JPH01170446A - 核磁気共鳴画像診断装置の領域制限方法 - 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） 本発明は、被検体の内部の限定された領域を選択的にイ
メージングするための核磁気共鳴画像診断装置の領域制
限方法に関する。

（従来の技術） 核磁気共鳴く以下ＮＭＲという）現象を用いて特定原子
核に注゛目した被検体の断層像を得る核磁気共鳴画像診
断装置（以下ＮＭＲ−ＣＴという）は従来から知られて
いる。このＮＭＲ−ＣＴの原理の概要を簡単に説明する
。

原子核は磁気を帯びた回転している独楽と見ることがで
きるが、それを例えばＺ軸方向の静磁場ＨＯの中にお（
と、前記の原子核は次式で示す角速度ω０で歳差運動を
する。これをラーモアの歳差運動という。

ω０＝γＨｏ　　　但し、γ：核磁気回転化今、静磁場
のあるＺ軸に垂直な軸、例えばＸ軸に高周波コイルを配
置し、ｘＶ面内で回転する前記の角周波数ω０の高周波
回転磁場を印加すると磁気共鳴が起り、静磁場Ｈｏのも
とてゼーマン分裂をしていた原子核の集団は共鳴条件を
満足する高周波磁場によって準位間の遷移を生じ、エネ
ルギー単位の高い方の単位に遷移する。ここで、核磁気
回転比γは原子核の種類によって異なるので共鳴周波数
によって当該原子核を特定することができる。更にその
共鳴の強さを測定すれば、その原子核の存在量を知るこ
とができる。共鳴後緩和時間と呼ばれる時定数で定まる
時間の間に高い単位へ励起された原子核は低い準位へ戻
ってエネルギーの放射を行う。

このＮＭＲの現象の観測方法の中パルス法について第４
図を参照しながら説明する。

前述のように共鳴条件を満足する高周波パルス（Ｈｌ）
を静磁場（２軸）に垂直なくｙ軸）方向に印加すると、
第４図（イ）に示すように磁化ベクトルＭは回転座標系
でω′＝γＨ１の角周波数でｚｙ面内で回転を始める。

今パルス幅を１ＤとするとＨｏからの回転角θは次式で
表わされる。

θ−γＨｔ　ｔ　Ｄ　　　　　　　　　　　　・・・（
１）（１）式においてθ−９０”となるような１口をも
つパルスを９０”パルスと呼ぶ。この９０′″パルス直
後では磁化ベクトルＭは第４図（ロ）のようにｘｙ面を
ω０で回転していることになり、例えばｙ軸においたコ
イルに誘導起電力を生じる。しかし、この信号は時間と
共に減衰していくので、この信号を自由誘導減衰信号（
以下ＦＩＤ信号という）と呼ぶ。”ＦＩＤ信号をフーリ
エ変換すれば周波数領域での信号が得られる。次に第４
図（ハ）に示すように９０”パルスからτ時間後θ＝１
８０″′になるようなパルス幅の第２のパルス（１８０
”パルス）を加えるとばら、ばらになっていた磁気モー
メントがτ時間後−ｙ方向で再び焦点を合せて信号が観
測される。この信号をスピンエコー（以下ＳＥ倍信号い
う）と呼んでいる。このＳＥ倍信号強度を測定して所望
の像を得ることができる。ＮＭＲの共鳴条件は シーγＨｏ　／　２π で与えられる。ここで、νは共鳴周波数、Ｈｏは静磁場
の強さである。従って共鳴周波数は磁場の強さに比例す
ることが分る。このため静磁場に線形の磁場勾配を重杏
させて、位置によって異なる強さの磁場を与え、共鳴周
波数を変化させて位置情報を得るＮＭＲイメージングの
方法がある。この内フーリエ変換法について説明する。

この手法に用いる高周波磁場及び勾配磁場印加のパルス
シーケンスを第５図に示す。（イ）図において、ｘ。

ｙ、ｚ軸に夫々Ｑｘ　、ＧＶ　、Ｇｚの勾配磁場を与え
、高周波磁場をｙ軸に印加する状態を示している。（ロ
）図は夫々のｉａ場を印加するタイミングを示す図であ
る。図においてＲＦは高周波の回転磁場で９０”パルス
と１８０°パルスをｙ軸に印加する。Ｇｘはリード軸と
呼ばれるｙ軸に印加する固定の勾配磁場、Ｇｙはワープ
軸と呼ばれるｙ軸に印加する時間によって振幅を変化さ
せる勾配磁場、Ｇｚはスライス軸と呼ばれるｚ軸に印加
する固定の勾配磁場である。信号は１８０°パルス後の
ＳＥ倍信号示している。期間は各軸に与える勾配磁場の
信号の時期を示すために設けである。

期間１において９０″パルスとスライス勾配Ｇｚ＋によ
ってｚ−Ｑを中心とするｚ軸に垂直な断層撮影における
スライス面内のスピンが選択的に励起される。期間２の
Ｑｘ＋はスピンの位相を乱れさせて１８０°パルスで反
転させるためのもので、デイフェーズ勾配と呼ばれる。

Ｇｚ−はＱｚ＋によって乱れたスピンの位相を元に戻す
ためのものである。期間２ではワーブ勾配Ｇｙｎも印加
する。これは゛ｙ力方向位置に比例してスピンの位相を
ずらしてやるためのもので、その強度は毎周期異なるよ
うに制御される。期間３において、１８０°パルスを与
えて再び磁気モーメントをｊ萌え、その侵に現われるＳ
Ｅ倍信号観察する。期間４のＱｘ＋は乱れた位相を揃え
、ＳＥ倍信号生じさせるための勾配磁場で読み出し勾配
といい、読み出し勾配とデイフェーズ勾配の面積が等し
くなったところにＳＥ倍信号中心が現われる。

このシーケンスをビューといい、パルス繰り返し周期Ｔ
Ｒ後に再び９０′″パルスを加え、次のビューを開始す
る。

上記のようなＮＭＲ−ＣＴにおいて、画像として得られ
るのは９０”パルスとスライス勾配と呼ばれる勾配磁場
Ｇｚ＋によって厚み方向に選択的に励起されたスライス
面の断層像であるがこの断層像を第７図に示すように限
られた領域だけを選択的にイメージングして、その部分
をズームアツプする所謂３次元ズームスキャン等では、
領域をＸ、Ｖ、Ｚの３方向に制限する必要がある。図に
おいて、２１はＣＲＴのような表示画面で、断層像２２
を表示している。２３は３次元ズームスキャンによって
得ようとする視界（以下ＦＯＶという）で、このＦＯＶ
２３に厚みを加えた３方向に領域を制限しようとするも
のである。もし、この空間内に領域が制限されないまま
イメージングが行われると、再構成画像には、ＦＯＶ２
３を越えた領域の画像が折り返されてＦＯＶ２３内の画
像に重なってしまう現象を生ずる。このため、従来は、
９０°励起パルスや１８０°反転パルスと同時に、それ
ぞれ勾配磁場を印加して選択的に磁化ベクトルを励起す
ることにより例えばワーブ１方向とワーブ２方向の２方
向に領域を制限していた。

しかし、残りの１方向である読み出し方向にはシーケン
ス上では制限することができないため、エコー信号を受
信し検波する時に電気的フィルタによって帯域濾波する
ことによって制限していた。

これは読み出し勾配による勾配磁場のため磁場の強さが
位置によって異なることからラーモアの周波数に位置に
よる差異を生じ、電気的フィルタによって濾波すれ゛ば
領域制限ができるからである。

従来の３次元フーリエ法のシーケンスを第２図に示す。

図において、３１は９０°励起パルスで同時に９０’励
起パルス３１のパルス幅だけｚ軸にスライス勾配３２を
印加する。３３はＺ軸に印加したワーブ勾配、３４はｙ
軸に印加したワーブ勾配で、１８０°パルス印加の時に
ｙ軸にスライ勾配３６を掛けて、ｙ軸と２軸の２軸方向
に領域制限をしている。３７はｘ軸に印加したデイフェ
ーズ勾配で読み出し勾配３８によってＳＥ倍信号出現さ
せる。３９ａ　、３９ｂ　、３９Ｃは信号測定後の磁化
ベクトルを乱れさせて次のビューに影響を与えないよう
にするスポイラである。この従来の方法ではｙ軸と２軸
方向に領域制限をしてＸ軸方向に得られたＳＥ倍信号周
波数成分を電気的フィルタによって制限することにより
３次元イメージを１５でいる。

〈発明が解決しようとする問題点） ところで、シーケンスにより２方向に領域制限を施し、
他の１方向を電気的フィルタによって行う方法ではフィ
ルタに急峻なカットオフ特性を求める必要があり、この
ような特性を持ったフィルタを得ることは技術的に困難
でもあり、たとえ得られたとしても非常に高価なものと
なる。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、その目
的は、スキャンのためのパルスシーケンスを工夫して物
理的に対象領域を制限し、高価なハードウェアの必要が
な（、且つ従来よりも急峻なカットオフ特性を有するＮ
ＭＲ−ＣＴの画像領域制限方法を実現することにある。

（問題点を解決するための手段） 前記の問題点を解決する本発明の方法は、被検体の内部
の限定された領域を選択的にイメージングするための核
磁気共鳴画像診断装置の領域制限方法において、任意の
イメージングパルスシーケンスに１８０°±×パルスと
パルス内高周波信号の初期位相を該１８０°±×パルス
に対し９０゜位相差を持たせた１８０゛±ｙパルスを印
加するＲＦパルス条件と、前記１８０°±×パルス印加
時に加える選択勾配と前記１８０°±ｙパルス印加時に
加える前゛記選択勾配と逆位相で等面積の選択勾配とス
ポイラ勾配とを与える勾配磁場とから成るパルスシーケ
ンスで得たデータと前記のイメージングパルスシーケン
スで得たデータとの差を求めて１８０”　＋Ｘ　、１８
０°±ｙの選択勾配方向に領域制限された画像を得るこ
とを特徴とするものである。

（作用） 任意のイメージングパルスシーケンスに、１８０”±Ｘ
パルスと１８０°±ｙパルス印加し、この時にそれぞれ
選択勾配を印加するシーケンスで得たデータと、前記の
イメージパルスシーケンスで１ｑたデータとの差を求め
、この（直をもとに１像を再構成する。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の方法の実施例を詳細に説
明する。

本発明の方法の原理を本発明の一実施例の方法のパルス
シーケンスを説明しながら説明する。この領域制限方法
のパルスシーケンスを第１図に示す。図において、第２
図と同一の部分には同一の符号を付しである。図中、４
１はＲＦ軸に印加した例えばパルス内の高周波信号の初
期位相Ｏ°のＦＯＶ２３内に選択的に掛けた１８０６±
Ｘパルスで、４２は１８０＠±×パルス４１印加時にＸ
軸に印加した選択勾配、４３は同じ＜ＲＦ軸に印加し、
１８０°±×パルス４１とはパルス内の高周波信号の位
相を９０″′又は２７０”の位相差を持たせたＦＯＶ２
３内に選択的に掛けた１８０°±ｙパルスで、４４は１
８０°±ｙパルス４３印加時にＸ軸に選択勾配４２とは
逆位相に加えた選択勾配である。４５は選択勾配４２と
選択勾配４４の影響を消して画像上にサイドローブを生
ぜしめないために加えるスポイラ、４６はスポイラ４５
による影響をキャンセルするためにスポイラ４５に対し
逆位相で印加するスポイラ４５と等面積のスポイラであ
る。

回転高周波磁界１８０°±×パルス４１と回転高周波磁
界１８０°±ｙパルス４３を同一軸に印加することによ
り磁化ベクトルは１８０”±××１８０′″±Ｙ　−’
１８０°２の数式が示すように、ＦＯＶ２３内のＳＥ他
信号Ｚ軸方向に１８０’位相が進められて結局正負の極
性を反転させられる。

これは１８０°±×パルス４１と１８０°±ｙパルス４
３の時に掛ける選択勾配４２と４４の積分がＯになるよ
うに選んであるためＦＯＶ外のエコー信号は通常通り正
で出力される。この状況を第６図に示す。（イ）図は第
２図に示す通常の３次元フーリエ法シーケンスによって
得られた画像、（ロ）図は本実施例のシーケンスによっ
て得られた画像の図である。図において、第７図と同等
の部分には同一符号が付しである。２４は従来の第２図
に示すシーケンスによって、ｙ軸方向に制限されたｍｔ
ｌの図で、２５は１８０１±Ｘパルス４１と１８０°±
ｙパルス４２によって決められる領域の信号を正負逆転
させられた領域を含む領域の図である。領域２４のデー
タと領域２５のデータの差を求めると、中央の負の部分
が加えられて、両端の正の部分は消去され、第７図に示
すＦＯ■２３が得られる。

次に上記の原理による上記の実施例の方法を実施するた
めのＮＭＲ−ＣＴの要部構成図を第３図に示す。

図において、１は内部に被検体を挿入するための空間部
分（孔）を有し、この空間部分を取巻くようにして、被
検体に一定の静磁場を印加する静磁場コイルと勾配磁場
を発生する勾配磁場コイル（勾配磁場コイルはＸ、Ｙ、
Ｚの３軸のコイルを備えている。）と被検体内の原子核
のスピンを励起するためのＲＦパルスを与えるＲＦＦ信
コイルと被検体からのＮＭＲ信号を検出する受信コイル
等が配置されているマグネットアセンブリである。

静磁場コイル、勾配磁場コイル、ＲＦＦ信コイル、及び
受信コイルは、それぞれ静磁場電源２、勾配磁場駆動回
路３、ＲＦＦ力増幅器４及び前置増幅器５に接続されて
いる。シーケンス記憶回路６は計算機７からの指令に従
って任意のビューで、ゲート変調回路８を操作（所定の
タイミングでＲＦ発発註回路９ＲＦＦ力信号を変調）し
、フーリエ変換法に基づ＜ＲＦパルス信号をＲＦＦ力増
幅器４からＲＦ送送信ココイル印加する。又、シーケン
ス記憶回路６は、同じくフーリエ変換法に基づくシーケ
ンス信号によって勾配磁場駆動回路３を操作して、第５
図に示すようにｘ、ｙ、ｚの３軸にそれぞれ勾配磁場を
供給する。１０はＲＦ発発註回路９出力を参照信号とし
て、前置′Ｉ！ｔＪ幅器５の受信信号出力を位相検波す
る位相検波器である。この出力信号は△Ｄ変換器１１に
おいてディジタル信号に変換され、計算機７に入力され
る。１２は計算機７に種々のパルス・シーケンスの実現
のための指示及び種々の設定値等の入力をするための操
作コンソール、１３は計算機７で再構成された画像を表
示する表示装置である。

次に、上記のように構成された装置の動作を説明しなが
ら実施例の方法を説明する。

操作コンソール１２を操作して第２図の従来の３次元フ
ーリエ法のパルスシーケンスによる勾配磁場のタイミン
グ、スポイラ、ＲＦパルスの振幅。

パルス幅等の設定を行い、計算機７に前記設定値に基づ
く信号を入力する。計算機７は前記設定値に基づいて制
御信号を発生し、シーケンス記単回路６に送る。シーケ
ンス記憶回路６は前記の信号に基づき勾配磁場駆動回路
３を制御して所定のパルスシーケンスの勾配磁場を作ら
せ、又、ゲート変調回路８を制御する。ゲート変調回路
８はＲＦ発振回路って発成し、出力されたＲＦ倍信号設
定されたパルス幅振幅を有する信号に変調し、変調ＲＦ
パルスをＲＦ電力増幅器４に供給する。この変調ＲＦパ
ルスはＲＦ電力増幅器４において増幅され、マグネット
アセンブリ１に静磁場電源２によって生ずる静磁場中に
おいて、勾配磁場駆動回路３によって各軸に与えられた
勾配磁場と相俟って励起したスピンを共鳴させる。共鳴
により生じたＳＥ倍信号、受信され、前置増幅器５によ
って増幅され、位相検波器１０に入力される。位相検波
器１０は、ＲＦ発振回路９の出力を参照信号として入力
ＳＥ倍信号位相検波し、その出力信号をＡＤ変換器１１
に送る。ＡＤ変換器１１においてディジタル信号に変換
されたＳＥ倍信号、計算機７においてスキャンシーケン
スに応じた所定の処理により、画像°再構成されて表示
装置１３により表示される。

次に、操作コンソール１２を操作して第１図に示す実施
例のパルスシーケンスを入力する。計算機７はこの設定
に基づいてＲＦパルス、勾配磁場を各軸に印加してＳＥ
倍信号受信し、既述のように信号の処理をして、画像再
構成を行う。計算機７は第２図のパルスシーケンスによ
り得た第６図くイ）に示す画像データと、第１図のパル
スシーケンスにより得た第６図（ロ）に示す画像データ
との差を演算し、第７図に示す画像データを得て表示す
る。

この場合、操作コンソール１２によってその都度条件を
入力すると説明したが、実際的には計算機７に予めプロ
グラムとして入力してお（とよい。

以上説明したように本実施例の方法によれば、パルスシ
ーケンスを変えるだけで、特別なハードウェアを用いる
ことなく急峻なカットオフ特性を得ることができる。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものでない。前記
の説明では画像再構成後演算して減算結果を得ていたが
、各ビュー毎に減算し、全ビューを終った侵減算結果の
データにより画像再構成を行ってもよい。

１８０″″±Ｘパルスと１８０°±ｙパルスのエンベロ
ープを工夫して、ＦＯＶの外側即ち第６図（ロ）の正の
領域にあたる部分のみを選択反転して負にしてもよい。

この場合は２種類のＳＥ倍信号加算によって領域制限さ
れる。

第１図において、１８０′″±Ｘパルス４１と１８０°
±ｙパルス４３の順序で印加したが、その順序は逆にな
ってもよい。

ここでは３次元ズームスキャンについて述べたが、普通
行われる３次元及び２次元のイメージの時も、１つの軸
方向に対する領域制限をこの方法で実現できる。

選択勾配４２．４４は、本実施例では読み出し勾配に入
れたが、スライス勾配３２又は３６をなくしてその軸に
選択勾配４２．４４を入れてもよい。

本実施例では゛スポイラ４５とスポイラ４６の等面積逆
位相のスポイラを読み出し勾配に入れたが、スライス勾
配等、他の勾配に入れてもよい。

（発明の効果） 以上詳細に説期したように本発明によれば、特別なハー
ドウェア、電気的フィルタ等を全く使用しないで急峻な
カットオフ特性を持つ領域制限を行うことができるよう
になって実用上の効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の方法のパルスシーケンスの
図、第２図は通常の３次元イメージを得るためのパルス
シーケンスの図、第３図は本発明の実施例の方法を実施
するための装置の図、第４図はＮＭＲ−ＣＴのパルス法
の原理説明図、第５図はＮＭＲ−ＣＴの磁場のパルスシ
ーケンスを示す図、第６図の（イ）図は第２図のパルス
シーケンによって得られる画像の図、〈口）図は第１図
のパルスシーケンスによって得られる画像の図で、第７
図は３次元ズームスキャンによって得られるＦＯＶの図
である。 １・・・マグネットアセンブリ ２・・・静磁場電源　　　　３・・・勾配磁場駆動回路
４・・・ＲＦ電力増幅器　　５・・・前置増幅器６・・
・シーケンス記憶回路 ７・・・計算機　　　　　　８・・・ゲート変調回路９
・・・ＲＦ発振回路　　　１０・・・位相検波器１１・
・・ＡＤ変換器 １２・・・操作コンソール　２３・・・ＦＯＶ３１・・
・９０″″パルス ３２．３６・・・スライス勾配 ３３．３４・・・ワーブ勾配 ３５・・・１８０９パルス ３７・・・デイフェーズ勾配 ３８・・・読み出し勾配 ３９ａ　、３９ｂ　、３９ｃ　、４５．４６・−・スポ
イラ− ４１・・・１８００±Ｘパルス ４２．４４・・・選択勾配 ４３・・・１８０′″±ｙパルス 特許出願人　横河メディカルシステム株式会社第４区 （イ）　　　　　　　　　　　　　　　　（ロ）（ハ） ９ＣＦパルス　　　１８０°パルス 第６図 阿７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被検体の内部の限定された領域を選択的にイメージング
   するための核磁気共鳴画像診断装置の領域制限方法にお
   いて、任意のイメージングパルスシーケンスに１８０°
   ±×パルスとパルス内高周波信号の位相を該１８０°±
   ×パルスに対し９０°又は２７０°位相差を持たせた１
   ８０°±ｙパルスを印加するＲＦパルス条件と、前記１
   ８０°±×パルス印加時に加える選択勾配と前記１８０
   °±ｙパルス印加時に加える前記選択勾配と逆位相で等
   面積の選択勾配とスポイラ勾配とを与える勾配磁場とか
   ら成るパルスシーケンスで得たデータと前記のイメージ
   ングパルスシーケンスで得たデータとの差を求めて１８
   ０°±ｘ、１８０°±ｙの選択勾配方向に領域制限され
   た画像を得ることを特徴とする核磁気共鳴画像診断装置
   の領域制限方法。