JP2608274B2

JP2608274B2 - 核磁気共鳴イメージング装置

Info

Publication number: JP2608274B2
Application number: JP61190712A
Authority: JP
Inventors: ラツセル・アレン・コムプトン; ジヨン・テイモシー・ケラー; トーマス・ロバート・マクブライド; デビツド・モウズイズ・クラマー
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1985-08-16
Filing date: 1986-08-15
Publication date: 1997-05-07
Anticipated expiration: 2012-05-07
Also published as: EP0219206A2; EP0219206B1; EP0219206A3; US4673880A; DE3680742D1; ATE66075T1; JPS6243549A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は磁気共鳴イメージング（MRI）装置に関し、
この種の装置における核磁気共鳴（NMR）情報信号の位
相検出に関する。

MRIにおいて、一般的なイメージング技術は、イメー
ジされる対象物の選択された面またはスライスのイメー
ジを形成するものである。典型的には対象物は、グラジ
エント磁場（gradient field）の幾何学的中心における
スライスの物理的領域をもって、静磁場に配置される。
磁場の中心は、x,yおよびｚのディメンションが全て呼
称零値を有する地点である。一般的に各グラジエント磁
場中心の片側上で増大する磁場強度を示し、そして他方
の側で減少する磁場強度を示すが、両変化は特定グラジ
エントの方向において漸進する。従って、磁場中心にお
ける磁場強度MRI装置に関する呼称のラーモア（Larmo
r）周波数であって、通常は静磁場のそれと等しいもの
に相当する。

高周波（RF）励起パルスを対象物に送信し、戻った核
磁気共鳴情報信号を受信するRFコイルは通常、呼称のラ
ーモア周波数に同調されている。対応的に、RF送信機お
よび受信機はこの周波数に中心を合わせた帯域幅に同様
に調整される。磁場中心に配置されたスライスの領域に
よって、送信され、かつ受信された信号は略呼称周波数
範囲内に入ることになる。

より良い診断用途に関しては、対象物の各種領域から
数種のスライスイメージを得ることを望ましい。MRI装
置の利用を有効とするために、技術は、たとえば本願と
同時出願された米国特許出願第766613号［発明の名称：
容積領域の多重磁気共鳴イメージ法（MULTIPLEXD MAGNE
TIC RESONANCE IMAGING OF VOLUMETRIC REGIONS）］中
に記載されている技術のように、多重スライスからイメ
ージ情報を同時に得ることに関して開発されて来た。多
重スライスが同時にイメージされる場合、１個は磁場の
中心に配置してもよいが、他のものはグラジエント磁場
内の他の場所に配置されることになる。このようにし
て、多数のスライスが呼称中心周波数以外のラーモア周
波数の磁場領域内に配置される。従って、送信および受
信コイルの帯域幅ならびに回路は、周波数のより広い領
域に亘って信号の送信および受信は適合するように調節
せねばならない。

多重スライスイメージ法は、磁場中心以外に配置され
たスライスが励磁および核磁気共鳴情報信号発射中に異
なった周波数および周波数帯域を有する信号に応答し、
これらを発射するという特別な問題を呈する。オフセン
ターのスライスは、装置の呼称中心周波数以外の周波数
の励磁信号により選択されるが、周波数エンエンコード
化「読み取り」グラジエントの存在下における受信は依
然として呼称中心周波数に中心合わせした周波数帯上に
あってもよい。しかし、周波数および帯域幅を励磁と核
磁気共鳴情報信号受信との間で変化させねばならないと
いう問題が発生する。

上記問題に対する直接のアプローチは、選択された狭
い周波数帯域で送信して所望スライスを励起し、次いで
ノミナル中心周波数と常に同一である中心周波数により
広い帯域に及んで信号を受信し、それにより受信機帯域
の読み取りグラジエント磁場と整列させるというもので
ある。しかし、スライスは、その周波数および送信され
た励起信号の位相特性双方に関連して励起されることに
なる。NMRスピン装置のサブシーケンスエンエンコード
化は送信信号の位相基準から進行する。受信した核磁気
共鳴情報信号を適切に復号するためには、送信された信
号の位相基準を核磁気共鳴情報信号受信中に利用せねば
ならない。

しかし、もし周波数が受信の準備中に変化すれば、位
相基準は喪失する可能性があり、その位相は「アンロッ
ク（unlocked）」状態となる。従って、周波数が変化す
る際、送信および受信間に位相ロックを維持するために
何らかの技術が必要となる。

一つの技術は、知られた位相特性を維持しながら周波
数を円滑に変化させる基準周波数源を利用することであ
る。しかし、この種の装置は常に信頼性がある訳でない
ことが判明しており、また送信後その周波数が変化する
と、若干の周波数変動が時々経験されることも判明して
いる。この問題は通常、走査が完了するまではっきり理
解されることはなく、またその処理装置が固有のイメー
ジを再構成し得ないことも判明している。

第２の技術は、多重周波数基準源を利用するものであ
り、これは送信および受信に関して別々の位相ロック信
号を提供するものである。一つのこの種装置は、周波数
に分割される高周波マスター基準信号から２個の信号を
得るというものである。しかし、このアレンジメントは
スライス間の間隔および信号タイミングの両者を予め決
定された選択に制限し、これは装置フレキシビリティに
とって不利となる。これを克服するために、多重周波数
源が、２個の完全に可変的な周波数信号を位相整列させ
るために試みられるかも知れない。これもまた、異なっ
た周波数を有する信号は、それらが瞬間的に位相整列を
達成する場合にのみ位相比較が可能で、位相整列は各逆
差周波数ごとに発生するものであるという点で問題を呈
している。信号の周波数が近接すればするほど、それら
は滅多に整列しなくなり、その結果位相修正は滅多に行
えなくなる。

更に他の技術は、均一なバイアス磁場をもつ周波数エ
ンエンコード化グラジエントをオフセットさせ、その結
果米国特許第621,396号［出願日:1984年６月18日、発明
の名称「核磁気共鳴イメージング装置におけるオフセッ
ト・グラジエント磁場（OFFSET GRADIENT FIELDS IN NU
CLEAR MAGNETIC RESONANCE IMAGING SYSTEMS）」］中に
記載されているようなバイアスコイルを使用することに
より、その中心周波数は中心送信周波数に整合するとい
うものである。しかし、凡ゆるグラジエントがスライス
選択グラジエントとなり得るので、全てのグラジエント
コイルは、同一の立ち上り時間およびパルス領域の積分
値に等しく応答せねばならない。このことが装置利用中
に必要なグラジエント精度を維持するために可成りの製
造精度および定常的な調節を必要とする。

最後の技術は、基準周波数源について安定化回路を使
用することであり、これは位相を、周波数が変化する度
に特定の値に設定するものである。この種の回路は作る
のが困難であり、またこれは不安定性を伴う可能性があ
り、この不安定性が該回路を第１の技術よりも更に信頼
性のないものとする。

本発明の原理によれば、位相敏感検出に関する上述技
術の問題を克服するMRI装置が提供される。本発明の実
施態様において、それぞれ空間的に異なってイメージス
ライスが、それ自体特有の周波数において査問される。
選択された共通の周波数が励起ならびに各特定スライス
からの核磁気共鳴情報信号の受信に関して利用される。
周波数は送信および受信サイクル間では変化しないの
で、その位相基準はこの二つのサイクル間でロックされ
る。

しかしながら、各スライスについて異なって周波数基
準を使用することは復調情報信号における明白な左／右
周波数シフトを生ずる。この望ましくないシフトは受信
された信号を、復調信号および与えられた基準周波数の
差周波数についての三角関数によって変調することによ
り修正される。送信および受信双方に関して、共通の周
波数を利用することにより核磁気共鳴情報信号の位相情
報が保存され、また選択周波数および与えられた基準周
波数間の周波数オフセットを知ることによりその周波数
オフセットにより導入される位置ずれが排除される。

最初に第１図を参照すると、スライスＡおよびＢを含
む物質70のブロックが示されている。このブロックはそ
の隣に引かれたx,yおよびｚ軸に対して、スライスＢに
関し中心合わせたグラジエント磁場の零点をもって方向
づけられている。ｘ−指向グラジエントG_Xが引かれて、
ｘ−方向に関しグラジエント磁場の変化を示す。その変
化の度合いは、スライスの平面中で、かつその中心を経
由して引かれたｘ−軸ライン74により示されている。ｚ
−指向グラジエント磁場G_Zもまた示されており、そして
図示の明瞭化のため、G_Zグラジエントはブロックの前面
72の面内に引かれている。G_Zグラジエント磁場はｘ−軸
ライン74と一致する零点を有している。このようにし
て、グラジエント磁場の中心におけるスライスＢの中心
は（X_O，Y_O，Z_O）のグラジエントに関して座標値を有す
る。

スライスＢは狭い周波数帯を有する高周波（RF）信号
により励起され、この周波数帯はスライスＢの下方で矢
印により示されるように、周波数F_ZOの周囲に中心合わ
せされている。周波数F_ZOはG_Zグラジエント磁場の零点
における特性周波数である。スライスの励起核から得ら
れる核磁気共鳴情報信号を読み取るべき場合、読み取り
グラジエントG_Xが適用される。獲得された信号は、周波
数BW_Xの帯域においてｘ−方向に沿う周波数変動により
空間的に符号化される。BW_X帯域の中心は周波数F_XOによ
って示されており、これはG_Zグラジエント磁場の零点に
おける特性周波数である。両中心周波数F_ZOおよびF
_XOは、その磁場が静磁場に等しい磁場零点に存在するの
で、２個の中心周波数は等しい、すなわちF_ZO＝F_XO。そ
の結果、F_ZOおよびF_XOに等しい送信機および受信機双方
に関する共通基準周波数の採用が、スライスＢからの信
号を発生させ、かつこれを復調するために使用できる。
基準周波数は変化させるべきではないので、受信された
信号が復調される際、そこには位相基準乃至「アンロッ
ク」状態の損失は全く存在しない。

スライスＡもまたG_Xグラジエントに関して示されてお
り、これはスライスＡの中心を通過し、かつスライスの
内面にあるｘ−軸ライン76に関して引かれている。スラ
イスＡの中心もまた、G_Xグラジエント磁場の零点に配置
されている。しかし、ブロック70の前面72の面内のG_Zグ
ラジエントはｘ−軸ライン76の下方に存在するのが理解
される。それはスライスＡが零点のそれとは異なるG_Zグ
ラジエント磁場の磁場位置に存在するからである。

従って、スライスＡの中心は（X_O，Y_O，Z_O）のグラジ
エントに対して座標値を有することになる。

このスライスＡはRF信号によりG_Zグラジエント磁場に
対して励起され、このRF信号はスライスＡの下方で矢印
により示される周波数F_ZLに中心合わせされた周波数帯
を有している。周波数F_ZLはｘ−軸ライン76、すなわち
スライスＡ面におけるG_Zグラジエント磁場の特徴的周波
数である。得られた核磁気共鳴情報信号を読み取るべき
場合、スライスグラジエントG_Zは除去され、そして読み
取られたグラジエントG_XはスライスＡに適用される。ス
ライスＡからの空間的に符号化された信号は、先のよう
に、周波数F_XOに中心合わせされた周波数BW_Xの帯域を占
めることになる。周波数F_XOはG_Xグラジエント磁場の零
点における特徴的周波数であり、一方周波数F_ZLはG_Zグ
ラジエント磁場の零点、たとえば矢印F_XLにより示され
る点における特徴を示している。すなわちF_ZLはF_XOに等
しくない。

従来のNMR装置においては、スライスＡに関するF_ZL間
の相違を、F_ZLに等しい送信基準周波数を使用し、次い
でF_XOに等しい基準周波数を受信するために切り替える
ことにより考慮に入れている。前述したように、この周
波数変化は、スライスＡの励磁において利用される位相
基準の損失を生ずる可能性がある。フーリエ変換再構成
を用いるスライスＡをイメージするため、獲得された核
磁気共鳴情報信号は多数の走査に亘り知られた共通位相
基準に対応せねばならない。これはフーリエ処理が本質
的に相関技法であるからである。位相基準がアンロック
されると、各データラインに関する位相基準は正確には
相関しないことになる。その結果、フーリエ変換プロセ
ッサーは空間的に非常相関情報に対して作動することに
なり、かつ所望の空間的符号化スライスは精確には再生
されないことになる。この問題はそれ自体、スライスＡ
イメージ中にゴーストを形成するか、あるいは極端な場
合には認識不能なイメージを形成すること明白に示して
いる。

本発明の原理によれば、この位相アンロックの問題は、
同一の基準信号をRF送信および核磁気共鳴情報信号の受
信ならびに復調の双方に使用することにより克服され
る。しかしながら、オフセンタースライス、たとえば第
１図のスライスＡの場合には、このことが更に複雑な事
態をもたらす。F_ZLに等しい周波数を送信および受信双
方に関する基準信号として使用すれば、F_ZL周波数はｘ
−軸基準ライン76上の或る地点に存在することになり、
これは中心点以外である。というのはF_XOはF_ZLに等しく
ないからである。これは周波数F_XLの矢印により示され
る地点のような周波数、たとえばF_XL＝F_ZLであればよ
い。このようにして、周波数F_XLの中心の合った周波数
を有する帯域に関して復調が生ずる。

この復調された周波数の新しい帯域は、BW_Xの所望周
波数エンコード化帯域からオフセットすることになる。
この周波数帯域オフセットの状態を更に以下で論述する
ことにしよう。

本発明のNMR技術は、第２図および第３図にブロック
ダイアグラム状で示されるようなMRI装置により遂行す
ることができる。第２図を参照すると、MRI装置の送信
部分が示されている。パルスシーケンサーおよびメモリ
18は制御信号V_Cを周波数シンセサイザー10に加える。V_C
制御信号に応答して、周波数シンセサイザー10はf_S送信
基準信号をトランスミッター12に供給する。そこでF_Sは
送信された高周波信号の中心周波数である。トランスミ
ッター12は定時送信F_S信号を生成し、これは制御された
トランスミッター・アテネータ14を経由してトランスミ
ッター・増幅器16に結合される。トランスミッター12お
よびアテネータ14は送信／受信コントローラ20により提
供される制御信号によって制御されており、コントロー
ラはパルスシーケンサー18の制御下にある。F_Sは増幅器
16により増幅され、そしてマグネット30内のRFコイル24
に、送信／受信コントローラ20の制御下で生成されたパ
ルスのシーケンスの形状で印加される。RFコイル24はF_S
パルスをイメージされる対象物に加える。加えられた信
号のタイミングを同期させるために、タイミング制御信
号もまた、周波数シンセサイザー10により生成され、そ
して送信／受信コントローラならびにライン19上のパル
スシーケンサーに結合される。

更にマグネット30の磁場内に配置されているのは、x,
yおよびｚグラジエントコイル26,28および29である。こ
れらのコイルは、グラジエント信号アンプリングファイ
ヤ22からのグラジエント制御信号G_X，G_YおよびG_Zを受信
する。

これらの制御信号は送信／受信コントローラ20により
提供される。

次に第３図を参照すると、イメージされる物質の核に
よる発信される核磁気共鳴情報信号はRF信号コイル24中
でF_R復調信号を誘導する。これらの復調信号はRF整合ネ
ットワーク25を経由してプリ増幅器27およびレシーバ・
アテネータ34に結合される。このレシーバ・アテネータ
は送信／受信コントローラ20により制御される。受信さ
れたF_R信号は増幅器36により増幅され、そして直角位相
検出器42および44に加えられる。この位相検出器は２個
の復調信号を各０°および90°の位相角において、移相
器40から受信するが、移相器は周波数シンセサイザー10
から基準信号f_Rを受信する。位相検出器42および44はそ
れぞれチャンネルＡおよびチャンネルＢ信号を生成す
る。ベースバンドチャンネルＡおよびチャンネルＢ信号
は各ローパスフィルタ46および48によりフィルタリング
され、次いでフィルタリングされた信号は、パルスシー
ケンサー18により生成されたサンプリング信号fSAMPLE
に応答して各アナログ・デジタル変換器50および52によ
り試料とされる。得られたチャンネルＡおよびチャンネ
ルＢデジタル語はコンピュータ60のメモリ中に記憶され
る。コンピュータおよびメモリ60はまた、データ・リン
ク68を経由してパルスシーケンサーおよびメモリ18と情
報を交換する。チャンネルＡおよびチャンネルＢデジタ
ル語は処理され、組み合わされ、そしてフーリエ変換ア
レイプロセッサ62によりその周波数領域に変換される。
得られたイメージ信号はイメージプロセッサ64によりイ
メージフォーマット内でアセンブルされ、そして処理さ
れたイメージはビデオモニター66上にディスプレーされ
る。

さて、第４図を参照すると、第３図および第４図の装
置によりイメージされるべき物質70の長方形ブロックが
示されている。このブロックの４個のスライスA,B,Cお
よびＤが多重スライス、多重エコーフォーマットを用い
てイメージされる。ブロックの座標値はブロック70に隣
接して示されるx,yおよびｚ座標軸によって表示される
如くである。ブロック70の一面172が具体的に示されて
いる。

第５図はブロック170の４個のスライスをイメージす
るための波形図を示している。同図の上部において、ブ
ロックの面172がｚ−指向グラジエントG_Zに関連して部
分的に示されている。このブロックのスライスＢはG_Zグ
ラジエント磁場の中心乃至零点に中心合わせされてい
る。零点とは、G_Zグラジエントが静磁場に対し実質的に
全く寄与しない点（G_Z＝０）である。零点のいずれかの
側で、このグラジエント磁場は相対的にポジティブまた
はネガティブに増加する。

先ずスライスＡが、スライス選択G_Zグラジエント84と
共に周波数選択性90°RFパルス80を適用することにより
走査される90°パルス80はスライスＡの空間的選択に関
する周波数特性ω_Aを示す。プレコンディショニングG_Z
グラジエント102はそのスライスに適用され、そしてレ
ベル可変位相符号化G_Yグラジエント202が適用されてｙ
方向においてこのスライスを空間的に符号化する。

次に周波数選択性180°RFパルス82が、G_Zグラジエン
ト86と共にそのブロックに印加され、スピンエコー信号
88の後生成をもたらす。スピンエコー信号88はｘ方向G_X
に関する周波数エンコード化読み取りグラジエント104
の存在下でサンプリングインターバル304中に試料とさ
れる。

第２スピンエコー信号は、第２位相エンコード化G_Yグ
ラジエント205の１レベルをブロック170に適用し、引き
続いてG_Zグラジエント87の存在下に第２ 180°RFパル
ス85を適用することによりスライスＡから獲得される。
第２スピンエコー信号89は発展し、そしてこれはG_Xグラ
ジエント106の存在下でサンプリング期間306中に試料と
される。第２G_Yグラジエント205は、第１G_Yグラジエン
ト202に対し２倍の位相エンコード化効果、但し反対の
向きにおける効果をもたらすように選択されたレベルを
有している。これが２個の180°RFパルス82および85に
より生ずる位相反転を補償し、そして処理に関し同一の
向きを有すべきスピンエコー信号89の位相を生ずる。ｙ
−方向における信号位相を効果的にフリップすることに
より、G_Yグラジエント205は第２エコーイメージ中のゴ
ーストをスーパーインポーズし、かつキャンセルさせる
ことによってこれらを除去する。

スライスＡのこの多重エコー走査の間、第２図の周波
数シンセサイザーは第５図の下部に示されるように、パ
ルスシーケンサー18からのV_C制御信号を受信している。
この制御電圧は周波数シンセサイザー10により生成され
る基準周波数f_Sを、第５図に示されるように、周波数f_A
と等しくする。それによって、送信機12に関する基準信
号はf_S＝f_Aに設定され、かつ送信RF信号は周波数f_Aに中
心合わせされる。

受信核磁気共鳴情報信号は、G_Xグラジエント磁場の零
点に相当する基準周波数f_REFに中心合わせされることに
なるが、それらは基準信号f_R＝f_Aをもって第３図の位相
検波器により復調される。この復調信号が周波数エンコ
ード化信号情報の空間的表示を決定する。従来の装置に
おいては、受信機基準信号が受信に関して、周波数エン
コード化グラジエント104および106の下方で破線により
示されるように、ノミナル基準信号f_REFに周波数シフト
されていた。しかし、周波数におけるこの変化が位相検
波器42および44に加えられる基準信号の位相ロックを妨
げることになり、そのアンロック状態が第５図の下部で
破線上の矢印により示されている。この位相アンロック
は受信核磁気共鳴情報信号の誤位相敏感検出をもたら
し、そしてこれはまた、多重エコーシーケンスにおける
個別RFパルスの位相基準をアンロックすることになる。

本発明装置において、位相アンロッキングは、第５図
中の実線f_Aにより示されるように、全送信および受信サ
イクル中周波数シンセサイザー10について同一の制御信
号V_Cを維持することにより阻止される。位相検出器43お
よび44は、f_S＝f_A＝f_Rのように送信中に用いられる。位
相においてf_S＝f_Aに依然として整列される基準信号を受
信する。このようにして、位相エンコード化核磁気共鳴
情報信号が精密なイメージ再構成に関して精確に検出さ
れる。

しかし、受信信号帯域のf_REF中心の代わりに、復調信
号が周波数f_R＝f_Aにおいて存在するので、そこには帯域
幅およびｘ−方向で周波数エンコード化された情報の中
心周波数双方についてのシフトは存在する。もし、この
周波数シフトを考慮に入れなければ、そこには他のスラ
イスの位置決めに関連するスライスＡの再構成されたイ
メージのｘ方向における空間的シフトが存在することに
なる。

たとえば、もし周波数シフトがf_REFからf_Aへ1KHzであ
るものとし、かつイメージ解像度が100Hz/イメージ・ピ
クセルであるとすれば、イメージはｘ方向において10ピ
クセルだけ再配置されることになる。この再配置は、f_A
がf_REFの上方にあるか、下方にあるかによって、左方ま
たは右方となる。

第５図について説明を続けると、単一のエコー走査が
スライスＢについて行われる。このスライスはそのグラ
ジエント磁場に中心が置かれているので、周波数シンセ
サイザー10についてのV_C制御信号はノミナルf_REF基準周
波数に等しいf_S乃至f_Bを設定する。従って、周波数シン
セサイザー10についての基準周波数はf_S＝f_B＝f_REFに等
しい。周波数スペクトル含量ω_Bを伴い、かつ約f_S＝f_B
に中心合わせされた90°RFパルス120が、G_Zグラジエン
ト124の存在下ブロック170に加えられる。スライスＢの
この選択の後、G_Xグラジエント108および振幅可変G_Yグ
ラジエント208の１レベルを空間エンコード化用ブロッ
クに加える。周波数スペクトル含量ω_Bを伴う180°RFパ
ルス122はG_Zグラジエント126の存在下で適用され、これ
はスピンエコー信号128の発展をもたらすものである。
この信号はG_X周波数エンコード化グラジエント110の存
在下でサンプリングインターバル310中に試料とされ
る。スライス選択および周波数エンコード化スピンエコ
ー信号のサンプリングは両者共ノミナル中心周波数f_REF
において為されるので、このスライスは、従来の装置に
おけるのと同一の方法により効果的に査問される。周波
数f_S，f_R、およびf_Bは全てf_REFに等しい。

次にスライスＣは、周波数スペクトル含量ω_Bを伴う9
0°RFパルス130をG_Zグラジエント134の存在下ブロック
に加えることにより選択される。スライスＣに関して、
V_C制御信号は或るレベルに変更されるので、周波数シン
セサイザー18のf_S信号は第５図の下部に示されるように
周波数f_Cにおいて存在する。これは、送信されたRF信号
F_Sがf_Cに中心合わせされ、そして位相検波器に関する基
準信号がf_R＝f_Cに等しいことを意味する。空間エンコー
ド化G_XならびにG_Yグラジエント112および212がブロック
に加えられ、かつ180゜周波数選択性RFパルス132をG_Zグ
ラジエント136の存在下で加えた後、従来の装置は周波
数エンコード化G_Xグラジエント114の下方で破線により
示されるように、V_C制御信号をf_REFレベルに逆に切り替
えていた。しかし、本装置においては、この種の切り替
えに由来する位相アンロッキングが復調基準周波数をこ
の時間中f_R＝f_Cに維持することにより阻止される。この
ようにして、スライスＣからのスピンエコー信号138はG
_Xグラジエント114の存在においてサンプリングインター
バル314中f_C基準周波数に関して位相検出される。

第４のスライスＤはグラジエント磁場の零点から最も
離れているスライスである。従って、V_C制御信号は第５
図のV_Cラインにより示されるように、一層大きなオフセ
ットレベルに切り替えられ、これが周波数シンセサイザ
ー信号f_Sを周波数f_Dのオフセットさせる。スライスＤは
周波数スペクトル含量ω_Dを伴い、かつ略周波数f_Dに中
心合わせされた90°RFパルス140をG_Zグラジエント144の
存在下ブロック170に加えることにより選択される。G_X
グラジエント116およびG_Yグラジエント216の１レベルを
そのブロックに加え、引き続いて周波数選択性180°RF
パルス142を適用するが、これはG_Zグラジエント146の存
在下で加えられる。得られたスピンエコー信号148は周
波数エンコード化G_Xグラジエント118の存在下で、イン
ターバル318中に試料とされるが、この場合V_C信号ライ
ン中のダッシュ線によって示されるように、復調基準周
波数のf_REF周波数への切り替えを伴わないものとする。

４個のスライス全部の走査は、この地点で完了する。
次に、第４図のシーケンスを、十分な反復が行われ、そ
して信号が４個のスライスのフーリエ変換イメージ再構
成について収集されるまで、何度も、その度に位相エン
コード化G_Yグラジエント202−216のレベルを変化させて
反復する。

V_C制御信号を変化させることにより生じたオフセット
および関連周波数変化は第６図中に示されている。各サ
ンプリングインターバル中に復調基準周波数がf_REFにリ
セットされる際の受信核磁気共鳴情報信号の呼称帯域幅
は、中心周波数f_REFを伴ってBW_REFとして表示される。
しかし、基準周波数が位相検出安定性に関し送信および
受信双方中で維持されると、４個のスライスからの検出
された核磁気共鳴情報信号は添付図面中に示されるよう
に、異なった帯域を占める、スライスＡ信号の帯域は、
帯域BW_Aにより示されるように呼称帯上でオフセットし
ている。そのグラジエント磁場を中心とするスライスＢ
は呼称帯と整列する帯域BW_Bを有する。スライスＣおよ
びＤのための帯は帯域BW_CおよびBW_Dにより示されるよう
に、呼称帯の下方でオフセットする。

この４個の周波数帯は、従来装置の単一の、より狭い
BW_REF帯の代わりにf_L乃至f_Hに延在する全ての帯域を占
めていることが理解される。本発明に従って構成された
装置において、f_L乃至f_Hの帯域はスライスの与えられた
スペーシングに関するG_XおよびG_Zグラジエントの相対強
度（スロープ）により決定される。

より広いf_L乃至f_Hの帯域において信号をサンプルする
ための、狭いBW_REF帯に関して用いるよりも高いサンプ
リング周波数が必要とされる。より高いサンプリング周
波数は、その帯域において別のアーチファクトを生成す
ることなく、ナイキスト判定基準を満足せねばならな
い。このようにして決定されたサンプリング周波数は第
３図のアナログ・デジタル変換器について使用されるf
_SAMPLE信号の周波数である。

上に論述したように、そこには周波数エンコード化方
向における各スライスイメージに関する明らかなオフセ
ットの問題が残っている。この問題は、獲得された核磁
気共鳴情報信号のイメージ再構成処理中に発生する。本
質的に、数理再構成アルゴリズムは、イメージデータが
周波数エンコード化方向におけるイメージの中心に相当
する知られた中心周波数を伴う単一、所定の周波数帯に
制限されるであろうことを予知するように設計される。
所帯および中心周波数からのオフセットは、この方向に
おける再構成イメージの位置ずれをもたらす。

本発明の別の特徴の原理によれば、この問題は再構成
に先立って核磁気共鳴情報信号をフィルタリングするこ
とにより克服される。利用されるフィルタ機能は、各ス
ライスについて基準周波数を確立するために用いられる
周波数オフセットの機能である。

本発明の好ましい実施態様において、フィルタ機能は
核磁気共鳴情報信号を処理するために用いるソフトウェ
アにより具体化されている。周波数オフセットの方法は
第３図のコンピュータおよびメモリ60中に保持されてい
る。オフセット代表情報は式（V_REF−V_C）、（但し、式
中V_REFはノミナル周波数BW_REFの中心周波数用の制御信
号を表し、またV_Cは特定スライスからの情報の獲得に関
して使用する制御信号である。）で表される。

オフセット代表情報信号は第７図のフローチャートに
より例示されるように、核磁気共鳴情報信号をデジタル
的にフィルタリングするために利用される。フローチャ
ートしたルーチンはチャンネルＡおよびチャンネルＢ核
磁気共鳴情報信号の処理に際して、コンピュータおよび
メモリ60により実行される。メモリ中に保持されるの
は、パラメータZR,ZC,NSL,GZおよびΔｔであり、この場
合ZRはイメージされるべきスライス中の２個の末端スラ
イス間の分離範囲であり、ZCはグラジエント零に対する
スライスの分離方向に沿う中心スライスの位置であり、
NSLはスライスの数で、GZはスライス選択グラジエント
の強度を示し、本例の場合はG_Zであり、そしてΔｔはア
ナログ・デジタル変換器のサンプリング点間の時間イン
ターバルである。これらパラメータ値の若干のものは、
以下に論述する他の値同様、データリンク68に関してコ
ンピュータおよびメモリ60ならびにパルスシーケンサー
およびメモリ18間で変換される。

与えられるNMR実験に関して、記憶されたパラメータ
値を用いると、コンピュータは値ΔＺ＝ZR/NSLを計算
し、これはスライス間のスペーシングを決定するもので
ある。次いで、Ｚ−グラジエント磁場の中心に対するス
ライスの群の中心を用いて、Ｚ−方向における当初スラ
イスのオフセットを決定する、Z1＝−ZR/2＋ZC。これら
２つの計算から、与えられたスライスｎの位置はＺ
（ｉ）＝（ｉ−１）ΔＺ＋Z1により決定される。

先に２つの計算の結果は、与えられたスライスｉに関
する周波数オフセットを決定するために利用され、これ
はスライスｉに関するf_R基準周波数およびf_REF間の差異
である。この計算はスライスｉのｚ空間位置にG_Zグラジ
エント強度を乗じ、更にNMR装置において与えられた核
エレメントに関する磁気回転比を乗ずるもの、乃至Δｆ
（ｉ）＝Ｚ（ｉ）＊GZ＊γである。この周波数オフセッ
ト計算は、データリング68に関してパルスシーケンサー
およびメモリ18に伝達されるが、該データリングにおい
てはそれは直接V_Cに関する値に翻訳される。この周波数
オフセットはまた、該周波数オフセットのサインおよび
コサイン項による獲得データのデジタルフィルタリング
によって、核磁気共鳴情報信号の明白な左／右シフトを
修正するためにも使用される。

チャンネルＡおよびＢラインのデジタル的に検出され
たＡおよびＢデータ値の形式における核磁気共鳴情報信
号は下記式：Ａ′ｎ＝An cos［（ｎ−n/2）ΔｔΔｆ（ｉ）］＋Bn si
n［（ｎ−n/2）ΔｔΔｆ（ｉ）］およびＢ′ｎ＝Bn cos［（ｎ−n/2）ΔｔΔｆ（ｉ）］−An si
n［（ｎ−n/2）ΔｔΔｆ（ｉ）］（但し、n/2はｎ（すなわち、定数である）により達成
される最大値の半分に等しい）によって計算することに
より修正される。

次いで、Ａ′ｎおよびＢ′ｎ核磁気共鳴情報信号は引
き続く組合わせ、すなわちフーリエ変換処理およびイメ
ージ再構成のために記憶される。Ａ′ｎおよびＢ′ｎ値
の形式において、獲得された核磁気共鳴情報信号は丁度
f_REF基準信号により複調されたかのように効果的に周波
数シフトされる。簡略化された形式において、周波数オ
フセットがΔωとしてラジアンで表示されるとすれば、
ＡおよびＢデータ値は周波数オフセットの三角関数cos
Δωｔおよびsin（−Δω）ｔにより修正される。

再構成されたスライスイメージは今やディスプレー66
上で全く一致して配列されることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は異なった空間的配置を有する２個のスライス間
の周波数差を例示する説明図、第２図および第３図は本
発明の原理により構成されたMRI装置を例示するブロッ
ク図、第４図は物質のブロック、すなわちイメージすべ
き物質の多重スライスを示す説明図、第５図は本発明の
原理に従う第５図の多重スライスについてのイメージ法
に包含される波形図、第６図は周波数エンコード化方向
における異なったスライスを有する周波数帯を例示する
説明図、第７図は本発明の原理に従ってデジタルフィル
タリングを行うためのソフトウェアシケースを示すフロ
ーチャートである。 12…送信機、18…メモリ、42,44…直角位相検出器、46,
48…ローパスフィルタ、50,52…アナログ・デジタル変
換器、60…コンピュータ、70,170…ブロック

フロントページの続き (72)発明者トーマス・ロバート・マクブライドアメリカ合衆国、44065 オハイオ州、ニューベリイ、オーバーンロード 14965 (72)発明者デビツド・モウズイズ・クラマーアメリカ合衆国、44121 オハイオ州、クリーブランドハイツ、アードーンストリート1367 (56)参考文献特開昭59−132346（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被検体内の核を含む、多数の選択されたイ
メージング領域から共鳴情報を生成するための核磁気共
鳴イメージング装置であって、静磁場を被検体へ加える手段（30）を有し、選定されたグラジエント磁場を被検体へ加えるためのグ
ラジエント磁場装置（26、28、29）を有し、該グラジエ
ント磁場は空間的に配置された１つの共通の磁場零点を
有し、該磁場零点においてはグラジエント磁場は実質的
に静磁場に寄与せず、核磁気共鳴情報信号を生成するために、共通のグラジエ
ント磁場零点から離されている被検体の選択されたイメ
ージング領域内の核に高周波信号を加えるための手段
（12、14、16、24）を有し、さらに、核磁気共鳴情報信号を受信するための手段（2
4、25、27、34、36、42、44）を有する核磁気共鳴イメ
ージング装置において、前記高周波信号を加えるための手段（12、14、16、24）
と前記核磁気共鳴情報信号を受信するための手段（24、
25、27、34、36、42、44）とを設け、この２つの手段は
各々所定の同じ基準周波数を使用し、該所定の基準周波数の関数として核磁気共鳴情報信号の
周波数をシフトするための手段（40）を有し、前記基準周波数を使用して核磁気共鳴情報信号を復調さ
せるための手段（42、44）を有することを特徴とする核
磁気共鳴イメージング装置。
【請求項２】核磁気共鳴情報信号の周波数をシフトする
ための手段（40）は、該核磁気共鳴情報信号を復調させ
るための手段（42、44）及び該復調された核磁気共鳴情
報信号を所定の基準周波数と装置の基準周波数との差周
波数の関数としてフィルタリングするための手段（46、
48）を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の核磁気共鳴イメージング装置。
【請求項３】装置の基準周波数はグラジエント磁場内の
所定の基準点のラーモア周波数に等しいことを特徴とす
る特許請求の範囲第２項記載の核磁気共鳴イメージング
装置。
【請求項４】前記所定の基準点は、磁場グラジエントの
うちの１つが静磁場に実質的に寄与しない地点であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の核磁気共鳴
イメージング装置。
【請求項５】装置の基準周波数は静磁場のラーモア周波
数特性に等しいことを特徴とする特許請求の範囲第２項
から第４項までのうちの１項記載の核磁気共鳴イメージ
ング装置。
【請求項６】復調手段は位相検波器（42、44）であり、
該位相検波器は位相敏感復調のために所定の基準周波数
を使用することを特徴とする特許請求の範囲第２項から
第５項までのうちの１項記載の核磁気共鳴イメージング
装置。
【請求項７】フィルタリング手段（46、48）はデジタル
フィルタであり、該デジタルフィルタは前記復調された
核磁気共鳴情報信号を前記所定の基準周波数と装置の基
準周波数との差周波数の三角関数の関数としてフィルタ
リングするためのデジタルフィルタであることを特徴と
する特許請求の範囲第２項記載の核磁気共鳴イメージン
グ装置。
【請求項８】周波数エンエンコードされた座標上のイメ
ージング領域に、フィルタリングされた核磁気共鳴情報
信号を使用することによって画像を形成する手段を有
し、さらにフィルタリング手段は周波数エンエンコード
された座標方向にイメージのラインをシフトすることが
できることを特徴とする特許請求の範囲第７項記載の核
磁気共鳴イメージング装置。