JPH03292934A - 核磁気共鳴を用いた検査方法 - Google Patents

核磁気共鳴を用いた検査方法

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JPH03292934A
JPH03292934A JP2092233A JP9223390A JPH03292934A JP H03292934 A JPH03292934 A JP H03292934A JP 2092233 A JP2092233 A JP 2092233A JP 9223390 A JP9223390 A JP 9223390A JP H03292934 A JPH03292934 A JP H03292934A
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JP
Japan
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measurement
magnetic field
magnetic resonance
signal
frequency
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JP2092233A
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Hiroyuki Takeuchi
博幸 竹内
Tatsuo Nozokido
莅戸 立夫
Chikako Nakamura
中村 千賀子
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Hitachi Ltd
Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
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Hitachi Ltd
Hitachi Medical Corp
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Publication date
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/44Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance using nuclear magnetic resonance [NMR]
    • G01R33/48NMR imaging systems
    • G01R33/54Signal processing systems, e.g. using pulse sequences ; Generation or control of pulse sequences; Operator console
    • G01R33/56Image enhancement or correction, e.g. subtraction or averaging techniques, e.g. improvement of signal-to-noise ratio and resolution
    • G01R33/565Correction of image distortions, e.g. due to magnetic field inhomogeneities
    • G01R33/56563Correction of image distortions, e.g. due to magnetic field inhomogeneities caused by a distortion of the main magnetic field B0, e.g. temporal variation of the magnitude or spatial inhomogeneity of B0

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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、核磁気共鳴(以下NMRという)現象を利用
して被検体の断層画像を得る磁気共鳴イメージング装置
(以下MRI装置)に係り、特に静磁場変動により生ず
る画質劣下を低減する手法に関する。
〔従来の技術〕
MRI装置の静磁場発生方法には超電導、常電導、永久
磁石の三方式がある。超電導を使用した装置の静磁場変
動量はO0lppm/h程度で極めて安定な静磁場が得
られる。定電導方式では極めて安定な電流源が必要とな
るが、その駆動回路の短時間ドリフトやハムの混入さら
にコイルの冷却水の温度変動などにより数ppmオーダ
ーのゆらぎを生じた静磁場となる。永久磁石方式では素
材自体が温度係数を持ち、材料により異なるが200か
ら2000ppm/ ’C程度であり、微弱な温度変動
が静磁場変動の要因となる。
NMR現象を利用した映像法は、その共鳴周波数が磁場
強度に比例することを基本原理としている。従って基本
となる静磁場強度が変動すると得られる信号の周波数が
変化し、画像にゴーストやボケが発生し画質の低下を招
くことになる。
そこで従来の常電導方式のMRI装置では、計測前や計
測中に静磁場強度を直接あるいは間接的に測定し、フィ
ードバックをか−けて静磁場強度を補正する磁場ロック
手段が良く用いられていた。
しかし永久磁石方式では静磁場を発生させるコイルや駆
動装置を持たないため、磁場ロック手段を設けるとコス
ト高となり、また計測時間の延長を招く。
永久磁石を用いたMHI装置の静磁場変動に対処する従
来技術として特開昭61−280551号公報がある。
しかしその補正手法は画素の1ポイント単位であり、1
ポイント以内のずれに対する配慮がない。1ポイント以
内のずれでも画質的にかなり大きなボケを生じるのでこ
の点の配慮が必要である。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明は上述したような事情に鑑みてなされたもので、
その目的は永久磁石方式における静磁場変動による画素
方向のボケをほぼ完全に除去し、良質な画像を得ること
にある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成する本発明のMRI装置は、スキャンの
直前及び直後に静磁場強度あるいはNU倍信号共鳴周波
数を計測し、その変化量に応じてスキャンした計測デー
タの位相を補正するようにしたものである。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。第2
図に本発明に係るMRI装置の構成図を示す。この装置
は、核磁気共鳴(NMR)現象を利用して被検体1の断
層画像を得るもので、静磁場発生磁石10と、中央処理
装置(以下、CPUという)11と、シーケンサ12と
、送信系13と、磁場勾配発生系14と、受信系15と
信号処理系16とからなる。上記静磁場発生磁石10は
、被検体1の周りにその体軸方向または体軸と直交する
方向に強く均一な静磁場を発生させるもので、上記被検
体1の周りのある広がりをもった空間に永久磁石方式又
は常電導方式あるいは超電導方式の磁場発生手段が配置
されている。上記シーケンサ12は、CPUI 1の制
御で動作し、被検体1の断層画像のデータ収集に必要な
種々の命令を送信系13及び磁場勾配発生系14並びに
受信系15に送るものである。上記送信系13は、高周
波発振器17と変換器18と高周波増幅器19と送信側
の高周波コイル20aとからなり、上記高周波発振器1
7から出力された高周波パルスをシーケンサ12の命令
に従って、変調器18で振幅変調し、この振幅変調され
た高周波パルスを高周波増幅器19で増幅した後に被検
体1に近接して配置された高周波コイル20aに供給す
ることにより、電磁波が上記被検体1に照射されるよう
になっている。上記磁場勾配発生系14は、X、Y。
2の三軸に2方向の磁場強度を異ならせる傾斜磁場コイ
ル21と、それぞれのコイルを駆動する傾斜磁場電源2
2とからなり、上記シーケンサ12からの命令に従って
それぞれのコイルの傾斜磁場電g22を駆動することに
より、x、y、zの三軸方向の傾斜磁場Gえ、Gy 、
Gzを被検体1に印加するようになっている。この傾斜
磁場の加え方により、被検体1に対するスライス面を設
定することができる。上記受信系15は、受信側高周波
コイル20bと増幅器23と直交位相検波器24とA/
D変換器25とからなり、上記送信側の高周波コイル2
0aから照射された電磁波による被検体1の応答の電磁
波(NMR信号)は被検体1に近接して配置された高周
波コイル20bで検出され、増幅器23及び直交位相検
波器24を介してA/D変換器25に入力してデジタル
量に変換され、さらにシーケンサ12がらの命令による
タイミングで直交位相検波器24によりサンプリングさ
れたこ系列の収集データとされ、その信号が信号処理系
16に送られるようになっている。
この信号処理系16は、CPUI lと、磁気ディスク
26及び磁気テープ27等の記録装置と、CRT等のデ
イスプレィ28とがらなり、上記CPUI 1でフーリ
エ変換、補正係数計算、像再構成等の処理を行い、任意
断面の信号強度分布あるいは複数の信号に適当な演算を
行って得られた分布を画像化してデイスプレィ28に表
示するようになっている。なお、第2図において、送信
側及び受信側の高周波コイル20a、20bと傾斜磁場
コイル21は、被検体1の周りの空間に配置された静磁
場発生磁石10の磁場空間内に配置されている。
第3図は、典型的なスピン・エコー法(以下SE法)に
おけるタイム・シーケンスを模式的に表わしたものであ
る。第3図において、RFは無線周波の信号の照射のタ
イミング及び選択励起のためのエンベ−ロープを示して
いる。G2はスライス方向の傾斜磁場印加のタイミング
を示す。
Gyは位相エンコード方向傾斜磁場印加のタイミングと
その振幅を変えて計測することを示す。
G、は周波数エンコード傾斜磁場印加のタイミングを示
し、Signalは計測されるNMR信号を示す。
最下段はタイム・シーケンスを1〜6に区間分けしたも
のである。なお、x、y、z三軸はそれぞれ直交したデ
カルト座標軸である。第3図中区間1においては、90
度選択励起パルスを照射するとともに、スライス方向傾
斜磁場を印加する。区間2においては、位相エンコード
方向傾斜磁場を印加し、Y方向に関して場所に依存した
核スピンの回転を付加する。さらに区間2において、周
波数エンコード傾斜磁場を印加する。これは、区間6に
おいてNMR信号を計測する際に、時間原点が区間6の
中央に来るように、核スピンをあらかじめデイフェイズ
(dephase 、位相を逆回転させること)させて
おくためのものである。区間3では何らの信号も出さな
い。区間4では、180度選択励起パルスを照射すると
ともに、スライス方向傾斜磁場を印加する。区間5では
何らの信号・も出さない。区間6では、周波数エンコー
ド傾斜磁場を印加するとともに、NMR信号の計測を行
う。
通常の2次元画像を得るには区間2の位相エンコード傾
斜磁場を例えば256通りに可変し、1〜6のシーケン
スを256回繰り返して計測を行なう。この繰り返し行
なう計測の方向をビュ一方向と呼ぶことにする。
NMRイメージングを行うには、前述のごとく静磁場に
傾斜磁場を印加した状態でRFパルスを照射し、被検体
1の検査領域から出るNMR信号を空間情報としてエン
コード(符号化)するために傾斜磁場を印加し、NMR
信号を計測した後、後述する補正演算を行ない画像を再
構成する。
さて、前述した静磁場発生磁石10に永久磁石方式を用
いた場合は磁石の温度変化によって静磁場強度が変化す
る。使用する磁石や磁気回路に使用する鉄材などの総重
量は5〜15トン程にも達する為、熱慣性は非常に大き
い。また永久磁石方式では通常、断熱構造や保温制御を
用いるため、周囲温度が数℃変化した場合、磁石の温度
は長い時定数で変化し、1日の室温変動に応じてゆっく
りと0.1℃オーダの変化をする。MRIの計測時間は
数分〜数10分のオーダであるので計測時間中の温度変
動はほとんど直線的な変化と見なしても支障はない。そ
こで本発明では前述した第3図の一連のシーケンスの直
前と直後にNMR信号の中心周波数f Cf工とf2と
する)を計測しておき、この周波数のずれ量から計測デ
ータを補正する手段を用いる。もちろん温度変動が直線
的でない場合は計測途中に中心周波数を計測するように
すれば良い。
次にCPU11における補正演算の原理について説明す
る。今、シーケンス動作中、静磁場H。
が直線的に変化した場合、得られる信号の中心局つて直
線的に変化し、例えば第4図のようになる。
このように得られる信号の中心周波数fが時間(ビュ一
番号の増加)とともに変化すると、得られる信号の各サ
ンプル点での位相が変化する。例えば第3図に示したS
E法による計測では1806パルスの働きによって計測
中心で誤差Oでその前後で誤差が生ずるような第5図で
示すような位相変化が生じ、この位相誤差量Tは(1)
式のようになる。
(2)式から正しい計測信号を求めると(3)式と[r
ad] 但し、fl・・・計測直前の中心周波数f2・・・計測
直後 T、・・・1ビニ−内の計測時間幅 X・・・1ビユー内の各サンプル番号 (0−127,255,511etc)X・・・1ビユ
ーのサンプル点数 (128,256,512etc) y・・・1計測内のビュ一番号 (0〜127,255,511etc)Y・・・1計測
内のビュー数 (128,256,512etc) 得られる信号51(x、y+にはこの誤差量が含まれて
(2)式のようになっている。
S  1(xty+  =  S  (x  +   
y )・exp  (j  ’f’  +xty+ )
・・12)但し、S(x、y)・・・周波数が変化しな
い場合の正しい計測信号 j・・・虚数単位 なる。
5(xty)=St+x、y+ @exp(j’i’t
x+y+)・・・(3) 従って(1)式によって各計測データの位相誤差量を計
算し、(3)式によって補正を行なえば周波数変化のな
い正しい計測データS(x、y)が得られる。
MHIの計測法には前述したSE法の他にグラジェント
エコー法(以下GRE法と記す)と呼ばれる手法がある
。この場合は前述した180°パルスがないため、位相
誤差は第6図に示すように計測の時間方向に直線的に変
化し、(4)式のようになる。
(rad) 但し、Ta・・・90°パルスの中心から計測開始点(
X=O)までの時間 GRE法の場合はこの(4)式と(3)式によって補正
演算を行なう。
次に第1図を用いて計測と補正演算の手順について説明
する。まず計測の直前に被検体の核磁気共鳴の中心周波
数fLを計測する。次に実際の信号5L(XI7+を計
測し、その直後に中心周波数J2を計測する。SE法の
場合は(1)式を用い、またGRE法の場合は(4)式
を用いて各計測点の位相誤差量ψ(x、y)を計算する
。次に式(3)を用いて補正演算を実行し、周波数変化
の補正された計測データS (x r y )を得る。
このデータをもとに2次元フーリエ変換など通常の画像
再構成演算を実行し、ぼけのない画像を得る。
ここまでの説明では計測直前と直後の中心周波数により
計測データを補正する実用的な手法を説明したが、前述
した磁場強度の変化が直線的でなくやるやかに変化する
場合でも本発明の手法を応用して簡単に実現できる。す
なわち、計測直前から計測直後までの間に中心周波数を
N回計測し、対応する中心周波数(Jo、 fl・・・
f、・・・fN)  により前述の(1)式又は(4)
式を変形して’f’(x、y)を求める。Nは変化を再
現で7る程度で最少限の数を使用するのが実用的である
。この場合のSE法による前述の位相誤差量を表わす(
1)式は次の様に変形して用いる。
但し、  j・・中心周波数計測の番号(1=0.l、
・・・N) f、・・・1番目の中心周波数 y、・・f、 を計測した直後のビュ一番号(例:0,
63,127,19.1゜ 255) (5)の認意のyに対し、最も近いy、及びyl+、を
用いる。
この(5)式の’f’ (x * y)を前述した第1
図の手順中に用いれば、SE法で中心周波数がゆるやか
に変化しても補正が可能である。
同様にしてGRE法では(4)式を変形して(6)式を
用いれば良い。
〔Tλd〕
−・(6) [発明の効果] 本発明によれば、計測中の中心円周 のずれに起因する「ぼけJをほぼ完全 に取り除くことができるので、空間分 解能の劣化のない鮮明な画像を得るこ とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明における信号計測と 信号の補正演算のフローチャート図、 第2図はMRI装置の構成を示すブロ ック図、第3図はSE法の典型的なパ ルスシーケンス図、第4図は信号計測 中の静磁場変動による信号の中心周波 数の変動を示す図、第5図はSE法に おける第4図に示す中心周波数の変動 により生ずる各サンプル点での信号の 位相変化状態を示す図、第6図は GRE法における位相変化状態を示す 図である。 第 3 #5 第 ろ 口

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、被検体に静磁場及び傾斜磁場を与える手段と、前記
    被検体の組織を構成する原子の原子核に核磁気共鳴を起
    こさせるために高周波パルスを印加する手段と、前記核
    磁気共鳴による信号を検出する信号検出手段と、検出さ
    れた核磁気共鳴信号を用いて画像を再構成する手段とを
    備えてなる核磁気共鳴イメージング装置において、計測
    開始直前と直後の中心周波数を計測し、その周波数変化
    量を用いて映像化に用いる計測データの位相を補正する
    手段を含むことを特徴とした核磁気共鳴イメージング装
    置の検査方法。 2、前記共鳴の中心周波数の計測を映像化に用いる計測
    データの計測中に複数回挿入し、その中心周波数の変化
    量を用いて計測データの位相を補正する手段を含むこと
    を特徴とする核磁気共鳴イメージング装置の検査方法。
JP2092233A 1990-04-09 1990-04-09 核磁気共鳴を用いた検査方法 Pending JPH03292934A (ja)

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