JPH0380013B2 - - Google Patents

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JPH0380013B2
JPH0380013B2 JP60149736A JP14973685A JPH0380013B2 JP H0380013 B2 JPH0380013 B2 JP H0380013B2 JP 60149736 A JP60149736 A JP 60149736A JP 14973685 A JP14973685 A JP 14973685A JP H0380013 B2 JPH0380013 B2 JP H0380013B2
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JP
Japan
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signal
noise
magnetic resonance
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time window
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JP60149736A
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Hidenobu Itagaki
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、該磁気共鳴(nuclear magnetic
resonance、以下NRMと略記する)を医学診断
のために応用したNMR映像装置に関するもので
ある。
〔従来の技術〕
NMRは有機化合物の構造解析や物性物理の研
究に有力な手段として使われていた。
原子核はスピン(spin)と呼ばれるコマのよう
な回転運動をしているので、磁石と同様の性質を
持つている。このような原子核を一様な静磁場
H0の中に置くと、ラーモア周波数(Larmor
Frequency)と呼ばれる原子核の種類に固有の角
周波数ωで歳差運動を行う。
ω0=rH0 ……(1) でありrは核の種類に固有の定数である。こうい
う原子核の集団に電磁波を加えれば、ω0に等し
い角周波数の電磁波が吸収され、スピン状態間の
遷移が起こる。これをNMRという。NMRを使
つてスピン系の向きを空間の特定方向にそろえた
後で、印加した電磁波を切ればスピン系は元の熱
平衡の状態に戻る。そのために要する時間を緩和
時間という。
NMRを用いて被検体中に存在する或る特定の
原子核のスピン密度または緩和時間(緩和時定数
の形で測定する)あるいはこれらに関連した情報
を得ることは、たとえば有機化合物の構造解析の
ための有力な手段であつたが、このNMRを医学
診断に応用することができる。NMRを医学診断
に用いる場合はいわゆるCT(computed
tomography、コンピユータ断面撮影法)手法を
用い、X線CTや超音波CTと同様にブラウン管表
示装置上に映像として表示する。CTの手法は従
来よく知られており、かつこの発明に対しては直
接の関係がないので説明を省略する。
NMR信号を検出する場合、問題となるのは、
装置の電源として用いられている交流電源からの
ハム等がNMRに混入する雑音成分として検出さ
れ、これを除去することが困難な点である。検出
されたNMR信号は複素フーリエ変換されて、
CTの方法により画像を再構成するが、交流電源
からのハムのような低周波のノイズが混入してい
ると再構成画像の中心部に偽像を生じる結果にな
る。
このような理由から、NMRの検出に際しては
電源ハムのよう周期的雑音の混入を除去すること
が重要の問題となる。特開昭59−166846号「該磁
気共鳴映像装置」の明細書に開示される装置(以
下先行技術という)はこのような雑音を除去する
手段を備えたNMR映像装置である。第6図は上
記先行技術の第2図と同一構成を示すブロツク図
で、図において1は基準発振器(式(1)のω0を発
振する)、2はRF(ラジオ周波数すなわちω0)パ
ルス信号部、3は同調回路、4は送受信コイル、
5はNMR信号を増幅するための増幅器、6は
180°分配器で角周波数ω0の電圧を互に180°位相差
のあるφ1,φ2の位相に分配する。7は装置全体
の制御を行い、かつCTの方法により画像の再構
成を行う計算機、8は切換器で、計算機7の制御
によりφ1とφ2のいずれかの位相を切変て同期検
波の同期電圧として出力する。9は角周波数ω0
に対する90°移相器、10A,10Bはそれぞれ
位相検波器で、増幅器5の出力に対し同期検波を
行う。11A,11Bはそれぞれ増幅器、12
A,12Bはそれぞれローパスフイルタ(以下
LPFと略記する)、13A,13Bはそれぞれア
ナログデイズタル変換器(以下A/Dと略記す
る)、14A,14Bはメモリである。また、1
5は計算機7で再構成された画像を表示するため
の画像表示装置である。
次に動作について説明する。計算機7は除去し
ようとする周期性雑音(たとえば交流ハム)の周
期に同期してRFパルス信号部2を制御し、基準
発振器1からの角周波数ω0の電圧をパルス変調
して同調回路3を経てコイル4から送出する。
NMR現象が発生しコイル4、同調回路3を経て
増幅器5に角周波数ω0の電圧が入力される。
増幅器5の出力のうち基準発振器1の出力と同
位相の成分は位相検波器10Aで同期検波され、
基準発振器1の出力と90°位相差のある成分は位
相検波器10Bで同期検波された後、それぞれ増
幅器、LPF、A/Dを経てデイジタル信号とし
てメモリ14A,14Bに一時記憶されて計算機
7における複素フーリエ分析に用いられるが、こ
のとき電源ハムのような低周波の雑音は位相検波
器の出力端からA/Dの出力端までの間等から混
入する。この雑音を除去するのが切換器8におけ
る切換である。
RFパルス送号部2の変調パルスは除去すべき
雑音の位相に同期しているから毎回の測定におい
て同一量の雑音が混入する。しかし、位相検波器
10A,10Bに加えられる基準位相は毎回の測
定においてφ1からφ2へ、φ2からφへと180°反転す
るので、A/Dの出力では毎回その極性が反転す
る。
すなわち、切換器8が位相φ1を選択したとき、
A/D13A,13Bの出力中信号成分をX1
(t)、雑音成分をn1(t)とし、位相φ2を選択し
たとき、A/D13A,13Bの出力中信号成分
をX2(t)、雑音成分をn2(t)と仮定するとX1
(t)=−X2(t)、n1(t)=n2X1となるのでX1
(t)+n1(t)とX2(t)+n2(t)から雑音成分
n1(t)(=n2(t))を除去することができる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
先行技術によるNMR映像装置では、交流電源
のハムによる雑音混入を除去するため以上のよう
な処理を行つているので、1つのNMR信号を得
るために2回以上RFパルス送号部を動作させて
それぞれのRFパルス送信に対して入力した信号
の同期検波を行なわせねばならず、信号取得時間
が長くなるという問題点があつた。またRFパル
スの送信を同期性雑音に同期させるためには、そ
の雑音成分の検出等を行う回路を付加する必要が
あつた。更に、たとえば、心臓のNMR−CT画
像を構成するためにはECG(electrocardiograph)
信号に同期させてRFパルスを送信する必要があ
るため、このような場合には周期性雑音に同期し
てRFパルスを発生することが出来ないという問
題点があつた。
この発明は上記のような問題点を解決するため
になされたもので、LPFで除去できない低周波
の周期性雑音を特別な回路や装置を付加すること
なく除去できるNMR映像装置を得ることを目的
としている。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明のNMR映像装置では、雑音の重畳し
た信号を周波数分析したスペクトルから、雑音だ
けが存在する場合の雑音を周波数分析したスペク
トルを減算することによつて信号だけの周波数ス
ペクトルを算出した。すなわち、先行技術におけ
るように2回に分けて取得したNMR信号を記憶
するかわりに1回だけのNMR信号とNMR信号
の存在しない場合の雑音波形とを記憶した。
〔作用〕
NMR映像装置では必ずフーリエ変換によりス
ペクトル分析が行われているので、雑音だけが存
在する場合の雑音のスペクトル分析も特別な装置
を付加することなく容易に行うことができ、周波
数ドメイン(frequency domain)における処理
により、容易に雑音を除去することができる。
〔実施例〕
以下この発明の実施例を図面について説明す
る。第1図はこの発明の一実施例を示すブロツク
図であり、第6図と同一符号は同一又は相当部分
を示し、第6図の構成に比し180°分配器6と切換
器8が省略されており、メモリ16A,16Bが
追加されている。
また、第2図はメモリ14A,16Aへの書き
込みに関連する回路を示すブロツク図であつて、
第1図と同一符号は同一部分を示し、書き込み制
御回路17Aは計算機7の制御に従つてメモリ1
4A,16Aへの書込みを実行し、第1図では書
き込み制御回路17Aが計算機7に内蔵されると
して表わされている。メモリ14B,16Bへの
書き込み制御回路(図示せず)も同様に構成され
る。
第3図はNMR信号と周期性雑音との関係を示
す波形図で、図において横軸は時間t、縦軸は振
幅を示し、x(t)はNMR号、n(t)は周期性
雑音である。周期性雑音の一周期はt0からt2、又
はt1またt3の期間によつて表すことができる。
第4図は第3図に示す信号及び雑音をFFT
(Fast Fourier Tra sform)処理により周波数
スペクトルに変換した場合のスペクトル図を示し
図の横軸は周波数、縦軸はスペクトルの強さを
示し、X(f)はx(t)に対応し、N(fn)はn(t)
に対応する。またN(f)は第3図に示していない
が、白色雑音(ホワイトノイズ)のスペクトル
で、全周波数にわたり一様な強度分布を有するこ
とはよく知られている所である。またfn=1/t2−t0 =1/t3−t1であり、電源ハムの場合、fnは50Hz又は 60Hzおよびその高調波である。
次の第1図に示す回路の動作について説明す
る。A/D134,13Bの入力点までの動作は
第1図に示す回路では第6図に示す回路に比し切
換器8における切換がない他は第6図に示す回路
と同様である。
一般にFFT処理を行う場合のデータ数NはN
=2k(kは正の整数)とすることが望ましい。サ
ンプリング周期をTsとし、第1番から第N番ま
でN個のサンプリング点を取つてA/D13A,
13Bの入力をデイジタル信号化し、メモリ14
A,14Bの第1番地乃至第N番地にそれぞれ書
き込むと(第2図参照)、この書き込みにTS(N
−1)時間を必要とする。第3図に示す例ではt0
時点から書き込みを開始しTS(N−1)時間の後
t1時点において書き込みを終つたとする。このこ
とは第3図に示す信号に対し時点t0からt1に到る
時間窓(window)によつて切り出した信号を
FFT処理したことになる。この処理結果が第4
図に示すとおりであつたとする。
第3図のn(t)により第4図に出現するN(f)
を除去するためにはx(t)が存在しない部分に
おいてt0−t1の時間窓(仮に第1の時間窓とい
う)に対するn(t)の位相関係と同様な位相関
係にある時間窓(仮に第2の時間窓という)によ
つて信号n(t)を切り出してFFT処理をするこ
とが必要である。n(t)と周期を測定すること
は容易であるので、t1時点の後でn(t)がt0
点と同位相になるt2時点のサンプリング点のデー
ダを第(N+1)番のメモリアドレス(メモリ1
6A)の第1番のアドレスと考えてもよい)に書
き込み、TS(N−1)時間後t3時点に到つて書き
込みを停止しメモリ16A,16BのN個のデー
タについてFFT処理を施す。処理結果は第5図
に示すとおりとなりN′(fn)はほぼN(fn)に等
しく、またN′(f)はほぼN(f)に等しいので、第4
図に示す結果と第5図に示す結果とからx(t)
に対応するx(f)だけを抽出することは容易であ
る。
なお、時間窓の幅をn(t)の周期に比し十分
に大きくしてもよい。
さらに、上記実施例では第3図の時点t1とt2
の間においてメモリへの書き込みを停止するとし
て説明したが、メモリへの書き込みはt0時点から
t3時点まで連続的に実行し、FFT処理のデータは
メモリに格納されているデータのうちからt0−t1
間に書き込まれたものと、t2−t3間に書き込まれ
たものと用いるようにしてもよい。
なお、第4図と第5図に示す例のように顕著な
雑音成分が周波数nの点だけに存在することが
予期されるときは第4図のスペクトルと第5図の
スペクトルの減算は周波数nの点だけについて
行なえばよい。
また、周期性雑音成分が複数ある場合は、これ
らの雑音成分の周期の最小公倍数をTMとすると
きTM/TSが整数になるようなサンプリング周期
を選び、周期性雑音成分に相当する周波数におい
てだけスペクトルを減算する演算を行つてもよ
い。
なお、この発明は広く一般的な雑音除去手段と
して利用することができる。すなわち、信号の存
在する場合の雑音と信号の存在しない場合の雑音
とがほぼ同一に保たれるとき、雑音の重畳した信
号をスペクトル分析した結果から、雑音だけをス
ペクトル分析した結果を演算して信号だけのスペ
クトルを抽出し、この抽出した信号をフーリエ逆
変換すれば雑音の除去された信号波形を得ること
ができる。
〔発明の効果〕
以上のようにこの発明によれば、周波数ドメイ
ンにおいて雑音を除去するので、雑音除去が容易
となり、かつRFパルスのタイミングを低周波の
周期性雑音に同期する必要がなくなつたので、た
とえば心臓の周期的動きに同期して、かつ雑音に
より妨害されることのないNMR−CT画像を得
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例を示すブロツク
図、第2図は第1図のメモリへの書込みに関連す
る回路を示すブロツク図、第3図はNMR信号と
周期性雑音との関係を示す波形図、第4図及び第
5図は第3図の波形の第1の時間窓及び第2の時
間窓内のスペクトル分析結果を示すスペクトル
図、第6図は従来の装置を示すブロツク図であ
る。 1は基準発振器、7は決算機、9は移相器、1
0A,10Bはそれぞれ位相検波器、11A,1
1Bはそれぞれ増幅器、12A,12Bはそれぞ
れLPF、13A,13DはそれぞれA/D、1
4A,14B,16A,16Bはそれぞれメモ
リ、17Aはメモリ書き込み制御回路。尚、各図
中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 該磁気共鳴現象により誘起される信号を用い
    て被検体内の特定原子核のスピン密度または緩和
    時定数あるいはこれらに関連した情報を得て画像
    化する該磁気共鳴映像装置において、 該磁気共鳴現象により誘起される上記信号を含
    む所定の時間幅の第1の時間窓内の信号をフーリ
    エ変換して第1の周波数スペクトルを得る手段、 該磁気共鳴現象により誘起される上記信号は含
    まず、かつ上記信号の出力に重畳する雑音だけが
    残存する時間領域において上記所定の時間幅の第
    2の時間窓内の信号をフーリエ変換して第2の周
    波数スペクトルを得る手段、 上記第1の周波数スペクトルから上記第2の周
    波数スペクトルを減算して該磁気共鳴現象により
    誘起される上記信号に対する周波数スペクトルを
    抽出する手段を備えたことを特徴とする該磁気共
    鳴映像装置。 2 該磁気共鳴現象により誘起される信号の出力
    に重畳する低周波の周期性雑音と上記第1の時間
    窓の間の位相関係を、上記周期性雑音と上記第2
    の時間窓の間の位相関係に合致させるよう上記第
    1の時間窓と上記第2の時間窓の間隔を制御する
    手段を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第
    1項記載の該磁気共鳴映像装置。
JP60149736A 1985-07-08 1985-07-08 核磁気共鳴映像装置 Granted JPS6211438A (ja)

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JPS6211438A JPS6211438A (ja) 1987-01-20
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