JPH09206286A - 核磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 傾斜磁場中心より対称な位置における渦電流
の影響を測定・観察できるようにする。 【解決手段】 被測定傾斜磁場の方向で、傾斜磁場中心
に対して対称な位置に２個の渦電流測定用サンプル４、
４′を置き、渦電流測定用パルスシーケンスを実行して
ＮＭＲ信号を発生させ、ＮＭＲ信号をフーリェ変換器１
２でフーリェ変換して周波数情報を得て、データ処理機
構１３で２個のサンプル４、４′の傾斜磁場中心より対
称位置における周波数情報を取り出し、表示器１４に表
示するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はＮＭＲ（核磁気共
鳴）現象を利用してイメージングやスペクトロスコピー
測定を行う核磁気共鳴イメージング装置、特に、傾斜磁
場により発生する渦電流を測定する機能を有する核磁気
共鳴イメージング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】核磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ装
置）では、被検体の断層像を観測するために、被検体を
超電導マグネット等によって作り出される静磁場中に置
き、静磁場方向と直角な面内で回転する高周波磁場を加
え、被検体の特定原子核密度分布によるＮＭＲ信号を得
るようにしている。また、ＮＭＲ信号に空間的位置情報
を付加すると共に被検体の撮影方向や断層面を選択する
ため、静磁場に重畳するＸ、Ｙ、Ｚの直交３軸の各方向
に磁場強度が傾斜している傾斜磁場Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚを
パルス状に発生させる。なお、傾斜磁場の発生は傾斜磁
場電源より傾斜磁場コイルに電流を与えるようにしてい
る。傾斜磁場Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚの各々はパルス状である
ため、静磁場発生用の超電導マグネットの恒温槽（例え
ば、恒温槽を構成するシールド材、超電導マグネットを
支持する支持部材、フレーム等）などの傾斜磁場コイル
の周辺に配置されている導体構造物に渦電流が誘起され
る。この渦電流によって、Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚの各コイル
に流す電流波形をパルス波形としても、実際に生じる磁
場の波形は理想的な傾斜磁場に対し歪んだものとなる。
例えば、傾斜磁場コイルに矩形電流パルスを印加する間
並びにその後、傾斜磁場の指数関数形の上昇及び減衰が
観察される。

【０００３】したがって、ＭＲＩ装置を適正に作動させ
るためには、このような渦電流の影響による傾斜磁場の
歪みを補償する必要がある。そのためにこの種ＭＲＩ装
置では、傾斜磁場電源内に調整自在の指数関数形減衰部
品（通常コンデンサや抵抗）を含む電流波形整形回路が
設けられており、これによりＧｘ、Ｇｙ、Ｇｚの各コイ
ルに流す電流波形を、渦電流の影響を考慮した波形とし
て理想的な傾斜磁場が得られるようにしている。この電
流波形整形回路による電流波形の調整による渦電流補償
調整のため、渦電流の影響を測定する必要がある。

【０００４】そこで従来は、この渦電流の影響による傾
斜磁場の歪みを測定するために、傾斜磁場コイル中の勾
配ゼロの点より、一定の距離に小さなＮＭＲ動作サンプ
ルを置き、このサンプルの少なくとも１つの次元の軸線
に沿って勾配パルスを印加し、該勾配パルスを印加して
から予定の時間内に前記サンプルにＲＦ励起パルスを照
射してＮＭＲ信号を発生させ、前記勾配パルスを印加し
てからの合計時間の関数として前記ＮＭＲ信号の位相を
測定し、測定された位相を前記勾配パルスのインパルス
応答に対して関係づけ、該インパルス応答を用いて、勾
配磁場による渦電流を観測している（特開昭６２−１８
９０５７）。

【０００５】ところが、超電導（静磁場）マグネットお
よび傾斜磁場コイルの形状、ないし両者の実際の製作
上、機械的に非対称になる誤差が避けられないことか
ら、磁場系の中心から対称な位置でかならずしも同じ渦
電流による磁場が生じていることは限らないことから、
傾斜磁場中心より左右等距離で発生する渦電流の影響を
測定し、それぞれのバランスを観察しながら、傾斜磁場
電源内に設置された電流波形整形回路の調節自在の指数
関数減衰部品を使用し、傾斜磁場コイルに印加される電
流を整形する必要がある。そのために、従来では、調整
しようとする傾斜磁場系の方向に、中心から数cm程度離
れた位置に小さなサンプルを配置して上記のような測定
を行ない、それに基づき渦電流補償調整を行ない、その
後は中心から同じ距離だけ逆方向に離れた位置にサンプ
ルを置いて再度同様に測定し、渦電流補償調整を行な
い、双方ともバランス良く調整された状態にするように
している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ようにサンプルを傾斜磁場中心から対称な位置に交互に
置き換えながら渦電流の影響の測定・観察、ならびに渦
電流補償調整を繰り返えし行なうのでは、渦電流の測定
ないし補償に手間と時間がかかると共に、傾斜磁場中心
より左右等距離における渦電流の影響を同時に測定・観
察できないので、左右のバランスをとる調整が非常に困
難である、という問題があった。

【０００７】この発明は、上記の事情に鑑みなされたも
のであって、渦電流測定用サンプルを左右交互に置き換
えることなく、傾斜磁場中心より対称な位置における渦
電流の影響の測定・観察を同時に行ない、これによって
両位置でのバランスの良い渦電流補償調整を一挙に行な
うことを可能とする、核磁気共鳴イメージング装置を提
供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明における核磁気共鳴イメージング装置に
おいては、所定の傾斜磁場方向で磁場中心から等距離の
対称位置に渦電流測定用サンプルを配置し、傾斜磁場発
生手段の渦電流補償用の波形整形回路で波形整形度合が
調整されるごとに渦電流測定用パルスシーケンスを実行
し、それにより受信された前記サンプルからのＮＭＲ信
号を周波数解析し、その周波数解析結果を表示するよう
にしたことが特徴となっている。

【０００９】この構成によれば、傾斜磁場発生手段の波
形整形回路の調整部品（通常抵抗、および、コンデン
サ）の調整で波形整形度合が調整されるごとに調整用パ
ルスシーケンスが実行され、その都度、磁場中心から等
距離の対称位置に配置された両渦電流測定用サンプルか
らのＮＭＲ信号が受信され、受信されたＮＭＲ信号は、
周波数解析手段で周波数解析される。この周波数解析に
より傾斜磁場による渦電流の影響が共鳴周波数に対する
周波数のズレとして現れる。

【００１０】したがって、周波数解析結果を表示するこ
とで磁場中心から左右等距離で発生する渦電流の影響が
同時に測定・観測でき、渦電流測定時に周波数のズレが
最小値となった波形整形度合の調整値に傾斜磁場発生手
段の渦電流補償用の波形整形回路の調整部品を設定する
ことで渦電流の影響を補償、すなわち、渦電流による傾
斜磁場の歪みを補正でき、その補償も短時間で、且つ、
正確に行い得る。なお、周波数解析手段による周波数解
析としては、デジタル化されたＮＭＲ信号をフーリェ変
換して、周波数情報を取り出し、その周波数情報のピー
ク値を検出するとか、フーリェ変換された周波数情報の
ピーク値を検出せずに信号強度のコントラストとするよ
うにしてもよい。

【００１１】これにより、２個の渦電流測定用サンプル
の周波数情報を取り出し、それを表示することで、磁場
中心より等距離における渦電流の影響を把握できる。ま
た、磁場中心より等距離における渦電流の影響を把握で
きるようにするには、２個の渦電流測定用サンプルのＮ
ＭＲ信号を区別して識別表示することが不可欠であり、
このためには、２個の渦電流測定用サンプルの大きさを
異ならしめるとか、一方が水で他方が油のように共鳴周
波数の異なるサンプルとし、ＮＭＲ信号の周波数情報の
ピーク値、ないし、ＮＭＲ信号の周波数情報に強度差を
持たせるようにすればよい。

【００１２】さらに、表示に際しては、周波数情報のピ
ーク値を検出する場合には、そのまま表示するか、２個
の渦電流測定用サンプルのＮＭＲ信号をより明確に識別
表示するために、２個の渦電流測定用サンプルのピーク
値の信号強度の差に応じて色別表示するようにしてもよ
く、また、周波数情報のピーク値を検出しない場合に
は、信号強度のコントラストとして表示するようにすれ
ばよい。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、この発明の好ましい一実施
例について図面を参照しながら説明する。この発明の一
実施例にかかるＭＲＩ装置は図１に示すように構成され
ている。図１に示すＭＲＩ装置において、１は一様な静
磁場を発生する超電導マグネットで、その内側にＮＭＲ
信号に空間的位置情報を付加するための一様静磁場に重
畳する傾斜磁場を発生させる傾斜磁場コイル２が設置さ
れている。この傾斜磁場コイル２は３組のコイルよりな
り、その各々により、Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸方向に磁場強度
がそれぞれ傾斜する３つの傾斜磁場Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚが
発生させられる。

【００１４】傾斜磁場コイル２の各組のコイルには、傾
斜磁場電源７から所定波形の電流（電流パターン）がそ
れぞれ供給される。傾斜磁場波形発生器５は、所望電流
波形（電流パターン）のＧｓ、Ｇｒ、Ｇｐパルスを作成
するために必要なＧｘ、Ｇｙ、Ｇｚについてのパルス波
形の電流パターンを発生し、電流波形整形回路６に送
る。電流波形整形回路６は、渦電流の影響を相殺（補
償）するため、傾斜磁場波形発生器５の電流パターンを
整形し、傾斜磁場電源７に送る。傾斜磁場電源７は波形
整形されたパルス波形の電流を増幅してＧｘ、Ｇｙ、Ｇ
ｚの３組のコイルにそれぞれ供給する。なお、傾斜磁場
コイル２、傾斜磁場波形発生器５、電流波形整形回路
６、傾斜磁場電源７でもってこの発明における傾斜磁場
発生手段を構成している。

【００１５】静磁場及び傾斜磁場が発生する傾斜磁場コ
イル２の内側には、撮影時には被検体（通常人体）に、
渦電流の測定時には渦電流測定用サンプル（以下、サン
プルという）４、４′にＲＦ励起パルスを照射しＮＭＲ
現象を起こさせると共に、特定原子核密度分布による被
検体、ないし、サンプル４、４′で発生したＮＭＲ信号
を受信するための高周波磁界送受信コイル（以下、ＲＦ
コイルという）３が配置されている。ＲＦコイル３は発
振器８に接続されており、それより発生した高周波パル
スが供給されてＲＦ励起パルスを照射する。

【００１６】また、ＲＦコイル３には、ＮＭＲ信号を受
信する受信器１０、受信されたＮＭＲ信号をデジタルデ
ータに変換するＡ／Ｄ変換器１１が受信系として接続さ
れている。デジタルデータはフーリェ変換器１２でフー
リェ変換されてデータ処理機構１３に送られる。データ
処理機構１３はフーリェ変換後のデータのピーク値を検
出し、２個のサンプルの磁場中心より等距離における周
波数情報を取り出し、その周波数情報は表示器１４に送
られ表示される。なお、フーリェ変換器１２、データ処
理機構１３は、この発明における周波数解析手段に相当
する。

【００１７】９は被検体の断層画像を再構成するための
データを収集する撮像用パルスシーケンスと、渦電流測
定するためのデータを収集する渦電流測定用パルスシー
ケンスを実行するのに必要な種々の命令を送信系、受信
系及び傾斜磁場発生系に送るタイミングコントローラで
ある。すなわち、傾斜磁場波形発生器５、発振器８等に
命令を送り、ＲＦパルスと傾斜磁場パルスの発生タイミ
ング及びＲＦパルス、傾斜磁場パルスの波形を制御す
る。

【００１８】渦電流測定時に使用される２個のサンプル
４、４′は、水や油などのＮＭＲ現象を起こす特定原子
核を有する物質で、渦電流測定時に前記高周波磁界送受
信コイル３の内側に、磁場勾配中心（一般には、傾斜磁
場コイル２の幾何的中心）より、高周波磁界送受信コイ
ル３の感度をそこなわないよう左右等距離（例えば右に
８０mm、左に８０mm）に置かれる。この２個のサンプル
４、４′は、より正確な位置からのＮＭＲ信号を得るた
め、できるだけ小型のものを使用するのが望ましい。ま
た、これらサンプル４、４′は、大きさが等しくてもよ
いし、どちらかが大きくどちらかが小さいような異なっ
た大きさのものを使用しても、水と油のように共鳴周波
数の異なる物質を使用してもよい。

【００１９】これら左右サンプル４、４′による違いは
データ処理機構１３による周波数データ処理（ＮＭＲ信
号の周波数解析）に現れる。超電導マグネット１の恒温
槽等の傾斜磁場コイルの周辺に配置されている周辺の導
体構造物に発生する渦電流は、傾斜磁場の変化する瞬間
に発生する。この渦電流は磁場の変化を妨げる方向に磁
場を発生させるので、パルス状の電流波形を傾斜磁場コ
イル２に加えると、電流波形の立ち上がりと立ち下がり
の部分で指数関数的に電流波形がなまる。この電流波形
のなまりを上記電流波形整形回路６によって強制的に整
形する。電流波形整形回路６は、周知のようにポテンシ
ョメータや可変抵抗器と可変コンデンサよりなり、この
調整部品の値を変化させることによって、傾斜磁場電源
７に出力する電流波形の形状を整形することができる。

【００２０】この整形された電流波形により、傾斜磁場
は整形された電流波形に従い発生する。このように電流
波形整形回路６を調整して渦電流の影響を相殺するよう
に傾斜磁場波形発生器５より出力される電流波形を整形
することが渦電流の補償なのであるが、渦電流の影響
は、磁場中心より左右等距離の位置において、均等に現
れるわけではなく、超電導マグネット１や傾斜磁場コイ
ル２の形状等によっては、左右どちらかに渦電流の影響
が強く出る。そこで渦電流の補正を行なう時は、左右の
バランスを観察しながら、電流波形整形回路６で電流波
形の整形を行う必要がある。

【００２１】この発明では、渦電流の測定時に２個のサ
ンプルを使用し、傾斜磁場による渦電流の影響を両サン
プルから得られるＮＭＲ信号に反映させ、且つ、得られ
たＮＭＲ信号を周波数解析することによって、磁場中心
より左右等距離における渦電流の影響を同時に測定・観
察することが可能となり、対称な２点でのバランスの良
い渦電流補償調整が行な得る。つぎに、渦電流の影響の
測定動作、ならびに、電流波形整形回路６による渦電流
補償調整について説明する。渦電流の測定に先立ち、２
個のサンプル４、４′が測定しようとする傾斜磁場方向
で、磁場中心に対し左右等距離の対称な位置に配置され
る。図１ではＧｘを測定するため、Ｘ方向に配置されて
いる。

【００２２】渦電流の測定時には、タイミングコントロ
ーラ９が図２（イ）に示すタイミング信号を傾斜磁場波
形発生器５と発振器８に送る。タイミング信号を受けた
傾斜磁場波形発生器５と発振器８は、図２（ロ）に示す
ようなタイミングで電流波形と高周波パルスを発生し、
この図２の渦電流測定用パルスシーケンスは、電流波形
整形回路６で電流波形の整形度合が、例えば所定のステ
ップ量で変化される毎に繰り返えし実行される。傾斜磁
場波形発生器５より出力された電流波形は、電流波形整
形回路６を経て傾斜磁場電源７より傾斜磁場コイル２に
電流が供給される。これにより、傾斜磁場コイル２は電
流波形に従った傾斜磁場を発生する。

【００２３】図２（ａ）に示す電流波形に従った電流が
供給されると、その立上がりと立ち下がりの部分で傾斜
磁場は、渦電流の影響によるなまりが生じる。図２
（ｂ）に示すようなタイミングでは、電流の立ち下がり
直後に発振器８より高周波パルスを発生している。発振
器８によって出力された高周波パルスは、ＲＦコイル３
によって高周波磁界となる。サンプルは、前記高周波磁
界によってＮＭＲ現象を起こし、高周波磁界を止めた瞬
間より高周波エネルギーを放出する。この高周波エネル
ギーをＲＦコイル３がアンテナとなり、受信器１０がＮ
ＭＲ信号として受信する。これによって２個のサンプル
４、４′の傾斜磁場発生直後より渦電流の影響が消える
までのＮＭＲ信号を得ることができる。このＮＭＲ信号
には、渦電流の影響が周波数のずれとして含まれてい
る。

【００２４】受信器１０によって得られたＮＭＲ信号
は、Ａ／Ｄ変換器１１によって図２（ｃ）に示すような
サンプリング間隔でデジタルデータに変換され、このデ
ータをフーリェ変換器１２がフーリェ変換によって周波
数データに変換する。この周波数データ（周波数情報）
は、サンプル４、４′の大きさによって帯域を持つの
で、データ処理機構１３によって各サンプル４、４′の
周波数データの最大値を検出し、２個のサンプル４、
４′の磁場中心より等距離における周波数情報を取り出
す。データ処理機構１３によって得られた周波数情報を
表示器１４によって表示し、傾斜磁場による磁場勾配中
心より左右等距離の渦電流の状態を把握する。この表示
データを元に周波数のズレが最小となる波形整形度合に
電流波形整形回路６を調節することで、渦電流による傾
斜磁場の歪みを補正、すなわち、対称点での渦電流補償
調整をバランス良く一挙に行なうことができる。

【００２５】図３に磁場勾配中心より左右Ｘmmの距離に
置いた大きさの異なるサンプル４と、サンプル４′より
得られるＮＭＲ信号をフーリェ変換した時の結果を示
す。図３に示されるようにフーリェ変換後の各サンプル
より得られたＮＭＲ信号は、磁場勾配中心における中心
周波数ｆよりそれぞれΔｆずれた周波数データとなる。
これは、図４に示すように、磁場勾配中心からの距離に
比例して渦電流の影響が大きくなることによって、＋Ｘ
mmと−Ｘmmに置いたサンプルの共鳴周波数がずれること
が原因となる。渦電流の無い状態では、サンプルの共鳴
周波数は、図３に示すｆの位置にくる。このことは、Ａ
／Ｄ変換器１１がＮＭＲ信号を取り込むＡ／Ｄサンプリ
ングが進につれ２個のサンプルによるＮＭＲ信号の周波
数スペクトルが、中心周波数に近づくことになる。ここ
でこの周波数のずれが中心周波数に近づく様子を表示器
１４によって表示すれば渦電流の影響を測定・観察する
ことができる。

【００２６】磁場勾配中心より左右等距離に置ける渦電
流の影響を、表示器によって同時に表示する方法には、
いくつか考えられるが、実施例においてはその表示すべ
きＮＭＲ信号の周波数データをデータ処理機構１３で処
理する。図３に示すようなサンプルを使用した場合、デ
ータ処理機構１３は、＋Ｘmmと−Ｘmmの位置を正確につ
かむため、サンプル４とサンプル４′の周波数データの
ピーク値を取り出し、これを表示器１４に送る。周波数
データのピーク値を検出するには、信号強度を周波数の
関数として周波数の微分を取ることによって、ピーク値
を得ることができる。

【００２７】また、左右のサンプルによるピーク値を区
別するため、図３に示すような大きさの異なる２個のサ
ンプルを使用し、各周波数データのピーク値の信号強度
に差をつけるとか、この差を色で表現するなどの方法に
よって、＋Ｘmmと−Ｘmmにおける渦電流の影響を区別し
表示する。左右のＮＭＲ信号を区別する方法としては、
前記実施例の他に、水と油をサンプルとして組み合わ
せ、その共鳴周波数による違いをデータ処理機構１３に
よって処理し、表示すればよい。また、左右２個のサン
プルを同じ大きさにし、データ処理機構１３において周
波数データのピークを探さず、フーリェ変換したデータ
をそのまま表示し、信号強度のコントラストとして表現
することもできる。いずれの場合にせよサンプルには、
できるだけ小型のものを使用することが望ましい。

【００２８】さらに、傾斜磁場発生手段の電流波形整形
回路の波形整形度合を自動的に変更し、変更毎に渦電流
測定用パルスシーケンスを実行する手段を設けると共に
周波数ズレの最小の波形整形度合の調整値を検索する手
段を設ければ、自動的に渦電流補償調整が行な得る。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の核磁気
共鳴イメージング装置によれば、測定しようとする傾斜
磁場の方向で対称な２点での渦電流の影響を同時に測定
・観察でき、対称点での渦電流補償調整をバランス良く
一挙に行なうことが可能となる。そのため、渦電流補償
調整の時間を短縮し、作業を容易化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る核磁気共鳴イメー
ジング装置の構成を示すブロック図。

【図２】渦電流測定用パルスシーケンスを示すタイムチ
ャート。

【図３】渦電流測定用サンプルとＮＭＲ信号との関係を
示す図。

【図４】傾斜磁場勾配と渦電流による傾斜磁場勾配との
関係を示す図。

【符号の説明】

１：超電導マグネット ２：傾斜磁
場コイル ３：高周波磁界送受信コイル（ＲＦコイル） ４、４′：渦電流測定用サンプル ５：傾斜磁
場波形発生器 ６：電流波形整形回路 ７：傾斜磁
場電源 ８：発振器 ９：タイミ
ングコントローラ １０：受信器 １１：Ａ／
Ｄ変換器 １２：フーリェ変換器 １３：デー
タ処理機構 １４：表示器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 静磁場を発生する手段と、所定の方向に
   磁場強度が傾斜している傾斜磁場を前記静磁場に重畳し
   て発生する傾斜磁場コイルを有する傾斜磁場発生手段
   と、磁場中にＲＦ励起パルスを照射するＲＦ照射手段
   と、ＮＭＲ信号を受信する受信手段とを備え、前記傾斜
   磁場発生手段は傾斜磁場コイルに印加する電流波形を整
   形する渦電流補償用の波形整形回路を有する核磁気共鳴
   イメージング装置であって、所定の傾斜磁場方向で磁場
   中心から等距離の対称位置に置かれた渦電流測定用サン
   プルと、前記波形整形回路で波形整形度合が調整される
   ごとに渦電流測定用パルスシーケンスを実行する手段
   と、渦電流測定用パルスシーケンスの実行により受信さ
   れた前記サンプルからＮＭＲ信号を周波数解析する手段
   と、周波数解析結果を表示する手段とを備えたことを特
   徴とする核磁気共鳴イメージング装置。