JPH0246882Y2

JPH0246882Y2 -

Info

Publication number: JPH0246882Y2
Application number: JP1984172130U
Authority: JP
Priority date: 1984-11-13
Filing date: 1984-11-13
Publication date: 1990-12-11
Also published as: GB8527842D0; GB2167190A; US4700136A; DE3540086A1; GB2167190B; JPS61103105U

Description

【考案の詳細な説明】イ「考案の目的」〔産業上の利用分野〕本考案は、核磁気共鳴（nuclear magnetic
res onance）（以下これを「NMR」と略称する）
現象を利用して、被検体内における特定原子核分
布等を被検体外部より知るようにしたNMR画像
装置に関するものである。更に詳述すると、主磁
場の磁場分布手段に改良を施したものである。

〔従来の技術〕

NMR画像装置は、生体（通常は患者）をある
磁場中におく。そして、生体に所定のパルス状の
電磁波を印加し、生体を構成している各種の原子
の中で、対象とする特定の原子核のみを励起す
る。いつたん励起された原子核は、再びもとのエ
ネルギー状態に復帰するが、このとき、外部に、
吸収したエネルギーを電磁波として放出する。
NMR画像装置では、この放出される磁界をコイ
ルで検出する。この検出信号が核磁気共鳴信号と
言われ、対象とする原子核について種々の情報を
含んでいる。NMR画像装置は、これを解析し、
生体の一部を断層画像として映像化し、生体の診
察、治療等に役立てる装置である。

このようなNMR画像装置においては、その用
途上、明瞭な画質を得ることが要求される。画質
を左右する要因として、磁場分布の均一度が大き
な比重を占める。即ち、検査対象の被検体を置く
所の磁場分布の均一度を高めることが、画質の向
上に結びつく。ここで、実際のNMR画像装置に
おける必要とする磁場の均一領域の大きさを述べ
ると、次のとおりである。

例えば、第２図に示すように被検体を平面スキ
ヤンする場合を考えると、人体の腹部や胸部の断
層像を得るに必要な均一領域は、直径350mmであ
る。また、頭部では、200mmである。

また、被検体の任意な方向の断層像を得ること
のできる点が、NMR画像装置の特長の一つであ
る。従つて、この特長を発揮させるため、第３図
に示すように、直径350mmの球体（又は円柱体）
の全域にわたつて、磁場の均一な領域を発生させ
ることが必要と、従来考えられていた。

〔解決しようとする問題点〕

上述したような従来の考えによると、結局、直
径350mmの球体（又は円柱体）の全域にわたつて
均一な磁場分布領域を必要とする。しかし、この
ような広い均一領域を得ることは、静磁場コイル
の製造精度を厳しいものとし、及び調整（静磁場
コイルの位置を微動させたり、シムコイルの電流
値を調整する）も繁雑となる。以上の点が、
NMR画像装置の実用化において大きな問題とな
つていた。

本考案は、以上のような従来の問題点を改善
し、良質な画像を得るに十分な均一の磁場分布領
域を生じさせる手段の提供を目的とする。

ロ「考案の構成」〔問題点を解決するための手段〕本考案では、従来とは異なり、一定の体積全域
を均一な磁場とすることでなく、少なくとも、現
在得ようとしている画像のスライス面（従来より
も小さい領域）で充分な磁場均一度が得られるよ
うに工夫をしたものである。従つて、小さい領域
だけ確実に磁場均一を達成すれば良いので、体積
全体を磁場均一にする従来手段より容易に高品質
の画像が得られる。

以上の動作概念を達成するために、本考案で
は、磁場中に被検体をおき、核磁気共鳴現象を利
用して、被検体内における特定原子核分布等を被
検体外部より知るようにしたNMR画像装置にお
いて、静磁場を発生させる静磁場コイルと、この静磁場コイルで生じる磁場の分布を補正す
る複数のシムコイルと、この各シムコイルにそれぞれ電流を流す電源
と、各イメージング領域と、各イメージング領域ご
とに充分な静磁場の均一度が得られる各シムコイ
ルに流す電流値と、の関係が格納された記憶手段
Ｍ１と、イメージング領域に関する情報を導入して、前
記記憶手段から当該イメージング領域に該当する
各シムコイルごとの電流値を選び出して、各シム
コイルに流す電流を制御するコンピユータと、を備えるようにしたものである。

〔実施例〕

以下、図面を用いて本考案を説明する。

第１図は、本考案に係る装置の一実施例の構成
を示すブロツク図である。同図において、１は一
様な静磁場H₀（この場合の方向をＺ方向とする）
を発生させるための静磁場コイルである。通常、
静磁場コイル１は、４つで構成される場合が多
い。この静磁場コイル１のみでは、明瞭な画像を
得るために必要とされる均一な磁場分布（10^-4以
上の均一度が望ましい）を達成することができな
い。そこで、所定の均一度を達成するため、静磁
場コイル１で得られた磁場分布を補正するための
シムコイルが必要である。第１図において、２が
このシムコイルである。

第４図は、このシムコイル２の一般的な形状の
例を示した図である。ここで補正対象の主磁場
（静磁場）は、Ｚ軸方向を向いている。また矢印
は、電流の流れる向きを表わしている。同図にお
いて、は、Ｚ軸方向の磁場について、Hz（ｘ，
ｙ，ｚ）＝Ｘの形の磁場分布を作るシムコイルで
ある。同様には、Hz（ｘ，ｙ，ｚ）＝x²−y²の
形の磁場分布を作るシムコイルである。そして、
これらのシムコイルにより生ずる補正磁界の量
は、コイルに流す電流値により定めることができ
る。シムコイル２は通常、静磁場コイル１の内側
に配置することが多いが、外側でもよい。一般
に、NMR画像装置では、例えば、第４図のよう
な形状のシムコイルを複数個（約10以上）備え、
これらを組合せることにより、主磁場の補正を行
なつている。

再び第１図に戻つて、３は勾配磁場用コイルを
総括的に示したものであり、４，５は受信コイル
と送信コイルを表わしている。勾配磁場用コイル
３は、例えば、断層画像の位置、即ちスライス面
の位置を決定する他、種々の役割を演ずるコイル
であるが、本考案の装置では、直接関係がないの
で、ここではその動作説明を省略する。送信コイ
ル５と受信コイル４は、RF信号の送信機能と、
NMR現象をとらえる検出機能とを有するもので
あるが、本考案とは直接関係がないので、この説
明も省略する。

６はシムコイル制御回路であつて、第５図にそ
の構成例と、各シムコイル２₁〜２ｎとの接続を
示す。

第５図において、C₁はコンピユータ、B₁〜Bn
は電源、M₁はコンピユータC₁内に内蔵されたメ
モリ、２₁〜２ｎはシムコイルである。同図の一
点鎖線で囲つた部分が、本考案の特徴とする主要
な機能を果す所である。電源B₁〜Bnは、各シム
コイル２₁〜２ｎにそれぞれ接続されている。メ
モリM₁は、後述する如く、各シムコイルに流す
電流値を記憶する手段であり、少なくとも所定の
イメージング領域については、良好な画像を得る
に充分な静磁場の均一度が得られるシムコイルの
電流値が予め格納されている。説明を加える。静
磁場コイルにより発生する静磁場には、磁場分布
があるので、任意の角度で切つたスライス面
（即、イメージング領域）ごとの磁場分布は異な
つている。しかも各スライス面ごとの磁場分布
は、個々の静磁場コイル固有のものである。従つ
て各スライス面ごとに、その磁場を最も均一にす
る各シムコイルの電流値の組合わせを予め定める
ことができ、この電流値をメモリＭ１に格納して
いる。

コンピユータC₁は、イメージング領域の情報
（例えば、広さ、平面か体積か、方向、どの部位
の観測か…頭部又は腹部）に応じ、メモリM₁の
中から適切なシムコイル電流値を選択する。その
結果、最も磁場分布の均一度が良くなるように各
シムコイルに接続した電源B₁〜Bnを制御する。
このとき、静磁場のドリフト等に関する情報も含
めて判断しても良い。また、撮影する被検体が大
人か又は小児かの情報を受けて、これに過したシ
ムコイルの電流を選択するようにしてもよい。

なお、このコンピユータC₁は、シムコイル制
御回路６内に設けられるように第５図で示した
が、後述するシーケンスコントローラ２２にその
機能をもたせてもよいし、他の構成素子にこの機
能をもたせても良い。

また、このメモリM₁はコンピユータC₁とは、
別に設けてもよい。

再び第１図に戻つて、７は静磁場コイル１の制
御回路で、例えば直流安定化電源を含んでいる。
８は勾配磁場用コイル３の制御回路である。制御
回路８はコントローラ２２によつて制御される。
９は測定しようとする原子核のNMR共鳴条件に
対応する周波数（例えばプロトンでは、42.6M
Hz／Ｔ）の信号を発生する発振器で、その出力
は、シーケンスコントローラ２２からの信号によ
つて開閉が制御されるゲート回路１０と、パワー
アンプ１１を介して送信コイル５に印加されてい
る。

１３は受信コイル４から得られる核磁気共鳴信
号（NMR信号…FID信号・エコー信号）を増幅
する増幅器、１５は位相検波回路、１７は位相検
波された増幅器１３からの波形信号を記憶するウ
エーブメモリ回路で、Ａ／Ｄ変換器を含んでい
る。１９はウエーブメモリ回路１７からの信号を
例えば光フアイバで構成される伝送路２０を介し
て入力し、所定の信号処理を施して断層像を再構
成する計算機である。

２２はシーケンスコントローラであり、勾配磁
場の大きさとこれを印加するタイミングの制御、
RFパルスの振幅を制御するために必要な信号
（アナログ信号）、及びRFパルスの送信やNMR
信号の受信に必要な制御信号（デジタル信号）を
出力することができるように構成されたものであ
る。また、上述したように、本考案に係る装置の
特徴であるシムコイルの制御機能（コンピユータ
C₁の機能）をもたせることもできる。

このように構成された本考案の装置の動作を、
第６図を例にとつて説明する。

第６図は静磁場の分布状態を示した図である。
同図において、横軸は第１図の各種コイルが配置
された円筒内の空間におけるｘ座標であり、縦軸
は磁場の強さである。そして、本考案の理解を容
易にするため、１次元上の磁場分布の補正を例に
とつて説明する。静磁場の分布が同図ののよう
であつたとする。この分布特性を領域l₂で見た
場合、ｘ＝０を中心として、右上がりの曲線を描
いている。即ち、均一な磁場の強さではないこと
を示している。

そこで、これを第４のコイル（ｘシムコイ
ル）を使用して補正すると第６図のの特性とな
る。これで、ほぼl₂の領域でイメージングが可能
となる。

しかし、l₁の領域のイメージングでは、更に第
４図のコイル（x²シムコイル）を使用して補正
をすることができ、第６図の特性とすることが
できる。このの特性は、の特性と比べて、更
に均一度が良くなつている。

以上は、１次元の分布を例にとつて説明した
が、平面（２次元）、立体（３次元）の場合も同
様なことで補正をすることができる。

これを第７図を用いて説明する。第７図は平面
や立体のイメージング領域例を示した図である。
例えば、同図ａに示すzx面の断層像を得る場合、
同図ａのような円板状の領域で磁場が均一であれ
ばよい。もつとも、実際には、厚さは０でなく、
パルスシーケンスに応じてスライス厚さは異なつ
ている。このような調整は、予め主磁場（静磁
場）の分布を計測しておけば、それから計算によ
り各シムコイルの電流を求めることができる。こ
の計算により求めた各シムコイルの電流値は、コ
ンピユータC₁内のメモリM₁に予め記憶させてお
く。

イメージング領域例として、例えば、第７図ｂ
〜ｆのような種々の場合が考えられる。しかし、
第７図に示した立体の領域は、従来装置が均一化
しようとした領域より、はるかに狭い領域である
ことは、考案の趣旨から明らかである。

ところで、以上の説明では、主磁場の磁場分布
を計測して、これが正確に分かつた状態として説
明したが、正確に分布が分らない場合でも、次の
ようにして各シムコイルの電流値を設定すること
ができる。

まず、均一度を得たい領域に対応する大きさの
フアントム（図示せず）を第１図の円筒の中にお
く。このフアントムは、例えば、水（H₂O）を
満たした容器である。次に、このフアントム全体
をRFパルスによつて励起し、NMR信号を得る。
このNMR信号のスペクトルは、磁場が均一であ
れば、単一の周波数となる。逆に、不均一ならば
スペクトルは広がるので、各シムコイルの電流を
調整して、スペクトルの幅が最も狭くなるように
すればよい。この時の各シムコイルの電流値を上
述したメモリM₁に格納しておき、この値を使用
すれば、上記と同じように、所定のイメージング
領域では、最適な磁場均一度となる。

ハ「本考案の効果」以上述べたように、本考案によれば、イメージ
ングに必要な領域だけの均一度を向上させている
ので、従来のような一定の領域全体にわたつて均
一度を補正する必要がない。そのため、静磁場コ
イルの製造が容易であり、製造コストの低下、調
整時間の短縮等の効果があり、NMR画像装置の
実用化に大きく寄与する。また、イメージングに
必要な領域だけ均一度を向上させるので、狭い領
域をイメージングする際は、従来より均一度を高
めることができ、高い画質の画像を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係るNMR画像装置の実施例
を示した図、第２図と第３図は被検体をスキヤン
する場合のイメージング領域の大きさを説明する
ための図、第４図はシムコイルの一般的な形状の
例を示した図、第５図はシムコイル制御回路の構
成例と各シムコイルとの接続例を示した図、第６
図は静磁場の分布状態を示した図、第７図は平面
や立体のイメージング領域例を示した図である。１……静磁場コイル、２₁〜２ｎ……シムコイ
ル、３……勾配磁場用コイル、４……受信コイ
ル、５……送信コイル、６……シムコイル制御回
路、７……静磁場コイル制御回路、８……勾配磁
場用コイル制御回路、９……発振器、１０……ゲ
ート回路、１１……パワーアンプ、１３……増幅
器、１５……位相検波回路、１７……ウエーブメ
モリ、１９……計算機、２２……シーケンスコン
トローラ、C₁……コンピユータ、M₁……メモリ、
B₁〜Bn……電源。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】磁場中に被検体をおき、核磁気共鳴現象を利用
して、被検体内における特定原子核分布等を被検
体外部より知るようにしたNMR画像装置におい
て、静磁場を発生させる静磁場コイルと、この静磁場コイルで生じる磁場の分布を補正す
る複数のシムコイルと、この各シムコイルにそれぞれ電流を流す電源
と、各イメージング領域と、各イメージング領域ご
とに充分な静磁場の均一度が得られる各シムコイ
ルに流す電流値と、の関係が格納された記憶手段
Ｍ１と、イメージング領域に関する情報を導入して、前
記記憶手段から当該イメージング領域に該当する
各シムコイルごとの電流値を選び出して、各シム
コイルに流す電流を制御するコンピユータと、を備えたNMR画像装置。