JPH0811115B2

JPH0811115B2 - 核磁気共鳴を用いた検査装置

Info

Publication number: JPH0811115B2
Application number: JP61127927A
Authority: JP
Inventors: 尚小野寺; 茂松井; 秀樹河野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-06-04
Filing date: 1986-06-04
Publication date: 1996-02-07
Anticipated expiration: 2011-02-07
Also published as: JPS62284637A

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）現象を利用した検査装
置に係り、特に、選択励起法に関する。

〔従来の技術〕

NMRを用いた検査装置において、特定の周波数帯域の
核スピンのみを励起する目的のために、選択励起パルス
が広く用いられている。特に、sinc関数またはsinc関数
に近い波形のrfパルスを用いれば、ほぼ矩形状の周波数
選択特性が得られることが知られている。しかしながら
理想的な選択励起パルスは実際上実現不可能であり、NM
R信号が歪みをうけたり、種々の不必要なNMR信号が混入
してしまうことが、問題となつている。たとえば、90゜
パルスと180゜パルスを用いてスピンエコーを生成する
ような計測では、90゜パルスの不完全性に起因する残留
縦磁化が、180゜パルスの不完全性のために横磁化とし
て観測されるため、不必要な誤差信号が重畳される。こ
の誤差信号は、90゜パルスの位相を反転して、計２回の
計測を行い、測定結果を減算することで、消去できるこ
とが知られており、例えばジヤーナル・オブ・マグネテ
イツク・レゾナンス（Journal of Magnetic Resonanc
e）第60巻（1984年）第320頁に掲載された文献に記載さ
れている。しかしながら、特に180゜パルスの不完全性
に起因する、他の種類の誤差信号を消去するための方法
は提案されていなかつた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、スピンエコーの生成のために用いる
選択励起180゜パルスの不完全性に起因する誤差信号を
除去するための測定法および核磁気共鳴を用いた検査装
置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、時間軸に関して対称な波形を有する選択励
起パルスによるスピン磁化の回転が、特殊な対称性を持
つことを利用し、90゜ずつ位相の異なる選択励起180゜
パルスを用いた複数回の測定の結果を加減算することに
より、誤差信号を除去することを特徴としている。

〔作用〕

パルス印加中の緩和効果が無視できる場合には、パル
スによる磁化ベクトルの変化は一般に次のように表現で
きる。_１＝Ｒ_０ ……（１）ここで、₀,_１はそれぞれパルス印加の直前、およ
び直後の磁化ベクトルを表す、Ｒは、パルスの効果を表
す回転行列であり、共鳴周波数ωに対応して定まる。さ
て、静磁場方向をｚ軸にとると、第１図に示すようなス
ピンエコー系列で用いられる選択励起180゜パルスは、
次の要請を満たす必要がある。

（ｉ）すべてのωに対して a_xz＝a_yz＝０（ii）関心領域のωに対して a_xy＝a_yx＝０（iii）関心領域のωに対して a_xx＝−a_yy （iv）非関心領域のωに対して a_xx＝a_xy＝a_yx＝a_yy
＝０上記（ｉ）〜（iv）が満たされていない場合には、次
のような誤差効果が生ずる。

（ｉ）が満たされない場合は、180゜パルス直前の残
留縦磁化M_z0が横磁化として寄与して、誤差信号を与え
る。

（ii）が満たされない場合、スピンエコー信号に位相
ずれが生ずる。

（iii）が満たされない場合には、180゜パルス直前の
横磁化の向きに応じて、スピンエコー信号の強度が変化
する。そのため、たとえば、90゜パルスと180゜パルス
の間にエンコード磁場勾配を印加してイメージングを行
う場合、信号は、エンコードの強さに応じて強度変調さ
れるため、結果の画像にアーテイフアクトが生ずる。

（iv）が満たされない場合は、非関心領域におけるパ
ルス直前の横磁化が消えずに残り、誤差信号として観測
される。

さて、通常の180゜選択励起パルスは、要請（ｉ）〜
（iv）を完全には満たさないため、パルスの不完全性に
起因する誤差信号を除去することが必要になる。以下、
対称な波形を有するパルスの効果を表わす回転行列は、
特殊な対称性を持つことを利用して（ｉ）〜（iv）の要
請を実現し、誤差信号を除去するための方法について説
明する。

波形が対称で、rf波の位相が＋ｘ（０゜）であるよう
なパルスの効果を表わす回転行列Ｒ＋^ｘは、ｘ−ｚ面内
に回転軸を持つことが示される。このときＲ＋^ｘは次の
ように書ける。

このことは、パルスによる磁化の回転を、各微小時間
範囲における微小回転の積み重ねと考えることにより、
パルス波形の対称性を利用して証明することができる。
式（４）のＲ＋^ｘの表式は、式（２）のＲの表式に比べ
て、高い対称性を有していることがわかる。同様に、rf
波の位相が＋ｙ（90゜）であるようなパルスの回転行列
Ｒ＋^ｙはと書ける。ここで、Ｒ＋^ｘ−Ｒ＋^ｙを考えると次式を得
る。

この表式を見ると、要請（ii）と（iii）は満たされ
ている。また、回転系におけるオフセツト磁場が、rf磁
場に比べて非常に大きいような非関心領域では、回転行
列は、rf波の位相によらず同一になるので、Ｒ＋^ｘ＝Ｒ
＋^ｙ、特に、R_XX＝R_YYが成立する。このことは、非関心
領域ではR_XX−R_YY＝０となり、要請（iv）が満たされて
いることを意味している。したがつて、180゜パルスのr
f波の位相を90゜ずらして計２回の測定を行い、測定結
果の差をとれば、必要な信号に影響を与えずに（ii）〜
（iv）に起因する誤差信号はすべて除去されることがわ
かる。また、（ｉ）に起因する誤差信号は、180゜パル
スのrf波の位相を180゜ずらした計２回の測定の結果の
和をとれば除去できることが、全く同様にして示され
る。さらに、180゜パルスのrf波の位相を90゜ずつずら
して計４回の測定を行い、結果を適当に加減算すれば、
次式のような回転行列が得られる。

この回転行列は、要請（ｉ）〜（iv）をすべて満たす
から、上述の測定法により、計４回の測定結果を用いれ
ば（ｉ）〜（iv）に起因する誤差信号をすべて除去でき
る。あるいは、90゜パルスの位相を180゜ずらした計２
回の測定の差をとつて（ｉ）に起因する誤差信号を除去
し、さらに、前述の180゜パルスの位相を90゜ずらした
測定の結果の差をとる方法を組み合わせて用いれば、計
４回の設定で、同様に、（ｉ）〜（iv）に起因する誤差
信号をすべて除去できる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施する際に用いる代表的な装置の構
成及び動作の説明を行う。第２図に本装置のブロツクダ
イアグラムを示す。本装置は計算機CPU11の管理のもと
に動作するシーケンサー12,送信系13,受信系14,磁場勾
配発生系16,及び信号処理系17と静磁場発生磁石15から
成る。シーケンサーは本発明の方式に必要な種々の命令
を各装置に送る。送信系は高周波発振器131,変調器132,
高周波増幅器133を含み、命令に従つて振幅変調された
高周波選択励起パルスが高周波コイル134に供給される
ことにより高周波磁場（H₁）が対象物体20に印加され
る。磁場勾配発生系は、x,y,zの３方向に巻かれた勾配
磁場コイル160と、それぞれのコイルのドライバー161と
から成り、シーケンサーの命令に従つて上記３方向の勾
配磁場G_X,G_Y,G_Zを対象物体20に印加する。これらの磁場
印加による応答は前述のコイル134を通じて受信系14に
て受信される。受信系は増幅器141,検波器142,A/D変換
器143を有し、シーケンサー12の命令によるタイミング
でサンプリングされたデータが信号処理系に送られる。
信号処理系17では加減算，フーリエ変換等の処理を行
い、任意断面の信号強度分布、あるいは複数の信号に適
当な演算を行つて得られた分布を画像化し例えばCRTデ
イスプレ171に表示する。

以下、本発明による測定の一実施例を、第３図を用い
て説明する。第３図のパルスシークエンスは、通常の改
良スピンワープ法を表わしている。この方法によれば、
良く知られているように、エンコード磁場強度を順次変
えて一連の計測を行ない、得られたデータを２次元フー
リエ変換すれば、特定のスライス面における断層像が得
られる。スライス面の励起に用いられる選択励起パルス
の不完全性による誤差信号を除去するために本発明で
は、前記の如く、パルスのrf波の位相を変えて複数回の
測定を行ない、結果の和、または差を計算する。たとえ
ば、要請（ii）〜（iv）に起因する誤差信号を除去した
い場合には、まず、90゜パルス,180゜パルスともにたと
えば＋ｘ（０゜）の位相で印加して測定を行う。次に、
180゜パルスの位相のみ＋ｙ（90゜）に変えて測定を行
ない、両者の測定結果の差を計算する。このようにして
得られたデータは、従来と同様にフーリエ変換される。
また、たとえば、要請（ｉ）〜（iv）に起因するすべて
の誤差信号を除去したい場合には、同様に、まず、90゜
パルス,180゜パルスともに、たとえば＋ｘ（０゜）の位
相で印加して測定を行ない、次に、180゜パルスの位相
のみを＋ｙ（90゜）にして測定した結果を減算、さら
に、位相を−ｘ（180゜）にした場合の結果を加算、−
ｙ（270゜）にした場合の結果を減算する。このように
して、計４回の測定結果より、すべての誤差信号を除去
した信号が得られる。あるいは、第１表に示すように位
相を変化させて計４回の測定を行い、結果を加減算して
も全く同様の効果が得られる。ここで＋は加算、−は減
算を表している。

以上述べた各方式において、測定の順序は任意であ
る。たとえば、位相を固定して、エンコード磁場強度を
順次変化させて一連の計測を行ない、次に位相を変化さ
せて、同様の測定をくり返しても良いし、あるいは、他
の順序であつてもかまわない。

第４図は、局所拡大イメージングのためのシークエン
スの一例である。エンコード方向の折り返しを防ぐため
に、選択励起パルスを用いてｙ方向の帯域を制限してい
る。この場合には、90゜パルスと180゜パルスの選択方
向が異なつているため、特に、要請（iv）に対応する誤
差信号が問題になる。この例では、第２図に関して説明
した方法と全く同様にして、誤差信号を除去することが
できる。ここで、傾斜磁場は、90゜パルスに対してｚ方
向、180゜パルスに対してｙ方向に印加してあるが、こ
れは逆であつてもかまわない。

第５図は、局所スペクトロスコピーのためのシークエ
ンスの一例である。３つの選択励起パルスを用いて、空
間内の特定領域のみを励起することができる。この場合
には、２つの180゜パルスの不完全性による誤差信号を
それぞれ除去する必要がある。前述した回転行列を用い
て詳しく計算すると、たとえば、第２表に示すようにパ
ルスの位相を変えて測定を行い、結果を加減算すれば、
すべての誤差信号が除去されることが示される。この場
合には、計８回の測定が必要である。

〔発明の効果〕以上述べたように、本発明によれば、種々の測定法に
おいて、スピンエコーの生成に用いる選択励起180゜パ
ルスの不完全性に起因する誤差信号を容易に除去できる
ので、NMRイメージングの画質，精度の向上に著しい効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、一般的なスピンエコーシーケンスを示す。第
２図は、本発明の一実施例を示すブロツクダイアグラム
である。第３図，第４図，第５図は、それぞれ、改良ス
ピンワープ法，局所拡大イメージング法、局所スペクト
ロスコピーのパルスシーケンスの一例を表す。 11……CPU、12……シーケンサー、13……送信系、14…
…受信系、15……静磁場発生磁石、16……磁場勾配発生
系、17……信号処理系。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】静磁場、傾斜磁場、90゜高周波磁場、180
゜高周波磁場の各磁場発生手段と、検査対象からの核磁
気共鳴信号を検出する信号検出手段と、前記各磁場発生
手段および前記信号検出手段の制御を行なう制御手段
と、前記信号検出手段による検出信号の演算を行なう演
算手段と、該演算手段による演算結果の出力手段とを有
し、前記検査対象の画像を得る核磁気共鳴を用いた検査
装置において、前記制御手段は、時間軸に対して対称な
波形をもつ前記90゜高周波磁場の位相と、前記180゜高
周波磁場の位相の組み合せを、複数通り異ならせて変化
させ、前記核磁気共鳴信号を検出するシーケンスの制御
を行ない、前記演算手段は、前記複数通りの組み合わせ
の条件下で検出された前記核磁気共鳴信号を加減算し
て、前記180゜高周波磁場の不完全性による誤差信号を
除去した信号を得ることを特徴とする核磁気共鳴を用い
た検査装置。
【請求項２】前記組み合わせが、０゜の位相をもつ前記
90゜高周波磁場と、０゜、90゜、180゜、270゜の位相を
もつ前記180゜高周波磁場との４通りの異なる組み合わ
せであることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
の核磁気共鳴を用いた検査装置。
【請求項３】前記組み合わせが、０゜、180゜をもつ前
記90゜高周波磁場と、０゜、90゜の位相をもつ前記180
゜高周波磁場との４通りの異なる組み合わせであること
を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の核磁気共鳴
を用いた検査装置。
【請求項４】前記組み合わせが、０゜の位相をもつ前記
90゜高周波磁場と、０゜、90゜、180゜、270゜の位相を
もつ第１の180゜高周波磁場と、０゜、90゜の位相をも
つ第２の180゜高周波磁場との８通りの異なる組み合わ
せであることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
の核磁気共鳴を用いた検査装置。