JPS6176944A - Ｎｍｒ像を得る方法 - 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】 発明の背景 この発明は核磁気共鳴（ＮＭＲ）作像、更に具体的に云
えば、化学シフトＮＭＲ周波数を持つ原子核を含むサン
プルの選ばれた原子核を高い空間的な解像度で分光学的
にＮＭＲ作像する改良された方法に関する。

周知の様に、核磁気共鳴現象は奇数個の陽子又は中性子
を持つ原子核に起る。こういう原子核がスピンを持ち、
その為に小さな磁界が出来る。外部から印加した静磁界
Ｓｏの中にあいた時、原子核が印１ノ０磁界と整合する
傾向を持ち、印加磁界の方向に正味の磁化Ｍを発生する
。原子核か次のラーマ方程式 ％式％（１） （こ・でγは磁気回転比であって、各々のＮＭＲ同位゛
元素に対して一定である）によって表わされる特性的な
ＮＭＲ周波数ω０で、印加磁界の周りに振動する、即ら
歳差運動をする。ＮＭＲの歳差運動周波数は印加！ａ界
Ｂ０に正比例する。原子核のラーマ周波数に等しい周波
数成分を持つ時間依存性を持つ無線周波（ＲＦ）ｍ界を
主磁界に直交する方向に印加すると、原子核がエネルギ
を吸収し、主磁界の軸線から遠ざかる向きに章動して新
しい正味の印力１順界の方向の周りにラーマ周波数で歳
差運動を開始する。ＲＦＩＩ界を遮断すると、原子核か
その特性的なラーマ周波数でＮＭＲ信号を放出し、原子
核が緩和するにつれて、即ち主磁界と整合する平衡状態
に復帰するのにつれて、この信号か減衰する。こういう
ＮＭＲ信号を検出し、フーリエ変換して、原子核によっ
て特性的なＮＭＲ信号の周波数成分を取出すことか出来
る。

同じ同位元素の原子核のＮＭＲ周波数が、この原子核の
化学的な１フ境によって、その磁界の環境に差か生ずる
為に、微細な変化を示すことがあり、これを化学シフト
と呼ぶ。化学シフトは、隣接する原子の周りの電子の分
布に伴う遮断電流の結果として、原子核の周りの磁界か
変化することによって起る。遮断作用の程度は原子核の
環境に特有であり、この為、所定の分子の化学シフト・
スペクトルは一意的で市って、その識別の為に使うこと
か出来る。普通のＮＭＲ分光法では、ＮＭＲ実験で得ら
れた化学シフト信号を観察することにより、サンプルの
化学的な構造を研究する。共振周波数及び化学シフトの
絶対値か磁界の強さに関係するから、化学シフトは、任
意の基準化合物に対する共振周波数のｐｐｍで表わした
端数シフトとして表示される。

ラーマ周波数か磁界に比例するから、磁界かサンプルの
中で空間的に変化すると、原子核の共振周波数も変化す
る。ＮＭＲ作像では、放出されるＮＭＲ信号を空間的に
符号化する為に、サンプルに対して１つ又は更に多くの
磁界勾配か印加される。（狭い範囲の周波数成分を持つ
）ＲＦ励振パルスを勾配の存在の下にサンプルに印加す
ることにより、リンプルの選ばれた領域、例えば平面状
スライス或いは選ばれた点にある原子核を選択的に励振
し、そのＮＭＲ応答信号を検出することが出来る。サン
プルの相異なる領域又は点から収集されたデータを周知
の形で辺埋して、象を構成する。

従来のＮＭＲ作像は、どららかと云えば弱い磁界の中で
行なわれるのが典型的であり、化学シフトが重要な問題
ではなかった。約０．７テスラ（Ｔ）より低い磁界の中
では、共振の自然の線幅の為並びに水素（１Ｈ）以外の
原子核の感度が低い為、化学シフトは観測するのが困難
でおる。然し、信号対錐音比か改善される為、一層強い
磁界、例えば１Ｔを越える磁界の中でＮＭＲ作像を行な
うことか望ましい。磁石技術の最近の進歩により、医療
用及び生物学用ＮＭＲ作像では、１乃至１゜５Ｔ程度の
一層強い磁界か使える様になった。磁界か強くなると、
化学シフトがそれに比例して増加し、大ぎな問題になる
。化学シフトは、ＮＭＲ信号の空間的な変化と同じ効果
を生ずる。この結果、化学シフトによる人為効果（ａｒ
ｔ　ｉ　ｆａｃｔ　）が生じ、これは例えば２次元フー
リエ変換（２０Ｆ　’Ｔ　）作像に於けるコーストとな
って現われる。人為効果としてのゴーストは、像の片側
のゴースト又は微かなリングとなって現われることがあ
り、こういうゴーストは存在する成る空間的な情報をぼ
かしたり、空間的な解像度を下げたりする。

身体の陽子作像を行なう時、観測される化学シフトは主
に水の中の酸素に付着する水素と、ＣＨ２脂質（脂肪）
組織に付着した水素との間で起る。この化学シフトは３
　ｔ）Ｄｍ程度である。化学シフトの影響として、重ね
合さる２つの像か発生される。一方の像か水の像であり
、他方の像が脂質像であって、これは投影を行なった軸
線に治って、化学シフｌ〜に対応する大きさだけ移動し
ている。例えばＢｏ＝１．５Ｔ程度の磁界強度では１、
　　化学シフトにより、ＮＭＲ像に人為効果か生じ、大
きな問題になる。

水の陽子像と脂質の陽子像の様に、重なり合う化学シフ
ト像を別異の像に分離して、化学シフトによる人為効果
を除くと共に、像の空間的な解像度を改善することの出
来るＮＭＲ作像方法を提供することが好ましい。別々の
分解像は他の理由でも望ましい。例えば、脂質の陽子だ
けから構成された像は心臓病の評価だけでなく、血管内
の脂肪又はアテローム性動脈硬化症の病変又は斑を見る
のにも望ましい。

象を分離する為に１９立ち得る１つの方式は分解分光法
でおる。これは選択的なスライスの励振と、Ｘ及びｙ方
向の両方のパルス勾配による符号化（自由誘導減衰（Ｆ
ＩＤ）を収集する時に勾配かオンであることによって分
光情報がぼやけるのを避ける為）と、最後に作像平面の
各点、即ち、表示の各々の画素に於ける時間領域から周
波数領域へのフーリエ変換とを用いる。ＮＸＮ個の画素
で構成された像の配列では、この方式はＮ２飼の投影を
必要とする。例えば、２５６Ｘ２５６の配列では、２つ
の分解像を発生ずる為に６５．５３６個の投影を必要と
する。こういう数の投影に必要な時間の艮ざは妥当な範
囲を越え、分解分光法式は実用的でなくなる。

係属中の米国特許出願通し番号筒５６５，３０５号では
、化学シフトした原子核によって発生され、相異なる、
好ましくは直交する方向に伸びる第１及び第２の線に沿
った投影として形成された重なり合う像を分解し、別異
の化学シフト像に分離することが出来る様にするＮＭＲ
作像方法が説明されている。各々のＮＭＲ像が、標本化
した領域内にある第１及び第２の化学シフト原子核によ
って夫々発生された第１及び第２の像成分を持っている
。１対のＮＭＲ像の内の一方を、第１の像成分を整合さ
せることによって、他方の像と整合させた後、２つの像
を組合せて減算によって第１の像成分を除き、第２の像
成分を含む複合像を作る。この過程は、両方の投影線、
典型的には直交する方向に沿って、作像の同じ程度の直
線性が得られることか必要である。（投影線を設定する
為に使われる）全ての勾配磁界は、実際の作像装置では
、完全な線形には至っていないから、実質的に直交する
投影軸線に沿って同一の空間的な及び時間的な歪みを持
たせるのは極めて困難である。

同一でない歪みかめると、その影響の範囲を減少したと
しても、望ましくない影響か出る。

発明の概要 この発明ては、化学シフトした原子核によって発生され
、成る線（又は作像軸線）に沿って反対向きの投影とし
て形成された重なり合う像を分解し、始んど人為効果が
ない状態に近く且つ空間的な解像度の高い別異の化学シ
フト像に分離することが出来る様にする改良されたＮＭ
Ｒ作像方法を提供する。各々のＮＭＲ９は標本化した領
域内の第１及び第２の化学シフトした原子核によって夫
々発生される第１及び第２の像成分を持っている。

１対のＮＭＲｔＳｋの内の一方を、共通の投影軸線に直
交する軸線の周りに回転させることによって、その鏡像
に変換し、その後例えば第１の像成分を゛整合ざＵるこ
とにより、他方の像と整合させる。

整合させた象を減算によって組合せ、第１の像成分を除
くと共に、空間的に分離された１対の第２の象を含む複
合像を作る。

一旦第２の像成分だけ含む複合像が得られたら、この複
合像を処理して第２の像成分の複合像の人為効果を除き
、並びに／又はその後１つく両方〉のＮＭＲ像と組合せ
て、第１の像成分だけを含む別の分解像を発生すること
が出来る。

若干云い方を変えれば、同じ投影軸線に沿って反対向き
に求めたＮＭＲ像に対応するデータを（一方の像を鏡像
にしだ後〉整合させ、組合せて、且つ処理することによ
り、１対の化学シフトした原子核の内の１つだけによる
分解像を作る。事実上、この発明は各々の原子核種目の
分解像を作る問題を、データ処理の問題に転換してあり
、Ｎ３Ｎ′の像配列では、人為効果のない２つの別々の
化学シフト像を発生するのに、何れもＮｆｌＭｌの投影
から成る２個の像しか必要としない。これは分解分光法
を用いた場合のＮ／２倍に少なくなる。従って、２５６
Ｘ２５６の像配列では、（イ）５１２個の投影しか必要
とせず、これはデータ収集時間並びにデータ処理の点て
かなり有利であり、（ロ）像配列の為のデータを供給す
る各々の像を、同じ機軸線を投影ＩｔＩＩ線として使っ
て求めることが出来、軸線の勾配磁界か完全な直線性か
ら偏差を持っていてし、その影響を打も消す。

従って、この発明の１つの目的は、重なり合う化学シフ
ト像を分離し、化学シフトによる人為効果のない空間的
な解像度の高い別異の像に分解することか出来る様にす
る改良されたＮＭＲ作像方法を提供することである。

この発明の上記並びにその池の目的は、以下図面につい
て詳しく説明する所から、当業者に明らかになろう。

好ましい実施例の詳しい説明 この発明は水及び脂質像を分解並びに分離して、実質的
に人為効果かなく且つ空間的な解像度の高い、別々の水
及び脂質の化学シフト像を発生する為のＮ　Ｍ　Ｒ陽子
作間に使うのに特に適しており、こういう場合について
説明する。然し、以下の説明から判るが、これはこの発
明の１つの使い方を示づにすぎない。

この発明の方法の工程の順序を説明する前に、ＮＭＲ作
象の基本の若干を簡単に説明する。最初に第１図につい
て説明すると、Ｎ　Ｍ　Ｒサンプル］Ｏか示されている
。サンプル１０は例として、円柱形で必ってよい。この
サンプルか略均質な主たる静磁界Ｂｏの中に配置される
。図では、この磁界が普通のデカルト座標系のＺ軸の正
の方向に治った向きである。ｚｆｌｌをサンプルの軸線
１０ａと一致させである。座標系の原点は例としてサン
プルの中心にとっておるが、これは薄い平面状スライス
又は作像容積１１の中心でもおる。サンプルの作像容積
１１が、ＺＩＴｌｊに沿った磁界勾配の存在の下にサン
プルを選択的に照射することによって選択される。典型
的には、ＮＭＲ作像は、サンプルの選ばれた領域にある
原子核を励起すると共に、その結果得られるＮＭＲ信号
を空間的に符号化する為に、３つの勾配Ｇ（ｔ）を用い
る。これらの勾配Ｇ（ｔ）は次の通りでおる。

Ｇ、Ｘ　（ｔ＞＝δＢｏ／ｃｌＸ　　　　　　（２）Ｇ
ｙ　　（’ＩＴ＞＝ｃｌＢｏ　／ｃｌｙ　　　　　　（
３）Ｇｚ　　（ｊ）　−＆Ｂｏ　／ａＺ　　　　　　（
４）１交勾配Ｇｌ　＊　Ｇｙｒ　ＧＺは一般的に時間ｔ
の関数であり、何れも１つの勾配磁界ｂＸ＋　ｂｙ＋ｂ
７と次の様な関係を持つつ す、ｘ−Ｇ、（↑）　ｘ　　　　　　　　　（５）ｂｙ
　−Ｇｙ　　（ｔ）ｙ　　　　　　　　　（６）ｂｚ　
＝Ｇｚ　　（ｔ）Ｚ　　　　　　　　　（７）磁界Ｂｏ
ど直交する方向く即ち、ｘ−ｙ平面内の）無線周波（Ｒ
Ｆ）ｌａ界パルス及び勾配磁界を持つ作像順序をサンプ
ルに印加して、サンプルの異なる部分からＮＭＲ信号を
選択的に励振し且つ検出する普通のＮＭＲＭＲ像装置を
用いて、多数の周知の方法により、サンプルの選ばれた
平面状スライス１１のＮＭＲ９を形成することが出来る
。

例えば、２次元フーリエ変換（スピン捩れ）作像ては、
Ｚ軸の選ばれた位置にあって、選ばれた厚さを持つ作像
容積１１内にある原子核を励起させる為に、Ｇ２勾配磁
界の存在の下に９０’選択性ＲＦパルスかサンプルに印
加される。その直後、反転Ｇ２勾配磁界をサンプル１０
に印ｈａして、選ばれた作像容積内の原子核の位相戻し
をする。反転Ｇ７勾配は、この結果得られるＮ　Ｍ　Ｒ
信号の位置を時間軸に沿ってパルスから遠ざかる向きに
進める為の反転極性、例えば負の極性のＧ７勾配磁界、
及びｙ軸方向に原子核の位相符号化を行なう為のプログ
ラム可能なＧｙ勾配磁界パルスと共に印加する。その後
、Ｘ軸方向にＮＭＲ信号をその周波数に従って空間的に
符号化するＧよ勾配磁界の存在の下に、ＮＭＲ応答信号
を収集する。この後の作像順序の間、Ｇｙ勾配磁界に異
なる直を用いて、Ｘ軸に沿った異なる投影を求め、これ
らの投影の２次元フーリエ変換により、完全な平面像か
再生される。

化学シフトの影響を例示すると、Ｘ軸の投影で収集され
たデータ（ＮＭＲ信号）は、自由誘導減衰＜ＦＩＤ）応
答のフーリエ変換から得られた周波数ωか次の式で表わ
される。

ω−γ（１＋δ）（Ｂｏ　＋ＸＧＸ）　　　　（８）こ
１てＴは磁気回転比、δは普通の生体内の（１Ｈ）スペ
クトルを支配する水及び脂質の陽子種目の間の化学シフ
トの差、ＸはＸ軸に沿った空間的な位置を表わす。式（
８）は次の様に書き直すことが出来る。

ω＝ω０−←δｒＢｏ＋γｘＧｘ＋δγＸＧ２こ）でω
０はγＢＯで表わされるラーマ周波数で必り、ｒｘＧｘ
はＸ方向の空間情報を周波数情報に空間的に符号化した
ものであり、（δγＸＧア）項は完全に無視し得る。式
（９）をωの関数として空間的（７位置について解くと
、 ｘ＝（ω−ω０＋δω０）／（γＧ、＞（１０）式（１
０）Ｇ、１化学シフトにより、シフトした共振周波数が
、次の式によって表わされる分だけ、「予想」位置とは
異なる近くの空間的な位置に誤って割当てられることを
示している。

△７−−δω。／ｒＧ、　　　　　　　　（１１）この
為、Ｎ　ＭＲ像に人為効果が生ずる。パルス勾配によっ
て符号化するｙ方向では、化学シフトは無視することか
出来、目立つ様な影響を生じない。

第２２１図及び第２ｂ図には、１．５丁の限界内で大々
人間のＤｎ及び腿から記録された６　４　Ｍ　Ｈｚの陽
子スペクトル１４．１６を示ず。各々のスペクトルの２
つのピーク１４ａ、１４ｂ又は１６ａ。

１６ｂが水及び脂質の陽子に夫々対応しており、これら
の図は、水のピーク１４ａ、１６ａ及び脂質のピーク１
４ｂ、１６ｂの間の化学シフトが３゜５１）ｌ）ｍ程度
、或いは６４ＭＨｚの中心周波数では約２２０Ｈ２で必
ることを示している。水及び脂質のピークの相対的な強
度が、検査する組織並びに個人によって変わる。脳では
、表面の周りを除いて必まり脂肪かなく、これか頭の応
答１４（第２ａ図）に於ける脂質のピーク１４ｂか腿に
対する応答１６（第２ｂ図）の脂質のピーク１６ｂより
小さい理由である。脳の神経さや内の脂質は緩和時間が
短かすぎて、典型的な生体内の測定では観測されないと
思われるが、それでも頭の応答１４に於ける脂質のピー
ク１４ａは、Ｎ　ＩＶＩ　Ｒ頭像の周縁にゴーストの人
為効果を発生するのに十分てあり、これか存在する空間
的な情報の幾らかをぼかす作用をする。

第３ａ図は人間の頭の軸断面のスピン捩れ＠１８を示し
て３６つ、ＮＭＲ像に対する化学シフトの人為効果の影
響を図式的に示している。この像は、Ｘ軸方向の空間的
な周波数の符号化及びｙ＠ｈ方向のパルス勾配（位相符
号化）により、ｙ軸の投影から形成されている。図示の
様に、ＮＭＲ像か互いにずれた２つの重なり合う象又は
像部分１９及び２０から成る。実線の像１９は水の陽子
像を表わし、破線の像２０は脂質の陽子像を表わしてい
て、これは水の象１９から水と脂質の陽子の間の化学シ
フト弔へだけずれている。図示の様に、又は式（１１）
で示す様に、化学シフトにより、投影をしたｉｔｆ＋線
の方向、即ち、ｙ軸の正の方向に沿って、直交する軸線
、例えばｙ軸に近づく向きにΦ△＋連け、像２０が水の
像１９に対してずれる。

脂質の像２０か化学シフトによる人為効果を構成し、実
際のＮＭＲ像１８では、水の像１９の周縁にある影又は
ゴース１−となって現われる。勿論、脂質の像２０の強
度は作像平面内にある脂質の陽子の密度に関係してあり
、一般的には例えば第２ａ図及び第２ｂ図の水及び脂質
のピークの相対的な強度で表わされる様に、頭のＮＭＲ
像よりも、腿のＮＭＲ像で一層人きい。

第３ｂ図は、第３ａ図と頭の同じ断面のＮＭＲ像２４を
図式的に示しているが、像２４は、この発明に従って、
反転極性Ｘ軸勾配磁界に応答して形成されている点か異
なる。第３ａ図の像１８と同じく、ａＩ２４は、Ｘ軸方
向の空間的な周波数の符号化及びｙ軸方向のパルス勾配
の（位相）符号化により、ｙ軸の投影から形成される。

象２４ては、水の象２５及び脂質の像２６が、投影を求
めた軸線、例えばｙ軸に沿って、同じ化学シフト量へだ
け互いにずれている。投影軸線（ｙ軸）の勾配磁界の極
性が反転していて、象か逆の軸方向に投影されているか
ら、（式（１１）によって予測される）隔たりはへ一８
＝−Δ＋Ｘ、即ち同じ大きざであるが、直交するｙ軸か
ら遠ざかる向きである。

この発明のＮＭＲ作像方法は、水の像１９，２５及び脂
質の像２０．２６を互いに分離して、空間的な解像度の
高い人為効果のない２つの別異の像にすることか出来る
様にする。こういうことが、同じ投影線、例えば１つの
座標軸の方向に伸びる線に沿って、反対向きの投影を用
いて、同じ作像平面の２つのＮＭＲ像を形成覆ることに
よって達成される。ＮＭＲ像は普通のＮＭＲ作像装置を
用いて形成することが出来、２次元フーリエ変換（スピ
ン捩れ）作像方法を用いて形成することが好ましいが、
この目的の為に、周知の任意の２ＤＦＴ作像順序を用い
ることか出来る。Ｎ２個の画素を持つＮＸＮの像配列で
は、２つの像は２Ｎ回の投影しか必費としない。例えば
、２５６Ｘ２５６の配列では、２つの像を形成するのに
５１２回の投影しか必要としない。

面に述べた様に、２つのＮ　ＩＶＩ　Ｒ像１８．２４の
各々は２つの像部分、即ち水の成分１９又は２５と脂質
の成分２０又は２６とて構成されてあり、これらが（イ
）投影をした軸線（例えばＸＩｔｌ＋＞に沿って、（ロ
）勾配磁界の極性（例えば±Ｇ、）によって決定される
、直交する軸線（ｙ軸）に対づる方向の化学シフト量へ
だけずれる。２つのＮＭＲ像を■＋８及びＩ−Ｘ（添字
の極性の符号（十又は−）は、原点を基準として、投影
を求めた軸方向を示す）と表わすと、脂質の成分は、Ｉ
、１１８（第３ａ図）では、Ｘ軸に沿って原点１８ａに
一層近い第１の側、例えば左向きにずれ、Ｉ　Ｊ２４で
は、Ｘ軸に沿って原点２４ａから一芒遠い第２の側、例
えば左へずれる。Ｉ−ｔデータを復元する為に印加され
るＸ軸勾配磁界の勾配かＩ＋、像データを復元する為に
印加されるＸ軸勾配磁界の勾配と反対で且つ勾配の大き
ざか同しておるから、投影軸線に沿って、例えばＸｌ１
ｌＩｌに沿って勾配磁界の直線性に歪みかあっても、そ
れを最小限に抑えることが出来、直交する方向、例えば
ｙ方向の勾配磁界の直線性の空間的な歪みは、実際には
両方の像で同じである。２つの象を逐次的に求めること
か出来、或いは互い違いに求めることが出来るから、直
交方向の勾配磁界の時間的な歪みか最小限に抑えられ、
投影回数か２Ｎ　（Ｎ２ではなく）に減少し、この為、
同じ線の画素に対する１対の投影の間の時間か短い。（
何れも同じ水及び脂Ｔ１の２つの成分を含む）２つの像
■、Ｘ及びＩ−。

をこれから説明する３工程で組合せて、一方の成分を除
いた複合像を形成し、この複合像を処理して、他方の成
分だけを含む分解像を発生することか出来る。一旦一方
の成分の分解像が得られたら、それをＩ、又はＩ−、、
、Ｌｅｆ、の何れかと組合せ（又は両方と組合せて結果
を平均して）、他方の成分の分ｊ４１を求めることか出
来る。この過程は、２つの変数を持つ２つの同時方程式
を解くこと入幾分似ている。

水及び脂質の成分を分離する為、Ｉ−ｘＩ２４を最初に
第２の投影像２４のｙ軸２４ｂの周りに「トンボ返り」
ざぜて、そのＸ軸が第１の投影像１８（第３図）と同じ
方向、例えばＸ軸の正の方向を向く様な鏡像Ｉ−８，を
求める。この鏡像を作る過程は、ＮＸＮのデータ・マト
リクス［ＡＮＮｌを、ぞの１番［１の行く１≦！＜Ｎ）
がマトリクス［ＡＮＮｌのそのｉ番目の行の要素と逆の
順序になっている別のＮＸＮのデータ・マトリクス［Ｂ
ＮＮ］に回転することによって、簡単に行なわれる。即
ら、マトリクスＵＡＮＮ］のｉ番目の行の要素をＡｉ、
ｊ　（１＜、ｊ＜Ｎ＞とすると、マトリクス〔ＢＮＮ］
のｉ番目の行の要素はＢ・　・＝Ａ・　　　　にな１、
Ｊ　　　ｌ、（Ｎ−Ｊ＋１す る。２番目の工程として、第３ａ図の１．１！０１８及
び第３Ｃ図にＩ、・像２４′を空間的に整合させて、２
つの像の夫々一方の成分、例えば水成分の像１９．２５
’か整合する様にする。像の空間的な整合を助ける為、
各々の象の各成分に対する基準点２８を設けることか望
ましい。この為には、検査するリーンプルに隣接して、
各々の成分の小さな基準サンプルを作像すればよい。例
えば、複数個の水のびん２８ａ及び複数個の脂質のびん
２８ｂを、検査するサンプルに隣接して配置して、第３
ａ図及び第３ｂ図に示Ｖ様に　１　及びＩ−ヶ像）＋Ｘ の基準点として現われる様にする。図示の様に、２つの
水のびん２８ａは、像の１対の向い合った隅の近くに小
さな円となって現われる２つの水の基準点２８′ｈか得
られる様に用いることが出来、２つの脂質のびんは、像
の残りの１対の向い合った隅の近くにシフトした点２８
ｂ’　、例えば第３ａ図でも第３ｂ図でも左にシフトし
た点となって現われる２つの脂質の基準点２８ｂが得ら
れる様に用いることか出来る。前に述べた様に、シフト
量△は関係する材料の化学ジットＭ１に比例する（例え
ば、約１，５ＴのＢ。では、水及び脂質に対して約３．
５ｐｐｍである）。水の基準点２８ａを整合さＵて、２
つの像Ｉ　及びＩ−、・の水成分＋Ｘ １９．２５’を整合させる。同様に、脂質成分２０．２
６’　を整合させる為に、実際の脂質の基準点２８ｂ’
２ε３ｂ″を整合させる。２つの像を整合さＵる助（プ
となる池に、基準点は、整合させた２つの１染を一方を
他方から減算することによって組合ｌ！、た時、整合さ
せた成分か消滅する様に、２つの像の整合させた成分の
強度の絶対値が同じに４１る様に調節することか出来る
様にする点でも望ましい。

２つの像の特定の成分を整合させた後、３＠目の工程と
して、像１８．２４’　を減算し、この成分を除くこと
か出来る。この結果、複合像は全部水又は仝部脂″ｊ！
１になる。第４図は、水の像１９゜２５を整合さけ、強
度の絶対値か同じになる様に調節した時、第１の＠＋８
から、第２の像の鏡像Ｉ−ｘ’　を減算することによっ
て得られた複合脂質像３０を示す。複合像３０は、所望
の成分（例えば像２０＞と、投影方向、例えばＸ軸方向
に化学シフト量の２倍、即ち量２△だけずれた所望の成
分の負のゴースト像２６ａ’　とを持っている。第４図
は、第３ａ図及び第３Ｃ図のＩ　及びＩ−８゜＋Ｘ ９１８．２４’の水成分を整合ざぜ、Ｉ、からＩ−８・
を減算することによって１ｑられたずれた脂質縁成分２
０．２６８’　を持つ複合像３０を図式的に示している
。所定の方向（即もＸ軸方向）に既知量（即ち２Δ）だ
けずれたこの様な１個のゴースト（Ｉ−ヶ・　）像２６
ａ′を除去することは、信号処理の課題としては比較的
簡単でおり、第４図の複合像３０を次の様に処理して、
分解脂質像を形成することか出来る。

Ｓ・・＝（Ｉ、−Ｉ−、・　）ｉＪか減算像の画素ｉｊ
Ｊ の値てあり、ｉ及びｊを整数とし、Ｌｉｊを所望の像又
は分解像の値とすると ５Ｉｊ−Ｌｉｊ−Ｌｌｌ、−δＸ　　　　　　　（１２
）Ｌ　、ｊ＝　Ｓ　、ｊ＋Ｌ　ｉ、ｊ−δｘ　　　　　
　　　（１３）こ・てδ８はＸ軸方向の像の画素で測定
した化学シフト（２Δ）であり、（−Ｌ・・　　）がず
れ１、Ｊ−δＸ た負のゴーストを表わす。δ、の符号は、勿論減算する
Ｉ　及びＩ−８，像の相対的な位置に関係す→Ｘ るが、選ばれた投影方向、例えばＸ軸方向の化学シフト
２△が整数個（Ｍ　ｆ囚）の画素に対応する様に、・＼
ＭＲ作像賃置装勾配磁界を調節するのは比較的簡単なこ
とである。式（１２）及び（１３〉Ｃ使った符号（こ対
しては、負のゴーストは、第４図で、Ｉ、・　（脂質）
［１２６ａ’　により、或いはサンプル２８［）′に対
する脂質ナンプル２８ｂ″によって示す様に、右にシフ
１へすると仮定しており、この為この図で一度に１行づ
つ複合像を左から右へ順次進むことにより、分解像を計
算することか出来る。この為、その指数、即ち、添字の
何れかが負であればｌ＝ｏである。

第５図は上に述べた過程を第４図の複合像に適用して、
分解脂質像を作るプロセスを表で示している。例として
、像配列４０の内の６・×６の画素配列部分を示しであ
るが、実際にはずっと大きな画素配列（例えば２５６Ｘ
２５６＞か用いられる。

化学シフトδは＋Ｘ方向の２つの画素に正確に等しいと
仮定するが、正確に整数個の画素のシフトは一般的に起
ることでもないし、この分解過程にとって必要なことで
もない。この例では、第４図のＩ　像２０及びＩ−８，
＠２６ａ’が互いにずれ＋Ｘ ていて、負のゴーストＩ、ｌ（脂質）像２６ａ′がＩ＋
ｘ（脂質）像２０に対して右にシフトしている薄命に対
応する。２つの象に対するＩ、及び１−ｘｌ脂貿基準点
２８ｂ’　、２８ｂ″か第４図のこの＋Ｘのずれをはつ
ぎりと示している。

第５図で前述の仮定の下に、第４図の複合像は、Ｉ、画
素配列４２と画素２個（即ら〜１−２）だけ右にシフト
したｌ、画素配列４４とて表わすことが出来ることが判
る。式（１３）で表わした過程により、複合像から負の
ずれたゴースト（Ｉ−８，）像を除くことにより、Ｉ、
分解脂質像か得られる。

第５図に示す様に、第１列（ｊ＝１）及び第２列（ｊ　
＝２）の両方にある画素は脂Ｍ＠Ｉｘの直だけを持って
いる。従って、これらの画素の値は直接的に分解Ｉｘ像
の対応する画素の値としてとることか出来る。然し、複
合像の残りの画素■ｊ（ｊ＞２）は（式（１２）で示す
様に）、分解（Ｉ、）像の所望の値Ｌｉｊと、負のずれ
たゴーストの値し・・　　　（＝Ｌｉ、ｊ−２）とを夫
々持って１、Ｊ−５Ｘ いる。式（１３）から、並びに第５図に示す様に、分解
像の画素１，３の所望の値Ｌ１３は、複合像の画素１，
３の複合値Ｓ＋３に、分Ｖｆ−像の画素１，１の値Ｌ　
＋＋を加えたものに等しい。同様に、分解像の画素１，
４の値Ｌ１４は、複合像のこの画素の値３１４に、分解
像の画素１，２の値Ｌ１２を加えたものに等しい１．以
下同様。従って、分解像の行ｉ＝１乃至６及び列ｊ＝３
乃至６の何れかにある各々の画素の値は、第５図に示ず
條に、各々の画素の複合像の値に、同じ行で２列左の画
素の分解像の値を加算することにＪ：って、決定するこ
とが出来る。この過程（これは事実上デコンボリューシ
ョン過程で必る）を各々の画素に対して繰返し、像を左
から右に進み、一度に１行ずつ下に進み、これをＩ、脂
質像が完全に分解されるまで続けることか出来る。

一旦分解脂質像か得られたら、適当に（例えば距離Δだ
け）ずらした分解脂質医を、Ｉ＋ｘ象又はＩ−８，像か
ら（或いは水の像の鏡像を得る為に分解像の鏡像を使う
場合は、Ｉ−８像からでも）減算することにより、或い
はその代りに両方から減算して、その結果を平均するこ
とにより、分解水像か得られる。氷像だけを希望する場
合、勿論、最初にＩ＋ｘ像及びＩ　Ｊ＝の鏡像（即ら■
−８．象）の脂質成分を最初に整合させ、その後減算し
、最後に、Ｘ軸（行）に沿って複合氷像のデコンボリュ
ーションを行なって、直接的に分解水像を発生すること
により、前述の過程を実施することか出来る。

上に述べた過程を、「像」の鏡像を作り、整合させ、減
算してデコンボリューションを行なう場合について説明
したが、実際には、サンプルから受信したＮＭＲ信号を
ＮＭＲ作象作置装置痺機で（周知の形Ｃ）処理して、Ｎ
　Ｍ　Ｒ表示の各々の画素に於けるＮＭＲ像の強度を表
わす数の配列を発生することによって、ＮＭＲ像が構成
される。従って、この発明の鏡像を作り、整合ざ吐、減
算し且つデコンボリューションを行なう過程は、各々の
画素に於（プるＮ　Ｍ　Ｒ像の強度を表わす数の配列に
対して作用する計算機プログラムにより、直接的なデー
タ処理ルーチンとして実施することか出来る。化学シフ
トを投影方向に於ける画素の寸法の半分の整数個（Ｎ・
１個）に調節して、合計のシフト２△が（例えば第５図
に示した様に）整数個の画素になる様にすることにより
、この過程を実施するのに必要な計算機プログラムが非
常に簡単になることが理解されよう。化学シフトか整数
個の画素にならない場合でも、分解像の画素に対する所
要の値を導き出すには、補間過程を用いることか必要に
なるだけである。デコンボリューション過程は反復形フ
ィルタとして、ハードウェアで構成することら出来る。

前に述べた様に、この発明の方法は、２つの未知数の２
つの同時方程式を解くこと・似ている。

１つの像から２つの像部分を分解して分離する為には、
この様な成分を含む２つのＮ　Ｍ　Ｒ像か必要でおる。

これらの像は、同じ線に対する反対向きの勾配の極性を
持つ投影から像を構成することか出来る様にする種々の
普通のＮＭＲ作像順序のどれによって発生することも出
来、面に述へた様に、投影方向か装置に使われる座標系
の１つの軸線であることが（必要ではないか）好ましい
。２次元フーリエ変換（２ＤＦＴ＞作像方式にすれば、
投影から好便に像を構成することか出来る。像を構成す
る時、最初は選ばれた軸線（例えばＸ軸）に沿って第１
の向きに投影を求め、次に同じ軸線に沿って反対向きに
投影を求めて、患者の動き並びに機械の（例えば勾配磁
界の時間的な）不安定性による問題を最小限に抑えるこ
とにより、投影を交互に行なうことが望ましい。

以上の説明から、この発明が、空間的な解像度の高い人
為効果のない象か得られる様に、化学シフトを生じた原
子核による像を好便に分離し且つ分解することか出来る
様にする改良されたＮ　ＩＶＩ　Ｒ作置方法を促供した
ことか理解されよう。この方法を繰返しによって、有力
なピークが２つよりも多く必る種目に拡張し得ることが
理解されよう。

この発明の現在好ましいと考えられる実施例を図示し且
つ説明したが、当業者であれば、いろいろな変更をｈｌ
えることか出来よう。従って、この発明は、こ１に例と
して説明した現在好ましいと考えられる実施例の細部又
は計装によって制約されるものではなく、特許請求の範
囲の記戎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、選択的な励振に
よって平面状の容積を限定したＮ　ＩＶＩ　Ｒサンプル
を示づ略図、第２ａ図及び第２ｂ図は人間の頭及び腿の
６４ＭＨｚの陽子（１Ｈ）スペクトルを夫々示してあり
、水及び脂質の陽子応答信号に対応する２つの化学シフ
ト・ピークを夫々示している。第３ａ図及び第３ｂ図は
同じ投影１ｔＩＩＩＩ線に沿って第１の向き及び反対の
第２の向きに蹟影した人間の頭のＮ　Ｍ　Ｒ陽子縁を示
ず略図−〇あり、化学シフトによる水及び脂質像を示し
ている。第３Ｃ図は、反対向きの投影による反転を除く
為に、投影配列データの「鏡像」作った後の第３ｂ図の
像を示す略図、第４図は水の象を除く為に、第３ａ図及
び第３Ｃ図の像を整合させ且つ減算によって組合けるこ
とによって形成された複合脂ｍｌを示ｖ１１８図、第５
図は第４図の複合像を各々の画素のデータを処理して分
解脂質像を作る様子を示す図表である。 主な符号の説明 Ｉ　°第１の像 ＋Ｘ’ Ｉ−７：第２の像 Ｉ−ｘ、：第２の像の鏡像 ３０：複合像

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）第１及び第２の化学シフト原子核を含むサンプルの
   空間的な解像度の高いＮＭＲ像を得る方法に於て、 （イ）第１の向きに伸びる第１の線に沿った投影から、
   前記サンプルの選ばれた領域の第１のＮＭＲ像を形成し
   、 （ロ）同じ前記第１の線に沿っているが、第２の向きに
   伸びる投影から、前記選ばれた領域の第２のＮＭＲ像を
   形成し、 （ハ）前記第２の向きを前記第１の向きと反対に選び、
   前記第１及び第２のＮＭＲ像が何れも、前記第１の原子
   核によって発生された第１の像成分及び前記第２の原子
   核によって発生された第２の像部分で構成される様にす
   ると共に、第２の像成分が前記第１及び第２の原子核の
   間の化学シフトだけ前記第１の成分からずれる様にし、 （ニ）前記第１の線と直交する第２の線に対する前記第
   ２のＮＭＲ像の鏡像を作り、 （ホ）前記第１のＮＭＲ像及び前記第２のＮＭＲ像の鏡
   像の第１の像成分を整合させ、 （ヘ）整合させた前記第１のＮＭＲ像及び第２のＮＭＲ
   像の鏡像を組合せて、前記第１の像成分を除くと共に、
   第２の像成分を含む複合像を作り、（ト）前記複合像を
   処理して実質的に前記第１のＮＭＲ像の第２の像成分だ
   けを含む分解像を発生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、前記組
   合せる工程（ヘ）が整合させた第２のＮＭＲ像の鏡像を
   第１のＮＭＲ像から減算して、前記複合像が前記第１の
   ＮＭＲ像の第２の像成分と、前記第２のＮＭＲ像の鏡像
   の第２の像成分を負にしたものとで構成される様にする
   工程から成る方法。 ３）特許請求の範囲２）に記載した方法に於て、前記減
   算する工程（ヘ）を実施する前に、前記第１のＮＭＲ像
   及び前記第２のＮＭＲ像の鏡像の第１の像成分の振幅が
   同じになる様に調節する工程を含む方法。 ４）特許請求の範囲２）に記載した方法に於て、前記減
   算する工程が、前記第２のＮＭＲ像の鏡像の第２の像成
   分を負にしたものを前記第１のＮＭＲ像の第２の像成分
   の重畳し、前記第１の向きに化学シフトの２倍だけ、前
   記第１のＮＭＲ像の第２の像成分から、前記第２のＮＭ
   Ｒ像の鏡像の第２の像成分を負にしたものをずらして複
   合像を得る工程を含む方法。 ５）特許請求の範囲４）に記載した方法に於て、各々の
   像が要素の配列で構成されており、処理する工程（ト）
   が、第１のＮＭＲ像の第２の像成分の要素を、化学シフ
   トの大きさの２倍だけずらした複合像の要素と加算して
   、複合像から、第２の像成分を負にしたものを除去し、
   分解像を発生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、前記要
   素の配列が画素の配列で構成されており、各々の画素は
   像の別々の部分に対応していて、該部分における像の強
   度を定める関連した画素値を持っており、前記加算する
   工程及び減算する工程が夫々画素値を加算及び減算する
   工程で構成される方法。 ７）特許請求の範囲６）に記載した方法に於て、化学シ
   フトが、第１の線の向きの画素の寸法の半分の整数個（
   Ｍ個）に実質的に対応する様に、ずらしの値及び画素の
   寸法を調節する工程を含む方法。 ８）特許請求の範囲７）に記載した方法に於て、前記処
   理する工程（ト）が、（ト−１）前記分解像の各行の最
   初のＭ列の画素に対する分解画素値として、第１のＮＭ
   Ｒ像の第２の像成分のみに対応する、複合像の同じ行の
   最初のＭ列の同じ１つの列の夫々の画素値を選択し、（
   ト−２）分解像の同じ行の（Ｍ＋１）番目乃至最後の列
   の各々に対する画素値は、複合像のその列の画素値に対
   し、同じ行のその列並びにそれよりＭ個前の列に対する
   分解画素値を加算することによって決定し、（ト−３）
   その後残りの各々の行に対し、前記工程（ト−１）及び
   （ト−２）を繰返すことにより、分解像の残りの行の画
   素の画素値を決定する工程から成る方法。 ９）特許請求の範囲１）に記載した方法に於て、前記第
   １及び第２のＮＭＲ像の内の一方から、化学シフトの大
   きさだけずらした分解像を減算して、第１の像成分だけ
   を含む別の分解ＮＭＲ像を発生する工程を更に含む方法
   。 １０）特許請求の範囲１）に記載した方法に於て、前記
   第１及び第２のＮＭＲ像内の第１及び第２の原子核に夫
   々対応する第１の複数個及び第２の複数個の基準点を定
   め、前記整合させる工程（ホ）が、前記第１の像及び第
   ２の像の鏡像の各々で前記第１の複数個及び前記第２の
   複数個の内の少なくとも一方の複数個の基準点を整合さ
   せる工程を含む方法。 １１）特許請求の範囲１）に記載した方法に於て、像を
   形成する工程（イ）及び（ロ）が何れも、２次元フーリ
   エ変換作像方式を用いて前記第１及び第２のＮＭＲ像の
   内の関連した１つの像を形成する工程を含む方法。 １２）第１及び第２の化学シフト原子核を含むサンプル
   の空間的な解像度の高いＮＭＲ像を得る方法に於て、 （イ）サンプルの選ばれた領域の第１及び第２のＮＭＲ
   像を形成し、該第１及び第２のＮＭＲ像の各々は、第１
   の原子核によって発生された第１の像成分、及び第２の
   原子核によって発生され、前記第１の像成分から、共通
   線に沿って第１の向き及び第２の向きに夫々ずれた第２
   の像成分で構成されており、 （ロ）前記第２のＮＭＲ像の鏡像を作り、 （ハ）前記第１のＮＭＲ像及び第２のＮＭＲ像の鏡像の
   第１の像成分を整合させ、 （ニ）整合させた第１のＮＭＲ像及び第２のＮＭＲ像の
   鏡像を組合せて、第１の像成分を除くと共に、第２の像
   成分を含む複合像を発生し、（ホ）前記複合像を処理し
   て、前記第１のＮＭＲ像の第２の像成分を含む分解像を
   発生する工程から成る方法。 １３）特許請求の範囲１２）に記載した方法に於て、各
   々の像が画素の配列で構成されており、各々の画素は該
   画素にある像の強度を表わす関連した値を持っており、
   整合させる工程及び組合せる工程（ハ）及び（ニ）が、
   第１のＮＭＲ像の対応する画素値から、第２のＮＭＲ像
   の鏡像の各々の画素値を減算して、複合像が、前記第１
   のＮＭＲ像の第２の成分、及び第１のＮＭＲ像の第２の
   成分からずらしてそれに重畳した、前記第２のＮＭＲ像
   の鏡像の第２の成分を負にしたもので構成される様にす
   る工程を含んでいる方法。 １４）特許請求の範囲１３）に記載した方法に於て、前
   記像を形成する工程（イ）が、前記第１及び第２の原子
   核に夫々対応する第１の複数個及び第２の複数個の基準
   点を用いて前記第１及び第２のＮＭＲ像を形成し、前記
   減算する工程が、画素値の減算により、前記第１の複数
   個の基準点に対応する前記第２のＮＭＲ像の鏡像の画素
   値を、前記第１の複数個の基準点に対応する第１のＮＭ
   Ｒ像の画素値から減算する工程を含む方法。 １５）特許請求の範囲１３）に記載した方法に於て、前
   記像を形成する工程（イ）が、整数個の画素に略対応す
   るずれをもって、前記第１及び第２のＮＭＲ像を形成す
   る工程を含む方法。 １６）特許請求の範囲１５）に記載した方法に於て、前
   記処理する工程（ホ）が、前記複合像の内、第２の像成
   分を負にしたものを表わす部分を持たない画素値を、前
   記複合像の内、前記第２の像成分を負にしたものを表わ
   す部分を持つ画素値と加算して、前記第２の像成分を負
   にしたものを表わす部分をこれらの画素値から除く工程
   を含む方法。 １７）特許請求の範囲１２）に記載した方法に於て、前
   記第１又は第２のＮＭＲ像の一方から化学シフトの大き
   さだけずれた分解像を減算して、前記第１の像成分を持
   つ別の分解ＮＭＲ像を発生する工程を更に含む方法。 １８）特許請求の範囲１２）に記載した方法に於て、化
   学シフトの大きさだけずれた分解像を、前記第１及び第
   ２のＮＭＲ像の各々から減算し、その結果を平均して、
   第１の像成分を持つ別の分解ＮＭＲ像を発生する工程を
   更に含む方法。 １９）特許請求の範囲１２）に記載した方法に於て、第
   １の原子核が水の原子核であり、第２の原子核が脂質の
   原子核である方法。