JPH01227745A - 核磁気共鳴断層撮影装置 - 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、核磁気共鳴断層撮影装置の静磁場不均一によ
る位相エラーを補正しつつ水と脂肪の化□学シフトを分
離して表示する改良形デイクツ、ン法を用いる核磁気共
鳴断層撮影装置による化学シフトイメージ作成方法に関
する。

（従来の技術） 核磁気共鳴（以下ＮＭＲという）現象を用いて特定原子
核に注目した被検体の断層像を得るＮＭＲ−ＣＴ′は従
来から知られている。このＮＭＲ−ＣＴめ原理の概要を
簡単に説明する。

原子核は磁気を帯びた回転している独楽と見ることがで
きるが、それを例えばｌ軸方向の静磁場Ｈｏの中におく
と、前記の原子核は次式で示す角速度ω０で歳差運動を
する。これをラーモアの歳差運動という。

ω０−γＨｏ　　　但し、γ：核磁気回転比今、静磁場
のあるＺ軸に垂直な軸、例えばｘ軸に高周波コイルを配
置し、×ｙ面内で回転する前記の角周波数ω０の高周波
回転磁場を印加すると磁気共鳴が起り、静磁場Ｈｏのも
とでゼーマン分裂をしていた原子核の集団は共鳴条件を
満足する高周波磁場によって準位間の遷移を生じ、エネ
ルギー単位の高い方の単位に遷移する。ここで、核磁気
回転比γは原子核の種類によって異なるので共鳴周波数
によって当該原子核を特定り−ることができる。更にそ
の共鳴の強さを測定すれば、その原子核の存在量を知る
ことができる。共鳴後緩和時間と呼ばれる時定数で定ま
る時間の間に高い単位へ励起された原子核は低い準位へ
戻ってエネルギーの放射を行う。

このＮＭＲの現象の観測方法の中パルス法について第６
図を参照しながら説明する。

前述のように共鳴条件を満足り°る高周波パルス（Ｈｌ
）を静磁ｓ＜ｚ軸）に垂直な（Ｘ軸）方向に印加すると
、第６図（イ）に示すにうに磁化ベクトルＭは回転座標
系でω′−γＨ１の角周波数でｚｙ面内で回転を始める
。今パルス幅をｔｏとするとＨａからの回転角θは次式
で表わされる。

θ＝γＨ１ｔｏ　　　　　　　　　　　　・・・（１）
（１）式においてθ−９０°となるようなｔｏをもつパ
ルスを９０’パルスと呼ぶ。この９０’パルス直後では
磁化ベクトルＭは第６図（ロ）のＪこうにｘｙ面をω０
で回転していることになり、例えばｚ軸においたコイル
に誘導起電力を生じる。しかし、この信号は時間と共に
減衰していくので、この信号を自由誘導減衰信号（以下
ＦＩＤ信号という）と呼ぶ。ＦＥＤ信号をフーリエ変換
すれば周波数領域での信号が得られる。次に第６図（ハ
）に示すように９０’パルスからτ時間後θ−１８０°
になるようなパルス幅の第２のパルス（１８０°パルス
）を加えるとばらばらになっていた磁気モーメントがτ
時間後−ｙ方向で再び焦点を合せて信号が観測される。

この信号をスピンエコー（以下ＳＥ倍信号いう）と呼ん
でいる。このＳＥ倍信号強度を測定して所望の像を得る
ことができる。ＮＭＲの共鳴条件は レーγＨｏ　／　２π　　　　　　　　　　　・・・（
２）で与えられる。ここで、νは共鳴周波数、ト１ｏは
静磁場の強さである。従って共鳴周波数は磁場の強さに
比例することが分る。このため静磁場に線形の磁場勾配
を重畳させて、位置によって異なる強さの磁場を与え、
共鳴周波数を変化させて位置情報を得るＮＭＲイメージ
ングの方法がある。この内フーリエ変換法について説明
する。この手法＝３＝ に用いる高周波磁場及び勾配磁場印加のパルスシーケン
スを第７図に示す。（イ）図において、Ｘ。

ｙ、ｚ軸にそれぞれＧｘ　、Ｇｙ　、Ｇｚの勾配磁場を
与え、高周波磁場をＸ軸に印加する状態を示している。

（ロ）図はそれぞれのｍ場を印加するタイミングを示す
図である。図においてＲＦは高周波の回転磁場で９０°
パルスと１８０°パルスをｚ軸に印加する。Ｇｘはリー
ド軸と呼ばれるＸ軸に印加する固定の勾配磁場、Ｇｙは
ワープ軸と呼ばれるｚ軸に印加する時間によって振幅を
変化させる勾配磁場、Ｑｚはスライス軸と呼ばれるｚ軸
に印加する固定の勾配磁場である。信号は１８００パル
ス後のＳＥ倍信号示している。期間は各軸に与える勾配
磁場の信号の時期を示すために設けである。期間１にお
いて９０’パルスと勾配磁場Ｇ′ｌ＋によって２＝０を
中心とする２軸に垂直な断８１１＆影にお番プるスライ
ス面内のスピンが選択的に励起される。期間２のＧＸ＋
はスピンの位相を乱れさせて１８０’パルスで反転させ
るためのもので、デイフェーズ勾配と呼ばれる。

Ｇｌ−はＧｚ＋によって乱れたスピンの位相を元に戻す
ためのものである。期間２では位相エンコード勾配Ｇｙ
ｎも印加する。これはｙ方向の位置に比例してスピンの
位相をずらしてやるためのもので、その強度は毎周期異
なるように制御される。

期間３において１８０°パルスを与えて再び磁気モーメ
ントを揃え、その後に現われるＳＥ倍信号観察する。期
間、４のＧ×＋は乱れた位相を揃え、ＳＥ倍信号生じさ
せるための勾配磁場で読み出し勾配といい、読み出し勾
配とデイフェーズ勾配の面積が等しくなったところにＳ
Ｅ倍信号現われる。

このようなＮＭＲイメージングにおいて、現在のイメー
ジングの主な対象核種である水素原子核のプロトンＮＭ
Ｒについて考察する。

一般に物質中ではＮＭＲの共鳴周波数νは外から加えた
静磁場Ｈｏによる共鳴条件式である（２）式からずれる
場合が多い。このずれは金属物質中の原子核では極めて
大きくなるが、プロトンの場合でも、その共鳴周波数は
敏感に化学構造に依存して変化する。この原因の一つは
電子の軌道運動によって、ト１ｏと逆向きに生じる磁場
（反磁場）によるもので、電子ににる核の遮蔽効果と呼
ばれている。従って、共鳴周波数は、この遮蔽効果によ
る定数σを用いて、次式により与えられる。

ν＝（γ／２π）　ｔ−ｔｏ’　（１−σ）このような
共鳴周波数のずれを化学シフトと呼び、低磁場側に共鳴
が観測される。そして、この化学シフトの大きさは、化
学結合によって電子密度の分布や電子の軌道運動が変化
すると、異なってくる。そのため同じプロトンでも化合
物によって共鳴条件が異なっている。即ち、ト１２０中
のプロトンと脂肪中のプロトンとではラーモア周波数が
約３．５ｐｐｍずれる。この程度のずれでは、通常のイ
メージングによって両者を区別することはできない。

この両者の成分をイメージングする手法にディクソン法
がある。ディクソン法を第４図を参照して説明する。図
は第７図と同様なタイムシーケンスのチャートである。

図において、第７図と同等な部分には同一の符号を付し
である。

（イ）図は９０’パルス１と１８０’パルス２との時間
間隔をＴｏとした時にＴｅ＝ＴＥ／２に選んだスキャン
０の図である。ここで、ＴＥは９０６パルスとＳＥ信号
の間の時間間隔である。

この時、水と脂肪のそれぞれのプロトン成分の磁化ベク
トルは同位相になる。（ロ）図は９０’パルス１との時
間間隔ＴａをＴｅ　−（ＴＥ／２）　十εにした１８０
°パルス４を印加した時のスキャン１の図である。この
時の水と脂肪の磁化ベクトルの位相は逆位相となる。励
起平面での磁化ベクトルの位相関係は第５図に示ず通り
である。図において、（イ）図はＴａ＝ＴＥ／２にした
スキャンＯの時の第４図の場合の水と脂肪、の位相関係
で、水と脂肪の磁化ベクトルは同位相となっている。

（ロ）図はＴｓ＝（ＴＥ／２）−εにした第４図（ロ）
のスキャン１の時の水と脂肪の位相関係で、逆位相にな
っている。ここで、εは水と脂肪の位相が逆位相になる
値で、磁場の強さが決まればきまる値である。例えば磁
場の強さがＯ：　３Ｔの時ε＝５．６＋ｎｓ、磁場の強
さが０．６Ｔの時ε＝２．８１１１８となる。

このディクソン法では静磁場不均一による位相エラーが
混入しており、共鳴周波数の僅かな差の水と脂肪を分離
することは困難である。この位相エラーを除（ために改
良形ディクソン法が提唱されている。この方法を第３図
を参照して説明する。

（イ）図は第４図のスキャン０と同じ９０°パルス１と
１８０°パルス２を印加した図、（ロ）図は第４図のス
キャン１と同じ９０°パルス１と１８０６パルス４を印
加したスキャン１の図である。（ハ）図は９０’パルス
１と１８０’パルス５を印加したスキャン２の図で、１
８ｏ６パルス５は９０″パルスとの時間間隔を（ＴＥ／
２）’＋εとしたパルスで、この場合も脂肪の磁化ベク
トルの位相は水と逆位相になる。

今、スキャン０，１．２における画像データをＳｏ　、
Ｓｌ、Ｓ２とし、水の振幅をＷ、脂肪の振幅をＦ９位相
オフセットをα、静磁場不均一によるエラーの位相をθ
とすると、 Ｓｏ　＝　（Ｗ十Ｆ＞　　−ｅＸｐ　　（ｉ　α）　　
　　　・＝　（３）８１　＝　　（Ｗ−Ｆ）−ｅｘｐ　
　（ｉ　　θ）　　−ｅｘｐ　　（ｉ　　ａ＞・・・　
（４） ８２　　＝　　（Ｗ−Ｆ）　　−ｅｘｐ　　（−ｉ　　
θ）・ｃｘｐ（ｉ　　α）　　　　　　　　　　　　・
・・（５）となる。静磁場不均一による位相エラー〇を
求める。

（３）式を（４）式で除して ８２　／８１　＝ｅＸｌ）　　（−ｉ　θ）／ｅｘｐ（
ｉ　θ）＝ｅＸｐ（−ｉ２θ） 不均一補正エラーを消去し□た磁化ベクトルを８３とす
ると ８３　＝Ｓｔ　ＸｅＸＤ　（土×−１２θ）＝’ＳＩＸ
　　　２　　　’ｔ＝Ｃ丁ｒ３Ｔ＝　（Ｗ−Ｆ）ｅｘｐ
　　（ｉ　α）　　　　　−（６）（３）式と（６）式
から （１／　２　＞−（Ｓｏ　＋８３　＞ ＋ｔ−Ｗ＊”ｅｘｐ　　（ｉ　（Ｚ）　＝Ｗｒ’＋ｉ　
　’ｗ’ｌ　　　＋＋　（７）（１／２）（Ｓｏ−８３
＞ ＝Ｆ−ｅＸＩ）　　（ｉ　α）＝Ｆｒ　＋ｉ　　−Ｆ＋
　　　−（８）（７）式から　　　Ｗ−ｒ　十　看 （８）式から　　　ｒ＝　　Ｆｖ−＋Ｆ−［’−このよ
うにして改良形ディクソン法は静磁場位相エラーと位相
オフセラｊ〜を消去することができる。

（発明が解決しにうとする課題） ところで、改良形のディクソン法では、スキトンＯ，ス
キ１７ン１．スキ１１ン２の３スキヤンを行う必要があ
って、ただでさえスキャン時間の長いＮＭＲ−ＣＴにお
いて３１８の時間を要Ｊ−ることは大ぎな問題である。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、その目
的は、水と脂肪を分離し、静磁場不均一に起因する位相
エラーを消去するディクソン法の改良形において、スキ
ャン時間を短くすることのできる化学シフトイメージ作
成方法を実現することにある。

（課題を解決ザるための手段） 前記の課題を解決する本発明は、核磁気共鳴断層撮影装
置の静磁場不均一にＪ：る位相−Ｌラーを補正しつつ水
と脂肪の化学シフトを分離して表示する改良形ディクソ
ン法を用いる核磁気共鳴断１ｉＷＩ影装置による化学シ
フトイメージ作成方法において、正常スキャン時の反転
パルス印加時点の前と後にそれぞれずら「て行う反転パ
ルスによるスキャンのいずれか又は双方のビュー数を減
少させることを特徴とするものである。

（作用） ９０°パルス後ＴＥ／２時に１８０°パルスを印加する
正常スキャンを指定ビューで行い、次に１８０°パルス
の印加時期を前記の正規スキャンの１８０°パルスの前
後にずらせて印加するスキャンのいずれか又は双方を少
ないビュー数で行い、静磁場不均一による位相エラーを
補正した水と脂肪の化学シフト画像を短い時間で演粋し
て作成する。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

本発明のＮＭＲ−ＣＴのハードウェアは通常のものと変
わりはない。第１図は本発明の方法に用いるＲＦパルス
のシーケンスの図で、（イ）は第３図と同様の改良形デ
ィクソン法のパルスシーグンスの図で、第３図と同一の
符号を用いである。

この改良形ディクソン法においては、既に説明したよう
にスキャン１とスキャン２は静磁場不均一エラー計算及
び補正のために用いられ、スキ１？ン０とスキャン１は
水と脂肪のそれぞれの成分を計算するために用いられて
いる。ここで、水−脂肪（スキャン１）のビュー数を水
＋脂肪（スキャン０）のビュー数に対して７０％〜８０
％まで小さくしても画質の劣化は極めて少ないことが実
験的に確かめられている。スキレン１のピコ−数を減ら
したことにより水と脂肪の高空間周波数成分の分離度は
劣化するが、画像の持つ情報量の大部分は比較的低い空
間周波数に分布することと、スキャンＯのスキャンデー
タから高周波成分が得られることによってスキャン１の
ビュー数を減らすことかできる。又、静磁場の不均一は
変化が緩やかであるため、静磁場不均一による位相エラ
ーの補正だけに用いるスキャン２０どコー数は更に減少
させることができ、２５％程度まで減少させても不具合
は生じない。第１図（ロ）は各スキャンの条件を示した
図で、スキャン０．１．２のワープ勾配のビュー数をそ
れぞれ２５６，１９２．６４としたスキャン条件を示し
ている。リードのサンプリングは何れの場合も２５６と
しである。この場合のＳＥ信号３のデータはそれぞれＳ
ｏ　、　Ｓｔ　。

Ｓ２である。

第２図に本発明の方法実施のためのフローチャートを示
す。スキャンＯの２５６ビユーのデータをフーリエ変ａ
する。スキャン１．スキャン２のデータはそれぞれフー
リエ変換後、ビュー数がスキャンＯに比べて少ないので
、同一マトリクスの周波数平面を作るため周囲データ面
をＯで埋めるゼロフィルをして画像再構成演棹を行う（
ステップ１）。スキャン２のデータＳ２をスキャン１の
データＳ１で割って、位相エラーｅＸｐ（−＋　２θ）
を出力する（ステップ２）。スキャン１のデータ＄１に
位相エラーの平方根を乗じ、位相エラーを消去したデー
タＳ３を得る（ステップ３）。スキャン０のデータＳｏ
とステップ３で得たデータＳ３の和と差の１／２から水
と脂肪の分離されたデータを得る（ステップ４）。この
データには位相オフセットエラーが含まれている。次に
水と脂肪の複素データの絶対値を取って、位相オフセッ
トエラーの含まれていないデータを得る（ステップ５）
。以上のフローチャートにおける計算は従来の改良形デ
ィクソン法において説明したので、ここでの説明は省略
する。

以上説明したように５本実施例の方法によれば、改良形
ディクソン法を用いて従来より短い時間で静磁場不均一
による位相エラーを補正して水と脂肪の分離をすること
ができる。

尚、本発明は上記の実施例に限定されるものではない。

■スキャンＯのビュー数は２５６に限るものではなくユ
ーザ指定のビュー数で良い。又、同様にスキャン１．ス
キャン２のビュー数もそれに応じて増減することができ
る。

■この発明の方法はディクソン法と原理を同一にするす
べての水、脂肪分離画像の手法に適用することができる
。

■この実施例ではリード方向のサンプル数は減らさない
方法であったが、必要に応じて減らしてもよい。

（発明の効果） 水−脂肪（スキャン１）のビュー数を水子脂肪（スキャ
ンＯ）のビュー数に対して７０％〜８０％まで小さくし
ても、既述の理由により画質の劣化は極めて少ないので
、スキャン１のビュー数を減らすことかできる。更に、
静磁場不均一による位相エラーは緩やかに変化するため
スキャン２を６４〜３２ビユーまで減らすことができる
。

このことによってスキャン時間を短縮した改良形ディク
ソン法を用いることが可能になり、実用上の効果は大き
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法の一実施例のＲＦパルスのシーケ
ンスの図、第２図は本発明の方法実施のフローチャート
、第３図は改良形ディクソン法のＲＦパルスのパルスシ
ーケンスの図、第４図はディクソン法のパルスシーケン
スの図、第５図はディクソン法による水と脂肪の位相の
説明図、第６図はＮＭＲ−ＣＴのパルス法の原理説明図
、第７図はＮ　Ｍ　Ｒ−ＣＴのパルスシーケンスを示ず
図である。 １・・・９０″パルス　　　２・・・１８０６パルス３
・・・Ｓ、Ｅ信号 ４・・・十εの１８０’パルス ５・・・−εの１８０°パルス 特許出願人　横河メディカルシステム株式会社１６一 角） １図 角化２　図 第３図 第４図 ７ｅ＝ＴＥ／２　　　　　− （ロ）スキャン１ 第５図 （イ） （ロ） スキャン１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 核磁気共鳴断層撮影装置の静磁場不均一による位相エラ
   ーを補正しつつ水と脂肪の化学シフトを分離して表示す
   る改良形ディクソン法を用いる核磁気共鳴断層撮影装置
   による化学シフトイメージ作成方法において、正常スキ
   ャン時の反転パルス印加時点の前と後にそれぞれずらせ
   て行う反転パルスによるスキャンのいずれか又は双方の
   ビュー数を減少させることを特徴とする核磁気共鳴断層
   撮影装置による化学シフトイメージ作成方法。