JPH04343833A - 静磁場不均一の一次項補正の可能な磁気共鳴イメージン グ装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、核磁気共鳴（以下「Ｎ
ＭＲ」と略記する）現象を利用して被検体の所望部位の
断層画像を得る磁気共鳴イメージング装置に関し、特に
静磁場の不均一を随時計測・補正する手段を有する磁気
共鳴イメ−ジング装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】磁気共鳴イメ−ジング装置は、ＮＭＲ現
象を利用して被検体中の所望の検査部位における原子核
スピン（以下単にスピンと称する）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任意
の断面を画像表示するものである。そして、従来の磁気
共鳴イメ−ジング装置は、図３に示すように、被検体１
に静磁場を与える静磁場発生磁石２と、該被検体１に傾
斜磁場を与える磁場勾配発生系３と、上記被検体１の生
体組織を構成する原子の原子核に核磁気共鳴を起こさせ
る高周波パルスをある所定のパルスシ−ケンスで繰り返
し印加するシ−ケンサ７と、このシ−ケンサ７からの高
周波パルスにより被検体１の生体組織を構成する原子の
原子核に核磁気共鳴を起こさせるために高周波磁場を照
射する送信系４と、上記の核磁気共鳴により放出される
エコ−信号を検出する受信系５と、この受信系５で検出
したエコ−信号を用いて画像再構成演算を行う信号処理
系６とを備え、核磁気共鳴により放出されるエコ−信号
の計測を繰り返し行って断層像を得るようになっていた
。

【０００３】この装置では、図３に示すように０．０２
〜２テスラ程度の静磁場を発生させる静磁場発生磁石２
の中に被検体１が置かれる。この時、被検体１中のスピ
ンは静磁場の強さＨ０によって決まる周波数で静磁場の
方向を軸として歳差運動を行う。この周波数をラーモア
周波数と呼び、ラーモア周波数ν０は、　　ここにＨ０
：静磁場強度 γ　：磁気回転比 で表わされる原子核の種類ごとに固有の値をもっている
。また、ラーモア歳差運動の角速度をω０とすると、ω
０＝２πν０ の関係にあるため、 ω０＝γ・Ｈ０　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　（２）で与えられる。

【０００４】そして送信系４内の高周波照射コイル１４
ａによって計測しようとする原子核のラーモア周波数ν
０に等しい周波数ｆ０の高周波磁場（電磁波）を加える
と、スピンが励起され高いエネルギー状態に遷移する。 この高周波磁場を打ち切ると、スピンはそれぞれの状態
に応じた時定数でもとの低いエネルギー状態に戻る。こ
の時に放出される電磁波を受信系５内の高周波受信コイ
ル１４ｂで受信し、増幅器１５で増幅、波形整形した後
、Ａ／Ｄ変換器１７でデジタル化して中央処理装置８（
以下、ＣＰＵと称する）に送る。ＣＰＵ８では、このデ
ータを基に画像を再構成演算し、被検体１の断層画像を
ディスプレイ２０（以下、ＣＲＴと称する）に表示する
。上記の高周波磁場は、ＣＰＵ８により制御されるシー
ケンサ７が送り出す信号を高周波送信コイル用電源（図
示省略）によって増幅したものを高周波送信コイル１４
ａに送ることで得られる。

【０００５】また、上記の磁気共鳴イメ−ジング装置に
おいては、以上の静磁場と高周波磁場の他に、空間内の
位置情報を得るための傾斜磁場を作るために、傾斜磁場
コイル９を備えている。これらの傾斜磁場コイル９は、
シーケンサ７からの信号で動作する傾斜磁場電源１０か
ら電流を供給され、傾斜磁場を発生するものである。

【０００６】ここで、磁気共鳴イメージング装置の撮像
原理について図４を参照して説明する。まず、図４（ａ
）に示すようにＺ方向の静磁場Ｈ０中に置かれた原子核
は、古典物理学的に見ると１個の棒磁石のように振る舞
い、先に述べたラーモア周波数ν０でＺ軸の周りに歳差
運動を行っている。この周波数は前記第（２）式で与え
られ、静磁場の強度Ｈ０に比例している。第（１）式及
び第（２）式におけるγは磁気回転比と呼ばれ、原子核
に固有の値をもっている。一般には測定対象の原子核は
膨大な数にのぼり、それぞれが勝手な位相で回転してい
るために、全体で見るとＸ−Ｙ面内の成分は打ち消し合
い、Ｚ方向成分のみの巨視的磁化が残る。この状態で図
４（ｂ）に示すように、Ｘ方向にラーモア周波数ν０に
等しい周波数の高周波磁場Ｈ１を印加すると、巨視的磁
化はＹ方向に倒れ始める。この倒れる角度は上記高周波
磁場Ｈ１の振幅と印加時間の積に比例し、パルス印加時
点に対し９０°倒れる時の高周波磁場Ｈ１を９０°パル
ス、１８０°倒れる時の高周波磁場Ｈ１を１８０°パル
スと呼ぶ。なお、図４　（ａ），（ｂ）におけるＸ，Ｙ
，Ｚの３軸は、それぞれ直交したデカルト座標軸である
。

【０００７】このような磁気共鳴イメージング装置にお
ける撮像で一般的に用いられる方法には、二次元フーリ
エイメージング法がある。図５は上記二次元フーリエイ
メージング法のうち代表的なスピンエコー法のパルスシ
ーケンスを模式的に示したタイミング線図である。図５
において、（ａ）図は高周波磁場の信号の照射タイミン
グ及び被検体のスライス位置を選択的に励起するための
エンベロ−プを示している。（ｂ）図はスライス方向の
傾斜磁場Ｇｚの印加のタイミングを示し、（ｃ）図は位
相エンコ−ド方向傾斜磁場Ｇｙの印加のタイミング及び
その振幅を変えて計測することを示しており、（ｄ）図
は周波数エンコ−ド方向傾斜磁場Ｇｘの印加のタイミン
グを示している。また、（ｅ）図は計測されるエコ−信
号（ＮＭＲ信号）を示している。

【０００８】図５に示すパルスシーケンスでは、まず、
９０°パルスを印加した後、エコータイムをＴｅとした
ときのＴｅ／２の時点で１８０°パルスを加える。上記
９０°パルスを加えた後、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
スが加わると各スピンは図６に示すように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図５に
示す時刻Ｔｅでスピンは再び収束し、同図（ｅ）に示す
ようにエコー信号を形成する。上記のようにして信号は
計測されるが、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。このために線形の傾斜磁
場を用いる。均一な静磁場に傾斜磁場を重畳することで
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、図５に示す位相エンコ−ド方向傾斜磁場Ｇｙと周波
数エンコ−ド方向傾斜磁場Ｇｘが用いられている。

【０００９】以上に述べたパルスシーケンスを基本単位
として、位相エンコード方向傾斜磁場Ｇｙ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二
次元逆フーリエ変換することで図４（ａ）に示す巨視的
磁化の空間的分布が求められる。以上の説明において、
３種類の傾斜磁場は互いに重複しなければ、Ｘ，Ｙ，Ｚ
のいずれであってもよく、あるいはそれらの複合された
ものであっても構わない。なお、以上の磁気共鳴イメー
ジングの基本原理については、「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）において詳述されている。

【００１０】ここで、静磁場の不均一について簡単に説
明する。ＭＲＩ装置においては、静磁場は非常に高い均
一度を要求される。これは前記の様にＭＲ画像が共鳴周
波数の差によって位置の弁別を行なっているからであり
、均一度が要求仕様に満たない場合、画像の空間的歪や
位置ずれ、位相歪を生じる。静磁場不均一の１次項は、
その１次項がスライス、位相エンコ−ド、周波数エンコ
−ドの３軸のどの軸に沿って生じているかで画像に与え
る影響が異なる。また使用するパルスシ−ケンスがスピ
ンエコ−法かグラジェントエコ−法かによっても影響が
異なる。以下、これを分類して説明する。

【００１１】［１］スライス軸： （一）スライス厚さ変動：スライス選択時に印加される
傾斜磁場強度により、スライス軸方向の空間的位置に対
する共鳴周波数が決定されるので、図６−Ａに示すよう
に、不均一１次項がスライス軸に重畳すれば、ＲＦパル
スが与える励起周波数帯域に相当する空間的な幅が変動
し、スライス厚さが変わる。スピンエコ−法、グラジェ
ントエコ−法共に同じ影響を受ける。具体的には、ＲＦ
パルスが与える励起周波数帯域をΔｆとするとスライス
厚Δｄは、 ここにＧｓ：スライス選択時の傾斜磁場強度と表され、
不均一１次項Ｇｕが重畳した場合のスライス厚Δｄ′は
、 となるため、第（３）式及び第（４）式より、という厚
さのスライスを選択することになる。

【００１２】（二）スライス位置ずれ：（一）と同じ理
由でＲＦパルスが与える励起周波数に相当する空間的位
置が変動しスライス位置がずれる。スピンエコ−法、グ
ラジェントエコ−法共に影響を受ける。具体的には、Ｒ
Ｆパルスが与える励起周波数をｆとするとスライス位置
ｄは、 と表され、不均一１次項Ｇｕが重畳した場合のスライス
位置ｄ′は、 となるため、第（６）式及び第（７）式より、というず
れた位置を選択することになる。

【００１３】（三）周波数エンコ−ド軸のスライス軸方
向へのオブリ−ク：エコ−信号のサンプリング時は、周
波数エンコ−ド軸にのみ、位置に対する周波数の変化が
必要で、言い替えれば、周波数エンコ−ド軸のみに傾斜
磁場の印加が必要となる。信号サンプリング時に、スラ
イス軸の傾斜磁場の印加（図６−Ｂ）があれば、スライ
ス軸の傾斜磁場と周波数エンコ−ド軸傾斜磁場とのベク
トル和が、実際に静磁場に重畳されることになり、結果
的に周波数エンコ−ド軸がスライス軸方向へオブリ−ク
することになる。スピンエコ−法、グラジェントエコ−
法共に影響を受ける。このオブリ−ク角度θは、θ＝ｔ
ａｎ−１（Ｇｕ／Ｇｆ）　　　　　　　（９）ここにＧ
ｆ：デ−タサンプリング時の周波数エンコ−ド傾斜磁場
強度 で表される。

【００１４】（四）スライス軸方向に配置されたスピン
のリフェイズ（再整相または位相戻し）量のずれ：スラ
イス選択のためのＲＦパルスは、理想的には、スライス
面内の全てのスピンを瞬時に励起し、その瞬間のみスラ
イス傾斜磁場を印加できれば何ら問題はない。しかし実
際のＲＦパルスの印加時間は数ｍｓ程度の無視できない
時間となっており、実効的な励起時刻（対称なｓｉｎｃ
関数をエンベロ−プとする場合は、全印加時間のほぼ中
央）以降に印加されるスライス方向の傾斜磁場により、
スライス方向に配列されたスピンの位相は印加の総面積
（強度×時間）に比例して拡散する。この位相拡散を戻
すために、同じスライス軸に極性の反転した傾斜磁場を
上記総面積に等しい面積で印加して、リフェイズ（再整
相または位相戻し）を行なっている。これは、励起後エ
コ−信号計測までの間、傾斜磁場印加の面積和を０とす
ることで、スライス方向の全てのスピンの位相が揃うこ
とに由来する。静磁場不均一の１次項は、余分な傾斜磁
場を重畳するのと同義であるから、この面積和に影響を
与えるが、結果的にはスピンエコ−法による画像には影
響を与えず、グラジェントエコ−法にのみ影響を与える
（図６−Ｃ）。すなわちスピンエコ−法では９０°パル
ス印加から１８０°パルスの印加までの時間と、１８０
°パルス印加からエコ−のピ−クまでの時間が共にｔｅ
／２と等しく、１８０°パルスの印加によるスピンの位
相反転で傾斜磁場は実効的に反転するため、Ｇｕ・ｔｅ
／２−Ｇｕ・ｔｅ／２＝０　　　　　　　　（１０）と
なり、１８０°パルスの前後の不均一１次項が与える傾
斜磁場印加面積が互いにキャンセルされ影響を受けない
。一方、グラジェントエコ−では励起からエコ−信号計
測までの時間ｔｅに比例して位相は拡散する。すなわち
、不均一１次項Ｇｕによるスライス位置ｄの位相回転量
Φは、 Φ＝γ・ｄ・Ｇｕ・ｔｅ　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　（１１）となり、スライス方向のスピンの
位相が揃わず、信号強度の低下などの問題を引き起こす
。

【００１５】（五）血流などの移動するスピンの位相回
転量のずれ：磁場中で血流などにより移動するスピンが
、不均一１次項Ｇｕのために受ける位相回転量Φは、励
起時の位置をｘ０、移動速度をｖとすると、スピンエコ
−の場合、 となる。一方、グラジェントエコ−の場合、となる。第
（１３）式の第１項は第（１１）式と同じものであり、
移動のために受ける位相回転は第２項となる。従って同
じＴＥの場合には、グラジェントエコ−の方が強く影響
を受ける。

【００１６】［２］位相エンコ−ド軸：（六）周波数エ
ンコ−ド軸の位相エンコ−ド軸方向へのオブリ−ク：（
三）と同じ理由により、信号サンプリング時に、位相エ
ンコ−ド軸の傾斜磁場の印加（図７−Ａ）があれば、結
果的に周波数エンコ−ド軸が位相エンコ−ド軸方向へオ
ブリ−クすることになる。オブリ−ク角θは第（９）式
に従う。スピンエコ−法、グラジェントエコ−法共に影
響を受ける。

【００１７】（七）ｋ空間における位相エンコ−ド方向
へのエコ−ピ−クずれ：位相エンコ−ドは、上述したよ
うに、各ＴＲ毎にその強度をステップ的に変化させ、位
相軸方向の位置に応じた位相回転を与える訳であるが、
その位相回転量を決定するのは各ステップにおける傾斜
磁場印加の総面積である。従って、（四）と同様の理由
で静磁場不均一の１次項は面積和に影響を与えるが、結
果的にはスピンエコ−法には影響を与えず、グラジェン
トエコ−法にのみ影響を与える（図７−Ｂ）。グラジェ
ントエコ−では、励起からエコ−信号計測までの時間ｔ
ｅの間に、不均一１次項Ｇｕにより傾斜磁場印加面積は
Ｇｕ・ｔｅだけ変化する。しかしこの変化は各ＴＲごと
に常に一定であるから、図８に示すようにあたかも位相
エンコ−ドの各ステップがそのままオフセットを付加さ
れたのと同じである。言い換えれば、静磁場不均一の１
次項が存在する場合、エコ−信号は位相エンコ−ドが０
のときにピ−クとならず、ｋ空間では位相エンコ−ド方
向にずれた位置にピ−クが出現することになる。そのず
れるステップ数ｓは、位相エンコ−ドの印加時間をｔｅ
ｎｃ、１ステップの傾斜磁場強度をＧｅｎｃとすると、

【００１８】（八）血流などの移動するスピンの位相回
転量のずれ：上記（五）と同じ影響を受ける。

【００１９】［３］周波数エンコ−ド軸：（九）周波数
エンコ−ド方向の画像寸法変動：信号サンプリング時に
印加される傾斜磁場強度により、周波数エンコ−ド軸方
向の空間的位置に対する共鳴周波数が決定されるので、
図９−Ａに示すように、不均一１次項が周波数軸に重畳
すれば、空間的位置に対する周波数が変動する。一方で
、デ−タのサンプリングピッチは、不均一１次項がない
ものとして設定されているので、周波数方向にフ−リエ
変換を行なったときに得られる信号源の位置の認識は、
実際のものと異なったものになる。結果的には、周波数
軸方向に静磁場中心に対して画像が伸び縮みする減少と
して現れる。スピンエコ−法、グラジェントエコ−法共
に同じ影響を受ける。具体的には、中心からｄの位置に
あるスピンの共鳴周波数がｆとすると、と表され、不均
一１次項Ｇｕが重畳した場合の共鳴周波数ｆ′は、 となり、中心からｄの位置にあるスピンは共鳴周波数ｆ
′に相当する場所ｄ′にあるものとして認識される。 第（１６）式よりｄ′は、 として現される。

【００２０】（十）エコ−ピ−ク位置のずれ：上記（四
）、（七）で示したように、励起後エコ−信号計測まで
の間の傾斜磁場印加の面積和に対し、静磁場不均一の１
次項は影響を与えるが、その影響はグラジェントエコ−
法に対してのみであり、周波数エンコ−ド軸においては
図９−Ｂに示すように、エコ−ピ−クのずれとして現れ
る。ずれたエコ−ピ−クの出現時刻ｔｅ′は、となる。

【００２１】（十一）血流などの移動するスピンの位相
回転量のずれ：上記（五）と同じ影響を受ける。

【００２２】上記のようにＭＲＩ装置において極めて重
要な静磁場均一度は、装置の据付時に仕様内に収まるよ
うに調整されている。しかしながら、静磁場発生機構と
して永久磁石を用いたＭＲＩ装置では、磁石の温度変動
により静磁場均一度も影響を受ける。すなわち、良く知
られるように永久磁石の起磁力は温度で変化し、例えば
Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の磁石を使用した場合、磁石単体では
温度係数は−９００ｐｐｍ／℃にも達する。この数字は
、磁気回路が継鉄を用いた自己シ−ルド型の場合、継鉄
の熱的慣性が加わり緩和されるが、いずれにしろ温度変
動が磁石に対して局所的若しくは偏在的に生じると、静
磁場強度の局所的変動を招き静磁場均一度は変化する。 例えば、Ｎ極とＳ極を上下に対向させて構成した場合、
上下の磁石に温度差が生じれば上下方向（静磁場方向：
Ｚ軸）に傾きを持った磁場が形成されることになる。こ
の不均一成分はＺの１次項（以下Ｚ１項）に相当する。 実際の永久磁石方式ＭＲＩ装置では、特開昭６３−４３
６４９や特開昭６３−２７８３１０に記述された様に磁
気回路の周囲を断熱材で覆い内部を一定温度に保つこと
により、上記の静磁場不均一は発生しないように制御さ
れている。以上、永久磁石方式ＭＲ装置における静磁場
不均一の発生について説明したが、常電導や超電導のＭ
Ｒ装置でも、シムコイルによる静磁場補正に何らかの不
調をきたした場合、も静磁場不均一は発生する。上記静
磁場の１次の不均一については、特願平２−１９０４２
で述べられたように事前に不均一の量の計測を行ない、
本計測時にそれをキャンセルするためのオフセット傾斜
磁場を付加することにより補正が可能である。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、永
久磁石方式における磁石の温度変動や、常電導・超電導
装置でのシム不良等の理由により、１次の静磁場不均一
が生じてもそれを自動的に補正する手段はなかった。ま
た特願平２−１９０４２による補正の場合も、補正精度
を向上させるためのパルスシ−ケンスについては考慮さ
れていなかった。特に補正量計測のシ−ケンスとして用
いることの可能なグラジェントエコ−法は、スピンエコ
−法に比べ静磁場の均一度に敏感で、補正量計測の精度
を確保するための注意が必要である。グラジェントエコ
−法ではエコ−の形成を傾斜磁場の反転のみで行なって
おり、静磁場の不均一による位相拡散を防げない。位相
拡散はスピンの励起後の時間経過に比例して進行するた
め、エコ−時間ＴＥが長くなるほどエコ−信号の幅が時
間軸方向に広がり、ピ−ク値が低下するため、ピ−クの
検出精度が劣化し補正量計測の精度も低下する。一方、
ＴＥを短くした場合、静磁場不均一１次項によりスピン
が受ける影響が低減し、充分な精度を持って不均一成分
を捕捉できない。すなわち、既に述べたように、静磁場
不均一１次項が位相エンコ−ド方向に存在する場合、エ
コ−信号は位相エンコ−ドが０のときにピ−クとならず
、ｋ空間では位相エンコ−ド方向にずれた位置にピ−ク
が出現する。このずれ量を計測すれば不均一を算出でき
るが、ずれ量はＴＥに比例するため、ＴＥを短くした場
合にはずれ量が小さくなり結果的に補正量を精度良く計
測できない。本発明は、高精度で１次の静磁場不均一を
計測し計測の際に静磁場均一度を充分に補正した計測を
行なうことを目的とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による磁気共鳴イメージング装置においては
、１次の不均一をキャンセルするためにシ−ケンスの動
作中はオフセット傾斜磁場を常に印加するようにし、そ
の印加すべきオフセット傾斜磁場強度は事前の補正量計
測シ−ケンスで得られる計測デ−タから算出するように
した。ここで補正デ−タ計測シ−ケンスは、高精度の補
正量計測が行なえるよう充分均一度の高い静磁場中心の
小さい領域のみを励起し、エコ−時間を比較的長く取り
１次の不均一項のみを効率良く取りだすこととした。

【００２５】

【作用】このように構成された磁気共鳴イメージング装
置は、まず事前の計測として、シ−ケンサによるパルス
シ−ケンスの制御によって、高周波磁場及び各軸傾斜磁
場パルスを印加し、静磁場中心を含む小領域のみの選択
的励起後グラジェントエコ−法によりエコ−信号を計測
する。ＣＰＵは計測されたエコ−信号から静磁場不均一
の１次項を算出し、本計測時に印加すべき補正傾斜磁場
強度をＸ，Ｙ，Ｚの各軸ごとに設定する。本計測におい
ては、シ−ケンサによる制御によって、所望のパルスシ
−ケンスに従い高周波磁場及び各軸傾斜磁場パルスを印
加し、断層画像を得る。この際各軸傾斜磁場は、エコ−
信号計測に要求される傾斜磁場強度に上述の補正傾斜磁
場強度を加算したものとなる。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
詳細に説明する。図３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図である。この磁気
共鳴イメージング装置は、核磁気共鳴（ＮＭＲ）現象を
利用して被検体の断層像を得るもので、図３に示すよう
に、静磁場発生磁石２と、磁場勾配発生系３と、送信系
４と、受信系５と、信号処理系６と、シーケンサ７と、
ＣＰＵ８とを備えて成る。　　上記静磁場発生磁石２は
、被検体１の周りにその体軸方向または体軸と直交する
方向に均一な静磁場を発生させるもので、上記被検体１
の周りのある広がりをもった空間に永久磁石方式または
常電導方式あるいは超電導方式の磁場発生手段が配置さ
れている。磁場勾配発生系３は、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸方向
に巻かれた傾斜磁場コイル９と、それぞれの傾斜磁場コ
イルを駆動する傾斜磁場電源１０とから成り、後述のシ
−ケンサ７からの命令に従ってそれぞれのコイルの傾斜
磁場電源１０を駆動することにより、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸
方向の傾斜磁場Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚを被検体１に印加する
ようになっている。この傾斜磁場の加え方により被検体
１に対するスライス面を設定することができる。

【００２７】シーケンサ７は、上記被検体１の生体組織
を構成する原子の原子核に核磁気共鳴を起こさせる高周
波磁場パルスをある所定のパルスシーケンスで繰り返し
印加するもので、ＣＰＵ８の制御で動作し、被検体１の
断層像のデータ収集に必要な種々の命令を、送信系４及
び磁場勾配発生系３並びに受信系５に送るようになって
いる。送信系４は、上記シーケンサ７から送り出される
高周波パルスにより被検体１の生体組織を構成する原子
の原子核に核磁気共鳴を起こさせるために高周波磁場を
照射するもので、高周波発振器１１と変調器１２と高周
波増幅器１３と送信側の高周波コイル１４ａとから成る
。上記高周波発振器１１から出力された高周波パルスを
シーケンサ７の命令にしたがって変調器１２で振幅変調
する。この振幅変調された高周波パルスを高周波増幅器
１３で増幅した後に被検体１に近接して配置された高周
波コイル１４ａに供給することにより、電磁波が上記被
検体１に照射されるようになっている。

【００２８】受信系５は、被検体１の生体組織の原子核
の核磁気共鳴により放出されるエコー信号（ＮＭＲ信号
）を検出するもので、受信側の高周波コイル１４ｂと増
幅器１５と直交位相検波器１６と、Ａ／Ｄ変換器１７と
から成る。上記送信側の高周波コイル１４ａから照射さ
れた電磁波による被検体１の応答の電磁波（ＮＭＲ信号
）は被検体１に近接して配置された高周波コイル１４ｂ
で検出され、増幅器１５及び直交位相検波器１６を介し
てＡ／Ｄ変換器１７に入力してディジタル量に変換され
る。さらにシーケンサ７からの命令によるタイミングで
直交位相検波器１６によりサンプリングされた二系列の
収集データとされ、その信号が信号処理系６に送られる
ようになっている。この信号処理系６は、ＣＰＵ８と、
磁気ディスク１８及び磁気テープ１９等の記録装置と、
ＣＲＴ等のディスプレイ２０とから成り、上記ＣＰＵ８
でフーリエ変換、補正係数計算像再構成等の処理を行い
、任意断面の信号強度分布あるいは複数の信号に適当な
演算を行って得られた分布を画像化してディスプレイ２
０に断層像として表示するようになっている。なお、図
３において、送信側及び受信側の高周波コイル１４ａ，
１４ｂと傾斜磁場コイル９は、被検体１の周りの空間に
配置された静磁場発生磁石２の磁場空間内に設置されて
いる。

【００２９】ここで本発明においては、上記シーケンサ
７は、通常計測及び不均一１次項補正量計測をそれぞれ
のパルスシ−ケンスを用いて制御する。通常計測時にお
いては、各物理軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸）毎に１次項を補正す
るためのオフセット傾斜磁場を本来の傾斜磁場パルスに
付加して印加するものとし、この印加は計測開始から計
測終了時まで持続する。この様子を図１１に示す。すな
わち、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸各々の不均一１次項に相当するオフ
セット傾斜磁場強度をＸ１，Ｙ１，Ｚ１とすると、計測
期間中は常にこの傾斜磁場が直流的に付加されている。 これはたとえオブリ−ク計測時であっても、物理軸に固
定された強度で印加される。

【００３０】次に、本発明による磁気共鳴イメージング
装置における静磁場不均一１次項計測の方法について図
１及び図１０を用いて説明する。図１は、本発明の静磁
場不均一１次項計測シーケンスを模式的に示したタイミ
ング線図である。図１において、（ａ）図は高周波磁場
の信号の照射タイミング及び被検体のスライス位置を選
択的に励起するためのエンベロ−プを示している。（ｂ
）図はＸ方向の傾斜磁場Ｇｘの印加のタイミングを示し
、（ｃ）図はＹ方向の傾斜磁場Ｇｙの印加のタイミング
を示し、（ｄ）図はＺ方向の傾斜磁場Ｇｚの印加のタイ
ミングを示し、（ｅ）図は位相エンコ−ド方向傾斜磁場
Ｇｐの印加のタイミング及びその振幅を変えて計測する
ことを示しており、（ｆ）図は周波数エンコ−ド方向傾
斜磁場Ｇｆの印加のタイミングを示している。また、（
ｇ）図は計測されるエコ−信号（ＮＭＲ信号）を示して
おり、（ｈ）図はパルスシ−ケンスを１〜１０に区間分
けしたものである。ここで、Ｇｘ，Ｇｙ，ＧｚとＧｓ，
Ｇｐ，Ｇｆとの関係は１対１である。

【００３１】図１において、区間１では（ａ）、（ｂ）
図に示すように、９０°選択励起パルス及びＸ軸傾斜磁
場パルスＧｘ１の印加により、図１０の第１励起領域が
励起される。区間２では引き続きＧｘ１を印加するとと
もに、Ｙ軸傾斜磁場パルスＧｙ１を印加する。Ｇｘ１、
Ｇｙ１の印加によりＸ、Ｙ軸方向に分布するスピンの位
相は拡散する。区間３ではＧｘ１の印加を終了し、引き
続きＧｙ１のみの印加を継続する。これにより、Ｙ軸方
向に分布するスピンのみの位相が拡散する。区間４では
、引き続きＧｙ１の印加を継続するとともに、１８０°
選択励起パルスを印加する。これにより図１０の第２励
起領域が励起されるが、第１励起領域と重なる領域以外
では縦磁化が反転するが横磁化は発生せず、区間９のエ
コ−信号計測時に如何なるエコ−信号も発しない。この
励起で反転した横磁化を有するのは、区間１で第１励起
領域に存在し、区間４で第２励起領域に存在するスピン
のみである。この重複領域に存在するスピンは、通常の
ＳＥ法と同様の９０°及び１８０°の励起を受けたこと
になる。区間５では引き続きＧｙ１を印加するとともに
、Ｘ，Ｚ軸傾斜磁場パルスＧｘ２，Ｇｚ１を印加する。 Ｇｘ２，Ｇｙ１の印加により、区間５の終了時点で重複
領域内のＸ，Ｙ軸方向に配列したスピン（反転した横磁
化）の位相が揃う。このとき、上記重複領域外で横磁化
となっているスピン、すなわち９０°パルスのみの励起
を受けたスピンの位相は、反転されていないためより一
層拡散する。一方、Ｇｚ１によりＺ軸方向に関しては、
位相が拡散する。

【００３２】区間６では引き続きＧｚ１を印加するとと
もに、１８０°選択励起パルスを印加する。これにより
図１０の第３励起領域が励起されるが、上記第１、第２
の重複領域と重なる領域以外では反転した横磁化は発生
せず、区間９のエコ−信号計測時に如何なるエコ−信号
も発しない。この励起で反転した横磁化を有するのは、
区間１で第１励起領域に存在し、区間４で第２励起領域
に存在し、区間４で第３励起領域に存在するスピンのみ
である。この３つの領域の重複領域に存在するスピンは
、通常のマルチエコ−法と同様の９０°−１８０°−１
８０°の励起を受けたことになる。区間７では引き続き
Ｇｚ１を印加する。Ｇｚ１の印加により、区間７の終了
時点で重複領域内のＺ軸方向に配列したスピン（反転し
た横磁化）の位相が揃う。このとき、上記重複領域外で
横磁化となっているスピン、すなわち９０°パルスのみ
、または９０°−１８０°パルスのみの励起を受けたス
ピンの位相は、反転されていないためより一層拡散する
。区間８では位相エンコ−ド傾斜磁場パルスＧｐを印加
するとともに、周波数エンコ−ド方向に負の傾斜磁場パ
ルスＧｆ１を印加する。区間９では周波数エンコ−ド方
向に正の傾斜磁場パルスＧｘ４を印加するとともに、エ
コ−信号９０の計測を行なう。区間１０ではなんらのパ
ルスも印加せず、次の繰り返しまでの待ち時間となる。 このようなパルスシ−ケンスにより、図１０の第１〜３
励起領域の重複した立方体（または直方体）からのみ、
共鳴信号を取り出せる。

【００３３】ところで、グラジェント・エコ−法におい
ては、上述したように静磁場不均一による位相拡散がお
こる。図１に示した不均一１次項計測シ−ケンスでも、
同様の影響を受けるように、パルスシ−ケンスが構成さ
れている。これら両シ−ケンスの静磁場不均一による位
相拡散の様子を図１１、１２に示す。まずグラジェント
・エコ−では、図１１に示すようにα°パルスの励起時
点からエコ−時間ＴＥの間に不均一により位相が拡散す
る。一方、図１２に示す本発明によるパルスシ−ケンス
では、１８０°パルス３１により拡散した位相が一旦収
束し、再度の１８０°パルス３２の印加時点で完全に収
束する。ここで１８０°位相が反転するが、位相は拡散
していないので、この時点からエコ−ピ−クの出現時刻
までをＴＥ′とすると、ＴＥ＝ＴＥ′であれば両者の位
相回転量は等しくなる。この位相回転量から補正量が計
算できる。

【００３４】以上のように、図１に示した区間１〜１０
のパルスシ−ケンスを、まず（ｅ）図に示す位相エンコ
−ド方向傾斜磁場Ｇｐの強度を変えながら、所定回数だ
け繰返し、信号処理系６にｋ空間を埋める生デ−タを取
得する。ＣＰＵ８は、この生デ−タから最も高い信号強
度を与えるデ−タ列を検索し、そのデ−タ列が中心すな
わち０位相エンコ−ドから正負どちらにどれだけずれて
いるかを算出する。

【００３５】次に、算出された位相エンコ−ド方向の最
高信号強度のずれから、静磁場不均一の１次項を求める
手順を説明する。図２は、上記図１の不均一１次項計測
シ−ケンスの内、位相エンコ−ドと不均一１次項に関連
する主要な部分を示したものである。図に示すＧｏｆｆ
ｓｅｔの不均一１次項が存在した場合、破線の０レベル
に対して実際の磁場は実線で示すものとなる。この余分
な磁場の総印加量Ｓは、 　　　　　　Ｓ＝Ｇｏｆｆｓｅｔ×ＴＥ′　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１９）となる
が、これを位相エンコ−ドの印加時間ｔｅｎｃで除した
値の符号を反転した値Ｇｐｅａｋが、エコ−の最高信号
強度を与える位相エンコ−ドレベルとなる。 　　　　　　Ｇｐｅａｋ＝−Ｓ／ｔｅｎｃ　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（２０）実際
の計測から、すでにＧｐｅａｋは位相エンコ−ドの１ス
テップの傾斜磁場強度の整数倍として求められているの
で、式（１９），（２０）より補正量Ｇｃｏｒは、とな
る。この補正量を通常計測時に常に印加することにより
、静磁場１次項の影響を除去できる。

【００３６】

【発明の効果】本発明は以上のように構成されたので、
シ−ケンサ７によるパルスシ−ケンスの制御によって、
本計測時には常に静磁場不均一の１次項が精度よく補正
される。これにより、空間的歪、位置ずれ、スライス厚
さの変動、Ｓ／Ｎ低下等の問題のない画像を得ることが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の磁気共鳴イメージング装置における静
磁場不均一１次項を計測するパルスシーケンスを模式的
に表わしたタイミング線図

【図２】本発明による静磁場不均一計測シ−ケンスによ
り補正量を算出する原理を説明するための図

【図３】本
発明及び従来の核磁気共鳴イメージング装置の全体構成
を示すブロック図

【図４】磁気共鳴イメージング装置の撮像原理を説明す
るために原子核スピンの挙動を示す説明図

【図５】一般
的な磁気共鳴イメージング装置における二次元フーリエ
イメージング法のうち代表的なスピンエコー法のパルス
シーケンスを模式的に表わしたタイミング線図

【図６】スライス軸に１次不均一が存在する場合に画像
に現われる影響を示す説明図

【図７】位相エンコ−ド軸に１次不均一が存在する場合
に画像に現われる影響を示す説明図

【図８】位相エンコ−ド軸に不均一１次項が重畳した場
合の影響の現れる様子を示す説明図

【図９】周波数エンコ−ド軸に１次不均一が存在する場
合に画像に現われる影響を示す説明図

【図１０】本発明の静磁場不均一１次項計測シ−ケンス
により励起される領域を示す説明図

【図１１】グラジェントエコ−法における静磁場不均一
に起因した位相拡散を示す説明図

【図１２】本発明による静磁場不均一１次項計測シ−ケ
ンスにおける静磁場不均一に起因した位相拡散を示す説
明図

【符号の説明】

１　　　　　　被検体 ２　　　　　　磁場発生装置 ３　　　　　　磁場勾配発生系 ４　　　　　　送信系 ５　　　　　　受信系 ６　　　　　　信号処理系 ７　　　　　　シーケンサ ８　　　　　　ＣＰＵ ９　　　　　　傾斜磁場コイル １０　　　　傾斜磁場電源 １４ａ　　送信側の高周波コイル １４ｂ　　受信側の高周波コイル

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被検体に静磁場を与える静磁場発生手段と
   、該被検体に傾斜磁場を与える傾斜磁場発生手段と、上
   記被検体の生体組織を構成する原子の原子核に核磁気共
   鳴を起こさせる高周波パルスをある所定のパルスシーケ
   ンスで繰り返し印加するシーケンサと、このシーケンサ
   からの高周波パルスにより被検体の生体組織の原子核に
   核磁気共鳴を起こさせるために高周波磁場を照射する送
   信系と、上記の核磁気共鳴により放出されるエコ−信号
   を検出する受信系と、この受信系で検出したエコ−信号
   を用いて画像再構成演算を行う信号処理系と、得られた
   画像を表示する手段とを備え、核磁気共鳴により放出さ
   れるエコ−信号の計測を繰り返し行って断層像を得る核
   磁気共鳴イメージング装置において、上記シ−ケンサは
   本計測に先立ち上記静磁場不均一の１次項を計測するパ
   ルスシ−ケンスを動作させ、該計測により得られたデ−
   タから不均一補正量を計算し、本計測時に前記不均一補
   正量を付加した傾斜磁場を印加する手段を設けたことを
   特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
2. 【請求項２】上記補正量計測時に、被検体の静磁場中心
   に位置する所定の領域のみを選択的に励起し、該領域か
   らのエコ−信号のみを用いて補正量の計測を行うことに
   よって、補正精度を向上させることを特徴とする請求項
   １記載の磁気共鳴イメージング装置。
3. 【請求項３】上記補正量計測領域の選択は、互いに直交
   する３面の選択的励起を順次行い、励起の重複する直方
   体のみからエコ−信号を発生させることにより実現する
   ことを特徴とする請求項２記載の磁気共鳴イメージング
   装置。
4. 【請求項４】上記補正量計測領域の選択は、複数のプリ
   サチュレ−ションパルスの印加により行うことを特徴と
   する請求項２記載の磁気共鳴イメージング装置。
5. 【請求項５】上記選択励起領域が、静磁場均一度１０ｐ
   ｐｍ以下の領域に限定することを特徴とする請求項２記
   載の磁気共鳴イメージング装置。
6. 【請求項６】上記選択励起領域が、１ｃｍ×１ｃｍ×１
   ｃｍの立方体とすることを特徴とする請求項２記載の磁
   気共鳴イメージング装置。