JP5392803B2 - Nuclear magnetic resonance imaging system - Google Patents

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  • Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)

Description

本発明は複数の異なる核磁気共鳴核種を同時に共鳴(NMR)させ、その2次元、3次元空間分布およびその時間的な変化を画像や数値データとして提示する多核種用の核磁気共鳴イメージング装置に関するものである。   The present invention relates to a multi-nuclide nuclear magnetic resonance imaging apparatus that simultaneously resonates (NMR) a plurality of different nuclear magnetic resonance nuclides and presents the two-dimensional and three-dimensional spatial distributions and temporal changes thereof as images and numerical data. Is.

核磁気共鳴技術は、金属および磁性材料誘電体を除く種々の材料における内部構造や物性の解析(非破壊検査)、流体の可視化、薬学や化学における化学的な構造や薬理効果、動物学、生物学、医学、生理学などにおける生体の組織構造や機能の解析、生体反応、病気の検査・診断などの計測(無侵襲検査)、治療中の計測などに利用することができる(特許文献1参照)。   Nuclear magnetic resonance technology is used to analyze internal structures and physical properties (non-destructive testing) of various materials except metals and dielectrics of magnetic materials, visualization of fluids, chemical structures and pharmacological effects in pharmacy and chemistry, zoology, biological It can be used for analysis of biological tissue structure and function in science, medicine, physiology, etc., measurement of biological reaction, disease inspection / diagnosis (non-invasive inspection), measurement during treatment (see Patent Document 1) .

核磁気共鳴(NMR)を原理とするMRI法(Magnetic Resonance Imaging;核磁気共鳴イメージング装置)およびこれを実現するためにMRI装置は、撮像対象の周囲に静磁場発生用のマグネットと時間的・空間的に磁場強度が可変できる磁場用の傾斜磁場発生コイルを備え、静磁場発生マグネットで空間的に均一な磁場Boを形成し、これと共に傾斜磁場発生コイルで局所的に磁場の強さBを制御する。MRI装置は、静磁場Bo中で核磁気共鳴のためにRF(ラジオ周波数)波を撮像対象に印加し、その状態で傾斜磁場を核磁気共鳴する原子核中のスピンの位相を可変して信号(エコー信号あるいはFID(自由誘導減衰)信号)を得る。この信号をフーリエ変換などによって再構成すると画像(MRI画像)が得られる。スピンの位相をエンコードしてk空間に分布させるためには、x,y,z方向に傾斜磁場を加えて、磁場強度を空間的に変化させる。 MRI (Magnetic Resonance Imaging) based on the principle of nuclear magnetic resonance (NMR), and to realize this, the MRI apparatus includes a magnet for generating a static magnetic field and a temporal / space around the object to be imaged. A gradient magnetic field generating coil for a magnetic field whose magnetic field intensity can be varied, and a spatially uniform magnetic field Bo is formed by a static magnetic field generating magnet, and the magnetic field strength B 1 is locally generated by the gradient magnetic field generating coil. Control. The MRI apparatus applies an RF (radio frequency) wave to an imaging target for nuclear magnetic resonance in a static magnetic field Bo, and in that state, changes the phase of spins in an atomic nucleus that undergoes nuclear magnetic resonance with a gradient magnetic field to change the signal ( An echo signal or FID (free induction decay) signal is obtained. When this signal is reconstructed by Fourier transform or the like, an image (MRI image) is obtained. In order to encode the spin phase and distribute it in the k-space, a gradient magnetic field is applied in the x, y, and z directions to spatially change the magnetic field strength.

MRI装置においては、核種間の結合状態に依存して変化する緩和時間および分子の拡散や灌流などの核種の空間的な変位を測定するために、従来からSE(スピンエコー)法、IR(反転回復)法、拡散強調撮像法、位相コントラスト法、飛行時間法やこれらの高速、超高速撮像法などが提案され、2次元平面や3次元空間における測定が可能になっている。
しかしながら、これまでに提案されたMRI法およびこれを実現するためのMRI装置の全ては、1つの核種を共鳴させ、その時空間分布を測定するものである。例えば、化学的に複雑な結合をしている物質の解析には、異なる核種に関して計測することが望まれる。
In the MRI apparatus, the SE (spin echo) method, IR (inversion) have been conventionally used to measure the relaxation time that changes depending on the binding state between the nuclides and the spatial displacement of the nuclides such as molecular diffusion and perfusion. Recovery) method, diffusion-weighted imaging method, phase contrast method, time-of-flight method, and these high-speed and ultra-high-speed imaging methods have been proposed, and measurement in a two-dimensional plane or a three-dimensional space is possible.
However, all of the MRI methods proposed so far and all of the MRI apparatuses for realizing the MRI method resonate one nuclide and measure its spatiotemporal distribution. For example, measurement of different nuclides is desired for analysis of substances having chemically complicated bonds.

特開2006−87499号公報JP 2006-87499 A

本発明は、異なる複数の核種を同時に核磁気共鳴させることを可能とすることを目的としている。
複数の核種の同時共鳴により、核種の存在密度および化学的な結合状態から分子構造が把握でき、細胞およびこれに立脚する生体組織の幾何学的な構造および代謝変化などが詳細に解明できる。非生体計測においては、非磁性の物質の内部構造解析、流体解析、薬剤や化学物質の効果などの解析に利用できる。
It is an object of the present invention to enable nuclear magnetic resonance of a plurality of different nuclides simultaneously.
By simultaneous resonance of multiple nuclides, the molecular structure can be grasped from the density and chemical bonding state of the nuclides, and the geometrical structure and metabolic changes of cells and living tissues based on them can be elucidated in detail. In non-biological measurement, it can be used for analysis of internal structure analysis, fluid analysis, effects of drugs and chemical substances, etc. of non-magnetic substances.

本発明の核磁気共鳴イメージング装置は、撮像対象の周辺に配置した励起及び検出コイルを備え、共鳴周波数に等しい周波数を持つRF波をパルス状に前記励起及び検出コイルに印加して撮像対象に核磁気共鳴を誘起し、かつ、前記励起及び検出コイルにより検出信号あるいはエコー信号として出力する。この核磁気共鳴イメージング装置は、異なる複数種類の核種を対象にするために、該当する複数種類の周波数を持つRFパルスを発生させるRFパルス発生器と、前記複数種類の核種の共鳴周波数に合致した受信帯域を有する受信器とを備える。   The nuclear magnetic resonance imaging apparatus of the present invention includes an excitation and detection coil arranged around an imaging target, and applies an RF wave having a frequency equal to the resonance frequency to the excitation and detection coil in the form of a pulse to cause the nuclear to the imaging target. Magnetic resonance is induced and output as a detection signal or an echo signal by the excitation and detection coils. In order to target different types of nuclides, the nuclear magnetic resonance imaging apparatus matches an RF pulse generator that generates RF pulses having a plurality of types of frequencies corresponding to the resonance frequencies of the types of nuclides. And a receiver having a reception band.

前記受信器には、画像を再構成する画像再構成装置と、異なる核種の画像を重畳表示する画像表示装置とが接続される。この画像再構成装置は、測定する核種の磁気回転比に依存して決定される画像サイズに補正をする。   The receiver is connected to an image reconstruction device that reconstructs an image and an image display device that displays images of different nuclides in a superimposed manner. This image reconstruction device corrects the image size determined depending on the gyromagnetic ratio of the nuclide to be measured.

本発明によれば、複数の異なる核種の同時計測と画像化が可能となる。化学的に複雑な結合をしている物質の解析には、異なる核種に関して計測することが望まれる。本件により、複数の異なる核種を同時に共鳴させて計測し、空間分布を画像として描画できる特徴を有することから、より高精度に生体を含む物質の化学構造の解析を可能にする。   According to the present invention, simultaneous measurement and imaging of a plurality of different nuclides are possible. It is desirable to measure for different nuclides for the analysis of chemically complex bonds. According to the present case, a plurality of different nuclides are simultaneously resonated and measured, and the spatial distribution can be drawn as an image, so that the chemical structure of a substance including a living body can be analyzed with higher accuracy.

また、本発明によれば、全てのMRI撮像法に適用可能となる。従来、緩和時間や拡散係数、化学シフトなどの測定量の時・空間分布など、種々のMRI(核磁気共鳴イメージング)法が提案され、活用されてきたが、本発明は、送受信系のハードウエア(送受信系)およびソフトウエア(周波数分離と磁気回転比に起因する補正)を加えることにより、従来のMRI装置が転用でき、また、従来のMRI撮像法が活用できる。   Further, according to the present invention, it can be applied to all MRI imaging methods. Conventionally, various MRI (nuclear magnetic resonance imaging) methods such as relaxation time, diffusion coefficient, and temporal / spatial distribution of measured quantities such as chemical shift have been proposed and utilized. By adding (transmission / reception system) and software (correction due to frequency separation and magnetic rotation ratio), a conventional MRI apparatus can be diverted, and a conventional MRI imaging method can be utilized.

装置の構成Device configuration 核種共鳴イメージング装置(広帯域受診系)Nuclide resonance imaging system (broadband consultation system) 核種共鳴イメージング装置(狭帯域受診系)Nuclide resonance imaging system (narrow band consultation system) 観測される信号Observed signal 画像再構成Image reconstruction 画像のサイズ補正Image size correction 画像サイズの補正係数Image size correction factor 画像のサイズ補正と合成Image size correction and compositing 測定対象Measurement target 磁場強度と周波数の分布(水素とゼノンの差異)Magnetic field strength and frequency distribution (difference between hydrogen and Zenon) 画像の拡大(水素とゼノン)Enlargement of images (hydrogen and xenon) 2テスラMRI装置において観測される信号(計算機シミュレーション)Signals observed in 2 Tesla MRI system (computer simulation)

以下、本発明を例示に基づいて説明する。図1に本発明を実現するための核磁気共鳴イメージング装置の構成を示す。本発明を実現するためのMRI装置のハードウエア構成を示す。核磁気共鳴イメージング装置は、NMR(核磁気共鳴)を原理とする。励起・検出コイルの外側には、撮像対象(または測定対象、測定物質)に対して両側に時間的・空間的に一定な磁場を発生するための静磁場発生マグネット(核磁気共鳴(NMR)を原理とすることから、空間的に一定な磁場Boを発生するためのマグネット、及びBoの空間的な均一性を向上させるために局所的に磁場強度を調整するためのシムコイル)と、時間的・空間的に磁場強度を変動させる傾斜磁場発生コイルを設ける。静磁場マグネットには、静磁場マグネット・シムコイル電源と磁場の強度を制御する制御装置が接続される。傾斜磁場発生コイルには、傾斜磁場発生コイル電源と磁場の強度を制御する制御装置が接続される。励起・検出コイルには、核磁気共鳴に応じた信号を受信する受信器と、画像を再構成する画像再構成装置と、画像表示装置とからなる画像処理装置が接続される。また、励起・検出コイルには、撮像する対象(または測定対象、測定物質)の原子核が有する核磁気(核磁気共鳴核種の原子核に由来するスピン)を共鳴させるために、共鳴周波数に等しい周波数を持つRF(ラジオ周波数)波をパルス状に印加するRFパルス発生器(電磁波(ラジオ波)発生装置)が接続されている。RFパルス発生器
および受信器は測定する核種の共鳴周波数に合致させる。図示のRFパルス発生器は、異なるN種類の核種を対象にするために、該当するN種類の周波数を持つRFパルスを発生させる。受信器は、異なるN種類の核種の共鳴周波数に合致した受信帯域とする。
Hereinafter, the present invention will be described based on examples. FIG. 1 shows the configuration of a nuclear magnetic resonance imaging apparatus for realizing the present invention. 1 shows a hardware configuration of an MRI apparatus for realizing the present invention. The nuclear magnetic resonance imaging apparatus is based on the principle of NMR (nuclear magnetic resonance). Outside the excitation / detection coil, a static magnetic field generating magnet (nuclear magnetic resonance (NMR)) for generating a temporally and spatially constant magnetic field on both sides of the imaging object (or measurement object, measurement substance) In principle, a magnet for generating a spatially constant magnetic field Bo, and a shim coil for locally adjusting the magnetic field strength to improve the spatial uniformity of Bo), A gradient magnetic field generating coil for spatially varying the magnetic field strength is provided. The static magnetic field magnet is connected to a static magnetic field magnet / shim coil power source and a control device for controlling the strength of the magnetic field. The gradient magnetic field generating coil is connected to a gradient magnetic field generating coil power source and a control device for controlling the strength of the magnetic field. The excitation / detection coil is connected to an image processing device including a receiver that receives a signal corresponding to nuclear magnetic resonance, an image reconstruction device that reconstructs an image, and an image display device. In addition, the excitation / detection coil has a frequency equal to the resonance frequency in order to resonate the nuclear magnetism (spin derived from the nucleus of the nuclear magnetic resonance nuclide) of the nucleus of the object to be imaged (or measurement object or measurement substance). An RF pulse generator (electromagnetic wave (radio wave) generator) that applies RF (radio frequency) waves in a pulsed manner is connected. The RF pulse generator and receiver are matched to the resonance frequency of the nuclide to be measured. The illustrated RF pulse generator generates RF pulses having the corresponding N types of frequencies in order to target different N types of nuclides. The receiver has a reception band that matches the resonance frequency of N different nuclides.

励起・検出コイルにRFパルス発生器のRFパルスを印加すると、撮像対象が核磁気共鳴を誘起し、撮像対象の周辺に配置した検出コイルにより、検出信号(FID[自由誘導減衰]信号あるいはエコー信号)として出力される。この信号を励起・検出コイルに接続される受信器により収集する。その後、画像再構成装置により画像が再構成される。   When the RF pulse of the RF pulse generator is applied to the excitation / detection coil, the imaging target induces nuclear magnetic resonance, and the detection coil (FID [free induction decay] signal or echo signal) is detected by the detection coil arranged around the imaging target. ) Is output. This signal is collected by a receiver connected to the excitation / detection coil. Thereafter, the image is reconstructed by the image reconstruction device.

核磁気共鳴現象は用いるマグネット・静磁場強度をBoとした場合、共鳴周波数ωは、共鳴する核種に固有な磁気回転比γを比例係数として、ω=γ・Boで与えられる。このため、同一のMRI装置を用いる場合、即ち、Boが固定される場合には、磁気回転比に基づいて共鳴周波数ωが規定される。複数の核種を同時に共鳴させるためには、核種ごとに異なる共鳴周波数を有するRFパルスを印加する必要がある。また、観測される信号の受信系は該当する周波数帯域を受信しなければならない。   In the nuclear magnetic resonance phenomenon, when the magnet and the static magnetic field strength used are Bo, the resonance frequency ω is given by ω = γ · Bo, where the magnetic rotation ratio γ inherent to the nuclide to be resonated is a proportional coefficient. For this reason, when the same MRI apparatus is used, that is, when Bo is fixed, the resonance frequency ω is defined based on the magnetic rotation ratio. In order to resonate a plurality of nuclides simultaneously, it is necessary to apply RF pulses having different resonance frequencies for each nuclide. Moreover, the receiving system of the observed signal must receive the corresponding frequency band.

MRI装置のマグネットに傾斜磁場gをx方向のみに印加した際に、マグネットの中心から±xの距離にある核種の共鳴周波数ωは次式で与えられる。
±ω1=ω01±ω11=γ1(Bo±g*x)=γ1*Bo±γ1*g*x
ここで、共鳴する核種の磁気回転比をγ1とする。
When the gradient magnetic field g is applied to the magnet of the MRI apparatus only in the x direction, the resonance frequency ω 1 of the nuclide at a distance of ± x from the center of the magnet is given by the following equation.
± ω 1 = ω 01 ± ω 11 = γ 1 (Bo ± g * x) = γ 1 * Bo ± γ 1 * g * x
Here, the gyromagnetic ratio of the resonating nuclide is γ 1 .

他方、他の核種に対しては次式となる。
±ω2=ω02±ω12=γ2(Bo±g*x)=γ2*Bo±γ2*g*x
ここでは、簡単のために傾斜磁場をx方向に見て印加した場合を仮定したが、傾斜磁場をy、z方向に印加した場合も同様に定義される。信号が分布する周波数範囲(スペクトル幅)は、傾斜磁場gが両者において等しい場合には、核種に固有な磁気回転比γによって定まる。
On the other hand, for other nuclides:
± ω 2 = ω 02 ± ω 12 = γ 2 (Bo ± g * x) = γ 2 * Bo ± γ 2 * g * x
Here, for the sake of simplicity, it is assumed that the gradient magnetic field is applied in the x direction, but the same applies when the gradient magnetic field is applied in the y and z directions. The frequency range (spectrum width) in which the signal is distributed is determined by the gyromagnetic ratio γ specific to the nuclide when the gradient magnetic field g is the same in both.

図2に機器の内部構成を示す。図2は異なる2つの核種を同時に共鳴させるためのハードウエア構成で、核種AとBを同時に共鳴させて画像化する場合を示す。異なるN種類の核種を対象にする場合には、該当するN種類の周波数を持つRFパルスを発生させる。図2は、広帯域の受信系を用いる場合で、一つの受信系で複数の核種からの信号を受信する。ここで、位相を検波して受信する場合には、90度異なる位相成分(sin成分、cos成分)を受信するために、等しい2チャンネルの受信系を用意する。仮に、2つ以上の核種を対象とする場合には、RFパルスおよび受信系を該当する周波数帯の送受信を実施し、受信後の信号の分離と画像再構成を個々に実施する。   FIG. 2 shows the internal configuration of the device. FIG. 2 shows a hardware configuration for resonating two different nuclides at the same time, in which nuclides A and B are simultaneously resonated and imaged. When different N types of nuclides are targeted, RF pulses having the corresponding N types of frequencies are generated. FIG. 2 shows a case where a broadband receiving system is used, and signals from a plurality of nuclides are received by one receiving system. Here, in the case where the phase is detected and received, in order to receive a phase component (sin component, cos component) different by 90 degrees, an equal two-channel receiving system is prepared. If two or more nuclides are targeted, the RF pulse and the reception system are transmitted and received in the corresponding frequency band, and the signals after reception and image reconstruction are individually performed.

同様に、図3に、該当する周波数ごとに受信する狭帯域の受信系を示す。異なるN種類の核種を対象にする場合には、該当するN種類の周波数を持つRFパルスを発生させ、かつ該当するN種類の周波数帯域のアンプを用いる。帯域を狭帯域にすることで必要な信号成分のみが受信でき、不要な雑音が回避できる特徴がある。   Similarly, FIG. 3 shows a narrow-band receiving system that receives each corresponding frequency. When different N types of nuclides are targeted, RF pulses having the corresponding N types of frequencies are generated, and amplifiers of the corresponding N types of frequency bands are used. By narrowing the band, only necessary signal components can be received, and unnecessary noise can be avoided.

異なる核種を同時に共鳴させる場合、共鳴する核種ごとに磁気回転比が異なることに起因して、観測される信号の周波数帯域(共鳴周波数、スペクトル帯域)が異なる。このため、異なる核種を同時に共鳴させて画像化する場合には、以下の何れかの方法をとる必要がある。   When different nuclides are resonated simultaneously, the frequency band (resonance frequency, spectral band) of the observed signal is different due to the difference in the gyromagnetic ratio for each nuclide that resonates. For this reason, when resonating images of different nuclides simultaneously, it is necessary to take one of the following methods.

共鳴する核種ごとにAD変換器を用い、かつ、異なる周波数間隔でサンプリングすることができる場合には、次式で示す間隔でN点のサンプリングをする。磁気回転比γ1を有する核種のサンプリング周波数S1および磁気回転比γ2を有する核種のサンプリング周波数S2は、各々、次式で与えられる。
1=2*γ1*g*x/N
2=2*γ2*g*x/N
従って、サンプリング周波数の比SRはγ2/γ1となる。ここで、Nは整数とするが、一般には2の羃乗が多用される。
When an AD converter is used for each nuclide that resonates and sampling can be performed at different frequency intervals, N points are sampled at intervals shown by the following equation. Sampling frequency S 2 nuclides having the sampling frequency S 1 and gyromagnetic ratio gamma 2 nuclear species with gyromagnetic ratio gamma 1 are each given by the following equation.
S 1 = 2 * γ 1 * g * x / N
S 2 = 2 * γ 2 * g * x / N
Therefore, the sampling frequency ratio SR is γ 2 / γ 1 . Here, N is an integer, but in general, a power of 2 is frequently used.

図4に観測される信号を示す。図4は2つの異なる核種を対象にした場合で、核種AとBは磁気回転比の差異に起因して、異なった周波数で共鳴する。MRIでは画像化のために傾斜磁場gを印加するが、これに起因して周波数が±ω11あるいは±ω12の範囲で分散する。受信系ではこれらの信号を検出する。信号の検出は複数の核種からの信号の受信(広帯域受信系)あるいは核種ごとに受信(狭帯域受信系)のいずれでも可能である。 FIG. 4 shows the observed signal. FIG. 4 shows a case where two different nuclides are targeted, and nuclides A and B resonate at different frequencies due to the difference in the gyromagnetic ratio. In MRI, a gradient magnetic field g is applied for imaging, and due to this, the frequency is dispersed within a range of ± ω 11 or ± ω 12 . The receiving system detects these signals. Signal detection can be performed by receiving signals from a plurality of nuclides (broadband receiving system) or receiving each nuclide (narrowband receiving system).

図5に信号収集後の画像再構成を示す。図5は2つの核種の場合を示す。異なった周波数で観測される信号を周波数分離して、個々に画像再構成を実施する。画像再構成はフーリエ変換等を用いる。傾斜磁場をx,y,zの何れか2軸に印加すれば2次元画像が再構成され、3軸に印加すれば3次元画像化を可能にする。信号の受信は信号の位相を検出する必要があることから、90゜位相検波してsin成分とcos成分に分離する。勿論、位相情報を不要とする場合にはいずれかの成分のみとすることも可能である。   FIG. 5 shows image reconstruction after signal collection. FIG. 5 shows the case of two nuclides. The signals observed at different frequencies are frequency separated and image reconstruction is performed individually. Image reconstruction uses Fourier transform or the like. When a gradient magnetic field is applied to any two axes of x, y, and z, a two-dimensional image is reconstructed, and when applied to three axes, three-dimensional imaging is enabled. Since the signal reception needs to detect the phase of the signal, the phase is detected by 90 ° and separated into a sin component and a cos component. Of course, when the phase information is not required, only one of the components can be used.

図6は、再構成した画像のサイズ補正を説明する図である。また、図7は、画像サイズの補正係数を示す図である。上述したように、磁気回転比の差異に起因して共鳴する周波数が異なる。観測周波数はこれと一致することから、サンプリング間隔を異なる核種において同一とした場合には、画像再構成した後にサイズの補正を行う必要がある。例えば、2核種の場合、磁気回転比γ2持つ他の核種Bの画像は、核種Aの磁気回転比γ1に対して、係数(γ1/γ2)で画像を拡大する。図6の左側に拡大後の画像を、右側に拡大前の画像を例示している。 FIG. 6 is a diagram for explaining the size correction of the reconstructed image. FIG. 7 is a diagram showing correction coefficients for the image size. As described above, the resonance frequency is different due to the difference in the magnetorotation ratio. Since the observation frequency matches this, if the sampling interval is the same in different nuclides, it is necessary to correct the size after image reconstruction. For example, in the case of two nuclides, the image of another nuclide B having a gyromagnetic ratio γ 2 is enlarged by a coefficient (γ 1 / γ 2 ) with respect to the gyromagnetic ratio γ 1 of the nuclide A. The image after enlargement is illustrated on the left side of FIG. 6, and the image before enlargement is illustrated on the right side.

画像サイズは、磁気回転比γによって規定されることから、次式によって規定される。
M=ω11/ω12=γ1*g*x/γ2*g*x=γ1/γ2
従って、両核種を重ねあわせて表示する場合には、次式に従ってサイズ補正を行う。
A=1/M=γ2/γ1
例えば、水素1Hとキセノン129Xeを2重共鳴させる場合には、両者の磁気回転比が、42.58MHz/T(水素)、11.78MHz/T(ゼノン)であることから、
A=1/M=42.58/11.78=3.61
となり、ゼノンの画像を3.61倍に拡大する必要がある。
Since the image size is defined by the magnetic rotation ratio γ, it is defined by the following equation.
M = ω 11 / ω 12 = γ 1 * g * x / γ 2 * g * x = γ 1 / γ 2
Therefore, when displaying both nuclides superimposed, size correction is performed according to the following equation.
A = 1 / M = γ 2 / γ 1
For example, when hydrogen 1H and xenon 129Xe are subjected to double resonance, the magnetorotational ratios of both are 42.58 MHz / T (hydrogen) and 11.78 MHz / T (zenon).
A = 1 / M = 42.58 / 11.78 = 3.61
Therefore, it is necessary to enlarge the Zenon image by 3.61 times.

図8に再構成後の画像サイズの補正と画像合成を示す。画像サイズは測定する核種の磁気回転比に依存して決定され、γ2の核種をγ1に合致させるためにはγ1/γ2の係数を乗じて拡大する。サイズ補正後は、そのまま重畳すれば異なる核種の画像が同時に表示される。 FIG. 8 shows image size correction and image composition after reconstruction. The image size is determined depending on the gyromagnetic ratio of the nuclide to be measured. In order to make the γ 2 nuclide coincide with γ 1 , the image size is multiplied by a coefficient of γ 1 / γ 2 . After the size correction, if the images are superimposed as they are, images of different nuclides are displayed simultaneously.

図9に、水素(1H)とゼノン(129Xe)の核磁気共鳴イメージングの結果をしめす。測定対象は、水素として硫酸銅水溶液、ゼノンは希ガスとした。図示のように、前者はアクリル製容器に、後者はカラス管に封入し、2重構造とした。周辺および各容器間は空隙をなす。   FIG. 9 shows the results of nuclear magnetic resonance imaging of hydrogen (1H) and xenon (129Xe). The measurement object was an aqueous copper sulfate solution as hydrogen, and a rare gas as Zenon. As shown in the figure, the former was enclosed in an acrylic container and the latter was enclosed in a crow tube to form a double structure. There is a gap between the periphery and each container.

図10に2テスラ静磁場強度Boを有するMRI装置を用いて、100mT/mの傾斜磁場gを印加した場合の共鳴周波数および傾斜磁場に印加に起因する周波数分布を水素の場合を示す。サンプリング点数Nは256点とした。水素1Hの共鳴周波数が85.160MHzであることから、2テスラMRI装置で傾斜磁場gを100mT/mと、撮像領域FOVを100mmとした場合の画像の収集データの周波数は±2.129MHzに分布する。データのサンプリング数を256点とすると、サンプリング間隔は±16.633KHz/点を用いる。一方、129Xeは磁気回転比の差異に起因して、共鳴周波数が23.560MHzとなり、傾斜磁場gを100mT/m、撮像領域FOVを100mmとした場合には、収集データは±0.589MHzに分布する。このため、データのサンプリング数を256点に合致させるためには、サンプリング間隔を±4.501KHz/点とする。   FIG. 10 shows a resonance frequency when a gradient magnetic field g of 100 mT / m is applied using an MRI apparatus having a 2 Tesla static magnetic field strength Bo and a frequency distribution resulting from the application of the gradient magnetic field in the case of hydrogen. The number of sampling points N was 256. Since the resonance frequency of hydrogen 1H is 85.160 MHz, the frequency of the collected data of the image when the gradient magnetic field g is 100 mT / m and the imaging region FOV is 100 mm with a 2 Tesla MRI apparatus is distributed in ± 2.129 MHz. If the number of data sampling is 256, the sampling interval is ± 16.633 KHz / point. On the other hand, 129Xe has a resonance frequency of 23.560 MHz due to the difference in the magnetic rotation ratio, and when the gradient magnetic field g is 100 mT / m and the imaging region FOV is 100 mm, the collected data is distributed in ± 0.589 MHz. Therefore, in order to match the number of data samplings to 256 points, the sampling interval is set to ± 4.501 KHz / point.

他方、測定する核種ごとにサンプリング周波数が設定できない受信系の場合、同一のサンプリング周波数を設定せざるを得ない。この場合には、再構成した画像を磁気回転比に従って算出される比率で拡大する。   On the other hand, in the case of a receiving system in which a sampling frequency cannot be set for each nuclide to be measured, the same sampling frequency must be set. In this case, the reconstructed image is enlarged at a ratio calculated according to the magnetic rotation ratio.

図11は、水素1Hとゼノン129Xeの場合を示したもので、水素の磁気回転比は42.58MHz/T、ゼノンは11.78MHz/Tであることから、両者を同時に表示するには、ゼノンを3.61倍に拡大(あるいは水素を3.61倍に縮小)する。   FIG. 11 shows the case of hydrogen 1H and Zenon 129Xe. The magnetorotation ratio of hydrogen is 42.58 MHz / T, and Zenon is 11.78 MHz / T. Zoom in twice (or reduce hydrogen to 3.61 times).

図12に、図11の条件の際に観測される信号(計算機シミュレーションの結果)を示す。検出コイルからは両者が混在した信号となる。周波数分離して画像を再構成する。   FIG. 12 shows signals (computer simulation results) observed under the conditions of FIG. Both signals are mixed from the detection coil. The image is reconstructed by frequency separation.

核磁気共鳴イメージング技術は、金属および磁性材料を除く種々の材料における内部構造や物性の解析(非破壊検査)、流体の可視化、薬学や化学における化学的な構造や薬理効果、動物学、生物学、医学、生理学などにおける生体の組織構造や機能の解析、生体反応、病気の検査・診断などの計測(無侵襲検査)、造影剤などに利用することができる。   Nuclear magnetic resonance imaging technology analyzes the internal structure and physical properties of various materials except metals and magnetic materials (nondestructive inspection), fluid visualization, chemical structure and pharmacological effects in pharmacy and chemistry, zoology, biology It can be used for analysis of tissue structure and function of a living body in medicine, physiology, biological reaction, measurement of disease inspection / diagnosis (non-invasive inspection), contrast medium, and the like.

Claims (5)

撮像対象の周辺に配置した励起及び検出コイルを備え、共鳴周波数に等しい周波数を持つRF波をパルス状に前記励起及び検出コイルに印加して撮像対象に核磁気共鳴を誘起し、かつ、前記励起及び検出コイルにより検出信号あるいはエコー信号として出力する核磁気共鳴イメージング装置において、
異なる複数種類の核種を対象にするために、該当する複数種類の周波数を持つRFパルスを発生させるRFパルス発生器と、
前記複数種類の核種の共鳴周波数に合致した受信帯域を有する受信器とを備え、
前記受信器で、核種ごとに異なるサンプリング周波数でサンプリングすることを特徴とする核磁気共鳴イメージング装置。
An excitation and detection coil arranged around the imaging target is provided, and an RF wave having a frequency equal to the resonance frequency is applied in pulses to the excitation and detection coil to induce nuclear magnetic resonance in the imaging target, and the excitation And a nuclear magnetic resonance imaging apparatus that outputs a detection signal or an echo signal by a detection coil,
An RF pulse generator for generating RF pulses having different types of frequencies in order to target different types of nuclides;
A receiver having a reception band matching the resonance frequency of the plurality of types of nuclides,
Wherein at the receiver, nuclear magnetic resonance imaging apparatus characterized by sampling at different sampling frequencies for each nuclear species.
前記受信器には、画像を再構成する画像再構成装置と、異なる核種の画像を重畳表示する画像表示装置とが接続される請求項1に記載の核磁気共鳴イメージング装置。   2. The nuclear magnetic resonance imaging apparatus according to claim 1, wherein an image reconstruction device that reconstructs an image and an image display device that superimposes and displays images of different nuclides are connected to the receiver. 核種ごとに磁気回転比が異なることに起因して、観測される共鳴周波数およびスペクトル幅に依存して受信器AD変換器のサンプリング周波数を可変する請求項に記載の核磁気共鳴イメージング装置。 2. The nuclear magnetic resonance imaging apparatus according to claim 1 , wherein the sampling frequency of the receiver AD converter is varied depending on the observed resonance frequency and spectrum width due to the difference in the gyromagnetic ratio for each nuclide. 前記受信器は、前記複数の核種からの信号を受信する広帯域の一つの受信系から成り、受信後の信号の分離と画像再構成を個々に実施する請求項1に記載の核磁気共鳴イメージング装置。   2. The nuclear magnetic resonance imaging apparatus according to claim 1, wherein the receiver includes a single wide-band receiving system that receives signals from the plurality of nuclides, and individually performs signal separation and image reconstruction after reception. . 前記受信器は、前記複数の核種からの信号を該当する周波数ごとに受信する狭帯域の受信系から成る請求項1に記載の核磁気共鳴イメージング装置。   The nuclear magnetic resonance imaging apparatus according to claim 1, wherein the receiver includes a narrow-band receiving system that receives signals from the plurality of nuclides for each corresponding frequency.
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