JPS63171546A - Ｎｍｒ流速映像法及び装置 - 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］ この発明は、ＮＭＲ現象を用いて流速例えば人体の血液
速度などを映像化する方法及び装置に関し、特にオフセ
ンタのスライス位置に対しても流速測定レンジが任意に
設定できるＮＭＲ流速映像法及び装置に関するものであ
る。

し従来の技術］ ＮＭＲ（核磁気共鳴）とは、ある原子核を一様な静磁場
中においたとき、これらの核スピンが磁場の強さＨｏに
比例した周波数ω０で磁場の印加方向を軸として歳差運
動するという事実によるものである。この周波数ω。は
ラーモア周波数として知られており、 ω０８γＨ。

但し、γ：原子核の磁気回転比 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（傾斜磁場）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、物体に傾斜磁場を印加
し且つ同時に十分な強さの高周波磁場パルスを印加する
と、この高周波磁場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
°に亘って倒れさせ、他の原子核からアイソレートさせ
ることができる。このとき用いられる、倒れ角が９０°
及び１８０゜の高周波磁場パルスをそれぞれ、９０＠パ
ルス、１８０”パルスと呼んでいる。

第４図は、例えばエイ・ジエイムズ（Ａ　、　Ｊ　ａｗ
ｅｓ）等がアメリカン・ジャーナル・オブ・ラジオロジ
イ（Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｒａｄ
ｉｏｌｏｇｙ）の１９８２年第１３８巻、第２０６頁に
発表したものを簡略化した、一般的なＮＭＲ映像装置を
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、横たえられた物体例えば人体、（３）は物体（
２）の回りに巻かれた高周波コイル、（４）は高周波コ
イル（３）に電磁波を送信し且つ物体（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）との間に配置された複数対からなる傾
斜磁場コイル、（６）は傾斜磁場コイル（５）を駆動す
る傾斜磁場コイル用電源、（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）に連結された計算機、（９）は計算
機（８）に連結された画像表示器である。

次に、第４図に示した一般的なＮＭＲ映像装置の動作つ
いて説明する。

まず、磁石（１）によって物体（２）に均一な静磁場を
印加し、物体（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、物体（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め、物体（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
号を受信する。

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、物体〈２）のどの位置からの信号である
かを判別する。実際は、傾斜磁場コイル（５）は、直交
する３軸Ｚ、ｘ及びＹ方向の傾斜磁場Ｇｚ、Ｇｘ及びＧ
ｙを発生させるための３対のコイルからなっており、Ｚ
方向を物体（２）の厚さ方向としている。

一方、計算１！（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映像を画像表示器（９）に表
示させる。尚、フーリエ変換によるＮＭＲ流速映像法の
詳細については、例えば英国特許第２０７９９４６号明
ｍ書に記載されているので、ここでは記述しない。

次に、第４図に示したＮＭＲ映像装置を用いた従来のＮ
ＭＲ流速映像法について説明する。

第５図は、例えば電子通信学会技術報告ＭＢＥ８５−６
３号の「位相情報を利用・したＮＭＲ血流イメージング
」（第１〜８頁）に記載された、従来のＮＭＲ流速映像
法を説明するためのパルスシーケンス図であり、ＲＦは
送受信器（４）から送信される高周波磁場パルス、Ｇ　
ｚ　、Ｇ　ｘ及びａｙは互いに直交する３軸Ｚ、ｘ及び
Ｙ方向に対応する第１〜第３の傾斜磁場、Ｓは送受信器
（４）により受信されるスピンエコー信号即ちＮＭＲ信
号である。

第５図の第１区間〜第５区間は、Ｚ方向に流れている核
スピンを映像化する場合に、流速測定レンジを任意に設
定可能な方法を示している。

第」」及帰− 物体（２）に対し、スライス用の第１の傾斜磁場Ｇｚ”
ゝ及び近似的な９０°パルスＲＦ　（ｌ　＋を印加し、
物体（２）のＺ方向の所定のスライス面内の核スピンを
９０”倒して励起させる。このとき、９０１パルスＲＦ
Ｌ１′のキャリア（搬送波）周波数をｆｏ（ラーモア周
波数）とし、９０＠パルスＲＦ（１１のピーク位置から
傾斜磁場Ｇｚ”ゝの印加終了までの時間をｔｌとする。

第３」４朋− 第１区間とは逆極性の第１の傾斜磁場Ｇｚ”ゝを印加し
てＺ方向の位相乱れを補正すると共に、周波数変調用の
第２の傾斜磁場Ｇｘ”を印加する。

このとき、傾斜磁場Ｇｚ”のパルス幅をｔｌとし、第１
区間の傾斜磁場Ｇｚ”’とのパルス間隔をｔ２とする。

第３」冒ｌ 第１区間とは逆極性の第１の傾斜磁場Ｇｚ”及び近似的
な１８０＃パルスＲＦＣ３′を印加する。このとき、１
８０°パルスＲＦｔ３）のキャリア周波数をｆｏ、又、
そのパルス幅を２ｔｓとすると、Ｚ方向に速度Ｖ（ｘ、
ｙ）で流れている核スピンも二対する位相回転量θ＜ｘ
、ｙ）は、 θ（ｘ、ｙ）＝Ｇｚγｏｖ（ｘ、ｙ）（ｔ＋ｔｉ−ｔ２
”）　　−・・■で表わされる。即ち、傾斜磁場Ｇｚ”
の極性を反転することにより、位相回転量θ（ｘ、ｙ）
の上限が抑制されて流速測定レンジの上限は高くなる。

又、各パルス幅ｔ１、ｔ２及びｔ３を任意に選択すれば
、速度Ｖ（に、ｙ）の測定レンジが変更できることにな
る。

４１ｉＬ 位相変調用の第３の傾斜磁場ａｙゝ４′を印加する。

このとき、傾斜磁場ＧＶ”ゝのパルス幅をｔ、とする。

Ｌｌ［Ｌ 第２の傾斜磁場Ｇｘ”を印加しながらＮＭＲ信号Ｓ＋ｓ
ゝを観測する。このＮＭＲ信号Ｓ’Ｓ’の強度は、傾斜
磁場Ｇｘ”）及びＧｘ”の各斜線部面積が一致した時点
でピークとなり、１８０°パルスＲＦ０１のピーク時か
らエコ一時間τ経過後となる。又、９０゜パルスＲＦ”
ゝと１８０°パルスＲＦ（３）との各ピーク間隔は、エ
コ一時間τと一致する。

以下、第１区間〜第５区間のシーケンスを第４の傾斜磁
場ＧＶ”ゝの強度を変化させながら例えば１２８回繰り
返し実行し、各繰り返しの間を回復期間（約０６１秒）
としている、こうして得られた１２８個のＮＭＲ信号５
（Ｓ）を二次元フーリエ変換することにより、所定のス
ライス内の核スピンのＸＹ平面上の密度分布を求めて物
体（２）の断面画像を得る０以上のシーケンスは予め計
算機（８）内のプログラムに格納されている。

尚、ここで得られるＮＭＲ信号Ｓ　（ｔ）は、５（ｔ）
＝ＳＳρ（ｘ、ｙ）・ ｅＸｐ［Ｎ７　（ＧｘＸｔ＋ＧｙＹｔ、）＋θ＋φｌ］
ｄｘｄｙ　・＝■で表わされ、ρ（ｘ、ｙ）はスピン密
度のＸＹ平面内の２次元分布、φは装置固有の位相オフ
セットである。■式から装置固有の位相オフセットφを
除去して２次元フーリエ変換すると、 Ｒ（ｘ、ｙ）＝　ｐ　（ｘ、ｙ）・ｅｘｐ［ｊθ（ｘ、
ｙ）］　　　−■が得られる。０式からＲ（ｘ、ｙ）の
位相θ（ｘ、ｙ）を求めることにより、例えば血流の速
度分布Ｖ（ｘ、ｙ）を映像化して得ることができる。

［発明が解決しようとする問題点コ 従来のＮＭＲ流速映像法及び装置は以上のように、９０
°パルスＲｐ　（１５及び１８０°パルスＲｐｌ）の各
キャリア周波数ｆ０が等しいため、常にラーモア周波数
ｆ、に対応したスライス内の流速分布しか得られず、マ
ルチスライス像などのオフセンタのスライス像に対して
流速分布を求めることができないという問題点があった
。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、オフセンタのスライス像に対しても、流速分
布が求められると共に測定レンジを拡大することのでき
るＮＭＲ流速映像法及び装置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ＮＭＲ流速映像法は、ラーモア周波数ｆ
０、スライス決定用オフセット周波数Δｆ及び任意の整
数ｎに対し、９０’パルスのキャリア周波数をｆ＠＋　
ｎΔｆとし、１８０′″パルスのキャリア周波数をｆｏ
　　ｎΔｆとしたものである。

又、この発明に係るＮＭＲ流速映像装置は、９０′″パ
ルス及び１８０°パルスのキャリア周波数を逐次変化さ
せるための制御手段を備え、この制御手段に高周波コイ
ルを駆動制御するための周波数切換手段を設けたもので
ある。

［作用コ この発明のＮＭＲ流速映像法においては、１８０゜パル
スと共に印加されるスライス選択用の第１の傾斜磁場の
極性を、９０°パルス印加時の極性と逆にすると共に、
各高周波磁場パルス用のキャリア周波数を、ラーモア周
波数からそれぞれスライス決定用オフセット周波数を加
減して変化させる。

又、この発明のＮＭＲ流速映像装置においては、９０°
、１８０°パルスの各キャリア周波数をスライス決定用
オフセット周波数だけ逐次変化させる。

［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
図はこの発明によるＮＭＲ流速映像法の一実施例の信号
処理動作を示すパルスシーケンス図であり、ＲＦ　、Ｇ
ｚ、Ｇｘ、Ｇｙ、Ｓ　、ｔ、〜ｔ４及びτは前述と同様
のものである。

又、この発明によるＮＭＲ流速映像法を実施する装置と
しては、第４図に示した一般的なＮＭＲ映像装置でよく
、送受信器（４）の構成と、この送受信器（４）内のへ
〇変換器を制御し且つＮＭＲ信号Ｓを演算処理する計算
器（８）内のプログラムとが変更されていればよい。

第２図はこの発明のＮＭＲ流速映像法による励起領域と
磁場強度Ｂ（ｚ）との関係を示す説明図である。斜線部
はキャリア周波数がｆｏ＋ｎΔｆ（＋１は整数、Δｆは
スライス決定用オフセット周波数）の９０°パルスによ
り励起されるスライス面であり、このスライスの中心位
置は、オフセット周波数Δｆのｎ倍に対応した距離だけ
Ｚ方向にシフトしたオフセンタ位置Ｚ０となっている。

又、磁場強度Ｂ　（ｚ）の分布は、静磁場及び傾斜磁場
の強度をそれぞれＢｏ、ＧｚＺとすれば、 Ｂ　（ｚ）＝　Ｂ　ｏ＋　ＧｚＺ で表わされる。

第３図はこの発明のＮＭＲ流速映像装置に用いられる制
御手段を示すブロック図である０図において、（２０）
は周波数制御入力端子（２１）を有する周波数シンセサ
イザであり、制御回路（７）からの制御信号（７ａ）が
周波数制御入力端子（２１）に印加されている。　（３
０）は変調器であり、制御回路（７）からの変調信号（
７ｂ）及び周波数シンセサイザ（２０）からの周波数信
号（２０ａ）に基づいて、高周波コイル（３）駆動用の
送信器（図示せず）に送信パルスＦを出力するようにな
っている。尚、周波数シンセサイザ（２０）、変調器（
３０）及び送信器は送受信器（４〉内に設けられている
。

次に、第１図〜第４図を参照しながら、この発明による
ＮＭＲ流速映像法及び装置の一実施例の動作について説
明する。

第１の傾斜磁場Ｇｚ”’の下で、９０°パルス１（Ｆｆ
ｌｌを印加する。このとき、制御回路（７）は、計算機
（８）からの指令により、９００パルスＲＦ（１１のキ
ャリア周波数をｆ　ｏ　＋　ｎΔｒとするような制御信
号（７ａ）を出力する０周波数シンセサイザ（２０）は
、制御信号（７ａ）に従ってＪ、）＋ｎΔｆの周波数信
号（２０ａ）を出力する。変調器（３０）は、周波数信
号（２０ａ）及び変調信号（７ｂ）を合成し、キャリア
周波数ｆ　ｏ　＋　ｎ　Ａ　ｆ　（ｎＪ、±１、±２、
・・・）の送信パルスＰを出力する。但し、オフセット
周波数Δｒは、オフセンタスライス決定用の周波数きざ
みを表わす、ここで、２　＝　２　、を中心とするスラ
イス面に対応する整数をｎＯ（ｉ）とすれば、ｒ０＋　
ｎｏΔｆ＝γ（Ｂｏ＋ＧｚＺ０）／２ｒ　　−■但し、
ｆ０＝γＢ０／２π ｎ０Δｆ　＝　７　Ｇ　ｚ　Ｚ　６　／　２　πとなる
。即ち、第２図に斜線部で示すように中心位置Ｚｏのス
ライス面が励起される。

ｌ１段ｌ 前述と同様に、極性の反転された第１の傾斜磁場Ｇｚ”
を印加する。

第］」４朋− 第１区間とは逆極性の第１の傾斜磁場Ｇｚ”ゝの下で、
１８０°パルスＲＦ（ｆｆｌを印加する。このとき、計
算１（８）からの指令により制御信号（７ａ）が変更さ
れ、周波数シンセサイザ（２０）はｆ、　−ｎΔｆの周
波数信号（２０ａ）を出力する。

ここで、もし１８０°パルスＲｐＨのキャリア周波数が
ｆｏ＋ｎｏΔｆｔ：りままだと、ｆｏ十ｎｏΔｆ＝γ［
Ｂ、＋（−Ｇ＝）Ｚ］／２ｇ＝γ（Ｂ　ｏ　　Ｇ　ｚ　
Ｚ　）　／　２　ｙｒとなる。従って、Ｚ：＝　Ｚｏを
中心とするスライス面が励起され、第１区間で励起され
たスライス中心Ｚ０と異なってしまう。

しかし、ここでキャリア周波数をｆ６−ｎＱΔｆとする
ことにより、 ｆ０−ｎｏΔｆ＝７［Ｂ＋＋　　（−Ｇｚ）Ｚｏ］／２
ｇ＝　ｙ　（Ｂ　ｏ＋　ＧｚＺ　ｏ）／　２ｇとなり、
第１区間と一致した２＝２．を中心とするスライス面が
励起される。

１１殴１ 周波数変調用の第２の傾斜磁場Ｇ　ｘ　”　’及び位相
変調用の第３の傾斜磁場ＧＶ”’を印加する。尚、ここ
で第２の傾斜磁場Ｇｘ”を印加することにより、Ｘ方向
の流れ（例えば血流）の影響を小さくすることができる
。

ｉＡｌ 前述と同様に、第４区間とは逆極性の第２の傾斜磁場Ｇ
ｘ”’を印加することにより、ＮＭＲ信号８３５′を観
測する。このとき、傾斜磁場Ｇｘ”ゝ及びＧｘ”の各斜
線部の面積は等しい、又、周波数信号（２０ａ）はｆｏ
ｎｏΔｆからｆｏに切換設定されるが、周波数シンセサ
イザ（２０）は位相再現性を有しているので、周波数を
切換えてもＮＭＲ信号５１５７に位相ゆらぎが混入する
ことはない。

以下、第１〜第５区間からなる一連のシーケンスを、第
３の傾斜磁場Ｇｙ”ゝを変化させながら繰り返し実行し
、流速分布Ｖ（ｘ、ｙ）の画像化を行う。

尚、上記実施例では制御信号（）ａ）により周波数信号
（２０ａ）を切換えたが、周波数シンセサイザ（２０）
内のメモリによりプログラム制御してもよい。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、９０ｍパルスのキャリ
ア周波数をｆｏ＋ｎΔｆとし、１８００パルスのキャリ
ア周波数をＬ−ｎΔｆとしたので、オフセンタのスライ
ス位置に対しても流速分布が求められると共に測定レン
ジを拡大することのできるＮＭＲ流速流速映像−られる
効果がある。

又、この発明によれば、９０＠パルス及び１８０′パル
スのキャリア周波数を逐次変化させるための制御手段を
備え、この制御手段に高周波コイルを駆動制御するため
の周波数切換手段を設けたので、オフセンタのスライス
位置に対しても流速分布が求められると共に測定レンジ
を拡大することのできるＮＭＲ流速映像装置が得られる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のＮＭＲ流速流速映像−実施例を説明
するためのパルスシーケンス図、第２図は第１図の映像
法により励起されるスライスと磁場強度との関係を示す
説明図、第３図はこの発明のＮＭＲ流速映像装置に用い
られる制御手段の一実施例を示すブロック図、第４図は
一般的なＮＭＲ映像装置を示すブロック図、第５図は従
来のＮＭＲ流速流速映像−明するためのパルスシーケン
ス図である。 （１）・・・磁石　　　　　　（２）・・・物体（３）
・・・高周波コイル　　（５）・・・傾斜磁場コイル（
２０）・・・周波数シンセサイザ （２０ｍ）・・・周波数信号　　Ｐ・・・送信パルスＧ
ｚ・・・第１の傾斜磁場　Ｇｘ・・・第２の傾斜磁場Ｇ
ｙ・・・第３の傾斜磁場　ＲＦ（＋１・・・９０＠）ｔ
ルスＲｐ（３１・・・１８００パルス　　５３５１・・
・ＮＭＲ信号信号図中、同一符号は同−又は相当部分を
示す。 兇１図 晃２図 晃３図 ｎ Ｐ・−送信パルス ５゛１頃夕Ｉ跋場コイル

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）静磁場中の物体に第１の傾斜磁場及び近似的な９
   ０°パルスを印加して、前記物体の所定のスライス内の
   核スピンを励起させる第１区間と、この第１区間とは逆
   極性の第１の傾斜磁場を印加して位相乱れを補正する第
   ２区間と、前記第１区間とは逆極性の第１の傾斜磁場及
   び近似的な１８０°パルスを印加する第３区間と、位相
   変調用の第３の傾斜磁場を印加する第４区間と、周波数
   変調用の第２の傾斜磁場を印加して前記スライスからの
   ＮＭＲ信号を観測する第５区間とからなる一連のシーケ
   ンスを、前記第３の傾斜磁場を変えながら繰り返すこと
   により前記スライス内の流速分布を映像化するＮＭＲ流
   速映像法において、ラーモア周波数ｆ＿０、スライス決
   定用オフセット周波数Δｆ及び任意の整数ｎに対し、前
   記９０°パルスのキャリア周波数をｆ＿０＋ｎΔｆとし
   、前記１８０°パルスのキャリア周波数をｆ＿０−ｎΔ
   ｆとしたことを特徴とするＮＭＲ流速映像法。
2. （２）第４区間において第３の傾斜磁場及び周波数変調
   用の第２の傾斜磁場を印加し、第５区間において前記第
   ４区間とは逆極性の第２の傾斜磁場を印加することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載のＮＭＲ流速映像法
   。
3. （３）物体に連続的な静磁場を印加する磁石と、互いに
   直交する３方向の傾斜磁場を発生する第１乃至第３の傾
   斜磁場コイルと、９０°パルス及び１８０°パルスを発
   生し且つ前記物体からのＮＭＲ信号を受信する高周波コ
   イルとを備えたＮＭＲ流速映像装置において、前記９０
   °パルス及び前記１８０°パルスのキャリア周波数を逐
   次変化させるための制御手段を設け、この制御手段は、
   前記高周波コイルを駆動制御するための周波数切換手段
   を含むことを特徴とするＮＭＲ流速映像装置。
4. （４）周波数切換手段は、ラーモア周波数ｆ＿０、スラ
   イス決定用オフセット周波数Δに及び任意の整数ｎに対
   し、９０°パルスのキャリア周波数をｆ＿０＋ｎΔｆと
   し且つ１８０°パルスのキャリア周波数をｆ＿０−ｎΔ
   ｆとするような周波数信号を出力する周波数シンセサイ
   ザを含むことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の
   ＮＭＲ流速映像装置。
5. （５）周波数切換手段は、周波数シンセサイザからの周
   波数信号を変調して送信パルスを出力する変調器を含む
   ことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載のＮＭＲ映
   像装置。
6. （６）周波数シンセサイザは、周波数切換後の復帰時に
   位相再現性を有することを特徴とする特許請求の範囲第
   ４項又は第５項記載のＮＭＲ流速映像装置。