JP3197635B2 - Mri装置 - Google Patents
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Description
して物体の断面等を撮影するMRI装置に関するもので
ある。詳しくは、1つの励起に対して複数の反転RFパ
ルスと複数の位相エンコードを与えて複数のエコー(マ
ルチエコー)を得ることにより短時間でスキャンを終え
ることができるRARE(Fast SE)法を用いた
MRI装置に関するものである。
装置を図4を参照して説明する。図において、201は
z軸の方向(xyzは静磁場の方向をz軸とし、静磁場
方向を軸としてラーモア周波数で回転する回転座標系を
示す。)を向いている所望のスライス内の磁気モーメン
トをx軸の周りにα(例えばπ/2)だけ回転させる励
起パルスを示す。211〜214はα回転した磁気モー
メントをz軸と直交する軸の周りにπだけ回転させる反
転パルスを示す。221〜224は反転パルスと図示し
ない勾配磁場によって得られ、スライス内の位置に応じ
て位相エンコードされた複数(この場合では4つ)のス
ピンエコー信号である。このFast SEでは、反転
パルス211〜214の不完全さ(回転角のπからのず
れ)が積算されて2番目以降のエコーが小さくなってし
まうのを防ぐために、反転パルス211〜214の位相
を励起パルス201の位相に対してπ/2だけずれた一
定の位相に定めるCPMG(Carr−Purcell
−Meiboom−Gill)を用いたり、反転パルス
211〜214の位相を励起パルス201の位相に対し
て同位相と逆位相が交互になるように定めるCP(Ca
rr−Purcell)を用いている。
スの周期(例えば600msec)を示し、データ収集
にかかる区間Aと、磁気モーメントの緩和を待つ区間B
からなる。そして、スライス内の位置に応じた他の位相
エンコードの信号を得るためTRのサイクルを繰り返
す。更に、同じ測定を複数回繰り返しその加算平均を採
ることによって、SN比を上げている。
区間A(例えば100msec)に比べ、磁気モーメン
トの緩和を待つ区間B(例えば500msec)が比較
的に長い。そこで、スキャンのスループットを上げるた
め、TRの中の緩和待ちの区間Bに他のスライスにおけ
るデータ収集の区間Aを挿入するようにして、タイミン
グをずらしながら複数のスライスを並行してスキャンす
るマルチスライススキャンが行われている。
t SEでは、スキャン時間は短いものの、複数のエコ
ー信号を用いるため、1つのエコーでスキャンするもの
に比べてデータ収集にかかる区間Aが長く必要である。
そのため、緩和待ちの区間Bに多くのスライスをスキャ
ンすることができず、TRの時間内にスキャン可能なス
ライス枚数が少ないという問題があり、スキャンのスル
ープットが良くなく、マルチエコーを使用したスキャン
の高速性を充分に生かすことができなかった。
ー信号を測定するものにおいて、スライス位置に応じて
異なる周波数を持つ信号成分の合成によってN枚のスラ
イスを同時に励起し、励起信号に含まれるN個の信号成
分に所定の位相を与えることによって、各スライスにス
ライス位置に応じたエンコード位相を与え、一連のスキ
ャンを位相量を変えた一連の励起波形により行い各スラ
イス位置におけるデータを得るPOMP(Phase
Offset Multi−Planar)あるいはH
adamard encodingがある。これは、ス
キャンをN回分行う必要があるが、そのため、POMP
あるいはHadamard encodingを使用し
ない通常のスキャンにおいてN回の加算平均を行って得
たイメージと同等のSN比を持つイメージが同じスキャ
ン時間で得られ、しかも、スライス枚数はN倍となる。
(但し、Hadamard encodingの場合
は、Nは2のべき乗に限定される)
damard encodingは励起パルスによって
各スライスにそれぞれ異なる所定のエンコード位相が与
えられているので、CPMGやCPの条件(反転パルス
の不完全さを積算しないような条件)を満たす必要があ
るFast SEには適用できなかった。
の目的は、Fast SEにおいて同時にスキャンでき
るスライス枚数を増やすことができるMRI装置を実現
することにあり、更に、具体的には、Fast SEに
おけるCPやCPMGの条件を達成しながら同時にPO
MPあるいはHadamard encodingの適
用を可能にしたMRI装置を実現することにある。
複数のスライスを選択的に励起すると共に各スライスに
対して所定のエンコード位相を与える励起手段と、前記
各スライスを選択的に反転する周波数を有する信号成分
であって、各スライスにおける反転パルスの不完全さを
積算しない条件を満たす位相を有する各信号成分を合成
した反転パルスを、前記励起手段による励起の後に複数
回印加する反転手段と、前記反転手段による複数の各反
転パルスの印加の後にそれぞれ発生する複数のスライス
からのエコー信号を検出する検出手段と、検出されたエ
コー信号に対して前記エンコード位相に基づいた処理を
して画像再構成する再構成手段を備えた構成になってい
る。
イスを選択的に反転し各スライス毎に所望の位相で反転
することができ、反転パルスの不完全さを積算しない条
件を複数のスライスにおいてそれぞれ満たすことができ
る。
て詳細に説明する。第1図は、本発明にかかるMRI装
置のハードウェアの一例を示す構成図である。マグネッ
トアセンブリ11は、内部に被検体を挿入するための空
間部分を有し、この空間部分を取巻くようにして、被検
体に一定の静磁場を印加する静磁場コイルと、勾配磁場
を発生するための勾配磁場コイルと、高周波RFパルス
を印加する送信コイルと、被検体からのNMRエコー信
号を検出する受信コイル等が配置されている。シーケン
ス記憶回路16は、計算機21からの指令に従って後述
するパルスシーケンスでフーリエ法に基づくスキャンデ
ータを収集するシーケンス信号を発生する手段を有し、
勾配磁場駆動回路13、RF発振回路18、送信部14
および受信部20を操作するようになっている。勾配磁
場駆動回路13はシーケンス記憶回路16からのタイミ
ング信号によって所望の波形の勾配磁場をマグネットア
ッセンブリ11の勾配磁場コイルから印加する。送信部
14は、シーケンス記憶回路16からのタイミング信号
によってRF発振回路18からの高周波信号を変調し増
幅し送信コイルから励起パルスや反転パルスを送信す
る。受信部20は、シーケンス記憶回路16からのタイ
ミング信号によってRF発振回路18からの基準信号を
受け、受信コイルで検出されたエコー信号を位相検波し
てディジタル変換して計算機21に入力する。計算機2
1は、操作コンソール22との間で情報の授受や種々の
スキャンシーケンスを実現するためにシーケンス記憶回
路16の動作の切替えやメモリの書替えをしたり、受信
部20からのデータを用いて画像再構成演算をするよう
になっている。
ケンス記憶回路16及びそこに記憶されたシーケンス情
報、RF発振回路18、送信部14、勾配磁場駆動回路
13等からなる。そして、励起手段だけでなく反転手段
も、共に、複数のスライス位置を選択的に励起または反
転する周波数とそれぞれ所望の位相を持つ複数の信号成
分の合成波形のRFパルスを送信可能に構成される。
スライスを同時に励起および反転する場合を図2を用い
て説明する。sinc関数で変調された中心周波数をも
つ波形31(これは勾配磁場の印加に伴って41で示す
スライス領域を励起または反転する)に対して周波数が
+w0及び−w0だけシフトした波形32,33を得
る。この波形はそれぞれ勾配磁場の印加に伴って、4
2,43で示すスライス領域を励起または反転する。こ
れら2つの波形32,33を位相差0(同位相)で合成
したRFパルス34は、44に示すように離れた2つの
スライスを同じ方向に同時に励起または反転する。ま
た、2つの波形32,33を位相差π(逆位相)で合成
したRFパルス35は、45に示すように離れた2つの
スライスを逆方向に同時に励起または反転する。従っ
て、励起だけでなく反転も各スライス毎に選択的に位相
を変えられるので、励起パルスによって各スライスにそ
れぞれ異なる所定のエンコード位相が与えられても、各
スライス毎に所望の位相信号成分の反転パルスを作用さ
せることができる。したがって、各スライスにおけるC
PMGやCPの条件(反転パルスの不完全さを積算しな
いような条件)を満たしながら反転パルスを印加するこ
とができる。
手段の反転パルスの位相の実施例をを図3を参照して詳
細に説明する。図において、101はz軸の方向を向い
ているスライス1,スライス2…のスライス内の磁気モ
ーメントを選択的に同時に励起し、x軸の周りにα(例
えばπ/2)だけ回転させる励起パルスを示す。スライ
スの選択は勾配磁場と励起パルスに含まれる信号成分の
周波数によってなされる。そして、その回転方向は、そ
れぞれのスライスを励起する信号成分の位相によって定
まり、各スライスにエンコード位相が与えられる。
スライス内の磁気モーメントに同時に作用し、磁気モー
メントをz軸と直交する軸の周りにπだけ回転させる反
転パルスを示す。反転パルス111〜114によるスラ
イスの選択は励起パルスと同様に信号成分の周波数と勾
配磁場によってなされる。そして、励起パルスと同様
に、反転パルスによる回転方向は、それぞれのスライス
を反転する信号成分の位相によって定まり、図3に示さ
れるように、励起パルスの信号成分の位相に従って所定
の関係で反転が行われる。
勾配磁場によって得られ、スライス内の位置に応じて位
相エンコードされた複数(この場合では4つ)のスピン
エコー信号である。但し、このエコー信号には位相エン
コードされた複数のスライスからの信号を含んでいる。
本発明のFast SEでは、各スライスにおいてそれ
ぞれCPMGやCPの条件(反転パルスの不完全さを積
算しない条件)を満たすように、反転パルスの位相を設
定しているので、反転パルス111〜114の不完全さ
による影響は積算されることはない。
1、πの反転パルス111〜114の下方の各スライス
の欄に示された値は、各スキャンにおいて励起及び反転
時に与えられるRFパルスの各信号成分の位相(すなわ
ち各スライスのエンコード位相)を示し、0はx軸の周
りの回転を示し、πはx軸の周りの逆回転であり、π/
2はx軸からπ/2の方向すなわちy軸の周りの回転で
あり、2π/3はx軸から2π/3の方向を軸とした回
転である。
を説明する。これは2枚のスライスに同時に選択的に作
用するものである。2つの周波数成分を有した励起パル
スの位相は、2つの信号成分の位相が互いに位相が1回
目のスキャンでは0、2回目のスキャンではπずれたも
のである。そして、2枚のスライスを同時に選択的に反
転する周波数成分を有した反転パルスの位相は、前記励
起パルスの位相に対してπ/2ずれており、各反転パル
ス111〜114の位相は全て等しい。このようにすれ
ば、2つのスライスの双方において反転パルス111〜
114の不完全さが積算されることはなく、マルチエコ
ーを正確に測定できる。この場合、この実施例では、位
相のずれの方向は正方向であったが、各反転パルス11
1〜114の位相が等しければ逆方向にπ/2だけずれ
ていてもよい。また、スライス1については常にπ/
2、スライス2については常に−π/2のように、スラ
イスによってずれの方向が異なっていてもよい。
ャンで得られた2組のデータに対してフーリエ変換(F
FT又はDFT)を施すことでスライス1とスライス2
の各々のデータに分離する。また、Hadamard
encoding法においては、1回目のスキャンで得
られたエコー信号112〜124からのデータと、2回
目のスキャンで得られたエコー信号112〜124から
のデータを加算すると、スライス1のデータが得られ、
減算するとスライス2のデータが得られる。
り、各スライスのデータは2回測定されることになる。
従って、フーリエ変換または加算、減算処理の結果は、
複数スライスを同時励起しない従来のFast SEに
おいて2回の測定を行って加算平均したものと同等の処
理になる。本願発明のこの実施例は、従来の2回加算平
均画像の撮影時間と同じ時間で、従来の2回加算平均で
得られた画像と同等のSN比が得られる。このときこの
実施例では、各信号成分の位相を特定の位相に設定して
その合成によって反転パルス111〜114を発生させ
ることによって複数のスライスを同時にスキャン可能と
なったので、通常の2倍の枚数のスライスが得られる。
尚、本発明の実施例でも、従来行っていたように、緩和
待ちの時間に更に他の複数のスライスの組を励起して並
行してスキャンできる。
ものを説明する。これは、(CPMG N=2)に示
されたもののうち、2回目のスキャンのスライス2に対
する位相を変えたものである。この実施例でも、(C
PMG N=2)に示したものと基本的にまったく同様
の効果を得ることが出来る。(CPMG N=2)に
示されたものは、全てのスキャンの全てスライスにおい
て、反転パルス111〜114の位相を励起パルス11
1の位相にπ/2を加算した位相(0+π/2=π/
2,π+π/2=3π/2すなわち−π/2)に設定す
るものである。
たものを説明する。これは2枚のスライスを同時に選択
的に励起するものである。2つの周波数成分を有した励
起パルスの位相は、上記CPMGの場合と同様である。
そして、2枚のスライスを選択的に反転する周波数成分
を有する反転パルスは第1の反転パルス111,113
と第2の反転パルス112,114を交互に印加するも
のでありその位相は次のようになっている。
実施例では、1回目のスキャンでは、スライス1、スラ
イス2の励起信号の位相を基準にすると、第1の反転パ
ルス111,113は各スライス共に同位相の信号成分
をもち、第2の反転パルス112,114は第1の反転
パルスに対して逆位相である。2回目のスキャンでは、
第1の反転パルス111,113はスライス1について
は同位相、スライス2については逆位相であり、第2の
反転パルス112,114は第1の反転パルスに対して
逆位相である。この場合も、2つのスライスの双方にお
いて反転パルスの不完全さが積算されることはなく、マ
ルチエコーを正確に測定できる。そして、(CPM
G)の場合と同様にエコー信号121〜124を処理
し、従来と比較して等しい時間で等しいSN比の画像を
2倍の枚数撮影することができる。この実施例では、1
回目と2回目のスキャンで反転パルスがまったく等しい
分シーケンス制御が簡単である。
ものを説明する。これは、(CPN=2)に示された
もののうち、2回目のスキャンのスライス2に対する位
相を変えたものである。この実施例でも、(CP N
=2)に示したものと基本的にまったく同様の効果を得
ることが出来る。(CP N=2)に示されたもの
は、1回目のスキャンのスライス2の反転パルスの位相
が、励起パルスの位相0に対して同位相0から始まって
いる。それに合わせて、2回目のスキャンのスライス2
の反転パルスの位相を、励起パルスの位相πに対して同
位相πから始めるものである。
ス111,113は励起パルス101のそれぞれの信号
成分の位相と同位相の信号成分を持つものであり、第2
の反転パルス112,114は第1の反転パルス11
1,113の逆位相である。この実施例では、1回目の
スキャンと2回目のスキャンで反転パルスの位相を変え
る必要がある。
を説明する。これは、(CP N=2)に示されたも
のにおいて、N=3として、3枚のスライスを同時に励
起するものである。この実施例では、RFパルス10
1,111〜114は各スライスに対応した3つの周波
数成分の合成波からなり、スキャン1,3において、励
起パルス111〜114も各信号成分の位相の違いによ
って3枚のスライスの磁気モーメントをxy面内の2π
/3づつ角度のずれた3軸の周りに回転させるものであ
る。反転パルスの位相は、図3の(CP N=2)の
ものと同様な原理で定められている。従って、各スライ
スの位置においてそれぞれ、反転パルスの不完全さの影
響が積算されることはなく、正しいマルチエコーが得ら
れる。
の撮影時間と同じ時間で、従来のスキャンの3回加算平
均で得られた画像と同等のSN比の画像が、3倍の枚数
のスライスが撮影可能である。尚、〜CPを用いた
ものでは、第1の反転パルス111,113と第2の反
転パルス112,114を入れ替えてもよい。
起するスライスの枚数Nは、2枚、3枚だけでなく、そ
れ以上の枚数でもよい。枚数が多ければ、スキャン終了
までの時間は掛かるが、その分多くのデータを使って画
像再構成をするので、SN比も上がる。そして、従来の
Fast SEで得られる同等のSN比の画像が等しい
撮影時間で2倍、3倍、・・・・N倍の枚数のスライス
が撮影可能である。
けるマルチスライス(緩和待ち時間に他のスライスのス
キャンを行うもの)と、本発明のFast SEにおけ
るマルチスライス(緩和待ち時間に他のスライスのスキ
ャンを行うものとPOMPの併用)の実例の実際の効果
を以下に示す。
コー信号を得るシーケンスで、256×256のマトリ
クスサイズのイメージを再構成する場合を説明する。F
ast SEを採用しない(マルチエコーを使用しな
い)スキャンでは、TRのサイクルを256×2=51
2回も繰り返す必要があるが、Fast SEを採用し
た場合は、従来例、本発明の双方共にTRのサイクルを
256/4×2=128回だけ繰り返せばよく、TR=
600msecの場合約80秒のスキャン時間があれば
よい。TRの中のデータ収集にかかる時間を100ms
ecとすると、緩和待ちの間を利用して6グループのス
キャンが並行して可能である。従って、この様なスキャ
ンを行うと、加算平均2回相当のSN比の画像(すなわ
ちN=2の場合)は、約80秒のスキャン時間で、従来
では6枚撮影できるのに対し、本発明では12枚撮影で
きる。
の画像(すなわちN=3の場合)は、約120秒のスキ
ャン時間で、従来では6枚撮影できるのに対し、本発明
の実施例では18枚のスライスが撮影できる。
を選択的に励起すると共に各スライスに対して所定のエ
ンコード位相を与える励起手段と、前記各スライスを選
択的に反転する周波数を有する信号成分であって、各ス
ライスにおける反転パルスの不完全さを積算しない条件
を満たす位相を有する各信号成分を合成した反転パルス
を、前記励起手段による励起の後に複数回印加する反転
手段とを備えた構成になっており、励起パルスだけでな
く、反転パルスも、各スライスを選択的に反転し各スラ
イス毎に所望の位相で反転することができる。
ルスの不完全さを積算しない条件を複数のスライスにお
いてそれぞれ満たすことができる。従って、同時励起す
るスライスの枚数をNとすると、従来のN回加算平均画
像の撮影時間と同じ時間で、従来のスキャンのN回加算
平均で得られた画像と同等のSN比の画像が、N倍の枚
数のスライスが撮影可能である。このように、同時に撮
影できるスライス枚数が向上し、マルチエコーの高速性
を充分活用することができる。
Claims (2)
- 【請求項1】 複数のスライスを選択的に励起する周波
数を有し位相が所定の角度づつずれた複数の信号成分を
含む励起パルスを印加することによって、複数のスライ
スを同時に励起すると共にエンコード位相を与える励起
手段と、 前記各スライスを選択的に反転する周波数を有する信号
成分であって、各スライスにおける反転パルスの不完全
さを積算しない条件を満たす位相を有する各信号成分を
合成した反転パルスを、前記励起手段による励起の後に
複数回印加する反転手段と、 前記反転手段による複数の各反転パルスの印加の後にそ
れぞれ発生する複数のスライスからのエコー信号を検出
する検出手段と、 検出されたエコー信号に対して前記エンコード位相に基
づいた処理をして画像再構成する再構成手段とを備えた
MRI装置であって、 前記励起手段は、N枚のスライスを選択的に励起する周
波数を有し互いに位相が0またはπずれた2つの信号成
分からなる励起パルスを印加し、 前記反転手段は、前記N枚のスライスを選択的に反転す
る周波数を有するN個の信号成分であって、各スライス
に対応した前記励起パルスの各信号成分の位相に対して
π/2ずれた位相オフセットを有する信号成分からなる
複数の反転パルスを、前記励起手段による励起の後に印
加することを特徴とするMRI装置。 - 【請求項2】 複数のスライスを選択的に励起する周波
数を有し位相が所定の角度づつずれた複数の信号成分を
含む励起パルスを印加することによって、複数のスライ
スを同時に励起すると共にエンコード位相を与える励起
手段と、 前記各スライスを選択的に反転する周波数を有する信号
成分であって、各スライスにおける反転パルスの不完全
さを積算しない条件を満たす位相を有する各信号成分を
合成した反転パルスを、前記励起手段による励起の後に
複数回印加する反転手段と、 前記反転手段による複数の各反転パルスの印加の後にそ
れぞれ発生する複数のスライスからのエコー信号を検出
する検出手段と、 検出されたエコー信号に対して前記エンコード位相に基
づいた処理をして画像再構成する再構成手段とを備えた
MRI装置であって、 前記励起手段は、N枚のスライスを選択的に励起する周
波数を有し位相が所定の角度づつずれたN個の信号成分
を含む励起パルスを印加し、 前記反転手段は、前記N枚のスライスを選択的に反転す
る周波数を有するN個の信号成分であって、各スライス
に対応した前記励起パルスの各信号成分の位相に対して
同位相または逆位相の信号成分からなる第1の反転パル
スと、第1の反転パルスに対して逆位相の第2の反転パ
ルスとを、前記励起手段による励起の後に交互に印加す
ることを特徴とするMRI装置。
Priority Applications (1)
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- 1992-10-26 JP JP32984092A patent/JP3197635B2/ja not_active Expired - Fee Related
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