JPH088916B2

JPH088916B2 - 磁気共鳴映像装置

Info

Publication number: JPH088916B2
Application number: JP62086974A
Authority: JP
Inventors: 重英久原; 清巳守; 尚志菊池
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-04-10
Filing date: 1987-04-10
Publication date: 1996-01-31
Anticipated expiration: 2011-01-31
Also published as: JPS63252142A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）この発明は、磁気共鳴（以下〔NMR〕と称する）現象
を利用して生体内各組織の特定原子核密度分布を被検体
外部より無侵襲に測定し、医学的診断のための情報を得
る診断用NMR装置に関するものである。

（従来の技術）磁気共鳴映像法（MRI）は、既に良く知られている様
に固有のスピンとこれに付随する核磁気能率の集団が強
度Hoの一様な静磁場中に置かれた時に、静磁場の方向と
垂直な面内でωｏ＝γHo（γは磁気回転比と呼ばれ、原
子核の種類に固有の定数である）で決まる角速度で回転
する高周波磁場のエネルギーを共鳴的に吸収することを
利用して、分子の化学的及び物理的な微視的情報を得る
ことを可能とする手法である。この磁気共鳴映像法を用
いて、被検体内の特定原子核（例えば水及び脂肪中の水
素原子核）の空間的分布を映像化する方法としては、ロ
ーターバー（Lauterbur）による投影再構成法、クマー
（Kumar）、ウェルチ（Welti）、エルンスト（Ernst）
等によるフーリエ法、およびこれの変形であるハチソン
（Hutchison）等によるスピン・ワープ法等が考案され
ている。

さらに、これらの画像再構成法では撮像に時間がかか
るため、高速に画像化する方法として、マンスフィール
ド（Mans field）らによるエコープラナー法や、高速フ
ーリエ法が考案されている。

第14図，第15図はそれぞれエコープラナー法、高速フ
ーリエ法のパルスシーケンスを示す。この様に、高速イ
メージングを行なうには、勾配磁場を高速にスイッチン
グする必要があるが、従来の画像再構成用の勾配コイル
を、そのまま高速イメージングに用いるとインダクタン
スＬが大きすぎ、従来法で用いていた電源では高速駆動
ができない。従って、高出力の高価な電源を必要とする
という欠点があった。

（発明が解決しようとする問題点）このように従来の装置では高速イメージングを行うた
めには高出力の高価な電源を必要とするという問題点が
あった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたもので、高速
イメージングを行うのに高価な電源を必要としない磁気
共鳴映像装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段）この様な欠点を解決するために、本発明では主勾配磁
場コイルに加え、主勾配磁場コイルよりも小型の局所用
勾配コイルを備え、この局所用勾配コイルを必要に応じ
て主勾配磁場コイルと切替えて使用し画像を得るように
したものである。

（作用）このような構成によると、コイルが小型であるため、
インダクタンスＬが小さく、又、単位電流当りの発生磁
場強度も大きいため、従来の画像再構成用の勾配磁場用
電源で高速スイッチングが可能である。また、局所用勾
配コイルでは被検体の一部の領域しか画像化できない
が、この点を解決するため、均一静磁場発生用コイルを
含む装置本体や、寝台等と一体化しない分離型の勾配コ
イルを用いる。さらに、サーフェスコイルと組み合わせ
る事により局所の高分解能高速イメージングが可能であ
る。

（実施例）以下図面を参照してこの発明を詳細に説明する。

第１図は本発明に係る磁気共鳴映像装置の一実施例を示
すものである。第１図において、静磁場生成コイル22
は励磁用電源23からの通電により励磁されることによっ
て、被検体（生体）21の撮像領域において一様な静磁場
を発生する。一方、パルスシーケンサ３によって制御さ
れるRFパルス発生器25から矩形状、ガウス状あるいはsi
nc状等に変調されたRFパルスが出力され、RF増幅器26に
より所定レベルまで増幅された後、デュプレクサ27を介
してコイル28に印加されることによって、被検体21内に
おいて磁気共鳴を誘起されるための回転磁界が形成され
る。この回転磁界の印加によって生じる横磁化が、コイ
ル28の両端に磁気共鳴信号として誘起される。なお、こ
の例では回転磁界発生のための送信コイルと、磁気共鳴
信号受信のための受信コイルに、単一のコイル28を共用
している。

コイル28に誘起された磁気共鳴信号は、デュプレクサ
27を介してRF増幅器29に入力され、所定レベルまで増幅
された後、直交位相検波のような位相敏感検波回路30に
よって検波され、ビデオ帯域の信号となる。この位相敏
感検波回路30の出力信号はビデオ増幅器31により電圧増
幅され、さらに低域通過フィルタ32によって高域雑音成
分が除去される。低域通過フィルタ32の出力信号はA/D
変換器６によってディジタル信号に変換された後、イン
ターフェース13を介して電子計算機１に取込まれ、画像
再構成用データとして蓄積される。なお、電子計算機１
はインターフェース２を介してパルスシーケンサ３の制
御も行なう。

被検体21内のスライス面の決定、位相エンコード（被
検体21内の位置情報の、磁気共鳴信号の位相への変換）
は、勾配磁場をスイッチングさせてパルス的に印加する
ことによって行なわれる。この勾配磁場のスイッチング
のタイミングは、パルスシーケンサ３によって制御され
る。

一方、勾配磁場の強度、パルス形状は、勾配磁場コン
トローラ37によって制御される。すなわち、勾配磁場コ
ントローラ37によってx,yおよびｚ方向の磁場勾配に対
応する電力増幅器38a〜38cを制御し、これらの電力増幅
器38a〜38cにより勾配磁場生成コイル39を駆動すること
によって、所定の強度、時間変化を有する勾配磁場を被
検体21の撮像領域近傍に生成する。

本発明はこのような構成において、勾配磁場生成コイ
ル（主勾配磁場コイル）39に加え局所用勾配磁場生成コ
イル（以下局所用勾配コイルという）19が設けられてい
ることを特徴とする。第２図、第３図は、その磁気共鳴
映像装置に用いられる局所用勾配コイルの一実施例であ
り、レクタンギュラーカレントループ（Rectanguler Cu
rrent Loop）と呼ばれる勾配コイルを用いた例である。
この勾配コイルは第２図の様に平行な２枚のコイル取付
板36で構成できるため、マクスウェルペアとゴレイコイ
ルの組合わせによる勾配コイルの様に、円周状の枠組を
必要とせず、体の一部を押入して撮像するのに都合が良
い。すなわち局所用勾配コイル19の構成にある２枚のコ
イル取付板36の距離を、枠18の一方で固定しもう一方の
端は開放にしておき、そちらから体へ装着する。装着の
方法は、第３図に示す様に、静磁場発生用コイルのタイ
プに合わせて測定部位の側方から、あるいは正面からの
いづれの方向からも可能であり、それぞれの形状に合わ
せた勾配コイルを用意しておく事で、達成できる。この
とき、コイルの中心と撮像領域の中心を合わせやすい
様、形状を決めておく。例えば、２枚のコイル取付板36
の厚さを同一とせず、一方はスペーサ代りに厚くしてお
けば、撮像部位をのせるだけで中心に合わせる事ができ
る。また、異った部位の撮像のため、厚み可変のスペー
サとすることもできる。

その他種々の変形実施が可能である。例えば、一方を
開放せず、両端とも固定した形状としても良い。又、２
枚のコイル取付板36を互いに支持するのでなく、寝台あ
るいは他の構造物から支持する様にしても良い。又、勾
配コイルの種類は、Rectanguler Current Loopでなく、
マクスウェルペアとゴレイコイルの組み合わせを使用し
ても良い。この場合、装着はコイルの軸にそって行なわ
れる。あるいは、コイルの円周状の支持枠の一部を開閉
できる様にして装着する様にしても良い。また撮像は、
サーフェスコイルと組み合わせることで高S/N、高分解
能の高速イメージングを可能とすることができる。さら
に、撮像法としては、メインの勾配磁場コイル39と選択
励起パルスで、目的部位を選択励起し、勾配磁場の反転
のみを小型勾配コイル19で行って高速イメージングを行
うといった種々の組み合わせが可能である。

いずれにせよ上記の構成によると、高速イメージング
を行なうのに高価な電源を必要とせず、従来装置の電源
のままで高速イメージングが可能である。

ところで前述のように画像を得るためには、第４図に
示すように、90°選択励起パルス24および180°選択励
起パルス33と勾配磁場15,16,17を用いることによって、
スピンエコーを取得し、それをA/D変換した後計算機で
処理することによって画像を得る。この場合、スピンエ
コーはピークを中心として急激に変化するので補間によ
りスピンエコーのピーク位置およびデータ値をもとめる
必要がある。すなわちA/D変換された値から電子計算機
が正しい再構成画像を得るためには第５図に示すように
最大値の前後の点を用い最小二乗近似計算等によってス
ピンエコーのピーク位置x_pを計算する必要がある。また
第６図に示すようにピークの位置x_pと最大値の位置maxp
の差のDx_pを用いてデータポイントがADしたポイントよ
りDx_pだけずれた位置の補間により作る。具体的には一
つのデータポイントに対し前後の２点（計３点）を通る
二次関数を用い時間軸上でDx_pだけずれた点のデータ値
を計算し、このデータ値を用い電子計算機は再構成演算
をおこなっていた。

ところが前述したようにエコーのピーク附近は急激に
変化するため、正しいピークの位置およびデータ補間を
おこなうためには短い時間間隔でAD変換をおこなうか高
次の補間計算をおこなう必要があった。

しかし短かい時間間隔でA/D変換をおこなえばデータ
が大量になり、電子計算機内のメモリを大量に必要とす
るため、メモリ容量の限界から正しいピークの位置検出
および補間をおこなうことを可能にするデータの量を確
保することは困難であった。また高次の補間計算をおこ
なうと、電子計算機の処理時間が長くなり、再構成し画
像を得るまでの時間が非常に長くなるという問題点があ
った。

このような問題点を解決するために、この発明の実施
例では磁気共鳴信号のピーク値の前後を検出し、ピーク
値の前後のみA/D変換器のサンプリング周波数をあげ、
電子計算機のメモリに書き込む。すなわちA/D変換され
る電子計算機のメモリに書き込まれたデータの時間間隔
はピークの附近のみ細かくなっている。このデータを用
い計算機は磁気共鳴信号のピークの位置およびデータ補
間をおこなう。なおスピンエコーのピークは、画像の中
心よりずれると急激に激少する。すなわち中心付近のエ
ンコードステップより得られた共鳴信号にのみ前記デー
タ補間をおこなう。

このような構成によると磁気共鳴信号のピーク付近の
データ間隔は短かいため、ピーク付近のデータが急激に
変化しても低次の補間操作により正しいピークの位置お
よび正しいデータ補間をおこなうことができる。

A/D変換器のサンプリングクロックは共鳴映像信号の
ピーク付近のみ高いので、計算機のメモリは従来の方式
とかわらない、しかも低次の補間操作をおこなうために
高速データ処理が可能になる。

すなわち計算機のメモリ容量とかかわりなく高速に正
しいピークの位置および補間をおこなうことができる。

第７図に上記構成を詳細に説明するためのブロック図
を示す。

同図の電子計算機１は、第８図に示すように予想され
る磁気共鳴信号のピーク位置を予想し、前記信号が急激
に変化する点P1の値をインターフェイス２を通してパル
スシーケンサ３内のレジスタ４に書き込む。また第８図
に示す磁気共鳴信号の変化が少なくなった点P2の値をイ
ンターフェイス２を通してパルスシーケンサ３内のレジ
スタ５に書き込む。電子計算機１は磁気共鳴信号を取り
込むためAD変換器６のサンプリングクロックを作りだす
発振器７の発振指令をおこなう。発振器７の出力は1/n
分周器８に入力され、この分周器８の出力はANDゲート
９に入力される。AD変換されるデータの位置を監視して
いるカウンタ10の出力により、もしP1以前のデータがA/
D変換されているならば、ANDゲート９が開き1/n分周さ
れたクロックがORゲート11に入力され、A/D変換器６の
サンプリングクロックとなる。同時にこのクロックはカ
ウンタ10に入力され、サンプリングの位置がつねに監視
される。このカウンタ10の内容は、比較器12によって、
レジスタ4,5の内容と比較される。もしカウンタ10の内
容がP1をこえていれば、ANDゲート12が開き、発振器７
のクロックがORゲート11を通してA/D変換器６に入力さ
れる。すなわちA/D変換器６には、前記のクロックに比
較し、ｎ倍の周波数のクロックが供給される。カウンタ
の内容がレジスタ５の内容（P2）をこえるとまた前述と
同様の動作により1/nの周期のクロックがA/D変換器６に
入力される。AD変換されたデータはインターフェイス13
を通して電子計算機１に入力され、電子計算機１内のメ
モリに記憶される。このようにして電子計算機１内のメ
モリには、磁気共鳴信号のピーク附近のみ時間間隔の短
かいデータが記憶され、正確にピークの位置が検出さ
れ、データ補間も正しくおこなうことが可能となる。

次に上記データ補間を画像の中心のみについておこな
う実施例を示す。ハチソン（Hutchison）等により提案
されたスピンワープ法を用いて断層MR画像を得る場合の
パルスシーケンスを第４図に示した。スライス面の決定
は勾配磁場G_Sによって、また第１の方向に関する位置情
報の位相エンコードは勾配磁場G_Eによって、さらに第１
の方向に直交する第２の方向に関する位置情報の周波数
エンコードは勾配磁場G_Rによってそれぞれおこなわれ
る。このようなパルスシーケンサ３において、エンコー
ドステップが画像の中心位置を指定した時、すなわちエ
ンコードステップに従って変化する勾配磁場G_Eが画像の
中心を示す値となった時磁気共鳴信号（SIG）のピーク
値は最大となり、エンコードステップが画像の中心位置
より離れた位置を指定するにつれ磁気共鳴信号のピーク
値は急激に減少する。すなわちパルスシーケンサ３は画
像の中心の前後に相当する２個のエンコードステップを
記憶し、電子計算機１より入力されるエンコードパルス
をカウントし、前記２個のエンコードステップと比較し
もし現在のエンコードステップが記憶された２個のエン
コードステップにあるならば、シーケンスコントローラ
は最初に示した実例に従って、磁気共鳴信号のピーク値
付近のみ細くAD変換する。このようにしてさらに効率よ
くデータ補間が可能になる。

なお読み取り方向のみデータ補間をおこなっているが
エンコード方向のデータ補間もあわせおこなってもよ
い。

このように上記の構成によれば前記装置内の電子計算
機のメモリ容量の制限をうけずしかも高次のデータ補間
をおこなう必要がないため高速に再構成が可能となり、
正しい画像再構成が可能となる。

一方、前述のような磁気共鳴映像装置の送受信系には
第９図，第10図に示されるような、ダイオード40,40′
とフェライトコア41,41′（磁性部品）で構成された、
ミキサ（Ｄ・Ｂ・M.）が用いられている。このミキサは
周波数帯域が広く、混変調等に強く、特性的に非常に優
れている。

磁気共鳴映像装置下で、このミキサは静磁場や交流磁
場等の外部磁界中またはその周辺におかれる。そのため
ミキサに内蔵されるフェライトコア41,41′で発生する
磁界に、外部磁場の磁界が影響し、特性の不良や誤動作
の原因となる。特に磁気共鳴映像装置においては、微少
信号の高感度検出、SN比の向上と言った問題とあいまっ
て非常に大きなところを占める。

このような問題点に対してはフェライトコア等、磁性
体を内装する部品に、磁気シールドを施すことが望まし
い。このようにすると、外部磁場の磁界が、部品内部に
通過しない。

第11図は、磁気シールドの具体例を示す構成図であ
る。DBMのケース51には、ダイオードやフェライトコア
（磁性体）が内蔵されている。これを囲むように磁気シ
ールド52、この中を通る基板（両面）53がある。54は基
板の半田面、55は部品面で56はある強度をもった外部磁
場（矢印の太さにその強さは比例）である。今DBMのケ
ース51内は、磁気シールド52によって、外部磁場56と完
全に遮断され、DBMの動作、特性には何ら悪影響を与え
ない。磁界は、例えば、同図の矢印の方向からかかる
が、どの方向でも効果は同様である。また、配線を行う
ため、磁気シールド52を多少切除して用いるが、効果に
は影響ない。

第12図は、本発明の第二の実施例を示す構成図であ
る。51はDBM、52は第一磁気シールド、52′は第二磁気
シールド53は基板（両面）。54は基板の半田面55は部品
面。57は第一の実施例より強い外部磁場である。

第12図に関して説明を行う。第一の実施例と比較し
て、外部磁場57の強度は増加しているが、その分、二重
（又は必要に応じ複数）シールド、第一磁気シールド5
2,第二磁気シールド52′により、DBM51には、外部磁場5
7が到達しない。

第13図は、本発明の第三の実施例を示す構成図であ
る。51はDBM,52は磁気シールド（厚さや材質が第一、第
二の実施例と異なる）,53は基板,54は基板の半田面,55
は部品面。58は、外部磁場である。

第13図に関して説明を行う。磁気シールド52の厚さ、
材質の変化によるシールド効果は、厚さには比例し、ま
た材質では、パーマロイやスーパーマロイ等が大きい事
が一般に知られている。よって、第一、第二の実施例以
外に、磁気シールド52の厚さを変えたり、材質を選択す
ることでも、外部磁場58のDBM51内への影響が防止され
る。

このように上記のような構成によると、外部磁界から
DBM内部への影響がなくなり、DBMを含む送受信系の動作
が安定し、再現性の良い信頼性の高い磁気共鳴映像装置
が得られる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によると高速イメージング
を行なうのに高価な電源を必要とせず、従来装置の電源
のままで高速イメージングが可能である。また、コイル
が移動可能であることにより、高速イメージングが特に
必要な心臓や腹部の撮像を高速イメージングで行ない、
他は従来法で行なうといった利用も可能である。さら
に、サーフェスコイルとの組み合わせにより高S/N、高
分解能の高速イメージングが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る磁気共鳴映像装置の一実施例を示
すブロック図、第２図、第３図は、その勾配コイル部の
一実施例、第４図は、パルスシーケンスを示すタイムチ
ャート図、第５図は、磁気共鳴信号のピークをもとめる
図、第６図は、データ補間を行う図、第７図は本発明の
他の実施例を示すブロック図、第８図は、磁気共鳴信号
のサンプリング法を示す図、第９図は、ダブルバランス
・ミキサの内部を示す図、第10図は、ダブルバランス・
ミキサの配線図、第11図、第12図、第13図は、本発明の
他の実施例を示す図、第14図は、エコープラナー法のパ
ルスシーケンスを示す図、第15図は、高速フーリエ法の
パルスシーケンスを示す図である。１……電子計算機、25……パルス発生器 2,13……インターフェース、27……デュプレクサ３……パルスシーケンサ、28……コイル 4,5……レジスタ、30……位相敏感検波回路６……A/D変換器、37……勾配磁場コントローラ７……発振機、39……勾配磁場生成コイル８……分周機、40,40′……ダイオード 10……カウンタ、41,41′……フェライトコア 15,16,17……勾配磁場 19……局所用勾配コイル 21……被検体 22……静磁場生成コイル 23……励磁用電源 24,33……選択励起パルス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検体に一様な静磁場を印加するととも
に、勾配磁場をスイッチングさせてパルス的に印加し、
被検体内からの磁気共鳴信号を検出して映像化する磁気
共鳴映像装置において、主勾配磁場コイルよりも小形
で、被検体の一部に設置して傾斜磁場を与える局所用勾
配磁場コイルを具備し、特定部位の高速イメージングを
行なう事を特徴とした磁気共鳴映像装置。
【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の磁気共鳴映像
装置において、局所用勾配磁場コイルは、均一静磁場発
生コイルを含む装置本体や寝台等に固定せず、被検体の
任意部位に移動して使用できる様、装置本体等を分離型
にした事を特徴とする磁気共鳴映像装置。
【請求項３】特許請求の範囲第１項記載の磁気共鳴映像
装置において局所用勾配磁場コイルとして、Rectangule
r Current Loop型の勾配磁場コイルを用いる事を特徴と
した磁気共鳴映像装置。
【請求項４】特許請求の範囲第１項記載の磁気共鳴映像
装置において局所用勾配磁場コイルと、サーフェスコイ
ルを併用して撮像を行なう事を特徴とした磁気共鳴映像
装置。