JPH02257934A - 核磁気共鳴を用いた検査方法及び装置 - Google Patents

核磁気共鳴を用いた検査方法及び装置

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JPH02257934A
JPH02257934A JP1078229A JP7822989A JPH02257934A JP H02257934 A JPH02257934 A JP H02257934A JP 1078229 A JP1078229 A JP 1078229A JP 7822989 A JP7822989 A JP 7822989A JP H02257934 A JPH02257934 A JP H02257934A
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magnetic permeability
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莅戸 立夫
Etsuji Yamamoto
山本 悦治
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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(以下、rNMRJという)を用
いた検査対象内の水素あるいはリンなどの分布を映像化
する装置及び方法に係り、特に、検査対象のもつ透磁率
、化学シフトの値を決定しその分布を画像化するのに好
適な、NMRを用いた検査方法及び装置に関する。
〔従来の技術〕
従来、生体を検査対象とした透磁率分布の画像表示方法
については、ジャーナル・オブ・マグネ゛チック・レゾ
ナンス、第70巻(1986年)第163頁から第16
8頁(J 、 Magn、Ra5on、vol。
70、(1986)PP163−168)におい慮 て論じられている。
上記方法は、NMRを用いた検査装置より得られる再構
成画像の位相情報を画像表示し1画像源度の濃淡で、相
対的な透磁率の大小を調べる方法である。
〔発明が解決しようとするillM) 上記従来技術は、透磁率分布を画像表示しているものの
、実際には、透磁率分布に起因する磁束密度変化と化学
シフトによる再構成画像の位相分布を表示しているだけ
であり、透磁率分布に起因シフトによる位相とを区別し
ていないため透磁率および化学シフトの絶対値を決定で
きないという問題点があった。
本発明は、透磁率分布に起因する磁束密度変化のみを抽
出すること、この抽出した情報を用いて化学シフトのみ
の影響による情報を含んだ画像を得ること、透磁率や化
学シフトの絶対値およびその分布を求める方法および装
置を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために本発明においてはまず通常の
スピンエコーシーケンスに対して特定の時間差をもたせ
たタイミングでNMR信号を検出するシーケンスにより
、検査対象ならびに−様な化学シフトおよび透磁率をも
つ物質で満たされた基準試料を用いて測定を行ない、再
構成画像の位相情報として透磁率分布に起因する磁束密
度変化を抽出する。
化学シフトのみの影響による情報を含んだ画像を得るた
めには、上記特定の時間差とは異なる時間差により測定
された再構成画像より、上記位相情報を用いて透磁率分
布に起因する磁束密度変化の影響を除去する。
透磁率や化学シフトの絶対値を求めるためには透磁率あ
るいは化学シフトが既知の物質を用いて上記の測定を行
なう。
透磁率分布、化学シフト分布、透磁率分布に起因する磁
束密度変化の分布を画像表示するためには、これらの値
に比例した濃度で画像を表示する。
〔作用〕
一般に、検査対象内の磁束密度分布(2次元で考える。
)の不均−E(xpy)は、検査対象外部より印加した
静磁場の不均一をEstCxe y)、検査対象の透磁
率分布に起因する磁束密度変化をEper(Xy y)
とすると1式(1)で示すことができる。
E(x、 y)=Esc(x、 y)+Ep@rCx+
 y)  −(1)検査対象として、化学シフトσl、
およびσ2(単位は[PPm1)の2種類の物質よりな
る物体を考える。この物体を第1図のシーケンスで測定
したときに得られる再構成画像S(x+y)は式%式% ここで、ρLは化学シフトσ!をもつ物質の密度。
ρ2は化学シフトσ2をもつ物質の密度、γは磁気回転
比、θaは座標に依存しない一定位相でθCは式(3)
で表わせる。ここでBoは印加静磁場の空間θC=γ(
(Fl−σx)BoT        −(3)的な平
均値である。
式(3)でθc=2nとなるようにすなわち式(4)の
ようにTを選んだとすると、式(2)は式(5)のよう
になる。
5Cxv y>=(plcxe y)+ρz(xp y
))xaxp(−jy(Est(xt )’)+Epe
r(X+ y)+σ工〕T怠■+jθ亀       
              ・・・(5)つぎに化学
シフトσ工で満たされた−様な基準試料を式(4)で示
すTで測定をする。この場合の再構成画像S r (x
 y y )は式(6)で示すことができる。
5r(xp y)=pz(x+ y)exp(−jy(
Est(xp y)+crz〕Tzn+jθr)   
           ・・・(6)ここでθrは座標
に依存しない一定位相である。
式(5) 、 (6)より、(S (x + y)/ 
l S (x e y月)X(S、申(xt y)/l
5r(xp y)I)を計算すると、式(7)のように
なる。
R(:c、 y)=exp(jγEp@r(x、 y)
Tzrl+、j(θ龜−θ、))−(7)式(7)でE
parcxe y)=Oなる座標におけるR(x、y)
より、θ轟−θrが除去でき式(8)のようになり、R
(x、y)の各座標における位相角θR(x+y)より
、透磁率分布に起因する磁束密R(x、 y)=axp
(j 7Eper(x、 y)Tzl’1)−(8)度
変化の値EperCKe y)が式(9)のように求め
られる。
化学シフトのみの影響による情報を含んだ画像を得るた
めには、T≠nTzn(n=1.2.3−)で検査対象
ならびに基準試料を測定した画像5Cxr yL 5r
(x、y)と1式(9)で得られるEper(X+ y
)より1次の処理を行なう、この処理で得られる画像T
(x、y)より化学シフトのみT(x、y)=(S(x
+  y)XSr傘(x +  y)/ S r(x 
+  y))Xexp(+j 7Ep*r(Xy )’
)T)=(ρxcXe y)+pxCxp y)exp
(jθC))Xexp(j(θ亀−or))     
   ・・・(lO)の影響を含んだ画像C(xey)
が得られる。
CCx* y)=pxCx* y)+pzCxv y)
exp(jθc) ・:Cn)もし、化学シフトσlが
既知でσ2が未知の場合、式(11)よりθCが得られ
れば、式(3)よりσ2が次の式(12)のように決定
できる。
az=ax−θC/γBoT        −(12
)透磁率の分布およびその値を決定するためには式(9
)で得られたEper(x、y)を用いる。
Epsr(X、 y)は、検査対象の3次元的な透磁率
分布および静磁場の印加力向により決定される値である
から、3次元的な電磁気学的計算により、透磁率分布μ
(x+y)は決定できる。ただし、あらかじめある座標
点におけるμ(xey)を知っておく必要がある。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
第2図は本発明の一実施例であるNMRを用いた検査装
置の構成を示す図である。制御装置1は以下の各手段に
対し1種々の命令を一定のタイミングで出力する。高周
波パルス発生器2は出力は、増幅器3で増幅されコイル
4を励振する。コイル4で受信された信号成分は、増幅
器5を通り、検波器6で検波後、信号処理装置7で画像
に変換される。2方向およびそれに直角な方向の傾斜磁
場の発生は、それぞれコイル8,9.10で行い。
これらのコイルはそれぞれ傾斜磁場発生器11゜12.
13により駆動される。静磁場の発生はコイル14で行
い、コイル14は11M15により駆動される。コイル
10はコイル9と同じ構成であり、コイル10はコイル
9に対してZ軸の回りに90”回転させたもので、互い
に直交する傾斜磁場を発生する。
検査対象16はベツド17上に置かれ、ベツド17は支
持台18上を移動する。
いま、第3図のような外部磁場Be方向に十分長い検査
対象を用いて測定を行なった場合を考える。
二二で領域■に満たされた物質の透磁率μl (磁束密
度B、磁界の強さHlとの間にB=μHの関係がある。
)は既知、であるとし、領域1.IIの物質は化学シフ
トσ1.σ2以外の化学シフトを示さないかあるいは、
σl、σ急以外の化学シフト種は。
σat、σ工に比して十分に少ないものとする。また外
部磁#h(大きさBO)の印加方向は領域1.IIの境
界に対して、平行な方向とする。領域1.Ifのそれぞ
れの物質が混合して境界がなくなってしまうような場合
には、領域1.Ifをμlとほぼ等しい透磁率の薄膜で
分離する。
この検査対象より得られる再構成画像(5)および領域
夏の物質で満たされた検査対象より十分大きな−様な基
準試料より得られる再構成画像(6)より、前記のごと
く式(9)で示すEp@r*θRの画像が得られる。こ
こで式(9)のθ靴は、領域■。
■でそれぞれ一定の値となる。この値をそれぞれθR1
,θR■と表わすと、電磁気学的考察より、その差は式
(13)で示すことができる。この式よりμlを決定す
ることができる。なお、μlが決定θRn−θH7=−
γ(μm−μl)BoTzn++(13)できれば、こ
の値を比透磁率μmr、および磁化率XIに変換するの
は式(14)により容易に行なえる。
ここでμ0は真空中の透磁率である。
以上の実施例では物質を2種類としたが、一般には、第
4図に示すようにすれば、−回の測定で数多くの種類の
物質の透磁率を測定できる。すなわち領域nに対して次
式(15)より透磁率μ、を決定する0μm、μ2・・
・μ、が決定できればその分布θR,−θn I = 
−’l (Jim−11t) BoTirI =(15
)を画像表示するのは容易である。
次に化学シフトの決定法の実施例について示す。
第5図のように円筒状の検査対象について、点線で示し
た外部磁場に平行な1部分に関して測定を行なう、領域
■、■にはそれぞれ化学シフトがσ1(既知)、σ1(
透磁率がそれぞれμl、μ2)の物質を入れる0円筒の
断面半径はでき、るだけ火責くシ、また領域1.IIの
物質が混合してしまう場合には、透磁率がμl(あるい
はμ2)にできるだけ近い薄膜を用いて領域!、■を分
けることが必要となる。
実際に任意のタイミングTで測定を行ない、検査対象よ
り十分大きい一様フアントムを用いて同一のシーケンス
で測定を行ない、得られた画像を用いて、検査対象より
得られた画像より印加した静磁場の不均−Estを除去
する。すると、領域1゜■の界面近傍では、Eperは
無視できるので、Epsr=O、Escが除去された検
査対象から得られた画像より界面近傍における領域■、
■の位相差θCを実測することにより式(12)を用い
てσ2を測定することができる。
もし1μmが既知であれば、μ2を決定することも可能
である。μlを決定するためには、検査対象の、σ3を
決定した時と同様の位1i!(円筒中心軸を含む而)を
クエ、σ二より式(4)で決まるTzlTで測定を行な
い、さらに−様フアントムについても同一のシーケンス
で測定を行ない、前記の手順によりE□1を得る。この
とき、Eperは、円筒中心軸上では、円筒半径を8.
領域1.1の界面から領域■方向への中心軸上での距離
をZとしたとき、式(16)で示すことができる。
測定したEperのZに対する変化と、式(16)で示
される理論値が一致するようなμ2を求めることにより
、未知のμ2を決定することができる。
以上の実施例はすべて、検査対象の形状、透磁率および
化学シフトの分布を限定した例であるが、以上の発明を
人体のような複雑な構造をもつ対象に適用することを考
える。
プロトン(AH)をイメージングする場合においては、
水のIHと脂肪の”Hという2つの化学シフトを考えれ
ばよい、この2つの化学シフト差は3〜4ppmである
ことが知られているので、式(4)で示したT x n
 を決定するのは容易であり、従ってE□、も求めるこ
とができる。しかしながら、構造が複雑であるため、E
parより透磁率分布を求めるためには、3次元画像デ
ータを測定し、組織の構造、外部からの静磁場の印加方
向等を考慮し、電磁気学的考察により、式(16)でμ
2を求めたような操作を3次元で行ない、透磁率の分布
を求める必要がある。
〔発明の効果〕
本発明によれば、通常のNMRイメージング装置におい
て、簡単なソフトウェア−面での変更、ならびに検査対
象の形状を限定することにより、検査対象の化学シフト
、ならびに透磁率を決定することができるので、通常の
NMRイメージング装置に分析用としての機能をもたせ
ることができるという効果がある。
また、透磁率の変化に固有の磁束密度変化の分布を求め
ることができるので、j鋺出血などの透磁率の変化とし
て表れるような病変を高感度に検出することができると
いう効果もある。
【図面の簡単な説明】
第1図は1本発明を実施するための測定シーケンス図、
第2図は、本発明の一実施例であるNMR検査装置の構
成を示すブロック図、第3図〜第5図は本発明を実施す
るための検査対象の例をそれぞれ示している正面図およ
び横断面図である。 纂  1  団 罠 2 図 第 饗 図(二角jυ 巳 (工111iン ■ 凹 (二角法)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、静磁場、傾斜磁場、及び高周波磁場の各磁場を発生
    せしめ、検査対象からの核磁気共鳴信号を検出し、上記
    検出信号の演算を行ない、前記検査対象の直交座標点に
    おける核スピン情報をフーリエイメージング法により計
    測する核磁気共鳴を用いた検査方法において、前記検査
    対査の透磁率分布に起因する磁束密度変化を画像表示す
    ることを特徴とする核磁気共鳴を用いた検査方法。 2、検査対象の透磁率分布に起因する磁束密度変化量を
    精密を決定することを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の核磁気共鳴を用いた検査方法。 3、検査対象の化学シフト値を精密に決定することを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載の核磁気共鳴を用い
    た検査方法。 4、検査対象の透磁率分布を画像表示することを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載の核磁気共鳴を用いた検
    査方法。 5、検査対象の透磁率値を精密に決定することを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載の核磁気共鳴を用いた検
    査方法。 6、検査対象の透磁率分布に起因する磁束密度変化の影
    響を除去することを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載の核磁気共鳴を用いた検査方法。 7、静磁場、傾斜磁場、及び高周波磁場の各磁場発生手
    段と、検査対象からの核磁気共鳴信号を検出する信号検
    出手段と、該信号検出手段の検出信号の演算を行なう計
    算機及び該計算機による演算結果の出力手段と、前記検
    査対象の直交座標点における核スピン情報をフーリエイ
    メージング法により計測する手段より成る核磁気共鳴を
    用いた検査装置において、前記検査対象の透磁率分布を
    画像表示することを特徴とする核磁気共鳴を用いた検査
    装置。 8、検査対象の透磁率値を精密に決定することを特徴と
    する特許請求の範囲第7項記載の核磁気共鳴を用いた検
    査装置。 9、検査対象の化学シフト値を精密に決定することを特
    徴とする特許請求の範囲第7項記載の核磁気共鳴を用い
    た検査装置。 10、検査対象の透磁率分布に起因する磁束密度変化を
    画像表示することを特徴とする特許請求の範囲第7項記
    載の核磁気共鳴を用いた検査装置。 11、検査対象の透磁率分布に起因する磁束密度変化量
    を精密に決定することを特徴とする特許請求の範囲第7
    項記載の核磁気共鳴を用いた検査装置。 12、検査対象の透磁率分布に起因する磁束密度変化の
    影響を除去することを特徴とする特許請求の範囲第7項
    記載の核磁気共鳴を用いた検査装置。 13、検査対象の透磁率分布に起因する磁束密度変化の
    影響を除去することを特徴とする特許請求の範囲第7項
    記載の核磁気共鳴を用いた検査装置。 14、検査対象の透磁率を精密に決定するのに適した構
    造及び材質を有する容器を用いることを特徴とする特許
    請求の範囲第7項記載の核磁気共鳴を用いた検査装置。 15、検査対象の化学シフトを精密に決定するのに適し
    た構造及び材質を有する容器を用いることを特徴とする
    特許請求の範囲第7項記載の核磁気共鳴を用いた検査装
    置。
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