JPH03131237A - 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（ＮＭＲ）現象を利用して被検体
の断層画像を得るようにした核磁気共鳴イメージング装
置において、縦緩和時間（Ｔ１）による各プロジェクシ
ョン開始毎の縦磁化の差を自由誘導減衰（Ｆ　Ｉ　Ｄ）
信号により補正し、アーチファクトを低減させることに
関するものである。

（従来の技術〕 磁気共鳴イメージング装置（以下ＭＲＩ装置と呼ぶ）は
、核磁気共鳴現象を利用して被検体中の所望の検査部位
における原子核スピン（以下、単にスピンと称す、）の
密度分布、緩和時間分布等を計測して、その計測データ
から、被検体の断面を画像表示するものである。

この装置では、第１図に示すように０．０２〜２テスラ
程度の静磁場を発生させる静磁場発生装！４の中に被検
体７が置かれる。この時、被検体中のスピンは静磁場の
強さＨＯによって決まる周波数で静磁場の方向を軸とし
て歳差運動を行なう。

この周波数をラーモア周波数と呼ぶ、ラーモア周波数ν
０は。

γ νｏ　＝Ｈｏ　　　　　　　　　　　　　　　　“−（
１）２π で表わせる。ここで、γは磁気回転比で原子核の種類毎
に固有の値を持つ６はた。ラーモア歳差運動の角速度を
ω０とすると、 ω０＝２πνＯφ・・（２） の関係があるため、 ω０＝γＨｏ　　　　　　　　　　　　　　・・・（３
）で与えられる。

ここで、高周波照射コイル１１によって原子核のラーモ
ア周波数ν０に等しい周波数の高周波磁場（電磁波）を
加えると、スピンが励起され高いエネルギー状態に遷移
する。この高周波磁場を打ち切ると、スピンはもとの低
いエネルギー状態に戻る。このとき放出される電磁波を
自由誘導減衰（Ｆ　Ｉ　Ｄ）信号と呼ぶ、減衰は、縦誘
和時間（Ｔｌ）。

横緩和時間（Ｔ２）の２つの時定数で特徴づけられる。

ここで、現在ＭＨＩ装置による撮影で一般的に用いられ
ているパルスシーケンスのスピンエコー法について第２
図および第３図を用いて説明する。

第２図は、スピンエコー法のパルスシーケンスを模式的
に示したものである、また、第３図は巨視的磁化の挙動
を回転座標系で模式的に示したものである。

静磁場中に誼かれた原子核は、ラーモア周波数で再差運
動を行い、巨視的磁化は静磁場方向（Ｚ′：を向＜　　
（Ｉ）。

このパルスシーケンスでは、まず、９０１パルス２２を
印加した後、エコー時間をＴｅとしたときＴｅ／２の時
間後に１８０°パルス２３を加える。９０′″パルス２
２を加えた後、各スピンはそれぞれ固有の速度でＸ−Ｙ
面内で回転を始めるため１時間の経過とともに各スピン
間に位相差が生じる。ここで自由誘導減衰信号２５と呼
ばれる信号が生じる。さらに、１８０’パルス２３が加
わると、各スピンは第３図（ＩＶ）に示すようにＸ軸に
対称に反転し、その後も同じ速度で回転を続けるために
時刻Ｔｅでスピンは再び集束し、エコー信号を形成する
。

また、９０゛パルス２２印加後、各スピンは熱平衡状態
に戻ろうとする。これを緩和と呼び、縦（Ｚ）方向の成
分に着目したスピンの経過を縦緩和と呼び、その時定数
を縦緩和時間（Ｔ１）と呼ぶ。

上記のように信号は計測されるが、断層面像を構成する
ためには信号の空間的な分布を求めねばならない、この
ために線形な傾斜磁場を用いる。

均一な静磁場に傾斜磁場を重畳する事で空間的な磁場勾
配ができる。これを用いて、空間的な位置情報を信号に
与える。このため、第２図の位相エンコード傾斜磁場２
４と周波数傾斜磁場２９が用いられる。前記パルスシー
ケンスを基本単位として５位相エンコード傾斜磁場２４
の強度を任意の順序で変えながら一定の繰り返し時間（
ＴＲ）毎に、所定回数繰り返す。

こうして得られた計測信号を位相エンコード傾斜磁場強
度の順に並び換え、２次元逆フーリエ変換することで所
望の断層像が得られる。

つまり、得られる信号５（ｋ−、ｋｙ）は、理想的には
、 で与えられる。ここでＧＰは位相エンコード傾斜磁場強
度、Ｇ、はスピンの向きも考慮した周波数エンコード傾
斜磁場強度、１．Ｐは位相エンコード傾斜磁場印加時間
、を貫は周波数エンコード傾斜磁場印加時間を表わす。

さらに、ρ（ｘ、ｙ）は、・・・（５） と表わせる。ここで、Ｔ１は縦緩和時間、Ｔ２は横緩和
時間、ＴＲは繰り返し時間、Ｍはプロジェクション開始
前の巨視的磁化ベクトルの静磁場方向成分（以下、縦磁
化と呼ぶ。）である。

式（４）は２次元逆フーリエ変換することにより、画像
Ａ（ｘ、ｙ）は、 Ａ（ｘ、　ｙ）：にす（ｘ、　ｙ） ・・・（６） と表わせる。

ここで、ｋは任意の定数、Ｍは理想的には、プロジェク
ション毎に変化しない。すなわち、理想的には、 Ｍｏ　＝　Ｍ　！　＝　Ｍ、ｚ・・・Ｍｌｌ−１”　・
＝　　　　　　　　”’　（７）である。ここで、Ｍ　
ｎ−１は、第ｎプロジェクション開始前の縦磁化を表わ
す。しかし、現実には、プロジェクション開始前の縦磁
化は、縦緩和現象の影響によりプロジェクション毎に異
なる。

また、Ｍｎ−１Ｍｎ−１＝が成立するのは、縦緩和時間
Ｔ１が繰り返し時間ＴＲに比べて充分に短い時か、ｎが
充分大きいときである。つまり、撮像時にＴＲを延長す
るか、計測に先立ち複数回励起しておきｎが充分大きく
なったときから計測を開始することにより、前記のアー
チファクトは抑制される。

また撮像時間Ｔ　ｔｏｔａｌは。

Ｔｔｏｔａｌ＝ＴＲ−ＰＲＪ　・ＮＳＡ＋Ｌ−Ｔｌ；”
−（８）で与えられる。ここで、ＰＲＪはプロジェクシ
ョン数、ＮＳＡは積算回数、Ｌは計測に先立ち励起する
回数である。

以上のＭＲＩ基本原理に関しては、マグネチック・レゾ
ナンス・イメージング、（１９８８年）（Ｍａｇｎｅｔ
ｉｃ　　Ｒｅ５ｏｎａｎｃｅ、Ｉ＋Ｉｌａｇｉｎｇ、　
　（１９８８））　　に詳しい。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記従来技術では、各プロジェクション開始前の縦磁化
の大きさは、厳密には異なり、信号の大きさも各プロジ
ェクション毎にその縦磁化の大きさに影響するため、画
像にボケを生じる。

本発明の目的は、前記従来技術の問題点に鑑み、計測時
間の延長なしに前記アーチファクトを抑制し、ボケのな
い画像を得ることである。

〔作用〕 本発明によれば、計測時間の延長なしに、各プロジェク
ション開始前の縦磁化の違いによるアーチファクトを低
減でき、ボケのない鮮明な画像を得ることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図乃至第４図により説明
する９第１図は本発明を適用した核磁気共鳴イメージン
グ装置を示す全体構成のブロック説明図、第２図はスピ
ンエコー法のパルスシーケンスの模式的説明図、第３図
はスピンエコー法の巨視的磁化を回転座標系で示した説
明図、第４図は本発明の一実施例のスピンエコー法のパ
ルスシーケンスの模式的説明図であるゆ 本発明を適用した磁気共鳴イメージング装置を第１図に
より説明する。この磁気共鳴イメージング装置ば、大別
すると、中央処理装置（ｃｐｕ）１と、シーケンサ２と
、送信系３と、静磁場発生磁石４と、受信系５と、信号
処理系６とを備えて構成する。

中央処理装置１１（ＣＰＵ）３は、予め定められたプロ
グラムに従ってシーケンサ２．送信系３．受信系５．信
号処理系６の各々を制御するものである。シーケンサ２
は、中央処理装置１からの制御指令に基づいて動作し、
被検体７の断層画像のデータ収集に必要な種々の命令を
送信系３．静磁場発生磁石４の傾斜磁場発生系２１１．
受信系５に送るようにしている。

送信系３は、高周波発生器８と変調器９と高周波コイル
どしての照射コイル１１を有し、シーケンサ２の指令に
より高周波発信器８からの高周波パルスを変調器９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］−〇を介して増幅して照射コイル］】に供給する
ことにより、所定のパルス状の電磁波を被検体７に照射
するようにしている。

静磁＠発生磁石４は、被検体の回りに任意の方向に均一
な静磁場を発生させるためのものである。

この静磁場発生磁石の内部には、照射コイル〕】−の他
、傾斜磁場を発生させる傾斜磁場コイル１，３と、受信
系５の受信コイル〕−４が設置されている３傾斜磁場発
生系２１−は互いに直交するデカルト磁探軸方向にぞれ
ぞ九独立りこ傾斜磁場を印加できる構成を有す傾斜磁場
コイル１３と傾斜磁場コイルに電流を供給する傾斜磁場
電源１−２と、傾斜磁場電源］、２を制御するシーケン
サ２により構成する。

受信系５は、高周波コイルとしての受信コイル１４と該
受信コイル〕４に接続された増幅器】５と直交位相検波
器】６とＡ／Ｄ変換器１７とを有し、被検体７からのＮ
ＭＲ信号を受信コイル１４が検出すると、その４ａ号を
増幅器１５．直交位相検波器１６．Ａ／Ｄ変換器１７を
介しデジタル賦・に変換するとと１−Ｊに、シーケンサ
２からの指令によるタイミングで直交位相検波器１６に
よってサンプリングされた二系列の収集データに変換し
て中央処理装置１−に送るようにしている。

信号処理系６は、磁気ディスク２０．光デイスク１９等
の外部記憶装置と、ＣＲＴ１８等からデイスプレィとを
有し、受信系５からのデータが中央処理装置】に入力さ
れると、該中央処理装置１が信号処理１画像再構成等の
処理を実行し、その結果の被検体７の所望の断面像をＣ
ＲＴ１８に表示するとともに、外部記憶装置の磁気ディ
スク２０等に記録する。

次に各プロジェクション開始前の縦磁化が変化すること
を第２図及び第３図を用いて説明する。

熱平衡状態のスピンの静磁場方向（Ｚ′）成分をＭｏと
する（Ｉ）。まず、第】−プロジェクションの９０°パ
ルス２２によりスピンは励起され、Ｘ’−Ｙ’平面に倒
される。（１１）その時点より縦緩和時間Ｔ１の時定数
をもっ縦緩和現象が生じ、スピンの縦磁化はＭｏに戻ろ
うとする（Ｉ？）。さらに、１８０’パルス２３により
反転しく■）。

Ｍｏに戻ろうどする（■〜■）、しかし、ＴＲが短いか
、Ｔ１が長いと縦磁化がＭｏに戻らないうちに第２プロ
ジエタシヨン（ビ）が始まってしまう。そして、第２プ
ロジエクシヨンの９０″パルス２２により励起さムるス
ピンは第１プロジエクシヨンに比べて少なくなり、信号
を減少する。

このように、９０“パルス２２により励起されるスピン
は、何回かのプロジェクションを経て、徐々に減少し、
ある値に収束し、信号の大きさもその影響を受ける。

本発明をスピンエコー法に適用した場合の一実施例を第
４図により説明する。第ｎプロジェクション開始前の縦
磁化の大きさをＭｏ−１とすると、自由誘導減衰（Ｆ　
Ｉ　Ｄ）信号は、Ｍｎ−１の関数になる。さらに、スピ
ンエコー信号もＭ７−１の関数となる。このため。スピ
ンエコー信号から、縦緩和による影響を取り除くため自
由誘導減衰（ＦＩＤ）信号が有逆に使用できる。

第４図のように自由誘導減衰（Ｆ　Ｉ　Ｄ）信−号２５
およびスピンエコー信号２Ｇをそれぞれ計測しく２７．
２８）、それをＡ（ｔ、ｎ）、Ｂ（ｔ、ｒｌ）とする。

ｎは何プロジェクション目かを表わす。

Ｂ（ｔ、ｎ）は、従来のスピンエコー信号である。

Ａ（ｎ）のサンプリング点数は】−プロジェクション当
り１点、あるいは、任意のサンプリング時間でツープロ
ジェクション当り複数点（ｍ点）とり、以下に示す演算
により平均化、滑子化処理を行いそれを１点のデータと
しても良い。

前記Ａ（ｎ）の複数のデータをそれぞれＡｉ（ｎ）とし
、ｍ個のデータを計測したとすると、Ａ（ｎ）：＝ （９） あるいは。

Ａ（ｎ）＝＝ ・（１０） あるいは、 ｍ として、Ａ（ｎ）を得る。

Ｃ（ｔ、ｎ）を Ｃ（ｔ、ｎ）＝に−Ｂ（ｔ、ｎ）／Ａ（ｎ）　　　＝４
１２）とする。ここで、ｋは任意の定数である。これは
各プロジェクションの計測が終わったあとで行なっても
良いし、エコー信号計測と同時でも良いし、全ての計測
路Ｙ後でも良い。

さらに、 ５（ｋ−、ｋｙ）”Ｃ（ｋ□ｐ（ｎ））　　　　　・・
・（１３）とする。ここで、ｐ（ｎ）は、位相エンコー
ド傾斜磁場の更新順序を表わす任意の関数であり、例え
ば位相エンコード傾斜磁場強度を順次変えるときは、ｐ
（ｎ）＝＝ｎとする。この５（ｋＸ、　ｋｙ）を２次元
逆フーリエ変換することにより、アーチファクトが抑制
さお、た画像力育浮られる。

本発明をスピンエコー法に適用した場合の他のン；す 第４図のように自由誘汚減哀（Ｆ　ｒ　Ｄ）信号２５お
よびスピンエコー信号２６をそれぞれ計測し、それをＡ
（ｎ）、Ｂ（ｔ、ｎ）とする６ｎは何プロジェクション
目かを表わす。Ｂ（ｔ、ｎ）は、従来のスピンエコー信
号である。Ａ（ｎ）のサンプリング点数は］プロジェク
ション当り】点、あるいは、任意のサンプリング時間で
１．プロジェクション当り複数点（ｍ点）とり、以下に
示す演算により平均化処理を行いそれを１点のデータと
しても良い。また、プロジェクション毎にＡを測定して
も良いし、任意のプロジェクションで測定しても良い、 前記Ａ（ｎ）の複数のデータをそれぞれＡ　ｉ　（ｎ　
）とし、ｍ個のデータを計測したとすると、Ａ（ｎ）＝ ・・・（１４） あるいは、 Ａｉ（ｎ） Ａ（ｎ）＝ ・・・（１５） あるいは、 として、 Ａ（ｎ）を得る。

本発明では、 Ａ　（ｎ　）とｎとの関係が、 と近似して、 最小誤差２乗近似法により、 α　。

β。

γの値を求めて とする。

あるいは、 Ａ　（ｎ　）とｎとの関係が Ａ（ｎ）＝＝αｎ＋β ・・・（１９） と近似して最小誤差２乗近似により、 α　ｔ βの値 を求めて、 Ａ′ （ｎ）＝αｎ＋β ・・（２０） としでも良い。

Ｃ（ｔ、ｎ）を Ｃ（ｔ、、ｎ）＝に−Ｂ（ｔ、ｎ）／Ａ’　　（ｎ）−
（２１）とする。

さらに、 ５（ｋ−、ｋｙ）＝Ｃ（ｋ−９ｐ（ｎ））　　　　　−
（２２）とする。ここで、ｐ（ｎ）は１位相エンコード
傾斜磁場の更新順序を表わす任意の関数であり、例えば
位相エンコード傾斜磁場強度を順次変えるときは、ｐ（
ｎ）＝ｎとする。この５（ｋｘ、ｋｙ）を２次元逆フー
リエ変換することにより、アーチファクトが抑制された
画像が得られる。

また、本発明において計測シーケンスはスピンエコーに
おいて、記述したが、他の計＄１１シーケンスでも実施
できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、各プロジェクション開始前の縦磁化の
違いによるアーチファクトを抑制できるので、鮮明な断
層画像が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した核磁気共鳴イメージング装置
を示す全体構成のブロック説明図、第２図はスピンエコ
ー法のパルスシーケンスの模式的説明図、第３図はスピ
ンエコー法の巨視的磁化を回転座標系で示した説明図、
第４図は本発明の一実施例のスピンエコー法のパルスシ
ーケンスの模式的説明図である。 】・・・中央処理装置（ＣＰＵ）、４・・・静磁場発生
磁石、７・・・被検体、２４・・・位相エンコード傾斜
磁場、２５・・・自由誘導減衰（Ｆ　Ｉ　ｒ））信号、
２Ｇ・・・エコー信号、２７・・・自由誘導減衰（Ｆ　
Ｉ　Ｄ）信号計測タイミング、２８・・・エコー信号計
測タイミング。 羊 暮３ ０ 羊４ の

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、静磁場、傾斜磁場及び高周波磁場の各磁場を発生す
   る手段と、検査対象からの核磁気共鳴信号を検出する手
   段と、該共鳴信号を使つて検査対象の内部の組成に関す
   る画像を得るために再構成する手段と、得られた画像を
   表示する手段とを有する核磁気共鳴イメージング装置に
   おいて、自由誘導減衰信号を用いて、エコー信号を補正
   する手段を設けたことを特徴とする磁気共鳴イメージン
   グ装置。 ２、自由誘導減衰信号を各プロジェクション毎に計測し
   て、エコー信号を補正する手段を設けたことを特徴とす
   る請求項１の核磁気共鳴イメージング装置。 ３、自由誘導減衰信号を任意のプロジェクションで計測
   して、任意の関数近似を行い、エコー信号を補正する手
   段を設けたことを特徴とする請求項１の磁気共鳴イメー
   ジング装置。 ４、自由誘導減衰信号を１プロジェクションに対して複
   数点測定して、該測定点を任意の平均化処理を行いその
   １点を用いてエコー信号を補正する手段を設けたことを
   特徴とする請求項１、２の磁気共鳴イメージング装置。 ５、位相エンコード傾斜磁場強度を任意の順序で変化さ
   せる手段を設けたことを特徴とする、請求項１、２、３
   、４の磁気共鳴イメージング装置。 ６、各プロジエクシヨン開始前の巨視的磁化の静磁場方
   向成分の違いを補正する手段を設けたことを特徴とする
   請求項１の磁気共鳴イメージング装置。