JPH0714387B2 - Measurement method of magnetization distribution using nuclear magnetic resonance - Google Patents

Measurement method of magnetization distribution using nuclear magnetic resonance

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JPH0714387B2
JPH0714387B2 JP60228687A JP22868785A JPH0714387B2 JP H0714387 B2 JPH0714387 B2 JP H0714387B2 JP 60228687 A JP60228687 A JP 60228687A JP 22868785 A JP22868785 A JP 22868785A JP H0714387 B2 JPH0714387 B2 JP H0714387B2
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measuring
magnetic field
magnetic resonance
nuclear magnetic
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謙介 関原
茂 松井
秀樹 河野
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は核磁気共鳴を用い、対象物体中の該スピン分
布、緩和時間分布など(以下磁化分布と呼ぶ)を非破壊
的に求める検査装置に係り、特に対象の分布を高速で画
像とする装置に関する。
The present invention relates to an inspection apparatus that non-destructively obtains the spin distribution, relaxation time distribution, etc. (hereinafter referred to as magnetization distribution) in a target object using nuclear magnetic resonance. In particular, the present invention relates to an apparatus that images a distribution of an object at high speed.

〔発明の背景〕[Background of the Invention]

本発明に最も近い公知技術としては、例えばジヤーナル
・オブ・フイジツクス・シー(J.Phys.C),ソリツド・
ステイト・フイジツクス(Solid State Phys.)第10
巻,第55〜58頁に紹介されているP.マンスフイールド氏
提案のエコープラナー法がある。この方法を実現するた
めの典型的なRFおよび傾斜磁界の印加タイミングを第1
図に示す。図はZ軸に垂直な断面を選択し計測する場合
のシーケンスであり、図中Gyのように、1方向に定常的
に印加する傾斜磁界、及び図中Gxのようにこれと直角方
向に振動する傾斜磁界を印加することによりスピン分布
を測定する。この方法では大振幅かつ高速の傾斜磁界の
切り変えが必要であるが、原理的には1回の90°パルス
印加により測定されるNMR信号を用い像を構成できる。
The closest known technology to the present invention is, for example, Journal of Physics C (J.Phys.C), Solid.
State State Phys. No. 10
There is an echo planar method proposed by P. Mansfield, which is introduced in Volumes, pp. 55-58. The typical RF and gradient magnetic field application timings to realize this method
Shown in the figure. The figure shows the sequence for selecting and measuring a cross section perpendicular to the Z-axis. A gradient magnetic field that is constantly applied in one direction, such as Gy in the figure, and vibration in the direction perpendicular to this, such as Gx, in the figure. The spin distribution is measured by applying a gradient magnetic field. This method requires switching of the gradient magnetic field with large amplitude and high speed, but in principle an image can be constructed using the NMR signal measured by applying 90 ° pulse once.

しかし、特別な後処理を行わない限り、振動する傾斜磁
界の振動波形として、矩形波を用いなければならず、こ
れはこの傾斜磁界発生用電源に対して大きな負担とな
り、また、大きな周波数が必要とされる場合、傾斜磁場
発生用コイルも特別な工夫を必要とする。
However, unless special post-processing is performed, a rectangular wave must be used as the oscillating waveform of the oscillating gradient magnetic field, which imposes a heavy burden on this gradient magnetic field generating power source and requires a large frequency. In this case, the gradient magnetic field generating coil also needs a special device.

〔発明の目的〕[Object of the Invention]

本発明の目的は、核磁気共鳴を用い、対象物体中の磁化
分布を非破壊的に求め検査装置において、矩形的な傾斜
磁場を切り変えを用いずに、正弦波的な周期波形を用い
ることにより、高速で画像再構成に必要なデータを取り
込むことのできる装置を提供することにある。
An object of the present invention is to use a sinusoidal periodic waveform without switching a rectangular gradient magnetic field in an inspection apparatus that non-destructively obtains a magnetization distribution in a target object by using nuclear magnetic resonance. Therefore, it is to provide an apparatus capable of capturing data required for image reconstruction at high speed.

〔発明の概要〕[Outline of Invention]

2次元イメージングを仮定し、画像面を(x,y)面とす
る。傾斜磁場を Gx(t)=G0cosωt−G0ωtsinωt Gy(t)=G0sinωt+G0ωtcosωt と駆動すると、得られる該核磁気共鳴信号は、 S(t)=∫ρ(x,y)exp[iγ{G0t(xcosωt+ys
inωt)}]dxdy (2) となる。
Assuming two-dimensional imaging, let the image plane be the (x, y) plane. When the gradient magnetic field is driven as Gx (t) = G 0 cosωt−G 0 ωtsinωt Gy (t) = G 0 sinωt + G 0 ωtcosωt, the obtained nuclear magnetic resonance signal is S (t) = ∫ρ (x, y) exp [iγ {G 0 t (xcosωt + ys
inωt)}] dxdy (2).

上式から得られるデータ列はρ(x,y)の空間周波数領
域を第2図に示すごとく螺線状にサンプリングしたもの
になる。このフーリエ領域のスパイラルサンプリングに
ついては、ジヤーナル・オブ・マグネテイツク・レゾナ
ンス(Journal of magnetic resonance)誌,第54巻,33
8-343頁(1983年)の中で示唆されているが、上記文献
には、像再生手法などの方法に関する示唆以上の議論は
行われていない。
The data sequence obtained from the above equation is a spatial frequency domain of ρ (x, y) sampled in a spiral shape as shown in FIG. The spiral sampling in the Fourier domain is described in Journal of magnetic resonance, Vol. 54, 33.
Although it is suggested in pages 8-343 (1983), the above-mentioned document does not discuss more than suggestions regarding methods such as an image reproducing method.

本発明は、螺線状に測定されたデータに対する像再生手
法、この像再生を適用するためのデータ計測法および像
再生手法から導かれる傾斜磁場駆動に対して負担の少な
いデータ測定法を特徴とする。
The present invention is characterized by an image reproduction method for spirally measured data, a data measurement method for applying this image reproduction, and a data measurement method with a small load on a gradient magnetic field drive derived from the image reproduction method. To do.

まず像再成について説明する。信号計測のサンプリング
間隔、すなわち、具体的には計測された信号をデイジタ
ル化して計算機に与えるAD変換器のサンプリング間隔Δ
tを、 となるようにえらぶと、第2図に示されるごとく、kx
と角度θをなす直線上に等間隔で測定点がならぶように
なる。(同図中ではサンプリング点を丸印で示す。) これらの直線を螺線が交差する時刻は、 で表わされる。(1)式に代入すると S(▲tθ ▼)=∫ρ(x,y)exp[iγ{G0▲tθ
▼(xcosθ+ysinθ)}]dxdy (2) となる。▲tθ ▼を連続変数とみなし、tθと表記す
ると、 ここで sgn(t)=1 t0 −1 t<0 である。ここでS(tθ)は、第2図において、角度θ
であるような動径上にならんだデータ群を指す。以後t
θに関する演算を行うことは、ラセン上のデータをθの
異なる動径上のデータ群にグループ分けしたことにな
る。このことを明確にするために、角度θなる動径上の
データを、Sθ(tθ)と表記する。(3)式の両辺の
フーリエ変換をとると、 ここで、*はコンボリユーシィヨンを意味する。また であり、このPθ(f)は周波数軸上に与えられたρ
(x,y)のθ方向の射影である。(3)および(4)式
により、 式を得る。したがつて、(6)式より角度θの射影を求
め、0〜360°のP(f)からρ(x,y)を再構成する。
First, the image reconstruction will be described. Sampling interval of signal measurement, that is, the sampling interval Δ of the AD converter that gives the computer the measured signal digitally.
t Then, as shown in FIG. 2, the measurement points are arranged at equal intervals on a straight line forming an angle θ with the k x axis. (Sampling points are indicated by circles in the figure.) The time when the spiral lines intersect these straight lines is It is represented by. Substituting into equation (1), S (▲ t θ n ▼) = ∫ρ (x, y) exp [iγ {G 0 ▲ t θ n
▼ (xcosθ + ysinθ)}] dxdy (2). If ▲ t θ n ▼ is regarded as a continuous variable and is represented as t θ , Here, sgn (t) = 1 t0 −1 t <0. Here, S (t θ ) is the angle θ in FIG.
It refers to a group of data arranged on a radial line such as. After that t
Performing the calculation regarding θ means grouping the data on the spiral into data groups on radial vectors having different θ. In order to clarify this, the data on the radius vector with the angle θ is expressed as S θ (t θ ). Taking the Fourier transform of both sides of equation (3), Here, * means convolution. Also And this P θ (f) is ρ given on the frequency axis.
It is a projection of (x, y) in the θ direction. From equations (3) and (4), Get the expression. Therefore, the projection of the angle θ is obtained from the equation (6), and ρ (x, y) is reconstructed from P (f) of 0 to 360 °.

再構成を以下の様に行う。Reconstruction is performed as follows.

θ(f)をfに関してフーリエ変換する。これをFθ
(R)と表記すると、 となり、このFθ(R)に対して、以下の様な計算を行
えばρ(x,y)を再生できる。すなわち、 である。ところで、通常(6−2)式の計算は2つに分
けて行われる。すなわち、 をまず計算し、 を求める方法である。ここで特に(6−4)式の演算は
逆投影と呼ばれている。ここで、(6),(6−1),
(6−3)を見くらべると、 としてもWθ(u)を求めることができる。この(6−
5)式を用いる方法は、スパイラル上のデータを各角度
の動径上のデータにグループ分けした後、動径方向へ重
みづけの後フーリエ変換し、Wθ(u)を直接求める方
法であり、(6),(6−1),(6−3)式を用いる
方法に比べフーリエ変換の計算を1角度分のデータにつ
き2回節約できる。
Fourier transform P θ (f) with respect to f. This is F θ
When written as (R), Therefore, ρ (x, y) can be reproduced by performing the following calculation on this F θ (R). That is, Is. By the way, the calculation of the equation (6-2) is usually divided into two. That is, Is calculated first, Is a method of asking for. In particular, the calculation of the equation (6-4) is called back projection. Here, (6), (6-1),
Looking at (6-3), Also, W θ (u) can be obtained. This (6-
The method using the equation (5) is a method of directly determining W θ (u) by grouping the data on the spiral into data on the radial of each angle, weighting the data in the radial direction and then performing Fourier transform. , (6), (6-1), and (6-3), the Fourier transform calculation can be saved twice for each angle of data.

〔発明の実施例〕Example of Invention

以下、本発明の一実施例を画面により説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to screens.

第3図は、本発明の一実施例による核磁共鳴を用いた検
査装置(以下、単に、「検査装置」と呼ぶ)の概略構成
図である。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of an inspection apparatus using nuclear magnetic resonance (hereinafter, simply referred to as “inspection apparatus”) according to an embodiment of the present invention.

第3図において、1は静磁場H0を発生させる電磁石、2
は対象物体、3は高周波磁場を発生させると同時に、対
象物体2から生ずる信号を検出するためのコイル、4x,4
y,および5は、それぞれX方向,Y方向,Z方向の傾斜磁場
を発生させるための傾斜磁場発生コイルである。傾斜磁
場発生コイル5としては、互いに逆向きに電流が流れる
ように配線された円線輪を用いる。6,7,8はそれおれ上
記各傾斜磁場発生コイル4x,4y,5に電流を供給するため
の駆動装置である。9は計算機、10は静磁場発生用の電
磁石1のための電源、11は対象物容積計量装置である。
傾斜磁場発生コイル4x,4y,5により発生する傾斜磁場の
強度は、上記対象物容量計量装置11からの指令により変
化させることができる。
In FIG. 3, 1 is an electromagnet that generates a static magnetic field H 0 , 2
Is a target object, 3 is a coil for detecting a signal generated from the target object 2 at the same time as generating a high frequency magnetic field, 4x, 4
y and 5 are gradient magnetic field generating coils for generating gradient magnetic fields in the X, Y and Z directions, respectively. As the gradient magnetic field generating coil 5, a circular ring wire is used so that currents flow in opposite directions. Reference numerals 6, 7 and 8 are drive devices for supplying currents to the gradient magnetic field generating coils 4x, 4y and 5, respectively. Reference numeral 9 is a computer, 10 is a power source for the electromagnet 1 for generating a static magnetic field, and 11 is an object volume measuring device.
The intensity of the gradient magnetic field generated by the gradient magnetic field generating coils 4x, 4y, 5 can be changed by a command from the object capacity measuring device 11.

次に本検査装置の動作を概略図に説明する。Next, the operation of this inspection apparatus will be described with reference to a schematic diagram.

対象物体2の核スピンを励振する高周波磁場は、シンセ
サイザ12により発生された高周波を変調装置13で波形整
形・電力増幅し、コイル3に電流を供給することにより
発生させる。対象物体2からの信号はコイル2により受
信され、増幅装置14を通つた後、検波器15で直交検波さ
れ計算機9に入力される。計算機9は、信号処理後、核
スピンの密度分布、あるいは緩和時間分布に対応する画
像をCRTデイスプレイ16に表示する。17は計算の途中の
データあるいは最終データを格納するメモリーである。
The high frequency magnetic field for exciting the nuclear spins of the target object 2 is generated by waveform shaping and power amplification of the high frequency generated by the synthesizer 12 by the modulator 13 and supplying a current to the coil 3. The signal from the target object 2 is received by the coil 2, passes through the amplifying device 14, and is then quadrature detected by the detector 15 and input to the computer 9. After the signal processing, the computer 9 displays an image corresponding to the nuclear spin density distribution or relaxation time distribution on the CRT display 16. Reference numeral 17 is a memory for storing data in the middle of calculation or final data.

第4図は本発明の実施例の計測シーケンスを示し、RFは
高周波磁場波形、Gz,Gx,Gyはそれぞれz,x,y方向の傾斜
磁場発形、ADは信号サンプリングの期間を示す。
FIG. 4 shows a measurement sequence according to an embodiment of the present invention, where RF is a high-frequency magnetic field waveform, Gz, Gx, and Gy are gradient magnetic field emission in the z, x, and y directions, and AD is a signal sampling period.

まず90°高周波パルスと傾斜磁場Gzの印加により、被検
体の所望スライス内のスピンを耐起する。次に90℃高周
波パルスのピークから時間τが経過した時点で、180°
高周波パルスを印加し、これにより再び時間τ経過した
点(t=0)でのスピンの横磁化信号が得られるように
する。t=0の時点から(1)式に示す波形で傾斜磁場
Gx,Gyを印加し、信号のサンプリングを開始する。
First, by applying a 90 ° high-frequency pulse and a gradient magnetic field Gz, spin in a desired slice of the subject is induced. Next, when time τ has passed from the peak of the 90 ° C high frequency pulse, 180 °
A high frequency pulse is applied so that a transverse magnetization signal of the spin at the point (t = 0) after the time τ has elapsed is obtained again. From t = 0, the gradient magnetic field is generated with the waveform shown in equation (1).
Gx and Gy are applied and signal sampling is started.

前に述べたごとくADのサンプリング間隔Δtを となるように選び、(Mは整数)測定されたデータを とグループ分けする。すなわち、角度の異なる動径上の
データごとにグループ分けする。角度θmとなる動径上
のデータはSθmと表記する。ここで であり、Δθ=2π/Mである。
As mentioned before, the AD sampling interval Δt is And the measured data (M is an integer) And divide it into groups. That is, the data are grouped for each radial data having different angles. Data of the dynamic diameter upper as the angle theta m is denoted as S.theta m. here And Δθ = 2π / M.

各mについてデータ列 を、nについて離散フーリエ変換し、(6)式にしたが
つて、位相補正の後、実部を取つてPθm(f)を求め
る。この計算を各々のmについてそれぞれ行い、各角度
におけるPθn(f)から(6−1)〜(6−4)式、
もしくは(6−5)式にして設明した逆投影法により像
を再構成する。
Data string for each m Is subjected to the discrete Fourier transform with respect to n, and according to the equation (6), after phase correction, the real part is taken to obtain Pθ m (f). This calculation is performed for each m, and from Pθ n (f) at each angle, equations (6-1) to (6-4),
Alternatively, the image is reconstructed by the back projection method defined by the equation (6-5).

以上のシーケンスにより、従来のエコープライナー法の
ような矩形状の傾斜磁場の振動を行うことなく、正弦波
的な周期波形の傾斜磁場の印加により、被検体のスピン
密度分布を示す磁化分布像が得られる。なお被検体のス
ピンの縦緩和時間T1の分布の効果を含む磁化分布像(T1
強調像)を得るには、良く知られているように90°高周
波パルスの印加から所定時間前に180°高周波パルスを
印加して予めスピンの反転を行い、t=0の時点で縦緩
和の効果を含んだ横磁化信号が得られるようにすれば良
い。また、信号の 以外の間隔でサンプリングした場合には、サンプリング
されたデータ間の補間により予め角度θm(m=0,1,…,
M−1)の動径上のデータを求めてからフーリエ変換す
れば良い。
According to the above sequence, a magnetic field distribution showing the spin density distribution of the subject can be obtained by applying a gradient magnetic field having a sinusoidal periodic waveform without vibrating the rectangular gradient magnetic field as in the conventional echo planer method. Is obtained. Note magnetization distribution image including the effect of the longitudinal relaxation time T 1 distribution of spin of an object (T 1
In order to obtain an enhanced image), as is well known, a 180 ° high frequency pulse is applied a predetermined time before the 90 ° high frequency pulse is applied to perform spin reversal in advance, and the longitudinal relaxation at t = 0 is performed. It suffices if a transverse magnetization signal including the effect can be obtained. Also the signal When sampling at intervals other than, the angle θ m (m = 0,1, ...,
The Fourier transform may be performed after obtaining the radial data of (M-1).

この像再生手法にはいくつかの変形手法が考えられる。
まず、(6)式を用いるかわりにSθ(tθ)に対して
重みづけを行いコンボリユーシヨン後の射影を直接求め
る方法である。
Several modifications can be considered for this image reproduction method.
First, a method for obtaining projection directly after combo Reuse Chillon performs weighting with respect S.theta (t theta) instead of using the equation (6).

コンボリユーシヨンウエイトの周波数特性を(t)と
すると、コンボリユーシヨン後の射影Wθ(f)は、 により求まる。この(7)式は、前記(6−5)式に対
応している。ここで、(t9はスピンの横緩和(T2deca
y)の影響を考慮すれば、試料の平均的なT22として とすることにより、横緩和の影響をある程度軽減でき
る。
When the frequency characteristic of the convolution weight is (t), the projection Wθ (f) after the convolution is Determined by. The expression (7) corresponds to the expression (6-5). Where (t9 is the transverse relaxation of the spin (T 2 deca
Considering the effect of y), the average T 2 of the sample is set to 2. Therefore, the effect of lateral relaxation can be reduced to some extent.

ところで、視野内における静磁場の不均一性を考慮する
場合、逆投影を工夫することによりこの影響を補正でき
る。以下これを説明する。
By the way, when considering the non-uniformity of the static magnetic field in the visual field, this effect can be corrected by devising the back projection. This will be described below.

視野内における静磁場の不均一性をE(x,y)とする
と、これを考慮した場合、(1)式は S′(t)=∫ρ(x,y)exp[iγ{G0t(xcosωt +ysinωt+E(x,y)t)}]dxdy (1)′ となり、同様な導出により、 であり、 を得る。(3)′式はE(x,y)が射影データに周波数
シフトを引き起こすことを示しており、逆投影時にE
(x,y)を考慮してデータを選ぶことにより補正でき
る。この補正について以下に説明する。逆投影時におけ
る像面と周波数軸の関係を第6図に示す。同図でfcは、
視野中心における共鳴周波数である。通常の逆投影で
は、図に示される通り、角度θから点(x,y)への逆投
影データは次のBで示される周波数位置から取られ
る。B =γG(xsinθ+ycosθ)/2π+c けれども、静磁場の不均一性の影響で点(x,y)の共鳴
周波数は上式のBではなく、B′=B+cで与え
られるB′となる。したがつて、磁場不均一性が既知
であれば、このB′を逆投影の座標計算においてB
代わりに用いることにより静磁場不均一性の影響を補正
できる。
Assuming that the non-uniformity of the static magnetic field in the visual field is E (x, y), when this is taken into account, the equation (1) is S ′ (t) = ∫ρ (x, y) exp [iγ {G 0 t (Xcosωt + ysinωt + E (x, y) t)}] dxdy (1) ′, and by the same derivation, And To get Equation (3) ′ shows that E (x, y) causes a frequency shift in the projection data, and E
It can be corrected by selecting the data considering (x, y). This correction will be described below. The relationship between the image plane and the frequency axis during back projection is shown in FIG. In the figure, fc is
It is the resonance frequency at the center of the visual field. In normal backprojection, as shown in the figure, backprojection data from the angle θ to the point (x, y) is taken from the frequency position indicated by B below. Although B = γG (xsinθ + ycosθ) / 2π + c, the resonant frequency of the point under the influence of nonuniformity of the static magnetic field (x, y) rather than above equation B, the B '= B given by B + c'. Therefore, if the magnetic field inhomogeneity is known, the effect of the static magnetic field inhomogeneity can be corrected by using this B ′ instead of B in the coordinate calculation of the back projection.

さて、以上の説明では0〜360°におけるPθ(f)か
ら像再生を行う方式を説明したが、Sθ(▲tθ ▼)
をつなぎ合わせてフーリエ変換することによりP
θ(f)を求めれば、この場合には0〜180°までのP
θ(f)により像を再生できる。ただし、第2図に示さ
れる通り、Sθ(▲tθ ▼), とも原点付近で測定点が不等間隔となるため、補間によ
り等間隔データ点を推定しなければならない。
By the way, in the above description, the method of performing image reproduction from P θ (f) at 0 to 360 ° has been described, but S θ (▲ t θ n ▼)
When By connecting and Fourier transforming P
If θ (f) is obtained, in this case, P from 0 to 180 °
The image can be reproduced by θ (f). However, as shown in FIG. 2, Sθ (▲ t θ n ▼), In both cases, since the measurement points are unequal intervals near the origin, it is necessary to estimate equidistant data points by interpolation.

さて、ω=2π/TなるTを導入し、視野の半径をRとす
ると、 の関係がある。画像マトリツクスをJ×Jとすると、分
解能Δγ=2π/Jであり同時に、 であるので、これらの式より を得る。このときGxおよびGyの最大振幅Gmaxは Gmax=G0ωtmax=πJG0 (10) で与えられる。例えばR=15cm,T=0.25ms,J=128とす
ると、G0=0.016ガウス/cm,Gmax=6.4ガウス/cmとな
る。このTとGmaxの値の組み合わせを現実の装置で実現
するのは非常に困難である。
Now, if we introduce T that ω = 2π / T and let the radius of the field of view be R, Have a relationship. If the image matrix is J × J, the resolution Δγ = 2π / J, and at the same time, Therefore, from these expressions To get At this time, the maximum amplitude G max of Gx and Gy is given by G max = G 0 ωt max = πJG 0 (10). For example, if R = 15 cm, T = 0.25 ms and J = 128, then G 0 = 0.016 gauss / cm and G max = 6.4 gauss / cm. It is very difficult to realize the combination of the values of T and G max with an actual device.

この困難をさけるには、傾斜磁場Gx,Gyを、次式で表せ
るものとする。
To avoid this difficulty, the gradient magnetic fields Gx and Gy can be expressed by the following equations.

ここで、この傾斜磁場波形の要素となる正弦波,余弦波
の位相φを等間隔で変更して複数回第4図のシーケンス
の計測をくり返し、等間隔の複数本の螺線上のデータの
組を得る。次に第4図の実施例で説明したと同様に、各
角度の動径上のデータごとにグループ分けを行いそれぞ
れフーリエ変換して像を再構成すればよい。第5図にφ
ずつ異なる4本の螺線上の信号をサンプリングする例を
示す。
Here, the phase φ of the sine wave and cosine wave, which are the elements of this gradient magnetic field waveform, is changed at equal intervals and the measurement of the sequence of FIG. 4 is repeated a plurality of times to obtain a set of data on a plurality of evenly-spaced spirals. To get Next, similarly to the embodiment described with reference to FIG. 4, the data on the radial vector at each angle may be divided into groups and Fourier-transformed to reconstruct the image. Φ in Fig. 5
But An example in which signals on four different spirals are sampled will be described.

今、D本の螺線を用いて像を再構成したとすると、 となり、Gmaxに対する条件がD倍緩和されていることが
わかる。
Now, if we reconstruct the image using D spirals, It can be seen that the condition for G max is relaxed by D times.

また、本発明は、NMR顕微鏡などのように、被検体を回
転させることができる場合に、特に容易に実現できる。
Further, the present invention can be realized particularly easily when the subject can be rotated, such as an NMR microscope.

すなわち、このような場合を第7図に示す。同図におい
て、被検体は視野内で回転しており、回転中心と視野中
心は一致している。実験室には固定した座標系を(x,
y)とする。第4図に示す回転磁界Gx,Gyに変え、第8図
に示すように、 で示される傾斜磁場Gx,Gyを印加する。
That is, such a case is shown in FIG. In the figure, the subject is rotating within the visual field, and the center of rotation and the center of the visual field coincide. A fixed coordinate system (x,
y). Instead of the rotating magnetic fields Gx and Gy shown in FIG. 4, as shown in FIG. The gradient magnetic fields Gx and Gy indicated by are applied.

すなわち、互いに直交する2つの傾斜磁界を、1つは定
常的に、1つは時間に比例して、印加し、その比例定数
を定常的に印加している傾斜磁界の大きさでわつた商に
相当する角速度で被検体を回転させる。このようにする
と、回転している被検体に固定された座標系をxr,yr
とすると、 となる。ここで、 を(14)式に代入すると であり、積分を計算すると、 S(t)=∫ρ(xr,yr)exp[iγ{xrG0tcosωt +yrG0tsinωt}]dxrdyr (17) となる。すなわち、被検体の回転と第8図の傾斜磁場の
印加により第2図に示すと同様なスパイラルサンプリン
グが実行できる。
That is, two gradient magnetic fields that are orthogonal to each other are applied one steadily and one in proportion to time, and the proportional constant is divided by the magnitude of the steadily applied gradient magnetic field. The subject is rotated at an angular velocity corresponding to. By doing this, the coordinate system fixed to the rotating subject is x r , y r ).
Then, Becomes here, Substituting into equation (14) When the integral is calculated, S (t) = ∫ρ (x r , y r ) exp [iγ {x r G 0 tcosωt + y r G 0 tsinωt}] dx r dy r (17). That is, the same spiral sampling as shown in FIG. 2 can be executed by rotating the subject and applying the gradient magnetic field shown in FIG.

したがつて、信号のサンプリング間隔を被検体の回転周
期の整数分の1とし、得られたサンプリング信号のグル
ーピング、及び像再構成処理を第4図にて説明したのと
同様に行うことにより被検体のスピン密度分布が得られ
る。また信号のサンプリング間隔が被検体の回転周期の
整数分の1のでない場合は補間により回転周期の整数分
の1に対応する信号を算出してからグルーピング、及び
像再構成処理を行えば良い。
Therefore, the sampling interval of the signals is set to 1 / integral of the rotation period of the subject, and the grouping of the obtained sampling signals and the image reconstruction processing are performed in the same manner as described in FIG. The spin density distribution of the sample is obtained. If the sampling interval of the signal is not an integral fraction of the rotation cycle of the subject, a signal corresponding to the integral division of the rotation cycle may be calculated by interpolation before the grouping and image reconstruction processing.

さらに、第8図に示す傾斜磁場Gx,Gyの印加タイミング
を被検体の回転角に対して変化させて複数回の測定を行
えば、第5図に示すように、空間周波数領域において複
数の螺線上のサンプリングデータが得られる。このデー
タかも、像面構成が行えることも先に示した実施例と同
様である。
Furthermore, when the application timing of the gradient magnetic fields Gx and Gy shown in FIG. 8 is changed with respect to the rotation angle of the subject and a plurality of measurements are performed, as shown in FIG. Sampling data on the line is obtained. This data is also the same as in the above-described embodiment in that the image plane configuration can be performed.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上に示した本発明によれば、フーリエ空間を螺線状に
サンプリングするとの新たな手法を取り入れたことによ
り、矩形的な傾斜磁場の高速振動を行うことなく、高速
で画像再構成の必要なデータを取り込むことができ、対
象物体中の該スピン分布もしくは緩和時間分布などを非
破壊的に求める装置の装置上の制約を緩和できる。
According to the present invention described above, by adopting a new method of sampling Fourier space in a spiral shape, it is necessary to perform image reconstruction at high speed without performing high-speed oscillation of a rectangular gradient magnetic field. It is possible to capture data, and it is possible to relax the restrictions on the apparatus of the apparatus that nondestructively obtains the spin distribution or relaxation time distribution in the target object.

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

第1図は本発明に近い公知技術であるエコープレナー法
を実現するパルスシークエンス、第2図は本発明による
測定点のならび方の一例、第3図は本発明の実施例の装
置構成例、第4図は本発明の実施例のRFおよび傾斜磁場
の印加シークエンス、第5図は本発明による測定点のな
らび方の別の一例、第6図は逆投影時における像面と周
波数軸の関係、第7図は被検体を回転する本発明の他の
実施例の座標系、第8図は第7図の実施例のパルスシー
ケンスである。
FIG. 1 is a pulse sequence for realizing an echo planar method, which is a known technique close to the present invention, FIG. 2 is an example of how measurement points are arranged according to the present invention, and FIG. 3 is an apparatus configuration example of an embodiment of the present invention. FIG. 4 is an application sequence of RF and a gradient magnetic field according to an embodiment of the present invention, FIG. 5 is another example of how to arrange measurement points according to the present invention, and FIG. 6 is a relationship between an image plane and a frequency axis during back projection. FIG. 7 is a coordinate system of another embodiment of the present invention for rotating the subject, and FIG. 8 is a pulse sequence of the embodiment of FIG.

Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ほぼ均一な静磁場中に置かれた被検体の所
望領域の横磁化信号を準備する第1の過程、前記横磁化
信号を傾斜磁場の印加のもとに計測する第2の過程、計
測された信号から磁化分布像を再構成する第3の過程を
含み、前記傾斜磁場は正弦波あるいは余弦波関数の組合
せにより構成される振動波形を有し、前記第2の過程に
おける信号の計測点が空間周波数領域において螺線を描
き、前記正弦波あるいは余弦波関数の周期を、前記第2
の過程における信号のサンプリング間隔で割った値が整
数であることを特徴とする核磁気共鳴を用いた磁化分布
の計測方法。
1. A first step of preparing a transverse magnetization signal of a desired region of a subject placed in a substantially uniform static magnetic field, and a second step of measuring the transverse magnetization signal under application of a gradient magnetic field. Process, including a third process of reconstructing a magnetization distribution image from the measured signal, wherein the gradient magnetic field has an oscillating waveform constituted by a combination of sine wave or cosine wave functions, and the signal in the second process At the measurement point draws a spiral in the spatial frequency domain, and the period of the sine wave or cosine wave function
A method of measuring the magnetization distribution using nuclear magnetic resonance, wherein the value divided by the sampling interval of the signal in the process of is an integer.
【請求項2】前記第3の過程は、前記第2の過程におい
てサンプリングされた信号からの補間により、前記正弦
波あるいは余弦波関数の周期との比が整数である間隔の
計測点の信号を算出する過程を含むことを特徴とする特
許請求の範囲第1項に記載の核磁気共鳴を用いた磁化分
布の計測方法。
2. The third step obtains signals at measurement points at intervals having an integer ratio with the cycle of the sine wave or cosine wave function by interpolation from the signal sampled in the second step. The method for measuring a magnetization distribution using nuclear magnetic resonance according to claim 1, further comprising a step of calculating.
【請求項3】前記第3の過程は、前記螺線の上に分布す
る計測点のデータを動径方向ごとの1次元データにグル
ープ分けする過程、該1次元データに重み付けをした後
にフーリエ変換する過程、フーリエ変換の結果を逆投影
することにより画像を再構成する過程を含む特許請求の
範囲第1項に記載の核磁気共鳴を用いた磁化分布の計測
方法。
3. The third step is a step of grouping data of measurement points distributed on the spiral into one-dimensional data for each radial direction, and Fourier transform after weighting the one-dimensional data. The method of measuring the magnetization distribution using nuclear magnetic resonance according to claim 1, including the step of reconstructing an image by back-projecting the result of Fourier transform.
【請求項4】前記逆投影に際して、逆投影データの座標
計算に視野内の静磁場分布に関するデータを用いること
を特徴とする特許請求の範囲第3項に記載の核磁気共鳴
を用いた磁化分布の計測方法。
4. The magnetization distribution using nuclear magnetic resonance according to claim 3, wherein data relating to a static magnetic field distribution in the visual field is used for coordinate calculation of the backprojection data in the backprojection. Measurement method.
【請求項5】前記振動波形の構成要素である正弦波ある
いは余弦波関数の位相を変更して前記第1、第2の過程
を複数回繰返し行うことを特徴とする特許請求の範囲第
1項に記載の核磁気共鳴を用いた磁化分布の計測方法。
5. The method according to claim 1, wherein the first and second steps are repeated a plurality of times by changing the phase of the sine wave or cosine wave function which is a constituent element of the vibration waveform. A method for measuring a magnetization distribution using nuclear magnetic resonance according to.
【請求項6】ほぼ均一な静磁場中に置かれた被検体の所
望領域の横磁化信号を準備する第1の過程、前記横磁化
信号を傾斜磁場の印加のもとに計測する第2の過程、計
測された信号から磁化分布像を再構成する第3の過程を
含み、前記傾斜磁場は正弦波あるいは余弦波関数の組合
せにより構成される振動波形を有し、前記正弦波あるい
は余弦波関数の位相を変更して前記第1、第2の過程を
複数回繰返し行うことを特徴とする核磁気共鳴を用いた
磁化分布の計測方法。
6. A first step of preparing a transverse magnetization signal of a desired region of a subject placed in a substantially uniform static magnetic field, and a second step of measuring the transverse magnetization signal under application of a gradient magnetic field. The gradient magnetic field has an oscillating waveform constituted by a combination of sine wave or cosine wave functions, and the sine wave or cosine wave function is included in the gradient magnetic field. The method of measuring the magnetization distribution using nuclear magnetic resonance, characterized in that the first and second steps are repeated a plurality of times by changing the phase.
【請求項7】前記第2の過程における信号の計測点が空
間周波数領域において螺線を描くことを特徴とする特許
請求の範囲第6項に記載の核磁気共鳴を用いた磁化分布
の計測方法。
7. The method for measuring the magnetization distribution using nuclear magnetic resonance according to claim 6, wherein the signal measurement point in the second step draws a spiral line in the spatial frequency domain. .
【請求項8】前記振動波形の構成要素である正弦波ある
いは余弦波関数の周期を、前記第2の過程における信号
のサンプリング間隔で割った値が整数であることを特徴
とする特許請求の範囲第6項に記載の核磁気共鳴を用い
た磁化分布の計測方法。
8. A value obtained by dividing a period of a sine wave or a cosine wave function, which is a constituent element of the vibration waveform, by a sampling interval of the signal in the second step is an integer. A method for measuring magnetization distribution using nuclear magnetic resonance according to the sixth item.
【請求項9】前記第3の過程は、前記第2の過程におい
てサンプリングされた信号かの補間により、前記正弦波
あるいは余弦波関数の周期との比が整数である間隔の計
測点の信号を算出する過程を含むことを特徴とする特許
請求の範囲第6項に記載の核磁気共鳴を用いた磁化分布
の計測方法。
9. In the third step, by interpolating the signal sampled in the second step, signals at measurement points at intervals whose ratio to the cycle of the sine wave or cosine wave function is an integer are obtained. The method for measuring a magnetization distribution using nuclear magnetic resonance according to claim 6, further comprising a step of calculating.
【請求項10】前記第3の過程は、前記螺線の上に分布
する計測点のデータを動径方向ごとの1次元データにグ
ループ分けする過程、該1次元データに重み付けをした
後にフーリエ変換する過程、フーリエ変換の結果を逆投
影することにより画像を再構成する過程を含む特許請求
の範囲第7項に記載の核磁気共鳴を用いた磁化分布の計
測方法。
10. The third step is a step of grouping data of measurement points distributed on the spiral into one-dimensional data for each radial direction, and Fourier transform after weighting the one-dimensional data. The method of measuring magnetization distribution using nuclear magnetic resonance according to claim 7, including the step of reconstructing an image by back-projecting the result of Fourier transform.
【請求項11】前記逆投影に際して、逆投影データの座
標計算に視野内の静磁場分布に関するデータを用いるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第10項に記載の核磁気共
鳴を用いた磁化分布の計測方法。
11. The magnetization distribution using nuclear magnetic resonance according to claim 10, wherein in the back projection, data regarding a static magnetic field distribution in the visual field is used for coordinate calculation of the back projection data. Measurement method.
【請求項12】ほぼ均一な静磁場中に置かれた被検体の
所望領域の横磁化信号を準備する第1の過程、前記被検
体を回転させ、所定の傾斜磁場の印加のもとに前記横磁
化信号を計測する第2の過程、計測された信号から磁化
分布像を再構成する第3の過程を含み、前記傾斜磁場は
一定の第1傾斜磁場成分と、該第1傾斜磁場成分と直交
する方向に印加し、一定の増分で大きさの変化する第2
傾斜磁場成分からなることを特徴とする核磁気共鳴を用
いた磁化分布の計測方法。
12. A first step of preparing a transverse magnetization signal of a desired region of a subject placed in a substantially uniform static magnetic field, the subject being rotated, and the subject being rotated under the application of a predetermined gradient magnetic field. The method includes a second step of measuring a transverse magnetization signal and a third step of reconstructing a magnetization distribution image from the measured signal, wherein the gradient magnetic field has a constant first gradient magnetic field component and the first gradient magnetic field component. Applying in the orthogonal direction, the second of which the size changes in a certain increment
A method for measuring magnetization distribution using nuclear magnetic resonance, which is characterized by comprising a gradient magnetic field component.
【請求項13】前記第2の過程における信号の計測点は
前記回転する被検体に関する空間周波数領域において螺
線を描くことを特徴とする特許請求の範囲第12項に記載
の核磁気共鳴を用いた磁化分布の計測方法。
13. The nuclear magnetic resonance according to claim 12, wherein the signal measuring point in the second step draws a spiral line in the spatial frequency domain relating to the rotating subject. The method of measuring the magnetization distribution.
【請求項14】前記被検体の回転周期を前記第2の過程
における信号のサンプリング間隔で割った値が整数であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第12項に記載の核磁
気共鳴を用いた磁化分布の計測方法。
14. The nuclear magnetic resonance according to claim 12, wherein a value obtained by dividing the rotation cycle of the object by the sampling interval of the signal in the second process is an integer. The method of measuring the magnetization distribution.
【請求項15】前記第3の過程は、前記第2の過程にお
いてサンプリングされた信号からの補間により、前記被
検体の回転周期との比が整数である間隔の計測点の信号
を算出する過程を含むことを特徴とする特許請求の範囲
第12項に記載の核磁気共鳴を用いた磁化分布の計測方
法。
15. The third step is a step of calculating signals of measurement points at intervals whose ratio to the rotation cycle of the subject is an integer, by interpolation from the signals sampled in the second step. 13. The method for measuring a magnetization distribution using nuclear magnetic resonance according to claim 12, characterized in that
【請求項16】前記第3の過程は、前記螺線の上に分布
する計測点のデータを動径方向ごとの1次元データにグ
ループ分けする過程、該1次元データに重み付けをした
後にフーリエ変換する過程、フーリエ変換の結果を逆投
影することにより画像を再構成する過程を含む特許請求
の範囲第13項に記載の核磁気共鳴を用いた磁化分布の計
測方法。
16. The third step is a step of grouping data of measurement points distributed on the spiral into one-dimensional data for each radial direction, and Fourier transform after weighting the one-dimensional data. 14. The method for measuring a magnetization distribution using nuclear magnetic resonance according to claim 13, including the step of reconstructing an image by back-projecting the result of Fourier transform.
【請求項17】前記傾斜磁場の印加タイミングを前記被
検体の回転に対して変化させて前記第1、第2の過程を
複数回繰返し行うことを特徴とする特許請求の範囲第12
項もしくは第13項の記載の核磁気共鳴を用いた磁化分布
の計測方法。
17. The method according to claim 12, wherein the application timing of the gradient magnetic field is changed with respect to the rotation of the subject to repeat the first and second steps a plurality of times.
A method for measuring a magnetization distribution using nuclear magnetic resonance according to item 13 or 13.
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