JP2017023485A - Magnetic resonance imaging apparatus and slice selective excitation method - Google Patents

Magnetic resonance imaging apparatus and slice selective excitation method Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a slice selective excitation method for suppressing extension of an imaging time and selectively exciting a target slice without any positional deviation of the excitation slice due to chemical shift regardless of a simple configuration.SOLUTION: A magnetic resonance imaging apparatus divides an RF pulse for exciting two frequency bands, into multiple times of pulses obtained by dividing an intended flip angle at a ratio following the binominal distribution and excites them respectively. The two frequency bands accord to a frequency difference of a chemical shift between intended two substances. Further, application interval of the divided RF is defined as a time interval when transverse magnetization of both substances become inverse phase. In the RF pulses to be applied odd-number-th time, phases of the respective excitation RF pulses achieving two frequency bands are same, however, in the RF pulses to be applied even-number-th time, the phases of the two-frequency-band excitation RF pulses are inverted.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、核磁気共鳴現象を利用した断層像撮影装置(以下「MRI装置」と言う)のイメージング技術に係わり、共鳴周波数の異なる複数の物質における励起するスライス位置ずれを防止する技術に関する。   The present invention relates to an imaging technique of a tomographic imaging apparatus (hereinafter referred to as “MRI apparatus”) using a nuclear magnetic resonance phenomenon, and relates to a technique for preventing excitable slice position shifts in a plurality of substances having different resonance frequencies.

現在、広く普及している磁気共鳴イメージング(MRI:Magnetic Resonance Imaging)は、主として水分子中の水素原子核の核磁気共鳴現象を用い、生体組織によって異なる水素原子核密度や緩和時間の差などを画像化する。このため、一般に、水の共鳴周波数に合わせた中心周波数を持つ励起用RFパルスで所定位置のスライスを励起するようシーケンスが設計されている。   Magnetic Resonance Imaging (MRI), which is now widely used, mainly uses the nuclear magnetic resonance phenomenon of hydrogen nuclei in water molecules to image differences in hydrogen nucleus density and relaxation time that vary depending on the biological tissue. To do. For this reason, in general, a sequence is designed to excite a slice at a predetermined position with an excitation RF pulse having a center frequency matched to the resonance frequency of water.

ところが、生体は種々の物質で構成され、物質毎に共鳴周波数はわずかに変化する。この変化を化学シフトと呼ぶ。この化学シフトは、周波数単位では、静磁場強度に比例して増加するため、静磁場強度が高いほど、スライス方向に対する化学シフトを要因とする位置ずれが増加する。これにより、物質によっては、目的のスライスを選択励起できず、アーチファクトが発生するなど、再構成画像に影響がある。   However, the living body is composed of various substances, and the resonance frequency slightly changes for each substance. This change is called chemical shift. Since this chemical shift increases in frequency units in proportion to the static magnetic field strength, the higher the static magnetic field strength, the more the positional shift caused by the chemical shift with respect to the slice direction increases. As a result, depending on the substance, the target slice cannot be selectively excited, resulting in artifacts such as artifacts.

例えば、励起用RFパルスとともに印加するスライス選択傾斜磁場の強度を増加させ、スライスあたりの周波数帯域を広げることで、位置ずれを吸収し、その影響を抑えることができる。しかし、RFパルスの出力には制約があるため、確実に抑えることはできない。   For example, by increasing the intensity of the slice selective gradient magnetic field applied together with the excitation RF pulse and widening the frequency band per slice, it is possible to absorb the position shift and suppress the influence. However, since the output of the RF pulse is limited, it cannot be reliably suppressed.

また、複数回データを収集し、それらを用いて後処理で化学シフトの影響を抑える手法がある(例えば、特許文献1参照)。   In addition, there is a method of collecting data a plurality of times and using them to suppress the influence of chemical shift in post-processing (see, for example, Patent Document 1).

特開平6−327648号公報JP-A-6-327648

特許文献1の技術では、共鳴周波数が異なる物質として、水と脂肪とをあげ、水の共鳴周波数に合わせた中心周波数を持つ第一の励起パルスを用いて所定位置のスライスを励起して第一のデータを収集し、次に、脂肪の共鳴周波数に合わせた中心周波数を持つ第二の励起パルスを用いて同位置のスライスを励起して第二のデータを収集する。このとき、第二の励起パルスを印加する際に印加する傾斜磁場の傾斜を、第一の励起パルスを印加する際に印加する傾斜磁場の傾斜と逆にするとともに化学シフトに相当するオフセットを加える。そして、最終的に第一のデータと第二のデータとを加算し、加算後のデータから画像を再構成する。   In the technique of Patent Document 1, water and fat are listed as substances having different resonance frequencies, and a first excitation pulse having a center frequency matched to the resonance frequency of water is used to excite a slice at a predetermined position. Next, a second excitation pulse having a center frequency matched with the resonance frequency of fat is used to excite the slice at the same position to collect second data. At this time, the gradient of the gradient magnetic field applied when the second excitation pulse is applied is reversed from the gradient of the gradient magnetic field applied when the first excitation pulse is applied, and an offset corresponding to a chemical shift is added. . Finally, the first data and the second data are added, and an image is reconstructed from the added data.

従って、測定データの収集を2回行う必要があり、さらに、取得したデータの後処理が必要となる。   Therefore, it is necessary to collect measurement data twice, and further, post-processing of acquired data is required.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、撮影時間の延長を抑え、簡易な構成で、化学シフトによる励起スライスの位置ずれなしに、目的のスライスを選択励起する技術を提供する。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a technique for selectively exciting a target slice with a simple configuration and without a displacement of the excitation slice due to a chemical shift while suppressing an increase in imaging time.

本発明では、スライス励起時のRFパルスを変更することによって、複数回の撮像や後処理無しで、高精度に所望のスライスからのデータを取得する。   In the present invention, by changing the RF pulse at the time of slice excitation, data from a desired slice is acquired with high accuracy without multiple imaging and post-processing.

本発明では、2つの周波数帯域を励起するRFパルスを、目的とするフリップ角を2項分布に従う割合で分割した複数回のパルスに分割してそれぞれ励起を行う。2周波数帯域は、目的とする2つの物質間の化学シフトの周波数差に合わせる。   In the present invention, an RF pulse for exciting two frequency bands is divided into a plurality of pulses obtained by dividing a target flip angle at a ratio according to a binomial distribution, and excitation is performed. The two frequency bands are adjusted to the frequency difference of the chemical shift between the two target substances.

また、分割したRFの印加間隔は、両物質の横磁化が逆位相となる(πの奇数倍ずれる)時間間隔に設定する。なお、この間、スライス傾斜磁場を印加せず、両物質をそれぞれの共鳴周波数で歳差運動させる。また、奇数回目に印加するRFパルスでは2周波数帯域を実現する各励起RFパルスの位相は同位相で印加し、偶数回目に印加するRFパルスでは、2周波数帯域の励起RFパルスの位相を逆位相で印加する。   The divided RF application interval is set to a time interval in which the transverse magnetizations of both substances are in opposite phases (shifted by an odd multiple of π). During this time, no slice gradient magnetic field is applied, and both substances are precessed at their respective resonance frequencies. In addition, the phase of each excitation RF pulse that realizes the two frequency bands is applied in the same phase in the RF pulse applied at the odd number of times, and the phase of the excitation RF pulse in the two frequency bands is opposite in phase in the RF pulse applied at the even number of times. Apply with.

本発明によれば、撮影時間の延長を抑え、簡易な構成で、化学シフトによる励起スライスの位置ずれなしに、目的のスライスを選択励起できる。   According to the present invention, it is possible to selectively excite a target slice with a simple configuration and without a displacement of the excitation slice due to a chemical shift while suppressing an increase in imaging time.

第一の実施形態のMRI装置の全体構成のブロック図である。It is a block diagram of the whole structure of the MRI apparatus of 1st embodiment. (a)は、従来のパルスシーケンス図であり、(b)および(c)は、水および脂肪のプロトンの励起位置を説明するための説明図である。(A) is a conventional pulse sequence diagram, and (b) and (c) are explanatory diagrams for explaining excitation positions of water and fat protons. 本発明の実施形態のパルスシーケンスを説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the pulse sequence of embodiment of this invention. 本発明の実施形態のスライス選択励起パルスによる励起スライス位置を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the excitation slice position by the slice selection excitation pulse of embodiment of this invention. (a)および(b)は、本発明の実施形態の目的スライス上の磁化の動きを説明するための説明図である。(A) And (b) is explanatory drawing for demonstrating the motion of the magnetization on the objective slice of embodiment of this invention. (a)および(b)は、本発明の実施形態の目的スライス以外の磁化の動きを説明するための説明図である。(A) And (b) is explanatory drawing for demonstrating the motion of magnetization other than the objective slice of embodiment of this invention.

本発明の第一の実施形態を説明する。なお、発明の実施形態を説明するための全図において、特に断らない限り、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。   A first embodiment of the present invention will be described. Note that in all the drawings for explaining the embodiments of the invention, the same reference numerals are given to components having the same function unless otherwise specified, and the repeated description thereof is omitted.

[装置構成]
まず、本実施形態のMRI装置の一例の全体概要を図1に基づいて説明する。図1は、本実施形態のMRI装置の一実施形態の全体構成を示すブロック図である。
[Device configuration]
First, an overall outline of an example of the MRI apparatus of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of one embodiment of the MRI apparatus of this embodiment.

本実施形態のMRI装置100は、NMR現象を利用して被検体の断層画像を得るもので、図1に示すように、静磁場発生部120と、傾斜磁場発生部130と、シーケンサ140と、高周波磁場発生部(以下、送信部)150と、高周波磁場検出部(以下、受信部)160と、制御処理部170と、を備える。   The MRI apparatus 100 of the present embodiment obtains a tomographic image of a subject using an NMR phenomenon. As shown in FIG. 1, a static magnetic field generation unit 120, a gradient magnetic field generation unit 130, a sequencer 140, A high-frequency magnetic field generation unit (hereinafter referred to as a transmission unit) 150, a high-frequency magnetic field detection unit (hereinafter referred to as a reception unit) 160, and a control processing unit 170 are provided.

静磁場発生部120は、垂直磁場方式であれば、被検体101の周りの空間にその体軸と直交する方向に、水平磁場方式であれば、体軸方向に、均一な静磁場を発生させるもので、被検体101の周りに配置される永久磁石方式、常電導方式あるいは超電導方式の静磁場発生源を備える。   The static magnetic field generator 120 generates a uniform static magnetic field in the direction perpendicular to the body axis in the space around the subject 101 if the vertical magnetic field method is used, and in the body axis direction if the horizontal magnetic field method is used. The apparatus includes a permanent magnet type, normal conduction type or superconducting type static magnetic field generation source disposed around the subject 101.

傾斜磁場発生部130は、MRI装置100の座標系(装置座標系)であるX、Y、Zの3軸方向に巻かれた傾斜磁場コイル131と、それぞれの傾斜磁場コイルを駆動する傾斜磁場電源132とを備え、後述のシーケンサ140からの命令に従ってそれぞれの傾斜磁場コイル131の傾斜磁場電源132を駆動することにより、X、Y、Zの3軸方向に傾斜磁場Gx、Gy、Gzを印加する。撮影時には、スライス面(撮影断面)に直交する方向にスライス方向傾斜磁場パルス(Gs)を印加して被検体1に対するスライス面を設定し、そのスライス面に直交して且つ互いに直交する残りの2つの方向に位相エンコード方向傾斜磁場パルス(Gp)と周波数エンコード方向傾斜磁場パルス(Gf)を印加してエコー信号にそれぞれの方向の位置情報をエンコードする。   The gradient magnetic field generation unit 130 is a gradient magnetic field coil 131 wound in the three-axis directions of X, Y, and Z, which is a coordinate system (device coordinate system) of the MRI apparatus 100, and a gradient magnetic field power source that drives each gradient magnetic field coil 132, and the gradient magnetic field power supply 132 of each gradient magnetic field coil 131 is driven in accordance with a command from the sequencer 140, which will be described later, to apply gradient magnetic fields Gx, Gy, Gz in the three axial directions of X, Y, and Z. . At the time of imaging, a slice direction gradient magnetic field pulse (Gs) is applied in a direction orthogonal to the slice plane (imaging cross section) to set a slice plane for the subject 1, and the remaining two orthogonal to the slice plane and orthogonal to each other. A phase encoding direction gradient magnetic field pulse (Gp) and a frequency encoding direction gradient magnetic field pulse (Gf) are applied in one direction to encode position information in each direction into an echo signal.

送信部150は、被検体101の生体組織を構成する原子の原子核スピンに核磁気共鳴(NMR)現象を起こさせるために、被検体101に高周波磁場パルス(以下、「RFパルス」と呼ぶ。)を照射するもので、高周波発振器(シンセサイザ)152と変調器153と高周波増幅器154と送信側の高周波コイル(送信コイル)151とを備える。高周波発振器152はRFパルスを生成する。変調器153は、シーケンサ140からの指令に従って、出力されたRFパルスを振幅変調する。高周波増幅器154は、この振幅変調されたRFパルスを増幅し、被検体101に近接して配置された送信コイル151に供給する。送信コイル151は供給されたRFパルスを被検体101に照射する。   The transmitter 150 causes the subject 101 to generate a high frequency magnetic field pulse (hereinafter referred to as “RF pulse”) in order to cause a nuclear magnetic resonance (NMR) phenomenon to occur in the nuclear spins of the atoms constituting the living tissue of the subject 101. A high frequency oscillator (synthesizer) 152, a modulator 153, a high frequency amplifier 154, and a high frequency coil (transmission coil) 151 on the transmission side are provided. The high frequency oscillator 152 generates an RF pulse. The modulator 153 amplitude-modulates the output RF pulse in accordance with a command from the sequencer 140. The high-frequency amplifier 154 amplifies the amplitude-modulated RF pulse and supplies the amplified RF pulse to the transmission coil 151 disposed close to the subject 101. The transmission coil 151 irradiates the subject 101 with the supplied RF pulse.

受信部160は、被検体101の生体組織を構成する原子核スピンの核磁気共鳴により放出される核磁気共鳴信号(エコー信号、NMR信号)を検出するもので、受信側の高周波コイル(受信コイル)161と信号増幅器162と直交位相検波器163と、A/D変換器164とを備える。受信コイル161は、被検体101に近接して配置され、送信コイル151から照射された電磁波によって誘起された被検体101の応答のNMR信号を検出する。検出されたNMR信号は、信号増幅器162で増幅された後、シーケンサ140からの指令によるタイミングで直交位相検波器163により直交する二系統の信号に分割され、それぞれがA/D変換器164でディジタル量に変換されて、制御処理部170に送られる。   The receiving unit 160 detects a nuclear magnetic resonance signal (echo signal, NMR signal) emitted by nuclear magnetic resonance of the nuclear spin constituting the living tissue of the subject 101, and receives a high-frequency coil (receiving coil) on the receiving side. 161, a signal amplifier 162, a quadrature detector 163, and an A / D converter 164. The reception coil 161 is disposed in the vicinity of the subject 101 and detects an NMR signal of the response of the subject 101 induced by the electromagnetic wave irradiated from the transmission coil 151. The detected NMR signal is amplified by the signal amplifier 162 and then divided into two orthogonal signals by the quadrature phase detector 163 at the timing according to the command from the sequencer 140, and each is digitally converted by the A / D converter 164. It is converted into a quantity and sent to the control processing unit 170.

送信コイル151と傾斜磁場コイル131とは、被検体101が挿入される静磁場発生部120の静磁場空間内に、垂直磁場方式であれば被検体101に対向して、水平磁場方式であれば被検体101を取り囲むようにして設置される。また、受信コイル161は、被検体101に対向して、或いは取り囲むように設置される。   The transmission coil 151 and the gradient magnetic field coil 131 are opposed to the subject 101 in the static magnetic field space of the static magnetic field generating unit 120 into which the subject 101 is inserted, if the vertical magnetic field method is used, and if the horizontal magnetic field method is used. It is installed so as to surround the subject 101. Further, the receiving coil 161 is installed so as to face or surround the subject 101.

シーケンサ140は、制御処理部170からの指示に従って、RFパルスと傾斜磁場パルスとが印加され、被検体101が発生するエコー信号が計測されるよう、各部に指示を行う。具体的には、制御処理部170からの指示に従って、被検体101の断層画像のデータ収集に必要な種々の命令を送信部150、傾斜磁場発生部130、および受信部160に送信する。   The sequencer 140 instructs each unit to apply an RF pulse and a gradient magnetic field pulse and measure an echo signal generated by the subject 101 in accordance with an instruction from the control processing unit 170. Specifically, in accordance with instructions from the control processing unit 170, various commands necessary for collecting tomographic image data of the subject 101 are transmitted to the transmission unit 150, the gradient magnetic field generation unit 130, and the reception unit 160.

制御処理部170は、MRI装置100全体の制御、各種データ処理等の演算、処理結果の表示及び保存等を行うもので、CPU171と記憶装置172と表示装置173と入力装置174とを備える。記憶装置172は、ハードディスクなどの内部記憶装置と、外付けハードディスク、光ディスク、磁気ディスクなどの外部記憶装置とにより構成される。表示装置173は、CRT、液晶などのディスプレイ装置である。入力装置174は、MRI装置100の各種制御情報や制御処理部170で行う処理の制御情報の入力のインタフェースであり、例えば、トラックボールまたはマウスとキーボードとを備える。入力装置174は、表示装置173に近接して配置される。操作者は、表示装置173を見ながら入力装置174を通してインタラクティブにMRI装置100の各種処理に必要な指示、データを入力する。なお、タッチパネルなど、表示装置173が入力装置174の機能を兼ねていてもよい。   The control processing unit 170 controls the entire MRI apparatus 100, performs various data processing operations, displays and stores processing results, and includes a CPU 171, a storage device 172, a display device 173, and an input device 174. The storage device 172 includes an internal storage device such as a hard disk and an external storage device such as an external hard disk, an optical disk, and a magnetic disk. The display device 173 is a display device such as a CRT or a liquid crystal. The input device 174 is an interface for inputting various control information of the MRI apparatus 100 and control information of processing performed by the control processing unit 170, and includes, for example, a trackball or a mouse and a keyboard. The input device 174 is disposed in the vicinity of the display device 173. The operator interactively inputs instructions and data necessary for various processes of the MRI apparatus 100 through the input device 174 while looking at the display device 173. Note that the display device 173 such as a touch panel may also function as the input device 174.

CPU171は、操作者が入力した指示に従って、記憶装置172に予め保持されるプログラムを実行することにより、MRI装置100の動作の制御、各種データ処理等の制御処理部170の各処理を実現する。   The CPU 171 implements each process of the control processing unit 170 such as control of the operation of the MRI apparatus 100 and various data processes by executing a program previously stored in the storage device 172 in accordance with an instruction input by the operator.

本実施形態では、CPU171は、プログラムを実行することにより、予め記憶装置172に保持されたパルスシーケンスに従って、前記シーケンサ140に指示を行う、計測制御部として機能する。また、受信部160からのデータが制御処理部170に入力されると、信号処理、画像再構成処理等を実行し、その結果である被検体101の断層像を表示装置173に表示するとともに、記憶装置172に記憶する画像再構成部として機能する。   In the present embodiment, the CPU 171 functions as a measurement control unit that instructs the sequencer 140 in accordance with a pulse sequence previously stored in the storage device 172 by executing a program. When data from the receiving unit 160 is input to the control processing unit 170, signal processing, image reconstruction processing, and the like are executed, and a tomogram of the subject 101 as a result is displayed on the display device 173, and It functions as an image reconstruction unit stored in the storage device 172.

現在、MRI装置の撮像対象核種で、臨床で普及しているものは、被検体101の主たる構成物質である水素原子核(プロトン)である。MRI装置100では、プロトン密度の空間分布や、励起状態の緩和時間の空間分布に関する情報を画像化することで、人体頭部、腹部、四肢等の形態または機能を、二次元もしくは三次元的に撮像する。   Currently, the nuclide to be imaged by the MRI apparatus, which is widely used clinically, is a hydrogen nucleus (proton) that is a main constituent material of the subject 101. In the MRI apparatus 100, information on the spatial distribution of the proton density and the spatial distribution of the relaxation time of the excited state is imaged so that the form or function of the human head, abdomen, limbs, etc. can be expressed two-dimensionally or three-dimensionally. Take an image.

[スライス位置変位の説明]
本実施形態のパルスシーケンスの説明に先立ち、物質の共鳴周波数が異なると、スライス位置がずれる(変位する)ことを、図2(a)〜図2(c)を用いて説明する。ここでは、水と脂肪とを例にあげて説明する。水の共鳴周波数をFw、脂肪の共鳴周波数をFfとする。両者の共鳴周波数差をΔFとする。
[Description of slice position displacement]
Prior to the description of the pulse sequence of the present embodiment, it will be described using FIG. 2A to FIG. 2C that the slice position is shifted (displaced) when the resonance frequency of the substance is different. Here, water and fat will be described as examples. The resonance frequency of water is Fw, and the resonance frequency of fat is Ff. The difference between the resonance frequencies of both is ΔF.

MRIのシーケンス200では、図2(a)に示すように、選択励起RFパルス210と、スライス選択傾斜磁場220とを同時に印加することにより、データを収集するスライスの位置が決定する。すなわち、スライスの位置は、選択励起RFパルス210の周波数とスライス選択傾斜磁場220の勾配とにより定まる。なお、ここで、本明細書では、所定のスライス位置を中心とする、所定の厚みを有するスライス範囲のことを、単にスライス位置と呼ぶ。   In the MRI sequence 200, as shown in FIG. 2A, the selective excitation RF pulse 210 and the slice selective gradient magnetic field 220 are simultaneously applied to determine the position of the slice from which data is collected. That is, the slice position is determined by the frequency of the selective excitation RF pulse 210 and the gradient of the slice selective gradient magnetic field 220. Here, in this specification, a slice range having a predetermined thickness centered on a predetermined slice position is simply referred to as a slice position.

ここで、選択励起RFパルス210の中心周波数を水の共鳴周波数Fwに合わせ、所望の位置Zwのスライスが励起されるよう、傾斜磁場220の勾配を決定する。すると、図2(b)および図2(c)に示すように、水のプロトン(以下、単に水と呼ぶ)については、所望の位置Zwのスライス位置が励起され、当該スライス位置からデータを収集することができる。しかし、脂肪のプロトン(以下、単に脂肪と呼ぶ)については、周波数差ΔFに相当する距離ΔZだけずれた位置Zfが励起され、当該スライス位置からのデータが収集される。   Here, the center frequency of the selective excitation RF pulse 210 is adjusted to the resonance frequency Fw of water, and the gradient of the gradient magnetic field 220 is determined so that the slice at the desired position Zw is excited. Then, as shown in FIGS. 2B and 2C, for the proton of water (hereinafter simply referred to as water), the slice position at the desired position Zw is excited and data is collected from the slice position. can do. However, for fat protons (hereinafter simply referred to as fat), a position Zf shifted by a distance ΔZ corresponding to the frequency difference ΔF is excited, and data from the slice position is collected.

このように、通常の選択励起RFパルス210とスライス選択傾斜磁場220との組み合わせでスライスを選択する場合、共鳴周波数の異なる物質毎に、異なる位置からのデータが収集されることになり、アーチファクトの要因となっている。従来は、選択励起RFパルス210の共鳴周波数を変えて、複数回データの収集を行い、後処理を工夫する等して対応している。   As described above, when a slice is selected by a combination of the normal selective excitation RF pulse 210 and the slice selective gradient magnetic field 220, data from different positions is collected for each substance having a different resonance frequency, and the artifact It is a factor. Conventionally, the resonance frequency of the selective excitation RF pulse 210 is changed, data is collected a plurality of times, and post-processing is devised.

[パルスシーケンス]
本実施形態では、選択励起RFパルスの構成を工夫し、複数の物質から構成される被検体において、1回のデータ収集で、高い精度で目的のスライスからのデータを得る。
[Pulse sequence]
In the present embodiment, the configuration of the selective excitation RF pulse is devised, and data from the target slice is obtained with high accuracy by collecting data once in a subject composed of a plurality of substances.

本実施形態では、2つの周波数帯域を励起する2帯域励起RFパルスを選択励起RFパルスに用いる。2帯域励起RFパルスが励起する2つの周波数帯域は、目的とする2つの物質間の化学シフトの周波数差に合わせる。すなわち、2帯域励起RFパルスは、スライス選択傾斜磁場パルスとともに印加することにより、目的のスライスの第一の物質内のプロトン(以下、単に第一の物質と呼ぶ)を励起する周波数帯域を有する第一のRFパルスと、同スライスの第二の物質内のプロトン(以下、単に第二の物質と呼ぶ)を励起する周波数帯域を有する第二のRFパルスとを重ねあわせることにより得る。そして、この2帯域励起RFパルスを、複数のRFパルスに分割して印加する。分割された各RFパルスは、合計強度が予め定めた励起励起RFパルスの強度となり、かつ、第一の物質の磁化と第二の物質の磁化との共鳴周波数差による異なる歳差運動に同期して、所望のスライス以外のスライスでの励起時に、最終的に各物質の磁化が打ち消し合うよう設計される。   In the present embodiment, a two-band excitation RF pulse that excites two frequency bands is used as the selective excitation RF pulse. The two frequency bands excited by the two-band excitation RF pulse are adjusted to the frequency difference of the chemical shift between the two target substances. That is, the two-band excitation RF pulse is applied together with the slice selective gradient magnetic field pulse, and thereby has a frequency band having a frequency band for exciting protons in the first substance of the target slice (hereinafter simply referred to as the first substance). It is obtained by superimposing one RF pulse and a second RF pulse having a frequency band for exciting protons (hereinafter simply referred to as a second substance) in the second substance of the same slice. Then, the two-band excitation RF pulse is divided and applied to a plurality of RF pulses. Each of the divided RF pulses has a total intensity equal to a predetermined excitation excitation RF pulse intensity, and is synchronized with a different precession due to a difference in resonance frequency between the magnetization of the first substance and the magnetization of the second substance. Thus, the magnetization of each material is designed to cancel each other at the time of excitation in a slice other than the desired slice.

これを実現する本実施形態のパルスシーケンスの詳細を説明する。図3は、本実施形態のパルスシーケンス300である。以下、本実施形態では、励起RFパルスとして用いる2帯域励起RFパルスを2つに分割して印加する場合を例にあげて説明する。   Details of the pulse sequence of the present embodiment for realizing this will be described. FIG. 3 is a pulse sequence 300 of the present embodiment. Hereinafter, in the present embodiment, a case where a two-band excitation RF pulse used as an excitation RF pulse is divided and applied in two will be described as an example.

本図に示すように、本実施形態のパルスシーケンス300は、目的とするスライス位置である目的スライスを選択するスライス選択部301と、目的スライスから生じるエコー信号を計測するエコー計測部360とを備える。   As shown in the figure, the pulse sequence 300 of the present embodiment includes a slice selection unit 301 that selects a target slice that is a target slice position, and an echo measurement unit 360 that measures an echo signal generated from the target slice. .

そして、スライス選択部301は、選択励起RFパルス310と、スライス選択傾斜磁場パルス320とを備える。選択励起RFパルス310は、2帯域励起RFパルスである。この2帯域励起RFパルスは、所定の時間間隔Δtで、複数回(ここでは、2回)印加される(311、312)。以下、第一の2帯域励起RFパルス311、第二の2帯域励起RFパルス312と呼ぶ。   The slice selection unit 301 includes a selective excitation RF pulse 310 and a slice selection gradient magnetic field pulse 320. The selective excitation RF pulse 310 is a two-band excitation RF pulse. The two-band excitation RF pulse is applied a plurality of times (here, twice) at a predetermined time interval Δt (311 and 312). Hereinafter, they are referred to as a first two-band excitation RF pulse 311 and a second two-band excitation RF pulse 312.

なお、スライス選択傾斜磁場パルス320は、2帯域励起RFパルス311、312の印加時のみ印加され、これらが印加されていない期間(印加間隔Δtの間)は、印加を停止する。これにより、この間、両物質の横磁化は、それぞれの共鳴周波数で歳差運動を行う。   The slice selective gradient magnetic field pulse 320 is applied only when the two-band excitation RF pulses 311 and 312 are applied, and the application is stopped during a period in which these are not applied (during the application interval Δt). Thereby, during this time, the transverse magnetization of both substances precess at their respective resonance frequencies.

この2帯域励起RFパルス311、312は、それぞれ、スライス選択傾斜磁場パルス320とともに印加することにより、目的スライスの第一の物質の磁化を励起する第一の1帯域励起RFパルス(RFパルス01)と、スライス選択傾斜磁場パルス320とともに印加することにより、目的スライスの第二の物質の磁化を励起する第二の1帯域励起RFパルス(RFパルス02)とを重ね合わせる(加算する)ことにより得る。すなわち、2帯域励起RFパルス311、312は、それぞれ、RFパルス01およびRFパルス02を加算した波形を有する。   The two-band excitation RF pulses 311 and 312 are applied together with the slice selective gradient magnetic field pulse 320 to thereby excite the magnetization of the first substance in the target slice, and the first one-band excitation RF pulse (RF pulse 01). And the slice selective gradient magnetic field pulse 320 to be applied together with the second one-band excitation RF pulse (RF pulse 02) for exciting the magnetization of the second substance in the target slice. . That is, the two-band excitation RF pulses 311 and 312 have waveforms obtained by adding the RF pulse 01 and the RF pulse 02, respectively.

なお、本実施形態の2帯域RFパルスは、上述のように、同一の物質に関しては、2つの異なるスライス位置を励起する。   Note that, as described above, the two-band RF pulse of the present embodiment excites two different slice positions for the same substance.

また、RFパルス01とRFパルス02とを加算する際、これらのRFパルスの位相は、目的スライス以外の励起時に、第一の物質の磁化および第二の物質の磁化が、それぞれ、印加回毎に交互に反転するよう決定される。   Further, when the RF pulse 01 and the RF pulse 02 are added, the phase of these RF pulses is such that the magnetization of the first substance and the magnetization of the second substance are respectively applied at the time of excitation other than the target slice. Are determined to be alternately reversed.

具体的には、第一の2帯域励起RFパルス311では、RFパルス01とRFパルス02とを同位相で加算する。一方、第二の2帯域励起RFパルス312では、RFパルス01とRFパルス02とを、逆位相で加算する。すなわち、RFパルス01とRFパルス02とのいずれか一方の位相をπだけ変化(反転)させて加算する。なお、逆位相とは、2つの位相差がπの奇数倍となる状態をいう。   Specifically, in the first two-band excitation RF pulse 311, the RF pulse 01 and the RF pulse 02 are added in the same phase. On the other hand, in the second two-band excitation RF pulse 312, the RF pulse 01 and the RF pulse 02 are added in opposite phases. That is, one of the RF pulse 01 and the RF pulse 02 is changed (inverted) by π and added. In addition, an antiphase means the state from which two phase differences become an odd multiple of (pi).

例えば、励起帯域の中心周波数をそれぞれf、fとすると、第一の2帯域励起RFパルス311RFp1、第二の2帯域励起RFパルス312RFp2は、それぞれ、以下の式(1)、(2)で表されるキャリア周波数を持つRFを印加する。このとき、スライス選択励起のために、時間tに応じて変化する振幅A(t)は、例えば、sinc形状とする。
RFp1=A(t)*exp(i2πf1t)+A(t)*exp(i2πf2t)・・・(1)
RFp2=A(t)*exp(i2πf1t)-A(t)*exp(i2πf2t)・・・(2)
For example, when the center frequencies of the excitation bands are f 1 and f 2 , respectively, the first two-band excitation RF pulse 311RFp1 and the second two-band excitation RF pulse 312RFp2 are expressed by the following equations (1) and (2), respectively. An RF having a carrier frequency represented by At this time, for slice selective excitation, the amplitude A (t) that changes according to time t is, for example, a sinc shape.
RFp1 = A (t) * exp (i2πf 1 t) + A (t) * exp (i2πf 2 t) (1)
RFp2 = A (t) * exp (i2πf 1 t) -A (t) * exp (i2πf 2 t) (2)

本実施形態では、第二の2帯域励起RFパルス312において、RFパルス01とRFパルス02のうち、目的スライスにおいて、第一の物質と第二の物質との中で、共鳴周波数の小さい物質を励起する方のRFパルスの位相を、反転させて加算する。例えば、第二の物質の方が、共鳴周波数が小さい場合、RFパルス02の位相を反転させて加算する。   In the present embodiment, in the second two-band excitation RF pulse 312, among the RF pulse 01 and the RF pulse 02, a substance having a small resonance frequency is selected from the first substance and the second substance in the target slice. The phase of the RF pulse to be excited is inverted and added. For example, when the resonance frequency of the second substance is smaller, the phase of the RF pulse 02 is inverted and added.

第二の2帯域励起RFパルス312において、RFパルス01およびRFパルス02のうちの一方のRFパルスの位相を反転させることにより、2帯域の励起間で、位相がπ反転する。   In the second two-band excitation RF pulse 312, the phase of one of the RF pulse 01 and the RF pulse 02 is inverted, so that the phase is inverted by π between the excitations in the two bands.

なお、重ね合わせる2つのRFパルスは、周波数選択プロファイルが同様であれば良く、形状は全く同じでなくてもよい。RF出力の限界は、MRI装置100のハードウェア性能及び比吸収率(SAR:Specific Absorption Rate)に依存する。このため、最大出力ができるだけ小さくなるようにRF形状を変化させたり、時間方向に相対的にシフトさせたりしても良い。   It should be noted that the two RF pulses to be superimposed need only have the same frequency selection profile, and may not have the same shape. The limit of the RF output depends on the hardware performance of the MRI apparatus 100 and the specific absorption rate (SAR). For this reason, the RF shape may be changed so that the maximum output becomes as small as possible, or the relative shift in the time direction may be performed.

また、第一の2帯域励起RFパルス311と第二の2帯域励起RFパルス312との印加間隔Δtは、第一の物質の横磁化と第二の物質の横磁化とが逆位相となる時間間隔とする。第一の2帯域励起RFパルス311の印加により、第一の物質の横磁化と第二の物質の横磁化とがそれぞれの共鳴周波数で歳差運動を開始する。このとき、両者の共鳴周波数が異なるため、両横磁化は、少しずつずれていく。そして、そのずれ量がπの奇数倍となる時間を印加間隔Δtと設定する。なお、この印加間隔Δtは、両物質の共鳴周波数差から算出する。   In addition, the application interval Δt between the first two-band excitation RF pulse 311 and the second two-band excitation RF pulse 312 is a time during which the transverse magnetization of the first substance and the transverse magnetization of the second substance are in opposite phases. Interval. Application of the first two-band excitation RF pulse 311 causes precession of the transverse magnetization of the first substance and the transverse magnetization of the second substance at the respective resonance frequencies. At this time, since the resonance frequencies of the two are different, both transverse magnetizations are gradually shifted. A time during which the deviation amount is an odd multiple of π is set as an application interval Δt. The application interval Δt is calculated from the difference in resonance frequency between the two substances.

例えば、共鳴周波数差をΔFとすると、印加間隔Δtは、以下の式(3)で算出できる。
Δt=1/(2・ΔF) ・・・(3)
For example, if the resonance frequency difference is ΔF, the application interval Δt can be calculated by the following equation (3).
Δt = 1 / (2 · ΔF) (3)

なお、歳差運動による横磁化の位相の変化は、静磁場均一性や傾斜磁場の特性の影響を受ける。すなわち、残留磁場の影響を受ける。このため、印加間隔Δtの算出にあたり、共鳴周波数差に、残留磁場を加算し、算出してもよい。   Note that the change in the phase of transverse magnetization due to precession is affected by the uniformity of the static magnetic field and the characteristics of the gradient magnetic field. That is, it is affected by the residual magnetic field. For this reason, in calculating the application interval Δt, the residual magnetic field may be added to the resonance frequency difference.

さらに、第一の2帯域励起RFパルス311と第二の2帯域励起RFパルス312との強度は、1:1とする。また、合計強度が、当初1つの2帯域励起RFパルス(選択励起RFパルス310)として印加する際の強度となるよう、決定する。   Further, the intensity of the first two-band excitation RF pulse 311 and the second two-band excitation RF pulse 312 is 1: 1. In addition, the total intensity is determined so as to be the intensity when initially applied as one two-band excitation RF pulse (selective excitation RF pulse 310).

例えば、当初、選択励起RFパルス310のフリップ角がαと設定されている場合、第一の2帯域励起RFパルス311および第二の2帯域励起RFパルス312のフリップ角は、それぞれα/2とする。   For example, when the flip angle of the selective excitation RF pulse 310 is initially set to α, the flip angles of the first two-band excitation RF pulse 311 and the second two-band excitation RF pulse 312 are respectively α / 2 and To do.

本実施形態のパルスシーケンス300では、第一の2帯域励起RFパルス311、第二の2帯域励起RFパルス312、2回のスライス選択傾斜磁場パルス320の印加により、目的スライスを励起後、エコー計測部360により、通常のイメージング通り、位相エンコードパルス330および周波数エンコードパルス340を印加し、エコー信号350を取得する。   In the pulse sequence 300 of the present embodiment, the first two-band excitation RF pulse 311, the second two-band excitation RF pulse 312, and two slice selection gradient magnetic field pulses 320 are applied to excite the target slice, and then echo measurement is performed. The unit 360 applies the phase encode pulse 330 and the frequency encode pulse 340 as in normal imaging, and acquires the echo signal 350.

[励起されるスライス位置]
上記パルスシーケンス300のスライス選択部301の選択励起RFパルス310とスライス選択傾斜磁場320とによる目的スライスの励起の様子を、図4を用いて、具体的に説明する。ここでは、第一の物質を水、第二の物質を脂肪として説明する。
[Excited slice position]
A state of excitation of the target slice by the selective excitation RF pulse 310 and the slice selection gradient magnetic field 320 of the slice selection unit 301 of the pulse sequence 300 will be specifically described with reference to FIG. Here, the first substance will be described as water and the second substance as fat.

目的とするスライス位置をZ2とする。また、第一の2帯域励起RFパルス311および第二の2帯域励起RFパルス312の励起強度は、ともに、α/2とし、第二の2帯域励起RFパルス312は、RFパルス02を、位相を反転させて重ねあわせたものとする。   Let the target slice position be Z2. The excitation intensity of the first two-band excitation RF pulse 311 and the second two-band excitation RF pulse 312 are both α / 2, and the second two-band excitation RF pulse 312 Are reversed and superimposed.

まず、第一の2帯域励起RFパルス311が印加される。ここで、第一の2帯域励起RFパルス311は、目的とするスライス位置(目的スライス)Z2の水をα/2だけ励起するRFパルス01と、目的スライスZ2の脂肪をα/2だけ励起するRFパルス02とを加算したものである。従って、まず、これらの位置の水と脂肪とが、それぞれ、α/2だけ励起される(411、422)。なお、以下、本図において、411〜425は、励起位置(横軸方向)およびフリップ角(縦軸方向)を模式的に示す。   First, the first two-band excitation RF pulse 311 is applied. Here, the first two-band excitation RF pulse 311 excites the water of the target slice position (target slice) Z2 by α / 2 and the fat of the target slice Z2 by α / 2. The RF pulse 02 is added. Therefore, first, water and fat at these positions are excited by α / 2, respectively (411, 422). In the following, in this figure, 411 to 425 schematically indicate the excitation position (horizontal axis direction) and the flip angle (vertical axis direction).

第一の2帯域励起RFパルス311のRFパルス01により、目的スライスZ2より、ΔZだけ変位した位置Z1の脂肪もα/2だけ励起される(421)。また、RFパルス02により、目的とするスライス位置Z2より、脂肪とは逆方向にΔZだけ変位した位置Z3の水もα/2だけ励起される(412)。   By the RF pulse 01 of the first two-band excitation RF pulse 311, the fat at the position Z1 displaced by ΔZ is also excited by α / 2 from the target slice Z2 (421). Also, the RF pulse 02 excites the water at the position Z3 displaced by ΔZ in the opposite direction to the fat from the target slice position Z2 by α / 2 (412).

なお、スライス位置Z1とスライス位置Z2との中心間の距離ΔZと、スライス位置Z2とスライス位置Z3との中心間の距離ΔZとは等しく、水と脂肪との共鳴周波数差ΔFによる励起位置の差に等しい。   The distance ΔZ between the centers of the slice position Z1 and the slice position Z2 is equal to the distance ΔZ between the centers of the slice position Z2 and the slice position Z3, and the difference in excitation position due to the resonance frequency difference ΔF between water and fat. be equivalent to.

次に、Δt経過後、第二の2帯域励起RFパルス312が印加される。第二の2帯域励起RFパルス312は、RFパルス02の位相をπだけ変化させて重ねあわせている。従って、第二の2帯域励起RFパルス312のRFパルス01により、目的スライスZ2の水がさらにα/2だけ励起され(413)、同RFパルス02により、ΔZだけ変位した位置Z3の水が逆向きにα/2だけ励起される(414)。   Next, after Δt has elapsed, the second two-band excitation RF pulse 312 is applied. The second two-band excitation RF pulse 312 is overlapped by changing the phase of the RF pulse 02 by π. Therefore, the water of the target slice Z2 is further excited by α / 2 by the RF pulse 01 of the second two-band excitation RF pulse 312 (413), and the water at the position Z3 displaced by ΔZ is reversed by the RF pulse 02. Excited by α / 2 in the direction (414).

また、脂肪についても同様に、第二の2帯域励起RFパルス312のRFパルス01により、目的スライスZ2からΔZだけ変位した位置Z1の脂肪がα/2だけ励起され(423)、同RFパルス02により、目的スライスZ2の脂肪が逆向きにα/2だけ励起される(424)。   Similarly, the fat at the position Z1 displaced by ΔZ from the target slice Z2 is excited by α / 2 by the RF pulse 01 of the second two-band excitation RF pulse 312 (423). Thus, the fat of the target slice Z2 is excited by α / 2 in the opposite direction (424).

ただし、上述のように、第一の2帯域励起RFパルス311の印加から、第二の2帯域励起RFパルス312の印加までの間(Δt)に、脂肪の横磁化と水の横磁化との位相差はπの奇数倍となっているため、水の励起を基準に考えると、脂肪については、第二の2帯域励起RFパルス312のRFパルス01により、位置Z1において逆向きにα/2だけ励起され(423)、同RFパルス02により、目的スライスZ2の脂肪が同位置の水と同方向にさらにα/2だけ励起される(424)。   However, as described above, between the application of the first two-band excitation RF pulse 311 and the application of the second two-band excitation RF pulse 312 (Δt), the transverse magnetization of fat and the transverse magnetization of water Since the phase difference is an odd multiple of π, when considering water excitation as a reference, the fat is α / 2 in the reverse direction at the position Z1 by the RF pulse 01 of the second two-band excitation RF pulse 312. The fat of the target slice Z2 is further excited by α / 2 in the same direction as the water at the same position by the same RF pulse 02 (424).

その結果、目的スライスZ2については、水、脂肪ともに一定方向に倒され続け、αだけ励起され(415、425)、その他の位置Z1、Z3については、水、脂肪ともに、励起毎に位相が反転し、正味のフリップ角が0となり、打ち消される(426、417)。   As a result, for the target slice Z2, both water and fat continue to be tilted in a certain direction, and only α is excited (415, 425), and for the other positions Z1 and Z3, the phase is inverted at every excitation for both water and fat. The net flip angle becomes 0 and is canceled (426, 417).

[磁化の動き]
上記パルスシーケンス300による、各スライス位置Z1、Z2,Z3の磁化の動きを、図5(a)、図5(b)、図6(a)および図6(b)を用いて説明する。ここでは、選択励起RFパルス310のフリップ角は90度に設定されているものとする。すなわち、第一の2帯域励起RFパルス311および第二の2帯域励起RFパルス312のフリップ角は、それぞれ、45度とする。
[Movement of magnetization]
The movement of magnetization at each slice position Z1, Z2, and Z3 by the pulse sequence 300 will be described with reference to FIGS. 5 (a), 5 (b), 6 (a), and 6 (b). Here, it is assumed that the flip angle of the selective excitation RF pulse 310 is set to 90 degrees. That is, the flip angles of the first two-band excitation RF pulse 311 and the second two-band excitation RF pulse 312 are 45 degrees, respectively.

また、第一の2帯域励起RFパルス311と第二の2帯域励起RFパルス312との印加間隔Δtの間に、水の横磁化は、2π回転し、脂肪の横磁化はπ回転するものとする。さらに、第二の2帯域励起RFパルス312において、RFパルス02の位相が反転されるものとする。また、静磁場方向をz軸方向とする。また、これらの図では、スライス位置Z1の共鳴周波数を基準にした回転系で磁化を表す。   In addition, during the application interval Δt between the first two-band excitation RF pulse 311 and the second two-band excitation RF pulse 312, the transverse magnetization of water is rotated by 2π, and the transverse magnetization of fat is rotated by π. To do. Furthermore, it is assumed that the phase of the RF pulse 02 is reversed in the second two-band excitation RF pulse 312. The static magnetic field direction is the z-axis direction. In these figures, the magnetization is represented by a rotating system based on the resonance frequency at the slice position Z1.

まず、目的スライスZ2の、水および脂肪の磁化の動きをそれぞれ説明する。   First, the movement of water and fat magnetization in the target slice Z2 will be described.

図5(a)に示すように、目的スライスZ2内の水の磁化511は、最初、z軸方向を向いている。ここで、第一の2帯域励起RFパルス311が印加されると、そのRFパルス01により、45度励起される(512)。その後、Δtの間に、横磁化が2π回転する(513)。次に第二の2帯域励起RFパルス312が印加されると、RFパルス01により、さらに45度励起され、その結果、最初の状態から90度倒された状態となる(514)。   As shown in FIG. 5A, the magnetization 511 of water in the target slice Z2 is initially directed in the z-axis direction. Here, when the first two-band excitation RF pulse 311 is applied, it is excited by 45 degrees by the RF pulse 01 (512). Thereafter, the transverse magnetization rotates by 2π during Δt (513). Next, when the second two-band excitation RF pulse 312 is applied, the RF pulse 01 further excites 45 degrees, and as a result, the state is tilted 90 degrees from the initial state (514).

図5(b)に示すように、目的スライスZ2内の脂肪の磁化521は、最初、z軸方向を向いている。ここで、第一の2帯域励起RFパルス311が印加されると、RFパルス02により45度励起される(522)。その後、Δtの間に、横磁化がπ回転する(523)。次に、第二の2帯域励起RFパルス312が印加されると、位相がπだけ反転されたRFパルス02により、さらに45度倒され、その結果、最初の状態から90度倒された状態となる(425)。   As shown in FIG. 5B, the fat magnetization 521 in the target slice Z2 is initially oriented in the z-axis direction. Here, when the first two-band excitation RF pulse 311 is applied, it is excited 45 degrees by the RF pulse 02 (522). Thereafter, the transverse magnetization rotates by π during Δt (523). Next, when the second two-band excitation RF pulse 312 is applied, the RF pulse 02 whose phase is inverted by π is further tilted 45 degrees, and as a result, the state is tilted 90 degrees from the initial state. (425).

また、図6(a)に示すように、スライスZ3内の水の磁化531は、最初、z軸方向を向いている。ここで、第一の2帯域励起RFパルス311が印加されると、そのRFパルス02により、45度励起される(532)。その後、Δtの間に、横磁化が2π回転する(533)。次に第二の2帯域励起RFパルス312が印加されると、位相がπだけ反転されたRFパルス02により、z軸方向に45度戻され、その結果、最初の状態に戻る(534)。   As shown in FIG. 6A, the magnetization 531 of the water in the slice Z3 is initially directed in the z-axis direction. Here, when the first two-band excitation RF pulse 311 is applied, it is excited 45 degrees by the RF pulse 02 (532). Thereafter, the transverse magnetization rotates 2π during Δt (533). Next, when the second two-band excitation RF pulse 312 is applied, the RF pulse 02 whose phase is inverted by π is returned 45 degrees in the z-axis direction, and as a result, the initial state is restored (534).

図6(b)に示すように、スライスZ1内の脂肪の磁化541は、最初、z軸方向を向いている。ここで、第一の2帯域励起RFパルス311が印加されると、RFパルス01により45度励起される(542)。その後、Δtの間に、横磁化がπ回転する(543)。次に第二の2帯域励起RFパルス312が印加されると、位相πだけ反転されたRFパルス02により、z軸方向に45度戻され、その結果、最初の状態に戻る(544)。   As shown in FIG. 6B, the fat magnetization 541 in the slice Z1 is initially oriented in the z-axis direction. Here, when the first two-band excitation RF pulse 311 is applied, it is excited 45 degrees by the RF pulse 01 (542). Thereafter, the transverse magnetization rotates by π during Δt (543). Next, when the second two-band excitation RF pulse 312 is applied, the RF pulse 02 inverted by the phase π is returned 45 degrees in the z-axis direction, and as a result, the initial state is restored (544).

以上説明したように、本実施形態のMRI装置100は、所定のパルスシーケンス300に従って各部を制御して計測を行う計測制御部を備え、前記パルスシーケンス300は、目的とするスライス位置である目的スライスを選択するスライス選択部301を備え、前記スライス選択部301は、選択励起RFパルス310と、スライス選択傾斜磁場パルス320とを備え、前記選択励起RFパルス310は、所定の印加間隔で2回印加される、2帯域励起RFパルス311、312を備える。   As described above, the MRI apparatus 100 according to the present embodiment includes the measurement control unit that performs measurement by controlling each unit according to the predetermined pulse sequence 300, and the pulse sequence 300 is a target slice that is a target slice position. The slice selection unit 301 includes a selective excitation RF pulse 310 and a slice selection gradient magnetic field pulse 320, and the selective excitation RF pulse 310 is applied twice at a predetermined application interval. Two-band excitation RF pulses 311 and 312 are provided.

前記各2帯域励起RFパルス311、312は、前記スライス選択傾斜磁場パルス320とともに印加することにより前記目的スライスの第一の物質の磁化を励起する第一のRFパルス01と、前記スライス選択傾斜磁場パルス320とともに印加することにより前記目的スライスの、前記第一の物質とは共鳴周波数が異なる第二の物質の磁化を励起する第二のRFパルス02とを、加算することにより得られる。   The two-band excitation RF pulses 311 and 312 are applied together with the slice selective gradient magnetic field pulse 320 to excite the magnetization of the first substance of the target slice, and the slice selective gradient magnetic field. It is obtained by adding together with a second RF pulse 02 which excites the magnetization of a second substance having a resonance frequency different from that of the first substance in the target slice by applying with the pulse 320.

また、前記第一のRFパルス01および前記第二のRFパルス02の位相は、前記目的スライス以外の励起時に、前記第一の物質の磁化および前記第二の物質の磁化が、印加回毎に交互に反転するよう決定され、前記2回印加される各2帯域励起RFパルス311、312の振幅比は、2項分布に従うよう設定される。   In addition, the phases of the first RF pulse 01 and the second RF pulse 02 are determined so that the magnetization of the first substance and the magnetization of the second substance are applied each time the excitation is performed except for the target slice. The amplitude ratio of each of the two-band excitation RF pulses 311 and 312 that are determined to be inverted alternately and applied twice is set to follow a binomial distribution.

このように、本実施形態によれば、スライス選択のために印加する、選択励起RFパルス310を工夫することにより、共鳴周波数が異なる2つの物質のプロトンを、目的のスライス位置についてのみ励起することができる。このため、共鳴周波数が異なることに起因して目的外のスライスが励起されることがない。   Thus, according to the present embodiment, by devising the selective excitation RF pulse 310 applied for slice selection, protons of two substances having different resonance frequencies can be excited only for the target slice position. Can do. For this reason, unintended slices are not excited due to different resonance frequencies.

従って、本実施形態によれば、複数回の撮像や後処理無しで、高精度に所望のスライスからのデータを取得できる。よって、本実施形態によれば、撮影時間の延長を抑え、簡易な構成で、化学シフトによる励起スライスの位置ずれなしに、目的のスライスを選択励起できる。   Therefore, according to the present embodiment, data from a desired slice can be acquired with high accuracy without multiple imaging and post-processing. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to selectively excite a target slice with a simple configuration and without a displacement of the excitation slice due to a chemical shift while suppressing an increase in imaging time.

本実施形態によれば、高精度に目的スライスを励起できるため、目的外スライスからのデータの混入がなく、その分画質の精度が向上する。さらに、撮影時間の延長が少ないため、被検体への負担も少ない。さらに、複数回のデータ収集が不要であるため、複数回のデータ収集の間に被検体が動くことによるアーチファクトの発生もない。   According to the present embodiment, since the target slice can be excited with high accuracy, data from non-target slices is not mixed, and the accuracy of image quality is improved accordingly. Further, since the imaging time is not extended, the burden on the subject is small. Furthermore, since multiple data collections are not required, artifacts due to movement of the subject during multiple data collections do not occur.

<分割数の変形例>
なお、上記実施形態では、2周波数帯域RFパルスである選択励起RFパルス310を、第一の2帯域励起RFパルス311と第二の2帯域励起RFパルス312の2つに分割して印加する場合を例にあげて説明したが、分割数は2に限定されず、3以上であってもよい。この場合、分割した各2帯域励起RFパルスの強度(振幅)比は、2項分布に従う割合(値)とする。そして、分割した各2帯域励起RFパルスの合計強度が選択励起RFパルス310の目的フリップ角となるよう設定する。
<Modification of number of divisions>
In the above embodiment, the selective excitation RF pulse 310 that is a two-frequency band RF pulse is divided and applied to the first two-band excitation RF pulse 311 and the second two-band excitation RF pulse 312. However, the number of divisions is not limited to 2 and may be 3 or more. In this case, the intensity (amplitude) ratio of each divided two-band excitation RF pulse is a ratio (value) according to the binomial distribution. Then, the total intensity of the divided two-band excitation RF pulses is set to be the target flip angle of the selective excitation RF pulse 310.

例えば、3つの2帯域励起RFパルスに分割する場合、その強度比は、1:2:1とする。また、4つの2帯域励起RFパルスに分割する場合、その強度比は、1:3:3:1とする。   For example, when dividing into two two-band excitation RF pulses, the intensity ratio is 1: 2: 1. Further, when dividing into four two-band excitation RF pulses, the intensity ratio is set to 1: 3: 3: 1.

また、分割された各2帯域励起RFパルスは、それぞれ、上述のRFパルス01とRFパルス02とを加算して得る。このとき、奇数回目の印加時は、互いに同位相で、偶数回目の印加時は、互いに逆位相で加算する。なお、偶数回目の加算時は、目的スライスの、共鳴周波数が小さい方の物質を励起するRFパルス側の位相をπだけ反転させ、逆位相とする。   Each of the divided two-band excitation RF pulses is obtained by adding the RF pulse 01 and the RF pulse 02 described above. At this time, they are added in the same phase when odd-numbered times are applied, and are added in opposite phases when even-numbered times are applied. In addition, at the time of addition for the even number, the phase on the RF pulse side that excites the substance having the smaller resonance frequency in the target slice is inverted by π to obtain an opposite phase.

また、分割された各2帯域励起RFパルスは、上述のように、第一の物質の横磁化と第二の物質の横磁化とが逆位相(両物質の位相差がπの奇数倍)となる時間間隔Δtで印加する。   In addition, as described above, in each divided two-band excitation RF pulse, the transverse magnetization of the first substance and the transverse magnetization of the second substance are in opposite phases (the phase difference between the two substances is an odd multiple of π). Apply at time interval Δt.

なお、上述のように、この印加間隔Δtは、両物質の化学シフトの周波数差から算出する。従って、静磁場不均一性が十分に小さい場合は、実際に、このΔtの時間間隔で、第一の物質と第二の物質(例えば、水と脂肪)との位相差はちょうどπとなる。しかし、実際には、静磁場不均一性が存在するため、この時間間隔Δtで、両者の位相差はπにはならない。   As described above, the application interval Δt is calculated from the frequency difference between the chemical shifts of both substances. Therefore, when the static magnetic field inhomogeneity is sufficiently small, the phase difference between the first substance and the second substance (for example, water and fat) is actually π at the time interval of Δt. However, since there is actually a static magnetic field inhomogeneity, the phase difference between them does not become π at this time interval Δt.

選択励起RFパルス310の分割数をN(Nは2以上の整数)とすると、n=N−1と、静磁場不均一による位相誤差θとを用い、第一の物質(例えば、水)の信号強度Sは、以下の式(4)で表される。
S(θ)=|cos(θ)| ・・・(4)
従って、分割数を増やすほど、cos(θ)を乗じただけ、静磁場不均一に対する選択性が向上する。これは、分割数Nが増え、|cos(θ)|のべき数が大きくなるにつれ、S(θ)が矩形に近づき、静磁場不均一に対する耐性が高くなるためである。
When the number of divisions of the selective excitation RF pulse 310 is N (N is an integer of 2 or more), n = N−1 and the phase error θ due to the static magnetic field inhomogeneity are used, and the first substance (for example, water) The signal strength S is expressed by the following formula (4).
S (θ) = | cos n (θ) | (4)
Therefore, as the number of divisions is increased, the selectivity for static magnetic field inhomogeneity is improved by multiplying by cos (θ). This is because as the number of divisions N increases and the power of | cos (θ) | increases, S (θ) approaches a rectangle and resistance to static magnetic field inhomogeneity increases.

<変形例その2>
また、上記実施形態では、本実施形態の選択励起RFパルス310をスライス選択傾斜磁場320とともに用い、特定スライスを励起し、その後、任意のパルスシーケンスを用いて当該スライスの画像用データを取得する場合を例にあげて説明しているが、本実施形態の選択励起RFパルス310の利用は、これに限定されない。
<Modification 2>
Moreover, in the said embodiment, when the selective excitation RF pulse 310 of this embodiment is used with the slice selection gradient magnetic field 320, a specific slice is excited, and the image data of the said slice is acquired using arbitrary pulse sequences after that. However, the use of the selective excitation RF pulse 310 of the present embodiment is not limited to this.

本実施形態の選択励起RFパルス310は、スライス選択傾斜磁場パルス320とともに用い、任意のパルスシーケンスにおいて選択領域からの信号を抑えるプリサチレーションとして使用してもよい。   The selective excitation RF pulse 310 of the present embodiment may be used together with the slice selective gradient magnetic field pulse 320 and used as pre-saturation for suppressing a signal from the selected region in an arbitrary pulse sequence.

この場合、例えば、本実施形態の選択励起RFパルス310をスライス選択傾斜磁場320とともに用い、特定のスライスを励起した後、傾斜磁場パルス等を用いて、横磁化をスポイルする。これにより、このスライスからの信号を抑える。   In this case, for example, the selective excitation RF pulse 310 of this embodiment is used together with the slice selection gradient magnetic field 320, and after exciting a specific slice, the transverse magnetization is spoiled using the gradient magnetic field pulse or the like. This suppresses the signal from this slice.

なお、本実施形態の選択励起RFパルス310をプリサチュレーションパルスとして用いることにより、広く一般に利用されているように、体動や拍動アーチファクトの除去、血流信号の抑制による血行動態の把握などに用いることができる。   In addition, by using the selective excitation RF pulse 310 of the present embodiment as a presaturation pulse, for widely grasping hemodynamics by removing body movements and pulsation artifacts and suppressing blood flow signals as widely used in general. Can be used.

<物質種>
なお、上記実施形態および変形例では、第一の物質を水、第二の物質を脂肪とする場合を例にあげて説明したが、第一の物質、第二の物質は、これに限定されない。共鳴周波数が異なる物質であればよい。
<Substance species>
In the above embodiment and the modification, the case where the first substance is water and the second substance is fat has been described as an example, but the first substance and the second substance are not limited to this. . Any substance having a different resonance frequency may be used.

また、上記実施形態および変形例では、共鳴周波数が異なる2つの物質について、目的スライス位置を高精度に励起する場合を例にあげて説明した。例えば、共鳴周波数が異なる物質が3つの場合、その中で、化学シフト差の小さい2つの物質について、その平均の共鳴周波数を用いることで、物質が2つの場合と同様の処理を適用し、目的スライス位置を高精度に励起できる場合もある。   Further, in the above embodiment and the modification, the case where the target slice position is excited with high accuracy has been described as an example for two substances having different resonance frequencies. For example, when there are three substances having different resonance frequencies, the same processing as in the case of two substances is applied to two substances having a small chemical shift difference by using the average resonance frequency. In some cases, the slice position can be excited with high accuracy.

100:MRI装置、101:被検体、120:静磁場発生部、130:傾斜磁場発生部、131:傾斜磁場コイル、132:傾斜磁場電源、140:シーケンサ、150:送信部、151:送信コイル、152:高周波発振器、153:変調器、154:高周波増幅器、160:受信部、161:受信コイル、162:信号増幅器、163:直交位相検波器、164:D変換器、170:制御処理部、171:CPU、172:記憶装置、173:表示装置、174:入力装置、200:従来のパルスシーケンス、210:選択励起RFパルス、220:スライス選択傾斜磁場、220:傾斜磁場、300:パルスシーケンス、301:スライス選択部、310:選択励起RFパルス、311:2帯域励起RFパルス、312:2帯域励起RFパルス、320:スライス選択傾斜磁場パルス、330:位相エンコードパルス、340:周波数エンコードパルス、350:エコー信号、360:エコー計測部、411:第一の2帯域励起RFパルスのRFパルス01による水の励起スライス位置、412:第一の2帯域励起RFパルスのRFパルス02による水の励起スライス位置、413:第二の2帯域励起RFパルスのRFパルス01による水の励起スライス位置、414:第二の2帯域励起RFパルスのRFパルス02による水の励起スライス位置、415:選択励起RFパルスによる水の励起スライス位置、417:目的スライス外の水の励起態様、421:第一の2帯域励起RFパルスのRFパルス01による脂肪の励起スライス位置、422:第一の2帯域励起RFパルスのRFパルス02による脂肪の励起スライス位置、423:第二の2帯域励起RFパルスのRFパルス01による脂肪の励起スライス位置、424:第二の2帯域励起RFパルスのRFパルス02による脂肪の励起スライス位置、425:選択励起RFパルスによる脂肪の励起スライス位置、426:目的スライス外の脂肪の励起態様、511:目的スライスの水の磁化、512:目的スライスの水の磁化、513:目的スライスの水の磁化、514:目的スライスの水の磁化、521:目的スライスの脂肪の磁化、522:目的スライスの脂肪の磁化、523:目的スライスの脂肪の磁化、524:目的スライスの脂肪の磁化、531:目的スライス外の水の磁化、532:目的スライス外の水の磁化、533:目的スライス外の水の磁化、534:目的スライス外の水の磁化、541:目的スライス外の脂肪の磁化、542:目的スライス外の脂肪の磁化、543:目的スライス外の脂肪の磁化、544:目的スライス外の脂肪の磁化 100: MRI apparatus, 101: subject, 120: static magnetic field generation unit, 130: gradient magnetic field generation unit, 131: gradient magnetic field coil, 132: gradient magnetic field power supply, 140: sequencer, 150: transmission unit, 151: transmission coil, 152: High-frequency oscillator, 153: Modulator, 154: High-frequency amplifier, 160: Receiver, 161: Receiver coil, 162: Signal amplifier, 163: Quadrature detector, 164: D converter, 170: Control processor, 171 : CPU, 172: storage device, 173: display device, 174: input device, 200: conventional pulse sequence, 210: selective excitation RF pulse, 220: slice selective gradient magnetic field, 220: gradient magnetic field, 300: pulse sequence, 301 : Slice selection unit, 310: selective excitation RF pulse, 311: two-band excitation RF pulse, 312: two-band excitation F pulse, 320: slice selective gradient magnetic field pulse, 330: phase encode pulse, 340: frequency encode pulse, 350: echo signal, 360: echo measurement unit, 411: water by RF pulse 01 of the first two-band excitation RF pulse 412: excitation slice position of water by RF pulse 02 of the first two-band excitation RF pulse, 413: excitation slice position of water by RF pulse 01 of the second two-band excitation RF pulse, 414: first Excitation slice position of water by RF pulse 02 of two two-band excitation RF pulses, 415: Excitation slice position of water by selective excitation RF pulse, 417: Excitation mode of water outside target slice, 421: First two-band excitation Excitation slice position of fat by RF pulse 01 of RF pulse 422: first two-band excitation RF path Excitation position of fat by RF pulse 02 of the pulse 423: Excitation slice position of fat by the RF pulse 01 of the second two-band excitation RF pulse 424: Fat fat slice by the RF pulse 02 of the second two-band excitation RF pulse Excitation slice position, 425: Excitation position of fat by selective excitation RF pulse, 426: Excitation mode of fat outside target slice, 511: Magnetization of water in target slice, 512: Magnetization of water in target slice, 513: Target slice 514: magnetization of water in the target slice, 521: magnetization of fat in the target slice, 522: magnetization of fat in the target slice, 523: magnetization of fat in the target slice, 524: magnetization of fat in the target slice, 531: Magnetization of water outside the target slice, 532: Magnetization of water outside the target slice, 533: Magnetism of water outside the target slice 534: magnetization of water outside the target slice, 541: magnetization of fat outside the target slice, 542: magnetization of fat outside the target slice, 543: magnetization of fat outside the target slice, 544: fat magnetization outside the target slice Magnetization

Claims (9)

所定のパルスシーケンスに従って各部を制御して計測を行う計測制御部を備え、
前記パルスシーケンスは、目的とするスライス位置である目的スライスを選択するスライス選択部を備え、
前記スライス選択部は、選択励起RFパルスと、スライス選択傾斜磁場パルスとを備え、
前記選択励起RFパルスは、所定の印加間隔で複数回印加される、2帯域励起RFパルスを備え、
前記各2帯域励起RFパルスは、前記スライス選択傾斜磁場パルスとともに印加することにより前記目的スライスの第一の物質の磁化を励起する第一のRFパルスと、前記スライス選択傾斜磁場パルスとともに印加することにより前記目的スライスの、前記第一の物質とは共鳴周波数が異なる第二の物質の磁化を励起する第二のRFパルスとを、加算した波形を有し、
前記第一のRFパルスおよび前記第二のRFパルスの位相は、前記目的スライス以外の励起時に、前記第一の物質の磁化および前記第二の物質の磁化が、印加回毎に交互に反転するよう決定され、
前記複数回印加される各2帯域励起RFパルスの振幅比は、2項分布に従うよう設定されること
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
A measurement control unit that performs measurement by controlling each unit according to a predetermined pulse sequence,
The pulse sequence includes a slice selection unit that selects a target slice that is a target slice position,
The slice selection unit includes a selective excitation RF pulse and a slice selection gradient magnetic field pulse,
The selective excitation RF pulse includes a two-band excitation RF pulse applied a plurality of times at a predetermined application interval,
Each of the two-band excitation RF pulses is applied together with the slice selective gradient magnetic field pulse, the first RF pulse for exciting the magnetization of the first substance of the target slice, and the slice selective gradient magnetic field pulse. And having a waveform obtained by adding a second RF pulse for exciting the magnetization of a second substance having a resonance frequency different from that of the first substance in the target slice,
The phases of the first RF pulse and the second RF pulse are such that the magnetization of the first substance and the magnetization of the second substance are alternately reversed at each application time during excitation other than the target slice. Determined
The magnetic resonance imaging apparatus, wherein an amplitude ratio of each of the two-band excitation RF pulses applied a plurality of times is set to follow a binomial distribution.
請求項1記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記第一のRFパルスと前記第二のRFパルスとは、奇数回目の印加時は、互いに同位相で、偶数回目の印加時は、互いに逆位相で加算され、
前記印加間隔は、前記第一の物質の横磁化と前記第二の物質の横磁化とが逆位相となる時間間隔であること
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
The magnetic resonance imaging apparatus according to claim 1,
The first RF pulse and the second RF pulse are added in the same phase at the time of odd-numbered application and in the opposite phase at the time of even-numbered application,
The magnetic resonance imaging apparatus, wherein the application interval is a time interval in which the transverse magnetization of the first substance and the transverse magnetization of the second substance are in opposite phases.
請求項2記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記2帯域励起RFパルスの偶数回目の印加時は、前記第一のRFパルスと前記第二のRFパルスのうち、前記目的スライスにおいて、前記第一の物質と前記第二の物質とのうち、共鳴周波数の小さい物質を励起する方のRFパルスの位相を反転させて加算すること
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
The magnetic resonance imaging apparatus according to claim 2,
During the even-numbered application of the two-band excitation RF pulse, among the first RF pulse and the second RF pulse, among the first substance and the second substance in the target slice, A magnetic resonance imaging apparatus characterized in that the phase of an RF pulse for exciting a substance having a low resonance frequency is inverted and added.
請求項2または3記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記印加間隔は、前記第一の物質と前記第二の物質との共鳴周波数差に残留磁場を加算することにより算出されること
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
The magnetic resonance imaging apparatus according to claim 2 or 3,
The application interval is calculated by adding a residual magnetic field to a resonance frequency difference between the first substance and the second substance.
請求項1から4いずれか1項記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記複数回印加される各2帯域励起RFパルスの振幅は、全当該2帯域励起RFパルスの振幅の合計が前記選択励起RFパルスに設定されるフリップ角の値となるよう設定されること
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
The magnetic resonance imaging apparatus according to any one of claims 1 to 4,
The amplitude of each of the two-band excitation RF pulses applied a plurality of times is set such that the sum of the amplitudes of all the two-band excitation RF pulses becomes a value of a flip angle set in the selective excitation RF pulse. Magnetic resonance imaging apparatus.
請求項1から5いずれか1項記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記パルスシーケンスは、前記スライス選択部の後に、前記目的スライスから生じるエコー信号を計測するエコー計測部を備えること
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
The magnetic resonance imaging apparatus according to any one of claims 1 to 5,
The pulse sequence includes an echo measurement unit that measures an echo signal generated from the target slice after the slice selection unit.
請求項1から5いずれか1項記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記パルスシーケンスは、前記スライス選択部の後に、前記目的スライスの磁化をスポイルするスポイル部を備えること
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
The magnetic resonance imaging apparatus according to any one of claims 1 to 5,
2. The magnetic resonance imaging apparatus according to claim 1, wherein the pulse sequence includes a spoil unit that spoils the magnetization of the target slice after the slice selection unit.
請求項1から7いずれか1項記載の磁気共鳴イメージング装置であって、
前記第一の物質は、水であり、
前記第二の物質は、脂肪であること
を特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
The magnetic resonance imaging apparatus according to any one of claims 1 to 7,
The first substance is water;
The magnetic resonance imaging apparatus, wherein the second substance is fat.
所定の印加間隔で、複数回、スライス選択傾斜磁場パルスとともに、2帯域励起RFパルスを印加することにより所望のスライスを選択励起し、
前記各2帯域励起RFパルスは、前記スライス選択傾斜磁場パルスとともに印加することにより前記目的スライスの第一の物質の磁化を励起する第一のRFパルスと、前記スライス選択傾斜磁場パルスとともに印加することにより前記目的スライスの、前記第一の物質とは共鳴周波数が異なる第二の物質の磁化を励起する第二のRFパルスとを、加算した波形を有し、
前記第一のRFパルスおよび前記第二のRFパルスの位相は、前記目的スライス以外の励起時に、前記第一の物質の横磁化および前記第二の物質の横磁化の位相と、印加回毎に交互に逆位相となるよう決定され、
前記複数回印加される各2帯域励起RFパルスの振幅比は、2項分布に従うよう設定されること
を特徴とするスライス選択励起方法。
Selectively excite a desired slice by applying a two-band excitation RF pulse together with a slice selective gradient magnetic field pulse a plurality of times at a predetermined application interval,
Each of the two-band excitation RF pulses is applied together with the slice selective gradient magnetic field pulse, the first RF pulse for exciting the magnetization of the first substance of the target slice, and the slice selective gradient magnetic field pulse. And having a waveform obtained by adding a second RF pulse for exciting the magnetization of a second substance having a resonance frequency different from that of the first substance in the target slice,
The phases of the first RF pulse and the second RF pulse are determined in accordance with the phase of the transverse magnetization of the first substance and the transverse magnetization of the second substance at the time of application at the time of excitation other than the target slice. Alternately determined to have opposite phases,
The slice selective excitation method, wherein an amplitude ratio of each of the two-band excitation RF pulses applied a plurality of times is set to follow a binomial distribution.
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