JPH0368342A - 磁気共鳴映像装置 - Google Patents

磁気共鳴映像装置

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JPH0368342A
JPH0368342A JP1204760A JP20476089A JPH0368342A JP H0368342 A JPH0368342 A JP H0368342A JP 1204760 A JP1204760 A JP 1204760A JP 20476089 A JP20476089 A JP 20476089A JP H0368342 A JPH0368342 A JP H0368342A
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和也 岡本
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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】 [発明の目的コ (産業上の利用分野) 本発明は、磁気共鳴映像装置に係り、特にサーフェイス
コイルを用いて高S/N画像を取得する画像構成手段を
備えた磁気共鳴映像装置に関する。
(従来の技術) 磁気共鳴映像装置は、 +Hの画像化に関しては、撮像
時間が数分かかるとしても、はぼ完成されていると考え
られる。臨床的にも静止又は遅い動きを伴う部位の撮像
においては、実用上はとんど問題ない程度に良質の画像
を提供している。
しかし、近年、動きの早い部位(心臓など)の撮像を可
能とする高速イメージング(映像時間〜5hs程度)や
、IH以外の31p、 +9p2口C123N等の核種
のイメージングへの要求が大きくなっている。この場合
、技術的にはS/Nの向上が大きな課題となる。例えば
、高速イメージングにおいては撮像時間が短くなること
によるS/Nの劣化があり、31pに関しては体内存在
量が IHの10−6程度と極めて微量であることによ
るS/N不足が挙げられる。
S/Nを良くするために、従来より高周波受信用コイル
にサーフェイスコイルを用いることが行われている。サ
ーフェイスコイルは被検体の関心部位に密着させて設置
され、密着部位周辺の信号を高S/Nで検出できるもの
であるが、密着部位周辺の画像しか得られないという欠
点があり、被検体の所定断面を全域にわたって高S/N
で画像化することができない。また、一つのサーフェイ
スコイルの配置を順次換えて撮像し、各々の配置で得ら
れた画像を合成して所定断面の画像を合成する方法もあ
るが、サーフェイスコイルの配置換えのために装置の調
整が必要であり、作業が煩雑になる。
(発明が解決しようとする課題) このように高速イメージングや微量の核種のイメージン
グにおいて、高S/N画像を得ようとする場合、単一の
サーフェイスコイルを用いる従来の技術では、所定の広
い領域にわたるで画像を容易に得ることは難しいという
問題があった。
本発明の目的は、高速イメージングや微量の核種のイメ
ージングにおいて、広い領域にわたって高S/Nの画像
が得られるようにした磁気共鳴映像装置を提供すること
である。
[発明の横Ili!21 (課題を解決するための手段) 本発明は上記目的を達成するために、被検体の画像すべ
き所望の領域を取囲むように複数個の信号検出用コイル
(サーフェイスコイル)を配置し、これら複数個の信号
検出用コイルを介して被検体からの磁気共鳴信号をそれ
ぞれ検出し、検出された磁気共鳴信号について各々画像
化処理を行なって複数系列の画像データを生成した後、
同じ空間位置に対応する画素データ(単一複素信号また
は一次元複素信号一スベクトル信号)どうしを、各々の
信号検出用コイルの配置に応じて予め決められた重み関
数を乗じて加算または加算平均することによって各画素
のデータを作り、所望領域の一つの画像を合成するよう
にしたものである。
−枚の画像を得るのに要する時間内に、複数の信号検出
用コイルによって磁気共鳴信号を同時に観測するために
は、信号検出用コイルが定常的に互いに干渉しないよう
に、すなわち一つの信号検出用コイルに所定の周波数の
高周波電流を流しても、他の信号検出用コイルには高周
波電流が流れないように、コイルの相互結合を防止する
デカップリング手段を設けることが望ましい。
各信号検出用コイルの感度領域が大きく重ならない場合
は、各コイルに被検体から誘起されるノイズの間に相関
が少ないため、複数個の信号検出用コイルの磁気共鳴信
号を同時にサンプリングして観測してもノイズは相殺さ
れる。感度領域が大きく重なる場合、各コイルに被検体
から誘起されるノイズの間に相関が出てくるので、画像
の帯域で決まるサンプリング間隔(サンプリング時間)
の範囲内で、各コイルにより検出された磁気共鳴信号の
サンプリングのタイミングをずらせることが望ましい。
(作用) 本発明のようにサーフェイスコイルからなる複数個の信
号検出用コイルを介して磁気共鳴信号を検出し、それら
を各々画像化処理をした上で各々のコイルに定められた
重み関数を乗じた後、各画素毎にデータを加算すること
により、サーフェイスコイルを用いたことによる画像の
高S/N化の特長を生かしながら、単一のサーフェイス
コイルでは検出できない広い領域にわたる画像が高S/
Nで得られる。
ここで、複数の信号検出用コイルが定常的に互いに干渉
しないようにでカップリング手段を設ければ、コイル間
のカップリングによるS/Nの劣化なしに、各々のコイ
ルから同時に磁気共鳴信号が検出される。このため、一
つの信号検出用コイルを介して一枚分の画像データを得
るのと同じ時間内に、複数の信号検出用コイルによりそ
れぞれ磁気共鳴信号が検出され、短時間で広い領域の高
S/N画像化が達成される。
また、各コイルの感度領域が重なる場合は、画像の帯域
で決まるサンプリング間隔の範囲内で、各コイルからの
磁気共鳴信号のサンプリング争タイミングをずらすこと
により、S/Nの劣化が防止される。
(実施例) 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、静磁場磁石1は励磁用型Ig、2により
励磁され、被検体5に−様な静磁場を与える。
勾配磁場コイル3はシステムコントローラ11によって
制御される駆動回路4によって駆動され、寝台6上の被
検体5(例えば人体)に対して、注目する所望の断層面
内の直交するX、Y方向、及びこれらに垂直なZ方向に
磁場強度が直線的に変化する勾配磁場Gx、Gy、Gz
を印加する。被検体5にはさらにシステムコントローラ
11による制御下で、送信部7からの高周波信号により
送信用コイル8から発生される高周波磁場が印加される
信号検出用マルチサーフェイスコイル9は、被検体5か
らの磁気共鳴信号を受信する。受信された磁気共鳴信号
は、受信部10で増幅および検波された後、システムコ
ントローラ11による制御下で、データ収集部12に送
られる。データ収集部12では、受信部】0を介して入
力され磁気共鳴信号をシステムコントローラ11の制御
下で収集し、それをA/D変換した後、電子計算機13
に送る。
電子計算機13はコンソール14により制御され、デー
タ収集部12から入力された磁気共鳴信号について画像
再構成処理を行い、複数系列の画像データを得る。また
、電子計算機13はシステムコントローラ11の制御を
も行う。電子計算機13により得られた画像データは画
像デイスプレィ15に供給され、画像が表示される。
送信用コイル8は被検体5の画像すべき領域全体に対し
て高周波磁場を印加するためのもので、被検体5を覆う
ように配置されている。送信用コイル8としては、鞍型
コイルや分布定数型コイルが使用される。
一方、マルチサーフェイスコイル9は第2図に示すよう
に、複数個(この例ては5個)のサーフェイスコイル(
以下、信号検出用コイルという)9a〜9eを被検体5
の画像化すべき所望の領域を取囲むように配置したもの
である。
第3図に第1図における受信部10の詳細を示す。各信
号検出用コイル9a〜9eには、同調・整合回路16a
〜16e1プリアンプ17 a〜17e1検波回路18
a〜18eからなる信号検出手段がそれぞれ設けられて
いる。検波回路18a〜18eから出力される磁気共鳴
信号の検波出力は、データ収集部12内のA/D変換器
19a〜19eによりディジタル化され、第1図の電子
計算機13に取込まれる。
また、信号検出コイル98〜9eの相互間には、各コイ
ルが定常的に互いにカンブリングしないようにするため
のデカップリング回路20a〜20jが設けられている
。デカップリング回路20a〜20jとしては、例えば
第4図(a>に示すような2種類の値のリアクタンス素
子ZZ2によるブリッジ回路が用いられる。第4図(b
)は第4図(a)のブリッジ回路の等価回路を示す。リ
アクタンス素子2..22に第5図に示すようにキャパ
シタ22.C2を用いるか、または第6図に示すように
インダクタL、、L2を用い、それらの値を調整してカ
ップリングの効果を打ち消すようにする。
このようなブリッジ回路によるデカップリング回路を実
際にサーフェイスコイルに接続した状態の一例を第7図
に示す。端子a、b及び端子C1dをそれぞれデカップ
リングすべき2つの信号検出用コイル(図の例では9a
、9b)の両端に接続し、キャパシタ21の値を調整し
てデカ・・lブリングを行なう。この回路はデカップリ
ングしたいコイル間に一つ必要であり、信号検出用コイ
ルの数をn個とすると、n(n−2)/ 2個必要とな
る。
第8図はデカップリング回路を特別に用いないでデカッ
プリングする方法の例であり、隣接する信号検出用コイ
ル98〜9eが一部で重なり合うようようにし、その重
なりの程度を調整することによってデカップリングを行
なっている。
また、送信時に送信用コイル8に対して信号検出用コイ
ル9a〜9eを不感状態にしないと、送信用コイル8に
高周波電流が流れるときに信号検出用コイル9a〜9e
にも電流が流れ、送信用コイル8によって形成される高
周波磁場分布が乱れる。第9図はこれを防ぐ方法の一例
を示したもので、同調・整合回路1.6(16a〜16
e)内にトラップ用キャパシタ22とトラップ用インダ
クタ23及びクロスダイオード24の回路が挿入される
。キャパシタ22とインダクタ23は、ちょうど所定の
磁気共鳴周波数foで共振するように調整されている。
25.26は整合用キャパシタである。送信時は送信用
コイル8から発生する高周波磁場の一部がインダクタ2
3と鎖交することにより、クロスダイオード24の両端
に高電圧がかかり、クロスダイオード24がON状態に
なる。
すると、キャパシタ22の両端が高インピーダンスにな
り、信号検出用コイル9(9a〜9e)が第3図におけ
るプリアンプ17 (17a〜17e)に刻して遮断さ
れる。磁気共鳴信号の検出時はクロスダイオード24の
両端の電圧が低く、クロスダイオード24はOFFとな
るため、信号検出用コイル9によって検出された信号が
プリアンプ17に伝達される。
なお、クロスダイオード24の代りにビンダイオードを
用い、ビンダイオードを送信時のみON状態、その他の
場合にOFF状態にしても良い。
受信時に、信号検出用コイル9に対して送信用コイル8
を不感状態にすることも必要であるが、それにはビンダ
イオードを用いたインダクタとキャパシタの並列回路を
送信用コイル8に直列に挿入し、送信時のみOFF状態
、その他の場合にON状態にすれば良い。
次に、本実施例における画像化の手順を説明する。まず
、信号検出用コイル9a〜9eの各々を用いて、通常の
画像化シーケンスに従って磁気共鳴信号を観測する。画
像化シーケンスの一例を第10図に示す。この画像化シ
ーケンスは、高周波磁場として90°パルス−180°
パルスを用いた公知のスピンエコー法により2次元画像
を得るためのパルスシーケンスであり、Gsはスライス
方向の勾配磁場、Grはリード方向の勾配磁場、Geは
エンコード方向の勾配磁場の印加タイミングをそれぞれ
示す。各信号検出用コイル9a〜9e毎に得られた信号
は、それぞれ2次元フーリエ変換され、5枚分の2次元
画像データが得られる。
次に、得られた5枚分の画像データを1枚分の画像デー
タとして再構成法を説明する。
−殻内に、信号検出用コイルiを介して得られる画像デ
ータのそれぞれの画素データに対し、複素重み関数F 
1(x、y)を予め決めておき、これを各画素データ(
複素信号) I i(x、y)に乗じた後、信号検出用
コイル9a〜9eの数nについて加算I“(X、y)を
取ることにより、n枚分の画像データを1枚分の画像デ
ータに再構成する。これを式で表わすと、次のようにな
る。
1  ’(x、y)−Σ F i(x、y) ・ I 
t(x、y)    −(1)なお、加算を取る代わり
に、次のように加算平均 (x 、 y)を取ってもよい。
I  ”(x、y)  = Σ F i(x、y) ・
 I j(x、y)/ Σ F 1(x、y)    
  ・・・(2)信号検出用コイル9a〜9eで検出さ
れるノイズに相関がないとすれば、I゛(x、y)また
はI“(x、y)の画像S/Nは、信号の大きさとノイ
ズの標準偏差σlの比で定義すると、次の式で表される
S/N = P (X、y)    (Σ F I  (x、y
)  ・ S i’(x、y)]/  (Σ  F  
i  2 (X、/)   a  I  21    
  −(3)ここで、 I I  (x、y)  = P (x、y)  ・S
 ’I(x、y)     −(4)但し、S“i(x
、y)は各々の信号検出用コイル9に高周波電流を流し
たときの高周波磁場分布、P(x、y)は信号検出用コ
イルに依存しない量、すなわちスピン密度と、縦緩和及
び横緩和時間T1゜T2に依存する量を表わす。
(3)式より、S/N最大となるFl(x、、y)の条
件を求めると、次のようになる。
(1≦1≦n1またAはiに依存しない定数)この(5
)式はFi(x、y)が、コイルIによる画像のノイズ
の標準偏差の2乗で規格化した、高周波磁場分布に比例
することを示している。言い換えれば、各画像のゲイン
をσ1−・・・−σj−・・−σnとなるように調整す
れば、F I(x、y)が高周波磁場分布に比例するこ
とを示す。
ここで、複素重み関数F i(x、y)が高周波磁場分
布の何を示すかを説明する。信号検出用コイル93〜9
eの軸に対称にファントムを配置し、そのファントムを
送信用コイル8で均一に励起した時に信号検出用コイル
9a〜8eで検出された磁気共鳴信号に対して、エコー
ビークで実部および虚部の位相補正を行なって画像化し
た場合、複素重み関数F I(x、y)の実部は、信号
検出用コイルの軸方向の高周波磁場成分の分布を示し、
虚部は信号検出用コイルの軸に直交する方向の成分の分
布を示す。
また、得られた画像データの各画素データに対し2、虚
部が0になるように2次元で位相補正を行なう場合は、
複素重み関数に対しても同じ位相補正を行なう必要があ
る。さらに、信号検出用コイルの対称性が悪かったり、
ファントムの位置が信号検出用コイルの軸に対して対称
でない場合には、実部、虚部を示す軸が変化し、それに
伴い複素重み関数も変えなければならないことになる。
但し、実際には複素重み関数をその様に厳密に決めなく
ても、S/N向上の効果はそれ程落ちない。信号検出用
コイルによる高周波磁場分布は、計算機シミュレーショ
ンや磁気共鳴映像法を使った計測により求めておく事が
できる。
なお、上記のような複素重み関数Fl(x、y)に代え
て、高周波磁場の磁場強度の絶対値に比例した関数を用
いいてもよく、要は高周波磁場の空間分布に比例した重
み関数であればよい。
高周波磁場分布を計算機シミュレーションで求める場合
は、信号検出用コイルの位置を知っておかなければなら
ない。一つの方法は、信号検出用コイルを固定後、位置
を計測することである。また、他の方法としては、第1
1図に示すように各信号検出用コイル9aに対して固定
された位置、例えば信号検出用コイル固定台31に1フ
アントム32を設置して、被検体5と同時にファントム
32についての画像化を行ない、画像上のファントムの
位置より信号検出用コイルの位置を決定すれば良い。フ
ァントム32の内容物としては、被検体5内の高S/N
画像化したい’1IP1定対称の+& 挿とは異なる核
種を用いてもよい。例えば、31pの高S/N画像化実
験の際には、被検体の位置決めのために、 1a信号検
出用コイルも配置するため、IHのファントムを用いて
モ良い。
各信号検出用コイル9a〜9eの感度領域が大きく重な
らない場合は、各コイル9a〜9eに被検体5から誘起
されるノイズの間の相関が少ないため、各コイル9a〜
9eで検出される磁気共鳴信号を同時に観測してもよい
。しかし、感度領域が重なる場合、各信号検出用コイル
9a〜9eに被検体5から誘起されるノイズの間に相関
が出てくる。これを避けるためには、画像の帯域で決ま
るサンプリング間隔の範囲で、各信号検出用コイル9a
〜9eからの信号のサンプリング・タイミングをずらせ
た方か良い。このことを第12図を用いて説明する。例
えば信号検出用コイル9aで、第12図(a)に示すよ
うにサンプリング間隔(サンプリング時間)Δt1観i
!111時間Tで1エンコード毎の磁気共鳴信号を観測
する場合、コイル9bでは同図(b)に示すようにサン
プリング時間、観測端間はそのままで、サンプリング開
始時間を少しずらす。コイル9C〜9eに対しても、同
図(C)〜(e)のように少しずつサンプリング開始時
間をずらす。これにより、各コイル9a〜9eで検出さ
れる5ノイズ間の相関を少なくし、後で重み付は計算を
したときのS/Nを向上させることができる。
本実施例では、各信号検出用コイルによって検出される
磁気共鳴信号を同時に信号を蜆aIllする場合につい
て説明したが、各信号検出用コイルを同時に使用せずに
個々に得た画像を合成する場合にも、重み関数を用いた
加算または加算平均の処理は有効である。
また、本実施例では2次元画像を得る場合について述べ
たが、空間3次元画像を得る場合にも本発明を適用する
ことが可能である。この場合、重み関数も3次元に対応
する3変数の関数となる。
さらに、本発明は化学シフトイメージングにも適用でき
る。例えば第13図に示すように、空間2次元(x −
y)と化学シフト軸(ωδ)を含む3次元イメージング
のシーケンスを用いた場合、重み関数は空間に対して値
を持つ量なので、変数として空間2次元の2変数を持つ
関数となる。実際の重み付は加算の方法を単純な加算の
場合と、加算平均の場合についてそれぞれ式で表すと次
式になる。
1 ’(x、y、ω6)  −)i?、  F i(x
、y) ・I j(x、y、ω6)・・(8) 1”(x、y、ωδ) −士F l(x、y) ・I 
i(x、y、ωδ)/Σ F 1(x、y>     
 ・・・(7)[発明の効果コ 本発明によれば、被検体の画像化すべき所望の領域を取
囲むように配置したいわゆるサーフェイスコイルからな
る複数個の信号検出用コイルを介して磁気共鳴信号を検
出し、それらの磁気共鳴信号を各々画像化処理をした上
で各々のコイルについて予め定められた重み関数を乗じ
て、加算または加算平均を行なうことにより、サーフェ
イスコイルを用いたことによる画像の高S/N化の特長
を生かしながら、単一のサーフェイスコイルでは検出で
きない広い領域にわたる画像を高S/Nの下で得ること
ができる。
また、この際に複数の信号検出用コイルが定常的に互い
に干渉しないようにデカップリングを行なうことにより
、コイル間のカップリングによるS/Nの劣化なしに各
々から同時に磁気共鳴信号を検出することができる。こ
のため、通常の一枚の画像信号を得るのと同等の時間内
に、複数の信号検出用コイルにより磁気共鳴信号が検出
され、短時間で所望の広い領域の高S/N画像化が達成
される。
更に、各信号検出用コイルの感度領域か重なる場合は、
画像の帯域で決まるサンプリング時間の範囲で、各コイ
ルからの信号サンプリングのタイミングをずらすことに
より、広い領域の高S/N画像化を達成かることができ
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図は第1図における信号検出
用マルチサーフェイスコイルの一例を示す図、第3図は
第1図における受信部の詳細を示すブロック図、第4図
(a) (b)は第3図におけるデカップリング回路を
構成するブリッジ回路及びその等価回路を示す図、第5
図及び第6図はブリッジ回路をより詳細に示す図、第7
図は第5図のブリッジ回路を用いたデカップリング回路
の結線図、第8図はデカップリング手段の他の例を示す
図、第9図は送信時に送信用コイルに対して信号検出用
コイルを遮断するための回路の例を示す図、第10図は
同実施例における画像化のためのパルスシーケンスの例
を示す図、第11図は信号検出用コイルの位置決めの方
法を示す図、第12図は本発明の他の実施例の動作を説
明するためのタイミング図、第13図は本発明の更に別
の実施例における画像化のためのパルスシーケンスの一
例を示す図である。 1・・・静磁場磁石、2・・・励磁用電源、3・・・勾
配磁場生成コイル、4・・・駆動回路、5・・・被検体
、6・・・寝台、7・・・送信部、8・・・送信用コイ
ル、9・・・信号検出用マルチサーフェイスコイル、9
a〜9b・・・信号検出用コイル、10・・・受信部、
11・・システムコイルコントローラ、12・データ収
集部、13・・・電子計算機、14・・・コンソール、
15・・・画像デイスプレィ、16a〜16e・・・同
調・整合回路、17a〜17e・・・プリアンプ、18
a〜18e・・・検波回路、19a〜19e−=A/D
変換器、20a、20b。 2 Q j・・・デカップリング回路、21・・・デカ
ップリング調整用キャパシタ、22・・・トラップ用コ
イル、23・・・トラップ用キャパシタ、24・・・ク
ロスダイオード、31・・・信号検出用コイル位置決め
ファントム、32・・・信号検出用コイル固定台。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)被検体に静磁場を印加すると共に、勾配磁場パル
    ス及び高周波磁場を印加する手段と、被検体の画像化す
    べき所望領域を取囲むように配置された複数個の信号検
    出用コイルを含み、これらの信号検出用コイルをそれぞ
    れ介して被検体からの磁気共鳴信号を検出する複数の信
    号検出手段と、 これら複数の信号検出手段によりそれぞれ検出された磁
    気共鳴信号について画像化処理を行ない、複数系列の画
    像データを生成する手段と、 前記複数系列の画像データの同一空間位置に対応する画
    素データどうしを、前記複数個の信号検出用コイルの各
    々について予め空間位置の関数として決められた重み関
    数を乗じて加算または加算平均することにより、前記所
    望領域の画像を得る手段と を具備することを特徴とする磁気共鳴映像装置。
  2. (2)前記重み関数は、各信号検出用コイルに高周波電
    流を流したとき発生する高周波磁場の空間分布に比例し
    たものであることを特徴とする請求項1記載の磁気共鳴
    映像装置。
  3. (3)前記複数個の信号検出用コイルの相互結合を防止
    する手段を更に備えたことを特徴とする請求項1記載の
    磁気共鳴映像装置。
  4. (4)前記複数の信号検出手段は、複数個の信号検出コ
    イルを介して検出した磁気共鳴信号を所定のサンプリン
    グ間隔でサンプリングしてディジタル化する複数個のA
    /D変換器を含み、前記サンプリング周期の間に前記複
    数個の信号検出用コイルからの磁気共鳴信号を順次サン
    プリングする動作を磁気共鳴信号の信号観測時間の間に
    繰返すか、または同時に磁気共鳴信号を検出することを
    特徴とする請求項1記載の磁気共鳴映像装置。
JP1204760A 1989-08-09 1989-08-09 磁気共鳴映像装置 Expired - Fee Related JP2878721B2 (ja)

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