JPH0556972B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はNMR現象を利用した体内断層撮影装
置に関し、特に心臓の立体的な動きを映像化する
に好適な核磁気共鳴イメージング装置に関するも
のである。

〔発明の背景〕

1946年にBlochおよびPurcellによりそれぞれ
独立に発見されたNMR現象は、以後、物質の構
造解析を始めとして、物理、化学の分野で不可欠
な分析手段となつている。

このNMR現象は原子核の有する磁気モーメン
トと外界との磁気的相互作用であり、その特徴は
磁場エネルギーがＸ線CTなどに比較して著しく
少なく（10^-9程度）、人体への影響が殆んどない
という点である。

このNMR現象をイメージングに応用する試み
は、1974年、Lauterburによつて最初に提案され
た。その後、多くのNMRイメージング法が開発
されたが、現在では、測定精度とＳ／Ｎ比の良い
パルス法が主流を占めている。パルス法NMRイ
メージングの詳細は、例えば、Farrar，Becker
著、赤坂、井元訳：パルスおよびフーリエ変換
NMR、吉岡書店（1976）等に記述されている。

現在用いられているパルス法は、いずれも、測
定対象の有するラーマー周波数全域を含む強力な
パルス高周波磁場で対象物体を励振し、それによ
り生じた過渡応答（Free Induction Decay、以
下、「FID信号」という）を周波数分析する方法
である。

上記パルス法を用いると人体の断層像を撮影す
ることができるが、その信号測定時間は１〜10分
程度で、前記Ｘ線CTの数秒と比較すると非常に
大きな値になつている。このように大きな差が生
ずる理由は、生体組織のNMR緩和時間が無視し
得ない程長いことによるものである。そのため、
一度測定状態に置かれた部位が、次の測定状態に
移るためには数百ミリ秒以上待たなければならな
いことになる。

例として、パルス法の中でも主流になりつつあ
るイメージング法である投影再構成法や２次元フ
ーリエ変換法を考える。１投影データを得るため
に0.8秒かかるとすれば256投影では約3.5分を要
することになるわけであり、Ｓ／Ｎ比を改善する
ために重複して信号計測を行うと、更に数倍の時
間がかかることになる。

ところで、上記説明では１投影データを得るた
めには0.8秒かかるとしたが、その大半は待ち時
間であり、計測装置が動作を停止している時間で
ある。実際の信号処理に利用される時間は数10ミ
リ秒程度であり、残りの時間は破壊された磁化が
元の熱平衡状態値近くにまで回復するのに費やさ
れる時間である。

この無駄時間を有効に活用する方法の１つに、
UCSF（California大学のSan Francisco校）で報
告されている多断層測定法がある。この方法の原
理は、断層面の選択を選択励起法で行い、その
後、投影再構成法や２次元フーリエ変換法により
イメージングを行う方法では、各断層面を全く独
立に測定できるため、前述の無駄時間に他の断層
面の測定を行えば、１断層面あたりの測定時間は
大幅に短縮できるという点にある。断層面の数を
８枚としたときの各断層面に与える高周波磁場パ
ルスの時間軸上の配置と断層面の位置関係を第１
図に示した。このようなパルスの与え方をすれ
ば、前述の１断層面の投影データを計測するに要
する約3.5分の間に、８断層面の投影データを計
測することができる。

この多断層測定法を用いて拍動している心臓を
撮影することを考えよう。第１図に示したパルス
系列でそのまま心臓の撮影を行つた場合の心臓の
拍動の様子とパルス系列を併記したのが第２図で
ある。第２図においては、心拍周期を1.13秒とし
てあるが、、このように心拍周期と無関係にパル
ス系列を発生して信号計測を行つたのでは、心臓
の動きの同一位相のときの投影データを、画像作
成に充分な回数だけ繰り返し測定することはでき
ず、断層像を作成することはできない。

これに対しては、第１断層面用のパルスを常に
心拍周期の同一位相から開始する方法が考えられ
る。このときのパルス系列を第３図に示す。この
ようにすれば、１心拍の間に、第１断層面から第
８断層面の全断層面に対応して、心臓の動きの少
しずつずれた位相の撮影データを１個ずつ測定す
ることができる。そこで、257心拍の間測定を続
ければ、各断層面ごとに256投影データが計測さ
れ、８枚の断層像を撮影することができる。

この８枚の断層像は心臓の動きの位相と、人体
の輪切り位置を同時に少しずつずらせたときの心
臓を示している。そこで、第１断層面用のパルス
を開始する心拍周期の位相位置を、第１回目の８
枚の断層像を撮影したときと少しずらせて第２回
目の８枚の断層像を撮影し、以下、位相をずらせ
ながら繰り返し断層像を撮影する。

例えば、６回の撮影を行えば全部で48枚の断層
像が撮影できる。この断層像は心臓を含む８断層
面の各々の断層面における心臓の動きを、６枚の
画像に表わしたものである。すなわち、断層面を
指定してその６枚の画像を次々にデイスプレイ等
に表示すれば、心臓の動きを目視することができ
る。

次に、この48枚の画像を用いて心臓の３次元的
な動きを据えることを考えよう。これには、例え
ば、同一の心拍位相の８断層像をデイスプレイに
表示して、動画表示すれば良いわけであるが、こ
こで問題になるのは、上述の方法で撮影した６枚
の画像の心拍位相は、第４図に示す如く、ばらば
らになつてしまい、同一の心拍位相の８断層像を
得ることができないという点である。なお、第４
図において、○で囲まれた数字はそれぞれの撮影
における各断層面ごとの信号計測タイミングを示
しているものである。

〔発明の目的〕

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、
その目的は、従来の撮影装置における上記問題を
解消し、３次元的な動きを把握できるような多断
層のNMRデータを短時間に計測可能な核磁気共
鳴イメージング装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の要点は、１回の多断層撮影における各
断層間の信号計測時間間隔を、例えば、第１回目
の多断層撮影において同期させた心拍位相と第２
回目の多断層撮影において同期させた心拍位相と
のずれ時間と一致させるようにした点にある。

すなわち、第４図に示した例においては、１回
の多断層撮影における各断層間の信号計測時間間
隔を0.1秒としていたため、前述の如き問題を生
じていたものであり、これを、0.1８・秒、すなわ
ち心拍周期1.13秒、撮影回数（１心拍の位相分割
数）６より、 1.13／６＝0.1８・（秒） に変更すれば、信号計測タイミングを第５図に示
すようにすることができ、同一の心拍位相の多断
層像を多くの心拍位相について撮影することがで
きるというものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に
説明する。

第６図は本発明の一実施例を示すブロツク図で
ある。図において、１はシステム全体のコントロ
ールおよび計測したデータに基づき画像再構成を
行う処理装置、２は被検体からNMR信号を検出
するために発生させる各種パルスおよび検出する
信号をコントロールするシーケンス制御部、３は
被検体の特定の核種を共鳴させるために発生させ
る高周波磁場をコントロールするRF制御部、４
は上記RF制御部３は発生させる高周波磁場の周
波数、振幅のうちの少なくとも１つを変調し、そ
の周波数成分を帯域制限することで領域の選択を
行う信号を発生させる選択励起変調部、５は上記
RF制御部３、選択励起変調部４で得られた信号
に基づきコイルに電流を流す送信器を示してい
る。

また、６は被検体から発生するNMR信号を検
波し、FID信号を取出す受信器、７は上記受信器
６で得られた信号をＡ／Ｄ変換するデータ取込
部、８は目的に応じた任意の傾斜磁場を発生させ
るための制御部、９はＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向そ
れぞれ独立に制御可能なコイル用電源、１０，１
１，１２はそれぞれＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の磁
場発生用コイル、１３はNMR信号の共鳴周波数
を決定する静磁場をコントロールする制御部、１
４は上記静磁場の電源を示している。

なお、１５は前記処理装置１で処理した結果を
CRT等の表示装置に表示したり、ライトペン、
キーボード等の入力装置をコントロールする
CRT操作卓制御部、１６は再構成画像を表示す
るためのCRTデイスプレイ、１７は心電図を計
測する心電計、１８は上記心電計１７への心電入
力を、前記シーケンス制御部２の制御により断続
する心電入力部を示している。

上述の如く構成された本実施例の動作を、以下
第７図に示した処理フローチヤートを中心に用い
て説明する。

NMR信号の計測に入る前に心電計１７を用い
て患者の心電図を採取し、処理装置１により、Ｒ
波（第５図：Ｒ参照）の検出とその出現周期の平
均値を計算する。この値が心拍周期を表わしてお
り、これを仮に1.13秒とする。また、以下の説明
においては、先に説明した例と同様の次の値を用
いるものとする。

(1) 多断層数：８ (2) １画像作成のための投影データ数：256 (3) １心拍の分割位相数：６ まず、心電計１７からの心電図を処理装置１に
おいて解析し、Ｒ波が検出されたらシーケンス制
御部２の制御の下に心電入力部１８を操作して心
電計１７への入力を切断し、次に、RF制御部３
に信号を送り高周波磁場のパルスシーケンスを発
生させる。その後、受信器６に生ずるFID信号を
データ取込部７を介して処理装置１に取込み、こ
れを第１断面の第１投影データとして蓄積する。

次に、上記Ｒ波の検出から0.1８・秒後に同様の
手順で第２断面の第１投影データを採取し、処理
装置１に蓄積する。このとき、第２断面を選択す
るには、断面に垂直な方向に傾斜磁場をかけて選
択励起パルスにより選択を行う、良く知られた選
択励起法を用いる。

以後、同様の手順で、0.1８・秒ごとに第８断面
までの第１投影データを蓄積する。

次に、シーケンス制御部２から心電入力部１８
に信号を送り、切断されていた心電計１７への入
力を復活し、心電図のＲ波が検出された時点で、
再び第１断面から第８断面までの投影データの計
測を開始する。このとき、例えば、投影再構成法
を用いている場合であれば、傾斜磁場の方向を制
御して第２投影データを計測する。

以上の操作を256回繰り返すと、処理装置１に
第１断面から第８断面まで、各々256個の投影デ
ータが蓄積され、これらのデータを用いて再構成
計算を行うことにより、８枚の断層像が形成され
る。これらの画像が第５図にで示されている信
号処理タイミングで撮影された画像である。

次に、別位相の断層像を撮影するために、前述
の処理ではＲ波検出後、直ちに第１断面の計測に
入つていたのを、0.1８・秒だけ待つてから第１断
面の計測に入り、その後は次々に0.1８・秒の整数
倍だけ遅らせて計測に入る。このようにすること
により、第５図にからとして示されている各
位相の画像がすべてそろう。これらの８枚の断層
像をCRT表示装置１６に表示すれば、医師は、
例えば、第３位相のときの心臓の８断面分の断層
像を見ることができ、３次元形状を思い浮かべる
ことができる。

上記実施例においては、Ｒ波検出後に待ち時間
をおいている例を示したが、実際の撮影において
は、Ｒ波検出後に待ち時間を入れずに、計測する
断面をずらせて撮影することも可能である。第５
図に示した例では、Ｒ波検出直後に、計測を開始
する断面を第１断面から第６断面まで次々にずら
せることにより、前述の場合と同様の画像を全て
撮影することが可能である。

〔発明の効果〕

以上述べた如く、本発明によれば、１回の多断
層撮影における各断層間の信号計測時間間隔を、
例えば、第１回目の多断層撮影において同期させ
た心拍位相と第２回目の多断層撮影において同期
させた心拍位相とのずれ時間を一致させるように
したので、３次元的な動きを把握できるような多
断層のNMRデータを短時間に計測可能なNMR
撮影方法を実現できるという顕著な効果を奏する
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は多断層NMRの信号計測タイミングを
示す図、第２図は心拍と信号計測タイミングとの
関係を示す図、第３図は従来の心拍同期法におけ
る心拍と信号計測タイミングとの関係を示す図、
第４図はその問題点を説明するための図、第５図
は本発明の撮影方法における心拍と信号計測タイ
ミングとの関係を示す図、第６図は本発明の一実
施例を示すブロツク図、第７図は処理フローチヤ
ートである。 １……処理装置、２……シーケンス制御部、３
……RF制御部、４……選択励起変調部、５……
送信器、６……受信器、７……データ取込部、８
……傾斜磁場制御部、９……傾斜磁場コイル用電
源、１３……静磁場制御部、１４……静磁場コイ
ル用電源、１５……CRT操作卓制御部、１６…
…CRT表示装置、１７……心電計、１８……心
電入力部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 心拍に同期して高周波磁場と傾斜磁場のパル
   スシーケンスの発生およびNMR信号の計測を行
   う核磁気共鳴イメージング装置において、多断層
   撮影における隣接する断層間の信号計測時間間隔
   を、第ｎ回目（ｎ：正整数）の多断層撮影におい
   て同期させた心拍位相と第ｎ＋１回目の多断層撮
   影において同期させた心拍位相との位相ずれ時間
   に一致させるように制御するシーケンス制御部、
   該シーケンスにもとづきNMR信号を計測し、計
   測した信号を計測データとして取り込む入力部
   と、該データに基づき画像を再構成する画像処理
   部とを有することを特徴とする核磁気共鳴イメー
   ジング装置。 ２ 心拍に同期して高周波磁場と傾斜磁場のパル
   スシーケンスの発生およびNMR信号の計測を行
   う核磁気共鳴イメージング装置において、撮影を
   行うべき多断層面における各断層面の撮影を行う
   ときの１心拍周期を多位相分に分割し、各多断層
   撮影ごとに隣接する断層間の位置を１位相分ずつ
   ずらすように制御するシーケンス制御部、該シー
   ケンスにもとづきNMR信号を計測し、計測した
   信号を計測データとして取り込む入力部と、該デ
   ータに基づき画像を再構成する画像処理部とを有
   することを特徴とする核磁気共鳴イメージング装
   置。