JPH0531089A - 核磁気共鳴を用いた検査方法 - Google Patents

核磁気共鳴を用いた検査方法

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JPH0531089A
JPH0531089A JP3223977A JP22397791A JPH0531089A JP H0531089 A JPH0531089 A JP H0531089A JP 3223977 A JP3223977 A JP 3223977A JP 22397791 A JP22397791 A JP 22397791A JP H0531089 A JPH0531089 A JP H0531089A
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悦治 山本
Hidemi Shiono
英巳 塩野
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Abstract

(57)【要約】 【目的】静磁場不均一による減衰、および高周波磁場の
連続照射による悪影響を軽減して核スピン信号の複数の
エコーを連続的に得る。 【構成】90°rfパルスと傾斜磁場Gzの印加により
所定のスライスの核スピンを励起し、180°rfパル
スの印加と傾斜磁場Gyの向きの反転を交互に繰り返
し、もって次々に核スピン信号のエコーを形成する。各
エコーの合間にフェーズエンコード用の傾斜磁場Gxを
パルス状に印加し、各エコーにΔS1,−2ΔS1,3Δ
1,−4ΔS1……で示されるフェーズエンコード量を
付与する。 【効果】傾斜磁場反転の期間中に蓄積された静磁場不均
一による位相分散は180°rfパルスの印加により順
次回復するので、減衰の少ない多数のエコーを測定でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は核磁気共鳴現象を用い、
対象物体中の核スピンの密度分布あるいは緩和時間分布
などを非破壊的に求める検査方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、人体などの内部構造を非破壊的に
検査する方法として、X線CTや超音波装置が広く利用
されて来ている。しかし最近核磁気共鳴現象を用い同様
の検査を行う試みが成功し、X線CTや超音波装置では
得られない情報を取得できることが明らかになった。
【0003】核磁気共鳴装置は対象とする核スピンから
発生する高周波磁場をコイルで検出し、それをもとに核
スピンの密度あるいは緩和時間を位置の関数として表示
するものである。従来まで提案されている方法には投影
再構成法やフーリエ変換法などがあるが、いずれも投影
角度を変えるか、あるいはフェーズエンコード量を変え
て100〜200回位の測定を行い、得られたデ−タを
計算機で処理し、元の核スピン分布を求めるものであ
る。この場合、1回の測定が終了してから次の測定に移
るまでに、対象物体の縦緩和測時間程度待たなければな
らず、測定の大部分がこのために費やされていた。これ
に対して、G.Johnsonra らはエコーを次々と形成し、
横緩和時間T2 よりも十分短い時間内に全ての測定を
完了する方法を提案した(J.Magn.Reson.54,374(1983)
を参照のこと)。すなわち、信号読みだし傾斜磁場の反
転を繰り返してエコーを次々と形成し、かつエコーとエ
コーの間でフェーズエンコードを行うことにより、1回
のシーケンスで全てのフェーズエンコードに対応した信
号を測定するものである。しかしこの方法は重大な欠点
がある。それは、傾斜磁場の反転により回復するのは印
加した傾斜磁場によって生じた核スピンの位相分散だけ
であり、静磁場の不均一により生じたの位相分散は累積
する一方であるため、エコーが時間とともに次第に減衰
して行くことである。勿論、対象物体自身の横緩和時間
2 に応じた核スピンの横緩和による減衰はどのよう
な方法でも回復不可能であるため、この減衰も加わる。
例えば、対象物体が生体である場合、部位にもよるが平
均的T2 は100ms程度である。一方、静磁場の不
均一による減衰は次に示す手順で計算できる。
【0004】いま対象物体内で静磁場にΔHの不均一が
あり、検査すべき絵素数がN2 のとき、厚さ方向の不
均一を無視する1絵素あたりの不均一ΔhはΔH/Nで
与えられる。ところが、実際には断面象を得る場合は厚
さ1cm程度のスライスに限定して信号を得る。このた
め、1絵素あたりの不均一はこのスライスの厚さ方向で
の不均一が支配的となり、ΔH/Nより1桁高い値にな
ると考えられる。そこで Δh=10・ΔH/N と置
くと、Δhによる減衰の時定数T2*は、T2*=2/γ
ΔH となる。ここでγは核磁気回転比である。したが
って、静磁場強度H0 が0.5T、不均一が10pp
m、N=256とすると、プロトンに対しては T2
=38ms となり、生体のT2 に対して無視できな
い値となることが分かる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記した様に、傾斜磁
場の反転により次々とエコーを形成する G.Johnsonら
の提案した方法では、静磁場の不均一による減衰のため
に一連のデ−タを取得できない事態が生じるおそれがあ
る。一方、180°rfパルスを連続して照射して次々
とエコーを形成する方法は、これらのrfパルスが測定
対象に悪影響を及ぼす(高周波磁場による加熱効果
等)、あるいは、180°rfパルスの照射時間を確保
するためにエコー間の時間を長くせざるを得ない、など
の欠点を有する。
【0006】そこで本発明の目的は、静磁場の不均一に
よる減衰を受けず、かつrfパルスの連続照射で生じる
欠点をも解消して複数のエコーを次々と形成し得る核磁
気共鳴を用いた検査方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では所定の領域の核スピンを励起して、その
後複数のエコーを得るにあたり、180°rfパルスの
印加によるエコー形成と、傾斜磁場の反転によるエコー
形成とを組み合わせて用いる。
【0008】
【作用】すなわち本発明は、静磁場の不均一による信号
の減衰は、180°rfパルスにより回復させることが
可能であるという事実を利用し、傾斜磁場の反転により
累積した位相分散が無視しえなくなった時点において、
180°rfパルスを照射することによってそれを回復
させるものである。このような走査を繰り返せば、静磁
場の不均一による信号減衰は最小限におさえ、しかもr
fパルスの連続照射による対象への悪影響や、シーケン
スの長時間化を軽減して多数のエコーを計測することが
可能となる。
【0009】なお、測定対象自身のT2 による減衰は
依然として回復しない。これを考慮するなら、T2
よる減衰が無視し得なくなった時点において、測定を中
断し、新しい磁化の回復を待って測定を繰り返す。ただ
し、この場合にはフェーズエンコードする量は繰り返し
間で均等ではなく、中断後の最初のエンコードに対して
は、それまでに印加したフェーズエンコード磁場の総和
に匹敵するフェーズエンコード磁場に次のエンコード磁
場を加えた磁場を印加しなければならない。勿論、この
方法によれば測定時間が長くなるが、その犠牲において
画質を向上させることが可能になるいわけである。
【0010】
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明を説明す
る。図1に本発明で用いる装置の構成を示す。制御装置
1は各装置へ種々の命令を一定のタイミングで出力す
る。高周波パルス発生器2の出力は電力増幅器3で増幅
され、コイル4を励振する。コイル4は同時に受信コイ
ルを兼用しており、信号成分は増幅器5を通り、検波器
6で検波後、信号処理装置7にで画像に変換される。高
周波パルス発生器2の他の出力は検波器6で直角位相検
波する時の基準信号として用いられる。z方向及びx,
y方向の傾斜磁場の発生は、それぞれコイル8、9、1
0で行い、これらのコイルは増幅器11、12、13で
駆動される。測定対象物16はベッド17上に横たわっ
ており、ベッド17は第18上を移動する。
【0011】図2に本発明の実施例の前提となる計測シ
ーケンスを示す。まず、90°rfパルスと傾斜磁場G
zとによりスライスを選択した後、区間1でGx,Gy
を印加する。フェーズエンコードはGxにより行なう
が、Gxの過渡応答の悪影響を除去するために、この区
間においてダミー磁場を印加しておく。続いて照射する
180°rfパルスの後で印加するフェーズエンコード
は実質的には両者の差となるため、過渡応答によるエン
コード分は相殺される。従って、図3に示すように両者
の差は同図斜線で示すように幅Δt、高さGxの矩形波
と見做すことができる。このような形状にエンコードの
増分をを整えることは極めて有用である。それは、一連
のシーケンスを複数ブロックに分割し、最初のブロック
終了後、次のブロックをはじめる時、それまで印加した
フェーズエンコード磁場の総和の次のステップに相当す
るフェーズエンコードを付与することが著しく容易にな
るからである。ここに示したダミー磁場は次に照射する
180°rfパルスの直前にも印加し、、区間3におけ
る磁場と同様にその増分が矩形波となるようにする。以
後のシーケンスは、第2図に示すように、区間2(実際
には若干異なるが)を繰り返すことになっる。ただし、
ここで重要な点は、ダミー磁場とフェーズエンコード磁
場との関係である。傾斜磁場が核スピンに及ぼす効果
は、180°rfパルスにより逆の働きをする性質があ
るため、図2の区間2の最初の部分においては、傾斜磁
場の時間積分は ΔS1 = Sb − Sa となり、実質的にΔS1 の磁場が印加されたのに等し
い。従って最初の信号はΔS1 によるエンコードを受
けたことになる。次に区間3では ΔS2 = Sb − Sa − ΔS1 = 2(Sa − Sb) = −2ΔS1 となり、ΔS1 の2倍の磁場が符号反転して印加され
たことになる。以後は、3ΔS1、−4ΔS1、5ΔS1
……のように繰り返す。このシーケンスでは静磁場の
不均一による減衰が180°パルス毎に回復させられる
が、測定対象自身の横緩和T2 による減衰は次第に蓄
積する抱けである。あそのため、T2 による減衰が無
視し得なくなった時点において、新しいブロックへと移
らなければんあらない。この時、前述したように、それ
までに印加したフェーズエンコード磁場の総和の次のス
テップに相当するフェーズエンコードを付与することか
ら新しいブロックを始める。図4は、その最初のステッ
プに対するシーケンスを示す。それまでに印加下地場の
時間積分をnΔS(ただし、180°rfパルスによる
符号反転を考慮)とすると、
【0012】
【数1】
【0013】なる関係を満足するように、t1〜t4を選
択すればよい。以後のシーケンスは図2の区間2に示す
ものと同じである。
【0014】本発明の実施例を図5に示す。このシーケ
ンスは図2にて説明したブロック毎に分割され、各ブロ
ックで複数のエコーを得るシーケンスを基本とし、その
複数のエコーを形成するのに、180°パルスと傾斜磁
場の反転を組み合わせたものである。すなわち、180
°パルスを図2に示すように連続して照射することに
は、場合によっては測定対象に悪影響を及ぼすのみなら
ず、エコー間の時間が長くなるという欠点がある。ま
た、図2のシーケンスでは、180°パルス毎にz方向
に厚みを持つスライスの選択が繰り返されるが、そのス
ライス選択の肩特性が理想的でない限り実質的なスライ
ス厚さが次第に減少し、これによっても後のエコーほど
信号が減衰する。それに対して、図5に示すように18
0°パルスと傾斜磁場Gyの反転の組み合わせを用いれ
ば、同じ数のエコーを得るのに180°パルスの数が減
少し、上記の欠点を解消できる。しかも図中の2回目の
180°パルス以後の第4、第5、第6エコー(図では
省略)では、その2回目の180°パルスの印加により
次第に静磁場の不均一による位相分散が回復してくるの
で、この位相分散による信号減衰分は回復する。従っ
て、解消できない対象自身の横緩和による信号減衰が無
視し得なくなるまでこの180°パルスと傾斜磁場の反
転の組み合わせによるパルス形成を繰り返す。なお、図
5に示す例ではフェーズエンコードするための磁場は、
第6図に示すように正負両極性を有する磁場形状とす
る。これにより、図6の斜線部分の面積は相殺し、その
結果、フェーズエンコードに寄与する磁場はΔtGxと
なり、先に述べたと同様にフェーズエンコードの増分を
矩形波とするこができる。180°パルスと磁場反転の
組み合わせ方は、被測定体のT2 と静磁場の不均一の
大小関係で決まり、一般に静磁場の不均一が大きい程、
180°パルスの数を増やさなければならない。
【0015】なお、図2および図5で照射する180°
rfパルスは、交互に位相を180°ずらすことによ
り、180°rfパルスの振幅の誤差により生じる信号
の減衰を低減させることができる。
【0016】本発明の別の実施例を図7と図8に示す。
この実施例は、前述したブロック間の待ち時間を短縮す
る方法である。すなわちブロックの終了した時点teに
続く区間において、それまでに付与された実効的なフェ
ーズエンコード磁場と、信号のピーク以後に付与された
傾斜磁場の各々を相殺することにより、最後の測定そで
生じた各スピン間の位相分散を修復し、それを90°r
fパルスにより静磁場と同じ方向に強制的に向けてやる
のである。この操作により、本来なら場あるブロックの
測定が完了してから測定対象の平均値T1 程度の時間
待たなければならないところを、90°rfパルスによ
り元に戻した残留時化の分抱け回復が早まり、ブロック
間の待ち時間を短縮することができる。
【0017】
【発明の効果】本発明によれば、180°高周波磁場パ
ルスの照射と傾斜磁場の反転とを組み合わせて次々とエ
コー信号を発生させることにより、静磁場不均一に基づ
く画質劣化を防止し、しかも高周波磁場の連続照射の悪
影響も軽減し、かつ測定時間を短縮することが可能にな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施する核磁気共鳴検査装置の概略構
成図。
【図2】本発明の実施例の前提となる方法のパルス系列
を示す図。
【図3】図2の一部を詳細に示す図。
【図4】図2で示したブロックの次のブロックのパルス
系列を示す図。
【図5】本発明の実施例の方法のパルス系列を示す図。
【図6】図5の一部を詳細に示す図。
【図7】本発明の別の実施例の方法のパルス系列を示す
図。
【図8】本発明のさらに別の実施例の方法のパルス系列
を示す図。
【符号の説明】
1…制御装置 2…高周波パルス発生器 4…励振、受信用コイル 6…検波器 7…信号処理装置 8、9、10…傾斜磁場発生用コイル 14…静磁場発生用コイル 16…測定対象物体 rf…高周波磁場パルス波形 Gz…スライス選択用傾斜磁場波形 Gx…フェーズエンコード用傾斜磁場波形 Gy…読み出し、及びエコー形成用傾斜磁場波形
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 9118−2J G01N 24/06 G 9118−2J 24/08 C

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】所定の空間に静磁場を発生する手段、前記
    静磁場に傾斜をかける傾斜磁場を印加する手段、前記空
    間に置かれた対象に高周波磁場を印加する手段、前記対
    象からの核磁気共鳴信号を検出する手段、及び前記核磁
    気共鳴信号から前記対象の核スピン情報を位置の関数と
    して算出する計算機を有する核磁気共鳴装置を用いた検
    査方法において、前記対象の所定領域の核スピンを励起
    した後に、180°高周波磁場パルスの印加による前記
    核スピンのエコーと前記傾斜磁場の反転による前記核ス
    ピンのエコー双方を複数回発生させることを特徴とする
    核磁気共鳴を用いた検査方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100409024C (zh) * 2002-06-19 2008-08-06 施卢默格海外有限公司 利用梯度场nmr手段进行nmr频谱分析

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