JPS6184550A - 核磁気共鳴を用いた検査装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 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ＮＭＲイメージングにおいて、
画質劣化の原因となる静磁場の不均一および傾斜磁場の
非直線性の影響を完全に、独立に補正可能なＮＭＲを用
いた検査装置に関する。

〔発明の背景〕

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、Ｘ１ＣＴ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、ＫｕｍａｒらがＪ　、　Ｍａ
ｇｎ。

Ｒｅ５ｏｎ、　（よ８　、６９　（１９７５））に、あ
るいはＥｄｅｌｓｔｅｉｎ　　らがＰｈｙｓ、Ｍｅｄ、
ＢｉｏＬ、　（且、７５１（１９８０）　）に報告して
いるのでここでは省略する。

このようなイメージングにおいては、静磁場の不均一性
および傾斜磁場の非直線性は画質を劣化させる原因とな
っている。従来まで、静磁場の不均一性および傾斜磁場
の非直線性の影響については、これらの分布が知られて
いるならば補正可能であることが報告されている（Ｓｅ
ｋｉｈａｒａ　ａｔ　ａｌ。

Ｐｈｙｓ　、　Ｍａｄ　、　Ｂｉｏｌ、旦、　ｌ　５　
（１９８４）参照のこと）。

これらの分布のうち静磁場の不均一分布を測定する方法
については、すでにＭａｕｄｓｌｅｙらがＪ、Ｐｈｙｓ
。

Ｅ　：　Ｓｃｉ、Ｉｎｓｔｒｕｍ、り二し２１６　（１
９８４）　）　　に報告しているように、絵素単位の分
布までも求めることが可能である。しかし、傾斜磁場の
非直線性を求める方法については、これまで知られてい
なかった。傾斜磁場を発生するコイルは、通常、静磁場
発生用磁石のボア内に設置されるため、その直線性を現
状以上に高めるのは難かしく、測定対象によっては、そ
の影響を無視できなかった。そのため、静磁場の補正だ
けでは十分な補正が行なえなかった。

〔発明の目的〕

本発明はこのような欠点を鑑がみてなされたもので、そ
の目的は静磁場不均一と傾斜磁場の非直線性とを分離し
て検出し、それらのうちの少なくとも一方の影響を補正
可能にした検査装置を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明の要点は、フーリエイメージング法を用いた検査
装置において、視野内における静磁場の不均一分布およ
び傾斜磁場の分布を求めるのに、強度の異なる２種類の
傾斜磁場（分布は同じとする）を用いて間者を分離して
検出し、そのデータをもとに得られた画像を補正するよ
うにした点にある。

これについて、以下、若干補足的説明を行なう。

説明を簡単にするために、２次元で後述する変形スピン
ワープ法を例にとって説明する。　　。

ρ（ｘ、ｙ）を対象のスピン密度分布、Ｅ　（ｘ　ｒ　
ｙ　）を静磁場の分布の基準量からのずれ、Ｇ、、Ｇ、
をそれぞれＸ方向、Ｘ方向の傾斜磁場の大きさとする。

ここで、Ｘｙ　Ｘ方向の非直線的な傾斜磁場をＧ、（ｘ
ｔｔ、（ｘ、　ｙ））　ｔ　ａｙ　（ｙ＋εｙ（ｘｔ　
ｙ））と表わす。このように表すとＧヨ、Ｇ、はコイル
に流れる電流に比例し、５ｗ（ｘｔ　ｙ）＋　εｙ（Ｘ
ｔｙ）はコイルの形状により決まる量となる。ここで、
εｍ（Ｘｌ　ｙ）　ｒ　　εｙ（ｘｔｙ）をそれらの直
線からずれた成分を表わす。この時、計測された２次元
信号ｓ　（ａ−＋　ｔｙ）は ５（ａ−＋ｔｙ）＝ズ７ｐ　（ｘｔｙ）ｅｘｐトｊ　ｙ
　（ｔ＊　（ｘｔ　５　、　（ｘ、ｙ）　ＧＩｌ十Ｅ　
（ｘｔｙ）＋Ｇｙ　ｒ、ｙ（ｘ、ｙ）÷Ｇｙｙ）ｔｙ）
）ｄ−ｄｙ　　（１）で表わされる。γは核磁気回転比
である。ここで、積分変数を とすると −Ｓ　（Ｇ、ｙｔｙ）＝、／／’ｐ　（ｘ’　＊ｙ’　
）ｅｘｐ（−ｊｙ　（ｔ、ｘ’　Ｇ。

＋ｔｙｙ’　　ａｙ））ｄ−’　ｄ、′（３）ここで、
ρ（Ｘｌ　ｙ）＝ρ’　（ｘ’　Ｔｙ’　）との間には
次式で示される関係が成立する。

ρ’　（ｘ’　＋ｙ’　）＝ρ（Ｘ、ｙ）／Ｊ（ｘ、ｙ
）　　（４）ただし、Ｊ（ｘ、ｙ）は次式で与えられる
。

（，７）式は、Ｅヨ、Ｅの変化が小さい時にはａ、　　
　Ｇｙａｙ と表わすことができる。

ところで、（２）式から分かるように、対象物体の分布
ρ（ｘ、ｙ）が静磁場の不均−Ｅ（ｘ、ｙ）と傾斜磁場
の非直線性＠、（ｘｔ　ｙ）とεｙ　（ｘｔ　ｙ）との
影響でρ／　（ｘ／　、　ｙｌ　）に変化する場合、こ
のままでは両者の影響を分離することはできない。

しかし、ここでＧ、として大きさが異なる複数の傾斜磁
場を用いることにより１両者の影響を分離できることを
見い出した。例として、２種類の磁場を用いたとしその
磁場をＧ、ｌ、Ｇ、、とする。

（２）式に対応する式として、 が得られる。

（８）式−（９）式より次式が得られる。

この式の意味するところは、Ｇ２、に対して得られる画
像の歪とＧ。に対して得られる画像の歪との差より、静
磁場の不均−Ｅ（ｘｖｙ）だけを純粋に抽出できること
である。なお、Ｇ、１とＧ、２とでは得られる画像の視
野が異なるので、信号をサンプリングする時間間隔をＧ
、□とＧ　Ｆ２とに対して逆比例するようにして同じ視
野となるようにするか、あるいは、得られた画像を拡大
あるいは縮ノＪ％することにより視野を同じくすること
が必要である。

Ｅ（Ｘｌｙ）が求まれば、（８）式あるいは（９）式よ
りＥ　ｙ　（Ｘ　＊　ｙ　）が求まる。一方Ｅ−（ｘｓ
ｙ）はｘ　／−Ｘあるははｘ’　−ｘから求めることが
できる。

以上の説明においては、Ｘとｘ／（ｘ＃）またｙとｙ’
（ｙ’）との対応関係が求められることを仮定した。こ
れらの関係を求めるには１例えば第１図に示す所定スピ
ン密度を有する棒状の稲科２１を配列したファントムを
用い、Ｇ、１で得た像（第２図のように配列された試料
が２２のように現れる）およびＧ、２で得た像の対応す
る点同志での位置関係を求めればよいに こで、同図中の丸印は試料の置かれた位置を示す６勿論
、丸印の部分だけ試料が抜けており、他の領域に試料が
つまっている場合でもよい。いずれにしても像の歪が分
かるファントムであればかまｂない。さてρ（Ｘ、ｙ）
が像ρ′（ｙ′、ｙ′）に対応することが分かれば、Ｘ
とｙ′、ｙとｙ′との対応関係が求められることになる
。これを全てのｘ、ｙについて求めれば、視野内におけ
る前記対応関係が全て求まることになる６ｘとｘ　＃　
、　ｙとｙ′についても全く同様に、Ｇ、をＧｏとして
ρ’　（Ｘ’　ｒ　ｙ’　）を求めればよい。

〔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
。

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３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、
ＸｔＶ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、（Ｘ、ｙ）面に平行な
ある断面を選択するものとしている。図においてＲＦは
上記照射パルスを、Ｇ、およびＧヨはそれぞれｙおよび
Ｘ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Ｇ、を時間ｔ、
だけ印加し５次に１８０’　ＲＦパルスを照射する。信
号のｉ測はＧ、を印加しながら行なう。

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＊＋　ｔｙ）
は、前記選択断面の核スピン分布ρ（Ｘ、ｙ）との間に Ｓ　（Ｇ、＋ｔｙ）　＝　ｆｆ　ｐ　（ｘ＋ｙ）ｅｘｐ
（−ｊ　ｙ　（Ｇ、　ｘｔ。

＋　Ｇ　Ｆ　ｙｔｙ））　　　　　　　　（１１）の関
係がある。ただし、　（１１）式はＧ、、Ｇ、の傾斜が
直線的で静磁場が均一である場合にのみ成立するもので
ある。（１１）式からも分かるように、選択断面の核ス
ピン分布ρ（ｘ、ｙ）はＳ　（Ｇ　−＋　ｔ　ｙ　）を
２次元逆フーリエ変換することにより求まる。以上が変
形スピンワープ法の原理である。

さて、もし視野内で静磁場が均一でなく、さらに傾斜磁
場に非直線性がある場合には、Ｓ（Ｇ、。

ｔｙ）とρ（ｘｅｙ）の関係は（１１）式ではなく、前
記（１）式で表わされる。そして、計測信号Ｓ（Ｇ、。

ｔ、）ｉ２次元逆フーリエ変換して得られる画像は、ρ
’　（ｘ’　ｒ　ｙ’　）であり、これはもとの分布ρ
（：ｃｔｙ）に（２）式で示される座標変換をほどこし
たものに等しい、すなわち点（Ｘ、ｙ）における核スピ
ン分布ρ（ｘ、ｙ）に対応する画像濃度は、再生画像に
おいては（２）式で示される点（ｘ’　＊　ｙ’”）に
再生されることになる。

本発明はこのことを利用し、ρ’　（ｘ’　＋　ｙ’　
）からもとの分布ρ（ｘ、ｙ）に対応した画像を得る場
合に、（８）式、（９）式、　（１０）式に示されるよ
うに、大きさの異なる傾斜磁場Ｇ□（Ｘｌ　ｙＬＧｙｘ
（ｘ＋ｙ）を用いて、静磁場の不均−Ｅ（ｘｔｙ）と傾
斜磁場の非直線性εｊＸ＋３’Ｌ　εｙ（：ｃｔ　ｙ）
とを分離して計測し、そのデータに基づいて（８）式あ
るいは（９）式により、ρ（ｘ＋ｙ）を得るものである
。

ところで、実際にはρ（Ｘ、ｙ）は離散点で求めるので
１画像をＮＸＮのマトリックスで計算するとして、ρＣ
ｘ、ｙ）をρ（Ｉ、Ｊ）（１＝０．１゜・・・Ｎ−１：
Ｊ＝０，１．・・・Ｎ−１）と表記する。

また、画素点（Ｉ、Ｊ）上の静磁場の規準値からのずれ
、傾斜磁場の直線からのずれｆ＊（Ｘｌ　ｙＬεｙｃｘ
＋　ｙ）もそれぞれＥ（ＩＴ　ＪＬ　ｔ、（ｘ、ＪＬε
、Ｃ１，Ｊ）と書＜、ａ、１における再生画像データρ
’　（Ｘ’　ｔ　ｙ’　）も離散点で求まるのでρ′Ｃ
Ｉ’　、Ｊ’　）と表記する。さらにａｙｚにおける再
生画像データρ’　（ｘ’　＊　ｙ’　）も離散点で求
まるので、ρ’（Ｉ’、Ｊ’）と表記する。

さて１画素点（Ｉ、Ｊ）における静磁場不均一および傾
斜磁場の非直線性を補正した後の１画素点（Ｉ、Ｊ）に
おける値ρ（Ｉ、Ｊ）は再生画像において、 によって計算される点（ξ、η）における画像濃度に等
しい、ところで点（ξ、η）は一般には再生像が計算さ
れている画素点（Ｉ’　、Ｊ’　）（Ｉ’０．１・・・
Ｎ−１：　Ｊ’　＝０．１．・・・Ｎ−１）とは一致し
ない、従って、例えばρ′（ξ′、η′）の値を（ξ′
、η′）を囲む４点で補間して求めることなどが考えら
れる。すなわち、 とする。ここで記号［］は、［］の中の値を越えない最
大の整数で意味するものとする。　（１３）式の結果を
用いて ｇ　＝（１−Ａ工）（１−Ａ２）ρ’　（１１ｊ）＋（
１−Δｔ）　ＩＪｚρ’（１＋ｊ＋１）＋Ａ工（１−Ａ
１）ρ’（１１，］＋１）＋Δ□Δ２ρ’　（４＋　１
　、ｊ＋　１　）　　　　（１４）を計算し。

ρ（Ｉ、　Ｊ）＝ｇ　　　　　　　　　　　　　（１５
）とする。ρ（Ｉ、Ｊ）は補間誤差を無視すると、静磁
場の不均一および傾斜磁場の非直線性を補正した画像が
得られることになる。

第４図に本発明の一実施例である検査装置の構成図を示
す。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
、５は増幅器、６は検波器、７は信号処理装置である。

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、１１，１２
゜１３はぞれぞれ上記コイル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ぃる。

また、１９．２０は記憶装置（以下「メモリ」という）
である、メモリ１９には補正前の前記画像ρ’　（Ｉ’
　、Ｊ’　Ｌ　ρ’　（Ｘ’　ｒ　ｙ’　）が格納され
ており、メモリ２０には（１３）式から計算された、す
べての画素点（Ｉ、Ｊ）に対応する（ｉ、ｊ）および（
Δ４．Δ２）が格納されている。この（ｉ、ｊ）。

（Δ０．Δ２）の計算には（８）式を用いる。上述の如
く構成された検査装置において、計算機１は補正後の画
素点（Ｉ、Ｊ）に対する（ｉ、ｊ）および（ＩＵよ、Δ
２）を前記メモリ１８からロードし、ｉ＋１．　ｊ＋１
．１−Δ１，１−７２を計算する１次にメモリ１９から
ρ／　（ｉ／　、ｊ７　）、ρ’（ｉ＋１゜ｊ′）、ρ
’　（１’　ｚ　ｊ＋１）およびρ’　（ｉ＋１゜ｊ＋
１）をロードし、（１４）式を計算し、その結果を画素
点（Ｌ　Ｊ）における補間後の画像ρ（Ｉ、Ｊ）とする
、上述の計算をすへての画素点（Ｉ、Ｊ）について行な
い、その結果をディスプレイ７に表示する。

ところで、（１３）式を計算するにあたっては、Ｅ、Ｃ
Ｉ、Ｊ）、ε、（Ｉ、Ｊ）、Ｅ（Ｉ、Ｊ）がすでに求ま
っていなければならない。これらを求めるには前述した
ように第１図に示すファントムを用いる。このファント
ムは丸印に示す位置に試料が置かれているか、あるいは
その部分だけ試料が除去されているものである。以後の
説明では便ぎ上。

前者の場合を対象にして行なう。いまＧ、１の傾斜磁場
を印加した時に得られた画像を第２図に示すものとする
。試料２１に対応する像２２となることが分かれば、試
料２１の座標Ｃｘ、ｙ）と像２２の座標Ｃｘ’　＋　ｙ
’　）との関係が求まることになる。

さて、試料２１と像２２とが対応することは１人間が判
断して計算機に入力することも可能であるし、あるいは
計算機に判断させることも可能である。後者の場合につ
いて以下若干補足説明する。

まず、測定の前にファントムの中心が再生画像の中心と
なるように、ＲＦパルスの周波数あるいは静磁場の大き
さを調整する。このような条件下で第２図に示すような
横軸がＮ点、縦軸もＮ点からなる画像が得られたとする
と、■Ｉ＝Ｏ，Ｊ’＝０（最も左上の点、工；横軸、に
縦軸の点から出発して、第５図の矢印に示す向きに走査
し、極大値、を検出する。ただし、画像には雑音が含ま
れているので、あらかじめ平滑化すると同時に、適当な
閾値を設けて、背景雑音を除去しておくことが必要であ
る。そこで■極大値の得られた座標を（ＩＰ、Ｊ、）と
し、それ以外の点の値を全て零とする。次に■第６図の
矢印に示すように、Ｉ＝Ｊ＝０の点から再び走査し、零
以外の値を見つけたらＪに１を加えて再びＩ＝Ｏから走
査することを繰り返す。このとき、隣りあう極大値の横
軸の座標間に次の条件があれば、そこで走査を中止し、
それまでに検出した極大値の中で最大となる点の座標を
Ｃｘｘ、Ｊ工）としてメモリー１９に格納する。

ｌ　ｒ、　−１に、、ｌ　＞ΔＩ ここで、に＝ｏ、１．・・・、Ｎ−２であり、Δ工は結
果を見ながら適当に決めればよい。（工ｔ、Ｊ１）が一
度求められれば、■それまでの検出した極大値を全て零
として、再び段階■に戻って■までを繰り返し、全て零
となった時点で走査を中止する。

このような操作により１画像上で全ての試料の位置が求
まったことになる。このようにして求めた（Ｉ’　、Ｊ
’　）は画像の一部であるので残りの点は補間により求
めなければならない。ファントムでの試料位置はあらか
じめ決めることができるので、それを（Ｉ、Ｊ）とする
と前述した操作により得られた座標（Ｉ’　、Ｊ’　）
とから（８）式を用いてか得られる。全く同様の操作に
より、 が得られる。この４つの式より、ε、（Ｉ、Ｊ）。

εＦ（Ｉ、Ｊ）、Ｅ（Ｉ、Ｊ）が求まる。なお、試料と
画像の対応関係を求める方法はこれに限らず、例えば重
心を計算するなどが考えられる。

以上の実施例の説明においては１．変形スピンワープ法
を用いた場合であったが、本発明はこれに限らず、他の
シーケンスに対しても有効なことは明らかである。

〔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呪象を利用する検査装
置において、前記静磁場および／または傾斜磁場の視野
内における強度分布を計潤し、それにより上記磁場下で
得た画像を各点ごとに補正するようにしたので、静磁場
の不均一および／または傾斜磁場の非直線性の形響を補
正することが可能な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図は静磁場、傾斜磁場の分布を計測するためのファ
ントムを示す図、第２図はそれに対して得られた画像を
示す図、第３図は変形スピンワープ法を説明するための
図、第４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５゜６図は画像より試料の中心位置を求
める方法を説明するための図である。 第１　図 第２０

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場共鳴を用いた検査装置において
   、信号観測時に印加する傾斜磁場の強度を複数通りに変
   えて得た画像を格納するメモリーを設け、前記メモリー
   を読み出して演算により、静磁場および／または傾斜磁
   場の強度分布を求める如く構成されたことを特徴とする
   核磁気共鳴を用いた検査装置。 ２、特許請求の範囲第１項に記載の検査装置において、
   前記磁場強度分布を格納したメモリから読み出したデー
   タを用いて前記磁場のもとで計測された画像を補正する
   如く構成されたことを特徴とする核磁気共鳴を用いた検
   査装置。