JPS6272347A - Ｎｍｒ信号受信方法 - 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−にの利用分野〕 この発明は、核ｍｉ共鳴（ＮＭＲ，ｎｕｃｌｅａｒ　ｍ
ａｇｎｅ−ｔｉｃ　ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）（ｉ号から、
物体に関する情報を収集する技術に関する。この発明は
、特に、１つの−し ＮＭＲ信号から収集できる情報の址を増やす技術に関す
る。

〔従来の技術とその問題点〕

情報システムには、すべて、システムが受けて、処理し
、転送できる最高信号振幅と最低信号振幅との間の有限
ダイナミックレンジ（デシベル）がある。例えば米国特
許第４，０３４，１９１号トムリンソン（ｔｏｍｌｉｎ
ｓｏｎ）明細書に開示されているスペクトロメータでは
、一連のパルス信号を、分析すべき物体の中に送り込む
。同スペクトロメータにおいては、疑似ランダムシーケ
ンスに従って、パルス信号のパルス高さ、またはパルス
幅を変調することによって、送信器のピーク出力を下げ
て、特定のダイナミックレンジ内にフィツトさせ、また
パルスを変調させる所望の広帯域励起波形の各フーリエ
周波数成分に疑似ランダム位相シフト成分を加える。こ
れにより、周波数成分のピーク振幅が、変調波形におい
て互いに位相がずれるために、ピークパルス出力が低く
なる。また同時励起共振スペクトルラインの位相がスク
ラップリングされる。

ＮＭＲシステムにおいては、ト記米国特許の場合のよう
に、一連のパルスを印加して各パルス中に同時ＮＯＲ信
号を受信するのではなく、パルス／磁場勾配シーケンス
を印加して、後続時間インタバル中に、１または複数の
ＮＭＲ信号を得ることが多い。このＮＭＲ信号のピーク
振幅は比較的高いが、検知時間全体の各信号のｉｌｌ均
振幅は極めて低い。

例えばフーリエ変換（トゴ、Ｆｏｕｒｉｅｒ　ｔｒａｎ
ｓｆｏｒｍ）ＮＭＲイメージングにおいては、多数のス
ピンシステムからの過渡レスポンスを時間の関数として
受け、この過渡レスポンスの最高振幅を励起したスピン
システムの総数として求める。ただし、ＮＭＲスペクト
ルに関する細分情報は、スピンレスポンスの低振幅成分
に含まれており、ＮＭＲイメージングシステムのダイナ
ミックレンジが大きくて、過渡レスポンスのピーク振幅
と、これに比へてはるかに低いスピンレスポンスの振幅
成分の両方を含んでいると、検知した経時変化信号・の
フーリエ変換によって求めることができる。

スピンレスポンスは、その持続時間の大部分において、
振幅が極めて低く、詳細周波数情報を求めるために、信
号を長時間にわたってサンプリングしなければならない
場合には特にそうである。

時定数Ｔ２に従ってスピンシステ１２の横方向リラクゼ
ーション（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ　ｒｅｌａｘａｔｊｏ
ｎ）を行うと、サンプリング時間全体にわたって信号振
幅の著しいロスを生じる。

したがって、ＮＭＲイメージングにおいて受信するＮＭ
Ｒ信月ピーク撮幅を低くする技術を開発することが望ま
しい。ピーク振幅を低くすれば、特定ＮＭＲ信号の情報
のダイナミックレンジが小さくなる。このＮＭＲ情報に
は、ＮＭＲイメージングシステムのダイナミックレンジ
を埋める情報を入れることができるから、このシステム
を用いれば、収集する情報量を多くすることができる。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、受信ＮＭＲ信号のピーク振幅を低くする技術
を提供するものである。本発明はさらに、位相エンコー
デッドＮＭＲ情報を含んでいるＮＭＲ信号のピーク振幅
を小さくする技術を提供する。これらの技術は、空間情
報を、受信ＮＭＲ信号において位相エンコーディングす
るＮＭＲイメージンクに適用すれば特に効果がある。

本発明はさらに、周波数レンジ全体にわたって振幅が一
定であるが５位相が周波数に応じて変化するパルスを印
加することによって、原子核の位相をスクラップリング
する技術を提供する。本発明によれば、また、イメージ
ングプロセス中に、ディジチージョン（ｄｉｔｔａｔｉ
ｏｎ）とデータ処理によって導入されるノイズを低くす
ることができる。

本発明のいくつかの特徴は、ＮＭＲ情軸の位相エンコー
ディングを、原子核の位相を変化させる技術と絹合わせ
れば、受信ＮＭＲ信号のピーク振幅を小さくすることが
できるという発３−ＩＬに基づいている。本発明のいく
つかの特徴はまた、原子核の位相を変化させて、Ｎ）Ｉ
Ｒイメージングシステムのダイナミックレンジを改善す
ることのできる特殊技術の発見に基づいている。

本発明のＮＭＲ信号方法においては、第１時間インタバ
ル ンタバル中に物体の原子核を励起し、第１時間インタバ
ルに続く第２インタバル中にＮＭＲ信号を発生する。物
体の原子の中の少なくともいくつかの原子の核の位相を
変化させて、ＮＭＲ信号のピーク振幅とその平均出力と
の比を小さくする。第２時間インタバル中にＮＭＲ信号
を受信する。

核の位相を変化させる１つの方法としては、空間的に不
均一な無線周波数（ｒｆ）パルスを物体に印加する。こ
のパルスに続いて均一ｒｆパルスを印加し、両方のパル
スの合同効果によって核を励起状態にし、核を崩壊させ
てＮＭＲ信号を発生することができる。さらに、パルス
励起勾配磁場中に、ｒｆパルスを空間的選択性パルスと
して印加して物体のスライスを選択することができる。

核の位相を変化させる別の方法としては、位相または振
幅のいずれかが、周波数に応じて変化する位相スクラッ
プリングティラードｒｆパルスを印加する。同位相スク
ラップリングｒｆパルスは、まずその位相スペクトルと
振幅スペクトルとを設定し、続いて位相スペクトルと振
幅スペクトルとをフーリエ変換などによって変換して、
物体に印加すべき実成分と仮想成分とを持っている経時
変化ｒｆパルス波形を生成することによって発生させる
ことができる。位相スクラップリングｒｆパルスの振幅
は、周波数に応じて変化し、パスル励起勾配磁場中に、
後続の均一ｒｆ励起パルス中に印加されるスライス選択
パルス励起勾配磁場中場と同じ方向または同磁場に対し
て直角方向に印加する。別の実施態様としては、位相ス
クラップリングｒｆパルスの位相が周波数に応じて変化
し、非選択性励起パルスまたは再集束パルスとして印加
される。位相スクラップリングｒｆパルスの位相は、補
間によって得られる緩徐変化ランダム位相関数に従って
周波数に応じて変化するか、または、周波数変調位相関
数に従って変化する。いずれの場合も、関数は、ピーク
振幅とＮＭＲ信号平均出力との比を小さくする関数でな
ければならない。関数の一例は次のとおりである。

こごで、ａ、ｂは係数であｊｌ、ｍは、レンジの各セグ
メントの位相数であり、ｎは、−（ｍ／　２）　＋　１
からｍ／２までの整数である。

位相を変化させるまた別の方法としては、パルス励起勾
配磁場の印加のタイミングを行って位相を変化させる。

結果としての位相変化とＮＭＲ情報の位相エンコーディ
ングとを区別するために、パルス励起勾配磁場に高位勾
配成分を発生させる。

核の位相変化によって生じる受信ＮＭＲ信号の位相変化
を補正するために、受信ＮＭＲ信号のレベルを求める。

位相変化を補正する別の方法としては、受信Ｎ　Ｍ　１
１４ｐ、号から複数の点を含んでいる像を生成し、像の
各点において位相変化を補正する。

本発明の方法においては、受信ＮＭＲ信号のピーク振幅
を小さくすることによって、ＮＭＲ信号に含まれている
より広い範囲の振幅を検出することができろ。特に、ピ
ーク振幅を小さくすれば受信器の利得が大きくなる。そ
のため、例えば、水や脂肪のプロトンから発生する大信
号の存在下において、乳酸塩のプロトンから発生する信
号などの小信号を検出することができる。そのため、Ｎ
ＭＲ分光分析ＮＭＲによれば、ダイナミックレンジの狭
い在来のＮＭＲイメージングに比べて、物体の物質に関
する情報をはるかに多く収集することができる。

〔実　施　例〕

本発明の前記以外の［１的、特徴、利点は、添付図面を
参照しながら以下に述べるいくつかの好ましい実施態様
の説明と、特許請求の範囲のクレームによって明らかに
なると思う。

■　、枳憔イ１＝−２−ン−りのターイーナメー乳り一
し−ンーンＮＭＲイメージングの基本的方法としては、
ＮＭＲ信号を受信することによって、イメージングすべ
き物体から情報を収集し、これを処理して像を生成する
。第１図は、このプロセスの諸段階を示す図であり、各
段階において、ダイナミックレンジに制限が加えられる
。

ボックス（１２）においてＮＭＲ信号を発生し、受信器
へ伝播させる。実際には、ＮＭＲ信号のダイナミックレ
ンジ（ま極めて広い。ＦＲＮＭＲイメージングにおいて
は、物体の像捕捉部分（ｊｍａｇｅｄ　ｐｏｒｔｉｏｎ
）のすべでのスピンシステムから過渡レスポンスを生成
し、最高振幅は、励起されるスピンシステムの総数によ
って決まる。過渡レスポンスがその最高振幅から減衰す
るのに伴って、核スピンシステムのＮＭＲスペクトルに
関する詳細情報を含んでいる低振幅変動が起き、この情
報を捕捉してサンプリングすれば、フーリエ変換などに
よって取出すことができる。

第２．３図は、所望詳細情報の振幅がＮＭＲ信号のピー
ク振幅に比べて極めて低いことを示すグラフである。時
間の経過と共にピーク振幅から減衰していく経時変化Ｎ
ＭＲ信号の一例を第２図に示す。

減衰（ｄｅｃａｙ）は、一連の時定数によって特徴づけ
られており、その中で最も重要なのは、横方向リラクゼ
ーション時間Ｔ２と、一般的に１２よりも長い縦方向リ
ラクゼーション時間ＴＩである。さらに、使用する磁場
の不均一性によって、実際のりラクゼーション時間Ｔ２
が大幅に短くなり、第２図に示すごとく、ピーク振幅か
ら急速に減衰する。第２図のＮＭＲ信号のスペクトルの
一部を第３図に示し、第２図のＮＭＲ信号の２つの周波
数成分子ａ、　ｆｂの振幅（ｄ８）を示す。第３図に示
すごとく、周波数成分子ａの振幅は、周波数成分の振幅
よりも大きく、そのため、周波数ｆａで共鳴する核が略
同相信号を発生するならば、結果するＮＭＲ信号のピー
ク振幅は極めて大きく、周波数ｆｂ倍信号ダイナミック
レンジが極めて大きくなければ検出することができない
。同様に、第２図に示すごとく、経時変化信号は比較的
急速に極めて高い振幅からゼロ以下の振幅になり、した
がって、スペクトル分解度（ｓｐｅｃ−ｔｒａｌ　ｒｅ
ｓｏｌｕｔｉｏｎ）を高くするために、長時間にわたっ
てサンプリングしなければならない場合は、極めて広い
ダイナミックレンジで信号を捕捉しなければならない。

したがって、第１図のボックス（１２）におけるＮＭＲ
信号の発生によって生じるダイナミックレンジは、一般
的にＮＭＲイメージングにおいては極めて広い。後述の
ごとく、人体などの大きな物体のイメージング用に用い
る磁場強度が高いために最高信号振幅が晶くなり、相対
ノイズが低くなる。

同じく第２図に示すごとく、ステップ（１２）において
ＮＭＲ信号が発生すると、受信器へ送られる。

受信器は一般に、ＲＦコイルと、「ｆコイルから受けた
信号を増幅する電子回路とで構成されている。

ただし、ＮＭＲ信号がｒｆコイルへ送られても、信号振
幅が制限されることはなく、極めて広い信号ダイナミッ
クレンジが雑持される。

ボックス（１４）において、ｒｆコイルへ送られたＮＭ
Ｒ信号が前記の受信器電子回路を通過する。現在発売さ
れている受信器のダイナミックレンジが制限されている
ために、これによってダイナミックレンジが制限される
。

信皓が受信されるとサンプリングされ、ボックス（１６
）において格納される。この機能の一部は、アナログ＝
デジタル変換器（ＡＤＣ，ａｎｌｏｇ−ｔｏ−ｄｉｇｉ
−ｔａｌ　ｃｏｎνｅｒｔｅｒ）によって実行される。

現在発売されているＡＤＣの分解能は（１６）ビットｗ
ａｘであり、９０ｄＢのダイナミックレンジに相当し、
ダイナミックレンジがこのように高いＡＤＣは高価であ
る。このレンジは、現在発売されている受信器電子回路
よりも少し人きく、サンプリングされ格納される信号の
ダイナミックレンジが実際に制限されることはない。し
かしこのダイナミックレンジは、ＮＭＲ信号において生
じろ最高ダイナミックレンジよりも小さく、したがって
、もし受信器型ｆ回路のダイナミックレンジが改良され
れば制限になり得る。

最後に、ボックス（１８）において信号サンプルが処理
され、物体のＮＭＲ像が得られる。このプ「１セスは、
一般的には高速フーリエ変換（ＦＦ７．ｆａｓｔＦｏｕ
ｒｉｅｒ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）であり、これによって
情報に幾分ノイズが導入され、そのダイナミックレンジ
が小さくなる。ＦＦＴによって導入されるノイズはディ
ジチージョン精度、丸め誤差（ｒｏｕｎｄ−ｏｆｆ　ｅ
ｒ−ｒｏｒ）、ＦＦＴ中のデータスケーリング方法なら
びにデータ自体の性質によって決まろ。

ＦＦＴによって導入されるノイズは、データ自体の性質
によって左右されるから、ダイナミックレンジのこの局
面は、欣に詳しく述べるごとく適切な技術によって改善
することができる。

ダイナミックレンジは、いくつかの理由から、ＮＭＲ特
有の問題である。］Ｔｅ５ｌａを越え、人体などの大き
な物体のイメージング用に現在用いられている高磁場強
度では、ＮＭＲレスポンスが強＜、ＮＭＲ信号中のＳ／
Ｎ比が優れており、自由誘導減衰（ＦＩＤ。

ｆｒｅｅ　１ｎｄｕｃｔｉｏｎ　ｄｅｃａｙ）として知
られている。さらに、イメージングすべき物体全体にわ
たって、大磁場勾配と磁場不均一性が存在しており、極
めて減衰速度の速いＦＩＤになり、したがって、ピーク
信号出力と平均信号出力との比が非常に大きくなる。最
後に、ＮＭＲイメージングを医療に適用する場合は、イ
メージング時間を短くし、ノイズ存在下における信号の
平均化を行うことが望ましい。

在来ＮＭＲ分光分析法のダイナミックレンジを大きくす
る 技術は、追加データ捕捉時間を必要とし、したがって望
ましくない。

本発明は、ＮＭＲデータ捕捉のダイナミックレンジの問
題は、ＮＭＲ信号のピーク振幅を小さくすることによっ
て緩和できるという認識に基づいている。

本発明はさらに、調べるべき物体内の核スピンシステム
の位相を変えることによってこれを行うことができ、核
スピンシステムの位相を変化させるいくつかの方法によ
っても、Ｆトゴなどの後続の信号処理中に導入されるノ
イズを抑制することができるという発見に基づいている
。

本発明は、ＮＭＲイメージングに適用すれば特に効果が
あり、さらにまた、イメージング用に必要な空間情報の
中のいくつかの情報が、核スピンシステムに同相エンコ
ーディングされ、手も位相を変化させることができろと
いう発見に基づいている。

第４Ａ〜４０図は、どのように位相を変化させて、ＮＭ
Ｒ信号のピーク振幅を小さくするかを示すグラフである
。

各側において、ＮＭＲ信号の周波数スペクトルは左に示
し、実／仮想経時変化波形は右に示す。

例えば第４Ａ図において、ＮＭＲスペクトルの振幅は、
周波数レンジ全体にわたって一定であり、位相はすべて
の周波数でゼロである。これに対する経時ｉｒ変波形（
エコー信号として示す）は、任意にｔ＝０として設定し
た時間が中心になっている。

第４Ｂ図において、スペクトルの振幅成分は、第４Ａ図
と同じであるが、位相成分は周波数レンジ全体にオ）た
って直線的に変化し、振幅は非ゼロである。この位相変
化によって、経時可変信号の中心がΔｔだけシフトする
が、実／仮想波形の形状は第４Ａ図と同じである。

これに対し第４Ｃ図においては、経時可変波形の実／仮
想成分の形状は大きく変わっており、実成分のピーク振
幅が小さくなっている。この波形を持っているパルスの
１つのスペクトルを、第４Ｃ図の左に示す。このスペク
トルは、振幅成分は第４Ａ、第４Ｂ図と同じであるが、
位相成分の周波数レンジ全体にオ〕たって位相がランダ
ム変化する。第４図の直線的位相変化と違って、このラ
ンダム位相変化、ならびに使用可能な他の適切な位相変
化では、実波形成分のピーク振幅が小さくなる。

第４Ｃ図から、受イパしたＮＭＲ信号のピーク振幅とそ
の平均出力との比は、核スピンシステＩｓが第４Ｃ図に
示すごとく、周波数スペクトルの位相成分全体にわたっ
て変化するならば小さくなることが分かる。しかし、在
来ＮＭＲイメージングにおいては、核スピンシステムの
位相エンコーディングによって、一般に第４Ａ図か第４
］）図のそれに似た位相成分が結果し、受信ＮＭＲ４：
１↓；のピーク振幅は高い。したがって、位相エンコー
ディングに加えて、ＮＭＲ信号のピーク振幅を小さくす
るように核スピンシステムの位相を変化させなければな
らない。

第５Ａ〜第５Ｃ図は、本発明の１つの応用例としてのＮ
ＭＲイメージングにおけるいくつかの機能シーケンスに
示す。

いずれのシーケンスにおいても、核スピンシステムの位
相を変化させて受信ＮＭＩ（信号のピーク振幅を小さく
する。第４Ａ〜５０図の比較から、位相の変化は、イメ
ージングプロセス中のい＜−）かの時点の任意の時点に
おいて起きることが分かり、第５Ａ〜５Ｃ図は色々な可
能上の中の・例にすぎない。

さらに、位相は、イメージングプロセスにおける複数の
時点で変化し、複数の次元において効果を発揮する（第
５Ａ〜５Ｃ図の方法を組合わせる）。

第５図において、核スピンシステムは、ボックス（２２
）に示すとよりす、核スピンシステムの必要な励起の一
部として、シーケンスの開始時に変化する。イメージン
グの場合は、続いて励起した核を、一般的にはボックス
（２４）に示すごとく位相エンコーディング空間情報で
エンコーディングする。

そしてこれによって生成した低ピーク振幅のＮＭＲ信号
をボックス（２６）で受ける。

第５図において、核をボックス（３２）において励起し
、ボックス（：１４）においてエンコーディングする。

続いて核をボックス（３６）において１８０度再集束パ
ルスで再集束し、これと同時に位相を変化させる。その
結果、ボックス（３８）で受けるＮＭＲ信号のピーク振
幅が低下している。

第５図において、核をボックス（４２）において再び励
起する。ボックス（４４）における核のエンコーディン
グの一部として位相を変化させる。続いて核をボックス
（４６）に示すごとく再集束し、続いてピーク振幅が低
下したＮＭＲ信号−をボックス（４８）で受ける。

第５Ａ〜５Ｃ図に示す具体的なシーケンス例を、核スピ
ンシステムの位相を変化させる具体的な方法に関連して
次に説明する。位相を変化させる方法としてはいくつか
あるが、受信したＮＭＲ信号−のピーク振幅を小さくす
るように位相を変化させる方法を紹介する。

■、不均二ＲＶパーツ１不 核スピンシステムの位相を変化させる１つの方法として
、まず不均一ｒｆパルスを印加してスピンを起す。

言い換えれば、イメージングすべき物体全体にわたって
振幅が空間的に変化するｒｆパルスを印加する。

第６図は、この方法において使用するｒｆコイルコンフ
ィギユレーションを示す。

第７図は、第６図のコイルコンフィギユレーションによ
って印加するパルスシーケンスが、イメージングすべき
物体の体積要素（Ｖｏ　１　ｕｍａ　ｅ　Ｉｅ−僧ｅｎ
ｔ）にどのような作用を及ぼすかを示す。これと同様な
コイル構造は、本出願人による米国特許願第−−−−−
−−−−−−−号（代理人番号Ｍ１０４４８）　ｒ位相
変化ＲＦパルスを用いるＮＭＲ位相エンコーディング」
（ＮＭＲＰｈａｓｅ　Ｅｎｃｏｄｉｎｇ　ＩＪｓｉｎｇ
　Ｐｈａｓｅ　Ｖａｒｙｊｎｇ　ＲＦＰｕｌｓｅｓ）に
紹介されている。

第６図に示すコイルアレンジメントには２つのコイルＡ
、Ｂがあり、その中にイメージングすべき物体（５０）
がある。

コイルＡはサドル型コイルであり、２つの半割（５２）
（５４）で構成されている。第６図に示すごとく、Ｙ方
向に均一ｒｆ磁場を発生する。これに対してコイルＢは
、２つの半割（５６）　（５８）で構成されており、例
えばＸ方向においてコイル半割（５６）　（５８）の間
の中点においてゼロ磁場を発生する可変磁場である不均
一ｒｆ磁場を発生する。コイルＢは、周知のタイプのｒ
ｆ勾配コイル（ｒｆ　ｇｒａｄｊｅｎｔ　ｃｏｉｌ）と
することができる。

第６図においてはコイルＡ、Ｂは、直交しているが、同
方向とすることもできる。また、相異な一２７＝ る方向に追加コイルを設けて、δ々の方向に才９いて不
均一ｒｆ磁揚を発生させることもできろ。イメージング
すべき物体（５０）は、第６図において両コイルの間に
あり、スピン磁化核（ｓｐｉｎ　ｍａｇ旧じｔｉｚｅｄ
　ｎｕｃ］ｅｉ）の３つの小要素Ａ、ｌ（、Ｃを含んで
いる。

第７図は、第６図のコイルシステムで印加するｒｆハル
スが、各小要素Ａ、］３、Ｃのスピン磁化にどのような
作用を及ぼすかを示す。

第７図の第１列において、各小要素のスピン磁化の方向
はＺ′軸方向であり、静磁場（ｓｔａｊ、ｉｃ　ｍａｇ
、−ｎｅｔｉｃ　ｆｉｅｌｄ）の効果として３つの体積
要素が占める位置はＺ′軸ｌ−である。続いて、第７図
の第２列に示すごとく、コイルＢで印加されるｒｆパル
スが、いくつかの小要素のスピンの／Ｊ−向を変化させ
る。

スピン挙動を、ｒｆ基準周波数ｆａの１！準回転フレー
ム（ｒｏｔａｔｉｎｇ　ｆｒａｍｅ　ｏｆ　ｒｅｆｅｒ
ｅｎｃｅ）で扱えば、このパルスは、任意にゼロ位相を
与えることのできるＸ′軸方向に印加される。

その結果、体積要素Ａのスピンは正Ｙ′軸に向−２８＝ かって回転し、体積要素Ｃのスピンは、逆の負Ｙ′軸方
向に向かって回転する。ただし、前記のごとく、コイル
（５６）　（５８）の間の中点においてゼロ磁場が発生
するから、体積要素Ｂのスピンは何等の作用を受けない
。第７図の第２列から分かるとおり、これによって、Ｙ
’−２’面内の体積要素のスピンシステムの方向が変化
する。

コイルＢで印加される平均一ｒｆパルスの終端に続いて
、直ちに在来９０度パルスが、第７図に示すごとくコイ
ルＡで印加される。このパルスは、Ｙ’軸方向に印加さ
れるから、すべてのスピンをｙ’−ｚ’面から出して、
回転スピン磁場を検出する面であるＸ’　−’／’面内
に傾ける。スピンは、異なる位相、ただしｙ’−ｚ’面
内での方向の違いに相当する位相を伴ってｘ’−ｖ’面
内に傾けられる。さらに、励起された核が、第２図と同
じように崩壊してＦＩＤ信号を発生する。

かくのごとく第７図は、核スピンシステムに位相変化も
起させる２段階励起プロセスを示している。第１段階に
おいて、スピンを縦軸に平行な面内において相異なる方
向に傾けるパルスを印加し、第２段階において、すべて
のスピンを、各々平行面内の方向に対応する位相を持た
せて横方向面内に傾ける。

第８Ａ、８８図は、本発明に従って第５Ａ図のシーケン
スに適用できる２つの位相変化／励起シーケンスを示す
タイミンググラフであり、各々第７図の２段階励起／位
相変化プロセスに従っている。各シーケンスにおいて、
パルスシーケンスを、Ｚ軸方向面の選択励起を用いて、
二次元イメージング用に適用できる。第８Ａ図において
、核スピンシステムの位相は、パルス励起勾配磁場Ｇｚ
の存在下において、コイルＢを通して印加する選択性プ
リペアレーションパルス（ｓｅｌｅｃｔｉνｅ　ｐｒｅ
ｐａｒａ目０口ρｕｌｓｅ）で変化させる。続いてコイ
ルＡを通して印加される後続励起パルスを同じ選択面に
印加しなければならない。

これに対して第８Ｂ図においては、プリペアレーション
パルスは非選択性であり、パルス励起勾配磁場なしで印
加され、したがってコイルＡを通して印加される後続励
起パルスだけが選択性である。

第８Ａ図においても第８Ｂ図に才、′いても、勾配逆転
法（ｇｒａｄｉｅｎＬ　ｒｅｖｅｒｓａｌ　ｔｅｃｈｎ
ｉｑｕｅ）その他の適切な方法を在来の４１方で適用し
て、選択性パルスで励起した全スピン磁化をリカバリし
なければならない。

第９Ａ〜９０図は、第６図に示すコイル・コンフィギユ
レーションの詳細を示す。

第９Ａ図は、２つのコイル半割（５２）（５４）で構成
されている均一ｒｆコイルＡを示し、各コイル半割（５
２）（５４）を通して同じ方向に電流が誘導され、均ｒ
ｆ磁場が発生する。

これに対して第９１３図においては、コイル半割（５６
）　（５８）が逆の方向に電流を誘導し、均一ｒｆ磁場
を発生し、中点において磁場がゼロになる。コイルＢを
通して不均一ｒｆパルスが印加されることによって生じ
る位相分布は、コイル自体の構造によって決まる。不均
一ｒｆパルスの印加による位相回転の聴け、コイルを通
して印加される電力によって決まり、回転角は一般的に
、所望位相分布に従って、１または複数の位置で全１８
０７１１！ｌ：　１１４１転が存在するように設定しな
ければならない。位相分布自体は、任意の分布とするこ
とができるが、適用するイメージングｌｊ法と、最終像
データにおいて補正ずみ位相情報をリカバリする方法に
応して決めなければならない。

第９Ｃ図のアレンジメントにおいては、コイルＡ、Ｂが
直交しており、各コイルはマツチング／チューニング回
路を介して適切なｒ　ｆ　１に４　＃＋　／検知回路に
接続されている。コイルＡは、マツチングコンデンサ（
６２）を介して電源に接続されており、チューニングコ
ンデンサ（６４）でチューニングされ、コイルＢは、マ
ツチングコンデンサ（６６）を介して電源に接続されて
おり、チューニングコンデンサ（６８）でチューニング
され、コイルのコンフィギユレーションならびに接続は
様々な実施態様が１＋（能であり、第９Ｃ図に示すもの
はあくまでも一例にすぎない。

不均一ｒｆパルスを印加する方法は、不均一ｒｆコイル
の物理的構造によって左右されるから、フレキシビリテ
ィに限界がある。本明細書に紹介するのは、極めて大き
なフレキシビリティを備えている、核スピンシステムの
位相を変化させる方法である。

Ｉｎ、−云−イーラーートイ敞−相ノクラン！４−リ≦
ンブグ！メツに各既述のごとく、本発明のいくつかの特
徴は、ある種のｒｆパルスを用いて、イメージングすべ
き物体の核スピンシステムの位相を確実に変化させるこ
とができるという発見に基づいている。ただし、位相を
変化させる所望ｒｆパルスの任意選択を可能にするため
には、所望ｒｆパルスを得るフレキシブルな方法が必要
である。そのような方法の１つとして、まず所望パルス
の振幅スペクトルと位相スペクトルとを設定し、続いて
、この２つのスペクトルを経時可変波形の所望実／仮想
成分に変換することによって、ティラードｒｆパルスを
発生させる。

このような仕方で発生させるティラードｒｆパルスは、
１１前記米国特許願に紹介されている。

第１ＯＡ、１０８図は、核の位相を変化させるパルスス
ペクトルを示す。いずれの図においても、パルスは特定
レンジ内の周波数を含んでいるだけでよく、同レンジ外
では周波数の振幅（レベル）はゼロである。ただし同レ
ンジ内では、振幅あるいは位相は第１ＯＡ、　１０８図
に示すごとくランダム変化するか、または、任意の仕方
で変化してＮＭＲ信号のピーク振幅を下げる。

第１０Ａ図のスペクトルでは、振幅（レベル）スペクト
ルはレンジ内でランダム変化し、位相スペクトルは一定
であり、したがってレンジ全体にわたってゼロとして扱
うことができる。第１０Ａ図の振幅／位相スペクトルを
変換して、ｒｆパルスを変調する波形の実／仮想成分を
生成すると、この波形がｒｆパルスを発生し、このｒｆ
パルスがスピンシステムに印加されると、周波数に応じ
て振幅が変化する励起を生じる。したがって、パルス励
起磁場勾配などの磁場勾配の存在下で印加するこのパル
スによって、各周波数におけるｒｆパルスの振幅が磁場
勾配の方向の特定領域内の核の位相に作用を及ぼすため
に、第７図の第２列に示すようなスピン回転角の変化を
牛しろ。この振幅可変ｒｆパルスを、先に第８Ａ、８Ｂ
図を参照して説明したごとく、不均一ｒｆコイルで印加
したプリペアレーションパルスと同じように２段階励起
／位相変化プロセスにおいて第１パルスとして用いるこ
とができる。

ただし、振幅可変ｒｆパルスは均一ｒｆコイルを通して
印加しなければならない。

第７図に示すシーケンスから結果する位相変化タイプを
求めるために、第１０Ａ図に示すような振幅可変ｒｆパ
ルスを磁場勾配存在下で印加する。

例えば、振幅ＩＩｒ変ｒｆパルスを第１１図のシーケン
スにおいて用いて二次元イメージングを行い、Ｘ軸方向
において位相スクラップリングを行うことができる。

第１１図において、振幅可変ｒｆパルス（スライス選択
性５ｌｉｃｅ　５ｅｌｅｃｔｉｖｅではない）をＸ軸方
向勾配磁場の存在下で印加する。振幅可変ｒｆパルスに
続いて、直ちに、二次元イメージングにおいて用いるス
ライス選択性９０度励起パルスをＸ軸方向磁場勾配Ｇｚ
の存在下で印加し、位相を回転フレーム内において振幅
可変ｒ「パルスにｌｌ’ｉｔｉさせる。結果は、第８Ａ
図に示すようなパルスシーケンスであるが、シングルス
ライスイメージング（ｓｉｎＩ；Ｉｅ　ｓｌｉｃｅｉｍ
ａｇｉｎｇ）川に適用できろ。

第１１図のシーケンスにおいても、第８Ａ、８１１図の
シーケンスと同様に、第７図に示すような２段階励起／
位和変化プロセスになる。

第１０８図は、第１０Ａ図と違って、周波数レンジ全体
にオ）たって一定である振幅スペクトルを示す。

ただし位相スペクトルは、周波数に応じてランダム変化
する。このタイプの位相ｉ＋ｆ変ｒ「パルスは、１つの
軸方向では位相変化せず、この軸に直行する軸方向にお
いては空間選択性であり、【７たがってマルチスライス
イメージングには適していない。

ただし、１ｉｉｌｒｆパルスは、次に説明するごとく、
スライス選択を行オ）ない場合は体積イメージング（ｖ
ｏｌｕｍｅ　ｉｍａｇｊｎｇ）用に、また後述のごとく
、１１１−面分光分析イメージング（ｓｉｎｇｌｅ　ｐ
ｌａｎｅ　５ｐｅｃｔｒｏ−ｓｃｏｐｊｃ　ｉｍａｇｉ
ｎｇ）川に適用できる。

第６．１１図を参照して！二に紹介した実施例において
は、ＮＭＲ信号の振幅を低下させる位相変化は、第６図
のｒｆコイルの不均一性が空間不均一性（ｓｐａｔｉａ
ｌ　ｊｎｈｏｍｏｇｅｎｅｉｔｙ）であり、また第１１
図において印加する振幅可変ｒｆパルスは空間的に変化
する磁場勾配の存在下で印加するということから空間に
依存する。ただし、化学シフトや磁場不均一性による共
振周波数の局部的変化が十分に大きい場合は、所望位相
変化を起させることも可能である。したがって、第１０
１（図に示すような位相可変ｒｆパルスは、磁場勾配な
しで印加して位相スクランプリンクを行うことができる
。

第１２図は、磁場不均一性などの線拡幅効果（ｌｉｎｅ
　ｂｒｏａｄｅｎｉｎｇ　ｅｆｆｅｃｔ）によって、周
波数レンジの広い物体全体からＮＭＲレスポンスが発生
する場合は、星−面分光分析イメージング用に適用する
ことができる。面内の核は、Ｚ軸方向磁場勾配Ｇｚの存
在下で印加するスライス選択性励起パルスで励起する。

続いてｘ、Ｙ方向の適切な磁場勾配ＧＸ、Ｇｙで空間情
報の位相エンコーディングを行う。

続いて１８０度再集束パルスである位相可変ｒｆバルー
　　；ｉｂ　− スを印加して、励起パルス後佳時間杆過した時点でエコ
ーを得る。

再集束パルスに、第１０Ｂ図にしめすような位相差（ｐ
ｈａｓｅ　ｖａｒｉａｎｃｅ）がある場合は、励起され
たスピンはすべて、各々位相が異なっている名等色周波
数群（ｉｓｏｃｈｒｏｍａｔｊｃ　ｇｕｏｕｐ　ｏｆ　
ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ）で再集束され、その結果とし
ての位相スクラップリングによってスピンエコーの振幅
が小さくなる。

大抵のイメージング磁石（ｉｍａｇｊｎｇ　ｍａｇｎｅ
ｔ）は、帯域幅の広いスピン共振周波数を発生する略磁
場不均一性を発生し、したがって、第１２図のパルスシ
ーケンスによってピーク振幅をドげることのできる十分
な位相変化を起させることができる。また、第１２図の
方法を、既述のごとく空間依存性にによって位相スクラ
ップリングを行う他の方法と組合わせて、ピーク振幅を
下げることができる。

さらにまた、パルスを再集束するためのピークｒｆ電力
を、位相可変ｒｆパルスを用いることによって下げるこ
とができる。

位相スクラップリング用ティラードｒ「パルスを印加す
る方θζは、フレキシピリティが大きいということから
特に有益である。

場合によっては有益である別の方法も発見したので、次
にこれを紹介する。

＋ｖ、、４−スタイ１１ト勾配イ（）１不（ｍｉｓｔｉ
ｍｅｄ　ｇｒａｄｉｅｎｔ、　ｐｕｌｓｅｄ核の位相を
変化させる３番［１の方法を第１３図に示す。第１３図
に示すごとく、フーリエイメージンクシーケンスである
パルスシーケンスは、９０度励起パルスとすることので
きる励起パルスで始まる。

続いて励起された核が位相エンコーディグ勾配（ｐｈａ
ｓｅ　ｅｎｃｏｄｉｎｇｇｒａｄｉｅｎｔ）によって位
相エンコーディングされる。これと同時に、リードアウ
ト勾配（ｒｅａｄｏｕｔ　ｇｒａｄｊｅｎｔ）が印加さ
れ、同じ方向の観察勾配（ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ　ｇ
ｒａｄｉｅｎｔ）によって後続位相エンコーディングが
行われる。

また、後続スピンエコー中に励起された核の完全＋１ｇ
集束を１１１１止するようにタイミングを調節した追加
勾配を印加する。この追加勾配は、図示のごとく、高位
勾配項（ｈｊｇｈｅｒ　ｏｒｄｅｒ　ｇｒａｄｉｅｎｔ
　ｔｅｒｍ）を供給する特殊］１的勾配コイルで発生す
る不均一勾配とすることができる。この高位勾配項が非
直線的位相変化を起すが、これは、空間エンコーディン
グ用に用いる基本位相変化は、ＮＭＲ信号のピーク振幅
の所望の低下を起さない直線的変化であるということか
ら望ましい。大きさが等しく逆勾配を位相スクラップリ
ング用に用いろ場合は、勾配が相殺し合い、位相スクラ
ップリングが無効になる。

第１３図はまた、続いて１８０度＋ｌｉ集束パルスを印
加し、続いて観察勾配を印加し、その間にＮＭｌ＋信号
（スピンエコー）を受けてサンプリングする方法を示す
。

７１位相補正 本発明のいずれかの位相変化法を適用した後、位相変化
を補正する。位相変化は、受４ｒ＋　ＬだＮＭＲ信号の
レベルで補１１：することができる。これは本発明のい
ずれの方法においても＋＋１能である。

受信したＮＭＲ４Ｔ’ｙのレベルで位相変化を補＋Ｆす
る場合は、分解度が幾分低ドすることがあり、その場合
は、位相変化の知識を用いて像の各点において位相変化
を補正する。位相変化の知識は、位相変化の最初の定義
から直接得ることもできるしまた、イメージング体積（
ｉｍａｇｉｎｇ　ｖｏｌｕｍｅ）全体にオ）たってＮＭ
Ｒ信号を得るファントム物体（ｐｈａｎｔｏｍｏｂｊｅ
ｃｔ）から得ることもでき、得られた像のすべての点で
位相を測定して位相補正情報を得る。

■、−ば一ニクー撮＠低減 本発明の１つの目的は、ＮＭＲ信号のピーク信号エネル
ギー（振幅）を小さくするように位相を変化させ、かつ
信シ）の平均出力を位相変化を行わない時の出力とほぼ
同じ値に雑持することである。

第１４Ａ、＋４Ｒ図は、本発明の位相変化によるＮＭＲ
信号のピーク振幅の低下を調へるために行ったコンピュ
ータシミュレーションスタディの結果を示す。

第１４Ａ図は、Ｒ（ピーク振幅の低減量）とｍ（サンプ
リングしたデータセットの点数との関係を示す対数プロ
ットである（Ｎｙｑｕｉｓｔ周波数）。

（ランダム位相の最＾信号振幅） 一次元の場合は、物体は幅Ｍ　＝　ｍ　（３１５）の矩
形周波数プ［１フアイルであ番１、−次元の場合は、物
体は半径ｒｎ　／　３の円である。

第１４Ａ図において、実線は、位相スクラップリングが
ランダムである二次元の場合である。このケースの勾配
は、ｌｏｇ、、（Ｉｔ）／ｌｏｇよｏ（ｒｎ）＝０．４
３であり、交点は、］ｏＬｏ（ｍ）＝０．！１５である
。

理論上は、ランダム変調によって信号出力がｍ点にわた
って分散し、したがって、信１）のｒＩＩｌｓ電圧は、
ｍの平方根に比例する定数だけ低トし、勾配は約０．５
になる。シミュレーション結果とこの計算結果との差は
、シミュレーションにおいては、非理想的乱数発生（ｎ
ｏｎ−ｊｄｅａｌ　ｒａｎｄｏｍ　ｍｕｍｂｅｒｇｅｎ
ｅｒａｔｉｏ口）を行うことによるものと考えられる。

交点は、ピーク振幅値とｒｍｓ（、”９号値との違いに
よって結果し、第１４Ｒ図を参照しながら後述するごと
く、周波数分布のタイプにも依存する。

以上の考察から、Ｒの概算値は次のように計算される。

Ｒ＝ｏ、＋＋２（開 第１４Ａ図はまた、第＋５Ａ、１５１１図を参照して後
述する特定の緩徐変化ラング１１位相関数（ｓｌｏｉｉ
ｌｙｖａｒｙｉｎｇ　ｒａｎｄｏｍ　ｐｈａｓｅ　ｆｕ
ｎｃｔｉｏｎ）を用いて行う周波数変調の−・次元のケ
ースと二次元のケースとを示す。第１４Ａ図に示すごと
く、この関数の場合は勾配は理想値に近付＜　（０，４
９）。

第１４ｎ図も、ピーク振幅の低減量（Ｒ）が、点の相対
数Ｍ／ｎの増加に伴って大きくなる様子を示すグラフで
ある。Ｍ／ｎは、シミュレーション（この場合は一次元
）用に用いる矩形周波数プロファイルを設定している。

図示のごとく、Ｒは実際にはＥＴに比例し、第１４Ａ１
☆口こ基づくＲの上の式と共に、周波数スペクトルを記
述する独立位相エンコーディングの数の平方根にＲの値
が比例することを示している。したがって、Ｒは、位相
変化（スクラップリング）関数のタイプと信号の周波数
スペクトルの両方に依存することが分かる。

位相変化関数の選択は重要である。ランダム位相変化は
理論的には理想的であるか、実践上は、いくつかの分解
されたｖｏｘｅ］、（イメージング体積）における位相
変化が非す；りに大きいために、このｖｏｘｅｌ内にお
いて磁化相殺（ｃａｎｃｒｌ　Ｉｃ１Ｌｉｏｎ　ｏｆ　
ＩＩＩａｇ−ｎｅｔｉｚａｔｊｏｎ）が起き、それに伴
って信号損失を牛じるということかＩも望ましくない。

これに対して、先述のごとく、フーリエイメージングを
はじめとする標ｒ（Ｑ　Ｎ　Ｍ　１１イメージングは、
パルス励起勾配磁場を利用して位相エンコーディングを
行う。したがって、位相エンコーティングと大きさが同
じで方向が対立し合っているイη相変化を印加すると、
２つの位相変化は相殺し合って最高可能信号−振幅にな
る。したがって、位相スクラップリングの直線空間変化
ならびに純うンダ１５関数を避ける必要がある。

しかし、隣合っている点と点の間でゆっくりと変化する
ランダム位相変化は、例えば、特定の一連の点にわたっ
てランダム位相変化を補間することによって得られる。

下に示す特定の関数に従う位相変化は、ティラードｒｆ
ハルスの位相変調用に適用できることも発見した： ここで、ａ、ｂは係数であり、ｍは、レンジの位相セグ
メント数であり、ｎは、−（ｍ／２）＋１からｍ／２ま
での整数である。

にの関数は周波数変調位相変化であり、ｂが２であるス
プレッドスペクトル（ｓｐｒｅａｄ　ｓｐｅｃｔｒｕｍ
）（ＣＩＩＴＲＰ　レーダ）に適用する関数に似ている
。

同様に、周波数変調振幅変化は、第１１図のパルスシー
ケンスにおいて用いる振幅（レベル）可変パルス用のス
ペクトルとして用いて所望位相分布を得ることができる
。変調関数は次のとおりである：振幅変調パルスに続い
て９０度励起パルスを印加すると、所望位相分布が得ら
れる。

この周波数変調位相変化関数を評価するために、コンピ
ュータシミュレーションを行った。

第１５Ａ図に、ａ＝０．５、ｂ＝２としてこの関数で位
相変調したパルスのプロファイルを示す（ただし、複素
データセットの実部のみをプロットしである）。この関
数から結果する経時可変ＮＭＲ信号を対称とするこの関
数のフーリエ変換を第１５０図に示す。

第１５Ｉ３図に示すごとく、信号エネルギーがいくつか
の点にわたって広げられており、ピーク振幅が低くなっ
ている。この周波数変調位相変化関数を本発明の方法と
して適用できることは明らかである。

■、　　ＦＦｊ／−イーヌ低減 本発明の位相変化によってＦＦＴによる切捨てノイズ（
ｔｒｕｎｃａｔｉｏｎ　ｎｏｉｓｅ）を低減できること
も発見した。

第１６．１７図は、本発明の位相可変励起によってＦＦ
Ｔにおけろデータ打切りならびに誤差累積によるノイズ
が低減する様を示す。

一般的に言って、データ処理中に＋；’ＦＴによって導
入されるノイズは、ディジチージョン精度、丸め誤差、
ＦＦＴ中のデータのスケーリングならびにデータ自体の
性質に依存する。だい１６．１７図は、後続計算は、例
えば固定小数点データと浮動小数点データとの間の選択
の影響に関係なく十分な精度で行うことを＾１１提とし
て、入力ＮＭＲ信号のディジチージョンによって導入さ
れる誤差に関するものである。

ダイナミックレンジを制限する時のディジチージョンの
影響は、変換したデータにおいて達成される最高Ｓ／Ｎ
比を求めることによって定臓化することができる。特に
関心のある問題として、ＦＦＴ誤差が、水の存在下にお
いて、乳酸塩から発生する信号などのプロトン代−１物
質信号の同時観察が制限されるかどうか、計算ノイズ効
果（ｃｏｍ−ｐｕｔａｔｉｏｎａｌ　ｒ＋ｏｉｓｅ　ｅ
ｆｆｅｃｔ）を励起波形の適切な選択によ−）で制御で
きるかどうかということがある。

第１６．１７図は、一定範囲の入力データ精度、ならび
に色々なＦＦＩデータシミュレーションで行ったもので
ある。

原則として、前記の位相可変ｒｆパルスを採用し、計算
はすべてＦＯＲＴ）ｔＡＮで書かれたプログラムを用い
、３２ビット浮動小数点データフォーマットを用いて行
った。ノイズは、ＮＭＲイメージングにおいて用いるも
のに似た人力データを用い、最高（ｉｔ号強度の端数と
しての相対ノイズ偏差（ｒｅｌａ口ｖｅｎｏｉｓｅ　ｖ
ａｒｉａｎｃｅ）を求めて定敏化した。１３は八［）Ｃ
分解度から求め、Ａ　Ｄ　Ｃサイズは１３＋１であり、
エキストラビットは符号を示し、入力は双極とする。

第１６．１７図は、二次元ＦＦＴであり、まず、直径ｍ
　（２／３）の円としての物体の周波数プロファイルの
フーリエ変換によって経時可変信号を発生させる。この
データを１［：、規化し、８バイナリビットの精度で打
切り、このデータのフーリエ変換により、ＦＦＴを用い
て元のスペクトルをリカバーする。次に、データの大き
さのベースラインにおけるノイズ偏差σを求め、最高信
号振幅Ｓで正規化し、図に示すデータを得た。

ノーマルシミュレーションはゼロの位相定数で行い、ス
クランブルトシミュレーション（ｓｃｒｕｍｂ］−ｅｄ
　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ）は、＋１８０度−−１８０度
のランダム位相で行った。

−ＡＲ− 第１６図は、計算ノイズ偏差が、ｍの平方根の関数とし
て、位相一定ケースの場合はｍに比例して大きくなるこ
とを示す。これに対してランダム位相の場合は、ノイズ
偏差はｍに比例してごくわずかだけ大きくなる。

第１７図は、計算ノイズがＢに比例して低下する。

言い換えれば人力信号が得られる精度が高くなるにした
がって低ドすることを示している。しかしノイズは、使
用する浮動小数点データフォーマットの２４ビット少数
部の精度によって設定されるところの下限に達する。

第１６．１７図は、本発明の位相変化法を適用すればノ
イズが低トし、その低下度はｍに比例して大きくなり、
Ｂの値の広い範囲にわたって、ｍの任意の特定の値に対
して比較的一定であることを示す。

第１８Ａ〜＋８Ｃ図は、第１６．１７図を参照して上に
紹介したコンピュータシミュレーションで求めたデータ
を示す。第１８Ａ図は、本発明に従って位相スクラップ
リングパルスを印加した場合の、物体の中心を中心とす
る複素周波数スペクトルの実部を示す。

第１８Ｂ、１８０図は、１２８Ｘ１２８像（ｍ　＝　１
２８）、Ｒ＝ｌＯとして二次元ト下Ｔで得られるデータ
を比較する。

データのスムージング（ｓｍｏｏｔ；ｈｉｎｇ補整）は
行っておらす、第１８Ｂ、＋８Ｃ図は、ｊＰＬなる大き
さのデータ（ｍａｇｎｊｔｕｄｅ　ｄａｔａ）である。

左側ベースラインのデータは１０倍のスケールでプロッ
トしである。

これに対して、第１８Ｃ図においては、位相はランダム
スクラップリングして才９す、ノイズは著しく低下して
いる。プロファイルのトップにはノイズは見えず、左下
ベースラインにおいては、１００倍のスケールで、第１
８８図に示すノイズに比べて低いノイズがまだ見えてい
る。

したがって、位相変化（スクラップリング）により、Ｎ
ＭＲ信号のピーク振幅を小さくすると同時に、不適切な
ディジチージョンの結果としてＦｌ”Ｔ計算によって生
じるノイズを低くすることもできる。

■、Ｊ−の一他 ＮＭＲ情報の処理に才９いては一般に、時間データにフ
ィルタ関数、またはａｐｏｄｉｚａｔｉｏｎ　ｆｕｎｃ
ｔｉｏｎを掛けて周波数データのフィルタリングを行う
。この方法は、本発明の位相変化には適用してはならな
いが、それは、たたきこみ関数（ｃｏｎνｏｌｕｔｉｏ
ｎｆｕｎｃｔｉｏｎ）は、周波数領域において複素でな
ければならず、周波数が違えば異なるからである。

このたたきこみ関数は、時間の忠実な関数として表現す
ることはできず、したがって、必要であるスｌい−リン
グはすムて最終周波数データにおけるたたきこみによっ
て行わなければならない。

周波数領域におけるたたきこみは、時間領域における掛
Ｗ（ｍｕｌｔｉｐｌｉｃａｔｉｏｎ）よりも時間が長く
かかるために、これによって処理時間が少し長くなる。

本発明の方法によれば、ＮＭＲ信号のピーク振幅が小さ
くなるために有限時間中に得られる情報量が多くなる。

そのため、受信器の利得を大きくすることができ、受信
器のダイナミックレンジを大きくすることなく効率を向
Ｉ―させることができる。

本発明の方法は、いくつかの態様として適用することが
できるが、いずれの場合も、ＮＭＲ信号のピーク振幅を
低減することができる。

本発明のパルス／スイッチングシーゲンスは、大抵の市
販ＮＭＲイメージンリンステ１１て実行することができ
る。ＮＭＲイメーシンクシステノ、の−・例として、本
出願人による米国特許願第旧Ｆｉ、２８３号明細書に紹
介されているシステ１１を挙げることができる。

ＮＭＲイメージンリンステ１５の詳細については、Ａ。

Ａ、Ｍａｕｄｓｌｅｙ、Ｓ、に、１Ｉｉｔａｌ、Ｉｌ、
Ｆ、Ｓｉｍｏｎ共著”Ｈｌｅｃｔｒｏ−ｎｉｃｓ　　ａ
ｎｄ　　Ｔｎｓｔｒｕｍｅｎｌ、ａＬｉｏｎ　　ｆｏｒ
　　ＮＭＲ　　Ｉｍａｇｉｎｇ　　ＮＭＲイメージング
の電子装置”ＴＩＩｊｌｊ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ
　ｏｎＮｕｃｌｅａｒ　５ｃｉｅｎｃｅ、Ｖｏｌｓ、Ｎ
５−３１．Ｎａ３　（Ａｕｇｕｓｔ、］ｆ＋８４）ｐｐ
、９９０−９９３を参照。

本発明は、前述の実施態様だけに限られることはなく、
その特許請求の範囲内において、これ以外にも様々な実
施態様がｒｉｆ能であることは、ｆうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ダイナミックレンジを制限するＮＭＲイメー
ジンリンステ１１の各段を示すブロック図である。 第２図は、大振幅成分と小振幅成分とで構成されている
経時可変ＮＭＲ信号を示す。 第３図は、第２図に示すものに似た信号の周波数スペク
トルを示す。 第４Ａ図は、定位相ｒｆパルスのスペクトルと経時可変
成分に示す。 第４Ｂ図は、直線変化位相ｒｆパルスのスペクトルと経
時可変成分を示す。 第４Ｃ図は、ランダム位相ｒｆパルスのスペクトルと経
時可変成分を示す。 第５Ａ図は、本発明の方法において実行される諸機能を
示すブロック図である。 第５Ｂ図は、本発明の別の方法において実行される諸機
能を示すブロック図である。 第５Ｃ図は、本発明のまた別の方法において実行される
諸機能を示すブロック図である。 第６図は、本発明に使用するｒｆコイルアレンジメント
を示す。 −〇ｔ　− 第７図は、物体の３つのスピンシステノ、に対する本発
明の１つの方法の効果を示す。 第８Ａ図は、第６図のコイルアレンジメントを用いた場
合のパルスシーケンスのタイミング図である。 第８Ｂ図は、第６図のコイルアレンジメントを用いた場
合の別のパルスシーケンスを示す。 第９Ａ図は、第６図のコイルアレンジメントで使用でき
る均一磁場を発生するｒｆコイルを示す。 第９］）図は、第６図のコイルアレンジメントで使用で
きる不均一磁場を発生するｒｒコイルを示す。 第９Ｃ図は、第９Ａ、９１１図のコイルの構造と回路を
示す省略図である。 第１０Ａ図は、本発明の位相スクラップリング用に用い
る振幅可変パルスの振ＩＩ、Ｉ／位相スペクトルである
。 第１０８図は、本発明の位相スクラップリング用に用い
る振幅可変パルスの振幅／位相スペクトルである。 第１１図は、本発明の位相スクラップリング用に用いる
振幅可変パルスのパルス／勾配シーケンスのタイミング
図である。 第１２図は、本発明の位相スクラップリング用に用いる
振幅ｉｉＪ変パルスのパルス／勾配シーケンスを示す。 第１３図は、本発明の勾配パルスタイミングのパルス／
勾配シーケンスを示す。 第１４Ａ図は、本発明の位相可変パルスによる位相スク
ラップリングによって＜１られる時間データのピーク強
度製比較したグラフである。 第１４１１図は、本発明の位相可変パルスによるラング
１１荀相スクラップリングの信号低減定数を示すグラフ
である。 第１５Ａ図は、本発明の１つの実施例としての位相可変
パルスを用いた場合の位相変調プロファイルの実部を示
す。 第１５Ｉ）図は、第１５Ａ図の関数のフーリエ変換の大
きさくｍａｇｎｉｔｕｄｅ）を示すグラフである。 第１６図は、係数すの一連の値に対する二次元ｌ・下Ｔ
に才９ける相対ノイズを示すグラフである。 第１７図は、固定位相とラングｌ、位相の場合の次元Ｆ
ＦＴにおける相対ノイズを示すグラフである。 第１８Ａ図は、゛１次元シミュレーションで得られたプ
ロファイルを示すグラフであり、物体追従ランダム位相
スクラップリング（ｏｂ、１ｅｃｔ　ｆｏｌｌｏｗｉｎ
ｇｒａｎｄｏｍ　ｐｈａｓｅ　ｓｃｒａｍｂｌｉｎｇ）
の実部シボす。 第１８Ｒ図は、在来法による位相スクラップリングなし
で得られろプロファイルを示す第１８Ａ図と同種のグラ
フである。 第１８Ｃ図は、レベル（ｍａｇｒｌ　ｉ　ｔｕｄｅ）を
採用した位相スクラップリングの結果を示す第１８Ａ図
と同種のグラフである。 （Ａ）コイル　　　　　　　　　（１３）コイル（５０
）物体　　　　　　　　　（５２）コイルＡ半割（５４
）　１　イ／Ｌ／　Ａ半割　　　　　（５６）　−Ｊ　
−ｒ　ルｌ（’ｌ’割（５８）コイルＢ半割 Ａ、■３、Ｃスピン磁化核の小要素 （６２）マツチングコンデンサ （６４）チューニングコンデサ （６６）マツチングコンデンサ （６８）チューニングコンデンサ −β　糸売　ネ市　Ｉト　−ド（力式）昭和６１年Ｔ　
Ｏ）１／７　ｌ’１ 特ｎ庁」（官　黒　１１１　　明　雄　殿１、中性の表
示 昭和６１年特許願第１　ｆｉ　Ｈ９Ｈ５号２、発明の名
称　　　Ｎ　Ｍ　Ｒ信号受イ、１ツノ“θζ：１．　？
＋ｌｉ　＋Ｅをする者 ＝ｌＬ　（’Ｉとの関係　　　特約出願人名相−アドバ
ンスト　エヌエ１１アールシステムズ　インコーホレー
テッド ４、代理人 （１所　　　東京都港区新橋１−１５−５第１コーワビ
ル５、補１１−命令の１１付　　　　　昭和６１年　９
　Ｊｌ　　３　Ｆ＋　　　”″（発送１１　　昭和６１
年　９月１０１１）’　、ｈｌｉ　＋Ｆの対象　　　（
１）願書の出願人の欄（２）委任状及びその訳ｔ に（）明細１１） （４）図　而 ’７　、ｈ１ｉ＋Ｉ；ノ内容　　　（１）（２）　別紙
ノｉＭ　’Ｊに＄）讃１書に最初に添付［、た明細Ｉト
の浄書（内容に会り１なし）

Claims (29)

【特許請求の範囲】
1. （１）下記の諸段階から成るＮＭＲ信号受信方法。 第１時間インタバル中に、物体の原子の中の少なくとも
   いくつかの原子の核を励起し、かつ第１時間インタバル
   に続く第２インタバル中に、ＮＭＲ信号を発生する段階
   と、 物体の原子の中の少なくともいくつかの原子の核の位相
   を変化させて、ＮＭＲ信号のピーク振幅とその平均出力
   との比を小さくする段階と、 第２時間インタバル中に、ＮＭＲ信号の少なくとも一部
   を受信する段階。
2. （２）信号を受信する段階において、利得の大きい受信
   器を使用する特許請求の範囲第（１）項に記載のＮＭＲ
   信号受信方法。
3. （３）核の位相を変化させる段階において、空間的に不
   均一なｒｆパルスを物体に印加する特許請求の範囲第（
   １）項に記載のＮＭＲ信号受信方法。
4. （４）不均一ｒｆパルス中にパルス励起勾配磁場（ｐｕ
   ｌｓ−ｅｄ　ｇｒａｄｉｅｎｔ　ｆｉｅｌｄ）を印加し
   、少なくともいくつかの核の位相が変化する物体スライ
   スを選択する段階を含む特許請求の範囲第（３）項に記
   載のＮＭＲ信号受信方法。
5. （５）核を励起する段階において、不均一ｒｆパルスに
   続いて、均一ｒｆパルスを印加する特許請求の範囲第（
   ３）項に記載のＮＭＲ信号受信方法。
6. （６）核の位相を変化させる段階において、位相スクラ
   ップリングｒｆパルス（ｐｈａｓｅ　ｓｃｒａｍｂｌｉ
   ｎｇ　ｒｆ　ｐｕｌｓｅ）を物体に印加し、同位相スク
   ラップリングｒｆパルスが複数の周波数を含んでおり、
   各周波数に各々１つの振幅があり、各位相と各振幅とが
   、周波数に応じて変化して核の位相を変化させる特許請
   求の範囲第（１）項に記載のＮＭＲ信号受信方法。
7. （７）周波数の各位相が集まって１つの位相スペクトル
   となり、かつ周波数の各振幅が集まって１つの振幅スペ
   クトルとなり、位相スペクトルと周波数スペクトルとを
   設定し、位相スペクトルと振幅スペクトルとを変換して
   、実成分と仮想成分とを持っている経時変化ｒｆパルス
   波形を得る段階を含み、位相スクラップリングｒｆパル
   スを印加する段階において、ｒｆパルス波形の実成分と
   仮想成分とを物体に印加する特許請求の範囲第（６）項
   に記載のＮＭＲ信号受信方法。
8. （８）位相スクラップリングｒｆパルスの周波数が、各
   周波数が各々同じ位相を持っている周波数レンジをカバ
   ーしており、同レンジ内の周波数の各振幅が、周波数と
   共に変化する特許請求の範囲第（６）項に記載のＮＭＲ
   信号受信方法。
9. （９）位相スクラップリングｒｆパルス内にパルス励起
   勾配磁場を印加して、少なくともいくつかの原子の核の
   位相を変化させる段階を含む特許請求の範囲第（８）項
   に記載のＮＭＲ信号受信方法。
10. （１０）核を励起する段階において、位相スクラップリ
    ングｒｆパルスに続いて、均一ｒｆパルスを印加する特
    許請求の範囲第（９）項に記載のＮＭＲ信号受信方法。
11. （１１）位相スクラップリングｒｆパルス中に、第１次
    元方向にパルス励起勾配磁場を印加して第１次元方向に
    おける核の位相を変化させる段階と、位相スクラップリ
    ングｒｆパルスに続いて、パルス励起勾配地場と一緒に
    スライス選択ｒｆパルスを第１次元に直交する第２次元
    方向に印加する段階とを含む特許請求の範囲第（８）項
    に記載のＮＭＲ信号受信方法。
12. （１２）位相スクラップリングｒｆパルスの周波数が、
    各周波数が益々同じ振幅を持っている周波数レンジをカ
    バーしており、同レンジ内の周波数の各振幅が周波数と
    共に変化する特許請求の範囲第（６）項に記載のＮＭＲ
    信号受信方法。
13. （１３）位相スクラップリングｒｆパルスが、空間的非
    選択性励起パルスである特許請求の範囲第（１２）項に
    記載のＮＭＲ信号受信方法。
14. （１４）位相スクラップリングｒｆパルスが再集束パル
    ス（ｒｅｆｏｃｕｓｉｎｇ　ｐｕｌｓｅ）である特許請
    求の範囲第（１２）項に記載のＮＭＲ信号受信方法。
15. （１５）レンジ内の周波数の各位相が、一連の点を純ラ
    ンダム関数から補間（ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ）し
    て得られる緩徐変化ランダム位相関数に従って変化する
    特許請求の範囲第（１２）項に記載のＮＭＲ信号受信方
    法。
16. （１６）レンジ内の周波数の各位相が、ＮＭＲ信号のピ
    ーク振幅とその平均出力との比を小さくする関数に従っ
    て、周波数と共に変化する特許請求の範囲第（１２）項
    に記載のＮＭＲ信号受信方法。
17. （１７）少なくとも１つのパルス励起勾配磁場を印加す
    ることによって、ＮＭＲ情報を励起核の位相にエンコー
    ディングする段階を含み、核の位相を変化させる段階に
    おいて、パルス励起勾配磁場のタイミングを行って位相
    を変化させる特許請求の範囲第（１）項に記載のＮＭＲ
    信号受信方法。
18. （１８）パルス励起勾配磁場を印加する段階において、
    高位勾配成分を生成する特許請求の範囲第（１７）項に
    記載のＮＭＲ信号受信方法。
19. （１９）空間情報を少なくともいくつかの励起核の位相
    にエンコーディングする段階を含む特許請求の範囲第（
    １）項に記載のＮＭＲ信号受信方法。
20. （２０）核の位相を変化させることによって得られた受
    信ＮＭＲ信号の位相変化を補正する段階を含む特許請求
    の範囲第（１）項に記載のＮＭＲ信号受信方法。
21. （２１）位相変化を補正する段階において、受信ＮＭＲ
    信号のレベル（ｍａｇｎｉｔｕｄｅ）を得る特許請求の
    範囲第（２０）項に記載のＮＭＲ信号受信方法。
22. （２２）位相変化を補正する段階において、受信ＮＭＲ
    信号から複数の点を含んでいる像を生成し、像の核点に
    おける位相変化を補正する特許請求の範囲第（２０）項
    に記載のＮＭＲ信号受信方法。
23. （２３）位相を励起する段階と変化させる段階とを同時
    に実行し、位相を励起する段階と変化させる段階におい
    て、共に第１パルスを印加して各核のスピン軸の方向を
    設定し、第２パルスを印加して、核のスピン軸を単一面
    内に置き、各位相を各方向に対応させる特許請求の範囲
    第（１）項に記載のＮＭＲ信号受信方法。
24. （２４）第１パルスを印加する段階において、空間的非
    均一ｒｆパルスを物体に印加する特許請求の範囲第（２
    ３）項に記載のＮＭＲ信号受信方法。
25. （２５）第１パルスを印加する段階において、複数の周
    波数を持っており、各周波数に対して周波数と共に変化
    する各々１つの振幅がある振幅可変ｒｆパルスを印加し
    、同振幅可変ｒｆパルスを、パルス励起勾配磁場の存在
    下において印加する特許請求の範囲第（２３）項に記載
    のＮＭＲ信号受信方法。
26. （２６）下記の諸段階から成るＮＭＲイメージング方法
    。 物体の原子の中の少なくともいくつかの原子の核を励起
    する段階と、 空間情報を励起した核の中の少なくともいくつかの核の
    位相にエンコーディングする段階と、物体の原子の中の
    少なくともいくつかの原子の核の位相を変化させて、Ｎ
    ＭＲ信号のピーク振幅を小さくする段階と、 エンコーディングされた空間情報を含んでいるＮＭＲ信
    号の少なくとも一部を受信する段階と、エンコーディン
    グされた空間情報に基づいて像を生成する段階。
27. （２７）下記の諸段階から成る複数の磁気共振スピンシ
    ステムの位相スクラップリング方法。 各周波数に各々１つの振幅と位相がある１つの周波数レ
    ンジを含んでおり、各振幅と各位相が、次式に従って周
    波数と共に変化する位相スクラップリング電磁パルスを
    スピンシステムに印加する。 （２πａ｜ｎ｜＾ｂ）／ｍ ここで、ａ、ｂは係数であり、ｍは、レンジの各セグメ
    ントの位相数であり、ｎは、−（ｍ／２）＋１からｍ／
    ２までの整数である。
28. （２８）各スピンシステムが原子の核であり、少なくと
    もいくつかの原子の核を励起してＮＭＲ信号を発生する
    段階を含み、位相スクラップリング電磁パルスを印加し
    て、ＮＭＲ信号のピーク振幅を小さくする特許請求の範
    囲第（２７）項に記載の方法。
29. （２９）情報を少なくともいくつかの核の位相にエンコ
    ーディングして、ＮＭＲ信号情報を生成する特許請求の
    範囲第（２７）項に記載の方法。