(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ） イメージングすべき対象を静磁場内に配置する手段と、
（ｂ） ３つの主軸の各々に沿ったスライス選択勾配の存在の下に、３つのＲＦパルスから成るシーケンスを前記対象に印加する手段であって、各々のＲＦパルスが軸線に沿った平面を励振して、関心のある容積からエコーを包括的に誘発している、３つのＲＦパルスから成るシーケンスを前記対象に印加する手段と、
（ｃ） 任意の容積外のアーティファクトを分解して除去するために容積要素の寸法よりも大きい又は容積要素の寸法に等しい分解能で第１及び第３のスライス選択勾配のスライスを位相符号化する手段と、
（ｄ） 励振された各々のカラムと交差し且つ前記第１及び第３のスライス選択勾配の軸線に沿った位相符号化により更に分解された容積から局在スペクトル信号を検出する手段とを備えた容積磁気共鳴分光装置。
【請求項２】
（ｅ） 容積の外側の信号を位相外しする第１及び第３の勾配を印加する手段を更に含んでいる請求項１に記載の容積磁気共鳴分光装置。
【請求項３】
前記位相符号化する手段（ｃ）において、３つの軸線のすべては、少なくとも容積要素の寸法に等しい分解能で位相符号化される請求項２に記載の容積磁気共鳴分光装置。
【請求項４】
前記位相符号化する手段（ｃ）は、位相符号化されていない水基準走査を収集して、該水基準走査を用いてその結果得られたスペクトルの位相合わせ及び渦電流補正を行う請求項２に記載の容積磁気共鳴分光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、全般的には磁気共鳴分光法に関し、更に具体的に言えば、本発明は、単一の走査で容積から局在スペクトルを求めることができる容積分光法（ボリューム・スペクトロスコーピイ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
容積局在化磁気共鳴分光法は、特に脳内の拡散した化学的な変化を招く異常の検出にとって有用且つ日常的な臨床のツール（道具）になっている。関心のある容積内のスピンを直接的に励振し、誘発エコーの利用及びカー・パーセル（Carr-Purcell）エコーの利用を含めて３次元選択を達成するいくつかの手法が知られている。これらの手法によって、単一の走査で局在スペクトルが得られる。例えば点分解分光法（ＰＲＥＳＳ、米国特許第４，４８０，２２８号参照）は、３パルス・シーケンスを用いており、各々のパルスが周波数選択性である。
【０００３】
これらの方法にとって依然として非常に解決の難しい問題の１つは、脳の多くの領域で自然に発生し、ある病巣病理学にとって関心のある領域で起こり得る大きな透磁率勾配の悪影響である。このような勾配は、自動化の失敗を招くか、又はデータを使いものにならなくするようなアーティファクトを招くことがある。このようなアーティファクトは、ＰＲＥＳＳ及び誘発エコーのいずれの収集方法でも発生する。例えばＰＲＥＳＳでは、第１のスライス選択パルス（Ｐ１）又は第３のスライス選択パルス（Ｐ３）の軸線に沿った透磁率勾配は、第２のスライス選択パルス（Ｐ２）の軸線に沿った同じ透磁率勾配よりも、一層アーティファクトを生じさせ易い。このため、勾配の順序を用いて、１つの軸線に沿った透磁率勾配を無効にすることができる。都合の悪いことに、透磁率勾配は必ずしも１つの軸線に限られず、この問題に対する更に一般的な解決が必要である。
【０００４】
【発明の要約】
本発明は、１つの容積要素の分解能又はそれよりも大きな分解能での位相符号化を利用して、このような単一容積要素スペクトルからの透磁率による任意のアーティファクトを分解し、こうして除去する。
本発明の好ましい実施例は、アーティファクトの減少を達成するために、Ｐ１及びＰ３スライス選択軸線に沿った位相符号化を用いている。簡単に言うと、イメージング（作像）しようとする対象を静磁場内に配置し、次に、３つの主軸の各々に沿ったスライス選択勾配の存在の下に、３つのＲＦパルスから成るシーケンスを対象に印加する。各々のＲＦパルスは、印加した勾配軸線に対して垂直な平面を励振する。３つのＲＦパルスは包括的に、各々の励振平面と交差した関心のある容積からエコーを誘発する。重要なことは、位相符号化勾配が、関心のある容積の外側から、透磁率によるアーティファクトを分解して除去するために加えられることである。通常、Ｐ２スライス選択軸線はアーティファクトがなく、正常なスペクトルを発生するのに位相符号化を必要としない。更に、スポイル勾配のシーケンスを印加して、関心のある容積の外側で信号を位相外し（デフェイズ）すると共に、励振された容積全体にわたって水分子スピンを位相外しする。その後、各々の励振平面と交差した容積から局在スペクトル信号を検出する。
【０００５】
更に、分光法画像の分解能を関心のある容積に選択することにより、分光法画像の格子を自動的にシフトさせて、所定の単一容積要素を完全に１つの画素内に捕捉することができる。これにより、分解能が励振された容積よりも小さい場合の従来の分光イメージングの周知の制約的な特徴であった、スペクトル応答関数、及びそれに伴う局在化に対する影響の問題がなくなる。この代わりに、格子の小さなシフトを行わせて、データの後処理におけるある部分的な容積効果及び化学シフトのアーティファクトを除去することができる。
【０００６】
本発明、並びにその目的及び特徴は、以下図面について説明するところから更に容易に理解されよう。
【０００７】
【実施例】
次に、図面について説明すると、図１（Ａ）はＭＲＩシステムにおけるコイル装置を部分的に断面で示す斜視図であり、図１（Ｂ）〜図１（Ｄ）は図１（Ａ）の装置で発生され得る磁場勾配を示す。この装置は、プロシーディングズ・オブ・ジＩＥＥＥ誌、第７１巻第３号（１９８３年３月号）、３３８頁〜３５０頁所載のヒンショー及びレントの論文「ＮＭＲイメージング入門：ブロッホ方程式からイメージング方程式まで」に記載されている。簡単に言うと、一様な静磁場Ｂ0 が、コイル対１０で構成されている磁石によって発生される。円筒１２に巻装することができる複合勾配コイル装置によって、勾配磁場Ｇ（ｘ）が発生される。ＲＦ磁場Ｂ1 がＲＦコイル１４によって発生される。検査すべきサンプルは、ＲＦコイル１４内でＺ軸に沿って位置決めされる。
【０００８】
図１（Ｂ）には、Ｘ勾配磁場が示されており、このＸ勾配磁場は、静磁場Ｂ0 に対して垂直であり、Ｘ軸に沿った距離と共に線形に変化するが、Ｙ軸又はＺ軸に沿った距離によって変化しない。図１（Ｃ）及び図１（Ｄ）は、Ｙ勾配磁場及びＺ勾配磁場を同じ様にそれぞれ示すものである。
図２はＮＭＲ装置の機能的なブロック図である。コンピュータ２０が、ＭＲＩ装置の動作を制御して、それにより検出されたＦＩＤ信号を処理するようにプログラムされている。勾配磁場が勾配増幅器２２によって付勢され（エネルギを与えられ）、ラーモア周波数でＢ1 磁場を発生するＲＦコイルが、送信器２４及びＲＦコイル２６によって制御されている。選択された原子核が励振された後に、ＲＦコイル２６を用いてＦＩＤ信号を検出し、ＦＩＤ信号を受信器２８に送り、その後、処理コンピュータ２０のためにディジタル化器３０に送る。
【０００９】
図３は、シングル・ショット容積選択を用いたときのＲＦパルス、勾配及びエコー信号の一般化した図である。ＲＦパルスＰ１、Ｐ２及びＰ３は、周波数選択性であり、Ｐ１とＰ２との間の遅延時間τ１と、Ｐ２及びＰ３との間の遅延時間τ２とをおいて、関心のある容積に印加される。３つのＲＦパルスは、スライス選択勾配と同時に印加される。勾配（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３及びＧ４）は、各々のＲＦパルスからの自由誘導減衰応答（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３）をスポイルし、２つのスライス選択平面（ＳＥ−Ｌ１，２；ＳＥ−Ｌ２，２；ＳＥ−Ｌ１，３）の交差によって発生されたスピン・エコーをスポイルし、最後に１つの容積エコー（ＳＴＥ−ｖｏｌ又はＳＥ−ｖｏｌ）をスポイルするように計算されている。逆に、勾配の積分は、関心のある容積エコー（例えば、ＳＥ−ｖｏｌ）を完全に位相戻し（リフェイズ）するように計算される。
【００１０】
前に述べたように、容積局在化磁気共鳴分光法は、特に脳内で拡散した化学的な変化を招く異常を検出するための有用且つ日常的な臨床のツールになっている。ＰＲＥＳＳ及び誘発エコーによる収集が、図１及び図２の装置を用いて、容積局在化ＭＲ分光法を実施する公知の２つの手法である。しかしながら、ＰＲＥＳＳ及び誘発エコーのいずれの収集においても、スペクトル・アーティファクトが発生する。両方の方法における所望の信号は、直交する３つのＲＦ／選択平面全部が合流する所で発生される「容積（ボリューム）」エコーである。３つのＲＦパルス（Ｐ１、Ｐ２及びＰ３）を用いて、これらの容積エコーを発生させる。このシーケンス内では、個別の３対のＲＦパルス（即ち、Ｐ１−Ｐ２、Ｐ２−Ｐ３及びＰ１−Ｐ３）によってもエコーが発生され、これらをＳＥ−Ｌ１，２、ＳＥ−Ｌ２，３及びＳＥ−Ｌ１，３と記してある。通常、この結果得られる３つの直交するスピンの線（又はカラム）内の信号の望ましくない部分が、大きな破砕勾配のシーケンスを用いることによりスポイルされる。都合の悪いことに、強い透磁率勾配が存在すると（又は関心のある容積の外側で均質性が急速に低下しても）、スポイリングのみによって除去するには大き過ぎる望ましくないアーティファクト信号が発生することがある。
【００１１】
最悪の場合は、スピンの１つのカラム内の水信号が、水抑圧阻止帯域の外側にシフトして、所望の化学シフト通過帯域に入るときである。この望ましくない信号は、関心のある信号よりも３桁も大きいことがあり、そのため、完全にスポイルすることが困難である。しかしながら、ＳＥ−Ｌ１，３はＳＥ−Ｌ１，２よりも一層効率的にスポイルされ、ＳＥ−Ｌ２，３よりも更に効率的にスポイルされることがよく知られているので、勾配の順序が助けになる。即ち、強い透磁率又は均質性の勾配が例えばＹ軸に沿って存在する場合、ＸＹＺ又はＺＹＸの勾配の順序を用いることが最もよい。このスライス選択勾配は、（Ｘ及びＺスライス選択によって発生される）厄介なＹ軸に沿ったスピンのカラムを強制的にＳＥ−Ｌ１，３エコーにし、このエコーは、最も効率よく破砕することができる。しかしながら、透磁率の勾配は、必ずしも１つの軸線に限られない。
【００１２】
図４（Ａ）〜図４（Ｆ）は、検査する容積内にＹ軸に沿って透磁率勾配があることにより容積分光法でアーティファクトが存在することを示している。第１のスライス選択（Ｐ１）又は第３のスライス選択（Ｐ３）の軸線に沿った透磁率勾配により、図４（Ｃ）〜図４（Ｆ）に示すようなアーティファクトが発生する。しかしながら、第２のスライス選択（Ｐ２）の軸線に沿った同じ透磁率勾配は、このようなアーティファクトがないはずであり、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すような正常のスペクトルを発生する。従って、勾配の順序を用いて、１つの軸線に沿った透磁率勾配を無効にすることができるが、勾配が２つ又は更に多くの軸線に沿っている場合には、勾配の順序を用いることができない。
【００１３】
本発明によれば、Ｐ１及びＰ３スライス軸線で単一の容積要素（ボクセル）の分解能で位相符号化を用いることにより、単一の容積要素のスペクトルからの透磁率によるアーティファクトを分解して除去する。この分解能は、単一容積要素分光法で１次元位相符号化によって収集する場合を図５に示してあり、２次元位相符号化の単一容積要素分光法の場合を図６に示してある。従来の通常の単一容積要素の収集は、残留アーティファクトを含んでいるが、位相符号化を用いた収集は、残留アーティファクトを減少させるか又は除去する。空間的な局在化の主な方法としての位相符号化は、当該分野で周知である。例えば、１９９２年にシュプリンガー・フェルラーク発行のディール等の「ＮＭＲ基本原理と進歩」、特にデコープス及びブルジョワによる位相符号化手法の項を参照されたい。従来のイメージング及び分光方法では、位相符号化は、容積を分解するために、又はスピンのスライス（若しくはスラブ）を更に分解するために用いられている。本発明では、スライス選択を用いて、関心のある容積を定めている。位相符号化は、容積外の透磁率によるアーティファクトを除去するためにだけ用いられている。
【００１４】
本発明は、マグネティック・レゾナンス・イン・メディスン誌３１；３６５−３７３（１９９４年）、３６５頁〜３７３頁所載のウェッブ等の論文「自動化された単一容積要素プロトンＭＲＳ：技術的な発展と多方面の検証」に記載されたＰＲＯＢＥ（プロトン脳検査）方式で容易に実施される。更に、自動化ＰＲＯＢＥ方式を用いるときに、ＳＩ格子を自動的にシフトさせて、所定の単一容積要素を捕捉することができる。水基準データを収集し、前掲のウェブ等の論文に記載されているように適用することができる。抑圧されていない水信号は、容積外のどの透磁率によるアーティファクトに比べても大きく、従って、位相符号化を用いて収集する必要がない。
【００１５】
関心のある容積を定めるためにＲＦパルスと共に位相符号化が選択的に用いられている容積磁気共鳴分光方法は、イメージングされたデータにおける透磁率によるアーティファクトを減少させる上でうまくいくことが立証された。本発明を特定の実施例について説明したが、この説明は本発明を例示するものであって、本発明を制約するものと解すべきではない。特許請求の範囲によって画定された本発明の要旨を逸脱せずに、当業者には種々の変更及び用途が考えられよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（Ａ）〜図１（Ｄ）は通常のＭＲＩ装置の構成及びその内部で発生される磁場を示す図である。
【図２】ＭＲＩ及び分光装置の機能的なブロック図である。
【図３】本発明に従って容積分光法を実施するときのＲＦパルス、勾配及びエコー信号を示すグラフである。
【図４】図４（Ａ）〜図４（Ｆ）は正常なスペクトル及びアーティファクトと共に勾配スライス選択の順序を示すグラフである。
【図５】本発明に従った透磁率によるアーティファクトの分解を例示するグラフである。
【図６】本発明に従った透磁率によるアーティファクトの分解を例示するグラフである。
【符号の説明】
１０  コイル対
１２  円筒
１４、２６  ＲＦコイル
２０  コンピュータ
２２  勾配増幅器
２４  送信器
２８  受信器
３０  ディジタル化器
【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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