JP3002980B1

JP3002980B1 - 核磁気共鳴を用いた検査装置

Info

Publication number: JP3002980B1
Application number: JP10246615A
Authority: JP
Inventors: 由香里小野寺; 啓二塚田; 博道清水
Original assignee: 技術研究組合医療福祉機器研究所
Priority date: 1998-09-01
Filing date: 1998-09-01
Publication date: 2000-01-24
Anticipated expiration: 2018-09-01
Also published as: JP2000070236A

Abstract

【要約】【課題】核磁気共鳴を用いた検査装置おいて、渦電流
によって発生する偽像を除去する。【解決手段】位相空間データにおいて、補正しようと
するエコーピーク１０１の直前のエコーピーク１０２と
直後のエコーピーク１０３の平均値１０４を求め、平均
値１０４と補正しようとするエコーピーク１０１の平均
値１０５を新たなエコーピークとする。このような操作
をエコーピーク毎に行うことにより、奇数番目エコーと
偶数番目エコーのピーク強度の食い違いを補正し、渦電
流に起因する超高速画像の偽像を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は核磁気共鳴を用いた
検査装置に係り、特に、超高速撮影時に渦電流によって
発生する偽像を除去することが可能な核磁気共鳴を用い
た検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】超高速撮影法やスペクトロスコピックイ
メージング等では、通常の撮影では問題にならないよう
な数ｐｐｍ程度以下の静磁場強度の不均一により、Ｓ／
Ｎやスペクトル分解能が著しく劣化する。静磁場コイル
内の静磁場強度分布は磁石自身の特性、周辺の磁性体の
影響の他、検査対象自身の透磁率分布等によって歪めら
れるため、このような撮影では静磁場中に検査対象が入
った状態で静磁場強度の均一性を向上させることが望ま
しい。

【０００３】静磁場強度の均一性を向上させる技術をシ
ミングと呼ぶ。このシミングを行うために、静磁場発生
用磁石内には、通常、シムコイルと呼ばれる複数チャン
ネルの磁場発生機構が内蔵されている。そして、これら
の発生する様々な特性のシム磁場を静磁場コイルの発生
する静磁場に重畳させることにより、撮影領域の静磁場
強度を均一にしている。その際、静磁場強度分布を計測
する必要があるが、核磁気共鳴画像の有する位相が静磁
場強度分布の情報を含むことを利用して、位相画像から
静磁場強度分布を求める方法が最も一般的である。２枚
の核磁気共鳴画像から位相画像を求め、その位相画像か
ら静磁場強度分布を得る手法については、例えばジャー
ナルオブマグネチックリゾナンス、７７、１９８８
年（Journal of Magnetic Resonance,77,1988）の第４
０頁から第５２頁に記述されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、超高速撮影
法では、短時間に信号計測を行うために高強度の傾斜磁
場を高速にスイッチングする。このような傾斜磁場のス
イッチングにより、傾斜磁場コイルの導体表面などに渦
電流が生じ、該渦電流の発生する二次的な磁場が静磁場
Ｅ(ｘ,ｙ) に重畳する。このため、渦電流が大量に発生
する撮影法を行う装置では、アクティブシード付きの傾
斜磁場コイルを用いることが多い。これは、傾斜磁場コ
イルの主コイルに流れる電流に対して、逆向きで大きさ
の等しい電流が流れる付加的なコイルを主コイルの外側
に配置し、主コイルの発生する渦電流の影響を打ち消す
ものである。しかし、ＭＲＩ装置のボア径などの制約に
より、アクティブシールドの無い傾斜磁場コイルで超高
速撮影を行う場合もあり、またアクティブシールド付き
の傾斜磁場コイルでも、渦電流の発生を完全には抑制し
きれない。

【０００５】上記渦電流はパルスシーケンスや計測条件
に応じた時定数で減衰する。減衰の時定数がパルスシー
ケンスの実行時間に対して相対的に十分長く、渦電流に
より生じる二次的な磁場が静的な磁場とみなせる場合に
は、上記二次的な磁場は従来技術の項で述べたシミング
により補正が可能である。

【０００６】しかしながら、減衰の時定数がパルスシー
ケンスの実行時間に対して相対的に短く、渦電流が動的
な磁場変動を生じる場合には、二次的な磁場はシミング
では補正しきれないため、画像上に偽像が発生するとい
う問題がある。

【０００７】本発明の目的は、渦電流によって発生する
偽像を除去することが可能な核磁気共鳴を用いた検査装
置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、静磁場を発生する静磁場
発生手段と、傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段と、
高周波磁場を発生し静磁場内に置かれた検査対象に高周
波磁場を印加する高周波磁場発生手段と、前記検査対象
からの核磁気共鳴信号を検出する信号検出手段とを備
え、前記傾斜磁場を高速にスイッチングしたときに前記
検査対象から生じるエコー信号を検出し、該エコー信号
をフーリエ変換することにより核磁気共鳴画像を得る核
磁気共鳴を用いた検査装置において、フーリエ変換前の
位相空間データを演算処理して、前記エコー信号のピー
ク強度が変動しながら減衰する場合はエコー番号に従い
階段状に減衰するように、変動しながら増大する場合は
エコー番号に従い階段状に増大するようにそれぞれ補正
する補正手段を備えたことを特徴としている。

【０００９】上述したように、高強度の傾斜磁場を高速
にスイッチングすると渦電流が発生する。そして、渦電
流が二次的な磁場を生じるパルスシーケンスを実行する
場合、渦電流の減衰の時定数がパルスシーケンスの実行
時間に対して相対的に短く、二次的な磁場が静磁場とみ
なせないときには、二次的な磁場はシミング等による補
正は不可能である。補正されずに残った渦電流成分はリ
ードアウト傾斜磁場の極性の違いにより異なっており、
その結果、奇数番目のエコーと偶数番目のエコーとでピ
ーク強度が食い違って、ピーク強度が変動しながら減衰
または増大する。

【００１０】上記構成によれば、奇数番目のエコーと偶
数番目のエコーとでのピーク強度の食い違いが補正さ
れ、エコー信号のピーク強度はエコー番号に従い階段状
に減衰または増大する。その結果、補正されずに残った
渦電流成分の影響が取り除かれ、渦電流成分に起因する
偽像を除去することができる。

【００１１】具体的には前記補正手段は、請求項２のよ
うに、隣り合う複数のエコー信号のピーク強度を用いて
前記補正を行う。

【００１２】より具体的には前記補正手段は、請求項３
のように、リードアウト方向をＸ、位相エンコード方向
をＹとし、位相エンコード方向のデータ点数をｐyとす
ると、フーリエ変換前の位相空間データに対し、位相空
間(Ｋx,Ｋy)上のＫx=ｉ,Ｋy=ｊにおけるデータＳ(ｉ,
ｊ)をＳ'(ｉ,ｊ)とする第１の演算処理と、Ｓ'(ｉ,ｊ)/
２＋{Ｓ'(ｉ,ｊ-１)＋Ｓ'(ｉ,ｊ+１)}/４を新たにＳ
(ｉ,ｊ)とする第２の演算処理と、Ｓ'(ｉ,０)−Ｓ'(ｉ,
２)/２＋{Ｓ'(ｉ,１)+Ｓ'(ｉ,３)}/４を新たにＳ(ｉ,
０)とする第３の演算処理と、Ｓ'(ｉ,ｐy)＋Ｓ'(ｉ,ｐy
-２)/２−{Ｓ'(ｉ,ｐy-１)＋Ｓ'(ｉ,ｐy-３)}/４を新た
にＳ(ｉ,ｐy)とする第４の演算処理とを行う。

【００１３】また、請求項４のように、前記Ｓ(ｉ,ｊ)
は複素データであり、前記補正手段は、前記第１乃至第
４の演算処理を行う際に前記Ｓ(ｉ,ｊ) の実部データと
虚部データを別個に計算するものである。

【００１４】さらに、請求項５のように、前記補正手段
は、前記第１乃至第４の演算処理を、位相補正後の位相
空間データに対して行うものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００１６】図２は本発明に係る核磁気共鳴を用いた検
査装置の一例を示す構成図である。図２において、２０
１は静磁場を発生する静磁場発生コイル、２０２は傾斜
磁場を発生する傾斜磁場発生コイル、２０３は検査対象
であり、この検査対象２０３は静磁場発生コイル２０１
および傾斜磁場発生コイル２０２内に配置される。シー
ケンサ２０４は傾斜磁場電源２０５、高周波発信器２０
６に命令を送り、傾斜磁場および高周波パルスを検査対
象２０３に印加する。高周波パルスは、高周波変調器２
０７、高周波増幅器２０８を経て高周波送信器２０９に
より、検査対象２０３に印加される。検査対象２０３か
ら発生したＭＲ信号は受信器２１０によって受波され、
増幅器２１１、位相検波器２１２、ＡＤ変換器２１３を
通ってＣＰＵ２１４に送られ、ここで信号処理が行われ
る。信号処理した結果は画像として表示装置（例えばＣ
ＲＴ）２１９に表示される。なお、必要に応じて、記憶
媒体２１５に信号や測定条件を記憶させることもでき
る。また、ＣＰＵ２１４には、表示装置２１９上で実像
領域の指定を行うための入力装置（例えばマウス）２２
０が接続されている。

【００１７】また、２１６はシムコイルと呼ばれ、異な
る特性の磁場を発生する複数チャンネルのコイルで構成
されている。シム電源２１７は、シーケンサ２０４の命
令に従い、シムコイル２１６に電流を流す。

【００１８】図３に超高速撮影法の一例として、エコー
プラナー法のパルスシーケンスを示す。図３において、
３０１は励起高周波パルス、３０２はスライス傾斜磁
場、３０３は位相エンコード傾斜磁場、３０４はリード
アウト傾斜磁場、３０５はエコー信号である。励起高周
波パルス３０１とスライス傾斜磁場３０２を同時に印加
して、特定のスライス内の磁化のみを励起する。一定の
時間の後に、極性を反転させながら周期的に強度が変化
するリードアウト傾斜磁場３０４をスライス傾斜磁場３
０２と垂直方向に印加し、リードアウト傾斜磁場方向の
位置情報を有するエコー信号を読み出す。

【００１９】この時、スライス傾斜磁場３０２とリード
アウト傾斜磁場３０４のいずれにも垂直な方向にパルス
状の位相エンコード傾斜磁場３０３を印加することによ
り、エコー信号に位相エンコード傾斜磁場方向の位置情
報を与える。リードアウト傾斜磁場３０４の波形には、
矩形あるいは正弦波などの周期的な波形が用いられ、特
にワンショット撮影の場合、最大強度は少なくとも１Ｔ
／ｍ程度、周期は１ｍｓ程度の高強度かつ高速のスイッ
チングが必要である。このような傾斜磁場のスイッチン
グにより、傾斜磁場コイルの導体表面などに渦電流が生
じ、該渦電流の発生する二次的な磁場が静磁場Ｅ(ｘ,
ｙ)に重畳する。

【００２０】上記渦電流の発生する二次的な磁場を除去
するために、装置によってはアクティブシールド付きの
傾斜磁場コイルを搭載しているものもあるが、このよう
なアクティブシールドの効果は十分ではなく、渦電流に
起因する偽像の発生を完全に抑えるまでには至っていな
い。

【００２１】さて、超高速撮影法のパルスシーケンスを
実行する際に、発生する渦電流の減衰の時定数は、パル
スシーケンスの種類やパラメータの違い、装置構成など
によって異なると思われる。渦電流の時定数が十分長
く、パルスシーケンスにおいてエコー信号取得が完了す
るまでの間、ほとんど減衰しない場合には、渦電流の発
生する二次的な磁場は、ほぼ静磁場とみなすことができ
る。この場合には、渦電流の発生する二次的な磁場は、
傾斜磁場のオフセットやシムの１次項の発生する磁場に
より、打ち消すことが可能である。一方、渦電流の時定
数が十分短く、エコー信号取得の開始直後でほぼ減衰す
る場合、渦電流の影響を被るエコーが数エコーであれ
ば、渦電流の影響を被るエコー信号を用いずに画像再構
成を行う、という方法も考えられる。

【００２２】しかし、渦電流がエコー信号取得の途中で
減衰する場合には、どちらの方法も適用できない。渦電
流の発生する二次的な磁場が静磁場とみなせない場合に
は、二次的な磁場を傾斜磁場のオフセットやシムの１次
項で打ち消すことは不可能である。また、渦電流の影響
を被るエコーを画像再構成時に用いない方法も、渦電流
の影響を被るエコーが数エコーでない場合には現実的で
はない。

【００２３】このような場合、補正しきれなかった渦電
流により、画像の位相エンコード方向に偽像が出現す
る。このような偽像は、脳機能計測など定量的な計測を
行う場合に、計測精度劣化の要因となるため、除去する
ことが望ましい。

【００２４】本実施の形態による核磁気共鳴を用いた検
査装置では、渦電流の影響を軽減し、偽像を除去するこ
とが可能である。以下、その手順について図１を用いて
説明する。

【００２５】図１は、位相空間データの一部を表してい
る。図１において、１０１は補正しようとするエコーピ
ークＳj、１０２はＳj の直前のエコーピークＳj-1、１
０３はＳjの直後のエコーピークＳj+1である。ここで、
j は位相空間における位相エンコード方向のエコー番号
である。本手順では、１０２と１０３の平均値１０４を
求め、その平均値１０４と１０１の平均値１０５を新た
なエコーピークＳj とする。

【００２６】上記位相空間における位相エンコード方向
の両端のエコーには、上記手順が適用できない。そこ
で、位相空間における位相エンコード方向の１番目のエ
コーについては、２番目、３番目及び４番目のエコーを
用いて補正値を外挿する。図４に上記補正の模式図を示
す。図４において、４０１は補正しようとするエコーピ
ークＳ1、４０２，４０３，４０４はそれぞれ、２番目
のエコーピークＳ2、３番目のエコーピークＳ3、４番目
のエコーピークＳ4である。本手順では、４０２と４０
４の平均値４０５を求め、その平均値４０５と４０３の
平均値４０６と４０３とのピーク強度の差を４０７とす
る。４０１から４０７と同量の値４０８を差し引くか、
あるいは加えることにより得られる４０９を新たなＳ1
とする。

【００２７】上記位相空間における位相エンコード方向
の最後尾のエコーについても、同様にｎ−１番目、ｎ−
２番目及びｎ−３番目のエコーを用いて補正値を外挿す
る。ただし、ｎは位相エンコード方向のエコー数であ
る。図５に上記補正の模式図を示す。図５において、５
０１は補正しようとするエコーピークＳn、５０２，５
０３，５０４はそれぞれ、ｎ−１番目のエコーピークＳ
n-1、ｎ−２番目のエコーピークＳn-2、ｎ−３番目のエ
コーピークＳn-3である。本手順では、５０２と５０４
の平均値５０５を求め、上記平均値５０５と５０３の平
均値５０６と５０３とのピーク強度の差を５０７とす
る。５０１から５０７と同量の値５０８を差し引くか、
あるいは加えることにより得られる５０９を新たなＳn
とする。

【００２８】図６は補正前のエコーピークの模式図であ
り、奇数番目のエコーと偶数番目のエコーとでピーク強
度に食い違いが生じている。補正前のエコーピークに対
して上記の手順を順に行うと、上記食い違いがほぼ補正
され、図７に示すようにピーク強度はエコー番号に従い
階段状に減衰していく。ただし、図６および図７には、
補正効果を表すために、エコー番号が増えるに従ってピ
ーク強度が減衰していく場合の模式図を示したが、エコ
ー番号が増えるに従ってピーク強度が増大していく場合
もある。実際のエコーには位相エンコード傾斜磁場が印
加されているため、ピーク強度が最大となるエコーは位
相エンコード傾斜磁場の印加量により決定される。

【００２９】以上の説明において、位相空間データは複
素データであるため、上記の補正を行う際には実部デー
タと虚部データは別個に計算される。

【００３０】ところで、本実施の形態で示したエコーピ
ークに対する補正は、位相空間における位相エンコード
方向のエコー信号のピーク強度の変動を補正するもので
あるが、２次元ＭＲＩ画像を得るためには２次元の位相
空間データが必要なため、実際の補正は２次元の位相空
間データに対して行われる。この手順を以下の〜に
示す。

【００３１】以下の〜では、リードアウト方向を
Ｘ、位相エンコード方向をＹとし、位相エンコード方向
のデータ点数をｐyとする。

【００３２】位相空間(Ｋx,Ｋy) 上のＫx＝ｉ、Ｋy
＝ｊにおけるデータＳ(ｉ,ｊ) をＳ'(ｉ,ｊ)として一時
保存する。

【００３３】Ｓ'(ｉ,ｊ)/2＋{Ｓ'(ｉ,ｊ-１)＋Ｓ'
(ｉ,ｊ+１)}/4 を新たにＳ(ｉ,ｊ)とする。

【００３４】Ｓ'(ｉ,０)−Ｓ'(ｉ,２)/2＋{Ｓ'(ｉ,
１)＋Ｓ'(ｉ,３)}/4 を新たにＳ(ｉ,０)とする。

【００３５】Ｓ'(ｉ,ｐy)＋Ｓ'(ｉ,ｐy-２)/2−{Ｓ'
(ｉ,ｐy-１)＋Ｓ'(ｉ,ｐy-３)}/4を新たにＳ(ｉ,ｐy)と
する。

【００３６】超高速撮影により得られた位相空間データ
をフーリエ変換して実空間画像を得る際には、画質向上
を目的として、一般的に位相補正が行われている。この
場合、上記補正は位相補正後の位相空間データに対して
行う方が効果的である。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
奇数番目のエコーと偶数番目のエコーとでのピーク強度
の食い違いが補正され、シミングでは補正されずに残っ
た渦電流成分の影響が取り除かれる。その結果、渦電流
成分に起因する偽像を除去することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】エコーピークの変動を除去する原理を説明した
説明図である。

【図２】本発明に係る核磁気共鳴を用いた検査装置の構
成図である。

【図３】超高速撮影法のパルスシーケンスを示した図で
ある。

【図４】１番目のエコーピークの変動を除去する原理を
説明した説明図である。

【図５】最後尾のエコーピークの変動を除去する原理を
説明した説明図である。

【図６】変動除去前のエコーピークの模式図である。

【図７】変動除去後のエコーピークの模式図である。

【符号の説明】

２０１静磁場発生コイル２０２傾斜磁場発生コイル２０３検査対象２０４シーケンサ２０５傾斜磁場電源２０６高周波発信器２０７高周波変調器２０８高周波増幅器２０９高周波送信器２１０受信器２１１増幅器２１２位相検波器２１３ＡＤ変換器２１４ＣＰＵ２１５記憶媒体２１６シムコイル２１７シム電源２１９表示装置２２０入力装置３０１励起高周波パルス３０２スライス傾斜磁場３０３位相エンコード傾斜磁場３０４リードアウト傾斜磁場３０５エコー信号

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平２−215440（ＪＰ，Ａ) 特開平10−277000（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A61B 5/055 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】静磁場を発生する静磁場発生手段と、傾
斜磁場を発生する傾斜磁場発生手段と、高周波磁場を発
生し静磁場内に置かれた検査対象に高周波磁場を印加す
る高周波磁場発生手段と、前記検査対象からの核磁気共
鳴信号を検出する信号検出手段とを備え、前記傾斜磁場
を高速にスイッチングしたときに前記検査対象から生じ
るエコー信号を検出し、該エコー信号をフーリエ変換す
ることにより核磁気共鳴画像を得る核磁気共鳴を用いた
検査装置において、フーリエ変換前の位相空間データを演算処理して、前記
エコー信号のピーク強度が変動しながら減衰する場合は
エコー番号に従い階段状に減衰するように、変動しなが
ら増大する場合はエコー番号に従い階段状に増大するよ
うにそれぞれ補正する補正手段を備えたことを特徴とす
る核磁気共鳴を用いた検査装置。
【請求項２】請求項１に記載の核磁気共鳴を用いた検
査装置において、前記補正手段は、隣り合う複数のエコー信号のピーク強
度を用いて前記補正を行うことを特徴とする核磁気共鳴
を用いた検査装置。
【請求項３】請求項１又は２に記載の核磁気共鳴を用
いた検査装置において、前記補正手段は、リードアウト方向をＸ、位相エンコード方向をＹとし、
位相エンコード方向のデータ点数をｐyとすると、フー
リエ変換前の位相空間データに対し、位相空間(Ｋx,Ｋy)上のＫx=ｉ,Ｋy=ｊにおけるデータ
Ｓ(ｉ,ｊ)をＳ'(ｉ,ｊ)とする第１の演算処理と、Ｓ'(ｉ,ｊ)/２＋{Ｓ'(ｉ,ｊ-１)＋Ｓ'(ｉ,ｊ+１)}/４
を新たにＳ(ｉ,ｊ)とする第２の演算処理と、Ｓ'(ｉ,０)−Ｓ'(ｉ,２)/２＋{Ｓ'(ｉ,１)+Ｓ'(ｉ,３)}
/４を新たにＳ(ｉ,０)とする第３の演算処理と、Ｓ'(ｉ,ｐy)＋Ｓ'(ｉ,ｐy-２)/２−{Ｓ'(ｉ,ｐy-１)＋
Ｓ'(ｉ,ｐy-３)}/４を新たにＳ(ｉ,ｐy)とする第４の演
算処理と、を行うことを特徴とする核磁気共鳴を用いた検査装置。
【請求項４】請求項３に記載の核磁気共鳴を用いた検
査装置において、前記Ｓ(ｉ,ｊ)は複素データであり、前記補正手段は、
前記第１乃至第４の演算処理を行う際に前記Ｓ(ｉ,ｊ)
の実部データと虚部データを別個に計算することを特徴
とする核磁気共鳴を用いた検査装置。
【請求項５】請求項３に記載の核磁気共鳴を用いた検
査装置において、前記補正手段は、前記第１乃至第４の演算処理を、位相
補正後の位相空間データに対して行うことを特徴とする
核磁気共鳴を用いた検査装置。