JPH05500169A - 核磁気共鳴検査に於ける領域選択 - 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】 発明の名称　核磁気共鳴検査に於ける領域選択本発明は核磁気共鳴に関し、特に 、注目している領域より大幅に大きい容積からその領域を選択する為の装置に関 する。

発明の背景 “高分解能分光学”や“ズームイメージ化”の為、容積選択核磁気共鳴の使用か 普及するにつれ、大きいサンプル内にある小さな容積内のスピンよりの信号を抽 出の技術もまた普及している。

最も広範で一般に応用可能なのが選択高周波パルスとともに磁場Ｂ０の勾配を必 要とする技術であり、大まかに次の二つのグループに分かれる。即ち、対象容積 のスピンを選択的に励起して局在化する技術と対象容積に於ける磁化を除いて全 ての磁化を飽和させてしまう技術である。

前者のグループより、誘発エコーを必要とするＳＴＥＡＭ（１）シーケンスが多 分散も容易に実現できる。全てのエコー技術の於けると同様に、結果はＴ、で重 み付けされていて、従ってｆｆｌｐ代謝物のような短時間Ｔ、標本に応用できる 可能性はないが、　′Ｈ代謝物検出での水、脂質の抑圧には好ましい事が実証で きる。

ＤＲＥＳＳ　（２）は表面コイルにより優れた感度をもたらすが、Ｔ２による制 限を免れない。一方、０ＳＩＲＩ（３）の技術はパルスバンド幅制限の影響を受 けながらも高速磁化緩和を観察する為には有効であるが、ＳＴＥＡＭと異なり、 選択領域のシムが不可能となる。単一高周波数で勾配パルスで二次元の選択励起 を実行する、最近開発された新しい技術（４，５）はＴ２緩和による制限はより 少なくなった。しかしながら、これらの技術も外部容積の抑圧不良、即ちコンピ ューター制御とオフレゾナンス効果において選択容積を移動しようとする場合に 発生する困難を免れない。

本発明はノイズ変調高周波パルスを使用して選択飽和させる事を目的とする新し い技術であり、前記問題を解決する一方、サンプル内の何処にでも移動できる、 はっきりと境界を画定でき、非直線性の対象容積で、その形も大きさも広い範囲 で任意に設定できるような対象容積を提供する。

多くのコンピューターシステムでランダムノイズ発生のアルゴリズムが利用でき 、ゼロ振幅の小さい領域（図７ａ参照）を除く領域ではランダムである周波数レ スポンス関数を発生させる事は容易である。このフーリエ変換は疑似ランダム変 調関数（図７ｂ参照）となり、これは図７ｂ（参考資料１０参照）で示されるも のと同様な変調包絡線を形成するため高周波信号を変調するのに使用される。そ の様な包絡線を有する高周波パルスか磁場の勾配中に配置された均質なサンプル に加えられると（この事は物質の磁気共鳴周波数を変化させて勾配の向きにサン プルのプロフィールを形成するが）、物質の核磁気共鳴周波数が高周波パルス中 に対応するエネルギー成分を見いださないようなその様な共鳴周波数の勾配に沿 う領域内の核を除き、核スピンはランダムな軸を中心としてランダムな角度だけ 回転する。ノイズパルスがｌ５ＩＳ実験（参考資料１１参照）で減算誤差を低下 させる為に使用されている０３ＩＲＩＳにて、ノイズパルスは容積選択に以前用 いられていた。その様な場合、同じノイズパルスは同じ周波数レスポンスを得る 為に、減算サイクルの格段にて使用される。

単一のノイズパルスでは所用の磁化の完全飽和を達成する事はできない、と言う のは理想的なノイズパルスとすると磁化ベクトルは法王に均一に分布し、（全バ ンド幅にてランダム位相とフリップ角度の為）その様な事が再現可能であるが： 磁化の疑似ランダムパターン発生は、使用されるノイズパルスに直接関係する。

これが、ｌ５ＩＳ減算実験（参考資料１１参照）にてそのパルス動作する理由で ある。

高周波の場により影響受ける対象物の容積を制限する為に小型高周波コイルを使 用して大きいその対象物の内部の小さな容積を画定する事が提案されている。し かし、高周波の場は常時均質ではなく、また対象容積の形と密接に一致させられ ない。

本発明の目的は対象容積を画定する形の範囲に制限なしに、スライス（選択）技 術を提供する事にある。

本発明はノイズ変調高周波パルスを使用して選択飽和させる事を目的とする新し い技術であり、前記問題を解決する一方、サンプル内の何処にでも移動できる、 はっきりと画定できる対象容積を形成し、その形も大きさも広い範囲で任意に設 定できるような対象容積を提供できる。

発明の要約 本発明の一つの特徴によれば、大体均一な強度の磁場内のある領域に配置された 対象物内で、その核磁気共鳴が検査されねばならない様な対象物内の対象領域を 選択する方法で、前記磁場内のある領域は磁場の強度に影響されるだけでなく、 局所的な二つ以上の磁場によっても影響を受け、従って磁場の強度の差異により 対象物の異なった領域が影響を受けるような前記磁場内のある領域で磁場勾配が 存在し、その結果、前記磁場内のある領域を横断する磁場勾配の方向が多数の不 連続な位置で漸次増加回転する様に局所的な磁場か変化する特徴を有する異なっ た磁気共鳴周波数を、対象物の異なった領域が有し、そして有限のエネルギーの 周波数成分の広いスペクトルを有しかつ、ゼロかまたは非常に低いエネルギーの 周波数成分の画定したバンド幅を育する高周波信号が各増加ステップ後に加えら れ、従って、高周波信号が適当な周波数のエネルギーを有するときは前記磁場内 のある領域の各部分に配置される対象物の物質の内部の核に於ける核スピンの向 きをランダムにしているが、高周波信号が適当な周波数のエネルギーを有さない 場合は対象物の物質内部の核に於ける核スピンの向きは変化せず、これは場の勾 配が回転するにつれて、物質の容積の境界が画定され（選択領域）、その内部で は核スピンの向きの変化は起こっていす、一方、物質の残りの部分に於ける核は 一般にランダムなスピンの向きを有する。

勾配のステップ数が増加するに従って、ゼロ飽和の領域はより鮮明になってくる 。

本発明の利点の一つは各高周波信号が磁化の部分飽和をさせるために必要なだけ なので、増幅器に要求される高周波出力は、飽和が高周波信号のバーストで得ら れる方式に比較し、低くてすむ。

この事は高周波電力が通常制限されている本発明のクリニックでの応用では重要 な要素となる。更に、本発明による方法はパルスのフリップ角によらないので、 表面コイルは感度を増すように使用できる。

本発明はこの様に、ブリパルスをどのパルスシーケンスの開始時にも使用する事 で、選択飽和による単一ショット局所化の方法を提供する。本方法は回転場の勾 配とノイズ変調高周波パルスを使用し、ノイズ変調高周波パルスは表面細胞で使 用可能なように低電力でありかつ高周波場の均質性の用件を満たす。

本発明はプロトンとリンの両方に稼働するように応用可能である。場の勾配の変 更と高周波信号のゼロエネルギーの成分の変更の両方かまたは何れか一方のよっ てなされる領域の移動はコンピューター制御され、非直線の形状が広い範囲で可 変であると言う事はサンプル内の対象容積をより細か（必要に合わせて調整でき る事を意味している。

本発明は二つの管の中の水を考えると更に良く理解できる。もし、磁場（Ｂｏ） がサンプル全体にわたって均一なら、水全体のプロトンは同じ周波数で共鳴する 。サンプルを横切る磁場の直線的な変化（場の勾配）を利用して空間情報がコー ド化される。その結果、氷塊の異なった領域のプロトンは異なった周波数で共鳴 する。

イメージ化の為、加えられる高周波信号は周波数変化の広がりの全範囲をカバー する有限のエネルギー成分を有している。

本発明による“スライス即ち選択”は周波数選択高周波信号を使用して実行され る（即ち、高周波信号で周波数成分のあるものはゼロ（または、非常に低い）エ ネルギーとなっていて、その共鳴周波数を育するプロトンは活性化されずスピン の軸は整列したままである）。その様な信号はサンプルの部分のみに影響を与え る。スライス位置は高周波信号内の周波数バンドを変える事により変更できる。

スライスの厚みは高周波信号内のゼロ（または、非常に低い）エネルギーの周波 数成分のバンド幅に依存する。

本発明の好ましい特徴は、各ケースにつき周波数のスペクトルの同じ部分上をゼ ロエネルギー成分とし、周波数スペクトルのその部分より外側の高エネルギー周 波数成分をランダムに選択する事により最適化されたノイズパルスを用いて高周 波の搬送波を変調している事である。

本発明では、より大きいサンプル内の二次元あるいは三次元でのスピンの容積の 分離は、前記容積の外側のスピンを選択的に飽和させて実行されている。選択的 な飽和は分光学で共鳴線を取り除くために用いられる比較的−膜化した方法であ り（Ｊ、　Ｃｈｅｍ。

Ｐｈｙｓ、　ｖｏｌ　５９．　Ｎｕｍｂｅｒ　４．ｐ１７７５）　、初期のイメ ージ処理に用いられた（Ｊ、　Ｐｈｙｓ　Ｃ，ｖｏｌ　１７．　Ｌ４５７．１９ ７４　）　、またこれは、（Ｊ。

Ｍａｇ、　Ｒｅｓ、７０３１９−３２６．１９８６）の様に、コヒーレントな磁 化を生成し、そしてそれを勾配でもってディフェイズする事により対象容積の外 側を飽和させている、容積選択分光学に用いられている。

これは、しかし、良質な高周波の均一性と高出力増幅器が必要となる。ＯＳ　Ｉ 　ＲＩ　Ｓ　（Ｊ、　Ｍａｇ、　Ｒｅｓ　７８５１９−５２７１９８８　）はノ イズパルスを容積局在化に使用されているが、飽和には使用されていないし、直 線形の対象領域の検査にのみ用いられる。これに対して、 本発明は多重投射の重ね合わせにより任意の領域が画定できる。

飽和を通して対象容積の外側より、信号の影響を取り除（事により動作する局在 化の方法はＴ、の依存性、即ち、２１ｐの生体動作の為の重要な要素故に特に興 味がある。

前記方法はＶＳＥ　（６）、５ＰＡＲＳ　（７）、５ＰＡＧＥ　（８）とＤ　Ｉ ＧＧＥＲ（９）を含む。これら全て、対象容積の外部で、パルスシーケンスのあ る点を横磁化を選択的に形成し、そのパルスシーケンスは付加された場の勾配に よりよりディフェーズされ、その一方対象容積内の磁化はＺ軸に沿って記憶され る。これら既存の技術に共通する問題は外部容積での全スピンを飽和させるのに 要する高い高周波電力である。パルスバンド幅とパルスの不完全性か付随するそ の他の問題はサンプルの緑に接近したスピンは完全に飽和されないが対象容積内 のある磁化は幾分励起される。

また、更にこれら技術は全て精密なフリップ角に依存し、良質なり１場の均質性 か必要となる。これらは表面コイルを使用しては実現できない。

任意の容積の境界を画定する為のその他の技術（７ｔｈ　ＳＭＲＭ１９８８］　 （Ｊ、　Ｍａｇ、　Ｒｅｓ、　８１４３−５６１９８９）に説明されている。こ れらは希望領域を選択的に励起する事により動作し、Ｔ１に依存する本発明と異 なり、多くの種でＴ２の緩和効果の影響を受ける。

一定の磁場勾配中でノイズウィンドウパルスが加えられると勾配軸に沿って中央 ウィンドウから離れて、磁化か殆ど励起されない点と１８０度転移するその他の 点が生じ、従って、このパルスを多重印加しても対象容積外のＺ磁化は幾分残る 。乱れていないスピン平面を選択するためには、勾配を一定に保ちながら多数の 違ったノイズパルスを印加する必要かある。

またこれに替えて、乱れていないスピンの“ロッド”の選択は同じノイズパルス を連続して使用できるが、毎回異なった角度に場の勾配を加えなければならない 。ロッドの断面積は磁場の変動（即ち、勾配）に依存し、この勾配は一定でも良 いし、位置的にステップ変化しても良い。

本発明は下記の応用面で特に有効である。

ａ）分光学分野で二次元と三次元の殆ど任意の容積での容積選択ｂ）ズームイメ ージ化 Ｃ）位相コード化エイリアスの抑制処理ｄ）流量、拡散、還流等の計測の為の飽 和度転移実験ｅ）表面コイルと共に用いられ、回転座標系を使用して、その表面 コイルに対し平行か、傾いているか、または垂直になっているかしているスピン 柱の境界を画定しサイプル化する処理ｆ）分光学的イメージの寸法を縮小する処 理ｇ）サンプル内にである容積を選択的に飽和させる処理本発明によれば対象物 内の如何なる任意の形の対象容積でもその境界を画定できる。そして、その容積 は以下の例で述べるような様々な方法で磁気共鳴（ＭＲ）を用いて研究できる。

本発明は、他のＭＲシーケイスを使用する前後またはその期間中でも、一つの計 測工程として使用可能である。本方法の本質は対象容積外の全スピンの磁化を選 択的に飽和させて、その結果ＭＲ倍信号抑圧し、研究の対象容積のスピンをその まま残す事にある。飽和は、最適化され、疑似ノイズ化され、変調された高周波 パルスを、必要に応じて生成された勾配の波形の存在する中で、印加する事によ ってなされる。対象容積が一次元、二次元、三次元かのインタロゲイトはのどの クラスのＮＭＲ分光計測器によっても可能である。

画定した対象容積の領域はとの様の既知の方法によるイメージ処理によっても処 理可能である。

大きい対象物内の小さな領域をＭＲ計測する場合に付随する一般んな問題がある 。これはズームイメージ化（もし同じ数のイメージ化の分解能が対象物の全幅に 広がりに使用されるとすると、より高い分解能を得る様にした技術）が利用され たときに起こる。

問題は対象容積外よりのＭＲ倍信号折り返しが起き、対象容積内のイメージに重 複（位相コード化エイリアス）される事である。

これは本発明を利用して対象容積外のスピンを飽和させるようにすれば抑圧でき る。

ＭＲは流量、拡散、還流等と言った液体の移動を定量的に計測するのに使用され る。本発明によれば狭い領域を残して全スピンを飽和させ、次にその狭い領域よ りのスピンの動きをモニターできる。（この技術は飽和度転移として知られる。

）本発明によれば、他の領域を飽和させ対象領域を画定し、そしてサンプル化で きる。例として、表面コイル面に対し平行か、傾いているか、垂直となっている かしているスピン柱を画定し、回転座標系シグマトゲラフイーかまたは勾配位相 コード化を使用してこのスピン柱は研究される。

本発明によれば、不可能か非常に困難な様々な計測が実行可能となる。

次にその例を述べる。

１、　通常、Ｂ０場は対象物の全周に関して均一のとなっているが、対象物の長 さ方向に沿ってはその均一性は低下している。磁石の選定によってはこの関係は 維持できず、静磁場Ｂ０は不均一となる。この事は対象領域よりのＭＲ倍信号劣 化した磁場の影響を受けた対象物の部分よりのＭＲ倍信号より劣化させられてい る事を意味する。

本発明によれば画定した対象領域よりの信号を除き、全ての信号は飽和させる事 ができ、この対象領域は回転させるか、位置を変え、対象物内かあるいは磁石内 の適当な領域と一致するかどうかテストできる。更に、前動な事はこの関係は一 つの計測から次の計測に移る時変更する事もできる。

２　画定した対象領域は複数のへ里により任意の形であって良い。

（この事はほとんどの現在使用可能な方法が直線でできた形に限定されているの と対照的である。） ３、　多数の従来の磁気共鳴イメージ計測装置では人為構造イメージは対象物内 の離れた部分の物理的な運動の結果発生する。例えば、人体のＮＭＲ検査にては スピンのイメージは時として呼吸運動による“おなか”の脂肪の動きに起因する 人為構造の動きを示す。この磁化とそれに基づく脂肪の“目視できる”運動は本 発明により抑圧できる。

要約すれば、本発明によるＮＭＲ技術は、研究対象の対象物内の対象とする領域 を明確にして画定し、その他の領域よりの信号を減じるか除去する為の方法であ る。本発明は一連のスライス選択高周波パルスを、その各パルスの印加後に向き を変える様な磁場勾配中にて、印加する事を必要とする。この各パルスは、（場 の勾配によって決定され）その中ではスピンは乱されないような画定した広がり と向きを持つ面を除き、サンプル中のスピンをランダム化する。このゼロスライ ス全部の一致した領域が乱されない磁場の容積を画定し、この容積をこの容積外 の飽和した領域よりのスピンからの干渉なしにインタロゲイトできる。

本発明による効果は次の四つの既知の代替技術を考えれば理解きよう。

（ａ）選択励起シーケンス（ＳＴＥＡＭ）は直線により形成されている領域を励 起するためのスピンエコーシーケンス過程にて三つの選択励起パルスを使用して いる。領域を励起すると言うことはＴ２緩和（これは、本発明では対象領域は乱 されないで、Ｔ１緩和に影響され゛るので、当てはまらない）に影響され、応用 範囲は低速度緩和種に限られてくる。直線での領域画定は特に生体条件での計測 場合は理想的でない。これは対応した技術のコンフォーマル型も次のｄ）で述べ るように開発されてはいるが、本発明によれば容易にコンフォーマル（非直線） 領域が画定できる。

（ｂ）二次元選択励起パルス。二次元に一スペースパルスかスピンエコーによら ずに非直線領域を励起する。このパルスは短期Ｔ２種に使用できずまた化学シフ ト効果多少を持つ。本発明によると二次元はもとより三次元の領域画定も可能で あり、より前動な化学シフト人為構造を提供する（以下参照）。

（ｃ）選択飽和シーケンス（ＤＩＧＧＥＲ）は磁化を９０度だけ選択的に励起し 、そして場の勾配によりディフェーズする為に三つのパルスを使用している。

これらパルスはゼロ励起の中央スライスを除いて、バンド幅を横断して磁化を励 起している。磁化かコヒーレントに励起され、精密なフリップ角が重要であると いう点板外は、この技術は本発明に類似している。良質のスライスプロフィール を得る事が困難である。

（ｄ）ＩＳＩＳの様なサイクル法は、対象容積（ＶＯＩ）から正味の信号のみ生 成するため直交スライスと８ステツプの加算／減算を反転するための反転パルス を使用している。この技術によれば多重ショットとなるためシムする事が困難と なる。この点は本発明の大きい効果である。この技術はスピンエコーを使用せず 、従って、Ｔ、重みずけるＴ、の重みずけもされていず、短期Ｔ。

計測に使用されている。

凸面により二次元または三次元の領域の形成する機能は前記技術の何れも有して いない。さらに、本発明の化学シフト人為構造は上記の場合よりより効果がある 。オフレゾナンススピンに関しては、各スライスは勾配に向きにある量だけ移動 される。これは他の種の対象領域（ＲＯＩ）を不鮮明にし、狭いバンド幅に関し ては、パルスは全く除去されてしまう。

本発明の選択シーケンスの変形は次のようなものがある。

■）本発明のシーケンスにて要求されるような多数の高周波パルスを使用する必 要性は生体システムにワット損の問題を提起するかも知れない。ノイズパルスの 最適化は従って本発明にはとって重要であり、またノイズパルスはこの事を念頭 に置き改善され得る。現在のところ、一部説明されているか反復挿入法に従って 、パルスは最適化されている。好ましい最適化技術はパルスプロフィールを改善 する為、模擬アニーリングを使用している。模擬アニーリングに付いてはＫｉｒ ｋｐａｔｒｉｃｋ、　ＳによりＪｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　５ｔａｔｉｓｔｉｃａｌ 　Ｐｈｙｓｉｃｓ、　ｖｏｌ　３４．　ｐ９７５．１９８４で説明されていて、 Ｃ，Ｊ。

Ｈａｒｄｙ、　Ｐ、　Ａ、　Ｂｏｔｔｏｍｌｅｙ、　Ｍ、　０’　Ｄｏｎｎｅｌ 、　Ｐ、　ＲｏｅｍｅｒによりＮＭＲパルス設計に応用されている（Ｊｏｕｎａ ｌ　ｏｆ　Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｒｅ５ｏｎａｎｃｅ。

７７、　ｐ２３３．１９８８参照）。パルスプロフィールの改善は可能である。

例えば、スライスから離れるほど励起を減少させ以前と同様な鮮明なスライスの 縁を発生させ、多少高周波電力を低く抑えるようなパルスプロフィールとする事 によって。

また磁化のランダム化を改善するためノイズパルスの点数とバンド幅を必要に応 じて変更する事により必要電力の低減を図れる。

２）本発明の方法により生じた横磁化の残存コヒーレンスは汚染としてＦＩＤま たは模擬エコーとして現れる。余弦勾配波のサイドローブを含む事によりこれを ディフェーズしこの問題を避ける事が可能である。次に続くシーケンスでも他の 勾配は同様の効果を育す。

３）ランダム化の改良は勾配シーケンスでの各ステップで違ったパルスを使用す る事により達成できる。これはまた方形のＲＯＩを選択するためには勾配は二次 元となる様な場合に適用される。

違ったノイズパルスはまたイメージ化実験にて各位相のコード化ステップにも使 用される。

４）任意の凸面をよりなる容積は、選択された形に従って連続した勾配ステップ 間で角度を変更する事によって、最適化できる。

５）任意の凹面形もまた可能であるが、必要な容積の部分よりの信号が残る。

６）もしノイズパルスにより本発明の方法の最終段階でゼロ拡大の代わりにスラ イス内で均一なコヒーレントな励起を形成したとき、ＲＯＩ内のスピンは少なく とも部分的には定常状態であり、イメージ化するかまたは部分計測の為定常状態 シーケンスで検査できる。

７）もしノイズパルスが十分な深さまで励起する能力があれば、本発明は表面コ イルを受信用に、また送信用にも使用して利用できる。

イメージ化に於ける本発明の応用を次に述べる。

１）イメージ化における受信バンド幅の最適な使用はイメージシーケンスに関す る本発明の方法を実行して達成でき、その結果Ｒｏｔよりのみ信号を得て信号対 雑音比を改善できる。

２）ＲＯＩのズームイメージは、エイリアスなしに、勾配を増加させスィーブ幅 を狭めて、イメージシーケンスに関する本発明の方法を実行して得られる。

本発明による容積選択を実行すれば、多重スライスイメージシーケンスが次に実 行できる。対象領域を取り囲む物質の核の多重スライスイメージシーケンス処理 期間での初期のスピン状態へ復帰しようとする傾向は後期の多重スライスイメー ジに汚染をもたらす。これを防ぐ一つの方法はニジヨツト処理を実行する事であ る。これは多重スライスイメージシーケンスの後、システムが初期スピン状態に 復帰するまで待ち、多重スライスイメージシーケンスを繰り返す前に本発明の選 択処理を繰り返し、高周波反転パルスを加えて全ての核（対象領域内もその外側 も）を１８０度回転させる過程を必要とする。次に続く多重スライスイメージシ ーケンスの結果は最初の多重スライスイメージシーケンスによる結果より減算さ れ、周囲の物質の核の既に述べた反転（緩和）による汚染効果を除去している。

４）容積選択速写イメージは本発明の方法の高速イメージ化技術を実行して得ら れる。ＥＰＩが好ましい。ＥＰＩはその高周波電力損が低いので本発明による電 力損を補えるからである。他に可能なものはＦＬＡＳＨとＣＥ　Ｆ　Ａ　Ｓ　Ｔ を含む。

５）選択容積の三次元イメージは本発明の方法による適当なイメージシーケンス を実行する事により可能である。

６）容積選択マツプは化学シフト、還流、拡散、緩和と流量によりできている。

７）成体内の人為構造の運動はその人為構造の最も原因となる領域、例えば、呼 吸運動における脂肪層や上部を椎研究に於ける心臓などを抑圧する事により可能 である。

８）多重エコー／ＣＭＰＧセットは本発明のパルス列による方法を実行すれば容 易に得られる。

分光学に於ける本発明の応用には次のものがある。

１）ＦＩＤからのスペクトルは、スピンエコーの必要性をなくするように本発明 の選択方法を実行後直ちにハードかソフトの励起パルスを加えて得られる。ブリ フォーカスパルスは励起に使用でき、従ってスライス勾配は不要な横磁化の抑圧 器として働く。

２）信号対雑音比は二次元と三次元での本発明によるコンフォーマル法を用いて ＲＯＩにコンフォーマルな選択領域を形成する事によって最適化できる。

３）定量的な選択計測は次のようになされる：ａ）１８０度パルスにより本発明 に先行するＴｌｂ）多重エコーシーケンスかＣＰＭＧを用いてのＴ２ｃ）Ｊレゾ ルブスペクトルの多重量子は適当なシーケンスを追加してえらる。

ｄ）拡散／還流／流量も選択的に測定できる。

以上の説明にて多くの参考資料を引用したが、以下のそのリストア２、　５０２ 　（１９８７） ２、Ｐ、Ａ、ＢＯＴＴＯＭＬＥＹ、Ｔ、Ｂ、ＦＯＲ３ＴＥＲ，ａｎｄ　Ｒ，Ｄ、 ＤＡＲＲＯＷ。

Ｊ、Ｍａｇｎ、Ｒｅ５ｏｎ、５９．　３３８　（１９８４）３、Ａ、Ｃ０ＮＮＥ ＬＬＹ、Ｃ，Ｃ０ＵＮＳＥＬＬ、Ｊ、Ａ、Ｂ、ＬＯＨＭＡＮ、ａｎｄ　Ｒ１゜８ １．４３　（１９８９） ７、Ｐ、Ｒ，ＬＵＹＴＥＮ、ＡＪ、）１．　ＭＡＲＩＥＮ、Ｂ、ＳＩＪＴＳＭＡ 、ａｎｄ　Ｊ、Ａ、ＤＥＮＨＯＬＬＡ　ＮＤＥＲ，，１，Ｍａｇｎ、Ｒｅ５ｏｎ 、　８７．　ｉ４８　（１９８６）８、　Ｄ、Ｍ、ＤＯＤＤＲＥＬＬ、Ｗ、Ｍ、 ＢＲＯＯＫＳ、、１Ｍ、ＢＵＬＳＩＮＧ、Ｊ、ＦＩＥＬＤ、Ｍ。

９、Ｄ、Ｍ、ＤＯＤＤＲＥＬＬ、Ｊ、Ｍ、ＢＵＬＳｉＮＧ、Ｇ、、１．　ＧＡＬ ＬＯＷＡＹ、Ｗ、Ｍ、ＢＲＯＯＫＳ。

、Ｊ、ＦＩＥＬＤ、Ｍ、ＩＲＶＩＮＧ　ａｎｄ　Ｈ，ＢＡＤＤＥＬＥＹ、、１． 　Ｍａｇｎ、Ｒｅ５ｏｎ。

７０、　３１９　（１９８６） 本発明を実例を引用して更に説明する。添付の図面の簡単な説明を先ず行う。

図１　（ａ）は簡単な３ステツプの飽和シーケンスを示す。

図１（ｂ）は図１（ａ）のシーケンスに対する理想化した二次元レスポンスを示 す。

図２は選択飽和プリパルスの一例を示す。

図３はプリパルスの３２ステツプタイプを用いた模擬二次元効果を選択領域の直 径に沿ったプロフィールと共に示す。

図４（ａ）と図４（ｂ）は、実験で用いられた最適化されたパルスに対するレス ポンスが図４（Ｃ）と図４（ｄ）で示される様な場合の簡単なノイズウィンドウ パルスに対するレスポンスの振幅と位相である一図４（ａ）と図４（Ｃ）はフー リエ変換により得られた周波数スペクトルであり、図４（ｂ）と図４（ｄ）はブ ロッホの方程式の積分により得られた均一なスピンシステムの横磁化を示す。

図５Ａは選択飽和プリパルスを加えない、説明にある寒天模型を通したスライス を示す。

図５Ｂはプリパルスを加えるが、損失か渦電流のみによるようにノイズパルスの 高周波電力加えないようにして、得られた図５Ａと同じスライスを示す。

図５０は図５Ｂのラインと同じラインを示すが、中心部の小さな領域を選択しそ の外側を磁気飽和させるためにノイズパルスを使用して得られたものである。

図５はまた三つのイメージの中心を通過するプロフィールを含み、イメージを左 から右へ向かっての強度の変動はプローブのＢ１の不均一に因っている。

図６は模型より選択された対象容積かサンプルの周りを移動される様子を示す。

図７（ａ）は代表的なノイズパルスの周波数レスポンスのフーリエ変換を示す。

図７（ｂ）前記のパルスに対する均一のスピンシステムのレスポンスを示す。

本発明は核磁気共鳴装置を用いる方法にあり、本発明に従って作動する様にプロ グラムされる場合は本発明はその核磁気共鳴装置にある。ＮＭＲ装置の一般的な 説明はＥ、　Ｆｕｋｕｓｈｉｍａ、　Ｓ、Ｂ、　Ｗ、Ｒｏｅｄｅｒによる“Ｅｘ ｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　Ｐｕ１ｓｅ　ＮＭＲ“か参考になる。

この新しい技術ではＢ。場の勾配ベクトルは多数の不連続なステップで、例えば 円を描く為に漸次回転する一方、高周波は磁場勾配ベクトルの向きが調整される 度にパルスとして加えられる。図１ａは簡単な３ステツプの場合を示し、図１ｂ はスピンの均一な面からの理想化されたレスポンスを示している：陰影は部分的 な飽和を示し、陰影が濃くなるほど飽和の度合いも大きくなる。勾配のステップ か増加する程、ゼロ飽和の領域かはっきりと画定し、その意味で本技術はイメー ジ再構成の為のパックプロジェクション法（１２，１３）のコンセプトに類似し ている。

図１ｂで示される幾何学的な原理に基づいた簡単なアルゴリズムがＭｉｃｒｏ　 ＶＡＸ　ＩＩのコンピューターで実行され、各勾配ステップの後に印加された高 周波パルス（ゼロ励起の中心ウィンドウの外側の均一で理想的な飽和プロフィー ルを形成する様に）でもって任意の勾配波形の効果をシミュレートしている。

図２は勾配ベクトルが円を描（ような代表的な飽和ブリパルスを示し、図３はそ の様な３２勾配ステツプを有するプリパルスに対する理想化されたレスポンスの シミュレートしたものである。各パルスがＺ磁化１４％のみしか低下させない場 合、高周波電力は円対象領域から外れた場合では９９％の飽和が起こるように設 定される。

図５で、このシミュレーションは実験結果と非常に良く一致する事を示し、各高 周波パルスは磁化の部分的な飽和を達成するためのみ必要で、従って飽和が一つ の高周波バーストなされなければならない場合に比し非常に少ない高周波電力で 済むと言うこの技術の利点を示している。

この局在化技術の実現に関連して起こる問題の一つは単純なノイズウィンドウパ ルスの励起プロフィールはシミュレーションで想定した理想的方形プロフィール からはほど遠く、磁化の幾らかはノイズウィンドウ内でも励起されるという事で ある。これは図４ａで示され、図７ｂで示されているノイズパルスの周波数レス ポンスを意味していて、フーリエ変換して得られるが、そこでは時間データは有 限パルス長の効果を示すため２５６から５１２点へゼロ充填されている。希望ス ペクトル（図７ａ）のフーリエ変換は我々か２５６点の有限のパルスに近似した 無限関数である。これは無限パルスに２５６点の幅を持つ方形“トップハツト” 型の関数を掛けたものに等しく、時間領域のサンプル間隔に等しい周期の５ｉｎ ｅ関数でもって周波数レスポンスでの各点を畳み込む効果を有す。パルス（図７ ｂ）を決定している２５６点をフーリエ変換することはナイキスト周波数を正確 に畳み込みの５ｉｎｅ関数のそれに等しくし、従って、各発振の下端にてサンプ ル化でき、得られたスペクトルは図７ａに示されるようになり、中央ウィンドウ 内部は見かけ上完全なゼロの状態である。パルスを５１２点までゼロ充填すると ナイキスト周波数は２倍になり、従って５ｉｎｃ関数は各発振の上端と下端でサ ンプル化され、図４ａのスペクトルの中央部のウィンドウに於ける如くなる。図 ４ｂはこのパルスに対する均一スピンシステムの横レスポンスを示す。これは回 転マトリックスを用いたブロッホ方程式の反復積分により周波数スペクトルに於 けると同様な分解能までめられ、このパルスは選択領域外にてゼロの平均Ｚ磁化 を形成するようにスケール合わせされる。有効な磁化量はパルス切り捨て（高周 波の発振を引き起こす）とスピンシステム非線形性の効果の組み合わせにより中 央領域内に励起される。この縦方向の磁化の低下はノイズパルスが幾つか続いて 印加された場合、対象容積内からの信号の損失を引き起こすので、パルスの最適 化か必要である。

ノイズ変調された高周波パルス（１４）での今までの処理は“ランダム化”とバ ンド幅の改善に的を絞ってきた。従って、本発明は中央ウィンドウに励起ゼロを 目的としてきた。パルス切り捨て効果は使用されたノイズ関数とガウスカーブの 積をめて低下させられ得るが、この結果周波数領域に於ける畳み込み関数もまた なめらかなガウス形になる。しかし、これは非線形性を無視している。

それによってブロッホ方程式の積分か図７（ｂ）に示される形となっている初期 高周波パルスに対応した均一スピンシステムのレスポンスを形成するように、単 純な反復処理が使用される。レスポンスは５％の中央ウィンドウ内の全ての点を ゼロと設定する事により先ず修正され、これはレスポンスの最も望ましい特徴で あるが、そして近似高周波パルス波形になるようにフーリエ変換される。これは またブロッホ方程式の積分に組み込むことかでき、そしてこの過程は繰り返され る。このアルゴリズムはパルスの最適化をもたらし、それは振動的である。最良 の結果の一つは図４０に示されているが、これは中央ウィンドウにて励起ゼロが 大幅に改善した事を示している。図４（ｄ）は同じパルスに対する横レスポンス を示しているが、シミュレーションでされている如く、スケールは１４％だけ平 均Ｚ磁化を低下させるようになっていて、中央ウィンドウでの励起状態は対応し て減少している。この最適化されたパルスによって形成された横磁化の大きさは 最適化されていないパルスにより形成されたそれよりもっと均一であるが、位相 はまだ全くランダムであり、そして不要なコヒーレンスの形成の問題はない。

一実施例で、２Ｔ、３１ｃｍ径オックスフォードインスッルメント低温磁石を装 着しているオックスフォードリサーチシステムＢｉｏｓｐｅｃｌコンソールと自 作の２１ｃｍ内径の勾配セットを使用した。使用された血液模型はＴ、とＴ２の 値がそれぞれ８８０ｍ５と１００ｍ５のＭｃＣｌｔの０．１　ｍＭの溶液中に０ ．５％の寒天を含む。図５Ａはこの模型を８ｍｍのスライスしたプロトンイメー ジであり、高周波勾配ブリパルスはなしの標準スピン−エコーイメージシーケン スを使用して一回のスキャンで得られたものであり、図５Ｂは前記と選択飽和ブ リパルス使用しとノイズパルスに高周波電力ゼロとしているのか異なる。この二 つのイメージのシミュレーションはブリパルスに於ける場勾配の変化で引き起こ される渦電流による信号強度の損失は小さく、イメージ領域のビクセルレベルで 総合しても６％である。図５０は図５Ｂと同様に同じブリパルスを用いて得られ たものであるが、選択領域を分離するためブリパルスを加えている間は高周波電 力はＯＮとなっている。模型の直径は４．５　ｃｍで選択容積はその直径で７ｍ ｍある。全受信器増幅率と表示部パラメター設定はこれら三つのイメージにつき 一定に保たれ、イメージ５Ｂと５Ｃを横切るプロフィールが示すように、優れた 外部容積抑圧が得られる。一方、渦電流効果後のＺ磁化の実質上全てを選択した 領域に保持できる。対象領域の平均信号損失は、ノイズパルスの欠陥で引き起こ されるか、２８％であり、この領域の構造は図５のノイズパルス励起プロフィー ルと一致している。

外部容積よりの信号の抑圧比は分光学的計測によってのみ信頼のできる計測が可 能である。

図５Ｂと図５Ｃで使用されたパルスシーケンスは３２勾配ステツプ（記憶容量の 制限により、分光計の上限値で決まってくる）を存する選択ブリパルスと、それ に続く標準スライス選択スピンエコーイメージシーケンスのエコ一時間２１ｍ５ を含む。安定化の為の遅れがブリパルスとイメージシーケンスの間に設けられて いて、本例の場合、３０ｍ５で、これは外部容積のスピンのＴ、緩和効果を最小 にするため、可能な限り短くすべきである。イメージシーケンスの開始時の９０ 度パルスの後、Ｚ軸に沿って緩和状態に復帰する外部容積の如何なる磁化も１８ ０度リフオーカスパルスによって−Ｚ軸に沿って簡単に回転し、従ってスピンエ コー信号には寄与しない。それ故に、制御された１２重みはスピンエコ一時間を 変更する事に適用できる。

２５６点で決められる３ｍｓのノイズパルスはブリパルスの各勾配ステップに用 いられて、勾配の大きさは６ｍＴ／ｍであった。従って、総ブリパルス長は９６ ｍ５であった。選択シーケンスの間Ｔ、緩和時間は高速緩和のある種には問題と なるかも知れないが、予備計算によるとこの効果は高周波電力を増加させる事に より打ち消される。恐らく対象領域からのある程度の信号損失と言う犠牲は払う にしても。

本発明の方法ので容積選択の実行にて実際的かつ重要な点はブリパルスで使用さ れる勾配によって磁石中に誘起する渦電流の効果である。これら電流による場は 、ブリパルスに続くシーケンスで形成される横磁化をディフェーズする事に因っ て得られたイメージとスペクトルに於ける信号対雑音比を減少させ得る。この効 果は図５Ａと図５Ｂを比較してみれば理解できよう。幸い、使用勾配波形はなめ らかなで対称性であるため、これらの効果は最小に抑えられている。これら発生 する渦電流は勾配の形をなす小さなステップのエッヂにより主として引き起こさ れ、勾配信号発生器（ドライバー）でプリエンファシスの量を少なくしてこれら による効果を大幅に減する事が可能である。

プリエンファシスは勾配の形を規定している多数のステップを増加させる事で不 要にでき、その結果、各ステップの長さは大体勾配の立ち上がり時間に相当する 。

勾配コイルのシールドは渦電流の効果を減するのに特に効果かある。

本発明の方法による特徴は対象とする非直線領域が、単純なサイン、コサイン波 形よりブリパルスの波形を形成して場の勾配を変化させる事により容易に画定で きる事である。実際、選択領域にてどのような再入力不可能な形でも１００％の 磁化の利用によって画定可能であり、直線サンプルウィンドウの応用におけるよ りも信号対雑音比改善が期待できる。

得られる総信号強度のある程度の損失があるが、広範囲な他の形が可能である。

対象領域は、必要とする移動量の距離と方位に従って、また場の勾配に従って、 各ノイズパルスに対して周波数補正を変更する事により、サンプルのどの部位に でも容易に移動できる。

図６（ａ）は容積選択されていない全体模型のイメージを示す。

図６（ｂ）はサンプルの中央より取り除かれた楕円の対象容積の断面を示す。選 択飽和シーケンスの各ノズルパルスの為の送信部補正の変更は図６（Ｃ）に示さ れるようにサンプルの縁まで選択容積を移動してするようになされる。図６（ｄ ）ではスライス面で選択容積が４５度回転するように勾配波形が修正されている 。

今までの実験で用いられた高周波信号の印加時間は９６ｍ５であり、Ｔ１緩和時 間とスピン拡散がシステムに発生するに十分である。これはパルス幅の上限を意 味していると思え、予備実験結果によると領域画定かまたは外部容積抑圧に於い て大きい損失なしに１／２から１／４の範囲に短縮可能である。

振幅　位相 Ｕ） 周波数

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　大体均一な強度の磁場内のある領域に配置された対象物内で、その核磁気共 鳴が検査されねばならない様な対象物内の対象領域を選択する方法で、前記磁場 内のある領域は磁場の強度に影響されるだけでなく、局所的な二つ以上の磁場に よっても影響を受け、従って磁場の強度の差異により対象物の異なった領域が影 響を受けるような前記磁場内のある領域で磁場勾配が存在し、その結果、前記磁 場内のある領域を横断する磁場勾配の方向が多数の不連続な位置で漸次増加回転 する様に局所的な磁場が変化する特徴を有する異なった磁気共鳴周波数を、対象 物の異なった領域が有し、そして有限のエネルギーの周波数成分の広いスペクト ルを有しかつ、ゼロかまたは非常に低いエネルギーの周波数成分の画定したバン ド幅を有する高周波信号が各増加ステップ後に加えられ、従って、高周波信号が 適当な周波数のエネルギーを有するときは前記磁場内のある領域の各部分に配置 される対象物の物質の内部の核に於ける核スピンの向きをランダムにしているが 、高周波信号が適当な周波数のエネルギーを有さない場合は対象物の物質内部の 核に於ける核スピンの向きは変化せず、これは場の勾配が回転するにつれて、物 質の容積の境界が画定され（選択領域）、その内部では核スピンの向きの変化は 起こっていず、一方、物質の残りの部分に於ける核は一般にランダムなスピンの 向きを有する事を特徴とする前記方法。 ２　選択領域の画定を最適化するため異なった勾配の向きの数が選ばれることを 特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 ３　シミュレーションアニール法により高周波パルスが最適化される事を特徴と する請求の範囲第２項記載の方法。 ４　請求の範囲第１項から第３項の何れかに記載による対象領域を画定するステ ップを含む核磁気共鳴のイメージ化方法でありかつ選択領域内の物質に対し既知 の核磁気共鳴によるイメージシーケンスを実行すること含む事を特徴とする前記 方法。 ５　高周波信号が各場の勾配の漸次回転後に遷移する搬送波成分を含み、場の回 転かまたはその回転軸と共通の軸を有さない対象領域を画定できる事を特徴とす る請求の範囲第１項から第４項の何れかに記載の方法。 ６　場の勾配、高周波信号のゼロ（かまたは非常に低い）エネルギーの周波数成 分の画定したバンド幅、か継続している勾配の向きの角度差の何れかまたは全て を調整する事により複雑な対象容積が形成される事を特徴とする請求の範囲第１ 項から第５項の何れかに記載の方法。 ７　それから不要成分は抑圧されているノイズ信号で適当な搬送波を変調する事 によって高周波信号が生成される事を特徴とする請求の範囲第１項から第６項の 何れかに記載の方法。 ８　ノイズ信号はランダムに生成され、ランダムに生成された異なったノイズ信 号が各後続する信号に用いられる事を特徴とする請求の範囲第７項に記載の方法 。 ９　本質的にはＣＯＳＩＮＥ波形であるが、その開始と終了の変化はより急峻で ない立ち上がりと下降特性を有するような電流波形により局所磁場が形成される ことを特徴とする請求の範囲第１項から第８項の何れかに記載の方法。 １０　前記局所磁場の向きは直交している事を特徴とする請求の範囲第１項から 第９項の何れかに記載の方法。 １１　請求の範囲第１項から第４項の何れかに記載のステップを含む核磁気共鳴 分光学的処理の方法でかつ、既知の核磁気共鳴の分光学的シーケンスにより続い て処理される事を特徴とする方法。 １２　核磁気共鳴の検査にて対象領域を選択する方法で、実質的に前文に述べて きた方法とかわらない事を特徴とする前記方法。 １３　ここで述べている方法と実質的に同等である事を特徴とする請求の範囲第 ４項に記載の核磁気共鳴のイメージ化の方法。 １４　ここで述べている方法と実質的に同等である事を特徴とする請求の範囲第 １１項に記載の核磁気共鳴の分光学的処理の方法。 １５　請求の範囲第１項に記載の方法を実行するための装置で総合の磁場を発生 する手段と、 その中に核磁気共鳴により検査されるべき対象物が配置される総合の磁場の領域 の中に二つかそれ以上の磁場を形成し、この形成された磁場は前記領域を通過す る磁場に勾配を生じさせるように総合磁場と共同して作動するような前記二つか それ以上の磁場を形成する手段と、 有限のエネルギーの周波数成分の広いスペクトルとゼロ（または非常に低い）エ ネルギーの周波数成分をもつ規定されたバンド幅と有する高周波信号を発生し、 この発生した高周波信号を前記領域に加える手段と、 前記傾城における磁場の勾配を一連の位置に応じて漸次回転させる為に前記形成 された磁場を変化させる手段及び、高周波信号の供給を制御し、場の勾配の各漸 次の変更後直ちに一連のステップに対応する期間のみにその供給を制限する手段 含む事を特徴とする前記装置。