JPS618040A - Diagnostic nuclear magnetic resonance apparatus - 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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、核磁気共鳴現象を利用して人体の断層像を得
る診断用核磁気共鳴装置に係わり、特に断層像内での温
度分布の測定を可能とした診断用核磁気共鳴装置に関す
る。[Detailed Description of the Invention] [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a nuclear magnetic resonance apparatus for diagnosis that obtains tomographic images of a human body using nuclear magnetic resonance phenomena, and in particular to measurement of temperature distribution within a tomographic image. This invention relates to a diagnostic nuclear magnetic resonance apparatus that enables

（発明の技術向背′景とその問題点〕 近年、核磁気共鳴現象を利用して人体断層像を投影する
各種の診断用核磁気共鳴装Ｍ　（ＮＭＲ−ＣＴ）が開発
されている。この装置では、人体を構成する水分子の水
素原子核が外部から印加された磁場に応答する際の共振
周波数の電磁波を照射することを利用し、その散乱（緩
和時間τ等）を測定することにより人体内における水分
子の分布を知ることができ、該水分子の分布状況を計算
機処理により画像化し、ＣＲＴモニタ等に人体断層像を
投影することが可能である。これにより、従来は像影剤
を投入したＸ線−ＣＴにおいても断層像投影が困難であ
ったガン細胞等に対しても極めて有効な断層像投影手段
が提供されている。(Technical background of the invention and its problems) In recent years, various nuclear magnetic resonance systems for diagnosis (NMR-CT) that project tomographic images of the human body using nuclear magnetic resonance phenomena have been developed. In this study, we used irradiation with electromagnetic waves at the resonant frequency when the hydrogen nuclei of water molecules that make up the human body respond to an externally applied magnetic field, and measured the scattering (relaxation time τ, etc.) of the hydrogen atoms in the human body. It is possible to know the distribution of water molecules in the body, to image the distribution of water molecules through computer processing, and to project a tomographic image of the human body on a CRT monitor, etc. This makes it possible to An extremely effective tomographic image projection means has been provided for cancer cells, etc., for which tomographic image projection was difficult even with X-ray CT.

しかしながら、今日の近代医学においては、人体内部の
諸器官の断層投影像もさることな、がら、その生理的機
能を詳細に分析する上で人体内部諸器官の湿度分布を知
ることが非常に重要となっている。However, in today's modern medicine, it is extremely important to know the humidity distribution of the internal organs of the human body in order to analyze in detail their physiological functions, as well as the tomographic projection images of the internal organs of the human body. It becomes.

従゛来のＮ　Ｍ　Ｒ，−ＣＴやＸ線−ＣＴ等の断層像投
影装置は単に人体内部の断層投影像を得るだけの装置で
あり、人体内部の諸器官の温度分布断層像を知るには無
力である。このため″、放射赤外線の分布密度測定に基
づく赤外線サーモグラフィー装置が考案されたが、この
装置にあっては人体表面部分の温度分布測定は可能であ
るが、人体内部諸器官の温度分布の測定を行うことはで
きないと云う問題点があった。これは、熱放射赤外線を
測定する方法では容易に回避することができず、従って
従来装置とは全く動作原理の異なる測定方式の考案が要
望されている。Conventional tomographic image projection devices such as NMR, -CT and X-ray CT are devices that simply obtain tomographic images of the inside of the human body; is powerless. For this reason, an infrared thermography device was devised based on the measurement of the distribution density of radiant infrared rays. Although this device can measure the temperature distribution on the surface of the human body, it cannot measure the temperature distribution in internal organs of the human body. This problem cannot be easily avoided with methods that measure thermal radiation infrared rays, and therefore there is a need to devise a measurement method with a completely different operating principle from conventional devices. There is.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、人体内の湿度分布断層像を計算機処理
により投影することのできる診断用核磁気共鳴装置を提
供することにある。An object of the present invention is to provide a diagnostic nuclear magnetic resonance apparatus that is capable of projecting a tomographic image of humidity distribution inside a human body through computer processing.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明の骨子は、核磁気共鳴現象における水素原子の応
答共鳴周波数のみならず、その周りの吸収周波数帯のバ
ンド幅をも測定し、この測定したバンド幅から断層像内
における温度分布を求めることにある。The gist of the present invention is to measure not only the response resonance frequency of hydrogen atoms in nuclear magnetic resonance phenomena, but also the band width of the absorption frequency band around it, and to determine the temperature distribution in a tomographic image from the measured band width. It is in.

即ち本発明は、従来のＮＭＲ−ＣＴに準じた基本構造を
持つが、従来装置にあっては印加外部磁場に対する水素
原子核スピン自由度の応答共鳴周波数の特定電磁波のみ
を照射・吸収過程を通して測定し、水分子の体内分布を
投影していた点を改め、該特定応答共鳴周波数のみなら
ず、その周りの吸収周波数帯のバンド幅をも測定し得る
如き周波数フィルター等を設け、その吸収周波数帯のバ
ンド幅から測定された水分子周辺の熱平衡温度を計算機
により算出し、その体内温度分布を投影するための処理
機能を増設しである。That is, the present invention has a basic structure similar to conventional NMR-CT, but in the conventional apparatus, only a specific electromagnetic wave at a response resonance frequency of the hydrogen nuclear spin degree of freedom to an applied external magnetic field is measured through the irradiation and absorption process. , we revised the point that projected the distribution of water molecules in the body, and installed a frequency filter etc. that can measure not only the specific response resonance frequency but also the bandwidth of the absorption frequency band around it. A computer is used to calculate the thermal equilibrium temperature around water molecules measured from the band width, and a processing function is added to project the internal temperature distribution.

上記の基本構造を持つ本発明装置の基本動作原理は、人
体断層像については従来のＮＭＲ−ＣＴと同様であり、
体内温度分布断層像については上記の測定された特定応
答共鳴周波数の周りの吸収帯バンド幅から揺動散逸定理
により測定された水分子の体内での局所熱平衡温度を算
出する方法を採っている。即ち、測定のために照射され
る電磁波の散乱分布から得られる共鳴周波数帯のピーク
周波数をω０、共鳴周波数帯のバンド幅をγとするなら
ば、電磁波を照射された水分子の水素原子核のスピン自
由度は、外部磁場Ｂの周りに振動数ω０の歳差振動で近
似される。その運動は、アインシュタイン・ランジュバ
ン（Ｅ　１ｎｓｔｅｉｎ　−１−ａｎ（ＪｅＶｉｎ　）
の理論に従い近似的にｄ＝−β　δ−ωロ　σ＋　ξ なる方程式で表わせられる。ここで、βは減衰項の比例
定数であり、ξは平均零、突発相関ξ（を十Δｔ）ξ（
ｔ）＝２Ｄδ（ｔ△）で表されるガウス確率過程である
。この時、アインシュタインの公式は上記の揺動力の大
きさＤ、減衰項β及び上記揺動力の原因である熱的環境
の平衡温度Ｔの間に成り立つ関係式 ％式％ を与える。上述の方程式により減衰項βは共鳴周波数帯
のバンド幅γに一致する。なお、ｋＢはボルツマン定数
であり、Ｄも拡散の定数であるため、結局共鳴の幅γの
大きさは温度に比例することになる。The basic operating principle of the device of the present invention having the above-mentioned basic structure is the same as that of conventional NMR-CT for human body tomographic images.
For internal temperature distribution tomograms, a method is used to calculate the local thermal equilibrium temperature of water molecules within the body measured by the fluctuation dissipation theorem from the absorption band width around the measured specific response resonance frequency described above. That is, if the peak frequency of the resonance frequency band obtained from the scattering distribution of the electromagnetic waves irradiated for measurement is ω0, and the bandwidth of the resonance frequency band is γ, then the spin of the hydrogen nucleus of the water molecule irradiated with the electromagnetic waves is The degree of freedom is approximated by precession vibration around the external magnetic field B with a frequency ω0. The movement is based on Einstein Langevin (E 1nstein-1-an (JeVin)).
According to the theory of Here, β is the proportionality constant of the damping term, ξ is the mean zero, and the sudden correlation ξ(1Δt)ξ(
It is a Gaussian stochastic process expressed as t)=2Dδ(tΔ). At this time, Einstein's formula provides a relational expression % that holds between the magnitude D of the rocking force, the damping term β, and the equilibrium temperature T of the thermal environment that is the cause of the rocking force. According to the above equation, the damping term β corresponds to the bandwidth γ of the resonant frequency band. Note that since kB is the Boltzmann constant and D is also a diffusion constant, the magnitude of the resonance width γ is ultimately proportional to the temperature.

γＯＣＴ そして、比例定数は実験的に求めることができ、普遍的
数値となるため、体内温度を共鳴幅γから算出すること
が可能となる。γOCT Since the proportionality constant can be determined experimentally and is a universal value, it is possible to calculate the internal body temperature from the resonance width γ.

本発明はこのような点に看目し、被検体に核磁気共鳴現
象を生じせしめ、誘起された核磁気共鳴信号を検出し、
該被検体の予定断層面の投影情報を得て画像再生処理を
施すことにより、被検体中の水素原子核のスピン或いは
緩和時定数の少なくとも一方の反映された断層像情報を
得て診断に供する診断用核磁気共鳴装置において、前記
水素原子核の応答共鳴周波数の周りの吸収周波数帯内の
バンド幅を測定する手段と、この測定したバンド幅から
水素原子の被検体内での局所的熱平衡温度を算出する手
段と、この算出した局所的熱平衡温度を２次元解析して
断層像内での温度分布を求める手段とを設けるようにし
たものである。In view of these points, the present invention causes a nuclear magnetic resonance phenomenon to occur in a subject, detects the induced nuclear magnetic resonance signal,
A diagnosis in which tomographic image information reflecting at least one of the spin or relaxation time constant of hydrogen nuclei in the subject is obtained by obtaining projection information of a planned tomographic plane of the subject and performing image reproduction processing. In a nuclear magnetic resonance apparatus for use in a nuclear magnetic resonance apparatus, a means for measuring a band width within an absorption frequency band around the response resonance frequency of the hydrogen nucleus, and calculating a local thermal equilibrium temperature of a hydrogen atom within a subject from the measured band width. and a means for two-dimensionally analyzing the calculated local thermal equilibrium temperature to determine the temperature distribution within the tomographic image.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、水の分布情報に基づく人体断層像は勿
論のこと、この断層像内における温度分布を測定するこ
とが可能となる。このため、近代医学における有用性は
絶大である。また、人体のいかなる部分にも熱的揺乱を
与えることなく、安全な測定が可能である等の効果があ
る。According to the present invention, it is possible to measure not only a human body tomographic image based on water distribution information but also the temperature distribution within this tomographic image. Therefore, its usefulness in modern medicine is enormous. Further, there are effects such as safe measurement being possible without imparting thermal disturbance to any part of the human body.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

第１図は本発明の一実施例に係わる診断用核磁気共鳴装
置を示す概略構成図である。図中１は被検体２を載置す
るテーブルで、このテーブル１の周囲には４つの静磁場
発生用コイル３が配置されている。コイル３には中央処
理装置（ＣＰＵ）４の制御指令により作動する電源回路
５から電流が供給され、これにより被検体２に静磁場が
印加されるものとなっている。また、図には示さないが
、上記コイル３に加え、断層面スライスのための傾斜磁
場発生用のコイルも配置されている。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a diagnostic nuclear magnetic resonance apparatus according to an embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 1 denotes a table on which a subject 2 is placed, and around this table 1 four static magnetic field generating coils 3 are arranged. A current is supplied to the coil 3 from a power supply circuit 5 activated by a control command from a central processing unit (CPU) 4, thereby applying a static magnetic field to the subject 2. Although not shown in the figure, in addition to the coil 3 described above, a coil for generating a gradient magnetic field for tomographic plane slicing is also arranged.

一方、前記テーブル１の周囲には、コイルからなるプロ
ーブヘッド６が配置されている。このプローブヘッド６
はＣＰＵ４がらの制御指令により作動する送信回路７が
ら高周波電流を供給され、被検体２に前記静磁場と直交
する方向に高周波磁場を印加する。また、プローブヘッ
ド６には受信回路８が接続されている。そして、プロー
ブヘッド６により検出された被検体２がらの゛高周波電
磁波から、受信回路８により該電磁波の大きさ及び緩和
時間τ等が測定される。また、上記電磁波は受信回路８
を介してバンド幅測定回路９に供給されている。バンド
幅測定回路９は吸収帯のバンド幅を測定し得る如きバン
ドパスフィルター等からなるもので、この回路９により
水素原子核の応答共鳴周波数の周りの吸収周波数帯のバ
ンド幅γが測定される。そして、このバンド幅γ及び受
信回路８にて測定された緩和時間τ等の情報は前記ＣＰ
Ｕ’４に送出されるものとなっている。On the other hand, around the table 1, a probe head 6 made of a coil is arranged. This probe head 6
is supplied with a high frequency current from a transmitting circuit 7 activated by a control command from the CPU 4, and applies a high frequency magnetic field to the subject 2 in a direction perpendicular to the static magnetic field. Further, a receiving circuit 8 is connected to the probe head 6 . Then, from the high frequency electromagnetic waves from the subject 2 detected by the probe head 6, the receiving circuit 8 measures the magnitude, relaxation time τ, etc. of the electromagnetic waves. In addition, the above electromagnetic wave is transmitted to the receiving circuit 8.
The signal is supplied to the bandwidth measurement circuit 9 via the . The bandwidth measuring circuit 9 is composed of a bandpass filter or the like capable of measuring the bandwidth of the absorption band, and this circuit 9 measures the bandwidth γ of the absorption frequency band around the response resonance frequency of the hydrogen nucleus. Information such as this bandwidth γ and the relaxation time τ measured by the receiving circuit 8 is then transferred to the CP.
It is to be sent to U'4.

ＣＰＬＩ４では、上記入力した緩和時間τ等に基づいて
前記被検体２の所定断層面における水の分布を算出し、
これにより断層情報が得られる。さらに、バンド幅γに
基づいて被検体２の断層面内における温度分布が測定さ
れる。そして、上記水められた被検体２の断層情報及び
温度分布情報はＣ’ＲＴディスプレイ等の表示器１０に
表示されるものとなっている。CPLI4 calculates the distribution of water in a predetermined tomographic plane of the subject 2 based on the input relaxation time τ, etc.,
This provides fault information. Furthermore, the temperature distribution within the tomographic plane of the subject 2 is measured based on the band width γ. The tomographic information and temperature distribution information of the submerged subject 2 are displayed on a display 10 such as a C'RT display.

次に、上記構成された本装置の作用について説明する。Next, the operation of the apparatus configured as described above will be explained.

まず、被検体２にコイル３により予め静磁場を印加し、
核磁化ベクトルを同一方向に向けておき、さらにプロー
ブヘッド６により高周波磁場をこれと垂直に印加すると
、水素原子核の歳差運動か生じる。次いで、この高周波
磁場を除去すると、ある緩和時間τを経て元の状態に戻
る。この緩和時間τは生前中元素（Ｈ）の化学状態を表
す重要な情報を提供する。この元に戻る過程で放出され
る電磁波から緩和時間τを測定し、計算機処理により断
層像として表示する。ここまでは、従来のＮＭＲ−ＣＴ
と同様である。First, a static magnetic field is applied in advance to the subject 2 by the coil 3,
If the nuclear magnetization vectors are oriented in the same direction and a high frequency magnetic field is applied perpendicularly thereto by the probe head 6, precession of the hydrogen nuclei will occur. Then, when this high-frequency magnetic field is removed, the state returns to its original state after a certain relaxation time τ. This relaxation time τ provides important information representing the chemical state of the element (H) during life. The relaxation time τ is measured from the electromagnetic waves emitted during this return process, and is displayed as a tomographic image through computer processing. Up to this point, conventional NMR-CT
It is similar to

一方、前記コイル３により印加された静磁場中にあって
は体内の水分子中の水素原子核のスピン自由度は振動歳
差運動が持つ固有振動数に等しい周波数の電磁波（マイ
クロウェーブ）を吸収・放射することが知られている。On the other hand, in the static magnetic field applied by the coil 3, the spin degree of freedom of hydrogen nuclei in water molecules in the body absorbs electromagnetic waves (microwaves) with a frequency equal to the natural frequency of vibrational precession. known to radiate.

当該水素原子核の周囲の局所熱平衡温度は振動歳差運動
に対し熱的揺動力を加え、翻って上記のスピン自由度の
エネルギー散逸効果を生じる。このエネルギー散逸は固
有振動数の周りの共鳴吸収帯を生成し、そのバンド幅は
散逸定数に比例する。詳細には、近似的に上記のスピン
自由度の運動を記述するランジュバン方程式 ％式％ においで、前述したアインシュタインの公式β−ｋｓＴ
／Ｄ により吸収帯バンド幅γ（＝β）が絶対温度Ｔに比例す
ることが判る。従って　人体に照射・散乱されたマイク
ロウェーブからその吸収帯バンド幅γを測定し、上記比
例式に基づき計算処理することによって、人体内部の所
望部位の局所熱平衡温度を知ることができ、従来のＮＭ
Ｒ−ＣＴ人体断層像に合わせて人体内部温度分布断層像
を投影することができる。The local thermal equilibrium temperature around the hydrogen nucleus applies a thermal oscillation force to the vibrational precession, which in turn produces the energy dissipation effect of the spin degree of freedom. This energy dissipation creates a resonant absorption band around the natural frequency, the width of which is proportional to the dissipation constant. In detail, in the Langevin equation that approximately describes the motion of the above spin degree of freedom, Einstein's formula β-ksT
/D shows that the absorption band width γ (=β) is proportional to the absolute temperature T. Therefore, by measuring the absorption band width γ of the microwaves irradiated and scattered on the human body and performing calculation processing based on the above proportional formula, it is possible to know the local thermal equilibrium temperature of a desired part inside the human body, and the conventional NM
A human body internal temperature distribution tomographic image can be projected in accordance with the R-CT human body tomographic image.

即ち本装置では、第２図にフローチャートを示す如く温
度分布情報を得るため、まずバンド幅測定回路９により
共鳴周波数の周りの吸収周波数帯のバンド幅γを測定す
る。次いで、ＣＰＵ４にて上記バンド幅γから、測定さ
れた水分子の体内での局所熱平衡温度を算出する。さら
に、局所熱平衡温度を２次元解析して断層像内での温度
分布を求める。そして、この温度分布を表示器１０に表
示するようにしている。なお、この表示３は、温度分布
情報の単独でもよく、さらには前記水分子の分布に基づ
く断層像に合わせて表示するようにしてもよい。That is, in this apparatus, in order to obtain temperature distribution information as shown in the flowchart of FIG. 2, the bandwidth measurement circuit 9 first measures the bandwidth γ of the absorption frequency band around the resonance frequency. Next, the CPU 4 calculates the local thermal equilibrium temperature of the measured water molecules in the body from the band width γ. Furthermore, the local thermal equilibrium temperature is two-dimensionally analyzed to determine the temperature distribution within the tomographic image. This temperature distribution is then displayed on the display 10. Note that this display 3 may be the temperature distribution information alone, or may be displayed in conjunction with a tomographic image based on the water molecule distribution.

かくして本装置によれば、人体断層像及び人体内温度分
布断層像を投影することが可能となり、近代医学におけ
る有用性は極めて大きいものである。In this manner, the present device makes it possible to project a tomographic image of the human body and a tomographic image of the temperature distribution within the human body, and is extremely useful in modern medicine.

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、前記静磁場発生用コイルや傾斜磁場発生用
コイルの数等は仕様に応じて適宜変更可能である。また
、第１図に示す各回路は何等限定されるものではなく、
要は共鳴周波数の周りの吸収周波数帯内のバンド幅を測
定する手段、バンド幅から水素原子の被検体内での局所
的熱平衡温度を算出する手段及び該平衡濃度を２次元解
析して断層像内での温度分布を求める手段を有するもの
であればよい。′その他、本発明の要旨を逸脱しない範
囲で、種々変形して実施することができる。Note that the present invention is not limited to the embodiments described above. For example, the number of static magnetic field generating coils and gradient magnetic field generating coils can be changed as appropriate depending on specifications. Moreover, each circuit shown in FIG. 1 is not limited in any way,
The key points are a means to measure the band width within the absorption frequency band around the resonance frequency, a means to calculate the local thermal equilibrium temperature of hydrogen atoms within the subject from the band width, and a tomographic image by two-dimensionally analyzing the equilibrium concentration. Any device may be used as long as it has a means for determining the temperature distribution within. 'In addition, various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は本発明の一実施例に係わる診断用核磁気共鳴装
置を示す概略構成図、第２図は上記装置の作用を説明す
るための流れ作業図である。 １・・・テーブル、２・・・被検体、３・・・静磁場発
生用コイル、４・・・中央処理装置（ＣＰＵ）、５・・
・電源回路、６・・・プローブヘッド、７・・・送信回
路、８・・・受信回路、９・・・バンド幅測定回路、１
０・・・表示器。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a diagnostic nuclear magnetic resonance apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a flowchart for explaining the operation of the apparatus. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Table, 2... Subject, 3... Static magnetic field generation coil, 4... Central processing unit (CPU), 5...
・Power supply circuit, 6... Probe head, 7... Transmission circuit, 8... Receiving circuit, 9... Bandwidth measurement circuit, 1
0...Indicator.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] （１）被検体に核磁気共鳴現象を生じせしめ、誘起され
た核磁気共鳴信号を検出し、該被検体の予定断層面の投
影情報を得て画像再生処理を施すことにより、被検体中
の水素原子核のスピン或いは緩和時定数の少なくとも一
方の反映された断層像情報を得て診断に供する診断用核
磁気共鳴装置において、前記水素原子核の応答共鳴周波
数の周りの吸収周波数帯内のバンド幅を測定する手段と
、この測定したバンド幅から水素原子の被検体内での局
所的熱平衡温度を算出する手段と、この算出した局所的
熱平衡温度を２次元解析して断層像内での温度分布を求
める手段とを具備してなることを特徴とする診断用核磁
気共鳴装置。(1) By causing a nuclear magnetic resonance phenomenon in a subject, detecting the induced nuclear magnetic resonance signal, and performing image reproduction processing by obtaining projection information of a planned tomographic plane of the subject, In a diagnostic nuclear magnetic resonance apparatus that obtains tomographic image information reflecting at least one of the spin or relaxation time constant of a hydrogen nucleus and provides it for diagnosis, the bandwidth within an absorption frequency band around the response resonance frequency of the hydrogen nucleus is A means for measuring, a means for calculating the local thermal equilibrium temperature of hydrogen atoms within the subject from the measured band width, and a two-dimensional analysis of the calculated local thermal equilibrium temperature to determine the temperature distribution within the tomographic image. What is claimed is: 1. A nuclear magnetic resonance apparatus for diagnosis, comprising: means for determining.