JPS58165046A - 核磁気共鳴を用いた血管の投影像形成方法及び装置 - Google Patents

核磁気共鳴を用いた血管の投影像形成方法及び装置

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JPS58165046A
JPS58165046A JP57224809A JP22480982A JPS58165046A JP S58165046 A JPS58165046 A JP S58165046A JP 57224809 A JP57224809 A JP 57224809A JP 22480982 A JP22480982 A JP 22480982A JP S58165046 A JPS58165046 A JP S58165046A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、核磁気共鳴を用いた医療用像形成装置に係る
。本発明は、その主たる使用目的においては、血管内に
流れる血液により血管の投影像を形成する方法及び装置
に係る。その他の使用目的には、移動物質の一般的な投
影像形成が含まれる。
核磁気共鳴(NMR)は、医療用像形成の新しい技術で
ある。これは完全忙非侵襲性であシ、イオン化放射線を
伴なうものでは々い。非常に一般的な言い方をすれば、
局部磁気に比例した特定のスピン周波数において磁気モ
亡メントが形成される。
これらスピンの減衰により′竺じる高周波信号がピック
アップ・イーを用いてW俗言れる。磁界を操作すること
により、種々の容積体領域を表わす1組の信号が発生き
れる。これら信号は、物体の密度の立体偉を形成するよ
うに合成される。
NMRK関する一連の論文が1980年6月発行のI 
EEE Transactions on Nucle
ar 5cienceオN8−27巻牙1220−12
55頁に掲載されている。NMRの基本的な考え方は、
W、V、 )(ous・著の文献″NMRの原理の紹介
”の第1220−1226−に述べられている。
多数の3次元的な方法が既に説明されている。
その中の重要な方法がP 、 V、 Lauterbu
r及びC、M。
Lou著の文献”投影からの偉再構成によるゼウグマト
グラフイ(Zeugmatography )”の第1
227−1231頁に記載されている。この方法では、
強力な軸方向磁界に対して直線磁界勾配が重ねられる。
この勾配により、この勾配に対して直角の方向の容積体
内の各平゛面は異ならた共鳴周波数を受ける。
成る周波数スヘ、クトルを含むバーストを用いて各平面
が同時K #;、ン→される。励起後に受!シた信号が
次いでフーリ薗変換され、その+a々の成分が得られる
。各周波数における振巾は陽子密度の平面積分値を表わ
している。平面配列体に関する情報を収集するようKs
々の方向の磁界勾配を用いてこの方法を繰返すことがで
きる。これらの平面積分値を用いて、成る容積体の2次
元投影像を形成することもできるし、或いは成る容積体
内の各ポクセクの陽子密fllK関する6次元情報を形
成することもできる。
緯影像の平面VC@角な実質的に全ての平面の積分密度
を得るこ、とによシ瞠影像が得られる。全ての角度及び
位置において必要とされる平面の全数は2次元投影像の
ピクセルや数忙はy等しい。像の再構成法としては、現
在のコンピユータ化きれた断層撮影システムに広く利用
されている”投影体からの古典釣合構成法”が含まれる
。最も一般的に利用されている方法は旋回型背面投影(
eon−volution−back proj・et
ion )である。
丘れKよシ形成される2次元投影像は血管の一形成とし
NU多数の欠点がある。先ず牙1に、介在構造組−が重
畳されるために、血管を目で見て、狭窄即ち狭縮を診断
するこ、とが非常に困−となる。
第251.この−形率法では、その性質上、全ての測定
値が各々の再構成ビクセルに影響を疎ぼす。
これによシ、儂は動きに対して[K敏感なものと々る。
対象物が動くと、対象物がその投影像に一致し々いよす
な非合致部が生じるため、に像にぶれが生じてしまう。
これらのぶれはしばしば所望の情報を不明瞭なものKす
る。   、 介在構造組−の上記問題を解決するため、断面像を形成
する3次元再構成が行なわれている。
Lauterbur f(の論文−述べられたこの解決
策は1.各々の角度で対象物、を、通して見た2次元投
影像の配列体を形成することに関するものである。。こ
れらの投影像にみられる線は1対象物の断面平面の纏積
分即ち投影を表わして諭る。従って、古典的再構成技術
を用いれば、所望の断面平面を再構成することができる
、上記論文に述べられた理由で、中間2次元投影は使用
きれない。    −これらの断il!偉には介在構造
組織が入らないが、これは血管の像形成には適していな
い。血管の像形成は、どん々形式であっても、即ちX#
iIKよるものであってもNMRによ、るものであって
も、2次元投影像の場合に最も良好に行なわ−れる、断
面は単に血管の切片を示すものに過ぎない。更に、3次
元データを得る忙は、比較的長時間を要し、従って身体
の種々の生理学的運動によって9に色々なぶれが生じる
NMR像形成データを収集して処理する別の一般的な方
法が1核磁気共鳴儂形成:多膚感知法”と題するE、R
’、 Andrsw氏の文献の第1232−1238頁
に述べられている。この方法では、当該容積体中の個々
のボクセルからデータを祷る選択装置が使用される。こ
れは成る勾配の動的便化磁界を用いて行なわれる。一般
にこれらの動的な磁界では、経時変化磁界を含まない小
領域以外の全ての領域がゼolで積分場れる。従って周
波数の異なる経時変化磁界が3つの直交軸に4木られた
場合には、単1点即ちボクセルのみが経時変;化しない
。それ故、信号はこの点のみを表わし、゛、投影体から
の再構成は不要である。      □″:″・・  
    □この方式の欠点は、1度に1つのボクセルか
らしか信号が得られないので、データ収集時間が非常圧
長くか\ることである。充分なSN比を与えるためには
、各ボクセルととに相当な時間を費さねばならない。こ
の問題は、2つの軸に動的勾配を使用しそして第3の軸
に静的勾配を使用することによシ軽減される。従って、
牙3軸の方丙においては、各位置が異なった周波数に対
応する。広帯域励起を用いそして受信信号を7−リエ変
換した一場合には、周波数スペクトルによシ成る線に沿
ったボクセル配列゛体の密度が同時に与えられる。
この線は、1つの線を除く全ての線の平均がゼロになる
ような2つの直交動的勾配の交点に対応する一線である
この方法では、投影体から再構成を行々う場合に生じる
動きKよるぶれは回避されるが、いぜんとしてデータ収
集時間が比較的長いと共に、呼吸や心臓鼓動を含む生鴫
学的な運動によシネ明瞭な部分゛が生じる。艶に9この
方法は3次元の像形成方法であり、これは−に%述べた
ように1血管の像形成には一般に適していない。
ij!に別の像形成方法は線又は点選択法であり、Cれ
は”NMR像形成用の選択放射線走査技術”と題するり
、E、 Crooks着の文献の第1239−1244
員に述べられている。この−・般的な解決策は多数の形
態を有している。その1っにおいては、静的゛勾配と、
適当な形状のパルスと、選択パルスとを用いて、1つの
当該平面が励起される。この励起された平面により生じ
た信号が記憶される。平衡状態に達した後、上記平面に
直交する平面がflK高い強度で励起□され、磁化が逆
転され即□ち負にされる。・この形式の照射では、受信
信号が発生これない。従って、当該平面を選択的に励起
し、それKより生じる信号を記憶することにより最初の
工程が繰返される。然し乍ら、この場合には、当該平面
はこれに直交する平面がllK高い強度で励起される”
ことによシ飽和されているので、当゛該平面の線は外れ
となる。従って、発生される信号には交線が含まれない
。牙1番目に記憶された信号と第2番目に記憶された信
号とを単に差し引きしたものが交線となる。邑該平面内
の多数の角度及び位置罠おいて種々の線を測定してこの
差し引き操作−を用いることKより、投影体から゛の古
典的な再構成技術を用いて平面の再構成偉が形成される
互いに直交する平面の線交差を用いた別の解決策では、
差し引き操作が除去される。この場合は片方の直交平面
が逆の放射で直ちに励起される。
交差線は、後でスピンエコー信号を形成するように作用
を受ける。従って、後で、この信号は所望の線のみを表
わす。この場合も、線゛積分信号の配゛列体を用いて断
面像が形成される。
特定の当該平面以外の全ての平面を飽和させる同様の感
矧点及び感知線方法が示唆されている。
このよう々飽和の直後に直交方向に同様の励起が行なわ
れ、成る線以外の全平面が飽和される。線積分信号を得
ることもできるし、或いは牙6の直交励起を用いて点即
ちボクセルから信号−を得ることもできる。飽和は、励
起周波数に対応する領域を磁化するような磁界勾配の存
在中で、比較的長時間巻、オL457−L462頁に掲
載されたA、N。
Garroway、 P、に、 Grannelt及び
P、 Mansfield着の6選択照射プロセスによ
るNMR偉形成”と題する論文に述べられている。
NMR偉形成に関する更に別の技術が、1981年に東
京の医学書院社によシ出版された”医学用の核磁気共鳴
偉形成”という最近の本に掲載されている。コの本の牙
6章には、L#r@nee E、 Crook Kよる
1種々の偉形成技術の概!!”という論文が掲載されて
いる。これに加えて、罠に別の平面積分技術が第44−
47flK掲載されている。これ忙よれば、各平面積分
は平面に直角な磁界勾配を与えること罠よ〕位相エンコ
ード寧れる。磁界勾配を除去すると、平面にθつ九核は
磁界強度に基づいて繰シ返しの位相分布をもつ。空間周
波数の異なる位相分布を用いてこれらの平面積分を得る
こと忙より、平面内の各線に−する情報が得られる。
この情報はフーリエ変換を用いてデコードされる。
この技術はスピンゆがめ(、、、−3n varp )
 骨形成と称されている。
平面に沿った繰り返し分布を形成する[[別の技術が最
近報告されている。然し乍ら、この場合は、高周波励起
磁界の強gK勾配をもたせることにより繰り返し変化が
得られる。この勾配磁界が充分強力なものにされた場合
には、90°励起領域が最大応答を与え0°及び180
1励起領斌が応答を与えないところで平面を横切って繰
シ返し変化が生じる。前記したように1勾配磁界の強さ
が異なるような一連の励起は種々の空間周波数において
繰り返し変化を与え、これらは成る選択でれた平面内の
分布を再構成するように変換することができる。C(7
)プa 4 Xは、Ph1l Trans、 R,So
c、 Lordm。
8289:543−547 (1980年)K掲載され
九〇回転フレームゼウグiトゲラフ”と題するり、I。
)1oult氏の論文に述ぺられている。
これまでに報、告謬れている全てのNMR僚形成システ
ムは、前記:i)シたよう麿多数の理由で血管の骨形成
には不適当1″、、1である。最初に述べ九技術以外の
全ての技術は5・□次元の断面像を形成するのに用いら
れており、これらは血管の偉形成には不適当である。血
管は多数の平面にわたって曲がりくねっており、各々の
断面の値には限度がある。、X線造影法において現在性
なわれている投影像形成は、血管の狭細部ち狭窄を診断
する好ましい形態であることが明確に示これている。最
初に述べ九文献のシステムの場合のように、NMR投影
像形成が考慮された場合には、介在する組織が偉の効果
を著しく低下させる。更に、これらの像は非常に長いデ
ータ収集時間を必要とし、対象物の動きにより甚しいぶ
れを生じる。
J、R,SingIr著の1身体に手をつけずにNMR
によって行々う血液流の測定”と題する流れ測定に関す
る論文が前記のIEEE Transactions 
on NuclearSeienceの第1245−1
249頁に掲載されている。
この論文においては、平均速度に比例するスピンエコー
を移相するという考え方が述べられている。
81■er氏は位相感知及び包路線検出の両方を用い、
3次元像形成技術を用いて全容積体の陽子密度及び流れ
をマツプすることを提案している。これにより作られた
断面像は密度及び流れの両方を示す。
前記したように1これらの像に伴々う主たる問題は、デ
ータ収集時間が非常に長く、これに関連して偉に歪が生
じ、そして断面像で血管の疾病を診断することが比較的
困難なことである。
本発明の目的線、人体内の血管のNMR投影投影形成す
ることである。
本発明の別の目的は、データ収集時間を実質的に減少す
るようにして人体内の血管の分離NMR投影投影形成す
ることである。
本発明、のlJc別の目的は、儂のぶれに対してあまり
敏感で々いようKして血管のNMR儂を形成することで
ある。
本発明の更に別の目的は、移動する物質のNMR投影像
を形成することである。
簡単に説明すると、本発明によれば、成る容積体内の磁
気スピンの2次元投影像が形成される。
静止物質による磁気スピンは打ち消される。移動物質に
よる磁気スピン信号は保持され、人体の血管の2次元投
影像が形成場れる。
以下、絡付図面を参照して本発明の幾つかの実施例を詳
細に説明する。
第1図を説明すれば、本発明の一般的な考え方が最も良
く理解されよう。人体の特定の部位10内の血管11の
偉を形成するものとする。血管の疾病は人間の最大の死
亡原因である。一般の人々を集団検診するため罠は血管
を目で見られるよう圧する非侵襲的な方法が強く要望さ
れる。この形式のやり方では、血管のi影像を形成する
ことが必要である。これは現存のコンピユータ化された
X線断層撮影又はNMR断面儂とは著しく相違する。
血管を追跡するためには非常に多数の切片像が必要とさ
れるのでこれらの切片像は血管の狭縮を判断するにはほ
とんど役立九々い。血管の疾病に対する検診俸を形成す
る場合には断面形式の像形成はほとんど役立九かいこと
が明らかである。又、NMR断面儂は、非均−な磁界に
より生じるぶれに対して特に敏感である。   。
それ故、本発明では、血管め投影慣が形成これる。例え
ば、血管11を含む°門位10の2次元投影儂が形成さ
れる。この投影はxy平面28によって表わされる。
人体構造組織が介在しているために純粋な投影儂では血
管11を見ることができない。X線診断の場合には、造
影剤を注入することにより血管が分離される。本発明で
は、NMR像形成を用い、血管を通る血液12の流動を
利用することによって血管11の分離感れた投影俸が形
成される。プロセッサ29は、高周波励起信号26とあ
いまって、部位10内の相対的静止物質により発生され
るスピン信号を打ち消し、血管11のみによる信号を作
り出すように働く。このよう圧して、造影剤を注入した
りイオン化放射線を用いたすせずK、全くの非侵襲的な
やり方で、所望の善I儂が形成される。
NMR投影投影酸形成徴について説明した後に、部位1
0内の静止物質による信号の打ち消しにりいて説明する
。然し乍ら、一般的には、例えばコイル16及び17:
・Kより励起される磁極片13及び14を用いてl11
I撮、向の主磁界が形成される。コイル16及び17h
同じ方向に磁界を発生するようK[流電源v1  によ
って駆動され、部位10内の当該領域全体罠わたって実
質的に均一の磁界が形成される。これはこの磁気系の中
で最も強力な磁界であり、その強さは約1キロガウスで
ある。
このコイル及びその他のコイルに対し、文字nh−Dは
単なる便宜的なやり方で接続を表わしている。
磁気勾配コイルを用いて特定の領域が選択される。コイ
ル18及び19は電源v2(20)ニよって駆動され、
2方向の勾配磁界を形成する。同様に、コイル23及び
24は部位10の両側に配置これ、電源V3(25)G
Cよって駆動されてX方向の勾配磁界を形成する。均一
磁界を形成するコイル16及び17とは異々す、これら
の勾配磁界コイルは各々の方向に変化する磁界を形成す
るように互いに作用する。
コイル21及び22は、送信器及び受信器の両方の礪能
を果たす高周波コイルである。こ第1らコイルは、□部
位10内に実質的に均一な磁界を形成するように同じ方
向に・昇圧発生する。スイッチ27が送信位置26にあ
る時は、信号発生器■4を用いて部位10内の磁気スピ
ンが励起される。
スイッチ27が受信位置に入れられた時は、部位10の
磁気スピン信号から信号61が受信される。
これら信号はプロセッサ29で処理され、血管11内を
移動する血液12の投影偉が形成これる。
これにより生じる投影儂62は表示装置30に表示され
る。
励起信号26及びプロセッサ29は、部位10の実質的
に静止した構造組織による磁気スピン信号を打ち消し即
ち除去するように共働する。静止物質の磁気スピンによ
る信号を除去する1つの方法が牙2A図及び第2B図に
示されている。ここでは、磁気スピンが励起されそして
2つの異なった時間インターバルTA及びTBで信号が
受信される。Cれらインターバルは血液速度の異なる時
間インターバルに対応する。通常の高周波励起信号26
(V4)はバースト信号発生器40によって供給これる
。パルス形状の特性は、使用される特定の像形成装置に
よって決まる。いずれにせよ、2つの時間インターバル
で2つのバーストが発生される。
流動する血液又は他の物質は、受信されるNMR信号を
減少させる。というのは、励起されたスピンは感知領域
を出てから受信信号を発生させるからである。従って、
高速領域は低速領域よりも小さな信号を発生する。励起
信号■4 と診察中の患者のEKGとのタイミングをと
ること罠より、血管11内の血液12の比較的高速の時
間及び比較的低速の時間を表わす受信信号61を収集す
ることができる。受信信号31は復[1#41を用いて
復調され、スイッチ42へ送られる。このスイッチはE
KG信号によりインターバルTA及びTBで作動される
。従って、励起TAからの信号は記憶装置A(45)K
記憶これ、励起TBからの信号は記憶装置B(44)に
記憶される。4.、lこれらは減算!145において差
し引かれ、全てめ静止物質の作用を打ち消して血管のみ
を表わして□いる所望の信号が形成される。この差し弓
!かれ4.信号はイ象形成コンピュータ46.へ堺られ
、このコンピュータは後述するように2次元投影偉を再
構成する。
実質的な静止物質による信号は、成分信号が−及びTB
[おいて互いに同じであるために、打ち消でれる。然し
乍ら、血管11からの信号は、血液12が色々な速度で
流動する状態でなり出これるので、互いに異なる。
第2A図及び第2B図は特定の実施例を示しているが、
この原理は多数のやり方で適用することができる。例え
ば、全パルスが心臓サイクル9時間TAを表わしている
ような一連のパルス26を発生することができる。この
一連のパルスは、時間インターバルTAに対応する完全
な投影偉を形成するのに必要とされる。この後には、心
臓サイクルの時間インターバルTBVcおける一連のパ
ルスが続く、従って、これらを差し引きすれば、各心臓
サイクルごとに差し引きを行々うのではなく、人 して、完全々像情報を形成することができる。いずれの
場合にも□、情報が失なわれないようにするためには、
血管′ツい及びTB K同様の位置にあることが所、望
される。
i2A図及び第2B図に示された方法は、心拍数が1秒
車たシ約1回であるので、比較的長いデータ収集時間を
要する。これは、使用される骨形成方式にもよるが、呼
吸作用による歪を招くことがある。第3A図及び第3B
図は心臓サイクル中に2回の・測定を行なうものではな
い方式を示している。部位10の特定の小領域が励起さ
れた時には、静止物質はこの小領域にそのま\留まるが
、血液のような移動物質は励起された原子をその隣接領
域へと運搬する。これらの隣接領域のみを選択するよう
に受信器が同調された場合には、該受信器は移動する血
液のみKよる信号を受信し、静止物質による信号は受信
されないか或いは効果的に打ち消される。
第1図を用いて簡単に説明すると、直流電圧v2を印加
することによIf)z方向計[線勾配磁界が与えられる
ものと仮定する。この状態の下では、2軸に沿つ九各々
のxy平面が種々の共鳴周波数に対応する。もし特定周
波数の正弦波バース) V4  を送信し九とすれば、
これによって特定の17平面が励起される。スイッチ2
7が受信位置RK接続された受信モード罠おいては、こ
の励起された平面からではなくその隣接平面からの信号
を受信するようにプロセッサ29が一整される。プロセ
ッサ29はバースト周波数より高い周波数又はこれより
低い周波数或いはその両方の周波数の狭帯槍フィルタを
備えている。従って、出力36は、隣接平面へと流れ込
んだ流動血液からの信号のみに対応する。静止物質から
の信号は元のバースト周波数のものであり、従ってこれ
ら信号は打ち消される。
第3図は平面の配列体又は成る平面内の線の配列体が同
時K 呻形成場れる実際的なやり方を示している。以下
で述べるように、儂を形成する多くのやり方においyは
、各領域ごとに周波数の異なった信号が発生これるので
多数の領域からの信号を同時に受信するようにフーリエ
変換技術を用いることができる。第3A図において、信
号発生器■4は励起信号26を発生する。第3A図は特
定領域を配列したものよシ成る信号スペクトルを示して
いる。説明1示されているように、スペクトル情報は、
flからf2、frSからf4、f5からf6そしてf
、からf8までに存在している。然し乍ら、この信号は
本質的Kf2からf3、f4からf5そしてf6からf
7tではスペクトルエネルギを含んでいない。この励起
信号は、時間領域忙おいては、次のような数式で表わさ
れる。
幹 TIは逆変換演算子であり、 1 11M この信号は2つの側波帯付きの周波数領域を与え、各側
波帯の長方形の巾はAであり、これは巾Bの小さ々長方
形区分の各々がbだけ離されたような配列体を含む。こ
−の長方形配列体の中心周波数は11″で与えられる。
それ故、信号V4(t)は分離された励起領域の配列体
を形成する所望のスペクトルを与える。
作動に際し、スイッチ27が送信位置に入れられ、前記
信号v4 が信号26となる。これは、交互の領域、即
ち成る部位の交互の平面区分又は成る平面区分の交互の
線区分、の励起を表わしている。静止領域においては、
励起された核はそれらの相対的な励起位置<iiする。
血管12を通して流れる血液11のような移動物質をも
つ領域においては、励起された核がこれに**L、た非
励起領域へと移動する。次いでスイッチ27を受信位置
に入れ、受信信号′31をプロセッサ29に送る。
第3A図に示され木ように、プロセッサ29はくし型フ
ィルタ50誓備えており、これは非励起ス1゛、 ベクトル、即ち信号”、y4  の励起スペクトル間に
狭まれたスペ゛クトル内の信号の与を伝達する。それ故
、これらの信号杜、隣接領域へと移動した移動物質の核
の今からのものとなる。こnらの便号に復@651で復
調これて像形成コンピュータ52へ送られ、血管11を
含む部位ト0の投影像を表わす信号33が形成□される
。かくて部位10内の全ての静止構造組織の作用は打ち
消これ、信号65に、現もれることはない。というのは
、これらの静止核により発生された信号はフィルタ50
で除、去されるからである。像形成コンピュータ52に
ついては、色々な形成のも・のを以下で取り上げるこ・
とKす“る。     、  、第4図は静止物質の核
からの信号を打ち消す別の方法を示している。励起IK
自由誘導減衰信号を発生しないよう・に磁気スピンを逆
転するため、送信信号■4 には所要の強度及び巾が与
えられる。
点線は磁気運動の角度の直線的な立上りを示しており、
これは180°′で終わる。然し乍ら、゛移動物質は完
全な逆転信号を受けな′い。血管12内の血液11のよ
う、な新たな核は180@未満の部゛分□励起を受ける
。これらの移動核の90°成分は、牙4図に示されたよ
うに移動物質のみによる自由誘導減衰信号61を形成す
る。従って、静止核からの信号はこれら核が逆転励起を
受けるので効果的に打ち消される。         
  ・逆転信号v4の巾゛は、当該血管内の血液の予想
速fK合致するように調整することができる。信号v4
 は特定の平面又は線を励起するものとしては正弦波で
ある。然し乍ら、信号v4  は、成る部位の多数の平
面又は成る平面内の多数の線を同時、K励起する広いス
ペクトルをもつパルスであることもしばしばある。
一牙5図は静止物質の作用を打ち消す同様のやり方を示
している。この場合、信号v4は点線で示されたように
1各々が90°の励起を与える2つのパー・ストより成
る。バーストと、バースートとの間の時間は、種々の勾
装置の存在中でのスピン−スピン弛”緩時間T2 ’よ
りは長く、長平方向の弛緩時間T1よりは短い。最初の
パース”トの後圧は、点線で示したように一般的〜な自
由誘導減衰信号が発生される。然し乍ら、スイッチ27
が送信位置に入れられた゛ま\′であるからこの信号は
受信され々い。然し、血管11の組織に加えて部位10
の静止組織を表示することが所望される一場合には、こ
の信号を利用することができる。静止組織及び血管の偉
を同時に表示するようにカラー表示を用いることもでき
る。
静止物質を除く所望の血管像を形成するため罠、第2の
信号パース) V4 の後にスイッチ27は受信位置へ
入れられる、静止物質の核はこの第2のパース)Kよっ
て逆転されるので、移動物質の新たな核のみが第5図に
実線で示された自由誘導減衰信号を発生する。従ってこ
の:信号36を用いて血管のみの投影像が形成される。
これは2つのバーストを用いて静止物質を除5外する一
般の場合を説明するものである。90°のバーストの後
K 180゜のバーストを用い良別の方法が1969年
版のMo1eeular Plysies 、第17轡
1.:第35.5−368jlLのW−J−Parke
r氏の論文に説明門1れている。
前記したJ、R,Singer氏の、、−′妥に述べら
れたように1血液のような移動物質は、発生されるNM
R信号に移相を生じさせる。Cの性質を用いて、静止領
域を除く血管の投影像を形成することができる。
第6図に示されたように、信号発生1960及びパルス
変11i1!61を用いて送信バースト信号26(V4
)が発生される。この信号発生器60は受信信号610
位相基準としても働く。位相感知検出器62紘同期検出
器であり、その位相は静止物質から導出された信号と直
角位相になるように駒整される。
従ってJ静止物質からの信号は位相検出1162におい
て打ち消され、像形成コンピュータ64に接続される出
力信号65には現われない。使用される特定の投影像形
成方式にもよるが、信号発生器60の信号は1つの線又
は平面を表わす正弦波信号であってもよいし、或いは像
形成コンピュータ64でのフーリエ変換によって分解さ
れる線又は平面の配列体を表わす広帯域信号であっても
よい。
比較的厚みの□、!る人体領域を通して比較的周波数の
高いNMR(It’号が使用感れる場合には、静止領・
:′ 斌からの信号が組、、5織を通して高周波ピックアップ
コイル21及び22へ進む時に若干の移相を受ける。こ
の偶発的な移相によp第6図の装置ではエラーが生じる
ことがある。これらのエラーは牙7図の装置によって補
償することができる。この場合は軸方向の磁界強度を変
えることKよってデータが2つの異なった周波数で得ら
れるiこれはコイル16及び17に流れる電流を変える
こと罠よって行壜われる。図示されえように、スイッチ
73は■1  と、これとは^なる電圧■1との間で切
換えられる。従って電圧15が変化し、これKより、コ
イル16及び17に流れる電流が変化する。これによシ
装置の基本周波数が変わるので、信号発生Ws60の周
波数をこれべ応じて変えねばならない。
偶発的な不所望な移相は周波数の関数である。
それ故、移相変化量紘靜止物質による移相の指示となる
。2つの状態における移相がスイッチ74により記憶装
置70及び7LtC記憶される。補償装置72を用い、
静止物質による移相変化を用いて、静止物質による信号
を打ち消すここができる。
これにより、移動物質のみを表わしている所望信号75
のみが残シ、これは像形成コンピュータ64へ送られる
静止構造組織による信号を打ち消し、血管内の血液のよ
うな移動物質による信号のみを残すようKしてNMR(
Ir号を収集する多数の実施例を以上に説明した。繭記
したように、多くの塩山で、Cれら血管の投影像をみる
ことが最も所望される。投影像は、血管の断面で線なく
成る部位を通る血管経路全体を示す。又、投影像は、は
とんど時間を必要とせずに高い解像度及び高いSN比で
得ることが、できる。更に、投影像は3次元的な骨外構
成よりもぶれに対し−て著しく不感であp、従って磁界
の大きな非均一性を受は容れることができる。
牙1図の基本構成を用いて色々なやり方で投影像を得る
ことができ・る。成るやり方においては、投影平1i1
i28に対して各々垂直である平面積分の配列“体が形
成される。各々の角度において、1組の平行平面からの
信号が収集される。平面の角度は勾配磁界の方向によっ
て決足寧れる。全勾配磁・界は、コイル18及び19を
用いて信号■2により駆動され、る2方向の勾配磁界と
、コイル23及び24を用いて信号v3により駆動され
るX方向の磁界とを合成したものである。
例えば、成る電圧の信号v2 が印加されそして信号v
3がゼロである場合には、勾配磁界が2方向のみとなる
。それ故、2軸Kil直な各X7平面は異なつ九磁界を
受け、異なった周波数を発生する。成る部位が広帯域の
高周波信号v4によって励起された時には、これらの平
行平面が同時に信号61を発生する。プロセッサ29は
デジタルFET (高速フーリエ変換器)のようなフー
リエ変換装置を備えていて、平行平面の各々からの信号
を個kVC抽出する。次いで成る電圧の信号v6 を印
加しそして信号v2をゼo K してこのプロセスを繰
)返し、X軸に対して各々垂直である1組の平行なyt
平面に関する情報が形成される。中間角度の勾配を与え
るlうにv2及び■3  の電圧を組合わせて用いるだ
けで、中間^度における平面の組が得られる。    
  、;、、 全ての角度忙おいてこれら全ての平面は投影平面28に
対して垂直となる。各平面に対する積分値が平面28に
おける線投影となる。次いで、プロセッサ29において
、投影からの一般の再構成技術を用いて、所望の投影像
が再構成される。最も一般的々ものは旋回型背面投影シ
ステムである。
従って、プロセッサ29は、全ての角度における平面信
号を形成するフーリエ変換装置と、各角度における値を
記憶する記憶装置と、2次元投影像を再構成する再構成
装置とを備えている。
これまでの投影像形成装置に伴なう1つの問題は、儂を
再構成するまでに全ての平面データを収集しなければ々
らないことである。これによ〕、装置は動きに対して若
干敏感なものとなる。好ましい実施例では、第1図に示
され九ものと同じ基本構成にされる。従って、部位10
の成る平面内の線を表わしている投影像28の完全な#
に対する情報を得ることができる。2方向の勾配磁界は
v2  を交流即ち経、i時変化信号にすることによp
時間と共に変化す、i!うにされる。2軸に垂直が1つ
の17平面は勾配磁界のゼロ点となるので経時変化しな
いようにされる。受信信号61はこのゼロ平面からNM
R信号を受ける。というのは、その他の平面は適当な励
起を受けないからである。ゼロ平面以外の全ての平面の
平均をとるようK、送信及び/又唸受信モードで経時変
化勾配を与えることができる。
定電圧の信号v3 をコイル23及び24へ与えること
によりx方向に静的勾配が与えられる。それ故、ゼロ平
面の各線はこの平面がバースト信号発生11V4により
励起された場合−異なった周波数を発する。プロセッサ
29はゼロ平面かラノ信号を変換するフーリエ変換装置
を備えている。信号を種々の周波数に分解すると、投影
平面28上の線上の各点又は平面内の各線からの信号が
形成される。従ってフーリエ変換装置の出力は投影像の
線に沿った各点の配列体を直接的に形成する。
ゼロ平面の2位置を変えてこのプロセスが繰返される・
。ゼロ平面は、交流信号V2 tcより誘起される勾配
磁界がゼロであるような平面によって決定される。第1
図に示されたように1コイル18のB端子がコイル19
0B端子へ′接続され九場合には、これらコイルが位相
ずれして駆動されるので、ゼロ平面は正確にこれらコイ
ル間に位置される。ゼロ平面の位置を動かすには、コイ
ル′18のB端子をアースしそしてコイル190B端子
に信号に乃を接続することができる。kが1に等しい場
合は、ゼロ平面が再びコイル間に位置される。
然し乍ら、kを1より大きくするか又は1′よ〕小ζく
することKより、−4/c1平面が各々上及び下に動か
場れる。かくて、投影平面2′8に所望の水平線像を形
成するように所望の平面を選択することができる、 このデータ収集−置では、動きの影響逅相当に改善され
る。投影像は1度に1本の線という速度で得られるので
、像の不明瞭さは、像全体を形成する時間ではなく、各
線を得る時間に基づくものとなる。それ故、このやシ方
はり急速な動暮を伴なう身体領域、例えば6繊の領域に
好ましく用いられる。
以上に述べた2つの投影像形成装置は、静止物質を除外
して流動血液を目′で見え葛ようにする前記装置のいず
れに使用することもできる。各々の場合に、励起装置及
び受信装置は牙2図ないし牙7図に示されたものに取シ
讐見られる。
更に別のデータ収集方式状NMHの逆転特性を用いるも
のである。180°の逆転励起を行なうと、磁気スピン
モーメントの角度が逆転され、自由誘導減衰信号は発生
されない。投影平面28に直角な特定の平面が励起され
る。次いでこの平面はこれに直交する平面との交線を用
いて個々の線に分解これる。各直交平面は逆転励起され
る。
例えば、電圧v2  を印加することKよJ)z方向の
勾配磁界を使用する。前記したように、種々の*@にお
ける各々の17平面祉異なった磁界を受け、従って異な
った周波数を発す石。スイッチ27を送信位置に入れて
適当な周波数のパース) V4 ’を与えることにより
X7平面t−m起することができる。
このバーストの振巾及び巾r:磁気モーメントの90°
の古典回転を与えるよ・枦:′に―整社る。これ、出・
:。
により生じる自由誘導減衰□信播は無視される、次いで
、この選択された平面は、投影平面28に垂直な個々の
線の配列体に分解される。これにより所望の投影像の線
が形成される。飽和され九xy平面に交差するyz平面
の配列体にょシ上配線の配列体忙より上記線の配列体が
形成される。上記平面の配列体は、X方向に勾配を作る
ように電圧v3 を印加して各々のyz平面が異なうた
共鳴周波数に対応するようKすることKよって形成され
る。
次いで、v4 を用いて広帯域の逆転励起が行なわれる
。この逆転励起即ち18o@励起では、励起されたxy
平面との交線において出力が発生されるだけである。
これにより生じる自由誘導減衰信号31は、励起された
xy平面における交線の配列体を表わす広帯域信号であ
る。プロセッサ29は、この信号を、各々の交線を表わ
す周波数成分に分解するフーリエ変換装置を備えている
。こ孔ら交線の各々は投影平面2B上の4の投影値を表
わしている。平面が選択された時にバースト信号■4 
の周波数を変えるだけで各々の’XF千面平面してこの
シーケンスが繰り返される。かくて、完全な投影像が形
成される。
この投影像形成方式も、静止物質の作用を除外して移動
物質の像のみを形成する前記装置の各々に使用すること
ができる。第2図の装置の場合には、2パルスのシーケ
ンスが時間・TA 及びTB で繰シ返される。第3・
図の装置の場合には、180’逆転信号が、第3A図に
示され九スペクトルを有する逆転励起信号に取シ替見ら
れ、第3B図に示された信号処理が用いられる。第4図
及び第5図の装置の一合には、90°の平面澤択信!が
、図示されたv4励起信号に取り替えられる。第6図及
びオフ g K 尽された一合は図示され丸ように用い
られる。
1976年、Journal of Physics 
E: ScientificInstrument@、
、牙、9巻1.?271−278頁に掲載されたP、、
 Mansf 1eld、 A−AoMaudsley
及び’l’、 1laineI着の′″NMRKよる高
速陽子密度像形成”と題する論文に基づいて同様の投影
像形成装置を用いることができる。こ1の方法において
は、2方向に勾配を用イ、整形されたパルスを用いて、
90@スピンモーメントを有する1つの区分以外の全て
の平面が励起される。次いで、非励起平面忙直角な勾配
を用い、別の90°励起が用いられる。2つの平面の交
線のみが牙2の励起後に受信信号を発生する。
牙1図を説明すれば、信号v2 から得られた勾配磁界
を用い、次式で表わされるパルス励起信号v4 が用い
られる、   。
伊し、fo′はアドレスされる平面を表わす中心周波数
であり、bは所望区分の厚みを表わし、そしてaは部位
全体の厚みを表わ・している。従って、励起−れ′たフ
ィールドは2つの直交座欅関数の差であり、その大きい
方は部位aのサイズを表わしそしてそのホーい方は区分
厚みbを表わしている。
この励起の後、電圧v6 を印加すること罠より、xy
平面に直角の勾配が形成される、この勾配に対し、広帯
域パルスv4 が使用され、これは選択されたxy平面
内の全てのスピンモーメントを同時に90@レベルに励
起する。これ九より生じる自由誘導減衰信号がフーリエ
変換され、選択された平面のみにおける線の投影が形成
される。次いで、2方向に新たな勾配を形成して新たな
平面を選択しこのシーケンスが繰シ返される。これも前
記の静止物質の作用を除外する装置の各kK使用できる
第6図ないし第5図の装置の場合には、信号v4に代っ
て広帯斌の90°r、f、パルスが用いられる。
更に別の投影像形成方法は前記したスピンそらし像形成
方法に基づくものである。これは、励起され九XF平面
が―々の線に分解されるという点で前記方法に類似して
いる。然し乍ら、分解方法が明確に異なる。選択され九
X7平面をバースト信号v4 で励起する前に1電圧■
3 を用いてこの平面に直角な勾配が与えられる。Cれ
はX方向に位相を周期的K”そらす”ようにツ吊する。
それ故、これKよシ生じる受信信号は、励起されたxy
平面内のX方向の周期的な変化を表わしている。これら
の周期的な変化の空間周波数は、電圧■6により表わさ
れる勾配の強さを変えることKよって変更される。異な
った電圧v3 で一連の測定1各々行なうことによシ、
X方向の分布がその空間周波数成分に分解される。プロ
セッサ29は、この分解された空間周波数を投影*28
t’C垂直な所望の線成分に変換する逆フーリエ変換器
を含むことができる。
前記し九ように、この方式では、一連の励起により、励
起され九平面がliK分解される。前記したように、全
てのxy平面に対してこれを繰)返すことができる。然
し乍ら、これは比較的長いデータ収集時間を要する。好
ましいやり方は1、平行なX7平面を、全て同時に励起
する広帯斌の励起信号■4を使用することでやる。これ
ら平面も各々周波数の異なるものである。と込うのは、
v2 によって□ 2方向に勾配が4尋られるからである。今度は、■う 
によシ形成されるX方向の位相そらし勾配が個々の周波
数においt全てのxy・平面に同時に与えられる。個々
の平面は前記のフーリエ変換装置を用いてプロセッサ2
9で分離され、各平面に対応する燗々の周波数が分離さ
れる。従って、一時的表フーリエ変換によ°す―々のX
7平面が奔■され、そして空間的な逆フーリエ変換によ
って平面内の線が分解される。
前記したように1−この投影像は静止物質の作用を打ち
消すいずれの装置に用いることもできる。
第2図の装置の場合には、全シーケンスがTA及びTB
 で繰シ返される。第3図ないし第5図の装置の場合に
は、図示され九ように励起信号v4 が使用1れる。
゛文献に述べられたその他の多数のデータ収集方式も、
投影毛−ドに用として・修正を加えれば、使用すること
ができる。又、各1の投影方式は、前記した静止物質の
作用を打ち消す装置の1つに使用される。
前記の基本的なデー漣収集゛装置の各々は3次元断面僚
を形成する璽雑なデータ収集装置の1部として使用され
ている。然し乍ら、本発明では、これらのデ−タ収集時
間は、データ収集速度が速くSN比が良く、解儂度が高
く、ぶれに対してほとんど不感であり、磁界の均一性に
対する条件が緩和され、視野が非常に広く適正であると
いう前記の全ヤの効果を部位1002次元投影像に与え
石よう忙変更される。
本発明の生えろ目的は、血管内を流動する血液の像を形
成する非侵襲的な方法を提供することである。多くの場
合に、形成される信号の強さは流動する血液の速度を゛
表わし、このパラメータは診断の助けとして利用するこ
とができる。
前記したように、血管の儂は平面28に対しy方向に成
る特定の投影角で得られる。多くの診断においては、2
つ以上の角度で投影像を得ることが所Wされる。これは
第1図に示され九構成体全体を回転することによって得
ることができる。或いは又、コイル23及び24に垂直
に且つ投影平面28に平行Klj:に別の1組のコイル
を使用することもできる。これらコイルをコイル23及
び24゛に代って使用して直交平面にがける投影像を形
成することができる。
成る場合には、不所望な血管又は他の構造組織、例えば
、流動する血液t−含む心室が投影像に含まれることが
ある。これらt励起磁界1fC@オないようにすること
によってこれらの影響を最小限にすることができる。こ
れは、コイル16及び17により形成される静的磁界を
当該領域に限定するが、又は好ましくは、コイル21及
び22により形成される高周波励起磁界を当該領域に’
pH定することによって達成することができる。これら
コイル自体のサイズ及び配置によって、磁気スピン作用
を有する部位の部分が限定寧□れる。
成る場QKは、部位10の特定領域和対する投影像を得
るのに、匪に精巧で且つ正確な方法が所望され゛る。こ
れは2つの一般的な方法を用いて行なうことができ石。
これらめ方法は、6次元惨形成方式の1部分として文献
−既に述べられているものである。ここでは、こ籠らの
技術を独特のやり方で利用して、投影像を−,り出す部
位t−限定する゛。           ″″ 1つの一般的な技術が、1980年、Ph1l。
Trans、 R,Soc、 London、 828
9の2543−547貞に掲載されたり、 Moult
著の1回転ズーグiトグラフイ”と題する論文に述べら
れている。この論文には、B1 即ち高周波磁界に勾配
を形成する考え方が紹介されている。高周波磁界に勾配
があることは、部位の1部分が所望の90@励起を受け
、一方その他部が180@の逆転を受けて信号を発生し
ないことを意味する。′この論文では、この方法をスピ
ンそらし装置に用いて、平面を種々の繰シ返し空間成分
に分解することが述べられている。この方式では、当該
部位を限定することができる。
コイル21及び22は、第1図の場合のように両方が等
しく駆−されるのではなく、励起勾配を与えるように駆
動されてもよい。コイル21の点りをアースし、・1コ
イル22の点りを信号kV4で駆動することがセ1専る
。勾配の程度はkKよって左″″″0・5crij;o
a;x*ysrst<t、−i“1′はきくてもよい 
、より小さくてもよい。例えば、部位の不所望の部分が
180@の逆転を受けて信号を発生しないように勾配を
構成す冬ことができる。
別の構成としては、1端の0°から他端の180’tで
位相が変化するように勾配が構成される。0の場合は、
所要の90°励起が行なわれる部位の中央領域の投影像
が形成され、端部領域は減衰信号を発生しない。周期的
に大まかに変化する励起シーケンスを用い九[K精巧な
方式を使用することができる。上記の変化を記憶し、合
成し、そして部位10の任意の領域を選択するように用
いることができる。然し乍ら、3次元偉形成を用い丸刃
式に比べて、このような励起が必要とされるのは比較的
わずかであることを強調しておく。この一般的な部位選
択方式は、第2図、第3図、第6図及びオフ図の静止物
質の作用を打ち消す装置に使用することができる。この
選択方式は、磁気モーメントの角度に基づいて打ち消し
が行なわれるような牙4因及び第5図の装置には用いな
い方がよい。
部位め1部分を選択する第2の一般的な技術は、飽和の
考え方である。この考え方は、1974年、Journ
al Pkrym、 C: 5olid gtats 
Pl#5ics、オフ轡に掲載のA、N、 Garro
wsy、 P、に、 Grann@ll及びp、 1(
ansflIld着の1選択照射プロセスによるNMR
偉形成”と題する論文に述べられている。この場合は、
スピン格子緩和時間T1 K匹敵する時間中音もり18
o0逆転パルスである1燃焼”パルスを用いることKよ
って特定領域のスピンモーメントが減磁される。
このパルスの周波数によって、飽和さるべき領域が決定
享れる。それ故、信号v4は、投影像が所望享れない部
位10の領域1*わす周波数を有し九飽和パルスとなる
。このパルスは部位10の所望領域に相当する周波数に
おいてはエネルギをもたない。
この部位選択飽和パルスv4の後は、非飽和部位に対し
いかなる投影像形成方式を使用することもできる。この
投影像形成方式は、静止物質の作用を打ち消す装置のい
ずれに使用することもできる。
一般に、5次元の再構成に用いられる技術は、2次元投
影像を得るところの部位を限定するためKは、成る制約
された形態で利用される。
前記し丸ように1上記の方式では、分離され九血管像が
形成されるだけでなく、血液の速度を表わす信号も発生
される。成る形態においては、血液速度の量的な表示【
作シ出すこともできる。又励起方式を色々に組合わせて
用いることにより流れの速度や性質を調べることもでき
る。例えば、第3図の方式を用いて、励起領域の各側の
1Ilbil!を個別に調べることにより血液流の方向
を決定することができる。
【図面の簡単な説明】
牙1図は本発明の実施例を□示す概略図、芳2All及
び第2B図祉^なった時間に導出された傷情報を差し引
きする本発明の実施例の部分ブロック図、 牙3A図及び第3B図は隣接する空間分布から励起及び
受信を行なう本発明ご実施例の部分ブロック図、   
      ・1゜ 牙4図は励起信号及びこニー’)に関連し九受信信号の
波形を示すグラフ、 第5゛図は別の実施例の波形を示すグラフ、オ6図社位
相変化を用いた本発明の実施例の処理装置のブロック図
、そして オフ図は位相変化を用いた実施例の補償装置のブロック
図である。 10・・・身体の部位   11・・・血管12・・・
血液      16.14・・・磁極片15・・・電
源      16,17・・・コイル18.19・・
・コイル  2o・・・電源21.22・・・コイル 
 23.24・・・コイル25・・・電gA     
 26・・・励起信号27・・・スイッチ    2日
・・・投影平面29・・・プロセッサ   60・・・
・表示装置31・・・信号      32・・・投影
儂□! 11.1.Il、: \ lIIIwの浄書ζ内容に変更なし) FIG、2a。 V。 εにGイ禽讐 FIG、 3t FI6.7 ′手続補正書(方式) 1、事件の表示  昭和j7 年 特許願 第4獄ψg
。タ 号3、 補正をする者 事件との関係  出願人 氏名   アルパート マコフスキ 4、代理人

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 成る容積体内の移動物質の儂を形成する方法にお
    いて、 静止物□質が受信信号を全く発生せず移動−賞が信号を
    発生ず羞ように上記容積体内の磁気長ビンをアドレスし
    、そして それにより生じる受信信号を処jJ して1鹸容積体内
    の移動物質の2次元投影會を形鹸讐ることを特徴と・す
    る方法、 2、磁気スピンをアドレスする上記の段階は、上記物質
    が牙1の速度で移動して(へる時は牙1の時間インター
    バル中上記容積体内の磁気スピンを励起し、 上記物質が上記牙1の速度をは異なった牙2の速度で移
    動している時は第2の時間インターバル中上記容積体内
    の磁気スピンを励起し、そしてこれら第1及び第2の励
    起により□生じた受信信号を差し引きすることを含む特
    許請求の範囲牙1項に記載の方法。 6、成る容積体内の移動物質の2次元投影像を形成する
    装置において、 ”上記容積体内の磁気スピン作用の2次元投影像を表わ
    す受信信号を形成する手段と、 静止物質により発生された受信信号部分を打ち消す手段
    とを具倫“することをeIkとする装置。 4、 静止物質により発生された信号部分を打ち消す上
    記手段は、 上記容積体内の牙1小領域内の磁気スピンを励起する手
    段と、□ 上記容積体の上記牙1小領域に隣接し九牙2・j・領域
    からの信号を受信する手段とを備え、上記牙1小領域か
    ら第2小領域へと移動した励起された物質のみによって
    受信信号が発生されるようにした特許請求の範囲牙6項
    に記載の装置。 5、静止物質によシ発生された信号部分を打ち消す上記
    手段は、静止物質内°の磁気スピンが逆転されるような
    レベルに上記容積体内の磁気スピンを励起する手段を備
    え、逆転励起を完全に受けなかった移動物質のみKよっ
    て受信信号が一生されるようkした特許請求の範囲第3
    項に記載の装置。
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