JPH0421489B2 - - Google Patents
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- JPH0421489B2 JPH0421489B2 JP59228570A JP22857084A JPH0421489B2 JP H0421489 B2 JPH0421489 B2 JP H0421489B2 JP 59228570 A JP59228570 A JP 59228570A JP 22857084 A JP22857084 A JP 22857084A JP H0421489 B2 JPH0421489 B2 JP H0421489B2
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Description
イ 「発明の目的」
〔産業上の利用分野〕
本発明は、核磁気共鳴(nuclear magnetic
resonance)(以下これを「NMR」と略称する)
現象を利用して、被検体内における特定原子核分
布等を被検体外部より知るようにしたNMR画像
装置に関するものである。特に、医療用装置に適
するNMR画像装置の改良に関する。
〔従来の技術〕
NMR画像装置は、生体(通常は患者)をある
磁場中におく。そして、生体に所定のパルス状の
電磁波を印加し、生体を構成している各種の原子
の中で、対象とする特定の原子核のみを励起す
る。いつたん励起された原子核は、再びもとのエ
ネルギー状態に復帰するが、このとき、外部に、
吸収したエネルギーを電磁波として放出する。
NMR画像装置では、この放出される磁界をコイ
ルで検出する。この検出信号が核磁気共鳴信号
(NMR信号…エコー信号とFID信号:free
induction decayとがある)と言われ、対象とす
る原子核について種々の情報を含んでいる。
NMR画像装置は、これを解析し、生体の一部を
断層画像として映像化し、生体の診察、治療等に
役立てる装置である。
初めにNMRの原理について概略を説明する。
原子核は、陽子と中性子とからなつており、こ
れらは全体として、核スピン角運動量I→で回転
(自転)している。と見なされる
第2図は、水素の原子核( 1H)を示したもの
で、イに示すように1個の陽子Pからなり、スピ
ン量子数1/2で表わされる回転をしている。陽子
Pは、ロに示すように正の電荷e+を持つているの
で、原子核の回転に従い、磁気モーメントμが生
じ、一つ一つの水素の原子核は、それぞれ小さな
磁石と見なせる。
第3図は、この点を模式的に示した説明図で、
鉄のような強磁性体では、この微小磁石の方向が
イに示すように揃つており、全体として磁化が観
測される。これに対して、水素等の場合は、微小
磁石の方向(磁気モーメントの向き)はロに示す
ようにランダムであつて、全体として磁化は見ら
れない。
ここで、このような物質にZ方向の静磁場H0
を印加すると、各原子核がH0の方向に揃う。
第4図イは水素原子核について、この様子を示
したものである。水素原子核のスピン量子数は1/
2であるから、第4図ロに示すように、−1/2と+
1/2の2つのエネルギー順位に分かれる。2つの
エネルギー順位間のエネルギー差△Eは、(1)式で
表わされる。
△E=γ〓H0 (1)
γ:磁気回転比(原子核種ごとに固有の定数)
〓:h/2π
h:プランク定数
ここで、各原子核には、静磁場H→0によつて、
μ→×H→0
なる力が加わるので、原子核は、Z軸の回りを(2)
式で示すような角速度ωで歳差運動(みそすり運
動)をする。
ω=γH0(ラーモア角速度) (2)
即ち、原子核の種類ごとに、それぞれ異なつた
ラーモア角速度ωnで歳差運動をしている。
このように静磁場H0中におかれた生体に、例
えばラーモア角速度ω1に対応した周波数(f1=
ω1/2π)の電磁波(通常はラジオ波)を印加す
ると、この周波数f1に相当した歳差運動をしてい
る原子核に共鳴が起り、原子核は(1)式で示される
エネルギー差△Eに相当するエネルギーを吸収し
て、高い方のエネルギー順位に遷移する。
ここで、通常、生体は複数種類の原子核で構成
されているが、静磁場H0の環境下で、印加され
た周波数f1の電磁波と共鳴する原子核は、1種類
のみである。従つて、生体に印加する静磁場H0
の強さと、印加する周波数fとを選択することに
より、特定の種類の原子核の共鳴のみを取出すこ
とができる。
ここで共鳴の強さを測定すれば、原子核の存在
量を知ることができる。また、高い順位へ励起さ
れた原子核は、共鳴後、緩和時間と呼ばれる時定
数で定まる時間の後に、低い順位へ戻る。このと
き、吸収したエネルギーを外部へ放出するので、
共鳴の強さの時間的変化を測定すれば、以下に述
べる時間を知ることができる。
緩和時間は、スピン−格子緩和時間(縦緩和時
間)T1と、スピン−スピン緩和時間(横緩和時
間)T2とに分類される。この緩和時間を観測す
ることにより物質分布のデータを得ることができ
る。一般に固体では、横緩和時間T2は短く核磁
気共鳴で得たエネルギーは、まずスピン系に行渡
つてから、核子系に移つて行く。従つて、縦緩和
時間T1は、T2に比べて著しく大きい。これに対
して、液体では分子が自由に運動しているので、
スピン同志と、スピンと分子系(格子)とのエネ
ルギー交換の起りやすさは同程度である。従つて
時間T1とT2はほぼ等しい値になる。
ここでは、水素原子核( 1H)について説明し
たが、この他にも核スピン角運動量をもつ原子核
で同様の測定を行なうことが可能であり、リン原
子核( 31P)、炭素原子核( 13C)、ナトリウム原
子核( 23Na)、等に適用可能である。
このように、NMRによつて、特定原子核の存
在量及びその緩和時間を測定することができるの
で、物質内の特定原子核について種々の化学的情
報を得ることにより、被検体内に種々の検査を行
なうことができる。
従来より、このようなNMR現象を利用して、
被検体の組織に関する画像を得るPR法
(projection reconstruction method…投影復元
法とも言う)によるNMR画像装置がある。この
PR法による像再構成の原理は、X線CT装置とほ
ぼ同様の原理である。まず被検体の体軸方向(z
軸方向)に勾配磁場をかけて、仮想輪切り部分
(z軸に垂直な面)のプロトンを励起する。断層
面として被検体の体軸に直交する面をとるように
説明するが、勾配磁場を変えることにより任意の
面を画像化することが出来る。次に、x、y方向
にそれぞ勾配磁場をかけ、この状態でNMR信号
を検出し、x、yの合成勾配磁場と直角方向への
プロジエクシヨンを得る。そして、x、yの合成
勾配磁場の値を変える動作を繰り返し、これに対
応するNMR信号を得て、各々のフーリエ変換す
ることにより被検体の数多くの方向についてプロ
ジエクシヨンを求める。このプロジエクシヨンを
用いて、CT手法によつて、被検体の像を再構成
する手法がPR法である。
第5図は、このPR法による従来装置の検査手
法の一例を説明するための動作波形図である。
初めに、z軸方向に平行で一様な強さの静磁場
H0中に配置した被検体へ、第5図ロに示すよう
にZ勾配磁場Gz +と、イに示すように狭い周波数
スペクトルfjの高周波パルスの高周波パルス、即
ち、RFパルス(90°パルス)を印加する。
生体のZ軸方向(体軸方向)には、勾配磁界
Gzが印加されており、プロトンは、磁界の強さ
に比例した周期で歳差運動をしている。ここでZ
軸の或る位置(H0+△Gz)における断面部だけ
は、印加されたRFパルスの周波数(ωj=2πfj)
と同一のラーモア角速度
ωj=γ(H0+△Gz)
で歳差運動をしている。従つて、この周波数を中
心周波数とする近傍の角速度で歳差運動をしてい
るプロトンだけが励起される。即ち、Z軸方向の
勾配磁場Gzは、生体のスライス面位置決定のた
めに作用する。そして励起されたプロトンの磁化
Mを、第6図イに示すような角速度ωjで回転す
る回転座標系上に示せば、y′軸方向に90°向きを
変えたものとなる。
続いて、第5図ハ,ニに示すようにx勾配磁場
Gxとy勾配磁場Gyを同時に加える。この2つの
勾配磁場により合成の2次元勾配磁場を作り、こ
の環境下でホに示すようなNMR信号を検出す
る。ここで、磁化Mは、第6図ロに示すように、
磁場の不均一性によつて、x′−y′面内で矢印方向
に次第に分散しているので、やがてNMR信号は
減少し、第5図ホに示すように時間Tsを経過し
て無くなる。このようにして得られたNMR信号
をフーリエ変換すれば、x勾配磁場Gx、y勾配
磁場Gyにより合成された勾配磁場と直角方向へ
のプロジエクシヨンとなる。その後、所定の時間
Tdだけ待つて、上述と同様の動作にて、次のシ
ーケンスを繰返す。各シーケンスにおいては、
Gx、Gyの値を少しずつ変え、合成勾配磁界の向
きをいろいろにとる。これによつて、各プロジエ
クシヨンに対応するNMR信号を被検体の数多く
の方向について求めることができる。
このような動作をなす従来装置においては、第
5図において、NMR信号が無くなるまでの時間
Tsは、10〜20msであるが、次のシーケンスに
移るまでの所定時間Tdは、縦緩和時間T1のため
1sec程度は必要となる。それゆえ、一つの被検体
断面を、例えば128プロジエクシヨンで再構成す
るものとすれば、その測定には少なくとも2分以
上の長い時間を必要とし、高速化を実現する際の
大きな障害の一つとなつている。
このような障害を解決すべく、NMR分析計用
に提案されている公知技術{DEFT法;driven
equilibrium fourier transform}を利用して、
高束のNMR画像装置を製作した場合を考察する
と、次のような欠点がある。結論としては、
NMR画像装置にDEFT法を用いることは、不適
切である。なお、NMR画像装置にDEFT法を使
用するとした公知技術例はない。
このNMR分析計用に提案されているDEFT法
は、{「パルス及びフーリエ変換NMR」フアラ
ー、ベツカー著:吉岡書店}に記載されている。
このDEFT法は高速化のためパルスシーケンスで
あり、(90°x…τ…180°y…τ…90°−x…Td)nで構
成されるものである。このDEFT法で2次元のイ
メージングを行なう場合、90°パルスは、選択励
起法(勾配磁場を同時に印加)を用いて特定のス
ライス面内だけを励起するが、これについては問
題はない。
しかし、180°パルスは選択と非選択励起の両方
が考えらえる。
第9図は、第1の90°パルスの直前のz軸上の
磁化Mzのスライスの厚さ方向の分布をBlochの
方程式を用いて、計算機でシミユレーシヨンした
結果を示したものである。第9図では、DEFT法
における180°パルスの選択と非選択の場合及び本
発明の場合の3つのシミユレーシヨン結果を示し
た。ここでは、選択励起するため90°パルスはガ
ウシアン変調してある。これは、生体の平均的
T1、T2及びTr=100ms(繰り返し時間)を用い
て計算したものである。Mzは、パルスシーケン
スを実行する前のMzを1としていて、Mzの大き
さは、NMR信号強度に対応している。
(a) DEFT法の非選択の180°パルスの場合、第9
図aに示すように、スライス面外のMzが非常
に小さくなつてしまう。
一般に、パルスシーケンスの待ち時間Tdの
間に、他の複数のスライス面に対して同一なパ
ルスシーケンスを順次ほどこし、その間の十分
に長いTdのため、MzがT1縦緩和して大きくな
つてから、最初のスライス面の次のビユー
(view)を行なうというマルチスライス法が行
なわれている。これはNMR信号(Mzの大き
さ)の減少をなくして、同時に複数面のデータ
が得られるため、疑似高速法として効果的であ
る。しかし、マルチスライス法は、スライス面
外のMzが、他のスライス面励起の影響を受け
ずに、大きいことが条件となる。
このような条件から見ると、非選択の180°パ
ルスを用いたDEFT法(第9図a)は、スライ
ス面外のMzが小さくなつてしまうためマルチ
スライス法を併用できない欠点がある。実際の
スライス形状は、第9図のMzにスライス形状
の関数(ここではガウシアン形)を乗じたもの
となり、それを第10図に示す。
(b) DEFT法の選択励起の180°パルスの場合、第
9図のbに示すように、Mzはスライス面外で
は大きいので問題ない。しかし、第10図で
は、スライス形状が3つの山状となることが欠
点となる。これは、スライス境界の磁化Mが選
択励起の180°パルスの際、複雑な動作をするた
め各Mのベクトル方向がばらばらになり、結果
として信号が減少するためである。
以上のように公知の技術であるDEFT法をその
ままNMR画像装置に使用することは、不適切で
ある。
〔解決しようとする問題点〕
本発明は、以上のような従来のPR法による
NMR画像装置が有していた、応答性の悪さを改
善し、得られる画像の質を落さずにスキヤンタイ
ムを短縮したNMR画像装置を提供することを目
的とする。
ロ 「発明の構成」
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、上記問題点を解決すめために、次の
カツコに示すようなシーケンス機能を有した制御
手段を備える。ようにしたものである。
この制御手段の働きにより、縦緩和時間T1を
経過して磁化Mが熱平衡状態(Mがz軸方向を向
く)になるまで待たず、磁化Mをz′軸方向へ強制
的に向けるようにすることが出来る。
制御手段のシーケンス機能とは
『まず、被検体の特定のスライス面に在る原子
核を、選択的に励起する第1の90°パルスを印加
し、
次に前記特定スライス面以外に在る原子核をも
励起する第1の180°パルスを印加し、
次に前記スライス面と同一の特定のスライス面
に在る原子核を、選択的に励起する第2の90°パ
ルスを印加し、
次に前記特定スライス面以外に在る原子核をも
励起する第2の180°パルスを印加し、
更に、第1の90°パルスと第1の180°パルスの
間の区間で、第1の勾配磁場と異なる方向の第2
の勾配磁場を印加し、
第1の180°パルスと第2の90°パルスとの間の
区間では、勾配磁場を与える手段を動作させて、
第2の勾配磁場と同方向のものを印加するように
し、シーケンスごとに第2の勾配磁場の強度及び
方向を撮像に必要な値とするように動作させるこ
と』
〔実施例〕
以下、図面を用いて本発明を説明する。
第1図は、本発明に係る装置の一実施例の構成
を示すブロツク図である。同図において、1は一
様な静磁場H0(この場合の方向をZ方向とする)
を発生させるための静磁場用コイル、2はこの静
磁場用コイル1の制御回路で、例えば直流安定化
電源を含んでいる。静磁場用コイル1によつて発
生する磁束の密度H0は0.1T程度であり、また均
一度は10-4以上であることが望ましい。
3は勾配磁場用コイルを総括的に示したもの、
4はこの勾配磁場用コイル3の制御回路である。
本発明の装置においては、第1、第2の勾配磁
場を発生させるが、単に第1、第2の勾配磁場と
記載して説明すると抽象的であり、発明が分りに
くい。そこで、本明細書では、第1の勾配磁場を
z勾配磁場とし、第2の勾配磁場をx勾配磁場と
y勾配磁場との合成の磁場として説明を行なう。
ただし、この組合せは、どんなものでもよく、第
1と第2の勾配磁場が異なつた方向の勾配磁場で
あれば良い。また、前記x、y、z勾配磁場以外
の他方向の勾配磁場を組合せても良い。
また、本明細書では、第1、第2の勾配磁場を
発生させる手段として、それぞれ専用のコイル手
段(z勾配磁場用コイル、x勾配磁場用コイル、
y勾配磁場用コイル)が設けられている例で説明
するが、これに限定するわけではない。即ち、第
1、第2の勾配磁場を発生させるのに、例えば、
1つの手段で第1、第2の勾配磁場の両方を発生
させるようにしても良い。
第7図イは勾配磁場用コイル3の一例を示す構
成図である。同図イに示すコイルは、z勾配磁場
用コイル31と、y勾配磁場用コイル32,33
とを含んでいる。更に、図示していないがy勾配
磁場用コイル32,33と同じ形であつて、90°
回転して設置されるx勾配磁場用コイルも含んで
いる。この勾配磁場用コイル3は、一様な静磁場
H0と同一方向で、x、y、z軸方向にそれぞれ
直線勾配をもつ磁場を発生する。制御回路4はコ
ントローラ20によつて制御される。
5は被検体に狭い周波数スペクトルfの高周波
パルス、即ち、RFパルスを電磁波として与える
励磁コイルで、その構成を第7図ロに示す。
6は測定しようとする原子核のNMR共鳴条件
に対応する周波数(例えばプロトンでは、42.6M
Hz/T)の信号を発生する発振器で、その出力
は、コントローラ20からの信号によつて開閉が
制御されるゲート回路30と、パワーアンプ7を
介して励磁コイル5に印加されている。8は被検
体におけるNMR信号を検出するための検出コイ
ルで、その構成は第7図ロに示す励磁コイルと同
じで、励磁コイル5に対して90°回転して設置さ
れている。なお、この検出コイル8は、被検体に
できるだけ近接して設置されることが望ましい
が、必要に応じて、励磁コイル5と兼用させても
よい。
9は検出コイル8から得られる核磁気共鳴信号
(NMR信号…FID信号・エコー信号)を増幅する
増幅器、10は位相検波回路、11は位相検波さ
れた増幅器9からの波形信号を記憶するウエーブ
メモリ回路で、A/D変換器を含んでいる。13
はウエーブメモリ回路11からの信号を例えば光
フアイバで構成される伝送路12を介して入力
し、所定の信号処理を施して断層像を得るコンピ
ユータ、14は得られた断層像を表示するテレビ
ジヨンモニタのような表示器である。また、コン
トローラ20からコンピユータ13へは、信号線
21により、必要な情報が伝送さる。
コントローラ20は、第1と第2の勾配磁場
(勾配磁場Gz、Gx、Gy)、RFパルスの振幅を制御
するために必要な信号(アナログ信号)、及びRF
パルスの送信やNMR信号の受信に必要な制御信
号(デジタル信号)を出力することができるよう
に構成されたものである。このコントローラ20
は、本発明に係る装置の特徴とするシーケンス機
能、即ち、RFパルスの動作タイミングや第1と
第2の勾配磁場の動作タイミングを制御する機能
を有している。ただし、このシーケンス機能を果
す素子は、コントローラ20に限定するものでな
く、他の素子、例えば、コンピユータ13にこの
機能をもたせても本発明は成立する。
このように構成された本発明の装置の動作を、
第8図及び第1表ないし第3表を参照し、段階を
追つて順次説明する。
<> 時点t0
時点t0は、制御回路2から静磁場用コイル1
に電流を流し、被検体(被検体は各コイルの円
筒内に設置)に静磁場H0を与えた状態におい
て、コントローラ20より制御回路4を介して
z勾配磁場用コイル31に電流を流し、第8図
ロに示すように、第1の勾配磁場(z勾配磁場
Gz +)を与えた時点である。なお、上述した
が、被検体の体軸とz軸とは一致する方向であ
る。
このとき、
スライス面中央(90°パルス印加により磁化
Mが正しく90°回転する部分)、
スライス面境界(90°パルス印加磁に、磁化
Mがθ°回転し、また180°パルス印加時にはGz=
0となつているため180°回転する部分)、
スライス面外(90°パルス印加では影響を受
けず、180°パルスによつて磁化Mの方向が反転
する部分)
での各磁化Mの方向は、第8図のヘ,ト,チに
示すように、全てz軸の正方向(上向き)とな
つている。
<> 時点t1
Gzが与えられている下で、ゲート回路30
において選択し、出力された位相差0°の所定の
形(例えばガウシアン形)に変調されたRF信
号により、被検体の特定の一面(スライス面)
の原子核を励起する。即ち、第8図のイのよう
に第1の90°xパルスを与える。続いてx勾配磁
場用コイル及びy勾配磁場用コイル32,33
を付勢し、第8図のハ,ニに示すように所定の
大きさの磁場Gx、Gyを印加する。
なお、第8図ロにおいて、Gz +に続くGz -は、
被検体の異なる部分からのNMR信号の位相を
一致させるための波形信号であつて、この技術
は公知の技術である。
この磁場Gx,Gyを印加する時点をt1とすれ
ば、この時点t1では、各部の磁化Mは第8図
ヘ,ト,チに示すような向きとなる。
時点t1以降では第8図のホに示すような第1
の核磁気共鳴信号(FID信号)が検出コイル8
により検出され、その信号は増幅器9を介し位
相検波回路10に導かれ、ここで位相検波され
た後ウエーブメモリ回路11に格納される。格
納されたデータはコンピユータ1により適宜の
タイミングで読み取られ、ここでフーリエ変換
され1プロジエクシヨンの信号となる。
<> 時点t2
前記時点t1から核磁気共鳴信号が無くなるま
でのTs1時間経過後にx勾配磁場用コイル及び
y勾配磁場用コイルの付勢を止め、ゲート回路
30において選択し出力される位相差180°の矩
形状に変調されたRF信号で被検体を励起する。
この場合、z勾配磁場Gzは動作させず、第8
図のイに示すように被検体全体に第1の180°-x
パルスを与える。即ち、前記特定スライス面以
外に在る原子核をも励起する。
<> 時点t3
前記180°−xパルスを与えた後に、第2の勾
配磁場(Gx、Gyの合成磁場)の積分値が時点
t2の前と時点t3の後では、同一になるように制
御を行なう。このように制御することで、正確
に時間Ts2後に、磁化Mが集合するからであ
る。この第2の勾配磁場の積分値が時間t2の前
と時点t3の後で同一になるようにするには、一
例として、区間Ts1とTs2にて時間軸を反転す
る如くして、Gx、Gyを印加すれば良い。もち
ろん、このように、時間軸を反転する如く(対
称となる如く)Gx、Gyを制御しなくても、積
分値が時点t2とt3の前後で同一ならば良い。
180°パルスを与えた後に、勾配磁場Gx、Gy
を印加した時点をt3とする。磁化Mは第8図
ヘ,ト,チのように回転する。
時点t3以降は、分散する方向に向かつていた
磁化Mが180°パルスによつて向きが全て反転
し、集合する方向に向かう。従つて、検出コイ
ル8からは、第8図ホに示すように次第に増大
する第2の核磁気共鳴信号(エコー信号)が検
出される。時点t2の前と時点t3の後で印加した
Gx、Gyがそれぞれ同じであり、その期間、被
検体の状態が変らないものとすれば、このエコ
ー信号と、前記第1の核磁気共鳴信号とは、t2
とt3の中央の時刻について対称な信号波形とな
る。
<> 時点t4
時点t3より(t2−t1)時間経過した時コント
ローラ20の制御により磁場Gx、Gyの印加を
止める。この時点をt4とする。磁化Mは図示の
通りである。
この時点の後Gz -、Gz +を与え、その状態下
で、ゲート回路30において位相差180°で第1
の90°パルスと同様に変調されたRF信号を用い
て被検体に第2の90°-xパルスを与え、第1の
90°パルスで励起されたスライス面を再び励起
する。この励起の終りを時点t5とする。この
時、スライス面内、外、境界、つまり被検体全
部の磁気Mの向きが−z方向に揃う。
<> 時点t6
Gz +の印加終了後、ゲート回路30より位相
差0°で矩形波状に変調されて出力されるRF信
号にて被検体を励起する(180°パルス励起)。
即ち、z勾配磁場が無い状態だから、前記特定
のスライス面以外に在る原子核をも励起する。
この励起の終了時点をt6とする。
この第2の180°パルスの印加により磁化Mは
一斉に+z軸方向に向きが揃う。
このように時点t6で始めの時点t0と同じ状態
に復帰することになる。ただし、この方式で
は、物質のもつ縦緩和又は横緩和による緩和が
残り、t6の時点で磁化Mは完全には上向きにな
らない。そこで、時点t6の後にTdなる待ち時間
を設け、磁化Mが完全に上向きになるのを待つ
て1回のシーケンスを終了し、以後同様のシー
ケンスを繰り返す。
B. “Object of the invention” [Field of industrial application] The present invention is based on nuclear magnetic resonance (nuclear magnetic resonance)
resonance) (hereinafter abbreviated as "NMR")
This invention relates to an NMR imaging device that utilizes phenomena to determine the distribution of specific atomic nuclei within a subject from outside the subject. In particular, it relates to improvements in NMR imaging devices suitable for medical devices. [Prior Art] An NMR imaging device places a living body (usually a patient) in a certain magnetic field. Then, a predetermined pulsed electromagnetic wave is applied to the living body to excite only a specific atomic nucleus of interest among the various atoms that make up the living body. Once excited, the atomic nucleus returns to its original energy state, but at this time, external
It emits the absorbed energy as electromagnetic waves.
In an NMR imager, this emitted magnetic field is detected by a coil. This detection signal is a nuclear magnetic resonance signal (NMR signal...echo signal and FID signal: free
It is called induction decay) and contains various information about the target atomic nucleus.
An NMR imaging device is a device that analyzes this and visualizes a part of the living body as a tomographic image, which is useful for diagnosis, treatment, etc. of the living body. First, I will briefly explain the principle of NMR. The atomic nucleus consists of protons and neutrons, which as a whole rotate (rotate) with nuclear spin angular momentum I→. Figure 2 shows a hydrogen nucleus ( 1 H), which consists of one proton P, as shown in A, and rotates as expressed by the spin quantum number 1/2. Since the proton P has a positive charge e + as shown in (b), a magnetic moment μ is generated as the nucleus rotates, and each hydrogen nucleus can be regarded as a small magnet. Figure 3 is an explanatory diagram schematically showing this point.
In a ferromagnetic material such as iron, the directions of these micromagnets are aligned as shown in A, and magnetization is observed as a whole. On the other hand, in the case of hydrogen, etc., the direction of the micromagnets (the direction of the magnetic moment) is random as shown in (b), and no magnetization is observed as a whole. Here, such a substance is subjected to a static magnetic field H 0 in the Z direction.
When applied, each atomic nucleus aligns in the direction of H 0 . Figure 4A shows this situation for a hydrogen nucleus. The spin quantum number of hydrogen nucleus is 1/
2, so as shown in Figure 4B, -1/2 and +
It is divided into two energy rankings of 1/2. The energy difference ΔE between the two energy ranks is expressed by equation (1). △E=γ〓H 0 (1) γ: gyromagnetic ratio (constant specific to each atomic nuclide) 〓: h/2π h: Planck's constant Here, each atomic nucleus is affected by the static magnetic field H→ 0 , Since the force μ→×H→ 0 is applied, the nucleus moves around the Z axis as (2)
It precesses at an angular velocity ω as shown in the equation. ω=γH 0 (Larmor angular velocity) (2) In other words, each type of atomic nucleus precesses at a different Larmor angular velocity ω n . In this way, a living body placed in a static magnetic field H 0 is given a frequency corresponding to the Larmor angular velocity ω 1 (f 1 =
When an electromagnetic wave (usually a radio wave) of ω 1 /2π) is applied, resonance occurs in the precessing atomic nucleus corresponding to this frequency f 1 , and the atomic nucleus experiences an energy difference △E shown by equation (1). absorbs energy equivalent to , and transitions to a higher energy ranking. Here, although a living body is normally composed of multiple types of atomic nuclei, only one type of atomic nucleus resonates with the applied electromagnetic wave of frequency f 1 under the environment of static magnetic field H 0 . Therefore, the static magnetic field H 0 applied to the living body
By selecting the strength of the atomic force and the applied frequency f, it is possible to extract only the resonance of a specific type of atomic nucleus. By measuring the strength of the resonance, we can determine the amount of nuclei present. Further, the atomic nucleus excited to a higher order returns to a lower order after a time determined by a time constant called relaxation time after resonance. At this time, the absorbed energy is released to the outside, so
By measuring the temporal change in the strength of resonance, the time described below can be determined. Relaxation time is classified into spin-lattice relaxation time (longitudinal relaxation time) T1 and spin-spin relaxation time (transverse relaxation time) T2 . By observing this relaxation time, data on material distribution can be obtained. Generally, in solids, the transverse relaxation time T 2 is short and the energy obtained by nuclear magnetic resonance is first distributed to the spin system and then to the nucleon system. Therefore, the longitudinal relaxation time T 1 is significantly larger than T 2 . In contrast, in a liquid, molecules move freely, so
The likelihood of energy exchange between spins and between spins and a molecular system (lattice) is about the same. Therefore, times T 1 and T 2 have approximately equal values. Here, we have explained hydrogen nuclei ( 1 H), but similar measurements can be performed with other nuclei that have nuclear spin angular momentum, such as phosphorus nuclei ( 31 P), carbon nuclei ( 13 C), etc. , sodium nucleus ( 23Na ), etc. In this way, NMR can measure the abundance of specific atomic nuclei and their relaxation times, so by obtaining various chemical information about specific atomic nuclei within a substance, it is possible to carry out various tests within the subject. can be done. Traditionally, using such NMR phenomena,
There is an NMR imaging device that uses the PR method (projection reconstruction method, also referred to as the projection reconstruction method) to obtain images regarding the tissue of a subject. this
The principle of image reconstruction using the PR method is almost the same as that of an X-ray CT device. First, the body axis direction of the subject (z
A gradient magnetic field is applied in the axial direction) to excite protons in the virtual sliced portion (plane perpendicular to the z-axis). Although it will be explained that a plane perpendicular to the body axis of the subject is taken as the tomographic plane, any plane can be imaged by changing the gradient magnetic field. Next, gradient magnetic fields are applied in the x and y directions, and NMR signals are detected in this state to obtain projections in the direction perpendicular to the combined x and y gradient magnetic fields. Then, by repeating the operation of changing the values of the x and y composite gradient magnetic fields, the corresponding NMR signals are obtained, and by Fourier transforming each of them, projections in many directions of the object are obtained. The PR method is a method that uses this projection to reconstruct an image of a subject using a CT method. FIG. 5 is an operational waveform diagram for explaining an example of an inspection method of a conventional apparatus using this PR method. First, a static magnetic field of uniform strength parallel to the z-axis direction
A Z gradient magnetic field G z + as shown in FIG . pulse) is applied. In the Z-axis direction (body axis direction) of the living body, there is a gradient magnetic field.
G z is applied, and the protons precess with a period proportional to the strength of the magnetic field. Here Z
Only the cross section at a certain position of the axis (H 0 +△G z ) has the frequency of the applied RF pulse (ω j =2πf j )
It precesses at the same Larmor angular velocity ω j =γ(H 0 +△G z ). Therefore, only protons that are precessing at an angular velocity in the vicinity of this frequency as the center frequency are excited. That is, the gradient magnetic field Gz in the Z-axis direction acts to determine the position of the slice plane of the living body. If the magnetization M of the excited proton is shown on a rotating coordinate system rotating at an angular velocity ω j as shown in FIG. Next, as shown in Figure 5 C and D, the x gradient magnetic field is
G x and y gradient magnetic field G y are applied simultaneously. A composite two-dimensional gradient magnetic field is created by these two gradient magnetic fields, and under this environment, an NMR signal as shown in E is detected. Here, the magnetization M is as shown in FIG.
Due to the inhomogeneity of the magnetic field, it gradually disperses in the direction of the arrow in the x'-y' plane, so the NMR signal eventually decreases and disappears after a time T s as shown in Figure 5 E. . When the NMR signal obtained in this manner is subjected to Fourier transformation, it becomes a projection in a direction perpendicular to the gradient magnetic field synthesized by the x gradient magnetic field G x and the y gradient magnetic field G y . Then, for a given period of time
Wait T d and repeat the next sequence in the same manner as above. In each sequence,
By changing the values of G x and G y little by little, we take various directions of the composite gradient magnetic field. Thereby, NMR signals corresponding to each projection can be obtained in many directions of the object. In conventional equipment that operates in this way, the time required for the NMR signal to disappear is shown in Figure 5.
T s is 10 to 20 ms, but the predetermined time T d until moving to the next sequence is due to the longitudinal relaxation time T 1
Approximately 1 sec is required. Therefore, if a cross-section of a single object is to be reconstructed using, for example, 128 projections, the measurement requires a long time of at least 2 minutes, which is one of the major obstacles to achieving high speed. It's becoming one. In order to solve this problem, a known technique {DEFT method; driven
Using the equilibrium fourier transform},
When considering the case where a high flux NMR imaging device is manufactured, there are the following drawbacks. As conclusion,
It is inappropriate to use the DEFT method in NMR imagers. Note that there is no known technology example that uses the DEFT method in an NMR imaging device. The DEFT method proposed for this NMR analyzer is described in {"Pulse and Fourier Transform NMR" by Farrer and Betzker: Yoshioka Shoten}.
This DEFT method uses a pulse sequence for speeding up, and is composed of (90° x ...τ...180° y ...τ...90°− x ...T d ) n . When performing two-dimensional imaging using this DEFT method, the 90° pulse excites only a specific slice plane using a selective excitation method (simultaneously applying a gradient magnetic field), but there is no problem with this. However, the 180° pulse can be used for both selective and non-selective excitation. FIG. 9 shows the results of a computer simulation using Bloch's equation of the distribution of the magnetization M z on the z-axis in the thickness direction of the slice immediately before the first 90° pulse. FIG. 9 shows three simulation results for the DEFT method, when 180° pulses are selected and not selected, and when the present invention is used. Here, the 90° pulse is Gaussian modulated for selective excitation. This is the average living body
Calculations were made using T 1 , T 2 and Tr=100 ms (repetition time). Mz is set to 1 before executing the pulse sequence, and the magnitude of Mz corresponds to the NMR signal intensity. (a) In case of 180° pulse with DEFT method not selected, the 9th
As shown in Figure a, M z outside the slice plane becomes extremely small. Generally, during the waiting time T d of a pulse sequence, the same pulse sequence is sequentially applied to multiple other slice planes, and because the interval T d is sufficiently long, M z becomes large due to longitudinal relaxation of T 1 . A multi-slice method is used in which the next view of the first slice plane is performed after the first slice. This is effective as a pseudo-high-speed method because it eliminates the decrease in the NMR signal (magnitude of M z ) and allows data from multiple planes to be obtained simultaneously. However, the multi-slice method requires that M z outside the slice plane be large and unaffected by excitation of other slice planes. Under these conditions, the DEFT method (FIG. 9a) using non-selected 180° pulses has the disadvantage that it cannot be combined with the multi-slice method because M z outside the slice plane becomes small. The actual slice shape is obtained by multiplying M z in FIG. 9 by a slice shape function (in this case Gaussian shape), which is shown in FIG. 10. (b) In the case of a 180° pulse for selective excitation in the DEFT method, as shown in FIG. 9b, M z is large outside the slice plane, so there is no problem. However, the disadvantage of FIG. 10 is that the slice shape has three mountain shapes. This is because the magnetization M at the slice boundary moves in a complicated manner during the 180° pulse of selective excitation, so the vector directions of each M become disjointed, resulting in a decrease in the signal. As described above, it is inappropriate to use the DEFT method, which is a known technique, as it is in an NMR imaging device. [Problems to be solved] The present invention solves the problem by the conventional PR method as described above.
The present invention aims to improve the poor responsiveness of NMR imaging devices and to provide an NMR imaging device that shortens scan time without degrading the quality of images obtained. B "Structure of the Invention" [Means for Solving the Problems] In order to solve the above problems, the present invention includes a control means having a sequence function as shown in the following box. This is how it was done. Due to the function of this control means, the magnetization M is forcibly directed in the z'-axis direction without waiting until the longitudinal relaxation time T 1 has elapsed and the magnetization M reaches a thermal equilibrium state (M points in the z-axis direction). You can. What is the sequence function of the control means? ``First, a first 90° pulse is applied that selectively excites the atomic nuclei present in a specific slice plane of the object, and then the atomic nuclei present in other than the specific slice plane are applied. applying a first 180° pulse that excites the nuclei, then applying a second 90° pulse that selectively excites nuclei present in the same specific slice plane as the slice plane; A second 180° pulse is applied that also excites nuclei existing outside the slice plane, and in the interval between the first 90° pulse and the first 180° pulse, a direction different from the first gradient magnetic field is applied. the second of
Applying a gradient magnetic field of
A magnetic field in the same direction as the second gradient magnetic field is applied, and the intensity and direction of the second gradient magnetic field are set to values necessary for imaging in each sequence. [Example] The drawings are shown below. The present invention will be explained using the following. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of the apparatus according to the present invention. In the same figure, 1 is a uniform static magnetic field H 0 (the direction in this case is the Z direction)
A static magnetic field coil 2 for generating the static magnetic field coil 2 is a control circuit for the static magnetic field coil 1, and includes, for example, a DC stabilized power supply. It is desirable that the density H 0 of the magnetic flux generated by the static magnetic field coil 1 is about 0.1 T, and that the uniformity is 10 −4 or more. 3 shows a general overview of gradient magnetic field coils;
4 is a control circuit for this gradient magnetic field coil 3. In the apparatus of the present invention, first and second gradient magnetic fields are generated, but it is abstract and difficult to understand the invention if the description is simply described as the first and second gradient magnetic fields. Therefore, in this specification, the first gradient magnetic field will be described as a z-gradient magnetic field, and the second gradient magnetic field will be described as a composite magnetic field of an x-gradient magnetic field and a y-gradient magnetic field.
However, any combination may be used as long as the first and second gradient magnetic fields are in different directions. Further, gradient magnetic fields in directions other than the x, y, and z gradient magnetic fields may be combined. Further, in this specification, as means for generating the first and second gradient magnetic fields, dedicated coil means (z gradient magnetic field coil, x gradient magnetic field coil,
An example in which a y gradient magnetic field coil) is provided will be described, but the present invention is not limited to this. That is, to generate the first and second gradient magnetic fields, for example,
Both the first and second gradient magnetic fields may be generated by one means. FIG. 7A is a configuration diagram showing an example of the gradient magnetic field coil 3. The coils shown in A in the figure include a z gradient magnetic field coil 31 and y gradient magnetic field coils 32 and 33
Contains. Furthermore, although not shown, it has the same shape as the y gradient magnetic field coils 32 and 33, and has a 90° angle.
It also includes a rotating x-gradient magnetic field coil. This gradient magnetic field coil 3 produces a uniform static magnetic field.
Generates a magnetic field with linear gradients in the x, y, and z axes in the same direction as H 0 . Control circuit 4 is controlled by controller 20. Reference numeral 5 denotes an excitation coil for applying a high frequency pulse of a narrow frequency spectrum f, that is, an RF pulse, to the subject as an electromagnetic wave, the configuration of which is shown in FIG. 7B. 6 is the frequency corresponding to the NMR resonance condition of the atomic nucleus to be measured (for example, 42.6M for protons)
Hz/T), the output of which is applied to the exciting coil 5 via a gate circuit 30 whose opening/closing is controlled by a signal from a controller 20 and a power amplifier 7. 8 is a detection coil for detecting the NMR signal in the subject, and its configuration is the same as the excitation coil shown in FIG. Although it is desirable that the detection coil 8 be installed as close to the subject as possible, it may also be used as the excitation coil 5 if necessary. 9 is an amplifier that amplifies the nuclear magnetic resonance signal (NMR signal...FID signal/echo signal) obtained from the detection coil 8, 10 is a phase detection circuit, and 11 is a wave memory that stores the phase-detected waveform signal from the amplifier 9. The circuit includes an A/D converter. 13
14 is a computer that inputs the signal from the wave memory circuit 11 via a transmission line 12 made of, for example, an optical fiber and performs predetermined signal processing to obtain a tomographic image; 14 is a television that displays the obtained tomographic image. It is a display device like a monitor. Further, necessary information is transmitted from the controller 20 to the computer 13 via a signal line 21. The controller 20 controls the first and second gradient magnetic fields (gradient magnetic fields G z , G x , G y ), a signal (analog signal) necessary for controlling the amplitude of the RF pulse, and the RF
It is configured to be able to output control signals (digital signals) necessary for transmitting pulses and receiving NMR signals. This controller 20
has a sequence function that is a feature of the device according to the present invention, that is, a function to control the operation timing of the RF pulse and the operation timing of the first and second gradient magnetic fields. However, the element that performs this sequence function is not limited to the controller 20, and the present invention can be implemented even if other elements, such as the computer 13, have this function. The operation of the device of the present invention configured in this way is as follows:
A step-by-step explanation will be given with reference to FIG. 8 and Tables 1 to 3. <> Time t 0 At time t 0 , the control circuit 2 is connected to the static magnetic field coil 1.
A current is applied to the z gradient magnetic field coil 31 from the controller 20 via the control circuit 4 in a state where a static magnetic field H 0 is applied to the test object (the test object is installed inside the cylinder of each coil). As shown in Figure 8B, the first gradient magnetic field (z gradient magnetic field
G z + ). Note that, as described above, the body axis of the subject and the z-axis are in the same direction. At this time, the center of the slice plane (the part where the magnetization M rotates correctly by 90 degrees by applying a 90 degree pulse), the boundary of the slice plane (the part where the magnetization M rotates θ degree due to the magnetization applied with the 90 degree pulse, and when the 180 degree pulse is applied, G z =
0, so the direction of each magnetization M is as follows: , as shown in F, G, and H of FIG. <> Given the time t 1 G z , the gate circuit 30
A specific surface (slice surface) of the object is detected by the RF signal modulated in a predetermined shape (for example, Gaussian shape) with a phase difference of 0°.
excites the nucleus of the atom. That is, the first 90° x pulse is applied as shown in FIG. 8A. Next, the x gradient magnetic field coil and the y gradient magnetic field coil 32, 33
is energized, and magnetic fields Gx and Gy of predetermined magnitude are applied as shown in C and D of FIG. In addition, in Figure 8B, G z - following G z + is
This is a waveform signal for matching the phases of NMR signals from different parts of a subject, and this technique is a known technique. Assuming that the time point at which the magnetic fields G x and G y are applied is t 1 , at this time point t 1 the magnetization M of each part is oriented as shown in FIG. After time t 1 , the first
The nuclear magnetic resonance signal (FID signal) is detected by the detection coil 8.
The signal is guided through the amplifier 9 to the phase detection circuit 10, where it is phase detected and then stored in the wave memory circuit 11. The stored data is read by the computer 1 at appropriate timing, and is subjected to Fourier transformation therein to become a signal of one projection. <> Time t 2 After T s1 time elapses from the time t 1 until the nuclear magnetic resonance signal disappears, the energization of the x gradient magnetic field coil and the y gradient magnetic field coil is stopped, and the position selected and output by the gate circuit 30 is The subject is excited with a rectangularly modulated RF signal with a phase difference of 180°.
In this case, the z gradient magnetic field G z is not operated and the 8th
As shown in Figure A, the first 180° -x is applied to the entire subject.
Give a pulse. That is, atomic nuclei located outside the specific slice plane are also excited. <> Time t 3 After applying the 180°-x pulse, the integral value of the second gradient magnetic field (combined magnetic field of G x and G y ) is determined at time t 3.
Control is performed so that the values are the same before t 2 and after time t 3 . This is because by controlling in this way, the magnetization M is assembled exactly after the time Ts 2 . In order to make the integral value of this second gradient magnetic field the same before time t 2 and after time t 3 , for example, the time axis can be reversed between sections T s1 and T s2 . , G x , and G y can be applied. Of course, it is not necessary to control G x and G y so as to reverse the time axis (so as to make them symmetrical) as long as the integral value is the same before and after time t 2 and t 3 . After applying a 180° pulse, the gradient magnetic fields G x , G y
The time point when is applied is t3 . The magnetization M rotates as shown in FIG. After time t 3 , the magnetization M, which had been oriented in the direction of dispersion, is completely reversed in direction by the 180° pulse and becomes oriented in the direction of convergence. Therefore, a second nuclear magnetic resonance signal (echo signal) is detected from the detection coil 8, which gradually increases as shown in FIG. 8E. applied before time t 2 and after time t 3
Assuming that G x and G y are the same and the state of the subject does not change during that period, this echo signal and the first nuclear magnetic resonance signal are
The signal waveform is symmetrical about the central time of and t3 . <> Time t 4 When time (t 2 −t 1 ) has elapsed from time t 3 , the application of the magnetic fields G x and G y is stopped under the control of the controller 20 . Let this point be t 4 . The magnetization M is as shown. After this point, G z - and G z + are given, and under that condition, the first
A second 90° -x pulse is applied to the subject using a modulated RF signal similar to the 90° pulse of the first
Re-excite the slice plane that was excited with a 90° pulse. The end of this excitation is designated as time t5 . At this time, the direction of the magnetism M inside, outside, and at the boundary of the slice plane, that is, the entire object, is aligned in the −z direction. <> After the application of time t 6 G z + is completed, the subject is excited with an RF signal modulated into a rectangular waveform with a phase difference of 0° and output from the gate circuit 30 (180° pulse excitation).
That is, since there is no z-gradient magnetic field, atomic nuclei located outside the specific slice plane are also excited.
The end point of this excitation is defined as t6 . By applying this second 180° pulse, the magnetizations M are all aligned in the +z-axis direction. In this way, at time t 6 , the state returns to the same state as the initial time t 0 . However, in this method, relaxation due to longitudinal relaxation or transverse relaxation of the material remains, and the magnetization M does not completely turn upward at time t6 . Therefore, a waiting time T d is provided after time t 6 , one sequence is completed by waiting for the magnetization M to become completely upward, and the same sequence is repeated thereafter.
【表】【table】
【表】【table】
【表】
上述において、動的平衡状態が得られる(例え
ば、最初から10回目位のシーケンス)までのシー
ケンスにおいては、生じたNMR信号をデータと
して使用しなくても良い。、
なお、上述では、第8図ホに示す第1と第2の
NMR信号を検出し、これをフーリエ変換して、
画像の再構成に役立てると説明したが、この記載
に限定するわけではなく、例えば、次のような各
種の場合でも本発明は成立する。
<> 第1と第2のNMR信号のうち、いずれ
か一方を検出し、この検出信号を利用して画像
の再構成を行なう。
<> 第1と第2のNMR信号の両方を検出
し、このうち、いずれか一方の検出信号を利用
して画像の再構成を行なう。
<> 第1と第2のNMR信号の両方を検出
し、この2つの検出信号のデータを加算、平均
して画像の再構成を行なう。
<> 第1と第2のNMR信号の両方を検出
し、この2つの検出信号をフーリエ変換した後
に、プロジエクシヨンの状態で加算、平均して
画像の再構成を行なう。または、2つの画像の
状態で加算、平均する方法。
このようなシーケンスにおいては、待ち時間
Tdは従来のものに加べて非常に短くなる。第1
1図はその様子を示すもので、被検体として卵白
(縦緩和時間T1=693ms、横緩和時間T2=262m
s)を使用し、Ts1+Ts2=30msとした場合を
図示してある。図において、横軸は待ち時間Td、
縦軸は動的平衡状態に達した後の信号強度で、鎖
線の曲線Aが従来の方式での実測値(理論値と一
致)、実践の曲線Bが本発明の方式による場合の
実測値(理論値と一致)を表わす。図から明らか
なように、同じ信号強度を得るためには本発明の
方式による場合の方がはるかに短い時間(Td)
で済むことがわかる。
なお、実施例では、1回のシーケンスにおい
て、印加するRFパルスを90°x…180°−x…90°−x・
180°xとしたが、本発明に係る装置の特徴は、第
2の90°パルスで磁化Mを全て下方に向けること
にある。従つて、例えば、90°x…180°y…90°x・
180°−x(180°yのRFパルスは、位相差90°のRF信
号を用いて作られる)の位相関係で、所定の原子
核にパルスを加えるようにしても良い。
以上では、RFパルスの高度やパルス幅に多少
の誤差があつても影響の小さいRFパルスの位相
例を示したが、これに限らず、90°…180°…90°・
180°の順で、第2の90°パルスにより磁化Mを総
べて下方に向ける位相であれば、どのようなもの
でも良い。
ここで例えば、“90°-x”のRFパルスの表わす
意味は、このパルスが印加されると、磁化Mが、
x軸を回転軸として、反時計回りに90°回転した
位置へ移動することを意味する。
また、“90°y”は、磁化Mが、y軸を回転軸と
して、時計回りに90°回転した位置へ移動するこ
とを意味する。
なお、“90°x”のRFパルスとするか“90°y”と
するかは、RFパルスにおける高周波波形の位相
を調整することにより、選択することができる。
例えば、この2つのパルスの場合は、高周波の位
相を90°変えれば良い。通常、この選択は、第1
図のゲート回路30で行なつている。
次に本発明によれば、マルチスライスが併用で
きる旨の説明を第9図と第10図を用いて説明す
る。
第9図は、第8図のパルスシーケンスをTr=
100ms(繰り返し時間)で連続的に実行し、動的
平衡状態に達した状態をコンピユータシミユレー
シヨンした結果で、第1の90°パルス直前のz軸
方向磁化Mzのスライス方向の分布を示している。
ここでは、T1、T2は生体の値を用いた。第9図
に示したMzは、スライス面内で得られるNMR信
号強度に対応している。また、面外のMzは、マ
ルチスライスを行なつた時の信号強度に対応して
いる。
第10図は、第9図のMzの状態に第1の90°パ
ルスとz勾配磁場Gzを印加して選択励起した後
のNMR信号強度を表わしたものである。そし
て、同図では、公知技術であるSR(saturation
recovery)法におけるTr≫T1とTr=100msと
した場合のデータも表示した。従来例のところで
も説明したが、DEFT法の欠点である
マルチスライスができない(第9図でスライ
ス面外のMzが小さい)
スライス形状が3つの山となる(第10図)
の2と比較して、本出願のパルスシーケンスで
は第9図からスライス面外でもMzが大きいの
でマルチスライスが併用できる。更に第10図
から、スライス形状が素直な形で良いなど改善
されている。
一方、SR法による場合は、Tr=100msの時
に、信号強度が本発明の半分以下であること、ま
た、Tr≫T1の場合は、DEFT法の非選択の場合
と同じくスライス面外のMzが中心値と比較して
小さすぎるなどの欠点がある。
なお、第8図のパルスシーケンスにおいて、最
後の2つの90°と180°パルスの組合せを
() 1つの選択励起の270°パルス
() 1つの非選択励起の270°パルス
のどちらかで置換えることは不可能である。その
理由は次の通りである。
()では、第8図のト,チのt4時点のMの動
作を考えると、()の印加により、トはスライ
ス境界であるため、実際にRF磁界強度<270°と
なり、+z軸上には戻らない。また、スライス面
外チは、選択励起のため−z軸方向を向いたまま
である。
()では、スライス境界トにも正確に270°パ
ルスの効果があるためMは回転しすぎて、+z軸
に戻らない。またスライス面外チでも同様Mが回
転しすぎる。これらは、DEFT法と同様、NMR
信号強度の低下、スライス形状の悪化となり、イ
メージング技術としては、不適である。
この実施例では、選択励起用の勾配磁場とし
て、z方向勾配磁場を用いた例で説明したが、他
の勾配磁場や勾配磁場の合成を用いて、あらゆる
方向からの選択励起が可能である。
第12図は本発明に係る装置の別のパルスシー
ケンスを示す図である。同図のパルスシーケンス
から得られるNMR信号は、エコー信号だけとな
る。第1の90°パルスで選択励起後、Gx -、Gy -
(合成磁場ではGxy -)を印加して、XY平面内の
スピンの位相を乱す(一般にdephaseと言う)。
その後、勾配磁場Gx -、Gy -とは極性の異なる勾
配磁場Gx +、Gy +(合成磁場ではGxy +)を印加す
る。すると、
∫t-Gxy -dt=∫t+Gxy +dt
(ただし、GxyはGxとGyの合成磁場)
を満たす時刻に第1のエコーのピークが現れる。
Ts2の区間では、Ts1の区間と同じ値の勾配磁場
を、第12図ハ,ニのように、第1の180°パルス
を中心として、時間軸を反転して印加すると同様
な第2のエコー信号が現れる。高速化の原理や
NMR信号の処理は、第5図で説明したものと同
様であるので省略する。
なお、第12図では、マイナスの勾配磁場Gx
−、Gy -を先に印加し、プラスの勾配磁場Gx +、Gy
+を後に印加したが、印加の順序を逆にしても発
明は成立する。
なお、第8図及び第12図では、第2の90°パ
ルスの直後に第2の180°パルスを印加しているよ
うに描いたが、これに限定するわけではない。例
えば、第2の90°パルスの直後でなく、時間Ts1以
内に第2の180°パルスを加えるようにしても本発
明の効果は、得られる。
ハ 「本発明の効果」
以上述べたように、本発明によれば、第8図に
示したパルスシーケンスにより、1ビユー分のシ
ーケンスが終了した時点で強制的に、かつ正確に
スライス面内外すべての磁化Mを熱平衡状態(又
はその近傍)にすることができる。そのため、従
来法(例えば、SR法)のようにT1による自然緩
和を待つ必要がなく、パルスシーケンスの間隔を
短縮でき、スキヤンタイムを短縮することができ
る。[Table] In the above, in a sequence in which a dynamic equilibrium state is obtained (for example, from the beginning to the 10th sequence), it is not necessary to use the generated NMR signal as data. , Note that in the above description, the first and second
Detect the NMR signal, Fourier transform it,
Although it has been explained that the present invention is useful for image reconstruction, the present invention is not limited to this description, and the present invention can be applied to various cases such as the following, for example. <> One of the first and second NMR signals is detected, and the detected signal is used to reconstruct an image. <> Both the first and second NMR signals are detected, and one of the detected signals is used to reconstruct an image. <> Both the first and second NMR signals are detected, and the data of these two detection signals are added and averaged to reconstruct an image. <> After both the first and second NMR signals are detected and the two detection signals are Fourier transformed, they are added and averaged in a projection state to reconstruct an image. Or, add and average the two images. In such a sequence, the waiting time
T d is much shorter than the conventional one. 1st
Figure 1 shows this situation, and the test object is egg white (longitudinal relaxation time T 1 = 693 ms, transverse relaxation time T 2 = 262 ms).
s) is used and T s1 +T s2 = 30 ms. In the figure, the horizontal axis is the waiting time T d ,
The vertical axis is the signal strength after reaching the dynamic equilibrium state, where the chain line curve A is the actual value measured using the conventional method (matching the theoretical value), and the practical curve B is the actual value obtained using the method of the present invention ( (consistent with theoretical value). As is clear from the figure, it takes a much shorter time (T d ) to obtain the same signal strength using the method of the present invention.
It turns out that you can get away with it. In addition, in the example, in one sequence, the applied RF pulse is 90° x ...180°− x ...90°− x・
180° x , but the feature of the device according to the present invention is that the second 90° pulse directs the magnetization M entirely downward. Therefore, for example, 90° x ...180° y ...90° x・
A pulse may be applied to a predetermined atomic nucleus with a phase relationship of 180° − x (an RF pulse of 180° y is created using an RF signal with a phase difference of 90°). Above, we have shown an example of the RF pulse phase where the influence is small even if there is some error in the height or pulse width of the RF pulse, but this is not limited to 90°…180°…90°,
Any phase may be used as long as the second 90° pulse directs the entire magnetization M downward in the order of 180°. For example, the meaning of an RF pulse of "90° -x " is that when this pulse is applied, the magnetization M is
This means moving to a position rotated 90 degrees counterclockwise using the x-axis as the rotation axis. Moreover, "90° y " means that the magnetization M moves to a position rotated 90° clockwise with the y-axis as the rotation axis. Note that whether the RF pulse is “90° x ” or “90° y ” can be selected by adjusting the phase of the high frequency waveform in the RF pulse.
For example, in the case of these two pulses, it is sufficient to change the phase of the high frequency by 90 degrees. This selection is usually the first
This is performed by the gate circuit 30 shown in the figure. Next, the fact that multi-slices can be used in combination according to the present invention will be explained with reference to FIGS. 9 and 10. FIG. 9 shows the pulse sequence of FIG. 8 as T r =
This is the result of computer simulation of a state in which dynamic equilibrium is reached by continuous execution for 100 ms (repetition time), and the distribution of the z-axis magnetization M z in the slice direction just before the first 90° pulse. It shows.
Here, biological values were used for T 1 and T 2 . M z shown in FIG. 9 corresponds to the NMR signal intensity obtained within the slice plane. Furthermore, the out-of-plane M z corresponds to the signal strength when performing multi-slice. FIG. 10 shows the NMR signal intensity after selective excitation by applying the first 90° pulse and the z gradient magnetic field G z to the M z state of FIG. 9. FIG. In the same figure, the well-known technology SR (saturation
Data obtained when T r ≫ T 1 and T r = 100 ms in the recovery method are also displayed. As explained in the conventional example, the drawbacks of the DEFT method are: Multi-slice cannot be performed (M z outside the slice plane is small in Figure 9) Slice shape becomes three mountains (Figure 10)
Compared to 2, in the pulse sequence of the present application, M z is large even outside the slice plane as shown in FIG. 9, so multi-slice can be used in combination. Furthermore, from FIG. 10, improvements have been made such as the slice shape can be a straight shape. On the other hand, when using the SR method, when T r = 100 ms, the signal strength is less than half of that of the present invention, and when T r ≫ T 1 , the signal strength is outside the slice plane as in the case where the DEFT method is not selected. It has drawbacks such as M z is too small compared to the center value. In addition, in the pulse sequence shown in Figure 8, replace the last two combinations of 90° and 180° pulses with either () one 270° pulse with selective excitation () or one 270° pulse with non-selective excitation. That is impossible. The reason is as follows. In (), considering the operation of M at time t 4 in G and H in Figure 8, by applying (), since G is the slice boundary, the RF magnetic field strength actually becomes <270°, and the I won't go back. Further, the edge outside the slice plane remains oriented in the −z-axis direction due to selective excitation. In (), the effect of the 270° pulse is also on the slice boundary, so M rotates too much and does not return to the +z axis. Similarly, M rotates too much on the outside of the slice plane. Similar to the DEFT method, these are NMR
This results in a decrease in signal strength and a deterioration in slice shape, making it unsuitable as an imaging technique. Although this embodiment has been described using a z-direction gradient magnetic field as a gradient magnetic field for selective excitation, selective excitation from any direction is possible using other gradient magnetic fields or a combination of gradient magnetic fields. FIG. 12 shows another pulse sequence of the device according to the invention. The NMR signal obtained from the pulse sequence shown in the figure is only an echo signal. After selective excitation with the first 90° pulse, G x - , G y -
(G xy - in the synthetic magnetic field) is applied to disturb the phase of the spins in the XY plane (generally called dephase).
Thereafter, gradient magnetic fields G x + and G y + (G xy + in the synthetic magnetic field) having different polarities from the gradient magnetic fields G x - and G y - are applied. Then, the first echo peak appears at the time when ∫ t- G xy - d t = ∫ t+ G xy + d t (where G xy is the combined magnetic field of G x and G y ).
In the period of T s2 , if a gradient magnetic field with the same value as in the period of T s1 is applied with the time axis reversed around the first 180° pulse as shown in Figure 12C and D, a similar second 180° pulse is applied. An echo signal appears. The principle of speeding up
The processing of the NMR signal is the same as that explained in FIG. 5, so a description thereof will be omitted. In addition, in Fig. 12, the negative gradient magnetic field G x
− , G y − are applied first, and positive gradient magnetic fields G x + , G y
Although + was applied later, the invention would still work even if the order of application was reversed. Although FIGS. 8 and 12 show that the second 180° pulse is applied immediately after the second 90° pulse, the present invention is not limited to this. For example, the effects of the present invention can be obtained even if the second 180° pulse is applied within time T s1 instead of immediately after the second 90° pulse. C. "Effects of the Present Invention" As described above, according to the present invention, by the pulse sequence shown in FIG. 8, the pulse sequence shown in FIG. The magnetization M of can be brought into thermal equilibrium (or close to it). Therefore, there is no need to wait for natural relaxation due to T 1 as in the conventional method (for example, SR method), and the pulse sequence interval can be shortened, and the scan time can be shortened.
第1図は本発明の実施例装置の構成図、第2図
は水素原子のスピンを説明する図、第3図は水素
原子の磁気モーメントを模式化した図、第4図は
水素原子の原子核が磁場の方向に揃う状態を説明
する図、第5図はNMRによる検査パルス波形の
一例を示す図、第6図は磁化Mを回転座標系に表
示した図、第7図は磁場用コイルの一例を示す構
造図、第8図は本発明に係るシーケンスを説明す
るための動作波形及び磁化ベクトルの図、第9図
は第8図のシーケンスを連続的に実行し動的平衡
状態に達した状態をコンピユータシミユレーシヨ
ンした結果を示した図、第10図は第9図のMz
の状態に第1の90°パルスとz勾配磁場Gzを印加
して選択励起した後のNMR信号強度を表わした
図、第11図は待ち時間と信号強度との関係を示
す図、第12図は本発明に係る別のシーケンス例
を説明するための動作波形図及び磁化ベクトルの
図である。
1……静磁場用コイル、2……静磁場用コイル
の制御回路、3……勾配磁場用コイル、4……勾
配磁場用コイルの制御回路、5……励磁コイル、
6……RF発振器、7……パワーアンプ、8……
検出コイル、9……増幅器、10……位相検波回
路、11……ウエーブメモリ回路、13……コン
ピユータ、14……表示器、20……コントロー
ラ、30……ゲート回路、31……z勾配磁場用
コイル、32,33……y勾配磁場用コイル。
Figure 1 is a configuration diagram of an embodiment of the device of the present invention, Figure 2 is a diagram explaining the spin of a hydrogen atom, Figure 3 is a schematic diagram of the magnetic moment of a hydrogen atom, and Figure 4 is a diagram showing the nucleus of a hydrogen atom. Figure 5 is a diagram showing an example of the inspection pulse waveform by NMR, Figure 6 is a diagram showing the magnetization M in a rotating coordinate system, and Figure 7 is a diagram showing the state in which the magnetic field coils are aligned in the direction of the magnetic field. A structural diagram showing an example, FIG. 8 is a diagram of operation waveforms and magnetization vectors to explain the sequence according to the present invention, and FIG. 9 is a diagram of the sequence shown in FIG. 8 being continuously executed to reach a dynamic equilibrium state. Figure 10 shows the result of computer simulation of the state .
Figure 11 is a diagram showing the relationship between waiting time and signal strength. Figure 12 is a diagram showing the relationship between waiting time and signal strength. The figures are diagrams of operation waveforms and magnetization vectors for explaining another example of a sequence according to the present invention. 1... Static magnetic field coil, 2... Static magnetic field coil control circuit, 3... Gradient magnetic field coil, 4... Gradient magnetic field coil control circuit, 5... Excitation coil,
6...RF oscillator, 7...power amplifier, 8...
Detection coil, 9...Amplifier, 10...Phase detection circuit, 11...Wave memory circuit, 13...Computer, 14...Display device, 20...Controller, 30...Gate circuit, 31...Z gradient magnetic field Coil for use, 32, 33... Coil for y gradient magnetic field.
Claims (1)
検体に勾配磁場を与える手段と、被検体の組織を
構成する原子の原子核に核磁気共鳴を与えるため
の高周波パルスを印加する手段と、を備え、 生じた核磁気共鳴信号を利用して、被検体の組
織に関する画像を得る装置において、 以下のカツコに記載するシーケンス機能を有し
た制御手段を具備し、このシーケンスを繰り返す
とともに、各シーケンスごとに生じる核磁気共鳴
信号のうち必要な信号を、画像再構成のために利
用することを特徴とするNMR画像装置。 『前記勾配磁場を与える手段を動作させ、第1
の勾配磁場を印加するとともに、前記高周波パル
スを印加する手段から第1の90°パルスを印加し
て被検体の特定のスライス面に在る原子核を励起
し、 次に前記勾配磁場を与える手段を動作させず
に、前記高周波パルスを印加する手段から第1の
180°パルスを印加して、前記特定スライス面以外
に在る原子核をも励起し、 次に前記勾配磁場を与える手段を動作させ、前
記第1の勾配磁場を印加するとともに、前記高周
波パルスを印加する手段から第2の90°パルスを
印加して、前記と同一の特定のスライス面に在る
原子核を励起し、 次に前記勾配磁場を与える手段を動作させず
に、前記高周波パルスを印加する手段から第2の
180°パルスを印加して、特定スライス面以外に在
る原子核をも励起し、 前記第1の90°パルスと前記第1の180°パルス
の間の区間で、前記第1の勾配磁場と異なる方向
の第2の勾配磁場を印加し、 更に前記第1の180°パルスと前記第2の90°パ
ルスとの間の区間では、勾配磁場を与える手段を
動作させて、第2の勾配磁場と同方向のものを印
加するようにし、シーケンスごとに第2の勾配磁
場の強度及び方向を撮像に必要な値とするシーケ
ンス機能。』 2 前記第1の90°パルスと前記第1の180°パル
スの間の区間で、勾配磁場を与える手段を動作さ
せて、前記第2の勾配磁場として極性の異なる勾
配磁場Gxy -、Gxy +を切替えて印加し、 更に、前記第1の180°パルスと前記第2の90°
パルスとの間の区間では、第2の勾配磁場と同方
向のものを印加するようにし、シーケンスごとに
第2の勾配磁場の強度及び方向を撮像に必要な値
とするシーケンス機能をもつ制御手段を備えた特
許請求の範囲第1項記載のNMR画像装置。 3 前記4つの高周波パルスの位相関係を90°x…
180°−x…90°−x…180°xとした特許請求の範囲第1
項又は第2項記載のNMR画像装置。 4 前記4つの高周波パルスの位相関係を90°x…
180°y…90°x…180°−xとした特許請求の範囲第1項
又は第2項記載のNMR画像装置。[Scope of Claims] 1. Means for applying a static magnetic field (H 0 ) to a subject, means for applying a gradient magnetic field to a subject, and high frequency for imparting nuclear magnetic resonance to the nuclei of atoms constituting the tissue of a subject. means for applying a pulse, and an apparatus for obtaining an image of a tissue of a subject using the generated nuclear magnetic resonance signal, comprising a control means having a sequence function described in the box below, An NMR imaging device characterized by repeating a sequence and using necessary signals among the nuclear magnetic resonance signals generated for each sequence for image reconstruction. ``Operating the means for applying the gradient magnetic field,
and applying a first 90° pulse from the means for applying a high-frequency pulse to excite the atomic nuclei present in a specific slice plane of the object, and then applying the means for applying the gradient magnetic field. the first one from the means for applying the high frequency pulse without being operated;
Applying a 180° pulse to excite nuclei existing outside the specific slice plane, and then operating the gradient magnetic field applying means to apply the first gradient magnetic field and at the same time apply the high frequency pulse. applying a second 90° pulse from the means for exciting the atomic nuclei present in the same specific slice plane as above, and then applying the high frequency pulse without operating the means for applying the gradient magnetic field. from the means to the second
A 180° pulse is applied to excite nuclei existing outside the specific slice plane, and a gradient magnetic field different from the first gradient magnetic field is applied in the section between the first 90° pulse and the first 180° pulse. applying a second gradient magnetic field in the direction, and further operating means for applying a gradient magnetic field in the section between the first 180° pulse and the second 90° pulse, so that the second gradient magnetic field and the second gradient magnetic field are applied. A sequence function that applies gradient magnetic fields in the same direction and sets the intensity and direction of the second gradient magnetic field to values necessary for imaging for each sequence. 2. In the section between the first 90° pulse and the first 180° pulse, the means for applying a gradient magnetic field is operated to generate gradient magnetic fields G xy − , G with different polarities as the second gradient magnetic field. xy + is switched and applied, and further, the first 180° pulse and the second 90° pulse are applied.
A control means having a sequence function that applies a magnetic field in the same direction as the second gradient magnetic field in the interval between the pulses and sets the intensity and direction of the second gradient magnetic field to values necessary for imaging for each sequence. An NMR imaging apparatus according to claim 1, comprising: 3 The phase relationship of the four high-frequency pulses is 90° x ...
180°− x …90°− x …180° x Claim 1
The NMR imaging device according to item 1 or 2. 4 The phase relationship of the four high-frequency pulses is 90° x ...
180° y ...90° x ...180° -x The NMR imaging apparatus according to claim 1 or 2.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59228570A JPS60166851A (en) | 1984-10-30 | 1984-10-30 | Nmr image apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59228570A JPS60166851A (en) | 1984-10-30 | 1984-10-30 | Nmr image apparatus |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58190581A Division JPS6082841A (en) | 1983-10-12 | 1983-10-12 | Checking method and appratus utilizing nuclear magnetic resonance |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60166851A JPS60166851A (en) | 1985-08-30 |
| JPH0421489B2 true JPH0421489B2 (en) | 1992-04-10 |
Family
ID=16878429
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59228570A Granted JPS60166851A (en) | 1984-10-30 | 1984-10-30 | Nmr image apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60166851A (en) |
-
1984
- 1984-10-30 JP JP59228570A patent/JPS60166851A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60166851A (en) | 1985-08-30 |
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