JPS63105751A - 勾配磁場応答補正方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、核磁気共鳴断層撮影装置に印加する勾配磁場
により生ずる渦電流の影響を除去するため、渦電流によ
る勾配磁場応答を測定して勾配磁場の減少量を補正する
勾配磁場応答補正方法に関する。

（従来の技＃４） 核磁気共鳴（以下ＮＭＲという）現象を用いて特定原子
核に注目した被検体の断層像を１７るＮＭＲ−ＣＴは従
来から知られている。このＮＭＲ−ＣＴの原理のＭ要を
簡単に説明する。

原子核は磁気を帯びた回転している独楽と見ることがで
きるが、それを例えばＺ軸方向の静磁場Ｈｏの中におく
と、前記の原子核は次式で示す角速麿ω０で歳差運動を
する。これをラモアの歳差運動という。

ω０＝γ（−１０但し、γ：核磁気回転化今、静磁場の
あるｌ軸に垂直な軸、例えばＸ軸に高周波コイルを配置
し、×ｙ面内で回転する前記の角周波数ω０の高周波回
転磁場を印加すると磁気共鳴が起り、静磁場トｌ　ｏの
もとでゼーマン分裂をしていた原子核の集団は共鳴条件
を満足する高周波！ｉ場によって単位間の遷移を生じ、
エネルギ−準位の高い方の単位に遷移する。ここで、核
磁気回転比γは原子核の種類によって異なるので共鳴周
波数によって当該原子核を特定することができる。更に
その共鳴の強さを測定すれば、その原子核の存在量を知
ることができる。共鳴後緩和時間と呼ばれる時定数で定
まる時間の間に高い単位へ励起された原子核は低い準位
へ戻ってエネルギーの放射を行う。

このＮＭＲの現像の観測方法の中パルス法について第３
図を参照しながら説明する。

前ウホのように共鳴条ｆ［を満足する高周波パルス（Ｈ
＋）を静磁場（２軸）に垂直なく×軸）方向に印加する
と、第３図（イ）に示すように磁化ベクトルＭは回転座
標系でω′−γＦ−１１の角周波数でｚｙ面内で回転を
始める。今パルス幅をｔＤとでるとＨｏからの回転角θ
は次式で表わされる。

θ−γＨ１ｊｏ　　　　　　　　　　　・・・（１）（
１）式においてθ−９０°となるようなｔｏをもつパル
スを９０”パルスと呼ぶ。この９０”パルス直後では磁
化ベクトルＭは第３図（ロ）のようにｘｙ面をω０で回
転していることになり、例えばｙ軸においたコイルに誘
導起電力を生じる。しかし、この信号は時間と共に減衰
していくので、この信号を自由誘導減衰信号（ＦＩＤ信
号）と呼ぶ、ＦＩＤ信号をフーリエ変換すれば周波数領
域での信号が得られる。次に第３図（ハ）に示すように
９０°パルスからτ時間後θ−１８０°になるようなパ
ルス幅の第２のパルス（１８０°パルス）を加えるとば
らばらになっていた磁気モーメントがτ時間後−ｙ方向
で再び焦点を合せて信号が観測される。この信号をスピ
ンエコー（ＳＥ倍信号と呼んでいる。このＳＥ倍信号強
度を測定して所望の像を得ることができる。ＮＭＲの共
鳴条件は シーγＨｏ／２π で与えられる。ここで、νは共鳴周波数、Ｈｏは静磁場
の強さである。従って共鳴周波数は磁場の強さに比例す
ることが分る。このため静磁場に線形の磁場勾配を重畳
させて、位置によって異なる強さの磁場を与え、共鳴周
波数を変化さけて位冒情報を１ｑるＮＭＲイメージング
の方法がある。この内フーリエ変換法について説明する
。この手法に用いる高周波ｔｏ場及び勾配磁場印加のパ
ルスシーケンスを第４図に示す。（イ）図において、Ｘ
。

ｙ、ｚ軸に夫々ＧＸ　、Ｇｙ　、Ｇｚの勾配ｍｇＡを与
え、高周波ｔ４ｉ場をｙ軸に印加する状態を示している
。（ロ）図は夫々の磁場を印加するタイミングを示す図
である。図においてＲＦは高周波の回転磁場で９０°パ
ルスと１８０°パルスをｙ軸に印加する。Ｑｘはｙ軸に
印加する固定の勾配磁場、Ｇｙはｙ軸に印加づる時間に
よって撮幅を変化させる勾配磁場、Ｑｚはｚ軸に印加す
る固定の勾配磁場である。信号は９０”パルス後のＦＩ
Ｄ信号と１８０°パルス後のＳＥ倍信号示している。期
間は各軸に与える勾配磁場の信号の時期を示すために設
けである。期間１において９０”パルスと勾配磁場Ｇｚ
＋によってｚ−Ｑを中心とするｚ軸に垂直な断Ｆ２１　
撤影におけるスライス面内のスピンが選択的に励起され
る。期間２のＱｘ＋はスピンの位相を乱れさせて１８０
°パルスで反転させるだめのもので、ディフェーズ勾配
と呼ばれる。Ｇ２−はＧｚ＋によって乱れたスピンの位
相を元に戻すためのものである。期間２ではＱｙｎも印
加する。これはｙ方向の位置に比例してスピンの位相を
ずらしてやるためのもので、その強度は毎周期異なるよ
うに制御される。期間３において１８００パルスを与え
て再び磁気モーメントを揃え、その後に現われるＳＥ倍
信号観察する。１す］間４のＧＸ＋は乱れた位相を揃え
、ＳＥ倍信号生じさせるための勾配ＩＪｆｌでリフェー
ズ勾配といい、リフェーズ勾配とディン１−ズ勾配の面
積が等しくなったところにＳＥ倍信号現われる。

このＮＭＲ−ＣＴにおいて、静磁場が大きいとＳＮ比が
向上するので超電導磁石を使用する場合が増える傾向に
あるが、ここで、渦電流の問題が発生した。即ち、勾配
！ｉ場を印加すると、静ｒａ場用磁石の導体及び冷却用
のヘリウム槽の容器等に勾配磁場による渦電流が発生し
、この渦電流によって生ずる磁束により勾配磁場が打消
されて弱くなるという現９を生ずる。これは超電導磁石
の導体及びヘリウム槽の容器が超低温に冷却されている
ため抵抗値が極めて小さく０又はＯに近い値になってい
て、大きな渦電流を長い時定数で流すために特に問題に
なったものである。又、渦電流はヘリウム槽の外部にあ
るクライオスタットのステンレス材等によるものもあり
、これは常温なので抵抗値が大きく時定数は短いが前記
の渦電流に加わって影響を及ぼす。又、渦電流は周波数
の高い場合に影響が太き（、従うて立上りの急峻な波形
に対して立上りを鈍らせ、良好なＮＭＲ像を得ることを
妨げている。

（発明が解決しようとする問題点） 以上のような渦？′Ｈ流の影響を補償する必要、Ｌから
渦電流による影響の霜を次の方法で測定して補償してい
た。

（１）サーチコイルによる直接測定 勾配磁場を印加し、その近傍にサーチコイルをおいて波
形を観察する。実際には得る波形は微分波形なので積分
して観察するが、この測定法はＳＮ比が悪（、又、測定
精度が悪い。

（２）ＦＩＤ信号のステップ勾配ｖＡ場に対する応答特
性を測定し、勾配磁場の伝）！関数を計算する渦電流が
あるとＦＩＤ信号の波形が第５図に示すように標準状態
では指数関数曲線で振幅が減少するが、渦電流の存在に
よって時定数が長くなり波形が指数関数曲線でなくなる
。この曲線のずれの聞で勾配磁場の伝達関数を計算する
のであるが、この測定法は静磁場が不均一な場合その影
響を受けるので、静磁場が不均一による擾乱か、渦電流
によるものかの区別がしにくい。従って、補正の必要が
あり、勾配磁場の無いときの状態を予め測っておくとか
、多数回の測定によって平均化してこの影響を除去しな
ければならないので時間が掛かる。又、位相歪の影響ち
あり、ＦＥＤ信号の減衰曲線が急峻なこともあって良好
な測定精度が得られない。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、その目的は
、渦電流による勾配磁場の応答を正確に測定し、それを
補償して高品質の画質を得ることのできる勾配磁場応答
補正方法を得るにある。

（問題点を解決するための手段） 前記した問題点を解決する本発明は、核磁気共鳴断層撮
影装置に印加する勾配Ｉａ場により止する渦電流の影響
を除去するため、渦電流による勾配磁場応答を測定して
勾配磁場の減少量を補正する勾配１ｉｆｌ場応答補正方
法において、１８０’パルスによるＳＥ倍信号パルスシ
ーケンスを用いて、ディフ１−ズ勾配１ｉｔｉ場の印加
時Ｊｆｉと１８０゛パルスの印加時期との時間間隔の変
化に対するＳＥ倍信号発生時期と９０°パルス起点のＴ
Ｅ点との時間間隔の変化の関係から、渦？ｌ流による勾
配磁場応答特性を求め、それに基づいて勾配磁場の渦電
流補償を行うことを特徴とするものである。

（作用） ディフェーズ勾配磁場の印加時点及び又は振幅を調整し
て、ＳＥ倍信号９０°パルスを起点とする時間Ｔｔ点に
発生せしめ、ディフェーズ勾配磁場の印加時期と１８０
°パルスの印加時期とめ時間間隔（δ）を次第に小さく
しながらＳＥ倍信号ＴＥ魚を離隔する吊（ε）を測定す
る。δとεとの関係から、過電流による勾配磁場応答特
性を求め、それに基づいて勾配ｖＡ場の過電流補償を行
う。

（実ｍＷ４） 以下、図面を参照して本発明の方法を詳細に説明する。

尚、本発明の方法を実施するＮＭＲ−ＣＴの構成は通常
のものでよい。

第１図は本発明の一実滴例の方法の説明図である。図に
おいて、勾配磁場の印加はＸ軸のみとし、他の２軸はオ
フにしである。１はＲＦ軸に印加する高周波の回転磁場
の９０’パルスで、ＦＩＤ信号２を受信コイル（図示せ
ず）に誘起させる。３はｘ軸に印加したスピンの位相を
乱れさけるディフェーズ勾配磁場信号で、そのパルス幅
はＴｏである。４はディフェーズパルス後、ＲＦ軸に印
加し、スピンを反転させる１８００パルス、５は１８０
”パルス４の後で位相を整えて５Ｅｆｆｉ号６を誘起さ
せるリフェーズ勾配磁場信号で、そのパルスの立上りと
ＳＥ信号６との間隔をＴＲとする。

Ｔε点７は９０”パルスと１８０°パルスとの時間間隔
Ｔε／２の２倍の時間間隔ＴＥにおける点である。δは
ディフェーズ勾配磁場信＠３の終端と１８０゛パルス４
どの時間間隔、εはＳＥ信号６とＴＥ点７どの時間間隔
、Ｇｏはディフェーズ勾配磁場信号３の振幅、ＧＲはリ
フェーズ勾配磁場信号５の１辰幅である。

次に、実施例の方法の原理及び方法の実施を説明づる。

マグネット中に適当な体積の水ファントムを置き、ディ
フェーズ勾配ｔａＭＡ信号３の印加時ｌ１ｌ（以下時間
軸上で位置という）をＳＥ倍信号中心が丁度ＴＥ点７に
来るように、即ちε＝０となるように初期設定をし、そ
のときのδをδ０．ディフェーズ勾配ｒａｊＪＡ信号３
の位置を図の点線３′の位ｎとする。初＋９１　Ｈ定の
調整はＧｏ又はＧＲを調′！Ｉｉすればよい。このとき Ｇｏ　−Ｔｏ　＝ＧＲ−ＴＲとなる。

次に他のパラメータは一切変えないで次第にδ−〇にし
ながらその都度εを測定すると勾配！ｉ場の渦電流によ
る変化分がεという進みになって観察される。この状態
を第２図に示す。図において、第１図と同じ部分には同
じ符号及び同じ記号を用いである。図に示すように、デ
ィフェーズ勾配磁場信号が鈍って実効面積が減少するた
めにＳＥ倍信号進んで図の位置に来ることになる。従っ
て、εの変化を読むことによりＴＲの変化が分り、渦電
流による勾配磁場への影響を知ることができる。

この感ａＳは　５＝Ｇｏ−Ｔｏ／ＧＲ・ΔＴＴ：表わさ
れる。

但し、ΔＴは読取り精度である。

例えば、Ｇｏ　＝　０　、５　Ｇ／　（Ｒ１，Ｔｏ−１
０ＲＩｓ。

ＧＲ−〇、０１Ｇ／ｃｍ、ΔＴ−０．１ｍｓとすれば Ｓ−０，５Ｘ０．０１１０．０１Ｘ１０’即ら、０，０
２％の高精度で勾配の応答特性を測ることができる。

このようにして、δを変化させてε・の変化量を測定づ
ると第６図のような関係が得られる。図において、縦軸
は対数目盛りで刻んだ軸上にε（ｎｓ）を、横軸にδ（
ａＳ）を取っである。実線はδを変化させてεをプロッ
トした曲線で、点線は実線の曲線を直線近似したもので
ある。過電流の時定数τは第６図の関係から次のように
して求められる。

ε軸上において、次式を満足させるように２点ａ。

ｂを選ぶと、 ｂ　＝ａ　／ｅ　　但し、ｅは自然対数の底２点ａ、ｂ
に対応するδ軸上の２点ｃ、ｄ間の長さδｌが求める時
定数τに相当する。

τ−δｒ　　　（ｆｆ１．ｓ）　　　　　　　　　　　
・・・（２）一方、ディフェーズ勾配磁場信号に対する
過電流の割合Ａは次のようにして求められる。

勾配及び過電流により発生する磁場による磁場ベクトル
の位相回転滑を求める。第７図で斜線を施した部分（Ｄ
＋〜Ｄ４）がディフェーズ勾配磁ＩＡ信号方向の位相（
ここではプラスの位相とする）を、Ｒ１−Ｒ３の部分が
リフェーズ勾配磁場信号の位相〈ここではマイナス方向
の位相とする）をりえる。過電流を△・Ｑｆとする。（
Ａニゲイン。

１２時定数） プラスの位相量の各々は次のように与えられる。

Ｄｌ　：Ｇｏ−Ｔ。

−６゜−Ａ−（−４＞−ｅ４（“°・°）。

−６Ｒ、Ａ、（−ｒ）　−（ｅ−÷守’）　−１゜マイ
ナスの位相量の各々は次のように与えられる。

−Ｇ・・Ａ・（−τ）・（・−１，、Ｗ−、）−８４）
−二、−十悴−・）−１゜ ＝Ｇｏ−Ａ・〈−τ）・ετ　（ｅ 以上から、１プラスの位相ｍ１−１マイナスの（。−＋
（譬−”−１） −ｒ・Ｇｏ　＊Ａａ　（ｅ−”−１）−ｒ・Ｇ＊　−八
という関係が成立つ。これから （Ｇｏ　’　Ｔｏ−Ｇ＊・（子））＋（２τ・Ｇ。

Ｏ よって、第６図で求めた直線近似において、δ−〇での
εの値εｌを用いることにより、割合へは次式で求まる
。

＋　ｒ　−Ｇ＊　、（８−＋（子−ε・）−１）］と求
まる。

このようにして、ディフェーズ勾配磁場に対する過電流
の初＋１１値の割合Ａと、減衰の時定数τが分かる。

時定数が複数個ある場合は折線近似し、各々１つずつ時
定数について計算すればよい。

（２）式、（３）式から求めたＮ個の時定数に基づくＮ
組の渦電流成分τｎ、Δｎ（ｎ−１〜Ｎ）を勾配を源の
補正回路定数として補正回路を構成すれば、入力に正確
に対応する勾配磁場が得られる。

ｒｎ　−Ｒｎ　−Ｑｎ　、△ｎ−ＲｎＡ／Ｒ。

・・・（４） 渦電流補償回路を付加した勾配！ｌｌ電電源増幅回路を
第８図に示す。図において、１１は抵抗Ｒｏ、オペアン
プ［０から成る勾装置１場電源の増幅回路、１２はコン
デンサＣ１・・・Ｃｎ、抵抗Ｒ１・・・Ｒｎから成る微
分回路を入力回路とし、ＲＩＡ・・・Ｒｎ＾のフィード
バック回路を有するオペアンプＥｌ・・・Ｅｎから成る
渦電流補償回路である。Ｒ１・・・Ｒｎは半固定の抵抗
で、Ｃ１・・・Ｑｎと共に（４）式の時定数で１・・・
ｒｎを満足させる微分回路を構成し、フィードバック抵
抗Ｒ１＾・・・ＲｎＡも半固定の抵抗で、（４）式を満
足するようにゲインを調整している。渦電流補償回路１
２の各増幅回路は渦電流発生源と同数設けてあって、各
発生源を補償する部品定数を選定している。増幅回路１
１と渦電流補償回路１２の出力は勾配磁場電源回路１３
に入力される。

以上説明したように、ディフェーズ勾配の印加時期を動
かして、ＳＥ倍信号移動■を測定することにより、高精
度で過電流による勾配磁場応答が測定でき、的確な補償
回路を構成して高品質の画像を得ることができるように
なった。尚、本発明は本実施例に限定されるものではな
い。例えば、δ−ε関係を直線近似して求めたが、最小
二乗法で算術的にｇ開して求めてもよい。又、補償回路
の形式もこの回路に限ることなく、同じ効果を生ずる回
路を適宜選ぶことが出来る。

（発明の効果） 以上＃細に説明したように、本発明によれば、渦電流に
よる勾配磁場の減少量及び時定数が高精度に測定できて
、それに基づいて！！場の減少はを完全に補正でき、高
品質の画像を１ｑることができるようになり、実用上の
効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の−・実施例の方法を説明図、第２図は
測定原理の説明図、第３図はＮＭＲ−ＣＴのパルス法の
原理の説明図、第４図はＮＭＲ−ＣＴの磁場のパルスシ
ーケンスを示す図、第５図はＦＩＤ信号の応答の測定の
説明図、第６図はδ−ε曲線図、第７図は渦電流の影響
の説明図、第８図は渦電流補償回路を付加した勾配磁場
電源回路の図である。 １・・・９０”パルス　　２・・・ＦＩＤ信号３．３′
・・・ディフェーズ勾配磁場信号４・・・１８００パル
ス ５・・・リフェーズ勾配磁場信号 ６・・・ＳＥ信丹　　　　７・・・ＴＩ：点１１・・・
勾配ｌａ場増幅回路 １２・・・渦電流補償回路 １３・・・勾配磁場電源回路 特許出願人　横河メディカルシステム株式会社補３図 （イ）　　　　　　　　　　　　　　　　　（ロ）（ハ
）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 核磁気共鳴断層撮影装置に印加する勾配磁場により生ず
   る渦電流の影響を除去するため、渦電流による勾配磁場
   応答を測定して勾配磁場の減少量を補正する勾配磁場応
   答補正方法において、１８００パルスによるＳＥ信号の
   パルスシーケンスを用いて、ディフエーズ勾配磁場の印
   加時期と１８００パルスの印加時期との時間間隔の変化
   に対するＳＥ信号の発生時期と９０°パルス起点のＴ＿
   Ｅ点との時間間隔の変化の関係から、渦電流による勾配
   磁場応答特性を求め、それに基づいて勾配磁場の渦電流
   補償を行うことを特徴とする勾配磁場応答補正方法。