JPH0994241A - 核磁気共鳴検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁場強度分布の非線形性によるアーティファ
クトを抑制する。 【解決手段】 くり返し時間（ｂ）では１８０°パルス
印加時のスライス選択用傾斜磁場Ｇｓの極性を反転させ
たシーケンスを行ない、このＧｓ極性反転に対応させて
１８０°パルスのキャリアの周波数を変化させるととも
に、キャリアの位相を反転させる。この（ｂ）で発生し
た信号Ｓから得たデータは符号を反転させて、生データ
空間上に、（ａ）で発生した信号Ｓから得たデータの隣
に配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、核磁気共鳴現象
（ＭＲ現象）を利用してイメージングやスペクトロスコ
ピー測定を行なう核磁気共鳴検査装置に関し、とくに磁
場強度の非線形性の問題に対処した核磁気共鳴検査装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】核磁気共鳴検査装置では、主マグネット
から発生させられる静磁場中に被検体を配置し、この被
検体に対して、静磁場の強度に対応した共鳴周波数の周
波数成分を有する高周波励起パルスと、撮像断面および
該撮像断面内での位置情報をエンコードする傾斜磁場と
を、所定のパルスシーケンスにしたがって印加する。そ
して、被検体における核磁気共鳴現象によって発生した
共鳴信号を受信し、適当な信号処理を施した後、フーリ
エ変換を行ない、画像を再構成する。

【０００３】静磁場と位置情報エンコード用の傾斜磁場
とを重ね合わせた磁場系の線形性（リニアリティ）は、
特定の領域内でのみ補償されており、その領域外では磁
場強度の分布は多くの非線形性を含む。磁場系の線形性
が補償されていない領域は、通常、撮像視野の外になる
ようにされており、核磁気共鳴検査装置での検査に影響
がないようにされている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、スライ
ス選択用傾斜磁場の磁場強度の非線形性により、所望の
スライスとは違う位置のスライスの画像が偽像として、
そのスライスの画像に写りこむというアーティファクト
が生じる問題がある。

【０００５】これを、図７を用いて説明する。図７では
台形の四角錐ファントムを被検体６１として撮像するも
のとしている。図７において横軸はスライス（厚さ）方
向、縦軸はスライス選択用傾斜磁場Ｇｓの磁場強度を表
わす。この磁場強度が点線７２で示すように理想的なも
ので直線性に優れているものとすると、Ｐ断面は磁場強
度Ｇ１、Ｑ断面は磁場強度Ｇ２となる。そこでＧ１に対
応する共鳴周波数ｆ１の高周波信号で励起すれば、Ｐ断
面のみが選択的に励起され、Ｐ断面のみから共鳴信号が
発生するはずである。

【０００６】ところが、実際の磁場強度分布特性は実線
７１のようになっており、スライス方向に行くにしたが
って飽和しさらに減少するというようなものとなる。そ
のため、共鳴周波数ｆ１に対応する磁場強度Ｇ１が、Ｑ
断面においても印加されることになる。すなわち、磁場
強度分布特性７１のＧｓを印加しながら周波数ｆ１の高
周波信号を加えると、Ｐ断面のみでなく、Ｑ断面も励起
され、これらＰ断面とＱ断面からの共鳴信号が受信され
てしまうことになる。

【０００７】その結果、図８に示すように、Ｐ断面のみ
であれば（ａ）のような画像が得られるはずのところ、
この画像にＱ断面の画像が重なって現れて（ｂ）のよう
になってしまう。

【０００８】この発明は、上記に鑑み、スライス選択用
傾斜磁場の磁場強度の非線形性によるアーティファクト
を効果的に抑制できるように改善した、核磁気共鳴検査
装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明による核磁気共鳴検査装置においては、静
磁場を発生する手段と、該静磁場に重畳するよう傾斜磁
場を発生する手段と、高周波励起信号の送信手段と、共
鳴信号受信手段と、該受信信号を検波しＡ／Ｄ変換して
データを得る手段と、位相エンコードステップが隣り合
う共鳴信号については傾斜磁場の極性を相互に反転させ
るとともにそれらに対応させて高周波励起信号の周波数
を変え、かつ高周波励起信号の位相を反転させるように
して各位相エンコードステップごとにパルスシーケンス
を行なう制御手段と、位相エンコードステップが隣り合
う共鳴信号から得た各ラインのデータについては符号を
反転させた上で生データ空間上に配置し、この生データ
空間上に配置された生データの２次元配列に対して２次
元フーリエ変換を行なって画像を再構成する手段とが備
えられることが特徴となっている。

【００１０】位相エンコードステップが隣り合う共鳴信
号については傾斜磁場の極性を相互に反転させるともに
それらに対応させて高周波励起信号の周波数を変え、か
つ高周波励起信号の位相を反転させるので、これらの共
鳴信号には、所望のスライス面からの共鳴信号成分が逆
位相で、磁場強度分布の非線形性に起因する他のスライ
ス面からの共鳴信号成分は同一位相で含まれる。そこ
で、これら位相エンコードステップが隣り合う共鳴信号
から得た各ラインのデータについては、それらの間で符
号を反転させて生データ空間上に配置することにより、
所望のスライス面から得たデータについては位相をそろ
え、他の不要なスライス面から得たデータについては位
相を逆にする。その結果、不要なスライス面からのデー
タは位相方向では非常に高い高周波成分となり、フーリ
エ変換により画像の両端に追いやられて、アーティファ
クトが抑制される。

【００１１】

【発明の実施の形態】つぎに、この発明の実施の形態に
ついて図面を参照しながら詳細に説明する。この発明に
かかる核磁気共鳴検査装置では、たとえば図１（ａ）お
よび（ｂ）に示すようなスピンエコー法に基づくパルス
シーケンスが交互に繰り返される。この図で、Ｇｓはス
ライス選択用傾斜磁場を、Ｇｒは読み出し用（および周
波数エンコード用）傾斜磁場を、Ｇｐは位相エンコード
用傾斜磁場を、それぞれ表わす。この一つの繰り返し期
間で１ステップの位相エンコード量がかけられた一つの
エコー信号が発生して１ラインのデータが収集され、つ
ぎの繰り返し期間ではつぎのステップの位相エンコード
量がかけられた一つのエコー信号が発生してつぎの１ラ
インのデータ（生データ空間上で先の１ラインのデータ
の隣に配置される）が収集される。

【００１２】このようなパルスシーケンスを行なう核磁
気共鳴検査装置は図２に示すように構成されている。図
２において、主マグネット１１は静磁場を発生するため
のもので、その内側に直交３軸方向の傾斜磁場を発生す
る傾斜コイル１２が配置される。この傾斜磁場は静磁場
に重畳するようにして発生させられ、この静磁場及び傾
斜磁場が加えられる空間に、検査台６２に載置された被
検体６１が挿入される。被検体６１には、高周波パルス
を被検体６１に照射する送信コイル３４と、この被検体
６１で発生したＮＭＲ信号を受信するための受信コイル
４１とが取り付けられている。

【００１３】傾斜コイル１２には、傾斜波形発生器２１
からの波形信号が送られてきている傾斜電源２２が接続
されており、３軸方向の各傾斜磁場がそれらの波形信号
通りの波形で発生させられるようになっている。これに
より図１で示したような波形のＧｓ、Ｇｒ、Ｇｐパルス
が傾斜コイル１２から発生する。

【００１４】一方、シンセサイザ３１は磁場中の被検体
６１の共鳴周波数に対応する周波数の高周波信号を発生
し、これを励起波形発生器３２に送る。励起波形発生器
３２は、パルス波形信号を発生し、その波形信号で上記
のシンセサイザ３１からの高周波信号を振幅変調し、こ
れを高周波電源３３を介して送信コイル３４に送る。こ
れにより、図１の９０゜パルスや１８０゜パルスが被検
体６１に対して照射される。

【００１５】図２のように、被検体６１からエコー信号
Ｓが発生し、これが受信コイル４１によって受信され、
プリアンプ４２を経てフィルタ４３に送られる。フィル
タ４３では適当なフィルタリング処理がなされ、その処
理の終わった信号が検波およびＡ／Ｄ変換器４４に送ら
れ、直交位相検波およびＡ／Ｄ変換がなされる。こうし
て得られたデータがデータ処理装置４５に送られて図５
のようにライン１、ライン２、…のように順次生データ
空間上に配置され、これに対して２次元フーリエ変換が
行われて画像が再構成され、その再構成画像が画像表示
装置４６によって表示される。制御コンピュータ５１
は、これらの各装置を制御して図１に示すようなパルス
シーケンスを実行する。

【００１６】図１のパルスシーケンスについてさらに説
明すると、その（ａ）と（ｂ）とは基本的には同じであ
るが、（ｂ）では１８０゜パルスと同時に印加するＧｓ
パルスの極性が反転させられている。そのため、これに
対応して１８０゜パルスのキャリア周波数がｆ１から
ｆ’１へと変化させられる。また、（ｂ）では１８０゜
パルスのキャリア信号の位相が反転させられている。こ
のようなスピンエコー法によるパルスシーケンスが交互
に繰り返され、（ａ）によって奇数ラインのデータが、
（ｂ）によって偶数ラインのデータが収集される。

【００１７】ここで、図３に示すような台形の四角錐フ
ァントムを被検体６１として撮像する場合を考える。図
７の場合と同様に、横軸はスライス（厚さ）方向、縦軸
はＧｓの磁場強度を表わし、実際の磁場強度分布特性が
実線７１のようになっているものとすれば、図１（ａ）
のパルスシーケンスで磁場強度Ｇ１に対応する周波数ｆ
１の９０゜パルス、１８０゜パルスを印加することによ
り、所望のＰ断面のみならずＱ断面もが選択励起されて
しまう。

【００１８】そのため、図１の（ａ）のパルスシーケン
スでは、９０゜パルスによるフリップと１８０゜パルス
によるリフォーカスとも、Ｐ断面、Ｑ断面の両方で行な
われる。したがって、このシーケンスで発生する信号Ｓ
は、図４に示すように、Ｐ断面からのスピンエコー信号
（ａ）とＱ断面からのスピンエコー信号（ｂ）とが合成
された、図４の（ｃ）のようなものとなる。

【００１９】これに対して、つぎのパルスシーケンスで
は図１（ｂ）のように１８０゜パルス印加時のＧｓパル
スの極性が反転している。このときの磁場強度分布特性
は実線７３のように反対方向の傾きとなる。そのため同
じＰ断面を選択励起するよう、１８０゜パルスのキャリ
ア周波数を、Ｐ断面の位置での磁場強度Ｇ’１に対応す
る周波数ｆ’１とする。

【００２０】また、このように極性を反転させたＧｓの
磁場強度分布特性７３では、視野端部付近での非線形性
も異なる形状で現れ、磁場強度が飽和して同一磁場強度
の位置が２つ生じることがなくなる。すなわち、Ｑ断面
の位置ではＧ’１とは異なるＧ’２となっていて、これ
に対応する周波数はｆ’２となる。

【００２１】そのため、この図１の（ｂ）のパルスシー
ケンスでは、９０゜パルスとＧｓパルスとによってＰ断
面とＱ断面とが励起された後、１８０゜パルスとＧｓパ
ルスとによってＰ断面のみがリフォーカスされ、スピン
エコー信号はＰ断面からのみ生じ、Ｑ断面からはＦＩＤ
信号のみが発生するにすぎない。したがって、この図１
の（ｂ）のパルスシーケンスで発生する信号Ｓは、Ｐ断
面からのスピンエコー信号とＱ断面からのＦＩＤ信号が
合成されたものとなる。

【００２２】ところがこの図１の（ｂ）のパルスシーケ
ンスでは１８０゜パルスのキャリアの位相が反転させら
れているため、Ｐ断面からのスピンエコー信号は図４の
（ｄ）のようになり、先の図１の（ａ）のパルスシーケ
ンスで得た図４の（ａ）で示す波形とは逆位相になった
ものとなる。これに対して、Ｑ断面からのＦＩＤ信号
は、この１８０゜パルスによってはなんらの影響もうけ
ないので、位相関係は図１の（ａ）のパルスシーケンス
で得た図４の（ｂ）で示す信号と同一となる。Ｐ断面か
らのスピンエコー信号の位相が逆転しているため、デー
タ処理装置４５において生データ空間上にデータを配置
する際に、符号反転操作を行なう。つまり、図４の
（ｆ）で示すように、スピンエコー信号成分は図４
（ｃ）と同一位相となるが、ＦＩＤ信号成分は逆位相と
なっている合成信号が得られたのと同じになる。

【００２３】こうして、収集されたデータがラインごと
に配置されて図５のような生データ空間上のデータの２
次元配列ができ、このデータの２次元配列に対してデー
タ処理装置４５において横方向（ライン方向、周波数方
向）、縦方向（ライン並び方向、位相方向）にそれぞれ
フーリエ変換処理がなされる。生データ空間ではＱ断面
からのスピンエコー信号成分は奇数ラインで現れ、Ｑ断
面からのＦＩＤ信号成分は偶数ラインに現れるため、ラ
イン並び方向においてはこれらが１ラインおきに現れる
とともにそれらの位相関係は相互に逆になっている。そ
のため、縦方向のフーリエ変換の結果、これらの１ライ
ンおきに現れるＱ断面からのスピンエコー信号成分およ
びＦＩＤ信号成分は最も高い周波数成分となる。

【００２４】したがって、２次元フーリエ変換によって
図６のように周波数エンコード方向（Ｇｒの方向）の位
置と位相エンコード方向（Ｇｐの方向）の位置とを再現
して画像を再構成するとき、Ｑ断面からの信号成分によ
るアーティファクト８２はすべて画面の両端部（位相エ
ンコード方向の）に追いやられてしまう。Ｐ断面像８１
は正しく再現され、画面の中央に位置することになる。
そこで、画像表示装置４６において、画面の端部を切り
落として表示するようにすれば、これらのアーティファ
クトは完全に除去できることになる。この画面の端部に
は通常、重要な画像情報は含まれていないので支障はな
い。

【００２５】なお、上記の図１のパルスシーケンスおよ
び図２の構成はそれぞれ一つの例を示すものにすぎず、
種々に変形できることはもちろんである。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の核磁気
共鳴検査装置によれば、磁場強度分布の非線形性に起因
する画像アーティファクトを抑制することができ、診断
に役立つ良好な画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態にかかるパルスシーケン
スを示すタイムチャート。

【図２】同実施の形態にかかる核磁気共鳴検査装置の構
成を示すブロック図。

【図３】磁場強度分布および被検体ファントムの選択励
起面を示す模式図。

【図４】各パルスシーケンスで得られる信号の波形を説
明するための波形図。

【図５】生データ空間を示す模式図。

【図６】再構成された画像を示す模式図。

【図７】従来の問題を説明するための磁場強度分布およ
び被検体ファントムの選択励起面を示す模式図。

【図８】従来の再構成画像を示す模式図。

【符号の説明】

１１ 主マグネット １２ 傾斜コイル ２１ 傾斜波形発生器 ２２ 傾斜電源 ３１ シンセサイザ ３２ 励起波形発生器 ３３ 高周波電源 ３４ 送信コイル ４１ 受信コイル ４２ プリアンプ ４３ フィルタ ４４ 検波およびＡ／Ｄ変換器 ４５ データ処理装置 ４６ 画像表示装置 ５１ 制御コンピュータ ６１ 被検体 ６２ 検査台

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 静磁場を発生する手段と、該静磁場に重
   畳するよう傾斜磁場を発生する手段と、高周波励起信号
   の送信手段と、共鳴信号受信手段と、該受信信号を検波
   しＡ／Ｄ変換してデータを得る手段と、位相エンコード
   ステップが隣り合う共鳴信号については傾斜磁場の極性
   を相互に反転させるとともにそれらに対応させて高周波
   励起信号の周波数を変え、かつ高周波励起信号の位相を
   反転させるようにして各位相エンコードステップごとに
   パルスシーケンスを行なう制御手段と、位相エンコード
   ステップが隣り合う共鳴信号から得た各ラインのデータ
   については符号を反転させた上で生データ空間上に配置
   し、この生データ空間上に配置された生データの２次元
   配列に対して２次元フーリエ変換を行なって画像を再構
   成する手段とを備えることを特徴とする核磁気共鳴検査
   装置。