JPS605138A - 流体の流量を表わす信号を発生する方法 - Google Patents

流体の流量を表わす信号を発生する方法

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JPS605138A
JPS605138A JP59087947A JP8794784A JPS605138A JP S605138 A JPS605138 A JP S605138A JP 59087947 A JP59087947 A JP 59087947A JP 8794784 A JP8794784 A JP 8794784A JP S605138 A JPS605138 A JP S605138A
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plank
time
series
frequency
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ロ−ランド・ウエルス・レデイングトン
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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】 発明の背景 この発明は一般的に核磁気共鳴(NMR>7j法を用い
て、異質の物体内を流れる液体を作像することに関づる
。史に具体的に云えば、この発明は、血流回路を取巻く
不動の媒質に弁別する為に、血液の流量を利用Jること
により、像のコントラストを高めた生体内の血流の作像
に関り−る。特にこの発明では、身体の部分とNMRパ
ルス順序発生装置の間で相対的な走査運動を行なって特
定のNMR信号のデータを発生し、その後このNMR信
号のデータを処理して、血流回路の、流量を強めIC2
次元の像を発生ずることにより、人体の成る部分に於け
る血流の平面図の像を発生”する方法と装置を説明覆る
医療診断の手段としてのN M R作像は重要な利点が
あるが、その内儀も重要なのは、この技術が完全に非侵
入形であること、及び磁界勾配を用いT 、よい精度で
NMR信号のデータを空間的に符号化りることが出来る
ことである。最近、静磁界(原子核を分極する)を(関
心が持たれる容積を空間的に符号化゛づる為の)磁界勾
配及び(分極した原子核の空間的な向きを変える為の)
RF磁界と組合lIC1作像を含む広範囲の目的を達成
する様な、次第に拡がるNMR技術の範囲をカバーする
為に、ツー り? l−クラ7 イ(zeugmato
oraphy)と云う言葉が造語された。最近、この分
野の次々の進歩の結果を報告Jる技術文献及び特許も現
われる様になった。この分野は着実に進歩を続(プでい
るが、成る固有の欠点の為、従来は解像度の高いN M
 R作像を医療の成る面で使うことが制限されていた。
その内の主なものは、人間の組織の核スピン緩和0.1
間が比較的ゆっくりしていること、並びに身体内部の固
有の動きと長い期間の間身体を動かない状態に保つのが
難しいこと)の両方の1京因による身体の動きである。
人間の組織は約0.5秒のスピン−格子緩和時間−11
及び約0.05秒のスピン−スピン緩和時間1−〆を持
つことが知られている。この両方の時定数は、NMR信
号を処理づる為に利用し15?る計器の速度に較べて非
常に醒い。更に、M像度の高い作titには、その各々
が完全なNMRパルス順序の結果C゛ある様な画素の投
影を非常に多数必要とりる。各々のN M R順序は、
こういう時定数によって制限されないとして−6、少な
くとも影響は受()る。従つ−C1身体の組織の実時間
の作像(又は実時間に近いものでも)、解像度又はコン
トラストが幾分制限されており、これまでは血液の様な
動く要素の2次元の平面図のマツプは考えられなかった
。生体の血流を実時間で高いコン1−ラストで2次元作
像づることは、NMR技術の及ばないところであった。
何年にもわたって、N M Rは種々の流体の流量を含
めた流れ並びに血液の流れの測定に使われて来たが、作
像には使われなかった、流体の流れ(実際には液体の流
れ)を測定覆る為に全般的にNMRを使う初期の試みが
、米国特許第3,191.119号に述べられている。
この米国特許には、基本的には、上流側の場所で誘起さ
れた分極の大ぎさまで、導管内の下流側の場所で分極液
体の輸送されて来1=容積を復元するのに必要な吸収エ
ネルギの量を測定することにより、流儀を鼎定すること
が記載されている。この米国特許には、この方式が血流
にも用いられることが述べられているが、この装置が生
体の測定に好便に採用し得るものでないことは明らかで
ある。この米国特許は、その周りに計装を配置した導管
内に全般的に局限されている液体の流れを測定する為に
同様なN M R技術を使う従来の標準的な技術を例示
している。この分野の最近の特許として、米国特許′「
第4.259,638号及び同第4.110.680号
がある。
いろいろな種類の血流の像をjt生Jることは特J1文
献にも見られるが、こういうものは音響エネルギ又はそ
の他のエネルギを大規模に使う。米11特許第4.20
5,687号には、愚者の関心のある区域をカバーする
様に、機械的な関節を用いた変換器を利用して、血管の
一部分の色符号化テレビジョン表示又はCR−T−表示
を弁士づることか記載されている。この方式は基本的に
はドツプラー処理を使っており、速度7色CRl像を発
生りる。米国特許第4,182,173号にも、血管を
含む身体の一部分を作像り゛る奇習ドツプラーb式が記
載されてJ5す、これによって患者の選ばれた領域に於
()る流速を実時間で測定Jることが出来る。B走査C
RT表示を発生し、その上に断面図のデータを早示する
硬い1116Jを用いて生体の血流を測定覆る方法が米
国特J1第4.037,585号に記載されている。こ
の米国特許では、細いビームによって頭蓋骨の相次ぐ層
又はスライスをX線又はガンマ線で走査し、その結果得
られた信号をこの後でディジタル処理して、検査してい
るスライスの可視表示を作り上げることを記載している
。非侵入形の別の血流測定方法が米国時r[第3.80
9.070号及び同第4.334.54.3号に記載さ
れている。
全般的に人間の組織を作像するという作業の為にかなり
のNA模の努力が向けられており、特に血液の作像に努
力が向(〕られているが、臨床に役立つ有効な作像手段
として必要な主要な特徴が、従来の努力の網から漏れて
いることは明らかである。
この発明は、特定のNMRパルス順序の独特な特性を利
用して、非侵入形で生体内の実時間のコントラストの高
い2次元の作像能力を提供することにより、こういう需
要に応えるものである。
ル肚仄」」 従って、この発明の主な目的は、NMR技術の特別の可
能性を用いて、血流回路のコントラス]−提供す−るこ
とである。
この発明の別の目的は、像の」ントラストを高める様に
最適にした特定のNMR順序を用いて、生体内の血管の
2次元の像を発生する方m供づることである。
この発明の別の目的は、血流通路を取囲む不動の媒質を
弁別づることによって、像のコントラストを高める様に
した独特なNMRパルス順序を使うことにより、2次元
の血流の像のマツプを発生りる方法を提供りることであ
る。
好ましい実施例では、N M Rパルス順序が、血流回
路を取囲む不動の媒質を弁別する為に、最適にした遅延
時間だけ離れた1対の90°選択性パルスを含む。こう
して発生された像は、1対の90”パルスを印加した後
に180′選択性パルスを使って、完全な1つのスピン
・エコー信号に利用し得る周波数の細部を生かすことに
より、更に改善する。この発明では、各スライスが、主
要な血流回路に対して直交する様に選ばれた平面状厚板
部分に於けるNMR受信信号データの1次元投影で構成
される様な、隣接した又は車なり合うNMRスライス・
データの集合を用いて、2次元の像が編集される。
この発明の要旨は特許請求の範囲に具体的に且つ明(1
1fに記載しであるが、この発明の構成、作用及びその
他の目的並びに利点は、以下図面につい−C説明する所
から、最もよく理解されよう。
実施例の記載 この発明を実施する為に用いられる実際のNMR方法及
び装置を説明する前に、作像過程の種々の段階を考える
のがよいと思われる。3つの主な段階として、励起、空
間的な区別及び再生がある。
こ)では、この発明の最も新規な特徴が働く、この内の
最初の2つの段階に主な力点がある。こ)で基本的なN
 M R選択励起方法を簡単に述べておくのが適当であ
ると思われる。この発明の好ましい実施例では、この基
本的な方法の変形を用いるのが有利である。
第1図では、普通のデカルト座標系の2軸の正の方向に
治った均質な静(磁界Boの中にサンプル100が配置
されている。Z軸は円柱形量ナンブル100の中心軸線
104と一致りる様にjバぶ。座標系の原点は作像1ナ
ンノ′ルの中心にりるが、これは後で説明Jる選択励起
方法によっ−C選択される薄い平面状の厚板部分又は作
像容積102(これをΔz ’r−b示しである)の中
心でもある。第1回の初期の目的では、この座標系は実
験至の基準枠に固定されているとみなすことが出来る。
この後、この座標系は、後で説明するラーマ−周波数で
回転Jる回転系とみなT 7’jが更に役立つと共に、
その方が普通である。典型的には、平面状スライス10
2の厚さΔlは、数mm(1乃至20mm>の範囲内で
ある。静磁界Boの作用は、サンプル100内の正味の
磁気モーメントを持つ核スピンを分極させて、一層多く
の数の核スピンが磁界Boと整合して、相加わって巨視
的な磁化M(図に示しCない)を発生4る様にJること
ぐある。この分極にJ−って共鳴現象が起る。個々の分
極した核スピン、従つC磁化Mは、磁界Boの軸線の周
りに、次のラーマ一方程式で表わされる歳差周波数ωで
共鳴する、即ち歳差運動をする。
ω=γBo (1) こ)でγは磁気回転比であり、これは各々の同位元素に
ついて精密に判っている原子定数である。
水素(IH)に対するγの値は約42.6Mf−1z/
テスラ(1テスラは104ガウス)である。
11」は生体の組織内の至る所にあり、窒素、燐、炭素
等の組織内の他の元素に較べて、一層強力なNMR信号
を出す。この理由で、天然に発生している水素の空間的
な核スピンの分布がN M R作像に普通に使われる。
静磁界BoはNMR作像パルス順序の全体にね1こって
印加され、空間的な情報をN M R信号に符号化する
為に、必要に応じて磁界勾配が使われる。作像容積内の
磁界勾配が位置の関数である場合、共鳴周波数ωもそう
なる。実際、作像勾配が線形であれば、この結果得られ
る周波数スペクトルは、勾配の方向に沿っ7cN M 
R信号の分布の1次元投影である。
次に第1図の他に第2図の基本的なNMRパルス順序に
ついて、選択的な励起パルス順序を説明覆る。第2図の
時間軸を表わづ横軸106に沿って示ず期間q1から、
薄い平面状厚板部分102の選択並びにその中の核スピ
ンの励起を説明りる。
期間q1の間、作像サンプル100が正の磁界勾配Gz
を受け、この為サンプル100は、静磁界B○と磁界勾
配Gzとで構成されたZ軸方向の合計磁界の影響を受り
る。勾配Gzは作像容積全体にわたって一定であるが、
Gz (t)=clBz/aZで表わず様な時間に依存
した大きさを持っている。これを正に向う波形108と
して示しである。期間q1の大体中点ぐ、サンプル10
0はR]=軸線に示した選択性90°RFパルスの作用
を受ける。90°RFパルスの周波数成分は、その歳差
周波数ωが式(1)で予測される様な薄い厚板部分10
2内にある核スピンを選択的に励起する様に選ばれてい
る。領14102の外側の核スピンは実質的にRFパル
スの影響を受けないま)?l−いる。この為、90’R
Fパルスが空間的に「選択性」を持つことは明らかであ
る。
90’RFパルスは、tを時間、bを定数としで、si
n c (bt) = (sin bt) /btによ
ッテ振幅変調されたく歳差周波数の)W1重液層波数信
号であることが好ましく、これが薄い平面状の厚板部分
102に対して略矩形の断面形を生ずる。この代りに、
得られる薄い平面状の厚板部分102が略矩形の断面形
になれば、この他の周波数の選択性90°RFパルスを
使ってもよい。
期間qIの終りに、厚板部分102内の核スピンが向き
を変え(章動又はフリップ)シー(x−y平面に来る。
章動したスピンは前掲式〈1)で表わされる同じ周波数
で歳差運動をJるが、期間q1の後半の間の勾配Gzの
位相外し効果により、次第に互いに位相がずれて来る。
負に向う波形110で示1負の勾配Gzを期間q2に印
加づることにより、核スピンの位相戻しをすることが出
来る。正の勾配及び負の勾配Gz・は次の様に選ばれる
ノ ー、Jq、Gz (1:)dt−−fq、Gz (i)
(H(2>こ)でfq+は期間q1にわたる勾配Gz(
’L:)の波形の積分であり、fQzは、期間q2にわ
たる勾配Gzの波形の積分である。この位([1戻しは
1IIJ間q2の間に行なわれる。期間q3の間、波形
112で示す様に、X軸の方向に印加された磁界勾配G
×の存在の下に、自由誘等iI&哀(F I D)信号
を観測りることにより、N M R信号デ゛−タが収集
される。従って、平面状の厚板部分1020)全体から
の空間的な情報が勾配G×の方向に符8化される。
こういう基本的なNMRの考えの更に完全な考察が、二
」、−ヨーク及び東京のイカクショインから出版された
しAン・カウフマン他の茗古「医療に於ける核磁気共鳴
作像j (1981年)、並びにニューヨークのアカデ
ミツク・プレスから出版された1〜−マスC,ファーラ
ー他の著書「パルス及びフーリエ変換NMR,理論と/
)法の入門」(1971年)に)小べられでいる。従っ
て、こ\C説明−りるいろいろな飴通のN M R手法
について史に訂しいことは、こういう著書を参照された
い。
第3A図及び第3B図には、選択的な励起工程並びにX
軸方向の符号化工程の結果が示されている。第2図の期
間q3のFID信号が、第3A図には幾分詳しく丞され
ており、これは全ての信号が博い厚板部分102内から
発生している、X軸に沿った線形勾配によって得られる
種々の振幅を持つラーマ−周波数の分布で構成される。
この複合信号を時間的に標本化し、ディジタル化し、フ
ーリエ変換にか()るのは容易である。この過程により
、第3A図の14間に対して信号の強さを表ゎづ複合信
号から得られるNMRFID信号データが、第3B図の
周波−故に対してスペクトルの振幅を表わず曲線に変換
される。この結果は、周波数軸線114に対JるN M
 R信号の強さの1次元投影に対応する形を持つスペク
トルである。JlIJ間q3の線形勾配が、X軸でなく
、y軸に沿って印加され′Cいれば、それから得られる
投影は、y軸に沿って空間的に分布したスピン密度の投
影を表わづ。均質なサンプルがX軸及びy軸の両方の周
りに対称であれば、変換されたスペクトルは同一であり
、従って識別出来ない。然し、後で第7図及び第7A図
乃至第7H図について説明する様に、異質のリーンプル
はこういう対称性がなり、選択的な軸横断刈法を有利に
用いることが出来る。
上にjホべた基本的なN IVI R作像方仏に較べて
、独特なN M Rパルス順序の種々の組合U及び適当
なN M R信号のデータ処理を使うことにより、異質
組織のサンプル内を移動する液体の著しく強められた像
が発生されることが判った。更に、この発明のNMR方
法は、生体の非侵入形の動脈シン1〜ゲン像を(lll
究づる為の独特な手段になり、余分な特徴として、血管
の内腔内の血流を、血液の動きによる変調に直接的に対
応覆るグレースケール・レベルによって、作像すること
が出来ることが判った。更に、この発明のN M R方
法は、周囲の不動の組織を弁別する手段になり、この為
血管の通路又は回路が高いコン1〜ラストC゛示される
。云い換えれば、身体の選ばれた部分に於ける生体の血
流に対し、2次元の強度変調されたマツプを作ることが
出来、血流の通路か周囲の不動の媒質に対して明瞭に識
別出来ると共に、血液の流量が対応す゛るグレースケー
ル・レベルによって表わされる。
この発明の好ましい実施例では、特定のNMRパルス順
序とそれに合うNMR信号信号処決方法組合せによっ゛
C1不動の物体を弁別Jることにより、コンl−ラスト
のよい血流の作像が達成される。
第4A図及び第4B図には、均質な静磁界Bo内に配置
されlc異異質シンブル200側面図及び端面図が示さ
れている。実際的な目的から云えば、第4A図は第1図
の溝成と完全に同様であるが、一層判り易くする為に、
この図は幾分変更しである。(単に説明の便宜上、向き
を変えると共に、第1図に示した座標系のX軸及びy軸
の「右廻り」を変更しである。)前と同じく、サンプル
200は円柱形であって、その中心軸線204がデカル
1〜座標系の2軸と一致する。(この座標系はラーマ−
周波数でZ軸の周りに回転りるとみなすことが出来る。
)静磁界BoはこのZ軸の方向の向ぎである。この場合
、サンプル200は、その長さに沿って1本の血管21
8が伸びている腕又は脚の理想化した縦方向部分とみな
りことが出来る。
主な動脈及び静脈が胴体又は予定の長さん向に伸びる傾
向があり、従って、組立て)表示する像の2つの次元の
内の1つとして、Z軸を)九ぶことが好ましい。もう一
方の次元は任愚の所望の軸横断方向の寸法C′あってよ
い。この例では、これをX軸に選んである。身体部分の
予定の長さしが、作像する領域の範囲を定める。特定の
瞬時速度の血流が、流れを表わづ矢印BF−iで示づ様
に、左から動脈21Bに入り、流れを表わり矢印B F
○て示り様に、右から出て行く。主要な動脈内の血液速
度は典型的には10乃至50cm/秒の範111JJ内
であり、こ)では公称の中域平均値として3QC1ll
/秒を使う。薄い平面状の厚板部分△2の位置が、サン
プル200の長さLに沿っlζ線形走査によって順進的
に移動づるにつれ、全ての必要なN M R信号データ
が収集されて、完全な2次元平面図の画面(これは偵察
図とも呼ぶ)の像を作ることが出来る様にする。90’
選択性パルスの包絡線の形によっ′C決定される、平面
状厚板部分の厚さをΔzmmと選び、作像”する全長を
LlIllとすれば、サンプル200の作像には、N 
(N=L/△2)個未満の別々の隣接しlcΔZc置し
か必要としない。
厚板部分△2の任意の特定の位置e、第5図にポリ一様
なNMr<パルス順序を使って、所望の血流の強めた像
の為のNMR信号データをめる。厚板部分Δ2を隣接す
る様に、並びに重なり合う様に位置きめすることが、こ
の発明で考えられている。
第5図の投影順序は期間q4に第1の90°選択性RF
パルスを、波形208で示り正の磁界勾配Gzど同時の
時刻しoに印加り−るとする。前と同じく、この最初の
90’選択性RFパルスの周波数成分は、薄い厚板部分
202内にある核スピンを選択的に励起する様に選ばれ
る。この時サンプル200は、静磁界Soと線形磁界勾
配G2とで(14成されたZ軸方向の合n1磁界の作用
を受りCいる。このパルスの中心周波数が、Z@に沿っ
て厚板部分△Zがある特定の位置を決定する。パルスの
包絡線が厚板部分Δ2の厚さ及び断面形を決定1゛る。
経験によると、矩形でないスライスのデータを組合ヒた
ことによって起るZ軸方向の像のぼりを最小限に抑える
こと【こより、2つの906選択性パルスにsin c
 (bt)の包絡線を使うと、血流像のグレースケール
変調の直線性が改善されることが判った。最初の90°
選択性パルスの後にて6秒の遅延をおく。この遅延は、
動脈218内の血流によつ−C1円板形容積202内の
血液が完全に入れ替わる様に選ばれる。1シlえは、血
液の速度が公称値の300m/秒であって、厚板部分△
Zの厚さが110l11に選んCあるとりると、容積2
02内の血液の完全な交換を保j1りる為には、この遅
延時間τ6は1/30秒が必要eある。τ。
秒の遅延の後、第2の90″選択性RFパルスを公称時
刻し1に印加する。この期間全体の間、勾配磁界Gz 
(波形208で示づ“)を連続的にオンに保つのが右利
である。この勾配が連続的に存イ1づると(1−2効果
による)最初の90°選択性パルスによって励起された
スピンの完全な位相外れが起り、この為、この後得られ
るN IVI F<信号の略全部は、時間τdの間に容
積202内に入った血液の飽和していないスピンを励起
する2番目の90’選択性パルスによるものである。期
間q4の後半部分(時刻tlの後)の間の勾配Gzの位
相外し作用は、前と同じく、図ぐは負に向う波形210
として示した負の勾配Gzを期間q5に印加りることに
よって補償される。期間q6の間、波形212で示す(
前と同じ)印加し/j l界勾配G×の存在の下に、F
ID信号を観測り゛ることにより、特定のΔZの位置に
対するNMR信号のデータを収集する。X軸の勾配波形
21の前に位相外し補償波形211が来てもよい。
ΔZのN個の位置の間に収集されたN M R信号デー
タを前と同じく周波数領域にフーリエ変換J−る。次に
このデータを1ノンプル200の2次元マツプに組立て
る。サンプル200全体がX−Z平面に結像しているこ
と、並びに血流通路が大部分はイj用な信号の強さを発
生す“る唯一の容積であることに注意されたい。この為
、この2次元像が、サンプル200の強度変調され1=
平面図となり、1本の動脈158を持つ簡単なサンプル
によつ−C例示する様な、血流回路(動脈及び/又は静
脈)の表示を強めCいる。
上に)小べたNMRパルス順序を実施づる為に波形はい
ろいろ変更りることが出来る。こういう変更は、成る場
合には信号の質又は振幅の利点を1つたらし、或いは実
施−リ−る際の便宜をもたらり。勾配Gzの波形208
は、何れも90’選択性ノ\ルスの間に!′[l1l−
=lる2つの別々の波形で構成りることか出来る。その
各々が、破線の波形209 r示J様に、それ自身の位
相外しの1」−ブを持って(Xる。G×位相外し補償波
形211′は、非選択11−180°RFパルス2]4
を用いるのが右利である様な状況では、正の極性(波形
211に示?l極性とは反対の極性)にすることが出来
る。1800パルス214は、時間部分全体が使える様
に保証することによって、NMR信号を改善し、実際に
図示のFID信号の代りに、1つのスピン・エコー信号
を発生Jる。この1つのスピン・エコー信号は期間Ω6
に硯われるが、図示のFID(i号より幾分時間が遅延
している。この1つのスピン・エコー信号のスペクトル
全体、特に早期に発生づる高周波数成分が、有利に使え
る。
第6図に示す様な拡大N M Rスピン・エコー・パル
ス順序を使うことにより、信号対雑音比を改善した自流
像が得られる。第5図及び第6図は、最初の2つの期間
q4及びq5は実質的に同一である。その後、所望の像
を再生づ゛る為に第5図のFID信号く又は代りの1個
のスピン・工〕−信号)を使う代りに、第6図の多重ス
ピン・エコー・パルス順序を使う。時刻t2に180°
非選択性RFパルスをサンプル200に印加し、これに
よって期間q6の中心で起る時刻t3に第1のNMRス
ピン・エコー信号を発生する。この信号は波形212′
で示す勾配G×によって空間的に符号化されている。そ
の後の180°非選択性パルスは時刻j4.ja (及
びその後)に印加され、゛これによって時刻t5及びt
7 (並びにその後)に夫々後続のN M Rスピン・
エコー信号を発生ずる。酋通、各々の180°パルスは
2τS秒だけ離れている。こ)でτSは周知の等時間別
に従って、第2の90°3n択性パルスから第1の18
00非選択性パルスまCの遅延時間である。相次ぐスピ
ン・工]−信号の振幅が減少りることによって明らかな
様に、この過程は、最終的には、横方向緩和時間パラメ
ータT2によって定まる信号減衰時間によって制限され
る。それでも第6図の多重スピン・1コー・パルス順序
によって得られる信号エネルギが増大覆ることにより、
第5図の甲−FID信号方式に較べて、N M Rデー
タの、1個のパルス投影(又は「フレーム」)あたりの
信号対雑音比が実質的に改善される。
密接な関係を持つN M Rパルス順序は、NMR信号
データの多重「フレーム」平均化にとつ−C別の利点を
もたらり。この変形順序は2つの選択性90’パルスの
位相を1806変える。最初の4−90°選択性パルス
(時刻to)は前と同じ様【こ作用するが、この後16
秒おいて−90”3m択性パルス(時刻し1)が続く。
−90’パルスが最初の+90″パルスによって励起さ
れたスピンをZ軸の方向に沿っ−(はね返ずと共に、流
れる液体によっ−C容積202内に持ち込まれた新しい
スピンをx−y平面にはじき、そこCピックアップ・=
Jイルに最大信号を誘起する。
第7図及び第8図について、この発明の方法によって発
生される典型的な2次元血流像の表示を説明する。第7
図は血管を通ず身体部材300の一部分の等長間を示−
リ。身体部材300が小ざな動脈302、大きな動脈3
04を持っていて、X−y−z直角座標系に対して図示
の向きになっている。この向きは、第4図の一層簡単な
(〕゛ンンブル20場合と同一である。勿論、部材30
0は生体内で図示の部分を越えた先まで伸びており、血
流を作像づる目的の為にこの部分を選んでいる。
相対的な司法は実尺通りではなく、異常な領域の範囲及
び位置は、説明を判り易くする為に誇張しである。小さ
な動脈302には、動脈瘤等を表わりものとして拡大領
域306を示しである。拡大部306を通る部材300
の断面図が第7E図に示されCいる。領域306に淡い
陰影を施しであるのは、この様な領域′C″博々起る血
流速度の低下を表わJo一層太い動脈304はくびれ領
域308を示している。これは種々のシュレtJティッ
ク(5chleroLic)過程を含めたいろいろな原
因によって起ることがある。くびれ領域308を通って
切断した部材300の断面図が、第7C図に示されてい
る。領Vi、308の一層t+Qい陰影は、こういう領
域で屡々起る血流速度の−LJfを表わしている。第7
A図、第7C図、第71三図及び第7G図は、破線の相
互接続線で示す場所で切断した部U300の断面図であ
る。これらの全−Cの断面図は、血液の流れ込むん向に
沿って、矢印BF+ に沿って左から右に、Z軸の正の
方向に観測したものである。部HA’ 300にこの発
明のN M F<パルス順序を加え、その結果得られた
N M R信号データを第3A図及び第3B図について
説明した様にフーリエ変換−りると、第7B図、第71
つ図、第7F図及び第71−1図の振幅対周波数データ
が得られる。
種々の図面の対応する対の関係は、断面図第7A図が第
7B図の振幅/周波数曲線と対をなし、第70図が第7
D図と対をなし、第7E図が第7F図と対をなし、第7
G図が第7H図と対をなす。
第8図は、この発明によって可能となった非侵入形の実
時間の(又は実時間に近い)血流の動脈シン1〜ゲン写
真による研究を実施覆る医者に利用し得る様な身体部材
300の典型的なCRT表示310を示づ。第7B図、
第7D図、第7F図及び第7H図の振幅データが強度変
調された掃引に変換され、これらを横に並べて組合せ、
血液速度で強めたN M Rデータを平面像312に作
像する。
2つの異常領域306’ 、308’ は明らかに血流
と表示の強度の対応関係を反映してJ3す、血流通路と
それに伴う異常に関連した歪みの空間的な範囲を示して
いる。このCRT表示は]・レース314に示したグレ
ースケール・レベルのデータの形をした較正データ、並
びにΔ2走査速度補償信号及び表示時間ベース直線性ト
レース316をも含んでいてよい。
上に述べ1c好ましい実施例は、サンプル200又は部
材300のN個の隣接した厚板部分ΔZからの相次ぐ振
幅/周波数データ群を直接的に収集し′C最終的な2次
元像を組立−Cることを想定しCいる。これは、サンプ
ルの全長が約2Qcmの場合、各々が長さ約10mmの
N個の「スライス」を実施覆ることによって達成される
。こ)でNは、厚板部分が隣接り゛る場合は20個のス
ライスに等しい。
走査速度を変える効果を考えると、関心のある物体の超
過標本化を行ない、各スライスの信号データを平均化゛
りることにより、信号処理の別の利点が得られることは
明らかである。簡単なFID形又はスピン・エコー形の
何れかの完全なNMRパルス順序は、典型的には30乃
至70ミリ秒以内に完了することが出来る。平均して完
全なパルス順序が公称50ミリ秒を必要どりると仮定す
ると、約1秒の内に20個の重なり合ないスライスを完
了することが出来る。これは、1秒で120センチの全
長しに沿って、厚板部分ΔZをかなり高速で走査するこ
とを意味する様に思われよう。実際には、例えば毎秒1
乃至10mmの範囲内のずっと低い走査速度を用いるの
が有利である。厚板部分の厚さΔZが10mmで、走査
速痕が一層遅い毎秒in++uであると、1個のスライ
ス内のNMR信号データの多重平均をとることが出来る
。信号レベルの統一によって得られる潜在的な利点の他
に、超過標本化は、信号平均化過程で使われる重みによ
って、装置の開口を整形することが出来るという利点が
ある。例えば、選ばれたスライスがサンプル200又は
部材300内の特定の点を通過づ−る間に行なった多数
のデータ収集順序の直接的な連続平均を使う場合、周知
の三角加重平均になる。
この荷重は厚板部分の厚さ△2に等しい矩形の開口より
も、アリアシングと呼ぶ人為効果の発生がずっと少なく
なる。このIFtJ口を隣接づるスライスに用いた場合
、Z軸に沿った基本的な空間的な解像度は、連続平均方
式と表面上は同じであるが、アリアシングの問題が悪く
なる。
上に述べた好ましい実施例は、Z軸の勾配に沿ったN 
M Rの選択的な励起により、厚板部分Δ2がサンプル
200又は部材300にわたって電子式に走査されると
想定している。第7図及び第8図の説明に関連づる実施
例は、厚板部分の厚さ、サンプルの長さ、走査速度、血
流速度及びN M Rパルス順序の時間というパラメー
タの慎重な選択により、成る利点を実現づることが出来
ることを示している。多くの場合、リンプル200又は
部材300を不動のN M R選択励起手段の中に物理
的に通し、こうして所要の全長をノJバーリ′るという
目的を達成−するのが実際的である。主要な動脈及び静
脈は胴体及び手足の長さ方向に伸びる傾向があるから、
例えば腕又は脚の作像に必要なNM1犬装置を簡単にづ
−ることにより、かなりの節約を田ることが出来る。関
心のある身体部材を、第9図の装置例に示J様に、N 
tvl R磁界及びRF磁界の適当な領域内に、所望の
速度で所望の距離にわたって輸送づることしか必要とし
ない。
第9図の身体部材輸送装置350は、制御及び電子回路
主11ビネツ1〜356内に収容された(ナーボ機構の
制御の下に、患者352が平坦な往復部材354にのせ
られて、輸送されることを示している。図示のx−y−
z座標系のZ@に沿って、患者352を精密に制御して
滑らかに並進するという条件を充たづ為に、電気機械、
的、空気圧又は流体圧サーボ駆動装置を使うことが出来
る。NMRコイル装置が装置358として示され°Cい
る。
この装置は普通の静磁界及び勾配磁界巻線と、RF励起
及び受信ピックアップ巻線を含んでいる。
輸送装@350は、患者の片方又は両方の脚又は腕、或
いは胴体のこの他の選ばれた部分に対して、血流作像な
容易に実施することが出来る点で、かなり融通性がある
。例えば10乃至20CII+の範囲内の身体部材の並
進を必要とする様な更に限られた範囲の血流の検査には
、輸送装置350は簡単にすることが出来る。患者を装
置に隣合せた椅子に座らl゛、関心のある末端を、やは
り制@電子回路356に応答1゛る一層小形の往復台部
材354’ (図に示しでない)に固定し、これによつ
CZ@の方向に輸送りることが出来る。第9図の装置を
用いた基本的な実施例に対するNMR走査パラメータの
例として、患者の腕の限られた20■の部分を作像し、
数ミリメートル程度の空間的な解像度が要求されると仮
定する。往復台354′は毎秒5ml1lの速度で並進
させることが出来る。
厚板部分の厚さΔ2は2乃至5mmに選ぶことが出来る
。約50ミリ秒を要する+90°、−90゜及び180
°のNMR単一スピン・エコー・パルス順序を用いるこ
とが出来る。この結果、表示310によって例示される
様な第8図の実時間の血流の作像が実現され、こうして
異常な血流に伴う疾病、血管又は状態を突きとめ、診断
Jる医者の助りとなる。
動脈の血流の測定が特に重要である場合、動脈の血流が
脈動状であることを補償づ“るのが望ましいことがある
。動脈の血流のこういう一面の結果、この発明の方法に
よって得られる血流像は、患者の動脈の血流のパルスに
ょっ−C変調されることがある。即ち、パルスと一致し
た投影では、動脈の血流が太い様に表示され、パルスと
一致しない投影では細い様に表示されることがある。こ
れに対して、静脈の流れは実質的に均一であり、この脈
動状の変調効果はみられない。然し、NMR投影測定を
パルスと同期させることにより、脈動状の流れの変調効
果を軽減することか可能である。前に述べた投影測定の
開始をゲートする為に使うことが出来る電気パルス信号
を発生ずるのに、多数の生理学的な監視方法の内のどれ
を用いてもよい。
特にこのパルスは心電図により、音響法により、又は充
盈計測法の様な光学手段によって発生覆ることが出来る
。この発明の好ましい実施例を詳しく説明したが、当業
者にはいろいろな変更が考えられよう。従って、この発
明は特許請求の範囲の記載に含まれる全ての変更を包括
するものと承知されたい。
【図面の簡単な説明】
第1図は選択的な励起によって薄い平面状の厚板部分が
限定された、静磁界の中に配置されたNM R作像用ザ
ンプルを示す図、第2図はこのサンプルの1次元の作像
に適した基本的なNMRパルス順序を示すグラフ図、第
3A図及び第3B図は第2図の自由誘導減衰(FID)
信号を更に詳しく示J−と共に、フーリエ変換後のこの
信号の振幅対周波数スベクI〜ルを示すグラフ、第4八
図及び第4B図は作像しよ□うとする異質サンプルの側
面図及び端面図、第5図はこの発明の90° :90’
 :180’ NMRパルス順序を示タグラフ、第6図
は前に説明したパルス順序を補う拡大スピン・エコー・
パルス順序を含む様にした第5図のN M Rパルス順
序の拡大版を示リグラフ、第7図は血管を通り身体部材
の一部分の等長間、第7A図乃至第714図は第7図の
身体部va tu選ばれ1こ断面並ひにフーリエ変換し
た投影を示リーグラフ、第8図はこの発明の方法を用い
て得られる典型的な血流像マツプのCRT表示を示タグ
ラフ、第9図は関心のある身体部材とN M R+A+
流作像装置の間に必要な相対運動を行なわせる別の手段
としての簡単tこした身体BIS vJ輸送装置を示J
図である。 特許出願人

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)NMRパルス順序を用いて、物体内の局限された1
    つ又は更に多くの通路を通る流体の流量に関連した検出
    可能な信号を発生ずる方法に於て、前記物体の選ばれI
    C平面状厚板部分の中の原子核を励起し、該厚板部分は
    予定の厚さを持つと共に各々の前記通路に対して成る角
    度の向きであり、予定の遅延時間の後、略同じ選ばれた
    平面状厚板部分の中にある原子核を2度目に励起し、前
    記遅延時間は前記厚板部分の厚さに正比例づると共に前
    記流体の流量に反比例することにより、前記遅延時間の
    門に前記通路を介して前記厚板部分に流れた流体の屯に
    関係する振幅を持つNMR信号を発生し、前記NMR信
    号を検出する工程から成る方法。 2) 液体並びにそれを取囲む媒質の両方が磁界の中に
    あって、比較し得る大きざを持つNMR信号を発生し得
    る原子核で構成されている時、NM Rパルス順序を用
    いて、不動の部月内の局限された1つ又は更に多くの通
    路を流れる液体の流量に関係リ−る検出可能な信号を発
    生りる方法に於て、前記部材の選ばれた平面状厚板部分
    の中にある原子核を電磁放射で励起し、前記jl厚板部
    分予定の厚さを持つと共に前記液体の流れに対して成る
    角度の向きであり、予定の遅延時間の後、略同じ選ばれ
    た平面状厚板部分の中にある原子核を電磁放射で2度目
    に励起し、前記遅延時間は前記厚板部分の厚さに直接的
    な関係を持つと共に予想される液体の流量に対して逆の
    関係を持っていて、前記予定の遅延時間の間に前記局限
    された通路を介して厚板部分に流れた液体の量に関係り
    る振幅を持つNMR信号を発生ずる様にし、前記NMR
    信号を検出し、該N M R信号を時間領域から周波数
    領域に変換する工程から成る方法。 3) 特許請求の範囲2)に記載しIC方法に於て、前
    記液体が血液を含み、前記通路が血管を含み、2度目の
    選択的な励起工程の直ぐ後に、+il記部Hに180°
    非選択性RFパルスを印加し−(前記時間領域のNMR
    信号の周波数スペクトル成分を強めることを含む方法。 4) 特許請求の範囲3)に記載した方法に於て、iy
    I記RFパルスを印加する工程が、前記部材に一連の1
    80°非選択性RFパルスを印加して対応する一連のス
    ピン・エコー信号を発生し、前記時間領域のNMRスピ
    ン・エコー信号の周波数スペクトル成分を強める様にし
    た工程を○む方法。 5〉 特、請求の範囲2)に記載した方法に於て、最初
    に記載した選択的な励起工程が90’選択性RFパルス
    を前記部材に印加することを含む方法。 6) 特許請求の範囲5)に記載した方法に於−C1前
    記2度目の選択的な励起工程が第2の90’選択性RF
    励起パルスを前記部材に印加Jることを含む方法。 7) NMRパルス順序を用いて、身体内の略縦方向の
    局限された1つ又は更に多くの通路を通る流体を作像す
    る方法に於て、(a)前記縦方向の通路が当該優先軸線
    に沿フだ向きになる様に、優先軸線を持つ略均質な磁界
    内に前記身体を配置し、(b)磁界勾配を前記身体に印
    加し、該勾配は全体が前記身体の一連の平面状厚板部分
    の中にある表示@線に沿ってラーマ−周波数の予定の分
    布を発生づる様に選ばれてd5す、前記表示軸線か前記
    優先軸線に対し−C成る角度の向きであり、(C)前記
    身体の前記一連の平面状厚板部分の内の1つの部分の中
    にあるI京子核を選択的に励起し、各々の厚板部分は夫
    々予定の厚さを持つと共に前記優先軸線に対して成る角
    度の向きであり、(d)前記1つの厚板部分の厚さに正
    比例づると共に前記液体の流目に反比例する遅延時間の
    後、実質的に前記1つの平面状厚板部分の中にある原子
    核を2度目に選択的に励起して時間領域のN M R信
    号を発生し、(e)該時間領域のN M R(3号を検
    出し、(1゛)検出された時間領域のN M R信号を
    周波数領域のデータに変換し、(g>該周波数領域のデ
    ータを貯蔵し、(h)前記身体の前記一連の平面状厚板
    部分の内の次の1つの部分を選択的に励起し、(1)前
    記1つの厚板部分の中にある原子核を選択的に励起覆る
    工程(C)から、前記身体の前記一連の平面状厚板部分
    の内の次の1つの部分を選択的に励起する工程(h)ま
    でを、前記一連の平面状厚板部分の相次ぐ各々の1つの
    部分に対して繰返し、(j)相次いで貯蔵された周波数
    領域のデータを前記像の1次元の隣接した線として表示
    Jることにより、前記貯蔵されたデータを2次元の像に
    編集する工程から成る方法。 8) 特許請求の範囲7)に記載した方法に於て、前記
    液体が血液を含み、前記通路が血管を含み、最初の平面
    状厚板部分内にある原子核を2度目」に選択的に励起す
    る工程の直ぐ後に、18o。 非選択性RFパルスを前記身体に印加して前記時間領域
    のNMR信号の周波数スペクトル成分を強める工程を含
    む方法。 9) 特許請求の範囲7)に記載した方法に於て1前期
    液体が血液を含み、前記通路が血管を含み、前記身体の
    前記一連の平面状厚板部分の内の各々1つの部分を選択
    的に励起する工程(h)が、180°非選択性RFパル
    スを前記身体に印加して、対応づる一連のスピン・エコ
    ー信号を発生して、前記N M Rスピン・工:】−信
    号の周波数スペク1ヘル成分を強めることを含む7U法
    。 10) 特許請求の範囲9)に記載した方法に於て、前
    記検出された時間領域のN M R信号を周波数領域の
    データに変換1−る工程(f)が、前記スピン・エコー
    から周波数領域のデータの加重平均を形成り−ることを
    含むh法。 11) 特許請求の範囲7)に記載した方法に於−C1
    前記身体の前記一連の平面状厚板部分の内の各々1つが
    予定の厚さを持つと共にその前に選択しIC厚板部分に
    隣接している方法。 12、特許請求の範囲7)に記載した方法に於て、前記
    身体の前記一連の平面状厚板部分の内の各々1つが予定
    の厚さを持っていC1前に選択しlこ厚板部分と部分的
    に重なるh法。 13) NMRパルス順序を用い′C1身体内の略縦方
    向の局限された1つ又は更に多くの通路を通る流体を、
    コントラス1へを強め−C作像する方法に於C1(a)
    前記身体の縦方向の通路が略当該磁界の優先軸線に沿う
    様に、優先磁界軸線を持つ均質な磁界内に前記身体を配
    置し、前記磁界軸線と直交りる一定の励起厚板部分を通
    り越して、前記身体を前記磁界軸線に沿って特定の速度
    で輸送し、(b)前記身体に勾配磁界を印加し、該勾配
    は全体が前記身体の一連の平面状厚板部分の中にある表
    示軸線に沿デCラーマー周波数の線形分イbを発生ずる
    様になっており、前記表示軸線が前記優先軸線と直交し
    −Cおり、(C)前記身体の一連の平面状厚板部分の内
    の1番目の中にある原子核を選択的に励起し、各々の厚
    板部分は夫々予定の厚さを持つと共に前記通路に対して
    略直交する向きであり且つ前記優先軸線に略直交りる向
    きであり、(d)前記1番目の厚板部分の厚さに正比例
    りるど共に前記液体の流量に反比例J“る遅延時間の後
    、大体前記1番目の平面状厚板部分内にある原子核を2
    度目に選択的に励起して時間領域のNM R信号を発生
    し、(e)該時間領域のNMR信号を検出し、(「)検
    出された時間領域のNMR信号を周波数領域のデータに
    変換し、(g)該周波数領域のデータを貯蔵し、(h)
    前記励起平面内に輸送された身体の前記一連の平面状厚
    板部分の内の相次ぐ1つを選択的に励起し、(i)前記
    一連の平面状厚板部分の相次ぐ各々1つに対して前記厚
    板部分内の原子核を選択的に励起づる工程(C)、該原
    子核を2度目」に選択的に励起りる工程(d)、時間領
    域のN M R信号を検出りる工程(e)、検出された
    時間領域のNMR信号を周波数領域のデータに変換Jる
    工程(f)、周波数頭1或のデータを貯蔵りる工程(Ω
    )、及び前記一連の平面状厚板部分の内の相次ぐ1つを
    選択的に励起覆る工程([))を繰返し、相次いC貯蔵
    された周波数領域のデータを前記像の1次元の隣接り−
    る線としC表示゛りることにより、前記貯蔵されi=う
    2−タを2次元の像に編集づる]二程から成る方法。 14) 特8′[請求の範囲13)に記載した方法に於
    C1前記液体が血液を含み、前記通路が血管を含み、1
    つの平面状厚板部分内の原子核を2度目に選択的に励起
    ザる工程の後、180°非選択性RFパルスを身体に印
    加して、前記時間領域のN M R信号の周波数スペク
    トル成分を強める工程を含む方法。 15) 特許請求の範囲13)に記載した方法に於て、
    前記身体の前記一連の平面状厚板部分の各々1つが予定
    の厚さを持っていて前に選択された厚板部分に隣接して
    いる方法。 16) 特許請求の範囲13)に記載した方法に於て、
    前記身体の前記一連の平面状厚板部分の内の各々1つが
    前に選択された厚板部分に隣接してい−C前記優先軸線
    に対して略直交する向ぎCある方法。 17) 特許請求の範囲13)に記載した方法に於て、
    前記身体の前記一連の平面状厚板部分の内の各々1つが
    前に選択された厚板部分ど部分的に中なっている13法
    。 18) 特ffF 請求の範囲13)に記載した方法に
    於て、別々の選ばれた厚板部分に対応づる周波数領域の
    データの加重した和を形成Jることを含む方法。 19) NMRパルス順序を用いて、身体内の局限され
    た1つ又は更に多くの通路を通る流体の2次元像を作る
    方法に於て、(a)優先軸線を持つ均質な磁界内に前記
    身体を配置して、(b)該身体内に正味の磁化を発生し
    、前記身体に勾配磁界を印加し、該勾配は全体が前記身
    体の一連の平面状厚板部分の中にある表示軸線に沿った
    ラーマ−周波数の線形分イ11を発生する様に414成
    されており、前記表示軸線は前記優先軸線と直交してJ
    >す、(C)前記身体の一連の平面状厚板部分の内の1
    番目の中にある原子核を選択的に励起し、各々の厚板部
    分は夫々予定の厚さを持つと共に前記通路に対して略直
    交り−る向きであり月つ前記優先軸線に対して略直交−
    りる向きぐあり、(d)前記1つの厚板部分の厚さに正
    比例し月つ前記液体の流mに反比例覆る遅延時間の後、
    略前記1つの平面状厚板部分内にある原子核を2度目に
    選択的に励起し−U、(e)時間領域のNMR信号を発
    生し、該時間領域のNMR信号を検出し、(f)該検出
    された時間領域のNMR信号を周波数領域のデータに変
    換し、(g)該周波数領域のデータを貯蔵し、(h)前
    記身体の前記一連の平面状厚板部分の相次ぐ1つを選択
    的に励起し、い)前記一連の517−面状厚板部分の相
    次ぐ各々1つに対し、前記1つの平面状厚板部分内にあ
    る原子核を選択的に励起リーる工程(C)、該原子核を
    2度目に選択的に励起−りる工程(d)、時間領域のN
    MR信号を検出リーる工程(e)、検出された時間領域
    のNMR信Qを周波数領域のデータに変換づる工程(f
    )、該周波数領域のデータを貯蔵Jる工程(q)及び前
    記一連の平面状厚板部分の内の相次ぐ1つを選択的に励
    起づ−る工程(h)を繰返し、(j)相次いで貯蔵され
    た周波数領域のデータを前記像の1次元のFE接りる線
    として表承り−ることにより、前記貯蔵されたデータを
    2次元の像に組立てる工程から成る方法。 20) 特許請求の範[11119)に記載した方法に
    於て、前記身体の前記一連の平面状厚板部分の内の各々
    1つが前に選択されl〔厚板部分と隣接しており、1番
    目の平面状厚板部分内にある原子核を2度目に選択的に
    励起する各々の工程の直ぐ後、180°非選択竹RFパ
    ルスを前記身体に印加(〕で、前前記時間域のNMR信
    号の周波数スベク(〜ル成分を強める工程を含む方法。 21) 特許請求の範囲19)に記載した方法に於て、
    前記身体の前記一連の平面状厚板部分の内の各々1つが
    前に選択した厚板部分と部分的に重なり合っている方法
    。 22、特許請求の範囲19)に記載した方法に於C1別
    々の選択された厚板部分に対応覆る周波数γ1域のデー
    タの加重した和を形成づることを含む方法。
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