JP2002186593A - 磁気共鳴イメージング装置及びその傾斜磁場オフセット調整方法 - Google Patents

磁気共鳴イメージング装置及びその傾斜磁場オフセット調整方法

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JP2002186593A
JP2002186593A JP2000388957A JP2000388957A JP2002186593A JP 2002186593 A JP2002186593 A JP 2002186593A JP 2000388957 A JP2000388957 A JP 2000388957A JP 2000388957 A JP2000388957 A JP 2000388957A JP 2002186593 A JP2002186593 A JP 2002186593A
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signal
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Hidefumi Kobayashi
英史 小林
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Hitachi Medical Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 計測精度を低下させずシーケンス実行回数を
減少し、シーケンス繰返時間を短縮可能な傾斜磁場オフ
セット調整方法を実現する。 【解決手段】 第1のエコー信号131と第2のエコー
信号133とが最大となり、これらエコー信号131,
133と、スピンエコー信号132との間の時間ΔT
1,ΔT2を求める。第1の傾斜磁場222の強度Gr1、
第2の傾斜磁場223の強度Gr2、第1の傾斜磁場22
2と第1のエコー信号との時間差Toff1、第2の傾斜
磁場223と第2のエコー信号233との時間差Toff
2から、傾斜磁場オフセットGroffを算出する。これに
より、一回のシーケンスの実行により、2つの傾斜磁場
オフセットGroffを得て、加算平均により傾斜磁場オフ
セットGroffの精度を向上することができ、計測回数を
減少することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気共鳴イメージ
ング装置(MRI装置)における傾斜磁場オフセット調
整方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の技術における傾斜磁場オフセット
調整方法にあっては、図3に示すようなグラジエントフ
ィールドエコー法を用い、位相軸に印加する傾斜磁場強
度をエコー信号の計測毎に変化させて十数回程度計測
し、位相軸方向の傾斜磁場印加量とオフセット傾斜磁場
とが相殺する場合にエコー信号が最大値となることを利
用して、そのときの傾斜磁場印加量から補正用オフセッ
ト傾斜磁場を求めていた。
【0003】エコー信号が最大値となる場合において
は、図4に示すように、エコー時間TE、位相方向傾斜
磁場強度Gpx、位相方向傾斜磁場印加時間Tpx、位相方
向傾斜磁場オフセットGpoffとの間には、次式(1)の
関係が成り立つ。 Gpoff=Gpx×Tpx/TE −−−(1) このようにして求めた位相方向傾斜磁場オフセットを以
降の計測で用いれば、静磁場歪みを相殺することが可能
となり、歪みのない画像を得ることが可能となる。
【0004】実際にはスライス軸、位相軸、リードアウ
ト軸を互いに直行するX軸、Y軸、Z軸にそれぞれ割当
てて計測し、その後、位相軸をスライス軸あるいはリー
ドアウト軸と換えて計測して計測を行ない、エコー信号
値が最大となる傾斜磁場印加強度を各軸について求め、
X軸、Y軸、Z軸それぞれの静磁場歪みの補正を行なう
ための傾斜磁場オフセット強度を求めることで、空間的
な静磁場歪みを補正する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、傾斜磁場オ
フセット強度の計測に要する時間は、計測実行時間Tsc
an、シーケンス繰返し時間TR、シーケンス実行回数G
n、計測軸数Axisから次式(2)のようになる。 Tscan=TR×Gn×Axis −−−(2) 傾斜磁場オフセット強度の計測精度は位相方向傾斜磁場
強度の計測毎の変化量に依存するので、計測精度の向上
のためには、位相方向傾斜磁場強度の変化量を小さくす
る必要があり、かつ計測範囲を保つためにはシーケンス
実行回数を増やす必要があるが、これは(2)式より明
らかなように、計測時間Tscanの延長をもたらす。
【0006】しかし、傾斜磁場オフセット強度の計測
は、本計測の前に行われる前計測であり、この前計測時
間Tscanの長期化は、本計測の開始時間が遅延化するば
かりでなく、オフセット調整作業者の負担も増加するた
め、望ましいものではなく、この前計測の短時間化が望
まれている。
【0007】本発明の目的は、計測精度の低下を招くこ
となく、シーケンス実行回数を減少し、シーケンス繰返
し時間を短縮可能な傾斜磁場オフセット調整方法を実現
することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は次のように構成される。
【0009】(1)磁気共鳴イメージング装置における
傾斜磁場オフセット調整方法において、画像信号を計測
する本計測の前に行なう前計測で、SEシーケンスを用
いた計測で、磁場歪みがキャンセルされるSEエコー信
号の生じる前の第1の時刻でリードアウト傾斜磁場を印
加して第1のエコー信号を計測し、SEエコー信号の生
じた後の第2の時刻で正負が逆のリードアウト傾斜磁場
を印加して第2のエコー信号を計測し、第1のエコー信
号の発生時刻に基づき求められる傾斜磁場オフセット値
と、第2のエコー信号の発生時刻に基づき求められる傾
斜磁場オフセット値とに基づいて、傾斜磁場オフセット
を求める。
【0010】(2)被検体の置かれた空間に静磁場を発
生する静磁場発生手段と、該空間にスライス方向、位相
方向、リードアウト方向の各傾斜磁場を印加する傾斜磁
場発生手段と、前記被検体に対し核磁気共鳴現象を起こ
すための高周波パルスを発生する高周波パルス発生手段
と、前記被検体からの核磁気共鳴信号を検出する検出手
段と、前記傾斜磁場、高周波パルスの発生を所定のシー
ケンスに従って実行させると共に、核磁気共鳴信号を再
構成する制御手段とを有する磁気共鳴イメージング装置
において、前記制御手段は本計測シーケンスに先立っ
て、スピンエコーシーケンス前計測を実行し、前計測シ
ーケンスのスピンエコー信号発生の前後において、極性
を反転させたリードアウト傾斜磁場を印加する。
【0011】(3)前記制御手段は、スピンエコー信号
前に発生したエコー信号の発生時刻に基づいて第1の傾
斜磁場オフセット値を求め、スピンエコー信号後に発生
したエコー信号の発生時刻に基づいて第2の傾斜磁場オ
フセット値を求め、第1及び第2の傾斜磁場オフセット
値から傾斜磁場オフセットを求める。
【0012】SEシーケンスを用いてSEエコー信号の
発生時間の前後で信号計測を行なうことで大きな静磁場
歪みであっても計測を可能とし、計測信号のフーリエ変
換後に位相データを計測することで、信号計測時のサン
プリング時間に依存しない精度で傾斜磁場オフセットを
計測可能とし、1回のシーケンス実行により2回の計測
を実行することができることから、加算効果によって精
度を向上させ、傾斜磁場の印加回数の少ないシーケンス
を用いることで繰返し時間を短縮し計測時間を短縮する
ことができる。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明においては、計測精度の低
下を招くことなく、シーケンス実行回数を減少し、シー
ケンス繰返し時間を短縮可能な傾斜磁場オフセット調整
方法を実現すべく、SEシーケンスを用いて、磁場歪み
がキャンセルされるSEエコー発生時刻の前後で2つの
エコーを計測する。
【0014】以下、本発明の一実施形態を添付図面を参
照して説明する。図5は本発明が適用されるMRI装置
の概略構成図である。
【0015】図5において、MRI装置は、静磁場発生
用磁石40と、傾斜磁場発生系4と、送信系3と、受信
系5と、信号処理系6と、シーケンサ2と、CPU1と
を備えている。
【0016】磁場発生用磁石40は、被検体30の周り
に均一な静磁場を発生させるものであり、永久磁石方
式、常伝導磁石方式又は超電導磁石方式の静磁場発生手
段が被検体30の周りの空間に配置されている。
【0017】傾斜磁場発生系4は、MRI装置に設定さ
れたX軸,Y軸,Z軸の直交3軸方向に対向して巻かれ
た傾斜磁場コイルlla及び11b(以下、傾斜磁場コ
イル11a,11bを総称して傾斜磁場コイル11と記
す)と、それを駆動する傾斜磁場電源12とを備え、シ
ーケンサ2の命令に従って各軸の傾斜磁場を制御する。
【0018】送信系3はシーケンサ2から送出される高
周波パルス信号により被検体30の原子核に磁気共鳴現
象を起こさせるもので、発振器8と、変調器9と、増幅
器10と、送信コイル7とを備える。この送信系3で
は、発振器8から出力された高周波パルス信号をシーケ
ンサ2の命令に従って、変調器9で振幅変調し、増幅器
10で増幅した後、被検体30に近接して配置された送
信コイル7に供給する。そして、送信コイル7から被検
体30に電磁波が照射されるようになっている。
【0019】また、受信系5は、被検体30より放出さ
れるMR信号を受信するものであり、受信コイル14
と、増幅器15と、検波回路16と、AD変換器17と
を備える。
【0020】シーケンサ2が制御する送信系3及び傾斜
磁場発生系4によって発生した被検体30からのMR信
号は、受信コイル14で計測され、増幅器15で増幅さ
れて検波回路16で検波された後、AD変換器17に入
力される。そして、このAD変換器17において、MR
信号はシーケンサ2からの命令によるタイミングでデジ
タル量に変換されて、CPU1に送られる。このCPU
1は、AD変換器17からの信号を、信号処理系6で処
理させ、磁気ディスク21に記録させる。なお、この信
号処理系6は、光磁気ディスク22と、CRT23と、
キーボード24と、マウス25とを備える。
【0021】また、送信系3の送信コイル7と、傾斜磁
場発生系4の傾斜磁場コイル11と、受信系5の受信コ
イル14とは、静磁場発生用磁石40が発生する静磁場
空間内の被検体30の周りに配置されている。
【0022】次に、本発明の一実施形態が適用されたM
RI装置を用いた静磁場歪みの傾斜磁場による補正値計
測方法について説明する。まず、静磁場に歪みがないと
きの信号計測について図1を参照して説明する。
【0023】図1において、90度励起パルス101で
励起された被検体30の核スピンは時間とともに拡散す
るが、180度励起パルス102によって反転され、1
80度励起パルス102の発生タイミングから、90度
励起パルス101と180度励起パルス102との間の
時間(TE/2)経過後、収束してスピンエコー信号1
32を発生する。
【0024】しかし、リードアウト軸の傾斜磁場121
により被検体30の核スピンは拡散され、傾斜磁場12
2により収束されるときにエコー信号131を生じる。
このエコー信号131の発生時刻と、スピンエコー(S
Eエコー)132が発生する時刻TEとの時刻差をΔT
1とする。
【0025】また、傾斜磁場122はスピン収束後も印
加されるのでスピンは再び拡散されるが、傾斜磁場12
3により再度収束されてエコー信号133を生じる。こ
のエコー信号133の発生時刻と、SEエコー132が
発生する時刻TEとの時刻差をΔT2とする。
【0026】時刻差ΔT1とΔT2とは、次式(3)に示
すように理論的に等しくなるようにシーケンスを作成す
る。 ΔT1=ΔT2 −−−(3) また、傾斜磁場122の傾斜磁場強度Gr1と傾斜磁場
123の傾斜磁場強度Gr2とは次式(4)を満たすもの
とする。 Gr1=−Gr2 −−−(4)
【0027】次に、リードアウト軸方向に静磁場の1次
歪みにより傾斜磁場オフセットがある場合について、図
2を参照して説明する。図2において、リードアウト軸
方向の静磁場歪みによる傾斜磁場オフセットGroffが存
在する場合、第1のエコー信号231はオフセットGro
ffが存在しない場合に発生する時刻より、時間Toff1ず
れる。同様に、第2のエコー信号233は、時間Toff2
ずれることになる。
【0028】なお、時間Toff1及びToff2の値は、正方
向をそれぞれΔT1より後の時刻、ΔT2より後の時刻と
するとるとき、次式(5),(6)のようにして求めら
れる。 Toff1=Groff×ΔT1/Gr1 −−−(5) Toff2=Groff×ΔT2/Gr2 −−−(6)
【0029】ここで、上記式(3),(4)及び(6)
より、次式(7)が得られる。 Toff2=−Groff×ΔT1/Gr1 −−−(7) よって、リードアウト軸方向の静磁場歪みによる傾斜磁
場オフセットGroffが存在する場合、その向きがリード
アウト傾斜磁場方向と等しいならば、第1のエコー信号
231の発生時刻は、次式(8)で表される値よりも式
(5)で示される時刻Toff1だけ前の時刻となる。 (理論上の第1のエコー信号発生時刻)=(TE−ΔT1) −−−(8)
【0030】また、このとき第2のエコー信号233の
発生時刻は次式(9)で表される値よりも式(3)を参
照して式(7)で示される時刻Toff2だけ前の時刻とな
る。 (理論上の第2のエコー信号発生時刻)=(TE+ΔT2) −−−(9)
【0031】したがって、リードアウト軸方向の静磁場
歪みによる傾斜磁場オフセットGroffを調べるために
は、図1に示したシーケンスで計測を行ない、第1と第
2のエコー信号131,133が最大値となる時刻ΔT
1,ΔT2を求め、式(5)及び式(7)からリードアウ
ト軸方向の静磁場歪みによる2つの傾斜磁場オフセット
Groffを求めることができる。したがって、式(5)及
び式(7)から求めた2つの傾斜磁場オフセットGroff
の値は、相加平均をとることで、より精度を向上するこ
とができる。
【0032】実際に信号を計測する場合、受信系5で得
られたエコー信号はデジタル信号であり、標本化された
信号であるため、時間分解能は標本化の周期Tsmp1に依
存する。このため、標本化定理により、次式(10)で
時間分解能Rtimeは定まる。 Rtime=Tsmp1×2 −−−(10) よって、時間分解能Rtimeよりも精度の高い時間分解能
を得るためには以下の方法をとる必要がある。
【0033】受信系5で計測されたエコー信号Secho
(t)はCPU1にて複素分離を行ない、実部信号Srea
l(t)と虚部信号Simg(t)とに分けられる。
【0034】図8は、傾斜磁場オフセットGroffを算出
するための動作フローチャートである。図8において、
まず、実部信号Sreal(t)と虚部信号Simg(t)とか
らなる複素信号Scpmlx(t)から絶対値信号Sabs(t)
を求め、信号が最大値となる時刻が式(8)及び式
(9)を満たすように、静磁場歪みによる傾斜磁場オフ
セットGroffを相殺する補正傾斜磁場Grcorを求め、補
正傾斜磁場Grcorを印加して再度計測する(ステップ8
00〜802)。この操作(ステップ800〜802)
を繰返し、式(8)及び式(9)を満たす補正傾斜磁場
Grcorを求める。
【0035】ここで、傾斜磁場オフセットGroffと位相
信号データFphs(x)との関係について述べる。X方向
の磁場歪みGroff’(x)は位相信号データFphs(x)を
用いて、次式(11)のように表される。 Groff'(x)=Fphs(x)/(γ×ΔT) −−−(11) なお、γは磁気回転比であり、SEエコー信号の中心か
らのずれ時間ΔTは、時間ΔT1及びΔT2が該当す
る。
【0036】X方向の磁場歪みGroff’(x)は、高次の
歪みを含んだ式で表されるが、次式(12)で表される
1次式のPfit(x)で近似し、その傾きPgradientを用
いれば、傾斜磁場オフセットGroffは、次式(13)の
ように表される。 Pfit(x)=Pgradient×x+Poffset −−−(12) Groff =Pgradient/(γ×ΔT) −−−(13) したがって、位相信号データFphs(x)から近似式Pfi
t(x)を用いれば、傾斜磁場オフセットGroffを求める
ことができる。
【0037】近似式Pfit(x)は以下のようにして求め
る。実部信号Sreal(t)と虚部信号Simg(t)とをフ
ーリエ変換した実部信号データFreal(x)と虚部信号
データFimg(x)とを求め、その絶対値信号データFab
s(x)から閾値処理により被検体の存在領域Exist
(x)を求める(ステップ803,804)。
【0038】また、実部信号データFreal(x)と虚部
信号データFimg(x)とから位相信号データFphs(x)
を求める(ステップ805)。被検体の存在領域Exist
(x)における位相信号の分布を式(12)の1次関数
Pfit(x)で近似する(ステップ806)。
【0039】近似方法としては最小2乗法が挙げられ
る。この場合には、次式(14)で表されるxに関する
総和Sが最小となるように式(12)の近似関数Pfit
(x)を定める。 S=Σ(Fphs(x)−Pfit(x))×(Fphs(x)−Pfit(x)) −−−(14) なお、位相信号データFphs(x)は式(8)及び式
(9)における補正傾斜磁場Grcorの調整が静磁場歪み
が大きい場合、値が2πを超えて折返しを生じ、正しい
値を求められなくなることがある。
【0040】その場合、ΔT1及びΔT2は可能な限り小
さくして位相変化を小さくすれば大きな静磁場歪みであ
っても計測可能となるので、式(8)及び式(9)にお
ける調整を再度実行する。
【0041】このようにして、エコー信号から傾斜磁場
オフセットGroffを求め(ステップ807)、その逆極
性の補正傾斜磁場Grcorを求める。なお、これらの傾斜
磁場については、次式(15)が成り立つ。 Grcor=−Groff −−−(15)
【0042】次に、図7に示すように、X軸補正傾斜磁
場計測を行う。つまり、ステップ700において、X軸
をリードアウト軸として計測する。次に、ステップ70
1において、第1のエコー信号から補正傾斜磁場を求め
る。
【0043】続いて、ステップ702において、第2エ
コー信号から補正傾斜磁場を求める。次に、ステップ7
03において、第1のエコー信号の結果と第2のエコー
信号の結果の相加平均からX軸の補正傾斜磁場を求め
る。
【0044】このようにして、上記の原理から第1のエ
コー信号についての傾斜磁場オフセットと第2のエコー
信号から求めた傾斜磁場オフセットの加算平均をとり、
X軸の補正傾斜磁場Gxcorを求める。上述と同様にし
て、Y軸及びZ軸についても補正傾斜磁場Gycor及びG
zcorを求める。
【0045】図6は、Y軸及びZ軸ついての補正傾斜磁
場Gycor及びGzcorを求めるための動作フローチャート
である。図6のステップ600において、X軸をリード
アウトして計測し、X軸の補正傾斜磁場を求める。次
に、ステップ601において、Y軸とX軸とを入れ換え
て計測し、Y軸の補正傾斜磁場を求める。次に、ステッ
プ602において、Z軸とY軸とを入れ換えて計測し、
Z軸の補正傾斜磁場を求める。
【0046】そして、上記ステップ600,601,6
02で求めたX軸,Y軸及びZ軸の補正傾斜磁場を、ス
テップ603において、磁気ディスク等に記録する。
【0047】このようにして求めたX軸補正傾斜磁場G
xcor、Y軸補正傾斜磁場Gycor、Z軸補正傾斜磁場Gzc
orを印加し、本計測を実行することで静磁場歪みが補正
された画像を得ることができる。
【0048】以上のように、本発明の一実施形態によれ
ば、第1のエコー信号131と第2のエコー信号133
とが最大となり、これらエコー信号131及び133の
それぞれと、スピンエコー信号132との間の時間ΔT
1、ΔT2を求め、第1の傾斜磁場222の強度Gr1、第
2の傾斜磁場223の強度Gr2、第1の傾斜磁場222
と第1のエコー信号との時間差Toff1、第2の傾斜磁場
223と第2のエコー信号233との時間差Toff2か
ら、傾斜磁場オフセットGroffを上記式(5)及び
(7)により算出するように構成したので、一回のシー
ケンスの実行により、2つの傾斜磁場オフセットGroff
を得て、加算平均により傾斜磁場オフセットGroffの精
度を向上することができ、計測回数を減少することがで
きる。
【0049】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、計測精
度の低下を招くことなく、シーケンス実行回数を減少
し、シーケンス繰返し時間を短縮可能な傾斜磁場オフセ
ット調整方法を実現することができる。
【0050】つまり、SEシーケンスを用いてSEエコ
ー信号の発生時間の前後で信号計測を行なうことで大き
な静磁場歪みであっても計測を可能とし、計測信号のフ
ーリエ変換後に位相データを計測することで、信号計測
時のサンプリング時間に依存しない精度で傾斜磁場オフ
セットを計測可能とし、1回のシーケンス実行により2
回の計測を実行することができることから、加算効果に
よって精度を向上させ、傾斜磁場の印加回数の少ないシ
ーケンスを用いることで繰返し時間を短縮し計測時間を
短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態における計測シーケンスを
示す図である。
【図2】本発明の一実施形態における傾斜磁場オフセッ
トのある場合の計測シーケンスを示す図である。
【図3】グラジエントエコー法における計測シーケンス
を示す図である。
【図4】従来技術において、傾斜磁場オフセットを相殺
する場合を説明する図である。
【図5】本発明が適用されるMRI装置の概略構成図で
ある。
【図6】本発明の一実施形態における補正傾斜磁場計測
フローチャートである。
【図7】本発明の一実施形態におけるX軸補正傾斜磁場
計測フローチャートである。
【図8】本発明の一実施形態における補正傾斜磁場算出
フローチャートである。
【符号の説明】 101,201 90°RFパルス 102,202 180°RFパルス 122,222 第1のリードアウト傾斜磁場 123,223 第2のリードアウト傾斜磁場 131,231 第1のエコー信号 133,233 第2のエコー信号

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被検体の置かれた空間に静磁場を発生す
    る静磁場発生手段と、該空間にスライス方向、位相方
    向、リードアウト方向の各傾斜磁場を印加する傾斜磁場
    発生手段と、前記被検体に対し核磁気共鳴現象を起こす
    ための高周波パルスを発生する高周波パルス発生手段
    と、前記被検体からの核磁気共鳴信号を検出する検出手
    段と、前記傾斜磁場、高周波パルスの発生を所定のシー
    ケンスに従って実行させると共に、核磁気共鳴信号を再
    構成する制御手段とを有する磁気共鳴イメージング装置
    において、 前記制御手段は本計測シーケンスに先立って、スピンエ
    コーシーケンス前計測を実行し、前計測シーケンスのス
    ピンエコー信号発生の前後において、極性を反転させた
    リードアウト傾斜磁場を印加することを特徴とする磁気
    共鳴イメージング装置。
  2. 【請求項2】 前記制御手段は、スピンエコー信号前に
    発生したエコー信号の発生時刻に基づいて第1の傾斜磁
    場オフセット値を求め、スピンエコー信号後に発生した
    エコー信号の発生時刻に基づいて第2の傾斜磁場オフセ
    ット値を求め、第1及び第2の傾斜磁場オフセット値か
    ら傾斜磁場オフセットを求めることを特徴とする請求項
    1記載の磁気共鳴イメージング装置。
  3. 【請求項3】 磁気共鳴イメージング装置における傾斜
    磁場オフセット調整方法において、 画像信号を計測する本計測の前に行なう前計測で、SE
    シーケンスを用いた計測で、磁場歪みがキャンセルされ
    るSEエコー信号の生じる前の第1の時刻でリードアウ
    ト傾斜磁場を印加して第1のエコー信号を計測し、SE
    エコー信号の生じた後の第2の時刻で正負が逆のリード
    アウト傾斜磁場を印加して第2のエコー信号を計測し、
    第1のエコー信号の発生時刻に基づき求められる傾斜磁
    場オフセット値と、第2のエコー信号の発生時刻に基づ
    き求められる傾斜磁場オフセット値とに基づいて、傾斜
    磁場オフセットを求めることを特徴とする傾斜磁場オフ
    セット調整方法。
JP2000388957A 2000-12-21 2000-12-21 磁気共鳴イメージング装置及びその傾斜磁場オフセット調整方法 Pending JP2002186593A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2011206493A (ja) * 2010-03-31 2011-10-20 Ge Medical Systems Global Technology Co Llc 磁気共鳴イメージング装置

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