JPH0241137A - ケミカルシフトイメージング装置 - Google Patents

ケミカルシフトイメージング装置

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JPH0241137A
JPH0241137A JP63190137A JP19013788A JPH0241137A JP H0241137 A JPH0241137 A JP H0241137A JP 63190137 A JP63190137 A JP 63190137A JP 19013788 A JP19013788 A JP 19013788A JP H0241137 A JPH0241137 A JP H0241137A
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Yuji Inoue
井上 勇二
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Yokogawa Medical Systems Ltd
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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、ケミカルシフトを利用して体内の水と脂肪の
分離像を得る際の、静磁場平均−などに起因した位相エ
ラーを補正する方法に関する。更に詳しくは、この補正
における位相飛びエラーを除去したケミカルシフトイメ
ージングにおける位相補正方法に関する。
(従来の技術) M RI (Magnetic Re5onance 
ll1laQin(1)において、2成分の分子構造の
違いにより同一核種の共鳴周波数がずれるケミカルシフ
トを利用して、体内の同一断層面を、水のみのプロトン
画像と脂肪のみのプロトン画像に分離して表示する分離
イメージングがある。
始めに、水と脂肪の分離イメージング方法の1つである
従来例のデイクソン法を説明する。第5図は分離イメー
ジングのパルスシーケンスを表す図である。第5図にお
いて、tは時間軸であり、RFは静磁場方向(2方向)
に向いたプロトンの磁化ベクトルを励起するR F (
Radio−Frequency )波であり、回転角
に応じて90°パルス、180゛パルスと呼ばれる。 
G51iceは90’パルスと同時に印加され、断層面
の選択励起を行うスライス勾配、SEは90°パルス印
加後、静磁場方向に垂直な面(XY平面)内に、静磁場
平均−及び勾配磁場によってばらけな磁化ベクトルの位
相を、180°パルスで反転して再び収束した時に観測
されるスピンエコー信号(以後SE信号と呼ぶ)である
、 Gphaseは位相エンコード勾配磁場、Grea
dは周波数エンコード勾配磁場であり、例えば各々Y方
向を位相、X方向を周波数情報に対応させてSE信号に
2次元の位置情報を与える。デイクソン法では、180
°パルスの印加するタイミングの異なる2種類のパルス
シーケンスを用いる。即ちS1スキャンでは180°パ
ルスの印加タイミングτを、90゜パルスからスピンエ
コーが得られるまでの時間TEの中間のτ=TE/2と
し、S2スキャンではS1スキャン時よりε早いτ=T
E/2−εとする。
S2スキャンもスピンエコーを得るタイミングは、S1
スキャンと同じT6とする。
ここで、前記εは次式を満たす。
ε=T77τ了       ・・f)σ:水と脂肪の
ケミカルシフト量 f:プロトンの共鳴周波数 S1スキャンにおいては、時刻TE/2の180 ” 
パルスによって位相が反転されるため、時刻T[で水と
脂肪の磁化ベクトルの位相が一致する。32スキャンに
おいては、ε早<180°パルスによって位相が反転さ
れるため、脂肪の磁化ベクトルが2ε時間分だけ余計に
回転し、t=TEで水と脂肪の磁化ベクトルが180°
の位相ずれを生じる。
従って、各スキャンによって得られるローデータを画像
再構成した画像データは、 Sl =W+F            ・・・(2)
Sl =W−F            ・・・(3)
になる。ここで、W(≧0)は水のプロトン密度、F(
≧0)は脂肪のプロトン密度である。そこで、W= (
Sl +S2 )/2       ・・・(4)F=
 (31−S2 >/2       ・・・(5)を
各ピクセル毎に計算することによって、水と脂肪を分離
した画像を得ることができる。
しかし、実際の81スキャンデータには、静磁場不均一
等による位相のずれ成分が加わる。このような位相ずれ
成分があると、(4)、 (5)式での水と脂肪成分の
分離ができず、シェーディング等の分離エラーが生じる
。この静磁場不均一等による位相のずれには、以下のよ
うな要因がある。まず、静磁場の均一性はマグネットに
起因する不均一に加え、実際の撮影では人体が静磁場内
に入り、このため空気と人体各部位との透は率が異なり
、又、反磁界の影響で磁場不均一の状態が異なり、均一
・度が変化し、悪化する。このため、撮影面内の各ピク
セル毎にラーモア周波数がずれることにより位相ずれが
生じる。又、周波数エンコード勾配磁場印加時にマグネ
ットボア材等に誘起される渦電流によって、矩形の勾配
磁場Greadの立ち下りが第5図点線部のように鈍り
、残り勾配が生じる。
このため、180°パルス印加タイミングの異なる2ス
キャンでのSE倍信号エコーセンターが点線のようにδ
すれ、その分データサンプリング点がずれるため、各ス
キャンデータには、更に1次位相エラー成分が含まれる
。又、中心位相のずれ等も1次位相エラー成分の原因と
なる。 そこで、第5図のように、 180° パルス
の印加タイミングτを、S1スキャン時よりε遅いτ=
TE/2±εとしなS3スキャンを行い、S2スキャン
と83スキャンデータを2次元フーリエ変換して得なデ
ータにより静磁場不均一分布に関するデータマトリック
スを得て、これから82又はS3のデータを位相補正し
、この補正されたデータ及びS1スキャンからのデータ
を用いて水と脂肪の分離像を得る方法が提案されている
第6図(a)、 (b)、 [C)は31.32.33
スキャンにおける水と脂肪の磁化ベクトルの位相関係を
表す図である。第6図において、Real−IIIla
ainary軸による座標系は、水の磁化ベクトルの位
相を基準にした位相平面を表す。前記のように、S1ス
キャンにおいては、t=TEで水と脂肪の磁化ベクトル
の位相が一致し1、S2及びS3スキャンにおいては、
水と脂肪の磁化ベクトルが180°の位相ずれを生じる
。更に、S2及びS3スキャンでは、静磁場不均一等に
よる位相ずれ成分が各4士θ、−θだけ加わる。そこで
、S2スキャンと83スキャンデータを2次元フーリエ
変換して得たデータにより各ピクセル毎にθを求めて、
この静磁場不均一分布によりS2又はS3のデータを位
相補正することにより、位相ずれに起因した分離エラー
を除去することができる。
(発明が解決しようとする課題) しかし、上記のようなケミカルシフトイメージングにお
ける位相補正方法においては以下の問題点がある。前記
不均一分布の位相値の検出範囲は、−πからπまでであ
るため、この範囲を越えると位相が折り返る位相飛びが
生じる。第7図(a)、(b)は静磁場不均一による位
相分布く以f&静磁場不均−分布と呼ぶ)を表す図であ
る。第7図(a)は256x256マトリツクスの静磁
場不均一分布を表す図であり、この分布図の1位相エン
コードラインのデータを周波数エンコード方向にプロッ
トしたグラフが第7図(b)である。図のように、ノイ
ズピクセルや1次位相エラーがあると、位相値が±πを
越える位相飛びが生じる。この位相飛びが生じると2成
分の分離エラーが起こる。
本発明は、前記問題点を解消し、静磁場不均一分布上の
位相飛びを最少限に抑え、分離エラーを低減したケミカ
ルシフトイメージングにおける位相補正方法を提供する
ことにある。
(課題を解決するための手段) 90”のRFパルス印加がら180°のRFパルス印加
までの時間τをTE/2としたS1スキャンと、前記時
間τをTE/2−εとしたS2スキャンと、前記時間τ
をTE/2+εとしたS3スキャンを行い、S2スキャ
ン及びS3スキャンからのデータにより静磁場不均一分
布を求め、位相ずれ防止のための位相補正を行うゲミカ
ルシフトイメージングにおける位相補正方法において、
前記静磁場不均一分布に対して位相飛び防止のための位
相補正を施し、この位相補正後の静磁場不均一分布によ
りSl又はS3スキャンからのデータに対して位相ずれ
防止のための位相補正を行い、この位相補正されたSl
又はS3スキャンのデータに対して、前記静磁場不均一
分布に対する位相補正分を補うための位相補正を行うこ
とを特徴とする。
(作用) まず、静磁場不均一分布に対して位相値を±π内に抑え
るために位相補正を行い、この補正後の不向−分を82
又はS3スキャンからのデータへ位相補正し、本来静磁
場不均一分布に含まれていた前記補正分の位相補正を8
2又はS3スキャンからのデータに対して行うため、位
相飛びに起因した分離エラーを除去できると共に、位相
補正が正確になる。
(実施例) 以下、図面を参照して本発明について詳細に説明する。
スキャンシーケンスは、デイクソン法を改良した第5図
の31. S 2. S 3スキャンを用いる。
第1図は本願発明の一実施例の位相補正方法を表すフロ
ーチャートである。以下、第1図を用いて、本実施例の
位相補正方法を説明する。始めに、Sl、 S 2. 
S 3スキャンで得られた複素数のローデータを2次元
フーリエ変換する。各データSl、82゜S3は、次式
で表される。
Sl =W+F            ・・・(6)
Sl = (W+F−exp  (i π) 113X
El  (iθ)・・(7) S3 = (W+F’−eXD  (i π) )ex
p(−iθ)・・・(8) ここで、12=−1であり、exp(iθ)は、静磁場
不均一等による位相ずれ成分である。
次に、(7)(8)式から各ピクセル毎に、静磁場不均
一分布θo(r、w) (1≦「、v4≦256)を次
式に従って求める。
θo(r、w)=tan −” 52)−(9)T丁丁
丁 ここで、rは周波数エンコード軸、Wは位相エンコード
軸である。
次に、ローデータからノイズレベルNt、cv−を設定
する。第2図はデータ平面上のローデータを表す図であ
る。第2図における座標は、横軸が時間、縦軸が位相エ
ンコード量に対応している0位相エンコード量の大きい
所のローデータは、はとんどがノイズであることからこ
の領域のデータを用い、周波数エンコード方向に1次元
逆フーリエ変換を施し、その結果を絶対値処理したデー
タの平均値Meanと分散σ0を求める。前記ノイズレ
ベルNLivgtは N Ll!VEL  = Hean+  3.5σO−
(10)とする、σ0の係数を3.5とすることで、ノ
イズの99.8%がNLl、VIILに含まれる。
このノイズレベルNLEVELと各ピクセルのイメージ
データの絶対値とを比較して、ノイズレベルNLEVE
L以上を1、ノイズレベルNLEVI!L未満を0とし
たマスクファイルV(r、w) (1≦r、w≦256
)を作成する。このマスクファイルは以後の位相係数算
出において、ノイズピクセルを排除するために必要にな
る0次に、このマスクファイルを用いて、ノイズとイメ
ージの境界を繋いでイメージエリヤを設定する。第3図
は、このようにして設定したイメージエリヤを表す図で
ある。第3図において、rは周波数エンコード方向、W
は位相エンコード方向を表□し、ro、woは各々周波
数エンコード方向及び位相エンコード方向のイメージの
中心座標である。次に、イメージエリヤ内のイメージ中
心付近の平均位相α0を次式に従って算出する。
ここで、Aは平均位相αO算出に用いた有効ピクセル数
である。この平均位相α0を用いて、次式に従って静磁
場不均一分布θo(r、v)に対して位相補正する。
θ1(r、w)=θo(r、w)x exp(−iαo
)     −(12)通常のイメージングでは、最も
感心のある部位をイメージ中心となるようにスキャンを
設定するため、この処理によりイメージ中心での位相を
0とする、ここで、平均位相α0算出に用いた領域内に
位相飛びによる位相段差かある恐れがあるために、以下
の処理を行う、始めに、イメージ中心付近の分散σを次
式に従って算出する。
σ = ・・・ (13) ここで、平均位相α0が0以上のときは、α1=α0+
σ、0未満のときはα1−αO−σとして、(12)式
に従ってθo(r、w)に対して位相補正したθ1a(
r、v)を用い、再び(11)、 (13)式から平均
位相α2及び分散σ2を求める。そして、分散σ2が0
.85σより大きいときは位相段差がないと見なし、(
12)式の補正を有効とし、分散σ2か0.85σ以下
のときは、(12)式の補正を無効とし、α2を平均位
相として、次式に従って○次位相補正し直す。
θBr、W)=θO(r、W)X exp(−iα2)
   −(14)次に、周波数エンコード方向での一次
位相係数を求める。第4図は、本実施例の静磁場不均一
分布に対する位相補正方法を表す図である。第4図(a
)、 (b)、 (c)において、各グラフは静磁場不
均一による1位相エンコードラインの位相を周波数エン
コード方向にプロットしたものである。第4図(a)の
ように、渦電流に起因したエコーセンターのずれ等によ
り、不均一分布上の周波数エンコード量にほぼ比例して
大きくなる1次の位相ずれが生じている。この位相ずれ
による位相飛びを減らすために、1次位相係数を求めて
補正する。まず、周波数エンコード方向の隣接ピクセル
間の位相差を次式に従って求める。
Δ θ fr、W)  =  (θ 1(r+1.w)
−θ 1(r、w))x V  fr+1.w)  x
  V (r、w)(r=1.3,5.・・・、255
. W=1.2,3.・・・、 256 )・・f5)
ここで、前記隣接側ピクセルの内どちらか一方がノイズ
ピクセルの位相差は、マスクファイルにより0として除
外される。ここで、同時に位相飛びレベルθLEVEL
を設定し、位相飛びピクセルが関与した位相差を除外す
る。例えば、位相飛びレベルθLl!Vl!Lを1.5
πとすると、隣接ピクセル間の位相差が1.5πを越え
るものは、位相飛び部分として除外する。このようにし
て算出された位相差に基つき、全位相差の加算平均値を
求め、これを1次位相係数α1とし、次式に従って不均
一分布に対して補正する。
θ2(r、v)=θ1(r、w) x e×p’(f−
i α1)・(r−ro))・・f6) このようにして、1次の位相補正が行われた結果が第4
図(b)である6以上の補正により不均一分布上で低次
(0,1次)の位相ずれ成分による位相飛び領域が抑え
られる。
ここで、更に不均一分布上での高次の位相ずれ成分によ
る位相飛び領域を抑えるために、高次関数による位相補
正を、次式に従って各位相エンコードライン毎に周波数
エンコード方向に対して行う。
θ3(r w)=02 (r、 W) X exp((
−iΣγにw(r−ro)K)・・・ (17) ここで、γに1はW番目の位相エンコードラインでのに
次の係数であり、前記1次係数算出時と同様に周波数エ
ンコード方向のに階の位相差の17に1から求めること
ができる。
更に、次式に従って各周波数エンコードライン毎に位相
エンコード方向に対して高次関数による位相補正を行う
θ4(r、w)=03(r、v)x exp([−i 
 Σβ、r(III−1IIO)K)・・・ (18) ここで、βkrはW番目の周波数エンコードラインでの
に次の係数であり、前記と同様に位相エンコード方向の
に階の位相差の17に!から求めることができる。この
ようにして、例えば2次の位相補正が行われた結果が第
4図(C)である。この補正により、更に不均一分布上
で高次の位相すれ成分による位相飛び領域が抑えられる
。即ち、(17)、 (18)式による補正は不均一成
分を高次の多項式でフィッティングすることに相当して
いる。通常のM R■装置では、シムコイルなどにより
低次の静磁場不均一成分は補正しであるが、人体がマグ
ネット内に入ることにより静磁場不均一分布が変化する
従って、低次及び高次のフィッティングを、不均−分布
に対して行うことにより、人体がある場合の不均一状態
を概略近似することができ、位相飛びを防ぐことができ
る。
次に、このようにして位相飛びを抑えるために補正され
た不均一分布θ4(r、w)を用いて、S2スキャンか
らのデータに対して、次式に従って位相補正する。
S 2a= S 2 x ext)(−iθ4(r、w
)/2)   −(19)次に、位相飛びを抑えるため
に不均一分布θ(「、W)を補正した位相量は、本来に
82スキャンからのデータに対して行われるべきもので
ある。従って、前記補正された位相量分をS2aデータ
に対して、次式に従って順次補正する。
52b= 52axexp(−iαo/2)     
  −(20)(但し、(14)式を用いたときはαO
→α2とする)S 2c= S 2bx exp((−
i a 1) −(r−ro)/2)・・・ (21) ・・・ (22) S 2e= S 2dx exp((−i  Σβkr
(W−WO)”  /21・・・ (23) 以上で82データに対する位相補正を終了し、最後に、
このようにして位相補正されたS2データ及びS1デー
タを用いて、次式に従って、複素演算及び絶対値処理を
行い水と脂肪の分離像を得る。
Water−l 1/2(S 1 + 52e)Fat
  −l 1/2(Sl −32e)  l     
−(24)上記のように、本実施例のゲミカルシフトイ
メージングにおける位相補正方法においては、静磁場不
均一分布θの位相飛びを抑えるために、0.1、高次の
関数による位相補正を順次行い、この位相補正された静
磁場不均一分布により180°パルスをずらしたS2ス
キャンデータに対して、前記関数から外れた分の不均一
分布による位相補正を施し、その後S2スキャンデータ
に対して、前記関数分の位相補正を行うので、位相飛び
によるエラーを極力抑えることができ、分離が正確にな
る。
尚、本発明は上記実施例に限定するものではなく、特許
請求の範囲内で種々の変形が可能である。
本実施例では高次関数のフィッティングを位相エンコー
ド又は周波数エンコードの各ライン毎に行ったが、不均
一分布全体に対して、次式による2変数の多項式からな
る関数によるフィッティングを行って補正しても良い。
(am + b* + Ck、dt、”・定数)   
−<24>更に、S2スキャンデータに対して位相補正
を行い、(23)式の分離に用いたが、S3スキャンデ
ータを用いても良い、更に、(15)式による1次位相
係数算出は、各位相エンコードライン毎に行わず、位相
エンコードライン方向の平均を取り、この平均ラインに
対して周波数エンコード方向に1次係数を求めて用いて
も良い。
(発明の効果) 以上の説明の通り、本発明のゲミカルシフトイメージン
グにおける位相補正方法によれば、以下の効果が得られ
る。
(1)S2又はS3スキャンデータがら静磁場不均一分
布を求め、位相飛び防止のための位相補正された静磁場
不均一分布により、S2又はS3スキャンデータに対し
て位相ずれ防止のための位相補正を施し、その後このス
キャンデータに対して前記静磁場不均一分布への位相補
正分を補うための位相補正を行うので、前記分布上の位
相飛びが最少限に抑えられ、この分布による補正時のエ
ラーを防止し、なおかつ、S2又はS3スキャンデータ
に含まれる位相ずれに起因した分離エラーを除去できる
。又、S2スキャン及び334ヤンデータによって得ら
れた、対象とする人体内での静磁場不均一情報を余すと
ころなく利用して補正できるため、位相補正が正確にな
る。
(2)静磁場不均一分布に対して0.1次の関数による
位相補正を順次行う、従って、静磁場不均一成分を含む
中心周波数のズレ及び渦電流に起因しな1次位相エラー
を不均一分布から取り除くことができるため、不均一分
布での位相飛び領域を低減することができる。更に、静
磁場不均一分布に対して高次の関数による位相補正を順
次行う。従って、人体が静磁場内に入ることによる生じ
る静磁場不均一に基因した位相エラーを不均一分布から
収り除くことができるため、不均一分布での位相飛び領
域を更に低減することができる。これにより、位相飛び
に起因した分離エラーを除去できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本願発明の一実施例の位相補正方法を表すフロ
ーチャート、第2図は本願発明の一実施例のデータ平面
上のローデータを表す図、第3図は木琴発明の一実施例
のイメージエリヤの設定を表す図、第4図(a)、 (
b)、 (c)は本願発明の一実施例の静磁場不均一分
布に対する位相補正方法を表す図、第5図は従来例の分
離イメージングのパルスシーゲンスを表す図、第6図(
a)、 (b)、 (c)は従来例の31.S2 、S
3スキャンにおける水と脂肪の磁化ベクトルの位相関係
を表す図、第7図(a)(b)は従来例の静磁場不均一
による位相分布を表す図である。 第2図 第3図 (G) 第6図 (b) (C) 第7図 (G) (b)

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)Z軸方向に略一様な静磁場を発生させ、この静磁
    場中の被検体にZ軸に垂直な方向から90°及び180
    °の周波数fのRFパルスを印加し、前記静磁場に周波
    数エンコード勾配磁場と位相エンコード勾配磁場を重畳
    し、90°のRFパルスからTE秒後に被検体からのス
    ピンエコー信号を受信し、このスピンエコー信号からの
    スキャンデータを2次元フーリエ変換したデータを用い
    て水と脂肪の分離像を得る方法であって、前記90°の
    RFパルス印加から180°のRFパルス印加までの時
    間τをTF/2としたS1スキャンと、前記時間τをT
    E/2−εとしたS2スキャンと、前記時間τをTE/
    2+εとしたS3スキャンを行い、S2スキャン及びS
    3スキャンからのデータにより静磁場不均一分布を求め
    、この静磁場不均一による位相ずれの補正を行うケミカ
    ルシフトイメージングにおける位相補正方法において、
    前記静磁場不均一分布に対して位相飛び防止のための位
    相補正を施し、この位相補正後の静磁場不均一分布によ
    りS2又はS3スキャンからのデータに対して位相ずれ
    防止のための位相補正を行い、この位相補正されたS2
    又はS3スキャンのデータに対して、前記静磁場不均一
    分布に対する位相補正分を補うための位相補正を行うこ
    とを特徴とするケミカルシフトイメージングにおける位
    相補正方法。 但し、前記εは次式を満たす。 ε=1/(4・σ・f)…(1) σ:水と脂肪のケミカルシフト量
  2. (2)前記静磁場不均一分布に対する位相補正は、ノイ
    ズレベルを設定し、ノイズレベル以上のノイズピクセル
    を除去する過程を含むことを特徴とする請求項(1)記
    載のケミカルシフトイメージングにおける位相補正方法
  3. (3)前記静磁場不均一分布に対する位相補正は、前記
    静磁場不均一分布のイメージ中心付近の平均位相により
    0次位相補正を施す過程を含むことを特徴とする請求項
    (1)記載のケミカルシフトイメージングにおける位相
    補正方法。
  4. (4)前記静磁場不均一分布に対する位相補正は、周波
    数エンコード方向の位相データから1次係数を求め、1
    次位相補正を施す過程を含むことを特徴とする請求項(
    1)記載のケミカルシフトイメージングにおける位相補
    正方法。
  5. (5)前記1次係数は、周波数エンコード方向の隣接ピ
    クセル間の位相差平均から求めることを特徴とする請求
    項(4)記載のケミカルシフトイメージングにおける位
    相補正方法。
  6. (6)前記静磁場不均一分布に対する位相補正は、周波
    数エンコード方向又は位相エンコード方向に高次関数に
    よる位相補正を施す過程を含むことを特徴とする請求項
    (1)記載のケミカルシフトイメージングにおける位相
    補正方法。
  7. (7)前記静磁場不均一分布に対する位相補正は、2変
    数の多項式からなる関数を用いて、前記静磁場不均一分
    布全体に対してフィッティングを行い、この関数を用い
    てS2又はS3スキャンのデータに位相補正を行う過程
    を含むことを特徴とする請求項(1)記載のケミカルシ
    フトイメージングにおける位相補正方法。
JP63190137A 1988-07-29 1988-07-29 ケミカルシフトイメージング装置 Granted JPH0241137A (ja)

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