JPH0646985B2 - 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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JPH0646985B2
JPH0646985B2 JP59184629A JP18462984A JPH0646985B2 JP H0646985 B2 JPH0646985 B2 JP H0646985B2 JP 59184629 A JP59184629 A JP 59184629A JP 18462984 A JP18462984 A JP 18462984A JP H0646985 B2 JPH0646985 B2 JP H0646985B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 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。
〔発明の背景〕
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や超音波撮像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や超音波撮像装置では得られ
ない情報を取得できることが明らかになつた。
核磁気共鳴検査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演算により求
め、画像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、あるいはフエズエ
ンコード量を変えて100〜200回位の測定を行な
い、得られたデー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.Johnsonらはエコーを次
々と形成し、横緩和時間Tよりも十分短かい時間内に
全ての測定を完了する方法を提案した(J.Magn.Reson.5
4,374(1983)を参照のこと)。すなわち、信号読み出し
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エーズエンコードを行なうこ
とにより、1回のシーケンスで全てのフエーズエンコー
ドに対応した信号を測定するものである。しかしこの方
法に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つて生じた核スピ
ンの位相分散だけであり、静磁場の不均一により生じた
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らである。勿論、対象物体自
身の横緩和時間Tはどのような方法でも回復不可能で
あるため、これによる減衰も加わる。問題なのはどちら
が主要な減衰項となるかである。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なT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。
いま対象物体内でΔHの不均一があり、検査すべき絵素
数がNのとき、厚さ方向の不均一を無視すると1絵素
あたりの不均一Δhは概略ΔH/Nで与えられる。とこ
ろが対象物体は実際には厚さ1cm程度のスライスである
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 と置くと、Δhによる減衰の時定数T は、 となる。ここでγは核磁気回転比である。従つて、静磁
場強度Hが0.5T,不均一が10ppm,N=256
とすると、プロトンに対してはT =38msとなり、
生体のTに対して無視できない値となることが分か
る。
以上述べたように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ータを1回の
シーケンスでは取得できない欠点があつた。
〔発明の目的〕
本発明はこのような欠点を鑑がみてなされたもので、そ
の目的は静磁場不均一により生じる信号の減衰および対
象物体自身の横緩和による減衰に起因する画像劣化を著
しく低減することが可能な核磁気共鳴を用いた検査方法
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、本発明はシーケンスを複数
のブロツクに分割し、さらに180°rfパルスをブロ
ツク内で1回以上照射することにより、静磁場不均一及
びTの影響を低減するものである。
すなわち、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
が無視し得なくなつた時点において、180°rfパル
スを照射することによりそれを回復させるものである。
このような操作を繰り返せば、静磁場の不均一による信
号の減衰は最小限に押えられるが、前述したように測定
対象自身のTによる減損は依然として回復しない。そ
こで、Tによる減衰が無視し得なくなつた時点におい
て、測定を中断し、新らしい磁化の回復を待つて再び測
定を繰り返すのである。ただし、この場合にはフエーズ
エンコードする量は均等ではなく、最初のエンコードに
対しては、それまでに印加したフエーズエンコード磁場
の総和に匹敵するフエ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従来法よりも長くなる
が、その犠牲において画質を向上させることが可能にな
るわけである。
〔発明の実施例〕
以下、図面を参照しながら本発明を説明する。第1図に
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、被波器6で検波後、
信号処理装置7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方向及びそれに直角なx,y
方向の傾斜磁場の発生は、それぞれコイル8,9,10
で行ない、これらのコイルは増幅器11,12,13で
駆動される。静磁場の発生はコイル14で行ない、コイ
ル14は電源15で駆動される。測定対象物体16はベ
ツド17上に横たわつており、ベツド17は台18上を
移動する。
第2図に本発明の最初の実施例を示す。まず、90°r
fパルスと傾斜磁場Gとによりスライスを選択した
後、区間1でG,Gを印加する。フエーズエンコー
ドはGにより行なうが、Gの過渡応答の悪影響を除
去するため、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
フエーズエンコード磁場は、実質的には両者の差となる
ため、過渡応答部によるエンコード分は相殺される。従
つて、第3図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Gの矩形波と見倣すことができる。
このような形状にエンコードの増分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ツ
クに分割し、最初のブロツク終了後、次にブロツクをは
じめる時、それまでに印加したフエーズエンコード磁場
の総和の次のステツプに相当するフエーズエンコードを
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における次のフエーズエンコード
磁場が、区間2における磁場と同様にその増分が矩形状
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
とになる。ただし、ここで重要な点は、ダミー磁場とフ
エ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
きを有する性質があるため、第2図の区間2の最初の部
分においては、傾斜磁場の時間積分値は ΔS==S−S となり、実質的にΔSの磁場が印加されたのに等し
い。従つて、最初の信号はΔSによるエンコードを受
けたことになる。次に区間3では ΔS=S−S−ΔS =2(S−S) =−2ΔS となり、ΔS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、3ΔS,−4ΔS,5ΔS
……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Tによる減衰は次第に蓄積
するだけである。そのためTによる減衰が無視し得な
くなつた時点において、新しいブロツクへと移らなけれ
ばならない。この時、前述したように、それまでに印加
したフエーズエンコード磁場の総和の次のステツプに相
当するフエーズエンコードを付与することから新しいブ
ロツクを始める。第4図は、その最初のステツプに対す
るシーケンスを示す。それまでに印加した磁場の時間積
分値を nΔS(ただし、180°rfパルスによる符号反転を
考慮)とすると、 なる関係を満足するように、t〜tを選択すればよ
い。以後のシーケンスは第2図の区間2に示すものと同
じである。
本発明の2番目の実施例を第5図に示す。このシーケン
スは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°
パルスを第2図に示すように連続して照射することは、
場合によつ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。それに対
して第5図に示すように、180°パルスと傾斜磁場の
反転の組み合せを用いれば、静磁場の不均一による減衰
を受けず、かつ前記欠点を解消することができる。な
お、第5図に示す例では、フエ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。これにより第6図の斜線部分の面積は相
殺し、その結果、フエーズエンコードに寄与する磁場は
ΔtGとなり、先に述べた場合と同様にフエーズエン
コードの増分を矩形状とすることができる。180°パ
ルスと磁場反転の組み合せ方は、被測定体のT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。
なお、第2図および第5図で照射する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。
本発明の3番目の実施例を第7図と第8図に示す。この
実施例は、前述したブロツク間の待ち時間を短縮する方
法である。すなわちブロツクの終了した点tに続く区
間において、それまでに付与された実効的なフエーズエ
ンコード磁場と、信号のピーク以後に付与された磁場の
各々を相殺することにより、最後の測定で生じた核スピ
ン間の位相分散を修復し、それを90°rf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、本来ならばあるブロツクの測定が完了し
てから、測定対象の平均的T程度の時間待たなければ
ならないところを、90°rfパルスにより元にもどし
た残留磁化の分だけ回復が早まり、ブロツク間の待ち時
間を短縮することができる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、核磁気共鳴を用いた検査装置におい
て、180°高周波パルスの照射あるいは傾斜磁場の反
転あるいは両者を組合わせて発生させるエコー信号を、
連続して発生させる操作を複数のブロツクに分割して行
なうことにより、静磁場の不均一及び測定対象自身の横
緩和時間にもとづく画質劣化を著しく低減し、かつ測定
時間を短縮することが可能になつた。
【図面の簡単な説明】
第1図は核磁気共鳴を用いた検査装置の概略構成を示す
第2図〜第8図は本発明に用いられるパルス系列を示す
図である。 1……制御装置、2……高周波パルス発生器、6……検
波器、7……信号処理装置、4,8,9,10,14…
…コイル。
───────────────────────────────────────────────────── 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 9219−2J G01N 24/02 N

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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、 1)前記対象の所定領域の核スピンを励起すること、 2)180°高周波磁場パルスを周期的に複数回印加す
    ることにより前記の励起された核スピンのエコーを複数
    回順次発生させること、 3)前記複数回のエコーの発生の合間に第1の方向の傾
    斜磁場をパルス状に印加し、もって各々のスピンエコー
    にそれまでの前記第1の方向の傾斜磁場の総和に相当す
    るフェーズエンコードをそれぞれ付与すること、 4)第2の方向の傾斜磁場を印加した状態で各々のエコ
    ーを測定すること、及び 5)前記1)から4)の手順を含み、かつそのうちの前
    記1)の励起と第1回目のエコーの発生との間に測定開
    始からのフェーズエンコードの総和に更に次のステップ
    のフェーズエンコードを加えた量に匹敵する前記第1の
    方向の傾斜磁場を印加するシーケンスを複数回、相互に
    待ち時間をはさんで繰り返すこと、 を特徴とする核磁気共鳴を用いた検査方法。
  2. 【請求項2】前記手順2)の複数回の180°高周波磁
    場パルスの少なくとも一部に代えて、前記手順4)の第
    2の方向の傾斜磁場の向きを反転することによりエコー
    を複数回順次発生させることを特徴とする特許請求の範
    囲第1項に記載の核磁気共鳴を用いた検査方法。
  3. 【請求項3】前記手順2)の複数回の180°高周波磁
    場パルスは交互に位相が反転する高周波磁場パルスであ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の核磁
    気共鳴を用いた検査方法。
  4. 【請求項4】前記手順3)の第1の方向の傾斜磁場のそ
    れぞれは前記手順2)の180°高周波磁場パルスの前
    後に振り分られたパルスからなることを特徴とする特許
    請求の範囲第1項に記載の核磁気共鳴を用いた検査方
    法。
  5. 【請求項5】前記手順5)のシーケンスは前記対象のT
    による核スピン信号の減衰が著しくなった時点で中断
    されて複数回繰り返されることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項に記載の核磁気共鳴を用いた検査方法。
  6. 【請求項6】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、前記対象の核スピンによるエコーを複
    数回発生させるとともに、順次異なるフェーズエンコー
    ド量を付与してその複数回のエコーを順次測定するシー
    ケンスを複数のブロックに分割して実施し、各ブロック
    の開始毎に前記核スピンの励起を行うことを特徴とする
    核磁気共鳴を用いた検査方法。
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JP2760330B2 (ja) * 1995-11-29 1998-05-28 株式会社日立製作所 核磁気共鳴を用いた検査装置
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