JPH0377536A - 核スピントモグラフィ装置におけるｓｎ比の改善方法 - Google Patents

核スピントモグラフィ装置におけるｓｎ比の改善方法

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JPH0377536A
JPH0377536A JP2210142A JP21014290A JPH0377536A JP H0377536 A JPH0377536 A JP H0377536A JP 2210142 A JP2210142 A JP 2210142A JP 21014290 A JP21014290 A JP 21014290A JP H0377536 A JPH0377536 A JP H0377536A
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Hans-Erich Reinfelder
ハンスエーリツヒ、ラインフエルダー
Hubertus Fischer
フベルツス、フイツシヤー
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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〕 この発明は、核スピントモグラフィ装置におけるＳＮ比
を改善するための方法であって、第１の方向の磁界勾配
の同時スイッチオンにより断層選択性になる高周波励起
パルスの後に、第２の方向の位相コーディング勾配と、
極性がパルスからパルスへ交互する第３の方向の勾配パ
ルス列から成る読出し勾配とがスイッチオンされ、その
際に読出し勾配のもとに検出された信号が位相敏感に復
調され、帯域通過フィルタを介して導かれ、１つのサン
プリングレートでディジタル化され、また各勾配パルス
かに空間内の１つの生データマトリックスの１つの行の
なかに書込まれ、その際に生データマトリックスから二
次元フーリエ変換により１つの像マトリックスが得られ
、またその際にこの像マトリックスから１つの像が作成
される方法に関するものである。
【従来の技術〕
１エコープレーナー−イメージング（ＥＰＴ）”の名称
で知られている上記のパルス列はヨーロッパ特許第８−
００７６０５４号明細書に記載されている。
本発明の詳細な説明するため、以下にＥＰＴ法の基本的
特徴を説明する。
そのために先ず第６図に核スピントモグラフィ装置の基
本的構成要素が示されている。コイル１〜４は、医学診
断のための応用の際に患者の検査すべき身体５が位置す
る１つの基本磁界Ｂ、を発生する。これにさらに、座標
軸６によるｘ、、ｙおよび２方向の独立した互いに垂直
な磁界酸分を発生するために設けられている勾配コイル
が対応付けられている０図には、見易くするため、一対
の向かい合う同種の勾配コイルと一緒に１つのＸ勾配を
発生する役割をする勾配コイル７および８のみが記入さ
れている。２勾配磁界に対してその長手方向軸線に対し
て横方向に頭端および足端に位置する同種の記入されて
いないＹ勾配コイルが身体５に対して平行にその上下に
位置している。
装置はさらに、核共鳴信号の発生およびピックアップの
役割をする高周波コイル９をも含んでいる。ａ線１０に
より囲まれているコイル１．２．３．４．７．８および
９は本来の検査装置を威している。それはコイル１〜４
を作動させるための電源装置１１と、勾配コイル７およ
び８ならびに別の勾配コイルが接続される勾配電ｔｊＬ
供給装置１２とを含んでいる１つの電気的装置により作
動させられる、高周波コイル９は信号増幅器１４または
高周波送信器１５を介してプロセス計算機１７に接続さ
れており、プロセス計算機１７には像の表示のためにデ
イスプレィ１８が接続されている。
増幅器１４および送信器１５は信号発生およびピックア
ップのための高周波装置１６を形成している。切換スイ
ッチ１９は送信作動から受信作動への切換を可能にする
。
高周波装置１６および勾配コイルの駆動のために一連の
パルスシーケンスが知られている。その際に、像発生が
二次元または三次元のフーリエ変換に基づいている方法
が有利である。
ＥＰＩ法による像発生の原理を以下に第７図ないし第１
３図面の簡単な説明する。詳細な説明は前記のヨーロッ
パ特許第８−００７６０５４号明細書に記載されている
。
第７図ないし第１１図には、ＥＰＩ法で応用される１つ
のパルスシーケンスが示されている。１つの高周波励起
パルスＲＦが２方向の勾配Ｇ２と一緒に検査対象物に入
射される。それによって核スピンが検査対象物の１つの
断層のなかで励起される。続いて勾配Ｇ２の方向が反転
され、その際に負の勾配Ｇ２が正の勾配Ｇ２に起因する
檎スピンのデフエーシングを取り消す。
励起の後に位相コーディング勾配Ｇ、および読出し勾配
Ｇ、がスイッチオンされる。これらの両勾配の経過に対
しては種々の可能性がある。第９図には、読出し位相の
間に連続的にスイッチオンされた状態にとどまる位相コ
ーディング勾配Ｇ。
が示されている。第１０図には、その代替として、読出
し勾配Ｇ、の各極性切換の際にスイッチオンされる短い
個別パルス（″ブリラプス）から成る位相コーディング
勾配Ｇｖが示されている８位相コーディング勾配にそれ
ぞれデフエーシング勾配ＧＹが負のｙ方向に先行してい
る。読出し勾配Ｇ、は、常に切換ねる極性によりスイッ
チオンされ、それによって核スピンが交互にデフエース
され、また再びリフエースされ、従って一連の信号Ｓが
生ずる（第１２図）、その際に各個の励起の後に、全フ
ーリエに空間がサンプリングされるような、すなわち存
在する情報が１つの完全な断層像の再構成のために十分
であるような多くの信号が得られる。そのために高い振
幅を有する読出し勾配Ｇ１の非常に速い切換が必要であ
り、これは以前にＭＲ像発生の際に通常応用される方形
パルスによってはほとんど実現され得ない、この問題の
従来の１つの解決策は、勾配Ｇ、を発生する勾配パルス
を１つの共振回路内で作動させ、勾配Ｇ８が正弦形態を
有するようにすることにある。
生じた核共鳴信号Ｓは時間領域内でサンプリングされ、
ディジタル化され、またこうして得られた数値が信号ご
とに１つのマトリックスのなかに書込まれる。測定マト
リックスは測定データ空間とみなされ、実施例に存在す
る二次元の場合には、１つの等間隔の点網上で信号値が
測定される測定データ平面とみなされ得る。この測定デ
ータ空間は核スピントモグラフィで一般にに空間と呼ば
れる。
像発生のために必要な、信号寄与の空間的出所に関する
情報は位相因子のなかでコード化され、その際に場所空
間（すなわち像）とに空間との間に数学的に１つの二次
元フーリエ変換に関する関係があり、下式が威り立つ。
（ｋｇ　、　　ｋｙ　）　−ｊ　Ｓ　ｒ　（ｘ、　ｙ　
）　ｅ””ｇｘ＋ｋｙ”ｘｄｙ その際に下記の定義が戒り立つ。
ｋｗ　　（ｔ）−ｒｓＧｘ　　（ｔ’）ｄｔ’に、（ｔ
）−γＳ’Ｇ　　（ｔ’）ｄｔ’ρ（ｘ、　ｙ）　＝緩
和時間を考慮に入れたスピン密度分布 第１３図および第１４図には、得られる測定値の位置か
に空間内の１つのに空間軌道上の点により示されており
、第１３図は第９図によるつながれた勾配ＧＶに当ては
まり、また第１４図は第１０図による個別プリンブスの
形態の勾配Ｇｖに当てはまる。フーリエ変換のために値
は１つの等間隔の点綱のなかに位置しなければならない
が、第１３図および第１４図による例ではそうなってい
ない、従って、得られた測定値は直接に使用されずに、
この等間隔の点網への測定値の内挿が行われなければな
らない。
信号検出の際に生ずるノイズを減するため、アナログ測
定信号Ｓは帯域通過フィルタリングを受ける。その際に
ＳＮ比の最適化のために帯域通過フィルタの帯域幅はで
きるかぎり正確に利用信号の信号帯域幅に一致すべきで
ある。信号帯域幅Δｆ、は一定でない勾配では一定でな
く、それに対して取得帯域幅、従ってまたノイズ帯域幅
Δｆ。
は間隔δｔでの核共鳴信号Ｓの等間隔のサンプリングの
際には一定である。
Δｆ、−１／δを 信号帯域幅は正弦状の読出し勾配では、Δｆ、（ｔ）−
ｒΔｘＧ、（ｔ） −ＴΔｘＧｏｘｓ　ｉ　ｎ　（（ＩＩＧ　ｔ）である、
ここで、γは磁気回転定数、Ｇｏ、ｌは勾配６つの振幅
、またω。は勾配Ｇｙの周波数である。
さらに帯域幅は位相コーディング装置のなかで考慮に入
れられている０位相コーディング勾配Ｇ７が第９図に相
応して一定に保たれる場合には、帯域幅は下式となる。
Δｆｓ（ｔ）−ｙ（（ΔＸＧ６ＭＳ　ｉ　ｎ　　（ωｓ
　　ｔ））”＋（Δ、Ｇ、　）　　！　　）　ｌ／１時
間的に等間隔の、サンプリング定理を満足するサンプリ
ング、すなわち間隔δｔ＝Ｔｓ／πＮ、Ｘおよびｙ方向
に等しい像窓（ΔＸ−Δｙ）およびＸおよびｙ方向に等
しい分解能（Ｎ、−Ｎ、−Ｎ）でのサンプリングの場合
には、核共鳴信号の帯域幅として下式が得られる。
ΔｆＳ　　（ｔ）−Δｆｒ　　（（ｓ　ｉｎ　（ａ＋、
　ｔ））”＋（２／Ｎπ）”）”雪 ここで、Ｎ１は像マトリックスの列数、またＮアはその
行数である。
ｋ空間内での一定でない速度による核共鳴信号のサンプ
リングに基づいて、こうして信号帯域幅はサンプリング
の間に一定でない、これまではアナログ核共鳴信号（時
間信号）に対する帯域通過フィルタの帯域幅Δｒ、は、
ｋ空間内の最大速度に対してサンプリング定理がまさに
なお満足されるように決定された。すなわち、Ｎ×Ｎ像
点の像マトリックスに対して帯域幅が一定にＮｌ×π／
４ＴＧにより決定された。しかし、それによってサンプ
リングの最大の時間的部分に対する帯域通過フィルタの
帯域幅は不必要に大きくなる。しかし、大きい帯域幅は
ノイズの増大をも意味する。
しかし、ＳＮ比はＥＰＩ法では特に鴎界的な問題である
。
〔発明が解決しようとする課題〕
従って、本発明の！ＩＢは、ＥＰＩ法におけるＳＮ比を
改善することである。
〔課題を解決するための手段〕
この課題は、本発明によれば、帯域通過フィルタの帯域
幅かに空間内のサンプリングのそのつどの速度に、速度
の増大の際に増大されるように適応されることにより解
決される。それによって、サンプリングの最大の部分に
対する帯域幅が一定の帯域幅にくらべて減ぜられ得る。
このことは、説明されるように、ＳＮ比の改善に通ずる
。
読出し勾配が正弦状の経過を有し、また生データマトリ
ックスがＮ×Ｎマトリックスである場合には、帯域幅Δ
ｆ、は、下記の時間的経過を有するときに、最適化され
ている。
ΔｆＳ　　（ｔ）＝ｌ／δｔ｛ｓｉｎ　（Ｓ　ｉｎ　（
ω＠ｔ）！　＋（２／Ｎπ）纂ＩＩ７！ 本方法はたとえば、帯域幅の所望の経過が限界周波数を
調節可能な帯域通過フィルタにまり達成されることによ
り実現される０代替的に、所望の経通は、所望の帯域幅
経過が近似されるように切換えられる固定のフィルタ特
性曲線を有する一連の帯域通過フィルタにより近似され
得る。
帯域幅の適応のための別の有利な可能性は、時間領域内
の核共鳴信号がサンプリング定理により定められるサン
プリングレートよりも高いサンプリングレートでサンプ
リングされ、それにより生ずる信号が１つの帯域制限関
数によりたたみこまれ、次いで生データメモリに供給さ
れることにある０時間信号のたたみこみは帯域通過フィ
ルタリングに相当する。なぜならば、たたみこみと乗算
との間にフーリエ等個性が存在するからである。
その際に、帯域制限関数が５ｌｎｃ関数であることは有
利である。帯域制限関数に対して必要な値は、比較的高
い速度でオンラインで計算される必要はなく、オフライ
ンで計算され、ディジタルメモリに記憶されてよい。
ｋ空間内の等間隔の点への時間領域内の核共鳴信号の内
挿の１つの有利な可能性は、時間領域内の核共鳴信号が
サンプリング定理により定められるサンプリングレート
よりも高いサンプリングレートでサンプリングされ、そ
れにより得られた数列がフーリエ変換、こうして得られ
たフーリエ行の復元（Ｎｕｌｌｅｎ）による対称な拡大
および元のサンプリングラスターよりも細かいサンプリ
ングラスターへの逆変換により５ｔｎｃ内挿を受け、ま
たそれにより生じた信号が帯域制限関数によりたたみこ
まれ、次いで生データメモリに供給されることにある。
〔実施例〕
以下、本発明による方法の実施例を第１図ないし第５ｖ
！Ｊにより一層詳細に説明する。
前記のように本発明の基本思想は、アナログ核共鳴信号
がフィルタされる帯域幅をに空間内のサンプリング速度
に適応させることにある。実際にはフィルタリングのた
めに帯域通過フィルタが使用される。なぜならば、有害
な低周波成分が生じないからである。
第１図には、本発明による方法により動作する回路の第
１の実施例が示されている。核共鳴信号Ｓは先ず増幅さ
れ、次いで位相敏感な復調器２１に供給される。復調さ
れた信号は、別々に以後の処理をされる１つの実数部お
よび１つの虚数部を有する６両信号戒分は、上記の時間
に関係する帯域幅に相応して限界周波数を＃御される各
１つの帯域透通フィルタ２２または２３に供給される。
帯域通過フィルタ２２または２３の出力端に生ずる信号
成分は各１つのアナログ−ディジタル変換器２４または
２５によりサンプリングされる。そのためにアナログ−
ディジタル変換器２４および２５は１つの固定の周波数
を有するクロック発生器２７により＃御される。得られ
たディジタル化された信号値はメモリ２６に書込まれ、
次いで通常の仕方で処理される。
ｋ空間内の時間に関係するサンプリング速度への帯域通
過フィルタ２４および２５の帯域幅または限界周波数の
適応により、ＳＮ比に関して最適化されている信号が得
られる。
本方法を実現するための別の回路が第２図に示されてい
る。この場合、第１図による回路と相違して、調節可能
な帯域通過フィルタは使用されず、復調器２１の出力端
に生ずる各信号成分に対して相異なる固定の限界周波数
を有する一連の帯域通過フィルタが使用される。帯域通
過フィルタ２２ａないし２２ｎおよび２３ａないし２３
ｎの出力端は実数部および虚数部に対して別々に設けら
れているマルチプレクサ２８および２９と接続されてい
る。これらのマルチプレクサ２８および２９を介して、
帯域通過フィルタ２２ａないし２２ｎおよび２３ａない
し２３ｎのどれがアナログ−ディジタル変換器２４また
は２５に接続されるかを制御し得る。その際に帯域通過
フィルタ２２ａないし２２ｎおよび２３ａないし２３ｎ
のディメンジコニングおよびマルチプレクサ２８および
２９の制御は、上記の時間に関係する帯域幅が１つの階
段関数により近似されるように行われる。
別の代替的な回路が第３図に示されている。この場合、
調節される帯域通過フィルタ２２．２３はたたみこみ計
算機［２８または２９により置換される。この場合、復
調された核共鳴信号の実数部および虚数部は固定の限界
周波数を有する各１つの帯域通過フィルタ３１，３２に
よりフィルタされ、また各１つのアナログ−ディジタル
変換器２２または２３によりサンプリングされる。この
方法に対する前提条件は時間領域内の核共鳴信号の、目
的に合致したオーバーサンプリング、すなわち一定のサ
ンプリング周波数が少なくともサンプリングの一部に対
してサンプリング定理に従って必要なサンプリング周波
数よりも高いことである。プログラム可能な信号プロセ
ッサにより実現されていてもよいたたみこみ計算機構２
８．２９により、時間領域内の復調された核共鳴信号の
実数部および虚数部が１つの帯域制限関数、たとえば５
Ｉｎｃｌｌｊ数によりたたみこまれる。その際に、この
帯域制限関数を前もって計算し、ディジタルメモリ３０
のなかに記憶することは望ましい０周知のように、たた
みこみと乗算との間にフーリエ等個性が存在する。それ
によって時間信号のたたみこみは、時間信号が帯域制限
関数により乗算されるならば、帯域通過フィルタリング
に相当する。
それによって比較的簡単な仕方で同じく核共鳴信号に対
する時間に関係する帯域幅適応が実行され得る。
前記のように、たたみこみにより動作する方法では時間
領域内の核共鳴信号のオーバーサンプリングが必要であ
る。に空間内で等間隔の値を得るために必要とされる内
挿はフーリエ演算により有利に行われ得る。核共鳴信号
は時間領域内で先ずサンプリングラスターδｔ−２Ｔ／
Ｎπによりサンプリングされる。ここで、Ｔは正弦状の
勾配の周期、またＮは像マトリックスの行および列数で
ある。
内挿法を第４図の概要図により詳細に説明する。
時間領域内の核共鳴信号のサンプリングにより得られる
数列は行ごとにフーリエ変換される。こうして得られた
関数は両側で復元（Ｎｕｌｌｅｎ）により補われる。そ
れによって得られた関数はより細かいラスターのなかで
逆フーリエ変換ＦＴを受ける。
それによって最後にＳｉｎｃ内挿が実行された。
こうして内挿された信号により次いで上記のたたみこみ
演算が実行され得る。
たたみこみおよび内挿はオフラインでメモリ２６に記憶
された、たたみこまれていない値および内挿されていな
い値によっても実行され得る。この場合には、第５図の
概要図によるＡ−Ｄ変換器２４および２５の出力値は直
接にメモリ２６に供給され、次いで、実際には保針算機
であってよい計算回路３３を介して内挿され、たたみこ
まれる。
前記の方法に従って適応された帯域幅により、約０．６
４に相当する２／πの平均相対帯域幅が生ずる。ノイズ
は帯域幅の平方根に比例するので、２０％のＳＮ比の利
得が生ずる。このノイズ低減は主に高い周波数に関する
ものであり、従ってこの２０％よりも大きいノイズ改善
の可視的印象が期待され得る。
強調すべきこととして、本発明による方法の応用は詳細
に説明された正弦状勾配の場合に限定されておらず、ｋ
空間内のサンプリング速度が一定ではないところにはど
こにでも有利に使用され得る。
【図面の簡単な説明】
第１図〜第３図および第５図はそれぞれ本発明による方
法に従って動作する回路の実施例を示す図、第４図は内
挿法の概要を示す図、第６図は核スピントモグラフィ装
置の基本的構成要素を示す図、第７図ないし第１２図は
そのパルスシーケンスを示す図、第１３図および第１４
図は得られる測定値の位置を示す図である。 １〜４・・・コイル ５・・・患者の身体 ７．８・・・勾配コイル ９・・・高周波コイル １１・・・電源装置 １２・・・勾配電流供給装置 １４・・・信号増幅器 １５・・・高周波送信器 １６・・・高周波装置 １７・・・プロセス計算機 １８・・・デイスプレィ １９・・・切換スイッチ ２１・・・復調器 ２２．２３・・・帯域通過フィルタ ２４．２５・・・アナログ−ディジタル変換器２６・・
・メモリ ２８．２９・・・たたみこみ計算機構 ３０・・・ディジタルメモリ ＩＧ　１４

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １）核スピントモグラフィ装置におけるＳＮ比を改善す
    るための方法であって、第１の方向（ｚ）の磁界勾配（
    Ｇ＿Ｚ）の同時スイッチオンにより断層選択性になる高
    周波励起パルス（ＲＦ）の後に、第２の方向（ｙ）の位
    相コーディング勾配（Ｇ＿Ｙ）と、極性がパルスからパ
    ルスへ交互する第３の方向（ｘ）の勾配パルス列から成
    る読出し勾配（Ｇ＿Ｘ）とがスイッチオンされ、その際
    に読出し勾配（Ｇ＿Ｘ）のもとに検出された信号（Ｓ）
    が位相敏感に復調され、帯域通過フィルタ（２２、２３
    ）を介して導かれ、１つのサンプリングレートでディジ
    タル化され、また各勾配パルスがｋ空間内の１つの生デ
    ータマトリックス（２６）の１つの行のなかに書込まれ
    、その際に生データマトリックス（２６）から二次元フ
    ーリエ変換により１つの像マトリックスが得られ、また
    その際にこの像マトリックスから１つの像が作成される
    方法において、帯域通過フィルタ（２２、２３）の帯域
    幅（Δｆ＿Ｓ）がｋ空間内のサンプリングのそのつどの
    速度に、速度の増大の際に増大されるように適応される
    ことを特徴とする核スピントモグラフィ装置におけるＳ
    Ｎ比の改善方法。 ２）読出し勾配（Ｇ＿Ｘ）が正弦状の経過を有し、生デ
    ータマトリックスがＮ×Ｎマトリックスである場合に帯
    域幅（Δｆ＿Ｓ）が時間的経過Δｆ＿Ｓ（ｔ）＝ｌ／δ
    ｔ｛ｓｉｎ（ω＿εｔ）＾２＋（２／Ｎπ　）＾２｝１
    ／２ ここで、δｔ：サンプリング間隔、ω＿ε：読出し勾配
    の角周波数、Ｎ：像マトリック スの列および行の数 を有することを特徴とする請求項１記載の方法。 ３）帯域幅の所望の経過が限界周波数を調節可能な帯域
    通過フィルタ（２２、２３）により実現されることを特
    徴とする請求項１または２記載の方法。 ４）所望の経過が、所望の帯域幅経過が近似されるよう
    に切換えられる固定のフィルタ特性曲線を有する一連の
    帯域通過フィルタ（２２ａ〜２２ｎ、２３ａ〜２３ｎ）
    により近似されることを特徴とする請求項１または２記
    載の方法。 ５）時間領域内の核共鳴信号（Ｓ）がサンプリング定理
    により定められるサンプリングレートよりも高いサンプ
    リングレートでサンプリングされ、それにより生ずる信
    号が帯域制限関数によりたたみこまれ、次いで生データ
    メモリ（２６）に供給されることを特徴とする請求項１
    記載の方法。 ６）帯域制限関数がＳｉｎｃ関数であることを特徴とす
    る請求項５記載の方法。 ７）帯域制限関数に対して必要な値がオフラインで計算
    され、ディジタルメモリ（３０）に記憶されることを特
    徴とする請求項４または５記載の方法。 ８）時間領域内の核共鳴信号（Ｓ）がサンプリング定理
    により定められるサンプリングレートよりも高いサンプ
    リングレートでサンプリングされ、それにより得られた
    数列が生データメモリ（２６）に記憶され、次いでオフ
    ラインでフーリエ変換、こうして得られたフーリエ行の
    復元による対称な拡大および元のサンプリングラスター
    よりも細かいサンプリングラスターへの逆変換によりＳ
    ｉｎｃ内挿を受け、それにより生じた信号が帯域制限関
    数によりたたみこまれ、次いで再び生データメモリ（２
    ６）に復帰書込みされることを特徴とする請求項１記載
    の方法。
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