JPH0620438B2

JPH0620438B2 - Νｍｒイメ−ジング装置

Info

Publication number: JPH0620438B2
Application number: JP59006449A
Authority: JP
Inventors: 剛宮島; 美樹五十嵐; 剛主藤; 治内田
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1984-01-18
Filing date: 1984-01-18
Publication date: 1994-03-23
Anticipated expiration: 2009-03-23
Also published as: JPS60151546A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は、ＮＭＲイメージング装置に係り、特に磁場の
均一度を向上することのできるＮＲＭインメージング装
置に関する。

〔発明の背景〕

一般に、核磁気共鳴（以下、ＮＭＲと称する）は、有機
化合物の構造解析や物性物理の研究に多く用いられる分
析方法である。最近、このＮＭＲの技術を用いて生体断
面の核スピン密度を撮像する試みが盛んに行われるよう
になるＸ線ＣＴと対比できるようなＮＭＲ画像が得られ
るようになつた。このＮＭＲイメージング装置では、静
磁場Ｈ_０に空間的に異つた強度を有する第２の磁場の印
加法、ＮＭＲ信号の処理の仕方により、いくつかの方法
がある。ここでは、Ｘ線ＣＴと同じ手法で像再生するＮ
ＭＲイメージング装置を概説する。

まず、被検体に一様な磁場Ｈ_０の他に空間的勾配Ｇを持
つ静磁場を加える。磁場Ｈ_０の方法をｚ軸とし、仮に勾
配ＧがＸ方向にある場合を考えると、Ｘ＝０での静磁場
の強さをＨ_０とすると、被検体に加えられる静磁場Ｈ
は、Ｈ＝Ｈ_０＋Ｇ・Ｘで与えられる。このときの共鳴周波数ωは、 ω＝γＨ＝γＨ_０＋γＧ・Ｘ＝ω_０＋γＧＸ ………(1) 但しω_０＝γＨ_０ γ：核スピンの固有の磁気回転比に示される如く、Ｘの１次関数となる。この被検体に対
し共鳴スペクトルの測定を行うと周波数ωでの信号は第
１図に示すように対応する、Ｘ＝一定の平面内の核スピ
ン集団からのものだけとなる。したがつて、測定される
スペクトルＰ（ω）は核スピン密度関数ρ（ｘ，ｙ，
ｚ）を使つて、Ｐ（ω）＝∫∫ρ（x,y,z）dydz……(2) または、前記(1)式によりＰ（ω_０＋γＧ・Ｘ）＝∫∫ρ（x,y,z）dydz………(3) と表わされる。いま、左辺をｆ（ｘ）とおくと、ｆ（ｘ）＝∫∫ρ（ｘ，ｙ，ｚ）dydz………(4) となる。この場合測定される共鳴スペクトルは、ｘ軸に
垂直方向への核スピン密度の線積分すなわち投影とな
る。選択的に共鳴現象を励起する方法を組合せれば、第
２図に示す如く、ｚ軸の特定位置における信号のみを検
出することができる。ｚ軸を中心に被検体を回転する
か、磁場勾配ベクトルを回転させて各方向からの投影
を求めることができる。

各方向からの投影から２次元分布を装置の表示画面に近
似的に復元するには第３図に示すように各投影の強度に
比例した量を投影の方向に沿つて画面上に戻し、これを
すべての方向について加え合せる方法である。この像再
構成法は、逆投影法と呼ばれている。

ここで、静磁場Ｈ_０と勾配Ｇとの関係について説明する
と、静磁場Ｈ_０が理想的に均一な磁場であれば、勾配Ｇ
を加えない被検体のＮＭＲ信号は核スピンが有する自然
巾で決まる共鳴スペクトルを示すことになる。しかし、
実際には、静磁場Ｈ_０自体不均一成分を有している。こ
の地は磁石の構造によつて左右されるが、１００ppm前
後であり、共鳴スペクトルは勾配Ｇを加えなくても静磁
場Ｈ_０の不均一を反映して、ブロード化し１００ppmの
広がりを持つことになる。この静磁場Ｈ_０の不均一が空
間的に重複しなければ勾配Ｇ無しで被検体の各部の核ス
ピン密度を求めることが可能となり先に説明した逆投影
法によらなくても断層像が得られる。しかし、静磁場Ｈ
_０は同心円上に不均一が分布するので、勾配Ｇを加えて
空間的位置に対応した共鳴スペクトルが得られなければ
ならない。この勾配Ｇの値としては静磁場Ｈ_０の不均一
による空間的な重複を避けることが最少限必要な値とな
る。実際には静磁場Ｈ_０の不均一の数倍程度（数１００
ppm）に印加されている。すなわち、勾配Ｇの値として
は静磁場Ｈ_０の0.1％以下の値である静磁場Ｈ_０と勾配
Ｇの２つの磁場を用いるＮＭＲイメージング装置も、そ
の共鳴スペクトルの周波数ωは静磁場Ｈ_０に大きく依存
している。いま、静磁場Ｈ_０の値が何らかの影響で変化
すると、各投影が静磁場Ｈ_０の変化に応じて左右に移動
することになる。このため、逆投影法で、各投影を表示
画面上に加え合せても復元は像にならないが、ピントの
ずれた像となつて医学的な診断画像としては不十分であ
る。

このようにＮＭＲイメージング装置においては、高品位
の画像を得るため、静磁場の均一性と、傾斜磁場の直線
性が要求される。すなわち、これら磁場の歪を定量的に
測定し、ＮＭＲイメージング装置で得られる画像の磁場
による歪を補正する必要がある。

そこで、従来、磁場均一度を測定する手段として特公昭
47−28953号の「磁気共鳴装置」、米国特許第3873909号
Gyromagnetic Apparatus Employing Computer Mears fo
r Correctigits Operating Panametens.また、米国特許
第3443209号Magnetic Field Homogeneity Control Appa
ratusに示す如く、視野内に大きなサンプルを入れる信
号の半値幅を用いている。一般に分析用高分解能ＮＭＲ
装置のように、均一磁場を用いる範囲すなわち磁場均一
度を必要とする範囲が狭い場合にはある程度の磁場均一
度を得ることができ、この方法は、このような磁場均一
度が初めからある程度得られている場合に磁場の均一度
を測定する手段として有効な手段である。

このように磁場の均一度が測定される訳であるが、この
磁場は、常電導磁石によつて形成される。すなわちＮＭ
Ｒイメージング装置に一般に用いられる常電導電磁石
（以下、ＲＭと称する）は第４図に示す如く４個の電磁
石コイル１，２，３，４に直流電流(i)を供給すること
によつて電磁石コイルの内部空間に磁場を発生する。例
えば、Oxford Instruments社（英国）で製作されるＲＭ
は４個の電磁石コイル１，２，３，４に直流電流(i)を
給電することにより、その電磁石コイルの内部空間に磁
場を発生する。一例としてOxford Instruments社（英
国）で製作されるＲＭは、４個の電磁石コイルから成
り、ｉ≒２２０Ａでその内部空間に約０．１５テスラ
（Ｔ）の磁場を発生する。その４個の電磁石コイル１，
２，３，４は該電磁石コイルの内部空間に発生する磁場
を均一にする様設計されており、この４個の電磁石コイ
ル１，２，３，４は独立に第５図に示す如くＸ，Ｙ，Ｚ
方向に移動可能に構成されている。これら４つの電磁石
コイルの位置調整により磁場均一性の補正が行なわれて
いる。この電磁場均一性の補正をすると５０ppm／３０c
m球状空間、１００ppm／４０cm球状空間、（但し、磁場
中心である点Ｏを中心として）が得られる。一方ＲＭは
一般に鉄筋コンクリート製の建屋に収容されることが多
い。この場合はＲＭの周囲に鉄筋コンクリート等の鉄即
ち強磁性体に囲まれるためＲＭより発生する磁束は、こ
れらに吸引されるのでＲＭ内部空間７の磁場均一性はき
わめて劣化する。これを補正するために、前記電磁石
１，２，３，４の位置関係を調整する。この電磁石１，
２，３，４の位置関係を調整することによつて磁場の不
均一性を直行函数で表示するならばＺ^２，Ｚ^４項以外の
Ｘ，Ｙ，Ｚ^１項等は調整可能である。しかし、Ｚ^２又は
Ｚ^４項は３０cm（磁場中心点Ｏを中心にして）の範囲で
４００〜１０００ppmにも達し、これを電磁石１，２，
３，４の位置関係によつて調整しようとすると電磁石
１，２，３，４の位置調整が１０cm以上必要となり、１
０cm以上調整することは構成上できないため事実上調整
不可能である。磁場均一性を補正する手段として電流シ
ムを用いる手段がある。

即ち電磁石１，２の内部空間に電流シムコイル群を設け
直流電流を適正に供給することにより、磁場均一性を得
ることは可能である。しかし前記４００〜１０００ppm
の補正を行なうのにこの電流シムを用いる方法によると
電流シムコイルに２０〜５０Ａの電流を供給する必要が
ある。しかし、シムコイル２０〜５０Ａの電流を流すと
シムコイルが発熱する。すなわち、例えば、コイル抵抗
２Ωで５０Ａの電流を流す場合、電源電圧は100Ｖを必
要とし、その電力は約５ＫＷとなり、この場合の発生熱
量は約２Ｋcal／secとなる。いまコイルの温度を２８℃
に保つために、１２℃の水導水を使用すると、4.5／m
im水導水と冷却シスラムが必要となる。更に安定度１／
１００、容量５ＫＷの電源装置が必要となる。そして、
Ｚ^２とＺ^４の２項の調整を必要とするとすれば、前述の
装置と水導水は、２倍必要となる。したがつて、このよ
うな電流シムコイルを用いて磁場均一性を得ようとする
ことは実用上不可能である。従つて、従来では、鉄筋等
の磁場妨害による磁場均一性劣化に対する補正は、事実
上できない状態であつた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、磁場妨害による磁場均一性劣化を状況
に応じて容易に補正することのできるＮＭＲイメージン
グ装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するために、本発明は、静磁場中に被測
定物を挿入し、該被測定物に高周波を照射することによ
り得られる核磁気共鳴信号を利用して前記被測定物の断
層撮影を行うＮＭＲイメージング装置において、前記静
磁場の不均一補正用の強磁性体を静磁場の外部への漏洩
部附近に配置するとともに、該強磁性体を前記静磁場に
対して移動自在にすることにより、磁場妨害による磁場
均一性劣化を状況に応じて容易に補正できるようにした
ものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例について説明する。

第６図には、本発明の一実施例が示されている。

図において、ＲＭの構成する４個の電磁石コイル１０，
２０，３０，４０に直流電流(i)を供給することによつ
てその電磁石コイルの内部空間に磁場を発生する。この
電磁石コイル２０，３０のコイル内径は、ほぼφ９８０
mm、電磁石コイル１０，４０のコイルの内径はほぼφ６
１０mmである。この電磁石コイル２０，３０内部空間に
はパイプ８０が設けられており、このパイプ８０は、NM
Rイメージングでは不可欠のＸ，Ｙ，Ｚ傾斜磁場を発生
させるコイル群用のガラスエポキシ樹脂（通称ＧＦＲ
Ｐ）製ボビンである。その内径はφ６８０mmである。こ
の電磁石コイル１０，４０によつて、それぞれ形成され
る静磁場の外部には、アルミ製のボビン１１０，１２０
が設けられている。このボビン１１０，１２０は内径φ
６００mm、外形φ６１０mm、厚さ５mmに形成されてお
り、それぞれ電磁石コイル１０，４０に固定されてい
る。このボビン１１０，１２０の外周にはそれぞれ幅約
６０mm、厚さ０．５mmのケイ素鋼帯９０，１００が巻き
つけられている。このケイ素鋼帯９０，１００は、ボビ
ン１１０，１２０の外径６１０mmの外周部に１層巻きつ
けられ、接着固定されている。

この場合、円筒内部（磁場中心である点Ｏを中心とし
て）の磁場の不均一性を直行函数で表示するならば、Ｚ
^２項が３００mmの範囲で（＋）120ppm補正することがで
きる。これは、円筒状磁場発生空間の外部の円周上に強
磁性体が存在するため磁束が、該強磁性体に吸引されて
増量し、該円環状強磁性体が存在しない場合より、電磁
石コイル１０，４０の外端付近の磁束密度が大となるこ
とによる。したがつて、円筒上磁場空間のより内部にお
いても、ゆるやかに、磁束密度に変化を与え、Ｚ^２項が
（＋）に補正される。

第７図には、本発明の他の実施例が示されている。図中
第６図において付されている符号と同一の符号の付され
ているものは同一の部品・同一の機能を有するものであ
る。

本実施例が第６図図示実施例と異なる点は次の如くであ
る。すなわち、第７図図示パイプ８０の内径部には高周
波用ソフトフエライトを混入せしめた可撓性ゴム帯（断
面は４×４mm^２を円環状に形成した円環状強磁性体５
０，６０が設けられている。この円環状強磁性体５０，
６０は２個設けられており、この２個の該形成体はパイ
プ８０の内径部に中心対称に２４０mm離してパイプ８０
の内壁に固定されている。この円環状強磁性体５０，６
０によつて前記Ｚ⁴項の４００mmの補正ができる。該補
正効果は前記ソフト・フエライトでなくとも他の強磁性
材料でも容易に得られる。例えばφ１mmのピアノ線（鉄
線）をパイプ８０内径部に中心対称に２４０mm離れて１
０ターン巻きして固定することにより同一の効果を得る
ことができる。ここで２個の円環状強磁性体５０，６０
を設置する場合Ｚ^４項の補正が効果的であるからであ
る。本実施例では、円環状強磁性体５０，６０を中心対
称に２４０mm離してＺ^４項補正のみを行つているが第８
図から明らかな如く円環状強磁性体５０，６０を中心対
称で、さらに引き離して行けば、Ｚ^２項補正能力が増大
し、Ｚ^４項補正能力が減少するので、Ｚ^４→Ｚ^２＋Ｚ^４
→Ｚ^２という補正が可能となる。第８図は横軸にＲＭの
磁場、方向中心軸Ｚをとり磁場中心からの距離を（mm）
単位で目盛り、縦軸に補正されるべき磁場強度（Δ
Ｈ_０）をとりＺ^２，Ｚ^４項のみが示されている。この円
環状強磁性体５０，６０によつてＺ^４項が（−）４００
ppm→≒０ppmと補正されたとき第９図（Ａ）〜（Ｅ）に
示される如く、ｚ軸中心線からの径（Ｒ）方向（Ｘ，Ｙ
方向）に行くに従つて、磁束密度が増大し、測定磁場強
度が半径２００mmでＺ方向０〜（＋）１００mmの範囲に
わたり平均約(+)７０ppmとなつている。この第９図中ａ
は従来例、ｂは円環状強磁性体５０，６０のみを設けた
もの、ｃは円環状強磁性体５０，６０に加え、ケイ素鋼
体９０，１００を設けたものの特性である。第９図
（Ａ）は半径２００mmの、第９図（Ｂ）は半径１５０mm
の、第９図（Ｃ）は半径１００mmの、第９図（Ｄ）は半
径５０mmの、第９図（Ｅ）は半径０mmの実測磁場特性を
示したものである。そして、第９図各図の横軸は磁場中
心である点Ｏから(+)Ｚ方向の距離を、縦軸は、磁場の
中心である点Ｏの補正なしの磁場を０ppmとし、任意の
点の磁場をppm単位で表わしたものである。

このように、円環状強磁性体５０，６０に加えケイ素鋼
体９０，１００が設けられると、Ｚ方向の実測磁場は、
半径０〜２００mmの範囲で減少している。すなわち、円
環状強磁性体５０，６０で増大する磁場がケイ素鋼体９
０，１００により減少する。

したがつて、円環状強磁性体５０，６０でＺ^４項を
（＋）方向に、ケイ素鋼体９０，１００によつてＺ^２項
を（＋）方向に補正すると共に、半径方向（Ｘ，Ｙ方
向）のひろい範囲（Ｚ方向にも）わたり磁束の流れを直
線化、すなわち、磁場を均一化する。この円環状強磁性
体５０，６０により磁束は吸引され円筒の中心部よりも
円筒内壁に近づくに従つて磁束密度が大になる。これに
対し、ケイ素鋼９０，１００が存在すれば、Ｚ^２項補正
効果の他に、第７図に示す如く、円筒磁場空間の外部に
隣接するので円筒径付近の磁束を中心線付近の磁束より
強く吸引する。したがつて、磁場の均一化が得られる。

第６図，第７図の各図示実施例において、円環状強磁性
体５０，６０、ケイ素鋼体９０，１００の各２個一対で
対称形について説明したが、これを非対称型（３個以上
を含む）にしても同様の効果を得ることができる。

また、円環状強磁性体５０，６０を固定せず、Ｚ，Ｙ，
Ｚ方向の移動調整機構を具備させれば、前述の補正のみ
ならずＸ，Ｙ，Ｚを含む項をも補正することができる。

また、高周波フエライトを採用したのは、傾斜磁場印加
時の渦電流防止効果があり、また、高周波スイッチング
時の応答性がよく、傾斜磁場に歪を生じさせないためで
ある。ピアノ線においても絶縁被覆を行い、巻き線の先
端と終端を開放させることにより、又はピアノ線巻線を
複数個所で分断することにより渦電流防止が可能であ
る。

ＮＭＲイメージング装置は、病院に設置されるものであ
り、この病院の殆んどが鉄筋コンクリート建屋になつて
いる。このためＮＭＲイメージング装置は鉄筋コンクリ
ート建屋に設置されることになる。この場合、鉄筋等に
よる磁場妨害による磁場均一性の著しい劣化が問題にな
る。これを補正しなければ良質のＮＭＲイメージング画
像は得られない。磁場妨害で最も補正困難な項は、
Ｚ^２，Ｚ^４項である。本実施例にあつては、安全，安定
且つ容易に補正が可能であり、鉄筋コンクリート建屋内
でのＮＭＲイメージング装置の設置が可能となつた。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、静磁場が外部へ
漏洩する部分附近に強磁性体を配置し、しかもその強磁
性体を静磁場に対して移動自在にしたので、磁場妨害に
よる磁場均一性劣化を状況に応じて補正することができ
る。その結果、ＮＭＲイメージング装置が鉄筋コンクリ
ート建屋内に設置された場合でも、良質なＮＭＲイメー
ジング画像を容易に得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図，第２図はＮＭＲイメージングの説明図，第３図
は逆投影の説明図、第４図は従来の空芯４分割コイル型
常電導電磁石を示す図、第５図は磁場方向を示す図、第
６図は本発明の実施例を示す図、第７図は本発明の他の
実施例を示す図、第８図はＺ^２，Ｚ^４項の磁場強度特性
を示す図、第９図（Ａ）〜（Ｅ）は円筒空間内の磁場分
布測定データを示す図である。１０，２０，３０，４０……電磁石コイル、５０，６０
……円環状強磁性体、８０……パイプ、９０，１００…
…ケイ素鋼体、１１０，１２０……ボビン。

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Ｈ０１Ｆ 7/20 8203−2ＧＧ０１Ｒ 33/22 (72)発明者内田治茨城県勝田市市毛882番地株式会社日立製作所那珂工場内 (56)参考文献特開昭60−90546（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−151946（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−1437（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−115026（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】静磁場中に被測定物を挿入し、該被測定物
に高周波を照射することにより得られる核磁気共鳴信号
を利用して前記被測定物の断層撮影を行うＮＭＲイメー
ジング装置において、前記静磁場の不均一補正用の強磁
性体を静磁場の外部への漏洩部附近に配置するととも
に、該強磁性体を前記静磁場に対して移動自在にしたこ
とを特徴とするＮＭＲイメージング装置。
【請求項２】特許請求の範囲第１項記載のＮＭＲイメー
ジング装置において、前記強磁性体はケイ素鋼帯である
ことを特徴とするＮＭＲイメージング装置。