JPS6368150A - 核磁気共鳴を用いた検査方法 - 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〕 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
を高速で行なうことが可能゛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線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＠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・マグネテ
ィック・レゾナンス誌（Ｊ　、　Ｍａｇｎ　、　Ｒｅ５
ｏｎ　、　）第１８巻、第６９頁（１９７５年）に、あ
るいはフィジックス・イン・メデイシン・アンド・バイ
オロジーｉｉ　（Ｐｈｙｓ、　Ｍｅｄ、　ｋ　Ｂｉｏｌ
、　）第２５巻。

第７５１頁（１９８０年）に報告されている。

このようなイメージングの１方法として、ケミカルシブ
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３ケミカ
ルシフトは被測定体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（Ｍ
ａｕｄｓｌｅｙ）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・マグネティック・
レゾナンス誌、第５１巻、第１４７頁（１９８３年）、
（ｂ）ディクソン（Ｄｉｘｏｎ　）により提案された方
法（ラジオグラフィ誌（Ｒａｄｉｏｌｏｇｙ　）　ｙ第
１５３巻、第１８９頁（１９８４年））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Ｉ、×Ｍ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＝１２８とすればＬＸＭ回測定、３８４ド
ア：＋’ル、　１回の測定で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、Ｌ
ＸＭ回測定するために、４．６時間の測定時間を要する
ことになる。これに対しくｂ）の方法は、９０”　−ｔ
ｘ　−１８０”　−ｔｚ　（信号ｔｚ測）　ナルハルス
ジ−ケンスにおいて、ｔｚ＝ｔｚとｔｘ≠ｔ２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°倒す周波数磁場を表わしている。この方法は、
計測に要する時間が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
、ｔ１≠ｔｚ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差より
も大きくなる場合が生じる。これに対し、ディクソン（
Ｄｉｘｏｎ　）らは複素フーリエ変換後、実部と虚部の
２乗部の平方根すなわち絶対値を計算することにより、
静磁場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
かんによっては両者を区別できない場合が生じる。

また、Ｄｉｘｏｎ法では２本のケミカルシフトに対して
のみ適用可能であった。

〔発明が解決しようとする問題点３ 以上述べた如く、上記従来技術は、操作性の点について
配慮されておらず、臨床応用にあたっては、装置を取扱
う上で不便であった。

本発明は、このような欠点に鑑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、基準試
料なしにオフセット位相を自動的に除去することを可能
にした検査方法の提供を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、被検体の測定を始めろ前に、位相エンコー
ドおよびケミカルシフトによる位相量が零であるシーケ
ンスにより、予めオフセット位相だけを検出しておき、
この値を用いて再構成された画像からオフセット位相を
除去することにより達成される。

【作用〕

これについて、以下、若干の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０図においてＲＦ
は上記照射パルスを、ＧＫ、ＯＦ、およびＧ２はそれぞ
れｘ、ｙおよび２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Ｇ２を時間ｔ
２だけ印加する０次に９０”ＲＦパルスの中心から時間
ｔａが経過した時点でその中心がくるように１８０”Ｒ
Ｆパルスを照射する。

信号の観測はＧｙを印加しながら行なう、なお１８０＠
ＲＦパルスの中心からスピンエコーのピークまでの時間
をｔｂとすると通常のイメージングではｔａ”ｔｂとな
るように設定する。

しかし本発明ではｔ６　　ｔａ＝ｔｍ（一般に、ｔｌＩ
≠０）とおく。

また、Ｇ２においては９０”ＲＦパルスの後に反転区間
ｔｚａを設けているが、これは１８０′ＲＦパルスの後
に非反転区間ｔｚｂを設けても同じ効果が得られる。同
様にＧｙにおいては１８０“ＲＦパルスの後に反転区間
ｔ、ｙｂを設けているが。

これは９０°ＲＦパルスの後に非反転区間ｔｙａを設け
ても同様の効果が得られる。なお、ｔｚａとｔｚｂ、　
ｔｙａとｔｙ−の区間の傾斜磁場の積分値は等しくなけ
ればならない。

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Ｓ。

（Ｇ　Ｘ　？　ｔ　ｙ　）は、前記選択断面の核スピン
分布ρｋ　（ｘｓ　ｙ）との間に （Ｅ（ｘ、　ｙ）＋　ｐｈ）（ｔｘ＋ｔＪ））ａｘｐ（
ｊθＪｄｘｄｙ　　＋＋＋　（Ｄの関係がある。ただし
、ここでｎは分離すべきケミカルシフトの数、ｐｋ（ｘ
ｐｙ）とｐｋはに番目のケミカルシフトの密度および周
波数シフト量。

γは核磁気回転比、Ｅ　（Ｘ？　ｙ）は静磁場不均一、
Ｏｌは装置に固有のオフセット位相である。ある条件の
もとで、（１）式のフーリエ変換は次式で与えられる。

ＰＩＩ（ｘ、ｙ）＝Σ　ｐｈ（ｘ、ｙ）ｅｘｐ（−ｊｙ
（Ｅ（ｘｓｙ）＋＋ｙＪｔＪｅｘｐ（ｊθ、）ｋ＝１ ・・・（２） 次に、静磁場不均一分布Ｅ　（Ｘ＋　ｙ）の除去法につ
いて述べる。これは、共鳴線が１本の物質を用いて行な
われる。すなわち、はぼ均質な密度を有する物質に対し
、被検体の測定と全く同じシーケンスでイメージングす
ると１次式で表わされる画像が得られる。

Ｍ（ｘ　ｖ　ｙ）＝　ｐ　ｈ（ｘｔ　ｙ）ｅｘｐ（−ｊ
ｙ　（Ｅ　（ｘ　ｔ　ｙ）十ｃｒｃ）　ｔ　Ｊｅｘｐ（
ｊ　Ｏ’　Ｊ・・・（３） ここで、ρｃＣ”＊　ｙ）ｔ　ρＣは基準物質の密度と
ケミカルシフトであり、θ、′　は装置に固有のオフセ
ット位相である。θ、′　は一般にθ、に等しくはない
、それは、被検体と基準物質とでは検出コイルに対する
電気的特性が異なるからである。

（３）式から次式が得られる。

５ｘｐ（ｊ　ｙ　（Ｅ　（ｘ　＋　ｙ）＋　σｃ）　ｔ
　Ｊｅｘｐ（−ｊθ’　ｍ）＝Ｍ＊（ｘｔｙ）／ｐｃ（
ｘｔｙ）＝Ｍ＊（ｘｔｙ）／　Ｉ　Ｍ（ｘ、ｙ）１・・
・（４） 二二で、傘は複素共役を示す、（２）式に（４）式を乗
すると、次式が得られる。

Ｑｓ（ｘ　ｔ　ｙ）＝ＰＪｘ＊　ｙ）Ｍｅ（ｘ　ｔ　ｙ
）／　ｌ　Ｍ（ｘ　＋　ｙ）！＝Σρｍ（ｘｗｙ）ｅｘ
ｐ（−ｊγ（σｈ、ｃｒｃ）ｔＪｅｘｐ（ｊ（θ、−〇
′、））ｋ＝１ ・・・（５） （５）式を解くためには、２つの指数関数項ｅｘｐ（−
ｊγ（（Ｆｉｔ（Ｆｃ）ｔｊとｅｘｐ（ｊ（θ、−θ′
、））とが分からなければならない。

ここで、 γ（ｃｒｍ＋ｚ−ｆｆｌ）ｔｍ＝ａｉ４　　ｇ　　　　
　＋＋　　（６）とおき、これを（５）式に代入すると
次式が得られる。

Ｕｍ（ｘｗｙ）＝（ρｚ（ｘ、ｙ）＋Σρｈ（Ｘｅ７）
６１Ｐ（−ｊａｋ−ｔｔｍ　π））Ｘｅｘρ（ｊ（θ、
−θ′、））　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　・・直フ）ここで、σＣ；σ１としているｅ
　ａｋ−１ｗｍはｔ、と測定対象核が決まれば自動的に
定まるが１問題は０ＩＩ−θ′、である。これは、場所
に依存しないのでオフセット位相と呼ぶが、従来まで、
この値は、被検体を測定する時に、視野内に含まれるよ
うな位置に小さな基準試料を置き、その値から決定して
いた。しかし、これでは、イメージング視野やイメージ
ング場所に応じて、再構成画面上でその位置が変化する
ため、これを検出する操作が必要であった。

本発明では、θヨとθ′１を被検体自身を用いて別々に
検出し、（７）式で表わされる再構成画像に５ｉｐ（−
ｊ（θ１−θ’　、））を掛は合わせるという補正を加
えることで、上記操作を省いた点にある。

その第１の方法について述べる。（２）式および（３）
式において、Ｌ、；０とすると、ｅｘｐ（ｊθ’　Ｊ＝
Ｍ（ｘｗｙ）／　ｐｃ（ｘｔｙ）　・・１８ｂ）が得ら
れる。（８ａ）、（８ｂ）式において分母は従来の密度
像であるから、これは絶対値像で置換できる。

従って、（８ａ）、（８ｂ）式は次のように書ける。

ｅｘｐ（ｊθｍ　）　＝Ｐ　ｍ　（ｘ　ｅ　ｙ　）　　
／　ｌ　Ｐ　ｗｈ　（ｘ　ｖ　ｙ　）　　Ｉ・・・　（
９ａ） ｅｘｐ（ｊθ’−）＝Ｍ（ｘ、ｙ）／ＩＭ（ｘ、ｙ）１
・・・　（９ｂ） 以上より、θｍ＊０’ｍを定められることが分かった。

しかし、この方法ではｔ１＝０にして２次元データを測
定しなければならず、測定時間が無視できない０次に、
第２の方法であるが、これはｔｍ　＝Ｏに対して１位相
エンコードを零にしたシーケンスで１つのプロジェクシ
ョンのみを測定する方法である。すなわち、Ｇ、＝Ｏに
おける信号のフーリエ変換は Ｓ　（ｙ）＝（Ｒｅ（ｙ）＋　ｊ　Ｉ−（ｙ））ｅｘｐ
（ｊθ、）・（１０）と表わすことができる。ここで、
Ｒｅ（ｙ）。

１、（ｙ）は各々、ｙ軸に垂直な方向への積分信号の逆
フーリエ変換を表わす、従って、この式からθ、を求め
るには、例えば、５（ｙ）の実部の面積が最大となる条
件を捜せばよいのである。なお、ｔｍ＝ｏが近似的にし
か成立せず、信号のサンプリングずれによる位相ずれ（
位置に対し直線的に変化する）も混在する場合には（１
０）式のかわりに Ｓ　（ｙ　）　−（Ｒｅ（ｙ　）＋ｊ　Ｉ　、（ｙ　）
）ｅｘｐ（ｊ（θＬｙ＋θ、））・・・（１１） を用いればよく、５（ｙ）に対して最小２乗近似により
θＬとθ、を求めることができる。

前述した方法をθ′、すなわち静磁場不均一を測定する
ための試料測定に対しても適用すればよ−１゜ 以上述べた如く、被検体自身を用いてθ、。

θ′１を検出することができるので、オフセット位相除
去用の試料が不要となった。

なお、（７）式を解く場合、異なるｔｌに対して得られ
たＵ。ｎ（：ｘｔｙ）を連立させるが、分離すべきケミ
カルシフトの数がｎの場合、（７）式の実部と虚部がρ
ｈ（ｘｗｙ）　　に対して全て１次独立となるようにｔ
ｌｌを選べば、ｎ／２の測定で（７）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（ｒｆコイル）、５は増幅器、６は検波器、７はディ
スプレイ装置である。また、８，９および１０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（傾斜磁場コイル）、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装置
７で画像に変換される。

なお、静磁場の発生は電源１５により駆動される静磁場
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１
９には（２）式で与えられるＰａ　　（Ｘｔ　ｙ）が格
納され、メモリ２０には（４）式で与えられる基準物質
の位相項が格納されている。

次に、第２図をも参照して本実施例の動作を説明する。

まず、第２図に示すステップ３０１では、化学シフトが
１本である試料を満たした容器をコイル４の中におき、
第３図に示すシーケンスにおいて。

ａｘ　＝０．ｔｍ　＝Ｏすなわち、フェーズエンコード
磁場を印加しないで、通常用いられる条件（１ｍ＝０）
で１つの信号をａ測する。これをフーリエ変換すると、
丁度ｙ方向に沿ってのプロジェクションすなわちｙ方向
に沿って積分した試料密度分布が得られる。これは勿論
複素数であるので、一般に実部および虚部が存在する。

ステップ３０２ではθ′、をこのような複素データにお
いて実部成分の面積が最大となる条件により定める。

すなわち、（１０）式において、その実部をｙについて
積分した値が最大となるθ′■が求めるθ′、である。

次に、ステップ３０３では、第３図に示すシーケンスの
くり返しによりＮＭＲ信号の計測を行なう、ここで用い
るシーケンスは、被測定体の計測に用いるのと全く同じ
であることが好ましい、ただし、上記の試料の緩和時間
Ｔｌが目的とする被測定体の緩和時間より小さければ、
第３図に示すくり返し周期ｔｒより小さくすることがで
きる。

次に、ステップ３０４では上記の試料の像を再構成する
２次元フーリエ変換を計算機１で行ない。

（３）式に示す像データを得る１次にステップ３０５で
は、この像データから（４）式により補正のための位相
像を抽出し、メモリ２０に格納する。

次に、ステップ３０６では目的とする被検体をコイル中
におき、再びステップ３０１〜３０４に示す処理を行な
い、これをメモリ１９に格納する。

なおステップ３０１，３０２はステップ３０５の後に、
ステップ３０６，３０７はステップ３０９の後に行なっ
てもよい、さらに、ステップ３０１〜３０５はステップ
３０６〜３０９の後に行なってもよい。

次に、ステップ３１０では被検体の像の位相誤差を除去
する。すなわち、計算機１はメモリ２０より補正用位相
像（４）式を、またメモリ１９より被検体像をロードし
、再考を掛は合わせることにより、（５）式のＱ、（ｘ
ｔ　ｙ）を計算する。

この結果は再びメモリ１９に格納される０次にステップ
３１１では装置固有のオフセット位相を除去する。具体
的には、ステップ３０２，３０７で求めたθ、、θ′１
によりｅｘｐ（−ｊ　（θ、−θ’　、））を計算し、
（７）式に掛は合わせることで達成される。この結果は
再びメモリ１９に格納される。

なお、θ、、θ′１はステップ３１１でまとめて除去す
るのではなく、基準物質像と被検体像の各各に対して別
個に除去してもよい、その場合には、８ＸＰ（−ｊθ、
）とｅｘｐ（−ｊθ′ヨ）を各々ステップ３０４と３０
９の後で掛は合わせてもよい。

次にステップ３１２では、ディスプレイ７に必要に応じ
て表示する。

〔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、ｎ本のケミカルシフトに対して、ｎ７２回以
上の測定により各ケミカルシフトに対応した像を得るこ
とが可能な方法および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図は本発明の一実施例である検査装置の概略構成を
示す図、第２図は本発明の実施例の動作フローを示すフ
ローチャート、第３図は本発明で用いるパルスシーケン
スを示す図である。 １・・・計算機、２・・・高周波パルス発生器、３・・
・電力増幅器、４・・・コイル、５・・・増幅器、６・
・・検波器、７・・・ディスプレイ装置、８，９．１０
・・・コイル、１１．１２，１３・・・電源部、１４・
・・静磁場コイル、１５・・・電源、１６・・・対象物
体、１７・・・ベッド、１８・・・支持台、１９．２０
・・・記憶装置。 冨　１　図 ス３　図 冨　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
   、少なくとも１回は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、その結果、対象とす
   る複数本のケミカルシフト間に位相差を付与して得られ
   た画像に対し、エンコード磁場を零に設定して得られた
   被検体からの核磁気共鳴信号あるいはそのフーリエ変換
   信号により求めたオフセット位相をもとに補正を行なう
   ことからケミカルシフト像を求めることを特徴とする核
   磁気共鳴を用いた検査方法。 ２、特許請求の範囲第１項記載の方法において、前記静
   磁場の不均一が、検査対象とする核のケミカルシフトに
   比べ無視できない場合、検査対象領域の１部あるいは全
   体の静磁場不均一分布あるいはそれにより生じた位相誤
   差と、該不均一分布あるいは位相誤差の測定に用いた基
   準試料に対し、エンコード磁場を零にして得られた核磁
   気共鳴信号あるいはそのフーリエ変換信号により求めた
   オフセット位相とによりケミカルシフト像を補正するこ
   とを特徴とする核磁気共鳴を用いた検査方法。 ３、特許請求の範囲第２項記載方法において、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核磁気共鳴を用いた検査方法。