JP3175939B2 - 磁気共鳴映像装置 - Google Patents

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、特に静磁場の磁場
均一性を調整するために被検体内の磁場強度分布を高速
に測定する機能を持つ磁気共鳴映像装置に関する。

（従来の技術） 磁気共鳴映像法はよく知られているように、固有の磁
気モーメントを持つ核スピンの集団が一様な静磁場中に
置かれたときに、特定の周波数で回転する高周波磁場の
エネルギーを共鳴的に吸収する現象を利用して、物質の
化学的及び物理的な微視的情報を映像化する手法であ
る。

この磁気共鳴映像法においては、歪みのない画像を得
るため、さらにスペクトロスコピックイメージング法に
おいては周波数分解能の高いスペクトルを得るために、
静磁場の磁場分布に不均一性のないことが要求される。
特に、エコープラナー法等の高速イメージングや生体中
の¹H、³¹Pなどのスペクトルを観測するスペクトロスコ
ーピックイメージング法においては、百万分の一（pp
m）以上の高い磁場均一性が要求される。静磁場の磁場
強度分布は、被検体の有する帯磁率や形状によっても影
響を受ける。そのため、静磁場中に被検体が入った状態
で被検体内の磁場強度分布を測定し、磁場均一性を調整
することが要求されている。

磁場強度分布の測定法として、従来より化学シフトイ
メージング法（A.A.Maudsley et al.“Rapid Measureme
nt of Magnetic Field Distribution Using Nuclear Ma
gnetic Resonance",Siemens R/D Report vol.8,pp326−
331（1979）参照）や、スピンエコー法のエコー時間を
変えて２回撮影して得られた２枚の位相画像から磁場強
度分布を求める位相法（特開昭61−180130号公報）が提
案されている。化学シフトイメージング法は測定時間が
長くなるという問題点を有している。また、位相方法は
それぞれ照射及び検出コイルの感度ムラによる誤差、あ
るいは装置固有の不完全性に基づく位相誤差の影響を受
けないという利点があるものの、磁場強度分布の測定の
ために複数のパネルシーケンスを実行しなければなら
ず、やはり測定に時間がかかるという問題を有してい
る。また、被検体内にイメージング対象の核スピンの化
学シフトにより異なる磁気共鳴周波数を有する物質が混
在している場合（例えば生体内のプロトン画像を得よう
とする時の水と脂肪）には、正確な磁場強度分布を得る
ことができない。

（発明が解決しようとする課題） このように従来の磁場強度分布の測定法では、いずれ
も測定に時間かかかるため、検査時間が長くなり被検体
に与える苦痛も大きくなるという問題や、被検体内のイ
メージング対象の核スピンの化学シフトの影響で正確な
磁場強度分布を得ることができないという問題があっ
た。

本発明は、迅速かつ正確に被検体内の磁場強度分布を
測定して磁場均一性を調整し、歪みのない良好な画像
や、周波数分解能の高いスペクトルを得ることができる
磁気共鳴映像装置を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記課題を解決するために、本発明は、一様な静磁場
中に置かれた被検体に高周波磁場と勾配磁場を所定のパ
ルスシーケンスに従って印加し、被検体からの磁場共鳴
信号を検出して映像化する磁気共鳴映像装置において、
前記高周波磁場として90度パルスを印加すると共にスラ
イス用勾配磁場を印加して所定のスライス面を励起する
ことにより発生される自由誘導減衰信号に基づく第１の
エコー信号の取得に続いて、前記高周波磁場として180
度パルスを印加して第２のエコー信号を取得するエコー
信号取得手段と、前記第１及び第２のエコー信号から第
１及び第２の位相画像データを生成する位相画像データ
生成手段と、前記第１及び第２の位相画像データから被
検体内の磁場強度分布を演算する演算手段とを具備する
ことを特徴とするものである。

また、本発明は、一様な静磁場中に置かれた被検体に
高周波磁場と勾配磁場を所定のパルスシーケンスに従っ
て印加し、被検体からの磁場共鳴信号を検出して映像化
する磁気共鳴映像装置において、パルス状の高周波磁場
とスライス用勾配磁場を印加して所定のスライス面を励
起した後、読み出し用勾配磁場を正負交互にスイッチン
グすることにより、前記読み出し用勾配磁場の極性が同
一となる第１及び第２のエコー信号を取得する取得手段
と、前記第１及び第２のエコー信号から第１及び第２の
位相画像データを生成する生成手段と、前記第１及び第
２のエコー信号の位相画像から被検体内の磁場強度分布
を演算する演算手段とを具備することを特徴とするもの
である。

（作用） 本発明によれば、第１の位相画像と第２の位相画像と
を生成し、それら第１の位相画像と第２の位相画像とか
ら磁場強度分布を取得することができる。しかも、第１
の位相画像の基となる第１のエコー信号と第２の位相画
像の基となる第２のエコー信号とを１つの90度−180度
系列のパルスシーケンスの中で収集するようにしてお
り、第１及び第２のエコー信号の収集時間の短縮化、更
に第１のエコー信号と第２のエコー信号とを被検体の姿
勢や周辺磁場等に関して実質的に同一の環境下で収集す
ることを実現することができる。このようにして、迅速
かつ正確に被検体内の磁場強度分布の測定が可能とな
り、測定された磁場強度分布の情報を利用して磁場均一
性を調整することにより、被検体内の磁場均一性を向上
させることができる。

また、本発明によれば、第１の位相画像と第２の位相
画像とを生成し、それら第１の位相画像と第２の位相画
像とから磁場強度分布を取得することができる。しか
も、第１のエコー信号から第１の位相画像を生成し、そ
して第１のエコー信号と読み出し用勾配磁場の極性が同
一となる第２のエコー信号から第２の位相画像を生成す
るようにしたので、第１の位相画像と第２の位相画像と
の方向を揃える特別な処理が不要になるという効果があ
ある。したがって、迅速かつ正確に被検体内の磁場強度
分布の測定が可能となり、測定された磁場強度分布の情
報を利用して磁場均一性を調整することにより、被検体
内の磁場均一性を向上させることができる。

さらに、２次元スライスデータをスライス位置を変え
て取得した複数のデータに基づいて３次元の磁場強度分
布を取得することができるので、この場合、画像化ある
いは検査領域が局所に限定される場合には所定の領域の
スライスデータのみを取得し用いればよく、迅速かつ正
確に必要な被検体内の磁場強度分布を測定することがで
き、高速に磁場均一性を向上させることができる。

（実施例） 第１図は、本発明の一実施例に係る磁場共鳴診断装置
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、磁場均一性調整コイル３及び勾配磁場生成コイ
ル５はそれぞれ励磁用電源２、磁場均一性調整コイル用
電源４及び勾配磁場生成コイル用電源６によって駆動さ
れる。これにより被検体７には一様な静磁場とそれと同
一方向で互いに直交する３方向に線形傾斜磁場分布を持
つ勾配磁場が印加される。送信部10から高周波信号がプ
ローブ９に送られ、被検体７に高周波磁場が印加され
る。プローブ９は送受信両用でも、あるいは送受信別々
に設けてもよい。プローブ９で受信された磁気共鳴信号
は受信部11で直交位相検波された後、データ収集部13に
転送され、ここでA/D変換されることによって画像再構
成に必要なデータが収集される。データ収集部13で収集
されたデータは、電子計算機14に送られる。

以上の励磁用電源２、磁場均一性調整コイル用電源
４、勾配磁場生成コイル用電源６、送信部10、受信部11
及びデータ収集部13は、全てシステムコントローラ12に
よって制御されている。システムコントローラ12及び電
子計算機14はコンソール15により制御されており、電子
計算機14ではデータ収集部13から送られた磁気共鳴信号
データに基づいてフーリエ変換を含む画像再構成処理を
行い、画像データを得る。得られた画像データが画像デ
ィスプレイ16に入力され、画像が表示される。

本発明における被検体７内のスライス面内の画像デー
タを収集するためのパルスシーケンス及び磁場強度分布
測定のためのパルスシーケンスは、システムコントロー
ラ12によって制御される。

以下、本発明による磁場強度分布測定手段の実施例を
説明する。

第２図〜第５図に本発明における磁場強度分布測定の
ためのパルスシーケンスを示す。なお、第２図〜第５図
において、RFは高周波磁場、Gs,Gr,Geはスライス用、読
み出し用および位相エンコード用の各勾配磁場、signal
は磁気共鳴映像信号をそれぞれ示す。Gsは被検体７内の
所望の断面（スライス面）を励起するための勾配磁場、
Grは磁気共鳴映像信号を読み出すための勾配磁場、Geは
位置情報を磁気共鳴信号の位相情報にエンコードするた
めの勾配磁場である。

第２図に示す第１の実施例においては、まず高周波磁
場として90゜パルスを印加すると同時にスライス用勾配
磁場Gsを印加して所定のスライス面を励起することによ
って、このスライス面からFID（自由誘導減衰）信号を
発生させる。この後、読み出し用勾配磁場Grと位相エン
コード用勾配磁場Geを印加することにより、FID信号に
基づく第１のエコー信号（echo1で示される）を発生さ
せ、このエコー信号echo1をA/D変換して第１の画像再構
成に必要なデータを収集する（データ収集１）。このよ
うなシーケンスで得られるエコー信号は、フィールドエ
コー信号と呼ばれる。

次に、90゜パルスより時間ｔ後に高周波磁場として18
0゜パルスを印加し、さらに時間ｔ経過後に読み出し用
勾配磁場Grを印加することにより、磁気共鳴信号として
第２のエコー信号（echo2で示される）を取得し、この
エコー信号echo2をA/D変換して第２の画像再構成に必要
なデータを収集する（データ収集II）。このような90゜
パルスに続いて180゜パルスを印加するシーケンスによ
り得られるエコー信号は、スピンエコー信号と呼ばれ
る。

この一連のパルスシーケンスにおいては、第２図に示
されるように、90゜パルスの印加から180゜パルスの印
加までの時間間隔と、180゜パルスからスピンエコー信
号の中心までの時間間隔を等しく、ｔとする。収集され
た第１及び第２の画像再構成に必要なデータをそれぞれ
適当な前処理を施した後、複素フーリエ変換することに
よって第１及び第２の画像データを生成する。次に、得
られた第１及び第２の画像データの各画素の実数成分と
虚数成分から、第１及び第２の位相画像データをそれぞ
れ生成する。

次に、第１及び第２の位相画像データ間の各画素毎の
位相差を求めるとともに、これら二つの位相画像データ
の時間間隔を第２図に示した90゜パルスの中心から、フ
ィールドエコー信号echo1の中心までの時間間隔ΔＴと
して、各画素毎の位相差を周波数に換算し、更に各画素
毎の周波数を磁場強度分布に換算する。ここで、第１お
よび第２の位相画像データから磁場強度分布を演算する
際の時間ファクタとして用いられる時間間隔ΔＴは、予
想される磁場不均一性の最大値をΔHmaxとした場合、 ｜γ・ΔHmax・ΔT|＜π ……（１） （γ：対象とする核スピンの磁気回転比） となるように選択する。

このようにして、一回とスキャン、つまり一連のパル
スシーケンスによって磁場不均一性を計測することがで
きる。

第３図に、第２の実施例における磁場強度分布測定の
ためのパルスシーケンスを示す。上述した第１の実施例
においては、第１の画像データを生成する場合と第２の
画像データを生成する場合とで読み出し用勾配磁場Grの
方向と位相エンコード用勾配磁場Geの方向が180゜パル
スの印加によって反転するため、前記の前処理あるいは
複素フーリエ変換後に、第１の画像データと第２の画像
データの方向を揃えなければならない。これに対し、第
２の実施例においては、読み出し用勾配磁場Grの方向と
位相エンコード用勾配磁場Geの方向が一致するように、
第１のデータ収集時と第２のデータ収集時とで、読み出
し用勾配磁場Grの印加方向と位相エンコード用勾配磁場
Geの印加方向を共に反転させる。この様なパルスシーケ
ンスを用いることによって、第１の画像データと第２の
画像データの方向を揃える特別な処理が不要になる。

第４図に、第３の実施例における磁場強度分布測定の
ためのパルスシーケンスを示す。この実施例では高周波
磁場として適当なフリップ角のα゜パルスを印加すると
同時にスライス用勾配磁場Gsを印加することにより、所
定のスライス面を励起し、FID信号を発生させる。続い
て読み出し用勾配磁場Grと位相エンコード用勾配磁場Ge
を印加することにより第１のエコー信号echo1を取得
し、これをA/D変換して第１の画像再構成に必要なデー
タを収集する（データ収集Ｉ）。次に、読み出し用勾配
磁場Grを反転させて印加することにより第２のエコー信
号echo2を取得し、これをA/D変換して第２の画像再構成
に必要なデータを収集する（データ収集II）。この場
合、第１および第２のエコー信号echo1,echo2はいずれ
もフィールドエコー信号である。

以後、第１の実施例と同様の演算により、収集した第
１及び第２のデータから第１及び第２の位相画像データ
を求め、これらの位相画像データから磁場強度分布を求
める。この時、第１および第２の位相画像データから磁
場強度分布を演算する際の時間ファクタとして用いられ
る時間間隔ΔＴとしては、画像再構成に必要な第１及び
第２のデータとして収集される２つのフィールドエコー
信号（echo1,echo2）の中心の時間間隔を用いる。この
実施例の場合も、第１の実施例と同様に式（１）を満た
すようにΔＴを選択する。

第５図に、第４の実施例における磁場強度分布測定の
ためのパルスシーケンスを示す。第４図に示した実施例
においては、読み出し用勾配磁場Grの反転印加によっ
て、第１の画像データを生成する場合と第２の画像デー
タを生成する場合とで、読み出し用勾配磁場Grの方向が
反転するため、前記の前処理あるいは複素フーリエ変換
後に第１の画像データと第２の画像データの方向を揃え
なければならない。

そこで、第５図に示す実施例では第１の画像データと
第２の画像データとで読み出し用勾配磁場Grの方向が一
致するように、第３の実施例と同様にしてエコー信号ec
ho1（フィールドエコー信号）を取得して画像再構成に
必要な第１のデータを収集した後、読み出し用勾配磁場
Grを２回正負に反転させることにより、読み出し用勾配
磁場Grの印加方向が第１の画像再構成に必要なデータを
収集した時と逆方向および同方向の時に生成される２つ
のエコー信号（フィールドエコー信号）echo2,echo3の
うち、同方向のエコー信号echo3をA/D変換して、第２の
画像再構成に必要な第２のデータを収集する。すなわ
ち、このように読み出し用勾配磁場Geのスイッチングに
より、３つのエコー信号echo1〜３を発生させると共
に、読み出し用勾配磁場Grが正あるいは負のいずれか一
方の極性のときに生成される２つのエコー信号echo1,ec
ho3を第１及び第２のエコー信号としてデータ収集す
る。

この様なパルスシーケンスを用いることによって、第
１の画像データと第２の画像データの方向を揃える特別
な処理が不要になる。

以上第１〜第４の実施例で説明した磁場強度分布測定
において、被検体内の対象とする核スピンが化学シフト
により異なる磁気共鳴周波数を有する物質が混在してい
る場合（例えば生体内のプロトンに注目したときの水と
脂肪）には、正確な磁場強度分布を得ることができな
い。このように被検体が化学シフトなどにより複数の磁
気共鳴周波数を有する物質の場合には、予め測定を行う
前に被検体内の化学シフト等により所定の磁気共鳴周波
数以外で磁気共鳴を生ずる各スピンを飽和させるような
パルスシーケンスを付加して実行する。

このようなパルスシーケンスの具体的な例としてはCH
ESS法（A.Hasse et al.“¹H−NMR Chemical Shift Sele
ctive（CHESS）Imaging",Phys.Med.Biol.vol.30,pp341
−344（1985）参照）、１−１パルス法（C.L.Dumoulin
“A Method for Chemical−Shift−Selective Imagin
g",Magn.Reso.Med.vol.2,pp583−585（1985）参照）、
１−３−３−１パルス法（P.J.Hore“A New Method for
Water Suppression in the Proton NMR Spectra of Aq
ueous Solitions",J.Magn.Reso.vol.54,pp539−542（19
83）参照）といった幾つかの方法が提案されており、場
合に応じて適当な方法を用いれば良い。また、対象とす
る核スピンが被検体中において化学シフトにより２つの
磁気共鳴周波数を有している場合には、前記所定のパル
スシーケンスにおいて２枚の位相画像データから磁場強
度分布を演算する際の時間ファクタΔＴが Δωｃ・ΔＴ＝２π ……（２） （Δωｃは対象とする核スピンの化学シフトに伴う２つ
の磁気共鳴周波数の角周波数差） となるように、前記所定のパルスシーケンスを制御すれ
ばよい。

ここで、（２）式によって決定されるΔＴが（１）式
の条件を満足しない場合には、まず初めに上述した化学
シフト抑制法を併用し、（１）式を満足するΔＴにて磁
場分布を計測し調整する。そして、磁場均一性が（２）
式を満足する状態になったところで、（２）式を満たす
ΔＴにて磁場分布の計測、調整を再実行すればよい。こ
れらの方法により、被検体内の対象とする該スピンの化
学シフトの影響を受けることなく、正確な磁場強度分布
を得ることが可能となる。

上述したような方法により、被検体に前記所定のパル
スシーケンスを印加して得られる磁場強度分布をスライ
ス面を変えて複数回実行し、３次元の磁場強度分布を求
める。そして、その３次元磁場強度分布情報から磁場強
度分布を均一にするための、各磁場均一性調整用コイル
３に印加する電流補正値を最小自乗法などの方法を用い
て求め、その補正値に従ってシステムコントローラ12に
より磁場均一性調整用コイル用電源４を調整し、各磁場
均一性調整用コイル３に印加する電流を制御することに
より、被検体内の磁場を均一にする。この場合、画像化
あるいは検査領域が局所に限定される場合には、磁場強
度分布情報のうち所定の領域の情報のみを用いて、磁場
強度分布を均一にするための、各磁場均一性調整用コイ
ル３に印加する電流補正値を求め、それに従って各磁場
均一性調整用コイル３に印加する電流を制御する。

上述した本発明によれば、高速に被検体内の磁場強度
分布を計測し、磁場均一性を向上させることができるた
め、静磁場中に被検体を置いた時、あるいは静磁場中で
被検体の位置を動かした場合等において、所定の検査に
先駆けて実行することができる。

なお、本発明は要旨を逸脱しない範囲で種々変形して
実施することが可能である。

［発明の効果］ 本発明によれば、迅速かつ正確に被検体内の磁場強度
分布を測定することができる。従って、この測定結果に
基づいて磁場均一性を調整することにより、被検体内の
磁場均一性を向上させ、歪みのない良好な画像や周波数
分解能の高いスペクトルを得ることが可能となり、疾病
の診断に有用な画像情報を正確かつ迅速に得ることがで
きる。また、検査時間が短縮されることにより、被検体
に与える苦痛も少なくなる。

【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、第３図、第４図及び第５
図はそれぞれ本発明の実施例における磁場強度分布測定
のためのパルスシーケンスを示す図である。 １……静磁場磁石、２……励磁用電源、３……磁場均一
性調整コイル、４……磁場均一性調整コイル用電源、５
……勾配磁場生成コイル、６……勾配磁場生成コイル用
電源、７……被検体、８……寝台、９……プローブ、10
……送信部、11……受信部、12……システムコントロー
ラ、13……データ収集部、14……電子計算機、15……コ
ンソール、16……画像ディスプレイ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−259481（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−180130（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−259480（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−114943（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−281955（ＪＰ，Ａ) 特公 平２−44219（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A61B 5/055 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一様な静磁場中に置かれた被検体に高周波
   磁場と勾配磁場を所定のパルスシーケンスに従って印加
   し、被検体からの磁場共鳴信号を検出して映像化する磁
   気共鳴映像装置において、 前記高周波磁場として90度パルスを印加すると共にスラ
   イス用勾配磁場を印加して所定のスライス面を励起する
   ことにより発生される自由誘導減衰信号に基づく第１の
   エコー信号の取得に続いて、前記高周波磁場として180
   度パルスを印加して第２のエコー信号を取得するエコー
   信号取得手段と、 前記第１及び第２のエコー信号から第１及び第２の位相
   画像データを生成する位相画像データ生成手段と、 前記第１及び第２の位相画像データから被検体内の磁場
   強度分布を演算する演算手段とを具備することを特徴と
   する磁気共鳴映像装置。
2. 【請求項２】一様な静磁場中に置かれた被検体に高周波
   磁場と勾配磁場を所定のパルスシーケンスに従って印加
   し、被検体からの磁場共鳴信号を検出して映像化する磁
   気共鳴映像装置において、 パルス状の高周波磁場とスライス用勾配磁場を印加して
   所定のスライス面を励起した後、読み出し用勾配磁場を
   正負交互にスイッチングすることにより、前記読み出し
   用勾配磁場の極性が同一となる第１及び第２のエコー信
   号を取得する取得手段と、 前記第１及び第２のエコー信号から第１及び第２の位相
   画像データを生成する生成手段と、 前記第１及び第２のエコー信号の位相画像から被検体内
   の磁場強度分布を演算する演算手段とを具備することを
   特徴とする磁気共鳴映像装置。
3. 【請求項３】前記演算手段は、所定のパルスシーケンス
   に従って得られる２次元スライスデータをスライス位置
   を変えて取得された複数のデータに基づいて前記磁場強
   度分布を演算することを特徴とする請求項１または２記
   載の磁気共鳴映像装置。