(57)【要約】      （修正有）【課題】脂肪信号を水信号から適切に分離することができる、磁気共鳴装置を制御するための方法を提供する。【解決手段】第１のパルスシーケンスを実行するための磁気共鳴システムの制御方法において、励起段階および取得段階が備えられ、励起段階において、空間依存性の静磁場を発生するために１つの傾斜磁場方向に第１の傾斜磁場が印加される。選択性の高周波励起パルスが送出され、その選択性の高周波励起パルスが、検査ボリューム３０の第１の部分領域３３内では第１の物質を励起して第２の物質を励起せず、検査ボリューム３０の第２の部分領域３６内では第１の物質を励起せずに第２の物質を励起する。取得段階において、検査ボリュームの第１および第２の部分領域の生データを前記傾斜磁場方向に沿った空間エンコーディングにより取得するために、非選択性のリフォーカスパルスが送出される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のパルスシーケンスを実行するための磁気共鳴システム（１）の制御方法であって、
空間依存性の静磁場を発生させるために１つの傾斜磁場方向に第１の傾斜磁場が印加され、かつ選択性の高周波励起パルス（Ａ）が送出され、その選択性の高周波励起パルス（Ａ）が、検査ボリューム（３０；４５）の第１の部分領域（３３；４６）内では第１の物質を励起して第２の物資を励起せず、検査ボリューム（３０；４５）の第２の部分領域（３６；４７）内では第１の物質を励起せずに第２の物資を励起する励起段階と、
検査ボリューム（３０；４５）の第１および第２の部分領域（３３，３６；４６，４７）の生データを前記傾斜磁場方向（ｚ）に沿った空間エンコーディングにより取得するために、特定の数のリフォーカスパルス（Ｒ）が送出される取得段階と
を含む磁気共鳴システムの制御方法。
【請求項２】
前記特定の数のリフォーカスパルスのうち少なくとも１つのリフォーカスパルスが非選択性である、請求項１記載の方法。
【請求項３】
生データの取得が３次元の空間エンコーディングにより行われる、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
３次元の空間エンコーディングが、第１および第２の次元では位相エンコーディングとして行われ、第３の次元では周波数エンコーディングとして行われる、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記傾斜磁場方向に沿って位相エンコーディングが行われる、請求項４記載の方法。
【請求項６】
空間依存性の静磁場が、前記傾斜磁場によって次のように調整される、即ち検査ボリューム（３０；４５）の第１の部分領域（３３；４６）内の第１の物質における核スピンの共鳴周波数が第１の周波数（ｆ１）と第２の周波数（ｆ２）との間にあり、かつ検査ボリューム（３０；４５）の第２の部分領域（３６；４７）内の第２の物質における核スピンの共鳴周波数が第１の周波数（ｆ１）と第２の周波数（ｆ２）との間にあるように調整される、請求項１乃至５の１つに記載の方法。
【請求項７】
選択性の高周波励起パルスの周波数スペクトルが第１の周波数（ｆ１）と第２の周波数（ｆ２）との間にある、請求項１乃至６の１つに記載の方法。
【請求項８】
空間依存性の静磁場を発生させるために第１の傾斜磁場と符号が異なる第２の傾斜磁場が印加されかつ選択性の高周波励起パルス（Ａ）が送出される励起段階を有する第２のパルスシーケンスが実行される、請求項１乃至７の１つに記載の方法。
【請求項９】
選択性の高周波励起パルス（Ａ）が周波数シフトされて送出される励起段階を有する第２のパルスシーケンスが実行される、請求項１乃至８の１つに記載の方法。
【請求項１０】
ＨＦ送信アンテナシステム（５）、傾斜磁場システム（６）およびＨＦ受信アンテナシステム（７）を含む磁気共鳴システムを制御するための制御装置（１３）であって、その制御装置（１３）が次のように構成されている、即ち、空間依存性の静磁場を発生させるために１つの傾斜磁場方向に沿って第１の傾斜磁場を印加すべく前記傾斜磁場システム（６）を制御し、かつ選択性の高周波励起パルス（Ａ）を送出すべくＨＦ送信アンテナシステム（５）を制御し、その際に選択性の高周波励起パルス（Ａ）が検査ボリューム（３０；４５）の第１の部分領域（３３；４６）において第１の物質を励起して第２の物質を励起せず、選択性の高周波励起パルス（Ａ）が検査ボリューム（３０；４５）の第２の部分領域（３６；４７）において第１の物質を励起せずに第２の物質を励起し、そして検査ボリューム（３０；４５）の生データを前記傾斜磁場方向に沿った空間エンコーディングにより取得するために特定の数のリフォーカスパルス（Ｒ）を送出すべくＨＦ送信アンテナシステム（５）を制御するように構成されている、制御装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の制御装置（１０）を有する磁気共鳴トモグラフィシステム。
【請求項１２】
プログラムが制御装置（１３）において実行される際に請求項１乃至８の１つに記載の方法の全てのステップを実施するためのプログラムコード手段を有する、磁気共鳴トモグラフィシステム（１）のプログラミング可能な制御装置（１３）内に直接にロード可能であるコンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルスシーケンスを実行するための磁気共鳴システムの制御方法および制御装置に関する。更に本発明は、以下において磁気共鳴システムとも略称する磁気共鳴トモグラフィシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
核スピントモグラフィとも称する磁気共鳴トモグラフィは、生きた被検体の体内画像を取得するための現在では広く普及した技術である。
【０００３】
原子核、例えば水素原子の原子核はスピンを有する。スピンは、原子粒子の量子力学的特性である。スピンは、原子粒子が磁性であること、即ちスピンを有する原子核が常に磁性であることを生じさせる。これらのスピンは、当初は何らかの方向に作用する。これらのスピンは、１つのベクトルとみなすことができる。スピンを有する原子は、被検体内、例えばヒトの体内に存在する。
【０００４】
磁気共鳴トモグラフィシステムにおいては、通常、被検体が静磁場システムにより、例えば１，５，３又は７テスラの比較的高い静磁場Ｂ0に曝される。静磁場Ｂ0の力作用が、磁力線に対して平行および逆平行に、スピンの優先方向を発生する。常に、過剰分が一方向に形成され、これがスピンアンサンブルの巨視的磁化をもたらす。
【０００５】
静磁場Ｂ0に高周波磁場Ｂ1が重畳される。通常、高周波励起パルスによって発生させられるこの高周波磁場は、高周波励起信号がスピンの歳差運動周波数と共鳴するとき、Ｂ0磁場によってもたらされたスピンのバランスを失わせる。歳差運動周波数はラーモア周波数とも呼ばれる。この周波数は外部磁場の強度に依存する。この高周波磁場によって共鳴励起される原子の核スピンは、高周波励起信号によって、静磁場の磁力線に対して定められたフリップ角だけ傾けられる。
【０００６】
核スピン磁化のための高周波信号の送出は、たいてい所謂「全身コイル」又は「ボディコイル」により行われる。この全身コイルの典型的な構造は、鳥かご型アンテナ（バードケージアンテナ）であり、このアンテナは、検査の際に患者が存在するトモグラフの患者空間の周りに（長手軸に対して平行に延びるように）配置されている多数の送信棒からなる。端面側では、アンテナ棒がそれぞれ環状に静電容量的に互いに結合されている。しかし、現在では、ＭＲ励起信号を送信するために常にかなり頻繁に身体に近い局所コイルも使用される。磁気共鳴信号の受信は、一般には局所コイルにより行われるが、しかし、かなりのケースにおいて、代替的又は追加的にボディコイルにより行われる。
【０００７】
傾斜磁場コイルにより、１つの傾斜磁場が１つの傾斜磁場方向に沿って励起される。それによって、磁場Ｂ0が直線状に増大する。それに応じて、核スピンの歳差運動は、傾斜磁場方向に沿って異なり、スピンがこっちでは遅く回転し、あっちでは速く回転するという結果となる。従って、スピンは異なる周波数において共鳴する。傾斜磁場を重畳することによって、核スピンの空間選択性の励起が可能となる。
【０００８】
励起する高周波信号もしくは励起する高周波パルスは、中心周波数の周りに規定の近接周波数帯域幅を持つ。このようにして、傾斜磁場に沿って所望の領域を励起させることができる。
【０００９】
殆ど全ての分子において、異なる位置に複数の水素原子が結合されている。異なる位置は、異なる化学的環境を意味し、従って大抵異なる磁気的環境も意味する。これによって局所的な磁場が減増され、結合プロトンの共鳴周波数は典型的なラーモア周波数よりも僅かに低いか、又は高い。
【００１０】
従って、体組織内の核スピンは、磁場内で統一のとれた歳差運動周波数を持たず、それらの化学的環境に応じて異なる組織型ごとに異なっている。これは、一般に化学シフトと呼ばれる。脂肪はスペクトルにおいて複数のピークを有するが、そのうちの１つが非常に際立っており、高い画像化信号を供給する。脂肪組織の主ピークと水との間の化学シフトは、例えば約３．５ｐｐｍである。
【００１１】
励起後に核スピンは、再び、静磁場によって強制される初期状態に戻る。これは、いわゆる核スピンの緩和である。これは縦緩和と横緩和とで異なる。縦緩和は静磁場Ｂ0の磁力線に沿った磁化の回復を意味する。横緩和は、静磁場Ｂ0の磁力線に対して横方向に高周波磁場Ｂ1によってひき起こされた磁化の消滅を意味する。異なる組織は異なる緩和時間を有する。
【００１２】
歳差運動の際に高周波信号、いわゆる磁気共鳴信号が放射され、これらの信号が適切な受信アンテナにより受信されて後処理される。このようにして取得された生データから、所望の画像データを再構成することができる。受信アンテナは、高周波励起パルスの出射も行う同一のアンテナであるか、又は別個の受信アンテナである。
【００１３】
この出願において、「脂肪信号」は、脂肪組織内にある核スピンが緩和の際に放出する信号を意味する。「水信号」は、水の領域内にある核スピンが緩和の際に放出する信号を意味する。
【００１４】
歳差運動の際に送出されて受信アンテナによって受信される信号は、画像化を可能にするために、空間的な割り当てが可能でなければならない。このために、信号検出時にエンコード傾斜磁場により空間エンコーディングが行われる。
【００１５】
２Ｄ磁気共鳴パルスシーケンスの場合には空間エンコーディングが２つの方向又は次元で行われる。従って、「スライス」とも呼ばれる非常に薄い断層ごとに、画像情報又は生データが読み出される。このスライスは予め選択される。３Ｄ磁気共鳴パルスシーケンスの場合には、３つの方向又は次元で空間エンコーディングが行われる。従って、ボリューム全体、いわゆる「スラブ」ごとに、画像情報又は生データが読み出される。
【００１６】
生データは、マトリックス、いわゆるｋ空間に書き込まれる。ｋ空間は、被検体磁化を含む位置空間に対してフーリエ結合された空間又は空間周波数空間に相当する。ｋ空間の軸は、いわゆる空間周波数を意味する。ｋ空間は、距離に対して逆数の単位、例えば１／ｃｍを有する。３Ｄトモグラフィの場合にはｋ空間も３次元である。
【００１７】
緩和の際に、静的な磁場差がスピンの分散（diversification）に寄与する。スピンエコーシーケンスによれば、この分散が、１つのリフォーカスパルスもしくは一連のリフォーカスパルスによって解消される。複数のリフォーカスパルス（通常は１８０°パルス）が相前後して続く場合には、マルチエコーシーケンスにより発生させられる複数のスピンエコーが生じる。ｋ空間への書き込みは、とりわけ所望のコントラストに依存する。しばしば、先ず、より早期のエコー、即ち、より小さい位置番号を有するエコーが中心のｋ空間に書き込まれる。
【００１８】
非常に長いエコートレインを有し得る３次元ターボスピンエコーシーケンス法、より正確に言うと、シングルスラブ３Ｄターボスピンエコー法の例が、ＳＰＡＣＥ（Sampling Perfection with Application optimized Contrast using different flip angle Evolutions）である。長いエコートレインは、例えば４０個から数１００個までの間のエコーを含み、約１０００個のエコーも可能である。「規定された信号経過」（prescribed signal evolution）のために、１つのエコートレイン内のリフォーカスパルスのフリップ角が、異なる組織型の特性（Ｔ１およびＴ２）に適合させられる。可変のフリップ角経過（flip angle evolution）が得られる。異なる種類の組織にとって望ましい信号強度が発生させられる。それにより、例えば所望のコントラストを発生させることができる。
【００１９】
最終的には、受信された磁気共鳴信号に基づいて被検体の磁気共鳴画像が生成される。その際に、磁気共鳴画像内の各画素は、１つの小さい被検体ボリューム、いわゆる「ボクセル」に割り当てられており、それらの画素の各輝度値又は強度値は、このボクセルから受信された磁気共鳴信号の信号振幅と関連づけられている。磁場強度Ｂ1を有する照射される共鳴ＨＦパルスと、それにより達成されるフリップ角αとの間の関係は、次式によって、即ち、
【数１】
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よって与えられる。ただし、γは大部分の核スピン検査にとって既定の物質定数とみなし得る磁気回転比であり、τは高周波パルスの作用時間である。
【００２０】
起こり得る病状の診断時に、多くの場合に、非常に明るい脂肪信号は問題である。この非常に明るい脂肪信号は、多くの場合に、最も関心のある水信号を目立たなくする。
【００２１】
そこで脂肪信号を抑制する方法が既に提案された。例えば、本来の測定の前に、脂肪組織内にあるプロトンの歳差運動周波数に対して周波数選択性のパルスが送出され、それによって、それらのプロトンのスピンが飽和状態となり、引き続く画像撮影時に信号に寄与しない。
【００２２】
複数のエコーを異なるエコー時間（励起パルスもしくはリフォーカスパルス後の時間）で収集する、いわゆるＤｉｘｏｎシーケンスが、更に別の可能性を提供する。異なる物質即ち、例えば脂肪および水の画像データの位相がシフトされる。これは後処理（ポストプロセシング）手段であり、即ち収集された生データが事後処理される。この種のＤｉｘｏｎシーケンスは、例えば非特許文献１に記載されており、そこに記載された方法では、Ｄｉｘｏｎシーケンスが、ｋ空間ラインと特定の位相項との乗算により画像平面内の化学シフトを補正するために使用される。
【００２３】
しかし、今までに知られている方法は、磁場Ｂ１の強い不均一性を有する領域において欠点を有する。即ち、従来の脂肪サチュレーション法は、設定フリップ角ができるかぎり正確に達成されることを基礎とするものであるが、高い静磁場強度（Ｂ０＞＝３Ｔ）の場合、しばしばそのようにはならない。上述の方法は先行パルスおよび反転パルスを放棄しているので、Ｂ１不均一性に対して抵抗力がない。公知の方法は達成可能な解像度も制限されている。Ｄｉｘｏｎ−ＴＳＥ（ディクソンターボスピンエコー）法の場合には、事情によっては、エコートレイン内の個々のエコーのタイミング問題に起因して所望の分解能が達成できないことがある。Ｄｉｘｏｎ法において脂肪と水を分離する際に混同が生じることもあり、それにより脂肪画像が誤って水画像を示し、逆に水画像が誤って脂肪画像を示す。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００２４】
【非特許文献１】H. Yu et al.:“Implementation and Noise Analysis of Chemical Shift Correction for Fast Spin Echo Dixon Imaging”, Proc. Intl. Soc. Mag. Reson. Med. 11 (2004) 2686
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
本発明の課題は、３次元磁気共鳴トモグラフィに使用可能であって、脂肪信号を水信号から明確に分離することができる、磁気共鳴装置を制御するための方法、ならびにそれに対応する制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
この課題は、請求項１による方法と、請求項１０による制御装置と、請求項１１による磁気共鳴トモグラフィシステムとによって解決される。
【００２７】
本発明による方法は励起段階および取得段階を含む。励起段階においては、空間依存性の静磁場を発生させるために１つの傾斜磁場方向に第１の傾斜磁場が印加される。選択性の高周波励起パルスが送出され、その選択性の高周波励起パルスが、化学シフトに基づいて、検査ボリュームの第１の部分領域内では第１の物質を励起して第２の物質を励起しない。その選択性の高周波励起パルスが、検査ボリュームの第２の部分領域内では第１の物質を励起せずに第２の物質を励起する。取得段階において、検査ボリュームの第１および第２部分領域の生データを前記傾斜磁場方向に沿った空間エンコーディングにより取得するために、特定の数（即ち、少なくとも１つ、しかし好ましくは複数）のリフォーカスパルスが送出される。一般にリフォーカスパルスは選択性、又は非選択性であってよい。
【００２８】
本発明による方法は、基本的には、例えば特定の代謝産物を測定する場合のように、互いに化学シフトを有する任意の物質において適用可能である。しかし、大部分の臨床検査の際の主たる問題は、既述のように、通常励起される水に比べて脂肪成分の高い信号にあることから、本発明による方法は、とりわけ水および脂肪なる物質において適用される。即ち、好ましくは、本発明の意味での第１および第２の物質とは、水もしくは脂肪のことであると理解すべきである。従って、以下において、これらの物質は常に例として用いられるが、本発明はそれに限定されるものではない。
【００２９】
公知の方法では、１つの傾斜磁場方向に印加される傾斜磁場が、核スピンのラーモア周波数をその傾斜磁場に沿って変化させる。従って、送出される選択性の高周波励起パルスはある特定の領域内の核スピンのみを励起し、それも核スピン、即ちそれのラーモア周波数が励起パルスの周波数と共鳴する領域内の核スピンのみを励起する。その際に、励起パルスの帯域幅が励起される領域の厚さを決定する。
【００３０】
第１の物質と第２の物質との間の化学シフト、特に水と脂肪との間の化学シフトに基づいて、水と脂肪とに対して僅かに互いにずれた領域が励起される。選択性の高周波励起パルスは、第１の部分領域では第１の物質、例えば水が励起され、第２の物質、例えば脂肪が励起されないように選ばれている。第１の部分領域とは異なる第２の部分領域では、第１の物質が励起されないで、第２の物質が励起される。
【００３１】
取得段階においては、前記傾斜磁場方向に沿った空間エンコーディングが行われる。従って、第１の物質が励起されている部分領域が空間エンコードされて検出され、第２の物質が励起されている第２の部分領域が空間エンコードされて検出される。両部分領域の検出は、同じ取得段階において行われる。つまり換言するならば、両部分領域のための取得段階は共通である。取得段階においては、例えば第１の部分領域では水なる物質のみによって発生され、第２の部分領域では脂肪なる物質のみによって発生される生データが取得される。後処理（ポストプロセッシング）において水信号と脂肪信号との更なる分離を行うことなしに、第１の部分領域では、邪魔な脂肪信号が重畳していない純粋な水信号を描出する画像撮影が行われる。第２の部分領域では、画像撮影が、水信号の存在しない純粋な脂肪信号を発生する。
【００３２】
従って、本発明による方法は、的確に水のみを、もしくは的確に脂肪のみを励起し、これらの領域を空間エンコーディングにより的確に検出することを可能にする。異なる物質の信号の分離のために、後からのデータ処理は必要でない。
【００３３】
このためには励起パルスの帯域幅の意識的な選択が必要である。その帯域幅は傾斜磁場に適合しなければならない。従って、第１の部分領域および第２の部分領域への明確な分離が可能であることが保証されている。一般にこのためには狭い帯域のパルスが必要である。例えば、１ｋＨｚのＨＦ励起パルスの帯域幅の場合に、１．５テスラの磁場強度では、脂肪信号が水信号に対して約０．６３ｍｍだけシフトされる。３テスラの磁場強度では、このシフトが１．５テスラの磁場強度に比べて倍加し、即ちシフトは１．２６ｍｍである。７テスラの磁場強度ではその距離は２．９８ｍｍである。
【００３４】
磁気共鳴システムを制御するための本発明による制御装置は、前記方法を実施するために、ＨＦ送信アンテナシステム、傾斜磁場システムおよびＨＦ受信アンテナシステムを含まなければならない。その制御装置は、空間依存性の静磁場を発生するために１つの傾斜磁場方向に沿って第１の傾斜磁場を印加すべく傾斜磁場システムを制御するように構成されている。その制御装置は、選択性の高周波励起パルスを送出すべくＨＦ送信アンテナシステムを制御する必要がある。その際に選択性の高周波励起パルスは、検査ボリュームの第１の部分領域において第１の物質を励起しなければならず、第２の物質を励起してはならない。選択性の高周波励起パルスは、検査ボリュームの第２の部分領域において第１の物質を励起してはならず、第２の物質を励起しなければならない。更に、その制御装置は、生データを前記傾斜磁場方向に沿った空間エンコーディングにより取得するために特定の数のリフォーカスパルスを送出するようにＨＦ送信アンテナシステムを制御する。
【００３５】
本発明による磁気共鳴トモグラフィシステムは通例の構成要素のほかに本発明に従って装備された制御装置を必要とする。
【００３６】
制御装置における上述の構成要素の大部分は、全体的又は部分的に、相応の制御装置のプロセッサ内のソフトウェアモジュールの形で実現することができる。これは、既設の制御装置もソフトウェア導入によって本発明による方法を実施すべく装備を増強することができるので、そのかぎりでは有利である。従って、本発明はコンピュータプログラム製品も含み、そのコンピュータプログラム製品は、本発明による方法の全ステップを実行するためのプログラムコード手段を有し、制御装置内でプログラムを実行する際に医療技術用イメージング装置におけるプログラムミング可能な制御装置のプロセッサ内に直接にロード可能である。
【００３７】
本発明の他の格別に有利な実施形態および発展形態は従属請求項ならびに以下における説明によりもたらされる。本発明による制御装置もしくは本発明による医療技術用イメージング装置も、方法発明の関連する従属請求項と同様に構成することができる。
【００３８】
好ましい実施例では、リフォーカスパルスの少なくとも１つが非選択性である。全てのリフォーカスパルスが非選択性であってもよく、幾つかが非選択性でその他が選択性であってもよい。
【００３９】
好ましい実施例では、生データが３次元の空間エンコーディングにより取得される。従って、パルスシーケンスは、「スラブ」とも呼ばれる３次元ボリュームに対するデータを発生する。従って、第１および第２の部分領域もボリュームである。このボリュームによって、後で断層画像が作成される。例えば、第１の部分領域において水信号のみに由来する断層画像を見ることができ、第２の部分領域において脂肪信号のみから発生させられた断層画像を表示することができる。
【００４０】
発展形態では、空間エンコーディングが、第１および第２の次元では位相エンコーディングの形で行われ、第３の次元では好ましくは周波数エンコーディングの形で行われるが位相エンコーディングで行われてもよい。
【００４１】
この場合に前記傾斜磁場方向に沿って位相エンコーディングが行われるとよい。
【００４２】
好ましくは、空間依存性の静磁場が、前記傾斜磁場によって次のように調整される。即ち、検査ボリュームの第１の部分領域内の第１の物質における核スピンの共鳴周波数が第１の周波数と第２の周波数との間にあり、検査ボリュームの第２の部分領域内の第２の物質における核スピンの共鳴周波数が第１の周波数と第２の周波数との間にあるように調整される。それゆえ第１の部分領域内の第１の物質のために、検査ボリュームの第２の部分領域内の第２の物質における核スピンのためと同じ励起周波数が必要とされる。従って、励起パルスにより、的確に、第１の物質が第１の部分領域において励起され、第２の物質が第２の部分領域において励起される。
【００４３】
この実施形態の改良構成では、選択性の高周波励起パルスの周波数スペクトルが第１の周波数と第２の周波数との間にある。その周波数スペクトルが正確に第１の周波数から第２の周波数まで達しているならば、第１の物質が第１の部分領域全体において励起され、第２の物質が第２の部分領域の全体において励起される。励起された両領域は互いに当接する。
【００４４】
高周波励起パルスのスペクトルが少し狭い帯域であることも考えられ得る。その際に、第１の部分領域と第２の部分領域との間に、励起が行われない中間領域が残る。検出が前記傾斜磁場に沿って空間エンコードされて行われた後に、部分領域の明確な分離が可能になる。一方の部分領域又は他方の部分領域において作成される断層画像は、明確に水励起又は脂肪励起に割り当てることができる。
【００４５】
１つの改良形態において本発明による方法は、第１のパルスシーケンスおよび第２のパルスシーケンスを含む。第２のパルスシーケンスは、空間依存性の静磁場を発生するための第２の傾斜磁場を備えた励起段階を含む。第２の傾斜磁場は、第１の傾斜磁場と符号が異なる。同じ選択性の高周波励起パルスが送出される。第１の傾斜磁場に対する第２の傾斜磁場の反転は、励起時に選択性の高周波励起パルスが検査ボリュームの第１の部分領域内では第２の物質を励起し、第１の物質を励起しないという結果をもたらす。従って、第２のパルスシーケンスにおいて第１のパルスシーケンスとは異ならない選択性の高周波励起パルスが、検査ボリュームの第２の部分領域内では第１の物質を励起し、第２の物質を励起しない。
【００４６】
そのように改良された方法は、同じ検査ボリュームの画像データをもたらし、第１の画像データセットでは第１の部分領域内の画像信号が第１の物質に由来し、第２の画像データセットでは第２の部分領域内の画像信号が第２の物質に由来する。第２のパルスシーケンスによって発生させられた第２のデータセットでは、第１の部分領域内の画像信号が第２の物質に由来し、第２の部分領域内の画像信号が第１の物質に由来する。この場合に、両データセットが互いに組み合わされるならば、検査ボリューム全体によって水信号のみを表示し、検査ボリューム全体によって脂肪信号のみを表示することができる。
【００４７】
方法の代替的な改良形態では、同様に第２のパルスシーケンスが実行される。励起段階における傾斜磁場は第１のパルスシーケンスの傾斜磁場と異ならないのに対して、選択性の高周波励起パルスは周波数シフトされて送出される。この周波数シフトによって、例えば第１のパルスシーケンスにより第１の物質が励起された第１の部分領域において、今やどの物質も励起されなという結果が生じる。その代わりに、検査ボリュームの第２の部分領域において第１の物質が励起される。異なる方向へ対応する周波数シフトを行った場合には、検査ボリュームの第２の部分領域においてどの物質も励起されず、第１の部分領域において第２の物質のみが励起される。従って、２つのパルスシーケンスは、検査ボリューム全体における純粋な水信号画像の発生、又は検査ボリューム全体における純粋な脂肪信号画像の発生をもたらす。検査ボリューム全体について水信号画像も脂肪信号画像も要望される場合には、同様に周波数シフトを有するが、ただし異なった方向への周波数シフトを有する第３のパルスシーケンスが実行されなければならない。
【００４８】
以下において添付図面を参照しながら実施例に基づいて本発明をもう一度詳細に説明する。異なる図において同じ構成要素には同一の参照符号が付されている。これらの図は、ほとんど縮尺に従っていない。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】図１は本発明の一実施例による磁気共鳴システムの概略図である。
【図２】図２は１つの傾斜磁場の作用を具体的に示すダイアグラムである。
【図３】図３は検査ボリュームの２つの部分領域における分離励起のための本発明による励起段階の概略図である。
【図４】図４は変化された励起パルスによる検査ボリュームの２つの部分領域における分離励起のための本発明による励起段階の概略図である。
【図５】図５は変化された傾斜磁場による検査ボリュームの２つの部分領域における分離励起のための本発明による励起段階の概略図である。
【図６】図６はパルスシーケンスの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
更に、本発明は３Ｄ磁気共鳴パルスシーケンスに関して説明されている。なぜならば、この場合に本発明の応用が格別に有利であるからである。
【００５１】
図１において、概略的に本発明による磁気共鳴トモグラフィシステム１（以下において「磁気共鳴システム」と略称する）が示されている。磁気共鳴システムにより、図１に示すように、一般に２次元の生データ取得も３次元の生データ取得も行うことができる。磁気共鳴システム１は、一方では検査空間３もしくは患者トンネルを有する磁気共鳴スキャナ２を含み、その検査空間３内に、テーブル８上にて被検体Ｏ、もしくはここでは、その体内に被検体、例えば特定の器官がある患者又は被検者が通される（ｗ．Ｅは任意単位を示す）。
【００５２】
磁気共鳴スキャナ２は、通常の如く、静磁場磁石システム、傾斜磁場システム６、ならびにＨＦ送信アンテナシステム５およびＨＦ受信アンテナシステム７を装備している。図示の実施例では、ＨＦ送信アンテナ５は、磁気共鳴スキャナ２内に固定して組み込まれた全身コイルであるのに対して、ＨＦ受信アンテナシステム７は、患者もしくは被検者に配置される複数の局所コイルからなる（図１には単独の局所コイルのみによって表されている）。しかし、基本的には、これらのコイルがそれぞれ異なる動作モードに切換可能である場合には、全身コイルをＨＦ受信アンテナシステムとして、局所コイルをＨＦ送信システムとして使用することもできる。静磁場磁石システムは、通常の如く、患者の縦方向に、即ち磁気共鳴スキャナ２のｚ方向に延びる長手軸に沿って、静磁場が発生するように構成されている。傾斜磁場システム６は、通常の如く、ｘ、ｙ又はｚ方向の傾斜磁場を互いに独立にスイッチングすることができるように、個別に制御可能な傾斜磁場コイルを含む。
【００５３】
図１に示す磁気共鳴システムは、患者を完全に挿入することができる患者トンネルを有する全身装置である。しかし、基本的に本発明は、その他の磁気共鳴システム、例えば横方向に開いたＣ形ハウジングを有する磁気共鳴システムにも使用することができ、特に、例えば身体の一部のみが配置できる小さい磁気共鳴スキャナを有する磁気共鳴システムにも使用することができる。
【００５４】
磁気共鳴システム１は、更に、磁気共鳴システム１を制御するために使用される中央制御装置１３を有する。この中央制御装置１３は、測定シーケンスを制御するためのシーケンス制御ユニット１４を含む。このシーケンス制御ユニット１４により、高周波励起パルス（ＨＦパルス）および傾斜磁場パルスのシーケンスが制御される。その制御装置の構成が、通常はその制御装置内で動作するコンピュータプログラム製品の構成が、画像取得様式を決定する。
【００５５】
個々のＨＦパルスを送出するために、中央制御装置１３は高周波送信装置１５を有し、この高周波送信装置１５は励起パルスを発生し、増幅し、適切なインターフェース（詳しくは図示されていない）を介してＨＦ送信アンテナシステム５へ供給する。傾斜磁場システム６の傾斜磁場パルスを制御するために、中央制御装置１３は傾斜磁場システムインターフェース１６を有する。シーケンス制御ユニット１４は、適切な方法で、例えばシーケンス制御データＳＤを送出することによって、高周波送信装置１５および傾斜磁場システムインターフェース１６と通信する。更に、中央制御装置１３は、ＨＦ受信アンテナシステム７によって受信された磁気共鳴信号、即ち生データを収集するために、（同様に適切な方法でシーケンス制御ユニット１４と通信する）高周波受信装置１７を有する。
【００５６】
再構成ユニット１８は、収集された生データを受け取り、それから磁気共鳴画像データを再構成する。これらの画像データは、例えばメモリ１９内に保存される。
【００５７】
中央制御装置１３の操作は、入力ユニット１０および表示ユニット９を有するターミナルを介して行われ、それゆえ全体の磁気共鳴システム１もこのターミナルを介して操作者によって操作することができる。表示ユニット９にはＭＲ画像も表示可能であり、入力ユニット１０により、場合によっては表示ユニット９との組み合わせで、測定を計画して開始させることができる。
【００５８】
更に、本発明による磁気共鳴システム１および、特に中央制御装置１３は、設備全体をネットワークに接続するために、そして生データおよび／又は画像データもしくはパラメータカードの交換を可能にするために、更に、例えば患者関係データ又は制御プロトコルの如き他のデータの交換も可能にするために、ここには詳しく示されていないがこのようなシステムでは通例の、例えばネットワークインターフェースの如き、多数の他の構成要素を有することができる。
【００５９】
ＨＦパルスの照射および傾斜磁場の発生によって適切な生データを収集して、それらの生データからＭＲ画像を再構成する方法は、専門家にとって基本的には既知であるので、ここでは詳細な説明はしない。
【００６０】
図２は、軸線２１上に取った静磁場システムによって発生させられる静磁場強度Ｂ0を軸線２２上に取った長手軸ｚに対する推移として描写したダイアグラム２０を示す。軸線２１および２２に入れた目盛は任意単位（ｗ．Ｅ．）である。破線２３は、磁場強度１０ｗ．Ｅ．を有する均一静磁場を表す。一般にこの磁場強度は、例えば１．５テスラ、３テスラ又は７テスラにある。その他の値も可能である。
【００６１】
実線２４は、励起された傾斜磁場によって静磁場がどのように変化するかを示す。静磁場強度Ｂ0は長手軸ｚ上で直線状に変化する。任意例では、静磁場強度Ｂ0は、ｚ軸の位置０において５ｗ．Ｅ．にあり、ｚ軸の位置１０において１０ｗ．Ｅ．にある。
【００６２】
核スピンの歳差運動周波数、即ちラーモア周波数は、次の式（２）、即ち、
【数２】
2014057861.tif 000004
により、静磁場と関連している。この式において、γは磁気回転比を表し、これは定数である。通常のように励起される水素に関しては、概ねγ＝４２．５８ＭＨｚ／Ｔが当てはまる。上述の化学シフトに基づいて、水素原子核は同じ静磁場強度において化学的環境に応じて僅かに異なるラーモア周波数を持つ。
【００６３】
以下において、図３に基づいて、静磁場および傾斜磁場によって生じさせられる空間的に異なる歳差運動周波数が、本発明により、励起段階における空間的に分離された的確な励起のためにどのように利用されるかを説明する。
【００６４】
図３は、軸線２６上に取った歳差運動周波数ωを、軸線２７上に取った長手軸ｚに対する推移として描いたダイアグラム２５を示す。図３におけるｚ軸は、後続の図４および図５におけると同様に、図１に示されたｚ軸に対応させる必要はない。磁気共鳴トモグラフィは、被検査スライスを任意の方向に合わせることができる。図２に示されているように励起された傾斜磁場をともなう静磁場を仮定する。直線２８は、ｚ軸に沿った位置と水の環境にあるプロトン（水素原子核）の歳差運動周波数との間の式（２）による関係を示す。これらのプロトンは、以下において「水プロトン」と呼ぶ。同様にして、直線２９は、ｚ軸に沿った位置と脂肪内にあるプロトン（水素原子核）の歳差運動周波数との間の関係を示す。これらのプロトンは、以下において「脂肪プロトン」と呼ぶ。化学シフトに基づいて直線２９は直線２８に対して低い周波数へ平行移動されている。両軸線に関しては任意単位が選ばれ、表示は縮尺に従っていない。
【００６５】
図３には、ダイアグラム２５の下に、ダイアグラムの２５のｚ軸２７に対応するz軸を有する検査ボリューム３０が表示されている。その検査ボリュームは直方体として示されているが、異なった空間形状を持っていてもよい。検査ボリュームは「スラブ」である。これはヒトの関節、例えば膝関節の検査に適用することができる。
【００６６】
励起段階において励起パルスが送出される。励起パルスのスペクトルは、軸線２６上に示されているように、周波数ｆ１と周波数ｆ２との間にあって、帯域幅Δｆ１＝ｆ２−ｆ１を持つように選ばれている。励起パルスの周波数と共鳴する歳差運動周波数を有するプロトンのみが励起される。破線３１は、静磁場および傾斜磁場に基づいて、直線２８上において、どのｚ座標が周波数ｆ１に割り当てられているかを示す。周波数ｆ１により水プロトンがｚ座標ｚW1において励起される。同様に、破線３２は、周波数ｆ２により水プロトンがｚ座標ｚW2において励起されることを示す。従って、励起パルスは検査ボリューム３０の部分領域３３において水プロトンを励起する。励起パルスはｚ方向において選択性である。
【００６７】
破線３４が示すように、化学シフトに基づいて周波数ｆ１により脂肪プロトンがｚ座標ｚF1において励起される。ｚ座標ｚF1は図示の例においてｚW2に対応する。同様に、破線３５は、周波数ｆ２により脂肪プロトンがｚ座標ｚF2において励起されることを示す。従って、励起パルスは脂肪プロトンを検査ボリューム３０の部分領域３６において励起する。
【００６８】
部分領域３３では、脂肪プロトンは共鳴せず、脂肪プロトンは励起されない。部分領域３６では、水プロトンは共鳴せず、水プロトンは励起されない。図３に示された例では、部分領域３３および３６が互いに直接に接している。
【００６９】
図４は、励起された静磁場が同じで傾斜磁場も同じ場合において異なる励起パルスを有する励起段階の他の例を示す。その表示は図３の表示に対応しているので、表示に関するこれ以上の説明はしない。
【００７０】
励起パルスのスペクトルは、それが周波数ｆ３と周波数ｆ４との間にあって、帯域幅Δｆ１よりも小さい帯域幅Δｆ２＝ｆ４−ｆ３を持つように選ばれている。励起パルスは、部分領域４６において水プロトンを励起して脂肪プロトンを励起せず、部分領域４７において脂肪プロトンを励起して水プロトンを励起しない。ハッチングされた部分領域４８は部分領域４６と部分領域４７との間にある。部分領域４８では水プロトンも脂肪プロトンも励起されない。非常に狭い帯域の励起パルスの選択によって部分領域４６および４７が接しない。
【００７１】
励起パルスの帯域幅の変化のほかに、他のパラメータの変化によっても、励起される領域の調整を行うことができる。脂肪と水との間の空間的シフトは、化学シフト、静磁場の磁場強度(例えば、、１．５Ｔ、３Ｔ又は７Ｔ)、励起されるスラブ幅および励起パルスの逆帯域幅に比例する。３Ｄイメージングにおけるスラブ幅は、ｚ方向におけるボリューム広がりとして定義されている。そのスラブ幅は、スライス数と、個々のスライス間の有り得る間隔を加えたスライス幅との積である。ｚ方向は、必ずしも、図１におけるように静磁場が存在する真の空間方向として用いられず、むしろ、座標系が相応に回転される。スライス広がり／スラブ方向が常にｚと呼ばれる慣習に従う。水を正確に脂肪と分離しようとする場合には、空間的シフトが、励起されるスラブと同じ大きさでなければならない。励起パルスのための帯域幅の大きさは、１．５Ｔの場合に約２２０Ｈｚであり、３Ｔの場合に約４４０Ｈｚである。例えばＳＰＡＣＥシーケンスにおいて一般的な励起パルスは、約２ｋＨｚの帯域幅を持つ。
【００７２】
必要な傾斜磁場Ｇｚは、
【数３】
2014057861.tif 000005
によって算定される。この式において、ｚangは励起されるスラブの幅である。
【００７３】
従って、空間的な励起を変化させるためには、傾斜磁場の勾配を変化させてもよい。
【００７４】
上述の励起段階に引き続き、取得段階が続く。公知の方法でリフォーカスパルス、例えば非選択性のリフォーカスパルスが送出され、マルチエコーシーケンスが生じる。エコーが高周波アンテナによって受信される。受信されたエコーの空間的な割り当てを可能にするために、それらのエコーは取得段階において傾斜磁場によって空間エンコードされる。空間エンコーディング、例えばｚ軸に沿った、即ち励起段階においても使用された傾斜磁場方向に沿った位相エンコーディングが、検査ボリュームの第１および第２の部分領域の生データの空間エンコードされた取得を可能にする。この実施例においては、ＳＰＡＣＥシーケンスが使用される。この３Ｄ方法は、１つの方向へ周波数エンコーディングを使用し、他の２つの方向へそれぞれ位相エンコーディングを使用する。ｚ軸に沿っては、位置情報のための位相エンコーディングが行われる。
【００７５】
取得段階においては、生データがｋ空間内に書き込まれる。生データから公知の方法で画像データが算定される。続いて、検査ボリューム全体について３次元画像データが使用可能である。検査ボリュームの任意のスライスが評価可能である。分離された励起のおかげで、第１の部分領域３３もしくは４６において、これらのスライス画像は、明るい脂肪信号による妨害なしに、純粋の「水信号画像」を示す。部分領域３６もしくは４７においては、これらのスライス画像が純粋な「脂肪信号画像」を示す。
【００７６】
第２の部分領域においても「水信号画像」を作成できるようにするためには、図５に基づいて説明するように、第１の磁気共鳴トモグラフィ撮影の後に、第２の磁気共鳴トモグラフィ撮影を続けるとよい。
【００７７】
図５はダイアグラム５２を示し、このダイアグラムは、殆ど図３におけるダイアグラム２５に対応する。軸線２６および２７は、帯域幅Δｆ１を有する励起パルスのスペクトルを限定する周波数ｆ１およびｆ２と同様に、図３におけると同じである。部分領域３３および３６を有する検査ボリューム３０も、図３におけると同じである。後続の取得を伴う図３に示す励起の後に図５による励起が続くが、この場合には傾斜磁場が逆符号を持つ。これは、静磁場が傾斜磁場によって以前は上昇させられたが、今度は低下させられ、逆になることを意味する。
【００７８】
従って、直線５１は、ｚ軸に沿った位置と水環境内にあるプロトン（水素原子核）の歳差運動周波数との間の式（２）による関係を示す。直線５０は、ｚ軸に沿った位置と脂肪内にあるプロトン（水素原子核）の歳差運動周波数との間の関係を示す。化学シフトのために、直線５０は直線５１に対して低い周波数へシフトされている。
【００７９】
周波数ｆ１と周波数ｆ２との間のスペクトルを有する高周波励起パルスは、このような傾斜磁場の場合にｚF5からｚF6まで達する部分領域３３において脂肪プロトンを励起する。ｚF5が図３の座標ｚW1に対応し、ｚF6が図３の座標ｚW2に対応することに注意されたい。部分領域３６においては、水プロトンが励起される。図３に関して説明した励起に比べて、脂肪励起のための領域と水励起のための領域とがまさしく交換されている。
【００８０】
後続の取得段階は、第１の励起パルス後の取得段階と異ならない。３次元画像が発生させられ、部分領域３３においては脂肪プロトンのみが画像化に寄与し、部分領域３６においては水プロトンのみが画像化に寄与する。
【００８１】
他の変形例では、第２の撮影に対して傾斜磁場は変更されないままであるが、高周波励起パルスが周波数シフトされる。この種の周波数シフトの効果は、図３の考察で明白である。励起パルスの下方周波数はｆ２であり、図３に示されていない上方周波数ｆ３はｆ２に対して帯域幅Δｆ１だけシフトされていなければならない。部分領域３６においては、水プロトンが励起され、脂肪プロトンは励起されない
【００８２】
この場合には部分領域３３における脂肪プロトンの同時励起は行なわれない。図３において部分領域３６の右側にある部分領域は、周波数シフトされた励起パルスによって脂肪プロトンが励起される。この種の部分領域はスラブ３０の外側にある。検査ボリューム３０の全体から脂肪プロトン画像を発生させるためには、第３の過程においてΔｆ１だけ低い周波数、即ち上方周波数ｆ１を有する周波数への周波数シフトが行われなければならない。
【００８３】
図６のダイアグラム６０には本発明方法によるパルスシーケンスが単に概略的に示されている。時間ｔに対する電圧Ｕが両方とも任意単位（ｗ．Ｅ．）で示されている。表示は縮尺に従っていない。時間間隔Δｔ１の励起段階において、励起パルスＡが送出される。これに続く時間間隔Δｔ２の取得段階においてリフォーカスパルスＲが送出される。本発明は励起パルスの構成に関するものであって、リフォーカスパルスは、従来の検出の際におけると同様に求められてよい。
【００８４】
最後にもう一度指摘しておくに、以上において詳細に説明した方法ならびに図示された磁気共鳴トモグラフィシステム１は実施例にすぎず、これらの実施例は本発明範囲を逸脱することなく専門家によってさまざまに変更可能である。更に、「１つ」（ドイツ語の不定冠詞「ｅｉｎ」もしくは「ｅｉｎｅ」に相当する不定数）は、該当特徴事項が複数存在し得ることを排除するものではない。同様に、「ユニット」および「モジュール」は、該当構成要素が、場合によっては空間的に分割されていてよい複数の協働する部分構成要素からなることを排除するものではない。
【符号の説明】
【００８５】
１          磁気共鳴トモグラフィシステム（磁気共鳴システム）
２          磁気共鳴スキャナ
３          検査空間
５          ＨＦ送信システム
６          傾斜磁場システム
７          ＨＦ受信システム
８          テーブル
９          表示ユニット
１０        入力ユニット
１３        中央制御装置
１４        シーケンス制御ユニット
１５        高周波送信装置
１６        傾斜磁場システムインターフェース
１７        高周波受信装置
１８        再構成ユニット
１９        メモリ
３０        検査ボリューム
３３        部分領域
３６        部分領域
４５        検査ボリューム
４６        部分領域
４７        部分領域
Ａ          励起パルス
ｆ１        第１の周波数
ｆ２        第２の周波数
Ｏ          被検体
Ｒ          リフォーカスパルス
ＳＤ        シーケンス制御データ
ｘ，ｙ，ｚ  方向
【図１】
2014057861.tif 000006
【図２】
2014057861.tif 000007
【図３】
2014057861.tif 000008
【図４】
2014057861.tif 000009
【図５】
2014057861.tif 000010
【図６】
2014057861.tif 000011