JPH0252637A - 磁気共鳴映像方法と装置及び勾配高周波磁場発生コイル - 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】 〔発明の目的Ｊ （産業上の利用分野） この発明は、ローティティング・フレーム法による磁気
共鳴映像方法とその装置及び該磁気共鳴映像法で使用さ
れる勾配高周波磁場の発生に適した勾配高周波磁場発生
コイルに関する。

（従来の技術） 磁気共鳴映像法の一つである、＋Ｈ，３＋ｐ等について
の化学シフトイメージングは、生体の形態的な情報でな
く、機能的あるいは生化学的情報が得られるため、生体
研究への利用が図られつつある。化学シフトイメージン
グ法としては種々の方法が考案されているが、そのほと
んどは高周波磁場パルスと勾配磁場パルスを用いる方法
である。

第１８図に空間３次元の化学シフトイメージングのため
のパルスシーケンスの一例を示す。高周波磁場パルスの
印加によって誘起される磁気共鳴信号（ＦＩＤ信号）は
、空間位置に信号の位相をエンコードするために勾配磁
場パルスＧＩＧｙ、Ｇｚを印加した後に、観測される。

従って、ＦＩＤ信号をその信号ピーク値から観ｉｌＮす
ることはできないため、Ｓ／Ｎの劣化はまぬがれない。

また、勾配磁場パルスを正しく矩形状に発生されること
は難しく、一般には指数関数的な尾引きがあるため、勾
配磁場バ・ルスの立下りにおける信号観測開始時点の選
び方によって、化学シフトスペクトルの線幅が広がって
しまう。これは分解能の劣化につながる。

これらの問題は、いずれも勾配磁場パルスの印加によっ
て生じる。そこで、文献：Ｍ＾ＧＮＥＴＩＣＲＩＥＳＯ
ＮＡＮＣＥ　ＩＮ肝ＤＩＣＩＮＥ　３．７６ｇ−７７７
（１９８８＞に記載されているように、勾配磁場パルス
を用いない化学シフトイメージングが提案されている。

第１９図はそのパルスシーケンスであり、空間位置に信
号の位相をエンコードするために、空間的に勾配を持つ
高周波磁場パルス（これを勾配高周波磁場パルスという
）が用いられる。この勾配高周波磁場パルスは、空間的
にある程度均一な高周波磁場パルスを印加するより以前
に印加されるため、信号ｉｌｌ　ａｌｌには影響を及ぼ
さない。この方法は一般に、ローティティング・フレー
ム法（Ｒｏｔａｔ　Ｉｎｇ−ｒｒａｗｅｍｅｔｈｏｄ　
）と呼ばれている。

しかし、この方法による化学シフトイメージングでは、
勾配、高周波磁場の強度が小さい位置で、化学シフトに
よる周波数オフセットにより化学シフトスペクトルが歪
むという問題がある。これは勾配高周波磁場の強度Ｇ「
″・「に比べて、化学シフトによる磁気共鳴周波数の周
波数オフセットΔωδ／γが無視できないような位置で
は、磁化（咳スピン）はＧｒ”・「及びΔωδ／γの２
つが合成された磁場Ｈ１ｅｒｆの回りに回転することに
よる。回転系における磁化の動きを第２０図及び第２１
図に示す。ここで、ＨＩｅｒｒは次式のように表わされ
る。

Ｈｌｃｒｒ　＝　（Ｇｒ　”・ｒ、　　ｏ、　　Δωδ
／γ）例えば第２０図に示すように、エンコードのため
にＧｒ”・「をＸ′方向に印加することにより、磁化■
をＭｌ’のようにｚ　／　ｙ　／平面内で角度θだけ回
転させようとする場合、化学シフトによる周波数オフセ
ットがあると、磁化■は第２１図に示すようにＷｅｒｒ
の回りに回転してしまい、ｚ　ｌ　　ｙＩ平面内から離
れるので、正しいエンコードができない。従って、この
ような位置における化学シフトスペクトルは歪むことに
なる。

（発明が解決し上うとする課題） このように従来のローティティングφフレーム法を用い
た化学シフトイメージングにおいては、化学シフトによ
る磁気共鳴周波数の周波数オフセットにより、勾配高周
波磁場の強度が小さい位置で化学シフトスペクトルが歪
んでしまうという問題があった。

本発明は、化学シフトによる周波数オフセットに起因す
る化学シフトスペクトルの歪を低減でき、良好な化学シ
フトイメージングを実現できる磁気共鳴映像法と装置及
び該磁気共鳴映像法に適した勾配高周波磁場発生コイル
を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決す・るための手段） 本発明に係る磁気共鳴映像法は、被検体に一様な静磁場
を印加するとともに、磁場の向きが前記静磁場の方向と
直交し、且つ被検体の関心領域で空間的に−１次の勾配
を持つ勾配高周波磁場と、被検体の関心領域で空間的に
強度がほぼ均一な高周波磁場を発生せしめ、前記勾配高
周波磁場と前記均一な高周波磁場の９０″パルスを順次
印加して被検体内からの信号を観測することにより化学
シフトスペクトルを得る磁気共鳴映像方法において、勾
配高周波磁場の印加期間中に前記ほぼ均一な高周波磁場
の１８０°パルスを印加することを特徴とする。

また、本発明の磁気共鳴映像装置は被検体に一様な静磁
場を印加する静磁場磁石と、磁場の向きが前記静磁場の
方向と直交し、且つ被検体の関心領域で空間的に一次の
勾配を持つ勾配高周波磁場を発生する勾配高周波磁場発
生コイルと、被検体の関心領域で空間的に強度がほぼ均
一な高周波磁場を発生する均一高周波磁場発生コイルと
、勾配高周波磁場とほぼ均一な高周波磁場の９０＠パル
スを順次印加して被検体内からの信号を観ｎ１すあこと
により化学シフトスペクトルを得る手段と、勾配高周波
磁場の印加期間中にほぼ均一な高周波磁場の１８０＠パ
ルスを印加する手段とを備えたことを特徴とする。

さらに、本発明に係る勾配高周波磁場発生コイルは、同
軸線路と、この同軸線路中に直列に挿入されるとともに
、互いに対向して平行に配置され、同相の高周波電流が
流れるように構成された２つの矩形導電性ループとから
なり、２つの矩形導電性ループに直交する所定の方向に
一次の勾配を持つ勾配高周波磁場を発生するようにした
ものである。

（作用） 本発明では勾配高周波磁場の印加期間中に、均一高周波
磁場の　１８０”パルスを印加することで、勾配高周波
磁場と化学シフトによる周波数オフセットとの合成磁場
による磁化の回転が補正され、空間位置に磁気共鳴信号
の位相をエンコードする際のエンコード誤差が低減され
る。これによりエンコード誤差による化学シフトスペク
トルの歪が小さくなり、良好な化学シフトイメージング
が実現される。

ここで、勾配高周波磁場の印加期間中における均一高周
波磁場の印加タイミングは特に限定されないが、実用的
には勾配高周波磁場の印加期間を、勾配高周波磁場パル
スの（勾配強度×印加時間）の積が等しくなるように等
間隔でＮ分割しくＮは偶数）、（２ｎ−１）番目と２ｎ
番目（但し、ｎＧΦ−１ｎＪ　ｎ≦Ｎ／２．ｎ：自然数
）の勾配高周波磁場パルスの間に該１８０’パルスを印
加することが望ましい。また、この均一高周波磁場の１
８０°パルスはの強度は、化学シフトによる周波数オフ
セットに比べて大きいことが望ましい。

さらに、本発明による勾配高周波磁場発生コイルによれ
ば、上述した本発明に基づく磁気共鳴映像法のパルスシ
ーケンスを実施する際に必要な勾配高周波磁場を発生で
きる。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る磁気共鳴映像装置の構
成を示すブロック図である。同図において、被検体１に
は静磁場磁石２によって一様な静磁場が印加される。こ
・の静磁場磁石２は磁場の不均一性を補正する図示しな
いシムコイルを含み、そのシムコイルは１ａｌＸ３によ
って駆動される。

被検体１の近傍にはさらに、３個の勾配高周波磁場発生
コイル４ａ〜４ｃと、均一高周波磁場発生コイル５が設
けられている。これらの高周波磁場発生コイル４ａ〜４
ｃ、５は、システムコントローラ６の制御の下に高周波
送信部７がら切換回路８を介して高周波パルスが選択的
に供給されることにより、高周波磁場を発生する。勾配
高周波磁場発生コイル４８〜４ｂは、磁場の向きが静磁
場の方向と直交し、且つ被検体１の関心領域で空間的に
一次の勾配を持つ勾配高周波磁場、すなわち磁場強度が
空間的に直交する三方向ｘ、ｙ、ｚに直線的に変化する
勾配高周波磁場を発生する。

均一高周波磁場発生コイル５は、被検体１の関心領域に
卿いて空間的に強度がほぼ均一な高周波磁場を発生する
。

このような静磁場と勾配高周波磁場及び均一高周波磁場
の印加によって、被検体１の関心領域で磁気共鳴信号が
生じる。この磁気共鳴信号は、本実施例では均一高周波
磁場発生コイル５により検出される。なお、磁気共鳴信
号の検出に専用のコイルを設けてもよい。検出された磁
気共鳴信号は、高周波受信部９によって増幅及び検波さ
れた後、システムコントローラ６の制御の下でデータ収
集部１０に送られる。データ収集部１０ては、受信部９
を介して取出された磁気共鳴信号をシステムコントロー
ラ６の制御の下で収集し、それをＡ／Ｄ変換した後、電
子計算機１１に送る。電子計算機１１はコンソール１２
により制御され、データ収集部１０から入力された磁気
共鳴信号についてフーリエ変換等を含む画像再構成処理
を行ない、化学シフト画像データを取得する。また、電
子計算機１１はシステムコントローラ６の制御も行なう
。電子計算機１１により最終的に得られる化学シフト画
像データは、画像デイスプレィ１３に供給されて表示さ
れる。

第２図は本実施例における化学シフト画像データ取得の
ためのパルスシーケンスを示したものであり、ＧＫ　”
（Ｘ’）、　　Ｇ′ｙ　”（Ｘ’）、　　Ｇｚ　”（ｘ
’）はそれぞれ磁場の向きが静磁場方向２に対して直交
するＸ′方向で、且つＸ＋）’＋Ｚの三方向に磁場強度
が直線的に変化する勾配高周波磁場、Ｈｌは均一高周波
磁場、ｓｉｇ、は検出される磁気共鳴信号をそれぞれ示
す。同図に示すように、本実施例では勾配高周波磁場の
印加期間を２分割し、その間に均一高周波磁場としての
１８０＠パルスを印加している。この場合、被検体１の
関心領域内の空間位置の、磁気共鳴信号ｓｔｇ、の位相
へのエンコードは、勾配高周波磁場の強度変化によって
行なわれる。

また、均一高周波磁場の１８０＠パルスは、勾配高周波
磁場と同′じく回転系のＸ′方向に印加され、均一高周
波磁場の磁気共鳴信号観測用９０″パルスは回転系のｙ
′方向に印加される。なお、磁気共鳴信号観測用９０″
パルスには、選択励起パルスを用いることが望ましい。

第２図のパルスシーケンスを用いた場合の、関心領域内
の磁化の動きを第３図〜第９図を参照して説明する。、
今、Ｘ方向に勾配を持つ勾配高周波磁場Ｇｘ　”（ｘ’
）の印加期間をＴとした時、磁化■は前半のＴ／２の間
に、第３図に示すように勾配高周波磁場Ｇｘ　”（ｘ’
）と化学シフトによる磁気共鳴周波数の周波数オフセッ
ト（Δωδ／γ）との合成磁場Ｈａｒｔの回りに回転し
てＭ′のようになり、ｘ　ｌ　　ｚ　７面から離れる。

次に、本発明に基づく均一高周波磁場ａｔの１８０＠パ
ルスＨ１ｌ１８０°をＸ′方向に印加すると、第４図〜
第６図に示すように磁化Ｍ′は■′のように移動する。

尚、第５図及び第６図はそれぞれ第４図をｙ′方向に垂
直な市内及びＸ′方向に垂直な面内で見たものである。

引続き、勾配高周波磁場Ｑｘｔｌ（ｘ’）の印加期間Ｔ
の後半のＴ／２の間に、磁化は第７図〜第９図のように
Ｍ１９・′の位置に移動する。なお、第８図及び第９図
はそれぞれ第７図をｙ′方向に垂直な市内及びＸ′方向
に垂直な面内で見たものである。

これにより、−旦ｘ′　ｚ′面から離れた磁化■′が、
再びｙ′　ｚ′面に近付くので、均一高周波磁場の１８
０＠パルスの印加を行なわない従来技術（第１９図）の
場合・に比較して、エンコードの誤差が小さくなる。ま
た、Ｘ方向及び２方向に勾配を持つ勾配高周波磁場Ｇｙ
　”（ｘ’）、Ｇｙ・’（Ｘ’）の印加期間中にも、同
様に途中で、１．ｚｐ力方向均一高周波磁場の１８０”
パルスを印加することによって、エンコード誤差を小さ
くすることができる。

なお、勾配高周波磁場の印加の途中で均一高周波磁場の
１８０＠パルスを１回印加すると、観測される磁気共鳴
信号の位相が第１９図の場合に比べてπだけずれ、第２
図の場合は均一高周波磁場の１８０１１ハルスを３回印
加するので、３π（即チπ）だけずれる。

上述の説明では均一高周波磁場Ｉｌｌの１８０”バルス
）１１１８０　’をＸ′方向に印加したが、−ｘ／力方
向印加してもよい。また、均一高周波磁場Ｈ１の磁気共
鳴信号観測用９０″パルスについても、−ｙ’力方向加
えてもよい。

第１０図は本発明の他の実施例に係る磁気共鳴映像装置
のブロック図であり、第１図における切換回路８を除去
し、勾配高周波磁場発生コイル４ａ〜４Ｃ及び均一高周
波磁場発生コイル５に対してそれぞれ個別に高周波送信
部７ａ〜７ｄを設けている。

第１１図はこの実施例におけるパルスシーケンスであり
、勾配高周波磁場Ｑｘｒｌ（ｘ’）、　　Ｇ、　ＩＩ（
Ｘ’）、　Ｇ　Ｚ　”（Ｘ’）を同時に印加し、均一高
周波磁場Ｈ１の１８０°パルスを勾配高周波磁場Ｇｘ”
（Ｘ’）、　Ｇ　ｙ　″（ｘ’）、　Ｇ　ｚ　”（ｘ’
）に対応させて共通に用いている。この実施例において
も、先の実施例と同様の効果が得られることはいうまで
もない。

第１２図は本発明におけるさらに別のパルスシーケンス
であり、被検体１の関心領域内の位置の、磁気共鳴信号
の位相へのエンコードを、勾配高周波磁場Ｏｘ　”（Ｘ
’）、　Ｇｙ　”（ｘ’）、　Ｇｚ　”（ｘ’）の印加
時間を変化させることによって行なうようにした例であ
る。この場合、均一高周波磁場の　１８０”パルスは、
勾配高周波磁場の印加期間を三等分したタイミングで印
加すればよい。

以上の実施例では、エンコードに際して均一高周波磁場
のｉｇｏ”パルスを１回だけ印加したが、ｎ（複数）回
印加すれば磁化は史にｙ′　２７面に近付くことになり
、エンコード誤差をさらに小さくすることが可能となる
。第１３図はそのようなパルスシーケンスの一例を示し
たもので、勾配高周波磁場Ｇｘ　’Ｊｘ°）の全印加期
間をＴとした時、■Ｔ　／　２　ｎ時間のＧｘ　”（ｘ
’）の印加、■均一高周波磁場Ｈ１の１８０″′パルス
の印加、■Ｔ／ｎ時間のＧｘ　”（ｘ’）の印加を一単
位として、これがｎ回繰返されるａ　Ｇ　Ｙ　″（ｘ’
）、　Ｇ　ｚ　”（ｘ’）についても対しても同様に均
一高周波磁場の　１８０″パルスの印加を組合わせれば
よい。この場合、磁気共鳴信°号ｋｌｌａｔｔ時の位相
は、第１９図の場合に比較して合計で３ｎπずれること
になる。

次に、第１図及び第１０図における勾配高周波磁場発生
コイル４８〜４Ｃに適した、本発明に基づく勾配高周波
磁場発生コイルの実施例を第１４図〜第１７図を参照し
て説明する。

第１４図は本発明による勾配高周波磁場発生コイルの原
理を説明するための図である。同図（ａ）に示すように
、両端が短絡された同軸線路２０中に、閉ループをなす
２つの矩形導電性ループ２１゜２２が挿入され、同図（
ｂ）に示すように全体に１波長の高周波が乗っている。

この場合、矩形導電性ループ２１．２２において高周波
電流の振幅が最大となり、位相が互いに１８０°異なる
ようにする。

第１５図は第１４図のコイルを２方向の勾配高周波磁場
発生コイルとして構成した例であり、同軸線路２０の一
端Ａは短絡されて接地され、他端Ｂはインピーダンスマ
ツチング回路２３を介して、図示しない高周波送信部に
接続されている。そして、同軸線路２０は導電性ループ
２１．２２の間の部分で反対側に折返されている。この
場合、導電性ループ２１．２２はｙ方向に平行に配置さ
れる。

ここで、第１４図により説明したように矩形導電性ルー
プ２１．２２に互いに１８０″位相の異なる電流が流れ
るようにすると、第１５図のように導電性ループ２１．
２２を折返すことにより、空間的には矢印で示すよ・う
に同相、すなわち同じ方向に高周波電流が流れることに
なる。従って、２方向に一次の勾配を持つ勾配高周波磁
場ＧＺ”（Ｘｏ）が発生される。

ｙ方向の勾配高周波磁場発生コイルとしては、第１５図
と同じ構成のコイルをＸ軸に対して９０″回転させて設
置すればよい。

なお、第１４図では矩形導電性ループ２１゜２２に流れ
る電流が１８０＠の位相差を持つようにしたが、１８０
°の整数倍であればよ（、例えば３６０’でもよい。第
１５図はその場合の例であり、同軸線路２０の矩形導電
性ループ２１．２２の間の部分は、一端が導電性ループ
２１の図中右端に接続され、他端が導電性ループ２２の
図中左端に接続されている。この場合も、矩形導電性ル
ープ２１．２２にはｙ方向において空間的には矢印で示
すように同相、つまり同じ方向に高周波電流が流れるの
で、２方向に一次の勾配を持つ勾配高周波磁場Ｇｚ　”
（ｘ’）が発生されることになる。

第１７図は、Ｘ方向の勾配高周波磁場発生コイルであり
、閉じていない２つの導電性ループ３１゜３２がＸ方向
に所定の間隔で平行に配置され、その各一端どうしが連
絡導体３３により接続され、各他端がインピーダンスマ
ツチング回路３４を介して図示しない高周波送信部に接
続されている。

この場合、導電性ループ３１．３２には空間的には矢印
で示すように逆方向に電流が流れるので、Ｘ方向に一次
の勾配を持つ勾配高周波磁場Ｇｘ”（Ｘ゛）が発生され
る。

なお、上述した本発明に基づく勾配高周波磁場発生コイ
ルは、均一高周波磁場の１８０°パルスの印加を行なわ
ない第１９図の従来のローティティング・フレーム法に
よるパルスシーケンスを用いた場合にも有効である。

また、上記実施例では空間３次元の化学シフトイメージ
ングを行なう場合について述べたが、２次元または１次
元の化学シフトイメージングにも適用でき、それらの場
合は勾配高周波磁場発生コイルは２個または１個でよい
。

［発明の効果］ 本発明によれば、・勾配高周波磁場に対して化学シフト
による周波数オフセットが無視できない状況下において
、勾配高周波磁場によるエンコード誤差を補正できるの
で、化学シフトスペクトルの歪を低減し、良好な化学シ
フトイメージングが可能となる。

また、本発明によれば特に勾配高周波磁場の向きと異な
る方向に勾配を持つ勾配高周波磁場を発生することが可
能な勾配高周波磁場発生コイルを提供することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る磁気共鳴映像装置の構
成を示すブロック図、第２図は同実施例における空間３
次元の化学シフトイメージングのだめのパルスシーケン
スを示す図、第３図〜第９図は同実施例における被検体
の関心領域内の磁化の動きを説明するための図、第１０
図は本発明の他の実施例に係る磁気共鳴映像装置の構成
を示すブロック図、第１１図は同実施例における空間３
次元の化学、シフトイメージングのためのパルスシーケ
ンスを示す図、第１２図及び第１３図は本発明における
空間３次元の化学シフトイメージングのための他のパル
スシーケンスを示す図、第１４図は本発明に基づく勾配
高周波磁場発生コイルの原理を説明するための図、第１
５図はその原理に基づく勾配高周波磁場発生コイルの一
実施例を示す図、第１６図は本発明に基づく勾配高周波
磁場発生コイルの他の実施例を示す図、第１７図は２方
向の勾配高周波磁場発生コイルの例を示す図、第１８図
は勾配磁場を用いた従来の空間３次元の化学シフトイメ
ージングのためのパルスシーケンスを示す図、第１９図
は勾配高周波磁場を用いた従来の空間３次元の化学シフ
トイメージングのためのパルスシーケンスを示す図、第
２０図は化学シフトによる周波数オフセットがない場合
の勾配高周波磁場印加時の被検体の関心領域内の磁化の
動きを示す図、第２１図は化学シフトによる周波数オフ
セットがある場合の勾配高周波磁場印加時の磁化の動き
を示す図である。 １・・・被検体、２・・・静磁場磁石、３・・・静磁場
磁石用電源、４ａ〜４Ｃ・・−勾配高周波磁場発生コイ
ル、５・・・均一高周波磁場発生コイル、６・・・シス
テムコントローラ、７．７ａ〜７ｄ・・・高周波送信部
、８・・・切換回路、９・・・高周波受信部、１０・・
・データ収集部、１１・・・電子計算機、１２・・・コ
ンソール、１３・・・画像デイスプレィ、２０・・・同
軸線路、２１゜２２・・・矩形導電性ループ、２３・・
・インピーダンスマツチング回路。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第　２ 図 弔 図 粥 図 弔 図 第 図 弔 図 第 図 第 図 第１６図 第 図 第 図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）被検体に一様な静磁場を印加するとともに、磁場
   の向きが前記静磁場の方向と直交し、且つ被検体の関心
   領域で空間的に一次の勾配を持つ勾配高周波磁場と、被
   検体の関心領域で空間的に強度がほぼ均一な高周波磁場
   を発生せしめ、前記勾配高周波磁場と前記ほぼ均一な高
   周波磁場の９０°パルスを順次印加して被検体内からの
   信号を観測することにより化学シフトスペクトルを映像
   化する磁気共鳴映像方法において、 前記勾配高周波磁場の印加期間中に前記ほぼ均一な高周
   波磁場の１８０°パルスを印加することを特徴とする磁
   気共鳴映像方法。
2. （２）被検体に一様な静磁場を印加する静磁場磁石と、 磁場の向きが前記静磁場の方向と直交し、且つ被検体の
   関心領域で空間的に一次の勾配を持つ勾配高周波磁場を
   発生する勾配高周波磁場発生コイルと、 被検体の関心領域で空間的に強度がほぼ均一な高周波磁
   場を発生する均一高周波磁場発生コイルと、 前記勾配高周波磁場と前記ほぼ均一な高周波磁場の９０
   °パルスを順次印加して被検体内からの信号を観測する
   ことにより化学シフトスペクトルを映像化する手段と、 前記勾配高周波磁場の印加期間中に前記ほぼ均一な高周
   波磁場の１８０°パルスを印加する手段と、 を備えたことを特徴とする磁気共鳴映像装置。
3. （３）同軸線路と、この同軸線路中に直列に挿入される
   とともに、互いに対向して平行に配置され、同相の高周
   波電流が流れるように構成された２つの矩形導電性ルー
   プとを備え、前記２つの矩形導電性ループに直交する所
   定の方向に一次の勾配を持つ勾配高周波磁場を発生する
   ことを特徴とする勾配高周波磁場発生コイル。