JPH04224735A - 磁気共鳴イメージング装置用高周波変調器 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気共鳴を利用して被
検体の所望箇所を画像化する磁気共鳴イメージング装置
における高周波変調器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】磁気共鳴イメージング装置（以下ＭＲＩ
装置と記す）は、核磁気共鳴現象を利用して被検体中の
所望の検査部位における原子核スピンの密度分布，緩和
時間分布等を計測して、その計測データから被検体の断
面を画像表示するものである。均一で強力な静磁場発生
装置内に置かれた被検体の原子核スピンは、静磁場の強
さによって定まる周波数（ラーモア周波数）で静磁場の
方向を軸として歳差運動を行なう。そこで、このラーモ
ア周波数に等しい周波数の高周波パルスを外部より照射
すると、スピンが励起され高いエネルギー状態に遷移す
る（核磁気共鳴現象）。この照射を打ち切ると、スピン
はそれぞれの状態に応じた時定数でもとの低いエネルギ
ー状態にもどり、このときに外部に電磁波を放出する。 これをその周波数に同調した高周波受信コイルで検出す
る。このとき、空間内に位置情報を付加する目的で、３
軸の傾斜磁場を静磁場空間に印加する。この結果、空間
内の位置情報を周波数情報として捕えることが可能とな
る。

【０００３】以上の高周波磁場及び傾斜磁場の印加のタ
イミングによって得られる情報が異なり、この印加方法
をパルスシーケンスと呼ぶ。図５に代表的なパルスシー
ケンスであるスピンエコー法のシーケンス図を示す。ス
ピンエコー法では、まず励起のための高周波磁場を照射
する。このとき、スライス位置を決定するためのスライ
ス傾斜磁場を同時に印加する。この照射パワーは、巨視
的にみた原子核スピンが静磁場と垂直な平面に９０度倒
される大きさとする。各スピンはそれぞれ固有の速度で
回転を始めるため、時間の経過と共に各スピン間に位相
差を生じる。ここで、スピンを１８０度倒すパワーの高
周波磁場を再び印加すると、各スピンは反転し、位相差
が収束してエコー信号を形成する。この時間をエコー時
間（Ｔｅ）と呼ぶ。さらに、スライス面内の２次元的位
置情報を付加する目的で、エコー信号検出時にリードア
ウト傾斜磁場を、２つの高周波磁場照射間にエンコード
傾斜磁場を印加する。このエンコード傾斜磁場を少しず
つ変化させて繰り返しエコー信号の検出を行ない、（こ
の繰り返し時間をＴｒと呼ぶ）最終的に全検出信号デー
タに２次元フーリエ変換処理を施すことによって、断層
画像を得ることができる。

【０００４】この例は単一断面、１エコーによるもので
あるが、複数の断面を同時に撮像したり（マルチスライ
ス）、高周波磁場をさらに印加することによって、複数
のエコー信号（マルチエコー）を得ることも可能である
。同図では高周波磁場である照射パルス波形を３波のＳ
ｉｎｃ関数波形として描いている。この照射パルス波形
の詳細を図７を用いて説明する。図に示すようにスライ
ス方向傾斜磁場４０によって位置により共鳴周波数が異
なり、被検体６の所望断面３９の原子核を励起する際は
、ｆ０＋Δｆという単一周波数の照射パルスを印加する
。このとき、スライス断面に厚さを与えるために照射パ
ルスに適当な周波数帯域を持たせる。これを実現するに
は周波数変調を行なう方法もあるが、同時に各位置を励
起する必要性から、Ｓｉｎｃ関数変調が使用されている
。本来Ｓｉｎｃ関数では無限に波形が連続しているが、
これを３波あるいは５波に切り出して使用している。

【０００５】この照射パルスに使用される高周波パワー
は通常、数ｋＷといった大きなものであり、これが受信
コイルを通して受信系に漏れ込むと受信コイル素子やプ
リアンプ素子の破損を起こす問題がある。そこで、一般
的には照射コイルと受信コイルを互いに直交状態に配置
して結合をなくし、この問題に対処している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】被検体の限られた領域
を鮮明に撮像する各種局所受信コイルや２つの直交状態
に配置された受信コイルを組み合わせて感度向上を計る
直交受信コイルでは、受信コイルを照射コイルと直交状
態に配置できず、結合の問題が生じる。照射時にスイッ
チを使用して受信コイル回路を遮断してこれに対処する
方法も考えられるが、機械的接点は強磁場中では使用で
きず、また、高速動作という点にも問題がある。半導体
スイッチではオン抵抗が大きく、ＳＮ比が低下する要因
となり現実的でない。そこで従来はクロスダイオードと
並列共振回路により結合阻止回路を受信コイルに挿入し
て対処していた。この様子を図２に示す。受信コイル２
０ｂはコイル導体３４のインダクンスＬと共振容量３５
，３６のキャパシタンスＣｒ，Ｃｍで、ラーモア周波数
に同調をとる。直列に接続されている共振容量３５にク
ロスダイオード３８とコイル３７より成る結合阻止回路
を付加する。照射コイルとの結合で照射パルスによる電
流がコイル導体３４に流れると共振容量３５に生じた電
圧でクロスダイオード３８が導通状態となる。ここで、
コイル３７のインダンタンスＬｄをＣｒとラーモア周波
数に同調する値に選んでおけば、並列共振状態となり、
高いインピーダンスで受信コイル回路を遮断するように
働く。この結果、結合を阻止することが可能となる。し
かし、この方法では照射パルスの漏れ込むパワーがクロ
スダイオード３８を導通状態にするのに十分な大きさで
ないと動作しないという問題がある。図３はダイオード
のＶ−Ｉ特性の例であるが、印加電気Ｖｄに対して電流
Ｉｄは指数関数的に変化し、ほぼ、導通状態と見なせる
印加電圧Ｖｓはシリコンダイオードの場合０．６［Ｖ］
程度となる。従って、結合電流によるＣｒに生じる電圧
が、このＶｓ以上でないと、十分に結合阻止回路が働か
ないことになる。

【０００７】一般的に照射パワーは数ｋＷと大きく、受
信コイルはこの周波数に同調しているために十分な結合
電流が流れると考えられるが、パルスシーケンスによっ
ては小さな照射パワーを要求する場合があり、また、受
信コイルの設置状態によっては、結合が小さくなって不
安定な状態となることがある。図４は照射パワーＷｐに
対する実際の励起パワーＨ１の特性であるが、本来リニ
アに対応するものが、結合阻止回路の動作不十分によっ
て低い照射パワーの範囲で励起パワーが増加している。 これは受信コイルに流れる結合電流の作用である。本発
明の目的は、この従来方法による結合阻止回路における
前記問題点を解決した照射手段を有するＭＲＩ装置を提
供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前述問題点は、受信コイ
ル結合阻止回路のクロスダイオードは励起パルスそのも
ので制御している点に起因している。本発明はこの問題
を解決するために、励起パルスにクロスダイオードを導
通するための単一周波数のスイッチングパルスを重畳し
た照射パルスを使用するものである。

【０００９】使用するスイッチングパルスはクロスダイ
オードを導通するのに十分なパワーを持っていなければ
ならない。また、画像に影響を与えない周波数を選択す
る必要がある。図８はこのスイッチングパルス周波数ｆ
１の選択を説明するものであるが、被検体６に図のよう
に受信コイル２０ｂが設置されている場合、その感度分
布４１は位置が受信コイル２０ｂより離れるほど低下す
る。また、位置はそのまま周波数に対応している。そこ
で、受信コイル２０ｂの共振特性４２は図のような特性
であり、感度分布４１から外れ、共振特性４２にかかる
図のような周波数ｆ１にスイッチングパルスの周波数を
選択すればよい。ｆ１をｆ０より十分に離れた周波数に
設定すれば画像への影響を無視することができるが、そ
の際は受信コイルの感度が低下するので、より大きなス
イッチングパルスが必要となるため、最適な周波数が存
在することになる。また、スイッチングパルスの重畳に
よって、照射レベルが増加するが、パワーアンプの飽和
を防ぐために、励起パルス自体が結合阻止回路を動作さ
せるのに十分なレベルである範囲では、スイッチングパ
ルスを停止あるいは減少させるようにダイナミックにコ
ントロールする必要がある。

【００１０】

【作用】本発明によれば、従来方法による受信コイル結
合阻止回路の動作不十分による励起パワー変化の問題を
スイッチングパルスを使用することにより解決し、いか
なる状態においても正確な励起パワーを照射することが
可能となるため、良好なＭＲＩ画像を得ることができる
。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
詳細に説明する。図６は本発明に係るＭＲＩ装置の全体
構成例を示す構成図である。このＭＲＩ装置は、核磁気
共鳴（ＮＭＲ）現象を利用して被検体６の断層画像を得
るもので、静磁場発生磁石１０と、中央処理装置（以下
ＣＰＵという）１１と、シーケンサ１２と、送信系１３
と、係斜磁場発生系１４と、受信系１５と、信号処理系
１６とからなる。上記静磁場発生磁石１０は、被検体６
の周りに強く均一な静磁場を発生させるもので、上記被
検体６の周りのある広がりをもった空間に永久磁石方式
又は常電導方式あるいは超電導方式の磁場発生手段が配
置されている。上記シーケンサ１２は、ＣＰＵ１１の制
御で動作し、被検体６の断層画像のデータ収集に必要な
種々の命令を送信系１３及び傾斜磁場発生系１４並びに
受信系１５に送るものである。上記送信系１３は、高周
波発生器１７と変調器１８と高周波増幅器１９と送信側
の照射コイル２０ａとからなり、上記高周波発生器１７
から出力された高周波パルスをシーケンサ１２の命令に
従って変調器１８で変調し、この変調された照射パルス
を高周波増幅器１９で増幅した後に被検体６に近接して
配置された照射コイル２０ａに供給することにより、電
磁波が被検体６に照射されるようになっている。上記傾
斜磁場発生系１４は、Ｘ，Ｙ，Ｚの三軸方向に巻かれた
傾斜磁場コイル２１と、それぞれのコイルを駆動する傾
斜磁場電源２２とからなり、上記シーケンサ１２からの
命令に従ってそれぞれのコイルの傾斜磁場電源２２を駆
動することにより、Ｘ，Ｙ，Ｚの三軸方向の傾斜磁場Ｇ
ｘ，Ｇｙ，Ｇｚを被検体６に印加するようになっている
。この傾斜磁場の加え方により、被検体６に対するスラ
イス面を設定することができる。上記受信系１５は、受
信コイル２０ｂとプリアンプ２３と直交位相検波器２４
とＡ／Ｄ変調器２５とからなり、上記送信側の照射コイ
ル２０ａから照射された電磁波による被検体６の応答の
電磁波（ＮＭＲ信号）は被検体６に近接して配置された
受信コイル２０ｂで検出され、プリアンプ２３及び直交
位相検波器２４を介してＡ／Ｄ変換器２５に入力してデ
ジタル量に変換され、さらにシーケンサ１２からの命令
によるタイミングで直交位相検波器２４によりサンプリ
ングされた二系統の収集データとされ、その信号が信号
処理系１６に送られるようになっている。この信号処理
系１６は、ＣＰＵ１１と、磁気ディスク２６及び磁気テ
ープ２７等の記録装置と、ＣＲＴ等のディスプレイ２８
とからなり、上記ＣＰＵ１１でフーリエ変換，補正係数
計算，画像再構成等の処理を行ない、任意断面の信号強
度分布あるいは複数の信号に適当な演算を行なって得ら
れた分布を画像化してディスプレイ２８に表示するよう
になっている。なお、本図において、照射コイル２０ａ
と受信コイル２０ｂ及び傾斜磁場コイル２１は、被検体
６の周りの空間に配置された静磁場発生磁石１０の磁場
空間内に配置されている。

【００１２】ここで本発明による高周波変調器１８の構
成図を図１に示す。高周波変調器１８はＳｉｎｃ波形発
生器３０，スイッチングパルス発生器３１，高周波ミキ
サー３２，高周波アダー３３より構成される。高周波発
生器１７より入力されるラーモア周波数ｆ０の高周波（
波形ａ）はＳｉｎｃ波形発生器３０より作られるＳｉｎ
ｃ波形（ｂ）とミキシングされ、Ｓｉｎｃ波形のエンベ
ロープを持つ励起パルス（ｃ）となる。これにスイッチ
ングパルス発生器３１より作られる周波数ｆ１のバース
ト波（ｄ）を加算し、照射パルス（ｅ）として出力する
。

【００１３】バースト波（ｄ）の周波数ｆ１は使用する
受信コイル２０ｂの種類等の条件によって設定する必要
があるが、これはそれぞれの受信コイルで必要な周波数
差Δｆ（＝ｆ１−ｆ０、感度分布より決定される）をパ
ラメータテーブルとして用意しておき、これに使用して
いるパルスシーケンスで傾斜磁場量による帯域幅の補正
を加えて設定すればよい。また、バースト波のレベルは
、高周波増幅器１９の飽和レベルを考慮して、励起パル
ス（ｃ）が大きい範囲ではレベルを下げるように制御す
る。

【００１４】

【発明の効果】以上述べたように本発明による照射パル
スの変調手段を使用することによって、受信コイルの結
合阻止回路が完全に動作するように改善され励起パルス
レベルの精度を向上することが可能であり、臨床的に有
用である良好なＭＲＩ画像を提供することができるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】高周波変調器構成図及び各部波形

【図２】受信
コイル回路図

【図３】ダイオードＶ−Ｉ特性

【図４】照射パワー特性

【図５】スピンエコー法パルスシーケンス図

【図６】Ｍ
ＲＩ装置全体構成図

【図７】スライス位置の決定方法説明図

【図８】ｆ１の
選択方法説明図

【符号の説明】

６　　被検体 １７　　高周波発振器 １８　　変調器 １９　　高周波増幅器 ２０ａ　　照射コイル ２０ｂ　　受信コイル ３０　　Ｓｉｎｃ波形発生器 ３１　　スイッチングパルス発生器 ３２　　高周波ミキサー ３３　　高周波アダー ３４　　コイル導体 ３５　　共振容量 ３６　　共振容量 ３７　　コイル ３８　　クロスダイオード ３９　　所望断面 ４０　　傾斜磁場 ４１　　感度分布 ４２　　共振特性

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被検体に静磁場を与える磁気回路と、前記
   被検体にスライス傾斜磁場、リードアウト傾斜磁場及び
   位相エンコード傾斜磁場を印加する傾斜磁場コイルと、
   前記被検体の組織を構成する原子の原子核に磁気共鳴を
   起こさせる高周波パルスをある所定のパルスシーケンス
   で繰り返し印加する照射コイルと、磁気共鳴信号を検出
   する受信コイルと、前記検出信号を使って対象物体の物
   理的性質をあらわす画像を得る画像再構成手段とを備え
   た磁気共鳴イメージング装置において、前記照射コイル
   に入力する通常の励起を起なう共振周波数に適当な帯域
   幅を有する高周波パルスの他に、周波数の異なる励起を
   目的としない高周波を加算して発生するように構成した
   ことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置用高周波変
   調器。
2. 【請求項２】前記の高周波パルスに加算するバースト波
   のレベル及び加算期間を使用する受信コイルやその装着
   状態に応じて任意の値に調整可能とした特許請求の範囲
   第１項記載の磁気共鳴イメージング装置用高周波変調器
   。
3. 【請求項３】前記の高周波パルスが照射用のパワーアン
   プを飽和させないように、自動的に加算するバースト波
   のレベルを調整するように構成した特許請求の範囲第１
   項及び第２項記載の磁気共鳴イメージング装置用高周波
   変調器。
4. 【請求項４】前記の加算バースト波の周波数を受信コイ
   ルやその装着状態に応じて、適当な値に自動的に設定す
   る機能を有する特許請求の範囲第１項及び第２項記載の
   磁気共鳴イメージング装置用高周波変調器。