JPH0779811B2 - 核磁気共鳴写像方法 - Google Patents
核磁気共鳴写像方法Info
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- JPH0779811B2 JPH0779811B2 JP61273806A JP27380686A JPH0779811B2 JP H0779811 B2 JPH0779811 B2 JP H0779811B2 JP 61273806 A JP61273806 A JP 61273806A JP 27380686 A JP27380686 A JP 27380686A JP H0779811 B2 JPH0779811 B2 JP H0779811B2
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- G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
- G01R33/44—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance using nuclear magnetic resonance [NMR]
- G01R33/48—NMR imaging systems
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- G01R33/54—Signal processing systems, e.g. using pulse sequences ; Generation or control of pulse sequences; Operator console
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- G01R33/561—Image enhancement or correction, e.g. subtraction or averaging techniques, e.g. improvement of signal-to-noise ratio and resolution by reduction of the scanning time, i.e. fast acquiring systems, e.g. using echo-planar pulse sequences
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Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の分野］ この発明は核磁気共鳴（NMR）写像方法に関する。
［従来の技術］ NMR写像に高速データ捕捉法を適用すると、走査時間が
短縮されるため、対象サンプル数の増加、サンプルに対
する感触の良化や運動関連写像器具数の低減という大き
な利点が得られる。
短縮されるため、対象サンプル数の増加、サンプルに対
する感触の良化や運動関連写像器具数の低減という大き
な利点が得られる。
定常自由前進（SFP）NMR技術では、パルス分離がサンプ
ルの特性T1及びT2に同等かそれ未満になるように位相コ
ヒレント無線周波数（RF）パルス列で通常のNMR状態で
適当なサンプルを励起する。SFP技術のNMR写像への適用
例では、フィルター化背景投射によって画像を再構成す
る。投射像はd.c.投射勾配によって得られ、この場合ス
ライス感応度は投射勾配に直交する振動勾配のゼロ点に
よって定まる。従って、公知のSFP NMR写像方法は高速
データ捕捉方法とはみなすことはできない。
ルの特性T1及びT2に同等かそれ未満になるように位相コ
ヒレント無線周波数（RF）パルス列で通常のNMR状態で
適当なサンプルを励起する。SFP技術のNMR写像への適用
例では、フィルター化背景投射によって画像を再構成す
る。投射像はd.c.投射勾配によって得られ、この場合ス
ライス感応度は投射勾配に直交する振動勾配のゼロ点に
よって定まる。従って、公知のSFP NMR写像方法は高速
データ捕捉方法とはみなすことはできない。
［発明の概要］ 本発明の目的はNMRデータを従来可能であった速度より
も高速で捕捉できるSFP NMR写像方法を提供することに
ある。
も高速で捕捉できるSFP NMR写像方法を提供することに
ある。
即ち、本発明によれば、サンプル内に磁気アライメント
の平衡軸を形成する定常磁場の存在下においてサンプル
に位相コヒレント無線周波数パルス列を印加して、サン
プルの被検査部位に定常核磁気スピンを励起する行程を
有する該磁気共鳴写像方法において、 該無線周波数パルスの後に、少なくとも一つの符号化磁
場勾配を印加して励起スピンを符号化し、符号化スピン
を検出し、そのような検出をした後、少なくとも一つの
再位相化磁場勾配を印加して、次の無線周波数パルスを
印加するまでに、スピンを再位相化し、そして検出スピ
ンを使用して上記部位の画像を再構成することを特徴と
する該磁気写像方法が提供される。
の平衡軸を形成する定常磁場の存在下においてサンプル
に位相コヒレント無線周波数パルス列を印加して、サン
プルの被検査部位に定常核磁気スピンを励起する行程を
有する該磁気共鳴写像方法において、 該無線周波数パルスの後に、少なくとも一つの符号化磁
場勾配を印加して励起スピンを符号化し、符号化スピン
を検出し、そのような検出をした後、少なくとも一つの
再位相化磁場勾配を印加して、次の無線周波数パルスを
印加するまでに、スピンを再位相化し、そして検出スピ
ンを使用して上記部位の画像を再構成することを特徴と
する該磁気写像方法が提供される。
［好適な実施態様］ 本発明の好適な実施態様では、上記符号化磁場勾配が、
多次元フーリエ変換を画像を再構成するために適用でき
るようになっている。以下、本発明による２つの方法を
添付図面に則して例示・説明していく。ただし、本発明
はこれらに限定されるものではない。
多次元フーリエ変換を画像を再構成するために適用でき
るようになっている。以下、本発明による２つの方法を
添付図面に則して例示・説明していく。ただし、本発明
はこれらに限定されるものではない。
すべてのSFP技術と同様に、以下説明する方法では、基
本的に、検査すべきサンプルに磁気アライメントの平衡
軸を形成し、検査すべきサンプルの所定部位にスピンを
励起する定常磁場の存在下においてコヒレントなRFパル
ス列を適用する。本発明によれば、パルス列の各隣接パ
ルス対間に、磁場勾配を印加して、まづスピンを符号化
し、空間情報を順次検出されるスピンに与え、これによ
って検出されたスピンから画像を再構成し、それから次
のRFスピンが生じるまでにスピンを再位相化する。必要
ならば、印加RFパルスにより、検査すべきサンプルの所
定部位を定常励起状態に維持する。
本的に、検査すべきサンプルに磁気アライメントの平衡
軸を形成し、検査すべきサンプルの所定部位にスピンを
励起する定常磁場の存在下においてコヒレントなRFパル
ス列を適用する。本発明によれば、パルス列の各隣接パ
ルス対間に、磁場勾配を印加して、まづスピンを符号化
し、空間情報を順次検出されるスピンに与え、これによ
って検出されたスピンから画像を再構成し、それから次
のRFスピンが生じるまでにスピンを再位相化する。必要
ならば、印加RFパルスにより、検査すべきサンプルの所
定部位を定常励起状態に維持する。
印加勾配は、被検査部位及び適用する画像再構成方法に
応じて変わる。
応じて変わる。
２次元フーリエ変換（2DFT）画像再構成技術を使用して
所定のスライスを検査する場合を示す第１図について説
明すると、各RFパルス１をスライス選択磁場パルス３に
印加することにより、スライス画に対して直交する方向
にサンプル内に磁気アライメントの平衡軸を形成する定
常磁場に勾配を印加する。RF及び勾配パルス１及び３
は、勾配磁場が印加された状態において所定スライス中
の選択された陽子又は他の核種のラーモア周波数がRFパ
ルスの周波数にあるように、選択する。この結果、所定
スライス中において核スピンが優先的に励起する。
所定のスライスを検査する場合を示す第１図について説
明すると、各RFパルス１をスライス選択磁場パルス３に
印加することにより、スライス画に対して直交する方向
にサンプル内に磁気アライメントの平衡軸を形成する定
常磁場に勾配を印加する。RF及び勾配パルス１及び３
は、勾配磁場が印加された状態において所定スライス中
の選択された陽子又は他の核種のラーモア周波数がRFパ
ルスの周波数にあるように、選択する。この結果、所定
スライス中において核スピンが優先的に励起する。
勾配パルス３に続いて、逆方向勾配パルス５を印加し
て、励起時にスライス間の勾配から生じる脱位相化（de
phasing）に対して所定スライス内においてスピンを再
位相化する。
て、励起時にスライス間の勾配から生じる脱位相化（de
phasing）に対して所定スライス内においてスピンを再
位相化する。
同時に、スライス面において第１方向に勾配をもつ、位
相符号化磁場パルス７を印加して、励起スピンを位相符
号化する。
相符号化磁場パルス７を印加して、励起スピンを位相符
号化する。
さらに、スライス面内において第１方向に直交する第２
方向に、勾配パルス９を印加する。位相符号化パルス７
が終わった後、自由誘導崩壊（FID−free induction de
cay）信号13の検出時に維持される逆方向周波数符号化
読み取り勾配パルス11により勾配パルス９を置き換え
る。FID信号13の検出後、読み取り勾配及び位相符号化
パルス11及び７にそれぞれ逆方向において対応する磁場
勾配パルス15及び17を印加することにより、次のRFパル
スに印加時にほぼ完全にスピンを再位相化する。以下、
このシーケンスを繰り返す。
方向に、勾配パルス９を印加する。位相符号化パルス７
が終わった後、自由誘導崩壊（FID−free induction de
cay）信号13の検出時に維持される逆方向周波数符号化
読み取り勾配パルス11により勾配パルス９を置き換え
る。FID信号13の検出後、読み取り勾配及び位相符号化
パルス11及び７にそれぞれ逆方向において対応する磁場
勾配パルス15及び17を印加することにより、次のRFパル
スに印加時にほぼ完全にスピンを再位相化する。以下、
このシーケンスを繰り返す。
なお、読み取り勾配パルス11に先行する勾配パルス９
は、読み取り勾配パルス11の印加時に、公知方法でスピ
ンの脱位相化を補償する。
は、読み取り勾配パルス11の印加時に、公知方法でスピ
ンの脱位相化を補償する。
第１図シーケンスの別な例では、パルス５と同様に、読
み取り後、スライス選択方向勾配パルスを印加して、次
のパルス３部分が次のRFパルス１の中心よりも先行して
いる間に、スピンの脱位相化を補償する。
み取り後、スライス選択方向勾配パルスを印加して、次
のパルス３部分が次のRFパルス１の中心よりも先行して
いる間に、スピンの脱位相化を補償する。
3DFT画像再構成技術を使用してサンプルを３次元的に検
査する場合を示す第２図について説明すると、勾配がな
い状態で各RFパルスを印加して、サンプルの一部ではな
く全体にわたってスピンを励起させる。RFパルス19の後
直ちに、２つの位相符号化パルス21及び23、そして勾配
パルス25を印加し、そしてFID信号29の検出時に維持さ
れる逆方向読み取り勾配パルス27によりパルス25を置き
換える。信号検出後、読み取り勾配パルス27及び位相符
号化パルス21、23に逆方向において対応する勾配パルス
31、33及び35をそれぞれ印加することによって、次のRF
パルス印加時にスピンを再位相化する。
査する場合を示す第２図について説明すると、勾配がな
い状態で各RFパルスを印加して、サンプルの一部ではな
く全体にわたってスピンを励起させる。RFパルス19の後
直ちに、２つの位相符号化パルス21及び23、そして勾配
パルス25を印加し、そしてFID信号29の検出時に維持さ
れる逆方向読み取り勾配パルス27によりパルス25を置き
換える。信号検出後、読み取り勾配パルス27及び位相符
号化パルス21、23に逆方向において対応する勾配パルス
31、33及び35をそれぞれ印加することによって、次のRF
パルス印加時にスピンを再位相化する。
本発明による第１の完全な写像シーケンスを示す第３図
について説明すると、第１図又は第２図に示した（ただ
し、読み取り及び位相符号化勾配パルス又はFID信号の
検出はない）多数のサイクル、例えば20〜50サイクルか
らなるシーケンス、即ちダミーサイクルからなるシーケ
ンスのブロック37をまづ実行して、サンプルの非検査部
位に定常状態をつくりだす。
について説明すると、第１図又は第２図に示した（ただ
し、読み取り及び位相符号化勾配パルス又はFID信号の
検出はない）多数のサイクル、例えば20〜50サイクルか
らなるシーケンス、即ちダミーサイクルからなるシーケ
ンスのブロック37をまづ実行して、サンプルの非検査部
位に定常状態をつくりだす。
次に、データの捕捉を開始する。これは、各位相符号化
勾配の第１の数値を用いて、多数のサイクル、例えば10
〜100のサイクルからなる、第１図又は第２図に示した
シーケンスのブロック39を実行し、発生したFID信号を
平均し、記憶する。次にこのプロセスを、公知方法で、
記憶・平均化したFID信号から所望解像度の画像を再構
成するために必要な位相符号化勾配のそれぞれ異なる数
値について繰り返す。例えば、第１図又は第２図に示し
た各シーケンスの時間は約20ミリセカンドである。従っ
て、位相符号化勾配の各数値毎に、256の異なる数値の
位相符号化勾配及び平均16のFID信号について必要な全
データ収集時間は約82秒である。
勾配の第１の数値を用いて、多数のサイクル、例えば10
〜100のサイクルからなる、第１図又は第２図に示した
シーケンスのブロック39を実行し、発生したFID信号を
平均し、記憶する。次にこのプロセスを、公知方法で、
記憶・平均化したFID信号から所望解像度の画像を再構
成するために必要な位相符号化勾配のそれぞれ異なる数
値について繰り返す。例えば、第１図又は第２図に示し
た各シーケンスの時間は約20ミリセカンドである。従っ
て、位相符号化勾配の各数値毎に、256の異なる数値の
位相符号化勾配及び平均16のFID信号について必要な全
データ収集時間は約82秒である。
データ収集時間は信号の平均処理をなくすと、最大限で
約６秒まで短縮できる。
約６秒まで短縮できる。
本発明の第２実施態様では、平衡状態即ち飽和状態から
定常状態に近づくと、一連の完全な画像が得られる。
定常状態に近づくと、一連の完全な画像が得られる。
第４図について説明する。飽和状態からの近接な必要な
場合には、適当な公知シーケンスから出発して、第４図
に41で示すように、飽和状態をつくりだす。次に、ｎ個
のシーケンス45（ただし、ｎは異なる完全な画像の所要
数である）のブロック43を実行する。各シーケンス45
は、必要ならば、第１図又は第２図に示す形状をもつこ
とができる。また、各シーケンス45は、第５図に、極め
て詳細に示すように、各位相符号化勾配について同じ数
値を用いることができる。
場合には、適当な公知シーケンスから出発して、第４図
に41で示すように、飽和状態をつくりだす。次に、ｎ個
のシーケンス45（ただし、ｎは異なる完全な画像の所要
数である）のブロック43を実行する。各シーケンス45
は、必要ならば、第１図又は第２図に示す形状をもつこ
とができる。また、各シーケンス45は、第５図に、極め
て詳細に示すように、各位相符号化勾配について同じ数
値を用いることができる。
必要に応じて、平衡を記憶するために、１〜２秒の時間
47を見込んである。次に、位相符号化勾配の異なる所要
数値毎に、必要ならば、飽和シーケンス前に、緩和時間
47が続くブロック43のシーケンス45を、必要に応じて、
反復する。
47を見込んである。次に、位相符号化勾配の異なる所要
数値毎に、必要ならば、飽和シーケンス前に、緩和時間
47が続くブロック43のシーケンス45を、必要に応じて、
反復する。
次に、各ブロック43のシーケンスにおいて第１シーケン
ス45から得たFID信号を使用して、第１画像を構成し、
そして各ブロック43において第２シーケンス45から得た
FID信号を使用して、第２画像を構成するなどして、平
衡状態即ち飽和状態と定常状態との間にある異なる状態
においてｎ個の画像を得る。
ス45から得たFID信号を使用して、第１画像を構成し、
そして各ブロック43において第２シーケンス45から得た
FID信号を使用して、第２画像を構成するなどして、平
衡状態即ち飽和状態と定常状態との間にある異なる状態
においてｎ個の画像を得る。
なお、所望ならば、位相符号化勾配の各数値について２
以上のシーケンスブロック43を実行でき、また各ブロッ
ク43において異なるシーケンス45について得られた検出
FID信号をそれぞれ平均すると、S/N比を改善できる。
以上のシーケンスブロック43を実行でき、また各ブロッ
ク43において異なるシーケンス45について得られた検出
FID信号をそれぞれ平均すると、S/N比を改善できる。
本発明による写像方法においては、言うまでもなく、RF
パルスが位相コヒレントであることが本質的に重要であ
る。しかし、RFパルスはすべて同じ位相であってもよ
く、またひとつのシーケンスから次のシーケンスへ位相
転換（即ち、０→180°あるいは−90°→＋90°）して
もよい。ただし、検出信号は約50°と約100°との間に
あるRFパルス角に対する非感応性はかなり大きく、また
この範囲では利用できる信号が約10％しか変化しないの
で、本発明の方法はRF場の等質性に対して非感応性であ
る。
パルスが位相コヒレントであることが本質的に重要であ
る。しかし、RFパルスはすべて同じ位相であってもよ
く、またひとつのシーケンスから次のシーケンスへ位相
転換（即ち、０→180°あるいは−90°→＋90°）して
もよい。ただし、検出信号は約50°と約100°との間に
あるRFパルス角に対する非感応性はかなり大きく、また
この範囲では利用できる信号が約10％しか変化しないの
で、本発明の方法はRF場の等質性に対して非感応性であ
る。
本発明方法のさらに別な特徴によれば、各励起毎及び各
信号検出シーケンス毎に読み取り及び位相符号化勾配は
平均するとゼロになるため、渦電流を最小限に抑えるこ
とができる。
信号検出シーケンス毎に読み取り及び位相符号化勾配は
平均するとゼロになるため、渦電流を最小限に抑えるこ
とができる。
なお、本発明を例示・説明する前記特定な方法では、空
間情報を位相符号化によって検出FID信号に与えている
が、本発明による他の方法では、他の空間符号化技術を
適用できる。
間情報を位相符号化によって検出FID信号に与えている
が、本発明による他の方法では、他の空間符号化技術を
適用できる。
しかし、いかなる空間符号化方法を適用するにしても、
FID信号検出後に、符号化勾配を逆に再印加し、そしてR
Fパルスの印加列における連続パルスがコヒレントで、
その周波数がSFP状態をつくりだすのに十分であること
が本質的に重要である。例えば、位相交番RFパルスを適
用する場合、交番パルスが発生する定常磁化は下記の通
りである。
FID信号検出後に、符号化勾配を逆に再印加し、そしてR
Fパルスの印加列における連続パルスがコヒレントで、
その周波数がSFP状態をつくりだすのに十分であること
が本質的に重要である。例えば、位相交番RFパルスを適
用する場合、交番パルスが発生する定常磁化は下記の通
りである。
Mx＝−E2ＳβＳαＱ My＝Ｓα（１＋E2Ｃβ）Ｑ Mz＝｛Ｃα（１＋E2Ｃβ）＋E2（E2＋Ｃβ）｝Ｑ及び Ｑ＝Mo(1-E1）／｛（１−E1Ｃα）（１＋E2Ｃβ）−E
2(E1−Ｃα）（E2＋Ｃβ）｝ ただし、 Ｓ＝Sinα、Ｃ＝Cosα Ｓ＝Sinβ、Ｃ＝Cosβ E2＝exp（−t/T2），E1＝exp（−t/T1） Mo＝平衡磁化 α＝パルス角 β＝Δω｛ただし、ωはラーモア周波数からの共振オフ
セット（ラジアン／秒）｝ T2＝スピン−スピン緩和時間 T1＝スピン−格子緩和時間。
2(E1−Ｃα）（E2＋Ｃβ）｝ ただし、 Ｓ＝Sinα、Ｃ＝Cosα Ｓ＝Sinβ、Ｃ＝Cosβ E2＝exp（−t/T2），E1＝exp（−t/T1） Mo＝平衡磁化 α＝パルス角 β＝Δω｛ただし、ωはラーモア周波数からの共振オフ
セット（ラジアン／秒）｝ T2＝スピン−スピン緩和時間 T1＝スピン−格子緩和時間。
磁化は明らかに共振オフセットに対して周期的であり、
この周期性のために、d.c.投射勾配と共に従来公知の方
法でSFP技術を適用した場合に、利用できる信号を30〜4
0％低減できる。しかし、この周期性は本発明方法では
生じない。というのは、RFパルス印加前に、磁化は常に
再位相化されるからである。
この周期性のために、d.c.投射勾配と共に従来公知の方
法でSFP技術を適用した場合に、利用できる信号を30〜4
0％低減できる。しかし、この周期性は本発明方法では
生じない。というのは、RFパルス印加前に、磁化は常に
再位相化されるからである。
例示・説明してきた前記本発明の方法では、位相符号化
勾配及び読み取り勾配の両者において検出後に、磁場勾
配再位相化パルスを印加したが、本発明による他の方法
では、幾つかの再位相化勾配が不要であることを指摘し
ておく。例えば、第１図及び第２図に例示した特定の方
法では、再位相化勾配15及び31を省略しても、得られる
画像の質は殆ど劣化しない。
勾配及び読み取り勾配の両者において検出後に、磁場勾
配再位相化パルスを印加したが、本発明による他の方法
では、幾つかの再位相化勾配が不要であることを指摘し
ておく。例えば、第１図及び第２図に例示した特定の方
法では、再位相化勾配15及び31を省略しても、得られる
画像の質は殆ど劣化しない。
第１図は、２次元写像、即ちスライス写像の実施態様に
使用する基本パルスシーケンスを示す図であり、 第２図は、３次元写像、即ち立体写像の実施態様に使用
する基本パルスシーケンスを示す図であり、そして 第３〜５図は、完全な写像シーケンスを実行するため
の、第１図及び第２図のシーケンスの配列を示す図であ
る。 図中、１・19は無線周波数パルス、７・11・27・21・23
は符号化磁場勾配、15・17・31・33・35は再位相化磁場
勾配である。
使用する基本パルスシーケンスを示す図であり、 第２図は、３次元写像、即ち立体写像の実施態様に使用
する基本パルスシーケンスを示す図であり、そして 第３〜５図は、完全な写像シーケンスを実行するため
の、第１図及び第２図のシーケンスの配列を示す図であ
る。 図中、１・19は無線周波数パルス、７・11・27・21・23
は符号化磁場勾配、15・17・31・33・35は再位相化磁場
勾配である。
Claims (6)
- 【請求項１】サンプル内に磁気アライメントの平衡軸を
形成する定常磁場の存在下においてサンプルに位相コヒ
レント無線周波数パルス（１又は19）列を印加して、サ
ンプルの被検査部位に定常核磁気スピンを励起する行程
を有する核磁気共鳴写像方法において、 該無線周波数パルス（１又は19）の後に、少なくとも一
つの符号化磁場勾配（７、11又は27、21、23）を印加し
て励起スピンを符号化し、符号化スピンを検出し、その
ような検出をした後、少なくとも一つの再位相化磁場勾
配（15、17又は31、33、35）を印加して、次の無線周波
数パルス（１又は19）を印加するまでに、スピンを再位
相化し、そして検出スピンを使用して上記部位の画像を
再構成することを特徴とする核磁気共鳴写像方法。 - 【請求項２】上記の少なくとも一つの符号化磁場勾配が
位相符号化勾配（７、21又は23）からなり、そして上記
の少なくとも一つの再位相化勾配が逆方向において該符
号化勾配（７、21又は23）に対応する勾配（17、33又は
35）からなることを特徴とする特許請求の範囲第１項に
記載の方法。 - 【請求項３】上記の少なくとも一つの符号化磁場勾配が
検出時に印加される読み取り勾配（11又は27）からなる
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方法。 - 【請求項４】上記読み取り勾配の前に逆方向の勾配（９
又は25）を印加して、該読み取り勾配（11又は27）の印
加時にスピンの脱位相化を補償し、そして上記の少なく
とも一つの再位相化勾配（15又は21）を該読み取り勾配
（11又は27）に先行する該勾配（９又は25）と同じ方向
に印加することを特徴とする特許請求の範囲第３項に記
載の方法。 - 【請求項５】上記符号化磁場勾配（７又は21、23）が、
多次元フーリエ変換技術を使用して上記画像を再構成で
きるようになっていることを特徴とする特許請求の範囲
第１項に記載の方法。 - 【請求項６】選択磁場勾配（３）の存在下において各無
線周波数パルス（１又は19）を印加し、そして上記の少
なくとも一つの再位相化磁場勾配が次の無線周波数パル
スに関連する選択磁場勾配によりスピンの脱位相化を補
償することを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
方法。
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