JPS6058539A - Νｍｒ断層像撮影装置 - 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】 （イ）産業上の利用分野 この発明はＮＭＲ断層像撮影装置に係り、ｑｌに、同時
に採取される２組のＮ′個のサンプリング点よりなるＮ
行の核磁気共鳴伝号からフーリエ変換によりＮＸＮ“個
の画素を持つ萌ＩＭ像をｉ！する装置に関する。

（ロ）従来技術 第１図において体軸方向をＺ方向、れ（方向をＹ方向、
措方向をＸ方向とした場合、ｊｉＬ末のＮ　Ｍ　Ｒ断層
像撮影装置では、前記Ｘ方向Ｇこ磁界グラジェントＧｘ
を加えるごとにより、被検体に１−）、え人口　″定周
波数の高周波を周波数変調し、一方、ｉ’＋ｉｉ記Ｙ方
向に磁界グラジェントＧｙを加えろことで前記高周波を
位相変調することにもとすいて、コンピュータ計算を行
って被検体の１ＩＪｉ層像を４ｉＪ影゛４゛イ）十法（
Ｋｕｍａ　ｒ、　Ｗｅ　ｌ　Ｌ、Ｉｊｒ　ｎ　ｓ　ＬＯ
）　’、次ノｃフーリエ変換法、あるいはこの改良法で
Ｊ〕るスピンワープ法等で、以後二次元フーリエ変換法
という。）がある（参考文献：　Ｚ、　１１．ｃＩＩＯ
他著　”　Ｉ’ｏｕｒｉｅｒ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ　Ｎ
ｕｃｌｅａｒ　Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ
Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｉｃ　Ｉｍａｇｉｎｇ　ＰＩＩＯＣ
ＥＥＤＩＮＧＳ　ＯＦ　ＴＨＥＩＥＥＥ　、ＶＯＬ、７
０　、ＮＯ，Ｌｏ、１１５２　〜１１７３，０ＣＴＯｒ
ｌＥＲ１９８２）。

しかして、前記二次元フーリエ変換により断層像を計算
する場合、一つの断層面内のＮＸＮ個の画素像を得るた
めには各行が２Ｎ個のサンプリング点をもつ２Ｎ行の核
磁気共鳴信号が必要であった。

しかして、１行の核磁気共鳴信号を採取するに要する時
間としては核磁気モーメントの縦緩和時間が約１秒であ
ることからそれと略等しく約１秒が必要である。

したがって、必要な個数の核磁気共１！！Ｘ信号を（４
４，’るための信号採取時間が長くかかるという欠点が
あった。更に、前記断層像を得るための計ｑ貼間もそれ
に応して長くなるため、信号を採取しはじめてから１ｆ
７Ｎ像を写し出すまでの時間、ずなわぢ前記信号採取時
間と前記ｉ’ｌｌ算時間の合計１１．１間も長くなって
しまうという欠点があった。

かかる欠点を排除するため、本発明借は、Ｙ方向に対し
ては所定の関係で定まるθ＋に＋’タラシ１ントＧｙを
加えることによりそれぞれ２Ｎ’個のサンプリング点よ
りなるＮ行の核ωヶ気共鳴（−号をもとめ、このＮ行の
核磁気共鳴信号をコンピー・、−タで二次元フーリエ変
換することによりＮ　Ｘ　Ｎ　’の画素からなる断面像
を得る手段を提案している。

（特願昭５８−０５６８８０号）。

しかし、これによると、採取イ１ｊυ：、）か牛骨に４
１′るため断層像のＳ／Ｎは、（ｉｔ来の１／仮になる
いう欠点をかある。

（ハ）目的 この発明は従来のＮＭＲ断ｂｒｉ　ＩＳ：撮影装置に比
・咬して、Ｓ／Ｎを低下させることなく　、＋ｉｉ＋記
信゛・」採取時間及びコンピュータによる計算時間をそ
の半分にすることのできるＮ　Ｍ　Ｒ断１＜・ｉ　＋象
４：Ｉ！ｒ　’４’＋ユ装置を１是供することを目的と
している。

（ニ）構成 この発明はＹ方向（縦方向）にグ・１しては、通、・ｉ
への２倍の磁界グラジエン１−Ｇｙを−ｆノえ、かつ、
１１いに９０′位相の異なる二つのレファレンス（３号
を用いることにより、各行それぞれＮ“個のサンプリン
グ点よりなるＮ行の核磁気共鳴信号を２組得て、従来装
置と同じＳ／Ｎで、同じ分解能を持つＮＸＮ“の断面像
を得るように構成されている。

（ホ）実施例 前記第１図は本発明の説明にも用いられるもので、同図
（イ）において１は被検体、２は撮；；；ニずべき断面
をしめず。また、同図（ロ）は前記断面２そのものを取
り出したところを示しＣいる。

ここで、核磁気共鳴信号を得る手ｌｌｌ、Ｈについて説
明する。

即ち、体軸（Ｚ軸）方向の断面位置は９０”ＲＦパルス
（例えば６Ｍｚ）の印加と同時に、磁界グラジェントＧ
ｚを印加することにより決定される。

つき′に、Ｘ方１句について磁界グラジェントＧＸを与
えることにより周波数変調をおこなう（但し、Ｘ＝Ｏと
χ−Ｌｘの位置では共鳴周波数差がｆとなるように磁界
グラジェントＧｘ４よ定められる）。

しかして、Ｙ方向の磁界グランフーンｌ−Ｇ　ｙとして
は（１）式に示すように、各行（Ｌ＝０、■、２、・・
・・Ｎ−１）ごとに加える。

Ｇｙ　（Ｌ）　−ＧＯｙ（Ｌ−Ｎ／２）　・・・　（１
）ただし、ａｙは第２図にしめずように、中心Ｙ＝Ｌｙ
／２で零となるＹ方向の（ｊ陽１’グラジエンｌ−であ
って、 ｙ＝ｏで、γＧＯｙ＝−１１ Ｙ　＝　］、　ｙで、γＱＯｙ＝ＩＩであ、乙。

ここで、Ｔは磁気回転比である。ずなわし、上記したこ
とはＹ方向の磁界グラジェントを（ヌｆ末の倍にしたこ
とをは味している。

前記条件のもとで、発生した核（ａ？気共鳴信′・シを
Ｘ　＝　Ｌ　ｘ　／　２におＬＪる共鳴周波数を持し、
かり、９０′位相の異なる二組のレソアランス（Ｊ３号
で後述の第６図のブロック図で示ずよ］Ｇこミキンンク
したあと、ローパスフィルタを通”」ことにより、０〜
ｆ／２（上記例ではθ〜５ＫｌｌＺ）の信号に変換し、
さらにこれらをサンプリング定理を活たず１／ｆの時間
ｍ１隔でＮ点ずつサンプリングする。

ごのような手１ＩｕｒｔをＩ−＝　０、■、２、・・・
Ｎ−１として繰り返ずことでＮ（ｌ！ｌＩのザンプリン
グ点よりなるＮ行の信号か二月１得られる。

つぎに、上記のようにしてｊ５Ｊられた二組のＮｘＮの
信号の一方を実部として、他方を虚部として、ＮｘＮ複
素行列データをつくり、これを二次元フーリエ変換して
、その絶対値を計算することにより、ＮｘＮ個の画素よ
りなる断面像を得る。

上記した原理を数式を用いて、以下説明する。

第３図は被検体の断面のうちで撮影すべき対象物（同図
では三角形）２１を表している。被検体に加えたＺ軸方
向の静磁、場をトＩ。とする。そして、Ｘ　＝　Ｌ　ｘ
　／　２の位置での共鳴周波数（以下、中心共鳴周波数
という）をｆ′とすると、 Ｍ＝２１１ω’　＝　２　ｎ　ｒ　Ｉ−１（、・・・・
・　（２）さて、第３図の図示するようなρ＜ｘ、ｙ　
）の密度を持つ対象に対し、前述のシーケンスを通用す
ると、第■３回目の繰り返しＯ４に冑られるべき核磁気
共鳴信号ｓ　＜ｖ、＋、　＞ば、 ｙ となる。

コレラ・ｘ　＝　Ｌ　ｘ　／　２の共鳴周波数を１．５
つレフアランス信号ｒｌ（Ｌ） ｒｌ　（Ｌ）＝ＣＯ３（２月Ｙ′１１０）−・１４１で
ミキシングすると、 Ｍｌ　（ｔ、Ｉ−）＝３　（ｔ、Ｌ）　・ｒ　Ｉ　ＣＬ
）２１１−−（１、−Ｎ／　２）　４　ＵＪ　Ｉ３１ して（５）ｉ：Ｃの第１ＪＡを除番ノば、（６）式の信
りＳ’ｌ　（ｔ、Ｌ）を得る。すなわち、　ｘ １・ｙ ・　・　・　・　（６） これをサンプリング定理を病たず間１へλ、４、Δｔ＝
１／ｆでＮ点ザンプリングすると、ｔ＝にＩｆ　（ｋ＝
０．１．２．　・−・・Ｉｆ−１）より、（７）式が成
立する。ずなゎｊノ、＋、ｙ ・　・　・　・　・　（７） ここで、ｋ＝Ｑ、１．２．・・・、ｌ１ｌＬ＝０．　１
．　２．　・・・、Ｎ−１である。

さらに、第３図のように、×　（０〜１．ｘ）および、
ｙ　（０〜Ｌｙ）をＮ分；（；す”４ろごとにより、対
象を１ζ）を軟化すれば、 ｘ＝ｎ＋Ｌｘ　／Ｎ、、ｍ−０，１，・・　Ｎ　１ｙ＝
ｎＬｙ　／Ｎ、、ｎ＝０．１．　・・・Ｎ−１・・　（
８） を用いて（９）式のようにあられされろ。

但し、 ｋ＝ｏ、１．２．　・・・、Ｎ−１ Ｌ＝０．１，２．　・・・、Ｎ−１ ・・・　（１０） なお、一般的にはＮは１２８または２５６程度の数をも
ちいるのが普通である。

さて、もう一つのレファレンス信号ｒ２（Ｌ）として、
ｒｌ（Ｌ）と同じ周波数を持し、位相が９０°遅れた信
号を用いる。

すなわち、 ｒ２　（ｔ）＝ＣＯ３（２ｒｌｆ　’　を十〇−ＩＩ　
／　２　）＝Ｓ　ＩＮ　（２１’ｌ　ｒ　’−＋−０）
　・・・　（１１）（３）式で表される核磁気共鳴信号
Ｓ（ｔ、Ｌ）に対して、ｒ２（＋、）でミキソンクをｉ
Ｊい１．！−バスフィルタを通し、さらに△Ｌ−１／　
ｌ”ｉｒ　Ｎ点→」ンプリングを行うと、＋ｉｉｉ述の
、ｌｌ算さ同Ｌ’、’　、Ｉ：、−）にして、　（１２
）ｊ：Ｃで表されるＳ２　（ｋ、ｌ、）を１１１ン〕。

・・・　（１２） を作る。

ｓ　（ｋ、Ｌ）　−３１（ｋ、Ｌ）　ｘ　ｊ　＋Ｓ２　
（ｋ、Ｌ）　・・・　（１３） すると、ｓ　（ｋ、、１．、）は（１４）弐〇表されろ
。

・　・　・　（１４） 但し、ｋ＝ｏ、ｉ　・・　・、Ｎ−１ Ｌ＝Ｏ，ｉ　・　・　・、Ｎ−１ ・　・　・　（１５） 以上のｓ　（ｋ　、１．）を得る手続きを第４図に示す
。

さて、離散フーリエ変換の周期性より、対象ρ（ｒｒｌ
、ｎ）は、０５ｍ＜Ｎ、０≦ｎ　＜　Ｎ以外でば、ｍ、
ｎに関し、それぞれＮの周期を持つとしてよい。

ここで、同じ（、ｒｎ、ｎに関して周期Ｎを持つ関数ρ
′　（ｒｎ、ｎ）を（■６）式で定義する。

・　・　・　（ｌ　６） すると、ｓ　（ｋ、Ｌ）は１次のように変形−（きる。

（Ｌ−−）　−０）ｊ） Ｅｘｐ　（−１１ｎｊ）Ｅｘｐ　（−ｊＯ））Ｘ＝Ｎ２
ＤＩ；ｌ’、Ｎ　Ｉｌｔ　’　（ｍ、ｎ）　ｘＥｘｐ　
（−１１ｎ　ｊ）　Ｆ、Ｘ［ｌ　（ｊ　Ｄ）　１いての
Ｎ点の８１１敗二次元フーリコー変換を表し、１）ｉｔ
’ｓ　（ｋ　（ｋ、Ｌ）　）は、ｍおよび［１につい′
（のＮ点の離散二次元逆フーリエ変換をＡＩ、ずものと
ｙる。

（１７）式より、次式を得る。

ＤＮ、Ｎ　ｆｓ　（ｋ、Ｌ））　＝Ｎ２ｐ　’　（ｍ、
ｎ）ｘＥｘｐ　（−ｎｎｊ）ＥＸＩ）（ｊθ）・・・　
（１８） （■８）式の絶対値をとれば、次式をｆ４ｊる。

ＩＤＮμｆｓ　（ｋ、Ｌ）　ｌ　ｌ ・・・　（１９） （１９）式で得られる像を第５図に示す。

ｍ、ｎは周期Ｎをもつもので、 ｍ’＝ｒｎ＋　− ・・・　（２０） ｎ””ｒｌ＋□ として、第５図を変換すれば、第３図の密度分布を持つ
対象の像が１縁られる。

第６図は上述したＮ　Ｍ　ＲｙＢ漸撮影装置を実現して
、２組のＮ行Ｎ列の核磁気共鳴信号を取り出してこれを
コンピュータに取り込むための回路ブロック図を示して
いる。

ずなわち、９０’ＲＦパルス発仕回路２０が基準クロッ
ク発生回路１０により頼ス動され、９０゜ＲＦパルスを
発生し、ＲＦ増幅器３０を介し一〇、送受切り替え回路
４０に入り、送受切り替え回路４０ばそれに連結された
Ｒ　Ｆ二フィル５０に００”ＲＦパルスをおくる。

磁界グラジェントＧｚと前記（１）式でＬ　＝　＋）と
したときのＧｙ（Ｌ）が加えられ、さらにＧｙが加えら
れることに基すいて、核磁気共鳴信号か１行求められ、
前記送受切り替え回路４０　、＋’＋ｉ＋ｉｉ・Ｗ゛増
幅器６０を介し−ｉ１’　２　ｉＪＩのミキサー回路７
０に人力する。

一方、前記基準クロック発η゛回路１０からのノ、ｌ、
準クロックはレファランス信号回路８０に入り、ここで
互いに９０°位相の異なる２つのシファフンス信号が発
生ずる。この２つの（１１号は、にの１）の前記ミキサ
ー回路７０に人力しミキサー回路７０からの出力は１寸
個のサンプリング点を含むアナログ信号としてローパス
フィルタ（）０に入力し、Ａ／Ｄ回路１００の出力は第
１行のデータとしてコンピュータ１１０に人力する。

上記と同様の操作を行うことにより、２組のし−】、２
・・・１″−Ｊ−１行のデータがコンピュータ１１０に
入力する。

コンピュータ１１０は２組のＮ個のサンプリング点から
なるＮ行のデータに基づいて、」−述の二次光フーリエ
変換を行い、第３図で図示したρ（ｘ＋ｙ）の分布密度
をもった所望の映像を別設の再生装置に現出する。

また、上述の実施例では、得るべき画素としてＮＸＨの
ように正方形の映像について、説明したが、実際の被検
体の検査するべき映像ば長方形のものもある。したがっ
て、−走査中に含まれるデータの個数は上記Ｎに限定さ
れず、一般的にはＮ′とし“ζ取り扱うことができる。

（へ）効果 この発明に係るＮ　Ｍ　Ｒ断層像撮影装置はｎＩＹツ面
のＸ方向を周波数変調し、Ｙ方向を位相変調して核磁気
共鳴信号を得る装置であって、Ｙ方向に対してば所定の
関係で定まる磁界クラジエンｌ−Ｇ　ｙを加え、また、
Ｈ−、いに９０°位相の５’４！、　’／、；・に）２
つのレファランス信号でミキシングする、二とよって、
２組のそれぞれＮ　１１７．１のサンプリング点よりな
るＮ行の核磁気共鳴信号を同時に取り込み、この（Ｉｉ
号に対し、２次元フーリエ変換を１」っでいるから、（
ｉＬ来のＮＭＲ断層像撮影装ｊｊＩ４：に比・＼、Ｓ／
Ｎを低下させることなく、信号採取時間を１−うｊに’
ｐ、ｊ紬゛ζきる。

【図面の簡単な説明】

第１図は体軸方向をＺ方向、糸υ（方向をＹ方向、横方
向をＸ方向とした場合の被検体とそのｌすｔ）τ・）像
の位置関係を表す説明図、第２１′；！目４１本光明ご
あるＮＭＲ断層（象１最影装置におけるＱ　ｙクシ−／
上ン１のＹ方向分布をあられず説明図、第；）図は破４
１ミ体の断面のうらで撮影゛ｙへきり・１゛′ρ（１，
、ｌ　ｌス１“（はづ１］形）を表した説明図、第４図
は採取−１イ）核磁気共鳴信号の処理手順を説明するだ
めの図、第５図はＩ）：ｊ記（１８）式の値を絶対値で
１１、小し７１図、第（３図は上述したＮＭＲ断層像撮
影装置を実現３′ろために２組のＮ行の核磁気共鳴信号
を取り出し、これをコンピュータに取り込むための回路
のフ゛口・ノクレ１をそれぞれ示している。 特許出１１’Ｉ人　株式会社　島津製作所代理人　弁理
士　大　西　孝　治

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）被検体のＸ方向に磁界グラジエン）Ｇｘを加える
   ことにより、被検体に与えた一定周波数の高周波を周波
   数変調し、一方、前記Ｙ方向に磁界グラジエンＩ−Ｇ　
   ｙを加えることにより前記高周波を位相変調することに
   基づいて被検体の断層面を得るＮＭＲ断層像撮影装置に
   おいて、Ｙ方向に対しては所定の関係で定まる磁界グラ
   ジェントｃｙを加え、かつ、互いに９０°位相の異なる
   ２つのレファランス信号を用いることによって、それぞ
   れＮ“個のサンプリング点よりなるＮ行の核磁気共鳴信
   号を２組同時に採り込み、この−組を実部、信組を虚部
   とたＮＸＮ“の複素行列データをつくり、これをコンピ
   ュータで二次元フーリエ変換を行うことによりＮＸＮ“
   の画素からなる断面像を得ることを特徴とするＮＭＲ断
   ｆｍり撮影装置。