JPS60161552A - Νｍｒ検査装置の静磁場強度分布測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は核磁気共鳴現象を利用して生体等の３次元物体
中の核スピン分布や緩和時間分布を計測する、いわゆる
ＮＭＲ検査装置の静磁場強度分布の測定方法に関するも
のである。

〔発明の背景〕

１９４６年にＢ　１ｏｃｈおよびＰ　ｕｒｃｅｌｌによ
りそれぞれ独立に発見されたＮＭＲ現像は、以後、物質
の構造解析を始めとして、物理、化学の分野で不可欠な
分析手段となっている。

とのＮＭＲ現像をイメージングに応用する試みは、１９
７４年、Ｌ　ａｕｔｅｒｂｕｒによって最初に提案され
た。その後、多くのＮＭＲイメージング法が開発された
が、現在では、測定精度とＳ／Ｎ比の良いパルス法が主
流を占めている。

ＮＭＲイメージングにおいては、歪のない像を得るため
、静磁場強度分布に不均一性のないことが必要である。

このような静磁場強度分布の測定方法には、３次元フー
リエ変換イメージング法と、呼ばれる方法（Ａ、Ａ、Ｍ
ａｕｄｓｌｅｙ　ｅｔ　ａｌ、”Ｒａｐｉｄ　Ｍｅａｓ
ｕｒｅｍｅｎｔｏｆ　Ｍ　ａｇｎｅｔｉｃ　Ｆ　１ｅｌ
ｄ　Ｄ　１ｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ　Ｕ　ｓｉｎｇＮｕ
ｃｌｅａｒ　Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｒｅ５ｏｎａｎｃｅ”
、　Ｓｉｅｍｅｎｓ　Ｒ／Ｄ　Ｒｅｐｏｒｔ、　ｖｏｌ
、　８　、ｐｐ３２６−３３１（１９７９）参照）力１
知られている。

上述の測定方法を実施するためのシーケンスを第１図に
示す。第１図において、Ｇｘｔ　ＧｙはＰ　ｈａｓｅ　
−ｅｎｃｏｄｉｎｇ　Ｇ　ｒａｄｉｅｎｔであり、ｘ−
ｙ電力１画像となる面である。このような計測を行って
得られる３次元信号Ｆ　（Ｇ　ｘ　、Ｇ　ｙ　ｖ　ｔ　
）の３次元フーリエ変換は１画像の各点におけるＮＭＲ
スペクトルを与える。従って、水を均一に入れたファン
トマを用いて、このスペクトルのピーク位置の周波数を
画面の各点においてプロットすれば静磁場のマツプを得
ることができる。

上述の方法は、照射および検出コイルの感度むらが測定
結果に影響しないという長所を有するものであるが、測
定点と同数のＦＩＤ信号を観測しなければならないため
、測定に時間がかかるという問題があった。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的と
するところは、従来の測定方法における上述の如き欠点
を解消し、計測領域中の静磁場強度分布を短時間で測定
可能なＮＭＲ検査装置の静磁場強度分布測定方法を提供
することにある。

〔発明の概要〕

本発明の上記目的は、静磁場、傾斜磁場および高周波磁
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、該信号検出手段の検出信号
の演算を行う計算機および該計算機による演算結果の出
力手段を有するＮＭＲ検査装置において、９０度パルス
高周波磁場の印加から１８０度パルス高周波磁場の印加
までの時間間隔と、該１８０度パルス高周波磁場の印加
から核磁気共鳴信号計測までの時間間隔とを異ならせて
、上記時間間隔の差に対応する前記計算様の出力に基づ
いて静磁場強度分布を演算することを特徴とするＮＭＲ
検査装置の静磁場強度分布測定方法によって達成される
。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づし）で詳細しこ説明
する。

第２図は本実施例で用いるＮＭＲイメージング装置の溝
成を示す図である。図において、１１よ静磁場Ｈ０を発
生させる磁石、２は対象物体、３１よ高周波磁場を発生
させると同時に上記対象物体２から生ずる信号を検出す
るための検出コイル、４Ｘ、４Ｙはそれぞれｘ＋Ｙ方向
の傾斜磁場を発生させるためのコイルである。

これらのコイル４Ｘ、４Ｙおよび２方向の傾斜磁場を発
生させるためのコイル５には、それぞれ駆動装置６，７
．８により電流が供給される。これらの駆動装置６，７
．８は、計算機９からの信号により動作する。１７．１
８は上記計算機９番；接続されている１画像格納用メモ
リである。

核スピンを励振する高周波磁場はシンセサイザ１２によ
り発生させた高周波を変調装置１３で波形整形・電力増
幅し、前記コイル３に電流を供給することにより発生さ
せる。対象物体２からの信号は上記コイル３により受信
され、増幅装置１４を通った後、検波器１５で直交検波
され計算機９に入力される。計算機９は信号処理後、該
スピンの密度分布あるいは緩和時間分布に対応する画像
をＣＲＴディスプレイ１６に表示する。

磁石１内に対象物体２が挿入され、該対象物体２に高周
波磁界と傾射磁場とが印加されて以下の如く、計測が行
われる。

第３図は本実施例で用いるパルスシーケンスを示すもの
である。ここでは、イメージングする面をｘ−ｙ面とし
、２方向に垂直な特定断面を画像化するものとしている
。

第３図において、ｊ１＝＝ｊ、とすると、この場合計測
される２次元信号Ｆ　（ＧＸ？　ｔｙ）とスピン密度分
布Ｃ（Ｘｔｙ）との間には、静磁場強度分布が完全に一
様である場合、 Ｆ（Ｇｘ　、ｔｙ　）＝ ＪＣ（ｘ、ｙ）ｅｘｐ　（ｉｙ　（Ｇｘ　Ｘｔｘ　＋Ｇ
ｙ　ｙｔｙ　））ｄｘ　ｄｙ・・・・・・・・・（１） の関係がある。但し、ここで、Ｇｘは位相エンコーディ
ング磁場勾配で印加ごとに異なる振幅を有するものであ
り、Ｇ７は読出しのための磁場勾配である。

これに対して、視野内において、静磁場が誤差分布Ｅ（
ｘｙｙ）を有する場合には、Ｄ磁場はＨｏ　＋Ｅ　ＣＸ
Ｔ　Ｙ） で表わすことができる。このとき、計測される２次元信
号Ｆ　（Ｇ　ｘ　＋　ｔ　ｙ　）は、ｆｏ”　Ｈ。

２π の周波数での位相検波を仮定して、 Ｆ　（Ｇｘ＋　ｔｙ）＝ｆＣ（ｘ、Ｙ）ｅ　ｘｐ（１ｒ
［ＧｘＸ’ｘ＋（Ｅ（ｘ　ｙ）　＋Ｇｙｙｌ　ｔｙ月ｄ
！ｄ、・・・・・・（２）となり、Ｅ（ｘ、ｙ）に対し
て十分大きなＧｙを仮定すれば、（１）式で近似できる
ことになる。

ところで、前記ｔ１ｔ　ｔＱに対して。

ｔ、　＝ｔ、　＋ｔ。

なる関係を持たせた場合、先の（２）式は、Ｆ　（Ｇ　
ｘ　＋　’　ｙ　）　＝ｆＣ（ｘ、　ｙ　）　ｅＸｐ（
’　ｒｃＥＦ　Ｙ　）　’ｏ十Ｇｘ”　ｘ＋　（Ｅ　（
ｘ、Ｙ）−１（］、ｙ）　’　ｙ　］　）ｄｘａ、　・
・’　・・’　”’１３１となり、再び、十分大きなａ
ｙを仮定すると、上記Ｆ　（Ｇｘ、ｔｙ）を２次元フー
リエ変換して得られる画像５（Ｘｙｙ）は、 Ｓ（Ｘ、ｙ）＝Ｃ（ｘ、ｙ）ｅ−ＩｒＦ′（ｘｙ）１０
となる。従って、 Ｒ−［８（Ｘ、Ｙ）］／１８（Ｘ、ｙ）ｌミｓ〔ｙＥ（
Ｘ、ｙ）’ｏｌ　・−印・ｆｔ４）となり、ここで、ｔ
ｏを ｙＥ　（ｘ、ｙ　）　’ｏ＜− となるように選べば、次式によりＥ　（Ｘｙ　ｙ）を以
下、具体的な計測手順を説明する。

まず、予想される磁場の誤差分布の最大値をＥ　ｍｈｘ
とした場合、 ＴＢｍｍｘ’ｏ＜二 となるように１０を選択する。すなわち、Ｅ　１１１１
１のオーダーは予め知っておく必要がある。ｔｏの目安
としては、ＥｌｌｌｌｌＫが０．０５ガウスである場合
にｉ。

が１　ｍ５ｅｃ程度である。

このようなｔｏに対して、画像Ｓ　（ｘ＋　ｙ）を計算
し、その実部Ｒｅ　（ｓ　（ｘ、ｙ））と、絶対値Ｉｓ
　（ｘｔ　ｙ）ｌをそオｔぞれ前記メモリー７゜１８に
格納する。そして上記Ｒｅ　（Ｓ　（ｘ、ｙ））とＩｓ
　（ｘ、ｙ）ｌから、全画素点に対して、（４）式を用
いて、 ｃｏｓ　（ｙＥ　Ｃｘｔ　ｙ）ｔｏ　］を計算し、この
値が負または０にならないことを確認する。１点でも負
あるいは０となる場合には、ｔｏを小さな値に置換えて
計算し直す。このようにして得たｃｏｓ　（ｙＥ　（”
ｔ　ｙ）　ｔｏ　）から、（５）式を用いて、Ｅ（ｘｔ
ｙ）を計算する。

上記手順によって得たＥ　（ｘ＋　ｙ）は、正確な磁場
分布ではなく、磁場誤差による歪を含んだものである。

この歪は以下の方法によって大部分除去することができ
る。

上記手順によって得た磁場誤差分布の測定値をＥｏ　（
Ｘｙ　Ｙ）　、真の磁場誤差分布をＥＲ（Ｘ。

ｙ）とすると、上記歪は座標変換 で表わされる。すなわち、本来（ｘ＋ｙ）での測定デー
タが上の（６）式で表わされる（Ｘ′。

ｙ’）で測定されていることになる。従って、上記（６
）式を用いてこの歪を逆に補正することができる。

実際の補正は以下のように行う。画像は離散点で計測さ
れるので、磁場誤差分布も離散点でめられる。従って、
これをＥ、（Ｉ、Ｊ）と表記することにする。このデー
タから、Ｐをｙ方向のピクセルサイズとして、 を計算し。

をめる。ここで〔〕はガウス記号を、示してし）るこれ
らを用いて、 Ｅ、　ＣＩ、Ｊ）＝（１−１））Ｅ、　ＣＩ、Ｊ”）＋
ＤＥ、　ＣＩ、Ｊ＋１）　・・・・・・・・・（９）を
計算する。（９）式でめたＥｌ　（Ｉ、Ｊ）は真の値Ｅ
　（Ｉ、Ｊ）の代りに、Ｅ、（Ｉ、Ｊ）を用いて歪を補
正したものであり、ＥＲ（Ｉ、Ｊ）に近いものである。

補正の精度を更に上げたい場合には、このＥｌ　（Ｉ、
Ｊ）を用いて、を計算し、（８）、（９）式によりＥｌ
　ＣＩ、Ｊ）を計算し直せば良い。精度の向上はこの計
算を繰り返すことによって達成される。

上記実施例においては、演算に用いるデータを格納する
ためのメモリ１７．１８を設ける例を示したが、メモリ
はこれ以外の態様で使用するものであっても良く９本発
明は上記実施例に限定されるものではないことは言うま
でもない。

〔発明の効果〕

以上述べた如く、本発明によれば、静磁場、傾斜磁場お
よび高周波磁場の各磁＠禿生手段と、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、該信号検出手
段の検出信号の演算を行う計算機および該計算機による
演算結果の出力手段を有するＮＭＲ＃Ｌ査装置において
、９０度パルス高周波磁場の印加から１８０度パルス高
周波磁場の印加までの時間間隔と、該１８０度パルス高
周波磁場の印加から核磁気共鳴信号計測までの時間間隔
とを異ならせて、上記時間間隔の差に対応する前記計算
機の出力に基づいて静磁場強度分布を演算するようにし
たので、計測領域中の静磁場強度分布を短時間で測定可
能なＮＭＲ検査装置の静磁場強度分布測定方法を実現で
きるという顕著な効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の測定方法で用いるパルスシーケンスを示
す図、第２図は本発明の実施例で用いたＮＭＲ検査装置
の溝成図、第３図は本発明の一実施例の測定方法におい
て用いたパルスシーケンスを示す図である。 ■・・・静磁場発生用磁石、２・・・対象物体、計・・
検出コイル、４Ｘ、４Ｙ、５・・・コイル、６，７．８
・・・コイル駆動装置、９・・・計算機、１７．１８・
・・メモ第　１　町 Ｓｐ＋７１−ｅｃＩＬ０ 第　２　日 第　３　国 ５ＰＪｔｔ−ｅｃｈ。 手　続　補　正　書 事件の表示 昭和５９年　特　許　願　第　１５１７５号発明の名称
　ＮＭＲ検査装置の 静ｍ場強度分布測定方法 補正をする者 事件との関係　特許出願人 名称（５１０）　株式会社　日　立　製　作　所代　理
　人 居所〒１００　東京都千代田区丸の内−丁目５番１号株
式会社　日　立　製　作　所　白 雪　話　東　京２１２−１１１１（大代表）補正の対象
　明細書の「特許請求の範囲」の欄及び「発明の詳細な
説明」の欄。 補正の内容 １、　明細書の特許請求の範囲の欄の記載を別紙の通り
に訂正する。 ２、　明細書の発明の詳細な説明の欄゛につき次の通り
の補正を行なう。 （１）　明細書箱３−頁第１７行「ントマ」を「ントム
」に訂正する。 （２）明細書第４頁第１９行「該磁気共鳴信号計測」を
「スピンエコーの形成」に訂正する。 （３）明細書第４頁第１９に記載の（１）式の右辺を ｒＪ　Ｃ（Ｘ＃Ｙ）ｅｘｐ　（ｉｙ（Ｇｘｘｔ、ｘｒＧ
ｙｙｔｙ）ｄｘｄｙＪ　、に訂正する。 （４）　同頁第１５〜１６行に記載の（２）式の右辺を ’ｆｃ（ｘｒ　ｙ）ｅｘｐ　（ｘｒ（Ｇｘｘｔｘ＋（Ｅ
（ｘ、ｙ）＋Ｇｙｙ）Ｆ−ｙ）ｄｘｄｙＪに訂正する。 （５）明細書第８頁第３〜４行に記載の３式の右辺を ’Ｊｃ（ｘｚｙ）　ｅｘｐ　（ｉｙ（Ｅ（ｘ、ｙ）　ｔ
ｏ十ＧｘＸ　ｘ十（Ｅ（ｘ、ｙ）十Ｇｙｙ）ｔｙ）　ｄ
ｘｄｙＪに訂正する。 （６）　同頁第８行 ｒ　Ｓ　（ｘ　ｒ　ｙ　）＝（ｘ　、ｙ　）ｅ−”””
”ンｔ’　Ｊ　を’Ｓ（Ｘ、ｙ）−Ｃ（Ｘ、ｙ）６ｊｒ
Ｅ（Ｘ−Ｙ）ｔＯ」に訂正する。 （７）　同頁第９行「従って、」を「すなわち、ｔ１＝
　ｔｚ　十Ｃｏとなるような関係をもたせて（具体的に
は第３図の傾斜磁場Ｇ７の印加タイミングを調整して）
計測を行なうと、画像Ｓ（Ｘ、ｙ）には静磁場Ｅ　（Ｘ
　ｒ　ｙ　）に関する情報が位相シフトとなって入り込
む。この位相シフトから静磁場分布をめることができる
。」 （８）　同頁第１０行の後に、 「もしくは Ｉｍ［Ｓ（ｘ、ｙ））／　Ｉ　Ｓ（ｘ、ｙ）　ｌ　＝ｓ
ｉｎ（ｙＥ（ｘ、ｙ）　ｔｏ）・・・・・（４）′ Ｉｍ［Ｓ（ｘ、ｙ））／Ｒｅ［Ｓ（ｘ、ｙ））＝ｔａｎ
（ｙＥ　（ｘ　ｒ　ｙ　）　ｔ　。 ・・・・・（４）′」 を挿入する。 （９）　同頁１６行ｒ以下、」の前に 「もちろん、 もしくは、 からＥ（ｘ、ｙ）をめることもできる。」（１０）明細
書第１２頁第１１行「核磁気共鳴信号計測」を「スピン
エコー形成」と訂正する。 別紙 特許請求の範囲 １、　静磁場、−傾斜磁場および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、該信号検出手段の検出信号の演算を行う
計算機および該計算機による演算結果の出力手段を有す
るＮＭＲ検査装置において、９０度パルス高周波磁場の
印加から１８０度パルス高周波磁場の印加までの時間間
隔と、間間隔の差に対応する前記計算機の出力に基づい
て静磁場強度分布を演算することを特徴とするＮＭＲ検
査装置の静磁場強度分布測定方法。 ２、上記時間間隔の差に対応する前記計算機の出力に基
づく演算が、磁場誤差分布に起因する位置歪を補正する
演算を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
のＮＭＲ検査装置の静磁場強度分布測定方法。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、静磁場、傾斜磁場および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、該信号検出手段の検出信号の演算を行う計算
   機および該計算機による演算結果の出力手段を有するＮ
   ＭＲ検査装置において、９０度パルス高周波磁場の印加
   から１８０度パルス高周波磁場の印加までの時間間隔と
   、１８０度パルス高周波磁場の印加から核磁気共鳴信号
   計測までの時間間隔とを異ならせて、上記時間間隔の差
   に対応する前記計算機の出力に基づいて静磁場強度分布
   を演算することを特徴とするＮＭＲ検査装置の静磁場強
   度分布測定方法。 ２、上記時間間隔の差に対応する前記計算機の出力に基
   づく演算が、磁場誤差分布に起因する位置歪を補正する
   演算を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   のＮＭＲ検査装置の静磁場強度分布測定方法。