JPH04183435A - 磁気共鳴イメージング装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、２次元または３次元フーリエ変換法を用いた
磁気共鳴（ＮＭＲ）イメージング装置に関するものであ
る。

（従来の技術） 周知のように磁気共鳴イメージング装置は、ある原子核
を−様な静磁場中に置いた場合、原子核のスピンが静磁
場の周りを歳差運動し、この状態で歳差運動の周波数と
同一周波数を持つ励起パルスとしての高周波パルス（Ｒ
Ｆパルス）を高周波回転磁場により印加すると核磁気共
鳴現象を生じる現象を利用して、於断対象である生体等
の被検体の断層画像を得るものである。

この核磁気共鳴現象を利用して、フーリエ変換により画
像再構成演算を行い、被検体の断層画像を得る方法とし
ては、Ｋｕｍａｒ、　Ｗｅｌｔｉ、　Ｅｒｎ５ｔ等によ
るフーリエ変換ズーマトグラフイー法や、Ｅｄｅｌｓｔ
ｅｉｎ、　Ｈｕｔｃｈｉｓｏｎ等によるスピンワープ法
等が知られている。

第６図は、一般的な磁気共鳴イメージング装置のブロッ
ク図を示している。同図において、被検体１は−様な静
磁場を発生する静磁場発生装置としての静磁場（主磁界
）コイル２の内部に置かれる。

コンピュータシステム１３は、パルスシーケンサ１５゜
ＣＰｔ、１１６．ハードディスク１７．ディジタル入力
インタフェース１日、コンソール１９．演算処理装置２
０を含み、システムバス１４によって結合されている。

そして、前言己コンソール１９から撮像指令が入力され
ると、ＣＰＵ１６はパルスシーケンサ１５を起動する。

パルスシーケンサ１５が所定のタイミングでＸ軸、Ｙ軸
、Ｙ軸に対応する勾配磁場電源５，６゜７、及び基準発
振器８．高周波送信機９を制御することにより、勾配磁
場コイル３．高周波コイル４は所定の勾配磁場、高周波
回転磁場をそれぞれ発生する。ここで、パルスシーケン
サ１５．勾配磁場電源５，６．７及び勾配磁場コイル３
等は勾配磁場発生装置を構成している。

このような状態で被検体１から発生したＮＭＲ信号（核
磁気共鳴信号）は高周波コイル４により受信され、高周
波受信機１０９位相検波装置ｌ】により検波・増幅され
た後、Ａ／Ｄ変換器１２によりディジタル信号化され、
ディジタル入力インタフェース１８を介してコンピュー
タシステム１３内に読み込まれる。読み込まれたデータ
は、ハードディスク１７あるいは演算処理装置２０内に
一旦蓄積され、全てのデータ収集が完了した段階で、演
算処理装置２０によって画像再構成演算が施された後に
断層画像としてコンソール１９に表示される。

次に、上記動作における代表的なパルスシーケンスの例
を第７図に示す。同図において、ａは高周波磁場（ＲＦ
パルス）、ｂ、ｃ、ｄはそれぞれ勾配磁場Ｇｘ、Ｇｙ、
Ｇｚの出力を示す。これらの信号において、２０１は９
０″パルス、２０２は＋８０’パルス、２０３は断層面
を特定するスライス選択を行う勾配磁場、２０４は周波
数エンコードを行う勾配磁場、２０５は位相エンコード
を行う勾配磁場である。

ここで、コンソール１９上でＬＸＭマトリックスの画像
を得る場合、第７図ｅに示すＮＭＲ信号２０６は、Ａ／
Ｄ変換器１２によりＬ点だけサンプリングされる。この
収集データを同図ｆに２０７として示す。

上記各信号２０１〜２０７は、位相エンコードを行う勾
配磁場２０５を図示のように変化させながら一定の繰り
返し時間でＭ回繰り返される。このようにして得られた
ＬｘＭ点のデータに対して、演算処理装置２０により２
次元フーリエ変換を含む画像再構成演算を行うことによ
り、被検体の断層面にかかる２次元の画像データが得ら
れるようになっている。

なお、上述した高周波磁場、勾配磁場の印加。

ＮＭＲ信号の収集等のシーケンスについては、種々のパ
ターンがあり、第７図はその一例を示したに過ぎないも
のである。

（発明が解決しようとする課題） ところで、位相検波装置１１の出力信号Ｑには直流オフ
セット誤差による雑音が含まれる。これには、受信系の
回路が持つオフセット誤差の他に、送信系が持つ搬送波
成分が受信系に回り込み、検波されることにより直流誤
差として現れる成分が含まれている。２次元あるいは３
次元フーリエ変換法による画像再構成では、この直流オ
フセット誤差が極端に強調される結果、再構成後の画像
の中央に強い虚像が現れる。

この虚像の発生を防ぐために、送信系からの搬送波成分
の回り込み防止処理、更には受信系のオフセット調整が
行なわれているが、この調整には多くの労力が必要であ
ると共にオフセット誤差成分を完全になくすことは不可
能であるため、通常では収集後のデータに対する補正処
理が併用されている。

この補正処理としては、定常的な状態でのオフセット成
分を検出し、収集したデータから減算する方法が用いら
れることもあるが、オフセット成分の安定性から撮像中
の正確なオフセットを求めることは困難であり、わずか
な差分が強調されて虚像として残ってしまう場合がある
。また、特開昭６２−１２２６４６号公報に示されるよ
うに、データサンプル期間の前後のデータを用いてオフ
セット値を求める方法も提案されているが、不均一成分
が減少している今日のイメージング装置では、繰返し時
間（Ｔ　Ｒ）、エコー時間（ＴＥ）が十分長くなければ
横緩和による信号の減衰は不十分であり、正確なオフセ
ット値の算出が困難であると共に、繰返し時間、エコー
時間の短縮の妨げとなる。更に、位相を反転した２種類
のデータを収集し、両者の差分をとることでオフセット
成分を相殺する方法もあるが、撮像時間が２倍以上にな
る欠点がある。

このように、従来の磁気共鳴イメージング装置では直流
オフセット誤差による虚像が存在し、その補正手段には
撮像時間の延長、撮像条件の制限といった問題があった
。

本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、
その目的は、撮像時間の延長を伴わずに直流オフセット
誤差による虚像をなくし、更に、通常と同一条件での撮
像を可能とする磁気共鳴イメージング装置を提供するこ
とにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明では、位相エンコード
によるデータ収集の反復毎に、核磁気共鳴を生じさせる
ための励起パルス（例えば、第７図のパルスシーケンス
における９０”パルス２０１）の位相を反転させたパル
スシーケンスを実行する。

ここで得られたデータのうち、位相が反転した励起パル
スを用いたデータの符号を反転させ、通常と同様の２次
元または３次元フーリエ変換法による画像構成演算を行
なう。こうして得られた画像から、必要に応じて虚像を
含む端部を削除することにより、直流オフセット誤差に
よる虚像を除去するものである。

（作用） 通常の励起パルスＰ（φ）（φは位相を示す）により得
られるデータをＱｐ（ｔ）とすると、Ｑｐ（ｔ）には、
本来観測されるべき核磁気共鳴信号によるデータＳ　ｍ
の他に、直流オフセット誤差εが重畳している。すなわ
ち、 Ｑｐ（Ｕ＝　ｓ　（ｔ）＋ε　　［Ｐ（φ）のとき］　
・・・・・・■である。

位相を反転した励起パルスＰ（φ＋π）により得られる
データＱ、（ｔ）’では、核磁気共鳴信号の位相が反転
するため、 Ｑ　Ｎ（ｔ）’　＝　−Ｓ　（ｔ）＋ε　　［Ｐ（φ＋
π）のとき］・・・・・・■ となる。■式の符号を反転したものをＱＮ（ｔ）とする
と、 ＱＮ（ｔ）＝　　Ｑ、１（ｔ）’ ＝　Ｓ　（ｔ）−ε　　　［Ｐ（φ＋π）のとき］・・
・・・・■ となり、■式のデータＱｐ（ｔ）に対して直流オフセッ
ト誤差成分εの符号のみが反転する。

いま、Ｍ行Ｎ列のサイズの２次元画像を得る場合を考え
、上記■、■式を位相エンコードによる反復毎に交互に
使用し、データを収集する。ここで収集された生データ
は、第２図に示すように核磁気共鳴による本来の生デー
タに、行毎に符号が反転した直流オフセット誤差が重畳
したものとなる。つまり、画像帯域下端の周波数で変調
されたオフセット誤差成分が重畳されたものとなってい
る。なお、第２図において、斜線部分は正の直流オフセ
ット誤差が重畳した収集データ、淡点部分は負の直流オ
フセット誤差が重畳した収集データを示している。

これらの全収集データに対して２次元フーリエ変換法に
よる画像再構成演算を行なうと、第３図に示すように直
流オフセット誤差による虚像は、その変調された周波数
に対応して一般には診断に影響を及ぼさない画像下端部
（図示例ではＭ行目）に現れる。従って、この虚像を完
全に除去したい場合には、画像下端部のデータを削除す
ればよいことになる。

（実施例） 以下、図に沿って本発明の詳細な説明する。

はじめに、データ収集・画像生成の手順について第１図
を参照しつつ説明する。第１図は、第６図に示した装置
及び後述する励起パルスの位相切換回路を用いて、第７
図のパルスシーケンスで撮像する場合の手順を示したフ
ローチャートである。

この例は、第２図に示したように画像の周波数エンコー
ド方向の分解能がＮ、位相エンコード方向の分解能がＭ
である２次元画像の例であり、ステップ３１〜Ｓ５は位
相エンコードによるデータ収集２回分を示している。つ
まり、前記ステップ８１〜Ｓ５をＭ／２回繰り返すこと
で、全データを収集することができる。

すなわち、第１図において、励起パルス（９０″パルス
）をＰ（φ）として第７図のパルスシーケンスを実行し
くステップＳｌ）、Ｎ点のデータを収集する（Ｓ２）、
これらのデータは、前述した０式で表される１次に、励
起パルスの位相を反転してＰ（φ十π）とし、上記パル
スシーケンスを実行して（Ｓ３）、Ｎ点のデータを収集
する（Ｓ４）。これらのデータは、前述した０式で表さ
れる。次いで、ステップＳ４において収集したデータの
符号を反転する（Ｓ５）。これらのデータは、前述した
０式で表され、以上の処理をＭ／２回繰り返すまで実行
する（Ｓ６）。

これらのステップＳ１から８６までで収集されるデータ
は、前述の第２図に示したものに相当しており、ステッ
プＳ７において全データに対し２次元フーリエ変換法に
よる画像再構成演算を行なうことで、第３図に相当する
画像を得ることができる。ここで得られた画像では、直
流オフセット誤差による虚像は実際の診断に影響のない
画像下端部に移動しているが、この虚像を完全に除去し
たい場合には、ステップＳ８において虚像を含む領域（
Ｍ行目のライン）を削除する処理を行う。この結果得ら
れる画像のサイズはＮＸ（Ｍ−１）となって当初よりも
小さくなるが、一般的には、診断に全く影響のない範囲
でのサイズ減少ということができる。

ここで、約記ステップＳｌ、Ｓ３における互いに位相が
反転した励起パルスＰ（φ）、Ｐ（φ＋π）は、例えば
第４図または第５図に示す位相切換回路によって生成す
ることができる。

はじめに第４図において、パルスシーケンサ１５からは
勾配磁場電源等に対する制御信号のほか各種の信号が出
力されるが、ここでは高周波パルスに関する部分につい
てのみ説明する。すなわち、パルスシーケンサ１５から
は、従来と同様に、高周波パルス波形データとして符号
ビット情報Ｓ、及び振幅絶対値情報Ｓ１が出力される。

更にこの実施例では、位相エンコードによるデータ収集
の反復毎に、位相反転させるべき高周波パルスの出力期
間のみ高レベルとなる反転指示信号Ｓ、がパルスシーケ
ンサ１５から出力される。

一方、２１は撮像開始時に零クリアされ、データ収集（
ビュウ）毎にカウントアツプされるカウンタであり、そ
の最下位ビットが信号Ｓ４として反転指示信号Ｓ、と共
にＡＮＤ回路２２に入力されている。ここで、信号Ｓ、
は位相エンコードによるデータ収集の反復毎に高レベル
／低レベルに切り替わる。従って、反転指示信号Ｓ、が
高レベルである期間は、ＡＮＤ回路２２からデータ収集
の反復毎に高レベル／低レベルに切り替わる切換制御信
号Ｓ、が出力される。このため、符号ビット情報Ｓ１は
、上記切換制御信号Ｓ、が他方に入力されているＥＸ−
ＯＲ（排他的論理和）回路２３により、奇数番目のビュ
ウで、かつ、位相反転するべき高周波パルスの出力期間
のみ論理反転されてＤ／Ａ変換器２４に入力され、Ｄ／
Ａ変換された変調信号Ｓ。

の極性が反転する。この結果、高周波送信機９から高周
波コイルに出力される高周波信号は、所望の励起パルス
のみがデータ収集の反復毎に位相反転することになる。

次に、第５図は位相切換回路の他の例を示すもので、高
周波パルスの位相切り換えを、基準発振器８の出力であ
る搬送波の位相を切り換えて行っている。つまり、通常
の搬送波Ｓ、及び反転増幅器２６を介して得られる位相
の反転した搬送波Ｓ。

を、リレーやアナログスイッチにて構成される切換器２
５に入力すると共に、第４図と同様の切換制御信号Ｓ、
を切換器２５に加えて上記２種類の搬送波を切り換える
ことにより、必要な高周波パルスの位相を反転させるこ
とができる。なお、ここで説明したものと同様の方法に
より、被変調波あるいは変調後の出力信号の極性を切り
換える手段等によっても同様の効果を得ることができる
。

なお、上記実施例では２次元フーリエ変換法による場合
を説明したが、本発明は３次元フーリエ変換法を利用す
るイメージング装置にも適用可能である。また、励起パ
ルスの位相はデータ収集の反復毎に反転すればよく、上
記実施例のように奇数番目を反転させる必要はなく、偶
数番目において励起パルスの位相反転、収集データの符
号反転を行ってもよい。更に、パルスシーケンスについ
ても、フーリエ変換法によるものであれば何ら制約され
るものではない。

（発明の効果） 以上述べたように、本発明は、励起パルスの位相を位相
エンコードによるデータ収集毎に反転し、この反転位相
の励起パルスに対応する収集データの符号を反転すると
共に、位相が反転されていない励起パルスにかかる他の
収集データを含む全データに対し２次元または３次元フ
ーリエ変換による画像再構成演算を行うようにしたもの
である。

このため、通常と同じ撮像条件で撮像時間を延長するこ
となく直流オフセット誤差による虚像を簡単に除去する
ことができる。

また、スピンエコー法、インバージョンリカバリ法に代
表される１８０°パルス（例えば第７図における１８０
”パルス２０２）を用いるシーケンスで問題となる１８
０’パルスのＦＩＤ（自由誘導減衰）信号による減衰も
、直流オフセット誤差による虚像と同時に除去すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における画像撮像手順を示す
フローチャート、第２図及び第３図は本発明の詳細な説
明するための再構成画像の説明図、第４図及び第５図は
位相切換回路の構成図、第６図は一般的な磁気共鳴イメ
ージング装置のブロック図、第７図は一般的なパルスシ
ーケンスの説明図である。 ８・・・基準発振器　　　　　９・・・高周波送信機１
５・・・パルスシーケンサ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 静磁場、勾配磁場、高周波磁場の発生手段と、被検体か
   ら発生する核磁気共鳴信号の検出手段と、この検出手段
   から得られる収集データに対し２次元または３次元のフ
   ーリエ変換による画像再構成演算を行う演算処理手段と
   を備えた磁気共鳴イメージング装置において、 核磁気共鳴を生じさせるための励起パルスの位相を位相
   エンコードによるデータ収集毎に反転し、この反転位相
   の励起パルスに対応する収集データの符号を反転して他
   の収集データと共に前記画像再構成演算に用いることを
   特徴とする磁気共鳴イメージング装置。