(57)【要約】【課題】高速ＮＭＲシーケンスの実行を可能としている改良型ＮＭＲ励起方法を提供する。【解決手段】ＮＭＲ検査の間で使用するための励起方法は、身体（９２）を方向設定磁場（Ｂ０）にさらすことを含む。身体（９２）は第１のＲＦパルス列（ＩＰ1〜ＩＰn）を用いて断熱コンディショニングさせる。身体（９２）は、勾配磁場パルスを存在させた状態で第２のＲＦパルス列（Ｅ1〜Ｅm）を用いて励起させる。第２のＲＦパルス列（Ｅ1〜Ｅm）に応答して身体（９２）からは共鳴信号が放出される。【選択図】      図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の無線周波数パルスを用いて身体（９２）の少なくとも一部分を断熱コンディショニングする工程を含むような、ＮＭＲ検査の間で使用するための励起方法。
【請求項２】
身体（９２）の少なくとも一部分を断熱コンディショニングする前記工程が前記複数の無線周波数パルスをＳ字状方式で印加する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ＮＭＲ検査の間で使用するための励起方法であって、
身体（９２）を方向設定磁場（８２）にさらす工程と、
第１の複数の無線周波数パルスを用いて前記身体（９２）の少なくとも一部分を断熱コンディショニングする工程と、
勾配磁場パルスを存在させた状態で第２の複数の無線周波数パルスを用いて前記身体（９２）を励起させる工程と、
前記第２の複数の無線周波数パルスに応答して前記身体（９２）から放出された少なくとも１つの共鳴信号を受信する工程と、
を含む方法。
【請求項４】
前記身体（９２）の少なくとも一部分を断熱コンディショニングする工程が、磁化の横方向成分を相殺させるために、アポダイゼーションによってフリップ角の変動を抑制する工程を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記抑制がＫａｉｓａｒ  Ｂｅｓｓｅｌタイプのアポダイゼーション（１２８）の形態をしている、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記抑制がＨａｎｎｉｎｇアポダイゼーションの形態をしている、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の複数の無線周波数パルスがＳｈｉｎｎａｒ  Ｌｅ  Ｒｏｕｘアルゴリズムを介して決定されている、請求項３に記載の方法。
【請求項８】
前記第２の複数の無線周波数パルスが定常状態自由歳差運動の減衰タイプである、請求項４に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の複数の無線周波数パルスが、均衡した磁化を達成するために使用する最終のフリップ角振幅と比べてより小さいフリップ角振幅を有している、請求項４に記載の方法。
【請求項１０】
無線周波数パルスの断熱的最終調整を介して前記身体（９２）をコンディショニングする工程をさらに含む請求項４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的には磁気共鳴イメージャ（ＭＲＩ）システムに関する。本発明は、さらに詳細には、核磁気共鳴（ＮＭＲ）イメージングのために身体をコンディショニングする励起方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
核磁気共鳴（ＮＭＲ）分野では、高速かつ正確な撮像を提供するために幾つかのタイプの検査を利用している。典型的なＮＭＲ検査の間において患者は、方向設定磁場と呼ばれることがあるような均一で強力な連続磁場にさらされる。患者の身体内の分子プロトン、特に水素原子や水分子内に含まれる分子プロトンの磁化は、方向設定磁場の印加方向に沿った向きとなる。次いで、これらのプロトンは、磁化を「傾けさせる（ｆｌｉｐ）」ような無線周波数エネルギーの形態をした励起にさらされる。プロトンの磁化が元の磁化方向に戻る際に、歳差信号が発生し、これを計測して処理している。歳差信号は本質的には、検査対象の身体のうちの様々な素材に関する密度情報を提供する。一般に、水素量がより多い素材は歳差信号すなわち応答信号に対する寄与がより強大である。
【０００３】
一般に、励起を受ける身体はそのすべての部位が同時に応答を出している。このようにこの応答信号は、励起後において平衡状態まで戻る各身体部位内のすべての分子に応答して発生している。身体部位の各々により与えられる各寄与を区別するためには、その励起信号をエンコードすること、並びに応答信号をデコードすることが必要である。エンコードには、励起信号の反復、したがって応答信号発生の反復が含まれる。エンコード及び計測の操作は、再構成しようとする画像内に存在する画素数と同じ数だけの異なる回数だけ必要である。励起及び応答信号を反復させているため、各励起／応答シーケンスの持続時間のために画像の収集時間が増大する。
【０００４】
撮像時間を短縮させるのに用いられる２つの高速シーケンス技法としては、高速スピンエコー（ｆａｓｔ  ｓｐｉｎ  ｅｃｈｏ：ＦＳＥ）と定常状態自由歳差運動（ｓｔｅａｄｙ−ｓｔａｔｅ  ｆｒｅｅ  ｐｒｅｃｅｓｓｉｏｎ：ＳＳＦＰ）がある。ＦＳＥ、ＳＳＦＰやその他のシーケンスの実行に利用可能な時間は限られている。例えば、一対の励起及び信号収集を実行するための時間は３ｍｓまで短縮させることができる。うず電流効果を排除している補償型勾配コイルの出現によって、こうした高速レートでのデータ収集が可能となっている。
【０００５】
ここで図１を参照すると、ＳＳＦＰの適用に関して、初期磁化Ｍ0から定常状態磁化Ｍssまでの磁化の過渡応答を図示しているデカルト座標系図表１０を表している。方向設定磁場Ｂ０はｚ軸に沿って印加している。静止状態にあり、方向設定磁場Ｂ０のために検査を受ける細胞が励起される前の状態にある磁化のことをベクトルＭ0で表している。ある数のＲＦ励起パルスの後、磁化は定常状態磁化Ｍssの向きとなる。この定常状態磁化Ｍssは、静止磁化Ｍ0からある傾斜角φにある。実数値固有ベクトルｖrを表している。過渡応答のｖrの方向にある成分は、指数関数的に減衰している（図示していない）。ｖrと直交する成分は、ｖrと概ね直交する面内において、ωＴで示す円形スパイラル経路に沿って減衰する。
【０００６】
傾斜角φの値は、検査を受けている身体細胞の緩和時間Ｔ１及びＴ２など様々な要因に応じて異なる。時間Ｔ１は、磁場Ｂ０と整列した細胞の縦磁化成分の指数関数的回復に対応する時定数である。時間Ｔ２は、細胞の横磁化成分の指数関数的減少（すなわち、減衰）に対応する時定数である。定常状態磁化Ｍssの準備の後、多数回の励起及び計測を実行することができる。
【０００７】
高速シーケンスでは、ＲＦパルスの印加から直ぐには定常状態磁化Ｍssに到達しない。時間Ｔ１の持続時間の概ね３倍または４倍の時間長に相当するような、ＲＦパルスを多数回にわたって印加し終えた後になって、ようやく定常状態磁化Ｍssが達成される。この組み合わせパルスの持続時間は、１回の計測の持続時間と比べてより長くなる。換言すると、定常状態磁化Ｍssは短時間の計測では達成されない。その結果、各励起信号（すなわち、バースト）の開始期には定常状態平衡にはなく、また全く有用なデータを収集できないような期間である長い過渡的な不安定信号期間が存在する。
【０００８】
さらに、定常状態磁化ベクトルＭssの方向はＴ１をＴ２で割った値（または、この逆数）に依存するため、記述した技法を用いた画像作成は脳の検査に関してあまり有用ではない。記述した技法は、心臓タイプの検査におけるなど別の組織の検査では有用である。しかし心臓分野においても、記述した高速シーケンスでは望ましくない長い実行時間を必要とする。心臓は周期的性質の動きをするため、これに応じて実行させる計測を、心拍サイクル内のある特定の時間、並びに心臓のある断面の精密な位置に割り当ることが必要となる。例えば、シーケンスを心臓の３０個の断面に対して実行させる場合、これらのシーケンスは、可能な１５個のフェーズうちの１つの心臓フェーズに割り当てる必要がある。これを実行するには、収集は４５０個の断面の計測に対応させなければならない。実際に、動作速度が速い場合であっても、この収集にかかる時間は２分を超えることがあり得る。しかしながら心臓のパルス安定性は、これほどの長い持続時間にわたっては得られない。
【０００９】
素材の磁化を安定化させかつシーケンス実行時間を短縮させようとして、２つの方法が導入されている。しかし、これらの方法は不完全であり、複雑であり、また堅牢でないことが分かっている。第１の方法では、６個の準備パルスからなるパルス列を利用している。各励起パルスの持続時間は、その長さを概ね２ｍｓとすることができる。３ｍｓという限られた全持続時間内で計測を実行するためには、ほとんど時間が残されていない。さらに、定常状態磁化のための準備は、励起のキャリブレーションに極めて敏感であり、このため工業規模で応用するほど堅牢にすることができない。
【００１０】
第２の方法では、直線的に増加する振幅を有すると共にパルス対パルス間のピッチが一定であるようなＲＦパルス列を印加することによって定常状態磁化を達成させている。しかしながら、ＲＦパルスの最後において理論上は傾斜角φが達成されることになるが、実際には磁化の直交成分内に振動が残留する。この振動が残留している間は正確なデータを取得することができない。したがって、データ収集の前に振動がおさまるまで待機しなければならない。この振動があるため、定常状態磁化への到達時間及び撮像時間は、所望の時間と比べて長いままである。この２つの方法及びこれらに関連する欠点については、以下の「発明を実施するための最良の形態」においてより詳細に記載している。
【非特許文献１】Ｈａｒｇｒｅａｖｅｓら、「Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ  ｉｎ  Ｓｔｅａｄｙ−ｓｔａｔｅ  ＭＲ  Ｉｍａｇｉｎｇ」（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  ｉｎ  Ｍｅｄｉｃｉｎｅ、４６：１４９〜１５８（２００１））
【非特許文献２】Ｄ．Ｇ．Ｎｉｓｈｉｍｕｒａ、Ｓ．Ｓ．Ｖａｓａｎａｗａｌａ、「Ａｎａｌｙｓｉｓ  ａｎｄ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ  ｉｎ  ＳＳＦＰ  Ｉｍａｇｉｎｇ」（第８回ＩＳＭＲＭ年次総会（Ｄｅｎｖｅｒ，２０００）抄録集、３０１頁）
【非特許文献３】Ｊ．Ｐａｕｌｙ、Ｐ．Ｌｅ  Ｒｏｕｘ、Ｄ．Ｎｉｓｈｉｍｕｒａ、Ａ．Ｍａｃｏｖｓｋｉ、「Ｐａｒａｍｅｔｅｒ  ｒｅｌａｔｉｏｎｓ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｓｈｉｎｎａｒ−Ｌｅ  Ｒｏｕｘ  ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ  ｐｕｌｓｅ  ｄｅｓｉｇｎ  ａｌｇｏｒｉｔｈｍ」（ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｍｅｄ．Ｉｍａｇｉｎｇ  １０，５３〜６５（１９９１））
【特許文献１】欧州特許ＥＰ−Ｂ−０  ３１６  ３１２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、正確、簡単かつ堅牢であり、また短縮させた撮像時間を提供できるような高速ＮＭＲシーケンスの実行を可能としている改良型ＮＭＲ励起方法に対する必要性が存在している。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、ＮＭＲ検査の間で使用するための励起システム及び励起方法を提供する。本方法は、身体を方向設定磁場にさらすことを含む。身体は、第１のＲＦパルス列を用いて断熱コンディショニングさせる。身体は勾配磁場パルスを存在させた状態で第２のＲＦパルス列を用いて励起させる。第２のＲＦパルス列に応答して身体から共鳴信号が発生する。
【００１３】
本発明の実施形態は幾つかの利点を提供する。本発明の幾つかの実施形態によって提供されるこうした利点の１つは、簡単、堅牢かつ精密な励起方法の提供である。
【００１４】
本発明の複数の実施形態によって提供されるような別の利点は、断熱的な準備ＲＦパルス列の提供である。断熱的ＲＦパルスの印加に関して、記述した実施形態は、一連の励起／計測シーケンスを実行する前の磁化平衡を達成させるための印加ＲＦパルス数及び時間を最小限にしている。
【００１５】
本発明自体は、添付の図面と関連させながら取り上げた以下の詳細な説明を参照することによって、付随する利点と合わせて最良に理解されよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
ここで、本発明に対するより完全な理解を得るために、添付の図面でより詳細に図示すると共に本発明の一例として以下で記載している実施形態を参照すべきである。
【００１７】
近年、素材磁化を安定化させかつシーケンス実行時間を短縮させようとした２つの方法が導入されている。その第１の方法は、Ｈａｒｇｒｅａｖｅｓらによるものであり、「Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ  ｉｎ  Ｓｔｅａｄｙ−ｓｔａｔｅ  ＭＲ  Ｉｍａｇｉｎｇ」（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  ｉｎ  Ｍｅｄｉｃｉｎｅ、４６：１４９〜１５８（２００１））と題する方法である。第２の方法は、Ｄ．Ｇ．Ｎｉｓｈｉｍｕｒａ及びＳ．Ｓ．Ｖａｓａｎａｗａｌａによるものであり、「Ａｎａｌｙｓｉｓ  ａｎｄ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ  ｉｎ  ＳＳＦＰ  Ｉｍａｇｉｎｇ」（第８回ＩＳＭＲＭ年次総会（Ｄｅｎｖｅｒ，２０００）抄録集、３０１頁）と題する方法である。
【００１８】
ここで記述した方法の各々では、デカルト基準系を使用しており、かつｚ軸を含めている。その方向設定磁場Ｂ０はｚ軸方向に延びている。ｘ軸とｙ軸はその横断方向に対応する。実効基準系を用いており、かつこれを定常状態を達成させた際の定常状態磁化Ｍssの向きに関連させている。定常状態における励起及び計測の時点で、ｚ軸の向きではなく定常状態磁化Ｍssの実効方向の周りでの実効回転の形でプロトンの歳差運動が生じる。
【００１９】
この定常状態磁化Ｍssの周りの歳差運動は、長手方向成分（すなわち、平行成分）と横方向成分（すなわち、直交成分）という２つの成分を有している。実際に、励起の後で身体によって送信される信号を計測するように固定されている計測コイルまたはアンテナは、ｚ軸と平行な面を有している。このため、平行成分と直交成分の両方の寄与が計測される。各成分は、ｚ軸と直交する面内において非ゼロの成分である。
【００２０】
第１の励起方法は、スケール調整フェーズと選択的フリップ・フェーズという２つの準備フェーズを含んでいる。この方法においてフリップ角θが概ね６０°の場合、一対の規模スケール調整パルス２０と６個の準備パルス２２からなるパルス列とを図２に表すようにして印加している。各無線周波数（ＲＦ）パルスに関するフリップ角θは、回転座標系の軸に添えて先端部に表している。これら６個の準備パルスのうちの４個は、所望のフリップの値と比べてより大きいフリップを指令している。フリップ角が大きいパルスは、フリップ角がより小さいパルスと比べて、対応して長い持続時間を有している。
【００２１】
この第１の方法では、６０°のフリップ角が概ね６００μｓの対応する励起パルス持続時間を有する場合に、フリップ角１８０°は概ね２ｍｓの対応する励起パルス持続時間を有している。励起／計測シーケンスに関して全体の利用可能時間が３ｍｓであれば、計測を実行するためには時間はわずかしか残っていない。さらに、定常状態磁化のための準備は、準備フェーズ中における励起パルス（信号Ｂ１と呼ぶ）に対するキャリブレーションに対して極めて敏感である。
【００２２】
第２の方法は、準備フェーズ中において直線的に増加する振幅と一定のピッチとを有するような励起パルス３０からなるパルス列を用いて初期磁化Ｍ0から定常状態磁化Ｍssを達成させることを含んでいる。この様子を図３の励起振幅図３２によって表している。励起パルス３０は振幅を増加させながら互いに次々に続いており、これによって素材磁化は磁化Ｍ0から定常状態磁化Ｍssまで一定方式で進行する。
【００２３】
図４は、第２の方法に従った準備フェーズ４１に対する準備励起シーケンス４０を表したグラフである。斜路４２は、一定のピッチを有しながら励起パルス４４の振幅が直線的に増加することを表している。フリップ角θは、斜路４２に沿って時間ｔの関数として直線的に増加する。準備フェーズ４１の終わりにおいて、定常状態磁化Ｍssに対応するようなフリップ角θが達成され、次いで計測を実行することができる。時間ｔにわたるフリップ角の一定した変化Δθ0については、図５Ａのフリップ角変動曲線５０で表している。
【００２４】
したがって理論的には、これら記述した方法を用いて定常状態磁化Ｍssを達成させることができる。しかし、実際のセットアップにおいては、定常状態磁化Ｍssの達成可能性が複雑となることがあり得る。回転基準系の長手方向成分と横方向磁化成分の両方が考慮される。横方向成分は、これに起因する振動のために磁化定常状態Ｍssを達成させる能力に対してマイナスの影響を及ぼす（さらに詳細には、後で記載する）。
【００２５】
直交成分の寄与の分散と対照的に、直交成分はプロトンの緩和のために時間Ｔ２の期間の最後において自然に分散されることがある。しかし、開始信号の値が保証されるように持続時間Ｔ２の最後まで待機期間が存在するため、自然分散は望ましくない。さらに、心臓検査では、血液と筋肉組織の両方が検査される。血液は水と類似しており、緩和を有効にするには長い待機時間を必要とする可能性があり、一方筋肉では緩和時間が迅速であるためにずっと早期に計測することができる。
【００２６】
第２の方法では、準備フェーズ４１の全体を通じた一定のフリップ角変動のために、記述したような振動を受けている。図５Ｂは、フリップ角変動曲線５０のフーリエ変換を表したグラフを示している。平行成分の値が不変であるとの性質を仮定すると、直交成分の値は励起パルス間でのフリップ角の変動Δθのフーリエ変換に等しいことが分かっている。この結果は、周波数ωの関数でありかつ横方向成分曲線６０によって図示したようなｓｉｎ（ｘ）／ｘタイプの形態を有するような直交成分値の表現の形で反映させている。周波数ωは歳差運動の振動であり、またωrは基準周波数である。
【００２７】
ここで図６を参照すると、磁化Ｍssの平行磁化成分並びに直交磁化成分（換言すれば、共鳴周波数オフセット）を歳差角に対してプロットした図である。平行成分及び直交成分は、それぞれ曲線７０及び曲線７２によって表している。平行成分７０及び直交成分７２は、第２の方法の準備フェーズ４１による結果である。パルス４４に関して時間の経過と共に周波数ωの関数であるような振動が得られており、この振動を直交成分７２の葉形状７４で表している。この振動は無視することができず、平行成分の値の概ね５〜１０％の範囲にある。換言すると、各葉形状７４のピーク位置における歳差角は、平行成分７０の対応する歳差角の５〜１０％に概ね等しい。振動があるために、緩和期間が経過し終わるまで励起／計測シーケンスを実行することができず、また正確な計測データを収集することができない。準備フェーズ４１においてＲＦパルス数を増加させて印加した場合であっても、この振動は抑制されず、むしろその各々が同じ振幅を有するような葉形状の数が増加する結果となる。葉形状の数は周波数ωの関数として増加することになる。
【００２８】
本発明は上述した課題に取り組み、かつこれを克服している。核磁気共鳴（ＮＭＲ）イメージングの間での励起に関するシステム及び方法に関して本発明を記述しているが、本発明は様々な磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システム、並びに当技術分野で周知の別のシステムでの用途にも適応させることができる。さらに、本発明を心臓検査に関して記載しているが、本発明は当技術分野で周知の別のＭＲＩ検査にも応用することができる。本発明は、ＦＳＥ、ＳＳＦＰ、並びに当技術分野で周知の別の高速シーケンス技法に応用することができる。
【００２９】
以下の詳細な説明では、構成させた実施形態のうちの１つに関する様々な動作パラメータ及び構成要素について記載している。これらの具体的なパラメータ及び構成要素は一例として含めたものであり、限定を意図したものではない。
【００３０】
ここで図７を参照すると、本発明の実施の一形態に従った励起方法を利用しているＭＲＩシステム８０の斜視／ブロック図を表している。ＭＲＩシステム８０は、磁化領域８４内において長手方向の軸（ｚ軸）に沿って強力で連続した均一磁場Ｂ０を提供するＢ０マグネット８２を含んでいる。磁場勾配コイル・アセンブリ８６は、ＭＲＩデータ収集シーケンスの間において領域８４内に制御式勾配のシーケンスを生成させるように順次パルス動作させている。この制御式順次勾配は、領域８４の全体にわたって達成させている。領域８４の周りにはさらにＲＦコイル・アセンブリ（アンテナ）８８を取り付けている。このＲＦコイル・アセンブリ８８は、領域８４内に送信されるような適当な周波数のＲＦ信号を発生させている。ＲＦコイル・アセンブリ８８を介してはさらに、領域８４から核磁気共鳴（ＮＭＲ）応答ＲＦ信号を受け取っている。
【００３１】
領域８４内にある並進可能テーブル９０は、患者の身体などの身体９２を支持している。検査期間の全体にわたり、身体９２は磁場Ｂ０にさらされたままである。ＲＦコイル・アセンブリ８８は発生器９４に結合させており、また領域８４内に配置した身体９２内部の粒子の磁気モーメントの励起を促進させるために使用している。本発明の実施の一形態では、ＲＦコイル・アセンブリ８８は、バーのそれぞれを位相シフト励起させることによって回転励起磁場を発生させることができるようなバー・アンテナである。シーケンス・コントローラ９５は、ＲＦ信号をパルス発生させ、身体９２の一部分の選択した双極子に関する磁気共鳴を励起及び操作している。
【００３２】
これらの励起は一時的である。これらの励起の最後において、ＲＦコイル・アセンブリ８８は、デュープレクサ９６を介して信号処理装置９８に送信されるような脱励起、共鳴または計測信号を受け取っている。この信号処理装置９８は、増幅／復調回路１００と処理回路１０２と、を含むことがある。この処理回路１０２は、画像再構成して表示デバイス１０６などの表示デバイス上で描出させるように、身体９２の検査対象部分から放出される磁気共鳴信号を整形しかつ復調している。表示デバイス１０６上には身体９２の２次元断面１０４を表示させることがある。
【００３３】
ある検査では、１枚の画像を取得するために複数回の励起／計測シーケンスを実行している。これらのシーケンスの各々において、勾配コイル・アセンブリ８６は、磁気モーメントの自由歳差信号に対してエンコードを適用するために使用している。エンコードの生成、並びに発生器９４、デュープレクサ９６、信号処理装置９８及びディスプレイ１０６の動作は、シーケンス・コントローラ９５によって制御している。シーケンス・コントローラ９５は、ソフトウェア・ベースとすることができ、また上述した動作を実行するためのプログラムを含むことができる。励起／計測シーケンスは、シーケンス・コントローラ９５内にプログラムされている。したがって、このプログラムにおいて、そのシーケンスで実行させようとする動作の各々の特性は、実施させる検査の性質を変更するように簡単に修正することが可能である。
【００３４】
ここで図８及び１１を参照すると、本発明の実施の一形態に従った励起フリップ角振幅を図示したグラフ、並びにＮＭＲ検査に関する励起方法を図示した論理流れ図を表している。
【００３５】
工程１１０では、身体９２を強力な方向設定連続磁場Ｂ０にさらしている。
【００３６】
後続の工程１１２〜１１６は励起フリップ角振幅曲線１１８に関連して実行している。振幅曲線１１８は準備フェーズＰ、計測フェーズＭ、及び最終フェーズＦ（さらに詳細には、後で記載する）を有している。
【００３７】
工程１１２では、ＲＦパルスＩＰ1〜ＩＰnを有する準備フェーズＰによって身体９２をコンディショニングしている。準備フェーズＰは振幅曲線１１８の第１の一部分１２０に対応する。ＲＦパルスＩＰ1〜ＩＰnの進行は、Ｊ．Ｐａｕｌｙ、Ｐ．Ｌｅ  Ｒｏｕｘ、Ｄ．Ｎｉｓｈｉｍｕｒａ、及びＡ．Ｍａｃｏｖｓｋｉによる「Ｐａｒａｍｅｔｅｒ  ｒｅｌａｔｉｏｎｓ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｓｈｉｎｎａｒ−Ｌｅ  Ｒｏｕｘ  ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ  ｐｕｌｓｅ  ｄｅｓｉｇｎ  ａｌｇｏｒｉｔｈｍ」（ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｍｅｄ．Ｉｍａｇｉｎｇ  １０，５３〜６５（１９９１））、並びに欧州特許ＥＰ−Ｂ−０  ３１６  ３１２によって提示されているＳｈｉｎｎａｒ  Ｌｅ  Ｒｏｕｘ（ＳＬＲ）アルゴリズムに従って決定することができる。
【００３８】
シーケンス・コントローラ９５は、振幅を増加させながら励起を生成させることができる。パルス間反復時間を最大概ね２．５ｍｓまでとした状態では、励起の速度（ｒａｔｅ）を例えば概ね３ｍｓとすることができる。ＲＦパルスＩＰ1〜ＩＰnの各々は、概ね６００μｓの基本持続時間を有することができる。振幅の増加の進行サンプルを振幅曲線の準備フェーズＰによって表している。
【００３９】
図５Ａのフリップ角の一定変動Δθは事実上、準断熱的変動（ｑｕａｓｉ−ａｄｉａｂａｔｉｃ  ｖａｒｉａｔｉｏｎ）（以下において、断熱的変動（ａｄｉａｂａｔｉｃ  ｖａｒｉａｔｉｏｎ）と云う）に変換される。ＲＦパルスＩＰ1〜ＩＰnは迅速に印加されると共に、断熱的シーケンスのタイプである。
【００４０】
断熱的性質は、図５Ａに示す一定振幅変動のアポダイゼーションによる有効な抑制によって得られる。このアポダイゼーションの結果、磁化が定常状態磁化Ｍssの方向など平衡の方向に近づくと磁化の横方向成分ＭＴがゼロの位置にくることになる。図６で葉形状７４で示した振動エネルギーは、横方向成分ＭＴに沿って表現される。断熱的準備フェーズは、この横方向成分ＭＴをある小さい値まで低下させており、したがって、緩和あるいは分散現象による安定化に頼る必要がなくなる。横方向成分ＭＴは生じることがないか、あるいは生じても中和をもはや要しないようなある小さな程度でしかない。さらに、Ｎｉｓｈｉｍｕｒａの方法の場合と異なり横方向成分ＭＴの抑制を待つ必要がない。
【００４１】
横方向成分ＭＴの値はＲＦパルスＩＰ1〜ＩＰn間でのフリップ角の変動Δθのフーリエ変換に等しい。横方向成分ＭＴとフリップ角の変動Δθとの間のこの比較は、準備フェーズＰの励起パルス中では、その平行成分ＭＰの変動はほとんどなく実質的に同じままであるという前提から得られる。
【００４２】
ここでさらに図９Ａを参照すると、準備フェーズＰに関するフリップ角変動を時間に対して示したグラフを表している。図８〜１１の実施形態の準備フェーズＰに関するフリップ角の変化すなわち変動Δθは、図５Ａの一定振幅変動曲線５０のアポダイゼーションによって様々となる。このことを曲線１２４で表している。本発明の例示的な実施の一形態では、曲線１２６によって示すようなＨａｎｎｉｎｇアポダイゼーションを利用している。第１の低値のＲＦパルスＩＰ0は安定性を維持するように高精度で実現させている。別の例示的実施形態では、曲線１２８によって表しているようなＫａｉｓｅｒ  Ｂｅｓｓｅｌアポダイゼーションを利用している。Ｋａｉｓｅｒ  Ｂｅｓｓｅｌアポダイゼーションに関する抑制係数値の一例は、抑制係数値β＝３である。非線形応答であるため、抑制係数値β＝５では抑制係数値β＝３の場合と概ね同じ抑制恩恵を提供できるが、より小さい第１ＲＦパルス振幅ＩＰ0を実現することは困難である。
【００４３】
第１の例では、使用する磁化のフリップ角θが概ね６０°に等しいときに、パルスＩＰ1〜ＩＰnなどの８個のＲＦパルスの印加によって横方向成分ＭＴに対する十分な抑制が提供される。その計測信号は、第７番目のＲＦパルスＩＰ7を印加した時点で使用可能である。このことを、計測フェーズＭにおける第１の励起パルスＥ1と同じであるような準備フェーズＰにおける最終のＲＦパルスＩＰnによって図８に表している。第２の例では、フリップ角θが大きいとき、例えばフリップ角が１８０°であるときに、準備フェーズＰにおける１０個のＲＦパルス（図示せず）の印加によって十分な抑制が提供される。計測信号は、第９番目のＲＦパルスを印加した時点で使用可能となる。上述した２つの例では、横方向成分を平行成分に変換しており、また定常状態磁化Ｍssは準備フェーズの各々の最終のＲＦパルスを印加した時点で達成されている。横方向成分の平行成分への変換によって、有用な計測信号の作成が可能となる。
【００４４】
図４の斜路曲線４２によって示すようにＲＦパルスＩＰ1〜ＩＰnを一定比率で増加させるのではなく、ＲＦパルスは、傾いた斜路１３１の周りでのＳ字状斜路１３０の形態で増加させる。ＲＦパルスＩＰ1〜ＩＰnに関するフリップ角θの変動は、準備フェーズＰの始点１３２及び終点１３４ではパルス４４の間での変動と比較してより小さくなっている。始点１３２及び終点１３４においてフリップ角が同じであるため、対応して横方向成分ＭＴは小さくなる。さらに、準備フェーズＰの中間部分１３６では、Ｓ字状斜路１３０の傾斜は、斜路４２の傾斜と比較してより急峻である。傾斜がより急峻であるため中間部分１３６の間で対応した変動が得られ、横方向成分ＭＴの規模が対応して大きくなる。Ｓ字状斜路を使用すると、最終フリップ角が６０°であり、かつ準備パルス２２のフリップ角振幅のうちの幾つかが６０°を超えるようなＨａｒｇｒｅａｖｅｓの場合と異なり、各励起パルスＩＰ1〜ＩＰ8のフリップ角振幅がいずれも予測される最終フリップ角を超えることがないことに留意されたい。
【００４５】
図５Ａの変動曲線５０を図９Ａの変動曲線１２４と比較すると、変動曲線１２４は、図５Ａの一定変動Δθ0未満であるような変動値で開始されている。変動曲線１２４は、中間１３６に向かっては一定変動Δθ0を超えるように遷移し、次いで終点１３４に向かっては再び一定変動Δθ0未満となるまで遷移する。一定変動のフリップ角のアポダイゼーションによって、Ｎｉｓｈｉｍｕｒａの方法で使用するような１４個のＲＦパルスの使用ではなく、概ね８個のＲＦパルスの使用が可能となる。図１０に示すように８個のＲＦパルスＩＰ1〜ＩＰ8を印加した後、横方向成分ＭＴは概ねゼロまで抑制される。図１０に示すように、ＲＦパルスＩＰ8を印加した時点で使用可能な計測を受け取ることができることが分かる。このことは、振動のために有用な計測を全く取得できないような図６に対応する方法とは異なる。
【００４６】
工程１１４では、高速の励起／計測ペア・シーケンスを実行している。身体９２は、勾配磁場パルスの存在下で励起パルスＥ1〜Ｅmからなるパルス列によって励起させており、これをフェーズＭと呼ぶ。励起パルスＥ1〜Ｅmの各々の間において、１つの計測信号を発生させている。計測信号はＳＭ1〜ＳＭmで表している。準備パルス、励起パルス、並びに計測パルスの数は様々な数とすることができ、必ずしも等しい数とする必要はない。
【００４７】
概ね６００μｓ継続する各基本励起を用いて１００個の励起パルスを実行させることがある。概ね２ｍｓとなることがあるような励起パルス間の残りの時間中では、励起パルスＥ1〜Ｅmに応答して身体から計測信号ＳＭ1〜ＳＭmが放出される。
【００４８】
当然のことであるが、この基本期間中では、勾配コイル・アセンブリ８６内の１つまたは複数の勾配コイルを切り替えて、選択した断面における画像を得ている。時間Ｔ１及び時間Ｔ２に概ね等しいような概ね３００ｍｓの時間中で、２Ｄの断面全体に関する１枚の画像を収集することができる。これによって、３Ｄ収集の間において心臓の状態の変動によって提起される問題が克服される。
【００４９】
工程１１６では、最終フェーズＦの間において身体９２に対して、準備フェーズで実行したコンディショニングと同様のコンディショニングを行う。最終調整フェーズＦにおけるＲＦパルスＦ1〜Ｆnも断熱的タイプである。ＲＦパルスＦ1〜Ｆnは、斜路１４１の周りで逆Ｓ字状曲線１４０の形態で、すなわち事実上Ｓ字状曲線１３０の反転形で生成される。この逆曲線１４０によってフリップ角θをゼロまで低下させること、また定常状態磁化Ｍssから初期磁化状態Ｍ0までの遷移が可能となる。
【００５０】
準備フェーズＰ、計測フェーズＭ及び最終調整フェーズＦの結果として、図１１に関して記載した方法の励起と同じであったり異なっていたりするような別の励起方法またはシーケンスを用いて身体９２を励起することができる。高速ではないような従来のシーケンスや別の高速シーケンスを実行することもある。次いで、身体９２に対して別のパラメータを計測することもある。
【００５１】
図１１の励起方法の後で実行する任意の励起方法は、磁化が初期状態（すなわち元の状態）Ｍ0まで回復するため図１１の励起方法と無関係であり、かつ図１１の励起方法の有用性を有している。さらに、励起方法の間において緩和期間が過ぎるのを待つことがない。
【００５２】
工程１４２では、工程１１４の２Ｄ断面収集に応答して画像を再構成している。
【００５３】
上述した工程は説明のための例とすることを意図しており、これらの工程は用途に応じて容易に修正することができる。
【００５４】
本発明の準備フェーズ及び計測フェーズの間における磁化の性質は正確に制御されている。異なる直交成分による寄与に関しては分散を実行しない。直交成分の分散を実行すると、定常状態磁化Ｍssの長手方向成分の値が低下して望ましくない。さらに分散は、直交成分の緩和のために待機を必要とさせるような制御不能な状況を生じさせることがある。この待機は、時間Ｔ２の持続時間の３倍から５倍に相当する時間となることがある。
【００５５】
本発明によって、断熱的であるような進行を有するフリップ励起を利用する高速シーケンスＮＭＲタイプの検査が提供される。この断熱的進行によってエネルギーの損失が防止され、また励起エネルギーの大部分が計測目的で使用される磁化の長手方向成分に集中される。これを実施するにあたり、平行成分の値は、平行成分より得られる情報を利用不可能としたり信頼できないものにする可能性があるような直交成分の無秩序的寄与によるマイナスの影響を受けることがない。
【００５６】
当業者であれば、上述の装置及び方法を本技術分野で周知の様々な用途やシステムに適応させることができる。上述した発明はさらに、本発明の真の範囲を逸脱することなく変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】ＳＳＦＰの適用に関して初期磁化Ｍ0から定常状態磁化Ｍssまでの磁化の過渡応答を表しているデカルト座標系図表である。
【図２】一連の高速励起／計測シーケンスに続く準備フェーズのスペクトル選択的カタライズ・シーケンス（catalyzing sequence）のグラフである。
【図３】初期磁化から定常状態磁化までの遷移を表している、印加した励起パルス列に関する励起振幅図である。
【図４】一連の高速励起／計測シーケンスに続く準備フェーズの励起フリップ角振幅を表している準備励起シーケンスである。
【図５Ａ】図４の振幅曲線に関してフリップ角変動を時間に対して表したグラフである。
【図５Ｂ】図５Ａのフリップ角変動曲線のフーリエ変換を表したグラフである。
【図６】図４の準備フェーズの結果として、平行磁化成分と直交磁化成分とを歳差角の関数としてプロットした図である。
【図７】本発明の実施の一形態に従った励起方法を利用している磁気共鳴イメージング・システムの斜視／ブロック図である。
【図８】本発明の実施の一形態に従った励起フリップ角振幅を図示したグラフである。
【図９Ａ】本発明の複数の実施形態に従って、図８の振幅曲線の準備フェーズに関してフリップ角変動を時間に対して表したグラフである。
【図９Ｂ】図９Ａのフリップ角変動曲線のフーリエ変換を表したグラフである。
【図１０】図８の準備フェーズの結果として、平行磁化成分と直交磁化成分とを歳差角の関数としてプロットした図である。
【図１１】本発明の実施の一形態に従ったＮＭＲ検査に関する励起方法を表した論理流れ図である。
【符号の説明】
【００５８】
２０  スケール調整パルス
２２  準備パルス
３０  励起パルス
３２  励起振幅図
４０  準備励起シーケンス
４１  準備フェーズ
４２  斜路
４４  励起パルス
５０  フリップ角変動曲線
７０  平行成分曲線
７２  直交成分曲線
７４  葉形状
８０  ＭＲＩシステム
８２  Ｂ０マグネット
８４  磁化領域
８６  磁場勾配コイル・アセンブリ
８８  ＲＦコイル・アセンブリ（アンテナ）
９０  並進可能テーブル
９２  身体
９４  発生器
９５  シーケンス・コントローラ
９６  デュープレクサ
９８  信号処理装置
１００  増幅／復調回路
１０２  処理回路
１０４  ２次元断面
１０６  表示デバイス
１１８  励起フリップ角振幅曲線
１２４  変動曲線
１２６  Ｈａｎｎｉｎｇアポダイゼーションを利用した曲線
１２８  Ｋａｉｓｅｒ  Ｂｅｓｓｅｌアポダイゼーションを利用した曲線
１３０  Ｓ字状斜路
１３１  傾いた斜路
１３２  始点
１３４  終点
１３６  準備フェーズの中間部分
１４０  逆Ｓ字状曲線
１４１  斜路
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【外国語明細書】
2004237102000001.pdf