JPH03139330A - Ｎｍｒ装置 - Google Patents

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】 この発明は核磁気共鳴（ＮＭＲ）装置及び方法の分野に
関する。更に具体的に云えば、この発明は送信ＲＦ励振
磁界の均質性並びに受信ＮＭＲ信号の均質性をＭｊ定す
る装置に関する。

ＮＭＲ作像（イメージング）では、パルス状磁界勾配及
びパルス状無線周波磁界の組合せを用いて、作像しよう
とするサンプルの選ばれた領域内にある咳スピンからの
ＮＭＲ作像情報を求める。

典型的には、サンプルは、正味の磁気モーメントを持つ
核スピンを分極させる様に作用する静磁界の中に位置ぎ
めされ、より多くの数のスピンが分極磁界と整合し、相
加わって正味の磁化を発生する様にする。個々の分極し
た核スピン、従って正味の磁化Ｍが、分極磁界の軸線の
周りに、磁気回転定数に磁界の大きさを乗じた値に等し
い周波数で共鳴、即ち歳差運動をする。この関係はラー
モアの関係と呼ばれている。各々のＮＭＲ同位元素は固
有の磁気回転比を持つ。水素の原子核（生体で最も豊富
な原子を亥）では、磁気回転比は約４２゜５８　Ｍｌｌ
ｚ　／テスラである。例えば、磁界が約１゜５テスラで
あると、このラーモアの関係から子／Ｉｌｌ＋される水
素の原子核に対する共鳴周波数は約６３゜９　Ｍｌｌｚ
になる。

検出し得るＮ　Ｍ　Ｒ信号を求める為、核スピンの磁化
を分極磁界の軸線と一致する状態から離す様に回転させ
る。この回転は、ラーモアの関係によって決定されるの
と同じ周波数の無線周波励振磁界を用いて行なわれる。

正味の磁化が回転する角度すなわちフリップ角は、無線
周波励振信号の磁界の強度とその持続時間とに関係する
。無線周波励振パルスの終りに、原子核は、通常のスピ
ン状態に緩和する際、励振に使ったのと同じ無線周波の
減衰信号を発生する。このＮＭＲ信号を受信コイルで拾
い、増幅し、ＮＭＲ装置によって処理する。

前に述べた様に、正味の磁化が回転する角度は、無線周
波磁界の強度と持続時間とに関係する。

船釣にＮＭＲ作像には、正味の核の磁化をある特定され
た角度だけ回転することが要求される。この特定の角度
とは違った角度に回転すると、再生像に種々の問題が起
ることがある。こう云う問題の詳しい説明並びにその１
つの解決策が、米国特許第４，４４３，７６０号に記載
されている。

無線周波磁界の強度及びパルスの持続時間の誤差は、受
信信号にゴーストと云う人為効果（アーチファクト）を
加える他に、受信ＮＭＲ信号の振幅を大幅に減少する。

受信される無線周波ＮＭＲ信号はよい場合でも小さいか
ら、それが減少し、それに伴って信号対雑音比が悪くな
ることは望ましいことではない。

正味の磁化の特定の回転を行なわせるのに必要な無線周
波磁界の強度及びパルスの持続時間の組合せは、作像す
る対象によって変わる。−船釣に、作像する対象の質量
が大きければ大きい程、磁界の強度並びに／又はパルス
の持続時間が増加する。

更に、必要な磁界の強度及び持続時間は、作像する物質
を励振する為に、その中を励振用の無線周波パルスが通
らなければならない物質の種類によっても変化する。作
像する対象が例えば人体の一部分である場合、無線周波
磁界による励振は、患者の体重、作像する身体の部分、
並びに身体の脂肪の割合に取分けＬ’Ｉｌされる。

各々のＮ　Ｍ　Ｒ走査を開始する前に、ＲＦ励振磁界が
最適のラーモア周波数である様に保証する為、ＲＦ送信
機及び受信機の周波数を調節するのが普通である。この
手順が米国特許第４，８０６，８６６号に記載されてお
り、この米国特許には、各々のＮＭＲ走査の始めに、最
善のＲＦ送信機及び受信機の周波数を自動的に決定する
較正順序が説明されている。

同様に、各々のＮＭＲ走査を開始する前に、ＲＦ励振磁
界パルスによって正確な９０°及び１８０°のフリップ
角が生ずる様に、送信されるＲＦ励振磁界の強度及びＲ
Ｆ送信機の利ｉりを１週節するのか普通である。

Ｉ−に述べた方式により、ＲＦ励振パルスが、所望のＮ
　Ｍ　Ｒ信号を引出すのに最適の周波数、強度及び持続
時間を持つことが保証されるが、これは必ずしも、予想
されるＲＦ励振磁界が関心のある領域全体にわたって一
様に作られること、又はその結果前られるＮＭＲ信号が
関心のあるＷｉ域の中の全ての場所から一様に受信され
ることを意味するものではない。事実、検査される対象
を負荷とする大抵の送信コイルによって発生されるＲＦ
磁界は均質ではな（、同様に、大抵の受信コイルの受信
磁界も均質ではない。これは、人体の特定の領域を作像
する様に設計された比較的小さいコイルである所謂表面
コイルの場合、特にそうである。

送信及び受信コイルの磁界が均質であっても、対象の中
に入るＲＦ磁界の浸透は関心のある領域全体に４つたっ
て一様ではないことがあり、対象物又は検査されるサン
プルは一様でない形でコイルの負荷となることがある。

更に、送信及び受信コイルの間の相互インダクタンスが
、送信及び受信磁界に一層の非均質性を招くことがある
。

理由はどうであっても、送信又は受信磁界が均質でない
と、望ましくない低周波数の像の強度の陰影を招く。こ
れは、再生像中で、露出不足の写真と似た暗い領域又は
露出過剰の写真と似た明るい領域となって現れる場合が
多い。

発明の要約 この発明は送信ＲＦ励振磁界の強度のマツプを作る共に
、ＲＦ送信磁界の受信度のマツプを作る方法と手段に関
する。更に具体的に云えば、この発明は、各々の配列が
ｔ０異なるＲＦ励振磁界強度で実施されたＮＭＲ走査に
よって発生される様にして、１組の強度配列を発生する
手段と、１組の強度配列中の対応するデータ要素の各組
に曲線を当はめる手段と、当はめた各々の曲線に於ける
ピークを決定して、該ピークから、送信配列及び受信配
列中の対応するデータ要素を発生する手段と、ＲＦ磁界
の非均質性をデータ要素の強度によって示す磁界マツプ
を発生する手段とを存する。

この発明の全般的な目的は、送信磁界及び受信磁界の非
均質性を定ｍ的に示す表示を作ることである。受信配列
のデータをいろいろな方法で組合せて、ＲＦ受信磁界の
非均質性を表わす磁界マツプを作ることが出来る。同様
に、ＲＦ送信磁界の非均質性を表わす送信配列のデータ
から、別個の磁界マツプを作ることが出来る。

この発明の更に特定の目的は、ＮＭＲ装置に於ける送信
ＲＦ励振磁界及びＲＦ受信磁界の非均質性の検出及び評
価を容易にする様な手順と装置を提供することである。

この発明は、それ自身のＲＦ装置を較正し、検査し又は
その問題を診断する様にＮＭＲ装置によって実行するこ
とが出来る手順を提供する。これは、ＮＭＲＷ置に使わ
れるＲＦ励振コイル及びＲＦ受信コイルの性能と、その
性能がＮＭＲ走査の対象によって並びに相互によってど
の様に影響されるかを評価するのに特に役立つ。

この発明の別の全般的な目的は、ＲＦ受信磁界の非均質
性による、収集されたＮＭＲデータに対する影響から、
ＲＦ送信磁界の非均質性による、収集されたＮＭＲデー
タに対する影響を分離する手段を提供することである。

ＲＦの非均質性の「組合せ」の影響は、均質な対象を走
査することによって発生される像の陰影として容易に認
められる。この発明は、ＲＦ送信磁界の非均質性だけ又
はＲＦ受信磁界の非均質性だけを表わす別々の像を作る
ことが出来る様にする。この為、ＲＦの問題を一層明確
に且つ別々に区別することが出来る。

この発明の上記並びにその他の目的及び利点は、以下の
説明から明らかになろう。この説明で図面を参照し、こ
の図面には例としてこの発明の好ましい実施例を示しで
あるが、この実施例は必ずしもこの発明の範囲全体を表
わすものではなく、この発明の範囲の解釈に当たっては
特許請求の範囲を参照されたい。

好ましい実施例の説明 第１図には、ザ・ゼネラル・エレクトリックーカンバニ
イから「シグマ」の商標名で販売される、この発明を用
いた好ましいＮＭＲ装置の主な部品がブロック図で示さ
れている。装置の全体的な動作は、全体を１００で示し
たホスト・コンピュータ・システムによって制御される
。このシステムは主コンピユータ１０１　（例えばデー
タ・ゼネラルＭＶ４０００）を含む。コンピュータには
インターフェース１０２が付設されており、これを介し
て題数個のコンピュータの周辺装置及びＮＭＲ装置のそ
の他の部品が結合されている。コンピュータの周辺装置
の中には磁気テープ駆動装置１０４があり、これは患者
データ及び像をテープに記録する為に、主コンピユータ
の指示のもとに利用することが出来る。処理済み患者デ
ータは１１０で示した像ディスク記憶装置にも記憶する
ことが出来る。データの予備処理及び像の再生の為にア
レー・プロセッサ１０６を利用する。像プロセッサ１０
８の機能は、拡大、像の比較、グレースケールの調節及
び実時間のデータ表示の様な対話形の像の表示の操作を
行なうことである。コンピュータ・システムが、１１２
で示したディスク・データ記憶装置を利用して生のデー
タ（即ち像を構成する前のデータ）を記憶する手段を備
えている。

オペレータ・コンソール１１６もインターフェース１０
２を介してコンピュータに結合されていて、患者の検査
に関するデータ、並びに較正、走査の開始と終了の様な
ＮＭＲ装置の正しい動作に必要なこの他のデータを入力
する手段をオペレータに提供する。オペレータ・コンソ
ールは、ディスク又は磁気テープに記憶された像を表示
する為にも使われる。

コンピュータ・システムが、システム制御装置１１８及
び勾配増幅器装置１２８を介してＮ　Ｍ　Ｒ装置に対す
る制御作用を行なう。コンピュータ１００が周知の形で
（イーサネット回線の様な）直列ディジタル通信回線１
０３を介して、システム制御装置１１８と連絡する。シ
ステム制御装置１１８は、パルス制御モジュール（ＰＣ
Ｍ）１２０、無線周波トランシーバ１２２、状態制御モ
ジュール（ＳＣＭ）１２４、及び部品を付勢するのに必
要な全体を１２６で示した電源の様な幾つかの部分装置
を含んでいる。ＰＣＭ　　１２０が主コンピユータ１０
１から供給された制御信号を利用して、勾配コイルの励
振を制御するディジタル波形や、ＲＦ励振パルスを変調
する為にトランシーバ１２２で使われるＲＦ包絡線波形
の様なディジタル・タイミング及び制御信号を発生する
。勾配波形が、Ｃ，、Ｃｙ及びＧ２増幅器１３０，１３
２，１３４で構成された勾配増幅器装置１２８に印加さ
れる。各々の増幅器１３０，１３２，１３４を利用して
、磁石集成体１４６の一部分であって、全体を１３６で
示した集成体の対応する勾配コイルを励振する。励振さ
れた時、勾配コイルが、主分極磁界と同じ方向に磁界の
勾配ＧＸ、Ｇｙ、Ｇ工を発生する。勾配はデカルト座標
系の互いに直交するｘ、ｙ、ｚ方向を持つ。即ち、主磁
石（図面に示してない）によって発生される磁界がＺ方
向であって、それをＢｏと呼ぶことにし、Ｚ方向の合計
磁界をＢ！と呼ぶこと−すると、ＧニーａＢ２／ａｘ、
Ｇｙ　＝ａＢｘ　／ａｙ　、Ｇｚ　−ａＢｚ　／ａ工で
あり、任意の点（ｘ、　　ｙ、　　ｚ）に於ける磁界は
Ｂ　（ｘ、ｙ、ｚ）＝Ｂ□　＋ＧｘＸ＋Ｇｙ　Ｙ十Ｇ工
Ｚによって表わされる。

トランシーバ１２２、ＲＦ増幅器１２８及びＲＦコイル
１３８によって発生される無線周波パルスと組合せて、
勾配磁界を利用して、検査する患者の領域から出て来る
ＮＭＲ信号に空間情報を符号化する。パルス制御モジュ
ール１２０によって発生される波形及び制御信号をトラ
ンシーバ１２２がＲＦ搬送波の変調及びモードの制御に
利用する。送信モードでは、送信機が、制御信号に従っ
て、無線周波波形をＲＦ電力増幅器１２３に供給し、そ
れが主磁石集成体１４６の中にあるＲＦコイル１３８を
付勢する。患者の励振された原子核から放射されるＮＭ
Ｒ信号が、送信に使われたのと同じ又は異なるＲＦコイ
ルによって感知される。

信号はトランシーバ１２２の受信機部分で検出され、増
幅され、復調され、フィルタにかけられてディジタル化
される。処理済み信号が、インターフェース１０２とト
ランシーバ１２２を結合する専用の一方向高速ディジタ
ル回線１０５を介して、処理の為に主コンピユータ１０
１に伝達される。

ＰＣＭ　　１２０及びＳＣＭ　　１２４は独立の装置で
あり、その両方が主コンピユータ１０１、患者位置ぎめ
装置１５２の様な周辺装置、及び相互に、直列通信回線
１０３を介して連絡する。ＰＣＭ　１２０及びＳＣＭ　
　１２４は何れも、主コンピユータ１０１からの指令を
処理する１６ビツト・マイクロプロセッサ（例えばイン
テル１３０８６）で夫々構成される。ＳＣＭ　　１２４
が、患者揺台の位置、及び可動の患者整合用扇形光ビー
ム（図に示してない）の位置に関する情報を収集する手
段を含む。主コンピユータ１０１がこの情報を使って、
像の表示及び再生パラメータを変更する。

ＳＣＭ　　１２４は、患者輸送及び整合装置の作動の様
な機能をも開始する。

勾配コイル集成体１３６及びＲＦ送信及び受信コイル１
３８は、分極磁界を発生するのに使われる磁石の中孔の
中に取付けられている。磁石が主磁石集成体の一部分を
形成する。この集成体は患者整合装置１４８、シム・コ
イル電源１４０及び主磁石電源１４２を含む。シム電源
１４０を利用して、主磁石に関連するシム・コイルを付
勢する。

こう云うコイルは、分極磁界の非均質性を補正する為に
使われる。抵抗形磁石の場合、主磁石電源１４２を利用
して磁石を連続的に付勢する。超導電形磁石の場合、主
磁石電源１４２は、磁石が発生する分極磁界を適正な動
作強度に持って来る為に利用され、その後は切離される
。永久磁石の場合、電源１４２は必要ではない。

患者整合装置１４８が、患者揺台及び輸送装置１５０及
び患者位置ぎめ装置１５２と組合さって作用する。外部
の源からの干渉を最小限に抑える為、主磁石集成体、勾
配コイル集成体、ＲＦ送信及び受信コイル、及び患者取
扱装置で構成されるＮＲＭｖｔ置の部品は、全体を１４
４で示したＲＦ遮蔽室の中に封入されている。この遮蔽
は一般的に、室全体を包み込む銅又はアルミニウムのス
クリーンの網目によって施される。スクリーンの網目が
装置によって発生されるＲＦ倍信号外に漏れない様にす
ると共に、装置を室外で発生されたＲＦ倍信号ら遮蔽す
る。６３乃至６４　Ｍｌｌｚの動作周波数範囲では、約
１００ｄｂの両方向減衰が典型的である。

第１図及び第２図について更に詳しく説明すると、トラ
ンシーバ１２２が、電力増幅器１２３を介してコイル１
３８ＡにＲＦ励振磁界Ｂ１を発生ずる部品と、コイル１
３８Ｂに誘起されたＮＭＲ信号を受取る部品とを含む。

ＲＦ励振磁界の基本周波数又は搬送波周波数が周波数合
成器２００によって発生される。これは主コンピユータ
１０１から通信回線１０３を介して１組のディジタル信
号（ＣＦ）を受取る。こう云うディジタル信号は、１ヘ
ルツの分解能で、出力２０１に発生すべき周波数を示す
。指令されたＲＦ搬送波が変調器２０２に印加され、そ
こで線２０３を介して受取った信号に応答して、周波数
及び振幅変調され、その結果得られたＲＦ励振信号が、
線２０４を介してＰＣＭ　　１２０が受取る制御信号に
応答して、ターンオン及びターンオフされる。線２０５
を通るＲＦ励振パルス出力の大きさが送信減衰回路２０
６によって減衰させられる。この回路は、主コンピユー
タ１０１から通信回線１０３を介してディジタル信号Ｔ
Ａを受取る。減衰させられたＲＦ励振パルスが電力増幅
器１２３に印加され、これがＲＦ送信コイル１３８Ａを
駆動する。

更に第１図及び第２図について説明すると、対象によっ
て発生されたＮ　Ｍ　Ｒ信号を受信コイル１３８Ｂで拾
い、受信機２０７の人力に印加する。

受信機２０７がＮＭＲ信号を増幅し、その後、この信号
が主コンピユータ１０１から回線１０３を介して受取っ
たディジタル減衰信号（ＲＡ）によって決定された量だ
け減衰させられる。受信機２０７も、ＰＣＭ　　１２０
から線２０８を介して送られる信号によってターンオン
及びターンオフされ、実施される特定の収集によって要
求される期間の間だけ、ＮＭＲ信号が収集される様にす
る。

受信ＮＭＲ信号が直角検波器２０９によって復調され、
２つの信号Ｉ及びＱを発生し、それがフィルタを介して
、包括的に２１５で示した１対のアナログ・ディジタル
変換器に結合される。こう云うＡ／Ｄ変換器が制御線２
０８によって骨化され、有効な信号が存在する時だけ、
ディジタル化されたＮＭＲデータを発生する。データが
線１０５を介して主コンピユータ１０１に出力される。

Ａ／Ｄ変換器の人力にあるフィルタが、■及びＱの帯域
幅を制限する為に、主コンピユータ１０１によって制御
される。直角検波器２０９は第２の周波数合成器２１０
からのＲＦ基準信号をも受取り、直角検波器２０９がそ
れを利用して、ＮＭＲ信号の内、送信されたＲＦ搬送波
と同相である成分の振幅、並びにＮＭＲ信号の内、それ
に対して直角位相である成分の振幅を感知する。周波数
合成器２１０は、復調信号の周波数を決定するディジタ
ル信号（ＣＦ）を回線１０３を介して受取る。

２つの合成器２００，２１０の位相は線２１１を介して
固定され、大抵の測定では、２つの合成器の周波数は同
じである。

第３図には、２次元フーリエ変換（２ＤＦＴ）と呼ばれ
る形式であって、２次元「スピン捩れ形（ｓｐｉｎ−ｗ
ａｒｐ　）　Ｊとも呼ばれる種類の普通の作像パルス順
序における２つのビュー（ｖｉｅｗ）が示されている。

このパルス順序は、周知の様に、検査する物体の像を再
生する為の作像用ＮＭＲデータを求めるのに役立つ。２
つのビューをＡ及びＢと記してあり、それらは位相符号
化勾配磁界Ｇｙを別とすると同一である。各々のビュー
は、位Ｆ目が交互に変わるＲＦ励振パルスを利用する。

米国特許第４．４４３，７６０号に記載されている様に
、こう云うパルスは位相が交互に変わるＮＭＲ信号Ｓ＋
　　（ｔ）及びＳ＋　　　（ｔ）を発生して、Ｎ　Ｍ　
Ｒ装置内の特定のベースライン誤差をト目殺する。

第３図の期間１（ｔ＋”ｆｉ軸に示す）に、正のＧ１磁
界勾配パルスの存在のもとに、選択性９０”ＲＦ励振パ
ルスが印加される。パルス制御モジュール１２０（第１
図）が周波数合成器２００及び変調器２０２（第２図）
に対して必要な制御信号を供給し、その結果得られる励
振パルスが、作像する物体の予定の領域だけにある核ス
ピンを励振するのに正しい位１０及び周波数になる様に
する。典型的には、励振パルスは（ｓｊｎｘ）／ｘ関数
で振幅変１凋することが出来る。合成器２００の周波数
は、印加される分極磁界の強度並びに作像する特定のＮ
ＭＲ種目に、周知のラーモア方程式に従って依存する。

パルス制御モジュール１２０が勾配電源１２８にも作動
信号を印加して、この場合はＧ工勾配パルスを発生する
。

第３図の説明を続けると、Ｇ、、Ｇｙ及びＧ２勾配パル
スが期間２に同時に印加される。期間２のＧ！勾配は位
相戻しくｒｏｐｈａｓＩｎｇ　）パルスであって、典型
的には、期間２にわたる勾配波形の時間積分が期間１に
わたるＧ２勾配波形の時間積分の一１／２倍に大体等し
くなる様に選ばれる。負のＧ；！パルスの作用は、期間
１に励振された核スピンの位相戻しをすることである。

Ｇｙ勾配パルスは、勾配の方向に空間情報を符号化する
為に、ビューＡ、　　Ｂ、・・・・・・等の各々で異な
る振幅を持つ様に選ばれた位相符号化パルスである。相
異なるＧｙ勾配の振幅の数は、典型的には、再生像が位
相符号化方向（Ｙ方向）に持つ画素分解要素の数に少な
くとも等しくなる様に選ぶのが典型的である。典型的に
は、完全なＮＭＲ走査には１２８個、２５６個又は５１
２個の相異なる勾配Ｇｙの振幅が用いられ、典型的なＮ
ＭＲ装置では、Ｇｙの値は、ＮＭＲ走査が完了するまで
、ビュー毎に一定二だけ増分的に変えられる。

期間２のＧ、Ｃ勾配パルスは、スピンエコー信号Ｓ＋　
　（ｔ）の発生時刻を期間４に遅延させる為に、予定量
だけ励振された咳スピンを位相外しするのに必要な位相
外しくｄｅｐｈａｓｉｎｇ　）パルスである。

スピンエコーＮＭＲ信号は、典型的には期間３に１８０
°ＲＦパルスを印加することによって発生される。公知
の様に、１８０’ＲＦパルスは、スピンエコー信号を発
生する様に、装置によって誘起された位相外しく即ち化
学的な理由によらない位相外し）の方向を反転するパル
スである。スピンエコーＮＭＲ信号が、期間４に、読出
し勾配パルスＧ８の存在のもとに標本化され、この読出
し勾配の方向（Ｘ方向）に空間情報を周波数符号化する
。

前に述べた様に、各々のビューに追加のＮＭＲＭｊ定を
使うことにより、ベースライン誤差成分を除くことが出
来る。この２回目のａｌ１１定は、１番目と路間−であ
るが、ビューＡの期間５に於けるＲＦ励振パルスは、と
ニーＡの期間１に於ける励振パルスに対して１８０°位
相がずれる（これを負の符号で示しである）様に選ばれ
ている点が異なる。その結果、期間８のスピンエコーＮ
ＭＲ信号Ｓ＋’　　（ｔ）は期間４のスピンエコー信号
Ｓ１（【）に対して１８０’位相がずれている。信号Ｓ
＋’　　（ｔ）をＳｚ　　（ｔ”）から減算すれば、信
号の内、信号！：ｚ　　　（ｔ）で符号が反転している
成分だけが残る。この為、ベースライン誤差成分が相殺
される。ビューＢ、Ｃ，Ｄ等に対し、そして位相符号化
方向Ｇｙの全ての値に対し、第３図のパルス順序を繰返
す。

第４図について具体的に説明すると、こうして収集され
たＮＭＲデータが像データ配列２５０にディジタル形式
で記憶される。像データ配列２５０は２次元の配列であ
って、標本化されてディジタル化された各々のＮＭＲ信
号を、配列の行（読出し次元）に沿った一連の要素とし
て記憶する。

このデータの各々の行が特定のビューに関係しており、
それらが配列の別の次元、即ち位相符号化の次元に沿っ
て、順次配置される。周知の様に、その後像データ配列
２５０に対して２次元フーリエ変換を実施して、２次元
表示データ配列２５１を発生する。表示データ配列２５
１を例えばＣＲＴに写像し、そのスクリーンの各々の画
素の輝度を制御することが出来る。表示データ配列２５
１の各々の要素は、その強度により、作像されたスライ
スの対応するｘ、　　ｙ位置で受信したＮＭＲ信号のレ
ベルを示す。こう云う強度の値が、ＣＲＴスクリーン上
の対応する画素の輝度を制御して、像を発生する。

当業者であれば、処理について上に述べたことは、省略
があることが理解されよう。実際には、像データ配列２
５０は、収集されたＮＭＲ信号の同相（１）の値に対し
て１つ、直角位相（Ｑ）の値に対して１つの２つの配列
として存在する。こう云う複素数の値に対してフーリエ
変換が実施され、こうして変換された配列の対応する要
素の自乗の和の平方根を計算することにより、表示デー
タ配列２５１が発生される。この他の多（のＮＭＲパル
ス順序及び処理方法を用いて、表示データ配列２５１を
発生出来ること、並びにこの発明がその全てに適用し得
ることを承知されたい。

上に述べたＮＭＲ装置が正しく動作する為には、送信コ
イル１３８Ａ（第２図）が、関心のある領域全体にわた
って、正しい強度及び持続時間を持つ一様な又は均質な
ＲＦ励振磁界を発生することが必要である。そうでない
と、励振されたスライス内の相異なる場所にある核スピ
ンの磁化は、第３図のパルス順序によって示す様な所望
の９０＠及び１８００だけ傾かない。その為、こう云う
場所で発生されたＮＭＲ信号は、正しい振幅を持たず、
表示データ配列２５１　（第４図）内の対応する場所は
正しくない強度の値を持つことになる。

好ましい実施例のパルス順序では、この結果、表示デー
タ配列２５１中に強度の値が小さい領域が生じる。この
様な強度の値の小さいことによって、表示される像に望
ましくない暗い陰影が生ずる。

無負荷のコイル１３８Ａによって関心のある領域全体に
わたってＲＦ励振磁界が均質に発生されたとしても、こ
れは全ての核スピンから［見たＪ磁界が同じであること
、又は受信コイル１３８Ｂが関心のある領域全体にわた
って、その結果生じたＮＭＲ信号を一様に受信すること
を保証するものではない。例えば、患者の負荷作用によ
り、本来であれば均質な無負荷コイル１３８ＡのＲＦ励
振磁界が歪められたり、或いは受信コイル１３８Ｂの受
信磁界が均質でなくなることがある。その結果、やはり
表示データ配列２５１の強度の値に歪みが生じ、その為
に表示される像に陰影の効果が起る。

収集されたＮＭＲ信号に対するこれら全ての非均質性の
影響が第５図に例示されている。曲線２５５は、印加さ
れたＲＦ励振磁界の強度の関数として、核スピンの成る
容積要素（ｖｏｘｃｌ　）によって発生された受信Ｎ　
Ｍ　Ｒ信号の強度を示すグラフである。ＲＦ励振磁界の
強度並びに／又は持続時間の変化があると、これは正味
の磁化のフリップ角（θ）の変化に対応する。第３図の
パルス順序に対する曲線２５５は、ｓｌｎ’θの形を有
する。

更に第５図で、送信減衰器ＴＡが公称値に設定されてい
て、核スピンから見ると正確な９０＠及び１８０’パル
スである場合、点２５６に示す様な最大のＮＭＲ信号が
発生される。他方、ＲＦ送信磁界の強度が一層小さい為
に、核スピンのフリップ角が小さいと、点２５７で示す
様に、発生されるＮＭＲ信号は小さくなる。同様に、核
スピンが若干−層強いＲＦ送信磁界の強度に曝されると
、点２５８で示す様に、ＮＭＲ信号が弱くなる。この為
、送信されるＲＦ励振磁界の非均質性によるＮＭＲ信号
の変動は、この鐘型曲線２５５上にある。

コイル１３８Ｂ（第２図）の受信磁界の非均質性によっ
ても、受信ＮＭＲ信号の強度の変動が起る。この変動が
第５図に破線の曲線２６０．２６１で示しである。曲線
２５５，２６０，２６１の形は同じ（即ち、５ｌｎ３θ
）であるが、その振幅が異なる。破線の曲線２６０は、
受信コイル１３８Ｂの感度が一層高い様な関心のある領
域内の場所から受信したＮＭＲ信号のグラフであり、破
線の曲線２６１は受信感度並びに／又は信号強度が一層
小さい領域から受信したＮＭＲ信号のグラフである。

この発明は、ＲＦ送信磁界及びＲＦ受信磁界の両方の非
均質性を別々に定量的に測定して、役に立つ様な形でそ
の情報を表示する手順である。この手順をＮＭＲ装置の
較正過程の一部分として用いてもよいし、選ばれたＮＭ
Ｒ走査の直前に使ってもよいし、或いは像の望ましくな
い陰影効果の原因を捜す場合、故障診断の手段又は設計
の手段として用いてもよい。この情報は、後からの像強
度の捕正に使ってもよい。この発明の手順は、ＣＰＵ　
　１０１によって実行される磁界マツプ作成プログラム
の指示のもとに、上に述べた様にＮＭＲ装置によって実
行される。

第６Ａ図について具体的に説明すると、磁界マツプ作成
プログラムに２７５から入り、プロセス・ブロック２７
６で示す様に、収集パラメータを入力して設定する。こ
う云うパラメータは主にＮＭＲ走査に使われるパルス順
序の細部に関係するものであり、第３図の特定のパルス
順序では、その中には次のものが含まれる。

ＴＥ−２０乃至３０ミリ秒 ＴＲ−８００乃至２，０００ミリ秒 スライスの数−１乃至２４ スライスの厚さ−５乃至１０ｍｍ スライスの間隔−１０關以上 視野−３２乃至４８ｃｍ 像配列の寸法：ｘ−２５６（読出し方向）、ｙ−１２８
（位相符号化方向）乃至１９２選ばれた走査パラメータ
を用いて、プロセス・ブロック２７７で示す様に、予備
走査を実施する。

この予備走査は送信減衰（ＴＡＮＯＭ）及び受信減衰Ｃ
ＲＡ　ＳＯＭ　）の公称値を戻す。こう云う公称値は、
物体の投影の積分を最大にするレベルである。公称の送
信減衰（ＴＡＮＯＭ）は、選ばれたスライス中にある核
スピンのバルクに９０″及び１８０’のフリップ角を発
生する値であり、公称の受信減衰（ＲＡ　ＮＯＭ　）は
受信ＮＭＲ信号のピーク値が、送信減衰が公称値に設定
された時に、Ａ／Ｄ変換器の範囲を越えない様にする値
である。

プロセス・ブロック２７８に示す様に、Ｎ個１組のサン
プルの送信減衰の値（Ｔ　Ａ　＋乃至ＴＡＮ）がこの後
計算される。好ましい実施例では７個のサンプルの値が
用いられ、４番目すなわち中心のサンプルの値がＴＡＮ
ｏＭであり、残りの６つのサンプルは、この中心のθ−
９０″と云う公称サンプルに対して対称的な線形フリッ
プ角範囲にわたって等間隔で求められる。例えば、サン
プル減衰値Ｔ　Ａ　＋乃至Ｔ　Ａ　７は、夫々３０″、
５０″、７０’、９０＠、１１０”、１３０’、１５０
’のフリップ角（θ）を発生する様に選ばれる。

サンプル送信減衰値を決定した後、各々のサンプル送信
減衰値ＴＡ＋乃至Ｔ　Ａ　Ｎを用いたＮＭＲ走査を実施
するループに入る。プロセス・ブロック２７９で示す様
に、サンプル送信減衰値を送信減衰器２０６（第２図）
に出力し、プロセス・ブロック２８０に示す様に、完全
なＮＭＲ走査を実施する。第４図について前に述べた様
に、走査により、選ばれたスライス全体にわたって収集
されたＮＭＲ信号の大きさを示す像データ配列２５０が
発生される。プロセス・ブロック２８１で示す様に、そ
の後、収集されたＮＭＲデータに対して２次元フーリエ
変換を実施して、強度配列Ｉを発生する。強度配列Ｉは
２次元配列（例えば２５６Ｘ２５６）であり、その各々
の要素が、選ばれたスライス中の対応する物理的な場所
に於けるＮＭＲ信号の強度を示す。装置は判定ブロック
２８２からループに戻り、Ｎ個のサンプル送信減衰値の
各々でＮＭＲ走査を繰返す。第７図に示す様に、こうし
て７つの別々の強度配列１１乃至Ｉ７が作られ、中央の
配列Ｉ４は、公称の送信減衰値ＴＡＮｏ）ｌを用いて発
生されたｆｆａの表示データ配列２５１に対応する。

第６Ｂ図について説明すると、プロセスの次の工程は、
強度配列１１乃至１７の各々の場所にあるデータ又は要
素を検査し、そのデータに対して曲線を当てはめること
である。プロセス・ブロック２８５に示す様に、強度配
列１．乃至Ｉ７の各々の同じ場所から強度データを読取
る。これらの７つの値が、ＲＦ励振パルスによって生ず
るフリップ角θを７つの値からなる範囲にわたって増分
的に変えた時、スライス内の１つの場所又は容積要素に
於けるＮＭＲ信号の強度を表わす。前に説明した様に、
こう云う７つの値は５ｉｎ３０曲線上にあり、プロセス
・ブロック２８５で示す様に、次の工程は、これらの７
個の強度データの点に最もよく当てはまる曲線を見つけ
ることである。最初に７個のデータ点を調べて、このよ
うな曲線上に明らかに存在しない点があるかを決定し、
そう云う点があればそれを除去した後、残りの強度デー
タ点をガウス曲線に当てはめる。この様な曲線当てはめ
手順が、１９６９年にマツフグロウヒル・ブック・カン
バニイから出版されたフィリップＲ，デビントンの著書
［物理学の為のデータの縮小と誤差の解析」の第８章に
記載されている。この曲線が第８図に示されており、点
２８７乃至２９３が、夫々の強度データ配列１１乃至１
ｙの同じ場所からの７個の強度データ点である。−旦最
善の曲線が１つの場所からの強度データ点に当てはまっ
たら、曲線中のピークの位置は、その微分がゼロになる
場所を決定することによって判る。

これが、第６Ｂ図のプロセス・ブロック２９５で行なわ
れ、このピークの２つの座標ＴＡＭ及びＲＡＭが、送信
配列２９７及び受信配列２９６の対応する場所に保管さ
れる。第９図に示す様に、受信配列及び送信配列２９６
，２９７は、強度配列ＩＩ乃至Ｉ７と同じ寸法を持って
おり、従ってその各々の要素はスライス内並びに再生像
の物理的な場所に対応する。強度配列の全ての要素を、
判定ブロック２９８で定めたループにより、この様に処
理することが出来る。強度閾値を適用して、強度が無視
し得る様な要素に対する計算を省略することが出来る。

これはおそらく像の対象外にあるからである。何れにせ
よ、受信及び送信配列２９６．２９７は、対応するピー
ク受信振幅値ＲＡＭ及びピーク送信減衰値ＴＡＭで埋め
られる。

第６Ｂ図、第８図及び第１０図について更に詳しく説明
すると、受信及び送信配列２９６，２９７を作った後、
表示し得る種々の磁界マツプを作ることが出来る。プロ
セス・ブロック３００で示す様に、その１番目は受信磁
界マツプ３０５であり、これは受信配列２９６にある値
から直接的に作られる。その結果得られる表示は、−様
なＮＭＲ特性を持つファントムのスライスをＩＭｋした
場合、ＮＭＲ装置の受信磁界に於ける非均質性の直接的
な目安となる像である。他方、−様でない被検体を用い
た場合、受信磁界マツプ３０５は、送信磁界の非均質性
の影響を除いた、被検体の像である。

プロセス・ブロック３０１で示す様に、次に、送信配列
２９７にある値Ｔ　Ａ　Ｍから送信磁界マツプ３０６が
直接的に作られる。その結果得られる表示は、９０′の
フリップ角を達成する為により強いＲＦ励振を必要とす
る場所、並びに９０°のフリップ角を達成する為にＲＦ
励振を弱くする必要のある場所を示す像である。この像
の輝度の変化は、送信磁界の非均質性の程度の目安であ
る。

プロセス・ブロック３０２で示す様に、送信配列２９７
からもフリップ角磁界マツプ３０７を作ることが出来る
。公称の送信減衰値（Ｔ　Ａ　ＮＯＮ　）を例えば９０
″のフリップ角を基準とし、その後、他の送信減衰値の
フリップ角を次の様に計算することが出来る。

−［（ＴＡ　　−ＴＡ）／２０１） θ−９（１（１０ＮＯＮ こ−でθは配列２９７にある任意の送信減衰値ＴＡに対
するフリップ角である。フリップ角磁界マツプ３０７が
ＣＲＴスクリーンに直接的に表示される時、それは表示
される送信磁界マツプ３０６と事実上同じであるが、輝
度レベルの向き又は符号が逆になる。即ち、核スピンの
フリップ角が９０°未満である場所は暗くなり、９０″
よりも大きい角度の場所は明るくなる。この磁界マツプ
は、地図の等高波とよく似た線を用いて、選ばれた同じ
フリップ角を持つスライス内の場所を結ぶ輪郭マツプに
変換することが出来る。

Ｍ後に、プロセス・ブロック３０３で示す様に、差磁界
マツプ３０８を表示の為に作ることが出来る。これを作
るには、強度配列ｌＮＯＨにある各々の要素の値を、受
信配列２９６にある対応する値（ＲＡＭ）から減算する
。その値が第８図のＤとして示されており、こう云う差
の値から作られた表示は、ＲＦ送信磁界の非均質性によ
る強度の差を強調するものになる。プロセス・ブロック
３０４で示す様に、この発明に従って作った任意の磁界
マツプは、表示装置の輝度の範囲に合う様に、輝度マツ
プの値のダイナミック・レンジを適当にシフトさせると
共に倍率を定めることにより、直接的にＣＲＴに表示す
ることが出来る。勿論、その代りに、磁界マツプ３０５
乃至３０８は後で使う為に、ディジタル形式で記憶する
ことが出来る。

前に述べた磁界マツプを作ることにより、関心のある領
域全体の送信及び受信ＲＦ磁界の輪郭を作ることが出来
る。受信磁界マツプは均質な物体内で最も役立つ。この
場合、磁界マツプの強度の変動は、位置に依存した受信
コイルの感度が原因とすることが出来、それは物体の組
成の変動によるものではない。差磁界マツプは、負荷コ
イルの送信磁界に於ける非均質性を切離して強調するも
のである。然し、送信磁界マツプは、物体の容積要素の
ピークの絶対強度が送信磁界マツプの計算の決め手では
ないので、非均質及び均質の両方の物体で役立つ。例え
ば、１つの用途は、異なる送信及び受信コイルの設計と
組合せを用いて、実際の人体に於ける空間的なＲＦ励振
磁界の分布を決定することである。これは、送信コイル
の設計と、９１ましくない結合による送信磁界に対する
受信コイルの設計の影響を判断するのに非常に役立つ。

好ましい実施例では、予備走査を実施して、強度配列の
為のデータを収集するのに使われるパルス順序が、像デ
ータを収集するのに使われるパルス順序と同じであるが
、そうする必要はない。勿論、異なるパルス順序を使う
場合、フリップ角θとＮＭＲ信号の強度の間の関係は、
こ＼で説明した５ｉｎ３　θの関係とは異なるものにな
ろう。従って、この異なる関係を正しく反映する為には
、ガウス曲線以外の特性曲線を収集データに当てはめる
べきである。更に、この走査を実施すると共に計算を行
なうのに必要な時間を短縮する為に、多数の処置をＪ１
４することが出来る。例えば、何れか一方又は両方の次
元に於ける強度配列の寸法を縮小することにより、走査
時間を短縮することが出来、強度値の群（例えば２×２
個の隣り同士）を平均し、この−層小さいＬ組の平均デ
ータを用いて、磁界マツプを計算することにより、計算
時間を更に短縮することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を用いるＮ　ＭＲ装置のブロック図、
第２図は第１図のＮＭＲ装置の一部となるトランシーバ
のブロック図、第３図はこの発明を実施するのに用いる
ことが出来るパルス順序を示すグラフ、第４図は第１図
のＮＭＲ装置によって発生されたデータの配列図、第５
図は第１図の装置によって発生されたＮＭＲ信号の強度
を示すグラフ、第６Ａ図及び第６Ｂ図はこの発明の好ま
しい実施例を実施する為に第１図の装置によって実行さ
れるプログラムのフローチャート、第７図は第６Ａ図の
プログラムによって運転した時の第１図のＮＭＲ装置に
よって発生されるデータの配列図、第８図は第７図の配
列にあるデータに当てはめる曲線を示すグラフ、第９図
はこの発明に従って操作された時の第１図のＮＭＲ装置
によって発生されるデータの配列図、第１０図はこの発
明に従って第１図のＮ　Ｍ　Ｒ装置によって発生される
データ配列としての磁界マツプの配列図である。 ［主な符号の説明］ １００：コンピュータ・システム、 １１８ニジステム制御装置、 １２２：ｌ−ランシーバ、 １２８：勾配増幅器装置、 １３６：′Ｉ−Ｊ配コイ小コイル集 成体８：ＲＦコイル、 ！＋乃至■７　：強度配列、 ３０５乃至３０８：磁界マツプ。 ＦＩＧ、　２ 一フ゛ン・−ノブ負　（θ） ＦＩＧ、　３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、関心のある領域の走査を実施して、関心のある領域
   全体にわたる種々の位置に於けるＮＭＲ信号の強度を表
   わす強度データの配列を発生するＮＭＲ装置に於て、各
   々の強度データの配列を夫々相異なるＲＦ励振磁界強度
   で走査を実施することによって発生して、１組の強度デ
   ータ配列を発生する手段と、該１組の強度データ配列に
   結合されていて、その中の対応するデータ要素を読出し
   て、対応するデータ要素の各組に特性曲線を当てはめる
   手段と、該当てはめる手段に結合されていて、当てはめ
   た各々の特性曲線のピーク値を決定して、それから受信
   配列中の対応するデータ要素を発生する手段と、前記受
   信配列に結合されていて、ＮＭＲ装置のＲＦ受信磁界の
   非均質性をデータ要素の強度によって示す磁界マップを
   発生する手段とを有するＮＭＲ装置。 ２、磁界マップが受信配列のピーク値から直接的に発生
   される請求項１記載のＮＭＲ装置。 ３、磁界マップが、受信配列のピーク値と１組の強度デ
   ータ配列の内の１つの配列に於ける対応する要素の値と
   の間の差を求めることにより発生される請求項１記載の
   ＮＭＲ装置。 ４、関心のある領域の走査を実施して、該関心のある領
   域全体にわたる種々の位置に於けるＮＭＲ信号の強度を
   表わす強度データの配列を発生するＮＭＲ装置に於て、
   各々の強度データの配列を夫々相異なるＲＦ励振磁界強
   度で走査を実施することによって発生される様にして、
   １組の強度データ配列を発生する手段と、該１組の強度
   データ配列に結合されていて、対応するデータ要素を読
   出して、対応するデータ要素の各々の組に特性曲線を当
   てはめる手段と、該当てはめる手段に結合されていて、
   当てはめた各々の特性曲線のピークの場所を決定して、
   該場所から送信配列に於ける対応するデータ要素を発生
   する手段と、該送信配列に結合されていて、ＮＭＲ装置
   のＲＦ送信磁界に於ける非均質性をデータ要素の強度に
   よって示す磁界マップを発生する手段とを有するＮＭＲ
   装置。 ５、磁界マップが、送信配列に於ける場所の値から直接
   的に発生される請求項４記載のＮＭＲ装置。 ６、ＴＡ＿Ｎ＿Ｏ＿Ｍを前記相異なるＲＦ励振磁界の強
   度の内の１つ、ＴＡを送信配列中の場所の値として、次
   の式によってフリップ角の値 θ＝９０（１０＾−＾［＾（＾Ｔ＾Ａ＿Ｎ＿Ｏ＿Ｍ＾−
   ＾Ｔ＾Ａ＾）＾／＾２＾０＾］）を計算することによっ
   て、磁界マップを発生する請求項４記載のＮＭＲ装置。 ７、関心のある領域の走査を実施し、関心のある領域全
   体にわたる種々の場所に於けるＮＭＲ信号の強度を表わ
   す強度データの配列を発生するＮＭＲ装置に於て、各々
   の強度データ配列が夫々相異なるＲＦ励振磁界の強度で
   走査を実施することによって発生される様にして、１組
   の強度データ配列を発生する手段と、該１組の強度デー
   タ配列に結合されていて、その中の対応するデータ要素
   を読出して、対応するデータ要素の各々の組に特性曲線
   を当てはめる手段と、該当てはめる手段に結合されてい
   て、当てはめられた各々の特性曲線に於けるピークの座
   標を決定して、該座標から、受信配列中の対応するデー
   タ要素及び送信配列中の対応するデータ要素を発生する
   手段と、送信及び受信配列に結合されていて、ＮＭＲ装
   置のＲＦ磁界の非均質性をデータ要素の強度によって示
   す磁界マップを発生する手段とを有するＮＭＲ装置。 ８、特性曲線がガウス曲線であり、そのピークの座標が
   、最大のＮＭＲ信号の強度の値（ＲＡ＿Ｍ）並びにこの
   最大値を発生するのに必要なＲＦ励振磁界の強度（ＴＡ
   ＿Ｍ）を示す請求項７記載のＮＭＲ装置。 ９、１組の強度データ配列を発生する手段が、公称ＲＦ
   励振磁界の強度を決定する予備走査を実施する手段と、
   該手段に結合されていて、前記公称ＲＦ励振磁界の強度
   で１回の走査が実施され、前記公称値より小さいＲＦ磁
   界の強度で２回目の走査が実施され、公称値より大きい
   ＲＦ磁界の強度で３回目の走査が実施される様に、相異
   なる励振磁界の強度を選択する手段とを有する請求項７
   記載のＮＭＲ装置。 １０、相異なる７種類のＲＦ励振磁界の強度で７回の走
   査を実施することにより、７個１組の強度データ配列が
   発生される請求項７記載のＮＭＲ装置。