JP2565114B2

JP2565114B2 - Ｎｍｒイメージング装置

Info

Publication number: JP2565114B2
Application number: JP5276869A
Authority: JP
Inventors: 晋一佐藤; 耕一佐野; 哲夫横山; 英明小泉
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-11-05
Filing date: 1993-11-05
Publication date: 1996-12-18
Anticipated expiration: 2011-12-18
Also published as: JPH06292663A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＮＭＲ現象を利用した
体内断層撮影および表示装置に関し、特に画像上の各位
置における三次元的な動きの速度の大きさと方向を反映
する情報を表示することが可能なＮＭＲイメージング装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＮＭＲイメージング装置においては、一
般に撮影する断面を決定するため、高周波磁場の印加に
よるスライス断面の選択という処理を用いている。この
断面は、高周波磁場のパルス波形によって決定される有
限の厚みを有するため、スライス方向の重み関数、すな
わち開口特性により分解能の低下、つまり画質の劣化を
受けている。このために、従来は、複数のスライス撮影
に際して、隣接スライス間の干渉がないように、スライ
ス中心間隔を開口特性幅以上となるように配置してい
た。また、スライス厚、つまり開口特性の幅を狭くする
ように、高周波磁場のパルス波形を変形することによ
り、スライス方向の分解能向上を図っていた。なお、こ
の種の装置に関連するものとして、例えば『ＮＭＲ映像
法』科学vol.53, No.3 (1983)に記載されたものがあ
る。また、ＮＭＲイメージングにおいて、傾斜磁場シー
ケンス中に『フローエンコードパルス』と呼ばれる一対
のパルスが含まれていると、再生画像上の各位置におい
て、速度とスピンの位相回転角度とが線形に１対１に対
応する。これを利用して再生画像上の各画素の実部と虚
部の信号レベルから位置を算出し、これを示す画像（位
相図）により速度情報を表示する方法が提案されてお
り、一部の製品には既に利用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来の撮影技
術において、スライス同志の間隔を開口特性幅よりも広
くとれば、隣接スライス間の干渉は防止できるが、スラ
イスを密にとることはできなくなるため、スライス軸方
向の分解能が悪くなるという間題があった。また、スラ
イス厚を薄くするように高周波磁場のパルス波形を変形
すれば、分解能は向上するが、これに伴って計測信号強
度が低下し、再生画像のＳ／Ｎ比が劣下するという問題
があった。また、上記表示方法におけるフローエンコー
ドパルスは、通常の撮影を行う場合にも、一般にその信
号の読み出し方向およびスライス軸方向の傾斜磁場シー
ケンスに含まれているので、ここで得られる位相図は、
二方向の動きによる位相回転角度の加算を示すものとな
り、これらを分離できないという問題があった。本発明
の目的は、これら従来の問題を解決し、画像上の各位置
における三次元的な動きの速度の大きさおよび方向を反
映し、より診断に有効な情報を与えることができるＮＭ
Ｒイメージング装置を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のＮＭＲイメージング装置は、被写体の各部
位の動きの速度および方向に対するスピンの位相回転角
度の感度の異なる数種類の画像を撮影する手段（例え
ば、図１の２１〜２５）と、該数種類の画像から得られ
る密度情報および位相情報を算出する手段（同２６）
と、該画像上の各位置における動きの速度および方向を
反映する情報を表示する手段（同２７）とを有すること
を特徴としている。

【０００５】

【作用】本発明においては、人体中の各部位の動きの大
きさと方向に対する、スピンの位相回転角度の感度の異
なる数種類の画像を撮影した後、各々の位相情報から、
画像上の各位置における動きの、三次元方向の速度成分
を算出し、これらを水素原子の密度分布情報と組合わせ
て、並列，合成，カラーディスプレイ上のＲ，Ｇ，Ｂ対
応、または予め定めた対応関係による擬似カラー表示等
の方法を適用することにより、上記分離を行っている。
ＮＭＲイメージングのパルスシーケンス中の傾斜磁場シ
ーケンスにおいて、一定時間間隔をおいて印加される、
大きさが同一で極性が異なるパルス（前記フローエンコ
ードパルス）が含まれると、動きのある部分に対して
は、次式に示すように、その流速Ｖに比例するスピンの
位相回転角度θを生ずる。 θ＝０．３６ν₀ＶＧｔ_pｔ₁ ・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）ここで、θは位相回転角、 ν₀は共鳴周波数（４．２５８Ｈｚ／Ｇ）Ｖは流速（ｃｍ／ｓｅｃ）Ｇは傾斜磁場勾配（Ｇ／ｃｍ）ｔ_pは傾斜磁場印加間隔ｔ₁は傾斜磁場印加時間であり、速度の方向によりθは正負の値を持つ。上式
（１）は、読み出し（Ｘ軸）方向、位相エンコード（Ｙ
軸）方向については厳密に、またスライス軸（Ｚ軸）方
向についても近似的に成立つので、観測信号から得られ
る位相情報は、人体中の動きの各々の方向の速度成分に
よる位相回転角度の和として得られることになる。

【０００６】従って、上式（１）によって定義される三
次元の各方向のいずれかの流速に対する、位相の感度が
異なるように傾斜磁場のシーケンスを異ならせて、三枚
の画像を撮影すれば、各々の位相情報を算出することに
より、三方向の速度Ｖ_x，Ｖ_y，Ｖ_z、すなわち三次元の
各方向の速度成分を得ることができる。このようにして
得られた各方向の速度分布を示す情報を、単独、あるい
は水素原子密度分布を示す情報と組合わせて、（ａ）画像，数値，グラフィック等で並列表示（ｂ）カラーディスプレイ上の三原色の濃度レベルのい
ずれかに対応させてカラー表示（ｃ）ある関係を定めて色彩または濃度レベルに対応付
けて擬似カラー表示（ｄ）演算処理を行って合成表示のいずれかの表示方法により、濃淡ディスプレイあるい
はカラーディスプレイ上に表示する。具体例としては、（ａ）においては、水素原子の密度分布像と、三次元の
各方法の速度分布を示す画像を、画面上に同時に並列表
示する方法（ｂ）においては、三次元の各方向の速度成分の絶対値
を三原色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の濃度レベルのいずれかに対応
付けてカラー合成表示する方法（ｃ）においては、三次元空間内における速度ベクトル
の方向を複数領域に分割し、各領域に対して色彩を、ま
た速度の絶対値に対し濃度レベルを割当てて表示する方
法（ｄ）においては、画像上において動きのある部分に対
しては速度情報を、そうでない部分に対しては密度情報
を割当てて、合成表示する方法が挙げられる。上記
（ａ）〜（ｄ）のいずれの表示方法を用いた場合であっ
ても、画像上の各位置の動きの速度の大きさと方向を良
く反映し、より診断に有用な情報を提供することができ
る。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例を、図面により詳細に
説明する。図１は、本発明の一実施例を示すＮＭＲイメ
ージング装置のブロック図である。図において、２１
は被検体からＮＭＲ信号を検出するために発生させる各
種パルスおよび磁場をコントロールするシーケンス制御
部、２２は被検体の特定の核種を共鳴させるために発生
させる高周波パルスの送信器、２３はＮＭＲ信号の共鳴
周波数を決定する静磁場と、強さおよび方向を任意にコ
ントロールできる傾斜磁場を発生させるための磁場制御
部、２４は磁場制御部２３から出力されたコントロール
信号に基づいて、計測に必要な磁場を発生させる磁場駆
動部、２５は被検体から発生するＮＭＲ信号を検波後、
計測を行う受信器を示している。また、２６は受信器２
５から取込んだ計測信号を基に画像再構成および本発明
の要部であるフィルタリング処理を行う処理装置、２７
は処理装置２６による処理の結果、最終的に得られた画
像を表示するためのＣＲＴディスプレイを示している。

【０００８】図２は、本発明の一実施例を示す手順のフ
ローチャートである。図１に示したようなＮＭＲイメー
ジング装置において、本発明の表示装置を使った表示方
法を具体例を挙げて説明する。ステップ４１において
は、傾斜磁場のシーケンスを三通りに異ならせて、それ
ぞれ画像を撮影する。これらの三通りのシーケンスは、
例えば図３〜図５に示されるようなものである。図３
は、通常の撮影シーケンスチャートである。ここでは、
スライス軸方向傾斜磁場（Ｇ_z）シーケンス中の一対の
反転パルス５３，５４および１８０°パルス５２と同時
に印加されるパルス５５の二箇所が、また読出し方向
（Ｇ_x）においては、読出し用印加パルス５７と５８と
が、それぞれ１組のフローエンコードパルスとなってお
り、位相エンコード（Ｇ_y）方向には、フローエンコー
ドパルスは含まれない。従って、図３のシーケンスによ
る位相回転角度は、ｘ方向およびｙ方向の動きによる位
相回りの和となる。

【０００９】図４においては、１８０゜パルス６２印加
時のＧ_z方向のパルス６３の極性が、図３のシーケンス
とは逆になっており、またその印加時間が通常のα倍
（α＞１）となっている。これは、図３におけるＧ_zの
フローエンコードパルスが二箇所あることに着目し、こ
れらの傾斜磁場の極性を異ならせたものであり、この結
果、９０゜パルス６１印加時と、１８０゜パルス６２印
加時の位相回転方向が逆となる。従って、αを適当な値
にすることによって、ｚ軸方向の速度に関係なく、これ
による位相回転角度をほぼキャンセルすることが可能に
なる。その結果、図４のシーケンスによる位相回転角度
は、ｘ方向の動きのみを反映し、かつその速度に比例す
るものとなる。次に、図５は、ｙ方向の傾斜磁場Ｇ_yの
シーケンス中に、一組のフローエンコードパルス７１，
７２を含むという点で、図３に示したシーケンスと異な
る。従って、図５のシーケンスによる位相回転角度は、
ｘ，ｙ，ｚ各方向の動きによる位相回転角度の和として
現われる。上述のように、図３、図４および図５に示し
たシーケンスによって撮影された画像上の各位置におい
ては、それぞれｚ方向、ｘ方向の動きによる位相回転角
度の和；ｘ方向の動きによる位相回転角度の和；および
ｘ，ｙ，ｚ方向の動きによる位相回転角度の和が、位相
情報として現われる。

【００１０】図２に戻って、ステップ４２では、上述の
三通りのシーケンスにより計測された、それぞれのＮＭ
Ｒ信号をフーリエ変換して複素画像を得、これを基に画
像上の各位置における位相を示す画像（前記位相図）を
求める。また、各々の複素画像のいずれかの絶対値をと
ることにより、水素原子の密度分布を表わす画像（密度
像）を算出する。ステップ４１で説明したように、図
３、図４および図５のシーケンスによって撮影された画
像の前記位相図は、それぞれｘ方向とｚ方向の動きによ
る位相回転角度の和θ_x＋θ_z；ｘ方向の動きによる位相
回転角度θ_x；ｘ，ｙ，ｚ各方向の動きによる位相回転
角度の和θ_x＋θ_y＋θ_zを示すものとなっている。ステ
ップ４３では、各方向の動きの速度と位相回転角度に対
して、前式（１）の関係が成立することから、画像上の
各位置において、各方向の速度Ｖ_x，Ｖ_y，Ｖ_zに対し、
線形の三次元連立方程式を構成し、これを解くことによ
りＶ_x，Ｖ_y，Ｖ_z、すなわち三方向のそれぞれの速度成
分を示す三枚の画像を算出する。ステップ４４では、上
記ステップ４３で得られた画像上の各位置における密度
情報、および三次元の各方向の速度情報を、種々の手段
を適用して表示する。このときの表示の方法、およびそ
の方法における具体的な表示対策を図６にまとめた。

【００１１】図６は、本発明の表示装置を使った表示方
法および表示対象を体系化した図である。図６におい
て、８１〜８４は、先に説明した表示方法（ａ）〜
（ｄ）に対応するものである。また、８５〜９２は、上
記表示方法に適した表示対象を示すものである。以下、
各々について簡単に説明する。下記各表示方法は、いず
れも静磁場、傾斜磁場、高周波磁場の発生手段と、検査
対象からのＮＭＲ信号を取出す検出手段と、検出された
信号に対し画像再構成を含む各種演算を行う手段とを有
するＮＭＲイメージング装置において、検査対象物中の
各部位の動きの速度の大きさと方向に対する、スピンの
位相回転角度の感度の異なる数種類の画像を撮影し、こ
れらの画像から得られる密度情報および位相情報を用い
て、画像上の各位置における動きの速度および方向を反
映する情報を表示するものである。表示方法８１は、上
記表示方法において、画像上の各位置における動きの速
度および方向を含む情報を、画像上に並列表示する方法
である。これには、密度像と三次元の各方向の速度分布
を示す三枚の画像を同一画面上に表示する方法８５；密
度像上の任意の位置をカーソル等で指定し、その位置に
おける三次元の各方向の速度成分を、それぞれ数値表示
８６、ベクトル表示８７で表示する方法が可能となる。

【００１２】表示方法８２は、上記表示方法において、
画像上の水素原子の密度分布、あるいは三次元の各方向
の速度分布を反映する画像中の複数枚を選択して、カラ
ーディスプレイ上の三原色の濃度レベルのいずれかに対
応させてカラー合成表示を行う方法である。これには、
三次元の各方向の速度分布を示す画像の濃度レベルを、
それぞれカラーディスプレイ上の三原色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）
の濃度レベルに割当ててカラー合成表示する方法８８；
これに更に密度分布を組合わせて表示する方法８９、が
可能である。表示方法８３は、上記表示方法において、
画像上の水素原子の密度分布、あるいは三次元の各方向
の速度分布に関する情報を複数選択し、これらを組合わ
せてカラーディスプレイ上に、擬似カラー表示する方法
である。これには、三次元の各方向の速度成分の正負に
より、速度の方向を例えば８種類に分割して、これらを
それぞれ異なる色彩に、また速度の絶対値を濃度レベル
に割当てて表示する方法９０が可能である。

【００１３】表示方法８４は、上記表示方法において、
画像上の水素原子の密度分布情報と、三次元の各方向の
速度分布を反映する情報を用いて演算処理を行って、こ
れらを合成して表示する方法である。これには、画像上
の各位置における速度情報を検出した後に、一枚の画像
上において、動きのある位置には速度情報、そうでない
位置には水素原子の密度情報を割当てて、合成表示する
方法９１、あるいは人体中の周期的な動きの異なる段階
における複数枚数画像を撮影し、画像上の各位置におけ
る水素原子の密度情報、および三次元の各方向の速度情
報を用いて、人体中の運動の動画表示を行う方法９２、
が可能である。上述の実施例においては、人体内の各部
位における三次元的な動きの大きさと方向とを反映する
情報を表示できるので、血流の異状発見等の診断におい
て、より有効な情報を提供することができる。

【００１４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、静
磁場、傾斜磁場、高周波磁場の発生手段と、検査対象物
からのＮＭＲ信号を取出す検出手段と、検出された信号
に対して画像再構成を含む各種演算を行う手段とを有す
るＮＭＲイメージング装置において、被写体の各部位の
動きの速度および方向に対するスピンの位相回転角度の
感度の異なる数種類の画像から得られる密度情報および
位相情報を用いることにより、画像上の各位置における
三次元的な動きの速度の大きさおよび方向を反映する情
報を表示することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用されるＮＭＲイメージング装置の
ブロック図である。

【図２】本発明の一実施例を示す表示方法の動作フロー
チャートである。

【図３】本発明における画像撮影の際の第１のシーケン
スチャートである。

【図４】同じく画像撮影の際の第２のシーケンスチャー
トである。

【図５】同じく画像撮影の際の第３のシーケンスチャー
トである。

【図６】本発明の一実施例の表示方法および表示対象を
示す図である。

【符号の説明】

２１シーケンス制御部２２高周波パルス送信器２３磁場制御部２４磁場駆動部２５受信器２６処理装置２７ＣＲＴディスプレイ８１並列表示方法８２Ｒ．Ｇ．Ｂ対応表示方法８３擬似カラー表示方法８４演算処理後表示方法８５画像表示方法８６数値表示方法８７ベクトル表示方法８８速度分布カラー表示方法８９速度・密度分布組合せカラー表示方法９０速度絶対値＋おおよその方向を表示する方法９１速度・密度の合成表示方法９２複数画像の動画表示方法

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者横山哲夫神奈川県川崎市麻生区王禅寺1099番地株式会社日立製作所システム開発研究所内 (72)発明者小泉英明茨城県勝田市市毛882番地株式会社日立製作所那珂工場内 (56)参考文献特開昭61−187850（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】静磁場，傾斜磁場，高周波磁場を発生し、
それら各磁場に基づいて検査対象物からのＮＭＲ（核磁
気共鳴）信号を取り出すＮＭＲイメージング装置におい
て、被写体の各部位の動きの速度および方向に対するスピン
の位相回転角度の感度の異なる数種類の画像を撮影する
手段と、該数種類の画像から得られる密度情報および位相情報を
算出する手段と、該画像上の各位置における動きの速度および方向を反映
する情報を表示する手段とを有することを特徴とするＮ
ＭＲイメージング装置。
【請求項２】前記表示手段は、画像上の各位置における
動きの速度および方向を反映する情報を、画像上に並列
あるいは合成表示することを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載のＮＭＲイメージング装置。
【請求項３】前記表示手段は、画像上の各位置における
動きの速度および方向を反映する情報を、画像上の水素
原子の密度分布あるいは三次元の各方向の速度分布を反
映する画像中の複数枚を選択し、カラーディスプレイ上
の三原色の濃度レベルのいずれかに対応させてカラー合
成表示することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
のＮＭＲイメージング装置。
【請求項４】前記表示手段は、画像上の各位置における
動きの速度および方向を反映する情報を、画像上の水素
原子の密度分布あるいは三次元の各方向の速度分布に関
する情報を記録する画像中複数枚を選択し、これらを組
合せてカラーディスプレイ上に、擬似カラー表示するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のＮＭＲイメ
ージング装置。
【請求項５】前記表示手段は、画像上の各位置における
動きの速度および方向を反映する情報を、画像上の水素
原子の密度分布情報と、三次元の各方向の速度分布を反
映する情報を用いて演算処理を行い、これらを合成して
表示することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
ＮＭＲイメージング装置。
【請求項６】前記表示手段は、画像上の各位置における
動きの速度および方向を反映する情報を、画像上の水素
原子の密度分布と、三次元の各方向の速度分布を示す画
像として画面上に同時に並列表示することを特徴とする
特許請求の範囲第２項記載のＮＭＲイメージング装置。
【請求項７】前記表示手段は、画像上の各位置における
動きの速度および方向を反映する情報を、画像上の水素
原子の密度分布を示す画像と、三次元の各方向の速度分
布を示す数値として、画面上に同時に並列表示すること
を特徴とする特許請求の範囲第２項記載のＮＭＲイメー
ジング装置。
【請求項８】前記表示手段は、画像上の各位置における
動きの速度および方向を反映する情報を、画像上の水素
原子の密度分布を示す画像と、三次元の各方向の速度分
布を示す三次元ベクトルとして、画面上に同時に並列表
示することを特徴とする特許請求の範囲第２項記載のＮ
ＭＲイメージング装置。
【請求項９】前記表示手段は、画像上の各位置における
動きの速度および方向を反映する情報を、画像上の水素
原子の密度分布を示す画像と、三次元の各方向の速度複
対値を示す鳥観図を用いて表示することを特徴とする特
許請求の範囲第２項記載のＮＭＲイメージング装置。
【請求項１０】前記表示手段は、画像上の各位置におけ
る動きの速度および方向を反映する情報を、画像上の水
素原子の密度分布を示す画像と、三次元の各方向の速度
の大きさおよび方向を示すベクトルとに重ね、透視図と
して表示することを特徴とする特許請求の範囲第２項記
載のＮＭＲイメージング装置。
【請求項１１】前記表示手段は、画像上の各位置におけ
る動きの速度および方向を反映する情報を、画像上の水
素原子の密度分布を示す画像と、三次元の各方向の速度
絶対値に対応させた点滅速度で、点滅表示することを特
徴とする特許請求の範囲第２項記載のＮＭＲイメージン
グ装置。
【請求項１２】前記表示手段は、画像上の各位置におけ
る動きの速度および方向を反映する情報を、画像上の水
素原子の密度分布あるいは三次元の各方向の速度分布を
反映する三枚の画像中の三枚の画像を選択し、カラーデ
ィスプレイ上の三原色の濃度レベルのいずれかに対応さ
せてカラー合成表示することを特徴とする特許請求の範
囲第３項記載のＮＭＲイメージング装置。
【請求項１３】前記表示手段は、画像上の各位置におけ
る動きの速度および方向を反映する情報を、画像上の水
素原子の密度分布あるいは三次元の各方向の速度分布を
反映する三枚の画像中の一枚ないし二枚の画像を選択
し、カラーディスプレイ上の三原色の濃度レベルのいず
れかに対応させてカラー合成表示することを特徴とする
特許請求の範囲第３項記載のＮＭＲイメージング装置。
【請求項１４】前記表示手段は、画像上の各位置におけ
る動きの速度および方向を反映する情報を、画像上の各
位置における速度の方向を三次元空間における複数領域
に分割して、各々を異なる色または濃度レベルに割当て
て、速度の大きさおよびその概略の方向をカラーディス
プレイ上に擬似カラー表示することを特徴とする特許請
求の範囲第４項記載のＮＭＲイメージング装置。
【請求項１５】前記表示手段は、画像上の各位置におけ
る動きの速度および方向を反映する情報を、画像上の各
位置における速度情報を検出し、一枚の画像上において
動きのある位置には速度情報を、そうでない位置には水
素原子の密度情報を割当てて合成表示することを特徴と
する特許請求の範囲第５項記載のＮＭＲイメージング装
置。
【請求項１６】前記表示手段は、画像上の各位置におけ
る動きの速度および方向を反映する情報を、被写体の周
期的な動きの異なる段階における複数枚画像を撮影し、
画像上の各位置における水素原子の密度情報および三次
元の各方向の速度情報を用いて、動画表示することを特
徴とする特許請求の範囲第５項記載のＮＭＲイメージン
グ装置。
【請求項１７】前記表示手段は、画像上の各位置におけ
る動きの速度および方向を反映する情報を、一回の撮影
により得られた画像および位置の三次元方向の大きさと
方向を示すベクトルを重ね、視点を連続的に透視像とし
て表示することを特徴とする特許請求の範囲第５項記載
のＮＭＲイメージング装置。
【請求項１８】前記表示手段は、画像上の各位置におけ
る動きの速度および方向を反映する情報を、画像上の各
位置における水素原子の密度情報および三次元の各方向
の速度情報に各々異なる色を割当てて、動画表示するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１６項記載のＮＭＲイ
メージング装置。