JP2942579B2 - 磁気共鳴測定装置 - Google Patents
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Description
本発明は磁気共鳴測定、例えば分光測定法または画像
技術に関するものであり、さらに詳しくは、試料から受
け取る信号を処理して、試料の局限された領域から来る
スペクトルを提示する測定方法に関するものである。 このような技術は、核磁気共鳴（N.M.R.）を医療に適
用して、人体の特定の器官または部位で、例えば腫瘍を
診察する場合、とくに有用である。
技術に関するものであり、さらに詳しくは、試料から受
け取る信号を処理して、試料の局限された領域から来る
スペクトルを提示する測定方法に関するものである。 このような技術は、核磁気共鳴（N.M.R.）を医療に適
用して、人体の特定の器官または部位で、例えば腫瘍を
診察する場合、とくに有用である。
すでに知られているように、核磁気共鳴は、磁場（通
常B0と略記する）によって並べられた、例えばプロトン
（陽子）、またはリン31、またはフッ素19のような磁気
核の共振現象に基づいている。その共振現象は、普通は
電波の磁気成分である振動性磁場（B1と略記する）を加
えることによって誘発される。現代の分光測定法では、
高周波を当ててその吸収を測定することによって測定を
行うよりも、高周波パルスを試料に印加し、それによっ
て試料が強度の低い高周波信号を発するようになってい
る。 均一な磁場B0に、試料が占める領域上で強度の変化す
る磁場を加えることによって、その試料の特定部分にス
ペクトルを局限することができる。核の共振周波数は磁
場強度B0の関数であるから、共振周波数は試料を通じて
変化する。したがって簡単に言うと、ある特定周波数の
励起パルスを利用すれば試料の特定部分だけで核を共鳴
させることができ、発せられる信号はその部分だけを表
すことになる。磁場強度が一方向に直線的に傾斜するよ
うに設定されている場合は、励起された領域の形はその
方向に直交する切片（スライス）となるが、そのスライ
スは点の軌跡であって、その軌跡での磁場強度は共鳴周
波数と加えた周波数とが等しいような磁場強度である。
実際にはこれより複雑な技術が用いられている。磁気核
はまず、均一磁場を用いることによって試料を通じて方
向づけられる。それから勾配磁場と選択信号を印加する
ことによって、スライス試料内の核を反転させる。その
選択信号は選ばれた周波数と形の共鳴信号となる。最後
に読出し共鳴高周波信号を試料全体に印加し、その試料
から発せられる弱い高周波信号を検出する。反転した核
からの信号は位相が反転し、その他の核からの信号から
差し引かれる。均一な磁場によって得られた信号からこ
の信号が差し引かれると、その結果は反転した核だけの
スライスを表すことになる。この技術は、３つの直交ス
ライスから得られる合計を使って、試料の立方体領域か
らの信号を得るのに用いられてきた。スライスの交差に
よって選択された容積は、「関心容積」（volume of in
terest）すなわちVOIと呼ばれている。 充分に限定された関心領域にスペクトルを正確に局限
することは、多くのin vivo NMR分光測定法技術の有用
性にとって決定的に重要であり、したがってこれに関連
する技術上および実践上の問題を解決するために、多く
の方法が開発されてきた。局限NMR分光測定に用いられ
る技術で最も成功したものの一つに、画像−選択in viv
o分光測定（image−selected in−vivo spectroscop
y）、すなわちISISがある。この方法は、例えば位置を
自由に変化させることができる関心容積（VOI）、比較
的穏当な勾配切り替え要求、多重容積能力といった、in
vivo分光測定法一般に適する多くの特徴がある。この
方法は、T2増量（T2は緩和時間）が最少であること、信
号対雑音比（SNR）が最適であること、断熱パルス（磁
場が加えられた後に試料の磁化が起こるような充分低速
なパルス）の使用、加えられた振動高周波磁場B2内の非
均一性に対して相当の耐性があり、小さな表面コイルを
使用できることによって、特にリン31分光測定法に適す
る。ISISのもう一つの重要な特徴は、緩和時間の測定の
ような、または画像シーケンスを含む他の局限技術を使
用する測定のような、他の多くのNMR実験にISISを組み
込むことができるという点である。フーリエ技術のよう
な他の画像技術と比較すると、実験時間が短いので、時
間経過研究が容易になる。 ISIS技術の背後にある原理は、２つのスキャンをスラ
イスに局限しただけの最も単純なISIS実験の試験で立証
できる。最初のスキャンで、断熱半通過型であると考え
られる非選択性読出しパルスを使って、高周波コイル完
全感受容性容積から来る信号を獲得し、第２のスキャン
では、その同じ読出しパルスに先立って、線形B0磁場勾
配とともに、双曲線セカント（正割）180度パルスを用
いて、スライス選択反転を実施する。選択パルスはスラ
イス外部のスピンに影響せず、したがって、各スキャン
に先立って磁化がその際の安定状態にあり、そのシステ
ムの安定限度以内にあるならば、これらのスピンは両方
のスキャンで等しい信号を寄与することになる。したが
ってこれらの限界内で、第２信号すなわちFIDを第１信
号から差し引けば、スライス外部からすべての信号を削
除することになる。 スライスの内部の（または縁部での）スピンは、次の
式に従って信号に寄与する： S2＝S1［１−（１−COS（Ａ））ｅ−TI/Tl］ この式で、Ａは選択パルスによるフリップ角であり、TI
は反転パルスと読出しパルスとの間の間隔であり、Tlは
縦方向の緩和時間であり、S1とS2はそれぞれ第１スキャ
ンと第２スキャンからの信号である。 したがって、スライス内でＡ＝180度であり、TI/Tlが
小さければ、S2＝−S1となり、差し引くと２つの測定か
ら利用できる充分なSNRが得られ、したがって単一のス
ライスへの局限が２スキャン実験で達成されたことにな
る。図２を参照すると、シーケンスを拡張して、８個の
異なったスキャンを使用して立方体への局限を達成する
ことができる。その８個の異なったスキャンは、直交ス
ライス（Ｘ、Ｙ、Ｚ）にそれぞれ対応する３個の反転パ
ルスに対するすべてのON/OFF弛緩を通じて、循環する。
反転パルスの選択は、８個のスキャンから来る信号を合
計したときに、VOIから発したのではないすべての信号
が無効となるように行われる。 多重VOIの検査には、スライスをさらに追加して同時
に行うことができる。例えば２個の立方体には最小限４
個のスライスと16個のスキャンが必要である。 しかし図１で示したように、in vivo分光測定法で絶
えず起こる重要な実際上の問題は、立体関心容積が検査
対象の器官または損傷のめざす部分にしばしば完全には
適合しないことであり、その結果、図１（ａ）のように
理想より小さいVOIを選択するか、図１（ｂ）のよう
に、SN比の損失をともなうか、またはVOIに侵入する隣
接組織からのスペクトル汚染の危険をともなうことを選
択することになる。この問題に対してOrdidgeら（Ordid
ge R.J.,Connelly A. ＆ Lohman J.A.B. J.Magn.Reson.
66,283,1986）が提案した独創的解決法は、図１（ｃ）
の多数の立方体から来るスペクトルを得て、それを合計
し、不規則形のVOIを作り出すことであった。しかしＮ
個の下位領域から来る下位スペクトルを合計して不規則
形の領域へ局限しようとする他の方法と同じく、この方
法もルートＮの割合でSNRの損失を蒙り、この割合はき
わめて望ましくないものであり、多くの場合、例えばin
vivoヒト腫瘍の31P研究のような場合に、受け入れがた
いものである。 ［発明の目的］ 本発明は、少数のスキャンで、しかも関心容積に対す
る最大の信号・雑音比を維持しつつ、関心容積が図１
（ｄ）のような不規則形の部位の境界に一致するように
させる、磁気共鳴測定法を提供する。核磁気共鳴の一つ
の方法に適用されているので、この方法は「共形ISIS」
（Ｃ−ISIS）と呼ばれている。 本発明の１つの態様によれば、試料での関心容積は直
交しない反転準備または選択スライスによって限定さ
れ、そのスライスは適切な振幅で３個の勾配磁場コイル
の選択的組み合わせを選択的に通電することによって達
成できる。 一般に結果を適切に合計することによって、多数のス
キャンを、試料とした特定の部位からの信号に集中する
ために用いる。 勾配磁場をパルスで加えることができ、その勾配はパ
ルスの間、非時変性である。また磁場は空間的に非均一
で、非平面的な、例えば凹面のスライスを限定すること
もある。 したがって、本発明は、複数の勾配磁場コイルのうち
から選択されたコイルに通電し、その各コイルが個別に
試料内で各方向に勾配磁場を発生させることができる段
階と、また共鳴信号を検出すべき試料のスライスを選択
するために勾配磁場を加える間にその試料に電磁準備パ
ルスを加える段階と、少なくとも勾配磁場コイルのうち
の２個を各水準が安定した並行期間からなる同時パルス
によって通電して、別々に通電した場合にその２個以外
のコイルによって発生する磁場とは異なる方向に、１個
の勾配磁場を発生させる段階と、続いてさらに電磁準備
パルスを加えながら、他方前記スライスに直交しないス
ライスを選択するために少なくとも１つの勾配磁場コイ
ルを異なった強度で通電し、続いて試料の局限領域から
信号を引き出すために試料からの共鳴信号を検出する段
階とを含むことを特徴とする、空間的に局限された磁気
共鳴分光測定の方法を提供する。 また本発明は、複数の勾配磁場コイルと、この各コイ
ルが試料に対する各方向で１つの勾配磁場を発生させ、
また検出器によって共鳴を検出すべき試料のスライスを
選択するために電磁準備パルスをその試料に加える第１
手段と、少なくとも勾配磁場コイルのうちの２個を各水
準が安定した並行期間からなるパルスによって同時に通
電して、もし別々に通電した場合にその２個以外のコイ
ルによって発生する磁場と異なる方向に１個の磁場を発
生させるための第２手段と、前記第２手段が前記スライ
スに直交しないスライスを選択するために少なくとも１
個のコイルを異なる強度で通電し、それによって試料の
局限領域からの信号を共鳴信号から引き出すことができ
るようにする一方で、さらに電磁準備パルスを加える第
３手段を含むことを特徴とする、空間的に局限された磁
気共鳴分光測定のための装置を提供する。 多面体の試料領域を作り出すために、試料内で３枚以
上の交差スライスを限定することができ、例えば４枚の
スライスで４面体または８面体を限定することができ、
６枚のスライスで12面体を限定することができる。そし
て試料内の分離した試料領域を限定するようにそのスラ
イスを方向づけ、配置することができる。 この方法は、勾配磁場コイルの第１の組み合わせを通
電し、第１電−磁準備パルスを試料に加え、続いて少な
くとも１個の勾配磁場コイルを異なった強度で少なくと
もさらに３回、各電−磁準備パルスを各回ごとに加えな
がら、通電し、続いて試料に読出し信号を加え、試料か
ら来る共鳴信号を読み、勾配磁場コイルを異なった仕方
で通電しながら上記の段階を反復し、試料の局限領域か
らの信号を引き出すためにその結果を組み合わせる段階
を、含むことができる。 この方法は、抑制、準備、または編集のパルス列を試
料に加え、例えばSTEAMシーケンスでのように、２つの
励起パルスが抑圧信号のすぐあとに加えられ、１つの励
起パルスが読出し信号のすぐ前に加えられる段階を含む
ことができる。 他の多くの分光局限技術は、これまでVOIを検査する
ために３枚の直交スライスを使用し、また、VSE（Aue
W.P.,Muller,S.,Cross T.A. and Seelig J.J.Magn.Res.
56,350,1984）、SPARS（Luyten P.R. and Hollander J.
A.Den Magn.Reson.Imaging 4,237,1986）、VOSY（Kimmi
ch R.,Schnur G.,Hoepfel D. and Ratzel D.Phys.Med.B
iol.32,1335,1987）、STEAM（Frahm J.,and Merboldt
K.D.,Hanicke W. and Haase A.J.Magn.Res. 64,81,198
5）、SPALL（現在進行中のKielin M.von and Decorps M
の研究,6th Meeting of Society of Magnetic Resonanc
e in Medicine,New York,53,1987）といった、磁場勾配
および励起パルスの様々なシーケンスを用いたが、本発
明は、そのような他の多くの分光局限技術に適用でき
る。 さらに本発明を、添付図面を参照しながら、非限定的
例によって説明する。 ［図面の簡単な説明］ 図１は、不規則形をした部位に対して領域を局限する
場合を示している。 図２は、従来技術のISISパルス・シーケンスを表して
いる。 図３は、本発明によるISISパルス・シーケンスを示し
ている。 図４は、本発明によるもう一つのパルス・シーケンス
を表している。 図５は、本発明によるさらにもうひとつのパルス・シ
ーケンスを表している。 図６は、本発明で得られる単純な凹面VOIを表してい
る。 図７は、凹面VOIを得るために用いるパルス・シーケ
ンスを示している。 図８は、凹面VOIを得るために用いるもう一つのパル
ス・シーケンスを表している。 本発明の理解を助けるために、図２に標準的なISISシ
ーケンスを示してある。結果を得るために、異なった反
転パルスと結果の合計とをともなう他の７個のシーケン
スが、このシーケンスに続く。RFという記号を付けた最
上列のものが高周波信号である。X,Y,Zという記号で示
した最初の３個の信号は、低周波数エンベロープで変調
した高周波数信号からなる選択パルスである。これらの
各パルスは、下の３つの軸上に示したように、X,Y,Zの
どの方向でも勾配磁場パルスによって同時に試料に加え
られる。高周波パルスと勾配磁場パルスの各組み合わせ
によって、各直交方向にスライスの反転が生ずる。した
がって３枚の直交スライスのが反転し、AHPという記号
で示した非選択的読出しパルスが試料全体に加えられ
て、FIDで示した受信信号が検出される。それからさら
に７回のスキャンが実施され、各時間にスライス反転信
号の異なった組み合わせが用いられる。検出される８個
の信号は、ただ１つのVOIが得られるように合計され
る。 しかし図１に示し、またこれまで考察したように、こ
の技術には、立方体のVOIが不規則形の領域に正確に合
致せず、医療での適用では多くの関心領域の形が不規則
であるという問題がある。 本発明は３次元のVOIの形と方向を改善し、局限の改
善を達成した。 本発明によれば、試料内の直交しないスライスを用い
てVOIの形を修正することができる。３枚のスライスの
交差によって限定される関心容積は、３枚のスライスが
３個の勾配コイルによって限定されるとおりにすべて相
互に直交しているとすれば、立方体になるだけである。
しかし、任意に方向づけられた３枚のスライスが限定す
る容積は平行６面体である。したがって３枚のスライス
の方向を選択することによって、VOIの形を望む形に合
致するように変化させることができる。 多−次元BO勾配分光測定局限技術、たとえばフーリエ
技術（Brown T.R. Kircaid B.M. Ugurbil K;Proc.Nath.
Acad.Sci.79 3523−6 1982）や、アダマール技術（Mull
er S. Magn.Reson.Med. 6,364 1988;Bolinger L ＆ Lei
gh J.S.J. Mag.Res. 80,162 1988;Ordidge R.J. Bowley
R.M. ＆ McHale G. Mag.Reson.Med. 8,323 1988）は、
従来デカルト座標系内で行われ、各空間次元は単一勾配
コイルＸ、Ｙ、Ｚに対応している。座標方向は選択位相
エンコード勾配または読出し勾配によって限定され、ベ
クトルの方向は、領域を準備するために使われる勾配と
同じ方向である。しかし斜交軸を用いて、平行６面体の
形をしたボクセル（容積要素の単位）と視野（FOV）作
り出すのが有用であると考えられる状況が２つある。 第１の場合は、２つの明確に区別される解剖学的領域
に１個のボクセルが覆い被さっている場合に生ずる、部
分的な容積効果の減少である。配列軸を解剖学的境界に
そろえることによって、そのボクセルの形が検査対象の
部位の縁部にもっと良く合致し、それによって汚染を避
けることができるように調整することができると考えら
れる。図（1E）参照。 第２はFOV容積を減少させることによる、与えられた
配列に対する空間解像度の改善である。FOVの外部にあ
る試料の領域から来る信号は、偽信号アーチファクトを
生ずるか（フーリエ）、または失われるか（ハダマー
ド；フーリエ＋容積抑制）のいずれかである。いずれの
場合でも、FOVを標的領域に合致させることによって、
不利を生ずることなくFOVの容積を相当減少させること
が、しばしばできると考えられる。図１（Ｆ）参照。こ
のことは分光測定と同様に磁気共鳴画像技術（MRI）シ
ーケンスにも当てはまることであり、画像化される容積
をもっと効率よく使用することによって、解像度を高め
ることができる。これらの両方法によって、一定の実験
で得られる有用なボクセルの数が増加する。 このようにしてVOIを限定する際の柔軟さを相当改善
することができ、多くの状況に対して局限化と信号−雑
音比を改善することができる。 これを、望む領域にVOIを合致させる技術改善と有利
に組み合わせることができるが、この改善は、局限され
たＣ−ISISスペクトルが得られる元のデータのために用
いられた容積より複雑な容積を形成するために、３枚以
上のスライスを用いることによって行われる。したがっ
て、３枚のスライスでどのような形、大きさ、方向、位
置を有する平行６面体でも限定できるのであるから、図
３に示したパルスのシーケンスによって生ずるような４
枚のスライスを使えば、４面体や８面体などのもっと複
雑な規則的または不規則的な多面体を限定できる。 図３で示したシーケンスでは、RFコイルから来る４つ
の各スライス反転パルスが続いている間、勾配磁場が
Ｘ、Ｙ、Ｚの各勾配磁場コイルによって試料に加えられ
る。これらの勾配磁場は、スライスが望み通りに方向づ
けられるような、強度と方向を有する。４枚のスライス
を限定した後、正常な非選択読出しパルスを用いて核を
励起し、検出されるFID信号を発するようにする。明ら
かに、結果として検出される信号には、交差領域からの
信号だけでなく、４枚の各スライス以外から来る信号
も、含まれることになる。 続いて、スライス反転の各組み合わせが異なるように
して、さらに15のスキャンを実施する。組み合わせは、
ある段階で残りの各スライスから来る信号が逆転するよ
うに、選択する。このようにして各読出しパルスに従っ
て検出される16個の信号すべてを合計することによっ
て、望む領域だけからの結果を得る。 この表は、４枚のスライスの交差によって限定される
多面体からの信号を局限する、16のスキャン実験のため
の加減表である。表は６個の角柱（AuB,AuC,AuD,BuC,Bu
D,CuD）のうちの１つだけを示す欄と、４つの正６面体
のうちの１つを示す欄（AuBuC,AuBuD,AuCuD,BuCuD）が
含まれている。スライスの配列は任意であるので、これ
らの他の領域のうちのいずれの領域からも信号の寄与は
ないことになる。説明を分かりやすくするために、この
表では不完全なスピン反転とTl回復の効果は無視してあ
る。（これらの効果は結果としてVOIからSN比が失われ
ることになるが、空間選択性を損なうことはない。） 第１欄は実験番号を示し、第２欄はＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ各
スライスに対する反転を示している。スライスの組み合
わせから来る信号の正負符号は、第３、第４、第５の欄
に示してある。第６欄には個別のスライス信号と第５欄
で示した多面体組み合わせによる組み合わせをかけあわ
せた結果を示してある。これらの結果を16のスキャンに
ついて足し合わせると、AuBuCuDからの信号以外のすべ
ての信号がゼロになる。 適切な合計表を用いることによって、同じデータから
他の選択容積を得ることができる。 明らかに、他の形を限定することもできる。６枚のス
ライスを用いて正12面体を限定することができる。これ
らの複雑な多面体容積を柔軟に限定することができるの
で、複雑な多面体容積が、信号・雑音比の損失を伴うこ
となく、多様な解剖学的部位に正確に合致することがで
きる。多面体の配列（下記参照）が増加するにつれて、
VOIの形が複雑になり、解剖学的部位の輪郭を一層正確
に描くことができるようになる。 対向する各面が平行な多面体の場合は、各面の対が反
転したスライスに対応することによって、Ｃ−ISISによ
って充分形成することができるが、例えば立方体の１つ
の角を除去した形のような、他の多面体も容易に形成で
きる。概念的には、４、５、６枚のスライスで囲まれた
多面体容積は、それぞれ１枚のスライス、１個の角柱、
第２の平行６面体を伴う平行６面体の交差として考える
ことができ、平行６面体が角を切り取った角柱であるの
と同様に、連続的に角を切り取った平行６面体としてみ
ることができる。各多面体を限定するために必要なスラ
イスの最少数をその「オーダー」と呼ぶことができ、し
たがって例えば立方体と平行６面体は第３オーダーの多
面体であり、12面体は第６オーダーに属する。オーダー
が高くなるほど多面体の輪郭線は滑らかになり、非常に
高いオーダーの理論的限界では、球体を形成することが
できる。普通は一定の時間内で測定を行わなければなら
ず、オーダーが高くなるほどスキャンの時間もかかるの
で、実用上の多面体の最高のオーダーの限界は、実験条
件によって決定される。多面体VOIの使用によって異な
った局限を選択できることは、多様な不規則形をした病
巣からのSNRの高いスペクトルが必要な場合に、きわめ
て有利である。 Ｃ−ISISは、以下の説明で分かるように、信号・雑音
比の損失を伴わずにどのような多面体に対しても局限す
ることができる。最適SNRを伴う８−スキャン実験で立
方体を局限することができるため、上記の条件さえ整え
ば、これらの８スキャンを２度繰り返すことによって構
成される16スキャン実験（ＡとＢと名づけた各８つのス
キャンが２組）によって、ＡとＢの組から来る信号を合
計すれば、最大のSNRで立方体に対する局限を行うこと
ができることは明らかである。Ｂ組のスライスが追加の
反転パルスを含むようにこの実験を修正し、立方体の一
定の下位領域だけが反転するようにする場合について考
察する。この場合、Ａ組はやはり立方体全体から信号を
送り、Ｂ組も同様であるが、Ｂ組の場合は正負符号が反
転した下位領域から来る信号を伴う。これらの２つの信
号を差し引きする（Ａ−Ｂ）と、４回の反転をすべて受
けた立方体の下位領域だけから来る信号が得られる。こ
の最終段階は、上で詳しく説明した２スキャンスライス
選択ISIS実験と全く類似している。この議論を一般化し
て、第Ｎオーダーの多面体をＣ−ISISで局限することに
成功すれば、第（Ｎ＋１）オーダーの多面体も局限する
ことができ、したがってそのようなすべての多面体を、
Ｃ−ISISのVOIとすることが可能となる。表１で、16ス
キャンでの第４オーダーの多面体から充分な信号・雑音
比が得られ、他のすべての領域から来る信号は無効とな
ることが、立証される。 Ｃ−ISIS法の場合、追加スライスを、上記のように洗
練されたVOI多面体形を得るために利用するか、または
異なるVOIから来る多数のスペクトルの同時測定に利用
するか、またはその両方の目的に利用するかを、選択す
ることができる。標準直交ISISシーケンスを用いると、
16スキャンで４枚のスライス（そのうち２枚は平行）を
使って限定できる。Ｃ−ISISシーケンスを用いた同数の
スキャンで、４つの平行６面体VOIを、（境界の薄い）
４面体の４つの角で限定することができ、その４面体の
各面がその４枚のスライスの１つに対応する。４枚のス
ライスが４面体の中央で重なるようにできれば、８面体
のような第４オーダーの多面体も局限することができ
る。 関心容積に従って、適切な幅がある適切な枚数のスラ
イスを、直線座標系に関してどのような方向でも配置す
ることができる。この研究方法は、非線形勾配の場合に
も容積をもっとよく特定するために用いることができ
る。そのシーケンスはいくつかのスライスに同時に作用
する合成RFパルスで用いることができ、減少したシーケ
ンス循環を部分的なハダマード信号合計表で達成するこ
とができる。 さらに、多数の容積を４枚以上のスライスで限定する
ことができる。例えば、６角柱に２つの平行スライスを
交差させることによって形成される、形と大きさの等し
い２つの容積に局限するために、５枚のスライスを使用
することができる。したがってその２つのVOIは接合さ
れていない。この配置は、対側性の正常組織から来る直
接に比較可能な制御スペクトルを得るのに用いることが
できる。それはまた２つの腎臓または２つの大脳葉など
を見るためにも使うことができる。 ２枚以上の非交差スライスがいつも一緒に反転される
（すなわち、互いに対して循環してない）とすれば、分
離された領域に局限される単独スペクトルは、上記のよ
うに合計の損失は生じないので、最適なSNRで得られ
る。 この技術を真の複数容積法と組み合わせて使用すれ
ば、異質の種類の組織を含む容積から、同じ組織の領域
を迅速に選択することができる。その技術はまた、凹面
形の領域に近似する分離領域（表面曲率が負の領域を含
む外面のある領域）を局限するためにも使うことができ
る。 任意に方向づけられた平行６面体からなるVOIを作り
出す、本発明の第１と第２の態様の実施は、ISISに限定
されるものではなく、３つの直交方向でのスライス選択
パルスを使用することを標準型とする、VSE、SPARS、ST
EAMのようないかなる局限化技術にも組み合わせること
ができる。高いオーダーの多面体を作り出す本発明の第
３の態様の実施は、２つある方法のうちのただ１つの方
法、すなわち双曲線・正割反転パルスを伴う方法で、行
うことができる。複数の局限法（VSE/VOSY、SPARS、SPA
LL）で、スピン母集団は反復される準備エピソード（期
間）に従属させられており、すべてのエピソードを経た
スピンだけが信号を最終スペクトルに与えるようになっ
ている。従来そのような３つの期間だけが用いられてお
り、その１つは各直交方向に対するものであるが、もっ
と先のエピソード（例えば図４を参照）が用いられる場
合は、Ｃ−VSE、Ｃ−SPARS、Ｃ−SPALLなどと表示され
るシーケンスをＣ−ISISの場合と同様のやり方で発生さ
せて、これらの方法によって高いオーダーの多面体を限
定することができる。図４は、Ｃ−SPARSシーケンスに
対するR.F.と勾配磁場パルスを示している。 STEAMシーケンスの場合は、３つの選択パルスに二重
の機能があり、XYZ座標に関してVOIを限定するととも
に、刺激エコーを発生するので、もっと先の準備エピソ
ードを追加する余地がない。その刺激エコーは、その性
質上、３−パルス信号であり、すなわち、共鳴信号を得
るために、いかなる読出しパルスも加える必要がない。
しかし、STEAMシーケンスを修正して反転パルスを使用
するＣ−ISIS期間を組み込むことができるので、そのこ
とによって高いオーダーの多面体の使用が排除されるわ
けではない。この組み込みは最初の同期パルスに先立っ
て、または第２と第３の同期パルスの間に、行うことが
できるが、このことは、前飽和水分抑制（pre−saturat
ion water suppresion）のような別の先行パルスが必要
な場合は、Tlの挙動とシーケンス時期の点で有利であ
る。Ｃ−ISIS/STEAM高周波と勾配磁場パルス・シーケン
スの例を、図５に示した。この混成シーケンスでは、角
度の付いたスライスが、ISIS反転パルスと刺激エコー90
度パルスとの両方に対して用いられている。STEAMは原
理上単一スキャン法なので、Ｃ−ISIS/STEAMは、ISISシ
ーケンスに比べて８倍少ないスキャンで、与えられたオ
ーダーの多面体を達成することができる。例えばＣ−SP
ARSとは異なり、SPARSにT2をさらに付加するようなこと
がないという利点のあるＣ−ISIS/SPARSのような、他の
混成シーケンスを考えることができる。 上で説明したように、角度の付いたスライスを作り出
すために、２つ以上の勾配コイルに同時に通電すること
によって、選択勾配を作り出す。スライスの方向は、通
電されたコイルでの電流の相対的強度によって決定され
る。この方法による有益な結果として、スライスの方向
によって、利用可能な有効勾配強度の最大値が、最大限
で単一勾配コイルに対する値の３倍の平方根まで増加す
るので、化学シフト（化学シフトとは、核を取り巻く電
子が原因で、加えられた磁場に対してずかに異なる磁場
の影響を核が受けることを意味する）によって誘発され
るスライスの変位を減少させることができる。できる限
り平行スライスを用いるようにすると、勾配切り替えの
必要が減り、また１枚以上のスライスを同時に反転する
場合に必要となる異なったRFパルスの数が減るので、一
般的な実行上の利点がある。 「共形ISIS」によって得られる局限化を充分活用する
ために、３次元画像コンピュータ・プログラムを利用す
る。いくつかの例（例えば脳腫瘍検査）については、先
行のMRまたはCT検査から画像を利用することができ、執
刀医が提供する解剖学的ROI情報に基づいて、スライス
の配置を選択することができる。 「共形ISIS」により、解剖学的形態に正確に沿うよう
に調整した局限化と、迅速で柔軟な複数容積能力を組み
合わせることによって、信号・雑音比が改善され、定量
に必要な信頼性でin vivo31P分光測定が、、実施できる
ようになる。 Ｃ−ISISによって、コイルの感受性領域内に配置でき
る複数容積要素の数が従来のISISに比較して増加し、ま
た信号・雑音比に適合するように容積要素の大きさを選
択できる。さらに、上で説明したように、この技術は他
のNMR局限法の多目的性を広げるために、容易に適用で
きる。 上記の装置の重要な特徴は、この装置が、１つ以上の
限定された領域から来る空間的に局限された磁気共鳴信
号を獲得する手段を提供することである。この装置はま
た、非立方体または非長方形の形をした１つ以上の領域
から空間的に局限された磁気共鳴信号を得る手段を提供
する。もう一つの態様として、この装置は、磁化を準備
し、選択し、位相エンコードし、磁化の読出しを行うた
めに、枚数を変えられる直交または非直交選択平面を利
用して、空間的に局限された磁気共鳴信号を得る手段を
提供する。このような平面を用いて得たものを適切に配
列し、そこから得られる信号を、前述の方法で局限され
た信号を得るために適した仕方で組み合わせる。またこ
の装置によって、１つ以上の非立方体または非直線形を
局限し選択するために、１組の適切なRFパルスと勾配平
面によって、立方体または直線形の空間から信号を選択
する既存の局限方法を追加できるようになり、またはそ
の方法との組み合わせができるようになり、またこの装
置は、画像データを使用して、そのような領域を選択し
て限定し、選択領域から信号が得られるようにすること
ができる一連の命令を発生するための手段を提供する。
最後にこの装置は、画像データを使用して、非立方体ま
たは非直線形の１つ以上のそのような領域を選択して限
定し、選択領域から信号が得られるようにする一連の命
令を発生するための手段を提供する。 「共形」分光測定の方法はまた、「ORパルス」と名付
けられたパルス・シーケンスを用いることによって、上
述のように、凸面よりも凹面のVOIから来るスペクトル
を局限するのに用いることもできる。 図６は４枚のスライスを用いた単純な凹面容積を示し
ており、そのうちの２枚のスライスは１つの多角柱を限
定し、その内部で勾配スライスＡとＢが凹面VOIを限定
している。図７と図８には２つのパルス・シーケンスが
示してあり、GaとGbはスライスＡとＢに対応する斜めの
選択勾配であり、勾配磁場コイルに組み合わせに通電す
ることによって作り出される。スライスＢはスライスＡ
から来るエコーが生じている間に励起される。そのシー
ケンスによって３つの領域すべてが60゜または120゜の
状態に放置され、したがって、sin60゜＝0.87であるか
ら、重なり合う信号損失がほんのわずかで均一励起が行
われる。エコーによってスライスＡのわずかなT2増量が
あるが、STEAMシーケンスとともに使用される場合は、S
TEAMシーケンスでの接続の90゜パルスが、すべてのMZ成
分を横断平面へと傾け、そこでその成分は不可逆的に脱
位相（dephase）されるので、T1によってほとんど増量
は生じない。 図７には「選択性ORパルス」シーケンスが示してあ
り、図８には「非選択性ORパルス」シーケンスが示して
ある。 図１に示した非−選択性「ORパルス」シーケンスは、
図で分かるように、第１位相を有する第１選択電磁準備
パルス（60＋ｘと略記）を試料に加え、他方試料の第１
スライスの形の領域を選択するために第１勾配磁場Gaを
加えることによって成り立っている。それから第２位相
を有する電磁パルス（180yと略記）が試料に加えられ、
続いて第３位相を有する第２選択電磁準備パルス（60−
ｘと略記）が試料に加えられ、他方試料の第２スライス
の形の領域を選択するために第２勾配磁場Gbを試料に加
える。 上記の３つの領域すべてから来る符号の付いた寄与分
を得るために、試料から来る共鳴信号が、第１と第２ス
ライス内部からの強度と位相、および第１と第２スライ
スの重なり合いによって限定される試料領域からの強度
と位相と、実質的に同じ強度と位相を有するように、第
１、第２選択電磁パルスの位相と振幅が選ばれている。 図７に示した選択性ORパルス・シーケンスも、同様の
仕方で用いられる。図で分かるように、このシーケンス
は、第１位相を有する第１選択電磁準備パルス（120xと
略記）を試料に加えながら、他方試料の第１スライスの
形をした領域を選択するために第１勾配磁場Gaを加える
ことによって、成り立っている。それから第２位相を有
する第２選択電磁準備パルス（180yと略記）が加えられ
る一方で、第１スライスでの磁化をさらに条件付けるた
めに第２勾配磁場Gaを加える。それから、第３位相を有
する第３電磁準備パルス（60xと略記）が加えられる一
方で、試料の第２スライスの形をした領域を選択するた
めに、第３勾配磁場を加える。２つのバージョンのう
ち、エコー時間が短いことと励起の均一性というRFの必
要条件の点から見て、非選択性実行のほうが好ましい
（選択的焦点再調整によって生ずる、スライスＡに隣接
する飽和帯域が無効になるため）。しかし選択的焦点再
調整は、特に最適化したパルス波形を使用した場合に
は、試料全体の磁化を乱すことが望ましくないような適
用例で満足の行く結果を得ることができる。 ORパルスは、円錐曲線回転体（トロイド）のような複
雑なVOIを限定するための、多−周波数パルス（５）を
伴うビルディングブロックとして使用することができ
る。STEAMによる単発シミングは、実際の1H分光測定に
とって重要な特徴であるORパルスを使用して実施するこ
とができる。
常B0と略記する）によって並べられた、例えばプロトン
（陽子）、またはリン31、またはフッ素19のような磁気
核の共振現象に基づいている。その共振現象は、普通は
電波の磁気成分である振動性磁場（B1と略記する）を加
えることによって誘発される。現代の分光測定法では、
高周波を当ててその吸収を測定することによって測定を
行うよりも、高周波パルスを試料に印加し、それによっ
て試料が強度の低い高周波信号を発するようになってい
る。 均一な磁場B0に、試料が占める領域上で強度の変化す
る磁場を加えることによって、その試料の特定部分にス
ペクトルを局限することができる。核の共振周波数は磁
場強度B0の関数であるから、共振周波数は試料を通じて
変化する。したがって簡単に言うと、ある特定周波数の
励起パルスを利用すれば試料の特定部分だけで核を共鳴
させることができ、発せられる信号はその部分だけを表
すことになる。磁場強度が一方向に直線的に傾斜するよ
うに設定されている場合は、励起された領域の形はその
方向に直交する切片（スライス）となるが、そのスライ
スは点の軌跡であって、その軌跡での磁場強度は共鳴周
波数と加えた周波数とが等しいような磁場強度である。
実際にはこれより複雑な技術が用いられている。磁気核
はまず、均一磁場を用いることによって試料を通じて方
向づけられる。それから勾配磁場と選択信号を印加する
ことによって、スライス試料内の核を反転させる。その
選択信号は選ばれた周波数と形の共鳴信号となる。最後
に読出し共鳴高周波信号を試料全体に印加し、その試料
から発せられる弱い高周波信号を検出する。反転した核
からの信号は位相が反転し、その他の核からの信号から
差し引かれる。均一な磁場によって得られた信号からこ
の信号が差し引かれると、その結果は反転した核だけの
スライスを表すことになる。この技術は、３つの直交ス
ライスから得られる合計を使って、試料の立方体領域か
らの信号を得るのに用いられてきた。スライスの交差に
よって選択された容積は、「関心容積」（volume of in
terest）すなわちVOIと呼ばれている。 充分に限定された関心領域にスペクトルを正確に局限
することは、多くのin vivo NMR分光測定法技術の有用
性にとって決定的に重要であり、したがってこれに関連
する技術上および実践上の問題を解決するために、多く
の方法が開発されてきた。局限NMR分光測定に用いられ
る技術で最も成功したものの一つに、画像−選択in viv
o分光測定（image−selected in−vivo spectroscop
y）、すなわちISISがある。この方法は、例えば位置を
自由に変化させることができる関心容積（VOI）、比較
的穏当な勾配切り替え要求、多重容積能力といった、in
vivo分光測定法一般に適する多くの特徴がある。この
方法は、T2増量（T2は緩和時間）が最少であること、信
号対雑音比（SNR）が最適であること、断熱パルス（磁
場が加えられた後に試料の磁化が起こるような充分低速
なパルス）の使用、加えられた振動高周波磁場B2内の非
均一性に対して相当の耐性があり、小さな表面コイルを
使用できることによって、特にリン31分光測定法に適す
る。ISISのもう一つの重要な特徴は、緩和時間の測定の
ような、または画像シーケンスを含む他の局限技術を使
用する測定のような、他の多くのNMR実験にISISを組み
込むことができるという点である。フーリエ技術のよう
な他の画像技術と比較すると、実験時間が短いので、時
間経過研究が容易になる。 ISIS技術の背後にある原理は、２つのスキャンをスラ
イスに局限しただけの最も単純なISIS実験の試験で立証
できる。最初のスキャンで、断熱半通過型であると考え
られる非選択性読出しパルスを使って、高周波コイル完
全感受容性容積から来る信号を獲得し、第２のスキャン
では、その同じ読出しパルスに先立って、線形B0磁場勾
配とともに、双曲線セカント（正割）180度パルスを用
いて、スライス選択反転を実施する。選択パルスはスラ
イス外部のスピンに影響せず、したがって、各スキャン
に先立って磁化がその際の安定状態にあり、そのシステ
ムの安定限度以内にあるならば、これらのスピンは両方
のスキャンで等しい信号を寄与することになる。したが
ってこれらの限界内で、第２信号すなわちFIDを第１信
号から差し引けば、スライス外部からすべての信号を削
除することになる。 スライスの内部の（または縁部での）スピンは、次の
式に従って信号に寄与する： S2＝S1［１−（１−COS（Ａ））ｅ−TI/Tl］ この式で、Ａは選択パルスによるフリップ角であり、TI
は反転パルスと読出しパルスとの間の間隔であり、Tlは
縦方向の緩和時間であり、S1とS2はそれぞれ第１スキャ
ンと第２スキャンからの信号である。 したがって、スライス内でＡ＝180度であり、TI/Tlが
小さければ、S2＝−S1となり、差し引くと２つの測定か
ら利用できる充分なSNRが得られ、したがって単一のス
ライスへの局限が２スキャン実験で達成されたことにな
る。図２を参照すると、シーケンスを拡張して、８個の
異なったスキャンを使用して立方体への局限を達成する
ことができる。その８個の異なったスキャンは、直交ス
ライス（Ｘ、Ｙ、Ｚ）にそれぞれ対応する３個の反転パ
ルスに対するすべてのON/OFF弛緩を通じて、循環する。
反転パルスの選択は、８個のスキャンから来る信号を合
計したときに、VOIから発したのではないすべての信号
が無効となるように行われる。 多重VOIの検査には、スライスをさらに追加して同時
に行うことができる。例えば２個の立方体には最小限４
個のスライスと16個のスキャンが必要である。 しかし図１で示したように、in vivo分光測定法で絶
えず起こる重要な実際上の問題は、立体関心容積が検査
対象の器官または損傷のめざす部分にしばしば完全には
適合しないことであり、その結果、図１（ａ）のように
理想より小さいVOIを選択するか、図１（ｂ）のよう
に、SN比の損失をともなうか、またはVOIに侵入する隣
接組織からのスペクトル汚染の危険をともなうことを選
択することになる。この問題に対してOrdidgeら（Ordid
ge R.J.,Connelly A. ＆ Lohman J.A.B. J.Magn.Reson.
66,283,1986）が提案した独創的解決法は、図１（ｃ）
の多数の立方体から来るスペクトルを得て、それを合計
し、不規則形のVOIを作り出すことであった。しかしＮ
個の下位領域から来る下位スペクトルを合計して不規則
形の領域へ局限しようとする他の方法と同じく、この方
法もルートＮの割合でSNRの損失を蒙り、この割合はき
わめて望ましくないものであり、多くの場合、例えばin
vivoヒト腫瘍の31P研究のような場合に、受け入れがた
いものである。 ［発明の目的］ 本発明は、少数のスキャンで、しかも関心容積に対す
る最大の信号・雑音比を維持しつつ、関心容積が図１
（ｄ）のような不規則形の部位の境界に一致するように
させる、磁気共鳴測定法を提供する。核磁気共鳴の一つ
の方法に適用されているので、この方法は「共形ISIS」
（Ｃ−ISIS）と呼ばれている。 本発明の１つの態様によれば、試料での関心容積は直
交しない反転準備または選択スライスによって限定さ
れ、そのスライスは適切な振幅で３個の勾配磁場コイル
の選択的組み合わせを選択的に通電することによって達
成できる。 一般に結果を適切に合計することによって、多数のス
キャンを、試料とした特定の部位からの信号に集中する
ために用いる。 勾配磁場をパルスで加えることができ、その勾配はパ
ルスの間、非時変性である。また磁場は空間的に非均一
で、非平面的な、例えば凹面のスライスを限定すること
もある。 したがって、本発明は、複数の勾配磁場コイルのうち
から選択されたコイルに通電し、その各コイルが個別に
試料内で各方向に勾配磁場を発生させることができる段
階と、また共鳴信号を検出すべき試料のスライスを選択
するために勾配磁場を加える間にその試料に電磁準備パ
ルスを加える段階と、少なくとも勾配磁場コイルのうち
の２個を各水準が安定した並行期間からなる同時パルス
によって通電して、別々に通電した場合にその２個以外
のコイルによって発生する磁場とは異なる方向に、１個
の勾配磁場を発生させる段階と、続いてさらに電磁準備
パルスを加えながら、他方前記スライスに直交しないス
ライスを選択するために少なくとも１つの勾配磁場コイ
ルを異なった強度で通電し、続いて試料の局限領域から
信号を引き出すために試料からの共鳴信号を検出する段
階とを含むことを特徴とする、空間的に局限された磁気
共鳴分光測定の方法を提供する。 また本発明は、複数の勾配磁場コイルと、この各コイ
ルが試料に対する各方向で１つの勾配磁場を発生させ、
また検出器によって共鳴を検出すべき試料のスライスを
選択するために電磁準備パルスをその試料に加える第１
手段と、少なくとも勾配磁場コイルのうちの２個を各水
準が安定した並行期間からなるパルスによって同時に通
電して、もし別々に通電した場合にその２個以外のコイ
ルによって発生する磁場と異なる方向に１個の磁場を発
生させるための第２手段と、前記第２手段が前記スライ
スに直交しないスライスを選択するために少なくとも１
個のコイルを異なる強度で通電し、それによって試料の
局限領域からの信号を共鳴信号から引き出すことができ
るようにする一方で、さらに電磁準備パルスを加える第
３手段を含むことを特徴とする、空間的に局限された磁
気共鳴分光測定のための装置を提供する。 多面体の試料領域を作り出すために、試料内で３枚以
上の交差スライスを限定することができ、例えば４枚の
スライスで４面体または８面体を限定することができ、
６枚のスライスで12面体を限定することができる。そし
て試料内の分離した試料領域を限定するようにそのスラ
イスを方向づけ、配置することができる。 この方法は、勾配磁場コイルの第１の組み合わせを通
電し、第１電−磁準備パルスを試料に加え、続いて少な
くとも１個の勾配磁場コイルを異なった強度で少なくと
もさらに３回、各電−磁準備パルスを各回ごとに加えな
がら、通電し、続いて試料に読出し信号を加え、試料か
ら来る共鳴信号を読み、勾配磁場コイルを異なった仕方
で通電しながら上記の段階を反復し、試料の局限領域か
らの信号を引き出すためにその結果を組み合わせる段階
を、含むことができる。 この方法は、抑制、準備、または編集のパルス列を試
料に加え、例えばSTEAMシーケンスでのように、２つの
励起パルスが抑圧信号のすぐあとに加えられ、１つの励
起パルスが読出し信号のすぐ前に加えられる段階を含む
ことができる。 他の多くの分光局限技術は、これまでVOIを検査する
ために３枚の直交スライスを使用し、また、VSE（Aue
W.P.,Muller,S.,Cross T.A. and Seelig J.J.Magn.Res.
56,350,1984）、SPARS（Luyten P.R. and Hollander J.
A.Den Magn.Reson.Imaging 4,237,1986）、VOSY（Kimmi
ch R.,Schnur G.,Hoepfel D. and Ratzel D.Phys.Med.B
iol.32,1335,1987）、STEAM（Frahm J.,and Merboldt
K.D.,Hanicke W. and Haase A.J.Magn.Res. 64,81,198
5）、SPALL（現在進行中のKielin M.von and Decorps M
の研究,6th Meeting of Society of Magnetic Resonanc
e in Medicine,New York,53,1987）といった、磁場勾配
および励起パルスの様々なシーケンスを用いたが、本発
明は、そのような他の多くの分光局限技術に適用でき
る。 さらに本発明を、添付図面を参照しながら、非限定的
例によって説明する。 ［図面の簡単な説明］ 図１は、不規則形をした部位に対して領域を局限する
場合を示している。 図２は、従来技術のISISパルス・シーケンスを表して
いる。 図３は、本発明によるISISパルス・シーケンスを示し
ている。 図４は、本発明によるもう一つのパルス・シーケンス
を表している。 図５は、本発明によるさらにもうひとつのパルス・シ
ーケンスを表している。 図６は、本発明で得られる単純な凹面VOIを表してい
る。 図７は、凹面VOIを得るために用いるパルス・シーケ
ンスを示している。 図８は、凹面VOIを得るために用いるもう一つのパル
ス・シーケンスを表している。 本発明の理解を助けるために、図２に標準的なISISシ
ーケンスを示してある。結果を得るために、異なった反
転パルスと結果の合計とをともなう他の７個のシーケン
スが、このシーケンスに続く。RFという記号を付けた最
上列のものが高周波信号である。X,Y,Zという記号で示
した最初の３個の信号は、低周波数エンベロープで変調
した高周波数信号からなる選択パルスである。これらの
各パルスは、下の３つの軸上に示したように、X,Y,Zの
どの方向でも勾配磁場パルスによって同時に試料に加え
られる。高周波パルスと勾配磁場パルスの各組み合わせ
によって、各直交方向にスライスの反転が生ずる。した
がって３枚の直交スライスのが反転し、AHPという記号
で示した非選択的読出しパルスが試料全体に加えられ
て、FIDで示した受信信号が検出される。それからさら
に７回のスキャンが実施され、各時間にスライス反転信
号の異なった組み合わせが用いられる。検出される８個
の信号は、ただ１つのVOIが得られるように合計され
る。 しかし図１に示し、またこれまで考察したように、こ
の技術には、立方体のVOIが不規則形の領域に正確に合
致せず、医療での適用では多くの関心領域の形が不規則
であるという問題がある。 本発明は３次元のVOIの形と方向を改善し、局限の改
善を達成した。 本発明によれば、試料内の直交しないスライスを用い
てVOIの形を修正することができる。３枚のスライスの
交差によって限定される関心容積は、３枚のスライスが
３個の勾配コイルによって限定されるとおりにすべて相
互に直交しているとすれば、立方体になるだけである。
しかし、任意に方向づけられた３枚のスライスが限定す
る容積は平行６面体である。したがって３枚のスライス
の方向を選択することによって、VOIの形を望む形に合
致するように変化させることができる。 多−次元BO勾配分光測定局限技術、たとえばフーリエ
技術（Brown T.R. Kircaid B.M. Ugurbil K;Proc.Nath.
Acad.Sci.79 3523−6 1982）や、アダマール技術（Mull
er S. Magn.Reson.Med. 6,364 1988;Bolinger L ＆ Lei
gh J.S.J. Mag.Res. 80,162 1988;Ordidge R.J. Bowley
R.M. ＆ McHale G. Mag.Reson.Med. 8,323 1988）は、
従来デカルト座標系内で行われ、各空間次元は単一勾配
コイルＸ、Ｙ、Ｚに対応している。座標方向は選択位相
エンコード勾配または読出し勾配によって限定され、ベ
クトルの方向は、領域を準備するために使われる勾配と
同じ方向である。しかし斜交軸を用いて、平行６面体の
形をしたボクセル（容積要素の単位）と視野（FOV）作
り出すのが有用であると考えられる状況が２つある。 第１の場合は、２つの明確に区別される解剖学的領域
に１個のボクセルが覆い被さっている場合に生ずる、部
分的な容積効果の減少である。配列軸を解剖学的境界に
そろえることによって、そのボクセルの形が検査対象の
部位の縁部にもっと良く合致し、それによって汚染を避
けることができるように調整することができると考えら
れる。図（1E）参照。 第２はFOV容積を減少させることによる、与えられた
配列に対する空間解像度の改善である。FOVの外部にあ
る試料の領域から来る信号は、偽信号アーチファクトを
生ずるか（フーリエ）、または失われるか（ハダマー
ド；フーリエ＋容積抑制）のいずれかである。いずれの
場合でも、FOVを標的領域に合致させることによって、
不利を生ずることなくFOVの容積を相当減少させること
が、しばしばできると考えられる。図１（Ｆ）参照。こ
のことは分光測定と同様に磁気共鳴画像技術（MRI）シ
ーケンスにも当てはまることであり、画像化される容積
をもっと効率よく使用することによって、解像度を高め
ることができる。これらの両方法によって、一定の実験
で得られる有用なボクセルの数が増加する。 このようにしてVOIを限定する際の柔軟さを相当改善
することができ、多くの状況に対して局限化と信号−雑
音比を改善することができる。 これを、望む領域にVOIを合致させる技術改善と有利
に組み合わせることができるが、この改善は、局限され
たＣ−ISISスペクトルが得られる元のデータのために用
いられた容積より複雑な容積を形成するために、３枚以
上のスライスを用いることによって行われる。したがっ
て、３枚のスライスでどのような形、大きさ、方向、位
置を有する平行６面体でも限定できるのであるから、図
３に示したパルスのシーケンスによって生ずるような４
枚のスライスを使えば、４面体や８面体などのもっと複
雑な規則的または不規則的な多面体を限定できる。 図３で示したシーケンスでは、RFコイルから来る４つ
の各スライス反転パルスが続いている間、勾配磁場が
Ｘ、Ｙ、Ｚの各勾配磁場コイルによって試料に加えられ
る。これらの勾配磁場は、スライスが望み通りに方向づ
けられるような、強度と方向を有する。４枚のスライス
を限定した後、正常な非選択読出しパルスを用いて核を
励起し、検出されるFID信号を発するようにする。明ら
かに、結果として検出される信号には、交差領域からの
信号だけでなく、４枚の各スライス以外から来る信号
も、含まれることになる。 続いて、スライス反転の各組み合わせが異なるように
して、さらに15のスキャンを実施する。組み合わせは、
ある段階で残りの各スライスから来る信号が逆転するよ
うに、選択する。このようにして各読出しパルスに従っ
て検出される16個の信号すべてを合計することによっ
て、望む領域だけからの結果を得る。 この表は、４枚のスライスの交差によって限定される
多面体からの信号を局限する、16のスキャン実験のため
の加減表である。表は６個の角柱（AuB,AuC,AuD,BuC,Bu
D,CuD）のうちの１つだけを示す欄と、４つの正６面体
のうちの１つを示す欄（AuBuC,AuBuD,AuCuD,BuCuD）が
含まれている。スライスの配列は任意であるので、これ
らの他の領域のうちのいずれの領域からも信号の寄与は
ないことになる。説明を分かりやすくするために、この
表では不完全なスピン反転とTl回復の効果は無視してあ
る。（これらの効果は結果としてVOIからSN比が失われ
ることになるが、空間選択性を損なうことはない。） 第１欄は実験番号を示し、第２欄はＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ各
スライスに対する反転を示している。スライスの組み合
わせから来る信号の正負符号は、第３、第４、第５の欄
に示してある。第６欄には個別のスライス信号と第５欄
で示した多面体組み合わせによる組み合わせをかけあわ
せた結果を示してある。これらの結果を16のスキャンに
ついて足し合わせると、AuBuCuDからの信号以外のすべ
ての信号がゼロになる。 適切な合計表を用いることによって、同じデータから
他の選択容積を得ることができる。 明らかに、他の形を限定することもできる。６枚のス
ライスを用いて正12面体を限定することができる。これ
らの複雑な多面体容積を柔軟に限定することができるの
で、複雑な多面体容積が、信号・雑音比の損失を伴うこ
となく、多様な解剖学的部位に正確に合致することがで
きる。多面体の配列（下記参照）が増加するにつれて、
VOIの形が複雑になり、解剖学的部位の輪郭を一層正確
に描くことができるようになる。 対向する各面が平行な多面体の場合は、各面の対が反
転したスライスに対応することによって、Ｃ−ISISによ
って充分形成することができるが、例えば立方体の１つ
の角を除去した形のような、他の多面体も容易に形成で
きる。概念的には、４、５、６枚のスライスで囲まれた
多面体容積は、それぞれ１枚のスライス、１個の角柱、
第２の平行６面体を伴う平行６面体の交差として考える
ことができ、平行６面体が角を切り取った角柱であるの
と同様に、連続的に角を切り取った平行６面体としてみ
ることができる。各多面体を限定するために必要なスラ
イスの最少数をその「オーダー」と呼ぶことができ、し
たがって例えば立方体と平行６面体は第３オーダーの多
面体であり、12面体は第６オーダーに属する。オーダー
が高くなるほど多面体の輪郭線は滑らかになり、非常に
高いオーダーの理論的限界では、球体を形成することが
できる。普通は一定の時間内で測定を行わなければなら
ず、オーダーが高くなるほどスキャンの時間もかかるの
で、実用上の多面体の最高のオーダーの限界は、実験条
件によって決定される。多面体VOIの使用によって異な
った局限を選択できることは、多様な不規則形をした病
巣からのSNRの高いスペクトルが必要な場合に、きわめ
て有利である。 Ｃ−ISISは、以下の説明で分かるように、信号・雑音
比の損失を伴わずにどのような多面体に対しても局限す
ることができる。最適SNRを伴う８−スキャン実験で立
方体を局限することができるため、上記の条件さえ整え
ば、これらの８スキャンを２度繰り返すことによって構
成される16スキャン実験（ＡとＢと名づけた各８つのス
キャンが２組）によって、ＡとＢの組から来る信号を合
計すれば、最大のSNRで立方体に対する局限を行うこと
ができることは明らかである。Ｂ組のスライスが追加の
反転パルスを含むようにこの実験を修正し、立方体の一
定の下位領域だけが反転するようにする場合について考
察する。この場合、Ａ組はやはり立方体全体から信号を
送り、Ｂ組も同様であるが、Ｂ組の場合は正負符号が反
転した下位領域から来る信号を伴う。これらの２つの信
号を差し引きする（Ａ−Ｂ）と、４回の反転をすべて受
けた立方体の下位領域だけから来る信号が得られる。こ
の最終段階は、上で詳しく説明した２スキャンスライス
選択ISIS実験と全く類似している。この議論を一般化し
て、第Ｎオーダーの多面体をＣ−ISISで局限することに
成功すれば、第（Ｎ＋１）オーダーの多面体も局限する
ことができ、したがってそのようなすべての多面体を、
Ｃ−ISISのVOIとすることが可能となる。表１で、16ス
キャンでの第４オーダーの多面体から充分な信号・雑音
比が得られ、他のすべての領域から来る信号は無効とな
ることが、立証される。 Ｃ−ISIS法の場合、追加スライスを、上記のように洗
練されたVOI多面体形を得るために利用するか、または
異なるVOIから来る多数のスペクトルの同時測定に利用
するか、またはその両方の目的に利用するかを、選択す
ることができる。標準直交ISISシーケンスを用いると、
16スキャンで４枚のスライス（そのうち２枚は平行）を
使って限定できる。Ｃ−ISISシーケンスを用いた同数の
スキャンで、４つの平行６面体VOIを、（境界の薄い）
４面体の４つの角で限定することができ、その４面体の
各面がその４枚のスライスの１つに対応する。４枚のス
ライスが４面体の中央で重なるようにできれば、８面体
のような第４オーダーの多面体も局限することができ
る。 関心容積に従って、適切な幅がある適切な枚数のスラ
イスを、直線座標系に関してどのような方向でも配置す
ることができる。この研究方法は、非線形勾配の場合に
も容積をもっとよく特定するために用いることができ
る。そのシーケンスはいくつかのスライスに同時に作用
する合成RFパルスで用いることができ、減少したシーケ
ンス循環を部分的なハダマード信号合計表で達成するこ
とができる。 さらに、多数の容積を４枚以上のスライスで限定する
ことができる。例えば、６角柱に２つの平行スライスを
交差させることによって形成される、形と大きさの等し
い２つの容積に局限するために、５枚のスライスを使用
することができる。したがってその２つのVOIは接合さ
れていない。この配置は、対側性の正常組織から来る直
接に比較可能な制御スペクトルを得るのに用いることが
できる。それはまた２つの腎臓または２つの大脳葉など
を見るためにも使うことができる。 ２枚以上の非交差スライスがいつも一緒に反転される
（すなわち、互いに対して循環してない）とすれば、分
離された領域に局限される単独スペクトルは、上記のよ
うに合計の損失は生じないので、最適なSNRで得られ
る。 この技術を真の複数容積法と組み合わせて使用すれ
ば、異質の種類の組織を含む容積から、同じ組織の領域
を迅速に選択することができる。その技術はまた、凹面
形の領域に近似する分離領域（表面曲率が負の領域を含
む外面のある領域）を局限するためにも使うことができ
る。 任意に方向づけられた平行６面体からなるVOIを作り
出す、本発明の第１と第２の態様の実施は、ISISに限定
されるものではなく、３つの直交方向でのスライス選択
パルスを使用することを標準型とする、VSE、SPARS、ST
EAMのようないかなる局限化技術にも組み合わせること
ができる。高いオーダーの多面体を作り出す本発明の第
３の態様の実施は、２つある方法のうちのただ１つの方
法、すなわち双曲線・正割反転パルスを伴う方法で、行
うことができる。複数の局限法（VSE/VOSY、SPARS、SPA
LL）で、スピン母集団は反復される準備エピソード（期
間）に従属させられており、すべてのエピソードを経た
スピンだけが信号を最終スペクトルに与えるようになっ
ている。従来そのような３つの期間だけが用いられてお
り、その１つは各直交方向に対するものであるが、もっ
と先のエピソード（例えば図４を参照）が用いられる場
合は、Ｃ−VSE、Ｃ−SPARS、Ｃ−SPALLなどと表示され
るシーケンスをＣ−ISISの場合と同様のやり方で発生さ
せて、これらの方法によって高いオーダーの多面体を限
定することができる。図４は、Ｃ−SPARSシーケンスに
対するR.F.と勾配磁場パルスを示している。 STEAMシーケンスの場合は、３つの選択パルスに二重
の機能があり、XYZ座標に関してVOIを限定するととも
に、刺激エコーを発生するので、もっと先の準備エピソ
ードを追加する余地がない。その刺激エコーは、その性
質上、３−パルス信号であり、すなわち、共鳴信号を得
るために、いかなる読出しパルスも加える必要がない。
しかし、STEAMシーケンスを修正して反転パルスを使用
するＣ−ISIS期間を組み込むことができるので、そのこ
とによって高いオーダーの多面体の使用が排除されるわ
けではない。この組み込みは最初の同期パルスに先立っ
て、または第２と第３の同期パルスの間に、行うことが
できるが、このことは、前飽和水分抑制（pre−saturat
ion water suppresion）のような別の先行パルスが必要
な場合は、Tlの挙動とシーケンス時期の点で有利であ
る。Ｃ−ISIS/STEAM高周波と勾配磁場パルス・シーケン
スの例を、図５に示した。この混成シーケンスでは、角
度の付いたスライスが、ISIS反転パルスと刺激エコー90
度パルスとの両方に対して用いられている。STEAMは原
理上単一スキャン法なので、Ｃ−ISIS/STEAMは、ISISシ
ーケンスに比べて８倍少ないスキャンで、与えられたオ
ーダーの多面体を達成することができる。例えばＣ−SP
ARSとは異なり、SPARSにT2をさらに付加するようなこと
がないという利点のあるＣ−ISIS/SPARSのような、他の
混成シーケンスを考えることができる。 上で説明したように、角度の付いたスライスを作り出
すために、２つ以上の勾配コイルに同時に通電すること
によって、選択勾配を作り出す。スライスの方向は、通
電されたコイルでの電流の相対的強度によって決定され
る。この方法による有益な結果として、スライスの方向
によって、利用可能な有効勾配強度の最大値が、最大限
で単一勾配コイルに対する値の３倍の平方根まで増加す
るので、化学シフト（化学シフトとは、核を取り巻く電
子が原因で、加えられた磁場に対してずかに異なる磁場
の影響を核が受けることを意味する）によって誘発され
るスライスの変位を減少させることができる。できる限
り平行スライスを用いるようにすると、勾配切り替えの
必要が減り、また１枚以上のスライスを同時に反転する
場合に必要となる異なったRFパルスの数が減るので、一
般的な実行上の利点がある。 「共形ISIS」によって得られる局限化を充分活用する
ために、３次元画像コンピュータ・プログラムを利用す
る。いくつかの例（例えば脳腫瘍検査）については、先
行のMRまたはCT検査から画像を利用することができ、執
刀医が提供する解剖学的ROI情報に基づいて、スライス
の配置を選択することができる。 「共形ISIS」により、解剖学的形態に正確に沿うよう
に調整した局限化と、迅速で柔軟な複数容積能力を組み
合わせることによって、信号・雑音比が改善され、定量
に必要な信頼性でin vivo31P分光測定が、、実施できる
ようになる。 Ｃ−ISISによって、コイルの感受性領域内に配置でき
る複数容積要素の数が従来のISISに比較して増加し、ま
た信号・雑音比に適合するように容積要素の大きさを選
択できる。さらに、上で説明したように、この技術は他
のNMR局限法の多目的性を広げるために、容易に適用で
きる。 上記の装置の重要な特徴は、この装置が、１つ以上の
限定された領域から来る空間的に局限された磁気共鳴信
号を獲得する手段を提供することである。この装置はま
た、非立方体または非長方形の形をした１つ以上の領域
から空間的に局限された磁気共鳴信号を得る手段を提供
する。もう一つの態様として、この装置は、磁化を準備
し、選択し、位相エンコードし、磁化の読出しを行うた
めに、枚数を変えられる直交または非直交選択平面を利
用して、空間的に局限された磁気共鳴信号を得る手段を
提供する。このような平面を用いて得たものを適切に配
列し、そこから得られる信号を、前述の方法で局限され
た信号を得るために適した仕方で組み合わせる。またこ
の装置によって、１つ以上の非立方体または非直線形を
局限し選択するために、１組の適切なRFパルスと勾配平
面によって、立方体または直線形の空間から信号を選択
する既存の局限方法を追加できるようになり、またはそ
の方法との組み合わせができるようになり、またこの装
置は、画像データを使用して、そのような領域を選択し
て限定し、選択領域から信号が得られるようにすること
ができる一連の命令を発生するための手段を提供する。
最後にこの装置は、画像データを使用して、非立方体ま
たは非直線形の１つ以上のそのような領域を選択して限
定し、選択領域から信号が得られるようにする一連の命
令を発生するための手段を提供する。 「共形」分光測定の方法はまた、「ORパルス」と名付
けられたパルス・シーケンスを用いることによって、上
述のように、凸面よりも凹面のVOIから来るスペクトル
を局限するのに用いることもできる。 図６は４枚のスライスを用いた単純な凹面容積を示し
ており、そのうちの２枚のスライスは１つの多角柱を限
定し、その内部で勾配スライスＡとＢが凹面VOIを限定
している。図７と図８には２つのパルス・シーケンスが
示してあり、GaとGbはスライスＡとＢに対応する斜めの
選択勾配であり、勾配磁場コイルに組み合わせに通電す
ることによって作り出される。スライスＢはスライスＡ
から来るエコーが生じている間に励起される。そのシー
ケンスによって３つの領域すべてが60゜または120゜の
状態に放置され、したがって、sin60゜＝0.87であるか
ら、重なり合う信号損失がほんのわずかで均一励起が行
われる。エコーによってスライスＡのわずかなT2増量が
あるが、STEAMシーケンスとともに使用される場合は、S
TEAMシーケンスでの接続の90゜パルスが、すべてのMZ成
分を横断平面へと傾け、そこでその成分は不可逆的に脱
位相（dephase）されるので、T1によってほとんど増量
は生じない。 図７には「選択性ORパルス」シーケンスが示してあ
り、図８には「非選択性ORパルス」シーケンスが示して
ある。 図１に示した非−選択性「ORパルス」シーケンスは、
図で分かるように、第１位相を有する第１選択電磁準備
パルス（60＋ｘと略記）を試料に加え、他方試料の第１
スライスの形の領域を選択するために第１勾配磁場Gaを
加えることによって成り立っている。それから第２位相
を有する電磁パルス（180yと略記）が試料に加えられ、
続いて第３位相を有する第２選択電磁準備パルス（60−
ｘと略記）が試料に加えられ、他方試料の第２スライス
の形の領域を選択するために第２勾配磁場Gbを試料に加
える。 上記の３つの領域すべてから来る符号の付いた寄与分
を得るために、試料から来る共鳴信号が、第１と第２ス
ライス内部からの強度と位相、および第１と第２スライ
スの重なり合いによって限定される試料領域からの強度
と位相と、実質的に同じ強度と位相を有するように、第
１、第２選択電磁パルスの位相と振幅が選ばれている。 図７に示した選択性ORパルス・シーケンスも、同様の
仕方で用いられる。図で分かるように、このシーケンス
は、第１位相を有する第１選択電磁準備パルス（120xと
略記）を試料に加えながら、他方試料の第１スライスの
形をした領域を選択するために第１勾配磁場Gaを加える
ことによって、成り立っている。それから第２位相を有
する第２選択電磁準備パルス（180yと略記）が加えられ
る一方で、第１スライスでの磁化をさらに条件付けるた
めに第２勾配磁場Gaを加える。それから、第３位相を有
する第３電磁準備パルス（60xと略記）が加えられる一
方で、試料の第２スライスの形をした領域を選択するた
めに、第３勾配磁場を加える。２つのバージョンのう
ち、エコー時間が短いことと励起の均一性というRFの必
要条件の点から見て、非選択性実行のほうが好ましい
（選択的焦点再調整によって生ずる、スライスＡに隣接
する飽和帯域が無効になるため）。しかし選択的焦点再
調整は、特に最適化したパルス波形を使用した場合に
は、試料全体の磁化を乱すことが望ましくないような適
用例で満足の行く結果を得ることができる。 ORパルスは、円錐曲線回転体（トロイド）のような複
雑なVOIを限定するための、多−周波数パルス（５）を
伴うビルディングブロックとして使用することができ
る。STEAMによる単発シミングは、実際の1H分光測定に
とって重要な特徴であるORパルスを使用して実施するこ
とができる。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−206231（ＪＰ，Ａ) Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｇｎｅｔ ｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ，Ｖｏｌ. 74，Ｐ．550−556（1987) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) A61B 5/055
Claims (11)
- 【請求項１】試料全体の複数の共鳴信号（FID）を得る
手段と、互いに交差し非直交である選択された複数の試
料のスライスの個々のスピン母集団を、得られた試料全
体の共鳴信号のそれぞれに対し反転する手段と、前記の
交差するスライスのスピン母集団それぞれが反転された
後に、試料から複数の第２の共鳴信号（FID）を得る手
段と、試料全体の信号を加え合わせる手段と、前記選択
されたスライスの交差における関心容積からnmr信号を
代表する信号を得るために前記第２の共鳴信号を前記試
料全体の共鳴信号から減算する手段とを有する空間的に
局限された磁気共鳴分光測定装置。 - 【請求項２】直交軸に沿って勾配磁場（Gx,Gy,Gz）を生
成するよう配列された複数の磁場勾配コイルが設けら
れ、１つ以上の勾配コイルの同時励起により前記交差す
るスライスの少なくとも１つが選択されるよう構成され
た請求項１記載の装置。 - 【請求項３】前記第１の共鳴信号を得る手段と、前記第
２の共鳴信号を得る手段が読み出しパルスシーケンス
（AHP）を試料に与えて前記共鳴信号（FID）を得るよう
構成されている請求項１記載の装置。 - 【請求項４】異なるスライスの反転と共に複数の選択さ
れたスライスのスピン母集団の反転を繰り返す手段と、
これらの各反転後に得られた前記第２の共鳴信号と前記
第１の共鳴信号とを演算して組み合わせ、加算及び減算
してスライスの交差からの信号を導き出す手段とを有す
る請求項１ないし３のいずれか１つに記載の装置。 - 【請求項５】試料の第１スライスの形の領域を選択する
第１の勾配磁場を与え、第１の位相を有する第１の選択
的電磁準備パルスを試料に与える手段と、その後第２の
位相を有する電磁準備パルスを試料に与える手段と、試
料の第２スライスの形の領域を選択する第２の勾配磁場
を与え、第３の位相を有する第１の選択的電磁準備パル
スを試料に与える手段とを有し、試料からの共鳴信号が
第１と第２のスライスの内部からと第１と第２のスライ
スの重なりにより画定される試料の領域とで実質的に同
一の強度と位相を有するように全ての選択的準備パルス
の前記第１、第２、第３の位相と振幅が定められている
請求項１又は２記載の装置。 - 【請求項６】試料の第１スライス（Ａ）の形の領域を選
択する第１の勾配磁場を与え、第１の位相を有する第１
の電磁準備パルスを試料に与える手段と、その後第２の
位相を有する第２の電磁準備パルスを試料に与える手段
と、試料の第２スライスの形の領域を選択する第２の勾
配磁場を与え、かつ第１のスライス（Ａ）における磁化
を更に制約するために第２の勾配磁場を与える手段と、
その後第３の位相を有する第３の選択的電磁準備パルス
を試料に与え、かつ試料の第２のスライス（Ｂ）の形の
領域を選択するために第３の勾配磁場を与える手段とを
有する請求項１又は２記載の装置。 - 【請求項７】多面体の試料領域を作り出すために試料に
３より多い交差スライスを画定する手段を有する請求項
１記載の装置。 - 【請求項８】非接続試料領域を試料の中に画定するため
に試料に３以上の交差スライスを画定する手段を有する
請求項１記載の装置。 - 【請求項９】抑制、準備あるいは編集パルス列を試料に
与える手段を有する請求項１ないし８のいずれか１つに
記載の装置。 - 【請求項１０】抑制信号の直後に２つの励起パルスを与
え、かつ読み出し信号の直前に１つの励起パルスを与え
る手段を有する請求項９記載の装置。 - 【請求項１１】各々が試料の各方向に勾配磁場（Gx,Gy,
Gz）を作り出すことができる複数の勾配磁場コイルと、
試料に電磁準備パルスを与える手段と、試料から共鳴信
号を読み出す読み出す手段とを有する請求項１ないし10
のいずれか１つに記載の装置。
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