JPS61172550A - 核磁気共鳴撮像装置の磁場強度分布測定方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、核磁気共鳴断ＩＩＩ撮像装置（以下核磁気共
鳴をＮＭＲと略す）の主磁場強度不均一性の空間分布を
迅速に計測する方法に間するものである。

（従来の技術） ＮＭＲ断層撮像装置において主磁場の不均一性分布を計
測することは、それをもとにした主磁場のトリミングや
、スキャンデータの補正等を行う上で必要な基礎的技術
であった。

従来、このような計測には、ＮＭＲプローブを用いて磁
場空間内の測定点を一点ずつずらせながら各測定点の磁
場強度を求めるいわゆるポイントッーポイント（ｐａｉ
ｎｔ　ｔｏ　　ｐａｉｎｔ　）法が多く採用されている
。

なお、３次元フーリエ変換法を応用して２次元の磁場不
均一分布を直接に得る方法も提案されている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、ポイントッーポイント法では、高い空間
分解能を得るためには測定点を多くとらねばならず、膨
大な測定回数となり、自動化が比較的面倒なことと相俟
って、測定に多大な労力と時間がかかると言う問題があ
った。

また、３次元フーリエ法を応用した方法では、空間分解
能を高くとってもスキャン自体はコンピュータ任せなの
で労力はそれほどかからないが、２次元の不均一分布を
求めるのに３次元フーリエ法のスキャンと同じデータが
必要であり、スキャンデータ！（従ってデータ処理の量
）も膨大なものとなる。例えば、１２８Ｘ　　１２８ポ
イントのデータを得るにはｓ２’ｔｔ２−　１６３８４
回ものスキャンが必要である。

本発明の目的は、この様な点に鑑み、空間磁場分布をよ
り高速に測定する測定方法を提供しようとするものであ
る。

この様な目的を達成するために本発明では、勾配磁場の
反転によりスピンエコーを発生させるフーリエ法の画像
と、１８０°パルスによりスピンエコーを発生させるフ
ーリエ法の画像とを組合せ、その位相差から主磁場の不
均一分布を求めるようにした。

（実施例） 以下図面を用いて本発明の詳細な説明する。第１図は本
発明を実施するためのＮＭＲ断層撮像装置の要部構成図
で°ある。図において、１はマグネットアセンブリで、
内部には対象物を挿入するための空間部分（孔）が設け
られ、この空間部分を取巻（ようにして、対象物に一定
の磁場を印加する主磁場コイルと、勾配磁場を発生する
ための勾配磁場コイル（個別に勾配磁場を発生すること
ができるように構成されたＸ勾配磁場コイル、ｙ勾配磁
場コイル、２勾配磁場コイル）と、対象物内の原子核の
スピンを励起するための高周波パルスを与えるＲＦ送信
コイルと、対象物からのＮＭＲ信号を検出する受信用コ
イル等が配置されている。

主磁場コイル、Ｇｘ、Ｇｙ　、Ｇｚ各勾配磁場コイル、
ＲＦ送信コイルおよびＮＭＲ信号の受信用コイルは、そ
れぞれ主磁場電源２、Ｇ　Ｘ　＋　Ｇ　Ｆ　ｒＧｚ勾配
磁場ドライバ３、ＲＦ電力増幅器４および前置増幅器５
に接続されている。１０はシーケンス記憶回路で、勾配
磁場や高周波磁場の発生シーケンスを制御すると共に得
られたＮＭＲ信号をＡＩＤ変換するときのタイミングを
制御する。

６はゲート変調回路、７は高周波信号を発生するＲＦ発
振回路である。ゲート変調回路６は、シーケンス記憶回
路１０からのタイミング信号によりＲＦ発振回路７が出
力した高周波信号を変調し、高周波パルスを生成する。

この高周波パルスはＲＦｌ力増幅器４に与えられる。

８は位相検波器で、ＲＦ発振回路７の出力信号を参照し
て、受信用コイルで検出し前置増幅器５を介して送られ
るＮＭＲ信号を位相検波する。

１１はＡ／Ｄ変換器で、位相検波器８を介して得られた
ＮＭＲ信号をアナログ・ディジタル変換する。

１３は計算機で、操作コンソール１２に対する情報の授
受を行ったり、種々のスキャンシーケンスを突環するた
めにシーケンス記憶回路１０の内容を書替えたり、また
Ａ／Ｄ変換器より入力される観測データから共鳴エネル
ギーに関する情報の分布を画像に再構成する演算等を行
うことができるように構成されている。この再構成像は
表示装Ｈ９において表示される。

このような構成における動作を次に説明する。

ここでは−例として、２次元の磁場分布を求める場合を
例にとる。第２図及び第３図にそのパルスシーケンスを
示す。

マグネットアセンブリの中に対象物を配置する。

この対象物としては、純水あるいは適当な濃度の硫＊ａ
溶液等を容器に充填したもので、特にそのＺ軸方向の厚
みが１０−程度の薄型のファントムを利用する。

さて、シーケンス記憶回路１０の制御により第２図に示
すようなシーケンス（この場合のシーケンスを以下パル
スシーケンス（１）と言う）で動作させる。

すなわち、主磁場電源２で主磁場コイルを付勢し、ファ
ントムに静磁場Ｈｏを与えた状態において、シーケンス
記憶回路１０によりゲート変調回路６を開き、所定の形
（ここではガウス形）に変調されたＲＦ倍信号ＲＦ電力
増幅器４を介して送信コイルに与え、ファントムに９０
′″パルスを印加しく同図の（イ））、スピンを励起す
る。

次に■の区間で、Ｘ軸方向の勾配磁Ｉ　Ｇ　ｘを与えて
（同図（ロ））ワープ（位相コード化）すると同時にｙ
軸方向の勾配磁場Ｇｙを与えて（同図（ハ））位相を分
散させる。

続いて、■の区間に入るとＧｙの値を同図（ハ）のよう
に反転させる。すると、各々のスピンの位相が再び揃っ
て来て、いわゆるスピンエコーが同図（ニ）のように生
ずる。この信号はスピン密度分布の２次元フーリエ変換
像の１ラインに相当するので、次々とワープ量（Ｇ　ｘ
−の振幅）を変化させながらエコー信号を観測しそれを
２次元フーリエ逆変換することによりスピン密度分布の
画像を得ることができる。

第３図に示すパルスシーケンス（この場合のシーケンス
を以下パルスシーケンス（１１）と言う）の場合も、基
本的な動作はパルスシーケンス（１）と同様である。異
なる点は、区間■と■とでＧｙの符号が同一であること
と、１８０″″パルスを用いていることである。この方
式の場合、区間■で位相がψだけずれたスピンは１８０
°パルスにより反転させられて、位相が一一になる。区
間■と区間■におけるＧｙの符号が同じであるため、１
８０°パルス印加前には分散する方向にあった各スピン
の位相が１８０°パルス印加の後には逆に位相が揃う方
向に向かう。そこで、ある時点でスピン間の位相が再び
一致して、パルスシーケンス（１）と同様にスピンエコ
ー（第３図の（ニ））を生ずる。

なお、第２図および第３図にはスライス勾配Ｇ２が示さ
れていないが、１０ａｍ程度以下と薄いファントムを使
用の場合はスライス位置が一義的に一箇所に限定される
ので、Ｇ２を印加して異なるスライス位置を特定する必
要がないからである。従って、スライス方向に厚いファ
ントムを使用する場合にはＧｚを印加してスライスを決
定し、９０゜パルスにもガウス波形等の包絡線を持たせ
て選択励起を行う必要がある。この場合もスライス幅を
余り厚くしてはならない。厚くした場合、スライス方向
の不均一性により、第２因に示すシーケンスにより得ら
れた画像が大きくシェーディングするので好ましくない
。

さて、主磁場に不均一性が全く無いとすると、上記の２
つのシーケンスは完全に同一の結果を与える。しかし、
主磁場が不均一な場合、両シーケンスの与える結果は異
なったものとなる。今、主磁場Ｈｏに不均一成分Ｄ　（
Ｘ、Ｖ）が重畳しているものとする。スピン密度分布？
（Ｘ、ｙ）をもつ被写体をイメージングした場合、Ｔ＋
　　（縦緩和時間）、Ｔ２（横緩和時間）等の影響を無
視すれば、各シーケンスの与えるイメージング結果は、
次のようになる。

Ｒ（□＋　ｙ）−・（・＋ｙ。）・７’ｃ（！、　ｙｏ
）　６−””　”°）Ｔ・・・・・・シーケンス（１） Ｐ２（ｘ、ｙ＞＝ｔｔＣｘ、ｙａ）・ｆｒ−（ｘ、ｙｏ
）　　　”・・・・シーケンス（（−）ただし、γは磁
気回転比 ９ｙはＧｙの強度 すなわち、観測勾配（区間■のＧｙ）が不均一性により
乱されるために生ずるｙ軸方向への座標の歪み（ｙが’
ｉｏとなっているのがそれである）や、その結果として
生ずる濃度歪み（α（ｘ、　ｙ。）の項）、各点での不
均一性に応じた位相の歪ミ（ｅ−ｉ”ｆＤ（ｔｒ３′。

）Ｔ）等が生ずる。

ところが、位相歪みだけは、パルスシーケンス（１）で
は生ずるがシーケンス（１１）では生じない。シーケン
ス（１１）においては１８０’パルス以前に不均一性に
よって生じた位相差も、１８０°パルスで方向が反転さ
れて、エコーが出る時刻には再び位相差がなくなるから
である。ここで、不均一性、による位相回転が丁度相殺
されるように、９０°パルスと１８０°パルスとの間の
時間と、１８０６パルスとエコーの中心との間の時間を
等しくする（第３図において１．−１２とする）ことが
大切である。また、パルスシーケンス（１）において、
９０″″パルスとエコーの中心までの時間下を各ビュー
とも一定にしておくことも重要である。

以上のことから、不均一分布Ｄ　（Ｘ、　Ｖｏ　）は、
と求まる。なお、ｔａｎ’をとるときに、２πの大きさ
で角度に飛びの出ることがあるため、実際上はその角度
飛びを補正して滑かにつなぐ操作が不可欠である。これ
は、飛びの絶対値がπを越えるときは２πの加算又は減
算を行う演算ループを用いる等して達成することができ
る。その際重要なことは、縦又は横だけのつながりだけ
でな（２次元的なつながりを保つことであり、これには
ｔａｎ−１をとるに先立ってデータをスムージングする
のも有効である。

このデータには未だ位置歪みくｙ−＋ｙ０）が含まれて
いるが、 ｇｙ　（Ｖｏ−ｙ）＋［）（ｘ、　ｙｏ　）＝○より、 ’ｊ−Ｖｏ　＋Ｑ　（ｘ、Ｖｏ　）／Ｑｙとなり、第４
図に示すようなｙ軸の座標変換により正確な不均一分布
を得ることができる。

なお、ファントムとして水を用いた場合には緩和時間が
長く測定に時間がかかるが、適度な濃度の硫酸銅溶液を
用いた場合はスキャン時間を短縮することができる。

本発明は上記実施例に限ることなく、次のようにしても
よい。

■Ｇｘ、Ｇｙ　、Ｇｚの印加の方式によりいかなる方向
をもった平面でもその面内の不均一分布を測定すること
ができる。

■３次元の不均一分布も計測可能であり、その場合例え
ば第５図および第６図に示すように２つの方向について
ワープを行うようにする他は２次元の場合と同様であり
、データ処理も２次元フーリエ逆変換の代りに３次元の
フーリエ逆変換を用いること以外は全く同様にして行う
ことができる。

この場合、ファントムは不均一分布を計測したい空間を
カバーできる大きさのものでなければならない。

■上記実施例においてはワープ量をＧｘの振幅で変化さ
せるいわゆるスピンワープ法で説明しであるが、本発明
はワープの時間長（第２図の区間■）を変化させること
によりワープ量を変化させるようにした方式にも全く同
様に適用することができる。ただし、その場合９０’パ
ルス印加からエコー信号の中心までの時間Ｔがどのビュ
ーについても一定であることと、ビュー毎に１．−１２
であることが必須の条件である。

（Ｒ明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、主磁場のトリミ
ングやスキャンデータの補正に必要な不均一の空間分布
を、特殊な計測用治具等を用いることなく、１８０°パ
ルスによるデータを基準に使うことでハードウェアの位
相歪みの影響を消去し、多くの測定点について高速に求
めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するための装置の構成図、第２図
および第３図はパルスシーケンスを示すための図、第４
図は座標変換の様子を説明するための図、第５図および
第６図は本発明の他の実施例におけるパルスシーケンス
を示す図である。 １・・・マグネットアセンブリ、２・・・主磁場電源、
３・・・勾配磁場駆動回路、４・・・ＲＦ電力増幅器、
５・・・前置増幅器、６・・・ゲート変調回路、７・・
・ＲＦ発振回路、８・・・位相検波器、９・・・表示装
置、１ｏ・・・シーケンス記憶回路、１１・・・Ａ／Ｄ
変換器、１２・・・操作コンソール、１３・・・計算機
。 第２図 第３図 第４図 第５図 ９０゜ （１）　Ｋｌ−ｔザルレス　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　〜第り図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 スピンエコー法による核磁気共鳴撮像装置において、 均質なファントムに対して９０°パルスを与えてスピン
   を励起し、各ビューごとに勾配磁場の強度又は印加時間
   長の制御によりワープ量を変化させてスピンの位相を変
   化させ、続いて勾配磁場の反転によりスピンエコーを発
   生させ、このエコー信号を測定しフーリエ変換処理する
   ことにより第１の位相分布の画像を得る工程と、 前記均質なファントムに対して９０°パルスを与えてス
   ピンを励起し、各ビューごとに前記と同様にワープ量を
   変化させてスピンの位相を変化させ、続いて１８０°パ
   ルスを印加してスピンエコーを発生させ、このエコー信
   号を測定しフーリエ変換処理することにより第２の位相
   分布の画像を得る工程と、 前記第１の位相分布の画像と第２の位相分布の画像の位
   相差を求め、これより主磁場の不均一分布を求める工程
   と からなることを特徴とする核磁気共鳴撮像装置の磁場強
   度分布測定方法。