JPH0333008B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はRFコイルに供給する180゜パルスの最
適条件を設定するための核磁気共鳴断層撮影装置
の180゜パルス調整装置に関する。

（従来の技術） 核磁気共鳴（以下NMRという）現象を用いて
特定原子核に注目した被検体の断層像を得る
NMR−CTは従来から知られている。このNMR
−CTの原理の概要を簡単に説明する。

原子核は磁気を帯びた回転している独楽と見る
ことができるが、それを例えばｚ軸方向の静磁場
H₀の中におくと、前記の原子核は次式で示す角
速度ω₀で歳差運動をする。これをラモアの歳差
運動という。

ω₀＝γH₀ 但し、γ：核磁気回転比 今、静磁場のあるｚ軸に垂直な軸、例えばｘ軸
に高周波コイルを配置し、xy面内で回転する前
記の角周波数ω₀の高周波回転磁場を印加すると
磁気共鳴が起り、静磁場H₀のもとでゼーマン分
裂をしていた原子核の集団は共鳴条件を満足する
高周波磁場によつて準位間の遷移を生じ、エネル
ギー準位の高い方の準位に遷移する。ここで、核
磁気回転比γは原子核の種類によつて異なるので
共鳴周波数によつて当該原子核を特定することが
できる。更にその共鳴の強さを測定すれば、その
原子核の存在量を知ることができる。共鳴後緩和
時間と呼ばれる時定数で定まる時間の間に高い準
位へ励起された原子核は低い準位へ戻つてエネル
ギーの放射を行う。

このNMRの現象の観測方法の中パルス法につ
いて第４図を参照しながら説明する。

前述のように共鳴条件を満足する高周波パルス
（H₁）を静磁場（ｚ軸）に垂直な（ｘ軸）方向に
印加すると、第４図イに示すように磁化ベクトル
Ｍは回転座標系でω′＝γH₁の角周波数でzy面内で
回転を始める。今パルス幅をt_DとするそH₀から
の回転角θは次式で表わされる。

θ＝γH₁t_D …(1) (1)式においてθ＝90゜となるようなt_Dをもつパ
ルスを90゜パルスと呼ぶ。この90゜パルス直後では
磁化ベクトルＭは第４図ロのようにxy面をω₀で
回転していることになり、例えばｘ軸においたコ
イルに誘導起電力を生じる。しかし、この信号は
時間と共に減衰していくので、この信号を自由誘
導減衰信号（FID信号）と呼ぶ。FID信号をフー
リエ変換すれば周波数領域での信号が得られる。
次に第４図ハに示すように90゜パルスからτ時間
後θ＝180゜になるようなパルス幅の第２のパルス
（180゜パルス）を加えるとばらばらになつていた
磁気モーメントがτ時間後−ｙ方向で再び焦点を
合せて信号が観測される。この信号をスピンエコ
ー（SE）信号と呼んでいる。このSE信号の強度
を測定して所望の像を得ることができる。NMR
の共鳴条件は ν＝γH₀／2π で与えられる。ここで、νは共鳴周波数、H₀は
静磁場の強さである。従つて共鳴周波数は磁場の
強さに比例することが分る。このため静磁場に線
形の磁場勾配を重畳させて、位置によつて異なる
強さの磁場を与え、共鳴周波数を変化させて位置
情報を得るNMRイメージングの方法がある。こ
の内スピン・ワープ法について説明する。この手
法に用いる高周波磁場及び勾配磁場印加のパルス
シーケンスを第５図に示す。イ図において、ｘ，
ｙ，ｚ軸に夫Gx，Gy，Gzの磁場を与え、高周波
磁場をｘ軸に印加する状態を示している。ロ図は
夫々の磁場を印加するタイミングを示す図であ
る。図においてRFは高周波の回転磁場で90゜パル
スと180゜パルスをｘ軸に印加する。Gxはｘ軸に
印加する固定の勾配磁場、Gyはｙ軸に印加する
時間によつて振幅を変化させる勾配磁場、Gzは
ｚ軸に印加する固定の勾配磁場である。信号は
90゜パルス後のFID信号と180゜パルス後のSE信号
を示している。期間は各軸に与える勾配磁場の信
号の時期を示すために設けてある。期間１におい
て90゜パルスと勾配磁場Gz⁺によつてｚ＝０を中
心とするｚ軸に垂直な断層撮影におけるスライス
面内のスピンが選択的に励起される。期間２の
Gx⁺はスピンの位相を乱れさせて180゜パルスで反
転させるためのもので、Gz^-はGz⁺によつて乱れ
たスピンの位相を元に戻すためのものである。期
間２ではGynも印加する。これはｙ方向の位置に
比例してスピンの位相をずらしてやる所謂ワープ
と称せられる勾配磁場のためのもので、その強度
は毎周期異なるように制御される。期間３におい
て180゜パルスを与えて再び磁気モーメントを揃
え、その後に現われるSE信号を観察する。

（発明が解決しようとする問題点） 上記スピン・ワープ法において、RFパルスの
90゜パルスと180゜パルスによる回転角度θを正確
に90゜と180゜に合わせる必要があり、従来次の方
法でその調整を行つていた。

１ FID信号を用いる方法 RFパルスを印加したときに得られるFID信
号を観測する方法で、(1)式においてH₁即ちRF
パルスの振幅を変えるとθが変わるので、RF
パルスの振幅を変え、FID信号強度が最小にな
るときのパルスを180゜パルスとする。この方法
は被検体が大きい場合、180゜パルスを印加して
もFID信号強度が０にならないことが多く、正
確に180゜パルスを調整することが困難である。

２ 90゜、180゜パルスを両方調整する方法90゜パル
スを続けて180゜パルスを印加し、得られるSE
信号強度が最大となるように90゜、180゜パルス
の振幅を調整する。この方法は90゜、180゜パル
スの振幅の２つのパラメータを動かすので、最
適値を求めるのに時間が掛かる。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、そ
の目的は、確認困難なFID信号によることなく、
180゜パルスの調整を容易に、正確に行うことので
きる調整装置を実現することにある。

（問題点を解決するための手段） 前記の問題点を解決する本発明はRFコイルに
供給する180゜パルスの最適条件を設定するための
核磁気共鳴断層撮影装置の180゜パルス調整装置に
おいて、振幅とパルス幅との積に相当する出力が
等しい、180゜パルスとして調整されるべき２つの
RFパルスを、スライス軸を除く軸に印加する手
段と、該２つのRFパルスの出力を同じだけ変化
させる手段と、スピンエコー信号を表示する手段
とを具備したことを特徴とするものである。

（作用） 出力の等しい２つのRFパルスをスライス軸以
外の軸に印加し、前記２つのRFパルスの出力を
同じだけ変化させながら、SE信号の表示手段に
表示された画像を観測し、最良の180゜パルスを得
るように調整する。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。

先ず本発明の原理を説明する。本発明における
パルスシーケンスは第２図に示す通りである。図
において、２１，２２はＸ軸に印加された磁化ベ
クトルの回転角θを調整しようとするRFパルス、
２３，２４，２５，２６はスライス軸であるＺ軸
に印加される磁場勾配信号で、２３はスライス面
内のスピンを選択励起させるスライス勾配、２４
は一且スピンをばらけさせるデイフエーズ勾配、
２５は選択反転を行うスライス勾配、２６は読み
出し勾配である。そして２７は観測すべきNMR
信号としてのSE信号である。このパルスシーケ
ンスのようにスライス軸にデイフエーズ勾配を印
加して、スライス方向に位相差をつけるようにし
て得たSE信号をフーリエ変換して表示した画像
をスライスプロフアイルと称している。

一般に共鳴状態での磁化ベクトルの回転する角
度θは(1)式に示す通りで、回転角θとRFパルス
幅T_D、及び回転角θとRFパルス振幅H₁とはそれ
ぞれ一次の比例関係にある。従つて磁化ベクトル
の回転角θの調整はRFパルスの振幅が、パルス
幅又はその両者の調整によつて行うことができ
る。

ここで、RFパルス２１を90゜パルスに、RFパ
ルス２２を180゜パルスに調整すると、そのスライ
スプロフアイルは第３図イに示す波形となる。図
において、スライスプロフアイルは横軸がωで縦
軸が振幅になつており、物理的には横軸はスライ
スの厚さを表わし、縦軸はプロトンの密度分布を
示している。

RFパルス２１，２２共に180゜パルスとした場
合、第２図に示すようにＺ軸に印加した勾配磁場
であるスライス勾配２３又は２５の存在により、
スライスプロフアイルにおいて中心周波数で共鳴
しているスライス厚の中心が落ち込んで第３図ロ
のようになる。従つて、例えば第２図のRFパル
ス２２が正確に180゜パルスであるとすれば、RF
パルス２１の振幅を調整してスライスプロフアイ
ルを第３図ロのような状態にすればＲパルス２１
は正確に180゜パルスに調整される。

従つてｘ軸にパルス幅が等しいRFパルス２１
と２２を印加して両パルスの振幅を同じだけ変化
させ、スライスプロフアイルが第３図ロの状態に
なるようにすれば両者共に180゜パルスに調整され
たことになる。

このような原理の調整方式を有したNMR断層
撮影装置の要部構成図を第１図に示す。図におい
て、１は内部に被検体を挿入するための空間部分
（孔）を有し、この空間部分を取巻くようにして、
被検体に一定の静磁場を印加する静磁場コイル
と、勾配磁場を発生する勾配磁場コイル（勾配磁
場コイルはＸ，Ｙ，Ｚの３軸のコイルを備えてい
る。）と、被検体内の原子核のスピンを励起する
ためのRFパルスを与えるRF送信コイルと、被検
体からのNMR信号を検出する受信コイル等が配
置されている。静磁場コイル、勾配磁場コイル、
RF送信コイル、及び受信コイルは、それぞれ静
磁場電源２、勾配磁場駆動回路３、RF電力増幅
器４及び前置増幅器５に接続されている。シーケ
ンス記憶回路６は計算機７からの指令に従つて任
意のビユーで、ゲート変調回路８を操作（所定の
タイミングによつてRF発振回路９のRF出力信号
を変調）し、スピン・ワープ法に基づくRFパル
ス信号をRF電力増幅器４からRF送信コイルに印
加する。又、シーケンス記憶回路６は、同じくス
ピン・ワープ法に基づくシーケンス信号によつて
勾配磁場駆動回路３を操作して、第５図に示すよ
うにｘ，ｙ，ｚの３軸にそれぞれ勾配磁場を供給
する。１０はRF発振回路９の出力を参照信号と
して、前置増幅器５の受信信号出力を位相検波す
る位相検波器である。この出力信号はAD変換器
１１においてデイジタル信号に変換され、計算機
７に入力する。１２は計算機７に種々のパルス・
シーケンスを実現させるための指示及び種々の設
定値などを入力するための操作コンソール、１３
は計算機７で再構成された画像を表示する表示装
置である。

次に、上記のように構成された装置の動作を説
明する。

操作コンソール１２を操作してパルス・シーケ
ンスのタイミング、RFパルスの振幅、パルス幅
等の設定を行い、計算機７に前記設定値に基づく
信号を入力する。計算機７は前記設定値に基づい
て信号をシーケンス記憶回路６に送る。シーケン
ス記憶回路６は前記の信号に基づきRF発振回路
９からのRF信号を設定されたパルス幅、振幅を
有する信号に変調し、RF電力増幅器４に入力す
る。この変調信号は、RF電力増幅器４において
増幅され、マグネツトアセンブリ１に入力され
る。静磁場電源２によつてマグネツトアセンブリ
１に生ずる静磁場中において、前記RFパルス入
力は、各軸に与えられた勾配磁場と相俟つて励起
したスピンを共鳴させる。共鳴により生じたSE
信号は、前記増幅器５によつて増幅され、位相検
波器１０に入力する。位相検波器１０において
は、RF発振回路９の出力を参照信号として入力
NMR信号を位相検波し、その出力信号はAD変
換器１１においてデイジタル信号に変換され、計
算機７において画像再構成演算されて表示装置１
３で表示される。

上記の本装置による断層撮影を行う前に、操作
コンソール１２により180゜パルスの設定を行う。
操作コンソール１２によつて第２図のRFパルス
２１と２２のパルス幅を等しい値T_pに設定する。
このデータは計算機７、シーケンス記憶回路６を
経てゲート変調回路８に入り、変調パルス波のパ
ルス幅をT_pにする。次に操作コンソール１２に
おいて前記RFパルス２１，２２の振幅を等しく
保ちながら、このRFパルスによつて生じ、前置
増幅器５、位相検波器１０、AD変換器１１、計
算機７を経由して表示装置１３に表示されたスラ
イスプロフアイルを監視しつつ、前記操作コンソ
ール１２への振幅データ入力を変化させて前記
RFパルスを変え、表示装置１３に表示されるス
ライスプロフアイルを第３図ロの波形になるよう
に調整する。このようにすればRFパルス２１，
２２は共に正確に180゜パルスに調整される。

以上説明したように確認困難なFIDを用いない
で、スライスプロフアイルの極めて明確な波形に
よつてパルス振幅のみを調整することによつて正
確な180゜パルスを得ることができる。

更にRFパルス２１とRFパルス２２を同じだけ
動かすと、これらが最適のときに信号強度が大き
くなるので、一方のRFパルスを固定して他方を
動かす場合よりも最適値付近の信号強度の変化が
大きく、従つて最適値が求めやすい。

尚、本発明は上記実施例による方法に限定され
るものではない。例えば、デイフエーズ勾配２４
と読み出し勾配２６とを選択励起のためのスライ
ス勾配２３と同じＺ軸にかけるスライスプロフア
イルで調整する方法を説明したが、デイフエーズ
勾配２４と読み出し勾配２６とを別の軸即ちｘ軸
にかけて、スライスプロジエクシヨン（SE信号
をフーリエ変換した表示画像）や、SE信号の振
幅、面積を最小にするように調整してもよい。
又、２つのRFパルスを共にｘ軸に印加し調整し
たが、ｘ軸とｙ軸に別々に印加し、SE信号を最
小になるように調整しても差し支えない。

更に２つのRFパルスをパルス幅を等しくして
振幅を同じだけ変えて調整したが、振幅を等しく
しておいて、RFパルスのパルス幅を変えてスラ
イスプロフアイルにより調整してもよい。要は、
出力（振幅ｘパルス幅）が等しい２つのRFパル
スを用い、この２つのRFパルスの出力を同じだ
け変化させながら調整すればよい。又第２図にお
けるスライス勾配２３と２５は何れか一方のみで
も実施可能である。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明によれば、
確認困難なFID信号を用いることなく、SE信号
により180゜パルスの調整を単独に行うことができ
るようになり、実用上の効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の調整装置を用いたNMR断層
撮影装置の要部構成図、第２図は本発明のパル
ス・シーケンスを示す図、第３図はスライスプロ
フアイルの図でイは90゜パルスと180゜パルスによ
るスライスプロフアイルの図、ロは２つの180゜パ
ルスによつて生ずるスライスプロフアイルの図、
第４図はNMR−CTのパルス法の原理の説明図、
第５図はNMR−CTの３軸に印加するパルス・
シーケンスの図である。 １……マグネツトアセンブリ、２……静磁場電
源、３……勾配磁場駆動回路、４……RF電力増
幅器、５……前置増幅器、６……シーケンス記憶
回路、７……計算機、８……ゲート変調回路、９
……RF発振回路、１０……位相検波器、１１…
…AD変換器、１２……操作コンソール、１３…
…表示装置、２１，２２……RFパルス、２３，
２５……スライス勾配、２４……デイフエーズ勾
配、２６……読み出し勾配、２７……SE信号。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ RFコイルに供給する180゜パルスの最適条件
   を設定するための核磁気共鳴断層撮影装置の180゜
   パルス調整装置において、 振幅とパルス幅との積に相当する出力が等し
   い、180゜パルスとして調整されるべき２つのRF
   パルスを、スライス軸を除く軸に印加する手段
   と、 該２つのRFパルスの出力を同じだけ変化させ
   る手段と、 スピンエコー信号を表示する手段と、 を具備したことを特徴とする核磁気共鳴断層撮影
   装置の180゜パルス調整装置。 ２ デイフエーズ勾配と読み出し勾配とを、スラ
   イス勾配と同一の軸に印加し、２つのRFパルス
   を前記の軸以外の同一の軸に印加したことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の核磁気共鳴断
   層撮影装置の180゜パルス調整装置。 ３ デイフエーズ勾配と読み出し勾配とを、スラ
   イス勾配と異なる軸に印加したことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の核磁気共鳴断層撮影
   装置の180゜パルス調整装置。 ４ ２つのRFパルスをスライス軸を除く２軸に
   それぞれ印加したことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の核磁気共鳴断層撮影装置の180゜パ
   ルス調整装置。