(57)【要約】主磁場のアセンブリ１２は、画像形成領域１０を通して主磁場８０をつくる。オペレータは、関心領域における少なくとも２つの交差するスラブ７２，７４のサイズ及び位置を選択する。シーケンスコントローラ４２は、勾配シンセサイザ４４及びRFパルスシンセサイザ４６を含んでおり、スラブ選択勾配磁場パルス８０，８２及び磁化傾斜RFパルスを合成し、スラブ及び交差領域７０における磁化を傾斜又は回転する。第一のRFパルスとスラブ選択勾配は、第一のスラブ及び交差領域での磁化を磁場８０の向きから外れた向きに傾ける。第二のRFパルス及びスラブ選択勾配は、第二のスラブにおける磁化を磁場８０の向きから外れた向きに傾け、さらに交差領域における磁化を操作する。更なるRFパルス及びスラブ選択勾配は、第一及び第二のスラブの残りの領域での磁化を磁場８０の向きと同じ向きに戻し、交差領域での磁化を磁場８０の向きから外れて傾斜した状態に保持する。
2004531352.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
時間的にインタリーブされた交換可能でない無線周波パルス及び該無線周波パルスの逆パルスを使用して、対象物で磁気共鳴を励起及び操作するステップと、
前記無線周波パルスで少なくとも２つの異なる勾配磁場を印加するステップと、
を有する磁気共鳴方法。
【請求項２】
磁気共鳴を励起及び操作する前記ステップは、
前記対象物内に第一の励起されたスラブを画定するために、第一のスラブ選択勾配に時間的に対応する第一の無線周波パルスを印加するステップと、
前記第一の励起されたスラブと交差する第二の励起されたスラブを画定するために、前記第一のスラブ選択勾配とは異なる第二のスラブ選択勾配と時間的に対応する第二の無線周波パルスを印加するステップとを有する、
請求項１記載の磁気共鳴方法。
【請求項３】
磁気共鳴を励起及び操作する前記ステップは、
前記第一のスラブ選択勾配の繰り返しと時間的に対応する第一の無線周波パルスの逆パルスを印加するステップと、
前記第一のスラブと前記第二のスラブとの交差領域では正味の励起を生じ、該交差領域以外では実質的に励起を生じないために、前記第二のスラブ選択勾配の繰り返しと時間的に対応する第二の無線周波パルスの逆パルスを印加するステップとをさらに有する、
請求項２記載の磁気共鳴方法。
【請求項４】
スラブの前記交差領域から磁気共鳴信号を受けて、空間的にエンコードするステップと、該エンコードされた磁気共鳴信号を前記交差領域の画像表現に再構成するステップとをさらに有する、
請求項３記載の磁気共鳴方法。
【請求項５】
前記スラブの前記交差領域での共鳴を飽和して、前記スラブの少なくとも１つに交差すると共に前記交差領域に隣接する領域の磁気共鳴画像を生成するステップと、
前記スラブの前記交差領域からの磁気共鳴信号を使用して、前記交差領域付近の生理機能をモニタするステップとをさらに有する、
請求項3又は4記載の磁気共鳴方法。
【請求項６】
前記第一の無線周波パルスをα、前記第二の無線周波パルスをβとし、−αをαの逆パルス、−βをβの逆パルスとしたとき、前記α、βは、α、β、−α、−βの順で送信される、
請求項２乃至５のいずれか一項記載の磁気共鳴方法。
【請求項７】
前記第一のスラブと前記第二のスラブとに交差する第三のスラブを画定するために第三のスラブ選択勾配と時間的に対応する第三の無線周波パルスを印加して、前記第三のスラブの交差領域でのみ正味の励起を生じるステップをさらに有する、
請求項３乃至５のいずれか記載の磁気共鳴方法。
【請求項８】
前記第一の無線周波パルスをα、前記第二の無線周波パルスをβ及び前記第三の無線周波パルスをδとし、−αをαの逆パルス、−βをβの逆パルス及び−δをδの逆パルスとしたとき、前記α、β及びδは、α、β、−α、−β、δ、−β、−α、−δの順で送信される、
請求項７記載の磁気共鳴方法。
【請求項９】
前記無線周波パルスのうちの少なくとも１つは、RF成分の時間系列であり、少なくとも１つのRFパルスの逆パルスは、
逆転された時間順序で少なくとも１つのRFパルス成分が反転されたパルス成分であるRF成分の系列を含む、
請求項３乃至８のいずれか一項記載の磁気共鳴方法。
【請求項１０】
無線周波パルス及び該無線周波パルスの逆無線周波パルスの間に印加された前記勾配パルスは、反対の振幅の極性を有する、
請求項３乃至９のいずれか一項記載の磁気共鳴方法。
【請求項１１】
前記逆RFパルスのうちの少なくとも１つは、
時間領域において一点一点の方法で、前記逆RFパルスとは逆のRFパルスの対応する点の複素共役として形成される、
請求項３乃至１０のいずれか一項記載の磁気共鳴方法。
【請求項１２】
ある化学的種からの共鳴信号を強調するとともに、別の化学的種からの共鳴信号を抑圧するために、無線周波パルスと逆無線周波パルスの間で時間間隔を調整するステップをさらに有する、
請求項３乃至１１のいずれか一項記載の磁気共鳴方法。
【請求項１３】
前記第一の無線周波パルスと前記第一の勾配との組合せは、前記第二の無線周波パルスと前記第二の勾配との組合せと交換可能ではない、
請求項２乃至１２のいずれか一項記載の磁気共鳴方法。
【請求項１４】
無線周波パルスを印加する前記ステップは、９０°RFパルスを印加するステップを含む、
請求項２乃至１３のいずれか一項記載の磁気共鳴方法。
【請求項１５】
前記第二のRFパルスの位相は、前記第一のRFパルスの位相と９０°異なる、
請求項２乃至１４のいずれか一項記載の磁気共鳴方法。
【請求項１６】
少なくとも２つの勾配磁場のうちの一方は実質的にゼロであり、前記無線周波パルスの一方は、励起された交差領域が少なくとも１つの空間的な次元及び周波数の次元で制限されるように、スペクトルを選択可能である、
請求項１乃至１５のいずれか一項記載の磁気共鳴方法。
【請求項１７】
共鳴を励起及び操作する前記ステップは、周波数スペクトルを選択可能な無線周波パルスを印加するステップを有する、
請求項１乃至１６のいずれか一項記載の磁気共鳴方法。
【請求項１８】
前記周波数スペクトルを選択可能なパルスは、勾配磁場がないときに印加される、
請求項１７記載の磁気共鳴方法。
【請求項１９】
交差領域で交差する少なくとも第一のサブ領域と第二のサブ領域とを含む関心領域を通して、時間的に一定の磁場を発生するための磁石手段と、
前記関心領域の前記第一のサブ領域で前記磁場の向きから外れた向きに磁化を回転するための手段と、
前記交差領域での磁化を同時に操作するとともに、前記第二のサブ領域の残りの領域で前記磁場の向きから外れた向きに磁化を回転するための手段と、
前記第一のサブ領域と前記第二のサブ領域との残りの領域で前記磁場の向きから外れた磁化を戻すために、前記交差領域と前記第一のサブ領域及び前記第二のサブ領域の前記残りの領域で磁化を操作するための手段と、
を有する磁気共鳴装置。
【請求項２０】
前記交差領域で磁化を空間的にエンコードするための手段をさらに有する、
請求項１９記載の磁気共鳴装置。
【請求項２１】
前記第一のサブ領域と前記第二のサブ領域のうちの少なくとも１つで交差する関心領域のうちの第三のサブ領域で磁気共鳴を励起して、空間的にエンコードするための手段と、
前記空間的にエンコードされた磁化を画像表現に再構成するための手段とをさらに有する、
請求項１９又は２０記載の磁気共鳴装置。
【請求項２２】
前記交差領域で磁気共鳴をスペクトル的にエンコードするための手段をさらに有する、
請求項１９乃至２１のいずれか一項記載の磁気共鳴装置。
【請求項２３】
対象物における有限の厚さからなる第一のスラブで、主磁場B0の向きから外れた向きに磁化を傾けるための手段と、
交差領域で前記第一のスラブと交差する有限の厚さからなる第二のスラブで、前記磁場の向きから外れた向きに磁化を傾けるための手段と、
前記交差領域で前記磁場の向きから外れた向きに磁化の少なくとも一部を傾いたままにし、前記第一のスラブと前記第二のスラブの一部で前記磁場の向きに揃えて磁化を傾いていない状態にするための手段と、
第一のスラブ選択勾配と時間的に対応する第一のRFパルスαと、第二のスラブ選択勾配と時間的に対応する第二のRFパルスβとを、−αをαの逆パルスとし、−βをβの逆パルスとして、α、β、−α、−βの順序で送信する、
請求項１９乃至２２のいずれか一項記載の磁気共鳴装置。
【請求項２４】
前記第一のスラブ、前記第二のスラブ及び前記第三のスラブとの交差領域でのみ正味の励起を生じるために、前記第一のスラブと前記第二のスラブに交差する第三のスラブを画定する第三のスラブ選択勾配と時間的に対応する第三のRFパルスγを送信するための手段をさらに有する、
請求項２３記載の磁気共鳴装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
[技術分野]
本発明は、診断用の画像形成の分野に関する。この分野は、関心のある領域、すなわち２次元以上の次元に制限されたボリュームが励起されるとき、磁気共鳴画像の形成において特殊の用途を提供するものであり、詳細な説明により記載される。
なお、本発明は、磁気共鳴画像を利用した他の用途に対しても適用することができ、上記用途に制限されるものではないことを理解されたい。
【０００２】
[背景技術]
磁気共鳴による画像形成では、検査される対象物が配置される検査領域を通して、一様な主磁場が形成される。一連の無線周波（RF）パルスが検査領域に印加され、水素核又は他の選択された磁気ダイポールにおいて磁気共鳴が励起及び操作される。勾配磁場が従来通り印加され、励起された共鳴において情報がエンコードされる。
【０００３】
関心領域を含むスラブ又はスライス全体よりは、関心のある定位された領域を励起することが望まれることがある。たとえば、心臓での血液の流れを検査することが望まれることがある。診断医が心臓の直接近傍のみに関心がある場合、肺、脊髄の領域、或いは心臓領域の周りの筋肉領域からデータを収集することは、画像形成時間を増加することになる。さらに、これらの領域でデータを収集することは、心臓の画質を低下する画像のアーチファクトを生じさせる可能性がある。
【０００４】
制限された領域で共鳴を励起するための方法が幾つか存在する。基本的な１次元のスライス選択励起の原理を採用するとき、共鳴が励起され、患者の身体内で２つの交差するスラブ又はスライスに操作され、該交差領域からデータが発生する。
【０００５】
たとえば、９０°励起パルスにより、第一のスライスで共鳴が励起される。交差スライスでは、１８０°反転パルスによりスピンエコーが交点の列状に形成される。勿論、スライス又はスラブの交差していない部分での磁化は、減衰するまで乱れたままである。励起されたスピンの残りの部分以外の異なるスピンのプロファイルで、２つのスライス又はスラブの交差を表現するために、他の励起パルス系列もまた利用されている。
【０００６】
３次元の定位のために、２つのスライス又はスラブの平行６面体の交点と交差する別のスライス又はスラブにRF操作パルスが印加され、３次元における有限の容積が画定される。９０°−１８０°−１８０°、９０°−９０°−９０°等のような様々な励起スキームが使用されている。
【０００７】
別の方法では、関心領域の周辺が励起され、続いて、励起された状態或いは励起の準備状態にして関心領域がスポイルされないままとし、該励起された関心領域の周囲を勾配磁場でスポイルする。２次元又は３次元でのＫ空間の励起の概念もまた利用される。様々な技術で小さな傾き角を使用するか、或いは線形又は加法的な性質を画定するために、数学的な解析に対する拘束が適用される。非反転パルスに２，４，８励起の減算が続くのと同様に、励起パルスと反転パルスを組み合わせて領域に印加することもできる。
【０００８】
伝達場の空間特性を利用した深度パルス（depth  pulse）もまた利用される。RF励起パルスとともに出力される高次の勾配磁場が利用される。適用される中には、信号が励起され、関心領域以外でスクランブル又は飽和され、関心領域以外からの信号を減衰させるものがある。RF送信用コイルは、非常に小さく、対象物に接近して利用されるものであり、その幾何学的なサイズ及び形状と対応した微小領域を励起するために使用される。
【０００９】
これらの従来の技術の全ては、５つの基本的な制約のうちの１つ以上を有している。第一の問題は、実行するために非常に多くの時間を要することであり、走査効率又は患者のスループットを犠牲にする傾向にある。第二の問題は、画像形成領域外の信号が乱れることであり、インタリーブ又は多重送信の用途での実用的な使用が制限される。第三の問題は、これらの励起スキームは、空間定位機能が低いことである。第四の問題は、高速な繰り返し状態で実行される場合に、信号対雑音比が減少してしまうことである。第五の問題は、MRI装置に典型的な構成を超えて、追加的なハードウェアが必要とされることである。
【００１０】
これらの技術の多くは、生成する画像に所望の品質が得られない。励起の空間的な画定が鮮明でない場合がある。鮮明度の低さにより、大まかでぼやけた励起領域となる可能性がある。また、関心領域以外での望まない励起により、空間的な画定機能が低下する。
【００１１】
ある用途では、ナビゲータスキャンを利用して、画像形成の走査における要素の決定において使用すべき情報を収集する。たとえば、ナビゲータを使用して、心臓又は肺のゲート機能を判定することができ、或いは、内部構造の境界を判定することができる。ナビゲータスキャンの一般的な副作用は、暗い部分が交差して画像が焼きつくことである。これらは、関心領域を不明瞭にしないように、オペレータが最終的な画像のどこにアーチファクトが置かれるかを考えなければならない点で不都合である。これは、たとえば、肝臓のようにアーチファクトが関心領域の一部を不明瞭にする可能性がより高い大きな領域を画像形成するときに問題となる。
【００１２】
画質の低さに加えて、これらの方法は、飽和、反転、或いは所望の状態から乱れるように、指定領域以外のダイポールに影響を与えることがある。これらの領域をも画像形成することが望まれる場合、オペレータは、この乱れが落ち着くまで待たねばならず、さもなければ、乱れたダイポールは、予期される信号の振幅及び位相と共に処理されるための満足できる状態にはない。領域間でのダウンタイムは、操作時間を長引かせ、患者のスループットを減少させる。これは、ある励起が１つ以上の前の励起により乱れた領域をターゲットとする連続した励起を利用するような任意の用途にとって問題である。
【００１３】
連続する系列又は系列のセグメントが乱れたスライス又はスラブ全体を画像形成しようとする場合、乱れた磁化の領域は異常に高いか或いは低い信号強度のような不適切な応答が与えられる。これらの不適切な応答は、乱れた領域にアーチファクトをつくるのみでなく、他の位置にもアーチファクトを生じる可能性がある。同様に、乱れた領域に交差するスライスに非画像形成の共鳴励起が印加又は操作された場合、乱れた領域は、付加的なエコー、又は誤った信号が画像に寄与する他の応答を発生する可能性がある。
【００１４】
上記した方法には、専用RFコイルの形態、余分の勾配磁場発生用のハードウェア等のような追加のハードウェアを必要とする。これらの追加は、費用及びシステムの複雑さ増加させ、典型的には、ソフトウェアのアップグレードに追従して実現することができない。
本発明は、上述した問題及び他の問題を解決することができる新規かつ改良された方法及び装置を提供するものである。
【００１５】
[課題を解決するための手段]
本発明の１つの態様によれば、磁気共鳴の方法が提供される。時間的にインタリーブされた、交換可能でない無線周波（RF）パルス及びその逆パルスを使用することにより、対象物に磁気共鳴が励起される。RFパルスは、少なくとも２つの異なる勾配磁場の存在で印加される。
【００１６】
本発明の別の態様によれば、磁気共鳴装置が提供される。磁石手段は、交差領域に交差する少なくとも第一のサブ領域と第二のサブ領域を含んでいる関心領域を通して、時間的に一定の磁場B0を発生する。回転手段は、第一のサブ領域における磁化を回転する。続いて、同時の操作手段は、第二のサブ領域の残りの領域における磁化を磁場B0の向きから外れた向きに回転する。第三の手段は、交差領域を除いて、磁場B0の向きに磁化を戻す。
【００１７】
本発明の第一の効果は、純粋なソフトウェアのアップグレードに追従して実現することができることである。
別の効果は、患者のスループットを増加することができる点にある。
別の効果は、より鮮明な画像を得ることができる点にある。
別の効果は、選択的な容積で画像形成することができる能力にある。
別の効果は、対象物内で隣接領域を急速にシーケンス走査する能力にある。
さらに、別の利点は、画像のアーチファクトを減少することができる点にある。
【００１８】
なお、本発明の更なる利点及び効果は、好適な実施の形態を参照することにより、当業者にとって明らかになるであろう。
本発明は、様々な構成要素及び構成要素の配列、並びに様々なステップ及びステップの配列における形態を設けることができる。添付図面は、好適な実施の形態を例示することを目的とするものであり、本発明を限定して解釈すべきではない。
【００１９】
[実施例]
図１を参照して、高磁場ボアタイプのMRI装置は、以下に記載されるように、正確に磁化に傾斜をつけることができる。また、本発明は、オープンタイプ又は垂直磁場MRIシステムにも適用することができることを理解されたい。
【００２０】
例示される実施の形態では、画像形成領域１０は、ソレノイド、好ましくは超伝導の主磁石１２のボア内に画定されている。主磁石は、ｚ軸に沿って画像形成領域１０を軸方向に通る、時間的に一定の主磁場B0を発生する。対象物１４は、ボアの軸に沿って縦方向に必要とされるときに対象物を移動することが好ましい患者支持台１６により、画像形成領域１０で支持されている。
【００２１】
画像形成のために、磁場傾斜コイル２０は、例示される実施の形態において主磁石１２のボア内に配置されている。傾斜コイルは、傾斜増幅器２８により、傾斜磁場コントローラ３０に接続されている。ボアタイプのMRIシステムでは、傾斜コイル２０は、典型的にボアの周囲に取り付けられている。
【００２２】
傾斜磁場コントローラ３０は、画像形成領域１０にわたり傾斜磁場が時間的に一定かつ一様な磁場B0に重ね合わされるように電流パルスを生じる。この電流パルスは、傾斜コイル２０に印加される。傾斜磁場は、縦方向すなわちｚ軸方向、垂直方向すなわちｙ軸方向及び横方向すなわちｘ軸方向に典型的に発生される。
【００２３】
画像形成領域１０に配置される対象物の選択されたダイポールで磁気共鳴を励起するために、画像形成領域１０の周りの傾斜コイル２０の内側には、全身用の無線周波コイル３２が配置される。少なくとも１つの無線周波送信機３４は、好ましくはデジタル送信機であり、画像形成領域１０に送信するように無線周波パルスコントローラ３６により要求される無線周波パルスを無線周波コイルに対して送信させる。
【００２４】
オペレータは、パーソナルコンピュータワークステーション、又は他のコントロールパネルのようなユーザ入力端末４０で、励起すべき領域について所望の幾何学的形状を入力する。好適な実施の形態では、ユーザは、様々な利用可能な幾何学的形状（たとえば、列、立方体、平行六面体、球体等）を選択することができ、選択された幾何学的形状の大きさにつくることができる。シーケンスコントローラ４２は、選択された幾何学的形状を、対象物１４内の対応する領域に励起を制限する選択可能な励起シーケンスに変換するプロセッサ４４を含んでいる。
【００２５】
勾配シンセサイザ４６は、励起領域に位置が対応するスラブ選択勾配パルスを合成する。たとえば、右端の列が励起領域の選択された幾何学的形状である場合、勾配シンセサイザ４６は、励起領域を画定するために交差している対応する直交スラブを画定する勾配パルスを合成する。無線周波パルスシンセサイザ４８は、画定されたスラブにおける磁気共鳴を励起及び操作する一連の無線周波パルスを合成する。
【００２６】
位相及びタイミングコントローラ５０は、指定された勾配磁場と共に主磁場の強度B0を分析し、磁場の強度B0での関心のあるダイポールの共鳴周波数に一致するパルスについて、タイミングスキームを割り当てる。すなわち、基準となる共鳴フレームを固定として扱うことができる。
【００２７】
画像が励起された共鳴から発生されるとき、画像形成シーケンス、たとえば、EPI又はEVIシーケンスは、画像形成シーケンスメモリ５２から選択される。共鳴信号は、RFコイル３２により検出されるか、或いは表面コイル又は他のローカルコイル（図示せず）により検出され、１つ以上の受信機５４、好ましくはデジタル受信機により復調される。
【００２８】
デジタルデータは、再構成プロセッサ５６により、二次元フーリエ変換アルゴリズム又は他の適切な再構成アルゴリズムを適用することにより、容積計測又は他の画像表現に処理される。画像表現は、容積の画像メモリ６０に蓄積される。イメージプロセッサ６２は、オペレータによる制御下で、選択された画像データを画像メモリ６０から読み出し、該読み出された画像データを、ビデオモニタ、アクティブマトリックスモニタ、液晶ディスプレイ等のような人間が読取り可能なディスプレイ６４での表示のために適切なデータにフォーマットする。励起された共鳴は、分光器によるシーケンス又は他の非画像形成シーケンスで使用することもできる。
【００２９】
一般的な回転の特徴がここで理解される。図２Aから図２Fを参照して、幾何学的な現象が例示されている。複数の回転が３次元空間で行われるとき、正味の効果は、回転が加えられた順序に依存する。
【００３０】
図２Aから図２Fは、同じ３次元の対象物、子供に関するブロック及び異なる連続した回転を示している。図２Aは、典型的な対象物の開始の指向を示している。図２Bは、ｘ軸に関する回転の結果を示している。図２Cは、ｘ軸に関する回転に続いて、ｙ軸に関する回転の結果を示している。
【００３１】
図２Dは、開始の指向を再び示しており、図２Aと同じである。図２Eは、開始の指向に対して、ｙ軸の回転を加えた結果を示している。図２Fは、ｙ軸の回転に続いて、ｘ軸の回転の結果を示している。すなわち、同じ回転ではあるが、図２Bと図２Cの順序とは反対の順序である。なお、図２C及び図２Fは、同じ開始位置から、同じ回転を使用することにより共に得られているが、操作の順序に依存して異なる結果となっている。すなわち、回転は、交換可能ではない。かかる操作は、数学分野の群論で学ばれており、十分に理解される。
【００３２】
交換可能でない操作の数学的な記述は、操作A及びBが−A及び−Bで示されるそれぞれの逆操作を有する場合、連続して実行されるコンポジションA、B、−B、−Aは、同じ操作となる。しかし、代替的な順序A、B、−A、−Bは、操作AとBが交換可能でない場合には同じ結果とならない。
【００３３】
本発明の磁気共鳴励起の技術に戻り、一連の回転は、勿論、サンプルでの磁気モーメント又はバルク磁化に印加される。
【００３４】
図３及び図４を参照して、磁気共鳴は、周辺領域への影響が最小な状態で、対象物の容積７０において励起される。領域７０は、２つの交差するスラブ７２，７４により画定される。スラブ７２は、第一のスラブ選択傾斜磁場８０の存在下で、第一のRF励起パルスαにより励起される。
【００３５】
スラブ選択勾配は、第一のRFパルスαが共鳴を励起するように、すなわち、選択されたスラブで磁化ベクトルを下に傾けるように、その大きさがつくられ傾斜される。例示される実施の形態におけるRFパルスαは、スラブ７２でのダイポールを主磁場B0に一致するその平衡状態の向きから９０°傾ける。図５A及び図７Aを参照されたい。励起は、スラブ７２に制限されているため、図６Aに示されるように、スラブ７４及び他の領域における磁化は傾かない。
【００３６】
スラブ７２の励起に続いて、第二のスライス勾配パルス８２と時間的に対応する第二のRFパルスβは、図６Bに示されるように、スラブ７４においてのみ共鳴を励起する。スラブ７２及び他の領域は、図５Bに示されるように、第二のRFパルスβにより影響されない。しかし、交差領域における磁化は、図７Aの第一のRFパルスα、図７Bの第二のRFパルスβの両者により作用される。
【００３７】
図示される例では、磁化は、第一のパルスにより横断面まで回転される。ひとたび磁化が横断面にあり、第二のRFパルスの回転軸に平行に指向されていると、第二のRFパルスβは、磁化ベクトルの方向をさらに変えることはない。なお、回転が加えられる順序は、結果を決定する。すなわち、回転操作は、交換可能ではない。
【００３８】
続いて、第三のRFパルス−αは、１８０°の位相シフトのために第一のRFパルスαとは逆のパルスとなっており、第一のスラブ選択勾配パルス８０の繰り返しと同時に印加される。好適な実施の形態では、パルスαは、その中点に関して時間的に対称な振幅変調波形である。その逆パルス−αは、同じ振幅変調されたパルス波形からなり、第一のRFパルスαに関連する好ましくは一定の位相項に関して１８０°だけシフトされた増加する位相項が加えられている。
【００３９】
RFパルスαと−αの両者について同じ勾配磁場が印加されているので、両パルスは、対象物内の同じスラブ７２に影響を与える。パルス−αは、パルスαのみを受けた領域での影響を逆にする点でパルスαとは反対の効果を有する。すなわち、第三のRFパルス−αは、スラブ７２での磁化をｚ軸の向き、すなわち磁場B0の向きに回転する。
【００４０】
第三のRFパルス−αは、図６Cに示されるように、第二のスラブ７４及び第一のスラブ以外の他の領域の大部分における磁化に関して影響を与えない。しかし、交差領域７０は、スラブ７２の残りの領域のように影響される。すなわち、磁化は、図７Cに示されるように、磁場B0の向きに回転される。この時間的な点で、磁化ベクトルは、磁場B0の向きに揃う。すなわち、交差領域７０にないスラブ７４の部分を除いては、共鳴が励起されない。
【００４１】
第三のRFパルス−αに続いて、スラブ選択勾配パルス８２と同時に第四のRFパルス−βがスラブ７４に印加されるが、１８０°の位相差のために先のパルスβとは逆の作用を有する。第四のRFパルス−βは、第二のRFパルスβの効果とは反対の効果を有し、図６Dに示されるように、交差領域７０以外のスラブ７４での磁場B0の向きと同じ最初の向きに磁化を戻す。第四のRFパルス−βは、図５Dに示されるように、スラブ７４以外のダイポールには影響を与えない。
【００４２】
しかし、図７Dに示されるように、交差領域での磁化も９０°傾いている。したがって、第四のRFパルスの後、交差領域において共鳴が励起され、磁場B0の向きと同じになる。すなわち、いずれの位置においても磁化は乱れていない。
【００４３】
上記した勾配とRFパルス系列の結果として、２つのスラブ７２，７４の交差領域７０のみが励起された状態のままとなる。交差領域７０以外のスラブの領域におけるダイポールは、最初の向きに戻される。なお、パルスが印加される順序が重要であることに注目されたい。すなわち、パルスは、交換可能ではない。
【００４４】
好適な順序α、β、−α、−βは、全てのダイポールを最初の位置に戻すα、−α、β、−βとは異なる結果を生じる。β、−α、−β、α等のような他の磁化の回転操作の組み合わせもまた考案される。同様に、交差領域以外の位置ではどこでも共鳴を励起することができる。たとえば、α、β、−α、−βのシーケンスの後、スライス選択パルスなしでβRFパルスを印加することで、交差領域における磁化は磁場B0の向きと同じに揃い、交差領域以外の位置では、磁場B0の向きから外れて傾く。
【００４５】
好適な実施の形態では、受けた磁化の回転、及びあるパルスの印加から次のパルスの印加までの該磁化の位相は、RFパルスにより実質的に発生され、勾配に関する累積的効果によってさらに複雑化されない。
【００４６】
したがって、第一のRFパルスの時間から第二のRFパルスへのそれぞれの勾配の時間積分はゼロである。第二のRFパルスの時間から第三のRFパルスへのそれぞれの勾配に関する時間積分はゼロである。第三のRFパルスの時間から第四のRFパルスへのそれぞれの勾配に関する時間積分はゼロである。連続するRFパルス間の勾配波形に類似の条件を４以上のRFパルスを利用する本発明の他の形態に関して選択的に与える場合がある。より多くのパルスによるかかるケースは、この開示の中心部において後に記載される。
【００４７】
二次元で励起される領域を制限する概念は、有限の容積を有する領域となる三次元での制限への拡張、又は複雑な形状の励起領域の生成に拡張することができる。上述した勾配及びRFパルスの系列は、励起された列を生じる。簡単のために、複数の磁化の回転の操作は、回転オペレータとしてラベル付けすることができる。たとえば、α、β、−α、−βパルスの系列は、１つの回転オペレータγとして定義することができる。RFパルスδは、交差領域の制限された部分に交差するスラブに対応するスラブ選択勾配磁場とともに、このスラブのダイポールを横断面に傾斜する。
【００４８】
系列α、β、−α、−βが画像形成領域を列に制限するとき、系列γ、δ、−γ、−δを経て、スラブから三次元での制約を加えることは、関心領域をボクセル又は３つのスラブの交点での領域に制限する。拡張された形態では、系列は、形態α、β、−α、−β、δ、β、α、−β、−α、−δをとる。なお、画像形成領域を制限又は成型するために更なるスラブを追加することは、本発明の範囲に含まれることを理解されたい。
【００４９】
先の記載は、RFパルスが共鳴について印加されること、すなわち、共鳴周波数外の積分サイクルに対する時間でRFパルスが印加されることを仮定している。図５から図７は、回転する基準フレーム、すなわち、ダイポールが傾斜された後に、共鳴周波数でダイポールがｚ軸の周りで実際に回転する事実を無視していることを仮定している。非整数倍の共鳴周期で印加されるRFパルスを使用するパルス系列も意図することができる。
【００５０】
たとえば、共鳴周波数の４分の１以下であるポーズを使用して、α、ポーズ、−２α、ポーズ、αといった順序でのパルスとポーズからなるサブ系列を考える。ポーズが同じ期間である場合、先のパルス系列は、まるでダイポールが乱れていなかったかのように、ダイポールをその最初の状態に実質的に戻す。
【００５１】
かかるサブ系列は、β、ポーズ、−２β、ポーズ、βのような別のサブ系列でインタリーブ又は部分的にインタリーブされる。ここで、パルスαとβは、交換可能でないものとして選択される。したがって、ある勾配磁場の存在下で第一のサブ系列が印加されたとき、及び第二の勾配磁場の存在下で第二のサブ系列が印加されたとき、交差領域で有益な励起を発生することができる。
【００５２】
かかるサブ系列は、本発明の範囲に含まれるものと考えられる。パルスの対−２α、αは、逆パルスが異なって区別のつく構造を示しているため、最初のパルスαに対して逆パルスの形式であると考えられる。
【００５３】
さらに、タイミングを設定して、異なる化学結合の特性を有するダイポールでの共鳴周波数間の違いを利用することができる。１つのかかる用途は、水と脂肪を画像形成することである。脂肪と水における水素ダイポールは、僅かに異なる共鳴周波数を有し、必要に応じてRFパルスを包含又は排除するようにタイミング調整することができる。
【００５４】
選択自由な微細調整の例として、図４に示されるパルス系列を考える。図４では、共鳴周波数は、水の共鳴周波数に設定されている。さらに、所与の主磁場B0で水と相対的な脂肪の共鳴周波数からオフレゾナンスのシフトのための増加周波数について、４分の１サイクルの位相の回転に整合するように、連続するRFパルス間の持続期間を規定する。かかるシーケンスは、交差の領域内で脂肪を励起しないままで、水を選択的に励起する。これにより、幾つかの特定の用途の環境において有益となる。
【００５５】
例示される実施の形態では、説明の簡略さを考慮して９０°パルスを利用する。なお、９０°以外の傾斜角度を考慮することもできる点を理解されたい。
【００５６】
ある用途では、画像形成のシーケンスは、対象物のある領域で行われる。上述した局部的な励起技術は、近くの物理的な動きをモニタするナビゲータとして、画像形成シーケンスに点在される。好ましくは、高速の回復時間により比較的小さな傾き角を使用することで、ナビゲーション領域以外の領域は乱れない。
【００５７】
当業者に明白な方法で様々な方向における大きさ形成、定位及び励起された領域の指向を調節することができる。これら幾何学的な調節を達成するために、勾配の波形の振幅及び時間周期をスケーリングすることができ、RFパルスの波形の振幅及び時間周期をスケーリングすることができ、RF周波数オフセットを加えることができ、勾配の波形を複数のハードウェアの軸に沿って平行に加えることができる。
【００５８】
本発明に従い発生することができる磁気モーメントの傾きの動きは、主磁場の方向に沿って最初に位置される磁化の操作に限定されない。すなわち、最初に横方向の磁化は、最初に縦方向の磁化に加えて有効に操作される。図４では、たとえば、勾配波形Ga８０の第一の負のローブを使用して、最初に横方向の磁化の応答に影響することができる。選択可能に、最初に横方向に向いた磁化のみが重要であるとき、第一のRFパルスαの時間的に前に存在する図４の第一の台形のローブを省略することができる。
【００５９】
３次元対象物の回転について、回転の対が交換可能でない程度は、それぞれの角度的なサイズに依存し、さらに、回転の軸が平行又は垂直である範囲に依存する。２つの回転が平行な軸に関するものであるとき、或いは非平行な軸に関するものであるとき、２つの回転は交換可能である。
【００６０】
一般に、２つの固定された角度的な長さの２つの回転について、逆の順序からなる２つの段階的な回転の間の差は、回転が直交する軸に関するものであるときに最大となる。したがって、微小かつ限定されたRFパルスから大きくかつ効率的な励起を発生することを望むとき、回転フレームで位相差９０°を有するパルスα及びβを選択することは有益である。図４は、好適な実施の形態を例示している。ここで、βパルスは、回転フレームでαパルスの位相よりも小さな位相９０°で印加される。
【００６１】
２次元以上の次元でのダイポールの操作は、空間的な次元に制限される必要はない。少なくとも１つの次元は、化学的なシフト又は共鳴周波数のオフセットの次元である場合があることを理解すべきである。当該技術分野で理解されているように、制限された周波数成分を有するRFパルスは、勾配磁場の存在で印加された場合に空間的な領域に影響を及ぼすが、有効な勾配磁場なしに同じパルスが印加された場合、幾つかの基準周波数に関連する種の化学的シフトに対応する周波数帯域を励起する。
【００６２】
このことは、励起が制限されることになる少なくとも１つの次元は、化学的シフトの次元となる場合があることを期待させる。励起は、２、３、及び４以上の次元とすることができる。図４を参照して、勾配８０が有効にゼロであるか、或いは勾配８２が有効にゼロである特別なケースでは、正味の励起は、空間的に画定されたスラブで化学的シフトの種の範囲の交差のみに実質的な影響を与える。かかる励起は、文献では空間スペクトル励起と呼ばれることがある。
【００６３】
例として、本実施の形態は、脂肪の主要な共鳴が励起されることなしに、空間的なスラブ内で水信号を励起するために使用することができる。なお、本装置で使用される２つの磁場勾配のうちの一方又は他方は、効果的にゼロとなることを理解されたい。幾つかの応用では、空間的に固有のパルスに加えて周波数に固有のパルスが印加され、また、逆の周波数に固有なパルスなしに周波数に固有のパルスが印加される。
【００６４】
他のパルスの逆パルスとして作用するパルスは、多くの方法で規定され又は発生される。典型的なMR制御システムは、送信RFの振幅、位相、オフセット周波数及び基本周波数の制御を可能にする。したがって、先のパルスの影響を元通りにするRFパルスの一部を発生することは、１８０°の正味の位相シフト又は打ち消された振幅により達成される。位相シフトは、瞬間的な周波数シフトの累積された影響により順次発生される。伝導路は、スイッチ又はリバースされることさえある。これらは、本発明の範囲内で、逆パルスを発生する方法の例と考えられる。
【００６５】
変動する成分からなる時間系列でパルスが構成される場合、それらの成分は、RF振幅、RF位相又はRF周波数、或いは勾配振幅を変化させるかどうかを含めて、逆作用（inverse）を規定するための１つの方法が以下に示される。
【００６６】
第一のパルスを短時間の一定の間隔からなる時系列として扱う。逆作用を形成するために、それぞれ一定のセグメントを一点一点のやり方で反転し、全体のシーケンスの時間の順序を逆転する。位相変調パルス又は周波数変調パルスに対するかかる逆作用は、本発明の範囲内であることが意図される。
【００６７】
さらに、設計の自由度は、勾配の振幅を選択することが意図される。たとえば、逆パルスの間、逆パルスの間の勾配は、渦電流を相殺するような他の理由で元のパルスの間に反対の振幅の極性であるとして選択される点で有効である。打ち消された勾配は、共鳴周波数に関して明らかな周波数の反転を生じる。送信RFパルスの周波数成分を反転するために、元のパルスで対応する点の複素共役として、一点一点の方法により時間領域で逆パルスを特定することが可能である。
【００６８】
さらに、前の指向に磁化を戻すパルスを規定することは一般的であることが認識されるべきである。かかる回復パルスは、前のパルスの磁化の軌道を帰線する必要がない。回転フレームでのｘ方向に関して９０°回転であるパルスを考える。逆パルスに関する１つの自然な選択は、時間的に逆転された方法で軌道を効果的に帰線する、ｘに関する−９０°の回転である。
【００６９】
しかし、考慮することができる別の軌道はｙに関する２７０°の回転である。かかるパルスは、縦方向の状態から傾いていた磁化を縦方向の状態に戻すという点で、本発明において要求されたような逆作用をもたらす。
さらに、逆パルスは、その前の位置に磁化を近似的に戻すのみであることが意図される。
【００７０】
本発明は、多くの磁気共鳴技術を達成する用途を見出すものである。先に述べたように、列の励起は、他の画像取得方法と共に動き補正のためのナビゲータの表示の作成において有効である。この技術は、ライン走査の画像形成、より詳細にはライン操作型拡散強調画像形成において有効に使用される。この技術は、空間スペクトル励起を誘導するために使用される。
【００７１】
さらに、この技術は、インタリーブされる方式で多数の分光器のボクセルを励起するために使用される。さらに別の意図される利用では、本発明は領域の飽和を誘導するために使用することができ、これにより、連続するMR操作で検出の前の領域に影響を及ぼす。
【００７２】
本発明は、磁気共鳴の特定のエンドアプリケーションに制限されることを意図するものではなく、本明細書で記載されてきた用途にのみ含まれる範囲に限定されない。この技術は、MR信号生成及び操作に一般に適用されるものであり、これら生成及び操作ステップは、特定の機能又は有用性を達成するために、他の操作又は検出方法と様々なやり方で組み合わせることができる。
【００７３】
特定の用途でのこの技術の有効性は、たとえば、オフレゾナンス効果又は緩和レートにより低減又は制限される。かかる制約の程度は、勾配の強度、勾配のスイッチング速度、主磁場の強さ、磁場の均質性、RF送信磁場B1の強度、磁場B1の一様性及びシミングの手順を少なくとも含む各種要素に依存する。
【００７４】
パルス系列におけるかかる依存性は、磁気共鳴画像形成及び関連分野では当然のことである。この技術の実用的な有効性が良好な技術仕様又は高機能等を得た利用可能なMR装置として変更されるためのパルス系列の技術の例に関する文献が充実している。エコープレーナ画像形成、FISP画像形成、脂肪の飽和、及び高速スピンエコー画像形成は、サブシステムの仕様が変更されるにつれ、実用的な有用性を得ている例である。この技術の特許請求の範囲は、特定の時期で入手可能なスキャナの一般的な性能レベルにより制限されることは意図されない。本発明の実用的に適用した有効性は、ハードウェア性能の仕様等に関連する。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明に係るMRI装置を例示する図である。
【図２Ａ】一連の回転の結果が回転が実行される順序に依存する幾何学的な特性を例示する図である。
【図２Ｂ】一連の回転の結果は回転が実行される順序に依存する幾何学的な特性を例示する図である。
【図２Ｃ】一連の回転の結果は回転が実行される順序に依存する幾何学的な特性を例示する図である。
【図２Ｄ】一連の回転の結果は回転が実行される順序に依存する幾何学的な特性を例示する図である。
【図２Ｅ】一連の回転の結果は回転が実行される順序に依存する幾何学的な特性を例示する図である。
【図２Ｆ】一連の回転の結果は回転が実行される順序に依存する幾何学的な特性を例示する図である。
【図３】磁化が図４のシーケンスに従って操作される２つの交差するスラブを例示する図である。
【図４】本発明に係る励起シーケンスを示すパルス波形である。
【図５Ａ】図３の第一のスラブで図４のシーケンスにより誘導される共鳴周波数で回転する基準フレームに示される磁化操作を例示する図である。
【図５Ｂ】図３の第一のスラブで図４のシーケンスにより誘導される共鳴周波数で回転する基準フレームに示される磁化操作を例示する図である。
【図５Ｃ】図３の第一のスラブで図４のシーケンスにより誘導される共鳴周波数で回転する基準フレームに示される磁化操作を例示する図である。
【図５Ｄ】図３の第一のスラブで図４のシーケンスにより誘導される共鳴周波数で回転する基準フレームに示される磁化操作を例示する図である。
【図６Ａ】図３の他のスラブで共鳴周波数で回転する基準フレームに示される磁化操作を例示する図である。
【図６Ｂ】図３の他のスラブで共鳴周波数で回転する基準フレームに示される磁化操作を例示する図である。
【図６Ｃ】図３の他のスラブで共鳴周波数で回転する基準フレームに示される磁化操作を例示する図である。
【図６Ｄ】図３の他のスラブで共鳴周波数で回転する基準フレームに示される磁化操作を例示する図である。
【図７Ａ】図３のスラブの交点における共鳴周波数で回転する基準フレームに示される磁化操作を例示する図である。
【図７Ｂ】図３のスラブの交点における共鳴周波数で回転する基準フレームに示される磁化操作を例示する図である。
【図７Ｃ】図３のスラブの交点における共鳴周波数で回転する基準フレームに示される磁化操作を例示する図である。
【図７Ｄ】図３のスラブの交点における共鳴周波数で回転する基準フレームに示される磁化操作を例示する図である。
【図１】
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【図４】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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