JP3369688B2

JP3369688B2 - 核磁気共鳴を用いた検査装置

Info

Publication number: JP3369688B2
Application number: JP33087893A
Authority: JP
Inventors: 良孝尾藤; 智嗣平田; 貴之鍋島; 悦治山本
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1993-12-27
Filing date: 1993-12-27
Publication date: 2003-01-20
Anticipated expiration: 2018-01-20
Also published as: US5572124A; JPH07184875A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、拡散係数の分布、また
は拡散による信号減衰を強調した信号強度の分布を測定
する核磁気共鳴を用いた検査装置に関し、特に拡散スペ
クトロスコピックイメージングとよばれる、測定対象に
含まれる物質を分子種ごとに分離し、それぞれの拡散係
数の分布、または拡散による信号減衰を強調した分布を
取得するための検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】核磁気共鳴装置において、対象物体の拡
散係数または生体の組織灌流による擬似拡散係数を測定
する方法が種々提案されている。現在広く使用されてい
る方法は、Stejskal-Tannerのパルスシーケンス（E.O.
Stejskal and J.E. Tanner、The Journal of Chemical
Physics、４２号、２８８頁、１９６５年発行）を基礎
としたものである。この方法は拡散係数などを測定する
ために、高周波磁場により核スピンを励起してから、互
いに補償する二つ以上の傾斜磁場を印加することによ
り、信号を取得するものである。ここで「互いに補償す
る」という意味は、もし分子が移動していなければ核ス
ピンの位相を回転させる影響を相殺するということであ
る。つまり、拡散があると位相回転の影響を完全に相殺
することはできず、傾斜磁場の印加強度・時間に応じた
割合で信号強度が減衰する。そこで傾斜磁場の印加強度
および時間を変化させて複数回の計測を行い、その信号
強度の減衰率から拡散係数を求めることが可能となる。
この拡散係数を測定するために印加する傾斜磁場はＭＰ
Ｇ（Motion Probing Gradient：拡散感受傾斜磁場）と
呼ばれている。また、傾斜磁場が信号強度の減衰率に与
える影響を数値化したものは、b-factor（傾斜磁場因
子）と呼ばれている。この方法を拡張して、拡散係数を
画像化する方法が D. LeBihanらによってRadiology
誌、１６１号、４０１頁、１９８６年発行に報告されて
いる。この方法は、画像化するために印加する傾斜磁場
とＭＰＧとを組み合わせて、ＭＰＧの印加強度を変化さ
せた画像を複数枚撮影し、各画像の対応するピクセルで
の信号強度の減衰量から、そのピクセルでの拡散係数を
計算するものである。

【０００３】また、別の拡張として、生体に含まれる分
子種ごとの拡散係数、例えばそれぞれ分子で形成される
水や油毎の拡散係数を測定する方法（拡散スペクトロス
コピー）が、 C.T.W. MoonenらによってMagnetic Reso
nance in Medicine誌、１３号、４６７頁、１９９０年
発行に報告されている。この方法は、分子種ごとにわず
かに異なる核磁気共鳴周波数の違い（化学シフト）を利
用して各分子種を分離し、ＭＰＧの印加強度を変化させ
て複数回測定を行い、各分子種の信号強度の減衰量か
ら、その分子種の拡散係数を計算するものである。生体
に含まれる分子種ごとの拡散係数の分布を測定する方法
（拡散スペクトロスコピックイメージング）に関して、
最も近い公知例は、第１２回Society of Magnetic Reso
nance in Medicine大会、予稿集、６８頁、１９９３年
発行にM. Xueらによって報告されたものである。この方
法はＭＰＧの印加強度をある程度強いものに設定して、
分子種ごとの画像化（スペクトロスコピックイメージン
グ）を１回行うものである。この方法では拡散係数を計
算することはできないが、拡散が激しい箇所の信号強度
が強く減衰するような拡散強調のスペクトロスコピック
イメージが測定できる。またスペクトロスコピックイメ
ージングの方法としては、現在広く使用されている3D-C
SI（Chemical Shift Imaging）が使用されている。スペ
クトロスコピックイメージングに関して、本発明に関連
する公知例としては、例えば特開昭５９−９０５５２号
公報と特開昭６１−１３１４３号公報が挙げられる。こ
れらはスペクトロスコピックイメージングを高速に行う
方法に関する発明である。なお拡散係数の測定に関する
他の公知例としては、例えば、特開平４−１３５５３８
号公報と特開平４−３５７９３４号公報が挙げられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記従来技術において
は、測定対象に含まれる物質を分子種ごとに分離し、そ
れぞれの拡散係数の分布を測定することは困難である。
何故ならば、M.Xueの方法を単に拡張しただけでは、Ｍ
ＰＧを変化させて複数回3D-CSIの測定を繰り返さなけれ
ばならなくなる。3D-CSIでは、分布情報を取得するため
の傾斜磁場を、二方向に強度を変化させて、空間座標で
のピクセル数と同じ回数だけ印加しなければならない。
このため、例えば空間座標でのピクセル数を３２ｘ３
２、計測繰返し時間を１秒、ＭＰＧを変化させる回数を
３回とすると、５１分の計測時間が必要になる。生体を
測定対象とする場合、信号のＳＮ比（信号対雑音比）が
悪いため信号積算が必須となるため、計測時間は莫大な
ものとなってしまう。本発明の目的は、このような従来
の課題を解決し、測定対象に含まれる物質を分子種ごと
に分離し、それぞれの拡散係数の分布、または拡散によ
る信号減衰を強調した信号強度の分布を高速に計測する
ことが可能な核磁気共鳴を用いた検査装置を提供するこ
とにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の検査装置では、
ＭＰＧによる拡散係数測定方法に振動傾斜磁場を用いた
スペクトロスコピックイメージングの方法を付加する。
振動傾斜磁場（図２の２１，２２）を用いたスペクトロ
スコピックイメージングの方法を、ＭＰＧ強度（２１，
２２の高さに比例）や印加時間（２１，２２の幅に比
例）などを変更するなどして、複数回繰り返し、測定対
象に含まれる物質を分子種ごとに分離し、それぞれの拡
散係数の分布を測定する。また、他の方法としては、Ｍ
ＰＧ（２１，２２）をある強度で印加して計測を行い、
拡散が激しい箇所の信号強度が強く減衰するような拡散
強調の分布を測定する。振動傾斜磁場（図２の１９）の
印加により、測定対象に含まれる物質の化学シフト情報
と分布情報の取得を同時に行う。化学シフト情報と分布
情報の取得方法としては次のようなものがある。（１）振動傾斜磁場（図２の１９）を第一の方向（リー
ドアウト傾斜磁場）に印加して化学シフト情報と第一の
方向の分布情報とを同時に取得する。これに先立ち、第
一の方向と異なる第二の方向（エンコード傾斜磁場）に
ついて位相エンコード傾斜磁場（２０）を印加する。こ
の位相エンコード傾斜磁場（２０）の印加強度（高さに
比例）または波形（矩形波、三角波、正弦波等）を変更
して繰り返し計測することにより、第二の方向の分布情
報を取得する。（２）振動傾斜磁場（図５の１９）を第一の方向（リー
ドアウト傾斜磁場）に印加し、この振動傾斜磁場（１
９）の極性が反転すると同時に、第一の方向と異なる第
二の方向（エンコード傾斜磁場）に位相エンコード傾斜
磁場（２９）をパルス状に印加して、第一および第二の
２つの方向の分布情報を同時に取得する。振動傾斜磁場
（１９）の印加タイミングを変更して（反転パルス１５
を矢印方向に移動して）、同様な計測を繰り返し、化学
シフト情報を取得する。

【０００６】（３）振動する傾斜磁場（図５の１９）を
第一の方向（リードアウト傾斜磁場）に印加し、第一の
方向と異なる第二の方向（エンコード傾斜磁場）に振動
傾斜磁場（１９）の印加時間中一定値をとる位相エンコ
ード傾斜磁場（図５の２９の代りに一定の連続値を示す
磁場）を印加して、第一および第二の２方向の分布情報
を同時に取得する。振動傾斜磁場（１９）の印加タイミ
ングを変更することにより（パルス１５を矢印方向に移
動することにより）、同様な計測を繰り返し、化学シフ
ト情報を取得する。（４）まず基準となる方向を決める（例えば、横軸Ｘと
縦軸Ｙの方向）。そして、その基準方向と第一の角度
（θ₁）をなす方向を第一の方向（原点から延長された
ベクトル）とする。振動傾斜磁場（図６の２９）を第一
の方向に印加して化学シフト情報と第一の方向の分布情
報を同時に取得する。次に、第一の角度（θ₁）とは異
なる第二の角度（θ₂）をなす方向を第二の方向とし、
第二方向に振動傾斜磁場（図６の３０）を印加して化学
シフト情報と第二方向の分布情報を取得する。以降この
操作を第三、第四、…（角度θ₃，θ₄，θ₅，θ₆，θ₇
・・）と繰り返し実行して、分布情報を取得する。（５）周波数の異なる二つの振動傾斜磁場（図７の２
９，３０）を互いに異なる２方向に同時に印加して、化
学シフト情報と２方向の分布情報とを同時に取得する。
また、振動傾斜磁場（図１１の１９）の印加時間中に情
報取得のためにサンプリング（２３）が行われるが、サ
ンプリング（２３）の中心時間とエコー時間（図１１の
破線までのＴｅ／２の時間）とを異ならせ（通常は、破
線とＡＤサンプリングの中心時点とが一致する）、エコ
ー時間を中心とする非対称サンプリングをすることがで
きる。また、振動傾斜磁場の波形としては、矩形波、台
形波またはサイン波を用いることができる。また、ＭＰ
Ｇは装置の静磁場特性や傾斜磁場特性に応じて、調整す
る必要がある。そこで、本計測に先立ってＭＰＧの印加
強度、印加時間、波形の一部または全部を調整し、その
値を保存する。本計測の際、該保存値を用いて計測を実
行する。

【０００７】

【作用】本発明においては、振動傾斜磁場の印加によ
り、化学シフト情報と分布情報のうち、いくつかを同時
に取得できるため、ＭＰＧの強度などを一つ固定したと
きのスペクトロスコピックイメージングを高速に実行す
ることができる。このため、ＭＰＧの強度などを変更し
て複数回同様な計測を繰り返しても、従来技術とは異な
り、計測時間は実行困難な時間にはならない。例えば、
化学シフト情報と一方向の分布情報の取得を同時に行え
る振動傾斜磁場を印加する上記（１）の方法の場合に
は、空間座標でのピクセル数を３２ｘ３２、計測繰返し
時間を１秒、ＭＰＧを変化させる回数を３回とすると、
約１.５分の計測時間ですむ。また、２方向の分布情報
を同時に取得できる上記（２）の方法の場合には、化学
シフト方向のピクセル数を１２８、計測繰返し時間を１
秒、ＭＰＧを変化させる回数を３回とすると約３分の計
測時間ですむ。３つの情報を同時に取得できる上記
（５）の方法の場合には、さらに短い時間で計測可能と
なる。

【０００８】また、ＭＰＧの印加時間が長い場合や短い
エコー時間で計測する場合には、ＭＰＧがあるために、
エコー時間を中心とする対称サンプリングでは時間的に
計測不可能なときがある。このとき、エコー時間を中心
とする非対称なサンプリングを用いることができる。ま
た、非対称サンプリングを用いて後側にサンプリング時
間と振動傾斜磁場の印加時間を延ばすと、化学シフト分
解能や空間分解能を高めることができる。また、後のデ
ータ処理を容易にするには、振動傾斜磁場の波形として
矩形波を使用する。また傾斜磁場の立上り、立ち下がり
を緩くするときには、台形波やサイン波を使用する。こ
れは装置特性によって立ち上がり、立ち下がりが制限さ
れているときに有効である。また、ＭＰＧの印加強度、
印加時間、波形を予め調整および保存し、保存値を用い
て計測を実行することにより、計測時の調整時間を短縮
することができる。特に拡散係数を求めるために、ＭＰ
Ｇを変化させて複数回計測を繰り返す場合には、調整時
間の短縮は有効である。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は、本発明が適用される核磁気共鳴を用いた
検査装置（以下、単に検査装置という）の概略構成図で
ある。図１において、１は静磁場Ｈ₀を発生する磁石、
２は検査対象物体、３は高周波磁場の発生と対象物体２
から生じる信号の検出のためのコイル、４、５、６はそ
れぞれＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向の傾斜磁場を発生さ
せるための傾斜磁場発生コイルである。７は上記各傾斜
磁場発生コイル４、５、６に電流を供給するためのコイ
ル駆動装置である。８は計測されたデータの演算を行う
ための計算機、９は計算機８での演算結果を表示するた
めのＣＲＴディスプレイである。次に、図１に示す検査
装置の動作の概要を説明する。検査対象物体２の核スピ
ンを励振する高周波磁場Ｈ₁は、シンセサイザ１０によ
り発生させた高周波を変調装置１１で波形整形、電力増
幅し、コイル３に電流を供給することにより発生させ
る。コイル駆動装置７から電流を供給された傾斜磁場発
生コイル４、５、６は傾斜磁場を発生し、対象物体２か
らの信号を変調する。変調信号はコイル３により受信さ
れ、増幅機１２で増幅され、検波装置１３で検波された
後、計算機８に入力される。計算機８は、入力された変
調信号を演算した後、演算結果をＣＲＴディスプレイ９
に表示する。なお、計算機８は予めプログラムされたタ
イミング、強度で各装置が動作するように制御を行う。
なお、プログラムのうち、特に高周波磁場、傾斜磁場、
信号受信のタイミングや強度を記述したものは、パルス
シーケンスと呼ばれている。

【００１０】図２は、本発明の第一の実施例を示す磁場
のパルスシーケンスチャートである。スライス傾斜磁場
１６の印加とともに励起高周波磁場パルス１４を印加
し、対象物体内のあるスライス内に核磁気共鳴現象を誘
起する。励起高周波磁場パルス１４としては、典型的に
はπ／２−パルスが用いられる。核スピンの位相にエン
コード方向の位置情報を付加するためのエンコード傾斜
磁場２０を印加する。このエンコード傾斜磁場２０の強
度は、プログラムに従って変更されながら複数回測定が
繰り返される。振動リードアウト傾斜磁場１９の印加に
よって、エコーピークにずれが生じないように、一旦、
核スピン位相をディフェーズしておくための傾斜磁場１
８を所定時間印加しておく。次に、スライス傾斜磁場１
７を印加するとともに、反転高周波磁場パルス１５を印
加することにより、スライス内の磁化を反転する。反転
高周波磁場パルス１５としては、典型的にはπ−パルス
が用いられる。振動リードアウト傾斜磁場１９を印加
し、複数のエコーを生じさせる。振動リードアウト傾斜
磁場１９の印加強度Ｇ_r[T/m]は、リードアウト方向の空
間分解能Δr[m]に応じて次式（数１）で決定する。

【数１】ただし、γは磁気回転比[Hz/T]、Ｎ_rは半周期あたりの
ＡＤサンプリング点数、ΔtはＡＤサンプリング間隔[s]
である。振動リードアウト傾斜磁場の周期Ｔ[s]は、化
学シフトの観測帯域Ｌ_σ[Hz]に応じて次式（数２）で決
定する。

【数２】

【００１１】なお、振動リードアウト傾斜磁場１９の印
加強度と周期は、傾斜磁場発生装置４，５，６の立上り
特性によって制限されるため、空間分解能と化学シフト
観測帯域はある程度制限される。発生したエコーはＡＤ
サンプリング２３により、データとして格納される。ま
た、励起高周波磁場パルス１４と反転高周波磁場パルス
１５との間、および反転高周波磁場パルス１５とサンプ
リング２３との間に互いに補償する２つのＭＰＧ２１、
２２を印加する。この２つのＭＰＧを強度の時間積分が
等しくなるように調整する。このとき、もし拡散運動が
なければ核スピンの位相は完全にリフェーズされ、信号
強度は減衰しない。しかし、拡散運動があれば完全にリ
フェーズできなくなるために、その激しさに応じた率で
信号強度が減衰する。以上で、ＭＰＧ２１，２２を１つ
固定したときの一連の計測が終了する。次に、このＭＰ
Ｇ２１，２２の印加強度を変更して、同様な計測を複数
回繰り返す。繰り返し回数は、少なくとも２回あれば拡
散係数を計算できるが、測定精度を上げる場合には繰り
返し回数を増加させる。

【００１２】なお、図２では、振動リードアウト傾斜磁
場１９の形状は矩形波であるが、これに限らない。例え
ば、台形波やサイン波形を用いてもよい。台形波、サイ
ン波ともに傾斜磁場の立上り、立ち下がりを緩くするこ
とが可能であるため、装置特性によって、立上り立ち下
がりが制限されているときに有効である。また、ＭＰＧ
２１，２２は２つとも同じ波形である必要はなく、時間
積分が等しければよい。このため、比較的時間的な余裕
のあるＭＰＧ２１の印加強度を小さく、印加時間を長く
することで、傾斜磁場のスイッチングによって生じる渦
電流を小さくし、測定精度を向上させることができる。
また、ＭＰＧ２１，２２と位相エンコード傾斜磁場２０
の順序は、図２の場合と逆でもよい。このとき、図２中
の時間Δを長く取ることが可能となる。このため、以下
のデータ処理の箇所で説明するb-factorを大きくするこ
とも可能となる。また、理想的には、ＭＰＧ２１，２２
によって完全にディフェーズ（分離）、およびリフェー
ズ（戻す）がなされるが、実際には傾斜磁場の波形歪や
渦電流により発生した磁場などの装置特性により、リフ
ェーズを完全にすることは困難である。そこで、ＭＰＧ
２１，２２の印加時間、印加強度などを予め調整したデ
ータをテーブルとして保存し、計測時にそのテーブルを
引用してもよい。

【００１３】図３は、拡散係数のデータ処理の概略処理
フローチャートである。まず、操作２４により、各ＭＰ
Ｇ強度で得られた計測データを像再構成する。この結
果、各ＭＰＧ強度に対応するスペクトロスコピックイメ
ージが得られる。次に、操作２５により、化学シフト方
向のスペクトルから各物質に対応するピークを分離し、
それぞれの物質の信号量を計算する。次に、操作２６に
より、ＭＰＧ強度の変化による信号の減衰率から、拡散
係数を計算する。最後に、操作２７により計算された拡
散係数を表示する。以下、各操作について詳細に説明す
る。操作２４について説明する。ＭＰＧ強度Ｇ[T/m]を
１つ固定したときの計測データを考える。リードアウト
方向の傾斜磁場強度と印加時間の積をｋ_rとする。エン
コード方向の傾斜磁場強度と印加時間の積をｋ_eとす
る。サンプリング時間とエコーの中心時間Ｔｅとの差を
ｔとする。このとき、図２で示したシーケンスで取得さ
れるサンプリング点は３次元空間（ｔ,ｋ_r,ｋ_e）でジグ
ザグ状に配置される。このときｋ_r方向の点数は、振動
傾斜磁場半周期あたりのサンプリング点数Ｎ_r、ｋ_e方向
の点数は、エンコード傾斜磁場の繰り返し計測回数Ｎ_e
となる。サンプリング点を同一の（ｋ_r,ｋ_e）について
グループ分けし、ｔの少ない方から番号を付け、これを
ｎとする。このとき、ｎの個数は振動傾斜磁場の振動回
数の２倍であるＮ_nと等しくなる。また、ｋ_r、ｋ_eにつ
いても小さい順に番号づけし直す。

【００１４】このようにして再配列されたデータＦ
_G(ｎ,ｋ_r,ｋ_e)を、ｎ、ｋ_r、ｋ_eについて３次元フーリ
エ逆変換する。この結果、化学シフトσ、リードアウト
方向の位置ｒ、エンコード方向の位置ｅで表される３次
元空間上のスペクトロスコピックイメージＩ_G(σ,ｒ,
ｅ)が得られる。ここで化学シフトとは、同じ核種であ
っても分子種によって局所磁場が変化し、磁気共鳴周波
数がわずかにずれることをいう。これは分子種に固有の
ものであり、これを用いてその種類を判別できる。ま
た、３次元フーリエ逆変換としては、例えば次式（数
３）を用いる。

【数３】ただし、ｉは虚数単位である。なお、再構成法として
は、これに限るものではなく、例えばジグザグ状のデー
タを格子状に線形補間するなどの補正を付加した後、３
次元フーリエ逆変換してもよい。また、図２のシーケン
スで振動リードアウト傾斜磁場の形状がサイン波形のと
きには、サンプリング点はサイン波形状に配列される。
このときには、例えばサイン波形のデータ軌跡から格子
状に線形補間するなどの補正を付加した後、３次元フー
リエ逆変換してもよい。以上の処理を全てのＭＰＧ強度
の場合について行い、スペクトロスコピックイメージの
系列を得る。

【００１５】操作２５について説明する。ＭＰＧ強度Ｇ
を一つ固定したときのスペクトロスコピックイメージＩ
_G(σ,ｒ,ｅ)を考える。各（ｒ,ｅ）について、化学シフ
トσ上で各物質に対応するピークの面積を計算する。面
積の計算方法としては、例えば各物質に対応する周波数
帯域の信号をすべて加算すればよい。また、もっと精密
に計算するには重畳波形の分離を行って各ピークの面積
を計算してもよい。重畳波形の分離方法の詳細について
は例えば「科学計測のための波形データ処理、南茂夫編
著、ＣＱ出版、１９８６年発行」を参考とされたい。こ
の結果スペクトロスコピックイメージはＩ_G(ｍ,ｒ,ｅ)
となり、ｒ、ｅの個数は変わらないが、ｍの個数は計算
したピークの個数と等しくなる。すなわち、測定しよう
としている物質の個数と等しくなる。また、静磁場不均
一の影響で、場所によって各物質に対応するピークがわ
ずかにずれてしまうことがある。これについては、ピー
クの面積を計算する前に補正しておいてもよい。以上の
処理をすべてのＭＰＧ強度の場合について行い、スペク
トロスコピックイメージの系列を得る。

【００１６】操作２６について説明する。まず各ＭＰＧ
強度Ｇに対応するb-factor〔s/m^２〕を次の（数４）を
用いて計算する。

【数４】ｂ＝γ^２Ｇ^２δ^２｛△−（δ／３）｝・・・・・・・（数４）ただし、γは磁気回転比〔Hz/T〕、△、δは図２に示し
た時間〔ｓ〕である。各ＭＰＧ強度Ｇについてスペクト
ロスコピックイメージＩ_Ｇ（ｍ，ｒ，ｅ）の対応するピ
クセル（ｍ，ｒ，ｅ）の信号強度をＳ（ｂ）とすると次
の（数５）が成立する。

【数５】Ｓ（ｂ）＝Ｓ（０）・ｅｘｐ（−Ｄｂ）・・・（数５）ただし、Ｄは拡散係数〔ｍ^２／ｓ〕、ｂはＭＰＧ強度Ｇ
のときのb-factorである。（数５）でカーブフィッティ
ングを行い、拡散係数Dを計算する。全てのピクセル
（ｎ，ｒ，ｅ）についてこの計算を行い、各物質ｎおよ
び各位置ｒ，ｅでの拡散係数Ｄ（ｍ，ｒ，ｅ）を求め
る。

【００１７】図４は、拡散係数を計算する操作を説明す
るための模式図である。図４の上方の絵は、スペクトロ
スコピックイメージをb-factorが小さい順に並べたもの
である。下方のグラフは横軸にb-factorを、縦軸に信号
強度をとり、あるピクセルについてその値をプロットし
たものである。このグラフについて（数５）でカーブフ
ィッティングした様子を示している。操作２７について
説明する。ここでの操作は単に表示をするだけでもよ
い。しかし、データを把握し易くするために、意味のな
い背景部分を便宜上０にすると便利である。これは、次
のような操作により実現できる。すなわち、先ずある閾
値を設定し、スペクトロスコピックイメージＩ_G(ｍ,ｒ,
ｅ)の値が、この閾値以下になるピクセル（ｍ,ｒ,ｅ）
を求める。このピクセル（ｍ,ｒ,ｅ）に対応するＤ(ｍ,
ｒ,ｅ)の値を０にする。

【００１８】次に、本発明にかかる第二の実施例につい
て説明する。図５は、第二の実施例を示す動作パルスシ
ーケンスチャートである。スライス傾斜磁場１６の印加
とともに励起高周波磁場パルス１４を印加し、検査対象
物体内のあるスライス内に核磁気共鳴現象を誘起する。
励起高周波磁場パルス１４としては、典型的にはπ／２
−パルスが用いられる。振動リードアウト傾斜磁場１９
の印加によって、エコーピークにずれが生じないよう
に、一旦、核スピン位相をディフェーズしておくための
傾斜磁場１８を所定時間印加しておく。次に、スライス
傾斜磁場１７の印加とともに、反転高周波磁場パルス１
５を印加することによりスライス内の磁化を反転する。
反転高周波磁場パルス１５としては、典型的にはπ−パ
ルスが用いられる。振動リードアウト傾斜磁場１９を印
加し、複数のエコーを生じさせる。

【００１９】振動リードアウト傾斜磁場１９が極性を反
転すると同時に、エンコード方向の位置情報を付加する
ためのパルス状のエンコード傾斜磁場２９を印加する。
発生したエコーは、ＡＤサンプリング２３によりデータ
として格納される。また、励起高周波磁場パルス１４と
反転高周波磁場パルス１５との間、および反転高周波磁
場パルス１５とサンプリング２３との間に、互いに補償
する２つのＭＰＧ２１，２２を印加する。この２つのＭ
ＰＧ２１，２２を強度の時間積分が等しくなるように調
整する。次に、反転高周波磁場パルス１５とスライス傾
斜磁場１７の印加タイミングを、プログラムに従って変
更しながら複数回計測を繰り返す。この繰り返し回数
は、化学シフト方向のピクセル数に対応する。以上で、
ＭＰＧを１つ固定したときの一連の計測が終了する。次
に、このＭＰＧ２１，２２の印加強度を変更して、同様
な計測を複数回繰り返す。繰り返し回数は、少なくとも
２回あればよいが、測定精度を上げる場合には繰り返し
回数を増加させる。

【００２０】なお、図５では、振動リードアウト傾斜磁
場１９の形状は矩形波となっているが、これに限らな
い。例えば台形波やサイン波を用いてもよい。ＭＰＧ２
１，２２の波形についても、同様に矩形波でなく、台形
波やサイン波を用いてもよい。また、エンコード傾斜磁
場２８，２９の形状としてはパルス状のものを用いてい
るが、リードアウト時間中一定値をとるような矩形波、
または台形波を用いてもよい。このとき、傾斜磁場のス
イッチングによる渦電流の影響を低減することが可能と
なる。データ処理の概略は、図３で説明したとおりであ
る。データ処理の詳細については、操作２４のみが以下
のように変わる。ＭＰＧ強度Ｇを１つ固定したときのデ
ータを考える。リードアウト方向の傾斜磁場強度１９と
印加時間の積をｋ_rとする。エンコード方向の傾斜磁場
強度２９と印加時間の積をｋ_eとする。反転高周波磁場
１５の印加タイミングからサンプリング点までの時間と
Ｔｅ/２（ただし、Ｔｅとは励起高周波磁場パルスから
エコーの中心までの時間である）との差をｔとする。

【００２１】このとき図５で示したシーケンスで取得さ
れるサンプリング点は、３次元空間（ｔ,ｋ_r,ｋ_e）に配
置される。このとき、ｋ_rの点数は振動傾斜磁場１９，
２９の半周期あたりのサンプリング点数Ｎ_r、ｋ_eの点数
は、振動傾斜磁場の振動回数の２倍であるＮ_eとなる。
サンプリング点を同一の（ｋ_r,ｋ_e）についてグループ
分けし、ｔの少ない方から番号を付け、これをｎとす
る。このとき、ｎの個数は反転高周波磁場のタイミング
を変更した回数と等しくなる。またｋ_r、ｋ_eについて
も、小さい順に番号付けをし直す。このようにして再配
列されたデータＦ_G(ｎ,ｋ_r,ｋ_e)を、ｎ、ｋ_r、ｋ_eにつ
いて３次元フーリエ逆変換する。この結果、化学シフト
σ、リードアウト方向の位置ｒ、エンコード方向の位置
ｅで表される３次元空間上のスペクトロスコピックイメ
ージＩ_G(σ,ｒ,ｅ)が得られる。ここで、３次元フーリ
エ逆変換としては、例えば前式（数３）を用いる。ただ
し、再構成法としては、これに限るものではなく、例え
ばデータを格子状に補正して配置する操作を加えてもよ
い。また、図５のシーケンスで振動リードアウト傾斜磁
場１９の形状がサイン波形のときには、サンプリング点
の間隔がサインで表される。このときには、例えばサン
プリング点が格子状に配置されるように線形補間などを
行ってもよい。また、エンコード傾斜磁場を一定値で印
加する場合には、サンプリング点はｋ_e方向にジグザグ
状に配置される。この補正を行って、３次元フーリエ逆
変換を行ってもよい。以上の処理を、全てのＭＰＧ強度
の場合について行い、スペクトロスコピックイメージの
系列を得る。

【００２２】次に、本発明にかかる他の実施例について
概略を説明する。図６は、本発明の第三の実施例を示す
動作シーケンスチャートである。ここでは、エコープラ
ナータイプのスペクトロスコピックイメージングである
Projection Reconstruction-Echo-Planar Hybrid（ＰＲ
ＥＰ）とＭＰＧとを組み合わせたシーケンスを示してい
る。振動傾斜磁場２９，３０以外の動作概要は、前述の
とおりである。振動傾斜磁場２９，３０の動作は以下の
とおりである。振動リードアウト傾斜磁場ａ２９の印加
強度をAcos(θ)、振動リードアウト傾斜磁場ｂ３０の印
加強度をAsin(θ)とし、θを変更して複数回計測を繰り
返す。このようにして計測されたデータの軌跡は、(ｋ
_r1,ｋ_r2）について放射状となり、ｔについてはジグザ
グ状になる。図７は、本発明の第四の実施例を示す動作
シーケンスチャートである。ここでは、Echo-Planar Sh
ift Mapping（ＥＰＳＭ）とＭＰＧとを組み合わせたシ
ーケンスを示している。振動傾斜磁場２９，３０以外の
動作概要は、前述のとおりである。振動傾斜磁場２９，
３０の動作は、以下のとおりである。先ず、振動リード
アウト傾斜磁場ａ２９と振動リードアウト傾斜磁場ｂ３
０の周波数を異なるように設定する。ただし、データの
軌跡が（ｋ_r1,ｋ_r2）を十分に走査するように周波数を
決める必要がある。典型的には、どちらかの１周期が、
もう一方の周期の倍数になるように設定する。このよう
にして計測されたデータの軌跡は、（ｔ,ｋ_r1,ｋ_r2）で
ジグザグ状になる。データ処理の流れは、上述したとお
りである。ただし、操作２４の像再構成については、個
々のパルスシーケンスによって異なる。なお、ＰＲＥＰ
とＥＰＳＭについては、Magnetic Resonance in Medici
ne誌、１号、３７０頁、１９８４年発行または特開昭５
９−９０５５２を参考にされたい。

【００２３】以上の実施例の説明では、ＭＰＧ２１、２
２の印加方向はエンコード方向または振動リードアウト
傾斜磁場ｂの方向と同一になっているが、これに限ら
ず、任意の方向でよい。また、一方向だけではなく、二
方向同時や三方向同時に印加してもよい。また、ＭＰＧ
２１，２２の波形も矩形に限らず、例えば図８に示すよ
うなバイポーラー波形などでもよい。この波形を用いる
と測定対象の速度成分を除去することができ、また磁場
不均一による誤差成分を除去することができる。また、
ＭＰＧの波形を台形波やサイン波にしてもよい。このと
き、傾斜磁場の立上り、立ち下がりを緩くすることが可
能となり、装置特性によって制限されている場合に有効
である。また、すべて空間情報は２次元であったが、３
次元にしても同様である。３次元の空間情報を得るため
には、スライス内の位置情報を付与するために、スライ
ス方向にもエンコード傾斜磁場を印加する方法、マルチ
スライスと呼ばれる方法などをパルスシーケンスに付加
すればよい。また、励起高周波磁場パルスと反転高周波
磁場パルスとからなるスピンエコー系のパルスシーケン
スについて説明したが、この方法に限らない。例えば、
図９（第五の実施例）に示すような励起高周波磁場パル
ス１４を３回印加するＳＴＥＡＭ（Stimulated echo ac
quisition mode）を応用すれば、ＭＰＧの繰り返し時間
Δを比較的自由に選択することができる。また、例え
ば、図１０に示すように励起高周波磁場パルス１４のみ
を印加し、バイポーラー波形などのＭＰＧ２１、２２を
印加して、反転高周波磁場パルスを省略してもよい。こ
のとき、エコー時間を短くすることが可能となり、横緩
和過程などによる信号強度減衰の影響を小さくできる。
図１０は、本発明の第六の実施例を示す動作パルスシー
ケンスチャートである。図１０では、第１の実施例のシ
ーケンスに対して変形した例が示されているが、他の実
施例についても同様な方法が適用できる。

【００２４】図１１は、本発明の第七の実施例を示す非
対称サンプリングのパルスシーケンスチャートである。
ＭＰＧ２１，２２の印加時間を長くしたい場合や短いエ
コー時間で計測したい場合には、ＭＰＧがあるために、
エコー時間Ｔｅを中心とする対称サンプリングでは計測
が不可能なときがある。このようなときには、エコー時
間Ｔｅを中心とする非対称サンプリングを用れば計測可
能となる。また、非対称サンプリングを用いれば、後側
にサンプリング時間と傾斜磁場印加時間を延ばすことが
できるため、化学シフト分解能や空間分解能を高めるこ
とができる。データ処理は、非対称サンプリングに対応
してハーフフーリエ変換を用いてもよい。また、図１１
では、スライス傾斜磁場１６に極性を反転した傾斜磁場
を付随させている。これは、図２でスライス傾斜磁場１
７を後に延ばしている操作と同等である。これは、スラ
イスによる核スピンの位相回転の影響を打ち消すためで
ある。ただし、図１１の方がb-factorに与える影響が小
さくなり、拡散係数の計算値に与える誤差が小さくな
る。

【００２５】また、図１１では、傾斜磁場１８を振動傾
斜磁場１９の直前に印加している。これもb-factorに与
える影響が小さくなり、拡散係数の誤差が小さくなる。
図１１は、第一の実施例に関するパルスシーケンスに適
用した場合であるが、他の実施例についても同様な方法
が適用できる。さらに、本発明は制限拡散における障壁
の大きさや障壁の浸透性などを測定する場合にも適用可
能である。この測定方法については、例えばJ.E. Tanne
r andE.O. Stejskal、Journal of Chemical Physics
誌、第４９号、１７６８頁、１９６８年発行を参考にさ
れたい。また、ＭＰＧ強度をある一定値にして、上述し
たようなスペクトロスコピックイメージングを１回だけ
行えば、拡散係数は計算できないが、拡散が激しいとこ
ろは信号強度が低くなるような拡散強調のスペクトロス
コピックイメージが測定可能である。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、測定対象に含まれる物質を分子種ごとに分離
し、それぞれの拡散係数の分布、または拡散による信号
減衰を強調した信号強度の分布を高速に測定可能な核磁
気共鳴を用いた検査装置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される核磁気共鳴を用いた検査装
置の構成図である。

【図２】本発明の第一の実施例を示す動作パルスシーケ
ンスチャートである。

【図３】本発明の一実施例を示す拡散係数のデータ処理
の流れを示す概略フローチャートである。

【図４】本発明における拡散係数を計算する操作の模式
図である。

【図５】本発明の第二の実施例を示す動作パルスシーケ
ンスチャートである。

【図６】本発明の第三の実施例を示す動作パルスシーケ
ンスチャートである。

【図７】本発明の第四の実施例を示す動作パルスシーケ
ンスチャートである。

【図８】本発明で用いられるバイポーラー波形を示す図
である。

【図９】本発明の第五の実施例を示すＳＴＥＡＭのパル
スシーケンスチャートである。

【図１０】本発明の第六の実施例を示す動作パルスシー
ケンスチャートである。

【図１１】本発明の第七の実施例を示す非対称サンプリ
ングのパルスシーケンスチャートである。

【符号の説明】

１：静磁場発生用磁石２：対象物体３：高周波磁場発生および信号検出用コイル４、５、６：傾斜磁場発生用コイル７：コイル駆動装置８：計算機９：ＣＲＴディスプレイ１０：シンセサイザ１１：変調装置１２：増幅機１３：検波装置１４：励起高周波磁場パルス１５：反転高周波磁場パルス１６、１７：スライス傾斜磁場１９：振動リードアウト傾斜磁場２０：エンコード傾斜磁場２１、２２：ＭＰＧ２３：ＡＤサンプリング２８：パルス状のエンコード傾斜磁場２９：振動リードアウト傾斜磁場ａ３０：振動リードアウト傾斜磁場ｂ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鍋島貴之東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者山本悦治東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献特開昭61−13143（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−4951（ＪＰ，Ａ) 特開平５−31099（ＪＰ，Ａ) 特開平５−309078（ＪＰ，Ａ) Ｍ．Ｘｕｅｅｔａｌ，ＲｅｖｅｒｓｅＡｌｔｅｒａｔｉｏｎｓｏｆＤｉｆｆｕｓｉｏｎ−ｗｅｉｇｈｔｅｄＭｅｔａｂｏｌｉｔｅｓＤｅｔｅｃｔｅｄｉｎＨｕｍａｎＢｒａｉｎＴｕｍｏｒｓａｎｄｉｎｔｈｅ．．．，第12回ＳｏｃｉｅｔｙｏｆＭａｇｎｅｔｉｃＲｅｓｏｎａｎｃｅｉｎＭｅｄｉｃｉｎｅ大会予稿集，1993年，ｐ．68 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A61B 5/055

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】静磁場内に置かれた対象物体へスライス
傾斜磁場および励起高周波パルスを少なくとも１回印加
して、前記対象物体内にあるスライス内の核スピンを選
択的に励起する核スピン励起手段と、前記励起された核
スピンへ位相エンコード傾斜磁場を印加する手段と、前
記励起され位相エンコード傾斜磁場を印加された核スピ
ンへリードアウト傾斜磁場を印加する手段と、前記励起
された核スピンへ前記位相エンコード傾斜磁場の一連の
印加毎に拡散感受傾斜磁場をその印加量を変えて複数回
印加する手段と、前記リードアウト傾斜磁場の印加期間
中にエコー信号を検出する手段と、前記検出されたエコ
ー信号を用いて前記拡散感受傾斜磁場の印加量に対応し
た複数のスペクトロスコピックイメージを生成する画像
生成手段とを備えた核磁気共鳴を用いた検査装置におい
て、前記複数のスペクトロスコピックイメージを用いて拡散
感受傾斜磁場の印加量の変化による信号の減衰率から対
象物質の拡散係数を求める手段と、前記求められた拡散
係数を表示する手段とを備えたことを特徴とする核磁気
共鳴を用いて検査装置。
【請求項２】前記拡散係数を求める手段は、前記複数
のスペクトロスコピックイメージについて化学シフト方
向のスペクトルから対象物質に対応したピークを分離
し、その対象物質の信号量を計算する手段を含むことを
特徴とする請求項１に記載の核磁気共鳴を用いた検査装
置。
【請求項３】前記核スピン励起手段は、スライス傾斜
磁場と励起高周波パルスとを同時に対象物体へ印加して
スライス内の核スピンを選択的に励起した後に励起され
た核スピンを反転する反転高周波パルスを印加し、前記
位相エンコード傾斜磁場を印加する手段は、前記励起高
周波パルスに印加後にシーケンスの繰り返し毎にその印
加量をステップ的に変化して印加し、前記拡散感受傾斜
磁場を印加する手段は、前記励起高周波パルスの印加後
と反転高周波パルスの印加前との間、および反転高周波
パルスの印加後とリードアウト傾斜磁場の印加前との間
に拡散感受傾斜磁場を同極性で印加し、前記リードアウ
ト傾斜磁場を印加する手段は、振動リードアウト傾斜磁
場を印加することを特徴とする請求項１に記載の核磁気
共鳴を用いた検査装置。
【請求項４】前記核スピン励起手段は、スライス傾斜
磁場と励起高周波パルスとを同時に対象物体へ印加して
スライス内の核スピンを選択的に励起し、前記拡散感受
傾斜磁場を印加する手段は、前記励起高周波パルスの印
加後に拡散感受傾斜磁場を正および負の極性をもって印
加し、前記リードアウト傾斜磁場を印加する手段は、振
動リードアウト傾斜磁場を印加することを特徴とする請
求項１に記載の核磁気共鳴を用いた検査装置。
【請求項５】前記拡散感受傾斜磁場のある印加量につ
いて、前記反転高周波パルスに対しリードアウト傾斜磁
場の印加タイミングがプログラムに従って変更されなが
ら複数回エコー信号の計測が行われることを特徴とする
請求項３に記載の核磁気共鳴を用いた検査装置。
【請求項６】前記振動リードアウト傾斜磁場は、同一
周波数で第一の方向と第二の方向に同時に印加し、印加
強度をそれぞれＡｃｏｓθ、Ａｓｉｎθとし、θを変更
して複数回計測を繰り返すことを特徴とする請求項３に
記載の核磁気共鳴を用いた検査装置。
【請求項７】前記振動リードアウト傾斜磁場は、異な
る周波数で異なる二方向に同時に印加し、化学シフト情
報と２方向の分布情報とを同時に取得することを特徴と
する請求項３に記載の核磁気共鳴を用いた検査装置。
【請求項８】前記振動リードアウト傾斜磁場の印加時
間中に、情報取得のためのサンプリングを行い、該サン
プリングの中心時間とエコー時間とを異ならせ、該エコ
ー時間を中心とする非対称サンプリングを行うことを特
徴とする請求項３に記載の核磁気共鳴を用いた検査装
置。