JPH03289939A - Ｍｒｉのｒｆ自動調整法 - 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ＭＨＩ（核磁気共鳴画像撮影装置）においてＲ
Ｆパルス強度を短い繰り返し時間で正確に求めるＭＲＩ
の自動ＲＦ調整法に関する。

（従来の技術） 原子核を静磁場中におくと、原子核は磁界の強さと原子
核の種類によって異なる定数に比例した角速度で歳差運
動をする。この静磁場に垂直な軸に前記の周波数の高周
波回転磁場を印加すると磁気共鳴が起こり、前記定数を
有する特定の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、エルネギ−準位の高
い方の準位に遷移する。共鳴後高い準位に励起された原
子核は低い準位に戻ってエルネギ−の放射を行う。

ＭＲＩはこの特定の原子核による核磁気共鳴（以下ＮＭ
Ｒという）現象を観察して被検体の断層像を撮像する装
置である。

ＭＲＩにおいてフーリエ変換法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。図に
おいて、（イ）図はそれぞれり一ド軸、ワープ軸、スラ
イス軸であるｘ、ｙ、ｚ軸に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す図で
、（ロ）図はそれぞれの磁場を印加するタイミングを示
す図である。期間１において、励起パルス１とスライス
勾配２によりｚ＝０を中心とする２方向に垂直なスライ
ス面内のスピンが選択的に励起される。期間２のリフェ
ーズ勾配３はスライス勾配２により乱れたスピンの位相
を元に戻すためのものである。

同じ期間２のデイフェーズ勾配４はデータ読み出し期間
４の時間的中心にＳＥ信号７の中心か一致するようにス
ピンに場所に応じた位相差を与えるためのものである。

期間２ては更にｙ方向の位置に比例してスピンの位相を
ずらせてやるためのワープ勾配６を印加しており、ワー
プ勾配６は毎周期その強度を変えて印加されている。そ
の後反転パルス５を与えて磁気モーメントを揃え、その
後に現れるＳＥ信号７を観察する。期間４ではＸ軸にリ
ード勾配８を印加する。これにより、デイフェーズ勾配
４て与えられた位相差は、期間４のリド勾配８の時間的
中心で相殺されＳＥ信号７が現れる。このシーケンスを
ビューといい、パルス繰り返し周期ＴＲ後に再び励起パ
ルス１を加えて、次のビューを開始する。

上記のようなパルスシーケンスにおいて、ＳＥ信号７は
定常状態に達するまで縦緩和時間Ｔ１（ｍｓ）の３倍程
度以上の繰り返しを必要とし、本来前たい正しい信号強
度を得ることができる前記の励起パルスや反転パルスの
フリップ角を求めるためには同じ励起のシーケンスを何
度も繰り返して定常状態に達するのを待たなければなら
ない。

フリップ角はＲＦパルスのパルス幅を一定にしてＲＦパ
ルスの強度（ＲＦ強度）を変化させることにより変えら
れる。ＲＦ強度の調整を行う場合には、このＲＦパルス
の振幅を少しずつ変えてはＳＥ倍信号強度を測定し、そ
のＳＥ倍信号強度か最大または最小となるＲＦ強度値を
求めて行われる。

（発明が解決しようとする課題） ところで、繰り返し時間が短い場合は、上記のＲＦ強度
の調整を行おうとすると、各点で定常状態になるように
同しＲＦ強度のＲＦパルスを何回も繰り返して加えて定
常状態になるのを待つ必要かある。このように定常状態
になるのを待たない場合には得られるＲＦ強度値か不正
確になる。又、充分に緩和を待った長い繰り返し時間で
行う場合には長い調整時間を必要としてしまう。

又、一般にＲＦの選択励起形状は、励起パルスの波形に
よって異なり、ＲＦ強度と励起パルスの形状との間には
線形性の関係か存在しない等の問題かあり、最適なＲＦ
強度を正確に求めるのは難しい状態であった。

これに対し、第８図に示すパルスシーケンスを用いて、
ＳＥ倍信号スティミュレーテッドエコーとの比を取るこ
とてＴ、緩和の影響を除く方法が報告されている。図に
おいて、第７図と同一の部分には同一符号を付しである
。１０はフリップ角かａｏの励起パルス、１１は同しく
フリップ角がα゜の第１反転パルスで、励起パルス１０
から時間τ１に後に印加される。１２はその後時間τ２
後に印加される同じくフリップ角がα゜の第２反転パル
スである。１３は第２反転パルス１２印加後時間τ１に
おいて現れるスティミュレーテッドエコーＳ２である。

このパルスシーケンスによる方法では、 （１）ＳＥ信号５１７（以下単に信号Ｓ１という）とス
ティミュレーテッドエコー８２１３（以下単に信号Ｓ２
という）では、Ｔ１緩和による信号への重みが異なり、
比を取って影響を完全に除くことはできない。

（２）信号Ｓ１は次式のようになる。

Ｓ、　ｃｘ：　ｓｉｎａ　ｓｉｎ２−−　（１）信号Ｓ
２は次式のようになる。

５２ＱＣ−ｓｉｎ３ａ　　　　　　　　−（２）（１）
式、　（２）式からその比は次式のようになる。

上式のような曲線が得られるが、この曲線で求められる
のは０≦α≦３６０°の間テ求メられる極点としてのα
＝１８０°のときの最小点であり、信号Ｓ１と信号Ｓ２
も共に最小値を与える点に相当する。従って、信号ＳＩ
と信号Ｓ２の両者とも雑音による影響を受は易く、又、
信号Ｓ２は一般に信号Ｓ１の半分程度の強度の信号とな
るため、ＳＮ比が悪くなり不安定である。

（３）信号Ｓ１で得られるスライス形状と信号Ｓ２で得
られるスライス形状とは異なったものとなり、そのまま
比を取った場合には、得られる比の曲線がずれたものと
なって正確なＲＦ強度を求めることができない。

以上の理由により、正確なＲＦ強度を求めることは困難
であった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、その目的は
、短い繰り返し時間でＲＦパルス強度を正確に求めるＭ
ＲＩのＲＦ自動調整法を実現することにある。

（課題を解決するための手段） 前記の課題を解決する本発明は、ＲＦ軸に励起パルス印
加後一定パルス幅でＲＦ強度を変化させることによりフ
リップ角α゜を変化させる第１反転パルスと該第１反転
パルスからＴＥ時間後に印加し該第１反転パルスと等し
いフリップ角α゜を持つ第２反転パルスとを印加するＲ
Ｆ条件と、前記第１反転パルス直後に発生する不要信号
を消去するためにワープ軸とリード軸に前記第１反転パ
ルス印加時の前後に印加する第１のスポイラ勾配と、前
記第２反転パルス直後に発生する不要信号及びスティミ
ュレーテッドエコー信号を消去するために前記ワープ軸
と前記リード軸に前記第２反転パルスの前後に印加する
前記第１のスポイラ勾配とは逆位相の第２のスポイラ勾
配とを有するパルスシーケンスを印加する段階と、前記
第１　第２反転パルスにより得た２個のＳＥ信号Ｓ３．
Ｓ４の比を計算することによりｓｉｎ２（α／２）曲線
を求める段階と、該曲線のピーク検出を行いフリップ角
が１８０°となるＲＦ強度値を演算する段階と、該フリ
ップ角が１８０°となるＲＦ強度値から任意のフリップ
角α゜のＲＦ強度値を演算して求める段階とから成るこ
とを特徴とするものである。

第２の発明では励起パルスのフリップ角をα／２にして
、反転パルスと共にＲＦ強度を変化させる。

（作用） 第１．第２反転パルスのＲＦ強度を変化させて両反転パ
ルスに対応するＳＥ倍信号データの比を演算してｓｉｎ
２（α／２）の曲線を求め、その曲線のピークからフリ
ップ角１８０°のＲＦ強度値を得、それに基づいて任意
のフリップ角α゜のＲＦ強度値を得る。励起パルスのフ
リップ角をα／２として共に変化させるようにしてもよ
い。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の方法の実施例を詳細に説
明する。

第１図は本発明の一実施例の方法に用いるパルスシーケ
ンスである。図において、第８図と同等の部分には同一
の符号を付しである。図中、２１はＲＦ軸に印加するパ
ルス幅Ｔ／２てフリ・ツブ角α゜／２の励起パルス、２
２はパルス幅Ｔてフリップ角α゜の第１反転パルス、２
３は同じくパルス幅Ｔでフリップ角α゜の第２反転パル
スである。

２４はフリップ角がα゜／２の励起パルス２１て励起さ
れ、フリップ角がα゜の第１反転パルス２２によって発
生した第１ＳＥ信号Ｓ３．２５はマルチエコー法におけ
る場合と同様にフ１ルソプ角がα゜の第２反転パルス２
３によって発生した第２ＳＥ信号Ｓ４である。２６はワ
ープ軸及びリード軸に印加された第１反転パルス２２の
直後に発生する不必要な信号を消去するためのスポイラ
Ａて、第１反転パルス２２の前後に印加したのは前に印
加したスポイラＡ２６の影響を後で印加したスポイラＡ
２６によって消去するためである。２７はワープ軸及び
リード軸に印加された第２反転パルス２３直後に発生す
る不必要な信号及び第８図に示したステイミュレーテツ
ドエコ−８２１３を消去するためのスポイラＢである。

スポイラＢ２７を第２反転パルス２Ｂの前後に印加して
いるのはスポイラＡ２６の場合と同じ理由による。この
パルスシーケンスではリード軸やワープ軸に印加される
デイフェーズ勾配４、リード勾配８及びワープ勾配６等
を省略しである。

次に、上記のように各軸に勾配磁場及びＲＦ磁場を印加
した実施例によって行われる自動調整の方法を説明する
。ここで行おうとする自動調整の方法は、スピンエコー
法におけるマルチエコー法では、ＳＥ倍信号のＴ１緩和
による影響は同じものになるため、第１反転パルス２２
による第１ＳＥ信号５３２４と第２反転パルス２３によ
る第２８Ｅ信号５４２５の比を取ることにより、Ｔ、緩
和による影響を少なくし、又、スライス形状を補正する
ことで正確なＲＦ強度を求めようとするものである。

ここで、第１図のパルスシーケンスに従ってＲＦ強度値
即ちフリップ角を逐次変化させてデータを収集する。こ
のときの繰り返し周期ＴＲは比較的短く、例えば、２０
０＋ｎｓ程度でもよい。このパルスシーケンスで与えら
れる第１ＳＥ信号５３２４、第２ＳＥ信号５４２５の信
号強度は初期磁化の大きさをＭ′とすると、次式で与え
られることかイリノイ大学のＥ、Ｌ、Ｈａｈｎの研究（
Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｒｅｖｉｅｗ　Ｖｏｌ、８０　Ｎｏ
、４　）により知られている。

（４）式、　（５）式の１番目の正弦項は励起パルス２
］による項、２番目の正弦項は第１反転パルス２２によ
る項である。又、（５）式の３番目の正弦項は第２反転
パルス２３による項である。

ここて、Ｓ４とＳ３の比Ｓを求めると（４）式。

（５）式から（６）式か得られる。

（６）式により明らかなように比を取ることてＴ１緩和
の影響のある初期磁化の大きさを取り除くことがきる。

上記のように（６）式のＳを求めることで得られるのは
ｓｉｎ２（α／２）の曲線であって、このピーク値を求
めることによりフリップ角１８０゜のＲＦ強度値が求ま
る。ところで、フリップ角と通過域即ちスライス幅との
関係を第２図に示す。

図において、縦軸にフリップ角、横軸に２軸上の位置を
取っである。この曲線はｓｉｎｃ波形による］８０°パ
ルスのスライス形状を示している。３５間の破線は通過
域を示す。一般に１８０°パルスにおいては図に示すよ
うにＲＦ強度とフリップ角の間１磯舟直線性か比較的大
きくスライス形状に現れるため、このスライス形状の平
均的なフリップ角は常に１８０°未満となり、（６）式
のｓｉｎ２　（α／２）の曲線の極大値が本来の１８０
°の値からずれて求まってしまう。

これを解決するためにスライスプロファイルの形状補正
を次のようにして行う。まず、得た信号をＦＦＴにより
フーリエ変換してスライスプロファイルの曲線を第３図
に示すように描く。図において、中央のフリップ角をα
。、スライスのフリップ角をα（２）、エラー項をα、
（２）とすると、 ・・・　（７） （４）式、（５）式、（７）式から次式が得られる。

となる。ここでα、（２）は比較的小さいと考え、とな
り、（８）式からスライス形状の補正係数Ａ（ｚ）が得
られる。

と近似して、 δ３　　（ｚ） この補正係数Ａ　（ｚ）を用いてＳ３　　（Ｚ）　、５
４（ｚ）を補正する。

Ｓ３　（Ｚ）−３３（Ｚ）／Ａ（Ｚ）。

Ｓ４　　　（Ｚ）−３４（Ｚ）／　　Ａ２　　（Ｚ）　
　　　　　　　　　　　　−＝　　　（１０）式中、左
辺の８３　　（Ｚ）、Ｓ４　　（Ｚ）は更新された第１
ＳＥ信号２４．第２３Ｅ信号２５である。

上記のように行った補正を第３図のようにプロファイル
の劣化が比較的少ない通過域（ａ　−ｂ　）を決めてそ
の通過域の部分に行う。通過域の部分の第２ＳＥ信号５
４２５と第１ＳＥ信号５３２４との比Ｓを求める。

（１１）式又は（１１’）式からｓｉｎ２（α／２）の
曲線を得る。

上記のようにして得たｓｉｎ２（α／２）の曲線から最
小二乗法によりピーク値検出を行い、フリップ角が１８
０°になるＲＦ強度を得る。

前記の１８０°のＲＦ強度から任意のフリップ角α゜の
ＲＦ強度値を比例計算により求める。ＲＦパルスの振幅
値に非線形歪がある場合には、これを補正して任意のフ
リップ角α゜のＲＦ強度を求める。第４図はこのように
して求められたスライス形状のグラフである。

次に上記のような実施例の方法を実施するためのＭＲＩ
の要部構成図を第５図に示す。

図において、３１は内部に被検体を挿入するための空間
部分（孔）を有し、この空間部分を取巻くようにして、
被検体に一定の静磁場を印加する静磁場コイルと勾配磁
場を発生する勾配磁場コイル（勾配磁場コイルはｘ、ｙ
、ｚの３軸のコイルを備えている。）と被検体内の原子
核のスピンを励起するためのＲＦパルスを与えるＲＦ送
信コイルと被検体からのＮＭＲ信号を検出する受信コイ
ル等が配置されているマグネットアセンブリである。静
磁場コイル、勾配磁場コイル、ＲＦ送信コイル、及び受
信コイルは、それぞれ静磁場電源３２、勾配磁場駆動回
路３３、ＲＦ電力増幅器３４及び前置増幅器３５に接続
されている。シーケンス記憶回路３６は計算機３７から
の指令に従って任意のビューで、ゲート変調回路３８を
操作（所定のタイミングでＲＦ発振回路３９のＲＦ出力
信号を変調）し、フーリエ変換法に基づ＜ＲＦパルス信
号をＲＦ電力増幅器３４からＲＦ送信コイルに印加する
。又、シーケンス記憶回路３６は、同じくフーリエ変換
法に基づくシーケンス信号によって勾配磁場駆動回路３
３を操作して、第５図に示すようにｘ、　　ｙ、　　ｚ
の３軸にそれぞれ勾配磁場を供給する。４０はＲＦ発振
回路３９の出力を参照信号として、前置増幅器３５の受
信信号出力を位相検波する位相検波器である。この出力
信号はＡＤ変換器４１においてディジタル信号に変換さ
れ、計算機３７に入力される。４２は計算機３７に種々
のパルス・シーケンスの実現のための指示及び種々の設
定値等の入力をするための操作コンソール、４３は計算
機３７で再構成された画像を表示する表示装置である。

次に、上記のように構成された装置の動作を説明する。

操作コンソール４２を操作してパルスシーケンスのタイ
ミング、ＲＦパルス幅等の設定を行い、計算機３７に前
記設定値に基づく信号を入力する。計算機３７は前記設
定値に基づいて制御信号を発生し、シーケンス記憶回路
３６に送る。

シーケンス記憶回路３６は前記の信号に基づき勾配磁場
駆動回路３３を制御して所定のパルスシーケンスの勾配
磁場を作らせ、又、ゲート変調回路３８を制御する。ゲ
ート変調回路３８はＲＦ発振回路３９で発振し出力され
たＲＦ倍信号設定されたパルス幅、振幅を有する信号に
変調し、被変調ＲＦパルスをＲＦ電力増幅器３４に供給
する。この被変調ＲＦパルスはＲＦ電力増幅器３４にお
いて増幅され、マグネットアセンブリ３１の静磁場電源
３２によって生ずる静磁場中において、勾配磁場駆動回
路３３によって各軸に与えられた勾配磁場と相俟って励
起パルス２１によって励起されたスピンを共鳴させる。

共鳴により生じた信号は受信され、前置増幅器３５で増
幅され、位相検波器４０に入力される。位相検波器４０
は、ＲＦ発振回路３つの出力を参照信号として入力ＮＭ
Ｒ信号を位相検波し、その出力信号をＡＤ変換器４１に
送る。ＡＤ変換器４１においてディジタル信号に変換さ
れたＮＭＲ信号は、計算機３７において処理される。計
算機３７は、ＲＦパルスの強度を逐次変えて印加するよ
うにプロクラムされており、それぞれ異なったＲＦ強度
のＲＦパルスにより逐次データを取る。

次に、本装置を用いた自動ＲＦ調整法の手順を第６図の
フローチャートを用いて説明する。

ステップ１ 計算機３７はフリップ角α″／２の励起パルス２１、フ
リップ角α゜の第１反転パルス２２、同しくフリップ角
α゜の第２反転パルス２３の各パルスをパルス幅Ｔを一
定にして、ＲＦ強度を変化させるパルスシーケンスとし
てシーケンス記憶回路３６に与える。勾配磁場駆動回路
３３．ゲート変調回路３８．ＲＦ電力増幅器３４が与え
られたシーケンスの信号をマグネットアセンブリ３１に
与え、被検体からの第１ＳＥ信号５３２４、第２ＳＥ信
号５４２５か受信される。この信号は位相検波器４０で
検波され、ＡＤ変換器４１てディジタル化されて計算機
３７に入力され、計算機３７はＲＦ強度の変化に応じて
変化したフリップ角α゜によるＳＥ倍信号受は入れる。

ステップ２ 計算機３７は入力されたデータをＦＦＴ処理によりフー
リエ変換して、スライスプロファイルを得る。

ステップ３ 第３図に示すようにスライスプロファイルにプロファイ
ルの劣化が比較的少ない部分の通過域を設定し、（７）
式〜（９）式の計算を行って補正係数を求め、補正した
ＳＥ信号Ｓ３＋Ｓ４を（１０）式により求める。

ステップ４ ステップ３で得たＳＥ信号Ｓ３．Ｓ４の比を（１１）式
もしくは（１１′）式により求め、５１ｎ２（α／２）
曲線を得る。

ステップ５ ステップ４で得たｓｉｎ２（α／２）曲線から最小二乗
法等を用いてピーク検出を行い、フ１ルソブ角が１８０
’となるＲＦ強度を求める。

ステップ６ フリップ角が１８０°のＲＦ強度から任意のフリップ角
α゜のＲＦ強度値を比例計算により求める。

以上説明したように本実施例によれば、次のような効果
が期待できる。

（１）第１ＳＥ信号５３２４と第２３Ｅ信号５４２５の
ようにＳＥ信号同士の比を取り、スティミュレーテッド
エコーを用いないため、初期磁化に依存せず、磁化の回
復或いは定常状態になるのを待つことなく、速やかにチ
ューニングスキャンを行い、フリップ角が１８００にな
るＲＦ強度を求めることができる（Ｔ１緩和に依存しな
い）。

（２）スライス形状の補正を行うため、スライス形状に
依存しないで正確にＲＦ強度値を求めることができる。

（３）信号が最大値になる近辺（ｓｉｎ２（α／２））
でエコー比曲線のピークが得られるためＳＮ比の見地か
らも安定なＲＦ強度を求めることができる。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、次
のようにして実施してもよい。

（１）フリップ角α゜／２のＲＦパルスを、成る一定以
上の信号を出すフリップ角β０として、第１反転パルス
及び第２反転パルスのフリップ角α゜を変化させても、
励起パルスのフリップ角β０を変化させない方法であっ
てもよい。

（２）　　ｓｉｎ２（α／２）のピーク検出法は最小二
乗法とは限らず、いかなる方法を用いて行ってもよい。

（３）得られたｓｉｎ２（α／２）の曲線を正規化しｎ
乗することにより曲線を一層シャープにしてピーク検出
を容易に行い得ることにしてもよい。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように本発明によれば、短い繰り返
し時間てＲＦパルス強度を正確に求めることができるよ
うになり、実用上の効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のパルスシーケンスの図、 第２図はフリップ角とスライス形状の関係を示す図、 第３図は得た信号により描いたプロファイル曲線の図、 第４図は本実施例の方法により求めたスライス形状の図
、 第５図は本発明の方法を実施するための装置の図、 第６図は本発明の方法を実施する手順のフローチャート
、 第７図は従来のＭＨＩのパルスシーケンスの図、第８図
は従来のＲＦ強度調整のためのパルスシーケンスの図で
ある。 ２１・・・励起パルス ２３・・・第２反転パルス ２５・・・第２３Ｅ信号５４ ２６・・スポイラＡ　　　　２７・・スポイラＢ３トマ
グネットアセンブリ ３３・・勾配磁場駆動回路 ３４・・・ＲＦ電力増幅器 ３６・・・シーケンス記憶回路 ３７・・・計算機 ２２・・・第１反転パルス ２４・・第１ＳＥ信号Ｓ３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）ＲＦ軸に励起パルス（２１）印加後一定パルス幅
   でＲＦ強度を変化させることによりフリップ角α゜を変
   化させる第１反転パルス （２２）と、 該第１反転パルス（２２）からＴＥ時間後 に印加し該第１反転パルス（２２）と等しいフリップ角
   α゜を持つ第２反転パルス（２３）とを印加するＲＦ条
   件と、 前記第１反転パルス（２２）直後に発生す る不要信号を消去するためにワープ軸とリード軸に前記
   第１反転パルス（２２）印加時の前後に印加する第１の
   スポイラ勾配（２６）と、 前記第２反転パルス（２３）直後に発生す る不要信号及びスティミュレーテッドエコー信号を消去
   するために前記ワープ軸と前記リード軸に前記第２反転
   パルス（２３）の前後に印加する前記第１のスポイラ勾
   配（２６）とは逆位相の第２のスポイラ勾配（２７）と
   を有するパルスシーケンスを印加する段階と、前記第１
   、第２反転パルス（２２、２３） により得た２個のＳＥ信号Ｓ＿３、Ｓ＿４（２４、２５
   ）の比を計算することによりｓｉｎ＾２（α／２）曲線
   を求める段階と、 該曲線のピーク検出を行いフリップ角が１ ８０゜となるＲＦ強度値を演算する段階と、該フリップ
   角が１８０゜となるＲＦ強度値 から任意のフリップ角α゜のＲＦ強度値を演算して求め
   る段階とから成ることを特徴とするＭＲＩのＲＦ自動調
   整法。 （２）励起パルス（２１）のフリップ角を第１反転パル
   ス（２２）及び第２反転パルス（２３）のフリップ角α
   ゜の１／２を維持するように変化させることを特徴とす
   る請求項１記載のＭＲＩのＲＦ自動調整法。