法を提供することである
。

これを達成する為、本発明による方法は２量子選択シー
ケンスは、第２及び第３のｒｆパルス間の差と２つの勾
配のｌっの異なる符号を同時に用いて、少なくもと２回
用いられ、２つの勾配に亘る時間積分は等しく、２量子
振幅変調された信号を得るために合算される２つの異な
る共鳴信号を得る為、それから代謝産物に関連した信号
が時間差の適切な選択により選択されることを特徴とす
る。その結果、乳酸塩のような代謝産物のスペクトルは
、比較的短い時間内で測定されつる。時間差は、９０°
位相差がｒ波された２量子コヒ一レンス共鳴信号でのア
ラニン及び乳酸塩のような代謝産物間で生じるよう選ば
れ、これにより識別は可能である。

エコー及びいわゆるアンチエコーを得る異なる極性の勾
配の使用は、「液体における二次元核磁気共鳴」、エイ
・パックス、デーニービー、アイエスビーエヌ　９０−
２７７−１４１２−６．１９８５年なる本からそれ自体
は公知である。この方法は、この本の１４２頁に記載さ
れている。しかし、いわゆる高解像分光学を扱うこの本
は、代謝産物識別用のこのエコー及びアンチエコーの組
み合わせに関しては示していない。

本発明による方法の一実施例は、１８０°再集束パルス
が第１及び第３のｒｆパルスの後に発生されることを特
徴とする。その結果、化学シフ）・によるデイフェージ
ングが除去され、測定方法は、磁界不均一をより受けに
くくなる。

本発明による方法の別な例は、パルスの少なくとも一つ
が対象のサブ容量の選択用にスライス選択になることを
特徴とする。従って、シーケンスは容量選択になりつる
。容量選択はそれ自体は公知であり、多くの出版物に詳
細に説明されている。

スライス選択パルスは、位置依存位相エンコーディング
用の一つ又はそれ以上の勾配で組み合わされつる。所望
でないコヒーレンスの位置依存デイフェージングを避け
る為、望ましくは２量子コヒーレンスの選択に用いられ
た勾配は局部化に対し同時には用いられない。２量子選
択シーケンスは、公知の容量選択励起シーケンスに続い
てもよい。

以下図面と共に本発明をより詳細に説明する。

第１図は、本発明による磁気共鳴装置１を示し、装置１
は、送信／受信コイル４を介して対象５に対しｒｆ電極
パルスを伝送し、ｒｆ電磁パルスにより対象５に発生す
る各磁気共鳴信号を夫々受信する伝送手段２及び受信手
段３よりなり、対象は均一安定磁界に位置する。装置１
は均一磁界を発生する手段６からなる。手段６は磁気コ
イル７及び抵抗磁石又は超伝導磁石の場合には、直流電
源８とからなる。装置１の動作中、磁気コイル７内に配
置された対象に対して（磁気モーメントを有する核の）
該スピンの僅かな過剰は、平衡の状態での均一磁界と同
じ方向に向けられる。巨視的観点から、これは平衡磁化
である磁化Ｍとして考えるべきである。装置ｌは更に送
信手段２及び受信手段３に結合された処理手段と、処理
手段９及び伝送手段２に結合された処理コンピュータｌ
Ｏと（共鳴信号の検出）のその信号サンプリングの後受
信手段３で受信され、復調された共鳴信号からプログラ
ムされた手段１２を用いて決められた該磁化分布を表示
する表示手段１１とからなる。特に、送信手段２は、搬
送波信号を発生するｒｆ発振器１３と、搬送波信号の振
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、送信／受信コイル４に結合された方向
性結合器１６とからなる。送信／受信コイル４は、対象
全体を囲むコイル又は対象５の一部を囲むコイル又は表
面コイルでよい。ｒｆ発振器１３は処理手段９に結合さ
れ、変調器１４は処理コンピュータ１０に結合される。

例えば、陽子のラーモア周波数近辺の周波数内容を有す
る励起パルスが、プログラムされた手段１２の制御下で
、送信手段を介して対象５に印加される時、磁気共鳴信
号が発生され、それから陽子スペクトルが、例えばフー
リエ変換を用いるプログラムされた手段１２により決め
られうる。共鳴信号を受信する受信手段３は、方向性結
合器１６と、受信及び復調ユニット１７とからなる。装
置１７は、出力信号が第１及び第２のＡ／Ｄ変換器１８
．１９によりサンプルされる例えば二重位相感知検出器
である。第１及び第２のＡ／Ｄ変換器１８及び１９は処
理手段９に結合される。別の送信コイル及び受信コイル
がある場合、方向性結合器１６はない。装置は更に、均
一安定磁界に重畳される磁界勾配を発生する手段２０を
有する。手段２０は、磁界勾配Ｇｘ、　Ｇｙ及びＧｚを
各発生する勾配磁気コイル２１，２２及び２３と、別々
に制御可能な勾配磁気コイル２１．２２及び２３に通電
する処理コンピュータにより制御されうる電源２４とか
らなる。図示の実施例では、勾配磁石コイルの空間内の
装置は、勾配磁界の磁界方向が均一安定磁界の方向と一
致し、勾配方向は３つの互いに垂直な軸Ｘ、Ｙ及びＺに
より第１図に示す如く相互に垂直に延在する。

パルス及び勾配シーケンスが対象５に印加される時、共
鳴信号は、なかんずく分光学９位置依存分光学及び分光
映像用に用いられるつる。脳分光に対し、いわゆるヘッ
ドコイルが用いられ、他の部分に対しては、表面コイル
が用いられつる。

第２図は時間ｔの関数とした本発明による２量子選択シ
ーケンスを示し、符号ｔ、からｔ７は多数の時点を示す
。本発明によるシーケンスは、弱いＪ結合を示す２量子
選択代謝産物を識別し、例えば乳酸塩及びアラニンの結
合陽子の識別と周波数スペクトル中オーバラップするよ
うにされている。明らかにこれらの物質は水や所定の脂
肪の結合してない陽子の環境中に存在する。乳酸塩は分
子内の異なる位置にＣＨ基及びＣＨ，基を有する。

異なる化学環境により、ＣＨ基は、ＣＨｓ基で受けた以
外の磁界を効果的に受け、異なる化学シフトとして明ら
かになる。ＣＨｓ基での陽子は、ＣＨ基での陽子に弱く
結合され、スピンアップ及びスピンダウンが「分かり」
、これによりＣＨ２基の陽子は各共振周波数ωＯ±πＪ
を有する。ここでωＯは水での陽子のラーモア周波数で
ある。スペクトルでは、乳酸塩のＣＨｓ基が二重環を示
す。

状況はスペクトルでは、四重環がより多数の結合により
形成されるので、ＣＨ基に関してより複雑である。アラ
ニンも弱いＪ結合を示す。結合定数Ｊは実質的に乳酸塩
及びアラニンと同じである。

乳酸塩及びアラニンの種々のスペクトルビークはオーバ
ラップする。本発明により、Ｊ結合は乳酸塩及びアラニ
ンとして分子を識別するのに用いられる。結合陽子に対
し、多重量子コヒーレンスは、１量子コヒーレンスが観
測され、零量子又は２量子コヒーレンスが観測されえな
い場合に発生されつる、１コヒーレンスは結合されない
スピンのままである。プログラムされた手段１２の制御
下で、時点ｔ＝ｔｌで、水のラーモア周波数で回転する
座標系ｘ’、ｙ’、ｚ’で９０°に亘って対象αでの平
衡磁化を回転させる（横方向に向かせる）ようｒｆｔ磁
９０°パルスＰＩが発生される。平衡磁化がＺ軸に沿っ
て（長手方向に）向けられるよう、Ｚ′軸が静止ｘ、ｙ
、ｚ座標系の２軸と一致するとする。パルス、Ｐｌはｌ
量子コヒーレンスを生じる。時点ｔ　＝ｔ　ｔにて、ｒ
ｆ電磁９０゜パルスＰ２が発生される。弱い結合スピン
の場合には、零量子又は２量子コヒーレンスが発生され
又はさらに高い量子コヒーレンスも発生される。

ｌ量子コヒーレンスのみが観測されつる。時点ｔ＝ｔ、
及び１　＝　１　を間の時間間隔ｔａにおいて、スピン
系は条件付けられる。時点ｔ＝ｔ２の後、スピン系は、
時点ｔ　”　ｔ　ｓになるまで時間間隔ｔｂにて展開さ
れる。時点ｔ＝ｔ３にて、第３のｒｆパルスＰ３が発生
され、それにより零量子及び２量子コヒーレンスはｌ量
子コヒーレンスの形で観測可能となる。時間間隔ｔｃに
て、共鳴信号は受信手段３で受信される。共鳴信号のサ
ンプリングの後、処理手段９は更に説明される本発明に
よる方法で選択スペクトルを決める。２量子コヒーレン
スだけをｒ波する為、時点１＝１．及びｔ＝ｔｓにて、
各磁界勾配Ｇｌｒ及びＧ２ｒ（ｒ＝Ｘ。

Ｙ又はＺ）は、パルスＰ２及び２３間、又はパルスＰ３
の後に印加され、勾配パルスＧ２ｒは勾配パルスＧｌｒ
より２倍大きい表置領域を有する。

最適信号を得る為、１８０°再集束パルスは、パルスル
ｔ及び２２間及びパルスＰ３の後に発生される。従って
、前記のシーケンスが分かる。更に説明する為、パック
スによる論文、又ソタックス他による論文、ジェーエム
アール７８．３５５−３６１頁（１９８８年）を参照す
る。乳酸塩及びアラニンのような分子が２量子周波数で
の差を基に識別されうることも注目されるべきである。

結合スピン系での２量子コヒーレンスは系における化学
シフトの合計を生じる。本発明によりシーケンスにより
発生された２つの共鳴信号が結合さりる度に、勾配パル
スＧｌｒ又はＧ２ｒの符号は各シーケンスで反転され；
例えば第１のシーケンスは勾配パルスＧｌｒ及びＧ２ｒ
で発生され、第２のシーケンスは勾配パルスＧｌｒ’及
びＧ２ｒで発生され、Ｇｌｒ’は、Ｇｌｒからずれた極
性を有する。与えられた例では、各勾配Ｇｌｒ及びＧ１
ｒ’に亘る時間積分は等しい。勾配Ｇｌｒ及びＧｌｒ’
は等しい振幅を有する２量子ｒ波共鳴信号は合算される
。時間間隔ｔｂ用に適切な期間を選ぶことにより、アラ
ニンから得られるｒ波２量子信号が乳酸塩から得られる
ｒ波２量子信号のいずれかが抑圧される。パルスＰ１か
らＰ５及び勾配Ｇｌ　ｒ　（Ｇｌ　ｒ’　）及びＧ２ｒ
を含む、第２図に示す如きシーケンスを基に、一方のシ
ーケンスが横磁化成分Ｍｘ及びＭｙを発生することが示
される： Ｍｘｚｓ　ｉ　ｎ（ｔ）１　　＃　ｔ　ｂ及びＭ　ｙり
ＣＯＳ　ω２＋１・ｔｂ他のシーケンスは横磁化成分Ｍ
ｘ、Ｍｙを発生し： Ｍ　Ｘ　イＳ　１　ｎ　ω１＠　’　ｉ　ｔ）及びＭｙ
ｘｃｏｓωｔ、−ｔｂ ここで、ω、＠は２量子周波数である。

本発明により、各信号は合算され、これによりｃｏｓ項
のみが残る。即ち、 ＭｙへＣＯＳωｘ、−ｔｂ 例えば、乳酸塩及びアラニンがある時、ＭｙはＣＯＳ項
の振幅変調された信号であり、その理由はω３．が乳酸
塩及びアラニンと違うからである。

乳酸塩は下式のようにｔｂを選ぶことにより選択的に測
定される： Ｉ　ｃｏｓ　ωｔ＠Ａｅ　ｔｂ　Ｉ　＝Ｏ及びｌ　ＣＯ
Ｓ　ω２１１Ｌ　−ｔｂ＝１ ここで、ω２．はアラニンの２量子周波数であり、ω２
．Ｌは乳酸塩の２量子周波数である。アラニンは、下式
のようｔｂを選ぶことにより選択的に測定される： ＣＯＳωｈ＾　・ｔｂｌ＝１及びｌ　ｃｏｓωｈＬ−ｔ
ｂ＝０ 展開間隔ｔｂは２つのシーケンスで同じである。

本方法は９０°より小さいパルス角度に対しても用いら
れ、１８０°再集束パルスは省略されうることに注目す
べきである。その場合には、得られた信号は最適ではな
い。時間間隔ｔａは１／（２Ｊ）に等しくなるよう選ば
れる。実際、これは十分の数ｍｓになり、これにより信
号縮小は緩和により生じる。最適信号を得る為、実際１
／（２Ｊ）より小さい値はｔａに対して選ばれる。

更に、ｔｂの選択は非常に重大ではない。許可可能な信
号対雑音比を達成する為、実際、シーケンスを繰り返し
、信号平均を通用することは通常必要である。シーケン
スの局部的使用を可能にする為、例えば９０°パルスは
第２図に示す如く、勾配Ｇｚ、Ｇｙ及びＧｘによりスラ
イス選択になりつる。或いは、シーケンスは、例えばオ
ウ他による論文、ジエーエムアール　５６．３５０−３
５４頁（１９８４年）に示される如く容量選択励起シー
ケンスに続く。分光映像に対し、シーケンスは公知の方
法で位相コード勾配を有するよう拡張されうる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による装置を概略的に示す図、第２図は
本発明による２量子選択シーケンスを示す図である。 １・・・磁気共鳴装置、２・・・送信手段、３・・・受
信手段、４・・・送信／受信コイル、５・・・対象、６
．２０・・・手段、７・・・磁気コイル、８・・・直流
電源、９・・・処理手段、ＩＯ・・・処理コンピュータ
、１１・・・表示手段、１２・・・プログラムされた手
段、１３・・・発振器、１４・・・変調器、１５．２４
・・・電力増幅器、１６・・・方向性結合器、１７・・
・復調ユニット、１８．１９・・・ＡＤ変換器、２＋、
２２．２３・・・勾配磁気コイル。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）共鳴信号は、ｒｆパルスにより発生された２量子
   コヒーレンスを選択するため均一磁界上に重畳される少
   なくとも３つのｒｆパルスと２つの勾配磁界とからなる
   ２量子選択シーケンスにより発生され、均一安定磁界内
   に配置された対象の一部の核磁化分布を選択的に決定す
   る方法であって、２量子選択シーケンスは、第２及び第
   ３のにｒｆパルス間の差と２つの勾配の１つの異なる符
   号を同時に用いて、少なくとも２回用いられ、２つの勾
   配に亘る時間積分は等しく、２量子振幅変調された信号
   を得るために合算される２つの異なる共鳴信号を得る為
   、それより代謝産物に関連した信号が時間差の適切な選
   択により選択されることを特徴とする方法。
2. （２）対象は、アラニン及び乳酸塩の結合陽子及び水の
   結合してない陽子を有し、時間差は、選択された代謝が
   乳酸塩であるよう選ばれることを特徴とする請求項１記
   載の方法。
3. （３）対象はアラニン及び乳酸塩の結合陽子及び水の結
   合してない陽子を有し、時間差は、選択された代謝産物
   がアラニンであるよう選ばれることを特徴とする請求項
   １記載の方法。
4. （４）ｒｆパルスは９０゜パルスであることを特徴とす
   る請求項１、２又は３記載の方法。
5. （５）１８０度再集束パルスは第１及び第３のｒｆパル
   スの後に発生され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）パルスの少なくとも一つが対象のサブ容積の選択
   用にスライス選択になることを特徴とする請求項１乃至
   ５のうちいずれか一項記載の方法。