JPH01115349A - 核磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、核磁気共鳴（以下、ＮＭＲと略記する）Ｉ！
１象を利用して被検体の断層画像を得るＮＮＲイメージ
ング装置に関するものである。

〔従来の技術〕

ＮＭＲイメージング装置において、静磁場の均一性は再
構成された画像の幾何学的歪や位相歪に影響を与えるの
で重要である。しかし、従来静磁場の均一度調整は据付
時や年数口の定期点検時以外あまりなされない。

静磁場発生装置として超伝導方式（電磁石）を採用した
場合、静磁場均一度調整を一度実施すれば、イメージン
グに関して静磁場均一度が実用許容限度から大きくずれ
ることはない。しかし、静磁場発生装置に永久磁石を使
用する場合、周囲環境の温度変化によって、中心磁場強
度のみならず静磁場均一性も容易に変化し得る。特に、
Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石を主磁石として用いる場合、前記
温度係数が他の磁石類よりも大きいため、その変化が顕
著である。

ところで、静磁場均一性が充分に確保されている場合、
断層面撮像の最適感度は、通常断層面撮像のために実施
されるパルス・シーケンスにおいて、位相エンコード０
における信号強度を基準にして決められる。しかし、静
磁場均一性が不充分であると、磁場の１次変分成分が出
るので位相エンコード０の時に信号強度が最大になると
は言えなくなる。

いま、静磁場の方向を２軸にとり、各空間軸Ｘ。

ｙ、ｚ方向の１次の変分をそれぞれ、δＢ２／δ８゜δ
Ｂ°２／δｙ、δＢ２／δ２とすると、ある空間を想定
した場合の静磁場Ｂは、１次近似としてＢ　”　Ｂ　ｚ
ｏ＋δＢ、／δｘ”Ｘ＋δＢ、／δ７６　ｙ＋δＢ２／
δ２・２　　　　　　　　　・・・（１）と表わされる
。ここで、Ｂｚｏは０次のＺ方向静磁場強度を示す。

（１）式において、静磁場均一度が良いということは、 を意味する。静磁場均一度が悪くなると、（２）式の関
係が成立しなくなる。

この１次変分成分、δＢｚ／δ８．δＢ２／δア。

δＢ２／δ２はちょうど傾斜磁場強度と同一次元をもつ
ので傾斜磁場によって打ち消しが可能である。

例えば、Ｚ軸方向の静磁場の１次の変分δＢ２／δ２が
０でないと仮定したとき、Ｚ軸方向に位相エンコード方
向をとると、位相エンコード０時に信号強度が最大にな
るとは言えない。むしろ、位相エンコード量が、ちょう
ど−δＢｚ／δ２に一致するときにＮＭＲ信号強度が最
大となる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このことから、静磁場均一性が崩れて、静磁場の１次の
変分が無視できなくなったとき、位相エンコード０時の
信号強度を基準にしてＮＭＲ信号受信強度を最適に設定
することは正しくない。このように設定すると、位相エ
ンコード量が−δＢ２／δ２に一致したとき、信号が最
大となり、この検出信号を後の演算処理に用いるために
Ａ／Ｄ変換するアナログ／ディジタル変換器（以下、Ａ
／Ｄ変換器という）への入力がオーバーフローすること
になる。

このように、従来技術は静磁場不均一性に基づく位相エ
ンコード方向の静磁場の１次変分を考慮に入れて、最適
受信感度を決めているものではなかった。

本発明は、静磁場不均一性が崩れて静磁場の１次変分が
無視できなくなったとき、その１次変分の大きさを断磨
面撮影（以下、本計測という）に先立って予備計測を行
い、その計測された変分量を逆に補正することによって
位相エンコード０時に１本計測におけるＮＭＲ信号が最
大になるような制御を実施することによって、Ａ／Ｄ変
換器への入力が最適になるようにＮＭＲ受信感度を設定
することができる技術を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

前記目的は、被検体に静磁場を与える手段と、前記被検
体にスライス方向傾斜磁場、周波数エンコード傾斜磁場
及び位相エンコード傾斜磁場を与える手段と、前記被検
体の組織を構成する原子の原子核に核磁気共鳴を起こさ
せる高周波パルスを印加する手段と、核磁気共鳴信号を
検出する手段と、得られた核磁気共鳴信号をフーリエ変
換して画像を再構成する手段とを備えた核磁気共鳴イメ
ージング装置において、本計測パルスシーケンスの他に
１本計測開始直前にスライス方向傾斜磁場及び周波数エ
ンコード傾斜磁場を印加し、９０’及び１８０°選択励
起高周波パルスを所定時間間隔が繰り返し印加するとと
もに、前記繰り返し時間毎に位相エンコード傾斜磁場を
変化させて核磁気共鳴信号の最大値を与える位相エンコ
ード量を求める予備計測パルスシーケンスを発生する手
段を設け、本計測時に前記予備計測パＪＬ／スジ−ケン
スを実行して求めた位相エンコード量を位相エンコード
傾斜磁場へ加算することによって達成される。

〔作用〕

予備計測スキャンにおいて、静磁場不均一性に基づく静
磁場の１法度分が生じている際、この方向に位相エンコ
ードを採ると、位相エンコード方向傾斜磁場を印加しな
い仮想的な位相エンコード０時に、ＮＭＲ信号が最大値
を取ることはない。

例えば、この状態で本計測（断層面撮影）のためのＮＭ
Ｒ信号受信感度を最適に設定したとすると、位相エンコ
ードの０以外でＮＭＲ信号は最大値を取るので、Ａ／Ｄ
変換器への入力はオーバーフローし、正しい画像再構成
がなされない。しかし、予め仮想的な位相エンコードＯ
以外のところでＮＭＲ信号が最大値を取ったとしても、
予備計測スキャンによってその最大値を与える位相エン
コード量を知ることができるので１本計測において、位
相エンコード傾斜磁場に前記予備計測においてＮＭＲ信
号最大値を与える位相エンコード量を符号を逆にして加
算すれば、本計測時にＡ／Ｄ変換器への入力がオーバー
フローすることは防止できる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて詳細に説明
する。

第１図は本発明に係る核磁気共鳴イメージング装置の全
体構成例を示すブロック図である。この核磁気共鳴イメ
ージング装置は、核磁気共鳴（ＮＭＲ）現象を利用して
被検体１の断層画像を得るもので、そのために、必要な
充分大きなボアー径をもった静磁場発生磁石１ｏと、中
央処理袋ｒ１１（以下、ＣＰ　Ｕ　トＬ、Ｎう）１１と
、シーケンサ１２と、送信系１３と、磁場勾配発生系１
４と。

受信系１５と信号処理系１６とからなる。上記静磁場発
生磁石１０は、被検体１の周りにその体軸方向または体
軸と直交する方向に強く均一な静磁場を発生させるもの
で、上記被検体１の周りのある広がりをもった空間に永
久磁石方式又は常電導方式あるいは超電導方式の磁場発
生手段が配置されている。上記シーケンサ１２は、ＣＰ
ＵＩＩの制御で動作し、被検体１の断層画像のデータ収
集に必要な種々の命令を送信系１３及び磁場勾配発生系
１４並びに受信系１５に送るものである。上記送信系１
３は、高周波発振器１７と変調器１８と高周波増幅器１
９と送信側の高周波コイル２０ａとからなり、上記高周
波発振器１７から出力された高周波パルスをシーケンサ
１２の命令に従って、変調器１８で振幅変調し、この振
幅変調された高周波パルスを高周波増幅器１９で増幅し
た後に被検体１に近接して配置された高周波コイル２０
ａに供給することにより、電磁波が上記被検体１に照射
されるようになっている。上記磁場勾配発生系１４は、
Ｘ、Ｙ、Ｚの三軸方向に巻かれた傾斜磁場コイル２１と
、それぞれのコイルを駆動する傾斜磁場電源２２とから
なり、上記シーケンサ１２からの命令に従ってそれぞれ
のコイルの傾斜磁場電源２２を駆動することにより、ｘ
、ｙ、ｚの三軸方向の傾斜磁場Ｇｘ、Ｇア、Ｇｚを被検
体１に印加するようになっている。この傾斜磁場の加え
方により、被検体１に対するスライス面を設定すること
ができる。上記受信系１５は、受信側高周波コイル２０
ｂと増幅器２３と直交位相検波器２４とＡ／Ｄ変換器２
５とからなり、上記送信側の高周波コイル２０ａから照
射された電磁波による被検体１の応答の電磁波（ＮＭＲ
信号）は被検体１に近接して配置された高周波コイル２
０ｂで検出され、増幅器２３及び直交位相検波器２４を
介してＡ／Ｄ変換器２５に入力してデジタル量に変換さ
れ、さらにシーケンサ１２からの命令によるタイミング
で直交位相検波器２４によりサンプリングされた二系列
の収集データとされ、その信号が信号処理系１６に送ら
れるようになっている。この信号処理系１６は、ＣＰＵ
ＩＩと、磁気ディスク２６及び磁気テープ２７等の記録
装置と、ＣＲＴ等のデイスプレィ２８とからなり、上記
ＣＰＵＩＩでフーリエ変換、補正係数計算像再構成等の
処理を行い、任意断面の信号強度分布あるいは複数の信
号に適当な演算を行って得られた分布を画像化してデイ
スプレィ２８に表示するようになっている。なお、第１
図において、送信側及び受信側の高周波コイル２０ａ、
２０ｂと傾斜磁場コイル２１は、被検体１の周りの空間
に配置された静磁場発生磁石１０の磁場空間内に配置さ
れている。

第２図は、典型的なスピン・エコー計測におけるタイム
・シーケンスを模式的に表わしたものである。第２図に
おいて、ＲＦは無線周波の信号の照射のタイミング及び
選択励起のためのエンベ−ロープを示している。Ｇ２は
スライス方向の傾斜磁場印加のタイミングを示す。Ｇｙ
は位相エンコード方向傾斜磁場印加のタイミングとその
振幅を変えて計測することを示す。Ｇ８を周波数エンコ
ード傾斜磁場印加のタイミングを示し、Ｓｉｇｎａｌは
計測されるＮＭＲ信号を示す、最下段はタイム・シーケ
ンスを１〜６に区間分けしたものである。

なお、ｘ、ｙ、ｚ三軸はそれぞれ直交したデカルト座標
軸である。第２図中区間１においては、９０度選択励起
パルスを照射するとともに、スライス方向傾斜磁場を印
加する。区間２においては、位相エンコード方向傾斜磁
場を印加し、Ｙ方向に関して場所に依存した核スピンの
回転を付加する。

さらに区間２において、周波数エンコード傾斜磁場を印
加する。これは、区間６においてＮＭＲ信号を計測する
際に、時間原点が区間６の中央に来るように、核スピン
をあらかじめデイフェイズ（ｄｅｐｈａｓｅ、位相を反
転させること）させておくためのものである。区間３で
は何らの信号も出さない。区間４では、１８０度選択励
起パルスを照射するとともに、スライス方向傾斜磁場を
印加する。

区間５では何らの信号も出さない。区間６では、周波数
エンコード傾斜磁場を印加するとともに、ＮＭＲ信号の
計測を行う。

ＮＭＲイメージングを行うには、前述のごとく静磁場に
傾斜磁場を印加した状態でＲＦパルスを照射し、被検体
１の検査領域から出るＮＭＲ信号を空間情報としてエン
コード（符号化）するために傾斜磁場を印加し、ＮＭＲ
信号を計ｄ１すした後。

画像再構成する。

空間を符号化するために、傾斜磁場を用いるが、これは
核磁気共鳴周波数ωが磁場強度と線形関係にあることを
利用している。すなわち、傾斜磁場が空間的に直線性が
保たれていると、対象領域における空間位置と周波数の
関係は線形となり、時間情報であるＮＭＲ信号をフーリ
エ変換し、周波数軸に置き換えるだけで被検体１の位置
情報が得られることを利用して画像を再構成している。

具体的には２次元フーリエ変換法によって画像を再構成
しているが、以下に、選択励起によってスライス方向に
ある厚みをもった領域の核スピンが励起された後に空間
を符号化する方法について説明する。

ある厚みをもった２次元面領域の核スピンを空間座標に
応じた量だけ回転を付加するために、Ｘ。

Ｙの２方向に分けて符号化する。第２図に従えば、Ｘ方
向を周波数エンコード方向、Ｙ方向を位相エンコード方
向と区分けしている。

周波数エンコード方向には、スピン・エコー信号を読み
取る際、視野の両端で位相がＮπだけずれている必要が
あり、周波数エンコード時間をＴｘとすれば。

γＧＸ−Ｄ−Ｔｘ＝　Ｎ　７Ｃ−（３）なる関係を満た
さなければならない。ここで、γ　：対象核であるプロ
トンの磁気回転比（２，６７５１Ｘ　１０　’ｒａｄ　
／　ｓｅｅ／　Ｇａｕｓｓ）Ｇｘ　：周波数エンコード
方向傾斜磁場の強度Ｄ　：視野直径 Ｎ　：計測サンプル数 である。

また、位相エンコード方向には、Ｍ回の位相エンコード
を行うものとすると、視野の両端での位相が最大でＭπ
だけずれている必要があるので、位相エンコードパルス
印加時間をＴｙとしたときγＧｙ−Ｄ−Ｔｙ＝Ｍπ　　
　　　　　　　・・・（４）なる関係を満たさないけれ
ばならない。ここで、Ｇｙ　：位相エンコード方向傾斜
磁場の最大値Ｍ　：゛位相エンコード数 である。また、視野を正方形領域とした。

周波数エンコード方向の傾斜磁場は、各位相工ンコード
毎同じ強度を印加し、Ｘ方向の空間座標を周波数軸に符
号化する方法をとる。一方、位相エンコード方向には、
各エンコード毎に傾斜磁場強度が、 ・・・（５） となるように、位相エンコード量γＧｙ　’　Ｄ−Ｔｙ
をπずつ変化するようにＧｙを変えて、スピン・エコー
信号を計測する。

このようにして、Ｘ方向にはＮサンプル、ｙ方向にはＭ
サンプルをもつ２次元計測データが収集される。通常、
ＮＭＲ信号計測にはＱ　Ｐ　Ｄ　（Ｑｕａｄ−ｒａｔｕ
ｖｅ　Ｐｈａｓｅ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）手法を用いて
実部、虚部を同時に収集するので、ＮＸＭサンプルの複
素データが得られ、これを２次元フーリエ変換すれば画
像が得られる。

ところで、静磁場発生磁石１０として永久磁石を使用す
る場合がある。その材質としては種々のものが考えられ
ているが、最近出回ってきた希土類系磁石（Ｎｄ　　Ｆ
ｅ−Ｂ）は、最大エネルギー積に関しては最も高く、強
力な磁場を発生できるが、その反面温度係数が大きい。

一般に周囲温度が上昇すると、発生する静磁場が減弱す
る、いわゆる負の温度係数をもつ。−例として、その温
度係数が一１０００ρｐｍ／’Ｃに達するものがある。

この場合１周囲温度が１°Ｃ上昇すると、静磁場強度は
１１０００ｐｐ減弱する。たとえば、１０００Ｇａｕｓ
ｓの静磁場強度ではＩ　Ｇａｕｓｓに相当する。

わずかな温度変化によって静磁場均一度が崩れ易い傾向
にあるため、普通は、磁気回路として構成したものを断
熱材で蔽ったり、恒温制御装置を装着することにより、
磁気回路全体としての温度係数を小さくすることができ
る。

以上のような措置を施しても、垂直磁場型で構成した永
久磁石による磁気回路では、上下の磁石の温度差が生じ
たりすることがある。その原因は磁気回路下部は熱容量
の大きな床に接しているが、一方、上部はそのようなも
のがないためである。

上下の磁石に温度差が生じると、目的とする磁場空間内
の静磁場均一度が崩れ、上下方向に静磁場の変分項が現
われる。実際には高次の変分成分が生じ得るが、支配的
な成分は低次の成分である６その内置も支配的な成分は
１次成分である。以後、１次成分のみに限って議論を進
めることとする。

静磁場発生磁石１０の静磁場の方向を２軸としたとき、
垂直磁場型の永久磁石方式磁気回路では、垂直方向が上
下方向でもあり、１次の変分項が現われると、静磁場Ｂ
は均一度調整された磁場をＢＯとすると、 Ｂ＝Ｂｏ＋δＢＺ／δ２・Ｚ　　　　　　　　・・・（
６）と表わされる。（６）式の第２項が１次の変分項で
ある。

ところで、（６）式の第２項は傾斜磁場コイル２１で発
生する勾配磁場と同じ表現式であるので、第２項の係数
δＢ２／δ２の量だけ知れば補正は可能であると言える
。そこで、この量を知る方法について以下説明する。

いま、静磁場の均一度が調整されており、（６）式の第
２項が現われていない状態であると仮定する。この状態
では、位相エンコード方向傾斜磁場Ｇｙ　を印加しない
、すなわち位相エンコード量０のとき、計測されるＮＭ
Ｒ信号は最大値を取る。

第３図はこの際の計測シーケンスを示したものであり、
第２図との違いは、区間２において位相エンコード傾斜
磁場Ｇｙ　を印加しない点である。

ところで、（６）式における第２項が無視できない場合
、位相エンコードｔｏ時にＮＭＲ信号が最大値を取ると
は言えなくなる。したがって、（６）式の第２項が無視
できない状態で、ＮＭＲ信号をディジタル化するＡ／Ｄ
変換器２５への入力量を最適化するためのアッテネート
量の調整を実施すると、真の最大値を捕捉したときに入
力量がオーバーフローすることになる。真の最大値以外
の信号量を本計測における最大値と見なしてしまうとこ
ろに問題点がある。これを解決するには、予め計測され
るＮＭＲ信号の真の最大値を捕捉する必要がある。

第４図は、縦軸にＮＭＲ信号の大きさを取り、横軸に位
相エンコード量を取った場合の、ＮＭＲ信号計測におけ
る時間原点での振幅の変化を示したものである。第４図
では、位相エンコード量０ではなく、Ｇｙｏの点で信号
量最大となっている。

このＧｙｏの量を知れば補正が可能である。

そこで、本計測の前に予備計測を実施する。その際、位
相エンコード量は、（５）式に従ってＧｙの変化量より
も細かく、たとえば数分の１のステップ幅で計測すれば
、Ｇｙｏの量の捕捉の精度が向上する。この際の計測の
シーケンスは第２図に従ったもので実施する。また、通
常静磁場均一度が極端にずれるということはないので、
予備計測における位相エンコード量の切り換えは、たと
えば。

位相エンコード数Ｍの１／１６程度で充分である。

このようにして得た一次変分成分Ｇｙｏから、逆に位相
エンコード方向傾斜磁場として本計測中Ｇｙｏに応じた
オフセット電流を流しておけば、この−法度分成分を打
ち消したことになるので、位相エンコード量０のときに
、受信系１５で受信したＮＭＲ信号は最大値をとる。し
たがって、この状態でＡ／Ｄ変換器２５の入力のアッテ
ネート量を調整すれば、計測した信号がオーバーフロー
することはない。

第５図は、上記オフセット電流を流して−Ｇｙ。

の成分を印加しながら計測するシーケンスを示している
。これにより、静磁場不均一により生じた一次変分成分
を補正して、最大値のオーバーフローの生じない計測が
可能である。なお、予備計測のパルスシーケンスは、Ｃ
ＰＵＩ　１とシーケンサ１２によって発生されることは
言うまでもない。

上記詳細な説明において、Ｘ＋　ｙｖＺ軸は互いに交換
が可能であるとともに、断層面がこれらの軸に対して任
意の傾斜を持つ斜断面の撮像に際しても、本発明での内
容は適用可能であることを申し添えておく。

〔発明の効果〕

本発明によれば、静磁場均一性が崩れ、磁場の１次変分
成分が現われた場合に、計ｉ１１’ｌ準備スキャンを実
施し、その変分量を知れば、逆にそれを補正する成分を
傾斜磁場として印加しておけば、ＮＭＲ信号をディジタ
ル化するアナログ／ディジタル変換器への入力量をオー
バーフローさせることなく最適化させることが可能であ
る。これにより与えられたアナログ／ディジタル変換器
の有効ビット長を最大に取ることができ、再構成画像の
精度も高くできる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るＮＭＲイメージング装置の全体構
成例を示すブロック図、第２図は２次元フーリエ変換イ
メージングにおけるＮＭＲ信号計測のシーケンスを示す
図、第３図は位相エンコード傾斜磁場を印加しないシー
ケンスを示す図、第４図は位相エンコード方向にみた計
測データのプロファイル、第５図は位相エンコード方向
補正成分を印加した計測のシーケンスを示す図である。 １・・・被検体、１０・・・静磁場発生磁石、１１・・
・中央処理装置、１２・・・シーケンサ、１３由送信系
、１４・・・磁場勾配発生系、１５・・・受信系、１６
・・・信号処理系、１７・・・高周波発振器、１８・・
・変調器、１９・・・高周波増幅器、２０ａ・・・送信
側高周波コイル、２０ｂ・・・受信側高周波コイル、２
１・・・傾斜磁場コイル、２２・・・傾斜磁場電源、２
３・・・増幅器。 ２４・・・直交位相検波器、２５・・・Ａ／Ｄ変換器、
２６・・・磁気ディスク、２７・・・磁気テープ、２８
・・・＄　２　口 ＩδＱ。 ＄５　口 １８０゜ 茅５　目 ７８０゜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、被検体に静磁場を与える手段と、前記被検体にスラ
   イス方向傾斜磁場、周波数エンコード傾斜磁場及び位相
   エンコード傾斜磁場を与える手段と、前記被検体の組織
   を構成する原子の原子核に核磁気共鳴を起こさせる高周
   波パルスを印加する手段と、核磁気共鳴信号を検出する
   手段と、得られた核磁気共鳴信号をフーリエ変換して画
   像を再構成する手段とを備えた核磁気共鳴イメージング
   装置において、本計測パルスシーケンスの他に、本計測
   開始直前にスライス方向傾斜磁場及び周波数コンコード
   傾斜磁場を印加し、９０゜及び１８０゜選択励起高周波
   パルスを所定時間間隔で繰り返し印加するとともに、前
   記繰り返し時間毎に位相エンコード傾斜磁場を変化させ
   て核磁気共鳴信号の最大値を与える位相エンコード量を
   求める予備計測パルスシーケンスを発生する手段を設け
   、本計測時に前記予備計測パルスシーケンスを実行して
   求めた位相エンコード量を位相エンコード傾斜磁場へ加
   算することを特徴とする核磁気共鳴イメージング装置。