(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体内の第１の代謝物にＪ結合する第２の代謝物からのＮＭＲ信号を検出する磁気共鳴診断装置であって、前記第１の代謝物にＪ結合する第２の代謝物、及びＪ結合しない第２の代謝物のそれぞれの位相差を１８０度とする手段を有し、該位相差をエンコード勾配磁場を１ステップ進める毎に０度、１８０度に交互に切換えることを特徴とする磁気共鳴診断装置。
【請求項２】
1Ｈに係る９０度ＲＦパルス、１８０度ＲＦパルスを印加し、前記９０度ＲＦパルスから（２Ｉ＋１）／２Ｊ（Ｉ＝０，１，２，…、ＪはＪ結合の強度）後、又はエコー信号の（２Ｉ＋１）／２Ｊ前に13Ｃに係る１８０度ＲＦパルスを印加するＲＦパルス印加手段を有し、該ＲＦパルス印加手段は、エンコード勾配磁場を１ステップ進める毎に前記13Ｃに係る１８０度パルスの印加、非印加を繰り返すことを特徴とする磁気共鳴診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁気共鳴診断装置に係り、特に13ＣにＪ結合した 1Ｈを観測する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴診断装置は、水の 1Ｈを検出することによって、非侵襲で生体内の水の分布を画像化することができる装置であり、臨床的に広く使われている診断装置である。しかし、現状の水分布の画像では、形態学的な情報しか得ることができない。
【０００３】
これに対し、例えば代謝物の 1Ｈ、13Ｃあるいは31Ｐを検出することによって、代謝物の分布を画像化することができ、生体内の代謝情報を得ることができる。代謝物の画像化の方法がＭＲＳＩ（Magnetic Resonance Spectroscopic Imaging）であり、単一の画素からのスペクトルを収集する方法がＭＲＳ（Magnetic Resonance Spectroscopy ）である。
【０００４】
代謝物画像化で近年注目を集めているのが、13Ｃである。13Ｃは天然存在比が1.1 ％と低いために、13Ｃで標識した物質を投与して、代謝物を追跡することができ、 1Ｈや31Ｐとは異なる代謝情報を得ることができるためである。
【０００５】
13Ｃ検出で最大の課題は低感度の克服である。低感度の克服のためにデカップリングや分極移動等の方法が開発されてきた。Ｓ／Ｎ向上にしぼって考えたとき、最も良い方法は13ＣにＪ結合した 1Ｈを観測する 1Ｈ観測13Ｃ−ＭＲＳあるいは 1Ｈ観測13Ｃ−ＭＲＳＩである。
【０００６】
1Ｈを観測法の１つの例として、M.S.Bendall 等によって開発された（M.R.Bendall et al.,J.Am.Chem.Soc.,103,934,1981） 1Ｈと13ＣのＪ結合を利用するＰＯＣＥ法（1H-Observed, 13C-Edited NMR Spectroscopy ）がある。この方法を図２５に示すシーケンスを用いて説明する。このシーケンスで、13Ｃの１８０°パルス（以下、13Ｃ反転パルスと呼ぶ）に示したＯＮ，ＯＦＦは印加、非印加を交互に繰り返すことを示す。
【０００７】
まず、 1Ｈの９０°パルスによって、 1Ｈスピンを倒す（図２６（ａ））。Ａは13ＣにＪ結合していない 1Ｈで、Ｂは13ＣにＪ結合した 1Ｈである。Ａは共鳴周波数と回転座標系の周波数が一致している、すなわち回転座標系ではＡは動かないものとする。
【０００８】
このとき、τ＝１／（２Ｊ）後に、 1Ｈの１８０°パルスを印加してＢは反転する（図２６（ｃ），（ｃ’））。さらに１／（２Ｊ）後に、図２６（ｄ），（ｄ’）に示すようにＡの 1ＨスピンもＢの 1Ｈスピンもｙ’軸上で正方向を向いてエコーを形成する。次に、 1Ｈの１８０°パルスと同時に13Ｃ反転パルスを印加する場合について述べる。この場合、 1Ｈの１８０°パルスによって、Ｂが反転するが、13Ｃ反転パルスによって13ＣにＪ結合した 1ＨスピンであるＢの回転方向は反転し、１／（２Ｊ）後には13ＣにＪ結合していないＡはｙ’軸上の正方向を向いて、13ＣにＪ結合しているＢはｙ’軸上の負方向を向いてそれぞれエコーを形成する。このため、13Ｃの１８０°パルスを印加する時と印加しない時のスペクトルの差分をとれば、13ＣにＪ結合したＢのスペクトルのみをとらえることができる。
【０００９】
ＰＯＣＥの代謝物画像化への応用としては、図２７の方法が容易に推察できる。13Ｃ反転パルスを印加する場合と印加しない場合のデータを収集して差分をとれば、13ＣにＪ結合した 1Ｈスペクトルのみを編集することができる。
【００１０】
以上のようにＰＯＣＥでは、13ＣにＪ結合した 1Ｈのみを取り出すために、２回の計測が必要である。このため、観測時間が長く、被検体に対する負荷が大きいという問題があった。また、長い観測時間のために、被検体の動き影響を受け易いという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述したように、13ＣにＪ結合した 1Ｈを観測する方法であるＰＯＣＥ法では、13Ｃの１８０°パルスを印加して収集したデータとこのパルスを印加しないで収集したデータとの差分を取らなければならず、観測時間が通常の計測の２倍かかるという問題があった。また、このため被検体の動きの影響を受け易くなる等の問題があった。
【００１２】
この発明はこのような従来の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、１回の計測で13ＣにＪ結合した 1Ｈを観測することができ、更に、１回の計測でスペクトルの編集が可能な磁気共鳴診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本願請求項１に記載の発明は、生体内の第１の代謝物にＪ結合する第２の代謝物からのＮＭＲ信号を検出する磁気共鳴診断装置であって、前記第１の代謝物にＪ結合する第２の代謝物、及びＪ結合しない第２の代謝物のそれぞれの位相差を１８０度とする手段を有し、該位相差をエンコード勾配磁場を１ステップ進める毎に０度、１８０度に交互に切換えることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項２に記載の発明は、1Ｈに係る９０度ＲＦパルス、１８０度ＲＦパルスを印加し、前記９０度ＲＦパルスから（２Ｉ＋１）／２Ｊ（Ｉ＝０，１，２，…、ＪはＪ結合の強度）後、又はエコー信号の（２Ｉ＋１）／２Ｊ前に13Ｃに係る１８０度ＲＦパルスを印加するＲＦパルス印加手段を有し、該ＲＦパルス印加手段は、エンコード勾配磁場を１ステップ進める毎に前記13Ｃに係る１８０度パルスの印加、非印加を繰り返すことを特徴とする。
【００１５】
そして、このような構成によれば、13Ｃの１８０°パルスにより13ＣとＪ結合している1ＨとＪ結合していない1Ｈのスピンエコー信号の位相差は、１８０°となるため、エンコードを進める度に13Ｃの１８０°パルスの印加、非印加を繰り返すことによって、得られたデータを再構成すると、13ＣのＪ結合している1ＨとＪ結合していない1Ｈとを分離することが可能となる。つまり、１回の代謝物画像化で上記のような分離が可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ＰＯＣＥ法の様に、所望の信号とそれ以外の信号との位相を分けた後、差分によって所望の信号を分離する代謝物画像化において、従来は所望の信号とそれ以外の信号の位相があった画像と、位相がπずれた画像とを取得する必要があったが、本発明を用いれば、１回で分離された画像を得ることができる。また、スペクトル編集においても、差分を用いることなく、所望の信号を分離することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施例に係わる磁気共鳴診断装置の構成を示すブロック図である。同図において、静磁場磁石１とその内側に設けられた勾配コイル２及びシムコイル４により、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、ｙ、ｚ三方向に線形傾斜磁場分布を持つ勾配磁場が印加される。
【００１８】
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。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良い。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１０に送られ、データ処理がなされる。
【００１９】
以上の勾配コイル電源５、シムコイル電源６、受信部８およびデータ収集部９は、全てシーケンス制御部１２によって制御され、またシーケンス制御部１２は計算機システム１０によって制御される。データ収集部９から計算機システム１０に入力された磁気共鳴信号は、フーリエ変換等が行われ、それに基づいて被検体内の所望原子核の密度分布の画像データが再構成される。この画像データは画像ディスプレイ１３に送られ、画像として表示される。
【００２０】
次に、本実施例に係る磁気共鳴診断装置の作用について説明する。本実施例では、単純化するため、２次元の代謝物画像化法について説明する。シーケンスを図２に示す。この方法と図２７に示したＰＯＣＥ法との違いは、ＰＯＣＥ法が13Ｃの１８０°パルスを印加するシーケンスの図２７（ａ）で収集したデータと、印加しないシーケンスの図２７（ｂ）で収集したデータとの差分をとって、13ＣにＪ結合した 1Ｈを編集するのに対し、本発明では、エンコードを１つ進めるごとに13Ｃの１８０°パルスの印加、非印加を繰り返すため、観測時間がＰＯＣＥ法の１／２で良いという点にある。
【００２１】
図２のシーケンスにおいて、エンコードを１つ進めるごとに13Ｃ反転パルスの印加、非印加を繰り返すことを13Ｃ反転パルスの横に示す２ｎ→ＯＮ、２ｎ＋１→ＯＦＦで示している。また、13Ｃ反転パルスの印加のタイミングは、 1Ｈの９０°パルスから（２Ｉ＋１）／（２Ｊ）後（Ｉ＝０，１，２，３，…）である。
【００２２】
例えば、13Ｃ反転パルスの印加、非印加を図３に示すようにｋｘが１ステップ進むごとに繰り返す場合を考える。この場合、ＯＮとＯＦＦはｋ空間上で図３のように表現できる。13Ｃ反転パルスのＯＮ，ＯＦＦによって、13ＣにＪ結合した 1Ｈのみが０°と１８０°で反転するから、図２のシーケンスによって収集されたデータを再構成すると、図４のように、ｘ方向に２つのデータが生成される。中心の領域ａが13ＣにＪ結合していない 1Ｈを示し、端の領域ｂが13ＣにＪ結合している 1Ｈを示す。つまり、本発明の方法では、１回の代謝物画像化シーケンスで、13ＣにＪ結合した 1Ｈとその他の 1Ｈとを分離することができる。この方法は、周波数軸方向のみならず、ｘ，ｙ，ｚの空間座標軸方向も加えてスペクトルの編集を行う。
【００２３】
図２では、空間２次元の代謝物画像化法のためのシーケンスを示したが、空間３次元のシーケンスも図５のように同様に示すことができる。
【００２４】
画像化におけるＮＭＲ信号の位相の反転の例として、ノーバート・ジョセフ・ベルクの発明（特開昭６１−１４２４４８号公報）がある。この方法は、図６のシーケンスにおいて９０°パルスの位相を反転させることによってＮＭＲ信号の位相を反転させ、アーチファクトであるベースライン誤差成分と画像成分を分離する方法である。特開昭６１−１４２４４８号の方法と本発明による方法との違いは、特開昭６１−１４２４４８号の方法が所望信号から不要信号を除去する効果しか持たないのに対し、本方法は13Ｃに結合した 1Ｈ信号とそれ以外の 1Ｈ信号という２つの所望信号を分離して各々のスペクトルを見やすく編集できる効果を持っているところにある。かつ、近年のデジタル送受信系の開発によりベースライン誤差成分は問題ではなくなっており、特開昭６１−１４２４４８号の方法は不要となった。これに対し、本発明の方法は相変わらず有用であるという点も異なる。
【００２５】
次に、プリパルスに水信号抑圧のためのＣＨＥＳＳパルスを印加した局所励起1Ｈ観測シーケンスを図７に示す。図７には13Ｃ反転パルスの印加位置を第３エコー信号の前（２Ｉ＋１）／（２Ｊ）とした例を示したが、９０°パルスの（２Ｉ＋１）／（２Ｊ）後でも良いし、第２エコーの（２Ｉ＋１）／（２Ｊ）前あるいは（２Ｉ＋１）／（２Ｊ）後でも良い。この13Ｃ反転パルスをエンコードを１つ進めるごとに印加、非印加を繰り返すようにすれば、図２の場合と同様に13ＣにＪ結合した 1Ｈとそれ以外の 1Ｈとを分離することができる。
【００２６】
また、この本発明を用いれば、２つ以上の代謝物の分離も可能である。図８に13Ｃとスピンスピン結合定数Ｊ1 とＪ2 でそれぞれＪ結合している 1Ｈを分離するシーケンスを示す。この場合、13Ｃ反転パルスは周波数選択励起パルスを用いる必要がある。９０°パルスの１／２Ｊ1 後に印加する13Ｃ反転パルスＡには、スピンスピン結合定数Ｊ1 でＪ結合している13Ｃのみを選択励起する反転パルスを用いる。同様に、９０°パルスの１／２Ｊ2 後に印加する13Ｃ反転パルスには、スピンスピン結合定数Ｊ2 でＪ結合している13Ｃのみを選択励起する反転パルスを用いる。図９に、13Ｃ反転パルスＡの印加、非印加の順番を示す。このように、パルスＡは、ｋｘ方向に１ステップ進むごとに印加、非印加を繰り返し、ｋｙ方向には変化させない。これに対し、パルスＢは、ｋｙ方向に１ステップ進むごとに印加、非印加を繰り返し、ｋｘ方向には変化させない。この結果、代謝物画像は図１０のように、ｘ方向には13ＣとＪ1 でスピンスピン結合した 1Ｈが分離され、ｙ方向には13ＣとＪ2 でスピンスピン結合した 1Ｈが分離される。
【００２７】
上記分離画像化では２画像分の領域（ＦＯＶ）が必要であるが、これを１画像分とするために空間周波数データに０ファイリングする方法も考えられる。この場合、例えば、マトリックスサイズ１６×１６のデータを収集しておき、０ファイリングにより３２×３２のデータサイズにした後、再構成すれば良い。この結果、短い観測時間で分離画像化に必要なＦＯＶを得ることができる。
【００２８】
次に、本方法を１次元に応用した例を示す。シーケンスを図１１に示す。このデータを図１２（Ａ）のようにｔ軸方向×２という２次元データとして、２次元フーリエ変換を施すと、13ＣにＪ結合した 1ＨとＪ結合していない 1Ｈとを分離することができる。（図１２（Ｂ））。
【００２９】
また、本発明は、ＰＯＣＥ法以外の位相反転することを利用して差分をとってスペクトルの編集を行う方法の場合には、本発明を使用することができる。
【００３０】
この例の一つとして、 1Ｈ同士のＪ結合を利用して乳酸を編集する方法がある。この方法を図１３に示す。この方法は、C.J.Hardy 等によって、Magnetic Resonance in Medicine,Vol.5,p.58-p.66,1987 に紹介されている。この方法は、ＴＥ１＝１３６ｍｓとＴＥ２＝２７２ｍｓの信号の差分をとることによって、水信号と脂肪信号を除去して、乳酸の信号を求める方法である。この方法でも、図１４のように１３６ｍｓの信号Ｓ１と２７２ｍｓの信号Ｓ２とをｔ軸方向×２に配列して、２次元フーリエ変換することによって、乳酸のスペクトルと水と脂肪のスペクトルを分離することができる。乳酸の画素化を行う方法も、上記に説明した方法を応用すればよく、シーケンスは図１５のようになる。このシーケンスでは、１３６ｍｓのエンコードステップに対してと２７２ｍｓのエンコードステップを１だけ進めている（図１６）。図１６のようにｋｘ方向でこのエンコードステップの進め方を行うと、水、脂肪等の 1Ｈ同士のＪ結合をしていない物質の画像と乳酸の画像を分離することができる（図１７）。
【００３１】
次に、13Ｃに関して説明する。以上の実施例ではスペクトルを見易くするためのデカップリングパルスの適用はしていないが、説明した13Ｃに関するシーケンス全てに関してこの適用は可能である。例えば、図２のシーケンスにデカップリングパルスを適用した例を図１８に示す。このようにデータ収集の期間に13Ｃのデカップリングパルスを印加すると、13Ｃと 1ＨのＪ結合を消すことができ、さらにスペクトルを見易くすることができる。デカップリングパルスの印加開始時間は、Ｊ結合によってスプリットしたスピン位相が一致するように、１８０°パルスよりｔl （２ｌ＋１）／２Ｊ（ｌ＝０，１，２，…）とする必要もある。同様に、図５，図７，図８のシーケンスのデータ収集期間にデカップリングパルス印加することによってスペクトルを見易くすることができる。
【００３２】
次に、 1Ｈ観測13Ｃ−ＭＲＳＩの他の実施例に関して説明する。
【００３３】
この実施例は、A.Bax らによってJounal of Magnetic Resonance, vol.55,p.301,1983 に紹介されているＨＭＱＣ（Heteronuclezr multiple quantum coherence）法あるいはBodenhausen らによってChemical Physics Letters, vol.69 p.185,1980 に紹介されているＳＱＣ（Single quantum coherence) 法を応用した方法である。図１９にＨＭＱＣ法の応用例、図２０にＳＱＣ法の応用例を示す。これらの実施例により、13Ｃに結合した 1Ｈとそれ以外の 1Ｈとを分離することができる。図２１にstimulated echo を利用したシーケンスの例を示す。この例では、水信号抑圧パルスに３つのＣＨＥＳＳパルスを用いた例を示した。これまでに、説明したシーケンスでも、この水信号抑圧パルスを用いることができる。
【００３４】
図２２には13Ｃに結合した 1Ｈを画像の中心に持ってくることのできるシーケンスを示した。これは、 1ＨのＲＦの位相を変化させることなく、受信の位相をシーケンスが進むごとに０°、９０°と変化させることによっても達成できる。
【００３５】
また、図７のようなシーケンスにおいて、図２３のような順番で13Ｃ反転パルスの印加、非印加を行えば、図２４のように分離画像化を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】磁気共鳴診断装置の概略的な構成を示すブロック図である。
【図２】一回の代謝物画像化で13ＣにＪ結合した 1Ｈとそれ以外の 1Ｈとを分離するパルスシーケンス図である。
【図３】図２において13Ｃ反転パルスの印加、非印加の順番をｋ空間上で示した説明図である。
【図４】図２のシーケンスにより収集したデータをフーリエ変換して得られた画像を示す説明図である。
【図５】図２の空間２次元シーケンスを空間３次元シーケンスに応用した例を示す図である。
【図６】ベースライン誤差成分を画像から除去するパルスシーケンス図である。
【図７】水信号抑圧パルスおよび局所励起法による 1Ｈ観測13Ｃ−ＭＲＳＩ法のパルスシーケンス図である。
【図８】13Ｃと結合定数Ｊ1 でＪ結合した 1Ｈと結合定数Ｊ2 で結合した 1Ｈとそれ以外の 1Ｈとを分離するパルスシーケンス図である。
【図９】図８に示したシーケンスにおける13Ｃ反転パルスＡ，Ｂの印加、非印加の順序を示した説明図である。
【図１０】図８のシーケンスにより収集したデータをフーリエ変換して得られた画像を示す図である。
【図１１】１次元データの収集方法に係るパルスシーケンス図である。
【図１２】図１１で得られたデータの並びを示した図、及び、再構成した結果を示した図である。
【図１３】ＴＥ＝１３６ｍｓの信号とＴＥ＝２７２ｍｓの信号との差をとって乳酸の信号のみを取り出す方法を示すパルスシーケンス図である。
【図１４】図１３で得られたデータを再構成した結果を示す図である。
【図１５】乳酸の信号を画像化する手順を示すパルスシーケンス図である。
【図１６】ｋスペース上でＴＥ１３６ｍｓとＴＥ＝２７２ｍｓのデータ収集の順番を示した説明図である。
【図１７】水、脂肪の 1Ｈと乳酸の 1Ｈを分離して画像化した様子を示した説明図である。
【図１８】図２のシーケンスのデータ収集期間に13Ｃデカップリングパルスを印加したパルスシーケンス図である。
【図１９】本発明をＨＭＱＣ法に応用したパルスシーケンス図である。
【図２０】本発明をＳＱＣ法に応用したパルスシーケンス図である。
【図２１】stimulated echo 法に本発明を適用したパルスシーケンス図である。
【図２２】13Ｃに結合した 1Ｈを画像中心に移動させるパルスシーケンス図である。
【図２３】13Ｃに結合した 1Ｈとそれ以外の 1Ｈの分離画像化を行うための他の方法を示す説明図である。
【図２４】図２２のシーケンスを用いて収集したデータを再構成して得られる画像を示す図である。
【図２５】従来の 1Ｈ観測13Ｃスペクトロスコピー法であるＰＯＣＥ法のパルスシーケンス図である。
【図２６】ＰＯＣＥ法のスピンの挙動を示す説明図である。
【図２７】ＰＯＣＥ法を代謝物画像化法に応用した例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３７】
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
６  シムコイル電源
７  送信部
８  受信部
９  データ収集部
１０  計算機システム
１１  コンソール
１２  シーケンス制御部
１３  画像ディスプレイ
【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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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