JPH0451935A - Ｍｒｉ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、静磁場強度の時間的変動を補正してＭＲ像の
計測の位置ずれをなくしてなるＭＲＮ装置に関する。

〔従来の技術〕

ＭＲＩ装置における共鳴周波数Ｗは、対象核種と磁場強
度Ｂとで決定できる。即ち、対象核種の核スピンの磁気
回転比をγとすると。

Ｗ＝γ　Ｂ ・・・・・・・・（１） となる。

静磁場に線形の傾斜磁場を印加すると、共鳴周波数は、
（１）式より磁場強度と比例関係にあるので、磁場中心
からの距離とも比例関係にある。従って、磁場中心を基
準位置にとり、その位置における共鳴周波数を中心周波
数としたとき、計測したＭ　Ｒｍ号の周波数と中心周波
数の差は、ＭＲ信号発生位置と基準位置との相対距離に
対応する。

ここで、傾斜磁場は、基準位置が静磁場の値となるよう
に、基準位置では傾斜印加磁場は零とし、基準位置より
一方の半分側には、正の線形傾斜磁場、他方の半分側に
は負の線形傾斜磁場を印加する。従って、基準位置での
中心周波数は、静磁場によって定まる値と定義してもよ
い。尚、傾斜磁場として、中心位置ではなく、計測空間
上の一方の端部から正又は負の線形傾斜磁場を印加させ
るようにしてもよい。この時は、この端部が基準位置と
なるが、中心周波数が静磁場によって定まる値であるこ
とには変りない。

然るに、温度変動のために静磁場強度が変化することが
ある。これは静磁場発生用として永久磁石を使った場合
に起りやすい。

上記静磁場発生磁石に使用される永久磁石には種々の材
質のものが考案されているが、最近使用され出した希土
類系磁石（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ）は、最大エネルギー積に関
しては最も高いが、その反面温度係数が大きい。一般に
周囲温度が上昇すると１発生する静磁場が減弱する。い
わゆる負の温度係数を持つ。−例として、その温度係数
が−１０００ｐｐ■／℃に達するものがある。この場合
、周囲温度が１℃上昇すると、静磁場強度は１１０００
ｐｐ減弱する。たとえば、１０００Ｇａｕｓｓの静磁強
度では、Ｉ　Ｇａｕｓｓに相当する。この結果、静磁界
の中心周波数も変化する。こうした静磁界によって定ま
る中心周波数に比して、真の中心周波数にずれが生ずる
ため、基準位置が移動したことと同等の結果となり、所
望のスライス位置ではなく、別のスライス位置を計測す
ることになる。これは解剖学的位置ずれであり、誤診断
につながる。

また、同様に想定した中心周波数と真の中心周波数とに
ずれが生じると、周波数エンコード傾斜方向のずれとも
なる。

これを解決するための方法として、磁場ロック法（仮想
中心磁場強度から静磁場強度が変動すると、その差の分
だけ静磁場強度を増減させて仮想中心磁場強度に一致さ
せる方法）と、特願昭６１−２５５６６６号記載のよう
に５撮像に先立って、被検体に傾斜磁場を印加せずに計
測したＮＭＲ信号をフーリエ変換し、複素絶対値処理を
施し、得られたスペクトルのピークから現在の中心周波
数を決定する事によって、位置ずれを防止する周波数ロ
ックの方法とがある。

磁場ロック法では、永久磁石方式のように、磁石本体が
負の温度係数を持つ場合、静磁場補正用コイルに電流を
流すことによって静磁場強度を一定に保つ。しかし、電
流を流すことによる発熱で、さらに静磁場強度が低下す
るので、電流を増加させなければならないということが
生じうる。これを防ぐには、永久磁石で発生した静磁場
強度を、補正コイルに電流を常時流して、若干静磁場を
打ち消すように構成すれば、前記悪循環を断ち切ること
は出来る。つまり、外部環境の温度が上昇し、永久磁石
の発生する静磁場強度が低下したときは、補正用コイル
に流す電流を減らせば打ち消していた静磁場を回復して
利用でき、静磁場も仮想中心磁場強度にもどるとともに
、電流も減少しているので発熱も少なくなる。

しかし、このような構成をとると、静磁場補正用コイル
で打ち消すのに相当する磁場強度を永久磁石を強化する
ことにより補う必要がある。これは、ＮＭＲイメージン
グ装置としての永久磁石方式静磁場発生装置のコストが
高くなる。

そこで、新しく提案されたのが１本出願人の特許出願に
なる特願昭６１−２５５６６６である。この出願にかか
る周波数ロックの方法は１本来の被検体の計測に先立っ
て、中心周波数を直接求める計測を行うものである。そ
のために、先ず７周波数エンコード傾斜磁場及び位相エ
ンコード傾斜磁場を印加せずに、スライス方向傾斜磁場
のみを印加し、且つこのスライス方向傾斜磁場に同期し
て９０°パルス及び１８０°パルスを印加し、これによ
り生じたＮＭＲ信号をフーリエ変換し、このフーリエ変
換で得た周波数の中で、ピークのスペクトルを持つ周波
数を、実際の中心周波数として設定せしめるようにした
。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記周波数ロックの方法は、フーリエ変換後のスペクト
ル中のピーク値から中心周波数を求めるが、被検体が人
体のように信号源が一様でないものは、静磁場不均一な
どにより、第５図に示すように頂点が一点で収束せず複
数の山をもったスペクトルとなる場合がある。複数の山
をもったスペクトルのピーク位置はノイズにより不安定
となり、計測毎にピークの位置ずれが起こることがある
。

ピークの位置ずれは、すなわち、スライス位置の位置ず
れであり、静磁場の変動がまったく無いと仮定した場合
にもごくわずかだがスライス位置の位置ずれが発生する
ことになってしまう。

撮像技術の進歩に伴ない画質が向上し、被検体の微細な
構造を捉えたいという要求が高まる中、スライス位置の
位置ずれが発生することは開題であり、極力このずれを
減少させる必要がある。

本発明の目的は、ピークのスペクトルを中心周波数にす
ると精度が悪くなることに監み、広い範囲のスペクトル
を拾うことにより中心周波数の設定精度を向上させたＭ
ＲＩ装置を提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、静磁場強度から決まる中心周波数の変動を吸
収した実際の中心周波数を設定する手段とを備えると共
に、この設定手段は、周波数エンコード傾斜磁場及び位
相エンコード傾斜磁場を印加せずにスライス方向傾斜磁
場のみを印加させる手段と、該スライス方向傾斜磁場印
加に同期して９０°パルス及び１８０°パルスを照射す
る手段と、該照射に対する前記検出手段で得た核磁気共
鳴信号をフーリエ変換する手段と、該得られたスペクト
ルの周波数の平均を算出し、該平均周波数から中心周波
数を設定する手段と、より成る。

〔作　用〕

本発明によれば、ＭＲ倍信号フーリエ変換から得たスペ
クトルの周波数の平均を算出し、これを中心周波数とし
て設定したが故に、精度のよい中心周波数を得ることが
でき５撮像における位置ずれをなくせる。

〔実施例〕

第３図は本発明による磁気共鳴イメージング装置の全体
構成を示すブロック図である。この磁気共鳴イメージン
グ装置は、核磁気共鳴（ＮＭＲ）現象を利用して被検体
の断層像を得るもので、第３図に示すように、静磁場発
生磁石２と、磁場勾配発生系３と、送信系４と、受信系
５と、信号処理系６と、シーケンサ７とを備えて成る。

上記静磁場発生磁石２は、被検体１の周りにその体軸方
向または体軸と直交する方向に強く均一な静磁場を発生
させるもので、上記被検体１の周りのある広がりをもっ
た空間に永久磁石方式また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。磁場勾配発生系
３は、Ｘ、Ｙ。

Ｚの三軸方向に巻かれた傾斜磁場コイル９と、それぞれ
のコイルを駆動する傾斜磁場電源１０とから成り、後述
のシーケンサ７からの命令に従ってそれぞれのコイルの
傾斜磁場電源１０を駆動することにより、ｘ、ｙ、ｚの
三軸方向の傾斜磁場Ｇｘ。

Ｇ！／　ｑ　Ｇ　ｚを被検体１に印加するようになって
いる。

そして、この傾斜磁場の加え方により、被検体１に対す
るスライス面を設定することができる。送信系４は、被
検体１の生体組織を構成する原子の原子核に核磁気共鳴
を起こさせるために高周波信号を照射するもので、高周
波発振器１１と変調器１２と高周波増幅器１３と送信側
の高周波コイル１４ａとから成り、上記高周波発振器１
１から出力された高周波パルスをシーケンサ７の命令に
従って変調器１２で振幅変調し、この振幅変調された高
周波パルスを高周波増幅器１３で増幅した後に被検体１
に近接して配置された高周波コイル１４ａに供給するこ
とにより、電磁波が上記被検体１に照射されるようにな
っている。受信系５は、被検体１の生体組織の原子核の
核磁気共鳴により放出される高周波信号（ＮＭＲ信号）
を検出するもので、受信側の高周波コイル１４ｂと増幅
器１５と直交位相検波器１６とＡ／Ｄ変換器１７とから
成り、上記送信側の高周波コイル１４ａから照射された
電磁波による被検体１の応答の電磁波（ＮＭＲ信号）は
被検体１に近接して配置された高周波コイル１４ｂで検
出され、増幅器１５及び直交位相検波器１６を介してＡ
／Ｄ変換器１７に入力してディジタル量に変換され、さ
らにシーケンサ７からの命令によるタイミングで直交位
相検波器１６によりサンプリングされた二系列の収集デ
ータとされ、その信号が信号処理系６に送られるように
なっている。この信号処理系６は、中央処理装置（ＣＰ
Ｕ）８と、磁気ディスク１８及び磁気テープ１９等の記
録装置と、ＣＲＴ等のデイスプレィ２０とから成り、上
記ＣＰＵ８でフーリエ変換、補正係数計算像再構成等の
処理を行い、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って得られた分布を画像化してデイ
スプレィ２０に断層像として表示するようになっている
。また、シーケンサ７は、ＣＰＵ８の制御で動作し、被
検体１の断層像のデータ収集に必要な種々の命令を送信
系４及び磁場勾配発生系３並びに受信系５に送り、上記
高周波信号を計測するシーケンスを発生する手段となる
ものである。

第１図は本発明の設定手段による処理例である。

この設定手段は、ＣＰＵ８によるソフトウェア処理によ
って実現できる。計測のタイムチャートは第２図に示す
。

ステップ２−１−・−先ず、適当な中心周波数ＷＯを高
周波発振器１１にセットする。これは手動でもよい。

ステップ２−２−一一次に、ＣＰＵ８を通してシーケン
サ７に起動をかけ、計測を始める。この際、傾斜磁場Ｇ
ｚ、Ｇｘ、Ｇｙの中で、スライス方向傾斜磁場Ｇｚのみ
印加し、位相エンコード、周波数エンコードの傾斜磁場
Ｑｙ、Ｇｘは印加しない。このスライス方向傾斜磁場印
加時に同期して、前記ＷＯなる９０’パルス、及び１８
０°パルスを高周波パルス１４ａを介して印加する。

ステップ２−３−−−ＭＲ倍信号高周波コイル１４ｂで
検出し、これをＡ／Ｄ変換器１７を介してＣＰＵ８が取
込む。

ステップ２−４−−一このＡ／Ｄ変換器１７を介して取
り込んだＭＲデータはＣＰＵ５内又は別に設けた一次元
バッファに転送し格納する。

ステップ２−５−ｍ−計測終了後、−次元バッファに転
送されてきたＮＭＲデータをＣＰＵ８又は専用のＦＦＴ
演算器で、フーリエ変換する。

ステップ２−６−・計測したデータは実部、虚部からな
る複素データであるので、ＣＰＵ８又は専用の複素絶対
値演算器によって絶対値を計算し、これを別の一次元バ
ッファに転送する。

ステップ２−７−−−この、別の一次元バッファ内の絶
対値（スペクトル）からピーク値を検出する。

ステップ２−８・−このステップ２−７で得られたスペ
クトルには、ノイズ成分が含まれているため、ノイズ成
分の除去をはかる。そのために、ノイズ判定用閾値Ｖｔ
ｈを設けておき、この閾値よりも大きいスペクトルを信
号成分として抽出する。ピーク値と閾値との一例を第４
図に示す。閾値よりも小さいピーク値の成分は除去し、
閾値よりも大きいピーク値の成分を信号成分として抽出
した例（斜線部分）が示されている。

ステップ２−９−ｍ−抽出された信号成分から周波数の
平均を求め、平均周波数を得る。平均周波数の算出式は
、重心計算法に従えば下記となる。

ここで、ｉ＝１．２．・・・、ｎであり、周波数の番号
又は周波数の数値そのものを示し、ａ、は各周波数にお
ける信号レベル（スペクトルの大きさ）を示す。但し、
平均計算法は、最小自乗法等の他法によってもよい。第
４図の例では、ＰＩｖＰＺ。

Ｐ３ｙＰ４が信号成分としてのピーク例であり、従来の
最大ピーク法によればＷｌだったのが、本実施例の平均
化法によればＷｌとなる（Ｗ＋＞Ｗｚ）。

ステップ２−１０及び２−１１−一一求められた平均周
波数から前記初期設定周波数ＷＯとの差分ｗＺ−ｗ。

を求め、新しい中心周波数を求める。尚、このステップ
はなくてもよい。Ｗｌが中心周波数として設定するから
である。差分を計算上利用するときだけ、このステップ
２−ＩＯ及び２−１１は存在する。

ステップ２−１２−−一該中心周波数Ｗ２におけるスペ
クトルのレベル値があらかじめプリセットされていたノ
イズレベルである第２の閾値よりも大きいかを判定し、
第２の閾値よりも小さい場合には、正しくピーク検出が
なされなかったとして、ステップ２−１３に進み、別の
周波数レンジＷ旧にセットする。具体的には現在の中心
周波数にある増分を加えたり、減じたりする。その結果
が予め規定した枠外にないかどうかをステップ２−１４
で判定し、枠外であれば異常終了する。枠内の場合には
、ステップ２−１へ戻り、同じ事をくり返して中心周波
数の検出を続ける。

該中心周波数におけるスペクトルのレベル値が、第２の
閾値以上の場合にはステップ２−１５へ進み、この時の
中心周波数を高周波発振器１７に、新しい中心周波数と
してセットして処理を終了する。

このように本実施例によれば、撮像に先立って中心周波
数を検出する際に、スペクトルの平均より中心周波数を
求めることで、より精度の高い、位置ずれのない計測を
磁場ロックを使用しなくても簡便に実施することができ
る。

本実施例の変形例を以下に示す。

（１）スライス方向傾斜磁場を印加せずに９０°および
１８０°、高周波パルスを印加して核磁気共鳴信号を計
測し、スペクトルを得、これから中心周波数を求めるこ
ともできる。

（２）エコー信号形成のために１８０°高周波パルスを
用いるのではなく、傾斜磁場を切り換えるようにしても
よい。

（３）　（１）においてエコー信号形成のために１８０
０高周波パルスを用いるのではなく、傾斜磁場を切り換
えるようにしてもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、静磁場の変動があっても、その変動後
の中心周波数を正確に求めることができる。更に静磁場
補正用シムコイルを装置に装着する必要がなく、磁場ロ
ックに必要な回路も不要になり、さら小さな被検体受信
信号が小さく、Ｓ／Ｎ比が悪い場合でも正確なスライス
位置の指定が可能となり、簡便で正確な位置補正をする
ＭＲＩ装置を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の設定手段の処理フロー図、第２図はそ
の計測タイムチャート、第３図は本発明のＭＲＩ装置の
全体構成図、第４図は本発明の平均化法の説明図、第５
図は従来例の説明図である。 １・・・被検体、２・・・静磁場発生磁石、３・・・磁
場勾配発生系、４・・・送信系、５・・・受信系、６・
・・信号処理系、７・・・シーケンサ、８・・・ＣＰＵ
、９・・・傾斜磁場コイル、ＩＯ・・・傾斜磁場電源、
１１・・・高周波発振器。 １２・・・変調器、１３・・・高周波増幅器、１４ａ・
・・送信側の高周波コイル、１４ｂ・・・受信側の高周
波コイル、１５・・・増幅器、１６・・・直交位相検波
器、１７・・・Ａ／Ｄ変換器、１８・・・磁気ディスク
、１９・・・磁気テープ、２０・・・デイスプレィ。 第２　図 代理人弁理士　　秋　本　正　実 （外１名） 第 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被検体に静磁場を与える手段と、被検体にスライス
   方向傾斜磁場、位相エンコード傾斜磁場、周波数エンコ
   ード傾斜磁場を所定のシーケンスに従って与える手段と
   、被検体の組織を構成する原子の原子核に核磁気共鳴を
   起こさせるために高周波パルスを印加する印加手段と、
   核磁気共鳴信号を検出するための核磁気共鳴信号検出手
   段と、得られた核磁気共鳴信号をフーリエ変換して画像
   を再構成する手段とを有すると共に、静磁場強度から決
   まる中心周波数の変動を吸収した実際の中心周波数を設
   定する手段とを備えたＭＲＩ装置において、 上記設定手段は、周波数エンコード傾斜磁場及び位相エ
   ンコード傾斜磁場を印加せずにスライス方向傾斜磁場の
   みを印加させる手段と、該スライス方向傾斜磁場印加に
   同期して９０゜パルス及び１８０゜パルスを照射する手
   段と、該照射に対する前記検出手段で得た核磁気共鳴信
   号をフーリエ変換する手段と、該得られたスペクトルの
   周波数の平均を算出し、該平均周波数から中心周波数を
   設定する手段と、よりなるＭＲＩ装置。