JPH05103769A - 核磁気共鳴を用いた検査方法 - Google Patents

核磁気共鳴を用いた検査方法

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JPH05103769A
JPH05103769A JP3269246A JP26924691A JPH05103769A JP H05103769 A JPH05103769 A JP H05103769A JP 3269246 A JP3269246 A JP 3269246A JP 26924691 A JP26924691 A JP 26924691A JP H05103769 A JPH05103769 A JP H05103769A
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JP
Japan
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magnetic field
spin
pulse
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phase
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JP3269246A
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English (en)
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Yukari Onodera
由香里 小野寺
Etsuji Yamamoto
悦治 山本
Ryuichi Suzuki
隆一 鈴木
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】核磁気共鳴を用いた検査において、不均質な検
査対象から得られる信号の位相情報を用いて迅速に静磁
場不均一分布を求めること。 【構成】90°パルスP1と180°パルスP2の印加
により第1スピンエコーS1を発生させ、スピンの縦緩
和の進行を待ってから90°パルスP3と180°パル
スP4の印加により第2スピンエコーS2を発生させ
る。ただし、P4からS2のピークまでの間隔はP3か
らP4までの間隔とεだけ差をもたせ、静磁場不均一及
びケミカルシフトの位相情報と縦緩和時間を同時に計測
する。各位置における成分を予測してケミカルシフトに
よる位相項の差を除去し、静磁場不均一によって生じる
位相情報のみを求める。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、核磁気共鳴を用いた検
査装置の静磁場強度の不均一性の空間分布を迅速に計測
する手法に係り、特に不均質な検査対象を上記検査装置
内に設置した場合の静磁場均一度の空間分布計測法に係
る。
【0002】
【従来の技術】核磁気共鳴を用いた検査装置(MRI)
において静磁場の不均一性の分布を求めることは、それ
を基にした静磁場均一度調整を行う上で不可欠な技術で
ある。従来、このような計測を行うためには例えば Jo
urnalof MagneticResonance.77,p40(1988)において述
べられているように、水等の均質な試料について勾配磁
場の反転により得られるエコー信号の位相情報から静磁
場均一度を求める方法が多く用いられていた。図2はこ
のような位相情報を計測する方法の例である。以下、図
2の計測方法を説明する。
【0003】まず90°パルスで試料のスピンを励起
し、スピンの位相を変化させるための勾配磁場Gx、Gy
を印加し、続いて180°パルスを印加した後に勾配磁
場Gzの反転によりスピンエコー(グラディエントエコ
ー)を発生させる。この時、グラディエントエコーが最
大となる時点と180°パルスとの間隔が、90°パル
スと180°パルスとの間隔τと微小時間εだけ異なる
ように勾配磁場Gzの反転のタイミングを調整する。1
80°パルス印加後から時間τが経過した時点では、9
0°パルス印加直後から静磁場不均一E(x,y,z)により
生じたスピンの位相変化は完全に相殺されるため、上記
の計測方法で得られる画像S(x,y,z)には微小時間εの
間に静磁場不均一により生じる位相情報だけが含まれ
る。磁気回転比をγ、S(x,y,z)の実部と虚部をそれぞ
れ、Sr(x,y,z)およびSi(x,y,z)で表すと、E(x,y,z)
は次式により求められる。
【0004】
【数1】
【0005】
【発明が解決しようとする課題】静磁場の不均一性は検
査対象の形状などに影響を受けるため、検査に先立つ静
磁場均一度調整は実際の検査時と同様に検査対象をMR
I内に設置した状態で行うことが望ましい。しかしなが
ら従来の技術で述べた計測法では、静磁場不均一により
生じる位相変化とケミカルシフトにより生じる位相変化
とを区別することは不可能であるため、検査対象が人体
のように不均質である場合には適用することができなか
った。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、検査対象の位相分布と同時に縦緩和時間を
計測し、これを基に検査対象の成分分布を予測して上記
の位相分布から予測した成分のケミカルシフトによる位
相項を除去するようにしたものである。
【0007】
【作用】本発明は縦緩和時間分布を用いて位相分布に含
まれるケミカルシフトによる位相項を除去できるので、
不均質な検査対象からも位相分布を用いて静磁場不均一
分布を得ることができる。
【0008】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図3は核磁気共鳴を用いた検査装置の一例を示す
構成図である。図において1は静磁場を発生するコイ
ル、2は勾配磁場を発生するコイル、3は静磁場の均一
度を調整するためのシムコイル、4は検査対象である。
検査対象はコイル1、2および3内に配置される。シー
ケンサ5はシム電源6に命令を送り、静磁場不均一を補
正するような付加的な磁場をコイル3より発生させる。
コイル3は複数のチャンネルよりなり、静磁場均一度調
整時には各コイルに流れる電流をシーケンサ5により制
御する。また、シーケンサ5は勾配磁場電源7、高周波
発信器8に命令を送り、勾配磁場および高周波磁場を印
加する。高周波磁場は、高周波変調器9、高周波増幅器
10を経て高周波送信器11により、検査対象4に印加
される。検査対象から発生した信号は受信器12によっ
て受波され、増幅器13、移送検波器14、AD変換器
15を通ってCPU16に送られ、ここで信号処理が行
われる。必要に応じて、記憶媒体17に信号や測定条件
を記憶させることもできる。
【0009】図1は本発明を用いた計測方法の一例であ
る。また、図4〜12は図1の計測法を実行したときの
核磁化の挙動を表しており、図4〜図12のt1〜t10は
図1のt1〜t10と同じ時点を表している。なお、図1に
示した計測シーケンスによりスピンエコーS1とスピン
エコーS2とが計測されるが、この計測シーケンスは位
相エンコード勾配磁場パルスGy(1)及びGy(3)
の磁場勾配を複数通り変化させながら複数回繰返して実
効され、これにより得られるS1のデータアレイとS2
のデータアレイをそれぞれ2次元フーリエ変換してそれ
ぞれ第1画像と第2画像を得るものである。以下シーケ
ンスに従い説明する。
【0010】《t1》まず、x方向勾配磁場Gx(1)ととも
に90°パルスP1を印加して特定のスライス面のスピ
ンを励起する。この時点から縦磁化の回復が始まる。9
0°パルスP1の中心を原点(t=0)とした時間軸を
考えると、t<Teにおける縦磁化Mz(t)は次式で表さ
れる。
【0011】
【数2】
【0012】ここで、M0は平衡磁化の大きさである。
【0013】《t2》次にy方向勾配磁場Gy(1)を印加し
てスピンの位相を変化させる。(位相エンコード)同時
に勾配磁場Gz(1)を印加して位相を分散させる。(ディ
フェーズ) 《t3》続いてx方向勾配磁場Gx(2)とともに180°パ
ルスP2を印加する。この時点までに回復してきた縦磁
化は180°パルスP2により反転し、また新たに縦磁
化の回復が始まるので、たとえばt=t2(t2=2Te
+τ)における縦磁化は
【0014】
【数3】
【0015】となる。
【0016】《t4》次にz方向勾配磁場Gz(2)を印加し
て信号を読みだすが、Gz(2)はGz(1)とは逆向きにスピ
ンに作用するので分散した位相が徐々に元に戻ってくる
(リフェーズ)。ディフェーズ勾配磁場とリフェーズ勾
配磁場の時間積分値の大きさが等しくなったところでグ
ラディエントエコー(スピンエコーS1)が生じるが、
この時エコー信号が最大になる時点と180°パルスP
2との時間間隔が90°パルスP1と180°パルスP
2との時間間隔(Te)と等しくなるようにする。スピ
ンエコーS1の信号が最大となるt=t4=2Teにおけ
る横磁化Mxy(t4)は
【0017】
【数4】 Mxy(t4)=M0exp(−2Te/T2) 〔数4〕 で表される。従ってこの時の信号強度A(t4)は次式の
ようになる。
【0018】
【数5】 A(t4)=Ae{exp(−2Te/T2)} 〔数5〕 上式でAeは平衡磁化の大きさに対応する信号強度であ
る。
【0019】《t5》続いてy方向勾配磁場Gy(2)を印加
して磁化を消失させる。
【0020】《t6》その後も磁化は徐々に回復し熱平衡
状態へと向かう。
【0021】《t7》完全に熱平衡状態に戻る前に再びx
方向勾配磁場Gx(3)とともに90°パルスP3を印加し
て特定のスライス面のスピンを励起する。磁化消失後か
ら90°パルスP3までの待ち時間はTeに比べて十分
長く、磁化がある程度回復するだけの長さが必要で縦緩
和時間と同程度の時間が適当である。たとえば200ms
ecとする。
【0022】《t8》90°パルスP3の印加後、y方向
勾配磁場Gy(3)を印加してスピンの位相を変化させる
(位相エンコード)。同時にz方向勾配磁場Gz(3)を印
加して位相を分散させる。
【0023】《t9》続いてx方向勾配磁場Gx(4)ととも
に180°パルスP4を印加してスピンエコーS2を生
じさせ、 《t10》z方向勾配磁場Gz(4)を印加して信号を読みだ
す。この時、エコー信号が最大になる時点と180°パ
ルスP4との時間間隔は、90°パルスP3と180°
パルスP4との時間間隔(Te)よりも微小時間εだけ
長くなるようにする。したがってスピンエコーS2には
時間εの間に静磁場不均一およびケミカルシフトによっ
て生じる位相情報Ecが含まれている。スピンエコーS
2の信号が最大となるt=t10=4Te+τ+εにおけ
る横磁化Mxy(t10)は
【0024】
【数6】 Mxy(t10)=Mxy(t4)[1+exp{−(2Te+τ)/T1} −2exp{−(Te+τ)/T1}]exp(iγEcε) 〔数6〕 となる。従ってこの時の信号強度A(t10)は次式のよう
になる。
【0025】
【数7】 A(t10)=A(t4)[1+exp{−(2Te+τ)/T1} −2exp{−(Te+τ)/T1}]exp(iγEcε) 〔数7〕 図1の計測法はいわゆるSaturation Recovery法を用い
た縦緩和時間の計測と、位相分布の計測を同時に行うも
のである。一般的なSaturation Recovery法による縦緩
和時間計測について図13をもとに説明する。まず、9
0°パルスでスピンを励起し、勾配磁場Gyを印加して
磁化を消失させる。その後、磁化は徐々に回復して熱平
衡状態へと向かうが、完全に熱平衡状態に戻る前に再び
90°パルスを印加してスピンを励起して回復した磁化
の大きさを検出する。系が熱平衡状態に戻ってから、第
2の90°パルスを印加するまでの待ち時間τを変えて
上記の計測を繰り返す。待ち時間τにおける信号強度A
(τ)は次式で表され、これから縦緩和時間T1が求めら
れる。
【0026】
【数8】
【0027】さて次に、図1の計測法で縦緩和時間の分
布を求める方法について説明する。この方法では図13
の計測法のように複数回の計測をする必要が無く、一回
の計測で得られる2つのスピンエコーから縦緩和時間の
分布を求めることができる。(数7)よりスピンエコー
S1、スピンエコーS2から得られる信号の絶対値の比
は、微小時間εにおける横緩和時間の影響を無視する
と、
【0028】
【数9】 |A(t10)|/|A(t4)|=1+exp{−(2Te+τ)/T1} −2exp{−(Te+τ)/T1} 〔数9〕 となり上式を厳密に解くか、あるいはTe<<τと仮定
することにより、T1は次式から求められる。
【0029】
【数10】
【0030】さて、図1の計測法において位相情報はA
(t3)より得られる。A(t3)の実部と虚部をそれぞれ、
Ar(x,y,z)およびAi(x,y,z)で表すと、Ec(x,y,z)は次
式により求められる。
【0031】
【数11】
【0032】ただし、Ec(x,y,z)は静磁場不均一および
ケミカルシフトによって生じる位相情報を磁場の単位で
表したものである。本来、求めたいのは静磁場不均一の
みの情報であるからEc(x,y,z)からケミカルシフトによ
る位相項を除去しなければならない。そこで人体の静磁
場不均一分布を求める場合を例にとって説明する。静磁
場分布を求める時には、他の核種に比べて非常にS/N
が高いプロトンの信号を用いるのが一般的である。人体
から得られるプロトンの信号はほとんどが水と脂肪であ
るから、上記の(数10)などから得られたT1情報を
元にして測定した空間領域のどの位置に脂肪が存在する
のかは容易に予測できる。水の存在する位置と脂肪の存
在する位置とでは、Ec(x,y,z)に含まれるケミカルシフ
トによる位相項に両者のケミカルシフト3.4ppmに
相当する差が生じる。そこで脂肪の存在する位置につい
てはEc(x,y,z)から上記のケミカルシフトによる位相差
を減じれば良い。共鳴周波数をf0とするとこの差は
3.4ppm×f0/γとなる。以上の操作によりケミ
カルシフトの異なる複数の成分からなる検査対象の信号
に含まれる位相情報から、静磁場不均一分布を求めるこ
とができる。
【0033】
【発明の効果】本発明は検査対象から得られる信号の位
相情報から静磁場分布を求める場合に、縦緩和時間の空
間分布を計測することにより検査対象の成分分布を予測
し、位相情報に含まれるケミカルシフトによる位相項の
差を除去するので、不均質な検査対象を用いても位相分
布を用いて静磁場不均一分布を求めることができる。ま
た、位相分布と縦緩和時間の分布が1回の計測で得られ
るので、不均質な検査対象を用いた静磁場不均一分布の
計測を迅速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による静磁場不均一分布の計測
方法を示す波形図。
【図2】従来法による静磁場不均一分布の計測方法を示
す波形図。
【図3】本発明を実施するための検査装置の構成を示す
ブロック図。
【図4】実施例のt1での核磁化の向きを示す図。
【図5】実施例のt2での核磁化の向きを示す図。
【図6】実施例のt3での核磁化の向きを示す図。
【図7】実施例のt4での核磁化の向きを示す図。
【図8】実施例のt5、t6での核磁化の向きを示す図。
【図9】実施例のt7での核磁化の向きを示す図。
【図10】実施例のt8での核磁化の向きを示す図。
【図11】実施例のt9での核磁化の向きを示す図。
【図12】実施例のt10での核磁化の向きを示す図。
【図13】Saturation Recovery法による縦緩和時間の
計測方法を示すタイムチャート。
【符号の説明】
1…静磁場を発生するコイル、 2…勾配磁場を発生するコイル、 3…静磁場均一度を調整するためのシムコイル、 4…検査対象、 5…シーケンサ、 6…シム電源、 7…勾配磁場電源、 8…高周波発信器、 9…高周波変調器、 10…高周波増幅器 11…高周波送信器、 12…受信器12、 13…増幅器、 14…移送検波器、 15…AD変換器、 16…CPU、 17…記憶媒体、 RF…高周波磁場、 Gx…x方向勾配磁場、 Gy…y方向勾配磁場、 Gz…z方向勾配磁場。
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 7831−4C A61B 5/05 312 7831−4C 332 9118−2J G01N 24/06 G 9118−2J 24/08 Y

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】静磁場と勾配磁場および高周波磁場の発生
    手段と、いくつかのチャンネルを有してそれぞれのコイ
    ル(シムコイル)に流れる電流値を変化させることによ
    り該静磁場の均一度が変化するような付加的な磁場の発
    生手段と、検査対象からの核磁気共鳴(NMR)信号を
    検出する信号検出手段と、該信号検出手段の検出信号の
    演算を行う計算機および該計算機による演算装置におい
    て、不均質な検査対象の縦緩和時間の分布を計測する第
    1の工程と、上記検査対象の位相分布を計測し、これか
    ら静磁場の不均一分布を求める第2の工程からなること
    を特徴とする核磁気共鳴を用いた検査方法。
  2. 【請求項2】上記第1の工程で得られた縦緩和時間から
    上記不均質な検査対象の成分分布を予測して、上記第2
    の工程で得られた静磁場の不均一分布からケミカルシフ
    トによる位相項を除去し、上記静磁場不均一分布に含ま
    れる上記ケミカルシフトによる誤差を補正することを特
    徴とする請求項1に記載の核磁気共鳴を用いた検査方
    法。
  3. 【請求項3】不均質な検査対象に第1の勾配磁場を印加
    しながら特定のスライス面のスピンに対して選択的に作
    用する90°パルスを印加してスピンを励起し、強度ま
    たは印加時間を毎回変えながら第2の勾配磁場を印加し
    てスピンの位相を変化させ、続いて180°パルスを印
    加してスピンエコーを発生させて第3の勾配磁場を印加
    しながら信号を検出し、フーリエ変換処理することによ
    り第1の画像を得る工程と、上記スピンエコーを検出し
    た後に第4の勾配磁場を印加して励起されたスピンを飽
    和し、適当な時間の後に再び前記と同様に第1の勾配磁
    場を印加しながら上記特定のスライス面のスピンに対し
    て選択的に作用する90°パルスを印加してスピンを励
    起し、第2の勾配磁場を印加してスピンの位相を変化さ
    せ、続いて180°パルスを印加した後に第3の勾配磁
    場の反転により発生時間をずらしたスピンエコーを検出
    してフーリエ変換処理することにより第2の画像を得る
    工程とを含む請求項1に記載の核磁気共鳴を用いた検査
    方法。
  4. 【請求項4】前記第1の画像と第2の画像を用いて上記
    不均質な検査対象の縦緩和時間の分布を求め、同時に第
    2の画像から上記不均質な検査対象の位相分布を求める
    ことを特徴とする請求項3に記載の核磁気共鳴を用いた
    検査方法。
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