JPS60168444A - 診断用核磁気共鳴映像装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は核磁気共鳴（以下「ＮＭＲ」と称する）現象を
用いて被検者中にイ：ｆ、狂する成る特定の原子核のス
ピン密度および緩第１１時（間）定数等の反映された画
像を得る診団用ＮＭＲ映像装置に関するものである。

〔発明の技術的背景〕

例えば診断用ＮＭＲ映像装置では、被検者の成る特定の
位置における断層像（＠層面における特定原子核の例え
はスピン密度分布像）を次のようにして得ている。

第１図に示すように、被検者Ｐに対して図示Ｚ軸方向に
沿う非常に均一な静磁場Ｈｏを作用させ、さらに一対の
傾斜磁場コイルＩＡ、ＩＢによシ静磁場Ｈｏに２軸方向
についての線型磁場勾配Ｇ２を付加する。静磁場ｉ（ｏ
に対して特定原子核は次式で示される角周波数ω０で共
鳴する。

ω０−γＨｏ　・・・・・・・・・・・・（１）この（
１）式において、γは磁気回転比であり原子核の種類に
固有のものである。

そこでさらに、特定の原子核のみを共鳴さぜる角周波数
ω０の回転磁場Ｈ１を一対の送信コイル、？Ａ　、２Ｂ
を介して被検者Ｐに作用させる。

このようにすると、磁場勾配Ｇ２によ、６ｚ軸方向につ
いて選択選定される図示Ｘ−Ｙ平面部分（Ｚ軸に直角な
平面状の部分であるが現実にはある厚みをもつ）のみに
選択的に狸現象が生ずる。この即現象は一対の受信コイ
ル３ｋ。

３Ｂを介して観測され、得られるＮＭＲ信号をフーリエ
変換することにより、特定原子核スピンの回転角周波数
についての単一のスペクトルカ倚られる。断層像をコン
ピュータ断層（ＣＴ）法により得るためにはスライス部
分であるＸ−Ｙ平面内の多方向についての投影像が必要
である。そのため、スライス部分を励起してＮＭＲ現尿
を生じさせた後、磁場ＨｏにＸ−Ｙ平面上の特定方向に
直線的な傾斜を持つ線型磁場勾配ＧＸＹを（図示してい
ないコイル等によつ）作用させると、被検者Ｐのスライ
ス部分における等磁場線は磁場勾配ＧＸＹの傾斜方向に
直角な平行直線となシ、この各等磁場線」二の特定原子
核スピンの回転角周波数が上記（１）式であられされる
。

そこで、このような状態で観測されるＮＭＲ信号信号− ５フーリエ変換することによってスライス部分の磁場勾
配ＧＸＹ方向の投影情報すなわち上記等磁場線に直角な
軸上への投影情報（一次元像）を得る。このようにして
４ｉＢ場勾配ＧＸＹをＸ−Ｙ平面内で回転させ（この磁
場勾配ＧＸＹの回転は例えば２対の傾斜磁場コイルを用
い、Ｘ、Ｙ各方向についての磁場勾配Ｇｘ、ＧＹの合成
磁場として磁場勾配ＧＸＹを作シ、上記磁場勾配ＧＸ、
ＧＹの合成比を変化させることによって行う。）ること
によシ、上述と同様にしてＸ−Ｙ平面内の各方向への投
影情報が得られ、これらの情報に基づく画像再構成処理
によって断層像を得ることができる。

なお上述におけるＮＭＲの励起、ＮＭＲ信号の収集およ
びこれらに伴なう磁場勾配の印加のシーケンスについて
は種々のパターンがあシ、上述ではその基本的な一例を
示したにすぎない。

ところで、この種の診断用ＮＭＲ装置においては、一様
靜脩場Ｈｏの発生部その他の例えば経時的なあるいは室
温変化に基づくドリフト等が６一 避は難く、長時間にわたって所定の共鳴条件を維持する
のが困難である。このため撮像中、つまり開信号の収集
中、時間の経過とともに設定された共鳴条件からシステ
ムがはずれてゆく１頃向がある。これによる共鳴周波数
ω。のずれΔωが例えば従来の装置の場合数ｋＨｚのオ
ーダでずれるともはや共鳴が生じなくなり膿の励起がで
きなくなる。また、上述の共Ｉ′Ｉす周波数ずれΔωが
故１０Ｈｚ−数１．　ＯＯＨｚのオーダでずれると、一
応励起は可能であるが、結果として得られる画像がぼけ
たり、アーチファクトがあられれたりする。したがって
、この種の装置においては上記ずれΔωを数Ｈｚ以下に
おさえなければならない。

一般的に上記共鳴条件を合せる方法として次の２つの方
法が考えられる。

（ａ）　静磁場Ｈｏを可変として調整する。

（ｂ）　共鳴周波数ω０を可変として調整する。

そして、上記（ｂ）の方法においては次のような問題点
がある。

（イ）周波数帯域を広くとるだめ、外乱によるノイズを
ひろい易ぐ、Ｓ／１’Ｊ　（信号対雑音比）の劣化のお
それがある。

（ロ）送受信関係の周波数帯域を変化するため、送受信
関係の回路定数を変えなければなら麿い。

しだがって、この場合上記（ａ）の方法すなわち静磁場
Ｈｏを可変にする方法が上記（イ）、（ロ）の問題点も
なく、一応望ましいと考えられるので、ここではこの方
法によシ上記共鳴条件を安定に維持することを検討する
。

このように静磁場Ｈｏを可変調整して、共鳴条件のずれ
を補正する従来の方法としては、静磁場Ｈｏのずれを検
知するだめのプローブを本来のＮＭＲ信号検出用とは別
途に設け、このグローブによる補正のために設定したサ
ンプルにより該グローブを用いて静磁場ＨＯを補正する
方法、あるいはやはり別途に設けた磁気セ／すにより静
磁場）（０のずれを検知し静磁場ＨＯを補正する方法な
どが考えられていた。

一方、この種の診断用即映像装置においては、一連の撮
像に要する時間が数分〜士数分にわたシ、その間被検者
Ｐは寝台上にじっと横たわっていることになる。このた
め、被検者Ｐは大きな装置に囲まれていることなどに基
づく精神的圧迫感よシネ安を感じたシ、この精神的圧迫
感や身体を動かさずに横たわっていることによる疲労を
感じることが少なくない。さらにその結果被検者Ｐが動
いてしまい、像にぶれ、ぼけ等を生じるなど撮像結果に
直接悪影響を与えるおそれがある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、特別な外部装置全付加することなく、
撮像する被検体を利用することにより、共鳴条件のずれ
を高精製に補正するとともに、被検者の不安感、疲労感
を波器して、常に空間分解能の高い即映像を得ることを
可能とする診断相間映像装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明においては、撮像中に所要のタイミングで動作し
一旦撮像を停止させる停止制御手段９− と、この停止制御手段に連動し該撮像停止期間中に撮像
用静磁場を用いて被検者にＮＭＲを誘起させて共鳴信号
を得、この共鳴信号に基づいて上記静磁場の変動を検知
し該変動量に応動して上記静磁場変動を補償する磁場ロ
ック手段と、この磁場ロック手段または上記停止制御手
段に連動し予め用意した音声によるメツセージを被検者
に与える音声表示手段とを具備することを特徴としてい
る。

〔発明の実施例〕

まず、以下に説明する本発明の一実施例において採用し
ている磁場補正の基本原理について述べる。

すなわち、静磁場に重畳して用いる傾斜磁場として撮像
対象面に垂直な方向についての傾斜磁場のみを用いて被
検者Ｐのｍエコー信号を検出する。この蘭エコー信号を
フーリエ変換して得られる投影信号のピークを検出して
周波数のずれΔωをめる。この周波数ずれΔωをもとに Δ　ω ΔＨｏ−一　・・・・・・・・・・・・（２）γ よシ静磁場変動分ΔＨｏ全算出する。この静磁場変動分
ΔＨｏを静磁場電源にフィードバックすることによって
静磁場Ｈ８を調整し周波数を合わせる。この操作は撮像
途中において所要のタイミングで一旦撮像を停止して行
なう。

上述のようにして、磁場補正する制御を以下「磁場ロッ
ク」と称する。

上記磁場ロックの原理を用いた本発明の一実施例の構成
を第２図に示す、２ 第２図において、４Ａ、４Ｂは被検体Ｐに一様な静磁場
Ｈｏを印加するだめの空心磁場コイル系、５は１＠層面
に垂直な方向（断層面をＸ−Ｙ平面とすればＺ軸方向）
に磁場勾配Ｇ２をもつ傾斜磁場を発生するだめの傾斜磁
場コイル系、６は断層面方向（断層面ｘ−ｙ平面上の各
方向）に磁場勾配ＧＸＹまたは−ＧｘＹをもつ傾斜磁場
を発生するだめの傾斜磁場コイル系である。７は送受信
用の高周波コイル系、８は毘エコー受信信号の基準信号
に対する同相成分（実部）と９０°位相成分（虚部）と
を検波してＮＭＲエコー信号を得る（直角）二位相検波
方式の位相検波装置、９は角周波数ωの高周波パルスか
らなる選択励起・ぐルス（９０°・ぐルス）および非選
択励起パルス（１８０°パルス）を発生し高周波コイル
系７を介して送信する送信器、１０は位相検波装置８Ｏ
ＮＭＲエコー検波出力をディジタル値に変換するＩＶ′
Ｄ（アナログーディノタル）変換器、１１はｌＶＤ変換
器１０の■エコーデー製 り出力峠所定回数平均加算する加算器、１２は加算器１
１で平均加算された聴エコーデータを高速７−リエ変換
（ＦＦＴ　）する高速フーリエ変換器である。１３は静
磁場Ｈ８を発生するため空心磁場コイル系４　Ａ　、　
４　’Ｐを励磁する静磁場電源、１４は磁場ロック動作
時に高速フーリエ変換器１２で得られた情報により静磁
場電源１３を制御する静磁場制御詣である。１５は高速
フーリエ変換器１２の（磁場ロック動作時以外の）出力
に泰づき画像再構成処理を行う画揮再構成装置、１６は
画像再構成装置１５で得られた画像を表示するディスプ
レイ装置である。

１７は予め用意した被検者Ｐに対するアナウンスの百葉
を記憶し且つ発生させるがイスコントロール装置であシ
、主としていわゆる音声合成装置または音声記録装置（
テープレコーダ等を含む）等とその制御装置を組合わせ
たもので構成される。１８はぎイスコントロール装置１
７の出力信号を音声に変えるスピーカであシ、例えば泥
１図に仮想線で示したように撮影室内の適宜個所に設け
られている。そして１９は上記構成における各部の動作
タイミングを管理するタイミング制御系である。

次にこのような構成における作用を説明する。

まず、通當のＮＭＲ映像の撮像の場合を第３図に示すタ
イミングチャートを参照しながら説明する。

この場合、最初に空心磁場コイル系４Ａ。

４Ｂをｍ磁場電源１３により励磁して、被検者Ｐに一様
な静磁場Ｈ８を印加する。次にこの状１３− 態で所要とする断層面（ｘ−ｙ平面）に垂直な方向（２
方向）について磁場勾配Ｇ２をもつ傾斜磁場を傾斜磁場
コイル５によって一様な静磁場Ｈｏに所定時間重畳し、
同時に選択励起パルス（９０°パルス）　ＳＥＰを送信
器９から送受信用高周波コイル系７を介して磁場内の被
検者Ｐに印加する。これら磁場勾配Ｇ２と選択励起パル
スＳＥＰの印加を終了した後、（静磁場Ｈｏは印加した
まま）上記断層面に沿う方向（ｘ−ｙ平面上の所定方向
）に磁場勾配ＧＸＹをもつ傾斜磁場を傾斜磁場コイル系
６によシ静磁場Ｈ８に所定時間重畳する。この磁場勾配
ＧＸＹの印加終了後、（静磁場Ｈｏは依然として印加し
たま壕）非選択励起＝　／’　ス（１８０°ｔ＋　ｐｖ
　ス）　Ｎ５ＥＰ　ｆ：　送信ｆｓ　９から送受信用高
周波コイル系７を介して被検者Ｐに印加し、さらに上記
磁場勾配Ｇ７をもつ１項斜磁場を傾斜磁場コイル系５よ
シ静磁場Ｈｏに所定時間重畳する。この磁場勾配Ｇ２の
印加終了後、上記磁場勾配ＧｘＹをもつ傾斜磁場を傾斜
磁場コイル系６よシ静磁場Ｈｏに所定時間重畳しつつ１
４− 送受信用高周波コイル系７により被検体ＰからのＮＭＲ
エコー信号を受信する。高周波コイル系７で受信された
聴エコー信号を位相検波装置８で位相検波し、とのＮＭ
Ｒエコー信号の検波波形をＮ生変換器１θでディジタル
値に変換して加算器１１に入力する。以後上述の動作を
数回繰シ返し、加算器１１で耶エコーデータの加算平均
をとる。ここで、加算平均をとっているのはＳ／Ｎ回上
のためである。こうして加算平均されたＮＭＲエコーデ
ータを高速フーリエ変換器１２でフーリエ変換して第４
図に示すようなプロジェクションデータ（投影データ）
を得る。

このプロジェクションデータを磁場勾配ＧｘＹの傾斜方
向を変えて各方向についてめ、これをもとに画像再構成
装置１５で再構成処理を行って画像化し、ディスプレイ
装置１６にょシ表示する。

このようにして撮像を行っている途中で一様静磁場■（
ｏ４が変動するので、撮像中適宜なるタイミングで撮像
を一旦停止させ、との撮像中断中に次のようにして磁場
ロックをかける。

磁場ロックの場合は第５図に示すように通常の撮像の場
合のシーケンスから傾斜磁場コイル系６による磁場勾配
ＧｘＹの印加を除外したシーケンスによシプロジェクシ
ョンデータを得る。

すなわち、被検者Ｐに壁心磁場コイル４Ａ。

４Ｂで一様静磁場Ｈｏ　ｋ印加し、この状態で所要の断
層向に垂直な方向の勾配Ｇ２の傾斜磁場を傾斜磁場コイ
ル系５によシ所定時間重畳し、同時に高周波コイル系７
から選択励起）９ルスＳＥＰを磁場内の被検者Ｐに印加
する。次に（磁場勾配ＧｘＹをかけずに）非選択励起・
臂ルスＮＳ　ｇＰを高周波コイル系７から被検者Ｐに印
加し、さらに勾配Ｇ２の傾斜磁場を傾斜磁場コイル系５
により静磁場Ｈｏに所定時間重畳する。しかる後に、高
周波コイル系７により被検者Ｐからの■エコー信号を受
信する。そして通常の撮像の場合と同様、受信されたｍ
エコー信号を位相検波装置８で位相検波し、この検波波
形を〜生変換器１０でディジタル値に変換して加算器１
１に入力する。以後上述の動作を数回繰シ返し、加算器
１１でＮＭＲエコーデータの加算平均をとる。

こうして加算平均されたＮＭＲエコーデータを高速フー
リエ変換器１２でフーリエ変換して第６図に示すような
プロジェクションデータを得る。

このプロジェクションデータを上述の通常の撮像時には
用いなかった静磁場制御器１４に入力する、。

この静磁場制御器１４は入力されたプロジェクションデ
ータの最大ピークを検出して周波数のずれΔω（第６図
参照）をめ；上記（２）式よシ静磁場変動分ΔＨｏをめ
て、これに応じて静磁場電源１３を制御するものであシ
、具体的には例えば第７図に示すように構成する。

第７図において、１４−１は入力プロ・クエクションデ
ータが最大値をとる周波数軸上の値より周波数ずれΔω
をめるΔω検出器、１４−２はΔω検出器１４−１で得
た周波数ずれΔωに上記（２）式を適用し１／γを乗算
し静磁場変動分ΔＨを算出する乗算器、１４−３は乗算
器１４１７− −２で算出された静磁場変動分ΔＨを静磁場補正量とし
てアナログ値に変換するＤ／Ａ　（ディジ　″タルーア
ナログ）変換器である。そしてＤ／Ａ変挾器１４−３の
出力を静磁場電源ΔＨに供給して静磁場Ｈｏを補正し、
周波数ずれΔωをなくすようにする。

こうして、ドリフト等によシ静磁場Ｈ，等が変動して生
じた角周波数のずれΔωが短時間で補正され、適正な静
磁場Ｈｏの状態となる。

この磁場ロックが終了すると上述した通常の撮像状態に
もどシ、撮像を継続する。

ところで、先に述べたように、被検者Ｐは撮像中寝台上
で身体を動かさずに横臥しているため、不安感や疲労感
をおぼえる。

そこで、上記磁場ロックをかける間の例えば数十秒を利
用して、被検者Ｐに撮像状況、残り時間、注意等を示す
アナウンスを音声表示することによシ、被検者Ｐの不安
感や疲労感をやわらげ、さらには撮像中に被検者Ｐが動
いてしまったシすることを防止する。

１８− すなわち、通常の撮像制御から磁場ロックへ切替わると
きに、タイミング制御系１９からがイスコントロール装
置１７へ信号を与えて、がイスコントロール装置１２を
作動させ、ＩＣ（集積回路）メモリ等を用いて予め記憶
していたアナウンスメツセージを撮影室のスピーカ１８
を介して音声表示し、被検者Ｐに伝える。この音声表示
のアナウンス内容は、例えば「あと５分で撮影が終シま
す。」、「今しばらく、そのままでお願いします。」な
どといった言葉でよい。

磁場ロック中は撮影を中断しているだめ、音声表示系の
信号、ノイズ寺が画像へのノイズとなる心配もない。一
方、（ｉｎ！ロックに除して磁場勾配ＧｘＹの印加を行
なっていないため、その印加に起因して生じ得る音声表
示系への・ぐルス音等のノイズの発生もなく、スピーカ
１８よシ良好な音声表示を行なって被検者Ｐにアナウン
スすることができる。

したがって、ドリフト等により静磁場Ｈ，等が変動して
角周波数のずれΔωが生じた場合、上記磁場ロックの動
作を行わせることによシ、！特別な外部装置を付加的に
用いたシすることなく、効率良く静磁場Ｈｏの補正を行
って適正な静磁場Ｈｏとすることができる。それに加え
、上記磁場ロックに同期した音声表示によシ極めて効率
的に被検者の不安感、疲労感をやわらげ、しかも被検者
の無用な体動をも防止することができる。これらの結果
、一層良好なＮＭＲ画像の撮像が実現できる。

なお、本発明は上述し且つ図面に示す実施例にのみ限定
されることなく、その要旨を変更しない範囲内で種々変
形して実施することができる。

例えば、第２図に示した構成のうち、加算器１１、高速
フーリエ変換器１２、静磁場制御器１４およびタイミン
グ制御系１７の一部または全部を電子計算機に置き換え
これらの機能を電子計算機によるソフトウェア処理で実
現するようにすることもできる。また、この場合には画
像再構成装置１５を構成する電子計算機を共用させるよ
うにしてもよく、このようにするとハードウェア的には
通常の撮像に必要な構成と全く同様の構成で済む。

〔発明の効果〕

本発明によれば、特別な外部装置を付加することなく、
撮像する被検体を利用することによシ、共鳴条件のずれ
を高精度に補正するとともに被検者の不安感、疲労感を
派別して、常に空間分解能の高いＮＭＲ映像を得ること
を可能とする診断用ＮＭＲ映像装置を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は罵映像装置の原理を説明するため゛　の概略斜
視図、第２図は本発明の一実施例の構成を示すブロック
図、第３図は同実施例における通常の撮影時のタイムス
ケジュールを示スタイミングチャート、第４図は同撮影
時に得られるグロジェクションデータの一例を示す図、
第５図は同実施例における磁場ロック時のタイムスケジ
ュールを示すタイミングチャート、第６図は同磁場ロッ
ク時に得られるゾロジェクショ２１− ンデータの一例を示す図、第７図は同実施例における要
部の具体的な構成の一例を詳細に示すブロック図である
。 ４に、４Ｂ・・・空心磁場コイル系、５，６・・・傾胴
磁場コイル系、７・・・高周波コイル系、８・・・位相
検波装置、９・・・送信器、１θ・・・Ａ／１）変換器
、１１・・・加算器、１２・・・高速フーリエ変換器、
１３・・・静磁場電源、１４・・・静磁場制御器、１５
・・・画像再構成装置、１６・・・ディスプレイ装置、
１７・・・？イスコントロール装置ｆｔ、１Ｂ・・・ス
ピーカ、１９・・・タイミング制御系、１４−１・・・
Δω検出器、１４−２・・・乗算器、１４−３・・・い
変換器。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦２２− 棺　リ　ｈ７ ５１う　Ｌ　し〜 を 第４図 第５図 １３ −２４４− ４−３

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）一様靜磁場を発生する静磁場発生装置と、この一
   様静磁場に重畳して予定方向についての傾斜磁場を発生
   する傾斜磁場発生装置と、核磁気共鳴周波数の高周波信
   号を上記磁場内の被検者に開力ｌし且つ該被検者に生じ
   た核磁気共Ｉｌル信号を検出する送受信手段と、上記各
   部の動作全制御するとともに上記送受信手段で受信され
   た信号に基づく信号処理を行なって画像全形成する制御
   処理部とを備え、被検者に特定原子核の核磁気共鳴を誘
   起し該共鳴信号より当該原子核の密度分布、緩和時定数
   またはこれらに関連した情報の反映された画像情報を得
   る診断用核磁気共鳴映像装置において、上記画像情報の
   捧像中に所要のタイミングで動作し一旦撮像を停止させ
   る停止制御手段と、この停止制御手段に連動し該撮像停
   止期間中に上記静磁場を用いて被検者に核磁気共鳴を誘
   起させて共鳴信号を得、この共鳴信号に基づいて上記静
   磁場の変動を検知し該変動量に応動して上記静磁場変動
   を補償する磁場ロック手段と、この磁場ロック手段また
   は上記停止制御手段に連動し予め用意した音声によるメ
   ツセージを被検者に与える音声表示手段とを具備したこ
   とを特徴とする診断用核磁気共鳴映像装置。
2. （２）磁場ロック手段は、傾斜磁場発生装置によシ予定
   の撮像断層面に垂直な方向についての傾斜磁場を所定時
   間発生させるとともに送受信手段により選択励起ｉ９ル
   スを送出させる第１の制御手段と、この手段の動作終了
   後に動作して送受信手段により非選択励起ノぐルスを送
   出させる第２の制御手段と、この手段の動作終了後に動
   作して再び上記傾斜磁場発生装置により上記方向につい
   ての傾斜磁場を所定時間発生させる第３の制御手段と、
   これらの手段による一連の動作の後に上記送受信手段で
   検出される核磁気共鳴エコー信号をフーリエ変換して投
   影情報を得るフーリエ変換手段と、この手段で得られた
   投影情報のピークを検足して周波数のずれΔωをめるず
   れ検定手段と、この手段で検出されだΔωに基づき ΔＨＯ−Δω／γ （γ；両気気回転比 なる演算を行って静磁場変動分ΔＨｏをめる静磁場夏動
   算定手段と、この手段で得た静磁場変動分ΔＨｏを上記
   静磁場発生装置にフィードバックして上記一様靜磁場を
   補正側ｆＩｉｌする補正制御手段とを備えて構成したこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の診断用核磁
   気共鳴映１家装置。