JPS61258153A

JPS61258153A - 核磁気共鳴検査装置

Info

Publication number: JPS61258153A
Application number: JP60100041A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Koizumi; 英明小泉; Ryusaburo Takeda; 武田　隆三郎
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-05-10
Filing date: 1985-05-10
Publication date: 1986-11-15

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（ＮＭＲ）現象を利用した核磁気
共鳴検査装置に関する。本装置は、人体内部を非侵襲的
に映像化（イメージング）シ、腫瘍などの病変部の診断
に供するのに適しているものである。

〔発明の背景〕

ＮＭＲイメージングの手法には、極座標系を用いる投影
再構成法と、直交座標系を用いる二次元フーリエ法があ
る。後述するように、二次元７一リエ法２位相変化を利
用した血流測定法などでは傾斜磁場によシ位相をエンコ
ードする必要がある。

従来の方法では、位相を精密にエンコードする為に、位
相エンコード量を数ｌＯ〜数１００点についてあらかじ
め実測し、それぞれの位相エンコード′ｊｔを調整によ
シ設定する方法を採ってきた。

しかし高い画質を得る為に、より精密な位相エンコード
が必要となシ、また、高精度の流速測定に於いても精密
な位相エンコードが必要となってきた。

〔発明の目的〕

本発明では、位相エンコードに於ける誤差労金自動的に
相殺する補償パルスを導入することにより、はん雑な装
置関数の補正や調整無しに、極めて精密な位相エンコー
ドを可能にしたものである。

本発明によシ、装置の調整が容易になるとともに、高い
画質の映像が得られる。また、血流の測定に応用する場
合に本高い精度が得られる。

〔発明の概要〕

本発明の特徴は位相を変化させる傾斜磁場パルスを二つ
に分割して印加するようにした点にある。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明の一実施例の核磁気共鳴検査装が、ここ
では、常電導形全例に示す。常電導形としては、高い磁
場均一度を得る為、通常、空芯の電磁石が用いられる。

本実施例では、磁束密度０．１５Ｔ（テス、７）、磁場
の均一度は、約５０Ｆ／　３０　ｃｍ　ｄｓｖ　（球）
である。電流は静磁場電源２から供給される。被検者は
患者用テーブル５に横たわり、空芯磁石の中心部へ送り
込まれる。静磁場には空間位置情報を取得するための傾
斜磁場が重じようされる。ＮＭＲ現象を発生させる高周
波は送信器７から照射コイル３に送られる。被検者ある
いは検査対象物質から発生するＮＭＲ信号は受信コイル
４によって検知され、受信器８へ送られる。ＮＭＲ現象
では、ＮＭＲ信号の位相情報も重要な為、受信器ゲート
信号１２を介して、送受信器に於ける位相関係が正確に
同期化されている。

傾斜磁場電源９はＸ、Ｙ、Ｚの３軸方向の傾斜磁場を独
立に発生させる為、３チヤンネルの定電流電源から成る
。傾斜磁場はパルス状で印加されるので高速応答が要求
される。パルスの発生は、傾斜磁場制御部２０によって
制御される。

システムの操作は操作卓１０を用いて行なわれる。操作
車には各種のキーの他、２つのＣＲＴが装備されている
。一つは、対話方式によシ各種パラメータを設定したり
、システム全体の運転を行う為に用いられる。もう一つ
は得られた映倫を表示する為のものである。

全体システムの制御並びに像構成の為の高速演算につい
てはコンピュータ２１がこれらを行う。

コンピュータ２１と各制御系とのやシとシはバス１７を
介してなされる。各種パルスシーケンスの制御はシーケ
ンス制御部１６によって行われるが、中心となるシーケ
ンスは高周波パルスと傾斜磁場パルスの組合せにかかわ
るものである。

ＮＭＲ現象を用いた映像法の基本を第２図及び第３図に
よって説明する。

第２図はＮＭＲ検査装置の測定部断面を示す。

第２図中の電磁石は４個の静磁場コイル１から構成され
、内側に傾斜磁場コイル２、照射コイル３、受信コイル
４が設置される。静磁場の方向６は、図中に示しである
が、通常、静磁場の方向を２軸と定める。傾斜磁４につ
いては、Ｘ、Ｙ、Ｚの３方向に互いに完全に独立な傾斜
を印加することが必要であシ、ｘ、ｙ、ｚ用の３種類の
コイルが設置されている。

第３図は、パルスのシーケンスの一例を示す。

上から、高周波１、即ち、照射コイルから被検者に照射
される高周波電力のパルス波形を示す。信号２は、受信
コイルによシ検出された起電力を増幅したものである。

Ｚ方向の傾斜磁場３は静磁場の方向に印加される傾斜磁
場である。Ｙ方向の傾斜磁場４はＹ軸方向に位相をエン
コードする。Ｘ方向の傾斜磁場５はＸ方向の座標と周波
数を一対一で対応させる為のものであシ、一般的には、
スピンエコーの発生に使われるので、読み出し用傾斜磁
場と解釈されることもある。時間軸６はその上のすべて
のパルスシーケンスについての時間の関係を明らかにし
ている。

次に、これらの各種パルスの役割をもう少し詳細に説明
し、二次元フーリエ法と呼ばれる像構成法の原理を述べ
る。

第３図の例では、高周波パルスの波形にジンク函数を用
いている。ジンク函数をフーリエ変換すると、矩形波形
となる。即ち、時間空間に於けるジンク函数は、周波数
空間に於ける矩形波となるので、ある限定された区間の
周波数のみを持つ。

第３図で、９０°パルス８（核スピンを９０＠倒すパル
ス）と同時にＺ方向の傾斜磁場２について・傾斜磁場パ
ルス１０が印加される。Ｎ　Ｍ　Ｒ現象に於ける共鳴条
件は次式で表されるので、Ｚ方向の特定の断層面のみが
選択的に励起される。

ωｏ　＝　ｒ　（Ｈｏ　＋Ｈａ　（Ｚ）　）　　　””
（１）ここで、ω０は共鳴点に於ける角速度、ｒは磁気
回転比、Ｈｏは静磁場の磁束密度、Ｈａ（Ｚ）は位置２
に於ける傾斜磁場の磁束密度である。

通常の核磁気共鳴検査装置では、断層面の厚さが１〜２
０ｍ＋の範囲で選択照射の周波数が設定される。本実施
例では、９０°パルス７のあとに１８０°パルス８を印
加して、スピンｌ”ｌ−８号９を得ている（オリジナル
な２次元フーリエ法では、傾斜磁場によシスビンエコー
を発生させてお、！＋、１８０°パルスを使用していな
い）。

スピンエコーのテクニックは、不均一磁場によシ見かけ
上の横緩和時間で急速に分散する位相を一定時間後に再
びそろえるテクニックである。傾斜磁場も一種の不均一
磁場であり、位相のそろった信号を得る為には傾斜線４
Ｊｔ−反転させるかあるいは傾斜ａ４と同時に１８０°
パルスを印加する必要がある。実際に傾斜磁場を立ち上
げる際に、立ち上シ及び立ち下９時間は有限である。実
際には１ｍｓ程度が必要である。従って、この過渡的な
期間に位相が乱れる。これを補償する為に、傾斜磁場パ
ルス１０のあとに、補償用パルス１１を印加することで
、立ち上り、立ち下りが相殺され、見かけ上完全なく形
波が印加された場合と等価にできる。

次に位相エンコードについて述べる。

ＮＭＲ現象に於ける核スピンの挙動の基本的性質として
、１．磁気モーメントの方向、２．磁気モーメントの大
きさ、３゜磁気モーメントの数、４、磁気モーメントの
せつ動周波数、５．磁気モーメントのせつ動の位相があ
る。これら個々のパラメータの統計的結果として巨視的
な磁化の振るまいが記述できる。特に周波数と位相は独
立のパラメータであり、位相をエンコードすることによ
夕空間座標との対応づけが得られる。

位相をエンコードする傾斜磁場は、第３図のＹ方向の傾
斜磁場４である。位相エンコード量はエンコード用傾斜
磁場パルス１４の積分値で決まるので、パルスの振幅を
変えるか、パルス幅を変えるかすれば喪い。第３図では
、振幅を変えている。

立ち上シ立下シ補償パルス１３については後で詳述する
。

９０°パルス７で励起され、コヒレントな歳差運動をす
るスピンにＸ方向の傾斜磁場パルス１５を印加すると、
Ｘ方向に対して、歳差運動の周波数が線凰に変化する。

１８０°パルス８のあとで、同じＸ方向の傾斜磁場パル
ス１６を与えることで、スピンエコー信号９′ｊｋ発生
させることができる。

Ｘ座標と、共鳴周波数が線型な関係にあるので、スピン
エコー信号９゛を、フーリエ変換することによシ、Ｘ座
標に関する信号強度の関係を得ることができる。これを
位相エンコード方向（Ｙ軸）について、再びフーリエ変
換すると、こんどは、Ｘ座標に関する信号強度の関係が
得られる。こうして、ｘ−ｙ平面について信号の分布が
得られるので、信号強度を、ＣＲＴ上に表示することに
より、断層像が得られる。

次に本発明の中心となる部分を説明する。

第４図は、傾斜磁場パルスのパルス＠を変化させて位相
をエンコー、ドする方法の従来例を示すものである。傾
斜磁場は、通常０．１〜０．５　Ｇ　７ｃｍである。Ｗ
ＡＲ的には、異時に電流及び傾斜磁場が立ち上シ、かつ
立ち下れば良いが、実際にはりアクタンスによって、有
限時間を持つ。傾斜磁場コイルには数１０ＯＡの１１Ｌ
流が流されるが、回路及びコイル系金改曳して、約１　
ｍ　ｓの応答速度が得られる。しかし、精密な位相エン
コーデイングには、ｌ　ｍ　ｓ程度の時間に於ける過渡
特性も大きな影響を与える。第４図（Ａ）により説明す
るとエンコーディングパルス印加開始点２から過渡的経
過をへて一度平衡点に達し、エンコーディングパルス印
加終了点３の後、立ち上シとは異った過渡的経過を経て
ゼロに復帰する。従って、パルスの印加時間を等差数列
的に増大させ、位相エンコード量を線型に増大させよう
としても、最初の１１時間にエンコードされた量がオフ
セットとなシネ可能である。位相エンコード′ｔを線型
に増大させるためには、第４図ＣＢ）のように、時間１
．．１雪。

ｊｓｅ、非線型に変えてやらねばならない。しかも、ｔ
ｌできまるオフセット量で、最小エンコーディング量が
決まってしまい、それよシも小さなステップによる位相
エンコードが不可能となる。

本発明では、第５図に示すように１逆極性のパルスをあ
らかじめ印加する。逆極性のパルスによシスピンは、逆
方向に位相がシフトする。しかもシフトの量は、逆極性
パルスの積分値だけで決まる。逆極性のパルスは、補償
パルス電流印加開始点４から、補償パルス電流平衡点６
に達した直後点５において切断され、過渡的経過をへて
ゼロに戻るものを使用する。次に、極性のみを逆転した
パルスを印加すると、−変通方向へ位相がシフトされて
いたスピンは、正方向へ戻され、見かけ上、補償パルス
印加前の初期状態に戻る。即ち、補償パルスをあらかじ
め印加することによシ、エンコーディングパルスｔｔｏ
だけ印加した状態で、実質的な位相エンコード量を、ゼ
ロにすることができる。なお、７はエンコーディングパ
ルスの平衡点を示す。従って、エンコーディングパルス
全等差数列的に”Ｏｐ　　Ｆｖ　　ｔ２＊　　ｔ９・・
・・・・と印加することによシ、線型に位相エンコーデ
ィングを行うことができる。

第６図は、振幅を変化させて位相をエンコーディングす
る場合の従来例を示した。この場合は、第４図に示した
パルス幅を変えてエンコーディングする場合と異シ、立
ち上りの過渡特性のためにエンコード量の最小単位が制
限されることは起こらない。しかし、第６図（Ａ）のよ
うに振幅を、等差数列的にａｌ　＋　　ａＳ　＊　ａＳ
と変化させても、過渡特性のために、位相の二ンコーデ
ィング量を線型に変化させることができない。実際には
、第６図（Ｂ）のように、振幅をａＩ　＋　　ａＩ　＊
　　ａＳ・・・・・・と非線型に変化させることによっ
てはじめて、線型に位相エンコード量を変化させること
ができる。

ａｔ　Ｔ　ａｌ　１　ａＳ・・・・・・を非線型に変化
させる為にあらかじめ、位相エンコーディング量を実測
し、調整によって、ａＩ　ｔ　”Ｚ　＋　ａＳ・・・・
・・のパラメータを設定しなければならない。しかも、
傾斜磁場コイルの特性によって過渡特性が異るので、Ｘ
。

Ｙ、Ｚ方向について、それぞれ、位相エンコードが必要
な場合には、それぞれについて実測と調整が必要である
。

本発明の場合には、第７図に示すように、補償パルスを
、逆極性で印加することによシ、振幅ａｌ　、ａ言、ａ
ｌ・・・・・・を線型に変化させ、これＫよシ線型な位
相エンコーディングを行える。

第７図の逆特性パルスの斜線部は、位相エンコーディン
グパルスの斜線部と相殺し合い、スピンに対し結果的に
位相シフトラ生じさせない。実際に位相シフトを生じさ
せるのは、位相エンコーディングパルスの斜線をほどこ
さない部分である。

以上、述べた手法を、実際に適用すると精密な位相エン
コーディングが容易に実施でき、優れた画質の映像を得
ることができる。

なお、第８図は本発明の位相エンコーディングの方式の
いくつかの例を示す。

１８０°パルス３を境に、傾斜磁場の極性とスピンの位
相シフトとの関係は逆転するために、補償パルス４が、
１８００パルスをはさんで印加される場合には、位相エ
ンコーディングパルス５と、同一の極性で印加する。ま
た、補償パルス４は、位相エンコーディングパルスの後
に印加しても同じ効果が得られる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、はん雑な装置関数の補正や調整なしに
精密な位相エンコードが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の核磁気共鳴検査装置のブロ
ック図、第２図は第１図の測定部の概念図、第３図は本
発明の一実施例としてのパルスシーケンスを示す図、第
４図は従来の位相エンコードのし方を説明する図、第５
図は本発明にもとづく一例としての位相エンコードのし
方を説明する図、第６図は従来のもう一つの位相エンコ
ードのし方を説明する図、第７図は本発明にもとづくも
う一つの例としての位相エンコードのし方を説明する図
、第８図は本発明にもとづく位相エンコードのいくつか
の方式を示す図である。第１図１・・・磁石、２・・・静磁場電源、３・・・照射コイ
ル、４・・・受信コイル、５・・・患者用テーブル、６
・・・傾斜磁場コイルへ、７・・・送信器、８・・・受
信器、９・・・傾斜磁場電源、１０・・・操作卓、１１
・・・振幅データ、１２・・・受信器ゲート信号、１３
・・・Ｒ，Ｆ振幅制御部、１４・・・ＲＦ時間制御部、
１５・・・データ取込部、１６・・・シーケンス制Ｎ、
１７・・・バス、１８・・・操作卓制御部、１９・・・
ＣＲＴ制御部、２０・・・傾斜磁場制御部、２１・・・
コンピュータ第２図１・・・静磁場コイル、２・・・傾斜磁場コイル、３・
・・照射コイル、４・・・受信フィル、５・・・被検者
、６・・・静磁場の方向、７・・・受信器へ、訃・・送
信器へ、９・・・傾斜磁場電源へ（Ｘ、Ｙ、Ｚ３チャン
ネル）、１０・・・静磁場電源へ第３図１・・・高周波、２・・・信号、３・・・傾斜磁場Ｚ（
断層選択）、４・・・傾斜磁−ＩＹ（位相エンコード）
、５・・・傾斜磁場Ｘ（読み出し）、６・・・時間軸、
７０・・・９０°パルス、８・・１１８０°ノくバス、
９・・・スピンエコー信号、１０・・・傾斜磁場パルス
、１１・・・補償用パルス、１２・・・傾斜磁場ノくバ
ス、１３・・・立上り立下り補償パルス、１４・・・位
相エンコードノくバス、１５・・・Ｘ方向傾斜磁場パル
ス、１６・・・Ｘ方向傾斜磁場パルス第４図１・・・時間軸、２・・・エンコープイングツくルス′
ｔＬ流印加開始、３・・・エンコープイングツくバス電
流印加終了、４・・・エンコープイングツくバス電流の
波形第５図１・・・時間軸、２・・・エンコーディングパルス電流
印加開始、３・・・エンコーディングパルス電流印加終
了、４・・・補償パルス電流印加開始、５・・・補償パ
ルス電流印加終了、６・・・補償パルス電流平衡点、７
・・・エンコーデイングパルス電流平衡点第６図１・・・時間軸、２・・・エンコーディングパルス電流
印加開始、３・・・エンコーデイングパルス電流印加終
了、４・・・二ンコーディングパルス電流の波形第７図１・・・時間軸、２・・・エンコーディングパルス電流
印加開始、３・・・エンコーディングパルス電流印加終
了、４・・・補償パルス電流印加開始、５・・・補償パ
ルス電流印加終了、６・・・補償パルス電流平衡点、７
・・・エンコーディングパルス電流平衡点第８図１・・・時ｆｌＪ１軸、２・・・９０’パルス、３・・
・１８０°パルス、４…補償ハルス、５・φ・位相エン
コープイングバルス。ム　１　ｚも　　３　口 ”ｍ５第　４１２１為　５　口策　０２

Claims

【特許請求の範囲】１、フーリエ変換を用いた核磁気共鳴検査装置において
、位相を変化させる傾斜磁場パルスを、二つに分割して
印加することを特徴とする核磁気共鳴検査装置。２、前記位相を変化させる傾斜磁場パルスを、９０°パ
ルスと１８０°パルスの間で互いに逆極性で印加するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の核磁気共
鳴検査装置。３、前記位相を変化させる傾斜磁場パルスを、１８０°
パルスをはさんで互いに同一な極性で印加することを特
徴とする特許請求の範囲第１項に記載の核磁気共鳴検査
装置。４、前記位相を変化させる傾斜磁場パルスを、１８０°
パルスのあとに、互いに逆極性で印加することを特徴と
する特許請求の範囲第１項に記載の核磁気共鳴検査装置
。５、前記両方の傾斜磁場パルスの振巾を同期させて変え
ることにより、位相のエンコーデイングを行うことを特
徴とする特許請求の範囲第１項に記載の核磁気共鳴検査
装置。６、前記傾斜磁場パルスの波高値を等差数列的に変化さ
せることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の核
磁気共鳴検査装置。