JPH0360640A - 磁気共鳴診断装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は磁気共鳴診断装置に係り、特に被検体内のスペ
クトロスコピックイメージを得る磁気共鳴診断装置に関
する。

（従来の技術） 磁気共鳴映像法は、固有の磁気モーメントを持つ原子核
の集団が一様な静磁場中に置かれたときに、特定の周波
数で回転する高周波磁場のエネルギーを共鳴的に吸収す
る現象を利用して、物質の化学的および物理的な情報を
映像化する手法である。

近年、このような映像法に加え、化学結合の違いによる
磁気共鳴周波数の差異をδＰ１定し、人体各部の化学成
分を同定ならびに定量しようとするスペクトロスコピッ
クイメージングの研究が盛んになっている。このスペク
トロスコピックイメージングにおいては、静磁場の均一
性（以下、磁場均一性という）の調整が非常に重要であ
る。

磁場均一性の調整には幾つかの方法があるが、大別する
と撮像領域にファントムを入れて調整を行なう方法と、
撮像領域に被検体（人体）が実際に入った状態で調整を
行なう方法とに分かれる。前者のファントムを用いて磁
場均一性の調整を行なう方法は簡単であり、調整の精度
も高い。しかし、この方法では磁場均一性の調整後、被
検体について信号計測を行なう時、被検体自身が磁性体
であるため、被検体の影響で磁場均一性が僅かではある
が乱れてしまう。この磁場均一性の乱れは、ｐｐ■オー
ダーの磁気共鳴周波数の差を計測するスペクトロスコピ
ックイメージングでは無視できない問題となってくる。

このためスペクトロスコピックイメージングでは、後者
の被検体を用いた磁場均一性の調整が行われている。被
検体を用いた磁場均一性の調整法はさらに、ｌ〉測定領
域全体からの信号を見て調整する方法と、２）磁場分布
を位相情報に変換した画像（化学シフトイメージ）を用
いて調整する方法と、３）スペクトロスコピックイメー
ジングを用いて調整する方法とに分れる。これらのうち
、ｌ）の測定領域全体からの信号を用いて調整する方法
は、静磁場が均一になると磁気共鳴信号の減衰時定数が
長くなるという現象を利用したものであるが、調整が試
行錯誤的であり、調整時間が長いといった欠点がある。

一方、２）、３）の化学シフトイメージ及びスペクトロ
スコピックイメージを用いる方法は、測定領域全域で磁
場が均一であり、−回の調整のみで十分な磁場均一性が
得られる。この場合、Ｓ／Ｎの観点から静磁場分布の測
定及び磁場均一性の調整には、一般にプロトンの磁気共
鳴信号が用いられる。

プロトンの磁気共鳴信号を発生するのは水が大部分であ
るが、被検体中にはプロトンの磁気共鳴信号を発生する
成分として、水以外に脂肪がある。脂肪は水と若干周波
数が異なる磁気共鳴信号を発生する（具体的には、磁気
共鳴周波数の差は約３．５ｐｐｍ）。化学シフトイメー
ジ及び従来のスペクトロスコピックイメージを用いる方
法では、脂肪の信号と水のスペクトルを識別していない
ため、脂肪の周波数シフトを静磁場の不均一性と誤計測
してしまう。この誤計測は脂肪組織が少ない頭部の磁場
均一性調整では、あまり大きな問題にならないが、脂肪
組織が多い胸部では大きな問題となる。

（発明が解決しようとする課題） 上述したように、従来技術による磁場均一性の調整法で
は、試行錯誤的な調整のため調整時間が長いといった欠
点や、プロトンの磁気共鳴信号に水のそれと周波数が若
干具なる脂肪の信号成分が混入するため、静磁場均分布
の計測誤差が生じ、磁場均一性の調整精度が良くないと
いう欠点があった。

本発明は、プロトンの磁気共鳴信号による化学シフトイ
メージ及びスペクトロスコピックイメージを用い、脂肪
の磁気共鳴信号の混入があっても磁場均一性の調整を高
精度にできる磁気共鳴診断装置を提供することを目的と
する。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は上記目的を達成するため、被検体からのプロト
ンの磁気共鳴信号より、磁気共鳴周波数の差を利用して
水スペクトルを脂肪スペクトルと分離して抽出し、この
水スペクトルのピーク位置より静磁場分布を求め、その
静磁場分布に基づいて磁場均一性を調整するようにした
ことを特徴とする。

より具体的には、プロトンの４次元スペクトロスコピッ
クイメージングを行なって、格子状に配列されたボクセ
ルのスペクトルを抽出した後、ボクセル毎に水スペクト
ルを脂肪スペクトルと分離抽出し、その水スペクトルの
ピーク位置より各ボクセルの相対磁場強度を計算するこ
とによって静磁場分布を求め、これに基づいて磁場均一
性の調整を行なう〇 （作用） 被検体から発生するプロトンの磁気共鳴信号には、水の
スペクトル以外に脂肪のスペクトルが混入している。水
の磁気共鳴周波数は脂肪の共鳴周波数より高いため、両
スペクトルは分離できる。従って、分離抽出された水の
スペクトルのみを用いて磁場分布を計測し、磁場均一性
の調整を行なえば、精度の良い調整が可能となる。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。第１図
は本発明の一実施例による磁気共鳴診断装置の構成図で
ある。

本装置は超伝導磁石で作られた静磁場磁石１と、その内
側に配置されたシムコイル２、勾配磁場コイル３及びＲ
Ｆプローブ４と、これらに接続されたシムコイル電源６
、勾配磁場電源７及びＲＦ送受信器８と、勾配磁場電源
７とＲＦ送受信器８を制御するシーケンサつと、Ａ／Ｄ
変換器（ＡＤＣ）１０と、データ処理装置１１、及び画
像表示装置１２によって構成されている。

第２図は本装置におけるスペクトロスコピックイメージ
ングを行なう場合のシーケンスを示したもので、ＲＦは
、ＲＦ送受信器８からの高周波送信信号によりＲＦプロ
ーブ４から発生される高周波磁場と、ＲＦプローブ４を
介してＲＦ送受信器８で受信される磁気共鳴信号（特に
ＦＩＤ信号）を示す。また、Ｇｘ、Ｇｙ。

Ｇｚは、直交するｘ、ｙ、ｚの三方向に印加される勾配
磁場のタイミングを示す。このシーケンスは、シーケン
サ９によって制御される。同図に示すように、まずＲＦ
プローブ４から９０゜高周波磁場パルスが被検体５に印
加され、被検体５内のスピンが回転座標軸上で９０°倒
される。

次に、勾配磁場Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚが逐次ステップ的に変
化させて同時に印加されることにより、３次元の撮像領
域内の格子状に配列された多数のボクセルの位置情報が
位相情報にエンコードされてＦＩＤ　（自由誘導減衰）
信号が発生され、ＲＦプローブ４で受信される。

ＲＦプローブ４により受信されたＦＩＤ信号は、ＲＦ送
受信器８で検波及び増幅された後、Ａ／Ｄ変換器１０に
よりディジタル信号に変換されて、ＦＩＤデータとなる
。このＦＩＤデータは、空間３軸と時間軸からなる４次
元データ（１６０６＊１６本１２８）であり、これをデ
ータ処理装置１１で４次元逆フーリエ変換することによ
って、スペクトロスコピックイメージのデータが得られ
る。このスペクトロスコピックイメージは周波数軸方向
にＦＩＤデータを積分した空間３次元の画像であり、画
像表示装置１２では各２に対応する複数のｘｙ断面の画
像として表示される。

スペクトロスコピックイメージを構成する各ボクセルは
、例えば第３図や第４図に示すようなスペクトロデータ
を有しており、このスペクトロデータよりデータ処理装
置１１で磁場分布が計算され、更にこれに基づいてシム
コイル電源６が制御されることにより、シムコイル２を
流れる電流が制御され、磁場均一性の調整がなされる。

次に、本実施例における磁場分布の計算及びそれに基づ
く磁場均一性調整のアルゴリズムを第５図により説明す
る。

まず、前述のようにしてＦＩＤデータが収集され、さら
に４次元逆フーリエ変換されてスペクトロデータが得ら
れる（ステップ５ｔ−９２）。

４次元逆フーリエ変換されたデータは、データ数を減少
させて計算量を少なくするために、例えば第６図に示す
ように間引かれ、斜線で示すボクセルのスペクトロデー
タのみが取出される（ステップＳ３）。このような間引
きを行なうことで、ボクセルサイズによる誤差を増大す
ることなく、その後の一連のデータ処理を短時間で行な
うことが可能となる。

このような間引きを行なう代わりに、第７図に示すよう
に被検体の中心部及び最外部のボクセル（斜線で示す）
のデータを使うことによっても、データ処理時間を短縮
することができる。

次に、ステップＳ３の間引きにより残ったボクセルのス
ペクトロデータの各々について、スペクトルのピークが
検出される（ステップＳ４）。

このピーク検出ステップＳ４においては、ピークの高さ
が所定値以上、例えばステップｓ３で残った全ボクセル
のピークの高さの最大値の例えば１／１０以上のボクセ
ルを選択し、そのボクセルのスペクトル上でピークを２
つ見付け、周波数の高い方のピークを水のピークとして
検出する。

なお、スペクトルのピーク高さが所定値以上のボクセル
でなく、スペクトルの周波数軸に関する積分値が所定値
以上のボクセルのみを選択してもよい。これらの方法に
より第３図、第４図のいずれのスペクトロデータでも水
のピークを正しく検出できる。

また、本実施例においては、各ボクセルのスペクトルピ
ークの１７１Ｏを最小のスレッショルドとし、これ以下
のピークはピークとして採用しないことにより、ノイズ
による誤計測が防止される。

次に、ステップＳ５ではステップＳ４で検出された水の
ピークについて、さらに次のような判定がなされる。す
なわち、このピーク判定ステップＳ５においては、ステ
ップｓ４で検出対象とされた２つのピークの間隔が３　
ｐｐｍ〜４　ｐｐｌｌの範囲にある時は周波数の高い方
のピークを水のピークとして採用し、２つのピークの間
隔がそれ以外の時はピークの大きなものを水のピークと
して採用する。

これは前述したように水と脂肪のスペクトルの周波数差
が約３．５ｐｐｍであるため、上記２つのピークの間隔
が３ｐｐ−〜４　ｐｐｌｌの範囲にある時は周波数の低
い方が脂肪のピーク、高い方が水のピークと見なすこと
ができ、また２つのピークの間隔がこの範囲を外れてい
るときは、２つのピークのいずれも脂肪のスペクトルで
なく、且つ大きい方のピークが水のピークと見なせるか
らである。

次に、ピーク判定ステップＳ５で得られた各ボクセルに
おける水ピークの位置（周波数）より、そのボクセルの
位置での相対磁場強度を求めるとともに、ボクセルの位
置よりその位置での球面関数の値を求め、相対磁場強度
を球面関数の磁場成分に展開する（ステップＳ８）。

球面関数をｆ　ｎ（ｘｉ、ｙｌ、ｚｉ）としく１−１．
２．−ｎ）、ｉ番目のボクセルでの相対磁場強度をＢ、
とすると、展開される磁場成分（すなわち、磁場不均一
性）は次式（１）により求まる。

ｕ−（Ａ’　　・Ａ）−’　（Ａ’　　−Ｂ）　　　＝
・（１）但し、 Ｕ二磁場不均−性 − “：転置行列 １：逆行列 ｆ：球面関数 ｆ　、　ａｌｌ　ｚ ２ｍｘ ｆ　、　−２，０ｚ２−ｘ２−ｙ２ ４ｍｚ−ｘ ｆ　　ｒｂ−７７１６１１６，Ｏｚ２−　１２０．口ｚ
４・（ｘ２＋ｙ２）　　＋　　９０．０ｚ２（ｘ２　”
Ｙ’　　）　　２１次に、ステップＳ７で、予め測定し
ておいた各シムコイル２磁場成分（シムコイルデータ）
を用い、次式（２）によってシムコイル２に流すべき電
流値Ｉを計算する。

１−（Ｇ’−Ｇ）〜’　（Ｇ’　　−ｕ）　　−（２）
そして、この計算結果Ｉに基づき、シムコイル２に電流
を流す（ステップＳ８）。

［発明の効果］ 本発明によれば、プロトンのスペクトロスコピックイメ
ージングにおいて、水と脂肪のスペクトルの周波数差を
利用することにより、水のピークを脂肪と分離して抽出
できるため、プロトンのスペクトロデータに脂肪のスペ
クトル成分が混入している場合にも、脂肪スペクトル成
分の混入による誤差を伴わずに静磁場の磁場分布測定を
行ない、磁場均一性の調整を高精度に行なうことが可能
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る磁気共鳴診断装置の構
成図、第２図は同実施例におけるシーケンスの一例を示
す図、第３図及び第４図は水と脂肪のピークを検出する
方法を説明するためのスペクトル図、第５図は本実施例
における磁場均一性を求めてシムコイルに流す電流を計
算するアルゴリズムを説明するための流れ図、第６図及
び第７図は同実施例におけるボクセルの間引きの様子を
模式的に示す図である。 １：静磁場磁石 ３：勾配コイル ５：被検体 ７：勾配磁場電源 ９：シーケンサ １１：データ処理装置 ２ニジムコイル ４：ＲＦプローブ ６：シムコイル電源 ８：ＲＦ送受信器 １０：Ａ／Ｄ変換器 １２：画像表示装置

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）一様な静磁場中に置かれた被検体に高周波磁場を
   印加し、被検体からの磁気共鳴信号に基づいてスペクト
   ロスコピックイメージを得る磁気共鳴診断装置において
   、 前記被検体からのプロトンの磁気共鳴信号より、磁気共
   鳴周波数の差によって水スペクトルを脂肪スペクトルと
   分離して抽出する手段と、この手段により抽出された水
   スペクトルのピーク位置より静磁場分布を求める手段と
   、 この手段により求められた静磁場分布に基づいて磁場均
   一性を調整する手段と を有することを特徴とする磁気共鳴診断装置。
2. （２）一様な静磁場中に置かれた被検体に高周波磁場を
   印加し、被検体からの磁気共鳴信号に基づいてスペクト
   ロスコピックイメージを得る磁気共鳴診断装置において
   、 前記被検体からのプロトンの磁気共鳴信号より、格子状
   に配列されたボクセルのスペクトルを抽出する手段と、 この手段により抽出された各ボクセルのスペクトルから
   水スペクトルを脂肪スペクトルと分離して抽出する手段
   と、 この手段により抽出された水スペクトルのピーク位置よ
   り各ボクセルの相対磁場強度を計算して静磁場分布を求
   める手段と、 この手段により求められた静磁場分布に基づいて磁場均
   一性を調整する手段と を有することを特徴とする磁気共鳴診断装置。
3. （３）前記水スペクトルを脂肪スペクトルと分離して抽
   出する手段は、各ボクセルのスペクトル上で２つのピー
   クを検出し、２つのピークの間隔が３ｐｐｍ〜４ｐｐｍ
   の時は周波数の高い方のピークを水スペクトルとし、そ
   れ以外のときはピーク高さの高い方のピークを水スペク
   トルとすることを特徴とする請求項２に記載の磁気共鳴
   診断装置。
4. （４）前記静磁場分布を求める手段は、スペクトルのピ
   ーク高さまたはスペクトルの周波数軸に関する積分値が
   所定値以上のボクセルのみの相対磁場強度を用いて静磁
   場分布を求めることを特徴とする請求項２に記載の磁気
   共鳴診断装置。