JPS5983039A - 核磁気共鳴による検査方法及び検査装置 - Google Patents

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】 本発明は、核磁気共鳴（ｎｕｃｌｅａｒ　ｍａｇｎｅｔ
ｉｃ　ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）（以下これを［ＮＭＩｔ　
Ｊと略称する）現象を利用して、被検体内における特定
原子核分布等を被検体外部より知るようＫした核磁気共
鳴による検査方法及び検査装置に関するものである。

本発明の説明に先だって、はじめにＮＭＲの原理につい
て概略を説明する。

原子核は、陽子と中性子とからなっており、これらは全
体として、核スピン角運動ｉｌｌで回転しているとみな
される。

第１図は、水素の原子核（１Ｈ）を示したもので、（イ
）に示すように１個の陽子Ｐからなり、スピン量子数７
−１表わされる回転をしている。ここで陽子Ｐは、（ロ
）に示すように正の電荷ｅをもっているので、原子核の
回転に従い、磁気モーメントτが生ずる。すなわち、一
つ一つの水素の原子核は、それぞれ一つ一つの小さな磁
石とみなせる。

第２図は、この点を模式的に示した説明図で、鉄のよう
な強磁性体では、この微小磁石の方向が（イ）に示すよ
うに揃っており、全体として磁化が観測される。こｔｌ
に対して、水素等の場合、微小磁石の方向（磁気モーメ
ントの向き）け（ロ）に示すようにランダムであって、
全体として磁化は見ら」ｔない。

ここで、このような物質に、２方向の静磁場Ｈ６を印加
すると、各原子核がＩＩｏの方向に揃う（核のエネルギ
ー準位が２方向に量子化される）。

第５図（イ）は、水素原子核についてこの様子を示した
ものである、水素原子核のスピン量子数は１であるから
、第３図（ロ）に示すように、　　１と＋」−２ の２つの準位に分かわる。２つのエネルギー準位間のエ
ネルギー差ΔＥは、（１）式で表わされる。

ΔＥ＝γｈ　Ｈａ　　　　　　　　　　　　　　　（＋
　）ただし、γ：磁気回転比 ’ｈ　＝　ｈ／２π ｈニブランク定数 ここで各原子核には、静磁場穐によって、１・瘍 なる力が加わるので、原子核はＺ軸のまわυを、（２）
式で示すような角速度ωで歳差運動する。

ω＝丁１（ｏ（ラーモア角速度）（２）この状態の系に
角速度ωに対応する周波数の電磁波（通常ラジオ波）を
印加すると、共鳴がおこり、原子核は（１）式で示され
るエネルギー差ΔＥに相当するエネルギーを吸収して、
高い方のエネルギー準位に遷移する。核スピン角運動量
を持つ原子核が数種類混在していても、各原子核によっ
て磁気回転比γが異なるため、共鳴する周波数が異なす
、シたがって特定の原子核の共鳴のみをとりだすことが
できる。また、その共鳴の強さを測定すれば、原子核の
存在量も知ることができる。又、共鳴後、緩和時間と呼
ばれる時定数で定まる時間の後に、高い準位へ励起され
た原子核は、低い準位へ戻る。この緩和時間のうち、特
にＴ１と呼ばれるスピン−格子間緩和時間（縦緩和時間
）は、各化合物の結合の仕方に依存している時定数であ
り、正常組織と悪性腫瘍とでは、値が大きく異なること
が知られている。

ここでは、水素原子核（１Ｈ）について説明したが、こ
の他にも核スピン角運動量をもつ原子核で同様の測定を
行々うことか可能であり、水素原子核以外Ｋ、リン原子
核（””Ｐ　）、炭素原子核（１３Ｃ）、ナトリウム原
子核（２３Ｎａ）、フッ素原子核（”９Ｆ　＞、酸素原
子核（０）等に適用可能である。

このように、ＮＭＲによって、特定原子核の存在量およ
びその緩和時間を測定することができるので、物質内の
特定原子核についての種々の化学的情報を得ることによ
り、被検体内の種々の検査を行なうことができる。

従来より、このようなＮＭＲを利用した検査装置がある
。

第４図は、従来装置における検査手法の一例を説明する
ための動作波形図である。

被検体に、静磁場Ｈ６を印加した状態とし、この下で、
はじめに、第４図（ロ）Ｋ示すように２勾配磁場Ｇｚ　
　と、（イ）に示すように細い周波数スペクトル（ｆ）
のＲＦハルス（９００パルヌ）全印加する。

この場合、第５図Ｈ）Ｋ示すように被検体ＩＩＢにおい
て、ラーモア角速度ωミγ（Ｈｏ十ΔＧｚ）となる８２
面だけのプロトンが励起される。ＲＦパルス（９０゜パ
ルス）を印加した直後は、第４図（ホ）に示すようにＮ
Ｍｎ共鳴信号が検出さｉ７るが、これは緩和時間Ｔ２で
すぐ減衰する。しかし、緩和時間Ｔ１はその時間が長く
、引続き飽和している。続いて、第４図（ハ）２（イ）
に示すように、ｙ勾配磁場ＧｙとＲＦパルス（１８０°
）を印加し、これによって第５図（ロ）に示すようにｓ
ｙ面を励起する。その結果Ｓｚ圃面上ラインΔｙを除＜
　ｓｙ面は１８０°パルスにより飽和する。しかしライ
ン／フｙは９０’　−１８０’パルス列で励起されてい
るため、ＮＦ、ＩＲ共鳴信号（スピンエコー）を発生す
る。続いて、第４図（ホ）に示すようにＮＭｎ共鳴信号
（スピンエコー）が最大となる点でＸ勾配磁場Ｇｘを第
４図に）に示すように印加し、この下でスピンエコーを
データとして検出する。このデータをフーリエ変換する
ことによって、第５図（ロ）に示すラインΔｙ上のＸ軸
方向のプロトン密度分布を知るようにしている。以後、
ｙ勾配磁場Ｇｙの大きさを変えることによってΔｙの位
置を少しずつ変え（これをライン走査という）、前記し
たシーケンスを複数回繰り返し、Ｓｚ面全面の２次元デ
ータを得ることができる。

このような動作を々す従来の装置においては、第５図（
イ）において、８２面は９０°パルスによって選選励起
されており、ライン走査のだめの次のシーケンスは、８
２面の磁化Ｍが緩和時間Ｔ工により熱平衡状態へ戻るま
で、約ＩＳ待だなければならず、それだけ時間がかかる
という欠点がある。

ここにおい゛Ｃ１本発明け、従来の手法及び装置におけ
るこのような欠点を除去することを目的に力されたもの
である。

本発明に係る方法は、被検体に一様静磁場を与え、この
下でけじめに被検体に２軸方向勾配磁埠Ｇｚ＋　Ｙ軸方
向勾配磁場Ｇｙ及び被検体に核磁気共鳴を誇起させる周
波数の９００パルスの電磁波を同時に印加し、所定の時
間で経過後、Ｙ軸方向勾配磁場ａｙ及び１８０°パルス
の電磁波を印加し、続いてＸ軸方向勾配磁場Ｇｘを印加
している下で、前記被検体の特定部分からの核磁気共鳴
信号を検出し２こハをフーリエ変換するようにした点に
特徴がある。

第６図は本発明の手法を実現するための装置の一実施例
の構成を示すブロック図である。図において、１け一様
静磁場Ｈｏ（この磁場の方向を２方向とする）を発生さ
せるための静磁場用コイル、２はこの静磁場用コイル１
の制御回路で、例えば直流安定化電源を含んでいる。静
磁場用フィル１によって発生する磁束の密度Ｈ８は、０
．１Ｔ程度であり、また均一度は１０　　以上であるこ
とが望オしい。

３は勾配磁場用コイルを総括的に示したもの、４けこの
勾配磁場用コイル乙の制御回路である第７図（イ）は勾
配磁場用コイル３の一例を示す構成図で、２勾配磁場用
コイル３１．ｙ勾配磁場用コイル３２，３３、図示して
ないがｙ勾配磁場用コイル３２、３３と同じ形であって
、９００回転して設置されるＸ勾配磁場用コイルを含ん
でいる。この勾配磁場用コイル３は、一様静磁場Ｈ８と
同一方向磁場で、”ｒｙ、Ｚ軸方向にそれぞわ直線勾配
をもつ磁場を発生する。６ｏは制御回路４のコントロー
ラである。

５は被検体に細い周波数スペクトルｆのＲＦハルスを電
磁波として与える励磁コイルで、その構成を第７図（ロ
）に示す。

６は測定しようとする原子核のＮ１．４Ｒ共鳴争件に対
応する周波数（例えばプロトンでは、４２．６　Ｍｌ（
ｚ　／−Ｔ　）の信号を発生する発振器で、その出力は
、コントローラ６０からの信号によって開閉が制御され
るゲート回路Ｇ１、パワーアンプ６２を介して励磁コイ
ル５に印加されている。７　Ｉ−′Ｊ：　被検体におけ
るＮ１１１１共鳴信号を検出するための検出コイルで、
その構成は第７図（ロ）に示す励磁コイルと同じでゾ励
磁コイル５に対して９０°回転して設置されている。な
お、この検出コイルは、被検体にできるだけ近接して設
置されることが望せしいが、必要に応じて、励磁コイル
と兼用させてもよい。

７１け検出コイル７から得られるＮＭＩ’？共鳴信号（
ＦＩＤ　：　ｆｒｅｅ　１ｎｄｕｃｔｉｏｎ　ｄｅｃａ
ｙ　）を増幅する増幅器・７２は位相検波回路、７３は
位相検波された増幅器７１からの波形信号を記憶するウ
ェーブメモリ回路で、Ａ／Ｄ変換器を含んでいる。８は
ウェーブメモリ回路７３からの信号を例えば光ファイバ
で構成される伝送路７４を介して入力し、所定の信号処
理を施して断層像を得るコンピュータ、９は得られた断
層像を表示するテレビジョンモニターのような表示器で
ある。

このように構成した装置の動作を、次に第８図第９図及
び第１０図を参照しながら説明する。

まず、はじめに、制御回路２は静磁場用コイル１に電流
を流し、被検体（被検体は各コイルの円筒内に設置され
る）に静磁場１工。を与えた状態とする。この状態にお
いて、コントローラ６０は、はじめに制御回路４を介し
て２勾配磁場用コイル３１に電流を流し、第８図（ロ）
に示すようＫｚ勾配磁場Ｇｚを与えるとともＫｙｙ勾配
磁場用コイル３２．３３にも電流を流し、第８図Ｃ→に
示すようにｙ勾配磁場Ｇｙを同時に与える。又、Ｇｚ、
　Ｇｙが同時に与えらねている下で、ゲート回路６１を
開とし、発振器６からの信号を増幅器６２を介して励磁
コイル５に印加し、第８図（イ）Ｋ示すように細いスペ
クトルを持った９００パルスの電磁波を印加する。これ
によって、第９図の被検体ＨＢにおいて、２軸に対して
４５０の角度をなす斜面Ｓｚｙ面が励起され、箆８図（
ホ）に示すように、このＳｚｙ面のＮＦ、ＩＲ共鳴信号
が検出される。このＮＭＲ共鳴信号が消滅するオでの時
間でだけ経過した時点１．で、コン）ｏ−ラ６０は、ｙ
勾配磁場用コイル３２．３３に電流を流し、第８図（ハ
）に示すようにｙ勾配磁場Ｇｙを与えるとともに、ゲー
ト回路６１を開とし、励磁コイル５に電流を流し、今度
は第８図（イ）に示すように１８０°パルスの電磁波を
印加し、第１０図に示すようにｙ軸に垂直なｓｙ面を励
起する。こねによって、同図において、Ｓｚｙ面と、ｓ
ｙ面とが交差するラインＬ□から、第８図（ホ）に示す
ようにＮＭＲ共鳴信号（エコー信号）が検出され、これ
が次第に大きくなる。そして、エコー信号が最大となる
時点（時点ｔから９時間経過した時点に相当）ｔ２て、
第８図（ホ）に示すようにＸ勾配磁場Ｇｘを印加し、こ
の下で、エコー信号を第８図（ホ）に示すようにデータ
Ｅ□とし、て検出する。

このデータＥ□は、増幅器７１で増幅さノ１、位相検波
回路７２で位相検波され、ウェーブメモリ回路７３を介
してコンピュータ８に印加される。ここで、データＥ□
はフーリエ変換され、ラインＬ□上のプロトン密度を得
る。

この後、少しの時間で経過した時点で、第１回目のシー
ケンスが終了し、以後、同様のシーケンスを繰シ返す。

各シーケンスでは、被検体に同時に印加する２勾配磁場
Ｇｚ、ｙ勾配磁場Ｇｙの大きさを変え、これによって、
２軸に対して４５００角度をなす斜面Ｓｚｙ面を隣りに
少しずらせる。その後、被検体に印加するｙ勾配磁場Ｇ
ｙの大きさを変え、これによって、ｙ軸に垂直なｓｙ面
も隣りに少しずらせる。この結果、次のシーケンスでは
新たなＳｚｙ面と新たなｓｙ面とが交差するラインＬ工
に隣接するラインＬ２から、エコー信号が検出される。

このようＫして、各シーケンスでは印加する２勾配磁場
ＧＺ＋ｙ勾配磁場Ｇｙの大きさを少しずつ変えることに
よって、ラインＬ部分を走査し、第１０図に示すようＫ
ｚ軸に直交するＳｚ面全全面２次元データを得ることが
できる。

コンピュータ８は、各シーケンスにおいて、Ｘ勾配磁場
を印加している下に得られる各ラインＬよ。

、Ｌ２．・・部分からのエコー信号をデータＥ□、　Ｅ
２．、、として入力し、これらをフーリエ変換し、８２
面の断層像を得、これを表示器９に表示する。

このような手法による検査方法は、各シーケンスにおい
て、９０°パルスト１８０°パルスによって選択励起さ
れるふたつの面は、いずれも、前のシーケンスにおいて
選択励起したふたつの面と相違し、重なっていない。従
って、次のシーケンスでは磁化Ｍが緩和時間ＴＩＶＣよ
り熱平衡状態へ戻るまで待つ必要は全くない。よって、
次のシ・−ケンスに移つるまでの待ち時間τ′は、例え
ば１０ｍ５といった短かい時間でよく、１シーケンスに
要する全時間を例えば４０ｍ５程度とすることができる
。そして、この場合、ＳＺ面全面を４０本のラインで構
成するものとすれば、ひとつの断面像を１．６５Ｉ３Ｑ
程度の高速で得ることができるという効果がある。

第１１図は本発明の他の変形例を示す動作波形図である
。この手法の第８図と異なる点は、９０°パルスと１８
０°パルスとを印加する開および、１８００パルスを印
加した以後に、第１１図に）に示すように同じ大きさの
Ｘ勾配磁場Ｇｘを印加するようにし、１８０°パルスを
印加した以後、ＧＸを印加している下で得られるエコー
信号全体をデータＥ□、　Ｅ２．、、　と１７て検出す
るようにしだものである。

この変形例如よれば、エコー信号全体をデータとするこ
とができるので、ＳｌＮ比が致着されるという利点があ
る。

以上説明したように、本発明に係る手法によれば、各シ
ーケンス毎に選択励起されるふたつの面を、前のンーケ
ンスで選択励起したふたつの面と相違させることができ
るもので、短時間で、被検体内の特定原子核分布等に関
連する断層像を得ることができる１、

【図面の簡単な説明】

第１図は核磁気モーメントを説明するだめの説明図、第
２図は核磁気モーメントの配列について説明するための
説明図、第３図は静磁場による核磁気モーメントの整列
について説明するための図、第４図は従来の手法の一例
を説明するン゛ζめの動作波形図、第５図は第４図の手
法による被検体の励起面の説明図、第６図は本発明の手
法を実現するだめの装置の一実施例の構成を示すブロッ
ク図、第７図（イ）は第６図装＠に用いら七ている勾配
磁場コイルの一例を示す構成図、（ロ）は同じく励磁コ
イルの構成図、第８図は本発明に係る手法のひとつを説
明するための動作波形図、第９図及び第１０図は第８図
手法において印加する電磁波パルスによる励起面の説明
図、第１１図は本発明の他の変形例を示す動作波形図で
ある。 １・・・静磁場用コイル、２−・・静磁場用コイル制御
回路、３・・・勾配磁場用コイル、５・・・励磁コイル
、６０・・コントローラ、７・・・検出コイル、８・・
コンピュータ。 第　１１目 ｒイ）　　　　　　　　　　　　　　　（ＣＩ）第　３
　　田 箸　４１阿 躬　　５　　）阿 （イノ カ　６ｔＥＪ 、７、）σ、　　　　　　　、　　　　−−−Ｊ知禎ｑ
叫　　　烙／Ｄ利 箭　１／　　凶 −−／シーγンスー□−□□７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （リ　被検体に一様静磁鳴を与え、この状態ではしめに
   前記被検体に被検体の２軸方向勾配磁場とＹ軸方向勾配
   磁場とを同時に与えかつ核磁気共鳴を誘起させる周波数
   の９０°パルスの電磁波を印加し、所定の時間経過後、
   Ｙ＠方向勾配磁場を与えかつ１８０ｏパルスの電磁波を
   印加し、続いてＸ軸方向勾配磁場を与えている下で前記
   被検体の特定部分からの核磁気共鳴信号を検出し、これ
   をフーリエ変換するようにした核磁気共鳴による検査方
   法。 （２）　　９０’パルスの電磁波と、１８００パルスの
   電磁波とを印加する間及び前記１８００パルスの電磁波
   を印加した以後に同じ大きさのＸ軸方向勾配磁場を与え
   、１８０・パルスの電磁波を印加した以後であってＸ軸
   方向勾配磁場を与えている下で核磁気共鳴信号を検出す
   るようにしたｌ侍許請求の範囲第１項記載の核磁気共鳴
   による検査方法。 （３）　　被検体に一様静磁場を与える静磁場形成手段
   、前記被検体に２軸方向勾配磁場、Ｘ軸方向勾配磁場及
   びＹ軸方向勾配磁場をＪジえ前記被検体からの核磁気共
   鳴信号の放射部分を特定する磁場発生手段、前記被検体
   にパルス状の電熱波を印加するための励振手段、前記Ｘ
   １１＋方向勾配磁場を与えている下で前記被検体からの
   核磁気共鳴信号を検知する手段、この検知手段からの信
   号を入力し所定の演ｑを行なって断Ｒ割像を得る演算手
   段を具備し、前記磁場発生手段及び前記制御手段は、は
   じめに２軸方向勾配磁場とＹ軸方向勾配磁場とを同時に
   力えかつ９０°パルスの電磁波を印加し、所定の時間経
   過後、Ｙ軸方向勾配磁場を与えかつ１８００パルスの電
   磁波を印加し、続いてＸ軸方向勾配磁場を力えるよう圧
   し、以後前記のンーケンスを所定間隔で繰り返す動作を
   なｆととを特徴とする核磁気共鳴による検査装置。