JPS629857B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、核磁気共鳴手法を用いて物体から像
情報を導出する方法に関する。

本発明は、被試験物体の一部分を選択励起する
技術を含む手法を利用するものである。

選択励起においては、３つの型の磁界をいろい
ろに組み合わせて用いる。この３つの磁界とは次
のものである。

(1) 通例Ｚ軸と呼ばれる一つの軸線に沿う方向に
絶えず維持される一様な静磁界 (2) この一様な磁界を変化させる３つの直交磁界
勾配の組。この勾配により、磁界はＸ，Ｙ，Ｚ
軸のいずれか一つ又はそれ以上の軸線に沿う方
向に変化させられる。

(3) 通例XY平面にある高周波磁界。この磁界は
短いパルスとして与えられ、被試験物体の原子
核の配向をある制御方法で変化させる。最も簡
単な形においては、この磁界は、物体の周りに
密接してコイル状に巻き付けたワイヤ、いわゆ
る高周波コイルによつて与えられる。

物体から発する信号は、核誘導信号又は自由歳
差運動信号を含んでおり、核が高周波（HF）パ
ルスによつて擾乱された結果発するものである。
これらの信号は、高周波パルスを加えるのと同じ
コイル又は類似のコイルによつて検出される。

二つの型の高周波パルスが用いられる。これら
のパルスは90゜パルス及び180゜パルスとして知
られているものである。90゜パルスは核を90゜回
転させて最大歳差運動の状態におき、この結果核
はXY平面に整列してＺ軸の周りを回転する。180
゜パルスの振幅は90゜パルスの振幅の２倍であ
り、核を180゜だけ回転させる、すなわち反転さ
せる。従つて、回転させられた全ての核は反対方
向を向く。

単一の磁界勾配を、スペクトル帯域が狭くかつ
持続時間が長い比較的振幅の小さい高周波パルス
とともに与えると、自然共鳴周波数がこのスペク
トル帯域内にある核のみが、すなわちその磁界が
静磁界と実質的に等しい場所にある核のみが励起
される。従つて、磁界勾配Ｇ_Xを与えると、YZ平
面内に又はこの付近に存在する核のみが励起され
る。

（従来の技術） 狭いスペクトル帯域を持つ高周波パルスを磁界
勾配の存在下で用いてその勾配の方向に垂直なス
ライス領域を選択するという技術は、たとえば特
開昭51―53888号に開示されている。しかしこの
従来の技術においては、この選択されたスライス
領域の厚みを横切る方向に沿つて場所毎に異なる
磁界を作る際に、上記磁界勾配が及ぼす影響を全
く考慮していない。

（発明が解決しようとする問題点） このように場所毎に異なる磁界ができると、局
所的に異なる速さのスピンを生じ、その結果スピ
ンの位相を不揃いにし、出力信号に誤差をもたら
す。また、この磁界勾配を矩形波により完全に変
更することは不可能なので、読み出しのための磁
界勾配に切り換えた場合でも、読み取ることが困
難な瞬間的な出力信号しか得られない。

そこで本発明は、上記の問題を解消して像情報
を導き出す方法を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明によれば、核磁気共鳴信号を用いて物体
から像情報を導出する方法において、物体を一つ
の軸線に沿う静磁界の影響下に配置し、この静磁
界に対して上記軸線と直交するかまたは平行な方
向に第１の磁界勾配を与えながら90゜高周波パル
スを加えて上記第１磁界勾配の方向と直交する平
面内の核スピンを章動し、上記第１の磁界勾配の
傾斜を逆にしてその平面内の核スピンの位相を揃
え、上記第１の磁界勾配の方向に直交する方向の
第２の磁界勾配すなわち読み出し勾配を上記磁界
に与えながら上記物体から自由誘導信号をスピン
エコーとして読み出すことを特徴とする像情報導
出法が提供される。

（作用） 一般に、磁界の強い所に存在するスピンは、磁
界の弱い所に存在するスピンに比べて回転が速
い。従つて、磁界勾配の存在下にあつては、速く
回転するスピンは遅く回転するスピンと位相ずれ
を起こすようになる、すなわちデフエーズ効果が
生ずる。このデフエーズ効果は勾配を逆にするこ
とで修正できる。この結果、最初にスピン回転の
速かつた核は、今や遅くスピンするようになり、
一方最初にスピン回転の遅かつた核は、今や速く
スピンするようになる。このようにこれらのスピ
ンの位相は再び一致する、すなわちリフエーズ状
態になる。

そこで本発明においては、第１の磁界勾配を逆
にすると、位相がずれていた核スピンの位相が再
び揃う。次に第２の磁界勾配が与えられると、先
ず読み出し勾配の方向のスピンに位相ずれが生
じ、続いて第２の磁界勾配が逆転されると読み出
し勾配の方向のスピンの位相が再び揃つて、この
逆転の瞬間から或る遅れ時間を持つてスピンエコ
ーが現れる。これによつて出力信号をうまく収集
できる。

（実施例） 以下、本発明を、一連のパルス波形を示す図面
を参照して詳細に説明する。

第１図にはパルスシーケンスが示してあり、そ
の時間軸線は周期的に繰り返す６つの連続した区
間に分割されている。これらの区間の各々におい
て加えられる磁界は次の通りである。

区間１：振幅の小さい180゜の高周波パルスが
磁界勾配Ｇ_Xと同時に加えられる。これにより、
平面Ｘ＝X₀内の又はこの付近の核スピンが選択
的に逆転される。X₀の値は、180゜パルスの周波
数を変えることによつて変化させることができ
る。

区間２：核スピンシステムは、規定の時間Ｔの
スピン格子の緩和によつて緩和させられる。この
区間中は、H₀以外の磁界は加えられない。

区間３：振幅の小さい90゜パルスが磁界勾配Ｇ
^＋ _Ｙと同時に加えられる。これにより、平面Ｙ＝０
内の又はこの付近の核スピンが選択的に励起され
る。

区間４：負の磁界勾配Ｇ⁻ _Ｙが加えられ、Ｙ方向
に沿う核スピンの位相を揃える。同時に負の磁界
勾配Ｇ⁻ _Ｚが加えられ、Ｚ方向に沿う核スピンの位
相をずらす。

区間５：観察区間と呼ばれるこの幾分長い区間
においては、小さな正の磁界勾配Ｇ^＋ _Ｚが加えられ
る。この区間においては、核スピンの位相が再び
揃つて、自由誘導信号が最大となつた時のスピン
エコーが現れ、その後核スピンの位相がずれる。
この区間中はＧ^＋ _Ｚは一定であり、この時間中に核
自由誘導信号が収集される。

区間６：次のサイクルの区間１が発生するまで
のシステム回復時間である。この区間は、スピン
格子緩和時間T₁に比べて長く、１秒程度であ
る。

区間１及び３の各々において選択される平面の
厚さは高周波磁界と磁界勾配Ｇ_X又はＧ_Yとの比に
よつて定まる。

このパルスシーケンスを用いて、区間１におい
て加えられる種々の高周波の任意の１つの値に対
して、それぞれ３つの自由誘導信号S₀，S₁及びS₂
が得られる。これらの信号は次の場合に得られ
る。

S₁：緩和区間２が極めて小さく、理想的には零
である場合。しかしながら、この緩和区間２は区
間３において90゜パルスの印加が始まる前にＧ_X
を零にしておかなければならないということによ
つて制限される。

S₂：緩和区間２が測定されるスピン格子緩和時
間に匹敵する場合。すなわち、緩和区間２の時間
間隔Ｔ≒T₁であり、これは数百ミリ秒である。

S₀：区間１において180゜パルス及び磁界勾配
Ｇ_Xを加えないだけで、シーケンスの他の部分が
同じである場合。

これら３つの信号から次の２つの差信号が得ら
れる。

Ｓ_a＝S₀−S₁、Ｓ_b＝S₀−S₂ Ｓ_aは主として核スピン密度についてのデータ
を含んでおり、Ｓ_bは主としてスピン格子緩和時
間についてのデータを含んでいる。これらの各信
号は、軸がＺ方向であつて２つの平面Ｘ＝X₀及
びＹ＝０の交線によつて決定される細い円筒内の
核に関するものである。Ｚに沿う像線はＳ_a及び
Ｓ_bのフーリエ変換によつて得られ、XZ平面内の
二次元の像は、X₀の値を徐々に増加させながら
３つのパルスシーケンスから成るシーケンス群を
繰り返すことによつて一線ずつ作られる。X₀の
値の変化は、高周波を変化させることによつて得
られる。

高周波パルスの包絡線を調整することにより、
その高周波パルスが矩形包絡線パルスである場合
よりも許容性のあるスペクトルのプロフイールを
作ることができる。このようにして高周波パルス
における側波帯の数を減らすことができる。高周
波パルスの幅についての唯一の制約は、パルス
が、これに割り当てられる区間１又は３内に完全
に包含されなければならないということである。
磁界勾配を発生するパルスに急峻な立ち上がり縁
又は立ち下がり縁を持たせる必要はない。

磁界勾配Ｇ_Xは、区間１における180゜高周波パ
ルスの持続時間中はほぼ一定でなければならな
い。このことは、次のパルス群において180゜パ
ルスの周波数を変えることにより線選択を行う場
合に重要なことである。しかし、磁界勾配Ｇ_Xが
区間１の前後の区間（すなわち区間２又は６）に
またがることは差し支えないが、区間３にまでま
たがることは避けなければならない。

区間３中では、磁界勾配Ｇ^＋ _Ｙは一定である必要
はないが、磁界勾配Ｇ^＋ _Ｙが90゜パルスの印加の間
一定に保持されていれば、線選択は良好に行われ
る。

区間４の間の磁界勾配は任意であつてよいが、
この区間にわたるこれらの勾配の時間積分は重要
である。磁界勾配Ｇ⁻ _Ｙの時間積分はＹ方向に沿う
スピンの位相を揃える場合の最適量を決定し、磁
界勾配Ｇ⁻ _Ｚの時間積分は区間５における信号のエ
コーの時間を決定する。更に、区間５の間は、磁
界勾配Ｇ_X及びＧ_Yはいずれも零でなければなら
ず、また磁界勾配Ｇ^＋ _Ｚは一定でなけれならない。
さもないと、Ｓ_aおよびＳ_bのフーリエ変換は線像
とならない。静止区間６の間では、全ての磁界勾
配及び実際問題として静磁界H₀の値は重要では
なく、この区間はH₀の値の副次的補正に好都合
に用いられる。

上述の各信号に含まれる情報の種類に関し、第
２ａ図〜第２ｄ図を用いて再び説明する。

区間１においては、180゜高周波パルスが磁界
勾配Ｇ_Xの存在下で与えられ、Ｘ＝X₀におけるYZ
面内のスピンを180゜だけ章動する（第２ａ図）。

区間３においては、90゜高周波パルスが磁界勾
配Ｇ_Yの存在下で与えられ、Ｙ＝０におけるXZ面
内のスピンを90゜だけ章動する（第２ｂ図）。

２つの直交面の交線すなわちＸ＝X₀における
YZ面とＹ＝０におけるXZ面との交線Ｌ上のスピ
ンのみが両パルスの影響を受ける（第２ｃ図）。

この交線Ｌ上の核に、180゜高周波パルス及び
90゜高周波パルスを続けて加えたときの影響を第
２ｄ図に示す。

以上の記述により、交線Ｌ上のスピンは、XZ
面の他の部分におけるスピンに対して180゜位相
がずれていることが理解されよう。区間５で得ら
れた信号をS₁と称すると、S₁は、XZ面全体から
のスピン密度信号から、交線Ｌだけからのスピン
密度信号を差し引いたものである。

区間１を除いた場合、区間５の信号はXZ面全
体から得られたものとなり、これをS₀と称する。

従つて、S₀−S₁信号は、選択された交線Ｌから
のみの核スピン密度信号であり、これをＳ_aと称
する。

しかしながら、ここで区間１と区間３との間に
区間２という時間遅れがあつた場合には、区間１
の間に逆転されたスピンスライスは、被検査物体
のスピン格子緩和時間T₁によつて決定されるま
で正のＺ軸に沿つて緩和し始める。従つて、区間
２の終わりにおいては、わずかな量の逆転された
スピンがある。結果的に区間５で読み出される信
号すなわちS₂と呼ばれる信号は、XZ面全体から
のスピン密度信号から、区間２においてスピン格
子緩和作用により減少した交線Ｌからのスピン密
度信号を差し引いたものである。

従つて、上記した式Ｓ_b＝S₁−S₂は、交線Ｌか
らの信号のみに関与しスピン格子緩和時間情報を
与えるのである。

（発明の効果） 本発明によれば、被試験物体内においてスライ
ス状の領域を選択するために被試験物体に与えた
磁界勾配による核スピンの位相ずれを、その磁界
勾配を逆転して選択したスライス領域のスピンの
位相を再び揃えることにより解消し、これにより
出力信号として導出された像情報に誤差が含まれ
ないようにしている。

（発明の変形態様） 本発明の実施に当たり、特許請求の範囲第１項
において、静磁界の方向を第１及び第２の磁界勾
配の方向と直交する方向に変えるために、前段階
として、静磁界に第３の磁界勾配を加えかつこの
第３の磁界勾配の存在下で被試験物体に高周波パ
ルスを加えてその選択的平面内のスピンを逆転さ
せたり、あるいは上記第３の磁界勾配を与える段
階と上記第１の磁界勾配を与える段階との間に、
逆転したスピンの緩和を許す区間を包含してもよ
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による像導出方法において被試
験物体に与えられる高周波磁界と各種磁界勾配を
示すパルスシーケンスの図、第２ａ図〜第２ｄ図
は第１図の各区間における核スピンの変化の状態
を示す図である。 Ｌ……YZ面とXZ面との交線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 核磁気共鳴信号を用いて物体から像情報を導
   出する方法において、物体を一つの軸線に沿う静
   磁界の影響下に配置し、この静磁界に対して上記
   軸線と直交するかまたは平行な方向に第１の磁界
   勾配を与えながら90゜高周波パルスを加えて上記
   第１磁界勾配の方向と直交する平面内の核スピン
   を章動し、上記第１の磁界勾配の傾斜を逆にして
   その平面内の核スピンの位相を揃え、上記第１の
   磁界勾配の方向に直交する方向の第２の磁界勾配
   すなわち読み出し勾配を上記磁界に与えながら上
   記物体から自由誘導信号をスピンエコーとして読
   み出すことを特徴とする像情報導出法。 ２ スピンエコーは、最初に第２の磁界勾配を或
   る方向に与え、その後この第２の磁界勾配の方向
   を逆にすることによつて発生されることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の像情報導出法。 ３ 最初に第２の磁界勾配を或る方向に与える段
   階は、第１の磁界勾配の方向を逆にしてその平面
   内の核スピンの位相を揃えるのと同時に行われる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の像
   情報導出法。