JPS6080747A - 非線形磁場勾配を用いた核磁気共鳴映像化方法 - 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】 技術分野 本発明は、被測定体内部における核磁気性物質、例えば
Ｈ、Ｆ　、　Ｎａ　；　Ｃ＋　Ｐなどの元素の分布に関
する情報を核磁気共鳴現象を応用して映像化する核磁気
共鳴映像化方法、特に、２乗曲線的な磁場強度変化を呈
する非線形勾配の特徴磁場により被測定体内部の局所的
な核磁化の位相を走査しながら符号化した各部の寄与の
異なる核磁気共鳴信号を計算処理して映像化する非線形
磁場勾配による核磁気共鳴映像化方法に関し、強磁場の
発生を要せずに全領域の映像化を時間効率よく行ない得
るよう托したものである。

従来技術 従来のとの種核磁気共鳴現象を応用した被測定体内部情
報の映像化方法としては、線形磁場勾配を用いたいわゆ
るＮＭＲ−ＣＴ　（核磁気共鳴式計算機処理断層写真）
として知られるようになった映像化方法がある。すなわ
ち、線形磁場勾配のもとにＮＭＲ（核磁気共鳴）を検出
すると、そのＮＭＲスペクトルは磁場勾配の方向に直交
する方向における被測定体内スピン分布の投影像に比例
したものとなることを利用して、多数の方向に線形磁場
勾配の方向を切換えて検出した多数の投影像からｘ、１
ｌｃＴ（Ｘ線式計算機処理断層写真）と全く同様の計算
アルゴリズムによって像形成を行なうようにした投影映
像化方法、あるいは、線ｉ場勾配のもとに核磁化の自由
１差な行なわせると、被測定体内の空間的位置に比例し
て核磁化の位相が推移し、さらに、核磁化の自由１差を
行なわせる時間や磁場勾配の強さなどを系統的に変化さ
せると、スピン密度分布の一次元フーリエ変換に比例し
た量が得られることを利用して、磁場勾配の方向を直交
二方向乃至三方向に切換えてスピン密度分布の二次元乃
至三次元フーリエ変換に比例したデータをめ、さらに、
そのデータに逆変換を施して像形成を行なうよう托した
いわゆるＦＴズーグマトグラフイ・スピンワープ方法な
どがあり、すでに臨床試験も始められている。しかしな
がらかかる線形磁場勾配を用いた従来の各種ＮＭＲ−Ｃ
Ｔにおいては、得られる映像の空間分解能を向上させる
には磁場勾配を強くする必要があり、磁場勾配を強くす
るとＮＭＲスペクトルの拡がりを伴なうので、検出すべ
きＮＭＲスペクトルの高さが低下する。したがって、静
磁場強度が一定の場合には、線形磁場勾配を強くするに
従って得られる映像のＳ／／Ｎが劣化する。そこで、映
像の分解能を向上させるとともにＳ／Ｎを劣化させない
ようにするためには必然的に静磁場強度を増大させなけ
ればならないことになる。したがって、広い範囲に亘っ
て均一性が高り、シかも安定な強い静磁場を形成するこ
とが線形磁場勾配を用いた従来のＮＭＲ−ＣＴＫおける
最大の技術的問題であり、その問題の解決の困難性が従
来のＮＭＲ−ＣＴの欠点であった。

一方、非線形磁場勾配を呈して被測定体内部の測定対象
領域を狭い範囲に特定するいわゆる特徴磁場を用いる従
来の核磁気共鳴映像化方法としては、核磁気共鳴周波数
の相違に基づいて非線形勾配の特徴磁場における中心の
近傍のみの情報を得るようにした、本発明者らの提案に
係る特開昭４９−１０８６９８号、特開昭５１−１２７
７８５号および特開昭５４−１８８１９２号の各公報に
記載の核磁気共鳴映像化方法がある。しかしながら、こ
れら従来の非線形磁場勾配を用いた核磁気共鳴映像化方
法においては、特定の測定対象領域を狭くし、しかも、
その領域の境界を明確にするために強い非線形勾配の特
徴磁場を形成する必要があり、かかる強い非線形勾配の
特徴磁場を発生させて電気的に走査するに要するコイル
類のアンペア回数の増大が、大型の映像化装置、特に磁
場形成手段を実現するうえで大きい制約事項となる欠点
があつた。

さらに、上述した従来の非線形磁場勾配を用いた核磁気
共鳴映像化方法においては、二次元乃至三次元の映像化
を行なう場合に、直接の測定対象領域を狭い範囲に限定
するがために核磁化検出用高周波パルス磁場印加の都度
測定データが得られる領域が狭いので、被測定体内全領
域の映像化に要する測定データの収集に時間がかかり、
線形磁場勾配を用いるＮＭＲ−ＣＴに比して測定データ
収集時間の点で将来とも一歩遅れをとる可能性が大きい
、という欠点もある。

発明の要点 本発明の目的は、上述した従来の欠点を除去し非線珍勾
配の特徴磁場の磁場強度を増大させる必要がなり、シた
がって、その励磁アンペア回数を増大させる必要がなく
、核磁化検出用高周波パルス磁場印加の都度測定領域全
域の測定データが得られ、時間効率よ＜　Ｓ／Ｈの優れ
た映像化を行ない得るようにした非線形磁場勾配を用い
た核磁気共鳴映像化方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、２乗曲線的な磁場強度変化を呈す
る非線形勾配の特徴磁場を用いることにより映像化領域
全域の情報を含んだＮＭＲ信号が得られ、走査用コイル
の電流を変化させ、あるいは、発生用コイルを機械的に
移動させて特徴磁場を走査しながら各走査点毎に得られ
る多数のＮＭＲ信号の測定データを計算処理して映像化
領域内のスピン密度分布情報を映像化するようにした非
線形磁場勾配を用いた核磁気共鳴映像化方法を提供する
ことにある。

本発明のさらに他の目的は、線形磁場勾配を用（・？、
：ＮＭＲ−ＣＴにおいては空間分解能増大のために線形
磁場勾配を強くして”／Ｎを低下させないように強い静
磁場を用いる必要があるのに対し、比較的弱い非線形勾
配の特徴磁場を用いて広範囲に走査することにより映像
化領域内各点を識別するに必要な核スピンの位相変化が
得られるようにして弱い静磁場の使用を可能にした非線
形磁場勾配を用いた核磁気共鳴映像化方法を提供するこ
とに・ある。

すなわち、本発明非線形磁場勾配を用いた核磁気共鳴映
像化方法は、均−静磁場を発生させて被測定体に印加す
る静磁場発生手段、前記均−靜磁場の磁場強度に対応し
たラーモア周波数の高周波磁場を前記均′−静磁場に直
交させて前記被測定体に印加するトランスミッタ・コイ
ル、前記被測定体から誘起した核磁気共鳴信号を検出す
るレシーバ・コイル、磁場強度が非線形に変化する非線
形勾配の特徴磁場を発生させて前記被測定体に印加する
特徴磁場発生手段および前記非線形勾配の特徴磁場の中
心を空間的に走査する特徴磁場走査手段を設けて核磁気
共鳴現象により前記被測定体の内部情報を映像化するに
あたり、前記高周波磁場をパルス状に印加して前記被測
定体の核磁化を励起し、つ（・で直ちに前記非線形勾配
の特徴磁場を所定の時間印加して前記核磁化に自由１差
を行なわさせることにより、前記被測定体内部の局所的
な核磁化の位相を空間的に非線形に符号化する操作を、
前記特徴磁場走査手段により前記非線形勾配の中心を一
定走査量ずつ移動させながら順次に行ない、当該順次の
操作により得られた前記局所的な核磁化の寄与がそれぞ
れ異なる複数の測定ブタを計算処理して前記被測定体内
部の核磁気性物質の分布情報を映像化することを特徴と
するものである。

実　施　例 以下に図面を参照して実施例につき本発明の詳細な説明
する。

まず、本発明を適用して被測定体内部の情報を映像化す
る核磁気共鳴映像化装置の概略構成の例を第１図に示し
、その各部の構成配置の例を第２図に示す。

図示の構成配置においては、対向配置した一対の電磁石
Ｂを高安定直流電源１８により付勢して均一な静磁場Ｈ
６を形成し、その磁場空間内に設置した特徴磁場発生・
走査用コイルＣ□、Ｃ２を特徴磁場発生・走査回路Ｕ８
ａにより駆動して適切な形状の特徴磁場ΔＨ８を静磁場
Ｈ６に重畳する。な・お、ここでは静磁場Ｈ６の発生手
段を電磁石として説明したが、均一静磁場発生用に設計
した空心コイルマグネット、超電導マグネットあるいは
永久磁石などを用い得ること勿論であり、また、特徴磁
場発生・走査用コイルＣ□、ｃ２の配置は、図示のよう
に２軸方向とする他、特徴磁場発生・走査の態様によっ
てはＹ軸方向あるいはＸ軸方向にも配置し得ることも勿
論である。

上述のような重畳磁場Ｈ６＋ΔＨ８よりなる磁場環境下
に被測定体Ａを設置し、その被測定体Ａの周囲に配設し
た送信コイルＤをユニットＵ２内の送信機Ｔにより駆動
して高周波磁場を被測定体Ａに印加する。この高周波磁
場の周波数が被測定体Ａ内における測定対象原子核の核
磁気共鳴周波数に一致していると、印加高周波磁場エネ
ルギーの共鳴吸収が起り、そのときに生ずる核磁気共鳴
交番磁界を受信コイルＥにより捕捉して誘導電圧を生起
させ、その誘導電圧をユニットＵ２内の受信機Ｒにより
検出する。ここで、送信コイルＤおよび受信コイルＥの
軸は静磁場発生用電磁石Ｂにょる・均一静磁場Ｈ６Ｋ直
交する方向に配置する。また、被測定体Ａ内の核磁気性
物質は静磁場強度によって一義的に決まるラーモア周波
数を有しており、そのラーモア周波数の高周波磁場が送
信コイルＤにより被測定体Ａに印加されると、核磁気共
鳴（ＮＭＲ）現象が起り、受信コイルＥにその周波数の
誘導起電力が生起する。そのラーモア周波数の尚周波磁
場を適切な幅および高さを有するパルスの形態にして印
加すると、かかるパルス状畠周波磁場の消失後に、その
時点にて被測定体Ａが置かれた静磁場環境によって決ま
るラーモア周波数を有し、被測定体Ａ内に励起された核
スピンにより生じて時間的に減衰していく信号が検出さ
れる。

しかして、高周波磁場が存在しない状態における被測定
体Ａ内の核スピンは静磁場環境によって一義的に決まる
ラーモア周波数にて自由７差運動を行なうのであるから
、磁場強度が非線形に変化する特徴磁場ΔＨ８を特徴磁
場発生コイルＣ２により一定時間だけ被測定体Ａに印加
すると、被測定体Ａ内に励起された核スピンは、被測定
体Ａ内の各・場所毎に特徴磁場ΔＨ８の強さに応じて位
相が推移するので、各場所毎の情報を位相情報の形で表
わした信号が得られる。したがって、特徴磁場走査コイ
ルＣ□によって特徴磁場ΔＨ８を走査して移動させなが
らかかる信号を順次に検出すると、特徴磁場ΔＨｓの磁
場強度が非線形に変化しているために被測定体Ａ内の各
場所における核スピンの位相情報の検出出力信号に対す
る寄与が各場所によって異なるのであるから、必要な密
度にて各場所毎の核スピン位相情報のデータを検出すれ
ば、被測定体Ａ内谷部のスピン密度情報を検出出力信号
の計算処理によって各場所毎に分離して取出すことがで
きる。

上述のようにして空間的な情報を核スピン位相情報とし
て特徴付げする特徴磁場には、磁場強度の等高線が円筒
形状をなした棒状特徴磁場、鞍形をなした星状特徴磁場
、球形状乃至楕円体状をなした球状乃至楕円体状特徴磁
場などがあり、いずれも磁場強度の変化が中心位置から
の距離の２乗に比例する磁場強度成分を有している。

第１図示の構成におけるユニットＵ□内の特徴磁場発生
コイルＣ２は、平行線条、長方形コイル、円形コイルな
どからなっており、所定の特徴磁場を形成する。その特
徴磁場はユニットＵ０内の特徴磁場走査コイルＣ□によ
り、その磁場の形状を殆ど変えることなく電気的に走査
される。なお、かかる特徴磁場の走査は、特徴磁場走査
コイ／ｌ／Ｃ。

による電気的走査の他に、特徴磁場発生コイルＣＱ自体
もしくは被測定体Ａを機械的に移動させても、実用的に
簡便に行なうこともできる。なお、特徴磁場発生コイル
Ｃ２には、特徴磁場の発生に伴って生ずることのある系
統的な磁場強度のオフセットを補償するための補償コイ
ルおよび空間的に方向の異なる線形磁場勾配発生用コイ
ルあるいは平面状の磁場均一領域を有する非線形磁場勾
配発生用コイルを必要に応じて組合わせ併設する。

上述したユニットＵ０内の均一磁場発生マグネツ）Ｂい
送信コイルＤ１受信コイルＥおよびユニットＵ、が核磁
気共鳴装置の基本構成をなすのに対し、ユニットＵ８は
ユニットＵ□内各磁場発生要素の駆動装置をなしており
、さらに、ユニットＵ。

は核磁気共鳴装置全体を制御するとともに測定結果のデ
ータを処理して核磁気性物質の分布像の映像化および表
示を行なうための制御用計算機およびその周辺装置から
なっている。

第１図示の構成による核磁気共鳴映像化装置における各
ユニットの構成および作用をまとめて以下に略述する。

被測定体Ａを配置した均一静磁場Ｈ８の磁場強度に対応
したラーモア周波数に等しい周波数にて発振するユニッ
トＵ２内のＲＦ発振器ｌからの高周波信号は、波形整形
ゲート回路８に供給して、制御用計算機１４により制御
するプログラムパルス発生器２の出力パルスによってゲ
ートし、所定の周波数スペクトルを有する高周波パルス
を形成して、ＲＦｉｔ力増幅力増幅器上、送信コイルＤ
に供給する。その結果、送信コイルＤによって被測定体
Ａには所定の周波数スペクトルを有する高周波磁場が印
加され、被測定体Ａの映像化領域の全イルＣ５１により
線形磁場勾配あるいは磁場強度均。

−領域が平面状をなす平面状非線形磁場勾配の特徴磁場
を被測定体Ａに重畳印加している場合にはその平面状の
領域のみにおける核磁化がそれぞれ全面的もしくは選択
的に励起される。

以上のようにして被測定体Ａ内に励起された核磁化には
均一静磁場Ｈ６に直交する方向の磁化成分が生じ、その
磁化成分は、励起用高周波磁気パルスがいわゆる９０°
パルスの条件を満したときに最大となる。ついで、励起
用高周波磁気パルスが切れると、その直後にユニットＵ
０内の特徴磁場発生コイル０２により印加した特徴磁場
によって、均−静磁場Ｈ６Ｋ直交する方向の核磁化成分
は、特徴磁場ΔＨ８内の各位置における磁場強度に応じ
たラーモア周波数にて自由１差運動を行ない、受信コイ
ルＥにはそれら各位置から生じた核磁気共鳴信号が合成
された微小な高周波電流が誘起する。その高周波電流を
ユニットＵ、内の前置増幅器５および主増幅器６により
増幅したうえで位相高周波信号を参照信号として検波す
ると、いわゆる自由減衰（ＦＩＤ）信号が得られる。こ
と・で、特徴磁場ΔＨ８を一定時間τだけ印加すると、
被測定体Ａ内各部の核磁化は、それぞれ、特徴磁場ΔＨ
ｓによって決まる異なったラーモア周波数にて自由７差
運動をするのであるから、時間τが経過した時点におけ
るＦＩＤ信号の振幅は、各部の核磁化の位相が空間座標
に対して非線形、具体的には２乗関数的な形態にて推移
したものの合成値に比例したものとなる。ついで、時点
τにおいて特徴磁場ΔＨ８の印加を停止し、直ちに所定
方向の線形磁場勾配を有する静磁場を印加するか、ある
いは、均−静磁場Ｈ６のもとに時点τ以後に得られるＦ
ＩＤ信号、あるいは、さらに所定のパルス的磁場操作妊
よって得られるスピンエコーｍ　号ヲＡ　−り変換器８
によりディジタル量に変換した後に制御用計算機１４に
供給して演算処理する。

以上の操作を、特徴磁場ΔＨ８を特徴磁場走査コイルＣ
□により一定量ずつ移動させながら行ない、ディジタル
量に変換したＦＩＤ信号あるいはスピ・ンエコー信号を
測定データとして制御用計算機１４に順次に供給し、周
波数分析および映像化用演算処理を行なって得られた画
像を周辺装置１５に表示する。なお、制御用計算機１４
からは特徴磁場走査用信号を送出して、Ｄ−Ａ変換器９
．ｌＯおよび直流電力増幅器１１．１２を介し、特徴磁
場走査コイルＣおよび特徴磁場発生コイルＣ２に供給し
、特徴磁場ΔＨ８の発生、走査並びに線形磁場勾配、平
面状非線形磁場勾配等の発生および制御を行なう。また
、高安定直流電源１Ｂは制御用計算機１４の制御のもと
に均一磁場発生マグネットＢを付勢して均一静磁場Ｈ８
を発生させる。

つぎに１以上の構成により動作する核磁化共鳴映像化装
置に本発明方法を適用して被測定体内部情報の映像化を
行な５本発明の具体的な実施例を説明する。

まず、第１の実施例として、本発明者らの提案に係る特
開昭５４−１８８１９２号公報あるいは特願昭５７−１
５４４９１号明細書に記載しであるよ５に、静磁場Ｈ６
の方向に磁場等高銀が平行に延・在し、静磁場Ｈ６に直
交するＸ、Ｙ面内においては磁場等高線が円形に閉じた
棒状特徴磁場を使用した場合の核磁化共鳴映像化方法に
ついて述べる。

かかる棒状特徴磁場の中心の座標をｘ／　、　ｙ／とし
、被測定体Ａ内における測定点の座標をｘ、ｙとすると
、点（ｘ　＋　ｙ）における磁場偏差はっぎの式によっ
て与えられる。

ここに、ｂは％徴磁場発生コイルｃＩＫ流す電流、巻数
、寸法などによって決まる定数であり、ｈｏは静磁場Ｈ
６に重畳した均一磁場オフセットである。いま、ｘ、ｙ
方向に棒状特徴磁場を走査しながら、各磁場中心位置（
”＋Ｙつ毎に前述したｇＯ°パルスを送信コイルＤによ
って印加し、その９０°パルスに引続いて直ちに（１）
弐にて表わされる棒状特徴磁場を第８図に示すように所
定時間τだけ印加し、さらに引続いて特徴磁場発生コイ
ルＣ２中に組込んである２方向線形磁場勾配発生コイル
によってＺ方向線形勾配の静磁場を印加するパルス的磁
場印加の操作を行なう。第８図（ａ）には、特徴磁場お
よび線形磁場パルスの時間的関係とかかる磁場の印加に
よって発生するＦＩＤ信号の時間的関係を示し、その電
流パルスの振幅を増大させることにより棒状特徴磁場の
中心なＸ方向に移動させる。

いま、位相敏感検波器７を２個設けて、その一方におい
てはＲＦ発振器ｌの発振出力高周波信号をそのまま参照
信号とし、他方においては発振出力高周波信号の位相を
９０°だけずらして参照信号として検波を行なうように
し、主増幅器６の増幅出力信号を並列に入力すると、そ
れら２個の検波器７カ；らは９０°位相が異なった一対
のＦＩＤ信号が得られる。かかる一対のＦＩＤ信号を複
素数の実数部と虚数部とみなすと、この一対のＦＩＤ信
号は複素ＦＩＤとして処理することができる。

第８図（ａ）　において時点τ以後の複素ＦＩＤは次式
によって与えられる。

ここに、バＸ　＋　３’　＊　Ｚ　）はスピン密度分布
関数であり、熱平衡状態における核磁化の分布関数とみ
なすことができ、また、ｂｏ′は２方向線形磁場勾配に
重畳した磁場オフセットである。かかる（２）式を非線
形特徴磁場から線形磁場勾配の静磁場に切換えた後の時
間ｔＪつぃてフーリエ変換を行なうと１線形磁場勾配の
強さが十分強ければ次式が得られる。

ω　ｂ′ ここに　７．　＝　−（＋、Ｊｌ）　・・・・（４）ｒ
’ｇ　ｇ なお、（２）式および（８）式におけるＴ２はスピン−
スピン緩和時間であり、また、ｒは核磁気回転比である
。

（８）式から明らかなように、Ｚ方向のスピン分布は２
方向線形磁場勾配の静磁場を印加したときに生ずるＦＩ
Ｄ信号のフーリエ変換から分離し得ることが判る。すな
わち、線形磁場勾配によって（８）式からＺ方向のスピ
ン分布が分離されるので、各角周波数ωにつ（・てＸ、
Ｙ方向スピン分布を再生すれば、三次元スピン分布を再
生し得ることになる。また、（８）式の積分項はスピン
密度分布ρ（ｘ　＋ア、７）Ｋ位相項８−ｊ・”−（（
Ｘ’−Ｘ）＋（ｙ’−ｙ）”）を乗じてｘ、ｙの全域に
亘って積分した形態になっており、かかる形態は、点（
ｘ、ｙ）の核磁化に棒状特徴磁場の中心点（ｘ′、ｙり
からの距離の２乗に比例した形態にて位相推移を与えて
積分したものであり、特徴磁場の中心位置の移動ととも
に、その位相推移が２乗関数的乃至非線形的に変化する
。すなわち、物理的には棒状特徴磁場ΔＨ８を時間Ｔだ
け印加することにより、点（ｘ、ｙ）の核磁化を棒・状
特徴磁場の中心位置（ｘ’、Ｙりからの距離の２乗に比
例した形で位相を符号化していることが判る。

棒状特徴磁場ΔＨ８の中心位置（ｘ／　、　ｙつの関数
としての線形磁場勾配ｇ’ｚに切換えた後におけるＦＩ
Ｄ信号のフーリエ変換ｖ（ｘ／、ｙ／、ω）はｘ／　、
　ｙ／に関するたたみ込み積分の形になっており、かか
るたたみ込み積分は容易に解くことができる。かかる積
分内の指数項を展開し、フーリエ変換を用いて演算処理
を行なった結果は次式となる。

ここに、ω；２γｂτ・Ｘ１ω＝２ｊＦｌτ・ｙ　・・
・・（６）ｘ　ｙ したがって、スピン密度分布関数の再構成すなわち映倫
化の具体的手順はつぎのよ５になる。

（１）棒状特徴磁場を電気的もしくは機械的に走査しな
がらその中心点（ｘ’＋ｙ’）のそれぞれについて第８
図（ａｌに示したパルス系列により線形磁場勾配に切換
えた時点以後のＦＩＤ信号を測定する。

（２）　そのＦＩＤ信号を時間ｔについてフーリエ変換
し、（８）式によりそのフーリエ変換Ｖ（ｘ’、　ｙ’
、ω）をめる。

（８）そのフーリエ変換ｙ　（ｘ／　、　ｙ／　、ω）
にｅＪｒｈ・（ｘ’＋ｙ”）を乗じ、・・ｙ／について
二次元フーリエ変換を行なう。

（４）その二次元フーリエ変換の結果に形態に変りはな
い。

なお、以上の説明における棒状等の特徴磁場を発生させ
る手段の具体的構成は、前述した本発明者らの提案に準
するものとする。

効　果 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、核磁
気共鳴現象を利用した被測定体内部情報の映像化にあた
り、比較的弱い磁場強度の非線形磁場勾配を用いて被測
定体内部全領域の情報を時間効率よく映像化することが
できる。

かかる本発明方法による核磁気共鳴映像化を、簡単のた
めに一次元映像化の場合について数値シミュレーション
した結果の例を第４図に示す。この数値シミュレーショ
ンはＸ方向におけるスピン密度の一次元分布の数値計算
を行なったものであり、第４図（ｂｌに示すスピン分布
に対して得たＦＩＤ信号に前述した演算処理を施して再
生したスピン密度分布の例を示したのが第４図（ａ）で
ある。なお１、：コ”Ｃ−＆！、ｈ　＝０、ｂ−０，０
２Ｇａｕ８８４ｇ、τ＝１０　ｍｓをパラメータとして
いる。

以上の説明においては棒状特徴磁場を用いる場合の例に
ついて本発明核磁気共鳴映像化方法を述べたが、初めに
Ｚ方向線形磁場勾配印加のもとに選択的な核磁化励起を
行なってｘ、ｙ平面に平行なスライス領域の核磁気を励
起しておけば、二次元のスピン密度分布像が得られる。

なお、この場合には、（８）式および（４）式における
ωは一つの値をもつことになる。また、かかるスライス
領域に対する核磁気共鳴映像化方法は、棒状特徴磁場の
例に限らず、円形コイル対による星状特徴磁場を用いた
場合にも全く同様に適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を適用する核磁気共鳴映像化装置の
概略構成を示すブロック線図、第２図は同じくその映像
化装置における各磁場発生手段の構成配置の例を示す線
図、 第８図は本発明映像化方法によるパルス的磁場印加の態
様の例を示すタイムチャート、第４図（ａｔ　ｒ　（ｂ
）は本発明核磁気共鳴映像化方法による核磁気スピン密
度分布再構成の数値計算の態様の例を順次に示す線図で
ある。 ＩＪ、−Ｕ　・・・ユニツ）Ａ・・・被測定体４ Ｂ・・・均一磁場発生マグネット 、Ｃ０・・・特徴磁場走査コイル Ｃ２・・・特徴磁場発生コイル Ｄ・・・送信コイル　Ｅ・・・受信コイルＴ・・・送信
機　Ｒ・・・受信機 １・・・Ｕ発振器 ２・・・プログラムパルス発生器 ８・・・波形整形ゲート　舎・・・ＲＦ電力増幅器５・
・・前置増幅器　６・・・主増幅器７・・・位相敏感検
波器　８・・・Ａ−Ｄ変換器９．１０・・・Ｄ−Ａ変換
器　１１　、１２・・・直流電力増幅器１゜１８・・・
高安定直流電源　１４・・・制御用計算機１５・・・周
辺装置。 特許出願人宇都宮大学長 手続補正書。 昭和５９年　６月、２０日 １、事件の表示 昭和５８年　特　許　願第１８９４８４号３、補正をす
る者 事件との関係　特許出願人 宇都宮大学長 外１名 ５゜ ６、補正の対象　明細書の「特許請求の範囲」および「
発明の詳細な説明」の欄 ７、補正の内容　（別紙の通り） １、明細書第１ｉＪ第４行〜第５頁第４行の特許請求の
範囲を下記のとおりに訂正する。 ［２特許請求の範囲 Ｌ　均一静磁場を発生させて被測定体に印加する静磁場
発生手段、前記均一静磁場の磁場強度に対応したラーモ
ア周波数の高周波磁場を前記均一静磁場に直交させて前
記被測定体に印加するトランスミッタ・コイル、前記被
測定体から誘起した核磁気共鳴信号を検出するレシーバ
・コイル、磁場強度が非線形に変化する非線形勾配の特
徴磁場を発生させて前記被測定体に印加する特徴磁場発
生手段および前記非線形勾配の特徴磁場の中心を空間的
に走査する特徴磁場走査手段を設けて核磁気共鳴現象に
より前記被測定体の内部情報を映像化するにあたり、前
記高周波磁場をパルス状に印加して前記被測定体の核磁
化を励起し、ついで直ちに前記非線形勾配の特徴磁場を
所定の時間印加して前記核磁化に自由７差を行なわさせ
ることにより、前記、被測定体内部の局所的な核磁化の
位相を空間的に非線形に符号化する操作を、前記特徴磁
場走査手段により前記非線形勾配の中心を一定走査量ず
つ移動させながら順次に行ない、当該順次の操作により
得られた前記局所的な核磁化の寄与がそれぞれ異なる複
数の測定データを計算処理して前記被測定体内部の核磁
気性物質の分布情報を映像化することを特徴とする非線
形磁場勾配を用いた核磁気共鳴映像化方法。 ム　特許請求の範囲第１項記載の核磁気共鳴映像化方法
において、磁場強度が線形に変化する線形勾配の静磁場
を発生させる線形磁場勾配発生手段を併設して前記非線
形勾配の特徴磁場印加の後に直ちに前記線形勾配の静磁
場を前記被測定体に印加することを特徴とする非線形磁
場勾配を用いた核磁気共鳴映像化方法。 ＆　特許請求の範囲第２項記載の核磁気共鳴映像化方法
において、前記パルス状に印加する高周波磁場として前
記被測定木内部全域の核磁化を一斉に励起する非選択性
の９０度高層波磁場パルスを用いて前記被測定体内部の
映像化領域全域の核磁化を励起し・ついで直ちに所要の
平面内にて磁場強度の偏差が２乗曲線をなす前記非線形
勾配の特徴磁場を前記所定の時間印加し、さらに引続い
て前記所要の平面に直交する方向の前記線形勾配の静磁
場を印加して当該線形勾配の静磁場印加の時点以後にお
ける核磁気共鳴自由誘導減衰信号を測定し、前記非線形
勾配の特徴磁場を前記所要の平面内にて二次元的に走査
しながら各走査点毎に時系列的磁場切換操作を行ない、
得られた前記核磁気共鳴自由誘導減衰信号を周波微分析
して各周波数成分をそれぞれ二次元的走査点の座標の関
数として数値的に計算処理することにより、前記被測定
体内部核磁気性物質の三次元分布像を映像化することを
特徴とする非線形磁場勾配を用いた、核磁気共鳴映像化
方法。 表　特許請求の範囲第２項記載の核磁気共鳴映像化方法
において、前記パルス状に印加する高周波磁場として狭
い周波数スペクトル分布を有するように波形整形した選
択性の９０度高置波磁場パルスを用いるとともに線形砂
場勾配もしくは同一磁場強度面が平面状をなす非線形磁
場勾配の静磁場を同期的に印加して所定の平面状領域の
み核磁化を選択的に励起し、ついで直ちに前記平面状領
域内にて磁場強度の偏差が２乗曲線をなす前記非線形勾
配の特徴磁場を前記所定の時間印加し、さらに引続いて
前記平面状領域に沿った所定の方向の前記線形勾配の静
磁場を印加して当該線形勾配の静磁場印加の時点以後に
おける核磁気共鳴自由誘導減衰信号を測定し、前記非線
形勾配の特徴磁場を前記平面状領域に沿って前記線形勾
配の静磁場の等磁場強度線方向に一次元的に走査しなが
ら各走査点毎に前記時系列的磁場切換操作を行ない、得
られた前記核磁気共鳴自由誘導減衰信号を周波数分析し
て各周波数成分をそれぞれ一次元走査点座標の関数とし
て数値的に計算処理することにより、前記所定の平面状
領域の核磁気性物質の二次元分布像を映像化することを
特徴とする非線形磁場勾配を用いた核磁気共鳴映像化方
法。」 、２明細書第５頁第１６行の「強磁場」を「強い非線形
磁場勾配」に訂正する。 ８同第６頁第８行の「ＮＭＲ（核磁気共鳴）」をｒＮＭ
’Ｒ（核磁気共鳴）信号」に訂正し、同頁第１８行の「
断層写真」を「断層撮影方法」に訂正する。 ４、同第７頁第８行〜第４行の「ＦＴズーグマトグラフ
イ・スピンワープ方法」を「ＦＴズーグマトグラフイ、
スピンワーブ方法」に訂正する。 ５同第８頁第１行〜第２行の「その問題の解決の困難性
」な「この点」に訂正する。 ６同第１０頁第１４行〜第１５行の「強くしてＳ／Ｎを
低下させないように」を「強くした場合にＳ／Ｎを低下
させないためには」に訂正する。 ７、同第１５頁第２行〜第３行の「するので、・・・１
信号が得られる。Ｊを［するので、場所の相違に関する
情報は位相情報の形態となり、それらの情報の寄与を積
分した形態の信号が得られる。−に訂正し、 同頁第９行〜第１０行を下記のとおりに訂正する。 「て異なるのであるから、必要な個数のデータを揃えれ
ば、被測」 ８同第１６頁第１０行の「こともできる。」を「ことが
できる。」に訂正する。 ９、同第１８頁第８行〜＠９行および第１０行の「高周
波磁気パルス」を「高周波磁場パルス」にそれぞれ訂正
する。 １０、同第１９頁第２行の「自由減衰Ｊｔ−ｒ自由誘導
減衰」に訂正する。 １１、同第２０頁第１８行の「核磁化共鳴」を「核磁気
共鳴」に訂正する。 １２同第２１頁第８行の「核磁化共鳴」を「核磁気共鳴
」に訂正し、 同頁Ｓｉｉ’ｏ行の「コイルＣ０」を「コイルＣ２」に
訂正し、 同頁第１４行の「各磁場」を「各棒状特徴磁場」に訂正
する。 １８同第２８頁第１４行〜第１７行の（３）式中、に訂
正する。 １４．同第２５頁第７行の「ことができる。」の次に下
記のとおり皓加入し、 「その具体的解法の１つを以下に説明する。すなわち、
」 同頁第１０行〜第１７行の（５）式の左辺を下記のとお
りに訂正する。 手続補正書 昭和５９年６月２６日 １、事件の表示 昭和５８年　特許　願第１８９４８４号共鳴映像化方法 ３、補正をする者 事件との関係　特許用１１人 宇都宮大学長 ・１．明細書第２６頁の次につぎのとおり加入する。、
「　以上に述べたところは棒状特徴磁場を用いて三次元
スピン密度分布像を再生するようにした場合における本
発明映像化方法の実施例であるが、二次元的な断層像が
得られれば足りる場合も少なくない。そこで、つぎに、
かかる二次元分布像を得る場合における本発明映像化方
法の実施例について述べる。 すなわち、特徴磁場発生コイルＣ２中に組込んだＸ方向
線形磁場勾配発生コイルにより発生したＸ方向線形磁場
勾配の下に狭い周波数スペクトルを有するように波形整
形した選択性９０゜パルスを印加すれば、被測定体中に
おける選択性９０°パルスの周波数スペクトルと同Ｕ　
５−−ｔ−ア周波数を有するＸＺ平面に平行なあるスラ
イス状領域のみの核磁化が励起される。ついで、直ちに
前述した２方向に延在する棒状特徴磁場に切換えて、第
８図示の場合と同様に、所足時間τだけ印加し、さらに
引続いて、同じく特徴磁場発生コイルＣ２中に組込んだ
２方向線形磁場発生コイルにより２方向線形磁場勾配を
印加するパルス的磁場印加の操作を行なう。 しかして、棒状特徴磁場をＸ方向に移動させて走査しつ
つかかる磁場印加操作を行なって得られる複緊ＦＩＤは
１ｙ方向σ）選択スライス厚が十分に薄ければ、（２）
式におけるＸ方向の積分が定数となった式によって表わ
される。したがって、（５）式において、Ｘ、Ｚ二方向
に関する再構成計算を行なえば、選択したスライスに関
する二次元断層像が再生される。なお、この場合におけ
る棒状特徴磁場の走査はＸ方向にのみ行なえば足り、Ｘ
方向の走査は不要であることは勿論である。また、以上
の説明においてはＸＺ平面に平行なスライス内の断層像
を再生する場合について述べたか、特徴磁場発生コイル
中に組込んだＸ方向線形磁場勾配発生コイルを用いると
ともに、以上のＮ９明におけるＸ方向とＸ方向とを入れ
換えれば、ｙｚ平血に平行な二次元断層像が得られるこ
とも勿論である。 なお、特徴磁場印加により位相エンコードした後の信号
観測方法に関して（ゴ、第３図に示すように、一定の磁
場勾配の下における複素ＦＩＤを信号とする他に、周波
数スペクトル、位相情報等が全く同一の複素スピンエコ
ー信号を用いることも勿＆ｆＪ能であり、第８図におい
て、棒状特徴磁場を切り、２方向線形磁場勾配に切換え
てからある一定時間ｔｗの後に、磁場勾配の方向を反転
させるか、あるいは、強い非選択性の１８００パルスを
印加するか、のいずれかにより、磁場勾配の反転乃至１
８０°パルスの印加からさらに一定時間ｔＷの後に俵禦
スピンエコー信号を観測することができる。なお、複素
スピンエコー信号は、位相が互いに９０°異なる二つの
参照周波数を用いた２台の位相敏感検波器の出力を襞票
数の定数部および虚数部とみなしたものであることは、
複素ＦＩＤの定伶におけると同様である。 ざて、二次関数的磁場強度変化のプロフィールを有する
特徴磁場としては、棒状特徴磁場の他に、磁場等面線分
布が球状乃至楕円体状に閉じた球状乃至楕円体状特徴磁
場、磁場等高線分布が鞍形に開いた星状特徴磁場などが
あり、いずれも電気的にその中心位置を走査することが
可能である。なお、星状特徴磁場は円線輪対などにより
極めて簡単に発生させることができ、また、球状乃至楕
円体状特徴磁場は、この星状特徴磁場生コイルと前述し
た棒状特徴磁場発生コイルとの組合わせによって発生さ
せることができる。 つぎに、本発明映像化方法のさらに他の実施例として、
球状乃至楕円体状特徴磁場、あるいは、星状特徴磁場な
どの三次元的走査による三次元スピン密度分布像再構成
の方法について説明する。一般に、前述した発生方法に
よるこれらの特徴磁場の中心近傍における磁場偏差は、
つぎの（７）式のように表わすことができる。 ΔＨｓ（Ｘ＋ｙ＋Ｚ　ｉＸ’＋　ｙ’Ｉ　Ｚ’ン−ｈ。 ＋ｈ、（（ｘＬｘＰ十＜ｙＬｙＰ）＋ｈ２（鵠ｚｆ’　
（７）ここに、Ｘ・ｙ・２は被測定体中の空間座標、ｙ
′・ｙ′・２′は特徴磁場の中心点の座標、ｈｏは均一
磁場に重畳したオフセン）、ｈ、およびｈＢはそｎぞれ
の特徴磁場発生コイルの形状、巻数、寸法、流す電流な
どによって決まる定数である。なお、球状特徴磁場にお
いてはｈ□−ｈ２（＞Ｏ）、楕円体状特徴磁場において
はｈ□＞ｏ、ｈ、＞、。 （ｈ１〜ｈ２）、また、星状特徴磁場においてはｈ）’
Ｏ，ｈ２＜Ｏもしくはｈ工＜０．、ｈ、＞０となってい
る。 しかして、非選択性の強い９０°パルスによって全域の
核磁化を９ｏｏ回転させ、ついで、直ちに（１）式によ
って表わされる上述の特徴磁場を印加して位相を非直線
的にエンコードした場合には、時点τにおける複素ＦＩ
Ｄの振幅はつぎの（８）式によって表わされる。 ｖ　Ｉ”＋　ｙ’、Ｚ’、ｒ）−６−Ｌ’Ｉ”２＋ｊγ
ｈＯ戸−（り′ρ（Ｘ、ｙ、Ｚ）・ｅ−３γｒｌＪｑｘ
（（Ｋ契＋（ｒ−５’）弓＋ｈｇ（Ｚ’−Ｚ）”Ｊ、（
１ｘ（１ｙｄｚ　（８）なお、（８）式におけるＸ　＋
　ｙ＋　Ｚに関する積分は、いずれもたたみ込み積分で
ある。したがって、上述した特徴磁場の中心（ガ、’！
’、ｉ）を三次元的に走査して、各位置毎に時点τにお
ける複素ＦＩＤのサンプリングデータからフーリエ変換
によってたたみ込み積分を行なえば、三次元スピン密度
分布像を再生することができる。また、上述した特徴磁
場の下において、時点τにおｔｊる［素ＦＩＤのサンプ
リング値を用いる代ワリに、第ａ図に示したパルスシー
ケンスの場合と同様に、９０°パルス印加の後に所定時
間τだけ特徴磁場を印加し、その後は均一静磁場Ｈ８の
下で自由７差運動を行なわせるようにして、時点τ以後
の均一静磁場Ｈ６の下における複票Ｆ、ＩＤ信号を時間
関数としてフーリエ変換し、その最大値を与える周波数
成分を使用することもできる。すなわち、フーリエ変換
の値は（８）式の積分に比例するものとなっている。こ
の場合におけるパルスシーケンスは、第８図において線
形磁場勾配の代わりに均一静磁場を用い、走査ヲ７＋　
ｙ’＋　Ｚ’について行なうことにｔｊる。また、この
場合における像再構成処理は、（３）式乃至（６）式に
おけるｘ、ｙ、ｚ各方向の計算処理と殆ど同様のアルゴ
リズムによって行なうことができる。」

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｌ　均−静磁場を発生させて被測定体に印加する静磁場
   発生手段、前記均一静磁場の磁場強度に対応したラーモ
   ア周波数の一周波磁場を前記均一静磁場に直交させて前
   記被測定体に印加スるトランスミッタ・コイル、前記被
   測定体から誘起した核磁気共鳴信号を検出するレシーバ
   ・コイル、磁場強度が非線形に変化す　＆る非線形勾配
   の特徴磁場を発生させて前記被測定体に印加する特徴磁
   場発生手段および前Ｆ＋ｉ２非線形勾配の特徴磁場の中
   心を空間的に走査する特徴磁場走査手段を設けて核磁気
   共鳴現象により前記被測定体の内部情報を映像化するに
   あたり、前記高周波磁場をパルス状に印加して前記被測
   定体の核磁化を励起し、ついで直ちに前記非線形勾配の
   特徴磁場を所定　＆の時間印加して前記核磁化に自由才
   差を行なわさせることにより、前記被測定体内部の局所
   的な核磁化の位相を空間的に非線形に符号化する操作を
   、前記特徴磁場走査手段により前記非線形勾配の中心を
   一定走査量ずつ移動させながら順次に行ない、当該順次
   の操作により得られた前記局所的な核磁化の寄与がそれ
   ぞれ異なる複数の測定データを計算処理して前記被測定
   体内部の核磁気性物質の分布情報を映像化することを特
   徴とする非線形磁場勾配を用いた核磁気共鳴映像化方法
   。 特許請求の範囲第１項記載の核磁気共鳴映像化方法にお
   いて、磁場強度が線形に変化する線形勾配の静磁場を発
   生させる線形磁場勾配発生手段を併設して前記非線形勾
   配の特徴磁場印加の後に直ちに前記線形勾配の静磁場を
   前記被測定体に印加することを特徴とする非線形磁場勾
   配を用いた核磁気共鳴映像化方法。 特許請求の範囲第２項記載の核磁気共鳴映像化方法にお
   いて、前記パルス状に印加する高周波磁場として前記被
   測定体内部全域の核磁化を一斎に励起する非選択性の９
   ０度磁気パルスを用いて前記被測定体内部の映像化領域
   全域の核磁化を励起し、ついで直ちに所要の平面内にて
   磁場強度の偏差が２乗曲線をなす前記非線形勾配の特徴
   磁場を前記所定の時間印加し、さらに引続いて前記所要
   の平面に直交する方向の前記線形勾配の静磁場を印加し
   て当該線形勾配の静磁場印加の時点以後における核磁気
   共鳴自由減衰信号を測定し、前記非線形勾配の特徴磁場
   を前記所要の平面内にて二次元的に走査しながら各走査
   点毎に前記高周波磁場をパルス状に印加して得られた前
   記核磁気共鳴自由減衰信号を周波数分析して各周波数成
   分をそれぞれ二次元的走査点の座標の関数として数値的
   に計算処理することにより、前記被測定体内部核磁気性
   物質の三次元分布像を映像化することを特徴とする非線
   形磁場勾配を用いた核磁気共鳴映像化方法。 表　特許請求の範囲第２項記載の核磁気共鳴映像化方法
   において、前記パルス状に印加する高周波磁場として狭
   い周波数スペクトル分布を有するように波形整形した選
   択性の９０度磁気パルスを用いるとともに線形磁場勾配
   もしくは同一磁場強度面が平面状をなす非線形磁場勾配
   の静磁場を同期的に印加して所定の平面状領域のみ核磁
   化を選択的に励起し、ついで直ちに前記平面状領域内に
   て磁場強度の偏差が２乗曲線をなす前記非線形勾配の特
   徴磁場を前記所定の時間印加し、さらに引続いて前記平
   面状領域に沿った所定の方向の前記線形勾配の静磁場を
   印加して当該線形勾配の静磁場印加の時点以後における
   核磁気共鳴自由減衰信号を測定し、前記非線形勾配の特
   徴磁場を前記平面状領域に沿って前記線形勾配の静磁場
   の等磁場強度線方向に一次元的に走査しながら各走査点
   毎に前記高周波磁場をパルス状に印加して得られた前記
   核磁気共鳴自由減衰信号を周波数分析して各周波数成分
   をそれぞれ一次元走査点座標の関数として数値的に計算
   処理することにより、前記所定゛の平面状領域の核磁気
   性物質の二次元分布像を映像化することを特徴とする非
   線形磁場勾配を用いた核磁気共鳴映像化方法。