JPS61162939A - Ｎｍｒイメ−ジングにおける局所拡大撮像方式 - 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、Ｎ　Ｍ　Ｒ（Ｎｕｃｌｅａｒ　Ｍ、ａｇｎｅ
ｔｉｃ　Ｒｅ５ｏｎａｎｃｅ）イメージングにおける局
所拡大撮像方式に関し、特に被撮像対象の関心領域を拡
大撮像する方式に関するものである。

〔発明の背景〕

従来、被撮像対象の関心領域を選択的に撮像することが
可能なＮＭＲイメージング法としては。

磁場焦点法や振動磁場法、選択励起によるポイントスキ
ャン法などが考えられていた。しかし、これらのイメー
ジング法は関心領域の微小体積を走査する方式であるた
め、データの収集に多くの時間を必要とし、また、拡大
に際し十分な空間分解能を得ることが困難であった。

さらに、投影再構成や２次元フーリエ変換法で関心領域
の拡大撮像を行うためには、傾斜磁場の勾配を大きくす
るなどして、関心領域を含む領域から得られる核磁気共
鳴信号のサンプリング点の数を増し、それを使用して画
像の再構成を行っていた。このため、拡大の倍率が大き
くなると画像再構成に必要なデータ数は膨大な量となり
、それに伴い、演算に必要なメモリ量、演算時間も増加
してしまうという欠点があった。

ＮＭＲイメージングにおいて、被撮像対象の関心領域を
拡大撮像する方式に関しては、ジェネラル・エレクトリ
ック（ＧＥＮＥＲＡＬ　　ＥＬＥＣＴＲＩＣ）の技術報
告でＦｅ１ｉｘ　Ｗ、Ｗｅｈｒｌｉｗ　ＪａｍｅｓＲ、
Ｍ　ａｃｆａｌｌ　＆　Ｔ　ｈｏｍａｓ　Ｈ、Ｎ　ｅｗ
ｔｏｎにより著されたバラメーターズ・ブタ−ミンク・
ジ・アピアランス・オブ・エヌエムアール・イメージ（
”Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　　Ｄｅｔｅｒｍｉｎｇ　　ｔ
、ｈｅ　　Ａｐｐｅａｒａｎｃｅ　　ｏｆ　　Ｎ　Ｍ　
ＲＩ　ｓａｇｅｓ”）のＰ、ｐ、８９−９０に記載され
ている。

〔発明の目的Ｊ 本発明の目的は、このような従来の欠点を解消し、被撮
像対象の関心領域を任意の倍率に高速で拡大撮像するこ
とが可能なＮＭＲイメージングにおける局所拡大撮像方
式を提供することにある。

〔Ｊ！明の概要〕

上記の目的を達成するために１本発明では、静磁場、傾
斜磁場、高周波磁場を発生する装置、これらの装置の核
磁気共鳴現象により発生する核磁気共鳴信号を受信する
プローブ、およびこれらの制御を行う中央処理装置を有
する核磁気共鳴イメージング装置により被撮像対象の関
心領域を拡大して撮像するイメージング方式において、
上記傾斜磁場の回転中心、を被撮像対象の関心領域内に
移動させる手段と、該関心領域を含む領域の空間分解能
を向上させる手段と、上記プローブにより受信された核
磁気共鳴信号から関心領域に関する成分を抽出する手段
と、該抽出手段により抽出された関心領域に関するデー
タから画像の再構成を行う手段を備えたことに特徴があ
る。

〔発明の実施例〕

以下１本発明の実施例を図面により説明する６まず、本
発明の原理を第２図〜第５図を用いて説明する。

関心領域を含む領域の拡大に際し得られる核磁気共鳴信
号より関心領域に関する成分のみを抽出し１画像再構成
に使用することを考える。

簡単のため静磁場を無視し、１次元で考える。

ωを核磁気共鳴周波数、γを核磁気回転比、Ｇを２軸方
向の傾斜磁場の勾配とすれば、 ｕ＝ｙＧＺ　　　　　　　　　　　　　　　・・・（１
）の関係がある。

第２図に示すように、受信される核磁気共鳴信号に含ま
れる最大の周波数成分をωｍａｘとし、信号をこの２倍
の周波数（ナイキスト周波数）ωｎで時間Ｔの間サンプ
リングするとすれば、周波数軸におけるサンプリング間
隔Δωは Δω＝２π／Ｔ　　　　　　　　　　　　・・・（２）
となる、すると、実空間Ｚにおける空間分解能ΔＺは、 ΔＺ＝Δω／γＧ＝２π／γＧＴ　　　　　・・・（３
）となり、空間分解能はＧとＴの積に比例して向上し、
拡大の倍率もＧとＴの積に比例することになる。

例えば、第３図に示すように、傾斜磁場の勾配Ｇ１．サ
ンプリング間隔Δωで信号をサンプリングした場合、空
間分解能ΔＺはΔＺｔとなるが。

傾斜磁場の勾配を大きくしてＧ２とし、サンプリング間
隔を前と同様にΔωとすれば、空間分解能はΔＺ２に向
上する。これに従い、拡大の倍率はΔＺ２／Δｚｔ　＝
Ｇ２　／Ｇ、となる。

また、傾斜磁場の勾配を一定として信号のサンプリング
長をＴ１からＴ２に延長する。すなわち、（２）式に従
って第４図に示すようにサンプリング間隔ΔωをΔωｌ
からΔω２に減少させれば、空間分解能はΔＺ３からΔ
ｚ４に向上する。つまり、この場合の拡大の倍率はΔＺ
４／ΔＺ３＝Δω１／Δω２　＝Ｔ２　／Ｔ、となる。

上記のように傾斜磁場の勾配を大きくするか、あるいは
信号のサンプリング、長を延長することにより関心領域
を含む領域の空間分解能が向上するので、このようにし
てサンプリングされたデータから関心領域に関する成分
を抽出すれば、関心領域の拡大撮像が行われたことにな
る。しかし、ここで問題となるのは、拡大される領域が
関心領域以外の領域も含んでいるため、サンプル点の数
が多くなり、特に拡大の倍率が大きくなるとこの影響は
顕著になる。また、拡大に際し傾斜磁場の勾配を大きく
する手段を用いれば、（１）式により受信信号の最大周
波数ω＋ｔａｘが大きくなり、それに応じて信号のサン
プリング周波数も大きくする必要があるため、ハード的
番；大きな制約を受けてしまう。

以上のことを回避するため、本発明では、傾斜磁場を印
加して核磁気共鳴信号を計測する際、第５図番こ示され
るように、傾斜磁場の強度が０になる点が被撮像対象の
関心領域ｚＬ−ｚＨの中央Ｏ′に移動されるようにする
か、あるいは、計測信号をω０′の周波数で検波する。

このようにすれば、受信される核磁気共鳴信号において
、関心領域に関する周波数成分−ωＲ〜ωＲは低周波領
域に存在することになる。そして、この信号を関心領域
に関する周波数成分−ωＲ〜ωＲを通過させる特性を有
するローパスフィルタに通せば、信号に含まれる成分は
、関心領域に関するものとなるので、周波数帯域幅、最
大周波数がともに小さくなり、それに従いサンプリング
点の数、サンプリング周波数も小さくなる。したがって
、上記の問題が回避されたことになる。また、第６図に
示されるように、拡大の倍率に反比例して関心領域の大
きさを小さくすれば、常にローパスフィルタの通過帯域
は一定で良いので、信号のサンプリング点の数も一定と
なる。このことは、画像再構成に必要なメモリ量やアル
ゴリズムが拡大の倍率によらず不変であり、再構成され
る画像のサイズも不変であるという大きな利点をもたら
している。

以上は簡単のため１次元の場合について考えてきたが、
２次元の場合についても同様に考えることができる。

第１図は、本発明の一実施例に適用されるＮＭＲイメー
ジング装置のブロック図である。

第１図において、■は均一で安定な磁場を発生させる静
磁場コイル、２は静磁場コイルｌに電力を供給する静磁
場用電源、３は空間のＸ座標方向の傾斜磁場を発生させ
るＧＸ傾斜磁場コイル、４は空間のＹ方向の傾斜磁場を
発生させるＧＶ傾斜磁場コイル、５は空間の２方向の傾
斜ｒｔＩｉ場を発生させるＧＺ傾斜磁場コイル、６は傾
斜磁場コイル（Ｇ　ｘ　＊　Ｇ　ｖ　ｔ　Ｇ　ｚ　）に
電力を供給する傾斜磁場用電源、７は被撮像対象の核ス
ピンを励起するための高周波磁場照射コイル、８は核磁
気共鳴信号を検出するための信号検出用プローブ、９．
１０は高周波パルス信号を増幅する増幅器、ｌｌは高周
波パルス信号を参照波として直交検波する直交検波器、
１２は関心領域に関する周波数成分を抽出するためのロ
ーパスフィルタ、１３は画像再構成時に高空間周波数成
分を強調するための高域強調フィルタ、１４はサンプリ
ングされた信号をアナログ−ディジタル変換するＡ／Ｄ
変換器、１５は各種の処理を行う中央処理装置、１６は
各種情報を表示するディスプレイ、１７は各傾斜磁場コ
イルに供給される電力を制御する傾斜磁場制御装置、１
８は核磁気共鳴信号をサンプリングするタイミングの制
御を行うタイミングシーケンサ、１９は高周波パルス信
号を発生する高周波パルス発生装置、２０は静磁場コイ
ル１に供給される電力を制御する静磁場制御装置である
。

被撮像対象は常に静磁場コイル１により発生される均一
で安定な磁場Ｈ，にさらされる。このコイルｌから発生
される静磁場の強度は静磁場用電源２より供給される電
力の大きさにより変化し、これは静磁場コイル！２０に
よって制御される。

ＧＸ傾斜磁場コイル３．ＧＹ傾斜磁場コイル４゜ＧｚＷ
４斜磁場コイル５は被撮像対象のスライスの選択、スラ
イス内における核スピンの位置情報の記憶のために、空
間のＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標方向の傾斜磁場を発生させ
る。傾斜磁場の勾配は傾斜磁場用電［６から各傾斜磁場
コイルに供給される電力を傾斜磁場制御装置１１７より
制御することで変化される。高周波磁場照射コイル７は
被撮像対象の核スピンを励起するためのものであり、こ
こから照射される高周波磁場パルスは高周波パルス発生
装置１９で発生された高周波パルス信号が増幅器９で適
当な振幅に増幅されて与えられる時に発生する。励起さ
れた核スピンが自由誘導減衰運動を行う際に発生する核
磁気共鳴信号は信号検出用プローブ８によって検出され
、増幅器１０によって適当な振幅に増幅された後、高周
波パルス発生装置１９で発生された高周波パルス信号を
参照波として直交検出器１１で直交検波される。検波さ
れた信号は関心領域に関する周波数成分を抽出するため
、ローパスフィルタ１２に通され、さらに画像再構成時
に高空間周波数成分が強調されるように高域強調フィル
タ１３に通される。フィルタリングされた信号は次にＡ
／Ｄ変換変換器上４りサンプリングされた後、中央処理
装置１５に取込まれて各種の処理が施される。各傾斜磁
場を照射するタイミングや高周波磁場を照射するタイミ
ング、核磁気共鳴信号をサンプリングするタイミングの
制御はタイミングシーケンサ１８が行い。

さらにこれ・は中央処理装置！１５により制御される。

中央処理装置１５はタイミングシーケンサ１８の制御の
他、サンプリングされた核磁気共鳴信号に対する各種処
理、画像の再構成などを行う。ディスプレイ１６は中央
処理装置１５で再構成された画像やその他各種情報を表
示するために用いられる。

第７図は、第１図の処理フローチャートを示す図であり
、第８図は、被撮像対象と空間的座標の関係を示す図で
ある。

本実施例では、イメージングのパルスシーケンスはスピ
ンエコー法を使用し１画像再構成はフィルター補正逆投
影法を使用するものとする。また、シーケンスの間は被
撮像対象には第８図のＺ方向に静磁場コイル１により均
一で安定な静磁場が印加されているものとする。

以下、第７図の処理フローチャートを各ステップごとに
説明する。

ステップ７０１では、ＧＺ傾斜磁場コイル５により第８
図のＺ方向の傾斜磁場が印加された状態のもとに、高周
波磁場照射コイル７より核スピンを９０度回転させるよ
うに整調された高周波磁場パルス（９０度パルス）が照
射され、Ｚ軸に垂直な選択されたスライス面内の核スピ
ンを励起し、続いてＺ方向の傾斜磁場の印加を中断する
。

ステップ７０２では、前ステップにおける高周波磁場パ
ルスの照射から時間τ後に、再びＧＺ傾斜磁場コイル５
によりＺ方向の傾斜磁場が印加された状態のもとに、高
周波磁場照射コイル７より核スピンを１８０度回転させ
るように整調された高周波磁場パルス（１８０度パルス
）が照射され、前記ステップ７０１で選択されたスライ
スと同一のスライス面内の核スピンからスピンエコー信
号を生じさせる。これに続いてＺ方向の傾斜磁場の印加
を中断する。

ステップ７０３では、選択されたスライスのＸ。

Ｙ平面の各方向についての投影データを得るため、前ス
テップにおける高周波磁場パルスの照射から時間τ後に
Ｇｘ傾斜磁場コイル３．ＧＹ傾斜磁場コイル４によりＸ
Ｙ方向に傾斜磁場を印加する。

ＸＹ平面内における傾斜磁場の勾配の方向が投影の方向
を決定するが、その方向はＸ方向の傾斜磁場の勾配とＹ
方向の傾斜磁場の勾配を合成したものとなる。被撮像対
象における関心領域の位置関係を第９図に示すにの図に
示されるように、θ方向に勾配Ｇの合成された傾斜磁場
を印加する場合には、Ｘ方向の傾斜磁場の勾配Ｇｘ、Ｙ
方向の傾斜磁場の勾配Ｇ　ｖが Ｇｘ”Ｇｃｏ５θ　　　　　　　　　　　　・・・（４
）ＧＹ＝Ｇｓｉｎθ　　　　　　　　　　　　−（５）
となるように、傾斜磁場用電源６からＧＸ傾斜磁場コイ
ル３．ＧＹ傾斜磁場コイル４に供給される電力を傾斜磁
場用電源ｆｆｌ！１７により制御する。ここで、関心領
域の拡大撮像を行うために合成された傾斜磁場の勾配を
大きくしておく。例えば１合成された傾斜磁場の勾配が
Ｇの時、１倍の倍率で撮像できる場合には、勾配をｋＧ
にすれば、ｋ倍の拡大撮像を行うことができる。

本発明では１合成された傾斜磁場の強度がゼロになる位
置、つまり傾斜磁場の回転の中心、あるいは投影の回転
の中心を関心領域内の点に移動させるため、上記傾斜磁
場に加えて、投影の方向。

つまり合成された傾斜磁場の勾配の方向に依存して強度
が変化する均一な磁場を静磁場コイル１に静磁場用電源
２から供給される電力の大きさを静磁場制御装置２０で
制御することにより発生させる。例えば、第９図の点０
から点０’　（ＸＰＩｙＰｇｚｐ）に傾斜磁場の回転の
中心を移動させるためには、静磁場ＨＯに Ｈ’＝Ｇｃｏｓθｘｐ＋Ｇ５１ｎθｙＰ　　　　・・・
（６）で表される均一で安定な磁場Ｈ’　を加える。

ステップ７０４では、ステップ７０３で生じたＸＹ平面
の投影方向に関するスピンエコー信号を信号検出用プロ
ーブ８で検出した後、信号を適当な振幅に増幅する。さ
らに高周波パルス発生装置１９で発生される高周波磁場
照射コイル７に与えられる高周波パルス信号と同一の周
波数の信号を参照波として直交検波＠１１により直交検
波される。

ステップ７０５では、前ステップで直交検波された信号
をローパスフィルタ１２に通して、被撮像対象の関心領
域に関する周波数成分を抽出する。

ローパスフィルタ１２は電子回路で構成され、その周波
数特性Ｈ（ω）は第１０図の実線で示されるものが理想
的であるが、現実には破線で示されるものが代表的であ
る。ローパスフィルタ１２の通過帯域−ωに〜ωＲは、
関心領域に関する周波数帯域を含むことが必要である。

また、被撮像対象の関心領域をいかなる倍率に拡大撮像
する場合においてもローパスフィルタ１２の通過帯域を
一定にしておけば、再構成される画像のサイズも一定と
なる。ただし、撮像される領域は拡大の倍率に反比例し
て小さくなる。

ステップ７０６では、ローパスフィルタ１２の出力信号
を高域強調フィルタ１３によりフィルタ補正する。これ
は、前ステップまでで得られた信号より画像を再構成し
た時に、その画像の高空間周波数成分が強肩されるよう
にするためである。

高域強調フィルタ１３は電子回路で構成され、その特性
の代表的なものが第１１図に示されている。

本フィルタ補正は時間領域で行われるものであり、時間
的に後の信号はど強調の度合が大きい。

ステップ７０７では、前ステップでフィルタ補正された
信号をＡ／Ｄ変換器１４でサンプリングして、中央処理
袋Ｗ１１５に取込む。サンプリングを開始するタイミン
グはタイミングシーケンサ１８により制御されており、
また、サンプリングの周波数は少くとも信号に含まれる
最大周波数成分の２倍（ナイキスト周波数）以上でなく
てはならない。具体的には、ステップ７０５におけるロ
ーパスフィルタ１２の最大通過周波数の２倍以上の周波
数でサンプリングを行う。

ステップ７０１からステップ７０７を投影の回数だけ繰
返す。投影は第９図のＸＹ平面の少くとも１８０度方向
に関して行う必要がある。

ステップ７０８では、ステップ７０１からステップ７０
７を繰返して中央処理装置１５に取込まれた投影回数分
のスピンエコー信号のサンプリングデータのそれぞれを
フーリエ変換して、各投影方向に関する投影データを作
成する。そして、それらの投影データを投影方向に逆投
影して画像を再構成する。本ステップにおけるフーリエ
変換、および逆投影は中央処理装置！１５で行われるが
、それぞれ独立な装置によって高速に行うことも可能で
ある。

ステップ７０９では、前ステップで再構成された画像を
ディスプレイ１６に表示する。被撮像対象の関心領域を
いかなる倍率に拡大撮像する場合においても、ローパス
フィルタ１２の通過帯域が一定であれば、再構成される
画像のサイズは一定となるので、ディスプレイ１６には
常に同じ大きさの画像が表示される。

本発明の他の実施例では、ステップ７０６におけるフィ
ルタ補正をステップ７０７で信号をＡ／Ｄ変換＠１４で
サンプリングして、中央処理装置１５に取り込んだ後に
ソフトウェアで構成されるディジタルフィルタで行う。

本発明のさらに他の実施例では、ステップ７０４におい
て投影の際に使用される傾斜磁場の勾配を第１２図に示
されるように制御することにより。

被撮像対象の関心領域ｚＬ−ｚＨにのみ傾斜磁場を印加
する。これによれば、信号検出用プローブ８で検出され
る信号の周波数成分は関心領域ＺＬ〜ＺＨに関するもの
だけとなるため、ステップ７０５のフィルタリングが不
要となる。

本発明のさらに他の実施例では、ステップ７０３におい
て被撮像対象の関心領域を拡大撮像するため、合成され
た傾斜磁場の勾配を大きくする代りに、ステップ７０７
で信号のサンプリング間隔は同一で、サンプリング長を
延長する。サンプリング長をＮ倍に延長すれば、合成さ
れた傾斜磁場の勾配をＮ倍にしたのと同様の拡大撮像が
行える。

〔発明の効果〕

以上説明したように１本発明によれば、ＮＭＲイメージ
ングにおいて、被撮像対象の関心領域を拡大撮像する際
、いかなる倍率の拡大に対しても画像再構成に必要なメ
モリの大きさ、演算時間は一定なので高能率なイメージ
ングが行えるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に適用されるＮＭＲイメージ
ング装置のブロック図、第２図は傾斜磁場が印加された
時に受信される核磁気共鳴信号の周波数空間におけるサ
ンプリング間隔と実空間における空間分能の関係を示す
図、第３図は第２図の傾斜磁場の勾配が変化した場合の
図、第４図は第２図のサンプリング間隔が変化した場合
の図、第５図は傾斜磁場の強度がゼロ□となる位置を関
心領域内に移動させた場合に受信信号に含まれる関心傾
城に関する周波数成分がしめる帯域を示す図。 第６図は第５図の傾斜磁場の勾配が変化した場合の図、
第７図は第１図の処理フローチャートを示す図、第８図
は被撮像対象と空間的座標の関係を示す図、第９図は被
撮像対象における関心領域の位置関係を示す図、第１０
［！Ｉは第ｔａのローパスフィルタの周波数特性を示す
図、第１１図は第１図の高域強調フィルタの特性を示す
図、第１２図は本発明の他の実施例に適用される傾斜磁
場の勾配を示す図である。　　　。 ｌ：静ｍ’ｌｋコイル、　２　：静磁場用ＩＥｉｌＪ！
、３：ＯＸ傾斜磁場コイル、４：ＧＹ傾斜磁場コイル。 ５：Ｇｚ傾斜磁場コイル、６：傾斜磁場用電源、７：高
周波磁場照射コイル、８：信号検出用プローブ、９，１
０：増幅器、１１：直交検波器、１２：ローパスフィル
タ、１３：高域強調フィルタ、１４　：　Ａ／Ｄ変換器
、１５：中央処理装置、１６：ディスプレイ、１７：傾
斜磁場制御装置、１８：タイミングシーケンサ、１９：
高周波パルス発生装置、２０：静磁場制御装置。 第２図 ΔＺ 第　　　３　　　図 第４図 第　　　５　　　図 第　　　６　　　図 第　　　１２　　　図 関心領域 第７図 第８図 第１０図 第　　　１１　　　図 Ｑ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　’Ｃ手続補正書（方式） 昭和６０年５月２３日 昭和６０クト　特　許　願第　４６２４　号２　発明の
名称　　ＮＭＲイメージングにおける局所拡大撮像方式
３、　補正をする者 事件よ。関係　　特許出願人 ４、代理人

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）静磁場、傾斜磁場、高周波磁場を発生する装置、
   これらの装置の核磁気共鳴現象により発生する核磁気共
   鳴信号を受信するプローブ、およびこれらの制御を行う
   中央処理装置を有する核磁気共鳴イメージング装置によ
   り被撮像対象の関心領域を拡大して撮像するイメージン
   グ方式において、上記傾斜磁場の回転中心を被撮像対象
   の関心領域内に移動させる手段と、該関心領域を含む領
   域の空間分解能を向上させる手段と、上記プローブによ
   り受信された核磁気共鳴信号から関心領域に関する成分
   を抽出する手段と、該抽出手段により抽出された関心領
   域に関するデータから画像の再構成を行う手段を備えた
   ことを特徴とするＮＭＲイメージングにおける局所拡大
   撮像方式。
2. （２）上記関心領域を含む領域の空間分解能を向上させ
   る手段として、該領域に印加される傾斜磁場の勾配を大
   きくすることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   ＮＭＲイメージングにおける局所拡大撮像方式。
3. （３）上記関心領域を含む領域の空間分解能を向上させ
   る手段として、受信される核磁気共鳴信号の計測時間を
   延長することを特徴とする特許請求の範囲第１項または
   第２項記載のＮＭＲイメージングにおける局所拡大撮像
   方式。
4. （４）上記核磁気共鳴信号は、傾斜磁場の強度分布を制
   御して関心領域からのみ発生させることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載のＮＭＲイメージングにおける
   局所拡大撮像方式。
5. （５）上記傾斜磁場の回転中心を被撮像対象の関心領域
   内に移動させる手段として、静磁場の強度を制御するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のＮＭＲイメ
   ージングにおける局所拡大撮像方式。
6. （６）上記傾斜磁場の回転中心を被撮像対象の関心領域
   内に移動させる手段として、計測信号の検波周波数を変
   化させることを特徴とする特許請求の範囲第１項または
   第５項記載のＮＭＲイメージングにおける局所拡大撮像
   方式。