JP2878721B2

JP2878721B2 - 磁気共鳴映像装置

Info

Publication number: JP2878721B2
Application number: JP1204760A
Authority: JP
Inventors: 和也岡本; 幸三佐藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-08-09
Filing date: 1989-08-09
Publication date: 1999-04-05
Anticipated expiration: 2014-04-05
Also published as: JPH0368342A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、磁気共鳴映像装置に係り、特にサーフェイ
スコイルを用いて高S/N画像を取得する画像構成手段を
備えた磁気共鳴映像装置に関する。

（従来の技術）磁気共鳴映像装置は、¹Hの画像化に関しては、撮像時
間が数分かかるとしても、ほぼ完成されていると考えら
れる。臨床的にも静止又は遅い動きを伴う部位の撮像に
おいては、実用上ほとんど問題ない程度に良質の画像を
提供している。

しかし、近年、動きの早い部位（心臓など）の撮像を
可能とする高速イメージング（映像時間〜50ms程度）
や、¹H以外の³¹P,¹⁹F,¹³C,²³N等の核種のイメージング
への要求が大きくなっている。この場合、技術的にはS/
Nの向上が大きな課題となる。例えば、高速イメージン
グにおいては撮像時間が短くなることによるS/Nの劣化
があり、³¹Pに関しては体内存在量が¹Hの10^-6程度と極
めて微量であることによるS/N不足が挙げられる。

S/Nを良くするために、従来より高周波受信用コイル
にサーフェイスコイルを用いることが行われている。サ
ーフェイスコイルは被検体の関心部位に密着させて設置
され、密着部位周辺の信号を高S/Nで検出できるもので
あるが、密着部位周辺の画像しか得られないという欠点
があり、被検体の所定断面を全域にわたって高S/Nで画
像化することができない。また、一つのサーフェイスコ
イルの配置を順次換えて撮像し、各々の配置で得られた
画像を合成して所定断面の画像を合成する方法もある
が、サーフェイスコイルの配置換えのために装置の調整
が必要であり、作業が煩雑になる。

（発明が解決しようとする課題）このように高速イメージングや微量の核種のイメージ
ングにおいて、高S/N画像を得ようとする場合、単一の
サーフェイスコイルを用いる従来の技術では、所定の広
い領域にわたるて画像を容易に得ることは難しいという
問題があった。

本発明の目的は、高速イメージングや微量の核種のイ
メージングにおいて、広い領域にわたって高S/Nの画像
が得られるようにした磁気共鳴映像装置を提供すること
である。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明は上記目的を達成するために、被検体の画像す
べき所望の領域を取囲むように複数個の信号検出用コイ
ル（サーフェイスコイル）を配置し、これら複数個の信
号検出用コイルを介して被検体からの磁気共鳴信号をそ
れぞれ検出し、検出された磁気共鳴信号について各々画
像化処理を行なって複数系列の画像データを生成した
後、同じ空間位置に対応する画素データ（単一複素信号
または一次元複素信号＝スペクトル信号）どうしを、各
信号検出用コイルに高周波電流を流したとき発生する高
周波磁場の空間分布のみに比例するように、各々の信号
検出用コイルの配置に応じて予め決められた重み関数を
乗じて加算または加算平均することによって各画素のデ
ータを作り、所望領域の一つの画像を合成するようにし
たものである。

一枚の画像を得るのに要する時間内に、複数の信号検
出用コイルによって磁気共鳴信号を同時に観測するため
には、信号検出用コイルが定常的に互いに干渉しないよ
うに、すなわち一つの信号検出用コイルに所定の周波数
の高周波電流を流しても、他の信号検出用コイルには高
周波電流が流れないように、コイルの相互結合を防止す
るデカップリング手段を設けることが望ましい。このデ
カップリング手段は、インダクタンスブリッジを含んで
構成されている。

各信号検出用コイルの感度領域が大きく重ならない場
合は、各コイルに被検体から誘起されるノイズの間に相
関が少ないため、複数個の信号検出用コイルの磁気共鳴
信号を同時にサンプリングして観測してもノイズは相殺
される。感度領域が大きく重なる場合、各コイルに被検
体から誘起されるノイズの間に相関が出てくるので、画
像の帯域で決まるサンプリング間隔（サンプリング時
間）の範囲内で、各コイルにより検出された磁気共鳴信
号のサンプリングのタイミングをずらせることが望まし
い。

（作用）本発明のようにサーフェイスコイルからなる複数個の
信号検出用コイルを介して磁気共鳴信号を検出し、それ
らを各々画像化処理をした上で各々のコイルに定められ
た重み関数を乗じた後、各画素毎にデータを加算するこ
とにより、サーフェイスコイルを用いたことによる画像
の高S/N化の特長を生かしながら、単一のサーフェイス
コイルでは検出できない広い領域にわたる画像が高S/N
で得られる。さらに、重み関数は、各信号検出用コイル
に高周波電流を流したとき発生する高周波磁場の空間分
布のみに比例するように決められている。つまり、信号
検出用コイル間の相関ノイズは無視して、非相関ノイズ
のみに応じて重み関数を演算する工程と、またその重み
関数を使って画素データを加算又は加算平均する演算工
程とを簡素化することができる。

ここで、複数の信号検出用コイルが定常的に互いに干
渉しないようにデカップリング手段を設ければ、コイル
間のカップリングによるS/Nの劣化なしに、各々のコイ
ルから同時に磁気共鳴信号が検出される。このため、一
つの信号検出用コイルを介して一枚分の画像データを得
るのと同じ時間内に、複数の信号検出用コイルによりそ
れぞれ磁気共鳴信号が検出され、短時間で広い領域の高
S/N画像化が達成される。

また、各コイルの感度領域が重なる場合は、画像の帯
域で決まるサンプリング間隔の範囲内で、各コイルから
の磁気共鳴信号のサンプリング・タイミングをずらすこ
とにより、S/Nの劣化が防止される。

（実施例）第１図は、本発明の一実施例に係る磁気共鳴映像装置
の構成を示すブロック図である。

同図において、静磁場磁石１は励磁用電源２により励
磁され、被検体５に一様な静磁場を与える。勾配磁場コ
イル３はシステムコントローラ11によって制御される駆
動回路４によって駆動され、寝台６上の被検体５（例え
ば人体）に対して、注目する所望の断層面内の直交する
X,Y方向、及びこれらに垂直なＺ方向に磁場強度が直線
的に変化する勾配磁場Gx,Gy,Gzを印加する。被検体５に
はさらにシステムコントローラ11による制御下で、送信
部７からの高周波信号により送信用コイル８から発生さ
れる高周波磁場が印加される。

信号検出用マルチサーフェイスコイル９は、被検体５
からの磁気共鳴信号を受信する。受信された磁気共鳴信
号は、受信部10で増幅および検波された後、システムコ
ントローラ11による制御下で、データ収集部12に送られ
る。データ収集部12では、受信部10を介して入力され磁
気共鳴信号をシステムコントローラ11の制御下で収集
し、それをA/D変換した後、電子計算機13に送る。

電子計算機13はコンソール14により制御され、データ
収集部12から入力された磁気共鳴信号について画像再構
成処理を行い、複数系列の画像データを得る。また、電
子計算機13はシステムコントローラ11の制御をも行う。
電子計算機13により得られた画像データは画像ディスプ
レイ15に供給され、画像が表示される。

送信用コイル８は被検体５の画像すべき領域全体に対
して高周波磁場を印加するためのもので、被検体５を覆
うように配置されている。送信用コイル８としては、鞍
型コイルや分布定数型コイルが使用される。

一方、マルチサーフェイスコイル９は第２図に示すよ
うに、複数個（この例では５個）のサーフェイスコイル
（以下、信号検出用コイルという）9a〜9eを被検体５の
画像化すべき所望の領域を取囲むように配置したもので
ある。

第３図に第１図における受信部10の詳細を示す。各信
号検出用コイル9a〜9eには、同調・整合回路16a〜16e、
プリアンプ17a〜17e、検波回路18a〜18eからなる信号検
出手段がそれぞれ設けられている。検波回路18a〜18eか
ら出力される磁気共鳴信号の検波出力は、データ収集部
12内のA/D変換器19a〜19eによりディジタル化され、第
１図の電子計算機13に取込まれる。

また、信号検出コイル9a〜9eの相互間には、各コイル
が定常的に互いにカップリングしないようにするための
デカップリング回路20a〜20jが設けられている。デカッ
プリング回路20a〜20jとしては、例えば第４図（ａ）に
示すような２種類の値のリアクタンス素子Z₁,Z₂による
ブリッジ回路が用いられる。第４図（ｂ）は第４図
（ａ）のブリッジ回路の等価回路を示す。リアクタンス
素子Z₁,Z₂に第５図に示すようにキャパシタC₁,C₂を用い
るか、または第６図に示すようにインダクタL₁,L₂を用
い、それらの値を調整してカップリングの効果を打ち消
すようにする。

このようなブリッジ回路によるデカップリング回路を
実際にサーフェイスコイルに接続した状態の一例を第７
図に示す。端子a,b及び端子c,dをそれぞれデカップリン
グすべき２つの信号検出用コイル（図の例では9a,9b）
の両端に接続し、キャパシタ21の値を調整してデカップ
リングを行なう。この回路はデカップリングしたいコイ
ル間に一つ必要であり、信号検出用コイルの数をｎ個と
すると、ｎ（ｎ−２）/2個必要となる。

第８図はデカップリング回路を特別に用いないでデカ
ップリングする方法の例であり、隣接する信号検出用コ
イル9a〜9eが一部で重なり合うようようにし、その重な
りの程度を調整することによってデカップリングを行な
っている。

また、送信時に送信用コイル８に対して信号検出用コ
イル9a〜9eを不感状態にしないと、送信用コイル８に高
周波電流が流れるときに信号検出用コイル9a〜9eにも電
流が流れ、送信用コイル８によって形成される高周波磁
場分布が乱れる。第９図はこれを防ぐ方法の一例を示し
たもので、同調・整合回路16（16a〜16e）内にトラップ
用キャパシタ22とトラップ用インダクタ23及びクロスダ
イオード24の回路が挿入される。キャパシタ22とインダ
クタ23は、ちょうど所定の磁気共鳴周波数foで共振する
ように調整されている。25,26は整合用キャパシタであ
る。送信時は送信用コイル８から発生する高周波磁場の
一部がインダクタ23と鎖交することにより、クロスダイ
オード24の両端に高電圧がかかり、クロスダイオード24
がON状態になる。すると、キャパシタ22の両端が高イン
ピーダンスになり、信号検出用コイル９（9a〜9e）が第
３図におけるプリアンプ17（17a〜17e）に対して遮断さ
れる。磁気共鳴信号の検出時はクロスダイオード24の両
端の電圧が低く、クロスダイオード24はOFFとなるた
め、信号検出用コイル９によって検出された信号がプリ
アンプ17に伝達される。

なお、クロスダイオード24の代りにピンダイオードを
用い、ピンダイオードを送信時のみON状態、その他の場
合にOFF状態にしても良い。受信時に、信号検出用コイ
ル９に対して送信用コイル８を不感状態にすることも必
要であるが、それにはピンダイオードを用いたインダク
タとキャパシタの並列回路を送信用コイル８に直列に挿
入し、送信時のみOFF状態、その他の場合にON状態にす
れば良い。

次に、本実施例における画像化の手順を説明する。ま
ず、信号検出用コイル9a〜9eの各々を用いて、通常の画
像化シーケンスに従って磁気共鳴信号を観測する。画像
化シーケンスの一例を第10図に示す。この画像化シーケ
ンスは、高周波磁場として90゜パルス−180゜パルスを
用いた公知のスピンエコー法により２次元画像を得るた
めのパルスシーケンスであり、Gsはスライス方向の勾配
磁場、Grはリード方向の勾配磁場、Geはエンコード方向
の勾配磁場の印加タイミングをそれぞれ示す。各信号検
出用コイル9a〜9e毎に得られた信号は、それぞれ２次元
フーリエ変換され、５枚分の２次元画像データが得られ
る。

次に、得られた５枚分の画像データを１枚分の画像デ
ータとして再構成法を説明する。

一般的に、信号検出用コイルｉを介して得られる画像
データのそれぞれの画像データに対し、複数重み関数Fi
（x,y）を予め決めておき、これを各画素データ（複素
信号）Ii（x,y）に乗じた後、信号検出用コイル9a〜9e
の数ｎについて加算Ｉ′（x,y）を取ることにより、ｎ
枚分の画像データを１枚分の画像データに再構成する。
これを式で表わすと、次のようになる。

なお、加算を取る代わりに、次のように加算平均″
（x,y）を取ってもよい。

信号検出用コイル9a〜9eで検出されるノイズに相関が
ないとすれば、Ｉ′（x,y）またはＩ″（x,y）の画像S/
Nは、信号の大きさとノイズの標準偏差σｉの比で定義
すると、次の式で表される。

ここで、 Ii（x,y）＝Ｐ（x,y）・Ｓ′ｉ（x,y） …（４）但し、Ｓ′ｉ（x,y）は各々の信号検出用コイル９に
高周波電流を流したときの高周波磁場分布、Ｐ（x,y）
は信号検出用コイルに依存しない量、すなわちスピン密
度と、縦緩和及び横緩和時間T₁,T₂に依存する量を表わ
す。

（３）式より、S/N最大となるFi（x,y）の条件を求め
ると、次のようになる。

（１≦ｉ≦ｎ、またＡはｉに依存しない定数）この（５）式はFi（x,y）が、コイルｉによる画像の
ノイズの標準偏差の２乗で規格化した、高周波磁場分布
に比例することを示している。言い換えれば、各画像の
ゲインをσ１＝…＝σｉ＝…＝σｎとなるように調整す
れば、Fi（x,y）が高周波磁場分布に比例することを示
す。

ここで、複素重み関数Fi（x,y）が高周波磁場分布の
何を示すかを説明する。信号検出用コイル9a〜9eの軸に
対称にファントムを配置し、そのファントムを送信用コ
イル８で均一に励起した時に信号検出用コイル9a〜8eで
検出された磁気共鳴信号に対して、エコーピークで実部
および虚部の位相補正を行なって画像化した場合、複素
重み関数Fi（x,y）の実部は、信号検出用コイルの軸方
向の高周波磁場成分の分布を示し、虚部は信号検出用コ
イルの軸に直交する方向の成分の分布を示す。

また、得られた画像データの各画素データに対し、虚
部が０になるように２次元で位相補正を行なう場合は、
複素重み関数に対しても同じ位相補正を行なう必要があ
る。さらに、信号検出用コイルの対称性が悪かったり、
ファントムの位置が信号検出用コイルの軸に対して対称
でない場合には、実部、虚部を示す軸が変化し、それに
伴い複素重み関数も変えなければならないことになる。
但し、実際には複素重み関数をその様に厳密に決めなく
ても、S/N向上の効果はそれ程落ちない。信号検出用コ
イルによる高周波磁場分布は、計算機シミュレーション
や磁気共鳴映像法を使った計測により求めておく事がで
きる。

なお、上記のような複素重み関数Fi（x,y）に代え
て、高周波磁場の磁場強度の絶対値に比例した関数を用
いいてもよく、要は高周波磁場の空間分布に比例した重
み関数であればよい。

高周波磁場分布を計算機シミュレーションで求める場
合は、信号検出用コイルの位置を知っておかなければな
らない。一つの方法は、信号検出用コイルを固定後、位
置を計測することである。また、他の方法としては、第
11図に示すように各信号検出用コイル9aに対して固定さ
れた位置、例えば信号検出用コイル固定台31に１ファン
トム32を設置して、被検体５と同時にファントム32につ
いての画像化を行ない、画像上のファントムの位置より
信号検出用コイルの位置を決定すれば良い。ファントム
32の内容物としては、被検体５内の高S/N画像化したい
測定対称の核種とは異なる核種を用いてもよい。例え
ば、³¹Pの高S/N画像化実験の際には、被検体の位置決め
のために、¹H信号検出用コイルも配置するため、¹Hのフ
ァントムを用いても良い。

各信号検出用コイル9a〜9eの感度領域が大きく重なら
ない場合は、各コイル9a〜9eに被検体５から誘起される
ノイズの間の相関が少ないため、各コイル9a〜9eで検出
される磁気共鳴信号を同時に観測してもよい。しかし、
感度領域が重なる場合、各信号検出用コイル9a〜9eに被
検体５から誘起されるノイズの間に相関が出てくる。こ
れを避けるためには、画像の帯域で決まるサンプリング
間隔の範囲で、各信号検出用コイル9a〜9eからの信号の
サンプリング・タイミングをずらせた方が良い。このこ
とを第12図を用いて説明する。例えば信号検出用コイル
9aで、第12図（ａ）に示すようにサンプリング間隔（サ
ンプリング時間）Δｔ、観測時間Ｔで１エンコード毎の
磁気共鳴信号を観測する場合、コイル9bでは同図（ｂ）
に示すようにサンプリング時間、観測時間はそのまま
で、サンプリング開始時間を少しずらす。コイル9c〜9e
に対しても、同図（ｃ）〜（ｅ）のように少しずつサン
プリング開始時間をずらす。これにより、各コイル9a〜
9eで検出されるノイズ間の相関を少なくし、後で重み付
け計算をしたときのS/Nを向上させることができる。

本実施例では、各信号検出用コイルによって検出され
る磁気共鳴信号を同時に信号を観測する場合について説
明したが、各信号検出用コイルを同時に使用せずに個々
に得た画像を合成する場合にも、重み関数を用いた加算
または加算平均の処理は有効である。

また、本実施例では２次元画像を得る場合について述
べたが、空間３次元画像を得る場合にも本発明を適用す
ることが可能である。この場合、重み関数も３次元に対
応する３変数の関数となる。

さらに、本発明は化学シフトイメージングにも適用で
きる。例えば第13図に示すように、空間２次元（ｘ−
ｙ）と化学シフト軸（ωδ）を含む３次元イメージング
のシーケンスを用いた場合、重み関数は空間に対して値
を持つ量なので、変数として空間２次元の２変数を持つ
関数となる。実際の重み付け加算の方法を単純な加算の
場合と、加算平均の場合についてそれぞれ式で表すと次
式になる。

［発明の効果］本発明によれば、被検体の画像化すべき所望の領域を
取囲むように配置したいわゆるサーフェイスコイルから
なる複数個の信号検出用コイルを介して磁気共鳴信号を
検出し、それらの磁気共鳴信号を各々画像化処理をした
上で各々のコイルについて予め定められた重み関数を乗
じて、加算または加算平均を行なうことにより、サーフ
ェイスコイルを用いたことによる画像の高S/N化の特長
を生かしながら、単一のサーフェイスコイルでは検出で
きない広い領域にわたる画像を高S/Nの下で得ることが
できる。さらに、重み関数は、各信号検出用コイルに高
周波電流を流したとき発生する高周波磁場の空間分布の
みに比例するように決められている、つまり、信号検出
用コイル間の相関ノイズは無視して、非相関ノイズのみ
に応じて重み関数を演算する工程と、またその重み関数
を使って画素データを加算又は加算平均する演算工程と
を簡素化する。

また、この際に複数の信号検出用コイルが定常的な互
いに干渉しないようにデカップリングを行なうことによ
り、コイル間のカップリングによるS/Nの劣化なしに各
々から同時に磁気共鳴信号を検出することができる。こ
のため、通常の一枚の画像信号を得るのと同等の時間内
に、複数の信号検出用コイルにより磁気共鳴信号が検出
され、短時間で所望の広い領域の高S/N画像化が達成さ
れる。

更に、各信号検出用コイルの感度領域が重なる場合
は、画像の帯域で決まるサンプリング時間の範囲で、各
コイルからの信号サンプリングのタイミングをずらすこ
とにより、広い領域の高S/N画像化を達成かることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る磁気共鳴映像装置の構
成を示すブロック図、第２図は第１図における信号検出
用マルチサーフェイスコイルの一例を示す図、第３図は
第１図における受信部の詳細を示すブロック図、第４図
（ａ）（ｂ）は第３図におけるデカップリング回路を構
成するブリッジ回路及びその等価回路を示す図、第５図
及び第６図はブリッジ回路をより詳細に示す図、第７図
は第５図のブリッジ回路を用いたデカップリング回路の
結線図、第８図はデカップリング手段の他の例を示す
図、第９図は送信時に送信用コイルに対して信号検出用
コイルを遮断するための回路の例を示す図、第10図は同
実施例における画像化のためのパルスシーケンスの例を
示す図、第11図は信号検出用コイルの位置決めの方法を
示す図、第12図は本発明の他の実施例の動作を説明する
ためのタイミング図、第13図は本発明の更に別の実施例
における画像化のためのパルスシーケンスの一例を示す
図である。１……静磁場磁石、２……励磁用電源、３……勾配磁場
生成コイル、４……駆動回路、５……被検体、６……寝
台、７……送信部、８……送信用コイル、９……信号検
出用マルチサーフェイスコイル、9a〜9b……信号検出用
コイル、10……受信部、11……システムコイルコントロ
ーラ、12……データ収集部、13……電子計算機、14……
コンソール、15……画像ディスプレイ、16a〜16e……同
調・整合回路、17a〜17e……プリアンプ、18a〜18e……
検波回路、19a〜19e……A/D変換器、20a,20b,20j……デ
カップリング回路、21……デカップリング調整用キャパ
シタ、22……トラップ用コイル、23……トラップ用キャ
パシタ、24……クロスダイオード、31……信号検出用コ
イル位置決めファントム、32……信号検出用コイル固定
台。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) A61B 5/055

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被検体に静磁場、勾配磁場パルス及び高周
波磁場を印加する手段と、被検体の画像化すべき所望領域を取囲むように配置され
た複数個の信号検出用コイルを含み、これら信号検出用
コイルをそれぞれ介して被検体からの磁気共鳴信号を検
出する複数の信号検出手段と、これら複数の信号検出手段によりそれぞれ検出された磁
気共鳴信号について画像化処理を行ない、複数系列の画
像データを生成する手段と、前記複数系列の画像データの同一空間位置に対応する画
素データどうしを、各信号検出用コイルに高周波電流を
流したとき発生する高周波磁場の空間分布のみに比例す
るように、前記複数個の信号検出用コイルの各々につい
て予め空間位置の関数として決められている重み関数を
乗じて加算または加算平均することにより、前記所望領
域の画像を得る手段とを具備することを特徴とする磁気共鳴映像装置。
【請求項２】前記複数個の信号検出用コイルの相互結合
を防止するデカップリング手段をさらに備えたことを特
徴とする請求項１記載の磁気共鳴映像装置。
【請求項３】前記デカップリング手段は、インダクタン
スのブリッジ回路を含むことを特徴とする請求項２記載
の磁気共鳴映像装置。
【請求項４】前記複数の信号検出手段は、前記複数個の
信号検出用コイルを介して検出した磁気共鳴信号を所定
のサンプリング間隔でサンプリングしてディジタル化す
る複数個のA/D変換器を含み、前記サンプリング周期の
間に前記複数個の信号検出用コイルからの磁気共鳴信号
を順次サンプリングする動作を磁気共鳴信号の信号観測
時間の間に繰り返すか、または同時に磁気共鳴信号を検
出することを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴映像装
置。