JP3524097B2 - Mriスキャナのための周波数校正法 - Google Patents

Mriスキャナのための周波数校正法

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、核磁気共鳴(NMR)技術に関するものであ
る。更に詳しく述べると本発明は、RF送信器および受信
器を最適ラーモア周波数に自動的に調整することに関す
るものである。
従来、化学的組成の構造を分析するために、高分解能
磁気共鳴分光法で磁気共鳴現象が使用されてきた。より
最近になって、解剖学的構造のイメージングおよび生体
内で非侵襲的な分光分析を行う際に適用される医用診断
形式としてNMRが開発されてきた。現在周知のように、
ラーモア周波数の無線周波(RF)エネルギーを試料物体
に照射することにより、均一な分極磁界B0の中に配置さ
れた試料物体たとえば患者の中にNMR現象を励起するこ
とができる。医用診断の用途では、これは通常、幾何学
的形状が円筒形のRFコイルの磁界内に検査対象の患者を
配置し、RFコイルをRF電力増幅器で付勢することにより
行われる。RF励起が停止すると、同じコイルまたは別の
コイルを使用することにより、RFコイルの磁界内に横た
わっている患者から出てくるNMR信号が検出される。こ
のNMR信号は、しばしばスピンエコーの形になってい
る。完全なNMRスキャンの途中に通常、複数のNMR信号が
観測される。NMR信号を使用することにより、イメージ
ング対象すなわち検査対象の患者についてのイメージン
グまたは分光情報が得られる。
各NMRスキャンの開始前に、励起磁界が最適ラーモア
周波数となるようにRF送信器の周波数を調整することが
普通行われている。これは、あるNMR測定で所望の画像
コントラスト効果を生じ、スライス選択位置を正確にす
るために必要である。たとえば、被検体が人間の場合、
主として水および脂肪の分子によってNMR信号が作られ
る。これらの2つの物質の陽子のラーモア周波数は少し
異なっており、両者のラーモア周波数は患者ごとに、ま
た不均一度により患者内の位置が異なると少し変わる。
従来のNMRスキャナでは、校正シーケンスを遂行するの
が普通である。この校正シーケンスでは、NMRシーケン
スがまず実行され、NMR信号が処理されることにより、
信号振幅対RF周波数の画像がCRTスクリーンに形成され
る。次に、操作者はこの画像を調べ、手でRF受信器の周
波数を所望の値に調整する。たとえば、表示されるNMR
信号は2つのピークを示し得る。1つのピークは脂肪の
陽子に対するラーモア周波数にあり、もう1つのピーク
は水の陽子に対するラーモア周波数にある。行うべき特
定のNMR測定に応じて、操作者はいずれかの周波数、ま
たはそれらの間の周波数を選択することができる。
MRIスキャナのRF周波数を自動的に校正するための方
法が、米国特許第4,806,866号に説明されている。この
方法では、NMR信号が関心のある領域から取得され、周
波数領域に変換される。周波数領域では、電力スペクト
ル信号をフィルタリングし、適当な量だけ離れたピーク
を識別することにより、脂肪および水に対する2つのピ
ークが見出される。フィルタリングされた電力スペクト
ルの一次導関数を求めて、導関数が零となる点を探すこ
とにより、すべてのピークが識別される。この方法はほ
とんどの用途で良好に動作し、MRIスキャナの周波数が
脂肪または水の精密なラーモア周波数、またはその間の
周波数、たとえば中点または質量中心に自動的に設定さ
れる。しかし用途によっては、この方法は日常的に、フ
ィルタリングされた電力スペクトルの間違ったピークを
見出し、またMRIスキャナを正しいRF周波数に正確に設
定しない。その結果、RF励起周波数に特に敏感なパルス
シーケンスによって作成される画像は不満足なものとな
り、他のパルス系列で作成された画像のコントラスト特
性が変化する。
発明の概要 本発明は、各NMRスキャンの直前に遂行されるシーケ
ンスの間にRF周波数の調整が自動的に行われるようにNM
Rスキャナに対し改良を行う。更に詳しく述べると、NMR
スキャナは第1の広帯域NMR測定を行う。この第1の広
帯域NMR測定では、被検体の中の関心のある領域でNMR信
号の最高のピークの周波数が決定され、RF送受信周波数
がこの決定された周波数に設定される。第2の狭帯域NM
R測定を行うことにより、関心のある領域から第2のNMR
信号を得る。このNMR信号が分析されて、その中の脂肪
および水のピークの周波数が決定される。このために、
NMR信号を周波数領域に変換し、変換されたNMR信号を脂
肪および水のピークの相関モデルと相関させて相関周波
数を作り、この相関周波数の一方の側で水のピーク周波
数を突き止め、相関周波数の他方の側で脂肪のピーク周
波数を突き止める。そして、RF送信器およびRF受信器の
周波数は、これらの決定された周波数に対して設定され
る。
本発明の一般的な目的は、NMRシステムのRF周波数校
正の正確さを改善することである。相関モデルは、変換
されたNMR信号に存在するはずの脂肪および水のピーク
の理想化された表現(representation)である。相関プ
ロセスは、NMR信号スペクトル上でこのモデルを「滑ら
せ」、最も適合する周波数を突き止める。水および脂肪
のピークは、脂肪と水のピークの間に予想される化学シ
フトの半分のところにあるこの相関周波数の両側に位置
するはずである。この手法は、NMR信号スペクトルが多
数の候補ピークをそなえているときに特に良好に性能を
改善する。これは、相関プロセスが、予想されたスペク
トルに最も良く適合するピーク候補対を選び出すからで
ある。
本発明の上記および他の目的および利点は、下記の説
明から明らかとなる。説明には、付図を参照する。付図
には、本発明の実施例が図示されている。しかし、この
ような実施例は必ずしも本発明の全範囲を表すものでは
ない。したがって、本発明の範囲を解釈するためには、
請求の範囲を参照すべきである。
図面の簡単な説明 図1は本発明を用いるNMRシステムのブロック図であ
る。
図2は図1のNMRシステムの一部を形成するトランシ
ーバの電気ブロック図である。
図3は図1のNMRシステムによって実行されるプレス
キャン(prescan)プログラムのフローチャートであ
る。
図4はプレスキャンの一部として遂行されるNMR測定
パルスシーケンス示すグラフである。
図5はプレスキャンの一部として遂行される第2のNM
R測定パルスシーケンスを示すグラフである。
図6は図4のNMR測定によって得られる変換されたNMR
信号を示すグラフである。
図7は図5のNMR測定によって得られる変換されたNMR
信号を示すグラフである。
図8は図3のプレスキャンプログラムの一部を更に詳
細に示すフローチャートである。
図9は図8のプレスキャンプログラムで使用される好
ましい相関を表すグラフである。
図10は図8のプログラムによって実行されるプロセス
を例示する、図7の変換されたNMR信号を表すグラフで
ある。
好適実施例の説明 まず図1には、本発明を含み、ゼネラルエレクトリッ
ク社(General Electric Company)からシグナ(SIGN
A)という商標で販売されている好ましいNMRシステムの
主要構成要素が示されている。このシステムの動作は、
操作卓100から制御される。操作卓100には、操作卓プロ
セッサ101が含まれている。操作卓プロセッサ101は、キ
ーボード102をスキャンし、そして制御パネル103および
プラズマ表示装置/タッチスクリーン104を介して操作
者からの入力を受ける。操作卓プロセッサ101は通信リ
ンク116を介して別個のコンピュータシステム107の中の
アプリケーションインタフェースモジュール117と通信
する。キーボード102および制御パネル103を介して、操
作者はコンピュータシステム107の中の画像プロセッサ1
06による画像の作成および表示を制御する。画像プロセ
ッサ106は、ビデオケーブル105を介して操作卓100上の
ビデオ表示装置118に直接接続される。
コンピュータシステム107は、VME規格に従うバックプ
レーンのまわりに形成される。コンピュータシステム10
7には、このバックプレーンを介して相互に通信する多
数のモジュールが含まれている。アプリケーションイン
タフェース117と画像プロセッサ106の他に、これらのモ
ジュールには、VMEバックプレーンを制御するCPUモジュ
ール108、およびバス110を介してディスク記憶装置111
およびテープ駆動装置112を含む一組の周辺装置にコン
ピュータシステム107を接続するSCSIインタフェースモ
ジュール109が含まれる。コンピュータシステム107に
は、メモリモジュール113および直列インタフェースモ
ジュール114も含まれている。メモリモジュール113は、
当業者には画像データアレーを記憶するためのフレーム
バッファとして知られている。直列インタフェースモジ
ュール114は、高速直列リンク115を介してコンピュータ
システム107を別個のシステム制御キャビネット122の中
に配置されたシステムインタフェースモジュール120に
結合する。
システム制御キャビネット122には、共通バックプレ
ーン118によって一緒に接続された一連のモジュールが
含まれている。バックプレーン118は、CPUモジュール11
9によって制御されるバス構造を含む多数のバス構造で
構成される。直列インタフェースモジュール120はこの
バックプレーン118を高速直列リンク115に接続し、パル
ス発生器モジュール121が直列リンク125を介してバック
プレーン118を操作卓100に接続する。遂行されるべきス
キャンシーケンスを指示する指令をシステム制御キャビ
ネット122が操作者から受けるのは、このリンク125を介
してである。
パルス発生器モジュール121は、システム構成要素を
動作させることにより所望のスキャンシーケンスを実行
する。パルス発生器モジュール121は、作成されるべきR
Fパルスのタイミング、大きさ及び形状、ならびにデー
タ取得窓のタイミングおよび長さを示すデータを作成す
る。パルス発生器モジュール121は直列リンク126を介し
て一組の勾配増幅器127にも接続されて、スキャンの間
に作成されるべき勾配パルスのタイミングおよび形状を
示すデータを勾配増幅装置127に伝える。パルス発生器
モジュール121は直列リンク128を介して生理的取得制御
器129から患者データを受けることも行う。生理的取得
制御器129は、患者に接続された多数の異なるセンサか
らの信号を受けることができる。たとえば生理的取得制
御器129は、電極からのECG信号、またはふいごからの呼
吸信号を受け、そしてスキャンを患者の心臓周期または
呼吸周期と同期させるパルス発生器モジュール121に対
するパルスを作成する。そして最後に、パルス発生器モ
ジュール121は直列リンク132を介してスキャン室インタ
フェース回路133に接続される。スキャン室インタフェ
ース回路133は入力135で、患者および磁石システムの位
置および状態に対応する種々のセンサからの信号を受け
る。患者位置決めシステム134が患者クレードルを動か
してスキャンのための所望の位置に患者を移すための指
令を受けるのも、スキャン室インタフェース回路133を
介して行われる。
パルス発生器モジュール121によって作成される勾配
波形は、Gx増幅器136、Gy増幅器137およびGz増幅器138
で構成される勾配増幅装置127に印加される。勾配増幅
器136、137、および138は各々、全体が139で表された集
合体の中の対応する勾配コイルを励起するために使用さ
れる。勾配コイル集合体139は磁石集合体141の一部を形
成する。磁石集合体141には、分極磁石140が含まれてい
る。分極磁石140は、内腔142を通って水平に伸びる0.5
テスラまたは1.5テスラの分極磁界を作成する。勾配コ
イル139は内腔142を取り巻いている。付勢されると、勾
配コイル139は主分極磁界と同じ方向に磁界を生じる
が、勾配Gx、GyおよびGzはデカルト座標系の互いに直交
するx軸、y軸およびz軸の方向に向いている。すなわ
ち、主磁石140が発生する磁界がz方向を向いており、
これをB0で表し、z方向の総磁界をBzで表すことにすれ
ば、Gx=∂Bz/∂x、Gy=∂By/∂y、Gz=∂Bz/∂zで
あり、磁石集合体141の内腔の中の任意の点(x,y,z)に
おける磁界はB(x,y,z)=B0+Gxx+Gyy+Gzzで与えら
れる。勾配磁界を使用することにより空間情報が符号化
されて、スキャンされている患者から出て来るNMR信号
となる。
内腔142の中には、円筒形の全身RFコイル152が配置さ
れている。システム制御キャビネット122の中のトラン
シーバモジュール150から供給されるRFパルスに応動し
て、このコイル152は円偏波されたRF磁界を作成する。
これらのパルスは、RF増幅器151により増幅され、送受
切換スイッチ154によりRFコイル152に結合される。送受
切換スイッチ154はRFコイル集合体の一要素部分を形成
する。波形および制御信号はパルス発生器モジュール12
1によって供給され、RF搬送波の変調とモード制御のた
めにトランシーバモジュール150によって使用される。
患者の中の励起された核から放射されるNMR信号は、同
じRFコイル152によって検知し、送受切換スイッチ154を
介して前置増幅器153に結合することができる。増幅さ
れたNMR信号は、トランシーバ150の受信部で復調、フィ
ルタリングおよびディジタル化される。送受切換スイッ
チ154はパルス発生器モジュール121からの信号によって
制御される。これにより、送信モードの間は、RF増幅器
151がコイル152に電気的に接続され、受信モードの間
は、前置増幅器153がコイル152に電気的に接続される。
送受切換スイッチ154により、別個のRFコイル(たとえ
ば、頭部コイルまたは表面コイル)を送信モードまたは
受信モードで使用することができる。
分極磁石140、勾配コイル139およびRFコイル152を支
持する他に、主磁石集合体141は、主磁石140に付設さ
れ、分極磁界の不均一を補正するために使用される一組
のシムコイル156も支持する。主電源157は、超伝導主磁
石140が発生する分極磁界を適当な動作強さにするため
に使用された後、除去される。
RFコイル152によってピックアップされたNMR信号はト
ランシーバモジュール150によってディジタル化され、
やはりシステム制御キャビネット122の一部であるメモ
リモジュール160に転送される。スキャンが完了して、
データアレー全体がメモリモジュール160に取得される
と、アレープロセッサ161はデータをフーリエ変換し
て、画像データのアレー(配列)を作る。この画像デー
タは直列リンク115を介してコンピュータシステム107に
伝えられる。コンピュータシステム107で、画像データ
がディスクメモリ111に記憶される。操作卓100から受け
た指令に応動して、この画像データはテープ駆動装置11
2に保管してもよく、あるいは画像プロセッサ106で更に
処理し、操作卓100に伝え、ビデオ表示装置104で表示し
てもよい。
特に図1および2に示すようにトランシーバ150に
は、電力増幅器151を介してコイル152AにRF励起磁界B1
を作成する構成要素、およびその結果のコイル152Bに誘
導されるNMR信号を受ける構成要素が含まれる。上記の
ように、コイル152Aと152Bは図2に示すように分離して
もよいし、あるいは図1に示すように単一の全身コイル
としてもよい。RF励起磁界のベースすなわち搬送波の周
波数は周波数シンセサイザ200の制御下で作成される。
周波数シンセサイザ200はCPUモジュール119およびパル
ス発生器モジュール121からバックプレーン118を介して
一組みのデイジタル信号(CF)を受ける。これらのディ
ジタル信号は、出力201に送出されるRF搬送波信号の周
波数および位相を示す。この指令されたRF搬送波が変調
器兼逓昇変換器202に印加される。変調器兼逓昇変換器2
02では、やはりバックプレーン118を介してパルス発生
器モジュール121から受けた信号R(t)に応じて、指
令されたRF搬送波の振幅が変調される。信号R(t)は
作成されるべきRF励起パルスのエンベロープ、したがっ
て帯域幅を規定する。信号R(t)は、所望のエンベロ
ープを表す一連の記憶されたディジタル値を順次読み出
すことによりモジュール121の中に作成される。これら
の記憶されたディジタル値を操作卓100から変更するこ
とにより、任意の所望のRFパルスエンベロープを作成す
ることができる。変調器兼逓昇変換器202は、出力205に
所望のラーモア周波数のRFパルスを供給する。
線205を介して出力されるRF励起パルスの大きさは励
起減衰器回路206によって減衰される。励起減衰器回路2
06はバックプレーン118からディジタル指令TAを受け
る。減衰されたRF励起パルスは、RFコイル152Aを駆動す
る電力増幅器151に印加される。トランシーバ122のこの
部分の更に詳細な説明については、ここに引用されてい
る米国特許第4,952,877号を参照されたい。
やはり図1および図2に示すように、被検体で生じる
NMR信号は受信コイル152Bによってピックアップされ、
前置増幅器153を介して受信器兼減衰器207の入力に印加
される。受信器兼減衰器207は更にNMR信号を増幅し、こ
れはバックプレーン118から受けたディジタル減衰信号
(RA)で決まる量だけ減衰される。RF励起の間に受信器
兼減衰器207が過負荷にならないように、パルス発生器
モジュール121からの信号によって受信器兼減衰器207は
ターンオンおよびターンオフされる。
受信されるNMR信号はラーモア周波数またはその近傍
にある。実施例では、ラーモア周波数は1.5テスラの場
合に約63.86MHzであり、0.5テスラの場合に約21.28MHz
である。この高周波信号は逓降変換器208により2段階
のプロセスで逓降変換される。逓降変換器208はまずNMR
信号を線201の搬送波信号と混合した後、結果として得
られる差信号を線204の2.5MHzの基準信号と混合する。
結果として線212に得られる逓降変換されたNMR信号は、
最大帯域幅が125kHzであり、中心が187.5kHzの周波数に
ある。この逓降変換されたNMR信号は、アナログ−ディ
ジタル(A/D)変換器209の入力に印加される。A/D変換
器209は、250kHzの繰り返し周波数でアナログ信号をサ
ンプリングし、ディジタル化する。A/D変換器209の出力
はディジタル検出信号処理器210に印加される。ディジ
タル検出兼信号処理器210は受信されたディジタル信号
に対応する16ビットの同相(I:in−phase)値および16
ビットの直角(Q:quadrature)値を作成する。受信され
たNMR信号の、結果として得られるディジタル化された
I値およびQ値の流れがバックプレーン118を介してメ
モリモジュール160に出力され、そこで画像を再構成す
るために用いられる。
受信されたNMR信号に含まれる位相情報を保存するた
めに、励起部の変調器兼逓昇変換器202と受信部の逓降
変換器208は共に、共通の信号で動作する。更に詳しく
述べると、周波数シンセサイザ200の出力201の搬送波信
号および基準周波数発生器203の出力204の2.5MHzの基準
信号が両方の周波数変換プロセスで用いられる。このよ
うにして、位相の一貫性が維持され、検出されたNMR信
号の位相変化は、励起されたスピンが生じる位相の変化
を正確に示す。2.5MHzの基準信号の他に5MHz、10MHzお
よび60MHzの基準信号が、共通の20MHzのマスタクロック
信号から基準周波数発生器203によって作成される。後
者の3つの基準信号は、出力201に搬送波信号を生じる
ために周波数シンセサイザ200によって用いられる。受
信器の更に詳しい説明については、ここに引用されてい
る米国特許第4,992,736号を参照されたい。
本発明は、トランシーバ150の中のシンセサイザ200に
よって作成されるRF搬送波周波数の自動調整に関するも
のである。NMRスキャナから最適な結果を得るために、
このRF周波数を精密に設定しなければならない。最適RF
周波数は通常、スキャンごとに変わる。そして本発明
は、「プレスキャン」シーケンスの一部として各スキャ
ンの初めに日常的に実行される。この「プレスキャン」
シーケンスでは、他のシステムパラメータも調整または
校正される。たとえば、このような調整の1つが米国特
許第5,107,215号、「NMRスキャナのためのRF電力校正法
(RF Power Calibration For An NMR Scanne
r)」に説明されている。プレスキャンシーケンスは、
一組の記憶されたプログラム命令に応動して主コンピュ
ータ107によって実行される。プレスキャンシーケンス
は、ディジタル信号CF、TAおよびRAを作成する。ディジ
タル信号CF、TAおよびRAは、上記のようにトランシーバ
150を動作させるために用いられる。
図3を参照して説明する。プレスキャンシーケンスに
入り、プロセスブロック250に示されるようにプレスキ
ャンシーケンスの必要とする種々のデータ構造が初期化
される。次にプロセスブロック251で、ループに入る。
プロセスブロック251で、プレスキャンは主スキャンプ
ログラムからの信号を待つ。主スキャンプログラムは、
中心周波数選択のための操作者の規準のようなデータを
プレスキャンに供給する。次に判定ブロック252で、操
作者が自動周波数調整モードの動作を選択したか否かを
判定するための試験が行われる。選択していなければ、
プレスキャンはそれの他の機能を遂行し続け、操作者が
現在の周波数設定に満足しているか、または自動プレス
キャンの後でスキャンの前にRF周波数を手で調整しょう
としていると仮定する。そうでなければ、プロセスブロ
ック253に示されるように、NMR測定を行うことにより、
適当なRF周波数が粗く決められる。後で更に詳しく説明
するように、この測定ではNMR信号を用いることにより
それのピーク振幅の周波数が検出され、この周波数がト
ランシーバ150に出力される(CF1)。次に、プロセスブ
ロック254で上記米国特許の教示に従って、最適送信器
減衰値(TA)が計算される。搬送波の周波数(CF1)ま
たは送信器減衰値(TA)が自動的に決定できない場合に
は、これは判定ブロック255で検出され、操作者への表
示のためプロセスは256のエラーを記録(log)するよう
に分岐する。
これまでと同様、図3を参照して説明を続ける。自動
周波数調整モードが選択された場合には、システムは判
定ブロック257で分岐し、プロセスブロック258で第2
の、狭帯域のNMR測定が行われて、正確なRF周波数設定
(CF2)が決定される。後で更に詳しく説明するよう
に、この第2の測定および後続のNMR信号の分析では、
操作卓(図1)を介して操作者が入力したデータが用い
られる。更に詳しく述べるとRF周波数は、下記の周波数
のいずれか1つに設定することができる。
WATER:水分子に関連する核のラーモア周波数、 FAT:脂肪分子に対応する核のラーモア周波数、 MIDPOINT:水のラーモア周波数と脂肪のラーモア周波
数の中間の周波数、 PEAK:変換されたNMR信号に最大のピークを生じる周波
数、および CENTROID:変換されたNMR信号の重み付けされた中心周
波数。
これらの選択された周波数の内の1つを決定した後、
プレスキャンはプロセスブロック259で受信器減衰設定
値(RA)を決定する。CF2またはRAが決定できない場合
には、システムは判定ブロック260で分岐することによ
り、エラーを表示する。そうでない場合には、主コンピ
ュータは261に示されるようにトランシーバ150に計算さ
れた値CF2、TAおよびRAを出力する。次に、プレスキャ
ンプロセスはループをブロック251に戻り、主スキャン
プログラムからのもう1つの呼び出しを待つ。もちろ
ん、主スキャンプログラムは、トランシーバ150が選択
されたRF周波数に精密に同調された状態で、プログラミ
ングされたスキャンを行うように進む。
特定のスキャンを行うための最適RF周波数の決定に
は、2つのNMR測定の実行が必要となる。これらの内の
第1のものは、図4のパルスシーケンスに示されてい
る。図4のパルスシーケンスは、粗い周波数CF1を探索
するための手順の一部として実行される。第2のNMR測
定は図5のパルスシーケンスに示されている。図5のパ
ルスシーケンスは、正確な周波数CF2を見つけるための
手順の一部として実行される。これらのパルスシーケン
スは、上記のようなプレスキャンプログラムの指示のも
とにパルス発生器121(図1)によって標準形式で調和
を保ちつつ実行される。
図4を参照して説明する。関心のある領域の中心を通
る選択されたスライスの中のスピンを励起することによ
り、粗パルスシーケンスが始まる。これは、勾配Gzが印
加されている間に作成される90゜の励起パルスで標準形
式で行われる。次に、Gz勾配を逆転することによりスピ
ンの位相戻しを行い、そしてA/D変換器を作動すること
によりNMR信号を取得する。この信号は復調され、その
直角位相IおよびQが取得される。実施例では、信号I
およびQが4kHzのサンプリング速度(rate)でディジタ
ル化され、256個のサンプルが取得される。これらのサ
ンプルはNMR信号の成分の大きさを時間の関数として表
し、それらはコンピュータシステムの中にファイルS
(t)=SI(t)+jSQ(t)として記憶される。これ
らの信号は一緒になって、NMR信号の位相も示す。次
に、複素データの高速フーリエ変換を使用して、ファイ
ルS(t)が周波数領域に変換される。変換されたデー
タはファイルF(f)=Fi(f)+jFq(f)として記
憶される。次に、変換された信号Ffの大きさは次式のよ
うに計算される。
|F(f)|=(Fi 2(f)+Fq 2(f))1/2 その結果得られる変換された信号|F(f)|は、ケンブ
リッジ大学プレス(Cambridge University Press)19
86年発行のウイリアム・エッチ・プレス(William H.P
ress)他による"Numerical Recipes"の495−497頁に開
示されているように高周波成分をディジタルフィルタで
除去することにより、平滑化される。この変換された信
号は図6に示されている。ただし、この波形の精密な形
状はNMR測定毎に異なることは理解されるはずである。
特に図6を参照して説明する。変換されたNMR信号を
分析して、最高のピークの周波数を決定する。これは、
変換されたNMRの|F(f)|信号の導関数を求め、導関
数が正の符号から負の符号に変わるそれらの周波数を識
別することにより行われる。次に、これらの周波数の各
々で信号の大きさを測定することにより、最高のピーク
の周波数を決定する。この周波数は第1パスすなわち粗
いRF周波数CF1として戻される。粗いRF周波数CF1はトラ
ンシーバ150に出力される。RF周波数が設定されたの
で、第2のパスの間に高分解能のNMR測定を行うことが
できる。
RF周波数の第2のパスの調整の間に行われる第2のNM
R測定に対するパルスシーケンスが図5に示されてい
る。第1パスの調整の結果として励起磁界B1のRF周波数
が少し変化している上に、この第2のNMR測定には多数
の他の相違が存在する。90度のB1パルスおよびGzパルス
によって、選択されたスライスが励起され、位相戻しさ
れた後、2つのGz勾配パルス301と302との中間に作成さ
れる第2の励起パルス300によって、励起されたスピン
が180゜傾けられる。その結果、A/D変換器が次にターン
オンされたとき、取得されるNMR信号はエコーパルスで
ある。更に、303と304で表されるようなY方向またはX
方向に勾配パルスを印加することにより、このNMR信号
を更に、選択されたスライスの中の特定の領域に位置符
号化することができる。これが特に有用であるのは、こ
れらの軸の1つに沿った選択されたスライスの中の、関
心のある領域の外側にかなりの組織がある場合である。
位置符号化によって除去されない場合には、このような
組織はNMR信号に影響を及ぼし、関心のある領域のNMRス
キャンに対する最適RF周波数より低い周波数になること
がある。これらの位置符号化勾配パルスは随意選択的で
あるので、それらは図5の破線で示される。しかしシス
テムは、最も多くの組織があると考えられる方向に沿っ
て自動的に位置符号化勾配パルスを印加する。
第2のNMR測定の間、I信号およびQ信号がアナログ
−ディジタル変換器209(図2)によって1kHzのサンプ
ル速度でサンプリングされ、ディジタル化される。この
ようなディジタル化されたサンプルが256個得られ、こ
れらを上記のように処理することにより、変換されフィ
ルタリングされたNMR信号の大きさを含んでいるファイ
ル|F(f)|が作成される。この変換されたNMR信号が
図7に示されている。そして、サンプリング速度がより
低いため、ずっと狭い周波数範囲がカバーされることが
わかる。
特に図8を参照して説明する。変換されたNMR信号を
分析することにより、最適の選択されたRF周波数を決定
する。このプロセスの第1のステップはプロセスブロッ
ク270で示されるように、変換されたNMR信号を相関モデ
ルと相関させることである。相関モデルは図9に示され
ており、2つのパルス271および272で構成される。パル
ス271と272は、使用されている特定のNMRシステムの水
と脂肪との間の化学シフトに対応する量だけ周波数が隔
たっている。実施例の1.5テスラのNMRシステムでは、パ
ルス271とパルス272との間の間隔は210ヘルツであり、
各パルス271、272の幅は30ヘルツである。この相関モデ
ルは、脂肪と水によって作成される2つのピークを表す
簡略化され理想化された信号である。
相関は、図9の相関モデルと図7のNMR信号スペクト
ル|F(f)|とを畳み込み積分(convolution)するこ
とにより、行われる。パルス271をNMR信号スペクトルの
左端(すなわち+500Hz)として相関モデルが位置決め
され、各波形の対応する周波数ビン(bin)が乗算され
た後、加算される。パルス271と272の大きさを"1"に設
定することにより、このステップは簡略化されて、各パ
ルス271、272の「もとで」NMR信号スペクトルの大きさ
が単に合計される。次に相関モデルは、右の1つの周波
数ビンに動かされ、畳み込み積分ステップが繰り返され
る。相関モデルの右側のパルス272がNMR信号スペクトル
の右側の端の最後の周波数ビン(すなわち−500Hz)に
達するまで、これは継続する。この一連の畳み込み積分
によって作成される最大の値が最良の相関であり、この
最大値の対応する周波数(fcor)がプロセスブロック27
0で作成される。この結果が図10に破線274で示されてい
る。
再び図8を参照して説明する。プロセスブロック275
に示されるように、NMR信号スペクトル|F(f)|のピ
ークを突き止める。これは、記憶された信号|F(f)|
の導関数を求め、導関数が正から負に変わる周波数を識
別することにより行われる。判定ブロック276に示され
るように、相関周波数fcorの左側で突き止められたピー
クは水のピークに対する候補であり、1つだけしかない
場合には、プロセスブロック277に示されるようにWATER
周波数がこの単一のピークの周波数に設定される。判定
ブロック278で判定されるように相関周波数fcorの左側
に多数のピークがある場合には、WATER周波数が計算さ
れなければならない。プロセスブロック179に示され、
そして図10の領域280で示されるように、相関周波数f
corの左側の105Hzの周波数を中心とする30Hzの領域の|F
(f)|値の質量中心が計算される。これは、累積され
た面積が領域280の全面積の半分に等しくなるまで、領
域280を横切って数値積分することにより、決定され
る。プロセスブロック280に示されるように、WATER周波
数はこの値に設定される。
また一方では、相関周波数fcorの左側にピークが見出
されない場合には、自動分析は失敗と見なされ、プロセ
スブロック281に示されるようにFAT周波数とWATER周波
数は共に、NMR信号スペクトル|F(f)|が最大となる
周波数値fmaxに設定される。ブロック282で失敗フラグ
がセットされ、操作者に失敗の警報が出されて、プロセ
スはブロック283から出る。
引き続き図8を参照して説明する。水のピークが見出
された場合には、判定ブロック285および286に示される
ようにシステムは相関周波数fcorの右側に脂肪のピーク
を探す。単一のピークが存在する場合には、プロセスブ
ロック287に示されるようにWATER周波数はこのピークの
周波数に設定される。多数のピークが見出された場合に
は、プロセスブロック289に示されるように図10の領域2
88で質量中心の計算を行うことにより、周波数CMRが作
成される。この計算はCMLについて説明した計算と同じ
であるが、相関周波数の右側の105Hzを中心とするスペ
クトルの異なる30Hz部分が使用される。プロセスブロッ
ク290に示されるように、FAT周波数がこの質量中心周波
数CMRに設定される。水の場合と同様、相関周波数fcor
の右側にピークが見出されない場合には、プロセスブロ
ック281でFATとWATERの両方の値がfmaxに設定され、プ
ロセスブロック282で失敗フラグがセットされる。
引き続き図8を参照して説明する。脂肪と水の両方に
ついてfcorの各々の側にピークが見出された場合には、
判定ブロック297でチェックを行うことにより、それら
のピークが正当であるか否か判定する。たとえば、ピー
クが相互に周波数で、予想される化学シフト(すなわ
ち、実施例では210Hz)だけ離れていない場合には、プ
ロセスブロック298で失敗フラグがセットされ、操作者
に失敗の警報が出される。また、識別されたピークのい
ずれかの大きさがNMRスペクトル信号|F(f)|のピー
ク値の10%より小さい場合には、失敗が表示される。失
敗が起きない場合には、プロセスはブロック299から出
る。
図8のプロセスは、3つの値、WATER周波数、FAT周波
数、および失敗フラグ状態を返す。システムはこれらの
値の内の1つを直接使用し、FATまたはWATERが操作者に
よって選択された場合には、CF2が作成され、あるい
は、操作者がMIDPOINTを選択した場合には、それらを使
ってCF2を計算することができる。MIDPOINTは単に、識
別された2つのピークの中間の周波数である。失敗フラ
グがセットされた場合には、操作者に通知され、操作者
には返された周波数を手動で変える選択の自由がある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−68151(JP,A) 特開 昭63−286141(JP,A) 特開 平2−13434(JP,A) 特開 平2−264881(JP,A) 特開 平3−118044(JP,A) 特開 平5−237075(JP,A) 特開 平5−269094(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) A61B 5/055

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】NMRシステムのトランシーバのRF周波数を
    自動的に調整するための方法において、 NMR測定により取得されたNMR信号を周波数領域に変換
    し、 予想される脂肪のピークと水のピークを描く相関モデル
    を定め、 該相関モデルを上記変換されたNMR信号と相関させるこ
    とにより相関周波数(fcor)を作成し、 上記変換されたNMR信号のピークを突き止め、 上記相関周波数(fcor)の一方の側にある上記突き止め
    られたピークの内の1つを水のラーモア周波数として選
    択し、 上記相関周波数(fcor)の他方の側にある上記突き止め
    られたピークの内の1つを脂肪のラーモア周波数として
    選択し、 こうして決定された水または脂肪のラーモア周波数に基
    づくRF周波数指令(CF)をNMRシステムのトランシーバ
    に出力すること を含むトランシーバRF周波数の自動調整方法。
  2. 【請求項2】上記取得されたNMR信号をフィルタリング
    することを含む請求項1記載のトランシーバRF周波数の
    自動調整方法。
  3. 【請求項3】上記相関モデルが、NMRシステムで予想さ
    れる脂肪と水の化学シフト周波数だけ隔てられた2つの
    パルスを描いたものである請求項1記載のトランシーバ
    RF周波数の自動調整方法。
  4. 【請求項4】上記相関周波数の両側に脂肪と水の化学シ
    フト周波数の半分隔たった所定の領域内で2つの選択さ
    れたピークが突き止められる請求項1記載のトランシー
    バRF周波数の自動調整方法。
  5. 【請求項5】上記領域の1つの中の上記変換されたNMR
    信号の質量中心を計算することにより、選択されたピー
    クの内の1つが突き止められる請求項4記載のトランシ
    ーバRF周波数の自動調整方法。
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