JP2677063B2 - Ｍｒ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ＮＭＲ（核磁気共
鳴）を利用してイメージングやスペクトロスコピを行な
うＭＲ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＭＲ装置は、ＮＭＲ（核磁気共鳴）を用
いて被検体の断層像や分光スペクトル等を得るものであ
るが、原子核を磁気を帯びた独楽と見立て、それをたと
えばＺ軸方向の静磁場中に置き、その原子核に次式で示
される角速度ω０の歳差運動を誘起させる。 ω０＝γＨ０ 但し γ：磁気回転比 そこで、静磁場の方向と垂直な軸、たとえばＸ軸に高周
波コイルを配置し、Ｘ−Ｙ平面で回転する上記の角速度
ω０の高周波回転磁場を印加する。すると、磁気共鳴が
発生し、静磁場Ｈ０のもとでゼーマン分裂していた原子
核の集団は共鳴条件を満足する高周波回転磁場によって
準位間の遷移を生じ、エネルギー準位の高い方へ遷移す
る。共鳴後、高い準位に励起された原子核はエネルギー
の放射を行ないながら低い準位に戻る。ここで、磁気回
転比γは原子核の種類によって異なり、共鳴周波数がそ
れぞれ異なるので、その共鳴の周波数と信号強度とを測
定することによってそれぞれの原子核の存在量を測定で
きる。そのため、ＭＲ装置では、非常に均一な静磁場空
間を必要とし、さらに、この静磁場空間の静磁場強度に
対応した正確な共鳴周波数での励起および検波が必要で
ある。ところが、静磁場系の経時変化や、被検体による
静磁場の乱れあるいはケミカルシフトなどにより、静磁
場での実際の共鳴周波数と、測定系において定めた共鳴
周波数との間の偏位が生じることが避けられない。そこ
で、この偏位を補正するため、静磁場での共鳴周波数
と、測定系での共鳴周波数とを一致させる調整が必要と
される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来に
おいて、静磁場の共鳴周波数と測定系の共鳴周波数とを
一致させる調整を行なう場合、複素位相検波の検波出力
はＤＣから数十ＫＨｚ程度に広がる信号であり、測定系
に含まれる低周波ドリフト等の影響がＤＣ付近のドリフ
トとして発生するため、その調整を困難にするという問
題があるとともに、さらに、再構成した画像上にもアー
ティファクトを発生させるという問題がある。すなわ
ち、信号成分は図３のＡで示すように測定系のＤＣオフ
セット成分などのＤＣ雑音成分の上に乗った形で得られ
る。そのため、これをフーリエ変換すると図３のＢのよ
うに、ＤＣ成分が中心周波数ｆｒ（つまり位相検波に用
いた参照信号周波数であり励起パルスの周波数である）
に生じる。そのため、これが信号成分に重なるなど、影
響を与え、その結果、信号成分の周波数を正確に測定系
の中心周波数に一致させる調整が困難となるという不都
合がある。この影響は、再構成した画像上にも、線また
は点状のアーティファクトを生じるという形で及んでく
る。

【０００４】この発明は、上記に鑑み、ＤＣ雑音成分が
信号成分に影響を与えないように改善して、測定系の中
心周波数を静磁場に応じた共鳴周波数に一致させる調整
を正確かつ容易に行なえるようにするとともに、ドリフ
ト等の影響を受けない良好な画像を得るようにしたＭＲ
装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明によるＭＲ装置においては、測定系の中心
周波数調整時に、所定周波数の信号をキャリア信号とし
てこれを振幅変調した励起パルスを、静磁場中に置かれ
た被検体に対して照射し、その被検体からのＮＭＲ信号
を受信し、位相検波してその信号の周波数を調べる際
に、位相検波のための参照信号として、上記励起パルス
のキャリアの周波数を、検波後の受信ＮＭＲ信号成分の
周波数とＤＣ成分の周波数とが重ならない程に、シフト
させたものを使用し、通常の測定時には、位相検波のた
めの参照信号として、上記励起パルスのキャリアの周波
数をシフトさせないものを使用することが特徴となって
いる。このように、測定系の中心周波数調整時に、位相
検波のための参照信号として、そのキャリア信号の周波
数をシフトさせたものを使用することによって、ＤＣ成
分はその参照信号の周波数に現れ、この周波数は励起パ
ルスのキャリアの周波数とは別のものとなっている。そ
して、実際の共鳴信号はキャリアの周波数からずれた周
波数に現れる。そのため、ＤＣ成分と共鳴信号成分とを
周波数的に重ならないよう分離することができ、ＤＣ成
分が信号成分に影響を与えないようにしながら、励起パ
ルスのキャリアの周波数調整が可能となる。その結果、
測定系の中心周波数調整を、容易にかつ正確に行うこと
ができる。そして、このようにして励起パルスのキャリ
アの中心周波数を正確なものに調整することができるた
め、通常の測定時に、励起パルスのキャリア周波数をシ
フトさせずに参照信号として用いて位相検波することに
より、良好なデータを収集することができる。

【０００６】

【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照しながら詳細に説明する。図１はこの発明の一実施例
にかかるＭＲ装置を示すブロック図で、まず、被検体１
１に送信コイル１２と受信コイル１３とが取り付けら
れ、これらが主マグネット１５により形成される静磁場
及びそれに重畳して形成される傾斜コイル１４による傾
斜磁場内に配置される。傾斜コイル１４は、直交３軸の
各方向に磁場強度が傾斜している傾斜磁場をそれぞれ独
立に発生することができるように構成されている。直交
３軸の傾斜磁場は、それぞれ、スライス厚さ方向に磁場
強度が傾斜しているスライス選択用傾斜磁場、スライス
面内の１方向に磁場強度が傾斜している位相エンコード
用傾斜磁場、およびスライス面内の他の方向に磁場強度
が傾斜している読み出し（周波数エンコード）用傾斜磁
場である。傾斜コイル１４には各方向の傾斜磁場に対応
する傾斜電源２１、２２、２３から電流が供給され、各
方向の傾斜磁場が形成される。傾斜コイル１４により所
定の波形の各傾斜磁場パルスが形成されるように、この
傾斜磁場電源２１〜２３の供給電流波形が傾斜磁場制御
装置２４により制御されている。

【０００７】他方、送信コイル１２には、高周波電源３
３から送られるＲＦ励起パルスが供給される。この励起
パルスは、周波数変換器３２において、シンセサイザ３
４からのＲＦ正弦波信号をキャリア信号として、ＲＦ波
形発生器３１からのｓｉｎｃ波形でＡＭ変調したもの
を、高周波電源３３により増幅したものである。

【０００８】被検体１１に送信コイル１２からＲＦパル
スを照射してその核スピンを励起した後発生するＮＭＲ
信号は受信コイル１３で受信される。なお、送信コイル
１２と受信コイル１３とを兼用とし、図示しない信号切
換器を用いて送信側の高周波電源３３と受信側の前置増
幅器３５とを切り換えることもできる。この受信ＮＭＲ
信号は前置増幅器３５により増幅された後、直交位相検
波器（複素検波器）３６で検波される。その際の参照信
号として、シンセサイザ３４から発生した信号が周波数
シフタ３８を経て周波数シフトされたものがこの直交位
相検波器３６に入力される。検波出力は次にＡ／Ｄ変換
器３７でデジタルデータに変換されてホストコンピュー
タ４１に取り込まれる。この直交位相検波器３６はＰＳ
Ｄ（Phase Sensitive Detector）方式の検波回路で、参
照信号と受信信号とをミキシングすることによって２つ
の信号の周波数の差を出力する。

【０００９】シーケンスコントローラ４２はホストコン
ピュータ４１の制御下、傾斜磁場制御装置２４に各傾斜
磁場パルスの波形情報と発生タイミング情報を与え、Ｒ
Ｆ波形発生器３１にＲＦパルスのｓｉｎｃ波形情報及び
発生タイミング情報を与えるとともに、シンセサイザ３
４にキャリア信号の周波数（共鳴周波数に対応する）に
関する情報を送り、さらに周波数シフタ３８の制御信号
を発生し、Ａ／Ｄ変換器３７のサンプルタイミングなど
を制御する。

【００１０】ホストコンピュータ４１には、表示装置と
キーボード装置などの入力装置とを有するコンソール４
３が接続されている。ホストコンピュータ４１に取り込
まれたデータは２次元フーリエ変換されることにより２
次元の画像が再構成され、その画像がコンソール４３の
表示装置に表示される。

【００１１】通常のイメージングを行なう際、シーケン
スコントローラ４２は、ホストコンピュータ４１の制御
の下でＲＦ励起パルスの照射および傾斜磁場パルス印加
のシーケンスをコントロールする。すなわち、励起パル
スを印加するときに同時に１軸方向の傾斜磁場（スライ
ス選択用傾斜磁場）を加え、その方向に直角な一つの薄
い平面（スライス面）を選択励起する。その後、その面
内の１軸方向の傾斜磁場（位相エンコード用傾斜磁場）
を加えて、その方向の位置情報を後に発生するエコー信
号の位相にエンコードする。また、その面内の他の軸方
向の傾斜磁場（読み出し用傾斜磁場）を、途中で反転す
るように加えることにより位相を揃えてエコー信号を発
生させ、同時にその方向の位置情報をエコー信号の周波
数にエンコードする。このエコー信号は直交位相検波器
３６で複素位相検波された後Ａ／Ｄ変換器３７により、
たとえば２５６点でサンプリングされデジタル信号に変
換されて１ラインのデータ（２５６個のデータの配列）
が得られる。そして、位相エンコード用傾斜磁場を変化
させながら再構成する画像の画素数に対応する数（画像
の画素数がたとえば縦、横方向にそれぞれ２５６個とす
ると２５６）だけ上記のパルスシーケンスを繰り返す。
この２５６の各ラインのデータを一方向に並べて、ホス
トコンピュータ４１により２次元フーリエ変換すれば、
上記のスライス面での画像が再構成されることになる。
この通常のイメージング時には、周波数シフタ３８はな
んらの周波数シフトを行なわないような状態に制御され
ている。

【００１２】一方、周波数測定系の中心周波数を調整す
る際は、傾斜磁場は発生しない状態とされる。この状態
で励起パルスのみが被検体１１に対して照射される。こ
のとき、シンセサイザ３４から周波数ｆｒの信号が発生
しているものとする。そこで、被検体１１は周波数ｆｒ
のＲＦ信号で励起されることになる。被検体１１の実際
の共鳴周波数がこの周波数からずれた周波数ｆｒ＋Δｆ
であるとすると、その周波数のエコー信号が被検体１１
から発生して受信されることになる。

【００１３】この調整時には、周波数シフタ３８が動作
しており、もとの周波数ｆｒの信号は周波数ｆｓにシフ
トされるものとする。この周波数ｆｓの信号は直交位相
検波器３６に参照信号として入力されている。

【００１４】その結果、図２のＡのようにＤＣ成分に信
号成分が乗っている場合、この直交位相検波器３６によ
ってＤＣ成分と信号成分とが周波数的に分離されること
になる。すなわち、この検波出力をＡ／Ｄ変換した後フ
ーリエ変換して周波数スペクトルを得ると図２のＢのよ
うになり、ＤＣ成分は参照信号の周波数ｆｓにおいて生
じる。これに対して、信号成分は周波数ｆｒ＋Δｆであ
るから、励起パルスのキャリア周波数ｆｒ付近において
生じることになる。そのため、周波数シフタ３８におけ
るシフト量を適当に定めることにより、信号成分とＤＣ
成分とを周波数スペクトル上で完全に分離することが可
能となる。

【００１５】こうして分離した状態で、周波数スペクト
ルを点線で示すようなウインドのみコンソール４３の表
示装置に表示すれば、信号成分のみを表示することがで
きて、ＤＣ成分にまったく影響されずに信号成分の周波
数のみを観測することができる。このようにして観測し
ながら、シンセサイザ３４を制御して発生周波数ｆｒが
実際の共鳴周波数に一致するように変化させれば調整は
終了する。この場合、ＤＣ成分の影響をまったく受けな
いので、周波数の観測は容易であり、正確な調整を行な
うことができる。また、周波数シフトした収集データを
フーリエ変換し、その結果のＤＣからのエイリアシング
イメージを用いて画像を得ることで画像上のアーティフ
ァクトも除去できる。

【００１６】

【発明の効果】この発明のＭＲ装置によれば、測定系の
中心周波数調整時に、検波後のＤＣ雑音成分と信号成分
とが周波数的に重ならない程に位相検波のための参照信
号周波数をシフトさせているので、検波後はＤＣ雑音成
分と信号成分とが周波数的に分離するため、ＤＣ雑音成
分に影響されずに調整することが可能となる。そのた
め、測定系の中心周波数を静磁場に対応した実際の共鳴
周波数に一致させる調整が正確かつ容易に行なえるよう
になる。そして、測定系の中心周波数調整が容易・正確
にできるため、通常の測定時には励起パルスのキャリア
周波数をシフトさせずに参照信号として用いて位相検波
することにより、良好なデータを収集することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例のブロック図。

【図２】図１の動作説明のための波形図。

【図３】従来例の不具合を説明するための波形図。

【符号の説明】

１１ 被検体 １２ 送信コイル １３ 受信コイル １４ 傾斜コイル １５ 主マグネット ２１ スライス選択用傾斜磁場電源 ２２ 位相エンコード用傾斜磁場電源 ２３ 読み出し用傾斜磁場電源 ２４ 傾斜磁場制御装置 ３１ ＲＦ波形発生器 ３２ 周波数変換器 ３３ 高周波電源 ３４ シンセサイザ ３５ 前置増幅器 ３６ 直交位相検波器 ３７ Ａ／Ｄ変換器 ３８ 周波数シフタ ４１ ホストコンピュータ ４２ シーケンスコントローラ ４３ コンソール

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定周波数の信号を発生する信号発生手
   段と、この所定周波数の信号をキャリア信号としてこれ
   を振幅変調した励起パルスを、静磁場中に置かれた被検
   体に対して照射する手段と、被検体からのＮＭＲ信号を
   受信する手段と、受信信号を位相検波する検波手段と、
   測定系の中心周波数調整時に、上記の信号発生手段から
   の信号の周波数を、上記検波手段で検波した後の受信Ｎ
   ＭＲ信号成分の周波数とＤＣ成分の周波数とが重ならな
   い程に、シフトさせた上で上記検波手段に参照信号とし
   て送り、通常の測定時に上記の信号発生手段からの信号
   の周波数をシフトさせずに上記検波手段に参照信号とし
   て送る、周波数シフト手段とを備えることを特徴とする
   ＭＲ装置。