JPH01146534A - 磁界制御方式による位置定義機能を有するｍｒｉ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】 〔産業上の利用分野］ この発明は磁界制御方式による位置定義機能を有するＭ
ＲＩ装置（以後ＭＲｒ装置と称する）と称される核磁気
共鳴型コンピュータ断層像撮影装置において、断層面を
決定するための傾斜磁場を生起する傾斜磁場コイルの電
源の制御装置に関する。

〔従来の技術］ ＭＲ＋装置は人体等の被検体を高度に均一な静磁場にお
き、この静磁場の強度に比例した原子核の共鳴周波数に
一致した高周波パルスを第３図に示す高周波発信装置１
０２によって発信させ、アンテナコイル、１０３によっ
て被検体に照射して原子核に共鳴を起こさせ、この高周
波パルスの照射を停止した後自由誘導減衰信号、もしく
はＦＩＤ信号と称されている共鳴している原子核が放射
する電磁波をアンテナコイル１０５で受信し、これを高
４波受信装置１０４で増幅しディジタル信号に変換した
上でコンピュータ本体であるＣＰＬＪｌｏｌにより演算
処理して画像信号とした上で表示装置１０８に撮像断面
を表示する。

高周波パルスを照射する際には、撮像断面に直角の方向
に直線的に磁場の強度が変化する傾斜磁場を重畳するこ
とにより核磁気共鳴が生ずる空間を薄い板状の空間に限
定することにより描像断面を設定し、撮像断面に平行な
一方向に磁場の強度が直線的に変化する傾斜磁場を均一
磁場に重畳することにより共鳴周波数をこの方向に変化
させることによりＦＩＤ信号に含まれる周波数の違いが
撮像断面内の一方向の位置に対応することになるので、
この方向を変えて撮像断面内の信号を繰り返し受信する
ことにより撮像断面の断面画像を構成するに必要な信号
を得ることができる。

第４図は第３図の傾斜磁場制御装置１０６の構成を示す
ブロック図で、第３図のＣＰＵｌ０Ｉから出力された穐
傾斜磁場コイルに流すべき電流の波形とさ直を示すディ
ジタル信号をＤ／Ａ変換器４でアナログ信号に変換し電
力増幅器５で増幅した上で図示しない３つの傾斜磁場コ
イルに供給される。

第５図に示すように被検体である人体１０が仰向けに寝
ている状態において、足から頭の方向を２軸、顔が向い
ている方向をｙ軸、両肩に平行な方向をｙ軸とすると、
傾斜磁場を生成するコイルとして、Ｘ方向傾斜磁場コイ
ル、Ｙ方向傾斜磁場コイル、Ｘ方向傾斜磁場コイルの３
つの方向に傾斜ン 磁場生成する３つのコイルによって任意の方向に傾斜す
る傾斜磁場を生成することができる。撮像断面として第
５図の斜線を施した人体１０の断面が横断面と称されて
おり、この断面は第６図に示すようにＸＹ平面に平行な
断面２０でありこの平面に垂直の方向はＺ軸の方向であ
る。この他に、ＹＺ平面に平１行な断面を叉状断面、Ｚ
Ｘ平面に平行な断面を冠状断面と称されておりこれらの
３つの断面がＭＲＩの主要な描像断面である。

第７図に高周波パルスの照射や傾斜磁場の印加の時系列
の一例を示すが、このような電気パルスの時系列はパル
ス系列と称されており種々の方法が考案されており、こ
の図はフーリエ変換ズーマトグラフィー法と称されてい
るパルス系列で、ＭＲＩ装置のパルス系列の中で最も基
本的なものである。この図では撮像断面は横断面として
あり、したがってこの撮像断面を設定するのは２方向傾
斜磁場である。この図に示す■の時間内にＸ方向傾斜磁
場が印加されその間に高周波パルスを１５０μｓｅｃ程
度の間照射して原子核のスピンの方向を均一磁場の方向
から９０度回転させるが、このような高周波パルスは９
０度パルスと称されており、この時共鳴するのはＺ方向
に直角な一つの平面だけに限定される。■の時間ではＹ
方向傾斜磁場とＸ方向傾斜磁場を印加した上でＦＩＤ信
号を受信する。■の時間の間に原子核の共鳴は減衰し、
次のステップの■に到るまでに実質的に零になっている
。■では■の時と同じＸ方向傾斜磁場を印加して高周波
パルスを照射し、■の場合と同じ断面の原子核を共鳴さ
せ、■のステップおいてＹ方向傾斜磁場とＸ方向傾斜磁
場を印加した上でＦＩＤ信号を受信する。■の場合と違
うのはＹ方向傾斜磁場とＸ方向傾斜磁場の強度の比率が
異なっており、Ｙ方向傾斜磁場の強度とＸ方向傾斜磁場
のＺ成分の合成としてできる傾斜磁場は１８０度までｎ
回繰り返すことにより１８０／ｎの位相差を持ったＦＩ
Ｄ信号を受信し、これによって得られた情報を基にして
フーリエ変換にて一枚の断面の画像が得られる。

前記のごとく撮像断面を決定するのは傾斜磁場であるが
、この傾斜磁場を生成するためのコイルは物理的にｙ軸
、ｙ軸、Ｚ軸の３つの方向にそれぞれ傾斜磁場を形成す
るＸ方向傾斜磁場コイル、Ｙ方向傾斜磁場コイル、Ｘ方
向傾斜磁場コイルの３つのコイルによって構成されてお
り、この３つのコイルに流す電流を制御することにより
電気的に任意の方向の傾斜磁場を再定義することができ
る。

これまでの多くのＭＲＩ装置の撮像断面は前記の主要な
３つの断面である横断面、冠状断面、叉状断面のみを指
定できるのが普通であり当初はこれで充分であった。し
かし、ＭＲＩ装置の普及に伴い要求される仕様も多様化
、高度化が進み、単に主要な３つの断面だけでなく任意
の方向の断面を撮像断面とすることのできる機能が要求
され、最近では漸次このような任意の方向の断面の撮像
が可能なＭＲＩ装置が一最化しつつある。

したがって、既に稼働している基本三断面を撮像するタ
イプのＭＲＩ装置についても新たに任意の方向の撮像断
面を得ることのできる機能を付加する要求が強くなって
来た。

〔発明が解決しようとする問題点］ 量近のＭＲＩ装置に対する機能の要求が多様化、高度化
することにより任意の方向の断面を撮像断面とする機能
の要求が強くなってきたが、既設のＭＲＩ装置には横断
面、冠状断面、矢状断面の３つの断面のみを撮像断面と
して指定できるものが多いのでこの既設のＭＲＩ装置に
任意断面を撮像断面に指定できる機能を付加する要求が
強くなって来た。

既設のＭＲＩ装置にこのような撮像断面を任意の方向に
設定できる機能を付加するための変更は１１１１記のご
と＜ＭＲＩ装置全体を制御統合する第３図のＣＰＵｌ０
Ｉのソフトウェアの変更により行うことができるのであ
るが、単に傾斜磁場に関する変更であっても元来ＭＲＩ
装置のコンピュータとこれを動かすソフトウェアは総合
的な制御ｎを行うものであるので機能的には部分変更で
あっても、ソフトウェアとしては大変更となるので、ソ
フトウェアの信顛性の確保、変更作業の時間的経過等種
々の問題があるのでソフトウェア変更による既設ＭＲＩ
装置の早急な機能変更は困難な面が多い。

この発明は、互いに垂直な３方向の断面しか撮像断面に
することができない既設のＭＲＩ装置に僅かな結線の変
更をして装置を付加することにより、任意方向を撮像断
面に措定できる機能を付与することを目的とする。

〔問題を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために、この発明によれば、少な
（とも−断面が撮像可能で３方向の傾斜磁場を形成する
各方向ごとの傾斜磁場コイルとその電流発生電源を備え
たＭＲＩ装置と、任意の撮像断面の方向を指定する情報
を入力する入力手段と、この入力手段を基に撮像断面の
変換に使用する係数を演算する係数演算手段と、前記Ｍ
ＲＩ装置から出力される少なくとも一断面のうちの特定
の一断面に対する傾斜磁場電源入力信号としての電気パ
ルスを前記係数を用いて、指定の撮像断面を与えるため
の各傾斜磁場コイルへの電気パルスに変換するパルス演
算手段とを備え、この変換された電気パルスを前記ＭＲ
ｒｖｉ置の傾斜磁場電源の入力信号とするものとする。

（作用〕 この発明の構成において、任意の撮像断面の方向をｙ軸
に対する傾斜角ηとｙ軸に対する傾斜角ことの２つの角
度により指定し、この値を入力手段により係数演算手段
に入力し、この係数演算手段によって角度η、ことに基
づいて、撮像断面に垂直な方向の傾斜磁場形成のための
パルスとこの＋ｉ像像面面内互いに垂直な２本の軸の方
向の傾斜磁場形成のための２つの電気パルスの３つの電
気パルスをＸ方向傾斜磁場、Ｘ方向傾斜磁場、Ｘ方向傾
斜磁場の３つの傾斜磁場に対する電気パルスに変換する
ための３元マトリクスの係数を予め求めておき、この係
数に関する電気信号と、ＭＲＩ装置から出力される特定
の撮像断面に対する３つの傾斜磁場の電気パルスとから
ｚ、ｙ、ｘの３つの傾斜磁場コイルのそれぞれの電流波
形をを表す電気パルスをリアルタイムで生成し、この電
気パルスをＭＲＩ装置の各傾斜磁場コイルの電源に人力
することにより、特定の断面のみを撮像断面に指定でき
るＭＲＩ装置に任意の断面を撮像断面に指定できる機能
を付与することができる。

〔実施例〕

以下この発明を実施例に基づいて説明する。第１図はこ
の発明の実施例を示す回路図で、１は操作表示車、２は
マイクロコンピュータ、３はアナログ演算器、４はＤ／
Ａ変換器、５は電力増幅器であり、アナログ演算器３に
はＤ／Ａ変換器３３、加算器３１Ｚ、　３１Ｙ、　３］
Ｘ　、掛算器３２ＺＺ、　３２ＺＹ、　３２ＺＸ。

３２ＹＺ、　３２ＹＹ、　３２ＹＸ、　３２ＸＺ、　３
２ＸＸとこれらを結ぶ回路で成り立っており、Ｄ／Ａ変
換器３３の出力であるアナログ信号としての係数信号６
３ＺＺ、　６３ＺＹ。

６３ＺＸ、　６３ＹＺ、　６３ＹＹ、　６３ＹＸ、　６
３ＸＺ、　６３ＸＸが掛算器３２ＺＺ、　３２ＺＹ、　
３２ＺＸ、　３２ＹＺ、　３２ＹＹ、　３２ＹＸ、　３
２ＸＺ。

３２ＸＸの入力信号の一つになっており、６１Ｚ、　６
１Ｙ。

６１ＸはＤ／Ａ変換器４の出力信号であるアナログ信号
としての電気パルスであり、６２Ｚ、　６２’／、　６
２Ｘは加算器３１２．３１Ｙ、　３１Ｘの出力信号であ
る電気パルスである。

ＭＲＩ装置単独の場合はＤ／Ａ変換器４と電力増幅器５
とが直接接続されている状態にあるが、この発明によっ
てアナログ演算器３をこの間に挿入し、Ｄ／Ａ変換器４
の出力信号をアナログ演算器３の人力信号としアナログ
演算器３の出力信号が電力増幅器５の入力信号になるよ
うに接続している。

ＭＲＩ装置からの傾斜磁場に関する信号はＤ／Ａ変換器
４からアナログ信号として出力されるが、この信号は３
つの断面の内の一つだけが選択可能であるので、アナロ
グ演算器３を接続する場合には最も一般的な撮像断面で
ありＸ線ＣＴの断層面でもある横断面の信号を出力する
ようにＭＲＩ装置を設定しておく、この断面はｘＹ平面
に平行な平面であり、この平面に垂直の方向はＺ方向な
ので撮像断面を決める信号はＺ方向傾斜磁場の信号であ
る６１ＺとしてＤ／Ａ変換器４から出力され、Ｘ方向傾
斜磁場の信号６１ＸとＹ方向傾斜′＆ｆｉ場の信号６１
Ｙとは撮像断面内の傾斜磁場を形成する信号になる。

任意の撮像断面は２つの角度で指定できる。すなわち、
まず第２図に示すようにｙ軸を回転軸にして角度ζだけ
座標を回転し、新しい座標をｙ′座標、ｙ′座標、２′
座標とする。更にＸ′軸を回転軸にして角度ηだけ回転
した新しい座標をｙ′座標、ｙ″座標、２″座標とする
。ただしＸ＃座標はｙ′座標と同じである。η、ことも
一９０°から９０°の範囲の適当な値を選べば任意の方
向のＸ″ｙ′ｙ′平面することができる。

この座標変換に於ける最初の座標であるｘ、ｙ。

２の座標と新しい座標であるｘ’、　　　’、ｚ’の座
標との関係は次のマトリクス演算で表すことができる。

この式を用いて傾斜磁場信号を変換する具体的な方法を
第１図に示す断面を指定する２つの角度η、ぐは単位を
度として操作・表示車ｌで入力し、マイクロコンピュー
タ２の記憶装置に記憶される。

これらの角度に対する取りうる値は−９０から９０の整
数値とする。それぞれの角度に対する正弦、余弦の値は
あらかじめマイクロコンピュータ２に設定しておく、前
記マトリクスの各要素の値をマイクロコンビエータ２で
計算しＤ／Ａ変換器３３に入力する。第１図における係
数信号６３ＺＺ。

６３ＺＹ、　　６３ＺＸ、　　６３ＹＺ、　　６３ＹＹ
、　　６３ＹＸ、　　６３ＸＺ、　　６３ＸＸとマトリ
クスＡの各要素とは次の対応となっている。

これらの信号は掛算器３２ＺＺ、　３２ＺＹ、　３２Ｚ
Ｘ、　３２ＹＺ。

３２ＹＹ、　３２ＹＸ、　３２ＸＺ、　３２ＸＸニそれ
ぞれ入力される。

一方、傾斜磁場Ｇｚ　（ｔ）　、　Ｇｙ　（ｔ）　、’
Ｇｘ　（ＵはＤ／Ａ変換器４の出力信号である電気パル
ス６１Ｚ、　６１Ｙ、　６１Ｘとして掛算器３２Ｚｚ、
　３２ＺＹ、　３２ＺＸ。

３２ＹＺ、　３２ＹＹ、　３２ＹＸ、　３２ＸＺ、　３
２ＸＸニソれぞれ人力され、前記係数信号６３ＺＺ、　
６３ＺＹ、　６３ＺＸ、　６３ＹＺ、　６３ＹＹ、６３
ＹＸ、　６３ＸＺ、　６３ＸＸと掛は合わされ上で掛算
器３２ＺＺ　。

３２ＺＹ、　３２ＺＸ、　３２ＹＺ、　３２ＹＹ、　３
２ＹＸ、　３２ＸＺ、　３２ＸＸニ入力されて各成分毎
に加え合わされ出力信号として電気パルス６２Ｚ、　６
２Ｙ、　６２Ｘとなるが、これは傾斜磁場Ｇ’ｚ　（Ｌ
）　、　Ｇ″ｖ　（ｔ）　、　Ｇ″ｘ　（Ｌ）に相当す
る信号になっている。電気パルス６２Ｚ、　６２Ｙ、　
６２Ｘ　　は電力増幅器５で増幅した上で３つの傾斜磁
場コイルに印加される。

ＭＲＩ装置の操作も含めた操作順序方法は次の通りであ
る。

（１）ＭＲＩ装置は全て標準設定が完了しているものと
し、断面設定は「横断面」に設定しておく。

（２）「横断面」を指定の断面に変換するための角度η
、ζを操作・表示車１で入力する。

（３）　　マイクロコンピュータ２を動作させて係数を
計算させる。

（４）ＭＲＩ装置を稼働させる。

（２）における係数計算はリアルタイムである必要はな
く、また　ｓｉｎやｃｏｓ　　の計算を含むのでマイク
ロコンピュータ２を使用してのディジタル計算が適して
いる。また、この係数を用いた傾斜磁場の信号である電
気パルス６１Ｚ、　６１Ｙ、　６１Ｘを電気パルス６２
Ｚ、　６２Ｙ、　６２Ｘに変換する演算はこれらの電気
パルスは時間的に刻々と変化する波形であるのでディジ
タル計算では時間的な制約があって比較的実現が困難で
ある反面、その計算が単なる掛は算と加算であるのでア
ナログ演算が適している。

この発明を実現するためのＭＲＩ装置の変更は単に傾斜
磁場のパルスを電力増幅器５に人力される直前で、切り
離し、その間に操作表示車ｌとマイクロコンピュータ２
とアナログ演算器３とを挿入するだけでよく、第１図で
はアナログ演算器３を大きく表示しであるが、実際は大
きな装置ではないので操作・表示車ｌとマイクロコンピ
ュータ２とアナログ演算器３とを一体構造にすることが
できる。

〔発明の効果］ この発明は前述のように３方向の断面のみしか撮像断面
として指定できない既設のＭＲＩ装置に任意の撮像断面
を指定しかつＭＲＩ装置から出力される１つの撮像断面
を設定する傾斜磁場に関する信号を任意の指定断面を撮
像断面とする信号に変換しこの変換された信号をＭＲＩ
装置の傾斜磁場コイル電源の電力増幅器に入力する装置
を挿入設置することにより、このＭＲＩ装置に任意断面
を撮像断面に指定できる機能を付与することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す回路構成図、第２図座
標変換の説明図、第３図はＭＲＩ装置構成のブロック図
、第４図は傾斜磁場制御装置の構成のブロック図、第５
図は人体と座標軸の関係図、第６図は横断面を示す座標
図、第７図はパルス系列の一例を示すタイムチャート図
である。 ｌ・・・操作・表示車（人力手段）、 ２・・・マイクロコンピュータ（係数演算手段）、３・
・・アナログ演算器（パルス変換手段）、３３．４・・
・Ｄ／Ａ変換器、 ３１Ｚ、　３１Ｙ、　３１Ｘ−・・加算器、３２ＺＺ、
　３２ＺＹ、　３２ＺＸ。 ３２ＹＺ、　３２ＹＹ、　３２ＹＸ、　３２ＸＺ、　３
２ＸＸ・・・掛算器、５・・・電力増幅器（傾斜磁場電
源）、６１Ｚ、　６１Ｙ、　６１Ｘ、　　６２Ｚ、　６
２Ｙ、　６２Ｘ　−・・電気パ／Ｌ／ス、６３ＺＺ、　
６３ＺＹ、　６３ＺＸ、　６３ＹＺ、　６３ＹＹ、　６
３ＹＸ、　６３ＸＺ。 ６３ＸＸ・・・係数信号。 第２図 １３図 祐４図 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）少なくとも一断面が撮像可能で３方向の傾斜磁場を
   形成する各方向ごとの傾斜磁場コイルとその電流発生電
   源を備えたＭＲＩ装置と、任意の撮像断面の方向を指定
   する情報を入力する入力手段と、この入力手段を基に撮
   像断面の変換に使用する係数を演算する係数演算手段と
   、前記ＭＲＩ装置から出力される少なくとも一断面のう
   ちの特定の一断面に対する傾斜磁場電源入力信号として
   の電気パルスを前記係数を用いて、指定の撮像断面を与
   えるための各傾斜磁場コイルへのパルスに変換するパル
   ス演算手段とを備え、この変換された電気パルスを前記
   ＭＲＩ装置の傾斜磁場電源の入力信号とすることを特徴
   とする磁界制御方式による位置定義機能を有するＭＲＩ
   装置。