JPS60242352A - サンプルのｎｍｒ像を発生する方法とｎｍｒ作像装置 - 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】 発明の背景 この発明は全般的にＮＭＲ作像、更に具体的に云えば、
スピンエコー信号を発生する為に核スピンの時間的な反
転を行わせるパルスを用いたＮＭＲ作像に関する。

ＮＭＲ作像では、特にスピンエコー信号を発生する為に
、主たる静磁界に対して横方向の平面内にある核スピン
を時間的に反転する為に１８０゜ＲＦパルスを用いるス
ピンエコーＮＭＲ作像では、主たる静磁界及びＲＦ磁界
の非均質性、即ち、磁界の空間的な変化が重要な問題で
ある。スピンエコー作像では、主たる磁界に対して略直
交する軸線に沿って、９０’ＲＦパルスをサンプルに印
加することにより、１ナンプルの選ばれた領域内にある
核スピンを主たる磁界との整合状態から横平面へ章動さ
せる。横平面に章動１ノだ時、核スピンはラーマ方程式 ％式％（１） 〈こ）でγは磁気回転比で特定の原子核種目にとって一
定であり、βは核スピンにかける磁界であ゛る）によっ
て表わされる特性的なＮＭＲ周波数で、横平面内で同相
で歳差運動を始める。然し、局部的な磁界の非均質性に
より、核スピンは忽ち位相のコヒーレンスを失い、位相
外れを起し始める。

次に１８０”ＲＦパルスをサンプルに印加して、横平面
内の核スピンを時間的に反転する。これによって正味の
横方向の磁化が反転する。核スピンの共振振動数、即ち
歳差運動の振動数は同じであるが、１８０°パルスがそ
れらの相対的な位相を１８０°ずらし、この為、核スピ
ンが再び位相のコヒーレンスを取戻すにつれて、核スピ
ンによって発生されるＮＭＲ信号の位相戻しが起り、ス
ピンエコー信号を発生する。主磁界及びＲＦ磁界の一方
又は両方の非均質性は、核スピンが全部正しく時間的に
反転する妨げになることがある。この為、全ての核スピ
ンが同時に位相のコヒーレンスを回復する代りに、相異
なる時刻に位相戻しをし、破壊的な干渉を生じ、それが
所望のスピンエコー信号の撮幅を小さくする。

磁界の非均質性の主な原因は２つある。即ち、（１）サ
ンプルにわたって完全に均質な磁界を発生することが出
来る磁石を構成づ−るのが実際に困難である為の主たる
静磁界の変化と、（２）サンプルにわたって完全に均質
なＲＦＩａ界を発生することが出来るＲＦコイルを構成
するのが実際に困難である為のＲＦｉｉ界の変化とであ
る。時間反転用のＲＦ磁界について、磁界の非均質性が
強くなると、時間的に反転しＩＣ核スピンの位相戻しの
誤差が増加する。相次ぐスピンエコー信号を発生ずる為
に複数個の相次ぐ１８０°パルスをサンプルに印加する
多重エコーの実験では、この誤差によって、その結果得
られるＮＭＲ像に人為効果（アーティフ１り１〜）が生
じ、像が使いものにならなくなることがある。

この誤差を最小限に抑えようとする従来の試みには、Ｒ
Ｆ磁界に較べて、非均質性の大きさをなるべく小さくす
る様に、なるべく大きさの大きいＲＦ磁界を使゛−うも
のがある。この方式の難点、特にＮＭＲ作像で望ましい
大形の主たる静磁界を使う時の難点は、大きさの強いＲ
Ｆ磁界が患者の焼損を起し、身体内の代謝過程に干渉す
る慣れがあることである。更に、ＲＦ磁界の大きさが強
くなると、Ｒ１磁界を発生するのに使われるハードウェ
アも、コスト並びに複雑さが強まる。

ＮＭＲ分光法では、磁界の非均質性がそれ程の問題では
ない。この分光法では、全身のＮＭＲ作像に用いられる
よりも、ずっと小さい寸法を持つサンプルの化学的な構
造を解析する為に、サンプルの全体からの複数個の相異
なる核スピンのＮＭＲ信号を検出する。全身作像の場合
のサンプルの寸法は、人体の断面寸法に比肩し得る。然
し、ＮＭＲ分光法では、サンプル内の相異なる核スピン
の予定の回転を発生する上で困難がある。これは１つに
は、異なる核種口の間の共振のずれが比較的大きい為で
ある。最近、スピン−格子緩和時間を決定する時の系統
的な誤差を最小限に抑える′１つの方法として、ＮＭＲ
分光法の反転回復実験に、ＲＦパルスの順序で構成され
た複合パルスを用いることが提案されている。（ジャー
ナル・オブ・マグネティック・レゾナンス誌、第３８巻
く１９８０年）第４５３頁乃至第４７９頁所載のフリー
マン他の論文［自分の欠陥を補償する無線周波パルス順
序」参照。）１つの軸線の周りの９０’の回転を発生す
るパルスと、直交する軸線の周りの１８０°の回転を発
生するパルスと、第１の軸線の周りの９０°の回転を発
生するパルスとで構成された複合１８０°パルスも、Ｎ
ＭＲ分光法のスピンエコー実験に関連して研究されてい
る。（ジャーナル・オブ・マグネティック・レゾナンス
誌、第４３巻（１９８１年）第６５頁乃至第８０頁所載
のレビット他の論文ｒＮＭＲスピンエコー実験に於ける
パルスの欠陥の補償」参照。）この様な複合パルスは系
統的な誤差を最小限に抑えることが出来ると共に、実質
的に保存された振幅を持つＮＭＲ信号を発生することが
出来ることが判っているが、横平面内の核スピンの回転
に複合パルスを使うことによって起る都合の悪い結果と
して、複合パルスがＲＦ磁界及び主磁界の非均質性の関
数として変化する位相誤差を導入する。非均質性はサン
プル全体にわたって空間的に変化するから、位相誤差も
サンプル全体にわたって空間的に変化する。１つのサン
プル内の異なる２点の核スピンによって発生された信号
が、偶々１８ｏ°の位相差を持てば、信号が相殺し、こ
れらの点からの出力信号が発生されなかった様に見える
。従って、磁界の非均質性が小さいか或いは非常に明確
に限定されていて、サンプルの意味のある非均質性が、
相異なる核スピンの間の化学シフトによるものだけであ
る時にだけ、複合パルスがＮＭＲスピンエコー分光法に
用いられている。

一般的に磁界の非均質性がはっきりしておらず、サンプ
ルの寸法も比較的大きいＮＭＲ作像では、複合パルスを
使うことによって割合大きな不明の位相誤差が起ること
があり、これまで、磁界の非均質性によ全時間反転誤差
を克服する為に、複合パルスが考えられたことはなかっ
た。

１１悲１Ｌ この発明では、磁界の非均質性に伴う誤差を減少する為
に、スピンエコーＮＭＲ作像で核スピンの時間的な反転
を行う為に、複合パルスを用いる。

この為、この発明の１面では、ＮＭＲ作像順序の一部分
として、サンプルの選ばれた横平面領域内にある核スピ
ンを時間的に反転する為に、複合パルスをサンプルに印
加する。複合パルスは、横平面領域内の直交する軸線の
周りの核スピンの複数個の回転を発生する為のパルス順
序で構成される。

この発明の方法は、選ばれた領域内の複数個の異なる位
置にある核スピンによって発生されたスピンエコーＮＭ
Ｒ信号を検出し、これらのスピンエコー信号を処理して
複素信号を発生し、複素信号の振幅を用いてＮＭＲ像を
形成することを含む。

複合パルスは３つのパルスの順序で構成されることが好
ましい。第１のパルスは、サンプルの選ばれた領域で、
サンプルの横平面内にある第１の軸線の周りの核スピン
の第１の回転を発生ずるものであり、この第１のパルス
に続く第２のパルスは、前記第１の軸線と略直交する、
やはり横平面内の第２の軸線の周りの核スピンの第２の
回転を発生するものであり、この第２のパルスに続く第
３のパルスは、前記第１の軸線の周りの核スピンの第３
の回転を発生するものである。

この発明の別の１面として、ＮＭＲ作像装置が核スピン
を時間的に反転する為の複合ＲＦパルスを発生するＲＦ
パルス発生手段を有する。ＲＦパルス発生手段は、予定
の周波数を持つＲＦ搬送波を発生するＲＦ源と、該ＲＦ
源に接続されていて、ＲＦ搬送波の同相成分及び直角位
相成分を発生する手段と、同相成分及び直角位相成分を
受取って、同相成分及び直角位相成分の順序で構成され
た複合ＲＦパルスを発生する手段とを有する。この同相
成分及び直角位相成分の順序は、サンプルの選ばれた領
域で、第１の横軸線の周りの核スピンの第１の回転、前
記第１の横軸線に略直交する第２の横軸線の周りのスピ
ンの第２の回転、及び第１の横軸線の周りのスピンの第
３の回転を逐次的に発生して核スピンを時間的に反転す
る様に選ばれている。更にＲＦパルス発生手段は、この
複合パ１ルスをサンプルに印加する手段を含む。

好ましい実施例の説明 この発明は、多数のスピンエコーを発生する為に、横平
面内にある核又ビンを相次いで時間的に反転する多重エ
コーＮＭＲ作像に使うのに特に適しており、その場合に
ついて説明する。然し、後で判るが、これはこの発明の
１つの用例にすぎない。

第１図にＮＭ、Ｒサンプル１０を示す。サンプル１０は
例えば円柱形であってよく、普通のデカルト座標系の２
軸の正の方向を向いた主たる静磁界Ｂｏの中に配置され
る。ｌ軸はサンプルの軸線１０ａと一致する様に選ぶ。

座標系の原点は、作像容積内にある核スピンの選択的な
励起によって限定された厚い作像容積１１の中心にとる
ことが出来る。各々が、作像容積の内、厚さ△Ｚを持つ
複数個の平面状スライス１２の内の１つに対応する複数
個のＮＭＲ像が、作像容積内の核スピンによって発生さ
れたＮＭＲ信号の解析によって得られる。

周知の様に１、静磁界Ｂｏの効果は、サンプル内にある
核スピンを磁界Ｂｏと整合させ、２軸の方向に正味の磁
化を発生することである。ｌ軸に沿って空間的に変化す
る磁界勾配Ｇ２を磁界Ｂ。に重畳すると、サンプル内の
核スピンは、ｌ軸に沿った位置の関数として変化する磁
界の作用を受け、従って、方程式（１）で示す様に、核
スピンの共振振動数が同様に空間的に変化する。主磁界
に対して略直交する方向に（即ち略ｘ−ｙ平面内で）所
望の作像容積１２内にある核スピンの共振振動数に対応
する周波数成分を持つＲＦパルスをサンプルに印加する
ことにより、この作像容積内にある核スピンを選択的に
励起し、ｘ−ｙ横平面内へ章動させることが出来る。こ
のＲＦパルスを９０’選択性パルスと呼ぶ。前に述べた
様に、横平面に章動した後、核スピンが最初は同相で歳
差運動を開始するが、局部的な磁界の非均質性の為に、
忽ち、位相のコヒーレンスを失う。スピンエコーＮＭＲ
作像では、ＮＭＲ作像順序の一部分として、１８０°パ
ルスをサンプルに印加する。このＮＭＲ作像順序は核ス
ピンを空間的に符号化する為の時間的に変化する勾配磁
界Ｇ７及びＧｙをも含む。

１８０６パルスが横平面内の位相外れした核スピンを時
間的に反転して、スピンの位相戻しをし、スピンエコー
信号を発生する。このスピンエコー信号をフーリエ変換
して、作像容積１２内の核スピンの分布を表わす周波数
成分を取出すことが出来る。然し、前に述べた様に、静
磁界及びＲＦ磁界の非均質性が、全ての核スピンが正し
く時間的に反転する妨げとなり、その結果所望のスピン
エコー信号の振幅が減少し、この結果得られるＮＭＲ像
に人為効果を生ずることがある。

この発明では、ＮＭＲ作像順序の普通の時間反転用１８
０°パルスを複合パルスに置き換える。

この複合パルスは、横平面のＸ軸及びｙ軸の一方又は他
方の周りの核スピンの予定の回転を発生するパルスの順
序で構成される。これらの回転は、核スピンの全体的な
時間反転を発生する様に選ばれている。複合パルスは例
えば、核スピンを横平面内の第１の軸線、例えばＸ軸の
周りに９０°回転させる９０°パルス、その後に直ぐ続
き、直交する横軸線、即ち、ｙ軸線の周りに核スピンを
１８０’回転させる１８０°パルス、及び最後に第１の
軸線、例えばＸ軸の周りの核スピンの９０゜の回転を発
生するもう１つの９０’パルスで構成することが出来る
。この複合パルスはパルス順序９０−１８０ｙ９０−で
表わすことが出来る。

複合パルスは後で説明する様に、普通の１８０゜パルス
の２倍の長さであるが、複合パルスは静磁界及びＲＦ磁
界の非均質性に対する感度が、普通の１８０°パルスよ
りかなり低い。従って、時間反転誤差が大幅に減少し、
スピンエコー信号の振幅が大部分保存される。これは、
作像順序に多数の相次ぐ時間反転パルスを入れて多数の
スピンエコ一応答信号を発生し、これによってスピン−
スピン緩和時間Ｔ２を決定する精度が改善することが出
来るので有利である。

第２図は核スピンの時間反転の為に複合１８００パルス
を用いた３次元多重エコーＮＭＲ作像順序を示す。第２
図に示す作像順序は、複合パルスを有利に用いることが
出来る多数の周知のスピンエコー作像順序の内の１つに
すぎず、こ）では例として挙げたものである。

第２図について説明すると、第１の期間ｑ１に、正のＧ
２勾配信号部分２２ａの存在の下に、９０″選択性ＲＦ
パルスをＸ軸方向でサンプルに印加して、所望の作像容
積内にある核スピンを選択的に励起し、該スピンをｘ−
ｙ横平面へ章動させる。

周知の様に、図面にも示すが、９０’パルス２０はゲー
ト波形、例えば（ｓｉｎｂｔ）／ｂｔ波形に）でｂは定
数、ｔは時間）によって振幅変調されたＲＦ搬送波信号
であってよく、この結果ゲートされたＲＦパルスは作像
容積の略矩形の厚さを持つ断面形の中にある核スピンを
励起する周波数成分を持っている。

期間ｑ２に、位相符号化Ｇｙ勾配信号部分２４及びＧえ
勾配信号部分２６ａと共に、負の極性の位相外しＧ２勾
配信号部分２２ｂをサンプルに印加することが出来る。

期間ｑ３に、複合１８０°時間反転パルス（全体をパル
ス３０として示す）をサンプルに印加して、期間ｑ４に
スピンエコーＮＭＲ応答信号３５を発生させる。スピン
エコーＮＭＲ応答信号３５がＧｘ勾配信号部分２６ｂの
存在の下に検出される。

第２回にポリ一様に、複合パルス３０は、ｘ軸の周りの
核スピンの９０°の回転を発生する相隔たる１対のパル
ス３０ａ、３０ｃ（ｇ、下これを夫々９０、と記す）と
、２つの９０°パルス３０ａ。

３０Ｃの間にあって、核スピンをｙ軸の周りに１８０’
回転させる１８０°パルス３０ｂ（以下これを１８０ｙ
と記す）どで構成される。これらのパルスは略直交する
２つのＲＦコイルの間でＲＦ搬送波を切換えることによ
り、又は後で説明する様に、１個のＲＦコイルを用いて
、１８０ｙパルスと各々の９０゜パルスの間に９０°の
移相を加えることにより、サンプルに印加することが出
来る。図示の様に、９０オパルスは１８０ｙパルスと略
同じ振幅を持っていてよいが、持続時間は１８０ｙパル
スの持続時間の略半分である。図面に示す複合パルス３
０は非選択性１８０°パルスである。然し、後で説明す
る様に、選択性１８０゜複合パルスを用いて、作像容積
の薄い平面状スラブのみにある核スピンの時間的な反転
を行うことが出来る。

第２図に示す様に、期間Ｑ５．Ｑ７．Ｑ９の間、相次ぐ
複合パルス３０’、３０’及び３０″を夫々印加して、
夫々の期間Ｑｓ＊Ｑａ、Ｑ＋ｏの間、対応する多重スピ
ンエコーＮＭＲ応答信号３５′。

３５′及び３５′を発生することが出来る。多重スピン
エコー信号の指数関数形の減衰（破線３７で示す）はス
ピン−スピン緩和時間Ｔ２に関係する。複合パルス３０
乃至３０″は、核スピンの不完全な時間反転による誤差
を最小限に抑え、実質的にスピンエコー信号の振幅を保
存する。この為、複合パルス３０を使うことにより、よ
り多くのスピンエコー信号３５を発生して、スピンの不
完全な時間反転に伴う誤差によって、スピンエコー信号
の振幅が急速に失われる様な、時間反転作用に普通の１
８０”’パルスを使う場合よりも、一層正確にＴ２を決
定することが出来る。この様な誤差の影響、並びに複合
パルスを使うことによって得られる改善された結果は、
第３ａ図と第３ｂ図、並びに第４ａ図と第４ｂ図を比較
すれば理解されよう。これらの図は、０．１５ＴのＮＭ
Ｒ作像装置で、第２図に示す様な４１コーの多重エコー
作像順序の相異なるスピンエコー信号から作成された試
験サンプルのＮＭＲ像を示している。

第３ａ図及び第３ｂ図の像は、順序の１番目のエコーに
よって作成され、第４ａ図及び第４ｂ図の像は順序の４
番目のエコーから作成された。第３ａ図及び第４ａ図の
像は作像順序に普通のパルスを用いて得られた。第３ａ
図及び第３ｂ図は、多重エコー順序の１番目のエコーか
ら、複合パルスを用いて並びに普通のパルスを用いて得
られた像の間に目立った違いがない。然し、第４ａ図及
び第４ｂ図は、順序の４番目のエコーの場合、複合パル
スを用いて得られた像（第４ａ図）と普通のパルスを用
いて得られた像（第４ｂ図）の間に、目立°ゞ違パ゛あ
る′−８を示ＬＴ＆）８・第４ｂ図に示す様に、普通の
パルスを用いて得られた像は人為効果（像の右側の暗い
影）があるが、第４ａ図では、複合パルスを用いて得ら
れた像には人為効果がない。

複合パルスを用いて改善された結果が得られるのは、複
合パルスを用いると、時間反転誤差が２次の誤差である
のに対し、普通のパルスの場合、１次の誤差であるから
である。これは次の様に説明することが出来る。単純な
、即ち、普通の１８０°パルスに対する回転マトリクス
は次の様になる。

Ｒ＝Ｒ，（φ）Ｒｙ（θ）Ｒ２（φ）（２）こ）でＲ，
（φ）は磁界の非均質性による歳差運動を表わし、Ｒｙ
（φ）はＲＦ磁界による回転を表わす。スピンエコー信
号のピークに対応する横方向の磁化は、前掲の式並びに
回転マトリクスの定義から計算することが出来る。最初
の磁化成分Ｍ、及びＭｘに対し、最終的な磁化成分Ｍ′
。及び？ Ｍｙは次の様になる。

Ｍ’ｘ−（ＣＯ３２φｃｏｓθ−５ｉｎ２φ）Ｍ７＋（
ｓｉｎφＣＯＳφＣＯＳθ＋ｓｉｎφＣＯＳφ）Ｍｙ（
３〉 Ｍ’ｙ−（−ｓｉｎφｃｏｓφｃｏｓθ−ｓｉｎφｃｏ
ｓφ）。

ＭＸ−（５ｉｎ２φｃｏｓθ−ｃｏｓ２φ）Ｍｙ（４）
ＮＭＲ作像実験では、１つのスピンエコーの間、磁化は
何サイクルも歳差運動をする。従って、歳差運動の角度
φにわたって、上の式（３）及び（４）を平均化するこ
とにより、スピンエコーの振幅のよい近似が得られる。

即ち Ｍｘ＝−１／２（１−ｃｏｓθ）Ｍ、（５）Ｍｙ＝１／
２（１−ｃｏｓθ）Ｍｘ（６）又は ノ ＭＴ＝１／２（１−ｃｏｓθ）ＭＴ（７）こパでＭ′王
は横方向の磁化の大きさである。

これと対照的に、複合パルスを用いた時のスピンエコー
の回転マトリクスは、次の様になる。

Ｒ＝Ｒ２（φ）Ｒオ（θ／２）Ｒｙ（θ）−Ｒｘ（θ／
２）Ｒ，（φ）（８） この場合もφに対して平均化することにより、横方向の
磁化は次の様になる。

ＭＴ−［（５ｉｎ２θ５ｉｎ２θ／２）＋１／４（ｃｏ
ｓ２θ＋ｃｏｓ’θ／２＋ｓｉｎ’θ／２ｃｏｓ２θ −２ｓｉｎ２θ／２ｃｏｓ２θ／２ｃｏｓθ−２ｃｏｓ
θｃｏｓ２θ／２ ＋２ｓｉｎ２θ／２ｃｏｓ２θ）］１／２ＭＴ（９）式
（７）及び（９）を比較ずれば、式（９）の最低次の項
は２次項であるが、式く７）では、角度の項が１次であ
る。つまり、複合パルスの場合の回転角度に伴う変化、
即ち、誤差が２次になり、所定の非均質性に対し、普通
のパルスの場合よりも、目立って小さくなって行く。

第５図は、静磁界の非均質性が存在しない時、完全な１
８０°パルス（Ｂ＋ｇｏ）の振幅に対して正規化したＲ
Ｆ駆動振幅（ＢＲＦ）の異なる値に対し、複合パルスを
用いて得られるスピンエコー信号の正規化した振幅（曲
線４０）を普通のパルスを用いて得られる場合の振幅（
曲線４２）と比較するグラフである。鎖線４４は比較の
為の１：１の正規化した比を表わす線である。第５図は
パルス・エコー実験を計算機でシミュレーションしてめ
たものであり、複合パルス（曲線４０）が普通の１８０
°パルス（曲線４２）よりも、ＲＦ磁界の大きさの変化
によって影響されることが目立って少ないことを示して
いる。

第６ａ図乃至第６０図も計算機のシミュレーションによ
ってめたものであって、ＲＦ駆動の３種類の異なるレベ
ルＢＲＦに対し、完全な１８０′パルスの振幅Ｂ＋ｓｏ
に対して正規化した、静磁界の非均質性（ΔＢ）の関数
として、正規化したエコー擾幅変化を示している。夫々
の場合、ＲＦ駆動の振幅ＢＲＦは１．ＯＢ＋ａｏ、１．
２８＋ｇ。

又は０．８８＋ｇｏであるが、第６ａ図、第６ｂ図及び
第６ｃ図は、複合パルス（曲ｍ４０ａ、４ｏｂ、又は４
ｃ）が普通の１８ｏ°パルス（曲線４２ａ、４２ｂ又は
４２Ｃ）よりも、静磁界の非均質性の影響をずっと受け
にく）なることを示している。更に、これらの図から、
普通のパルスの振幅の大体１／３しかない複合パルスで
も、普通のパルスによって発生されるスピンエコー信号
と比肩し得る振幅のスピンエコー信号を発生することが
判る。この為、複合パルスは約４乃至５分の１の電力で
、像を発生することが出来る。これはかなりの磁界の非
均質性が存在する状態で作像する場合に非常に重要な点
である。

第７ａ図及び第７ｂ図は、完全な時間反転用ＲＦ磁界の
公称値（Ｂ’ＲＦ）に対して正規化したＲＦ磁界の非均
質性（ΔＢＲＦ）と、ＲＦ磁界の公称値に対して正規化
した静磁界の非均質性（ΔＢ）の両方が存在する時の、
普通の１８ｏ°パルス（第７ａ図）並びに複合１８０°
パルス（第７ｂ図）に対する９０％振幅輪郭線４６又は
４８を夫々示している。第７ｂ図が、複合パルスの９０
％振幅輪郭線４８が普通のパルスの場合の９０％振幅輪
郭線４６（第７ａ図）より目立って大きいことを示して
いるのが印象的である。これは、普通の１８０°パルス
よりも、複合パルスは、スピンエコー信号の振幅を失う
ことなく、一層大きな非均質性を許容し得ることを示し
ている。

複合パルスはエコー信号の振幅を実質的に保存するが、
複合パルスの１つの欠点は、静磁界及びＲＦＩ界の非均
質性の関数として変化する位相誤差をＮＭＲ信号に導入
することである。この為、ＮＭＲ分光法では、複合パル
スを使うのは、反転回復実験（この場合核スピンを静磁
界の方向に対して反転し、位相が問題ではない）と、磁
界の非均質性が明確に限定されている様な実験の様な用
途に限られている。磁界の非均質性が一般的には明確に
限定されておらず、むしろサンプルの大きな寸法を用い
るＮＭＲ作像では、全体的な位相誤差がむしろ大きくな
る可能性がある。然し、この発明の別の１面として、こ
の様な位相誤差を避け、横平面内にある核スピンの時間
反転の為に、複合パルスをＮＭＲ作像に有利に用いるこ
とが出来るが、これを次に説明する。

ＮＭＲ作像では、核スピンによって発生されるＮＭＲ信
号を空間的に符号化する様に、磁界勾配がサンプルに印
加される。これによって得られたＮＭＲ信号を作像容積
内の複数個の非常に小さな区域又は点に空間的に分解す
ることが出来、各々の区域はＮＭＲ像の少なくとも１つ
の画素に対応する。この為、ＮＭＲ信号をフーリエ変換
して、それを時間領域から周波数領域に変換し、信号の
各々の周波数成分を別々に分解し易くする。これは相異
なる画素に対応する。ＮＭＲ信号のフーリエ変換により
、画素内の磁化の直交成分を表わす実数及び虚数成分を
持つ複素信号、が得られる。画素が非常に小さいから、
どの画素でも、特定の１つの画素に於ける何れかの磁化
成分の位相の変化も非常に小さく、無視することが出来
る。然し、複合パルスによって導入される移相の為、周
波数領域信号の実数、成分だけを用いてＮＭＲ像を形成
するとくこれがＮＭＲ像を形成するのに普通便われる方
法である）、その結果得られる像は誤差を持つ。この誤
差を避ける為、この発明の方法は、ＮＭＲ像を形成する
のに、単に実数成分ではなく、複素信号の大きさを利用
する。複素信号の大きさは、複素信号の２成分く実数及
び虚数成分）の自乗の和の平方根をめることによって得
られ、これはＮＭＲ像を発生する為に信号を処理する計
算機によって周知の方法で容易に実施し得る簡単な処理
作業である。

第８図はこの発明を実施するのに使うことが出来るＮＭ
Ｒ作像装置５ｏの簡略ブロック図である。

装置が、ディスク貯蔵手段５４及びインターフェイス手
段５６に結合された汎用計粋機手段５２を有する。ＲＦ
発信手段５８、信号平均化手段６０゜及び夫々ｘ、ｙ、
ｚ勾配コイル７２，７４．７６を付勢する為の勾配電源
手段６２．６４．６６をインターフェイス手段５６を介
して計算機手段５２に結合することが出来る。ＲＦ発信
手段５８は、計算機によって制御されるプログラム可能
な周波数合成手段５９で構成することが出来るが、作像
順序に必要なＲＦパルスを発生する。このパルスがＲ「
電力増幅手段６８で増幅され、ＲＦ発信コイル７０に印
加される。サンプルからのＮＭＲ信号が受信コイル７８
（これは例えば発信コイル５０を受信機に切換えてもよ
い。）で受検され、低！雑音前置増幅手段８ｏで増幅さ
れ、受信機手段８２によって濾波され且つ検出される。

受信機の出力信号をディジタル化して信号平均化手段６
ｏによって平均化することが出来る。信号平均化手段６
０からのデータが計算機５２によって処理されて、ＮＭ
Ｒ像を構成し、それをＣＲＴ表示装置（図に示してない
）等に表示する。線８０ａ及び／又は８２ａに出る発信
器又は計算機からのゲート信号又は消去信号により、前
置増幅手段８ｏ及び受信機手段８２をＲＦパルスがら保
護することが出来る。磁石８５が２軸方向の主たるｆｉ
ｖｌｌｉ界Ｂ。

を発生する。

複合パルスの直交する９０．及び１８０ｙパルスを発生
する為、コイル７ｏに対して直交する様に第２のＲＦ発
信コイル７０ａを配置することが出来、ＲＦ電ノ〕増幅
器の出力を割算機によって２つのコイルの間で切換える
ことが出来る。然し、１個のＲＦコイルを用いて複合パ
ルスを発生する好ましい構成が、第９図に示されている
。図示の様に、ＲＦ発信手段５８が主発振器手段８６（
これはプログラム可能な周波数合成器５９であってよい
）を持ち、これがインターフェイス手段５６を介して計
算機手段５２によって制御される。主発振器の出力が直
角混成手段８８に供給され、これが入力８８ｂの信号と
同相である第１の１信号を出力８８ａに供給すると共に
、入Ａｓ５ｂの信号の位相に対して９０°移相した第２
のＱ信号を出力８８Ｃに供給する。■及びＱ出力が多重
化手段９０の第１及び第２の入力９０ａ、９０ｂの内の
関連した１つに個別に供給される。多重化手段は単極双
投スイッチ手段等で構成することが出来、出力９０Ｃの
信号が計算機から制御人力９０ｄに供給された制御信号
によって制御され、ゲート手段９２の入力９２ａに対し
、直角混成手段８８の出力１又はＱの内の何れか一方を
選択する。ゲート手段９２の出力９２ｂに出る搬送波の
振幅は、制御人力９３ｃの制御信号によって制御するこ
とが出来る。この制御信号は計算機手段５２がらゲート
制御回路手段９４を介して供給することが出来る。この
ゲート制御回路手段は、選択された特定のゲート手段に
対する周知のゲート駆動器の内の何れであってもよく、
これによってゲート手段に予定の持続時間を持つＲＦパ
ルスを出力させる。

動作について説明すると、主発振器手段８６は、例えば
選択された作像容積の中心にある核スピンのラーマ周波
数に対応する周波数を出力する様に設定することが出来
る。第２図について説明すると、期間ｑ３の初めに対応
する時刻ｔ１に、計算機がゲート制御回路手段９４を介
してゲート手段９６を制御し、複合パルスの持続時間に
対応する期間Ｑ３−（ｔａ−ｔ＋）の間、ゲート手段９
２を開く。更に、第１の９０．パルス３０ａの初めに対
応する時刻ｔ１に、計算機が多重化手段９０を制御して
、直角混成手段からの■出力を選択し、この為、この■
出力が発信手段の出力５８ａを介してＲＦ電力増幅手段
６０．従って１個のＲＦコイル７０に供給される。第１
の横軸線、例えばＸ軸の周りの核スピンの９０°の回転
を発生するのに必要な９０゜パルスの終りに対応する時
刻【２に、計算機が多重化手段９０によって直角混成手
段のＱ出力に切換える。この時刻スピンが横平面内でラ
ーマ周波数で歳差運動をしているから、直角混成手段８
８の１出力３８ａ及びＱ出力８８ｂの間の９０°の移相
は、横平面内での核スピンの９０″′の歳差運動に対応
し、移相したＱ出力へ切換えた効果として、核スピンは
直交する横軸線、即ち、ｙ軸の周りに回転する。この為
、時刻ｔ２は１８０ｙパルス３０ｂの初めにも対応する
。１８０ｙパルス３０ｂの終りに対応する時刻ｖ３に、
多重化手段９０が直角混成手段８８のＩ出力８８ａに切
換わる様に制御され、こうして第２の９０ｔパルス３０
Ｃを開始させ、核スピンを第１の横軸線の周りに回転さ
せる。９０アパルス３０ｃ並びに期間ｑ３の終りに対応
する時刻ｔ４に、ゲート出力９２ｂが不作動にされ、第
２の９０７パルス３０ｃを終了させる。この為、１個の
ＲＦコイル７０に印加されたパルス順序１−Ｑ−１は、
９０１８０ｙ９０Ｘ複合パルス順序３０に対応し、これ
は最初にＸ軸の周りの９０’の回転を発生し、次にｙ軸
の周りの１８０°の回転を発生し、最後にｘ軸の周りの
２回目の９０°の回転を発生する。

期間Ｑ５．Ｑ７及びｑ９の間、同じ順序を繰返して相次
ぐ複合パルス３０’、３０’及び３０″を発生し、多重
スピンエコー信号を発生することが出来る。

成る場合、作像容積の非常に薄いスライス内にある核ス
ピンだけを時間反転する為に、非選択性１８０°パルス
ではなく、選択性１８０°パルスを使うのが望ましいこ
とがある。サンプルの薄いスライスにわたって核スピン
の一様な１８０°の回転を発生するには、多数の問題が
あり、これが他の点では非常に効率のよいいろいろなＮ
ＭＲパルス作像順序の欠点であった。複合パルスは、略
一様な回転を持つ選択性１８０°パルスを発生する為に
有利に用いることが出来る。

サンプルの選ばれた薄い平面状領域内にある核スピンだ
けを時間的に反転する為、サンプルにＧ。

勾配を印加して、サンプルの横平面領域内にある核スピ
ンのラーマ周波数がそのＺ軸に対する位置の関数として
変化する様にすることが出来る。１８０’パルスは、そ
の周波数成分が所望の平面領域のラーマ周波数を中心と
する狭い周波数帯に制限される様に形成することが出来
る。これは、最初にラーマ周波数に等しい周波数を持つ
ＲＦパルスを発生し、次にこのＲＦパルスを適当な波形
、例えばガウス形波形で振幅変調して、パルスの周波数
スペクトルを所望の範囲に制限することによって達成し
得る。

第１０図について説明すると、第９図の装置を用いて、
非選択性複合パルスについて述べたのと同様に、選択性
複合１−Ｑ−１パルス順序を形成することが出来る。ゲ
ート手段の出力９２ｂに出る複合パルスは、次に、パル
スの周波数成分を所望の範囲に制限する様に選ばれた適
当な波形９８（例えば第１０図に示すガウス形波形９８
）によって振幅変調する。変調波形９８は計算機手段５
２によって発生して、ゲート手段の出力９２と発信手段
の出力５８ａの間に設けられた変調手段９６（第９図に
破線で示す）によって、複合パルスに印加することが出
来る。この代りに、ゲート手段９２をゲート形変調手段
にし、それが時刻ｔ５及びｔＢの間だけ存在する様にゲ
ートされた変調波形を複合パルスに印加する様にしても
よい。振幅変調された複合パルス（波形９８の振幅包絡
線並びに曲線９９の位相関係を持つ）が、図面に示す様
に、勾配Ｇ２の存在の下にサンプルに印加され、選ばれ
た薄い平面状スライス内のスピンを回転させる。

複合パルスの■及びＱ成分が核スピンの９０゜及び１８
０６の回転を行う為には、■パルスのパルス持続時間（
ｔｅ−ｊｓ及びｔＢ−ｔｙ）並びにＱパルスの持続時間
（ｔア−ｔｓ）は次の様に選ぶことが必要である。

こ）でＢＲＦ（ｔ’）は振幅包絡線９８を持つ振幅変調
されたパルスによって発生されるＲＦ磁界である。

この発明の好ましい実施例を図示し且つ説明しだが、当
業者であれば、この発明の範囲内で、この実施例に種々
の変更を加えることが出来ることは明らかであろう。こ
の発明の範囲は特許請求の範囲の記載のみによって限定
されることを承知されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は静磁界の中に配置されていて作像容積が限定さ
れたＮＭＲ作像サンプルの略図、第２図は時間反転の為
に複合パルスを用いた３次元多重エコーＮＭＲ作像順序
を示すグラフ、第３か尋桑ｍ→図は、時間反転の為に複
合パルス（弗３呻 ａ＠の場合）及び普通のパルス（箒３ｂ＠の場合）を用
いた４エコー用の多重エコー作像順序の１番目のエコー
から得られた試験サンプルのＮＭＲ像の写真を模写した
図、第４←姻礪寺禰−４図はこの作像順序の４番目のエ
コーから得られた試験サンプルのＮＭＲ像を第３←寺妾
尋禰→十図と同様に示す写真を模写した図、第５図は完
全な１８０パルスの振幅に対して正規化したＲＦ駆動の
振幅の関数として、普通の１８０°パルス（破線の場合
）及び複合１８０°パルス（実線の場合）を用いた作像
順序によって得られる正規化したエコーの振幅を示すグ
ラフ、第６ａ図乃至第６Ｃ図はＲＦ駆動の３種類の異な
るレベルに対し、完全な１８０°パルスの振幅に対して
正規化した静磁界の非均質性の関数として正規化したエ
コーの振幅を示すグラフ、第７ａ図及び第７１１図はＲ
「磁界及び静磁界の非均質性が存在する時の普通の１８
０パルス及び複合１８０°パルスに対する９０％振幅輪
郭線を示すグラフ、第８図はこの発明を実施するのに使
うことの出来るＮＭＲ作像ＨＨのブロック図、第９図は
複合パルスを発生する現在好ましいと考えられる１実施
例の装置のブロック図、第１０図は選択性複合１８０°
パルスを形成する手段の回路図である。 ｌｌ＋−’１２’ＬｙｉＱ４ ｉ””’”’”’ｉ’−’”ニー■−’−’Ｉ、、、、
、、、、、、、、、、、、［−二−”−’、’、’、”
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＋。 手続ネ甫正書（方式） 畦叩・６・４２Ｂ 特許庁長官志賀学殿 １、事件の表示 昭和６０年特許願第２６６２０号 ２、発明の名称 サンプルのＮＭＲ懺を発生する方法とＮＭＲ函作機作像
装置３正をする者 事件との関係出願人 任所アメリカ合衆国、１２３０５、ニューヨーク州、ス
ケネクタデイ、リバーロード、１番 名称ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ４、代理人 住所〒１０７東京都港区赤坂１丁目１４番１４号第３５
興和ビル４階 日本ゼネラル・エレクトリック株式会社・極東特許部内
電話（５８８）５２００−５２０７ 昭和６０年５月８日 （発送日：昭和６０年５月２８日） ７、補正の内容 ・明細書第４０頁第１〜２行、ｒＮＭＲ像の写真を模写
した図」をｒＮＭＲ像写真」に訂正する。 ・同第４０頁第５行、［に示す写真を模写した図を」［
に示すＮＭＲ像写真」に訂正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）υンプルのＮＭＲ像を発生する方法に於て、核スピ
   ンが時間的に反転する様に、選ばれた横平面領域内の略
   直交する軸線の周りに核スピンの複数個の回転を発生す
   るパルス順序で構成された複合パルスをサンプルに印加
   する工程を含めて、サンプルにＮＭＲ作像順序を印加し
   、前記作像順序に応答して、前記選ばれた横平面領域内
   の複数個の異なる場所にある核スピンによって発生され
   たスピンエコーＮＭＲ信号を検出し、こうして得られた
   スピンエコーＮＭＲ信号を処理して複素信号を発生し、
   該複素信号の大きさを用いてＮＭＲ像を形成する工程か
   ら成る方法。 ２、特許請求の範囲１）に記載した方法に於て、前記パ
   ルス順序を印加する工程が、前記横平面領域内の第１の
   軸線の周りの核スピンの第１の回転を行わせる第１のパ
   ルスを印加し、次に第１のパルスに続いて、第２のパル
   スを印加して、横平面領域内にあって、前記第１の軸線
   に対して略直交する第２の軸線の周りの核スピンの第２
   の回転を発生し、その後、第２のパルスに続いて、第３
   のパルスを印加して、前記第１の軸線の周りの核スピン
   の第３の回転を発生する工程を含んでいる方法。 ３）特許請求の範囲２）に記載した方法に於て、前記第
   １の軸線の周りの略９０°の回転を発生する様に第１及
   び第３のパルスを形成し、前記第２の軸線の周りの略１
   ８０°の回転を発生ずる様に第２のパルスを形成する工
   程を含む方法。 ４）特許請求の範囲３）に記載した方法に於て、前記第
   １．第２及び第３のパルスを夫々同じ撮幅にし、第２の
   パルスの持続時間は第１及び第３のパルスの夫々の持続
   時間の２倍にする工程を含む方法。 ５）特許請求の範囲２）に記載した方法に於て、前記パ
   ルス順序のパルスを前記第１及び第２の軸線の内の選ば
   れた一方に沿って印加する工程を含む方法。 ６）特許請求の範囲５）に記載した方法に於て、各々の
   パルスをゲートされたＲＦパルスとして供給する工程を
   含む方法。 ７）特許請求の範囲６）に記載した方法に於て、前記第
   １のパルスの終りに直ちに続いて第２のパルスを印加し
   、該第２のパルスの終りに直ちに続いて第３のパルスを
   印加し、各々の第１及び第２のパルスの間並びに各々の
   第２及び第３のパルスの間に９０°の位相差を持たせる
   工程を含む方法。 ８）特許請求の範囲７）に記載した方法に於て、同相及
   び直角位相のＲＦ比出力発生するＲＦ源から前記パルス
   を取出し、第１のパルスは一方の出力から取出し、前記
   第２のパルスは他方の出力から取出す工程を含む方法。 ９）特許請求の範囲１）に記載した方法に於て、前記ス
   ピンエコーＮＭＲ信号を処理する工程が、スピンエコー
   ＮＭＲ’倍信号フーリエ変換して、実数及び虚数成分を
   持つ複素信号を発生する工程を含み、前記ＮＭＲ像を形
   成する工程が、前記複素信号の実数及び虚数成分の両方
   から複素信号の大きさを取出す工程を含んでいる方法。 １０）特許請求の範囲１）に記載した方法に於て、複数
   個の相次ぐ複合パルスをサンプルに印加して、核スピン
   を相次いで時間的に反転して、各々の複合パルスに応答
   して、一連の多重スピンエコー信号の内の少なくとも１
   つを発生する工程を有する方法。 １１）特許請求の範囲１）に記載した方法に於て、前記
   サンプルの選ばれた薄い平面状スライス内にある核スピ
   ンだけを１８０°回転させる為、前記複合パルスが選択
   性１８０°パルスどして発生される工程を含む方法。 １２、特許請求の範囲１１）に記載した方法に於て、薄
   い平面状スライス内にある核スピンを励起する様にＲＦ
   搬送波数を選択し、該ＲＦ搬送波の同相及び直角位相成
   分の順序を選択し、前記パルスの周波数スペクトルを、
   選ばれたＲＦ搬送波周波数を中心とする狭い周波数帯に
   制限する様に選ばれた変調包絡線で、前記選択された位
   相順序のＲＦ搬送波を振幅変調する工程により、前記選
   択性１８０°パルスが発生される方法。 １３）作像順序番サンプルに印加して、ＮＭＲ信号を検
   出して、サンプルの選ばれｌｃ横平而面域のＮＭＲ像を
   形成する様になっていて、前記選ばれた横平面領域内の
   核スピンを時間的に反転する複合ＲＦパルス発生器を含
   むＮＭＲ作像装置に於て、前記複合ＲＦパルス発生器が
   、前記選ばれた領域にある核スピンのＮＭＲ周波数と略
   同じ選ばれた周波数を持つＲＦ搬送波を発生するＲＦ源
   手段と、該ＲＦ源に接続されていて、ＲＦ搬送波の同相
   及び直角位相成分を発生する手段と、前記ＲＦ搬送波の
   同相及び直角位相成分を組合せて、サンプルに印加され
   た時、第１の横軸線の周りの、選ばれた領域内にある核
   スピンの第１の回転、前記第１の軸線に対して略直交す
   る第２の横軸線の周りの前記核スピンの第２の回転、及
   び前記第１の軸線の周りの核スピンの第３の回転を逐次
   的に発生して、核スピンを時間的に反転する様な、少な
   くとも１つの複合ＲＦパルスにする手段と、前記複合Ｒ
   Ｆパルスをサンプルに印加する手段とを有するＮＭＲ作
   像装置。 １４）特許請求の範囲１３）に記載したＮＭＲ作像装置
   に於て、前記印加する手段が、前記第１及び第２の横軸
   線の内の一方に沿って、前記複合ＲＦパルスをサンプル
   に印加する手段で構成されているＮＭＲ作像装置。 １５）特許請求の範囲１３）に記載したＮＭＲ作像装置
   に於て、前記第１及び第３の回転が略９０°の回転であ
   り、前記第２の回転が略１８０゜の回転であるＮＭＲ作
   像装置。 １６）特許請求の範囲１５）に記載したＮＭＲ作像装置
   に於て、前記複合ＲＦパルスが第１の同相パルス、該第
   １のパルスに直ちに続く第２の直角位相パルス及び該第
   ２のパルスに直ちに続く第３の同相パルスで構成されて
   いるＮＭＲ作像装置。 １７）特許請求の範囲１６）に記載したＮＭＲ作像装置
   に於て、前記回転を夫々発生する様に前２第１、第２及
   び第３のパルスの夫々の持続時間を制御する手段を有す
   るＮＭＲ作像装置。 １８〉特許請求の範囲１３）に記載したＮＭＲ作像装置
   に於て、前記複合ＲＦパルスの周波数スペクトルを大体
   前記ＮＭＲ周波数を中心とする選ばれた狭い周波数帯に
   制限する為に、前記複合ＲＦパルスに選ばれた変調包絡
   線を適用する手段を有するＮＭＲ作像装置。 １９）特許請求の範囲１３）に記載したＮＭＲ作像装置
   に於て、前記サンプルから受信したＮＭＲ信号を処理し
   て実数及び虚数成分を持つ複素信号を発生ずる手段と、
   該複素信号の大きさからＮＭＲ像を形成する手段とを有
   するＮＭＲ作像装置。 ２、特許請求の範囲１９）に記載したＮＭＲ作像装置に
   於て、前記受信ＮＭＲ信号がスピンエコー信号であり、
   更に、複合ＲＦパルスの相次ぐ順序を発生する手段と、
   該複合パルスの順序を作像順序の一部分としてサンプル
   に印加して、多重スピンエコー受信信号を発生する手段
   とを有する→ ＮＭＲ作像装置。