JPH0331451B2

JPH0331451B2 -

Info

Publication number: JPH0331451B2
Application number: JP61283685A
Authority: JP
Inventors: Juji Inoe; Masao Moryama
Original assignee: Yokogawa Medical Systems Ltd
Current assignee: GE Healthcare Japan Corp
Priority date: 1986-11-28
Filing date: 1986-11-28
Publication date: 1991-05-07
Also published as: JPS63135146A

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に印加する
勾配磁場により生ずる渦電流の影響を除去するた
め、渦電流による勾配磁場応答を測定する測定方
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の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ｚ軸方向の静磁場
H₀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＝γH₀ 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、xy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H₀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
高周波磁場によつて準位間の遷移を生じ、エネル
ギー準位の高い方の準位に遷移する。ここで、核
磁気回転比γは原子核の種類によつて異なるので
共鳴周波数によつて当該原子核を特定することが
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準
位へ励起された原子核は低い準位へ戻つてエネル
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３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する高周波パルス
（H₁）を静磁場（ｚ軸）に垂直な（ｘ軸）方向に
印加すると、第３図イに示すように磁化ベクトル
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t_DとするとH₀から
の回転角θは次式で表わされる。

θ＝γH₁t_D ……(1) (1)式においてθ＝90°となるようなt_D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３図ロのようにxy面をω₀で
回転していることになり、例えばｘ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（FID信号）と呼ぶ。FID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３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つていた
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SE信号
（スピンエコー信号）と呼んでいる。このSE信号
の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 ν＝γH₀／2π で与えられる。ここで、νは共鳴周波数、H₀は
静磁場の強さである。従つ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、位置によつて異なる
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
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４図に示す。イ図において、ｘ、
ｙ、ｚ軸に夫々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。
ロ図は夫々の磁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°
パルスの180°パルスをｘ軸に印加する。Gxはｘ
軸に印加する固定の勾配磁場、Gyはｙ軸に印加
する時間によつて振幅を変化させる勾配磁場、
Gzはｚ軸に印加する固定の勾配磁場である。信
号は90°パルス後のFID信号と180°パルス後のSE
信号を示している。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てある。期間１に
おいて90°パルスと勾配磁場Gz⁺によつてｚ＝０
を中心とするｚ軸に垂直な断層撮影におけるスラ
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、デイフエーズ勾配と呼
ばれる。Gz^-はGz⁺によつ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Gyn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ントを揃
え、その後に現われるSE信号を観察する。期間
４のGx⁺は乱れた位相を揃え、SE信号を生じさ
せるための勾配磁場でリフエーズ勾配といい、リ
フエーズ勾配とデイフエーズ勾配の面積が等しく
なつたところにSE信号が現われる。

このNMR−CTにおいて、静磁場が大きいと
SN比が向上するので超電導磁石を使用する場合
が増える傾向にあるが、ここで、渦電流の問題が
発生した。即ち、勾配磁場を印加すると、静磁場
用磁石の導体及び冷却用のヘリウム槽の容器等に
勾配磁場による渦電流が発生し、この渦電流によ
つて生ずる磁束により勾配磁場が打消されて弱く
なるという現象を生ずる。これは超電導磁石の導
体及びヘリウム槽の容器が超低温に冷却されてい
るため抵抗値が極めて小さく０又は０に近い値に
なつていて、大きな渦電流を長い時定数で流すた
めに特に問題になつたものである。又、渦電流は
ヘリウム槽の外部にあるクライオスタツトのステ
ンレス材等によるものもあり、これは常温なので
抵抗値が大きく時定数は短いが前記の渦電流に加
わつて影響を及ぼす。又、渦電流は周波数の高い
場合に影響が大きく、従つて立上がりの急峻な波
形に対して立上がりを鈍らせ、良好なNMR像を
得ることを妨げている。

以上のような渦電流の影響を補償する必要上か
ら渦電流による影響の量を測定する方法として、
本件出願人が先に提案した方法（特願昭61−
251058号）、サーチコイルに誘起される電圧波形
から求める方法等がある。

特願昭61−251058号の方法のパルスシーケンス
を第５図に示す。図において、勾配磁場の印加は
ｘ軸のみとし、他の２軸はオフにしてある。１は
RF軸に印加する高周波の回転磁場の90°パルス
で、FID信号２を受信コイル（図示せず）に誘起
させる。３はｘ軸に印加したスピンの位相を乱れ
させるデイフエーズ勾配で、そのパルス幅はT_D
である。４はデイフエーズパルス後、RF軸に印
加し、スピンを反転させる180°パルス、５は180°
パルス４の後で位相を整えてSE信号６を誘起さ
せるリフエーズ勾配で、そのパルスの立上がりと
SE信号６（中心）との間隔をT_Rとする。T_E点７
は90°パルス１（中心）と180°パルス４（中心）
との時間間隔T_E／２の２倍の時間間隔T_Eにおけ
る点である。δはデイフエーズ勾配３の終端と
180°パルス４（中心）との時間間隔、εはSE信
号６（中心）とT_E点７との時間間隔、G_Dはデイ
フエーズ勾配３の振幅、G_Rはフリエーズ勾配５
の振幅である。

このシーケンスにおいて、デイフエーズ勾配３
を90°パルス１に最も近付けた状態、即ちδ≒
T_E／２のときε＝０になるようにG_Dを調整する。
180°パルスの前後におけるパルスの面積が等しく
なつたところにSE信号６が出現するのでG_D、
T_D、G_R、T_Rの間には次式のような関係がある。

G_D・T_D＝G_R・T_R ……(2) 従つてG_Dを大きくすればSE信号６はT_E点７に
近付きε＝０とすることができる。本来δはεに
は影響しない筈であるが、実際にはδを変化させ
るとεが変化する。それはデイフエーズ勾配３
と、リフエーズ勾配５とのパルスの立上り、立下
りに対して渦電流による磁場勾配が影響するから
である。この状態を第６図に示す。図において、
第５図の同じ部分には同じ符号を付してある。渦
電流による磁場の影響としてデイフエーズ勾配３
の立上がり時と立ち下がり時及びリフエーズ勾配
５の立ち上がり時の波形の乱れによるものがあ
り、図に示すハツチングをした部分としない部分
のそれぞれの面積の和が等しくなるようにSE信
号６が現われる。

D₁＋D₂＋D₃＋D₄＝R₁＋R₂＋R₃ ……(3) δとεは(3)式が成立するように関連しながら変
化する。δとεの変化は第７図に示す通りであ
る。図において縦軸のε（ms）は対数目盛にして
ある。このグラフから時定数τを求めるのが位相
積分法である。この方法は直接オシログラフで読
み取ることができ、又、簡単な計算で時定数を求
めることができる。

（発明が解決しようとする問題点）ところで、前記の渦電流の時定数の測定には次
のような欠点がある。

SE信号６がT_E点７の位置にあるとき、即ちε
＝０のとき、SE信号６が磁場不均一の影響を受
けないで良い波形で観測できるが、この測定法で
はδを変化させてεの変化を見る方法であるた
め、ε≠０であつて、SE信号６が広がり、その
中心位置が不明確で、εの値の正確な把握が困難
であつて、測定が不正確になることがある。又、
サーチコイルによる方法は精度が悪く、時定数の
長い成分の測定が困難である。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、そ
の目的は、直接オシログラフで読み取るような簡
便な方法で、しかも簡単な計算で求めることがで
き、且つ、磁場不均一による影響を受けない渦電
流の時定数測定法を実現することにある。

（問題点を解決するための手段）前記の問題点を解決する本発明は、核磁気共鳴
断層撮影装置に印加する勾配磁場により生ずる渦
電流の影響を除去するため、渦電流による勾配磁
場応答を測定する測定方法において、180°パルス
によりSE信号を得るパルスシーケンスを用いて、
SE信号の位置を、90°パルスを起点として、90°パ
ルスと180°パルスの時間間隔の２倍の位置に固定
させ、この時の、デイフエーズ勾配と180°パルス
の時間間隔と、前記デイフエーズ勾配の振幅との
関係から、渦電流による勾配磁場応答特性を求め
ることを特徴とするものである。

（作用）デイフエーズ勾配の信号の振幅を調整して、
SE信号を90°パルスを起点とする時間T_Eの点に発
生せしめ、SE信号の位置をT_E点から動かさない
ようにしながら、デイフエーズ勾配の振幅（G_D）
を変化させて、デイフエーズ勾配と180°パルスの
印加時期との時間間隔（δ）の変化を測定し、
G_Dとδの関係から、渦電流による勾配磁場応答
特性を求める。

（実施例）以下図面を参照して本発明の方法を詳細に説明
する。尚、本発明の方法を実施するNMR−CT
の構成は通常のものでよい。

第１図は本発明の一実施例の方法の説明図であ
る。図において、勾配磁場の印加はｘ軸のみと
し、他の２軸はオフにしてある。図中、第５図と
同じ部分には同じ符号を付してある。

次に実施例の測定方法の原理及び方法の実施を
説明する。マグネツト中に適当な体積の水フアン
トムを置き、デイフエーズ勾配３の印加時期を
90°パルス直後に置き、リフエーズ勾配５の印加
時期を180°パルス直後に置いて、振幅G_D又は振幅
G_Rを調整して時間間隔εを０にする。ε＝０に
調整したとき、180°パルス４を境にした前後の勾
配磁場の面積が等しくなるためG_D、T_D、G_R、T_R
間には(2)式の関係が成立つている。

次にG_Dを小さくすると、T_Rが小さくなるよう
にSE信号６が移動してε＞０となる。ここで既
述の位相積分法において説明したようにδを変え
ればεも変わるのでε＝０になるようにδを変化
させる。このようにしてε＝０を保ちながらG_D
を変化させてδの測定値を得る。

一方渦電流の時定数τ及び初期値の割合（ゲイ
ン）Ａは次のようにして求められる。勾配磁場及
び渦電流により発生する磁場による磁場ベクトル
の位相回転量を求める。第６図において、D₁〜
D₄（斜線部分）がデイフエーズ勾配方向の位相
（ここではプラスの位相とする）を、R₁〜Ｒ３の
部分がリフエーズ勾配方向の位相（ここではマイ
ナス方向の位相とする）を与える。渦電流をＡ・
e^-〓とする。

プラスの位相量の各々は次のように与えられ
る。

D₁；G_D・T_D D₂；∫^TD+〓^-(TE/2-〓⁾ _TD+〓G_D・Ａ・e^-t/〓dt ＝G_D・Ａ・（−τ）・［e^-1〓{^TD+〓^+(TE/2-〓⁾}−e^-
1/〓^(TD+〓⁾］＝G_D・Ａ・（−τ）・e^-t/〓^(TD+〓⁾・｛e^-t/〓^(TE/2
-〓⁾−１｝ D₃；∫〓₀G_D・Ａ・e^TE/2dt＝G_D・Ａ・（−τ）・（e^t/
〓−１） D₄；∫^TE/2-〓₀G_R・Ａ・e^-1/〓dt＝G_R・Ａ・（−τ）・
｛e^-1/〓^(TE/2-〓⁾−１｝マイナスの位相量の各々は次のように与えられ
る。

R₁；G_R・（T_E／２−ε） R₂；∫^TD+〓₀G_D・Ａ・e^-t/〓dt＝G_D・Ａ・（−τ）・｛
e^1/〓^(TD+〓⁾−１｝ R₃；∫〓^+TE/2-〓〓G_D・Ａ・e^-1/〓dt＝G_D・Ａ・（−τ
）・｛e^-1/〓⁽〓^+TE/2-〓⁾−ε^-〓^/〓｝＝G_D・Ａ・（−τ）・ε^-〓^/〓・｛e^-1/〓^(TE/2-〓⁾
−１｝以上から、｜プラスの位相量｜−｜マイナスの
位相量｜＝０を計算すると G_D・T_D−τ・G_D・Ａ・e^-TD/〓・e〓^/〓・｛e^-1/〓^(TE/2
-〓⁾−１｝−τ・G_D・Ａ・（e^-〓^/〓−１） −τ・G_R・Ａ・｛e^-1/〓^(TE/2-〓⁾−１｝−G_R（T_E／
２−ε）＋τ・G_D・Ａ・｛e^-1/〓^(TD+〓⁾−１｝＋τ・G_D・Ａ・ε^-〓^/〓・｛e^-1/〓^(TE/2-〓⁾−１｝
＝０という関係が成立つ。これから｛G_D・T_D−G_R・T_E／２｝＋｛2τ・G_D・Ａ・（e^-TD/〓−
１） −τ・G_D・Ａ・e^-1/〓^(TE/2-〓⁾（e^-TD/2−１）｝e^-
〓^/〓 −τ・G_R・Ａ・｛e^-1/〓^(TE/2-〓⁾−１｝＝−ε・G_R ここでε＝０とおいてまとめると、 G_D・T_D−G_R・T_E／２＋G_D｛2τ・Ａ・（e^-TE/〓−１）−
τ・Ａ・e^-TE/2〓・（e^-TD/〓−１）｝e^-〓^/〓 −τ・G_R・Ａ（e^-TE/2−１）＝０ ……(4) 第２項、第４項をまとめてｄとおき、第３項の
係数をｃとおくとｃ・e^-〓^/〓＝−T_D−ｄ／G_D ……(5) となる。

先の測定において、得たG_D、δのデータを(5)
式に代入することにより第２図のグラフを得る。
このグラフの直線部分の傾きから時定数τを求め
る。（但し縦軸は対数軸になつている）ゲインＡ
は第２図のグラフにおいて、δ＝０のときG_Dの
値G_D0を用いて(4)式から求める。

（G_D0・T_D−G_R・T_E／２）＋Ａ・｛−G_R・τ（e^-TE/2〓
−１）＋G_D0・τ・（e^-TD/〓−１）・（２−e^-TE/2〓）
｝＝０ ∴Ａ＝（G_D0・T_D−G_R・TE／２）／｛G_R・τ（e^-TE/2
〓−１）−G_D0・τ（e^-TD/〓−１）・２−e^-TE/2〓）｝
このようにして、デイフエーズ勾配に対する渦
電流の初期値の割合Ａと減衰の時定数τが分る。
時定数が複数個ある場合は析線近似し、各々１つ
ずつ時定数について計算すればよい。

以上述べたように本実施例によればSE信号６
をT_E点７に一致させるようにG_Dを変化して測定
したため、磁場に不均一部分があつてもSE信号
に乱れが生ぜず、正しくε＝０に合せることが可
能になり、渦電流の時定数τと初期値の割合（ゲ
イン）Ａを正確に求めることができるようになつ
た。

尚、この測定方法はオシログラフを観察しなが
らマニユアルで行つても、又、プログラムされた
自動検出で行つてもよい。

（発明の効果）以上詳細に説明したように、本発明によれば、
渦電流による勾配磁場の減少量及び時定数が高精
度に測定できて、磁場の減少量を完全に補正する
ためのデータを得ることができる。しかも、直接
オシログラフによる読み取りが可能で、計算も簡
単な従来の方法の利点を兼ね備えた勾配磁場応答
特性の測定方法を実現することができ、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方法の説明図、第
２図はG_Dとδの関係曲線図、第３図はNMR−
CTのパルス法の原理の説明図、第４図はNMR
−CTの磁場のパルスシーケンスを示す図、第５
図は従来の位相積分法による測定のパルスシーケ
ンスの図、第６図は渦電流の影響の説明図、第７
図は従来の位相積分法におけるδ−ε曲線図であ
る。１……90°パルス、２……FID信号、３……デ
イフエーズ勾配、４……180°パルス、５……リフ
エーズ勾配、６……SE信号、７……T_E点。

Claims

【特許請求の範囲】

１核磁気共鳴断層撮影装置に印加する勾配磁場
により生ずる渦電流の影響を除去するため、渦電
流による勾配磁場応答を測定する測定方法におい
て、180°パルスによりSE信号を得るパルスシー
ケンスを用いて、SE信号の位置を、90°パルスを
起点として、90°パルスと180°パルスの時間間隔
の２倍の位置に固定させ、この時の、デイフエー
ズ勾配と180°パルスの時間間隔と、前記デイフエ
ーズ勾配の振幅との関係から、渦電流による勾配
磁場応答特性を求めることを特徴とする勾配磁場
応答測定方法。