JPH0250731B2

JPH0250731B2 -

Info

Publication number: JPH0250731B2
Application number: JP58105254A
Authority: JP
Inventors: Kazutoshi Higuchi; Kenji Yamada; Munetaka Tsuda; Takeshi Shido
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1983-06-13
Filing date: 1983-06-13
Publication date: 1990-11-05
Also published as: JPS59230149A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、核磁気共鳴装置に係り、特に、核磁
気共鳴現象を用いて被検体から医学的に有効な診
断情報すなわち生体の断層像を得るためのNMR
イメージング装置に関する。

〔従来の技術〕

核磁気共鳴（NMR）は有機化合物の構造解析
や物性物理の研究に用いられ、重要な分析機器の
一つになつている。最近、このNMRの技術を利
用して、生体断面の核スピン密度を撮像する試み
が盛んに行なわれ、Ｘ線CTと対比できる程度の
NMR画像が得られるようになつた。このNMR
を用いた検査装置であるNMRイメージング装置
では、静磁場H₀に空間的に異なる強度を持つ第
２の磁場を加えることが一般的である。この第２
の磁場の印加法やNMR信号の処理の仕方には、
いくつかの方法がある。ここでは、Ｘ線CTと同
じ手法で像再生するNMRイメージング装置
（NMR−CT）について概説する。

一様な磁場H₀の他に、空間的勾配を持つた静
磁場を被検体に加える。磁場H₀方向をＺ軸とし
勾配Ｇがｘ方向にある場合を考え、ｘ＝０での静
磁場の強さをH₀とすると、被検体に加えられる
静磁場ＨはＨ＝H₀＋Ｇ・ｘで与えられる。このときの共鳴周波数ωは(1)式の
ように、ｘの１次関数となる。

ω＝γH＝γH₀＋γG・ｘ＝ω₀＋γG・ｘ ……(1) ここで、ω₀＝γH₀、γは核スピンの固有の磁気
回転比である。

この被検体について共鳴スペクトルを測定する
と、周波数ωでの信号は、第１図に示すように、
対応するｘ＝一定の平面内の核スピン集団からの
ものだけとなる。したがつて、測定されるスペク
トルＰ（ω）は、核スピン密度関数ρ（ｘ，ｙ，
ｚ）を使つてＰ（ω）＝∫∫ρ（ｘ，ｙ，ｚ）dydz ……(2) または(1)式より、Ｐ（ω₀＋γG・ｘ）＝∫∫ρ（ｘ，ｙ，ｚ）dydz
……(3) と表現できる。いま、左辺を新たにｆ（ｘ）とお
くと、ｆ（ｘ）＝∫∫ρ（ｘ，ｙ，ｚ）dydz ……(4) と書くことができる。この場合測定される共鳴ス
ペクトルは、Ｘ軸に垂直方向への核スピン密度の
線積分すなわち投影となる。選択的に共鳴現象を
励起する方法を組合わせれば、第２図に示すよう
に、Ｚ軸の特定位置における信号のみを検出でき
る。Ｚ軸を中心に被検体を回転させるか磁場勾配
ベクトルＧを回転させると、各方向からの投影が
求められる。

各方向からの投影に基づいて、装置の表示画面
に２次元分布を近似的に復元するには、第３図に
示すように、各投影の強度に比例した量を投影の
方向に沿つて画面上に戻し、これをすべての方向
について加え合わせる。この像再構成法は、逆投
影法と呼ばれている。以上が断層像を得るNMR
イメージング装置の説明である。

〔発明が解決しようとする課題〕

ここで、H₀とＧについて少し詳しく検討する。
H₀が理想的に均一な磁場であればば、勾配Ｇを
加えない被検体のNMR信号は核スピンが有する
自然幅で決まる共鳴スペクトルを示すことにな
る。実際にはH₀自体不均一成分を有している。
この値は磁石の構造によつて左右されるが、
100ppm前後であり、共鳴スペクトルは勾配Ｇを
加えなくても、静磁場H₀の不均一を反映してブ
ロード化し、100ppmの広がりをもつことになる。
静磁場H₀の不均一が空間的に重複しなければ、
勾配Ｇ無しで被検体の各部の核スピン密度を求め
ることが可能となり、先に説明した逆投影法によ
らなくとも、断層像が得られる。しかし、静磁場
H₀には同心円上に不均一が分布するので、勾配
Ｇを加えて空間的位置に対応した共鳴スペクトル
を得なければならない。勾配Ｇの値としては、静
磁場H₀の不均一による空間的な重複を避けるこ
とが最少限必要な値となる。実際には静磁場H₀
の不均一の数倍程度（数100ppm）の磁場勾配Ｇ
が印加されている。すなわち、勾配Ｇの値は静磁
場H₀の0.1以下値である。静磁場H₀と勾配Ｇの２
つの磁場を用いるNMRイメージング装置におい
て、その共鳴スペクトルの周波数ωは、静磁場
H₀に大きく依存している。この静磁場H₀の値が
何らかの影響で変化すると、各投影が静磁場H₀
の変化に応じて左右に移動することになる。した
がつて、先述の逆投影法により各投影を表示画面
上に加え合わせても、復元像は像にならないか、
ピントのずれた像となり、医学的な診断画像とし
ては不十分である。

このように、NMRイメージング装置において
は、高品位の画像を得るために、静磁場の均一性
と傾斜磁場の直線性とが要求される。そこで、こ
れら磁場の歪を定量的に測定し、NMRイメージ
ング装置で得られる画像の磁場による歪を補正す
る必要がある。

従来は、マージナルオシレータを用いて、磁場
中でそのプローブを移動させながら、磁場を測定
していた。この方法では、精度が10^-5程度しか得
られず、十分ではなかつた。

精度を上げるために、例えば、特開昭54−
21379号のように、核磁気共鳴現象を利用した測
定器が製作されたが、CW（Continuous Wave）
法であり、しかも検出器（プローブ）が１つであ
つたため、１点の磁場の測定に１分程度の時間を
要し、１面全部すなわち200点を測定するには、
３〜４時間を要していた。結果として、電磁石の
時間変動により磁場に経時変化が生じてしまい、
静磁場の分布マツプを正確には測定できなかつ
た。また、本体にNMRイメージング装置とは別
の磁場測定器を用いているので、磁場の値を測定
し、その結果を再びNMRイメージング装置に入
力しなければならず、磁場による画像歪を補正す
るには、この点でも時間がかかつていた。

同様の欠点を解消するために、例えば、特開昭
55−23499号が提案されている。この例のYIGプ
ローブは、電子核磁気共鳴を利用したものであ
り、高周波電力により磁性を示す物質を用いて磁
場を測定する。このYIGプローブには、発振モー
ドが存在し、どのモードが磁場の値を正確に示し
ているかは知ることができない。そのため、この
例では、較正用のNMRプローブを別に用意し
て、NMRプローブの示す値により、YIGプロー
ブによる測定値をいちいち較正する必要があつ
た。

また、YIGプローブでは、RFパルスはマイロ
波帯の超高周波となるため、NMRイメージング
装置本体の照射プローブを共用することは不可能
であつた。

さらにこの従来例には５個程度のプローブが示
されているに過ぎず、それらを移動させて測定し
ても相当の時間がかかることは避けられないか
ら、問題の根本的な解決には至らなかつた。

本発明の目的は、静磁場の全域に亙つて磁場強
度を迅速かつ正確に検出可能なNMRイメージン
グ装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するために、筒形に
形成されたマグネツトの静磁場中に人体等の被測
定物を挿入し当該被測定物にパルス変調された高
周波を照射し核磁気共鳴を利用して被測定物を断
層撮像するNMRイメージング装置において、前
記磁場を測定するための基準試料を封入した試料
管と当該試料管に巻かれ上記パルス変調された高
周波を印加するコイルとからなる磁場検出器を可
動板に複数個取り付けた磁場検出端と、前記複数
の磁場検出器からの核磁気共鳴信号を前記NMR
イメージング装置のデータ処理部に選択的に入力
するマルチプレクサとを有し、前記複数の磁場検
出器を取り付けた磁場検出端を移動させながら前
記静磁場の不均一度を測定する手段を備えた
NMRイメージング装置を提案するものである。

前記磁場検出端は、上記マグネツトの筒径に略
等しい径で前記筒の軸方向に移動可能な円板上に
前記複数個の磁場検出器をマトリツクス状に配列
した構造とすることができる。

前記磁場検出端は、前記マグネツトの筒の軸に
垂直な方向に平行移動または回転自在で前記軸方
向にも移動可能な棒状部材に前記複数個の磁場検
出器を一例に配列した構造とすることも可能であ
る。

〔作用〕

本発明においては、磁場検出器を可動板に複数
個取り付けた磁場検出端と、それら複数の磁場検
出器からの核磁気共鳴信号をNMRイメージング
装置のデータ処理部に選択的に入力するマルチプ
レクサとにより、磁場検出端を移動させながら静
磁場の不均一度を測定することができるので、測
定時間が著しく短縮され、従来のような経時誤差
による測定値の変動が無い。

また、磁場検出端を円板形にした場合は、最も
能率が良いが、棒状にしてもそれなりの測定時間
短縮効果が得られる。

〔実施例〕

次に第４図〜第９図を参照して、本発明の一実
施例を説明する。

第４図は、本発明によるNMRイメージング装
置の一実施例の構成を示すブロツク図である。図
において、筒状のマグネツト３０内には、照射コ
イル１を設け、この照射コイル１内に、複数個の
磁場検出器２を取り付けた磁場検出端を挿入して
ある。磁場検出器２は、例えば第５図に示すよう
に、マグネツト３０（正確は照射コイル１）の筒
径に略等しい径で前記筒の軸方向に移動可能な円
板上に配列してある。すなわち、円板の縦横方向
に適当な間隔で複数個の磁場検出器２を設けてあ
る。それぞれの検出器２は、第６図に示すように
構成されている。試料管４１は、キヤツプ４５に
固定され、更に支持具４６により、角柱状のケー
ス４３の先端部に支持されている。ケース４３に
は、ふた４７があり、また、ケース４３の後端部
には、マルチプレクサ３に接続するためのコネク
タ４４が設けられている。試料管４１の中の試料
には、緩和時間を短くするために、少量の硫酸銅
が入つている。検出コイル４２はこの試料管４１
の周りに巻いてある。さらに具体的には、直径約
1.5mmのエナメル線をコイル直径約３mmで30回巻
いたソレノイドコイルである。また、ケース４３
は銅板製であり、その中の同調回路は、例えば第
７図に示す回路構成となつており、出力インピー
ダンスが50Ωに調整されている。

各磁場検出器２はマルチプレクサ３に接続され
ている。マルチプレクサ３には、受信機４が接続
されており、受信機の出力端子には、Ａ／Ｄ変換
器５を介してコンピユータ８が接続されている。
一方、高周波発振器７には、送信機６が接続され
ており、送信機６の出力端子は前記照射コイル１
に接続されている。受信機４と送信機６とは、ゲ
ート信号ライン９，１０によりコンピユータ８に
接続されている。受信機４とＡ／Ｄ変換器５と送
信機６と高周波発振器７とコンピユータ８とは、
データ処理部２０を構成している。

本実施例により磁場の値を測定するには、マル
チプレクサ３を介して複数個の磁場検装置２を受
信機４の入力に接続する。なお、磁場検出器２
は、測定に十分なSN比と空間分解能とが得られ
る大きさの基準試料を内蔵している。この基準試
料には0.5c.c.の硫酸銅溶液によりプロトンの緩和
時間を短くしたものを使用している。送信機６の
出力には、複数個の磁場検出器２をすべて包含す
るような照射コイル１を接続する。コンピユータ
システム８は、コントロール信号ライン１１より
コントロール信号をマルチプレクサ３に送る。マ
ルチプレクサ３は、複数個の磁場検出器２の中か
らコントロール信号のアドレス情報に対応した磁
場検出器をひとつ選択する。さらに、コンピユー
タシステム８は、磁場検出器２内の基準試料を照
射プローブ１からのパルス高周波磁場により励起
し、その結果生ずる核磁気共鳴信号を受信し、デ
ータとして取込む一連のシーケンスを実行する。
このシーケンスをマルチプレクサ３に接続された
すべての磁場検出器２について繰返す。

このシーケンスを第８図に示す。第８図におい
て、ａは高周波照射パルス、ｂはFID（Free
Induction Decay）信号すなわち受信機で検波さ
れた出力信号、ｃはHighのとき遂次Ａ／Ｄ変換
するサンプリング信号、ｄはマルチプレクサ切換
え信号である。

コンピユータ８内に取込まれる第８図ｂのFID
信号は、FFT（高速フーリエ変換）により磁場に
対応した周波数軸上のスペクトルに変換される。
各検出器からのスペクトルのピークは、第９図に
示すように、その検出器が置かれている場所の共
鳴周波数すなわち磁場の値を等しくなる。そこ
で、基準となる磁場検出器２のひとつをあらかじ
め決めておき、この基準になる磁場検出器と各検
出器における共鳴周波数の差から磁場の不均一さ
を求める。

なお、応用例ではあるが、複数個の磁場検出器
２の内の１個の磁場検出器を磁場中に固定してお
けば、磁場の経時変化の測定も可能である。すな
わち、この状態で多数回の測定を実行すると、固
定した磁場検出器の出力の変化により磁場の経時
変化を測定できるので、各測定値の磁場の経時変
化による装定誤差を補正できる。

本実施例においては、複数個の磁場検出器を備
えそれらを切換えて用いるので、磁場の値を高速
に測定でき、磁場の経時変化があつてもその影響
が非常に少ない短時間（例えば１〜５分間）で測
定が完了し、信用できるデータが得られる。

また、データ処理部は各磁場検出器に共用する
から、装置構成は複雑にならない。

なお、本実施例においては、磁場検出器２を第
５図に示すように、円板上にマトリツクス状に配
列しているが、第１０図Ａ，Ｂに示すように、棒
状に並べて、測定毎に平行移動または回転させて
もよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、複数の磁場測定器を切換え、
静磁場全域にわたつて磁場強度を迅速かつ正確に
検出できるNMRイメージング装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はNMRイメージングの説
明図、第３図は逆投影法の説明図、第４図は本発
明によるNMRイメージング装置の一実施例の構
成を示すブロツク図、第５図は第４装置の磁場検
出器の配列を示す図、第６図は第４図装置の磁場
検出器の具体的構成を示す部分断面図、第７図は
第６図磁場検出器の同調回路を示す図、第８図は
データ取込みのタイムチヤート、第９図は周波数
をパラメータとして信号のピークと周波数の差を
示す図、第１０図ＡおよびＢは磁場検出器の他の
配列の例を示す図である。１……照射コイル、２……磁場検出器、３……
マルチプレクサ、４……受信機、５……Ａ／Ｄ変
換器、６……送信機、７……高周波発信器、８…
…コンピユータ、９，１０……ゲート信号ライ
ン、２０……データ処理部、３０……筒状マグネ
ツト、４１……試料管、４２……検出コイル、４
３……ケース、４４……コネクタ、４５……キヤ
ツプ、４６……支持具、４７……ふた。

Claims

【特許請求の範囲】１筒形に形成されたマグネツトの静磁場中に人
体等の被測定物を挿入し当該被測定物にパルス変
調された高周波を照射し核磁気共鳴を利用して被
測定物を断層撮像するNMRイメージング装置に
おいて、前記磁場を測定するための基準試料を封入した
試料管と当該試料管に巻かれ上記パルス変調され
た高周波を印加するコイルとからなる磁場検出器
を可動板に複数個取り付けた磁場検出端と、前記
複数の磁場検出器からの核磁気共鳴信号を前記
NMRイメージング装置のデータ処理部に選択的
に入力するマルチプレクサとを有し、前記複数の
磁場検出器を取り付けた磁場検出端を移動させな
がら前記静磁場の不均一度を測定する手段を備え
たことを特徴とするNMRイメージング装置。２特許請求の範囲第１項に記載のNMRイメー
ジング装置において、前記磁場検出端が、上記マグネツトの筒径に略
等しい径で前記筒の軸方向に移動可能な円板上に
前記複数個の磁場検出器をマトリツクス状に配列
した構造を有することを特徴とするNMRイメー
ジング装置。３特許請求の範囲第１項に記載のNMRイメー
ジング装置において、前記磁場検出端が、前記マグネツトの筒の軸に
垂直な方向に平行移動または回転自在で前記軸方
向にも移動可能な棒状部材に前記複数個の磁場検
出器を一例に配列した構造を有することを特徴と
するNMRイメージング装置。