JPS61258152A - 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および装置
固有の位相オフセット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、ＸｍＣＴ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ＸｍＣＴ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
、物体各部の置かれた静磁場を異ならせ、これにより各
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、ジャーナル・オブ・マグネチ
ック・レゾナンス誌（Ｊ、　Ｍａｇｎ、　Ｒａ５ｏｎ、
　）第１８巻第６９頁（１９７５年）に、あるいはフィ
ジックス・オブ・メゾシン・アンド・バイオロジー誌（
Ｐｈｙｓ、　Ｍｅｄ、　Ｂｉｏｌ、　）第２５巻第７５
１頁（１９８０）に報告され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一方法として、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
ルシフトは被測定休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。ケミカルシフト量
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）らにより報告されたフーリ
エイメージング法の拡張法（ジャーナル・オブ・マグネ
チック・レゾナンス誌第５１巻第１４７頁（１９８３）
　）　、　　（ｂ）ディクソンＤｉｘｏｎにより提案さ
れた方法（ラジオグラフィ（Ｒａｄｉｏｌｏｇｙ　）誌
。

第１５３巻第１８９頁（１９８４）　）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つ高めることにより、ケミカルシフト量の分離・測
定を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ＬＸＭ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は空間分解能に応じて
決められるが、例えばＬ＝Ｍ＝１’２８とすればＬＸＭ
回測定、３８４となる。１回の測定が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、ＬＸＭ回測定するためには、４．６時間の測定時
間を要すことになる。これに対しくｂ）の方法は、９０
°−τ□−１８０゜−τ２−（信号計ｉｌｌりなるパル
スシーケンスにおいて、τ１＝τ２とτ１≠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、針側に要する時間
が１枚の画像の２倍で済むため、極めて実用的な方法で
ある。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りも小さいため、τ１≠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りも大きくなって
しまう、これに対しディクソン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１両者を区別できない
場合が生じる。また、（ｂ）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が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も、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および装置固有の位相オフ
セットを補正し、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、（ｘｔ　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、およびＧ３はそ九ぞれ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ヨを時間ｔ、
だけ印加し１次に１８０°ＲＦパルスを照射する。信号
の観測はＧ、を印加しながら行なう。なお１通常のイメ
ージングではτ、＝τ、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５（ａ−ｔ　ｔｙ　
）は、前記選択断面の核スピン分布ρ　（ｘｔ　ｙ）と
の間に Ｓ　（Ｇ−ｅ　ｔｙ）＝　Ｈρ（Ｘｔ　”Ｉ）６ＸＰ（
Ｊ　γ（Ｇ、Ｘ　ｔ　、＋Ｇｙ　ｙｔ、ｙ））ｅｘｐ（
ｊθ、）ｄ　ｘ　ｄ　ｙ　　　　−（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である。なお、θ。

は装置に固有の位相オフセットを表わす。

さて、τ、≠τ−すなわちτ、＝Δτ、十で１として、
Δτ１を０通りに変えた場合を考える。

さらに、ケミカルシフトも複数存在し、それをｃ、と表
記し、σ１に対応するスピン密度をρ１（ｘ、ｙ）と表
記する。

静磁場の不均一をＥ　（ｘ＋　ｙ）とすると、次式で成
立する。

Ｓ（Ｇｗ、ｔ、、Δτ、） ＋　（Ｅ（ｘ、ｙ）＋　ρｋ）（ｔｙ　＋　Ａ　τＪ］
）ｅｘｐ（ｊθ、）　ｄ　ｘ　ｄ　’！　・＝（２）こ
こで、θ、はＪ？Ａに対応する位相オフセットであり、
ｎはケミカルシフトの数である。（２）式を変形すると Ｓ（Ｇ、、ｔ、、Δτ、） ＝、ＸＬｆｆｐｈ’　（ｘ、ｙ）ｅｘｐ（−ｊ　ｙＥＧ
、ｘ　ｔ、＋（ａ、ｙ＋Ｅ（ｘ、ｙ）＋　ρｋ）ｔｙコ
）ｅｘｐ（ｊ　　θｔ）ｄ　ｘ　ｄ　ｙ　　　　　　　
　　　　　　−（３）が得られる。ここで、 ｐ’　ｈ（ｘｔｙ）＝ρｈ（ｘ＋ｙ）ｅｘｐ（−ｊ　ｙ
（Ｅ（ｘ、ｙ）＋σＪΔｆ、）−（４）さて、積分変数
を とすると、 Ｓ（ＧｍｔｊｙｔΔτ、） ｅｘｐ（ｊθｍ）ｄ　ｘ’　ｄ　ｙ’　ｈ　　　　　　
　　　　　　−（６）ここで、ρに’　　（ｘ’・ｙ’
ｈ）とρ　／　　（ｘ・ｙ）との間には、次式で示され
る関係が成立する。

ここで、Ｊｈ（ｘｔｙ）は積分変換に用いられるＪａｃ
ｏｂｉａｎである。Ｅ　Ｃｘｓ　ｙ）のＸｔ５’に対す
る変化が小さい時には、Ｊｈ（ｘ、ｙ）はｙ がＧ２に比べて十分に小さければＪｈ（ｘｔ　ｙ）ｚｌ
とみなせる。従って、（６）式を逆フーリエ変換して得
られる結果は、次式となる。

Ｆ−１（Ｓ　（ａ、ｔ　ｔｙｔΔτＬ））（４）式より
最終的に次式が得られる。

Ｆ−”　（Ｓ　（Ｇ、、　ｔｙｔΔて、））＝Σρｈ（
Ｘ＋）’ｋ）ｅＸＰ（Ｊγ（Ｅ（ｘ、ｙ）＋ｃｒｈ）Δ
ｔ、）ｅ””二Σｐ　ｈ　（ｘ　ｔ　ｙ　）ｅｘｐ（−
ｊγ（Ｅ　（Ｘ　、）’）＋　６　ｍ）　ＩＪ　τＪ　
ｅＪ′’・・（１０）ここで１　”　（ｘ　ｐ　ｙ　）
　／　ａ、＋　　　１は十分に小Ｇ。

さいと仮定している。

Ｅ　（ｘ＋　ｙ）＊　σ、は他の手段により知ることが
でき、またΔτ、は測定時に設定するパラメータである
。従って、ｅｘｐ（ｊγＥ　（ｘｔ　ｙ）　　Δτ１）
は計算あるいは測定により求まるので、それを（１０）
式にかけると。

Ｐ（Ｇ−ｔｔｙ、Ａτ、） ＝Σρｈ（ｘｐｙ）ｅｘｐ（−ｊγａｈ　Ａ　ｔｔ）ｅ
ｘｐ（ｊθＪ　　　・（１１）（１１）式はこのままで
は分かりにくいので、ケミカルシフトが３本の場合につ
いて次に書き下す。

ｐ（ａ−ｓｔｙｓΔτ、） ＝　（ρｚ（ｘｐｙ）ｅｘｐ（−ｊ　ｙ　ａｘ　Ａ　ｔ
ｍ）＋ρｚ（ｘｐｙ）ｅｘｐ（−ｊγσ２Δτ１）＋ρ
５（ｘｔｙ）ｅｘｐ（−ｊγσ３Δτｍ））ｅｘｐ（ｊ
θｍ）−ｃｌｚ）ここで、Δτ、として次の条件を設定
する。

γ（σ１−σ４．．）Δτ１＝ａ、π　　・・・（１３
）（１３）式を（１２）式に代入すると Ｐ（Ｇ、、　ｔｙｔ　Ａτ、） ＝（ρｚ（ｘｙｙ）ｅｘｐ（ａ　ａｍπ）＋ρｚ（ｘｐ
ｙ）ｅｘｐ（−ｊａａπ）σ１ ＋ρｚ（ｘｐｙ）ｅｘｐ（−ｊ二ａｔπ））ｅｘｐ（ｊ
　Ｌ）σ１ Δτ１　　　　　　　　　Δで２ ・ｅｘｐ（ｊγσ、Δｖ、）ｅｘｐ（ｊθ、）　　　　
　　　　　−（１４）（１４）式において、Δτ１をケ
ミカルシフトの数だけ変化させて測定することにより、
３つの方程式が得“られるので、それらを連立させて解
けば、ρ１．ρ２．ρ、を求めることができる。しかし
、（１５）式においてｅｘｐ（−ｊ　ｙ　ａ、Ａ　τｔ
）ｅｘｐ（ｊθ１）は装置の設定条件で異なり、特にｅ
ｘｐ（ｊθ１）はＱの値で変化することがある。従って
、このままでは（１５）式を解くことは特殊な場合に限
られてしまう、しかし、この位相項が簡単に求められる
方法を発見したので、以下に述べる。

測定においてはケミカルシフトの位置および数は知られ
ているのであるから、まず基準とするケミカルシフトに
対応する共鳴周波数のみを有する物質を用意し、それを
イメージングする時に、視野内に置く。（１４）式のρ
、がこれに対応するものとする。この時得られる画像に
おいて、基準物質の位相が常に一定値になるように像再
構成時に位相補正を行なう、なお、特別な場合として検
査対象の一部の成分がすでに知られており、そのケミカ
ルシフトが基準試料と同一とみなせる場合には、前記基
準試料のかわりに前記部位を用いることも可能である。

これは画像に５ｘｐ（ｊγσ１Δτ１）ｅｘｐ（−ｊθ
、）を掛けることに相当する６例えばｅｘｐ（ｊγσ１
ΔτＡＪθ、）＝１となるように位相補正すれば、ρ１
の係数は３つの０に対し常に１となり、（１４）式を解
くことができる。

〔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０図において、１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
。薫た、８．９および１ｏ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８，９，１．０を駆動す
る電源部である。

計算機１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
り、受信された信号成分は増幅器５を通り検波器６で検
波後、計算機１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
置（以下、「メモリ」という）である、メモリ１９には
、　（１０）式で示されるＦ−’　（Ｓ　（Ｇオ、ｔア
、Δτ、）が格納されており、メモリ２０には静磁場の
不均−Ｅ　（ｘ。

ｙ）、ケミカルシフトσ、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）　−１７ｍ　をロー
ドし、ｅｘｐ　（ｊ　ｙＥ　（ｘ、　ｙ）　　Δτ４）
　を計算した後、メモリ１９よりＦ”’　（Ｓ（Ｇ□　
ｔｙ＋　　Δで、））をロードし、（１１）式のＰ　（
Ｇ、、ｔ、、　　Δτ１）を計算する。この結果は再び
メモリ１９に格納される。（１１）式を計算する時に、
第３図に示す高周波コイル４内に設置された基準物質２
１の位相が常に一定値となるように補正も同時に行なう
。こうして得られた複数の画像を計算機にロードし。

対応する画素間で連立方程式を解き、（１１）式のρ、
を求め、再びメモリ１９に格納する。この結果は必要に
応じてディスプレイ７に表示することができる。

〔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りおよび
装置固有の位相オフセットを各点ごとに補正するように
したので、ケミカルシフト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装置の概略構成
を示す図であり、第３図は位相オフセット補正に用いる
基準物質の設（ｎを示す図である。 茗　１　図 Ｙ　Ｚ　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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気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
   が、１８０°高周波パルスとエコー信号との間隔と異な
   るよう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過程で、信号検出手
   段の一部である高周波コイルの近傍に設けた基準試料あ
   るいは検査査象の一部の位相から、装置固有の位相オフ
   セットを検出し、正確なケミカルシフト像を求める如く
   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。 ２、前記基準試料として、検査対象の有するケミカルシ
   フトのうちのいずれか１本に対応する共鳴周波数を有す
   る物質を選んだことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の核磁気共鳴を用いた検査装置。