JPS62106753A - 化学シフト情報を得る方法 - 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】 「産業上の利用分野」 この発明は例えは人体の診断装置に利用さ、ｉｔ、核磁
気共鳴における化学シフト清報を得る万１去に関する。

「従来の技術」 従来において被検体から核磁気共鳴清報の空１１１１分
布を得るには第１図に示すように、人体などの被検体１
１にＺ軸方向の均一な主静磁場（単に主磁場と云う）Ｇ
ｚｏを与えると共に、Ｚ・油方回上におい又磁場の強度
が漸次変化したＺ方向の磁シフ５（これをＺ方向傾斜Ｇ
鼓場と云う）Ｇ２を第２図に示すように与えると共にＺ
軸と直ｆＬ）なＹ軸ノテ向に高′ｙ；］波パルス磁界（
９０度パルス）を与えて被検体１１中のＺ軸上のある点
におけるＺ・袖と直角な一断面（スライス面）の特定の
原子核、例えば水素］京子核をぞのＺ・袖方向の磁界強
度及び高周波パルスに１（鳴させ、かつその原子核スピ
ンなＸ−Ｙ面内に傾け、Ｚ軸の回りのＸ−Ｙ面で才差運
動を行わせ、被検体１１の選択されたスライス面におけ
る原子核スピンを励起する。次にＺ方向傾斜磁場を除去
し、Ｙ方向傾斜磁場Ｇｙを短時間印加すると、Ｙ軸」−
の各点におけるＹ方向傾斜磁場Ｇ、の強度に応じて、そ
の点における各原子核スピンの位相を順次ずらし、その
後、Ｘ軸上で磁場強度が漸次変化したＺ方向の磁場（Ｘ
方向傾斜磁場）を読取り磁場Ｇ８として与え、この時、
得られる自由誘導信号を検出して七の信号を時間につい
てフーリエ分解してＸ軸上の各点の核磁気共鳴情報を異
なる周波数と［７て検出する。

以上に述べたシーケンスＳｐを第２図に示すようにＹ方
向傾斜磁場Ｇ、の磁場強度を順次変化させて必要な分解
能だけ行い、前記フーリエ変換された信号ンＹ方向頌斜
磁場強度についてフーリエ変換してＸ軸上の情報を得る
。このようにして例えばスライス面を２５６Ｘ２５６の
区分（ピクセル）に分解し、その各区分の核磁気共鳴情
報を得る。

この場合、前記パルスシーケンスｓｐを２５６回行う。

なお、このようにＹ方向傾斜磁場Ｇ、の強度を変化させ
るパルスシーケンスを第３図に示すようにＹ方向傾斜磁
場Ｇ、の各大きさを同時に重ねて示す。

同一原子でも、化学的結合状態により自由誘導信号の周
波数が僅か異なることが知られている。

この現象は化学シフトと呼ばれている。例えば人体中の
水分（Ｈ２Ｏ）も脂肪（−ＣＨ２−）も水素原子を含ん
でいるが、水の水素原子と脂肪の水米原子とで核磁気共
鳴周波数が３．２　ｐｐｍ異なっている。

従って人体の任意の断面における水素原子の核磁気共鳴
周波数を正確に検出できれば水分と脂肪との分布を画［
象として見ることができる。

生体から核磁気共鳴情報を得る場合に次のことに特に注
意する必要がある。

（ａ）　　情報収集中に被検体が動くと、得られる画像
が劣化するため、被検体をできるだけ静止さセなければ
ならない。しかし測定時間が長いと彼、験体が苦痛を感
じ、その結果、被検体が動いてしまうおそれがある。こ
の点から測ボ時間はできるだけ短かいことが望まれる。

（＋−））　　；皮険体から放出される自由誘導信号は
緩和現’Ｎにより時間と共に減少する。また検出した信
号が小さいほどＳ／Ｎが悪くなり、画像が不鮮明になり
、診断が困難になる。従って被検体から自由誘導信号が
発せられてからできるだけ早く、つまり信号の大きな時
に信号を検出することが望ましい。

所で従来の化学シフト情報をも含む核磁気共鳴情報を得
る方法は、特開昭５９−４３３３６号公報、特開昭５９
−１０８９４６号公報で提案されているように（第４図
参照）、高周波パルスとＺ方向順ｒ“１磁場Ｇ２とによ
り被検体の選択したスライス面を励起した後、Ｙ方向傾
斜磁場Ｇ、の各種磁場強度のそれぞ才１について、同時
にＸ方向傾斜磁場ＧＸの各種磁場強度を短時間与えた後
の自由誘導信号を検出するものであった。この方法はＸ
方向においてもＹ方向と同様に位（自差により空間的位
置を区別し、検出信号をフーリエ分解して、周波数差か
ら化学シフトを検出するものであるため、２５６Ｘ２５
６のビクセルについての情報を得るには、Ｘ方向、Ｙ方
向それぞれについて２５６の狐なる磁場強度を与える必
要があり、２５６ｘ２５Ｇ回の測定を行う必要があり、
測定時間が皆しく長くなり、前記要求（２１）をｉｌ：
ｌ’Ｅすことかでさながった。

一方、特開昭６０−６９５４２号公報で述べている方法
は、第５図に示すようにスライス面を励起後、Ｙ方向傾
斜磁場Ｇ、を短時間与え、七の後、△ｔｎ時間後に読取
り傾斜磁場ＧＸを与え、その時の自由誘導信号を検出す
るが、その／）ｉｎを変化させることにより化学シフト
清報を含む信号を得るものである。この方法は化学シフ
トにより（亥磁気実鳴周波数が異なることは、Ｙ方向傾
斜磁場Ｇ９．を短時間与えた後における原子核スピンの
才差運；、ｉｒの位を目が化学シフトに応じて異なり、
つまり化学シフトが大きいもの程、早く回転を開始する
ことにもとすく。従ってＹ方向傾斜磁場Ｇｙを短時間与
えた後に、読取り磁場Ｇｘを与えるまでの時間△ｔｎを
変化させることにより化学シフト清報を得るものである
。

つまり第６図に示すようにＹ方向傾斜磁場Ｇ、＝０を短
時間与え、読取り磁場Ｇｘを与えた時の自由誘導信号は
化学シフトがない場合は△φ。＝０で発生し、Ｘ軸上の
位置に応じて角周波数がω、ω十△／、Ｊ、ω＋２△ω
・・・・・・と変化し、化学シフトがあれば、七の化学
シフト量ｒｎ＝ｏ１１１２・・・・・・に応じて、Ｘ＝
Ｏにおいても△１ｎに応じて位相が△φ０＝０２．△φ
１＝△ω△ｔｎ、△φ２＝２△ω△ｔｎ・・・・・・と
変化し、また角周波数がω、ω十△ω、ω＋２△ω・・
・・・・と変化する。従って検出した信号を時間につい
てフーリエ変換することにより、同一の角周波数ω、ω
十△ω、ω＋２△ω・・・・・・の群に分けられ、かつ
その各群を７ｃれぞれＹ方向磁場強度について再びフー
リエ変換し、更に時間（化学シフト量）についてフーリ
エ変換することにより、化学シフト清報が待トら才する
。

この従来の方法によれば、化学シフトの分；Ｉ能を例え
ば１６とすれば、△１．の変化数は１６となり、測定回
数は２５６Ｘ１６回となり、第４図（−示した方法より
測定時間は著しく短がくなる。しかしこの従来の方法（
−おいてはへｔｎを変化きせるため、この△１．の待ち
時間の間に緩和現象によ（ン。

信号の減衰が生じＳ／Ｎが劣化する欠点があ；）。

前記要求（ｂ）を満すことができない。化学シフト・１
φ１σ上をＮ個で分解し、七のために測定待ち時間を△
ｔｎで変化させ、磁場の強さをＨ（Ｔ）　、化学シフト
軸σ上の分解能を△σ（１）ＩＤｍ　）　（あるいは、
へω（ｒａｄ／ｓｅｃ　）＝２　π△ｆ（Ｈ２））とし
、プロトンを共鳴させる場合を想定すると、△ｆ”４２
．５８・Ｈ・△σであり、位相△φｍは （ｎ＝０，１．・・Ｎ−１） で与えられるから、△ｔｎは となる。ｎ　＝　Ｎ　−１のとき、待ち時間△ｔｎは、
となる。ｎ＝１（Ｔ）、△σ＝　２　（ｐｐｍ　）とす
ると、待ち時間は１１．７□１（ミリ秒）、ｎ＝１（Ｔ
）。

△σ”　ｌ　（ｐＴ）ｍ　）とすると待ち時間は２３．
４９（ミリ秒）となり、高化学シフト分解能が要求され
る稈、待ち時間が長くなり、Ｓ／Ｎが可成り悪くなるお
それがある。

そこで」二連の欠点を克服する方法として、昭和６０年
９月２日付特許出′Ｍ４（特［預昭６０−１９４６２１
号）「核磁気共鳴情報を得る方法」を提案した。

第７図はこの提案した方法のパルスンーケンスを示す。

第５図に示した従来の方法と異なる点は、Ｙ方向傾斜磁
場Ｇ、を短時間与えるのみならず、Ｘ方向（噴着磁場Ｇ
８を同時に短時間与え、七の後、読取り磁場Ｇｘを与え
る。短時間傾斜ｉｐ、　ｋＡｉＨＧｘは化学シフト分解
能に応じてその傾斜し場強度を、Ｙ方向傾斜磁場Ｇ、の
各傾斜磁場強度について、例えば１６回ずつ異なった値
としてそれぞれ測定される。つまり例えば第８図に示す
ようにＹ方向傾斜磁場Ｇｖ＝０を与えると共に短時間Ｘ
方向項′８．＋磁場Ｇｘを与えることにより、化学シフ
トに応じた位相差△φ１＝（ｎ−１）△ω△ｔ　、へづ
。＝２（ｎ−１）△・−υ△ｔ・・・・・・を原子核ス
ピンの運動に与えて、第５図の方法における時間△１ｏ
による位相差とｉ、土応した位相差を強制的に与える。

従って得られた信号を時間についてフーリエ変換して、
第８因にお（士５角周波数成分ω、ω＋△ω、ω＋２７
へ０４・・・・・に庁Ｎｉ１ｔ　Ｌ／、更にこれらをＹ
方向１１〔１斜磁場、Ｇ１．の強度によりフーリエ変換
することにより、Ｙ軸りの各信号として分離し、更にそ
の分離さ上］た信号をＸ方向傾斜磁場の強度によりフー
リエ変換することにより化学シフトに応じた信号を分Ｈ
７：１ｉ−１−ることかできる。

この改良された方法は、Ｙ方向１項斜得ｊ：、！、！ｉ
Ｇｙ　、Ｘ方向傾斜磁場Ｇｘを短時間与えた後における
（５号検出明間（時間）は一定であり、常に同一レベル
であり、高いＳ　／　Ｎの信号を得ることができる。

しかし自由誘導１Ｍ−号を検出する際にＸ方向傾斜磁場
Ｇｘの大きさによっては第７図に示すように、検出の１
−初の振幅値と、最後の振幅値が異なることがあり、フ
ーリエ変換後に予め符号化された周波数成分の（１ハに
、高周波成分が生じ、その高周波成分が折り返しひずみ
の原因となり、画１象の劣化につながる。

「問題点を解決するための手段」 この発明によれば、被検体の選択したスライス面の原子
核スピンを励起した後に、主磁場と同一方向であるが、
これと交差した二つの軸上で強度が漸次変化している第
１、第２傾斜磁場をそれぞれ所定時間与える。これらの
所定時間は、第１、第２傾斜磁場について同一である必
要はなく、また同時（１与えなくても良い。その後、七
の第１傾斜磁場と同一方向でかつ同−軸上で磁場強度が
漸次変化している読取り磁場を与え、この時に被検体か
ら放射される自由誘導信号を検出する。この場合上の検
出期間における自由誘導信号の最初の（直と、最後の（
直の差が小さくなるよう（−１；孟々のパルスンーケン
スに置いて励起から検出期間までの時間を設定する。第
１、第２傾斜磁場の少くとも一方の傾斜磁場強度を変化
させて同様に自由１透導信号の検出を行うが、第１、第
２傾斜磁場について予め決めなれた複数の傾斜磁場強度
の組合せについて、上記誘導信号の検出を繰返し行い、
かつそれぞれについて検出期間を前述したように設定す
る。

「実施例」 第９図はこの発明の実施例におけるパルスンーケンスを
示す。前記特願昭６０−１９・４６２１号「核磁気共鳴
情報を得る方法」、つまり第７図と異なる点は、この第
７図は自由誘導信号の検出期間の始めは常に同一時刻と
していたが、第９図においては短時間Ｘ方向傾斜磁場Ｇ
、を変化させるたびに自由誘導信号の検出期間における
最初と最後とにおける検出自由誘導信号の大きさの違い
が、実質的な画１象劣化の原因とならない範囲で、検出
期間の開始時刻ｔ１（ｉ＝１．２・・・・・・）を設定
する点にある。

このようにすることにより、検出される自由誘導信号は
、Ｘ方向には読取り傾斜磁場Ｇｘにより周波数で符号化
され、Ｙ方向には傾斜磁場Ｇ、により位置でン７号イヒ
され、化学シフト方向には検出期間以的に印加される１
頃斜Ｇ並場Ｇ８と、核磁気スピン励起後から検出期間の
開始時印１までの時間とにより符号化される。

Ｔなわち今Ｉ与えた傾斜磁場Ｇ、と、検出以前に印加さ
れる１項斜５４’４　場Ｑ、の勾配の時間積分をそれぞ
れノ、ｍ（夫々整数）で表わすと、核磁気スピンを励起
する時に用いた高置ｌ皮パルスの族１皮改で検波後に得
られる信号Ｓ。（）、　ｍ　、　ｔ　）は、ｅｘｐ　（
Ｊ　（ｇ（Ｑ）ｘ　＋　ｇ６．ｎ）ｙ　）　＋　ａ△ｔ
（））＋　（ａ　＋ω（ｘ）　ｔ　）・・・・・　Ｃ１
） で段ねされろ。ここでｔは読取り磁場を与えてからの時
間、σは化学シフトに関する宿、／’　（ｘ　。

ｙ、σ）は位置ＸｒＹ、化学ンフトシフ信号強度に関す
る量であり、ｆ　（ｔ）は観測対亀原子咳の縦緩和およ
び横緩和などによる信号の減衰を表わすものであるが、
これはｅｘｐ　（Ｊ（σ＋ω（Ｘ）ｔ　）　）に比べ、
十分なめらかな（変化が小さい）関数であるので、以下
ではｆ　（ｔ）　＝　１として説明する。ｇ　（ｊ２）
　。

ｇ（ホ）は七れぞれ与えられた磁場Ｇｘ　、Ｑｎの大き
さに関する量であり、△ｔし）は読取り磁場ＧＸに印加
され磁場勾配Ｇｘの開始時刻ｔ。から検出量１冶時刻よ
での時間である。

さらにω（Ｘ）は、読取り磁場を印υ口したときの位置
Ｘにおける化学シフトが無い時の核磁気共：代置波数と
、励起用高周波パルスの周波数との差の１円波数である
。まずこの信号を種々の１．ｍの組につき時間１でフー
リエ変換すると、σ＋ω（ｘ）＝ｃについて、（但しＣ
はある定数） ・・・・　・（２） が得られ、つまり各角周波数の群に分離される。

ここで読取り磁に％Ｑ８勾配が線型であり、つまｉ）ω
（×）＝△ω・Ｘであって、角周波数ωはＸ軸上の位置
Ｘと直線的に対応しているとしてυする。

次にＹ方向傾斜磁場の強度ｇに）でフーリエ変換すると
、 が得られ、Ｙ軸上の各位置と対応した信号カス得られる
。

さらに（３）式を次のように書き換える。

８・（′・９・ｃ　）　＝　ｅｘｐ　（１ｇ（何間）ｘ
・・　・・・　・・・・・（４） この方程式を異なるノ個の１について解くこと（二より
各ピクセル（Ｘ、Ｙ）の各化学シフトにおける核磁気共
鳴を示す情報Ｐ（Ｘ＝７；ｙ、σ）が得られる。

この時１個の方程式を解く過程がフーリエ変換で行える
ようにｅｘｐ［Ｊ（△ｔ＜Ａ−ｍ＞　ａ　）を設定す△
Ｑノ る、つまり△ｔ　Ｕ）とｇ　（Ａとを設定する。このた
めには次のような関係が成り立つように ｅｘｐ（ｊ（△ｔし）−呈（５））σ）を設定すればよ
い。

△ω ここでｎは化学シフト方向の分割数、△σは化学シフト
方向の分解能である。

検出期間を例えは第】０図に示すように検出期間１のよ
うに設定すると、自由誘導信号はこの検出期間１の最初
はほぼゼロであるが最後はある大きさをもつ、このよう
に検出期間の最初と最後とで自由誘導信号の値の差が大
きい場合は得られた画像の劣化につながる。

そこで検出期間を検出期間１のように七の最初と最後と
で自由誘導信号の値（この例では共にゼロ）の差がほぼ
ゼロになるように設定する。検出期間を検出期間２にず
らすと、（５）式の左辺の△ｔ（７）ｉｎ△ｔ２（至）
）を代入し、検出期間２の始めまでのＧｘの積分値をｇ
　（、ｇ）に代入して△ｔ２０）−二（−Ｇ弘ｔ１し）
十Ｇ（あ（△ｔ２し）−△ｔ１鯵））〕・・・・・・・
・・・・（６） となる。ここでＧｄ）は第１０図に示すように、負方向
の傾斜磁場Ｇ７の強度、Ｇ山は読取り磁場への強度であ
り、七の性質からＧ山−△ωに選定されてあり、またｇ
（））＝Ｇｕ）Ｘ△ｔ（ｉ）である。従って△ｔ１す）
、ｌｌ＝、Ｇいへｔｌし）を代入すると間１および検出
期間２で同等になる。従って各Ｇ曇、Ｇ山に応じて最初
と終りとで自由誘導信号の値がほぼ等しくなるように検
出期間を設定することによりフーリエ変換時（二不甥な
高周波の発生を防止できる。

第１０図はｇ　（ｚ）を図に示したようなＧｄとＧｄ）
で形成したが、検出期間以前に印加する傾斜磁場Ｇｘは
検出期間までの時間積分がｇ（））になるようにいかな
る時間依存性を持つ傾斜磁場を用いても良い。例えば第
１１図に示すような傾斜磁場Ｇｘを用いることもできる
。この勘合、ｇ（２））は一定となるため（４）式にお
いて化学シフトσを符号化するものは△ｔ　ＣＡ、即ち
検出期間までの待ち時間となる。

またＧｘυを変化することにより、検出期間（△ｔ（７
）を自由に設定できる。

「発明の効果」 以上述べたように、この発明によれば読出し６競場を印
ｈＯする前にＧやを印加することにより化学シフトに応
じた位相差を自由誘導信号に与え、かつ検出期間をその
最初と終りとで自由誘導信号の大きさに差がないように
して時間的（二もずらして化学シフト（１応じた位を日
差を与えており、Ｓ／Ｈの高い間開に信号を検出し、し
かも自由誘導信号の検出を１ｉＴｉｉ像の劣化をもたら
すことなく行うことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は被検体と印加磁場との関係例を示す図、第２図
は従来のＳＲ法による核磁気共鳴情報を得るパルスシー
ケンスの例を示す図、第３図は第２１゛〈１に示したパ
ルスシーケンスの表示法を示す図、第４　＋’、＜ｌ　
ｉよ従来の化学シフト清報を含む核磁気共鳴情報を得ろ
パルスシーケンスを示す図１、第５図は従来の化学シフ
ト情報を含む核磁気共鳴情報を得ろ池の例のパルスシー
ケンスを示す図１、第６図はそのＸ抽−化学シフト軸面
における周波数、位相の関係を示す図、第７図は改良さ
昇°ｂ化学シフト情’ｆｆＺを劇む核磁気共鳴情報を得
る例のパルスシーケンスを示す図、第８図はそのＸ軸−
化学シフト軸面における周波敢、位相の関係を示す図、
第９図はこの発明（二よる化学シフト情報を得る方法の
パルスシーケンスの例を示す図、第１０図は検出１′Ｏ
）間をずらした場合とずらさない場合とで等価なものと
することがでさることを説明するだめの図、第】１図は
読敗り磁場の印Ｊｊ日をずらした［ヌ１であるっ特許出
願人　　旭化成工臭味式会社 代　　理　　人　　　草　　　野　　　　　卓ボ　３　
図 オ　４　図 士５　図 閾 ｕＪｈｂｕＪ　　　　　　　　　　ｗ÷ｌムＷ木　９　
図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）被検体を主静磁場中に配し、その被検体の上記主
   静磁場中のある選択された一断面における原子核スピン
   を励起し、 上記被検体に対し、主静磁場と同一方向で、上記一断面
   内で交差した二つの軸に沿つてそれぞれ強度が漸次変化
   している第１、第２傾斜磁場をそれぞれ一定時間与え、 その後、上記第１傾斜磁場と同一方向で、かつ同一軸方
   向に沿つて磁界強度が漸次変化している読取り磁場を与
   え、 その時の上記被検体からの自由誘導信号を、検出期間に
   おける最初と最後とにおけるその自由誘導信号の大きさ
   の差が小さくなるようにその検出期間を設定して検出し
   、 次に上記第１、第２傾斜磁場の少くとも一方の傾斜磁場
   強度を変化させ、かつ上記検出期間を設定して、同様に
   して上記自由誘導信号の検出を行い、 上記第１、第２傾斜磁場について予め決められた複数の
   傾斜磁場強度の組合せについて、上記自由誘導信号の検
   出を行うことを繰返して上記被検体の上記一断面から化
   学シフト情報を得る方法。