JPS63192427A - Nmrスペクトロスコピックイメージング装置 - Google Patents

Nmrスペクトロスコピックイメージング装置

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JPS63192427A
JPS63192427A JP62022310A JP2231087A JPS63192427A JP S63192427 A JPS63192427 A JP S63192427A JP 62022310 A JP62022310 A JP 62022310A JP 2231087 A JP2231087 A JP 2231087A JP S63192427 A JPS63192427 A JP S63192427A
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magnetic field
signal
field gradient
frequency
imaging method
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茂 松井
小野寺 尚
謙介 関原
塩野 英己
秀樹 河野
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    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/44Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance using nuclear magnetic resonance [NMR]
    • G01R33/48NMR imaging systems
    • G01R33/483NMR imaging systems with selection of signals or spectra from particular regions of the volume, e.g. in vivo spectroscopy
    • G01R33/485NMR imaging systems with selection of signals or spectra from particular regions of the volume, e.g. in vivo spectroscopy based on chemical shift information [CSI] or spectroscopic imaging, e.g. to acquire the spatial distributions of metabolites

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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NMRを用いたイメージング法に係わリ、特に
回転する磁場勾配を用いて高速スペクトロスコピックイ
メージングを行うに好適なNMR測定手法に関する。
〔従来の技術〕
従来、NMRスペクトロスコピックイメージングを行う
には、信号測定中に磁場勾配を連続的に反転する必要が
あった。(松井他(ジャーナル・オフ・ジ・アメリカン
・ケミカルソサイアテイ。
107、2817 (1985) J、 Am、 Ch
ew、 Soc。
107.2817 (1985)))磁場勾配を理想的
に反転することは特に大型のNMRイメージング装置に
おいては実際上困難である。このため大型の装置におい
ては矩形波状の磁場勾配反転シーケンスの代わりに1台
形波状のものを用いる必要がある。コサイン波状のシー
ケンスを用いてもこの問題を緩和できるが、この場合に
は磁場勾配波形を別途測定し、そのデータに基づいた特
別な信号処理をする必要がある。(ジャーナルオフマグ
ネティックレゾナンス、1旦、 l 93 (1981
) J。
Magnatic Ra5onance 、 42 、
193 (1981) )本発明の目的は、回転する磁
場勾配を用いたNMRイメージング法を発展させること
により、上記の磁場勾配の高速反転の問題を緩和した新
した高速スペクトロスコピックイメージング法を提供す
ることにある。
〔問題点を解決するための手段及び作用〕まず2次元の
イメージングを例にとって、回転する磁場勾配を用いた
イメージング法を簡単に述べる。一般に、回転している
磁場勾配ar(t)=G(i cosωot +j s
inωat)を印加して観測されるNMR信号の位相は
、言わゆるに空間(ジャーナル・オフ・マグネティック
・レゾナンス。
互土、 338 (1983) t J、 Magne
tic Re5onancel土、 338 (198
3) )において円の軌跡を描く。
しかしながら、このような円状の信号はに空間の中心に
関して対称でないため、そのままではイメージングに利
用できない、した°がって信号測定に先立って、信号位
相に対して適切な準備をする必要がある。第1図に示す
ように円の中心をに空間の中心とを一致させるような準
備を行なえば、測定された信号から直接1位相原点に関
して対称な位相情報を得ることができる。
磁場勾配の強度G、あるいは回転の角速度ω0を順次変
化させることにより円の半径を変化させて測定を行なえ
ば、最終的にに空間の原点を中心とする同心円状の位相
情報を得ることができる。
このようにして得られた全情報は、従来の投影再構成法
(ネイチャー、又主1.190 (1973) 。
Nature 242 、190 (1973) )に
おいて得られる全情報と同一である。したがって、得ら
れた円信号を半径方向にフーリエ変換し、逆投影すれば
スピン分布を得ることができる。
上記のような円信号は、均一な静磁場、ケミカルシフト
がない場合は ・・・(1) と表わすことができる。ただしρ(x v y )はス
ピン密度。
したがって、円信号は周期2π/ωGをもつ周期的な信
号となる。従って第1図に示すようにして周期毎に得ら
れる各信号は加算することができ信号のS/N比の向上
につながる。
しかしながら実際には、静磁場の不均一性、ケミカルシ
フトが無視できない場合が多く、そのような場合には各
周期毎に得られる信号の単純加算は意味を持たないこと
になる。このような場合には、各周期毎に得られる信号
間で生じている信号位相の変化が静磁場不均一性とケミ
カルシフトによるものであることに着目し、これを逆に
利用することが有用と考えられる。   。
すなわち、磁場勾配の連続回転で得られる信号を時間間
隔2π/ωGでサンプリングすれば、被測定体のスペク
トルが得られることになる。このことから第2図に示す
ように、2π/ωGより十分密にサンプリングした信号
を再配列することにより、1次元信号を2次元信号に変
換し2軸上に各々スペクトル情報(S軸)と位置情報(
θ軸。
1つの円信号)を得ることができる6更に磁場勾配強度
Gを順序変化させることにより、複数の再配列信号を得
る。このような信号をまずスペクトル軸方向に関してフ
ーリエ変換し1次に各スペクトル成分について前述のよ
うに、Gを変化させて得られる多数の円信号間、すなわ
ち半径方向のフーリエ変換を行う。
更にこのようにして得られる各スペクトル成分について
分離した投影データを逆投影すればスペクトロスコピッ
クイメージングを行うことができる。このようにして急
峻な磁場勾配の連続反転を行うことなく、高速スペクト
ロスコピックイメージングが可能となる。
本方法においては、スペクトル軸の最大帯域はωa /
 2πにより限定される。この値よりもスペクトル帯域
が広い場合には、磁場勾配Gx 、 GY及び信号サン
プリングのシーケンスを高周波パルスに対してΔt=2
π/(ωaN)ずつ順序遅らせて(N−1)回の測定を
更に行なえば、スペクトル帯域をN倍に拡大できる。
また、あるスペクトル成分について本方法で得られる円
信号は次式のようにも表現できる。すなわち、 ・・・(2) ここでJnは第1種のn次ベッセル関数。
R= I  Y G / (1) a i nはノイマ
ン係数(n=0の時1n=1.n)Oの時5n=2)で
ある、(2)式は信号が無限大の周波数帯域にわたる周
波数成分の重ねあわせであることを示している。各成分
の周波数は磁場勾配回転周波数の整数倍であり、また各
成分の強度はベッセル関数とスピン密度に依存している
。したがって、このような信号を正確に検出するには受
信器のフィルター帯域を無限大とする必要がある。
しかしながら、ベッセル関数の性質によりこのようなフ
ィルター帯域に対する非現実的な要語は緩和される。す
なわちR値の範囲は視野、磁場勾配強度9回転周波数に
より決定される。したがってこのR値がある測定におい
て決定されたならば、(2)式において1/10000
以上の寄与をする最高次数はnwl、IR+8.0のよ
うに決定できる。したがって(1,IR+8.0)ωa
/(2π)のフィルター帯域を用いて情報の損失なく信
号検出におけるノイズを減らすことができる。更に、測
定毎に磁場勾配の強度Gを変化させるからその強度に見
あったフィルター帯域を用いるべきである。すなわちG
z0の時は4ωG/πでよい。
また、通常の周波数に依存した位相変化を信号に生じさ
せるようなフィルターはこの測定には用いることができ
ない、これは1位相変化が投影角度に対してズレを生じ
させるためである。このような場合には、受信器のフィ
ルター帯域を十分広くしておき、サンプリングした後の
信号を計算器により時間について対称なディジタルフィ
ルタリングを行うのが有効である。
〔実施例〕
以下1本発明の実施例の構成及び動作の説明を行う、第
3図に本′!装置のブロックダイアグラムを示す1本装
置はCPU1.1の管理のもとに動作するシーケンサ−
12,送信系13.受信系14゜磁場勾配発生系16.
及び信号処理系17と静磁場発生磁石15から成る。シ
ーケンサ−は本発明の方式に必要な種々の命令を各装置
に送る。送信系は高周波発振器131.変調器132.
高周波増巾器133を含み、命令に従って振幅変調等を
行った高周波パルスが高周波コイル134に供給される
ことにより高周波磁場(Hl)が対象物体20に印加さ
れる。磁場勾配発生系は、x、y。
2の3方向に巻かれた磁場勾配コイル160と、それぞ
れのコイルのドライバー161とから成り、シーケンサ
−の命令に従って上記3方向の磁場勾配Gx 、Gv 
、Gzを対象物体20に印加する。
これらの磁場印加による応答は前述のコイル134を通
じて受信系14にて受信される。受信系は増幅器141
2位相検波器142.A/D変換器143を有し、シー
ケンサ12の命令によるタイミングでサンプリングされ
たデータが信号処理系に送られる。信号処理系17では
フーリエ変換及び像再構成、デジタルフィルタリング等
の処理を行い、信号強度分布、あるいは複数の信号に適
当な演算を行って得られた分布を画像化し例えばCRT
ディスプレイ171に表示する。
第1図を用いて、対象物体のある断面の本方法によるス
ペクトロスコピックイメージングを具体的に説明する。
図中、ハツチングの部分は磁場勾配のスイッチング時間
が有限であることを補償するためのダミー磁場勾配であ
る。簡単のため、以下ではこのダミー磁場勾配がない理
想的パルスシーケンスを用いて説明を行う0周知の方法
により、選択照射を含む90°−180’高周波パルス
励起を用いて、時刻1=0でスピン横磁化信号を準備す
る。その後、磁場勾配avを時間π/(2ωG)だけ印
加しく斜線部)1時刻t=π/(2ωG)以後は更に磁
場勾配Gxも同時に印加する。GXはcosine状に
aVはsi、ns状に変化させることにより合成磁場勾
配G r = i G x + j G yの方向を角
速度ωGで回転する。信号サンプリングはt=π/(2
ωo)からt=π/(2ωa)+n52g/ωa(ns
 :整数)までの時間行う、また各360゜回転内の信
号サンプリング数、はnθとする。
この測定を磁場勾配強度GooからG m a xまで
等間隔で順序変化させて、nr回くり返す、これにより
半径の異なる多数の同心円信号が得られる。
次に各円信号について前述のデータ再配列を行う(第2
図)、これにより第4図に示すような多数の円から成る
実質的に3次元のデータが得られる。この時点で各円信
号について1円周方向(θ方向)に関して前述のような
デジタルフィルタリングを行う、この際、各信号円の半
径に応じてフィルタリング帯域(1,IR+8.0)ω
a/(2π)を変化させ、フィルタリングを効果的に行
うべきである。
この後、S軸に関してフーリエ変換を行い更にr軸に関
するフーリエ変換を行う、この時点で各スペクトル成分
(S)に関して分離した対象物の種々の方向(θ)への
投影データが得られる。したがって、最後に、各スペク
トル成分に関して投影再構成処理を行なえば、各スペク
トル成分に関して分離したスピン密度画像が得られる。
あるいは、同一のデータから画像の絵素について分離し
て局所スペクトルを得ることもできる。このようなデー
タのマトリックスは(スペクトル軸)×(投影軸)×(
投影数):ns Xnr Xnθによって決定される。
【発明の効果〕
以上述べたように、回転する磁場勾配を用いたNMRイ
メージング法を拡張することによりスペクトロスコピッ
クイメージングを行うことができる。この方法では急峻
なFa場勾配のスイッチングを行うことなく1次元の測
定でスペクトル情報と空間情報の実質的に2次元の情報
が得られる。したがって従来に比べより適用範囲の広い
高速NNRスペクトロスコピックイメージングが実現で
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図は1回転する磁場勾配を用いたNMRイメージン
グのパルス系列の一例を示す図、第2図は1回の測定で
得られる円信号の再配列を示す図、第:3図は本発明の
一実施例のスペクトロスコピックイメージングを行うた
めの装置のブロックダイヤグラム、第4図は第1図のシ
ーケンスにおいて磁場勾配強度を順次変化させてnr回
の測定を行うことにより得られる3次元(S、θt r
)情報を示す図である。 代理人 弁理士 小川勝馬 ″′1 早 1 図 2(iJq 第 2 口 ?ts回軌 第 39 第4 目

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、所定の静磁場、磁場勾配、高周波磁場を対象物に印
    加して該対象物のスピン分布を計測する装置において、
    前記磁場勾配の方向を固定して印加した後、その方向を
    連続回転させながら、回転の多周期にわたってNMR信
    号を計測する高速NMRスペクトロスコピックイメージ
    ング方法。 2、前記手法において、計測された1次元信号を各回転
    毎に分離、再配列することにより2次元の信号に変換す
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の高速
    NMRスペクトロスコピックイメージング方法。 3、前記手法において、信号サンプリングを磁場勾配の
    種々の位相から開始して、得られる各信号を合成するこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の高速NM
    Rスペクトロスコピックイメージング方法。 4、前記手法において、周波数に依存する位相シフトを
    生じない信号フィルターを用いることを特徴とする特許
    請求の範囲第1項に記載の高速NMRスペクトロスコピ
    ックイメージング方法。 5、前記手法において、磁場勾配回転の周波数、磁場勾
    配の強度、画像の視野より決定される帯域の信号フィル
    ターを用いることを特徴とする特許請求の範囲第1項に
    記載の高速NMRスペクトロスコピックイメージング方
    法。 6、前記手法において、信号をA/D変換した後コンピ
    ュータ内で周波数に依存する位相シフトを生じないディ
    ジタルフィルタリングを行うことを特徴とする特許請求
    の範囲第1項に記載の高速NMRスペクトロスコピック
    イメージング方法。
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