JPH07508919A

JPH07508919A - Ｍｒｉスキャナのための周波数校正法

Info

Publication number: JPH07508919A
Application number: JP6525477A
Authority: JP
Inventors: デッカード，トッド・ウイリアム
Original assignee: ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ
Priority date: 1993-05-07
Filing date: 1994-04-28
Publication date: 1995-10-05
Anticipated expiration: 2019-04-26
Also published as: DE69428756D1; WO1994027159A1; DE69428756T2; JP3524097B2; EP0649539B1; EP0649539A1; US5309102A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】ＭＲＩスキャナのための周波数校工法発明の背景本発明は、核磁気共鳴（ＮＭＲ）技術に関するものである。更に詳しく述べると本発明は、ＲＦ送信器および受信器を最適ラーモア周波数に自動的に調整することに関するものである。

従来、化学的組成の構造を分析するために、高分解能磁気共鳴分光法で磁気共鳴現象が使用されてきた。より最近になって、解剖学的構造のイメージングおよび生体内で非侵襲的な分光分析を行う際に適用される医用診断形式としてＮＭＲが開発されてきた。現在周知のように、ラーモア周波数の無線周波（ＲＦ）エネルギーを試料物体に照射することにより、均一な分極磁界Ｂｏの中に配置された試料物体たとえば患者の中にＮＭＲ現象を励起することができる。医用診断の用途では、これは通常、幾何学的形状が円筒形のＲＦコイルの磁界内に検査対象の患者を配置し、ＲＦコイルをＲＦ電力増幅器で付勢することにより行われる。

ＲＦ励起が停止すると、同じコイルまたは別のコイルを使用することにより、ＲＦコイルの磁界内に横たわっている患者から出てくるＮＭＲ信号が検出される。

このＮＭＲ信号は、しばしばスピンエコーの形になっている。完全なＮＭＲスキャンの途中に通常、複数のＮＭＲ信号が観測される。ＮＭＲ信号を使用することにより、イメージング対象すなわち検査対象の患者についてのイメージングまたは分光情報が得られる。

各ＮＭＲスキャンの開始前に、励起磁界が最適ラーモア周波数となるようにＲＦ送信器の周波数を調整することが普通行われている。これは、あるＮＭＲ測定で所望の画像コントラスト効果を生じ、スライス選択位置を正確にするために必要である。たとえば、被検体が人間の場合、主として水および脂肪の分子によってＮＭＲ信号が作られる。

これらの２つの物質の陽子のラーモア周波数は少し異なっており、両者のラーモア周波数は患者ごとに、また不均一度により患者内の位置が異なると少し変わる。従来のＮＭＲスキャナでは、校正シーケンスを遂行するのが普通である。この校正シーケンスでは、ＮＭＲシーケンスがまず実行され、ＮＭＲ信号が処理されることにより、信号振幅対ＲＦ周波数の画像がＣＲＴスクリーンに形成される。

次に、操作者はこの画像を調べ、手でＲＦ受信器の周波数を所望の値に調整する。たとえば、表示されるＮＭＲ信号は２つのピークを示し得る。１つのピークは脂肪の陽子に対するラーモア周波数にあり、もう１つのピークは水の陽子に対するラーモア周波数にある。行うべき特定のＮＭＲ測定に応じて、操作者はいずれかの周波数、またはそれらの間の周波数を選択することができる。

ＭＲＩスキャナのＲＦ周波数を自動的に校正するための方法が、米国特許第４．８０．６，８６６号に説明されている。この方法では、ＮＭＲ信号が関心のある領域から取得され、周波数領域に変換される。周波数領域では、電力スベクトル信号をフィルタリングし、適当な量だけ離れたピークを識別することにより、脂肪および水に対する２つのピークが見出される。フィルタリングされた電カスベクトルの一次導関数をめて、導関数が零となる点を探すことにより、すべてのピークが識別される。この方法はほとんどの用途で良好に動作し、ＭＲＩスキャナの周波数が脂肪または水の精密なラーモア周波数、またはその間の周波数、たとえば中点または質量中心に自動的に設定される。しかし用途によっては、この方法は日常的に、フィルタリングされた電カスベクトルの間違ったピークを見出し、またＭＲ１スキャナを正しいＲＦ周波数に正確に設定しない。その結果、ＲＦ励起周波数に特に敏感なパルスシーケンスによって作成される画像は不満足なものとなり、他のパルス系列で作成された画像のコントラスト特性が変化する。

発明の概要本発明は、各ＮＭＲスキャンの直前に遂行されるシーケンスの間にＲＦ周波数の調整が自動的に行われるようにＮＭＲスキャナに対し改良を行う。更に詳しく述べると、ＮＭＲスキャナは第１の広帯域ＮＭＲ測定を行う。この第１の広帯域ＮＭＲ測定では、被検体の中の関心のある領域でＮＭＲ信号の最高のピークの周波数が決定され、ＲＦ送受信周波数がこの決定された周波数に設定される。第２の狭帯域ＮＭＲ測定を行うことにより、関心のある領域から第２のＮＭＲ信号を得る。このＮＭＲ信号が分析されて、その中の脂肪および水のピークの周波数が決定される。このために、ＮＭＲ信号を周波数領域に変換し、変換されたＮＭＲ信号を脂肪および水のピークの相関モデルと相関させて相関周波数を作り、この相関周波数の一方の側で水のピーク周波数を突き止め、相関周波数の他方の側で脂肪のピーク周波数を突き止める。そして、ＲＦ送信器およびＲＦ受信器の周波数は、これらの決定された周波数に対して設定される。

本発明の一般的な目的は、ＮＭＲシステムのＲＦ周波数校正の正確さを改善することである。相関モデルは、変換されたＮＭＲ信号に存在するはずの脂肪および水のピークの理想化された表現（ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔ　１ｏｎ）である。相関プロセスは、ＮＭＲ信号スペクトル上でこのモデルを「滑らせ」、最も適合する周波数を突き止める。水および脂肪のピークは、脂肪と水のピークの間に予想される化学シフトの半分のところにあるこの相関周波数の両側に位置するはずである。この手法は、ＮＭＲ信号スペクトルが多数の候補ピークをそなえているときに特に良好に性能を改善する。これは、相関プロセスが、予想されたスペクトルに最も良く適合するピーク候補対を選び出すからである。

本発明の上記および他の目的および利点は、下記の説明から明らかとなる。説明には、付図を参照する。付図には、本発明の実施例が図示されている。しかし、このような実施例は必ずしも本発明の全範囲を表すものではない。したがって、本発明の範囲を解釈するためには、請求の範囲を参照すべきである。

図面の簡単な説明図１は本発明を用いるＮＭＲシステムのブロック図である。

図２は図１のＮＭＲシステムの一部を形成するトランシーバの電気ブロック図である。

図３は図１のＮＭＲシステムによって実行されるプレスキャン（ｐｒｅｓｃａｎ）プログラムのフローチャートである。

図４はプレスキャンの一部として遂行されるＮＭＲ測定測定パルスシーケンスジラフである。

図５はプレスキャンの一部として遂行される第２のＮＭＲ測定パルスシーケンスを示すグラフである。

図６は図４のＮＭＲ測定によって得られる変換されたＮＭＲ信号を示すグラフである。

図７は図５のＮＭＲ測定によって得られる変換されたＮＭ　ＲｆＨ号を示すグラフである。

図８は図３のプレスキャンプログラムの一部を更に詳細に示すフローチャートである。

図９は図８のプレスキャンプログラムで使用される好ましい相関を表すグラフである。

図１０は図８のプログラムによって実行されるプロセスを例示する、図７の変換されたＮＭＲ信号を表すグラフである。

好適実施例の説明まず図１には、本発明を含み、ゼネラルエレクトリック社（Ｇｅｎｅｒａｌ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｃｏｍｐａｎｙ）からシグナ（Ｓ　Ｉ　ＧＮＡ）という商標で販売されている好ましいＮＭＲシステムの主要構成要素が示されている。このシステムの動作は、操作卓１００から制御される。操作卓１００には、操作卓プロセッサ１０１が含まれている。

操作卓プロセッサ１０１は、キーボード１０２をスキャンし、そして制御パネル１０３およびプラズマ表示装置／タッチスクリーン１０４を介して操作者からの入力を受ける。

操作卓プロセッサ１０１は通信リンク１１６を介して別個のコンピュータシステム１０７の中のアプリケーションインタフェースモジュール１１７と通信する。

キーボード１０２および制御パネル１０３を介して、操作者はコンピュータシステム１０７の中の画像プロセッサ１０６による画像の作成および表示を制御する。画像プロセッサ１０６は、ビデオケーブル１０５を介して操作卓１００上のビデオ表示装置１１８に直接接続される。

コンピュータシステム１０７は、ＶＭＥ規格に従うバックプレーンのまわりに形成される。コンピュータシステム１０７には、このバックプレーンを介して相互に通信する多数のモジュールが含まれている。アプリケーションインタフェース１１７と画像プロセッサ１０６の他に、これらのモジュールには、ＶＭＥバックプレーンを制御するＣＰＵモジュール１０８、およびバス１１０を介してディスク記憶装置１１１およびテープ駆動装置１１２を含む一組の周辺装置にコンピュータシステム１０７を接続する５Ｃ３Ｉインタフエースモジユール１０９が含まれる。コンピュータシステム１０７には、メモリモジュール１１３および直列インタフェースモジュール１１４も含まれている。メモリモジュール１１３は、当業者には画像データアレーを記憶するためのフレームバッファとして知られている。直列インタフェースモジュール１１４は、高速直列リンク１１５を介してコンピュータシステム１０７を別個のシステム制御キャビネット１２２の中に配置されたシステムインタフェースモジュール１２０に結合する。

システム制御キャビネット１２２には、共通バックプレーン１１８によって一緒に接続された一連のモジュールが含まれている。バックプレーン１１８は、ＣＰＵモジュール１１９によって制御されるバス構造を含む多数のバス構造で構成される。直列インタフェースモジュール１２０はこのバックプレーン１１８を高速直列リンク１１５に接続し、パルス発生器モジュール１２１が直列リンク１２５を介してバックプレーン１１８を操作卓１００に接続する。

遂行されるべきスキャンシーケンスを指示する指令をシステム制御キャビネット１２２が操作者から受けるのは、このリンク１２５を介してである。

パルス発生器モジュール１２１は、システム構成要素を動作させることにより所望のスキャンシーケンスを実行する。パルス発生器モジュール１２１は、作成されるべきＲＦパルスのタイミング、大きさ及び形状、ならびにデータ取得窓のタイミングおよび長さを示すデータを作成する。

パルス発生器モジュール１２１は直列リンク１２６を介して一組の勾配増幅器１２７にも接続されて、スキャンの間に作成されるべき勾配パルスのタイミングおよび形状を示すデータを勾配増幅装置１２７に伝える。パルス発生器モジュール１２１は直列リンク１２８を介して生理的取得制御器１２９から患者データを受けることも行う。生理的取得制御器１２９は、患者に接続された多数の異なるセンサからの信号を受けることができる。たとえば生理的取得制御器１２９は、電極からのＥＣＧ信号、またはふいごからの呼吸信号を受け、そしてスキャンを患者の心臓周期または呼吸周期と同期させるパルス発生器モジュール１２１に対するパルスを作成する。そして最後に、パルス発生器モジュール１２１は直列リンク１３２を介してスキャン室インタフェース回路１３３に接続される。スキャン室インタフェース回路１３３は入力１３５で、患者および磁石システムの位置および状悪に対応する種々のセンサからの信号を受ける。患者位置決めシステム１３４が患者クレードルを動かしてスキャンのための所望の位置に患者を移すための指令を受けるのも、スキャン室インタフェース回路１３３を介して行われる。

パルス発生器モジュール１２１によって作成される勾配波形は、Ｇｘ増幅器１３６、Ｇｙ増幅器１３７およびＧｚ増幅器１３８で構成される勾配増幅装置１２７に印加される。勾配増幅器１３Ｇ、１３７、および１３８は各々、全体が１３９で表された集合体の中の対応する勾配コイルを励起するために使用される。勾配コイル集合体１３９は磁石集合体１４１の一部を形成する。磁石集合体１４１には、分極磁石１４０が含まれている。分極磁石１４０は、内腔１４２を通って水平に伸びる０、５テスラまたは１５テスラの分極磁界を作成する。勾配コイル１３９は内腔１４２を取り巻いている。付勢されると、勾配コイル１３９は主分極磁界と同じ方向に磁界を生じるが、勾配Ｇ、、Ｇ。

およびＧ、はデカルト座標系の互いに直交するＸ軸、ｙ軸およびＺ軸の方向に向いている。すなわち、主磁石１４０が発生する磁界が２方向を向いており、これをＢＯで表し、２方向の総磁界をＢ、で表すことにすれば、Ｇ、＝δＢ。

／δｘ、Ｇｙ　二δＢ、／δｙ、ＧＩ＝δＢ、／θＺであり、磁石集合体１４１の内腔の中の任意の点（ｘ、ｙ、ｚ）における磁界はＢ　（ｘ、ｙ、ｚ）　＝Ｂｏ　＋Ｇｔ　ｘ＋Ｇｙ　ｙ＋Ｇ、ｚで与えられる。勾配磁界を使用することにより空間情報が符号化されて、スキャンされている患者から出て来るＮＭＲ信号となる。

内腔１４２の中には、円筒形の全身ＲＦコイル１５２が配置されている。システム制御キャビネット１２２の中のトランシーバモジュール１５０から供給されるＲＦパルスに応動して、このコイル１５２は円偏波されたＲＦ磁界を作成する。

これらのパルスは、ＲＦ増幅器１５１により増幅され、送受切換スイッチ１５４によりＲＦコイル１５２に結合される。送受切換スイッチ１５４はＲＦコイル集合体の一要素部分を形成する。波形および制御信号はパルス発生器モジュール１２１によって供給され、ＲＦ搬送波の変調とモード制御のためにトランシーバモジュール１５０によって使用される。患者の中の励起された核から放射されるＮＭＲ信号は、同じＲＦコイル１５２によって検知し、送受切換スイッチ１５４を介して前置増幅器１５３に結合することができる。増幅されたＮＭＲ信号は、トランシーバ１５０の受信部で復調、フィルタリングおよびディジタル化される。

送受切換スイッチ１５４はパルス発生器モジュール１２１からの信号によって制御される。これにより、送信モードの間は、ＲＦ増幅器１５１がコイル１５２に電気的に接続され、受信モードの間は、前置増幅器１５３がコイル１５２に電気的に接続される。送受切換スイッチ１５４により、別個のＲＦコイル（たとえば、頭部コイルまたは表面コイル）を送信モードまたは受信モードで使用することができる。

分極磁石１４０、勾配コイル１３９およびＲＦコイル１５２を支持する他に、主磁石集合体１４１は、主磁石１４０に付設され、分極磁界の不均一を補正するために使用される一組のシムコイル１５６も支持する。主電源１５７は、超伝導主磁石１４０が発生する分極磁界を適当な動作強さにするために使用された後、除去される。

ＲＦコイル１５２によってピックアップされたＮＭＲ信号はトランシーバモジュール１５０によってディジタル化され、やはりシステム制御キャビネット１２２の一部であるメモリモジュール１６０に転送される。スキャンが完了して、データアレー全体がメモリモジュール１６０に取得されると、アレープロセッサ１６１はデータをフーリエ変換して、画像データのアレー（配列）を作る。この画像データは直列リンク１１５を介してコンピュータシステム１０７に伝えられる。

コンピュータシステム１０７で、画像データがディスクメモリ１１１に記憶される。操作卓１００から受けた指令に応動して、この画像データはテープ駆動装置１１２に保管してもよく、あるいは画像プロセッサ１０Ｇで更に処理し、操作卓１００に伝え、ビデオ表示装置１０４で表示してもよい。

特に図１および２に示すようにトランシーバ１５０には、電力増幅器１５１を介してコイル】５２ＡにＲＦ励起磁界Ｂ１を作成する構成要素、およびその結果のコイル１５２Ｂに誘導されるＮＭＲ信号を受ける構成要素が含まれる。

上記のように、コイル１５２Ａと１５２Ｂは図２に示すように分離してもよいし、あるいは図１に示すように単一の全身コイルとしてもよい。ＲＦ励起磁界のベースすなわち搬送波の周波数は周波数シンセサイザ２００の制御下で作成される。周波数シンセサイザ２００はＣＰＵモジュール１１９およびパルス発生器モジュール１２１がらバックプレーン１１８を介して−組みのディジタル信号（ＣＦ）を受ける。これらのディジタル信号は、出力２０１に送出されるＲＦ搬送波信号の周波数および位相を示す。この指令されたＲＦ搬送波が変調器兼逓昇変換器２０２に印加される。変調器兼逓昇変換器２０２では、やはりバックプレーン１１８を介してパルス発生器モジュール１２１がら受けた信号Ｒ（ｔ）に応じて、指令されたＲＦ搬送波の振幅が変調される。信号Ｒ（ｔ）は作成されるべきＲＦ励起パルスのエンベロープ、したがって帯域幅を規定する。信号Ｒ（１）は、所望のエンベロープを表す一連の記憶されたディジタル値を順次読み出すことによりモジュール１２１の中に作成される。これらの記憶されたディジタル値を操作卓１００から変更することにより、任意の所望のＲＦパルスエンベロープを作成することができる。変調器兼逓昇変換器２０２は、出力２０５に所望のラーモア周波数のＲＦパルスを供給する。

線２０５を介して出方されるＲＦ励起パルスの大きさは励起減衰器回路２０６によって減衰される。励起減衰器回路２０６はバックプレーン１１８がらディジタル指令ＴＡを受ける。減衰されたＲＦ励起パルスは、ＲＦコイル１５２Ａを駆動する電力増幅器１５１に印加される。トランシーバ１２２のこの部分の更に詳細な説明については、ここに引用されている米国特許第４，９５２，８７７号を参照されたい。

やはり図１および図２に示すように、被検体で生じるＮＭＲ信号は受信コイル１５２Ｂによってピックアップされ、前置増幅器１５３を介して受信器兼減衰器２０７の入力に印加される。受信器兼減衰器２０７は更にＮＭＲ信号を増幅し、これはバックプレーン１１８がら受けたディジタル減衰信号（ＲＡ）で決まる量だけ減衰される。ＲＦ励起の間に受信器兼減衰器２０７か過負荷にならないように、パルス発生器モジュール１２１からの信号によって受信器兼減衰器２０７はターンオンおよびターンオフされる。

受信されるＮＭＲ信号はラーモア周波数またはその近傍にある。実施例では、ラーモア周波数は１５テスラの場合に約６３．８６ＭＨｚであり、０．５テスラの場合に約２１．２８ＭＨｚである。この高周波信号は逓降変換器２０８により２段階のプロセスで逓降変換される。逓降変換器２０８はまずＮＭＲ信号を線２０１の搬送波信号と混合した後、結果として得られる差信号を線２０４の２，５ＭＨｚの基準信号と混合する。結果として線２１２に得られる逓降変換されたＮＭＲ信号は、最大帯域幅が１２５ｋＨ２であり、中心が１８７．５ｋＨｚの周波数にある。この逓降変換されたＮＭＲ信号は、アナログ−ディジタル（Ａ７／Ｄ）変換器２０９の入力に印加される。Ａ／Ｄ変換器２０９は、２５０ｋ）（ｚの繰り返し周波数でアナログ信号をサンプリングし、ディジタル化する。Ａ／Ｄ変換器２０９の出力はディジタル検出信号処理器２１０に印加される。

ディンタル検出兼信号処理器２１０は受信されたディジタル信号に対応する１６ビツトの同相（１：　ｉ　ｎ−ｐｈａ　ｓｅ）値および１６ビツトの直角（Ｑ：ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ）値を作成する。受信されたＮＭＲ信号の、結果として得られるディジタル化された１値およびＱ値の流れがバンクプレーン１１８を介してメモリモジュール１６０Ｉご出力され、そこで画像を再構成するために用いられる。

受信されたＮＭＲ信号に含まれる位相情報を保存するために、励起部の変調器兼逓昇変換器２０２と受信部の逓降変換器２０８は共に、共通の信号で動作する。

更に詳しく述べると、周波数シンセサイザ２００の出力２０１の搬送波信号および基準周波数発生器２０３の出力２０４の２゜５　Ｍ　Ｈｚの基準信号が両方の周波数変換プロセスで用いられる。このようにして、位相の一貫性が維持され、検出されたＮＭＲ信号の位相変化は、励起されたスピンが生じる位相の変化を正確に示す。２．５ＭＨｚの基準信号の他に５ＭＨｚ、１０ＭＨｚおよび６０ＭＨｚの基準信号が、共通の２０ＭＨｚのマスタクロツタ信号から基準周波数発生器２０３によって作成される。後者の３つの基準信号は、出力２０１に搬送波信号を生じるために周波数シンセサイザ２００によって用いられる。受信器の更に詳しい説明については、ここに引用されている米国特許第４．９９２゜７３６号を参照されたい。

本発明は、トランシーバ１５０の中のシンセサイザ２００によって作成されるＲＦ搬送波周波数の自動調整に関するものである。ＮＭＲスキャナから最適な結果を得るために、このＲＦ周波数を精密に設定しなければならない。最適ＲＦ周波数は通常、スキャンごとに変わる。そして本発明は、「プレスキャン」シーケンスの一部として各スキャンの初めに日常的に実行される。この「プレスキャン」シーケンスでは、他のシステムパラメータも調整または校正される。たとえば、このような調整の１つが米国特許第５゜１０７，２１．５号、ｒＮＭＲスキャナのためのＲＦ電力校正法（ＲＦ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃａ１ｉｂｒａｔｉｏｎ　Ｆ。

ｒ　、Ａｎ　ＮＭＲ５ｃａｎｎｅｒ）Ｊに説明されている。

プレスキャンシーケンスは、−組の記憶されたプログラム命令に応動して主コンピユータ１０７によって実行される。

プレスキャンシーケンスは、ディジタル信号ＣＦＳ　ＴＡおよびＲＡを作成する。ディジタル信号ＣＦ、ＴＡおよびＲＡは、上記のようにトランシーバ１５０を動作させるために用いられる。

図３を参照して説明する。プレスキャンシーケンスに入り、プロセスブロック２５０に示されるようにプレスキャンシーケンスの必要とする種々のデータ構造が初期化される。次にプロセスブロック２５１で、ループに入る。プロセスブロック２５１で、プレスキャンは主スキャンプログラムからの信号を待つ。主スキャンプログラムは、中心周波数選択のための操作者の規準のようなデータをプレスキャンに供給する。次に判定ブロック２５２で、操作者が自動周波数調整モードの動作を選択したが否がを判定するための試験が行われる。選択していなければ、プレスキャンはそれの他の機能を遂行し続け、操作者が現在の周波数設定に満足しているか、または自動プレスキャンの後でスキャンの前にＲＦ周波数を手で調整しようとしていると仮定する。そうでなければ、プロセスブロック２５３に示されるように、ＮＭＲ測定を行うことにより、適当なＲＦ周波数が粗く決められる。後で更に詳しく説明するように、この測定ではＮＭＲ信号を用いることによりそれのピーク振幅の周波数が検出され、この周波数がトランシーバ１５０に出力される（ＣＦ、）。次に、プロセスブロック２５４で上記米国特許の教示に従って、最適送信器減衰値（ＴＡ）が計算される。搬送波の周波数（ＣＦＩ　）または送信器減衰値（ＴＡ）が自動的に決定できない場合には、これは判定ブロック２５５で検出され、操作者への表示のためプロセスは２５６のエラーを記録（ｌｏｇ）するように分岐する。

これまでと同様、図３を参照して説明を続ける。自動周波数調整モードが選択された場合には、システムは判定ブロック２５７で分岐し、プロセスブロック２５８で第２の、狭帯域のＮＭＲ測定が行われて、正確なＲＦ周波数設定（ＣＦ２）が決定される。後で更に詳しく説明するように、この第２の測定および後続のＮＭＲ信号の分析では、操作卓（図１）を介して操作者が入力したデータが用いられる。

更に詳しく述べるとＲＦ周波数は、下記の周波数のいずれか１つに設定することができる。

ＷＡＴＥＲ水分子に関連する核のラーモア周波数、ＦＡＴ・脂肪分子に対応する核のラーモア周波数、ＭＩＤＰＯＩＮＴ・水のラーモア周波数と脂肪のラーモア周波数の中間の周波数、ＰＥＡＫ・変換されたＮＭＲ信号に最大のピークを生じる周波数、およびＣＥＮＴＲＯＩＤ　変換されたＮＭＲ信号の重み付けされた中心周波数。

これらの選択された周波数の内の１つを決定した後、プレスキャンはプロセスブロック２５９で受信器減衰設定値（ＲＡ）を決定する。ＣＦ２またはＲＡが決定できない場合には、システムは判定ブロック２６０で分岐することにより、エラーを表示する。そうでない場合には、主コンピユータは２６１に示されるようにトランシーバ１５０に計算された値ＣＦ２、ＴＡおよびＲＡを出力する。次に、プレスキャンプロセスはループをブロック２５１に戻り、主スキャンプログラムからのもう１つの呼び出しを待つ。もちろん、主スキャンプログラムは、トランシーバ１５０が選択されたＲＦ周波数に精密に同調された状態で、プログラミングされたスキャンを行うように進む。

特定のスキャンを行うための最適ＲＦ周波数の決定には、２つのＮ　Ｍ　Ｒ測定の実行が必要となる。これらの内の第１のものは、図４のパルスシーケンスに示されている。図４のパルスシーケンスは、粗い周波数ＣＦ＋を探索するための手順の一部として実行される。第２のＮＭＲ測定は図５のパルスシーケンスに示されている。図５のパルスシーケンスは、正確な周波数ＣＦ２を見つけるための手順の一部として実行される。これらのパルスシーケンスは、上記のようなプレスキャンプログラムの指示のもとにパルス発生器１２１（図１）によって標準形式で調和を保ちつつ実行される。

図４を参照して説明する。関心のある領域の中心を通る選択されたスライスの中のスピンを励起することにより、粗パルスシーケンスが始まる。これは、勾配Ｇｚが印加されている間に作成される９０°の励起パルスで標準形式で行われる。

次に、Ｇｚ勾配を逆転することによりスピンの位相戻しを行い、そしてＡ／Ｄ変換器を作動することによりＮＭＲ信号を取得する。この信号は復調され、その直角位相ＩおよびＱが取得される。実施例では、信号ＩおよびＱが４ｋＨｚのサンプリング速度（ｒａｔｅ）でディジタル化され、２５６個のサンプルが取得される。これらのサンプルはＮＭＲ信号の成分の大きさを時間の関数として表し、それらはコンピュータシステムの中にファイル５（ｔ）＝　Ｓ　＋　（ｔ　）　＋　ｊ　Ｓ　ｏ　（ｔ　）として記憶される。これらの信号は一緒になって、ＮＭＲ信号の位相も示す。次に、複素データの高速フーリエ変換を使用して、ファイル５（ｔ）が周波数領域に変換される。変換されたデータはファイルＦ　（ｆ）　−Ｆｌ　（ｆ）＋ｊＦ、（ｆ）として記憶される。

次に、変換された信号Ｆ「の大きさは次式のように計算される。

ＩＦ（ｆ）ｌ＝（Ｆ、’（ｆ）＋Ｆ、”（ｆ））””その結果得られる変換された信号ＩＦ（ｆ）ｌは、ケンブリッジ大学プレス（Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｐｒｅｓｓ）１９８６年発行のウィリアム・エッチ・プレス（Ｗｉ　ｌ　Ｉ　ｉａｍ　Ｈ，Ｐｒｅｓｓ）他によるＮｕｍｅｒｉｃａｌ　Ｒｅｃｉｐｅｓ＋の４９５−４９７頁に開示されているように高周波成分をディジタルフィルタで除去することにより、平滑化される。この変換された信号は図６に示されている。ただし、この波形の精密な形状はＮＭＲ測定毎に異なることは理解されるはずである。

特に図６を参照して説明する。変換されたＮＭＲ信号を分析して、最高のピークの周波数を決定する。これは、変換されたＮＭＲのＩＦ（ｆ）ｌ信号の導関数をめ、導関数が正の符号から負の符号に変わるそれらの周波数を識別することにより行われる。次に、これらの周波数の各々で信号の大きさを測定することにより、最高のピークの周波数を決定する。この周波数は第１パスすなわち粗いＲ，Ｆ周波数ＣＦ、として戻される。粗いＲＦ周波数ＣＦ、はトランシーバ１５０に出力される。ＲＦ周波数が設定されたので、第２のパスの間に高分解能のＮＭＲ測定を行うことができる。

ＲＦ周波数の第２のパスの調整の間に行われる第２のＮＭＲ測定に対するパルスシーケンスが図５に示されている。

第１パスの調整の結果として励起磁界Ｂ１のＲＦ周波数が少し変化している上に、この第２のＮＭＲ測定には多数の他の相違が存在する。９０度のＢ１パルスおよびＧｚパルスによって、選択されたスライスが励起され、位相戻しされた後、２つのＧｚ勾配パルス３０１と３０２との中間に作成される第２の励起パルス３００によって、励起されたスピンが１８０’傾けられる。その結果、Ａ／Ｄ変換器が次にターンオンされたとき、取得されるＮＭＲ信号はエコーパルスである。

更に、３０３と３０４で表されるようなＹ方向またはＸ方向に勾配パルスを印加することにより、このＮＭＲ信号を更に、選択されたスライスの中の特定の領域に位置符号化することができる。これが特に有用であるのは、これらの軸の１つに沿った選択されたスライスの中の、関心のある領域の外側にかなりの組織がある場合である。位置符号化によって除去されない場合には、このような組織はＮＭＲ信号に影響を及ぼし、関心のある領域のＮＭＲスキャンに対する最適ＲＦ周波数より低い周波数になることがある。これらの位置符号化勾配パルスは随意選択的であるので、それらは図５の破線で示される。しかしシステムは、最も多くの組織があると考えられる方向に沿って自動的に位置符号化勾配パルスを印加する。

第２のＮＭＲ測定の間、ｌ信号およびＱ信号がアナログ−ディジタル変換器２０９（図２）によって１ｋＨｚのサンプル速度でサンプリングされ、ディジタル化される。このようなディジタル化されたサンプルが２５６個得られ、これらを上記のように処理することにより、変換されフィルタリングされたＮＭＲ信号の大きさを含んでいるファイルＩＦ（ｆ）ｌが作成される。この変換されたＮＭＲ信号が図７に示されている。そして、サンプリング速度がより低いため、ずっと狭い周波数範囲がカバーされることがわかる。

特に図８を参照して説明する。変換されたＮＭＲ信号を分析することにより、最適の選択されたＲＦ周波数を決定する。このプロセスの第１のステップはプロセスブロック′　２７０で示されるように、変換されたＮＭＲ信号を相関モデルと相関させることである。相関モデルは図９に示されており、２つのパルス２７１および２７２で構成される。

パルス２７１と２７２は、使用されている特定のＮＭＲシステムの水と脂肪との間の化学シフトに対応する量だけ周波数が隔たっている。実施例の１．５テスラのＮＭＲシステムでは、パルス２７１とパルス２７２との間の間隔は２１０ヘルツであり、各パルス２７１．２７２の幅は３０ヘルツである。この相関モデルは、脂肪と水によって作成される２つのピークを表す簡略化され理想化された信号である。

相関は、図９の相関モデルと図７のＮＭＲ信号スペクトルＩＦ（ｆ）ｌとを畳み込み積分（ｃｏｎｖｏ　Ｉｕ　ｔ　ｉ。

ｎ）することにより、行われる。パルス２７１をＮＭＲ信号スペクトルの左端（すなわち＋５００Ｈｚ）として相関モデルが位置決めされ、各波形の対応する周波数ビン（ｂｉｎ）が乗算された後、加算される。パルス２７１と２７２の大きさを”　工”に設定することにより、このステップは簡略化されて、各パルス２７１．２７２の「もとで」ＮＭ　Ｒ１＋↑号スペクトルの大きさが単に合計される。次に相関モデルは、右の１つの周波数ビンに動かされ、畳み込み積分ステップが繰り返される。相関モデルの右側のパルス２７２がＮ　Ｍ　Ｒ信号スペクトルの右側の端の最後の周波数ビン（すなわち−３００Ｈｚ）に達するまで、これは継続する。この一連の畳み込み積分によって作成される最大の値が最良の相関であり、この最大値の対応する周波数（ｆ、。

、）がプロセスブロック２７０で作成される。この結果が図１０に破線２７４で示されている。

再び図８を参照して説明する。プロセスブロック２７５に示されるように、ＮＭＲ信号スペクトルＩＦ（ｆ）Ｉのピークを突き止める。これは、記憶された信号ＩＦ（ｆ）１の導関数をめ、導関数が正から負に変わる周波数を識別することにより行われる。判定ブロック２７６に示されるように、相関周波数ｆ　ｔ６１の左側で突き止められたピークは水のピークに対する候補であり、１つだけしかない場合には、プロセスブロック２７７に示されるようにＷＡＴＥＲ周波数がこの単一のピークの周波数に設定される。判定ブロック２７８で判定されるように相関周波数ｆ　ｃｏｔの左側に多数のピークがある場合には、ＷＡＴＥＲ周波数が計算されなければならない。プロセスブロック１７９に示され、そして図１０の領域２８０で示されるように、相関周波数ｆ　ｅａｔの左側の１０５Ｈｚの周波数を中心とする３０Ｈｚの領域のＩＦ（ｆ）Ｉ値の質量中心が計算される。

これは、累積された面積が領域２８０の全面積の半分に等しくなるまで、領域２８０を横切って数値積分することにより、決定される。プロセスブロック２８０に示されるように、ＷＡ　Ｔ　Ｅ　Ｒ周波数はこの値に設定される。

また一方では、相関周波数ｆ　ｅｏＩの左側にピークが見１Ｂされない場合には、自動分析は失敗と見なされ、プロセスブロック２８１に示されるようにＦＡＴ周波数とＷＡＴＥＲ周波数は共に、ＮＭＲ信号スペクトルＩＦ（ｆ）ｌが最大となる周波数値ｆ１１．に設定される。ブロック２８２で失敗フラグがセットされ、操作者に失敗の警報が出されて、プロセスはブロック２８３から出る。

引き続き図８を参照して説明する。水のピークが見出された場合には、判定ブロック２８５および２８６に示されるようにシステムは相関周波数ｆ　ｃｏｔの右側に脂肪のピークを探す。単一のピークが存在する場合には、プロセスブロック２８７に示されるようにＷＡＴＥＲ周波数はこのピークの周波数に設定される。

多数のピークが見出された場合には、プロセスブロック２８９に示されるように図１０の領域２８８で質量中心の計算を行うことにより、周波数ＣＭＲが作成される。この計算はＣＭＬについて説明した計算と同じであるが、相関周波数の右側の１０５Ｈｚを中ノし〜とするスペクトルの異なる３０Ｈｚ部分が使用される。

プロセスブロック２９０に示されるように、ＦＡＴ周波数がこの質量中心周波数ＣＭＲに設定される。水の場合と同様、相関周波数ｆ　ｆ６１の右側にピークが見出されない場合には、プロセスブロック２８１でＦＡＴとＷＡＴＥＲの両方の値がｆ　ｍａｔに設定され、プロセスブロック２８２で失敗フラグがセットされる。

引き続き図８を参照して説明する。脂肪と水の両方についてｆ　ｅａｔの各々の側にピークが見出された場合には、判定ブロック２９７でチェックを行うことにより、それらのピークが正当であるか否か判定する。たとえば、ピークが相互に周波数で、予想される化学シフト（すなわち、実施例では２１０Ｈｚ）だけ離れていない場合には、プロセスブロック２９８で失敗フラグがセットされ、操作者に失敗の警報が出される。また、識別されたピークのいずれかの大きさがＮＭＲスペクトル信号ＩＦ（ｆ）ｌのピーク値の１０％より小さい場合には、失敗が表示される。失敗が起きない場合には、プロセスはブロック２９９から出る。

図８のプロセスは、３つの値、ＷＡＴＥＲ周波数、ＦＡＴ周波数、および失敗フラグ状態を返す。システムはこれらの値の内の１つを直接使用し、ＦＡＴまたはＷＡＴＥＲが操作者によって選択された場合には、ＣＦ２が作成され、あるいは、操作者がＭＩＤＰＯＩＮＴを選択した場合には、それらを使ってＣＦ　２を計算することができる。ＭＩＤＰｏｌＮＴは単に、識別された２つのピークの中間の周波数である。失敗フラグがセットされた場合には、操作者に通知され、操作者には返された周波数を手動で変える選択の自由力（ある。

フロントページの続き（５１）　Ｉｎｔ、　Ｃ１，６識別記号　庁内整理番号８２０３−２ＧＩＧＯＩＲ３３／２２

Claims

【特許請求の範囲】

１．ＮＭＲシステムのトランシーバのＲＦ周波数を自動的に調整するための方法において、ＮＭＲ信号を作成して取得するＮＭＲ測定を行い、該取得されたＮＭＲ信号を周波数領域に変換し、予想される脂肪のピークと水のピークを描く相関モデルを定め、該相関モデルを上記変換されたＮＭＲ信号と相関させることにより相関周波数（ｆｃｏｒ）を作成し、上記変換されたＮＭＲ信号のピークを突き止め、上記相関周波数（ｆｃｏｒ）の一方の側にある上記突き止められたピークの内の１つを水のラーモア周波数として選択し、上記相関周波数（ｆｃｏｒ）の他方の側にある上記突き止められたピークの内の１つを脂肪のラーモア周波数として選択し、こうして決定された水または脂肪のラーモア周波数に基づくＲＦ周波数指令（ＣＦ）をＮＭＲシステムのトランシーバに出力することを含むトランシーバＲＦ周波数の自動調整方法。
２．上記取得されたＮＭＲ信号をフィルタリングすることを含む請求項１記載のトランシーバＲＦ周波数の自動調整方法。
３．上記相関モデルが、ＮＭＲシステムで予想される脂肪と水の化学シフト周波数だけ隔てられた２つのパルスを描いたものである請求項１記載のトランシーバＲＦ周波数の自動調整方法。
４．上記相関周波数の両側に脂肪と水の化学シフト周波数の半分隔たった所定の領域内で２つの選択されたピークが突き止められる請求項１記載のトランシーバＲＦ周波数の自動調整方法。
５．上記領域の１つの中の上記変換されたＮＭＲ信号の質量中心を計算することにより、選択されたピークの内の１つが突き止められる請求項４記載のトランシーバＲＦ周波数の自動調整方法。