JPH0454449B2

JPH0454449B2 -

Info

Publication number: JPH0454449B2
Application number: JP59173897A
Authority: JP
Inventors: Hideto Iwaoka; Hiroyuki Matsura; Sunao Sugyama
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1984-08-20
Filing date: 1984-08-20
Publication date: 1992-08-31
Also published as: JPS6151550A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、核磁気共鳴現象を利用して、被検体
内における特定原子核の密度分布等を被検体外部
より知ることのできる断層画像観測の方法および
装置に関する。特に、断層画像を得るための方法
および装置に関する。本発明の装置は医療機器と
してしばしば利用される。

〔従来の技術〕

従来の核磁気共鳴画像観測装置は、被検体に対
して静磁場を印加した状態で、この被検体に対し
て断層面を選択する勾配磁場および高周波パルス
を印加し、この被検体の断層面の組織を構成する
特定原子の原子核に核磁気共鳴を生じさせてエネ
ルギを与て励起し、この直後に、断層面内の位置
を決定するための勾配磁場を印加して核磁気共鳴
の信号を観測し、この信号を演算処理することに
より被検体の断層画像を得ている。このような測
定のタイムチヤートを第８図に示す。

また、核磁気共鳴分析計で用いられるDEFT
（Driven Equilibrium Fourier Transform）法
では、90°−180°−90°のパルスの印加シーケンス
により、高速に核磁気共鳴の信号を観測してい
る。

ここで、90°、180°のパルスとは、原子核のス
ピンによる磁化ベクトルを、ラーモアの周波数で
回転する回転座標系の特定の座標軸のまわりにそ
れぞれ90°、180°回転させる高周波パルスである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、従来の核磁気共鳴画像観測装置では、
信号を観測するための時間T_sは10〜20ミリ秒程
度であるのに対して、励起された原子核のスピン
による磁化ベクトルが熱平衡状態に戻るまでの待
ち時間T_dは0.5〜１秒程度必要である。この待ち
時間T_dのために、従来例による核磁気共鳴画像
の観測は、観測周期T_rが長くなり、時間がかか
る欠点があつた。

また、DEFT法では、２次元の断層画像を得る
ために90°パルスで選択励起すると、信号が弱く
断層面の形状も悪い欠点があつた。

第９図に、磁化ベクトルの動きをコンピユータ
シミユレーシヨンして得られた断層面の形状を示
す。第９図において、横軸は断層面に直交する方
向の座標であり、たて軸は相対的な信号強度であ
り、SR法およびFR法による結果と、DEFT法に
よる結果とについて示す。このシミユレーシヨン
は、縦緩和時間T₁＝693ミリ秒、横緩和時間T₂＝262ミリ秒、観測時間T_S1＝T_S2＝15ミリ秒、観測周期T_r＝100ミリ秒として行つている。またSR法については、待ち
時間T_dを長くとり、T_r＞＞T₁とした場合の結果
も示す。また、DEFT法については、選択励起を
行つた場合と行わない場合とを示す。

また、DEFT法では、180°パルスを選択励起ま
たは非選択励起のどちらに使用しても、断面形状
が悪化する欠点があつた。

なお、核磁気共鳴による断層観測装置にDEFT
法を使用する公知技術はない。

本発明は、短い走査時間で被検体断層面の核磁
気共鳴画像を得るための方法および装置を提供す
ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明核磁気共鳴画像観測方法は、180°・90°
−（180°−）^N+1−90°のパルスシーケンスにより、
核磁気共鳴画像を観測することを特徴とする。

すなわち本発明の方法は、被検体に対して静磁
場を印加した状態で、この被検体に対して、観測
しようとする断層面を選択する勾配磁場および原
子核を励起する高周波パルス（90°パルス）を印
加する励起ステツプと、断層面内の位置を設定す
るための勾配磁場を印加して、励起ステツプによ
り励起された核磁気共鳴の信号を観測する観測ス
テツプと、この信号から断層面について核磁気共
鳴の応答を画像に再構成する演算を行う演算ステ
ツプとを含み、さらに、励起ステツプの後に、磁
化ベクトルを強制的に熱平衡状態に戻す高周波パ
ルス（90°パルス）を印加する熱平衡化ステツプ
と、この熱平衡化ステツプに続いて次のステツプ
に移行するための所定の待ち時間をおく待ちステ
ツプと、を含む核磁気共鳴画像観測方法におい
て、原子核のスピンの状態が実質的に変化しない
程度の時間だけ上記励起ステツプの直前に静磁場
の方向に対して原子核のスピンによる磁化ベクト
ルの方向を反転させる高周波パルス（180°パル
ス）を印加する磁化反転ステツプを含むことを特
徴とする。

原子核のスピンの状態が実質的に変化しない程
度の時間とは、核磁気共鳴信号の観測におけるタ
イムスケールに比較して十分に短い時間であれば
よく、例えば、スピンの緩和時間や観測ステツプ
における信号の観測に要する時間より十分に短か
ければよい。実用的には、電子回路的に連続して
二つのパルスを印加すればよい。

観測ステツプでは、磁化ベクトルを反転させる
高周波パルス（180°パルス）を印加して、核磁気
共鳴の信号を奇数回繰り返し観測する。

また、本発明の装置は、上述のパルスシーケン
スを自動的に行う制御手段を備えたことを特徴と
する。

ここで、90°、180°のパルスとは、原子核のス
ピンによる磁化ベクトルを、ラーモアの周波数で
回転する回転座標系における特定の座標軸のまわ
りにそれぞれ90°、180°回転させる高周波パルス
である。さらに、以下の説明で用いる添え字の付
いた90_x°、90_y°のような表記は、それぞれｘ軸
およびｙ軸のまわりに磁化ベクトルを回転させる
高周波パルスを意味し、180°についても同様であ
る。また添字の負号は逆回転を示す。回転軸は、
高周波パルスの位相で制御する。

〔作用〕

回転直交xyz座標系のｚ方向に静磁場を印加す
る。このときには、原子核のスピン系による磁化
ベクトルは熱平衡状態にあり、静磁場の方向を向
く。この方向を「ｚ方向上向き」とし、この逆の
方向を「ｚ方向下向き」とする。

まず、180°パルスにより、磁化ベクトルを回転
させ、ｚ方向上向きの磁化ベクトルをｚ方向下向
きにする。ここで、断層面を選択するための勾配
磁場（選択磁場）を印加した状態で90°パルスを
印加する。選択磁場により一つの断層面が選択さ
れ、90°パルスにより磁化ベクトルがｘ−ｙ平面
内に倒される。このとき、断層面の境界では角度
θ（0°＜θ＜90°）だけ磁化ベクトルが傾き、断層
面外では磁化ベクトルは変化しない。すなわち、
選択磁場と90°パルスとにより、一つ断層面のス
ピンだけを励起する。

このようにして励起された磁化ベクトルの歳差
運動から、自由誘導信号（FID信号）を得ること
ができる。さらに、180°パルスを印加することに
より、FID信号のエコー信号を得る。

一度の選択励起によるFID信号およびエコー信
号を2N＋１（Ｎは非負の整数）回測定し、この位
相が一度目の90°パルスによる磁化ベクトルの位
相と同じになる時点で、再び90°パルスを印加す
る。これにより、ｚ軸から傾いた磁化ベクトルを
ｚ方向上向きにする。すなわち、磁化ベクトルの
方向を強制的に熱平衡状態に戻す。これにより、
待ち時間T_dを短縮することができる。

〔実施例〕

第１図は本発明実施例核磁気共鳴画像観測装置
のブロツク構成図である。

マグネツトアセンブリ１には、この内部に挿入
される被検体に一定強度の静磁場を印加する静磁
場コイル２と、被検体にＸ方向、Ｙ方向およびＺ
方向の勾配磁場を印加する勾配コイル３と、原子
核のスピンを励起するための高周波パルスを与え
る励起コイル４と、被検体内からの核磁気共鳴信
号を検出するための検出コイル５とを備えてい
る。

データ処理計算機１１は、表示装置１２と、コ
ントローラ１３とに接続される。コントローラ１
３は、勾配磁場制御回路１４とゲート回路１７と
に接続される。勾配磁場制御回路１４は、勾配コ
イル３に接続される。静磁場制御回路１５は、静
磁場コイル２に接続される。高周波数発振器１６
は、ケード回路１７に接続される。ゲート回路１
７は電力増幅器１８に接続される。電力増幅器１
８は励起コイル４に接続される。検出コイル５は
プリアンプ１９に接続される。プリアンプ１９は
位相検波回路２０に接続される。位相検波回路２
０は波形メモリ２１に接続される。波形メモリ２
１はデータ処理計算機１１に接続される。

コントローラ１３は、核磁気共鳴信号の観測デ
ータを収集するためのタイミング信号を発生し、
勾配磁場駆動回路１４およびゲート回路１７の動
作を制御する。これにより、コントローラ１３
は、勾配磁場や高周波パルスの発生シーケンスお
よび高周波パルスの位相を制御する。

勾配磁場制御回路１４は、勾配コイル３の電流
を制御し、被検体に勾配磁場を印加する。

静磁場制御回路１５は、静磁場コイル２の供給
電流を制御し、被検体に静磁場を印加する。

高周波発振器１６は高周波信号を発生する。ゲ
ート回路１７は、コントローラ１３からのタイミ
ング信号により、高周波数発振器１６の出力した
高周波数信号を変調し、高周波パルスを生成す
る。電力増幅器１８は、ゲート回路１７の出力し
た高周波パルスを電力増幅し、励磁コイル４に供
給する。

プリアンプ１９は、検出コイル５からの核磁気
共鳴信号を増幅する。位相検波回路２０は、この
増幅された核磁気共鳴信号を位相検波する。波形
メモリ２１は、位相検波された波形信号を記憶す
る。

データ処理計算機１１は、コントローラ１３の
動作の制御、コントローラ１３からの時間情報の
受信および波形メモリ２１からの読出しを行い、
観測された核磁気共鳴による信号を画像に構成す
る演算を行う。この演算により得られた画像は、
表示装置１２に表示される。また、データ処理計
算機１１は、操作者に対する操作の指示を、表示
装置１２に表示することもできる。

断層面の選択は任意の方向で行うことができる
が、以下の例では、第１図のＺ方向にスライスし
た断層面（Ｚ軸に直交する面）を測定する場合に
ついて説明する。この場合には、断層面を選択す
るためにＺ方向の勾配磁場を利用する。

第２図は、本実施例による被検体内の原子核の
磁化ベクトルの方向を示す図である。この図の座
標系は回転座標系であり、第１図に示した座標系
のZB方向とｚ方向は一致するが、その他の方向
は一致していない。

ｚ方向に静磁場を印加すると、原子核のスピン
系による磁化ベクトルは、静磁場の方向を向く。
この方向を「ｚ方向上向き」とし、この逆の方向
を「ｚ方向下向き」とする。

まず、180°_xパルスにより、磁化ベクトルをｘ
軸のまわりに180°回転させる。これにより、ｚ方
向上向きの磁化ベクトルがｚ方向下向きになる。
ここで、選択磁場を印加した状態で90°_-xパルス
を印加する。選択磁場により一つの断層面が選択
され、90°_-xパルスにより磁化ベクトルがｘ−ｙ
平面内に倒される。このとき、断層面の境界では
角度θだけ磁化ベクトルが傾き、断層面外では磁
化ベクトルは変化しない。すなわち、選択磁場と
−90°_-xパルスとにより、一つの断層面のスピン
だけが励起される。

このようにして励起された磁化ベクトルの歳差
運動から、自由誘導信号（FID信号）を得ること
ができる。さらに、180°_yパルスを印加すること
により、FID信号のエコー信号を得ることができ
る。

一度の選択励起によるFID信号およびエコー信
号を数回測定し、この位相が一度目の90°_-xパル
スによる磁化ベクトルの位相と同じになる時点
で、再び90°_-xパルスを印加する。これにより、
ｚ軸から傾いた磁化ベクトルをｚ方向上向きにす
る。すなわち、磁化ベクトルの方向を強制的に熱
平衡状態に戻す。ただし、T₂緩和（横緩和）の
影響などにより、完全に熱平衡状態に戻すことは
できないので、短い待ち時間T_dが経過してから、
上記の手順を180°_xパルスの印加から繰り返す。
これにより、待ち時間T_dを短縮することができ、
さらに、全体の測定時間を短縮することができ
る。

測定後または測定を行いながら、データ処理計
算器１１で画像を再構成する演算を行い、表示装
置に断層画像を表示する。

また、180°_xパルスおよび180°_yパルスの回転精
度を上げるために、コンポジツト180°パルス、す
なわち複数パルスにより等価的な180°パルスを用
いることが望ましい。例えば、コンポジツト180°
パルスとして90°_y−180°_x−90°_yの各パルスを連続
して印加し、これを180°パルスとして使用するこ
とができる。

さらに、待ち時間T_dの間に、他の断層面を選
択励起してFID信号を観測（マルチスライス）を
行い、一つの断層面当たりのみかけ上の測定時間
を短縮することもできる。

第３図は本実施例装置によるPR（Projection
Reconstruction、投影−再構成）法を測定タイ
ムチヤートである。

まず180°_xパルスを印加し、これに続いて、選
択磁場G_zを印加した状態で90°_-xパルスを印加し
て選択励起を行う。この後に、勾配磁場G_xおよ
び勾配磁場G_yを印加してFID信号を観測する。
90°_-xパルスを印加してから時間T_S1後に、180°_yパ
ルスを印加して磁化ベクトルをｙ軸のまわりに
180°回転させ、エコー信号を観測する。勾配磁場
G_xおよび勾配磁場G_yの強度を変化させて測定を
繰り返し、投影データを得る。エコー信号の測定
の後に、再び90°_-xパルスを印加して磁化ベクト
ルの向きを揃える。この後に、待ち時間T_dが経
過してから、上記手順を必要なだけ繰り返す。

180°_yパルスの印加の前後には、スポイラとし
て勾配磁場G_x、G_yおよびG_zを印加する。これに
より、断層面外からの信号を除去することができ
る。また、磁化ベクトルを熱平衡状態に戻すため
の90°_-xパルス印加の後にも、スポイラとして勾
配磁場G_x、G_yおよびG_zを印加する。これにより、
待ち時間T_d後の次のシーケンスとの相関を除去
することができる。

第４図は、本実施例装置の測定タイムチヤート
を示す。この例は、FT（フーリエ変換）法により
非勾配磁場反転で位相エンコードを同一にしたと
きの測定例である。この例では、一度の選択励起
に対して、一定の勾配磁場G_xおよび勾配磁場G_y
を印加してFID信号およびエコー信号を測定す
る。

第５図は、本実施例装置の測定タイムチヤート
を示す。この例は、FT法による非勾配磁場反転
で位相エンコードを変化させたときの測定例であ
る。この例では、勾配磁場G_xにより、位相エン
コード量を変化させている。

第６図は、本実施例装置の測定タイムチヤート
を示す。この例は、FT法による勾配磁場反転を
行つたときの測定例である。この例では、位相エ
ンコード量を変化させている。

第７図は、インバージヨンリカバリを追加した
例であり、一度180°パルスを印加し、時間T′後
に、一点鎖線で示した部分で上述のパルスシーケ
ンスを実施する。インバージヨンリカバリによ
り、時間T′による磁化ベクトルT₁緩和（縦緩和）
への影響を測定することができる。

また、画像間演算により、縦緩和時間像、横緩
和時間像、スピン密度像またはこれらの組合せ画
像を得ることもできる。例えば、Ｎ＝０のときに
第３図で示したシーケンスで得られる信号強度Ｖ
は、Ｖ∝Ｍ・１−exp（−T_d／T₁）／１−exp（−T_d／T₁−
T_s1−T_s1′／T₂）で表される。ここで、Ｍ、T₁およびT₂はそれぞ
れスピン密度、縦緩和時間および横緩和時間であ
る。この演算を、観測時間T_s1、T_s1′または待ち
時間T_dを変えた複数の画像から演算する。

以上の説明では、高周波パルスの位相として、
180°_x・90°_-x−180°_y…90°_-xを例に説明したが、他
のパルスの位相によつても本発明を実施できる。
例えば、180°_x・90°_-x−180°_x−180°_-x…90°xでも
本発明を実施できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明では、原子核を励
起する90°パルスの直前に180°パルスを印加する
ことにより、スライス中央だけでなく境界につい
ても磁化ベクトルを初期状態に戻し、鮮明な画像
を得ることができる。したがつて、短い走査時間
で、鮮明な被検体断層面の核磁気共鳴画像を得る
ことが可能となる。したがつて、測定時間を短縮
できるだけけなく、被検体の動きによるアーテイ
フアクトを軽減できる効果がある。特に、本発明
を医療診断用核磁気共鳴装置に適用した場合に
は、高速でしかもアーテイフアクトの少ない診断
画像が得られ、医療診断に大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例核磁気共鳴画像観測装置
のブロツク構成図。第２図は本実施例による被検
体内の原子核の磁化ベクトルの方向を示す図。第
３図は本実施例装置による投影−再構成法の測定
タイムチヤート。第４図は本実施例装置によるフ
ーリエ変換法の測定タイムチヤート。第５図は本
実施例装置によるフーリエ変換法の測定タイムチ
ヤート。第６図は本実施例装置によるフーリエ交
換法の測定タイムチヤート。第７図はインバーシ
ヨンリカバリを含むタイムチヤート。第８図は従
来例装置の測定タイムチヤート。第９図は断層面
の形状を示す図。１……マグネツトアセンブリ、２……静磁場コ
イル、３……勾配コイル、４……励磁コイル、５
……検出コイル、１１……データ処理計算機、１
２……表示装置、１３……コントローラ、１４…
…勾配磁場制御回路、１５……静磁場制御回路、
１６……高周波発振器、１７……ゲート回路、１
８……電力増幅器、１９……プリアンプ、２０…
…位相検波回路、２１……波形メモリ。

Claims

【特許請求の範囲】１被検体に対して静磁場を印加した状態で、こ
の被検体に対して、観測しようとする断層面を選
択する勾配磁場および原子核を励起する高周波パ
ルス（90°パルス）を印加する励起ステツプと、上記断層面内の位置を設定するための勾配磁場
を印加して、上記励起ステツプにより励起された
核磁気共鳴の信号を観測する観測ステツプと、この信号から上記断層面について核磁気共鳴の
応答を画像に再構成する演算を行う演算ステツプ
とを含み、さらに、上記励起ステツプの後に、磁化ベクトルを強制
的に熱平衡状態に戻す高周波パルス（90°パルス）
を印加する熱平衡化ステツプと、この熱平衡化ステツプに続いて次のステツプに
移行するための所定の待ち時間をおく待ちステツ
プと、を含む核磁気共鳴画像観測方法において、原子核のスピンの状態が実質的に変化しない程
度の時間だけ上記励起ステツプの直前に静磁場の
方向に対して原子核のスピンによる磁化ベクトル
の方向を反転させる高周波パルス（180°パルス）
を印加する磁化反転ステツプを含むことを特徴とする核磁気共鳴画像観測方法。２観測ステツプでは、磁化ベクトルを反転させ
る高周波パルス（180°パルス）を印加して、核磁
気共鳴の信号を奇数回繰り返し観測する特許請求
の範囲第１項に記載の核磁気共鳴画像観測方法。３観測ステツプは投影−再構成法に従う特許請
求の範囲第１項記載の核磁気共鳴画像観測方法。４観測ステツプはフーリエ変換法に従う特許請
求の範囲第１項に記載の核磁気共鳴画像観測方
法。５磁化反転ステツプは磁化ベクトルを反転させ
る高周波パルスを一度印加してから時間T′後に
行い、観測ステツプでは時間T′による磁化ベクトル
の縦緩和時間への影響を測定する特許請求の範囲第１項に記載の核磁気共鳴画像
観測方法。６観測ステツプおよび磁化反転ステツプの少な
くとも一方で用いられる高周波パルスは、180°パ
ルスと、この180°パルスの前後にこの180°パルス
とは位相が90°異なりそれぞれは同位相である二
つの90°パルスとを含む特許請求の範囲第１項に
記載の核磁気共鳴画像観測方法。７観測ステツプは高周波パルスの前後にスポイ
ラを印加するステツプを含む特許請求の範囲第１
項に記載の核磁気共鳴画像観測方法。８熱平衡化ステツプは、高周波パルスを印加し
た後にスポイラを印加するステツプを含む特許請
求の範囲第１項に記載の核磁気共鳴画像観測方
法。９演算ステツプは、時間パラメータの異なる複
数の断層画像間で演算処理を行い、縦緩和時間
像、横緩和時間像、スピン密度像またはこれらの
組合せ像の少なくとも一種の画像を観測する特許
請求の範囲第１項に記載の核磁気共鳴画像観測方
法。１０待ちステツプの待ち時間の間に、別の断層
面の核磁気共鳴の信号を観測する特許請求の範囲
第１項に記載の核磁気共鳴画像観測方法。１１被検体に対して静磁場を印加する手段と、この被検体の断層面を選択するための勾配磁場
を印加する手段と、この断層面内の位置を設定するう勾配磁場を印
加する手段と、上記被検体内の原子核のスピンによる磁化ベク
トルの回転を行うための高周波パルスを印加する
手段と、この高周波パルスを印加する手段のパルスシー
ケンスを制御する制御手段と、上記高周波パルスを印加する手段により励起さ
れた核磁気共鳴信号を観測する手段と、この観測する手段により観測されたデータを画
像に構成する手段とを備えた核磁気共鳴画像観測装置において、上記制御手段は、静磁場の方向に対して磁化ベ
クトルの方向を反転させる第一の高周波パルス
と、原子核のスピンを励起する第二の高周波パル
スと、核磁気共鳴信号の観測時には磁化ベクトル
の方向を反転させる第三の高周波パルスを奇数回
と、核磁気共鳴の信号を観測した後に磁化ベクト
ルを強制的に熱平衡状態に戻す第四の高周波パル
スとを順次印加するように制御し、さらに、上記
第一の高周波パルスと上記第二の高周波パルスと
を十分に短い時間間隔で連続的に印加するように
制御する手段を含むことを特徴とする核磁気共鳴画像観測装置。