JPS63230156A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は核磁気共鳴（以下、ｒＮＭＲＪという）を用い
た検査方法および装置に係り、特に磁石の発生する静磁
場の経時変化を補正するのに好適なＮＭＲを用いた検査
方法に関する。

〔従来の技術〕

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＠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
に対応させて分解・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装置の情報を
得る方法がある。

その基本原理については、（ジャーナル・オブーｖグネ
チック・レゾナンス（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍａｇｎ
ｅｔｉｃＲｅｓｏｎａｎｃｅ）誌、第１８巻（１９７５
）、第６９〜８３頁）にあるいは、フィジックス・イン
・メゾシン・アンド・バイオロジー（Ｐｈｙｓｉｃｓ　
ｉｎ阿ｅｄｉｃｉｎｓ　＆　Ｂｉｏｌｏｇｙ）誌、第２
５巻（１９８０）、第７５１〜７５６真に記載されてい
るのでここでは省略する。

このようなイメージングの１方法として、化学シフ１−
イメージングがある。化学シフ１へとは、同一の核種で
あっても各スピンの感し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」−での位置に応じて変化する現象である。化学シフ
１−は被測定体の分子’ｐＹｔ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。化学シフト量を
イメージングする方法としては、これまで（ａ、）マウ
ズレイ（Ｍａｕｄｓｌｏｙ）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
テインク・レゾナンス、第５１−巻、第１４７頁（１９
８３））　。

（ｂ）ディクソン（１）ｊ、ｘｏｎ）により提案された
方法（ラジオグラフィ（Ｒａｄｉｏｌｏｇ、ｙ　）　を
第１５３巻。

第１８９頁（１９８４））などが代表例としてあげられ
る。

さて、化学シフトによる共鳴周波数の変化量は数ｐｐｍ
〜数１０ｐｐｍ程度である。従って、化学シフトイメー
ジングを行うためには、装置の安定性が前記値に比べて
無視できる程小さくなければならない。

Ｎ　Ｍ、　Ｒにおいては、高周波磁場、静磁場、傾斜磁
場の３種類の磁場を用いるが、そのうち、高周波磁場の
周波数安定性は極めて高く、１０−１０８度（１万分の
１　ｐｐｍ）が容易に達成できる。また。

傾斜磁場に関しても、その傾きの変動は０．１　　％程
度あり、画像の位置ずれあるいはアーチファクト増大の
原因となるが、化学シフトイメージングにおいては特に
問題とならない。

最も重大な影響を及ぼすのが静磁場の安定性である。イ
メージングで用いられる磁石には超伝導磁石、常伝導磁
石、永久磁石がある。後者の２つは周囲の温度によりイ
メージング期間でも数ｐｐｍ程度磁場強度が変化し、化
学シフトイメージングには用いることができない。一方
、前者の超伝導磁石は一般に極めて安定性が高いとされ
ているが。

ツレでも０　、１　ｐｐｍ／　ｈ　ｒ　程度で減衰する
。これは主に超伝導線の接続部の有する抵抗によるもの
で、特にイメージングで用いる線材の場合、クエンチン
グを防止するためマルチフィラメント摺成が用いられて
おり、分析用Ｎ　Ｍ　Ｒ装置の場合に比べその抵抗値は
高い。従って、このような磁石を用いると、１力月に’
／　２　ｐｐｍ　ＨＡ度の８１場変動が生じる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術では、このような磁場変動は被検者の計測
毎に補正していた。しかし、化学シフトイメージングの
１つの方法では、基準試料により静磁場の空間的な不均
一を補正する必要があり、被検体とは別にこの基準試料
による計測も必要である。この場合、基準試料の計測時
の静磁場強度と、被検体の計測時の静磁場強度が異なれ
ば、オフセット位相誤差となる（特願昭６０−１．８９
６５２）。

また、化学シフトイメージングの他の方法では、特定の
化学シフトを有するスピンだけを予め選択的に励起する
ことが行なわれる。この場合にも、静磁場の正確な値が
分らなければ、特定の化学シフトだけを励起することが
できない。（ジエイ・フラーム他、ラジオロジー、（９
丁、ＦｒＦ？ｈｍ　ｅｔ　ａｌ　。

Ｒａｄｉｏｌｏｇｙ）１５６，４４１−４４４（１９８
５）　　参照） 本発明の目的は、前記オフセット位相誤差の補正あるい
は選択励起用高周波磁場の周波数誤差を補正することに
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

ヒ記目的は、超伝導磁石の磁場強度が１４１．調に）賊
衰することを利用し、この減衰率を予め計測しておき、
この値を用いて将来の磁場強度を推定することにより達
成される３ 〔作用〕 超伝導磁石の磁場強度は多くの場合次式で表わＨ（ｔ）
＝Ｈｏａ　　　　　　　　　　　＝１１）ここで、Ｉ−
（（ｔ、）は時刻しにおける磁場強度、Ｈａは時刻ｔの
原点における磁場強度、ｔｏは時定数である６（１）式
において、２つの時刻ｔｉ　とｔ２における磁場強度が
分かれば、Ｈｏ、ｔｏ　を求めることができる。すなわ
ち、 −ｔ、／ｌ。

Ｈ（ｔｚ）＝Ｈｏｅ　　　　　　　　　　　　　・−（
ｚ）−ｔ２／ｌ。

Ｈ（ｔ　２）　　＝＝　Ｈｏ　ｅ　　　　　　　　　　
　　　　　□・・（３）が成立するもので、これらの式
から次式を得る。

１１−１゜ Ｈｏ＝Ｈ（ｔｌ）ｅ　　　　　　　　　　　　・・（５
）一般には、ｔｌを原点に選ぶのが便利である。

この場合、次式が成立する。

このｔｏを（１）式に代入すると、結局、任意の時刻ｔ
における磁場強度は次式で与えられる。

ｔ　Ｑ　ｎ（Ｈ（０）／Ｈ（ｔｚ）　）Ｈ（ｔ）　＝　
Ｈ（０）　ｅ　　　　　　　　　　　　・＝　（７）次
に、時刻ｔ、、ｔｚにおける磁場強度の求め方について
述べる。磁場強度をｐｐ＋ｍオーダーの精度で計測する
には、ＮＭＲを利用するのがこの場合最も都合がよい。

すなわち、傾斜磁場を印加しない状態で中心部近辺に置
かれた試料からのＮＭＲ信号を計測し、それをフーリニ
変換すると第２図に示すスペクトルが得られる。スペク
トルの中心周波数ｉｏは静磁場と次式の関係式で結ばれ
る。

ｆｏ＝　　　　Ｈ・・・（８） ２π ここで、γは核磁気口伝比であり、スピンに固有の値で
ある。従って、ｉｏを計測することにより（８）式から
Ｈが求まることになる。ｆｏの値は。

信号の検波に用いる参照波の周波数とスペクトルの帯域
により高精度で求めることができる。

以上述べたように、少なくとも２つの時刻における磁場
強度を計測すれば、将来の磁場強度を予測できる。さて
、このようにして求めた磁場強度の値を用いて化学シフ
トイメージングにおける位相誤差あるいは選択励起用高
周波磁場の周波数誤差を補正する方法について述べる。

まず前者の場合について説明する。基準試料像をＳ、（
ｘｔ　ｙ）＋被検体像をＳｃ　（ｘｔ　ｙ）とすると次
式が成立する。

５ｒ（ｘｖｙ）＝　（ρ１（ｘｖｙ）ｅｘｐ（−ｊｙσ
ｔ’　ｔ）＋ρｚ（Ｘ　ｌ　ｙ　）ｅｘｐ（＝γσ２′
τ））　Ｘｅｘｐ（ｊθｒ）・・・（９） Ｓｃ（ｘｌ　ｙ）＝　ｐ　１（ｘｌ　ｙ）ｅｘｐ（−ｊ
ｙ　ａ　ｔ　τ）ｅｘｐ（ｊθｃ）　　　−Ｑｏ）ここ
で、化学シフトの数は２本とし、その密度分布をρｔ（
ｘ、ｔｙＬ　ρｚ（ｘ＋ｙＬ装置固有のオフセット位相
を各々Ｏｒ　、　Ｏｃとしている。また。

基準試料としては、被検者の有する化学シフトの１つに
等しい共鳴周波数を有する物質を選んでいる。いまそれ
をσ１とし、被検体の化学シフトをσ１′、σ２′とし
ている。σ１′、σ２′はこれまで述べたように、基準
試料の計測と被検体の計測とで静磁場の値が変化するこ
とにより１時間とともに変化する値である。すなわち。

σ１′−σ２′＝ΔＨ゛（］］、） ａ　ｓ’　−（１２’　＝ｃｏｎｓｔ　　　　　　　　
　−（１２）が成立する。ここで、ΔＨは両者の磁場強
度差である。また、では２つの化学シフトを分離するた
めに、パルスシーケンスに付与される時間のパラメータ
である。

（９）式と（１０）式から次式が成立する。

５ｃＳｒ傘／ＩＳ、１ ＝　（ρｘ（ｘ、ｙ）＋ρｚ（ｘ、ｙ）ｅｘｐ（−ｊｙ
で（σ２′−σ１′）〕ｘｅｘｐ（−ｊγτ（σ１−σ
１’）＋Ｊθｃ−Ｏｒ））・・・（１３）ここで、Ｓ　
ｒ　”はＳｒの複素共役を表わす。（１３）式において
、σ２′−σ１′は被検体だけの性質で決まり１通常γ
（σ２−σｌ′）＝π／２に設定される。また、θＣ−
θ、は装置固有のオフセット位相であり、これはτ＝０
の時の信号から求めることができる。結局、ｅｘｐ（ｊ
γτ（σ１−σ、’　））＝ｅｘｐ　（ｊγτΔＨ）が
オフセット位相として、静磁場に関係する量となる。こ
のΔＨを（７）式で述べた予測値から算出し、それから
ｅｘｐ（ｊγτΔＨ）を求めて（１３）式に掛合せると
、静磁場の変動を補正した像が得られることになる。

次に後者の選択励起用高周波磁場の周波数誤差を補正す
る方法について説明する。選択励起とは特定の周波数成
分を含むように変調した高周波磁場を印加し、特定の共
鳴周波数を有するスピンだけを励起することである。例
えば、第３図に示すようなスペクトルを有する物質には
２本のピークｊ１とＪ２が存在し、ｆｌに対応する像の
みを得たいとする。この時、第３図の点線に示す周波数
特性を有する高周波磁場で被検者を励起すると、ｆｘに
対応するスピンのみが励起され、ｆｚに対応するスピン
からは信号が生じない。従って、ｆｌに対応するスピン
の分布を映像化できる。しかし、このｆｚは静磁場に比
例しているため、静磁場が変動すればｆｌも変動する。

そのため、計測に先だってｆｌを計測することが必要で
ある。

そこで、先に述べたように磁場強度が予測できれば、被
検者の計測毎にｆｌを計測する手間が省けることになる
。なお、ΔＨは（７）式から求まるので、これを（８）
式に代入すれば周波数の補正量が求められる。

〔実施例〕

以下１本発明の実施例を図面に基づいて詳７Ｍ（Ｉに説
明する。第１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、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
ると同時に対象物質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は検波器である。また、８，
９および１０はそれぞれＺ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、１１，１２．１３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で翰幅され、上記コイル４を励
磁する。該コイル４は前述の如く熱漬コイルを兼ねてお
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。検査対物質体である人体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。

メモリ１９には（４）式および（５）式に示すｔ。

およびＨｏが格納されており、計算機１はこの値をメモ
リ１９からロードし、（７）式に示すＨ（ｔ）を計算す
る。次にこの値を用いて。

ｅｘｐ（−ｊγτΔＨ）を計算し、（１３）式に掛合せ
る。

得られた画像を表示すれば、静磁場の変動によるオフセ
ット位相を除去できる。

以上述べた処理フローを第４図に示す。なお。

図中点線で囲んだ部分はｊｌ＋ｊＺにおけるＨ（ｔ）を
計測し、それからｔｏとＨｏを求める前処理を示しであ
る。また自明のことであるが、ｔｏとＨＯを求めるため
に磁場強度を計測する点は、本発明において述べた２点
に限らず、３点以上の点を用いることもでき、その場合
には最小２乗法などを併用すればよい。さらに磁石の線
材によっては、磁場強度が（１）式で表わされるような
単一の指数関数ではないことも考えられる。この場合に
は計測点を多項式で近似し、それを用いて外挿すること
も可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、静磁場、傾斜ｍ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、静磁
場の変動により生じるオフセット位相誤差あるいは選択
励起用高周波磁場の周波数誤差を補正するようにしたの
で、化学シフト像を高精度で得るのに効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるＮＭＲイメージング装
置の構成図、第２図、第３図は本発明の詳細な説明する
ための信号波形図、第４図は画像処理の手順を示す処理
フロー図である。

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する核
   磁気共鳴を用いた検査装置において、静磁場の変動を予
   め計測した複数点の磁場強度から算出することにより、
   化学シフト像の計測に伴う位相誤差あるいは励起用高周
   波磁場の周波数誤差を補正することを特徴とする核磁気
   共鳴を用いた検査方法。