JPH02203841A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は核磁気共鳴を用いたイメージング装置及びＭＨ
Ｉ画像再構成装置における任意スライス位置で３次元計
測によるスライス画像の撮像を行う装置に関する。

〔従来の技術〕

３次元フーリエ変換法による撮像は特開昭５８２００１
４５号［３次元ＮＭＲイメージング法」で開示されてお
り、選択された３次元のボリューム領域で３次元の計測
データが得られる。このデータを３次元フーリエ変換を
行うことで２次元のスライス画像が複数枚得られる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術においては、スライス方向の中心位置は傾
斜磁場コイルの配置関係でのみ決定される中心位置と同
一でなければならず、スライス方向に関して任意の位置
で撮像することは考慮されておらず、任意スライス位置
での３次元フーリエ変換による再構成では、スライス位
置の順番は必ずしも幾何学的順序と同一ではないという
問題があった。

本発明の目的は、上記の問題を解決するため、スライス
位置に応じた位相補正を実施した後、３次元フーリエ変
換を施すことにより、再構成されるスライス順序を幾何
学的順序と合致させるようにすることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、スライス位置が傾斜磁場の
配置関係で決定される中心位置とはずれた場合に、その
ずれ量、すなわち偏位に応じた位相補正を再構成の際、
予めスライス方向に補すことによって、任意スライス位
置で計測されたものを、中心位置で計測したものと同等
になるように再構成するものである。

スライス位置が傾斜磁場の配置関係で決定される中心位
置と同一であると、スライス方向の中心位置では、スラ
イス・エンコードを印加したとき、常に位相回転はＯで
ある。ところが、スライス位置が任意な位置にとられる
と、中心からの距離りとスライス厚ｄで決定される位相
回転が生じる。

したがって、スライス・エンコード毎この位相回転を戻
す補正を実施した後、３次元フーリエ変換を実施すれば
、常に傾斜磁場の配置関係で決定される中心位置で再構
成したものと同一の順序でスライス情報が再構成される
。

〔作用〕

上記目的を達成するために、傾斜磁場の配置関係から決
まる中心からの距離りと、スライス厚ｄから決まる位相
補正量を各スライス・エンコード毎に掛は合わせること
によって、任意のスライス位置での計測の場合も、中心
で計測したのと同等のスライス順序で再構成される。

これにより、再構成される２次元の画像情報は幾何学的
スライス順序と同一になり、任意スライス位置による再
構成順序の順序ずれかない。そのため、再構成後しこ画
像の並べ換えを実施する必要がない。

〔実施例〕

第２図は本発明に係る核磁気共鳴イメージング装置の全
体構成例を示すブロック図である。この核磁気共鳴イメ
ージング装置は、核磁気共鳴（ＮＭＲ）現象を利用して
被検査体１の断層画像を得るもので、静磁場発生磁石１
０と、中央処理装置（以下、ＣＰＵという）１１と、シ
ーケンサ１２と、送信系１３と、磁気勾配発生系１４と
、受信系１５と信号処理系１６とからなる。上記静磁場
発生磁石１０は、被検査体１の周りにその体軸方向また
は体軸と直交する方向に強く均一な静磁場を発生させる
もので、上記被検査体１の周りのある広がりを持った空
間に永久磁石方式又は常電導方式あるいは超電導方式の
磁場発生手段が配置されている。上記シーケンサ１２は
、ＣＰＵ１１の制御で動作し、被検査体１の断層画像の
データ収集に必要な種々の命令を送信系１３及び磁気勾
配発生系１４並びに受信系１５に送るものである。上記
送信系１３は、高周波発振器１７と変調器１８と高周波
増幅器１９と送信側の高周波コイル２０ａとからなり、
上記高周波発振器１７から出力された高周波パルスをシ
ーケンサ１２の命令に従って、変調器１８で振幅変調し
、この振幅変調された高周波パルスを高周波増幅器１９
で増幅した後に被検査体１に近接して配置された高周波
コイル２０ａに供給することにより、電磁波が上記被検
査体１に照射されるようになっている。

上記磁場勾配発生系１４は、Ｘ、Ｙ、Ｚの三軸方向に巻
かれた傾斜磁場コイル２１と、それぞれのコイルを駆動
する傾斜磁場電源２２とからなり、上記シーケンサ１２
からの命令に従ってそれぞれのコイルの傾斜磁場電源２
２を駆動することにより、Ｘ、Ｙ、Ｚの三軸方向の傾斜
磁場Ｇｘ、　Ｇｙ。

Ｘ２を被検査体１に印加するようになっている。

この傾斜磁場の加え方により、被検査体１に対するスラ
イス面を設定することができる。上記受信系１５は、受
信側高周波コイル２０ｂと増幅器２３と直交位相検波器
２４とＡ／Ｄ変換器２５とからなり、上記送信側の高周
波コイル２０ａから照射された電磁波による被検査体１
の応答の電磁波（ＮＭＲ信号）は被検体１に近接して配
置された高周波コイル２０ｂで検出され、増幅器２３及
び直交位相検出器２４を介してＡ／Ｄ変換器２５に入力
してデジタル量に変換され、さらにシーケンサ１２から
の命令によるタイミングで直交位相検波器２４によりサ
ンプリングされた二基列の収集データとされ、その信号
が信号処理系１６に送られるようになっている。この信
号処理系１６は、ＣＰＵＩＩと、磁気ディスク２６及び
磁気テープ２７等の記憶装置と、ＣＲＴ等のデイスプレ
ィ２８とからなり、上記ＣＰＵＩ　１でフーリエ変換、
補正係数計算、被検査体の動きによるアーチファクトの
除去処理、像再生等の処理を行い、任意断面の信号強度
分布あるいは複数の信号に適当な演算を行って得られた
分布を画像化してデイスプレィ２８に表示するようにな
っている。なお、第２図において、送信側及び受信側の
高周波コイル２０ａ、２０ｂと傾斜磁場コイル２１は、
被検査体１の周りの空間に配置された静磁場発生磁石１
０の磁場空間内に配置されている。

第３図は、典型的なスピン・エコー計測におけるタイム
・シーケンスを模式的に表わしたものである。第２図に
おいて、ＲＦは無線周波の信号の照射のタイミング及び
選択励起のためのエンベ−ロープを示している。Ｇ２は
スライス方向の傾斜磁場印加のタイミングを示す。Ｇｙ
は位相エンコード方向傾斜磁場印加のタイミングとその
振幅を変えて計測することを示す。Ｇｘは周波数エンコ
ード傾斜磁場印加のタイミングを示し、シグナルは計測
されるＮＭＲ信号を示す。最下段はタイム・シーケンス
を１〜６に区間分けしたものである。

なお、Ｘ、Ｙ、Ｚ三軸はそれぞれ直交したデカルト座標
軸である。第３図中区間１においては、９０度選択励起
パルスを照射するとともに、スライス方向傾斜磁場を印
加する。区間２においては、位相エンコード方向傾斜磁
場を印加し、Ｙ方向に関して場所に依存した核スピンの
回転を付加する。

さらに区間２において、周波数エンコード傾斜磁場を印
加する。これは、区間６においてＮＭＲ信号を計測する
際に、時間原点が区間６の中央に来るように、核スピン
をあらかじめデイフェイズ（ｄｅｐｈａｓｅ　、位相を
反転させること）させておくためのものである。区間３
では何らの信号も出さない。区間４では、１８０度選択
励起パルスを照射するとともに、スライス方向傾斜磁場
を印加する。

区間５では何らの信号も出さない。区間６では、周波数
エンコード傾斜磁場を印加するとともに、ＮＭＲ信号の
計測を行う。

ＮＭＲイメージングを行うには、前述のごとく静磁場に
傾斜磁場を印加した状態でＲＦパルスを照射し、被検査
体１の検査体領域から出るＮＭＲ信号を空間情報として
エンコード（符号化）するために傾斜磁場を印加し、Ｎ
ＭＲ信号を計測した後、画像再構成する。

空間を符号化するために、傾斜磁場を用いるが、これは
核磁気共鳴周波数ωが磁場強度と線形関係にあることを
利用している。すなわち、傾斜磁場が空間的に直線性が
保たれていると、対象領域における空間位置と周波数の
関係は、線形となり、時間情報であるＮＭＲ信号をフー
リエ変換し、周波数軸に置き換えるだけで被検査体１の
位置情報が得られることを利用して画像を再構成してい
る。

具体的には２次元フーリエ変換法によって画像を再構成
しているが、以下に、選択励起によってスライス方向に
ある厚みをもった領域の核スピンが励起された後に空間
を符号化する方法について説明する。

ある厚みをもった２次元面領域の核スピンを空間座標に
応じた量だけ回転を付加するために、Ｘ。

Ｙの２方向に分けて符号化する。第３図に従えば、Ｘ方
向を周波数エンコード方向、Ｙ方向を位相エンコード方
向と区分けしている。

周波数エンコード方向には、スピン・エコー信号を読み
取る際、視野の両端で位相がＮπだけずれている必要が
あり、周波数エンコード時間をＴｘとすれば、 ｙＧｘ−Ｄ−ＴＸ＝　Ｎ　π−（９） なる関係を満たさなければならない。ここで、γ　：対
象核であるプロトンの磁気回転比（２，６７５１Ｘ　１
０　’ｒａｄ　／　ｓｅｃ／　Ｇａｕｓｓ）Ｇｘ　二層
波数エンコード方向傾斜磁場の強度Ｄ　＝視野直径 Ｎ　：計測サンプル数 である。

また、位相エンコード方向には、Ｍ回の位相エンコード
を行うものとすると、視野の両端での位相が最大でＭπ
だけずれている必要があるので、位相エンコードパルス
印加時間をＴｙ　としたときγＧｙ−Ｄ−Ｔｙ＝Ｎπ　
　　　　　　・・・（１０）なる関係を満たさなければ
ならない。ここで、Ｇｙ　：位相エンコード方向傾斜磁
場の最大値Ｍ　：位相エンコード数 である。また、視野は正方形領域とした。

周波数エンコード方向の傾斜磁場は、各位相コンコード
毎同じ強度を印加し、Ｘ方向の空間座標を周波数軸に符
号化する方法をとる。一方、位相エンコード方向には、
各エンコード毎に傾斜磁場強度が、 γＧｙ−Ｄ−Ｔｙ ・・・（１１） となるように、位相エンコード量γＧｙ−Ｄ−Ｔｙをπ
ずつ変化するようにＧｙ　を変えて、スピン・エコー信
号を計測する。

このようにして、Ｘ方向にはＮサンプル、Ｘ方向にはＮ
サンプルをもつ２次元計測データが収集される。通常、
ＮＭＲ信号計測にはＱＰＤ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ　Ｐ
ｈａｓｅ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）手法を用いて実部、虚
部を同時に収集するので、ＮＸＮサンプルの複素数デー
タが得られ、これを２次元フーリエ変換すれば画像が得
られる。

２次元フーリエ変換法ではＲＦパルスとスライス方向傾
斜磁場でスライスを選択し、選択された２次元のスライ
ス平面を周波数エンコード方向傾斜磁場と位相エンコー
ド方向傾斜磁場により２次元の符号化を行って２次元画
像を得ていた。ここで、２次元フーリエ変換法を拡張し
てスラスト方向にも傾斜磁場により符個化を行うことで
、３次元フーリエ変換法による３次元領域のイメージン
グを行うことができる。前述の２次元フーリエ変換法に
よるイメージング同様、スライス方向傾斜磁場を２方向
、周波数エンコード方向傾斜磁場をＸ方向、位相エンコ
ード方向傾斜磁場をＹ方向にとり、Ｘ方向にに枚のスラ
イス画像の撮像について説明する。２方向に励起する３
次元撮像領域のスライス厚をｄとするとスライス画像１
枚あたりのスライス厚はｄを２方向にに分割したｄ／に
で与えられる。さて、２方向のエンコード量であるが位
相エンコード同様撮像領域の両端で位相が最大にπだけ
ずれている必要があり、２方向傾斜磁場Ｇ２は γＧ２・ｄ　’　Ｔ　ｚ　”　Ｋπ　　　　　　・・・
（１）を満足するように与える必要がある。ここでＴ２
はＸ方向傾斜磁場Ｇ２の印加時間である。２方向の符号
化のためにに枚のスライスではに回のエンコーディング
が必要であり、 γＧ２・ｄ−Ｔｚ となるようにＸ方向のエンコード量がπずつ変化するよ
うに０２を変化させてスピン・エコー信号を計測する。

第４図にこの３次元フーリエ変換法によるスピン・エコ
ー計測におけるタイム・シーケンスを示した。区間１か
ら区間６のうち、区間１．３，４，５．６は第３図の２
次元フーリエ変換法によるスピン・エコー計測における
区間１゜３．４，５．６とまったく等しい。第３図にお
ける区間２だけが第４図では区間２１と区間２２に分割
されており、区間２２において２方向の符号化のために
２方向傾斜磁場Ｇ２が印加されており、位相エンシード
傾斜磁場Ｇｙ同様、振幅を変化させながら計測を行うこ
とを示している。Ｘ方向エンコード回数をに、Ｙ方向エ
ンコード回数をＭとすれば、Ｘ方向、Ｙ方向の傾斜磁場
の振幅をそれぞれ変化させて（ＫＸＭ）回信号計測を行
うことになる。従って、３次元計測においてはデータ読
み出し時のサンプリング点数をＮとすれば、（ＫＸＭＸ
Ｎ）点の３次元の立体データが得られ、画像再構成にお
いてはこれを３次元フーリエ変換すればに枚の２次元画
像が得られる。第５図には例として検査体１の厚さｄの
部分について８枚のスライス画像撮像時の２方向のエン
コード傾斜磁場を示した。８回のエンコードのすべてで
、３次元計測領域の中心でＸ方向エンコード傾斜磁場の
振幅強度がＯとなっている。従って、２方向の計測領域
の中心では各エンコードで常に位相回転がＯである。

さて、次に第６図に示したように３次元Ｍ１測領を 域がＸＹｚの座標中心より２方向にＤだけ離れた場合の
３次元計測を考える。Ｚ方向傾斜磁場の中心は配置関係
のみで決定され変化しないため撮像位置には無関係に磁
場中心を中心しこ印加することになる。すると、Ｚ方向
の計測領域の中心では２方向傾斜磁場の磁場強度はＯと
はならず位相回転が生じる。位相回転量は２方向のエン
コードごとに変化し、第６図で１回めのエンコードにお
いてポジションＤにおける磁場強度をＰ、とすれば、ポ
ジションＤにおいては１回めのエンコードではＰｌ、２
回めではＰ２．・Ｋ回めではＰｋだけ磁場が印加され、 γＰＩＴ２（１：　１〜Ｋ）　　　　　　　・（３）た
け位相回転が加わり であるため、（１）式より にπ γＧ　ｚ　Ｔ　ｚ　”□ から ＝２ｉ　　−π となる。

このオフセット位相回転を含んだ３次元データをこのま
ま３次元フーリエ変換を行うと、再構成画像はスライス
画像の順番が２方向の位置とは必ずしも一致しない。そ
こで、本発明においてはＺ方向のフーリエ変換の前に２
方向エンコーデイングにおいて生じた位相回転を戻す補
正を行う。第１図には本発明による再構成処理のフロー
を示した。３次元フーリエ変換処理（３２，３３，３４
）の前に位相補正処理３１を実施している。位相補正角
度Ｏは、（６）式で与えられる位相角に（−）をかけた
値となる。すなわち、位相補正角度Ｏは、・・・（７） で与えられ、この量だけ位相回転を加えてやればよい。

ところが、第４図に示したタイム・シーケンスの示す通
り区間２２でのＺ方向エンコーディングのあとの区間４
で１８０°パルスレこよる位相の反転を行っているため
、区間２２での位相回転は信号読み出し時では反転して
いる。従って本タイム・シーケンスにおける計測におい
ては、位相補正角度θは ・・・（８） たけ位相回転を加えればよい。位相補正については、複
素数データをＺとし、その実数部をα、虚数部をβとす
ると ２＝α十ｉβ　　　　　　　　　　　・・・（９）なる
複素数データに対して、位相補正数の複素数データＺ′
　を、 ｚ’　＝α’＋ｉβ′　　　　　　　　　・・・（１０
）とすれば、 で与えられる演算をＺ方向エンコードごとに全データに
ついて行えばよい。

こうして得られた位相補正後のデータは任意の撮像位置
で３次元計測領域の中心とスライス方向エンコードの中
心が常に同一である。従って、このあと３次元フーリエ
変換を行って得られる再構成画像では、スライス画像の
順番を幾何学的スライス順序の順序ずれかない。そのた
め、再構成後に画像の並べ換えを実施する必要がない。

このように、本発明によれば任意の撮像位置で３次元計
測を行うことができるという効果がある。

尚、画像再構成におけるフーリエ変換の順序はスライス
方向、位相方向、周波数方向でどの順序であってもよく
、さらに位相補正処理はスライス方向フーリエ変換処理
の前であればどこにあってもよい。また、上記実施例で
は、スライス方向をＺ方向、位相エンコード方向をＹ方
向、周波数エンコード方向をＸ方向としたが、スライス
、位相、周波数の各エンコード傾斜磁場と、ｘ、ｙ、ｚ
方向の対応関係はこれに限らず、３次元計測領域は任意
の傾斜を持っていてもよい。

さらに、第７図はグラジェント・エコー法（フィールド
・エコー法）を用いた３次元フーリエ変換法による計測
のタイム・シーケンスの一例であるが、このシーケンス
においても位相回転を補正することで任意の位置を中心
に３次元計測を行うことができる。グラジェント・エコ
ー法ではスピン・エコー法とは異なリスライス方向の位
相回転はそのまま読み出した信号データに現れるため、
位相補正角度Ｏは（７）式で与えられる。従って、どの
ようなタイム・シーケンスにおいても信号読み出し時の
スライス方向の位相回転を（−）方向に補正すればよく
、特に３次元計測を行う撮像のタイム・シーケンスは限
定されない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、オフセットの位相まわりをもどしてや
ることで、３次元計測において３次元計測領域の中心に
傾斜磁場のエンコードの中心をあわせることができ、任
意のスライス位置で正しく３次元計測による画像が得ら
れるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による再構成処理のフローチャート図、
第２図は核磁気共鳴イメージング装置の全体構成例を示
すブロック図、第３図は２次元フーリエ変換法を用いた
典型的なスピン・エコー計測におけるタイム・シーケン
スを示す図、第４図は３次元フーリエ変換法を用いた典
型的なスピン・エコーにおけるタイム・シーケンスを示
す図、第５図は３次元計測領域が磁場中心にある場合の
３次元計測におけるスライス方向エンコーディング傾斜
磁場印加の振幅を示す図、第６図は３次元計測領域の中
心が磁場中心よりＤだけ離れた場合のスライス方向エン
コーディング傾斜磁場印加の振幅を示す図、第７図はグ
ラジェント・エコー法での３次元フーリエ変換法を用い
たタイム・シーケンスを示す図である。 １・・・被検査体、１０・・・静磁場発生磁石、１１・
・・中央処理装置（ＣＰＵ）　、１２・・・シーケンサ
、１３・・・送信系、１４・・・磁場勾配発生系、１５
・・・受信系、１６・・・信号処理系、１７・・・高周
波発振器、１８・・・変調器、１９・・・高周波増幅器
、２０ａ・・送信側高周波コイル、２０ｂ・・・受信側
高周波コイル、２１・・・傾斜磁場コイル、２２・・・
傾斜磁場電源、２３・・・増幅器、２４・・・直交位相
検波器、２５・・・Ａ／Ｄ変換器、２６・・磁気ディス
ク、２７・・・磁気テープ、２８・・・デイスプレィ、
３１〜３４・・処理ブロック。 ■ ■

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、被検体に静磁場及び傾斜磁場を与える手段と、前記
   被検査体の組織を構成する原子の原子核に核磁気共鳴を
   起こさせるために高周波パルスを印加する手段と、前記
   核磁気共鳴による信号を検出するための核磁気共鳴信号
   検出手段と、この検出手段により検出された核磁気共鳴
   信号をフーリエ変換して画像を再構成する手段とを備え
   てなる核磁気共鳴イメージング装置において、スライス
   方向において、スライス位置に応じたオフセット位相を
   補正して再構成を行う３次元計測を実施することを特徴
   とする磁気共鳴イメージング装置。