JPS61196146A - 核磁気共鳴画像装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、核磁気共鳴画像装＠（以下核磁気共鳴をＮＭ
Ｒと略す）に関し、特に、最適なスキャンパラメータを
求めそのスキャンパラメータで原画像を撮像し、緩和時
間Ｔ＋　、Ｔ２やプロトン密度ρの計算画像を求め得る
ようにした核磁気共鳴画像装置に関するものである。

（従来の技術） 従来より、ＮＭＲ画像装置において、測定した画像から
医学上有用とされている縦緩和時１１Ｔｒ。

横緩和時開Ｔ２プロトン密度ρを求める技法がある。こ
の技法は、通常Ｉ　Ｒ（（ｎｖｅｒｓｉｏｎ　　Ｒｅｃ
ｏｖｅｒｙ　）法又はＳ　Ｒ（Ｓ　ａｔｕｒａｔｉｏｎ
　　Ｒｅｃｏｖｅｒｙ　）法にてパルス印加条件を変え
た２つ以上の画像から計算により求めるようにしたもの
である。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、Ｔｌ　＃　Ｔ２１ρの計算画像の原画像
を得る時のパルスシーケンスやスキャンパラメータにつ
いてはその評価方法が明確でないために、必ずしも最適
な条件でＴｌ　＋　Ｔ２　Ｔρの計算が行われていると
は限らないと言う問題があった。

本発明の目的は、この様な点に鑑み、ＮＭＲ画像ｉ＊に
おいて、計算により求めたいＴ１９丁２゜ρの値に対す
るスキャンパラメータの最適値を求め得るＮＭＲ画像装
置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） この様な目的を達成するために本発明では、信号強度の
理論式、スキャンパラメータ、緩和時間Ｔ１．Ｔ２およ
びプロトン密度ρ、原画像の分散から、誤差伝播の法則
により計算画像の分散又は標準偏差を求め、次にこの分
散又は標準偏差が最小になるようなスキャンパラメータ
の値を求めるようにしたことを特徴とする。

（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
発明に係るＮＭＲ画像装置の一実施例を示す要部構成図
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くようにして、対象物に一様静
磁場Ｈｏを印−加する主磁場コイル２と、勾配磁場を発
生するための勾配磁場コイル３（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勾配磁場コイルより構成される）
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４と、対象物からのＮＭ
Ｒ信号を検出する受信用コイル５等が配置されている。

主磁場コイルは静磁場制御回路１５に、Ｇｘ。

Ｇｙ、Ｇｚ各勾配磁場コイルは勾配磁場制御回路１４に
、ＲＦ送信コイルは電力増幅器１８に、モしてＮＭＲ信
号の受信用コイルはプリアンプ１９に、それぞれ接続さ
れている。

１３はコントローラで、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信号を波形メ
モリ２１に取込むために必要な制御を行う。

１７はゲート変調回路、１６は高周波信号を発生するＩ
Ｉ周波発振器である。ゲート変調回路１７は、コントロ
ーラ１３からの制御信号により高周波発振１１１６が出
力した高周波信号を適宜に変調し、所定の位相の高周波
パルスを生成する。この高周波パルスはＲＦ電力増幅器
１８を通してＲＦ送信コイル４に加えられる。

１９は検出コイル５から得られるＮＭＲ信号を増幅する
プリアンプ、２０は高周波発振器の出力信号を参照して
ＮＭＲ信号を位相検波する位相検波回路、２１は位相検
波されたプリアンプからの波形信号を記憶する波形メモ
リで、ここにはＡ／Ｄ変換器を含んでいる。

１１は波形メモリ２１からの信号を受け、所定の信号処
理を施して断層像を得るコンピュータ、１２は得られた
断層像を表示するテレビジョンモニタのような表示器で
ある。

なお、制御手段とは、コントローラ１３およびコンピュ
ータ１１の所定の機能部分からなる部分である。

この様な構成において、飽和回復法（ＳＲ法）でありか
つスピンエコー法（ＳＥＡ）（ＪＸ下このうな方法を単
に５Ｒ８Ｅ法と略称する）によりＮＭＲ信号を観測する
場合のパルスシーケンスを、第２図のパルスシーケンス
の一例を示す波形図を参照して次に説明する。

制御手段すなわちコントローラ１３の制御に基づきゲー
ト変調回路１７を通して第２図（イ）に示すような９０
°パルスを得、電力増幅器１８を介してＲＦ送信フィル
４に与え、対象物を励起する。

この時同時に勾配磁場Ｇｚも印加して（同図（ロ））、
特定のスライス面内にあるスピンのみを選択励起する。

次に勾配磁場Ｇｙにより位相エンコードを行い、それと
同時に勾配磁場Ｇｘを印加して（同図（ニ））、エコー
を観測する準備をしておく。

続いて、勾配磁場の印加を停止し、１８０′″パルスを
印加しスピンを反転させる。その後同図（ニ）に示すよ
うにＧｘを印加しながら発生するエコー信号（同図（ホ
））を受信コイル５で検出し、観測する。受信コイルで
検出されたスピンエコー信号は、ブリアン１１９１位相
検波回路２０を経て波形メモリ２１に蓄えられる。

このようにして得たエコー信号はスライス面内のスピン
密度分布の２次元フーリエ変換の１ラインに相当する。

従うで、各ビューごとにＧｙの大きさ、すなわち位相エ
ンコードの大きさを変えながら一連のデータを採取すれ
ば、これらのデータの２次元フーリエ逆変換を行うこと
により、再構成画像を得ることができる。

更に、コンピュータは、必要に応じて、このようにして
得た原画像からＴｌ　＊　７２　＊ρの計算画像を求め
ることができる。良質な計算画像を得るためにはスキャ
ンパラメータ（第２図での時間Ｔ１５とＴｒ）が最適値
である必要がある。

さて、Ｔ　ｔ　＋　Ｔ２　＋ρの計算画像の分散又は標
準偏差は、信号強度の理論式、スキャンパラメータ＊　
Ｔ　ｔ　ｓ　Ｔ　２　＊ρ、原画像の分散から計算可能
である。例えば、誤差伝播の法則（この法則につイテは
、Ｓ　、　Ｂ　ｒａｎｄｔ″３ｔａｔｉｓｔｉｃａｌ　
　ａｎｄ　Ｃ０Ｉｐｕｔａｔｉｏｎａｌ　　Ｍｅｔｈｏ
ｄｓ　　ｉｎ　　［）ａｔａ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　：Ｎ
ｏｒｔｈ　−Ｈｏｌｌａｎｄｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ　（
、＋ｐａｎｙ　、　１９７６、又は「データ解析の方法
ＪＳ、プラント（古城。

他訳）みすず１房　１９７６年　Ｐ３３〜Ｐ３５　　に
解説されている。）により計算可能である。

また、この値は計算画像のＳ／Ｎ　（正確には計算画像
の標準偏差がＳ／Ｎに比例する）を表わしているので、
この値により計算画像を評価することができる。このよ
うに、評価関数としては、計算画像の分散あるいは標準
偏差を用いることができる。そして、例えば、評価関数
として次のように重み付けのなされた形式の関数を利用
してもよい。

へん＋吊鳥十歇 ただし、σ１．σ１．σｒはＴ　Ｓ　＊　Ｔ２　＋　１
’計算画像の各標準偏差である。

要するに、良質な計算画像を得るためには、評価関数が
最良となる（計算画像の分散又は標準偏差が最小になる
）ようなＩＩ間Ｔｓ、Ｔｒを求め、これをスキャンパラ
メータに採用すればよい。

次に５Ｒ８Ｅ法における３つの原画像からＴｌ１Ｔ２．
ρ像を求める場合の最適なスキャンパラメータを求める
手法について説明する。ここで採用する原理は次のとお
りである。

５Ｒ８Ｅ法で得られる信号の強度の理論式Ｆ（Ｔｒ　、
Ｔｓ　、Ｔｌ　、Ｔ２　、ρ）は次のように表わされる
。

Ｆ（Ｔｒ、Ｔｓ、Ｔｒ、Ｔｔ、Ｐ）−Ｃ５ｔｚＳＥ”Ｐ
ＧＴｓ／Ｔ２）（ｌ　−２，６Ｘ））（−Ｔｒ／Ｔｉ十
ＴＳ／２Ｔ；）＋σｐ（−Ｔｉ／石）ｌ、−ｆここで、
（４Ｒ５Ｅはスライスの影響を表わす係数でＴ＋／Ｔｒ
の関数である。例えばガウシアン９００パルスを用いれ
ばＣ３Ｒ５ｔ：は次式で表わされ得る。

０．２（Ｔ＋／Ｔｒ＜　１０．０　で・こ並Ｓε＝　　
１１５３７　　Ｅ−ｇ　（Ｔ、／ゴーノー２−’１５０
ｕ　ｌ−−４（Ｔ；／Ｔｌ−）５＋４，２７６７５　Ｅ
−３（工／Ｔｒ）４−３．１７９０２　Ｅ−２ＣＴｉ／
存）１↑１．２ｑ２４２石−１（ＴｌＴｒＪ”−２，９
５５４Ｅ−１（石／丑）＋ｒ、ｏら５７３つの原画像の
スキャンパラメータをＴｒｉ。

Ｔｓ　＋　＊　Ｔｒ２　＊　ＴＳ２　＊　Ｔｒ３　＊　
Ｔ！１３とすれば、原画像から最小２乗法により計算し
たＴ＋＋Ｔ２１ρの値の共分散行列■工ＴＬｆはｖ１＋
１４−　（Ａ”　Ｖｌ−２３Ａ　）　”ただし、 ｖ１□、　は原画像の共分散行列、 原画像の分散σ２は、平均数をｎ１サンプリング時間を
Ｔａとして、σ２ｏｃｎ−１７ａ−１、となる。従って
、Ｔ　Ｉ　＋　Ｔ２　＊ρの値の分散は■１ｒの対角要
素として求まる。

この様な原理に基づき、次のような手順によりスキャン
パラメータを求める。

■まず使用するパルスシーケンスを決定し、信号強度の
理論式を定める。

■理論式、測定したいＴ＋　ｅ　Ｔ２　＊ρの範囲、原
画像の分散から、計算画像の分散又は標準偏差をスキャ
ンパラメータの関数として求める。

■上記■において計算画像の分散又は標準偏差がスキャ
ンパラメータの多変数関数として求まったので、多変数
関数の極値を求める方法（シンプレックス法など）によ
り分散又は標準偏差が最小となるスキャンパラメータ”
５１　＊　ＴＳｚ　ｌ　Ｔｓｓ　＋　’ｒｈ＋　ＩＴｒ
Ｌ　＋　Ｔｒ３　＋　ｋｔ　＊　ＴＩＬ２　＊　Ｔ＠３
　、　ｎ　１．　ｎ　２　、　ｎ３を求める。

なお、本発明では原画像の枚数は３枚に限ることはなく
、求める変数の個数以上（最低２枚）であればよい。ま
た、パルスシーケンスについても制限はない。

第３図ないし第５図は他のパルスシーケンスを示す図で
ある。ただし、勾配磁場の印加の様子は省略しである。

第３図は、５Ｒ８Ｅ法にお、いて各ビューごとに１８０
°パルスを２回ずつ加えるようにした５Ｒ２ＳＥ法の場
合であり、この場合の信号強度の理論式は、Ｍｏを下式
として、ここで０５Ｒ２ＳＥ　　はスライスの影響を表
わす係数で、Ｔ＋／Ｔｒの関数である。

第１のエコー信号の強度は ＭＯ−ｅＸｐ　（−Ｔｓ＋　／Ｔ２　　）第２のエコー
信号の強度は Ｍｏ　−ｅＸｌ）　（−Ｔｓ＋　／’ｈ　　−Ｔｓｚ／
Ｔｚ　　）で表わされる。

ただし、Ｔ５１は９０°パルス印加から第１のエコー信
号のピーク時までの時間、ＴＳ２は第１のエコー信号の
ピーク時から第２のエコー信号のピーク時までの時間で
ある。

また、第４図はエコー信号発生後に１８０°パルスおよ
び９０°パルスを印加して次のビュー開始までの待時間
を短縮するようにしたパルスシーケンスのもので（ＦＲ
８Ｅ法）、この場合の信号強度の理論式は である。

また、第５図は各ビューごとに２回エコー信号を発生す
るようにした方式（ＦＲ２ＳＥ法）で、第４図のパルス
シーケンスに更に１８０′″パルスを付加したものであ
る。

この場合の信号強度の理論式は、Ｍｏを下式として 第１のエコー信号の強度は Ｍｏ　−ｅｘｐ　　（−Ｔｓ＋　／　Ｔｚ　　）第２の
エコー信号の強度は Ｍｅ　・ｅＸＩ）　（−Ｔｓ＋　／Ｔ２　−Ｔ５２／Ｔ
２　　）で表わされる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、次のような効果
がある。

■計算画像の評価が計算からできるようになったため、
与えられた条件（トータルスキャンタイムなど）で最適
なスキャンパラメータが選べるようになった。

■実際に撮像することなく計算画像の画質の推定ができ
る。

■計算画像の比較ができるので、使用するパルスシーケ
ンスの評価ができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明に係るＮＭＲ画像装置の一実施例を示す
要部構成図、第２図はパルスシーケンスの一実施例を示
す図、第３図ないし第５図は本発明に適用し得る他のパ
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・・・主磁場コイル
、３・・・勾配磁場コイル、４・・・ＲＦ送信コイル、
５・・・受信用コイル、１１・・・コンピュータ、１２
・・・表示器、１３・・・コントローラ、１４・・・勾
配磁場制御回路、１５・・・静磁場制御回路、１６・・
・高周波発振器、１７・・・ゲート変調回路、１８・・
・電力増幅器、１９・・・プリアンプ、２０・・・位相
検波回路、２１・・・波形メモリ。 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）核磁気共鳴信号を測定し、その信号を用いて対象物
   の断層像を再構成するようにした核磁気共鳴画像装置に
   おいて、 少なくとも緩和時間（Ｔ＿１、Ｔ＿２）又はプロトン密
   度（ρ）のいずれか一つに関する計算画像を得るための
   下記（イ）ないし（ヘ）の機能を有する制御手段を具備
   したことを特徴とする核磁気共鳴画像装置。 記 （イ）使用するパルスシーケンスを決定し、その場合に
   得られる信号強度の理論式を決定する。 （ロ）前記理論式、スキャンパラメータ、緩和時間（Ｔ
   ＿１、Ｔ＿２）、プロトン密度（ρ）および原画像の分
   散から、誤差伝播の法則により計算画像の評価関数をス
   キャンパラメータの関数として求める。 （ハ）前記（ロ）で求められた計算画像の評価関数が最
   良となるスキャンパラメータを求める。 （ニ）前記（ハ）で求められたスキャンパラメータで撮
   像する。 （ホ）前記（ニ）の撮像での信号から原画像を得る。 （ヘ）前記決定された信号強度の理論式および前記原画
   像から、少なくともＴ＿１、Ｔ＿２、ρ値の内のいずれ
   か一つ、又は少なくともＴ＿１、Ｔ＿２、ρ計算画像の
   いずれか一つを求める。 ２）前記評価関数として、計算画像の分散又は標準偏差
   を用いるようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の核磁気共鳴画像装置。 ３）前記原画像の分散（σ＾２）として、下記の値を用
   いるようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の核磁気共鳴画像装置。 記 σ＾２∝ｎ＾−＾１Ｔａ＾−＾１ ただし、　ｎ：原画像の平均数 Ｔａ：サンプリング時間