JP2011083413A

JP2011083413A - 磁気共鳴イメージング装置

Info

Publication number: JP2011083413A
Application number: JP2009238193A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Sato; 良昭佐藤
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2009-10-15
Filing date: 2009-10-15
Publication date: 2011-04-28

Abstract

【課題】プロトン以外も含む多核種の原子核に応じて、1つの高周波送信器あるいは高周波受信器で、多種多様な原子核に対応した共鳴周波数の高周波磁場を照射したり、多種多様な原子核に対応した共鳴周波数の核磁気共鳴信号を検出する。
【解決手段】プロトン以外も含む多核種の原子核に応じて、1つの核種の共鳴周波数に対応できる高周波送信器あるいは高周波受信器で、多種多様な原子核に対応した共鳴周波数の高周波磁場を照射したり、多種多様な原子核に対応した共鳴周波数の核磁気共鳴信号を検出したりするために、所定周波数のアナログ信号をミキシングするミキシング手段と、ミキシング手段に接続され、ミキシング手段へのミキシング信号の周波数を変化させる周波数可変手段を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気共鳴イメージング装置(MRI装置という。)に関し、特に様々な核種からの信号を同一の受信機で計測することが可能な磁気共鳴イメージング装置に関する。

磁気共鳴イメージング方法は既に良く知られているように固有のスピンとこれに付随する核磁気能率の集団が強度H₀の一様な静磁場中に置かれたときに、静磁場の方向と垂直な面内でωc＝γH₀の(γは磁気回転比と呼ばれ、原子核の種類の固有の定数である)で決まる角速度で回転する高周波磁界のエネルギーを共鳴的に吸収することを利用して、分子の化学的および物理的な微子的情報を得ることを可能とする手法である。

このような磁気共鳴映像装置において、多核種の信号を映像化する技術が特許文献1に記載されている。特許文献1の第2図では、多核種の信号を映像化する際のタイムチャートが、特許文献1の第3図では、特許文献1の第2図のときのパルスシーケンスをさらに詳しく示したものが示されている。

特開昭63-57040号公報

一般的に多核種の信号を映像化する際には、撮影室内の受信コイルからFID信号を受信した後、RF受信系を経て機械室内の画像処理装置に伝送される。一方、多核種の信号を映像化する技術において、MRI装置の静磁場強度が1Tの場合、プロトン(1H)の共鳴周波数が42．58MHzの場合、他の核種の共鳴周波数は表1のとおりでありそれぞれ異なる。

従来のMRI装置では、主にプロトンを画像化するために、プロトンの周波数にチューニングされた多チャンネルの受信機の備えており、この場合には表1の例において、42.58±(例えば)1MHz程度の帯域しか測れていなかった。従って、上記共鳴周波数の異なる他核種の他の核種に対応してFID信号を受信する際には、各々の核種の共鳴周波数にチューニングされた受信コイルからの信号を処理する受信機を用意する必要があり、回路規模及びコストが増大するという問題があった。

本発明は、プロトン以外も含む多核種の原子核に応じて、1つの高周波送信器あるいは高周波受信器で、多種多様な原子核に対応した共鳴周波数の高周波磁場を照射したり、多種多様な原子核に対応した共鳴周波数の核磁気共鳴信号を検出したりすることが可能としたMRI装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明によれば、被検体に静磁場および傾斜磁場を与える磁場発生系と、前記被検体の生体組織を構成する原子核に核磁気共鳴を起こさせるための高周波磁場を照射する送信系と、前記核磁気共鳴により放出される核磁気共鳴信号を検出する受信系と、装置全体の動作を制御する中央処理装置とを備えたMRI装置において、プロトン以外も含む多核種の前記原子核に応じて、1つの核種の共鳴周波数に対応できる高周波送信器あるいは高周波受信器で、多種多様な原子核に対応した共鳴周波数の高周波磁場を照射したり、多種多様な原子核に対応した共鳴周波数の核磁気共鳴信号を検出したりするために、所定周波数のアナログ信号をミキシングするミキシング手段と、前記ミキシング手段に接続され、前記ミキシング手段へのミキシング信号の周波数を変化させる周波数可変手段を備えたことを特徴とするMRI装置が提供される。

本発明に係るMRI装置によれば、プロトン以外も含む多核種の原子核に応じて、1つの高周波送信器あるいは高周波受信器で、多種多様な原子核に対応した共鳴周波数の高周波磁場を照射したり、多種多様な原子核に対応した共鳴周波数の核磁気共鳴信号を検出したりすることができる。

MRI装置の構成例。本発明の実施例1を説明する図。本発明の実施例2を説明する図。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。従来の技術について図1を参照して説明する。図1はMRI装置の構成例である。図1においてMRI装置は大別して静磁場発生系2と、傾斜磁場発生系3と、送信系4と、受信系5と、信号処理系6と、シーケンサ7と、中央処理装置(以下、CPUと略称する)8とから構成されている。

静磁場発生系2は、被検体に静磁場を与えるものであり、被検体1の周りに所定の方向の均一な静磁場を発生させるためのものである。この静磁場発生磁気回路2の内部には、送信系4の高周波コイル(以下、照射コイルという)14と、傾斜磁場発生系3の傾斜磁場コイル9と、受信系5の高周波コイル(以下、受信コイルという)15とが配置されている。傾斜磁場発生系3は、被検体に傾斜磁場を与えるものであり、シーケンサ7の制御のもとに傾斜磁場電源10より電流の供給を受けて、それを傾斜磁場コイル9に付与して被検体1の周りに傾斜磁場を発生させる。

送信系4は、前記被検体の生体組織を構成する原子核に核磁気共鳴を起こさせるための高周波磁場を照射するものであり、高周波発振器11と、変調器12と、増幅器13と、照射コイル14とを備え、シーケンサ7の司令により、高周波発振器11からの基準高周波パルスを変調器12で振幅変調し、この振幅変調された高周波パルスを増幅器13により増幅して照射コイル14に供給することにより、所定のパルス状の電磁波を被検体1に照射するようになっている。

受信系5は、前記核磁気共鳴により放出される核磁気共鳴信号を検出するものであり、受信コイル15と増幅器16と、直交位相検波器17と、アナログ・ディジタル変換器(以下、ADCという)18とを備え、被検体1からの核磁気共鳴(以下、NMRという)信号を受信コイル15が検出すると、そのNMR信号を増幅器16、直交位相検波器17、ADC18を介してディジタル量に変換すると共に、シーケンサ7からの指令によるタイミングでADC18によってサンプリングされた収集データに変換して、CPU8に送るようになっている。

信号処理系6は、光ディスク20a、磁気ディスク20bなどを含む外部記憶装置20と、CRTなどのディスプレイ21と、キーボード22とを備え、受信系5の受信コイル15からのデータがCPU8に入力されると、CPU8が信号処理、画像再構成などの処理を実行し、その結果である被検体1の所望の断層面の画像をディスプレイ21に表示すると共に、外部記憶装置20の磁気ディスク20bなどに記憶するようになっている。

CPU8(中央処理装置)は、装置全体の動作を制御するものであり、予め定められたプログラムに従って、シーケンサ7、送信系4、受信系5、信号処理系6を制御するようになっている。シーケンサ7はCPU8からの制御指令に基づいて動作し、被検体1の断層面の画像のデータ収集に必要な種々の命令を送信系4、傾斜磁場発生系3、受信系5に送るようになっている。
このようなMRI装置において撮像をおこなう場合は、受信用コイル15を被験者1の関心領域を中心にして装着する。その後被験者は撮像用の寝台19に通常横たわった状態で関心領域が静磁場発生磁気回路2の中心に来るように送り込まれる。送り込まれた被検者に対し任意のシーケンスにしたがって傾斜磁場発生系3、送信系4から電磁波を照射し、受信系5で信号を受信してCPU8、信号処理系6によって得られた信号を画像化する。

次に図2を用い、本発明の実施例1を説明する。本発明の実施例1に係るMRI装置は、プロトン以外も含む多核種の前記原子核に対応できるものであり、プロトン以外も含む多核種の前記原子核に応じて、1つの核種の共鳴周波数に対応できる高周波受信器で、多種多様な原子核に対応した共鳴周波数の核磁気共鳴信号を検出したりすることが可能とする手段を備えたことを特徴としている。以下図2の各構成要素を順に説明する。

図2において、23は、例えば受信コイル15(多核種それぞれに対応させて、そのコンデンサの容量あるいはリアクトルのインダクタンスがチューニングされている)がマルチプルコイルである場合には、各小型の受信コイルにより取得された受信信号を示している。ただし、受信コイルがマルチプルコイルでない一つの場合でも良い。その場合にも、多核種それぞれに対応させて、そのコンデンサの容量あるいはリアクトルのインダクタンスがチューニングされている。

例えば、表1で示した³¹Pを映像化する場合には中心周波数17．23MHzの受信信号が入力されてくる。24は、ミキサーであり、受信信号の中心周波数を変換するものである。入力端子の1端が受信コイル15に接続され、そこから受信信号が入力される。入力端子の他端は、後述する周波数変換器30に接続され、そこからミキシング信号が入力される。出力端子は、後述するアンプであり、出力端子からは、ミキシングされた信号が出力される。25は、信号増幅するアンプであり、入力側がミキサー24に接続され、出力側が後述するLPF26に接続される。26は、ノイズを除去するためのローパスフィルター(LPF)であり、本発明において信号が通過する際の周波数を所望(例えば1MHz±1MHz)として予め調整されているものである。入力側が、アンプ25に接続され、出力側がADC27に接続される。27は、アナログ信号をデジタル信号に変換するADCである。入力側がLPF26に接続され、出力側がCPU基板28に接続される。28は画像再構成を行なうためのCPU基板であり、入力側がADC27に接続される。

次に、29は、Local Signalであり、例えば図1における高周波発振器11において用いられるシンセサイザから、例えば3MHzのアナログ信号が送信されるものである。30は、周波数変換器であり、PPL30aと可変分周器30bより成り、ミキサー24において17.23MHzの受信信号をローパスフィルター26で許容される1MHz程度に変換するために、入力側の1端から入力されるLocal Signal を周波数変換して、16.23 MHzのミキサーへの入力信号を生成するためのものである。16.23 MHzを前記シンセサイザからの3MHzの信号をもとに生成するために、入力端子の他端はシーケンサに接続され、シーケンサからは制御信号が周波数変換器30へ送られる。

上記説明では、³¹Pを映像化する場合について説明したが、その他の核種についても周波数可変器30により周波数を変換する変換率を変えることにより、対応できる。例えば、¹²⁹Xeを映像化する場合は、次のようである。すなわち、¹²⁹Xeの共鳴周波数は11.78 MHzであるので、受信機の一つであるローパスフィルターを通過する際の周波数が所望(例えば1Mz±1MHz)として予め調整されていることに対応するために、周波数変換器30は、シンセサイザからの3MHzの信号を、11.78MHzより1MHzを差し引いた10.78MHzの信号に変換する。ミキサー24は、中心周波数が11.78MHzの受信信号に周波数変換器30から送られてくる10.78MHzのアナログ信号をミキシングし、1MHzの受信信号を生成して、ローパスフィルターの通過設定帯域に対応する。

また、¹⁹Fを映像化する場合は次のようである。すなわち、¹⁹Fの共鳴周波数は40.05MHzであるので、受信機の一つであるローパスフィルターを通過する際の周波数が所望(例えば1MHz±1MHz)として予め調整されていることに対応するために、周波数変換器30は、シンセサイザからの3MHzの信号を、40.05MHzより1MHzを差し引いた39.05MHzの信号に変換する。ミキサー24は、中心周波数が40.05 MHzの受信信号に周波数変換器30から送られてくる39.05MHzのアナログ信号をミキシングし、1MHzの受信信号を生成して、ローパスフィルターの通過設定帯域に対応する。

本実施例によれば、プロトン以外も含む多核種の前記原子核に応じて、1つの核種の共鳴周波数に対応できる高周波受信器で、多種多様な原子核に対応した共鳴周波数の高周波磁場を照射したりするために、所定周波数のアナログ信号をミキシングするミキシング手段(24)と、前記ミキシング手段に接続され、前記ミキシング手段へのミキシング信号(Local Signal29から周波数可変手段(30)を介してミキサー24への信号)の周波数を変化させる周波数可変手段(30)を備えている。

本実施例によれば、周波数可変器30を設け、受信機の一つであるローパスフィルター26において、予め設定した透過設定帯域に透過されるアナログ信号がなるように、核種手段を設けて調整可能となっているので、プロトン以外のどの核種を映像化する際にも、適宜対応することができ、1つの受信機を用いて種々の原子核の映像化(多核種の撮像)に対応できる。

次に図3を用い、本発明の実施例2を説明する。本発明の実施例2に係わるMRI装置は、プロトン以外も含む多核種の原子核に対応できるものであり、プロトン以外も含む多核種の原子核に応じて、1つの核種の共鳴周波数に対応できる高周波送信器で、多種多様な原子核に対応した共鳴周波数の高周波磁場を照射することが可能とする手段を備えたことを特徴としている。本実施例で用いられる照射コイルは、各多核種に対応させて、そのコンデンサの容量あるいはリアクトルのインダクタンスがチューニングされている
図3において、31は、周波数メモリを示している。シンセサイザ31には、例えば3MHzといった周波数が記憶されていて、シーケンサから送られてくる静磁場の時間的変動等の情報に応じて、調節がなされた3MHz付近の周波数のデジタル信号を後述するD/A変換器へ送信できるようになっている。32は、D/A変換器であり、周波数メモリ31から送られてくるデジタル信号をデジタル・アナログ変換するものである。33a及び33bは、アナログスイッチであり、映像化する原子核の共鳴周波数に応じて、後述するバンドパスフィルターのいずれを用いるかを切り替えるためのものである。34a、34b、34cは、バンドパスフィルターであり、映像化する原子核の共鳴周波数に応じて、透過するアナログ信号に所望帯域外のノイズが含まれないように、所定帯域のみの周波数の信号のみ透過するように、ノイズを除去するフィルターである。例えば、34aは、表1で¹H(プロトン)に対応させたバンドパスフィルター(BPF)であり、静磁場強度が1Tの場合、42.58MHz近傍の周波数のみを通過させるもの、34bは、表1で¹³Cに対応させたバンドパスフィルターであり、静磁場強度が1Tの場合、10.71MHz近傍の周波数のみを通過させるもの、34bは、表1で¹⁷Oに対応させたバンドパスフィルターであり、静磁場強度が1Tの場合、5.77MHz近傍の周波数のみを通過させるものである。図3では省略されているが、その他の核種に対応させて、順次それらの核種の共鳴周波数のアナログ信号を通過させるバンドパスフィルターが設けられている。

次に、本実施例における動作について説明する。例えば、³¹Pを映像化する場合を用いて説明する。ただし、³¹Pの共鳴周波数は17.23MHzである。シーケンサから周波数メモリへ、静磁場の変動(Δ)に関する情報が送られると、周波数メモリ31は、静磁場の変動(Δ)を加味した(3＋Δ)MHzのデジタル信号をD/A変換器32へ送る。D/A変換器32は、デジタル信号をアナログ信号に変換し、ミキサー24へ送る。一方、例えば図1における高周波発振器において用いられるシンセサイザから3MHzのアナログ信号として、Local Signalが周波数変換器へ送られる。周波数変換器30は、3MHzのアナログ信号より、ミキサー24において、D/A変換器32からの(3＋Δ)MHzのアナログ信号を、³¹Pの共鳴周波数(17.23＋Δ)MHzに変換するために、3MHzのLocal Signalより((17.23＋Δ)−(3＋Δ))MHzの信号を生成する。ミキサー24では、D/A変換器32から送られてくる(3＋Δ)MHzの信号を基に、周波数変換器30から送られてくる((17.23＋Δ)−(3＋Δ))MHzの信号でミキシングし、(17.23＋Δ)MHzの信号を生成する。ミキサー24で生成された(17.23＋Δ)MHzの信号は、アンプ25を経て、アナログスイッチ33a及び33bとバンドパスフィルター34ｘを経て、RFAMPへ信号が送られる。アナログスイッチ33a及び33bの切り替えは、シーケンサからの信号に基づいて行なわれる。

次に、¹²⁹Xeを映像化する場合を用いて説明する。ただし、¹²⁹Xeの共鳴周波数は11.78MHzである。シーケンサから周波数メモリへ、静磁場の変動(Δ)に関する情報が送られると、周波数メモリ31は、静磁場の変動(Δ)を加味した(3＋Δ)MHzのデジタル信号をD/A変換器32へ送る。D/A変換器32は、デジタル信号をアナログ信号に変換し、ミキサー24へ送る。一方、例えば図1における高周波発振器において用いられるシンセサイザから3MHzのアナログ信号として、Local Signalが周波数変換器へ送られる。周波数変換器30は、3MHzのアナログ信号より、ミキサー24において、D/A変換器32からの(3＋Δ)MHzのアナログ信号を、¹²⁹Xeの共鳴周波数(11.78＋Δ)MHzに変換するために、3MHzのLocal Signalより((11.78＋Δ)−(3＋Δ))MHzの信号を生成する。ミキサー24では、D/A変換器32から送られてくる(3＋Δ)MHzの信号を基に、周波数変換器30から送られてくる((11.78＋Δ)−(3＋Δ))MHzの信号でミキシングし、(11.78＋Δ)MHzの信号を生成する。ミキサー24で生成された(11.78＋Δ)MHzの信号は、アンプ25を経て、アナログスイッチ33a及び33bとバンドパスフィルター34ｘを経て、RFAMPへ信号が送られる。アナログスイッチ33a及び33bの切り替えは、シーケンサからの信号に基づいて行なわれる。

次に、¹⁹Fを映像化する場合を用いて説明する。ただし、¹⁹Fの共鳴周波数は40.05MHzである。シーケンサから周波数メモリへ、静磁場の変動(Δ)に関する情報が送られると、周波数メモリ31は、静磁場の変動(Δ)を加味した(3＋Δ)MHzのデジタル信号をD/A変換器32へ送る。D/A変換器32は、デジタル信号をアナログ信号に変換し、ミキサー24へ送る。一方、例えば図1における高周波発振器において用いられるシンセサイザから3MHzのアナログ信号として、Local Signalが周波数変換器へ送られる。周波数変換器30は、3MHzのアナログ信号より、ミキサー24において、D/A変換器32からの(3＋Δ)MHzのアナログ信号を、¹⁹Fの共鳴周波数(40.05＋Δ)MHzに変換するために、3MHzのLocal Signalより((40.05＋Δ)−(3＋Δ))MHzの信号を生成する。ミキサー24では、D/A変換器32から送られてくる(3＋Δ)MHzの信号を基に、周波数変換器30から送られてくる((40.05＋Δ)−(3＋Δ))MHzの信号でミキシングし、(40.05＋Δ)MHzの信号を生成する。ミキサー24で生成された(40.05＋Δ)MHzの信号は、アンプ25を経て、アナログスイッチ33a及び33bとバンドパスフィルター34ｘを経て、RFAMPへ信号が送られる。アナログスイッチ33a及び33bの切り替えは、シーケンサからの信号に基づいて行なわれる。

本実施例によれば、プロトン以外も含む多核種の前記原子核に応じて、1つの核種の共鳴周波数に対応できる高周波送信器で、多種多様な原子核に対応した共鳴周波数の高周波磁場を照射したりするために、所定周波数のアナログ信号をミクシングするミクシング手段(24)と、前記ミクシング手段に接続され、前記ミクシング手段へのミクシング信号(Local Signal 29からミキサー24への信号)の周波数を変化させる周波数可変手段(周波数可変器30)を備え、これにより、D/A変換器32からの信号を映像化する原子核の共鳴周波数に対応するものとしたので、様々な核種に対応づけて、多核種の映像化が可能となる。

本発明は、MRI装置に利用することができる。

23 受信信号、24 ミキサー、25 アンプ、26 ローパスフィルター、27 ADC、28 CPU基板、29 Local Signal、30 周波数変換器

Claims

被検体に静磁場および傾斜磁場を与える磁場発生系と、前記被検体の生体組織を構成する原子核に核磁気共鳴を起こさせるための高周波磁場を照射する送信系と、前記核磁気共鳴により放出される核磁気共鳴信号を検出する受信系と、装置全体の動作を制御する中央処理装置とを備えた磁気共鳴イメージング装置において、
プロトン以外も含む多核種の前記原子核に応じて、１つの核種の共鳴周波数に対応できる高周波送信器あるいは高周波受信器で、多種多様な原子核に対応した共鳴周波数の高周波磁場を照射したり、多種多様な原子核に対応した共鳴周波数の核磁気共鳴信号を検出したりするために、所定周波数のアナログ信号をミキシングするミキシング手段と、前記ミキシング手段に接続され、前記ミキシング手段へのミキシング信号の周波数を変化させる周波数可変手段を備えたことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。