JPH0335933B2 - - 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断層撮影装置（以下NMR
−CTという）の勾配磁場及びRFパルス波形を制
御する信号を作るためのNMR−CT用スキヤン
コントローラに関する。

（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。NMRの現象の観測には大き
く分けて定常法とパルス法があつて、前者は前述
のように共鳴条件を満足する連続的に加えられた
高周波エネルギーが縦核磁気緩和時間T₁を通じ
て格子核に吸収されていく過程を検出するもので
ある。後者は横核磁気緩和時間T₂に比べて十分
短い時間に断熱的に高周波パルスを印加し、その
後に起こるスピン系の運動を直接観測しようとす
るもので、現在NMRの技術は主としてこのパル
ス法に基づいている。このパルス法について第２
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２図イに示すように全磁気モーメ
ント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
からの回転角はθ＝γH₁t_Dであり、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゜パルス直後では磁気モーメントＭは第２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）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２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）と呼んでいる。
このスピンエコー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３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
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。

以上がNMR−CTの原理であつて特にスピン
ワープ法について説明した。実際の診断において
各直交軸に印加する信号の例を第４図に示す。第
４図はマシン系のｘ、ｙ、ｚ軸を夫々スライス
軸、ワープ軸、リード軸としてスライス信号Gs、
ワープ信号Gw、リード信号G_Rを印加している状
態を示している。従来これらのマシン系座標軸の
各軸に印加する信号は毎ヴユー毎に全波形を例え
ば20bitで画いてメモリに記憶させ、連続的に又
は巡回式に読出させてこれをデイジタルアナログ
コンバータ（以下DAコンバータという。）でア
ナログ信号に変換してｘ、ｙ、ｚ軸に供給してい
た。又、メモリの所要量を節約するため、前記の
ように全波形をメモリに記憶させるのではなく、
１ヴユー単位にメモリに入れるが、ヴユーが終れ
ば次のヴユーでは変化する部分のみを別のメモリ
からの情報により書換える方式があつた。更に波
形の変らない固定部分と変る部分がある波形信号
を同じメモリに入れておき、時間毎に必要な部分
を別のメモリに記録されている情報によつて取出
して使う方式で、同じ波形信号は二重には書かな
い。

（発明が解決しようとする問題点） 上記のような従来の方式において、全波形を記
憶させる方式では膨大な量のメモリが必要であ
り、又、書込む手間も相当なものであつて多くの
費用を要する。第２、第３の方式は前者に比べる
とメモリ量は少ないが、主メモリを制御する別の
メモリが必要なのでメモリ量はやはり多くを必要
としている。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、そ
の目的は、簡単で安価な構成のハードウエアによ
つて少ないメモリ量で書込みに必要な工数も多く
を必要とせずにスキヤンに必要な波形の信号を得
ることのできるNMR−CTのスキヤンコントロ
ーラを実現することである。

（問題点を解決するための手段） 前記問題点を解決するための本発明は、核磁気
共鳴撮影装置の勾配磁場及びRFパルス波形を制
御するNMR−CT用スキヤンコントローラにお
いて、ヴユー番号をカウントして出力するヴユー
カウンタと、勾配磁場の波形の初期値を記憶する
１ヴユーの長さのベースメモリと、前記勾配磁場
の波形のヴユー毎の増分を記憶する１ヴユーの長
さの増分メモリとを有し、前記ベースメモリの出
力Ａと、前記増分メモリの出力Ｂと、前記ヴユー
カウンタの出力であるヴユー番号ｎとから（Ａ＋
nB）を演算して、該（Ａ＋nB）に相当する波形
の信号を出力とするマシン系座標軸３軸分の勾配
出力制御装置を有することを特徴とするものであ
る。

（作用） Gxベースメモリから波形信号Ａを読出し、Gx
増分メモリからヴユー毎の増分Ｂを読出し、ヴユ
ーカウンタからの現在のヴユー番号ｎと共に演算
器で演算してＡ＋nBを求める。

（実施例） 以下に図面を参照して本発明の実施例につき詳
細に説明する。

第１図は本発明の一実施例を示すブロツク図で
ある。第１図に示す回路はヴユー毎に変化する波
形、即ちスキヤン系座標軸におけるワープ軸Ｗに
印加する信号Gwのマシン系座標軸に対する分力
成分を出力する回路であつて、ｘ軸用、ｙ軸用及
びｚ軸用の３組の回路を備えているが、原理的に
は同じなのでｘ軸用のみについて説明する。図に
おいて１はヴユーカウンタで０から逐次１づつ増
加してＮ−１までのＮ個のヴユー番号ｎを出力す
ると共に、１ヴユー間の各ステツプのGxベース
メモリ２及びGx増分メモリ３に対する読出しア
ドレス信号を出力する。２はGxベースメモリで
時刻ｔ＝０のときのワープ信号のｘ軸成分Gx₀を
格納している。３はGx増分メモリで１ヴユー毎
のGx₀に対する増分を格納している。このGxベ
ースメモリ２及びGx増分メモリ３の内容は第６
図に示す通りである。第６図イはGxベースメモ
リ２の内容、ロはGx増分メモリ３の内容を示し
ている。第６図イにおいて、Gx₀（０）は時刻
（０）におけるGx₀信号、Gx₀(i)は時刻ｉにおけ
るGx₀信号で、時刻（Ｉ−１）までのＩステツプ
で１つの波形を画いている。第６図ロにおける△
Gx(i)も同様に時刻ｉにおける増分△Gxの量を示
していてＩステツプ分の信号を格納している。再
び第１図において、４は乗算器でヴユーカウンタ
１の出力とGx増分メモリ３の出力との積を求め
る回路である。５は加算器でGxベースメモリ２
と乗算器４の出力の和を求める回路、６はDAコ
ンバータで加算器５のデイジタル信号出力をアナ
ログ信号に変換する回路である。

次に上記実施例の動作を第１図を用いて説明す
る。ヴユーカウンタ１は読出しアドレス信号を出
力してGxベースメモリ２及びGx増分メモリ３に
格納されている信号を読出すと共に０から始まる
ヴユー番号ｎを乗算器４に入力する。一方Gx増
分メモリ３からはヴユーカウンタ１からの読出し
アドレス信号によつてGx増分信号Ｂが読出され
て乗算器４に入力される。乗算器４は前記のヴユ
ーカウンタ１の出力ｎとGx増分メモリ３の出力
Ｂの積を計算して出力nBを加算器５に入力する。
Gxベースメモリ２は同様にヴユーカウンタ１の
読出しアドレス信号によつて読出されたGx₀信号
Ａを加算器５に入力し、加算器５は前記乗算器４
の出力nBとGxベースメモリ２の出力Ａの和を計
算し、（Ａ＋nB）を出力してDAコンバータ６に
送る。DAコンバータ６は前記のデイジタル信号
（Ａ＋nB）をアナログ信号に変換して図示しない
勾配磁場電源に出力する。Gxベースメモリ２の
出力Ａは、第６図イのGx₀（０）〜Gx₀（Ｉ−１）
までのＩステツプから成る１ヴユーの各ステツプ
の信号であり、Gx増分メモリ３の出力Ｂも、第
６図ロの△Gx（０）〜△Gx（Ｉ−１）までのＩス
テツプから成る１ヴユーの各ステツプの信号であ
つて、１ヴユーが終つて次のヴユーになつた時Ａ
及びＢ出力はGx₀（０）及び△Gx（０）から再び
繰返す。更に進んでヴユーカウンタ１の出力ｎが
（Ｎ−１）を出力し、加算器５から（Ｉ−１）ス
テツプのＡ＋（Ｎ−１）Ｂの出力を得てスキヤン
を終る。以上のように１回の撮影の全過程におい
てGxベースメモリ２及びGx増分メモリ３の内容
は変らず、夫々のメモリには１波形及び１組の増
分データを記憶させてあるだけなので、所要メモ
リの数は少なくてすみ、従つて書込みの手間も１
回の書込みだけでよく所要工数が極めて少なくて
すむ。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものでは
ない。例えばデイジタル信号をDAコンバータで
アナログ信号とした後、アナログの乗算器と加算
器で演算してもよい。又、クロツク発振器を別に
設けてその出力クロツクにより読み出しを行つて
もよい。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明によれば、
少ないメモリ量で、従つて書込み工数も少なくて
必要な勾配磁場の波形が得られるようになつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロツク図、第２
図はNMR−CTの磁場のパルスシーケンスを示
す図で、イは直交座標軸と信号との関係を示す
図、ロは各信号の波形とタイミングを示す図、第
３図はスピンワープ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示す図で、イは
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す図、ロは
夫々の磁場を印加するタイミングを示す図、第４
図はスライス面とスキヤン系座標軸及びマシン系
座標軸の関係を示す図、第５図はスキヤン系座標
軸に印加する磁場のパルスシーケンスを示す図、
第６図は第１図のGxベースメモリ２及びGx増分
メモリ３の内容を示す図である。 １……ヴユーカウンタ、２……Gxベースメモ
リ、３……Gx増分メモリ、４……乗算器、５…
…加算器、６……DAコンバータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 核磁気共鳴断層撮影装置の勾配磁場及びRF
   パルス波形を制御する核磁気共鳴断層撮影装置用
   スキヤンコントローラにおいて、ヴユー番号をカ
   ウントして出力するヴユーカウンタと、勾配磁場
   の波形の初期値を記憶する１ヴユーの長さのベー
   スメモリと、前記勾配磁場の波形のヴユー毎の増
   分を記憶する１ヴユーの長さの増分メモリとを有
   し、前記ベースメモリの出力Ａと、前記増分メモ
   リの出力Ｂと、前記ヴユーカウンタの出力である
   ヴユー番号ｎとから（Ａ＋nB）を演算して、該
   （Ａ＋nB）に相当する波形の信号を出力とするマ
   シン系座標軸３軸分の勾配出力制御装置を有する
   ことを特徴とする核磁気共鳴断層撮影装置用スキ
   ヤンコントローラ。