JPH024357A - 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（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Ｎ　Ｍ　Ｒ−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ｌ軸方向の静磁場Ｈａの中におく
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。

ωｏ＝７Ｈｏ　　　但し、γ二核磁気回転比今、静１１
ｍ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、ｘｙ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Ｈａの
もとで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単位間の遷移を生じ、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単位へ
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（Ｘ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ｔｏとするとＨｏからの回転角θは次式で
表わされる。

θ＝γＨｒｊｏ　　　　　　　　　　　　・・・（１）
（１）式においてθ＝９０°となるようなｔｏをもつパ
ルスを９０°パルスと呼ぶ。この９０’パルス直接では
磁化ベクトルＭは第４図（ロ）のように×ｙ面をω０で
回転していることになり、例えばＸ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Ｆ
ＩＤ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−１８００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力（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／２　π 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
畳させて、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、×。

ｙ、ｚ軸に夫々Ｇｘ　、Ｇｙ　、Ｇｚの勾配磁場を・与
え、高周波磁場をＸ軸に印加する状態を示している。（
ロ）図は夫々の磁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１８００パルスをＸ軸に印加する。Ｑｘはリード軸と
呼ばれるＸ軸に印加する固定の勾配磁場、Ｇｙはワーブ
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！！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Ｑｚ＋に
よってｚ−Ｑを中心とするｚ軸に垂直な断ｗａ１１Ｎ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Ｇｘ＋はスピンの位相を乱れさせて１８００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。Ｑｚ−はＧｚ＋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Ｇｙ
ｎも印加する。これはｙ方向の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揃え、その後に現われ
るＳＥ倍信号観察する。期間４のＧｘ＋は乱れた位相を
揃え、ＳＥ倍信号生じさけ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。

このシーケンスを一ピユーといい、パルス繰り返し周期
ＴＲ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、
ｍ域をｘ、ｙ、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
１ｑようとする視界（以下ＦＯＶという）で、このＦＯ
Ｖ２３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、ＦＯＶ
２３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浦波すれば領
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【プ２＠にスライス勾配３２
を印加する。３３はｌ軸に印加したワーブ１勾配、３４
はｙ軸に印加したワーブ２勾配で、１８０°パルス印加
の時にｙ軸にスライス勾配３６を掛けて、ｙ軸とｌ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ｌ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次元イメージを得ている。

（発明が解決しようとする課題） 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く
、且つ従来よりも急峻なカットオフ特性を有するＮＭＲ
−ＣＴの画ｌ１ｆＲ域制限方法を実現することにある。

（課題を解決するための手段） 前記の課題を解決する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ジ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等価的に１８０″ｔ□パルスを実
施する９０”１８０’　、９０°のパルス列を印加する
ＲＦパルス条件と、前記第１の９０°パルス印加時に加
える第１の選択勾配と前記第２の１８０°パルス印加時
に加える前記第１の選択勾配と逆位相で２倍の面積の第
２の選択勾配と前記第３の９０’パルス印加時に加える
前記第１の選択勾配と同位相で等面積の第３の選択勾配
と前記選択勾配の前接に符号が逆で等面積のスポイラと
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
ータとの減算もしくは加算、或いは両シーケンスのデー
タから再構成した複素画像データの減算又は加算により
領域制限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９０゜１８０°
、９０°のパルス列を印加し、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
ングパルスシーケンスで得たデータとにより領域制限画
像を得るように和又は差を求め、又は再構成画像データ
相互により和又は差を求めて画像表示する。

（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０°のＦＯＶ２３内に選択的に掛けた９０″±８
パルスで、４２は９０°±Ｘパルス４１印加時にＸ軸に
印加した選択勾配、４３は同じ＜ＲＦ軸に印加した１８
０＠ヴパルスで、４４は１８０′ガパルス４３印加時に
Ｘ軸に選択勾配４２とは逆位相に加えた２倍の面積の選
択勾配、４５は９０°±Ｘハ／Ｌ／ス４１．１８０°ヴ
バルス４３についでＲＦ軸に印加する９０″。８パルス
、４６は９０ａ；ｘパルス４５印加時にＸ軸に選択勾配
４２と同位相に加えた等面積の選択勾配である。ここで
、９０；８　はＸ軸回りに９０°回転させることを意味
し、同一軸に加えられた９０”±ｘ　、１８０”　’／
＊　９０″＋−Ｘの符号はそれぞれ、上下同順に取られ
る２系統のパルスである。４７は選択勾配４２９選択勾
配４４及び選択勾配４６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、４８はス
ポイラ４７による影響をキャンセルするためにスポイラ
４７に対し逆位相で印加するスポイラ４７と等面積のス
ポイラである。

回転高周波磁界９０°±８パルス４１と回転高周波磁界
１８０°ヴバルス４３と回転高周波磁界９０　’祁ｔ＜
　）Ｌｔス４５を同一軸に印加することにより磁化ベク
トルは９０’＋ｘＸ１８０°＃Ｘ９０４ｘ−１８０’Ｚ
　　の数式が示すように、上のシーケンスにより選択勾
配で指定される領域内でだけ、スピンエコー信号の符号
が反転してしまう。これは、回転高周波磁界の時に加え
る選択勾配４２．４４゜４６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。

この状態を第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。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領域の図で、２５は９０°、ｘパ
ルス４１゜１８０’−ｙパルス４３．９０°、ｘパルス
４５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ｔ
４２５のデー、夕の差を求めると、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Ｆ
ＯＶ２３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ｍｓ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ＲＦ送信
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、ＲＦ送信コイル、及び
受信コイルは、それぞれ静１１場雷源２、勾配磁場駆動
回路３、ＲＦｉ！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は計痺機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発振回路９のＲＦ出力信号を変調
）シ、フーリエ変換法に基づ＜ＲＦパルス信号をＲＦＮ
力増幅器４からＲＦ送信コイルに印加する。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発振回路９の出力を参照信号と
して、前置増幅器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ＡＤ変換器１１において
ディジタル信号に変換され、計算１１７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、シーケンス記憶回路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発振回路って発振し、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ＲＦｉｔ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１
１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（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１１７に予めプ
ログラムとして入力しておくとよい。

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陣して減算結果を得ていたが
、各ビュー毎に減算し、全ビューを終った後減算結果の
データにより画像再構成を行ってもよい。

９０’±８パルス４１と１８０’ｖパルス４３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２ＰＪ類のＳＥ倍信号加淳によって領域制
限される。

９０’±Ｘパルス４１，１８０°ヴバルス４３゜９０″
壬Ｘ　パルス４５の代わりに、９ｏ°±８パルス。

１８００　パルス、９０”、ｘ　パルスとすれば等価十
ｙ 的に１８０−　が実現され、これを使っても同じ結果と
なる。

９０１７パＬス、　１８０”−ｘ　　パルス、９０”。

パルスを使えば１８０°４　、又、９０°、アバルス。

１８０　’＋ｘパルス、９０°、、パルスを使えば１８
０’−、となるので、これを使ってもよい。

同時にかける選択勾配の符号は第１図とは逆にしてもよ
い。

９０’±、パルス４１，１８０°ヴパルス４３゜９０°
。８パルス４５の前後に入れた等面積逆位相スポイラ４
７．４８は第１図の実施例では読み出し勾配３８に入れ
たが、スライス勾配等信の勾配に入れてもよい。

３次元ズームスキャンだけでなく、普通に行われる３次
元及び２次元のイメージングでも一つの軸方向に対する
領域制限をこの方法で行える。

１８０°９パルス４３の大きさと選択勾配４４の大きさ
を共に２倍にすることで１８０°ツパルス４３のエンベ
０−ブの時間軸を半分に縮め、パルス時間幅を半分にし
てもよい。

以上の等価的な１８０′二４選択パルスはエコー反転用
１８０°パルスの前に置いてもよい。

（発明の効果） 以上詳細に説明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１ｑ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Ｊ！！Ｓ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
パルスシーケンスによって得られる画像の図、（ロ）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
、第７図は３次元ズームスキャンによって得られるＦＯ
Ｖ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１２・
・・操作コンソール　　２３・・・ＦＯＶ３１・・・９
０’パルス ３２．３６・・・スライス勾配 ３３．３４・・・ワープ勾配 ３５・・・１８０°パルス ３７・・・デイフェーズ勾配 ３８・・・読み出し勾配 ３９ａ、３９ｂ、３９ｃ、４７．４８・＝スポイラ４１
・・・９０１８　パルス ４２．４４．４６・・・選択勾配 ４３・・・１８０°ダバルス ４５・・・９０ｆ５パルス 第４図 （イ） （ロ） 特許出願人　横河メディカルシステム株式会社（ハ） ９０°パルス １８Ｃｆ′ノリレス

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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等価的に
   １８０°±ｚパルスを実施する９０°、１８０°、９０
   °のパルス列を印加するＲＦパルス条件と、前記第１の
   ９０°パルス印加時に加える第１の選択勾配と前記第２
   の １８０°パルス印加時に加える前記第１の選択勾配と逆
   位相で２倍の面積の第２の選択勾配と前記第３の９０°
   パルス印加時に加える前記第１の選択勾配と同位相で等
   面積の第３の選択勾配と前記選択勾配の前後に符号が逆
   で等面積のスポイラ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減算もしくは加算、或い
   は両シーケンスのデータから再構成した複素画像データ
   の減算又は加算により領域制限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。