JP3136323B2 - 低速傾斜磁場変動による超高速mrイメージング装置 - Google Patents

低速傾斜磁場変動による超高速mrイメージング装置

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JP3136323B2 JP09043053A JP4305397A JP3136323B2 JP 3136323 B2 JP3136323 B2 JP 3136323B2 JP 09043053 A JP09043053 A JP 09043053A JP 4305397 A JP4305397 A JP 4305397A JP 3136323 B2 JP3136323 B2 JP 3136323B2
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一弘 本間
行志 兵藤
清行 鎮西
ミラー カロル
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新エネルギー・産業技術総合開発機構
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】
【産業上の利用分野】この発明は核磁気共鳴(NMR)
による超高速MRイメージング装置に関するものであ
る。この技術は物性工学、流体工学、生物学、医学、薬
学の分野において生体や物質の内部を非破壊的に画像化
して形態的な構造、化学的な結合状態、流れの可視化、
手術中の検査診断などに利用することができる。
【0002】
【従来の技術】従来のNMRによる物質の空間分布の画
像化装置は、測定物質の周囲に静磁場発生用磁石と磁場
勾配コイルとを備え、静磁場発生用磁石で非常に強い均
一な磁場を形成し、これと共に磁場勾配コイルで局所的
に磁場の強さを制御している。MR((Magnetic Resona
nce)イメージング(核磁気共鳴イメージング)は、時・
空間的に一定な静磁場H0 において磁気共鳴のためにR
F(電磁)波を測定物質に印加する。共鳴元素の密度や
化学構造などの空間分布を画像化するためには、x,
y,z方向に空間的に磁場強度が異なる傾斜磁場を重畳
する。従来の画像化手法は、RF波による選択励起の後
に、位相エンコードと読み出し用の傾斜磁場を印加し
て、磁気共鳴するスピンの位相を測定領域の三次元位置
に応じて変化させ、これによって誘起されるスピンに由
来する磁気モーメントの挙動をin-phaseの状態にしてgr
adient echo やstilmulated echo などを観測してい
る。
【0003】測定物質を静磁場H0 中に置き、x方向の
傾斜磁場G(X )を印加した際のスピンの共鳴周波数ν
i は、次式で与えられる。 νi =γi (H0 +G(x ))(1−σ) (1) ここで、γi 、σは、各々、磁気共鳴する元素iの磁気
回転比、遮蔽定数である。式(1)において、共鳴周波
数を変化させるために傾斜磁場G(x )をx方向に線形
に加えて計測されたエコー信号をフーリエ変換すれば、
xとνi が対応することになる。これが画像化の原理で
ある。ここで励起パルスの周波数は図9に示すようにν
i で一定である。このMRIにおいて、時間分解能を向
上させるための高速・超高速画像化手法では、この傾斜
磁場を高速度で変化させることにより撮像時間を短縮す
る努力がされている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、この傾斜磁
場を高速度で変化させるためには、高強度の傾斜磁場を
短時間で駆動しなければならないが、その場合は高速駆
動に伴う渦電流の影響などの問題がある。すなわち、傾
斜磁場を高速で駆動することにより、画像化する際に生
体内や装置内に電流誘導により発生する渦電流が障害と
なって、MRI装置の中で定位や治療を目的とした機器
が利用できない場合が生じる。また高速駆動により与え
られる傾斜磁場強度の精度にも問題が生じる。このよう
なことからMRIにおいて画像化の一層の高速化を実現
しつつも、生体内や装置内に電流誘導により発生する渦
電流が発生することがなく、MRI装置の中で定位や治
療を目的とした機器が利用でき、また与えられる傾斜磁
場強度の精度も高精度に制御することができる超高速M
Rイメージング技術の開発が望まれている。
【0005】この発明は上記の如き事情に鑑みてなされ
たものであって、MRIにおいて画像化の一層の高速化
を実現しつつも、生体内や装置内に電流誘導により発生
する渦電流が従来の手法に比して極端に低く、MRI装
置の中で定位や治療を目的とした機器が利用でき、また
与えられる傾斜磁場強度の精度も高精度に制御すること
ができる超高速MRイメージング装置を提供することを
目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】この目的に対応して、こ
の発明の低速傾斜磁場変動による超高速MRイメージン
装置は、測定物質を静磁場H0 内におき、υiを元素
iの共鳴周波数、Wを画像化する領域に対応する共鳴周
波数の帯域幅とするとき、時間的に一定な傾斜磁場と励
起パルスとして周波数(υi±W)を有する連続した周
波数成分のRF波を印加することを特徴としている。
【0007】
【実施の形態】以下、この発明の詳細を一実施例を示す
図面について説明する。
【0008】図1において1はMR画像化装置である。
MR画像化装置1は励起装置2を備えている。励起装置
2は測定領域3を区画するとともに、測定領域3内の測
定物質4を励起する。励起装置2にはRFパルス発生器
9からRFパルスが供給される。励起装置2の外側に磁
石5及び傾斜磁場コイル6が配設されている。磁石5は
静磁場を形成するための磁石であって、安定な高い磁場
を形成することが望ましく、常電導磁石、超電導磁石、
永久磁石が用いられ、静磁場強度H0 は例えば常電導磁
石で0.02〜0.25T、超電導磁石で0.35〜2
Tである。磁石5が常電導磁石の場合には励磁電源7か
ら電流が供給される。傾斜磁場コイル6は測定領域3に
傾斜磁場を形成するコイルである。傾斜磁場コイル6に
は、駆動装置8によって制御された電流が電源11から
供給されて磁場勾配を形成する。磁場勾配の勾配gzは
例えば gz=20gauss /cmである。 測定物質4からの信号の処理のために、信号処理装置1
2、画像処理装置13が設けられ、画像はディスプレ―
14に表示される。
【0009】この発明のイメージング装置における操作
は上記のMR画像化装置1を使用して次のようにして実
施される。生体を含む測定物質4を静磁場H0 のマダネ
ット内に置く。測定の対象とする生体内の元素iに関す
る情報を検出する場合、(1)式で与えられるように静
磁場H0 と傾斜磁場G(x,y,z)に対して、νi の
RF波を照射する。その際、G(x,y,z)の強度を
可変することにより共鳴周波数νi が変化し、空間位置
に依存して異なった周波数で共鳴する。これにより、空
間的に分離できる。逆に、時間的に一定な傾斜磁場G
(x,y,z)を印加して、νi を可変しても、元素i
の空間的な分離が可能となる。即ち、静磁場H0 中で時
間的に一定な傾斜ピンの空間位置(x,y,z)におい
て与えられるG(x,y,z)に対応して周波数{νi
±W}で共鳴することになる。従って、Wを画像化する
領域に対応する共鳴周波数の帯域幅として選択すれば、
G(x,y,z)を可変して得られる共鳴周波数の変化
と類似の効果を与えることができる。この、Wを与える
ためには、RF波の周波数を共鳴周波数νi を中心とし
て±Wを含むように変調させて印加する。
【0010】x方向の情報の検出についていえば、測定
領域のx方向に傾斜磁場G(xW )を印加すると同時
に、w点の共鳴周波数と等しい周波数νW i を持つRF
(Radio Frequency)波を印加すると、x方向のw点で次
式で定義する核磁気共鳴(NMR:Nuclear Magnetic R
esonance)現象が発生する。 νW i =γi (H0 +G(xW )(1−σ) (2) 上式の条件において観測されるエコー信号(あるいはF
ID信号(自由誘導減衰信号))にはνW i の周波数成
分を含み、この信号をフーリエ変換することにより、x
とνi が対応することになる。
【0011】次に以上の操作を図面について説明する。
図3において円筒状の測定対象4を測定する場合に、P
点の位置(x,y,z)における共鳴周波数υiは、 υi=γi(H0 +Gx +GY +Gz )(1−σ) である。P点を含む平面15が測定領域であるイメージ
平面であるとして、いまx方向の情報の検出についてい
えば、イメージ平面15のx方向に傾斜磁場G(xW )
を印加すると同時に、図2に示す周波数を共鳴周波数ν
i を中心としてイメージ平面15に対応する共鳴周波数
の帯域幅±Wを含むように変調させたRF波を印加す
る。このRF波にはνi の他にνl 、νm 、νn ・・の
連続した周波数成分を含んでいて上記(2)式の条件に
おいて観測される多数の連続した信号が得られ、一回の
励起で画像化ができる。図4に示すように、それぞれの
周波数成分で励起された原子核の磁気モーメントが対応
した角度で回転する。スピンエコー法によるイメージン
グの場合は、パルスのシーケンスを図7のようにする
と、図6に示すスピンモーションによって周波数分離が
可能となる。スティミュレイテッドエコー法によるイメ
ージングの場合は、パルスのシーケンスを図8のように
する。
【0012】
【発明の効果】この発明の低速傾斜磁場変動による超高
速MRイメージング装置では傾斜磁場を低速で駆動する
ので、渦電流の発生が抑制され、生体に与える影響が軽
減される。この結果、NMR装置内で治療機器などが利
用可能となる。又、渦電流の影響が抑制されるため、将
来において一層の高速化が期待できる。さらにこの発明
では変調した広帯域のRF波による一回の励起で画像化
ができるため、検査の高速化を可能にする。又RF波を
変調することは画像化する領域を空間的に連続に画像化
することから現状の低速傾斜磁場による画像化と同様程
度の画像情報が得られる。以上の説明から明らかなとお
り、この発明によればMRIにおいて画像化の一層の高
速化を実現しつつも、生体内や装置内に電流誘導により
発生する渦電流が発生することがなく、MRI装置の中
で定位や治療を目的とした機器が利用でき、また与えら
れる傾斜磁場強度の精度も高精度に制御することができ
る超高速MRイメージング装置を得ることができる。ま
た、従来のバ−スト法では画像化する領域を選択的に励
起する結果、画像化領域が不連続になるが、この発明で
はRF波を連続的に変調することにより、画像化する全
領域を励起することができ、この結果、画像化する領域
からの全情報が観測できる。
【図面の簡単な説明】
図1 NMR画像化装置を示す構成説明図 図2 励起パルスを示す波形図 図3 イメージ平面と励起パルスと傾斜磁場を示す説
明図 図4 励起パルスの周波数と原子核の磁気モーメント
を示す説明図 図5 測定対象を示す説明図 図6 スピンエコー法のスピンモーションを示す説明
図 図7 スピンエコー法のパルスシーケンスを示す説明
図 図8 スティミュレイテッドエコー法のパルスシーケ
ンスを示す説明図 図9 励起パルスを示す波形図 1 MR画像化装置 2 励起装置 3 測定領域 4 測定物質 5 磁石 6 傾斜磁場コイル 7 励磁電源 8 駆動装置 9 RFパルス発生器 11 電源 12 信号処理装置 13 画像処理装置 14 ディスプレ− 15 イメ−ジ平面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鎮西 清行 茨城県つくば市並木1丁目2番地 工業 技術院機械技術研究所内 (72)発明者 カロル ミラー 東京都豊島区東池袋3丁目1番1号 新 エネルギー・産業技術総合開発機構内 合議体 審判長 松本 邦夫 審判官 住田 秀弘 審判官 伊坪 公一 (56)参考文献 特開 平4−108427(JP,A) 特開 平8−308809(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 測定物質を静磁場H0 内におき、 υiを元素iの共鳴周波数、Wを画像化する領域に対応
    する共鳴周波数の帯域幅とするとき、 時間的に一定な傾斜磁場と励起パルスとして周波数(υ
    i±W)を有する連続した周波数成分のRF波を印加す
    ることを特徴とする低速傾斜磁場変動による超高速MR
    イメージング装置
  2. 【請求項2】 測定物質を静磁場H0 内におき、 υi=γi(H0 +Gx +Gy +Gz )(1−σ) ここで υi:元素iの共鳴周波数 γi:元素iの磁気回転比 H0 :静磁場強度 Gx :x 方向傾斜磁場強度 Gy :y 方向傾斜磁場強度 Gz :z 方向傾斜磁場強度 σ :遮蔽定数 W :画像化する領域に対応する共鳴周波数の帯域幅と
    し、 時間的に一定な傾斜磁場と励起パルスとして周波数(υ
    i±W)を有する連続した周波数成分のRF波を印加す
    ることを特徴とする低速傾斜磁場変動による超高速MR
    イメージング装置
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