JPH07313487A - 核磁気共鳴を用いた検査方法及び検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 核磁気共鳴装置において、検査対象の微細構
造を測定可能とする。 【構成】 核磁気共鳴を用いた検査方法及び検査装置に
関し、検査対象に含まれる分子の拡散を利用して該検査
対象の微細構造を測定する方法において、励起高周波磁
場パルス１４によって核磁気共鳴現象を誘起した後、拡
散による信号減衰を生じさせる拡散傾斜磁場１７，１
８，１９，２０，２１，２２を印加する。拡散傾斜磁場
の印加方向を放射状に変化させながら測定を繰り返し、
その印加方向での分子の拡散を制限する微細構造の間隔
を測定する。 【効果】 拡散傾斜磁場を放射状に変化させることで、
分子の拡散を制限する微細構造の間隔を、全ての方向に
ついて測定できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は核磁気共鳴を用いた検査
方法及び検査装置に関し、特に検査対象の微細構造を測
定できる検査方法及び検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】核磁気共鳴装置において、検査対象内の
分子の拡散を用いて、検査対象の微細構造を測定するこ
とが従来から行われている。まず、核磁気共鳴を利用し
た拡散係数の測定方法に関する従来技術について説明す
る。核磁気共鳴装置を用いて、検査対象に含まれる分子
の拡散係数又は生体の組織灌流による擬似拡散係数（以
下、両方共単に拡散係数と記す）を測定する方法が種々
提案されている。現在広く使用されているのはStejskal
-Tannerのパルスシーケンスを基礎としたものである
〔“The Journal of Chemical Physics”４２号、２８
８頁（１９６５）〕。

【０００３】この方法は拡散係数を測定するために、高
周波磁場による核スピンの励起の後、互いに補償する二
つ以上の傾斜磁場を印加した後、信号を取得するもので
ある。ここで「互いに補償する」という意味は、もし分
子が移動していなければ核スピンの位相を回転させる影
響を相殺するということである。拡散があると位相回転
の影響を完全に相殺することはできず、傾斜磁場の印加
強度・時間に応じた割合で信号強度が減衰する。そこで
傾斜磁場の印加強度及び時間を変化させて複数回の測定
を行い、その信号強度の減衰率から拡散係数を求めるこ
とが可能となる。この拡散係数を測定するために印加す
る傾斜磁場は拡散傾斜磁場（diffusiongradient）と呼
ばれている。また傾斜磁場が信号強度の減衰率に与える
影響を数値化したものは、傾斜磁場因子（gradient fac
tor）と呼ばれている。

【０００４】また、この方法を拡張し、拡散係数を画像
化する方法がD. LeBihanらによって“Radiology”１６
１号、４０１頁（１９８６）に報告されている。この方
法は、画像化するために印加する傾斜磁場と拡散傾斜磁
場を組み合わせて、拡散傾斜磁場の印加強度を変化させ
た画像を複数枚撮影し、各画像の対応する画素での信号
強度の減衰量から、該画素での拡散係数を計算するもの
である。

【０００５】次に、拡散係数測定技術を応用して生体内
の微細構造を観察する従来技術について説明する。生体
内では細胞膜など分子の拡散を制限する壁（制限壁）が
存在する。そのため、測定される拡散係数は、制限され
ない拡散の場合とは異なる。これを利用して微細構造を
観察する方法として次のものが挙げられる。神経線維や
筋肉など線維状の構造を持つ組織では、線維の走行方向
には拡散しやすいが走行方向と直行する方向には拡散し
にくいという拡散の異方性が生じる。この場合、拡散傾
斜磁場の印加方向によって測定される拡散係数が異な
る。これについてはE.O. Stejskalが“Journal of Chem
ical Physics”４３号、３５９７頁（１９６５）に報告
している。この方法を人体に適用した例が、M.E. Mosel
eyによって“Radiology”１７６号、４３９頁（１９９
０）に報告されている。

【０００６】線維状の構造を持つ組織について、線維の
間隔と浸透性を観察する方法が、J.E. Tannerによって
“Biophysical Journal”２８号、１０７頁（１９７
９）に報告されている。この方法は線維の走行方向と直
行する方向に拡散傾斜磁場を印加して、その印加時間間
隔を変化させて拡散係数を測定し、印加時間間隔と拡散
係数との関係から、制限壁の間隔と浸透性を測定するも
のである。

【０００７】線維の走行方向を測定する方法が、いくつ
か考案されている。この方法について概略を説明する。
まず拡散傾斜磁場を印加しない場合と独立な６方向に印
加する場合の計７回の測定を行う。独立な６方向とは、
例えば図１３に示すような(1,1,0),(-1,1,0),(1,0,1),
(-1,0,1),(0,1,1),(0,-1,1)の方向である。拡散傾斜磁
場を印加した場合としない場合の信号強度の減衰から、
印加方向の拡散係数を計算する。拡散方程式が楕円型を
していると仮定し、測定された拡散係数から拡散係数行
列を計算する。この時、拡散係数行列は３行３列で、仮
定から未知数は６個になるので、この行列を計算するこ
とが可能である。この行列の主成分方向を計算し、それ
を線維の走行方向とする。詳細については、例えば、P.
J. Basserらによる“Proceedings of SMRM, 12th Annua
l Meeting, 1993”２８８頁への報告例、T.L. Davisら
による“Proceedings of SMRM, 12th Annual Meeting,
1993”２８９頁への報告例などが参考となる。

【０００８】なお、拡散係数の測定の際に、拡散傾斜磁
場と他の磁場の傾斜成分との交叉成分により誤差が生じ
る。この誤差を除去するために拡散傾斜磁場の印加方向
を反転して測定する方法が考案されている。報告例とし
ては、”第２１回日本磁気共鳴医学会大会講演抄録集、
１４７頁、１９９３年”が挙げられる。なお、拡散係数
の測定に関する他の公知例としては特開平４−４９９４
９号公報、特開平４−１３５５３８号公報、特開平４−
３５７９３４号公報、特開平５−３０９０７８号公報、
特開平６−１６９号公報が挙げられる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、分
子拡散を制限する微細構造の形状を完全に測定すること
ができない。例えば、図１４に示すような十字型の微細
構造をもつものを検査対象とした場合、従来技術である
制限壁の間隔の測定方法では、測定する方向が固定され
ているため、制限壁の構造の一部しか得られない。ま
た、線維の走行方向を測定する技術では、図１４に示す
ようにＸＹ平面については二方向のみが測定されるた
め、微細構造の形状を得ることは不可能である。また、
この場合、拡散が楕円型の方程式から大きくはずれるた
め、線維の走行方向も測定困難になる。本発明の目的
は、分子拡散を制限する微細構造の形状を測定すること
が可能な、核磁気共鳴を用いた検査方法及び検査装置を
提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明では、拡散傾斜磁
場の印加方向を放射状に変化させて測定を繰り返し、各
方向について拡散の制限壁の間隔を計算することによっ
て前記目的を達成する。すなわち、励起高周波パルスと
信号サンプリングの間、好ましくは励起高周波磁場パル
スと反転高周波磁場パルスの間、及び反転高周波磁場パ
ルスと信号サンプリングの間に互いに補償する拡散傾斜
磁場を印加し、核磁気共鳴信号強度の減衰率から検査対
象に含まれる分子の拡散係数を求め、該拡散係数から分
子の平均移動距離を求めて前記検査対象の微細構造を測
定する核磁気共鳴を用いた検査方法において、前記拡散
傾斜磁場の印加方向を放射状に変化させ、各印加方向で
の分子の平均移動距離から該印加方向における微細構造
の間隔を測定することを特徴とする。

【００１１】検査対象の特定の平面での断面構造を測定
する場合には、拡散傾斜磁場の印加方向をその平面内で
放射状に変化させる。その平面の内、半平面内でのみ拡
散傾斜磁場の印加方向を変化させてもよい。検査対象の
三次元的な微細構造を測定する場合には、拡散傾斜磁場
の印加方向を三次元空間内で放射状に変化させる。ま
た、半空間内でのみ拡散傾斜磁場の印加方向を変化させ
てもよい。

【００１２】拡散傾斜磁場の印加方向を放射状に変化さ
せるとき、印加方向の角度が等間隔を成すように変化さ
せるのが有利である。拡散傾斜磁場の印加方向を変化さ
せるとき、反転した関係にある二方向のうち一方向につ
いてのみ測定を行ってもよい。拡散傾斜磁場の印加方向
を変化させるとき、反転した二方向を含むように変化さ
せてもよい。このとき、二つのデータから、拡散傾斜磁
場とそれ以外の磁場の傾斜成分との交叉成分の影響を除
去することができる。また、二つのデータから該交叉成
分の影響を計算することができる。

【００１３】拡散傾斜磁場の各印加方向について該拡散
傾斜磁場の印加時間間隔を変化させて拡散係数を測定
し、該拡散係数と該印加時間間隔との関係から該方向で
の制限壁の間隔を計算してもよい。拡散傾斜磁場の波形
として、バイポーラーパルスを用いてもよい。測定され
た微細構造の間隔は、極座標系又は球座標系にプロット
することができる。また、微細構造の複数の間隔が測定
される場合、その間隔に含まれる分子数の比で濃淡付け
を行ってもよい。

【００１４】拡散傾斜磁場の印加方向を放射状に変化さ
せ、検査対象からの磁気共鳴信号を分子種毎に分離する
スペクトロスコピー技術と組み合わせると、特定の分子
種の拡散を制限する微細構造の形状を測定することがで
きる。拡散傾斜磁場の印加方向を放射状に変化させ、画
像化技術と組み合わせると微細構造の形状の空間分布を
測定することができる。画像化のために印加する傾斜磁
場の一つとして、振動傾斜磁場を用いる高速画像化技術
を組み合わせると有利である。

【００１５】また、本発明による核磁気共鳴を用いた検
査装置は、静磁場発生手段と、傾斜磁場発生手段と、高
周波磁場発生手段と、検査対象からの核磁気共鳴信号を
検出する信号検出手段と、該信号検出手段からの検出信
号について演算を行なう演算手段と、該演算手段による
演算結果の出力手段と、前記傾斜磁場の印加方向を放射
状に変更する手段と、各印加方向での分子の拡散を制限
する検査対象中の微細構造の間隔を測定する手段とを備
えることを特徴とする。

【００１６】

【作用】拡散傾斜磁場の印加方向を放射状に変化させる
ことで、全方向について制限壁の間隔を測定することが
でき、その測定値から微細構造の形状を得ることができ
る。図１５に、前述した十字型の微細構造をもつものを
検査対象とした例を示す。この場合、従来技術とは異な
り、全方向について制限壁の間隔が測定できるため、微
細構造の形状を得ることができる。

【００１７】検査対象のある平面での断面構造を測定す
る場合には、拡散傾斜磁場の印加方向を該平面内で放射
状に変化させることで、断面構造の形状が得られる。検
査対象の三次元的な微細構造を測定する場合には、拡散
傾斜磁場の印加方向を三次元空間内で放射状に変化させ
ることで、三次元的な微細構造の形状が得られる。

【００１８】拡散傾斜磁場の印加方向を放射状に変化さ
せるとき、該印加方向の成す角度が等間隔になるように
することで、拡散傾斜磁場の制御及びデータ処理を容易
にすることができる。拡散傾斜磁場の印加方向を反転し
た二つのデータには、拡散傾斜磁場による信号減衰の影
響が等しく含まれる。このため、二つのデータのうち、
一つを測定すればよい。特に断面構造を測定する場合に
は半平面内に、三次元的な微細構造を測定する場合には
半空間内に、拡散傾斜磁場の印加方向を制限すること
で、拡散傾斜磁場の制御やデータ処理を容易にすること
ができる。

【００１９】拡散傾斜磁場の印加方向を反転した二つの
データには、拡散傾斜磁場による信号減衰の影響が等し
く含まれるが、拡散傾斜磁場と他の磁場の傾斜成分との
交叉成分の影響は異なって含まれる。このため、二つの
データを測定し比較することで、交叉成分の影響を除去
することができる。また、二つのデータの違いから交叉
成分の影響を計算することができる。特に静磁場不均一
を計算することができる。

【００２０】拡散傾斜磁場の印加時間間隔が固定されて
いる場合、測定できる制限壁の間隔には上限がある。こ
の印加時間間隔を変化させることで、測定可能な制限壁
の間隔の範囲を広げることができ、また、その測定精度
を向上させることができる。特に拡散傾斜磁場の波形と
してバイポーラーパルスを用いることで、拡散時間を短
縮することができ、制限壁の間隔が狭い場合に測定精度
を向上させることができる。

【００２１】また、バイポーラーパルスには組織灌流の
うちの定常流や、拡散傾斜磁場と他の磁場の傾斜成分と
の交叉成分を除去する効果もある。検査対象からの磁気
共鳴信号を分子種毎に分離するスペクトロスコピー技術
と組み合わせることで、特定の分子種の拡散を制限する
微細構造の形状を測定することができる。

【００２２】拡散傾斜磁場の印加方向を放射状に変化さ
せ、画像化技術と組み合わせることで、微細構造の形状
の空間分布を測定することができる。この際、高速画像
化技術と組み合わせることで測定時間を短縮することが
できる。特に画像化のために印加する傾斜磁場の一つと
して振動傾斜磁場を用いる高速画像化技術では、一回の
測定で一枚の画像を得ることができるために測定時間を
大幅に短縮できる。

【００２３】検査対象からの磁気共鳴信号を分子種毎に
分離し、かつ画像化を同時に行うスペクトロスコピック
イメージング技術と組み合わせることで、特定の分子種
の拡散を制限する微細構造の形状の空間分布を測定する
ことができる。この際、高速スペクトロスコピックイメ
ージング技術と組み合わせることで測定時間を短縮する
ことができる。特に分子種の分離又は画像化のために印
加する傾斜磁場の一つとして振動傾斜磁場を用いる高速
スペクトロスコピックイメージング技術では一回の測定
で複数の情報を得ることができるために測定時間を大幅
に短縮することができる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明による核磁気共鳴を用いた検査装置
（以下、単に検査装置という）の概略構成図である。図
１において、１は静磁場Ｈ₀ を発生する磁石、２は検査
対象、３は高周波磁場の発生と検査対象２から生じる磁
気共鳴信号の検出のためのコイル、４，５，６はそれぞ
れＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向の傾斜磁場を発生させるた
めの傾斜磁場発生コイルである。７は上記各傾斜磁場発
生コイル４，５，６に電流を供給するためのコイル駆動
装置である。８は測定されたデータの演算を行うための
計算機、９は計算機８での演算結果を表示するためのＣ
ＲＴディスプレイである。

【００２５】次に本検査装置の動作の概要を説明する。
検査対象２の核スピンを励起する高周波磁場Ｈ₁ は、シ
ンセサイザ１０により発生させた高周波を変調装置１１
で波形整形、電力増幅し、コイル３に電流を供給するこ
とにより発生させる。コイル駆動装置７から電流を供給
された傾斜磁場発生コイル４，５，６は傾斜磁場を発生
し、検査対象２からの磁気共鳴信号を変調する。該変調
信号はコイル３により受信され、増幅機１２で増幅、検
波装置１３で検波された後、計算機８に入力される。計
算機８は演算後、演算結果をＣＲＴディスプレイ９に表
示する。なお、計算機８は、予めプログラムされたタイ
ミング、強度で装置各部が動作するように制御を行う。
そのプログラムの内、特に高周波磁場、傾斜磁場、信号
受信のタイミングや強度を記述したものはパルスシーケ
ンスと呼ばれる。

【００２６】図２に、本発明によるパルスシーケンスの
一例を示す。励起高周波磁場パルス１４を印加し測定対
象に核磁気共鳴現象を誘起する。励起高周波磁場パルス
としては典型的にはπ／２−パルスが用いられる。反転
高周波磁場パルス１５を印加することでスライス内の磁
化を反転する。発生したエコーはＡＤサンプリング１６
にて、データとして格納される。

【００２７】また励起高周波磁場パルス１４と反転高周
波磁場パルス１５との間、及び反転高周波磁場パルス１
５とサンプリング１６との間に互いに補償する二つの拡
散傾斜磁場を印加する。該拡散傾斜磁場は、傾斜磁場発
生コイル４から発生するＸ方向の傾斜磁場１７，１８、
傾斜磁場発生コイル５から発生するＹ方向の傾斜磁場１
９，２０、及び傾斜磁場発生コイル６から発生するＺ方
向の傾斜磁場２１，２２の合成として与えられる。この
二つの拡散傾斜磁場を強度の時間積分が等しくなるよう
に調整する。

【００２８】このとき、もし拡散運動がなければ、第１
番目の拡散傾斜磁場でディフェーズされた核スピンの位
相は、第２番目の拡散傾斜磁場で完全にリフェーズさ
れ、拡散傾斜磁場が印加されない場合と比較して信号強
度は減衰しない。しかし、拡散運動があれば完全にリフ
ェーズできなくなるために、その激しさに応じた割合で
信号強度が減衰する。この減衰率から拡散係数を計算す
るデータ処理については後で説明する。

【００２９】拡散傾斜磁場の印加方向を放射状に変化さ
せて測定を繰り返す。ここで、ある平面での二次元断面
構造を測定する場合には次のようにする。説明の簡略化
のため、ＸＹ平面での断面構造を測定する場合について
説明する。なお、該平面はＸＹ平面に限るものではな
く、任意の平面が可能である。図３に拡散傾斜磁場の印
加方向と印加強度のグラフを示す。横軸はＸ方向の傾斜
磁場印加強度Ｇｘ、縦軸はＹ方向の傾斜磁場印加強度Ｇ
ｙを表す。矢印は合成された拡散傾斜磁場の印加強度と
印加方向を表す。図３に示すように、拡散傾斜磁場の印
加方向を、放射状にＸＹ平面内で変化させる。印加強度
は同一方向について少なくとも２回変化させる。これ
は、その方向での拡散係数を計算するためで、測定精度
を向上する場合又は制限壁の構造が複雑で複数の拡散係
数を求める必要がある場合には印加強度を変化させる回
数を増加する。

【００３０】同一方向について拡散傾斜磁場の印加強度
を２回以上変化させる代わりに、印加強度が０の場合を
１回測定しておき、各方向について少なくとも１回ずつ
測定してもよい。この場合、印加強度０の場合のデータ
を共通に使用できるため、測定時間を短縮することがで
きる。また、印加強度０の場合を１回多く測定するだけ
で、全方向共通に使用できるデータが増加することにな
り、全ての方向の拡散係数の測定精度を向上させること
ができる。

【００３１】図３は、全平面を覆うように拡散傾斜磁場
を変化させる場合を示しているが、半平面だけを覆うよ
うにしてもよい。拡散傾斜磁場の印加方向を反転して
も、拡散傾斜磁場印加による信号の減衰率への影響は変
化せず、一方だけを測定すれば十分である。この場合、
印加回数をほぼ半分に減らすことができるため、測定時
間を短縮することができる。なお、印加方向を反転した
二方向のどちらか一方向を測定すればこの効果は得られ
るため、印加方向は必ずしも半平面内に限られない。

【００３２】全平面を覆うように印加方向を変化させる
場合には、静磁場不均一や拡散傾斜磁場以外の傾斜磁場
の影響を除去することができる。拡散傾斜磁場の印加方
向と同方向に静磁場不均一の傾斜成分が存在する場合、
又は他の傾斜磁場が印加される場合には、信号が強く減
衰し、逆方向の場合には信号があまり減衰しない。この
ため拡散傾斜磁場の印加方向の反転に伴い、測定される
拡散係数が異なる。この影響は信号の幾何平均を計算す
ることにより、ほぼ除去される。また、拡散係数を計算
した後でも、該拡散係数の平均を計算することにより、
この影響はほぼ除去される。また、逆に反転した二つの
データの違いから、この影響を計算することができる。

【００３３】平面の覆い方として、印加方向の間隔が等
角度をなすように変化させると、傾斜磁場の制御及び後
で説明するデータ処理が容易になる。微細構造の三次元
的な形状を測定する場合は、拡散傾斜磁場の印加方向を
三次元空間内で放射状に変化させればよい。他の細部に
ついては、二次元の場合と同様である。

【００３４】次に、データ処理について説明する。ま
ず、微細構造の形状が単純で、各方向について制限壁の
間隔が一意に決まる場合について説明する。各拡散傾斜
磁場強度Ｇに対応する傾斜磁場因子ｂ［ｓ／ｍ² ］を次
の（１）式を用いて計算する。

【００３５】 ｂ＝γ²Ｇ²δ²(Δ−δ／３） （１） ただし、γは磁気回転比［ｒａｄ／Ｔ］、Δ，δは図１
４に示した時間［ｓ］である。各拡散傾斜磁場について
信号強度をＳ（ｂ）とすると次の（２）式が成立する。 Ｓ(ｂ,θ)＝Ｓ(０,θ)exp〔−Ｄ(θ)ｂ〕 （２） ただし、Ｄ(θ)は拡散傾斜磁場印加方向θでの拡散係数
［ｍ² ／ｓ］、ｂは拡散傾斜磁場強度Ｇのときの傾斜磁
場因子である。（２）式でカーブフィッティングを行
い、拡散係数Ｄ(θ)を計算する。分子の平均移動距離ｒ
(θ)と拡散係数Ｄ(θ)との間には、次の（３）式が成立
する。

【００３６】 ｒ(θ)＝〔２Ｄ(θ)ｔ_d〕^1/2 （３） ただし、平均移動距離とは、拡散時間ｔ_d＝(Δ−δ/３)
の間に分子が移動した距離の自乗平均の平方根である。
この（３）式を用いて平均移動距離ｒ(θ)を計算し、こ
のｒ(θ)を方向θでの制限壁の間隔とする。微細構造の
形状が複雑で、制限壁の間隔が各方向について一意に決
まらない場合には、（２）式の代わりに次の（４）式を
用いて、データのフィッティングを行う。

【００３７】

【数１】

【００３８】ここで、ｎは求める制限壁の間隔の個数、
Ａ_i(θ)は拡散係数Ｄ_i(θ)に対応する分子からのｂ＝０
の場合の信号量を表す。明らかに測定データ数はｎより
大きくなければならず、測定方法の箇所で説明した拡散
傾斜磁場の印加強度の変化回数をｎよりも多くする必要
がある。また、Ｄ_n(θ)は拡散傾斜磁場印加方向θでの
拡散係数［ｍ² ／ｓ］、ｂは拡散傾斜磁場強度Ｇのとき
の傾斜磁場因子である。分子の平均移動距離ｒ_n(θ)
を、次の（５）式を用いて計算する。

【００３９】 ｒ_i(θ)＝〔２Ｄ_i(θ)ｔ_d〕^1/2 （５） このｒ_n(θ)を、方向θでの制限壁の間隔とする。ま
た、制限壁の間隔を正確に測定するには次のようにす
る。まず、測定の段階で上記説明の拡散傾斜磁場の強度
を変化させることに加えて、拡散傾斜磁場の印加時間間
隔を変化させ、拡散時間ｔ_dを変化させたデータを取得
する。各ｔ_dについて上と同様に拡散係数Ｄ(θ,ｔ_d)を
計算する。上と同様にして分子の平均移動距離ｒ(θ,ｔ
_d)を計算する。制限壁がなければｒ(θ,ｔ_d)とｔ_d には
比例関係が成り立つが、制限壁がある場合、図４に示す
ように停滞する点が生じる。このときの平均移動距離を
制限壁の間隔とする。

【００４０】拡散時間ｔ_d を短くするとき、図５に示す
バイポーラーパルスを拡散傾斜磁場として用いてもよ
い。この場合、反転高周波磁場パルスを省略することが
可能となり、拡散時間を短縮できる。また、バイポーラ
ーパルスには、組織灌流のうちの定常流や、拡散傾斜磁
場と他の磁場の傾斜成分との交叉成分の影響を除去する
効果があるため、拡散時間を短縮する以外に、これらを
目的とした使用も可能である。

【００４１】次に微細構造の形状の表現方法について説
明する。二次元断面構造を示すには極座標系、三次元構
造を示すには球座標系に、この（ｒ(θ)/２,θ）をプロ
ットし、微細構造の形状を表現する。図６に十字型をし
た微細構造の二次元断面構造を表現した例を示す。横軸
はＸ、縦軸はＹを表す。制限壁の間隔がｒ₁(θ)とｒ
₂(θ)の二種類からなっている場合を示している。

【００４２】また、複数の制限壁の間隔を表現する場
合、（４）式で得られたＡ_i(θ)で重み付けをした表現
をしてもよい。例えば、図７に示すように、原点とプロ
ットした点とを結ぶ線分を濃淡で表す。Ａ_i(θ)は間隔
ｒ_i(θ)に対応する信号量を示している。これは緩和時
間などが等しい場合には、その間隔に含まれる分子の個
数の比にあたり、制限壁の形状の割合が表現できる。

【００４３】ここで、拡散傾斜磁場の印加方向を反転し
て、θと−θについて測定した場合には、ｒ(θ)とｒ
(−θ)の平均ｒ_a(θ)を計算し、座標（ｒ_a(θ)/２,θ）
と（ｒ _a(θ)/２,−θ）にプロットしてもよい。この場
合、平均をとることで拡散傾斜磁場と他の磁場の傾斜成
分との交叉成分は除去される。また、拡散係数を計算す
る前にθ方向の信号強度Ｓ(ｂ,θ)と−θ方向の信号強
度Ｓ(ｂ,−θ)との幾何平均を計算し、あとは同様に制
限壁の間隔を計算しても、この影響を除去できる。

【００４４】逆に平均をとらずにプロットした場合に
は、交叉成分の影響でｒ(θ)とｒ(−θ)の中心ｃ(θ)が
原点からずれる。図８に、十字型をした微細構造を例
に、この概略図を示す。中心部にある楕円形の軌跡はｃ
(θ)をプロットしたものである。この図では、Ｘの正方
向に他の磁場の傾斜成分があることが判る。特に、他の
傾斜成分との交叉成分を排除すれば、静磁場の傾斜成分
が得られる。これを、後で説明する画像化技術と組み合
わせた方法で実行すれば、静磁場の空間的不均一が得ら
れる。

【００４５】上記方法をスペクトロスコピーと組み合わ
せることで、ＮＡＡ（アセチルアスパルテート）、コリ
ン、クレアチン等、特定の分子種についてのみ制限壁と
なる微細構造を測定することができる。データ測定方法
は上に説明したとおりである。データ処理としては、ま
ず測定データにフーリエ変換を施す。分子種は固有の磁
気共鳴周波数を持っているため、これにより、各分子種
からの信号を分離できる。後は、各分子種について前述
したデータ処理及び微細構造の表現を行う。

【００４６】上記方法を画像化技術と組み合わせること
で、微細構造の形状の空間的な分布を測定することがで
きる。図９にそのパルスシーケンスの一例を示す。ただ
し、組み合わせる画像化技術はこれに限らない。スライ
ス傾斜磁場２３の印加とともに励起高周波磁場パルス１
４を印加し、対象物体内のあるスライス内に核磁気共鳴
現象を誘起する。励起高周波磁場パルスとしては典型的
にはπ／２−パルスが用いられる。核スピンの位相にＹ
方向の位置情報を付加するためのエンコード傾斜磁場２
７を印加する。このエンコード傾斜磁場の強度はプログ
ラムに従って変更されながら複数回測定が繰り返され
る。リードアウト傾斜磁場２６の印加によってエコーピ
ークにずれが生じないように一旦、核スピン位相をディ
フェーズしておくための傾斜磁場２５を所定時間印加し
ておく。

【００４７】次にスライス傾斜磁場２４の印加とともに
反転高周波磁場パルス１５を印加することでスライス内
の磁化を反転する。反転高周波磁場パルスとしては典型
的にはπ−パルスが用いられる。Ｘ方向の位置情報を付
加するためのリードアウト傾斜磁場２６を印加し、エコ
ーを生じさせる。発生したエコーはＡＤサンプリング１
６にて、データとして格納される。

【００４８】励起高周波磁場パルス１４と反転高周波磁
場パルス１５との間、及び反転高周波磁場パルス１５と
サンプリング２３との間に互いに補償する二組の拡散傾
斜磁場を印加する。この拡散傾斜磁場は、傾斜磁場発生
コイル４から発生するＸ方向の傾斜磁場１７，１８、傾
斜磁場発生コイル５から発生するＹ方向の傾斜磁場１
９，２０、及び傾斜磁場発生コイル６から発生するＺ方
向の傾斜磁場２１，２２の合成として与えられる。この
二つの拡散傾斜磁場を強度の時間積分が等しくなるよう
に調整する。拡散傾斜磁場の印加方向を放射状に変化さ
せて測定を繰り返す。この変化方法については前述のと
おりである。

【００４９】データ処理は、像再構成処理により一連の
画像を計算した後、各画素において前述のデータ処理を
行う。この結果、図６，７，８に示したような微細構造
の形状の表現が各画素において得られる。図１０に他の
画像化技術との組み合せの例として、振動傾斜磁場を用
いる高速画像化技術と組み合わせたパルスシーケンスを
示す。高速画像化技術と組み合わせることにより、測定
時間を短縮することが可能になる。また、拡散傾斜磁場
の変化回数を増加させる時間的な余裕が生じるため、制
限壁の間隔の測定精度向上、微細構造の描出能の向上な
どが可能になる。

【００５０】動作の概要を説明する。スライス傾斜磁場
２３の印加とともに励起高周波磁場パルス１４を印加
し、対象物体内のあるスライス内に核磁気共鳴現象を誘
起する。励起高周波磁場パルスとしては典型的にはπ／
２−パルスが用いられる。振動リードアウト傾斜磁場２
９の印加によってエコーピークにずれが生じないように
一旦、核スピン位相をディフェーズしておくための傾斜
磁場２８を所定時間印加しておく。エンコード傾斜磁場
３１の印加によってエコーピークにずれが生じないよう
に一旦、核スピン位相をディフェーズしておくための傾
斜磁場３０を所定時間印加しておく。

【００５１】次に、スライス傾斜磁場２４の印加ととも
に反転高周波磁場パルス１５を印加することでスライス
内の磁化を反転する。反転高周波磁場パルスとしては典
型的にはπ−パルスが用いられる。Ｘ方向の位置情報を
付加する振動リードアウト傾斜磁場２９を印加し、その
反転と共にＹ方向の位置情報を付加するためのパルス状
のエンコード傾斜磁場３１を印加して、エコーを生じさ
せる。発生したエコーはＡＤサンプリング１６にて、デ
ータとして格納される。

【００５２】励起高周波磁場パルス１４と反転高周波磁
場パルス１５との間、及び反転高周波磁場パルス１５と
サンプリング２３との間に互いに補償する二組のの拡散
傾斜磁場を印加する。該拡散傾斜磁場は、傾斜磁場発生
コイル４から発生するＸ方向の傾斜磁場１７，１８、傾
斜磁場発生コイル５から発生するＹ方向の傾斜磁場１
９，２０、及び傾斜磁場発生コイル６から発生するＺ方
向の傾斜磁場２１，２２の合成として与えられる。この
二つの拡散傾斜磁場を強度の時間積分が等しくなるよう
に調整する。拡散傾斜磁場の印加方向を前述のとおり、
放射状に変化させて測定を繰り返す。データ処理、微細
構造の表現方法については前述のとおりである。

【００５３】上記方法をスペクトロスコピックイメージ
ングと組み合わせることで、特定の分子種にのみ制限壁
となる微細構造の形状の空間的な分布を測定することが
できる。図１１に、そのパルスシーケンスの一例を示
す。ただし、組み合わせるスペクトロスコピックイメー
ジング技術はこれに限らない。図２に示したパルスシー
ケンスと動作はほぼ同様である。異なる点は位置情報を
付加するためのエンコード傾斜磁場３２，３３をプログ
ラムに従って強度を変化させながら測定を繰り返す点で
ある。データ処理については、測定データに３次元フー
リエ変換を施して像再構成を行い、一連のスペクトロス
コピックイメージを計算した後、前述のデータ処理を各
画素について行う。この結果、各分子種について制限壁
となる微細構造の形状の空間分布が測定できる。

【００５４】図１２に、他のスペクトロスコピックイメ
ージング技術との組み合せた例として、振動傾斜磁場を
用いる高速スペクトロスコピックイメージング技術と組
み合わせたパルスシーケンスを示す。スライス傾斜磁場
２３の印加とともに励起高周波磁場パルス１４を印加
し、対象物体内のあるスライス内に核磁気共鳴現象を誘
起する。励起高周波磁場パルスとしては典型的にはπ／
２−パルスが用いられる。振動リードアウト傾斜磁場３
５の印加によってエコーピークにずれが生じないように
一旦、核スピン位相をディフェーズしておくための傾斜
磁場３４を所定時間印加しておく。核スピンの位相にＹ
方向の位置情報を付加するためのエンコード傾斜磁場３
６を印加する。このエンコード傾斜磁場の強度はプログ
ラムに従って変更されながら複数回測定が繰り返され
る。

【００５５】次に、スライス傾斜磁場２４の印加ととも
に反転高周波磁場パルス１５を印加することでスライス
内の磁化を反転する。反転高周波磁場パルスとしては典
型的にはπ−パルスが用いられる。Ｘ方向の位置情報と
化学シフト情報を付加する振動リードアウト傾斜磁場３
５を印加し、エコーを生じさせる。発生したエコーはＡ
Ｄサンプリング１６にて、データとして格納される。

【００５６】励起高周波磁場パルス１４と反転高周波磁
場パルス１５との間、及び反転高周波磁場パルス１５と
サンプリング２３との間に互いに補償する二組のの拡散
傾斜磁場を印加する。該拡散傾斜磁場は、傾斜磁場発生
コイル４から発生するＸ方向の傾斜磁場１７，１８、傾
斜磁場発生コイル５から発生するＹ方向の傾斜磁場１
９，２０、及び傾斜磁場発生コイル６から発生するＺ方
向の傾斜磁場２１，２２の合成として与えられる。この
二つの拡散傾斜磁場を強度の時間積分が等しくなるよう
に調整する。拡散傾斜磁場の印加方向を放射状に変化さ
せて測定を繰り返す。この変化方法については前述のと
おりである。データ処理、微細構造の表現についても前
述のとおりである。

【００５７】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、対象物体内の分子拡散を制限する微細構造の形
状を測定することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施する際に用いられる装置構成の一
例を示す図。

【図２】本発明によるパルスシーケンスの一例を示す
図。

【図３】本発明による拡散傾斜磁場の変化方法を示す
図。

【図４】拡散時間と分子の平均移動距離との関係を示す
グラフ。

【図５】バイポーラーパルスを示す図。

【図６】本発明によって得られる二次元断面構造の表現
例。

【図７】本発明によって得られる二次元断面構造の表現
例。

【図８】本発明によって得られる拡散傾斜磁場と他の傾
斜磁場の傾斜成分との交叉成分を表現した例。

【図９】画像化技術と組み合わせたパルスシーケンスの
一例を示す図。

【図１０】高速画像化技術と組み合わせたパルスシーケ
ンスの一例を示す図。

【図１１】スペクトロスコピックイメージング技術と組
み合わせたパルスシーケンスの一例を示す図。

【図１２】高速スペクトロスコピックイメージング技術
と組み合わせたパルスシーケンスの一例を示す図。

【図１３】従来技術での拡散傾斜磁場の印加方向を示す
図。

【図１４】従来技術を用いて、十字型をした微細構造を
測定する場合の模式図。

【図１５】本発明によって、十字型をした微細構造を測
定する場合の模式図。

【符号の説明】 １…静磁場発生用磁石 ２…検査対象 ３…高周波磁場発生及び信号検出用コイル ４，５，６…傾斜磁場発生用コイル ７…コイル駆動装置 ８…計算機 ９…ＣＲＴディスプレイ １０…シンセサイザ １１…変調装置 １２…増幅器 １３…検波装置 １４…励起高周波磁場パルス １５…反転高周波磁場パルス １６…ＡＤサンプリング １７，１８，１９，２０，２１，２２…拡散傾斜磁場

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鍋島 貴之 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 山本 悦治 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 励起高周波磁場パルスと信号サンプリン
   グの間に互いに補償する拡散傾斜磁場を印加し、核磁気
   共鳴信号強度の減衰率から検査対象に含まれる分子の拡
   散係数を求め、該拡散係数から分子の平均移動距離を求
   めて前記検査対象の微細構造を測定する核磁気共鳴を用
   いた検査方法において、 前記拡散傾斜磁場の印加方向を放射状に変化させ、各印
   加方向での分子の平均移動距離から該印加方向における
   微細構造の間隔を測定することを特徴とする核磁気共鳴
   を用いた検査方法。
2. 【請求項２】 励起高周波磁場パルスと反転高周波磁場
   パルスの間、及び反転高周波磁場パルスと信号サンプリ
   ングの間に互いに補償する拡散傾斜磁場を印加し、核磁
   気共鳴信号強度の減衰率から検査対象に含まれる分子の
   拡散係数を求め、該拡散係数から分子の平均移動距離を
   求めて前記検査対象の微細構造を測定する核磁気共鳴を
   用いた検査方法において、 前記拡散傾斜磁場の印加方向を放射状に変化させ、各印
   加方向での分子の平均移動距離から該印加方向における
   微細構造の間隔を測定することを特徴とする核磁気共鳴
   を用いた検査方法。
3. 【請求項３】 前記拡散傾斜磁場の印加方向を所定の平
   面内で放射状に変化させることにより、該平面内での検
   査対象の断面構造を測定することを特徴とする請求項１
   又は２記載の核磁気共鳴を用いた検査方法。
4. 【請求項４】 前記拡散傾斜磁場の印加方向を、半平面
   内でのみ変化させることを特徴とする請求項３記載の核
   磁気共鳴を用いた検査方法。
5. 【請求項５】 前記拡散傾斜磁場の印加方向を三次元空
   間内で放射状に変化させることにより、検査対象の三次
   元的な微細構造を測定することを特徴とする請求項１又
   は２記載の核磁気共鳴を用いた検査方法。
6. 【請求項６】 前記拡散傾斜磁場の印加方向を、三次元
   空間の内、半空間内でのみ変化させることを特徴とする
   請求項５記載の核磁気共鳴を用いた検査方法。
7. 【請求項７】 前記拡散傾斜磁場の印加方向を、該印加
   方向の間隔が等角度を成すように変化させることを特徴
   とする請求項１〜６のいずれか１項記載の核磁気共鳴を
   用いた検査方法。
8. 【請求項８】 前記拡散傾斜磁場の印加方向を変化させ
   るとき、反転した関係にある二方向についてはそのうち
   一方向についてのみ測定を行うことを特徴とする請求項
   １又は２記載の核磁気共鳴を用いた検査方法。
9. 【請求項９】 前記拡散傾斜磁場の印加方向を反転した
   測定を行い、測定された二つのデータに演算を加えて、
   前記拡散傾斜磁場以外の磁場の傾斜成分の影響を除去す
   ることを特徴とする請求項１又は２記載の核磁気共鳴を
   用いた検査方法。
10. 【請求項１０】 前記拡散傾斜磁場の印加方向を反転し
    た測定を行い、測定された二つのデータから前記拡散傾
    斜磁場以外の磁場の傾斜成分を計算することを特徴とす
    る請求項１又は２記載の核磁気共鳴を用いた検査方法。
11. 【請求項１１】 前記２つの拡散傾斜磁場の印加時間間
    隔を変化させて複数回の測定を行い、前記印加時間間隔
    を長くしても前記拡散係数から求めた分子の平均移動距
    離が略一定値となるとき、該一定値を微細構造の間隔と
    することを特徴とする請求項１又は２記載の核磁気共鳴
    を用いた検査方法。
12. 【請求項１２】 前記拡散傾斜磁場の波形としてバイポ
    ーラーパルスを用いることを特徴とする請求項１又は２
    記載の核磁気共鳴を用いた検査方法。
13. 【請求項１３】 測定された微細構造の間隔を極座標系
    又は球座標系にプロットすることを特徴とする請求項１
    〜１２のいずれか１項記載の核磁気共鳴を用いた検査方
    法。
14. 【請求項１４】 測定された微細構造の複数の間隔を、
    該間隔に対応する信号量の比で濃淡付けすることを特徴
    とする請求項１３記載の核磁気共鳴を用いた検査方法。
15. 【請求項１５】 前記核磁気共鳴信号を分子種毎に分離
    し、各分子種の拡散を制限する微細構造の形状を測定す
    ることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項記載
    の核磁気共鳴を用いた検査方法。
16. 【請求項１６】 更に前記励起高周波磁場パルスと前記
    信号サンプリングの間に前記核磁気共鳴信号の周波数又
    は位相を場所に応じて異ならせる画像化のための傾斜磁
    場を印加し、分子の拡散を制限する微細構造の形状の空
    間分布を測定することを特徴とする請求項１〜１４のい
    ずれか１項記載の核磁気共鳴を用いた検査方法。
17. 【請求項１７】 前記画像化のための傾斜磁場の一つと
    して振動傾斜磁場を用いることを特徴とする請求項１６
    記載の核磁気共鳴を用いた検査方法。
18. 【請求項１８】 静磁場発生手段と、傾斜磁場発生手段
    と、高周波磁場発生手段と、検査対象からの核磁気共鳴
    信号を検出する信号検出手段と、該信号検出手段からの
    検出信号について演算を行なう演算手段と、該演算手段
    による演算結果の出力手段と、前記傾斜磁場の印加方向
    を放射状に変更する手段と、各印加方向での分子の拡散
    を制限する検査対象中の微細構造の間隔を測定する手段
    とを備えることを特徴とする核磁気共鳴を用いた検査装
    置。