JPH0244219B2

JPH0244219B2 -

Info

Publication number: JPH0244219B2
Application number: JP60014679A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Hoshino; Eiji Yoshitome; Hiroyuki Matsura
Original assignee: Yokogawa Medical Systems Ltd
Current assignee: GE Healthcare Japan Corp
Priority date: 1985-01-29
Filing date: 1985-01-29
Publication date: 1990-10-03
Also published as: JPS61172550A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、核磁気共鳴断層撮像装置（以下核磁
気共鳴をNMRと略す）の主磁場強度不均一性の
空間分布を迅速に計測する方法に関するものであ
る。

（従来の技術） NMR断層撮像装置において主磁場の不均一性
分布を計測することは、それをもとにした主磁場
のトリミングや、スキヤンデータの補正等を行う
上で必要な基礎的技術であつた。

従来、このような計測には、NMRプローブを
用いて磁場空間内の測定点を一点ずつずらせなが
ら各測定点の磁場強度を求めるいわゆるポイント
ツーポイント（point to point）法が多く採用さ
れている。

なお、３次元フーリエ変換法を応用して２次元
の磁場不均一分布を直接に得る方法も提案されて
いる。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、ポイントツーポイント法では、
高い空間分解能を得るためには測定点を多くとら
ねばならず、膨大な測定回数となり、自動化が比
較的面倒なことと相俟つて、測定に多大な労力と
時間がかかると言う問題があつた。

また、３次元フーリエ法を応用した方法では、
空間分解能を高くとつてもスキヤン自体はコンピ
ユータ任せなので労力はそれほどかからないが、
２次元の不均一分布を求めるのに３次元フーリエ
法のスキヤンと同じデータが必要であり、スキヤ
ンデータ量（従つてデータ処理の量）も膨大なも
のとなる。例えば、128×128ポイントのデータを
得るには128²＝16384回ものスキヤンが必要であ
る。

本発明の目的は、この様な点に鑑み、空間磁場
分布をより高速に測定する測定方法を提供しよう
とするものである。

この様な目的を達成するために本発明では、勾
配磁場の反転によりスピンエコーを発生させるフ
ーリエ法の画像と、180゜パルスによりスピンエコ
ーを発生させるフーリエ法の画像とを組合せ、そ
の位相差から主磁場の不均一分布を求めるように
した。

（実施例）以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。第
１図は本発明を実施するためのNMR断層撮像装
置の要部構成図である。図において、１はマグネ
ツトアセンブリで、内部には対象物を挿入するた
めの空間部分（孔）が設けられ、この空間部分を
取巻くようにして、対象物に一定の磁場を印加す
る主磁場コイルと、勾配磁場を発生するための勾
配磁場コイル（個別に勾配磁場を発生することが
できるように構成されたｘ勾配磁場コイル、ｙ勾
配磁場コイル、ｚ勾配磁場コイル）と、対象物内
の原子核のスピンを励起するための高周波パルス
を与えるRF送信コイルと、対象物からのNMR
信号を検出する受信用コイル等が配置されてい
る。

主磁場コイル、Gx，Gy，Gz各勾配磁場コイ
ル、RF送信コイルおよびNMR信号の受信用コ
イルは、それぞれ主磁場電源２、Gx，Gy，Gz勾
配磁場ドライバ３、RF電力増幅器４および前置
増幅器５に接続されている。１０はシーケンス記
憶回路で、勾配磁場や高周波磁場の発生シーケン
スを制御すると共に得られたNMR信号をＡ／Ｄ
変換するときのタイミングを制御する。

６はゲート変調回路、７は高周波信号を発生す
るRF発振回路である。ゲート変調回路６は、シ
ーケンス記憶回路１０からのタイミング信号によ
りRF発振回路７が出力した高周波信号を変調し、
高周波パルスを生成する。この高周波パルスは
RF電力増幅器４に与えられる。

８は位相検波器で、RF発振回路７の出力信号
を参照して、受信用コイルで検出し前置増幅器５
を介して送られるNMR信号を位相検波する。

１１はＡ／Ｄ変換器で、位相検波器８を介して
得られたNMR信号をアナログ・デイジタル変換
する。

１３は計算機で、操作コンソール１２に対する
情報の授受を行つたり、種々のスキヤンシーケン
スを実現するためにシーケンス記憶回路１０の内
容を書替えたり、またＡ／Ｄ変換器より入力され
る観測データから共鳴エネルギーに関する情報の
分布を画像に再構成する演算等を行うことができ
るように構成されている。この再構成像は表示装
置９において表示される。

このような構成における動作を次に説明する。
ここでは一例として、２次元の磁場分布を求める
場合を例にとる。第２図及び第３図にそのパルス
シーケンスを示す。

マグネツトアセンブリの中に対象物を配置す
る。この対象物としては、純水あるいは適当な濃
度の硫酸銅溶液等を容器に充填したもので、特に
そのｚ軸方向の厚みが10mm程度の薄型のフアント
ムを利用する。

さて、シーケンス記憶回路１０の制御により第
２図に示すようなシーケンス（この場合のシーケ
ンスを以下パルスシーケンス〈〉と言う）で動
作させる。

すなわち、主磁場電源２で主磁場コイルを付勢
し、フアントムに静磁場H₀を与えた状態におい
て、シーケンス記憶回路１０によりゲート変調回
路６を開き、所定の形（ここではガウス形）に変
調されたRF信号をRF電力増幅器４を介して送信
コイルに与え、フアントムに90゜パルスを印加し
（同図のイ）、スピンを励起する。

次にの区間で、ｘ軸方向の勾配磁場Gxを与
えて（同図ロ）ワープ（位相コード化）すると同
時にｙ軸方向の勾配磁場Gyを与えて（同図ハ）
位相を分散させる。

続いて、の区間に入るとGyの値を同図ハの
ように反転させる。すると、各々のスピンの位相
が再び揃つて来て、いわゆるスピンエコーが同図
ニのように生ずる。この信号はスピン密度分布の
２次元フーリエ変換像の１ラインに相当するの
で、次々とワープ量（Gxの振幅）を変化させな
がらエコー信号を観測しそれを２次元フーリエ逆
変換することによりスピン密度分布の画像を得る
ことができる。

第３図に示すパルスシーケンス（この場合のシ
ーケンスを以下パルスシーケンス〈〉と言う）
の場合も、基本的な動作はパルスシーケンス
〈〉と同様である。異なる点は、区間とと
でGyの符号が同一であることと、180゜パルスを
用いていることである。この方式の場合、区間
で位相がだけずれたスピンは180゜パルスにより
反転させられて、位相が−になる。区間と区
間におけるGyの符号が同じであるため、180゜
パルス印加前には分散する方向にあつた各スピン
の位相が180゜パルス印加の後には逆に位相が揃う
方向に向かう。そこで、ある時点でスピン間の位
相が再び一致して、パルスシーケンス〈〉と同
様にスピンエコー（第３図のニ）を生ずる。

なお、第２図および第３図にはスライス勾配
Gzが示されていないが、10mm程度以下と薄いフ
アントムを使用の場合はスライス位置が一義的に
一箇所に限定されるので、Gzを印加して異なる
スライス位置を特定する必要がないからである。
従つて、スライス方向に厚いフアントムを使用す
る場合にはGzを印加してスライスを決定し、90゜
パルスにもガウス波形等の包絡線を持たせて選択
励起を行う必要がある。この場合もスライス幅を
余り厚くしてはならない。厚くした場合、スライ
ス方向の不均一性により、第２図に示すシーケン
スにより得られた画像が大きくシエーデイングす
るので好ましくない。

さて、主磁場に不均一性が全く無いとすると、
上記の２つのシーケンスは完全に同一の結果を与
える。しかし、主磁場が不均一な場合、両シーケ
ンスの与える結果は異なつたものとなる。今、主
磁場H₀に不均一成分Ｄ（ｘ，ｙ）が重畳している
ものとする。スピン密度分布ｐ（ｘ，ｙ）をもつ
被写体をイメージングした場合、T₁（縦緩和時
間）、T₂（横緩和時間）等の影響を無視すれば、
各シーケンスの与えるイメージング結果は、次の
ようになる。

P₁（ｘ，ｙ）＝α（ｘ，y₀）・ｐ（ｘ，y₀）e^-j〓^D(x,y ₀ ^)T …シーケンス(i) P₂（ｘ，ｙ）＝α（ｘ，y₀）・ｐ（ｘ，y₀）
…シーケンス(ii) ただし、γは磁気回転比 g_y（y₀，ｙ）＋Ｄ（ｘ，y₀）＝０ α（ｘ，y₀）＝g_y＋∂／∂y′ Ｄ（ｘ，y′）｜_y′_=y0 g_yはG_yの強度すなわち、観測勾配（区間のG_y）が不均一
性により乱されるために生ずるｙ軸方向への座標
の歪み（ｙがy₀となつているのがそれである）
や、その結果として生ずる濃度歪み（α（ｘ，y₀）
の項）、各点での不均一性に応じた位相の歪み
（e^-j〓^D(x,y ₀ ^)T）等が生ずる。

ところが、位相歪みだけは、パルスシーケンス
〈〉では生ずるがシーケンス〈〉では生じな
い。シーケンス〈〉においては180゜パルス以前
に不均一性によつて生じた位相差も、180゜パルス
で方向が反転されて、エコーが出る時刻には再び
位相差がなくなるからである。ここで、不均一性
による位相回転が丁度相殺されるように、90゜パ
ルスと180゜パルスとの間の時間と、180゜パルスと
エコーの中心との間の時間を等しくする（第３図
においてt₁＝t₂とする）ことが大切である。ま
た、パルスシーケンス〈〉において、90゜パル
スとエコーの中心までの時間Ｔを各ビユーとも一
定にしておくことも重要である。

以上のことから、不均一分布Ｄ（ｘ，y₀）は、Ｄ（ｘ，y₀）＝１／γTarg〔P₂（ｘ，y₀）／P₁（ｘ，
y₀）〕ただし、arg〔Ｚ〕＝tan^-1（Im〔Ｚ〕／Re〔Ｚ〕と求まる。なお、tan^-1をとるときに、2πの大き
さで角度に飛びの出ることがあるため、実際上は
その角度飛びを補正して滑かにつなぐ操作が不可
欠である。これは、飛びの絶対値がπを越えると
きは2πの加算又は減算を行う演算ループを用い
る等して達成することができる。その際重要なこ
とは、縦又は横だけのつながりだけでなく２次元
的なつながりを保つことであり、これにはtan^-1
をとるに先立つてデータをスムージングするのも
有効である。

このデータには未だ位置歪み（ｙ→y₀）が含ま
れているが、 g_y（y₀−ｙ）＋Ｄ（ｘ，y₀）＝０より、ｙ＝y₀＋Ｄ（ｘ，y₀）／g_y となり、第４図に示すようなｙ軸の座標変換によ
り正確な不均一分布を得ることができる。

なお、フアントムとして水を用いた場合には緩
和時間が長く測定に時間がかかるが、適度な濃度
の硫酸銅溶液を用いた場合はスキヤン時間を短縮
することができる。

本発明は上記実施例に限ることなく、次のよう
にしてもよい。

Gx，Gy，Gzの印加の方式によりいかなる方
向をもつた平面でもその面内の不均一分布を測
定することができる。

３次元の不均一分布も計測可能であり、その
場合例えば第５図および第６図に示すように２
つの方向についてワープを行うようにする他は
２次元の場合と同様であり、データ処理も２次
元フーリエ逆変換の代りに３次元のフーリエ逆
変換を用いること以外は全く同様にして行うこ
とができる。この場合、フアントムは不均一分
布を計測したい空間をカバーできる大きさのも
のでなければならない。

上記実施例においてはワープ量をGxの振幅
で変化させるいわゆるスピンワープ法で説明し
てあるが、本発明はワープの時間長（第２図の
区間）を変化させることによりワープ量を変
化させるようにした方式にも全く同様に適用す
ることができる。ただし、その場合90゜パルス
印加からエコー信号の中心までの時間Ｔがどの
ビユーについても一定であることと、ビユー毎
にt₁＝t₂であることが必須の条件である。

（発明の効果）以上説明したように、本発明によれば、主磁場
のトリミングやスキヤンデータの補正に必要な不
均一の空間分布を、特殊な計測用治具等を用いる
ことなく、180゜パルスによるデータを基準に使う
ことでハードウエアの位相歪みの影響を消去し、
多くの測定点について高速に求めることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するための装置の構成
図、第２図および第３図はパルスシーケンスを示
すための図、第４図は座標変換の様子を説明する
ための図、第５図および第６図は本発明の他の実
施例におけるパルスシーケンスを示す図である。１……マグネツトアセンブリ、２……主磁場電
源、３……勾配磁場駆動回路、４……RF電力増
幅器、５……前置増幅器、６……ゲート変調回
路、７……RF発振回路、８……位相検波器、９
……表示装置、１０……シーケンス記憶回路、１
１……Ａ／Ｄ変換器、１２……操作コンソール、
１３……計算機。

Claims

【特許請求の範囲】１スピンエコー法による核磁気共鳴撮像装置に
おいて、均質なフアントムに対して90゜パルスを与えて
スピンを励起し、各ビユーごとに勾配磁場の強度
又は印加時間長の制御によりワープ量を変化させ
てスピンの位相を変化させ、続いて勾配磁場の反
転によりスピンエコーを発生させ、このエコー信
号を測定しフーリエ変換処理することにより第１
の位相分布の画像を得る工程と、前記均質なフアントムに対して90゜パルスを与
えてスピンを励起し、各ビユーごとに前記と同様
にワープ量を変化させてスピンの位相を変化さ
せ、続いて180゜パルスを印加してスピンエコーを
発生させ、このエコー信号を測定しフーリエ変換
処理することにより第２の位相分布の画像を得る
工程と、前記第１の位相分布の画像と第２の位相分布の
画像の位相差を求め、これより主磁場の不均一分
布を求める工程とからなることを特徴とする核磁気共鳴撮像装置の
磁場強度分布測定方法。