JPS62266043A - 核磁気共鳴映像法 - 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］ この発明は、核磁気共鳴映像法に関し、特に化学シフト
アーチファクトと呼ばれる周波数エンコード方向に生じ
る線状の偽像を、画質を損なうことなく除去できる核磁
気共鳴映像法に関するものである。

［従来の技術］ 第３図は、例えばエイ・ジェイムズ（Ａ　、　、１　ａ
ｍｅｓ）等がアメリカン・ジャーナル・オブ・ラジオロ
ジイ（Ａ　ｍｅｒｉｃａｎ　Ｊ　ｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　
Ｒａｄｉｏｌｏｇｙ）の１９８２年第１３８巻、第２０
６頁に発表したものを簡略化した、一般的な核磁気共鳴
画像装置を一部側面図で示すブロック図である。

図において、（１）は磁石、（２）は磁石（１）の静磁
場中に横たえられた物体としての人体、（３）は人体（
２）の回りに巻かれた高周波コイル、（４）は高周波コ
イル（３）に電磁波を送信し目、っ人体（２）からの電
磁波を受信するための送受信器、（５）は磁石（１）と
高周波コイル（３）との間にあって複数対からなる傾斜
磁場コイル、（６）は傾斜磁場コイル（５）のための傾
斜磁場コイル用電椋、（７）は傾斜磁場コイル用電源（
６）及び送受信器（４）を制御する制御回路、（８）は
制御回路（７）と連結した計算機、（９）は計算機（８
）に連結された画像表示器である。

従来の核磁気共鳴画像装置は」二環のように構成され、
以下のように画像を得るようになっている。

まず、磁石（１）によって人体（２）に均一な静磁場を
力筒Ｊ、人体（２）内の特定の原子核にそのゼーマンエ
ネルギに一致する電磁波を送受信器（４）の送信部から
高周波コイル（３）を通して照射する。

この電磁波により、人体（２）内の特定の原子核は基底
状態から励起状態への共鳴的遷移を起こす。

そして電磁波の照射を止ぬ、人体（２）内の原子核から
放出される電磁波を、高周波コイル（３）を通して送受
信器（４）の受信部で検出する。送受信器（４）には受
信用のＡＤ変換器が内蔵されており、所定のサンプリン
グ周波数に従って高周波コイル（３）からの磁気共鳴信
号を受信している。このとき、傾斜磁場コイル（５）で
静磁場に勾配をつけることにより、人体（２）のどの位
置からの信号であるかを判別する。

一方、計算機（８）は制御回路（７）を介して、傾斜磁
場コイル（５）に電流を供給するための傾斜磁場コイル
用電源（６）及び送受信器（４）を制御し、高速フーリ
エ変換の結果得られた画像は画像表示器（９）に表示さ
れる。尚、フーリエ変換による核磁気共鳴映像法の詳細
については、例えば英国特許第２０７９９４６号明細書
に記載されているので、ここでは記述しない。

又、核磁気共鳴（Ｎ　Ｍ　Ｒ）とは、ある原子核を一様
な静磁場中においたとき、これらが磁場の強さに比例し
た周波数で磁場の印加方向を軸としてそのまわりを歳差
運動するという事実によるものである。この周波数はラ
ーモア周波数として知られており、 ωＧ：γＨ。

但し、γ：原子核の磁気回転比 Ｈａ：磁場の強さ により与えられる。つまり、ある特定の方向に沿って強
さが変化するような静磁場を印加すると、その方向の各
位置にある原子核は異なった周波数で歳差運動をするこ
とになる。従って、物体に傾斜磁場（ｇｒａｄｉｅｎｔ
　　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｆｉｅｌｄ）を印加し且つ同時
に十分な強さの高周波パルス磁場を印加すると、高周波
パルスと等しい周波数で歳差運動を行うスピンを有する
原子核のみを、９０°又は１８０°に亘って回転させ、
他の原子核からアイソレートさせることができる。

次に、第３図に示した核磁気共鳴画像装置を用いて物体
の映像を得るための、従来の核磁気共鳴映像法について
説明する。

第４図は例えばフィリップス・テクニカル・レビュー　
（Ｐｈｉｌｉｐｓ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｒｅｖｉｅｗ
）の第４１巻、第３号、第８３頁に記載された従来の核
磁気共鳴映像法を説明するためのパルスシーケンス図で
ある。

図において、ＧｘＳＧｙ、Ｇｚは互いに直交する３軸Ｘ
１Ｙ、Ｚ方向に連続的な静磁場即ち傾斜磁場であり、Ｚ
軸を物体の厚さ方向とする。ＲＰは高周波パルス、Ｓは
自由な核磁気誘導により映像信号を得るための受信信号
即ちスピンエコー信号である。又、例えばＧｚ＋ａ＋は
、「第ａ区間における傾斜磁場ＧｚＪを表わしている。

次に具体的なシーケンス動作について説明する。

第１区間− 物体に対し、傾斜磁場Ｇｚ”’と共に９０°高周波パル
スＲＰ”’を印加する。このとき、他の傾斜磁場Ｇｘ”
’及びＧｙＣｌ）は零である。従って、Ｚ方向の所定の
厚さの核スピンが、９０°高周波パルスＲＦ〔１）の周
波数に依存して励起される。この厚さは、９０゜高周波
パルスＲＦ”’の周波数、又は傾斜磁場Ｇｚ（Ｉ）の振
幅を変化させることにより変えることができる。

第２区間 傾斜磁場ＧｚＣ＊Ｉを零として、後述する第４区間にお
いてスピンエコー信号５（４）を得るため、補正用の傾
斜磁場Ｇｘｆ”ｌを印加する。これにより、Ｘ方向に沿
ってスピンがディフェーズされる（位相が乱される）。

同時に、Ｙ方向の位置情報を受信信号Ｓの位相情報とし
て付与するために、傾斜磁場Ｇｙｆ２＋を印加する。こ
れを位相エンコードと呼び、この位相エンコード量は傾
斜磁場Ｇｙｆ２１の時間積分値に等しい。

１ｙ致胛 傾斜磁場Ｇｘ・３〕及びＧｙ（３）を零に維持すると共
に、９０°高周波パルスＲＰ・１１の印加からτａ時間
経過後に、９０°高周波パルスＲＦ・Ｉ〕の２倍の振幅
を持つ１８０°高周波パルスＲＦ（ンを印加する。又、
同時に印加される傾斜磁場Ｇ　Ｚ　”　’により、スピ
ンはＺ方向に位相エンコードされ、この位相情報はＺ方
向の位置情報となる。このとき、傾斜磁場Ｇｚ・１）の
斜線部の面積と、傾斜磁場Ｑ　ｚ　＋　３１の左側斜線
部即ち１８０°高周波パルスＲＰＣ″”がピークになる
タイミングまでの面積との和は、傾斜磁場Ｇ　ｚ（”Ｉ
の右側斜線部の面積と等しい。

第１」廻匪 傾斜磁場Ｇｚ（’＋及びＧｙ〔４〕を零に維持すると共
に、周波数エンコード用の傾斜磁場Ｇ×・４・を印加し
ながらスピンエコー信号Ｓ（４〕　を受信する。このと
き印加される傾斜磁場ＧｘＣ′）の斜線部の面積は、傾
斜磁場ＧＸ”’の斜線部の面積と等しい。従って、傾斜
磁場Ｇｘ”によりディフェーズされたスピンは、スピン
エコー信号ＳＬ４・がピークとなるタイミングで零に補
正されて結像（リフェーズ）される。又、スピンエコー
信号５（４）がピークとなるタイミングは、１８０°高
周波パルスＲＦ（３）のピークから１８時間後である。

こうして、核磁気共鳴信号からなる受信信号Ｓがスピン
エコー信号５（４）として受信されるが、このとき傾斜
磁場ＧＸ・４・が印加されているため、スピンエコー信
号Ｓ　ｆ４＋は、Ｘ方向の位置情報を周波数情報として
持っている。

以下、第１区間〜第４区間を逐次的に繰り返し、複数個
のスピンエコー信号Ｓ　Ｌ’ｌを得るが、それぞれのシ
ーケンスにおいて第２区間のみが異なる。

即ち、各シーケンス毎に傾斜磁場Ｃｙ　＋２　）の時間
積分値を毎回変化させる。傾斜磁場Ｇｙの大きさは、第
１回目は実線、２回目以降は破線で示されている。例え
ば、これを１２８回繰り返して得られる１２８個のスピ
ンエコー信号５（４）に対して、二次元フーリエ変換を
行うことにより、画像を形成することができる。二次元
フーリエ変換の詳細については、上記文献に述へられて
いるので、ここでは省略する。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来の核磁気共鳴映像法は以上のように、選択できない
サンプリング周波数に従って、スピンエコー信号５（４
）を得ていたので、複数の化学シフトを有する核スピン
に対して画像化する際には、各スピンの共鳴周波数が微
妙に異なり、特に静磁場強度が１．５Ｔ（テスラ）以上
の高強度磁場において、化学シフトアーチファクトと呼
ばれる周波数エンコード方向（Ｘ方向）の線状偽像（画
像診断の１９８５年、第５巻、第１２号、第１１９６頁
参照）が生じるという問題点があった。又、これを防ぐ
ために傾斜磁場の強度を大きくすることは、装置の価格
が上昇すると共に画質が低下するという問題点があった
。

この発明は」−記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、画質を損なうことなく化学シフトアーチフ
ァクトを除去できる核磁気共鳴映像法を得ることを目的
とする。

［問題点を解決するための手段］ この発明に係る核磁気共鳴映像法は、化学シフトｉが画
像」−で１画素の整数倍になるように受信信号（を離散
化する）サンプリンタ周波数を設定し、各化学シフトに
対する複数の画像を得て、各画像を周波数エンコード方
向に所定の画素分シフトしてから和演算し、核スピンの
密度像を得るようにしたものである。

［作用］ この発明においては、化学シフトによる共鳴周波数のず
れを、各化学シフト像の画像メモリ上で画素の移動を行
なって補正し、化学シフトアーチファクトのない高画質
の合成画像を得る。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の実施例による信号処理動作を示すフロー
ヂャート図である。

又、第２図はこの発明の詳細な説明するためのパルスシ
ーケンス図であり、電子通信学会の技術報告、ＭＢＥ８
５−９、第１３頁又はＭＢＥ８５−４４、第３３頁に記
載された、旧ＸＯＮ法と呼ばれる一般的なものであり、
図において、ＲＰＳＳ　、　Ｇ　ｘ、　Ｇ　ｙ及びＧｚ
は前述の従来例と同様のものである。

尚、この発明を実施する装置としては、第３図に示した
一般的な核磁気共鳴装置でよく、傾斜磁場コイル用電源
（６）及び送受信器（４）を制御するための計算器（８
）内のプログラムが変更されていればよい。従って、例
えば磁石（１）により物体の任意の断層面に対し垂直な
方向即ち２方向（厚さ方向）に沿って静磁場Ｈｏを与え
ると共に、適宜Ｘ１ＹＳＺ方向に傾斜磁場Ｇｘ、　Ｇｙ
、　Ｇｚを印加し、Ｚ軸に垂直なＸ軸（又はＹ軸）に沿
って高周波パルスを送受信している。

又、受信信号即ちスピンエコー信号Ｓとして、互いに９
０°位相の異なるｃｏｓ成分及びｓｉｎ成分の両方を受
信し、ＱＤ（Ｑｕａｄｒａｔｉｏｎ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏ
ｎ）法を用いて信号処理を行なっている。

この種の装置は、例えばジャーナル・オブ・フィジック
ス・イー・サイエンティフィック・インスツルメンツＵ
ｏｕｒｎａｒ　Ｏｆ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｅ　；Ｓ　ｃｉ
ｅｎｔｉｆｉｃＩ　ｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）、１９８０
年、第１３巻、第９４７〜９５５頁に、ニス・ハッチソ
ン（Ｓ、　Ｈｕｔｃｈｓｏｎ）等によって、［全身ＮＭ
Ｒ映像装置（Ａ　　Ｗｈｏｌｅ−ｂｏｄｙ　　ＮＭＲｉ
ｍａｇｉｎｇｍａｔｃｈｎｅｔ）　ｊとして詳しく記載
されている。

次に、第１図〜第３図を参照しながら、この発明の一実
施例の動作について説明する。

第４区間で得られるスピンエコー信号Ｓ（４・は、計算
機（８）に入力されるときにサンプリングされ、離散的
なＮ個のデータとなる。このときのサンプリング周波数
をＦとすると、フーリエ変換後の周波数データの周波数
きざみ幅はＦ／Ｎとなる。即ち、画像−にのデータとし
て周波数エンコード方向に隣接する画素間の周波数差は
Ｆ／Ｎである。

ここで、２本即ち第１及び第２の化学シフトを有する核
スピンに対して、第１の化学シフトの共鳴周波数をｆ３
、第２の化学シフトの共鳴周波数をｆ２として、 ｆＩ−ｆ２−に−Ｆ／Ｎ 但し、ｋ：整数 とすれば、各共鳴周波数の差（Ｔ、−ｆ２）を、周波数
エンコード方向に隣接する画素間の周波数差（Ｐ／Ｎ）
の整数倍にできる。従って、与えられた各共鳴周波数ｒ
１、ｆ２、サンプリング点数Ｎに対して、Ｐ−（Ｎ／ｋ
）・（ｆ、−ｆ２）　　　　　　’となるように、整数
ｋ及びサンプリング周波数Ｆを設定する（ステップＳｔ
）。

又、傾斜磁場Ｇ　ｘ、　Ｇ　ｚ、　Ｇ　ｙ、高周波パル
スＲＦ及び受信信号Ｓの各パルスの発生は前述のように
第１区間〜第４区間、・・・と続くが、第４図に示した
従来例と異なる点は、斜線部で示す傾斜磁場Ｇ　ｘ”’
の面積と傾斜磁場Ｇｘ・２・の面積と等しくなる時刻が
、Δτだけ遅らせていることである。ここで、Δτを例
えば、 Δτ−１／（４ｌｆ、−ｆＱ＋　） となるように選択すると、２つの異なる化学シフトを有
するスピン間に９０°の位相差が付与される。

又、Δτを」二式で得られる値の２倍にすると、２つの
化学シフトを有するスピン間に、１８０°の位相差が付
与される。この位相差をもとに、２つ（例えば水と脂肪
）の異なる物質のスピン密度画像を、各化学シフト像Ｐ
１、Ｐ２として得る（ステップＳ２）。

このステップＳ２は上記文献から公知なので、その詳細
な説明については省略する。

ところで化学シフト像Ｐ２は、化学シフト像Ｐ。

に対して共鳴周波数差（ｆ、　−Ｌ）に相当する画素数
だけ周波数エンコード方向（Ｘ方向）にシフトされてい
る。従って、これを補正するため、化学シフト像Ｐ２を
周波数エンコード方向の正の向きにに画素分だ【Ｊ画像
シフトし、補正された化学シフト像Ｐ２′　を得る（ス
テップＳ３）。

最後に、化学シフト像Ｐ、及び補正化学シフト像Ｐ２′
を、計算機（８）内の画像メモリ上で画素毎に和演算し
て合成画像を得る（ステップＳ４）。

このように、ステップＳ１においてサンプリング周波数
Ｆを設定することにより、各ステップＳ３及びＳ４にお
いて、プロトン全体の画像を構成するときに、相当する
画素分だけシフトしてから合成することができるので、
化学シフトアーチファクトのない画像が得られる。

尚、上記実施例では２つの化学シフトを持つ核スピンに
対して画像を得る方法について説明したか、３つ以−１
−の化学シフトを持っ核スピンの場合でも、２つずつの
化学シフトに対して上記と同様に実施し、これを繰り返
すことにより同等の効果か得られることは言うまでもな
い。

「発明の効果コ 以上のようにこの発明によれば、化学シフト量うく画像
上で１画素の整数倍になるように受信信号（を離散化す
る）サンプリング周波数を設定し、各化学シフトに対す
る複数の画像を得て、各画像を周波数エンコード方向に
所定の画素性シフｌ−してから和演算し、核スピンの密
度像を得るようにし、化学シフトによる共鳴周波数のず
れを、各化学シフト像の画像メモリ」−で画素の移動を
行なって補正し、傾斜磁場強度を大きくすることなく合
成画像を得るようにしたので、化学シフトアーチファク
トのない画像が高画質で実現できる核磁気共鳴映像法が
得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すフローチャート図、
第２図はこの発明の一実施例を説明するためのパルスシ
ーケンス図、第３図は一般的な核磁気共鳴画像装置を一
部側面図で示すブロック図、第４図は従来の核磁気共鳴
映像法を説明するためのパルスシーケンス図である。 ｆいｆ２・共鳴周波数　　　　ｋ・・・整数Ｓ・・・受
信信号　　　Ｆ・・・サンプリング周波数Ｐ＋、Ｐｐ・
・・化学シフト像 Ｐ２′　　・・補正化学シフト像 Ｓｌ・・・サンプリング周波数を設定するステップＳ２
・・・複数の化学シフト像を得るステップＳ３・・・補
正化学シフト像を得るステップＳ４・・・合成画像を得
るステップ 尚、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 ３；高周波コイル ４：送受信器 ５：傾斜磁場コイル 手続補正書（自発） 昭和６１’！’６．’２６　日

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の化学シフトを有する核スピンに対して画像
   を得る核磁気共鳴映像法において、化学シフト量が画像
   上で１画素の整数倍になるように受信信号を離散化する
   サンプリング周波数を設定し、前記各化学シフトに対す
   る複数の画像を得て、前記各画像を周波数エンコード方
   向に所定の画素分シフトしてから和演算し、前記核スピ
   ンの密度像を得るようにしたことを特徴とする核磁気共
   鳴映像法。
2. （２）異なる化学シフトを有する各核スピン間に、９０
   °の位相差を付与し、この位相差をもとに各化学シフト
   像を得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映像法。
3. （３）異なる化学シフトを有する各核スピン間に、１８
   ０°の位相差を付与し、この位相差をもとに各化学シフ
   ト像を得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映像法。