JPH0258933B2 - - Google Patents

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（NMR）装置に関し、
特に³¹P核等緩和時間の長い核について映像情報
を得るのに好適な装置に関する。

［従来技術］ 近来、NMR現象を利用して生体断面の¹H（水
素核）スピン密度分布を映像化する装置の研究が
盛んに行われている。通常のNMR装置では、試
料に一様磁場を印加した状態で共鳴信号を検出し
ている。上記映像化装置では、撮像対象に一様磁
場に重畳させて空間内に強度が異なる勾配磁場を
印加し、該撮像対象を包囲するように設けた単一
の送受信コイルにより高周波磁場をパルス的に照
射し、照射後その送受信コイルで検出した共鳴信
号をコンピユータで処理して、対象の任意断面の
スピン密度像を得ている。この場合の像は、生体
内の水の分布を表わすことになる。

一方、生体内に存在する他の核例えば³¹P等に
ついても同様にしてスピン密度分布を測定するこ
とが考えられるが、周知のように¹H以外の核は
検出感度が著しく低いため（³¹Pで約1/16）、それ
をカバーするためには、³¹Pの場合で少なくとも
256倍の積算時間が必要となる。しかも、³¹Pでは
ケミカルシフトにより複数のピークに分裂するた
め１つ１つのピークの強度は更に低下し、この面
からも積算回数を増さざるを得ず、更に又、³¹Pで
は緩和時間が数秒と長いため、その間積算のため
の次の測定を行うことができず、この面からも測
定時が長くなり、結局¹Hの場合の1000乃至2000
倍の測定時間が必要になる。

［発明の目的］ 本発明は、この点に鑑みてなされたものであ
り、複数の送受信コイルを用いることにより、測
定時間を短くすることができる装置を提供するこ
とを目的としている。

［発明の構成］ 本発明にかかる核磁気共鳴装置は、被測定体を
内部に収容する静磁場を発生する手段と、該静磁
場内の異なつた位置に配置され、該静磁場内の異
なつた領域に高周波磁場を照射し得る複数の送受
信コイルと、観測核の共鳴周波数を持つ高周波パ
ルスを繰返し発生する手段と、該高周波パルスを
上記複数の送受信コイルへ順次供給し高周波磁場
として測定対象へ照射するための切換手段と、高
周波パルス照射後照射を行つた送受信コイルによ
つて検出された共鳴信号を所定期間にわたつて取
出すための受信回路と、取出された共鳴信号を各
送受信コイル毎に区別して記憶する記憶手段とを
備え、前記切換手段は１つの送受信コイルを用い
た高周波パルス照射及びそれに続く共鳴信号の取
出しが終了するのに同期して切換を行うことを特
徴としている。

以下、図面を用いて本発明を詳述する。

［実施例］ 第１図は本発明を実施した核磁気共鳴装置の一
例を示し、図において１は均一な静磁場を発生す
る磁石である。該静磁場内には測定対象２が配置
され、更に測定対象２に接するようにコイル集合
体３が配置される。このコイル集合体３は、第２
図ａに示すように、対象に合わせて適当な曲率を
つけたフレーム４内を第２図ｂに示すようにシー
ルド板５によつて５×５の部屋に仕切り、各部屋
に小さな渦巻状の送受信コイル（サーフエスコイ
ル）Ｌ１〜Ｌ２５を対象２に面するように配置
し、各コイルに同調用コンデンサＣ１〜Ｃ２５を
接続すると共に、各サーフエスコイル及びコンデ
ンサをシールド板５に絶縁的に取付けた構成にな
つている。

６は観測核例えば³¹Pの共鳴周波数を持つ高周
波を発生する発振器で、この高周波はゲート７を
介して高周波パルスとして取出され、増幅器８に
よつて増幅された後、切換スイツチ９を介して各
サーフエスコイルへ順次供給される。１０は高周
波パルスの照射後、照射を行つたサーフエスコイ
ルに誘起された自由誘導減衰信号（FID信号）を
受信する受信回路で、取出されたFID信号はＡ−
Ｄ変換器１１を介してコンピユータ１２へ送ら
れ、メモリ１３へ格納される。１４はメモリ１３
に格納されたFID信号をコンピユータ１２でフー
リエ変換することによつて得られた核磁気共鳴ス
ペクトルを格納するメモリ、１５はメモリ１４に
格納されたスペクトルから特定の分子種のピーク
強度のみを取出してスピン密度分布情報として記
憶する画像メモリ、１６は画像メモリ１５に記憶
されているスピン密度分布情報を読出して像とし
て表示するための読出し表示装置、１７は前記ゲ
ート７のON−OFF、スイツチ９の切換、Ａ−Ｄ
変換器１１によるFID信号のサンプリング及びコ
ンピユータ１２によるFID信号のメモリ１３への
格納を制御する制御回路である。

上述の如き構成において、例えば１回の測定で
は幅10μ秒の観測用高周波パルスを照射し、パル
ス照射後100m秒の間FID信号をサンプリングす
るものとする。第３図ａはゲート７から取出され
る測観用高周波パルスを示し、幅10μ秒の高周波
パルスが約100m秒の周期で繰返し取出され、増
幅器８を介してスイツチ９へ送られる。第３図ｂ
はそれに同期したスイツチ９の切換タイミングを
示し、最初はコイルＬ１が選択され、次はコイル
Ｌ２５、その次はＬ５というように出来るだけ離
れたコイルが次々に選択され、例えば2.5秒程度
に設定された１回の測定期間PDの間に25個の全
コイルが１回ずつ選択される。

そして、最初のパルスＰ１が第３図ｃに示すよ
うにコイルＬ１に供給され、該コイルＬ１に面し
ている対象の微小部位に照射されると、その部位
に存在する観測核の磁化ベクトルが所定角度倒さ
れ、その回復過程でFID信号FID１がコイルＬ１
に誘起される。このFID１は、スイツチ９を介し
てコイルＬ１と接続されている受信回路１０にお
いて受信され、コンピユータ１２を介してメモリ
１３のコイルＬ１に対応する記憶領域Ａ１へ格納
される。このコイルＬ１に接触している部位の磁
化ベクトルが初期状態に戻るには、パルス照射後
2.5秒前後の時間（緩和時間）が必要であり、そ
のため、先に述べたように測定期間PDは2.5秒程
度に設定されている。

このようにしてコイルＬ１を用いた測定が終る
と、スイツチ９は第３図ｂに示すようにコイルＬ
２５に接続される。そして、第３図ｄに示すよう
に高周波パルスＰ２がコイルＬ２５へ送られ、該
コイルＬ２５を用いた測定が上記と全く同様に行
われる。それにより得られたFID２５は、メモリ
１３のコイルＬ２５に対応した記憶領域Ａ２５へ
格納される。

第３図ｅはコイルＬ５を用いた次の測定の様子
を示し、以下全く同様にして各コイルを用いた測
定が繰返し行われ、第３図ｆに示すコイルＬ２を
用いた１回目の最後の測定が終了した時点では、
メモリ１３内に各コイルに対応して設定された記
憶領域Ａ１〜Ａ２５に、各コイルから得られた
FID１〜FID２５が夫々格納されることになる。

そして、次の高周波パルスＰ２６からは２回目
の測定に入り、各コイルから得られるFID信号は
メモリ１３内の各コイルに対応した記憶領域へ積
算される。更にこのような１回2.5秒の測定が適
宜な回数繰返し行われ、積算が進められる。

この様にして所定回数の積算が終わると、コン
ピユータ１２はメモリ１３内の領域Ａ１〜Ａ２５
に格納されている積算後のFID信号FID１〜FID
２５を夫々フーリエ変換することにより、³¹Pに関
するNMRスペクトルＳ１〜Ｓ２５を得、このス
ペクトルを各コイルに対応してメモリ１４内に設
定された記憶領域Ｂ１〜Ｂ２５へ夫々格納する。
第４図はこのスペクトルＳ１〜Ｓ２５を並べて比
較した図で、各スペクトルには無機リンによるピ
ークａ、クレアチンリン酸によるピークｂ、アデ
ノシン３リン酸（ATP）によるピークｃ等が見
られる。ここで、各コイルが置かれた位置におけ
る静磁場の強度が同一で、各コイルの特性が全く
同一であれば、スペクトルＳ１〜Ｓ２５中のピー
クａ，ｂ，ｃの横軸位置は同一である。しかしな
がら、静磁場の強度が他と異なる位置があると、
その位置にあるコイルから得られたスペクトル
は、全体がシフトしてしまう。このような静磁場
強度の違いに基づくスペクトルのシフトは、スペ
クトルに含まれるピークの位置が他のスペクトル
と一致するようにスペクトル全体を逆にシフトす
れば、取除くことが可能で、コンピユータ１２に
このような補正を行わせることが可能である。

そして、この補正が終了すると、コンピユータ
１２は、各スペクトル内のクレアチンリン酸によ
るピークｂの強度ｂ１〜ｂ２５のデータを抜出
し、このデータをコイルＬ１〜Ｌ２５の配列に対
応して５×５個の画素が設定された画像メモリ１
５へ、第５図に示すようにコイルＬ１〜Ｌ２５の
配列に対応して格納される。このデータは表示装
置１６によつて高速度で繰返し読出され、強度に
応じた輝度あるいは色相が与えられて像として表
示される。従つて、この像はコイルＬ１〜Ｌ２５
が面している。測定対象の部分におけるクレアチ
ンリン酸の濃度分布を示すものとなる。

無機リン酸によるピークａの強度ａ１〜ａ２５
を取出して表示すれば、無機リン酸の濃度分布を
得ることができ、全く同様にしてATPの濃度分
布も得られることは言うまでもない。

測定対象及び又はコイル集合体３を移動させる
手段を設けることにより、上記コイル集合体３と
対象との位置をずらして更に多くの範囲について
のデータを測定し、それを繋ぎ合わせて表示する
ようにすれば、コイル集合体よりも広い面積につ
いての濃度分布を表示することが可能であるし、
コイル集合体をコイル配列のピツチの半分ずらす
ようにすれば、コイルとコイルの間の部分につい
ても測定でき、画像分解能を向上させることが可
能である。

上記実施例では、各コイルに高周波パルスを供
給する順序が常に一定であつたが、この順序を積
層毎に変化させるようにすれば、順序によつて派
生する好ましくない影響をキヤンセルすることが
可能である。

上記実施例ではFID信号のサンプリング期間を
100m秒に設定したため、2.5秒の待ち時間の間に
25個のコイルを用いた測定が限界であつたが、サ
ンプリング期間を短縮して例えば50m秒にすれ
ば、待ち時間の間に50個のコイルを用いた50か所
の部位の測定が可能である。

尚、上述した実施例では、本発明をサーフエス
コイルを用いるNMR映像装置を適用したが、本
発明は試料管の周囲に送受信コイルを巻回する通
常のNMR装置にも適用することができる。

この場合、第６図に透視図を示すように、
NMRプローブ基台Ｃに複数の試料管を収容でき
るようにし、夫々の試料管の周囲に送受信コイル
Ｌ１，……を配置するようにすれば良い。又、試
料管が加圧空気により回転させる周知のスピニン
グ機構も各試料管毎に設ける必要がある。

［効果］ 本発明によつて得られる効果は以下の通りであ
る。

複数の送受信コイルを設けているため、１つの
送受信コイルを用いた測定が終了し、そのコイル
で次の測定が可能になるまでの待ち時間の間に他
の多数のコイルを用いた測定を行うことができる
ため、測定時間を大幅に短縮することができる。

又、上述した第１図の実施例によつて得られる
効果は以下の通りである。

１ 測定対象に近接配置されるサーフエスコイル
を用いているため、測定対象を包囲するように
設けた単一のコイルを用いる場合よりも検出効
率は著しく向上する。そのため、積算回数を余
り多くする必要がなく、短時間でSN比の良い
像を得ることができる。

２ 従来の装置では、直線性の良い勾配磁場を用
いないとSN比が低下するが、直線性の良い勾
配磁場を作ることは困難である。その点、本実
施例では勾配磁場を用いないため、SN比の低
下はない。

３ 本実施例では勾配磁場を用いないため、メモ
リ１４に格納されるスペクトルは分析用の
NMR装置で得るのと同様の高分解能スペクト
ルであり、このスペクトルを用いた各部の成分
分析が可能である。

４ 本実施例では各コイル間にシールド板５が配
置されるため、各コイル間の好ましくない干渉
を防ぐことが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施した核磁気共鳴装置の一
例を示す図、第２図はコイル集合体３を説明する
ための図、第３図は第１図は装置の動作を説明す
るためのタイミング図、第４図はスペクトルＳ１
〜Ｓ２５を並べて比較した図、第５図は画像メモ
リ１５への格納状態を示す図、第６図は本発明の
他の実施例におけるNMRプローブの構造を示す
透視図である。 １……磁石、２……測定対象、３……コイル集
合体、４……フレーム、５……シールド板、６…
…高周波発振器、７……ゲート、９……切換スイ
ツチ、１０……受信回路、１１……Ａ−Ｄ変換
器、１２……コンピユータ、１３，１４……メモ
リ、１５……画像メモリ、１６……読出し表示装
置、１７……制御回路、Ｌ１〜Ｌ２５……サーフ
エスコイル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被側定体を内部に収容する静磁場を発生する
   手段と、該静磁場内の異なつた位置に配置され、
   該静磁場内の異なつた領域に高周波磁場を照射し
   得る複数の送受信コイルと、観測核の共鳴周波数
   を持つ高周波パルスを繰返し発生する手段と、該
   高周波パルスを上記複数の送受信コイルへ順次供
   給し高周波磁場として測定対象へ照射するための
   切換手段と、高周波パルス照射後照射を行つた送
   受信コイルによつて検出された共鳴信号を所定期
   間にわたつて取出すための受信回路と、取出され
   た共鳴信号を各送受信コイル毎に区別して記憶す
   る記憶手段とを備え、前記切換手段は１つの送受
   信コイルを用いた高周波パルス照射及びそれに続
   く共鳴信号の取出しが終了するのに同期して切換
   を行うことを特徴とする核磁気共鳴装置。 ２ 前記複数の送受信コイルは、測定対象の表面
   に沿つて近接して配列される特許請求の範囲第１
   項記載の核磁気共鳴装置。 ３ 前記複数の送受信コイルの間にシールド部材
   が配置され、相互の干渉が防止される特許請求の
   範囲第１項乃至第２項のいずれかに記載の核磁気
   共鳴装置。 ４ 前記記憶手段は、積算機能を備える特許請求
   の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載の核磁
   気共鳴装置。 ５ 前記複数の送受信コイルへの高周波パルスの
   供給順序が、積算毎に変化させられる特許請求の
   範囲第４項記載の核磁気共鳴装置。