JPH0698124B2 - 迅速ｎｍｒ像形成装置 - Google Patents
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- JPH0698124B2 JPH0698124B2 JP62197246A JP19724687A JPH0698124B2 JP H0698124 B2 JPH0698124 B2 JP H0698124B2 JP 62197246 A JP62197246 A JP 62197246A JP 19724687 A JP19724687 A JP 19724687A JP H0698124 B2 JPH0698124 B2 JP H0698124B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、NMR（核磁気共鳴）像形成装置に関する。
主な用途において本発明は、NMRデータを迅速に取得
し、緩和時間と比較的独立に高信頼の像を生成すること
に関する。
主な用途において本発明は、NMRデータを迅速に取得
し、緩和時間と比較的独立に高信頼の像を生成すること
に関する。
（従来の技術と問題点） 既存の磁気共鳴作像系は、2DFT（２次元フーリエ変換）
つまりスピンワープ方式を用いている。この方式は特
に、W.S.Hinshaw及びA.H.Lentによる一般的な論文「ブ
ロッホ方程式から作像方程式まで;NMR像形成の概論」、
Proceedings of the IEEE、Vol.71、No.3、1963年３月
に記されている。この方式では、一連の励起が使われ、
各励起が空間周波数領域つまりｋスペース内のラインを
与える。これは、読出前に加えられ、ｋスペースの走査
を所望のラインに移動させる一傾斜軸上の可変領域位相
コード化傾斜によって達成される。次いで読出中、ｋス
ペース内の選択ラインを走査するのに固定振巾の傾斜が
使われる。ｎ×ｎ像の場合、各々約１秒であるｎ個の別
々の走査が必要なので、比較的長い時間で高品質の像を
与える。
つまりスピンワープ方式を用いている。この方式は特
に、W.S.Hinshaw及びA.H.Lentによる一般的な論文「ブ
ロッホ方程式から作像方程式まで;NMR像形成の概論」、
Proceedings of the IEEE、Vol.71、No.3、1963年３月
に記されている。この方式では、一連の励起が使われ、
各励起が空間周波数領域つまりｋスペース内のラインを
与える。これは、読出前に加えられ、ｋスペースの走査
を所望のラインに移動させる一傾斜軸上の可変領域位相
コード化傾斜によって達成される。次いで読出中、ｋス
ペース内の選択ラインを走査するのに固定振巾の傾斜が
使われる。ｎ×ｎ像の場合、各々約１秒であるｎ個の別
々の走査が必要なので、比較的長い時間で高品質の像を
与える。
より高速の走査のため、多くの手法が講じられてきた。
恐らく最も早かったのは、P.Mansfield及びI.L.Pykett
による論文、Journal of Magnetic Resonance、Vol.2
9、p.355、1978、に記されたエコー平面方式であろう。
この方法では、平面の励起後に、一定の傾斜が一軸上
に、また矩形波が他軸上に加えられる。これが１回の励
起で、ｋスペースの迅速走査を与える。走査の時間は妥
協の結果を表わす。つまり走査時間が比較的短いと、長
い緩和時間T2を持つ物質のSN比が妥協される。逆に比較
的長いと、短いT2を持つ物質がｋスペースの部分的走査
だけとなり、歪められる。
恐らく最も早かったのは、P.Mansfield及びI.L.Pykett
による論文、Journal of Magnetic Resonance、Vol.2
9、p.355、1978、に記されたエコー平面方式であろう。
この方法では、平面の励起後に、一定の傾斜が一軸上
に、また矩形波が他軸上に加えられる。これが１回の励
起で、ｋスペースの迅速走査を与える。走査の時間は妥
協の結果を表わす。つまり走査時間が比較的短いと、長
い緩和時間T2を持つ物質のSN比が妥協される。逆に比較
的長いと、短いT2を持つ物質がｋスペースの部分的走査
だけとなり、歪められる。
迅速な像形成のための別の手法は、C.B.Ahn,J.H.Kim及
びZ.H.Choの論文「高速ラセン走査エコー平面式NMR像形
成」、IEEE Trans.on Medical Imaging、Vol.MI−５、1
986年３月によって提案されている。これでは、ｋスペ
ースを走査するのに一定の周波数ラセンが使われる。こ
の場合にも、走査時間においてSN比と歪みの間で同様の
妥協が生じる。但し、走査は円形に対称なので、歪みま
たはぼけ関数が対称である。また、ｋスペースの走査は
非一様な線形速度を持ち、高い方の空間周波数で最大と
なる。これは高周波数の応答に損をもたらす。
びZ.H.Choの論文「高速ラセン走査エコー平面式NMR像形
成」、IEEE Trans.on Medical Imaging、Vol.MI−５、1
986年３月によって提案されている。これでは、ｋスペ
ースを走査するのに一定の周波数ラセンが使われる。こ
の場合にも、走査時間においてSN比と歪みの間で同様の
妥協が生じる。但し、走査は円形に対称なので、歪みま
たはぼけ関数が対称である。また、ｋスペースの走査は
非一様な線形速度を持ち、高い方の空間周波数で最大と
なる。これは高周波数の応答に損をもたらす。
高速の磁気共鳴像形成に関する一般的手法は、1980年８
月14日提出のヨーロッパ特許出願第80104808.3号、公告
番号第０−024−640号「移動する傾斜ツーグマトグラフ
ィ」（発明者Richard S.Likes）に見られる。迅速なデ
ータ取得のため、１回の励起後に空間周波数領域を走査
する多くの方法が示されている。これらの中には、サイ
ン波によって発生されるリサージュパターンとロゼッ
ト、異なる初期位相によるラセン、及び同心円が含まれ
ている。こうした方法は、空間周波数領域を適度に満た
す。しかし、比較的短い緩和時間T2を持つ材料は、空間
周波数領域の一部だけが走査されるので歪んだ像を生じ
る。これらの物質を含めようと走査を短くすると、積分
時間が減少するため、長いT2値を持つ物質のSN比が減じ
る。
月14日提出のヨーロッパ特許出願第80104808.3号、公告
番号第０−024−640号「移動する傾斜ツーグマトグラフ
ィ」（発明者Richard S.Likes）に見られる。迅速なデ
ータ取得のため、１回の励起後に空間周波数領域を走査
する多くの方法が示されている。これらの中には、サイ
ン波によって発生されるリサージュパターンとロゼッ
ト、異なる初期位相によるラセン、及び同心円が含まれ
ている。こうした方法は、空間周波数領域を適度に満た
す。しかし、比較的短い緩和時間T2を持つ材料は、空間
周波数領域の一部だけが走査されるので歪んだ像を生じ
る。これらの物質を含めようと走査を短くすると、積分
時間が減少するため、長いT2値を持つ物質のSN比が減じ
る。
迅速な像形成に関する一般的な手法は、A.Macovskiによ
る論文「時間変化傾斜による体積式NMR像形成」、Magne
tic Resonance in Medicine、Vol.2、1985年２月に記さ
れている。これには、サイン波及びその他の傾斜波形を
用いた方式が示してある。また、パルス応答を補正し、
時間変化傾斜をスペクトロスコピーに加える方法も示さ
れている。本願発明の目的は、NMRデータを迅速に得る
とともに緩和時間に比較的独立な高信頼の像を生成する
ことである。
る論文「時間変化傾斜による体積式NMR像形成」、Magne
tic Resonance in Medicine、Vol.2、1985年２月に記さ
れている。これには、サイン波及びその他の傾斜波形を
用いた方式が示してある。また、パルス応答を補正し、
時間変化傾斜をスペクトロスコピーに加える方法も示さ
れている。本願発明の目的は、NMRデータを迅速に得る
とともに緩和時間に比較的独立な高信頼の像を生成する
ことである。
すなわち、SN比と像歪みの間の走査時間との妥協を排し
て、比較的低いT2値に対し高い信頼性、比較的高いT2値
に対し高いSN比、およびT2値に対し高い信頼性、比較的
高いT2値に対し高いSN比、およびT2感度の良い像を与え
ることである。
て、比較的低いT2値に対し高い信頼性、比較的高いT2値
に対し高いSN比、およびT2値に対し高い信頼性、比較的
高いT2値に対し高いSN比、およびT2感度の良い像を与え
ることである。
（問題点を解決するための手段） 体積中の一領域の磁気共鳴活性度が、空間周波数領域内
に一定速度のラセンを与える時間変化傾斜を用いて像形
成される。比較的低いT2値に対し高い信頼性、比較的高
いT2値に対し高いSN比、及びT2感度の良い像を与えるた
め、ラセンは起点へと引き返される。傾斜の条件は、別
々の励起を用いた一連の周期ずらしラセンを使うことで
最小限化される。更なる時間削減のため、非一様性の影
響を減少させる反転励起を用いて、空間周波数領域の半
分だけを走査可能である。
に一定速度のラセンを与える時間変化傾斜を用いて像形
成される。比較的低いT2値に対し高い信頼性、比較的高
いT2値に対し高いSN比、及びT2感度の良い像を与えるた
め、ラセンは起点へと引き返される。傾斜の条件は、別
々の励起を用いた一連の周期ずらしラセンを使うことで
最小限化される。更なる時間削減のため、非一様性の影
響を減少させる反転励起を用いて、空間周波数領域の半
分だけを走査可能である。
発明のより完全な開示のため、以下添付の図面を参照し
ながら幾つかの例示実施例について詳しく説明する。
ながら幾つかの例示実施例について詳しく説明する。
（実施例） 発明の広い観点での理解は、対象物10のNMRパラメータ
が像形成される第１図の系を参照することで得られよ
う。図面を見易くするため、標準的なコイル構造は全て
示してない。何故なら、それらのコイル構造はどのNMR
作像系にとっても一般的なものだからである。通例に従
い、Boはｚ方向で示されている。これは0.1〜2.0Tesla
間の、静的な主磁場である。それぞれの傾斜磁場Gx、Gy
及びGzは約1.0ガウス/cmで、ｚ方向磁場に対するｘ、ｙ
及びｚ方向の変化分を表わす。コイル11が無線周波数の
励起と受信を表わす。一部の系では励起と受信用に別々
のコイルが使われ、また別の系では第１図に示すように
同一のコイルが使われる。スイッチ12が、２モード間の
切り換えに使われる。スイッチ12はまず位置13に接続さ
れ、そこで発信器15が対象領域つまり体積10全体を励起
するのに用いられる無線周波数バーストを発生する。励
起バーストの後、スイッチ12は位置14に切り換えられ、
そこで励起対象物10から発せられる自由誘導減衰（FI
D）信号を受信する。この信号がプロセッサ16で処理さ
れ、処理後の像がディスプレイ17上に表示される。
が像形成される第１図の系を参照することで得られよ
う。図面を見易くするため、標準的なコイル構造は全て
示してない。何故なら、それらのコイル構造はどのNMR
作像系にとっても一般的なものだからである。通例に従
い、Boはｚ方向で示されている。これは0.1〜2.0Tesla
間の、静的な主磁場である。それぞれの傾斜磁場Gx、Gy
及びGzは約1.0ガウス/cmで、ｚ方向磁場に対するｘ、ｙ
及びｚ方向の変化分を表わす。コイル11が無線周波数の
励起と受信を表わす。一部の系では励起と受信用に別々
のコイルが使われ、また別の系では第１図に示すように
同一のコイルが使われる。スイッチ12が、２モード間の
切り換えに使われる。スイッチ12はまず位置13に接続さ
れ、そこで発信器15が対象領域つまり体積10全体を励起
するのに用いられる無線周波数バーストを発生する。励
起バーストの後、スイッチ12は位置14に切り換えられ、
そこで励起対象物10から発せられる自由誘導減衰（FI
D）信号を受信する。この信号がプロセッサ16で処理さ
れ、処理後の像がディスプレイ17上に表示される。
2DFTを用いた既存の市販系では、各々が空間周波数領域
つまりｋスペース内のラインを与える一連の励起が使わ
れる。次いで、このライン配列が所望の像を形成するよ
うに変換される。これらのラインは例えばGx軸等、傾斜
軸中の１つに沿った静的傾斜によって発生される。任意
の時点におけるKx値は傾斜の積分で、従ってｘ方向に一
様の走査を形成する。2D（次元）配列中における各ライ
ンの位置は、読出間隔前にGyパルスの面積によって求め
られる。これで各ラインのKy位置が決まる。
つまりｋスペース内のラインを与える一連の励起が使わ
れる。次いで、このライン配列が所望の像を形成するよ
うに変換される。これらのラインは例えばGx軸等、傾斜
軸中の１つに沿った静的傾斜によって発生される。任意
の時点におけるKx値は傾斜の積分で、従ってｘ方向に一
様の走査を形成する。2D（次元）配列中における各ライ
ンの位置は、読出間隔前にGyパルスの面積によって求め
られる。これで各ラインのKy位置が決まる。
この手法は高品質の像を与えるが、各励起間隔は約１秒
のオーダなので、長い作像時間を与える。そこで本発明
者等は、各励起後にｋスペースの全部または主要部を走
査することによって、極めて迅速にデータを収集する手
法を提供する。
のオーダなので、長い作像時間を与える。そこで本発明
者等は、各励起後にｋスペースの全部または主要部を走
査することによって、極めて迅速にデータを収集する手
法を提供する。
ｋスペースを迅速に走査するその他の方法も発表されて
いる。しかし、これらの方法は緩和時間T2のために歪み
を蒙っていた。像内の物質が比較的短い減衰時間T2を有
すると、その放射信号がｋスペース走査の一部だけに存
在する結果、パルス応答の劣化と像の歪みをもたらす。
こうした迅速走査を記した方式には、前述したMansfiel
d,Cho,Likes及びMacovskiの各論文が含まれる。
いる。しかし、これらの方法は緩和時間T2のために歪み
を蒙っていた。像内の物質が比較的短い減衰時間T2を有
すると、その放射信号がｋスペース走査の一部だけに存
在する結果、パルス応答の劣化と像の歪みをもたらす。
こうした迅速走査を記した方式には、前述したMansfiel
d,Cho,Likes及びMacovskiの各論文が含まれる。
Choの論文は、起点から始まって半径方向外側に移動す
るラセン波形を用いている。しかし、このラセンは一定
の角周波数なので、線形走査速度は半径の増大につれ減
少する。従って、走査はより高い空間周波数で少ない時
間を費し、それらの振巾を減じる。これはパルス応答を
広げ、解像度の劣化を引き起こす。
るラセン波形を用いている。しかし、このラセンは一定
の角周波数なので、線形走査速度は半径の増大につれ減
少する。従って、走査はより高い空間周波数で少ない時
間を費し、それらの振巾を減じる。これはパルス応答を
広げ、解像度の劣化を引き起こす。
好ましい方式を第２図に示す。こゝでは、波形が次式で
表わされる一般的な形を持つ： これは、ほゞ円形の一様な分布を表わす一定速度のラセ
ンを与える。半径は と共に増加し、角度も につれて変化し、ほゞ一定の線形速度を生じる。
表わされる一般的な形を持つ： これは、ほゞ円形の一様な分布を表わす一定速度のラセ
ンを与える。半径は と共に増加し、角度も につれて変化し、ほゞ一定の線形速度を生じる。
第２図は、ｘ−ｙ平面内の断面像を発生するのに使われ
る迅速な本走査方式を示している。無線周波数励起信号
である信号13は、選択された平面の共鳴周波数に対応し
たバーストである。平面の選択は、傾斜Gzを用い通常の
方法で行われる。バースト20中に生じる波形21が、共鳴
を与えるｚ位置を表わす所望の断面を表わす。平面の励
起後、スイッチ12が位置14に切り換えられて信号を受信
し、前述した２つの傾斜波形が加えられる。つまり、Gx
（ｔ）が の波形23、Gy（ｔ）が の波形24である。
る迅速な本走査方式を示している。無線周波数励起信号
である信号13は、選択された平面の共鳴周波数に対応し
たバーストである。平面の選択は、傾斜Gzを用い通常の
方法で行われる。バースト20中に生じる波形21が、共鳴
を与えるｚ位置を表わす所望の断面を表わす。平面の励
起後、スイッチ12が位置14に切り換えられて信号を受信
し、前述した２つの傾斜波形が加えられる。つまり、Gx
（ｔ）が の波形23、Gy（ｔ）が の波形24である。
緩和を無視すれば、受信信号14は次式で与えられる： ｖ（ｔ）＝∫∫ｍ（x,y）exp〔−ｉγ（ｘ∫Gx（ｔ）dt
＋ｙ∫Gy（ｔ）dt）〕dxdy 但しγは磁気回転比。この式は、空間周波数領域つまり
ｋスペースが走査される２次元のフーリエ変換を表わ
す。こゝで、瞬間的な空間周波数Kx（ｔ）とKy（ｔ）は
次式で与えられる： 起点の近い区域を除き、空間周波数領域の半径方向成分
は次式で与えられ； また角度は次式で与えられる： これは、ｋスペースを等しく加重する一定速度のラセン
を表わす。この点は第３図に実線27で示してある。点線
を無視すれば、ｋスペースの走査は起点からスタート
し、所望のラセンを生じる。定数ＡとＢは、連続状の円
が相互の接触を避けて充分に接近し、且つスペース全体
が所望の時間内で走査されるのに適切なサンプリングを
与えるように調整される。
＋ｙ∫Gy（ｔ）dt）〕dxdy 但しγは磁気回転比。この式は、空間周波数領域つまり
ｋスペースが走査される２次元のフーリエ変換を表わ
す。こゝで、瞬間的な空間周波数Kx（ｔ）とKy（ｔ）は
次式で与えられる： 起点の近い区域を除き、空間周波数領域の半径方向成分
は次式で与えられ； また角度は次式で与えられる： これは、ｋスペースを等しく加重する一定速度のラセン
を表わす。この点は第３図に実線27で示してある。点線
を無視すれば、ｋスペースの走査は起点からスタート
し、所望のラセンを生じる。定数ＡとＢは、連続状の円
が相互の接触を避けて充分に接近し、且つスペース全体
が所望の時間内で走査されるのに適切なサンプリングを
与えるように調整される。
こゝで生じる主な問題の一つは、緩和時間T2に関するも
のである。ｋスペースが走査されるとき、信号は の割合で減衰する。測定しているサンプル中の異なる物
質は、異なった割合で減衰する。従って、長い減衰時間
を持つ一部の物質はｋスペース全部に遭遇してパルス応
答が短くなる一方、比較的短いT2値を持つ他の物質は主
に低い空間周波数に遭遇しそれに応じてパルス応答が広
がる。
のである。ｋスペースが走査されるとき、信号は の割合で減衰する。測定しているサンプル中の異なる物
質は、異なった割合で減衰する。従って、長い減衰時間
を持つ一部の物質はｋスペース全部に遭遇してパルス応
答が短くなる一方、比較的短いT2値を持つ他の物質は主
に低い空間周波数に遭遇しそれに応じてパルス応答が広
がる。
この問題の一つの解決策は、全ての物質が小さい減衰と
なるような比較的高いＢ値で、極めて迅速な走査を行う
ことである。しかしこうすると、長時間信号を放射し続
けるT2の高い物質のSN比が損われる。また、得られた像
からT2感度が取り除かれてしまう。この問題を解消する
のはｋスペースの冗長走査である。最初の走査後、経路
が反転され、反対方向に走査が繰り返される。前進及び
逆転走査全体は各励起後１回以上反復でき、得られた各
値が加算される。これは高いT2成分に対し高いSN比を保
証すると共に、得られる像の強度値が時定数T2により変
化することを保証する。
なるような比較的高いＢ値で、極めて迅速な走査を行う
ことである。しかしこうすると、長時間信号を放射し続
けるT2の高い物質のSN比が損われる。また、得られた像
からT2感度が取り除かれてしまう。この問題を解消する
のはｋスペースの冗長走査である。最初の走査後、経路
が反転され、反対方向に走査が繰り返される。前進及び
逆転走査全体は各励起後１回以上反復でき、得られた各
値が加算される。これは高いT2成分に対し高いSN比を保
証すると共に、得られる像の強度値が時定数T2により変
化することを保証する。
ｋスペースの反転は、両傾斜波形の極性を反対にし、波
形を逆戻りすることによって達成される。従って、２回
の冗長走査について次の式が得られる： Ｇ（ｔ）＝Ｇ（ｔ） ０＜ｔ＜Ｔ ＝−Ｇ（2T−ｔ） Ｔ＜ｔ＜2T ＝Ｇ（ｔ−2T） 2T＜ｔ＜3T ＝−Ｇ（4T−ｔ） 3T＜ｔ＜4T 但しＴはｋスペース全体を走査するのに使われる時間。
形を逆戻りすることによって達成される。従って、２回
の冗長走査について次の式が得られる： Ｇ（ｔ）＝Ｇ（ｔ） ０＜ｔ＜Ｔ ＝−Ｇ（2T−ｔ） Ｔ＜ｔ＜2T ＝Ｇ（ｔ−2T） 2T＜ｔ＜3T ＝−Ｇ（4T−ｔ） 3T＜ｔ＜4T 但しＴはｋスペース全体を走査するのに使われる時間。
第２図はそれぞれ後半区分25、26でGx（ｔ）及びG
y（ｔ）波形の反転と逆戻りを示している。これらの波
形は各々、反転波形全体が完了し、第３図中実線27上の
矢印で示された起点に走査を戻すまで続く。像の再構成
は、プロセッサ16を用いて達成される。再構成の一般的
手法は、前記A.Macovskiによる論文「時間変化傾斜によ
る体積式NMR像形成」、Magnetic Resonance in Medicin
e Vol.2、1985年２月に記されている。これでは、受信
信号14が次式で与えられる傾斜変調波形の共役と乗算さ
れる： 但し はxo，yoにおける磁性の予測値で、系のパルス応答によ
るｍ（x,y）のたたき込み（合成積）である。つまり、
再構成像内の各点xo，yo毎に、上記のように適切な関数
を乗算し、プロセッサ16で積分する。次いで、処理後の
磁性 が17に表示される。
y（ｔ）波形の反転と逆戻りを示している。これらの波
形は各々、反転波形全体が完了し、第３図中実線27上の
矢印で示された起点に走査を戻すまで続く。像の再構成
は、プロセッサ16を用いて達成される。再構成の一般的
手法は、前記A.Macovskiによる論文「時間変化傾斜によ
る体積式NMR像形成」、Magnetic Resonance in Medicin
e Vol.2、1985年２月に記されている。これでは、受信
信号14が次式で与えられる傾斜変調波形の共役と乗算さ
れる： 但し はxo，yoにおける磁性の予測値で、系のパルス応答によ
るｍ（x,y）のたたき込み（合成積）である。つまり、
再構成像内の各点xo，yo毎に、上記のように適切な関数
を乗算し、プロセッサ16で積分する。次いで、処理後の
磁性 が17に表示される。
冗長走査の方式には、数多くの変形が可能である。応答
の平坦さを改善するため、受信動作で各種の連続的な冗
長走査を加重できる。しかし、これはSN比に悪影響を及
ぼすことがある。また、後続の励起後に反転走査を行
い、より平坦な応答を与えることもできる。
の平坦さを改善するため、受信動作で各種の連続的な冗
長走査を加重できる。しかし、これはSN比に悪影響を及
ぼすことがある。また、後続の励起後に反転走査を行
い、より平坦な応答を与えることもできる。
ラセン中に多くのループを含めた高解像度の冗長走査を
用いれば、 に比例する走査速度が上昇し、傾斜増巾器からより多く
のパワーを必要とする。また、ｋスペースが短時間のう
ちに高密度でサンプリングされねばならないので、必要
なサンプリング速度も上昇する。これは、より精巧なA/
D変換器とより多くのバッファ段を必要とする。つま
り、迅速、冗長、高解像度の走査はハードウェア上の負
担を系に加える。
用いれば、 に比例する走査速度が上昇し、傾斜増巾器からより多く
のパワーを必要とする。また、ｋスペースが短時間のう
ちに高密度でサンプリングされねばならないので、必要
なサンプリング速度も上昇する。これは、より精巧なA/
D変換器とより多くのバッファ段を必要とする。つま
り、迅速、冗長、高解像度の走査はハードウェア上の負
担を系に加える。
上記の負担は、第３図に示すように周期ずらしを行うこ
とによって減少できる。これはSN比も高める。一連の励
起がなされ、各励起の後にｋスペースの走査が続く。励
起シーケンス全体は、人工的な動きを避けるための息止
の期間内に充分入る数秒間とし得る。心臓の動きが含ま
れるか、あるいは脈動を含む血液の場合、励起はEKG
（心電図）波形にゲートできる。いずれにせよ、ｋスペ
ース内に周期ずらしセットを形成するように、各々のシ
ーケンスがそれぞれの初期タイミングにおいて変更され
る。第３図は連続する励起によってなされる周期ずらし
ラセン走査を示し、第２図の波形が傾斜波形Gx、GYの初
期位相を変えて繰り返されている。走査の初期勾配α、
つまり起点での勾配は次式で与えられる： αの値を対称的に配分して、周期ずらし走査を達成でき
る。
とによって減少できる。これはSN比も高める。一連の励
起がなされ、各励起の後にｋスペースの走査が続く。励
起シーケンス全体は、人工的な動きを避けるための息止
の期間内に充分入る数秒間とし得る。心臓の動きが含ま
れるか、あるいは脈動を含む血液の場合、励起はEKG
（心電図）波形にゲートできる。いずれにせよ、ｋスペ
ース内に周期ずらしセットを形成するように、各々のシ
ーケンスがそれぞれの初期タイミングにおいて変更され
る。第３図は連続する励起によってなされる周期ずらし
ラセン走査を示し、第２図の波形が傾斜波形Gx、GYの初
期位相を変えて繰り返されている。走査の初期勾配α、
つまり起点での勾配は次式で与えられる： αの値を対称的に配分して、周期ずらし走査を達成でき
る。
傾斜波形の積分の共役と乗算するという前述の再構成方
式は、計算上集中させられる。計算上の負担を最小限化
するため、周知なように、ｎピクセルについてn2でなく
約n log nの演算を必要とする2DFFTを利用することもで
きる。高速フーリエ変換つまりFFTは、J.W.Cooley及び
J.W.Tukeyの論文、Mathematical Computing,vol.19、19
65年４月、297〜301頁によって最初に論じられた。明解
な説明は、G.D.Berglandの論文、Spectrum,vol.6、1969
年７月、41〜43頁に見い出せる。これでは、第５図の
“矩形”ラセンに示してあるように、2D変換が一様なデ
カルト系グリッド上でサンプリングされる。曲線37は起
点からスタートし、一定の速度で図示の矩形ラセンを発
生する。これは第４図に示すように、GxとGy両軸間を交
互に繰り返す一連の順次増加する長さの傾斜パルスによ
って一般化される。傾斜に先行する平面励起の波形は、
第２図のものと等しい。
式は、計算上集中させられる。計算上の負担を最小限化
するため、周知なように、ｎピクセルについてn2でなく
約n log nの演算を必要とする2DFFTを利用することもで
きる。高速フーリエ変換つまりFFTは、J.W.Cooley及び
J.W.Tukeyの論文、Mathematical Computing,vol.19、19
65年４月、297〜301頁によって最初に論じられた。明解
な説明は、G.D.Berglandの論文、Spectrum,vol.6、1969
年７月、41〜43頁に見い出せる。これでは、第５図の
“矩形”ラセンに示してあるように、2D変換が一様なデ
カルト系グリッド上でサンプリングされる。曲線37は起
点からスタートし、一定の速度で図示の矩形ラセンを発
生する。これは第４図に示すように、GxとGy両軸間を交
互に繰り返す一連の順次増加する長さの傾斜パルスによ
って一般化される。傾斜に先行する平面励起の波形は、
第２図のものと等しい。
は一定なので、ｋスペースの軌跡は定速度で移動する。
この走査もあらゆる点で、第２及び３図の場合と同様に
処理できる。ｋスペースを逆戻りする反転の冗長走査で
は、時間Ｔ後に傾斜が反転され、点線の波形36で示すよ
うに、傾斜が逆の順序で繰り返される。また、同じく傾
斜波形の初期位相を変化することで発生される点線38の
ように、周期ずらし走査も発生可能である。１コの時間
装置で最初のパルス30と33の巾を半分にし、更にその後
の各パルスの巾も減少させれば、２対１の割合の周期ず
らし走査が得られる。それより大きい割合の周期ずらし
も同様に達成される。
処理できる。ｋスペースを逆戻りする反転の冗長走査で
は、時間Ｔ後に傾斜が反転され、点線の波形36で示すよ
うに、傾斜が逆の順序で繰り返される。また、同じく傾
斜波形の初期位相を変化することで発生される点線38の
ように、周期ずらし走査も発生可能である。１コの時間
装置で最初のパルス30と33の巾を半分にし、更にその後
の各パルスの巾も減少させれば、２対１の割合の周期ず
らし走査が得られる。それより大きい割合の周期ずらし
も同様に達成される。
処理動作では、走査が終了したところで、所望なｍ
（xo，yo）の２次元変換を記憶しておく。次いでその変
換値が、付随の高速及び低コストで、2DFFTを用いてプ
ロセッサ16により再構成される。
（xo，yo）の２次元変換を記憶しておく。次いでその変
換値が、付随の高速及び低コストで、2DFFTを用いてプ
ロセッサ16により再構成される。
何れの磁気共鳴作像系でも、励起後時間の経過した時点
の信号振巾は、不均等性及び化学的シフトによって減じ
られる。異なる対象地点の時間に伴う位相シフトの増加
が、コヒーレンスを失なわせる。この位相外れは周知の
ように、励起の段階に応じ、ｘまたはｙ軸を中心とした
180°の励起によって生じるスピンエコーを用いて補正
できる。つまり、位相外れのスピンが、位相の外れるの
に要した時間と等しい時間内に再び位相合せつまり集束
させられる。これらのスピンエコーは第１〜５図の系に
加えられ、コヒーレンスの消失を防止して、緩和時間の
全間隔中データの収集を可能とする。
の信号振巾は、不均等性及び化学的シフトによって減じ
られる。異なる対象地点の時間に伴う位相シフトの増加
が、コヒーレンスを失なわせる。この位相外れは周知の
ように、励起の段階に応じ、ｘまたはｙ軸を中心とした
180°の励起によって生じるスピンエコーを用いて補正
できる。つまり、位相外れのスピンが、位相の外れるの
に要した時間と等しい時間内に再び位相合せつまり集束
させられる。これらのスピンエコーは第１〜５図の系に
加えられ、コヒーレンスの消失を防止して、緩和時間の
全間隔中データの収集を可能とする。
スピンエコーの一使用法を第６〜７図に示す。こゝで、
スピンエコーはｋスペースの上方半分内に矩形ラセンを
発生するのに使われる。この系も、スイッチ端子13を介
した発振器15からのバースト50によって励起される。ス
ライス選択用の傾斜Gzは示してない。スライス選択が所
望なら、第２図の波形21と22を使える。励起の後に一連
の傾斜パルス55、53及び56が続き、ｋスペースの軌跡40
を起点から上方、右方更に下方に位置41へと移動させ
る。この時点で、180°バースト51がｋスペースの軌跡
を共役位置45に移動する。この後に傾斜パルス57、54及
び58が続き、再び地点45から地点42へと上方、右方更に
下方に進む走査がなされる。またこの後に180°のバー
スト52が続き、ｋスペースの軌跡を42から46に移す。こ
のシーケンスが再度繰り返され、傾斜パルス59から始っ
て軌跡を46から43に移動させる。後続の各シーケンス
が、Gyの上方及び下方傾斜パルスに１単位の巾を付け加
え、Gxの“右方”傾斜パルスに２単位の巾を付け加え
る。つまり、不図示の180°バーストを次に続け、軌跡
を43から47、更に44へ移動した後、別の180°バースト
で44から48へと移動させる。このようにして、半平面全
体が発生される。
スピンエコーはｋスペースの上方半分内に矩形ラセンを
発生するのに使われる。この系も、スイッチ端子13を介
した発振器15からのバースト50によって励起される。ス
ライス選択用の傾斜Gzは示してない。スライス選択が所
望なら、第２図の波形21と22を使える。励起の後に一連
の傾斜パルス55、53及び56が続き、ｋスペースの軌跡40
を起点から上方、右方更に下方に位置41へと移動させ
る。この時点で、180°バースト51がｋスペースの軌跡
を共役位置45に移動する。この後に傾斜パルス57、54及
び58が続き、再び地点45から地点42へと上方、右方更に
下方に進む走査がなされる。またこの後に180°のバー
スト52が続き、ｋスペースの軌跡を42から46に移す。こ
のシーケンスが再度繰り返され、傾斜パルス59から始っ
て軌跡を46から43に移動させる。後続の各シーケンス
が、Gyの上方及び下方傾斜パルスに１単位の巾を付け加
え、Gxの“右方”傾斜パルスに２単位の巾を付け加え
る。つまり、不図示の180°バーストを次に続け、軌跡
を43から47、更に44へ移動した後、別の180°バースト
で44から48へと移動させる。このようにして、半平面全
体が発生される。
傾斜Gyを全て反転して同じシーケンスを繰り返せば、ｋ
スペースの他の半分を与え、像全体の2DFTを行うことが
できる。次いで、これがプロセッサ16内で2DFFTに付さ
れ、ディスプレイ17に像を表示する。かかる180°バー
ストの使用は、第２及び３図の円形ラセンにも使える。
つまり、波形24のピークからピークまで等Gyの各完了サ
イクル後、180°バーストを用いてKx軸を旋回させる。
この後に波形23の正の半サイクルが続く。波形23の負の
半サイクルは使われない。従って、Gyの完全なサイク
ル、180°バースト及びGxの半サイクルというシーケン
スが得られ、第２図に示すように周波数が減少する。
スペースの他の半分を与え、像全体の2DFTを行うことが
できる。次いで、これがプロセッサ16内で2DFFTに付さ
れ、ディスプレイ17に像を表示する。かかる180°バー
ストの使用は、第２及び３図の円形ラセンにも使える。
つまり、波形24のピークからピークまで等Gyの各完了サ
イクル後、180°バーストを用いてKx軸を旋回させる。
この後に波形23の正の半サイクルが続く。波形23の負の
半サイクルは使われない。従って、Gyの完全なサイク
ル、180°バースト及びGxの半サイクルというシーケン
スが得られ、第２図に示すように周波数が減少する。
一定の条件下では、像を再構成するのに第６図に示した
ｋスペースの半平面で充分である。これは、走査時間を
半分に削減するので望ましい。所望の像ｍ（x,y）が実
数値なら、そのフーリエ変換はエルミート行列で、実数
部分が偶数、虚数部分が奇数である。このため、正の半
分中の各Ｍ（kx，ky）について、負の半分ではＭ（−
kx，−ky）＝M*（kx，ky）とし得る。但し＊は複素共役
数である。しかし、多くの磁気共鳴系は非均質性、化学
的シフト、渦巻電流等による位相シフトを示す。これら
が非エルミート行列への変換を生じる。つまり、ｋスペ
ースの負の半平面を推定するときは、エラーが発生す
る。これらのエラーは、例えば一定の位相を減じて各位
相を調整し、起点がゼロの位相シフトを持つようにすれ
ば減少できる。
ｋスペースの半平面で充分である。これは、走査時間を
半分に削減するので望ましい。所望の像ｍ（x,y）が実
数値なら、そのフーリエ変換はエルミート行列で、実数
部分が偶数、虚数部分が奇数である。このため、正の半
分中の各Ｍ（kx，ky）について、負の半分ではＭ（−
kx，−ky）＝M*（kx，ky）とし得る。但し＊は複素共役
数である。しかし、多くの磁気共鳴系は非均質性、化学
的シフト、渦巻電流等による位相シフトを示す。これら
が非エルミート行列への変換を生じる。つまり、ｋスペ
ースの負の半平面を推定するときは、エラーが発生す
る。これらのエラーは、例えば一定の位相を減じて各位
相を調整し、起点がゼロの位相シフトを持つようにすれ
ば減少できる。
第８図は、位相シフトの影響を最小限とする別のｋスペ
ース走査を示す。これでは、低周波数領域が完全な走査
を有する一方、高い周波数領域は上側の半平面に制限さ
れる。完全な低周波数領域は、第５図のように180°の
励起を含めないでか、あるいは第６〜７図に示すように
180°の励起を含め、負の半分を別に行うことによって
生成できる。高い周波数領域は第６〜７図と同様に、6
6、67、68及び69で生じそれぞれ軌跡を70、71、72及び7
3へ移行させる180°の励起によって生成される。一般に
像は、高い周波数の位相エラーよりも低い周波数の位相
エラーに対して感度が高い。ｋスペース全体が存在する
場合には、ｍ（x,y）ｅｉθ（x,y）が再構成され、θ
（x,y）は位相シフトのエラーである。単純に振巾を取
れば、現在の各方式で行われているように歪みのない|m
（x,y）｜を得られる。第８図の方式では、逆変換に続
く振巾演算で｜mL（x,y）｜（但しmLはｍの低周波数領
域を表わす）を求めることによって、まず低周波数の領
域を再構成できる。スペクトルの残りは、エルミート近
似を用いたｋスペースの失なわれている半分を推定する
ことで再構成される。次いでこれらを組合せれば、高周
波数領域のエラーは低周波数領域よりも許容できるので
許容可能な像を生成できる。
ース走査を示す。これでは、低周波数領域が完全な走査
を有する一方、高い周波数領域は上側の半平面に制限さ
れる。完全な低周波数領域は、第５図のように180°の
励起を含めないでか、あるいは第６〜７図に示すように
180°の励起を含め、負の半分を別に行うことによって
生成できる。高い周波数領域は第６〜７図と同様に、6
6、67、68及び69で生じそれぞれ軌跡を70、71、72及び7
3へ移行させる180°の励起によって生成される。一般に
像は、高い周波数の位相エラーよりも低い周波数の位相
エラーに対して感度が高い。ｋスペース全体が存在する
場合には、ｍ（x,y）ｅｉθ（x,y）が再構成され、θ
（x,y）は位相シフトのエラーである。単純に振巾を取
れば、現在の各方式で行われているように歪みのない|m
（x,y）｜を得られる。第８図の方式では、逆変換に続
く振巾演算で｜mL（x,y）｜（但しmLはｍの低周波数領
域を表わす）を求めることによって、まず低周波数の領
域を再構成できる。スペクトルの残りは、エルミート近
似を用いたｋスペースの失なわれている半分を推定する
ことで再構成される。次いでこれらを組合せれば、高周
波数領域のエラーは低周波数領域よりも許容できるので
許容可能な像を生成できる。
第８図のデータ取得法を用いた別の手法では、cosθ
（x,y）とsinθ（x,y）が“ゆっくり変化する”関数
で、低い周波数スペクトルを表わすことを利用する。従
って、ｅｉθ（x,y）のフーリエ変換は、第８図の対称
的な低周波数領域とほぼ匹敵するかまたは小さいサイズ
のスペクトルＬ（kx，ky）である。こう仮定すれば、対
称領域の逆変換がmL（x,y）ｅｉθ（x,y）となる。これ
を｜mL（x,y）｜で割ればｅｉθ（x,y）が得られ、さら
に変換することによってＬ（kx，ky）を得る。θ（x,
y）とＬ（kx，ky）を得れば、Ｍ（kx，ky）の残りを補
正してエルミート行列にできる。
（x,y）とsinθ（x,y）が“ゆっくり変化する”関数
で、低い周波数スペクトルを表わすことを利用する。従
って、ｅｉθ（x,y）のフーリエ変換は、第８図の対称
的な低周波数領域とほぼ匹敵するかまたは小さいサイズ
のスペクトルＬ（kx，ky）である。こう仮定すれば、対
称領域の逆変換がmL（x,y）ｅｉθ（x,y）となる。これ
を｜mL（x,y）｜で割ればｅｉθ（x,y）が得られ、さら
に変換することによってＬ（kx，ky）を得る。θ（x,
y）とＬ（kx，ky）を得れば、Ｍ（kx，ky）の残りを補
正してエルミート行列にできる。
取得データは、ｍ（x,y）ｅｉθ（x,y）を変換したＭ
（kx，ky）＊Ｌ（kx，ky）である。このＭ＊Ｌは、Ｌ
（ラプラス変換）であるｅ−ｉθ（x,y）の変換でたた
き込むことによって脱たたき込みでき、奇数部分の極性
が反転される。Ｍ（kx，ky）値を得れば、エルミート特
性を用いてＭ（−kx，−ky）＝Ｍ＊（kx，ky）である負
の半分を再構成可能である。
（kx，ky）＊Ｌ（kx，ky）である。このＭ＊Ｌは、Ｌ
（ラプラス変換）であるｅ−ｉθ（x,y）の変換でたた
き込むことによって脱たたき込みでき、奇数部分の極性
が反転される。Ｍ（kx，ky）値を得れば、エルミート特
性を用いてＭ（−kx，−ky）＝Ｍ＊（kx，ky）である負
の半分を再構成可能である。
同じ論旨を用いたｋスペースの部分走査に対する別の手
法は、周期ずらし走査を組合せることを含む。最初の走
査で、第６図のようなｋスペースの上半分を生成でき
る。次の励起では、第５図の方式に示すような周期ずら
し走査に続くが、kx軸下方の点線で表わしてあるｋスペ
ースの下半分だけを生成する。こうして、ｋスペースの
異なる半分に｜kx｜及び｜ky｜の各値をずらしてはさみ
込む。次いで、内挿法を用い全てのｋスペースを推定す
る。ｋスペース内の各点は、ｋスペースの反対側半分に
基づくエルミート反射から得られる隣接点と平均化でき
る。
法は、周期ずらし走査を組合せることを含む。最初の走
査で、第６図のようなｋスペースの上半分を生成でき
る。次の励起では、第５図の方式に示すような周期ずら
し走査に続くが、kx軸下方の点線で表わしてあるｋスペ
ースの下半分だけを生成する。こうして、ｋスペースの
異なる半分に｜kx｜及び｜ky｜の各値をずらしてはさみ
込む。次いで、内挿法を用い全てのｋスペースを推定す
る。ｋスペース内の各点は、ｋスペースの反対側半分に
基づくエルミート反射から得られる隣接点と平均化でき
る。
第３及び５図の方式は、起点からの距離が順次増加する
連続ループを含むラセン形走査の一般的方式の例に過ぎ
ない。例えば、傾斜波形を変更すれば、六角形や八角形
のパターンを発生できる。ラセン形走査の何れにおいて
も、緩和時間T2による歪みを最小限化し、T2感度を持つ
像を与えるように、軌跡の方向反転逆戻りを用いること
ができる。また第３及び５図に示すように、連続走査に
周期ずらし走査を加えて、傾斜の強さとサンプリング要
求を最小限化可能である。さらに、どのラセン形走査に
おいても、第６図に示すような180°の反転を使え、ま
た第６及び８図に示したようなｋスペースの一部の走査
も使える。
連続ループを含むラセン形走査の一般的方式の例に過ぎ
ない。例えば、傾斜波形を変更すれば、六角形や八角形
のパターンを発生できる。ラセン形走査の何れにおいて
も、緩和時間T2による歪みを最小限化し、T2感度を持つ
像を与えるように、軌跡の方向反転逆戻りを用いること
ができる。また第３及び５図に示すように、連続走査に
周期ずらし走査を加えて、傾斜の強さとサンプリング要
求を最小限化可能である。さらに、どのラセン形走査に
おいても、第６図に示すような180°の反転を使え、ま
た第６及び８図に示したようなｋスペースの一部の走査
も使える。
以上説明した各種の高速走査実施例は、励起領域におけ
る磁気共鳴活性度の断面または投影像を与える。しかし
一部のケースでは、血管だけの投影像を与えてデータを
取得するのが望ましい。この種の方式はA.Macovskiの論
文、IEEE Transactions on Medical Imaging,vol.MI−
１、42〜48頁（1982）に記されている。高速走査は、心
臓や呼吸の動きを考慮せずに、血管像を迅速に得るのを
可能とする。複数の周期ずらし走査の実施例を使う場合
には、心臓の動きによるエラーを避けるように、各励起
をEKG信号にタイミング合せできる。一般に血管造影法
では、非選択的励起を用いた投影作像が使われる。つま
り、第２図の励起は傾斜Gzがなければ非選択となる。前
述した各論文に記された多くの手法を用いて、静止組織
を消去し、移動する物質だけを作像するのも可能であ
る。励起は、静止物質を平衡状態に戻し、移動する物質
だけを励起するような“消去”式励起ともし得る。ある
いは、血液の異なる速度に対応して心臓サイクルの２つ
の異なる部分でデータを取得し、その後差し引くという
時間的減法も使える。
る磁気共鳴活性度の断面または投影像を与える。しかし
一部のケースでは、血管だけの投影像を与えてデータを
取得するのが望ましい。この種の方式はA.Macovskiの論
文、IEEE Transactions on Medical Imaging,vol.MI−
１、42〜48頁（1982）に記されている。高速走査は、心
臓や呼吸の動きを考慮せずに、血管像を迅速に得るのを
可能とする。複数の周期ずらし走査の実施例を使う場合
には、心臓の動きによるエラーを避けるように、各励起
をEKG信号にタイミング合せできる。一般に血管造影法
では、非選択的励起を用いた投影作像が使われる。つま
り、第２図の励起は傾斜Gzがなければ非選択となる。前
述した各論文に記された多くの手法を用いて、静止組織
を消去し、移動する物質だけを作像するのも可能であ
る。励起は、静止物質を平衡状態に戻し、移動する物質
だけを励起するような“消去”式励起ともし得る。ある
いは、血液の異なる速度に対応して心臓サイクルの２つ
の異なる部分でデータを取得し、その後差し引くという
時間的減法も使える。
第１図は磁気共鳴作像系の概略ブロッホ図；第２図は本
発明の実施例の一組の波形図；第３図は第２図の実施例
の空間周波数図；第４図は本発明の別の実施例の一組の
傾斜波形図；第５図は第４図の実施例の空間周波数図；
第６図はｋスペース平面の半分を利用した実施例の空間
周波数図；第７図は第６図の実施例に対応した一組の波
形図；及び第８図は本発明の別の実施例の空間周波数図
である。 10……体積（対象物） 11……励起／受信手段（コイル） 15……発振器 16……処理手段（プロセッサ） 20;50〜52……バースト 23〜26;31〜36;53〜58;……磁気傾斜波形 27;37……ループ
発明の実施例の一組の波形図；第３図は第２図の実施例
の空間周波数図；第４図は本発明の別の実施例の一組の
傾斜波形図；第５図は第４図の実施例の空間周波数図；
第６図はｋスペース平面の半分を利用した実施例の空間
周波数図；第７図は第６図の実施例に対応した一組の波
形図；及び第８図は本発明の別の実施例の空間周波数図
である。 10……体積（対象物） 11……励起／受信手段（コイル） 15……発振器 16……処理手段（プロセッサ） 20;50〜52……バースト 23〜26;31〜36;53〜58;……磁気傾斜波形 27;37……ループ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−30636（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−231642（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−105548（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−88949（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】ある体積中の一領域の磁気共鳴像を形成す
る装置において、 前記領域中に一定の磁界を加える手段、 前記領域を無線周波数バーストで励起する手段、及び 磁気傾斜波形の一方の傾斜がオンである間他方の傾斜が
オフになり、各波形の持続時間が次第に増大しかつ極性
が反転しており、それにより空間周波数領域に“矩形”
ラセンが生成されるように、振幅一定で矩形の一連の磁
気波形を前記一定の磁界と垂直な２つの直交軸の方向に
加える手段、 を有する装置。 - 【請求項２】ある体積中の一領域の磁気共鳴像を形成す
る装置において、 前記領域中に一定の磁界を加える手段、 前記領域を無線周波数バーストで励起する手段、 前記像の空間周波数を表す磁気傾斜波形の積分が空間周
波数のスペクトルの半平面内の起点からの距離が次第に
増大する半ループ、又は半矩形ラセンの配列を形成する
ように、磁気傾斜波形を前記一定の磁界と垂直な２つの
直交軸の方向に加える手段、 前記傾斜波形の積分が空間周波数の半平面の縁部に対応
するとき反転した無線周波数励起を行い、空間周波数ス
ペクトルの走査の軌跡をその共役位置に移動させる手
段、 前記傾斜波形が加えられている間磁気共鳴信号を受信す
る手段、及び 前記磁気共鳴信号を処理して前記領域の像を生成する手
段、 を有する装置。 - 【請求項３】患者の一領域の磁気共鳴像を形成する装置
において、 患者の心拍数とタイミングを合わされた無線周波数バー
ストで前記領域を励起する手段、 磁気傾斜波形の振幅が実質的に一定であり、前記像の空
間周波数を表す磁気傾斜波形の積分が、起点からの距離
が次第に増大するループ、又は矩形ラセンの配列を形成
するように、磁気傾斜波形を垂直な２つの直交軸の方向
に加える手段、 磁気傾斜波形の積分が前記ループ配列とほぼ同じループ
配列に沿って起点に戻るように磁気傾斜波形を加える手
段、 前記傾斜波形が加えられている間磁気共鳴信号を受信す
る手段、及び 前記磁気共鳴信号を処理して前記領域の像を生成する手
段、 を有する装置。
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