JPH09173318A

JPH09173318A - 核磁気共鳴を用いた検査装置

Info

Publication number: JPH09173318A
Application number: JP8323795A
Authority: JP
Inventors: Etsuji Yamamoto; 悦治山本; Hidemi Shiono; 英巳塩野; Hideki Kono; 秀樹河野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-12-04
Filing date: 1996-12-04
Publication date: 1997-07-08
Anticipated expiration: 2016-12-04
Also published as: JP2872642B2

Abstract

(57)【要約】【目的】静磁場不均一による減衰、高周波磁場の連続
照射による悪影響を軽減して核スピン信号の複数のエコ
ーを連続的に得る。【構成】静磁場を発生する手段１４と、静磁場に傾斜
をかける傾斜磁場を印加する手段８、９、１０と、検査
対象に高周波磁場を印加する手段４と、検査対象からの
核磁気共鳴信号を検出する手段４とを有する核磁気共鳴
を用いた検査装置において、少なくとも傾斜磁場を印加
する手段と高周波磁場を印加する手段とを制御する制御
手段１を有し、該制御手段１は、１８０°高周波磁場パ
ルスの印加、傾斜磁場の反転により、検査対象１６の核
スピンによるエコーを複数回発生させるとともに、順次
異なるフェーズドエンコード量を付与してその複数回の
エコーを順次測定するシーケンスを複数のブロックに分
割して実施し、各ブロックの開始毎に核スピンの励起を
行うことの制御を実行する。【効果】減衰の少ない多数のエコーを測定できる。

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現象を用い、
対象物体中の核スピンの密度分布あるいは緩和時間分布
などを非破壊的に求める検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、人体などの内部構造を非破壊的に
検査する方法として、Ｘ線ＣＴや超音波装置が広く利用
されて来ている。しかし最近、核磁気共鳴現象を用い同
様の検査を行なう試みが成功し、Ｘ線ＣＴや超音波装置
では得られない情報を取得できることが明らかになっ
た。

【０００３】核磁気共鳴装置は、対象とする核スピンか
ら発生する高周波磁場をコイルで検出し、それをもとに
核スピンの密度あるいは緩和時間を位置の関数として表
示するものである。従来まで提案されている方法には、
投影再構成法やフーリエ変換法などがあるが、いずれも
投影角度を変えるか、あるいはフェーズエンコード量を
変えて１００〜２００回位の測定を行ない、得られたデ
−タを計算機で処理し、元の核スピン分布を求めるもの
である。この場合、１回の測定が終了してから次の測定
に移るまでに、対象物体の縦緩和測時間程度待たなけれ
ばならず、測定の大部分がこのために費やされていた。

【０００４】これに対して、Ｇ．Ｊｏｈｎｓｏｎらはエ
コーを次々と形成し、横緩和時間Ｔ₂よりも十分短い時
間内に全ての測定を完了する方法を提案した（Ｊ．Ｍａ
ｇｎ．Ｒｅｓｏｎ．５４，３７４（１９８３）を参照の
こと)。即ち、信号読み出し傾斜磁場の反転を繰り返し
てエコーを次々と形成し、かつエコーとエコーとの間で
フェーズエンコードを行なうことにより、１回のシーケ
ンスで全てのフェーズエンコードに対応した信号を測定
するものである。しかし、この方法は重大な欠点があ
る。それは、傾斜磁場の反転により回復するのは印加し
た傾斜磁場によって生じた核スピンの位相分散だけであ
り、静磁場の不均一により生じたの位相分散は累積する
一方であるため、エコーが時間とともに次第に減衰して
行くことである。

【０００５】勿論、対象物体自身の横緩和時間Ｔ₂に応
じた核スピンの横緩和による減衰は、どのような方法で
も回復不可能であるため、この減衰も加わる。例えば、
対象物体が生体である場合、部位にもよるが平均的Ｔ₂
は１００ｍｓ程度である。一方、静磁場の不均一による
減衰は次に示す手順で計算できる。

【０００６】いま対象物体内で静磁場にΔＨの不均一が
あり、検査すべき絵素数がＮ²の時、厚さ方向の不均一
を無視する１絵素あたりの不均一ΔｈはΔＨ／Ｎで与え
られる。ところが、実際には断面像を得る場合は、厚さ
１ｃｍ程度のスライスに限定して信号を得る。このた
め、１絵素あたりの不均一は、このスライスの厚さ方向
での不均一が支配的となり、ΔＨ／Ｎより１桁高い値に
なると考えられる。

【０００７】そこで、Δｈ＝１０・ΔＨ／Ｎと置くと、
Δｈによる減衰の時定数Ｔ₂＊は、Ｔ₂＊＝２／γΔＨと
なる。ここでγは核磁気回転比である。従って、静磁場
強度Ｈ₀が０．５Ｔ、不均一が１０ｐｐｍ、Ｎ＝２５６
とすると、プロトンに対してはＴ₂＊＝３８ｍｓとな
り、生体のＴ₂に対して無視できない値となることが分
かる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記した様に、傾斜磁
場の反転により次々とエコーを形成するＧ．Ｊｏｈｎｓ
ｏｎらの提案した方法では、静磁場の不均一による減衰
のために一連のデ−タを取得できない事態が生じるおそ
れがある。一方、１８０°ｒｆパルスを連続して照射し
て次々とエコーを形成する方法は、これらのｒｆパルス
が測定対象に悪影響を及ぼす（高周波磁場による加熱効
果等）、あるいは、１８０°ｒｆパルスの照射時間を確
保するためにエコー間の時間を長くせざるを得ない等の
欠点を有する。

【０００９】そこで本発明の目的は、静磁場の不均一に
よる減衰を受けず、かつｒｆパルスの連続照射で生じる
欠点をも解消して、複数のエコーを次々と形成し得る核
磁気共鳴を用いた検査方法及び装置を提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では所定の領域の核スピンを励起して、その
後複数のエコーを得るにあたり、１８０°ｒｆパルスの
印加によるエコー形成と、傾斜磁場の反転によるエコー
形成とを組み合わせて用いる。

【００１１】

【作用】即ち本発明は、静磁場の不均一による信号の減
衰は、１８０°ｒｆパルスにより回復させることが可能
であるという事実を利用し、傾斜磁場の反転により累積
した位相分散が無視しえなくなった時点において、１８
０°ｒｆパルスを照射することによってそれを回復させ
るものである。このような走査を繰り返せば、静磁場の
不均一による信号減衰を最小限におさえ、しかもｒｆパ
ルスの連続照射による対象への悪影響や、シーケンスの
長時間化を軽減して多数のエコーを計測することが可能
となる。

【００１２】なお、測定対象自身のＴ₂による減衰は依
然として回復しない。これを考慮するなら、Ｔ₂による
減衰が無視し得なくなった時点において、測定を中断
し、新しい磁化の回復を待って測定を繰り返す。ただ
し、この場合にはフェーズエンコードする量は繰り返し
間で均等ではなく、中断後の最初のエンコードに対して
は、それまでに印加したフェーズエンコード磁場の総和
に匹敵するフェーズエンコード磁場に次のエンコード磁
場を加えた磁場を印加しなければならない。勿論、この
方法によれば測定時間が長くなるが、その犠牲において
画質を向上させることが可能になるわけである。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明を説明す
る。図１に本発明で用いる装置の構成を示す。制御装置
１は各装置へ種々の命令を一定のタイミングで出力す
る。高周波パルス発生器２の出力は電力増幅器３で増幅
され、コイル４を励振する。コイル４は同時に受信コイ
ルを兼用しており、信号成分は増幅器５を通り、検波器
６で検波後、信号処理装置７にで画像に変換される。高
周波パルス発生器２の他の出力は検波器６で直角位相検
波する時の基準信号として用いられる。ｚ方向及びｘ、
ｙ方向の傾斜磁場の発生は、それぞれコイル８、９、１
０で行ない、これらのコイルは増幅器１１、１２、１３
で駆動される。測定対象物１６はベッド１７上に横たわ
っており、ベッド１７は台１８上を移動する。

【００１４】図２に本発明の実施例の前提となる計測シ
ーケンスを示す。まず、９０°ｒｆパルスと傾斜磁場Ｇ
ｚとによりスライスを選択した後、区間１でＧｘ、Ｇｙ
を印加する。フェーズエンコードはＧｘにより行なう
が、Ｇｘの過渡応答の悪影響を除去するために、この区
間においてダミー磁場を印加しておく。続いて照射する
１８０°ｒｆパルスの後で印加するフェーズエンコード
は実質的には両者の差となるため、過渡応答によるエン
コード分は相殺される。従って、図３に示すように両者
の差は、同図斜線で示すように幅Δｔ、高さＧｘの矩形
波と見做すことができる。このような形状にエンコード
の増分を整えることは極めて有用である。

【００１５】それは、一連のシーケンスを複数ブロック
に分割し、最初のブロック終了後、次のブロックを始め
る時、それまで印加したフェーズエンコード磁場の総和
の次のステップに相当するフェーズエンコードを付与す
ることが著しく容易になるからである。ここに示したダ
ミー磁場は、次に照射する１８０°ｒｆパルスの直前に
も印加し、区間３における磁場と同様にその増分が矩形
波となるようにする。以後のシーケンスは、図２に示す
ように、区間２（実際には若干異なるが）を繰り返すこ
とになる。

【００１６】ただし、ここで重要な点は、ダミー磁場と
フェーズエンコード磁場との関係である。傾斜磁場が核
スピンに及ぼす効果は、１８０°ｒｆパルスにより逆の
働きをする性質があるため、図２の区間２の最初の部分
においては、傾斜磁場の時間積分は（数１）となり、実
質的にΔＳ₁の磁場が印加されたのに等しい。

【００１７】

【数１】 ΔＳ₁＝Ｓｂ−Ｓａ …（数１）従って、最初の信号は、ΔＳ₁によるエンコードを受け
たことになる。次に区間３では、（数２）となり、ΔＳ
₁の２倍の磁場が符号反転して印加されたことになる。

【００１８】

【数２】 ΔＳ₂＝Ｓｂ−Ｓａ−ΔＳ₁＝２（Ｓａ−Ｓｂ）＝−２ΔＳ₁ …（数２）以後は、３ΔＳ₁、−４ΔＳ₁、５ΔＳ₁、……のように
繰り返す。このシーケンスでは、静磁場の不均一による
減衰が１８０°パルス毎に回復させられるが、測定対象
自身の横緩和Ｔ₂による減衰は次第に蓄積するだけであ
る。そのため、Ｔ₂による減衰が無視し得なくなった時
点において、新しいブロックへと移らなければならな
い。この時、前述したように、それまでに印加したフェ
ーズエンコード磁場の総和の次のステップに相当するフ
ェーズエンコードを付与することから新しいブロックを
始める。

【００１９】図４は、その最初のステップに対するシー
ケンスを示す。それまでに印加した磁場の時間積分をｎ
ΔＳ（ただし、１８０°ｒｆパルスによる符号反転を考
慮）とすると、（数３）で示される関係を満足するよう
に、ｔ₁〜ｔ₄を選択すればよい（左辺の積分∫Ｇｘｄｔ
の範囲はｔ＝ｔ₁〜ｔ₂、積分∫Ｇｘｄｔ’の範囲はｔ’
＝ｔ₃〜ｔ₄である）。以後のシーケンスは、図２の区間
２に示すものと同じである。

【００２０】

【数３】 ∫Ｇｘｄｔ−∫Ｇｘｄｔ’＝（ｎ＋１）ΔＳ …（数３）本発明の実施例を図５に示す。このシーケンスは、図２
にて説明したブロック毎に分割され、各ブロックで複数
のエコーを得るシーケンスを基本とし、その複数のエコ
ーを形成するのに、１８０°パルスと傾斜磁場の反転を
組み合わせたものである。即ち、１８０°パルスを図２
に示すように連続して照射することには、場合によって
は測定対象に悪影響を及ぼすのみならず、エコー間の時
間が長くなるという欠点がある。また、図２のシーケン
スでは、１８０°パルス毎にｚ方向に厚みを持つスライ
スの選択が繰り返されるが、そのスライス選択の特性が
理想的でない限り、実質的なスライス厚さが次第に減少
し、これによっても後のエコーほど信号が減衰する。

【００２１】それに対して、図５に示すように１８０°
パルスと傾斜磁場Ｇｙの反転の組み合わせを用いれば、
同じ数のエコーを得るのに１８０°パルスの数が減少
し、上記の欠点を解消できる。しかも図中の２回目の１
８０°パルス以後の第４、第５、第６エコー（図では省
略）では、その２回目の１８０°パルスの印加により次
第に静磁場の不均一による位相分散が回復してくるの
で、この位相分散による信号減衰分は回復する。従っ
て、解消できない対象自身の横緩和による信号減衰が無
視し得なくなるまで、この１８０°パルスと傾斜磁場の
反転の組み合わせによるパルス形成を繰り返す。

【００２２】なお、図５に示す例ではフェーズエンコー
ドするための磁場は、図６に示すように正負両極性を有
する磁場形状とする。これにより、図６の斜線部分の面
積は相殺し、その結果、フェーズエンコードに寄与する
磁場はΔｔＧｘとなり、先に述べたと同様にフェーズエ
ンコードの増分を矩形波とするこができる。１８０°パ
ルスと磁場反転の組み合わせ方は、被測定体のＴ₂と静
磁場の不均一の大小関係で決まり、一般に静磁場の不均
一が大きい程、１８０°パルスの数を増やさなければな
らない。なお、図２および図５で照射する１８０°ｒｆ
パルスは、交互に位相を１８０°ずらすことにより、１
８０°ｒｆパルスの振幅の誤差により生じる信号の減衰
を低減させることができる。

【００２３】本発明の別の実施例を図７と図８に示す。
この実施例は、前述したブロック間の待ち時間を短縮す
る方法である。即ち、ブロックの終了した時点ｔｅに続
く区間において、それまでに付与された実効的なフェー
ズエンコード磁場と、信号のピーク以後に付与された傾
斜磁場の各々を相殺することにより、最後の測定で生じ
た核スピン間の位相分散を修復し、それを９０°ｒｆパ
ルスにより静磁場と同じ方向に強制的に向けてやるので
ある。この操作により、本来ならばあるブロックの測定
が完了してから測定対象の平均的Ｔ₁程度の時間待たな
ければならないところを、９０°ｒｆパルスにより元に
戻した残留磁化の分だけ回復が早まり、ブロック間の待
ち時間を短縮することができる。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、１８０°高周波磁場パ
ルスの照射と傾斜磁場の反転とを組み合わせて次々とエ
コー信号を発生させることにより、静磁場不均一に基づ
く画質劣化を防止し、しかも高周波磁場の連続照射の悪
影響も軽減し、かつ測定時間を短縮することが可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施する核磁気共鳴検査装置の概略構
成図。

【図２】本発明の実施例の前提となる方法のパルス系列
を示す図。

【図３】図２の一部を詳細に示す図。

【図４】図２で示したブロックの次のブロックのパルス
系列を示す図。

【図５】本発明の実施例の方法のパルス系列を示す図。

【図６】図５の一部を詳細に示す図。

【図７】本発明の別の実施例の方法のパルス系列を示す
図。

【図８】本発明のさらに別の実施例の方法のパルス系列
を示す図。

【符号の説明】

１…制御装置、２…高周波パルス発生器、４…励振、受
信用コイル、６…検波器、７…信号処理装置、８、９、
１０…傾斜磁場発生用コイル、１４…静磁場発生用コイ
ル、１６…測定対象物体、ｒｆ…高周波磁場パルス波
形、Ｇｚ…スライス選択用傾斜磁場波形、Ｇｘ…フェー
ズエンコード用傾斜磁場波形、Ｇｙ…読み出し、及びエ
コー形成用傾斜磁場波形。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の空間に静磁場を発生する手段と、前
記静磁場に傾斜をつける傾斜磁場を印加する手段と、前
記空間に置かれた検査対象に高周波磁場を印加する手段
と、前記検査対象からの核磁気共鳴信号を検出する信号
検出手段とを有する核磁気共鳴を用いた検査装置におい
て、少なくとも前記傾斜磁場を印加する手段と前記高周
波磁場を印加する手段とを制御する制御手段を有し、該
制御手段は、（１）前記検査対象の所定の領域の核スピ
ンを励起すること、（２）前記検査対象に１８０°高周
波磁場パルスを複数回印加すること、（３）前記各１８
０°高周波磁場パルスの印加後に、反転する傾斜磁場を
第１方向に印加することにより、前記核スピンにエコー
を複数回発生させること、（４）前記各エコーにそれぞ
れ異なる位相エンコード量を付与する位相エンコード用
傾斜磁場を第２の方向に発生すること、（５）前記各エ
コーをそれぞれ計測することの制御を、繰返して行なう
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】請求項１に記載の装置において、前記位相
エンコード用傾斜磁場は、前記各１８０°高周波磁場パ
ルスの前後に振り分けられて印加される傾斜磁場を含む
ことを特徴とする核磁気共鳴を用いた検査装置。
【請求項３】請求項１又は請求項２に記載の装置におい
て、前記各１８０°高周波磁場パルスの印加は所定の間
隔でなされ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４】所定の空間に静磁場を発生する手段と、前
記静磁場に傾斜をつける傾斜磁場を印加する手段と、前
記空間に置かれた検査対象に高周波磁場を印加する手段
と、前記検査対象からの核磁気共鳴信号を検出する手段
とを有する核磁気共鳴を用いた検査装置において、前記
検査対象の所定スライス内の核スピンを励起する手段
と、前記検査対象に１８０°高周波磁場パルスを複数回
印加して、前記各１８０°高周波磁場パルスの印加後に
前記核スピンにエコーを発生させる手段と、前記各１８
０°高周波磁場パルスの印加後に複数のエコーを発生さ
せるための極性が反転する読み出し用傾斜磁場を発生す
る手段と、前記各エコーに異なった位相エンコード量を
付与する位相エンコード用傾斜磁場を発生する手段とを
有す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５】請求項４に記載の装置において、前記位相
エンコード用傾斜磁場の印加は前記各１８０°高周波磁
場パルスの印加に先立つ前記位相エンコード用傾斜磁場
の印加を含むことを特徴とする核磁気共鳴を用いた検査
装置。
【請求項６】請求項４に記載の装置において、前記各１
８０°高周波磁場パルスの印加毎に、前記各エコーに付
与される前記位相エンコード用傾斜磁場の極性が反転す
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７】請求項４に記載の装置において、前記静磁
場の不均一に応じて印加する前記１８０°高周波磁場パ
ルスの数を変化させ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８】請求項４に記載の装置において、前記各１
８０°高周波磁場パルスの印加は所定の間隔でなされる
ことを特徴とする核磁気共鳴を用いた検査装置。
【請求項９】請求項８に記載の装置において、前記各所
定の間隔の内で複数の前記エコーを計測することを特徴
とする核磁気共鳴を用いた検査装置。
【請求項１０】請求項８に記載の装置において、前記各
エコーが発生する間隔は前記所定の間隔より小であるこ
とを特徴とする核磁気共鳴を用いた検査装置。
【請求項１１】請求項８に記載の装置において、前記各
所定の間隔の内で前記位相エンコード用傾斜磁場は同一
極性を有す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１２】請求項８に記載の装置において、前記各
所定の間隔の内で最後の前記エコーが計測された後に、
更に位相エンコード量を付与する前記位相エンコード用
傾斜磁場を印加す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１３】所定の空間に静磁場を発生する手段と、
前記静磁場に傾斜をつける傾斜磁場を印加する手段と、
前記空間に置かれた検査対象に高周波磁場を印加する手
段と、前記検査対象からの核磁気共鳴信号を検出する信
号検出手段とを有する核磁気共鳴を用いた検査装置にお
いて、少なくとも前記傾斜磁場を印加する手段と前記高
周波磁場を印加する手段とを制御する制御手段を有し、
該制御手段は、前記検査対象の核スピンにエコーを複数
回発生させ、異なる位相エンコード量が付与された前記
各エコーの測定を行なうことの制御を、繰返して行なう
ことを特徴とする核磁気共鳴を用いた検査装置。
【請求項１４】所定の空間に静磁場を発生する手段と、
前記静磁場に傾斜をつける傾斜磁場を印加する手段と、
前記空間に置かれた検査対象に高周波磁場を印加する手
段と、前記検査対象からの核磁気共鳴信号を検出する信
号検出手段とを有する核磁気共鳴を用いた検査装置にお
いて、少なくとも前記傾斜磁場を印加する手段と前記高
周波磁場を印加する手段とを制御する制御手段を有し、
該制御手段は、（１）前記高周波磁場として、交互に位
相が反転する１８０°高周波磁場を前記検査対象に所定
の周期で印加して、前記検査対象の核スピンにエコーを
複数回発生させること、（２）異なる位相エンコード量
がそれぞれ付与された前記各エコーの測定を行なうこと
の制御を、繰返して行なうことを特徴とする核磁気共鳴
を用いた検査装置。
【請求項１５】所定の空間に静磁場を発生する手段と、
前記静磁場に傾斜をつける傾斜磁場を印加する手段と、
前記空間に置かれた検査対象に高周波磁場を印加する手
段と、前記検査対象からの核磁気共鳴信号を検出する信
号検出手段とを有する核磁気共鳴を用いた検査装置にお
いて、少なくとも前記傾斜磁場を印加する手段と前記高
周波磁場を印加する手段とを制御する制御手段を有し、
該制御手段は、前記検査対象の核スピンにエコーを複数
回発生させ、複数の前記エコーの計測を１８０°高周波
磁場パルスの印加により区切られる複数の区間に分割し
て行ない、前記各区間内で少くなくとも１つのエコーを
発生させ、前記各エコーに異なった位相エンコード量を
付与する磁場を印加することの制御を、繰返して行なう
ことを特徴とする核磁気共鳴を用いた検査装置。
【請求項１６】所定の空間に静磁場を発生する手段と、
前記静磁場に傾斜をつける傾斜磁場を印加する手段と、
前記空間に置かれた検査対象に高周波磁場を印加する手
段と、前記検査対象からの核磁気共鳴信号を検出する信
号検出手段とを有する核磁気共鳴を用いた検査装置にお
いて、前記検査対象の所定スライス内の核スピンを励起
する手段と、前記検査対象に１８０°高周波磁場パルス
を複数回印加して前記各１８０°高周波磁場パルスの印
加後に前記核スピンにエコーを発生させる手段と、前記
各エコーに異なった位相エンコード量を付与する磁場を
印加する手段とを有し、複数の前記エコーの計測を１８
０°高周波磁場パルスの印加により区切られる複数の区
間に分割して行ない、前記各区間内で少くなくとも１つ
の前記エコーを発生させ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１７】請求項１３から請求項１６の何れかに記
載の装置において、前記各１８０°高周波磁場パルスの
印加は所定の間隔でなされ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１８】検査対象を一様な静磁場の中に置き、前
記検査対象に高周波磁場と、スライス用、位相エンコー
ド用、及び読み出し用の各傾斜磁場を所定のシーケンス
に従ってパルス的に印加することにより核磁気共鳴を生
じさせ、この核磁気共鳴に基づくエコー信号を収集して
映像化する核磁気共鳴を用いた検査装置において、前記
高周波磁場と前記スライス用傾斜磁場の印加により検査
対象の所望のスライス領域を励起した状態で、前記高周
波磁場として１８０°高周波磁場パルスを印加する第１
の操作と、前記読み出し用傾斜磁場を反復して反転させ
て印加する第２の操作とを交互に繰返し行なうと共に、
前記位相エンコード用傾斜磁場により印加される磁場の
方向を前記１８０°高周波磁場パルスの印加毎に反転さ
せる手段を備えたことを特徴とする磁気共鳴を用いた検
査装置。