JPH02241435A - 核磁気共鳴を用いた画像形成装置 - 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、一般的な傾斜形状の場合の核磁気共鳴によ
る像形成方法に関する。

［従来の技術１ 検査対象物の少なくとも部分領域が高周波パルスにより
励起され、励起に続く核共鳴信号が方形でないパルス形
状を有する磁界傾斜を加えられることにより出所に関係
して位相及び／又は周波数符号化され、その際核共鳴信
号が時間領域で走査され、そのようにして得られた走査
値が測定値としてに空間の測定マトリッークスに書き込
まれ、測定マトリックスが像形成のためにフーリエ変換
される核磁気共鳴による像形成方法が知られている。

核磁気共鳴による像形成の場合には、従来多くの場合方
形のパルス形状を有する磁界傾斜が用いられるか、又は
核共鳴信号の読み出しの際にそれぞれの傾斜が一定値を
有する傾斜パルス範囲だけが用いられてきた。しかしな
がらエコー平面像形成法の場合に特に必要であるような
速いパルスシーケンスの際には、方形の傾斜パルスを十
分な振幅で発生させることが非常に困難である。更に一
定の傾斜値の範囲に読み出し区間を制限することにより
読み出し時間が犠牲になる。

欧州特許出願公告第００７８０５４号公報からエコー平
面シーケンスを利用した核磁気共鳴による像形成方法が
知られており、この方法では正弦波形の傾斜が用いられ
る。その整像のひずみを避けるために、測定信号の走査
は時間領域において等間隔ではなくに空間において等間
隔に行われる。

この方法の場合に必要な時間的に等間隔でない走査は実
現困難であり、通常の核磁気共鳴断層撮影装置では用い
られない。

［発明が解決しようとする課題］ この発明の課題は、任意の傾斜形状を使用する場合にこ
の難点を回避することにある。

［課題を解決するための手段］ この課題はこの発明に基づき次の段階すなゎち、核共鳴
信号が時間領域で等間隔に標本化定理を満たす走査レー
トで走査され、それにより得られた走査値から補間によ
りに空間で等間隔な測定値が求められ、この測定値が測
定マトリックスに書き込まれることにより解決される。

それによりひずみを引き起こすことなく、任意の傾斜形
状の場合に時間的に等間隔に走査することができる。

この発明の有利な構成は請求項２以下に記載されている
。

［実施例］ この発明を説明するためにまず第８図により核磁気共鳴
断層撮影装置の基本ａ成部分を説明する。コイル１〜４
は基本磁界Ｂｏを発生させ、医学的診断のために用いる
場合にはこの基本磁界の中に患者の検査しようとする体
５が入れられる。

この装置には更に傾斜コイルが付設され、これらの傾斜
コイルは直交座標系６に基づく方向Ｘ。

ｙ、ｚの相互に直交する無関係な磁界成分を発生させる
ために用いられる。第８図では分かりやすくするために
傾済コイル７．８だけが示され、これらの傾斜コイルは
一対の相互に向かい合う同様な傾斜コイルと共にＸ傾斜
を発生させるために用いられる。同様なしかし図示され
ていないｙ＃ｉ斜コイルが体５に平行に体の上下に置か
れ、２傾斜磁界のためのコイルは体の長手軸線に直角に
頭側端部及び同側端部に置かれている。

更にこの装置は核共鳴信号の発生と受信とのために用い
られるもう一つの高周波コイル９を備える。−点鎖線１
０により囲まれたコイル１．２．３．４．７．８．９が
本来の検査装置である。

この装置は電気装置により駆動され、この電気装置はコ
イル１〜４の駆動のためのパワーパシク１１及び傾斜電
流源１２を備え、傾斜電流源１２に１主傾斜コイル７．
８及びその他の傾斜コイルが接続されている。高周波コ
イル９は信号増幅器１４又は高周波送信器１５を介して
プロセスコンピュータ１７に結合され、このプロセスコ
ンピュータ１７には像を出力するためにビデオ端末１８
が接続されている。信号増幅器１４、高周波送信器１５
は信号発生及び受信のための高周波装置１６を形成する
。切り換えスイッチ１９により送信運転から受信運転へ
の切り換えが可能である。

高周波装置１６と傾斜コイルとの制御のために一連のパ
ルスシーケンスが知られている。その際像形成が二次元
又は三次元のフーリエ変換に基づく方法が広く用いられ
ている。

二次元フーリエ変換による像形成の原理を、第９図に示
す単純なパルスシーケンスに基づぎ次に筒単に説明する
。

このパルスシーケンスの詳細な説明は、欧州特許出願公
告第００４８７８２号公報に記載されている。

第９図に示すパルスシーケンスの場合には検査対象物が
９０°の高周波パルスにより励起され、この高周波パル
スは２方向傾斜ＣＺを同時に加えることにより断層選択
性を与えられる０次に続く逆向きの２傾斜Ｇｚ−により
、第１の２傾斜Ｇ２・によって作られた位相ずれが再び
取り消される。核スピンの位相をＸ方向にずらす負の傾
斜Ｇ、−１及びｙ位鐙に関係する位相応答を核スピンに
刻み込む位相符号化傾斜Ｇ、が同時に加えられる。続い
て正の傾斜Ｇ×・が加えられ、この傾斜により核スピン
の位相が再びＸ方向に戻され、その作用のもとに信号Ｓ
が読み出される。この信号Ｓは複素量として位相弁別復
調により測定される。そのようにして得られたアナログ
信号が時間ラスタの中で走査され、走査値がディジタル
化され、測定マトリックスの一つの行に書き込まれる。

図示のパルスシーケンスがｎ回実施され、その際パルス
シーケンスごとにｙ傾斜パルスの振幅が等間隔のステッ
プで変更される。復調及び走査の後に得られたディジタ
ル信号がそれぞれ再び測定マトリックスの一つの行に書
き込まれるので、結局ｎ行を有する測定マトリックスが
得られる。測定マトリックスは測定データ空間、二次元
の場合には測定データ面と見なすことができ、この面上
では等間隔な点の網上で信号値が測定される。この測定
データ空間は核磁気共鳴断層撮影法では一般にに空間と
呼ばれる。

信号寄与分の空間的な出所についての像形成のために必
要な情報は位相因子に符号化され、その際位置空間（従
って像）とに空間との間には数学的に関連性が二次元の
フーリエ変換を介して存在する０次式が成立する。

ρ（ｉ、ｔ）−緩和時間を考慮したスピン密度分布第９
図に示した方形の傾斜の場合に対しては次のように単純
化される。

ｋｘ　（ｔ）−τＧＸｔ　　　　　　　　　　　　　　
　　（４）ｋソ（１）−γ　ＧＶＩＴ　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　（５）ここでＴは位相符号化傾斜Ｇ、の全継続時
間であり、Ｉは位相符号化ステップである。

この場合には核スピン共鳴信号の走査、従って例えば信
号をディジタル値に変換するためのＡ−Ｄ変換器のトリ
ガを、時間内で等間隔に実施することかできる。第１０
図は、一定の傾斜（Ｇ（ｔ））の場合には一定間隔Δｔ
における測定値トリガかに空間従って関数ｋ　（ｔ）の
中の等間隔な走査をもたらすことを示す、そしてそのよ
うにして得られた測定データは直接前記フーリエ変換に
より像に再構成することができる。

しかし核共鳴信号が一定な傾斜パルス形状のもとではな
くて任意な傾斜パルス形状のもとで読み出されるときに
は、このことはに空間におけるひずみをもたらす、第１
１図には、一定でない傾斜Ｇ（ｔ）に対し式（２）、（
３）に基づき生じる関数ｋ　（ｔ）を図示することによ
り、このことが示されている。第１１図に矢印により示
された時間的に等間隔な測定値走査を実施するときには
、第１１図の場合にそれによりひずみかに空間の中に生
じることが明らかになる。そのようにして得られたデー
タがフーリエ変換されるときには、それにより許容でき
ない像のひずみが生じる。

特にエコー平面像形成法（ＥＰＩ）の場合には、方形の
傾斜パルスを得ることは短い切り換え時間及び高い傾斜
振幅のために困難となる。そこでは要求される傾斜振幅
は、共振回路の中で傾斜コイルを駆動することにより最
も容易に達成できる。しかしそれにより傾斜パルスは正
弦波形となる。

この問題の解決のために欧州特許出願公告第００７Ｈ５
４号公報では、時間領域においてでなくｋ空間において
等間隔である測定値走査方法が提案された。第１２図は
この方法を示す、この場合には正弦波形の読み出し傾斜
Ｇ　（ｔ）が採用される。このことは第１２図において
同様に示された関数）Ｃ（ｔ）の波形をもたらす、この
とき測定値走査のための時点はに空間の中に等間隔が生
じるように選ばれる。その際二つの時点間の最大間隔Δ
ｊａａｘ−ｔ１やＩ−を目よ、ｋ空間増分Δｋが像の大
きさこのことは、ｋ空間の副走査及び像の中の折り返し
を避けるために、標本化定理が必要とする条件である。

時間領域での等間隔でない走査を行う図示の方法は、既
に前記欧州特許出願公告第００７８０５４号公報で正弦
及び余弦波形の傾斜パルスに対して提案された６次に実
施例により説明するこの発明に基づく方法はあらゆる任
意の傾斜パルス形状に適している。

従来の技術と対照的にこの発明に基づく方法によれば、
任意の傾斜パルス形状の場合に核共鳴信号の時間領域で
等間隔な走査が行われる。その際標本化定理をいかなる
場合にも損なわないために、各走査のための二つの走査
点の時間間隔Δｔが上記の式（６）を満たさなければな
らない。

ひずみを避けるために必要なに空間での等間隔はここで
は測定データの補間により達成される。

補間は目立つ像欠陥をもたらさない、なぜならば標本化
定理が損なわれない、すなわち副走査が生じないからで
ある。補間は第１の実施例によれば直接に１例えば三次
式近似により等間隔なに空間ラスク上で実施される。

この方法は第１図に示されている。その際ここても傾斜
Ｇ　（ｔ）の正弦波形が仮定される。それにより関数ｋ
　（ｔ）の第１図に同様に示された時間的経過が生じる
。測定値走査は一定の時間間隔Δｔで行われる。それに
よりまずに空間での等間隔でない走査が得られる。

ｋ空間で測定ラスタを作り出す相応の走査点が、第１図
でに軸上に符号１〜１０により示されている。しかしな
がらこれらの走査点を直接継続処理すれば、既に述べた
ように像のひずみをもたらしてしまう、それゆえにこの
発明に基づきに空間で等間隔な補間ラスタＪが決定され
、その際更に処理しようとする測定値がこの補間ラスタ
の中で測定ラスタの中に存在する値を補間することによ
り得られる。この補間は例えば三次式近似により行うこ
とができる。この場合には例えば測定ラスタの点３〜６
が、に空間で等間隔な補間ラスタＪの点２を三次式近似
関数により決定するのに寄与する。補間ラスタＪの中で
決定された測定値は測定マトリックスに書き込まれる。

補間のために他の関数例えばシンク関数を用いることも
できる。シンク関数は標本化定理に最も理想的に対応す
る。しかし直接的シンク補間の欠点は、有限数の隣接す
る走査値しか使用できないということである。

直接補間と呼ぶことができるこれまで述べた方法の代わ
りに、次に第２図ないし第７図により説明する間接補間
を用いることもできる。その際まずここでも時間領域で
等間隔な測定値走査が実施される。このことは第２図で
矢印により示されたに空間に関する連続信号５（ｋ）の
等間隔でない測定値走査をもたらす、それによりデータ
フィールドにおいて第３図に示すＮ個の支点を備え走査
された核共鳴信号Ｓ　（ｋ＋　）が得られる。データフ
ィールドの中に本来等間隔でないに値が等間隔に配列さ
れるので、関数Ｓ　（ｋ＋　）がいまや押し伸ばされて
現れる。この走査された核共鳴信号はフーリエ変換され
（第４図参照）、続いて第５図に示すように、Ｎｌ　　
＝ＮＸＭ個の支点を備えあらかじめゼロに設定された一
層大きいデータフィルドの中央にはめ込まれる。その際
高速フーリエ変換を利用できるために、いまや生じた支
点数Ｎ′は２の累乗とすべきである。

それによりＮ１個の支点を備えたデータフィールドが得
られ、このデータフィールドの中央に信号Ｓ　（ｘ）が
はめ込まれ、このデータフィールドでは残りの支点はゼ
ロを満たされている。

次にこのデータフィールドはフーリエ逆変換される。

こうして結果として、特にＮ個の最初の支点のうちのそ
れぞれ二つの支点の間にＭ個の支点を備え走査された最
初の核共鳴信号が得られる０Ｍ個の支点はシンク補間に
相応する。

そのように算出された核共鳴信号は常に等間隔でなく走
査されたに空間信号に相応する。ここでもに空間の中の
等間隔は、Ｎ１　個の支点（Ｋｉ）のうちの等間隔なに
空間ラスク上に存在する走査点の最も近くに存在する支
点だけが、測定信号の走査値として用いられることによ
り得られる０等間隔に走査されたに空間に相応する支点
Ｋｉｔが、Ｋ−１（ｔ）として示されるＫ　（ｔ）の逆
関数から得られる０例えばに＝τＧ５１ｎωｔで示され
るとき、Ｋ−１（ｔ）が次式により算出される。

この補間の精度は数Ｍに強く関係する０Ｍが大きいほど
補間は一層正確になる。プロセッサを高速フーリエ変換
のために利用できるので、間接形の補間は速やかに実施
できるという長所を有する。

第７図は、上記方法により算出されに空間において等間
隔な走査点ｋｉ’　を備えた関数Ｓ　（ｋ）を示す、そ
の際関数５（ｋ）は分かりやすいように、データフィー
ルドにおいてではなく物理的なに空間において示されて
いる。

既に述べたように、一定でない傾斜の場合の前記の測定
値検出の必要性は、特にエコー平面像形成法による像形
成の場合に生じる。しかし他の方法の場合にも、一定で
ない傾斜従って前記方法を有利に用いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は正弦波形の傾斜パルスの場合に一定の時間間隔
で走査したときこの発明に基づく直接補間により一定間
隔の補間ラスタを求める原理をグラフで示した図、第２
図ないし第７図はこの発明に基づき間接補間により一定
間隔の補間ラスタを求める方法を順を追ってグラフで示
した図、第８図は核磁気共鳴断層撮影装置の構成を示す
ブロック線図、第９図は第８図に示す装置における高周
波パルス、傾斜パルス及び核共鳴信号パルスの時間的関
係をグラフで示した図、第１０図は方形の傾斜パルスの
場合に一定の時間間隔で走査したときのに空間ラスタを
グラフで示した図、第１１図は方形でない傾斜パルスの
場合の第１０図に相当する図、第１２図は正弦波形の傾
斜パルスの場合にに空間ラスタがほぼ一定の間隔となる
ように走査したときの状態をグラフで示した図である。 ５・・・検査対象物 Ｇｘ　、　Ｇｙ　、　Ｇｚ　、　Ｇ　（ｔ）　・”傾斜
パルスＪ・・・補間ラスタ Ｓ・・・核共鳴信号 ｔ・・・時間 ＩＧ　８ ｌＧ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）検査対象物の少なくとも部分領域が高周波パルスに
   より励起され、励起に続く核共鳴信号が方形でないパル
   ス形状を有する磁界傾斜を加えられることにより出所に
   関係して位相及び／又は周波数符号化され、その際核共
   鳴信号が時間領域で走査され、そのようにして得られた
   走査値が測定値としてに空間の測定マトリックスに書き
   込まれ、測定マトリックスが像形成のためにフーリエ変
   換される核磁気共鳴による像形成方法において、 ａ）核共鳴信号が時間領域で等間隔に標本 化定理を満たす走査レートで走査され、 ｂ）それにより得られた走査値から補間に よりに空間で等間隔な測定値が求められ、この測定値が
   測定マトリックスに書き込まれることを特徴とする核共
   鳴信号の走査方法。 ２）補間が走査値の直接補間として行われることを特徴
   とする請求項１記載の方法。 ３）補間が三次式近似により行われることを特徴とする
   請求項２記載の方法。 ４）補間がシンク（Ｓｉｎｃ）関数により行われること
   を特徴とする請求項２記載の方法。 ５）ａ）Ｎ個の支点を有する走査値が補間のためにフー
   リエ変換され、続いてあらかじめゼロに設定されＮ′＝
   Ｎ×Ｍ個の支点を有する一層大きいデータフィールドの
   中央にはめ込まれ、 ｂ）データフィールドがフーリエ逆変換さ れ、 ｃ）そのようにして得られたデータフィー ルドの中で、等間隔なｋ空間ラスタに置かれた走査点の
   最も近くにある走査点だけが用いられる ことを特徴とする請求項１記載の方法。 ８）等間隔なｋ空間ラスタに置かれた走査点が補間によ
   りデータフィルドから前項ｃ）段階に基づき求められる
   ことを特徴とする請求項５記載の方法。