JPS61226648A - 核磁気共鳴を用いた検査装置 - 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〕 本発明は核磁気共鳴（以下、ｒＮＭＲＪという）を用い
た検査装置に関し、特にケミカルシフトイメージングに
おいて、静磁場の不均一に起因する位相誤差を除去する
ことが可能なＮＭＲを用いた検査装置に関する。

〔発明の背景〕

従来、人体の頭部、腹部などの内部構造を非破壊的に検
査する装置として、Ｘ線ＣＴや超音波撮像装置が広く利
用されて来ている。近年、核磁気共鳴現象を用いて同様
の検査を行う試みが成功しＸ線ＣＴや超音波撮像装置で
は得られない情報を取得できることが明らかになって来
た。核磁気共鳴現象を用いた検査装置においては、検査
物体からの信号を物体各部に対応させて分離・識別する
必要がある。その１つに、検査物体に傾斜磁場を印加し
、物体各部の置かれ九靜磁場を異ならせ、これによシ各
部の共鳴周波数あるいはフェーズ・エンコード量を異な
らせることで位置の情報を得る方法がある。

その基本原理については、クマー（Ｋｕｍａｒ）らがジ
ャーナル・オブ・マグネティック・レゾナンス（Ｊｏｕ
ｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｌ（、ｅｓｏｎａ
ｎｃｅ　）誌第１８巻（１９７５）第６９頁に、あるい
はニーデルシュタイン（Ｅｄｅｌｓｔｅｉｎ　）らがフ
ィジックス・オプ・メゾシンアンドバイオロジー（Ｐｈ
ｙｓｉｃｓ　ｏｆＭｅｄｉｃｉｎｅ　＆　Ｂｉｏｌｏｇ
ｙ）誌第２５巻（１９８０）第７５１頁に、報告してい
るのでここでは省略する。

このようなイメージングの１方法として、ケミカルシフ
トイメージングがある。ケミカルシフトとは、同一の核
種であっても各スピンの感じる磁場がその周囲の分子構
造の相違により異なるため、各スピンの共鳴周波数が分
子構造上での位置に応じて変化する現象である。ケミカ
ルシフトは被測定体の分子構造に関する情報を与えてく
れるため、極めて重要な現象である。ケミカルシフトｉ
をイメージングする方法としては、これまで（ａ）マウ
ズレイ（Ｍａｕｄｓｌｅｙ　）らによシ報告された７−
リエイメージング法の拡張法（ジャーナル・オプ・マグ
ネティック・レゾナンス第５１巻（１９８３）第１４７
頁）、Φ）ディクソン（Ｄｉｘｏｎ）によシ提案された
方法（ラジオグラフィ几ａｄｉｏｌｏｇｙ　）　、第１
５３巻（１９８４）第１８９頁）などが代表例としてあ
げられる。（ａ）の方法は、イメージングの次元を１つ
高めることによシ、ケミカルシフト量の分離・測定全可
能にする方法である。この方法では、通常、２次元平面
を対象にする場合被測定体をＬ×Ｍの画素に分割し、そ
の各々に対してＮ個の信号点をサンプリングすることが
行なわれる。ＬあるいはＭは空間分項能に応じて決めら
れるが、例えばＬ＝Ｍ＝１２８とすればＬＸＭ＝１６３
８４となる。１回の測定でＮ個の信号点をサンプリング
できるが、次の測定までには被測定体の縦緩和時間程度
（生体の場合約１秒）待たなければならず、結局、Ｌｘ
Ｍ回測定するためには、４６時間の測定時間を要すこと
になる。これに対し□□□）の方法は、９０°−τ１１
８０’−τ２−（信号計測）なるパルスシーケンスにお
いて、τ１＝τ２とτ１キτ２の２枚の画像の和と差か
ら、特定のケミカルシフトの情報だけを含む画像を構成
する方法である。

ここで、９０°および１８０°は各々スピンを９０°、
１８０°倒す高周波磁場を表わしている。

この方法は、計測に要する雨間が１枚の画像の２倍で済
むため、極めて実用的な方法でるる。しかし、ケミカル
シフト量は静磁場の不均一と同程度かあるいはそれよシ
も小さいため、τｌ卑τ２の画像においては、静磁場の
不均一に基づく位相誤差の方がケミカルシフト量に基づ
く位相誤差よシも大きくなってしまう。これに対しＪ）
ｉ　ｘ　ｏ　ｎらは複素フーリエ変換後、実部と虚部の
２乗和の平方根すなわち絶対値を計算することにより、
静磁場へ不均一の影響を除去している。しかし、この場
合、２つのケミカルシフト量に対応するスピン数の大小
いかんによっては、両者を区別できない場合が生じる。

また、伽）の方法では検出すべきケミカルシフトの種類
が２種類に限られていた。

〔発明の目的〕

本発明はこのような欠点を鑑みてなされたもので、その
目的はケミカルシフトイメージングにおいて、任意のケ
ミカルシフト量を反映した画像を、短時間で得ることを
可能にした検査装置の提供を目的とする。

〔発明の概要〕

本発明の要点は、フーリエイメージング法を用いた検査
装置において、ケミカルシフト像を求めるのに、静磁場
の不均一に起因する位相誤差を補正し、それによりフー
リエ変換後の結果の絶対値をとることなしに画像間で２
の演算を行ない、正確なケミカルシフト像を得るように
した点にある。

これについて、以下、若干補足的説明を行なう。

まず、２次元面をイメージングする場合を例にとって、
変形スピンワープ法の原理と本発明を２次元変形スピン
ワープ法に適用した例について述べる。第１図は２次元
の変形スピンワープ法を実施するための照射パルスと、
Ｘ、Ｘ方向の傾斜磁場と核スピンからの信号のタイミン
グを示すものである。ここでは、（Ｘ−ｙ）面に平行な
ある断面を選択するものとしている。図においてＲＦは
上記照射パルスを、ＧアおよびＧ８はそれぞれｙおよび
Ｘ方向の傾斜磁場を示している。また、Ｓは核スピンか
らの信号を示している。

まず、９０°ＲＦパルスを照射し、試料内の核スピンを
９０°倒す。その直後に、上記傾斜磁場Ｇ工を時間ｔ８
だけ印加し、次に１８０°ＲＦパルスを照射する。信号
の観測はＧ２を印加しながら行なう。なお、通常のイメ
ージングではτ１＝τ２となるように設定する。

このような計測をＸ方向の傾斜磁場の大きさを変化させ
て行なった結果得られる２次元信号Ｓ（Ｇ、、ｔア）は
、前記選択断面の核スピン分布ρ（ｘ、ｙ）との間に ５（ｏｆ、　ｔｒ）＝ｆｆ　ρ（ｘ、ｙ）ｅｘｐ（−ｊ
　ｒ（ｏ、　ｘ　ｔｚ＋ｏ、ｙｔ・））　　　　　　・
・・（１）の関係がある。ただし、（１）式は静磁場に
不均一がないものとし、またケミカルシフトも無視した
場合の式である。そこで、次に、静磁場の不均一をＥ（
Ｘ、ｙ）、ケミカルシフト量をσとした場合の式を示す
。ただし、ここではτ１キτ２となるようにＲＦパルス
の間隔を設定しており、両者の差をΔτとする。すなわ
ち、τｌ＝Δτ＋τ２　としている。この時、次式が成
立する。

Ｓ　（Ｇ、　、ｊ、）＝　ｆｆ　ｌ）　（ｘ、　Ｙ）ｅ
ｘｐ（−ｊ　ｒ［ＧＸＸＬ＋Ｇ、ｙｔ。

＋（Ｅ（ｘ、ｙ）＋ｙ）　）（Δｒ　＋　ｔｙ）））ｄ
ｘｄｙ　・＝（２）（２）式を変形すると ｓ（Ｇ、、ｔｙ）＝ガρ’（Ｘ、　ｙ　）　ｅｘｐ（−
ｊ　ｒｌ：ｏｚｘｔｘ＋　（Ｇ、　ｙ＋Ｅ（ｘ、ｙ）＋
σ）ｔｙ））ｄｘｄｙ　　　　・（３）が得られる。こ
こで、 ρ′（Ｘ、ｙ）＝ρ（ｘ、ｙ）　ｅＸｐ　（−ｊ　ｒ（
Ｅ（ｘ、ｙ）＋ｃｒ）ΔＴ）　・（４）さて（２）式に
おいてはケミカルシフト量をσとおいたが、実際は複数
のケミカルシフトが存在する。

そこで、ｋ番目のケミカルシフト量σｋに対応するスピ
ン密度をρｋ（ｘ、ｙ）とすると（３）、　（４）式は
次式となる。

８（Ｇｘ、　ｔｙ）＝：ｇｐＧ　（ｘ、ｙ）　ｅｘｐ（
−ｊ　ｒ［：Ｇ、ｘｔ、＋　（Ｇｙ　ｙ＋Ｅ（ｘ、ｙ）
＋σｋ））ｔｙ：））　ｄｘｄｙ　　　　・・・（５）
ここで、 ｐ’ｋ（ｘ＋ｙ）＝ρｍ　（Ｘ＋　ｙ）ｅｘｐ（−ｊ　
ｒ　（Ｅ　（ｘ、　ｙ）＋σｋ）Δτ）・（６）さて、
積分変数を とすると、 ｓ（ｏ、、ｔｙ）＝Σｆｆρ／／、　（Ｘ’ｌ　ｙ４）
　ｅＸＩ）（−ｊ　ｒ　（ＧＫＸ’ｔ　Ｘ＋Ｇｙ　ｙ／
、　ｔ　ｙ　））　ｄｘ’　ｄｙ　Ｃ＝　（８）ここで
、ρ”＊（Ｘ′＊Ｙ’ｂ）とρ’ｂ　（Ｘ＋　ｙ）との
間には、次式で示される関係が成立する。

ρ″ｋ（Ｘ′、ｙ′ｋ）＝ρ’ｋ（ｘ、ｙ）／Ｊｈ（ｘ
、ｙ）　　・・・（９）ここで、Ｊ　ｋ（ｘ、　ｙ）は
積分変換時に用いられるＪａｃｏｂ　ｉａｎである。

Ｅ（ｘ、ｙ）のＸ、ｙに対する変化が小さい時にはＸＪ
ｋ（Ｘ＋）’）は がＧアに比べて十分に小さければ、Ｊ（ｘ、ｙ）　＝　
１とみなせる。従って、（８）式を逆フーリエ変換して
得られる結果は、次式となる。

ｒ−’（ｓ（ｏｘ　、ｔ、　））＝Σρ／／、　（Ｘ　
’　、　ｙ／、　）＝Σρ’ｂ（ｘ、ｙｈ） ＝Σρｋ（ｘ、ｙｈ）ｅｘｐ　（Ｊ　Ｔ　（Ｅ（Ｘ　、
ｙｋ）＋σｋ）Δτ）　　　　　　　・・・（１１）こ
こで、（ｘ、ｙｋ）は（７）式をＸ、ｙについて解いた
ときに得られる値とする。

（１１）式よシ、Ｆ−’　（８（Ｇ、　、ｔア））の実
部几、はＬ（Δτ）＝Σρｋ（Ｘ＋　ｙｈ）　ＣＯ８（
ｒ　（Ｅ　（”＋ｙ’　）＋σｋ）Δτ）・・・（１２
） となる。

いま、Δτの値をｎ通りに変えた時を考えると、を番目
のΔτに対し次の式が成立する。

肌（Δτ１）＝Σｐｋ（ｘ、ｙｋ）ｃｏｓ（ｒ（Ｅ（ｘ
、ｙｈ）＋ｃｒｋ）Δτｔ）・・・（１３） 従って、ｎ個のΔτに対する（１３）式を連立させて解
くことによシρｋを求めることが可能になる。

ただし、Ｅ（Ｘ、ｙ）およびσには既知とする。なお、
Ｅ（ｘ、ｙ）の測定法についてはマウズレイ（Ｍａｕｄ
ｓｌｅｙ　）らによる方法を適用すればよい（ジャーナ
ル・オプ・フィジックス・イー（Ｊ。

Ｐｈｙｓ、Ｅ）：サイエンティフィック・インスッルメ
ント（Ｓｃｉ、ｉｎｓ　ｔｒｕｍ、　）第１７巻（１９
８４）第２１６頁を参照のこと）。またσｋについては
核スピンの種類が決まれば自動的に決まる値である。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。第２図は本発明の一実施例である検査装置の構成図で
ある。図において、ｌは計算機、２は高周波パルス発生
器、３は電力増幅器、４は高周波磁場を発生させると同
時に対象物体１６から生ずる信号を検出するためのコイ
ル、５は増幅器、６は検波器、７は信号処理装置である
。また、８．９および１０はそれぞれ２方向およびこれ
に直角の方向の傾斜磁場を発生させるコイル、１１゜１
２．１３はそれぞれ上記コイル８，９．１０を駆動する
電源部である。

計算機ｌは各装置に種々の命令を一定のタイミングで出
力する機能をも有するものである。高周波パルス発生器
２の出力は電力増幅器３で増幅され、上記コイル４を励
磁する。該コイル４は前述の如く受信コイルを兼ねてお
シ、受信され良信号成分は増幅器５を通シ検波器６で検
波後、計算機ｌに入力され信号処理後ディスプレイ７で
画像に変換される。

なお、静磁場の発生は電源１５により駆動されるコイル
１４で行う。検査対象物体である人体１６はベッド１７
上に載置され、上記ベッド１７は支持台１８上を移動可
能なように構成されている。また、１９．２０は記憶装
！（以下［メモ１月という）である。メモリ１９には補
正前の前記画像比、（Δτｔ）が格納されておシ、メモ
ＩＪ　２０には静磁場の不均−Ｅ（ｘ、ｙ）、ケミカル
シフト量σｋが格納されている。

上述の如く構成された検査装置において、計算機１はメ
モリ２０よりＥ（ｘ、ｙ）、σｋをロードし、ｃｏｓ（
ｒ（Ｅ（ｘ、　ｙｈ）＋σｋ）Δτｔ）を計算した後、
メモリ１９よシＲ，（Δτｔ）をロードし、（１３）式
を解く。その結果求めたρｋ（ｘ、ｙｋ）をディスプレ
イ７に表示する。

以上の実施例の説明は、変形スピンワープ法を用いた場
合であったが、本発明はこれに限らず他のシーケンスに
対しても有効なことは明らかである。

〔発明の効果〕

以上述べた如く、本発明によれば、静磁場、傾斜磁場お
よび高周波磁場内におけるＮＭＲ，現象を利用する検査
装置において、前記静磁場の不均一による位相回シを各
点毎に補正するようＫＬ７’Ｃので、ケミカルシフト量
を正確にイメージングすることが可能な装置を実現でき
るという効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で用いるパルスシーケンスを示す図であ
り、第２図は本発明の実施例である検査第　　１　　図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、静磁場、傾斜磁場および高周波磁場の各磁場発生手
   段と、検査対象からの核磁気共鳴信号を検出する信号検
   出手段と、該信号検出手段の検出信号の演算を行う計算
   機および該計算機による演算結果の出力手段を有し、前
   記検査対象のフーリエ空間における直交座標点を計測す
   る如く構成された核磁場共鳴を用いた検査装置において
   、９０°高周波パルスと１８０°高周波パルスとの間隔
   に対して、１８０°高周波パルスとエコー信号の中心と
   の間隔を複数通りの値に設定して得られた複数個の画像
   と、検査対象領域の１部あるいは全体の静磁場の不均一
   分布とから、ケミカルシフト像を演算により求める如く
   構成されたことを特徴とする核磁気共鳴を用いた検査装
   置。