JPH09154830A - 核磁気共鳴を用いた検査方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 生体のケミカルシフトに関する情報を高画質
で取得する。 【解決手段】 核磁気共鳴信号が発生する際に、信号読
み出し用傾斜磁場の勾配極性を周期的に反転させて印加
し、この信号読み出し用傾斜磁場の勾配極性の反転によ
り連続的に発生するエコー信号から帯域通過フィルタを
介した後にケミカルシフト画像を再構成する核磁気共鳴
を用いた検査方法において、前記帯域通過フィルタは、
その通過帯域を前記信号読み出し用傾斜磁場の印加強度
にほぼ比例させて変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は核磁気共鳴を用いた
検査方法および装置に係り、特に、生体のケミカルシフ
トに関する情報を、高速かつ高画質で取得するのに好適
な核磁気共鳴を用いた検査方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】核磁気共鳴を用いた検査方法における核
磁気共鳴現象では、たとえ同じ種類の原子を含む物質で
あっても分子構造が異なれば検出される信号の共鳴周波
数がわずかに変化することが知られている。

【０００３】これは、ケミカルシフトと称されるもので
あって、この現象を利用することによって、各物質ごと
の共鳴信号を分離することができるようになる。

【０００４】たとえば、磁気共鳴スペクトロスコピック
イメージング法( Magnetic Resonance Spectroscopic I
maging : MRSI )は、このようにして分離された共鳴信
号にそれぞれ対応する物質ごとに、その空間分布を画像
化する手法として知られている。

【０００５】一般に、このようにして得られるケミカル
シフト情報は時系列信号から抽出されるようになってい
るが、該信号の空間情報の付与は、各空間座標軸方向の
傾斜磁場印加量を段階的に変化させて信号計測を繰り返
す操作（位相エンコード）により行われるようになって
いる。

【０００６】このことから、マトリクス数ｍ×ｍの２次
元画像を計測する場合に２次元の位相エンコードが必要
となり、ｍ×ｍ回の信号計測を繰り返さなけばならず、
極めて長い計測時間が必要とされることになる。

【０００７】そこで、この計測時間を短縮する高速ＭＲ
ＳＩ法として、たとえば松井らが提案した多重エンコー
ド法が知られるに至っている（特公平５−８５１７２号
公報参照）。

【０００８】この方法は、共鳴信号の検出時において、
信号読み出し用傾斜磁場の勾配極性を周期的に反転させ
ることによって、エコー信号を連続的に発生させるよう
にしている（以下、このようなエコー信号をエコートレ
イン信号と称する）。

【０００９】この場合、１回の励起・計測で得られるエ
コートレイン信号には、ケミカルシフト情報と１次元の
空間情報が含まれるようになるため、マトリクス数ｍ×
ｍの２次元画像を計測する場合、１次元の位相エンコー
ドで済むことになる。すなわち、信号計測の繰り返し回
数がｍ回となり、計測の次元を１次元分減少させること
ができて計測時間の大幅な短縮が可能となる。

【００１０】なお、前記信号読み出し用傾斜磁場の勾配
極性を周期的に反転させる際に、印加強度の大きな傾斜
磁場を高速に切り替える必要があるため、方形（台形）
波より、正弦（余弦）波が用いられることが通常とな
る。

【００１１】また、被検体から核磁気共鳴信号を検出す
る際、前記核磁気共鳴信号の信号帯域を制限する帯域通
過フィルタの設定帯域（Δｆ0）は、前記読み出し用傾
斜磁場の印加強度にかかわらず、次式（１）で示される
一定の値Δｆ0が用いられている。

【００１２】

【数１】

【００１３】ここで、γは測定対象とする原子核の磁気
回転比、Ｇｒmaxは信号読み出し用傾斜磁場の最大印加
強度、Ｌｘは撮影視野を表わしている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た高速ＭＲＳＩ法において、その信号読み出し用傾斜磁
場として正弦（余弦）波を用いた場合に、撮影視野内の
信号帯域ｆsは、実際には、前記読み出し用傾斜磁場の
印加強度に応じて変化しており、時刻ｔにおける信号帯
域ｆs(t)は次式（２）に従うことが明らかになった。

【００１５】

【数２】

【００１６】ここで、Ｇｒ(t)は時刻ｔにおける信号読
み出し用傾斜磁場の印加強度を表わしている。

【００１７】このことは、｜Ｇｒ(t)｜≦Ｇｒmax であ
るので、Δｆs(t)≦Δｆ0 となり、帯域通過フィルタ
の設定帯域を一定にしている限り、撮影視野外からの信
号（雑音）をも通過させていることになり、これらの信
号が画質を劣化させていることを意味する。

【００１８】本発明はこのような事情に基づいてなされ
たものであり、その目的は、生体のケミカルシフトに関
する情報を、高速かつ高画質で取得できる核磁気共鳴を
用いた検査方法および装置を提供するにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【００２０】すなわち、核磁気共鳴信号が発生する際
に、信号読み出し用傾斜磁場の勾配極性を周期的に反転
させて印加し、この信号読み出し用傾斜磁場の勾配極性
の反転により連続的に発生するエコー信号から帯域通過
フィルタを介した後にケミカルシフト画像を再構成する
核磁気共鳴を用いた検査方法において、前記帯域通過フ
ィルタは、その通過帯域を前記信号読み出し用傾斜磁場
の印加強度にほぼ比例させて変化させることを特徴とす
るものである。

【００２１】このように構成された核磁気共鳴を用いた
検査方法によれば、読み出し用傾斜磁場の印加強度によ
って変化する撮影視野内の信号帯域を、該読み出し用傾
斜磁場の印加強度に応じて対応させていることから、撮
影視野外からの信号（雑音）をシャットアウトできるよ
うになる。

【００２２】このため、高速かつ高画質で生体のケミカ
ルシフトに関する情報を取得できるようになる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明による核磁気共鳴を
用いた検査方法の各実施例を説明する。

【００２４】実施例１．まず、図２は、本発明による核
磁気共鳴を用いた検査方法を適用する磁気共鳴診断装置
の概略を示す構成図である。

【００２５】同図において、被検体１が、静磁場発生マ
グネット２により生成された一様な静磁場中に配置され
るようになっている。

【００２６】また、この静磁場中には、スライス選択用
の傾斜磁場が印加される傾斜磁場発生コイル３が配置さ
れているとともに、高周波パルスを前記被検体１に照射
するためのプローブ４が配置されている。

【００２７】このプローブ４は、前記傾斜磁場発生コイ
ル３によって選択励起された被検体１のスライス面から
発生する核磁気共鳴信号をも検出できるようになってい
る。

【００２８】核磁気共鳴信号は、勾配極性を周期的に反
転させる読み出し用傾斜磁場の印加とともに発生し、前
記プローブ４によって検出されるようになっている。

【００２９】プローブ４によって検出された核磁気共鳴
信号は、帯域通過フィルタ１１により信号帯域が制限さ
れた後、アナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器１２を
介して、ディジタル信号に変換されるようになってい
る。

【００３０】ここで、本実施例においては、前記帯域通
過フィルタ１１は、読み出し用傾斜磁場の印加強度にほ
ぼ比例して通過帯域が変化するようになっており、この
詳細については後に詳述する。

【００３１】そして、このようにディジタル信号に変換
された核磁気共鳴信号は、計算機５によって画像情報が
生成され、その画像情報はディスプレイ６によって映像
化されるようになっている。

【００３２】なお、傾斜磁場発生コイル３を駆動させる
ための駆動用電源部７、送信器８、および帯域通過フィ
ルタ１１は、それぞれシーケンス制御装置１０により制
御されるようになっている。

【００３３】図３は、前記磁気共鳴診断装置において、
被検体１のケミカルシフトに関する情報の体内分布を高
速に測定する高速ＭＲＳＩ法のパルスシーケンスの一実
施例を示す説明図である。

【００３４】同図は、たとえばスピンエコーを用いた２
次元画像測定用の多重エンコード法を示している。

【００３５】同図において、まず、スライス選択用の傾
斜磁場Ｇｓ₁を印加するとともにｓｉｎｃ波形等で変調
した励起用高周波パルスＲＦ₁を照射することにより、
被検体１の所定ライス内の核スピンを９０°に倒して励
起状態にする。

【００３６】そして、傾斜磁場Ｇｓ₁の印加時に分散し
た核スピンの位相を揃えるために、位相戻し用の傾斜磁
場Ｇｓ₁’を印加する。さらに、位相エンコード用の傾
斜磁場Ｇｅを印加することにより、励起により生じた核
磁気共鳴信号にｙ軸方向における空間情報の付与を行
う。

【００３７】励起用高周波パルスＲＦ₁の照射からＴＥ
／２の時間の後に、スライス選択用の傾斜磁場Ｇｓ₂を
印加するとともにｓｉｎｃ波形等で変調した１８０°高
周波パルスＲＦ₂を照射することにより、励起状態にあ
る核スピンを１８０°に反転させる。

【００３８】そして、核磁気共鳴信号（Ｓig）を計測す
る際に、勾配極性を周期的に反転させた読み出し用の傾
斜磁場Ｇｒ（正弦波）を印加し、Ｘ軸方向の空間情報と
ケミカルシフト情報の双方を含んだエコー信号を連続的
に発生させる（以下、このようにして得られる信号をエ
コートレイン信号と称す）。

【００３９】なお、この場合において、傾斜磁場Ｇｒq
の面積を、前記傾斜磁場Ｇｒの１／４周期分の面積（図
中、斜線部で示す）と等価に設定することにより、前記
エコー信号の発生間隔を等間隔に調整することができ
る。

【００４０】このような操作を、前記傾斜磁場Ｇｅの印
加強度を段階的に変化させながら、ｙ軸方向のピクセル
数に相当する回数分、繰り返し時間ＴＲの間隔で繰り返
すようにする。

【００４１】さらに、このようにして得られる一連のエ
コートレイン信号は、上述したように、帯域通過フィル
タ１１を介した後にＡ／Ｄ変換器１２によってデジィタ
ル信号化されるようになる。

【００４２】ここで、前記帯域通過フィルタ１１は、上
述したように、核磁気共鳴信号の検出の際において、連
続的に変化される信号読み出し用の傾斜磁場Ｇｒの強度
に応じて、その通過帯域が変化されるようになってい
る。

【００４３】すなわち、時刻ｔにおける帯域通過フィル
タ１１の設定帯域（Δｆ(t)）は、次式（３）に従って
経時変化されるようになっている。

【００４４】

【数３】

【００４５】これにより、核磁気共鳴信号から撮影視野
外からの信号（雑音）を減少させることができるように
なり、高画質のケミカルシフト画像を得ることができる
信号となる。

【００４６】そして、このようにして得られた核磁気共
鳴信号を、奇数番目のエコーと偶数番目のエコーとにそ
れぞれグループ分けされた後、３次元実空間（ケミカル
シフト(δ)軸、Ｘ軸およびＹ軸）とフーリエ変換で結ば
れる３次元ｋ空間（ｋδ軸、ｋx軸およびｋy軸）を走査
する３次元データ配列に再配列されるようになる。

【００４７】その後、この３次元データ配列に３次元逆
フーリエ変換を施すことにより、ケミカルシフト画像を
得ることができ、奇数番目および偶数番目のエコーグル
ープから作成される２枚のケミカルシフト画像は、位相
補正後、足し合わされる。

【００４８】実施例２．実施例１では、帯域通過フィル
タ１１として、その通過帯域を経時的に調整可能なもの
を用いたものであるが、調整可能でないフィルタを用い
た場合の実施例を以下説明する。

【００４９】図１に示すように、受信器９からの出力
は、通過帯域の異なる複数の帯域通過フィルタ１１−
１、１１−２、…、１１−ｎにそれぞれ分配されるよう
になっている。

【００５０】各帯域通過フィルタ１１−１、１１−２、
…、１１−ｎを介して出力される核磁気共鳴信号は、マ
ルチプクサ１３によって、それぞれ適当なタイミングで
Ａ／Ｄ変換器１２に出力されるようになっている。

【００５１】ここで、マルチプレクサ１３は、たとえば
上述したパルスシーケンスを基にして作成されたシーケ
ンサテーブル１４に基づいて、所定時間間隔で順次入力
させるパルス発生器１５からの出力によって制御される
ようになっている。

【００５２】なお、核磁気共鳴信号を検出する際、一定
のサンプリングレートΔｔ0でディジタル化を行う場合
（Δｔ0＝１／Δｆ0）と、サンプリングレートΔｔ(t)
を変化させてディジタル化を行う場合（Δｔ(t)＝１／
Δｆs(t)）とがある。

【００５３】一定のサンプリングレートでディジタル化
を行った場合、図４に示すように、ｋ空間（ｋx軸方
向）を不等間隔でスキャニングすることになるため、フ
ーリエ変換を施す前に、内挿法等により等間隔点（ｋx
軸方向）の値を推定しておく必要がある。

【００５４】また、サンプリングレートを変化させてデ
ィジタル化を行った場合は、図５に示すように、ｋ空間
（ｋx軸方向）を等間隔でスキャニングすることになる
ため、前記補正の必要はない。

【００５５】なお、どちらの場合においても、ｋδ軸方
向に関して、正弦波状のスキャニングを行うことになる
ため、正確な２次元格子点での値を得るためには、ｋδ
軸方向の補間を行うことが望ましい。

【００５６】上述した実施例では、２次元空間を計測す
る場合について述べたが、これに限定されることがない
ことはいうまでもない。たとえば、ｚ軸方向の位相エン
コードを行うことにより、計測空間を３次元まで拡張す
る場合にも同様の効果を得ることができるからである。

【００５７】また、高速ＭＲＳＩ法として、たとえばマ
グネティック レゾナンス インメディスン（Magnetic
Resonance in Medicine）第１巻、第３７０−３８６頁
（１９８４年）等に記載されたマンスフィールド（Mans
field）による提案のＥＰＳＭ法およびＰＲＥＰ法を用
いる場合に、上述した実施例に記載した方法を適用する
ことによって同様の効果を得ることができるようにな
る。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明にる核磁気共鳴を用いた検査方法および装置によ
れば、生体のケミカルシフトに関する情報を、高速かつ
高画質で取得することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による核磁気共鳴を用いた検査法を適用
する装置の一実施例を示した要部構成図である。

【図２】本発明による核磁気共鳴を用いた検査法を適用
する装置の一実施例を示した概略図である。

【図３】本発明による核磁気共鳴を用いて検査法を適用
するパルスシーケンスの一実施例を示した図である。

【図４】サンプリングレート一定の場合のｋ空間スキャ
ニングを示す説明図である。

【図５】サンプリングレートを変化させた場合のｋ空間
スキャニングを示す説明図である。

【符号の説明】

ＲＦ…高周波磁場、ＲＦ₁…９０°パルス、ＲＦ₂…１８
０°パルス、Ｇｚ…Ｚ軸方向の傾斜磁場、Ｇｙ…Ｙ軸方
向の傾斜磁場、Ｇｘ…Ｘ軸方向の傾斜磁場、Ｇs₁…９０
°スライス選択用傾斜磁場、Ｇs₁’…スライス位相戻し
用傾斜磁場、Ｇs₂…１８０°スライス選択用傾斜磁場、
Ｇｒ…信号読み出し用傾斜磁場、Ｇrq…信号読み出し用
傾斜磁場（1/4周期分）、Ｇｅ…位相エンコード用傾斜
磁場、Ｓig…磁気共鳴エコートレイン信号、ＴＥ…エコ
ー時間、ＴＲ…繰り返し時間。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 核磁気共鳴信号が発生する際に、信号読
   み出し用傾斜磁場の勾配極性を周期的に反転させて印加
   し、この信号読み出し用傾斜磁場の勾配極性の反転によ
   り連続的に発生するエコー信号から帯域通過フィルタを
   介した後にケミカルシフト画像を再構成する核磁気共鳴
   を用いた検査方法において、 前記帯域通過フィルタは、その通過帯域を前記信号読み
   出し用傾斜磁場の印加強度にほぼ比例させて変化させる
   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】 帯域通過フィルタの時刻ｔにおける設定
   帯域Δｆ（ｔ）は、時刻ｔにおける読み出し用傾斜磁場
   の強度をＧｒ（ｔ）、撮影視野をＬｘとした場合に、γ
   ／（２π）×｜Ｇｒ（ｔ）｜×Ｌｘに従って変化させる
   ことを特徴とする請求項１記載の核磁気共鳴を用いた検
   査方法。
3. 【請求項３】 帯域通過フィルタは、通過帯域の異なる
   複数の帯域通過フィルタによって構成され、そのうちの
   一つが前記信号読み出し用傾斜磁場の印加強度に応じて
   選択されることを特徴とする請求項１記載の核磁気共鳴
   を用いた検査方法。
4. 【請求項４】 核磁気共鳴信号を検出する際に、サンプ
   リングレートを変化させてディジタル化を行うことを特
   徴とする請求項１ないし３に記載のうちのいずれか記載
   の核磁気共鳴を用いた検査方法。
5. 【請求項５】 核磁気共鳴信号を検出する際に、一定の
   サンプリングレートでディジタル化を行うことを特徴と
   する請求項１ないし３に記載のうちのいずれか記載の核
   磁気共鳴を用いた検査方法。
6. 【請求項６】 核磁気共鳴信号が発生する際に、信号読
   み出し用傾斜磁場の勾配極性を周期的に反転させて印加
   し、この信号読み出し用傾斜磁場の勾配極性の反転によ
   り連続的に発生するエコー信号から帯域通過フィルタを
   介した後にケミカルシフト画像を再構成する核磁気共鳴
   を用いた検査装置において、 前記帯域通過フィルタは、その通過帯域が前記信号読み
   出し用傾斜磁場の印加強度にほぼ比例させて変化するよ
   うに構成されていることを特徴とする核磁気共鳴を用い
   た検査装置。
7. 【請求項７】 帯域通過フィルタの時刻ｔにおける設定
   帯域Δｆ（ｔ）は、時刻ｔにおける読み出し用傾斜磁場
   の強度をＧｒ（ｔ）、撮影視野をＬｘとした場合に、γ
   ／（２π）×｜Ｇｒ（ｔ）｜×Ｌｘに従って変化するよ
   うに構成したことを特徴とする請求項６記載の核磁気共
   鳴を用いた検査装置。
8. 【請求項８】 帯域通過フィルタは、通過帯域の異なる
   複数の帯域通過フィルタによって構成され、そのうちの
   一つが前記信号読み出し用傾斜磁場の印加強度に応じて
   選択されることを特徴とする請求項６記載の核磁気共鳴
   を用いた検査装置。