JPS6135338A - 改良された２次元核磁気共鳴イメ−ジング法 - 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】 発明の背景 （発明の分野） 本発明は従来技術から改良された２次元核磁気共鳴（Ｎ
ＭＲ）像を得るための方法に関する。２次元配列の各要
素におけるスピンの周波数歴が該配列の他のすべての要
素の周波数歴から区別できるような時間的に変化する磁
場勾配の使用は当技術分野においてすでに開示されてい
る。しかしながら、この既知方法は実際にはこの種の時
間的に変化する磁場勾配の使用から２次元ＮＭＲ画像を
得るための都合のよい方法を提供しない。

（従来技術） 当技術分野において、試料の点、線および面の空間的マ
ツ１ング（５ｐａｃｉａｌ　ｍａｐｐｉｎｇ　）のため
のＮＭＲ技術は多数知られている。ある配列における各
要素の周波数歴が該配列における他のすべての要素の周
波数歴から区別できるような時間的変調性の磁場勾配を
使用する特定方法かりケー（ＬｌにθＳ）の特許（米国
特許第４３０７３４３号）において提案された。

しかし、リケーにより開示された方法は多くの難点を有
している。第一に、リケーは画像の構築のために必要と
され、かつ相変間の勾配磁場の軌道が等時間間隔で該空
間の等しい領域をサンプリングしない勾配磁場を使用す
るために必要とされる適切な荷重関数の必要性を認識し
ていない。さらに、リケーは等時間間隔で相変間の等し
い領域をマツピングしそしてそれ故に適切な荷重関数の
必要性を避けるべく勾配磁場を変化させるための方法を
与えていない。

従って、本発明の目的は、磁場勾配が等時間間隔で相変
間の等しい領域をマツピングするところの２次元試料の
新規ＮＭＲマツピンク方法を提供することである。

本発明の他の目的は、磁場勾配が不等時間間隔（この不
等時間間隔は適切な荷重関数から得られる）において相
変間の等しい領域をマツピンクするところのＮＭＲマツ
ｅング方法を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、等時間間隔で相変間の等し
い領域をサンプリングしない軌道を有する勾配磁場を利
用しながら、試料より得られたＮＭＲ情報から２次元Ｎ
ＭＲ画像を構築するための新規構築方法を提供すること
である。

発明の要約 静磁場の存在下で対象の２次元スライスを標準方法で感
受することからなる本発明の改良された２次元核磁気共
鳴イメージング法が提供される。

このスライス面内で、原子核スピンの磁化は静磁場と直
交する各点で回転させられる。その後時間的に変化する
磁場勾配を感受された２次元スライスに印加し、そして
２次元スライスから放射された電磁エネルギーを検出す
る。次いで、受け取られた放射電磁エネルギーからスラ
イス面内の各領域床に関するスぎン情報を構築する。１
つの観点において、本発明の改良は等時間間隔で相生間
の等しい領域をサンプリングしない時間的に変化する磁
場勾配の使用を補償すべく受け取られた放射電磁エネル
ギー信号に荷重するために、画像構築の際に適切な荷重
関数を使用することである。他の独立した観点において
、２次元和学間を実質的におおう磁場勾配関数はほとん
どとれも使用することができ、それは等時間間隔で相生
間の等しい領域をサンプリングしないものであって、相
生間の等しい領域を不等時間でサンプリングすることに
よりマツピングするための１つの方法が定められる。さ
らに他の観点において、ただ１つの特定した種類の時間
的に変化する磁場勾配軌道が定められ、これは等時間間
隔で２次元和学間の等しい領域床をマツ上０ングするも
のである。

発明の詳細な記述 磁気モーメントをもつ全ての原子核（１つの例は水素原
子核である）は、それが静磁場の中に置かれたとき、磁
場方向のまわりに歳差運動（周波数ωで）を行う。この
角歳差運動の周波数に近似した周波数で磁場内の原子核
に９０度の有効電磁パルスを印加すると、静磁場の方向
に対して直交する方向に磁化回転が誘発される（原子核
はエネルギーを吸収する）。この磁化が平衡状態へ復帰
するとき放射を発生し、そしてこの放射を抽出するかま
たは検出する。多くの原子核を含む試料の場合、この種
の放射のための時間は縦緩和時間（Ｔ１）および横緩和
時間（Ｔ２）を経る原子核環境の関数である。一般にＴ
１はＴ２よりもはるかに大きい。

２次元核磁気イメージングにおいて、原子核スピン情報
は２次元スライス面内の個々の領域床に対して決定され
る。この２次元イメージングでは、１つの要素（領域床
）からのスピン情報が該スライス面内の他のすべての要
素からのスピン情報と区別できるということが重要であ
る。リケーの米国特許第４３０７３４３号によって提案
された方法は、スライス面内の各要素のスピン周波数層
が他のすべての要素のそれと区別できるように、感受さ
れた２次元スライス内で時間的に変化する磁場勾配を使
用することである。この一般的方法に関する変法を以下
に詳しく述べる。

本発明方法によれば、ＮＭＲスペクトロメーターの静磁
場の中にある対象の２次元スライスを標準方法で感受す
る。この感受されたスライスにおいて、スピンの磁化は
静磁場に対して直角である。

次に、このスライス面内に時間的に変化する磁場勾配を
印加し、それにより２次元スライスの各要素におけるス
ピン周波数層が該スライスの他のすべての要素の周波数
層から区別できるようにする。

その後スライス面の原子核は電磁エネルギーを放射し、
これを抽出したあとこのエネルギーを２次元スライスの
各要素についてのスピン情報へ画像構築手段を用いて変
換する。本発明の１つの方法によれば、等時間間隔で相
生間の等しい領域をテンプリンダしない時間的に変化す
る磁場の作用が構築段階中に補償される。本発明の他の
方法によれば、等間隔で相生間の等しい領域をサンプリ
ングしない時間的に変化する磁場の作用がサンプリング
段階中に補償される（すなわち、この種のサンプルが相
生間の等しい領域を表わすように不等時間間隔でサンプ
リングを行う）。本発明のさらに他の方法によれば、た
だ１つの種類め磁場勾配を使用し、これは等間隔で相生
間の等しい領域をサンプリングするところの時間的に変
化する磁場を与える。

本発明の第一の方法によれば、２次元和学間を実質的に
おおう勾配磁場軌道はどれも該空間をマツピングするの
に使用できる。等時間間隔で等しい領域の増分を通過す
るのに失敗した勾配磁場を説明するために、画像構築の
際に適切な荷重関数が適用される。

本発明のその他の方法によれば、２次元画像の構築は荷
重関数を使用することなく行われる。これは２つの方法
のうちいずれかで達成できる。第１の方法では、軌道関
数が不等時間間隔で相中間の等しい領域を効果的に通過
するように、適当な軌道関数を用いることができる。放
射電磁エネルギーの検出をそれぞれの不等時間間隔の終
りに行い、こうして放射された電磁エネルギーのサンプ
ルはそれぞれ相中間の等しい領域に対応する。以下に示
すように、これらの間隔は軌道関数に関して決定される
。第２の方法では、等時間間隔で等しい領域素をマツピ
ングするところの一般的な種類のアルキメデスのスパイ
ラル勾配磁場軌道（Ａｒｃｈｉｍｅｄｉａｎ　５ｐｉｒ
ａ］ｇｒａｄｉｅｎｔ　ｆｉｅｌｄ　ｔｒａｊｅｃｔｏ
−ｒｉｅｓ）を使用することができる。

本発明の１つの方法は等時間間隔で相中間の等しい領域
の増分をサンプリングしない時間的に変化する磁場勾配
を補償すべく受け取られた放射電磁エネルギー信号に荷
重するための、適切な荷重関数の使用を包含する。

２次元フーリエ変換は次のように定義される。

ここでρ（ｘ、ｙ）は（Ｘｐ　ｙ　）面におけるスピン
情報であり；相はｆ　１　””　Ｃ１ｔ］およびｆ２−
Ｃ２ｔ２と定義され；そして印加された勾配磁場はＸ方
向のためには（Ｈｘ＝ｃ１ｘ）およびＸ方向のためには
（Ｈｙ−ｃ　２ｙ）と定義される。例えば、Ｃ１ｔｘ＝
ｆ１ｘ−ｆｏＨＸｄｔ　　であることに注意されたい。

逆フーリエ変換は次の通りである。

ここで和は（ｆ１＋ｆ２）空間における時間増分（Δｔ
１．Δｔ２）について行われる。

しかし、ｆ□およびｆ２は両方とも単一の時間パラメー
ター（１）の関数として定義され、ここで勾配磁場はＨ
ｘ＝ｃ１ｘおよびＨｙ＝　ｃ　２ｙｃｏｓ　ｔと定義さ
れ、対応する相はｆ、＝ｃ１ｔおよびｆ２−Ｃ２Ｓ１ｎ
ｔである。

スライス全体のマツピングを確実なものとするために、
Ｃ２はＣ１よりかなり大きく定められる。

この勾配磁場関数は等間隔で（ｆｌ、ｆ２）相中間の等
しい領域を通ってマツピングしない。すなわちｓｉｎ　
ｔはｔにおいて線状ではない。従って、正確なスピン情
報を得るために適切な荷重関数（Ｗ（ｔ））が適用され
ねばならない。結果的に、逆フーリエ変換は次式によっ
て表わされる。

、−１（ｆ１ｘ＋ｆ２７）　。”／Ｔ２Ｗ（ｔ）Δｔ２
　　（３）ρ（ｘｓｙ）颯Ｗ（ｆｌ　ｐ　ｆ２）１Ｂこ
こでＷ（ｔ）二Ｃｌ０２ＣＯ８ｔであり、和は等時間間
隔Δｔについて行われる。

別法として、不等時間間隔で放射電磁エネルギーを抽出
することにより相中間の等しい領域についてマツピンク
することができる。この不等時間間隔は次式のように領
域素ΔＡｉ　を一定とすることにより得られる（ΔＡｉ
−ΔＡ）。

ΔＡ二ＣｌＣ２Δｔｌ　　ＣＯ３’ｅ１　　　　　　　
（４）次にΔｔ１を求めると次式が得られる。

２次元和学間を実質的におおう勾配磁場関数はほとんど
とれも上記関数の代わりに使用することができかつ画像
構築の際に適切に荷重されうろことを理解すべきである
。また、２次元和学間を実質的におおう勾配磁場関数は
ほとんどとれも、１つの方法に関して先に述べたように
、サンプリンク間隔に等しい領域条件を課することによ
って相中間の等しい領域をマツピングするために使用で
きる。

去１「し目わし墾土 等時間間隔で相中間の等しい領域素をマツピングする選
ばれた種類の磁場勾配関数が定められる。

この選ばれた種類の例としである部類のアルキメデスの
ス・ξイラルがある。一般に、アルキメデスのスパイラ
ルはｆ＝ｃθｃｏｓθおよびｆ２＝Ｃθｓｉｎθと定義
される。θがｔに等しいと定義される場合には、ｆ　１
＝　ｃ　ｔ　ｃｏｓ　ｔ　　およびｆ２＝ｃｔｓｉｎｔ
である。フーリエ変換の逆は次式をもたらす。

ｐ（ｘ＋ｙ）−ΣＦ’（：ｒ、、ｒ２）。−゛（′・”
＋ｆ２ｙ）“ｌ・。　　ΔＡ（６） る。θを上記のように選ぶとΔＡ−２πｃ２ｔΔｔであ
る。

上記関数の第１（２π）周期のために、ΔＡは別に定義
されねばならない。有利な選択は次の通りである。

他方、θはΔＡが時間に無関係であるように定義されう
る。これは次式のように定義することにより容易になり
、 θ−（ａ＋ｂｔ）”２　　　　　　　（８）ここでａお
よびをは定数である。そして当然の帰結としてΔＡ−π
Ｃ２ｂΔｔとなる。

ここで、ΔＡは第１（２π）周期のあと時間に無関係で
ある。第１周期における変更は先に述べた方法と類似し
た方法で補償され得る。

これらの記載は本発明方法を例示するものであってその
範囲を限定するものではない。当業者が認めるように、
本発明の範囲および精神に含まれる多（の変更が本発明
に対してなされつる。特に、ここで述べた２次元ＮＭＲ
イメージング法が３次元ＮＭＲイメージング法を行うべ
く変更され得ることは理解されるであろう。

（外５名） 手続補正書（方式） ３、補正をする者 事件との関係　　　出　願　人 住所 ｆ＝　ｆｔ４ｒ・イーティアナ・ユニへ゛−レｙ＜・フ
ァンテ“＝し〕ン４、代理人 ５、補正命令の日付　　昭和４ｏ年？月　２−２日（発
送日）６、補正の対象 −りＡに

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）静磁場の中に置かれた対象の２次元スライスを、
   スピンの磁化が静磁場に対して直交する標準方法により
   感受し；感受された該２次元スライスに時間的に変化す
   る磁場勾配を印加し；該２次元スライスから放射された
   電磁エネルギーを検出し；そして受け取られた放射電磁
   エネルギー信号から該スライス面内の各要素についての
   スピン情報を構築する；ことからなる２次元核磁気共鳴
   イメージング法であって、 等時間間隔で相空間の等しい領域をサンプリングしない
   時間的に変化する磁場勾配の使用を補償すべく、検出さ
   れた放射電磁エネルギ＝信号に荷重することを特徴とす
   る上記２次元核磁気共鳴イメージング法。
2. （２）スピン情報が次式： ρ（ｘ、ｙ）＝ΣＦ（ｆ＿１、ｆ＿２）＿ｅ−ｉ（ｆ＿
   １ｘ＋ｆ＿２ｙ）＿ｅｔ／Ｔ＿２＿Ｗ＿（＿ｔ＿）＿Δ
   ＿ｔ＾２〔ここでＦ（ｆ＿１、ｆ＿２）は検出された放
   射電磁エネルギー信号のフーリエ変換であり、ｆ＿１お
   よびｆ＿２はそれぞれｘおよびｙ方向における相パラメ
   ーターであってｆ＿１＝ｃ＿１ｔおよびｆ＿２＝ｃ＿２
   ｓｉｎｔであり、Ｔ２は横緩和時間であり、そしてＷ（
   ｔ）は適切な荷重関数であってＷ（ｔ）＝ｃ＿１ｃ＿２
   ｃｏｓｔである〕によって与えられる特許請求の範囲第
   １項記載の方法。
3. （３）静磁場の中に置かれた対象の２次元スライスを、
   スピンの磁化が静磁場に対して直交する標準方法を使っ
   て感受し；感受された該２次元スライスに時間的に変化
   する磁場勾配を印加し；該２次元スライスから放射され
   た電磁エネルギーを検出し；そして検出された放射電磁
   エネルギーから該スライス面内の各要素についてのスピ
   ン情報を構築する；ことからなる２次元核磁気共鳴イメ
   ージング法であって、 不等時間間隔で相空間の等しい領域をマッピングする磁
   場勾配を使用し、前記不等時間は適切な荷重関数から得
   ることができることを特徴とする上記２次元核磁気共鳴
   イメージング法。
4. （４）静磁場の中に置かれた対象の２次元スライスを、
   スピンの磁化が静磁場と直交する標準方法を使って感受
   し；感受された該２次元スライスに時間的に変化する磁
   場勾配を印加し；該２次元スライスから放射された電磁
   エネルギーを検出し；そして検出された放射電磁エネル
   ギーからスライス面内の各要素についてのスピン情報を
   構築する；ことからなる２次元核磁気共鳴イメージング
   法であって、 逆フーリエ変換が次式： −ｉ（ｆ＿１ｘ＋ｆ＿２ｙ）ｔ／Ｔ＿２ ρ（ｘ、ｙ）＝ΣＦ（ｆ＿１、ｆ＿２）＿ｅ［−ｉ（ｆ
   ＿１ｘ＋ｆ＿２ｙ）］ｅ＾ｔ＾／＾（Ｔ＿２）ΔＡ〔こ
   こで荷重された領域条件ΔＡはΔＡ＝２πｃ＾２をΔｔ
   と定義され、Ｆ（ｆ＿１、ｆ＿２）は受け取られた放射
   電磁エネルギー信号のフーリエ変換であり、ｆ＿１およ
   びｆ＿２はそれぞれｘおよびｙ方向における相パラメー
   ターであってｆ＿１＝ｃｔｃｏｓｔおよびｆ＿２＝ｃｔ
   ｓｉｎｔであり、そしてＴ＿２は横緩和時間である〕に
   よって表わされる特定の磁場勾配を使用することを特徴
   とする上記２次元核磁気共鳴イメージング法。
5. （５）静磁場の中に置かれた対象の２次元スライスを、
   スピンの磁化が静磁場と直交する標準方法を使って感受
   し；感受された該２次元スライスに時間的に変化する磁
   場勾配を印加し；該２次元スライスから放射された電磁
   エネルギーを検出し；そして検出された放射電磁エネル
   ギー信号から該スライス面内の各要素についてのスピン
   情報を構築する；ことからなる２次元核磁気共鳴イメー
   ジング法であって、 勾配磁場に等しい領域条件を課すること、すなわち ΔＡ＝πｃ＾２ｂΔｔθ＝（ａ＋ｂｔ）＾１＾／＾２（
   ここでｆ＿１＝ｃ＾θｃｏｓ＾θおよびｆ＿２＝Ｃ＾θ
   ｓｉｎ＾θであり、ａおよびをは定数である）で表わさ
   れることを特徴とする上記２次元核磁気共鳴イメージン
   グ法。