JPH01303142A - 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］ （産業上の利用分野） 本発明は磁気共鳴イメージング装置に関し、特に鮮鋭な
断層画像を表示可能な磁気共鳴イメージング装置に関す
る。

（従来の技術） 磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ）は次のような方法
で被検体の生理学的、解剖学的情報を得るものである。

すなわち−様静磁場中に置かれた被検体に対し、スライ
シング用傾斜磁場を印加した状態で、励起用無線周波磁
場を印加し、磁場強度が所定の値をもち、対象核種、例
えばＩＨのラーモア周波数が前記励起用無線周波磁場の
周波数に等しい断層内対象核種を選択的に励起する。

そしてスピンの位置座標情報を後述の磁気共鳴信号の位
相にエンコードするため前記スライシング用傾斜磁場に
垂直に、また互いに直角をなす２方向に傾斜磁場を印加
する。

その後、スピンの静磁場方向への自由誘導減衰（ＦＩＤ
）により生じる電磁波放射を磁気共鳴（ＭＲ＞信号とし
て無線周波（ＲＦ）受信コイルで受信する。

受信されたＭＲ倍信号、インクフェイス、中央情報処理
装置（ＣＰＵ）および記憶装置等から構成されるコンピ
ュータ系で断層画像情報へと再構成され、また記憶装置
内に格納される。さらに、断層画像情報はモニタ上に表
示され観察がなされ、被検体に関する生理学的ならび解
剖学的情報を与える。

このようなＭＨＩ装置において、従来十分な強度の励起
用無線周波磁場を被検体に印加するため、例えば１　ｋ
Ｗ〜１５ｋＷ程度に電力増幅を行う高周波増幅器が用い
られている。

このようなＭＲＩ高周波増幅器としては入出力間に直線
的な関係の成り立つこと、すなわち入力レベルの高低に
かかわらず入力信号が一定の増幅率で増幅されることが
必要とされるが、−最に増幅器は例えば入力信号が低レ
ベルの時はほぼ線形な増幅が行われるが、入力信号が高
レベルになると増幅率が低下し、線形な増幅が行われな
くなる。

しかるに従来のＭＲＩ装置にあっては高周波増幅器にお
けるこのような非直線的増幅ないしは歪の発生に対して
格別の対策を施さないか、対策を施すにしてもそれは有
効でかつ簡単な構成を有するものではなかった。

（発明が解決しようとする課題） しかしながらこのような従来技術には次のような問題が
ある。

すなわち、高周波増幅器の入出力特性の非線形性を改善
する構成を有しないときは、高周波増幅器で生じた歪が
補正されず、このような歪をもった電流でＲＦ送信コイ
ルを駆動すると、被検体中所望選択断層の対象核種のみ
ならず他の領域の対象核種まで励起してしまう。したが
って得られるＭＲ信号中には所望選択断層以外の領域か
らのＦＩＤ信号が混入し、所定の信号処理を行いモニタ
上に表示した場合、鮮鋭な断層画像が得られなくなって
しまう。

第３図（ａ　）に高周波増幅器で理想的に線形の増幅が
行われた場合に得られる励起用無線周波磁場のスペクト
ル分布を示す。このとき、スペクｈル幅△のに対応した
厚さでスライシングが行われるのである。しかるに、高
周波増幅器で線形な増幅が行われないときは、励起用無
線周波磁場は例えば同図（ｂ　）に示すようなスペクト
ル分布を有し、所望断層のみならずそれに隣接する被検
体領域内の対象核種までも励起してしまうのである。

その場合、前述のように表示される断層画像は不鮮鋭な
ものとなり、また各スライス厚が薄いものとならざるを
得す、マルチスライシングを行う場合、ギャップレスと
することができない。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもの
であり、簡単な構成で高い増幅直線性をもつ高周波増幅
器を有し、高い信号対雑音（Ｓ／Ｎ）比を有し鮮鋭な断
層画像を表示可能で、スライス厚が適度なものとなり、
ギャップレスマルチスライシングの可能な磁気共鳴イメ
ージング装置を提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の磁気共鳴イメージング装置は上記目的を達成す
るため、所定原子核の共鳴周波数に等しい周波数の高周
波搬送信号を発生する発振手段と、変調信号を入力し、
無線周波磁場がスライシングのための所定の周波数スペ
クトルをもつように前記高周波搬送信号の変調を行う変
調手段と、この変調手段の出力を増幅する増幅手段と、
この増幅手段の出力を検出して変調波帰還信号を得る検
波手段と、この検波手段の出力を入力し前記増幅手段で
直線的な増幅が行われるように、増幅手段の増幅率を制
御する増幅率制御手段とを有するものである。

（作用） 本発明の磁気共鳴イメージング装置は前記のように構成
されるので、増幅手段において常に線形な増幅が行われ
、その出力は歪をもたず、したがって鮮鋭でＳ／Ｎ比の
高い画像が再構成され、ギャップレスマルチスライシン
グが可能となるものである。

（実施例） 以下図面を参照しながら本発明の実施例のＭＲＩ装置に
ついて説明する。

第１図に本実施例のＭＲＩ装置のブロック構成を示す。

すなわち本発明のＭＲＩ装置は高周波増幅器１の他に従
来公知のように静磁場コイル１０、傾斜磁場を発生する
ための傾斜磁場発生コイル１１．１２．１３、無線周波
磁場を送信すると共に誘起されたＭＲ倍信号検出するた
めの受信系の要素でもあるＲＦコイル４より本体部を構
成し、静磁場ＨＯ主電源４、Ｙ軸、Ｙ軸、Ｚ軸傾斜磁場
電源１５，１６．１７、送信系、受信器１８、傾斜磁場
電源１５．１６．１７及び送信系及び受信器１８を所望
のパルスシーケンスにて駆動するシーケンサ１９、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２０により構成されている。

ここで、送信系は、高周波増幅器器１、変調器２、発振
器３．ＲＦコイル４．電流検出器５．検波器６．比較器
７．誤差増幅器８を備え、電流検出器５．検波器６．比
較器７．誤差増幅器８は、高周波増幅器１の出力を検出
して変調波帰還信号を得、この帰還信号と入力側変調波
信号とから誤差分を求め、それを増幅し、高周波増幅器
１に出力するように構成されている。

電流検出器５および検波器６等が特許請求の範囲で述べ
た検波手段を構成し、比較器７および誤差増幅器８等が
増幅率制御手段を構成する。

発振器３は対象原子核のラーモア周波数にもとすく周波
数を有する高周波搬送信号を発生するものである。例え
ば、静磁場が０．５Ｔにおけるプロトンイメージングで
は２１．３ＭＨ２である。

変調器２はイメージングのためのパルシーケンスに基づ
いた変調信号をシーケンサ１９より受け、発振器３から
の高周波搬送信号を変調し、変調後の信号がスライシン
グのため所定のスペクトルをもつようになすものである
。また、電流検出器５は例えば変流器等からなり増幅器
１の出力を検出するものである。検波器６は電流検出器
５の出力を検波して変調波帰還信号を得る。。

比較器７では、検波器６出力およびシーケンサ１９から
の入力側変調波信号を入力し、シーケンサ１９からの信
号を高周波増幅器１の低レベル入力信号時の増幅率、す
なわち線形増幅率に等しい増幅率で増幅し、オペアンプ
を用いた回路にて、この増幅後のシーケンサ１９からの
信号と検波器６からの信号との差を高周波増幅器１にお
ける増幅の歪もしくは誤差として演算する。

第２図に本実施例のＭＲＩ装置で用いる高周波増幅器１
の回路構成を示す。

高周波増幅器１は電力増幅用ＦＥＴ（：ｈ　、Ｑ２、ト
ランジスタＱ３、演算増幅器ｘ、、ｘ２および入力マツ
チング回路３１、出力マツチング回路３３等を有して構
成される。

このような構成を有するＭＲＩ装置において、動作は次
のようにして行われる。

すなわち、第１図に示すように静磁場中に被検体Ｐを配
置すると共に、シーケンサ１９の動作によるパルスシー
ケンスにより送信系を駆動して例えばＲＦコイル４から
９０度パルスを加えると共に傾斜磁場電源１５．１６．
１７を駆動して傾斜磁場発生コイル１１．１２．１３か
らスライシングおよびスピン位置エンコード用傾斜磁場
を加える。

そうすると、被検体ＰにはＭＲ現象が生じ、誘起された
ＭＲ倍信号ＲＦコイル４により検出し、コンピュータシ
ステム２０に取込んで画像再構成処理等の信号処理を施
すことにより、断層像のイメージング情報を得、画像表
示等を行なうようにしている。

高周波増幅器１における増幅は次のような態様にて行わ
れる。

変調器２の出力は、入力インピーダンスの整合をとるた
め入力マツチング回路３１に入力される。

入力マツチング回路３１の出力は、信号分配用のＣＲ回
路を介し、２つのＦＥＴＱ＋　、Ｑ２からなるプッシュ
プル電力増幅段へ入力される。

このとき、プッシュプル電力増幅段のＦＥＴＱｌ、Ｑ２
のバイアスは以下に示すように誤差増幅器８からの信号
により制御されている。すなわち、比較器７からの信号
入力は演算増幅器Ｘ２により増幅される。増幅された信
号は可変抵抗Ｒ１により所定の分圧を受けて演算器Ｘ１
から成る定電流源回路に入力される。この定電流源回路
の出力電流の値は前記可変抵抗Ｒ１で分圧後入力される
電圧に比例する。

従って、ＦＥＴＱｌ　、Ｑ２の各ゲートには前記入力マ
ツチング回路３１からの信号に、演算器Ｘ１の出力電流
に比例し、従って歪の大きさに比例するバイアス電圧が
重畳されたものが印加される。

このとき、前記歪の大きさに比例するバイアス電圧は歪
、すなわち高周波増幅器１の実際の出力絶対値から線形
の増幅がなされたとした場合の出力絶対値を引いた値、
の符号に対応する極性にてＦＥＴ（ｈ　　、Ｑ２の各ゲ
ートに入力されるように設定されている。すなわち例え
ば、出力絶対値が所定の値未満で負の歪であれば、前記
歪の大きさに比例したバイアス電圧はＦＥＴ（ｈ　、Ｑ
２のバイアスを浅くする極性にて印加され、したがって
歪の大きさが小さくなるようにＦＥＴＱｌ　、Ｑ２の増
幅率を高める。

、　このようにして、電力増幅段のＦＥＴＱｌ　、Ｑ２
のバイアス調節および増幅率調節が行われ、結果として
歪が著しく減少し、入力信号レベルの高低にかかわらず
線形な増幅が行われることとなる。

なお、本実施例の高周波増幅器１における前記バイアス
調節は、次のように前記入力マツチング回路３１へのＲ
Ｆ大入力同期して、トランジスタＱ３のオン・オフによ
り制御される。それは、常時入力マツチング回路３１に
ＲＦが入力されないときでもＦＥＴ（ｈ　、Ｑ２に対す
る前記バイアス調節状態とすると、ＦＥＴＱｌ　、Ｑ２
での無駄な電力損失を生じるからである。

すなわち、ＲＦが入力マツチング回路３１に入力されな
い時はトラジスタＱ３はオンされ導通状態にあり、ＦＥ
ＴＱｌ、Ｑ２のバイアス電圧は０■となり、ＦＥＴＱｌ
　、Ｑ２は遮断状態にあり、電力損失を生じない。また
、ノイズが第２図に示されるＲＦ　　ＯＵＴに出力され
ることが回避される。

一方、入力マツチング回路にＲＦが入力される時は、ト
ランジスタＱ３のベースにＲＦパルスの時間幅に対応す
る時間幅のパルス信号が入力され、トランジスタＱ３は
オフされ、遮断状態に移行し、前記バイアス調節が行わ
れる。

また、本実施例では、検波器６の出力と比較器７におい
て比較されるべき入力側変調波信号をパルスシーケンサ
１９がら得たが、それぞれ電流検出器５および検波器６
と同様な機能を有する電流検出器５ａおよび検波器６ａ
を電流検出器５および検波器６の設置態様と同じ態様に
て高周波増幅器１の入力側に設け、電流検出器５ａの出
力を検波器６ａに入力し、検波を行い、このようにして
、入力側変調波信号を得るように構成してもよい。

［発明の効果］ 上述してきたところから明らかなように本発明の磁気共
鳴イメージング装置は次のような効果を有する。

高周波増幅器の増幅率が自動的に制御され、例ぇば入力
信号レベルの高低にかかわらず常に一定の増幅率での歪
のない線形な増幅がなされ、増幅器によって駆動される
ＲＦ送信コイルの発生する無線周波磁場は所定の周波数
を中心とし所定の幅をもつ周波数領域のみで一定の強度
をもち、他の周波数成分は０であるような所定のスペク
トル分布を有する。したがってこのような無線周波磁場
印加によって選択的に被検休所層内対象核種を励起した
とき、対象核種の励起される断層と励起されない被検体
領域との境は明確であり、また、例えば無線周波磁場が
９０度パルスであるとき励起される断層においては各点
の巨視的磁化Ｍはいずれも静磁場方向から所定の９０度
方向に傾けられる。したがって、このような無線周波パ
ルス磁場印加によって得られるＭＲ，信号により断層画
像を再構成した場合、高解像度かつ鮮鋭でＳ／Ｎ比の高
いものが得られる。

また、ギャップレスマルチスライシングが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の磁気共鳴イメージング装置の
ブロック構成図、第２図は同実施例の磁気共鳴イメージ
ング装置で用いる高周波増幅器の回路図、第３図＜ａ　
＞および（ｂ　）はそれぞれ高周波増幅器で線形な増幅
が行われた場合あるいは非線形な増幅が行われた場合の
励起用無線周波磁場のスペクトル分布の態様を示す図で
ある。 １・・・高周波増幅器 ２・・・変調器 ３・・・発振器 ５・・・電流検出器 ６・・・検波器 ７・・・比較器 ８・・・誤差増幅器 Ｐ・・・被検体 Ｑ＋　、Ｑ２・・・電力増幅用ＦＥＴ ｘ、、ｘ２・・・演算増幅器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）被検体に対し静磁場と、傾斜磁場と、励起用の無
   線周波磁場とを印加し、被検体の特定部位に磁気共鳴現
   象を生ぜしめ、この磁気共鳴現象により発生する磁気共
   鳴信号を収集、処理して前記被検体の任意断面の生体診
   断情報を得る磁気共鳴イメージング装置であって、 前記磁場の下で所定原子核の共鳴周波数に等しい周波数
   の高周波搬送信号を発生する発振手段と、変調信号を入
   力し、前記無線周波磁場がスライシングのための所定の
   周波数スペクトルをもつように前記高周波搬送信号の変
   調を行う変調手段と、この変調手段の出力を増幅する増
   幅手段と、この増幅手段の出力を検出して変調波帰還信
   号を得る検波手段と、この検波手段の出力を入力し前記
   増幅手段で直線的な増幅が行われるように、増幅手段の
   増幅率を制御する増幅率制御手段とを有することを特徴
   とする磁気共鳴イメージング装置。