JPH0333009B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はRFコイルに供給する90゜パルスと180゜
パルスの最適条件を設定する核磁気共鳴断層撮影
装置のRFパルス調整装置に関する。

（従来の技術） 核磁気共鳴（以下NMRという）現象を用いて
特定原子核に注目した被検体の断層像を得る
NMR−CTは従来から知られている。このNMR
−CTの原理の概要を簡単に説明する。

原子核は磁気を帯びた回転している独楽と見る
ことができるが、それを例えばｚ軸方向の静磁場
H₀の中におくと、前記の原子核は次式で示す角
速度ω₀で歳差運動をする。これをラモアの歳差
運動という。

ω₀＝γH₀ 但し、γ：核磁気回転比 今、静磁場のあるｚ軸に垂直な軸、例えばｘ軸
に高周波コイルを配置し、xy面内で回転する前
記の角周波数ω₀の高周波回転磁場を印加すると
磁気共鳴が起り、静磁場H₀のもとでゼーマン分
裂をしていた原子核の集団は共鳴条件を満足する
高周波磁場によつて準位間の遷移を生じ、エネル
ギー準位の高い方の準位に遷移する。ここで、核
磁気回転比γは原子核の種類によつて異なるので
共鳴周波数によつて当該原子核を特定することが
できる。更にその共鳴の強さを測定すれば、その
原子核の存在量を知ることができる。共鳴後緩和
時間と呼ばれる時定数で定まる時間の間に高い準
位へ励起された原子核は低い準位へ戻つてエネル
ギーの放射を行う。このNMRの現象の観測方法
の中パルス法について第３図を参照しながら説明
する。

前述のように共鳴条件を満足する高周波パルス
（H₁）を静磁場（ｚ軸）に垂直な（ｘ軸）方向に
印加すると、第３図イに示すように磁化ベクトル
Ｍは回転座標系でω′＝γH₁の角周波数でzy面内で
回転を始める。今パルス幅をt_DとするとH₀から
の回転角θは次式で表わされる。

θ＝γH₁t_D ……(1) (1)式においてθ＝90゜となるようなt_Dをもつパ
ルスを90゜パルスと呼ぶ。この90゜パルス直後では
磁化ベクトルＭは第３図ロのようにxy面をω₀で
回転していることになり、例えばｘ軸においたコ
イルに誘導起電力を生じる。しかし、この信号は
時間と共に減衰していくので、この信号を自由誘
導減衰信号（FID信号）と呼ぶ。FID信号をフー
リエ変換すれば周波数領域での信号が得られる。
次に第３図ハに示すように90゜パルスからτ時間
後θ＝180゜になるようなパルス幅の第２のパルス
（180゜パルス）を加えるとばらばらになつていた
磁気モーメントがτ時間後−ｙ方向で再び焦点を
合せて信号が観測される。この信号をスピンエコ
ー（SE）信号と呼んでいる。このSE信号の強度
を測定して所望の像を得ることができる。NMR
の共鳴条件は ν＝γH₀／2π で与えられる。ここで、νは共鳴周波数、H₀は
静磁場の強さである。従つて共鳴周波数は磁場の
強さに比例することが分る。このため静磁場に線
形の磁場勾配を重畳させて、位置によつて異なる
強さの磁場を与え、共鳴周波数を変化させて位置
情報を得るNMRイメージングの方法がある。こ
の内スピン・ワープ法について説明する。この手
法に用いる高周波磁場及び勾配磁場印加のパルス
シーケンスを第４図に示す。イ図において、ｘ、
ｙ、ｚ軸に夫々Gx、Gy、Gzの磁場を与え、高周
波磁場をｘ軸に印加する状態を示している。ロ図
は夫々の磁場を印加するタイミングを示す図であ
る。図においてRFは高周波の回転磁場で90゜パル
スと180゜パルスをｘ軸に印加する。Gxはｘ軸に
印加する固定の勾配磁場、Gyはｙ軸に印加する
時間によつて振幅を変化させる勾配磁場、Gzは
ｚ軸に印加する固定の勾配磁場である。信号は
90゜パルス後のFID信号と180゜パルス後のSE信号
を示している。期間は各軸に与える勾配磁場の信
号の時期を示すために設けてある。期間１におい
て90゜パルスと勾配磁場Gz⁺によつてｚ＝０を中
心とするｚ軸に垂直な断層撮影におけるスライス
面内のスピンが選択的に励起される。期間２の
Gx⁺はスピンの位相を乱れさせて180゜パルスで反
転させるためのもので、Gz^-はGz⁺によつて乱れ
たスピンの位相を元に戻すためのものである。期
間２ではGynも印加する。これはｙ方向の位置に
比例してスピンの位相をずらしてやる所謂ワープ
と称せられる勾配磁場のためのもので、その強度
は毎周期異なるように制御される。期間３におい
て180゜パルスを与えて再び磁気モーメントを揃
え、その後に現われるSE信号を観察する。

（発明が解決しようとする問題点） 上記スピン・ワープ法において、NMR−CT
の励起用の90゜、180゜パルスによる回転角度θを
正確に90゜と180゜に合わせる必要があり、従来次
の方法でその調整を行つていた。

１ FID信号を用いる方法 RFパルスを印加したときに得られるFID信
号を観測する方法で、(1)式においてH₁即ちRF
パルスの振幅を変えるとθが変わるので、RF
パルスの振幅を変え、FID信号強度が最大にな
るときを90゜パルス、最小になるときを180゜パ
ルスとする。180゜パルスを先ず求め、RFパル
ス幅を1/2にして90゜パルスを求める方法、又は
その逆の方法もある。FID信号はRFパルスが
印加された直後に検出しなくてはならないので
信号強度が最大となるRFパルス振幅を正確に
求めることは難しく、又、被検体が大きい場
合、180゜パルスを印加してもFID信号強度が０
にならないことが多く、正確に180゜パルスを調
整することが困難である。

２ 90゜、180゜パルスを両方調整する方法 90゜パルスを印加した後、180゜パルスを印加
し、得られるSE信号強度が最大となるように
90゜、180゜パルスの振幅を交互に調整する。こ
の方法では２つのパラメータを動かすので最適
値を求めるのに時間が掛かる。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもの
で、その目的は、確認困難なFID信号を用いるこ
となく、90゜、180゜パルスの調整を容易に、正確
に行うことができる調整装置を実現することにあ
る。

（問題点を解決するための手段） 前記の問題点を解決する本発明はRFコイルに
供給する90゜パルスと180゜パルスの最適条件を設
定する核磁気共鳴断層撮影装置のRFパルス調整
装置において、前記90゜パルスと180゜パルスの振
幅を同一レベルに保つ手段と、前記90゜パルスと
180゜パルスのパルス幅が１対２の関係にあるよう
に維持する手段と、前記90゜パルス及び180゜パル
スのパルス幅又は前記90゜パルス及び180゜パルス
の振幅を外部から変更する手段と、少なくとも調
整時にスピンエコー信号の強度を表示できる手段
とを具備したことを特徴とするものである。

（作用） 90゜パルスと180゜パルスのパルス幅を１対２に
設定し、その比を維持しながら、両パルスの振幅
か、又は、パルス幅を調整し、表示装置における
画像により両パルスの振幅の最適条件を求める。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。

まず本発明の原理を説明する。一般に共鳴状態
での磁化ベクトルＭの回転する角度θは(1)式に示
す通りで、回転角θとRFパルス幅T_D、及び回転
角θとRFパルス振幅H₁とはそれぞれ一次の比例
関係にある。しかしながら、現実には装置の非線
形性によつて、設定したRFパルス振幅と実際に
出力されるRFパルス振幅には、見掛上比例関係
が成立たない場合が多いため、RFパルス幅T_Dと
θの間の比例関係を利用して、パルス幅T_Dを調
整して所望のθを求める。

調整方法は第２図に示すパルスシーケンスに従
つて行う。先ず90゜パルスのパルス幅と、180゜パ
ルスのパルス幅を１対２に設定する。次にRFパ
ルス幅を固定して90゜パルスと180゜の振幅を等し
い値を維持させながら変えてゆき、得られるプロ
ジエクシヨンが最大となるパルス振幅を求める。
プロジエクシヨンはSE信号をフーリエ変換して
周波数軸で表示された画像である。このとき90゜、
180゜パルスが同時に調整されたことになる。この
場合において、例えば180゜パルスのパルス幅をあ
る所望の値にまず設定し、90゜パルスのパルス幅
をその1/2に調整しておいて、90゜、180゜両パルス
の振幅（一定）を変化させ、プロジエクシヨンが
最大となるパルス振幅を求める。又は、90゜パル
スのパルス幅をまず所望の値に設定し、180゜パル
スのパルス幅をその２倍に調整しておいて、上述
のように、90゜、180゜両パルスの振幅を変化させ、
プロジエクシヨンが最大となるパルス振幅を求め
る方法を取る。このような原理の補正手段を実施
するためのNMR断層撮影装置の要部構成図を第
１図に示す。図において、１は内部に被検体を挿
入するための空間部分（孔）を有し、この空間部
分を取巻くようにして、被検体に一定の静磁場を
印加する静磁場コイルと勾配磁場を発生する勾配
磁場コイル（勾配磁場コイルはＸ、Ｙ、Ｚの３軸
のコイルを備えている。）と被検体内の原子核の
スピンを励起するためのRFパルスを与えるRF送
信コイルと被検体からのNMR信号を検出する受
信コイル等が配置されている。静磁場コイル、勾
配磁場コイル、RF送信コイル、及び受信コイル
は、それぞれ静磁場電源２、勾配磁場駆動回路
３、RF電力増幅器４及び前置増幅器５に接続さ
れている。シーケンス記憶回路６は計算機７から
の指令に従つて伝意のビユーで、ゲート変調回路
８を操作（所定のタイミングによつてRF発振回
路９のRF出力信号を変調）し、スピン・ワープ
法に基づくRFパルス信号をRF電力増幅器４から
RF送信コイルに印加する。又、シーケンス記憶
回路６は、同じくスピン・ワープ法に基づくシー
ケンス信号によつて勾配磁場駆動回路３を操作し
て、第４図に示すようにｘ、ｙ、ｚの３軸にそれ
ぞれ勾配磁場を供給する。１０はRF発振回路９
の出力を参照信号として、前置増幅器５の受信信
号出力を位相検波する位相検波器である。この出
力信号はAD変換器１１においてデイジタル信号
に変換され、計算機７に入力する。１２は計算機
７に種々のパルス・シーケンスの実現のために指
示及び種々の設定値などの入力をするための操作
コンソール、１３は計算機７で再構成された画像
を表示する表示装置である。

次に、上記のように構成された装置の動作を説
明する。

操作コンソール１２を操作してパルス・シーケ
ンスのタイミング、RFパルスの振幅、パルス幅
等の設定を行い、計算機７に前記設定値に基づく
信号を入力する。計算機７は前記設定値に基づい
て信号をシーケンス記憶回路６に送る。シーケン
ス記憶回路６は前記の信号に基づきRF発振回路
９からのRF信号を設定されたパルス幅、振幅を
有する信号に変調し、RF電力増幅器４に入力す
る。この変調信号は、RF電力増幅器４において
増幅され、マグネツトアセンブリ１に入力され
る。静磁場電源２によつてマグネツトアセンブリ
１に生ずる静磁場中において、前記RFパルス入
力は、各軸に与えられた勾配磁場と相俟つて励起
したスピンを共鳴させる。共鳴により生じたSE
信号は、前置増幅器５によつて増幅され、位相検
波器１０に入力する。位相検波器１０において
は、RF発振回路９の出力を参照信号として入力
NMR信号を位相検波し、その出力信号はAD変
換器１１においてデイジタル信号に変換され、計
算機７において画像再構成演算されて表示装置１
３で表示される。

以上が本装置の動作であるが、本装置による断
層撮影を行う前に操作コンソール１２により90゜、
180゜パルスの設定を行う。操作コンソール１２に
よつて90゜パルスと180゜パルスのパルス幅を設定
し、その比を１対２にする。このデータは計算機
７、シーケンス記憶回路６を経てゲート変調回路
８に入り、発生する変調パルス波のパルス幅を１
対２に調整する。次に操作コンソールにおいて前
記各90゜、180゜パルスの振幅を等しく保ちながら、
このRFパルスによつて生じ、前置増幅器５、位
相検波器１０、AD変換器１１、計算機７を経由
して表示装置１３にプロジエクシヨンとして表示
された画像を監視しつつ、前記操作コンソール１
２に入力する振幅データ入力を変化させて前記
RFパルスの振幅を変え、表示装置１３に表示さ
れるプロジエクシヨンの最大値を求める。

このようにすれば、２つのパルスのパルス幅、
振幅を交互に変化させながら、試行錯誤を行いつ
つ最良点を求めるのではなく、90゜、180゜パルス
のパルス幅の比を固定して１つのパラメータによ
り、一挙動で90゜パルスと180゜パルスの両者を調
整することができる。

パラメータが１つなので調整時間が短くてす
む。更に90゜、180゜パルスの両方が最適のときに
信号強度が大きくなるので、一方を固定して他方
を動かす場合よりも最適値付近の信号強度の変化
が大きく、従つて最適値が求めやすい。

本発明は上記実施例に限定されるものではな
い。例えば、実施例ではパルス幅を設定して振幅
を変化させたが、90゜、180゜パルスの振幅を一定
にしてRFパルスのパルス幅を変えて調整するこ
とも可能である。この場合第５図に示すように、
T₂緩和による影響が無いように、90゜パルスと
180゜パルスの間隔Tsを一定に保ち、且つ、90゜パ
ルスと180゜パルスのパルス幅を１対２になるよう
に保ちながら両者のパルス幅を変えて、プロジエ
クシヨンの最大になるパルス幅を求めてもよい。
又、実施例ではプロジエクシヨンが最大になるよ
うに調整したが、SE信号の振幅、面積等の強度
が最大になるように調整してもよい。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明のRFパル
ス調整装置によれば、確認困難なFID信号を用い
ることなく、90゜パルスと180゜パルスの調整を同
時に行うことにより、調整が容易に正確に実施出
来るようになつて実用上の効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の要部構成図、第２
図は３軸に与える信号のパルス・シーケンスの
図、第３図はNMR−CTのパルス法の原理の説
明図、第４図はNMR−CTの磁場のパルスシー
ケンスを示す図、第５図は他の実施例の説明図で
ある。 １……マグネツトアセンブリ、２……静磁場電
源、３……勾配磁場駆動回路、４……RF電力増
幅器、５……前置増幅器、６……シーケンス記憶
回路、７……計算機、８……ゲート変調回路、９
……RF発振回路、１０……位相検波器、１１…
…AD変換器、１２……操作コンソール、１３…
…表示装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ RFコイルに供給する90゜パルスと180゜パルス
   とを調整する核磁気共鳴断層撮影装置のRFパル
   ス調整装置において、 前記90゜パルスと180゜パルスの振幅を同一レベ
   ルに保つ手段と、 前記90゜パルスと180゜パルスのパルス幅が１対
   ２の関係にあるように維持する手段と、 前記90゜パルス及び180゜パルスのパルス幅又は
   前記90゜パルス及び180゜パルスの振幅を外部から
   変更する手段と、 少なくとも調整時にスピンエコー信号の強度を
   表示できる手段と、 を具備したことを特徴とする核磁気共鳴断層撮影
   装置のRFパルス調整装置。