JPH0620445B2 - Nmrイメージング装置 - Google Patents

Nmrイメージング装置

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JPH0620445B2
JPH0620445B2 JP18516385A JP18516385A JPH0620445B2 JP H0620445 B2 JPH0620445 B2 JP H0620445B2 JP 18516385 A JP18516385 A JP 18516385A JP 18516385 A JP18516385 A JP 18516385A JP H0620445 B2 JPH0620445 B2 JP H0620445B2
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JP
Japan
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magnetic field
gradient magnetic
projection
imaging apparatus
nmr imaging
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JP18516385A
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英明 小泉
宗孝 津田
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Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
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Hitachi Medical Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、NMR(Nuclear Magnetic
Resonance:核磁気共鳴)現象を利用したイ
メージング装置に係り、特に、人体内部を非侵襲的に映
像化し、腫瘍などの病変部の診断に供するNMRイメー
ジング装置に関する。
〔発明の背景〕
NMRイメージングの手法には、極座標を用いる投影再
構成法と、直交座標系を用いる二次元フーリエ法があ
る。本発明は、特に二次元フーリエ法に適用して効果が
大である。
試料の原子核から発生するNMR信号は、極めて微弱で
あり、分析用の装置では、数千回、イメージング用の装
置でも通常2〜10回程度の積算を施し、S/N比を増
大せしめる。また、画質を向上させるため、信号に含ま
れるノイズの高周波成分を除去するフイルタ、あるいは
視覚上最も画質を良くするフイルタリング函数を実験的
に決め、従来の装置に用いてきた。
公知例として例えば、J.M.S.Hutchiso
n,W.A.Edelstein and G.Joh
nson:“A Whole−body NMR Im
aging Machine”J.Phys.E,1
3,947(1980)がある。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、良質な画像の形成に寄与率の高い波数
成分のS/N比を選択的に高めるための手段を備えたN
MRイメージング装置を提供することである。
〔発明の概要〕
本発明は、上記目的を達成するために、検査対象物に印
加する静磁場,傾斜磁場,高周波磁場の発生手段と、検
査対象物からの共鳴信号を取り出す検出手段と、検出し
た共鳴信号に基づいて二次元フーリエ法によりプロジェ
クションを積算し画像再構成を含む各種演算を実行する
演算制御手段とを含むNMRイメージング装置におい
て、プロジェクションの積算回数に重みづけを行なう手
段を備えたNMRイメージング装置を提案するものであ
る。
前記重みづけ手段が、積算回数の重みづけを画像上寄与
率の高いプロジェクションで高くする手段とすることが
できる。
また、基本積算回数とオペレータが指定した画質とに基
づいて、各プロジェクションの積算回数を自動的に演算
する手段を備えることも可能である。
本発明においては、プロジェクションの積算回数に重み
づけを行なう手段を備えたので、任意の周波数成分につ
いてS/N比を制御でき、特に、良質な画像の形成に寄
与率の高い周波数成分のS/N比を選択的に高めること
ができる。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の実施例について説明する。
第1図に、NMRイメージング装置の概略を示す。磁石
1は、システムの主要部を成す。磁石は、超電導形、常
電導形、永久磁石形があるが、ここでは、常電導形を例
に示す。常電導形としては、高い磁場均一度を得る為、
通常、空芯の電磁石が用いられる。本実施例では、磁束
密度0.15T(テスラ)、磁場の均一度は、約50pp
m/30cmdsv(球)である。電流は、静磁場電源2から
供給される。被験者は、患者用テーブル5に横たわり空
芯磁石の中心部へ送り込まれる。静磁場には、空間位置
情報を取得するための傾斜磁場が重じようされる。NM
R現象を発生させる高周波は、送信器7から、照射コイ
ル3に送られる。被験者あるいは検検査対称物質から発
生するNMR信号は、受信コイル4によつて検知され、
受信器8へ送られる。NMR現象では、NMR信号の位
相情報も重要な為、受信器ゲート信号12を介して送受
信器に於ける位相関係が正確に同期化されている。傾斜
磁場電源9は、X,Y,Zの3軸方向の傾斜磁場を独立
に発生させる為、3チヤンネルの定電流電源から成る。
傾斜磁場は、パルス状で印加されるので高速応答が要求
される。パルスの発生は、傾斜磁場制御部20によつて
制御される。
システムの操作は、操作卓10を用いて行なわれる。操
作卓には各種のキーの他、2つのCRTが装備されてい
る。一つは、対話方式により、各種パラメータを設定し
たり、システム全体の運転を行う為に用いられる。もう
一つは、得られた映像を表示する為のものである。
全体システムの制御、並びに、像構成の為の高速演算
は、コンピユータ21が行う。コンピユータ21と、各
制御系のやりとりは、バス17を介してなされる。各種
パルスシーケンスの制御は、シーケンス制御部16が行
うが、中心となるシーケンスは、高周波パルスと傾斜磁
場パルスの組合せにかかわるものである。
NMR現象を用いた映像法の基本は、第2図及び第3図
によつて説明する。
第2図に、NMRイメージング装置の測定部断面を示
す。第2図中の電磁石は、4ケの静磁場コイル101か
ら構成され、内側に傾斜磁場コイル102、照射コイル
103、受信コイル104が設置される。静磁場の方向
106は、図中に示してあるが、通常、静磁場の方向を
Z軸と定める。傾斜磁場は、X,Y,Zの3方向に、互
いに完全に独立な傾斜を印加することが必要であり、
X,Y,Z用の3種類のコイルが設置されている。
第3図にパルスのシーケンスの一例を示す。上から、高
周波201、即ち、照射コイルから被験者に照射される
高周波電力のパルス波形を示す。信号202は、受信コ
イルに於ける起電力を増幅したものである。傾斜磁場Z
203は、静磁場の方向に印加される傾斜磁場である。
傾斜磁場Y204は、Y軸方向に位相をエンコードす
る。傾斜磁場X205はX方向の座標と周波数を一対一
対応させる為のものであり、一般的には、スピンエコー
の発生に使われるので、読み出し用傾斜磁場と解釈され
ることもある。時間軸206は、その上のすべてのパル
スシーケンスについての時間の関係を明らかにしてい
る。
次に、これらの各種パルスの役割をもう少し詳細に説明
し、二次元フーリエ法と呼ばれる像構成法の原理を述べ
る。
第3図の例では、高周波パルスの波形にジンク函数を用
いている。ジンク函数をフーリエ変換すると、く形波形
となる。即ち、時間空間に於けるジンク函数は、周波数
空間に於けるく形波となるので、ある限定された区間の
周波数のみを持つ。第3図で、90゜パルス(核スピン
を90゜倒すパルス)と同時に傾斜磁場Z202につい
て、傾斜磁場パルス210が印加されている。NMR現
象に於ける共鳴条件は次式で表わされるので、Z方向の
特定の断層面のみが選択的に励起される。
ω=γ〔H+H(Z)〕………(1) ここで、ωは共鳴点に於ける角速度、γは磁気回転
比、Hは静磁場の磁束密度、H(Z)は、位置Zに
於ける傾斜磁場の磁束密度である。
通常のNMRイメージングでは、断層面の厚さが1〜2
0mmの範囲で選択照射の周波数が設定される。本実施例
では、90゜パルス7のあとに180゜パルス8を印加
して、スピンエコー信号209を得ている。(オリジナ
ルな2次元フーリエ法では、傾斜磁場によりスピンエコ
ーを発生させており、180゜パルスを使用していな
い。)スピンエコーのテクニツクは、不均一磁場により
見かけ上の横緩和時間T で急速に分散する位相を一
定時間後に再びそろえるテクニツクである。傾斜磁場も
一種の不均一磁場であり、位相のそろつた信号を得る為
には、傾斜磁場を反転させるかあるいは、傾斜磁場と同
時に180゜パルスを印加する必要がある。実際に傾斜
磁場を立ち上げる際に、立ち上り及び立ち下り時間は有
限である。実際には1ms度が必要である。従つて、こ
の過渡的な期間に位相が乱れる。これを補償する為に、
傾斜磁場パルス210のあとに補償用パルス211を印
加することで立ち上り、立ち下りが相殺され、見かけ上
完全な矩形波が印加された場合と等価にできる。
次に位相エンコードについて述べる。
NMR現象に於ける核スピンの挙動の基本的性質とし
て、(1)磁気モーメントの方向、(2)磁気モーメントの大
きさ、(3)磁気モーメントの数、(4)磁気モーメントのせ
つ動周波数、(5)磁気モーメントのせつ動の位相、があ
る。これら個々のパラメータの統計的結果として、巨視
的な磁化の振るまいが記述できる。特に周波数と位相は
独立のパラメータであり、位相をエンコードすることに
より、空間座標と対応づけられる。
また、位相をエンコードする傾斜磁場は、第3図の傾斜
磁場Y204である。位相エンコード量は、エンコード
用傾斜磁場パルスの積分値で決まるので、パルスの振幅
を変えるか、パルス幅を変えるかすれば良い。第3図で
は、振幅を変えている。
傾斜磁場X205は、X方向に印加した傾斜磁場であ
る。90゜パルス7で励起され、コヒレントな歳差運動
をするスピンにX方向の傾斜磁場を引加すると、X方向
に対して、歳差運動の周波数が線型に変化する。180
゜パルス208のあとで、同じ傾斜磁場を与えること
で、スピンエコー信号209を発生させることができ
る。X座標と共鳴周波数が線型な関係にあるもので、ス
ピンエコー信号209をフーリエ変換すこことにより、
X座標に関する信号強度の関係を得ることができる。こ
れを位相エンコード方向(Y軸)について再びフーリエ
変換すると、こんどは、Y座標に関する信号強度の関係
が得られる。こうして、X−Y平面について信号の分布
が得られるので、信号強度をCRT上に表示することに
より、断層像が得られる。
第4図は、二次元フーリエ法の原理を示す。試料301
は円筒形であり、X方向の傾斜磁場により投影したプロ
ジエクシヨンはプロジエクシヨンナンバー1に示す曲線
を呈す。即ち、X軸方向の傾斜磁場が印加されると、X
軸方向の共鳴周波数が傾斜磁場の強度に比例してシフト
する。このとき得られた時間軸ドメインの信号をフーリ
エ変換することにより、周波数ドメインの信号、即ちX
軸方向に投影したプロジエクシヨンが得られる。さら
に、Y方向の傾斜磁場を順次、パルス振幅あるいはパル
ス幅を変化させて印加させることによつて得られるナン
バー1からNまでの各プロジエクシヨンについて、第2
のフーリエ変換を行うと、画像が形成される。X方向の
傾斜磁場強度がゼロの点、即ち各プロジエクシヨンの中
心を結んだものは、第4図中の点線のようになる。分か
り易いように、横軸にプロジエクシヨンナンバーをとつ
て表示すると第5図(A)のようになる。実際のデータに
はノイズ成分が重つているので、第5図(B)に示すもの
となる。ちなみに、第5図の曲線はジング函数形をして
おり、これをフーリエ変換すると方形函数となる。これ
は、第4図にした円筒形の試料301をY軸に平行で、
かつ円筒の中心線を含む面で切つた断面に対応する画像
であるから形状は方形となる事に対応している。
第5図に示したように第2のフーリエ変換前の曲線は、
周波数成分に対応づけられる。即ち、プロジエクシヨン
ナンバーゼロは、直流信号に対応し、プロジエクシヨン
ナンバーが増大するに従つて高周波成分に対応する。従
つて、形成された画像の細いザラつきは、プロジエクシ
ヨンナンバーの大きいプロジエクシヨンのノイズに起因
するものであり、像の分解能を落とすような大きな変化
はプロジエクシヨンナンバーの小さいプロジエクシヨン
のノイズに起因する。
第6図は、本法の一実施例を示すものである。ここでは
第6図(B)に示すように積算回数についてプロジエクシ
ヨンナンバーーとリニアな関係をもたしている。即ち、
プロジエクシヨンナンバーの小さい0付近は積算回数が
多く、プロジエクシヨンナンバーが大きくなるにつれ積
算回数が小さくなるように設定されている。また、積算
した信号は積算数で割算し正規化している。この場合、
第5図(B)に示した第2のフーリエ変換前の曲線は、第
6図(A)のように変る。即ち、高周波域のノイズは増大
し低周波域のノイズは減少する。なお、積算回数の積分
値は変わらないので、測定に要する時間は変らない。第
2のフーリエ変換を行う前の信号について、高周波成分
に比較し低周波成分により多くの情報が乗つているの
で、低周波成分にノイズが少ない方が画質上有利であ
る。さらに、高周波域のノイズ成分は高域カツトフイル
タリングにより、大幅に除去しても、もともと情報量が
少ないので、全体としての情報量を大幅に落とすことが
ない。従つて、高域カツトのフイルタリング、あるい
は、高域成分を零値置換することにより、より良好な画
質が得られる。
プロジエクシヨンについての重みづけには、種種の方法
が考えられる。たとえば、画像にあらわれる粒状性の低
周波域のノイズは、人間の眼に特に敏感に感じられる
が、この周波数成分に対応するプロジエクシヨンの積算
回数を増してやることにより従来法では粒状ノイズの目
立つ画像を分解能を落とさずになめらかな見た目の良い
ものにすることができる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば従来のフイルタリ
ング手法とは全く別の原理によるものであるが、任意の
周波数成分についてS/Nを制御できることから、フイ
ルタリングに類似の効果が得られる。
また、本発明によれば、良質な画像の形成に寄与率の高
い周波数成分のS/N比を選択的に高めることができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図はNMRイメージング装置を示す図、第2図はN
MRイメージング装置の測定部断面図、第3図はパルス
のシーケンスを示す図、第4図は二次元フーリエ法の原
理を示す図、第5図は実際のデータを示す図、第6図は
実施例を示すデータ図である。 1……磁石、2……静磁場電源、3……照射コイル、4
……受信コイル、5……患者用テーブル、6……傾斜磁
場コイル、7……送信器、8……受信器、9……傾斜磁
場電源、10……操作卓、11……振幅データ、12…
…受信器ゲート信号、13……RF振幅制御部、14…
…RF時間制御部、15……データ取込部、16……シ
ーケンス制御、17……バス、18……操作卓制御部、
19……CRT制御部、20……傾斜磁場制御部、21
……コンピユータ。
───────────────────────────────────────────────────── 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 G06F 15/62 390 C 9287−5L 9118−2J G01N 24/08

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】検査対象物に印加する静磁場,傾斜磁場,
    高周波磁場の発生手段と、検査対象物からの共鳴信号を
    取り出す検出手段と、検出した共鳴信号に基づいて二次
    元フーリエ法によりプロジェクションを積算し画像再構
    成を含む各種演算を実行する演算制御手段とを含むNM
    Rイメージング装置において、 前記プロジェクションの積算回数に重みづけを行なう手
    段を備えたことを特徴とするNMRイメージング装置。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項に記載のNMRイメ
    ージング装置において、 前記重みづけ手段が、前記積算回数の重みづけを画像上
    寄与率の高いプロジェクションで高くする手段であるこ
    とを特徴とするNMRイメージング装置。
  3. 【請求項3】特許請求の範囲第1項または第2項に記載
    のNMRイメージング装置において、 基本積算回数とオペレータが指定した画質とに基づい
    て、各プロジェクションの積算回数を自動的に演算する
    手段を備えたことを特徴とするNMRイメージング装
    置。
JP18516385A 1985-08-23 1985-08-23 Nmrイメージング装置 Expired - Lifetime JPH0620445B2 (ja)

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JPS6246243A JPS6246243A (ja) 1987-02-28
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