JP3170000B2 - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気共鳴イメージング
装置に係り、特に、被検体の特定された断面において、
位相エンコード方向および周波数エンコード方向におけ
るＮＭＲ信号の取りだし方に改良を施した磁気共鳴イメ
ージング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気共鳴イメージング装置は、磁気共鳴
現象を利用して被検体中の所望の断面部位における原子
核スピン（以下、単にスピンと称す）の密度分布、緩和
時間分布等を計測して、その計測データから、被検体の
該断面を画像表示するものである。

【０００３】このような磁気共鳴イメージング装置は、
互いに直交する３軸方向にそれぞれ独立に磁場勾配を形
成できる傾斜磁場を備えてなり、このうちの一の傾斜磁
場の磁場勾配を高周波発信コイルからの信号周波数の関
係で設定することにより、撮像しようとする被検体の断
面が特定されるようになる。前記高周波発信コイルから
の信号により該被検体の組織を構成する原子の原子核に
磁気共鳴が起こりこの磁気共鳴現象によるスピンの挙動
を受信コイルが受信するものであるが、前記磁気共鳴は
前記信号周波数と一定の関係がある磁場の強さを有する
部位（すなわち前記断面における部位に相当する）にお
いて起こるからである。

【０００４】そして、同様に、該特定された断面に対す
る２次元像情報を得るためにも、他の残りの互いに直交
する傾斜磁場にそれぞれ所定の磁場を印加するようにな
っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来における
磁気共鳴イメージング装置は、特定された被検体の断面
に対する２次元情報を得るための各傾斜磁場の印加は、
それぞれ撮像領域（撮像のために磁気共鳴信号が取り出
される領域）の縦横の各幅に対応した磁場印加がなされ
ており、いわゆる位相エンコード方向（撮像領域の縦方
向に一致づけられる）の磁場印加、および周波数エンコ
ード方向（撮像領域の横方向に一致づけられる）の磁場
印加として各磁場が設定されていた。

【０００６】このため、映像される断面像は実際のもの
と相似的に対応されるものであるが、そのような断層像
ばかりではなく、たとえばある部分においては小さな領
域で表示されてもある部分においては大きな領域で表示
したいという要望がある。

【０００７】それ故、本発明は、このような事情に基づ
いてなされたものであり、その目的とするところのもの
は、診断画像としての映像態様の多様化を図り、これに
より診断の効率を向上させることのできる磁気共鳴イメ
ージング装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明の内、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以
下の通りである。 被検体の特定された断面において位相
エンコード方向に一致づけられる磁場である第１傾斜磁
場への印加手段と、前記断面において周波数エンコード
方向に一致づけられる磁場である第２傾斜磁場への印加
手段とを備える磁気共鳴イメージング装置において、前
記位相エンコード方向と周波数エンコード方向とのなす
角度を入力させる角度入力手段と、第１傾斜磁場への印
加手段と第２傾斜磁場への印加手段とが発生する傾斜磁
場を加算し、前記角度入力手段で指定された開き角度の
位相エンコード方向および周波数エンコード方向への傾
斜磁場を形成させる手段とを設けた。 すなわち、被検体
の特定された断面において、位相エンコード方向に一致
づけられる第１傾斜磁場への磁場Ｇｐ印加手段と、前記
断面において周波数エンコード方向に一致づけられる第
２傾斜磁場への磁場Ｇｆ印加手段と、ＮＭＲ信号取り出
しの際において周波数エンコード方向のＮＭＲ信号取り
出しのための第２傾斜磁場への磁場Ｇｆ印加手段とを、
少なくとも備える磁気共鳴イメージング装置において、
０゜から３６０゜までのうち０゜、９０゜、１８０゜、
２７０゜を除いた角度θに対応する信号を入力する角度
入力手段と、周波数エンコード方向および位相エンコー
ド方向のうちいずれか一方が残りの他方に対して開き角
度が前記θとなるようにし、前記第１傾斜磁場への印加
磁場を周波数エンコード方向の磁場Ｇｆおよび位相エン
コード方向の磁場Ｇｐの各第１傾斜磁場方向の分力値
に、前記第２傾斜磁場への印加磁場を周波数エンコード
方向の磁場Ｇｆおよび位相エンコード方向の磁場Ｇｐの
各第２傾斜磁場方向の分力値に設定するとともに、第２
傾斜磁場への印加磁場を周波数エンコード方向の磁場Ｇ
ｆの第２傾斜磁場方向の分力値として、さらに第１傾斜
磁場への印加磁場を周波数エンコード方向の磁場Ｇｆの
第１傾斜磁場方向の分力値として、それらの各磁場印加
を周波数エンコード方向のＮＭＲ信号取り出しのための
磁場印加とする手段を設けたことを特徴とするものであ
る。

【０００９】

【作用】このように構成した磁気共鳴イメージング装置
は、従来互いに直交する磁場を印加できる第１傾斜磁場
および第２傾斜磁場にそれぞれ位相エンコード方向およ
び周波数エンコード方向の磁場を印加していた状態か
ら、特に前記位相エンコード方向および周波数エンコー
ド方向の開き角度をいままでの９０°（０°、１８０
°、２７０°を含む）から９０°以外の角度に変位させ
るようにしたものである。

【００１０】そして、これにより第１傾斜磁場および第
２傾斜磁場の各方向に対する分力に相当する磁場を第１
傾斜磁場および第２傾斜磁場にそれぞれ印加するように
している。

【００１１】これにより、従来映像されていた断層像の
縦横各方向のそれぞれを角度θ分の開き角度で変位させ
た状態で映像させることができる。

【００１２】したがって、診断画像としての映像態様の
多様化を図ることができ、診断の効率を向上させること
ができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明による磁気共鳴イメージング装
置の一実施例を図面を用いて説明する。

【００１４】まず、図２は本発明による磁気共鳴イメー
ジング装置の全体構成を示すブロック説明図である。

【００１５】この磁気共鳴イメージング装置は、大別す
ると、中央処理装置（ＣＰＵ）１と、シーケンサ２と、
送信系３と、静磁場発生磁石４と、受信系５と、信号処
理系６とを備えて構成されている。

【００１６】中央処理装置（ＣＰＵ）１は、予め定めら
れたプロクラムに従ってシーケンサ２、送信系３、受信
系５、信号処理系６の各々を制御するものである。シー
ケンサ２は、中央処理装置１からの制御指令に基づいて
動作し、被検体７の断層画像のデータ収集に必要な種々
の命令を送信系３、静磁場発生磁石４の傾斜磁場発生系
２１、受信系５に送るようにしている。なお、このシー
ケンサ２については後に詳述する。

【００１７】送信系３は、高周波発信器８と変調器９と
高周波コイルとしての照射コイル１１を有し、シーケン
サ２の指令により高周波発信器８からの高周波パルスを
変調器９で振幅変調し、この振幅変調された高周波パル
スを高周波増幅器１０を介して増幅して照射コイル１１
に供給することにより、所定のパルス状の電磁波を被検
体７に照射するようにしている。

【００１８】静磁場発生磁石４は、被検体７の回りに任
意の方向に均一な静磁場を発生させるためのものであ
る。この静磁場発生磁石の内部には、照射コイル１１の
ほか、傾斜磁場を発生させる傾斜磁場コイル１３と、受
信系５の受信コイル１４が設置されている。傾斜磁場発
生系２１は互いに直交するデカルト座標軸方向、すなわ
ちＸ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向にそれぞれ独立
に傾斜磁場を印加できる構成を有する傾斜磁場コイル１
３と傾斜磁場コイルに電流を供給する傾斜磁場電源１２
と、傾斜磁場電源１２を制御するシーケンサ２により構
成する。

【００１９】受信系５は、高周波コイルとしての受信コ
イル１４と該受信コイル１４に接続された増幅器１５と
直交位相検波器１６とＡ／Ｄ変換器１７とを有し、被検
体７からＮＭＲ信号を受信コイル１４が検出すると、そ
の信号を増幅器１５、直交位相検波器１６、Ａ／Ｄ変換
器１７を介しデジタル量に変換するとともに、シーケン
サ２からの指令によるタイミングで直交位相検波器１６
によってサンプリングされた二系列の収集データに変換
して中央処理装置１に送るようにしている。

【００２０】信号処理系６は、磁気ディスク２０、光デ
ィスク１９等の外部記憶装置と、ＣＲＴ等からなるディ
スプレイ１８とを有し、受信系５からのデータが中央処
理装置１に入力されると、該中央処理装置１が信号処
理、画像再構成等の処理を実行し、その結果の被検体７
の所望の断面像をディスプレイ１８に表示するととも
に、外部記憶装置の磁気ディスク２０等に記憶する。

【００２１】このような構成において、本実施例では、
特に、制御操作卓２５上に角度αを入力できるつまみ２
６と角度θを入力できるつまみ２４とが備わっており、
オペレータがこれらつまみ２６およびつまみ２４を回動
することによりそれらの回動角αおよび回動角θに対応
する各信号が中央処理装置１介してメモリ２７に入力さ
れるようになっている。

【００２２】このメモリ２７では前記回動角αおよび回
動角θに対応する信号に応じた情報が格納されており、
中央処理装置１を介して該情報に基づいて前記シーケン
サ２の内容の一部が変更されるようになっている。

【００２３】次に、前記シーケンサ２から送出されるパ
ルスのシーケンスを図３を用いて説明する。このパルス
シーケンスは、いわゆる２次元フーリエイメージング法
のうちスピンエコー法の模式的なパルスシーケンスであ
る。そして、この図３に示すパルスシーケンスは前記制
御操作卓２５上のつまみ２６および２４をそれら回動角
αが「０」、回動角θが「９０」となっている際に送出
されるもので、すなわち従来も同様に送出されていたパ
ルスシーケンスである。

【００２４】このパルスシーケンスは、同図に示すよう
に、まず、９０°パルス３０を印加した後、エコー時間
をＴｅとしたときＴｅ／２の時間後に１８０°パルス３
１を加えるようになっている。９０°パルス３０を加え
た後、各スピンはそれぞれに固有の速度でＸ−Ｙ面内で
回転を始めるため、時間の経過とともに各スピン間に位
相差が生じる。ここで１８０°パルス３１が加わると、
各スピンはＸ’軸に対称に反転し、その後も同じ速度で
回転を続けるために時刻Ｔｅでスピンは再び集束し、エ
コー信号３６を形成するようになる。

【００２５】なお、この際におけるエコー信号３６の発
生原理を核スピンをもとに図４を用いて説明をする。同
図において、９０パルス照射（図４（ａ））後ｙ軸上に
倒れた巨視的磁化は（図４（ｂ））、時間が経過するに
つれ（図４（ｃ））、静磁場の不均一性の影響を受けて
個々の核スピンの回転位相がバラバラに乱れはじめ、ｘ
−ｙ平面内を扇を広げたように広がっていく（図４
（ｄ））。このとき、ＦＩＤ信号が観測されるが、その
後受信コイルには信号が現れない。

【００２６】次に、９０°パルス印加後時間τ経過後１
８０°パルスを印加する（図４（ｅ））。この結果位相
ずれを起こしていた各スピンは、ｘ軸を中心として１８
０°左回りに回転させられる。しかし、この状態となっ
ても、１８０°パルスの印加前にｘ−ｙ面で右回りとな
っていたスピンはそのまま右回りに、また、左回りのも
のは左回りへと引き続き位相を変えていく（図４
（ｆ））。そのため、最初の９０°パルスを印加してか
ら２τ後には、各スピンは−ｙ軸に収束する（図４
（ｇ））。これら各核スピンの挙動はｘ−ｙ平面に置か
れたコイルに信号として受信されるので、受信信号に着
目すると、９０°パルス印加後２τに到達する直前から
ＦＩＤ信号が現れはじめ、２τ後最大値に到達する。

【００２７】この場合、断層画像を構成するためには信
号の空間的な分布を求めねばならない。このために線形
な傾斜磁場を用いる。均一な静磁場に傾斜磁場を重畳す
る事で空間的な磁場勾配ができる。先にも述べたように
スピンの回転周波数は磁場強度に比例しているから傾斜
磁場が加わった状態においては、各スピンの回転周波数
は空間的に異なる。従って、この周波数を調べることに
よって各スピンの位置を知ることができる。この目的の
ために、スライス方向傾斜磁場３２、位相エンコード傾
斜磁場３３、周波数エンコード傾斜磁場３４，３５が用
いられている。

【００２８】以上に述ベたパルスシーケンスを基本単位
として、位相エンコード傾斜磁場の強度を毎回変えなが
ら一定の繰り返し時間（ＴＲ）毎に、所定回数、例えば
２５６回繰り返す。こうして得られた計測信号を２次元
逆フーリエ変換することで巨視的磁化の空間的分布が求
められる。なお、以上のＭＲＩ基本原理に関しては、
「ＮＭＲ医学」（基礎と臨床）（核磁気共鳴医学研究会
編，丸善株式会社，昭和５９年１月２０日発行）に詳し
く説明されている。

【００２９】上記図３に示すシーケンスによって得られ
る断面像は、たとえば図５に示すようにして映像される
ようになっている。図５は表示面１８Ａの中央に被検体
７Ａの頭部の断面像が表示されていることを示し、この
断面像は図中上向きに表示されかつ実際のものと相似的
に対応されて表示されている。

【００３０】次に、図５に示す被検体頭部の撮影状態
で、前記制御操作卓２５上のつまみ２６を回動角αにそ
してつまみ２６を回動角θの状態にして上述と同様の操
作をした場合の説明をする。

【００３１】制御操作卓２５からは、回動角αおよびθ
に対応する各信号が中央処理装置１を介して、本実施例
で新たに設けたメモリ２７に入力されるようになってい
る。このメモリ２７には、図６に示した情報が予め格納
されたものとなっている。

【００３２】図６は、Ｚ軸傾斜磁場に磁場強度Ｇｆの磁
場が形成されている状態から、前記角度α分だけ時計回
りに変換された際の磁場の状態、およびＸ軸傾斜磁場に
磁場強度Ｇｐの磁場が形成されている状態から所定角度
だけ時計回りに変換され結果として前記変換された磁場
強度Ｇｆの方向に対して開き角度θ分だけ変換された際
の磁場の状態を示している。本実施例では、変換された
磁場Ｇｆの方向を周波数エンコード方向とし、また、変
換された磁場Ｇｐ方向を位相エンコード方向として前記
Ｘ軸傾斜磁場およびＺ軸傾斜磁場にそれぞれ磁場を印加
しようとするものである。

【００３３】すなわち、Ｘ軸傾斜磁場には、周波数エン
コード方向の磁場ＧｆのＸ軸方向分力Ｇｆｘと位相エン
コード方向の磁場ＧｐのＸ軸方向分力Ｇｐｘとの加算値
に相当する磁場を印加しようとするものである。また、
Ｚ軸傾斜磁場には、周波数エンコード方向の磁場Ｇｆの
Ｚ軸方向分力Ｇｆｚと位相エンコード方向の磁場Ｇｐの
Ｚ軸方向分力Ｇｐｚとの加算値に相当する磁場を印加し
ようとするものである。なお、ここで、上述したＧｆ、
Ｇｐはそれぞれいずれもベクトルである。

【００３４】そして、このような前記メモリ２７から
は、前記回動角αおよび回動角θに対応する上述した情
報、すなわち回動角αおよび回動角θに基づく分力磁場
が読みだされ、中央処理装置１を介して、シーケンサ２
に入力され、該情報に基づいてシーケンサ２の内容が図
１のように変更されるようになっている。

【００３５】図１は、前記図３と対応づけて示したシー
ケンスであり、図３と異なる部分は、Ｘ軸傾斜磁場とＺ
軸傾斜磁場に印加する磁場にある。すなわち、Ｘ線傾斜
磁場には（Ｇｐｘ＋Ｇｆｘ）の磁場を、またＺ軸傾斜磁
場には（Ｇｐｚ＋Ｇｆｚ）の磁場を印加するようにし
て、特定された断面であるＸ−Ｚ平面における２次元情
報を得るようにしているものである。

【００３６】なお、この場合、周波数エンコード方向の
ＮＭＲ信号取り出しのための磁場印加は、分力されるＸ
軸傾斜磁場およびＺ軸傾斜磁場にそれぞれＧｆｘおよび
Ｇｆｚを印加することによって行うようにしている。

【００３７】このようなシーケンスから得られる断層像
を図７に示す。図５に示した状態から入力角度αに相当
する分だけ該断層像が時計回り方向に回動しかつ入力角
度θに相当する分だけ該断層像が歪むようにして映像さ
れるようになる。

【００３８】ここで、入力角度αと入力角度θとの関係
は次のようになっている。

【００３９】入力角度θを「０」のままで入力角度αを
入力すると周波数エンコード方向および位相エンコード
方向の開き角度は直交したまま時計回り方向に角度α分
変位し、図８に示すように断層像は元の状態から角度α
だけ時計回りに回動して表示されることになる。

【００４０】また、入力角度αを「０」のままで入力角
度θを入力すると周波数エンコード方向はＺ軸傾斜磁場
方向に一致づけられたままで位相エンコード方向が前記
周波数エンコード方向に対して開き角度θを有して変位
し、図９に示すように断層像は元の状態から角度θに対
応して歪んだ状態で表示されることになる。

【００４１】上述した実施例から明らかなように、従来
互いに直交する磁場を印加できる第１傾斜磁場（実施例
の場合Ｘ軸傾斜磁場）および第２傾斜磁場（実施例の場
合Ｚ軸傾斜磁場）にそれぞれ位相エンコード方向および
周波数エンコード方向の磁場を印加していた状態から、
特に前記位相エンコード方向および周波数エンコード方
向の開き角度θをいままでの９０°（０°、１８０°、
２７０°を含む）から９０°以外の角度に変位させるよ
うにしたものである。

【００４２】そして、これにより第１傾斜磁場および第
２傾斜磁場の各方向に対する分力に相当する磁場を第１
傾斜磁場および第２傾斜磁場にそれぞれ印加するように
している。

【００４３】これにより、従来映像されていた断層像の
縦横各方向のそれぞれを角度θ分の開き角度で変位させ
た状態で映像させることができる。

【００４４】したがって、診断画像としての映像態様の
多様化を図ることができ、診断の効率を向上させること
ができる。

【００４５】上述した実施例では、断層像を回動させる
ための角度入力（実施例では角度α入力に相当する）を
行っているものであるが、この角度入力は特に行わなく
てもよいことはいうまでもない。けだし本発明の目的を
達成できるからである。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明による磁気共鳴イメージング装置によれば、診断
画像としての映像態様の多様化を図り、これにより診断
の効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による磁気共鳴イメージング装置の一実
施例に用いられるシーケンスの一実施例を示した説明図
である。

【図２】本発明による磁気共鳴イメージング装置の一実
施例を示したブロック構成図である。

【図３】本発明による磁気共鳴イメージング装置に用い
られる従来のシーケンスの一例を示した説明図である。

【図４】エコー信号が得られるためのスピンの挙動を示
す説明図である。

【図５】本発明による磁気共鳴イメージング装置によっ
て表示される従来の断層像を示した説明図である。

【図６】本発明による磁気共鳴イメージング装置に備え
られるメモリに格納される情報の一実施例を示した説明
図である。

【図７】本発明による磁気共鳴イメージング装置の断層
像の表示態様の一実施例を示した説明図である。

【図８】本発明による磁気共鳴イメージング装置の断層
像の表示態様の一実施例を示した説明図である。

【図９】本発明による磁気共鳴イメージング装置の断層
像の表示態様の一実施例を示した説明図である。

【符号の説明】

２４、２６ つまみ ２５ 制御操作卓 ２７ メモリ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検体の特定された断面において位相エ
   ンコード方向に一致づけられる磁場である第１傾斜磁場
   への印加手段と、前記断面において周波数エンコード方
   向に一致づけられる磁場である第２傾斜磁場への印加手
   段とを備える磁気共鳴イメージング装置において、 前記位相エンコード方向と周波数エンコード方向とのな
   す角度を入力させる角度入力手段と、第１傾斜磁場への
   印加手段と第２傾斜磁場への印加手段とが発生する傾斜
   磁場を加算し、前記角度入力手段で指定された開き角度
   の位相エンコード方向および周波数エンコード方向への
   傾斜磁場を形成させる手段とを設けたことを特徴とする
   磁気共鳴イメージング装置。