JPS6270741A

JPS6270741A - 核磁気共鳴イメージング装置

Info

Publication number: JPS6270741A
Application number: JP60211782A
Authority: JP
Inventors: Ryusaburo Takeda; 武田　隆三郎; Hideaki Koizumi; 英明小泉; Toshihiro Ishizuka; 利博石塚
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-09-25
Filing date: 1985-09-25
Publication date: 1987-04-01
Anticipated expiration: 2009-03-23
Also published as: WO1990007302A1; JPH0620435B2; US4814709A

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】〔発明の利用分野〕本発明は、核スピンをもつ原子核を励起し、励起信号を
検出する核磁気共鳴信号検出方法に関する。

Ｃ発明の背景〕静磁場中にスピン量子数がゼロでない原子核を有する試
料を置くと、原子核はまとまった集合としてマクロ的な
挙動動を示し、静磁場の磁束の方向と平行な磁化を持ち
、かつ角運動量を持った磁化ベクトルとみなせる。磁化
の大きさを示す磁気モーメントμと角運動量Ｊとの関係
は、磁気回転比をγとすると１次式のごとくなる。

μ＝γＪ　　　　　　　　　　　・・・　（１）また、
運動方程式は、静磁場の大きさをＨＯとすると、次式で
示される。

ｔここで、（１）式を微分して（２）式に代入すると、ｔが得られる。この（３）式を角速度ωで回転する座標系
で表現すると、・・・　（４）ただし、 ω Ｈｅ＝Ｈｏ＋−・・・　（５） γ Ｈｅ＝Ｏとなる周波数ωを共鳴周波数ω０（角速度表現
）といい、次式で示される。

ω０＝−γ・Ｈｏ　　　　　　　　・・・　（６）ω０
で回転する座標で静磁場Ｈｏ方向を２５これと直交する
方向をＸ、Ｙとするし、Ｘ方向から磁場Ｈ１（ω０で回
転する高周波磁場を意味する）を印加すると、磁化ベク
トルはＺ−Ｙ平面をγ・Ｈｌで表わされる角速度で回転
する。磁化ベクトルがＺ軸に対して９０度となる（Ｘ−
Ｙ平面上に倒れる）まで印加する磁場Ｈｚは９０°パル
スと呼ばれ、同様にして１８０°パルスも定義される。

そして、ｘ−ｙ平面上に配置されたコイルに磁化ベクト
ルのＸ−Ｙ平面の成分が信号として誘起される０以上が
核磁気共鳴原理のごく簡単な説明である。詳細な説明は
、多くの成書９文献に記されている０例えば、「磁気共
鳴の原理」　（スリッター著、益田、雑賀訳、１９６６
岩波書店）、「パルスおよびフーリエ変換ＮＭＲＪ　　
（ファラー、ベラカー著、１９７６、吉岡書店）等があ
る。

以上のような核磁気共鳴原理に基づいて、試料の特定の
領域から選択的に信号を得る方法について説明する。

上記文献にも記載されているように、従来から行われて
いる第１の方法は１選択照射法である。

この方法を第１１図によって説明する。第１１図に示し
たものは、試料１中のハツチングを施しである部分（ｘ
五〜Ｘ２）の信号を得るための選択照射系である０図中
のＸ方向に沿って１位置によって磁場強度が異なる磁場
、（傾斜磁場）ＨＸを印加し、（６）式から得られるｘ
ｌにおける磁場強度ｈｚ　に対応する共鳴周波数ｆ、（
＝γｈｔ）と、ｘ２における磁場強度ｈ２に対応するｆ
ｚ（＝γｈｚ）との間の周波数成分を集中的に持った高
周波磁場を印加することによって、試料１中のｘ１〜ｘ
ｚの領域のみの磁化ベクトルを選択的に励起し、磁化ベ
クトルを９０度倒すことによって、信号を得るものであ
る。この方法は、−次元方向について選択的に信号を得
るにはすぐれた方法であるが。

−回の選択で磁化ベクトルを９０度倒してしまうので、
複数次元の領域について空間的な情報を得るための選択
を行うために、複数回この方法を適用することはできな
い。すなわち、この方法のみでは２次元以上の空間的情
報を得る選択は行えない欠点があった。

第２の方法は、目的の領域（ＸＩ〜Ｘ２）を含む広い領
域にわたって、磁化ベクトルを９０度倒し、その後傾斜
磁場を印加して得られた信号の周波数帯域の制御を行っ
て、目的の領域に対応するｆｃ−ｆｚの周波数成分のみ
を選択的に取出す方法である。この方法は１周波数フィ
ルタ方式であり、アナログフィルタによる方式と、広義
のディジタルフィルタによる方式とがある。アナログフ
ィルタは、帯域を任意に変化させることが難しい欠点を
持つ。更に、２次元以上の空間的選択への拡張は不可能
である。ディジタルフィルタは、狭義のディジタルフィ
ルタ（たたみ込みを利用した通常のディジタルフィルタ
方式）と、フーリエ変換を利用したフィルタとがある。

狭義のディジタルフィルタは、任意に帯域を可変できる
利点があるものの、アナログフィルタ同様２次元以上へ
の拡張性がない６また、信号をディジタル化するための
データのサンプリング周期しＩｎｔは、ナイキ　。

ストの定理より、信号の中に含まれる最大周波数ｆｍａ
Ｘ　とすると、次式で示される条件を満足する必要があ
る。

ｔ＋ｒ＋ｔ≦□　　　　　　　　・・・　（７）２ｆ、
ａｘ従って、目的の領域に対応する周波数帯域とは無間係に
励起される信号の信号帯域によってサンプリングレート
が決定されてしまう。

フーリエ変換を利用したフィルタは、信号をサンプリン
グし、ディジタル信号に変換した後、サンプリングした
データを−まとめにしてフーリエ変換し、得られたデー
タから目的の周波数帯域Ｃｆ１−ｆｘ）　　のデータの
み取出す方法である。

このフーリエ変換法は、核磁４共鳴の原理を巧妙に利用
した２次元フーリエ変換イメージング法や。

３次元フーリエ変換イメージング法のように、多次元に
わたる空間情報の分離が可能であり、しかも、原理的に
は任意のフィルタリングが可能である。この方法は１通
常の処理によって得られたデータから、特定の領域に関
するデータのみを採用し、他の部分を捨てているにすぎ
ない。従って、この方法は、特別な処理も必要としない
点に優れた方法である。

しかし、このフーリエ変換法においてもサンプリングレ
ートは、（７）式で示される条件を満足する必要がある
。一方、分解能Δｆを得るために、データ取込み時間Ｔ
□は、Ｔａｑ≧□　　　　　　　　　　　・・・　（８）Δｆ満足する必要がある、このため（７）、（８）式より、
データ点数Ｎは、ｔ　Ｉｎｔ　　　　　１　　　　　Δｆ２ｆ、！。

となる、目的空間に対応する周波数帯域をｆ　Ｏｍａｘ
と分解能をΔｆＯとすると、必要なデータ点数Ｎは次式
で示される。

ΔｆＯ（９）式と（１０）式の比をとると、Ｎ／Ｎｏ＝（Δｆ’／Δｆ　）　／　（ｆ　０−ａｘ／
　ｆ　−ａ−）・・・　（１１）Ｎｏ　　　八ｆ　　ｆＯ，ａｘ即ち、同一分解能を維持した場合には、選択比率が高く
なる程多くのデータ点数が必要であり、逆にデータ点数
を同一にすると１分解能が低下してしまう欠点を意味す
る。このような、トレードオフを避けるためには、目的
領域と信号発生領域とを一致されることが是非必要であ
る。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、試料の目的領域の磁化ペクト法を提供
することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、試料の目的領域外の磁化ベクトルを飽和させ
ることにより、目的領域の磁化ベクトルからのみ信号を
得ることができるようにしたちのである。

〔発明の実施例〕

本発明に係る核磁気共鳴信号検出方法の好ましい実施例
を、添付図面に従って詳説する。

第３図は、本発明に係る核磁気共鳴信号検出方法が適用
される。核磁気共鳴装置の概略構成図である。

第３図において磁石１０は、磁石電源１２から電流が供
給され、一様な静磁場ＨＯを発生する。

磁石１０の内側には、ボビン１４が設けてあり、中心部
に被検体１６が配置しである。ボビン１４に設けた照射
磁場コイル１８は、高周波電力増幅器２０を介して電源
２２に接続しである。そして、高周波電力増幅器２０は
１周波数シンセサイザ２４が発するパルス周期を、高周
波１−ランスミッション２６、振幅変調器２８を介して
受け、高周波電圧を照射磁場コイル〕、８に印加する。

また、されており、インターフェイス３６を介して各傾
斜磁場駆動器が接続しである計算機３８により、Ｘ、Ｙ
、Ｚ方向の傾斜磁場を発生するようになっている。

一方、照射磁場ロイル１８の内側には、受信コイル４０
が配設してあり、被検体、１６からの核磁気共鳴信号を
検出できるようになっている。そして、受信コイル４０
が検出した核磁気共鳴信号は、信号増幅器４２．高周波
受信器４４を介して、位相検波器４６に入力される０位
相検波器４６は、高周波トランスミッション２６と接続
しており、せ、オーデオアンプ・フィルタ４８に入力す
る。

オーデオアンプ・フィルタ４８は、所定の核磁気共鳴信
号を選択し、Ａ／Ｄ変換器５０．インターフェイス３６
を介してディスプレイ５２に表示する。なお、第３図に
示した符号５４は、計算機３８を操作する操作卓である
。

いま、被検体としての試料１が第４図に示すように配置
されており、Ｚ軸が静磁場Ｎｏの磁束方向を示すものと
する。Ｘ、Ｙ軸は、Ｚ軸と垂直でかつ互いに直交する２
軸を意味する。本実施例では、説明の簡単化のためＸ軸
方向についての選択的飽和を説明するが、他の軸方向に
ついても同じ議論が適応できる。第４図中のハツチング
を施した部分（Ａ−Ｂ）が目的領域である。そして、第
２図（Ａ）は、第４図の矢印５６方向から見た図である
。

傾斜磁場が作用していないときは、第４図（Ａ）に示さ
れるように、試料１の磁化ベクトルは、全領域にわたっ
てＺ方向を向いている。そこで、Ｘ軸に沿った位置によ
り磁場強度の異なる傾斜磁場Ｇ８を印加する。次に、目
的領域Ａ−Ｂに対して９０″パルス選択照射を行う。即
ち、Ａ点の磁場強度に対応する共鳴周波数と、Ｂ点の磁
場強度に対応する共鳴周波数の間の成分を集中的に持っ
た高周波磁場を印加することによって、試料１の領域Ａ
〜Ｂの部分の磁化ベクトルを選択的に励起しＸ−Ｙ平面
に倒す、この時の概念図を第２図（Ｂ）に示す。

選択照射を行って領域Ａ−Ｂの磁化ベクトルをＸ−Ｙ平
面上に倒した時、Ｘ−Ｙ平面上の磁化ベクトルは位相が
乱れている。これは、静磁場Ｈ。

が完全に一様でないことと、傾斜磁場を印加しているこ
とによる。そこで、位相をそろえる必要がある。位相を
そろえるには、エコーを発生させる。

このエコーは、傾斜磁場Ｇｘ　を再度印加するとともに
、１８０°パルスを印加することにより行う。

この時、各領域の磁化ベクトルの向きは、第２図（Ｃ）
の如くなる。

その後、第２図（Ｄ）に示すように、非選択９０’）＜
ルス、即ち試料１の全体に９０″パルスを印加し、領域
Ａ−Ｂ間の磁化ベクトルをＺ軸方向に向け、その他の部
分の磁化ベクトルをｘ−Ｙ平面上に倒す。次に、磁場の
不均一性（ホモ・スポイルパルス）を与えるためにＧ２
を印加する。

これによりＸ−Ｙ平面上の磁化ベクトルの成分は、位相
が乱れ消失し、領域Ａ−Ｂ以外の領域の核スピンを飽和
させることができる　（第２図（Ｅ））。

従って、第２図（Ｆ）に示したように、試料１の磁化ベ
クトルのうち、Δ〜Ｂの部分の磁化ベクトルのみを残す
ことができる。このため、目的領域以外から核磁気共鳴
の信号が発生せず、必要とするデータ数を少なくできる
。

傾斜磁場Ｇｘ、高周波磁場の印加、エコーの発生タイミ
ングは、第１図に示すように行われる。

ただし、ＳＬ　、Ｓｚ　、Ｓａは、であり、Ｓｚ＋５ｚ＝Ｓａ　　　　　　　　　・・・　（１３）
を満足するタイミングｔＩｌでＧ８の印加を止める。

１８０’パルスの印加はｔ４で行い、エコーはｔｌ−ｔ
４とｔ４〜ｔ６が等しくなるｔＢで発生させる。ｔＢで
９０’パルスを印加する。

以上の操′作の間に減衰する磁化ベクトルの太きは、ス
ピン−スピン緩和時間であるＴｚによる量である。Ｔｚ
を６０ｍ５ｅｃ以上とすると、し工〜ｔ８を６ｍ５Ｃｃ
以下で行えばｌ　−Ｑ−６／６０＝０．１０の減衰量と
なり最大１０％であるｔ　１−　ｔａ　ｔｔ更に短かく
することが可能であるし、Ｔｚも一般には更に大きいこ
と考えると、実用上さしつかえないといえる。

以上の操作をＧｙやＧｚあるいは両方に対して行うこと
により５，２次元あるいは３次元的に選択した目的領域
以外の磁化ベクトルの飽和を行うことができる。

なお、実施例に示したエコー発生手段として、第５図に
示したようにｔ２とｔａを一敗させても良いし、第６図
に示したようにｔ１〜ｔ４１間を連続してＧ８を印加し
ても良い。ただし、第６図に示した場合は、次の条件を
満足する必要がある。

また、実施例に示したエコー発生手段として第７図に示
したように、ＧＸ　を印加しても良い。但し、Ｓｔ＋Ｓ
δ＝Ｓｚ　を満す。

実施例に示したエコー発生手段として第８図に示した様
に、Ｇにの極性を切換えて印加してもよい。ただし、Ｓ
ｓ”Ｓｚである。

実施例に示した１８０’パルスは選択照射を行ってもよ
いし、非選択性のパルスを印加してもよい。

実施例に示したｔ６で印加する９０＠パルスの印加時間
が極めて短かく印加時間内での位相部れが無視できる程
度の不均一磁場であれば、本来９０”パルス印加終了以
後に印加する前記不均一磁場を、９０″パルスと同時に
印加してもよい。

その際、エコー発生のために印加している傾斜磁場と、
前記不均一磁場とを同一の傾斜磁場によって行ってもよ
い。即ち、第９図に示すように前記９０°パルスの前後
で連続して傾斜磁場を印加してもよい。

以上説明した実施例では高周波磁場がＹ軸に沿って印加
されたが、Ｘ−Ｙ平面上の軸であれば任意の方向でもよ
い。

第１ｏ図は、本発明に係る核磁気共鳴信号検出方法の応
用実施例のための説明図である。

先に示した選択的な飽和法をＸ、Ｙ軸のそれぞれについ
て行い、第１０図に示すように２次元的に試料の領域を
選択し、Ｚ軸方向にスライスする。

その後、イメージングのために通常のスピンワープ法を
行う。このスピンワープ法は、ＥｄｅｌｓｔａｉｍＶＡ
、　ｔ（ｕｔｃｈｉｓｏｎ　ＪＭＳ＋　Ｊｏｈｎｓｏｎ
　Ｇ、　Ｒｅｄｐａｔｈ　Ｔ、による”Ｓｐｉｎｗａｒ
ｐ　ＮＭＲｉｍａｇｉｎｇ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔ
ｉｏｎｓｔｏ　ｈｕｍａｎ　ｗｈｏｌｅ−ｂｏｄｙ　ｉ
ｍａｇｉｎｇ”　Ｐｈｙｓ、　Ｍｅｄ、　Ｂｉｏ。

（１９８０；　２５　：　７５１−７５６）に詳しい。

周波数エンコード方向をＸ、位相エンコード方すると、 Δｆ角苓云となる。選択的飽和法によりＸの最大値が小さい
ためｆ　ｍａＸ＋Ｘ　が小さくなり、Δｆを一定にする
ならばＮ８をなくすることができる。一方、位相エンコ
ード方向↓二ついても同様にデータ点数、即ち位相エン
コード回数を減らすことができる。

換言すれば、スキャン回数を減らすことができる。

計測時間Ｔは、スキャン時間ｔＳＣＡＮ、スキャン回数
ｎとすると次式で示される。

Ｔ　＝　ｔ　５ＣＡＮ　Ｘ　ｎ従って、スキャン回数を減らすことができれば計測時間
を減らすことができる。このことは、被検者の拘束時間
を短縮でき、被検者の苦痛をやわらげることができるた
め、非常に大きいメリットとなる。また、（９）式を変
形すると。

２ｆ、ａｘ Δｆ＝− となる１選択的飽和法によりＪ、□を小さくすると、Ｎ
を一定にするならば分解能ΔＪを小さくすることができ
る。すなわち、分解能の精度を向上できる。

次に、第２の応用例を説明する。

Ｘ方向に時間経過に伴い移動する試料に対して、本発明
による選択的飽和法をＸ軸について行う。

適当な時間経過した後、Ｘ軸方向の任意の点で、磁化ベ
クトルの励起を行い、信号の検出を行う。

選択的飽和法を行ってからの経過時間と、Ｘ軸方向に関
する信号検出位置からだ試料の移動速度を知ることがで
きる。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明によれば、目的領域以外
の領域の核スピンを飽和させることにより、目的領域の
磁化ベクトルからのみ核磁気共鳴信号を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る核磁気共鳴信号検出方法の一実施
例を示す磁場印加のタイムチャート、第２図は第１図に
示した実施例に伴う試料中の磁化ベクトルの向きを示す
模式図、第３図は本発明に係る核磁気共鳴信号検出方法
を実施するための核磁気共鳴装置の一例を示す構成図、
第４図は第２図に示した試料の磁場中への配置状態を示
す斜視図、第５図〜第９図は本発明に係る核磁気共鳴信
号検出方法の他の実施例を示す説明図、第１０図は本発
明に係る核磁気共鳴信号検出方法の応用例を説明するた
めの試料配置状態を示す斜視図、第１１図は従来行われ
ていた傾斜磁場の選択照射法の説明図である。

Claims

【特許請求の範囲】１、試料に磁場を印加して核磁気共鳴を生じさせ、この
共鳴信号を検出する核磁気共鳴信号検出方法において、
前記試料の目的領域以外の領域の核スピンを飽和させ、
前記目的領域以外の領域から核磁気共鳴信号を発生させ
ないことを特徴とする核磁気共鳴信号検出方法。２、前記核スピンの飽和は、特定方向の傾斜磁場を印加
するとともに、前記試料の目的領域に対応した共鳴周波
数成分を集中的に含む高周波磁場を印加し、前記目的領
域中の核スピンを静磁場の磁束方向に対して９０度倒し
た後、前記目的領域中の核スピンにエコーを発生させ、
続いて前記試料に非選択的９０度パルスを印加して、前
記目的領域中の核スピンを前記静磁場の磁束方向に向け
、さらに静磁場に不均一な磁場を印加することを特徴と
する特許請求の範囲第１項に記載の核磁気共鳴信号検出
方法。３、前記エコーの発生は、前記特定方向の傾斜磁場と同
一方向の傾斜磁場を印加するとともに、１８０°パルス
を印加することを特徴とする特許請求の範囲第２項に記
載の核磁気共鳴信号検出方法。４、前記エコーの発生は、前記特定方向の傾斜磁場と同
一方向で、かつ逆極性の傾斜磁場を印加することを特徴
とする特許請求の範囲第２項に記載の核磁気共鳴信号検
出方法。