JPH027939A

JPH027939A - 核磁化分布の決定方法及び装置

Info

Publication number: JPH027939A
Application number: JP1057689A
Authority: JP
Inventors: Dietmar W Kunz; ディートマル　ウィルヘルム　クンツ
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1988-03-12
Filing date: 1989-03-09
Publication date: 1990-01-11
Also published as: US4939461A; EP0333250A2; EP0333250A3; DE3808281A1

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】本発明は、一様で定常的な磁場の存在下でそれぞれが無
線周波数のパルスからなる複数の列を検査ゾーンに管用
させることでｖｎｓ勾配場ととｂに検査されるべき層の
両側に位置するゾーンにおける核磁化が励起され、場合
によりデフエーズされるようにする核磁化分布の決定方
法及びかかる方法を実施する装置に関する。

この種の方法及び装置はＤＥ−Ｏ３３６０４２８１より
公知である。０［−０８３Ｇ０４２８１によれば、検査
される層の両側に位置するゾーンにおける核磁化は、磁
場勾配揚と関連するＩ　Ｉｔ！の又は２個の相続く無線
周波数パルスにより励起及びデフニーズされる。

公知の方法では、被振幅変調無線周波数パルスは、変調
器中介振器の発振が、発振器信号の振幅の時１１■変化
に対応する包絡線信号により公知の方法で型枠されるよ
うにして発生される。かかる無線周波数パルスには、そ
れにより彰饗を受けるゾーンの厚さが大きくなるに従い
必要な無線周波数ビークパワーが高くなるという性質が
ある。従って公知の方法では比較的高いビークパワーが
８凹であった。

本発明の目的は、前記の種類の方法であってより低い無
線周波数ビークパワーでソする方法を提供するにある。

この目的は、検査される層の中心でのラーモア周波数に
対応する周波数を有する搬送波が、前記ラーモア周波数
とゾーンの一方でのラーモア周波数との差に対応する範
囲内で変動する周波数を有する信号で変調される本発明
により達成される。

つまり本発明は、被周波数変調無線周波数パルスを用い
る。同一のノリツブ角に対しては被周波数変調無線周波
数パルスを発生するのに要するビークパワーの方が、被
振幅変調無線周波数の発生に要するビークパワーより低
いことは公知である（ＥＰ−Ｏ３８５２００６４４，４
）。これは、被振幅変調無線周波数パルスの持続時間は
その帯域、従って励起されるゾーンの厚さに反比例する
のに対し被周波数変調パルスの持Ｒｕ　ｌ？ｉは帯域幅
から略独立して、従って比較的低い無線周波数ビークパ
ワーですむよう良くとることができるためである。

被周波数ｙ１無線周波数パルスの発生には、通例周波数
変調器が必要である。かかる周波数変調ｊ？１は、入力
に被周波数変調信号の実数成分と虚数成分にそれぞれが
対応する信号が供給される型枠混合器として動作する２
つの変調器からなる（　ＬＰ−Ｏ３８５２００６４４の
第５図宿＠）、シかしＭＲ検査装置で通例使用される変
調器には、１つの重環混合段階しかなく、かかる周波数
変調は行なえなかった。

これに対し本発明による方法は、かかる変調器により実
施することができる。これは次の如き理由に基く。

検査される層の両側の２つのゾーンの一方においてこの
層の縁からなる無線周波数コイルの受信又は送信範囲の
端までの核磁化に影響を与える被周１１数Ｓ線周波数パ
ルスは、検査される層の中心でのラーモア周波数につい
ての複素関数として表現される。この表現と共役な複本
無線周波数パルス、つまり同一振幅、同−実数成分及び
逆の１お数成分を有するパルスは順次、層の中心での周
波数に対し負の周波数を正確にとる１、これは、ゾーン
中を層の他端から対染の送信又は受信範囲の他端へ逆方
向に伝わるということを意味する。層の２つの１９周の
周波数距離が充分に大きく、使用される場の強さが過度
に大きくない場合には、双方の無線周波数パルスは、相
互に影響し合うことなく検査ゾーンに同時に印加されつ
る１、これは、実数成分が加忰され虚数成分が相殺され
合う２つの互いに共役な複素無線周波数パルスの加粋に
対応する。従って搬送波に被周波数ｇＩ調（ｅｉ号の実
数成分を変調するだけでよいが、これはかかる目的のた
めに通例使用される振幅変調器によって行なうことがで
きる。

無線周波数パルスは９０°無線周波数パルスでも１８０
°無ね周波数パルスで６よい。９０’無線周波数パルス
は層の両側のゾーンを励起するが、層自体は励起されな
い。層内の核磁化分布を検査するため、層の両側のゾー
ン内の核磁化はデ２Ｉズされねばならず、その後全無線
周波数範囲での核磁化に影響を与える少なくとも１つの
非選択的無線周波数パルスが発生されねばならない。し
かし層外の核磁化は既にデフエーズされているので、層
自体のみが、このある（舅よこれらの無線周波数パルス
に関する磁気共鳴信号に寄りする１゜本発明のある実施
態様では、層の両側のゾーンにおいて必要なデフエーズ
は、単に差の絶対値が１１４間とともに増大するよう信
号の周波数を変えることで行なわれる。励起はゾーン中
を外方へ速行する。この実施態様では磁気勾配場は全無
線周波数パルス旧聞中に印加されるので層の両側面に直
接隣り合うＭ磁化は、無線周波数パルスの終了時には１
スにデフニーズされており、この場合磁気勾配揚４．Ｌ
無１ｉ１周波数パルス終了時又はそのすぐ後にＪ１活性
化することができる。

一様な定常的磁場を発生する磁石と、定常的磁場の方向
に延在し異なる方向に延在する勾配を右−４る磁場を発
生する勾配コイル系と、定常的磁場に対し直交する方向
に延在するＭ１ａ周波数磁場を発生する無線周波数コイ
ル系と、無線周波数コイル系に結合され型枠況合段とし
て動作する変調器からなる無線周波散発−Ｆ器とからな
る本発明によるｈ法を実施する装置は、被周波数変調波
信号を出力する信号発生器が設けられ、変調器において
ラーｔア周波数に同調される発振器の発振に前記信号が
型筒されることを特徴とする。

好ましい実施例においては、信号が一連のディジタルデ
ータワードとして記憶され、ディジタルアナログ変換器
を介して変調器の入力に結合されるメモリが設けられる
、。

実施例第１図に示したＭＲ断断層像像装置、数十「乃至数丁の
程度の強度が一様で定常的な磁場を発生する４つのコイ
ル１からなる系からなる。この揚は、デカルト座標系の
２方向に延在するＩＩ　Ｚ軸について同心的に配設され
ているコイル１は、さらにＬｉｔ而２面に配置されるよ
うにしてもよい、、検査されるべき患８２０は、これら
の」イル内に置かれる。

１１）１−の球面、Ｆに配置されるのが好ましい４つの
」イル３は、２軸１ノ向に延在しまたこの方向に直線的
に変化するｒ！ｉ場を発生するために設けられる。

また、ｌ方向に延在し勾配がＸプノ向に延在する磁気勾
配場Ｇｘを発生するよう４つの」イル７が設けられる。

１方向に延るしｙＡ向の勾配を右する勾配揚Ｇｙは、］
コイルとに４′ｒｆだが空間に対し９０°ずれて配設さ
れている４つのコイル５により発生される。第１図中に
ｔよ］イル５のうら２つのみが示されている。

磁気勾配場ＧＺ、ＧＶ及びＧｘを発生する３つのコイル
系３，５及び７の各々は、球面２に対し対称に配置され
ているから、球の中心であって同時に前記ｘｙｚデカル
ト座標系の原点をなす点での場の強這は、コイル系１の
定常的で一様な磁場によってのみ決まる。また、無線周
波数コイル１１が、座標系の平面ｚ＝Ｑに対し対称に配
置され、Ｘ方向、つまり定常的で一様な磁場の方向に対
し垂直に延在する略一様な無線周波数磁場を発ソ［ｒｊ
るよう構成されている。各無線周波数パルス期Ｒｊ中無
線周波数変調電流が無線周波散発／）器から無線周波数
コイルに供給される。、１又は複数の無線周波数パルス
に続いて、１Ｎ線周波数コイル１１は、検査ゾーンにお
いて磁気共鳴により発生されるようエコー信号の受１ｇ
に用いられる。ただし別体の無線周波数受信」イルを用
いてもよい９゜第２図はこのＭ　Ｒ断層ｌｆｆ１像装置
の概略ブロック図である。無線周波数フィル１１は、ス
イッチ装置１２を介して−ｈでは無線周波数発生器４に
、他方では無線周波数受信器６に接続される。

無線周波数発生器４は、周波数がディジタル的にυｌｕ
ｍｌされ、コイル１が発生する楊の強さでは、層中空間
的分布を決定されるべき核のラーモア周波数に香しい周
波数の発振を発生する無線周波数発振器４０からなる。

公知の如くラーモア周波数ｆ　ｔ、Ｌ、Ｂを定常的で一
様な磁場での磁気誘導とし、Ｃを例えば水素の陽子では
４２．５６　Ｍ　Ｈｚ　／　’ｒに、またすトリウム同
位体Ｎａ２３では１１．２６　Ｍ　Ｈｚ／ｒに達する磁
気回転比として、ｆ＝ｃＢで計算される。発信器４０の
出力は混合段４３の入力に接続される。混合段４３は、
ディジタルアナログ変換器４４から第２の入力信号を供
給され、ディジタルアナログ変換器４４の入力はディジ
タルメモリ４５に接続される。制御ｌ装２ｔ１５の制御
を受けてメモリ４５から被周波数変調信号を表わすディ
ジタルワードの列が読み出される。

型枠混合段４３は、入力に供給された信号の積に比例す
る出力信号を発生する。従って被周波数変調信号は搬送
波上で変調される。υｔｍ装置１５により１１１１１Ｉ
Ｉされるスイッチ４６を介して、混合段４３の出力信号
は無線周波数パワー増幅器４７に供給され、無線周波数
パワー増幅器４７の出力はスイッチ装置１２に接続され
る。スイッチ装Ｂ１２６１．１ｊｉｌｌユニツト１５に
より制御される３゜受信ｉｓ６は、スイッチ装置に接続
され、スイッチ装置が適宜にｆ、１Ｊｔｌｌされる際無
線周波数コイル１１に誘導され磁気共鳴により発生する
１コー信ｊＪを受信する無線周波数増幅器６０からなる
。増幅器６０は、１ｔｉＩＩｔＩｌ装置１５により制御
され利得が略ピ０となるよう遮断されるミ１−アイング
入力を有する。増幅器６０の出力は、それぞれ入力信号
の積に対応する出力信号を出力する２つの重環混合段６
１及び６２の第１の入力に接続される。

ｕ金膜６１及び６２の第２の入力には、発振器４０の周
波数を有し９０°の位相差がある信号が供給される。こ
の位相差は、出りが混合段６２の入力に接続され入力が
混合段６１の入力及び発振器４０の出力に接続される９
０’移相器４８により１７られる。

混合段６１及び６２の出力信号は、低域°ノイルタロ３
及び６４を介してそれぞれアナログディジタル変換器６
５及び６６へ供給される９、低域ノイルタロ３及び６４
は、発振器４０から供給された周波数及び全ての高い周
波数成分を抑圧し、低い周波数成分を通す。アナログデ
ィジタル変換器は、直角変調器をなす回路６１・・・６
４のアナログ信号を、ディジタルデータワードに変換し
てメモリ１４に供給する。７す０グデイジタル変換器６
５及び６６とメモリ１４は、υ；帥装置１５がＩＩ　Ｉ
’Ｄリードを介して遮断及び′ａＩｌｉ解除するクロッ
クパルス発生器１６からり０ツクパルスを供給されるの
で無線周波数コイル１１から供給され低周波数範囲に移
転された信号が、！１Ｊｔｌｌ）装置１５により決定さ
れる測定期間中にのみメ［す１４に記憶される一連のデ
ィジタルワードに変換される。

３つの」イル系３，５及び７は、電流弁／＋器２３．２
５及び２７から、１４　ＩＩＩユニット１５により制御
されてＦｊ！ｆ１２２′！１化する電流が供給される。

データワードつまりメモリ１４に記憶されたサンプル値
は、被検査層中の核磁化の空Ｉ１１的分布を決定し、決
定された分布を、例えばモニター１８等の過当な表示ユ
ニットに供給する演粋装置？ｆ１７へ供給される。

第３図は、本発明が用いられる列の一部に対する様々な
信号の時間位置を示す、ＨＦ１（上段）は被周波数変調
無線周波数パルスを示す。この無線周波数パルスの期間
中磁気勾配＠Ｇは、例えば電流発生器２３が無９周波数
パルス期間中勾配コイル系３に電流を供給するようにし
て活性化される。焦縮周波数ＨＦ　１は、９０゛無線周
波数パルスであり、磁気勾配場Ｇとともに、核磁化が、
発生器４０の周波数により決定される層の両側の検査ゾ
ーン２０において励起されデフニーズされるにうにする
。

全検査ゾーンでの核磁化は、第１の無線周波数パルス１
１Ｆ１の後の別の無線周波数パルスＨＦにより励起され
、その間磁気勾配場は活性化されない。しかし層外部の
核磁化ＧＬ既に無線周波数パルスＨＦＩによりデ゛ノ【
−ズされているので、層内部の核磁化のみが無線周波数
パルスＨＦ以後に生ずる磁気共＠信号に寄与する。好ま
しい９０°無線周波数パルスＨＦの代わりに、２つ以上
の別の無線周波数パルスが列内で発生されるようにして
もよい。これらの無線周波数パルスとパルスの間又【４
ａ線周波数パルスの侵に層内部の核磁化は、４）　ｊｕ
に変化するパラメータを有する複数のパラメタにより決
定される。

しかし、列内で第１の３つの相続く被周波数変Ｊ１９０
　’無線周波数パルスを発生し、これらの無線周波数パ
ルスの各々の期間中磁気勾配用を活性化し、（３つのＵ
いに直交する層により画成される＊Ｊｔ５外ではどこで
ｂ核磁化がデフニーズされるように）前記勾配鳴の勾配
方向をパルス毎に９０°回転し、その後非選択的無線周
波数パルスを光１してもよい。このパルスにより、容積
要素中の核磁化及びそのスペクトル分布により決まる共
鳴信号が発生する。

第４ａ図は、検査される対架２０と、図面の平面に７・
１し直交する方向に延在し、磁気勾配用の勾配が水平方
向に延在する時に得られる層Ｓとを示す。一定の勾配の
場合には対象２０により定まる検査ゾーン内のラーモア
周波数は、公知の態様で左から右へ直線的に変化し、層
Ｓの中心ではｒ。

となり、層の左縁及び右縁ではそれぞれｆ＋及びｒ２と
なる。検査ゾーンの左縁及び右縁はｆ４−ｆ＋　＝ｒ＋
−ｆ’ｓであるそれぞれのラーモア周波数ｆ３及びｆ４
が定めるゾーン内に位置する。

メモリ４５（第２図）は、メモリ内容が制御ユニット１
５のνｊＫのちとに読み出されディジタル７すＯグ変換
器４４で処理されると左ｆ２−ｆ’。

に対応する第１の値から差ｆｓ−ｆｏに対応する第２の
値まで直線的に変化する周波数を４する信号を発生する
一連のデータワードを記憶する１１周波数の変化の速度
は、前記範囲が無線周波数パルス）−Ｉ　Ｆ　１の持続
Ｊｆｊｆ！Ｉ（例えば５ｍ５）中に一度正確にカバーさ
れるような速度である。

コイル１により発生される一Ｓで定常的な磁場に磁気勾
配用が加わる変動１ｉ、磁場の場の強さと比べて小さい
ので、ディジタルアナログ変換器４４の出力信号の瞬時
周波数はラーモア周波数と比べて低い。従ってこの信号
は、比較的少ないデータワードを用いるメモリ内に記憶
できる。この信号の包絡線はヨーロッパ特許出願８５２
００６４４に記載されている如く選定するのが好ましい
。

１合段４３においてこの信号は、周波数ｒＯに同調され
た光振器４０の正弦波信号と混合される。

混合段４３の出力信号μ入゛力信号の積に比例するから
、埴ｆ２からｌＫｉ　ｆ　４へ直線的に変化する周波＠
（第４ｂ図参照）を有する成分と、ｆｏからの周波数距
離は同じだけ、ただし前記の成分とは逆り向に変化する
、つまりｆｌからｆ３まで変化する成分とを含む。その
結果得られる無線周波数パルス１１Ｆ１により、まず層
に直接接する２つのゾーンのラーモア周波数が無線周波
数パルスＨＦ１において発生し、次いでさらに離れたゾ
ーンのラーモア周波数が続く。しかし、このようにして
これらのゾーンで励起された核磁化は、磁気勾配用Ｇが
励起債も活性であり続けるようにしてデノエーズされる
。従って層Ｓの両側に位置する検査ゾーンの部分での核
磁化は、磁気勾配用Ｇが無線周波数パルスＨＦＩにより
実活性化される時か、あるいは必要ならばその少し後に
デフエーズされる、。

周波数は直線的に変化する必要はない。例えば第４ｂ図
に一点鎖線で示される如くハーバ−ポリツクタンジェン
ト関数に従う周波数変化も有用である。その場合メモリ
４５に記憶される可変周波数を有する信号の包絡線はハ
イパーポリツクセカンド関数に従う（Ｊ　、　Ｃｈｅｔ
　ｐ　ｈｙｓ、　７９．１９８３年１１月　９日、４６
４３−４６４４頁）。

第５図に示される方法は、Ｊ　、　Ｍ　ａａｎ、　Ｒｅ
ｓｏｎ。

６６、２８３−２９４頁（１’１８６年）ニ記載すレル
イわゆるｌ５ｌＳ法に基き、３つ以上の１８０°無線周
波数パルスが検査ゾーンに作用し、各無線周波数パルス
は、３つのηいに直交する層の１つにおける核磁化に逆
転するようにするものである。被周波数変調無線周波数
パルスを用いることで、関連する層の両側での核磁化が
助起きれるが、層目体内の核磁化は変化しない。次の事
項も成り立つ。

方法は、それぞれが８つの列からなるサイクルからなる
。各列は３つ以下の層選択的被周波数変調１８０°無線
周波数パルスＨＦ１．ＨＦ２及びＨＦ３と、各々好まし
くは９０°パルスであるＡ１選択的Ｓ線周波数パルスＨ
Ｆとからなる。あるサイクルの８つの列は、３つのｓｅ
ｔ周波数パルスＨＦ１乃〒ＨＦ３を１能な８通りの組み
合わせで含む。

従って、８つの列の１つは３つの無線周波数パルスのど
れをも含まず、他の１つの列は３つの無線周波数パルス
を全て含む。列のうちの３つｆつは、無線周波数パルス
のうちの１つ又は２つのみを異なる組み合わせで含む。

第５図に示されるサイクルの単一の列は、磁気勾配場Ｇ
ｘ（第２段）にＩＩＩする無線周波数パルスＨＦＩ　（
第１段）と、磁気勾配場Ｇｘ（第４段）に関する無線周
波数パルスＨＦ３とのみからなる。

このり１に含まれない無ね周波数パルスＨＦ２の位ｌ及
び、それに関係する磁気勾配揚Ｇｙ（第３段）の位置は
、第５図中破線で示されている。パルスＨＦ　３に続い
て、検査ゾーン全体を励起し、検査ゾーン全体に由来す
る磁気共鳴信号を発／）せしめる別の無線周波数パルス
ト）Ｆがある。この磁気共鳴信号はリンプリングされる
、つまりパルス発生器１６がイネーブルされる（第５段
）。無線周波数パルス）ＩＦＩ、・・・ＨＦ３の各々は
、無線周波数パルスに付随する勾配場のｈ向に直交する
ｌＪ向に延在する庖の両側で核磁化を逆転する。従って
３つのＵいに直交する層の交差ゾーンでは、無線周波数
パルスのどれによっても核磁化は逆転しへい。

検査ゾーンの他の任意の位置では、列のうち４つは逆転
効果を有し、他の列は非逆転効果を有する。。

従っであるサイクルの８つの列により発生する磁気共鳴
信号が加粋されると、前記交差ゾーンのみからの寄与が
残り、他のゾーンに由来する共鳴信号の成分はそれぞれ
互いに打ち消し合う９゜無線周波数パルスＨＦＩ及び１
１Ｆ３は、ｍ３図。

第４ａ図及び第４ｂ図を参照して説明したのと同一の方
法で発生される。しかしそられのエネルギー内容はより
大きいのでスリップ角は１８０°になる。この場合核磁
化のデフニーズは不可能であり、また必要でない。この
ようにして周波改変Ａされた１８０°無線周波数パルス
は、それぞれ層の両側の核磁化を逆転する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が用いられるＭＲ検検査装管示す図、第
２図はかかる装置のブロック図、第３図は本発明におい
て用いられるのに適する列をなす様々な信号の時間位置
を示す図、第４ａ図はう−１７周波数の時ｎ的割当てを
丞す図、第４ｂ図は無線周波数パルスに対する周波数の
ｒＩ間変化を示す図、第５図は本発明において用いられ
るのに適する第２の列を示、す図である。１．３．５．７・・・コイル、２・・・球面、４・・・
１！１１腺周波数発生器、６・・・無線周波数受信器、
１１・・・無線周波数コイル、１２・・・スイッチ装置
、１４・・・メモリ、１５・・・＆ＩＩＩ装冒、１６・
・・クロックパルス発生器、１７・・・演算装置、１８
・・・モニター、２０・・・患者、２３．２５．２７・
・・電流発生器、４０・・・発振器、４３・・−混合段
、４４・・・ディジタルアナログ変換器、４５・・・デ
ィジタルメモリ、４６・・・スイッチ、４７・・・パワ
ー増幅器、４８・・・９０°移相器、６０・・・増幅器
、６１．６２・・・乗ｎ混合段、６３゜６４・・・低域
フィルタ、６５．６６・・・ア太ログディジタル変換器
。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）一様で定常的な磁場の存在下でそれぞれが無線周
波数のパルスからなる複数の列を検査ゾーンに作用させ
ることで磁気勾配場とともに検査されるべき層の両側に
位置するゾーンにおける核磁化が励起され、場合により
デフエーズされるようにする核磁化分布の決定方法であ
つて、検査される層の中心でのラーモア周波数に対応す
る周波数を有する搬送波が、該ラーモア周波数とゾーン
の一方でのラーモア周波数との差に対応する範囲内で変
動する周波数を有する信号で変調されることを特徴とす
る核磁化分布の決定方法。
（２）信号の周波数は、差の絶対値が時間とともに増大
するよう変化することを特徴とする請求項１記載の核磁
化分布の決定方法。
（３）無線周波数パルスは９０°無線周波数パルスであ
ることを特徴とする請求項１又は２に記載の核磁化分布
の決定方法。
（４）無線周波数パルスは１８０°無線周波数パルスで
あることを特徴とする請求項１又は２に記載の核磁化分
布の決定方法。
（５）周波数は時間について直線的に変化することを特
徴とする請求項１乃至４のいずれか一項記載の核磁化分
布の決定方法。
（６）信号の周波数は時間についてのハイパーボリック
タンジェント関数として変化することを特徴とする請求
項１乃至４のいずれか一項記載の核磁化分布の決定方法
。
（７）一様な定常的磁場を発生する磁石と、定常的磁場
の方向に延在し異なる方向に延在する勾配を有する磁場
を発生する勾配コイル系と、定常的磁場に対し直交する
方向に延在する無線周波数磁場を発生する無線周波数コ
イル系と、無線周波数コイル系に結合され乗算混合段と
して動作する変調器からなる無線周波数発生器とからな
り、被周波数変調波信号を出力する信号発生器（４４、
４５）が設けられ、変調器においてラーモア周波数に同
調される発振器の発振に前記信号が乗算されることを特
徴とする請求項１記載の核磁化分布の決定方法を実施す
る装置。
（８）信号発生器は、信号が一連のディジタルデータワ
ードとして記憶され、ディジタルアナログ変換器（４４
）を介して変調器（４３）の入力に結合されるメモリ（
４５）からなることを特徴とする請求項７記載の装置。