JPH0420617B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 この発明はサンプル中の流体の流れを作像（イ
メージング）する核磁気共鳴（NMR）造影法
（NMR angiographic method）、更に具体的に
云えば、サンプルの各々の励振毎に１個の応答が
発生され、脈動する、すなわち周期的に変化する
流体の流れの各サイクル（例えば心臓サイクル）
中に何回もの励振を行なつて、平均した流体の流
れを表わす像を非侵入形で発生する新規なNMR
造影法に関する。

種々の身体通路を通る体液の流れを示すNMR
造影投影像（NMR造影法を用いて形成した投影
像）を医学的な診断に役立てる為に発生すること
は公知である。こういう像を発生する方法が、特
願昭62−46949号（特開昭62−275444号）及び特
願昭63−27838号に記載されている。こういう方
法は（解剖学的な厚さ全体にわたつて）真の投影
像を発生し、１つ又は更に多くの選ばれた投影軸
線に沿つた動脈及び静脈構造の品質の高いNMR
造影図が得られ、サンプル中の流れの選ばれた方
向に対する感度を持つが、NMR造影図中に同じ
又はより多くの情報を一層短い期間内に求めるこ
とが依然として非常に望ましい。作像時間が長く
なるにつれて、患者の動きが増加する惧れが強ま
る様な人間の検査用の作像では、これが特に重要
である。３次元の流れの情報を収集することが出
来るとか、（動かないスピンを更に抑圧する為に）
動かないスピンを飽和させるとか、並びに／又は
血管全体の流れ（特に心臓サイクルを持つサンプ
ル中の流れ）の測定が出来ると云う様なこの他の
利点も望ましい。従つて、データ収集時間を大幅
に短縮すると共にサンプルの動きの影響を大幅に
減少しながら、改善された特徴を持つNMR造影
図を発生する方法が非常に望ましい。

発明の要約 この発明では、脈動するサンプル内の流体の流
れに伴う実質的に動くスピンだけの核磁気共鳴
（NMR）造影像を発生する方法及び装置を提供
する。この方法は、サンプルを主静磁界の中に置
き、前記サンプルの選ばれた部分に対して作用す
る多数（Ｓ個）の位相符号化振幅の各々について
多数回（Ｎ回）繰返される逐次的な１対の作像順
序の内の第１の順序及び第２の順序の夫々の初期
部分に、選ばれた種目の全ての原子核のスピンを
90°未満の予め選ばれた量αだけ章動させ、この
逐次的な章動の間の繰返し期間T_Rは脈動（すな
わち周期的な動き）の繰返し速度より高い速度で
生じ、各々の章動の後、動く原子核のスピンから
得られたNMR応答エコー信号を略不動の原子核
のスピンから得られたNMR応答エコー信号と異
ならせる様に選ばれた第１の方向に、サンプルに
印加される第１の磁界勾配中に極性が交互に変わ
る１対の流れ符号化信号パルスを発生し、各対の
内の第１の順序に於ける１対の流れ符号化パルス
は、各対の内の第２の順序に於ける１対の流れ符
号化パルスとは極性が反対になつており、第１の
方向とは無関係な第２の方向にサンプルに印加さ
れた読取磁界勾配に応答して、第１及び第２の順
序の夫々の応答データ収集期間中に、少なくとも
サンプルの前記部分から誘起されたNMR応答エ
コー信号から１組のデータを収集し、前記第１及
び第２の順序の内の選ばれた一方で収集された
各々のNMR応答信号データ組の中のデータを、
前記第１及び第２の順序の内の他方のデータ組に
あるデータから減算して、不動の原子核から得ら
れた応答データを実質的に除去した差データの組
を求め、前記サンプルに作用する複数個（Ｓ個）
の位相符号化勾配の振幅の各々について求めたＮ
個の差データ組の全てを平均し、全ての平均差デ
ータ組に応答して、前記第１及び第２の方向に対
して予め選ばれた関係を持つ平面内にあるNMR
造影投影像を発生する各工程を含む。

この発明の好ましいと考えられる実施例の高速
走査NMR造影法では、約15°乃至約30°の章動角
αを使つても、多数の順序により、動きによる人
為効果の抑圧を強めながら、信号対雑音比が高め
られ且つ全体的な流れの造影情報を持つ１個の像
を発生することが出来る。スライス選択及び／又
は読取方向に流れ補償勾配を使うことにより、速
度分散効果が実質的に除かれる。

従つて、この発明の目的は、生体の解剖学的な
部分の様なサンプルの所望の部分を通る血管のよ
うな管の中を流れる流体の高速走査核磁気共鳴造
影作像法を提供することである。

この発明のこの目的並びにその他の目的は、以
下図面について詳しく説明する所から明らかにな
ろう。

発明の詳しい説明 この発明の方法は、サンプル、例えば患者を均
質性が高く、強度が比較的強い静磁界B₀を発生
した作像領域内に配置する核磁気共鳴（NMR）
装置で実施される。周知の様に、静磁界B₀が選
ばれた容積の軸線に沿つて、例えば静磁界を発生
する磁石手段の中孔の中に中心を持つデカルト座
標系のＺ軸に沿つて形成される。磁界勾配を形成
する手段を用いて、静磁界に重畳する１組の略直
交する磁界勾配を形成する。デカルト座標系で
は、勾配G_X、G_Y、G_Zは、G_Z＝∂B₀／∂_Z、G_Y＝
∂B₀／∂_y、G_X＝∂B₀／∂_xとして要約することが出
来る。静磁界B₀及び磁界勾配G_X、G_Y、G_Zの他
に、サンプルは共鳴周波数すなわちラーモア周波
数ω＝γB₀（γは作像する特定の原子核種目に対
する磁気回転比定数）で回転する無線周波（RF）
磁界B₁の作用を受ける。静磁界B₀、磁界勾配G_X、
G_Y、G_Z及びRF磁界B₁が、全て周知の手段によつ
て発生される。全体的な装置の定義と個別の装
置、並びに装置の外部の事象に対するNMR順序
の同期について基本的なことを知りたければ、米
国特許第4667159号を参照されたい。従来、生き
ている動物の血管造影法による作像には、サンプ
ルの心臓部分からNMR作像装置に対して心臓
（EKG）信号を供給することが必要であつた。前
に引用した特許出願に記載されている様に、
NMR造影順序の心臓によるゲート作用を利用し
て、最終的な像に周期的な動きによるアーチフア
クト、即ち、ゴーストが現れない様にするか、又
は造影図を撮影する期間を心臓サイクルの関心が
持たれる特定の部分に選択していた。

上に述べた特許出願のNMR造影法により、何
れも患者サンプルの心臓サイクルの事象によつて
トリガされる複数個（Ｓ個）の収集期間の各々
に、少なくとも１個、大抵は何個かの相異なる造
影投影のためのデータを収集することが出来た。
即ち、磁界勾配及びRF磁界パルス信号を逐次的
に１対ずつ印加することにより、作像用の１つの
投影軸線又は幾つかの相異なる投影軸線に沿つて
見た時の、選ばれた原子核種目のスピンの運動の
濃度に関する情報を含むNMR応答信号の少なく
とも１組の差が得られるが、これは常にサンプル
に作用する多数（Ｓ個、典型的には128又は265
個）の位相符号化勾配の振幅の内の１つについて
のみ得られ、これによつて投影像に対する情報が
発生される。従つて、選ばれた投影軸線A_oに沿
つた１個の造影投影のためのデータを収集する
時、少なくとも逐次的なＳ対のパルス順序が必要
であり、各々の順序は、選ばれた心臓の事象によ
つてトリガされる相異なる逐次的な、重なり合わ
ない収集期間内に置かれる、即ち、任意の逐次的
な対の順序の開始時刻の間の繰返し期間T_Rは、
サンプルの脈搏数によつて設定される。各々の期
間が典型的には脈搏数が毎分60乃至120の範囲の
人体では0.5乃至1.0秒の範囲内であるから、この
手順は、１個の応答信号で十分であるとしても、
約２乃至約４分を必要とする。最終的な造影図の
信号対雑音比を高める為に、幾つかの応答信号を
収集して平均しなければならないとすれば、検査
時間は更に長くする必要がある。何れの場合も、
動きによるアーチフアクトを少なくする為に、こ
の時間全体の間、患者は１つの姿勢に比較的拘束
しなければならない。

この発明の一面では、相異なる励振順序からの
複数個の情報を持つエコー応答の各々の収集が、
サンプルの動物の心臓サイクルのような脈動サイ
クル中の同様な事象の間の時間よりもずつと短い
繰返し時間T_R（即ちT_R＜＜60／PR）の順序を使
うことによつて得られる。こゝでT_Rは秒で表わ
し、PRは脈動サイクルの繰返し速度、例えば毎
分の脈搏数である。この他の各対のエコーを利用
して、最初のエコー順序の応答で得られた情報を
補う。

この発明の高速走査NMR造影法の好ましいと
考えられる種々の実施例を説明する前に、スピン
磁化の位相を監視することにより、巨視的なスピ
ンの動きを作像するのに適用される理論を簡単に
説明する。横方向のスピン磁化の位相変化に関す
る必要な情報は、２モードの流れ符号化勾配パル
スの組、即ち、各々の励振順序で反対の極性を持
つていて、交互の順序で極性が交互に変わる１対
のパルスから容易に得られる。磁界勾配が存在す
る時のラーモア周波数（ω）は、応答信号を発生
するスピンの位置に関係する。即ちω（Ｚ）＝γ
（B₀＋Ｚ・G_Z）。こゝでG_Zが所望の方向、例えば
Ｚ方向の磁界勾配の強さである。時刻ｔ＝０から
開始し、別の時刻ｔ＝T_gに終る勾配パルスが印
加されたことに応答して、横方向のスピン磁化の
位相変化φは、次の様になる。

φ＝γ∫^Tg _OＺ（ｔ）G_Z（ｔ）dt (1) こゝでＺ（ｔ）及びG_Z（ｔ）が、夫々時間の関
数としてのスピンの位置及び勾配磁界の強さであ
る。動くものも動かないものも、励振されたスピ
ンが勾配磁界の作用を受ける。動く励振されたス
ピンだけが、一定でないスピン位置時間関数Ｚ
（ｔ）を持つ。励振されたスピンが印加された磁
界勾配の方向に一定の動きをすれば、このスピン
位置時間関数Ｚ（ｔ）は、Ｚ（ｔ）＝Z₀−Vtであ
る。こゝでZ₀はｔ＝０の時刻に於けるスピン位置
であり、Ｖがスピン速度である。即ち φ＝γ∫^Tg _OZ₀G_Z（ｔ）dt −γ∫^Tg _OVtG_Z（ｔ）dt (2) 最初の勾配パルスの初めから時間Ｔ後に、第２
の勾配パルスG′_Z（ｔ）がサンプルに印加される
時、１対の磁界勾配パルスによつて起る全体的な
移相φは、次の式で表わされる。

φ＝γ∫^Tg _OZ₀G_Z（ｔ）dt −γ∫^Tg _OVtG_Z（ｔ）dt ＋γ∫^(T+Tg) _TZ₁G_Z（ｔ）dt −γ∫^(T+Tg) _TVtG_Z（ｔ）dt (3) こゝでZ₁は、第の勾配パルスG′_Z（ｔ）が開始す
る時のスピンの位置である。第２の勾配パルスの
形及び振幅を第１の勾配パルスの形及び振幅と同
じにするが、反対の極性を持たせれば、即ち、
G′_Z（ｔ）＝−G_Z（ｔ）、T′_g＝T_gとすれば、式(3)は
次の様に簡単になる。

φ＝γA_g（Z₀−Z₁） (4) こゝでA_gは各々の勾配パルスの下の合計面積
である。スピンの速度を一定と仮定したから、Z₀
−Z₁＝VTであり、従つてφ＝γA_gVTである。
これが動くスピン磁化を選択的に検出する根拠に
なる。２モード形の１対の勾配パルスにより、
（定義により）速度Ｖ＝０である不動のスピンの
スピン磁化に誘起される移相は、それ自体がゼロ
であることが理解されよう。逆に、動くスピン磁
化によつて誘起される移相が、スピン速度Ｖ、パ
ルス間の遅延期間Ｔ及び勾配パルスの面積（A_g）
に線形関係を持つことが判る。従つて、これらの
３つの変数（Ｖ、Ｔ又はA_g）の内の何れかの相
異なる２つの状態で収集されたデータを互いに減
算すれば、その残りは、動くスピンに対するスピ
ン密度情報だけを含んでいる。前に引用した特許
出願に記載されているように、NMR造影法は、
１対の内の一方の順序に２モード形の勾配パルス
がなくても作用するが、流れ符号化勾配パルスの
極性を交互の励振で反転すれば、一層よい結果が
得られる。これから説明する実施例のパルス順序
では、この形を使う。

理論に関するこれまでの簡単な説明から、何れ
も（上に述べた様な）２つのエコーの相異なる１
つから収集された２組のデータの複素数の差は、
スピン速度の正弦関数であるモジユラスを持つこ
とが判る。この為、あるスピン速度では観測信号
が得られなかつたり、或いは一層低いスピン速度
と識別することが出来ない様なエイリアシング状
態が起る可能性が生ずる。誘起される位相をφ／
２ラジアン未満に制限すれば、このエイリアシン
グの問題を避けることが出来る。実際、誘起され
た位相φを１ラジアン未満に制限すれば、像の強
度はスピン速度に対して大体直線的である。測定
される信号の強度が、スピンの数の線形関数でも
あるから、像の画素強度が容積（従つて質量）流
量に比例し、この為（信号の強度を管（血管）に
わたつて積分することにより、管内の流体（血管
内の血液）の合計流量を測定することが出来る。
この様なパルス順序を用いる時、流れ符号化勾配
を印加した方向に於ける流れの成分だけが作像さ
れるが、何れも互いに直交すると共に投影軸線に
も直交する流れの方向に感応する別々の２つの造
影図を収集し、式I_t＝（I_A ²＋I_B ²）^1/2を使つて、これ
らの２つの個別の造影図を組合せることにより、
全体的な流れの造影図を求めることが出来る。こ
の式でI_tは合計の強度、I_A及びI_Bは直交する２つ
の造影図に於ける対応する画素の強度である。最
後に、任意の標準的な作像手順に流れ符号化勾配
パルスを用いることによつて、造影図を発生する
ことが出来ることを承知されたい。こゝで利用す
る作像手順は勾配再集束形スピンワープ順序であ
るが、スピンエコー再集束形スピンワープ等の手
順も利用することが出来る。

次に図面について説明すると、好ましいと考え
られる高速走査NMR造影法は、完全な投影像に
必要な複数個（Ｓ個）の振幅の内の１つの位相符
号化勾配の振幅から、応答データを収集する為
に、少なくとも１対の順序を利用する。各々の順
序は、順序の開始時刻t₀から始められるが、無線
周波（RF）信号パルス１０によつてフリツプ
（flip）角αだけ原子核種目の磁化を章動させる
ことから始まる。標準的な磁気共鳴像の厚さを制
限することが出来るが、一般的に血管造影図は、
解剖学的な厚さ全体を通る投影として求められ、
この為、投影方向のスライス選択性勾配はあると
しても弱く又は存在しない。然し、希望によつて
は、励振の場を制限する為に、直交する方向（読
取方向又は位相符号化方向の何れか）にスライス
選択性勾配を印加することが出来る。図示の順序
では、投影方向がＹ軸に沿つた方向であるが、時
刻t₀から時刻t₁まで、RF章動信号パルス１０が存
在する間、Ｚ軸に沿つた位相符号化方向に励振制
限用のスライス選択性勾配信号パルス１１ａを用
いる。時刻t₁から時刻t₂まで位相戻し
（rephasing）パルス部分１１ｂを用い、その振幅
は、位相戻しパルス・ローブ１１ｂの下の合計面
積が、スライス選択性勾配パルス・ローブ１１ａ
の下の合計面積の半分と略等しくなる様にする。
RF信号パルス１０はスピン磁化ベクトルを約15°
乃至約30°の角度αだけ章動すなわちフリツプさ
せることが好ましいと考えられるが、フリツプ角
をこれより小さくしても大きくしてもよい。

章動したスピンは、この後に続く流れ符号化部
分順序１２の間、流れ符号化が行なわれ、反対の
極性を持つ両極性の１対の流れ符号化パルス１２
ａ，１２ｂが用いられる。即ち、最初の流れ符号
化信号パルス１２ａは時刻t₇に開始し、大体パル
スの中点の時刻t₈に最大の正の振幅＋Ａまで上昇
し、パルス終了時刻に略ゼロの振幅まで戻り、合
計のパルス期間はT_gである。その少し後、反対
の極性を持つ２番目の流れ符号化信号パルス１２
ｂが発生する。これは時刻t_aに始まり、大体パル
スの中心の時刻t_b（この時刻は１番目のパルス１
２ａの中心の時刻t₈からパルス間期間Ｔ後であ
る）に最大の負の値−A′まで下がり、その後パ
ルス終了時刻t_cに略ゼロの振幅に戻り、パルス期
間がT_g′である。パルス期間は略等しく、T_g＝
T_g′であることが有利である。各々の両極性パル
スが、サンプルの全てのスピンに移相を誘起する
が、これから説明する１対の順序の反対の極性の
流れ符号化パルスが、不動のスピンに対する影響
を実質的になくす。

流れの情報を投影しようとする容積全体のスピ
ンを流れ符号化した後、造影用の流れ符号化部分
順序１２の終了時刻t_cより後に始まり、時刻t₀′の
次の造影順序の開始より前に終了する作像部分順
序１４で、タグを付けたスピンに関する情報を収
集しなければならない。実際の作像部分順序は、
現在知られているスピンエコー、スピンワープ等
の部分順序の様な広い範囲の順序から選ぶことが
出来る。図面には、勾配再集束形スピンワープ作
像部分順序が示されており、デカルト座標系のＸ
軸に沿つた読取方向に読取勾配信号を発生し、移
相符号化方向はＺ軸方向である。この為、読取信
号の移相外し（dephasing）パルス部分１６ａが
時刻t_oに開始し、時刻t_iに終了する。読取勾配信
号パルス１６ｂがそれにすぐ続き、時刻t_kの、
NMR応答信号読取期間の終りまで続く。読取位
相外しパルス１６ａと略同時に、複数個（Ｓ個）
の相異なる振幅の内の１つの振幅を持つ位相符号
化信号パルス１８を発生する。更にパルス１６ａ
及び１８と略同時に、不動のスピンからの応答信
号のダイナミツクレンジを制限する為に、投影方
向の勾配、例えばXZ投影平面に対して垂直な＋
Ｙ軸の方向の勾配G_Yに投影位相外し信号パルス
２０を印加する。読取勾配パルス１６ｂと略同時
に応答データ・ゲート２２を作動して、応答信号
２４を受信することが出来る様にし、それをデイ
ジタル化して処理するが、これは公知の方式で行
なわれる。読取パルス１６ｂ／データ・ゲート作
動部分２２の中心、即ち時刻t_jは、章動パルス１
０の中心から一定期間T_eの所にある。

この後（各々の順序対の内の）第２の順序が、
流れ符号化パルスの極性を反転することを別とす
ると、第１の順序と全く同じ振幅及びタイミング
で発生する。即ち、１番目の流れ符号化パルス１
２a′が負の極性を持ち、２番目の流れ符号化パル
ス１２b′が正の極正を持つ。この第２の順序は、
時刻t₀′（これは第１の順序の開始時刻t₀から繰返
し期間T_R後である）から開始するが、最初のRF
章動信号パルス１０′を持ち、これが選ばれた種
目のスピンをフリツプ角α′だけ章動させる。フリ
ツプ角α′は、第１の順序の章動パルス１０のフリ
ツプ角αと略等しい。章動パルスは、図面に示し
た截頭sin（ｘ）／ｘの形を含めて、任意の所望の
形の包絡線を持つことが出来る。第１の順序でス
ライス選択性位相符号化勾配パルス１１ａ及びそ
の位相戻しパルス１１ｂを用いた場合、第２の順
序でも同様なパルス１１a′及び１１b′を用いる。
第２の順序の流れ符号化部分順序１２′では、前
に述べた負の極性の１番目のパルス１２a′が振幅
−A″及び持続時間T_g″を持ち、その後の正の極性
のパルス１２b′は振幅＋Ａ及び持続時間T_g
を持ち、パルスの時間的な中点T₈′及びT_b′は期
間T′だけ離れている。振幅の値A″及びＡが略
等しく、第１の順序の振幅の値Ａ＝A′夫々等し
く、パルスの持続時間T_g′及びT_gが互いに等し
いと共に、第１の順序のパルス持続時間T_g＝
T_g′と等しく、パルス間期間T′が第１の順序の期
間Ｔと等しいことが有利である。第２の順序の作
像部分順序１４′では、位相符号化パルス１８′
（これはＳ個の振幅の内、パルス１８と同じ振幅
を持つ）及び投影位相外しパルス２０′（これは
第１の順序のパルス２０と同様）と略同時に、作
像用勾配位相外しパルス１６a′（第１の順序のパ
ルス１６ａと同様）が存在する。この後の読取勾
配部分１６b′がデータ・ゲート作動部分２２′と
略同時に発生し、その時間的な中点T_j′は第２の
順序のRFパルス１０′の中点から期間T_e′（T_eと
略等しい）後にある。第２の順序の応答信号２
４′が、第１の順序の応答信号２４と同様に処理
される。応答信号２４′から得られたデータの組
を応答信号２４から得られたデータの組から減算
して、差データの組を作る。Ｓ個の位相符号化勾
配の振幅の各々に対し、上記の順序対を多数
（Ｎ）回使うことにより、Ｎ個の差データの組を
作り、それを平均して、最終的な像の信号対雑音
比、従つてそのコントラストを著しく改善するの
が有利である。実用的には30Ｎ64とするのが
好ましい。Ｎ＝１からこれより大きな実用的な任
意の限界までの任意の数（Ｎ個）の順序対を希望
に応じて利用することが出来ることを承知された
い。

この発明では、順序繰返し期間T_Rは、検査す
るサンプルの脈動サイクル（例えば心臓サイク
ル）のパルス間隔よりもずつと短い。典型的な人
体では、毎分約60乃至120の脈搏数の時、パルス
間隔は0.5乃至1.0秒である。現在、この発明で
は、約30ミリ秒乃至約60ミリ秒の繰返し期間T_R
を用い、典型的なエコー期間は約15ミリ秒乃至約
45ミリ秒である。特に、この発明では、各々の順
序の開始、即ち、開始時刻t₀、t₀′……を、NMR
作像装置を付勢する電力線路の周期的な交流波形
のゼロ交差と同期させることが好ましい。この
為、NMR造影順序を患者サンプルの心臓サイク
ルに同期させようとする試みはしない。特に、こ
の発明では、Ｃを正の整数として、電力線路のＣ
番目毎の正に向うゼロ交差に同期すると、F_Lを
電力線路周波数（合衆国では略60Hzに等しい）と
して、繰返し期間はT_R＝Ｃ／F_Lになる。Ｃ＝２
の時、期間T_Rは約１／30秒、即ち約33.3ミリ秒に
等しい。即ち、同期用SYNCH電力線路波形の最
初の正に向うゼロ交差26＋により、順序対の内の
第１の順序が開始される。交流波形の直ぐ次のゼ
ロ交差28＋は（フリツプフロツプ等の様な簡単な
除数２の論理素子を用いることにより、公知の任
意のゼロ交差検出器の出力を処理すること等によ
つて）無視し、このため順序対の内の第２の順序
は、その後の２番目の正に向うゼロ交差26′＋で
トリガされる。その次の１対の順序は４番目の正
に向うゼロ交差26″で開始され、中間の奇数番号
（この後の３番目）の正に向うゼロ交差28′＋はや
はり無視する。

繰返して云えば、NMR造影投影像が、短い繰
返し期間T_R（例えば約33.3ミリ秒）、一層短いエコ
ー期間T_e（例えば20乃至25ミリ秒）及び90°未満
（例えば約15°乃至約30°）のRFフリツプ角αを用
いて収集される。各々のエコーの収集が、作像装
置の電源の線路周波数と云う様な心臓サイクル以
外の源と同期している。複数個（Ｓ個）の位相符
号化パルスの各々の歩進値に対する励振／応答順
序対の数Ｎは、任意の整数であつてよいが、位相
符号化パルスの各々の値に対し割合多数、例えば
約30乃至約64個の励振順序対を使うことが有利で
あることが実証された。交互の収集の時、流れ符
号化パルスの位相を反転するが、全ての勾配パル
ス及びRFパルスの位相と大きさは一定に保ち、
勿論、位相符号化勾配パルスは例外であり、これ
は、普通のスピンワープで（それぞれのＮ個の順
序対の後、Ｓ個の異なる値の内の次の値へ）大き
さを単調に進める。順序対の内の第２の順序によ
つて得られるマトリクスを第１の順序のマトリク
スから減算して、造影像を実現する為の差マトリ
クスを作る様に、同様な２つのデータマトリクス
を求める必要によつて、データの収集が制限され
るだけである。典型的には、128×256のマトリク
スのデータと、256×256のマトリクスになる様な
埋めのゼロとを、位相符号化次元のフーリエ変換
の前に必要とする。直交する流れ符号化勾配の方
向を持つ２つの像を組合せることが出来、合計の
造影図の像の強度が、直交方向の２つの流れ符号
化した像のモジユラスである。この様な流れ全体
の投影像は、典型的には約４分の合計収集時間で
収集することが出来る。

この発明では、普通のスピンワープ作像の場合
と同じ様に、NMR造影投影作像でも、流れによ
るアーチフアクトが重大な問題であることが判つ
た。事実、NMR造影法では、大きな容積（多数
の血管を包込む）を励振して検出するのが典型的
であるから、普通のスライス制限形NMR作像の
場合よりも、流れによるアーチフアクトが更に問
題になることがある。更に、不動のスピン密度情
報が抑圧されるから、NMR造影投影作像の流れ
によるアーチフアクトは、他の多くの作像形式の
場合よりも一層顕著である。この発明では、従来
のスライス制限形NMR像では気付かれないかも
知れない様な比較的小さな流れによるアーチフア
クトでも、NMR造影投影像の品質を著しく劣化
させることがあることが判つた。血液の流れがな
い領域には、全く信号が存在しないのが理想的で
ある。可視的に目に付く流れによるアーチフアク
トは、流れ符号化次元、例えば図示の順序ではＺ
軸の次元に於ける血管強度のスミヤリング
（smearing）又はゴーストとなつて現れる。こう
いうアーチフアクトは、流れの存在自体ではな
く、血液の流れが脈動性を持つことによつて起る
ものと思われる。式(1)により、応答信号の位相φ
がスピン速度Ｖに正比例するから、脈動性の流れ
がスピンの位相変動を招くと考えられる。像の位
相符号化次元に於ける信号情報の最終的な部分
が、スピン磁化の位相によつて決定され、この
為、（脈動性の流れによる）不規則な位相変動が、
位相符号化次元に於ける動くスピンの強度の明確
度の低下を招く。この流れによるアーチフアクト
の問題に対して直ぐ考えられる解決策は、データ
の収集を脈動サイクルと同期させ、ゲート作用に
より、各々の走査エコーを収集する時、各々の像
の容積要素内で一貫性を持つ液体の速度を保証す
ることである。都合の悪いことに、心臓の動きに
応じたゲート作用を用いると比較的長いT_R及び
一層長い作像時間を必要とする。

この発明では、補償すべき流れ補償勾配及び勾
配パルスを逐次的に印加する間の短い時間内に変
化しない流速に対しては、流速に無関係な流れの
移相を除く為に、磁界勾配中に流れ補償信号を使
うことによつて、流れによるアーチフアクトを抑
圧することが好ましい。典型的には血液の速度は
エコー期間T_e（RFパルスとエコーの収集の間）
内に目立つて変化することがないから、流れ補償
勾配パルスは流れによるアーチフアクトを減らす
上で成功であることが証明されたが、順序の最低
繰返し期間T_Rを長くすると云う犠牲を払う。即
ち、両極性のスライス選択性勾配パルス１１ａ及
び１１ｂの流れ補償が、この後の時間的に略反転
した１対のパルス１１ｃ及び１１ｄによつて行な
われる。位相戻しパルス１１ｂの時間的な鏡像が
第１の流れ補償パルス１１ｃとして発生され、そ
の振幅はパルス１１ｂと同じであり、時刻t₄から
時刻t₅までの持続時間はもとのパルス振幅（即
ち、時刻t₁から時刻t₂まで）と同じである。更に
中間の時刻t₃に対して鏡像として、正の極性を持
つパルス１１ｄは、補償するパルス１１ａと同じ
振幅を持ち、時刻t₅からt₆までの持続時間は、パ
ルス１１ａの、時刻t₀から時刻t₁までの時間と略
等しい。同様に、第２の順序では、スライス選択
性の両極性パルス１１a′及び１１b′の流れ補償
が、第１の順序のパルス１１ｃ及び１１ｄと同じ
振幅及び持続時間の特性を持つ鏡像のパルス１１
c′及び１１d′によつて行なわれる。読取勾配の両
極性パルス１６ａ及び１６ｂの流れ補償は、第１
の順序の時刻t_gに対して鏡像のパルス１６ｃ及び
１６ｄによつて行なわれる。第２の順序では、両
極性の読取勾配パルス１６a′及び１６b′の流れ補
償が、時刻t_g′に対して鏡像のパルス１６c′及び
１６d′によつて行なわれる。

単一極性の位相符号勾配パルス18／18′の影響
は、鏡像の信号によつて相殺することが出来な
い。サンプル中に流れが存在する時、位相符号化
方向（例えば、Ｚ軸方向）に常に投影像のある整
合誤差がある。この誤差の大きさＸ（誤差）は次
の式で表わされる。

Ｘ（誤差）＝VT_p-e／２ (5) で表わされる。こゝでT_p-eは誤差を誘起する勾
配パルスの持続時間、即ち時刻t_hからt_iまでであ
る。Ｘ（誤差）が、通常の作像状態（例えば、約
５ミリ秒のT_p-e）及び予想される流速（例えば、
約20cm／秒）では、比較的小さい（例えば、0.5
mm）ことが判る。視野が20cmで、256×256マトリ
クスのデータを収集する様なNMR造影投影で
は、各々の画素は、１辺約0.8mmの区域を作像す
るから、0.5mmの整合誤差は、流れの強度の変化
が１画素未満に対応する（即ち、「影」がない）。
期間T_Rが短い為（これによつて不動のスピンを
速やかに飽和させて、更に抑圧を強める）、この
形の投影順序は、サンプルである患者の動きに比
較的影響を受けない。交互の収集の時に流れ符号
化勾配を反転し、T_Rを短くして、普通の呼吸及
びときたまののみ込みが起つた場合でも、この方
法の減算部分によつて、動かないスピンが最大限
に抑圧される。

流れ補償勾配信号パルスを使つただけでは、流
れによるアーチフアクトの全てを抑圧するのに十
分ではなく、特に流れの脈動性によるアーチフア
クトを抑圧出来ない。脈動性の流れによるゴース
ト及びスミヤリングは、作像手順の間に存在する
一貫性のない速度によつて一貫性のない移相が誘
起される為に生ずる。心臓ゲート作用はこの問題
を解決する１つの方法である。この発明の方法で
は、瞬時速度を使う変わりに、心臓サイクル全体
にわたる速度平均を測定することにより、より一
貫性を持つ作像手順の速度を求める。即ち、Ｎ個
の速度観測値を求めて平均することにより、平均
速度を測定する。この場合、2NT_Rはサンプルの
器官の脈搏周期（１／PR、こゝでPRは脈搏数）
のＭ倍（Ｍは正の数であり、正の整数であること
が好ましい）に大体等しい。即ち、Ｎ＝60
（Ｍ）／2T_R×PR）。平均する期間の持続時間が
心臓の鼓動の整数個に大体等しければ、平均流速
が測定する心臓サイクルの部分で略不変であるか
ら、心臓との同期を必要としない。

以上、この発明の高速走査形NMR造影法の現
在好ましいと考えられる実施例を説明した。当業
者には種々の変更が考えられよう。例えば、不動
の材料等の抑圧を最大限にするため、第２の順序
の流れ符号化パルス１２a′及び１２b′の両方の振
幅をＤ（任意の実数）倍することができる。従つ
て、この発明はこゝに具体的に説明した細部では
なく、特許請求の範囲によつて限定されることを
承知されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図はデカルト座標系の軸に沿つて配置され
た勾配磁界を利用する装置で、流れ情報を収集す
る好ましい実施例の高速走査形NMR造影順序の
完全な逐次的な１対の順序の磁界勾配、RF及び
データ・ゲート信号を同じ時間軸上に示す１組の
グラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 脈動サイクルを持つサンプルの少なくとも選
   ばれた部分内の流れる材料の少なくとも１つの核
   磁気共鳴（NMR）造影投影像を速やかに作る方
   法に於て、 (a) 前記サンプルを主静磁界の中に置き、 (b) 前記サンプルの選ばれた部分に対して作用す
   る多数（Ｓ個）の位相符号化振幅の各々に対す
   る逐次的な１対の作像順序の内の第１の順序及
   び第２の順序の夫々の初期部分に、選ばれた種
   目の全ての原子核のスピンを90°未満の角度α
   だけ章動させ、この逐次的な章動の間の繰返し
   期間T_Rは脈動サイクルの繰返し速度の逆数よ
   り小さくし、 (c) 前記第１及び第２の順序における各々の章動
   の後、動く原子核のスピンから得られるNMR
   応答エコー信号が、略不動の原子核のスピンか
   ら得られるNMR応答エコー信号とは異ならせ
   るように選ばれた第１の方向に、前記サンプル
   に印加される第１の磁界勾配に、極性が交互に
   変わる１対の流れ符号化信号パルスで構成され
   た流れ符号化部分順序を印加し、前記第１の順
   序に於ける１対の流れ符号化信号パルスは、前
   記第２の順序に於ける１対の流れ符号化信号パ
   ルスとは極性がそれぞれ逆になつており、 (d) その後前記サンプルの少なくとも前記部分か
   らNMR応答エコー信号を誘起する作像部分順
   序に応答して、前記第１及び第２の順序の夫々
   の応答データ収集期間に１組のデータを収集
   し、 (e) 前記第１の順序で収集されたNMR応答信号
   データの組の中のデータと、前記第２の順序で
   収集されたデータの組の中のデータとの間で減
   算を行つて、不動の原子核から得られた応答デ
   ータが実質的に取除かれている差データの組を
   発生し、 (f) 相異なるＳ個の振幅の各々に対し、前記工程
   (b)乃至(e)を複数回（Ｎ回）繰返して、複数個
   （Ｎ個）の差データの組を発生し、ここでＭを
   正の数、PRを脈動サイクルの繰返し速度とし
   て、Ｎを60（Ｍ）／（2T_R×（PR））に大体等し
   く設定し、 (g) Ｓ個の振幅の各々に対し、Ｎ個の差データの
   組の全部を平均して、Ｓ個の振幅の各々に対す
   る１個の平均データの組を求め、 (h) Ｓ個の平均データの組の全てに応答して、前
   記第１の方向に対して予め選ばれた関係を持つ
   平面内にある夫々少なくとも１つの造影投影像
   を発生する工程を含む方法。 ２ 工程(f)がＭを１より大きい値に設定する工程
   を含む請求項１記載の方法。 ３ Ｍを正の整数に選ぶ工程を含む請求項２記載
   の方法。 ４ 30Ｎ64となる様にＮを選択する工程を含
   む請求項３記載の方法。 ５ αを約15°乃至約30°に選ぶ工程を含む請求項
   ４記載の方法。 ６ αを約15°乃至約30°に選ぶ工程を含む請求項
   ２記載の方法。 ７ 工程(d)が、前記第１の方向とは無関係な第２
   の方向に、各々の順序に於ける各々の収集期間と
   略一致して、読取磁界勾配信号パルスを発生し、
   各々の順序に於ける各々の収集期間より前に読取
   勾配信号中に位相外しパルスを発生し、各々の位
   相外しパルスには、関連した読取勾配パルスの極
   性に対して反対の極性を持たせる工程を含む請求
   項１記載の方法。 ８ 工程(d)が、前記第２の方向と直交する第３の
   方向の磁界勾配中に位相符号化信号を用い、各々
   の対の順序で、前記位相符号化信号に、多数（Ｓ
   個）の相異なる振幅の内の１つを割当てる工程を
   含む請求項７記載の方法。 ９ 工程(d)が、前記第２及び第３の方向の両方に
   略直交する第４の方向に、略不動のスピンを持つ
   原子核から誘起される応答信号のダイナミツクレ
   ンジを制限する様に選ばれた特性を持つ投影位相
   外し勾配信号を印加する工程を更に含む請求項８
   記載の方法。 １０ 工程(b)が、各々の章動の間、スライス選択
   性磁界勾配信号の少なくとも一部分を印加する工
   程を含む請求項９記載の方法。 １１ 更に、工程(b)が完了した後且つ工程(d)を開
   始する前に、スライス選択性磁界勾配方向に流れ
   補償信号を印加する工程を含み、該流れ補償信号
   は、工程(b)の完了より後の選ばれた時刻に対し
   て、スライス選択性信号の時間的な鏡像となる様
   な特性を持つ請求項１０記載の方法。 １２ 更に、工程(b)の章動させる部分順序が完了
   した後、且つ読取勾配信号の読取パルス及び位相
   外しパルス部分が開始するより前に、読取勾配方
   向に流れ補償読取勾配信号を印加する工程を含
   み、該流れ補償読取勾配信号は、読取パルス及び
   位相外しパルスより前の選ばれた時刻に対して、
   読取パルス及び位相外しパルス部分の時間的な鏡
   像となる様な特性を持つている請求項１１記載の
   方法。 １３ 30Ｎ64となる様にＮを選択する工程を
   含む請求項１２記載の方法。 １４ αを約15°乃至約30°に選ぶ工程を含む請求
   項１３記載の方法。 １５ 更に、工程(b)による章動させる部分順序が
   完了した後、且つ読取勾配信号の読取パルス及び
   位相外しパルス部分が開始するより前に、読取勾
   配方向に流れ補償読取勾配信号を印加する工程を
   含み、該流れ補償読取勾配信号は、読取パルス及
   び位相外しパルス部分より前の選ばれた時刻に対
   し、読取パルス及び位相外しパルス部分の時間的
   な鏡像となる様な特性を持つている請求項７記載
   の方法。 １６ 30Ｎ64となる様にＮを選ぶ工程を含む
   請求項１５記載の方法。 １７ αを約15°乃至約30°に選ぶ工程を含む請求
   項１６記載の方法。 １８ 工程(b)が各々の繰返し期間T_Rの開始をサ
   ンプルの外部の選ばれた事象と同期させる工程を
   含む請求項１記載の方法。 １９ 前記同期させる工程が、NMR作像装置を
   付勢する周波数Ｆの交流信号の各々のゼロ交差に
   対してトリガ信号を発生し、その後、Ｃを選ばれ
   た整数として、毎秒Ｆ個のトリガ信号の内のＣ番
   目毎のトリガ信号を使つて、次の順序の開始を同
   期させる工程を含む請求項１８記載の方法。 ２０ Ｆ＝60Hzとして、交流信号の正に向うゼロ
   交差だけを用い、Ｃ＝２であり、T_R＝１／30秒
   である請求項１９記載の方法。 ２１ 工程(c)が各々の対の第２の順序に於ける流
   れ符号化部分順序を、Ｄを任意の実数として、Ｄ
   倍する工程を含む請求項１記載の方法。 ２２ 脈動サイクルを持つサンプルの少なくとも
   選ばれた部分内の流れる材料の少なくとも１つの
   核磁気共鳴（NMR）造影投影像を速やかに作る
   装置に於て、 (a) 前記サンプルを主静磁界の中に置く手段と、 (b) 前記サンプルの選ばれた部分に対して作用す
   る多数（Ｓ個）の位相符号化振幅の各々に対す
   る逐次的な１対の作像順序の内の第１の順序及
   び第２の順序の夫々の初期部分に、選ばれた種
   目の全ての原子核のスピンを90°未満の角度α
   だけ章動させる手段であつて、逐次的な章動の
   間の繰返し期間T_Rを脈動サイクルの繰返し速
   度の逆数より小さくした手段と、 (c) 各々の章動の後、動く原子核スピンから得ら
   れるNMR応答エコー信号が、略不動の原子核
   のスピンから得られるNMR応答エコー信号と
   は異ならせるように選ばれた第１の方向に、前
   記サンプルに印加される第１の磁界勾配に、極
   性が交互に変わる１対の流れ符号化信号パルス
   で構成された流れ符号化部分順序を印加する手
   段であつて、前記第１の順序に於ける１対の流
   れ符号化信号パルスが、前記第２の順序に於け
   る１対の流れ符号化パルスとは極性がそれぞれ
   逆になるようにする手段と、 (d) 前記サンプルの少なくとも前記部分から
   NMR応答エコー信号を誘起する作像部分順序
   に応答して、前記第１及び第２の順序の夫々の
   応答データ収集期間に１組のデータを収集する
   手段と、 (e) 前記第１の順序で収集されたNMR応答信号
   データの組の中のデータと、前記第２の順序で
   収集されたデータの組の中のデータとの間で減
   算を行つて、不動の原子核から得られた応答デ
   ータが実質的に取除かれている差データの組を
   発生する手段と、 (f) 相異なるＳ個の振幅の各々に対し、前記手段
   (b)乃至(e)を複数回（Ｎ回）繰返し作動して、複
   数個（Ｎ個）の差データの組を発生させる手段
   であつて、Ｍを正の数、PRを脈動サイクルの
   繰返し速度として、Ｎが60（Ｍ）／（2T_R×
   （PR））に大体等しく設定されている手段、 (g) Ｓ個の振幅の各々に対し、Ｎ個の差データの
   組の全部を平均して、Ｓ個の振幅の各々に対す
   る１個の平均データの組を求める手段と、 (h) Ｓ個の平均データの組の全てに応答して、何
   れも前記第１及び第２の方向に対して予め選ば
   れた関係を持つ平面内にある夫々少なくとも１
   つの造影投影像を発生する手段を含む装置。 ２３ 手段(f)がＭを１より大きい値に設定する手
   段を含む請求項２２記載の装置。 ２４ Ｍを正の整数に選ぶ手段を含む請求項２３
   記載の装置。 ２５ 30Ｎ64となる様にＮを選択する手段を
   含む請求項２４記載の装置。 ２６ αを約15°乃至約30°に選ぶ手段を含む請求
   項２５記載の装置。 ２７ αを約15°乃至約30°に選ぶ手段を含む請求
   項２３記載の装置。 ２８ 手段(d)が、前記第１の方向とは無関係な第
   ２の方向に、各々の順序に於ける各々の収集期間
   と略一致して、読取磁界勾配信号パルスを発生
   し、各々の順序に於ける各々の収集期間より前に
   読取勾配信号中に位相外しパルスを発生し、各々
   の位相外しパルスには、関連した読取勾配パルス
   の極性に対して反対の極性を持たせる手段を含む
   請求項２２記載の装置。 ２９ 手段(d)が、前記第２の方向と直交する第３
   の方向の磁界勾配中に位相符号化信号を用い、
   各々の対の順序で、前記位相符号化信号に、多数
   （Ｓ個）の相異なる振幅の内の１つを割当てる手
   段を含む請求項２８記載の装置。 ３０ 手段(d)が、前記第２及び第３の方向の両方
   に略直交する第４の方向に、略不動のスピンを持
   つ原子核から誘起される応答信号のダイナミツク
   レンジを制限する様に選ばれた特性を持つ投影位
   相外し勾配信号を印加する手段を更に含む請求項
   ２９記載の装置。 ３１ 手段(b)が、各々の章動の間、スライス選択
   性磁界勾配信号の少なくとも一部分を印加する手
   段を含む請求項３０記載の装置。 ３２ 更に、手段(b)が完了した後且つ手段(d)を開
   始する前に、スライス選択性磁界勾配方向に流れ
   補償信号を印加する手段を含み、該流れ補償信号
   は、流れ符号化部分順序の印加より後の選ばれた
   時刻に対して、スライス選択性信号の時間的な鏡
   像となる様な特性を持つ請求項３１記載の装置。 ３３ 更に、手段(b)による章動させる部分順序が
   完了した後、且つ読取勾配信号の読取パルス及び
   位相外しパルス部分が開始するより前に、読取勾
   配方向に流れ補償読取勾配信号を印加する手段を
   含み、該流れ補償読取勾配信号は、読取パルス及
   び位相外しパルス部分より前の選ばれた時刻に対
   して、読取パルス及び位相外しパルス部分の時間
   的な鏡像となる様な特性を持つている請求項３２
   記載の装置。 ３４ 30Ｎ64となる様にＮを選択する手段を
   含む請求項３２記載の装置。 ３５ αを約15°乃至約30°に選ぶ手段を含む請求
   項３４記載の装置。 ３６ 更に、手段(b)による章動させる部分順序が
   完了した後、且つ読取勾配信号の読取パルス及び
   位相外しパルス部分が開始するより前に、読取勾
   配方向に流れ補償読取勾配信号を印加する手段を
   含み、該流れ補償読取勾配信号は、読取パルス及
   び位相外しパルス部分より前の選ばれた時刻に対
   し、読取パルス及び位相外しパルス部分の時間的
   な鏡像となる様な特性を持つている請求項２８記
   載の装置。 ３７ 30Ｎ64となる様にＮを選ぶ手段を含む
   請求項３６記載の装置。 ３８ αを約15°乃至約30°に選ぶ手段を含む請求
   項３７記載の装置。 ３９ 手段(b)が各々の繰返し期間T_Rの開始をサ
   ンプルの外部の選ばれた事象と同期させる手段を
   含む請求項２２記載の装置。 ４０ 前記同期させる手段が、NMR作像装置を
   付勢する周波数Ｆの交流信号の各々のゼロ交差に
   対してトリガ信号を発生し、その後、Ｃを選ばれ
   た整数として、毎秒Ｆ個のトリガ信号の内のＣ番
   目毎のトリガ信号を使つて、次の順序の開始を同
   期させる手段を含む請求項３９記載の装置。 ４１ Ｆ＝60Hzとして、交流信号の正に向うゼロ
   交差だけを用い、Ｃ＝２であり、T_R＝１／30秒
   である請求項４０記載の装置。 ４２ 手段(c)が各々の対の第２の順序に於ける流
   れ符号化部分順序を、Ｄを任意の実数として、Ｄ
   倍する手段を含む請求項２２記載の装置。