JPH0638791B2 - NMR data collection method - Google Patents

NMR data collection method

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JPH0638791B2
JPH0638791B2 JP63300140A JP30014088A JPH0638791B2 JP H0638791 B2 JPH0638791 B2 JP H0638791B2 JP 63300140 A JP63300140 A JP 63300140A JP 30014088 A JP30014088 A JP 30014088A JP H0638791 B2 JPH0638791 B2 JP H0638791B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention 【産業上の利用分野】[Industrial applications]

この発明は、核磁気共鳴(NMR)を利用したイメージ
ング法やスペクトロスコピ法などのNMRデータ採取法
に関する。
The present invention relates to an NMR data acquisition method such as an imaging method and a spectroscopy method using nuclear magnetic resonance (NMR).

【従来の技術】[Prior art]

フリップ角操作によるフィールドエコー法(たとえばF
LASH法)に代表される高速撮像法において、繰り返
し時間TRを数十msecにまで短くしていくと、撮像対象
の横緩和時間T2よりも短くなって(TR≪T2)、残
留横磁化が定常状態となり、未制御な位相コヒーレンス
によりアーティファクトが発生する。 そこで従来では、variable spoiling gradientと呼ばれ
るランダムなスポイラーパルスを用いて残留横磁化を防
ぐことにより、このアーティファクトを除去することな
どが提案されている(Jens Frahm 他「Transverse Coh
erence in Rapid FLASH NMR Imaging」、Journal of Ma
gnetic Resonance,72,307-314,1987)。
Field echo method by flip angle operation (eg F
In the high-speed imaging method typified by the LASH method), when the repetition time TR is shortened to several tens of msec, it becomes shorter than the lateral relaxation time T2 of the imaging target (TR << T2), and the residual transverse magnetization becomes steady. A state occurs, and an artifact is generated due to uncontrolled phase coherence. Therefore, conventionally, it has been proposed to remove this artifact by preventing residual transverse magnetization by using a random spoiler pulse called variable spoiling gradient (Jens Frahm et al. “Transverse Coh
erence in Rapid FLASH NMR Imaging '', Journal of Ma
gnetic Resonance, 72, 307-314, 1987).

【発明が解決しようとする課題】[Problems to be Solved by the Invention]

しかしながら、上記の従来の提案のように各繰り返し毎
に毎回ランダムに変化する強い勾配磁場のスポイラーパ
ルスをかけることによりたしかに上記のアーティファク
トは消失するが、繰り返し時間TRが短い場合、急激な
勾配磁場の変化は大きなエディーカレントを発生させ、
これによりNMR信号に歪を生じさせる。そのため、M
Rイメージング法においては画像歪という別の問題を発
生させることになる。 この発明は、画像歪などの別の問題を発生させることな
く、繰り返し時間を短くした場合の残留横磁化の問題を
解消した、NMRデータ採取法を提供することを目的と
する。
However, by applying a spoiler pulse of a strong gradient magnetic field that randomly changes at each repetition as in the above-mentioned conventional proposal, the above artifacts are certainly eliminated, but when the repetition time TR is short, a steep gradient magnetic field is generated. The change causes a big eddy current,
This causes distortion in the NMR signal. Therefore, M
In the R imaging method, another problem of image distortion will occur. An object of the present invention is to provide an NMR data sampling method that solves the problem of residual transverse magnetization when the repeating time is shortened without causing another problem such as image distortion.

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

上記目的を達成するため、この発明によるNMRデータ
採取法においては、励起用高周波信号の搬送波の位相を
繰り返し時間毎に実質的にランダムに変化させるととも
に、受信したNMR信号の検波のために用いる上記搬送
波と同じ周波数の参照用高周波信号の位相を上記の変化
に対応させて変化させることを特徴とする。
In order to achieve the above object, in the NMR data sampling method according to the present invention, the phase of the carrier wave of the excitation high-frequency signal is changed substantially randomly at each repeating time, and the method is used for detecting the received NMR signal. It is characterized in that the phase of the reference high-frequency signal having the same frequency as the carrier wave is changed corresponding to the above-mentioned change.

【作用】[Action]

励起用高周波信号の搬送波の位相が、繰り返し時間毎
に、実質的にランダムに変化させられる。そのため、各
繰り返し時間毎に、スピンのフリップされる方向が異な
ることとなり、残留横磁化の定常状態化を防止でき、残
留横磁化が定常状態となることに起因する未制御な位相
コヒーレンスにより発生する問題が解消される。 そして、このような励起用高周波信号によって励起され
た対象からのNMR信号を受信し、この受信信号を上記
高周波信号の搬送波を参照用高周波信号として同期検波
して低周波信号に変換する際の、その参照用高周波信号
の位相も、上記の励起用高周波信号の搬送波位相に対応
させて変化させているので、この低周波信号では位相の
揃ったスピン情報が得られる。そのため、こうして得ら
れる情報は従来のNMRデータと同様に処理することが
でき、データ処理についてはなんらの変更も不要とな
る。 また、ランダムなスポイラーパルスを与えることがない
ため、大きなエディーカレントも発生せず、画像の歪等
の問題も避けることができる。さらにスポイラーパルス
に要する時間も不要となるため、より短いTRとするこ
と、すなわちより高速に撮像することが可能となる。
The phase of the carrier wave of the excitation high-frequency signal is changed substantially randomly at each repetition time. Therefore, the direction in which the spins are flipped is different for each repetition time, the steady state of the residual transverse magnetization can be prevented, and the uncontrolled phase coherence caused by the residual transverse magnetization becoming the steady state is generated. The problem goes away. Then, when receiving an NMR signal from an object excited by such an exciting high-frequency signal and converting the received signal into a low-frequency signal by synchronously detecting a carrier wave of the high-frequency signal as a high-frequency signal for reference, Since the phase of the reference high-frequency signal is also changed corresponding to the carrier wave phase of the excitation high-frequency signal, spin information with a uniform phase can be obtained with this low-frequency signal. Therefore, the information thus obtained can be processed in the same manner as the conventional NMR data, and no change is necessary in the data processing. Further, since no random spoiler pulse is given, a large eddy current does not occur, and problems such as image distortion can be avoided. Furthermore, since the time required for the spoiler pulse is also unnecessary, it becomes possible to set a shorter TR, that is, to capture an image at a higher speed.

【実施例】【Example】

つぎにこの発明をMRイメージング法に適用した一実施
例について図面を参照しながら説明する。第1図は、こ
の発明を、フリップ角操作によるフィールドエコー法を
採用した高速撮像法に適用した一実施例にかかるパルス
シーケンスを示す。この高速撮像法では、第1図に示す
ように、まずフリップ角がα°となるような波形に振幅
変調された高周波信号を送信して対象のスピンの励起を
行なうとともに、これと同時にスライス面選択用の傾斜
磁場Gsを印加する。続いて位相エンコード用傾斜磁場
Gpを印加し、さらにその後周波数エンコード用傾斜磁
場Gfを加えてエコー信号を発生させる。このような一
連のパルスシーケンスを短い繰り返し時間TRで繰り返
す。このパルスシーケンスは通常の高速撮像法と同じで
あるが、この発明によると、上記の励起用高周波信号の
搬送波の位相を各TR毎にランダムに変えるようにして
いる。すなわちn回目のTRにおいて送信高周波信号の
搬送波位相をXTM-θnとし、(n+1)回目のTRでは
XTM-θn+1とする。そして発生したエコー信号n及び
n+1は、基本的に送信高周波信号の搬送波と同じ信号
を参照信号として同期検波する。つまり参照信号は周波
数及び位相が送信高周波信号の搬送波と同じにされる。
位相についてはXTM-θn、XTM-θn+1と同じRef-θ
n、Ref-θn+1となる。nを0からN−1まで繰り返
してデータ採取する場合、つぎの式 XTM-θ0≠XTM-θ1≠…≠XTM-θN-1 XTM-θn+1−XTM-θn≠XTM-θn+2−XTM-θn+1 で示される関係を満たすようにランダム性をもたせる。
Ref-θnについても同様とする。 このように励起用高周波信号であるα°パルスの搬送波
位相XTM-θを各TR毎にランダムに変化させているの
で、スピンの倒れる方向を各TR毎にランダムに変化さ
せることができる。すなわち、励起用高周波信号である
α°パルスの搬送波の位相角によりスピンの倒れる方向
(フリップ方向)が第2図のように制御できるからであ
る。スピンの倒れる方向がランダムになると、第1図の
パルスシーケンスにおいてTR≪T2としたときのスピ
ンの残留横磁化の定常状態が防止できる。 一方、検波時に用いる参照信号の位相Ref-θもXTM-θに
対応させているため、検波後のエコー信号は上記のよう
なランダム性が除かれた通常の信号と同じとなる。その
ため、こうして収集されたデータを2次元フーリエ変換
することによって、位相コヒーレンスによるアーティフ
ァクトが除去された画像を再構成できる。 通常ではXTM-θ=Ref-θとすればよいが、位相コヒーレ
ンスによるアーティファクトの除去に加えて、カールパ
ーセル列の180°パルス補正やDCノイズ除去等のた
めに、さらにXTM-θについてのみ各TR毎に0°、180
°、0°、180°、…というような位相オフセットを加
えることもできる。 第3図は上記のパルスシーケンスを実現するMRイメー
ジングシステムを示す。この第3図において、波形発生
回路11はスピンの磁化を角度α°だけ倒すような振幅
変調波形を発生し、これがD/A変換回路12に送ら
れ、アナログ信号とされた後、振幅変調回路13に送ら
れる。これにより搬送波が振幅変調され、α°パルスと
なってパワーアンプ14を経て送信コイル15に送ら
れ、この送信コイル15から人体等の被検体(図示しな
い)に照射され、これを励起する。人体等の被検体で生
じたNMR信号(エコー信号)は受信コイル21によっ
て受信され、プリアンプ22を経て検波回路23に送ら
れて検波され、その後ローパスフィルタ24を経てA/
D変換回路25によりデジタル信号に変換される。この
信号はホストコンピュータ26に取り込まれ、高速フー
リエ変換(FFT)等の処理を受ける。 励起用の送信高周波信号の搬送波及び検波回路23で用
いられる参照信号は、基準クロック発生器31から発生
された高周波信号が用いられるが、それぞれ位相シフタ
32、33を経て位相制御される。これらの信号の位相
は、乱数角度発生器35の出力によって、基本的には同
じ位相であるXTM-θ、Ref-θに制御される。送信搬送波
位相制御回路34は、上記の変形カールパーセル制御や
DCノイズ除去のための位相オフセットを発生し、これ
を加算回路36において乱数角度信号に加え、XTM-θの
みTR毎に0°、180°、0°、180°、…という
ような位相オフセットを加える。 なお、上記の実施例では搬送波及び参照信号の位相をラ
ンダムに変化させたが、上記の式の関係が成立すれば、
必ずしも厳密な意味での乱数制御である必要はなく、各
TR毎に異なる位相角で且つその位相変化量が違ってい
れば、残留横磁化の定常状態化は防止可能である。さら
に、位相コヒーレンスによるアーティファクト除去効果
を高めるためにスポイラーグラジェントパルスと併用す
ることもできる。また、上記の2次元フーリエ変換法の
みならず、3次元フーリエ変換法にも拡張したり、ある
いはCT法やエコープレーナ法への適用も容易にでき
る。
Next, an embodiment in which the present invention is applied to the MR imaging method will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a pulse sequence according to an embodiment in which the present invention is applied to a high speed imaging method adopting a field echo method by a flip angle operation. In this high-speed imaging method, as shown in FIG. 1, first, a high-frequency signal amplitude-modulated into a waveform having a flip angle of α ° is transmitted to excite a target spin, and at the same time, the slice plane is simultaneously excited. A gradient magnetic field Gs for selection is applied. Subsequently, a gradient magnetic field Gp for phase encoding is applied, and then a gradient magnetic field Gf for frequency encoding is applied to generate an echo signal. Such a series of pulse sequences is repeated with a short repetition time TR. This pulse sequence is the same as in the normal high-speed imaging method, but according to the present invention, the phase of the carrier wave of the above-mentioned excitation high-frequency signal is randomly changed for each TR. That is, the carrier phase of the transmission high-frequency signal is set to XTM-θn in the nth TR, and in the (n + 1) th TR,
XTM-θn + 1. Then, the generated echo signals n and n + 1 are basically synchronously detected with the same signal as the carrier wave of the transmission high frequency signal as a reference signal. That is, the reference signal has the same frequency and phase as the carrier wave of the transmission high frequency signal.
The phase is the same as XTM-θn and XTM-θn + 1 Ref-θ
n, Ref-θn + 1. When n is repeatedly acquired from 0 to N-1, the following formula XTM-θ 0 ≠ XTM-θ 1 ≠ ... ≠ XTM-θ N-1 XTM-θ n + 1 −XTM-θ n ≠ XTM-θ n + 2 Randomness is given so as to satisfy the relationship represented by −XTM-θ n + 1 .
The same applies to Ref-θn. In this way, the carrier phase XTM-θ of the α ° pulse that is the high-frequency signal for excitation is randomly changed for each TR, so that the falling direction of the spin can be randomly changed for each TR. That is, the direction in which the spin falls (flip direction) can be controlled as shown in FIG. 2 by the phase angle of the carrier wave of the α ° pulse that is the excitation high-frequency signal. When the directions in which the spins fall are random, the steady state of the residual transverse magnetization of the spins when TR << T2 in the pulse sequence of FIG. 1 can be prevented. On the other hand, since the phase Ref-θ of the reference signal used at the time of detection also corresponds to XTM-θ, the echo signal after detection becomes the same as a normal signal from which the above randomness is removed. Therefore, it is possible to reconstruct an image from which the artifacts due to phase coherence are removed by performing a two-dimensional Fourier transform on the data thus collected. Normally, XTM-θ = Ref-θ, but in addition to removing artifacts due to phase coherence, 180 ° pulse correction of the curl parcel train, DC noise removal, etc. 0 ° every time, 180
It is also possible to add a phase offset such as °, 0 °, 180 °, .... FIG. 3 shows an MR imaging system implementing the above pulse sequence. In FIG. 3, the waveform generation circuit 11 generates an amplitude modulation waveform that inverts the magnetization of spins by an angle α °, which is sent to the D / A conversion circuit 12 and converted into an analog signal. Sent to 13. As a result, the carrier wave is amplitude-modulated, becomes an α ° pulse, is sent to the transmission coil 15 via the power amplifier 14, and is irradiated to a subject (not shown) such as a human body from the transmission coil 15 to excite it. An NMR signal (echo signal) generated in a subject such as a human body is received by a receiving coil 21, sent to a detection circuit 23 via a preamplifier 22 and detected, and then passed through a low pass filter 24 to A /
The digital signal is converted by the D conversion circuit 25. This signal is taken into the host computer 26 and undergoes processing such as fast Fourier transform (FFT). The carrier wave of the transmission high-frequency signal for excitation and the reference signal used in the detection circuit 23 are the high-frequency signals generated from the reference clock generator 31, and the phases are controlled via the phase shifters 32 and 33, respectively. The phases of these signals are controlled by the output of the random angle generator 35 to be XTM-θ and Ref-θ, which are basically the same phase. The transmission carrier phase control circuit 34 generates a phase offset for the above-mentioned modified curl parcel control and DC noise removal, adds this to the random angle signal in the addition circuit 36, and only XTM-θ is 0 °, 180 ° for each TR. Phase offsets such as °, 0 °, 180 °, etc. are added. Although the phases of the carrier wave and the reference signal are randomly changed in the above embodiment, if the relationship of the above equation is satisfied,
Random number control is not necessarily required in a strict sense, and if the phase angle is different for each TR and the amount of phase change is different, the steady state of residual transverse magnetization can be prevented. Further, it can be used together with a spoiler gradient pulse in order to enhance the effect of removing artifacts due to phase coherence. Further, not only the above-mentioned two-dimensional Fourier transform method but also the three-dimensional Fourier transform method can be extended, or the method can be easily applied to the CT method and the echo planar method.

【発明の効果】【The invention's effect】

この発明のNMRデータ採取法によれば、繰り返し時間
TRを短くした場合の残留横磁化が定常状態になって未
制御な位相コヒーレンスにより生じる問題が、エディー
カレントの発生などの別の問題を生じることなしに、除
去される。そのため、とくにMRイメージング法に適用
した場合、TR≪T2の関係が成立する高速撮像法にお
いて被写体の緩和時間に依存した特有のアーティファク
トの発生を抑え、データの信頼性を高めることができ
る。
According to the NMR data sampling method of the present invention, when the repetition time TR is shortened, the residual transverse magnetization becomes a steady state and is caused by uncontrolled phase coherence, which causes another problem such as generation of an eddy current. Removed without. Therefore, particularly when applied to the MR imaging method, it is possible to suppress the occurrence of specific artifacts depending on the relaxation time of the object in the high-speed imaging method in which the relationship TR << T2 holds, and to improve the reliability of data.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図はこの発明の一実施例にかかる高速撮像シーケン
スを示すタイムチャート、第2図は同実施例における励
起用高周波信号の搬送波位相とフリップ方向との関係を
示す模式図、第3図は同実施例にかかるMRイメージン
グシステムを示すブロック図である。 11…波形発生回路、12…D/A変換回路、13…振
幅変調回路、14…パワーアンプ、15…送信コイル、
21…受信コイル、22…プリアンプ、23…検波回
路、24…ローパスフィルタ、25…A/D変換回路、
26…ホストコンピュータ、31…基準クロック発生
器、32、33…位相シフタ、34…送信搬送波位相制
御回路、35…乱数角度発生器、36…加算回路。
FIG. 1 is a time chart showing a high-speed imaging sequence according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic diagram showing a relationship between a carrier wave phase of a high frequency signal for excitation and a flip direction in the embodiment, and FIG. It is a block diagram which shows the MR imaging system concerning the Example. 11 ... Waveform generation circuit, 12 ... D / A conversion circuit, 13 ... Amplitude modulation circuit, 14 ... Power amplifier, 15 ... Transmission coil,
21 ... Receiving coil, 22 ... Preamplifier, 23 ... Detection circuit, 24 ... Low pass filter, 25 ... A / D conversion circuit,
26 ... Host computer, 31 ... Reference clock generator, 32, 33 ... Phase shifter, 34 ... Transmission carrier wave phase control circuit, 35 ... Random angle generator, 36 ... Addition circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】励起用高周波信号の搬送波の位相を繰り返
し時間毎に実質的にランダムに変化させるとともに、受
信したNMR信号の検波のために用いる上記搬送波と同
じ周波数の参照用高周波信号の位相を上記の変化に対応
させて変化させることを特徴とするNMRデータ採取
法。
1. The phase of a carrier wave of a high-frequency signal for excitation is changed substantially randomly at each repeating time, and the phase of a high-frequency signal for reference having the same frequency as the carrier wave used for detection of a received NMR signal is set. A method for collecting NMR data, characterized in that the method is changed in accordance with the above change.
JP63300140A 1988-11-28 1988-11-28 NMR data collection method Expired - Fee Related JPH0638791B2 (en)

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