JPS59231438A - 核磁気共鳴による検査装置 - 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】 本発明は、核磁気共鳴（ｎｕｃｌｅａｒ　ｍａｇｎｅｔ
ｉｃ　ｒｅｓｏ−ｎａｎｃｅ　）　　（以下これをｒＮ
ＭＲＪと略称する。）現象を利用して、被検体内におけ
る特定原子核分布等を被検体外部より知るようにした核
磁気共鳴による検査方法および検査装置に関するもので
ある。特に、医療用装置に適するＮ　Ｍ　Ｒ画像装置の
改良に関する。

本発明の説明に先だって、はじめにＮＭＲの原理につい
て概略を説明する。

原子核は、陽子と中性子とからなっており、これらは全
体として、核スピン角運動ｉｆで回転しているとみなさ
れる。

第１図は、水素の原子核（■１）を示したちので、（イ
）に示すように１個の陽子Ｐからなり、スピン量子数２
で表される回転をしている。ここで、陽子Ｐは、（ロ）
に示すように正の電荷ｅ’？を持っているので、原子核
の回転に従い、磁気モーメントμが生ずる。すなわち、
一つ一つの水素の原子核は、それぞれ一つ一つの小さな
磁石とみなせる。

第２図は、この点を模式的に示した説明図で、鉄のよう
な強磁性体では、この微小磁石の方向が（イ）に示すよ
うに揃っており、全体として磁化が観測される。これに
対して、水素等の場合は、微小磁石の方向（磁気モーメ
ン１−の向き）は（ロ）に示すようにランダムであって
、全体として磁化は見られない。

ここで、このような物質に、Ｚ方向の静磁場Ｈ。

を印加すると、各原子核がＨｏの方向に揃う。すなわち
核のエネルギー準位がＺ方向に量子化されるわ 第３図（イ）は水素原子核についてこの様子を示したも
のである。水素原子核のスピン量子数ば％であるから、
第３図（ロ）に示すように、−％と十％の２つのエネル
ギー準位に分かれる。２つのエネルギー準位間のエネル
ギー差ΔＥは、＋１１式％式％ （１ ただし、Ｔ；磁気回転比 ’Ｂ−ｈ／２π ｈニブランク定数 ここで各原子核には、静磁場Ｈｏによって、７×＃。

なる力が加わるので、原子核はＺ軸のまわりを、（２）
式で示すような角速度ωで歳差運動する。

ω−γＨａ　　（ラーモア角速度）　・・・・・・（２
）この状態の系に角速度ωに対応する周波数の電磁波（
通當ラジオ波）を印加すると、共鳴がおこり、原子核は
＋１１式で示されるエネルギー差ΔＥ＆こ相当するエネ
ルギーを吸収して、高い方のエネルギー準位に遷移する
。核スピン角運動量を持つ原子核が数種類混在していて
も、各原子核によって磁気回転比γが異なるため、共鳴
する周波数が異なり、したがって特定の原子核の共鳴の
みを取り出すことができる。また、その共鳴の強さを測
定すれば、原子核の存在量も知ることができる。また、
共ｒＡ後、緩和時間と呼ばれる時定数で定まる時間の後
に、高い準位へｊ励起された原子核は、低い準位へもど
る。

この緩和時間は、スピン−格子緩和時間（縦緩和時間）
Ｔｌと、スピン−スピン緩和時間（横緩和時間）Ｔ２と
に分類され、この緩和時間を観測することにより物質分
布のデータを得ることができる。一般に固体では、スピ
ンは結晶格子の上に決まった位置にほぼ固定されている
ので、スピン同士の相互作用が起こりやすい。したがっ
て緩和時間Ｔ２は短く、核磁気共鳴で得たエネルギーは
、まずスピン系にゆきわたってから格子系に移ってゆく
。したがって時間Ｔ１はＴ２に比べて著しく大きい。こ
れに対して、液体では分子が自由に運動しているので、
スピン同士スピンと分子系（格子）のエネルギー交換の
起こりやすさは同程度である。したがって時間゛「１と
１゛２はほぼ等しい値になる。特に時間Ｔ１は、各化合
物の結合の仕方に依存している時定数であり、正常組織
と悪性腫瘍とでは、値が大きく異なることが知られてい
る。

ここでは、水素原子核（１Ｈ）について説明したが、こ
の他にも核スピン角運動量をもつ原子核で同様の測定を
行うことが可能であり、水素原子核以外に、リン原子核
（”Ｐ）、炭素原子核＜　１３　ｃ　）、ナトリウム原
子核（２３Ｎａ、）フッ素原子核（”Ｆ）、酸素原子核
（′７０）等に適用可能である。

このように、ＮＭＲによって、特定原子核の存在量およ
びその緩和時間を測定することができるので、物質内の
特定原子核について種々の化学的情報を得ることにより
、被検体内に種々の検査を行うことができる。

従来より、このようなＮＭＲを利用した検査装置として
、Ｘ線ＣＴと同様の原理で、被検体の仮想輪切り部分の
プロトンを励起し、各プロジェクションに対応するＮ　
Ｍ　Ｒ共鳴信号を、被検体の数多くの方向について求め
、被検体の各位置におけるＮＭＲ共鳴信号強度を再構成
法によって求めるものがある。

第４図は、このような従来装置における検査手法の一例
を説明するための動作波形図である。

被検体に、はじめに第４図（ロ）に示ずようにＺ勾配磁
場Ｇｚ　　と、（イ）に示すように細い周波数スペクト
ル（［１のＲＦパルス（９０°パルス）ヲ印加する。こ
の場合、ラーモア角速度 ωミγ　（Ｈｏ　十ΔＧｚ） となる面だけのプロ１−ンが励起され、磁化Ｍを第５図
（イ）に示すような角速度ωで回転する回転座標系上に
示せば、ｙ′軸方向９０°向きを変えたものとなる。続
いて、第４図（ハ）、（ニ）に示すようにＸ勾配磁場Ｇ
ｘとｙ勾配磁場Ｇｙを加え、これによって２次元勾配磁
場を作り、（ボ）に示すようなＮＭＲ共唱信号を検出す
る。ここで、磁化Ｍは第５図（ロ）に示すように、磁場
の不均一性によって、ｘ′、ｙ′面内で矢印方向に次第
に分１１にシて行（ので、やがてＮＭＲ共鳴信号は減少
し、第４図（ボ）に示すように１時間を経過して無くな
る。このようにして得られたＮＭＲ共鳴信号をフーリエ
変換ずれば、Ｘ勾配磁場Ｇ　Ｘ　％　ｙ勾配磁場ｃｙに
より合成された勾配磁場と直角方向のプロジェクション
となる。

以下、同じようにして、所定の時間τ′だけ待って、次
のシーケンスを繰り返す。各シーケンスにおいては、Ｇ
ｘ、Ｇｙを少しずつ変える。これによって、各プロジェ
クションに対応するＮ　Ｍ　Ｒ共鳴信号を被検体の数多
くの方向について求めることができる。

このような動作をなす従来装置においては、第４図にお
いて、Ｎ　Ｍ　Ｒ共鳴信号が無くなるまでの時間τば、
１０〜２０ｍ５であるが、次のシーケンスに移るまでの
所定時間τ′は、緩和時間Ｔ１のためＩ　ｓｅｃ程度は
必要となる。それゆえに、一つの被検体断面を、例えば
１２８プロジエクシヨンで再構成するものとすれば、そ
の測定には少なくとも２分以上の長い時間を必要とする
。

本発明に係る方法は、これを改良するもので、磁化Ｍが
緩和時間Ｔ１により熱平衡状態（ＭがＺ′軸方向を向く
）になるまで待たず、パルス系列を用いて、磁化ＭをＺ
′力方向強制的に向けるようにした点に特徴がある。

さらに、このような方法において、本発明者らは、緩和
時間Ｔ１、Ｔ２を求めるために、複雑な測定を行わなく
とも、ＮＭＲ信号強度を観測して、これから簡単な演算
を行うことにより、緩和時間Ｔ１、Ｔ２を求めることが
できることに気利いた。

すなわち本発明は、磁化Ｍが緩和時間１゛１によ、り熱
平衡状態になるまで待たずに、パルス系列を用いて、磁
化ＭをＺ′力方向強制的に向けるように制御する方法で
、緩和時間Ｔ１およびＴ２を簡単に算出することができ
るＮＭＲ装置を提供することを目的とする。

第６図は本発明の手法を実現するだめの装置の一実施例
の構成を示すブロック図である。図において、１は一様
静磁場ｆ（ｏ（この場合の方向をＺ方向とする。）を発
生させるための静磁場用コイル、２はこの静磁場用コイ
ル１の制御回路で、例えば直流安定化電源を含んでいる
。静磁場用コイル１によって発生する磁束の密度Ｈｏは
、０．ＩＴ程度であり、また均一度は１０科以上である
ことが望ましい。

３は勾配磁場用コイルを総括的に示したもの、４はこの
勾配磁場用コイル３の制御回路である。

第７図（イ）は勾配磁場用コイル３の一例を示す構成図
で、Ｚ勾配磁場用コイル３１、ｙ勾配磁場用コイル３２
．３３、図示してないがｙ勾配磁場用コイル３２．３３
と同じ形であって、９０゛回転して設置されるＸ勾配磁
場用コイルを含んでいる。この勾配磁場用コイルは、一
様静磁場Ｈａと同一方向磁で、ｘ、ｙ、ｚ軸方向にそれ
ぞれ直線勾配をもつ磁場を発生する。６０ば制御回路４
のコン１−０−ラである。

５は被検体に細い周波数スペクトルｆのＲＦパルスを電
磁波として与える励磁コイルで、その構成を第７図（ロ
）に示す。

６は測定しようとする原子核のＮＭＲ共鳴条件に対応す
る周波数（例えばプロトンでは、　４２．６Ｍ１ｌｚ／
Ｔ）の信号を発生ずる発振器で、その出力は、コントロ
ーラ６０からの信号によって開閉が制御されるゲート回
路６１、パワーアンプ６２を介して励磁コイル５に印加
されている。７は被検体におけるＮＭＲ共鳴信号を検出
するための検出コイルで、その構成は第７図（ロ）に示
す励磁コイルと同じで、励磁コイル５に対して９０゛回
転して設置されている。なお、この検出コイルは、被検
体にできるだけ近接して設置されることが望ましいが、
必要に応じて、励磁コイルと兼用させてもよい。

７１は検出コイル７から得られるＮＭＲ共鳴信号（Ｆ　
Ｉ　Ｄ　：　ｆｒｅｅ　１ｎｄｕｃｔｉｏｎ　ｄｅｃａ
ｙ）を増幅する増幅器、７２は位相検波回路、７３は位
相検波された増幅器７１からの波形信号を記憶するウェ
ーブメモリ回路で、Ａ／Ｄ変換器を含んでいる。８はウ
ェーブメモリ回路７３からの信号を例えば光ファイバで
構成される伝送路７４を介して入力し、所定の信号処理
を施して断Ｉｉｆ像を得るコンピュータ、９は得られた
断層像を表示するテレビジョンモニタのような表示器で
ある。また、コントローラ６０からコンピュータ８へは
、信号線７Ｇにより、必要な情報が伝送される。

このように構成した装置の動作を、灰に第８図および第
９図を参照しながら説明する。

まず、はじめに制御回路２は静磁場用コイル１に電流を
流し、被検体く被検体は各コイルの円筒内に設置される
。）に静磁場Ｈｏを与えた状態とする。この状態におい
て、コントローラ６０は、はじめに制御回路４を介して
Ｚ勾配磁場用コイル３１に電流を流し、第８図（ロ）に
示ずようにＺ勾配磁場Ｇｚ＋を与える。また、Ｇｚ十が
与えられている下で、ゲート回路６１を開とし、発振器
６からの信号を増幅器６２を介して励磁コイル５に印加
し、第８図（イ）に示すように細いスペクトルを持った
９０°パルスで、被検体の一面を励起する。なお、第８
図（ロ）において、Ｇｚ＋に続＜Ｇｚ−は、被検体の異
なる部分からのＮ　Ｍ　Ｒ共鳴信号の位相を一致させる
ための波形信号であって、この技術は公知の技術である
。

この時点ｔｏにおいては、磁化Ｍは第９図（イ）の回転
座標系に示すようにｙ′軸方向に９０　”向きを変える
。続いてＸ勾配磁場用コイルおよびＸ勾配磁場用コイル
３２．３３に電流を長し、第８図（ハ）（ニ）に示すよ
うに所定の大きさの磁場Ｇｘ、Ｇｙを印加し、検出コイ
ル７から得られる第８図（ボ）に示すようなＮＭＲ共鳴
信号を検出する。ＮＭＲ共鳴信号が検出されている時点
（例えばｔｌの時点）では、磁化Ｍば第９図（ロ）に示
すように、ｘ′、ｙ′面内で破線矢印方向に次第に分散
していく途中にある。検出コイル７で検出されるＮＭ■
７共鳴信号は、時間とともに次第に減衰するもので、こ
の信号は増幅器７１で増幅され、位相検波回路７２で位
相検波され、ウェーブメモリ回路７３を介してコンピュ
ータ８に印加される。ここで、ＮＭＲ共鳴信号はフーリ
エ変換され、■プロジェクションの信号となる。これま
での動作は従来装置と同様である。

ＮＭＲ共鳴信号が無くなるまでの７３１時間経過後にコ
ントローラ６０は、再びＺ勾配磁場用コイル３１に電流
を流し、第８図（ロ）に示すようにＺ勾配磁場Ｇｚ十を
与えるとともに、ゲート回路６１を開とし、励磁コイル
５に電流を流し、今度は第８図（イ）に示すように同一
面に１８０°−Ｘ　パルス（１８０°−ｘは発振器６か
らの信号の位相を反転してもの）を印加する。続いて、
第８図（）＼）（ニ）に示すようにＸ勾配磁場用コイル
およびＸ勾配磁場用コイルに電流を流し、前回と同様の
所定の大きさの磁場Ｇｘ、Ｇｙを同時に印加させる。

つぎに、　１８０°−Ｘパルスを印加すると、分散した
磁化Ｍは第９図（ハ）に示すように再び集合し始め、検
出コイル７からは、第８図（ホ）に示すように次第に増
大するＮ　Ｍ　Ｒ共鳴信号（この信号をエコー信号と呼
ぶ。）が検出される。

１８０°−Ｘパルスを印加してから、ＴＳ２時間経過後
にエコー信号は第８図（ホ）に示すように最大となる。

このエコー信号はシーケンス中Ｇｘ。

Ｇｙ、Ｇｚが一定であれば時間Ｔ　ｓ　１とＴ　Ｓ　２
とは等しく、さらにこの間は被検体の状態が変わらない
ものとすれば、はじめに出力されたＮＭＲ共の下で励磁
コイル５に電流を流し、今度は第８図（イ）に示すよう
に９０°パルスを印加し、磁化ＭをＺ′軸方向に強制的
に向ける。この時点ｔ３では、磁化Ｍば、第９図（ニ）
に示すように、緩和時間Ｔ２のためにＺ′軸に一致せず
、少し分散した状態にある。

この状態から少しの時間Ｔｄを経過後、緩和によって磁
化ＭはＺ′軸に一致する。ここで、ｔ３の時点から、磁
化ＭがＺ′軸に一致するまでの時間Ｔｄは、ｔ３の時点
では磁化ＭがＺ′軸から僅かに分散しているだけである
ことがら、緩和時間Ｔ！に比較して十分短く、例えば４
Ｔｓ程度でよい。時間時間Ｔｓが経過した時点で、第１
回目のシーケンスが終了し、以後同様のシーケンスを繰
り返す。各シーケンスでは、被検体に与えるＧｘ、Ｇｙ
を少しずつ変え、それぞれのシーケンスについて、すな
わち、それぞれのプロジェクションについて、検出コイ
ル７からＮＭＲ共鳴信号およびエコー信号を得る。

コンピュータ８は、各シーケンスにおいて、例えば、は
じめに出力されるＮＭＲ共鳴信号または時間反転波であ
るエコー信号もしくは両者の和をフーリエ変換し、Ｘ線
ＣＴと同様な公知の手法（例えばｆｉｌ−ｔｅｒｅｄ　
ｂａｃｋ　ｐｒｏｊｃｔｉｏｎ）によって再構成演算を
行い、断層像を得て、これを表示器９に表示する。　こ
のようにシーケンスを定義する時間Ｔ　ｄ　＋　Ｔ　Ｓ
　１およびＴＳ２について、Ｔ　ｓ　１−Ｔ　ｓ　２　
＝　Ｔ　ｓ とし、９０”パルスおよび１８０　”パルスの時間幅は
」−分に短いと仮定すると、Ｎ　Ｍ　Ｒ信号の強度Ｖ（
横方向磁化Ｍｙ＋に比例する量）は ・・・・・・・・・（３） で与えられる。ここでＭばプロトン密度であり、熱平衡
状態の磁化Ｍｏに比例する量である。

また、エコー信号の強度Ｖ′は（３）式の信号の強度Ｖ
に対して、 Ｖ’＝Ｖ・ｅｘｐ　（２ＴＳ／Ｔ２） となるが、これはＮＭＲ信号の強度■に比べて信号の強
度がやや小さいだけでその他の条件は全く同様であるの
で、同様に適用することができる。

以降の説明はＮＭＲ信号を例にとって説明する。

いまかりにＭ＝１として、緩和時間Ｔｌ、１”２の違い
により、ＮＭＲ信号の強度Ｖがどのよ・うに変化するか
を図示すると、第１θ図のようになる。

すなわち、強度■は緩和時間Ｔ１、Ｔ２により変化し、
得られる画像データに緩和時間Ｔ１およびＴ２により差
異をつけることが可能であることがわかる。第１０図は
Ｔ　ｄ　””　１００　ｍｓ、　Ｔ　ｓ　＝　１０ｍ５
の場合であるが、強度Ｖばシーケンスを定義する時間Ｔ
ｄま、たばＴｓによっても変化する。そのため、Ｔｄま
たばＴｓを変えた数枚の画像から、Ｔ１またはＴ２に関
する情報を得ることが可能である。

第１１図は、Ｔｄ　／Ｔｘ　、ＴＳ　／Ｔ２をパラメー
タとしたもので Ｔｄ　／Ｔｌ　＜　１、　Ｔｓ／Ｔ２＜０．１程度とす
ると、緩和時間Ｔ　１、Ｔ　２による差異を強調できる
ことがわかる。すなわち、時間Ｔ　Ｓ　１およびＴ　Ｓ
　２は緩和時間Ｔ２より短く設定し、時間Ｔｄは緩和時
間Ｔ１より短く設定することがよい。

この性質を利用して、すなわち上記（３）式を利用して
、時間ＴｄおよびＴｓをパラメータとして変化させ、Ｎ
　Ｍ　Ｒ信号の強度Ｖを測定すると、緩和時間Ｔ１およ
びＴ２を未知数とする方程式ができる。この方程式は時
間ＴｄおよびＴｓを変化さゼた数だけできるので、連立
方程式として解を求めると、緩和時間Ｔ１およびＴ２を
求めることができる。

すなわち、本発明の装置では、第６図に示すコンピュー
タ８に、コントローラ６０から時間Ｔｄ、Ｔ　ｓ　１お
よびＴＳ２の情報を与えて、コンピュータ８で連立方程
式を作り、これを解くことにより緩和時間Ｔ１、Ｔ２お
よびプロトン密度Ｍを算出することを特徴とする。

実際に観測されるＮＭＲ共鳴信号はノイズを含んでいる
ので、強度Ｖを必ずしも正確に測定できるとは限らない
。このような場合には、未知数Ｔ１、Ｔ２、Ｍより多く
の測定データから、最小自乗法などによって未知数Ｔ１
、Ｔ２、Ｍの値を求めることにすれば、ノイズ等による
測定の誤差の影響を小さくすることが可能であり、未知
数Ｔ１、Ｔ２、Ｍについての正確な値を得ることができ
る。算出された緩和時間Ｔ１またばＴ２もしくはＭの値
は、被検体の断面像について緩和時間の分布画像構成の
ためのデータとして使用する。特に、緩和時間Ｔ１およ
びＴ２の画像はＮＭＲの標準画像としても重要である。

次に連立方程式を解き緩和時間Ｔ１およびＴ２を算出す
る実施例について説明する。

上記（３）式で、Ｖ／Ｍ＝ＶすなわちＭ＝１とおき、Ｔ
ｄ　／Ｔ１　＝　（Ｘ、　　２　ＴＳ　／Ｔ２　＝βと
すると、（３）式は、 となる。この（４）式から または が得られる。したがって、（５）式から・・・・・・・
・・（７） （７）式からＴ１を求めて、 ・・・・・・・・・（８） となる。ここで、時間Ｔｓを新しい時間Ｔｓ’　−２Ｔ
ｓ に変更すると、ＮＭＲ強度ＶがＶ′に変化して、上記（
８）式と同様に ・・・・・・・・・（９） が成立する。緩和時間Ｔ１は変化しな（、ｉカ）ら、（
８）式と（９）式の右辺は互いに等しく、 −１ 丁２ となる。ここで、 ｅｘｐ　　（β）＝Ｂ とおくと、 ｅｘｐ（２β）＝Ｂ であるから、（１０１式は ｖ’ｃｖ−＋　）Ｂ”−Ｖ（Ｖ’ｆＩＢｒ（ｖ’−Ｖ＞
＝０・・・・・・（１１） なる２次式方程式になり、この根は ・・・・・・　（１２） となる。右辺−Ｆ　（Ｖ、Ｖ”）　とおくと、（１２）
式は すな才）ち ・・・・・・（１３） これを（７）式に代入して ・・・・・・（１４） から１゛１を求めて Ｔｄ Ｔｓ＝ ・・・・・・・・・　く１５） が得られる。

以上のように、２つのパルス系列によるＮＭＲ信号（Ｔ
ｄ、Ｔｓ　、Ｖ）および（Ｔｄ、２Ｔｓ、Ｖ’）から、
Ｔ　１、Ｔ　２を求めることができた。

この例は時間Ｔｓを２倍に変更したが、一般に０倍に変
更してもあるいはｎ分の１に変更しても、同様に実施す
ることができる。このときｎは必ずしも整数でなくとも
よい。

つぎに、時間Ｔｄの方を変更する例について説明する。

上記（６）式においてＴ２を求めると、・・・・・・・
・・（１６） となる。ここで、２Ｔｄ＝Ｔｄ’　として、この時間Ｔ
ｄ’に対するＮＭＲ信号強度ｖ′を測定すると、 ・・・・・・・・・（Ｉ７） が得られる。ここで とおくと となり　（１７）式は （Ｖ’−Ｖ）Ａ”十Ｖ’ＣＶ−１）Ａ　−Ｖ　ＣＶ’−
１）＝　０・・・・・・・・・　く１８） なる二次方程式に書き表わせる。この（１８）式から根
を求めると ・・・・・・・・・（１９） となる。ここで右辺をＧ　（Ｖ、　　Ｖ’　）とおくと
、これを解いて、 が求められる。これを（６）式に代入して・・・・・・
・・・（２２） から ・・・・・・・・・　（２３） が得られる。すなわち、時間Ｔｓを固定し、時間Ｔｄを
変化させても緩和時間Ｔ１、Ｔ２を求めることができる
。上記例は時間Ｔｄを２倍に変化させたが、これはｎ倍
に変化させても、ｎ分の１に変化させても、同様に求め
ることができる。

以上の例はプロＩ−ンの密度Ｍを１としたが、密度Ｍが
１でない場合には、■をＶ／Ｍと表現すれば、 として書き表わすことができる。したがって、Ｍが１で
ない場合についても、全く同様に、緩和時間Ｔ１および
Ｔ２を方程式から算出することができる。

上述の緩和時間Ｔ１およびＴ２を求めるための演算は、
プログラムされた情報処理装置を用いて、リアルタイム
に実行することができる。

第８図に示したパルス系列以外でも、同様に緩和時間Ｔ
１、Ｔ２およびプロトン密度Ｍをもとめることができる
。次にそれらの例を示す。

第１２図は３次元ＰＲ法と呼ばれる手法に適用した場合
である。被検体に印加する電磁波として、第１２図（イ
）に示すれうに矩形波状のパルス信号を使用するととも
に、被検体のプロジェクションの方向を特定するための
磁場Ｇｚ、Ｇｘ、Ｇｙを第１２図（ロ）（ハ）（ニ）に
それぞれ示すように、同時に被検体に与えるように構成
する。ＮＭＲ信号強度については、上述の（３）式が成
立するので、緩和時間Ｔｌ、Ｔ２および密度Ｍの演算方
法は同様である。

第１３図は、フーリエ変換法と呼ばれる手法に適用した
ものである。この手法は、はじめに、第１３図（イ）に
示すように、Ｇｚ＋（第１３図（ロ）参照）の下で、９
０°パルスの電磁波を被検体に印加して被検体の一面を
励起する。次に第１３図（ハ）に示すように、Ｇｘを時
間ｔｘの開被検体に与え、磁化の位相をＸ方向に目盛付
けする。

ただし、Ｌｘ：Ｘ方向の被検体の長さ Ｎ　：Ｘ方向の分割数 つづいて、第１３図（ニ）および（ホ）に示すように、
ＧｙＯ下で、ＮＭＲ信号を検出する（Ｘ方向はラーモア
角速度で目盛付けを行う）。つづいて、第１３図（イ）
に示すように、９０°パルスを印加してから１時間後に
１８０’−Ｘパルスを印加する。つづいて、第１３図（
ニ）、（ハ）、（ロ）に示すように磁場Ｇｙ、Ｇｘ、Ｇ
ｚを順次与え、その下で第１３図（ホ）に示すようにエ
コー信号を作る。このエコー信号が最大となった時点（
１８０゜−Ｘパルスを印加してからτ時間経過後）であ
つて、Ｇｚ＋の下で第１３図（イ）に示すように９０゜
パルスを印加して、磁化を２′軸に向ける。τ′時間経
過後に、前記のシーケンスを繰り返す。各シーケンスで
は、Ｇｘなパルス幅ｔｘを順次変え、Ｎ（ｆｌｉｔのＮ
ＭＲ信号データを得る。このようにして得られたＮ個の
ＮＭＲ信号を２次元フーリエ変換し、断層像を得る。

なお、この手法において、各シーケンスではＧＸのパル
ス幅を順次変える代わりに、ｔｘを一定とし、Ｇｘの大
きさを順次変えるよ・うにしてもよい。この場合のＮＭ
Ｒ信号強度Ｖ′は上記（３）式を用いて、 Ｖ　’　＝ＶＸ　ｅｘｐ　（ＴＸ／Ｔ２　）　　　−（
２５）となり、同様の手法でＴ１、Ｔ２およびＭの像が
得られる。

第１４図は、３次元フーリエ変換法に適用した場合であ
る。ここでは、被検体に印加する電磁波として、第１４
図（イ）に示すように矩形波状のパルス信号を使用する
とともに、被検体をｘ、　　ｙ、　　ｚ軸の３次元で目
盛付けするための磁場Ｇｚ、Ｇｘ。

Ｇｙを第１４図（ロ）（ハ）（ニ）にそれぞれ示すよう
に時間制御し、順次被検体に与えるようにしたものであ
る。Ｔ１、Ｔ２、Ｍの演算はフーリエ変換法と同じであ
る。

第１５図は、本発明にかかわる手法をスピンワープ法と
呼ばれる手法に適用した場合の動作波形図である。ここ
では、第１５図（ハ）に示すように、Ｘ軸方向勾配磁場
Ｇｘを印加する時間ｔｘば一定とし、各シーケンス毎に
異なる大きさの磁場Ｇ　Ｘ　ｓ　＋ＧＸ２．・・・・・
・を与えるようにしたものである。また、磁場Ｇｘを印
加している間第１５図（ニ）に示すように、ｙ軸方向勾
配磁場Ｇｙ−を印加するようにしている。磁場Ｇｘを印
加しているときに磁場Ｇｙｆを印加すると、磁化は拡散
して第１６図（ホ）の破線に示すようにＮＭＲ共鳴信号
は減少してすぐに消滅する。つづいて第１５図（ニ）に
示すにようにｙ軸方向勾配磁場Ｇｙ十を印加すると、磁
化が再び集合し、第１５図（ホ）に示すように変化する
エコー信号が表れ、磁場Ｇｙｔを印加している下でこれ
をデータＥ１．Ｅｘ’として検出する。この場合の信号
強度Ｖ′は（３）式を用いて、Ｖ’　＝Ｖｘ　ｅｘｐ（
−２ＴＸ／Ｔ２　）となり、同様にＴ１、Ｔ２およびＭ
の像を得ることができる。

以上説明したように、本発明によれば、磁化を与えた後
、緩和時間Ｔ１により熱平衡状態になるまで待たずに、
パルス系列を用いて強制的に磁化を戻す場合には、この
ときのＮＭＲ信号強度を観測すれば、これから緩和時間
Ｔ１、Ｔ２およびプロ！−ン密度Ｍが簡単に演算により
求められる。

これにより、リアルタイムの観測と演算が高速化される
とともに、装置が簡単化されるので、医療機器その他に
実施してその効果は極めて大きい。

（以下本頁余白）

【図面の簡単な説明】

第１図は水素原子のスピンを説明する図。 第２図は水素原子の磁気モーメントを模式化した図。 第３図は水素原子の原子核が磁場の方向に揃う状態を説
明する図。 第４図はＮＭＲによる検査パルス波形の一例を示す図。 第５図は磁化Ｍを回転座標系に表示する図。 第６図は本発明実施例装置の構成図。 第７図は磁場用コイルの一例を示す構造図。 第８図は本発明実施例装置のパルス系列波形図。 第９図は磁化Ｍを回転座標系に表示する図。 第１０図は緩和時間Ｔ１およびＴ２に対するＮＭＲ信号
の強度Ｖを示す図。 第１１図はＴｃｌ　／Ｔ１　、ＴＳ　／Ｔ２をパラメタ
としてＮＭＲ信号の強度Ｖを示す図。 第１２図は３次元ＰＲ法に本発明を適用した場合の本発
明実施例装置のパルス系列波形図。 第１３図はフーリエ変換法に本発明を適用した場合の本
発明実施例装置のパルス系列波形図。 第１４図は３次元フーリエ変換法に本発明を適用した場
合の本発明実施例装置のパルス系列波形図。 第１５図はスピンワーブ法に本発明を適用した場合の本
発明実施例装置のパルス系列波形図。 特許出願人　横河北辰電機株式会社 代理人　弁理士　井　出　直　孝　　　（（イ］　　　
　　　　　　　（ロ） （イ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　（ロ）（伯　　　　　　　　　　　　　　　　
（ロ）第３図 （ハ）　　Ｇｘ　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　−一一−ｒり第４図 第５図 （イ）　　　　　　　　　（０）　　　　　　　　（八
）　　　　　　　　（ニ）第１０図 第１１図 （ネ）ＮＭＲ（ｉｉ％−兜ルＶシ菅−−−−−−〜−〜
〜ｒ−一−−−やν第１２図 第１４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被検体の組織を構成する原子の原子核に核磁気共
   鳴を与えるための第一の高周波パルスを印加し、 上記原子核に生じる核磁気共鳴信号を測定して、この原
   子核が共鳴している高いエネルギーレベルから熱平衡状
   態の低いエネルギーレベルニ戻ルまでの緩和時間および
   または原子核密度を測定する方法を含み、 上記第一の高周波パルスを印加してから第一の時間ＴＳ
   Ｉの経過後に上記原子核に第二の高周波パルスを印加し
   、 さらに上記第一の時間１゛ｓ１に等しいまたは異なる第
   二の時間ＴＳ２が経過してから上記原子核に第三の高周
   波パルスを印加することにより１回のシーケンスを構成
   し、 その後第三の時間Ｔｄを経過してから、上記シーケンス
   を繰り返す方法において、 上記第一の時間Ｔ　ｓ　１、上記第二の時間Ｔ　Ｓ　２
   および上記第三の時間Ｔｄの少なくとも一つを変化させ
   て、核磁気共鳴信号の強度Ｖを測定し、その各々の条件
   下で、上記強度■を被検体の各部についてそれぞれ複数
   個得て、この複数個の強度Ｖの値から画像間演算により
   、スピン−格子緩和時間Ｔ１、スピン−スピン緩和時間
   Ｔ２および原子核密度の少なくとも一つの２次元および
   または３次元画像を求めることを特徴とする核磁気共鳴
   の検査方法。
2. （２）被検体の組織を構成する原子の原子核に核磁気共
   鳴を与えるための高周波パルスを印加する手段と、 上記原子核に生じる核磁気共鳴信号を測定する手段とを
   備え、 この原子核が共鳴している高いエネルギーレベルから熱
   平衡状態の低いエネルギーレベルに戻るまでの緩和時間
   を測定する手段を含み、上記高周波パルスを印加する手
   段は、上記原子核に第一の高周波パルスを印加してから
   第一の時間］゛ｓ１の経過後に上記原子核に第二の高周
   波パルスを印加し、さらに上記第一の時間Ｔ３１に等し
   いまたは異なる第二の時間が経過してから上記原子核に
   第三の高周波パルスを印加することにより１回のシーケ
   ンスを構成し、その後第三の時間Ｔｄを経過し”Ｃから
   、上記シーケンスを繰り返すように構成された装置にお
   い一ζ、 上記高周波パルスを印加する手段は、上記第一の時間Ｔ
   　Ｓ　１　、上記第二の時間’ｒＳ２および上記第三の
   時間Ｔｄの少なくとも一つを変化させて異なる複数のシ
   ーケンスを構成するように設定され、上記核磁気共鳴信
   号を測定する手段は、各シーケンスで核磁気共鳴信号の
   強度Ｖを被検体の各部分についてそれぞれ複数１ｌｌＩ
   Ｉ渕定するように構成ささらに、上記核磁気共鳴信号を
   測定する手段により測定された強度■の複数個の値につ
   いて画像ンースピン緩和時間Ｔ２および原子核密度のう
   ちの少なくとも一つの２次元およびまたは３次元の画像
   を求める演算手段を備えたことを特徴とする核磁気共鳴
   による検査装置。