(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置の制御手段が、装置に備わる各手段を順次制御することにより、関心領域から収集されたＮＭＲデータから画像を生成する方法であって、
（ａ）前記関心領域に分極磁場発生手段が分極磁場を印加する工程と、
（ｂ）ＲＦ励起パルス発生手段が前記関心領域内のスピンの横磁化を発生するＲＦ励起パルスを印加する工程と、
（ｃ）第１の磁場パルス発生手段が１つの画像軸に沿って配向した勾配を有している第１の磁場パルスを印加する工程と、
（ｄ）第２の磁場パルス発生手段が第２の画像軸に沿って配向すると共に前記第１の画像軸と垂直に配向した勾配を有している第２の磁場パルスを、前記ＲＦ励起パルスを印加した後に所定の時間間隔を空けて印加する工程と、
（ｅ）ＮＭＲ信号収集手段が前記第２の磁場パルスの印加中にＮＭＲ信号を収集して、ｋ空間の１つの次元に沿った一組の信号サンプルを発生する工程と、
（ｆ）印加される前記第１の磁場パルスを漸次変化させると共に前記ＲＦ励起パルスと前記第２の磁場パルスとの間の前記所定の時間間隔を漸次シフト（ΔＴ）させながら、前記工程（ａ）〜（ｅ）を繰り返し、これによりｋ空間の第２の次元を画定する追加の組の信号サンプルを収集する工程と、
（ｇ）データ処理手段がｋ空間の前記第１及び第２の次元の各々に沿った前記信号サンプルの各組をフーリエ変換することにより画像を生成する工程とを備えたＮＭＲデータから画像を生成する方法。
【請求項２】
前記ＲＦ励起パルスは、選択パルスであり、１つの前記画像軸に沿って配向した勾配を有しているスラブ選択パルスが、前記選択ＲＦ励起パルスと同時に印加される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記漸次変化（ΔＴ）は、前記ＲＦ励起パルスが印加される時刻をシフトさせることにより達成される請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記漸次変化（ΔＴ）は、第２の磁場パルスが印加される時刻をシフトさせることにより達成される請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ＲＦ励起パルスは、選択パルスであり、前記第１の磁場パルスの一部は、前記選択ＲＦ励起パルスの印加中に印加される請求項１に記載の方法。
【請求項６】
装置の制御手段が、装置に備わる各手段を順次制御することにより、関心領域から収集されたＮＭＲデータから画像を生成する方法であって、
（ａ）分極磁場発生手段が前記関心領域に分極磁場を印加する工程と、
（ｂ）第１の磁場発生手段が１つの画像軸に沿って配向した勾配を有している第１の磁場を印加する工程であって、該第１の磁場は、一組の第２の勾配パルスからある時間の２分の１だけ隔てられた第１の勾配パルスとして印加され、該第２の勾配パルスの組内の該勾配パルスは、前記ある時間だけ互いに隔てられている、第１の磁場を印加する工程と、
（ｃ）第２の磁場発生手段が第２の画像軸に沿って配向した勾配を有している第２の磁場を印加する工程であって、該第２の磁場は、一組の第３の勾配パルスを含んでおり、該一組の第３の勾配パルスは、前記第２の勾配パルス内の対応する各パルスの後に印加されると共に前記ある時間だけ互いに隔てられている、第２の磁場を印加する工程と、
（ｄ）ＲＦパルス発生手段が前記第１の勾配パルスの印加中に発生されるＲＦ励起パルスと、該ＲＦ励起パルスの後に続いており、前記第２の勾配パルスの連続した各パルスの印加中に発生される一組のリフォーカシングＲＦパルスとを含んでいる一連のＲＦパルスを発生する工程であって、前記ＲＦ励起パルスは、前記第１のリフォーカシングＲＦパルスから前記ある時間の２分の１だけ隔てられており、前記リフォーカシングＲＦパルスの各々は、前記ある時間だけ互いに隔てられている、一連のＲＦパルスを発生する工程と、
（ｅ）ＮＭＲ信号収集手段が記第３の勾配パルスの各々の印加中にＮＭＲ信号を収集して、ｋ空間の１つの次元に沿った一組の信号サンプルを発生する工程と、
（ｆ）前記一連のＲＦパルスを漸次シフト（ΔＴ）させながら、前記工程（ａ）〜（ｅ）を繰り返し、ｋ空間の第２の次元を画定する追加の組の信号サンプルを収集する工程と、
（ｇ）データ処理手段がｋ空間の前記第１及び第２の次元の各々に沿った前記信号サンプルの各組をフーリエ変換することにより画像を生成する工程とを備えたＮＭＲデータから画像を生成する方法。
【請求項７】
前記一連のうちの前記ＲＦパルスの各々は、選択ＲＦパルスである請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ＲＦ励起パルスは、実質的に９０°のフリップ角を有しており、前記リフォーカシングＲＦパルスの各々は、前記ＲＦ励起パルスのフリップ角の実質的に２倍のフリップ角を有している請求項６に記載の方法。
【請求項９】
第３の画像軸に沿って配向した勾配を有している第３の磁場を、前記第３の勾配パルスの各々の印加に先立って第４の勾配パルスとして印加し、収集された信号をｋ空間の第３の次元に沿って位相エンコーディングする請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
関心領域から収集されたＮＭＲデータから画像を生成する装置であって、
（ａ）前記関心領域に分極磁場を印加する手段と、
（ｂ）前記関心領域内のスピンの横磁化を発生するＲＦ励起パルスを印加する手段と、
（ｃ）１つの画像軸に沿って配向した勾配を有している第１の磁場パルスを印加する手段と、
（ｄ）第２の画像軸に沿って配向すると共に前記第１の画像軸と垂直に配向した勾配を有している第２の磁場パルスを、前記ＲＦ励起パルスを印加した後に所定の時間間隔を空けて印加する手段と、
（ｅ）前記第２の磁場パルスの印加中にＮＭＲ信号を収集して、ｋ空間の１つの次元に沿った一組の信号サンプルを発生する手段と、
（ｆ）印加される前記第１の磁場パルスを漸次変化させると共に前記ＲＦ励起パルスと前記第２の磁場パルスとの間の前記所定の時間間隔を漸次シフト（ΔＴ）させながら、前記手段（ａ）〜（ｅ）を繰り返して動作させ、これによりｋ空間の第２の次元を画定する追加の組の信号サンプルを収集する手段と、
（ｇ）ｋ空間の前記第１及び第２の次元の各々に沿った前記信号サンプルの各組をフーリエ変換することにより画像を生成する手段とを備えたＮＭＲデータから画像を生成する装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明の分野は、核磁気共鳴作像の方法及びシステムである。更に具体的には、本発明は、３次元ＮＭＲ画像データのマルチスラブ収集に関する。
【０００２】
【従来の技術】
人体組織のような物体が均一な磁場（分極磁場Ｂ0 ）にさらされるとき、組織内のスピンの個々の磁気モーメントは、この分極磁場に沿って整列しようとするが、各スピン固有のラーモア周波数において乱雑な状態で磁場の周りを歳差運動している。物体、即ち組織が、ｘ−ｙ平面内に存在すると共にラーモア周波数に近い磁場（励起磁場Ｂ1 ）にさらされると、正味の整列モーメントＭz は、ｘ−ｙ平面に向かって回転する、即ち「傾斜する」ことが可能であって、その結果、正味の横（方向）磁気モーメントＭt を発生する。励起したスピンによって信号が放出され、励起信号Ｂ1 を停止させた後に、この信号を受信すると共に処理して画像を形成することができる。
【０００３】
これらの信号を利用して画像を生成するときに、磁場勾配（Ｇx 、Ｇy 及びＧz ）が用いられる。典型的には、作像される領域は、一連の測定サイクルによって走査されており、これらのサイクルにおいて、上述の勾配は、使用されている特定の局在化方法に従って変化する。結果として得られる一組の受信されたＮＭＲ信号をディジタル化すると共に処理し、多くの周知の再構成技術のうちの１つを用いて画像が再構成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ＮＭＲ信号が収集されて画像が生成されるような領域を局在化させる１つの方法は、当業界では「スライス選択」技術又は「スラブ選択」技術と呼ばれている。ある軸（例えば、ｚ軸）に沿って磁場勾配が印加されると共に、選択ＲＦ励起パルスが印加される。選択ＲＦ励起パルスの周波数は、分極磁場Ｂ0 と印加された磁場勾配Ｇz との和がラーモア共鳴の条件を満たすようなｚ軸に沿った位置にある励起されたスピンについて共鳴を確立する。分極磁場Ｂ0 が作像領域の全体にわたって均一であり且つ勾配磁場Ｇz が完全に形成されているならば、スピンの平坦なスライス又はスラブが励起される。スライスの位置は、選択ＲＦ励起パルスの中央周波数によって決定され、スライスの厚みは、選択ＲＦ励起パルスのバンド幅によって決定される。このような理想的なスライスを図２に示す。
【０００５】
しかしながら、分極磁場Ｂ0 は完全には均一でないので、実際にはスピン励起によるスライス選択方法は完全ではない。発生された分極磁場Ｂ0 に不均一性が存在するばかりでなく、対象がビュー領域（ＦＯＶ）内に配置されているときに、磁化率の効果によってＢ0 磁場が更に歪められると共に化学シフトの効果が作用し始める。その結果、励起されたスライスはもはや、平坦な平面内ではなく、図３に示すような複雑な等高線を成す平面内にある。
【０００６】
殆どのＭＲＩパルス・シーケンスにおいて、選択されたスライスの歪みは重大な問題ではない。しかしながら、スライス選択を用い、次いで収集されたＮＭＲ信号を更に局在化するために同じ軸に沿って位相エンコーディングを用いる場合がある。位相エンコーディングは分極磁場Ｂ0 には依存しないので、位相エンコーディングが選択する領域は、磁場の不均一性によって歪められることはなく、従って、選択されたスライスの形状に一致しなくなる。
【０００７】
このような状況を図４に示す。この場合には、ｚ軸に沿ったスラブ選択と、同じ軸に沿った位相エンコーディングとを併用して３次元ＮＭＲデータが収集されている。この方法は、例えば米国特許第４，４３１，９６８号「選択励起を用いた３次元ＮＭＲ作像方法」（"Method of Three-Dimensional NMR Imaging Using Selective Excitation"）に記載されており、本特許はここに参照されるべきものである。Ｂ0 磁場の不均一性の故に、３つのスラブ１０、１１及び１２は平坦ではなく、その代わりに、歪められて複雑な彎曲した空間を成す。一連の３次元フーリエ変換収集を行って各々の励起されたスラブ１０〜１２からＮＭＲ画像データを収集し、位相エンコーディングを用いてｚ軸に沿って局在化を行うので、ＮＭＲデータの３次元配列は、ｚ軸に沿って配置された連続した平坦なスライス１４内に位置したサンプルを表している。スラブ１０、１１及び１２の間の境界ではスラブ境界が彎曲しているので、３次元データの平坦なスライス１４は、これらのスライスを含む励起されたスラブの境界と一致しなくなる。これにより、再構成された３次元画像のスラブ境界に暗い帯（バンド）が生成する。この帯は、当業界では「ベネチアン・ブラインド」・アーティファクトとして知られている。このアーティファクトは、分極磁場の強度が高く、高速スピン・エコー・パルス・シーケンスを用いて３次元ＮＭＲデータを収集している場合に特に厄介なものである。
【０００８】
【本発明の概要】
本発明は、そのＮＭＲデータから画像を再構成することのできるＮＭＲデータを収集する方法である。この方法において、ＮＭＲデータは、１つの画像座標方向に沿って配向した勾配磁場の存在下でＮＭＲ信号を収集することにより、この１つの画像座標方向に沿って周波数エンコーディングされると共に、第２の画像座標方向に沿って配向した位相エンコーディング勾配磁場の値を段階的に変化させるたびにＮＭＲ信号の収集の相対的なタイミングをシフトさせることにより、この第２の画像座標方向に沿って効果的に周波数エンコーディングされる。相対的タイミングのシフトは、作像パルス・シーケンスの最中にＮＭＲ信号が収集される時刻を変化させることによるか、又は横磁化を発生するＲＦパルスのタイミングを変化させることにより達成され得る。
【０００９】
本発明の一般的な目的は、選択ＲＦパルスとスラブ選択勾配とによって励起されたスピンのスラブ内でスピンを位置決めすることにある。スラブ選択勾配と同じ軸に沿って配向した位相エンコーディング勾配を段階的に変化させると同時に、収集されるＮＭＲ信号の相対的タイミングをシフトさせることにより、信号を発生するスピンがスラブ選択軸に沿ったスラブ内で位置決めされる。分極磁場の不均一性に起因する選択されたスラブの形状のあらゆる変則性は、このスラブ内でスピンを位置決めする本「仮想的」周波数エンコーディング方法によって正確に整合させられる。
【００１０】
本発明のもう１つの目的は、スピンを局在化するスラブ選択方法とスラブ内でスピンを位置決めする位相エンコーディング方法との不整合に起因する３次元画像内の画像アーティファクトを抑制することにある。スラブ選択軸に沿った仮想的周波数エンコーディングを用いることにより、収集されたＮＭＲデータの３次元配列の形状が、励起されたスラブの形状と正確に整合する。その結果、スラブの境界におけるＮＭＲ信号が、励起されたスピンの磁気共鳴を精密に反映すると共に、再構成された画像内の暗い領域が除去される。
【００１１】
【本発明の一般的な記載】
【００１２】
【数１】
0003850495.tif 000002
【００１３】
【数２】
0003850495.tif 000003
【００１４】
ここで、もう１つの座標Ｓ（物理的次元は距離である）を定義している。一定値のＳは、選択中の一定値の共鳴周波数に対応していると共に、等（equi）選択周波数（又はequi−Ｓ）と呼ぶことのできる２次元表面を画定している。一般的に言えば、ΔＢ0 がゼロである場合又は選択勾配Ｇs が極めて高い場合以外は、equi−Ｓは平面Ｚ＝ｃｔｅではない。
【００１５】
equi−Ｓの曲率は、２次元作像ではさほど重要ではない。Ｚ方向に平行な投影は、Ｘ−Ｙ平面上で作像され、この投影は、２つのiso （異）−Ｓ、Ｓ＝Ｓ0 −σ／２とＳ＝Ｓ0 ＋σ／２との間に包含されているρを分配したものである。このときσはスライス厚みである。表面Ｓ＝Ｓ0 に対する法線がＺ軸とさほど大きな角を成さないならば、再構成された画像の形状及び大きさにおける歪みは無視できるものである。しかしながら３次元においては、この効果は劇的なものであり得る。なぜなら、関係してくるのは法線の角度ではなく、表面Ｓ0 の高度Ｚの変化であるからである。２次元作像については２次（ΔＢ0 内）のものであった作像過程に対する作用が、３次元作像においては１次のものとなるのである。
【００１６】
【数３】
0003850495.tif 000004
【００１７】
問題は、フーリエ変換が、座標Ｓではなく座標Ｚに沿って対象を再構成するという事実から生じている。ビュー領域Ｌz にわたってＺに沿ってエンコーディングするには、γを乗じたエンコーディング勾配積分の１段階
【００１８】
【数４】
0003850495.tif 000005
【００１９】
が必要である。例えば、Ｌz が選択されたスラブのＦＷＨＭ（半値幅）に等しいならば、Ｎ3 回のエンコーディング工程を行うことにより、所望の分解能（スライス厚み）σ＝Ｌz ／Ｎ3 を有するＮ3 個のスライスを再構成することができる。Ｎ3 個の収集スライスから成る一組のうち、Ｎkpt 個のスライスのみがスラブ・プロファイルの平坦な部分に属しており、これらのスライスのみが視覚化に用いられる。この平坦な部分の範囲をｌz と表記すると、ｌz ＝Ｎkpt σである。次いで、互いにｌz だけ隔てられたいくつかのスラブを収集することにより、３次元マルチスラブ収集はすべての空間を網羅することになる。
【００２０】
問題の核心は、最終的にスライスを単離するのに２つの分離した過程を用いているという事実にある。即ち、１つ目はＲＦ選択であり、２つ目は続いて行われる位相エンコーディングであって、各々の過程は、空間の２つの異なる座標ＳとＺとを画定している。これら２つの座標を一致させてこれらの座標を等しくしなければならない。そのために、先ずグラディエント・リコールド・エコー（ＧＲＥ）・パルス・シーケンスについての解決法を、次いで高速スピン・エコー（ＦＳＥ）・パルス・シーケンスについての解決法を考察する。
【００２１】
【数５】
0003850495.tif 000006
【００２２】
位相エンコーディング勾配は、所定の法則、例えば、信号収集次数（ｎ2 ，ｎ3 ）の関数として直線的であるという法則に従って、レファランス時間における磁化の位相を変化させる。
【００２３】
【数６】
0003850495.tif 000007
【００２４】
ここで、δｋy 及びδｋz は、漸次増大するエンコーディング・ローブの時間積分にγを乗じたものである。再構成される画像の第３の座標Ｚを座標Ｓに一致させるために、δｋz を含む項においてＺをＳに置き換える。
【００２５】
【数７】
0003850495.tif 000008
【００２６】
この式は、以下のように書き換えると更に明確になる。
【００２７】
【数８】
0003850495.tif 000009
【００２８】
δＴの物理的次元は、その名称が示唆するように時間である。物理的にδＴは、一定の大きさＧs の勾配によって波数増分δｋz を発生するのに必要な時間を表している。即ち換言すれば、δＴは、一定の勾配Ｇs によってＦＯＶ（Ｚに沿った）の２つのエッジに位置したプロトンの位相を２πだけずらす（ディフェイズする）のに必要な時間である。同様に、Ｔ＝ｎ3 ×δＴは、一定の勾配Ｇs によって所望の分解能（スライス厚み）だけ隔てられた２つのプロトンの位相を２πだけずらすのに必要な時間である。
【００２９】
方程式（２）を踏まえて、レファランス点において、通常の勾配エンコーディングｎ3 δｋz に加えて、磁化が時間ｎ3 δＴの間にΔＢ0 によるディフェイジング（位相をずらすこと）を受けるようにパルス・シーケンスを改変する。この改変は、素朴な形では、レファランス点を（サンプリング・トレイン及び読み出し勾配と共に）ｎ3 ×δＴだけシフトさせることにより実現される。勿論、この可変的な時間に適合するように、エンコーディングの終点と、信号サンプリングの始点との間に不動時間Ｔ／２を加算しなければならない。又、方程式（２）をｎ3 ×δＴによって完全に書き換えることができる。
【００３０】
【数９】
0003850495.tif 000010
【００３１】
この式は、選択時間そのものが、可変時間によるエンコーディングに用いられ得ることを示している。実際にはこの手段は、第３の方向についてのすべてのエンコーディング・ローブを抑制すると共に、ＲＦパルスの両側で選択勾配の平坦な部分をＴ／２ずつ増大させる。従って、リフェイジング（再位相合わせ）・ローブを調節して、ＲＦパルスの印加中の位相の増加γＧs （Ｔ／２）Ｓを補正する。次いでエンコーディングを行うために、増大した選択勾配ウィンドウ内でＲＦパルスの中央の位置を（−ｎ3 ×δＴ）だけシフトさせて、方程式（３）で表されている位相を作り出す。
【００３２】
この解決法は、この勾配波形に関わるシーケンスがすべての信号収集について一定に留まっており、ＲＦパルスのみが前後に移動しているので、最初の解決法よりも好ましい。結果として、渦電流による変動は殆ど又は全く発生しない。
高速スピン・エコー・パルス・シーケンスは、いくつかのゼロ位相点を含んでいる。即ち、フリップ・パルスの中央、及びすべての（ΔＢ0 ）エコー時間（即ち、２つのリフォーカシング（再収束）・パルスの間の中間位置）である。又、信号サンプリング・トレインと一定の読み出し勾配Ｇr とで構成されている各々の読み出し時間に対してレファランス点を結びつけることができる。このレファランス点を、エンコーディングが実行されていないときには（名目的シーケンス）、対応するエコーのゼロ位相点と一致するように配置する。ＲＦパルス・シーケンスに対して適用するときには、解決法はＣＰＭＧ（Carr-Purcell-Meiboom-Gill ）条件を保持していなければならない。
【００３３】
２つの連続したリフォーカシング・パルスの中央の間での１つのプロトンのディフェイジングは、そのプロトンがフリップ・パルスの中央と第１のリフォーカシング・パルスの中央との間で経験するディフェイジングの２倍でなければならない。フリップ・パルスの位相は、すべての選択共鳴周波数について、それら自体が同位相にある複数のリフォーカシング・パルスに対して直角位相になければならない。
【００３４】
勾配の時間積分に対してＣＰＭＧ条件が及ぼす帰結は、以下の通りである。即ち、２つのリフォーカシング・パルスの中央の間にあるすべての勾配積分又は不均一性積分の値は、フリップ・パルスの中央と第１のリフォーカシング・パルスの中央との間での勾配積分又は不均一性積分のそれぞれの値の厳密に２倍でなければならない。
【００３５】
ＦＳＥパルス・シーケンスについての第１の解決法は、グラディエント・リコールド・エコー・シーケンスについての解決法の直接的な拡張である。各々のエコーを別個に考える。ゼロ位相点があり、ΔＢ0 エコー時間がある。又、サンプリング・トレイン及び読み出し勾配に関するレファランス点がある。ゼロ位相点の定義の変更を別にすれば、ＧＲＥパルス・シーケンスに適用されたものと同じ論法及び方程式（２）がここでも完全に有効である。
【００３６】
この解決法を実現するためには、ＲＦ又はいかなるエンコーディング・ローブをも変更することなく、ただ各々のエコーの読み出し部分（レファランス点）を取り出して、この部分をΔＢ0 エコー時間から遠去かるように値ｎ3 ×δＴだけ前後に移動させる。勿論、各々のリフォーカシング・パルスの間の分離は、読み出し部分のこのシフトに適合し得るようにＴだけ増大させられる。フリップ・パルスと第１のリフォーカシング・パルスとの間の分離も又、ΔＢ0 に対するＣＰＭＧ条件を保持するようにＴ／２だけ増大させなければならない。これは、ＣＰＭＧ条件を保持するための唯一の要件である。なぜなら、各ＲＦパルスの間の勾配積分の値は変化していないからである。
【００３７】
拡張すれば、勾配積分は、読み出し部分のいかなるシフトについてもＲＦパルスの間で変更されていないので、各々のエコーについて異なるｋz エンコーディングを実行することもできる（即ち、１つのエコーと次のエコーとでｎ3 を変化させることができる。）。
ＦＳＥパルス・シーケンスについてのもう１つの解決法は、すべてのエコーについて一定のエンコーディングを用いるものである。この解決法では、先ずすべてのＺ方向の位相エンコーディング・ローブを削除する。そして、元来のＲＦパルス（フリップ・パルス及び各リフォーカシング・パルス）の両側で選択勾配の平坦な部分をＴ／２だけ増大させる。但し、このとき勾配リフォーカシング時間の終点においてＧz のゼロ積分を保存するために、フリップ・パルスの後のＧz 勾配のリフォーカシング・ローブを適合させることを忘れないようにする。これにより、最小のエコー間隔が少なくともＴだけ延長される。次いで、（ｎ3 ×δｋz ）のエンコーディングを行うために、すべてのＲＦパルスをブロックごとに−（ｎ3 ×δＴ）だけ単に移動させる。
【００３８】
この操作がＣＰＭＧ条件に違反しないことを検査すると共に、所望の第３の方向についての位相エンコーディングを実行するために、単にスラブを切断して無限に小さいスライスＳ0 ，Ｓ0 ＋ｄＳとする。すべてのパルスを（ｎ3 ×δＴ）だけ時間シフトさせることによる影響は、フリップ・パルスの終点における横磁化の位相を（ｎ3 ×δｋz ）Ｓ0 だけ変化させること、及び同一のequi−Ｓ0 においてすべてのリフォーカシング・パルスの軸を同一の量だけ回転させることと同等である。従って、各々のスライス（Ｓ0 ，Ｓ0 ＋ｄＳ）を見ると、ＣＰＭＧ条件は保持されており、各エコー時間における信号は、同一の位相（ｎ3 ×δｋz ）Ｓ0 だけ回転している（即ち、第３の方向に沿った所望のエンコーディングが行われている。）。
【００３９】
ＣＰＭＧ条件には２つの種類がある。ＣＰＭＧ条件自体は、９０°（フリップ・パルス）が一定の位相リフォーカシング・パルスのトレインと直角位相にある場合についてのものである。もう１つの修正ＣＰＭＧとして知られている条件は、フリップ・パルスと各リフォーカシング・パルスとが、同一の軸上で印加されているが、リフォーカシング・パルスの符号が１パルス置きに変化する場合についてのものである。修正ＣＰＭＧシーケンスは、ＣＰＭＧシーケンスではあるが、回転フレーム内で見れば、各々のリフォーカシング・パルスの間で角πだけ回転したＣＰＭＧシーケンスである。この結果は、ＣＰＭＧと矛盾がなく、実際にδｆ0 だけ偏位した回転フレーム内のスピンを見れば、フリップ・パルスと第１のリフォーカシング・パルスとの間に位相変化δｆ0 Ｔe ／２を加算すると共に各々のリフォーカシング・パルスの間にδｆ0 Ｔe を加算することと同等である。これらの比は１：２であり、定義に矛盾しない。次いで、各々のパルスのレファランス位相がそれらのパルスの中央の時間位置の関数として線形的に変化し得るというもう１つの自由度を用いる（これは、もう１つの回転フレーム内でＲＦパルスを見ることと同等である。）。前の段落で述べたように、（パルスを名目的な時間位置から遠去けてシフトさせることにより、）フリップ・パルスによって選択されたスラブを横切る線形的な位相変化を作り出す。
【００４０】
【数１０】
0003850495.tif 000011
【００４１】
しかしながら、複数のリフォーカシング・パルス（ｉ＝１，…と番号を付ける）については、以下のように変化するレファランス位相を採用する。
【００４２】
【数１１】
0003850495.tif 000012
【００４３】
（やはりリフォーカシング・パルスの各々を、各々のパルスについて別個に適当な時間だけシフトさせることにより）。フリップ・パルスと第１のリフォーカシング・パルスとの間の位相増分はＳΔＫ／２であり、各々のリフォーカシング・パルスの間の増分はＳΔＫであるので、ＣＰＭＧ条件はここでも満たされている。各々のエコー（ｉ＝１，…）において受信される信号の位相は、
【００４４】
【数１２】
0003850495.tif 000013
【００４５】
である。エコー番号の関数として線形的に変化し得る第３の方向に沿ったエンコーディングを行うと共に、２次元ＦＳＥ又は３次元ＦＳＥにおいてＹ方向について典型的に実施されてきたのと同じように、パラメータｋz 0 及びΔＫを用いて所要のｋz の値の収集を異なる方式でインタリーブすることができる。
ｋz 0 ＝０であると仮定すると、ｉ番目のＲＦパルスのシフトは、
0003850495.tif 000014
である。
【００４６】
この式は、エコー間隔Ｔe ＋ΔＴを有するＲＦのＣＰＭＧトレインに対応しており、ここでＴe は、各読み出し時間（及び他のすべての勾配）のエコー間隔である。このように、ＲＦトレイン及びエコー信号は、読み出し時間の中央から遠去かって規則的に（各エコーにおいてΔＴだけ余分に）シフトし、線形的に変化し得るエンコーディングを提供する。これに加えて、前の段落で実施したのと同じように、すべてのＲＦパルスについて大域的に時間をシフトさせることにより、ｋz 0 に対応するコーディングを行うこともできる。
【００４７】
【実施例】
先ず、図１を参照すると、同図には、本発明を組み込んだ好適なＭＲＩシステムの主要な構成要素が示されている。システムの動作は、オペレータ・コンソール１００から制御され、オペレータ・コンソール１００は、キーボード兼制御パネル１０２と、ディスプレイ１０４とを含んでいる。コンソール１００はリンク１１６を介して、独立した計算機システム１０７と交信しており、計算機システム１０７は、オペレータによるスクリーン１０４上での画像の生成及び表示の制御を可能にしている。計算機システム１０７は、バックプレーンを介して互いに交信している多数のモジュールを含んでいる。これらのモジュールは、画像処理モジュール１０６と、ＣＰＵモジュール１０８と、画像データ配列を記憶するフレーム・バッファとして当業界で知られているメモリ・モジュール１１３とを含んでいる。計算機システム１０７は、画像データ及びプログラムを記憶するためのディスク記憶装置１１１及びテープ駆動装置１１２に結合されていると共に、高速シリアル・リンク１１５を介して別個のシステム制御装置１２２と交信している。
【００４８】
システム制御装置１２２は、バックプレーン１１８によって互いに接続された一組のモジュールを含んでいる。これらのモジュールは、ＣＰＵモジュール１１９と、パルス発生器モジュール１２１とを含んでおり、パルス発生器モジュール１２１は、シリアル・リンク１２５を介してオペレータ・コンソール１００と接続している。リンク１２５を介して、システム制御装置１２２は実行されるべき走査シーケンスを指示する命令（コマンド）をオペレータから受信する。パルス発生器モジュール１２１は、システムの構成要素を動作させて所望の走査シーケンスを実行する。モジュール１２１は、発生されるべきＲＦパルスのタイミング、強度及び形状、並びにデータ収集ウィンドウのタイミング及び長さを指示するデータを発生する。パルス発生器モジュール１２１は、一組の勾配増幅器１２７に接続されており、走査中に発生される勾配パルスのタイミング及び形状を指示する。パルス発生器モジュール１２１は又、患者に接続された多数の異なるセンサからの信号、例えば電極からの心電図（ＥＣＧ）信号又はベローからの呼吸信号を受信する生理学データ収集制御装置１２９から患者のデータを受信する。そして最後に、パルス発生器モジュール１２１は、患者の状態及びマグネット・システムの状態と関連している様々なセンサからの信号を受信する走査室インタフェイス回路１３３に接続している。走査室インタフェイス回路１３３を介して、患者位置決めシステム１３４も又、所望の走査位置に患者を移動させるための命令を受信する。
【００４９】
パルス発生器モジュール１２１によって発生された勾配波形は、Ｇx 増幅器と、Ｇy 増幅器と、Ｇz 増幅器とで構成されている勾配増幅器システム１２７に印加される。各々の勾配増幅器は、全体的に参照番号１３９を付したアセンブリ内の対応する勾配コイルを励起して、位置エンコーディング信号の収集に用いられる磁場勾配を発生する。勾配コイル・アセンブリ１３９は、マグネット・アセンブリ１４１の一部を形成しており、マグネット・アセンブリ１４１は、分極マグネット１４０と、全身型ＲＦコイル１５２とを含んでいる。システム制御装置１２２内の送受信モジュール１５０はパルスを発生し、これらのパルスは、ＲＦ増幅器１５１によって増幅されると共に、送信／受信（Ｔ／Ｒ）スイッチ１５４によってＲＦコイル１５２に結合される。患者内の励起核によって放出された結果として生ずる信号は、同じＲＦコイル１５２によって検知され得ると共に、送信／受信スイッチ１５４を介して前置増幅器１５３に結合される。増幅されたＮＭＲ信号は、送受信器１５０の受信部において復調され、濾波されると共にディジタル化される。送信／受信スイッチ１５４は、パルス発生器モジュール１２１からの信号によって制御されて、送信モード中にはＲＦ増幅器１５１をコイル１５２に電気接続し、受信モード中には前置増幅器１５３をコイル１５２に電気接続する。送信／受信スイッチ１５４は又、送信モード又は受信モードのいずれの場合でも、分離型ＲＦコイル（例えば、頭部コイル又は表面コイル）を用いることを可能にしている。
【００５０】
ＲＦコイル１５２によって捕えられたＮＭＲ信号は、送受信モジュール１５０によってディジタル化されると共に、システム制御装置１２２内のメモリ・モジュール１６０へ転送される。走査が完了してデータ配列全体がメモリ・モジュール１６０内に収集されたときに、アレイ・プロセッサ１６１が動作してこのデータを画像データ配列へフーリエ変換する。このフーリエ変換は、収集されたＮＭＲデータの各々のｋ空間次元に沿って実行され、殆どの応用では２次元又は３次元のいずれかである。この画像データは、シリアル・リンク１１５を介して計算機システム１０７へ伝送されて、ここでディスク・メモリ１１１内に記憶される。オペレータ・コンソール１００から受信した命令に応答して、この画像データをテープ駆動装置１１２に保管することもできるし、又は画像処理装置１０６で更に処理してオペレータ・コンソール１００へ伝送すると共にディスプレイ１０４に表示することもできる。
【００５１】
送受信器１５０の詳細については、米国特許第４，９５２，８７７号及び同第４，９９２，７３６号に記載されており、両特許はここに参照されるべきものである。
本発明の第１の実施例は、図５に示すグラディエント・リコールド・エコー・パルス・シーケンスを用いる。従来のグラディエント・リコールド・エコー・パルス・シーケンスについては、米国特許第４，７０７，６５８号に記載されている。本パルス・シーケンスは、スラブ選択勾配パルス２００を含んでおり、その後にリフェイジング・パルス２０２が続いている。好適な実施例では、この勾配磁場（Ｇz ）はｚ軸に沿って配向している。当業界で周知のように、同じ軸に沿った位相エンコーディングが行われないならば、負のリフェイジング・パルス２０２の面積は、スラブ選択パルス２００の面積の２分の１に等しい。スラブ選択パルス２００の印加中に選択ＲＦ励起パルス２０４が印加され、このパルス２０４のバンド幅は、ｚ軸に沿ったスラブ（例えば、厚み８ｍｍ）内のスピンを励起するように設定されている。
【００５２】
グラディエント・リコールド・エコー・パルス・シーケンスは又、読み出し勾配パルス２０６を含んでおり、このパルス２０６は、リフェイジング・パルス２０２の直後に印加される。好適な実施例では、読み出し勾配（Ｇx ）は、ｘ軸に沿って配向しており、このパルス２０６の前に負のディフェイジング・パルス２０８が先行している。ＮＭＲエコー信号２１０は、読み出し勾配パルス２０６の中央にエコー信号の最大値を発生する状態で形成される。このＮＭＲエコー信号２１０をサンプリングして、ｋ空間のｋx 軸に沿った一系列のＮＭＲデータ（例えば、２５６サンプル）が取得される。本パルス・シーケンスは、繰り返し実行されると共に、ｙ軸に沿って配向した位相エンコーディング勾配パルス（Ｇy 、図示されていない）を対応する一連の値（例えば、１２８の位相エンコーディング）にわたって段階的に変化させて、ｋy 方向についてｋ空間を走査する。その結果、ＮＭＲデータの２次元配列が収集され、この配列から、単一の２次元スライス画像を再構成することができる。
【００５３】
ＮＭＲデータの３次元配列は、スラブ選択軸（即ち、ｚ軸）に沿った位相エンコーディングを適用しながら上述の２次元走査を繰り返すことにより収集される。図５に示すように、この収集は、リフェイジング勾配パルス２０２を破線２１２で示す５つの連続した値にわたって段階的に変化させることにより、励起されたスラブ内の連続した位置で５つの２次元スライスを収集して実現される。ｚ軸位相エンコーディングの各々の段階２１２は、ｋ空間内での２次元収集をｋz 軸に沿って移動させ、走査の完了時には、ＮＭＲデータの３次元配列（例えば、２５６×１２８×５）が収集されており、この配列から５つの２次元スライス画像を再構成することができる。理想的な測定条件下では、これら５つの２次元画像は、励起されたスラブを正確に充填している５つの連続したスライスからのＮＭＲ信号を表している。
【００５４】
しかしながら前述のように、分極磁場Ｂ0 内の不均一性の故に、励起されたスラブの形状は収集された各々の２次元データ・セットの形状とは異なっている可能性がある。この問題は、本発明の本実施例において、読み出し勾配パルス２０６を、ｚ軸位相エンコーディング・パルス２１２が段階的に変化するたびにＲＦ励起パルス２０４に関してシフトさせることにより解決される。走査中には、読み出し勾配パルス２０６はこのようにして、破線２１４で示される連続した各位置にわたってシフトされ、収集されるＮＭＲエコー信号２１０は、破線２１６で示される連続した各位置へ同様にシフトされる。エコー時間のシフト（ΔＴ）は、この時間シフトΔＴにわたって、読み出し勾配（Ｇx ）パルス２０６の下方にある面積がｚ軸位相エンコーディング勾配パルス２１２における段階的変化（ΔＧz ）の面積と等しくなるように選択される。即ち、
ΔＧz Ｔ212 ＝Ｇx ΔＴ
であり、ここで、Ｔ212 は、リフェイジング・パルス２１２の持続時間である。エコー信号収集時間のこのシフト（ΔＴ）は、各々の２次元スライスについて別個にＮＭＲ信号を効果的に周波数エンコーディングする。スラブ選択勾配軸に沿ったこの「仮想的」周波数エンコーディングは、分極磁場Ｂ0 の不均一性の影響を受けており、結果的に、選択された２次元スライスは、選択されたスラブと同一の形状を有するものになる。図７に示すように、２次元スライス１６はこのようにして、選択されたスラブ２０の境界１８と連続し、収集される３次元ＮＭＲデータ・セットには切れ目が存在しなくなり、従って、画像のアーティファクトも存在しなくなる。
本発明の第２の実施例は、図６に示す高速スピン・エコー・パルス・シーケンスを用いる。高速スピン・エコー・パルス・シーケンスの詳細については、米国特許第５，３７８，９８５号「ＭＲＩのための高速スピン・エコー・プレスキャン」（"Fast Spin Echo Prescan For MRI"）に記載されており、本特許はここに参照されるべきものである。このパルス・シーケンスは、９０°選択ＲＦ励起パルス２２２の印加中に参照番号２２０において印加されるスラブ選択勾配Ｇz を含んでいる。この勾配２２０の後に、負のリフェイジング勾配パルス２２４が続いており、このパルス２２４は、ＲＦ励起パルス２２２がスラブ選択勾配パルス２２０の中央に整列する場合にスピンをリフェイズするだけの面積を有している。後述するが、本発明を実行するときには、ＲＦ励起パルス２２２の整列は走査中にシフトされていき、上に引用した米国特許第４，４３１，９６８号に記載されているように、このシフトによって、スピンに対してｚ軸位相エンコーディングが行われて、スラブ内でのスライス位置が選択される。
【００５５】
リフェイジング勾配パルス２２４の後に、一連の８つのスラブ選択勾配パルス２２６のうちの第１のパルスが、対応する一連の選択１８０°ＲＦリフォーカシング・パルス２２８と共に印加される。各スラブ選択パルスの中央の間の間隔は、所望のエコー間隔（ＥＳＰ）であり、スラブ選択パルス２２０とスラブ選択パルス２２６との間の間隔は、エコー間隔の２分の１（ＥＳＰ／２）である。各ＲＦリフォーカシング・パルス２２８の間でも同一の間隔（ＥＳＰ）が保持されていると共に、ＲＦ励起パルス２２２と第１のＲＦリフォーカシング・パルス２２８との間で間隔ＥＳＰ／２が保持されている。ＲＦパルス・トレインは、後に詳述するように系統的に時間シフトされるが、前述の間隔及び高速スピン・エコー・シーケンスについてのCarr-Purcell-Meiboom-Gill （例えば、ＣＰＭＧ）条件は常に保持されている。スラブ選択勾配パルス２２０及び２２６の幅は、走査中にＲＦパルスがシフトされてもＲＦパルス２２２及び２２８が常にスラブ選択勾配Ｇz の存在下で印加されるような幅とする。選択ＲＦパルス２２２及び２２８のバンド幅は、スラブ厚みの全体（例えば、８ｍｍ）を選択するように設定されている。
【００５６】
読み出し勾配パルス２３０は、各々のスラブ選択勾配パルス２２６の後の間隔中に印加される。結果として、ＮＭＲエコー信号２３２が発生されて、各々の読み出し勾配パルス２３０の最中にサンプリングすることにより収集される。これらのサンプル（例えば、２５６サンプル）は、ｋ空間のｋx 軸に沿った一系列のＮＭＲデータを提供する。第１のＲＦリフォーカシング・パルス２２８に先行してディフェイジング読み出し勾配パルス２３４が印加されており、最初のサンプリングを読み出し軸に沿って負のｋx 空間へシフトさせている。位相エンコーディング・パルスＧy （図示されていない）も又、各々の読み出し勾配パルス２３０の前に従来の方式で印加されて、対応するリワインダ（巻き戻し）勾配パルス−Ｇy が各々の読み出し勾配パルスの後に印加される。この位相エンコーディング・パルスＧy は、従来の方式でＧy の値の組（例えば、１２８の値）にわたって段階的に変化し、収集されるＮＭＲデータの各々の２次元スライスについてｋy 軸に沿ってｋ空間を走査する。
【００５７】
本発明の本実施例に従ってＲＦパルス・トレインをΔＴだけシフトさせることにより、スラブ選択勾配Ｇz に沿った位相エンコーディングが達成される。時間シフトΔＴは、斜線の区域２４０に対応して蓄積される位相の結果的な変化が、励起されたスラブ内の各２次元画像スライスの間に所望の間隔（例えば、１．０ｍｍ）をもたらすように選択されている。走査中に収集されるＮＭＲデータの各々の２次元スライスについて、ＲＦパルス・トレイン２２２及び２２８は、量ΔＴだけシフトされている。Ｚ１、Ｚ２及びＺ３に位置した３つの２次元スライスについてのＲＦパルス２２２及び２２８の整列の仕方を図６に示す。更なる２次元スライスを取得することもできるが、図示していない。
【００５８】
ＲＦパルス２２２及び２２８のシフト（ΔＴ）が、各々のＲＦリフォーカシング・パルス２２８と後続のＮＭＲエコー信号２３２との間の時間間隔を変化させることは明らかである。この理由は、読み出し勾配パルス２３０のタイミングが、全走査中で固定されたままであるからである。前述の本発明の第１の実施例と同様に、ＲＦパルスとこれに対応するＮＭＲエコー信号との間のタイミングのこの変化（ΔＴ）によって、各々の２次元スライスについて別個にＮＭＲエコー信号が周波数エンコーディングされる。この仮想的周波数エンコーディングは、分極磁場Ｂ0 の不均一性の影響を受けているので、結果的な選択された２次元スライスは、図７に示すように、選択されたスラブと同一の形状を有するものになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を用いたＭＲＩシステムのブロック図である。
【図２】理想的な動作条件下で選択されたスライスの図である。
【図３】不均一な分極磁場内で選択されたスライスの図である。
【図４】本発明を用いないで収集されたマルチスラブ式の一組の３次元ＮＭＲ画像データの図である。
【図５】本発明の１つの好適な実施例を実行するグラディエント・リコールド・エコー・パルス・シーケンスのグラフである。
【図６】本発明のもう１つの好適な実施例を実行する高速スピン・エコー・パルス・シーケンスのグラフである。
【図７】本発明を用いて収集されたマルチスラブ式の一組の３次元ＮＭＲ画像データの図である。
【符号の説明】
１０、１１、１２、２０  スラブ
１４、１６  ２次元スライス
１８  スラブの境界
１００  オペレータ・コンソール
１０２  キーボード兼制御パネル
１０４  ディスプレイ
１０６  画像処理装置
１０７  計算機システム
１０８、１１９  ＣＰＵモジュール
１１１  ディスク記憶装置
１１２  テープ駆動装置
１１３、１６０  メモリ・モジュール
１１５  高速シリアル・リンク
１１６  リンク
１１８  バックプレーン
１２１  パルス発生器モジュール
１２２  システム制御装置
１２５  シリアル・リンク
１２７  勾配増幅器
１２９  生理学データ収集制御装置
１３３  走査室インタフェイス回路
１３４  患者位置決めシステム
１３９  勾配コイル・アセンブリ
１４０  分極マグネット
１４１  マグネット・アセンブリ
１５０  送受信モジュール
１５１  ＲＦ増幅器
１５２  全身型ＲＦコイル
１５３  前置増幅器
１５４  送信／受信スイッチ
１６１  アレイ・プロセッサ
２００、２２０、２２６  スラブ選択勾配パルス（Ｇz ）
２０２、２２４  リフェイジング・パルス（Ｇz ）
２０４  選択ＲＦ励起パルス
２０６、２３０  読み出し勾配パルス（Ｇx ）
２０８、２３４  ディフェイジング・パルス（Ｇx ）
２１０、２３２  ＮＭＲエコー信号
２１２  段階的に変化したリフェイジング・パルス
２１４  段階的にシフトした読み出し勾配パルス
２１６  段階的にシフトしたＮＭＲエコー信号
２２２  ９０°選択ＲＦ励起パルス
２２８  １８０°選択ＲＦリフォーカシング・パルス
２４０  蓄積された位相変化
【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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