(57)【要約】【課題】ＪＨＨカップリングした１Ｈの磁気共鳴信号を取得するとき、システム不安定性に対してロバストであり、高周波磁場パルスの位相調整が不要であり、得られるスペクトルが煩雑ではなく、フリップ角の誤差や高周波磁場分布による信号損に強い技術を提供する。【解決手段】第１の高周波磁場パルスを印加後に、所望の１ＨとＪＨＨカップリングした１Ｈに対して第１の周波数選択照射パルスを印加して１Ｈ間の多量子コヒーレンスを生成し、続いて第２の高周波磁場パルスを印加する。この後、上記所望の１ＨとＪＨＨカップリングした１Ｈに対して第２の周波数選択照射パルスを印加してその所望の１Ｈの１量子コヒーレンスを生成する。多量子コヒーレンスの期間及びデータ収集直前の期間に勾配磁場パルスを印加し、所望のコヒーレンスのみを選択して上記所望の１Ｈの磁気共鳴信号を収集する。【選択図】  図２
2010099539.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静磁場中に置かれた被検体に存在する所望の水素原子核１Ｈの磁気共鳴信号を収集する磁気共鳴装置において、
前記水素原子核１Ｈの共鳴周波数帯域に相当する周波数帯域の第１の高周波磁場パルスを前記被検体に印加する第１の手段と、
前記第１の高周波磁場パルスの印加後に、前記所望の水素原子核１Ｈと同核種スピン−スピン結合を成す水素原子核１Ｈに第１の周波数選択照射パルスを印加してそれらの水素原子核１Ｈ間の多量子コヒーレンスを生成する第２の手段と、
前記多量子コヒーレンスの生成後に、前記共鳴周波数帯域に相当する周波数帯域の第２の高周波磁場パルスを前記被検体に印加する第３の手段と、
前記第２の高周波磁場パルスの印加後に、前記結合を成した水素原子核１Ｈに第２の周波数選択照射パルスを印加して前記所望の水素原子核１Ｈの１量子コヒーレンスを生成する第４の手段と、
前記１量子コヒーレンスの生成に拠って前記所望の水素原子核１Ｈの磁気共鳴信号を収集する第５の手段と
を備えたことを特徴とする磁気共鳴装置。
【請求項２】
静磁場中に置かれた被検体に存在する所望の水素原子核１Ｈの磁気共鳴信号を収集する磁気共鳴装置において、
前記水素原子核１Ｈの共鳴周波数帯域に相当する周波数帯域の第１の高周波磁場パルス及び第２の高周波磁場パルスを順に前記被検体に印加する第１の手段と、
前記第１及び第２の高周波磁場パルスの印加後に、前記所望の水素原子核１Ｈと同核種スピン−スピン結合を成す水素原子核１Ｈに第１の周波数選択照射パルスを印加してそれらの水素原子核１Ｈ間の多量子コヒーレンスを生成する第２の手段と、
前記多量子コヒーレンスの生成後に、前記共鳴周波数帯域に相当する周波数帯域の第３の高周波磁場パルスを前記被検体に印加する第３の手段と、
前記第３の高周波磁場パルスの印加後に、前記結合を成した水素原子核１Ｈに第２の周波数選択照射パルスを印加して前記所望の水素原子核１Ｈの１量子コヒーレンスを生成する第４の手段と、
前記１量子コヒーレンスの生成に拠って前記所望の水素原子核１Ｈの磁気共鳴信号を収集する第５の手段と
を備えたことを特徴とする磁気共鳴装置。
【請求項３】
静磁場中に置かれた被検体に存在する所望の水素原子核１Ｈの磁気共鳴信号を収集する磁気共鳴装置において、
前記水素原子核１Ｈの共鳴周波数帯域に相当する周波数帯域の第１の高周波磁場パルスを前記被検体に印加する第１の手段と、
前記第１の高周波磁場パルスの印加後に、前記所望の水素原子核１Ｈと同核種スピン−スピン結合を成す水素原子核１Ｈに第１の周波数選択照射パルスを印加してそれらの水素原子核１Ｈ間の多量子コヒーレンスを生成する第２の手段と、
前記多量子コヒーレンスの生成後に、前記共鳴周波数帯域に相当する周波数帯域の第２の高周波磁場パルスを前記被検体に印加する第３の手段と、
前記第２の高周波磁場パルスの印加後に、前記結合を成した水素原子核１Ｈに第２の周波数選択照射パルスを印加する第４の手段と、
前記第２の周波数選択照射パルスの印加後に、前記共鳴周波数帯域に相当する周波数帯域の第３の高周波磁場パルスを前記被検体に印加して前記所望の水素原子核１Ｈの１量子コヒーレンスを生成する第５の手段と、
前記１量子コヒーレンスの生成に拠って前記所望の水素原子核１Ｈの磁気共鳴信号を収集する第６の手段と
を備えたことを特徴とする磁気共鳴装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気共鳴現象を利用して物質の種々の情報を得る磁気共鳴装置に関する。特に本発明は、多量子遷移フィルタと呼ばれる技法を用いた磁気共鳴スペクトロスコピー、又は、磁気共鳴スペクトロスコピック・イメージングに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴装置は、物質の種々の情報を得るため、化学分析や医療診断などに広く用いられており、その代表的な技術に、磁気共鳴イメージング（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ；以下、「ＭＲＩ」と呼ぶ）、磁気共鳴スペクトロスコピー（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ；以下、「ＭＲＳ」と呼ぶ）、及び、磁気共鳴スペクトロスコピック・イメージング（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｉｃ  Ｉｍａｇｉｎｇ；以下、「ＭＲＳＩ」と呼ぶ）がある。
【０００３】
ＭＲＩは、医療の分野で磁気共鳴イメージングを行うために用いられており、生体内に存在する磁化スピンの緩和時間等の情報に基く水の分布を画像化することができる。これにより、被検体の形態情報或いは機能情報を非侵襲に取得することができ、今や医療現場でも必須のモダリティとなっている。
【０００４】
一方、ＭＲＳは物質の磁気共鳴スペクトロスコピーを得ることができ、ＭＲＳＩはそのスペクトロスコピーの分布を得ることができる。具体的には、これらの機器は、代謝物の１Ｈ、１３Ｃ或は３１Ｐ等の磁気共鳴信号を検出することにより、生体内の代謝情報を非浸襲に取得することができる。
【０００５】
この磁気共鳴スペクトロスコピーや磁気共鳴スペクトロスコピック・イメージングを行う場合、代謝物の分子構造の違いから生ずる１Ｈ等の磁場環境の差、すなわち化学シフトの差が共鳴周波数に若干の差を生じさせ、これが周波数軸上で各代謝物の共鳴周波数曲線のピークを分離させるようになる。例えば、「１Ｈ  ＭＲＳ」を行うと、脳内ではＮアセチルアスパラギン酸（ＮＡＡ）、クレアチン（Ｃｒ）、コリン（Ｃｈｏ）等の代謝物ピークを取得することができる。これらの代謝物は脳内の化学変化、すなわち代謝変化により合成される物質であるため、この検出により代謝異常を診断できると期待されている。
【０００６】
上記ＭＲＳ及びＭＲＳＩの具体的なデータ収集シーケンスの代表例として、ＰＲＥＳＳ法及びＳＴＥＡＭ法がある。
【０００７】
図１２にはＭＲＳＩ用のデータ収集シーケンスとして用いられるＰＲＥＳＳシーケンスを、図１３には同じくＭＲＳＩ用のデータ収集シーケンスとして用いられるＳＴＥＡＭシーケンスの例をそれぞれ示す。いずれのシーケンスにおいても、空間の３軸をｉ、ｊ、ｋで示しており、いずれをｘ軸、ｙ軸、ｚ軸に用いてもよい。
【０００８】
これらのシーケンスでは、最初にＣＨＥＳＳパルスのような水信号抑圧パルスが印加され、これにより水信号が擬似的に飽和される。この後、高周波磁場パルス（ＲＦパルス）と勾配磁場パルスで構成される局所励起パルスが３軸方向に順次印加され、３次元局所領域から発生するエコー信号が収集される（この局所励起パルスのうち、高周波磁場パルスをスライス選択パルスと、勾配磁場パルスをスライス勾配磁場パルスとそれぞれ定義する）。ＰＲＥＳＳシーケンスではスピンエコー信号が、またＳＴＥＡＭシーケンスではスティミュレイテッドエコー信号がそれぞれ収集され、この信号を再構成することで、局所領域内のスペクトルを取得することができる。
【０００９】
これらＰＲＥＳＳ法あるいはＳＴＥＡＭ法は上述したＮＡＡ、Ｃｒ、Ｃｈｏなどのスペクトロスコピーのピーク検出に適している。例えばＮＡＡの分子内には、図１４（ａ）に示すようにいくつかの１Ｈ原子が存在する。このうちで通常の１Ｈ−ＭＲＳの検出対象は、ＣＨ３内の１Ｈである。ＮＡＡ内の炭素原子は、図１４（ａ）に示すように番号が付けられ、このＣＨ３はＮＡＡ  Ｃ６である。このＣ６の炭素原子に結合した１ＨをＮＡＡ−６とする。このＮＡＡ−６は、１Ｈ化学シフト＝２．０２ｐｐｍにピークを有し、上記のＰＲＥＳＳシーケンス或いはＳＴＥＡＭシーケンスで観測できる。
【００１０】
一方、ＮＡＡ内の他の１Ｈ、すなわちＮＡＡ−２、ＮＡＡ−３は、１Ｈ間の同核種スピン−スピン結合、すなわちＪＨＨカップリングのため、観測が困難である。このスピン−スピン結合の大きさは、スピン−スピン結合定数ＪＨＨ（通常Ｈｚの単位）で表される。ＮＡＡ−２はＮＡＡ−３の２つの１Ｈとそれぞれスピン−スピン結合している。従って、ＮＡＡ−２は４つのピークに分裂し、信号強度が低下する。これに対して、ＮＡＡ−６は３つの１Ｈが磁気的に等価であり、かつ周囲に１Ｈが存在しないため、ＪＨＨが存在しない。このため、ピーク強度が高くなり、観測に適している。つまり、生体内のＮＡＡの観測の場合、ＮＡＡ−６を観測すれば済み、ＮＡＡ−２，ＮＡＡ−３が観測困難であることは問題とならないため、上述のＰＲＥＳＳシーケンス等を用いてＮＡＡを観測することができた。
【００１１】
一方、脳内の抑制系の神経伝達物質として重要なγ−アミノ酪酸（ＧＡＢＡ）の場合、全ての１Ｈが同核種スピン−スピン結合でカップリングしている。このため、ＧＡＢＡは、ＰＲＥＳＳシーケンスやＳＴＥＡＭシーケンスでは観測が困難な代謝物の一つである。ＧＡＢＡ内の１Ｈには、図１４（ｂ）に示す分子式のようにＧＡＢＡ−２、３、４があり、全てＪＨＨでカップリングしている。さらに、ＧＡＢＡの存在量は、ＮＡＡ、Ｃｒの約１／１０ほどの１ｍＭであり、これも観測を困難にしている要因の一つとなっている。このため、幾つかの同核種スピン−スピン結合を利用したＧＡＢＡ観測、すなわちＧＡＢＡピークの編集方法が提案されてきた。
【００１２】
その一つの方法がＧＡＢＡ−３の反転による差分スペクトル法である（非特許文献１参照）。ＧＡＢＡの化学シフトは、それぞれ、ＧＡＢＡ−２が２．３０ｐｐｍ、ＧＡＢＡ−３が１．９１ｐｐｍ、ＧＡＢＡ−４が３．０１ｐｐｍであり、ＪＨＨは７．３Ｈｚである。従って、臨床機の一般的な静磁場強度である１．５Ｔの場合、ＧＡＢＡ−２とＧＡＢＡ−３の周波数差Δω＝２４．９Ｈｚ、かつ、Δω／ＪＨＨ＝３．４となり、ＧＡＢＡ−３とＧＡＢＡ−４ではΔω＝７０．２Ｈｚ、かつ、Δω／ＪＨＨ＝９．６である。従って、ＧＡＢＡ−２、３は強い結合であるのに対し、ＧＡＢＡ−３、４はそれよりも若干弱い結合である。このため、差分スペクトル法にあっては、ＧＡＢＡ−３及び４間のカップリングを利用して、ＧＡＢＡ−４を観測する。
【００１３】
この差分スペクトル法のパルスシーケンスを図１５（ａ），（ｂ）に示す。まず図１５（ａ）に示す９０°パルス−１８０°パルス系列によりスピンエコー信号が収集される。このときのエコー時間ＴＥを１／２ＪＨＨ，すなわち６８ｍｓに設定する。また、１８０°パルスとしてはジャンプ・アンド・リターンパルスを用いている。このジャンプ・アンド・リターンパルスは、２つの９０°パルスで成り、パルス間の中心周波数をＧＡＢＡ−３、すなわち１．９１ｐｐｍに設定することにより、ＧＡＢＡ−３以外に対する照射を可能とする複合パルスである。また、設定により、観測対象でＧＡＢＡ−４、すなわち３．０１ｐｐｍに対しては、ほぼ１８０°パルスの役割をジャンプ・アンド・リターンパルスに持たせることができる。
【００１４】
次に、図１５（ｂ）に示す如く、上記パルス系列に“ｄｅｌａｙｓ  ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ  ｗｉｔｈ  ｎｕｔａｔｉｏｎｓ  ｆｏｒ  ｔａｉｌｏｒｅｄ  ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ（ＤＡＮＴＥ）”パルスを追加したパルスシーケンスを用いてスピンエコー信号が収集される。ＤＡＮＴＥパルスは、狭い帯域のパルスであり、１．９１ｐｐｍ、すなわちＧＡＢＡ−３に照射するように搬送周波数が設定される。
【００１５】
ＧＡＢＡ−４の２つの１Ｈは磁気的に等価ではなく、ＧＡＢＡ−３の２つの１ＨとそれぞれＪＨＨカップリングしている。この結果、ＧＡＢＡ−４のピークは４本に分裂するが、ｉｎ  ｖｉｖｏでは中心の２本は重なり合うので、おおよそ３本に分裂して観測され、その中の外側２本のピークの周波数差がＪＨＨの２倍に相当する。
【００１６】
このＧＡＢＡに対して図１５（ａ）のパルスシーケンスを実行すると、図１６（ａ）のスペクトルパターンが得られる。さらに、図１５（ｂ）のパルスシーケンスを実行すると、ＧＡＢＡ−３が反転するため、図１６（ｂ）のスペクトルパターンが得られる。従って、図１５（ａ）のパルスシーケンスで得られるスペクトルと同図（ｂ）のパルスシーケンスで得られるスペクトルとの差分を演算すると、ＧＡＢＡ−４のスペクトルにおける外側のピークのみが得られる（図１６（ｃ）参照）。この結果、ＧＡＢＡ−４（１Ｈの化学シフトの３．０１ｐｐｍ）とほぼ同じ１Ｈ化学シフトを有するＣｒ（３ｐｐｍ）の信号を除去することができる。
【００１７】
また、この差分スペクトル法において、空間３次元の局所領域からのＧＡＢＡ−４信号を編集することが可能なパルスシーケンスも図１７に示す如く考案されている（非特許文献２参照）。
【００１８】
しかし、これらの手法を実行するには、ＤＡＮＴＥパルス非印加シーケンスとＤＡＮＴＥパルス印加シーケンスの実行時におけるシステム安定性が重要である。Ｃｒのピーク強度はＧＡＢＡピークの約２０倍であるから、例えば高周波磁場パルスが若干強度変動するといったシステム不安定性によって、ＧＡＢＡ−４の編集が困難になるという問題があった。
【００１９】
一方、ＧＡＢＡ−４の編集方法として、上記方法とは別に、多量子コヒーレンスを用いる方法が提案されている。ＧＡＢＡ−３、４ではＪＨＨのカップリングが存在するため、多量子コヒーレンスを生成することが可能である。このパルスシーケンスを図１８に示す。この方法によれば、最初の３つのＲＦパルス、すなわち９０°パルス−１８０°パルス−９０°パルスで、ＧＡＢＡ−３、４の多量子コヒーレンスが生成される。図１８には、このシーケンスで選択すべきコヒーレンス経路を示す。この際、図１８のパルスシーケンスに示す様に、それぞれのパルスの時間間隔は１／（８ＪＨＨ）に設定する必要があり、第１番目の９０°パルスと第３番目の９０°パルスの位相をｘに設定する必要がある。上記パルスで生成された多量子コヒーレンスは、これに続いて印加される９０°パルスで１量子コヒーレンスとなり観測可能になる。この多量子コヒーレンスの期間、すなわち第３番目の９０°パルスと第４番目の９０°パルスの期間を便宜的にｔｍｑ（ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ、すなわち多量子コヒーレンスの意味）とする。
【００２０】
このパルスシーケンスでは、ｔｍｑ期に１Ｈ化学シフトが展開するが、これを再結像させるため、ｔｍｑ期の中心で１８０°パルスを印加するシーケンスが図１９のパルスシーケンスである（非特許文献３参照）。また、このパルスシーケンスでは、水信号パルスを励起しない９０°−９０°パルス、すなわちジャンプ・エンド・リターン（ｊｕｍｐ  ａｎｄ  ｒｅｔｕｒｎ）パルスを併用している。これらの多量子コヒーレンスを利用する方法では、ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｓｈｉｆｔ  ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ（ＣＨＥＳＳ）パルスの利用による水信号抑圧の他に、コヒーレンス選択勾配磁場パルスを用いた水信号抑制が可能である。上述のパルスシーケンスによってｔｍｑ期に生成された多量子コヒーレンス、すなわち０量子コヒーレンス及び２量子コヒーレンスが生成される。それぞれのコヒーレンスの次数は０及び±２である。従って、ｔｍｑ期に印加される勾配磁場パルスによって０量子コヒーレンスはディフェーズしないが、２量子コヒーレンスに対して、位相は「±２γ１Ｈ∫ｔｇ０Ｇ１ｄｔ」となる。但し、γＨは１Ｈの磁気回転比、Ｇは勾配磁場パルスの強度、ｔｇは勾配磁場パルスの印加時間である。
【００２１】
これに対して、多量子コヒーレンス以降の期間は１量子コヒーレンスであり、直交位相検波で検出できる「−１」の次数のコヒーレンスに対して位相は「−γ１Ｈ∫ｔｇ０Ｇ２ｄｔ」となる。従って、Ｇ１：Ｇ２を例えば１：２と設定すると、「２→−１」のコヒーレンス経路を選択することができ、水信号やＣｒ信号を抑圧することができる。この水信号除去法に対して、ＣＨＥＳＳパルスを用いた抑圧法は性能が周波数分布に依存、すなわち磁場不均一性あるいは周波数変動等に依存する。これに対し、上記のコヒーレンス選択勾配磁場パルスを用いた方法は「２→−１」のコヒーレンス経路の選択となるため、ＣＨＥＳＳパルス法と比較して感度が１／２となるものの、磁場不均一性に依存しないため、安定であるという長所を有する。生体からの信号検出にとって、これは重要な特徴である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００２２】
【非特許文献１】Ｄ．Ｌ．Ｒｏｔｈｍａｎ  ｅｔ．ａｌ．，  Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ，ｖｏｌ．９０，ｐｐ．５６６２−５６６６，１９９３
【非特許文献２】Ｏ．Ｍ．Ｗｅｂｅｒ  ｅｔ．ａｌ．，  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ  ｏｆ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  ｉｎ  Ｍｅｄｉｃｉｎｅ，ｐ．５２２，１９９５
【非特許文献３】Ｊ．Ｒ．Ｋｅｌｔｎｅｒ  ｅｔ．ａｌ．，  Ｍａｇｎ．Ｒｅｓｏｎ．Ｍｅｄ．，ｖｏｌ．３７，ｐｐ．３６６−３７１，１９９７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
しかし、多量子コヒーレンスを用いたＧＡＢＡ編集法は、以上のような長所を有しているが、多量子コヒーレンス生成のためには、上述したように第１の９０°パルスと第２の９０°パルスの位相設定が重要であり、この位相設定が収集信号の感度に影響するという問題があった。上記のパルスシーケンスにおいて部位の限定のために勾配磁場パルスを印加するが、この勾配磁場パルスと静磁場コイルとの間のカップリングにより、印加時にＢ０シフトが生じ、位相ずれが発生する。これは上述した如く低感度化につながるため、勾配磁場パルス印加時におけるＲＦ位相調整が必要であった。
【００２４】
さらに、上述の多量子コヒーレンスを用いた方法の場合、ＧＡＢＡ以外のＪＨＨカップリングした代謝物の１Ｈも選択されるため、所望のピーク以外のピークも得られ、スペクトルが煩雑になるという問題があった。例えば、多量子コヒーレンスを用いたＧＡＢＡ編集方法を提案している非特許文献３のＦｉｇ．６に示されているように、同手法によって得られるスペクトルではＧＡＢＡ以外のＮＡＡやグルタミン酸、グルタミン（両者の分離が不可であるため、Ｇｌｘで示している）のピークが林立する。このため、後処理によってＧＡＢＡのみを抽出する作業が必要となり、煩雑であるという問題があった。
【００２５】
これに対して、図２０に示すシーケンスでは非選択励起パルスで多量子遷移を生成し、これに続くｔｍｑ期以降のＲＦパルスで局所励起を行う（“Ｊ．  Ｓｈｅｎ  ｅｔ．  ａｌ．，  Ｍａｇｎ．  Ｒｅｓｏｎ．  Ｍｅｄ．，  ｖｏｌ．  ４１，  ｐｐ．３５−４２，  １９９９”参照）。このシーケンスでは、３つの非選択励起パルスにより多量子コヒーレンスを生成した後、ＧＡＢＡ−４への選択照射１８０°パルス（ｓｅｌ  １８０°）を印加してＧＡＢＡ−４のみを反転させる。その後、ＧＡＢＡ−３に対して選択照射９０°パルス（ｓｅｌ  ９０°）を印加して１量子コヒーレンスを生成し、２つのスライス選択パルスによりＧＡＢＡ−４のみを編集する。このシーケンスで空間３次元の局所励起を実施する場合、ｔｍｑ期以降に３つのＲＦパルスを印加して、これらをスライス選択パルスとする必要があり、少なくとも８ヶのＲＦパルスの印加の必要がある。しかし、ＲＦパルス数の多さはフリップ角の誤差やＲＦ分布による信号損を引き起こすという問題があった。
【００２６】
本発明の目的は、磁気共鳴現象を用いてＪＨＨカップリングした１Ｈの信号を取得する際、システム不安定性に対してロバストであり、高周波磁場パルスの位相調整が不要であり、得られるスペクトルが煩雑ではなく、フリップ角の誤差や高周波磁場分布による信号損に対して強い技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
上記目的を達成するため、本発明の磁気共鳴装置は、静磁場中に置かれた被検体に存在する所望の水素原子核１Ｈの磁気共鳴信号を収集する装置である。
【００２８】
本発明の磁気共鳴装置の１態様によれば、前記水素原子核１Ｈの共鳴周波数帯域に相当する周波数帯域の第１の高周波磁場パルスを前記被検体に印加する第１の手段と、この印加後に、前記所望の水素原子核１Ｈと同核種スピン−スピン結合を成す水素原子核１Ｈに第１の周波数選択照射パルスを印加してそれらの水素原子核１Ｈ間の多量子コヒーレンスを生成する第２の手段と、この生成後に、前記共鳴周波数帯域に相当する周波数帯域の第２の高周波磁場パルスを前記被検体に印加する第３の手段と、この印加後に、前記結合を成した水素原子核１Ｈに第２の周波数選択照射パルスを印加して前記所望の水素原子核１Ｈの１量子コヒーレンスを生成する第４の手段と、このコヒーレンス生成に拠って前記所望の水素原子核１Ｈの磁気共鳴信号を収集する第５の手段とを備えたことを特徴とする。
【００２９】
第１〜第３の作用効果として、この発明によれば、第１の周波数選択照射パルスの印加により多量子コヒーレンスが生成され、その後の第２の周波数選択照射パルスの印加により１量子コヒーレンスが生成され、磁気共鳴信号が収集される。このため、所望の水素原子核１Ｈの所望ピークのみのスペクトルを取得できる。また、この信号収集によれば、収集信号の感度が高周波磁場パルスの位相に依存しないため、高周波磁場パルスの位相調整が不要になる。さらに、磁気共鳴信号を収集するための高周波磁場パルスの印加数は必要最小限の４個又は５個であるため、パルスのフリップ角の誤差や高周波磁場分布に因る信号損に対してロバストであり、そのような要因に因る信号損が生じ難くなる。
【００３０】
上述の基本構成の好適な一例として、前記第２の手段は、（２ｍ＋１）／２ｎ（但し、ｍ＝０，１，２，３，…、ｎは所望の水素原子核１Ｈと結合する１Ｈスピンの数）に相当する時間が前記第１の高周波磁場パルスの印加から経過したときに前記第１の周波数選択照射パルスを印加する手段である。
【００３１】
また、上述の基本構成の好適な一例として、前記第１の周波数選択照射パルスの印加後、前記第２の高周波磁場パルスを印加するまでの期間に第１の勾配磁場パルスを、前記第２の高周波磁場パルスの印加後、前記第２の周波数選択照射パルスを印加するまでの期間に第２の勾配磁場パルスを、及び、前記第２の周波数選択照射パルスの印加後、前記磁気共鳴信号の収集開始までの期間に第３の勾配磁場パルスをそれぞれ印加する第６の手段を備え、前記第１の勾配磁場パルスの勾配磁場強度の時間積分値をＧ１、前記第２の勾配磁場パルスの勾配磁場強度の時間積分値をＧ２、及び、第３の勾配磁場パルスの勾配磁場強度の時間積分値をＧ３とするとき、この時間積分値Ｇ１、Ｇ２及びＧ３は、
［数１］
２Ｇ１−２Ｇ２−Ｇ３＝０
の条件を満たすように設定されている。これにより、第４の作用効果として、勾配磁場パルスによる所望のコヒーレンス経路を選択できるので、高周波磁場パルスの強度の変動など、システム不安定性に対するロバスト性が向上する。
【００３２】
さらに、上述の基本構成の好適な一例として、前記第１の高周波磁場パルス及び前記第２の高周波磁場パルスのうち、少なくとも一方はスライス勾配磁場パルスと共に印加されるスライス選択パルスである。これにより、第５の作用効果として、被検体の限定領域からの磁気共鳴信号を収集することができる。
【００３３】
本発明の磁気共鳴装置の別の態様によれば、前記水素原子核１Ｈの共鳴周波数帯域に相当する周波数帯域の第１の高周波磁場パルス及び第２の高周波磁場パルスを順に前記被検体に印加する第１の手段と、この印加後に、前記所望の水素原子核１Ｈと同核種スピン−スピン結合を成す水素原子核１Ｈに第１の周波数選択照射パルスを印加してそれらの水素原子核１Ｈ間の多量子コヒーレンスを生成する第２の手段と、この生成後に、前記共鳴周波数帯域に相当する周波数帯域の第３の高周波磁場パルスを前記被検体に印加する第３の手段と、この印加後に、前記結合を成した水素原子核１Ｈに第２の周波数選択照射パルスを印加して前記所望の水素原子核１Ｈの１量子コヒーレンスを生成する第４の手段と、このコヒーレンス生成に拠って前記所望の水素原子核１Ｈの磁気共鳴信号を収集する第５の手段とを備えたことを特徴とする。この構成により、上述した第１〜第３の作用効果を得ることができる。
【００３４】
この構成の好適な一例として、前記第２の手段は、（２ｍ＋１）／２ｎ（但し、ｍ＝０，１，２，３，…、ｎは所望の水素原子核１Ｈと結合する１Ｈスピンの数）に相当する時間が前記第１の高周波磁場パルスの印加から経過したときに前記第１の周波数選択照射パルスを印加する手段である。
【００３５】
また、別の好適な一例として、前記第１の周波数選択照射パルスの印加後、前記第３の高周波磁場パルスを印加するまでの期間に第１の勾配磁場パルスを、前記第３の高周波磁場パルスの印加後、前記第２の周波数選択照射パルスを印加するまでの期間に第２の勾配磁場パルスを、及び、前記第２の周波数選択照射パルスの印加後、前記磁気共鳴信号の収集開始までの期間に第３の勾配磁場パルスをそれぞれ印加する第６の手段を備え、前記第１の勾配磁場パルスの勾配磁場強度の時間積分値をＧ１、前記第２の勾配磁場パルスの勾配磁場強度の時間積分値をＧ２、及び、第３の勾配磁場パルスの勾配磁場強度の時間積分値をＧ３とするとき、この時間積分値Ｇ１、Ｇ２及びＧ３は、
［数２］
２Ｇ１−２Ｇ２−Ｇ３＝０
の条件を満たすように設定されている。これにより、上述した第４の作用効果を享受できる。
【００３６】
更に好適には、前記第１の高周波磁場パルスから前記第２の高周波磁場パルスまでの時間間隔をτ、前記第１の周波数選択照射パルスから前記第３の高周波磁場パルスまでの時間間隔をｔｍｑ１、前記第３の高周波磁場パルスから前記第２の周波数選択照射パルスまでの時間間隔をｔｍｑ２とするとき、前記第１、第３及び第４の手段は、
［数３］
−２τ＋２ｔｍｑ１−２ｔｍｑ２＝０
の条件を満たす時間間隔τ、ｔｍｑ１及びｔｍｑ２でそれぞれパルス印加を行う手段である。
【００３７】
更に、好適な別の例として、前記第１の高周波磁場パルス、前記第２の高周波磁場パルス、及び、前記第３の高周波磁場パルスのうち、少なくとも１つはスライス勾配磁場パルスと共に印加されるスライス選択パルスである。これにより、上述した第５の作用効果を得ることができる。
【００３８】
本発明の磁気共鳴装置の更に別の態様によれば、前記水素原子核１Ｈの共鳴周波数帯域に相当する周波数帯域の第１の高周波磁場パルスを前記被検体に印加する第１の手段と、この印加後に、前記所望の水素原子核１Ｈと同核種スピン−スピン結合を成す水素原子核１Ｈに第１の周波数選択照射パルスを印加してそれらの水素原子核１Ｈ間の多量子コヒーレンスを生成する第２の手段と、この生成後に、前記共鳴周波数帯域に相当する周波数帯域の第２の高周波磁場パルスを前記被検体に印加する第３の手段と、この印加後に、前記結合を成した水素原子核１Ｈに第２の周波数選択照射パルスを印加する第４の手段と、この印加後に、前記共鳴周波数帯域に相当する周波数帯域の第３の高周波磁場パルスを前記被検体に印加して前記所望の水素原子核１Ｈの１量子コヒーレンスを生成する第５の手段と、このコヒーレンス生成に拠って前記所望の水素原子核１Ｈの磁気共鳴信号を収集する第６の手段とを備えたことを特徴とする。これにより、前述した第１〜第３の作用効果を得ることができる。
【００３９】
例えば、前記第２の手段は、（２ｍ＋１）／２ｎ（但し、ｍ＝０，１，２，３，…、ｎは所望の水素原子核１Ｈと結合する１Ｈスピンの数）に相当する時間が前記第１の高周波磁場パルスの印加から経過したときに前記第１の周波数選択照射パルスを印加する手段である。
【００４０】
更に、一例として、前記第１の周波数選択照射パルスの印加後、前記第２の高周波磁場パルスを印加するまでの期間に第１の勾配磁場パルスを、前記第２の高周波磁場パルスの印加後、前記第２の周波数選択照射パルスを印加するまでの期間に第２の勾配磁場パルスを、及び、前記第３の高周波磁場パルスの印加後、前記磁気共鳴信号の収集開始までの期間に第３の勾配磁場パルスをそれぞれ印加する第７の手段を備え、前記第１の勾配磁場パルスの勾配磁場強度の時間積分値をＧ１、前記第２の勾配磁場パルスの勾配磁場強度の時間積分値をＧ２、及び、第３の勾配磁場パルスの勾配磁場強度の時間積分値をＧ３とするとき、この時間積分値Ｇ１、Ｇ２及びＧ３は、
［数４］
−２Ｇ１＋２Ｇ２−Ｇ３＝０
の条件を満たすように設定されている。これにより、前述した第４の作用効果を得ることができる。
【００４１】
更に別の好適な例は、前記第１の高周波磁場パルスから前記第１の周波数選択照射パルスまでの時間間隔をｔｐｒｅｐ、前記第１の周波数選択照射パルスから前記第２の高周波磁場パルスまでの時間間隔をｔｍｑ１、及び、前記第２の高周波磁場パルスから前記第２の周波数選択照射パルスまでの時間間隔をｔｍｑ２として、前記第２の周波数選択照射パルスと前記第３の高周波磁場パルスとの時間間隔が、前記第３の高周波磁場パルス印加時刻と前記第２の周波数選択照射パルスから前記ｔｐｒｅｐ時間後の時刻との時間間隔と等しいか又はそれ以上である場合、前記第３、第４及び第５の手段は、
［数５］
−２ｔｍｑ１＋２ｔｍｑ２−２τ＝０
の条件を満たす時間間隔τ、ｔｍｑ１及びｔｍｑ２でそれぞれパルス印加を行う手段である。
【００４２】
これに代えて、前記第２の周波数選択照射パルスと前記第３の高周波磁場パルスとの時間間隔が、前記第３の高周波磁場パルス印加時刻と前記第２の周波数選択照射パルスから前記ｔｐｒｅｐ時間後の時刻との時間間隔よりも短い場合、前記第３、第４及び第５の手段は、
［数６］
−２ｔｍｑ１＋２ｔｍｑ２＋２τ−２ｔｐｒｅｐ＝０
の条件を満たす時間間隔τ、ｔｍｑ１及びｔｍｑ２でそれぞれパルス印加を行う手段であってもよい。
【００４３】
更に好適には、前記第１の高周波磁場パルス、前記第２の高周波磁場パルス、及び、前記第３の高周波磁場パルスのうち、少なくとも１つはスライス勾配磁場パルスと共に印加されるスライス選択パルスである。これにより、前述した第５の作用効果が得られる。
【００４４】
上述した各構成において、例えば、前記水素原子核１Ｈは、前記被検体内に存在するγ−アミノ酪酸（ＧＡＢＡ）であって、前記所望の水素原子核１Ｈは、ＧＡＢＡ−３に前記結合を成しているＧＡＢＡ−４である。
【００４５】
一方、静磁場中に置かれた被検体に存在する所望の水素原子核１Ｈの磁気共鳴信号を収集する方法として、前記水素原子核１Ｈの共鳴周波数に相当する周波数の第１の高周波磁場パルスを前記被検体に印加し、前記所望の水素原子核１Ｈと同核種スピン−スピン結合を成す水素原子核１Ｈに第１の周波数選択照射パルスを印加してそれらの水素原子核１Ｈ間の多量子コヒーレンスを生成させ、前記共鳴周波数に相当する周波数の第２の高周波磁場パルスを前記被検体に印加し、前記結合を成した水素原子核１Ｈに第２の周波数選択照射パルスを印加して前記所望の水素原子核１Ｈの１量子コヒーレンスを生成させ、しかる後、このコヒーレンス生成に拠って前記所望の水素原子核１Ｈの磁気共鳴信号を収集してもよい。
【００４６】
また、静磁場中に置かれた被検体に存在する所望の水素原子核１Ｈの磁気共鳴信号を収集する別の方法として、前記水素原子核１Ｈの共鳴周波数に相当する周波数の第１の高周波磁場パルス及び第２の高周波磁場パルスを順に前記被検体に印加し、前記所望の水素原子核１Ｈと同核種スピン−スピン結合を成す水素原子核１Ｈに第１の周波数選択照射パルスを印加してそれらの水素原子核１Ｈ間の多量子コヒーレンスを生成させ、前記共鳴周波数に相当する周波数の第３の高周波磁場パルスを前記被検体に印加し、前記結合を成した水素原子核１Ｈに第２の周波数選択照射パルスを印加して前記所望の水素原子核１Ｈの１量子コヒーレンスを生成させ、しかる後、このコヒーレンス生成に拠って前記所望の水素原子核１Ｈの磁気共鳴信号を収集してもよい。
【００４７】
また、静磁場中に置かれた被検体に存在する所望の水素原子核１Ｈの磁気共鳴信号を収集するさらなる別の方法として、前記水素原子核１Ｈの共鳴周波数に相当する周波数の第１の高周波磁場パルスを前記被検体に印加し、前記所望の水素原子核１Ｈと同核種スピン−スピン結合を成す水素原子核１Ｈに第１の周波数選択照射パルスを印加してそれらの水素原子核１Ｈ間の多量子コヒーレンスを生成させ、前記共鳴周波数に相当する周波数の第２の高周波磁場パルスを前記被検体に印加し、前記結合を成した水素原子核１Ｈに第２の周波数選択照射パルスを印加し、前記共鳴周波数に相当する周波数の第３の高周波磁場パルスを前記被検体に印加して前記所望の水素原子核１Ｈの１量子コヒーレンスを生成させ、しかる後、このコヒーレンス生成に拠って前記所望の水素原子核１Ｈの磁気共鳴信号を収集するようにしてもよい。
【００４８】
これらの収集方法によって、上述した第１〜第３の作用効果が得られる。
【００４９】
また、記録媒体として、上記の本発明のいずれかの態様におけるパルス印加及び信号収集を含むパルスシーケンスの実行プログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体を構成してもよい。
【発明の効果】
【００５０】
本発明によれば、高周波磁場パルスの位相を調整することなく、高周波磁場強度の変動等のシステム不安定性に対して安定したスペクトル取得が可能となる。さらに、得られるスペクトルが煩雑ではないため煩雑なスペクトル解析を必要とせず、かつ、フリップ角の誤差やＲＦ分布による信号損を受けにくいＪＨＨカップリングした１Ｈの磁気共鳴信号を取ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の各実施形態に係る磁気共鳴装置の概略構成図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る、多量子コヒーレンスを生成してＪＨＨカップリングした１Ｈの信号を取得するためのパルスシーケンス及びこのパルスシーケンスによって生成されるコヒーレンスの経路を示す図。
【図３】２つの水素原子核１ＨとＪＨＨカップリングしている１Ｈの挙動を示すベクトル図。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る、空間２次元で局所励起された領域内でＪＨＨカップリングした１Ｈ信号のみを抽出するためのパルスシーケンス。
【図５】本発明の第３の実施形態における第１の例に係る、多量子コヒーレンスを生成してＪＨＨカップリングした１Ｈの信号を取得するための、３つの広帯域パルスを用いたパルスシーケンス及びこのパルスシーケンスによって生成されるコヒーレンスの経路と位相ダイアグラムを示す図。
【図６】本発明の第３の実施形態における第２の例に係る、多量子コヒーレンスを生成してＪＨＨカップリングした１Ｈの信号を取得するための、３つの広帯域パルスを用いたパルスシーケンス及びこのパルスシーケンスによって生成されるコヒーレンスの経路と位相ダイアグラムを示す図。
【図７】本発明の第３の実施形態における第３の例に係る、多量子コヒーレンスを生成してＪＨＨカップリングした１Ｈの信号を取得するための、３つの広帯域パルスを用いたパルスシーケンス及びこのパルスシーケンスによって生成されるコヒーレンスの経路と位相ダイアグラムを示す図。
【図８】本発明の第４の実施形態における第１の例に係る、空間３次元で局所励起された領域内でＪＨＨカップリングした１Ｈ信号のみを抽出するためのパルスシーケンス。
【図９】本発明の第４の実施形態における第２の例に係る、空間３次元で局所励起された領域内でＪＨＨカップリングした１Ｈ信号のみを抽出するためのパルスシーケンス。
【図１０】本発明の第４の実施形態における第３の例に係る、空間３次元で局所励起された領域内でＪＨＨカップリングした１Ｈ信号のみを抽出するためのパルスシーケンス。
【図１１】本発明の第５の実施形態に係る、選択照射パルスとしてＤＡＮＴＥパルスを用いるパルスシーケンス。
【図１２】従来法としてのＰＲＥＳＳ法のパルスシーケンス。
【図１３】別の従来法としてのＳＴＥＡＭ法のパルスシーケンス。
【図１４】Ｎアセチルアスパラギン酸（ＮＡＡ）とγ−アミノ酪酸（ＧＡＢＡ）の分子式を示す図。
【図１５】従来法の一例に係る、ＳＥパルスシーケンスとＤＡＮＴＥパルスを印加するＳＥパルスシーケンスとの差分スペクトルを取得することによりＪＨＨカップリングした１Ｈ信号のみを抽出するパルスシーケンスを説明する図。
【図１６】図１５のパルスシーケンスを実行することにより得られるトリプレットスペクトルのパターン図。
【図１７】従来法の一例に係る、図１５のパルスシーケンスを３次元局所励起できるように改良したパルスシーケンス。
【図１８】従来法の一例に係る、多量子コヒーレンス生成によりＪＨＨカップリングした１Ｈ信号のみを抽出するパルスシーケンスとコヒーレンス経路を説明する図。
【図１９】別の従来例に係る、多量子コヒーレンス生成によりＪＨＨカップリングした１Ｈ信号のみを抽出するパルスシーケンスとコヒーレンス経路を説明する図。
【図２０】更に別の従来例に係る、多量子コヒーレンス生成によりＪＨＨカップリングした１Ｈ信号のみを抽出するパルスシーケンスとコヒーレンス経路を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、以下に説明する実施形態では、同核種スピン−スピン結合、即ちＪＨＨカップリングした水素原子核１Ｈを有する物質としてγ−アミノ酪酸（ＧＡＢＡ：分子式＝Ｈ２ＮＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２ＣＯＯＨ）を例に説明するが、本発明はグルタミン酸など、その他の物質の場合にも適用可能である。
【００５３】
図１は、本発明の一実施形態に関わる磁気共鳴装置の構成を示すブロック図である。この磁気共鳴装置はＭＲＳ又はＭＲＳＩを行うことができる。
【００５４】
この磁気共鳴装置は、一例として、略円筒状の超伝導タイプの静磁場磁石１と、この磁石のボア内に装備される勾配コイル２、プローブ３（ＲＦコイル）及びシムコイル４を備える。勾配コイル２には勾配コイル電源５が、また、シムコイル４にはシムコイル電源６がそれぞれ接続されている。プローブ３にはＲＦ信号送受信のために送信部７及び受信部８が接続されている。受信部８はデータ収集部９を介して後述する計算機システム１１に接続される。電源５、６、送信部７、送信部７、受信部８、及び、データ収集部９は、パルスシーケンスを実行する上でシーケンス制御部１０の制御下に置かれている。シーケンス制御部１０は、さらに計算機システム１１の制御下に置かれ、この計算機システム１１にコンソール１２及びディスプレイ１３が接続されている。
【００５５】
これらの構成をその動作と共により詳細に説明する。
【００５６】
静磁場磁石１とそのボア内に設けられた勾配コイル２及びシムコイル４により、ボア（撮像空間）内に挿入された図示しない被検体に一様な静磁場と、それと同一方向で互いに直交するｘ軸、ｙ軸及びｚ軸の３方向に線形勾配磁場分布を持つ勾配磁場とが印加される。勾配コイル２は、勾配コイル電源５により駆動され、シムコイル４は、シムコイル電源６により駆動される。
【００５７】
勾配コイル２の内側に設けられたプローブ３は、送信部７から高周波信号が供給されることによって被検体に高周波磁場（ＲＦ）を印加し、被検体からの磁気共鳴信号を受信する。プローブ３は送受両用でも、送受別々に設けてもよい。プローブ３で受信された磁気共鳴信号は受信部８で検波された後、データ収集部９に転送され、ここでＡ／Ｄ変換されてから計算機システム１１に送られ、データ処理がなされる。
【００５８】
勾配コイル電源５、シムコイル電源６、送信部７、受信部８及びデータ収集部９の動作は全てシーケンス制御部１０によって制御される。また、シーケンス制御部１０は計算機システム１１からの指令に応答して動作する。システム制御部１０には本発明の記録媒体を構成するメモリ１０Ａが装備されており、このメモリ１０Ａは計算機システム１１から与えられるパルスシーケンス情報を記憶するようになっている。
【００５９】
計算機システム１１はコンソール１２からの指令に応答して動作する。データ収集部９から計算機システム１１に入力された磁気共鳴信号に対して後処理、すなわちフーリエ変換等の再構成等が行われ、それに基づいて被検体の所望核スピンのスペクトルデータ或は画像データが求められる。このスペクトルデータ或いは画像データは、ディスプレイ１３に送られ、スペクトル或は画像等として表示される。
【００６０】
次に、本実施形態において、上述した計算機システム１１とシーケンス制御部１０とが協働して実行するパルスシーケンスを説明する。
【００６１】
このパルスシーケンスの観測対象の例として、ＧＡＢＡ−４の水素原子核１Ｈを挙げる。この際、従来の技術で説明したようにＧＡＢＡ−４はＧＡＢＡ−３とのＪＨＨカップリングによりトリプレットのピークを呈し、外側のピークの周波数差は、２倍のＪＨＨに相当する。これより説明する本実施形態に関するパルスシーケンスでは、高周波磁場パルス間の時間設定として、この「２ＪＨＨ」が重要である。これに対して、１つの１ＨのみとＪＨＨカップリングしている系では、ダブレットのピークを呈し、夫々のピークの周波数差はＪＨＨに相当する。従って、この系に対しては、上記時間設定として重要であるのはＪＨＨとなるが、以下にＧＡＢＡ−４の編集に関して説明する本発明のパルスシーケンスが適用できるのは言うまでもない。
【００６２】
図２には、本発明の基本形に相当する、本実施形態のパルスシーケンスを示す。このパルスシーケンスでは、まず９０°パルスを印加する。これにより、ＧＡＢＡ−３とＧＡＢＡ−４の間でＪＨＨが展開し（図３（ａ）参照）、「１／（４ＪＨＨ）」経過後（時刻ｔｂ２）には外側の２つのピークが反転する。これは図３に示したトリプレットに対するベクトルモデルの同図（ｂ）に相当する。但し、このベクトルモデルでは、多量子コヒーレンスの期間に印加する１８０°パルスによって磁場不均一性による展開は再結像するため、この展開は考慮していない。
【００６３】
なお、上述した時刻ｔｂ２は、一般的表現としては、「（２ｍ＋１）／２ｎ」（但し、ｍ＝０，１，２，３，…、ｎは所望の水素原子核１Ｈと結合する１Ｈスピンの数）に相当する時間が前記９０°パルスの印加から経過した時点として求められる。
【００６４】
このｔｂ２の時点で第１の高周波磁場パルスｓｅｌ９０°ｘを印加する。このパルスは、所望のＧＡＢＡ−４のＪＨＨカップリングの相手であるＧＡＢＡ−３に周波数選択した高周波磁場パルスであり、これによりＧＡＢＡ−３とＧＡＢＡ−４の間に多量子コヒーレンス、すなわち０量子コヒーレンスと２量子コヒーレンスが生成される（図３（ｃ）参照）。一定時間の経過して化学シフトおよび磁場不均一性による展開を再結像するための１８０°パルスを印加し、その後再びＧＡＢＡ−３に周波数選択した高周波磁場パルスｓｅｌ９０°ｘを印加する（図３（ｄ）参照）。これにより、ＧＡＢＡ−４の１量子コヒーレンスが生成され、磁気共鳴信号が観測可能となる。
【００６５】
そして、再びＪＨＨが展開し（図３（ｅ）参照）、１／（４ＪＨＨ）経過の後に外側のピークが反転したスペクトルが得られる（図３（ｆ）参照）。図２にはまたこの際に生成されるコヒーレンスの経路を示す。このようにコヒーレンスの次数は「１→２→−２→−１」となり、検出機にて観測されるコヒーレンス次数の「−１」となる。
【００６６】
この方法によれば、高周波磁場パルスの位相は信号の感度には影響しない。まず非選択である９０°パルスと１８０°パルスの位相は重要ではない。さらに、２つの選択照射パルスの位相は、図ではどちらもｘ位相としているが、この２つのパルスに位相差がある場合でも問題が無い。この方法では、ＧＡＢＡ−４が図３（ｂ）の状態の際に、第１のｓｅｌ９０°パルスによりＪＨＨカップリングの相手であるＧＡＢＡ−３の１Ｈのみを励起することで多量子コヒーレンスを生成する。従って、ＧＡＢＡ−４は影響を受けず、すなわち多量子コヒーレンス生成の効率には影響しない。さらに、第２のｓｅｌ９０°パルスによりＧＡＢＡ−３の１Ｈのみを縦磁化にして、ＧＡＢＡ−４の１量子コヒーレンスを生成するため、この高周波磁場パルスの位相も多量子コヒーレンスから１量子コヒーレンスの生成の効率に影響しない。
【００６７】
また、この方法ではコヒーレンス選択のための勾配磁場パルスが使用できる。図２に示すように、ｓｅｌ９０°ｘ（ｘ：ＲＦ位相）と１８０°パルスの間に勾配磁場パルスＧ１を、１８０°パルスとｓｅｌ９０°ｘパルスの間に勾配磁場パルスＧ２を印加する。さらに、ｓｅｌ９０°ｘパルスとデータ収集までの間に勾配磁場パルスＧ３を印加する。それぞれの印加時間をｔ１、ｔ２、ｔ３とすると、下記の式が成り立つように設定することで、所望のコヒーレンス経路を選択することができる。
【数７】
2010099539.tif 000003
【００６８】
この際、観測するコヒーレンス次数は「−１」だから、
【数８】
2010099539.tif 000004
【００６９】
となる。簡便のため、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３を時間に依存しないとすると、
［数９］
ｐ１Ｇ１ｔ１＋ｐ２Ｇ２ｔ２−Ｇ３ｔ３＝０  ……（３）
となる。図２の太線で示したコヒーレンス経路のみを選択するとすると、
［数１０］
ｐ１＝＋２、ｐ２＝−２  より、
２（Ｇ１ｔｌ−Ｇ２ｔ２）−Ｇ３ｔ３＝０  ……（４）
であり、従って、例えば、Ｇ１ｔ１：Ｇ２ｔ２：Ｇ３ｔ３＝１：０：２と設定すれば、所望のコヒーレンス経路のみを選択することができ、水や化学シフトが３．０ｐｐｍのＣｒをディフェーズして、抑圧することができる。すなわち、システム不安定性に依存しないロバストな観測が可能となる。さらに、ｓｅｌ９０°パルスの位相サイクルを実施することで、水あるいはＣｒのピークをさらに抑圧することが可能である。また、ＣＨＥＳＳパルスのような水信号抑圧パルスをプリパルスとして印加してさらに水抑圧を行うことも可能である。
【００７０】
さらにこの方法によれば、非周波数選択パルスを用いて多量子コヒーレンスを生成するため、所望のピークのみを抽出することができ、従ってこの例ではＧＡＢＡ−４のみを編集することができる。すなわちＮＡＡ−２やＧｌｘのピークを避けることができ、煩雑なスペクトル解析を避けることが可能である。
【００７１】
加えて、この方法の場合、高周波磁場パルスの数を必要最低限の４ヶとしているため、フリップ角の設定誤差や高周波磁場分布に対してロバストな、すなわち、これらを原因とする信号損を受けにくいパルスシーケンスとなっている。
【００７２】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態を説明する。この実施形態は、上述した図２のパルスシーケンスを空間２次元に応用した例に関する。
【００７３】
この例に係るパルスシーケンスを図４に示す。すなわち、この図４のパルスシーケンスにおいては、図２のパルスシーケンスの９０°パルスと１８０°パルスをスライス選択パルスとしてそれぞれ異なる軸のスライス勾配磁場パルスと同時に印加する。
【００７４】
まず、９０°スライスパルスによりｉ軸に直交したスライス面内の１Ｈスピンが励起され、ＪＨＨが展開する。続くＧＡＢＡ−３への選択照射パルスにより、上記スライス面内でＧＡＢＡ−３とＧＡＢＡ−４の間で多量子コヒーレンスが生成される。これに続く１８０°スライスパルスで上記のスライス面とｊ軸に直交したスライス面の交差領域のスラブ内でＧＡＢＡ−３とＧＡＢＡ−４の２量子コヒーレンスの次数が「＋２→−２」となる。この後、ＧＡＢＡ−３への選択照射パルスにより上記スラブ内でＧＡＢＡ−４の１量子コヒーレンスが生成され、ＧＡＢＡ−４の磁気共鳴信号が観測可能となる。さらに、水信号およびＣｒ信号抑圧のためのコヒーレンス選択勾配磁場パルスの印加により、上記コヒーレンス経路、すなわち「＋１→＋２→−２→−１」が選択される。以上により、空間２次元の局所励起が可能となる。
【００７５】
多量子コヒーレンスの期間ｔｍｑ内の１８０°パルスの前後に印加するクラッシャーパルスＧｃ１，Ｇｃ２（スポイラーパルスとも呼ばれる）は、図３に示すように時間積分値が等しくなるように設定しておけば、Ｇ１ｔ１＝Ｇ２ｔ２、Ｇ３＝０であるから、式（４）を満たす。従って、コヒーレンス選択用の勾配磁場パルスを独立に式（４）を満たすように設定すれば、上述のように水信号およびＣｒ信号を抑圧し、かつＧＡＢＡ−４のみを抽出することが可能となる。
【００７６】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態を説明する。この実施形態は空間３次元局所化のためのパルスシーケンスに関する。この基本となるパルス−シーケンスは図５〜７に示す。
【００７７】
図５に示した第１の例は、多量子コヒーレンスを生成する前に９０°、１８０°パルスを印加するパルスシーケンスである。これに対して図６、図７に示した第２、３の例は、多量子コヒーレンスから１量子コヒーレンスを経た後に１８０°パルスを印加する方法である。これらの方法により、３つの高周波磁場パルス、すなわち９０°パルス、１８０°パルス、１８０°パルスをスライス選択パルスとすることが可能となり、３次元局所励起が可能となる。
【００７８】
（第１の例）
図５のパルスシーケンスでは、まず９０°パルスを印加する。これに続き、τ後に１８０°パルスを印加する。磁場不均一性は１８０°パルスよりτ後に再結像するが、１８０°パルスによりＪＨＨカップリングした１Ｈは全て反転するため、ＪＨＨは展開する。従って、９０°パルスより１／（４ＪＨＨ）の後にＧＡＢＡ−３に周波数選択した高周波磁場パルスｓｅｌ９０°ｘを印加することにより、図２に示したパルスシーケンスで生成するのと同様に、高周波磁場パルスの位相に依存せずに効率良く多量子コヒーレンスを生成することができる。この後、ｔｍｑ１の時間後に化学シフトおよび磁場不均一性を再結像するための１８０°パルスを印加し、さらにｔｍｑ２後にＧＡＢＡ−３に周波数選択した高周波磁場パルスｓｅｌ９０°ｘを再び印加する。この結果、多量子コヒーレンスから１量子コヒーレンスとなり磁気共鳴信号が観測可能となる。
【００７９】
図５に示したパルスシーケンスの場合、コヒーレンス選択勾配磁場パルスを式（４）を満たすように設定すれば太線のコヒーレンス経路を選択でき、水信号およびＣｒ信号を抑圧することができる。
【００８０】
このパルスシーケンスの場合には、化学シフトおよび磁場不均一性の再結像について時間間隔の設定を検討する必要がある。この説明のため、上述したτ、ｔｍｑ１、ｔｍｑ２のほかに図５に示す様にｔａを定義する。すなわち、
［数１１］
２τ＋ｔａ＝１／（４ＪＨＨ）  ……（５）
とする。コヒーレンスの次数は図５に示したように、第１の１８０°パルスと第１のｓｅｌ９０°ｘの期間（τ、ｔａ）では＋１、第１のｓｅｌ９０°ｘと第２の１８０°パルスの期間（ｔｍｑ１）では＋２、第２の１８０°パルスと第２のｓｅｌ９０°ｘの期間（ｔｍｑ２）では−２、第２のｓｅｌ９０°ｘ以降の期間では−１である。従って、以下の式（６）が成り立つように時間間隔を設定すれば、化学シフトおよび磁場不均一性を再結像させることが可能となる。
【００８１】
［数１２］
ｔａ＋２ｔｍｑ１−２ｔｍｑ２−１／（４ＪＨＨ）＝０  ……（６）
このときの位相ダイアグラムを図５に示す。
【００８２】
また、式（５）、式（６）より
［数１３］
−２τ＋２ｔｍｑ１−２ｔｍｑ２＝０  ……（７）
となり、すなわち式（７）が成り立つように高周波磁場パルスの時間間隔を設定すれば化学シフトおよび磁場不均一性を再結像させることが可能となる。
【００８３】
（第２の例）
図６のパルスシーケンスでは、多量子コヒーレンスから１量子コヒーレンスを生成した後に１８０°パルスを印加する。このパルスシーケンスでは、第２の１８０°パルスとデータ収集開始までの時間間隔よりも第２のｓｅｌ９０°ｘ（ｘ：ＲＦ位相）と第２の１８０°パルスの時間間隔を長く設定し、この差分をｔｃと定義する。このパルスシーケンスでは、第２のｓｅｌ９０°ｘパルスの印加までは図２のパルスシーケンスと同様である。これにより多量子コヒーレンスを生成する。
【００８４】
この後、化学シフトおよび磁場不均一性を再結像するための１８０°パルスを印加して、この後第２のｓｅｌ９０°ｘパルスにより１量子コヒーレンスを生成する。これにより、ＪＨＨが展開し、第２のｓｅｌ９０°ｘパルス印加直後のＧＡＢＡ−４の外側の２つのピークは１８０°反転した位相（図３（ｅ）のベクトルモデル）から、１／（４ＪＨＨ）経過後に、これらが同一の位相（図３（ｆ）のベクトルモデル）となる。図５のパルスシーケンスと同様、このパルスシーケンスでも時間間隔の検討が必要であり、式（８）のように時間設定すれば化学シフトおよび磁場不均一性を再結像させることができる。
【００８５】
［数１４］
−１／（４ＪＨＨ）−２ｔｍｑ１＋２ｔｍｑ２＋ｔｃ＝０  ……（８）
あるいは、ｔｃ＝１／（４ＪＨＨ）−２τを用いて
［数１５］
−２ｔｍｑ１＋２ｔｍｑ２−２τ＝０  ……（９）
を満たすように時間間隔を設定すればよい。
【００８６】
コヒーレンス選択勾配磁場パルスは、以下の式（１０）を満たすように設定すれば図６に示すコヒーレンス経路が選択できる。
【００８７】
［数１６］
−２（Ｇ１ｔ１−Ｇ２ｔ２）−Ｇ３ｔ３＝０  ……（１０）
（第３の例）
図７に示すパルスシーケンスでは、図６のパルスシーケンスとは逆に第２の１８０°パルスの印加後のデータ収集開始までの時間間隔よりも第２のｓｅｌ９０°ｘと第２の１８０°パルスの時間間隔を長く設定し、この差分をｔｃと定義する。このパルスシーケンスでは式（１１）のように設定すれば化学シフトおよび磁場不均一性を再結像させることができる。
【００８８】
［数１７］
−１／（４ＪＨＨ）−２ｔｍｑ１＋２ｔｍｑ２−ｔｃ＝０  ……（１１）
あるいは、ｔｃ＝１／（４ＪＨＨ）−２τを用いて
［数１８］
−２ｔｍｑ１＋２ｔｍｑ２＋２τ−１／（２ＪＨＨ）＝０  ……（１２）
を満たすように時間間隔を設定すればよい。
【００８９】
ここで、ｔｐｒｅｐ＝１／（４ＪＨＨ）と定義して、
［数１９］
−２ｔｍｑ１＋２ｔｍｑ２＋２τ−２ｔｐｒｅｐ＝０  ……（１３）
と表される。
【００９０】
コヒーレンス選択勾配磁場パルスは、上述の式（１０）を満たすように設定すれば図６に示すコヒーレンス経路が選択できる。
【００９１】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態を図８〜１０に基き説明する。この実施形態は空間３次元局所励起に関する。
【００９２】
前述した図５〜７のパルスシーケンスの９０°パルス、１８０°パルス、及び、１８０°パルスをスライス選択パルスに形成することで、空間３次元局所励起が可能となる。このパルスシーケンスを図８〜１０にそれぞれ示す。
【００９３】
（第１の例）
図８のパルスシーケンスでは、まず９０°パルス、１８０°パルスをスライス選択パルスとしてそれぞれｉ軸、ｊ軸のスライス勾配磁場パルスを同時に印加する。これにより、ｉ軸に直交したスライス面とｊ軸に直交したスライス面との交差領域のスラブ内の１Ｈのスピンが励起される。この選択されたスラブ内でＪＨＨが展開する。これに続くＧＡＢＡ−３への選択照射パルスによりＧＡＢＡ−３とＧＡＢＡ−４の間の多量子コヒーレンスが生成される。続く１８０°スライスパルスによりｋ軸に直交したスライス面が選択され、上記のスラブと本スライスとの交差領域、すなわち３次元で局所化された領域内でＧＡＢＡ−３とＧＡＢＡ−４の２量子コヒーレンスの次数が「＋２→−２」となる。
【００９４】
引き続き印加されるＧＡＢＡ−３への選択照射パルスによりＧＡＢＡ−４の１量子コヒーレンスが生成され、磁気共鳴信号が観測可能となる。さらに、水信号およびＣｒ信号抑圧のためのコヒーレンス選択勾配磁場パルスの印加により、所望のコヒーレンス経路、すなわち「−１→＋１→＋２→−２→−１」が選択される。以上により、空間３次元の局所励起が可能となる。
【００９５】
多量子コヒーレンスの期間ｔｍｑ内の１８０°パルスの前後に印加するクラッシャーパルスＧｃ１，Ｇｃ２は、図８に示すように時間積分が等しくなるように設定しておけば、Ｇ１ｔ１＝Ｇ２ｔ２、Ｇ３＝０より上記で説明した式（４）を満たす。従って、コヒーレンス選択用の勾配磁場パルスを独立に式（４）を満たすように設定すれば、上述のように水信号およびＣｒ信号を抑圧し、かつＧＡＢＡ−４のみを抽出することが可能となる。
【００９６】
（第２，３の例）
これに対して、図９および図１０のパルスシーケンスでは、まず９０°パルスをスライス選択パルスとしてｉ軸のスライス勾配磁場パルスを同時に印加する。これにより、ｉ軸に直交したスライスが励起され、この選択されたスライス内でＪＨＨが展開する。これに続くＧＡＢＡ−３への選択照射パルスによりＧＡＢＡ−３とＧＡＢＡ−４の間の多量子コヒーレンスが生成される。続く１８０°スライスパルスによりｊ軸に直交したスライス面が選択され、上記のスライスと本スライスとの交差領域、すなわち２次元で局所化されたスラブ内でＧＡＢＡ−３とＧＡＢＡ−４の２量子コヒーレンスの次数が「−２→＋２」となる。
【００９７】
引き続き印加されるＧＡＢＡ−３への選択照射パルスによりＧＡＢＡ−４の１量子コヒーレンスが生成され、磁気共鳴信号が観測可能となる。さらに、水信号およびＣｒ信号抑圧のためのコヒーレンス選択勾配磁場パルスの印加により、所望のコヒーレンス経路、すなわち「−１→−２→＋２→＋１→−１」が選択される。以上により、空間３次元の局所励起が可能となる。
【００９８】
多量子コヒーレンスの期間ｔｍｑ内の１８０°パルスの前後に印加するクラッシャーパルスＧｃ１，Ｇｃ２は、図９あるいは図１０に示すようにバランスさせておけば、Ｇ１ｔ１＝Ｇ２ｔ２、Ｇ３＝０より上述の式（８）を満たす。従って、コヒーレンス選択用の勾配磁場パルスを独立に式（８）を満たすように設定すれば、上述のように水信号およびＣｒ信号を抑圧し、かつＧＡＢＡ−４のみを抽出することができる。
【００９９】
（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態を図１１に説明する。この実施形態は前述したＤＡＮＴＥパルスの使用に関する。
【０１００】
上述の如く説明してきたパルスシーケンスについては、選択照射するための高周波磁場パルスであるｓｅｌ９０°ｘパルスとしてＤＡＮＴＥパルスを用いることができる。この一例として、図８のパルスシーケンスにおいてＤＡＮＴＥパルスを用いる例を図１１に示す。
【符号の説明】
【０１０１】
１  静磁場磁石
２  勾配コイル
３  プローブ
４  シムコイル
５  勾配コイル電源
６  シムコイル電源
７  送信部
８  受信部
９  データ収集部
１０  シーケンス制御部
１１  計算機システム
１２  コンソール
１３  ディスプレイ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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