JPH0670911A - 磁気共鳴映像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は磁気共鳴映像装置の特に被検体内の
磁場強度分布を高速に収集し、磁場均一性を向上させる
ことを目的とする。 【構成】 本発明による磁気共鳴映像装置は、化学シフ
トの影響を除去して高速に被検体内の磁場強度分布を測
定する過程と、得られた磁場分布強度から被検体内の磁
場分布を調整する過程を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気共鳴映像装置に係
り、特に被検体内の磁場強度分布を高速に収集し、かつ
磁場均一性を調整する磁気共鳴映像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から磁気共鳴映像装置に用いられて
いる磁気共鳴映像法はよく知られているように、固有の
磁気モーメントを持つ核スピンの集団が一様な静磁場中
に置かれたときに、特定の周波数で回転する高周波磁場
のエネルギーを共鳴的に吸収する現象を利用して、物質
の化学的および物理的な微視的情報を映像化する手法で
ある。この磁気共鳴映像法では、歪みのない画像を得る
ため、さらにはスペクトロスコーピックイメージング法
において周波数分解能の高いスペクトルを得るため等の
理由により、磁場分布が均一であることが要求される。
特に、エコープラナー法等の高速イメージングや生体中
の ¹Ｈ、³¹Ｐなどのスペクトルを観測するスペクトルス
コーピックイメージング法においては、百万分の一（ｐ
ｐｍ）以上の磁場均一性が要求される。さらに被検体の
有する帯磁率や形状によっても磁場強度分布は影響を受
ける。そのため、静磁場中に被検体が入った状態で、被
検体内の磁場強度分布を測定し、磁場分布を調整する必
要がある。従来、磁場強度分布の測定法としては、化学
シフトイメージング法（A.A.Maudsleyet al. "RapidMea
surement of Magnetic Field Distribution Using Nucl
ear Magnetic Resonance", Siemens R/D Report vol.8,
pp326-331(1979) 参照）やスピンエコー法のエコー時
間を変えて２回撮影して得られた２枚の位相画像から磁
場強度分布を求める位相法（特開昭61-180130 号参照）
が提案されている。化学シフトイメージング法は、測定
時間が長くなるという問題点を有している。また、位相
法は照射および検出コイルの感度ムラによる誤差、ある
いは装置固有の不完全性に基づく位相誤差の影響を受け
ないという利点があるものの、磁場強度分布の測定のた
めに複数のパルスシーケンスを実行しなければならず、
やはり測定に時間がかかるという問題を有している。ま
た、被検体内において、対象とする核スピンの化学シフ
トにより異なる磁気共鳴周波数を有する物質が混在して
いる場合（例えば生体内のプロトンに注目したときの水
と脂肪）には、正確な磁場強度分布を得ることができな
い。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】以上述べてきたように
従来の磁場強度分布の測定法では、いずれも測定に時間
がかかるため、検査時間が長くなり被検体に与える苦痛
も大きくなるという問題や、被検体内の対象とする核ス
ピンの化学シフトの影響で正確な磁場強度分布を得るこ
とができないという問題がある。

【０００４】本発明は磁場強度分布の測定における上記
問題点を解決し、迅速かつ正確に被検体内の磁場強度分
布を測定して磁場均一性を調整し、歪みのない良好な画
像や周波数分解能の高いスペクトルを得ることができる
磁気共鳴映像装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明においては、一様な静磁場中に置かれた被検体
に高周波磁場と勾配磁場を所定のパルスシーケンスに従
って印加し、被検体からの磁気共鳴信号を検出して映像
化する磁気共鳴映像装置において、高周波磁場と勾配磁
場を印加して被検体の所望の領域を励起し、核磁気共鳴
信号を発生させる核磁気共鳴信号発生手段と、この核磁
気共鳴信号発生手段で核磁気共鳴信号を発生させてから
所定時間経過後高周波磁場を印加して前記核磁気共鳴信
号の位相を収束させスピンエコー信号を発生させるスピ
ンエコー信号発生手段と、スピンエコー信号に所望の位
相エンコード勾配磁場を印加するとともに読み出し勾配
磁場を正負交互にスイッチングし、少なくとも２つのグ
ラジェントエコー信号を発生させ収集するグラジェント
エコー信号発生手段と、スピンエコー信号発生手段呼び
グラジェントエコー信号発生手段を位相エンコード勾配
磁場の印加量を所望量可変して複数回実行させる手段
と、各手段を位相エンコード勾配磁場の印加量を所定量
可変して順番通りに複数回実行する手段と、収集したデ
ータ列において少なくとも２つのグラジェントエコー信
号それぞれのデータ列から各位相画像を求め、それらの
位相差画像から磁場強度分布を算出する手段とを有する
ことを特徴とするものである。

【０００６】もう一つは、一様な静磁場中に置かれた被
検体に高周波磁場と勾配磁場を所定のパルスシーケンス
に従って印加し、被検体からの磁気共鳴信号を検出して
映像化する磁気共鳴映像装置において、パルス状の高周
波磁場と勾配磁場を印加して所望の領域を励起し核磁気
共鳴信号を発生する第１の手段と、第１の手段により前
記核磁気共鳴信号が発生してから所定時間経過後に高周
波磁場を印加して核磁気共鳴信号の位相を収束させスピ
ンエコー信号を発生させる第２の手段と、スピンエコー
信号に所望の位相エンコード勾配磁場を印加するととも
に、読みだし勾配磁場を正負交互にスイッチングし少な
くとも２つのグラジェントエコー信号を発生させ収集す
る第３の手段と、第２及び第３の手段を位相エンコード
勾配磁場の印加量を所望量可変して複数回実行する第４
の手段と、収集したデータ列において第１のグラジェン
トエコー信号のデータ列と第２のグラジェント信号のデ
ータ列からそれぞれ位相画像を求め、それらの位相差画
像から磁場強度分布を算出する第５の手段とを有する事
を特徴とするものである。

【０００７】

【作用】高周波磁場と読み出し勾配磁場を正負交互にス
イッチングして複数回印加することにより１回の核スピ
ンの励起により複数のグラジェントエコー信号を発生さ
せ、その各々の高周波磁場毎に所望の位相エンコード勾
配磁場を印加することにより、磁場強度分布情報を反映
した位相差を有する２枚の位相画像を得る。そして、２
枚の位相画像により磁場分布強度を算出する。これによ
り、測定時間の短縮を図り、被検体の検査時間が長くな
り被検体に与える苦痛をやわらげることができる。

【０００８】また、２枚の位相画像の差分データから磁
場分布強度を算出する事によりシステムの位相誤差等に
起因して生ずる測定誤差の問題と、対象とする核スピン
が被検体内において化学シフトにより複数の磁気共鳴周
波数を有している場合には、あらかじめ所望の磁気共鳴
周波数以外の磁気共鳴周波数を有している核スピンから
のＮＭＲ信号を抑制するか、あるいは、特に対象とする
核スピンが被検体中において化学シフトにより２つの磁
気共鳴周波数を有している場合には、２枚の位相画像か
ら磁気強度分布を演算する際の時間ファクターが、前記
対象とする核スピンの２つの磁気共鳴周波数の位相差が
３６０度になるような時間にパルスシーケンスを制御す
ることによって、被検体内の対象とする核スピンの化学
シフトの影響で正確な磁場強度分布を得ることができな
いという問題を解決し、正確な磁場強度分布を得る。

【０００９】

【実施例】以下図面を参照して本発明の一実施例を説明
する。

【００１０】図５は、本発明の一実施例に係る磁気共鳴
診断装置の構成を示すブロック図である。同図におい
て、静磁場磁石１、磁場均一性調整コイル３および勾配
磁場生成コイル５はそれぞれ励磁用電源２、磁場均一性
調整コイル用電源４および勾配磁場生成コイル用電源６
にて駆動される。これらにより被検体７には一様な静磁
場とそれと同一方向で互いに直交する３方向に線形傾斜
磁場分布を持つ勾配磁場が印加される。送信部１０から
高周波信号がプローブ９に送られ、被検体７に高周波磁
場が印加される。ここでプローブ９は送受信両用でも、
あるいは送受信別々に設けてもよい。プローブ９で受信
された磁気共鳴信号は受信部１１で直交位相検波された
後データ収集部１３に転送されＡ／Ｄ変換後、電子計算
機１４に送られる。以上、励磁用電源２、磁場均一性調
整コイル用電源４、勾配磁場生成コイル用電源６、送信
部１０、受信部１１、データ収集部１３はすべてシステ
ムコントローラ１２によって制御されている。システム
コントローラ１２および電子計算機１４はコンソール１
５により制御されており、電子計算機１４ではデータ収
集部１３から送られた磁気共鳴信号に基づいて画像構成
処理をおこない、画像データを得る。得られた画像は画
像ディスプレイ１６に表示される。本発明における被検
体７内のスライス面内の画像データを収集するためのパ
ルスシーケンスは、システムコントローラ１２によって
制御される。以下、本発明による磁場強度分布測定手段
を具体的に実現するための実施例を説明する。

【００１１】図１〜図４に本発明における磁場強度分布
測定のためのパルスシーケンスを示す。なお、図１〜図
４においてRFは高周波磁場、Ｇ_s 、Ｇ_r 、Ｇ_e はスライ
ス、読み出しおよび位相エンコードの各勾配磁場、sign
alは磁気共鳴映像信号をそれぞれ示す。Ｇ_s は被検体７
内の所望の領域を励起するための勾配磁場、Ｇ_r は磁気
共鳴信号を読み出すための勾配磁場、Ｇ_e は位置情報を
磁気共鳴信号の位相情報にエンコードするための勾配磁
場である。

【００１２】図１に示す第１の実施例においては、パル
ス状の高周波磁場とスライス勾配磁場を印加して所望の
領域を励起する。このとき、印加する高周波磁場は回転
座標系におけるｘ´方向を向く90°選択励起パルスを印
加する。その後、前記90°選択励起パルスの中心から時
間TE/2後に回転座標系におけるｙ´方向を向く180 °パ
ルスを印加し、静磁場不均一性や静磁場オフセット等に
よって生じた核スピンの位相を前記ｙ´軸に対して鏡像
反転させる。これによって、180 °パルスの中心から時
間TE/2後に核スピンの位相が揃い、スピンエコー信号が
発生する。このとき、位相エンコード勾配磁場および、
それに続いて正負交互に読みだし勾配磁場を印加し、そ
れによって発生する２つのグラジェントエコー信号デー
タ列を収集する。この時収集する２つのグラジェントエ
コー信号のうちどちらか一方の信号のリフォーカス時間
は前記スピンエコー信号の位相が揃うエコー時間に一致
させたほうが良い。所定のデータを収集後、前記全ての
勾配磁場の前記所望の領域の核スピンを励起してからの
各々の勾配磁場の積分量が零あるいは一定量となるよう
に所望の勾配磁場を印加する。更に、前記180 °パルス
の中心から時間TE後に、前記同様に回転座標系における
ｙ´方向を向く180 °パルスを印加し、前記と同様に勾
配磁場印加及びデータ収集を繰り返す。但し、この時の
位相エンコード量は、所定の値になるように順次変更す
る。所定の回数、180 °パルス、勾配磁場の印加及びデ
ータ収集を繰り返した後、一定の時間経過後に、前記90
°選択励起パルスならびに前記同様の処理を繰り返し実
行する。但し、その時の各位相エンコード量は、所定の
値になるように順次変更する。上記第１の実施例では、
高周波磁場の印加法は、90°(x')-180°(y')-180°(y')
- …、すなわちCPMGパルス系列を用いているが、他のパ
ルス系列、例えば変形CP法90°(x')-180°(x')-180°(-
x')-180 °(x')- …、等を用いる事も可能である。ま
た、ｋ−空間上でのデータ軌跡は、例えば図６に示すよ
うなインターレース分割方式や図７に示すブロック分割
方式など適当に選択する事ができる。このようにして得
られた第１のグラジェントエコー信号のデータと第２の
グラジェントエコー信号のデータはそれぞれ適当な前処
理をした後、複素フーリエ変換して画像を生成する。前
処理としては、あらかじめ所定のパルスシーケンスにお
いて位相エンコード勾配磁場（３次元画像化の場合に
は、前記スライス勾配磁場方向の位相エンコード勾配磁
場パルスを含む）を印加せずに、前記スピンエコー信号
のエコー時間に一致したグラジェントエコー信号のデー
タ列を収集し、そのグラジェントエコー信号のピーク位
置、ピーク位置における振幅や位相を求め、前記所定の
パルスシーケンスによって収集したエコー信号データの
データ順列、振幅、位相のいずれか、あるいは全てを補
正する場合等がある。この時、前記補正値を求めるため
に使用するデータ列は、画像化しようとする被検体の撮
影部位から収集しても良いし、あるいは適当なファント
ムより収集しても良い。次ぎに、得られた画像の各画素
の実数成分と虚数成分から位相画像を作る。２枚の位相
画像の各画素の位相差Φ(x,y)を求め、それら２枚の位
相画像の時間間隔を、図１に示した第１のグラジェント
エコー信号の中心から第２のグラジェントエコー信号の
中心までの時間間隔をΔＴとして、各画素の前記位相差
Φ(x,y) を［数１］により磁場強度分布ΔＨ(x,y) に換
算する。

【００１３】

【数１】ΔＨ(x,y) ＝Φ(x,y) ／（γ・ΔＴ） ただし、γは対象とする核スピンの磁気回転比である。
ここで、前記時間間隔ΔＴは、予想される磁場不均一性
の最大値をΔＨ_max とした場合、

【００１４】

【数２】｜γ・ΔＨ_max ・ΔＴ｜＜π となるように選択する。

【００１５】図２に、第２の実施例における磁場強度分
布測定のためのパルスシーケンスを示す。前記第１の実
施例では読みだし勾配磁場の反転印加によって前記第１
のグラジェントエコー信号によって得られる画像と第２
のグラジェントエコー信号によって得られる画像で読み
だし勾配磁場方向が反転するため前記前処理あるいは複
素フーリエ変換後に第１の画像と第２の画像の方向を揃
えなければならない。また、渦電流磁場などの影響も受
け易い。そこで、図２に示した本発明に関わる磁場強度
分布を測定するパルスシーケンスの第２の実施例では、
前記第１の画像と第２の画像で読みだし勾配磁場方向が
一致し渦電流磁場などの影響が双方において等しくなる
ように読みだし勾配磁場を２回反転して印加し、読みだ
し勾配磁場の印加方向が前記第１の画像再構成に必要な
データを収集した時と同じ印加方向で生成されるグラジ
ェントエコー信号から第２の画像再構成に必要なデータ
を収集する。この様なパルスシーケンスを用いることに
よって、前記第１の画像と第２の画像の方向を揃える特
別な処理が不要になり、それらの差分位相画像を利用す
る事により前記渦電流磁場などの位相誤差の影響なく磁
場分布を算出する事ができる。

【００１６】本発明による上記実施例において、被検体
に前記所定のパルスシーケンスを印加して得られる磁場
強度分布をスライス面を変え複数回実行する事により、
３次元の磁場強度分布を得る事ができる。

【００１７】次に、本発明にかかわる第３の実施例とし
て、図３に示したように前記第２の実施例で位相エンコ
ード勾配磁場方向の他にスライス勾配磁場方向について
も、位相エンコード勾配磁場パルスを付加し、前記位相
エンコード勾配磁場方向の位相エンコード勾配磁場の印
加法と同様にパルスシーケンスの繰り返し毎に所定の値
に変更する事によって、３次元の磁場分布を得る事も可
能である。

【００１８】上記実施例により求めた３次元磁場強度分
布情報から磁場強度分布を均一にする各磁場均一性調整
用コイル３に印加する電流補正値を最小自乗法などの方
法を用いて求め、システムコントローラ１２により磁場
均一性調整用コイル用電源４を調節し、各磁場均一性調
整用コイル３に印加する電流を制御することにより、被
検体内の磁場を均一にすることができる。この場合、画
像化あるいは検査領域が局所に限定される場合には、前
記磁場強度分布情報のうち所定の領域の情報のみを用い
て、磁場強度分布を均一にする各磁場均一性調整用コイ
ル３に印加する電流補正値を求め、各磁場均一性調整用
コイル３に印加する電流を制御することが望ましい。

【００１９】さらに、本発明においては、被検体内の対
象とする核スピンが化学シフトにより異なる磁気共鳴周
波数を有する物質が混在している場合（例えば生体内の
プロトンに注目したときの水と脂肪）には、正確な磁場
強度分布を得ることができない。よって、被検体が化学
シフトなどにより複数の磁気共鳴周波数を有する物質の
場合には、あらかじめ測定を行う前に被検体内の化学シ
フト等により所定の磁気共鳴周波数以外で磁気共鳴を生
ずる各スピンを飽和させるパルスシーケンスを付加して
実行する。具体的なパルスシーケンスの実施例として
は、ＣＨＥＳＳ法A.Hasse et al. "1H-NMR Chemical Sh
ift Selective (CHESS) Imaging", Phys.Med. Biol. vo
l.30,pp341-344(1985) 参照）、１−１パルス法（C.L.D
umoulin"A Method for Chemical-Shift-Selective Imag
ing", Magn. Reso. Med. vol.2,pp583-585(1985) 参
照）、１−３−３−１パルス法（P.J. Hore "A New Met
hodfor Water Suppression in the Proton NMR Spectra
of Aqueous Solitions",J. Magn. Reso. vol.54,pp539
-542(1983) 参照）といった幾つかの方法が提案されて
いるので、場合に応じて適当な方法を用いれば良い。あ
るいは、対象とする核スピンが被検体中において化学シ
フトにより２つの磁気共鳴周波数を有している場合に
は、前記所定のパルスシーケンスにおいて２枚の位相画
像から磁場強度分布を演算する際の前記時間ファクター
ΔＴが

【００２０】

【数３】Δω_c ・ΔＴ＝２π になるように前記所定のパルスシーケンスを制御する。
ここで、Δω_c は前記対象とする核スピンの化学シフト
に伴う２つの磁気共鳴周波数の角周波数差である。これ
らの方法により、被検体内の対象とする核スピンの化学
シフトの影響をうける事なしに正確な磁場強度分布を得
る事が可能となる。

【００２１】以上本発明は、高速に被検体内の磁場強度
分布を計測し、磁場均一性を高める方法であり、静磁場
中に被検体を置いたときあるいは静磁場中で被検体の位
置を動かした場合に、所定の検査に先駆けて実行するこ
とが望ましい。

【００２２】その他、本発明は上記以外にも要旨を逸脱
しない範囲で種々変形して実施することが可能である。
例えば、図４に示したように１回の核スピンの励起のみ
で磁場分布を算出するに必要なデータをすべて収集する
事も可能である。また、前記図５または図６に示したｋ
−空間上において半分のデータのみを収集し、残り半分
のデータについてはデータの複素共役性を利用してデー
タ生成を行う、いわゆるハーフエンコード法を用いるこ
とにより撮影時間を半分に短縮する事も可能である。更
に、システムの位相誤差が無視できるような場合には必
ずしも位相画像の差分をとる必要はなく、前記２つのグ
ラジェントエコー信号のうち信号のリフォーカス時間が
前記スピンエコー信号の位相が揃うエコー時間に一致し
ていないグラジェントエコー信号の位相画像から磁場分
布を算出する事も可能である。

【００２３】

【発明の効果】以上詳述してきた様に本発明によれば、
迅速かつ正確に被検体内の磁場強度分布を測定し磁場均
一性を調整することにより被検体内の磁場均一性が向上
するため、歪みのない良好な画像や周波数分解能の高い
スペクトルを得ることができ、疾病の診断に有用な画像
情報を正確かつ迅速に得ることができる。また、被検体
の検査時間が短くなり、被検体に与える苦痛も少なくな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施例に関わる磁場強度分布
を測定するパルスシーケンスを示す図。

【図２】 本発明の第２の実施例に関わる磁場強度分布
を測定するパルスシーケンスを示す図。

【図３】 本発明の第３の実施例に関わる磁場強度分布
を測定するパルスシーケンスを示す図。

【図４】 本発明の第４の実施例に関わる磁場強度分布
を測定するパルスシーケンスを示す図。

【図５】 本発明の一実施例である構成を示したブロッ
ク図。

【図６】 本発明の一実施例に関するｋ−空間上のデー
タの軌跡を示す図。

【図７】 本発明の一実施例に関するｋ−空間上のデー
タの軌跡を示す図。

【符号の説明】

１…静磁場磁石 ３…磁場均一性調整コイル ５…勾配磁場生成コイル ７…被検体 ９…プローブ １０…送信部 １１…受信部 １２…システムコントローラ １３…データ収集部 １４…電子計算機 １６…画像ディスプレイ

───────────────────────────────────────────────────── 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 8932−4Ｃ Ａ６１Ｂ 5/05 ３７６ 8932−4Ｃ ３８０ 9118−2Ｊ Ｇ０１Ｎ 24/06 Ｇ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一様な静磁場中に置かれた被検体に高周
   波磁場と勾配磁場を所定のパルスシーケンスに従って印
   加し、被検体からの磁気共鳴信号を検出して映像化する
   磁気共鳴映像装置において、 高周波磁場と勾配磁場を印加して前記被検体の所望の領
   域を励起し、核磁気共鳴信号を発生させる核磁気共鳴信
   号発生手段と、 この核磁気共鳴信号発生手段で前記核磁気共鳴信号を発
   生させてから所定時間経過後高周波磁場を印加して前記
   核磁気共鳴信号の位相を収束させスピンエコー信号を発
   生させるスピンエコー信号発生手段と、 前記スピンエコー信号に所望の位相エンコード勾配磁場
   を印加するとともに読み出し勾配磁場を正負交互にスイ
   ッチングし、少なくとも２つのグラジェントエコー信号
   を発生させ収集するグラジェントエコー信号発生手段
   と、 前記スピンエコー信号発生手段及びグラジェントエコー
   信号発生手段を前記位相エンコード勾配磁場の印加量を
   所望量可変して複数回実行させる手段と、 前記各手段を前記位相エンコード勾配磁場の印加量を所
   定量可変して順番通りに複数回実行する手段と、 前記収集したデータ列において前記少なくとも２つのグ
   ラジェントエコー信号それぞれのデータ列から各位相画
   像を求め、それらの位相差画像から磁場強度分布を算出
   する手段とを有することを特徴とする磁気共鳴映像装
   置。
2. 【請求項２】 一様な静磁場中に置かれた被検体に高周
   波磁場と勾配磁場を所定のパルスシーケンスに従って印
   加し、被検体からの磁気共鳴信号を検出して映像化する
   磁気共鳴映像装置において、 パルス状の高周波磁場と勾配磁場を印加して所望の領域
   を励起し核磁気共鳴信号を発生する第１の手段と、 前記第１の手段により前記核磁気共鳴信号が発生してか
   ら所定時間経過後に高周波磁場を印加して前記核磁気共
   鳴信号の位相を収束させスピンエコー信号を発生させる
   第２の手段と、 前記スピンエコー信号に所望の位相エンコード勾配磁場
   を印加すると共に、読みだし勾配磁場を正負交互にスイ
   ッチングし、少なくとも２つのグラジェントエコー信号
   を発生させこれを収集する第３の手段と、 前記第２及び第３の手段を前記位相エンコード勾配磁場
   の印加量を所望量可変して複数回実行する第４の手段
   と、 前記収集したデータ列において第１のグラジェントエコ
   ー信号のデータ列と第２のグラジェント信号のデータ列
   からそれぞれ位相画像を求め、それらの位相差画像から
   磁場強度分布を算出する第５の手段とを有する事を特徴
   とする磁気共鳴映像装置。