JPH0252499B2 - - Google Patents

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JPH0252499B2
JPH0252499B2 JP59173898A JP17389884A JPH0252499B2 JP H0252499 B2 JPH0252499 B2 JP H0252499B2 JP 59173898 A JP59173898 A JP 59173898A JP 17389884 A JP17389884 A JP 17389884A JP H0252499 B2 JPH0252499 B2 JP H0252499B2
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magnetic field
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pulse
spatial
spins
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JP59173898A
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JPS6151581A (ja
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Hiroyuki Matsura
Kazuya Hoshino
Eiji Yoshitome
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GE Healthcare Japan Corp
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Yokogawa Medical Systems Ltd
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/24Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance for measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • GPHYSICS
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    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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    • G01R33/44Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance using nuclear magnetic resonance [NMR]
    • G01R33/48NMR imaging systems
    • G01R33/54Signal processing systems, e.g. using pulse sequences ; Generation or control of pulse sequences; Operator console
    • G01R33/56Image enhancement or correction, e.g. subtraction or averaging techniques, e.g. improvement of signal-to-noise ratio and resolution
    • G01R33/565Correction of image distortions, e.g. due to magnetic field inhomogeneities
    • G01R33/56563Correction of image distortions, e.g. due to magnetic field inhomogeneities caused by a distortion of the main magnetic field B0, e.g. temporal variation of the magnitude or spatial inhomogeneity of B0

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、磁場強度の空間分布を測定する方法
に関する。本発明は、主として医療機器として用
いられる核磁気共鳴画像観測装置の磁場強度の空
間分布測定に利用される。
〔従来の技術〕
従来は、空間磁場分布を測定するために、ホー
ル素子や核磁気共鳴磁束計などの磁束計を使用し
ていた。すなわち、一点ずつ磁束計の位置を移動
させて磁場強度を測定し、この測定結果から磁場
強度の分布を得ていた。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、磁束計を正確に移動させることは困難
であり、また、二次元分布の測定などの場合には
時間がかかる欠点があつた。
本発明は、空間磁場分布を高速で測定する方法
を提供することを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の空間磁場分布測定方法は、均質なフア
ントムに対して原子核のスピンを励起する第一の
高周波パルス(90゜パルス)を印加し、これによ
り励起されたスピンの位相を変化させ、さらに第
二の高周波パルス(180゜パルス)または勾配磁場
の反転によりフアントム全体のスピンを反転さ
せ、勾配磁場を印加して励起されたスピンによる
信号を観測する第一のステツプと、上記スピンの
位相を変化させる量を変えて、上記第一のステツ
プを繰返し、これにより得られたデータを演算処
理してスピンの第一の位相分布を得る第二のステ
ツプと、勾配磁場の強度または印加開始時刻を変
化させて上記第一および第二のステツプを繰り返
し、スピンの第二の位相分布を得る第三のステツ
プと、上記第一の位相分布と上記第二の位相分布
との差から磁場強度の空間分布を演算する第四の
ステツプとを含む。
〔作用〕 本発明の空間磁場分布測定方法は、同一の断層
面に対して異なるシーケンスの二組の核磁気共鳴
信号を測定し、両者の差から磁場強度の二次元空
間分布を得る。
〔実施例〕
第1図は本発明実施例核磁気共鳴画像装置のブ
ロツク構成図である。
マグネツトアセンブリ1は、この内部に挿入さ
れた被検体に一定強度の主磁場を印加する静磁場
コイル2と、被検体にX方向、Y方向およびZ方
向の勾配磁場を印加する勾配コイル3と、原子核
のスピンを励起するための高周波パルスを与える
励磁コイル4と、被検体内からの核磁気共鳴信号
を検出するための検出コイル5とを備えている。
データ処理計算機11は、表示装置12と、コ
ントローラ13とに接続される。コントローラ1
3は、勾配磁場制御回路14とゲート回路17と
に接続される。勾配磁場制御回路14は、勾配コ
イル3に接続される。静磁場制御回路15は、静
磁場コイル2に接続される。高周波発振器16は
ゲート回路17に接続される。ゲート回路17は
電力増幅器18に接続される。電力増幅器18は
励磁コイル4に接続される。検出コイル5はプリ
アンプ19に接続される。プリアンプ19は位相
検波回路20に接続される。位相検波回路20は
波形メモリ21に接続される。波形メモリ21は
データ処理計算機11に接続される。
コントローラ13は、核磁気共鳴信号の観測デ
ータを収集するためのタイミング信号を発生し、
勾配磁場制御回路14およびゲート回路17の動
作を制御する。これにより、コントローラ13
は、勾配磁場や高周波パルスの発生シーケンスを
制御する。
勾配磁場制御回路14は、勾配コイル3の電流
を制御し、被検体に勾配磁場を印加する。
静磁場制御回路15は、静磁場コイル2の供給
電流を制御し、被検体に静磁場を印加する。
高周波発振器16は高周波信号を発生する。ゲ
ート回路17は、コントローラ13からのタイミ
ング信号により、高周波発振器16の出力した高
周波信号を変調し、高周波パルスを生成する。電
力増幅器18は、ゲート回路17の出力した高周
波パルスを電力増幅し、励磁コイル4に供給す
る。
プリアンプ19は、検出コイル5からの核磁気
共鳴信号を増幅する。位相検波回路20は、この
増幅された核磁気共鳴信号を位相検波する。波形
メモリ21は、位相検波された波形信号を記憶す
る。
データ処理計算機11は、コントローラ13の
動作の制御、コントローラ13からの時間情報の
受信および波形メモリ21からの読出しを行い、
観測された核磁気共鳴による信号を画像に構成す
る演算を行う。この演算により得られた画像は、
表示装置12に表示される。また、データ処理計
算機11は、操作者に対する操作の指示を、表示
装置12に表示することもできる。
断層面の選択は任意の方向で行うことができる
が、以下の例では、第1図のZ方向にスライスし
た断層面(Z軸に直交する面)を測定する場合に
ついて説明する。この場合には、断層面を選択す
るためにZ方向の勾配磁場を利用する。
第2図は、空間磁場の二次元分布を測定するた
めのタイムチヤートである。
まず、スピン−格子緩和(縦緩和)、時間T1
よびスピン−スピン緩和(横緩和)時間T2の値
が大きくしかも均質な物質(フアントム)を測定
したい空間に満たし、静磁場H0を印加する。例
えば、プロトンを検出するための装置の場合に
は、容器に入れた水を測定したい空間に満たす。
これは、他のパルスシーケンスで本発明を実施す
るときも同様である。
この後に、この物質に対して90゜ばパルスおよ
びz方向に勾配磁場gzを印加し、測定したい断層
面を選択励起する。この選択励起は、厚さ方向の
誤差を削減するために、できるだけ薄い断層面を
スライスすることが望ましい。
続いて、z方向に勾配磁場gz′を印加し、z方
向のスピンの位相をそろえる。これと同時に、x
方向の勾配磁場gxを印加し、x方向にスピンの位
相を変化させる。すなわち、位相をエンコードす
る。位相の変化量は、勾配磁場gxの強度および印
加時間t0で制御することができる。
位相をエンコードした後に、y方向の勾配磁場
gyを時間tだけ印加する。
次に、90゜パルスを印加してから時間Ts1後に
180゜パルスを印加し、フアントム全体のスピンの
位相を反転させる。ここで、時間Ts1、時間t0
よび時間tは、 Ts1>t0+t の関係がある。
また、180゜パルスの印加の前後にスポイラを加
える。すなわち、X、YおよびZ方向の各勾配磁
場を印加する。これは、断層面外の磁化ベクトル
が、180゜パルスの誤差のために、雑音信号を発生
することを除去するためである。
180゜パルスおよびスポイラを印加してから時間
τが経過した後に、y方向のgy′を印加し、これ
によりエコー信号が観測される。勾配磁場gy′を
印加してからエコー信号がピークになるまでの時
間をt′とすると、 gy・t=gy′・t′ の関係がある。このエコー信号を、時系列データ
としてサンプリングする。また、180゜パルスの印
加からエコー信号がピークになるまでの時間を
Ts2とする。
エコー信号の測定が終了した後に、スポイラを
印加し、ビユー間の相関を取り除き、スピンが熱
平衡状態に戻るまでの時間Tdが経過してから、
この測定を繰り返す。ただし、勾配磁場gxの強度
または印加時間は、測定の毎に変化させる。すな
わち、位相エンコード量を変化させて測定を繰り
返す。
以上の測定により得られたデータを、横軸を時
間、たて軸を勾配磁場gxの強度または印加時間と
した二次元マトリクスとし、このマトリクスを二
次元フーリエ変換する。このフーリエ変換は、デ
ータ処理計算機11により、高速フーリエ変換の
アルゴリズムにより演算される。ここで、この演
算は複素フーリエ変換であり、得られた結果は二
次元像となる。この二次元像の各点の実数部を
R、虚数部をIと表すと、複素数R+iI(ただし、
i2=−1)の偏角θが、各点のスピンの位相とな
る。
上記の測定および演算により、スピンの位相の
二次元分布が一つ得られる。これと同じ測定およ
び演算を、時間Ts1と時間Ts2との差を変えて実
行し、もう一つのスピンの位相の二次元分布を得
る。この二つのスピンの位相の二次元分布の差か
ら、二次元空間磁場分布が得られる。これについ
てさらに詳しく説明する。
第3図は二つのスピンの位相の二次元分布を示
す図である。第3図aは、時間Ts1と時間Ts2
が等しく、スピンの位相がそろつている。第3図
bは、時間Ts1と時間Ts2とが時間差Δtだけ異な
り、スピンの位相が三つの群に分かれている。
以下の説明では、励磁コイル4および検出コイ
ル5の位相特性が、場所に依存しないとする。た
だし、もし場所に依存したとしても、常に一定量
のオフセツトがあり、位相差をとることにより相
殺することができる。
第3図の下の2行は、磁場強度Hが角周波数ω
の基準高周波と、 H=ω/γ の関係があり、スピンの向きは同じである。ただ
し、γは磁気回転比である。磁場強度がΔHずれ
ると、スピンの位相はθだけずれる。この、磁場
強度のずれΔHとスピンの位相のずれθとは、 θ=γ・ΔH・Δt の関係がある。この関係により、磁場強度の二次
元分布が得られる。
雑音による誤差を除去するために、多くの時間
差Δtについて位相のずれθを求め、最小自乗法
などの演算により、磁場強度のずれΔHの値を正
確に求めることができる。
第4図は、180゜パルスを複数回印加した測定例
を示すタイムチヤートである。
この例では、第一のエコー信号がピークになつ
てから時間Ts3の後に、再び180゜パルスを印加し
てフアントム全体のスピンを反転させる。この印
加から時間Ts4の後に第二のエコー信号がピーク
となる。
180゜パルスを複数回印加することにより、複数
のエコー信号を測定することができる。この測定
方法により、時間関係を同じにして測定して平均
をとり、信号雑音比を改善することができる。ま
た、例えば、スポイラを印加した後のy方向の勾
配磁場を印加していない時間τを変化させ、 Ts1=Ts2 Ts3=Ts4+Δt として、第一のエコー信号と第二のエコー信号と
の時間関係を変化させることにより、一連の走査
だけでスピンの位相差および空間磁場分布を得る
ことができる。
第5図および第6図は、高速に測定する例のタ
イムチヤートを示す。第5図の例は180゜パルスを
奇数回印加した例であり、第6図の例は180゜パル
スを偶数回印加した例である。この180゜パルスの
印加によりフアントム全体のスピンを反転させて
いる。
第5図に示した例では、180゜パルスを奇数回印
加した後に、90゜パルスおよび180゜パルスを印加
して、スピンによる磁化を強制的に上にむけてい
る。また、第6図に示した例では、180゜パルスを
偶数回印加した後に、90゜パルスを印加して、ス
ピンによる磁化を強制的に上(z軸の正方向)に
向けている。スピンによる磁化を上に向けること
により、待ち時間Tdを短縮し、さらに測定時間
を短縮することができる。
第7図は、180゜パルスを用いる代わりに、勾配
磁場を反転させてフアントム全体のスピンを反転
させる例のタイムチヤートを示す図である。この
例では、y方向の勾配磁場を反転させてエコー信
号を測定する。90゜パルスからエコー信号発生ま
での時間Techpを変えた二つの位相画像の差から、
磁場分布を計算する。勾配磁場の反転による測定
は、180゜パルスを用いた測定例と同様に、多数の
エコー信号を測定したり、スピンによる磁化を強
制的に上に向けることにより高速化したりするこ
とができる。
マグネツトアセブリ1内に挿入する物質の形状
を、測定したい二次元の面状に、すなわち薄くす
ることにより、非選択励起でも本発明を実施でき
る。したがつて、このような場合には、90゜パル
スの誤差による測定精度の不正確さを除去でき
る。
180゜パルスとして、複数パルスを連続して印加
するコンポジツト180゜パルスを用いることによ
り、スピンの反転精度を上げることができ、断層
面外からの雑音信号を削減し、信号雑音比を改善
できる。この例としては、180゜パルスの前後に、
180゜パルスとは位相が90゜異なる90゜パルスを印加
する等の方法がある。
また、マルチスライスにより、待ち時間Td
間に他の断層面を選択励起して測定し、三次元の
空間磁場分布を測定することも可能である。
さらに、三次元フーリエ法を用いて三次元の空
間磁場分布を測定することも可能である。
〔発明の効果〕 本発明の空間磁場分布測定方法によれば、可動
部がなく、あるいは手走査を行うことなく高速に
測定できる。さらに、180゜パルスの印加または勾
配磁場の反転によつて多数のエコー信号を測定す
ることにより、平均や最小自乗法のためのデータ
を高速に得ることができる。また、スピンによる
磁化を強制的に上に向けることにより、待ち時間
を減らすことができる。フアントムとして薄い二
次元面の物質を用いた場合には、非選択励起によ
り測定できるので、90゜パルスによる誤差を除去
できる。コンポジツト180゜パルスを印加すること
により、スピンを正確に反転させることができ、
信号雑音比が良好になる。マルチスライスを行う
ことにより、三次元の空間磁場分布を高速で測定
できる。三次元フーリエ法を用いた場合には、同
じシーケンスの繰り返しだけで三次元の空間磁場
分布が得られる。
したがつて本発明は、核磁気共鳴計算機トモグ
ラフイ装置やその他の核磁気共鳴画像装置の磁場
分布測定に利用して、これらの装置のメンテナン
スや調整の作業を容易にする効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明実施例核磁気共鳴画像装置のブ
ロツク構成図。第2図は空間磁場の二次元分布を
測定するためのタイムチヤート。第3図はスピン
の位相の二次元分布を示す図。第4図は180゜パル
スを複数回印加して測定するタイムチヤート。第
5図は180゜パルスを奇数回印加して高速で測定す
るタイムチヤート。第6図は180゜パルスを偶数回
印加して高速で測定するタイムチヤート。第7図
は勾配磁場を反転させて測定するタイムチヤー
ト。 1……マグネツトアセンブリ、2……静磁場コ
イル、3……勾配コイル、4……励磁コイル、5
……検出コイル、11……データ処理計算機、1
2……表示装置、13……コントローラ、14…
…勾配磁場制御回路、15……静磁場制御回路、
16……高周波発振回路、17……ゲート回路、
18……電力増幅器、19……プリアンプ、20
……位相検波回路、21……波形メモリ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 均質なフアントムに対して原子核のスピンを
    励起する第一の高周波パルス(90゜パルス)を印
    加し、これにより励起されたスピンの位相を変化
    させ、さらに第二の高周波パルス(180゜パルス)
    または勾配磁場の反転によりフアントム全体のス
    ピンを反転させ、勾配磁場を印加して励起された
    スピンによる信号を観測する第一のステツプと、 上記スピンの位相を変化させる量を変えて、上
    記第一のステツプを繰返し、これにより得られた
    データを演算処理してスピンの第一の位相分布を
    得る第二のステツプと、 勾配磁場の強度または印加開始時刻を変化させ
    て上記第一および第二のステツプを繰り返し、ス
    ピンの第二の位相分布を得る第三のステツプと、 上記第一の位相分布と上記第二の位相分布との
    差から磁場強度の空間分布を演算する第四のステ
    ツプと を含む空間磁場分布測定方法。 2 第一のステツプは、高周波パルスまたは勾配
    磁場の反転によるスピンの反転を繰り返し、複数
    の信号を観測する特許請求の範囲第1項に記載の
    空間磁場分布測定方法。 3 第一のステツプは、信号の観測の終了後にス
    ピンによる磁化を強制的に熱平衡状態にする方法
    を含む特許請求の範囲第1項に記載の空間磁場分
    布測定方法。 4 フアントムは薄い形状である特許請求の範囲
    第1項に記載の空間磁場分布測定方法。 5 第二の高周波パルスは、複数の高周波パルス
    の連続により構成される特許請求の範囲第1項に
    記載の空間磁場分布測定方法。 6 第二および第三のステツプはマルチスライス
    として三次元の位相分布を演算処理し、第四のス
    テツプは三次元の空間分布を演算する特許請求の
    範囲第1項に記載の空間磁場分布測定方法。 7 第二および第三のステツプは三次元フーリエ
    法により演算処理する特許請求の範囲第1項に記
    載の空間磁場分布測定方法。
JP59173898A 1984-08-20 1984-08-20 空間磁場分布測定方法 Granted JPS6151581A (ja)

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JPS63259481A (ja) * 1987-04-16 1988-10-26 Mitsubishi Electric Corp Nmr検査装置の静磁場強度分布測定方法
JP2813980B2 (ja) * 1988-12-29 1998-10-22 ジーイー横河メディカルシステム株式会社 核磁気共鳴装置
JPH04117608U (ja) * 1991-04-04 1992-10-21 横河メデイカルシステム株式会社 Mrイメージング装置

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