JPH06335469A

JPH06335469A - 磁気共鳴イメージング装置

Info

Publication number: JPH06335469A
Application number: JP5126784A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Watabe; 滋渡部
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1993-05-28
Filing date: 1993-05-28
Publication date: 1994-12-06

Abstract

(57)【要約】【目的】磁気共鳴イメージング装置において三次元デー
タを基に二次元投影画像を得る際に、投影方向の入力設
定、確認を容易に行えるようにする。【構成】磁気共鳴イメージング装置の信号処理系は、被
検体から得られたエコー信号を演算・像再構成し三次元
データを得て、これを投影処理し二次元投影画像を得
る。この際、投影方向は人体模型３１を操作して所望の
方向に設定する。人体模型３１の操作により回転軸３
２、３３が回転するとその回転量（角度）は電流−電圧
変換器３５、Ａ／Ｄ変換器３６を介してデジタル信号と
してＣＰＵ８に入力され、投影方向が設定される。また
投影方向を表わす角度がディスプレイに表示される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、核磁気共鳴（以下、
ＮＭＲという）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（以下、ＭＲＩとい
う）装置に関し、特に三次元データの投影角度入力手段
を有するＭＲＩ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、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（以下単にスピンという）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。このような磁気共鳴イ
メージング装置は、図７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、被検体１に傾斜磁場を与
える磁場勾配発生系３と、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
を所定のパルスシーケンスで繰返し印加するシーケンサ
７と、このシーケンサ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、核
磁気共鳴により放出されるエコー信号を検出する受信系
５と、この受信系５で検出したエコー信号を用いて画像
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ー信号の計測を繰返し行って断層像
を得るようになっている。

【０００３】この装置では、０．０２〜２テスラ程度の
静磁場を発生させる磁場発生磁石２の中に被検体１が置
かれる。このとき被検体１中のスピンは静磁場の強さＨ
₀によって決る周波数で静磁場の方向を軸として歳差運
動を行う。この歳差運動の周波数はラーモア周波数ν₀
と呼ばれる。この状態で、送信系４内の高周波照射コイ
ル１４ａによって計測しようとする原子核のラーモア周
波数ν₀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。
このときに放出される電磁波（エコー信号）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（以下、ＣＰＵという）８に送る。

【０００４】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という）に表示する。この高周波磁場
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によって増幅したものを
高周波送信コイル１４に送ることにより得られる。ま
た、このＭＲＩ装置においては、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からの電流を供給され、傾斜磁場を発生す
るものである。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。スピンの回転周波数は磁
場強度に比例しているので、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、
即ちエコー信号の空間的な分布を求めることができる。
この空間的な分布は、傾斜磁場の印加による位置の符号
化を直交する三軸方向に与えることにより三次元データ
の取得も可能である。

【０００５】このようにして得られた三次元データは磁
気ディスク１９等に格納され、更に後処理により見る方
向を変えて二次元投影像を作成することができる。例え
ば、血管描画（アンジオグラフィ）の場合には、更にタ
イムオブフライト（Time-of-flight）法、フェーズセン
シティブ（Phase-sensitive）法、フェーズコントラス
ト（Phase-contrast）法により血管像を得、得られた三
次元データである血管像から投影像を作成する。投影方
向として一般的には、冠状断、矢状断などの軸断面の方
向に投影するが、血管の前後関係等奥行き知覚を得るに
は、ある軸を中心として回転、例えば±４５°程度角度
のついた投影から、５°〜１０°おきに投影像を作成
し、それらを動画像として表示することにより血管の構
造を認識する。更に、直交する二つの軸周りの回転（二
軸回転）による投影像を得ることも可能で、この場合、
例えば回転軸として頭尾軸及び左右軸が設定される。

【０００６】このような投影処理においてオペレータが
投影角度を指定する際、トラックボール、ジョイスティ
ック等が用いられている。例えばトラックボールの左右
方向の回転に対し、図６に示すように頭尾軸周りの左方
向１８０°から右方向１８０°までの３６０°の範囲
（α）、上下方向の回転で左右軸周りに頭方向１８０°
から足方向１８０°までの３６０°の範囲（β）で設定
される。ＣＰＵ８は、設定角度に従った投影像を計算し
ディスプレイ上に表示する。ディスプレイには投影像と
ともに二つの回転角度（α、β）が表示される。この一
連の操作により、任意方向の投影像が得られ、人体血管
系を立体的に観察できる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このように
従来のＭＲＩ装置においては、三次元データから投影像
を得る場合に、投影角度の変更はトラックボール等で行
っているため、表示されている投影像の投影角度は、デ
ィスプレイ上に表示された角度のみから判断することに
なり、特に二軸回転を用いた場合、オペレータにおける
方向認識が困難となっていた。

【０００８】本発明は、このような従来のＭＲＩ装置の
難点を解決するためになされたもので、所望の投影方向
をダイレクトに設定でき、しかもその設定方向を視覚的
に表示することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このような目的を解決す
る本発明のＭＲＩ装置は、静磁場内に置かれた被検体の
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
せるために、被検体に高周波パルスを照射する送信系
と、核磁気共鳴により放出されるエコー信号を検出する
受信系と、受信系で検出したエコー信号を用いて画像再
構成演算を行うとともに画像再構成演算後の三次元デー
タを用いた投影処理により二次元投影画像を作成する機
能を有する信号処理系とを備えた磁気共鳴イメージング
装置において、信号処理系は投影処理のための投影角度
を決定する投影角度入力手段を備え、投影角度入力手段
は、互いに直交する２軸周りに回転可能な人体模型と、
２軸の各回転量をデジタル量として信号処理系に送る信
号変換手段とを備えたものである。

【００１０】

【作用】送信系がシーケンサによって所定のパルスシー
ケンスで動作することにより、計測に必要なエコー信号
が受信系に検出される。信号処理系は得られたエコー信
号を基に三次元データとして再構成する。信号処理系は
更にこの三次元データを所定の投影角度から投影し、複
数の二次元画像を得る。ここで、投影角度は投影角度入
力手段の人体模型を実際に動かすことにより信号処理系
に入力される。即ち、人体模型を２軸の周りに所定角度
回転させると、各軸の回転量は信号変換手段によりデジ
タル量に変換されて信号処理系に入力され、人体模型の
位置に対応する２軸の回転角度で決る投影方向が設定さ
れるとともにその角度がディスプレイ上に表示される。
従って、操作者は任意の投影角度を人体模型によって設
定することができるとともに、現在設定されている投影
角度を人体模型の向きから視覚的に容易に把握できる。

【００１１】

【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。図２は、本発明による磁気共鳴イメージン
グ（ＭＲＩ）装置の全体構成を示すブロック図である。
このＭＲＩ装置は、ＮＭＲ現象を利用して被検体の断層
像を得るもので、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、中央処理装置（ＣＰＵ）８とを備えてい
る。

【００１２】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、被検体１の周りにある広がりをもっ
た空間に永久磁石方式又は常電導方式或いは超電導方式
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の三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とからなり、後述のシーケンサ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の三軸方向の傾斜磁場Ｇｙ、Ｇｘ、
Ｇｚを被検体１に印加するようになっている。この静磁
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。

【００１３】シーケンサ７は被検体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１４とから成り、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
に従って変調器１２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１４に供給するこ
とにより、電磁波が被検体１に照射されるようになって
いる。

【００１４】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１５と増
幅器１６と直交位相検波器１７と、Ａ／Ｄ変換器１８と
から成り、送信側の高周波コイル１４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１５で検出さ
れ、増幅器１６及び直交位相検波器１７を介してＡ／Ｄ
変換器１８に入力してディジタル量に変換され、更にシ
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１７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。

【００１５】尚、図２において、送信側及び受信側の高
周波コイル１４、１５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
内に配置されている。信号処理系６は、ＣＰＵ８と、磁
気ディスク１９及び磁気テープ２０等の記録装置と、Ｃ
ＲＴ等のディスプレイ２１と、投影角度入力手段３０と
から成り、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或いは
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２１に断層像として表示するようにな
っている。また、ＣＰＵ８でフーリエ変換されて得られ
た三次元データは磁気ディスク１９等の記録装置に格納
され、ＣＰＵ８はこの三次元データを基に投影角度入力
手段３０によって設定された投影角度に二次元投影画像
化し、設定された投影角度とともに投影像をディスプレ
イ２１に表示する。

【００１６】投影角度入力手段３０は、図１に示すよう
に、人体模型３１と、頭尾軸及び左右軸に対応する回転
軸３２、３３と、２つの支持枠３４、３４’とを備え、
回転角度の変化をデジタル信号としてＣＰＵ８に出力す
る信号変換手段として、回転角度の変化を電流の変化に
変換する手段として角度信号変換部３２ａ、３３ａ、電
流−電圧変換器３５、Ａ／Ｄ変換器３６、更に投影角度
入力手段３０の操作完了をＣＰＵ８に知らせるための入
力終了スイッチ３７を備えている。

【００１７】回転軸３３は人体模型３１に固定され、内
側の支持枠３４に対して回転可能であり、回転軸３２は
支持枠３４に固定され、外側の支持枠３４’に対して回
転可能である。操作者が人体模型３１を操作することに
よって各回転軸３２、３３の回転角度が変化すると、角
度信号変換部３２ａ、３３ａ内の可変抵抗値が変化する
構成されている。これら可変抵抗値の変化に従い、変化
する電流量を電流−電圧変換器３５で電圧値に変換し、
更にＡ／Ｄ変換器３６によりデジタル信号としてＣＰＵ
８に転送する。これによりＣＰＵ８は角度情報を読み取
ることできる。尚、入力終了スイッチ３７がＯＮされ、
ＣＰＵ８に入力終了信号が入力されると、ＣＰＵ８はＡ
／Ｄ変換器３６からの最終の信号を角度入力値として認
識し、これにより、人体模型３１による投影方向入力の
設定途中の角度で投影処理を行うことを防止することが
できる。

【００１８】次に以上のような構成におけるＭＲＩ装置
の動作について説明する。まず０．０２〜２テスラ程度
の静磁場を発生させる磁場発生磁石２の中に被検体１が
置かれると、被検体１中の生体組織の原子の原子核スピ
ン（以下、スピンという）は静磁場の強さＨ₀によって
決る周波数（ラーモア周波数ν₀）で静磁場の方向を軸
として歳差運動を行う。

【００１９】この状態で、送信系４内の高周波照射コイ
ル１４ａによって計測しようとする原子核のラーモア周
波数ν₀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。
このときに放出される電磁波（エコー信号）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（以下、ＣＰＵという）８に送る。

【００２０】ここで傾斜磁場コイル９が、シーケンサ７
からの信号で動作する傾斜磁場電源１０からの電流を供
給されることにより、傾斜磁場を発生するので空間的な
磁場勾配ができる。スピンの回転周波数は磁場強度に比
例しているので、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、即ちエコー
信号の空間的な分布を求めることができる。

【００２１】尚、通常ＭＲＩ装置においては、線形の傾
斜磁場である位相エンコード方向傾斜磁場Ｇｙと周波数
エンコード方向傾斜磁場Ｇｘが用いられており、図３に
示すような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
の繰返し時間Ｔｒ毎に、所定回数、例えば２５６回繰返
すことにより得た計測信号（エコー信号）を二次元逆フ
ーリエ変換することにより、断層画像を構成することが
できる。更に図のスライス方向にＧｙと同様のエンコー
ド傾斜磁場を付加し、一次元フーリエ変換を加えること
で三次元データの取得が可能である。

【００２２】ＣＰＵ８では、このようにして得られた三
次元データを基に画像を再構成演算する。ここで本実施
例においては、アンジオグラフィ、即ち、シーケンサ７
が血流または血管描画のためのシーケンスを起動し、計
測データを信号処理系で再構成することにより、三次元
の血管データを作成する場合について説明する。この際
の血管描画シーケンスは、タイムオブフライト（Time-o
f-flight）法、フェーズセンシティブ（Phase-sensitiv
e）法、フェーズコントラスト（Phase-contrast）法等
公知の血管描画手法のいずれに基づいたものであっても
よい。これら三次元のデータセットは、図４に示すよう
に血流または血管が相対的に高信号で描画された二次元
画像を積み重ねたものであり、後述する投影処理によ
り、任意の二次元投影像に変換される。

【００２３】尚、血管像影の場合に投影像を作成する手
法としては、光線軌跡法（最大値投影法）が一般的であ
る。即ち、視点から投影面までに一つの光軸を設けたと
き、その光軸上にある血管の候補は、背景となるノイズ
よりも信号値が大きいとみなすことができ、ある光軸上
にある信号値の最大のものは、血管の可能性が非常に高
い。従ってこの最大値のみで１枚の投影像を作成すれば
血管像が得られる。

【００２４】また投影表示処理は、図４に示すように被
検体の直交した３軸のいずれか１軸に関して回転した任
意方向からの投影によって作成してもよいが、更に直交
する二つの軸周りの回転（二軸回転）によって投影像を
得てもよい。この場合、例えば回転軸として頭尾軸及び
左右軸が設定される。二軸回転による投影処理において
は、図５に示すように三次元血管データの各面に直交す
るＸ、Ｙ、Ｚの三軸を設定し（ａ）、まずＸ軸周りにα
（-180°≦α≦180°）の回転を行い（ｂ）、続いて
Ｙ’軸周りにβ（-180°≦β≦180°）の回転を与え
（ｃ）、Ｚ”方向に投影を行う。これにより、Ｘ、Ｙ二
軸に関して（α、β）の回転を行った投影像が得られ
る。具体的にはＸ軸を頭尾軸、Ｙ軸を左右軸とし、αは
左方向180°から右方向180°まで、βは頭方向180°か
ら足方向180°までの範囲で設定でき（図６）、投影角
度入力装置３０により設定される。

【００２５】次に、この任意方向投影を実際に動作させ
る手順について説明する。まず最初に、再構成後の三次
元データから、投影に必要な領域を選定する。選定され
た三次元データを、必要に応じて補間処理を施した上で
メモリにロードする。メモリ上にロードされた三次元血
管データに対し、正面方向（α＝０、β＝０）の投影を
行う。この状態ではディスプレイ２１ではα＝０、β＝
０である。次に操作者が、投影角度入力装置３０の人体
模型３１を操作して投影角度を所望の値に設定すると、
投影角度入力装置３０の回転軸３２、３３の角度情報は
角度信号変換部３２ａ、３３ａを経由し、入力終了スイ
ッチ３７による入力終了信号の受信後にＣＰＵ８に取込
まれる。ＣＰＵ８は読み取った投影角度に応じて、投影
処理を行うとともにディスプレイ２０に表示した投影角
度を更新する。即ち、ディスプレイには投影画像ととも
に新たな２つの回転角度α、βが表示される。

【００２６】次いで入力終了スイッチ３７をオンして再
度投影角度入力装置３０を操作し、再度投影処理を行
う。これを繰返すことによって、複数枚の任意方向投影
像を次々に作成し動画表示することができる。このよう
に二次元投影像を動画表示することによって、血管の奥
行情報を把握可能になる。しかも投影角度は人体模型３
１によって視覚的に確認することができる。

【００２７】以上述べた投影方法では、最大値投影法を
基本としているが、血管を低信号として描画するブラッ
クブラッド（Black-Blood）法を用いた場合には、最小
値投影法を用いても同様に適用することができる。ま
た、以上の実施例では血管描画について説明したが、本
発明は一般のＭＲＩイメージングに適用できるのは言う
までもない。

【００２８】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明のＭＲＩ装置によれば三次元データに基づき投影画像
を形成するに際し、投影方向が視覚的に確認できる投影
角度入力手段を設けたので、被検体の投影方向の認識が
容易となり、所望の投影方向をダイレクトに設定でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の投影角度入力装置の概要を説明する図

【図２】本発明の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３】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方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４】本発明が適用される血管描画の投影表示を模式
的に表わした説明図

【図５】本発明の二軸回転投影表示を模式的に表わした
説明図

【図６】投影角度の説明図

【図７】従来の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

【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…ＣＰＵ９…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３０…投影角度入力装置３１…人体模型３５…電流−電圧変換器（信号変換手段）３６…Ａ／Ｄ変換器（信号変換手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所 9219−2ＪＧ０１Ｎ 24/02 Ｙ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】静磁場内に置かれた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ために、
前記被検体に高周波パルスを照射する送信系と、前記核
磁気共鳴により放出されるエコー信号を検出する受信系
と、前記受信系で検出したエコー信号を用いて画像再構
成演算を行うとともに画像再構成演算後の三次元データ
を用いた投影処理により二次元投影画像を作成する機能
を有する信号処理系とを備えた磁気共鳴イメージング装
置において、前記信号処理系は前記投影処理のための投
影角度を決定する投影角度入力手段を備え、前記投影角
度入力手段は、互いに直交する２軸周りに回転可能な人
体模型と、前記２軸の各回転量をデジタル量として前記
信号処理系に送る信号変換手段とを備えたことを特徴と
する磁気共鳴イメージング装置。