JPH0751249A

JPH0751249A - 測定対象の局所分解磁気共鳴検査方法および装置

Info

Publication number: JPH0751249A
Application number: JP6057404A
Authority: JP
Inventors: Kienlin Markus Von; フォンキーンリンマルクス
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1993-03-26
Filing date: 1994-03-28
Publication date: 1995-02-28
Also published as: US5506504A; DE4309958C1

Abstract

(57)【要約】【目的】測定対象を、任意に前以て決められた複数の
部分領域に分割し、少なくとも部分領域の数に相応する
数の位相エンコードされた個別測定を位相エンコードの
ために用いられる磁場を用いて実施し、位相エンコード
された個別測定に相応する位相分散をそれぞれの部分領
域に対して計算し、部分領域から由来する信号成分を計
算された位相分散およびすべての個別測定において得ら
れる信号全体から計算する、測定対象の局所分解磁気共
鳴検査方法において、一層高い局所分解能および一層良
好なＳＮ比が得られるようにする。【構成】個別測定の少なくとも１つにおいて、位相エ
ンコードに用いられる磁場の少なくとも１つが非線形の
位置依存性を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、測定対象を、任意に前
以て決められた複数の部分領域に分割し、少なくとも前
記部分領域の数に相応する数の位相エンコードされた個
別測定を位相エンコードのために用いられる磁場を用い
て実施し、それぞれの位相エンコードされた個別測定に
相応する位相分散をそれぞれの部分領域に対して計算
し、かつ前記それぞれの部分領域から由来する信号成分
を前記計算された位相分散およびすべての個別測定にお
いて得られる信号全体（総合信号）から計算する、測定
対象の局所分解磁気共鳴検査方法並びにこの方法を実施
するための装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この形式の方法によれば、比較的大きな
測定対象内の磁気共鳴（ＭＲ）の信号の空間的な出所を
選択しかつ決定することが可能である。この種の方法
は、核磁気共鳴（nuclear magnetic resonance ＮＭ
Ｒ）においても電子スピン共鳴（ＥＳＲ）においても使
用可能である。

【０００３】冒頭に述べた形式の公知の方法では（Hu,
Levin und Lauterbur, Magnetic Resonance in Medicin
e,８,第３１４ないし３２２頁、(１９８８年)）、位相
エンコードのために、線形の位置依存性を有する所謂勾
配磁場が使用される。しかしその際得られる局所分解能
およびその際実現されるＳＮ比は必ずしも満足できるも
のではないことがわかっている。

【０００４】

【発明の課題】本発明の課題は、冒頭に述べた形式の方
法を、一層良好な空間（局所）分解能および一層高いＳ
Ｎ比が得られるように改良することであり、かつこの方
法を実施するための装置を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明によればこの課題
は、方法に関しては、個別測定の少なくとも１つにおい
て、位相エンコードに用いられる磁場の少なくとも１つ
が非線形の位置依存性を有するようにしたことによって
解決される。

【０００６】

【作用】公知の方法では、位相エンコードのために用い
られる磁場は、主静磁場と同一直線上の、通例ｚ成分と
称する成分が空間の１つの方向に正比例している一定の
磁場しか有していないが、本発明の方法では、少なくと
も１つの非線形の位置に依存した磁場が使用される。こ
の種の磁場を以下に、“高次の磁場”と称する。その理
由は、その局所的な磁場強度の、デカルト座標系におけ
る位置に対する数学的な依存性は大抵、空間座標ｘ，ｙ
およびｚの比較的高いべき指数を含んでいるからであ
る。しかし本発明の方法は、この種の位置依存性に限定
されない。それに代わって、本発明の方法を実施するた
めに、空間的に一定でもないし、ある空間方向に正比例
もしていない局所的な磁場強度を有するすべての“高次
の磁場”が適している。

【０００７】位相エンコードのために用いられる磁場の
本発明の選択によって、個別部分領域内の位相分散が低
減され、これにより一層良好な局所分解能および一層高
いＳＮ比が得られる。精度が高められることのほかに、
測定の全持続時間が短縮され、これによりサンプルスル
ープットが高められかつコストが低減される。本発明の
方法によって、定量的測定も実施可能である。個別スピ
ン種の空間的な分布を求める、唯一の共振周波数を用い
たＭＲ画像形成にも、ＭＲスペクトルを複数の共振周波
数を用いて測定すべき、局在化（ロカライズ）ＭＲスペ
クトロスコピーにも応用される。

【０００８】本発明の有利な実施例によれば、位相エン
コードのために用いられる磁場は、球面ベースの成分の
重畳によって形成される。周知のように、球面局座標に
おける空間の表示の際にそれぞれの磁場は、それぞれ任
意の磁場に対する球面ベースの成分を形成する球関数
（球面調和関数）にしたっがて展開することができる。
すなわち、この球面的に分解される成分の重畳によっ
て、実際には磁場強度のそれぞれ所望の位置経過が表示
可能である。また、従来の磁気共鳴装置に設けられてい
るシムコイル装置は通例、その個別コイルがそれぞれ、
球面の磁場成分を発生するように、設計されている。し
たがって、本発明の方法は、そのシムコイル装置が適当
に制御される限りは、従来の磁気共鳴装置において実施
することができる。

【０００９】別の有利な実施例によれば、少なくとも１
つの空間軸に沿った磁場依存性は近似的に階段関数に相
応する。これにより、当該空間軸に沿って、この階段関
数に相応するパターンが惹き起こされ、それはこの空間
軸に沿って高い空間分解能を有する。３つの相互に直交
する、空間を規定的に表すすべての座標方向に沿った階
段関数依存性が選択される限り、これにより確定され
る、測定対象の部分領域は、それぞれ一定の位相および
結果的に高い空間的な分解能の空間的なパターンセルを
形成する。

【００１０】主磁場を発生するための装置と、位相エン
コードのために用いられる磁場を発生するための装置
と、それぞれの部分領域から派生する信号成分を計算す
るための装置とを備えた、本発明の方法を実施するのに
適している装置は、本発明によれば、位相エンコードの
ために用いられる磁場を発生する装置が、非線形の位置
依存性の磁場の発生のための用いられる電流を供給する
ための装置を有していることによって特徴付けられてい
る。

【００１１】本発明の装置において有利には、主磁場の
均質化のために必要であるシムコイル装置が同時に、位
相エンコードのために用いられる、非線形の位置依存性
を有する磁場の発生のために利用される。このために、
シムコイルに、均一化のために用いられる電流に対して
付加的に、位相エンコードに対する所望の磁場を惹き起
こす適当な電流が供給される。したがって本発明の装置
は、簡単な構成を有しかつその都度所望の形状の位相エ
ンコードのために用いられる磁場の発生が可能である。

【００１２】本発明の装置の別の有利な実施例は請求項
４ないし７に記載されている。

【００１３】

【実施例】次に本発明の実施例を図面を参照して詳細に
説明する。

【００１４】本発明の方法では公知技術においてよく知
られた方法で、励起のために用いられる第１の高周波パ
ルスとそれぞれの個別測定の信号検出の終了との間の時
間間隔において主静磁場に重畳される磁場による位相エ
ンコードが行われる。その際この磁場により、周知のよ
うに、測定されるＭＲ信号の位相が監視されながら制御
される。これにより、測定されるＭＲ信号の空間的な原
点を空間の１次元、２次元または完全な３次元において
監視することができる。以下の説明において主として、
唯一の空間次元の例について説明する。２空間次元また
は完全な３空間次元への拡張は以下の説明からただちに
わかる。

【００１５】図１の（ａ）および（ｂ）に例として示さ
れているように、ＭＲ検査の開始時に、測定対象１は、
局在化核スピン分光学での語法によれば、“ＶＯＩ”
（volume of interest）と称される或る数の部分領域に
分割される。すなわち、ＭＲ検査において、空間の１つ
の方向、２つの方向または３つの方向を分解すべきであ
るかに依存して、ＶＯＩは線分、面積または空間体積で
ある。所望のＶＯＩの数、大きさおよび形状は、ＭＲ検
査の目的および場合によっては既にある、測定対象１の
内部構造に関する知識に依存している。

【００１６】まず、測定対象１に関する情報を使用する
ことができない場合、例えば、ＭＲ画像形成の通例の方
法におけるように、図１のａに示すように、測定対象１
上に規則的なパターンを設定することができ、その際そ
れぞれのパターン要素が所定のＶＯＩを表す。例えば、
先行の画像形成ＭＲ検査から、測定対象１に関する知識
が既にある場合には、この情報を、図１のｂに示すよう
に、前以て決められた形、大きさおよび関係のＶＯＩを
決定するために利用することができる。図１のｂから明
らかであるように、ＶＯＩは任意の凸状または凹状の形
を有することができる。図１のｂの第４のＶＯＩに対し
て図示されているように、所定のＶＯＩを、測定対象１
のつながっていない２つの領域から形成することもでき
る。

【００１７】このような空間的に決められたＶＯＩか
ら、ＭＲ信号を、出来るだけ高い精度および出来るだけ
良好な感度で測定すべきである。この目的のために、Ｍ
Ｒ検査に対する実験パラメータが適当に選択される。

【００１８】この関連において、位相エンコードのため
に使用される、次の磁場を選択することが特別重要であ
る。すなわち、ただ単に、通例ｚ成分と称される、主静
磁場と同一直線上の成分が、空間の座標に対して直接比
例している一定の勾配を有しているのではない磁場であ
る。むしろ、本発明の方法において、磁場強度のｚ成分
が非線形の位置依存性を有している少なくとも１つの磁
場が使用される。以下“高次の磁場”と称するこの種の
磁場は例えば、デカルト座標系において、空間座標ｘ，
ｙまたはｚの少なくとも１つの比較的高いべき指数を有
する。一般に、高次のこの形式の磁場は、空間における
磁場強度が、一定でもなく、１つの空間方向に対して直
接比例もしていないような磁場である。

【００１９】高次の位相エンコードする磁場によって得
られる結果をより良く理解するために、図２においてま
ず、現在の公知技術に相応する、位置一定の磁場勾配を
有するＭＲ検査について説明する。１次元の測定対象１
において、図２のａに示されているように、その長さが
測定対象１の全長の１／４に相応するＶＯＩが選択され
る。図２のｂに示されているように、それぞれ異なった
強さの位置一定な磁場勾配を有する４つの位相エンコー
ドされた個別測定が実施され、その際図２のｂに図示さ
れている、測定されたＭＲ信号の位相の位置依存性が得
られる。それから測定された全体の信号のフーリエ変換
によって、このＶＯＩに属する信号成分が再構築され
る。

【００２０】この形式の測定の品質は、一方において、
空間的な分解能、すなわち当該部分領域から派生する信
号成分の局在化の品質によって決められ、かつ他方にお
いて、得られる感度、すなわち存在する信号レベルの利
用の品質によって決められる。ＭＲ検査の品質の解析
は、それぞれの部分領域またはＶＯＩの空間的な応答関
数の決定によって行うことができる。ＶＯＩの空間的な
応答関数は、測定対象１のそれぞれの位置におけるスピ
ンに対して重み付けを指示し、この重み付けによって、
これらスピンの、このＶＯＩの再構築される信号に対す
る程度が決まってくる。空間的な応答関数の計算は、付
録Ａに詳細に説明されている。

【００２１】図２のｃには、図２のａに示されている例
に対する空間的な応答関数が示されている。ここに、選
択されたＶＯＩの外部の領域の所望しない信号部分並び
にＶＯＩの内部における信号消失が明らかにわかる。す
なわち、局在化の品質および信号収率が不完全である。
この原因は、位置一定の磁場勾配によって線形の位相経
過しか発生することができない点にある。それ故に、選
択されたＶＯＩの内部において必然的に位相分散が生
じ、このために信号消失が生じかつ空間的な応答関数を
ＶＯＩの形に出来るだけ完全に整合することができなく
なる。

【００２２】本発明の方法において行われる、高次の磁
場を用いる位相エンコードによって、この状況は大幅に
改善される。図３のａに示されている理想化された例に
おいて、２つの個別測定が実施される。第１の個別測定
において、捕捉検出されるＭＲ信号全体の位相が、測定
対象の全体の体積にわたって一定に保持される。第２の
個別測定において、選択されたＶＯＩ内の適当に選択さ
れた高次の磁場によって、位相が外部空間に対してπだ
けシフトされる。このような位相経過をどのようにして
近似的に実現することができるかを、以下に一層詳しく
説明する。

【００２３】πだけの位相シフトは、ＶＯＩ内の信号レ
ベルの反転と同じ意味である。それ故に、２つの個別測
定において得られる信号全体の単純な減算によって、当
該ＶＯＩの信号成分を得ることができる。図３のａの例
に相応する空間的な応答関数は、図３のｂに示されてい
るように、信号消失がなくしかもＶＯＩの外部から派生
する部分もない。すなわち、図示の理想的な例では、す
べての欠点のない応答関数が得られる。

【００２４】実際には、種々の理由から、上述の例に基
づいて説明した理想的な位相エンコードへの近似が実現
できるにすぎない。理想例にどの程度近似しているかを
判定するために、得られる空間的な分解能および信号収
率を用いることができる。１つの感度判断基準例が付属
Ｂに示されておりかつ局在化を判定するための１判断基
準例が付録Ｃに示されている。所望の用途に応じて、こ
れらの判断基準を整合するかまたは測定の最小全持続時
間のような別の判断基準を導入することもできる。

【００２５】選択された品質判断基準の最適化は、ＶＯ
Ｉの空間的な構造の解析によって行うことができるが、
或いは数値の最適化によって行うことができる。後者の
場合、測定の数値シミュレーションにおいて、位相エン
コードの適当なセットが検出されるまでの間、位相エン
コードは変更されかつその都度そこから生じる品質判断
基準が計算される。

【００２６】この場合、位相エンコードの他に、別の実
験によるパラメータも適当に決定することができる。こ
れらのパラメータには、例えば、励起する高周波パルス
の回転角度および観察されるスピン種の緩和時間にした
がって選択しなければならない連続して行われる個別測
定の繰り返し時間がある。さらに、これらのパラメータ
に、例えば個別測定当りの信号累積数も属する。

【００２７】ＶＯＩの確定および実験によるパラメータ
の決定をそれぞれの測定に対して新たに行う必要はな
い。数多くの用途において、以前に実施された標準測定
に依拠しかつその都度更新測定の実施を直接始めること
が可能である。

【００２８】上述したように、最適な信号収率にとっ
て、ＶＯＩ内の位相分散を出来るだけ僅かに抑えかつ縁
領域に著しい位相変化を発生することが効果的である。
この種の位相エンコードは、適当な磁場を発生する１つ
または複数の専用コイルによって実現される。この種の
コイルは、例えば、所謂“target field approach”に
よって計算することができる(Turner 著、“target fie
ld approach to optimalcoil design”，J. Phys. D: A
ppl. Phys. 19, L147-L151, (1986)参照）。

【００２９】この方法を実施するための図４に示された
装置により、一層フレキシブルな使用が可能になる。こ
の装置は、公知のように、所謂シムコイル装置を有して
おり（Chmurny und Hoult “The Ancient an Honourabl
e Art of Shimming” Concepts in Magnetic Resonanc
e, 2, 131-149(1990)）、このシムコイル装置のコイル
セットにより、実際に、空間における磁場強度のその都
度所望の分布を近似することが可能である。そのうちの
１つが図４において参照番号２で示されているシムコイ
ルのこのセットは従来通り、磁気共鳴検査のために用い
られる主磁場の均一化のために用いられる。この目的の
ために、シムコイル装置は、予め設定された値を供給す
るシムユニット３を有しており、このシムユニットによ
って増幅器４が、それに接続されているシムコイル２
に、主静磁場の均一化のために必要な電流が供給される
ように、制御される。シムコイル装置のそれぞれのシム
コイルに対して、図４に示されている形式のチャネルが
設けられていることに注目すべきである。

【００３０】このシムコイル装置によって同時に、位相
エンコードのために用いられる磁場も発生することがで
きるようにするために、増幅器４に前置接続されている
加算器５が設けられており、この加算器の一方の入力側
はシムユニット３に接続されている。加算器５の他方の
入力側に、スイッチ６およびＡＤ変換器７を介して、位
相エンコード用磁場の発生のために最適な電流値に相応
する値が表８から供給される。位相エンコードの実施の
ために適当な時点においてその都度、シーケンス制御計
算機９によって、スイッチ６が閉成されかつこれにより
加算器５および増幅器４を介して、磁場発生のために必
要な電流がそれぞれのシムコイル２に供給される。図４
に略示された構成では、位相エンコードのために用いら
れる電流の供給は矩形パルスの形において行われる。回
路構成の適当な実現によって、台形、３角形、１／２の
正弦波形などのような別のパルス経過も発生することが
でき、このことは、磁場を発生するシムコイル２の切換
特性に対するインダクタンスを考慮すれば一層効果的で
ある。

【００３１】従来通り、シムコイル２は、その磁場がそ
れぞれ、球関数における空間の分割の１つの成分に相応
するように、設計されている。しかし、この分割を、空
間の別の基本系に関して実現することも考えられる。こ
の形式のコイルセットを流れる適当な電流を切り換える
ことによって同様に、ある程度の近似までの任意の磁場
分布が発生され、その際得られる精度は一般に、使用の
コイルの数にしたがって高くなる。

【００３２】局所分解磁気共鳴検査のために、位相エン
コードのために用いられる、高次の磁場を発生するため
に、測定のシーケンスの期間の正確に決められた時点に
おいて、コイルセットを流れる電流を最適として求めら
れたパラメータに相応して切り換えることが必要であ
る。その際位相エンコードは、本来の信号検出の前また
はその期間に行うことができる。電流の切換のために、
画像形成勾配を切り換えるために核スピントモグラフィ
ーにおいて普通であるような類似の回路構成を使用する
ことができる。そこでは磁場勾配を、３つの空間方向の
それぞれにおいて切り換えるために３つのこの種の装置
しか使用されていないが、高次の磁場を用いて位相エン
コードするための方法に対しては、コイルセットのすべ
てのコイル２を制御できるようにするためには著しく多
くのチャネルが必要である。

【００３３】すべての個別測定において得られる信号全
体から、個々のＶＯＩから派生する信号成分を再構築す
る際に、例えば、Hu, Levin, Lauterbur und Spraggins
著の Magnetic Resonance in Medicine,８,第３１４−
３２２頁（１９８８年）から公知の方法が変形されて使
用される。このことは、実験のシミュレートされたモデ
ルの計算に基づいている。その場合、数値の整合ルーチ
ンによって、出来るだけ僅かな誤差でＶＯＩの信号成分
を供給する再構築係数が計算される。

【００３４】詳細には、この再構築方法は、ＭＲ信号を
測定すべきであるＮ個のＶＯＩの空間座標が確定され、
かつこのために、サブ実験とも称されるＭ個の位相エン
コードされた個別測定が実施されたことが前提条件であ
る（Ｍ≧Ｎ）。基本的には、主静磁場と同一直線上にあ
る、ＭＲ実験にとって重要な磁場成分のみが考慮され
る。

【００３５】位相エンコードされる実験において測定対
象全体から検出されるＭＲ信号全体は、すべてのＶＯＩ
の信号の和として次のように表すことができる：

【００３６】

【数１】

【００３７】ただしｐ_mは、ｍ番目の位相エンコードさ
れた信号を表しており、かつｃ_nは、位相エンコードな
しのｎ番目のＶＯＩの単位体積当りの信号成分である。
大抵、信号ｐ_mおよびｃ_nは、時間の関数として表される
が、それらは周波数の関数としてまたは別の表示おいて
も同様に申し分なく表すことができる。項ｇ_mnは、ｍ番
目の位相エンコードステップに対するｎ番目のＶＯＩに
関する位相分散を表しかつ以下の考察にしたがって計算
することができる。

【００３８】位相エンコードのためにコイル装置によっ
て使用されるすべての磁場は、相互に干渉し合うことな
く、空間において線形に重畳される。それ故に、ｍ番目
の位相エンコードの期間における時点ｔでの座標（ｘ，
ｙ，ｚ）を有する点における磁場Ｂ_mは、すべてのコイ
ルの磁場の和ｓとして計算することができる：

【００３９】

【数２】

【００４０】Ｉ_m,s（ｔ）は、時点ｔにおけるｍ番目の
位相エンコードに対するｓ番目のコイルを流れる電流を
表しており、かつＢ_sは、空間におけるそれぞれの点に
対して、単位電流当りそこに発生される磁場を表してい
る。比例定数を除いて、従来のシムコイル装置に対する
関数Ｂ_s（ｘ，ｙ，ｚ）を、Chmurny および Hoult 著,
“The Ancient an Honourable Art of Shimming", Conc
eptin Magnetic Resonance, ２，第１３１ないし１４９
頁（１９９０年）における表３から読み取ることがで
き、実際には、実現されたシムコイルがこれらの理論値
と一致するかどうかを検査しなければならない。２、３
のシムコイルに対する関数を抜粋して次の表に示す：

【００４１】

【表１】

【００４２】位相エンコードのために磁場が印加される
間の持続時間は、時点ｔ₀から始まって、τとする。そ
の場合、位相エンコードの期間に座標（ｘ，ｙ，ｚ）に
ＭＲ信号を惹き起こす位相変化φ（ｘ，ｙ，ｚ）は、次
式から得られる：

【００４３】

【数３】

【００４４】上式中、γは、磁気回転比であり、項ｇ_mn
は、最終的に次のように計算することができる：

【００４５】

【数４】

【００４６】ただし、ｉ＝ν−１である。したがって、
項ｇ_mnは、ｎ番目の体積を介して積分された、ｍ番目の
位相エンコードステップによって惹き起こされたＭＲ信
号の位相分散を表す。

【００４７】式〔１〕は、行列の形において次のように
表すことができる：

【００４８】

【数５】

【００４９】ただし、Ｐ_Mは、Ｍ個の測定された位相エ
ンコードされた信号のベクトルを表し、Ｃ_Nは、位相エ
ンコードなしの、すべてのＶＯＩのＮ個の信号のベクト
ルを表し、Ｇは、要素ｇ_mnを有する複素ＭｘＮ行列であ
る。式〔６〕を求められたＣ_Nにしたがって分解するた
めの方法は、固有値分解を用いた行列Ｇの因数分解であ
る：

【００５０】

【数６】

【００５１】

【外１】

【００５２】

【数７】

【００５３】それから式〔６〕に対する一義的な解は、
最終的に次の通りである：

【００５４】

【数８】

【００５５】式

〔９〕は、次のように既述することもで
きる：

【００５６】

【数９】

【００５７】

【外２】

【００５８】上述の例に代わって、部分領域のＭＲ信号
成分の再構築のために、別の方法を用いることもでき
る。最大エントロピーの原理に基づいた方法（Skilling
編集“Maximum Entropy and Bayesian Methods”, Cam
bridge (England), １９８８年、Kluwer Academic Publ
ishers, Dortrecht (Netherlands) 参照）は、理論的
に、ＶＯＩの形状に関して使用可能な情報を最も良く利
用しかつそれ故に良好なＳＮ比を呈する。級数における
展開の一般化に基づいている方法も考えられる("A Gene
ralized Series Approach to MR Spectroscopic Imagin
g”IEEE Trans.on Med. Imaging, Vol.10, No.2, １９
９１年、第１３２ないし１３７頁参照）。

【００５９】高次の磁場を用いた位相エンコードの原理
を維持しておいて、同様に、卓抜した局在化および高い
信号収率の利点を実現する、上述のシーケンスの多数の
変形および変更が考えられる。既述の方法によって殊
に、測定対象１内に存在する物質の局所的な濃度の定量
測定を実施することが可能である。その際この方法によ
って、その他の場合にはそう容易には検出できない、磁
気共鳴検査の多くのパラメータを簡単に、シミュレート
されたモデルの作成に関連付けることが可能である。こ
の目的のために、上掲の式［５］は、付加的に考慮すべ
きパラメータだけ拡張される。これらに属するのは殊
に、Ｍ個のサブ実験のそれぞれに対する累積の数、観察
されるスピンの緩和時間に基づいた飽和効果および緩和
による信号減衰、磁場強度および実験において励起のた
めに使用されかつ回転角度を決める高周波パルスの持続
時間および高周波パルスの送信およびＭＲ信号の受信の
ために使用されるコイルの磁場強度分布である。

【００６０】測定対象のこれらのパラメータおよび出来
るだけすべての別の公知のパラメータ、この方法および
ＭＲ実験を実施するための装置を、再構築の係数の決定
のために用いられるシミュレートされたモデルに関連付
けることによって、これらのパラメータの影響は、局在
化された信号成分を求める際に直接考慮される。このこ
とは殊に、均一な磁場分布、例えばサーフェスコイルを
有する高周波コイルを使用している場合に重要である。
高周波パルスによって惹き起こされる回転角度の位置依
存性、飽和効果などに基づいた測定される全信号に対す
る局所的に異なった関与は、測定対象１のそれぞれ個々
の点において考慮することができかつひいては再構築に
直接影響を及ぼす。これにより、種々のＶＯＩから得ら
れる信号成分の直接的な定量比較が可能になる。

【００６１】空間的な応答関数並びに感度および局在化
判断基準を計算するための、上式〔５〕に基づいている
式の相応の相応の拡張を可能にする、式〔５〕のこの形
式の拡張に対する例として、以下に、高周波パルスの送
信並びにＭＲ信号の受信のためにサーフェスコイルを使
用する場合について説明する。主静磁場に直交する磁場
の成分に対するその強度分布Ｂ₁（ｘ，ｙ，ｚ）は既知
であるとする。ＭＲ実験において、唯一のパルスが使用
され、それに直接位相エンコードおよび信号検出が続く
ものとする。回転角度αと磁場分布Ｂ₁（ｘ，ｙ，ｚ）
との間の関係を形成する定数ｃ_rfは、既知の位置におけ
る回転角度の測定によって決定されたものとする。すな
わち、回転角度の、位置α（ｘ，ｙ，ｚ）に対する依存
性もわかっているものとする。最終的に、緩和時間Ｔ₁
およびサブ実験の繰り返し時間Ｔ_Rも得られることにな
る。これらのパラメータは、次のように、係数ｇ_mnに関
連付けられる：

【００６２】

【数１０】

【００６３】積分下の第１の項は、受信コイルに誘起さ
れた、体積要素の信号がＢ₁（ｘ，ｙ，ｚ）に直接比例
していることを表しており（Hoult および Richards
著, “The Signal-to-Noise Ratio of the Nuclear Mag
netic Resonance Experiment”, Journal of Magnetic
Resonance, 24, 71,（１９７６年））、第２の項は、横
方向の磁化の、回転角度α（ｘ，ｙ，ｚ）および緩和時
間および繰り返し時間に対する依存性を表している（Be
cker, Ferretti und Gambhir, Anal. Chem., 31, 1413,
（１９７９年））。実際にこの積分は、数値計算するこ
とができる。

【００６４】付録Ａ：空間的な応答関数位相エンコードされる実験の空間的な応答関数は、空間
内のそれぞれの点について、式〔４〕にしたがって、そ
れぞれの位相エンコードステップに対する局所的な位相
変化を計算することによって、計算することができる。
引き続いて、式〔１０〕に相応して、それぞれの点に対
して、行列Ｈの係数ｈ_nmを用いた再構築が実施される。
したがって、ｎ番目のＶＯＩに対する空間的な応答関数
Ｐ_n（ｘ，ｙ，ｚ）は、次のように表される：

【００６５】

【数１１】

【００６６】この式は、ＶＯＩのＭＲ信号が線形の再結
合を用いて再構築される、それぞれの位相エンコードさ
れる実験に対して使用可能である。公称の大きさΔ１の
Ｎ個のＶＯＩが検出されかつ再構築のためにフィルタリ
ングされないフーリエ変換が使用される、一定の磁場勾
配を用いた従来の位相エンコードされる実験の場合に対
して、位置ｎ・Δｎにおけるｎ番目のＶＯＩに対する空
間的な応答関数は（Decorps および Bourgeois 著, “L
ocalized Spectroscopy Using Static Magnetic Field
Gradients; Comparison of Techniques”, NMR Basic P
rinciples andProgress, Vol.２７，第１１９ないし１
４９頁、Springere 社刊、Berlinn （１９９２年）参
照）、次のように表される：

【００６７】

【数１２】

【００６８】上式にしたがって、図２のｃの空間的な応
答関数が計算された。

【００６９】付録Ｂ：感度判断基準その出所が、V. Kienlin および Mejia 著, “Spectral
Localization with Optimal Pointspread Function”,
Journal of Magnetic Resonance,９４，第２６８ない
し２８７頁（１９９１年）に記載されている以下の感度
判断基準は、局在化されたＭＲスペクトルを単位体積に
正規化する再構築方法の場合に対して当て嵌まる。式
〔７〕ないし〔１０〕にしたがった再構築方法はこの正
規化に相応する。というのは、信号ｃ_nは単位体積当り
の信号として定義されているからである。別の正規化が
選択される場合、例えば種々のＶＯＩの全体の強度が再
構築される場合、このことは、感度判断基準の計算に考
慮されなければならない。

【００７０】個々に定義される感度判断基準“効率Ｅ”
は、固定のパラメータ（固定された繰り返し時間、高周
波パルスの回転角度、エコー時間など）を用いたＭＲ実
験に対して、ＶＯＩ中に存在する信号強度のどの位のパ
ーセンテージが再構築されたＭＲ信号において再現され
るかを指示する。換言すれば：位相エンコードによっ
て、再構築された信号におけるＳＮ比は（１００％−
Ｅ）だけ劣化する。一般に、ＳＮ比は、ＭＲ実験の全持
続時間Ｔ_totの平方根とともに上昇するので、これは、
次の式における正規化係数である：

【００７１】

【数１３】

【００７２】これは、体積Ｖ_nを有するｎ番目のＶＯＩ
のＭＲ信号の検出において得られる効率Ｅ_nである。項
ｈ_nmは、Ｍ個の測定された信号の線形再結合における係
数である（式〔１０〕参照）。この式は、−体積に関す
る必要に応じた正規化を除いて−、再構築のために線形
結合が使用されるすべての方法に対して一般に有効であ
る。

【００７３】付録Ｃ：局在化判断基準以下に、最悪の場合のＶＯＩのＭＲ信号の汚染がどの位
の大きさになる可能性があるかを指示する、局在化の品
質を判定するための従来の判断基準について説明する。
ｎ番目のＶＯＩに対するこの局在化判断基準Ｌ_nは、Ｖ
ＯＩ内部の空間的な応答関数の積分に関連した、ＶＯＩ
の外部の全体の測定対象に関する空間的な応答関数の絶
対値の積分として計算される：

【００７４】

【数１４】

【００７５】これは、まさにユニバーサルに使用可能な
判断基準であるが（v. Kienlin および Mejia 著,“Spe
ctral Localization with Optimal Pointspread Functi
on"， Journal of Magnetic Resonance,９４，第２６８
ないし２８７頁（１９９１年））、特殊な用途に対して
は、別の、それほど厳しくない判断基準を用いることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】部分領域の規則的なパターンないし任意に選択
された部分領域に分割された測定対象を２つの空間的な
次元において示す図である。

【図２】位相エンコードのために一定の磁場勾配を使用
する際の公知技術を説明する、１次元の測定対象の例、
選択された部分領域に対する位置座標ないし空間的な応
答関数に依存した位相経過の例を示す図である。

【図３】非線形の位置に依存する磁場を用いた位相エン
コードの際の位相の、位置座標に対する依存性を表す線
図ないしその際得られる空間的な応答関数を示す図であ
る。

【図４】非線形の位置に依存する磁場による位相エンコ
ードを用いた磁気共鳴検査装置のブロック線図である。

【符号の説明】

１測定対象、２シムコイル、３シムユニッ
ト、４増幅器、５加算器、６スイッチ、７
ＡＤ変換器、８表、９シーケンス制御計算機

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】測定対象を、任意に前以て決められた複
数の部分領域に分割し、少なくとも前記部分領域の数に
相応する数の位相エンコードされる個別測定を位相エン
コードのために用いられる磁場を用いて実施し、それぞ
れの位相エンコードされる個別測定に相応する位相分散
をそれぞれの部分領域に対して計算し、かつ前記それぞ
れの部分領域に由来する信号成分を前記計算された位相
分散およびすべての個別測定において得られる信号全体
（総合信号）から計算する、測定対象の位置分解磁気共
鳴検査方法において、前記個別測定の少なくとも１つに
おいて、位相エンコードに用いられる磁場の少なくとも
１つが非線形の位置依存性を有することを特徴とする測
定対象の局所分解磁気共鳴検査方法。
【請求項２】位相エンコードに用いられる磁場を、球
面的に分解される成分の重畳によって形成する請求項１
記載の測定対象の局所分解磁気共鳴検査方法。
【請求項３】位相エンコードに用いられる磁場の少な
くとも１つの位置依存性が少なくとも１つの空間軸に沿
って近似的に階段関数に相応する請求項１または２記載
の測定対象の局所分解磁気共鳴検査方法。
【請求項４】測定の際に位相エンコードのために使用
すべき磁場の決定のために、まず、そこから生じる、前
記部分領域の位相分散を計算する磁場セットを設定し、
そこから、前記部分領域における位相経過を評価する、
前以て決められた品質判断基準を計算しかつ前記磁場セ
ットを、前記判断基準が前以て決められた最適値に相応
するまでの間変化する請求項１から３までのいずれか１
項記載の測定対象の局所分解磁気共鳴検査方法。
【請求項５】前記部分領域の位相分散の計算の際に、
全信号の測定のために用いられる受信コイルの空間的な
磁場分布に対する補正演算子を使用する請求項１から４
までのいずれか１項記載の測定対象の局所分解磁気共鳴
検査方法。
【請求項６】前記部分領域の位相分散の計算の際に、
前記個別測定の繰り返し時間および緩和時間に対する補
正演算子を使用する請求項１から４までのいずれか１項
記載の測定対象の局所分解磁気共鳴検査方法。
【請求項７】前記部分領域の位相分散の計算の際に、
測定の際に使用される励起パルスによって惹き起こされ
る、スピンの回転角度に対する補正演算子を使用する請
求項１から４までのいずれか１項記載の測定対象の局所
分解磁気共鳴検査方法。
【請求項８】主磁場を発生するための装置と、位相エ
ンコードのために用いられる磁場を発生するための装置
と、それぞれの部分領域から派生する信号成分をすべて
の部分領域に対して計算された位相分散および測定され
た全信号から求める計算装置とを備えた、請求項１から
７までのいずれか１項記載の方法を実施するための装置
において、前記位相エンコードのために用いられる磁場
を発生する装置は、非線形の位置依存性の磁場の発生の
ための用いられる電流を供給するための装置（５ないし
７）を有しており、該装置は、相応の、その前に求めら
れた電流値を記憶する装置（８）によって制御されるこ
とを特徴とする測定対象の局所分解磁気共鳴検査装置。
【請求項９】前記主磁場の均一化のために用いられる
電流が流れるシムコイル装置を備え、前記非線形の位置
に依存した磁場の発生のために用いられる電流が、前記
シムコイル装置（２，３，４）に供給される請求項８記
載の測定対象の局所分解磁気共鳴検査装置。