JPH0611256B2 - 核磁気共鳴サンプル検査装置 - 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（ＮＭＲ）によりサンプルを検査
する装置に関するものである。

このような装置は、不均一なサンプルの像を得るのに使
用できる。生物学的組織および生態の像が得られるこれ
らの技術に多くの関心が引かれている。この技術は、Ｘ
線に代わるものであるが、Ｘ線のようなサンプルへの照
射による危険はないと証明されている。

［従来の技術］ ＮＭＲ法は、磁場および高周波パルスを使ってサンプル
内の核磁気スピンを励起させる。スピンの自由誘導減衰
（ＦＩＤ）により生じる信号を読出して、フーリエ変換
を行ない、像情報を得ている。また空間弁別をするため
静的な主要磁場に他の傾斜磁場を重畳する。

磁場傾斜をスイッチングする例は、英国特許第1596160
号に記載されている。上記特許明細書では、サンプル内
の核磁気スピン密度分布を表示する信号を得る方法が開
示されている。

この従来方法は検体のスライス部内で核磁気共鳴を選択
的に励起し、サンプルに磁場をかけて、その検体内の磁
場傾斜を異なる方向に生じさせ、サンプルからの自由誘
導減衰（ＦＩＤ）信号が周期的に再増加、減衰するよう
な速度でこれら傾斜の一方の方向を繰返して変化させ、
その結果生じるＦＩＤ信号を検出する。

核磁気共鳴によってサンプルを検査する装置において、
印加する磁場の傾斜方向が繰り返して反転されることを
以下にまず説明する。

まず第１図を参照して本発明を理解するために、従来の
核磁気サンプル検査装置の基本的な説明を行う。

ここでサンプルすなわち検査されるサンプルはＺ方向の
静磁場Ｂ中に置くものとして考えよう。このサンプル
は、英国特許第1596160号に記載のように連続的な高周
波（ＲＦ）電界およびスイッチングされた傾斜磁場を受
ける。このサンプルからの情報読出しは、周期τで繰返
して反転するＹ方向の読出し傾斜Ｇｙによって行われ
る。Ｇｙが第１(a)図に示すように一定の大きさであれ
ば、スピンの位相信号は一定の変化をし、フーリエ変換
（ＦＴ）信号はリニアとなる。したがって、この信号お
よびそのエコー（第１図（ｃ）の点線で示す）は規則的
にサンプリングされる。

しかしながらＧｙが第１図(d)に一例を示すようにサイ
ン状に変化すると、ＦＩＤ信号は第１図(c)図の実線で
示すようになる。ＦＩＤが完全にゼロとなると、その変
化信号の累積信号の位相は同じになる。しかしながら位
相がずれれば、第１図(e)に示すように非リニアに変化
する。

第１図(b)のサンプリング点Ａは、傾斜Ｇｙが最大値を
取る点に取っている。Ｇｙが第１図(d)に示すように変
化する場合，この点は第１図(e)に示す点Ａ′に変位し
なければならない。この位相ずれおよび変化信号は、点
Ａ′等の後に同じ高さとなるようにスローダウンする。
このことはいかなる変調Ｇｙ(t)に対しても一般的なこ
とであり、サイン状変調に限定されるものではない。

サンプリングが図示する傾斜と共にスローダウンする
と、各サンプル点における信号の累積位相は、傾斜が一
定に保持された場合と同じになる。従って、サンプリン
グは不規則すなわち非線型にしなければならない。しか
しフーリエ変換（ＦＴ）はリニアとなる。

時間τ_ｎ＝ｎτ_０で規則的にサンプリングした場合の定
傾斜Δｙにおける特定容積要素のスピンの累積位相をφ
ｎとすると、 φｎ＝γΔｙＧｙτ_ｎ ここでγは磁気回転比を示す 従って、Ｇｙ(t)が時間の任意関数であれば、各サンプ
リングステップが要求される。

ここでφ_１＝γΔｙＧｙτ_０ もちろんτ_ｎは非線型的に増加する。

従って、例えば Ｇｙ_（ｔ）＝cosω_ｇｔ ここでω_ｇは直角変調の角周波数であれば、 であるのでサンプリングはサイン関数に従わなければな
らない。

問題を見る別の方法は、連続サンプルに対する傾斜曲線
の下の面積が等しくなるようにしなければならないこと
である。このやり方の効果は当然サンプリングの時間が
長くなることであるが、実験による全長はＧｙの値を大
きくすることによって元の長さに維持できる。

サイン状又はコサイン状の場合はこの計数はτ／２とな
る。不規則サンプリングの重大な結果は、スピン系の元
の線型変化がＦＴの後に非線型になることである。従っ
て、例えば、英国特許第1596160号に記載されているよ
うにエコー平面像形成法では、拡大傾斜Ｇｘの役割はＧ
ｙ変調によって得られるプロフィールを線型に拡げるこ
とにあるので傾斜Ｇｘは変えなければならない。

一般に実験を拡大プロフィール傾斜Ｇｘによる共鳴を考
慮せず行う場合、ＧｘもＧｙと共に変調しなければなら
ないが反転は不要である。このことは Ｇｙ＝ｂcoω_ｇｔ、Ｇｘ＝ｃ｜cosω_ｇｔ｜ ここでｂおよびｃは定数 となることを意味する。

非線型サンプリング法は、線型傾斜が周期的に変調され
るようにオンオフにスイッチングするすべての像形成法
に適用できる。例えば、非線型信号サンプリング法は次
の方法に適用できる。

(a)一般的に発生が容易な時間依存読出し傾斜中で（選
択的又は非選択的９０゜ＲＦパルスのいずれかの後で）
ＦＩＤを観測する投影像再構成法及び (b)短い非線型９０゜パルスに後に全磁化を可能として
３つの連続傾斜Ｇｘ，ＧｙおよびＧｚで変化するクマー
（Ｋumar）、ウェルチ(welti)及びアーンスト（Ｅrns
t）により提唱されたフーリエ像形成法に適用できる。
変換中のＧｙ，Ｇｘ及びＧｚは累積全位相が等しい大き
さだけ上昇すれば、すなわち傾斜時間tx,tyが非線型
増加し、読出し傾斜Ｇｚ中の信号の不規則サンプリン
グが行われ、急速傾斜スイッチングの問題が解決される
ことを条件としてステップ状方形波傾斜となる。

(c)ライン走査法。

(d)非線型サンプリングの利点を有する変調傾斜を使っ
たヒンショー(Hinshaw)のマルチ検出点方法。この関連
については英国特許第1,584,949号を参照のこと。

エコー平面像形成法はいくつかの態様が可能である。周
期２τでコサイン変調を行うある態様を第２図を参照し
て説明する。

これは２次元形式のものであって、まず第２図(e)に示
すようにＲＦパルスをまず焦中的に選択的に照射してス
ピンのスライス部を選択する。第２図(a)に示すような
磁場傾斜Ｇｚ（Ｇｚ時間の立上がり、降下および反転時
間は特に高速である必要はないので台形として示す）内
で選択的励起を行なった後に読出し、傾斜Ｇｙはゼロか
らスイッチオンされ徐々に増加し、コサイン変調される
前に最大値となる。

第２図(b)にＧｙの波形を示す。拡大磁場傾斜Ｇｘも同
様に増加され次に第２図(c)に示すように｜cosω_ｇｔ｜
に従って変調される。開始条件を確立するには、別の波
形を使ってもよい。実際、Ｇｘ傾斜が正のときのＧｙ傾
斜が正又は負、Ｇｘ傾斜が負のときのＧｙ傾斜が正又は
負の条件に対応して開始位置には４つの可能性がある。

予想される信号は第２図(f)に示され、この場合の非線
形サンプリングは第２図(g)に示すように｜sinω_ｇｔ｜
状に変化する。この特殊開始条件を採用するときはコサ
イン波形までに増加する間異なるサンプリングパターン
とすることが必要である。共鳴時に実験を行わない場
合、基準フレームではスピン形は変化しないので共鳴オ
フセット磁場ΔＢは不要である。

共鳴時には受信信号は位相矩像に検出されるが、Ｓ／Ｎ
比が となるという利点を有するので価値がある。この信号
は、位相矩像にてすなわちアナログ／デジタル変換器を
使って磁気のＸ成分およびＹ成分を同時に記録する回転
フレームに記憶される。

非共鳴時に実験を行ないたい場合、オフセット磁場ΔＢ
も第２図(d)に示すように｜coω_ｇｔ｜変調により時間
変調する。この変調を行なうには附加コイルとコイル用
のドライブ回路が必要であり、このドライブ回路は第２
図(d)に示すような電流をコイルに供給する。

適当に変調された傾斜と組合わせできる非線型変換器を
使って正しい選択プロフィールを発生するようＲＦパル
ス形状を計算すれば台形選択傾斜（選択傾斜をスイッチ
オフする際にその不規則性は最大効果を有する。）は省
略できる。これとは別にＲＦパルスは線型に発生して、
非線型に印加し（パルスの不連続性は時間と共に変わ
る）し、所望のように傾斜を変調してもよい。又共鳴オ
フセットΔＢは、選択傾斜と共に変化させなければなら
ないが、共鳴時の作動はこの問題を解決する。

スピン−格子緩和時間Ｔ１、スピン−スピン緩和時間Ｔ
２、拡散、化学的シフト等は非線型サンプリング時に変
化するが、これらを特徴とするスピン緩和法と同様な線
型法は、非線型化される。

第２図を参照した説明したコサイン変調実験では、読出
傾斜Ｇｙは、信号を繰返して再形成するよう繰返して反
転され、スピン分布の不連続性を重ね合わせる。傾斜Ｇ
ｙの正の半サイクルでは、サンプルからの受信信号から
得られるフーリエ変換は、一方向へのライン上に沿うサ
ンプルの投射プロフィールに対応する。しかしながら、
Ｇｙ傾斜の負の半サイクルで傾斜が反転するときの同一
ライン上の逆方向への投射プロフィルは、前のプロフィ
ールの鏡像となる。

使用可能な出力を得るには、傾斜の負の半サイクルで得
られる信号を無視する。又は、Ｇｙ傾斜の正及び負それ
ぞれで得られる信号を別々にフーリエ変換し、負の半サ
イクルで得られる信号の周波数データを別に再処理す
る。次に周波数データの両方の組を互いに加算して一つ
の複合像を形成する。このように正負信号の双方を利用
すれば、最終像のＳ／Ｎ比は 向上する。上記方法は“シングルショットのコサイン
法”と呼ぶことができる。

変調が時間軸に対し対称のコサイン状又は他の波形で行
なわれる場合、上記のような再処理が必要である。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、サンプルのスライス部で核磁気共鳴を選択的
に励起させる手段と、 第１（Ｇｙ）及び第２（Ｇｘ）の方向にそれぞれ対応す
る第１傾斜（その方向は周期的に反転する）及び第２傾
斜の磁場をサンプルのスライス部に加える手段と、 第１傾斜の方向が周期的に反転する第１と第２の期間に
磁場を加えることによって、反転の結果生じる自由誘導
減衰信号を検出し処理する手段と、 磁場が加えられている間、自由誘導減衰信号を検出し、
第１傾斜が一方向にある時の信号群を得る手段とを有す
る核磁気共鳴サンプル検査装置を提供する。

また本発明は、サンプルのスライス部で核磁気共鳴を選
択的に励起させる手段と、 第１（Ｇｙ）及び第２（Ｇｘ）の方向にそれぞれ対応す
る第１傾斜（その方向は周期的に反転する）及び第２傾
斜の磁場をサンプルのスライス部に加える手段と、 第１傾斜の方向が２つのうちの１つの方向にある間だけ
第２傾斜磁場（Ｇｘ）を加えることによって、反転の結
果生じる自由誘導減衰信号を検出し処理する手段と、 自由誘導減衰信号を検出して、第１及び第２傾斜の双方
を加えている期間に生じる第１信号群と、第１傾斜だけ
を加えている期間に生じる第２信号群を編集する手段
と、 上記第１信号群を処理して単一フーリエ変換によってデ
ータを得る手段、 上記第２信号群を処理してダブルフーリエ変換によって
データを得る手段と、 を有する核磁気共鳴サンプル検査装置を提供する。

さらに本発明は、 サンプルのスライス部で核磁気共鳴を選択的に励起させ
る手段と、 第１（Ｇｙ）及び第２（Ｇｘ）の方向にそれぞれ対応す
る第１傾斜（その方向は周期的に反転する）及び第２傾
斜の磁場を検体のスライス部に加える手段と、 第１傾斜（Ｇｙ）をその方向が反転する前に一時的に除
去し、第２傾斜（Ｇｘ）は第１傾斜が加えられている期
間は１つの方向を持ち、少なくとも第１傾斜が除去され
ている期間には第２傾斜（Ｇｘ）は反対の方向を持つよ
うにすることによって、自由誘導減衰信号を検出し処理
する手段と、 第２傾斜の大きさを制御し、第１傾斜が所定方向になる
期間の開始時における第２傾斜の時間積分値が、第１傾
斜が所定方向を持つ先の期間の終了時における第２傾斜
の時間積分値に実質的に等しくなるようにする手段と、 上記第１傾斜が所定方向を有する間に生じる自由誘導体
減衰信号を検出し処理する手段と、 を有する核磁気共鳴サンプル検査装置を提供する。

［実施例］ 本発明の第１の実施態様によれば、第２図に示した上記
従来例は次のように改良される。

まず第１の実験は第２図(b)の実線で示すようなコサイ
ン変調傾斜＋Ｇｙの前にＲＦ９０゜選択パルスを使って
行われる。Ｇｙ傾斜の変調の期間が４τまで増加すれ
ば、解像度が改善される。若干の減衰の後に第２のＲＦ
９０゜選択パルスによって第２方法を開始し、その次に
Ｙ方向の傾斜を元のＧｙ傾斜と逆位相にする。これは第
２図(b)に示す通りである。

２つの方法を別にした目的は、核磁気信号のレスポンス
を編集して、又のＧｙ傾斜中に第１エコー連を発生し、
負のＧｙ傾斜中に第２エコー連が発生できるようにする
ためである。こうして編集されたＦＩＤ信号は、次にフ
ーリエ変換されて、正および負の傾斜から歪みのない像
が形成される。

次にこれら像は再処理されて、足し合わされてＳ／Ｎ比
を改善した一つの複合像となる。上記２つの方法を足し
合わせた方法は“ダブルショット”法と呼ぶことがで
き、９０゜でない選択パルスを使って行うことができ、
磁気オフセットΔＢのない共鳴時または非共鳴時いずれ
でも実行できる。

第２図に説明したようなコサイン変調のかわりに全磁気
変調が０から始まり全体でサイン波形を有する２τ周期
のサイン状磁場傾斜変調をすることできる。この方法を
第３図に示す。まず低い値の磁場傾斜Ｇｚ中で最初にＲ
Ｆパルス（第３図（ｅ）を印加し、次にこれを反転（第
３図（ａ））する。

次に拡大傾斜Ｇｙを第３図(c)に示すように、Ｇｘ＝ｃ
｜sinω_ｇｔ｜状に印加し、サイン変調（第３図(b)）と
して読出傾斜Ｇｙを印加する。場合によっては、共鳴オ
フセット磁場Ｂ（第３図(d)）も印加してよい。得られ
る核磁気信号を第３図(f)に示す。全ての傾斜及び磁場
変調はゼロ値から始まるので、すべての変調をｔ＝０で
開始することは容易である。第３図(g)で示す非線型サ
ンプリングは、コサイン関数で予想されるように変化す
る。第３図(b)に示すような傾斜変調による補足方法も
実施しなければならない。

第３図に示すようなサイン変調方法の場合、Ｇｙ傾斜の
変調は、時間に対して対称でなく、エコー信号の発生中
Ｇｙ傾斜は方向を変えられる。このような配置で正のＧ
ｙ傾斜下で得られるサンプリングデータのみでは歪のな
い像を与えない。更にＧｙ傾斜の正の半サイクル及び負
の半サイクルからのデータをサンプリングし、これらを
再処理しても正しい像を得ることはない。このかわり、
満足できる像を得るには、一回の方法でＧｙ傾斜の正の
半サイクルでデータをサンプリングし、第３図(b)の点
線で示すように反転した磁場傾斜位相で上記方法を繰り
返す。

第２方法では、第１方法でＧｙ傾斜が負であった時に対
応してサンプリングされるのはＧｙ傾斜の正の半サイク
ルである。これらの２つの時間信号を結合して全体とし
て正で変わる一つの時間エコーシーケンスを形成する。
このデータをフーリエ変換すれば、正しい像ができる。
しかしながらこの像の形成には１つでなくて２つの方法
が必要である。運動が非同期性の移動物体、例えば心臓
の運動又は他の随意運動では正の位相と負の位相のサイ
ン変調された信号の間の遅延は許容できない。従って、
両者が遅れないように２つの方法を実施することが好ま
しい。

しかしながら第２方法で所定スライス部中に若干の磁化
が残るように第１選択パルスを９０゜パルスではなくて
小角度章動にするのがよい。４５゜の章動角度を使用す
ることもできるが、この場合、第２選択位相は９０゜の
章動角度を有することもできる。一般にスピン磁化をみ
るｎに対し、章動角度θ１，θ２，…，θｎを使用で
き、９０゜の章動パルスから得られる信号から の率だけ低減した等しい信号を与えるよう各パルスを最
適化できる。

Ｙ又はＺ方向にも磁場傾斜Ｇｙ又はＧｚがない場合の２
つの方法の間にＸ方向に小さな磁場傾斜を与えると、減
衰信号を混合するので、第２方法に生じるスピンエコー
変化を抑制できる。

周期４τのコサイン変調を使う際２つの連続法を実施す
るのを避ける場合、本発明の第２の実施態様により第４
図に示す改良方法を実行できる。磁気傾斜Ｇｚの存在下
で第４図(d)に示すような選択ＲＦパルスを印加してあ
らかじめスライス部を選択する。この選択の後に第２図
(b)の波形と同様な周期４τのコサイン磁場傾斜Ｇｙを
第４図(b)に示すように印加する。しかしながら、Ｘ方
向に印加される拡大傾斜は、第４図(c)に示すようにＧ
ｙ傾斜の両半サイクルでのみ得られ、Ｇｙ傾斜の負の半
サイクルの間は、拡大傾斜せＧｘは全く得られない。Ｇ
ｙとＧｘの双方が存在するときの半サイクルで得られる
信号はエコー平面信号で、これらは第２図に示すように
フーリエ変換できる。

さらにＧｙ傾斜がない間には各磁気信号が得られること
が判っている。これら信号は場合によっては無視できる
が、所定スライス部中の核スピン共鳴に関する情報を含
んでいるので、利用することもできる。これらの各々の
信号はＦＩＤ信号であり、非線型にサンプリングされ、
Ｆ（ｔｍ，ｔｎ）状となっている。ここでｔｍは−Ｇｙ
傾斜であるときのスピンの非等価時間変化期間であり、
ｔｎは拡大傾斜Ｇｙがあるときの連続時間中の線型累積
スピン位相である。信号Ｆ（ｔｍ・ｔｎ）を二重フーリ
エ変換すると、所定スライス部中の共鳴の２次元的スピ
ン分布が得られる。このため、１つの方法で２つの完全
な像すなわちエコー平面像と、改良２次元フーリエ変換
像とを得ることができる。

第４図に示した方法は、図示するような共鳴時又は磁場
オフセットΔＢ（ｔ）を使った非オフセット時のいずれ
でも実施できる。しかしながら非共鳴時の方法は、静磁
場オフセットの大きさを正しくセッティングしなければ
ならず、このためＸ方向に磁場Ｇｘがない時のスピン変
化サイクルの数が正しくなる。

第４図に本発明の第２の実施態様を示す（第４図はクレ
ーム１０に対応する）。

第４図に示す方法では、エコーデータの収集を２度もす
る。この分長くなった時間は、上記のようにこの間の附
加フーリエ変換データを集めることができるのでムダに
なるわけではない。しかしながら、時間Ｔ２中に生じる
スピン−スピン相互作用による損失のためにデータ収集
時間が倍になって実際的でない。別の方法として、磁場
傾斜Ｇｙに対して異なる負の波形を使用し、スピンエコ
ー再合焦する方法がある。

例えば、サイン曲線の半分の位置における負の磁場傾斜
の立上がり下の全エリアは、正のサイン曲線の半分の場
合と同じであることを条件にして等しく効果的である。
δ関数状の立上がりの限界下では全実施時間は、約２分
の１減少する。

本発明に係るダブルショットコサイン又はサイン変調に
よる核磁気共鳴検体装置の利点は、同一変調期間の単一
ショットのコサイン変調法と比べて傾斜は同じ方法に２
倍長いので傾斜スイッチングによる切頭効果が低下する
ことにある。この切頭効果によって発生するポイントス
プレッドシンク関数は、連続スティック状のスペクトラ
ムが生じる位置でゼロに低下する。このことは、第５図
(b)に示してあるが、これはＧｙの変調期間が２に等し
い場合のダブルショットサイン法のスプレッド関数を示
す。従って、スティック状のスペクトラムを拡大する
と、像の一つの軸に沿う解像度がかなり改善された。こ
の解像度は、第２図の単一ショットコサイン法のものと
比較すべきで、この場合、同一変調期間の単一ショット
コサイン法と対してポイントスプレッドシンク関数が第
５図(a)に示されている。スンクのゼロ交差は、スティ
ックテペクトラム間隔の２倍生じるので、隣接像ライン
間の点解像度がかなり劣化する。しかしながら、対応サ
イン法の周波数の２倍で実施されるダブルショットコサ
イン法でも同じ解像度が得られる。

サイン又はコサイン変調をする利点は、磁気傾斜をサン
プルに印加するコイル装置を同調共振回路の一部にでき
ることにある。これによって、コイルを通る電流は、発
電機によって供給される電流よりもＱだけ大きくなる。
このＱは同調回路のＱであり、Ｑ＝ωＬ／ｒで表され
る。ここでωは共鳴角周波数であり、Ｌは回路のインダ
クタンス、ｒは直列抵抗である。共振回路を使ってもコ
イルを通過する電流のスイッチングをゼロ電流に行うこ
とができる。

第６図に適当な回路を示す。この回路は、ＤＣ結合のオ
ーディオ周波数アンプＡから成り、この出力にはコンデ
ンサＣが接続してあり、この両端にインダクタンスＬの
傾斜コイルとスイッチＳが接続されている。スイッチＳ
は機械的なもの、半導体又は他の電子スイッチにするこ
とができる。

まずコンデンサＣは、アンプＡにより充電され、スイッ
チＳが閉じられると、コンデンサは放電してＩ＝ＱＩｄ
（ここでＩｄはアンプＡからのドライブ電流）で示され
る大きさのコイルＬを通過するサイン状の電流を発生す
る。コイルＬを通過する電流が０となった時にスイッチ
Ｓを切ると、コンデンサＣの両端の電圧は最大となり、
その時スイッチＳを閉じると、スイッチを開けるまでに
互いに異なる方向に半サイクルの磁場が生ずる。

最大値から開始するためにコサイン状の電流波形が必要
となる場合もある。実際の装置ではこれを行うには困難
であるが、第７図に示すスイッチングシーケンスを利用
すれば同一効果が得られる。第７図(a)に傾斜コイルを
通過する電流を示す。このサイン波形は０′で始まり、
その前に１／４のサイン電流波が先行するので全電流パ
ルスは半サイン波となるがこれは容易に発生できる。必
要なコサイン状の効果をえるために半サイン波は、サイ
ン変調前に半サイン波状の逆極性の予パルスに先行され
る。この予パルスの時間積分は、最初のパルスの半分で
あり、これによって原点０′でのＧｙの純スピン位相累
積はゼロとなる。スイッチＳを閉じるトリガー時間を第
７図(b)に示し、コンデンサＣの両端の電圧Ｖｃを第７
図(c)に示す。

このようにコサイン波にて開始するため予パルスを使う
と、第２図及び第４図で述べたような利用が得られるが
それについては、第１１図で説明する。

これらから明らかなようにこれら図はＧｙ及びＧｘの双
方のコサイン変調を開始するため増加させる場合に示
す。小さな拡大傾斜Ｇｘでこのようにスタートすること
は困難なことではないが、例えばＹ方向に印加されるよ
うな大きな傾斜で増加し始めることは実際上困難であ
る。このような場合、予パルス法は有益である。

第６図に示す回路図は、第８図に示すラインに沿って拡
げることができる。インダクタンスＬで示す傾斜コイル
はそれぞれコンデンサＣ１及びＣ２を充電する２つのア
ンプＡ１及びＡ２によって駆動される。これらコンデン
サはインダクタンスＬ、２つの双方向性スイッチＳ１，
Ｓ２のうちの一つ又は他方を通して放電されるようにス
イッチングされる。通常２つのコンデンサＣ１およびＣ
２は、同じ容量にすると、Ｃ１とＣ，Ｃ２とＣによって
形成される共振回路は同一共振周波数及び同一Ｑ値とな
る。第９図(g)に示すようなインダクタンスＬを通る電
流波形を発生するため、アンプＡ１およびＡ２に流す各
々のドライブ電流Ｄ１，Ｄ２をそれぞれ第９図(a)およ
び第９図(b)に示すようにする。スイッチＳ１及びＳ２
を閉じるスイッチングパターンは第９図(c)及び第９図
(d)に示してあるが、双方のスイッチを同時に閉じる時
はない。コンデンサＣ１及びＣ２上の電圧Ｖ_c1及びＶ_c2
は、第９図(e)及び第９図(f)に示す。

傾斜コイル電流波形Ｉは、一連の半サイン波形から生じ
るが、実際はコサイン状の対称形となっており、上記の
傾斜予パルスを回避するものである。「ダブルバウン
ス」のコサイン波を利用する欠点は、ゼロクロス点およ
び波形先端の双方でスイッチングの欠陥が生じることに
ある。エコー最大時に波形の先端が生じるが、このとき
の傾斜Ｇｙはゼロとなるのでスピン旋回は比較的ゆっく
りとなる。従って、サンプリング点を欠陥点の各側へ移
動して、先端で平均値を計算する簡便な補間法によって
信号内の先端の結果を編集してなくすことができる。

傾斜をサイン状またはコサイン状に変化する大きな利点
は、サンプル、例えば患者の検体を検診する際に検体内
でのスイッチング過度現象が少なくなるので、危険が少
なくなることである。

サンプリング時間、従ってエコー平面像像内の信号対ノ
イズ比は、パラメータＴ２を特徴とするスピン−スピン
緩和であり、これはスピン−エコー回復を行う。ピクセ
ル(pixel)解像度、従って像のマトリックスサイズの実
際上の制限は、妥当に発生できる磁場傾斜Ｇｙの最大値
である。

個々の方法をスピン−スピン緩和によって比較的影響を
受けない短時間のうちに行なう一連の磁化法に単一ショ
ット法を分割する方法について述べる。この方法は、核
情報の非線形サンプリングを利用する。

一般にエコー平面法ではＧｙ＝λＧｘ（ここでλは整
数）は２マトリックスサイズであり、空間分解能Δｘは
Δｘ＝ｔπ／２λτγＧｘで表されるので、所定空間分
解能Δx1より長い時間τの場Ｇｙを減少することができ
る。しかしながらマトリックスサイズλとＴ２が一定値
の場合τを大きくすることは制限される。実験を小さい
部分に分割すると、この問題は解決される。

第１０図を参照してシーケンスについて述べる。まず負
の磁場傾斜Ｇｚの前にＺ方向への磁場傾斜Ｇｙの存在下
で選択的ＲＦパルスを印加した状態で個々の測定を行
う。このＧｚ傾斜の波形を第１０図(a)に示し、第１０
図(d)にＲＦパルスを示す。

ＲＦパルスは９０゜パルスでもよく、又はその他の章動
角０を有していてもよい。一般Ｒα（θ）形状（ここで
添字αは回転基準フレームのＲＦキャリア位相の主軸を
示す）となる。最初のＧｚ傾斜にコンプリメンタリーな
磁場傾斜Ｇｚ下の波形Ｒ−α（θ）の相補的選択ＲＦパ
ルスによってサイクルが終了する。パルスＲα（θ）と
Ｒ−α（θ）の対は、Ｚスピン分極軸に沿って横方向磁
化を戻す効果のある共役なパルス対を構成する。この方
法は、改良された駆動平衡フーリエ変換（ＤＥＦＴ）法
のように短時間に繰返される。

サイクル中位相最大傾斜ＧｘをまずＸ方向に印加する
が、この時間積分は値Ａｎとなる。この位相最大傾斜
は、測定中にスピンが生じ、Ｔ２により効果のない、す
なわち先にエコー平面傾斜変調が開始した配列にスピン
を固定する。

次に第１０図(b)に配置したように正と負の傾斜を交互
にＹ方向へ磁場傾斜Ｇｙを印加する。各半サイクルは２
τの時間を有する。図示するような全サイクルを実施し
た後のＧｙ傾斜の印加の純効果はゼロである。読出傾斜
Ｇｙをかける間、Ｘ方向の拡大傾斜Ｇｘも第１０図(c)
に示すようにこれと同期して印加される。Ｇｚ傾斜も半
サイクルのシーケンスからなり、測定中の最初の半サイ
クルは正で、次の半サイクルは負である。Ｇｙ傾斜の印
加の全サイクルがが完了すると、時間積分Ａｎの負の傾
斜Ｇｘが印加される。これによってスピンに再合焦さ
れ、ＲＦパルスの共役対の第２パルスによって測定は終
了するが、このパルスはコンプリメンタリーなＧｚ傾斜
下で印加され、ほとんどＺ軸に沿ってスピンを戻す。

適当な待機時間の後に、上記測定方法を繰返し、収集デ
ータの連続法を実施する。所定方法でのＡｎの値は次の
ように得られる。

Ａｎ＝ｎΔＡ ここで図示するようにΔＡ＝４Δ_０であるがｍのサブサ
イクルを含むことができる。ΔＡ＝４ｍＡ_０で、ｍは整
数１，２，３等でＡ０は、半分の値０，１，２，等の時
間積分であり、異なる部分の時間区分を調べるよう測定
ごとにステップ状に増加する。

上記測定シーケンスは、静磁場傾斜に対する磁気オフセ
ットがない状態下で実施するものとして述べた。非共鳴
での測定シーケンスを実施したい場合、磁気オフセット
が必要であるが、このオフセットはＧｘ傾斜と同期して
変化する。磁気オフセット予パルスの値は、連続する測
定ごとに異なるが、一般に値Ｂｎを有する。

ここでＢｎ＝ｎΔＢ、ΔＢ＝４ｍＢ_０であり、 Ｂ_０は磁気オフセットの項による半サイクル中の信号変
化で、図示するようにｍ＝１である。

読出傾斜Ｇｙと拡大傾斜Ｇｘの時間変化の波形は、第１
０図に示すように三角波状になっているが、第１０図に
基づいて説明した装置はこのような三角波に限定される
ものでなく、半サイクル又は台形変調も可能で、その他
発生しやすい繰返し波形であればよい。更に傾斜スイッ
チングに適した装置を使用できる。

第１１図に本発明の第３の実施態様を示す（第１１図は
クレーム１１に対応する）。

以下エコー平面像形成の改良点について第１１図を参照
して説明する。この方法はコサイン変調を使った単一シ
ョット法であり、サイン変調を使ったダブルショット法
と同じ空間分解能を有する。

第１１図(a)に示すＺ方向の磁場傾斜Ｇｚ下で第１１図
(e)に示す選択ＲＦパルスを印加する前に既述のように
スライス部又は平面の選択を行う。傾斜Ｇｚは台形変調
であり、合焦磁化をするための時間積分の半分の反転傾
斜Ｇｚが後に続く。読出傾斜Ｇｙはまず増加し次に４τ
の各半サイクルの期間コサイン変調される。しかしなが
らこの各半サイクルの間で小さな時間のギャップΔτが
あり、この間は傾斜Ｇｙは全く印加されない。

第１１図(b)に傾斜Ｇｙの波形を示す。Ｇｙ傾斜に同期
してＸ方向に拡大傾斜Ｇｘを印加すると、Ｇｙ傾斜の正
及び負の単位に対し同一方向（第１図(c)では正）とな
る。

しかしながら時間ギャップΔτの間にＧｙ傾斜がゼロと
なると、第１パルスの後の時間積分が正の方向の直前の
磁場傾斜Ｇｘの時間積分（第１１図(c)のハッチ部分）
に等しくなるような大きさの半サインパルスはスパイク
パルスとして拡大傾斜Ｇｘを逆方向へ印加する。このよ
うな時間積分値の等化効果により、スパイクパルス終了
時のＸ方向へのスピン位相変化がキャンセルされる。

次の時間４τの変調の半サイクルでは読出傾斜Ｇｙは負
方向になるが、この間Ｘ方向のスピンの位相は新しく変
わる。この半サイクルの終わりに先のスパイクに等しい
時間積分の一Ｘ方向のもう一つの反転スパイクの磁化が
生じる。

従って第２スパイクの終了時に位相変化の半分しかキャ
ンセルできないので、スピンの負の回転が一Ｙ方向に生
じない場合発生する状態に等しい状態でＸ方向のスピン
位相を発生する。

すなわち、正の傾斜Ｇｙの印加時に発生するエコーをも
サンプリングすると、正しく処理された単一ショットの
信号となり、この信号はフーリエ変換するとサイン解像
度に等しい無歪の像を与える。

第１１図(f)に得られるＦＩＤ信号とエコーを示す。こ
れら信号は、先に述べたように非線型にサンプリングさ
れる。

第１１図に示した方法の改良案として、一Ｘ方向に印加
する拡大傾斜ＧｘのスパイクはＧｘの最初のコサイン変
調の時間積分の２倍の時間積分を有するが、これらスパ
イクは異なる時間ギャップ内でしか印加されない。第１
１図(d)にこれを示す。時間ギャップΔτの幅をできる
だけ短くし、全測定時間を短くすることが好ましい。

上記方法は、サンプル内の核磁気共鳴スピン密度の像又
は他の表示を得るものとして説明したが、本発明に係る
方法は、サンプルを検査する他の方法、例えば選択され
たＮＭＲ量の空間分布を得る方法、ＮＭＲスピン緩和時
間又は化学的シフトを得る方法にも適用できる。

また本発明ではサンプルスライス部を検査するものとし
て説明したがこれらの装置は一定容量のサンプル、隣接
する複数のスライス部を同時に検査する場合にも適用で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は磁場傾斜を方形波およびサイン波状に変調する
サンプリング技術を示す図、第２図はコサイン変調およ
び非線型サンプリングを用いた実験を示す図、第３図は
サイン変調および非線型サンプリングを用いた実験を示
す図、第４図はコサイン変調および非線型サンプリング
を用いた実験を示す図、第５図は等期間中のコサインお
よびサインの実験に対するポイントスプレッドシンク関
数を示す図、第６図は磁場傾斜コイルをドライブするた
めの適当な回路を示す図、第７図は第６図の回路により
実施されるスイッチングシーケンスを示す図、第８図は
第６図に示す回路と同様な動作をする他の回路図、第９
図は第８図に示す回路に適用されるスイッチングシーケ
ンスを示す図、第１０図は長いエリアを検査できる方法
を示す図、第１１図はコサイン変調による他の実験を示
す図である。 Ａ、Ａ１，Ａ２……アンプ Ｃ，Ｃ１，Ｃ２……コンデンサ Ｌ，Ｓ１，Ｓ２……スイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ピ−タ−・マンスフイ−ルド 英国ノツテインガムシヤイア・ノツテイン ガム・ビ−ストン・デブンシヤイア・アベ ニユ−15 (72)発明者 ロジヤ−・ジヨン・オ−デイジ 英国ノツテインガムシヤイア・ノツテイン ガム・ステイプルフオ−ド・ブランプト ン・ドライブ36 (56)参考文献 特開 昭53−81288（ＪＰ，Ａ)

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】サンプルのスライス部で核磁気共鳴を選択
   的に励起させる手段と、 第１（Ｇｙ）及び第２（Ｇｘ）の方向にそれぞれ対応す
   る第１傾斜（その方向は周期的に反転する）及び第２傾
   斜の磁場をサンプルのスライス部に加える手段と、 第１傾斜の方向が周期的に反転する第１と第２の期間に
   磁場を加えることによつて、反転の結果生じる自由誘導
   減衰信号を検出し処理する手段と、 磁場が加えられている間、自由誘導減衰信号を検出し、
   第１傾斜が一方向にある時の信号群を得る手段と、 を有することを特徴とする各磁気共鳴サンプル検査装
   置。
2. 【請求項２】自由誘導減衰信号を検出し、第１傾斜が第
   １方向であつた時生じた第１の信号群と上記第１傾斜が
   逆方向であつた時生じた第２の信号群を得、これら２つ
   の信号群を処理し、その結果得られたデータを再処理し
   て加えることを特徴とする請求項１記載の核磁気共鳴サ
   ンプル検査装置。
3. 【請求項３】第２傾斜の方向を反転しないで、第２傾斜
   を第１傾斜に同期させて変調することを特徴とする請求
   項１または請求項２記載の核磁気共鳴サンプル検査装
   置。
4. 【請求項４】第１傾斜を時間軸原点に対して対称に変調
   することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか
   に記載の核磁気共鳴サンプル検査装置。
5. 【請求項５】第１傾斜をコサイン状に変調することを特
   徴とする請求項４記載の核磁気共鳴サンプル検査装置。
6. 【請求項６】第１傾斜を時間軸原点に対して非対称に変
   調することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれ
   かに記載の核磁気共鳴サンプル検査装置。
7. 【請求項７】第１傾斜をサイン状に変調することを特徴
   とする請求項６記載の核磁気共鳴サンプル検査装置。
8. 【請求項８】傾斜磁場に同期して変調されたオフセツト
   傾斜磁場を印加することを特徴とする請求項１から請求
   項７のいずれかに記載の核磁気共鳴サンプル検査装置。
9. 【請求項９】磁場傾斜の時間積分値が連続サンプリング
   の間の各積分値とほぼ同じになるような間隔でサンプリ
   ングを行うことにより、自由誘導減衰信号を検出するこ
   とを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載
   の核磁気共鳴サンプル検査装置。
10. 【請求項１０】サンプルのスライス部で核磁気共鳴を選
    択的に励起させる手段と、 第１（Ｇｙ）及び第２（Ｇｘ）の方向にそれぞれ対応す
    る第１傾斜（その方向は周期的に反転する）及び第２傾
    斜の磁場をサンプルのスライス部に加える手段と、 第１傾斜の方向が２つのうちの１つの方向にある間だけ
    第２傾斜磁場（Ｇｘ）を加えることによつて、反転の結
    果生じる自由誘導減衰信号を検出し処理する手段と、 自由誘導減衰信号を検出して、第１及び第２傾斜の双方
    を加えている期間に生じる第１信号群と、第１傾斜だけ
    を加えている期間に生じる第２信号群を編集する手段
    と、 上記第１信号群を処理して単一フーリエ変換によつてデ
    ータを得る手段、 上記第２信号群を処理してダブルフーリエ変換によつて
    データを得る手段と、 を有することを特徴とする核磁気共鳴サンプル検査装
    置。
11. 【請求項１１】サンプルのスライス部で核磁気共鳴を選
    択的に励起させる手段と、 第１（Ｇｙ）及び第２（Ｇｘ）の方向にそれぞれ対応す
    る第１傾斜（その方向は周期的に反転する）及び第２傾
    斜の磁場をサンプルのスライス部に加える手段と、 第１傾斜（Ｇｙ）をその方向が反転する前に一時的に除
    去し、第２傾斜（Ｇｘ）は第１傾斜が加えられている期
    間は１つの方向を持ち、少なくとも第１傾斜が除去され
    ている期間には第２傾斜（Ｇｘ）は反対の方向を持つよ
    うにすることによつて、自由誘導減衰信号を検出し処理
    する手段と、 第２傾斜の大きさを制御し、第１傾斜が所定方向になる
    期間の開始時における第２傾斜の時間積分値が、第１傾
    斜が所定方向を持つ先の期間の終了時における第２傾斜
    の時間積分値に実質的に等しくなるようにする手段と、 上記第１傾斜が所定方向を有する間に生じる自由誘導減
    衰信号を検出し処理する手段と、 を有することを特徴とする核磁気共鳴サンプル検査装
    置。