JPS62148658A - 核磁気共鳴を用いた検査方法 - 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
た検査方法に関し、特にケミカルシフトイメージングに
おいて、装置固有のオフセット位相を補正することが可
能な検査方法に関する。 〔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Ｃ′ｒや超音波撮像装置が広く
利用されて来ている。近年、核磁気共鳴現像を用いて同
様の検査を行う試みが成功しＸ線ＣＴや超音波撮像装置
では１（）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
、核磁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、ジャーナル・オブ・マグネテ
イクルソナンスＫｕ＋＋＋ａｒらが（ｊ、　Ｍａｉｎ。 Ｒｅ５ｏｎ）第１８巻第６９頁（１９７５年）に、ある
いはフィジックス・イン・メデイシン・アンド・バイオ
ロジー（Ｐｈｙｓ、　Ｍｅｄ、　Ｂｉｏｌ）第２５巻、
第７５頁（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の１方法として、ケミカルシフ
トイメージングがある。ケミカルシフトとは、同一の核
種であっても各スピンの感じる磁場がその周囲の分子構
造の相違により異なるため、各スピンの共鳴周波数が分
子構造上での位置に応じて変化する現象である。ケミカ
ルシフトは被測定体の分子構造に関する情報を与えてく
れるため、極めて重要な現象である。ケミカルシフト量
をイメージングする方法としては、これまで（ａ）マウ
ズレイ（Ｍａｕｄｓｌｅｙ）らにより報告されたフーリ
エイメージング法の拡張法（ジャーナル・オブ・マグネ
ティック・レゾナンス、第５１巻、第１４７頁（１９８
３）　）　、　（ｂ）ディクソン（Ｄｉｘｏｎ）により
提案された方法（ラジオグラフィ（Ｒａｄｉｏｌｏｇｙ
）　ｒ第１５３巻、第１８９頁（１９８４）　）などが
代表例としてあげられる。（、）の方法は、イメージン
グの次元を１つ高めることにより、ケミカルシフト量の
分！、８１’Ｊ定を可能にする方法である。この方法で
は、通常、２次元平面を対象による場合被測定体をＬＸ
Ｍの画素に分割し、その各々に対してＮ個の信号点をサ
ンプリングすることが行われる。ＬあるいはＭは空間分
解能に応じて決められるが、例えばＬ＝Ｍ＝１２８とす
ればＴ−Ｘ　Ｍ　＝１６．３８４となる。１回の測定で
Ｎ個の信号点をサンプリングできるが、次の測定までに
は被測定体の縦緩和時間程度（生体の場合約１秒）待た
なければならず、結局、ＬＸＭ回測定するためには、４
．６時間の測定時間を要することになる。これに対しく
ｂ）の方法は、９０６−ｔａ−１８０″−ｔｂ−（信号
計測）なるパルスシーケンスにおいて、ｔａ＝ｔｂとｔ
ａ＝ｔｂの２枚の画像の和と差から、特定のケミカルシ
フトの情報だけを含む画像を構成する方法である。ここ
で、９０’および１８０＠は各々スピンを９０’　、１
８０°倒す高周波磁場を表わしている。この方法は、計
測に要する時間が１枚の画像の２倍で済むため、極めて
実用的である。さらに、（ｂ）を発展させた方法として
、２回の測定ではなく、１回の測定から２つの化学シフ
ト像を得る方法も考えられる。 これは、２つの化学シフト間に９００の位相差を付与す
ると、得られた信号のフーリエ変換の実部と虚部が各々
２つの化学シフト像に対応することを利用するものであ
る。しかしながら、（ｂ）のディクソン法あるいはそれ
を発展させた方法においては、装置固有のオフセット位
相を測定・補正するために、ＲＦコイル内に位相の基準
となる試料を設置しなければならず、装置構成が複雑に
なるという問題があった。 〔発明の目的〕 本発明はこのように欠点を鑑がみてなされたもので、そ
の目的はケミカルシフトイメージングにおいて、任意の
ケミカルシフト量を反映した画像を高精度で得ることを
可能にした検査方法の提供を目的とする。 〔発明の概要〕 本発明の要点は、ケミカルシフト像を求めるのに、複素
数画像の位相のヒストグラムをもとに装置固有のオフセ
ット位相を補正し、正確なケミカルシフト像を得るよう
にした点にある。 これについて、以下、若干の補足的説明を行う。 まず、２次元面をイメージングする場合を例にとって、
木彫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１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、
Ｘ＋Ｖ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
ある新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アおよびＧｘ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ｔｘ
だけ印加し、次に１８０’　ＲＦパルスを照射する。信
号のｖＡ測はＧｙを印加しながら行う。なお１通常のイ
メージングではτａ＝τｂとなるように設定する。 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
て行った結果得られる２次元信号をフーリエ変換すると
、 Ｔ象（ｘｅ　ｙ）＝Σｐｋ（ｘｅ　ｙ）ｅ　ｘｐ（−ｊ
γ（Ｅ（ｘ、ｙ）＋＋ｙｋ）Δτｔ）ｅ　ｘｐ（ｊ　ｆ
３ｔ）を得る。Ｅ　（ｘｅ　ｙ）、σには他の手段によ
り知ることができ、またΔτ露は測定時に設定するパラ
メータである。従って、ｅｘｐ（ｊγＥ（Ｘｔｙ）Δτ
露）は計算あるいは測定により求まるので、それを式１
に掛けると、次式が得られる。勿論、静磁場の不均一が
小さくて、ｅｘｐ（ｊ　ｙＥ（ｘｅ　ｙ）Δτ露）が無
視できる場合には、この処理を省くことができる。 θｔ　（ｘｅ　ｙ）＝Σｐｈ　（ｘｅ　ｙ）ｅｘｐ（ｊ
ｙσｈΔτｔ）ｅｘｐ（ｊＯ’　ｔ）　　　　　（２）
ここで、θ五′は静磁場による位相項を除去する過程で
導入されたオフセット位相をも考慮した値である。 さて、Δτ、は任意に選ぶことができるので、次式によ
り定める。 γ　（ｆｆｍ”ｌ　　　１７１）　　Δ　ｆｌ＝ａｍ、
ｆｆ１７Ｇ　　　　　　　　　　（３）式３を式２に代
入すると次式が得られる。 ｅｘｐ　（ｊａｂ−ｔ、ｔπ））　ＸｅＸＰ　（−ｊ’
／ａ

【Δτｔ）　ｅ　ｘ　ｐ　Ｆｅ２晩）　　　　　　
　　　　（４）式４においてΔτ１を変化させて得られ
るθ！（Ｘ。 ｙ）の実部および虚部を連立させて解くことにより、ρ
ｈ（ｘｔｙ）すなわちケミカルシフト像を得ることがで
きる。しかし、これらの連立方程式を解くためには１式
４のｅｘｐ（ｊγσ１Δτ直）ｅｘｐ（ｊθ′皿）を知
ることが必要である。その１つの方法は、被検体の測定
時に、位相の基（虞となる物質を同時に測定することで
ある。他の方法として、式４で示される画像の位相をヒ
ストグラムとして表現し、それから位相を補正する方法
がある。例として、生体内の脂肪と水分のプロトンのよ
うに、２つのケミカルシフトを有する場合について考え
る。式４においてＱ　＝ｒｌｌ　＝１　ｙ　ａ　ｍ　ｇ
　１＝−とすると、位相オフセットが分かれば実部およ
び虚部をそれぞれρ１（ρ２）あるいはρ２（ρ１）に
対応させることができる。そこで、実部像および虚部像
をそれぞれＲｅ　（ｘｅ　ｙ）＋　　Ｉｓ　（ｘｔ　ｙ
）とし、６　　（Ｘ、　　ｙ）　　＝ａｒｃｔａｎ　（
Ｉｎ　（ｘｅ　　ｙ）　／Ｒｅ　（ｘ、ｙ））を求める
。この時、θ　（ｘ、ｙ）は１画素内のρｔ　（Ｘｌ　
ｙ）およびρｚ（ｘｅｙ）の成分比により決まる。第２
図は、複素平面上における、２つの磁化ベクトルＭ　１
（ｘ　ｅ　ｙ　）とＭｚ（ｘ、ｙ）および両者を成分と
する合成磁化ベクトルＭｓ　（ｘ、ｙ）を示す。ここで
、ｌｖ”　（Ｘｌ　ｙ）およびＭｚ　（ｘ、ｙ）はｐｘ
（ｘｅＶ）および／）２（ｘｔ　ｙ）に対応する磁化ベ
クトルであり、各ベクトルが実軸となす角度を０１（ｘ
ｅ　ｙ）ｌ　　／１２（ｘ、ｙ）とする。また、ＭＳ（
ｘ、ｙ）に対する角度をθ−，（ｘ、ｙ）とする。この
場合、常に次式が成立する。 θ工（ｘ、、ｙ）＜θｓ（ｘｅｙ）＜θｚ（ｘｙｙ）　
　（５）従って、第３図に示すように、横軸に角度をと
り、縦軸にそのびん度をとると、ρ５（ｘｔｙ）とρｚ
（ｘｔｙ）の量に応じた図、すなわちヒストグラムが得
られる。ｐｘ（ｘｅｙ）あるいはρ２（ｘ。 ｙ）が１００％の画素は、当然ながら分布の両端に集中
する。この図より、位相オフセットをΔθとした時、Δ
θはヒストグラムの両端のいずれかとなることが分かる
。どちら側を選ぶかは、装置の構成法により決まるので
、一度校正しておけば、その後は一意に定まる。 なお、ヒストグラムの作成においては、被検体全体を含
めることは必がしも必要なく、その一部に対して行うこ
とも可能である。この方が識別能が向上する場合もある
。 〔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
。第４図は本発明の一実施例である検査装置の構成図で
ある。図において、］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
時にすｒ象物体＋６から生ずる信号を検出するためのコ
イル、５は増幅器、６は検波器である。また、８，９お
よび１０はそれぞれＺ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、１１，１．２．１３はそれ
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で輸幅され、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。検査対朶物体である人体］６はベッド］７
ヒに＠置さ九、Ｉ：記ベット１７は支持台１８上を移動
可能なように構成されている。メモリ１９にはａ　ｘ　
ｐ（ｊ　ｙ　Ｅ（ｘ、ｙ）Δτ、）。 σ８が格納されており、メモリ２０には式１で示されろ
被検体の測定結果が格納されている。 上述の如く構成された検査装置において、計算機１はメ
モリ１９よりｅｘｐ（、ｊγＥ　（Ｘ　＋　ｙ　）Δτ
ｔ）およびメモリ２０より式】で示されるＴｔ　（ｘ　
＋　ｙ　）をロードし１両者を画素単位で掛合わせた後
、結果を再びメモリ２０に格納する。次に、メモリ２０
から式２で示されるｏｃ（ｘ＋ｙ）をロードし、ヒスト
グラムを作成した後、位相オフセット八〇を求める。こ
の八〇を用いて式２あるいは式４で示されるＯえ（ｘ、
ｙ）を補正すれば、ρｔ（Ｘ＋ｙ）とρｚ（ｘ、ｙ）を
θｔ（ｘ、ｙ）の実部および虚部に対応させて得ろこと
ができる。以上述べた処理フローを第４図４に示す。 〔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現象を利用する検査装
置において、装置固有のオフセットを各点ごとに補正す
るようにしたので、ケミカルシフト像を高精度で得るの
に効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で用いるパルスシーケンスを示す図、第
２図は磁化ベクトルを示す図、第３図はヒストグラムを
示す図、第４図は本発明の実施例である検査装置の概略
構成を示す図、第５図は画像処理の手順を示す図である
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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気共鳴を用いた検査装置において
   、９０°高周波パルスと１８０°高周波パルスとの間隔
   が、１８０°高周波パルスとエコー信号との間隔と異な
   るように設定して得られた画像から、ケミカルシフト像
   を演算により求める過程で、検査対象自身の画像を処理
   することにより、装置固有のオフセット位相を検出し、
   それを位相補正に用することを特徴とする核磁気共鳴を
   用いた検査方法。