JPH01146529A - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は・磁気共鳴（Ｍ　Ｒ：　ｍａｇｎｅｔｉｃ　　
ｒｅｓ。

ｎａｎｃｅ　）現象を利用して被検体（生体）のスライ
ス画像等の形態情報やスペクトロスコピー等の形態情報
を得る磁気共鳴イメージング方法に関し、特に局所励起
法と超解像法とを併用して高分解能イメージングを可能
にした磁気共鳴イメージング方法に関する。

（従来の技術） 磁気共鳴現象は、静磁場中に置かれた零でないスピン及
び磁気モーメントを持つ原子核が特定の周波数の７ｕ磁
波のみを共鳴的に吸収・放出する現象であり、この原子
核は下記式に示す角周波数ω０　（ωＯ−２πシ０．シ
０　；ラーモア周波数）で共鳴する。

ω０″″γＨＯ ここで、γは原子核の種類に固有の磁気回転比であり、
また、Ｈｏは静磁場強度である。

以上の原理を利用して生体診断を行う装置は、上述の共
鳴吸収の後に誘起される上記と同じ周波数の電磁波を信
号処理して、原子核密度、縦緩和時間ＴＩ、横緩和時間
Ｔ２．流れ、化学シフト等の情報が反映された診断情報
例えば被検体のスライス像等を無侵襲で得るようにして
いる。

そして、磁気共鳴による診断情報の収集は、静磁場中に
配置した被検体の全部位を励起し且つ信号収集すること
ができるものであるが、装置構成上の制約やイメージン
グ像の臨床上の要請から、実際の装置としては特定の部
位に対する励起とその信号゛収集とを行うようにしてい
る。

ここで、磁気共鳴イメージングによって得られる画像情
報の高分解能化について説明する。すなわち、磁気共鳴
イメージングで観測できる信号（通常はエコー信号）は
、第９図（ａ）に示すように対象物体（被検体）のに−
空間（周波数空間）上の点であり、また、第９図（ｂ）
に示すように、データの収集方式によりリードアウト方
向、エンコード方向等の区別があり、これは実際のデー
タ収集の上では重要ではあるが、数学的には本質的に同
じである。ここで、周波数空間の端の点は、物体の高周
波成分に相当する。原の物体を高分解能で推定（再構成
）しようとすると、より広い領域のエコーデータを収集
しなけばならない。例えば、第１０図に示すように、よ
り小さな領域のデータからは、これから推定（再構成）
した画像データはボケたちのとなる。

ところで、Ｋ−空間における位置情報は、被検体中のス
ピンの受けた傾斜磁場の積分量に比例するのであるから
、原データの高周波成分を観測するには、大きな傾斜磁
場を必要とする。この場合、傾斜磁場の積分量を増大さ
せるには、強度を増大させるか印加時間を増大させるか
のいずれかである。しかし、傾斜磁場の印加時間を増大
させるとＴ２効果により信号が減衰してしまい、また、
エコー時間Ｔｅはエコー信号の誘起に関するものである
等の重要なパラメータであるので、無作為に印加時間を
増大させることはできないものである。

従って、傾斜磁場の強度を増大させることにより、傾斜
磁場の積分量を大きくし、原データの高周波成分を観測
し得、上述した高分解能化を実現することができる。し
かし乍、そのために、傾斜磁場の電源を始めとして機器
の大容量化を招くことになり、装置構成上、実用的でな
かった。

そこで本発明の目的は、傾斜磁場系の大容量化を招くこ
となく高分解能イメージングを可能にした磁気共鳴イメ
ージング方法を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明は上記問題点を解決し且つ目的を達成するために
次のような手段を講じたことを特徴としている。すなわ
ち、本発明は、静磁場中に配置した被検体から誘起した
磁気共鳴信号を検出して当該誘起部位の形態情報又は機
能情報を生成する磁気共鳴メージング方法において、第
１軸方向におけるイメージング対象局所部位を含む帯域
を挟む領域を９０°パルスで選択励起した後にその領域
の横磁化成分を消去し、次に第２軸方向における同局所
部位を含む帯域を挟む領域を９０°パルスで選択励起し
た後にその領域の横磁化成分を消去して、しかる後、第
３軸方向における同局所部位を含む帯域を挾む領域を励
起して誘起した磁気共鳴信号を得、この磁気共鳴信号の
周波数スペクトルデータに対し、前記局所部位の外側を
零とする処理を含んでフーリエ変換処理と逆フーリエ変
換処理とを繰返すと共に解析接続を行うことにより、前
記局所部位の磁気共鳴信号に基づくデータを得ることを
特徴とする。

（作用） 以上によれば、局所部位の外側は実質的に非存在となり
、この局所部位だけからの磁気共鳴信号をイメージング
に供することができ、しかも磁気共鳴信号はスペクトル
であるから解析関数であって、この場合、被検体からの
磁気共鳴信号により収集領域つまり有限関数であること
を特定でき、これらにより超解像の原理による信号処理
を行うことができるようになり、よって局所領域からの
データをそれぞれ解析接続して高分解能のデータを得る
ことが可能になる。

（実施例） 先ず、実施例の説明に先立ち超解像の原理について説明
する。すなわち、超解像は、原画像ｆが有限関数である
とそのフーリエ変換Ｆは解析関数となり当該解析関数の
一部を知り得れば解析接続により原画像ｆに基づくフー
リエ変換Ｆを復元できる、というものである。これを第
７図（ａ）〜（ｅ）を参照して説明する。

すなわち、第７図（ａ）に示すように有限物体を考える
とき、第７図（ｂ）に示すようにその周波数スペクトル
は解析関数となる。この場合、第７図（ｂ）のうち第７
図（Ｃ）に示すＡだけに基づき原の物体を推定すれば、
第７図（ｄ）に示すように高周波成分が欠如する（エツ
ジが正しく切れない。）。また、一致の法則により解析
関数は解析接続が適用可能であるので、第７図（ｂ）の
うち第７図（ｃ）に示すＢについてを解析接続した後に
原の物体を推定すれば、第７図（ｅ）に示すように原の
物体を正しく復元できるようになる。

上述の解析接続を含む実際のアルゴリズムとしては、演
算の容易さ等の理由により反復法が代表例である。すな
わち、安藤繁、土井康弘：超解像−その原理と算法−１
計測と制御、２２巻１０号。

８２８／８３６　（１９８３）によれば、第８図に示す
ように、磁気共鳴信号のデータ収集による生データを、
処理Ｓ１として周波数空間上の有限帯域［−Ω／２．Ω
／２］の下で取込み、これを処理Ｓ２を介して処理Ｓ３
にてフーリエ変換（ＦＦＴ）演算を実行し、次に処理Ｓ
４として後述する手法で知り得る実空間上の物体範囲（
空間有限）［−Ｗ／２．Ｗ／２］の情報を得、これを処
理３の出力に適用し、処理５として物体範囲外を零にす
る処理を実施する。

この処理５では帯域は急激なカットにより帯域外に伸び
る。次に処理Ｓ６では逆フーリエ変換（逆ＦＦＴ）演算
を実行し、この結果を処理Ｓ２として周波数空間上の通
過帯域［−Ω／２．Ω／２］内で観測スペクトルに一致
させる処理を実行し、帯域外に伸びたスペクトルはその
ままとし、帯域内を本来の観測スペクトルに一致させる
。上述の処理を反復して繰返し、処理５のブロックから
出力データを復元データとして取出す。

以上の超解像の原理を磁気共鳴イメージングに適用する
に際しては、スペクトルの観測手法と、物体の存在範囲
を知る手法とが必要であるが、この場合、スペクトルの
観測は磁気共鳴イメージング装置はスペクトル観測装置
であるから、問題はない。従って、物体の存在範囲を知
る手法のみが問題となる。これは、本出願人が昭和６１
年８月１３日に特許出願した磁気共鳴ｎ１定装置の発明
の骨子である次に述べる局所励起法が適用できる。

すなわち、局所励起法は、傾斜磁場の作用形態によって
所望の局所部位の外側を磁気的に実質的非存在とし、そ
の局所部位からのみの磁気共鳴信号をイメージングに供
する、というものである。

この方法では局所部位が物体の存在範囲となる。

従って、局所励起法では、スペクトル観測を行うことが
そもそも物体の存在範囲を知ることに他ならないもので
ある。

第３図は局所励起法パルスシーケンスの一例を示すの波
形図であり、第４図〜第６“図はその作用を示す図であ
る。先ず、被検者の特定位置における断層像を得るため
に、Ｚ軸方向に静磁場Ｈｏを発生させ、この静磁場Ｈｏ
中に被検者を配置させる。この場合、一般には被検者の
体軸方向とＺ軸方向とを一致させている。以上により磁
化はＺ軸方向に向かう。次に磁化の向きとスライス位置
とを特定するための信号を付加するわけであるが、以下
の説明では便宜上回転座標系Ｘ−，Ｙ−。

Ｚ′を対象とする。

回転座標系において、磁化を＝Ｘ′方向に９０°に倒す
ために、Ｙ゛方向選択励起パルスＲＦ　（９０°パルス
）を印加する。このとき同時にＹ′力方向スライス用傾
斜磁場Ｇｙを付与する。

前記選択励起パルスＲＦは周波数の異なる２つのキャリ
アｆ、、ｆ２を含んでいる。すなわち、第３図（ａ）（
ｃ）及び第４図において、局所部位を含む領域を励起す
るための特定周波数の中心がｆｏであれば、それを挟む
両側領域３１．３２（第４図における上下のハツチング
部分）を選択するための２つの周波数ｆ１．ｆ２を含む
ＲＦパルスとすればよい。この場合、ｆｌ＋ｆ２は共に
中心周波数を示しており、励起幅はΔｆ１゜Δｆ２で決
められる。上述のように所望の領域を選択するために異
なる周波数を使用すれはばよいことは次の式で明らかで
ある。

ωＯ−γＨＯ ｆｏ−γ／２π・Ｈ。

また、上記傾斜磁場Ｇ、ｙは、通常の強さを有するスラ
イス用磁場をある時間τ１だけ加え、その後にスライス
終了後はより大きな強度の磁場を所定時間τ２加える。

後半の磁場はスポイラ−８Ｐと称されるものであり、こ
れにより横磁化成分が分散し、横方向成分が消えること
になる。

ここで、Ｙ方向の各領域３１．３２のスライス厚Δｔ１
．　　Δｔ２は次の２つの式で与えられる。

Δｔｌ−Δｆ１／γψＧｙ Δｔ２閣Δｆ２／γ争Ｇｙ 次に上記と同様の原理に基づいて第５図に示す図示左右
領域３３．３４の励起について説明する。

すなわち、第３図（ａ）（ｂ）及び第５図において、回
転座標系において磁化をＹ′方向に９０゜倒すためにＸ
′力方向９０°ＲＦパルスを加え、同時にスライス用傾
斜磁場Ｇｘを加える。この場合、前記と同様に目標部位
を含む中心周波数ｆ。

を挟む如き異なる２つの周波数ｆ３．ｆ４　（帯域がΔ
ｔ３．Δｔ４）を有するＲＦパルス（９０゜パルス）を
用いると共に、傾斜磁場Ｇｘは前半τ１が通常のスライ
ス用磁場強度、後半τ２が大きな強度（スポイラ−８Ｐ
）となるようにすることは言うまでもない。従って、−
旦励起された領域３３．３４が最終的には消失している
ことになる。

最後に、第３図（ａ）（ｄ）及び第６図に示すように、
所定時間経過後に中心周波数ｆｏ　　（帯域Δｆｏ）を
含む９０°ＲＦパルスをＺ軸方向に加えて図示中央領域
３５を励起すると共に傾斜磁場Ｇｚを加える。その後再
結像用傾斜磁場−〇ｚを加えることにより、エコー信号
を再結像することができるようになる。このとき、他の
領域は前記工程で磁化を消失されているので、局所部位
Ｓ。

の外側は実質的に非存在となり、局所部位Ｓ１だけから
の信号を収集することができるようになる。

この局所励起法では、信号発生領域はイメージングする
上での実効的な物体の存在範囲を特定するわけであるか
ら、局所励起法を実行することは予め物体の存在範囲を
知っていることになる。

以上が超解像法と局所励起法とを併用する磁気共鳴イメ
ージング方法の理論的考察であり、次に具体的な一例を
説明する。

第１図は本実施例の磁気共鳴イメージング方法を実施す
ることができる装置の全体構成を示す図、第２図はデー
タ収集系及び信号処理系のブロック図、第３図は局所励
起法パルスシーケンスの波形図である。

第１図に示すように、被検体Ｐを内部に収容することが
できるようになっているマグネットアッセンブリとして
、常電導又は超電導方式による静磁場コイル（静磁場補
正用シムコイルが付加されていることもある。）１と、
磁気共鳴信号の誘起部位の位置情報付与のための傾斜磁
場を発生するための傾斜磁場発生コイル２と、回転高周
波磁場を送信すると共に誘起された磁気共鳴信号（ＭＲ
倍信号を検出するための送受信系である例えばコイルか
らなるプローブ３とを有し、超電導方式であれば冷媒の
供給制御系を含むものであって主として静磁場電源の通
電制御を行う静磁場制御系４、送信器５、受信器６、Ｘ
軸、Ｙ軸、Ｚ軸傾斜磁場電源７，８，９、例えば第３図
に示す局所励起法パルスシーケンスを実施することがで
きるシーケンサ１０、これらを制御すると共に検出信号
の信号処理及びその表示を行うコンピュータシステム１
１、表示系１２により構成されている。

また、プローブ３．受信器６．コンピュータシステム１
１１表示系１２は、第２図の如く詳細な構成となってい
る。すなわち、受信器６は、プローブ３の受信コイルか
らの信号を後段の処理に適用できる程度まで増幅する前
置増幅器６ａと、この前置増幅器６ａの出力を実数部と
虚数部とでそれぞれ位相検波する位相検波器６ｂと、こ
の位相検波器６ｂの出力をディジタル信号化するＡ／Ｄ
変換器６Ｃと、このＡ／Ｄ変換器６ｃの出力をコンピュ
ータシステム１１内に導入するインターフェース６ｄと
を備えている。

また、コンピュータシステム１１は、データバス１１ａ
を介して、全体の制御を行うコントローラ１１ｂと、イ
ンターフェース６ｄからのデータを最初に導入し、以降
の再構成処理等に備える磁気ディスク装置等の画像メモ
リ１１ｃと、この画像メモリ１１ｃからのデータを読込
んで２次元像等の画像を再構成する再構成装置１１ｄと
を備え、これまでのブロックは通常の装置構成となって
おり、この構成に加えて本実施例では超解像法プロセッ
サ１１ｅを備えている。

この超解像法プロセッサｌｌｅは、第８図の処理フロー
を具体化したものである。すなわち、Ａ／Ｄ変換器６ｃ
からの生データを取込んで第８図の処理１，２を実行す
るつまり生データの取込み処理と通過帯域内で観ｉ’Ｊ
ＩＩＪスペクトルに入力データ（逆ＦＦＴ演算器１１ｅ
５からの出力）を一致させる処理とを行う信号処理器１
１ｅ１を有している。

第８図の処理３つまりフーリエ変換演算処理を行うＦＦ
Ｔ演算器１１ｅ２を有している。第８図の処理５つまり
後述する物体範囲設定部１１ｅ４からの情報により物体
範囲外を零にする信号処理器１１ｅ３を有している。

また、第８図の処理４つまり前述した物体存在範囲の推
定手法に基づき物体範囲を設定する情報を得る物体範囲
設定部１１ｅ４を有している。第８図の処理６つまり信
号処理器１１ｅ３の出力を逆フーリエ変換演算処理を行
う逆ＦＦＴ演算器１１ｅ５を有している。これらの処理
を所定回数だけ反復した後に復原データとしてデータバ
ス１１ａに与えるインターフェイス１１ｅ６を有してい
る。

以上の構成で、データ収集シーケンスとしては、静磁場
中に被検体Ｐを配置すると共に、シーケンサ１０の動作
させ、第３図に示す局所励起法パルスシーケンスを実行
する。

これにより送信器５は駆動され、プローブ３の送信コイ
ルから回転磁場のＲＦパルス（９０＠パルス）を加える
と共に傾斜磁場電源７，８．９を駆動して傾斜磁場発生
コイル２からは傾斜磁場Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚを加え、局所
励起部位からの信号をプローブ３の受信コイルで収集す
る。

第３図の局所励起法シーケンスを所定回数繰返して実行
してデータを得るが、この局所励起法シーケンス実行す
ることそのものが物体範囲設定部１１ｅ４にとっては局
所励起部位を同定することができ゛たものとなる。そし
て、前記シーケンスの実行毎に得たデータは超解像法プ
ロセッサｌｌｅに取込んで第８図に示す処理を実行し、
これをデータバス１１ａを介して画像メモリ１１ｃ、再
構成装置ｌｉｄにより例えば２次元像を生成し、表示系
１２にてその再構成画像を表示する。

以上のように本実施例によれば、そのものが物体存在範
囲つまり画像化範囲を特定している局所励起法を実行す
ることにより、局所励起部位のみからデータを収集する
ことができる。そして、このデータに対し、局所励起法
の実行により知り得る物体範囲の情報を使って超解像法
処理を適用した信号処理を行うようにしたので、傾斜磁
場系の大容量化を招くことなく、小さな領域がらのデー
タのみを用いて高分解能イメージングを行うことができ
るようになる。

また、上述と逆に分解能を低下させることなく傾斜磁場
系の低容量化を図ることができる。さらに、短いエコー
時間の下での高分解能イメージングが実現できるもので
ある。

なお、本発明はそのデータの収集及び収集データの処理
に特徴を有するものであって、収集データを画像メモリ
１１ｃに保持しておき、収集時とは異なるタイミングに
て超解像法処理を行う等の変形例があり、この他、装置
構成は各種のものが適用できるものであり、本発明の要
旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。

［発明の効果コ 以上のように本発明では、磁気共鳴信号はスペクトルで
あるから解析関数であって、この場合、被検体からの磁
気共鳴信号により収集領域つまり有限関数であることを
特定できるので、原画像ｆが有限関数であるとそのフー
リエ変換Ｆは解析関数となり当該解析関数の一部を知り
得れば解析接続により原画像ｆに基づくフーリエ変換Ｆ
を復元できるという超解像の原理が適用でき、しかも、
収集した磁気共鳴信号は局所的に励起した部位からだけ
のものであるので、これらをそれぞれ解析接続したもの
は不要な成分を含まない高分解能のデータとなる。

従って、傾斜磁場系の大容量化を招くことなく高分解能
イメージングを可能にした磁気共鳴イメージング方法を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明による磁気共鳴イメージング方
法の一実施例を実行することができる装置の構成を示す
ものであって第１図は全体の構成図、第２図は第１図に
おけるプローブ、受信器。 コンピュータシステム、表示系の詳細な構成図、第３図
は局所励起法パルスシーケンスのタイミング図、第４図
〜第６図はそれぞれ第３図に示す局所励起法の作用を示
す図、第７図及び第８図はそれぞれ超解像法を磁気共鳴
イメージングに適用する際の原理を説明する図、第９図
及び第１０図は磁気共鳴イメージングにおける高分解能
化の手法を示す図である。 １・・・静磁場コイル、２・・・傾斜磁場コイル、３・
・・プローブ、４・・・静磁場制御系、５・・・送信器
、６・・・受信器、６ａ・・・前置増幅器、６ｂ・・・
位相検波器、６ｃ・・・Ａ　／　Ｄ　’ｆＪｍ器、６　
ｄ・・・インターフェース、７・・・Ｘ軸傾斜磁場電源
、８・・・Ｙ軸傾斜磁場電源、９・・・Ｚ軸傾斜磁場電
源、１０・・・シーケンサ、１１・・・コンピュータシ
ステム、１１ａ・・・データバス、１１ｂ・・・コント
ローラ、１１ｃ・・・画像メモリ、ｌｉｄ・・・再構成
装置、１１ｅ・・・超解像法プロセッサ、１２・・・表
示系。 出願人代理人　　弁理士　鈴江武彦 ］ 第　１　図 ｙ’（９０°）　　　　◆ｘ’（９０°）　　　　　ｙ
’（９０”）Ｇｚ 第３図 第４図 第５図 第６図 （ａ）　　　　　　　　　　　８（ｂ）（ｄ）　　　　
　　　　　　　　　　（ｃ）（ｅ） 第７図 第８図 エンコード７ｆｊ （ａ）　　　　　　　”−信う （ｂ） 第　９　図 エンコード７向 第１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 静磁場中に配置した被検体から誘起した磁気共鳴信号を
   検出して当該誘起部位の形態情報又は機能情報を生成す
   る磁気共鳴メージング方法において、第１軸方向におけ
   るイメージング対象局所部位を含む帯域を挟む領域を９
   ０゜パルスで選択励起した後にその領域の横磁化成分を
   消去し、次に第２軸方向における同局所部位を含む帯域
   を挟む領域を９０゜パルスで選択励起した後にその領域
   の横磁化成分を消去して、しかる後、第３軸方向におけ
   る同局所部位を含む帯域を挟む領域を励起して誘起した
   磁気共鳴信号を得、この磁気共鳴信号の周波数スペクト
   ルデータに対し、前記局所部位の外側を零とする処理を
   含んでフーリエ変換処理と逆フーリエ変換処理とを繰返
   すと共に解析接続を行うことにより、前記局所部位の磁
   気共鳴信号に基づくデータを得ることを特徴とする磁気
   共鳴イメージング方法。