JPS59107245A - 核磁気共鳴方法およびその装置 - Google Patents

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】 （１）発明の技術分野 本発明は核磁気共鳴（ＮＭＲ）　　技術によって身体の
選択された部分の化学的分析を行なう核磁気共鳴方法お
よび装置に関するものである。

（２）先行技術についての説明 ＮＭＲ技術は多年に渡って物質の化学的分析、特に分光
学に利用されてきた。最近では選択された量について身
体の選択された断面スライスもしくは体積における分布
、すなわち、例えば水素の陽子のような選択された核子
もしくはＮＭＲ弛緩時定数の密度を表わす映像を得るた
めにＮＭＲ技術が使用されている。このような分布は、
その意味は違っているが、コンピュータ化されたレント
ゲン断層撮影装置によって提供されたＸｌｌ１！減衰分
布と類似してお払従って患者の医療検査に特に適用され
ることが判明した０ 最近では、検査中身体の選択された部分の化学分析を行
なうことのできるＮＭＲ映像装置を簡素化することに関
心が示されるようになった。

この目的に対する現提案は、身体において選択された線
に沿った複数の位置の各位置もしくは選択された面にお
ける複数の線の各線のための化学分析データの収集を可
能にすることである。

しかしながらそのような提案された方法で得られる分析
用解像度には空間的および化学的誠別に対する必要条件
によシ必ず限界がある。

故にＮＭＲ結像装置で化学分析を行なうためには体内の
単一位置でのみ、すなわち該装置の使用で得られる映像
の単一画素に対応する部分でのみ物質を励磁し、それに
よって選択された位置で物質の高解像ＮＭＲ分光分光学
士分な資料収集を簡素化できることが有用である。

ＮＭＲ結像に対して身体の選択されたスライスのみにお
いて物質を励磁する周知の方法は、選択された方向にお
ける勾配で身体に定常磁界を印加する手段と、選択され
たスライスを通して磁界が単一の均一値をとり、それと
同時に選択されたスライスにおける適当な物質の核磁気
共鳴周波数（このような周波数は定常磁界によって決ま
る）でＲＦ磁界を身体に印加する手段とから成る。

一見したところでは単一位置における物質の励磁は、一
点で交差する三つの直交スライスにおける連続的励磁に
よって行なわれるように見えるかもしれない。このよう
なプロセスによって・効果的ならば、最初全スライスが
励磁され、次いで、最初選択されたスライスが第２の選
択されたスライスと交差する線を除いてスライスの全部
分で励磁の位相がずらされ、最終的に第３の選択された
スライスが前記線と交差するところを除いて前記線に沿
う全位置で励磁の位相がずらされる。残念ながら第２お
よび第３のスライス選択に対して印加された磁界の積分
は、所望された位置を除き第１および第２の選択された
スライス内の全ポイントで励磁の位相をずらすのに必ず
しも効果的ではないことが実際に判明している。更に三
つの連続スライス選択シーケンスを通じて正確に所望の
値で印加された磁界を維持することは困難なため別の問
題も起こシうる。

従って単一の位置でのみ励磁を発生させるのにそのよう
なプロセスを使用することは実際には不可能であること
が判明した。

（３）本発明の概要 本発明は化学分析用データを提供するために身体のある
特定位置でのみ物質を励磁することのできる他のＮＭＲ
方法を提供することである。

本発明の１つの特徴によれば、身体におけるある特定の
位置で核磁気共鳴を励磁する方法は、身体における第１
の核スピンを励磁し、その結果第１の身体の選択された
部分で発生するスピンがそれらのスピンベクトルを第１
の方向にあるようにし、かつ身体の他の場所に発生する
どＯ・スピンもそれらのスピンベクトルが前記の第１の
方向に垂直な面にあるようにする段階と、前記面にベク
トルのある身体のスピンの位相をずらす段階と、前記の
特定の位置で前記の第１の部分と交差する第２の選択さ
れた身体部分において核スピンを励磁し、その結果、前
記の特定の位置でのみ合成スピンのベクトルが前記面に
一致する段階とから成っている。

（４）良好な実施例についての説明 本発明による良好な方法において、前記の第１の核スピ
ンは、身体において核スピンを励磁し、そのスピンベク
トルが身体の第１の選択され゛たスライスにおいて前記
の第１の方向にアシ、かつ前記の面のどこにでもあるよ
うにする段階と、前記面にベクトルのある身体のスピン
の位相をずらす段階と、次いで身体の核スピンを励磁し
、前記の第１の選択された部分で第１のスライスと交差
する身体の第２の選択されたスライスにおいて、そのス
ピンベクトルは、第１および第２のスライスが交差する
ところでのみ前記の第１の方向にあシ、かつ前記面のど
こにでもあるようにする段階とによって発生される。

そのような方法では、第２の選択された部分が第３のス
ライスでおるのが望ましく、第１・第２および第３のス
ライスは互いに直交している０ スピンベクトルが身体スライスの第１の方向にアシ、か
つ身体の前記面のどこにでもあるような核スピンの各励
磁は、前記の第１の方向で前記身体へ定常均一磁界を印
加する段階と、前記の第１の方向で前記スライスに垂直
な一方向に勾配を有する磁界を前記定常磁界に関連して
印加する段階と、前記身体の前記スライスにおいて単一
の均一磁界を与え、前記勾配磁界に関連して前記スライ
スにおける前記磁界に対してラーモア　（Ｌａｒｍｏｒ
）周波数で９０°ＲＦ’磁界パルスを印加し、そこに前
記面にスピンベクトルのめる核スピンを選択的に発生さ
せ、次いで前記勾配磁界がない時には第２の９０°ＲＦ
磁界パルスを印加し、前記面にベクトルを有する前記ス
ライスのスピンが前記の第１の方向にあるように回転さ
れ、前記身体における他のスピン全てがそれらのスピン
ベクトルを回転させて前記面にあるようにすることによ
って実行される。

本発明は本発明による方法を実行するための装置も提供
する。

該方法を実行するのに必要な装置は殆んど従来の型式、
例えば英国特許説明書第１，５７８，９１０号もしくは
第２，０５６，０７８号で開示されたような型式のもの
であるので、よシ完全な説明のためには前記特許説明書
を参照されたい。

本発明による方法および装置について添付の図面を参照
しながら説明する。

該装置は第１のコイル装置を備えておシ、それによって
、三つの直交する方向、すなわちＸ・Ｙおよび２方向の
１つもしくはそれ以上の方向のいずれかの、勾配によっ
て、ある定められた方向（通常２方向が選定される）で
、検査しようとする身体に磁界を印加することができる
。

第１図において、第１のコイル装置はＺ方向において、
定常均一磁界Ｂｏを発生するコイル１と、Ｘ方向におい
て磁界勾配Ｇｘを発生するコイル３と、Ｙ方向において
磁界勾配Ｇｙを発生するコイル５と、２方向において磁
畳勾配Ｑｚを発生するコイル７と１備えている。

更に、該装置は、第２のコイル装置９を備えており、そ
れによって第１のコイル装置によって発生された磁界方
向に対して垂直な面で検査中の身体にＲＦ磁界を印加し
、またそれによつて検査中の身体の原子核から発生する
Ｒ、Ｆ磁界を検出することができるが、前記ＲＦ磁界は
２方向以外のスピンベクトル構成要素で核磁気共鳴へ励
磁されたものである。

同図中、ＲＦ磁界の印加および検出両用コイル装置９が
一対示されているが、ある場合には、ＲＦ磁界検出用に
別個のコイルを設けることが望ましいこともある。

種々のコイル１．３．５．７および９は、Ｂｅ−２Ｇｘ
、Ｇｙ、ＧｚならびにＲＦ駆動増幅器１１・１６・１５
・１７および１９によって各々駆動され、Ｂ（、、Ｂｘ
ｙ、　ＧｚならびにＲＦ制御回路２１．２５゜２５およ
び２７によって各々制御される。これらの回路には、Ｎ
ＭＲ装置およびコイル誘起磁界を使用する他の装置の当
行者には周知の種々の型式が利用されて□もよい。

回路２１．２５．２５および２７は中央演算処理制御装
置２９によって制御されるが、前記中央演算処理制御装
置は、核装置に命令および指令を与えるだめ、入力装置
ならびに他の周辺装置３１、および表示装置３６と関連
している。

コイル装置９によって検出されたＮＭＲ信号は増幅器６
５を介して信号操作装置３７に印加される。信号操作装
置は信号の適切な較正および補正を全て行なうため備え
られているが、本来は演算処理制御装置２９に信号を送
信し、そこで前記信号は表示装置に印加するよう処理さ
れ、検査をする身体のＮＭＲ量分布を表わす映像を生ず
る。

信号操作装置３７は、本説明を明確化するために別個に
示されているが、演算処理制御装置２９の一部分を具合
いよく形成していてもよいことを理解されたい。

該装置はまた磁界測定エラー信号回路装置６９も備えて
いるが、前−記磁界測定エラー信号回路装置３９は、第
２図に示されているように、印加された磁界をモニター
するため、検査をする身体のスライス４３に関して、適
当な位置に置かれた磁界プローブＸ、・Ｘ、・Ｙｌおよ
びＹ２から増幅器４１を介して信号を受信する。

さて、第６図および第４図に関して、検査しようとする
身体内の選定された位置で核磁気共鳴を単一に励磁する
ための装置を使用する際定常磁界Ｂ０が２方向において
身体に印加される。

次いでＸ方向の勾配ＧｘでＺ方向の磁界が身体に更に印
加され、Ｚ方向の単一磁界が表面上Ｙ−Ｚ面にある選定
された断面スライスに印加される（第４図参照）。この
磁界勾配Ｇｘの印加中、第２のコイル装置９によって、
選定されたスライスに印加された単一磁界において分析
しようとする物質に対するＲＦ磁界パルスがラーモア周
波数で印加される。ＲＦ磁界パルスＡは選定されたスラ
イスで分析しようとする物質の核スピンのスピンベクト
ルを生じるが、それまで２方向に一致していた前記スピ
ンベクトルは周知の態様でＸ−Ｙ面へ傾けられる。パル
スがちょうどスピンベクトルをＸ−Ｙ面へ９０°だけ傾
けるに十分となるようにパルス積分が選択されるが、こ
のようなパルスを以下９０°ＲＦ磁界パルスと称する。

印加されたＲ　Ｆ磁界とこれらのスピンのラーモア周波
数との間には共鳴が起こらないのでスライスの外側の身
体部分における核スピンのスピンベクトルは本質的には
変化しないことを理解されたい。

次いで勾配Ｇｘが除去され、逆勾配−〇’ｘ　Ｋ　Ｍ換
され、例えば前記英国特許説明置薬１，５７８，９１０
号で説明されているように励磁中スライス両端の勾配か
ら生ずる位相ずれに対して選択されたスライスにおいて
スピンを再同相化する。

次いで逆勾配−〇’ｘが除去され、適切なラーモア周波
数で９０°ＲＦパルスＢが更に印加されるが、これは磁
界勾配が全てなくなったために身体を通じて同じである
。このことによって、身体の全スピンベクトルの９０°
回転を生じ、選定されたスライスにおける核スピンのス
ピンベクトルが２方向にあるように回転され、身体の他
の部分のどの核スピンのスピンベクトルもＸ−Ｙ面にあ
るように回転されるようにする。

次いでＸ方向の勾配ＧｘｄでＺ方向の磁界が比較的長期
間（ｔｘｄ　）印加される。このことによつて体内の全
スピンの位相がずらされるが、前記スピンのスピンベク
トルはＺ方向にはなく、従って選定されたスライスにお
けるスピンに影響を与えずにおくが、身体のどこか他の
部分におけるスピンの位相がずらされる。

次いで、Ｘ−２面における選定されたスライスに対して
、ＲＦパルスＣ１再同相化逆勾配Ｑ／　ｙならびにＲ，
ＦパルスＤ１および位相ずらし勾配Ｇｙｄに関連してス
ライス選定勾配ｏｙを与えることによって類似のシーケ
ンスが実行される０ しかしながら、この場合、選択されたＸ−Ｚ面スライス
と先に選択されたＹ−Ｚ面スライスが交差する（第２図
参照）線にない選択されたＸ−２面スライスのスピンは
２方向にないので前記線に沿って核スピンのスピンベク
トルノミがＺ方向からＸ−Ｙ面へと第１の９０°ＲＦパ
ルス５によって回転させられる。

その結果第２のＲＦパルスＤによって交差線に沿ってス
ピンベクトルのみがＺ方向に回転され、交差線に沿って
スピンのみ位相をずらす勾配の影響を受けないようにし
たまま身体の他のスピン全ての位相をずらすが、特にＲ
ＦパルスＤによってＸ−Ｙ面へと回転されたであろう選
択されたＸ−２面のスライスと交差する線にはない選択
されたＹ−Ｚ面スライスのスピンの位相をずらす。

従って第２のシーケンスの最後で選定され九Ｙ−Ｚ面お
よびＸ−２面のスライス交差線におけるスピン以外の身
体スピン全ての位相がずらされる。

最後にＲＦパルスＥが２方向の勾配Ｇｚで２方向のスラ
イス選択磁界に関連して更に与えられ、選択された位置
りで選定されたＹ−ＺおよびＸ−Ｚスライスの交差する
線と交差するＸ−Ｙ面のスライスを選定する（第４図参
照）０その結果、選択された位置においてスピンのスピ
ンベクトルのみがＸ−Ｙ面へと回転され、選択されたＸ
−Ｙ面のスライスの他の部分におけるスピンは、２方向
にないため同様に回転されない。

選択された位置のスピンに苅して再同相化勾配−〇’ｚ
　を印加した（与えた）後、これらのスピンによって第
２のコイル装置で誘起された信号が記録されるが、前記
信号は、通常、減衰の自然誘発（Ｆ　Ｉ　Ｄ）　　信号
と呼ばれている。次いでＦＩＤ信号のスペクトルを分析
することによって選択された位置における物質の化学的
組成に関するデータが周知の態様で得られる。

選択された部分以外のスピンの再同相化がデータ収集中
発生しないことを保証するため位相をずらす勾配Ｇｘｄ
およびＧｙｄがかなシ長蒔間（ｔＸａおよびｔｙｄ）印
加される必要のあることが理解されよう。このことによ
って必然的にプロセスが幾分緩慢となるが、データ収集
前に許容不可能な程大なるスピン／スピン弛緩が発生し
たとしても大した問題とはならない。というのも、時間
ｔεおよびｔＪＯ間はこのような位相ずれが発生しない
とともに選択された位置のスピンは、プロセスの励磁段
階中、比較的短かい時間ｔα、ｔβおよびｔｒの間以外
はＺ方向にあるためである。

スピン／ラティス弛緩は時間ｔεおよびｔδの間発生す
るが、人間の組織に対するスピン／ラティス弛緩時定数
Ｔ１は典型的には５００ミｌＪ秒であり、かつｔεおよ
びｔδの典型的な値は各々２０ミリ秒および６ミリ秒で
あシ、その結果、ＦＩＤ信号は、典型的には最初の値Ｎ
ｏからＮ。

（１２ｅ　　６１５００　（１−８２０／３００）　　
）、、、すなわち、１２．５％だけ減少されるので、通
常少くとも医療検査においては、問題とならない。

例を上げて説明された方法において三つの直交するスラ
イスがｙ−ｚＸｘ−ｚおよびＸ−Ｙの順に励磁されてい
るが、励磁の順番は重要ではない。

所望によシ、再同相化勾配−〇’ｚの後およびデータ収
集の前に、第３６位相ずらし勾配Ｑｚｄに続くいずれの
磁界勾配本ない場合、第３の９０°ＲＦパルスが印加さ
れ、選択された位置を含むスライスを更に励磁し、選択
された位置以外でＹ−ＺおよびＸ−Ｚスライスの交差線
に沿ってスピンの位相をすらすのを保証してもよい。

が、通常、勾配Ｇｚはこれを遂行するに十分である。

具体例を２トげて上に説明された方法において、単一の
位置が選択されているとともに、本発明舊 による他の方法では、一つもしくはそれ」上の非連続位
置が選択され、例えば、一つもしくはそれ以上の間隔の
置かれたＸ−Ｙ面のスライスによって記録され、スライ
スの選択によって次の位ｔａが決定される前に各位置に
対するＦ　Ｉ　Ｄ信号が記録されてもよい。

更に、本発明による他の方法において、一つのスライス
における励磁を除去し、すぐ絖〈位相をずらす段階によ
って、核磁気共鳴が二つのスライスの交差線において単
一で励磁されてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は該装置を図式的に描いたものであ
り、第６図は該方法に使用された磁界、シーケンスを描
いたものでおり、第４図は該方法を示すものである。 図中、１−７は第１のコイル装置の各コイノペ９は第２
のコイル装置、１１・１３・１５・１７および１９は几
Ｆ駆動増幅器、２１・２６・２５お・よび２７はＲＦ制
御回路、２９は中央演算処理制御装置、６１は入力装置
およびその他周辺装置、３３は表示手段、３５は増幅器
、３７’ｌｄ信号操作装置、６９は磁界測定エラー信号
回路、４１は増幅器、４６はスライスを夫々示す０手　
続　補　正　書　（方式゛） 昭和５８　年１０月）−１日 特許庁長官若杉相夫殿 １事件の表示 特願昭５８−１０３５０９号 ２、発明の名称 核磁気共鳴方法およびその装置 ３補正をする者 事件との関係　　特許出願人 名　称　　ビカー　インターナ７ョナル　リミテッド４
代理人 ５　補正命令の日付　　昭和５８年　９月２７　日　（
発送日）６補正の対象

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）身体のある特定の位１１Ｋ　（Ｌ）で核磁共鳴を
   励磁するある方法において、前記方法は身体の第１の核
   スピンを励磁し、その結果、身体の第１の選択された部
   分で発生するスピンがそれらのスピンベクトルを第１の
   方向にあるようにし、かつ身体の他の場所に発生するど
   のスピンもそれらのスピンベクトルが第１の方向に対し
   て垂直な面にあるようにする段階と・前記面（Ｇｙｄ）
   にベクトルのある身体のスピンの位相をずらす段階と、
   前記の特定の位置て前記の第１の部分と交差する第２の
   選択された身体部分（Ｂ、　Ｇｚ、　−Ｇ’ｚ　）にお
   いて核スピンを励磁し、その結果前記の特定の位置にお
   いてのみ合成スピンのベクトルが前記面に一致する段階
   とから成っていることを特徴とする核磁気共鳴方法。 （２、特許請求の範囲第１項に記載の方法において、前
   記の第１の核スピンは体内の核スピン（Ａ、　Ｇｘ、−
   σｘ、　Ｂ　）を励磁し、身体の第１の選択されたスラ
   イスにおいて前記の第１の方向にアシ、かつ前記面のど
   こにでもあるようにする段階と、前記面（Ｇｘｄ　）に
   ベクトルのある身体のスピンの位相をずらす段階と、次
   いで身体の核スピン（Ｃ９ＧＹＴ　　Ｇ’）’ｌ　Ｄ　
   ）を励磁し、前記の第１の選択された部分で第１のスラ
   イスと交差する第２の選択された身体スライスにおいて
   スピンベクトルは、第１および第２のスライスが交差す
   るところでのみ前記の第１の方向にあり、かつ前記面の
   どこにでもめるようにすること段階とによって上記第１
   の核スピンを発生することを特徴とする核磁気共鳴方法
   。 （３）特許請求の範囲第２項に記載の方法について、前
   記の第２の選択された部分は身体の第３のスライスであ
   ることを特徴とする核磁気共鳴方法。 （４）　　特許請求の範囲第６項に記載の方法において
   、前記の第１、第２および第３のスライスは互いに直交
   していることを特徴とする核磁気共鳴方法。 （５）特許請求の範囲第２項、第６項および第４項のい
   ずれか１項に記載の方法において、身体の１つのスライ
   スにおいて前記の第１の方向にあり、かつ身体の前記面
   のどこにでもスピンベクトルのある核スピンの各励磁は
   、前記の第１の方向において前記身体に対して定常均一
   磁界を印加する段階と、前記スライスに垂直な方向にお
   ける勾配（ＧｘもしくはＧｙ）で前記の第１の方向にお
   いて前記の定常磁界に関連して磁界を印加し前記身体の
   前記スライスにおいて単一の均一磁界を与える段階と、
   前記スライスにおける磁界に対してラーモア（Ｌａｒｍ
   ｏｒ）周波数で９０°ＲＦ磁界／＜　／Ｌ／　ス（Ａも
   しくはＣ）を前記勾配磁界に関連して印加し、そこに前
   記面にスピンベクトルのある核スピンを選択的に発生さ
   せる段階と、次いで前記勾配磁界のない時には第２の９
   ０°ＲＦ磁界パルス（ＢもしくはＤ）を印加し前記面に
   ベクトルを有する前記スライスにおけるスピンが前記第
   １の方向にあるように回転され、かつ前記身体に−おけ
   る他のスピンのいずれも前記面にあるようにそれらのス
   ピンベクトルよ回転させる段階とによって適切に実行さ
   れることを特徴とする核磁気共鳴装置０ （６）　　身体においである特定の位置で核磁気共鳴を
   励磁する装置におい丁、前記装置は、第１のコイル装置
   （１，３，５，７）を備えており、それによって選択さ
   れた方向の勾配でもしくは勾配なしで選択された方向で
   身体に印加されることが可能となり、かう第２のコイル
   装置（９）を備えており、それによってＲＦ磁界が身体
   に印加され、核磁気共鳴へ励磁された身体の核から生ず
   るＲＦ磁界が検出されることが可能となシ、また前記の
   第１および第２のコイル装置の操作を制御するための制
   御装置（１１，１３，１５，１７，１？、　２１．２５
   ．２５．２７．２９）を備えており、前記制御装置は、
   身体において第１の核スピンを励磁し身体の第１の選択
   された部分に発生するスピンがそれらのスピンベクトル
   を第１の方向にあるようにし、かつ身体のどこか他に発
   生するスピンはいずれもそれらのスピンベクトルを第１
   の方向に垂直な面にあるようにし、前記面にベクトルの
   ある身体のスピンの位相をずらし、かつ前記の特定の位
   置で、前記の第１の部分と交差する第２の選択された身
   体部分における核スピンを励磁し、前記の特定の位置で
   のみ合成スピンのベクトルが前記面に一致するように配
   置されていることを特徴とする核磁気共鳴装置。 （７）特許請求の範囲第６項に記載の装置において、前
   記制御装置は身体における核スピンを励磁することによ
   って前記の第１の核スピンを励磁し、第１の選択された
   身体スライスにおいて、スピンベクトルが第１の選択さ
   れた身体スライスにおいて第１の方向にあシ、かつ前記
   面のどこにでもあるようにし、前記面にベクトルのある
   身体のスピンの位相をすらし、更に身体の核スピンを励
   磁し、前記の第１の選択された部分で第１のスライスと
   交差する第２の選択された身体スライスにおいてスピン
   ベクトルは第１および第２のスライスが交差するところ
   でのみ前記の第１の方向にあり、かつ前記面のどこにで
   もあるように配置されていることを特徴とする核磁気共
   鳴装置０ （８）　　特許請求の範囲第７項に記載の装置において
   、前記の第２の選択された部分は第３のスライスでおる
   ことを４特徴とする核磁気共鳴装置０ （９）特許請求の範囲第７項、もしくは第８項に記載の
   装置において、前記制御装置は、スピンベクトルが身体
   のスライスの前記第１の方向にあり、かつ身体の前記面
   のどこにでもあるような核スピンを励磁し、前記身体に
   対して前記の第１の方向において定常均一磁界を印加し
   、前記スライスに垂直な方向にある勾配で前記の第１の
   方向において前記定常磁界に関連して磁界を印加し、身
   体の前記スライスにおいて単一の均一磁界を与え、前記
   のスライスにおける磁界に対しラーモア周波数で前記勾
   配磁界に関連して９０°ＲＦ磁界パルスを印加し、前記
   面にスピンベクトルのある核スピンをそこに選択的に発
   生させ、次いで前記勾配の磁界のない場合には、第２の
   ９０８ＲＦ磁界パルスを印加し、前記面にベクトルを有
   する前記スライスのスピンが回転されて前記の第１の方
   向にあるようにし、かつ前記身体における他のスピンの
   いずれもがそれらのスピンベクトルを回転させて前記面
   にあるように配置されていることを特徴とする核磁気共
   鳴装置。