JPH11128205A - 磁気共鳴による拡散検出方法 - Google Patents
磁気共鳴による拡散検出方法Info
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- JPH11128205A JPH11128205A JP10231511A JP23151198A JPH11128205A JP H11128205 A JPH11128205 A JP H11128205A JP 10231511 A JP10231511 A JP 10231511A JP 23151198 A JP23151198 A JP 23151198A JP H11128205 A JPH11128205 A JP H11128205A
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Abstract
撮像の擾乱が避けられるように構成する。 【解決手段】 第1の高周波パルスRF1による核共鳴
信号の励起および少なくとも2つの別の高周波パルスR
F2、RF3による再焦点合わせにより読出し時間窓A
Q内でスピンエコー信号が得られ、また高周波パルスR
F1〜RF3の間および読出し窓AQの前で勾配パルス
GD1〜GD4がスイッチされ、その際にこれらの勾配
パルスGD1〜GD4の極性が勾配パルスから勾配パル
スへと交替し、その際に励起から読出し窓AQまでの勾
配‐時間積分が零である磁気共鳴による拡散検出方法に
おいて、少なくとも2つの勾配パルスGD1〜GD4の
勾配‐時間積分が相い異なっている。
Description
MR)による拡散検出方法に関する。
Chemical Physics 、第42巻、第1号、第288〜2
92頁、1965年1月1日に、スピンエコー法により
180°高周波パルスの前および後の等極性の勾配パル
スと結び付けて拡散測定を実行することが提案された。
核共鳴信号を拡散に対して敏感にするこのような勾配パ
ルスは以下では短縮して“拡散勾配”と呼ばれる。最初
の提案の際にはMR実験の際にまだ位置分解は実行され
なかった。後にStejskal/Tanner による方法は撮像MR
と結び付けても応用された。すなわちStejskal/Tanner
による拡散勾配に追加して、得られた核共鳴信号の位置
コーディングをするための勾配もスイッチオンされた。
しかし、これまでに知られているパルスシーケンスの際
には拡散勾配の応用はしばしば撮像に関する問題に通じ
た。たとえば、いわゆるエコープレーナー法(RPI)
の際に像の高さの10%のオーダーの歪みが生ずる。脂
肪飽和の作用が強く損なわれる。
ョップ、1990年6月7〜8日、Bethesda/MD におけ
るD.FeinbergおよびP.Jakob の論文“Microcirculation
anddiffusion studies in humans using FT velocity
distribution, line scansand echo planar imaging ”
から拡散測定のためのパルスシーケンスとして、1つの
90°励起パルスに2つの180°再焦点合わせパルス
が続くパルスシーケンスは知られている。実施例では9
0°励起パルスと第1の180°再焦点合わせパルスと
の間に第1の勾配パルスが、両180°再焦点合わせパ
ルスの間に双極性の勾配パルスが、また第2の180°
再焦点合わせパルスと読出し時間窓との間に別の勾配パ
ルスがスイッチされる。勾配パルスは拡散への敏感さを
生じさせるようにディメンジョニングをされている。考
察されているすべての勾配パルスにわたる勾配‐時間積
分は零であり、それゆえ静止しているスピンはデフェー
ジング(Dephasierung) されない。
は、180°再焦点合わせパルスにより刺激されたエコ
ーが発生され、それらが他のエコーと重畳して像アーテ
ィファクトを生ずるという問題がある。
は、拡散測定を有するMRパルスシーケンスを、撮像の
擾乱が避けられるように構成することである。
れば、請求項1の特徴により解決される。勾配‐時間積
分のこの相違により、読出し時間窓内でリフェージング
(Rephasierung) 条件がもはや満足されておらず、従っ
てこれらが擾乱となるような仕方でMR信号に影響しな
いことが達成される。
4により一層詳細に説明する。
初に図4による層選択勾配GSの作用のもとに90°高
周波パルスRF1が照射される。それによって、公知の
仕方で核スピンが検査対象の層内に励起される。その後
に拡散勾配GDの第1の正の部分パルスGD1が続き、
その際にこれはこの例では読出し勾配GRの方向に位置
している。さらに層選択勾配GSの負の部分パルスによ
り、正の部分パルスにより生ぜしめられたデフェージン
グが再びリセットされる。すぐ次の時間間隔で180°
高周波パルスRF2が続き、この高周波パルスRF2は
第1の高周波パルスRF1により励起された核スピンを
再焦点合わせし、こうして取得窓AQ内にスピンエコー
が生ずる。取得窓AQの前に、第1の部分パルスGD1
と同一の極性を有する拡散勾配GDの第2の部分パルス
GD2もスイッチされる。さらに位相コーディング方向
の位置分解のために取得窓AQの前に位相コーディング
勾配がスイッチされる。読出し勾配の周波数コーディン
グのために取得窓AQの前に負のプリフェージング(Vo
rphasierung)パルスGRーが読出し方向にスイッチさ
れ、また取得窓の間は読出し勾配GRがスイッチオンさ
れている。公知の仕方で核共鳴信号は取得窓AQの間に
走査され、ディジタル化され、また位相ファクタに従っ
て並べられて生データマトリックスの行に書き入れられ
る。実験は、K空間全体が覆われるまで、相い異なる位
相コーディング勾配GPによりN回繰り返される。こう
して得られたマトリックスから二次元のフーリエ変換に
より像が得られる。これはMR撮像に一般的に用いられ
ている再構成方法であるから、ここではこの方法にこれ
以上に詳細には立ち入らない。
いてスピン密度の空間的な分布に関する情報だけでな
く、スピンの拡散に関する情報をも含んでいる。拡散勾
配に対しては次の特徴が必要である。−静止しているス
ピンに対する勾配積分は、リフェージング条件が満足さ
れるようにするために、核共鳴信号の読出し時点で0で
なければならない。−拡散感度が存在していなければな
らない。
験の際には、拡散勾配GDの第2の部分パルスGD2が
180°高周波パルスRF2により反転されたスピンポ
ピュレーションに基づいて核スピンの位相に関して拡散
勾配GDの第1の部分パルスGD1と反対に作用するこ
とにより満足される。部分パルスGD1およびGD2の
面積は等しい。
勾配時間積分は核共鳴信号の読出し時点で0である。
Tでのリフェージング条件は下式で表される:
nduction Decay)信号である場合、または励起の後に偶
数の180°パルスが生じた場合、v=1。この条件は
結局、核共鳴信号が反転されていないことを示す。 −そのつどの積分間隔内の核共鳴信号が励起後の奇数の
180°パルスにより反転された場合、v=−1。 −そのつどの積分間隔内の核共鳴信号がまさに刺激され
たエコーである場合、v=0。すなわち、この場合k空
間軌道は勾配により影響されない。
方向に対して成り立たなければならず、その際に読出し
間隔内の核共鳴信号には位置コーディングのための位相
応答のみが強い影響を残している。
スピンに対してのみ成り立つ。運動しているスピン(こ
の意味で拡散も運動として理解すべきものとする)は位
相応答とそのつどの勾配との間の他の関係の影響下にあ
る。拡散測定または拡散重み付けられたMR像に対して
は相応にスイッチされた(たとえばStejskal/Tannerに
よる)勾配により、拡散が静止している材料にくらべて
のMR信号を減衰させることが達成される。MRシーケ
ンスのこの信号減衰を決定する拡散感度はその拡散重み
付けテンソルbにより与えられている:
されている:
量v(τ)に関係する。
は拡散テンソルDの形式で下記のように定義される:
/sを代表している。
パルスシーケンスに関係する拡散重み付けテンソルbに
基づいてMR実験の際の拡散に基づく信号減衰が下記の
ように得られる:
により十分な数の測定の後に拡散、一層正確に言うと試
料内の拡散テンソルDを決定することができる。定性的
には拡散を信号減衰に基づいて得られるコントラスト挙
動によっても検出することができる。
シーケンスにより高い拡散敏感度を達成することができ
るが、撮像の際に冒頭にあげた問題が生ずる。これらの
問題は渦電流に起因することが見い出された。渦電流は
スイッチされた勾配によって、MRシステムの勾配コイ
ルに隣接している伝導性部分内に誘導作用により生ず
る。超伝導磁石の場合にはたとえば渦電流は主としてタ
ンク内および磁石のクライオシールド内に誘導作用によ
り生ずる。特に勾配パルスの継続時間のオーダーおよび
それ以上の半値時間を有する渦電流は拡散測定の際に磁
界の基本成分B0のシフトにより、また磁界の不均一性
により擾乱を生ずると認められる。強い像歪みはたとえ
ば、読出しシーケンスとしてエコープレーナーシーケン
スを使用する場合に生ずる。脂肪飽和パルスも特に敏感
に基本磁界の擾乱に反応する。なぜならば、これらは非
常に狭い帯域幅を有し、それによって基本磁界のシフト
に関して特に敏感であるからである。
性の渦電流挙動を仮定すると勾配Gの時間的導関数Gド
ットの畳込みにより表され得る。
ルにより近似される。
デクレメントを代表している。すなわち勾配により相い
異なる半値符号を有する相い異なる強さの渦電流が惹起
される。
でB0シフトが消滅するならば、または核共鳴信号のk
空間軌道の間に増される位相が0であるならば、見るこ
とができない。
共鳴信号の読出し位相内のそれぞれ応用されるパルスシ
ーケンスに関係する。
r によるパルスシーケンスの場合には、拡散勾配が符号
を全く交替しないので、満足されない。
および同時に式1によるリフェージング条件は、双極性
の勾配パルスを使用するときに満足すべきであることが
認識された。その際に勾配パルス列の部分パルスにより
誘導作用により生ずる渦電流はそれぞれ反転された極性
を有する後続の部分パルスにより広範囲に補償される。
条件が満足されているパルスシーケンスが示されてい
る。この場合、拡散勾配GDは交替する極性の4つの部
分パルスGD1ないしGD4から成っている。パルスシ
ーケンスは通常のように層選択する90°高周波パルス
RF1で開始し、その後に拡散勾配GDの第1の部分パ
ルスGD1ならびに第1の180°高周波パルスRF2
が続き、それによりスピンが反転される。さらにその後
に拡散勾配GDの負の部分パルスGD2および正の部分
パルスGD3が続く。最後にスピンは別の180°高周
波パルスRF2によりもう一回反転され、その後に拡散
勾配GDの負の部分パルスGD4が続く。その後に、図
1〜4による実施例の際のように、読出しシーケンスが
続く。その際に強調すべきこととして、ここでは任意の
読出しシーケンス、たとえばEP1シーケンスも応用さ
れ得る。
してStejskal/Tanner によるシーケンスとほぼ同じ感度
を示している。しかし、渦電流挙動ははるかに望まし
い。なぜならば、拡散勾配GDの部分パルスGD1〜G
D3により励起された渦電流がそれに続く反対の極性の
部分パルスGD2〜GD4により広範囲に補償されるか
らである。その際に注意を喚起すべきこととして、18
0°高周波パルスRF1およびRF2は確かに核スピン
に逆向きに作用するが、渦電流に関しては影響を有して
いない。
び/または9による条件だけでなく、式1によるリフェ
ージング条件も満足し得る。高周波パルスRF1および
RF2の逆向きの作用も考慮に入れて、リフェージング
条件は、部分勾配GD1およびGD2の勾配面積が部分
勾配GD3およびGD4の勾配面積に等しい場合に満足
される。冒頭にあげたFeinbergおよびJakob の論文にも
既に双極性パルスを有する拡散重み付けされたパルスシ
ーケンスが提案された。しかしながら、そこでは渦電流
の問題への注意喚起はされていない。さらに、そこに説
明されているシーケンスには、再焦点合わせパルスによ
り先に励起されたスピンがリフェーズするだけでなく、
それ自体も再び励起パルスとして作用し、さらに刺激さ
れたエコーを惹起するという問題がある。条件1および
8および/または9を満足するための部分パルスGD1
〜GD4の長さおよび振幅のディメンジョニングの際に
なおそれ以上の自由度が得られる。これらは本発明によ
り、読出し時間窓AQの間に本来望まれるスピンエコー
へのFID信号および刺激されたエコーの重畳を避ける
ために利用される。勾配パルスGD1〜GD4のディメ
ンジョニングは、エコー時点Tでリフェージング条件が
スピンエコーに対してのみ満足され、FID信号および
刺激されたエコーに対しては満足されないように行われ
る。このことは、具体的な実施例では、勾配パルスGD
1ないしGD4の面積または勾配‐時間積分が等しくて
はならないことを意味する。実施例ではたとえば最初の
両勾配パルスGD1およびGD2は+25%または−2
5%の面積を有し、第3の勾配パルスGD3は30%の
面積を有し、第4の勾配パルスGD4は−20%の面積
を有する。その際に100%は拡散重み付けのために有
効な面積全体を代表する。図5ないし9の考察からわか
るように、それによって読出し時間窓AQ内で、第1の
高周波パルスRE1により励起されたスピンに対するリ
フェージング条件が、そのスピンが静止しているスピン
であるかぎり、満足されている。しかしFID信号と、
後続の再焦点合わせパルスRF2およびRF3に惹起さ
れる刺激されたエコーとは読出し時間窓AQ内でデフェ
ーズされている。なぜならば、これらの信号に対する読
出し方向GR の勾配‐時間積分が零に等しくないからで
ある。それによってこれらの信号は読出し時間窓AQ内
で測定された信号に影響せず、従って像アーティファク
トが避けられる。個々の勾配パルスの勾配‐時間積分は
相い異なる継続時間または相い異なる振幅に基づいて相
違し得る。しかし拡散勾配に対しては典型的にいずれに
せよ最大限に可能な勾配振幅が使用されるので、継続時
間が変更されると好ましい。図7にはパルスシーケンス
に対する相応のタイミングが示されており、その際に個
々の位相の継続時間はたとえば25ms、55msおよ
び20msである。短い高周波パルスおよび勾配ランプ
の仮定のもとに取得窓の中心(典型的にk空間のコント
ラストを決定する中央の部分に相当する)は望ましい時
点に、すなわち10msまたは勾配パルス列の継続時間
全体の10%だけ最後の勾配パルスGD4の後に位置し
ている。
に対する典型的な渦電流挙動は図14に示されている。
その際に横軸には渦電流の半値時間とパルス長さとの比
が、また縦軸には渦電流成分の誤り経過が%で示されて
いる。ここで100%は最後の個別パルスの誤りを代表
する。認識されるように、全継続時間の1.414%の
半値時間を有する渦電流は完全に消去されている。より
短い半値時間を有する渦電流は最後の勾配パルスと等し
い符号を有する誤りを生じ、より長い渦電流‐半値時間
は渦電流誤りを反対向きにする。長い渦電流‐半値時間
の場合誤りは再び零に向かう。いま、特にコントラスト
を決定する中央のk空間行が渦電流によりほぼ影響され
ずにとどまるようにタイミングを選ぶことができる。誤
りが特に大きくなる極端に短い渦電流‐半値時間は実際
にはいずれにしてもほとんど擾乱を生じない。なぜなら
ば、測定は拡散重み付けされた勾配パルスの最後のエッ
ジの直後では開始しないからである。
り渦電流補償がさらに改善される。なぜならば、この場
合には2つの渦電流‐半値時間に対する完全な補償が達
成され、その際に長い渦電流‐半値時間に対する誤りが
同じく再び零に向かうからである。このパルスシーケン
スは図10に相応して同じく90°高周波パルスRF1
により開始するが、それにこの場合には4つの180°
再焦点合わせパルスRF2ないしRF5が続く。すべて
の高周波パルスRF1ないしRF5は図13による層選
択勾配GSの作用のもとに層選択性である。拡散敏感度
を生じさせる勾配パルスは下記のように分配される。 −正の勾配パルスGD1が高周波パルスRF1とRF2
との間に、 −負の勾配パルスGD2が高周波パルスRF2とRF3
との間に、 −反対向きの符号の2つの勾配パルスGD3およびGD
4が、正の勾配パルスGD3で開始して、高周波パルス
RF3とRF4との間に、 −正の勾配パルスGD5が高周波パルスRF4とRF5
との間に、最後に −負の勾配パルスGD6が高周波パルスRF5と読出し
時間窓AQとの間に分配される。
の前で位相コード化パルスGpにより位相コード化され
る。読出し時間窓AQの間に読出し勾配GRがスイッチ
されている。
うに、ここでも読出し時点で静止しているスピンに対す
るリフェージング条件が満足されていなければならな
い。すなわち、すべての勾配‐時間積分が零でなければ
ならない。さらに、ここでも個々の勾配パルスGD1な
いしGD6の相い異なる勾配‐時間面積により刺激され
たエコーはデフェーズされる。
の形式の拡散重み付けのみに関する、すなわち読出し位
相に対しては任意の知られているシーケンス、たとえば
前記のEPIシーケンスが使用され得る。本発明の基本
思想は、渦電流効果を補償するために、交互の符号の勾
配パルスを使用することにある。個々の勾配パルスの間
に位置している180°パルスにより、生じている核ス
ピン信号をスピンエコーとして読出しまたそれが拡散感
度として定義されることが達成される。勾配パルスの相
い異なる勾配‐時間面積により、刺激されたエコーはデ
フェーズされる。
よる従来の拡散勾配を有するパルスシーケンス図。
よる従来の拡散勾配を有するパルスシーケンス図。
よる従来の拡散勾配を有するパルスシーケンス図。
よる従来の拡散勾配を有するパルスシーケンス図。
シーケンス図。
シーケンス図。
シーケンス図。
シーケンス図。
シーケンス図。
スシーケンス図。
スシーケンス図。
スシーケンス図。
スシーケンス図。
Claims (3)
- 【請求項1】 第1の高周波パルス(RF1)による核
共鳴信号の励起および少なくとも2つの別の高周波パル
ス(RF2、RF3)による再焦点合わせにより読出し
時間窓(AQ)内でスピンエコー信号が得られ、高周波
パルス(RF1〜RF3)の間および読出し窓(AQ)
の前で勾配パルス(GD1〜GD4)がスイッチされ、
その際にこれらの勾配パルス(GD1〜GD4)の極性
が勾配パルスから勾配パルスへと交替し、またその際に
励起から読出し窓(AQ)までの勾配‐時間積分が零で
ある磁気共鳴による拡散検出方法において、少なくとも
2つの勾配パルス(GD1〜GD4)の勾配‐時間積分
が相い異なっていることを特徴とする磁気共鳴による拡
散検出方法。 - 【請求項2】第1の高周波パルス(RF1)と第2の高
周波パルス(RF2)との間に第1の極性の勾配パルス
(GD1)がスイッチされ、第2の高周波パルス(RF
2)と第3の高周波パルス(RF3)との間に第1の極
性と反対の極性で開始して相い異なる極性の2つの勾配
パルス(GD2、GD3)がスイッチされ、第3の高周
波パルス(RF3)と読出し窓(AQ)との間に第1の
極性の別の勾配パルス(GD4)がスイッチされること
を特徴とする請求項1記載の拡散検出方法。 - 【請求項3】 スピンエコー信号が読出し時間窓(A
Q)の前の位相コーダー勾配(GP)および読出し時間
窓(AQ)の間の読出し勾配(GR)により位置コード
化されることを特徴とする請求項1または2記載の拡散
検出方法。
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