WO1986000706A1 - Method and apparatus for nuclear magnetic resonance for taking picture of cross section - Google Patents

Method and apparatus for nuclear magnetic resonance for taking picture of cross section Download PDF

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    • G01R33/56563—Correction of image distortions, e.g. due to magnetic field inhomogeneities caused by a distortion of the main magnetic field B0, e.g. temporal variation of the magnitude or spatial inhomogeneity of B0

Definitions

  • the NMR signal obtained from the subject is converted into a preamplifier 5 After that, it is detected by the phase detection circuit 8, converted to a digital signal by the D converter ⁇ 1, input to the computer 13, and After the image is formed by a predetermined process corresponding to the scan sequence in the data 13, the image is displayed on the display 9.
  • Observation data G (k, ⁇ ) obtained by the Fourier method is obtained by using a two-dimensional Fourier transform image of the plot density distribution f (X, y) as F (k, t).
  • k is the view number
  • t time
  • a is the magnetic-to-rotation ratio
  • m B (k) represents the amount of change in the static magnetic field strength at the time of the k-th view.

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Description

明 細 書 核磁気共鳴断層撮影方法および装置
(技術分野〕 ·
本発明は、 コンピュータを用いた核磁気共鳴断層撮影方法および装置に関し、 更に 詳しくは、 静磁場強度の時間的変動による画質の劣化を防止することができる核磁気 共鳴断層撮影方法および装置に関する。
〔背景技術）
常電導型の核磁気共鳴断層撮影装置では静磁場の発生は静磁場コイルを定電流駆動 することにより行われている。 この静磁場強度が安定であるときには測定データを 2 次元逆フーリエ変換することにより被検体の断面像が正常に再構成され良質の断雇像 が得られる。
しかしながら、 静磁場電源が極めて安定で、 安定な定電流駆動がなされている場合 であっても、 雰囲気温度の変化により静磁場コイルの形状が変化するため静磁場強度 が数十 Pt)m にわたつて変化し、 このために被検体の断面の正しい 2次元ノーリエ像が 得られず画像にアーティファクトを生ずることがある。
このようなアーティファク卜を防止した核磁気共鳴断層撮影装置の従来例としては, 特開昭 57-66346号公報および特開昭 57-192541号公報にそれぞれ開示されたようなも のがある。 このうち、 特開昭 57-66346号に開示されたものは、 静磁場内に標準試料を 配置し、 標準試料から検出される N M R信号に基づいて静磁場強度の変化量を求め、 このようにして求められた静磁場強度の変化量に応じて、 被検体の測定データを補正 するようにしたものであるが、 この装置においては、 標準試料と、 それ用の測定機構 を必要とする。 一方、 特開昭 57-192541号公報に開示されたものは、 勾配磁場の印加 を停止したときに、 被検体から検出される N M R信号に基づいて、 静磁場強度の変化 量を求め、 この変化量を零にするように静磁場補正コイルの電流を制御するようにし たものである。 この装置においては、 標準試料もその測定機構も必要でないが、 勾配 磁場の印加を停止して、 そのときの被検体の N.MR信号を測定するために、 通常の測 定シーケンスとは異なる、 特別な測定のシーケンスを必要とする。
〔発明の開示〕
本発明の目的は、 静磁場強度の変化量を求めるのに、 標準試料やその測定機構、 お よび特別な測定シーケンスを必要としない核磁気共鳴断層撮影方法および装置を提供 することにある。
本発明は、 静磁場の時間的変 iの影響を除いた測定データが得られる、 フーリエ法 のスキャンシーケンスを用いた核磁気共鳴断雇撮影方法および装置であって、
被検体内のスピンの位相を 1つの方向にある量だけ捻った状態での被検体のビュー データ G (k. t)の測定と、 被検体内のスピンの位相を上記とは反対の方向に周じ 量だけ捻った状態での被検体のビューデータ G (— k, ΐ )の測定とを、 静磁場強度 の時間的変動が無視できる時間内に行い、 . これらのビューデータ G (k, t)および G (― k, t)から、 これらビューデ一 タの時間原点に関して互いに対称的な時点 ΐσおよび— におけるデータ G ( k, t 0)および G (-k, - tQ)をそれぞれ取出し、
データ G (— k， - tQ)については、 その複素共役 G (― k, - t 0)を求め、 データ G (k, ΐ0)と G (— k, ― ΐ0) との比 A = G (k， t Q) /G (-k:
-t0)を求め、
この比 Aの偏角 a rg (A)に比例する信号で測定データを補正する
ことを特徴とするものである。
(図面の簡単な説明〕
第 Ί図は本発明に係る核磁気共鳴断層撮影装置の一実施例の概念的構成図、 第 2図および第 3図はスピンワープ法に基づく第 1図の装置の動作を説明するため のタイムチヤ一卜、
第 4図は第 1図の装置の動作を説明するためのフローチヤ一卜である。 (発明を実施するための最良の形態〕
以下、 図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。
第 1図は本発明の一実施例の概念的構成図である。 このような装置において、 マグ ネッ卜♦アセンブリ 1の内部には、 静磁場コイル、 X , y 及び z 軸方向の勾配磁場
Gx , Gy 及び Gz をそれぞれ発生するための 3種類の勾配 場コイル、 R F送信コ ィル及び N M R信号の受信コイル等が配置され （何れも図示せず） 、 それぞれ静磁場 電源 2、 勾配磁場ドライバ 3、 R Fパワーアンプ 4及びプリアンプ 5に接続されてい る。 '
勾配磁場ドライバ 3と R Fパワーアンプ 4は、 シーケンスメモリ Ί 0からのタイミ ング信号によって定まる所定のシーケンスで、 マグネッ卜 ·アセンブリ 1の内部に勾 配磁場と高周波磁場 （R F磁場〉 を発生させる。 シーケンスメモリ Ί 0により制御さ れる変調回路 6は、 R F発振回路 7より出力される R F信号を所定のエンベロープと 位相にして所定のタイミングで R Fパワーアンプ 4に送出する。 R Fパワーアンプは この R F信号を受けて R F送信コイルを駆動する。 このようにして勾配磁場と R F磁 場を印加してマグネッ卜 ♦アセンブリ 1内の被検体からの N M R信号を得る。 被検体 から得られる N M R信号は、 プリアンプ 5を経て、 位相検波回路 8で検波され、 D変換器 Ί 1でディジタル信号に変換され、 コンピュータ 1 3に入力され、 コンビュ ータ 1 3でスキャンシーケンスに応じた所定の処理により画像化された後、 ディスプ レイ 9に表示される。
コンピュータ 1 3は、 シーケンスメモリ 1 0の内容を書換えることができ、 これに よって種々のスキャンシーケンスを' J 現できるようになつている。 尚、 操作コンソ一 ル 1 2はオペレータが操作に必要な情報をコンピュータ Ί 3に入力するための情報入 力手段である。
本発明実施例の装置で用いるパルスシーケンスの一例としてフーリエ法の 1つであ るスピンワープ法のパルスシーケンスを第 2図に示す。 フーリエ法では、 励起された 被検体内のスピンに対して、 ある一定方向にビュー毎に異なった位相の捻りを与えて から N M R信号を観測する。 通常、 捻りの大きさはイメージング領域の両端で、 2 n π (但し、 η は整数） となるようにする。 以下スピンの位相の捻りの大きさをワープ .
量と呼ぶ。 スピンワープ法は、 勾配磁場 Gy の振幅 gy をビュー毎に変えることによ つてワープ量を変化させるものである このことが、 第 2図では勾配磁場 Gyの振幅 gy を複数の破線で描くことによって示されている。 第 2図の期間 Ίで勾配磁場 Gz と RFパルスにより、 スライス面の選択励起を行い、 期間 2で勾配磁場 Gy によるヮ ープ及び勾配磁場 Gx によるエコー信号観測の準備 （ディフ Iーズ） を、 期間 3で勾 配磁場 によるエコー信号の観測を行っている。 尚、 I gv1 I (期間 2) = I gx2 I X (期間 3) X1/2 である。
フーリエ法による観測データ G (k, ΐ)は、 プロ卜ン密度分布 f (X， y )の 2 次元フーリエ変換像を F (k , t ) として、
G (k , t )
=F (k , t 〉 e_ (丁化） 〜 Π )
と表わされる。 ここで、 kはビュー番号、 tは時間、 Tは選択励起の終了時点からェ コー信号の時間原点（ t = 0) までの時間 （第 2図参照） 、 ァは磁^回転比、 厶 B ( k)は kビュー目の時点における静磁場強度の変化量を表わす。
一般に実数関数 ί (X , y )の 2次元フーリエ変換 F (k , t ) については、
F (k , t F (- k , — t ) …（ 2) . の関係がある。 そして、 プロトン密度分布関数 f (X , y ) は ¾数関数なので、 この 関係が適用できる。 そこで、 （ 2) 式を （ 1 ) 式に代入すると、
G (k , t )
= ~~ ~1 e - ム5 (丁十 t)
…（ 3 ) 一方、 スピンの位相の捻りの方向を逆にして NMR信号を測定すると、 測定データ G (—k , t )がえられる。 そこで、 この測定データの時間軸を反転し、 複素共役をと ると、
G (-k , 一 t )
=F (-k ~~ =TT e - Δ& (- ） (T-t)
= F (-. k , _t ) ej3-AB(^)(T-t) この場合、 測定データ G ， t ) と G (— k . t ) とを時間的に十分近接して測定 すると、 その間の静磁場変動は無視できる。 従って、 ΔΒ (— k ) =ΔΒ (k ) とす れぱ、 （4)式は、
G (一 k , — t )
=F (-k , -t ) e
(5)
(-k， 一 t )
G (-k , -t ) e -j B(t)(T-t)
( 6)
(6)式を （3)式に代入して
G (k , t )
=G (— k , 一 t ) * e
( 7)
.'.△B (k ) =一 ( 1/2TT) -arg (A.)
(8) 但し、
A = G (k , t ) /G (-k , -t )
a「g (A) =tan 1 ( Ira [A] /Re [A] )
ここで、 G (k, t )および G (-k, — t ) は実測値、 ァは定数であり、 Tは既 知の値なので、 厶 B (k ) を求めることができる。 なお a「g (A) は複素数 Aの偏 角を表わす。 静磁場強度の変化量が求まれば、 それに基づいて既知の方法で測定デー タを補正することにより、 再構成画像のアーティファク卜を除くことができる。 以上は、 静磁場強度変化の測定の原理的な説明であるが、 実際の測定に即して説明 すれば、 次のとおりである。
パルスシーケンスのタイムチヤ一卜を第 3図に、 コンピュータ 13におけるデータ 処理のフローチヤ一卜を第 4図に示す。 第 3図に示すように、 kビュー目において、 勾配磁場 Gy の振幅を gy (k) にして、 ワープ量が kのときの NMR信号を測定し、 その次の k+1ビュー目において、 勾配磁場 Gy .の振幅を— g、， (k) にして、 ワープ 量が一 kのときの NMR信号を測定する。 これら各ビューの測定におけるパルスシー ケンスは、 スピンワープ法による通常の測定のパルスシーケンスであり、 測定データ は被検体の断層像の再構成に利用される。
このようにしてそれぞれ測定された NMR信号が、 コンピュータ 13により、 第 4 図のフローチヤ一卜に従って次のように処理される。 すなわち、 アロック iでは、 ヮ ープ量が Kのときのビューデータ G (k, t)が測定され、 ブロックまでば、 ワープ 量が一 kのときのビューデータ G (— k, ΐ )が測定される。 ブロック iii では、 ビ ユーデータ G (k, t) と G (― k, t )から、 時間原点に関して対称的な一対の時 点 tQと— t Qにおけるデータ G (k, t 0)、 G (― k, -t 0)がそれぞれ取出 される。 ブロックまでば、 データ G ( k, t 0) と、 データ G (- k, -t 0) の複 素共役との比 Aが計算される。 ブロック Vでは、 前プロックで計算された Aを用いて、 前述の （8)式に従って静磁場強度の変化量厶 B ( k)が求められる。 プロック viで は、 このようにして求められた kビュー目の静磁場強度の変化量 Δ[3 ( k)に基づい て、 既知の方法により kビュー目の測定データの補正が行われる。 なお、 7ロック iii における、 データ取出しの時間原点は、 静磁場の強度分布が均一であるとしたと き、 周一ワープ量を持つ被検体内のスピンの位相のコヒ一レンスが最大になる点にと る。 これは、 第 2図において、 期間 3中の勾配磁場波形 gx9の時間積分値が、 期間 2 中の勾配磁場波形 gx1の面積に等しくなる時点に相当する。 なお、 これはスキャンシ 一ケンスから自ずと定まる時点である。 またブロック Vにおける厶 B ( k)の計算に 用いられる時間 Tは、 選択励起の終了時点から上記の時間原点までの時間に相当する。 なお、 スピンワープ以外のフーリエ法のパルスシーケンスでも、 G (k , t ) と G (一 k , t ) との 2回の測定において Tの値を等しくすれば、 その値を用いることが でさる。
なお、 本発明は上記の実施例に限定されることなく、 次のようにすることもできる。 (I)通常、 静磁場強度の変化はかなりゆるやかであるので、 +k, — kのワープ量 をもった 2ピューを連続してスキャンする必要性はなく、 その間における静磁場 強度の変動量が無視できる程度ならぱ、 もっと時間を隔てて 2つのビューデータ を採取してもよい。
(I)上記の理由により、 静磁場強度の測定は全てのビューペアに関して行う必要は ない。 実際上、 ワープ量の絶対値が大きいビューでは NMR信号が小さく、 精度 良く静磁場の測定を行うことは困難である。 そこで、 ワープ量の小さいビューを 全スキャン中に略等間隔に分散させてそのビューでのみ静磁場強度の変化を測定 し、 他のビューへは、 その静磁場強度変化の測定値を内挿して用いるようにして もよい。 即ち、 ビューの煩番を、 '
ワープ量→0, + 2 π, — 2π, ··〜·，
+ 6π, - 6 π , , +4π, — 4π,
+ 8π, 一 8 π のようにする。
(I)本発明は、 スピンワープ法に限らずフーリエ法ならばどのようなパルスシーケ ンスの場合にも適用できる。
(IV) ビューデータ G ( k， t) と G (— k, t )から取出す、 時間原点に関して対 称的なデータペアは、 パワーの大きい時点のものだけをいくつか選び出し、 それ ら複数のデータペアに対して arg (G/G)をそれぞれ求めてそれらの平均を利 用すれば、 厶 B (k )測定の精度を上げることができる。
以上、 発明を実施するための最良の形態について説明したが、 この技術分野の通常 の知識を持つ者にとっては、 下記の請求の範囲に示されている発明の概念を逸脱する ことなく種々の変形を行うことが可能である。

Claims

請求の範囲 フーリエ法のスキャンシーケンスを用いる核磁気共鳴断層撮影方法において、 被検体内のスピンの位相を 1つの方向にある量だけ捻った状態での被検体のビュ 一データ G (k, t)の測定と、 被検体内のスピンの位相を上記とは反対の方向に 周じ量だけ捻った状態での被検体のビ 1一データ G (― ， t )の測定とを、 静磁 場強度の時間的変動が無視できる時間内に行い、
これらのビューデータ G ( k. t)および G (— k， t)から、 これらビューデ ータの時間原点に関して互いに対称的な時点 t Qおよび一 t Qにおけるデータ G ( k, t 0)および G (— k, - t 0)をそれぞれ取出し、
データ G (— k, - t 0 )については、 その複素共役 G (— k， - tQ)を求め, データ G (k, t0) と G (— k, — tQ) との比
A = G ( k, t 0) /G (- k, 一 tQ)
を求め、
この比 Aの偏角 a「g (A)に比例する信号で測定データを補正する
各段階を具備することを特徴とする核磁気共鳴断層撮影方法。 測定データを補正する信号の比例定数が一 1ノ （ 2ァ 「〉 である請求の範囲：！の 核磁気共鳴断層撮影方法。
ただし、 ァ…スピンの磁気回転比
T…スピンの選択励起の終了時点から前記の時間原点までの時間 ビューデータ G (k, t)および G (- -k, t )の測定は、 スピンの位相の捻り 量の小さな状態での複数回の測定を、 スキャンシーケンスの中に実質的に均等に分 散させて行う請求の範囲 Ίの核磁気共鳴断層撮影方法。 ビューデータ G (k, t)および G (— k， t )の測定は、 相次いで行う請求の 範囲 1の核磁気共鳴断層撮影方法。 時間原点に関して互いに対称的な時点 tQおよび におけるデータ G (k， t 0)および G (-k, -tQ)の取出しは、 t0の値が異なる複数の対について それぞれ行い、 各対のデータに基づいてそれぞれ求めた僱角 a rg (A)の平均値 に比例する信号によって測定データを補正する請求の範囲 1の核磁気共鳴断層撮影 方法。 フーリエ法のスキャンシーケンスとしては、 スピンワープ法を用いる請求の範囲 の核磁気共鳴断層撮影方法。 フーリエ法のスキャンシーケンス手段を有する核磁気共鳴断層撮影装置において， 被検体内のスピンの位枏を 1つの方向にある量だけ捻った状態での被検体のビュ 一データ G (k, t)の測定と、 被検体内のスピンの位相を上記とは反対の方向に 周じ量だけ捻った状態での被検体のビューデータ G (-k, t )の測定とを、 静磁 場強度の時間的変動が無視できる時間内に行う手段、
これらのビューデータ G ( k, t)および G (— k, t)から、 これらビューデ ータの時間原点に関して互いに対称的な時点 t Qおよび一 t Qにおけるデータ G ( k,- 10) および G (— k, - tQ)をそれぞれ取出す手段、
データ G (― k, - tQ)については、 その複素共役 G (— k, t 0)を求め る手段、
データ G (k， と G (— k, t0 との比
〉
A = G (k, t 0) /G (— k， -t 0)
を求める手段、 および
この比 Aの偏角 a「g (A)に比例する信号で測定データを補正する手段 を具備することを特徴とする核磁気共鳴断層撮影装置。 測定データを補正する信号の比例定数が— 1ノ ( 2 r T )である請求の範囲 7の 核磁気共鳴断層撮影装置。 ただし、 ァ ···スピンの磁気回転比
T…スピンの選択励起の終了時点から前記の時間原点までの時間 ビューデータ G {k, t)および G (― k, t )の測定手段は、 スピンの位相の 捻り量の小さな状態でのビューデータ G (k, t)および G (— k, t)の測定を
'複数回、 スキャンシーケンスの中に実質的に均等に分散させて行うものである請求 の範囲 7の核磁気共鳴断層撮影装置。 · 0 ビューデータ G (k, 1:)ぉょび(3 (—1 , t )の測定手段は、 ピューデータ G ( k, t )および G (— k, t )の測定を、 相次いで行うものである請求の範囲 7の核磁気共鳴断層撮影装置。 時間原点に関して互いに対称的な時点 tQおよび— tQにおけるデータ G (k, t 0) および G (― k, - t 0)の取出し手段は、 データ G (k. t 0)および G (― k， 一 tQ)の取出しを、 tQの値が異なる複数の対についてそれぞれ行う ものであり、 測定データ補正手段は、 各対のデータに基づいてそれぞれ求めた偏角 arg (A)の平均値に比例する信号によって測定データを補正するものである 請求の範囲 7の核磁気共鳴断層撮影装置。 一 2 フーリエ法のスキャンシーケンス手段は、 スピンワープ法のシーケンス手段で ある請求の範囲 7の核磁気共鳴断層撮影装置。
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