JPS60102544A - Νｍｒイメ−ジング装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、ＮＭｆｔイメージングＪＡ　ｔｔに係り、特
に１１ａ場の均−Ｊ隻を自動的かつ迅速に向上すること
のできるＮ　Ｍ　Ｒイメージング装置に関する。

〔発明の背景〕

一般に、核磁気共鳴（以下、ＮＭ几と称する）は、有機
化合物の構造解析や物性物理の（ｉ／ｆ究に多く用いら
れる分析方法である。最近、このＮ　Ｍ　Ｒ。

の技術を用いて生体断面の核スピン密度を撮像する試み
が盛んに行われるようになりＸ線ＣＴと対比できるより
なＮＡ４几画１象が得られるようになった。このＮＭｌ
ｔイメージング装置では、静磁場ＨＯに空間的に異った
強度を有する第２の磁場の印加法、ＮＭＩｔＩＮ号の処
理の仕方により、いくつかの方法がある。ここでは、Ｘ
ｍＣＴと同じ手法で１域再生するＮＭＲイメージング装
置を概説する。

まず、被検体に一様な磁場１４０の他に空間的勾配Ｇを
持つ静磁場を加える。磁場Ｈｏの方向をＺ軸とし、仮に
勾配ＧがＸ方向にある場合を考えると、Ｘ＝０での静磁
場の踵さをＨＯとすると、被検体に加えられる静磁場Ｈ
は、 Ｈ＝Ｈｏ　＋Ｇ−ｘ で与えられる。このときの共鳴周波数ωは、（ｄ＝　ｒ
　Ｈ＝　ｒ　）（ｏ　＋ｒ　Ｇ−ｘ＝ω０＋γＱ−ｘ　
・・・・・・・・・（１）但しωｏ＝ｒＨ。

γ：核スピンの固有の磁気回転比 に示される如く、Ｘの１次関数となる。この被検体に対
し共鳴スペクトルの測定全行うと周波数ωでの陪号は第
１図に示すように対応する、Ｘ＝一定の平面内の核スピ
ン果団からのものだけとなる。

したがって、測定されるスペクトルＰ（ω）は核スピン
密度関数ρ（ｘ＋３’＋　ｚ）を１更って、Ｐ（ω）＝
ｆｆρ（Ｘ、ｙ、ｚ）ｄｙｄｚ・・・・・・・・・（２
） または、前記（１）式より Ｐ（ωｏ十ｒＧ−ｘ）＝ｆｆρ（Ｘ、ｙ、ｚ）ｄｙｄｚ
・・・・・・・・・（３） と表わされる。いま、左辺に、？’（Ｘ）とおくと、ｆ
（ｘ）−、／＃＋（ｘ、ｙ、ｚ）ｄｙｄｚ　−−−−・
・−（４１となる。この場ハｄす定される共鳴スペクト
ルは、Ｘ軸に垂直方向への核スピン密度の凌積分すなわ
ち投影となる。ノヘ択的に共鳴現象を励起する方法を組
滑すれば、第２図に示す如く、ｚ軸の特定位置における
信号のみを検出することができる。Ｚ軸を中心に被検体
を回転するか、磁場勾配ベクトルＧｒ回転させて各方向
からの投影をめることができる。

谷方回からの投影から２次元分布を装置の表示１（」而
に近似的に復元するには＃ｆ；３図に示すように各投影
の強度に北回した量を投影の方向に旧って１１！１１面
上に戻し、これをすべての方向について加え合せる方法
である。この像再構成法は、逆投影法と呼ばれている。

ここで、静磁ＪＪ　Ｈｏ　と勾配Ｇとの関床について説
り」すると、静磁場Ｈａが理想的に均一な磁場であれは
、勾配Ｇを加えない被検体の１’Ｊ　Ｍ　Ｒ信号は核ス
ピンが有する自然ＩＪで決まる共鳴スペクトル葡示ｊ″
ことになる。しかし、実際には、静磁場ｌｌｏ　自体不
均一成分を４了している。この値は磁石の４ｇ造によっ
て左右されるが、１００ｐ前後であり、共鳴スペクトル
は勾配Ｇを加えなくても静磁場１１ｏの不均一を反映し
て、ブロード化し１００１−の広がりを持つことになる
。この静磁場ｉ（ｏの不均一が空間的にＭ峻しなければ
勾配Ｇ無しで被検体の各部の核スピン密度をめることが
可能となり先に説明した逆投影法によらなくても断層像
が得られる。しかし、静磁場１１０は同心円上に不均一
が分４１ｊ　’ｊるので、勾配Ｇを加えて空間的１ｉＩ
！、置に対応し７Ｌ共鳴スペクトルが得られなければな
らない。この勾配Ｇの値としては静磁場１（ｏの不均一
による空間的な重−を避けることが最少限必要な値とな
る。実際には静磁、４）（０の不均一の数倍種属（、改
ＩＵＯｎＪに印加されている。すなわち、勾配Ｇの直と
し−℃は静磁場１１ｏの０．１％以下の値でめるｆ；’
！　憾、＝す１１０　と勾配Ｇの２つの磁〕易を用いる
ＮＭＲイメージング装置も、その共鳴スペクトルの周波
数ωは静磁場Ｊｉｏに大きく依存している。

いま、静＋ａ　ｊ易１（ｏの喧が何らかの影響で変化す
ると、各投影がＩＴＰ磁、１　ｉ−ｉ　ｏの変化に応じ
て左右に移動することになる。このため、逆投影法で、
各投影を表示画面上に加え合せても復元像は像にならな
いが、ピントのずれた像となって医学的な診断画像とし
−Ｃは不十分である。

このようにｉｑ　ｏ４　Ｈイメージング装置においては
、面品位の側御を侍るため、−？磁場の月−性と、傾が
１磁場の直線性が安水さＪしる。そこで、これら磁場の
歪を足姻的に測足し、Ｎ１Ｖｔｔイメージング装置で得
られる一隊の磁場による歪忙補正する必要かめる。

そこで、従来、磁場均一度勿岬］足する手段として特公
昭４７−２８９５３号の「磁気共鳴装置」、米国特許第
３８７３９０９号Ｑｙｒｏ＋ｎａｇｎｅＬｉｃ　Ａｐｐ
ａｒａｔｕＳＥｍｐｌｏｙｉｎｇ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　
Ｍｅａｒｓ　ｆｏｒ　（：ｏｒｒｅｃｔｉｇｉｔｓ　Ｑ
ｐｅｒａｔｉｎｇ　、ｐａｎａｌｌｌｅｔｅｎｓ　、ま
た、米国特許第３４４３２０９号Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｉ
８’１ｅｌｄ　ｌ（ｏ＋＋ｎｇｅｎｅｉｔｙＣｏｎｔｒ
ｏｌ　Ａｐｐａｒａｔｕｓに示す如く、視野内ニ大きな
ナンノ°ルを入れる信号の半値福を用いている。

一般に分析用高分解ｉＱ　Ｎ　Ａ４　Ｒ装置のように、
均一磁場を用いる範囲すなわち一場均一度？必要とする
軛四が狭い場合にＶよある程度の磁場舅一度を得ること
ができ、この方法は、このような磁場勾一度が初めから
ある程度得られている場合に磁場の均−吸を副廻する手
段としてＭ効な手段でおる。

しかし、ＮＭｌ（、イメージング装置では、磁場均一度
の要求される範囲が広く、最初から均一度の良い磁場を
鋳ることが殖しい。このため、ひとつのサンプルの１ａ
号の半匝幅を測定しても、どの方向に磁場の不均一性が
あるか知ることができない。

したがって、この磁場の不均一性を探すため試行錯誤紫
繰り返し調歪し・ヱければならず、調整し終るまで多大
の時間を必要とするという欠点を有していた。そのため
磁場均一度を自動的にかつ迅速に得ることが要求されて
いる。

〔うら明の目的〕

本几明の目的は、自動的かつ迅速に均一度の良い磁場を
得ることのできるＮＭＬもイメージング装置を堤供する
ことにある。

〔発明の概要〕

本尤明は、磁場ｊｌｌｌ定器で静磁場コイル内の静磁場
の頻度を天数個予めｍｌり定し、該測定値を基に、静磁
場が均一になるように各シムコイルに流スミ流値をめ、
各シムコイルに該求めた補正電流を供附することにより
自動的かつ迅速に磁、嚇の均一度を良くしようというも
のである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例について説明する。

第４図には、本発明の適用されるＦ　Ｔ　−Ｎ　Ｍ几の
手法が示されている。

図において、静磁場コイル１内には、シムコイル用ボビ
ン２が設けられており、このシムコイル用ボビン２には
、シムコイル群が巻かれている。

コノシムコイル群は、ＺＩ　Ｚ２１　ＺＪＩ　Ｚ’　ｌ
　ｘ。

ＺＸ、Ｚ２ＸＩ　Ｙ、ＺＹＩ　Ｚ”Ｙ、Ｘ”　−Ｙ”　
。

ＸＹの各項の磁場を抽圧する１２組のシムコイルから成
る。このシムコイルの形状はｇ５図（Ａ）〜（１）に示
される如く巻かれている。そして、この１２組のシムコ
イルは、ボビン２に巻かれていて、１対１に対応した可
変定准流電源によって、駆動される。また、この静磁場
コイル１内の静磁場ｅよ磁場検出器３によってイメージ
ングを行う関心領域の磁場マツプが測定される。この磁
場検出器３は、第６図に示す如＜、ＮＭＲ，試料を内蔵
した試料管３１０回りにコイル３２を巻いである。

コイル３２←１１ケース３３の内に収納された町変容１
ごと共撮回路宏１削戊している。並列共振回路は共振時
のインピーダンスが高いのでコンデンサによりインピー
ダンスを分割して５０Ωに落としてコネクタ３４に接続
されている。

磁場の測定にりたっては、一般に用いられているＦ　’
１’　−Ｎ　Ｍ　ＩＬの手法が用いられる。第４図でマ
ルチプレクサ４は、ｎ１１１１ある磁場検出器３のうち
、ひとつだけ葡選択し−Ｃいる。いま、周波数シンセサ
イザ８を？１準周波叡源として、送信＋Ａ５によって矩
形の高周波パルスが磁場検出器３内の試料に印加される
と試料は画周波パルスによって励起されるが、高周波パ
ルスの印加の終了と共に、エネルギーを放出し、このエ
ネルギーのＦ　Ｉ　Ｄ　（ＦｒｅｅＩｎｄｕｃｔｉｏｎ
　ｆ）ｅｃａｙ　）信号が受信機６によって受信される
。このル゛ＩＤ信号を先の基準周波数源によって受信Ｐ
Ａ６で検波すると磁場検出器３の置かれている磁場での
共鳴周波数と基準周波数の差の周波数を得ることができ
る。このとき、ただ検波した７どけでは、共鳴周波数が
基準周波数に対して高いのか１氏いのか判別できないた
め、検波は、位相検波を用いて周波数の高低をも判別で
きるようにする。検波されたＦＩＤ信号は、ＡＤ変換器
によってサンプリングとデジタル変換が行われる。

コノデジタル化した信号は、インターフェース回路１２
を介してコンピュータ１３によって処理される。このコ
ンピュータ１３において、まず、検波した、実部・虚部
のｌｉ’　ｊ　Ｄ信号を絶対値禮素７−リエ変換を用い
て時間軸から周波数軸に変換する。このように絶対値で
フーリエ変換を行うのは磁場検出器３の特性のばらつき
による信号の位相ずれが生じても、信号のピーク位置が
ずれないようにするためである。周波数軸上に表示され
た１６号のピーク位置からｌｌａ場検出器３の置かれた
磁場の共鳴周波数をめることができる。いま基準周波数
は周波数シンセサイザ８によって決まっていて、この周
波数は、フーリエ変換後の周波数軸上で、ちょうど中心
になる。したがって信号のピークと周波数軸の中心の差
が、基準周波数と磁場検出器３の置かれた磁場の共鳴周
波数の差となる。

ちなみに、周波数軸上での周波数帯域は、サンシリング
間隔で決まり、サンプリング間隔をｔｚとすると周波数
帯域は±ｌ　／　ｔ　Ｈｚとなる。まだ周波数軸上での
分解能はサンプリング時間で決ｔ　Ｄ、サンプリング時
間をＴ（８）とすると周波数軸上での分解能ｔま１　／
　ｉ’　１４　ｚとなる。

上記の磁場６（１ｊ定全マルチプレクサによってｎ１周
のイ鼓場検出器３を１＠次切戻えることによってｎ回の
測定ケ行う。この測定シーケンスが第７図に示されてい
る。第４図中（Ａ））よ高周波照射パルス、（Ｌｉ）は
ｐ■ｕ＝−号（受信機で検波された出力（ｔａ−号）、
（Ｃ）はサンプリング信号（「１」で逐次Ａ／Ｄ変侠）
、（Ｌ））はマルチプレクサ切換信号である。

次に、得られた磁場の値からシムコイルに与える磁場補
正電流をめる方法を以下に述べる。

Ｎ　Ｍ　Ｉ（、イメージングにおける静磁場は通常Ｚ方
向に磁界を発生し次のように表すことができる。

・・・・・・・・・　（１） 詳ａｌｌについては特公昭４７−１５０６５号の核磁気
共鳴装置用磁界均一化コイルに述べられている。

磁場の測定は第４図にあるように球表面上の値に対して
、軸方向に５面を行う。計算を而単にするため各面の測
定値を次のように処理する。

ここに、　■　＝面のナンバー（■＝１〜５）Ｍ（Ｉ、
　ｉ）：各面での測定値 Ｒ：Ｚ軸からの距離 Ｒｏ　：視野の半径 ψ　：Ｘ軸からの角度 これによって各面における位数に応じた値の平均が得ら
れる。ｂｉｔ１足している面は５面なので（１）式から
５元の方程式を立てることができる。

Ｚｎ仄の項では ＺｎＸ次の項では Ｃ（Ｉ、１）＝ＸＡ、１＋３ＺＸＡ２’ＺｎＹ次の項で
は Ｓ（Ｉ、　１）＝ＹＢｔ’　＋３ＺＹＢ２”十２　Ｚ　
（４Ｚ　２３　Ｒｏ　２）　Ｙ　Ｂ４　’乙１１　（Ｘ
２−Ｙ２）次の項は Ｃ（ｉ、　２）＝３　（Ｘ２Ｙ”　）　Ａ２２＋１５Ｚ
　（Ｘ２−Ｙ”　）　Ａｇ３ うｆｌＸＹ次の項は Ｓ（１，２）＝６ＸＹＤ２”＋３０ＺＸＹＢ３２＋１５
　（６Ｚ”−Ｒｅ”）ＸＹＢ４”＋１ｕｓＺ（２Ｚ２Ｒ
ｏ”　）ＸＹＢｓ２こうして、ＡＯ〜Ａ４　＋　Ａｔ１
〜Ａ５’ｌ　Ｂｌ’〜Ｂｓ”＋　’Ａ２２〜Ａ６２１　
Ｂ２’〜Ｂ６２　までの磁場の項を得る。これらのｉ直
はシムコイルの各項と次の五うに対応している。

ＺＱ：Ａ＋ Ｚ２αＡ２ Ｚ３αＡ３ ｚ４　＋ｘ　Ａ、４ Ｘ　ＣｘＡ１１Ｙ　”　Ｂ１１ Ｚ　Ｘ　Ｏ：　Ａ２’　ＺＹ　ＣＸ　Ｂ２”Ｚ２Ｘ”　
Ａｓ’　Ｚ”Ｙｃｌ−Ｂｓ’Ｘ２−Ｙ”Ｘ　Ａ２２ＸＹ
　（Ｘ　Ｂ２２ま／こ、シムコイルに与えるｔａＡ場補
正′１流はコンピュータ１３でシムコイルに対応する磁
場の項の値に従って可変定Ｔｔ　６１ｕ電源７を駆動す
ることによって決めてやればよい。またシムコイルは各
々の項に対応し１こ磁場を発生するが、コイルの状態や
巻７（９の不均一性により目的以外の高次の項も発生う
る。したがって一度の磁場測定に対するト１ｈ正では、
最良の磁場が得られるとは限らない。

そこで、以上の磁場測定から、町変定成流屯源の磁場補
正ｌｉ妃流値設定までの一連の操作を繰返すことにより
磁場の均一度をしだいに向上させる。

磁場の均一度が、コンピュータ１３に入力した必要とす
るＩｌａ場均一度の値にまで達したら、コンピュータ１
３は、そこで操作を終了する。

次に、具体的な補正方法を説明する。

第１表には、関心領域を含む球体表面上の磁場の値の測
定にｉ’ｊ果が示されている。この測定値は、磁場強度
を水素原子核の核磁気共鳴周波数で示しである。なお、
第１表の座標は第８図の如くであ／′−（Ｊ×丁小臼戸 この第１表に示される測定結果を基にして磁場の不均一
性のデータとして次の如き値を得ることかで＾る。なお
、この値は、中心磁場強度に対する各磁場の項の偏差を
−で示しである。

ＦＩＥＬＤ　ＧＲＡＤＩＥＮＴ８ ＣＥＮＴ）（、Ｅ　ＦＩＥＬＤ　６．３８ＭＨ２ＡＸｆ
ＡＬ　Ｇ几Ａｉ）ＩＥＮＴＳ Ｚ／＝１．４４７９１Ｆ Ｚ”＝０．９０６２騨 Ｚ−−６，２６８５騨 Ｚ”−＝−１３，６１３３胛 ＴＲＡＮＳＶＥＲ８Ｅ　Ｇ几ＡＤＩＥＮＴＳＸ＝−２，
２３７３Ｆ Ｙ＝−１，７１８１Ｐ＋ ＺＸ＝４．５９５２ＩＰ ＺＹ＝２．７９０４騨 Ｚ２Ｘ＝−１２，７７５１胛 Ｚ２Ｙ＝−８，８９７５胛 Ｘ−Ｙ　−３，７６５４１ｐｌ＋ ＸＹ＝−１，４０４１解 この偏差は、各シムコイルに対応しているのでこれによ
り各シムコイルに流す電流が決定される。

このように各シムコイルに各偏差に・わっだ量の“４流
を流すことで磁場の補正を行う。このようにして１回の
４１荘１う補正が終了す、Ｂｏ　この１回の磁場油止で
は誤差の要因も多く最良の値とはならない。

そこで、これを懐数回繰り返して行うと、次第に磁場の
均一性を向上し目的の値に到達することができる。

したがって、本実ｔｆ１′！１例によれば、シムコイル
群の磁Ｊ！Ａｉ’ｌｉ＋正屯流１直を複故閲の磁場強度
の値から計算によ請求めｌＩｔらにそれらをジノルコイ
ル群にフィードバックすることにより迅速かつ自動的に
＜１？、を場均一度を同上さμることかできる。

なお、本丸ＭｉＩ例におい−Ｃは、空芯成磁石に適用し
た場合について述べたが、磁路付磁石や超伝導磁石など
他の磁石の場合でも同様の効果を得ることができる。

〔発明の効果」 以上説明したように本発明によれば、自動的かつ迅速に
均一度の良い磁場を僧ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図はＮ　ｉｖｌ几イメージングの説明図、
南５３図は逆投影の説明図、第４図は本発明のべ流側を
示す全体旬“ｑ成因、第５図（Ａ）〜（１）はシムコイ
ルの形状を示す回、第６図（Ａ）（ＩＪ）は幽′↓１図
図示磁場ｌ英用器の構造図、第７図は本人流側のデータ
取込みタイムチャート、第８図は実験例の座標系を示し
た図である。 １・・・Ｔ（Ｐ　ｍ　ｍコイル、２・・・シムコイル用
ボビン、３・・・磁場検出：！ｉ７．４・・・マルチブ
レフサ、５・・・送信機、６・・・受偽機、７・・・可
笈定屯訛屯源、８・・・周波数シンセサイザ、９・・・
Ａｌ）変換器、ｌＯ・・・コントロール回路、１１・・
・１）Ａ変漢器、１２・・・インターフェース回路、１
３・・・コンピュータ、１４・・・インターフェース回
路。 代理人　弁理士　鵜沼辰之 某　Ｉ　目 某２０ ＦＲＥ１２νＥＮＣγ 輩５　目　（Ｅ） 茅　５　目 ＣＭ）　（１） Ｌ　Ｊ　Ｌ　Ｊ 茅　２　口 （Ａ　） （Ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、複数のシムコイルを南すイρマグネットの筒内静磁
   場中に人体等の被＋１ｌｌｌ定物を挿入し該被測定物に
   パルス変調された高周波を照射し該磁気共鳴を利用して
   被測定物の断層系１象を行うＮ　Ｍ　Ｉｔ、イメーた磁
   場検出器が腹数個設けられた磁場測定器に上記パルス変
   調の高周波を印加して磁場強度を測定し、該測定値より
   上記複数のシムコイルの各々に供庸する一流値をめ、該
   求めた１流を前記各シムコイルに県給することを特徴と
   するＮ　Ｍ　Ｉもイメージング装置。