JPH02189130A

JPH02189130A - 磁気共鳴断層撮影方法

Info

Publication number: JPH02189130A
Application number: JP1298732A
Authority: JP
Inventors: Jens D Jensen; ジェンス　ダイ　ジェンセン
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1988-11-17
Filing date: 1989-11-16
Publication date: 1990-07-25
Also published as: DE3838792A1; IL92301A0; EP0369538A3; US5015956A; EP0369538A2; EP0369538B1; DE58909670D1

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】幾多の磁気共鳴検査の為、医師は３次元容積で核磁化分
布の最初の調査をするのを好む。これを達成するため、
容積が、全容積に作用する少なくとも１つの無線周波数
パルスからなる複数のシーケンスにさらされる方法があ
る。かかる方法は、各無線周波数パルスに続いてオン・
オフスイッチされる勾配磁界が１つのシーケンスから他
のシーケンスへ２つの互いに垂直な方向に変化されなけ
ればならないので、容積内に発生されたスピン共鳴信号
の処理用に非常に大きいダイナミックレンジを必要とし
、さらに時間がかかる。

３次元領域の核磁化分布は幾つかの隣る並行スライスに
おける核磁化の測定により、決定されうろことも知られ
ている。いわゆる多重スライス法（フィリップスメディ
カルシステムにより発行されたｒＭＲ画像の原則Ｊ　１
９８４年４８頁参照）は全測定時間を短かくする。これ
らの方法により、次のシーケンスが同じスライスで作用
する前で一つのシーケンスの後、経過しなければならな
い繰返し時間は、他のスライスにおいて、核磁化を励起
するよう用いられる。これは、解像度及び繰返し８８間
により決められた全測定時間に帰する。容積の個々のス
ライスにおける核磁化分布が、１２８×１２８画素の解
像度で決められる場合、反復時間は１秒になり、測定時
間は依然として２分以上である。

本発明の目的は、スピン共鳴信号の処理中、ダイナミッ
クレンジに関してより厳格な要求を要することなく、核
磁化分布の１組の二次元検査画像（「スカウトスキャン
」）の測定時間が減少されるようにする方法が提供され
る。

この目的は本発明により、幾つかの並行スライスの核磁
化分布の決定の為、そこへ垂直に延在した第一の複数の
隣る直角スライスが、第１の測定周期中、夫々のシーケ
ンスにより励起され、各シーケンスは、少なくとも１つ
のスライス選択的無線周波数パルスの形成及びその次に
該スライスに垂直に延在した勾配磁界のオン・オフスイ
ッチングを含み、及びスピン共鳴信号の受信も含み、該
スライスは別な周期中再び励起され、勾配磁界に関する
時１１１１分は１つの周期から他の周期へ変化し、直角
スライスにおける核磁化分布は、スピン共鳴信号から決
定され、スライスにおける核磁化分布は、従って決めら
れた分布から決定されることを特徴とする磁気共鳴断層
ｍ影方法で達成される。

従って、本発明により、核磁化分布が検査画像において
示されたスライスを励起する代り、それに垂直（以下直
角ともいう）に延在したスライスが臨起きれる。その結
果、スライス内の核磁化分布は直角スライスの＠磁化分
布から決定されなければならない。スライスの数はスラ
イスに平行な２つの方向の各々の画素の数より実質的に
小さくなりうるので、繰返し時間より短かくなる同じ直
角スライスの２つの連続励起間の時間間隔なしで、直角
スライスは分断されない一連のシーケンスにより連続的
に励起されうる。

本発明による方法を実施する磁気共鳴断層撮影装置は、
均一な安定磁界を発生する磁石と、磁気無線周波数パル
スを発生する無線周波数コイル装置と、無線周波数パル
ス中及び後に勾配磁界をオン・オフスイッチングする勾
配コイル装置と、直角スライスの核磁化分布を復元する
復元装置と、複数の直角スライスの核磁化分布を蓄積す
る蓄積装置と、複数の相互に並行の直角スライスの核磁
化分布から、それに垂直に延在した少なくとも１つのス
ライスの核磁化分布が読まれるよう、構築された種々の
５Ａδを！ＩＪＩＩＤする！１３１１１装置からなる方
法を実行する磁気共鳴断層装置からなる。

第１図に概略的に示された磁気共鳴断層撮影装置は、１
０分の数Ｔから数Ｔの大きさのオーダの均一で安定した
磁界を発生する４ｆｌ！１のコイル１より成るシステム
よりなる。この磁界はデカルト座標系の７方向に延在す
る。Ｚ軸について同心的に配置されるコイル１は球状の
面２上に位置する。

検査さるべき患者２０はこれらコイルの内側に位置する
。

２方向に延び、この方向に線形変化する磁界ＱＺを発生
さぜるため、同じ球面上に位置するのが望ましい４個の
コイル３が設けられる。また、Ｚ方向に延在するがその
勾配はＸ方向に延びる勾配磁界Ｇ×を発生する４個のコ
イル７も設けられる。Ｚ方向に延在しＹ方向に勾配を有
する勾配磁界Ｇｙは、４個のコイル５により発生される
。コイル５はコイル７と同一でよいが、それに対する空
間で９０度オフセットされるように配置される。

第１図においてはコイル５のうち２個のみが見える。

勾配磁界ＧＺ　、Ｇｙ　、Ｇｘを発生させるための３つ
のコイル装置３．５．７の各々は球面２について対称に
配置されるので、同時にＸ、Ｙ、Ｚデカルト座標系の原
点である球の中心の磁界強度は、コイル装置１の安定均
一磁界によって専ら決定される。

さらに、無線周波数コイル１１が座標系の２−０而につ
いて対称的に配置され、このコイルはＸ方向に延在する
本質的に均一なＳ線周波数磁界を生じさせるように、つ
まり安定均一磁界の方向に垂直に構成される。各無線周
波数パルスの間、無線周波数コイルは無線周波数発生器
からの無線周波数変調された電流を受ける。１またはそ
れ以上の無線周波数パルスに続いて、無線周波数コイル
１１は検査領域においてスピン共鳴により生じた反射信
号を受ける。しかし、別の無線周波数受信コイルを使用
してもよい。

第２図はこの磁気共鳴断層撮影装置の簡略ブロック系統
図を示す。スイッチ装置１２を介して、無線周波数コイ
ル１１は一方で無線周波数発生器４に、他方で無線周波
数受信器６に接続される。

無線周波数発生器４は、その周波数がデジタル的に制御
されたたとえば水素原子核のラーモア周波数に等しい周
波数の振動を発生する無線周波数発振器４０より成る。

ラーモア周波数ｆは、ｆ＝ＣＢの関係により知られる方
法で計算される。ここで８は安定均一磁場の磁束密度で
あり、Ｃは磁気回転比であり、例えば水素原子核につい
ては４２．５６　ＭＨ２／Ｔになる。発振器４ｏの出力
は混合段４３の入力に接続される。混合段４３は、デジ
タル記憶装置４５に入力を接続されたデジタル・アナロ
グ変換器４４から第２の入力信号を受信する。制御装置
１５の制御により、エンベロープ信号を表す一連のデジ
タルデータワードが記憶装置４５から読み出される。

混合段４３は受信した入力信号を処理し、これによりエ
ンベロープ信号で変調された搬送波発振が出力に現われ
る。混合段４３の出力信号は、制御装置１５で制御され
るスイッチ４６を介して無線周波数パワーアンプ４７に
送られる。パワーアンプの出力はスイッチ５Ａ置１２に
接続されている。

この装置も制御装置１５によって制御される。

受信器６は、無線周波数増幅器６０より成る。

該増幅器はスイッチ・装置に接続され、スイッチ装置１
２が適切に制御されている場合に無線周波数コイル１１
で誘起されスピン共鳴により発生したエコー信号を受信
する。増幅器６０は、＄１３１１１１装置１５により制
御されるミューティング入力より成り、これにより増幅
器はブロックされてその利得は実質的にＯになる。増幅
Ｍ６ｏの出力は２つの逓倍混合段６１と６２の第一の入
力に接続され、それぞれが入力信号の積に相当する出力
信号を供給する。混合段６１と６２の第二の入力は、発
振器４０の周波数を有する信号を受信する。２つの入力
の信号間には９０度の位相差がある。この位相差は９０
度位相器４８により生じる。該位相器の出力は混合段６
２の入力に接続され、またその入力は混合段６１の入力
と発振器４０の出力に接続される。

混合段６１と６２の出力信号は、低域フィルター６３と
６４を介してアナログ・デジタル変換器６５と６６にそ
れぞれ送られる。該フィルターは発振器４０により供給
された周波数およびあらゆる高周波数を遮断し、低周波
数を出力する。ブナログ・デジタル変換器は、直角位相
復調器を成す回路６１〜６４からのアナログ信号を、バ
ッファ記憶装置１４に送られるデジタルデータワードに
変換する。アナログ・デジタル変換器６５と６６および
記憶装置１４は、コントロールリードを介して制御装置
１５によりブロックされイネーブルされるり０ツクパル
ス発生器からのクロックパルスを受信し、これにより無
線周波数コイル１１により供給される信号は、制御装置
１５で決まる測定間隔の間だけ記憶装置１４に記憶され
る一連のデジタルデータワードに変換される。

３つの勾配コイル装置３．５．７は、ｔｉｒｅ装置１５
により時間のバリエーションが制御される電流発生器２
３．２５．２７からの夫々の電流を受信する。バッファ
記憶装置１４に記憶されたデータワードまたはサンプリ
ング値は復元ユニット１９に送られる。該ユニットは種
々の直角スライスにおける核磁化空間分布を決定し、ま
た記憶装置１７で定められた分布を記憶する。核磁化分
布はモニター１８に表示されうる。

第３図は、矢印方向のスライスを表す、頭部の検査映像
の形成を例示する。検査映像は、はぼ立方体Ｖを画成す
るｎＸの隣接した比較的厚いスライスにおける核磁化分
布を示す。たとえばｎｘ　−３２である。スライスはＹ
−７面に平行である。

第３図はこれらスライスＳのうちの一つのみを示す。

スライスＳにおける（およびそれに平行なスライスにお
ける）核磁化分布の決定のために、核磁化は、Ｓと直角
に延び立方体Ｖを画成する比較的薄い隣接したスライス
Ｓ′において励起される。

Ｘ−Ｙ面に平行に延びその数がｎｚであるこれらスライ
スＳ′は、以下「直角スライス」と呼ぶ。

直角スライスの励起により得たスピン共鳴信号は、直角
スライスにおける核磁化分布を決定するのに使用される
。そこから核磁化分布が、関連するスライスＳが個々の
直角スライスと交差する細片部分において引き出される
。直角スライスＳ′の厚さがＺ方向における解像度を決
定する。立方体Ｖはｎｚ−１２８のつまりスライスＳ′
よりも実質的により直角なスライスを含むことが考えら
れる。

ｎｘのシーケンスがｎｚの直角スライスＳ′のそれぞれ
に作用し、つまり立方体Ｖにある数だけのスライスＳが
あり、したがって本実施例では３２である。位相符号化
を目的とする磁界の振幅はシーケンスにより異なり、そ
の勾配は所望のスライスＳに対して垂直に、つまりＸ方
向に延在する。スピン共鳴信号が読取られると、他の方
向、すなわちＹ方向に延びる勾配を有する勾配磁界が励
起され、そのスピン共鳴信号はｎｙ回抽出される。ｎｙ
はｎｚ’に等しいことが望ましく、本実施例では１２８
である。このようにして得られた、直角スライスからの
スピン共鳴信号のサンプリングは、復元ユニット１９に
おいて通常の２次元フーリエ変換を受ける。そこから、
直角スライスにおける核磁化分布が得られる、続いて、
スライスＳの核磁化分布は、直角スライスＳ′がスライ
スＳと交差する細片部分における核磁化分布からなる。

第４図はシーケンスにおける信号の時間的変化を示す。

各シーケンスは無線周波数パルス（第１行）を含む。該
パルスは勾配磁化Ｇｚ　（第２行）の存在下で発生し、
２方向に対して９０度を通る任意の直角スライスにおい
て核磁化を回転させる。

このｓ１１周波数パルスに続き、勾配磁界Ｑｘが位相符
号化（第３行）のためにオン・オフにスイッチされる。

さらに、勾配磁界Ｇｙがまず負極で、そして勾配磁界Ｑ
　ｘ　Ｌ　が不活性化した後は陽極でスイッチオンされ
る（またはその逆）　（第４行）。

勾配磁界の時間間隔が零値であるとき、この勾配磁界に
より影響される核磁化は再び焦点が合わされ、スピン共
鳴信号は、はぼこの糾問、つまり勾配磁界Ｑｘの不活性
化の後で、勾配磁界Ｇｙ′の不活性化が受信器６におい
て検出され処理される前に発生する。この間隔の間、ク
ロックパルス発生器１６はイネーブルされ（イネーブル
信号は第５行に表わされる）で、無線周波数コイル１１
により供給され低域に変換された信号は、バッファ記憶
装置で記憶するために一連のデジタルデータ言語に置換
される。クロックパルス発生器１６がイネーブルされる
時間の長さは、クロックパルス発生器１６により発生さ
れたり０ツクパルスの周期よりｎｙ倍艮く、毎回１２８
組の値がバッファ記憶装置に印加される。

このイネーブル期間が終了し、勾配磁界Ｇｙ′の不活性
化の後、ｎ番目の直角スライスのシーケンスは終了（ス
ライスのそれぞれの番号“ｎ　ｔｏが無線周波数パルス
の下に表示される）し、異なる直角スライスに対し次の
シーケンスが発生されうる。望ましくは無線周波数パル
スの周波数（すなわち発振器４０の周波数）は、次の直
角スライス（ｎ＋１）でなく、直角スライスｎに続く４
番目の直角スライス（ｎ＋４）が励起されるように選択
され、２つの直接隣接するスライスの連続励起の場合に
発生し得る人工物が回避される。この次のシーケンスの
間、勾配磁界Ｇｘ　、Ｇｙ　、Ｇｚの時間的変化は前の
シーケンス中と同じである。シーケンスの時間Ｔはたと
えば２０ａｓになる。

第４図と同じ信号を時間的に圧縮して示した第５図から
明らかなように、一つ置いて次のシーケンスがスライス
ｎ＋８などを励起する。サイクルｍの残りの間、スライ
スｎ＋１．ｎ＋５．・・・９次にスライスｎ＋２．ｎ＋
６．・・・、そして最後にスライスｎ＋３．ｎ＋７．・
・・、が励起される。かくて１サイクルの間にすべての
直角スライスが一度は励起される。

示されたｍ番目のサイクルの後にサイクルｍ十１が始ま
り、その間直角スライスＳ′は前と同じ連続で夫々のシ
ーケンスにより励起される。シーケンスは位相符号化勾
配ＧＸが異なった値をもつという点だけのために、前の
サイクルのシーケンスから離れる。サイクルｍ＋１の後
には次のサイクルが続き、位相符号化勾配Ｇｘのみが一
つのサイクルから他のサイクルに変化する。

ｎｘ（−３２）サイクルの後は、測定は完了する。測定
同期用の測定時間は直角スライスＳ′の数ｎｚとシーケ
ンスの時間Ｔの積に対応する。本実施例については、こ
れはスライス１枚につき約２．５秒の測定時間となる。

今回は同じスライスの連続する励起の間の時間経過が長
いので、前に励起された核磁化は完全に崩壊した。全測
定時間はサイクルの敗ｎｘと１サイクルの時間から求め
られる。上記の値については全測定時間は約８０秒にな
る。

３２枚のスライスがそれぞれのシーケンスにより直接励
起されるのであれば、測定同期は６４０ｍ５（３２＋Ｔ
）となろう。そのサイクルの最後において、該サイクル
中最初に励起されたスライスでの核磁化励起は崩壊せず
、次のサイクルが始まる前に持ち時間が経過しなければ
ならない。かくて、２つのサイクルの間の時間は少なく
とも１０００１８となる。スライスの核磁化が１２８Ｘ
　１２８画素の解像力で決められる場合、１２８の上記
サイクルが必要となり、測定時間は２分を超えることに
なる。

本発明による方法については、全測定時間は、直角スラ
イス′Ｓ′の数をたとえばｎｚ’　に減らし、映像を関
心のある量に制限することにより、さらに減少させるこ
とができる。通常の２次元的方法とは異なり、これは、
直角スライスの方向への映像復元がフーリエ変換を必要
とせず所望の映像は測定された直角スライスをリンクさ
せることのみで構成されるので、空間解像力に影響を与
えない。

かくて、ｎＺ’Ｘ１２８画素の映像も形成可能となる。

種々のサイクルの間に抽出されたサンプリング値から、
個々の直角スライスＳ′における核磁化分布は既知の方
法で復元される。各スライスにつきｎｙ　Ｘｎｘ　ｌｉ
！ｉ素すなわち１２８Ｘ　３２画素がある。

容ｆｌＩｖがほぼ立方体であるとすると、これはＸ方向
での解像度がＸ方向つまりスライスに垂直方向のそれよ
りも実質的に高いことを意味する。

記憶袋＠１７は少なくともｎｚ　ｘｎｙ　ｘｎｘ（３２
Ｘ　１２８Ｘ　１２８）画素の核磁化を記憶するのに充
分な記憶容量を有していなければならない。

復元核磁化分布は、同じＸ座標をもつ画素の核磁化が記
憶装置に連続するアドレスで記憶されるように記憶装置
！ｆ１７に書込まれ、これにより核磁化分布は、記憶内
容がアドレスが上がっていく順で読まれる時にはスライ
ス類に読込まれる。しかし、そうでなく各直角スライス
の核磁化を一貫したアドレス領域に記憶し、読出し中に
各スライスの核磁化が読まれるようにアドレスを予めセ
ットすることもできる。直角スライスＳの核磁化からの
スライスＳでの核磁化の決定は、かくて記憶装置１７へ
の書込みかまたはそれからの読出しの間の仕訳作業とな
る。

本発明を各シーケンスが単一のスライス選択的無線周波
数パルスより成る場合の実施例を参照しつつ説明した。

しかし、直角スライスは、各次スライス選択的９０度無
線周波数パルスより成るシーケンスによっても励起し得
る。このパルスの後にスライス選択的１８０度無線周波
数パルスが続き、結果として得られるスピン反射信号は
核磁化分布の復元に使用される。これらのシーケンスに
ついて映像のコントラストはなかんヂ（２つの無線周波
数パルスの間の時間的距離、すなわちいわゆる反射時間
の選択に影響される。反射時間が長い場合の全測定時間
の実質的延長を避けるため、個々の時間的にシーケンス
を西独公開明細書３６３１０３９に示されるようにイン
ターリーブすると便利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による方法の実施例に適した磁気共鳴断
層躍影装置を示す図、第２図はこの装置のブロック系統図、第３図は検査さるべき対象に対するスライスと直角スラ
イスの空間における位置を示す図、第４図はシーケンス
の信号のｒＲ間的変化を丞ず図、第５図はシーケンスのサイクルにおける信号の時間的変
化を示す図である。１・・・コイル、２・・・球状の面、３．５．７・・・
コイル装置、４・・・無線周波数発生器、６・・・無線
周波数受信器、１１・・・無線周波数コイル、１２・・
・スイッチ装置、１４・・・バッファ記憶装置、１５・
・・制＠装置、１６・・・クロックパルス発生器、１７
・・・記憶装置、１８・・・モニター、１９・・・復元
ユニット、２０・・・患者、２３．２５．２７・・・電
流発生器、４０・・・発振器、４３・・・混合段、４４
・・・コンバータ、４５・・・デジタルメモリー、４６
・・・スイッヂ、４７・・・アンプ、４８・・・９０度
移相器、６０・・・増幅器、６１゜６２・・・逓倍混合
段、６３．６４・・・低域フィルター６５．６６・・・
アナログ・デジタル変換器、Ｑｘ。Ｇｙ　、　ＧＺ−・・磁界、ｓ、ｓ’・、；＜ライス、
Ｘ、Ｙ。Ｚ・・・（デカルト）座標。特許出願人　エヌ・ベー・フィリップス・フルーイラン
ペンフ？ブリケンＵ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）幾つかの並行スライス（Ｓ）の核磁化分布の決定
の為、そこへ垂直に延在した第一の複数の隣る直角スラ
イス（Ｓ′）が、第１の測定周期中、夫々のシーケンス
により励起され、各シーケンスは、少なくとも１つのス
ライス選択的無線周波数パルスの形成及びその次に該ス
ライス（Ｓ）に垂直に延在した勾配磁界（ＧＸ）のオン
・オフスイッチングを含み、及びスピン共鳴信号の受信
も含み、該スライスは別な周期中再び励起され、勾配磁
界（ＧＸ）に関する時間積分は１つの周期から他の周期
へ変化し、直角スライスにおける核磁化分布は、決めら
れた分布から決定されることを特徴とする磁気共鳴断層
撮影方法。
（２）周期の中で、互いに離間した位置にあるスライス
は連続的シーケンスにより励起されることを特徴とする
請求項１記載の磁気共鳴断層撮影方法。
（３）各シーケンスは９０度無線周波数及び次の１８０
度無線周波数により関連したスライスを励起し、発生さ
れたスピンエコー信号は核磁気分布を復元する為用いら
れ、前のシーケンスが発生されたスピンエコー信号が受
信される前に、シーケンスの最初の無線周波数パルスが
発生されるようサイクルのシーケンスが時間的にインタ
ーリーブされることを特徴とする請求項１記載の磁気共
鳴断層撮影方法。
（４）均一な安定磁界を発生する磁石（１）と、磁気無
線周波数パルスを発生する無線周波数コイル装置と、無
線周波数パルス中及び後に勾配磁界をオン・オフスイッ
チングする勾配コイル装置と、直角スライスの核磁化分
布を復元する復元装置と、複数の直角スライスの核磁化
分布を蓄積する蓄積装置と、複数の相互に並列の直角ス
ライスの核磁化分布から、それに垂直に延在した少なく
とも１つのスライスの核磁化分布が読まれるよう、構築
され種々の装置を制御する制御装置からなる請求項１記
載の方法を実行する磁気共鳴断層撮影装置。