JPS63220852A - 化学シフトスペクトルを求める方法及び装置 - Google Patents

化学シフトスペクトルを求める方法及び装置

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JPS63220852A
JPS63220852A JP62052156A JP5215687A JPS63220852A JP S63220852 A JPS63220852 A JP S63220852A JP 62052156 A JP62052156 A JP 62052156A JP 5215687 A JP5215687 A JP 5215687A JP S63220852 A JPS63220852 A JP S63220852A
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chemical shift
pulse
magnetic resonance
frequency
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潔 依田
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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] この発明は、磁気共鳴(N M R)現象を用いて化学
シフトスペクトルを映像化する方法及び装置に関し、特
に横緩和時間の影響を低減して正確に化学シフトスペク
トルを求めることのできる方法及び装置に関するもので
ある。
[従来の技術] 第8図は、例えば「医療情報学J(1985年、第5巻
、第3号、NMRイメージングにおける情報処理と計算
機応用)の第241頁〜第252頁に記載された、一般
的な化学シフトスペクトルを求める装置を示すブロック
図である。
図において、(1)はZ方向に静磁場を発生するための
磁石であり、被検体となる人体を挿入できるように、6
0〜100cmの開口径を有している。(2)は後述す
る高周波送信器及び傾斜磁場電源を所定タイミングで駆
動するシーケンス制御回路である。
(3)はシーケンス制御回路(2)にシーケンスデータ
を供給すると共にシーケンス制御回路(2)を介して被
検体から入力される磁気共鳴信号を収り込む計算機であ
り、メモリを内蔵し且つ所定の演算機能を有している。
(4)はシーケンス制御回路(2)からの変調信号に応
じて高周波−を送信する高周波送信器、(5)は高周波
送信器(4)により駆動されて所定の高周波磁場パルス
を出力する送信コイルである。(6)は例えば表面コイ
ル(サーフェスコイル)からなる受信コイルであり、送
信コイル(5)内に挿入された被検体(例えば人体)か
らの磁気共鳴信号を受信するようになっている。(7)
は受信コイル(6)を介して入力される磁気共鳴信号を
シーケンス制御回路(2)に出力する高周波受信器であ
る。
(8)は傾斜磁場電源であり、各直交軸x、Y、Z方向
に対応した第1〜第3の傾斜磁場電源〈8a)〜(8c
)からなっている、(9)は傾斜磁場電源(8〉により
駆動され、X、Y、Z方向に適宜傾斜磁場を発生するた
めの傾斜磁場コイル、(10)は計算機(3)に対し所
望のデータを入力するための掻作卓、(11)は高周波
送信器(4)と送信コイル(5)との間に挿入されたイ
ンピーダンス整合器、(12)は受信コイル(6)と高
周波受信器(7)との間に挿入されたインピーダンス整
合器である。
一般の化学シフトスペクトルを求める装置は上記のよう
に構成され、磁石(1)、送信コイル(5)、受信コイ
ル(6)及び傾斜磁場コイル(9)内に被検体となる人
体を挿入し、被検体に対し静磁場及び傾斜磁場を印加す
ると共に、被検体内の核スピンを90°倒すための高周
波磁場パルス(90°パルス)を適宜印加し、所望の磁
気共鳴信号を受信するようになっている。
又、シーケンス制御回路(2)は、人体に対して高周波
霊場パルスを照射すると共に、被検体から放射される磁
気共鳴信号のサンプリング及び加算平均、傾斜磁場の制
御などを行うが、シーケンス制御回路(2)はプログラ
マブルなので、これら磁気共鳴信号の計測シーケンスは
任意に組み換え可能である0通常、計測シーケンスは計
算fi(3)内で組まれ、データとしてシーケンス制御
回路(2)仁送られる。シーケンス制御回路(2)はこ
のデータ即ち命令を解読し、高周波送信器(4)及び傾
斜磁場電源(8)に必要な信号を出力すると共に、被検
体から受信コイル(6)を介して入力される磁気共鳴信
号をサンプリングする。従って、磁気共鳴信号の計測中
において、計算機(3)は全く独立に動くことができる
高周波送信器(4)は、シーケンス制御回路(2)から
の変調信号に従って、共鳴周波数で発振する発振器出力
を、変調後、電力増幅し、インピーダンス整合器(11
)を介して送信コイル(5)に送る。
一方、受信コイル(6)から得られる磁気共鳴信号は、
インピーダンス整合器(12)を介して高周波受信器(
7〉に入力される。このような、送受信を別々のコイル
(5)及び(6)で行うクロスコイル方式は、胴体とは
径の異なる頭部のみの画像を取得する場合などに用いら
れる。特に、局所の高分解能な化学シフトスペクトルを
収得するときは、受信コイル(6)として小形のループ
コイルを用いるが、これを表面コイル(サーフェスコイ
ル)と呼ぶ。
又、高周波受信2i:(7)においては、位相感知検出
器(Phase 5ensitive Detecto
r)により磁気共鳴信号が直角位相検波され、1kHz
程度の帯域幅を持つ2つの信号がシーケンス制御回路(
2)に送られた後、ディジタル量に変換される。高周波
系で扱われる周波数帯域は、磁場強度が1.5T(テス
ラ)においてリンの場合的25MHzである。更に、へ
〇変換器としては、12〜15ビツトのものが使用され
る。
傾斜磁場電源(8)は、シーケンス制御回路(2)から
の指令により、傾斜磁場コイル(9)に矩形波状の電流
を流すが、傾斜磁場のスイッチング時の過渡現象は信号
に雑音が混入する原因となるため、このときのスイッチ
ングは可能な限り高速に行う必要がある。尚、これら計
算機(3)を含む全体の操作は操作卓(10)により行
うようになっている。
第9図及び第10図は被検体例えば人体の頭部の化学シ
フI・スペクトルを求める場合を示す説明図である8図
において、(20)は人体の頭部であり、顔面にはルー
プ径Aの表面コイル(6)が配置されている。(21)
は表面コイル(6)で受信可能な感度領域であり、破線
で示すようにX方向の深さAまでの範囲である。 (2
2)は傾斜磁場Gx及び高周波磁場パルスのキャリア周
波数で選択されるスライス(容積部分)、(23)及び
(23a)〜(2:H)は化学シフトスペクトルが求め
られる領域である。
尚、この場合、スライスの深さ位置に対応するX方向を
後頭部から顔面方向とし、傾斜磁場G×はX方向の傾斜
を持つものとする。
第11図は例えば特開昭61−35339号公報に記載
された従来の化学シフトスベクl−ルを求める方法を示
すパルスシーゲンス図である8図において、GxはX方
向の傾斜磁場であり、一定周期Tr毎に印加される反転
極性の一対(25a)及び(25b)の傾斜磁場(25
)からなっている、RFは90°又はそれ以下の高周波
磁場パルスであり、傾斜磁場(25a)と一致したタイ
ミングの高周波磁場バルスク26)がらなっている。
Nは高周波磁場パルス(26)により得られる磁気共鳴
信号であり、この場合、F I D (Free In
ductionDecay)信号と呼ばれる自由誘導減
衰信号(28)がらなっている。
次に、第8図〜第11図を参照しながら従来の化学シフ
トスペクトルを求める方法について説明する。
まず、傾斜磁場(25a)の下で送信コイル(5)がら
高周波磁場パルス(26)を印加する。このとき、第9
図に示すスライス領域(22〉中のスピンだけが励起さ
れる。従って、斜線で示すスライス(22)と感度領域
(21)との共通領域(23)からの磁気共鳴信号(2
日)が表面コイル(6)により受信される。この磁気共
鳴信号(28)は、一般に周期Tr間隔で繰り返し受信
され、加算平均することによりSN比を向上させている
第10図のように別のスライス領域(23a)〜(2:
H)から磁気共鳴信号(28)を取得する場合は、高周
波磁場パルス(26)のキャリア周波数fをΔfだけ変
化させればよい、こうして、各領域(23a)〜(2:
H)の深さでスペクトルを分離取得することにより、選
択された容積内で深さ方向に分解能を有する磁気共鳴信
号(28)を取得することができる1例えば、印加する
静磁場強度を1.5T (テスラ)とし、高周波磁場パ
ルスRFのキャリア周波数fを258 !l zに設定
すると、リンの磁気共鳴信号Nを測定でき、フーリエ変
換処理により、深さの分解能を持つリンの化学シフトス
ペクトルを得ることができる。
[発明が解決しようとする問題点] 従来の化学シフトスペクトルを求める方法及び装置は以
上のように、傾斜磁場(25)及び高周波磁場パルス(
26)の印加時間が比較的具いため、高周波磁場パルス
(26)のピークから磁気共鳴信号(28)を取得する
までの遅延時間が長くなり、横緩和時間T2の影響が無
視できず、化学シフトスペクトルの波形歪が生じるとい
う問題点があった。特に、細胞内のすトリウムは、横緩
和時間T2が2mm秒置のため、信号強度が低下してス
ペクトルの取得が困難となる問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、横緩和時間の影響を低減して正確な化学シフ
トスペクトルを求めることのできる方法及び装置を得る
ことを目的とする。
[問題点を解決するための手段] この発明に係る化学シフトスペクトルを求める方法は、
静磁場中の被検体に第1の傾斜磁場及び180°パルス
を印加して被検体の所定のスライス内の核スピンを反転
させる第1のステップと、第1の傾斜磁場の印加終了後
に少なくとも近似的な90”パルスを印加する第2のス
テップと、第1の磁気共鳴信号を受信する第3のステッ
プと、第1の傾斜磁場を印加せずに180°パルスを印
加する第4のステップと、少なくとも近似的な90”パ
ルスを印加する第5のステップと、第2の磁気共鳴信号
を受信する第6のステップと、第1及び第2の磁気共鳴
信号の和信号を求める第7のステップとを備えたもので
ある。
又、この発明に係る化学シフトスペクトルを求める装置
は、高周波送信器に、複数の高周波磁場パルスを同時に
送信する同時送信手段を設けたものである。
[作用] この発明の化学シフトスペクトルを求める方法において
は、第7のステップで得られた和信号をフーリエ変換し
て被検体の選択された容積部分から空間的に分解された
磁気共鳴化学シフトスペクトルを得る。
又、この発明の化学シフトスペクトルを求める装置にお
いては、スピンの反転を理想的に行い空間分解能を向上
させる。
[実施例] 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第1
図はこの発明による化学シフトスペクトルを求める方法
の一実施例を示すパルスシーゲンス図であり、Gx、 
RF及びNは前述と同様のものである。又、第2図〜第
5図は第1図中の各ステップにおけるX方向のスライス
領域とスピンの向き(矢印)との関係を示す説明図であ
る。
尚、この発明による化学シフトスペクトルを求める方法
を実施する装置としては、第8図〜第10図に示した一
般的な磁気共鳴映像装置でよく、高周波送信器(4)の
構成と、この高周波送信器(4)を制御し且つ磁気共鳴
信号Nを演算処理する計算器(8)内のプログラムとが
変更されていればよい。
次に、第1図〜第5図及び第8図〜第10図を参照しな
がら、この発明による化学シフトスペクトルを求める方
法及び装置の一実施例の動作について説明する。
1Lへん立ム乙 第1の傾斜磁場に×+l l及び1800パルスRF”
’を印加する。この結果、スライス領域(22)内のス
ピンのみが反転しく第2図参照)、領域(22)以外の
領域のスピンは影響を受けない、尚、初期状態における
スピンの向きはZの正方向に向いているものとする。こ
のときの、スピンが反転する領域(22)のX方向の深
さは、高周波磁場パルスRF(1)のキャリア周波数f
を変化させることにより決定される。
11へ入LL乙 印加時間の短い90°パルスRF′21を印加する。こ
  ゛の結果、スピンはXY平面内に存在するようにな
る(第3図参照)、但し、領域(22)内のスピンの向
きのみが反転している。
11へんLL乙 FID信号からなる第1の磁気共鳴信号N0ゝを受信す
る。
l先ΔkLL乙 傾斜磁場G×を印加せずに、180’パルスRF+41
を印加する。この結果、被検体(20)の全域のスピン
が反転する(第4図参照)。
’LLへム立り乙 印加時間の短い90°パルスRp+sゝを印加する。こ
の結果、スピンの向きはXY千而面に存在するようにな
り、その向きは全てXの正方向となる(第5図参照)。
1虹へ左到ム乙 FID信号からなる第2の磁気共鳴信号N163を受信
する。
第7のスーツブ 第1及び第2の磁気共鳴信号N11、N16)の和信号
(N (3r + N (81)を計算機〈3)内で計
算する。
この結果、領域(22)以外の領域ではスピンの向きが
相殺されて零となり、領域(22)ではスピンの向きが
一致するため2倍となる。
即ち、和信号(N11 +N il)内には領域(22
)のスピンのみの寄与が含まれていることになる。従っ
て、この和信号(NL3ゝ十N”’)をフーリエ変換す
れば、領域(22)のみからの化学シフトスペクトルが
求められる。
以上のような化学シフトスペクトルを求める方法に用い
られる装置としては、例えばM、S、5ilver(シ
ルバー)らがJ ournal of Magneti
c Re5onance(ジャーナル・オブ・マグネチ
ック・レゾナンス)の第59巻第347頁に記載したよ
うな、複合波形の180゛パルスを発生する装置が望ま
しい。
第6図はこの発明の化学シフトスペクトルを求める装置
に用いられる高周波送信器の一実施例を示すブロック図
である0図において、(30)は90″ハイブリツド、
(31)及び(32)は90°ハイブリツド(30)の
出力端子に接続された一対のダブルバランストミキサ、
(33)は各ダブルバランストミキサ(31)及び(3
2)から出力される高周波磁場パルスを合成する電力合
成器、(34)は送信コイル(5)を駆動するための送
信パルスFを出力する送信機である。これら(30)〜
(34)は高周波送信器(4)内に設けられており、複
数の高周波磁場パルスを同時に送信すると共に各高周波
磁場パルスの振幅及び位相を制御する同時送信手段を構
成している。
次に第6図に示した装置の動作について説明する。まず
、高周波磁場パルスIIFのキャリア周波数rに相当す
るRFキャリアeO3ωtが90@ハイブリツド(30
)に入力される。90°ハイブリツド(30)は、RF
キャリアcosωLを位相が互いに906異なる2つの
IIFキャリアsinωを及びcosωtに分配し、そ
れぞれ個別にダブルバランストミキサ(31)及び(3
2)に入力する。
各ダブルバランストミキサ(31)及び(32)は、各
RFキャリアsinωt、 eo!IωLに包絡線関数
B+x(t)、ILy(t)を積演算し、それぞれ異な
る高周波磁場パルスB、x(t)sinωを及び貼バt
)cosωtを電力合成器(33)に入力する。電力合
成器(33)は、入力された各高周波磁場パルスの和を
とり、複合パルス信号B、x(t)sinωt+ B+
y(t)cosωtを出力する。いま、[+、x(t)
=Ω、Re[5ecl+(βL)]11μ/γLy(L
)−Ω。I+[5ech(βt)31月μ/γとする。
但し、γ、μは定数である。ここで、Ω。、βを所定の
ように決定すると、スピンを反転させる180°パルス
を構成することができる。尚、Ω。は送信fi (34
)のゲインに応じて加減することができる。こうして得
られた電力合成器(33)の出力は、送信171(34
)により送信パルスFとなり、送信コイル(5)に送ら
れる。
第7図はこの発明の化学シフトスペクトルを求める装置
に用いられる高周波送信器の他の実施例を示すブロック
図である。この場合、第6図と異なるのは、900ハイ
ブリツド(30)の代わりに電力分配器(35)を用い
、電力合成器(33)を省略して一対の送信機(34a
)及び(34b)を設け、更に、それぞれインピーダン
ス整合器(lla)、(llb)を介して直交配置され
た一対の送信コイル(5a)、(5b)を用いた点であ
る。
第7図において、各送信コイル(5a)及び(5b)は
、各ダブルバランストミキサ(31)、(32)がらの
高周波磁場パルスB、x(L)cosωを及びBly(
t)cosωtに基づく送信パルスFa、Fbによりそ
れぞれ駆動される。しかし、送信コイル(5a)及び(
5b)は直交配置されているので、結果的に第6図の場
合と同様に複合パルス波形の送信パルスFで駆動された
のと同等に作用する。
以上のように、シルバーらが提案した複合パルス波形の
180°パルスRF111及びR17+41を用いて、
被検体(20)の所定の領域(22)のスピンを反転さ
せると、従来の5ine関数による180°パルスを用
いた場合と比べて、化学シフトスペクトルの空間分解能
が理想的となることが知られている。
従って、スピンの反転する領域(22)の限定が正確に
行なえると共にその領域(22〉の形状も理想的となり
、領域(22)以外の領域のスピンは全く影響を受けな
い、又、第10図に示したように、連続したスライス領
域(23a)〜(23f)に対する化学シフトスペクト
ルを順次取得しても、互いに干渉を受けることがなく、
化学シフトスペクトルのX(深さ)方向の空間分解能は
向上することになる。
尚、上記実施例では磁気共鳴信号NとしてFID信号N
1)及びN161を取得したが、第2及び第5のステッ
プにおいて、90°パルスRF(21及びRF(51の
印加後に1808パルス(図示せず)を更に印加して、
スピンエコー信号を取得するようにしてもよい。
又、第1〜第3のステップ及び第4〜第6のステップを
1回ずつ実行する場合を例にとって説明したが、各一連
のステップを繰り返し実行し、第1及び第2の磁気共鳴
信号N1″及びN31をそれぞれ複数回受信して加算平
均したものを用いてもよい。
更に、第7のステップにおいて、各磁気共鳴信号の和信
号(N 1″+ Nj@))を繰り返し求めて加算平均
し、その後フーリエ変換してもよい。
[発明の効果] 以上のようにこの発明によれば、静磁場中の被検体に第
1の傾斜磁場及び180°パルスを′印加して被検体の
所定のスライス内の核スピンを反転させる第1のステッ
プと、第1の傾斜磁場の印加終了後に少なくとも近似的
な90°パルスを印加する第2のステップと、第1の磁
気共鳴信号を受信する第3のステップと、第1の傾斜磁
場を印加せずに180゜パルスを印加する第4のステッ
プと、少なくとも近似的な90”パルスを印加する第5
のステップと、第2の磁気共鳴信号を受信する第6のス
テップと、第1及び第2の磁気共鳴信号の相信号を求め
る第7のステップとを備え、和信号をフーリエ変換して
被検体の選択された容積部分から空間的に分解された磁
気共鳴化学シフトスペクトルを得るようにしたので、横
緩和時間の影響を低減できる化学シフトスペクトルを求
める方法が得られる効果がある。
又、この発明によれば、高周波送信器に、複数の高周波
磁場パルスを同時に送信する同時送信手段を設けたので
、スピンの反転が理想的となり空間分解能を向上させる
ことのできる化学シフトスペクトルを求める装置が得ら
れる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の化学シフトスペクトルを求める方法
の一実施例を示すパルスシーケンス図、第2図乃至第5
図は第1図中の各ステップにおけるスライス領域とスピ
ンの向きとの関係をそれぞれ示す説明図、第6図及び第
7図はこの発明の化学シフトスペクトルを求める装置に
用いられる高周波送信器のそれぞれ異なる実施例を示す
ブロック図、第8図は化学シフトスペクトルを求める一
般的な磁気共鳴映像装置を示すブロック図、第9図及び
第10図は第8図の磁気共鳴映像装置を用いた一服的な
化学シフトスペクトルを求める方法を示す説明図、第1
1図は従来の化学シフトスペクトルを求める方法を示す
パルスシーケンス図である。 (1)・・・磁石 (2)・・・シーケンス制御回路 (4)・・・高周波送信器  (5)・・・送信コイル
(6)・・・表面コイル   (9)・・・傾斜磁場コ
イル(20)・・・被検体 (31L(32)・・・ダブルバランスI・ミキサ(3
3)・・・電力合成器 (34) 、<34a) 、(34b)−送信機Gx・
・・第1の傾斜磁場 RF・・・高周波磁場パルスnF
”’−180@t<ルX    RF”’−90’)<
ルスN(31・・・第1の磁気共鳴信号 Nll・・・第2の磁気共鳴信号 尚、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 犀1o図

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)静磁場中の被検体に第1の傾斜磁場及び180°
    パルスを印加して前記被検体の所定のスライス内の核ス
    ピンを反転させる第1のステップと、前記第1の傾斜磁
    場の印加終了後に少なくとも近似的な90°パルスを印
    加する第2のステップと、第1の磁気共鳴信号を受信す
    る第3のステップと、前記第1の傾斜磁場を印加せずに
    180°パルスを印加する第4のステップと、少なくと
    も近似的な90°パルスを印加する第5のステップと、
    第2の磁気共鳴信号を受信する第6のステップと、前記
    第1及び第2の磁気共鳴信号の和信号を求める第7のス
    テップとを備え、前記和信号をフーリエ変換して前記被
    検体の選択された容積部分から空間的に分解された磁気
    共鳴化学シフトスペクトルを得るようにした化学シフト
    スペクトルを求める方法。
  2. (2)第2及び第5のステップにおいて、90°パルス
    印加後に180°パルスを印加したことを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載の化学シフトスペクトルを求め
    る方法。
  3. (3)被検体に連続的な静磁場を印加する磁石と、互い
    に直交する方向に第1乃至第3の傾斜磁場を発生する傾
    斜磁場コイルと、90°及び180°の高周波磁場パル
    スを発生する送信コイルと、この送信コイルを駆動する
    ための高周波送信器と、前記被検体からの磁気共鳴信号
    を受信する表面コイルと、前記傾斜磁場及び前記高周波
    磁場パルスを制御するシーケンス制御回路とを備え、被
    検体の選択された容積部分から磁気共鳴信号を取得して
    化学シフトスペクトルを求める装置において、前記高周
    波送信器は、複数の高周波磁場パルスを同時に送信する
    同時送信手段を含むことを特徴とする化学シフトスペク
    トルを求める装置。
  4. (4)同時送信手段は、それぞれ異なる高周波磁場パル
    スを発生する複数のダブルバランストミキサと、前記複
    数の高周波磁場パルスを合成する電力合成器とを備え、
    前記各高周波磁場パルスの振幅及び位相を制御するよう
    にしたことを特徴とする特許請求の範囲第3項記載の化
    学シフトスペクトルを求める装置。
  5. (5)同時送信手段は、それぞれ異なる高周波磁場パル
    スを発生する複数のダブルバランストミキサと、前記複
    数の高周波磁場パルスを個別に送信するための複数の送
    信機とを備え、前記各高周波磁場パルスの振幅及び位相
    を制御するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲
    第3項記載の化学シフトスペクトルを求める装置。
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JP62052156A Pending JPS63220852A (ja) 1987-03-09 1987-03-09 化学シフトスペクトルを求める方法及び装置

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JP (1) JPS63220852A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003180659A (ja) * 2001-11-21 2003-07-02 Koninkl Philips Electronics Nv 磁気共鳴撮像装置用のrfコイル系

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