JPS60166848A - Nmr画像装置 - Google Patents

Nmr画像装置

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JPS60166848A
JPS60166848A JP59225293A JP22529384A JPS60166848A JP S60166848 A JPS60166848 A JP S60166848A JP 59225293 A JP59225293 A JP 59225293A JP 22529384 A JP22529384 A JP 22529384A JP S60166848 A JPS60166848 A JP S60166848A
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秀人 岩岡
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裕之 松浦
Sunao Sugiyama
直 杉山
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Yokogawa Hokushin Electric Corp
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    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • 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
    • G01R33/561Image enhancement or correction, e.g. subtraction or averaging techniques, e.g. improvement of signal-to-noise ratio and resolution by reduction of the scanning time, i.e. fast acquiring systems, e.g. using echo-planar pulse sequences

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、核磁気共鳴(以下NMRという)現象を利用
して、被検体内における特定原子核分布等を被検体外部
より知るようにした核磁気共鳴による検査装置に関し、
詳しくはT1強調画像が得られるインバージョン・リカ
バリ(Inv*rs+ion Re−covery)法
を採用した場合における動作時間の短縮化を図るシーケ
ンスに関する。
(従来の技術) 第2図はインバージョン・リカバリ法を用いた従来のN
MR検査装置におけるパルスシーケンスを示す動作波形
図である。インバージョン・リカバリ法では診断上大変
有効であると言われているT1強調画像が得られる。
あらかじめ静磁場(n。)t−Z軸方向に印加しておき
、同図(イ)に示すように第1の180°ノくルス(R
Fパルス)を被検体に印加し、磁化M。を−2転に反転
させる。その後17時間経過したとき、同図(イ)、(
ロ)に示すように狭い周波数スペクトルのRFパルス(
90°パルス)と2勾配磁場Gz+−<加えて、自然緩
和したM′を励起する。
この場合、ラーモア角速度 ω=γ(Ho+ΔGz) となる面だけのプロトンが励起され、磁化Mを第5図(
、)に示すような角速度ωで回転する回転座標系上に示
せば、y′軸方向に90°向きを変えたものとなる。続
いて、第2図(ハ)、に)に示すようにX勾配磁場GX
とy勾配磁場Gy f加え、これによって2次元勾配磁
場を作り、(ホ)に示すようなNMR共鳴信号を検出す
る。ここで、磁化Mは第3図(ロ)に示すように、磁場
の不均一性によって・ x/ 、/面内で矢印方向に次
第に分散して行くので、やがてNMR共鳴信号は減少し
、第2図(ホ)に示すようにT 時間を経過して無くな
る。このようにして得られたNMR共鳴信号をフーリエ
変換すれば、X勾配磁場Gx、 y勾配磁場cyにより
合成された勾配磁場と直角方向のプロジェクションとな
る。
その後、所定の時間T、水は待って、上述と同様の動作
にて次のシーケンスを繰り返す。各シーケンスにおいて
は、Gx、 Gyを少しずつ変える。これによって、各
プロジェクションに対応するNMR共鳴信号を被検体の
数多くの方向についてめることができる。
この方法では、17時間の緩和により、スピン−格子緩
和時間(縦緩和時間)T、の違いが、M′、つまシ信号
強度に反映し 7/を最適値に選ぶと、T、を強調した
画像が得られる。T、値は、人体の部位により差がある
こと、また、ガンによシT、が増大することも知られて
いて、T1強調画像は診断上哨効と言われている。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、このような動作をなす従来装置において
は、人体のT、に対して最適なT′は0.3〜0.6 
sec位となり、またNMR共鳴信号が無くなるまでの
時間Tsは% 10〜2.0 m secであるが、次
のシーケンスに移るまでの所定時間Tdは、緩和時間T
、のため1sec程度は必要となる。このため、SNが
悪い上にスキャン時間が非常に長いという欠点があった
(問題点を解決するだめの手段) 本発明は、このような欠点を除去すべく、SN比の向上
とスキャン時間の短縮化を図り7’(NMRによる検査
方法および検査装置を提供することを目的とする。
このような目的を達成するための本発明は、磁化Mが緩
和特出)T1により熱平衡状態(MがZ′軸方向に向く
)になるまで待たす、パルス系列を用いて、磁化M i
 Z’軸方向へ強制的に向けるようにすると共に特定部
分からのNMR共鳴信4jrを用いて画像を再構成する
ようにしたことを特徴とする。
更に詳述すれば次のとおりである。
第1のiso°パルス、第1の90°パルス、第2の1
80゛パルス、第2の90°パルス、第6の180゜パ
ルスの順に印加する。このとき、前記第1の90°パル
スと第2の90°パルスの印加時には同時に勾配磁場も
印加して特定のスライス面のみを励起する選択励起とし
、前記第2.6の180°パルス印加では非選択励起と
する。
以上の工程を1シーケンスとし、これを複数回繰り返し
て得られたNMR信号から画像を再構成する。更にと、
こては、第2の90°パルスで磁化Mを一2軸方向に向
けたのち、その直後に第2の180゜パルスでMを+2
軸方向に向けることにより、Mを熱平衡状態、または、
その近傍へ励起し、シーケンス間隔を短縮して高速化を
図っている。
(実施例) 以下図面を用いて本発明の詳細な説明する。第4図は本
発明の手法を実現するための装置の一実施例の楊成を示
すブロック図である。図において、1は一株靜磁場H8
(この場合の方向を2方向とする。)を発生させるため
の静磁場用コイル、2はこの静磁場用コイル10制御回
路で、例えば直流安定化電源を含んでいる。静磁場用コ
イル1によって発生する磁束の密度H8は、0.1T程
度であり、また均一度は10−4以上であることが望ま
しい。
3は勾配磁場用コイルを総括的に示したもの、4はこの
勾配磁場用コイル30制御回路である。
第5図(イ)は勾配磁場用コイル3の一例を示す構成図
で、2勾配磁場用コイル31、y勾配磁場用コイル32
.33、図示してないがy勾配磁場用コイル32.33
と同じ形であって、90’回転して設置されるX勾配磁
場用コイルを含んでいる。
この勾配磁場用コイルは、一様靜磁場H8と同一方向で
、XI 7.Z軸方向にそれぞれ直線勾配をもつ磁場を
発生する。制御回路4はコントローラ20(詳細は後述
する)によって制御される。
5は被検体に狭い周波数スペクトルfのRF/<ルスを
電磁波として与える励磁コイルで、その構成を第5図(
ロ)に示す。
6は測定しようとする原子核のNMR共鳴条件に対応す
る周波e、<例えばプロトンでは、42.6MHz/T
)の信号を発生する発振器で、その出力は。
コントローラ20からの信号によって開閉が制御褌れる
ゲート回路30(詳細を後述する)、ノくワーアンプ7
を介して励磁コイル5に印加されている。8は被検体に
おけるNMR共鳴信号を検出するための検出コイルで、
その構成は第7図(ロ)に示す励磁コイルと同じで、励
磁コイル5に対して90゜回転して設置されている。な
お、この検出コイルは、被検体にできるだけ近接して設
置されることが望ましいが、必要に応じて、励磁コイル
と兼用させてもよい。
9は検出コイル8から得られるNMR共鳴信号(F I
 D : free 1nduction decay
 )を増幅する増幅器、工0は位相検波回路、11は位
相検波された増幅器9からの波形信号を記憶するウェー
ブメモリ回路で、 A/D変換器を含んでいる。13は
ウェーブメモリ回路11からの信号を例えば光ファイバ
で構成される伝送路12t−介して入力し、所定の信号
処理を施して断層像を得るコンピュータ、14は得られ
た断層像を表示するテレビジョンモニタのような表示器
である。また、コントローラ20からコンピュータ13
へは、信号線21により、必要な情報が伝送される。
コントローラ20は、勾配磁場G、、 Gx、 G、や
RF変調信号を制御するために必要な信号(アナログ信
号)およびRFパルスの送信やFID信号の受信に必要
な制御信号(ディジタル信号)を出力することができる
ように構成されたものである。
ゲート回路30は、発振器6からのRF傷信号受け、こ
れに対して90”ずつ位相の異なる4株の信号すなわち
σ、90”、180°、270°の位相差をもつRF傷
信号作り、コントローラ20の指示に基づき4種の信号
の中の1つを選択し、これを更にRF変調信号で変調し
て励磁コイル5用の駆動信号を得るものである。
このように構成された本発明の装置の動作を、第1図を
参照し、段階を追って順次説明する。
1) 時点t。
制御回路2から静磁場用コイル1に電流を流し、被検体
(被検体は各コイルの円筒内に設置)に静磁場H8t−
与えた状態において、矩形状に変調された180゛パル
スを被検体に印加する。
このとき、スライス面中央、スライス面境界。
スライス面外での各磁化Mの方向は第1図の(へ)。
(ト)、(イ)に示すように総べて一2軸方向となる。
2)時点t。
コントローラ20よ多制御回路4を介して勾配磁場用コ
イルを付勢し、180°パルスの不正確さによって生ず
る横方向への悪影響を防止するために、第1図の(ロ)
、(ハ)、に)に示すようなスポイルノくルスすなわち
zlX+3’勾配磁場についてHz、1)1x、 、 
l(ア、のパルス磁場を加える。
−2軸方向に反転した前記磁化Mはその後の17時間に
自然緩和してゆく。
6)時点t2 2勾配磁場コイル31を付勢し、同図(ロ)のように2
勾配磁場G2+を与える。G2+が与えられている状態
でゲート回路30において選択された位相差0゛の所定
の形に変調された(例えばガウス形)BF信号(90°
パルス)で被検体の一面を励起する。
4)時点1s X勾配磁場用コイルおよびy軸勾配磁場用コイル32.
33を付勢し、第1図の(ハ)、に)に示すように所定
の大きさの磁場Gx、Gyi印加する。
なお、第1図(ロ)において、G2中に続<Gz−は、
被検体の異なる部分からのNMR共鳴信号の位相を一致
させるための波形信号であって、この技術は公知の技術
である。
この磁場GX、 Gyii印加する時点では、各部の磁
化Ml’iMI図(へ)、 (ト) 、(ハ)に示すよ
うな向きとなる。
時点t、以降では第1図の(ホ)に示すような第1の核
磁気共鳴信号(FID信号と呼ぶ)が検出コイル8によ
り検出され、その信号は増幅器9を介し位相検波回路1
0に導かれ、ここで位相検波された後ウェーブメモリ回
路11に格納される。格納されたデータはコンピュータ
13にょ勺適宜のタイミングで読み取られ、ここでフー
リエ変換され1プロジエクシヨンの信号となる。
3) 時点t4 X勾配磁場用コイルおよびy勾配磁場用コイルの付勢を
止め、ゲート回路3oにおいて選択し出力される位相差
18o°の矩形状に変調されたRF倍信号被検体を励起
する。すなわち、第1図の(イ)に示すように被検体全
体に180− パルスを与える。
なお、この180”−xパルス印加の直前にスポイルパ
ルスを印加する。
4) 時点t。
スポイルパルスHz5. Hx3 、 Hy5に印加す
る。時点t5以降は分散した磁化Mが集合し始め、検出
コイル8からは第11図(ホ)に示すように次第に増大
する第2の核磁気共鳴信号(この信号をエコー信号と呼
ぶ。)が検出される。このエコー信号は、時点t4の前
と時点t5の後で印加したGX、 Gyがそれぞれ同じ
であり、七の間は被検体の状態が没わらないものとすれ
ば、前記第1の核磁気共鳴信号とはt4 とt、の中央
の時刻について対称な信号波形となる。
5)時点t6 時点t5 より(14−1,)時間経過したときコント
ローラ20の制御により磁場Gx、Gyの印加を止める
この時点の後G+Gz+を与え、その状態下で、ゲート
回路30において位相差180°で第1の90゜パルス
と同様に変調されたRF倍信号用いて被検体に90°−
8パルスを与え、第1の90°パルスで励起されたスラ
イス面tl−再び励起する。
6) 時点t7 前記90”−パルス印加後G+印加を止め、第6この1
80°パルス印加によシ磁化Mは一斉に一2方向に揃う
7ン 時点t8 前記第3の180゛パルス印加後にスポイルパルス”z
4 ’ Hx4 ”y4を目]力■する。
これによシ磁化Mは+2方向に向きが揃うことになるが
、物質のもつスピン−スピン緩和又横緩和による緩和が
残り、t8の時点で磁化Mは完全には上向きにならない
。そこで、時点t8の後にT。
なる待ち時間をもうけ、磁化Mが完全に上向きになるの
をまりて1回のシーケンスを終了し、以後同様のシーケ
ンスを繰シ返す。
このようなシーケンスにおいては、待ち時間Tdは従来
のものに比べて非常に短くなる。第6図はその様子を示
すもので、被゛検体として卵白(縦緩和時間T+=69
3mS、横緩和時間T2=262mS ) f使用し、
’r、、” ’r、2= 50 msとした場合を図示
しである。図において、横軸は待ち時間T6、縦軸は平
衡状態に達した後の信号強度で、鎖線の曲線人がか従来
の方式での実測値(理論値と一致)、実線の曲線Bが本
発明の方式による場合の実測値(理論値と一致)を表わ
す。図から明らかなように、同じ信号強度を得るために
は本発明の方式による場合の方がはるかに短い時間(T
d)ですむことがわかる。
このように、本発明では、従来に比べて非常に短い待ち
時間で次のシーケンスに移行できるので、全ビューをス
キャンする時間を短縮することができる。
第7図は第1図のパルスジ−タンスを繰り返し間隔Tr
=100msecで連続的に実行し、動的平衡状態に達
した状態をコンビー−クシミュレーションした結果で、
第1の90°パルス直前の2軸方向磁化M2のスライス
方向の分布を示している。ここではT1.T2は生体の
値を用いた。
図において、鎖線の曲線A、は選択励起の180゜パル
スによる場合、鎖線の曲線A2は非選択励起の180°
パルスによる場合、実線の曲線Bが本発明の方式による
場合をそれぞれ示す。
第7図に示したM は、スライス面内では、得られるN
MR信号強度に対応している。また面外のM は、マル
チスライスを行った時の信号強度に対応している。
第8図は、第7図のM の状態に第1の90°パルスと
2勾配磁場Gt−印加して選択励起した後のNMR信号
強度を表わしたものである。
第8図の実線が本発明による場合、鎖線は従来の方式に
よる場合を示す。従来の方式では■マルチスライスがで
きない(第7図でスライス面外のM が小さい)。■ス
ライス形状が3つの山となる(第8図)などの欠点があ
るが、本発明のパルスシーケンスでは、第7図から、ス
ライス面外でもM が大きいのでマルチスライスが併用
できる。
さらに第8図から、スライス形状がすなおな形で良いな
ど、改善されている。
このようなシーケンスの繰り返しにより各ビューでのN
MR信号を得、それらNMR信号から投影像再構成法に
より画像を得る。
この場合、像再構成に用いるNMR信号は、T8. 、
 T8□に得られる両方のNMR信号か、またはいずれ
か一方のNMR信号としてもよい。
更に、両方のNMR信号を用いる場合には、FID又は
エコーの状態で加算・平均する方法、または高速フーリ
エ変換後のグロジェク7ヨンの状態で加算・平均する方
法、あるいは2画像の状態で加算・平均する方法のいず
れの方法でもよい。
なお、本発明は上記実施例に限定されることなく、次の
ような変形例でもよい。
fil 第1の180°パルスは、第1図では非選択パ
ルスで示しであるが、2勾配磁場も同時に印加して選択
パルスとしても良い。
(2) スポイルパルスHx、〜Hx4.Hy、〜Hy
4. H,〜H24は無くてもよい。
なお、これらのスポイルパルスは次のような役割を果し
ている。
添字′1′のパルスは第1の180°パルスの誤差によ
るノイズの除去、添字13′のパルスは第2の180°
パルスの誤差によるノイズの除去、添字12′のパルス
はエコー信号全作るため添字13′のスポイルパルスの
補償、添字14′のパルスはシーケンス間干渉の防止の
ために、それぞれ印加される。
(3) 第1図では投影像再構成法の場合を示したが、
T、、 、 Ts2区間の勾配磁場の与え方によってフ
ーリエ法、スピンワープ法などにも適用できる。
第9図はフーリエ法の場合の動作波形図である。この場
合には、2x−txでX方向に位相をコード化し、a、
に印加した状態のFID信号を検出する。fX−txを
変えて得たデータ群を2次元7−リエ変換して画像を得
る。
(4)第1の180°パルスを除く他の4つのRFパル
スの位相関係全、9σ、、180°ア、90°、、18
0”−。
あるいは90°、、180’−x、90−、.180°
8としてもよい。
(発明の効果) 以上説明したように、本発明によれは、SNの向上とス
キャン時間の短縮化を図ったNMRイメージング方法お
よび装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係るシーケンスを説明するための動作
波形及び磁化ベクトルの図、第2図はインバージョン・
リカバリ法を用いた従来のNMR検査装置のパルスシー
ケンスを示す動作波形図である。第3図は磁化Mの状態
全説明するための図、第4図は本発明実施例装置の構成
図、第5図は磁場用コイルの一例を示す構造図、第6図
ないし第8図は従来のNMR検査装置と対比して示す本
発明における特性を示す図、第9図は本発明の他の実施
例における動作波形図でおる。 1・・・静磁場用コイル、2,4・・・制御回路、3・
・・勾配磁場用コイル、5・・・励磁コイル、6・・・
発振器、8・・・検出コイル、10・・・位相検波回路
、11・・・ウェーブメモリ回路、13・・・コンピュ
ータ、20・・・コントローラ、30・・・グー)回路
。 治6図 諮7図 −3−2−10123(mm) −d翫r 萬8図 スライス厚

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (亘)被検体に静磁場(HoJを与える手段と、被検体
    に勾配磁場を与える手段と、被検体の組織を構成する原
    子の原子核に核磁気共鳴を与えるために高周波パルスを
    印加する手段と、核磁気共鳴信号を検出するための核磁
    気共鳴信号検出手段を備えた装置において、 下記(イ)ないしくニ)よりなるシーケンス機能を有し
    た制御手段と、前記シーケンスにおいて検出した核磁気
    共鳴信号を使って被検体の組織に関する画像を得る画像
    再構成手段を具備したことを特徴とするNMR画像装置
    。 記 (イ) 前記高周波パルスとしては、 第1の180°パルス、第1の90°パルス、第2の1
    80°パルス、第2の90°パルスおよび第6の五80
    ″パルスであり、この順に印加する。 (ロ)前記第1および第2の90°パルス印加は、同時
    に勾配磁場を与える手段を付勢して第1の勾配磁場も印
    加し特定のスライス面のみを励起する選択励起とし、前
    記第2および第3の180°パルス印加は勾配磁場を印
    加しない非選択励起とする。 に)前記第1の90°パルス印加から前記第2の180
    °パルス印加までの期間T、または前記第2の180°
    パルス印加から前記第2の90”ハルス印加までの期間
    Tl12に生じた核磁気共鳴信号の内撮像に必要なもの
    を測定して被検体の組織に関する画像の再構成に用いる
    。 (2)前記制御手段は、前記第1の90°パルス、第2
    の180°パルス、第2の90°パルスおよび第3の1
    80°パルスの位相関係を、90’!、180”−x、
    9σ−x + 180” xまたは90″x、18σy
    。 90’x、180°−Xにする機能を有したことを特徴
    とする特許請求の範囲第1]jj記載のNMR画像装置
    。 (3)前記制御手段は、第1および第3の18o°パル
    スの直後、並びに第2の180°パルスの直前と直後に
    それぞれスポイルパルスを印加する機能を有するように
    構成したことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
    NMR画像装置。 (4)前記制御手段は、前記第1の90”パルスと第2
    の180°パルスの区間、および第2の18o°パルス
    と第2の90°パルスの区間に勾配磁場を印加し、これ
    によって生ずる2つのNMR信号の内の撮像に必要々信
    号を検出し画像再構成用の信用として利用するようにし
    た機能を有することを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載のNMR画像装置。 (5)前記制御手段は前記第1の90”パルスと第2の
    180°パルスの区間および第2の18o°パルスと第
    2の90”パルスの区間に勾配磁場を印加する機能を有
    し、前記画像再構成手段は、生じた2つのNMR信号を
    用い、FII)Jたはエコー信号の段階で加算し平均す
    るか、またはFFT処理後のグロジェクションの状態で
    加算し平均するが、あるいは2画像の状態で加算し平均
    するかのいずれかの方法を用いるようにしたことt−特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載のNMR画像装置。 (6) 前記制御手段は、前記第1の90°パルス印加
    から第2の180°パルス印加までの期間T、と第2の
    180°パルス印加から第2の90°パルス印加までの
    期間T82において、 前記第1の勾配磁場と直交し期間T、とT82では同方
    向の勾配磁場となる第2の勾配磁場を印加し、少なくと
    も1シーケ/ス毎にこの第2の勾配磁場強度は同一とし
    て、方向のみを回転し、得られた核磁気共鳴信号から投
    影像再構成により画像が得られることを特徴とする特許
    請求の範囲第1項記載のNMR画像装置。 (7) 前記制御手段は、前記第1の90°パルス印加
    から第2の180°パルス印加までの期間T6.の区間
    で、勾配磁場を与える手段を動作させて第1の勾配磁場
    と直交する第2の勾配磁場を印加して位相変化量を与え
    、更に第1および第2の勾配磁場と直交する第6の勾配
    磁場を極性の異なる2yとfy’に切換えて印加し、更
    に前記第2の180°パルス印加から第2の90°パル
    ス印加までの期間TB2で、前記第2および第6の勾配
    磁場と同方向なものを印加し、少なくとも1シーケンス
    毎に第2の勾配磁場強度または印加時間またはその両方
    を変化させ、得られた核磁気共鳴信号から2次元フーリ
    エ変換によシ画像が得られるようにしたことを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項記載のNMR画像装置。 (8) 前記制御手段は、前記第1の90”パルス印加
    から第2の180パルス印加までの期間T8.の区1ム
    」で、勾配磁場を与える手段を動作させて第1の勾配磁
    場と直交する第2の勾配磁場を印加して位相変化量を与
    え、続いて前記勾配磁場を与える手段を動作させて第1
    および第2の勾配磁場と直交する第3の勾配磁場を印加
    し、更に前記第2の180°パルス印加から第2の90
    °パルス印加までのNil記期間T82で、前記第2お
    よび第6の勾配磁場と同方向なものを印加し、少なくと
    も1シーケンス毎に第2の勾配磁場強度または印加時間
    またはその両方を変化させ、得られた核磁気共鳴信号か
    ら2次元フーリエ変換により画像が得られるようにした
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のNMR画
    像装置。
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