JPS62176441A - 核磁気共鳴断層撮影装置用スキヤンコントロ−ラ - 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層日影装置（以下ＮＭＲ−ＣＴと
いう）の勾配磁場及びＲＦパルス波形を制御する信号を
作るためのＮＭＲ−ＣＴ用ススキャンコントローラ関づ
る。

（従来の技術） 核磁気共鳴（以下ＮＭＲという）現象を用いて特定原子
核に注目した被検体の断層像を得るＮＭＲ−ＧＴは従来
から知られている。このＮＭＲ−ＣＴの原理の概要を簡
単に説明する。

原子核は磁気を帯び１＝回転している独楽と見ることが
できるが、それを例えば２＠方向の静ｔａＪＡＨｏの中
におくと、前記の原子核は次式で示１角速度ω０でＲ差
運動をする。これをラモアの歳差運動という。

ω０−γｌ」ｏ　　　但し、γ：核磁気回転比今、静磁
場のあるｌ軸に垂直な軸、例えばＸ軸に高周波コイルを
配置し、ｘｙ面内で回転する前記−の角周波数ω０の高
周波回転磁場を印加りると國気共鳴が起り、静磁場１・
１ｏのムとでぜ−マン分裂をしていＩζ原子核の集団は
共鳴条件を満足りる高周波磁場によって準位間の遷移を
生じ、エネルギ−準位の高い方の準位に遷移する。ここ
で、核磁気回転比γは原子核の種類によって異なるので
共鳴周波数によって当該原子核を特定することかできる
。史にその共鳴の強さを測定すれば、その原子核の存在
６を知ることができる。共鳴後緩和時間と呼ばれる時定
数で定まる時間の間に高いＱｌｉ位ｌ＼励起された原子
核は低い準位へ戻ってエネルギーの放射を行う。ＮＭＲ
の現客の観測には大きく分１って定常法とパルス法があ
って、前当は前述のように共鳴条件を満足する連続的に
加えられた高周波エネルギーが縦核磁気緩和時間Ｔ１を
通じて格子系に吸収されていく過程を検出するものであ
る。後者は横核磁気緩和時間Ｔ２に比べて十分短い時間
に断熱的に高周波パルスを印加し、その後に起こるスピ
ン系の運動を直接観測しようとするもので、現ｔＥＮ　
Ｍ　Ｒの技術は主としてこのパルス法に基づいている。

このパルス法について第２図を参照しながら説明する。

、ｉｉ、　３ａｉのように共鳴条件を満足する高周波パ
ルス（Ｈ＋　）を静磁場（７，軸）に垂直な（Ｘ軸）方
向に印加すると、第２図くイ）に示づように全磁気モー
メントＭは回転座標系でω′＝ＴＩ−１１の角周波数で
ｚｙ而面内回転を始める。今パルス幅を（０とするとｔ
−１ｏからの回転角はθ＝γｌｌ＋ｊｏであり、０−・
９０’となるようなｔｏを６つパルスを９０″パルスと
叶ぶ。この９０″パルス直後では磁気［−メントＭは第
２図（ロ）のようにｘｙ面をω０で回転していることに
なり、例えばＸ軸においたコイルに誘導起電力を生じる
。しかし、この信号は時間と共に減衰していくのひ、こ
の信号を自由誘導減衰信号（ＦＥＤ）と呼ぶ。ＦｆＤ信
号をフーリエ変換すれば周波数領域での信号が１ｑられ
る。次に第２図（ハ）に示すように９０°パルスからτ
時間後θ−１８０°になるようなパルス幅の第２のパル
ス＜１８０’パルス）を加えるとばらばらになっていた
磁気モーメントがτ萌聞役−ｙ方向で再び焦点を合せて
信号が観測される。

この信号をスピンエコー（ＳＥ）と呼んでいる。

このスピンエコーの強度を測定して所望の像を得ること
ができる。ＮＭＲの共鳴条件は シーγＨｏ　　／　２　π で与えられる。ここで、νは共鳴周波数、Ｈｏは静磁場
の強さである。従って共鳴周波数はＩａ場の強さに比例
することが分る。このため静Ｉｉ場に線形の１４１場勾
配を重畳させて、位置によって異なる強さの磁場を与え
、共鳴周波数を変化させて位置情報を１ｑるＮＭＲイメ
ージングの方法がある。この内スピンワーブ法について
説明する。この手法に用いる高周波磁場及び勾配磁場印
加のパルスシーケンスを第３図に示す。（イ）図におい
て、×。

ｙ、ｚ軸に夫々Ｇｘ　、Ｇｙ　、Ｇｚの磁場を与え、高
周波磁場をｚ軸に印加する状態を示している。

（ロ）図は夫々の磁場を印加するタイミングを示寸図で
ある。図においてＲＦは高周波の回転磁場で９０’パル
スと１８０°パルスをＸ軸に印加する。Ｇｘはｚ軸に印
加する固定の勾配ｖＡ場、Ｇｙはｚ軸に印加づる時間に
にっで振幅を変化させる勾配磁場、Ｇｚはｚ軸に印加す
る固定の勾配磁場である。信号は９０°パルス後の１：
ＩＤ信号と１８０”パルス後のＳＥ倍信号示している。

期間は各軸に与える勾配磁場の信号の時期を示すために
設けである。期間１において９０°パルスと勾装置１ｆ
ｌｊＪ２Ｇｚ＋によってＺ＝Ｑを中心とするｚ軸に垂直
な断層囮影におけるスライス面内のスピンが選択的に励
起される。期間２のＱｚ−はＱｚ＋によって乱れたスピ
ンの位相を元に戻すためのものである。期間２ではＧｙ
ｎも印加する。これはｙ方向の位置に比例してスピンの
位相をずらしてやる所謂ワーブと称せられる勾配磁場の
ためのもので、その強度は毎因明？シなるように制御さ
れる。期間３において１８０°パルスを与えて再び磁気
モーメントを１１σえ、その後に現われるＳ　Ｅ　（ｇ
　Ｈを観察する。

以上がＮＭＲ−ＣＴの原理であって特にスピンワーブ法
について説明した。前述の説明では各勾配磁場の信号等
はコイル設置の座標系による所謂マシン系といわれる直
交座標系を用いていたが、実際の診断においては診断部
位によって断層像の断層面（スライス而）を各種の角度
に設定づる必要がある。その状態を第４図に承り。第４
図（イ）はマシン系の×、ｙ、ｚ軸を夫々スライス軸、
ワープ軸、リード軸としてスライス信号Ｏ９，ワーブ信
号ＧＷ　、リード信号Ｇｔ＋を印加している状１ぷを示
しており、第４図（ロ）はｘ軸回りの回転をα、ｙ＠回
りの回転をβ、Ｚ軸回りの回転をγとする角度だけティ
ルトしてマシン系の３軸が新しい座標系であるスライス
軸Ｓ、ワープ軸Ｗ及びリード軸Ｒのスキャン系に変換さ
れた状態を示している。変換された各軸部らスライス軸
Ｓ、ワーブ＠Ｗ及びリード軸Ｒに印加するＧ５．Ｇｖ　
及びＧｋのパルスシーケンスを第５図に示す。第５図に
おいてその波形は第３図のＱｘ　、　ＧＶ　、　Ｇｚ　
カＧ＊、Ｇｙ、Ｇｓに置き換えられているだけである。

Ｎ　Ｍ　Ｒ−Ｃ−ｒ装置αでは３軸のコイルはマシン系
で配置されてＪ３す、ディル１−シた座標系の３軸に信
号を与えるためにマシン系の各軸に与える（ｇ　Ｑの合
成ベクトルがスキャン系の要求される３軸に与える（ｆ
ｆｉ　Ｑに合致−４る必要があり、各軸の回転角度から
ｘ、ｙ、ｚ軸に印加づる信号Ｇｘ　、　Ｇｙ　、　Ｇ２
を計Ｃ）で求めていた。

（発明が解決しようとする問題点） 前述のように座標軸を空間において自由にティルトさせ
て信号のベク］〜ル合成によりマシン系の３軸に与える
信号をスキャン系に変更するためには？！Ｊ雑で多数の
演口を必要としていた。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、その目的は
座標軸をティルトするための３軸の回転角度を入力する
と早い計算時間で、ティルトした新しい座標軸に所望の
勾配出力波形を与えることのできる、マシン系の３＋ｌ
ｌに印加する信号を計算し出力するＮＭＲ−ＣＴ用スス
キャンコントローラ実現することである。

（問題点を解決するための手段） 前記の問題点を解決する本発明は、核磁気共鳴断層ｌＩ
ｌ影装置の勾配磁場及びＲＦパルス波形を制御する信号
を作るためのＮＭＲ−ＣＴ用ススキャンコントローラお
いて、スキャン系座標で記述した３軸の波形源と、該波
形源とは独立に任意の角度に設定したスライス面に適用
するためにスキャン系３直交座標軸のマシン系３直交座
標軸に対づる回転角を格納する角ｒｆＩ信号メモリを備
え、前記波形源と、前記角度信号メモリからの信号によ
り装置に固定された直交座標軸Ｘ、Ｖ、Ｚに座標変換す
るハードウェアを有することを特徴とするものである。

く作用） スライス軸を任意の角度にティルトさせたスキャン系３
百交座標軸のマシン系３直交座標軸からの回転角の信号
と、前記スキャン系座標軸にちえる勾配磁場の波形の信
号とを受けてハード１クエアでマトリクス計算を行い、
マシン系座標軸に印加する勾配ｌａ場倍信号求める。

（実施例） 以下に図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

第１図は本発明の一実施例を示リブロック図である。図
においで、１は被検体の断層面に直交するスライス軸に
勺える仏ＺＧｓを格納するＧ　ｓ　（＝ｍｍツメモリ２
はワーブ軸に与える信号Ｇｗを格納りるＧＷ　メ［りで
、３はリード軸Ｒに与える（ｇ号ＧＲを格納するＧＲ信
信号モリである。Ｇｓ信信号メジ１．Ｇ、信号メモリ２
及びＧＲ信号メモリ３に格納されている勾配磁場信号は
座標軸が如何なる回転をしても第４図に示すＳ軸、Ｗ軸
及びＲ軸に印加する、回転によっては変化しむい信号で
ある。４は角度信号メモリで、第４図に示づようにαは
Ｘ軸からＲ軸への回転角、βはｙ軸からＷ軸、γはｚ軸
からＳ軸への回転角の角１ｑ信号を格納しており、上記
Ｇｓメモリ１．Ｇｕ　メモリ２゜ＧＲメモリ３及びｒｆ
ｔ度信号メモリ４でシーケンスメモリを構成している。

５ｔよ演亦器で前記各メモリからの信号を演ｃ）シてＸ
、Ｖ、Ｚの各軸に与える勾配磁場イエ号Ｇｘ　、ＧＶ　
、Ｇｚを求めるものである。

次に上記実施例の１ＰＩＪ作について第１図を用いて説
明する。スライス軸８．１ノーブ軸Ｗ及びリード軸Ｒに
与える信号の波形を人々Ｇｓ信号メ七り１゜Ｇｗ　信号
メモリ２及びＧＲ信目メしり３に格納する。そして被検
１本のスライス面の傾きに基づき、スライス軸Ｓ、ワー
ブ軸Ｗ及びリード軸ＲのＸ。

ｙ、Ｚ軸に対する回転角度、β、γを角度信号メモリ４
に格納する。これらのメモリから夫々の信号を逐次読出
し演算器５において演咋を行わせる。

座標軸変換に必要な計算は次の通りである。

・・・（′１） ここで上記マ［・リクスＰの第１項はＸ軸の回転、第２
項はｙ軸の回転、第３項はＺ軸の回転を表わづ項である
。

（１）式より ・・・（２） （１）、（２）式より Ｇｘ＝ ｃｏｓβ　ＣＯ３７ＧＲ−Ｃ０３Ｉ３　５ｉｒ１７Ｇ７
＋　　ｓｉｎβＧｓ Ｇｙ＝ （５ｉｎｃｚ　　ｓｉｎβ　ＣＯ３７＋　　Ｃ０３ｒｘ
　　５ｉｎ７　）　ＧＲ−（ｓｉｎα　ｓｉｎβ　５ｔ
ｎ７−　　ａｏｓａ　　ｃｏｓγ）　Ｇｗ−ｓｉｎα　
ｃｏｓ／３Ｇｓ Ｃ７，＝ −（ｃｏｓａ　　ｓｉｎβ　ｃｏｓ７−　５ｉｎ（Ｘｓ
ｉｎ７）　ＧＲ＋　（ｃｏｓａ　　ｓｉｎβ　５ｉｎ７
−＋−ｓｉｎαｃｏｓ７　）　Ｇｗ−）　　　ｃｏｓ’
ａ　　　ｃｏｓ　β　Ｇｓｓ算器５には（２）式のＰが
記憶させである。

スキャン開始に当ってスライス面設定情報である各軸回
転角度信号（α、β、γ）と、時刻と共に変化するスキ
ャン系で定義した磁気勾配信号（ＧＲ，ＧＷ、Ｒｓ）と
を夫々角度信号メモリ４とＧ１１１信号メモリ３．Ｇ、
信号メモリ２及びＧｇ？信号メモリ１に別々にゼットし
ておいてスキャン開始と同時にこれら６つのパラメータ
から（２）式の回転マトリクスＰの演口をリアルタイム
で行いつつ（３）式のマシン系の制御出力であるＧＸ＋
Ｇｙ、Ｇｚを出力する。前記の演算器５は回転マトリク
スＰ及び（３）式を演算°するための単能計痺機であっ
てＮＭＲ−ＣＴのＣＰＵである汎用計ｑ機で計算するの
に比し計算速度を早くすることができる。又、勾配出力
波形を例えば矩形波、半波の正弦波形等の波形セットと
して持っている場合に波形合成が自由にできる。

尚、本発明はここに挙げたものに限ることはなく、例え
ばスキャン開始の前に予めスライス軸のティル１−の吊
を定めて角度α、β、γによる正弦及び余弦を汎用のＣ
ＰＵに演咋させて、回転マトリクスＰの９個の要素を定
数メモリに格納してＪ３いて専用演算器に送って（３）
式を求める演陣をリアルタイムで行わせてもよい。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明によれば計算が早（
できてスライス軸の変更に即応できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
ＮＭＲ−ＣＴのパルス法の原理の説明図、第３図はＮＭ
Ｒ−ＣＴの磁場のパルスシーケンスを示す図、第４図は
スライス面とスキ１シン系座標軸及びマシン系座標軸の
関係を示す図で第５図はスキセン系座標軸に印加する磁
場のパルスシーケンスを示す図である。 １・・・Ｇｓ信同月メモリ　２・・・Ｇ　　（ｇ号メモ
リ３・・・ＧＲ信号メモリ　　４・・・角度信号メモリ
５・・・演粋器　　　　　　Ｓ・・・スライス軸Ｗ・・
・ワーブ軸　　　　　Ｒ・・・リード軸特許出願人　横
河メディカルシステム株式会社（イ） Ｓ； Ｗ： 図 （ロ） スライス軸 ワープ軸

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 核磁気共鳴断層撮影装置の勾配磁場及びＲＦパルス波形
   を制御する信号を作るための核磁気共鳴断層撮影装置用
   スキャンコントローラにおいて、スキャン系座標で記述
   した３軸の波形源と、該波形源とは独立に任意の角度に
   設定したスライス面に適用するためにスキャン系３直交
   座標軸のマシン系３直交座標軸に対する回転角を格納す
   る角度信号メモリを備え、前記波形源と、前記角度信号
   メモリからの信号により装置に固定された直交座標軸ｘ
   、ｙ、ｚに座標変換するハードウェアを有することを特
   徴とする核磁気共鳴断層撮影装置用スキャンコントロー
   ラ。