JPH0788103A

JPH0788103A - 磁気共鳴イメージング方法

Info

Publication number: JPH0788103A
Application number: JP6170704A
Authority: JP
Inventors: Tomotsugu Hirata; 智嗣平田; Yoshitaka Bito; 良孝尾藤; Etsuji Yamamoto; 悦治山本
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1993-07-30
Filing date: 1994-07-22
Publication date: 1995-04-04
Anticipated expiration: 2017-09-09
Also published as: JP3323653B2

Abstract

(57)【要約】【目的】空間分解能とスペクトル帯域を独立に設定可
能な磁気共鳴イメージング方法を提供する。【構成】高速ＭＲＳＩ法シーケンスの前段に、以下の
第１から第３のステップを追加し、ケミカルシフトの異
なる物質Ａ、Ｂにつき、核スピンの励起と磁気共鳴信号
計測を行い、１回のエコートレイン信号計測のさいスペ
クトル帯域を狭める。第１段階で中心周波数ｆaの高周
波磁場（周波数帯域を(ｆb−ｆa)、ｆa、ｆbはＡ、Ｂの
共鳴周波数）とスライス選択用傾斜磁場Ｇzとを同時印
加し、スライス内のＡの核スピン、スライス外のＢの核
スピンを励起する。第２段階で位相を１８０°反転した
高周波磁場と、勾配極性を反転したＧzとを同時印加
し、スライス内のＡの核スピンを強制的に元の熱平衡状
態に回復させ、スライス外のＢの核スピンを励起状態と
する。第３段階でスポイル用傾斜磁場Ｇz、Ｇx、Ｇyを
同時印加し、励起状態にあるＢの核スピンを擬似飽和状
態とする。【効果】ケミカルシフト情報を高速高分解能で得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気共鳴イメージング
方法に係り、特に生体のケミカルシフトに関する情報の
体内分布を高速測定するのに好適な方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】生体のケミカルシフトに関する情報の体
内分布を高速に測定する磁気共鳴スペクトロスコピック
イメージング法(マグネティックレゾナンススペク
トロスコピックイメージング（ Magnetic Resonance S
pectroscopic Imaging ）、以下、ＭＲＳＩと略す。)と
して、マグネティックレゾナンスインメディスン
（ Magnetic Resonance in Medicine ）第１巻、第３７
０ー３８６頁(１９８４年)等に記載されたマンスフィー
ルド（ Mansfield ）による提案のＥＰＳＭ法およびＰ
ＲＥＰ法や、ジャーナルオブマグネティックレゾ
ナンス（ Journal of Magnetic Resonance ）第６７
巻、第４７６−４９０頁（１９８５年）等に記載された
松井（ Matsui ）による提案の多重エンコード法が知ら
れている。これらの方法では、傾斜磁場の勾配極性を周
期的に反転させ、連続的に発生するエコー信号（以下、
エコートレイン信号と呼ぶ）を用いて高速化を行ってお
り、観測可能なスペクトル帯域は傾斜磁場の反転周期の
逆数で決まる。このスペクトル帯域を拡げるためには、
より短い傾斜磁場の反転周期が必要となる。しかし、ス
ペクトル帯域を拡げるため単に傾斜磁場の反転周期を短
くすると、傾斜磁場の有限なスイッチング時間によっ
て、得られるケミカルシフト画像の空間分解能が低下し
てしまう。言い替えれば、ケミカルシフト画像の空間分
解能を向上させると、測定可能なスペクトル帯域が狭ま
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の高速ＭＲＳＩ法
では、ケミカルシフト画像の空間分解能を向上させる
と、測定可能なスペクトル帯域が狭まるため、空間分解
能、測定可能なスペクトル帯域のそれぞれを独立に設定
できないという問題点があった。仮りに将来、傾斜磁場
のスイッチング時間が技術の進歩により現在のスイッチ
ング時間よりはるかに速くなり、傾斜磁場の反転周期が
短縮できるようになったとしても、生体中に発生する渦
電流が増加し生体の生理機能に与える影響が無視できな
くなるという問題が予想されるため、単にスペクトル帯
域を拡大するには問題があると考えられる。本発明の目
的は、高速ＭＲＳＩ法において上記の問題点を解決し、
空間分解能とスペクトル帯域を独立に設定できる磁気共
鳴イメージング方法を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の方法の特
徴は、静磁場、互いに異なる三方向に傾斜磁場が印加さ
れる空間に置かれた被検体に高周波パルスを照射するこ
とにより前記被検体中の核スピンを励起し、これにより
生じる磁気共鳴信号を計測し、計測された磁気共鳴信号
にフーリエ変換を行い、ケミカルシフトスペクトル、ケ
ミカルシフト画像、原子核密度画像の少なくともいずれ
かを得る磁気共鳴イメージング方法において、計測対象
とする複数のケミカルシフトのうち、最も離れている２
種類のケミカルシフトの周波数差以下の値に、観測スペ
クトル帯域を設定するステップを有することにある。こ
の方法において、観測スペクトル帯域の帯域幅、観測ス
ペクトル帯域の中心周波数の少なくともいずれかを設定
するステップをさらに有し、観測スペクトル帯域内のピ
ークと、観測スペクトル帯域外にある磁気共鳴信号のピ
ークが観測スペクトル帯域内に折り返して生じた磁気共
鳴信号のピークとが、重畳しないようにすることに特徴
がある。例えば、静磁場が印加された空間に置かれた被
検体にスライスを選択するための第１方向の傾斜磁場を
印加するとともに核スピンを励起するための高周波パル
スを照射し、次いで位相をエンコードするための第２方
向の傾斜磁場を印加し、所定の時間の後、第１方向の傾
斜磁場を印加するとともに前記励起された核スピンを反
転させるための高周波パルスを印加し、第３方向の傾斜
磁場の勾配極性を周期的に反転させて印加して生じる磁
気共鳴信号を計測し、計測された磁気共鳴信号にフーリ
エ変換を行い、ケミカルシフトスペクトル、ケミカルシ
フト画像、原子核密度画像の少なくともいずれかを得る
磁気共鳴イメージング方法において、計測対象とする複
数のケミカルシフトのうち、最も離れている２種類のケ
ミカルシフトの周波数差以下の値に、観測スペクトル帯
域を設定し、観測スペクトル帯域の帯域幅、観測スペク
トル帯域の中心周波数の少なくともいずれかを設定する
ステップを有し、観測スペクトル帯域内のピークと、観
測スペクトル帯域外にある磁気共鳴信号のピークが観測
スペクトル帯域内に折り返して生じた磁気共鳴信号のピ
ークとが、重畳しないようにする。即ち、１回のエコー
トレイン信号の計測で観測するスペクトル帯域を、所定
の帯域を有するスペクトルの全域ではなく、その全域よ
りも狭いある制限された帯域とし、傾斜磁場の勾配極性
を反転させる周期の逆数によって決定される観測スペク
トル帯域を、分離して計測する対象とするｎ種類のケミ
カルシフトのうち、最も離れている２種類のケミカルシ
フトの周波数差より小さい値に設定し、その設定値及び
観測帯域の中心周波数を調整することにより、画像再構
成処理後のケミカルシフトスペクトルにおいて、観測ス
ペクトルの帯域外にあるピークが観測帯域内に折り返
し、観測帯域内のピークに重畳しないようにする。さら
に、磁気共鳴信号の検出においては、複数方向の傾斜磁
場のうち、少なくとも一方向の傾斜磁場の勾配極性を周
期的に反転させて印加することに特徴がある。

【０００５】本発明の第２の方法の特徴は、第１の方法
で説明した観測スペクトル帯域内のピークと、観測スペ
クトル帯域外にある磁気共鳴信号のピークが観測スペク
トル帯域内に折り返して生じた磁気共鳴信号のピークと
が重畳する磁気共鳴信号のピークを演算処理により分離
するステップをさらに有することに特徴がある。演算処
理の例としては、クウォータリィオブアプライド
マスマティックス（ Quarterly of Applied Mathmatics
）第２巻、第２号、第１６４−１６８頁（１９４４
年）等に記載のリーベンバーグ（ Levenberg ）による
提案のダンプドリーストスクエアーズ（ Damped Leas
t Squares ）法等を用いることによって重畳波形を分離
することができる。

【０００６】本発明の第３の方法の特徴は、静磁場、互
いに異なる三方向の第１、第２、第３方向の傾斜磁場が
印加される空間に置かれた被検体に高周波パルスを照射
することにより前記被検体中の核スピンを励起し、これ
により生じる磁気共鳴信号を計測し、計測された磁気共
鳴信号にフーリエ変換を行い、ケミカルシフトスペクト
ル、ケミカルシフト画像、原子核密度画像の少なくとも
いずれかを得る磁気共鳴イメージング方法において、計
測対象とする複数のケミカルシフトのうち、最も近接し
ている２種類のケミカルシフトの周波数差以下の値に、
高周波パルスの帯域を設定し、中心周波数を所定のケミ
カルシフトの周波数に設定するステップと、前記のいず
れかの方向の傾斜磁場により選択された前記被検体のス
ライス中の所定の種類の核スピンを前記中心周波数をも
つ前記高周波パルスにより励起状態に、前記スライスの
近傍のスライスの核スピンを飽和状態にそれぞれするス
テップとを有することに特徴がある。

【０００７】とくに、計測対象とする複数のケミカルシ
フトのうち、最も近接している２種類のケミカルシフト
の周波数差以下の値に、高周波パルスの帯域を設定し、
中心周波数が所定のケミカルシフトの周波数に設定さ
れ、所定の核スピンを励起するための高周波パルスを、
被検体内のスライスを選択するための第１方向の傾斜磁
場を印加のもとに前記被検体に照射する第１のステップ
と、勾配を反転させた第１方向の傾斜磁場を印加のもと
に、第１のステップにおいて照射した高周波パルスの位
相を１８０°反転させて被検体に照射し、所定の核スピ
ン以外の核スピンを励起する第２のステップと、第１、
第２、第３方向の傾斜磁場のうち少なくとも１つを印加
して、第１および第２のステップにおいて励起された所
定の核スピン以外の核スピンを擬似飽和させる第３のス
テップと、第１方向の傾斜磁場を印加のもとに、前記第
１のステップ又は第２のステップで印加した高周波パル
スを照射して、所定の核スピンを励起するステップ４
と、第４のステップの結果生じた磁気共鳴信号を計測す
る第５のステップとを有することに特徴がある。詳細に
いうと、計測対象とする複数のケミカルシフトのケミカ
ルシフトの種類毎に第１のステップから第５のステップ
を繰り返すこと、核の磁化が回復するのを待つための期
間内に、計測対象とする複数のケミカルシフトのケミカ
ルシフトの種類毎に第１のステップから第５のステップ
を繰り返すこと、第１のステップから第５のステップを
繰り返す、繰り返しの時間間隔を、計測対象とする核ス
ピンの縦緩和時間に比べて短くすること、第５のステッ
プにおいて、複数方向の傾斜磁場のうち、少なくとも一
方向の傾斜磁場の勾配極性を周期的に反転させて印加す
ること、に特徴がある。

【０００８】本方法では、ある帯域を有するスペクトル
全域を１度に計測するのではなく、計測対象とするピー
クの存在する領域だけを個々に測定する。なお、磁気共
鳴信号を検出するさい、観測するスペクトル帯域を、計
測対象とするピークのピーク幅の値まで任意に設定でき
る。これまで説明した第１から第３の方法において、プ
レスキャン、即ち、本測定を行う以前に空間情報を付与
する傾斜磁場の印加を排除したパルスシーケンスを用い
た測定を行うことにも特徴がある。

【０００９】

【作用】第１の方法の特徴により、傾斜磁場の勾配極性
を反転させる周期の逆数によって決定される観測スペク
トル帯域を、計測対象とするｎ種類のケミカルシフトの
うち、最も離れている２種類のケミカルシフトの周波数
差より小さい値に設定することにより、空間分解能を向
上させることができる。１回のエコートレイン信号の計
測で観測するスペクトル帯域を、所定の帯域を有するス
ペクトルの全域ではなく、その全域よりも狭いある制限
された帯域とする。観測スペクトル帯域を狭めたさい、
画像再構成処理後のケミカルシフトスペクトルにおい
て、観測スペクトルの帯域外にあるピークは観測帯域内
に折り返し重畳する場合が生じるが、観測帯域外のピー
クがナイキストのサンプリング定理に従って観測帯域内
に折り返し重畳する位置は、観測帯域の大きさおよび観
測帯域の中心周波数により変化させることができ、帯域
内のピークとの重畳を避けるように調整することができ
る。従って、実質的な観測スペクトル範囲を拡大するこ
とが可能となる。すなわち、空間分解能とスペクトル帯
域を独立に設定することが可能となる。第１の方法にお
いて、観測帯域内のピークへの重畳を避ける調整ができ
ない場合には、第２の方法で説明したように、演算処理
によって重畳波形を分離することができ、実質的な観測
スペクトル範囲を拡大することが可能となる。すなわ
ち、空間分解能とスペクトル帯域を独立に設定すること
が可能となる。

【００１０】第３の方法の特徴により、ある帯域を有す
るスペクトル全域を１度に計測するのではなく、計測対
象とするピークの存在する領域だけを個々に測定するの
で、有用なピークの存在しない領域を計測するという無
駄を省くことができ、さらに得られたピークをケミカル
シフト軸方向に連ねることにより、実質的な観測スペク
トル範囲を拡大することができる。また１つのケミカル
シフトに相当するピークを観測するさいのスペクトル帯
域は、そのピークのピーク幅の値まで任意に設定するこ
とができ、空間分解能を向上させることができる。従っ
て、実質的な観測スペクトル範囲と空間分解能を独立に
設定することができる。しかし、計測対象とするピーク
の存在する領域だけを個々に測定するためには、言い替
えれば、計測対象とするケミカルシフトを有する原子核
の核スピン毎の励起およびその信号計測を行うために
は、計測対象以外のケミカルシフトを有するその他の原
子核の核スピンを選択的に擬似飽和させる必要がある。
なぜなら、擬似飽和を行わなかった場合、スライス選択
用の傾斜磁場を印加するとともに帯域制限した高周波パ
ルスを照射して、選択スライス内の計測対象とするケミ
カルシフトを有する原子核の核スピンだけを励起しよう
としても、いわゆる「ケミカルシフトによるスライスず
れ」の分だけ、選択スライスとは位置が異なるスライス
に含まれる計測対象外のケミカルシフトを有する原子核
の核スピンも、同時に励起されてしまうからである。

【００１１】第３の方法では、複数のケミカルシフトを
有する原子核を含む被検体に対して、印加する高周波パ
ルスの周波数帯域を、分離対象とするｎ種類のケミカル
シフトのうち、最も近接している二種類のケミカルシフ
トの周波数差以下に設定し、また高周波パルスの中心周
波数を所定のケミカルシフトの周波数に設定し、スライ
スを選択するための傾斜磁場を印加するとともに高周波
パルスを照射することにより、異なるケミカルシフトを
有する原子核毎に互いに重複しないスライス内の核スピ
ンが選択励起されることになる。続けて、勾配反転させ
たスライスを選択するための傾斜磁場を印加するととも
に位相を１８０°反転させた高周波パルスを照射するこ
とにより、高周波パルスの中心周波数に対応するケミカ
ルシフトを有する原子核の核スピンに関しては熱平衡状
態に戻し、それ以外のケミカルシフトを有する原子核の
核スピンに関しては、先に選択されたスライスとは別の
スライス内の核スピンが選択励起されることになる。さ
らに、ディフェイズ用の傾斜磁場を印加することによ
り、励起状態にある、高周波パルスの中心周波数に対応
するケミカルシフトを有する原子核以外の原子核の核ス
ピンを擬似飽和させる。さらに続けて、スライスを選択
するための傾斜磁場を印加するとともに高周波パルスを
照射することにより、高周波パルスの中心周波数に対応
するケミカルシフトを有する原子核の核スピンだけを励
起することができる。そして、２次元的な空間情報とケ
ミカルシフト情報が付与された磁気共鳴信号を検出し、
画像再構成処理を施すことにより、複数のケミカルシフ
トのうちの所定のケミカルシフトを有する原子核の空間
分布画像が得られる。なお、磁気共鳴信号を検出するさ
い、観測するスペクトル帯域を、観測対象となるピーク
のピーク幅の値まで任意に設定することができるため、
傾斜磁場の反転周期を長くするができ、空間分解能を向
上させることができる。以上、説明した１連の操作を、
高周波パルスの中心周波数を各ケミカルシフトの周波数
に設定して行うことにより、ｎ種類のケミカルシフト画
像、あるいはｎ種類のケミカルシフト画像の少なくとも
一部を積算した原子核密度画像を得られる。またこの
時、得られたピークをケミカルシフト軸方向に連ねるこ
とにより、実質的な観測スペクトル帯域を拡大すること
ができる。従って、空間分解能とスペクトル帯域を独立
に設定することが可能となる。

【００１２】また第３の方法において、ｎ種類の異なる
ケミカルシフトを有する原子核の核スピンの種類を変え
て、ｎ種類の異なるケミカルシフトに関する励起および
磁気共鳴信号計測を続けて行い、さらに、ｎ種類の異な
るケミカルシフト毎に磁化の回復を待って、励起および
磁気共鳴信号計測を複数回繰り返す。この複数回繰り返
して行う各ケミカルシフト毎の励起の時間間隔を、計測
対象とする核スピンの種類の縦緩和時間に比べて十分短
くすることにより、計測時間を延長させることなく空間
分解能とスペクトル帯域を独立に設定することが可能と
なる。

【００１３】また以上の各方法において、プレスキャ
ン、すなわち本測定を行う以前に空間情報を付与する傾
斜磁場の印加を排除したパルスシーケンスを用いた測定
により、被検体内に含まれるケミカルシフトスペクトル
を、予め計測しておくことにより、効率のよいケミカル
シフトに関する情報の体内分布を得ることができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図を用いて説明す
る。図１に、本発明が適用される磁気共鳴イメージング
装置の構成を示す。被検体１は、静磁場発生マグネット
２により生成された一様な静磁場中に配置される。異な
る三方向で傾斜磁場発生させるための傾斜磁場発生コイ
ル３を用いてスライス選択用の傾斜磁場を印加するとと
もに、プローブ４により高周波パルスを被検体１に照射
する。これにより、観測対象とするスライスを選択励起
し磁気共鳴現象を生じさせて、被検体１内から発生する
磁気共鳴信号をプローブ４により検出する。計算機５を
用いて磁気共鳴信号から画像情報を生成し、ディスプレ
イ６に表示する。なお、傾斜磁場発生コイル３用の駆動
用電源部７、送信器８および受信器９は、シーケンス制
御装置１０により制御される。

【００１５】図２は、本発明の適用対象となる、生体の
ケミカルシフトに関する情報の体内分布を高速に測定す
る高速ＭＲＳＩ法のパルスシーケンス例であり、スピン
エコーを用いた従来例である多重エンコード法の例を示
す。このシーケンスについて以下、簡単に説明を行う。
スライス選択用の傾斜磁場Ｇ_ZにＧｓ₁を印加するととも
にＳＩＮＣ波形等を有した高周波パルスＲＦ₁を照射す
ることにより、観測対象とするスライス内の核スピンを
９０°倒し励起状態にする。次に、位相エンコード用の
傾斜磁場Ｇｙを印加することにより、励起により生じた
磁気共鳴信号にＹ軸方向の空間情報の付与を行う。さら
に、ＲＦ₁の照射から時間、Ｔｅ／２後に、スライス選
択用の傾斜磁場Ｇ_ZにＧｓ₂を印加するとともにＳＩＮＣ
波形等を有した高周波パルスＲＦ₂を照射することによ
り、励起状態にある核スピンを１８０°反転させる。そ
して、磁気共鳴信号（Ｓig）を計測するさいに、傾斜磁
場Ｇｘの勾配極性を周期的に反転させて印加し、Ｘ軸方
向の空間情報を含んだエコー信号を連続的に発生させる
（以下、この信号をエコートレイン信号と呼ぶ）。な
お、Ｇｓ₁’は励起された核スピンの位相を戻すために
印加している。以上説明した操作を、エンコード用の傾
斜磁場Ｇｙの印加強度を段階的に変化させ、Ｙ軸方向の
ピクセル数に相当する回数分、繰り返し時間Ｔｒの間隔
で繰り返す。得られた３次元データ配列に、３次元フー
リエ変換を施すことにより、ケミカルシフト画像を構成
することができる。しかし、上記で説明した方法には、
先に述べたように、空間分解能とスペクトル帯域を独立
に設定できないという問題点がある。

【００１６】本発明の磁気共鳴イメージング方法および
装置においては、上記の問題点を解決するために、１回
のエコートレイン信号の計測で観測可能なスペクトル帯
域を、観測対象とするある帯域を有するスペクトルの全
域ではなく、その全域よりも狭いある制限された所定の
帯域とする。これにより、空間分解能を向上させること
ができる。しかし、観測スペクトル帯域を狭めたさい、
観測帯域外にあるピークが、ナイキストのサンプリング
定理に従って観測帯域内に折り返し、観測帯域内のピー
クに重畳してくる場合がある。この時、前記観測帯域外
のピークが観測帯域内に折り返し重畳する位置は、観測
帯域の大きさおよび観測帯域の中心周波数により変化さ
せることができるので、両者のうち少なくともいずれか
を調整することにより帯域内のピークとの重畳を避ける
ことができる。これにより、実質的な観測スペクトル範
囲を拡大することが可能となる。即ち、空間分解能と観
測スペクトル帯域を独立に設定することが可能となる。

【００１７】（第１の実施例）第１の実施例を以下に説
明する。一例として、プレスキャン、即ち予め本測定を
行う以前に、図２から傾斜磁場ＧｘおよびＧｙを排除し
たパルスシーケンスを用いた計測を行うことによって、
被検体内に図３（ａ）に示す３つのピークを含むスペク
トルを有する物質が存在することが判明している場合に
ついて説明する。なお、ピークＡを示す物質Ａ、ピーク
Ｂを示す物質ＢおよびピークＣを示す物質Ｃの共鳴周波
数をそれぞれｆa〔Hz〕、ｆb〔Hz〕およびｆc〔Hz〕と
する。図２に示した多重エンコード法のシーケンスにお
いて、傾斜磁場Ｇｘの勾配極性を反転させる周期を長く
することにより、この反転周期の逆数によって決定され
る観測スペクトル帯域を（ｆa−ｆc）〔Hz〕より小さい
値に設定し、磁気共鳴信号の計測および画像再構成処理
を行う。図３（ｂ）に示すスペクトルは、画像再構成処
理後のあるピクセルのケミカルシフトスペクトルであ
る。このように観測帯域を狭めた場合、観測帯域外のピ
ークＡが、ナイキストのサンプリング定理に従って観測
帯域内に折り返しピークＣに重畳する。この時、ピーク
Ａが観測帯域内に折り返し重畳する位置は、観測帯域の
大きさおよび観測帯域の中心周波数により変化させるこ
とができるため、例えば図３（ｃ）のように観測帯域を
設定した場合には、ピークの重畳を避けることができ
る。従って、物質Ａ、物質Ｂおよび物質Ｃ各々の空間分
布像を得ることができる。また、複数個（Ｎ個）のピー
クを含むスペクトルを有する物体の測定を行う場合に
も、同様の操作を行うことにより、観測スペクトル範囲
と空間分解能を独立に設定することが可能となる。

【００１８】（第２の実施例）第１の実施例では、観測
スペクトル帯域を狭めると、観測帯域外にあるピーク
が、ナイキストのサンプリング定理に従って折り返し、
観測スペクトル帯域内に重畳することがある。この場合
には、クウォータリィオブアプライドマスマティ
ックス（ Quarterly of Applied Mathmatics ）第２
巻、第２号、第１６４−１６８頁（１９４４年)等に記
載のリーベンバーグ（ Levenberg ）による提案のダン
プドリーストスクエアーズ（ Damped Least Square
s ）法等を用いることによって重畳波形を分離すること
ができる。これにより、実質的な観測スペクトル範囲を
拡大することが可能となる。即ち、空間分解能と観測ス
ペクトル帯域を独立に設定することが可能となる。この
方法を具体的に以下に示す。一例として、プレスキャ
ン、即ち予め本測定を行う以前に、図２から傾斜磁場Ｇ
ｘおよびＧｙを排除したパルスシーケンスを用いた計測
を行うことによって、被検体内に図４（ａ）に示す３つ
のピークを含むスペクトルを有する物質が存在すること
が判明している場合について説明する。なお、ピークＡ
を示す物質Ａ、ピークＢを示す物質ＢおよびピークＣを
示す物質Ｃの共鳴周波数をそれぞれｆa〔Hz〕、ｆb〔H
z〕およびｆc〔Hz〕とする。図２に示した多重エンコー
ド法のシーケンスにおいて、傾斜磁場Ｇｘの勾配極性を
反転させる周期を長くすることにより、この反転周期の
逆数によって決定される観測スペクトル帯域を（ｆa−
ｆc）〔Hz〕以下の値に設定し、磁気共鳴信号の計測お
よび画像再構成処理を行う。図４（ｂ）に示すスペクト
ルは、画像再構成処理後のあるピクセルのケミカルシフ
トスペクトルである。このように観測帯域を狭めた場
合、観測帯域外のピークＡが、ナイキストのサンプリン
グ定理に従って観測帯域内に折り返しピークＣに重畳す
る可能性が有る。ここで、ダンプドリーストスクエ
アーズ（ Damped LeastSquares ）法等を用いることに
よって、図４（ｃ）に示すように重畳波形の分離を行
い、折り返していたピークＡを本来の位置に戻すことに
より図４（ａ）と同等のスペクトルを得ることができ
る。さらに、重畳波形の分離を各ピクセルのスペクトル
毎に行うことによって、物質Ａ、物質Ｂおよび物質Ｃ各
々の空間分布像を得ることができる。また、複数個（Ｎ
個）のピークを含むスペクトルを有する物体の測定を行
う場合にも、同様の操作を行うことにより、観測スペク
トル範囲と空間分解能を独立に設定することが可能とな
る。また第１および第２の実施例に記載した方法を、従
来技術であるＥＰＳＭ法およびＰＲＥＰ法などの、その
他の高速ＭＲＳＩ法に適用することにより、同様の効果
を得ることができる。

【００１９】（第３の実施例）また、本発明の磁気共鳴
イメージング方法および装置においては、観測対象とす
るある帯域を有するスペクトル全域を１度に計測するの
ではなく、計測対象とするピークの存在する領域だけを
個々に測定する。これにより、有用なピークの存在しな
い領域を計測するという無駄を省くことができ、さらに
得られたピークをケミカルシフト軸方向に連ねることに
より、実質的な観測スペクトル範囲を拡大することがで
きる。また１つのケミカルシフトに相当するピークを観
測するさいのスペクトル帯域は、そのピークのピーク幅
の値まで任意に狭めることが可能となり、この方法を具
体的に以下に示す。一例として、プレスキャン、即ち予
め本測定を行う以前に、図２から傾斜磁場ＧｘおよびＧ
ｙを排除したパルスシーケンスを用いた計測を行うこと
によって、被検体内に図５に示す２つのピークを含むス
ペクトルを有する物質が存在することが判明している場
合について説明する。なお、ピークＡを示す物質Ａおよ
びピークＢを示す物質Ｂの共鳴周波数をそれぞれｆa〔H
z〕およびｆb〔Hz〕〕とする。ピークＡおよびピークＢ
の存在する領域だけを個々に測定するためには、言い替
えれば、物質Ａに含まれる原子核の核スピンの励起およ
びその信号計測と、物質Ｂに含まれる原子核の核スピン
の励起およびその信号計測とを、それぞれ独立に行うた
めには、物質Ａに含まれる原子核の核スピンの励起およ
びその信号計測のさいには物質Ｂに含まれる原子核の核
スピンを選択的に擬似飽和させ、物質Ｂに含まれる原子
核の核スピンの励起およびその信号計測のさいには物質
Ａに含まれる原子核の核スピンを選択的に擬似飽和させ
る必要がある。

【００２０】物質Ｂに含まれる原子核の核スピンを選択
的に擬似飽和させ、物質Ａに含まれる原子核の核スピン
だけを励起するために、図６（ａ）に示す３段階から成
るシーケンスを従来の高速ＭＲＳＩ法シーケンス、例え
ば図２に示した多重エンコード法のシーケンスの前段に
追加する。第１段階として、中心周波数ｆa〔Hz〕の高
周波磁場（例として、位相を＋ｘとしておく）と、スラ
イス選択用の傾斜磁場Ｇz（例として、勾配極性を正と
しておく）とを同時に印加する。図６（ｂ）は、追加シ
ーケンスによって励起および飽和させる領域を物質毎に
表したものである。第１段階の操作により、観測スライ
ス内の物質Ａの核スピンだけではなく、観測スライス外
の物質Ｂの核スピンも励起される（斜線で示す領域）。
これは、高周波磁場の周波数帯域を(ｆb−ｆa)〔Hz〕に
設定することにより、「ケミカルシフトによるスライス
ずれ」が丁度スライス厚１枚分になるようにしているた
めである。第２段階として、位相を実質的に１８０°反
転させた高周波磁場（位相は−ｘとなる）と、勾配極性
を反転させたＧz（勾配極性は負となる）とを同時に印
加する。この操作により、観測スライス内の物質Ａの核
スピンは強制的に元の熱平衡状態に回復させられ、物質
Ｂでは観測スライス外の別の領域の核スピンが励起状態
になる。第３段階では、スポイル用の傾斜磁場Ｇz、Ｇx
およびＧyを同時に印加する。この操作により、励起状
態であった物質Ｂの核スピンが擬似飽和状態となる（黒
く塗りつぶした領域）。この後に続く従来の高速ＭＲＳ
Ｉ法シーケンス、例えば図２に示した多重エンコード法
シーケンスにおいて、第１段階もしくは前記第２段階と
同じ高周波磁場（位相は、＋ｘと−ｘのどちらでも良
い）およびＧz（勾配極性は、正負どちらでも良い）を
用いて励起を行うことにより、観測スライス内の物質Ａ
の核スピンだけを実質的に励起することができる。この
時、物質Ｂの核スピンは飽和状態であるため実質的に励
起されない。

【００２１】従って、選択飽和シーケンスンスに引き続
き高速ＭＲＳＩ法シーケンス、例えば図２に示した多重
エンコード法シーケンスを実行することにより、物質Ａ
の信号だけを計測することが可能となる。高周波磁場の
中心周波数をｆb〔Hz〕に設定して同様の操作を行うこ
とにより、物質Ｂの信号だけを計測することも可能とな
る。これらの２種類の操作をそれぞれ、位相エンコード
の回数分だけ繰り返し行うことにより、物質Ａだけの画
像および物質Ｂだけの画像を、それぞれ単独に取得する
ことが可能となる。しかし、物質Ａだけの画像取得およ
び物質Ｂだけの画像取得を順次行っていたのでは、従来
の２倍の測定時間が必要となる。そこで図７（ａ）に示
す測定手順で信号計測を行う。即ち、物質Ａだけの信号
の計測および物質Ｂだけの信号の計測という２回の信号
計測を従来と同じ繰り返し時間Ｔr内に行い、この操作
を位相エンコードの回数分だけ繰り返す。観測スライス
内の核スピンに注目すると、やはり従来と同じ繰り返し
時間Ｔrでの励起・計測が繰り返される（図７
（ｂ））。これはすでに述べたように、選択飽和を行う
さいに「ケミカルシフトによるスライスずれ」が丁度ス
ライス厚１枚分になるようにしているためである。これ
により、一方の核スピンが熱平衡状態に自然に回復する
のを待つ時間（即ち、繰り返し時間Ｔrから信号計測に
要する時間を差し引いた時間に等しい）に、すでに熱平
衡状態付近まで回復（磁化の回復）した他方の核スピン
からの磁気共鳴信号の計測を行うことが可能となる。従
って、従来と同じ測定時間で物質Ａおよび物質Ｂの空間
分布像を得ることができる。

【００２２】同様にして、複数個（Ｎ個）のピークを含
むスペクトルを有する物体の測定を行う場合にも、各物
質毎の信号計測を従来と同じ繰り返し時間Ｔr内に行
い、この操作を位相エンコードの回数分だけ繰り返す。
これにより、従来の測定時間でＮ個の物質毎の空間分布
像を得ることができる。即ち、実質的なスペクトル帯域
を任意に拡げることが可能となる。なお擬似飽和シーケ
ンスとして、ラジオロジー（ Radiology ）第１５６
巻、第４４１−４４４頁（１９８５)等に記載されたチ
ェス（ CHESS ）法や、ジャーナルオブマグネティ
ックレゾナンス（ Journal of Magnetic Resonance
）第５５巻、第２８３頁（１９８３)等に記載された２
項式パルス法を用いることもできる。ただしこの場合、
Ｎ個のピークを含むスペクトルを有する物体の測定を行
うさいには、従来のＮ倍の測定時間が必要となる。

【００２３】また、第３の実施例に記載した方法を、従
来の技術であるＥＰＳＭ法およびＰＲＥＰ法などの、そ
の他の高速ＭＲＳＩ法に適用することにより、同様の効
果を得ることができる。また、第３の実施例に記載した
方法を、ジャーナルオブマグネティックレゾナンス
（ Journal of Magnetic Resonance ）第２９巻、第３
５５−３７３頁（１９７８)等に記載されたエコープラ
ナー（ Echo Planar）法に適用することにより、ある一
つの物質の空間分布像だけを高速に得ることが可能とな
る。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、高速ＭＲＳＩにおい
て、空間分解能とスペクトル帯域を独立に設定可能な磁
気共鳴イメージング方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される磁気共鳴イメージング装置
の構成図。

【図２】従来法の多重エンコード法のパルスシーケン
ス。

【図３】実施例１が適用される３つのピークを含むスペ
クトルの例。

【図４】実施例２が適用される３つのピークを含むスペ
クトルの例。

【図５】実施例３が適用される２つのピークを含むスペ
クトルの例。

【図６】本発明における選択擬似飽和させるためのシー
ケンス。

【図７】計測時間を短縮するための計測手順を示す図。

【符号の説明】

ＲＦ…高周波磁場、ＲＦ₁…９０°パルス、ＲＦ₂…１８
０°パルス、Ｇｚ…Ｚ軸方向の傾斜磁場、Ｇｙ…Ｙ軸方
向の傾斜磁場、Ｇｘ…Ｘ軸方向の傾斜磁場、Ｇs₁…９０
°スライス磁場、Ｇs₂…１８０°スライス磁場、Ｇs_1'
…スライス位相戻し磁場、Ｇe₁及びＧe₂…位相エンコー
ド用傾斜磁場、Sig…磁気共鳴エコートレイン信号、Ｔe
…エコー時間、Ｔr…測定繰り返し時間、ピークＡ…物
質Ａから発生する信号、ピークＢ…物質Ｂから発生する
信号、ピークＣ…物質Ｃから発生する信号、ｆa…物質
Ａの磁気共鳴周波数、ｆb…物質Ｂの磁気共鳴周波数、
ｆc…物質Ｃの磁気共鳴周波数、Ｆ、Ｆ₁及びＦ₂…観測
スペクトル帯域、Ｌ、Ｌ₁及びＬ₂…ピークＡの折り返し
位置、ｆ₀及びｆ₁…観測スペクトル帯域の中心周波数。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所 8105−2ＪＧ０１Ｎ 24/02 ５３０Ｋ 8105−2Ｊ 24/08 ５２０Ｙ (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

【特許請求の範囲】

【請求項１】静磁場、互いに異なる三方向に傾斜磁場が
印加される空間に置かれた被検体に高周波パルスを照射
することにより前記被検体中の核スピンを励起し、これ
により生じる磁気共鳴信号を計測し、計測された磁気共
鳴信号にフーリエ変換を行い、ケミカルシフトスペクト
ル、ケミカルシフト画像、原子核密度画像の少なくとも
いずれかを得る磁気共鳴イメージング方法において、計
測対象とする複数のケミカルシフトのうち、最も離れて
いる２種類のケミカルシフトの周波数差以下の値に、観
測スペクトル帯域を設定するステップを有することを特
徴とする磁気共鳴イメージング方法。
【請求項２】前記複数方向の傾斜磁場のうち、少なくと
も一方向の傾斜磁場の勾配極性を周期的に反転させて印
加することを特徴とする請求項１に記載の磁気共鳴イメ
ージング方法。
【請求項３】前記観測スペクトル帯域の帯域幅、前記観
測スペクトル帯域の中心周波数の少なくともいずれかを
設定するステップをさらに有し、前記観測スペクトル帯
域内のピークと、前記観測スペクトル帯域外にある磁気
共鳴信号のピークが前記観測スペクトル帯域内に折り返
して生じた磁気共鳴信号のピークとが、重畳しないよう
にすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の
磁気共鳴イメージング方法。
【請求項４】前記観測スペクトル帯域内のピークと、前
記観測スペクトル帯域外にある磁気共鳴信号のピークが
前記観測スペクトル帯域内に折り返して生じた磁気共鳴
信号のピークとが、重畳した磁気共鳴信号のピークを演
算処理により分離するステップをさらに有することを特
徴とする請求項１又は請求項２に記載の磁気共鳴イメー
ジング方法。
【請求項５】前記被検体内の所定のスライスに存在する
ケミカルシフトのペクトルを、予め計測することを特徴
とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の磁気共
鳴イメージング方法。
【請求項６】静磁場が印加された空間に置かれた被検体
にスライスを選択するための第１方向の傾斜磁場を印加
するとともに核スピンを励起するための高周波パルスを
照射し、次いで位相をエンコードするための第２方向の
傾斜磁場を印加し、所定の時間の後、第１方向の傾斜磁
場を印加するとともに前記励起された核スピンを反転さ
せるための高周波パルスを印加し、第３方向の傾斜磁場
の勾配極性を周期的に反転させて印加して生じる磁気共
鳴信号を計測し、計測された磁気共鳴信号にフーリエ変
換を行い、ケミカルシフトスペクトル、ケミカルシフト
画像、原子核密度画像の少なくともいずれかを得る磁気
共鳴イメージング方法において、計測対象とする複数の
ケミカルシフトのうち、最も離れている２種類のケミカ
ルシフトの周波数差以下の値に、観測スペクトル帯域を
設定し、前記観測スペクトル帯域の帯域幅、前記観測ス
ペクトル帯域の中心周波数の少なくともいずれかを設定
するステップを有し、前記観測スペクトル帯域内のピー
クと、前記観測スペクトル帯域外にある磁気共鳴信号の
ピークが前記観測スペクトル帯域内に折り返して生じた
磁気共鳴信号のピークとが、重畳しないようにすること
を特徴とする磁気共鳴イメージング方法。
【請求項７】静磁場、互いに異なる三方向の第１、第
２、第３方向の傾斜磁場が印加される空間に置かれた被
検体に高周波パルスを照射することにより前記被検体中
の核スピンを励起し、これにより生じる磁気共鳴信号を
計測し、計測された磁気共鳴信号にフーリエ変換を行
い、ケミカルシフトスペクトル、ケミカルシフト画像、
原子核密度画像の少なくともいずれかを得る磁気共鳴イ
メージング方法において、計測対象とする複数のケミカ
ルシフトのうち、最も近接している２種類のケミカルシ
フトの周波数差以下の値に、前記高周波パルスの帯域を
設定し、中心周波数が所定のケミカルシフトの周波数に
設定され、所定の核スピンを励起するための高周波パル
スを、被検体内のスライスを選択するための前記第１方
向の傾斜磁場を印加のもとに前記被検体に照射する第１
のステップと、勾配を反転させた前記第１方向の傾斜磁
場を印加のもとに、前記第１のステップにおいて照射し
た高周波パルスの位相を１８０°反転させて前記被検体
に照射し、前記所定の核スピン以外の核スピンを励起す
る第２のステップと、前記第１、第２、第３方向の傾斜
磁場のうち少なくとも１つを印加して、前記第１および
第２のステップにおいて励起された前記所定の核スピン
以外の核スピンを擬似飽和させる第３のステップと、前
記第１方向の傾斜磁場を印加のもとに、前記第１のステ
ップ又は第２のステップで印加した前記高周波パルスを
照射して、前記所定の核スピンを励起するステップ４
と、前記第４のステップの結果生じた磁気共鳴信号を計
測する第５のステップとを有することを特徴とする磁気
共鳴イメージング方法。
【請求項８】計測対象とする複数のケミカルシフトのケ
ミカルシフトの種類毎に前記第１のステップから前記第
５のステップを繰り返すことを特徴とする請求項７に記
載の磁気共鳴イメージング方法。
【請求項９】核の磁化が回復するのを待つための期間内
に、計測対象とする複数のケミカルシフトのケミカルシ
フトの種類毎に前記第１のステップから前記第５のステ
ップを繰り返すことを特徴とする請求項７に記載の磁気
共鳴イメージング方法。
【請求項１０】前記第１のステップから前記第５のステ
ップを繰り返す、繰り返しの時間間隔を、計測対象とす
る核スピンの縦緩和時間に比べて短くすることを特徴と
する請求項８又は請求項９に記載の磁気共鳴イメージン
グ方法。
【請求項１１】前記第５のステップにおいて、前記複数
方向の傾斜磁場のうち、少なくとも一方向の傾斜磁場の
勾配極性を周期的に反転させて印加することを特徴とす
る請求項７から請求項１０のいずれかに記載の磁気共鳴
イメージング方法。
【請求項１２】前記被検体内の所定のスライスに存在す
るケミカルシフトのペクトルを、予め計測することを特
徴とする請求項７から請求項１１のいずれかに記載の磁
気共鳴イメージング方法。
【請求項１３】静磁場が印加された空間に置かれた被検
体にスライスを選択するための第１方向の傾斜磁場を印
加するとともに核スピンを励起するための高周波パルス
を照射し、次いで位相をエンコードするための第２方向
の傾斜磁場を印加し、所定の時間の後、第１方向の傾斜
磁場を印加するとともに前記励起された核スピンを反転
させるための高周波パルスを印加し、第３方向の傾斜磁
場の勾配極性を周期的に反転させて印加して生じる磁気
共鳴信号を計測し、計測された磁気共鳴信号にフーリエ
変換を行い、ケミカルシフトスペクトル、ケミカルシフ
ト画像、原子核密度画像の少なくともいずれかを得る磁
気共鳴イメージング方法において、計測対象とする複数
のケミカルシフトのうち、最も近接している２種類のケ
ミカルシフトの周波数差以下の値に、前記高周波パルス
の帯域を設定し、中心周波数が所定のケミカルシフトの
周波数に設定され、所定の核スピンを励起するための高
周波パルスを、被検体内のスライスを選択するための前
記第１方向の傾斜磁場を印加のもとに前記被検体に照射
する第１のステップと、勾配を反転させた前記第１方向
の傾斜磁場を印加のもとに、前記第１のステップにおい
て照射した高周波パルスの位相を１８０°反転させて前
記被検体に照射し、前記所定の核スピン以外の核スピン
を励起する第２のステップと、前記第１、第２、第３方
向の傾斜磁場のうち少なくとも１つを印加して、前記第
１および第２のステップにおいて励起された前記所定の
核スピン以外の核スピンを擬似飽和させる第３のステッ
プと、前記第１方向の傾斜磁場を印加のもとに、前記第
１のステップ又は第２のステップで印加した前記高周波
パルスを照射して、前記所定の核スピンを励起するステ
ップ４と、前記第４のステップの結果生じた磁気共鳴信
号を計測する第５のステップとを有することを特徴とす
る磁気共鳴イメージング方法。
【請求項１４】計測対象とする複数のケミカルシフトの
ケミカルシフトの種類毎に前記第１のステップから前記
第５のステップを繰り返すことを特徴とする請求項１３
に記載の磁気共鳴イメージング方法。
【請求項１５】核の磁化が回復するのを待つための期間
内に、計測対象とする複数のケミカルシフトのケミカル
シフトの種類毎に前記第１のステップから前記第５のス
テップを繰り返すことを特徴とする請求項１３に記載の
磁気共鳴イメージング方法。
【請求項１６】前記第１のステップから前記第５のステ
ップを繰り返して複数のケミカルシフトに関する磁気共
鳴信号を計測を行う繰り返しの時間間隔を、計測対象と
する核スピンの縦緩和時間に比べて短くすることを特徴
とする請求項１４又は請求項１５に記載の磁気共鳴イメ
ージング方法。
【請求項１７】前記被検体内の所定のスライスに存在す
るケミカルシフトのペクトルを、予め計測することを特
徴とする請求項１３から請求項１６のいずれかに記載の
磁気共鳴イメージング方法。
【請求項１８】静磁場、互いに異なる三方向の第１、第
２、第３方向の傾斜磁場が印加される空間に置かれた被
検体に高周波パルスを照射することにより前記被検体中
の核スピンを励起し、これにより生じる磁気共鳴信号を
計測し、計測された磁気共鳴信号にフーリエ変換を行
い、ケミカルシフトスペクトル、ケミカルシフト画像、
原子核密度画像の少なくともいずれかを得る磁気共鳴イ
メージング方法において、計測対象とする複数のケミカ
ルシフトのうち、最も近接している２種類のケミカルシ
フトの周波数差以下の値に、前記高周波パルスの帯域を
設定し、中心周波数を所定のケミカルシフトの周波数に
設定するステップと、前記のいずれかの方向の傾斜磁場
により選択された前記被検体のスライス中の所定の種類
の核スピンを前記中心周波数をもつ前記高周波パルスに
より励起状態に、前記スライスの近傍のスライスの核ス
ピンを飽和状態にそれぞれするステップとを有すること
を特徴とする磁気共鳴イメージング方法。