JPS63252142A - 磁気共鳴映像装置 - 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】 （発明の目的〕 （産業上の利用分野） この発明は、磁気共鳴（以下（ＮＭＲ）と称する）檄 現象を利用して生体内各組織の特定原子横密度分布を被
検体外部より無侵襲に測定し、医学的診断のための情報
を得る診断用ＮＭＲ装置に関するものである。

（従来の技術） 磁気共鳴映像法（ＭＲＩ）は、既に良く知られて穢 いる様に固有のスピンとこれに付随する韻磁気能率の集
団が強度Ｈａの一様な静磁場中に置かれた時に、静磁場
の方向と垂直な面内でω０＝γ）Ｉｏ（γは機 磁気回転比と呼ばれ、原子薇の種類に固有の定数である
）で決まる角速度で回転する高周波磁場のエネルギーを
共鳴的に吸収することを利用して、分子の化学的及び物
理的な微視的情報を得ることを可能とする手法である。

この磁気共鳴映像法を楳 用いて、被検体内の特定原子≠（例えば水及び脂族 訪中の水素原子＃Ｐ）の空間的分布を映像化する方法と
しては、ローターバー（Ｌａｕｔｅｒｂｕｒ）による投
影再構成法、クマ−（Ｋｕｍａｒ）、ウェルチ（Ｖｅｌ
ｔｉ）、エルンスト（Ｅｒｎｓｔ）等によるフーリエ法
、およびこれの変形であるハチソン（Ｈｕｔｃｈｉｓｏ
ｎ）等によるスピン・ワープ法等が考案されている。

さらに、これらの画像再構成法では撮像に時間がかかる
ため、高速に画像化する方法として、マンスフイールド
（Ｍａｎｓ　ｆｉｅｌｄ）らによるエコープラナ−法や
、高速フーリエ法が考案されている。

第１４図、第１５図はそれぞれエコープラナ−法。

高速フーリエ法のパルスシーケンスを示す。この様に、
高速イメージングを行なうには、勾配磁場を高速にスイ
ッチングする必要があるが、従来の画像再構成用の勾配
コイルを、そのまま高速イメク ージングに用いるとインダクタンスＬが大きすぎ、従来
法で用いていた電源では高速駆動ができない。

従って、高出力の高価な電源を必要とするという欠点が
あった。

（発明が解決しようとする問題点） このように従来の装置では高速イメージングを行うため
には高出力の高価な電源を必要とするという問題点があ
った。

本発明はこのような点に鑑みてなされたもので、高速イ
メージングを行うのに高価な電源を必要としない磁気共
鳴映像装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） この様な欠点を解決するために、本発明では主勾配磁場
コイルに加え、主勾配磁場コイルよりも小型の局所用勾
配コイルを備え、この局所用勾配コイルを必要に応じて
主勾配磁場コイルと切替えて使用し画像を得るようにし
たものである。

（作　用） このような構成によると、コイルが小型であるため、イ
ンダクタンスＬが小さく、又、単位電流当りの発生磁場
強度も大きいため、従来の画像再構成用の勾配磁場用電
源で高速スイッチングが可能である。また１局所用勾配
コイルでは被検体の一部の領域しか画像化できないが、
この点を解決するため、均−静磁場発生用コイルを含む
装置本体や、寝台等と一体化しない分離型の勾配コイル
を用いる。さらに、サーフェスコイルと組み合わせる事
□により局所の高分解能高速イメージングが可能である
。

（実施例） 以下図面を参照してこの発明の詳細な説明する。

第１図は本発明に係る磁気共鳴映像装置の一実施例を示
すものである。

第１図において、静磁場生成コイル２２は励磁用電源２
３からの通電により励磁されることによって。

被検体（生体）２１の撮像領域において一様な静磁場を
発生する。一方、パルスシーケンサ３によって制御され
るＲＦパルス発生器２５がら矩形状、ガウス状あるいは
ｓｉ口Ｃ状等に変調されたＲＦパルスが出力され、ＲＦ
増幅器２６により所定レベルまで増幅された後、デュプ
レクサ２７を介してコイル２８に印加されることによっ
て、被検体２１内において磁気共鳴を誘起されるための
回転磁界が形成される。

この回転磁界の印加によって生じる横磁化が、コイル２
８の両端に磁気共鳴信号として誘起される。

なお、この例では回転磁界発生のための送信コイルと、
膏気共鳴信号受信のための受信コイルに、単一のコイル
２８を共用している。

コイル２８に誘起された磁気共鳴信号は、デュプレクサ
２７を排冬介してＲＦ増幅器２９に入力され、所定レベ
ルまで増幅された後、直交位相検波のような位相敏感検
波回路３０によって検波され、ビデオ帯域の信号となる
。この位相敏感検波回路３０の出力信号はビデオ増幅器
３１により電圧増幅され。

さらに低域通過フィルタ３２によって高域雑音成分が除
去される６低域通過フィルタ３２の出力信号はＡ／Ｄ変
換器６によってディジタル信号に変換された後、インタ
ーフェース１３を介して電子計算機１に取込まれ、画像
再構成用データとして蓄積される。なお、電子計算機１
はインターフェース２を介してパルスシーケンサ３の制
御も行なう。

被検体２１内のスライス面の決定１位相エンコード（被
検体２１内の位置情報の、磁気共鳴信号の位相への変換
）は、勾配磁場をスイッチングさせて樗〒 パルス的に印加することによっカ矢われる。この勾配磁
場のスイッチングのタイミングは、パルスシーケンサ３
によって制御される。

一方、勾配磁場の強度、パルス形状は、勾配磁場コント
ローラ３７によって制御される。すなわち。

勾配磁場コントローラ３７によってｘ、ｙおよび２方向
の磁場勾配に対応する電力増幅器３８ａ〜３８ｃを制御
し、これらの電力増幅器３８ａ〜３８ｃにより勾配磁場
生成コイル３９を駆動することによって、所定の強度、
時間変化を有する勾配磁場を被検体２１の撮像領域近傍
に生成する。

本発明はこのような構成において、勾配磁場生成コイル
（主勾配磁場コイル）３９に加え局所用勾配磁場生成コ
イル（以下局所用勾配コイルという）１９が設けられて
いることを特徴とする。第２図、第３図は、その磁場共
鳴映像装置に用いられる局所用勾配コイルの一実施例で
あり、レクタンギュラーカレントループ（Ｒｅｃｔａｎ
ｇｕｌｅｒ　Ｃｕｒｒｅｎｔ　Ｌｏｏｐ）と呼ばれる勾
配コイルを用いた例である。この勾配コイルは第２図の
様に平行な２枚のコイル取付板３６で構成できるため、
マクスウェルペアとゴレイコイルの組合わせによる勾配
コイルの様に１円周状の枠組を必要とせず１体の一部を
押入して撮像するのに都合が良い。すなわち局所用勾配
コイル１９の構成にある２枚のコイル取付板３６の距離
を、枠１８の一方で固定しもう一方の端は開放にしてお
き、そちらから体へ装着する。装着の方法は、第３［１
ｉｉ１に示す様に、静磁場発生用コイルのタイプに合わ
せて測定部位の側方から、あるいは正面からのいづれの
方向からも可能であり、それぞれの形状に合わせた勾配
コイルを用意しておく事で、達成できる。このとき、コ
イルの中心と撮像領域の中心を合わせやすい様、形状を
決めておく。例えば、２枚のコイル取付板３６の厚さを
同一とせず、一方はスペーサ化りに厚くしておけば、撮
像部位をのせるだけで中心に合わせる事ができる。また
。

異った部位の撮像のため、厚み可変のスペーサとするこ
ともできる。

その他種々の変形実施が可能である。例えば、一方を開
放せず１両端とも固定した形状としても良い。又、２枚
のコイル取付板３６を互いに支持するのでなく、寝台あ
るいは他の構造物から支持する様にしても良い、又、勾
配コイルの種類は、Ｒｅｃｔａｎｇｕｌｅｒ　Ｃｕｒｒ
ｅｎｔ　Ｌｏｏｐでなく、マクスウェルペアとゴレイコ
イルの組み合わせを使用しても良い、この場合、装着は
コイルの軸にそって行なわれる。あるいは、コイルの円
周状の支持枠の一部を開閉できる様にして装着する様に
しても良い。

また撮像は、サーフェスコイルと組み合わせることで高
Ｓ／Ｎ、高分解能の高速イメージングを可能とすること
ができる。さらに、撮像法としては、メインの勾配磁場
コイル３９と選択励起パルスで、目的部位を選択励起し
、勾配磁場の反転のみを小型勾配コイル１９で行って高
速イメージングを行うといった種々の組み合わせが可能
である。

いずれにせよ上記の構成によると、高速イメージングを
行なうのに高価な電源を必要とせず、従来装置の電源の
ままで高速イメージングが可能である。

ところで前述のように画像を得るためには、第４図に示
すように、９０°選択励起パルス２４および１８０°選
択励起パルス３３と勾配磁場１５，１６．１７を用いる
ことによって、スピンエコーを取得し、それをＡ／Ｄ変
換した後計算機で処理することによって画像を得る゛、
この場合、スピンエコーはピークを中心として急激に変
化するので補間によりスピンエコーのピーク位置および
データ値をもとめる必要がある。すなわちＡ／Ｄ変換さ
れた値から電子計算機が正しい再構成画像を得るために
は第５図に示すように最大値の前後の点を用い最小二乗
近似計算等によってスピンエコーのピーク位置−ｘＰを
計算する必要がある。また第６図に示すようにピークの
位置工、と最大値の位１！ｍａｘｐの差ｏｚｐを用いて
データポイントがＡＤＬ、たポイントよりＤｘＰだけず
れた位置の補間により作る。具体的には一つのデータポ
イントに対し前後の２点（計３点）を通る二次関数を用
い時間軸上でＤ）ＣＰだけずれた点のデータ値を計算し
、このデータ値を用い電子計算機は再構成演算をおこな
っていた。

ところが前述したようにエコーのピーク附近は急激に変
化するため、正しいピークの位置およびデータ補間をお
こなうためには短い時間間隔でＡＤ変換をおこなうか高
次の補間計算をおこなう必要があった。

しかし短かい時間間隔でＡ／Ｄ変換をおこなえばデータ
が大量になり、電子計算機内のメモリを大量に必要とす
るため、メモリ容量の限界から正しいピークの位置検出
および補間をおこなうことを可能にするデータの量を確
保することは困難であった。また高次の補間計算をおこ
なうと、電子計算機の処理時間が長くなり、再構成し画
像を得るまでの時間が非常に長くなるという問題点があ
った。

このような問題点を解決するために、この発明の実施例
では磁気共鳴信号のピーク値の前後を検出し、ピーク値
の前後のみＡ／Ｄ変換器のサンプリング周波数をあげ、
電子計算機のメモリに書き込む、すなわちＡ／Ｄ変換さ
れる電子計算機のメは磁気共鳴信号のピークの位置およ
びデータ補間をおこなう、なおスピンエコーのピークは
１画像の中心よりずれると急激に微少する。すなわち中
心付近のエンコードステップより得られた共鳴信号にの
み前記データ補間をおこなう。

このような構成によると磁気共鳴信号のピーク付近のデ
ータ間隔は短かいため、ピーク付近のデータが急激に変
化しても低次の補間操作により正しいピークの位置およ
び正しいデータ補間をおこなうことができる。

Ａ／Ｄ変換器のサンプリングクロックは共鳴映像信号の
ピーク付近のみ高いので、計算機のメモリは従来の方式
とかわらない、しかも低次の補間操作をおこなうために
高速データ処理が可能になる。

すなわち計算機のメモリ容量とかかわりなく高速に正し
いピークの位置および補間をおこなうととができる。

眉 第７図に上曽構成を詳細に説明するためのブロック図を
示す。

同図の電子計算機１は、第８図に示すように予想される
磁気共鳴信号のピーク位置を予想し、前記信号が急激に
変化する点Ｐ１の値をインターフェイス２を通してパル
スシーケンサ３内のレジスタ４に書き込む。また第８図
に示す磁気共鳴信号の変化が少なくなった点Ｐ２の値を
インターフェイス２を通してパルスシーケンサ３内のレ
ジスタ５に書き込む。電子計算機１は磁気共鳴信号を取
り込むためＡＤ変換慰把サンプリングクロックを作りだ
す発振器７の発振指令をおこなう。発振器７の出力は１
　／　ｎ分周器８に入力され、この分周器８の出力はＡ
ＮＤゲート９に入力される。ＡＤ変換されるデータの位
置を監視しているカウンター０の出力により、もしｐｔ
以前のデータがＡ／Ｄ変換されているならば、ＡＮＤゲ
ート９が開き１　／　ｎ分周されたクロックがＯＲゲー
ト１１に入力され、Ａ／Ｄ変換器６のサンプリングクロ
ックとなる。同時にこのクロックはカウンタ１０に入力
され、サンプリングの位置がつねに監視される。このカ
ウンタ１０の内容は、比較器１２によって、レジスタ４
゜５の内容と比較される。もしカウンタ１０の内容がＰ
ｌをこえていれば、ＡＮＤゲート１２が開き、発振器７
のクロックがＯＲゲート１１を通してＡ／Ｄ変換器６に
入力される。すなわちＡ／Ｄ変換器６には、前記のクロ
ックに比較し、ｎ倍の周波数のクロックが供給される。

カウンタの内容がレジスタ５の内甑Ｐ　２）をこえると
また前述と同様の動作により１　／　ｎの周期のクロッ
クがＡ／Ｄ変換器６に入力される。ＡＤ変換されたデー
タはインターフェイス１３を通して電子計算機１に入力
され、電子計算機１内のメモリに記憶される。このよう
にして電子計算機１内のメモリには、磁気共鳴信号のピ
ーク附近のみ時間間隔の短かいデータが記憶され、正確
にピークの位置が検出され、データ補間も正しくおこな
うことが可能となる。

次に上記データ補間を画像の中心のみについておこなう
実施例を示す、ハチソン（ｌｌｕｔｃｈｉｓｏｎ）等に
より提案されたスピンワープ法を用いて断層ＭＲ両画像
得る場合のパルスシーケンスを第４図に示した。スライ
ス面の決定は勾配磁場Ｏ３によって、また第１の方向に
関する位置情報の位相エンコードは勾配磁Ｗ　ＧＨによ
って、さらに第１の方向に直交する第２の方向に関する
位置情報の周波数エンコードは勾配磁ｓＪｔ　ＧＲによ
ってそれぞれおこなわれる。このようなパルスシーケン
サ３において、エンコードステップが画像の中心位置を
指定した時、すなわちエンコードステップに従って変化
する勾配磁場ＧＰが画像の中心を示す値となった時磁気
共鳴信号（Ｓ　Ｉ　Ｇ）のピーク値は最大となり、エン
コードステップが画像の中心位置より離れた位置を指定
するにつれ磁気共鳴信号のピーク値は急激に減少する。

すなわちパルスシーケンサ３は画像の中心の前後に相当
する２個のエンコードステップを記憶し、電子計算機１
より入力されるエンコードパルスをカウントし、前記２
個のエンコードステップと比較しもし現在のエンコード
ステップが記憶された２個のエンコードステップにある
ならば、シーケンスコントローラは最初に示した実例に
従って、磁気共鳴信号のピーク値付近のみ細＜ＡＤ変換
する。このようにしてさらに効率よくデータ補間が可能
になる。

なお読み取り方向のみデータ補間をおこなっているがエ
ンコード方向のデータ補間もあわせおこなってもよい。

このように上記の構成によれば前記装置内の電子計算機
のメモリ容量の制限をうけずしかも高次のデータ補間を
おこなう必要がないため高速に再構成が可能となり、正
しい画像再構成が可能となる。

とフェライトコア４１，４１’　（磁性部品）で構成さ
れた。

ミキサ（Ｄ−Ｂ−Ｍ、）が用いられている。このミキサ
は周波数帯域が広く、混変調等に強く、特性的に非常に
優れている。

磁気共鳴映像装置下で、とのミキサは静磁場や交流磁場
等の外部磁界中またはその周辺におかれる。そのためミ
キサに内蔵されるフェライトコア４１．４１’で発生す
る磁界に、外部磁場の磁界が影響し、特性の不良や誤動
作の原因となる。特に磁気共鳴映像装置においては、微
少信号の高感度検出。

ＳＮ比の向上と言った問題とあいまって非常に大きなと
ころを占める。

このような問題点に対してはフェライトコア等。

磁性体を内装する部品に、磁気シールドを施すことが望
ましい、このようにすると、外部磁場の磁界が１部品内
部に通過しない。

第１１図は、磁気シールドの具体例を示す構成図である
。ＤＢＭのケース５１には、ダイオードやフェライトコ
ア（磁性体）が内蔵されている。これを囲むように磁気
シールド５２、この中を通る基板（両面）５３がある。

５４は基板の半田面、５５は部品面で５６はある強度を
もった外部磁場（矢印の太さにその強さは比例）である
、今ＤＢＭのケース５１内は、磁気シールド５２によっ
て、外部磁場５６と完全に遮断され、ＤＢＭの動作、特
性には何ら悪影響を与えない、磁界は、例えば、同図の
矢印の方向からかかるが、どの方向でも効果は同様であ
る。

また、配線を行うため、磁気シールド５２を多少切除し
て用いるが、効果には影響ない。

第１２図は１本発明の第二の実施例を示す構成図である
。ＳｔはＤＢＭ、５２は第一磁気シールド、５２′は第
二磁気シールド５３は基板（両面）。５４は基板の半田
面５５は部品面、５７は第一の実施例より強い外部磁場
である。

第１２図に関して説明を行う、第一の実施例と比較して
、外部磁場５７の強度は増加しているが、その分、二重
（又は必要に応じ複数）シールド、第一磁気シールド５
２．第二磁気シールド５２′により、０８Ｍ５１には、
外部磁場５７が致達しない。

第１３図は、本発明の第三の実施例を示す構成図である
。　５１はＤＢＭ、５２は磁気シールド（厚さや材質が
第一、第二の実施例と異なる）、５３は基板。

５４は基板の半田面、５５は部品面、５８は、外部磁場
である。

第１３図に関して説明を行う。磁気シー／Ｌ／ド、２．
）厚さ、材質の変化によるシールド効果は、厚さには比
例し、また材質では、パーマロイやスーパーマロイ等が
大きい事が一般に知られている。よって、第一、第二の
実施例以外に、磁気シールド５２の厚さを変えたり、材
質を選択することでも、外部磁場５８のＤ　Ｂ　Ｍ５１
内への影響が防止される。

このように上記のような構成によると、外部磁界からＤ
ＢＭ内部への影響がなくなり、ＤＢＭを含む送受信系の
動作が安定し、再現性の良い信頼性の高い磁気共鳴映像
装置が得られる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によると高速イメージングを
行なうのに高価な電源を必要とせず、従来装置の電源の
ままで高速イメージングが可能である。また、コイルが
移動可能であることにより。

高速イメージングが特に必要な心臓や腹部の撮像を高速
イメージングで行ない、他は従来法で行なうといった利
用も可能である。さらに、サーフェスコイルとの組み合
わせにより高Ｓ／Ｎ、高分解能の高速イメージングが可
能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る磁気共鳴映像装置の一実施例を示
すブロック図、第２回、第３図は、その勾配コイル部の
一実施例、第４図は、パルスシーケンスを示すタイムチ
ャート図、第５図は、磁気共鳴信号のピークをもとめる
図、第６図は、データ補間を行う図、第７図は本発明の
他の実施例を示すブロック図、第８図は、磁気共鳴信号
のサンプリング法を示す図、第９図は、ダブルバランス
・ミキサの内部を示す図、第１０図は、ダブルバランス
・ミキサの配線図、第１１図、第１２図、第１３図は、
本発明の他の実施例を示す図、第１４図は、エコープラ
ナ−法のパルスシーケンスを示す図、第１５図は、高速
フーリエ法のパルスシーケンスを示す図である。 １・・・電子計算機　　　　　　　２５・・・パルス発
生器２．１３・・・インターフェース　　　２７・・・
デュプレクサ３・・・パルスシーケンサ　　　　２８・
・・コイル４．５・・・レジスタ　　　　　　　３０・
・・位相敏感検波回路６・・・Ａ／Ｄ変換器　　　　　
　３７・・°勾配磁場コントローラ７・・・発振機　　
　　　　　　　３９・・・勾配磁場生成コイル８・・・
分局機　　　　　　　　　４０．４０’・・・ダイオー
ド１０・・・カウンタ　　　　　　　　４１，４１’・
・・フェライトコア１５．１６，１７・・・勾配磁場 １９・・・局所用勾配コイル ２１・・・被検体 ２２・・・静磁場生成コイル ２３・・・励磁用電源 ２４．３３・・・選択励起パルス ／　ｔｉ 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 ｕｉ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）被検体に一様な静磁場を印加するとともに、勾配
   磁場をスイッチングさせてパルス的に印加し、被検体内
   からの磁気共鳴信号を検出して映像化する磁気共鳴映像
   装置において、主勾配磁場コイルよりも小形で、被検体
   の一部に設置して傾斜磁場を与える局所用勾配磁場コイ
   ルを具備し、特定部位の高速イメージングを行なう事を
   特徴とした磁気共鳴映像装置。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載の磁気共鳴映像装置に
   おいて、局所用勾配磁場コイルは、均一静磁場発生コイ
   ルを含む装置本体や寝台等に固定せず、被検体の任意部
   位に移動して使用できる様、装置本体等を分離型にした
   事を特徴とする磁気共鳴映像装置。
3. （３）特許請求の範囲第１項記載の磁気共鳴映像装置に
   おいて局所用勾配磁場コイルとして、Ｒｅｃｔａｎｇｕ
   ｌｅｒＣｕｒｒｅｎｔＬｏｏｐ型の勾配磁気コイルを用
   いる事を特徴とした磁気共鳴映像装置。
4. （４）特許請求の範囲第１項記載の磁気共鳴映像装置に
   おいて局所用勾配磁場コイルと、サーフェスコイルを併
   用して撮像を行なう事を特徴とした磁気共鳴映像装置。